KR100465645B1

KR100465645B1 - 여러 샘플들에서 디엔에이를 자동으로 추출하는 장치

Info

Publication number: KR100465645B1
Application number: KR10-2001-0045379A
Authority: KR
Inventors: 박용원
Original assignee: 박용원
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: KR20030010813A

Abstract

본 발명은 샘플들로부터 자동으로 DNA를 추출하는 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 샘플에서 여러 가지 시약을 사용하여 DNA 추출하도록 적어도 하나의 샘플을 수용하는 용기를 포함하는 샘플랙(rack:3)과, 적어도 하나의 시약 용기를 포함하는 시약랙(4), 및 DNA 추출부(5)를 구비하는 데크(2)와, 상기 데크(2)에 직립하여 설치된 지지부(6)에서 3차원 이동가능하게 장착된 피펫 니들(8)을 포함하며, 상기 DNA 추출부(5)는 피펫 니들(8)에 의해 샘플랙(3)에서 선택된 샘플을 흡입하여 투입하는 샘플을 필터링하기 위한 적어도 하나의 필터링 튜브(16)를 포함하고 샘플을 처리하는 과정에서 대응된 위치로 회전이동가능한 가동판(10)과, 가동판의 하측에서 데크(2)의 고정되어 필터링 튜브(16)에서 필터링된 DNA 함유 용액을 수용하는 적어도 하나의 수용 튜브(20)를 구비한 고정판(11) 및 진공수단(32,35)을 포함하여 구성됨으로써, DNA를 추출하는 전체 과정들을 종래와 같이 원심분리기를 사용하지 않고 자동으로 이루어짐으로써 실험에 대한 숙련된 기술이 없는 초보자라도 쉽게 그리고 신속하게 수행할 수 있고, 일저한 량의 DNA를 일정한 품질로 얻을 수 연구 결과의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Description

여러 샘플들에서 디엔에이를 자동으로 추출하는 장치{A SYSTEM FOR AUTOMATICALLY EXTRACTING DNA FROM MANY SAMPLES}

본 발명은 동식물의 조직, 혈액, 배양된 세포등으로부터 얻은 샘플에서 DNA를 자동으로 추출하는 장치에 관한 것으로, 특히 준비된 샘플들에서 3차원 이동가능한 피펫 니들을 이용하여 시험에 필요한 시약들을 투여하여 처리되는 DNA 함유 용액만을 필터링 튜브를 통해 걸러 저장용 튜브에 수용하도록 함으로써 샘플들에서 혈액 게놈 DNA 추출, 플라스미드 DNA 추출, 겔 DNA 추출, PCR 클린업을 간편하고 신속하게 자동으로 수행할 수 있는 자동 DNA 추출장치에 관한 것이다.

일반적으로 유전자 분석 및 조작등을 위하여 동식물의 조직, 혈액, 배양된 세포등으로부터 얻은 샘플에서 DNA를 분리하는 방법은 여러 가지가 있다. 예를들어 플라스미드 DNA를 분리하는 방법은 세포를 유지시키면서 세포벽만 제거하기 위한 EDTA 용액과 세포막을 깨는 SDS등의 시약을 사용하여 세포막은 유지되게 세포벽과 세포막을 조심스럽게 깨서 크기가 큰 크로모소말(chromosomal) DNA 가 너무 잘게 조각나는 것을 방지하면서 알칼리 변성용액용액에 DNA 를 노출시켜 pH를 조정하면 플라스미드는 비교적 변성이 잘 되지만, 크로모소말 DNA 는 미처 변성되지 못하고 엉기게 되는데 이러한 엉긴 크로모소말 DNA를 원심분리로 제거하여 DNA를 얻는다.

