KR100668320B1

KR100668320B1 - 중합 효소 연쇄 반응용 모듈 및 이를 채용한 다중중합효소 연쇄 반응 시스템

Info

Publication number: KR100668320B1
Application number: KR1020040102738A
Authority: KR
Inventors: 오광욱; 김진태; 조윤경; 남궁각; 박진성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2007-01-12
Also published as: KR20050056870A; US7767439B2; US20050130183A1

Abstract

본 발명은 DNA 중합 효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈 및 이를 채용한 다중 PCR 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, PCR 반응을 위한 열반응장치와 증폭산물의 감지를 위한 감지장치가 합체된 DNA 중합 효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈 및 이를 채용한 다중 PCR 시스템에 관한 것이다.

Description

중합 효소 연쇄 반응용 모듈 및 이를 채용한 다중 중합효소 연쇄 반응 시스템{Module for polymerase chain reaction and multiple polymerase chain reaction system}

도 1a는 본 발명에 따른 DNA 중합 효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈의 개략적 블록도,

도 1b는 본 발명에 따른 연산 제어부를 포함하는 PCR용 모듈의 개략적 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터를 구비하는 다중 PCR 시스템을 나타내는 개략적 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터와 PCR용 모듈을 구비하는 다중 PCR 시스템을 나타내는 개략적 블록도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 PCR 시스템의 개략적 사시도,

도 5는 도 1의 감지부가 광원일 때 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 다중 PCR 시스템에 장착되는 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기의 평면도,

도 6은 도 5의 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도,

도 7은 도 1의 감지부가 교류전원부일 때 임피던스를 측정하기 위한 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기의 평면도,

도 8은 도 6의 열센서를 포함하는 히터의 배면도, 도 9는 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기 상에서 2단계 PCR 반응을 수행한 후 증폭 결과를 2% TAE 아가로오즈 겔 상에서 확인한 도면,

도 10a는 거의 동일한 DNA 농도를 얻기 위하여 소요되는 PCR 반응 시간을 본 발명과 종래 기술에 대하여 비교 도시한 도면,

도 10b는 도 10a의 농도 수치를 나타낸 그래프만을 확대 도시한 도면,

도 11a는 기존의 PCR 기기를 사용할 경우 온도 프로파일을 도시한 그래프,

도 11b는 본 발명에 따른 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 모니터링 장치를 사용하여 PCR 반응을 수행한 경우의 온도 프로파일을 도시한 그래프,

도 12a는 실시간으로 측정된 임피던스 값을 도시한 도면,

도 12b는 신장(extension) 구간에서의 임피던스 값을 PCR 사이클(Cycle) 수에 따라 표시를 한 그래프를 도시한 도면,

도 13a는 본 발명에 따른 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 모니터링 장치에 사용되는 소프트웨어에서 온도 프로파일을 입력하여 실행하며 진행 중인 온도 프로파일을 표시해주는 소프트웨어의 한 화면을 도시하는 도면,

도 13b는 본 발명에 따른 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 모니터링 장치에 사용되는 소프트웨어에서 실시간으로 S-자 곡선(curve)을 보여 주기 위한 소프트웨어의 한 화면을 도시하는 도면,

도 13c는 본 발명에 따른 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 모니터링 장치에 사용되는 소프트웨어에서 실시간으로 용해 곡선(melting curve)을 보여 주기 위 한 소프트웨어의 한 화면을 도시하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다중 PCR 시스템 10 : PCR 반응용기

11 : 증폭반응챔버 12 : 시료유입구

13 : 시료배출구 15 : 유리

17 : 전극 20 : 히터

21 : 열센서 22: 열선

30 : 감지부 31 : 광원

33 : 교류전원부 40 : PCR용 모듈

41 : 연산 제어부 42 : 중앙처리장치

43 : 냉각장치 44 : 보조기억장치

50 : 호스트 컴퓨터 51 : 전원공급장치

52: 중앙처리장치 54: 보조 기억장치

60 : 입출력장치

본 발명은 DNA 중합 효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈 및 이를 채용한 다중 PCR 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, PCR 반응을 위한 열반응장치와 증폭산물의 감지를 위한 감지장치가 합체된 DNA 중합 효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈 및 이 를 채용한 다중 PCR 시스템에 관한 것이다.

과거, 제한효소의 발견이 유전공학의 시작을 열었듯이, 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction : PCR) 기술은 생명과학의 발전에 가속력을 실어 그 전성을 이루는데 일조 했다고 해도 과언이 아닐 것이다. PCR 방법은 DNA 또는 RNA의 특정영역을 반응용기 안에서 대량으로 증폭하는 기술로서, 그 원리는 아주 간단하고 쉽게 응용할 수 있어, 순수한 분자생물학 분야 이외에 의학, 이학, 농학, 수의학, 식품과학, 환경과학, 나아가 고고학, 인류학에 이르는 분야까지 그 활용범위를 넓히고 있다.PCR에 대하여 상세히 살펴보면, PCR은 3가지 반응단계로 진행된다. 첫째는 변성(Denaturation) 단계로서, 이 단계에서는 이중가닥의 DNA를 90℃ 이상으로 처리하여 각각 한 가닥의 DNA로 분리시킨다. 그리고 둘째는 어닐링(Annealing) 단계로서, 이 단계에서는 2종류의 프라이머(primer)를 각각 상보적인 단일가닥의 DNA에 결합시킨다. 이때 조건은 보통 55~60℃에서 30초 내지 수 분 정도가 된다. 셋째는 신장(Extension) 단계로서, 이 단계에서는 DNA 폴리머라제(polymerase)를 작동시켜 프라이머(primer)를 신장시키는 단계이다. 신장반응에 필요한 시간은 주형 DNA의 농도, 증폭단편의 크기, 반응온도에 따라 다르다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 Thermusaquaticus (Taq) polymerase를 사용할 경우 72℃에서 30초 내지 수 분 정도가 된다.

현재까지의 PCR 방법은 주로 PCR반응 후의 산물을 젤(gel)에서 분리해 확인하고 대강의 양을 어림잡는데 그쳤다고 할 수 있겠으나 점차적으로 정확한 정량을 보다 신속히 할 필요성이 커지고 있다. 실제로, Gene Expression (RNA) Analysis, Gene Copy Assay(human HER2 gene in breast cancer 혹은 HIV virus burden 양 측정 등), Genetyping(knockout mouse analysis), Immuno-PCR 등에서 샘플(sample)에 있는 타겟(target) 양의 정확한 측정은 매우 중요하다.그런데 기존의 PCR은 단지 종말점(End-Point)에서 젤영동을 이용하여 증폭된 DNA의 정성적인 결과만을 보여주는 것으로서 DNA의 정량적 검출에서 부정확성 등 많은 문제점을 가지고 있는 것이다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존의 종말점(end-point) 측정 방법의 오류를 최소화하기 위해 quantitative competitive PCR 방법(Target과 거의 모든 면에서 유사하며 양을 알고 있는 Competitor를 반응 액에 넣어 동시에 같은 조건에서 PCR을 한 후, Target에서 만들어진 산물과 Competitor에서 만들어진 산물의 양을 비교함으로써 원래 Target 의 양을 유추한다)이 고안되어 사용되고 있으나, 이 방법은 매 PCR 당 가장 적합한 competitor를 만들어 사용하여야 하고, 타겟(Target)과 Competitor의 적정한 비율 범위(최소한 1/10-10:1의 범위, 그러나 1:1일 때 가장 정확)를 맞추기 위해 여러 농도에서 실험을 행하여야 하는 등 매우 복잡하며 실제 성공 확률도 적은 것으로 알려져 있다.

