JP6345258B2 - 一方向の摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びそのポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法 - Google Patents

一方向の摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びそのポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6345258B2
JP6345258B2 JP2016549365A JP2016549365A JP6345258B2 JP 6345258 B2 JP6345258 B2 JP 6345258B2 JP 2016549365 A JP2016549365 A JP 2016549365A JP 2016549365 A JP2016549365 A JP 2016549365A JP 6345258 B2 JP6345258 B2 JP 6345258B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pcr
polymerase chain
chain reaction
chip
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016549365A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017504348A (ja
Inventor
ウ キム、ソン
ウ キム、ソン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanobiosys Inc
Original Assignee
Nanobiosys Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanobiosys Inc filed Critical Nanobiosys Inc
Publication of JP2017504348A publication Critical patent/JP2017504348A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6345258B2 publication Critical patent/JP6345258B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/6846—Common amplification features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones
    • B01L7/5255—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones by moving sample containers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • C12M1/38—Temperature-responsive control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/025—Align devices or objects to ensure defined positions relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B01L2300/045—Connecting closures to device or container whereby the whole cover is slidable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654—Lenses; Optical fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819—Microarrays; Biochips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829—Multi-well plates; Microtitration plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087—Multiple sequential chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

本発明は、ヒーターが連続的に繰り返し配置されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック及び反応チャンバーが繰り返し配置されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップを備えるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置、及びこれを用いるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）方法に関する。
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ、以下、同じ。）は、鋳型核酸の特定の部位を繰り返し的に加熱及び冷却して前記特定の部位を連鎖的に複製してその特定の部位を有する核酸をねずみ算式に増幅させる技術であり、生命科学、遺伝工学及び医療分野などにおいて分析及び診断の目的で広く用いられている。最近、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を効率よく行うための種々の装置が開発されているのが現状である。
既存のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置の一例は、一つの加熱器に鋳型核酸を含むサンプル溶液を多数取り込んだチューブ状の反応容器を取り付け、前記反応容器を繰り返し的に加熱及び冷却してポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うように実現される（図１及び図２参照）。しかしながら、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、一つの加熱器を備えるため全体的な構造が複雑ではなく、複数の試料を取り込むことができて試料の集積度を増加させることができるというメリットはあるものの、正確な温度の制御のために複雑な回路を備えることを余儀なくされ、チューブ状反応容器が大きいが故に多数の試料を必要とし、一つの加熱器に対する加熱又は冷却の繰り返しにより全体のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間が長引いてしまうという問題がある。
また、既存のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置の他の例は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）温度を有する複数の加熱器を取り付け、これらのそれぞれの加熱器を通過するように１本の流路を介して核酸を含むサンプル溶液を流してポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うように実現される（図３参照）。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）温度に設定された複数の加熱器を用いることから、加熱器に対する繰り返し的な加熱及び冷却を行う必要がなく、その結果、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間が高速であるというメリットがある。しかしながら、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、複数の加熱器を用いることから、比較的に単純な回路が実現可能であるが、高温及び低温の加熱器を通過するための長い流路を必要とするが故に全体的な構造が複雑であり、複数の試料を適用し難く、前記加熱器を通過する流路に流れる核酸を含むサンプル溶液の流速を制御するための別途の制御装置が求められるが故に試料及び装置の集積度を増加させ難いという問題がある。
近年、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の歩留まり率を改善し、且つ、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）過程をリアルタイムで把握するための効率的な方法が開発されているだけではなく、集積度を増加させて一回のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）工程において多数の試料を処理し、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間を短縮させることにより試料の処理量を増加させるように開発されている。この場合、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間を大幅に短縮させるように繰り返し的な加熱及び冷却が求められない並設の加熱器の設定温度を正確に制御又は実現する技術、設定された温度の加熱器を用いて多数の試料に対して同時にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が行われるように搬送するための技術及びこれに関するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置の実現が依然として求められているのが現状である。
上述した問題を解消するために、本発明の一実施形態は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間、歩留まり率及び試料の処理量を大幅に改善し、ひいては、リアルタイムで測定及び分析が行えるように実現されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置を提案することである。
本発明の一実施形態は、基板の上部面に２以上のヒーターが繰り返し的に隔設されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックと、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックに接触されたときに前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックに配置された２以上の各ヒーターに当接するように繰り返し実現された２以上の反応チャンバーを有する板状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップと、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップが取り付けられた状態で前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップと前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとの間の接触を維持しながら摺動を実現するものであって、前記摺動に際して、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの一方の末端から他方の末端まで繰り返し配置された２以上の反応チャンバーと、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの一方の末端から他方の末端まで繰り返し配置された２以上のヒーターとの間に順次的な熱接触が起こるように実現される一方向の摺動駆動手段と、を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置を提供する。
本発明の一実施形態において、前記２以上のヒーターのうち隣り合うヒーターは、異なる温度に実現されてもよい。
前記２以上のヒーターは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの一方の末端のヒーターにおいてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の第１の循環が開始され、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの他方の末端のヒーターにおいてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の最後の循環が終了するように実現されてもよい。
前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの摺動方向に２以上隔設されるか、或いは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの摺動方向と垂直方向に２以上隔設されるか、或いは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの摺動方向と垂直方向に連続的に通過するチャンネル状に形成されてもよい。
前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーは、流入部／流出部統合型ウェル状又は流入部／流出部別個型流路状に実現されてもよい。
前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーに光を提供するように配置された光源、及び前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）反応部から発せられる光を収容するように配置された光検出部を更に備えていてもよい。
前記光源又は光検出部は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの隣り合うヒーター間の空間に繰り返し配置されてもよい。なお、前記光源又は光検出部は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの移動経路に対応して移動することができる。
前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、前記反応チャンバーの内部において増幅核酸及び活性物質間の結合により発生する電気化学的な信号を検出するように実現される検出電極を備えていてもよい。なお、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、前記検出電極と電気的に接続されて前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーの内部において発生する電気化学的な信号をリアルタイムで測定するように実現される電気化学的な信号測定モジュールを更に備えていてもよい。
前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、前記反応チャンバー内部のある領域に形成されて増幅標的核酸のある領域と相補的に結合可能な捕獲プローブが表面処理された固定化層及び前記反応チャンバーの内部の他の領域に形成されて電気化学的な信号を検出するように実現される検出電極を備えるものであり、金属ナノ粒子及び前記金属ナノ粒子に接続されるが、前記増幅標的核酸の他の領域と相補的に結合可能な信号プローブを有する複合体を含んでいてもよい。なお、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、前記検出電極と電気的に接続されて前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーの内部において発生する電気化学的な信号をリアルタイムで測定するように実現される電気化学的な信号測定モジュールを更に備えていてもよい。