또한, 세포배양기에서 단층으로 자란 세포를 이용하여 염색체 DNA와 mRNA를 분리하는 방법은 단층의 세포들을 트립신(trypsin), 트립신-EDTA로 처리하여 1∼10ml의 차게 한 PBS(phosphate-buffered saline) 용액으로 부유시킨 후 500 xg에서 5분간 원심분리한 다음 상층액을 제거하고 적당량의 PBS를 가하여 침전된 세포를 다시 세척하고, pH 8.0인 TE 완충용액으로 세포를 부유시킨 뒤 새로운 튜브에 옮기고 세포부유액 1 ml당 10 ml의 추출용액을 첨가하고 37℃에 1시간 이상 보관한 다음, 세포 배양액내에서 자란 세포 (배양기 바닥에 붙지 않고 떠서 자라는 세포) 배양액을 새로운 튜브에 옮긴 후 4℃에서 900 xg로 5분간 원심분리하여 세포를 침전시켜 얻는다.

이와같이 종래의 DNA 추출방법에서는 여러 가지 시약들을 사용하여 DNA 함유 샘플들을 처리하고 원심분리시키는 과정을 적어도 한번 이상 시행하여 DNA를 추출하게 되는데, 이러한 DNA 추출과정들은 고임금의 숙련된 연구원들에 의해 수작업으로 이루어지고 시간이 많이 소요되는 문제가 있으며, 따라서 숙련되지 않은 초보자도 이러한 DNA 추출을 수행할 수 있도록 보다 간편하고, 신속하게 DNA를 얻을 수 있는 추출방법 또는 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 미리 마련된 샘플들에서 여러 가지의 시약을 사용하여 DNA를 추출하는 과정을 자동화하여 숙련된 기술이 없는 연구원이라도 쉽게 수행할 수 있도록 보다 신속하고 간편한 자동 DNA 추출장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 추출장치의 개략적인 사시도.

도 2는 도 1의 DNA 추출부의 가동판과 고정판의 분해사시도.

도 3은 도 1의 DNA 추출부의 개략적인 단면도.

도 4는 샘플을 수용한 필터링 튜브에서 시약 처리된 다음 수용 튜브로의 여과 과정을 수행하기 위한 진공수단의 구성을 보여주는 개략적으로 평면적으로 도시한 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 DNA 추출하기 위하여 필터링 튜브에서 시약처리되어 수용튜브로 용액을 필터링하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 부분 단면도.

도 6은 도 5에 도시된 여과과정에 이어 피펫 니들에 의해 여과된 용액을 다른 새로운 필터링 튜브로 옮겨 담기 위한 과정을 보여주는 개략적인 부분단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 데크 3 : 샘플랙

4 : 시약랙 5 : DNA 추출부

8 : 피펫 니들 10 : 가동판

11 : 고정판 16 : 필터링 튜브

20 : 수용 튜브 29 , 31 ; 모터

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 DNA 추출장치는 적어도 하나의 샘플에서 여러 가지 시약을 사용하여 DNA를 추출하도록 적어도 하나의 샘플을 수용하는 용기를 포함하는 샘플랙(rack)과, 적어도 하나의 시약 용기를 포함하는 시약랙, 및 DNA 추출부를 구비하는 데크부와, 상기 데크부에 직립하여 설치된 지지부에서 3차원 이동가능하게 장착된 피펫 니들을 포함하며, 상기 DNA 추출부는 피펫 니들에 의해 샘플랙에서 선택된 샘플을 흡입하여 투입하는 샘플을 필터링하기 위한 적어도 하나의 필터링 튜브를 포함하며 회전이동가능한 가동판과, 그에 대응하여 필터링 튜브에서 필터링된 DNA 함유 용액을 수용하는 수용 튜브를 구비한 고정판을 포함하고, 상기 필터링 튜브에 투입된 샘플에서 필요한 성분만이 필터를 통해 그 하측에 배치되는 수용 튜브로 유입되도록 하는 진공수단이 제공된다.

