JP7146923B2 - 核酸抽出用カートリッジの流路構造 - Google Patents

Description

本発明は、核酸抽出用カートリッジに形成される流路構造に関する。

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。

従来技術（特許文献１参照）では、このような問題点を解決するために、一つのカートリッジにおいてピストンヘッドが回転しながら複数の試薬を吸入し、混合できるようにした。
特許文献１：米国特許US6,374,684B1

しかし、従来技術（特許文献１）によると、一つのカートリッジにおいて複数の試薬を処理するために、小さなピストンヘッドに複雑な流路構造を実現しなければならないので、カートリッジの製造単価が高くなることがあり、ピストンの製造工程で小さな誤差が発生する場合、カートリッジ全体を使用できなくなることがあるという問題がある。

したがって、このような問題点を解決するために、より直観的であり、実現が容易な流路構造に関する研究が進められている。

本発明は、サンプル及び試薬をより容易に吸入、排出できるようにする核酸抽出用カートリッジの流路構造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核酸抽出用カートリッジの流路構造は、カートリッジボディーの表面に形成される長く延びた複数の溝と、前記カートリッジボディーの中心部に形成されるシャフト孔と、を含む。

前記複数の溝は、前記シャフト孔の周りに形成される始点と、前記始点から前記カートリッジボディーの外郭部に向かって延びて形成される終点とを備える。

本発明の一実施例によれば、前記複数の溝の始点は、前記シャフト孔から同じ距離だけ離隔して配置される。

本発明の一実施例によれば、前記複数の溝の始点は、互いに同じ角度だけ離れて配置される。

本発明の一実施例によれば、前記複数の溝の始点は、それぞれ、隣り合う他の始点と４５°離れて配置される。

本発明の一実施例によれば、前記シャフト孔から離隔した距離が異なる始点を有する追加溝をさらに備える。

本発明の一実施例によれば、前記複数の溝のうち隣り合う５本の溝の終点は、前記シャフト孔から同じ距離だけ離隔して配置される。

本発明の一実施例によれば、前記表面を覆うゴムパッドをさらに含む。

本発明の一実施例によれば、前記ゴムパッドは、前記溝の始点及び終点と重なる貫通孔を備える。

本発明の一実施例によれば、前記表面は、前記ゴムパッドを取り囲む外郭壁を含む。

本発明の一実施例によれば、前記外郭壁は、前記ゴムパッドの厚さと同じ高さを有するように形成される。

本発明の一実施例に係る核酸抽出用カートリッジの流路構造によれば、サンプル及び試薬を吸入し、排出する流路をカートリッジボディーに形成することで、試薬が混合される空間と移動する空間を区分することができる。これによって、ピストンの構造を単純化し、カートリッジの性能を向上させることができる。

本発明の一実施例に係る核酸抽出用カートリッジの流路構造を説明するための概念図である。 本発明の一実施例に係る核酸抽出装置用カートリッジの斜視図である。 本発明の一実施例に係る核酸抽出装置用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用カートリッジの流路構造を説明するための概念図である。

図１を参照すると、カートリッジボディー２００の表面には、長く延びた複数の溝２１０が形成され得る。このような複数の溝２１０は、サンプル及び試薬が移動する流路を形成する。

前記ボディーの中心部にはシャフト孔２０２が形成され得、前記シャフト孔２０２にはピストンのシャフト３２４が挿入され得る。

前記複数の溝２１０は、カートリッジボディー２００の中心部から始まって外郭部で終わるように形成され得る。言い換えると、複数の溝２１０は、シャフト孔２０２の周りに形成される始点と、前記始点から前記ボディーの外郭部に向かって延びて形成される終点とを備える。

図示によると、複数の溝２１０の始点は、シャフト孔２０２から同じ距離だけ離隔して配置され得る。すなわち、始点は、シャフト孔２０２の中心から同じ距離だけ離れた円周上に配置され得る。このような構造によれば、ピストンが回転しながら、ピストンの下部ボディーに形成された液体ポートが各流路の始点と重なり得る。

各流路の始点は、互いに一定の角度だけ離れて配置され得る。言い換えると、前記複数の溝の始点は、隣り合う他の溝の始点と同じ角度だけ離れて配置され得る。

例えば、本発明の一実施例によれば、カートリッジボディーには８本の流路が形成されてもよく、各流路の始点は、互いに同じ角度だけ離れて配置されてもよい。すなわち、各流路の始点は、隣り合う他の始点と４５°ずつ離れて配置され得る。

本発明の一実施例によれば、前記８本の流路は、サンプル流路２１３、試薬流路２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅ，２１２、及び増幅モジュール流路２１５で構成され得る。

本発明の他の一実施例によれば、カートリッジボディーには、前記流路に加え、追加流路２１４が形成され得る。シャフト孔２０２の中心から追加流路２１４の始点までの距離は、他の流路の始点までの距離と異なるように形成され得る。