前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップが前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとの順次的な熱接触が行われた後に第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップが前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとの熱接触を開始するように駆動可能なように接続される、複数のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップを収容するチップ待ち部を更に備えていてもよい。
本発明の一実施形態によれば、２以上のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）温度を有するヒーターが繰り返し配置された熱ブロック及び２以上の反応チャンバーが繰り返し配置されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ間の順次的な熱接触により迅速且つ正確なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うことができ、多数の試料に対して同時にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うことにより試料の処理量を増加させることができる。また、個別のヒーターから発生する放射状の熱分布及びこれによる隣り合うヒーター間の不均一な熱重なりを防いでポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の歩留まり率を格段に改善することができ、別途の温度調節手段が求められないことから、装置の小型化及び集積化に大きく寄与することができる。更に、ヒーターユニットが繰り返し配置された熱ブロック及び板状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）反応部を用いて多数の核酸サンプルを同時且つ迅速に増幅させることができ、連続的な光学信号又は電気化学的な信号を測定することにより核酸の増幅過程をリアルタイムで確認することができる。
既存の単一の加熱器方式のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックと、ここに取り付けられたチューブ状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器の平面図及び側方向断面図 既存の単一の加熱器方式のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックと、ここに取り付けられたチューブ状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器の平面図及び側方向断面図 既存の多数のヒーター方式のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックと、ここに取り付けられた流路状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器の平面図 本発明の一実施形態による基板９９の上部面に２以上のヒーター１１１、１２１が繰り返し的に隔設されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００を示す説明図 本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００のヒーターの配置構造を示す説明図 本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００及びその内部に配置された２以上の反応チャンバー９１０の配置構造を示す説明図 本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００を示す説明図 本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００を示す説明図 本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００を示す説明図 本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００及びこれとポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとが接触した状態を示す説明図 本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００及びこれとポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとが接触した状態を示す説明図 本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００及びこれとポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとが接触した状態を示す説明図 既存のチューブ状及び流路状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器及び本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの比較説明図 既存のチューブ状及び流路状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器及び本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの比較説明図 本発明の一実施形態による一方向の摺動駆動手段及びこれを用いたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の原理を示す説明図 本発明の一実施形態による様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す説明図 本発明の一実施形態による様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す説明図 本発明の一実施形態による様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す説明図 本発明の一実施形態による様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す説明図 本発明の一実施形態による様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す説明図 本発明の一実施形態による様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す説明図 本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置と連携されたチップ待ち部を示す説明図 本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試験結果を示す電気泳動写真
以下、添付図面に基づいて本発明による実施形態について詳細に説明する。以下の説明は、本発明による実施形態を理解し易くするためのものに過ぎず、保護範囲を制限するためのものではない。
本発明の一実施形態において、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）は、特定の塩基配列を有する核酸を増幅させる反応の一種を意味する。例えば、特定の塩基配列を有するデオキシリボ核酸（ＤＮＡ：ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）を増幅させるために、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、鋳型核酸である二本鎖のＤＮＡを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料及び試薬を含む溶液を特定の温度、例えば、約９５℃に加熱して前記二本鎖のＤＮＡを一本鎖のＤＮＡに分離する変性ステップ、増幅させようとする塩基配列と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドプライマーを提供し、前記分離された一本鎖のＤＮＡとともに特定の温度、例えば、５５℃に冷却させて前記一本鎖のＤＮＡの特定の塩基配列に前記プライマーを結合させて部分的なＤＮＡ−プライマー複合体を形成するアニーリングステップ、及び前記アニーリングステップ後に前記溶液を適正な温度、例えば、７２℃に保ってＤＮＡ重合酵素により前記部分的なＤＮＡ−プライマー複合体のプライマーに基づいて二本鎖のＤＮＡを形成する延長（若しくは、増幅）ステップを行い、前記３ステップを、例えば、２０回〜４０回路繰り返し行うことにより、前記特定の塩基配列を有するＤＮＡをねずみ算式に増幅させることができる。場合によって、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、前記アニーリングステップ及び前記延長（若しくは、増幅）ステップを同時に行ってもよく、この場合、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、前記延長ステップと、前記アニーリング及び延長（若しくは、増幅）ステップとを有する２ステップを行うことにより、第１の循環を完成することができる。このため、本発明の実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック及びこれを備えるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、前記ステップを行うためのモジュールを備える装置をいい、この明細書に記載されていない細部モジュールは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための従来の技術のうち、開示されているか、或いは、自明な範囲内においていずれも備えているものを前提とする。
図４は、基板９９の上部の表面に２以上のヒーター１１１、１２１が繰り返し的に隔設されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００を示す図である。
図４によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）溶液に熱を供給する２以上のヒーター１１１、１２１がその上部の表面に繰り返し配置される。前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００は、特定の温度を保つモジュールであって、少なくとも片面にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）反応領域との接触面が配設されて熱接触を介してポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）溶液（ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための試料及び試薬）に熱を供給してポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行う。前記基板９９は、その表面に配置されたヒーター１１１、１２１の加熱によりその物理的又は化学的な性質が変化せず、２以上のヒーターの間において熱交換が起こることを防ぐ材質により実現される。例えば、前記基板９９は、プラスチック、ガラス、シリコンなどの材質により実現されるが、必要に応じて、透明又は半透明に実現されてもよい。前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００は、装置の小型化及び集積化のために全体的に薄い板状、例えば、約５０ｎｍ〜１ｍｍの厚さ、好ましくは、約２５０μｍに実現されるが、これに制限されない。
前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の上部の表面には、２以上のヒーターが繰り返し的に隔設されるが、例えば、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の２以上のヒーターは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの一方の末端のヒーターにおいてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の第１の循環が開始され、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの他方の末端のヒーターにおいてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の最後の循環が終了するように実現されてもよい。また、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応領域に効率的に熱を供給するための形状、例えば、体積当たりの表面積の割合を増加させる平面状、流路状又は柱状など様々な形状に実現されてもよい。
前記ヒーター１１１、１２１は、前記基板９９に配置される伝導性発熱素子であり、ジュール熱を用いるヒーター、ペルチエ効果を奏するサーモ素子により実現されてもよい。一方、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の２以上のヒーターのうち隣り合うヒーターは、異なる温度に実現され、隣り合うヒーター間の温度パターンは、所定の数のヒーターの組み合わせで繰り返されてもよい。例えば、第１のヒーターは、９５℃、第２のヒーターは、５５℃、第３のヒーターは、７２℃に実現されるが、このような温度パターンが１０回、２０回、３０回又は４０回などと繰り返し実現され、第１のヒーターは９５℃、第２のヒーターは７２℃に実現されるが、このような温度パターンが１０回、２０回、３０回又は４０回などと繰り返し実現されてもよい。このため、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の２以上のヒーターは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの一方の末端のヒーター（９５℃）においてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の第１の循環が開始されて、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの他方の末端のヒーター（７２℃）においてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の最後の循環が終了するように実現されてもよい。
前記ヒーター１１１、１２１は、所定の温度を保つために、電源モジュール及び制御モジュールと接続され、前記ヒーター１１１、１２１の温度をモニターリングするためのセンサーと接続される。前記ヒーター１１１、１２１は、その内部温度を一定に保つために、単位電極、すなわち、ヒーター電極が前記ヒーター１１１、１２１の表面中心点を基準として上下及び／又は左右方向に対称状に配置されてもよい。また、前記ヒーター１１１、１２１は、迅速な熱伝達性及び伝導性を実現するための金属材質、例えば、クロム、アルミニウム、銅、鉄、銀及び炭素よりなる群から選ばれるいずれか一種又はこれに基づく複合材料により製造されるが、これに制限されない。なお、前記ヒーター１１１、１２１は、透光性発熱素子、例えば、酸化物半導体物質又は前記酸化物半導体物質にＩｎ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃ及びＳｎよりなる群から選ばれる不純物が添加された物質を含む導電性ナノ粒子、インジウム錫酸化物、伝導性高分子物質、炭素ナノチューブ及びグラフェンが含まれている群から選ばれるいずれか一種以上の物質を含んでいてもよい。
