JP2022528444A - 重合酵素連鎖反応システム - Google Patents

Abstract

本発明は重合酵素連鎖反応を具現する装置内で核酸の抽出と増幅反応および増幅された結果物をリアルタイムで検出できるシステム構造に対するものであり、内部に貯蔵された核酸抽出試薬を媒介として前記生体試料の核酸を抽出したり、追加的に重合酵素反応乾燥物と混合してＰＣＲ予備混合物を形成する核酸抽出カートリッジと前記核酸抽出カートリッジに挿入されて流路が連結される構造で結合し、前記核酸抽出カートリッジから抽出された核酸溶液やＰＣＲ予備混合物の印加を受けて、乾燥したプライマー／プローブ、またはプライマー／プローブを含むＰＣＲ反応乾燥物が収容された少なくとも１以上の反応ウェルに分散させて収容するＰＣＲプレート、前記ＰＣＲプレートの上部に配置され、前記反応ウェルＷに隣接して互いに異なる温度を印加する一対のヒーティングブロックを含む温度制御モジュールおよび前記ＰＣＲプレートの下部に配置され、前記反応ウェルＷで増幅された反応物の濃度をスキャニングするスキャニングモジュールを含んで構成される。

Description

本発明は重合酵素連鎖反応を具現する装置内で核酸の抽出と増幅反応および増幅された結果物をリアルタイムで検出できるシステム構造に関する。

時間と場所にかかわらずに患者の疾病を正確かつ迅速に診断するＰＯＣ（Ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｃａｒｅ）診断技術は、証拠基盤精密医学の非常に重要な技術として注目を浴びている。咳、下痢、高熱、生殖器異常などの疾病の症状を基準として、疾病の症状の原因となるすべての感染病原体を一度に短い時間で検査して原因病原体を確認し最適の抗生剤と治療剤を処方する症状基盤の現場診断は、未来精密医学の核心的な新技術であって、多くの研究がなされて発展しつつある。このような現場診断技術は、既存の妊娠を確認するための妊娠テストキット、血糖を確認できる血糖測定器のように、現場で非専門家によっても迅速かつ正確に診断することにその長所がある。現在の分子診断技術は多様な病原体を同時に検査できる多重検査法が開発されており、このような技術を活用して感染疾病で正確な原因を知り最適の処方を可能とすることによって、早期に疾病を治療して患者の回復期間を画期的に短縮して医療の質を高め、医療費用を節減する未来医学の核心的な技術として注目を浴びている。

しかし、現在の分子診断システムは結果の確認まで３時間以上が必要とされ、熟練した専門家が使用しなければならないため、現場で要求されるＰＯＣ分子診断のためには、複雑な核酸抽出過程とリアルタイム遺伝子増幅検査を全自動で遂行できる自動化された小型装置の開発が必須であり、専門担当者ではなくても容易に作動することができなければならない。

代表的な分子診断方法としては、重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）、以下、「ＰＣＲ」という。）を利用する方法がある。重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）は１９８５年Ｋａｒｙ Ｍｕｌｌｉｓによって発明された以来、特定のＤＮＡを迅速かつ容易に増幅できるため分子生物学と分子診断などに広範囲に使われている。ＰＣＲ／ＲＴ－ＰＣＲを利用すると、生体試料内に特定のＤＮＡ／ＲＮＡが存在するかどうかを確認できるため、ウイルスなどの病原性微生物感染の診断に多く利用されている。このＰＣＲ／ＲＴ－ＰＣＲ技術は、リアルタイム定量ＰＣＲ（ＲｅａｌｔｉｍｅＰＣＲ、ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ＰＣＲ）に発展することによってＰＣＲ終了と同時に結果が分かるため検査過程を簡素化して検査時間を大幅に減らしただけではなく、病原体の数を正確に秤量できるためＨＩＶ、ＨＣＶ、ＨＢＶウイルスなどの治療効果をモニタリングする標準診断法として使われている。また、特定疾病に関連した遺伝子の発現様相や遺伝子変移を検査できるため、疾病の診断に最も重要な技術として利用されている。

このようなＰＣＲを遂行するためには、生体試料からＰＣＲ反応を阻害する物質を除去して純粋な核酸を抽出する核酸抽出段階が必要である。核酸抽出過程は多段階で形成されており、生体試料および核酸抽出操作に熟練した技術が必要であり、手作業で遂行される場合は作業者のミスによる汚染問題などがあるため、ほとんど自動化された核酸抽出装備を使って分子診断がなされている。

ＰＣＲ反応および反応産物の検出のためにはリアルタイム定量ＰＣＲ装置が備えられていなければならないため、既存には主に大型病院や臨床検査専門機関で分子診断がなされていた。

最近研究開発を通じて核酸の抽出、ＰＣＲ反応および反応産物の検出の全過程を自動化して、専門的な技術がなくても容易にＰＣＲを利用できる多様な自動化システムおよびこれを利用する装置が開発されたことがある。

しかし、既存の装置は過度に高価であるか処理時間が多く必要とされ、一度に多様な検査を行い難い問題点がある。

ＰＣＲの基本原理を説明すると、ＤＮＡの二重螺旋を９５℃に加熱して単一の縒りに分離させた後、反応溶液をアニーリング温度で冷却させてＰＣＲ反応溶液に入っている増幅しようとする部位の両末端に相補的なプライマーが選択的に混成化されるようにすると、ＤＮＡ重合酵素がそれぞれの単一の縒りに相補的なＡ、Ｇ、Ｔ、Ｃの４種のｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅを順次連結して二重螺旋に作る反応を繰り返し遂行するのである。実験的にＰＣＲ反応溶液を加温、冷却することを反復的に３０～４５サイクル（ｎ）を遂行して、特定のＤＮＡ二重螺旋を２^ｎ個だけ幾何級数的に増幅させる反応である。ＲＴ－ＰＣＲ反応は逆転写反応を通じてｃＤＮＡを合成した後、ＰＣＲを通じて増幅できるようになることによってＲＮＡを検出するための方法として拡張された。

ＰＣＲが分子診断に本格的に活用されるために、新しく開発されたリアルタイム定量ＰＣＲの原理を説明すると、ＰＣＲ反応を利用して増幅されるＤＮＡの定量分析のために、ＤＮＡの量に比例して蛍光が発生する物質をＰＣＲ反応液に添加した後、各サイクルごとに蛍光を測定して臨界蛍光値が検出されるサイクルを捜し出してこれから初期のターゲット核酸の濃度を定量的に測定する方法である。

ＰＣＲが発明されて以来、多様な応用技術が開発される間、ゲノムプロジェクトを通じて数多くの病原体と疾病関連遺伝子塩基配列が知らされ、このような疾病関連ＤＮＡ／ＲＮＡ塩基配列を増幅して定性、定量で診断する分子診断が急速に発展してきた。既存のＰＣＲは温度を循環するにおいて２時間内外の時間がかかるため、現場診断のために、より迅速かつ正確にＰＣＲを遂行できる方法が持続的に開発されてきた（Ｌａｂ Ｃｈｉｐ、２０１６、１６、３８６６－３８８４）。

短い時間でＰＣＲ反応を遂行するためには反応溶液の温度を素早く変化させなければならない。また正確なＰＣＲ反応で望むターゲットのみを増幅するためには、プライマーが望むターゲットに特異的に付着するようにデザインされなければならず、ＰＣＲ温度循環反応でアニーリング温度を正確に調節しなければならない。

このためには、既存に実験室で一般的に使われている０．５、０．２ｍｌ反応器よりできるだけ熱容量が小さく、熱伝達が良い微細ＰＣＲ反応容器が開発された。このような微細反応器は、反応溶液を少なく使い、広い表面積を有しているため、素早く熱が伝達されて迅速な加熱と冷却が可能である。シリコンウェハーに１７×５ｍｍの大きさで４０－８０ｕｍの薄い反応溝にＰＣＲ溶液１０ｕｌを入れてガラス板で覆って表面積を高く維持してあげたが（＞１００ｍｍ^２／１０ｕｌ）、既存のＰｅｌｔｉｅｒ方式のｔｈｅｒｍａｌ ｂｌｏｃｋを使って一サイクルが約３分に時間を短縮させることは見せることができなかった（Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．４０／９、１８１５－１８１８（１９９４））。

ＰＣＲ反応器を素早く熱循環をさせるために高温水槽と低温水槽にＰＣＲ反応器を反復的に漬けて移していく方式が初期のＰＣＲ反応装置として開発された（Ｔｕｒｂｏ Ｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｅｒ．Ｂｉｏｎｅｅｒ Ｃｏｒｐ．Ｄａｅｊｅｏｎ）。このように温度が異なる区域に反応器を循環させるＰＣＲ装備は空間移動方式であって、予め正確に温度が維持されている恒温水槽に反応器を漬けることによって迅速かつ正確にＰＣＲ反応をさせることができる長所がある。しかし、多数の恒温水槽が必要であるため、装備が大きく維持管理が煩雑であるため、固定されたブロックでＰｅｌｔｉｅｒ素子などを利用して時間により温度を変える時間差温度循環方式を採択したＰＣＲ装備が主流をなしている。

