KR0152656B1 - 온도제어장치 및 반응용기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

온도제어장치 및 반응용기

제1도는 본 발명의 장치에 의해 처리될 수 있는 밀폐 큐벳(cuvette)의 개략사시도.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 부분단면도.

제3도는 제1도의 큐벳이 설치된 본 발명의 온도제어장치에 대한 부분평면도.

제4도는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절단한 단면도.

제5도는 제3도의 온도제어장치 및 큐벳에 대한 시간/온도 그래프.

제6도는 제4도의 일부와 유사한 부분단면도로서, 다른 실시태양을 도시함.

제7도는 제3도와 유사한 평면도로서, 또다른 실시 태양을 도시함.

제8도는 제4도와 유사한 부분단면도로서, 다른 실시 태양을 도시함.

제9도는 본 발명의 조합체에 의해서 달성되는 6개의 개별적인 격실에 대한 온도/시간 선도.

제10도 및 제11도는 각각 제9도에 유사한 온도 대 시간의 선도로서, 각각의 곡선은 유연한 격실에 작용하는 서로 다른 크기의 힘을 나타냄.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 가요성 주머니 12,14 : 가요성 적층시이트

18 : 열전도성 소재 20 : 반응실

22 : 폴리머 피복층 21,23 : 측벽

30 : 흐름통로 32 : 검출실

34 : 폐기실 40 : 온도제어장치

41 : 고정지지체 43 : 상측부재

42,44 : 가압판 48 : 하우징

본 발명은 반응용기를 여러 가지의 온도, 특히 PCR증식에 유용한 온도로 신속하게 가열 및 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다.

폴리머라제 연쇄반응(PCR)기술을 이용하면, 통상적으로 단일세포에서 추출되는 DNA등과 같은 핵산물질을 수억개의 복제물로 증식시킬 수 있다. 이러한 PCR기술이, 개발되기 이전에는 단일의 DNA스트랜드를 검출하는 것이 사실상 불가능하였기 때문에, 이것은 중요한 기술이라 할 수 있다. 그러나, 인체의 면역결핍 바이러스(예를들면, AIDS의 발병원인이 되는 것으로 알려져 있는 HIV-I)에 의해 생성된 DNA등과 같은 단일 DNA스트랜드를 선택된 DNA의 증식을 위한 증식제에 첨가하면, 비교적 단시간내에 수억개의 DNA복제물을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 기술에 의하면, 선택된 증식물질에 하이브리드화되는 프로브를 이용해서 증식후의 핵산물질, 예를들면 DNA를 검출할 수 있다. 그후, 상기 프로브는 여과막등과 같은 고형지지체에 고정되고/되거나 효소 또는 기타성분에 의해서 검출가능하는 상태로 표지된다.

종래에는, 핵산물질을 밀폐된 플라스틱 용기내에서 원하는 수의 복제물이 생성될때까지 증식시키는 방식으로 상술한 조작을 행하였다. 그후, 상기 밀폐용기는 스토퍼를 제거하는 등의 방법으로 다시 개방시키고, 증식된 복제물을 취출하여 검출장치로 보내거나, 증식용기에 검출시약을 첨가하여 동일한 용기내에서 검출을 행한다.

이와같은 기법은 PCR기술을 편리하게 이용할 수 있도록 하고 보편화한다는 측면에서 만족스럽지 못한 것으로 밝혀졌다. 그 이유는 액체의 배출 및/또는 운반시 에어러졸이 발생하기 때문이다. 이러한 에어러졸은 소량의 증식핵산물질, 예를들면 DNA분자를 함유하고 있다. 그후, 에어러졸은 대기중으로 확산된다. 일반적으로, 대기중에 에어러졸의 분자가 소량 포함되어 있다고 해서 큰 문제가 되는 것은 아니다. 그러나, 이론상으로는, 단 하나의 DNA분자만으로도 검출대상의 다른 증식용기를 오염시켜 사용불능의 상태로 만들 수 있다. 즉, 본래의 위치에서 벗어난 DNA분자가 조작자의 부주의로 인해 다른 증식 용기로 흘러들어가면, 그러한 분자 하나 만으로도 다음 증식에 필요한 DNA분자의 공급은 충분한 것이다. 만약, 다음에 행할 시험의 목적이 특정 DNA, 예를들면 HIV-I에서 추출된 DNA의 존재유무를 확인하기 위한 것이고, 시험결과 외부에서 침입한 DNA만 검출되고 환자의 DNA는 검출되지 않는다면, 그 시험은 실패한 것이나 다름없다. 그러므로, DNA증식배율이야 말로 시험실패의 원인이 되는 것이다. 사실상, 모든 실험실은 샘플의 증식이 완료된 몇 개의 증식용기만 개방시키면 오염을 면할 수 없다. 세심한 주의를 기울여서 에어러졸의 발생을 최소화할 수 있는 고도로 숙련된 기술자를 채용하면 상술한 문제점을 극복할 수 있겠지만, 이러한 노동력이 필요해서는 상기 증식기술의 일반화를 실현할 수 없다.