상기 DNA 추출부에서, 가동판에는 적어도 하나의 필터링 튜브를 지지하도록 형성된 적어도 두곳의 개구부와 그사이에 각각 위치하는 두곳의 빈 공간의 개구부가 형성되어 있고, 상기 고정판은 데크에 형성된 요홈부에 고정되어 있으며 가동판의 필터링 튜브들에 대응하여 그 하측에서 필터링 튜브를 통해 여과되어 배출되는 용액을 수용하는 적어도 하나의 수용 튜브를 지지하도록 된 적어도 두곳의 개구부와 하나의 요홈부가 형성되어 있다. 상기 고정판의 개구부에서 지지되는 수용튜브들에 대응하여 데크에는 수용튜브의 하부를 수용 및 지지하는 요홈이 형성되어 있으며, 상기 고정판의 개구부와 데크의 요홈에 의해 형성되는 공간의 공기를 진공수단에 의해 배기시키기 위한 통로가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가동판의 저면에는 고정판을 관통하여 하방으로 연장된 축이 제공되고, 그 축의 하단은 DNA 추출부에 대응된 데크에 형성된 요부에 형성된 지지부에 의해 지지되는 지지판에서 회전가능하게 지지되고, 상기 지지판에는 축을 회전시키도록 모터가 제공되어 있고, 상기 지지판의 저면에는 내측에 나사가 형성된 홈이 마련된 돌기부가 형성되고, 데크의 요부 바닥에 제공되어 출력축이 상기 돌기부에 나사결합되어 지지판을 상승 또는 하강시키도록 구성되어 있다. 또한, 상기 데크의 요홈에는 진공수단으로서 진공펌프가 제공되어 상기 고정판의 개구부와 그에 대응하여 데크에 형성된 요홈 사이의 공간의 공기를 배기시킴에 따른 압력차로 가동판에 지지된 필터링 튜브내의 용액이 수용용기로 여과되어 수용되도록 구성되어 있다.

상기 데크에는 또한 세정수를 수용한 세정수단이 제공되어 각 처리 단계마다 피펫 니들을 세정하도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 자동 DNA 추출장치(1)가 개략적으로 도시되어 있으며, 데크(2)에는 배양된 조직 세포등에서 마련된 적어도 하나의 샘플을 수용하는 용기를 포함하는 샘플랙(3)과, 적어도 하나의 시약 용기를 포함하는 시약랙(4), 및 DNA 추출부(5)가 제공되고, 상기 데크(2)의 후단부에 직립하여 지지부(6)가 설치되며, 지지부의 상단에는 프레임(7)에서 좌우로 이동가능하게 장착되고 상하방향으로 이동가능한 피펫 니들(8)이 설치되어 있다.

상기 데크에는 또한 세정수를 수용한 세정수단(9)이 제공되어 각 처리 단계마다 피펫 니들(8)을 세정하도록 하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 도면에서 간략하게 도시된 피펫 니들(8)에 자동적으로 용액이 흡입 또는 그로부터 투여될 수있게 하는 펌프가 제공되며 이러한 구성 자체는 공지되어 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2와 도 3에 있어서, 상기 DNA 추출부(5)는 도 2에 도시된 바와같이 소정 위치로 회전가능한 원판 형상의 가동판(10)과, 그 하측에 배치되며 데크(2)의 요부 바닥에 고정되는 원판 형상의 고정판(11)을 포함하여 구성된다.

상기 가동판(10)에는 도면에서 상하좌우로 대향되게 개구부(12,13,14,15)들이 형성되어 있으며, 상하 방향으로 대향된 개구부(12, 14)들에는 예시적으로 48개(6 ×8)의 필터링 튜브(16)들이 도 5에 단면도로 도시된 바와같이 장착되고, 개구부(13,15)들은 빈 공간으로 남아 있다. 상기 고정판(11)에는 가동판에 마련된 개구부와 같은 간격으로 동일한 원판상의 위치에 3개의 개구부(17,18,19)들이 형성되어 있으며, 개구부(18,19)에는 가동판의 필터링 튜브(16)로부터 여과된 용액을 수용하기 위한 수용 튜브(20)들이 지지되고, 개구부(17)는 빈 공간상태로 되어 후술하겠지만 피펫 니들이 고정판 개구부의 수용용기에 수용된 액체를 흡입하여 다른 곳으로 옮길 수 있도록 한다.