前記ヒーター１１１、１２１が前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の上部の表面に２回配置されてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための２ステップ、すなわち、変性ステップ及びアニーリング／延長ステップを行う場合、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための３ステップ、すなわち、変性ステップ、アニーリングステップ及び延長ステップを行う場合よりもポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間を短縮することができ、ヒーターの数が減ることにより、構造の単純化を図ることができ、集積度を増加させることができるというメリットがある。一方、この場合、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための３ステップにおいて、変性ステップを行うための温度は、８５℃〜１０５℃、好ましくは、９５℃であり、アニーリングステップを行うための温度は、４０℃〜６０℃、好ましくは、５０℃であり、延長ステップを行うための温度は、５０℃〜８０℃、好ましくは、７２℃であり、ひいては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための２ステップにおいて、変性ステップを行うための温度は、８５℃〜１０５℃、好ましくは、９５℃であり、アニーリング／延長ステップを行うための温度は、５０℃〜８０℃、好ましくは、７２℃である。但し、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための特定の温度及び温度範囲は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うに当たって公知の範囲内において調節可能であるということはいうまでもない。
上述したように、所定の温度を保つ２以上のヒーター１１１、１２１がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の上部の表面に繰り返し的に隔設されることにより、時間当たりの温度の変化率を増加させることができる。例えば、既存の単一ヒーター方式によれば、時間当たりの温度の変化率が１秒当たりに３℃〜７℃の範囲内において行われるのに対し、本発明の実施形態による繰り返し配置ヒーターの構造によれば、前記ヒーター間の時間当たりの温度の変化率が１秒当たりに２０℃〜４０℃の範囲内において行われるので、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間を大幅に短縮させることができる。本発明の実施形態による繰り返し配置ヒーターの構造によれば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の変性ステップ、アニーリングステップ及び延長ステップ（又は、前記変性ステップ及びアニーリング／変性ステップ）において正確な温度の制御が可能になり、且つ、前記ヒーターから熱が供給される部位においてのみ所望の温度又は温度範囲を保つことが可能になる。また、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の上に様々な数のヒーターを繰り返し配置することにより、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の循環周期を種々に実現することができる。例えば、循環周期を１０回とするポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に適用しようとする場合、前記ヒーターを２０個又は３０個繰り返し配置することができる。すなわち、意図されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の循環周期を考慮して、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の上に前記ヒーターを１０回、２０回、３０回、４０回、５０回などと繰り返し配置することができる。
図５は、本発明の実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００及び前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００に繰り返し配置されたヒーターに電力を供給するように実現された電力供給部２００を示す図である。具体的に、図５の上段は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の垂直断面図であり、図５の下段は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の平面図である。図５のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００は、２０個のヒーターが繰り返し配置される。前記電力供給部２００は、電力供給源から前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００に電力を供給して加熱するモジュールであり、前記各ヒーター１１０、１２０に電力を分配するように実現された配線２１０、２２０を備える。例えば、図５によれば、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の第１の配線２１０は、第１のヒーター１１０に電力を供給するように接続され、第２の配線２２０は、第２のヒーター１２０に電力を供給するように接続されている。もし、前記第１のヒーター１１０がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）変性ステップ温度、例えば、８５℃〜１０５℃を保ち、前記第２のヒーター１２０がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）アニーリング／延長ステップ温度、例えば、５０℃〜８０℃を保つ場合、前記第１の配線２１０には、前記電力供給部２００からポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）変性ステップの温度を保つための電力が供給され、前記第２の配線２２０には、前記電力供給部２００からポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）アニーリング／延長ステップの温度を保つための電力が供給されてもよい。前記第１の配線２１０及び前記第２の配線２２０は、金、銀、銅など伝導性材質により実現されるが、これに制限されない。前記電力供給源は、前記電力供給部２００に電力を供給するためのモジュールであり、前記電力供給部２００の第１の配線２１０及び第２の配線２２０とそれぞれ接続されてもよい。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うとき、前記電力供給源の第１の電力ポートは、前記第１の配線２１０と電気的に接続され、前記電力供給源の第２の電力ポートは、前記第２の配線２２０と電気的に接続される。次いで、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うためのユーザーの指示がある場合、前記電力供給源は前記第１の配線２１０及び前記第２の配線２２０にそれぞれ電力を供給して前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの第１のヒーター及び第２のヒーターを速やかに加熱し、各ヒーターが所定の温度に達すると、電力供給量を制御して前記所定の温度を保つ。
図６は、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００及びその内部に配置された２以上の反応チャンバー９１０の配置構造を示す図であり、図７から図９は、本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００を示す図である。
図６によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、板状に実現され、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の上部の表面、具体的に、ヒーター１１０、１２０と接触するが、接触に際して前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００に配置された２以上のヒーター１１０、１２０に当接するように繰り返し実現された２以上の反応チャンバー９１０、９２０を備える。これを前提として、図７から図９は、本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００を示す。
前記反応チャンバーは、特定の塩基配列を有するＤＮＡを増幅させるために、鋳型核酸である二本鎖のＤＮＡを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料及び試薬を含む溶液を収容する空間である。本発明の一実施形態において、前記反応チャンバーは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うために、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００との熱接触に際して、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００に設けられたヒーター領域に配置されるように実現されることを特徴とする。一方、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、全体的に板状に実現されることにより、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００との熱接触に際して前記反応チャンバーのそれぞれに均一に熱を伝えることができる。
図７によれば、前記反応チャンバー９１０は、板状のチップに２以上繰り返し配置される。また、前記反応チャンバー９１０は、前記チップの長手方向に又は長手方向に比べて垂直方向に２以上配置されてもよい。この場合、各反応チャンバー９１０は、同一又は異なるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料及び試薬を含んでいてもよいが、この場合、一つのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００を用いて２以上又は様々な種類の試料に対するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行ってもよい。
図８によれば、前記反応チャンバー９１０は、板状のチップに２以上繰り返し配置されるが、前記反応チャンバー９１０は、前記チップの長手方向に比べて垂直方向に連続的に通過する流路状に実現されてもよい。この場合、各反応チャンバー９１０は、同一又は異なるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料及び試薬を含むが、この場合、一つのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００において２以上又は様々な種類の試料に対するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行ってもよい。
一方、図７及び図８によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０は、流入部／流出部の区別なしに一つに実現された流入部／流出部統合型ウェル状に実現されたのに対し、図９によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０は、単位領域に流入部９３１及び流出部９３２が分離されて実現され、流入部９３１及び流出部９３２が一つの流路９２１によりつながる流入部／流出部別個型流路状に実現されてもよい。既存の多重ウェルプレート状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、試料の量が大きいため、体積当たりの表面積の割合が低いが故にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間が長引いたが、本発明の一実施形態による流入部／流出部別個型流路状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、体積当たりの表面積の割合が高いことから、ＰＣＴ時間を大幅に短縮させることができる。前記反応チャンバー内の流路の高さは、０．０１μｍ〜５ｍｍから選ばれるが、体積当たりの表面積の割合が高くなるように流路が高さが低いことが好ましい。
一方、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００に接触される第１の板、前記第１の板の上に配置され、前記２以上の反応チャンバーを有する第２の板、及び前記第２の板の上に配置され、前記２以上の反応チャンバーの流入部又は流出部を有する第３の板を備えていてもよい。このように、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００が板状の積層構造に実現されることにより、製造工程が単純化し、コストが大幅に節減され、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００との熱交換面積が広くなるというメリットがある。本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、様々な材質により実現されるが、プラスチック材質の薄膜状に実現されることが好ましい。また、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、透光性材質により実現されてもよく、もし、蛍光、リン光、発光、ラマン分光法、表面強化ラマン散乱及び表面プラスモン共鳴などの光学測定基盤のリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用途に用いられる場合、透光性材質により実現されることが好ましい。
前記第１の板は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００と接着又は接合されて前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００から熱が供給される部分である。前記第１の板は様々な材質により実現されるが、好ましくは、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ；ＰＤＭＳ）、環状オレフィン共重合体（ｃｙｃｌｅ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ；ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｒｃｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）、ポリプロピレンカーボネート（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ；ＰＥＳ）及びポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）及びその組合物よりなる群から選ばれる材質であってもよい。また、前記第１の板の上端面には親水性物質（図示せず）が処理され、これは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を円滑に行うようにする。前記親水性物質の処理により、前記第１の板の上に親水性物質を含む単一層が形成されてもよい。前記親水性物質は様々な物質であるが、好ましくは、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アミン基（−ＮＨ２）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）及びスルホン基（−ＳＨ）よりなる群から選ばれるものであり、前記親水性物質の処理は、当業界における公知の方法に従い行ってもよい。