이러한 고전적인 PCR 방법이 갖는 문제점을 고려하여, PCR 단계를 지수함수 단계(exponential phase) 범위 내에서 측정하고자 매 사이클(cycle)의 진행상황을 모니터링하는 실시간(real time) PCR 기술이 근자에 소개되고 있다. 이와 동시에, 매 사이클(cycle)의 진행상태를 신속히 측정할 수 있도록, 젤(gel)에서의 분리방법이 아닌, 튜브 내(in-the-tube) 측정 수단으로 형광감시(fluorescence detection)방법도 같이 개발되었다. 최초로 1992년 히구치(Higuchi) 등은 매 증폭 시에 이티 디움 브롬마이드(ethidium bromide)를 넣고 UV 조사 후 CCD 카메라(camera)로 측정하는 방법을 고안하여 매 cycle 당 축적된 형광(fluorescence)의 양으로 PCR 전 과정의 증폭 곡선(amplification plot)을 잡을 수 있었다.그런데, 종래의 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 모니터링 장치에 있어서는, 대부분의 경우 펠티어 소자를 사용하는 등 금속 블록을 사용하고 있어 PCR 온도 조건을 모든 웰(Well) 또는 칩(Chip) 마다 동일한 조건을 사용할 수밖에 없어 한 번에 많은 시료를 동일 조건으로 반복 실험을 할 경우에는 장점이 있을 수 있으나, 서로 다른 시료를 서로 다른 온도 조건을 이용하여 PCR 반응을 하고 싶을 때는 많은 제약이 따르는 문제점이 있었다. 또한 온도를 유지하고 변화시키기 위하여 펠티어 소자를 사용하는 바와 같이 금속블록을 사용하고 있어 온도 전이 속도가 1~3℃/초에 지나지 않아 이 온도전이에 많은 시간이 소모되므로 반응시간이 2시간 이상으로 긴 문제점이 있고, 온도의 정확성이 ±0.5℃ 정도로 한계가 있기 때문에 빠르면서 정확한 온도 조절에 한계가 있게 되고 따라서 반응의 민감도나 특이도에 한계가 있게 되는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 시료를 서로 다른 온도 조건으로 동시에 PCR 반응을 수행할 수 있으며 이를 실시간으로 모니터링할 수 있는 PCR용 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 PCR용 모듈을 채용한 다중 PCR 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 PCR용 모듈 또는 상기 다중 PCR 시스템을 사용하는 PCR의 실시간 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

열 센서와 전기적으로 연결된 히터;

상기 히터와 열적으로 접촉하며, 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 용액이 수용되는 증폭 반응 챔버를 구비하는 PCR 반응 용기; 및

상기 PCR 용액의 증폭산물 신호를 감지하는 감지부를 포함하는 PCR용 모듈을 제공한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 PCR용 모듈; 및

상기 모듈을 제어하는 호스트 컴퓨터를 구비하며, 이들이 유선 또는 무선으로 전기적으로 연결되는 다중 PCR 시스템을 제공한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 PCR용 모듈; 및

상기 모듈을 제어하는 호스트 컴퓨터를 구비하며,

이들이 유선 또는 무선으로 전기적으로 연결되며, 상기 PCR용 모듈이 연산제어부를 포함하는 다중 PCR 시스템을 제공한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

(a) 상기 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 PCR용 모듈 내에 각각 수용결합된 PCR 반응용기의 증폭반응챔버에 PCR 용액을 각각 주입하는 단계;

(b) 상기 각 모듈의 PCR 반응용기의 증폭반응챔버 별로 독립적으로 조절된 온도조건 하에서 상기 각 모듈 별로 PCR 반응을 수행하는 단계;

(c) 상기 각 모듈의 PCR 반응에 기초한 증폭산물신호를 감지하는 단계; 및

(d) 상기 증폭산물신호에 관한 데이터를 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR의 실시간 제어 방법.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명에 따른 DNA 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction; PCR) 용 모듈의 개략적 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 PCR용 모듈(40)은, PCR용액이 수용되는 증폭반응챔버(11)를 갖는 PCR 반응 용기(tube)(10)와, PCR 반응 용기(10)의 증폭반응챔버(11) 내에 수용된 PCR 용액의 증폭산물의 양에 기초한 증폭산물신호를 감지하는 감지부(30)를 갖는다.상기 PCR 반응용기 (10)는 상기 모듈(40)에 탈착 가능하여 일회용 또는 반복용으로 사용될 수 있는 장치를 지칭하며, 일반적으로 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기(10)가 여기에 해당한다. 이와 같은 PCR 반응용기(10)는 실리콘을 주요 소재로 하여 제조되며, 그 결과 히터(20)에 의해 발생한 열이 신속히 전달되어 온도 전이 속도가 종래에 비하여 현저히 향상될 수 있으며, 종래에 비하여 소량의 시료 양으로도도 농축없이 수행할 수 있어 바람직하다. 이와 같은 증폭 반응 챔버(11)는 수백 ㎕ 이하, 바람직하게는 수십 ㎕ 이하의 부피를 갖는 것이 바람직하며, 수백 ㎕를 초과하는 경우에는 시료의 함량이 많아져 PCR 반응시간이 현저히 느려지는 경향이 있으며, PCR 반응 용기(10)의 크기가 커져야 하므로 전체 시스템의 부피를 고려할 때 바람 직하지 않다.이와 같은 PCR 반응 용기(10)의 내부에는 상술한 바와 같이 증폭 반응 챔버(11)를 구비하여 그 내부에서 PCR 반응 용액을 수용하게 되며, 이와 같은 반응 용액의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)를 구비하여 상기 반응 용액의 온도를 정확히 측정하여 이를 피드백함으로써 적절한 온도 범위로 상기 PCR 반응용액의 온도를 제어할 수 있게 된다. 이와 같은 온도 센서는 상기 PCR 반응용기(10) 몸체 혹은 용액내에 침지하는 형태로도 제조할 수 있다. 임피던스 측정용의 센서는 온도를 측정하기 위함이 아니라 PCR 반응 용액 내의 증폭산물 신호를 임피던스를 실시간으로 모니터링하기 위한 칩 (도 7의 10)과 감지부를 교류전원부로 사용했을 때 사용 가능한 감지 방법(도 12a와 12b)이다. 상기 PCR용 모듈 내에 포함되는 히터(20)는 상기 PCR 반응용기(10)과 분리된 상태로 그 저부면에 접촉하여 열을 전달하는 장치로서, 바닥면에 위치한 열 센서(21) 및 열선(22)을 구비하여 이를 통해 히터의 온오프를 조절함으로써 상기 PCR 반응용기가 적절한 수준의 온도를 유지하도록 한다. 이와 같은 히터(20)로서는 마이크로플레이트류의 제품을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 히터(20)는 정전압을 유지하기 위하여 별도의 전원 공급장치(51)를 더 설치할 수 있다. 히터(20)는 상기 PCR 반응 용기(10)에 일정 온도를 제공하는 것이 바람직하므로 이와 같은 별도의 전원 공급장치(51)로부터 전력을 공급 받아 안정적인 열 전달이 가능해지는 것이다. 그러나 경우에 따라서는 다른 장치에 연결된 전원 공급장치로부터 병행하여 전력을 공급받는 것도 가능하다.

