JP2021508474A - カートリッジを用いた核酸抽出方法 - Google Patents

カートリッジを用いた核酸抽出方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、（ａ）ピストンの上部ボディーの内部空間に配置される制御棒モジュール及びピストンの下部ボディーに結合される回転調節モジュールに、核酸抽出装置の駆動部が連結されるステップと、（ｂ）回転調節モジュール及び制御棒モジュールを駆動させて、カートリッジの互いに分離された複数のチャンバから前記内部空間にサンプル及び試薬を順次吸入し、前記内部空間の混合液をカートリッジのチャンバに排出させるステップと、（ｃ）回転調節モジュール及び制御棒モジュールを駆動させて、カートリッジのマスターミックスビーズチャンバの内部の試薬をピストンの上部ボディーの内部空間に吸入した後、混合された試薬を核酸増幅モジュールに排出させるステップと、を含む核酸抽出方法を提供する。

Description

本発明は、核酸抽出方法に関し、より具体的には、核酸を増幅させるためにサンプルから核酸を分離、精製することができるカートリッジを用いた核酸抽出方法に関する。
現代では、バイオテクノロジー技術の発展に伴い、遺伝子レベルで病気の原因を解析することが可能になった。それによって、ヒトの病気を治癒又は予防するための生体試料の操作及び生化学的分析に対する要求がますます増加している。
併せて、病気の診断以外にも、新薬の開発、ウイルスやバクテリアに感染したか否かの事前検査及び法医学などの様々な分野において、生体試料や細胞が含まれた試料から核酸を抽出、分析する技術が要求される。
従来の核酸抽出装置は、前処理過程（濃縮、精製）別にそれぞれの装置が必要であり、一つの前処理過程が終わった後、他の装置に移動させなければならないので長い時間を必要とする。また、このように従来の核酸抽出装置を用いた核酸抽出方法では、抽出過程で混合及び反応が完了した廃液を分離された廃液チャンバに排出させなければならないので、空間活用が非効率的であるという問題があった。
したがって、このような問題点を解決するために、より効率的な核酸抽出方法に関する研究が進められている。
本発明は、より効率的な方式の核酸抽出方法を提供することを目的とする。
上記のような課題を解決するために、本発明の一実施例に係るカートリッジを用いた核酸抽出方法は、（ａ）ピストンの上部ボディーの内部空間に配置される制御棒モジュール及びピストンの下部ボディーに結合される回転調節モジュールに、核酸抽出装置の駆動部が連結されるステップと、（ｂ）回転調節モジュール及び制御棒モジュールを駆動させて、カートリッジの互いに分離された複数のチャンバから前記内部空間にサンプル及び試薬を順次吸入し、前記内部空間の混合液をカートリッジのチャンバに排出させるステップと、（ｃ）回転調節モジュール及び制御棒モジュールを駆動させて、カートリッジのマスターミックスビーズチャンバの内部の試薬をピストンの上部ボディーの内部空間に吸入した後、混合された試薬を核酸増幅モジュールに排出させるステップと、を含む。
本発明の一実施例によれば、前記（ｂ）ステップにおいて、混合液は核酸捕捉フィルターを経て排出される。
本発明の一実施例によれば、前記（ｂ）ステップは、前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジのサンプルチャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させてサンプルチャンバ内のサンプルを上部ボディーの内部空間に吸入するステップを含む。
本発明の一実施例によれば、前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジの第１試薬チャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて第１試薬を上部ボディーの内部空間に吸入した後、サンプルと混合させるステップを含む。
本発明の一実施例によれば、前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジの第２試薬チャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて第２試薬を上部ボディーの内部空間に吸入した後、混合させるステップをさらに含む。
本発明の一実施例によれば、前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーのフィルターポートとカートリッジの第２試薬チャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて混合液を第２チャンバポートに排出させるステップを含む。
本発明の一実施例によれば、前記（ｂ）ステップは、前記試薬と異なる種類の試薬を順次吸入、混合、排出させるステップをさらに含む。
本発明の一実施例によれば、最後に吸入した試薬は、カートリッジのマスターミックスビーズチャンバに排出される。