상술한 문제점은 가요성 주머니의 형태를 취할 수 있는 밀폐큐벳에 의해서 해결된바 있다. 이러한 주머니는 반응격실을 구획하는 벽면소재에 특색이 있는바, 격실의 벽변소재중 하나 또는 양자는 가요성을 갖는다.

상기 주머니는 다양한 장치를 이용해서 당업계에 공지된 PCR증식에 필요한 여러 가지의 온도로 신속하게 가열,냉각시킬 수 있기는 하지만, 본 발명이 이루어지기 전까지는, 신속한 온도변화에 특히 적합한, 간단하고 저렴하면서도 효율적인 온도제어장치의 출현이 요망되어 왔다. 예를들면, 주머니가 놓여진 금속블록을 가열, 냉각할때의 열열학적 사이클이 비교적 느리고 비효율적이라고 하는 문제점을 안고 있는 것이다.

따라서, 문제해결의 관건은 상술한 PCR큐벳에 필요한 온도변화를 효율적으로 유발시킬수 있는 온도제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상술한 문제점은, 적어도 2가지의 온도변화를 일으키도록 반응용기를 처리하기 위한 장치에 있어서, 적당한 반응용기의 선택부위중 적어도 일 측벽을 가열하기 위한 수단과, 상기 가열수단을 적극적으로 반복가열하기 위한 수단과, 상기 반응용기 및 가열, 냉각 수단중 하나를 규정된 경로를 따라 다른 하나의 상기 반응용기 및 가열, 냉각 수단에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는 장치에 의해서 해결된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 문제점은, 반응용기에 신속한 온도변화를 유발시키기 위한 온도제어장치에 있어서, 양면사이에 협지된 반응용기와 접촉하는 2개의 표면을 포함하고, 상기 표면중 적어도 하나는 열전도성 소재로 되어 있고, a)반응용기 접촉면의 배면에 해당하는 적어도 하나의 소재표면상에 배치된 가열소자와, b)상기 가열 소자 배치면으로부터 이격되어 상기 가열소자위로 공기를 유통시키기 위한 캐비티를 형성시키는 벽면과, c)상기 벽면에 배치되어 냉각공기를 상기 간극 및 상기 가열소자로 공급함과 아울러 상기 가열소자주위를 유통한 공기를 상기 간극으로부터 제거하는 냉각수단을 추가로 포함하는 장치에 의해서 해결된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 상술한 문제점은, 가요성의 절첩가능한 반응용기와 처리장치를 조합하여 해결할 수 있다. 반응용기는 그것의 적당개소에 이격배치되어 격실을 제공하는 대향측벽과 상기 격실에 수납된 적어도 1종의 액체를 포함하고 있으며, 상기 측벽은 그것을 누루고 있는 물체의 표면형상에 부합할 수 있도록 충분한 유연성을 갖고 있다.

상기 장치는, a)상기 측벽을 누를수 있도록 설치되어 상기 측벽중 적어도 하나를 가열하기 위한 수단과, b)상기 가열수단을 적극적으로 냉각하기위한 수단과, c)상기 가열수단 및 상기 냉각수단을 상기 적어도 하나의 측벽에 대고 가압하여 상기 하나의 측벽이 상기 가열수단 및 냉각수단의 표면에 부합되도록 하는 수단을 포함한다.

본 발명의 장점은, 밀폐주머니내의 액체의 온도를 약 20초내지 1.75분의 시간동안에 효율적이고 저렴하고 신속한 방식으로 ±1℃의 오차를 두고 약 95℃에서 적어도 55℃내지 70℃까지 변화시킨 후 다시 약 95℃로 환원 시킬수 있고, 상기 각 온도에서 체류시간이 짧고, 내부 센서를 갖지 않는 장치를 제공하는 점이다.