微細流路を利用したＰＣＲ方式も空間移動温度循環方式と時間差温度循環方式で開発された。空間移動温度循環方式はＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ－Ｉｎ－Ｆｉｒｓｔ－Ｏｕｔ）方式で連続的に流れ出る開放された反応器方式と、異なる温度区間を反復的に移動する閉鎖型方式に大別することができる。開放型方式としては１９９４年にＮａｋａｎｏなどが温度が異なる区画を有する円筒形ブロックに毛細管を巻いて、ここに連続的にＰＣＲ溶液を流す方式で開発された（Ｂｉｏｓｃｉ．Ｂｉｏｔｅｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．、５８（２）、３４９－３５２、１９９４）。これを微細流路の形態で１９９８年高温と低温区間を繰り返し流れて通過する微細流路方式のＰＣＲ装備がＫｏｐｐなどによって１０ｕｌの溶液を４．５秒のサイクルで２０サイクル通過させてＰＣＲが進行されるｌｐｔｐを確認した（Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８０ １０４６－１０４８、１９９８）。

［先行技術文献］
韓国公開特許第１０－２０１６－００６７８７２号

したがって、本発明の主な目的は、生体試料から核酸の抽出、ＰＣＲ反応および多様な波長帯の励起光と該当蛍光をスキャニングを通じて全自動でターゲット核酸検出を遂行することができ、一度の作動で多数のターゲットを検査することができ、使用が手軽で、特に短い時間で正確な結果を得ることができる装置を提供するところにある。

ひいては、本発明の他の目的は、ＰＣＲ過程に必要な温度調節過程を熱変性過程に必要な温度と結合過程に必要な正確な温度を反応対象物に素早く反復的に印加可能にして迅速かつ正確なＰＣＲを可能として、反応の信頼性を最大化できる装置を提供するところにある。

前述した課題を解決するための手段として、本発明の実施例では、図１～図２３に掲示されたように、内部に貯蔵された核酸抽出試薬を媒介として前記生体試料の核酸を抽出する、核酸抽出カートリッジ１００；前記核酸抽出カートリッジに流路が連結される構造で結合し、前記核酸抽出カートリッジ１００で抽出された核酸溶液の印加を受けて、プライマーまたはプライマー／プローブまたはプライマープローブが含まれたＰＣＲ混合物乾燥物が収容された少なくとも１以上の反応ウェルに収容するＰＣＲプレート２００；および前記ＰＣＲプレート２００の上部に配置され、前記反応ウェルＷに隣接して互いに異なる温度を印加し、水平動作および上下移動動作が可能な一対のヒーティングブロック３１０、３２０を含む温度制御モジュール３００を含む重合酵素連鎖反応システムを提供できるようにする。

本発明の実施例によると、生体試料から核酸の抽出、ＰＣＲ反応および多様な波長帯の励起光と該当蛍光スキャニングを通じてのリアルタイム反応産物の検出を自動化して遂行することができ、一度の作動で多様な検査が可能であり、使用が手軽で、特に短い時間で正確な結果を得ることができる装置を提供することができる。

また、本発明の実施例によると、ＰＣＲ過程に必要な温度調節を熱変性段階と結合に必要な正確な温度を反応対象物に素早くリアルタイムで一度に印加可能にして正確なＰＣＲを可能とすることによって、反応の信頼性を最大化できる効果がある。

すなわち、従来の反応液を移動させて温度を上昇させる温度制御方式の場合、温度を均一に増加させることができないためＰＣＲ反応に不利となり、反応液が移動しながら順次的な温度の増加をもたらすことになる方式で反応物全体に同時に温度均一化を具現できないため異なる反応が起きる可能性が高くなる問題を一掃して、ヒーティングブロックに設定された温度範囲を恒温状態に維持し、反応液全体に直接加圧して温度を増加させる方式でＰＣＲ反応に必要な温度の増加を非常に効率的に具現することができる。

さらに、温度を高温から低温に変化させる過程も時間の遅延を最小化するために、ブロック状のヒーティングブロック構造物を並んで離隔するように配置し、ＰＣＲプレートを加圧する場合、ヒーティングブロックの位置を変更して、個別的に互いに異なる温度を有するヒーティングブロックにリアルタイムで加圧がなされるようにするところ、温度変化の過程で必要な時間の遅延による問題を画期的に解消できることになる。

ひいては、ＰＣＲプレートを核酸抽出カートリッジに挿入型構造で具現して、核酸抽出カートリッジは共通で使用し、多様な検査キットに使われるＰＣＲプレートを少ない空間に保管して検査時に適合なＰＣＲプレートを必要に応じて挿入して使うことができる。ＰＣＲプレート内に備えられる一個の反応ウェルで最大６個の蛍光値を分析できるようにし、必要に応じてＰＣＲプレートの反応ウェルを８個まで増加させることができるため、症状に関連した患者の生体試料に含まれている可能性があるすべての病原菌を増幅して検出できるため、症状基盤の多重分子診断検査を提供できるようにする。

また、本発明の実施例によると、恒温プレートを第１温度と第２温度の勾配を有する領域に分画し、駆動モジュールを通じてヒーティングブロックの加圧時に前記ヒーティングブロックの温度に対応する設定温度（第１温度または第２温度）を有する領域が対応するように移動して、ＰＣＲプレートの上下面に同時に接触加圧を遂行するようにすることによって、単一温度に維持される恒温プレート方式に比べて２倍の効率を具現できる効果もある。

また、移動型恒温プレート構造を具現するにおいて、駆動動作を進める構成でスライディングテープを使って製品の構成と移動の信頼性を確保できるようにし、ターゲット内に入っているプレートの加熱時間を上下面同時に具現される方法を採択するため、検査時間を１／２に減らし得る長所も具現される。

本発明の実施例に係る重合酵素連鎖反応システムを構成する要部の構成を図示したブロック構成図である。 本発明での温度調節モジュール３００の構造を説明するための図面を図示したものである。 本発明での温度調節モジュール３００の構造を説明するための図面を図示したものである。 本発明での温度調節モジュール３００の構造を説明するための図面を図示したものである。 本発明での温度調節モジュール３００の構造を説明するための図面を図示したものである。 本発明での温度調節モジュール３００の構造を説明するための図面を図示したものである。 本発明での温度調節モジュール３００の構造を説明するための図面を図示したものである。 本発明に適用されるＰＣＲプレート２００の一実施例を図示したものである。 本発明に適用される恒温プレートと水平移動駆動モジュールの構造および作動を説明するための概念図である。 本発明に適用される恒温プレートと水平移動駆動モジュールの構造および作動を説明するための概念図である。 本発明に適用される恒温プレートと水平移動駆動モジュールの構造および作動を説明するための概念図である。 本発明に適用される恒温プレートと水平移動駆動モジュールの構造および作動を説明するための概念図である。 本発明の核酸抽出カートリッジの斜視概念図であって、前述したＰＣＲプレートが挿入結合された構造を図示したものである。 図１３の分離斜視図である。 図１４の構造でカートリッジ蓋部Ｒ１の内部構造を図示したものである。 図１４の構造の結合状態を透視図で図示したものである。 本発明のカートリッジ構造の下部の作動状態を図示したものである。 本発明のカートリッジ構造の下部の作動状態を図示したものである。 本発明のカートリッジ構造の下部の作動状態を図示したものである。 前述した本発明である重合酵素連鎖反応システムを構成する装置の全体的な構造と配置構成を図示したものである。 図２０で本発明の主要部の結合配置図を拡大したものである。 図２１の部分の垂直断面概念図を図示して要部の構成の配置を提示したものである。 図２２の側面斜視断面概念図を図示したものである。

本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すると明確となるであろう。しかし、本発明はここで説明される実施例に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。かえって、ここで紹介される実施例は開示された内容が徹底かつ完全となり得るように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供されるものである。

本出願で使った用語は単に特定の実施例を説明するために使われたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

図１は、本発明の実施例に係る重合酵素連鎖反応システム（以下、「本発明」という。）を構成する要部の構成を図示したブロック構成図である。

図１を参照すると、本発明の実施例に係る重合酵素連鎖反応システム（以下、「本発明」という。）は、ＰＣＲ過程に必要な温度調節過程を熱変性（ｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎ）過程に必要な温度と結合過程（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）に必要な正確な温度を、反応対象物に時間的な差がなくリアルタイムで一度に印加可能にして正確なＰＣＲを可能とし、反応の信頼性を最大化できるように、ＰＣＲ反応プレートに接触して特定温度を印加するヒーティングブロック構造物で具現される温度調節モジュールを具備することを特徴とする。

