KR100700126B1 - Ｄｎａ 분석 장치, ｄｎａ 센서, 그리고 분석 방법 - Google Patents

Ｄｎａ 분석 장치, ｄｎａ 센서, 그리고 분석 방법 Download PDF

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가시오게산키 가부시키가이샤
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Abstract

DNA 분석 장치는 전기이동 도체를 포함하는 욕로를 포함한다. 복수개의 탐침 전극들이 욕로에 배치된다. 알려진 염기 서열들을 가진 탐침 DNA 절편들로 각각 구성된 복수개의 스팟들이 각 탐침 전극들에 배치된다. 온도 조절 소자들은 대응하는 탐침 전극을 통해 복수개의 스팟들의 온도들을 조절하기 위해 제공되었다.
DNA 분석 장치, 전기이동 도체, 욕로, 탐침 전극, 염기 서열, DNA 절편, 스팟, 온도 조절 소자, DNA 센서, DNA 분석 방법

Description

ＤＮＡ 분석 장치, ＤＮＡ 센서, 그리고 분석 방법{DNA ANALYZING APPARATUS, DNA SENSOR, AND ANALYZING METHOD}
본 발명은 다른 수의 염기를 가진 DNA들을 분석하기 위해 사용되는 DNA 분석 장치, DNA 센서, 그리고 분석 방법과 관련이 있다.
최근 수년 동안, 의학 치료와 농학과 같은 다양한 분야에서 생물학적 유전자들에 대한 정보가 이용되어 왔다. 유전적 정보를 이용하는데 DNA의 구조를 이해하는 것은 필수적이다. DNA는 각각 4 종류의 염기들(아데닌:A, 구아닌:G, 시토신:C, 티민:T)이 1차원적으로 배열된 염기 서열을 가진 나선형으로 꼬인 폴리뉴클레오티드 체인을 가지고 있다. 뉴클레오티드 체인의 하나의 염기는 아데닌과 티민 사이 그리고 구아닌과 시토신 사이의 상보성에 기초하여 다른 염기에 연결된다.
DNA의 구조를 이해하는 것은 그 염기 서열을 아는 것이다. DNA 미세배열과 그 판독 장치들이 DNA의 염기 서열을 알아내기 위해 개발되어 왔다. 종래 기술에서는, DNA 미세배열과 그 판독 장치들이 아래에 설명한 바와 같은 샘플 DNA들의 염기 서열을 알아내기 위해 사용되어 졌다.
첫째로, 알려진 염기 서열들을 가진 여러 종류의 단일 사슬 탐침 DNA 절편들이 준비되었다. 여러 종류의 탐침 DNA 절편들이 서로 일직선으로 정렬되도록 스팟 (spot)으로써 슬라이드 글라스와 같은 솔리드 캐리어에 고정되었다. 얻어진 DNA 미세배열에, 복수개의 스팟들이 배열에 정렬된다. 하나의 스팟은 한 종류의 탐침 DNA 절편들의 군집이다. 다른 스팟들은 탐침 DNA 절편들의 각각의 염기 서열들을 가진다.
그 다음에, 표본으로부터 추출된 샘플 DNA는 단일 가닥 샘플 DNA 절편들로 변성된다. 형광 물질 또는 그와 같은 것은 변성된 샘플 DNA 절편들의 각각에 연결된다. 일반적으로, 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 존재한다.
그 다음에, 복수 종류의 샘플 DNA 절편들은 DNA 미세배열에 첨가된다. 복수 종류의 샘플 DNA 절편들은 그 다음에 그들의 상보적 탐침 DNA 절편들과 잡종교배된다. 특별히, 어떤 종류의 샘플 DNA 절편들은 복수 종류의 탐침 DNA 절편들의 상보적 절편들과 잡종교배된다. 그러나, 이들 종류들의 샘플 DNA 절편들은 비상보적 탐침 DNA 절편들과 잡종교배되지 않는다. 각 샘플 DNA 절편들은 형광성 물질로 표시된다. 결과적으로, 대응하는 샘플 DNA 절편들에 연결된 탐침 DNA 절편들은 형광을 방출한다.
예를 들면, 염기 서열 TCGGGAA를 가진 샘플 DNA 절편은 염기 서열 AGCCCTT를 가진 탐침 DNA 절편에 연결된다. 그리고 나서, 이 종류의 탐침 DNA 절편들을 포함한 스팟은 형광을 방출한다.
그리고 나서, DNA 미세배열은 판독 장치에 설정된다. 판독 장치는 DNA 미세배열을 분석하기 위해 사용된다. 판독 장치는 DNA 미세배열의 형광 집적의 분포를 측정한다. DNA 미세배열의 형광 집적의 분포는 2 차원 영상으로 출력된다. 고도의 형광 집적을 가진 출력 영상의 스팟은 샘플 DNA 절편들의 염기 서열에 상보적인 염기 서열을 가진 탐침 DNA 절편들을 포함한다는 것을 가리킨다. 따라서, 샘플 DNA 절편들의 염기 서열은 더 높은 형광 집적을 가진 2 차원 영상의 스팟에 따라 결정될 수 있다.
그러나, 위의 DNA 미세배열에서, 샘플 DNA 절편들은 DNA 미세배열에 단순히 첨가된다. 결과적으로, 샘플 DNA 절편들의 분포는 균일하지 않다. 즉, 샘플 DNA 절편들의 밀도는 DNA 미세배열의 어떤 스팟들에서는 높고 다른 스팟들에서는 낮을 수 있다. 그러므로, 만일 한 스팟에서의 탐침 DNA 절편들이 복수 종류의 어떤 샘플 DNA 절편들에 상보적이면, 형광의 방출 휘도는 그 스팟의 샘플 DNA 절편들의 밀도에 따라 다양하다.
이 문제를 해결하기 위해, PCT 국내 공개 No. 11-512605는 매트릭스의 기판에 배열되고 탐침 DNA 절편들을 포함한 스팟이 고정된 전극들로 구성된 DNA 미세배열을 설명한다. 이 미세배열에서, 분산 도체는 모든 전극들과 스팟들을 커버 하도록 기판의 전체 표면에 적용된다.
PCT 국내 공개 No. 11-512605에 설명된 DNA 미세배열을 이용한 식별 방법을 이하에서 설명하겠다. 첫째, 샘플 DNA 절편들이 분산 도체에 분사된다. 정전압은 스팟 스캐닝을 위해 하나씩 전극에 순차적으로 인가된다. 분산 도체의 샘플 DNA 절편들은 정전압이 인가된 복수개의 전극들 중의 하나를 선택하기 위해 이동한다. 따라서, 샘플 DNA 절편들의 밀도는 선택된 전극들의 스팟에서 높다. 그러한 스팟 스캐닝은 각 스팟들에서 하나씩 샘플 DNA 절편들의 밀도를 순차적으로 증가시킨다. 그러므로, 샘플 DNA 절편들에 상보적인 스팟들은 거의 동일한 형광 집적을 갖는다. 위에서 설명한 바와 같이, PCT 국내 공개 No. 11-512605에 설명된 기술은 분산 도체를 통해 샘플 DNA 절편들의 전기이동을 이용한다.
그러나, 종래의 DNA 미세배율에서, 만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 몇몇이 상보적 염기 서열을 가지고 있다면, 샘플 DNA 절편들은 전기이동 동안에 서로 부분적으로 잡종교배될 것이다. 그러므로, 만일 부분적으로 잡종교배된 샘플 DNA 절편들이 상보적 스팟으로 이동하더라도, 그들은 그 스팟에 잡종교배되지 않는다. 결과적으로, 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들은 식별되지 않는다. 그러므로, 전체 전기이동 도체가 샘플 DNA 절편들을 단일 가닥 상태로 변성하기 위해 가열됨에도 불구하고, 그것은 잡종교배를 위해 제공되기 위해 결과적으로 냉각된다. 이것은 비효율적이다. 게다가, 임의의 스팟들만을 잡종교배하는 것은 불가능하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 전기이동하는 동안에도 효과적으로 샘플 DNA 절편들을 잡종교배하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 DNA 분석 장치를 제시하였으며, DNA 분석 장치는:
전기이동 도체를 포함한 욕로(예를 들면, 욕로(71));
상기 욕로에 배치된 복수개의 탐침 전극들(예를 들면, 탐침 전극(35));
각각 알려진 염기 서열들을 가지고 있고 각각의 상기 탐침 전극들에 배열된 탐침 DNA 절편들을 포함하는 복수개의 스팟들(예를 들면, 스팟(60));
예를 들면, 도 1과 도 2에 도시된 대응하는 상기 탐침 전극들을 통해 복수개의 상기 스팟들의 온도를 조절하는 온도 조절 소자들(예를 들면, 온도 조절 소자들(72)); 및
상기 욕로의 폭 방향으로 서로 반대로 욕로 내부에 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극으로 구성된다.
본 발명에서는, 욕로 안의 전기이동 도체의 샘플 DNA 절편들이 전기이동에 의해 탐침 전극에 유인될 수 있다. 이 경우에는, 샘플 DNA 절편들이 탐침 DNA 절편들에 잡종교배되지 않는 변성된 상태를 유지한다. 따라서, 스팟들, 즉, 탐침 DNA 절편들, 그리고 둘러싼 전기이동 도체는 상대적으로 뜨겁다. 결과적으로, 샘플 DNA 절편들은 만일 이 온도가 남아 있으면 대응하는 탐침 DNA 절편들에 잡종교배될 수 없다. 그러나, 온도 조절 소자들은 대응하는 탐침 전극들을 통해 복수개의 스팟들의 온도를 조절하기 때문에, 잡종교배가 일어나는 스팟들의 근처는 국부적으로 그리고 효과적으로 냉각될 수 있다. 이것은 상보적 샘플과 탐침 DNA 절편들을 서로 쉽게 잡종교배하는 것을 가능하게 한다.
본 DNA 분석 장치에서, 온도 조절 소자들은 복수개의 탐침 전극들의 몇몇을 통해 복수개의 스팟들의 몇몇의 온도를 선택적으로 조절하기 위해 각 탐침 전극들에 반대로 될 수 있다.
즉, 온도 조절 소자들은 임의의 스팟들만 잡종교배 되도록 임의의 탐침 전극들에 선택적으로 열을 전송한다. 특별히, 다른 소정의 것들보다 탐침 전극의 각 스팟들의 탐침 DNA 절편들이 바람직하게 잡종교배되지 않는 동안, 만일 소정의 탐침 전극들의 각 스팟들의 탐침 DNA 절편들이 바람직하게 잡종교배되면(예를 들면, 제 4 내지 제 6 칼럼들의 탐침 전극들(35)의 탐침 DNA 절편들(61)에 바람직하게 잡종교배되지 않는 동안, 만일 단계 (S19)에서, 제 7 내지 제 9 칼럼들의 탐침 전극들(35)의 탐침 DNA 절편들(61)이 바람직하게 잡종교배되면), 온도는 소정의 탐침 전극들의 각 스팟들의 탐침 DNA 절편들을 잡종교배하도록 감소하고 탐침 전극들의 각 스팟들의 탐침 DNA 절편들을 잡종교배하지 않도록 다른 소정의 것들보다 감소 된다. 이것은 교반하는 동안 쉽게 분산되는 스팟들과 교반하는 동안 쉽게 분산되지 않는 스팟들을 선택적으로 형성하는 것을 가능하게 한다.