본 발명의 다른 장점은, 이러한 온도사이클을 수백회 반복해서 정확하게 시행할 수 있는 장치를 제공하는 점이다.

기타 본 발명의 장점으로서는, 크기가 작고 전력소모량이 적다는 점을 들 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서, PCR 밀폐큐벳은 온도제어장치에 의해 처리되며, 큐벳 양면의 가압판은 가열 및 냉각된다. 또한, 본 발명은 PCR 증식용기 뿐만 아니라 모든 종류의 반응용기를 가열, 냉각시키는데에 유용하며, 가압판중 하나만이 온도변화작용을 한다.

먼저, 제1도 및 제2도를 참조하면, 본 발명의 장치에 의해 작동되는 바람직한 반응용기는 가요성 적층시이트(12,14)로 성형되어 적어도 그 주면부(16)가 시일링된 가요성 주머니(10)를 포함한다. 적층시이트(12,14)의 적어도 일부에는 제2도에 도시한 것과 같이 알루미늄등의 열전도성 소재(18)로 된 반응실(20)을 형성시킬 수 있다. 상기 열전도성 재료의 표면에는 폴리머 피복층(22)을 위치 시켜서 알루미늄으로 인해 증식이 억제되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 적층 시이트(12,14)는 가요성 플라스틱으로만 제조하는 것이 바람직하며, 총 두께가 약 0.06mm 내지 0.2mm 인 폴리에스테르와 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 협지층인 것이 가장 바람직하다. 두께를 이러한 값으로 설정하는 이유는, 알루미늄층이 없더라도 벽이 충분한 열전도성을 갖도록 하기 위함이다. 어떠한 종류의 재료를 선택해서 사용하던간에, 상기 적층시이트는 반응실(20)의 대향측벽, 즉 제2도의 측벽(21)과 (23)쪽으로 가압된 표면에 부합할 수 있는 정도의 충분한 유연성을 가져야 한다. 또한, 상기 2개의 시이트는 반응실(20)둘레의 연부(24)에서 가열밀봉되어 있으므로, 표본액체(l)를 통로(도시하지 않음)로 유입시킨 후 밀봉하여 처리할 수 있다. 도면을 보면, 반응실(20)이 한쪽시이트(12)에서만 돌출되어 있으나, 다른쪽 시이트(14)에서도 이것을 돌출시킬 수 있다. 선택적인 파열이 이루어지도록 하기위해서, 2개의 시이트(12,14)사이에는 약한 가열밀봉부를 형성시켜 차후 흐름통로(30)가 형성될 수 있도록 한다. 상기 흐름통로(30)는 액체가 검출 시약으로 충만된 검출실(32)을 거쳐서 폐기실(34)로 흘러갈 수 있도록 한다. 즉, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 반응실(20)과 유사한 형상을 가지되, 액체시약을 함유하는 저장실을 제공할수도 있는 것이다. 점선 A-A는 가압수단이 반응실(20)의 가열 및 냉각후 큐벳(10)위를 이동하여 적어도 하나의 반응실(20)을 압축하므로써 검출실(32)로부터 액체가 흘러나오도록 하기 위한 가압수단 이동 경로를 나타낸다.

제2도 및 제4도에는 반응실(20)에 대한 온도처리를 하기 위한 본 발명의 장치(40)가 도시되어 있다. 이 장치는 고정지지체(41)와 이 지지체상을 이동하는 상측부재(43)를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 달리, 지지체(41)가 상측부재(43)의 하부에서 움직일 수도 있다. 본 발명의 장치(40)는 제4도에 도시한 것과 같이 2개의 대향 가압판(42,44)을 포함하고, 이들 가압판은 큐벳과 접촉하는 표면(46)을 가진다. 상기 접촉표면은 가열하고자 하는 반응실과 동일한 면적을 갖는 것으로, 여기서는 원형이다. 가압판(42,44)은 알루미늄등과 같은 열전도성 소재인 것이 바람직하며, 포집된 공기가 탈출할 수 있도록 홈이 형성된 것일 수도 있다.