このような本発明に係る温度調節モジュールは、温度を第１温度から相対的に低温である第２温度またはこの逆の過程で第２温度から相対的に高温である第１温度に具現するのに必要とされる、時間の遅延を最小化するように、第１温度と第２温度にそれぞれ設定されたヒーティングブロックの位置を変更してリアルタイムでＰＣＲ反応プレートに加圧がなされるようにするところ、温度変化の過程で必要な時間の遅延による問題を画期的に解消することができるようになる。

さらに、本発明ではＰＣＲプレートの下部に配置され、スライディング方式で水平移動する構造で動作する恒温プレート構造物をさらに具備するように具現することができる。この場合、前記ＰＣＲプレートの温度を第１温度または第２温度に維持する恒温プレート構造物で温度変化条件の印加に必要な所要時間を最小化して反応速度を最大化できるようにする。

具体的には、本発明は、内部に貯蔵された核酸抽出試薬を媒介として前記生体試料の核酸を抽出し、ＰＣＲ予備混合物または鋳型物を形成する核酸抽出カートリッジ１００、前記核酸抽出カートリッジに挿入されて流路が連結される構造で結合し、前記核酸抽出カートリッジ１００で抽出されたＰＣＲ予備混合物または鋳型物の印加を受けて、プライマー／プローブまたはプライマー／プローブが含まれたＰＣＲ乾燥物が収容された少なくとも一個以上の反応ウェルに分散させて収容するＰＣＲプレート２００、前記ＰＣＲプレート２００の上部に配置され、前記反応ウェルＷに隣接して互いに異なる温度を印加する一対のヒーティングブロック３１０、３２０を含む温度制御モジュール３００を含んで構成され得る。

本発明は前述した構成を通じて、核酸抽出カートリッジを通じて専門家ではなくても望む試料を投入して自在に核酸抽出がなされ得るようにする便宜性を提供するとともに、ＰＣＲプレート２００に加えられる増幅に必要な温度循環を薄いフィルムと圧着を通じてＰＣＲプレート内の反応溶液に直接目標温度を印加できるヒーティングブロック構造物を利用して、迅速かつ精密な温度制御を可能とすることができる。

また、スキャニングモジュールを通じて、リアルタイムでＰＣＲプレートの下部で多様な波長帯の励起光と該当蛍光スキャニングを通じて反応物に対する検出作業がなされるように一つのシステムで具現された重合酵素連鎖反応（以下、「ＰＣＲ」という。）装置を提供できるようにすることができる。

図２～図７は、本発明での温度調節モジュール３００の構造を説明するための図面を図示したものである。

図２および図３は、本発明の温度調節モジュールの斜視概念図を図示したものである。

図２および図３を参照すると、前記温度調節モジュール３００は生体試料の核酸を抽出し、重合酵素と混合してＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）予備混合物または核酸抽出物を核酸抽出カートリッジから注入を受けて収容するＰＣＲプレート２００に対して一定の温度制御を遂行する機能を遂行する。

具体的には、前記温度制御モジュール３００は、ＰＣＲプレート２００に具現される反応ウェルＷの表面に対応する第１加圧面Ｇ１が具現され、加熱ユニットによって熱変性（ｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎ）に必要な温度（以下、「第１温度」）の範囲で設定された温度に維持される第１ヒーティングブロック３１０を具備する。これとともに、前記第１ヒーティングブロック３１０と対応する位置に離隔して配置され、前記反応ウェルの表面に対応する第２加圧面Ｇ２が設けられ、加熱ユニットによって結合（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）に必要な温度（以下、「第２温度」）の範囲で設定された温度に維持される第２ヒーティングブロック３２０を具備して構成される。特に、前記第１ヒーティングブロック３１０と、前記第２ヒーティングブロック３２０の構造物は水平動作および上下移動動作が可能なように具現され得るようにする。

好ましい実施例では、前記第１ヒーティングブロック３１０と、前記第２ヒーティングブロック３２０は立体形構造を具備し、下部面に平たい構造の加圧面を具備するようにすることができ、第１ヒーティングブロック３１０と、前記第２ヒーティングブロック３２０は互いに離隔するように配置され得、それぞれ異なる温度範囲の温度を有するようにすることができる。

具体的には、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は、図２および図３に図示されたように、互いに向かい合う構造で対向配置され、全体的に上部面には平たい構造の加圧機能を遂行するための構造で具現され、その上の部分は直六面体の立体形構造で備えられ得る。直六面体の立体形構造の具現は一つの実施例であり、加圧のための平たい構造の加圧面を具備する形状であればいかなる立体形状を具備しても本発明の要旨に含まれると言える。

また、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は側面に配置されるものの、隣接した面は互いに離隔する構造で具現され、それぞれが互いに異なる設定温度を具備するように維持され得る。

例えば、第１ヒーティングブロック３１０の前記第１温度は二重螺旋ＤＮＡ（生体試料から抽出されたＤＮＡを含む）を分離させる熱変性段階（ｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎ）に適用する温度であって、９４～９６℃の範囲で設定され得る。本発明の好ましい一例では、９５℃に維持されるようにすることができる。

さらに、第２ヒーティングブロック３２０の前記第２温度は、分離された鋳型ＤＮＡにプライマーが結合されるようにするプライマー結合段階（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）に必要な温度であり、５０～６５℃の範囲で設定され得る。本発明の好ましい一例では、５５℃に維持されるようにすることができる。

前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は、内部に水や熱伝達流体を収容する方式ではなく熱容量が大きく熱伝達効率が良い金属材質の胴体を具備する構造で具現されて、内部の加熱ユニットによって設定温度に常時維持が可能である。このために、内部に温度センサを装着して一定に温度を維持できるように加熱ユニットは温度調節を通じて制御されなければならない。

すなわち、前記ＰＣＲプレート２００にＰＣＲ予備混合物が注入される場合、前記第１温度の適用が必要な時期には前記第１ヒーティングブロック３１０が水平移動して前記ＰＣＲプレート２００の表面に隣接することになる。すなわち、第１加圧面Ｇ１は平たい構造の平板の構造であるため、ＰＣＲプレート２００の全表面に同時に同一の温度で同一の加圧力で加熱が可能となるところ、全体の試料に均一な温度の伝達が可能となる。

また、結合段階に必要な前記第２温度の適用が必要な時期には第２ヒーティングブロック３２０が水平移動してＰＣＲプレートの上部に位置することになり、ＰＣＲプレート２００の全表面に同時に同一の温度で同一の加圧力で加熱を可能とする。

すなわち、設定温度反応を準備する別途の時間が不要であり、簡単な水平動作によってＰＣＲプレート２００の全表面に同時に同一の温度で同一の加圧力で加熱が可能な方式で駆動することになるところ、既存の設定温度を制御するための方式に比べて迅速かつ精密なＰＣＲ反応を導出できるようになる。

また、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は互いに異なる温度で設定されているため、常時的に第１ヒーティングブロックによって第２ヒーティングブロックが輻射熱、伝導熱によって加熱され得ることを勘案して、二つの構造物の間の離隔空間に冷却効果を具現できる冷却ファンユニット３４０を具備できるようにする。

前記第２ヒーティングブロック３２０は相対的に第２温度、例えば、５５℃のアニーリング温度を維持できるようにすることが重要であるところ、第１ヒーティングブロック３１０の熱干渉を最小化しあふれる熱を容易に冷却ファンユニットによって発散できる発散型冷却パターンを上部に具備することができる。このような一例として、本発明では、前記第２ヒーティングブロック３２０に第２加圧面Ｇ２の側面部に具現される温度調節パターン部３２１をさらに含むようにすることができる。前記温度調節パターン部３２１は上部に突出形のパターンが多数具現される構造であり、空気との接触表面積を広げて熱発散効率を高め得るため、一定の低温を維持するのに有利とする。

前述した本発明はＰＣＲ反応を具現する反応試料を移動したり時間設定を通じて他の加熱領域に移動させる方式とは異なり、反応試料を固定した状態で上部で全体的に同時に均一な温度を高めることができるようにヒーティングブロック構造を適用して、第１温度および第２温度の正確な伝達が具現できるようになる。

併せて、本発明での前記第１ヒーティングブロック３１０や第２ヒーティングブロック３２０は、水平動作または上下移動動作を具現する駆動モジュール３３０と連動するようにすることが好ましい。前記駆動モジュール３３０は前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０を貫通するガイド部材３3１、３3２を含み、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は前記ガイド部材３3１、３3２に沿って上下移動を遂行するようにすることができる。

すなわち、本発明での前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は互いに離隔して配置され、前記駆動モジュール３３０の動作により互いに交差して上下移動を具現することになる。さらに、前記ガイド部材３3１、３3２の下部に配置される弾性部材Ｓ１、Ｓ２をさらに含むようにして、ヒーティングブロックがＰＣＲプレートを加圧する場合、適切な弾性力を与えて緩衝作用ができるようにすることが好ましい（図５参照）。