탐침 전극은 각각 하나의 탐침 전극 또는 수개의 근접 탐침 전극들로 구성된 복수 세트의 전극들로 나누어질 수 있고,
소정의 복수 세트의 전극들에 배치된 스팟들은 다른 염기 서열들의 탐침 DNA 절편들을 가질수 있고 이들 스팟을 위한 하나의 탐침 DNA 절편의 동일한 수의 염기들 또는 하나의 탐침 DNA 절편의 염기들의 개수는 소정의 탐침 전극들에 배치된 스팟들 보다 서로 더 동일할 수 있고,
제 2 전극 측면에 위치한 각 탐침 DNA 절편들은 제 1 전극 측면에 위치한 각 탐침 DNA 절편들보다 더 작은 수의 염기들을 가질 수 있다.
DNA 절편은 그 안의 염기 개수가 감소함에 따라 더 높은 전기이동 모빌리티를 갖는다. 그러므로, 다른 수의 염기를 가진 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 전기이동 도체의 제 1 전극 측면으로 주입될 때, 더 많은 수의 염기를 가진 샘플 DNA 절편들이 제 2 전극으로 이동하지 않으려 하는 반면에, 더 작은 수의 염기를 가진 샘플 DNA 절편들은 제 2 전극으로 이동하는 경향이 있다. 이 경우에 있어서, 청구항 4에 제시한 발명에 따라서, 복수개의 스팟들을 위해서, 탐침 DNA 절편의 염기 개수는 그 전극 세트가 제 2 전극에 가까와짐에 따라 감소한다. 따라서, 각 샘플 DNA 절편은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압에 따른 염기와 거의 동일한 개수의 대응하는 탐침 DNA 절편과 함께 전극 세트로 이동한다. 복수개의 탐침 전극들과 복수개의 스팟들은 제 1 및 제 2 전극들보다 더 깊이 배치된다. 따라서, 샘플 DNA 절편들이 제 1 전극에서 제 2 전극으로 이동하는 동안, 그것들은 어떤 스팟들에도 도달하지 않는다. 그러나, 만일 탐침 전극이 제 1 전극보다 더 높고 대응하는 샘플 DNA 절편들을 유인하기에 충분하게 높은 전압으로 되기 쉬우면, 샘플 DNA 절편들은 또한 깊이 방향으로 이동한다.
결과적으로, 각 샘플 DNA 절편은 염기의 수와 거의 동일한 대응하는 탐침 DNA 절편으로 이동한다. 그러므로, 샘플 DNA 절편은 동일한 수의 염기들을 가진 상보적 탐침 DNA 절편에만 잡종교배될 수 있다. 그러므로, 다른 염기의 갯수 때문에 다른 전기이동 속도를 가진 각 복수개의 샘플 DNA 절편들의 염기 서열을 효과적으로 분석하는 것이 가능하다.
본 발명은 다음과 같이 구성될 수 있다:
전극 세트의 개수와 동일하게 수회 전압 인가 단계(단계 S1, 단계 S6, 그리고 단계 S11)를 반복하는 전압 제어 회로(예를 들면, 전압 제어 회로(73)), 제 2 전극의 전위가 도 5 그리고 도 10 내지 12에 도시된 바와 같은 제 1 전극의 전위보다 더 높도록 소정의 시간 동안 전압을 인가하는 단계.
즉, 제 2 전극의 전위가 제 1 전극의 전위 보다 더 높도록 전압 인가 단계가 전압을 인가하기 위해 소정의 시간 동안 반복될 때, 샘플 DNA 절편들은 제 1 전극으로부터 제 2 전극으로 이동한다. 이것은 이동할 수 있는 샘플 DNA 절편들이 적합하게 이동되는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 전압 제어 회로가 전압 인가 단계를 반복하는 동안 온도 조절 소자들이 가열 작동을 수행하고 전압 제어 회로가 전압 인가 단계를 반복하는 것을 중단할 때 온도 조절 소자들이 가열 작동을 중단하는 온도 제어 회로로 구성될 수 있다.
본 발명에서, 온도 제어 회로는 온도 조절 소자들이 가열 작동을 수행하도록 한다. 따라서, 잡종교배의 부족은 전기이동 도체에서 샘플 DNA 절편들이 쉽게 이동하는 것을 허락한다. 결과적으로, 온도 제어 회로는 가열 소자들의 가열 작동을 종결한다. 이것은 샘플 DNA 절편들이 쉽게 잡종교배 하는 것을 허락하기 위해 전기이동 도체의 온도를 감소시킨다.
본 발명에 따른 DNA 분석 장치에서,
전압 제어 회로는, 각 전압 인가 단계 후에, 제 2 전극에 가장 가까운 것에서 시작하여 제 2 전극에 더 가까운 복수개의 전극 세트들 중의 하나를 결과적으로 선택할 것이고, 선택된 전극 세트에서 하나 또는 더 많은 탐침 전극들의 전위들이 제 1과 제 2 전극들 중의 적어도 하나의 전위보다 더 높도록 전압을 인가할 것이다.
전압 인가 단계에서, 샘플 DNA 절편들은 제 1 전극에서 제 2 전극으로 이동한다. 각 샘플 DNA 절편이 이동하는 거리는 샘플 DNA 절편의 염기의 수가 감소함에 따라 증가한다. 예를 들면, 더 작은 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편은 제 1 전압 인가 단계 기간 동안 제 2 전극에 가장 가까운 전극 세트에 가장 가깝게 이동한다. 전극 세트가 결과적으로 선택되었을 때, 더 작은 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편은 이 전극 세트의 탐침 전극들의 전위들이 제 1 및 제 2 전극들 중의 적어도 하나의 전위보다 더 높기 때문에 선택된 전극 세트의 깊이 방향으로 이동한다.
이런 방식으로, 전압 인가 단계는 반복되고 복수개의 전극 세트들 중의 하나는 제 2 전극에서 가장 가까운 것에서 시작하여 전압 인가 단계에서 연속적으로 선택된다. 그리고 나서, 샘플 DNA 절편들은 대응하는 전극 세트가 제 2 전극에 가까와짐에 따라 샘플 DNA 절편의 염기의 수가 감소하도록 각각의 전극 세트들에 할당된다.
결과적으로, 온도 조절 회로는 온도 조절 소자들의 가열 작동을 종결한다. 따라서, 전기이동 도체의 온도는 각 샘플 DNA 절편이 같은 수의 염기를 가진 상보적인 탐침 DNA에 쉽게 잡종교배 되도록 감소한다.
본 발명에 따른 DNA 분석 장치에서,
전압 제어 회로는 모든 전극 세트들이 선택된 이후에 제 1 및 제 2 전극들 중 적어도 하나의 전위가 복수개의 탐침 전극들의 전위보다 더 높도록 전압을 인가할 것이다.
모든 전극 세트들이 선택된 후, 제 1 및 제 2 전극들 중의 적어도 하나의 전위가 복수개의 탐침 전극들의 전위들보다 더 높도록 전압이 인가되었을 때, 비잡종교배 샘플 DNA 절편들은 스팟들을 떠나 제 1 및 제 2 전극들 중 적어도 어느 하나로 이동한다. 그러나, 샘플 DNA 절편들은 스팟들을 떠나지 않은 상보적 탐침 DNA 절편들과 잡종교배 된다.
결과적으로, 샘플 DNA 절편들은 상보적 탐침 DNA 절편들의 스팟들에서만 분포된다. 그러므로, 잡종교배된 스팟들만이 정확히 감지될 수 있다.
본 발명에 따른 DNA 분석 장치는 각 탐침 소자들에 배치된 복수개의 스팟들에 관련하여 제공된 복수개의 포토 소자들을 가질 수 있다. 각 포토 센서 소자들은 대응하는 스팟에서 잡종교배의 존재를 감지할 수 있다. 그러므로, 복수개의 스팟들이 연속적으로 감지될 수 있다.
본 발명에 따른 분석 방법은 :
전기이동 도체에서 상기 탐침 전극들에 제공된 탐침 DNA 절편들로 샘플 DNA 절편들을 유인하기 위한 전기이동 도체를 포함하는 욕로에 제공된 복수개의 탐침 전극들로의 인가 전압의 전기이동 단계, 그리고
탐침 DNA 절편들과 둘러싼 전기이동 도체의 온도를 탐침 전극들을 통해 조절하는 온도 조절 단계를 포함한다.
본 분석 방법에 따라, 탐침 DNA 절편들과 둘러싼 전기이동 도체의 온도들은 필요에 따라 탐침 전극들을 통해 조절될 수 있다. 이것은 임의의 것들보다 탐침 DNA 절편들에 가깝게 위치한 샘플 DNA 절편들이 변성된 채로 남아있는 것을 허락하는 동안 임의의 탐침 DNA 절편들이 선택적으로 잡종교배 되는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 신속한 전기이동이 수행될 수 있다.
예를 들면, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다른 DNA 분석 장치는:
전기이동 도체를 포함하는 욕로(예를 들면, 욕로(71));
욕로의 폭 방향으로 서로 반대로 욕로에 배치된 제 1 전극(예를 들면, 제 1 전극(74))과 제 2 전극(예를 들면, 제 2 전극(75));
욕로의 폭 방향에서 관찰될 때 제 1 및 제 2 전극들의 그것들과 높이가 다르고 욕로의 높이 방향에서 관찰될 때 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 욕로에 위치한 광 감지 장치(예를 들면, 광 감지 장치(2));
광 감지 장치의 표면과 욕로의 폭 방향에 위치한 복수개의 탐침 전극들(예를 들면, 탐침 전극(35)); 및
알려진 염기 서열들을 갖고 복수개의 탐침 전극들에 배치된 탐침 전극들을 각각 포함하는 복수개의 스팟들(예를 들면, 스팟들(60))로 구성된다.
복수개의 탐침 전극들은 각각 하나의 탐침 전극 또는 수개의 인접한 탐침 전극들로 구성된 복수 세트의 전극들로 나뉘어 진다. 제 2 전극 측면에 위치한 각 탐침 DNA 절편들은 제 1 전극 측면에 위치한 각 탐침 DNA 절편들보다 작은 수의 염기들을 갖는다.