가압판(42,44)은 하우징(48,49)에 각각 설치되는 것이 바람직하다. 하우징(48)은 지지체(41)상에 장착되는 것으로, 그것의 모서리(50)는 후술하는 바와같은 이유로 모따기 되어 있다. 이러한 하우징(48)은 전도성이 불량한 소재인 것이 바람직하다. 지지체(41)와 상측부재(43)중 적어도 하나는 가열수단과 이 가열수단을 적극적으로 냉각시키기 위한 수단을 갖는다. 본 명세서에 있어서 적극적이라는 용어는 전류등과 같은 열원을 제거하면 저절로 이루어지는 소극적 냉각과 구별되는 개념이다. 표면(46)에 반대되는 가압판(42,44)의 배면(52)에는 가열소자(54)가 배치된다. 가압판(42)에 대한 가열소자는 도면의 명료성을 기하기 위하여 도시하지 않았다. 이러한 가열소자는 전기적으로 구동되는 가요성 소자, 예를들면 오션 스테이트 써모틱스(Ocean State Thermotics)사에서 제조한 가요성 인쇄회로기판인 것이 바람직하다. 이 회로기판은 직류 24V에서 작동하여 20W의 열을 발생할 수 있다.

가압판(42)의 표면(46)에는 통상의 온도센서(도시하지 않음)를 설치하는 것이 바람직하다. 유용한 센서로서는 열전쌍과 RTD형이 있다.

각각의 가압판(42,46)용 하우징은 당해 가압판 및 그것의 가열소자로부터 이격되어 가스흐름 캐비티(58)를 규정하는 벽면(56)을 구비하고 있다. 가열소자를 적극적으로 냉각시키기 위해서, 상기 벽면(56)은 적어도 하나의 제트유입구(60)와 적어도 하나의 배출구(62)를 갖는 것이 바람직하다. 배출구(62)는 각 가압판의 둘레에 복수개로 배열되는 것이 바람직하다. 유입구(60)에는 가스호오스(64)가 유체적으로 접속되어 있으며, 배출구는 캐비티(58)내의 가스를 대기중으로 방출시킨다. 호오스(64)는 약 0.01 내지 약 0.35kg/cm²의 압력으로 공기 또는 불활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이러한 적극적 가열방법을 이용하면 온도를 PCR증식등의 반응에 필요한 수준까지 신속하게 저하시킬 수 있다.

하우징(48)은 가압판이 서로에 대하여 상대운동할 수 있도록 스핀들(70)상에 장착된다. 가압판(44)과 하우징(49)은 고정상태에 있는 것이 바람직하므로, 스핀들(70)은 가압판(44)상에 배치된 큐벳(10)에 대하여 상대운동할 수 있어야 한다. 이것은 스핀들(70)을 프레임(74)상의 부싱(72)에 미끄럼조립함으로써 실현할 수 있다. 그후, 스핀들(70)은 수동 도는 자동으로 승강시킬수 있다. 이와달리, 스핀들과 가압판(42)은 큐벳(10)의 외표면상에 단순히 재치될 수도 있다. 하우징(48)이 다른 하나의 돌출반응실과 접하게 되면, 모따기 된 모서리(50)는 가압판(42)을 밀어올리는 역할을 한다.

프레임(74)은 제3도 및 제4도에 도시된 것과 같이 축(76)상에 장착된 C자형 요우크인 것이 가장 바람직 하다. 상기 요우크는 축(76)에 저어널된 가압 로울러(78)를 끌고 다닌다. 축(76)은 로울러(78)가 제3도의 A-A경로를 따라 움직일 수 있도록 큐벳(10)의 횡방향으로 운동할 수도 있다. 그러나, 이것은 불연속운동으로서, 로울러(78)에 의해 파열되기전의 각 반응실을 가압판(42,44)으로 하여금 반복적으로 가열 및 냉각하도록 하기 위한 것이다. 축(76)의 횡방향 운동은 수동 또는 자동수단(도시하지 않음)으로 조절할 수있다.

로울러(78)로 반응실(20)등과 같은 격실을 파열시켜 그 속의 액체를 다른 통로로 유출시키는 경우, 당해 로울러의 길이가 약 4cm라면 단위 길이다 약 1내지 7kg/cm의 힘(F)을 축(76)에 인가하는 것이 바람직 하다 (제4도 참조).