また、本発明の実施例では、前述した温度調節モジュールと連動する恒温プレート３５０をさらに含んで具備できるようにする。

また、本発明の実施例では、前述した温度調節モジュールと連動する恒温プレート３５０をさらに含んで具備できるようにする。

前記恒温プレート３５０は図２および図３に図示されたように、温度調節モジュール３００を構成するヒーティングブロック３１０、３２０構造物の下部に配置され、ＰＣＲプレート２００が進入した後、上部で温度調節モジュール３００の第１ヒーティングブロック３１０や第２ヒーティングブロック３２０が水平動作と上下移動動作によってＰＣＲプレートを加圧する場合、第１ヒーティングブロック３１０や第２ヒーティングブロック３２０の温度と同一の温度を有するように機能できるようにする。

このために、前記恒温プレート３５０は、前記ＰＣＲプレート２００の下部に水平移動する水平移動駆動モジュール４００をさらに含んで構成されるようにする。

このために、前記恒温プレート３５０は、前記ＰＣＲプレート２００の下部に水平移動する水平移動駆動モジュール４００をさらに含んで構成されるようにする。

前記水平移動駆動モジュール４００は、図２および図３に図示されたように、恒温プレート３５０の一端に結合する移動バー４２０と駆動モータ部４１０、そして前記駆動モータ部４１０の回転力を前記移動バー４２０の水平移動力に切り換える切り換えプレート４３０を含んで構成され得る。

このような水平移動駆動モジュール４００は前記恒温プレート３５０を前述した温度調節モジュール３００の下部方向に水平移動できるようにし、特に、本発明の実施例に係る前記恒温プレート３５０は、第１温度で加温される第１領域と、前記第１領域と離隔する第２温度で加温される第２領域に区画される構造で具現され得る（図２１～図２３部分の説明参照）。

特に、本発明の好ましい実施例では、前記温度制御モジュール３００と前記恒温プレート３５０は前記ガイド部材３3１、３3２を媒介として互いに一体型に具現されるようにすることができる。

すなわち、水平移動駆動モジュール４００が駆動する場合、前記恒温プレート３５０と前記ヒーティングブロック３１０、３２０を含む温度調節モジュール３００が共に移動できるようにすることができる。

この場合、前記恒温プレート３５０は、第１温度で加温される第１領域と、前記第１領域と離隔する第２温度で加温される第２領域を含み、前記第１ヒーティングブロック３１０の第１加圧面Ｇ１は前記第１領域の上部に対応するように配置されるようにして、同時に同一の温度で上下で恒温プレート３５０とヒーティングブロック３１０、３２０の間にＰＣＲプレート２００を配置して加圧がなされるようにすることができる。

すなわち、本発明の実施例では、前記恒温プレート３５０を第１温度と第２温度の勾配を有する領域に分画し、水平移動駆動モジュール４００を通じてヒーティングブロックの加圧時に前記ヒーティングブロックの温度に対応する設定温度（第１温度または第２温度）を有する領域が対応するようにスライディング構造で水平移動して、ＰＣＲプレートの上下面に同時に接触加圧を遂行するようにすることによって、単一の温度に維持される恒温プレート方式に比べて２倍の効率を具現することになる。

図４は図３での温度調節モジュールを後方から見た横断面図であり、図５は温度調節モジュールを前方から見た横断面図を図示したものである。

このように、本発明の温度調節モジュール３００は前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０の水平動作または上下移動動作を具現する駆動モジュール３３０を具備して、このようなヒーティングモジュールの動作を自動化できるようにする。

図２～図５を参照すると、前記駆動モジュール３３０は、第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０を上下移動させる動作を遂行し、同時に水平移動駆動モジュール４００は前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０を水平移動させて、ＰＣＲプレート２００上の前記反応ウェルの表面に接する部分を前記第１加圧面Ｇ１または第２加圧面Ｇ２に変更させることができるようにする。

前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は互いに離隔した状態で並んで配置される構造であり、それぞれにはガイド溝（３１２、３２２；図２参照）が貫通構造で設けられ、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は前記ガイド溝を貫通するガイド部材３３１、３３２に装着されることになる。これを通じて、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０は前記ガイド部材３３１、３３２に沿って上下移動を遂行し、ＰＣＲプレートを上部で加圧できるようになる。

もちろん、この場合、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０の下部には恒温プレート３５０が配置され、それぞれのヒーティングブロックが具備した第１温度または第２温度と同一の温度を有する領域を対応させて、ＰＣＲプレートを上下で加圧できるようにする。

前述した通り、本発明での温度制御モジュール３００はＰＣＲプレート２００内のＰＣＲ対象物全体に、第１温度と第２温度をＰＣＲプレート表面全体にすぐに印加できるようになる長所が具現され、印加速度の側面および反応効率の側面で卓越した効果を具現できるようになる。

また、前記温度制御モジュール３００のヒーティングブロックの構造物は、常時水平移動が可能な上部に位置するようにし、ＰＣＲプレートと圧着する場合にのみ下部に降りてくる構造である。

このような構造を具現するために、前記駆動フレームの内部に内挿される構造で配置されて圧着しない場合、常時上部に上昇するようにする復原力を有する第１弾成部材Ｓ１）を含むことができるようにする。本発明では、また、前記ＰＣＲプレート２００に接して加圧を具現する場合、過度の加圧力を印加することを防止するために加圧する力を伝達する第２弾成部材３３５を具備した（図５）。前記第２弾成部材３３５は図示された実施例では板スプリング構造物で具現されて、下部方向への第１および第２ヒーティングブロックが加圧される場合に一定の緩衝力を発揮して、過度の加圧力がＰＣＲプレートの表面に印加されないように制御できることになる。

また、本発明のシステム構造において、ＰＣＲプレート２００は上面に反応ウェルが具現される板状構造物の形態を具備するが、この場合、前記ＰＣＲプレート２００は一定の温度、例えば第２温度（ｅｘ：５５℃）の範囲を維持できるように下部に恒温プレート３５０構造物をさらに含んで構成されるようにする。

これは、本発明の温度制御モジュール３００により第１温度（（ｅｘ：９５℃）の第１ヒーティングブロックを密着して温度を上昇させる場合や、第２温度（ｅｘ：５５℃）の第２ヒーティングブロックを密着する場合、ＰＣＲプレート２００が目標温度に素早く到達しないと内部増幅効率が大幅に良くならないためである。

したがって、本発明の実施例では、前記ＰＣＲプレート２００の下部に配置されて、前記ＰＣＲプレート２００の温度を前記第２温度に維持する恒温プレート３５０をさらに含んで構成されるようにすることが好ましい。

特に、前記恒温プレート３５０構造物を具備するものは固定型で装着し、一定に設定された温度を印加する方式で具現してもよいが、前述したように、恒温プレート３５０自体を区画して第１温度および第２温度を印加する領域に区分し、恒温プレートを水平移動できる構造で具現され得るようにすることがさらに好ましい。

図６は図２の構造で恒温プレート３５０を水平移動駆動モジュール４００を通じて温度調節モジュールの下部に水平移動させて進入させた様子を図示した図面であり、図７は図６の動作で恒温プレート３５０を外側に水平移動させて温度領域に変更を与えた様子を図示したものである。

すなわち、図６の構造においては、第１ヒーティングブロック３１０が第１温度を印加するように配置されると、恒温プレート３５０での第１領域が第１ヒーティングブロックと共にＰＣＲプレートの下部に水平移動して配置されて、前記第１ヒーティングブロック３１０が前記ＰＣＲプレートの上部面と向き合うように対応し、その後図７のように、前記第２領域が第２ヒーティングブロックと共にＰＣＲプレートの下部に水平移動して配置される場合、前記第２ヒーティングブロックが水平移動して前記ＰＣＲプレートの上部面と向き合うように対応するように作動する様子を図示したものである。

前記恒温プレート３５０の水平移動動作はスライディング方式で具現されるものの、前記恒温プレート３５０の側面部と接触するスライディングテープと接触して移動するように具現することができる。

また、図６および図７を参照すると、これは本発明に係る温度制御モジュールの底面を図示した概念図であり、図示されたように、恒温プレート３５０は前記ＰＣＲプレート２００と下部のスキャニングモジュール（図示されず：図１の符号５００）の間に配置されるようにして、前記スキャニングモジュールから照射される励起光が照射して前記ＰＣＲプレート２００に伝達され、蛍光が検出されるように前記スキャニングモジュール５００の光が誘導される光透過部ｈが貫通構造で多数設けられ得る。