前記第２の板は、前記第１の板の上に配置される。前記第２の板は、２以上の反応チャンバーを備える。前記２以上の反応チャンバーに増幅させようとする標的サンプル溶液が取り込まれた後にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）反応が行われる。また、前記第２の板は様々な材質により実現されるが、好ましくは、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）、環状オレフィン共重合体（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ；ＣＯＣ）、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ；ＰＡ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ；ＰＥ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＰＰ）、ポリフェニレンエーテル（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｅｔｈｅｒ；ＰＰＥ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ；ＰＳ）、ポリオキシメチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ；ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ；ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ；ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル （ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ；ＰＶＤＦ）、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＢＴ）、フッ素化エチレンプロピレン（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｅｔｈｙｌｅｎｅｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＦＥＰ）、ペルフルオロアルコキシアルカン（ｐｅｒｆｌｕｏｒａｌｋｏｘｙａｌｋａｎｅ；ＰＦＡ）及びその組合物よりなる群から選ばれる熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂材質であってもよい。また、前記第２の板の厚さは様々であるが、０．０１μｍ〜５ｍｍから選ばれてもよい。更にまた、前記反応チャンバーの幅及び長さは様々であるが、好ましくは、前記反応チャンバーの幅は０．００１ｍｍ〜１０ｍｍから選ばれ、前記長さは１ｍｍ〜４００ｍｍから選ばれてもよい。更にまた、前記第２の板の内壁は、ＤＮＡ、タンパク質の吸着を防ぐために、シラン系、ウシ血清アルブミン（Ｂｏｖｉｎｅ Ｓｅｒｕｍ Ａｌｂｕｍｉｎ；ＢＳＡ）などの物質でコーティングしてもよく、前記物質の処理は、当業界における公知の方法に従い行われてもよい。
前記第３の板は、前記第２の板の上に配置される。前記第３の板は、前記第２の板に形成された２以上の反応チャンバー領域に形成された流入部又は流出部を備える。前記流入部は、増幅させようとする核酸を含む標的サンプル溶液が流入する部分であり、前記流出部は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が終わった後に前記標的サンプル溶液が排出される部分である。上述したように、前記流入部及び流出部は、統合型又は分離型に実現され、前記流入部及び流出部の内部の表面は、前記第２の板の２以上の反応チャンバーの内部の表面に連設される。一方、前記第３の板は、様々な材質により実現されるが、好ましくは、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ；ＰＤＭＳ）、環状オレフィン共重合体（ｃｙｃｌｅ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ；ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｒｃｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）、ポリプロピレンカーボネート（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ；ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）及びその組合物よりなる群から選ばれる材質であってもよい。また、前記流入部は、様々な大きさを有するが、好ましくは、直径０．００１ｍｍ〜１０ｍｍから選ばれてもよい。更に、前記流出部は、様々な大きさを有するが、好ましくは、直径０．００１ｍｍ〜１０ｍｍから選ばれてもよい。更にまた、前記流入部及び流出部は、別途のカバー手段を備えて標的サンプル溶液に対するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が行われるとき、前記２以上の反応チャンバー内の標的サンプル溶液が漏れることを防ぐ。前記カバー手段は、様々な形状、大きさに様々な材質により実現されてもよい。なお、前記第３の板の厚さは様々であるが、好ましくは、０．００１ｍｍ〜１０ｍｍから選ばれてもよい。
本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、機械的な加工を用いて前記流入部又は流出部を形成して前記第３の板を提供するステップと、前記第３の板の下部面と対応する大きさを有する板材における前記第３の板の流入部又は流出部と対応する部分に機械的な加工を用いて２以上の反応チャンバーを形成して第２の板を提供するステップと、前記第２の板の下部面と対応する大きさを有する板材の上部面に表面処理加工を用いて親水性物質により表面を形成して第１の板を提供するステップと、前記第３の板の下部面を前記第２の板の上部面に接合工程を用いて接合し、前記第２の板の下部面を前記第１の板の上部面に接合工程を用いて接合するステップと、を含む方法により容易に製造されてもよい。
前記第３の板の流入部又は流出部、及び前記第２の板の２以上の反応チャンバーは、射出成形、ホットエンボシング、鋳造及びレーザ爆蝕よりなる群から選ばれる加工方法により形成されてもよい。また、前記第１の板表面の親水性物質は、酸素及びアルゴンプラズマ処理、コロナ放電処理及び界面活性剤の塗布よりなる群から選ばれる方法により処理され、当業界における公知の方法に従い行われてもよい。更に、前記第３の板の下部面と前記第２の板の上部面、及び前記第２の板の下部面と前記第１の板の上部面は、熱接合、超音波融着、溶媒接合、熱板溶接、ＵＶ接合及びプレス接合工程により貼り合わせられ、当業界における公知の方法に従い行われてもよい。前記第３の板と第２の板との間、及び前記第２の板と第１の板との間には、両面接着剤、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が処理されてもよい。
図１０から図１２は、本発明の一実施形態による様々な類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００と、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとが接触した状態を示す。
図１０によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、流入部／流出部統合型ウェル状の反応チャンバー９１０を備え、前記反応チャンバー９１０は、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックのヒーター１１０、１２０の上に対応するように配置される。図１１によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、流入部／流出部別個型流路状の反応チャンバー９１０を備え、前記反応チャンバー９１０は、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックのヒーター１１０、１２０の上に垂直に対応するように配置される。更に、図１２によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、流入部／流出部別個型流路状の反応チャンバー９１０を備えるが、前記反応チャンバー９１０は、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックのヒーター１１０、１２０の上に水平に対応するように配置される。
上述したように、本発明の一実施形態によるタイプのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、従来のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器に比べて、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置の実現の集積度を増加させ、しかも、効率的なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の遂行に寄与する。図１３によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、単一の加熱器を前提とする従来のチューブ方式のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器を使用する場合よりも多い数の様々な試料を同時にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）させることができ、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間も大幅に短縮させることができ、容器の大きさも大幅に削減することができる。更に、従来の多数の加熱器を前提とする単一流路方式のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器を用いる場合よりも多い数の様々な試料を同時にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）させることができ、多数の試料に対するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間を短縮させることができ、流路を用いた流体制御モジュールが別途に不要になることから、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置の集積度を大幅に増加させることができる。一方、図１４によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、小型に実現可能である必要があるため、試料の量を最小化させることができ、加熱器、すなわち、熱ブロックと試料との間の熱接触面を増加させることができて体積当たりの表面積の割合（Ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏ Ｖｏｌｕｍｅ Ｒａｔｉｏ）を増加させることができる（ａ＜ａ´＜ａ´´）。この場合、本発明の一実施形態よるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップのうち、体積当たりの表面積の割合は、図１０によるチップに比べて、図１１から図１２によるチップの方が更に改善された形態であることが分かる。
図１５は、本発明の一実施形態による一方向の摺動駆動手段及びこれを用いたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の原理を示す。
図１５によれば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００、電力供給部２００、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００及び一方向の摺動駆動手段９９０を備える本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置によりポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が行われるステップ（Ｓ１〜Ｓ３）が確認可能である。一方向の摺動駆動手段９９０は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００を取り付けた状態で前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００と前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００との間の接触を維持しながら摺動するものであり、前記摺動に際して、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の一方の末端から他方の末端まで繰り返し配置された２以上の反応チャンバー９１０と、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の一方の末端から他方の末端まで繰り返し配置された２以上のヒーター１１０、１２０との間に順次的な熱接触が起こるように実現される。
まず、二本鎖標的ＤＮＡ、増幅させようとする特定の塩基配列と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドプライマー、ＤＮＡ重合酵素、デオキシリボヌクレオチド３リン酸（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ；ｄＮＴＰ）、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）緩衝液を含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）溶液を準備し、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）溶液をポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバーに取り込んだ後に密封する。次いで、前記電力供給部２００、具体的に、第１の配線２１０及び第２の配線２２０などが電力供給源とそれぞれ接続されるようにする。次いで、前記第１の配線２１０及び前記第２の配線２２０などを用いて前記第１のヒーター１１０及び前記第２のヒーター１２０などを加熱し、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための温度、すなわち、第１のヒーター１１０の場合にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）変性温度（９５℃）及び第２のヒーターの場合にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）アニーリング／延長ステップ温度（７２℃）を保つ。
ステップＳ１〜Ｓ３において、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の２以上の反応チャンバー９１０は、同一又は異なるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料及び試薬を収容することができ、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００に繰り返し配置されたヒーター１１０、１２０は、電力供給部２００の電力の供給によりポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための２ステップ、すなわち、第１のヒーター１１０は、変性ステップを行うための温度である９５℃を保ち、第２のヒーター１２０は、アニーリング／延長ステップを行うための温度である７２℃を保ち、次いで、２０個のヒーターが９５℃／７２℃を繰り返し的に保っていることを前提とする。
ステップＳ１を参照すると、前記一方向の摺動駆動手段９９０により、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の一方の末端との接触を開始し、摺動を開始する。すなわち、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の右側の末端の第１の反応チャンバー９１０は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の左側の末端の第１のヒーター１１０と熱接触して変性ステップを行うことによりポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を開始する。