가열소자(54) 및 냉각호오스(64)의 사이클을 제어하는데에는 통상의 마이크로 프로세서(도시하지 않음)를 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 기계장치와 온도제어장치를 사용함에 있어서는, 반응용기의 특정부위, 예를들면 밀폐된 반응실을 필요한 온도까지 신속히 가열한 다음, 적극적 냉각수단으로 매우 낮은 온도까지 급속히 냉각시킨다. 이러한 가열 및 냉각 작업은 상측가압판(42)를 반응실에 접촉시킨 상태에서 소기의 반응에 필요한 횟수만큼 반복적으로 행한다. PCR기술을 이용한 DNA복제시에는, 예를들면 50회까지 사이클을 반복하는 것이 바람직하다.

사이클이 종료되면, 온도제어장치(40)는 로울러의 회전에 의해 반응실과의 접촉상태로부터 해제되어 경로 A-A를 따라 반응용기로부터 이탈한다. 이어서, 로울러는 전진 이동하여 반응실과 접촉하므로써 그 내용물을 반응 용기의 다음 부분으로 압출한다. 그후, 온도제어장치(40)는 A-A경로상에 놓여 있는 다른 액체수용실(제1도에는 도시하지 않음)에 대하여 가열 및 냉각작업을 계속한다. 다른 액체수용실중 적어도 일부에 대하여는 반복적인 온도사이클이 요구되지 않으므로, 그러한 액체수용실위에서 가압판을 가열하기 위한 체류시간은 거의 필요하지 않거나 또는 전혀 필요없으며, 사실상 가열소자를 OFF시킬 수 있다. 그러나, 로울러는 액체수용실을 가압하여 그 내용물을, 예를들면 검출실로 압출시키게 된다. 본 발명의 장치를 이용하면, 제5도에 도시한 것과 같은 온도반응 곡선이 얻어진다. 이 경우에 있어서, 반응실(20)은 두께 63.5미크론(2.5mil)의 폴리에스테르 시이트(12,14)로 구획된 것이었다. 반응실의 제적은 140㎕였으며, 그 두께는 2.16mm였다. 내용물로서는 온도측정의 목적상 광유를 사용하였으며, 시이트(12,14)사이의 광유중에는 열전쌍을 삽입하였다.

추적선(100)은 가압판(44)에 의해 전달되는 온도를 프로브로 측정한 것이다. 추적선(102)은 가압판(42)의 온도이고, 추적선(104)는 반응실(20)내의 광유온도를 나타낸다. 추적선(104)은, 약1.3분의 사이클주기내에서 선택된 체류시간동안 약 57℃내지 약 97℃온도 범위로 급격한 가열 및 냉각을 하였음에도 불구하고, 가압판 온도 추적선에 비해서 반응실 내부온도를 긴밀한 상관관계로 추적하고 있음을 보여주고 있다. 이 추적시험에서 선택한 온도 분포는 PCR증식에 필요한 온도에 대응하며, 이것은 공지되어 있다. 사이클 주기를 45초까지 단축하는 것도 가능하였다.

가열소자를 냉각시키기 위한 제트유입구는 반드시 하나일 필요는 없으며, 제6도에 도시한 것과 같이 복수개의 유입구를 이용할수도 있다. 이 도면에 있어서, 위에서 언급한 것과 유사한 부품에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하되, 부호A를 병기하여 구별이 용이하도록 하였다.

온도제어장치(40A)(일부만 도시함)의 상부는, 앞에서와 마찬가지로 하우징(48A)에 설치된 가압판(42A)과 표면(52A)상에 위치한 가열소자(54A)를 갖추고 있다. 스핀들(70A)은 챔버(58A)로 공기를 공급하고, 배출구(62A)는 공기를 배출시킨다. 그러나, 이 경우에는 복수개의 제트유입구(60A)가 형성되어 있으며, 이들은 모두 가열소자(54A)로부터 이결된 표면(56A)에 위치한다.