本発明の一実施例によれば、前記（ｃ）ステップは、前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーのフィルターポートとカートリッジのマスターミックスビーズチャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて前記最後に吸入した試薬をマスターミックスビーズチャンバポートに排出させるステップを含む。
本発明の一実施例によれば、前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジのマスターミックスビーズチャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させてマスターミックスビーズチャンバの内部の試薬を上部ボディーの内部空間に吸入した後、混合させるステップと、前記ピストンの上部ボディーの内部空間の試薬を増幅モジュールに移動させるステップとをさらに含む。
本発明の一実施例に係るカートリッジを用いた核酸抽出方法によれば、従来と異なる構造のカートリッジを用いて、複数の試料を一つのカートリッジ内で順次処理することが可能である。これによって、核酸抽出時間を短縮し、装置の構造を単純化することが可能である。
また、本発明の一実施例に係るカートリッジを用いた核酸抽出方法によれば、カートリッジ内の試薬チャンバに使用済みの廃液を排出することができるので、核酸抽出工程を効率的に行うことができるようになる。
本発明の一実施例に係る核酸抽出方法のフローチャートである。 本発明に使用されるカートリッジの斜視図である。 本発明に使用されるカートリッジの底面斜視図である。 図２に示されたカートリッジの分解図である。
以下、本発明について図面を参照してより詳細に説明する。本明細書では、互いに異なる実施例でも同一・類似の構成に対しては同一・類似の参照符号を付与し、その説明は最初の説明で代替する。本明細書で使用される単数の表現は、文脈上明らかに別の意味を示すものでない限り、複数の表現を含む。また、以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞である「モジュール」及び「部」は、明細書の作成の容易さのみを考慮して付与又は混用されるものであって、それ自体で互いに区別される意味又は役割を有するものではない。
図１は、本発明の一実施例に係る核酸抽出方法のフローチャートである。
図１を参照すると、核酸抽出方法は、サンプルがピストンの内部空間に吸入されるステップ（Ｓ１１０）と、試薬が吸入、混合、排出されるステップ（Ｓ２１０〜Ｓ２８０）と、抽出された核酸が増幅モジュールに移動するステップ（Ｓ３１０〜Ｓ３２０）などを含む。
本発明の一実施例に係るカートリッジを用いた核酸抽出方法は、以下のステップを経て進行する。
サンプルがピストンの内部空間に吸入されるステップ（Ｓ１１０）では、カートリッジのチャンバに配置されたサンプルが、ピストンの制御棒モジュールの駆動により、ピストンの上部ボディー３１０の内部空間に吸入される。
サンプルがピストンの内部空間に吸入されるステップの前に、カートリッジの各チャンバにサンプルと試薬が注入された後、カートリッジが核酸抽出装置に装着されるステップが追加され得る。
カートリッジが核酸抽出装置に装着された後、制御棒モジュール及び回転調節モジュールには核酸抽出装置の駆動部が連結される。
第１試薬及び第２試薬がピストンの内部空間に吸入された後、混合されるステップ（Ｓ２１０）では、回転調節モジュールがピストンを一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーの液体ポートを第１試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの上部に移動し、第１試薬を吸入する。その後、再び回転調節モジュールがピストンを一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーの液体ポートを第２試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの上部に移動すると、第２試薬を吸入する。
その後、制御棒モジュールが上下に移動しながら内部空間のサンプルと試薬を混合する。
その後、回転調節モジュールが再びピストンを一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーのフィルターポートを第２試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの下部に移動し、サンプルと試薬の混合液を第２試薬チャンバに排出させる（Ｓ２２０）。
ピストンの下部ボディーのフィルターポートには核酸捕捉フィルターが装着されることで、サンプルと試薬の混合物が排出されるときに排出される核酸を捕捉することができる。
回転調節モジュールがピストンを再び一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーの液体ポートを第３試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの上部に移動すると、第３試薬を吸入する（Ｓ２３０）。