상기 PCR 반응 용기(10) 내의 PCR 용액을 목적하는 온도로 설정하기 위해서 는 상술한 히터(20) 이외에 냉각장치(43)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 즉 신속한 온도 전이를 위해서는 냉각장치를 구비하여 열 순환 사이클을 수행할 수 있게 되는 바, 이와 같은 냉각 장치(43)로서는 상기 모듈 주위의 공기를 냉각시켜 온도를 조절하는 냉각 팬 형태, 혹은 PCR 반응 용기(10) 혹은 모듈(40) 자체 부착되어 온도를 조절하는 펠티어 소자 등이 가능하며 수냉식 방식의 냉각 장치를 구비하는 것도 가능하다. 필요시 에어 가이드 혹은 히트 싱크 등을 설치하여 열 전도율을 향상시키는 것도 가능하다.

상기 PCR용 모듈 내의 감지부(30)는 광원(31) 또는 교류 전원부(33)를 구비하며, 상기 증폭산물의 양을 기초로 증폭산물 신호를 감지하기 위한 것이다. 이와 같은 감지부의 원리 및 구성에 대해서는 후술하기로 한다.도 1b는 상기 PCR용 모듈 내에 연산 제어부(computing unit)(41)를 설치한 경우의 개략적 블록도를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 PCR용 모듈은 그 자체적으로 수동적으로 동작이 가능하나, 연산 제어부(41)를 더 배치하여 PCR 전과정을 일정 순서에 따라 혹은 실시간 제어에 따라 자동적으로 수행할 수 있는 것도 가능하다. 이와 같은 연산 제어부는 마이크로프로세서로 구성된 중앙처리장치(cpu)(42), 보조 기억 장치(44) 및 램(45)을 구비하며, 정해진 프로그래밍에 따라 제어되어 PCR 과정을 조절하게 된다. 이와 같은 연산 제어부(41)는 데이터 통신부(미도시)를 통해 감지부(30), PCR 반응 용기(10), 히터(20), 냉각 장치(43), 및 전원공급장치(51) 등을 각각 독립적으로 실시간 제어하게 되며, 이들에 부착된 센서 혹은 데이터 통신부로부터 얻은 정보를 기초로 적절한 연산을 수행한 후 정해진 프로그램 혹은 사용자가 임의로 지정한 파라 미터값에 따라 일정한 작업을 수행하게 된다. 예를 들어 PCR 과정에 따라 증폭 반응 챔버(11)의 온도를 적절히 조정하거나, 냉각 장치(43)의 가동 여부 및 감지부의 감지 시간 간격 등을 제어할 수 있게 된다. 이와 같은 연산 제어부(41)는 상기 모듈의 독립적인 구동이 가능하도록 별도의 입출력장치(46)를 더 구비하는 것도 가능하다.

상기 연산 제어부(41)는 보조 기억 장치(44)에 입력된 소프트웨어 프로그램에 따라 구동되는 바, 이와 같은 보조 기억 장치(44)로서는 일반적으로 전산 관련 분야에서 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 예를 들어 하드 디스크, 플로피 디스크, 광학 디스크(CD, DVD, MD 등), 자기 디스크 및 플래시메모리카드 등을 하나 이상 사용할 수 있다. 또한 예를 들어 상기 광학 디스크가 CD인 경우에는 CD롬 드라이브 등을 통해 사용하게 되며, 플래시메모리카드를 보조 기억장치(44)로서 사용하는 경우에는 메모리 리더기를 통해 이를 사용하게 된다. 이와 같은 플래시메모리카드는 크기가 작고 사용이 간편하며 전력소모량도 적어 이를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 플래시메모리카드로서는 종래 알려져 있는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 예를 들어 CF, SD, MD, 메모리 스틱, XD 등과 같은 종류의 모든 플래시메모리카드가 사용가능하다.

더욱이 상기 연산 제어부(41)를 구동하기 위한 PCR용 소프트웨어 프로그램의 경우, 상술한 바와 같은 보조기억장치에 저장된 상태로 제공하여 이를 불러들여 사용하는 것이 바람직하며, 또한 PCR 과정 중 사용자 정의 파라미터들, 즉 설정 온도, 사이클 횟수 등의 다양한 정보를 저장하는 것도 가능하다. 상기 연산 제어부 (41)에는 별도의 전원 공급장치가 연결되어 사용될 수 있다.

도 2 및 도 3은 상술한 PCR용 모듈(40), 즉 연산제어부(41)를 포함하거나 포함하지 않는 PCR용 모듈이 호스트 컴퓨터(50)에 연결된 다중 PCR 시스템의 개략적 블록도를 나타낸다.

본 발명에 따른 다중 PCR 시스템(1)은 적어도 하나 이상의 PCR용 모듈(40)을 구비하여 얻어지는 것으로서, 서로 다른 시료에 대하여 서로 다른 조건을 사용하여 PCR 과정을 수행하고자 하는 경우에 사용된다. 즉 동시에 실시간으로 수행되는 여러 개의 PCR 과정을 각각 독립적으로 제어하여 그 작업 효율을 향상시키고자 한 것이다.

도 2에 도시한 다중 PCR 시스템의 경우는, 연산제어부(41)를 PCR용 모듈 내에 포함하지 않는 경우로서, 이 경우 하나 이상의 모듈(40)이 상기 호스트 컴퓨터(50)의 데이터 통신부(미도시)를 통해 연결되는 구조를 갖는다. 즉 각 PCR용 모듈은 감지부(30), PCR 반응 용기(10), 히터(20) 등을 구비하며, 이들 장치들은 각각 상기 호스트 컴퓨터(50)와 데이터 통신을 통해 일정한 값을 송수신하는 과정에서 제어를 받게 된다. 상기 호스트 컴퓨터(50)에 연결되는 PCR용 모듈(40)은 착탈 방식으로 필요에 따라 설치할 수 있으며, 그 개수에는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 2 내지 24개이다. 상기 PCR용 모듈의 개수가 지나치게 많아지는 경우에는 이를 통제할 호스트 컴퓨터(50)의 제어 용량을 초과하게 되므로 컴퓨터의 처리능력에 맞는 적절한 규모로 유지하는 것이 보다 바람직하다.