상부의 가열 및 냉각수단은 일정한 힘으로 가요성 주머니 쪽으로 바이어스되어 그 접촉상태 및 열전도성이 향상되도록 하는 것이 가장 바람직하다. 이에 의하면 반응 속도도 빨라진다. 제7도에 있어서, 위에서 설명한 것과 유사한 부품에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하되, 부호 B를 병기하여 구별이 용이하도록 하였다. 따라서, 제7도의 장치(40B)는 고정지지체(41B)와 상측가동부재(43C)를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 가동부재는 주머니 또는 가요성 반응용기(10B)상에서 A-A경로를 따라 이동하게 된다. 고정지지체(41B)와 가동부재(43B)는 상술한 것과 대략 동일한 구성으로 되어 있다. 그러나, 상측 가동부재(43B)는 하우징(48B)내의 가압판에 소정의 하중을 인가하기 위한 수단(110)을 추가로 구비하고 있다. 도면에 있어서 상기 수단은 축(76B)상에 장착된 토오션 스프링으로 되어 있다. 상기 토오션 스프링의 스프링 상수는 후술하는 바와같이 소정의 힘을 인가할 수 있도록 선택한다. 이와달리, 상기 가압수단(110)은, 호오스(64B)가 연결되어 있는 스핀들상에 장착된 질량체일 수도 있고, 심지어는 요오크(74B)를 축(76B)에 대하여 소정의 힘으로 아래를 향해 바이어스시킬 수 있는 유압수단일 수도 있다. 예를들면, 제8도에 도시한 것과 같이, 프레임(121)상의 피스톤(120)을 사용해서 사전설정된 가변압력(P)을 인가할수도 있는 것이다.

반응실의 측벽이 가열 및 냉각소자의 표면과 최대한으로 부합할 수 있도록 하기위한 압력의 크기는, 재료의 종류, 재료의 두께 및 반응실 내용물의 종류에 따라서 달라진다. 각 측벽의 가요성이 크고 두께가 얇고 유연할수록, 필요한 압력의 크기는 작아진다. 측벽의 특성과 압력의 크기는, 가압수단(110)을 이용해서 약 270g(0.6lb)의 압력을 상부의 가열 및 냉각소자(43)에 인가 하였을 때, 반응실의 측벽이 변형을 일으켜서 상기 요소의 표면과 반응실 표면간에 충분한 접촉이 이루어질 수 있도록 선택하는 것이 바람직하다. 상기 반응실은 170㎕의 액체를 함유한 것으로, 2개의 가요성 대향 시이트를 포함하고 있으며, 각각의 시이트는 약 0.013mm두께의 폴리에스테르와 약 0.1mm두께의 폴리에틸렌으로된 협지층을 필수구성으로 한다. 이러한 구성에 의하면 약 180mm²의 접촉표면이 제공된다.

상술한 변형특성과 변형유발수단을 이용하면, 극히 우수한 PCR반응을 행할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 가열, 냉각식 반응실의 내용물은 가열 및 냉각수단의 온도를 반복적인 방식으로 잘 추종할수 있는 것으로 선택하는 것이 중요하다. DNA복제를 위해서는 각 가열 사이클의 한계가 정확해야 하므로 이러한 선택은 필수적이라고 할 수 있다. 제9도에는 사이클의 반복특성이 도시되어 있는바, 이 도면에 있어서 상이한 색으로 채색된 각각의 곡선은 6개의 상이한 반응용기의 반응실에 대하여 본 발명의 장치로 227g의 압력을 인가하면서 적어도 5회의 사이클로 개별적인 추적을 행한 결과를 나타낸다. 각각의 경우에 있어서, 내용물의 온도는 반응실에 삽입된 온도 프로브로 측정하였으며, 반응실의 체적은 170-190㎕였다. 도면에 도시된 색은, 적색, 녹색, 황갈색, 진홍색 및 남청색이다. 이 결과를 보면 알수 있는 바와같이, 각각의 반응실은 매사이클마다 적어도 약 93℃의 고온으로 가열되었다가 적어도 약 50℃까지 냉각되었다. 이 온도 범위는 PCR처리용으로 바람직하다.

제10도를 보면 270g미만의 압력하에서는 조작이 곤란하다는 것을 알수 있다. 제10도에 나타낸 각각의 시험에는 2개의 시이트를 포함하는 주머니 형태의 단일 반응실을 이용한 것이었다. 상기 각각의 시이트는 약 0.013mm두께의 폴리에스테르와 약 0.1mm두께의 폴리에틸렌으로 이루어진 협지층을 필수구성으로 하고 있으며, 밀폐공간을 제공하도록 시일링되어 있다. 상기 밀폐공간에는 약 170ml의 물이 채워진다. 그후, 반응실의 양면에서 제7도의 장치(40B)로 가열 및 냉각사이클을 반복하여 제10도에 나타낸 것과 같은 온도분포를 얻었다. 가압수단(110)에 의해 인가되는 압력은 각각의 추적선도에 나타낸 것과 같은 소정의 압력이 되도록 변화시켰다. 반응실 내부의 온도를 측정하였다. 상술한 가요성 반응실에 적어도 약 270g의 압력(추적선도군의 우측곡선)을 가한후에야 비로소 사이클의 상한 온도 및 하한온도를 실현할 수 있었다.