ピストンが回転するとき、ピストンの下部ボディーに形成された液体ポートが他の流路の始点とは重なるが、追加流路２１４の始点とは重ならない。すなわち、追加流路２１４は、他の流路と異なる用途に使用することができる。本発明の一実施例によれば、追加流路は、増幅モジュールに核酸が注入されるときに真空を制御する流路として使用することができる。

図示によると、複数の溝のうち試薬流路をなす５本の溝２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅの終点は、同一円周上に配置され得る。

以下では、上述した流路構造がカートリッジにどのように実現されるかを、図２及び図３を参照して具体的に説明する。

図２は、カートリッジの斜視図であり、図３は、図２に示されたカートリッジの分解図である。

図２及び図３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ガイドする。

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、ゴムパッド２２０及び第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、増幅モジュールに抽出された核酸が移動するときに発生し得る真空を制御し、核酸増幅時に発生し得る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には多数の液体ポート連結孔があり、これを介して、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。ゴムパッド２２０の中央上面は、ピストンの下部ボディー３２０の底面と結合し、ピストンの下部ボディー３２０のフィルターポート及び液体ポートが回転しながら、ゴムパッド２２０の中央部に位置する液体ポートと並んで位置することで、液体の移動及び混合時に発生し得る液体の漏れを防止する役割を果たす。

より具体的には、第２ボディー２００の上部には複数本の流路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２１０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。

言い換えると、第２ボディー２００の上部表面には、パッドを取り囲む外郭壁が形成され得、外郭壁は、パッドの厚さと同じ高さを有するように形成され得る。

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、及び外郭部の同一円周Ｃ２上に配置される複数の孔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閉部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の中央突起は、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。

上述した核酸抽出用カートリッジの流路構造によれば、サンプル及び試薬を吸入し、排出する流路をカートリッジボディーに形成することで、試薬が混合される空間と移動する空間を区分することができる。これを通じて、ピストンの構造を単純化し、カートリッジの性能を向上させることができる。

以上で説明した核酸抽出用カートリッジの流路構造は、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 (9)

1. カートリッジに配置されたサンプル及び試薬を吸入し混合することにより核酸を抽出する核酸抽出用カートリッジの流路構造であって、
   前記カートリッジは、
   中央部に形成された孔と、前記中央部に形成された孔の周りにそれぞれ独立した空間を形成する複数のチャンバとを含む第１ボディーと、
   前記第１ボディーの下部に結合され、上面に形成された複数本の流路を有する第２ボディーと、
   前記中央部に形成された孔に配置され、前記複数のチャンバに配置されたサンプル及び試薬を吸入したり排出したりするためのピストンであって、前記サンプル及び試薬を混合できる内部空間を提供する上部ボディーと、前記上部ボディーに結合され、回転により前記複数本の流路のいずれか１つと連通可能なポートを有する下部ボディーとを含むピストンと、
   前記下部ボディーに結合され、前記ピストンを回転させるように構成されている回転調節モジュールと、
   前記上部ボディーの内部空間に配置され、上下に移動するように構成されているピストンの制御棒モジュールと、
   前記複数本の流路を覆うように前記第１ボディーと前記第２ボディーとの間に配置されたパッドであって、中心部の同一円周上に配置される孔及び前記中心部の同一円周より外側に配置される外郭部の同一円周上に配置される孔が形成され、前記複数のチャンバ、前記複数本の流路、及び前記ピストンの内部空間は前記中心部の同一円周上に配置される孔及び前記外郭部の同一円周上に配置される孔を介して前記ピストンの回転により互いに連通するパッドと、を含み、
   前記複数本の流路は、前記第２ボディーの中心部から外郭部へ延びるように形成され、前記複数本の流路では、一端が、前記下部ボディーの前記ポートを介して前記内部空間に接続される前記中心部の同一円周上の孔と重なり、他端が、前記複数のチャンバに接続される前記外郭部の同一円周上の孔と重なることを特徴とする核酸抽出用カートリッジの流路構造。
2. 前記第２ボディーの中心部には、前記ピストンのシャフトが挿入されるシャフト孔が形成され、
   前記複数本の流路の一端は、
   前記シャフト孔から同じ距離だけ離隔して配置されることを特徴とする請求項１に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。
3. 前記複数本の流路の一端は、
   円周方向に沿って互いに同じ角度だけ離れて配置されることを特徴とする請求項２に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。
4. 前記複数本の流路の一端は、
   それぞれ、隣り合う他の流路の一端と円周方向に沿って４５°離れて配置されることを特徴とする請求項２に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。
5. 前記シャフト孔から離隔した距離が異なる一端を有する追加流路をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。
6. 前記複数本の流路のうち隣り合う５本の流路の他端は、前記シャフト孔から同じ距離だけ離隔して配置されることを特徴とする請求項４に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。
7. 前記パッドはゴムパッドであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。
8. 前記第２ボディーの前記上面は、前記ゴムパッドを取り囲む外郭壁を含むことを特徴とする請求項７に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。
9. 前記外郭壁は、前記ゴムパッドの厚さと同じ高さを有するように形成されることを特徴とする請求項８に記載の核酸抽出用カートリッジの流路構造。

Images