상기 호스트 컴퓨터(50)는 중앙처리장치(52), 보조기억장치(54), 램(55), 및 입출력장치(60)를 구비하는 바, 상기 보조 기억장치(54) 내에 설치된 소프트웨어 프로그램에 따라 PCR과정을 제어하게 된다. 이와 같은 보조기억장치(54)로서는 하드 디스크, 광학 디스크, 플로피 디스크, 및 플래시메모리카드 등을 하나 이상 사용할 수 있음은 이미 상술한 바와 같다. 이에 저장되는 소프트웨어 프로그램은 상기 제어 연산부(41)가 단지 모듈 내의 각 요소들을 제어하기 위한 핵심 기능만을 담당했던 것과 달리 각 모듈을 독립적으로 제어하기 위한 별도의 관리 기능을 더 갖게 되며, 이에 따라 각 PCR 모듈(40)을 독립적으로 제어하게 된다. 즉 각 모듈(40) 내의 감지부(30) , 히터(20) 및 PCR 반응용기(10) 등을 독립적으로 제어하여 서로 다른 시료를 서로 다른 조건에서 제어할 수 있게 되는 것이다. 더불어 상기 보조기억장치(54)는 사용자가 임의로 지정한 파라미터값을 저장하는 역할도 수행하게 된다.

이와 같은 호스트 컴퓨터(50)에는 상기 연산 제어부(41)와는 달리 입출력 장치를 구비하고 있는 바, 이를 통해 사용자 정의 파라미터 값을 입력하거나, 각 모듈(40)로부터 수신된 각종 정보들을 실시간으로 표시하게 된다. 이와 같은 정보에 따라 실시간으로 상기 파라미터값을 변경하거나 수정하여 PCR 과정을 적절하게 제어할 수 있게 된다. 상기 입출력장치(60)의 표시부로서는 전력 소모량이나 크기 측면에서 액정 표시 소자 등을 사용하는 것이 바람직한 바, 이 경우 그 표면 상에 터치 스크린 방식의 입력장치를 설치하여 사용하는 것이 보다 바람직하다. 일반적인 키보드 및 CRT 등도 사용할 수 있음은 당연하다.

상기 호스트 컴퓨터(50)는 데이터 통신부(미도시)를 통해 각 PCR용 모듈과 통신하게 되는 바, 그 연결 방법으로서는 유선 혹은 무선의 방법이 모두 가능하며, 이 분야에서 사용되는 일반적인 연결 방법은 모두 사용가능하다. 예를 들어 유선의 경우 RS-232C와 같은 시리얼 포트, 패러랠 포트, USB 포트, 1394 포트 등을 이용하여 연결할 수 있으며, 확장성의 측면에서 USB포트를 사용하는 것이 바람직하다. 무선의 경우에는 RF 방식 등을 사용하는 것이 가능하다.

특히 상기 PCR 모듈(40) 내의 감지부(30)는 상기 PCR 반응 용기 내의 증폭산물 신호를 감지하여 상기 호스트 컴퓨터(50)에 유선 또는 무선으로 전송하게 되는 바, 이와 같은 증폭산물 신호로서는 상기 PCR 반응 용기(10) 내에 배치된 증폭 반응 챔버(11)로부터 방출되는 형광신호를 예를 들 수 있으며, 상기 감지부(30)가 이를 검출하는 형광검출기 역할을 수행하여 정보를 얻은 후, 이를 상기 호스트 컴퓨터(50)에 전송하게 되는 방식이다. 이를 위해 상기 감지부(30)는 PCR 용액으로 빛을 조사하는 광원(31)을 구비하며, 상기 광원(31)에서 PCR 용액으로 빛을 조사하게 되면 PCR 용액에서 나온 형광은 렌즈에서 모아져 적절한 필터를 통과한 뒤 기록된다.

상기 형광신호가 아닌 전기적 신호를 사용하는 것도 가능한 바, 이 경우 상기 감지부는 전기적 신호를 감지하는 센서를 구비하며, 이를 상기 PCR 반응 용기 내에 설치하여 이 센서가 상기 PCR 반응 용기 내에 배치된 증폭 반응 챔버 내에 수용된 PCR 용액에 교류 전류 인가시 발생하는 증폭산물 신호를 감지하여 이를 상기 호스트 컴퓨터(50)에 전송하게 된다. 전송받은 데이터는 입출력장치(60)의 표시부를 통해 사용자에게 전달된다. 이를 위해서 상기 감지부(30)는 상기 광원(31) 대신 에 교류 전원부(33)를 구비하게 된다.

상기 호스트 컴퓨터(50)에는 별도의 전원 공급 장치(미도시)가 설치되어 안정적인 전원을 공급할 수 있으며, 이를 통해 상기 PCR용 모듈의 각 소자에 동시에 전력을 공급하는 것도 가능하다. 즉 상기 호스트 컴퓨터(50) 및 각 PCR용 모듈(40)은 자체적인 전원공급장치를 별도로 구비하는 방식 혹은 하나의 전원 공급장치를 통하여 전원을 공급받는 방식 모두 가능하다. 상기 PCR 모듈 내에 포함되어 있는 감지부(30) 및 히터(20)의 경우도 마찬가지이다.

도 3은 상기 PCR 모듈(40)이 연산 제어부(41)를 포함하는 경우의 다중 PCR 시스템을 나타낸다. 즉 이와 같은 다중 PCR 시스템에서는 상기 모듈(40) 내에 포함된 연산 제어부(41)가 실질적인 PCR 과정을 제어하는 핵심 기능을 수행하게 되며, 호스트 컴퓨터(50)는 이와 같은 연산 제어부(41)와 데이터 통신을 수행하여 이들을 관리하는 기능만을 수행하게 되는 것이다. 이와 같은 시스템에서는 각 모듈 내에 별도의 연산 제어부(41)가 포함되어 있어 각 모듈(40)이 독립적으로 제어되므로 호스트 컴퓨터(50)의 처리 능력과는 무관하게 확장성을 갖게 되어 착탈 가능한 PCR 모듈의 개수에 제한이 없게 된다. 따라서 그 부피가 허용가능한 범위 내에서는 상당히 많은 개수의 모듈(40) 장착이 가능하며, 특히 상기 호스트 컴퓨터(50)와 각 모듈(40)이 유선 혹은 무선 방식으로 연결되는 경우에는 그 확장성에 아무런 제한이 존재하지 않게 되어 거의 무제한의 확장성을 갖게 된다.