상기 가동판의 필터링 튜브들과 고정판의 수용 튜브들은 동일한 개수와 배열로 배치된다. 또한, 고정판의 개구부(18,19)에 대응된 위치에서 데크의 표면에는 도 3에 도시된 바와같이 요홈(33)들이 형성되어 고정판의 개구부(18,19)들과 함께 수용 튜브(20)들을 안전하게 지지하게 된다.

또한, 상기 가동판과 고정판의 개구부에는 소정 개수와 배열의 튜브들을 수용하는 랙이 장착되거나 가동판과 고정판 자체에 도 3과 같은 구조로 필터링 튜브와 수용 튜브들을 지지하는 구조가 형성될 수도 있다.

상기 DNA 추출부(5)의 구조를 도 3을 참고하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 가동판(10)의 저면에는 축(25)의 일단이 고정되어 고정판(11)을 관통하여 하방으로 연장되고, 그 축(25)의 하단은 DNA 추출부(5)에 대응하여 데크(2)에 형성된 요부(26)에 형성된 지지부(27)에 의해 지지되는 지지판(28)에서 회전가능하게 된다. 상기 지지판(28)의 상면에는 축(25)을 회전시키도록 모터(29)가 제공되어 있고 그 출력축이 축에 제공된 예를들어 베벨기어와 맞물려 있다.

상기 지지판(28)의 저면에는 하방으로 돌출되게 돌기부(30)가 형성되고, 그 돌기부(30)에는 내측에 나사가 형성된 홈이 마련되고 요부(26)의 바닥에 제공된 모터(31)의 출력축이 상기 돌기부(30)에 나사결합되어, 나사가 풀리는 방향으로 모터 출력축이 회전할 때 지지판(28)이 상승하여 결국 가동판(10)이 도 3의 위치에서 상승하게 되며 이때 지지판(28)에 제공된 모터(29)가 작동하여 가동판을 소정 위치로 회전시킬 수 있게 된다. 또한, 출력축이 나사가 체결되는 방향으로 회전하는 경우에는 가동판이 하강하여 도 3의 위치로 된다.

또한, 데크(2)의 요부(26)에는 진공펌프(32)가 제공되고, 고정판의 개구부(18,19)의 홀(34)들과 그 각각에 대응된 위치에서 데크의 표면에 형성된 요홈(33)들에 의해 형성되는 공간에 연통되는 통로(35)가 도 3에서 점선으로 표시된 바와같이 형성되어 있으며, 통로(35)에는 분기통로(35')가 각각의 요홈(33)의 상단부의 턱부분으로 연장되어 홀(34)과 요홈(33)으로 이루어지는 공간과 연통되고 그 각각의 분기통로(35')에는 온오프 밸브(36)들이 제공되어 진공펌프의 가동으로 도4에 개략적으로 도시된 바와같은 배열로 구성된 48개의 요홈(33)들에 배치된 튜브들이 선택적으로 상기 고정판의 개구부와 그에 대응하여 데크에 형성된 요홈 사이의 공간의 공기를 배기시킴에 따른 압력차로 가동판에 지지된 필터링 튜브내의 용액이 수용용기로 신속하게 여과될 수 있다.

이하에서는 도 5와 도 6을 참고하여 본 발명에 따른 DNA 추출장치에 의해 샘플로부터 시약처리하여 DNA를 얻는 과정을 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와같이 가동판(10)의 개구부(12,14)에는 각각 48개의 필터링 튜브들이 배치되고 개구부(13,15)는 빈 공간으로 남겨지며, 고정판(11)의 개구부(18,19)에는 필터링 튜브들에 대응되게 수용 튜브들이 배치되고, 가동판과 고정판의 위치는 도 3의 위치에 있게 된다.