ステップＳ２を参照すると、前記一方向の摺動駆動手段９９０により、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、前記熱ブロック１００の上部面との接触を維持しながら連続的に摺動しながらポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を順次に行う。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の摺動により、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の右側の末端の第１の反応チャンバー９１０は、前記熱ブロック１００の左側の末端の第２のヒーター１２０と熱接触してアニーリング／延長ステップを行うが、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の右側の末端の第２の反応チャンバー９２０は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の左側の末端の第１のヒーター１１０と熱接触して変性ステップを行うことにより前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の右側の末端に繰り返し配置された反応チャンバーと前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の左側の末端に繰り返し配置されたヒーターとが熱接触を繰り返し行いながら順次にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行う。
ステップＳ３を参照すると、前記一方向の摺動駆動手段９９０により、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、前記熱ブロック１００の上部面と接触しながら摺動した後、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を終える。例えば、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の左側の末端の反応チャンバーは、前記熱ブロック１００の右側の末端のヒーターと熱接触してアニーリング／延長ステップを行うことにより順次に行われたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を終える。
一方、ステップＳ１〜Ｓ３が終わった後、一方向の摺動駆動手段９９０は、当然のことながら、既存の正方向の摺動を前提とするポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った後、逆方向の摺動を通じてステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し行うことができる。このため、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は複雑であり、他の制御モジュールなしにもポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チャンバーを備えるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップとの間の熱接触を維持しながら速やかなポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うことができ、装置の小型化及び集積化に大幅に寄与する。
図１６から図１８は、本発明の一実施形態による様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す。
図１６ａから図１６ｄは、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す。本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０内において起こる核酸の増幅反応をリアルタイムで測定するための光学モジュールを備えていてもよい。前記光学モジュールは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０に光を提供するように配置された光源１５０、及びポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００から発せられる光を収容するように配置された光検出部６００を備えていてもよい。光学モジュールを用いて核酸の増幅反応をリアルタイムで測定するために、標的サンプル溶液に別途の蛍光物質が添加され、これにより、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物の生成により特定の波長の光により発光することにより測定及び分析可能な光信号を誘発する。前記光源１５０は、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、タングステンアークランプ、金属ハライドアークランプ、金属ハライド光繊維及び発光ダイオードよりなる群から選ばれてもよい。また、前記光源１５０の波長は、約２００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲内において選ばれ、多重光源又はフィルターを用いて多重波長に実現されてもよい。更に、前記光検出部６００は、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、電荷注入装置（ＣＩＤ：Ｃｈａｒｇｅ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ−ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）及び光電子増倍管（ＰＭＴ：Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ）よりなる群から選ばれてもよい。一方、本発明の一実施形態において、前記光源１５０及び光検出部６００は、検出効率を改善するために様々なモジュールと駆動可能に接続されて配置されてもよい。例えば、前記光源１５０は、蛍光物質を励起させる波長帯域の光のみを通過させる１以上の光学帯域フィルターを更に備えるか、或いは、駆動可能に接続され、前記光検出部６００は、蛍光物質の発光された波長帯域の光ののみを通過させる１以上の光学帯域フィルターを更に備えるか、或いは、駆動可能に接続され、この場合、前記光源１５０又は光検出部６００は、前記１以上の光学帯域フィルターを検出しようとする蛍光物質の励起波長と発光波長を一致させる置換部を更に備えるか、或いは、駆動可能に接続されてもよい。また、前記光源１５０は、１以上の蛍光物質を励起させるように１以上の波長を用いる発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に備えるか、或いは、駆動可能に接続され、この場合、前記ＬＥＤ光源において１以上の蛍光物質の励起波長と発光波長を一致させる置換部を更に備えるか、或いは、駆動可能に接続されてもよい。
図１６ａによれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、透光性材質のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の第１のヒーター１１０及び第２のヒーター１２０の間に配置された光源１５０、及び光源１５０から発せられた光信号を検出するための光検出部６００を備える。具体的に、標的サンプル溶液を含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）溶液は、反応チャンバー９１０内において第１のヒーター１１０の上側対応部分及び第２のヒーター１２０の上側対応部分を摺動しながらポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）変性ステップ及びポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）アニーリング／延長ステップを繰り返し行うが、この場合、標的サンプル溶液は、第１のヒーター１１０と第２のヒーター１２０との間、及び第１のヒーター１１０と第２のヒーター１２０を有するヒーターユニットの間において光源１５０の上側対応部分を通過する。標的サンプル溶液が収容された反応チャンバー９１０が光源１５０の上側対応部分を移動するとき、一方向の摺動駆動手段９９０を制御してポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の移動速度を遅らせたり、しばらくの間停止状態に保ったりした後に光源１５０から光を発し、発せられた光はポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００、具体的に、反応チャンバー９１０を通過し、反応チャンバー９１０内の核酸の増幅により発生する光信号を前記光検出部６００が測定及び分析する。このため、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の各循環周期が進む間に反応チャンバー９１０内において蛍光物質が結合された核酸の増幅による反応結果をリアルタイムでモニターリングすることにより標的核酸の量をリアルタイムで測定及び分析することができる。
図１６ａによるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置とは異なり、図１６ｂから図１６ｃによるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、半透過性（上層は透過性材質、下層は非透過性材質により実現される）材質のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の第１のヒーター１１０及び第２のヒーター１２０間に配置された光源１５０、及び光源１５０から発せられた光信号を検出するためのものであり、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の移動経路に対応して移動する光検出部６００を備える。この場合、光検出部６００が固設され、光源１５０がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の移動経路に対応して移動可能であるということはいうまでもない。一方、図１６ｄによるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、半透過性（上層は透過性材質、下層は非透過性材質により実現される）材質のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の移動経路に対応して移動するが、光源１５０、光源１５０から発せられた光信号を検出するための光検出部６００、及び光源１５０から発せられた光をポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０に伝えるが、反応チャンバー９１０から発せられた光を光検出部６００に伝えるダイクロイックミラー６２０を収容する光学モジュール６１０を備えていてもよい。
図１７は、本発明の一実施形態による他の類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す。本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００、一方向の摺動駆動手段９９０、及びリアルタイム測定のための電気化学的モジュールを備える。具体的に、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、前記反応チャンバー９１０の内部において増幅核酸及び活性物質間の結合により発生する電気化学的な信号を検出するように実現された検出電極９５０を備えるものであってもよい。
前記電気化学的モジュールは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０内において起こる核酸の増幅反応を電気化学的にリアルタイムで測定するためのモジュールを備える。前記電気化学的モジュールは、その目的を達成するために種々に実現されるが、好ましくは、図１７に示すように、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０の内部において増幅核酸及び活性物質間の結合により発生する電気化学的な信号を検出するように実現された検出電極９５０、前記検出電極９５０と連携された電気的接続手段７００、及び前記電気的接続手段７００を経て前記検出された信号を測定する電気化学的な信号測定モジュール８００を備えていてもよい。
前記活性物質は、増幅核酸と化学的に反応（結合）して電気化学的な信号を引き起こす物質と定義され、前記電気化学的な信号とは、核酸の連続的な増幅により連続的に検出及び測定される信号のことをいう。例えば、二本鎖核酸（ＤＮＡ）の場合、全体的に負電荷を帯びるが、活性物質が正電荷を帯びる場合、核酸の連続的な増幅により増幅核酸と前記活性物質が反応して総電荷量の変化により検出可能な信号が導き出されてもよい。このため、前記電気化学的な信号は、前記増幅核酸の負電荷及び前記活性物質の正電荷間の結合による総電流値の変化に起因し、前記活性物質は、イオン結合性物質のイオン化産物のうちカチオン物質であってもよい。より具体的に、前記イオン結合性物質はメチレンブルーであり、前記活性物質はメチレンブルーのイオン化産物のうちカチオン物質であってもよい。前記メチレンブルー（Ｃ１６Ｈ１８Ｎ３ＳＣｌ・３Ｈ２Ｏ）は、溶媒に溶かすと、イオン化されてＣ１６Ｈ１８Ｎ３Ｓ＋及びＣｌ−にイオン化され、前者の場合、硫黄原子（Ｓ）により正電荷を帯びる。二本鎖核酸（ＤＮＡ）は、糖と、塩基及びリン酸よりなるが、これらのうちリン酸基が負電荷を帯びているため二本鎖核酸（ＤＮＡ）は全体的に負電荷を帯びる。メチレンブルーのカチオンがＤＮＡのリン酸基と結合して、メチレンブルーの見掛け拡散率よりも二本鎖核酸と結合したメチレンブルーの見掛け拡散率が減少し、これにより、電流のピーク値が減少する。このため、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）周期が進むにつれて、二本鎖核酸（ＤＮＡ）が増幅され、二本鎖核酸（ＤＮＡ）に結合されるメチレンブルーの量が増えて電流のピーク値が減少し、その結果、リアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の増幅産物及びメチレンブルー間の化学的な結合による電気的信号を用いて増幅核酸をリアルタイムで定量することができる。
前記検出電極９５０は、前記反応チャンバー９１０の内部において増幅核酸及び活性物質間の結合により発生する電気化学的な信号を検出するように様々な材質により実現されてもよいが、例えば、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、炭素ナノチューブ、グラフェン及び炭素よりなる群から選ばれるいずれか１種以上である。一方、前記検出電極９５０は、効率を極大化させるために様々な形状及び規格に実現されてもよい。例えば、前記増幅核酸及び活性物質間の結合が起こる作業電極及び前記増幅核酸及び活性物質間の結合が起こらないことにより電極電位の測定基準となる基準電極を備える２電極モジュール、又は前記作業電極、前記基準電極、及び前記作業電極から発生する電流が流れる相対電極を備える３電極モジュールにより実現されてもよい。このように、前記検出電極の構造が上述したように多電極モジュール方式により実現されると、前記反応チャンバーの内部において発生する電気化学的な信号の感度を高めることができ、発生信号の検出及び測定を容易に行うことができる。