したがって、本発明では、前述したスキャナを装着した一体型システムで核酸抽出、ＰＣＲ過程と検出過程を一つのシステムの中で具現することができ、多様な疾病診断に適用が可能なように分離型ＰＣＲプレート構造物を具現できるようにする。

図８は、本発明に適用されるＰＣＲプレート２００の一実施例を図示したものである。

図８を参照し、前述した図２および図３の概念図を参照すると、本発明に係る前記ＰＣＲプレート２００は、プレート状の表面にプライマー乾燥物が収容される少なくとも１以上の反応ウェルＷ１．．．．Ｗｎが具現される胴体部２１０と、前記胴体部２１０の一端から延び、前記核酸抽出カートリッジ１００に内挿される構造で結合する。

特に、前記核酸抽出カートリッジ１００で引き込まれるように前記ＰＣＲ予備混合物が注入される注入ホールｈ１を具備する挿入部２２０が具現される構造で具現され得る。また、前記ＰＣＲプレート２００は前記注入ホールｈ１と連結されて前記多数の反応ウェルで連結されるように前記胴体部の表面に設けられる流路部２３１を具備する連結部２３０が設けられる構造で具現され得るようにする。

具体的には、前記ＰＣＲプレート２００は、図８に図示されたように、多数の反応ウェルＷ１．．．．Ｗｎが具現される胴体部２１０を具備する。この場合、前記反応ウェルの場合、図示された構造では８個の反応ウェルを具備する構造で具現されたが、これに限定されるものではなく、少なくとも１個以上の個数を具備する構造で具現できることはもちろん、反応ウェルの構造も胴体部２１０の表面を加工して凹んだパターン構造で具現することも可能である。

特に、本発明の好ましい実施例では、図８のように胴体部２１０の表面領域に一定の前記反応ウェルの領域を区画する隔壁パターン２１５が突出する構造で設けられるようにし、前記反応ウェル内に乾燥された状態で備えられるプライマーと核酸抽出カートリッジで注入されるＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）予備混合物が反応ウェル内で分散されて混合され得るようにする。

また、前記ＰＣＲプレート２００は、前記多数の反応ウェルの上部を密封するカバー部材（図示されず）を含んで構成され、前記カバー部材は光透過性がある透明な材質のフィルム素材を適用することができる。

前記カバー部材が反応ウェルの表面に密着して反応ウェル内部を空洞部に具現することになると、後程核酸抽出カートリッジで注入されるＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）予備混合物は前記空洞部に存在する空気層を押し出しながら反応ウェルの内部に注入されることになる。

特に、本発明では、図８の構造のように、前記胴体部２１０内の反応ウェルと連結される流路部２３１が具備され得るようにする。前記流路部は、注入ホールｈ１と連結される始点２３１から前記胴体部２１０を経由して前記胴体部の末端部２３２まで延長されるように具現されるものの、前記末端部２３２で前記挿入部と反対となる方向の前記多数の反応ホールの端部とそれぞれ連結されるように具現され得るようにする。

すなわち、図２でのように、挿入部の下部に設けられる注入口ｈ１を通じて核酸抽出カートリッジが注入されることになる場合、流路の始点２３１から胴体部を横切る方向ｘ１に流路が具現され、胴体部の末端の地点で左右に分枝してそれぞれの反応ウェルに入口と連結されるように具現することができる。このように流路を形成する理由は、カバー部材によって密封される反応ウェル領域には内部に空気層が微量存在することになって、注入されるＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）予備混合物が図８の構造のように胴体部の中心線ｃｘを基準として、下部領域Ｃｂから満ちてくることになり、空気層は胴体部の上部領域Ｃａに押し出されて上がることになる。

したがって、相対的に反応ウェルの下部領域ＣｂにＰＣＲ反応がなされる混合物が配置されることになり、これは本発明のヒーティングブロックが加圧を遂行する領域とスキャナモジュールの検出を遂行する領域が、装備の特性上図８のように下部領域Ｃｂでなされることになるため、検出の精密度やＰＣＲ反応の効率性、温度制御の効率性のすべてを高め得るようにすることができる。

また、本発明で前記ＰＣＲプレート２００は光透過性が高い合成樹脂材で具現されるようにすることが好ましい。これは前述したスキャナモジュールの機能に応じて光透過性が高い材質で構成して検出の効率性を高め得るようにするためである。

このような材質としては、透明ＰＰ．ＰＥ、ＰＰＡ、ＰＭＭＡ、ＰＣなどの多様な合成樹脂材を適用できるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、一定の光透過性を確保できる材質であれば適用が可能であると言える。

ただし、前記ＰＣＲプレート２００は下部の恒温プレートで印加される熱願によって一定の温度を維持できるようになり、反応ウェル内に充填されるＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）予備混合物または核酸溶液と乾燥されたプライマー／プローブまたはこれらを含むＰＣＲ反応物に直接印加される温度制御モジュールの温度維持の効率性のために、前記胴体部２１０の厚さは１．０ｍｍ～３．０ｍｍの範囲で具現され得るようにする。１．０ｍｍ未満の厚さでは、第１温度を設定する高温の熱が胴体部の下部まで容易に伝達されて恒温プレートとの熱干渉がなされて温度制御が容易でなく、３．０ｍｍを超過する場合には、反応ウェルに収容される物質に対する温度制御は容易であるが、下部の恒温プレートの温度制御が難しくなるため一定の温度維持が難しい短所が発生することになる。

すなわち、本発明では、図４および図５で前述したように、前記第１ヒーティングブロック３１０と前記第２ヒーティングブロック３２０を水平移動させて前記反応ウェルの表面に接する前記第１加圧面Ｇ１または第２加圧面Ｇ２は、前記隔壁パターン２１５の上部面と前記隔壁パターンをカバーするカバー部材と接触する構造で加圧して、設定温度を第１温度や第２温度にして反応水の温度を制御することになる。

また、前記ＰＣＲプレート２００に対して温度循環をさせる場合、図２および図３の構造による温度調節モジュールで、第１温度に上げるためには第１ヒーティングブロックがＰＣＲプレートの上部面と向かい合うように水平移動し、ＰＣＲプレートの下部面は前記恒温プレートの第１領域が第１ヒーティングブロックとともに水平移動した後に第１ヒーティングブロックが下に移動して接触加圧され、第２温度に下げるためには前記ＰＣＲプレート２００の上部面が前記第２ヒーティングブロックと向かい合うように水平移動し、ＰＣＲプレート２００の下部面では、前記恒温プレートの第２領域が第２ヒーティングブロックとともに水平移動した後に第２ヒーティングブロックが下に移動して接触加圧され、前記ＰＣＲプレート２００の上下面に同時加温と冷却がなされるように駆動されるようになる。本発明では、恒温プレート３５０と前記第１および第２ヒーティングブロック３１０、３２０が一体に水平移動を共にする構造で具現されるところ、ＰＣＲプレート２００の上下部の加圧は同時に同一の温度で具現され得ることは言うまでもない。

このような動作により、ＰＣＲプレートの上下面に同時に接触加圧を遂行するようにすることによって、単一の温度に維持される恒温プレート方式に比べて２倍の効率を具現することができるため、ターゲット内に入っているプレートの加熱時間を上下面同時に具現される方法を採択するため検査時間を１／２に減らし得る長所が具現される。

図９～図１２は、このような恒温フロイトと水平移動駆動モジュールの構造および作動方式を詳細に説明するための図面である。

図９は図２および図３で恒温プレート３５０が装着された構造を図示したものであり、図１０は恒温プレートの構造のみを分離した構造を図示したものである。

図９および図１０を参照すると、本発明の実施例に係る恒温プレート３５０は、図２および図３に図示された温度調節モジュールを構成するヒーティングブロック構造物の下部に配置され、ＰＣＲプレート２００が配置された後、上部で温度調節モジュール３００の第１ヒーティングブロック３１０や第２ヒーティングブロック３２０が水平動作と上下移動動作によってＰＣＲプレートを加圧する場合、第１ヒーティングブロック３１０や第２ヒーティングブロック３２０の温度と同一の温度を有するように機能できるようにする。

前記恒温プレート３５０は、図９に図示されたように、第１温度を維持する前記第１領域ａ１と第２温度を維持する前記第２領域ａ２を画する離隔部ＳＳが設けられ、前記離隔部ＳＳの両側端ａ３、ａ４を基準として前記第１領域とａ１前記第２領域ａ２が連結される構造で具現される。

前記恒温プレート３５０の一端にはコネクター構造物Ｃａ、Ｃｂが装着されて電源の印加または制御信号を伝達できるようにする。

特に、前記恒温プレート３５０の水平移動動作はスライディング方式で具現されるものの、前記恒温プレート３５０の側面部と接触するスライディングテープと接触して移動するように具現して、構造の簡素化を具現することはもちろん、移動性を増進できるようにする。