이미 상술한 바와 같이 상기 호스트 컴퓨터(50) 및 연산 제어부(41)는 보조 기억장치(54)를 갖고 있으며, 여기에 PCR 과정을 제어하는 소프트웨어 프로그램을 저장하고 있는 바, 이 프로그램들은 각각의 역할에 맞는 기능을 수행하게 된다. 특히 이들은 유선 혹은 무선 방식의 네트워킹 연결이 가능한 바, 피어-피어 방식 혹은 서버-클라이언트 방식의 네트워크 방식의 연결, 예를 들어 일반적인 네트워크 인터페이스 카드 및 허브를 사용하는 LAN 방식을 사용할 수 있으며, 유선 혹은 무선이 모두 가능하다. 이와 같은 연결 방식에 의해 각 PCR 모듈(40)은 호스트 컴퓨터(50)에 의해 원격으로 제어되며, 실시간으로 데이터를 주고 받음에 따라 각 모듈(40)을 독립적으로 제어하게 된다. 상기 연산 제어부(41)가 모듈(40) 내의 각 소자를 독립적으로 제어할 수 있음은 이미 상술한 바와 같다.

특히 이와 같은 방식의 다중 PCR 시스템에서는 감지부(30)가 감지한 정보는 상기 호스트 컴퓨터(50)로 바로 전송하는 것도 가능하나, 이미 상기 감지부(30)가 연산 제어부(41)의 통제를 받고 있는 상황하에서는 감지된 정보를 상기 연산 제어부(41)로 전송하고, 이를 호스트 컴퓨터(50)로 다시 재전송하는 것이 보다 바람직한 구조로서 채택된다. 상기 감지부(30)의 감지 메커니즘에 대해서는 이미 상술한 바와 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 PCR 시스템의 개략적 사시도로서PCR 용액이 수용되는 증폭반응챔버(11)를 갖는 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기(10)와, PCR 반응용기(10)의 증폭반응챔버(11)로 열을 가하는 히터(20)와, PCR 용액의 증폭산물의 양에 기초한 증폭산물신호를 감지하는 감지부(30)를 포함하는 모듈(40)과, 상기 모듈(40)과 전기적으로 연결되어 있는 호스트 컴퓨터(50)와, 상기 모듈(40)로부터 수신받은 데이터를 표시하는 표시부(60)와, 사용자가 필요한 신호 를 입력하는 입력부(70)를 구비한다. 여기서 모듈(40)은 6개가 마련되어 착탈가능하게 장착되는데, 각 모듈(40) 내에 수용결합되는 PCR 반응용기(10)의 증폭반응챔버(11)의 온도는 각 모듈(40)의 연산 제어부(41) 혹은 호스트 컴퓨터(50)에 의하여 독립적으로 조절되게 된다. 도 5는 상기 PCR용 모듈(40)에 장착되는 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기의 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도로서, 이들 도면을 함께 참조하면, 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기(10)는, 시료유입구(12)로 유입되며 시료배출구(13)로 배출되는 PCR 용액이 수용되는 증폭반응챔버(11)가 형성되도록 실리콘으로 제작되며, 실리콘의 위쪽에는 유리(15)가 설치되어 PCR 증폭반응 중에 증폭산물로부터 방출되는 형광신호를 감지부(30)가 감지할 수 있도록 하고 있다. 그리고 히터(20)는 별도의 분리된 형태로서 PCR 반응용기(10)의 저부면과 접촉하여 실리콘으로 제작된 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기(10)로 열을 가하게 된다.

이미 상술한 바와 같인 상기 PCR 모듈(40) 내의 여기서, 도 3을 참조하여 증폭산물신호가 증폭반응챔버로부터 방출되는 형광신호인 경우인 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 PCR 시스템을 사용한 모니터링 방법에 대하여 상세히 설명한다. 우선 호스트 컴퓨터(50)의 입출력장치(60) 역할을 하는 터치스크린 방식의 모니터를 통하여 PCR 조건과 광학계의 파워와 측정조건을 입력하여 주면 입력 값은 모듈 (40)에 장착되어 있는 연산 제어부(41), 보다 상세하게는 마이크로프로세서(microprocessor)로 전달되며, 상기 연산 제어부(41)는 PCR 마이크로 칩 내에 설치된 온도 센서(미도시)를 통하여 받은 현재 칩의 온도조건을 피드백(Feedback) 받아 설정해준 온도를 맞추도록 제어하여 준다. 또한 연산 제어부(41)는 감지부(30)의 광학계의 가동과 중단 시기를 결정하게 되며, 측정조건에 맞게 실시간으로 광학 신호를 측정하게 된다. 그리고 전술한 바와 같이 각각의 각 모듈(40)의 연산 제어부(41)는 각 모듈(40)내의 각 소자들을 독립적으로 제어하게 되며, 상기 호스트 컴퓨터(50)는 이들 각 모듈(40)을 또한 실시간으로 제어하게 된다. 상기 각 모듈(40) 내에 제어 연산부(41)가 포함되어 있지 않은 경우에는 호스트 컴퓨터(50)가 각 모듈(40) 내의 소자들을 독립적으로 제어하게 됨은 상술한 바와 같다.

다음으로 증폭산물신호가 증폭산물로부터 측정된 임피던스에 대응하는 신호인 경우의 다중 PCR 시스템에 대하여 설명하면, 이는 모듈(40) 내의 감지부(30)가 전술한 일 실시예와 달리, 교류전원부(33)와, 증폭반응챔버(11) 내에 수용된 PCR 용액에 교류전류를 가해주면서 PCR 용액에서 측정된 전기적 신호 즉 임피던스에 대응하는 신호를 감지하는 센서를 구비하고 있는 점에서 전술한 일 실시 예와 구별된다. 이 경우, 상기 호스트 컴퓨터(50)의 입출력장치(60) 역할을 수행하는 터치스크린 방식의 모니터를 통하여 PCR 조건과 임피던스를 측정하기 위한 교류 입력전압의 크기와 주파수를 입력하여 준다. 그러면 이 입력 값은 모듈 (40)에 장착되어 있는 연산 제어부(41)로 전달되며, 이 연산 제어부(41)는 PCR 마이크로 칩의 신호 처리 회로를 통하여 받은 현재 칩의 온도조건을 피드백(Feedback) 받아 설정해준 온도를 맞추도록 제어하게 된다. 또한 연산 제어부(41)는 감지부(30)의 교류입력전압의 크기와 주파수를 결정하여 공급하여 주면서 측정조건에 맞게 실시간으로 임피던스를 측정하게 된다. 그리고 전술한 바와 같이 각각의 PCR 모듈(40)의 연산 제어부(41) 는 각 모듈(40) 내의 소자들을 독립적으로 제어하게 되며, 호스트 컴퓨터는 이들 각 모듈(40)을 독립적으로 제어하게 된다. 상기 각 모듈(40) 내에 제어 연산부(41)가 포함되어 있지 않은 경우에는 호스트 컴퓨터(50)가 각 모듈(40) 내의 소자들을 독립적으로 제어하게 됨은 상술한 바와 같다.도 7은 감지부가 교류전원부일 때 임피던스를 측정하기 위한 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기(10)의 평면도이고, 도 8은 도 6의 열센서를 포함하는 히터의, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 서로 엇갈린 구조의 전극(interdigitated electrodes)(17)이 증폭반응챔버(11) 내에 위치하고 있어 PCR 혼합물 즉 PCR 용액에 교류 전류를 가해 주면서 측정되는 임피던스 값을 측정할 수 있으며, 얇은 금속 박막의 마이크로 열선(22)과 열센서(21) 있어 칩 상에서 온도제어가 가능하게 된다.