본 발명에 따라:
전면에 전기이동 도체를 구비한 광 감지 장치(예를 들면, 광 감지 장치(2));
복수개로 열을 지어 광 감지 장치의 전면에 배치된 복수개의 탐침 전극들(예를 들면, 탐침 전극들(35)); 및
알려진 염기 서열들을 갖고 각 탐침 전극들에 배치된 탐침 DNA 절편들을 각각 포함하는 복수개의 스팟들(예를 들면, 스팟들(60))을 포함하는 DNA 센서가 제공되었다. 그리고
여기서 복수개의 탐침 전극들은 각각 하나의 탐침 전극 또는 수개의 근접한 탐침 전극들로 구성된 복수 세트의 전극들로 나누어지며,
예를 들면, 도 1과 2에 도시된 바와 같은 미리 결정된 다른 것들보다 공통 전극 세트에 배치된 복수개의 스팟들의 그것들은 탐침 DNA 절편들의 다른 염기 서열들을 가지며 이들 스팟들을 위한 하나의 탐침 DNA 절편에서 같은 수의 염기들 또는 하나의 DNA 절편에서 그 수의 염기들이 상기 탐침 전극들에 배치된 스팟들을 위한 그것들보다 서로 더 동일하다.
DNA 절편에서 염기의 수가 감소함에 따라, 그 부피와 그 유체 저항은 그 전기이동 이동성을 증가시키기 위해 감소한다. 그러므로, 다른 수의 염기들을 가진 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 전기이동 도체의 제 1 전극 측면으로 주입될 때, 더 작은 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편들은 제 2 전극 측면으로 이동하는 경향이 있다. 더 많은 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편들은 제 2 전극 측면으로 이동하지 않는 경향이 있다. 이 경우에는, 복수개의 스팟들에 있어서, 탐침 DNA 절편에 있어서의 염기의 수는 전극 세트가 제 2 전극에 더 가까와짐에 따라 감소한다. 따라서, 각 샘플 DNA 절편은 거의 동일한 수의 염기를 가진 상보적 탐침 DNA 절편과 함께 전극 세트로 이동한다. 복수개의 탐침 전극들과 복수개의 스팟들은 제 1 및 제 2 전극들보다 더 깊이 배치된다. 따라서, 샘플 DNA 절편들이 제 1 전극으로부터 제 2 전극으로 이동하는 동안, 그들은 어느 스팟들로 도달하지 않는다. 그러나, 만일 전압들이 탐침 전극들에 인가되면, 샘플 DNA 절편들은 또한 깊이 방향으로 이동한다.
결과적으로, 각 샘플 DNA 절편은 동일하거나 비슷한 수의 염기들을 가진 상보적인 탐침 DNA 절편으로 이동한다. 상보적인 탐침 DNA 절편에서처럼 동일한 수의 절편들을 가진 샘플 DNA 절편을 쉽게 추출하는 것이 가능하다. 따라서, 상보적인 샘플 그리고 탐침 DNA 절편들이 서로 신속하게 잡종교배될 수 있다. 이것은 다른 수의 염기들을 가진 각 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 기본적 서열을 신속하게 분석하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 광 감지 장치의 사용은 다른 수의 염기들을 가진 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들의 거의 동시적인 분석을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 DNA 분석 장치에서,
전압 제어 회로는 각 전압 인가 단계 이후에 제 2 전극에 가장 가까운 것으로부터 시작하여 연속적으로 복수개의 제 2 전극에 가까운 전극 세트들 중의 하나를 선택하고, 선택된 전압 인가 세트에서 하나 또는 더 많은 탐침 전극들의 전위들이 제 1과 제 2 전극들의 전위보다 더 높거나 선택된 전압 인가 세트에서 하나 또는 더 많은 탐침 전극들의 전위들이 제 1과 제 2 전극들의 전위보다 더 높은 것의 전위와 동일 하도록 전압을 인가한다 (예를 들면, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같은 단계 (S4), (S9), 그리고 (S14)).
본 발명에 있어서, 전압 인가 단계에서, 샘플 DNA 절편들은 제 1 전극으로부터 제 2 전극으로 이동한다. 각 샘플 DNA 절편이 이동하는 거리는 샘플 DNA 절편에 있어서, 염기 수의 감소와 함께 증가한다. 예를 들면, 더 적은 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편은 제 1 전압 인가 단계 동안 제 2 전극에 가장 가까운 전극 세트로 가장 가깝게 이동한다. 이 전극 세트에서 탐침 전극들의 전위들이 제 1 및 제 2 전극들의 전위들보다 더 높거나 제 1 및 제 2 전극들의 전위들의 더 높은 것과 동일하기 때문에, 전극 세트가 결과적으로 선택될 때, 더 작은 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편은 선택된 전극 세트를 향해 깊이 방향으로 이동한다.
이러한 방식으로, 제 2 전극에 가장 가까운 것으로부터 시작하여 전압 인가 단계는 반복되고 복수개의 전극 세트들 중의 하나는 연속적으로 전압 인가 단계들에서 선택된다. 그리고 나서, 상보적 전극 세트가 제 2 전극에 가까울수록 샘플 DNA 절편에서 염기들의 수가 감소하도록 샘플 DNA 절편들은 각각의 전극 세트들에 할당된다.
결과적으로, 각 샘플 DNA 절편은 동일한 수의 염기들을 가진 상보적 탐침 절편으로 이동한다. 그리하여, 샘플 DNA 절편은 동일한 수의 염기를 가진 상보적 탐침 DNA 절편에만 잡종교배될 수 있다. 그러므로, 다른 수의 염기를 가진 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들을 거의 동시에 분석하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 DNA 분석 장치에서,
전압 제어 회로는 모든 상기 전극 세트들이 선택된 후에 제 1 및 제 2 전극들 중의 적어도 하나의 전위가 복수개의 탐침 전극들의 전위들보다 더 높도록 전압을 인가한다(예를 들면, 도 12에 도시된 것과 같은 단계 (S26)).
본 발명에 있어서, 모든 상기 전극 세트들이 선택된 후에 제 1 및 제 2 전극들 중의 적어도 하나의 전위가 복수개의 탐침 전극들의 전위들보다 더 높도록 전압이 인가된다. 비잡종교배 샘플 DNA 절편들은 스팟들을 떠나서 제 1 및 제 2 전극들로 이동한다. 그러나, 상보적 탐침 DNA 절편들에 잡종교배된 샘플 DNA 절편들은 상기 스팟들을 떠나지 않는다.
결과적으로, 샘플 DNA 절편들은 상보적 탐침 DNA 절편들의 스팟들에만 분포된다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 DNA 분석 장치는 적어도 제 1 및 제 2 전극들 중의 어느 하나의 전위가 복수개의 탐침 전극들의 전위들보다 더 높도록 전압 제어 회로가 전압을 인가한 후 광 감지 장치를 구동하는 드라이버 회로(예를 들면, 드라이버 회로(76))로 구성된다.
본 발명에 따라서, 샘플 DNA 절편들이 상보적 탐침 DNA 절편들의 스팟들에서만 분포된다. 게다가, 드라이버 회로는 샘플 DNA 절편들의 분포를 결정하기 위해 광 감지 장치가 형광 농도의 분포를 탐지할 수 있도록 광 감지 장치를 구동한다. 결과적으로, 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들이 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 분석 방법은:
예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이 탐침 DNA 절편들이 더 많은 수의 염기들을 갖는 복수개의 탐침 전극들의 각 스팟들에 제공된 복수 종류의 탐침 DNA 절편들의 그것들과 함께 제공된 제 1 전극 측면에 탐침 전극들의 근처에 더 많은 수의 염기들을 갖는 복수개의 샘플 DNA 절편들의 그것들(예를 들면, 단일 가닥 샘플 DNA 절편(153))을 움직임이 이동하는 반면, 탐침 DNA 절편들이 더 작은 수의 염기들을 갖는 복수의 탐침 전극들(예를 들면, 탐침 전극(35))의 각 스팟들에 제공된 복수 종류의 탐침 DNA 절편들(예를 들면, 단일 가닥 탐침 DNA 절편들(61))과 함께 제공된 제 2 전극 측면의 탐침 전극들의 근처에 샘플 DNA 절편들이 더 작은 수의 염기들을 갖는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전기이동 도체에 제공된 복수개의 샘플 DNA 절편들의 그것들(예를 들면, 단일 가닥 샘플 DNA 절편(151))을 이동하기 위해 서로 반대로 전기이동 도체를 포함하는 욕로(예를 들면, 욕로(71))에 배치된 제 1 전극(예를 들면, 제 1 전극(74))과 제 2 전극(예를 들면, 제 2 전극(75))사이에 전압을 인가하는 샘플 DNA 절편 분산 단계를 갖는다.
본 발명에 따라서 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전기장 효과하에, 샘플 DNA 절편들이 전기적으로 이동할 때, 그들의 속도는 샘플 DNA 절편들에서 염기의 수가 지속적으로 증가하는 그들의 유체 저항에 의해 감소된다. 그러므로, 염기의 수에 따라 제 1 및 제 2 전극과 탐침 절편들 사이에서 인가되는 전압들을 배열함으로써, 대응하는 탐침 DNA 절편에서와 같이 거의 동일한 수의 염기를 갖는 샘플 DNA 절편을 즉각 추출하는 것이 가능하다. 그러므로, 상보적 샘플과 탐침 DNA 절편들은 신속하게 서로 잡종교배될 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 DNA 식별 장치를 도시한 부분적으로 전개된 측면도이다.
도 2는 DNA 식별 장치를 도시한 톱(top) 평면도이다.
도 3은 DNA 식별 장치에 제공된 광 감지 장치의 화소를 도시한 평면도이다.
도 4a는 광 감지 장치의 하나의 화소를 도시한 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 선분 (IVB)-(IVB)에 따른 단면도이다.
도 5는 DNA 식별 장치의 제어 배치를 도시한 블럭도이다.
도 6은 DNA 식별 장치에서 광 감지 장치와 구동 회로를 도시한 회로도이다.
도 7은 추진적으로 제어되는 포토 감지 소자들의 기본적 방법의 예를 도시한 시간 도표이다.
도 8a 내지 도 8g는 포토 센서 소자의 각 상태에서의 작동들을 도시한 개념도이다.
도 9a 내지 도 9b는 각각 소자가 선택되었을 때 그리고 선택되지 않았을 때 관측되는 포토 센서 소자로부터의 출력 전압의 광학적 반응 특성을 도시한 그래프이다.
도 10은 DNA 식별 장치의 작동들을 도시한 순서도이다.
도 11은 도 10의 연속되는 부분을 도시한 순서도이다.
도 12는 도 11의 연속되는 부분을 도시한 순서도이다.
도 13은 DNA 식별 장치와 함께 DNA 식별 장치의 작동하는 동안 욕로에서 샘플 DNA 절편의 분포를 도시한 도표이다.
도 14는 도 13의 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 15는 DNA 식별 장치와 함께 DNA 식별 장치의 작동하는 동안 욕로에서 샘플 DNA 절편들의 분포를 도시한 도표이다.
도 16은 도 15의 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 17은 DNA 식별 장치와 함께 DNA 식별 장치의 작동하는 동안 욕로에서 샘플 DNA 절편들의 분포를 도시한 도표이다.