前記電気化学的な信号測定モジュール８００は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の任意のホルダー（図示せず）の接続ポートと電気的接続手段７００、例えば、リード電線により電気疎通可能に接続されてもよい。このため、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０の内部において順次的な核酸の増幅により繰り返し的に発生する電気化学的な信号は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の検出電極９５０により順次に検出され、前記検出された信号は、前記電気的接続手段７００を経て前記電気化学的な信号測定モジュール８００において測定され、更に、加工又は分析されてもよい。前記電気化学的な信号測定モジュール８００は様々であるが、陽極溶出ボルタンメトリー（ａｎｏｄｉｃ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＡＳＶ）、クロノアンペロメトリー(ｃｈｒｏｎｏａｍｐｅｒｏｍｅｔｒｙ;ＣＡ)、サイクリックボルタンメトリー（ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）、矩形波ボルタンメトリー（ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＳＷＶ）、微分パルスボルタンメトリー（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｕｌｓｅ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＤＰＶ）及びインピーダンス計（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）よりなる群から選ばれる。
図１７によれば、本発明の一実施形態による第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うとき、核酸の増幅過程をリアルタイムで測定及び分析することができる。この場合、前記試料及び試薬には、本発明の一実施形態による第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置とは異なり、別途の蛍光物質が添加される必要がない。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料及び試薬溶液は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の摺動により前記反応チャンバー９１０内において前記第１のヒーター１１０の上側対応部分及び前記第２のヒーター１２０の上側対応部分３０２を次から次へと通過しながら変性ステップ及びアニーリング／延長ステップを行うが、この場合、増幅核酸は、前記第１のヒーター１１０及び第２のヒーター１２０の任意の位置において前記一方向の摺動駆動手段９９０の制御を利用して移動速度を遅らせたり、しばらくの間停止状態に保ったりした後に、増幅核酸及び活性物質間の結合により発生する電気化学的な信号を前記検出電極９５０を用いて順次にリアルタイムで検出及び測定することができる。したがって、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の各循環周期が進む間に前記反応チャンバー９１０内において蛍光物質及び光検出システムなしに核酸の増幅による反応結果をリアルタイムでモニターリングすることにより標的核酸の量をリアルタイムで検出及び測定することができる。
図１８は、本発明の一実施形態による他の類型のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置により実現されるリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を示す。本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００、一方向の摺動駆動手段９９０、及びリアルタイム測定のための電気化学的モジュールを備える。具体的に、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００は、前記反応チャンバー９１０の内部のある領域に形成されて増幅標的核酸のある領域と相補的に結合可能な捕獲プローブが表面処理された固定化９４０層及び前記反応チャンバー９１０の内部の他の領域に形成されて電気化学的な信号を検出するように実現された検出電極９５０を備えるものであり、金属ナノ粒子及び前記金属ナノ粒子に接続されるが、前記増幅標的核酸の他の領域と相補的に結合可能な信号プローブを有する複合体を含むものであってもよい。
前記電気化学的モジュールは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０内において起こる核酸の増幅反応を電気化学的にリアルタイムで測定するためのモジュールを備える。前記電気化学的モジュールは、その目的を達成するために種々に実現されるが、好ましくは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０の内部のある領域に形成されて増幅標的核酸のある領域と相補的に結合可能な捕獲プローブが表面処理された固定化層９４０、前記反応チャンバー９１０の内部の他の領域に形成されて電気化学的な信号を検出するように実現された検出電極９５０、前記検出電極９５０と連携された電気的接続手段７００、及び前記電気的接続手段７００を経て前記検出された信号を測定する電気化学的な信号測定モジュール８００を備える。この場合、前記反応チャンバー９１０の内部には、金属ナノ粒子及び前記金属ナノ粒子に接続されるが、前記増幅標的核酸の他の領域と相補的に結合可能な信号プローブを有する複合体を含んでいてもよい。
前記固定化層９４０及び前記検出電極９５０は、前記反応チャンバー９１０の様々な位置に配置されてもよいが、互いに左右又は上下に対向するように配置されてもよい。また、前記反応チャンバー９１０は、その内部に金属ナノ粒子及び前記金属ナノ粒子に接続されるが、前記増幅標的核酸の他の領域と相補的に結合可能な信号プローブを有する複合体を収容する。この場合、前記複合体は、鋳型核酸などを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料の取り込み前に前記反応チャンバー９１０に予め収容されてもよく、プライマー、重合酵素などを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試薬に含まれている状態で前記反応チャンバー９１０に一緒に取り込まれてもよい。前記固定化層９４０は、その一方の面に捕獲プローブが蒸着されて露出されるように、様々な材質、例えば、シリコン、プラスチック、ガラス、金属材質などにより実現される。この場合、前記固定化層９４０の表面は、まず、例えば、捕獲プローブの蒸着前に、アミン（ＮＨ３ ＋）、アルデヒド（ＣＯＨ）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）などの物質により表面処理されてもよい。前記捕獲プローブは、前記増幅標的核酸のある部位（領域）と相補的に結合可能に実現され、金属ナノ粒子と結合して複合体を形成する。前記金属ナノ粒子は様々であるが、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、銅（Ｃｕ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、セシウム（Ｃｓ）、バリウム（Ｂａ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）、砒素（Ａｓ）、セレニウム（Ｓｅ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）及び銀（Ａｇ）よりなる群から選ばれるいずれか一種以上である。前記信号プローブは、前記増幅標的核酸のある領域と相補的に結合可能に実現されるが、この場合、前記増幅標的核酸において、前記信号プローブの相補的な結合領域は前記捕獲プローブの相補的な結合領域とは異なる。このため、前記捕獲プローブ及び信号プローブは、増幅標的核酸に一緒に相補的に結合することができる。すなわち、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が進みながら前記反応チャンバー９１０の内部において標的核酸が増幅されると、増幅標的核酸は前記固定化層９４０に表面処理された捕獲プローブと相補的に結合し、且つ、金属ナノ粒子に接続された信号プローブと相補的に結合して前記金属ナノ粒子を前記固定化層９４０に近い領域に集中させる。その結果、前記金属ナノ粒子は、前記検出電極２６に達せず、前記金属ナノ粒子と前記検出電極２６との間の電流変化（減少）を引き起こして標的核酸の増幅による検出可能な電気化学的な信号が発生される。一方、前記増幅標的核酸、前記捕獲プローブ、及び前記信号プローブは、一本鎖ＤＮＡであってもよい。
前記検出電極９５０は、前記反応チャンバー９１０の少なくともある領域に配置されるが、前記反応チャンバー９１０の内部において発生する電気化学的な信号を検出するように実現される。前記検出電極９５０は、上述した機能を行うために様々な材質により実現されてもよいが、例えば、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、炭素ナノチューブ、グラフェン、及び炭素よりなる群から選ばれるいずれか一種以上である。また、前記検出電極９５０は、前記反応チャンバー９１０の内部において発生する電気化学的な信号を効率的に検出するために様々な形状及び構造に実現されてもよいが、例えば、前記反応チャンバー９１０の任意の表面に沿って配置される金属材質の板状に実現されてもよい。一方、前記電気化学的な信号は、電気化学的な信号測定モジュール８００により測定されるが、前記電気化学的な信号測定モジュールは様々であるが、陽極溶出ボルタンメトリー（ａｎｏｄｉｃ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＡＳＶ）、クロノアンペロメトリー（ｃｈｒｏｎｏａｍｐｅｒｏｍｅｔｒｙ；ＣＡ）、サイクリックボルタンメトリー（ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）、矩形波ボルタンメトリー（ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＳＷＶ）、微分パルスボルタンメトリー（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｕｌｓｅ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＤＰＶ）、及びインピーダンス計（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）よりなる群から選ばれる。前記電気化学的な信号は、前記増幅標的核酸が前記捕獲プローブ及び信号プローブと相補的に結合することにより発生する電流変化に起因するものであってもよい。本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置の電気化学的な信号の発生過程は、下記の通りである。第１のステップは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の開始前であり、固定化層に表面処理された捕獲プローブと信号プローブ及び金属ナノ粒子を含む複合体（信号プローブ−金属ナノ粒子）の元の状態を含み、第２のステップは、前記検出電極と金属ナノ粒子との間の還元又は酸化により発生する電流の変化（信号）を含み、第３のステップは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の開始後であり、増幅標的核酸（標的ＤＮＡ）が前記捕獲プローブ及び前記複合体（信号プローブ−金属ナノ粒子）の信号プローブと結合して電流変化の減少（信号の減少）を引き起こすステップを含む。具体的に、前記複合体（信号プローブ−金属ナノ粒子）の金属ナノ粒子に還元電圧が加えられると、前記金属ナノ粒子は、前記検出電極の近接表面に集まって蓄積層を形成しながら還元され（金属ナノ粒子の蓄積）、次いで、前記検出電極に電圧を印加すると、前記還元金属ナノ粒子が酸化されながら電流の変化、すなわち、信号が発生し、前記電流の変化は、酸化電流ピークが示す電圧値により測定され易い。この場合、前記反応チャンバーの内部において電流変化値、すなわち、電気化学的な信号は、標的核酸（標的ＤＮＡ）の変化量を示す。また、前記金属ナノ粒子が酸化される電圧値は、金属ナノ粒子の種類ごとに異なるため、２以上の金属ナノ粒子を用いる場合、２以上の試料に対して同時に信号を検出ことも可能である。その後、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が行われると、鋳型核酸から標的核酸（標的ＤＮＡ）が増幅され、前記増幅標的核酸（標的ＤＮＡ）は、前記捕獲プローブ及び前記複合体（信号プローブ−金属ナノ粒子）の信号プローブと相補的に結合（Ｈｙｂｒｉｄｉｚｅｄ ｔａｒｇｅｔ ＤＮＡ）することにより、上述したように、前記複合体（信号プローブ−金属ナノ粒子）の金属ナノ粒子の電極表面の蓄積を妨げ、前記電流値を減少させ、ひいては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）周期が進むにつれて増幅標的核酸（標的ＤＮＡ）の量が増加するにつれて前記捕獲プローブ及び前記複合体（信号プローブ−金属ナノ粒子）の信号プローブ間の相補的な結合もまた増加して前記電流値（信号）は更に減少する。このため、上述した電流減少現象、すなわち、電気化学的な信号を検出及び測定することにより、リアルタイムでポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が実現可能である。一方、前記検出電極９５０は種々に実現されてもよい。例えば、酸化又は還元反応が起こる作業電極９５０ａ及び酸化又は還元反応が起こらない基準電極９５０ｂを備える２電極モジュール、又は図１６に示すように、前記作業電極９５０ａ、前記基準電極９５０ｂ、及び前記指示電極から発生する電子のバランスを調節する相対電極９５０ｃを備える３電極モジュールにより実現されてもよい。このように、前記検出電極９５０の構造が上述したように多電極モジュール方式により実現されると、前記反応チャンバーの内部において発生する電気化学的な信号の感度が高められるだけではなく、発生信号の検出及び測定を行い易い。
図１８によれば、前記電気化学的な信号測定モジュール８００は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の任意のチップホルダー（図示せず）の接続ポートと電気的接続手段７００、例えば、リード電線を介して電気疎通可能に接続されてもよい。このため、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の反応チャンバー９１０の内部において順次的な核酸の増幅により繰り返し的に発生する電気化学的な信号は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の検出電極９５０により順次に検出され、前記検出された信号は、前記チップホルダーの接続ポート及び前記電気的接続手段７００を経て前記電気化学的な信号測定モジュール８００において測定され、ひいては加工又は分析されてもよい。前記電気化学的な信号測定モジュール８００は様々であるが、陽極溶出ボルタンメトリー（ａｎｏｄｉｃ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＡＳＶ）、クロノアンペロメトリー（ｃｈｒｏｎｏａｍｐｅｒｏｍｅｔｒｙ；ＣＡ）、サイクリックボルタンメトリー（ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）、矩形波ボルタンメトリー（ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＳＷＶ）、微分パルスボルタンメトリー（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｕｌｓｅ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＤＰＶ）、及びインピーダンス計（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）よりなる群から選ばれる。