その後、制御棒モジュールが上下に移動しながら内部空間の試薬を混合する。
回転調節モジュールが再びピストンを一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーのフィルターポートを第３試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの下部に移動し、試薬を第３試薬チャンバに排出させる（Ｓ２４０）。
回転調節モジュールがピストンを再び一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーの液体ポートを第４試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの上部に移動すると、第４試薬を吸入する（Ｓ２５０）。
その後、制御棒モジュールが上下に移動しながら内部空間の試薬を混合する。
回転調節モジュールが再びピストンを一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーのフィルターポートを第４試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの下部に移動し、試薬を第４試薬チャンバに排出させる（Ｓ２６０）。
回転調節モジュールがピストンを再び一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーの液体ポートを第５試薬チャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの上部に移動すると、第５試薬を吸入する（Ｓ２７０）。
その後、制御棒モジュールが上下に移動しながら内部空間の試薬を混合する。
第５試薬は、核酸捕捉フィルターに捕捉された核酸を溶出させる溶出試薬であってもよい。
回転調節モジュールが再びピストンを一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーのフィルターポートをマスターミックスビーズチャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの下部に移動し、試薬をマスターミックスビーズチャンバに排出させる（Ｓ２８０）。
第５試薬が排出され、核酸捕捉フィルターに捕捉されていた核酸をマスターミックスビーズチャンバの内部に移動させる。
回転調節モジュールがピストンを再び一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーの液体ポートをマスターミックスビーズチャンバポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの上部に移動すると、マスターミックスビーズチャンバの内部の試薬を吸入した後、制御棒モジュールが上下に移動して内部空間の試薬を混合する（Ｓ３１０）。
回転調節モジュールが再びピストンを一定角度回転させて、ピストンの下部ボディーの液体ポートを増幅モジュールの液体ポートと重畳させ、制御棒モジュールがピストンの下部に移動し、試薬を増幅モジュールに移動させる（Ｓ３２０）。
以下では、カートリッジの構造を、図２乃至図４を参照して具体的に説明する。
図２は、本発明に使用されるカートリッジの斜視図であり、図３は、本発明に使用されるカートリッジの底面斜視図であり、図４は、図２に示されたカートリッジの分解図である。
図２乃至図４を参照すると、核酸抽出用カートリッジは、大きく第１ボディー１００と、第２ボディー２００と、ピストン３００と、核酸増幅モジュール４００などを含むことができる。
第１ボディー１００は、複数個の試薬を貯蔵する用途に使用することができる。
図示によると、第１ボディー１００には、互いに分離された隔室を形成する複数個のチャンバ１１０が形成され得る。それぞれのチャンバ１１０には、互いに異なる試薬またはサンプルが配置され、試薬が互いに混ざらないように、各チャンバ１１０は独立した空間を形成する。
第２ボディー２００は、第１ボディー１００に貯蔵された試薬またはサンプルが移動する経路を含む。
本発明の一実施例によれば、第２ボディー２００には、液体が移動可能な液体流路と、空気が移動可能な空気流路とが存在することができ、第２ボディー２００は、第１ボディー１００との結合時に液体の漏れを防止するために、上面に配置されるパッド２２０を含むことができる。パッド２２０とカートリッジの第２ボディー２００とが結合されると、カートリッジの第２ボディー２００の液体流路及び空気流路が、パッド２２０によって上面が塞がって空間を形成し、完璧な流路２１０が完成される。
液体流路は、第１ボディー１００と連結されてサンプル及び試薬が移動、混合可能な空間を提供する。
空気流路は、増幅モジュールとピストン３００の真空制御部位を連結して、抽出された核酸が増幅モジュールに移動するときに発生し得る真空を制御し、核酸増幅産物が汚染されることを防止する役割を果たす。