이하 본 발명을 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. PCR 용액 제조

PCR 용액은, 실험마다의 차이를 줄이기 위해서 먼저 DNA만을 제외한 그 이외의 필요한 시약을 모두 섞어서 실험에 필요한 양만큼의 2배 농축된 마스터 혼합물(master mixture)을 만들고 이를 DNA와 1:1 부피비로 혼합함으로써 최종적으로 완성되었다.

마스터 혼합물의 조성은 하기와 같다.

PCR 완충용액 1.0 ㎕

증류수 1.04 ㎕

10 mM dNTPs 0.1 ㎕

각각 20 μM의 프라이머 혼합물 0.2 ㎕

효소 혼합물 0.16 ㎕

실시예 2. 마이크로 칩 상에서의 PCR 실험

본 발명에 따른 장치를 이용 시 열 전달과 온도 구배 간의 경사 각도에 따라 보다 신속한 PCR을 수행하는지 여부를 확인하기 위해서 마이크로 PCR 칩을 사용하여 PCR 실험을 수행하였다. 사용된 마이크로 PCR 칩은 7.5mm X 15.0mm X 1.0mm 크기로서 실리콘 소재로서, 열전도도가 기존 튜브에 비해서 수 백 배 빠르므로, 반응물에의 온도 전달이 빠르고, 반응온도와 온도 사이의 경사에 있어서 소요 시간이 짧고, 소량의 시료를 사용하므로 열전달을 최대화할 수 있다는 장점이 있다.

상기에서 제조된 PCR 용액 1 ㎕를 마이크로 PCR 칩에 주입하고, 92℃ 1초, 63℃ 15초의 온도를 40번 반복하여 실험하였다. 실험 결과물은 Labchip(Agilent)을 사용하여 정량화 하였으며, 2% TAE 아가로오즈 겔 상에서도 증폭 유무를 확인하였다.도 9는 증폭 후 결과를 2% TAE 아가로오즈 겔 상에서 확인한 도면이다 (HBV 주형의 양 10⁶, 10⁴ 카피 수). NTC (no template control)는 PCR 반응의 음성대조군이며, SD(standard)는 전기영동의 양성대조군이다.

또한, 도 10a 내지 도 10b는 본 발명에 따라서 마이크로 PCR 칩 상에서 PCR 반응을 수행한 경우와 종래 통상의 PCR 기기(mj research, USA) 상에서 PCR 반응을 수행한 경우의 소요 시간에 따른 PCR 산물의 농도를 비교하여 도시한 도면이다. 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 종래 통상의 PCR 기기를 사용한 경우에는 40.88 ng/ul의 PCR 산물을 얻는데 90분의 시간이 소요됨에 반하여, 본 발명에 따르면 마이크로 PCR 칩 상에서 PCR 반응을 수행하는 경우에는 40.54 ng/ul의 PCR 산물을 얻는데 단지 28분의 시간이 소요되었다. 즉, 본 발명에 따른 PCR 방법은 종래 기술에 비하여 거의 동일한 농도의 PCR 산물을 얻는데 소요되는 시간이 약 3 분의 1 정도에 불과하였다.도 11a는 기존의 PCR 장치를 사용할 경우 온도 프로파일을 나타내는 그래프이며, 도 11b는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 PCR 반응을 수행한 경우의 온도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

실시예 3. 증폭산물신호가 증폭산물로부터 측정된 임피던스에 대응하는 신호인 경우인 본 발명의 다른 실시 예에 따른 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 다중 PCR 시스템 및 실험

Promega PCR 용액을 사용하여 본 발명의 도 3에 따른 하기 다중 PCR 시스템(1)를 이용하여 PCR 반응 중에 나오는 시그널을 실시간으로 측정하였다.

호스트 컴퓨터(50) 및 연산제어부(41)의 구체적인 스펙은 다음과 같다.

I. 호스트 컴퓨터

(주)트랜스메타(Transmeta)의 산업용 임베디드 보드(모델명: AAEON Gene 6330)를 사용하였다.

CPU: 트랜스메타 크루소 TM5800 프로세서

온보드 메모리: 64MB SDRAM

온보드 그래픽카드: SMI 712 LynxEM+ (TFT 및 DSTN 패널 지원)

보조기억장치: 2.5인치 30GB 하드디스크 (히다치사 제조)

온보드 네트워크 인터페이스: RTL 8139DL, 10/100base-T RJ-45

입력장치: 15.1인치 터치 스크린(3M사 제조)

출력장치: 15.1인치 LCD 모니터 (BOE Hydis사 제조)

운영체제: 마이크로소프트 윈도우 2000 프로페셔날

II. 연산제어부(41)

모델명 C8051 F061 (Silicon Laboratories 사 제조)를 사용하였다.

상기 C8051 F061은 25 MIPS Mixed-Signal 8051이며, 24 I/O 라인, 5 타이머, 와치독 타이머, PCA, SPI, SMBus, I2C, 2 UARTS, CAN 2.0B, 2 채널 (16-bit) A/D, 8 채널 (10-비트) A/D, 2 채널 (12-비트) D/A, 3 아날로그 비교연산자, 온-칩 온도 센서, 64KB 프로그램 가능 내장 플래시, 256바이트 RAM, 4K 램 XRAM을 구비한다.

상기 호스트 컴퓨터(50)와 연산제어부(41)는 이더넷 방식의 유선으로 허브를 통해 연결되며, 호스트 컴퓨터(50)에 설치된 전원공급장치를 통해 상기 연산제어부(41)를 포함하는 모듈(40)에 전력을 공급하였다. 이와 함께 별도의 냉각팬(43)을 사용하여 PCR 반응용기(10)를 포함하는 모듈(40)의 주변 온도를 냉각하였다. 히터로서는 열센서(21) 및 열선(22)을 구비하는 마이크로 플레이트를 사용하였다. 교류전원부(33)를 포함하는 감지부(30)를 사용하였다.