도 18은 도 17의 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 19는 DNA 식별 장치와 함께 DNA 식별 장치의 작동하는 동안 욕로에서 샘플 DNA 절편들의 분포를 도시한 도표이다.
도 20은 도 19의 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 21은 DNA 식별 장치와 함께 DNA 식별 장치의 작동하는 동안 욕로에서 샘플 DNA 절편들의 분포를 도시한 도표이다.
도 22는 도 21의 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 23은 DNA 식별 장치와 함께 DNA 식별 장치의 작동하는 동안 욕로에서 샘플 DNA 절편들의 분포를 도시한 도표이다.
도 24는 도 23의 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 25는 제 1 교반 이후에 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 26은 제 2 교반 이후에 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 27은 제 3 교반 이후에 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초하여 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도 28은 DNA 식별 장치와 함께, 제 3 교반 이후에 샘플 DNA 절편들의 분포를 도시한 도표이다.
도 29는 DNA 식별 장치와 함께, 제 1 전극과 제 2 전극으로 비잡종교배 샘플 DNA 절편들이 끌어 당겨진 이후에 샘플 DNA 절편들의 분포를 도시한 도표이다.
도 30은 도 29의 샘플 DNA 절편들의 분포에 기초한 형광 농도의 분포를 도시한 그래프이다.
도면을 참고하여 본 발명의 구체적 실시예를 아래에 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 범위는 설명된 예들에만 국한되는 것은 아니다.
도 1은 DNA들을 분석하는 DNA 식별 장치(100)를 도시한 전개된 정면도이다. 도 2는 DNA 식별 장치(100)의 톱 평면도이다.
DNA 식별 장치(100)는 욕로(71), 욕로(71) 위에 위치한 자외선 투사장치(77), 욕로(71) 내부의 상부 그리고 욕로(71)의 폭 방향에서 서로 수평적으로 반대로 배치된 제 1 및 제 2 전극(74, 75), 그리고 욕로(71)의 바닥에 설치되고 욕로의 바닥으로부터 제거되는 DNA 센서(1)로 구성된다.
DNA 센서(1)는 도 3, 4a, 그리고 4b를 참조하여 설명하겠다. 도 3은 DNA 센 서(1)의 평면도이다. 도 4a는 DNA 센서(1)의 하나의 화소를 도시한 평면도이다. 도 4b는 도 4a의 선분 (IVB)-(IVB)에 따른 전개된 단면도이다.
DNA 센서(1)는 영상 포착 장치인 광 감지 장치(2), 광 감지 장치(2)의 표면 전체에 형성된 전자기 차단층(32), 전자기 차단층(32)에 형성된 보호막 층(33), 보호막 층(33)에 형성된 자외선 차단층(34), 자외선 차단층의 표면에 배치된 복수개의 탐침 전극들(35), 그리고 단일 가닥 탐침 DNA 절편들(61)의 군집을 포함하고 탐침 전극(35)에 고정적으로 배치된 복수개의 스팟들(60)을 포함한다.
광 감지 장치(2)는 일반적으로 n×m (m 과 n은 2와 같거나 2 보다 큰 정수이다.) 매트릭스의 투명 기판(17)의 표면에 배치된 복수개의 더블 게이트 타입 필드 효과 트랜지스터를 포함하는 평면 투명 기판(17)과 포토 센서 소자들(20)을 포함한다. 명세서에서, 용어 "열"은 후에 설명할 소스 라인(42)과 드레인 라인(43)에 따라 라인에 수평적으로 배치된 포토 센서 소자들(20)의 라인이다. 용어 "행"은 후에 설명할 톱 게이트 라인(44)과 보텀 게이트 라인(41)에 따라 라인에 수직으로 배치된 n 포토 센서 소자들(20)의 라인이다.
투명 기판(17)은 빛이 통과하는 것(이 성질을 앞으로는 단순히 반투명으로 지칭하겠다.)을 허용하고 수정 유리와 같은 유리 또는 폴리카보네이트와 같은 플라스틱으로 만들어진다. 투명 기판(17)의 후면은 광 감지 장치(2)의 후면을 구성한다. 차광 기판은 반투명 투명 기판(17)을 대신하여 사용될 수 있다.
이들 포토 센서 소자들(20)은 화소들을 구성하는 광전 변환 소자들이다. 각 포토 센서 소자(20)는 투명 기판(17)에 형성된 보텀 게이트 전극(21), 보텀 게이트 전극(21)에 형성된 보텀 게이트 절연막(22), 보텀 게이트 전극(21)과 반도체막(23) 사이에서 보텀 게이트 절연막(22)을 끼워 넣고 보텀 게이트 전극(21)의 반대편에 위치하는 반도체막(23), 반도체막(23)의 중앙부에 형성되는 채널 보호막(24), 서로 공간을 두도록 반도체막(23)의 반대편 끝에 위치하는 불순물을 첨가한 반도체막(25와 26), 불순물 첨가 반도체막의 하나에 형성된 소스 전극(27), 불순물 첨가 반도체막들의 다른 하나(26)에 형성된 드레인 전극(28), 소스 전극(27)과 드레인 전극(28)에 형성된 톱 게이트 절연막(29), 그리고 반도체막(23)과 톱 게이트 전극(30) 사이에 톱 게이트 절연막(23)과 채널 보호막(24)을 끼워 넣고 반도체막(23)의 반대편에 위치한 톱 게이트 전극(30)으로 구성된다.
보텀 게이트 전극(21)은 각 포토 센서(20)를 위해 투명 기판(17)에 형성된다. m 보텀 게이트 라인(41)은 각 보텀 게이트 라인(41)이 하나의 행에 대응하도록 수직 방향으로 연장되게 투명 기판(17)에 형성된다. 각 보텀 게이트 라인(41)은 이 보텀 게이트 라인(41)의 그것으로써 동일한 행에 위치한 수직으로 배치된 포토 센서 소자들(20)의 하나의 보텀 게이트 전극(21)으로 집적되어 형성된다. 보텀 게이트 전극(21)과 보텀 게이트 라인(41)은 전도성이고, 차광 성질을 가지고 있고, 예를 들면, 크롬, 크롬 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 그들의 합금으로 구성된다.
모든 포토 센서 소자들(20)에 공통된 보텀 게이트 절연막(22)은 보텀 게이트 전극(21)과 보텀 게이트 라인(41)에 형성된다. 절연 성질을 갖는 보텀 게이트 절연막(22)은 반투명하고, 예를 들면 질화 실리콘(SiN) 또는 산화 실리콘(SiO2)으로 구성된다. 반도체막(23)은 각 포토 센서 소자(20)를 위해 보텀 게이트 절연막(22)에 형성된다. 반도체막(23)은 일반적으로 평면도에서 직사각형이고 비결정 실리콘 또는 폴리실리콘으로 형성된 층이다. 채널 보호막(24)은 반도체막(23) 위에 형성된다. 채널 보호막(24)은 반도체막(23)의 인터페이스를 패터닝을 위해 사용되는 에칭으로부터 보호하는 기능을 갖는다. 채널 보호막(24)은 절연 특성을 갖고, 반투명하며, 예를 들면, 질화 실리콘 또는 산화 실리콘으로 만들어진다. 반도체막(23)은 빛에 민감하여 빛이 반도체막(23)에 투사되면, 채널 보호막(24)과 반도체막(23) 사이의 인터페이스 사이에서 투사된 광량에 따라 전자-정공 쌍들이 생성된다. 이 경우에, 정공들은 캐리어들로써 반도체막(23)에 생성된다. 전자들은 채널 보호막(24)에 생성된다.
불순물 첨가 반도체막(25)은 부분적으로 채널 보호막(24)을 커버 하도록 반도체 박(23)의 한쪽 끝에 형성된다. 불순물 첨가 반도체막(26)은 부분적으로 채널 보호막(24)을 커버 하도록 반도체 박(23)의 다른 한쪽 끝에 형성된다. 반도체막(25, 26)들은 각 포토 센서 소자(20)를 위해 만들어진다. 불순물 첨가 반도체막(25, 26)들은 n-타입 불순물 이온들을 포함하는 비결정질 실리콘(n+ 실리콘)으로 구성된다. 각 포토 센서 소자(20)를 위해 만들어진 소스 전극(27)은 불순물 첨가 반도체막(25)에 형성된다. 각 포토 센서 소자(20)를 위해 만들어진 드레인 전극(28)은 불순물 첨가 반도체막(26)에 형성된다. 수평 방향으로 연장된 m 소스 라인들 (42)은 각 소스 라인들(42)이 하나의 열로 대응하도록 보텀 게이트 절연막(22)에 형성된다. 수평 방향으로 연장된 m 드레인 라인들(43)은 각 드레인 라인들(43)이 하나의 열로 대응하도록 보텀 게이트 절연막(22)에 형성된다. 각 소스 라인들(42)은 이 소스 라인(42)의 그것처럼 동일한 열에 위치한 수평적으로 배치된 포토 센서 소자들(20) 중의 하나의 소스 전극(27)과 함께 집적적으로 형성된다. 각 드레인 라인들(43)은 이 드레인 라인(43)의 그것처럼 동일한 열에 위치한 수평적으로 배치된 포토 센서 소자들(20) 중의 하나의 드레인 전극(28)과 함께 집적적으로 형성된다. 소스 전극(27), 드레인 전극(28), 소스 라인(42), 그리고 드레인 라인(43)은 전도성이 있고, 차광 특성을 가지며, 예를 들면 크롬, 크롬 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 그들의 합금으로 구성된다. 모든 포토 센서 소자들(20)에 공통된 톱 게이트 절연막(29)은 채널 보호막(24), 소스 전극(27), 드레인 전극(28), 소스 라인(42) 그리고 드레인 라인(43)에 형성된다. 톱 게이트 절연막(29)은 절연 특성을 갖고, 반투명하며, 예를 들면, 질화 실리콘 또는 산화 실리콘으로 구성된다.
각 포토 센서 소자(20)를 위해 만들어진 톱 게이트 전극(30)은 톱 게이트 절연막(29)에 형성된다. 수직 방향으로 연장된 n 톱 게이트 라인들(44)은 각 톱 게이트 라인들(44)이 하나의 행에 대응하도록 톱 게이트 절연막(29)에 형성된다. 각 톱 게이트 라인(44)은 이 톱 게이트 라인(44)의 그것처럼 동일한 행에 위치한 수직하게 배치된 포토 센서 소자들(20) 중의 하나의 톱 게이트 소자(30)와 함께 집적적으로 형성된다. 톱 게이트 전극(30)과 톱 게이트 라인(44)은 전도성이 있고 반투명하며, 예를 들면, 산화 인듐, 산화 아연, 또는 산화 주석, 또는 적어도 이들 성분들 중의 하나를 포함하는 화합물(예를 들면, 주석 첨가 산화 인듐 또는 아연 첨가 산화 인듐)로 구성된다.