図１８によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置を用いてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うとき、核酸の増幅過程をリアルタイムで測定及び分析することができる。この場合、前記試料及び試薬には、本発明の一実施形態による第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置とは異なり、別途の蛍光物質が添加される必要がない。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試料及び試薬溶液は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００の摺動により前記反応チャンバー９１０内において前記第１のヒーター１１０の上側対応部分及び前記第２のヒーター１２０の上側対応部分３０２を次から次へと通過しながら変性ステップ及びアニーリング／延長ステップを行うが、この場合、増幅核酸は、前記第１のヒーター１１０及び第２のヒーター１２０の任意の位置において前記一方向の摺動駆動手段９９０を制御して移動速度を遅らせたり、しばらくの間停止状態に保ったりした後に増幅標的核酸と前記捕獲プローブ及び前記複合体の信号プローブ間の相補的な結合により発生する電気化学的な信号（電流の変化）を前記検出電極９５０を用いて順次にリアルタイムで検出及び測定することができる。このため、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の各循環周期が進む間に前記反応チャンバー９１０内において（蛍光物質及び光検出システムなしに）核酸の増幅による反応結果をリアルタイムでモニターリングすることにより、標的核酸の量をリアルタイムで検出及び測定することができる。
図１９は、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置と連携されたチップ待ち部１０００を示す。
図１９によれば、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号１）が前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００と順次に熱接触された後、第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号２）が前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００と熱接触を開始するように駆動可能に接続された、複数のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号１、２、３、４、５）を収容するチップ待ち部１０００を更に備える。チップ待ち部１０００は、複数のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号１、２、３、４、５）を備えていてもよい。チップ待ち部１０００に収容されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、様々なサンプルを備えていてもよい。また、その収容空間の大きさに応じて、図１９に示す収容数（５個）よりも更に多い数であってもよい。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００と第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号１）とが順次に熱接触しながら第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が開始されると、第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号１）はパッケージ９９５のチップ排出口９９５ｂを介して外部に移動し、パッケージ９９５のチップ投入口９９５ａが開放され、別途の駆動手段（図示せず）によりチップ待ち部１０００に収容されていた第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号２）がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の上に移動してポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００と順次に熱接触しながら第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が開始される。この場合、前記第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号２）がチップ投入口９９５ａを通過する前にパッケージ９９５に取り付けられた別途のセンサーが第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップ９００（チップ番号２）を認識し、パッケージ９９５内の条件、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック１００の温度条件、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）測定装置の反応条件を新たに設定してもよい。上述した一連の過程は、チップ待ち部１０００に収容された複数のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が終わるまで繰り返し行われてもよい。上述したチップ待ち部１０００を備えることにより、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置は、複数のサンプル及び試料に対するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を同時に、順次且つ迅速に行うことができる。
図２０は、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の試験結果を示す電気泳動写真である。
図２０によれば、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置を用いてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った結果を確認することができるが、電気泳動写真に表示された「Ｍ」はサイズマーカーを意味し、各数字は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った試料の番号を意味する。本実験から明らかなように、非常に早い時間、約１５分間多数の試料に対して同時にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うことができる。このため、本発明の一実施形態によるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置を用いると、既存の単一加熱器方式の多数ウェルタイプのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器を用いる場合又は多数加熱器方式の単一流路タイプのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用の反応容器を用いる場合よりもポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの大きさを大幅に減らすことができ、試料の使用量を減らすことができ、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）時間を大幅に短縮させることができ、多数の試料に対して同時にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うことから、既存のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置の問題を効果的に改善することができる。

Claims (13)

  1. 基板の上部面に２以上のヒーターが互いに間隔をおいて配置されたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックと、
    ２以上の反応チャンバーを有する板状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップと、
    前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップが取り付けられた状態で前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップと前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとの間の接触を維持しながら摺動を実現するものであって、前記摺動に際して、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの一方の末端から他方の末端まで繰り返し配置された前記２以上の反応チャンバーと、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの一方の末端から他方の末端まで繰り返し配置された前記２以上のヒーターとの間に順次的な熱接触が起こるように形成される一方向の摺動駆動手段と、を備え、
    前記２以上のヒーターが前記基板上に繰り返し配置され、前記板状のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの２以上の反応チャンバーが、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックに接触する際に前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロック上に配置された前記２以上のヒーターに当接するように繰り返し取り付けられ、
    前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの２以上の反応チャンバーが、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの摺動方向に互いに隔設される
    ことを特徴とするポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  2. 前記２以上のヒーターのうち隣り合うヒーターは、異なる温度に実現される
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  3. 前記２以上のヒーターは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの一方の末端のヒーターにおいてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の第１の循環が開始され、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの他方の末端のヒーターにおいてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の最後の循環が終了するように実現される
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  4. 前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの２以上の反応チャンバーは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの摺動方向と同一平面状における直交方向に隔設されるか、或いは、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの摺動方向と同一平面状における直交方向に連続的に通過するチャンネル状に形成される
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  5. 前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーは、流入部／流出部統合型ウェル状又は流入部／流出部別個型流路状に実現される
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  6. 前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーに光を提供するように配置された光源、及び前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）反応部から発せられる光を収容するように配置された光検出部を備える
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  7. 前記光源又は光検出部は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックの隣り合うヒーター間の空間に繰り返し配置される
    請求項６に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  8. 前記光源又は光検出部は、前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの移動経路に対応して移動する
    請求項６に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  9. 前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、前記反応チャンバーの内部において増幅核酸及び活性物質間の結合により発生する電気化学的な信号を検出するように実現される検出電極を備える
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  10. 前記検出電極と電気的に接続されて前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーの内部において発生する電気化学的な信号をリアルタイムで測定するように実現される電気化学的な信号測定モジュールを更に備える
    請求項９に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  11. 前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップは、前記反応チャンバー内部のある領域に形成されて増幅標的核酸のある領域と相補的に結合可能な捕獲プローブが表面処理された固定化層及び前記反応チャンバーの内部の他の領域に形成されて電気化学的な信号を検出するように実現される検出電極を備えるものであり、金属ナノ粒子及び前記金属ナノ粒子に接続されるが、前記増幅標的核酸の他の領域と相補的に結合可能な信号プローブを有する複合体を備える
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  12. 前記検出電極と電気的に接続されて前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップの反応チャンバーの内部において発生する電気化学的な信号をリアルタイムで測定するように実現される電気化学的な信号測定モジュールを備える
    請求項１１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
  13. 第１のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップが前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとの順次的な熱接触が行われた後に第２のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップが前記ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）熱ブロックとの熱接触を開始するように駆動可能なように接続される、複数のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チップを収容するチップ待ち部を備える