이런 상태에서 미리 프로그램된 바에 따라 피펫 니들(8)이 작동하여 샘플랙(3)에서 샘플들을 가동판의 개구부(12)에 제공된 필터링 튜브들에 투입하고, 세정수단(9)에서 니들을 세정한 다음, 시약랙(4)으로 이동하여 필요한 시약을 흡입하여 샘플들을 담은 개구부(12)의 필터링 튜브에 투입하며, 진공펌프(32)를 작동시켜 고정판의 개구부(18)와 해당 요홈(33)으로 형성되는 공간(34)의 공기를 제거함에 따라 압력이 저하되어 도 5에 도시된 바와같이 가동판 개구부(12)에 배치된 필터링 튜브(16)들에서 DNA를 함유한 용액이 수용튜브(20)로 여과된다. 이때, 개구부(12)의 필터링 튜브에는 라이시스(lysis)용 거름 필터가 제공된다.

그런 다음, 모터(31)가 작동하여 가동판을 상승시키고 그 상태에서 모터(29)가 작동하여 축(25)을 회전시킴으로써 가동판을 도면에서 반시계방향으로 회전시켜가동판의 빈공간으로 된 개구부(13)가 고정판의 개구부(18) 바로 위에 배치되게 하여 수용튜브(20)들이 노출되며, 이때 피펫 니들(8)이 작동하여 도 6에 도시된 바와같이 수용튜브(20)의 용액을 흡입하여 가동판(10)의 개구부(14)에 제공된 필터링 튜브에 투입하며, 이때 필터링 튜브에는 바인딩(binding) 필터가 제공된다. 이 상태에서는 가동판의 개구부(14) 하측에는 고정판의 빈 개구부(17)가 배치되어 있고, 이때 DNA 세척 단계로서 피펫 니들에 의해 시약랙에서 세척용 시약을 흡입하여 상기 가동판의 개구부(14)에 있는 필터링 튜브에 투입하고 이어서 진공펌프를 작동시키면 압력차에 의해 필터링 튜브에서 DNA를 세척한 시약이 고정판의 빈 개구부(17)와 데크의 평탄한 바닥에 의해 형성된 공간으로 배출되어 제거된다. 그런 다음 가동판을 시계방향으로 회전시켜 가동판의 개구부(14)가 고정판의 개구부(19) 위에 배치되게 하고, 최종적으로 가동판 개구부(14)의 필터링 튜브에서 바인딩 필터에 붙어 있던 세척된 DNA를 내려 받기 위하여 피펫 니들에 의해 시약을 개구부(14)의 필터링 튜브에 투입한 다음 진공펌프를 작동시켜 고정판의 개구부(19)와 데크에 의해 형성된 공간의 압력이 저하됨으로써 필터링 튜브에서 DNA가 고정판의 개구부(19)에 배치된 수용 튜브속에 담기게 된다. 그런 다음 가동판(10)을 반시계방향으로 회전시켜 빈 개구부(15)가 고정판(11)의 개구부(19) 위에 위치하게 하여 개구부(19)의 수용 튜브들을 꺼내어 그 속에 수용된 DNA를 예를들어 유전자 증폭 및 분석 과정에서 이용한다. 위에서 가동판(10)과, 피펫 니들의 일련의 동작들은 미리 프로세서에 입력된 프로그램에 의해 모터들을 순차적으로 제어함으로써 자동적으로 수행된다.

도 4와 도 6에서 부호 (40)은 가동판(10)과 고정판(11)이 도 4의 위치에서 진공펌프의 작동으로 개구부의 홀(34)과 요홈(33)의 공간을 진공화시켜 필터링 튜브(16)에 수용된 DNA 함유 액체가 수용튜브(20)속으로 유입될 수 있도록 밀폐시키기 위한 시일을 나타낸다.