この場合、第２領域ａ２部分には透過ホールＨを形成して増幅された反応物の濃度をスキャニングするスキャニングモジュール５００の検出光を透過できるように具現してもよい。

前記第１領域ａ１と前記第２領域ａ２には温度センサＳａ、Ｓｂを設けて該当領域の温度を測定して制御管理できるようにすることができる。

図１１は図１０の下部面を図示したものであり、制御信号と電源を印加する接続コネクター部Ｃｃ、Ｃｄが設けられ、温度センサＳａ、Ｓｂを設けて第１温度および第２温度の恒温維持を具現できるようにする。

恒温プレートの第１領域や第２領域の温度維持は、多様な加熱手段、熱線や加熱抵抗体などの多様な手段をプレートの内部に装着する方式を使ってもよいが、本発明の好ましい実施例では、エポキシ印刷回路に電極と温度センサ回路を具現して電極間に発熱ペイントを塗布した後、第１領域と第２領域に該当する金属板をそれぞれの温度センサと発熱ペイントに密着するように接着してこのような効果を具現できるようにする。

図１２は、図６および図７で前述した作動方式をさらに具体的に説明するための上部平面概念図である。

本発明では、前記ＰＣＲプレート２００の下部に前記恒温プレート３５０を、水平移動する水平移動駆動モジュール４００をさらに含んで構成されるようにする。

前記水平移動駆動モジュール４００は、図２および図３に図示されたように、恒温プレート３５０の一端に結合する移動バー４２０と駆動モータ部４１０、そして前記駆動モータ部４１０の回転力を前記移動バー４２０の水平移動力に切り換える切り換えプレート４３０を含んで構成され得ることは前述した通りである。

図１２に図示されたように、核酸抽出カートリッジに挿入されて流路が連結される構造で結合し、前記核酸抽出カートリッジ１００から抽出された核酸溶液は注入ホールｈ１に注入されることになり、注入された抽出核酸溶液はその後、プライマーまたはプライマー／プローブまたはプライマープローブが含まれたＰＣＲ混合物乾燥物が収容された少なくとも１以上の反応ウェルに注入させて収容するＰＣＲプレート２００に移動することになる。

その後、前記ＰＣＲプレート２００の反応ウェル部分に第１温度または第２温度を形成するための本発明の温度調節モジュール３００の第１ヒーティングブロック３１０や第２ヒーティングブロック３２０が下降することになる。

この場合、水平移動駆動モジュール４００は前記恒温プレート３５０と温度調節モジュール３００を共に水平移動することになり、ＰＣＲプレートは前記恒温プレート３５０と温度調節モジュール３００の間で内挿される構造で配置されることになる。

前記水平移動駆動モジュール４００を通じて水平移動したヒーティングブロックが前記ＰＣＲプレートを加圧時、前記ヒーティングブロックの温度に対応する設定温度（第１温度または第２温度）を有する恒温プレートの第１領域または第２領域が自然に対応するように配置されることになる。

すなわち、恒温プレート３５０の前記第１領域ａ１がＰＣＲプレート２００の下部に水平移動して配置される場合、前記第１ヒーティングブロック（図２、３１０）が同時に水平移動することになり、前記ＰＣＲプレートの上部面と向き合うように対応し、この後、ヒーティングブロックが下降してＰＣＲプレートの上部面と接触することになる。

また、前記第２領域ａ２がＰＣＲプレートの下部に水平移動して配置される場合、前記第２ヒーティングブロック（図２、３２０）が同時に水平移動して前記ＰＣＲプレートの上部面と向き合うように対応するように作動し、この後、ヒーティングブロックが下降してＰＣＲプレートの上部面と接触することになる。

要するに、ＰＣＲプレート２００に対して温度循環をさせる場合、第１温度に上げるためには第１ヒーティングブロックがＰＣＲプレートの上部面と向かい合うように水平移動し、ＰＣＲプレートの下部面は前記恒温プレートの第１領域が水平移動した後に第１ヒーティングブロックが下へ移動して接触加圧されるように駆動する。

また、再び第２温度に下げるためには前記ＰＣＲプレート２００の上部面が前記第２ヒーティングブロックと向かい合うように水平移動し、ＰＣＲプレート２００の下部面では、前記恒温プレートの第２領域が水平移動した後に第２ヒーティングブロックが下へ移動して接触加圧されて、前記ＰＣＲプレート２００の上下面に同時加温と冷却がなされるように駆動することになる。

このように、ＰＣＲプレートの上下面に同時に接触加圧を遂行するようにすることによって、単一の温度に維持される恒温プレート方式に比べて２倍の効率を具現することになる。

以下では、前述した本発明でのＰＣＲプレートに核酸抽出物を含むＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）予備混合物を具現する核酸抽出カートリッジ１００を図１３～図１９を参照して説明することにする。

図１３は本発明の核酸抽出カートリッジの斜視概念図であって、前述したＰＣＲプレートが挿入結合された構造を図示したものである。図１０は図９の分離斜視図であり、図１１は図１０の構造でカートリッジ蓋部Ｒ１の内部構造を図示したものである（本実施例では、遺伝子増幅プレートの反応ウェルが２個である構造を挙げて説明することにする。）。

図１３～図１５を参照すると、本発明に係る核酸抽出カートリッジ１００は、ＤＮＡ抽出に必要な溶液が入れられた多数の隔壁構造の収容部２２、２３、２４、２５、２６を具備するカートリッジ蓋部Ｒ１および前記蓋部Ｒ１と挿入構造で結合し、前記収容部で引き込まれる溶液を試料と反応または洗浄する反応収容部１１が設けられるカートリッジ本体部Ｒ２を含んで構成され得る。

この場合、前記反応収容部１１で精製されたＰＣＲ予備混合物を前記カートリッジ本体部Ｒ２に内挿される構造で結合される前記ＰＣＲプレート２００の注入ホールｈ１に注射するピストン部１８を具備して構成される。

このような本発明の作用を核酸抽出カートリッジ図１４および図１５、図１７を参照して説明すると次の通りである。図１６は図１３の透明斜視図を図示するものであって、結合後の内部構造を示したものである。

本発明の核酸抽出カートリッジは本体部Ｒ２の底面に内部に流路１９－１が形成されたロータリーバルブ１９が装着されており、このロータリーバルブを回転させると、カートリッジ本体Ｒ２の各収容部１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７の空間と前記ロータリーバルブ１９の流路を連結させることができる。特定の収容部に流路を連結させた後、ピストン１８を作動させて収容部に入っている溶液を取り、他の収容部あるいはＰＣＲプレート２００に物質を移すことができるように設計された。

図１４および図１５に図示されたように、前記カートリッジ蓋部Ｒ１の内部にはＤＮＡ抽出に必要なそれぞれの溶液が入れられた収容部２２、２３、２４、２５、２６が形成されており、この収容部の底面はフィルムなどで密封されているため本体収容部の貫通針（図１２の１０－１構成）によって容易に突き抜かれるように設計された。また、５個の孔２１－１、２１－２、２７、２８、２９が形成されている。

前記カートリッジ蓋部Ｒ１の第１収容部２２にはＢｉｎｄｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒ、第２収容部２３には１ｓｔ Ｗａｓｈｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒ、第３収容部２４には２ｎｄ Ｗａｓｈｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒ、第４収容部２５には３ｒｄ Ｗａｓｈｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒ、第５収容部２６にはＥｌｕｔｉｏｎ ｂｕｆｆｅｒが入れられている。

ＰＣＲプレート２００は透明なプラスチック材質［ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＥＴなど］のフィルムで覆われており、反応ウェル内部には乾燥したＰＣＲプライマー／プローブまたはこれらを含んだＰＣＲ混合物が含まれている構造であり、これは前述した図８で前述した構造と同じである。

本発明の核酸抽出カートリッジの作用は次のような順序で進行され得る。

１．生体試料の投入
カートリッジ本体部Ｒ２、カートリッジ蓋部Ｒ１およびＰＣＲプレート２００が結合された状態で後述する自動化装備に装着され、図１４に図示された第１孔２１－１に生体試料（血液）が投入される。

２．細胞から核酸の流出およびビーズとの結合
図１７に図示されたように、カートリッジ本体部Ｒ２の下部に配置されたロータリーバルブ１９の回転およびピストン１８の作用を通じて、第１収容部２２のＢｉｎｄｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒが反応収容部１１に投入されて生体試料およびマグネチックタブレットＭＴのビーズ（シリカがコーティングされたマグネチックビーズ）と混ぜられる。

本発明で使われるマグネチックタブレットＭＴはカートリッジ本体部Ｒ２の前記反応収容部１１の内部に延びる貫通管路の末端部にマグネチックタブレットＭＴが装着されて、生体試料に含まれた細胞から抽出される核酸が前記マグネチックタブレットが溶解して分散されたマグネチックビーズの表面と核酸が結合するようにする機能を遂行する。