PCR 용액은 실험마다의 차이를 줄이기 위해서 먼저 DNA만을 제외한 그 이외의 필요한 시약을 모두 섞어서 실험에 필요한 양 만큼의 2배 농축된 마스터 혼합물 (master mixture)을 만들고 이를 DNA와 1:1 부피비로 혼합함으로써 최종적으로 완성되었다.

이 실험에 사용된 마스터 혼합물의 조성은 하기 표 1과 같다.

		프로메가(Promega)
PCR버퍼	트리스 HCl	10mM
	KCl	50mM
	트리톤 X-100	0.10%
dNTP	dATP200uM
	dCTP	200uM
	dGTP	200uM
	dUTP(dTTP)	200uM
프라이머	상류(upstream)	1000nM
	하류(downstream)	1000nM
Taq pol		0.025U/ul
MgCl₂		1.5mM

PCR 반응조건은 기존의 PCR 기기에서 사용하던 온도와 시간조건을 본 장치에 그대로 적용하였다.

50C (120s), 91C (180s) 1회

92C (1s), 63C (180s) 1회

92C (1s), 63C (15s) 44회63C (180s) 1회

도 4 및 도 8을 참조하면, 임피던스를 측정하기 위해 우선 위에서 제시한 PCR 용액을 마이크로 PCR 칩의 입구에 1uL를 넣었다. 마이크로 PCR 칩을 모듈(module)(40)에 장착한 후 마이크로 PCR 칩에 100 KHz, 100 mV 교류 전압의 입력 신호를 가하였으며, 실시간으로 임피던스 값을 측정하였다.

도 12a는 실시간으로 측정된 임피던스 값을 나타내고 있으며, 도 12b는 어닐링(annealing) 구간에서의 임피던스 값을 PCR 사이클(Cycle) 수에 따라 표시를 한 그래프이다. 그래프에서 알 수 있듯이 시간에 따라 PCR 반응은 증가하기 시작하는데 대략 28 사이클(Cycle) 정도에서부터 임피던스 값이 증가함을 볼 수 있었다.

실시예 4. 광학 신호를 실시간으로 보기 위한 장치 및 실험

상기 실시예 1에서 제조된 PCR 용액에 대하여 2단계 온도 실험을 실시하였다. 다중 PCR 시스템(1)으로서는 상기 실시예 1과 동일한 장치를 사용하되, 다만 광원(31)을 사용하는 감지부(30)를 사용하여 신호를 검출하였다.

PCR 반응조건은 하기 표 2와 같다.

스테이지	항목	유지 온도 [℃]	유지시간 [초]	반복 [사이클]
스테이지 1	초기 UNG	50	120	1
스테이지 1	초기	89	60	1
스테이지 2	변성	89	10	40
	어닐링	65	30
	검출 시간	지연	5
	검출 시간	측정	23
용융	스테어(stare) 온도	60
	정지 온도	90
	램핑 속도	0.1 ℃/초
	가열 속도	10 ℃/초
	냉각 속도	5 ℃/초

도 4 및 도 5를 참조하면, 우선 위에서 제시한 PCR 용액을 마이크로 PCR 칩의 시료유입구(12)에 1uL를 넣었다. 마이크로 PCR 칩을 모듈(module)(40)에 장착한 후 마이크로 PCR 칩에 도 13a에서처럼 표 4에서 제시된 PCR 온도 조건에 따라 열 싸이클(thermal cycling)을 가해 주었다.

도 13b는 실시간으로 측정된 값을 나타내고 있는데 어닐링 구간에서의 시그널 값을 23초간 연속 측정하여 PCR 사이클(Cycle) 수에 따라 표시를 한 그래프이다. 그래프에서 알 수 있듯이 시간에 따라 PCR 반응은 기하급수적으로 증가하기 시 작하는데 대략 25 사이클(Cycle) 정도에서부터 신호 값이 증가함을 볼 수 있었다. 즉 S자 곡선을 보여 주고 있다.

도 13c는 증폭이 된 이중나선 형태의 DNA가 온도를 올려 줌에 따라 풀려서 단일 가닥 형태의 DNA로 바뀌면서 형광신호가 감소함을 보여 주고 있는데, 이런 신호를 분석하여 얻을 수 있는 정보는 DNA의 용해(melting) 온도이다. DNA를 실시간으로 증폭하고 원하는 DNA의 증폭 여부(DNA identification)를 확인하기 위하여 용해 곡선(melting curve)을 그려보면 알 수 있다.

이상과 같이, PCR 용액이 수용되는 증폭반응챔버(11)를 갖는 마이크로 칩 형태의 PCR 반응용기(10)와, PCR 용액의 증폭산물의 양에 기초한 증폭산물신호를 감지하는 감지부(30)와, PCR 반응용기(10)의 증폭반응챔버(11)의 온도를 조절하는 연산 제어부(41)를 가지며 PCR 반응용기(10), 히터(20) 및 감지부(30)가 수용결합되는 복수 개의 PCR 모듈(40)과, 복수 개의 모듈(40)과 전기적으로 연결되는 호스트 컴퓨터(50)을 포함하며, 각 모듈(40)의 연산 제어부(41)가 감지부(30) 및 각 모듈(40) 내에 수용결합되는 PCR 반응용기(10)의 증폭반응챔버(11)의 온도를 독립적으로 제어하도록 다중 PCR 시스템(1)을 구성하여, 서로 다른 시료를 서로 다른 온도 조건으로 동시에 PCR 반응을 할 수 있으며 이를 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 서로 다른 시료를 서로 다른 온도 조건으로 동시에 PCR 반응을 할 수 있으며, 이를 실시간으로 모니터링할 수 있 도록 한 PCR용 모듈, 이를 채용한 다중 PCR 시스템 및 그 모니터링 방법이 제공된다.

또한, 전도성이 우수한 실리콘으로 만들어진 마이크로 칩 형태의 반응용기를 사용함으로써 온도 전이 속도를 크게 향상시킬 수 있으며, 종래 보다 소량의 시료 양으로도 농축 없이 PCR 반응을 수행할 수 있게 된다.