본 발명에 따른 DNA 추출장치에의해 자동적으로 피펫 니들에 의해 샘플과 시약들을 투입하고 진공펌프에 의해 필터를 통해 DNA를 추출하는 전체 과정들을 종래와 같이 원심분리기를 사용하지 않고 자동으로 이루어짐으로써 실험에 대한 숙련된 기술이 없는 초보자라도 쉽게 그리고 신속하게 수행할 수 있음에 따라 고임금의 연구원들이 단순한 DNA 추출작업을 하지 않고 보다 고도한 연구에 시간을 할당할 수 있어서 인력의 효율적 이용이 가능하고, 일정 량의 DNA를 일정한 품질로 얻을 수 있어서 추출되는 DNA의 품질 또한 일정하게 되어 연구 결과의 신뢰도가 향상되는 장점이 있다.

Claims

적어도 하나의 샘플에서 여러 가지 시약을 사용하여 DNA 추출하도록 적어도 하나의 샘플을 수용하는 용기를 포함하는 샘플랙(rack:3)과, 적어도 하나의 시약 용기를 포함하는 시약랙(4), 및 DNA 추출부(5)를 구비하는 데크(2)와, 상기 데크(2)에 직립하여 설치된 지지부(6)에서 3차원 이동가능하게 장착된 피펫 니들(8)을 포함하며, 상기 DNA 추출부(5)는 피펫 니들(8)에 의해 샘플랙(3)에서 선택된 샘플을 흡입하여 투입하는 샘플을 필터링하기 위한 적어도 하나의 필터링 튜브(16)가 제공되고 샘플을 처리하는 과정에서 대응된 위치로 회전이동가능한 가동판(10)과, 가동판의 하측에서 데크(2)에 고정되어 필터링 튜브(16)에서 필터링된 DNA 함유 용액을 수용하는 적어도 하나의 수용 튜브(20)를 구비한 고정판(11)을 포함하여 이루어지고, 상기 가동판에 제공된 필터링 튜브(16)의 용액에서 필요한 성분만이 필터를 통해 그 하측에 배치되는 고정판에 제공된 수용 튜브(20)로 추출되도록 하는 진공펌프(32)가 제공되어 구성되는 여러 샘플들에서 디엔에이를 자동으로 추출하는 장치.
제 1항에 있어서, 상기 DNA 추출부(5)에서, 가동판(10)에는 적어도 하나의 필터링 튜브(16)를 지지하도록 형성된 적어도 두곳의 개구부(12,14)와 그 사이에 각각 위치하는 두곳의 빈 공간의 개구부(13,15)가 형성되어 있고, 상기 고정판(11)에는 가동판의 필터링 튜브들에 대응하여 그 하측에서 데크에 형성된 요홈(33)에 하부가 삽입되어 유지되는 적어도 하나의 수용 튜브(20)를 지지하도록 적어도 두곳의 개구부(18,19)와 하나의 빈 개구부(17)가 형성된 것을 특징으로 하는 여러 샘플들에서 디엔에이를 자동으로 추출하는 장치.
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 가동판(10)의 저면에는 고정판(11)을 관통하여 하방으로 연장된 축(25)에 연결되어 선택적으로 가동판(10)을 상승 및 회전시키는 구동수단이 DNA 추출부(5)에 대응하여 데크에 형성된 요부(26)에 제공된 것을 특징으로 하는 여러 샘플들에서 디엔에이를 자동으로 추출하는 장치.
제 3항에 있어서, 상기 축(25)의 하단부는 데크의 요부(26)에 형성된 지지부(27)에 의해 지지되는 지지판(28)에서 회전가능하게 지지되고, 상기 구동수단은 축(25)을 회전시키도록 지지판(28)에 제공된 모터(29)와, 상기 지지판의 저면에 나사가 형성된 돌기부(30)가 형성되고 그 돌기부에 출력축이 나사체결방식으로 맞물려 지지판(28)을 상승 또는 하강시키도록 하는 모터(31)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 여러 샘플들에서 디엔에이를 자동으로 추출하는 장치.