위에서 설명한 바와 같이 구성된 포토 센서 소자들(20)은 광 수신부로써 각각 반도체막(23)을 사용하는 광전자 변환 소자들이다. 포토 센서 소자들(20)은 공통의 보호 절연막(31)으로 집중적으로 커버된다. 보호 절연막(31)은 톱 게이트 전극(30)과 톱 게이트 라인(44)에 형성된다. 보호 절연막(31)은 절연 성질을 가지고 있고, 반투명하며, 그리고 예를 들면, 질화 실리콘 또는 산화 실리콘으로 구성된다.
전자기 차단층(32)은 모든 포토 센서 소자들(20)에 공통인 바와 같이 모든 보호 절연막(31)에 형성된다. 전자기 차단층(32)은 전도성이 있고, 반투명하며, 예를 들면 산화 인듐, 산화 아연, 또는 산화 주석, 또는 이들 성분들의 적어도 하나를 포함하는 화합물로 구성된다.
보호막 층(33)은 모든 포토 센서 소자들(20)에 공통인 바와 같이 모든 전자기 차단층(32)에 형성된다. 보호막층(33)은 전도성이 있고, 반투명하며, 그리고 예를 들면, 질화 실리콘 또는 산화 실리콘으로 구성된다.
자외선 차단층(34)은 모든 포토 센서 소자들(20)에 공통인 바와 같이 모든 보호막 층(33)에 형성된다. 자외선 차단층(34)은 후에 설명된 형광 물질을 자극하는 자외선을 차단하는 성질을 갖는 반면, 자외선에 의해 자극되어 형광 물질에 의해 방출되는 형광(주로 가시광선)통과를 허락한다. 자외선 차단층(34)은 아나타제 또는 루틸 타입 산화 티타늄으로 구성된 층을 포함한다. 자외선 차단층(34)은 또한 자외선 파장의 1/4의 광학 막 두께를 갖도록 큰 굴절 지수를 가진 유전체 (H)층과 작은 굴절 지수를 가진 유전체 (L)층이 교대로 쌓인 유전체 다중 층을 포함한다.
수직 방향에서 연장된 m 탐침 전극들(35)은 각 탐침 전극들(35)이 하나의 행에 대응하도록 자외선 차단층(34)에 형성된다. 이들 탐침 전극들(35)은 길이 방향으로 서로 평행하게 배치된다. 각 탐침 전극(35)은 동일한 행에서 n 포토 센서 소자들(20)을 집중적으로 커버한다.
N 타입의 스팟들(60)은 각 탐침 전극(35)에 일렬로 고정된다. 전체 (m×n) 타입의 스팟들(60)은 매트릭스에 배열된다. 하나의 타입의 스팟(60)은 평면도에서 그것에 포개지도록 하나의 포토 센서 소자(20)에 위치한다. 하나의 스팟(60)은 많은 수의 단일 가닥 탐침 DNA 절편들(61)의 군집이다. 하나의 스팟(60)에 포함된 많은 수의 탐침 DNA 절편들(61)은 동일한 염기 서열(뉴클레오티드 서열)을 갖는다. 다른 스팟들(60)은 단일 가닥 탐침 DNA 절편들(61)의 각 염기 서열들을 갖는다. 모든 스팟들(60)은 알려진 염기 서열들을 갖는다.
게다가, 동일한 행의 n 타입의 스팟들(60)은 다른 염기 서열들을 가지지만 거의 동일한 수의 염기들을 가지는 단일 가닥 DNA 절편들(61)을 가지고 있다. 즉, 동일한 행의 n 타입의 스팟들(60)에서 단일 가닥 DNA 절편들은 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다. 스팟(60)의 각 단일 가닥 탐침 DNA 절편들(61)의 염기들의 수는 그 행에 따라 현저히 다양하게 변할 것이다. 그러나, m 행들의 인접한 것들의 단일 가닥 DNA 절편들은 거의 동일한 수의 염기들을 가질 것이다. 게다가, 단일 가닥 DNA 절편들(61)을 포함한 m 행들의 스팟들(60)의 하나 또는 수개의 인접한 행들로 구성된 행 세트는 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다. 수개의 행 세트들은 거의 동일한 수의 염기들을 갖는 단일 가닥 DNA 절편들(61)을 포함한다. 거의 동일한 수의 염기들을 갖고 있는 단일 가닥 DNA 절편들(61)을 각각 포함하고 있는 행 세트들에 있어서, 매트릭스의 왼쪽 말단에 더 가까운 행 세트들은 더 많은 수의 염기들을 갖고, 반면에 매트릭스의 오른쪽 말단에 더 가까운 행 세트들은 더 적은 수의 염기들을 갖도록 스팟들(60)이 배치된다.
따라서, 복수개의 탐침 전극들(35)은 각 탐침 DNA 절편(61)의 염기들의 수에 따라서 분류된다. 특별히, 복수개의 탐침 전극들(35)은 하나의 탐침 전극(35) 또는 수 개의 인접한 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트들로 분류된다. 동일한 전극 세트에 배치된 스팟들(60)은 거의 동일한 수의 염기들이지만 다른 염기 서열들을 가진 단일 가닥 탐침 DNA 절편들(61)을 포함한다. 여기서 사용된 "거의 동일한"이라는 표현은 하나의 탐침 DNA 절편의 염기의 수에 있어서, 복수개의 전극 세트들 중의 소정의 하나에 배치된 복수개의 스팟들이 동일한 수 또는 이들 스팟들의 수가 소정의 전극 세트보다 다른 탐침 전극들에 배치된 스팟들을 위한 그것들 보다 더 비슷한 수를 가진다는 것을 의미한다.
아래의 설명에서, 설명의 단순화를 위해, (81) 포토 센서 소자들(20)이 (9×9) 매트릭스에 배치되고, 탐침 전극들(35)의 9 개의 행들이 서로 평행하게 형성되며, (9) 타입의 스팟들(60)이 각 탐침 전극(35)에 배치된다고 가정한다. 게다가, 전극 세트에 형성된 스팟들(60)은 각 탐침 DNA 절편(61)에 있어서 다른 염기 서열들의 탐침 DNA 절편들(61)을 갖지만 거의 동일한 수의 염기들을 갖는 매트릭스의 왼쪽 말단부로부터 3개의 행들의 탐침 전극들(35)의 3개의 행들로 구성된다. 전극 세트에 형성된 스팟들(60)은 각 탐침 DNA 절편(61)에 있어서 다른 염기 서열들의 탐침 DNA 절편들(61)을 갖지만 거의 동일한 수의 염기들을 갖는 중앙부의 탐침 전극들(35)의 3개의 행들로 구성된다. 전극 세트에 형성된 스팟들(60)은 각 탐침 DNA 절편(61)에 있어서 다른 염기 서열들의 탐침 DNA 절편들(61)을 갖지만 거의 동일한 수의 염기들을 갖는 매트릭스의 오른쪽 말단부로부터 탐침 전극들(35)의 3 개의 행들로 구성된다.
게다가, 전극 세트에 형성된 스팟들(60)은 탐침 전극들(35)의 중앙부 3 개의 행들로 구성된 전극 세트에 형성된 스팟들(60) 보다 더 많은 수의 각 탐침 DNA 절편들(61)의 염기들을 가진 매트릭스의 왼쪽 말단부로부터 탐침 전극들(35)의 3 개의 행들로 구성된다. 탐침 전극들(35)의 중앙부 3 개의 행들로 구성된 전극 세트에 형성된 스팟들(60)은 매트릭스의 오른쪽 말단으로부터 탐침 전극들(35)의 3 개의 행들로 구성된 전극 세트에 형성된 스팟들(60) 보다 각 탐침 DNA 절편들(61)에 있어서 더 많은 수의 염기들을 갖는다. 게다가, 가장 왼쪽의 탐침 전극(35)은 제 1 행으로 정의된다. 가장 오른쪽의 탐침 전극(35)은 제 9 행으로 정의된다. 각 탐침 전극(35)의 순서는 매트릭스의 왼쪽 말단으로부터 계산된다. 특별히, 제 1에서 제 2 행들은 동일한 전극 세트를 구성한다. 제 4 내지 제 6 행들은 동일한 전극 세트를 구성한다. 제 7 내지 제 9 행들은 동일한 전극 세트를 구성한다. 각 전극 세트 안에서, 동일한 수의 염기들 또는 하나의 탐침 DNA 절편의 염기의 수를 가진 단일 가닥 탐침 DNA 절편들(61)은 이것보다 다른 전극 세트들에 배치된 스팟들을 위한 그것들보다 서로 더 비슷하다.
스팟(60)을 탐침 전극(35)에 고정하는 적용 가능한 하나의 방법은 표면에 폴리 양 이온들(폴리-L-리신, 폴리에틸레이민, 또는 그와 같은 것)을 이용하여 처리한 탐침 전극(35) 위에 스팟-적립 예비 탐침 DNA 절편들에 분배 장치를 사용하고 광 감지 장치(2)의 표면에 정전기적으로 DNA를 결박하기 위해 DNA 위의 전하를 이용하는 것이다.
실레인 커플링 작용제를 사용한 또 다른 고정 방법은 아미노 염기, 알데히드 염기, 또는 에폭시 염기를 가지고 있다. 이 경우에, 아미노 염기, 알데히드 염기, 등은 공유결합을 사용하여 탐침 전극(35)의 표면에 도입된다. 따라서, 아미노 염기, 알데히드 염기, 등은 폴리 양 이온들보다 더 안정적으로 탐침 전극(35) 위에 존재한다.
또 다른 고정 방법은 공유 결합을 위한 표면-처리 탐침 전극(35) 위의 올리고뉴클레오티드와 스팟-적립을 합성하기 위해 라이어블(liable) 염기를 도입한다.
DNA 센서(1)는 스팟(60)이 위를 향하도록 식별 장치(100)의 DNA 판독 장치의 욕로(71)의 바닥에 자유롭게 설치되고 제거될 수 있다. 욕로(71)의 깊이 방향은 수평 방향에 직교한다.
욕로(71)의 천정은 소정의 점성을 가진 전기이동 도체(82)가 욕로(71)에 분사될 수 있도록 열려있다. 전기이동 도체(82)는 입자들이 분산 매체, 젤을 함유한 전해질, 또는 다른 전해질에 분산된 콜로이드 용액(젤)이다.
욕로(71)는 교반기(83)에 놓인다. 교반기(83)는 전기이동 도체(82)를 교반하 기 위해 욕로(71)를 흔든다. 교반기(83)는 욕로(71)를 초음파적으로 또는 회전 또는 왕복운동 방식으로 흔든다.
욕로(71)가 위에서 관찰될 때, 만일 DNA 센서(1)가 욕로(71)의 바닥에 설치되면, 복수개의 탐침 전극들(35)은 제 1 전극(74)와 제 2 전극(75)의 사이에 배치된다. 왼쪽 말단의 탐침 전극(35)은 욕로(71)의 왼쪽 벽에 배치된 제 1 전극(74)에 가장 가까이 위치한다. 오른쪽 말단의 탐침 전극(35)은 욕로(71)의 오른쪽 벽에 배치된 제 2 전극(75)에 가장 가까이 위치한다.