가장 바람직하기로는, 가압수단(110)에 의해 인가되는 힘과 측벽의 탄성변형특성은 적어도 상기 반응실에 최저 900g의 힘을 가하므로써 실현되는 것이어야 한다. 이와같이 강한 힘을 이용하면, 제11도로부터 명백한 바와같이 내용물의 온도추적이 매우 신속해진다. 제11도에 있어서 900g 이상의 힘을 가했을 때 나타나는 산과 골의 평탄부 또는 이중 피이크부는, 소망하는 한계온도까지 신속하게 도달된다는 것을 의미한다. 이 시험예에 있어서는, 상부의 가열 및 냉각수단에 의해 인가되는 힘이 제11도에 타나낸 것이라는 점을 제외하고는 제10도와 동일한 조작을 반복하였다. 평탄부가 발생하는 이유는 가열수단과 냉각수단이 모두 사이클 온도의 한계점에서 몇초 동안, 예를들면 약 1초동안 일정온도를 유지하도록 프로그램되어 있기 때문이다. 이에 의하면, 액체 온도가 반복적으로 필요한 값까지 도달할 수 있게 된다. 정확한 시간에 이러한 온도값에 도달 할수 있는 반응실만이 일정한 한계 온도를 나타내게 될 것이다. 이러한 방식의 장치와 반응실은 PCR증식을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.

상측 부재(43), (43A), (43B)에 의해 인가되는 압력값의 상한은 주로 반응실을 압축하기 위한 힘의 크기에 의해서 결정된다. 상측부재(43)에 의해 인가되는 힘은 이값보다 약간 작게 선택하고, 종동로울러에 의해 인가되는 힘은 약간 크게 선택한다. 제1도의 경우, 반응실(20)의 압축력은, 예를들면 약 1800g일수 있다.

제11도의 곡선중 몇 개는 그것의 산부분에 이중피이크를 나타내고 있다. 이러한 현상이 발생하는 이유는, 오로지 가열수단이 소정의 온도를 지속할 수 있도록 프로그램되어 있기 때문이다. 이 단계는 900g이상의 힘을 가했을 때 나타나는 것과 같은 결과를 얻고자하는 경우에는 불필요하다.

위에서 설명한 실시예들은 액체수용실을 압축하기 위한 수단으로서 로울러를 사용하고 있으나, 다른형태의 기구를 사용할수도 있음을 물론이다. 예를들면, 제8도에 있어서 로울러(78B)를 없애고 그 대신에 피스톤(120)을 사용하여 반응실(20B)에 가해지는 압력을 그것이 압축될 수 있는 수준, 예를들면 180g까지 증가시키므로써 액체가 배출통로(도시하지 않음)내로 흘러들어가도록 할수도 있다.

Claims (17)