パッド２２０には、パッド２２０を上下に貫通する複数個の孔が形成され得る。孔を介して、カートリッジの下部の液体流路及び空気流路が、カートリッジの第１ボディー１００に位置した多数の試薬チャンバ１１０と連結される。
パッド２２０の中央部は、ピストンの下部ボディー３２０の底面と密着するように結合される。
パッド２２０の中央部に形成された孔は、ピストンが回転するとき、ピストンの下部ボディー３２０のフィルターポートまたは液体ポートと重畳する。
より具体的には、第２ボディー２００の上部には複数個の流路２１０が形成され得る。それぞれの流路２１０は、互いに交差せず、第２ボディー２００の中心部から外郭部に延びるように形成される。図示によると、一部の流路は、一端が同一円周上に配置され、他端も互いに同一円周上に配置され得る。
第２ボディー２００の上部にはパッド２２０が結合され得る。
第２ボディー２００の上部には、下端に向かって窪んだ載置部２０１が形成され得、パッド２２０は、第２ボディー２００の上部の載置部２０１に噛み合って結合され得る。
パッド２２０が、第２ボディー２００の上面に密着しながら流路２１０を密閉させることができる。パッド２２０が第２ボディー２００にさらに強く密着できるように、前記パッド２２０は、弾性を有するゴムまたは合成樹脂で形成されてもよい。
パッド２２０には、パッド２２０を上下に貫通する複数個の孔が形成され得る。
本発明の一実施例によれば、前記孔は、流路２１０の端部と上下に重なるように配置される。言い換えると、パッド２２０に形成される孔は、一対ずつ組をなして流路２１０を介して連結され得る。
パッド２２０には、中心部の同一円周Ｃ１上に配置される複数の孔２２１、及び外郭部の同一円周Ｃ２上に配置される複数の孔２２１を備えることができる。
ピストン３００は、ピストンの上部ボディー３１０及びピストンの下部ボディー３２０からなることができる。
ピストン３００の上部ボディー３１０には、試薬とサンプルを混合できる内部空間が形成され、前記内部空間には、上下に移動するピストン３００の制御棒モジュールが配置され得る。
ピストンの制御棒モジュールは、核酸抽出装置の駆動部と結合される結合部３０１と、ピストンの内部空間に密着して上下に移動する密着部３０２とを含むことができる。
ピストンの下部ボディー３２０は、ピストンの上部ボディー３１０と結合して一つのボディーをなす。
ピストンの下部ボディー３２０は回転調節モジュール３３０と結合され得る。
図示によると、ピストンの上部ボディー３１０は、第１ボディー１００の中央部に形成された孔に挿入され、ピストンの下部ボディー３２０のシャフト３２４は、第２ボディー２００の中央部に形成された孔に挿入される。
前記ピストンの下部ボディー３２０のシャフト３２４は、第２ボディー２００の下端に結合される回転調節モジュール３３０と噛み合って固定される。
核酸増幅モジュール４００は、第１ボディー１００または第２ボディー２００と結合されてもよい。
核酸増幅モジュール４００の内部には内部流路２１０が形成され得、内部流路２１０の一端は、第２ボディー２００に形成される流路２１０のうち少なくともいずれか１つと重なるように形成され得る。
本発明の一実施例によれば、核酸増幅モジュール４００が任意に分離されないように核酸増幅モジュール４００を覆い、第１ボディー１００と第２ボディー２００を結合させる固定部材４１０が存在することができる。
第１ボディー１００は、多数個の試薬チャンバ１１０を含むことができ、それぞれのチャンバ１１０は、互いに隔離されるように形成される。
それぞれのチャンバ１１０の下端には、流路２１０の一端またはパッド２２０に形成された孔と重なるポートが形成される。ポートは、チャンバ１１０の用途に応じて、互いに異なる半径を有するように形成することができる。
各試薬チャンバ１１０は、単一の試薬チャンバの液体ポートを含んでいる。各試薬チャンバの液体ポートは、ゴムパッド２２０の液体ポート連結孔を介して、カートリッジの下部の液体流路と連結される。サンプルチャンバポート及びマスターミックスビーズチャンバポートには、それぞれ別途のサンプルチャンバとマスターミックスビーズチャンバ１１１が結合される。
サンプルチャンバポート同士は同一円周上に配置され、マスターミックスビーズチャンバポートは、異なる円周上に配置され得る。
サンプルチャンバには、サンプルの抽出に必要な複数個の乾燥ビーズが含まれ得、マスターミックスビーズチャンバには、核酸の増幅に必要な複数個の乾燥ビーズが含まれ得る。
サンプルチャンバ及びマスターミックスビーズチャンバは、それぞれサンプルチャンバポート及びマスターミックスビーズチャンバポートと連結され、各ポートは、パッドに形成された孔及びカートリッジの第２ボディー２００の流路と連結されることで、液体が移動することができる構造を形成する。
上述したカートリッジを用いた核酸抽出方法によれば、従来と異なる構造のカートリッジを用いて、複数の試料を一つのカートリッジ内で順次処理することが可能である。これを通じて、核酸抽出時間を短縮し、装置の構造を単純化することが可能である。
また、本発明の一実施例に係るカートリッジを用いた核酸抽出方法によれば、カートリッジ内の試薬チャンバに使用済みの廃液を排出することができるので、核酸抽出工程を効率的に行うことができるようになる。