온도를 조절할 수 있는 온도 조절 소자들(72)은 각 온도 조절 소자들(72)이 탐침 전극들(35)의 하나와 대응하도록 그것의 정면 벽 표면에 욕로의 내부에 제공된다. 각 온도 조절 소자들(72)은 만일 DNA 센서(1)가 욕로(71)의 바닥에 설치되면 대응하는 탐침 전극(35)의 말단에 대비되도록 제공된다. 각 온도 조절 소자는 대응하는 탐침 전극(35)을 통해 각 스팟들(60)의 온도를 제어한다. 온도 조절 소자(72)의 예들은 가열과 냉각 능력이 있는 펠티어 소자 또는 가열 능력이 있는 히터의 조합 그리고 냉각 능력이 있는 열 싱크를 포함한다. 그러나, 온도 조절 소자(72)는 탐침 전극(35)을 선택적으로 냉각하기 위해 열을 흡수하는 동안 선택적으로 탐침 전극(35)을 가열하기 위해 열을 생성함으로써 탐침 전극(35)과 그 근처의 온도를 조절할 수 있는 어떤 소자일 수 있다. 온도 조절 소자(72)는 열 저항기 또는 가열만을 할 수 있는 다른 가열 소자일 수 있다.
전압 제어를 위한 전압 제어 회로(73)의 복수개의 단말기들(73a)(도 5에 도시됨)은 그 후면 벽 표면이 욕로(71)의 내부에 배치된다. 각 터미널들(73a)은 만일 DNA 센서(1)가 욕로(71)의 바닥에 설치되면 대응하는 탐침 전극(35)과 접촉되도록 제공된다. 전압 제어 회로(73)는 탐침 전극들(35)에 각각 전압을 공급한다.
구동 회로(76)의 단말기들(도 5에 도시됨)은 또한 광 감지 장치(2)를 구동하기 위해 욕로(71)의 내부에 배치된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 구동 회로(76)는 톱 게이트 드라이버(76A), 보텀 게이트 드라이버(76B) 그리고 드레인 드라이버(76C)를 포함한다. 구동 회로(76)는 만일 DNA 센서(1)가 욕로(71)의 바닥에 설치되면 톱 게이트 드라이버(76A), 보텀 게이트 드라이버(76B), 그리고 드레인 드라이버(76C)의 터미널들이 각각 톱 게이트 라인들(44), 보텀 게이트 라인들(41), 그리고 드레인 라인들(43)에 연결되도록 제공된다. 드라이버 회로(76)는 톱 게이트 라인들(44), 보텀 게이트 라인들(41), 그리고 드레인 라인들(43)에 전압을 적합하게 인가한다. 소스 라인들(42)은 전위(Vss)에서 모두 유지된다. 만일 DNA 센서(1)가 욕로(71)의 바닥에 설치되면, 소스 라인들(42) 그리고 전자기 차단층(32)의 전위(Vss) 는 접지 전위일 수 있다.
구동 회로(76)는 광 감지 장치(2)를 구동하기 위해 소정의 점들에서 톱 게이트 라인들(44), 보텀 게이트 라인들(41), 그리고 드레인 라인들(43)에 적합한 전압들을 인가한다. 광 감지 장치(2)가 구동될 때, 각 포토 센서 소자(20)에 투사되는 광량은 전기적 신호로 변환된다. 전기적 신호는 구동 회로(76)에 의해 영상을 포착하기 위해 감지된다.
도면을 참조하여, 위에 설명한 포토 센서 소자들(20)을 제어하는 방법에 대한 설명을 하겠다. 도 7은 포토 센서 소자들(20)을 제어하는 기초적 방법의 예를 도시한 시간 도표이다. 도 8은 포토 센서 소자들(20)의 작동의 개념도 이다. 도 9A와 9B는 포토 센서 소자로부터 출력 전압의 광학적 반응 특성을 도시한 그래프이다. 여기서, 위에 설명한 포토 센서 소자(20)의 구조(도 1, 4A, 그리고 4B)를 적합하게 참조하여 설명하겠다.
첫째, 도 7과 8A에 도시된 바와 같이, 리셋 작동(초기화 작동)을 위해서, 제어기(78)는 임의의 제 i 행(1≤i≤m)의 톱 게이트 라인(44)을 통해 제 i 행에서 포토 센서 소자(20)의 톱 게이트 전극(30)에 펄스 전압(이하에서는 "리셋 펄스"로 명한다; 예를 들면, 고 레벨의 Vtg = +15 V) (ΦTi)을 인가할 때, 반도체 층(23)과 채널 보호막(24)과 반도체 층(23) 사이에 축적된 캐리어들(이 경우에는 정공)을 방출하는 제어를 제공한다(리셋 기간 (Trst)).
그리고 나서, 광 축적 작동(전하 축적 작동)에서, 도 7과 8B에 도시된 바와 같이, 저-레벨(예를 들면, Vtg = -15V) 바이어스 전압(ΦTi)이 캐리어 축적 작동에 기초한 광 축적 기간(Ta)을 개시하기 위한 리셋 작동을 종결하기 위해 제 i 행에서 톱 게이트 라인(44)을 통해 제 i 열에 포토 센서 소자(20)의 톱 게이트 전극(30)에 인가된다. 광 축적 기간(Ta) 동안, 전자-정공 쌍들은 반도체 층(23)의 투사 효과 영역 즉, 톱 게이트 전극(30)으로부터 광 투사의 양에 따른 캐리어 생성 영역에서 생성된다. 그리고 나서, 전자-정공 쌍들의 정공들은 반도체 층(23)과 채널 보호막(24)과 반도체 층(23)의 사이의 인터페이스 부근, 즉, 채널 영역의 주변에 축적된다.
그리고 나서, 예비충전 작동에서, 광 축적 기간(Ta)에 일치하여, 각 드레인 라인(43)은 도 7과 8C에 도시된 바와 같이 예비충전 신호(Φpg)에 기초하여 제 i 행에 포토 센서 소자(20)의 드레인 전극(28)에 소정의 전압(예비충전 전압)(Vpg)을 인가하기 위해 전하들을 잡아두게 된다. 그리고 나서, 판독 작동에서, 도 7과 8D에 도시된 바와 같이, 예비충전 기간(Tprch)이 경과한 후에, 고-레벨(예를 들면, Vbg = +10 V) 바이어스 전압(판독 선택 신호; 이하에서는 "판독 펄스"로 명한다.)(ΦBi)은 포토 센서 소자(20)를 켜기 위해 보텀 게이트 전극(21)(선택 상태)에 인가된다(판독 기간 (Tread)).
이 경우에, 판독 기간(Tread) 동안, 캐리어들(정공들)은 Vtg(-15V)를 감소 시키기 위해 빛이 투사되어 반대 극성을 가진 톱 게이트 전극(30)에 인가되는 포토 센서 소자(20)의 채널 영역에 축적된다. 따라서, 보텀 게이트 전극의 Vbg(+ 15V)는 n 채널이 형성되도록 한다. 드레인 전극(28)과 드레인 라인(43)의 전압(드레인 전압)(VD)은 도 9A에 도시된 바와 같이 시간이 경과함에 따라 예비충전 전압(Vpg)으로부터 점차 감소하는 경향이 있다.
특별히, 만일 광 축적 기간(Ta) 동안 광 축적이 밝은 상태에 있다면, 도 8D에 도시된 바와 같이, 삭제에 따른 보텀 게이트 전극의 양 바이어스가 포토 센서 소자(20)를 켜게 하기 위해 상당한 양의 캐리어들(정공들)이 톱 게이트 전극(30)의 음 바이어스를 삭제하기 위해 투사 광량에 따라 채널에서 잡힌다. 그리고 나서, 드레인 전압(VD)은 도 9A에 도시된 바와 같이, 투사 광량에 따라 저항이 의존하여 감소한다.
다른 한편, 만일 광 축적이 어두운 상태에 있고 채널 영역에 캐리어들(정공 들)이 축적되지 않으면, 그러면 도 8E에 도시된 바와 같이, 톱 게이트 전극(30)의 음 바이어스는 포토 센서 소자(20)를 회전시키기 위해 보텀 게이트 전극(21)의 양 바이어스를 삭제한다. 도 9A에 도시된 바와 같이, 드레인 전압(VD)은 거의 그 자체로 잡힌다.
따라서, 도 9A에 도시된 바와 같이, 드레인 전압(VD)이 변화하는 경향은 리셋 펄스(ΦTi)의 톱 게이트 전극(30)으로의 적용에 기초한 리셋 작동의 종결로부터 보텀 게이트 전극(21)으로의 판독 펄스(ΦBi)의 적용에 이르기까지의 시간(광 축적 시간(Ta))동안 수신된 광량에 밀접하게 관련되어 있다. 만일 많은 양의 캐리어들이 축적되면(밝은 상태), 드레인 전압(VD)은 급속히 감소하는 경향이 있다. 다른 한편, 만일 적은 양의 캐리어들이 축적되면(어두운 상태), 드레인 전압(VD)은 천천히 감소하는 경향이 있다. 그러므로, 포토 센서 소자(20)에 투사된 빛(방출된 빛)의 양은 판독 기간(Tread)이 시작된 후에 드레인 전압(VD)(= Vrd)을 탐지하거나 참고로써 소정의 시초 전압 세트에 도달하기 위해 요구되는 시간을 탐지함으로써 소정의 시간으로 변환된다.
도 7에 도시된 시간 도표에서, 예비충전 기간(Tread)이 경과한 이후에, 저-레벨(예를 들면, Vbg = 0 V)에 도시된 바와 같이, 포토 센서 소자(20)를 유지하기 위해 보텀 게이트 전극(21)에 인가되는 것을 도 8f 및 도 8g에 도시된 바와 같이 계속한다. 이러한 방식으로, 보텀 게이트 전압(21)으로의 전압의 인가는 포토 센서 소자(20)가 판독되도록 선택되거나 판독되도록 선택되지 않도록 포토 센서 소자(20)의 판독 상태의 전환의 선택 기능을 수행한다.
제 1 전극(74)은 왼쪽 벽 표면의 상부의 욕로(71) 내부에 제공된다. 제 2 전극(75)은 오른쪽 벽 표면의 상부의 욕로(71) 내부에 제공된다. 전극(74, 75)들은 욕로(71) 내부에 노출된다. 전극(74, 75)들은 또한 탐침 전극들(35)의 위에 위치하고, 욕로(71)의 바닥에 위치한다. 전압 제어 회로(73)는 개별적으로 전극(74, 75)들에 전압들을 인가한다.