この時、前記マグネチックタブレットの代わりに、Ｂｉｎｄｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒに前記マグネチックビーズを懸濁させて使ってもよい。

この後、カートリッジ本体部Ｒ２の密閉された第２孔２１－２に振動子（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｉｐ）が投入されて超音波が加えられると、プラスチックを通じて超音波が伝達されて生体試料、タブレットおよびＢｉｎｄｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒが混合されて反応液が均質化され、この時、生体試料に含まれた生体組織も破砕されて核酸が流出し、流出した核酸はビーズの表面に結合される。

カートリッジ本体部Ｒ２の第３孔２７にマグネチックバー（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｂａｒ）が投入されるとビーズが反応収容部の壁面に固定され、ロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて残りの反応液が第１収容部に移される。

３．１次洗浄
図１６で図示されたカートリッジ本体部Ｒ２のロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて、第２収容部２３の１ｓｔ Ｗａｓｈｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒが反応収容部１１に投入されて核酸が結合されたビーズと混ぜられる。

その後、図１４の第３孔２７でマグネチックバーが除去され第２孔２１－２に振動子（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｉｐ）に超音波が加えられると、１次洗浄が遂行される。この１次洗浄により核酸以外にビーズに非特異的に結合された物質が洗浄される。

第３孔２７にマグネチックバーが投入されてビーズが反応収容部の壁面に固定され、ロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて１次洗浄液が第２収容部２３に移される。

４．２次洗浄
図１６で図示されたカートリッジ本体部Ｒ２のロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて、第３収容部２４の２ｎｄ Ｗａｓｈｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒが反応収容部１１に投入されて核酸が結合されたビーズと混ぜられる。

その後、図１４の第３孔２７でマグネチックバーが除去され第２孔２１－２に振動子（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｉｐ）に超音波が加えられると２次洗浄が遂行される。この２次洗浄により核酸以外にビーズに非特異的に結合された物質が洗浄される。

前記第３孔２７にマグネチックバーが投入されてビーズが反応収容部の壁面に固定され、ロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて２次洗浄液が第３収容部２４に移される。

５．３次洗浄
図１６で図示されたカートリッジ本体部Ｒ２のロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて、第４収容部２５の３ｒｄ Ｗａｓｈｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒが反応収容部１１に投入されて核酸が結合されたビーズと混ぜられる。

その後、図１４の第３孔２７でマグネチックバーが除去され第２孔２１－２に振動子（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｉｐ）に超音波が加えられると３次洗浄が遂行される。この３次洗浄により核酸以外にビーズに非特異的に結合された物質が洗浄される。

前記第３孔２７にマグネチックバーが投入されてビーズが反応収容部の壁面に固定され、ロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて３次洗浄液が第４収容部２５に移される。

６．核酸の溶出
図１６で図示されたカートリッジ本体部Ｒ２のロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて、第５収容部２６のＥｌｕｔｉｏｎ ｂｕｆｆｅｒが反応収容部１１に投入されて核酸が結合されたビーズと混ぜられる。

その後、図１４の第３孔２７でマグネチックバーが除去され第２孔２１－２に振動子（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｉｐ）が投入されて超音波が加えられるとビーズ表面に結合されていた核酸がＥｌｕｔｉｏｎ ｂｕｆｆｅｒに溶解する。

７．ＰＣＲ予備混合物の生成
第３孔２７にマグネチックバーが投入されてビーズが反応収容部の壁面に固定され、ロータリーバルブの回転および小さいピストンを選択してこれを利用して核酸が溶解したＥｌｕｔｉｏｎ ｂｕｆｆｅｒが第６収容部１７に投入されて、第６収容部に含まれたＰＣＲ材料［重合酵素（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ）、ｄＮＴＰなどの混合物］と混ぜられ、これによってＰＣＲ予備混合物が生成される。本発明で使われる「ＰＣＲ予備混合物」は以上の物質で具現されるものと定義して使う。前記過程はプライマー／プローブを含んでいるＰＣＲ反応物がＰＣＲプレートの各ウェルに乾燥している場合は省略され、核酸溶出液を下記のようにすぐにＰＣＲプレートに注入する。

８．ＰＣＲプレートへの伝達
図１６で図示されたカートリッジ本体部Ｒ２のロータリーバルブの回転およびピストンの作用を通じて、第６収容部に生成されたＰＣＲ予備混合物がＰＣＲプレート２００に投入されて、ＰＣＲプレート２００に入れられたプライマー／プローブと混ぜられる。このような投入過程は図１９に図示されたように、ピストン１８の加圧によってロータリーバルブの流路Ｙに沿って移動して注入口ｈ１に注入されることになる。

その後、第４孔２９に加熱棒が投入されてＰＣＲ反応プレートの入口部分の蓋フィルムが加圧加熱され、これによってＰＣＲ反応プレートが密封される。

９．ＰＣＲ反応
最終的にＰＣＲプレート２００には生体試料から抽出された核酸、重合酵素（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ）、ｄＮＴＰ、プライマー／プローブおよびその他の緩衝液が含まれた状態となる。

したがって、このＰＣＲプレート２００に前述した本発明の温度制御モジュールを通じての加圧式熱印加を通じてＰＣＲ反応がなされるようにする。

図２０～図２３は、前述した本発明である重合酵素連鎖反応システムを構成する装置の全体的な構造と配置構成を図示したものである。

図２０のように、本発明に係る重合酵素連鎖反応システムに核酸抽出カートリッジ１００が内部に装着されると、側面には前述したＰＣＲプレート２００が装着されることになる。前記ＰＣＲプレート２００の胴体部に該当する反応ウェルが存在する部分は外部に露出され、その上部に前述した温度制御モジュール３００が配置されることになる。

図２１は図２０で本発明の主要部の結合配置図を拡大したものであり、図２２は図２１の部分の垂直断面概念図を図示して要部の構成の配置を提示したものである。図２３は図２２の側面斜視断面概念図を図示したものである。

図２１～図２３に図示されたように、本発明に係る核酸抽出カートリッジ１００の内部で抽出された核酸を含むＰＣＲ予備混合物は、反応ウェルが具現されたＰＣＲプレート２００に注入されることになる。前記ＰＣＲプレート２００の上部には前記反応ウェルの表面に対応する第１加圧面Ｇ１が具現され、加熱ユニットによって熱変性（ｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎ）に必要な温度に維持される第１ヒーティングブロック３１０が配置され、水平移動して加圧される領域が変更される構造で具現できる第２ヒーティングブロック３２０が近接配置される。これにより、反応ウェルに注入されたＰＣＲ予備混合物は熱変性に必要な第１温度（９５℃）や、結合（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）に必要な第２温度（５５℃）に符合するようにヒーティングブロックによって直接加熱されることになる。

併せて、図２２および図２３に図示されたように、ＰＣＲプレート２００の下部には恒温プレート３５０が配置され、ＰＣＲプレート２００の温度を一定の温度水準で維持されるようにする。

前記恒温プレート３５０の下部にはスキャニングモジュール５００が配置されて、光照射部Ｅ１により照射される光Ｌが、恒温プレート３５０の光透過部Ｈを経由してＰＣＲプレート２００に到達することになって蛍光検出がなされることになる。

本発明の実施例では、前述したように、温度制御モジュールによって第１温度（（ｅｘ：９５℃）の第１ヒーティングブロックを密着して温度を上昇させる場合や、第２温度（ｅｘ：５５℃）の第２ヒーティングブロックを密着する場合、ＰＣＲプレート２００が一定の温度範囲に維持される状態であれば内部増幅反応物の温度制御がはるかに容易となるため、前述した恒温プレートの温度を第２温度に一定に維持することが反応の信頼性を高めるための非常に重要な要因として作用することになる。ＰＣＲプレートの温度を９５℃に上げる場合、第１温度ブロックと第１恒温区域を密着させて熱伝達速度を増加させてＰＣＲプレートの温度を２－３秒内に迅速に９５℃に到達させることができる。

ＲＮＡターゲットを検出するＲＴ／ＰＣＲを遂行する場合、ＲＴ－ＰＣＲ反応乾燥物が入っているＰＣＲ予備混合物やＰＣＲプレートを使う。低温ブロックをＲＴ反応温度に調節してＰＣＲ反応プレートに密着した後、ＲＴ反応時間だけ維持して逆転写反応を遂行した後に前記ＰＣＲ反応を遂行できる。

前記ＰＣＲ反応を通じて増幅された核酸の存在の有無あるいは増幅された核酸の濃度を決定してこの情報を診断に利用できるが、この時、増幅された核酸の存在の有無あるいは濃度は通常の核酸検出方法を利用して達成することができる。