Claims

열 센서와 전기적으로 연결된 히터;

상기 히터와 열적으로 접촉하며, 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 용액이 수용되는 증폭 반응 챔버를 구비하는 PCR 반응 용기; 및

상기 PCR 용액의 증폭산물 신호를 감지하는 감지부를 포함하며,

상기 PCR 반응용기가 실리콘 소재의 마이크로칩 형태이고,

상기 히터가 상기 PCR 반응 용기와 분리되어 있으며, 상기 PCR 반응 용기의 저면부와 접촉하여 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제1항에 있어서, 상기 PCR 반응 용기의 온도를 냉각하는 냉각 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제1항에 있어서, 상기 히터에 전력을 공급하는 전원 공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
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제1항에 있어서, PCR 과정을 제어하는 연산 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제6항에 있어서, 상기 연산 제어부가 중앙처리장치(CPU), 램(RAM) 및 보조기억장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제7항에 있어서, 상기 연산 제어부가 입출력장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제8항에 있어서, 상기 보조 기억 장치가 하드 디스크, 플로피디스크, 광학 디스크, 자기디스크 및 플래시메모리카드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제8항에 있어서, 상기 보조 기억장치가 상기 PCR 과정을 제어하는 소프트웨 어 프로그램; 및 사용자 정의 파라미터를 저장하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제7항에 있어서, 상기 연산 제어부가 상기 히터, 상기 PCR 반응 용기 및 상기 감지부를 각각 독립적으로 실시간 제어하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제11항에 있어서, 상기 연산 제어부가 상기 PCR 반응 용기내에 배치된 증폭 반응 챔버내의 PCR 용액의 온도를 실시간 제어하는 것을 특징으로 하는 PCR용 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 PCR용 모듈; 및

상기 모듈을 제어하는 호스트 컴퓨터;를 구비하며, 이들이 유선 또는 무선으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제13항에 있어서, 상기 호스트 컴퓨터가 중앙처리장치, 램, 보조기억장치, 및 입출력장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제14항에 있어서, 상기 보조 기억 장치가 하드 디스크, 플로피디스크, 광학디스크, 자기디스크 및 플래시메모리카드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제14항에 있어서, 상기 보조 기억장치가 상기 PCR 모듈 각각을 독립적으로 제어하는 소프트웨어 프로그램; 및 사용자 정의 파라미터를 저장하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제13항에 있어서, 상기 호스트 컴퓨터가 히터, PCR 반응 용기 및 감지부를 각각 독립적으로 실시간 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제17항에 있어서, 상기 호스트 컴퓨터가 상기 PCR 반응 용기내에 배치된 증폭 반응 챔버내의 PCR 용액의 온도를 실시간 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제13항에 있어서, 상기 호스트 컴퓨터 및 상기 PCR용 모듈에 전력을 공급하는 단일 전원 공급장치; 또는 상기 호스트 컴퓨터 및 상기 PCR용 모듈에 전력을 공급하는 개별적인 전원 공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제13항에 있어서, 상기 모듈 내의 감지부가 상기 PCR 반응 용기 내의 증폭산물 신호를 감지하여 상기 호스트 컴퓨터에 유선 또는 무선으로 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제20항에 있어서, 상기 증폭산물 신호가 상기 PCR 반응 용기 내에 배치된 증폭 반응 챔버로부터 방출되는 형광신호이며, 상기 감지부가 상기 형광신호를 검출하는 형광 검출기인 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제13항에 있어서, 상기 감지부가 전기적 신호를 감지하는 센서를 구비하며, 상기 센서가 상기 PCR 반응 용기 내에 배치된 증폭 반응 챔버 내에 수용된 PCR 용액에 교류 전류 인가시 발생하는 증폭산물 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 PCR용 모듈; 및

상기 모듈을 제어하는 호스트 컴퓨터를 구비하며,

상기 PCR용 모듈 내의 연산 제어부와 상기 호스트 컴퓨터가 유선 또는 무선의 네트워킹 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제23항에 있어서, 상기 호스트 컴퓨터가 중앙처리장치, 램, 보조기억장치, 네트웍 인터페이스 및 입출력장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제24항에 있어서, 상기 보조 기억 장치가 하드 디스크, 플로피디스크, 광학디스크, 자기 디스크 및 플래시메모리카드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제24항에 있어서, 상기 보조 기억장치가 상기 PCR 모듈 내의 연산 제어부와 데이터 통신을 수행하여 상기 PCR 모듈 각각을 독립적으로 제어하는 소프트웨어 프로그램; 및 사용자 정의 파라미터를 저장하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제23항에 있어서, 상기 호스트 컴퓨터가 상기 PCR 모듈 내의 연산 제어부와 데이터 통신을 수행하여 상기 PCR 모듈 내의 PCR 과정을 각각 독립적으로 실시간 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제23항에 있어서, 상기 호스트 컴퓨터 및 상기 PCR용 모듈에 전력을 공급하는 단일 전원 공급장치; 또는 상기 호스트 컴퓨터 및 상기 PCR용 모듈에 전력을 공급하는 개별적인 전원 공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제23항에 있어서, 상기 PCR용 모듈 내의 감지부가 상기 PCR 반응 용기 내의 증폭산물 신호를 감지하여 그 결과를 상기 PCR용 모듈 내의 연산 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제29항에 있어서, 상기 증폭산물 신호가 상기 PCR 반응 용기 내에 배치된 증폭 반응 챔버로부터 방출되는 형광신호이며, 상기 감지부가 상기 형광신호를 검출하는 형광 검출기인 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
제23항에 있어서, 상기 감지부가 전기적 신호를 감지하는 센서를 구비하며, 상기 센서가 상기 PCR 반응 용기 내에 배치된 증폭 반응 챔버 내에 수용된 PCR 용액에 교류 전류 인가시 발생하는 증폭산물 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 다중 PCR 장치.
(a) 상기 제1항 내지 제3항 및 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 PCR용 모듈 내에 각각 수용결합된 PCR 반응용기의 증폭반응챔버에 PCR 용액을 각각 주입하는 단계;

(b) 상기 각 모듈의 PCR 반응용기의 증폭반응챔버 별로 독립적으로 조절된 온도조건 하에서 상기 각 모듈 별로 PCR 반응을 수행하는 단계;

(c) 상기 각 모듈의 PCR 반응에 기초한 증폭산물신호를 감지하는 단계; 및

(d) 상기 증폭산물신호에 관한 데이터를 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR의 실시간 제어 방법.
제32항에 있어서,

상기 증폭산물신호가 상기 증폭반응챔버로부터 방출되는 형광신호인 것을 특 징으로 하는 PCR의 실시간 제어 방법.
제32항에 있어서,

상기 (c)단계가, 상기 각 모듈의 PCR 반응용기의 증폭반응챔버 내에 수용된 상기 각 PCR 용액에 교류전류를 가해주는 단계를 더 포함하며, 상기 증폭산물신호가 상기 각 PCR 용액에서 측정된 전기적 신호인 것을 특징으로 하는 PCR의 실시간 제어 방법.
제34항에 있어서, 상기 전기적 신호가 각 PCR 용액에서 측정된 임피던스에 대응되는 신호인 것을 특징으로 하는 PCR의 실시간 제어 방법.
제32항에 있어서, 상기 PCR 반응용기가 실리콘 소재인 것을 특징으로 하는 PCR의 실시간 제어 방법.
제32항에 있어서, 상기 감지부에서 감지된 신호를 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 연산 제어부 또는 제13항 내지 22항 중 어느 한 항에 따른 호스트 컴퓨터로 전송하는 것을 특징으로 하는 PCR의 실시간 제어방법.