만일 DNA 센서(1)가 욕로(71)의 바닥에 설치되면, 욕로(71)가 위로부터(욕로(71)의 높이 방향에서) 관찰될 때, 광 감지 장치(2)는 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75)의 사이에 위치한다. 만일 DNA 센서(1)가 욕로(71)의 바닥에 설치되면, 욕로(71)가 오른쪽 또는 왼쪽으로부터(욕로(71)의 폭 방향에서) 관찰될 때, 광 감지 장치(2)는 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75)의 아래에 위치한다.
자외선 투사장치(77)가 빛을 아래로 방출하기 위해 욕로(71)의 위에 제공된다. 자외선 투사장치(77)에 의해서 방출된 빛은 자외선파 범위를 갖고 형광파 범위를 거의 갖지 않는다.
이제, DNA 식별 장치(100)의 제어 배치를 도 5를 참조하여 설명하겠다.
DNA 식별 장치(100)는 표시 장치(81), 일반적 제어를 위한 제어기(78), 자외선 투사장치(77)를 구동하는 투사 구동 회로(79), 그리고 온도 제어 소자들(72)을 구동하는 온도 제어 회로(80)를 포함한다.
제어기(78)는 CPU(중앙 연산 유닛)들을 가진 독점적인 논리 회로 또는 산술 프로세싱 장치이다. 제어기(78)는 전압 제어 회로(73), 구동 회로(76), 투사 구동 회로(79), 온도 제어 회로(80), 표시 장치(81), 그리고 교반기(83)를 작동시킨다.
도 6, 9a, 그리고 9b를 참조하여 설명한 바와 같이, 제어기(78)로부터의 지시에 반응하여, 구동 회로(76)는 영상 포착 작동을 수행하기 위해 광 감지 장치(2)를 작동하기 위해 광 감지 장치(2)를 구동한다. 광 감지 장치(2)에 의해 포착된 영상은 구동 회로(76)에 의해 A/D 변환이 된다. 구동 회로(76)는 그리고 나서 제어기(78)에 변환된 영상을 출력한다.
제어기(78)로부터의 지시에 반응하여, 투사 구동 회로(79)는 자외선 투사장치(77)가 광 방출 작동을 수행하도록 자외선 투사장치(77)를 구동한다.
제어기(78)로부터의 지시에 반응하여, 온도 제어 회로(80)는 온도 조절 소자(72)들이 가열 또는 냉각 작동을 수행하도록 온도 조절 소자들(72)을 구동한다.
제어기(78)로부터의 지시에 반응하여, 전압 제어 회로(73)는 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75)에 개별적으로 전압을 인가한다.
제어기(78)로부터의 지시에 반응하여, 표시 장치(81)는 광 감지 장치(2)에 의해 포착된 영상을 표시한다.
이제, DNA 식별 장치(100)의 작동을 도 10 내지 12를 참조하여 설명하겠다. 도 10 내지 12는 DNA 식별 장치(100)의 작동 흐름을 도시한 순서도 이다.
첫째, DNA들은 다른 수의 염기들을 가진 복수 종류의 단일 가닥 DNA 절편들을 얻기 위해 표본에서 추출되고 변성된다. 이들 DNA 절편들은 동일한 수의 염기들과 다른 염기 서열들을 가진 복수 종류의 단일 가닥 DNA 절편들을 포함한다. 형광 물질은 단일 가닥 DNA 절편이 형광 물질과 구별 되도록 각 단일 가닥 DNA 절편들에 연결된다. 얻어진 단일 가닥 DNA 절편들은 샘플 DNA 절편들로 불리 운다. 샘 플 DNA 절편이 구별된 형광 물질은 예를 들면, (애머샴 생명과학에 의해 생산된)CyDye의 Cy2 또는 Cy3 일 수 있다. 형광 물질은 DNA 식별 장치들(100)의 자외선 투사장치(77)에 의해 방출된 자외선들의 파장에서 자극되도록 선택된다. 형광 물질은 자외선들에 의해 자극될 때 형광을 방출한다. 형광의 파장은 캐리어들은 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에서 바람직하게 생성되고 자외선의 파장보다 더 크다.
그리고 나서, DNA 센서(1)는 욕로(71)의 바닥에 설치되고, 전기이동 도체(82)는 욕로(71)에 주사된다.
그리고 나서, DNA 식별 장치(100)는 전원이 켜져서 작동이 된다.
DNA 식별 장치의 제어기(78)는 온도 제어 회로(80)를 제어한다. 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 온도 제어 회로(80)는 가열 작동을 수행하기 위해 온도 조절 소자들(72)을 구동한다. 그러므로, 온도 조절 소자들(72)은 온도 조절 소자들(72)로부터 대응하는 탐침 전극들(35)에 열을 전송하기 위해 열을 생성한다. 온도 조절 소자들(72)이 탐침 전극들(35)을 가열함에 따라, 욕로(71) 내부의 전기이동 도체(82)는 또한 95℃ 또는 그 이상으로 가열된다. 온도 제어 회로(80)는 전기이동 도체(82)를 95℃ 또는 그 이상에서 유지하기 위해 제어기(78)로부터의 지시에 따라서 결과적으로 온도 조절 소자들(72)을 제어한다. 전기이동 도체(82)를 95℃ 또는 그 이상으로 가열하는 것은 하나의 스팟(60)에서 몇몇 탐침 DNA 절편들(61)이 잡종교배되는 것을 방지한다. 전기이동 도체(82)가 유지되는 온도는 95℃ 또는 그 이상으로 제한되지 않고 단지 단일 가닥 DNA 절편들이 상보적으로 서로 연결되지 않고 단일 가닥을 유지하도록 하는 온도를 갖는다. 대체적으로, 온도 감지기는 전기이동 도체(82)의 온도를 탐지하기 위해 욕로(71)의 내부에 제공될 수 있다. 온도 탐지기에 의해 탐지된 온도는 제어기(78)에 피드백될 수 있고, 탐지된 온도에 따라서 온도 제어 회로(80)를 제어할 수 있다. 그리고 나서, 온도 제어 회로(80)는 전기이동 도체(82)가 95℃ 또는 그 이상에서 유지되도록 온도 조절 소자들(72)을 제어할 수 있다.
그렇게 얻어진 복수 종류의 단일 가닥 DNA 절편들이 그 톱으로부터 욕로(71)에 쏟아 부어진다. 그러나, 샘플 DNA 절편들은 욕로(71)의 내부 전체에 분산되지 않고 제 1 전극(74)에 가까운 욕로(71)의 내부 영역에 쏟아 부어지며 평면도에서 탐침 전극들(35)이 존재하지 않는다(도 1과 2를 참조하라). 특별히, 샘플 DNA 절편들은 제 1 전극(74)으로부터 떨어진 영역으로 분산되지 않도록 살며시 부어진다. 이 시점에, 단일 가닥 DNA 절편들은 PCR 증폭을 위해 사용되는 시약을 부분적으로 포함하는 용액과 함께 욕로(71)에 주입될 수 있다. 복수 종류의 단일 가닥 DNA 절편들에 있어서, 도 1은 가장 작은 수의 염기들을 가진 단일 가닥 DNA 절편(151), 가장 큰 수의 염기들을 가진 단일 가닥 DNA 절편(153), 그리고 단일 가닥 DNA 절편(151)보다 더 많은 염기들을 갖고 단일 가닥 DNA 절편(153)보다 더 적은 염기들을 갖는 단일 가닥 DNA 절편(152)을 보여준다.
열을 생성한 온도 조절 소자들(72)은 전기이동 도체(82)를 95℃ 또는 그 이상으로 가열하기 때문에, 샘플 DNA 절편들은 부분적으로 잡종교배되는 것으로부터 예방될 수 있고 그들 중의 몇몇이 상보적 염기 서열을 가지고 있어도 함께 연결된 다. 따라서, 샘플 DNA 절편들은 전기이동 도체(82)를 통해 이동하기 전에 완전히 부서진다.
그리고 나서, 도 10의 단계 (S1)(제 1 전압 인가 단계)에 도시된 바와 같이, 제어기(78)는 전압 제어 회로(73)를 제어한다. 따라서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 제 1 전극(74)의 전위가 제 2 전극(75)의 전위보다 더 작도록 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75) 사이에 전압을 인가한다. 동시에, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 모든 탐침 전극들(35)의 전위들이 제 2 전극의 그것과 같거나 더 작도록 그리고 바람직하게는 제 1 전극(74)의 그것보다 더 작도록 탐침 전극(35)에 전압을 인가한다. 그러므로, 제 1 전극(74)은 음극을 형성하고, 반면에 제 2 전극(75)은 양극을 형성한다. 모든 탐침 전극들(35)은 제 2 전극(75)에 비해서 음 또는 동일한 전압을 갖는다. 이 경우에, 제 1 전극(74)은 바람직하게는 접지 전위를 갖는다. 탐침 전극들(35)은 바람직하게는 제 1 전극(74)과 비교하여 동일한 또는 음 전압을 갖는다. 제 1 전극(74)에 관련한 각 탐침 전극(35)의 전압은 이 탐침 DNA 절편으로부터 탐침 DNA 절편에 잘못 잡종교배된 샘플 DNA 절편을 분리하는데 요구되는 전압보다 동일하거나 더 높고, 이 탐침 DNA 절편으로부터 대응하는 탐침 DNA 절편이 분리되지 않는 샘플 DNA 절편이 완전히 잡종교배되는 전압보다 동일하거나 더 낮다. 여기서 사용되는 용어 "잘못된 잡종교배"는 만일 샘플 DNA 절편과 탐침 DNA 절편 중의 하나의 염기 서열의 부분이 다른 것의 염기 서열의 부분 또는 전체에 상보적이면, 샘플 DNA 절편과 탐침 DNA 절편이 부분적으로 함께 연결되는 부분적 잡종교배를 의미한다. 완전한 잡종교배는 샘플 DNA 절편의 모든 염기들이 대응하는 탐침 DNA 절편의 모든 염기에 상보적으로 연결되는 것을 의미한다.
그러므로, 복수 종류의 샘플 DNA 절편들은 전기이동 도체(82)를 통하여, 현저하게는 전기이동 도체(82)의 표면층을 통하여 제 2 전극(75)를 향해 이동한다. 이 경우에, 전압 제어 회로(73)는 소정의 시간을 위해 위의 전압 상태를 유지한다. 적용 시간과 인가된 전압은 이들 각 탐침 DNA 절편들처럼 거의 동일한 수의 염기들 때문에 제 7 내지 제 9 행의 탐침 DNA 절편들(61)의 그것과 비교되는 상대적으로 작은 부피를 가진 샘플 DNA 절편은 제 7 행의 탐침 전극(35)으로 이동하는 그런 것이다. 따라서, 도 13에 나타난 바와 같이, 만일 가장 작은 수의 염기들을 갖는 샘플 DNA 절편(151)이 제 7 내지 제 9 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)의 그것과 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다면, 샘플 DNA 절편(151)은 제 7 행에서 탐침 DNA 절편(35)으로 이동한다. 그러나, 샘플 DNA 절편들(152, 153)이 샘플 DNA 절편(151)보다 더 큰 부피를 갖기 때문에, 그들은 전기이동하는 동안 샘플 DNA 절편(151)보다 더 높은 유체 저항을 제공하며, 따라서 제 7 행의 탐침 DNA 절편으로 이동하지 않는다.