例えば、ＤＮＡ挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）染料であるＤＮＡマイナーグルーブ挿入蛍光染料であるＳＹＢＲ ｇｒｅｅｎを使う方法、多様な蛍光と消光体が付着されたプローブを使って多様な波長帯の励起光と該当蛍光スキャニングする方法、などが利用され得、これに制限されるものではない。

以上、本発明を好ましい実施例に基づいて説明したが、本発明の技術的思想はこれに限定されず、請求項に記載された範囲内で変形や変更実施が可能であることは本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明白なものであり、そのような変形や変更は添付された特許請求の範囲に属するものと言える。

１００：核酸抽出カートリッジ
２００：ＰＣＲプレート
２１０：胴体部
２２０：挿入部
３００：温度制御モジュール
３１０：第１ヒーティングブロック
３２０：第２ヒーティングブロック
３３０：駆動モジュール
３４０：冷却ファンユニット
３５０：恒温プレート
４００：水平移動駆動モジュール
５００：スキャニングモジュール
Ｗ：反応ウェル

Claims (20)

1. 内部に貯蔵された核酸抽出試薬を媒介として前記生体試料の核酸を抽出する、核酸抽出カートリッジ（１００）；
   前記核酸抽出カートリッジに流路が連結される構造で結合し、前記核酸抽出カートリッジ（１００）で抽出された核酸溶液の印加を受けて、プライマーまたはプライマー／プローブまたはプライマープローブが含まれたＰＣＲ混合物乾燥物が収容された少なくとも１以上の反応ウェルに収容するＰＣＲプレート（２００）；および
   前記ＰＣＲプレート（２００）の上部に配置され、前記反応ウェル（Ｗ）に隣接して互いに異なる温度を印加し、水平動作および上下移動動作が可能な一対のヒーティングブロック（３１０、３２０）を含む温度制御モジュール（３００）を含む、重合酵素連鎖反応システム。
2. 前記温度制御モジュール（３００）は、
   前記反応ウェル表面に対応する第１加圧面（Ｇ１）が具現され、熱変性（ｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎ）に必要な温度（以下、「第１温度」）に維持される第１ヒーティングブロック（３１０）；
   前記第１ヒーティングブロック（３１０）と対応する位置に離隔して配置され、前記反応ウェル表面に対応する第２加圧面（Ｇ２）が設けられ、結合（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）に必要な温度（以下、「第２温度」）に維持される第２ヒーティングブロック（３２０）；および
   前記第１ヒーティングブロック（３１０）と前記第２ヒーティングブロック（３２０）の水平動作または上下移動動作を具現する駆動モジュール（３３０）；を含む、請求項１に記載の重合酵素連鎖反応システム。
3. 前記第１ヒーティングブロック（３１０）と前記第２ヒーティングブロック（３２０）の間の熱輻射伝導を制御する冷却ファンユニット（３４０）；をさらに含む、請求項２に記載の重合酵素連鎖反応システム。
4. 前記第１ヒーティングブロック（３１０）と前記第２ヒーティングブロック（３２０）は互いに離隔して配置され、
   前記駆動モジュール（３３０）の動作により互いに交差して上下移動を具現するようにする、請求項３に記載の重合酵素連鎖反応システム。
5. 前記第１ヒーティングブロック（３１０）または前記第２ヒーティングブロック（３２０）は、
   一側面の表面に具現される冷却パターン部（３１１、３２１）をさらに含む、請求項３に記載の重合酵素連鎖反応システム。
6. 前記第１ヒーティングブロック（３１０）と前記第２ヒーティングブロック（３２０）は、
   温度センサと加熱ユニットを通じて前記第１温度または第２温度に設定温度を維持する、請求項３に記載の重合酵素連鎖反応システム。
7. 前記駆動モジュール（３３０）は、
   前記第１ヒーティングブロック（３１０）と前記第２ヒーティングブロック（３２０）を貫通するガイド部材（３３１、３３２）を含み、
   前記第１ヒーティングブロック（３１０）と前記第２ヒーティングブロック（３２０）は前記ガイド部材（３３１、３３２）に沿って上下移動を遂行する、請求項３に記載の重合酵素連鎖反応システム。
8. 前記ガイド部材（３３１、３３２）の下部に配置される弾性部材（Ｓ１、Ｓ２）をさらに含む、請求項６に記載の重合酵素連鎖反応システム。
9. 核酸溶液の印加を受けて、プライマーまたはプライマー／プローブまたはプライマー／プローブが含まれたＰＣＲ混合物乾燥物が収容されたＰＣＲプレート（２００）の上部に互いに異なる第１温度および第２温度を印加するように、水平動作および上下移動動作が可能な一対のヒーティングブロック（３１０）、（３２０）を含む温度制御モジュール（３００）；および
   前記ＰＣＲプレート（２００）の下部に配置され、前記ＰＣＲプレート（２００）の温度を前記第１温度または前記第２温度に維持する恒温プレート（３５０）；をさらに含む、重合酵素連鎖反応システム。
10. 前記恒温プレート（３５０）は、
    第１温度で加温される第１領域と、前記第１領域と離隔する第２温度で加温される第２領域を含み、
    前記第１ヒーティングブロック（３１０）の第１加圧面（Ｇ１）は前記第１領域の上部に対応するように配置され、
    前記第２ヒーティングブロック（３２０）の第２加圧面（Ｇ２）は前記第２領域の上部と対応するように配置される、請求項９に記載の重合酵素連鎖反応システム。
11. 前記温度制御モジュール（３００）と前記恒温プレート（３５０）は前記ガイド部材（３３１、３３２）を媒介として互いに一体型に具現される、請求項１０に記載の重合酵素連鎖反応システム。
12. 前記恒温プレート（３５０）および前記温度制御モジュール（３００）を前記ＰＣＲプレート（２００）の下部に水平移動する水平移動駆動モジュール（４００）をさらに含む、請求項１１に記載の重合酵素連鎖反応システム。
13. 前記恒温プレート（３５０）は、
    前記第１領域と前記第２領域を区画する離隔部（ＳＳ）が設けられ、
    前記離隔部（ＳＳ）の両側端を基準として前記第１領域と前記第２領域が連結される構造である、請求項１０に記載の重合酵素連鎖反応システム。
14. 前記恒温プレート（３５０）は、
    ＰＣＢ基板に温度センサと発熱素子回路を形成して発熱素子と温度センサが密着するように第１領域と第２領域に該当するそれぞれの金属板を接着することを特徴とする、請求項１０に記載の重合酵素連鎖反応システム。
15. 前記恒温プレート（３５０）の水平移動動作はスライディング方式で具現されるものの、
    前記恒温プレート（３５０）の側面部と接触するスライディングテープと接触して移動する、請求項１０に記載の重合酵素連鎖反応システム。
16. 前記第１領域がＰＣＲプレートの下部に水平移動して配置される場合、前記第１ヒーティングブロックが上部から下部に移動して前記ＰＣＲプレートの上部面と向き合って加圧され、
    前記第２領域がＰＣＲプレートの下部に水平移動して配置される場合、前記第２ヒーティングブロックが上部から下部に移動して前記ＰＣＲプレートの上部面と向き合って加圧するように作動する、請求項１０に記載の重合酵素連鎖反応システム。
17. 前記ＰＣＲプレート（２００）に対して温度循環をさせる場合、
    第１温度に上げるためには第１ヒーティングブロックがＰＣＲプレートの上部面と向かい合うように水平移動し、ＰＣＲプレートの下部面は前記恒温プレートの第１領域が水平移動した後に第１ヒーティングブロックが下へ移動して接触加圧され、
    第２温度に下げるためには前記ＰＣＲプレート（２００）の上部面が前記第２ヒーティングブロックと向かい合うように水平移動し、ＰＣＲプレート（２００）の下部面では、前記恒温プレートの第２領域が水平移動した後に第２ヒーティングブロックが下へ移動して接触加圧され、
    前記ＰＣＲプレート（２００）の上下面に同時加温と冷却がなされるように駆動される、請求項１４に記載の重合酵素連鎖反応システム。
18. 前記恒温プレート（３５０）は、
    少なくとも一つ以上の開所で前記恒温プレートの温度をセンシンハは温度センサ（Ｔ１、Ｔ２）と設定温度の変化を制御する制御モジュール（Ｃｐ）を含む温度センサ部（３５１）；をさらに含む、請求項１０に記載の重合酵素連鎖反応システム。
19. 前記ＰＣＲプレート（２００）の下部に配置されて、前記反応ウェル（Ｗ）で増幅された反応物の濃度を多様な波長帯の励起光と該当蛍光をスキャニングするスキャニングモジュール（５００）を含む、請求項１０に記載の重合酵素連鎖反応システム。
20. 前記恒温プレート（３５０）に前記スキャニングモジュール（５００）の検出光が誘導される光透過部（Ｈ）が貫通構造で多数設けられる、請求項１９に記載の重合酵素連鎖反応システム。

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