    請求項１に記載のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置。
JP2016549365A 2014-02-10 2015-02-09 一方向の摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びそのポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法 Expired - Fee Related JP6345258B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2014-0014777 2014-02-10
KR1020140014777A KR101618113B1 (ko) 2014-02-10 2014-02-10 일 방향 슬라이딩 구동 수단을 구비하는 pcr 장치 및 이를 이용하는 pcr 방법
PCT/KR2015/001291 WO2015119470A1 (ko) 2014-02-10 2015-02-09 일 방향 슬라이딩 구동 수단을 구비하는 pcr 장치 및 이를 이용하는 pcr 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017504348A JP2017504348A (ja) 2017-02-09
JP6345258B2 true JP6345258B2 (ja) 2018-06-20

Family

ID=53778213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016549365A Expired - Fee Related JP6345258B2 (ja) 2014-02-10 2015-02-09 一方向の摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びそのポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11084038B2 (ja)
EP (1) EP3106510B1 (ja)
JP (1) JP6345258B2 (ja)
KR (1) KR101618113B1 (ja)
CN (1) CN105940097B (ja)
AU (2) AU2015214704B2 (ja)
CA (1) CA2939073C (ja)
RU (1) RU2666925C1 (ja)
WO (1) WO2015119470A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018500035A (ja) * 2014-12-26 2018-01-11 ナノバイオシス インコーポレーテッドＮａｎｏｂｉｏｓｙｓ Ｉｎｃ． 繰り返し摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びこれを用いるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102301305B1 (ko) * 2016-06-30 2021-09-13 주식회사 씨젠 핵산 증폭용 튜브 및 핵산 증폭용 반응 용기
KR102264863B1 (ko) * 2016-06-30 2021-06-14 주식회사 씨젠 핵산 증폭 기기 및 핵산 증폭 방법
BR112019025447A2 (pt) * 2017-06-06 2020-06-16 Nippon Sheet Glass Company, Limited Dispositivo de tratamento de reação
CN107338288A (zh) * 2017-06-14 2017-11-10 杨华卫 一种生物分子检测方法
KR102206856B1 (ko) * 2017-12-11 2021-01-25 (주)바이오니아 중합효소 연쇄반응 시스템
US20200400695A1 (en) * 2019-02-07 2020-12-24 Giner, Inc. Method and system for detection and/or quantification of delta-9-tetrahydrocannabinol in saliva
CA3129908A1 (en) 2019-02-11 2020-08-20 Giner, Inc. Method and system for detection and/or quantification of delta-9-tetrahydrocannabinol in exhaled breath
JP6652673B1 (ja) * 2019-06-07 2020-02-26 日本板硝子株式会社 反応処理容器
US11465143B2 (en) 2019-06-07 2022-10-11 Nippon Sheet Glass Company, Limited Reaction processing vessel
KR102126520B1 (ko) * 2020-02-12 2020-06-24 주식회사 케이에이치메디칼 핵산 증폭 장치
LU102014B1 (en) * 2020-08-25 2022-02-25 Toby Overmaat Micro-Thermocycler
CN117015441A (zh) * 2021-03-17 2023-11-07 Dh科技发展私人贸易有限公司 加热的孔板
KR102549976B1 (ko) * 2021-05-03 2023-07-03 성균관대학교산학협력단 연속 핵산 검출 장치
WO2023089992A1 (ja) * 2021-11-16 2023-05-25 アルプスアルパイン株式会社 サーマルサイクル用流路プレート及びサーマルサイクル装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI915731A0 (fi) 1991-12-05 1991-12-05 Derek Henry Potter Foerfarande och anordning foer reglering av temperaturen i ett flertal prov.
US5525300A (en) 1993-10-20 1996-06-11 Stratagene Thermal cycler including a temperature gradient block
JPH08196299A (ja) * 1995-01-26 1996-08-06 Tosoh Corp サーマルサイクリング反応装置及びこれに用いる反応容器
US6942771B1 (en) * 1999-04-21 2005-09-13 Clinical Micro Sensors, Inc. Microfluidic systems in the electrochemical detection of target analytes
US6533255B1 (en) * 1999-05-14 2003-03-18 Hitachi Chemical Research Center, Inc. Liquid metal-heating apparatus for biological/chemical sample
US6572828B1 (en) * 1999-07-16 2003-06-03 General Electric Company Method and apparatus for high-throughput chemical screening
US6977145B2 (en) * 1999-07-28 2005-12-20 Serono Genetics Institute S.A. Method for carrying out a biochemical protocol in continuous flow in a microreactor
FR2812306B1 (fr) * 2000-07-28 2005-01-14 Gabriel Festoc Systeme d'amplification en chaine par polymerse de sequences nucleiques cibles
EP1710017B1 (en) 2005-04-04 2012-12-19 Roche Diagnostics GmbH Thermocycling of a block comprising multiple samples
KR20060116984A (ko) 2005-05-12 2006-11-16 삼성테크윈 주식회사 Ｄｎａ를 증폭하는 히팅블록 장치
EP2081687A2 (en) 2006-10-17 2009-07-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device for amplification and detection of nucleic acids
CN101711257A (zh) 2007-01-22 2010-05-19 瓦弗根公司 用于高通量化学反应的装置
RU2385940C1 (ru) 2008-10-23 2010-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "ВИНТЕЛ" Способ определения нуклеиновых кислот методом полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени и устройство для его осуществления
US8906624B2 (en) 2010-03-30 2014-12-09 Korea Advanced Institute Of Science And Technology (Kaist) Rotational PCR equipment and PCR method using the same
KR101368463B1 (ko) * 2010-04-23 2014-03-03 나노바이오시스 주식회사 2개의 열 블록을 포함하는 ｐｃｒ 장치
US20120322064A1 (en) * 2011-05-23 2012-12-20 Board Of Trustees Of Michigan State University Hybridization probes and methods of their use
KR101835073B1 (ko) 2011-06-10 2018-03-08 나노바이오시스 주식회사 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 플루이딕 ｐｃｒ 칩 및 이를 포함하는 ｐｃｒ 장치
KR20120139205A (ko) 2011-06-17 2012-12-27 나노바이오시스 주식회사 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 플루이딕 ｐｃｒ 장치
KR101950210B1 (ko) 2012-07-24 2019-02-22 주식회사 미코바이오메드 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 실시간 ｐｃｒ 장치, 및 이를 이용한 실시간 ｐｃｒ 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018500035A (ja) * 2014-12-26 2018-01-11 ナノバイオシス インコーポレーテッドＮａｎｏｂｉｏｓｙｓ Ｉｎｃ． 繰り返し摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びこれを用いるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2939073A1 (en) 2015-08-13
JP2017504348A (ja) 2017-02-09
US20170008000A1 (en) 2017-01-12
EP3106510B1 (en) 2020-08-05
AU2015214704B2 (en) 2017-10-19
CN105940097A (zh) 2016-09-14
AU2015214704A1 (en) 2016-08-04
CA2939073C (en) 2021-04-27
KR101618113B1 (ko) 2016-05-09
US11084038B2 (en) 2021-08-10
KR20150094811A (ko) 2015-08-20
CN105940097B (zh) 2019-01-18
EP3106510A4 (en) 2017-04-12
AU2017236005A1 (en) 2017-10-26
WO2015119470A1 (ko) 2015-08-13
RU2666925C1 (ru) 2018-09-13
EP3106510A1 (en) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6345258B2 (ja) 一方向の摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びそのポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法
JP6069536B2 (ja) パターンヒーターが繰り返し配置されたポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）熱ブロック及びこれを備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置
JP6498298B2 (ja) 繰り返し摺動駆動手段を備えるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）装置及びこれを用いるポリメラーゼ連鎖反応（ｐｃｒ）方法
KR101404455B1 (ko) 전기화학적 신호를 검출하기 위한 실시간 ｐｃｒ 장치, 및 이를 이용한 실시간 ｐｃｒ 방법
KR101983593B1 (ko) 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 ｐｃｒ 칩, 이를 포함하는 ｐｃｒ 장치, 및 이를 이용한 실시간 ｐｃｒ 방법
KR101983580B1 (ko) 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 ｐｃｒ 칩, 이를 포함하는 ｐｃｒ 장치, 및 이를 이용한 실시간 ｐｃｒ 방법
KR101394134B1 (ko) 금속 나노입자를 이용하여 전기화학적 신호를 검출하는 실시간 ｐｃｒ 장치
KR101950210B1 (ko) 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 실시간 ｐｃｒ 장치, 및 이를 이용한 실시간 ｐｃｒ 방법
KR101946339B1 (ko) 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 실시간 ｐｃｒ 장치, 및 이를 이용한 실시간 ｐｃｒ 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160728

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170704

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170919

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20171201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180508

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180522

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6345258

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees