JP7158062B2 - 核酸抽出用カートリッジのピストン - Google Patents

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Description

本発明は、核酸抽出用カートリッジのピストンに関し、より具体的には、核酸を増幅させるためにサンプルから核酸を分離、精製することができるカートリッジに適用されるピストンに関する。
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。
特許文献１では、ピストンヘッドに複数の分岐した流路３４，３８，４２，４４を作り、ピストンヘッドが回転しながらチャンバに入っている試薬を直接吸入してピストンの内部空間で混合できるようにした。しかし、特許文献１に開示されたカートリッジの場合、ピストンの構造が複雑であるので、装置の生産及び使用効率が低下す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、より簡潔な構造の核酸抽出用カートリッジのピストンに関する研究が進められている。
米国登録特許ＵＳ６，３７４，６８４号公報
本発明は、より簡潔で効率的な構造の核酸抽出用カートリッジのピストン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ピストンは、中空を備える円筒状の上部ボディーと、前記上部ボディーの一端に結合され、一定の角度だけ離れて配置される２つのポートを備える下部ボディーと、前記上部ボディーの他端に結合されて前記他端を密封し、前記中空に沿って上下に移動する制御棒モジュールと、前記下部ボディーのシャフトに結合されて前記下部ボディーに駆動力を伝達する回転調節モジュールとを含む。
本発明の一実施例によれば、前記下部ボディーは、円板状の胴体と、前記胴体の中心から外部に突出するように形成されるシャフトと、前記中心から同じ距離だけ離れて配置される液体ポート及びフィルターポートとを含む。
本発明の一実施例によれば、前記フィルターポートは、様々な粒度を有するガラス繊維フィルターと、前記フィルターを固定させる支持構造体とを含む。
本発明の一実施例によれば、前記支持構造体は、液体の排出時に前記フィルターの離脱を防止し、一定の圧力を維持できるように、一定の粒度を有する多孔性プラスチック材質で形成される。
本発明の一実施例によれば、前記上部ボディーの一端には、前記下部ボディーの胴体と噛み合う結合構造が形成され、前記結合構造には、前記液体ポートと連結される第１孔、及び前記フィルターポートと連結される第２孔が備えられる。
本発明の一実施例によれば、前記第１孔及び前記第２孔は、前記支持構造体及びフィルターの離脱を防止できるように、前記フィルターポートよりも小さい直径を有するように形成される。
本発明の一実施例によれば、前記胴体の外周には、前記中心方向に凹んだ溝が形成される。
本発明の一実施例によれば、前記回転調節モジュールは、一面の中央部に前記シャフトと噛み合うように形成される結合溝と、他面に核酸抽出装置の駆動軸と噛み合うように形成される駆動溝とを含む。
本発明の一実施例によれば、前記制御棒モジュールは、核酸抽出装置の制御棒と結合される結合部と、前記結合部の外周を取り囲み、前記上部ボディーの内壁に密着して移動する密着部とを含む。
本発明の一実施例によれば、前記２つのポートは、１８°～３６°だけ互いに離れて配置される。
本発明の一実施例に係る核酸抽出用カートリッジのピストンによれば、サンプルと試薬とを混合する上部ボディーと、試薬を吸入して排出する下部ボディーと、を分離することで、ピストンの構造を単純化することができる。これによって、ピストンの製造及び組立工程を効率的に行うことができる。
また、ピストンの下部ボディーには、互いに一定の角度だけ離れて配置される液体ポート及びフィルターポートが備えられることで、ピストンの回転によって試薬吸入工程と試薬排出工程を順次行うことができるようにする。これによって、核酸抽出工程の効率性を増大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ピストンの底面斜視図である。 本発明の一実施例に係るピストンの下部ボディーの平面図である。 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。 本発明に使用されるカートリッジの底面斜視図である。 図２に示されたカートリッジの分解図である。
以下、本発明について図面を参照してより詳細に説明する。本明細書では、互いに異なる実施例でも同一・類似の構成に対しては同一・類似の参照符号を付与し、その説明は最初の説明で代替する。本明細書で使用される単数の表現は、文脈上明らかに別の意味を示すものでない限り、複数の表現を含む。また、以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞である「モジュール」及び「部」は、明細書の作成の容易さのみを考慮して付与又は混用されるものであって、それ自体で互いに区別される意味又は役割を有するものではない。
図１は、本発明の一実施例に係る核酸抽出用カートリッジのピストンの底面斜視図であり、図２は、本発明の一実施例に係るピストンの下部ボディーの平面図である。
図１に示されたピストンは、図３乃至図５に示されたカートリッジに装着されて、カートリッジのチャンバに配置されたサンプルと試薬を順次吸入し、混合して核酸を抽出する。
図示によると、ピストン３００は、上部ボディー３１０と、下部ボディー３２０と、回転調節モジュール３３０と、制御棒モジュールなどを含むことができる。
上部ボディー３１０は、円筒状をなし、中空を含むことができる。
上部ボディー３１０の中空には、中空に沿って上下に移動する制御棒モジュールが配置され得る。
制御棒モジュールは、核酸抽出装置の制御棒と結合される結合部３０１と、結合部３０１の外周を取り囲み、上部ボディー３１０の内壁に密着して移動する密着部３０２とを含むことができる。
上部ボディー３１０の一端には、下部ボディー３２０と噛み合う結合構造が形成され得、下部ボディー３２０の液体ポートと連結される第１孔、及び下部ボディー３２０のフィルターポートと連結される第２孔が形成され得る。２つの孔は、支持構造体及びフィルターの離脱を防止できるように、フィルターポートのフィルター載置空間３２３よりも小さい直径を有するように形成され得る。
下部ボディー３２０は、上部ボディー３１０の一端に結合され得る。より具体的には、下部ボディー３２０は、上部ボディー３１０の一端に形成される結合構造に噛み合って固定される。
下部ボディー３２０は、円板状の胴体と、胴体の中心から外部に突出するように形成されるシャフト３２４と、胴体の中心から同じ距離だけ離れて配置される液体ポート３２１及びフィルターポート３２２とを含むことができる。胴体は、中心部３２０ａが外郭部３２０ｂよりも突出するように形成され得る。中心部３２０ａは、上部ボディーの結合構造上に形成される溝に挿入されて固定され得る。
液体ポート３２１は、サンプル及び試薬をピストンの内部に吸入、混合し、排出するときに用いられ、フィルターポート３２２は、核酸捕捉フィルターを洗浄するか、または核酸捕捉フィルターから核酸を分離するときに用いることができる。
また、下部ボディー３２０の胴体の外周には、前記中心方向に凹んだ溝が形成され得る。この溝は、カートリッジの内部で液体の移動時に発生し得る真空を除去する役割を果たすことができる。
液体ポート３２１とフィルターポート３２２は、同一円周上で互いに一定の角度だけ離れて配置される。例えば、フィルターポート３２２と液体ポート３２１は、２つのポートが１８°～３６°だけ互いに離れて配置されてもよい。より具体的には、２つのポートは、２２．５°の間隔をなすように配置され得る。１６回に分割して一回りの回転を行うステップモータを用いる場合、１回の駆動によって液体ポート３２１とフィルターポート３２２の位置を変更することができる。
下部ボディー３２０のフィルターポート３２２はフィルター載置空間３２３を含むことができ、フィルター載置空間には、フィルター及び支持構造体が配置され得る。核酸の捕捉のためのフィルターは、様々な粒度を有するガラス繊維フィルターが使用されてもよく、支持構造体は、核酸の捕捉のためのフィルターを固定させる役割を果たす。
支持構造体は、液体の排出時に前記フィルターの離脱を防止し、一定の圧力を維持できるように、一定の粒度を有する多孔性プラスチック材質で形成されてもよい。
回転調節モジュール３３０は、装備の駆動部と連結されてピストン３００を一定の角度で回転させる媒介体の役割を果たす。
前記回転調節モジュール３３０は、一面の中央部に前記シャフト３２４と噛み合うように形成される結合溝と、他面に核酸抽出装置の駆動軸と噛み合うように形成される駆動溝とを含むことができる。
回転調節モジュール３３０は、ピストン３００と結合して、核酸抽出ステップで必要な様々な化学的反応を一つのカートリッジの内部で行うことができるように、適切な試薬チャンバポートの位置にフィルターポート及び液体ポートを位置させる。
液体ポートとフィルターポートとは一定の角度だけ離れており、回転調節モジュール３３０は、核酸の抽出時に前記ポートを各ステップに適する位置に回転させる。
フィルターポートに核酸の捕捉に必要なフィルターを挿入した後、下部ボディー３２０を上部ボディー３１０と結合させ、その後、第１ボディー１００及び第２ボディー２００に結合させてカートリッジのセッティングを完了する。
以下では、上述したピストンが装着されるカートリッジの構造について、図３乃至図５を参照して具体的に説明する。
図３は、本発明に使用されるカートリッジの斜視図であり、図４は、本発明に使用されるカートリッジの底面斜視図であり、図５は、図３に示されたカートリッジの分解図である。
図３乃至図５を参照すると、核酸抽出用カートリッジは、大きく第１ボディー１００と、第２ボディー２００と、ピストン３００と、核酸増幅モジュール４００などを含むことができる。
第１ボディー１００は、複数個の試薬を貯蔵する用途に使用することができる。
図示によると、第１ボディー１００には、互いに分離された隔室を形成する複数個のチャンバ１１０が形成され得る。それぞれのチャンバ１１０には、互いに異なる試薬またはサンプルが配置され、試薬が互いに混ざらないように、各チャンバ１１０は独立した空間を形成する。
第２ボディー２００は、第１ボディー１００に貯蔵された試薬またはサンプルが移動する経路を含む。
本発明の一実施例によれば、第２ボディー２００には、液体が移動可能な液体流路と、空気が移動可能な空気流路とが存在することができ、第２ボディー２００は、第１ボディー１００との結合時に液体の漏れを防止するために、上面に配置されるパッド２２０を含むことができる。パッド２２０とカートリッジの第２ボディー２００とが結合されると、カートリッジの第２ボディー２００の液体流路及び空気流路が、パッド２２０によって上面が塞がって空間を形成し、完璧な流路２１０が完成される。
液体流路は、第１ボディー１００と連結されてサンプル及び試薬が移動、混合可能な空間を提供する。
空気流路は、増幅モジュールとピストン３００の真空制御部位を連結して、抽出された核酸が増幅モジュールに移動するときに発生し得る真空を制御し、核酸増幅産物が汚染されることを防止する役割を果たす。
パッド２２０には、パッド２２０を上下に貫通する複数個の孔が形成され得る。孔を介して、カートリッジの下部の液体流路及び空気流路が、カートリッジの第１ボディー１００に位置した多数の試薬チャンバ１１０と連結される。
パッド２２０の中央部は、ピストンの下部ボディー３２０の底面と密着するように結合される。
パッド２２０の中央部に形成された孔は、ピストンが回転するとき、ピストンの下部ボディー３２０のフィルターポートまたは液体ポートと重畳する。
より具体的には、第２ボディー２００の上部には複数個の流路２１０が形成され得る。それぞれの流路２１０は、互いに交差せず、第２ボディー２００の中心部から外郭部に延びるように形成される。図示によると、一部の流路は、一端が同一円周上に配置され、他端も互いに同一円周上に配置され得る。
第２ボディー２００の上部にはパッド２２０が結合され得る。
第２ボディー２００の上部には、下端に向かって窪んだ載置部２０１が形成され得、パッド２２０は、第２ボディー２００の上部の載置部２０１に噛み合って結合され得る。
パッド２２０が、第２ボディー２００の上面に密着しながら流路２１０を密閉させることができる。パッド２２０が第２ボディー２００にさらに強く密着できるように、前記パッド２２０は、弾性を有するゴムまたは合成樹脂で形成されてもよい。
本発明の一実施例によれば、前記孔は、流路２１０の端部と上下に重なるように配置される。言い換えると、パッド２２０に形成される孔は、一対ずつ組をなして流路２１０を介して連結され得る。
パッド２２０には、中心部の同一円周Ｃ１上に配置される複数の孔２２１、及び外郭部の同一円周Ｃ２上に配置される複数の孔２２１を備えることができる。
ピストン３００は、ピストンの上部ボディー３１０及びピストンの下部ボディー３２０からなることができる。
ピストン３００の上部ボディー３１０には、試薬とサンプルを混合できる内部空間が形成され、前記内部空間には、上下に移動するピストン３００の制御棒モジュールが配置され得る。
ピストンの制御棒モジュールは、核酸抽出装置の駆動部と結合される結合部３０１と、ピストンの内部空間に密着して上下に移動する密着部３０２とを含むことができる。
ピストンの下部ボディー３２０は、ピストンの上部ボディー３１０と結合して一つのボディーをなす。
ピストンの下部ボディー３２０は回転調節モジュール３３０と結合され得る。
図示によると、ピストンの上部ボディー３１０は、第１ボディー１００の中央部に形成された孔に挿入され、ピストンの下部ボディー３２０のシャフト３２４は、第２ボディー２００の中央部に形成された孔に挿入される。
前記ピストンの下部ボディー３２０のシャフト３２４は、第２ボディー２００の下端に結合される回転調節モジュール３３０と噛み合って固定される。
核酸増幅モジュール４００は、第１ボディー１００または第２ボディー２００と結合されてもよい。
核酸増幅モジュール４００の内部には内部流路２１０が形成され得、内部流路２１０の一端は、第２ボディー２００に形成される流路２１０のうち少なくともいずれか１つと重なるように形成され得る。
本発明の一実施例によれば、核酸増幅モジュール４００が任意に分離されないように核酸増幅モジュール４００を覆い、第１ボディー１００と第２ボディー２００を結合させる固定部材４１０が存在することができる。
第１ボディー１００は、多数個の試薬チャンバ１１０を含むことができ、それぞれのチャンバ１１０は、互いに隔離されるように形成される。
それぞれのチャンバ１１０の下端には、流路２１０の一端またはパッド２２０に形成された孔と重なるポートが形成される。ポートは、チャンバ１１０の用途に応じて、互いに異なる半径を有するように形成することができる。
各試薬チャンバ１１０は、単一の試薬チャンバの液体ポートを含んでいる。各試薬チャンバの液体ポートは、ゴムパッド２２０の液体ポート連結孔を介して、カートリッジの下部の液体流路と連結される。サンプルチャンバポート及びマスターミックスビーズチャンバポートには、それぞれ別途のサンプルチャンバとマスターミックスビーズチャンバ１１１が結合される。
サンプルチャンバポート同士は同一円周上に配置され、マスターミックスビーズチャンバポートは、異なる円周上に配置され得る。
サンプルチャンバには、サンプルの抽出に必要な複数個の乾燥ビーズが含まれ得、マスターミックスビーズチャンバには、核酸の増幅に必要な複数個の乾燥ビーズが含まれ得る。
サンプルチャンバ及びマスターミックスビーズチャンバは、それぞれサンプルチャンバポート及びマスターミックスビーズチャンバポートと連結され、各ポートは、パッドに形成された孔及びカートリッジの第２ボディー２００の流路と連結されることで、液体が移動することができる構造を形成する。
上述した核酸抽出用カートリッジのピストンによれば、サンプルと試薬とを混合する上部ボディーと、試薬を吸入し、排出する下部ボディーとを分離することで、ピストンの構造を単純化することができる。これによって、ピストンの製造及び組立工程を効率的に行うことができる。
また、ピストンの下部ボディーには、互いに一定の角度だけ離れて配置される液体ポート及びフィルターポートが備えられることで、ピストンの回転によって試薬吸入工程と試薬排出工程を順次行うことができるようにする。これによって、核酸抽出工程の効率性を増大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 (8)

  1. カートリッジに配置されたサンプル及び試薬を順次吸入し、混合して核酸を抽出する核酸抽出用カートリッジのピストンであって、
    前記カートリッジは、
    底部に形成されたポートを有する複数のチャンバを含む第１ボディーと、
    前記第１ボディーの下部に結合される第２ボディーと、
    前記第２ボディーの上面に配置され、貫通する複数個の孔を有するパッドであって、中心部の同一円周上に配置される複数の孔、及び外郭部の同一円周上に配置される複数の孔が前記パッドを通じて形成されるパッドと、
    前記第２ボディーの中心部から前記外郭部に延びるように前記第２ボディーの上部に形成される複数の流路であって、前記複数の流路の一端は、前記中心部の同一円周上の孔と重なり、前記複数の流路の他端は、前記外郭部の同一円周上の孔及び前記複数のチャンバのポートと重なる複数の流路と、を含み、
    前記ピストンは、
    中空を備える円筒状の上部ボディーと、
    前記上部ボディーの一端に結合され、一定の角度だけ離れて配置される２つのポートを備える下部ボディーと、
    前記上部ボディーの他端に結合されて前記他端を密封し、前記中空に沿って上下に移動する制御棒モジュールと、
    前記下部ボディーのシャフトに結合されて前記下部ボディーに駆動力を伝達する回転調節モジュールと、を含み、
    前記下部ボディーは、
    円板状の胴体と、
    前記胴体の中心から外部に突出するように形成されるシャフトと、
    前記中心から同じ距離だけ離れて配置される液体ポート及びフィルターポートと、を含み、
    前記上部ボディーの一端には、前記下部ボディーの胴体と噛み合う結合構造が形成され、前記結合構造には、前記液体ポートと連結される第１孔、及び前記フィルターポートと連結される第２孔が備えられ、前記ピストンが回転するとき、前記下部ボディーの２つのポートはそれぞれ、前記パッドの中心部の同一円周上に配置される複数の孔のいずれか１つと重畳することを特徴とする核酸抽出用カートリッジのピストン。
  2. 前記フィルターポートは、
    様々な粒度を有するガラス繊維フィルターと、
    フィルターを固定させる支持構造体と、を含む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ピストン。
  3. 前記支持構造体は、
    液体の排出時に前記フィルターの離脱を防止し、一定の圧力を維持できるように、一定の粒度を有する多孔性プラスチック材質で形成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ピストン。
  4. 前記第１孔及び前記第２孔は、
    支持構造体及び前記フィルターの離脱を防止できるように、前記フィルターポートよりも小さい直径を有するように形成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ピストン。
  5. 前記胴体の外周には、中心方向に凹んだ溝が形成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ピストン。
  6. 前記回転調節モジュールは、
    一面の中央部に前記シャフトと噛み合うように形成される結合溝と、
    他面に核酸抽出装置の駆動軸と噛み合うように形成される駆動溝と、を含む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ピストン。
  7. 前記制御棒モジュールは、
    核酸抽出装置の制御棒と結合される結合部と、
    前記結合部の外周を取り囲み、前記上部ボディーの内壁に密着して移動する密着部と、を含む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ピストン。
  8. 前記２つのポートは、１８°～３６°だけ互いに離れ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ピストン。
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