以上で説明したカートリッジを用いた核酸抽出方法は、上述した実施例の構成及び方法に限定されるものではなく、上記実施例は、様々な変形が可能なように、各実施例の全部又は一部が選択的に組み合わされて構成されてもよい。

Claims (10)

  1. （ａ）ピストンの上部ボディーの内部空間に配置される制御棒モジュール及びピストンの下部ボディーに結合される回転調節モジュールに、核酸抽出装置の駆動部が連結されるステップと、
    （ｂ）回転調節モジュール及び制御棒モジュールを駆動させて、カートリッジの互いに分離された複数のチャンバから前記内部空間にサンプル及び試薬を順次吸入し、前記内部空間の混合液をカートリッジのチャンバに排出させるステップと、
    （ｃ）回転調節モジュール及び制御棒モジュールを駆動させて、カートリッジのマスターミックスビーズチャンバの内部の試薬をピストンの上部ボディーの内部空間に吸入した後、混合された試薬を核酸増幅モジュールに排出させるステップと、を含むことを特徴とするカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  2. 前記（ｂ）ステップにおいて、混合液は核酸捕捉フィルターを経て排出されることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  3. 前記（ｂ）ステップは、
    前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジのサンプルチャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させてサンプルチャンバ内のサンプルを上部ボディーの内部空間に吸入するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  4. 前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジの第１試薬チャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて第１試薬を上部ボディーの内部空間に吸入した後、サンプルと混合させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  5. 前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジの第２試薬チャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて第２試薬を上部ボディーの内部空間に吸入した後、混合させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  6. 前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーのフィルターポートとカートリッジの第２試薬チャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて混合液を第２チャンバポートに排出させるステップを含むことを特徴とする請求項５に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  7. 前記（ｂ）ステップは、前記試薬と異なる種類の試薬を順次吸入、混合、排出させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  8. 最後に吸入した試薬は、カートリッジのマスターミックスビーズチャンバに排出されることを特徴とする請求項７に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  9. 前記（ｃ）ステップは、
    前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーのフィルターポートとカートリッジのマスターミックスビーズチャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させて前記最後に吸入した試薬をマスターミックスビーズチャンバポートに排出させるステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
  10. 前記回転調節モジュールを駆動させてピストンの下部ボディーの液体ポートとカートリッジのマスターミックスビーズチャンバポートを重畳させ、前記制御棒モジュールを駆動させてマスターミックスビーズチャンバの内部の試薬を上部ボディーの内部空間に吸入した後、混合させるステップと、
    前記ピストンの上部ボディーの内部空間の試薬を増幅モジュールに移動させるステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のカートリッジを用いた核酸抽出方法。
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