1. 적어도 2가지의 온도변화를 통해서 반응용기를 처리하기 위한 장치에 있어서: 적절한 반응용기의 선택된 부분중 적어도 일측벽을 가열하기 위한 수단과; 상기 가열수단을 반복적인 주기로 적극적으로 냉각 시키기 위한 수단과; 상기 반응용기와 상기 가열 및 냉각수단중 하나를 규정된 통로를 따라서 상기 반응용기와 상기 가열 및 냉각수단중 다른 하나에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 반응용기가 가요성을 가지며, 상기 이동수단이 상기 가열수단 및 상기 냉각수단에 의해 각각 가열 및 냉각된 후의 상기 가요성 반응용기의 선택된 부분을 선택적으로 압축하여 파열시키기 위한 수단을 포함하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 이동수단 및 상기 압축수단이 축상에 장착된 로울러을 포함하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 가열수단과 상기 냉각수단이 상기 축상에 부착된 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 가열수단과 상기 냉각수단을 상기 선택된 반응용기 부분에 대고 소정의 압력으로 바이어스시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 바이어스수단은 상기 반응용기를 압축하여 접촉대상물과 표면부합되도록 할 수 있고, 상기 표면 부합특성은 상기 반응용기의 반응실상에 약 180mm²의 대략 원형면적에 걸쳐서 약 270g의 힘을 가하였을 때 얻어지는 부합특성과 적어도 동일하고, 상기 반응실은 대향측벽으로 구성되고, 상기 각각의 대향측벽은 약 0.013mm두께의 푤리에스테르와 약 0.1mm두께의 폴리에틸렌으로 이루어진 협지층을 필수구성으로하고, 상기 반응실은 약 170㎕의 액체로 거의 채워져 있는 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 냉각수단은 제트유입공과 압축가스공급원을 포함하고, 상기 유입공은 상기 가열수단과 정렬되어서 그것을 상기 가스로 냉각시키도록 된 장치.
8. 반응용기의 일부영역에서 상호 이격되어 반응실을 제공하는 대향측벽과, 상기 반응실에 수용된 적어도 일종의 액체를 포함하고, 상기 측벽은 상기 액체수용측벽을 그것을 향해 눌려지는 대상물의 표면에 부합시킬수 있을 정도로 충분한 유연성을 갖도록 된 가요성의 절첩가능한 반응용기와; (a)상기 측벽중 하나를 누를수 있도록 장착되어 상기 측벽중 적어도 하나를 가열하기 위한 수단고, (b)상기 가열수단을 적극적으로 냉각시키기 위한 냉각수단과, (c)상기 하나의 측벽을 상기 가열 및 냉각수단의 표면에 부합시키기에 충분한 힘으로 상기 가열 및 냉각수단을 적어도 하나의 상기 측벽에 대고 누르기 위한 수단을 포함하는 처리장치와의 조합체.
9. 제8항에 있어서, 상기 힘은 상기 반응실에 약 170㎕의 액체가 수용되어 있을 경우 적어도 약 270g이고, 상기 각각의 측벽은 약 0.013mm두께의 폴리에스테르와 약 0.1mm두께의 폴리에틸렌으로 이루어진 협지층을 필수구성으로 하는 조합체.
10. 제8항에 있어서, 상기 처리장치내에, (d)상기 반응용기를 지지하기 위한 대략 평탄한 지지체와, (e)상기 지지체에 설치되어 상기 측벽중 다른 하나를 가열하기 위한 가열수단을 더 포함하는 조합체.
11. 제8항, 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 처리장치내에, 상기 반응실을 압축하여 선택적으로 파열시키기 위한 로울러를 더 포함하는 조합체.
12. 제11항에 있어서, 상기 로울러와 상기 적어도 하나의 일측벽용의 상기 가열 및 냉각수단이 하나의 축상에 장착되어 있는 조합체.
13. 반응용기내에서 급속한 온도변화를 유발시키기 위한 온도제어장치에 있어서: 협지된 반응용기와 접촉하기 위한 2개의 표면을 포함하되, 상기 표면중 적어도 하나는 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 온도제어장치내에, (a)상기 적어도 하나의 표면소재의 일측에 배치된 가열소자와, (b)상기 표면소재로부터 이격되어서 상기 가열소자에 공기흐름을 공급하기 위한 캐비티를 구획하는 벽면과, (c)상기 벽면에 설치되어 상기 캐비티와 상기 가열소자로 냉각공기를 공급함과 아울러 상기 가열소자의 둘레를 통과한 공기를 상기 캐비티로부터 제거하기 위한 냉각수단을 더 포함하는 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기2개의 표면은 상기 열전도성 소재를 포함하고, 상기 반응용기와 접촉하는 면의 배면에 해당하는 상기2개의 표면에는 상기 가열소자, 상기 벽면 및 상기 압력수단이 더 포함되어 있는 장치.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 냉각수단은 상기 가열소자 반대쪽의 상기 벽면에 형성된 적어도 하나의 제트 유입구와 상기 가열소자의 일측에 배치된 적어도 하나의 배출구를 포함하고, 상기 제트유입구는 상기 공기 공급원에 유체적으로 연통되어 있고, 상기 배출구는 대기와 유체적으로 접속되어 있는 장치.
16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 표면중 적어도 하나는 가동프레임상에 장착되고, 상기 프레임을 상기 표면사이에 배치된 반응용기를 가로질러 이동시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 프레임상에는, 반응용기를 상기 프레임에 장착되지 않는 상기 다른 하나의 표면에 대고 누르기 위한 로울러를 더 포함하는 장치.

Images