이 경우에, 만일 탐침 전극들(35)에 전압들이 인가되더라도, 접지된 전자기 차단층(32)은 탐침 전극들(35)과 포토 센서 소자들(20) 사이에 제공되기 때문에 탐침 전극들(35)로부터의 전기장들은 포토 센서 소자들(20)의 작동에 영향을 미치지 않는다.
제 7 내지 제 9 행들에 있어서 각 탐침 DNA 절편들(61)의 그것과 같은 동일 한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편이 제 7 행의 탐침 DNA 절편(61) 위에 위치한 전기이동 도체(82)의 한 부분에 도달할 것으로 기대되는 소정의 시간 후에, 전압 제어 회로(73)는 동일한 전압을 갖기 위한 제 1 전극(74), 제 2 전극(75), 그리고 모든 탐침 전극들(35)을 설정하기 위해 전압 인가 상태를 제거한다. 그리고 나서, 제어기(78)는 구동 회로(76)와 투사 구동 회로(79)를 제어한다. 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 구동 회로(76)는 위에서 설명한 포토 센서 소자들(20)을 제어하는 방법에 따라서 광 감지 장치(2)를 구동한다. 게다가, 투사 구동 회로(79)는 제어기(78)로부터의 지시에 따라서 자외선 투사장치(77)를 구동한다.
그러므로, 자외선 투사장치(77)는 빛을 방출하고, 자외선 투사장치(77)에 의해 방출된 자외선은 전기이동 도체(82)의 모든 표면 위에 적용된다. 그러므로, 자외선은 제 7 내지 제 9 행들의 탐침 DNA 절편들(61)의 위에 전기이동 도체(82)에 매달린 샘플 DNA 절편들에 부착된 형광 물질에 투사된다. 형광 물질은 그러므로 반도체막(23)에 들어가기 위해 자외선 차단층(34), 보호막 층(33), 전자기 차단층(32), 보호 절연막(31), 톱 게이트 전극(30), 톱 게이트 절연막(29), 그리고 채널 보호막(24)을 통과하는 형광을 방출한다. 각 포토 센서 소자들(20)은 광전자적으로 그 반도체막(23)에 투사된 형광을 형광의 농도 또는 광량에 따라 전기적 신호로 변환한다. 광 감지 장치(2)는 그리고 나서 2차원 영상의 형태로 형광 농도의 2차원 분포를 얻기 위해 형광의 농도 또는 광량을 감지하기 위해 각 포토 센서 소자(20)를 이용한다. 광 감지 장치(2)에 의해 얻어진 영상은 구동 회로(76)에 의해 A/D 변환되고 영상 데이터로써 제어기(78)에 구동 회로(76)에 의해 출력된다.
이 경우에, 자외선 차단층(34)의 공급은 자외선 투사장치(77)에 의해 방출된 자외선이 포토 센서 소자들(20)에 들어가는 것을 막는다. 포토 센서 소자들(20)은 실제로 광전자의 자외선을 변환하지 않는다.
위의 단계 (S2)의 구동 회로(76)에 의해 입력된 영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 7 행에서 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하는지 여부를 결정한다(단계 S3).
만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 어느 것이 제 7 내지 제 9 행까지의 각 탐침 DNA 절편들(61)과 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다면, 거의 동일한 수의 염기들과 상대적으로 작은 부피를 가진 샘플 DNA 절편(151)은 도 13에 도시된 것과 같은 위의 단계 (S1)의 제 7 행의 탐침 전극(35)으로 이동한다. 따라서, 만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 어느 것이 제 7 내지 제 9행의 각 탐침 DNA 절편들(61)과 같이 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다면, 이 샘플 DNA 절편에 의해 방출된 형광은 고농도로 제 7 행에서 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S3)에서, 제어기(78)는 제 7 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지한 것을 결정하며(단계 S3: YES), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S4)로 변경된다. 다른 한편, 만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)과 같이 거의 동일한 수의 염기들을 갖지 않는다면, 거의 어느 샘플 DNA 절편들도 거의 동일한 수의 염기들을 가지지 않고 그러므로 상대적으로 작은 부피를 갖는다. 따라서, 저농도의 형광 또는 거의 형광이 없는 것이 제 7 열의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 결과적으로, 제 7 행의 포 토 센서 소자(20)는 위의 단계 (S3)의 형광을 감지하지 않는다. 제어기(78)는 그러므로 어떤 샘플 DNA 절편들도 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)과 같은 거의 동일한 수의 염기들을 가지지 않는다는 것을 결정한다. 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S6)으로 변경된다.
도 13은 만일 샘플 DNA 절편(151)이 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)과 같이 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다면 상대적으로 작은 부피를 갖는 샘플 DNA 절편(151)이 위의 단계 (S1)에서 이동하는 위치를 도시한 도면이다. 도 14는 상대적으로 작은 부피와 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편(151)이 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 전기적으로 탐침 DNA 절편들(61)의 제 7 행의 근처로 이동할 때 광 감지 장치(2)에 의해 얻어진 영상의 형광 농도의 분포를 나타내는 그래프이다.
단계 (S4)에서, 제어기(78)는 전압 제어 회로(73)를 제어한다. 그러므로, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 제 8 행의 탐침 전극(35)의 전위가 다른 탐침 전극 들(35)과 제 1 전극(74)의 그것보다 더 높게 전압 제어 회로(73)는 전압을 인가한다. 이 경우에, 제 8 행 그리고 제 1 전극(74)의 그것보다 탐침 전극(35)은 접지 전위를 갖는다. 제 8 행의 탐침 전극(35)은 정전압을 갖는다. 제 8 행의 탐침 전극(35)은 탐침 전극(35)의 전위와 관련하여 제 8 행과 제 1 전극(74)의 그것보다 정전압을 갖는다. 그러한 고전압은 제 7 내지 제 9 행의 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트의 선택을 일으킨다. 그러므로, 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75) 사이의 전압에도 불구하고, 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖고 그러므로 상대적으로 작은 부피를 갖는 샘플 DNA 절편(151)은 제 8 행의 탐침 전극(35)에 가까이, 즉 제 7 내지 제 9 행의 탐침 DNA 절편들(61)에 가까이 유지할 수 있다. 단계 (S4)와 단계 (S5)에서, 후에 기술하겠지만, 제 2 전극(75)의 전위는 바람직하게는 또한 제 1 전극(74)의 그것과 동일한데, 그 이유는 이것이 샘플 DNA 절편이 제 1 전극(74)에서 제 2 전극(75)까지 이동하는 것을 방지하기 때문이다.
그리고 나서, 제어기(78)는 구동 회로(76)를 제어한다. 그러므로, 구동 회로(76)는 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 광 감지 장치(2)가 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 얻도록 광 감지 장치(2)를 구동한다. 구동 회로(76)는 제어기(78)에 영상 데이터를 출력한다. 그리고 나서, 영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 8 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지했는지 여부를 결정한다. (단계 (S5))
이 경우에는, 만일 위의 단계 (S4)에서, 제 1 전극(74)의 그것보다 더 높은 전압이 제 8 행의 탐침 전극(35)에 인가되면, 제 7 내지 제 9 행의 탐침 DNA 절편들(61)과 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편은 제 7 행의 탐침 전극(35)의 톱으로부터 가라앉도록 제 8 행의 탐침 전극(35)으로 이동한다. 따라서, 한번 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편(151)이 제 8 행의 탐침 전극(35)의 근처로 이동하면, 이 샘플 DNA 절편에 의해 방출된 형광은 도 15에 도시된 바와 같이 고농도로 제 8행의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S5)에서, 제어기 (78)는 제 8 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하였는지를 결정하면(단계 S5: YES), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S6)로 변경한다. 단계 (S4)는, 제 8 행의 탐침 전극(35) 가까이서, 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들 가지고 그러므로 상대적으로 작은 부피를 가진 샘플 DNA 절편들(151)을 차지하려고 의도된다. 이 단계에서, 제 7 내지 제 9 행의 탐침 DNA 절편들(61)은 상대적으로 작은 부피를 가진 샘플 DNA 절편(151)에 필수적으로 잡종교배될 필요가 없다. 다른 한편, 만일 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편이 제 8 행의 탐침 전극(35)의 부근으로 이동되지 않으면, 제어기(78)는 단계 (S5)에서 제 8 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하지 않은 것으로 결정한다(단계 S5: N0). 그리고 나서, 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S4)로 변경한다. 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S5)의 순서로 반복된다: No 그리고 단계 (S4)는 연속적으로 샘플 DNA 절편(151)이 상대적으로 부피가 작은 제 8 행의 탐침 전극(35)의 부근으로 이동할 때까지 제 8 행의 탐침 전극(35)으로의 제 1 전극의 그것보다 더 높은 전압을 인가한다.
도 15는 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖고 그러므로 상대적으로 작은 부피를 가진 샘플 DNA 절편(151)이 위의 단계 (S4)에서 이동하는 위치를 도시한 도면이다. 도 16은 만일 샘플 DNA 절편(151)이 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면, 광 감지 장치(2)에 의해 얻어진 영상에서 형광농도의 분포를 나 타내는 그래프이다.
단계 (S6) (제 2 전압 인가 단계)에서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75) 사이에 전압을 인가하여 제 1 전극(74)의 전위가 제 2 전극(75)의 그것보다 낮도록 한다. 동시에, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 탐침 전극들(35)에 전압을 인가하여, 제 8 행의 그것보다 탐침 전극(35)의 전위들이 단계 (S16) 직전까지 제 2 전극(75)과 동일하거나 더 낮게, 바람직하게는 제 1 전극(74)과 동일하거나 더 낮게 되도록 한다. 전압 제어 회로(73)는 단계 (S16)의 직전까지 또한 제 8 행의 탐침 전극(35)의 전위를 제 1 전극(74)에 인가된 전압과 같거나 더 높게 그리고 제 2 전극(75)에 인가된 전압과 같거나 더 낮게 유지하도록 한다. 그러나, 제 8 행의 탐침 전극(35)의 전위는 샘플 DNA 절편(151)을 잡기 위해 바람직하게는 제 2 전극(75)의 그것과 동일하다.
그러므로, 상대적으로 중간 부피를 가진 샘플 DNA(152)와 상대적으로 큰 부피를 가진 샘플 DNA 절편(153)은 전기이동 도체(82)를 통하여 제 2 전극(75)으로 이동한다; 양 샘플 DNA 절편들은 전기이동 도체(82)의 표면층에 존재한다. 그러나, 상대적으로 중간 부피를 가진 샘플 DNA(152)는 상대적으로 큰 부피를 가진 샘플 DNA 절편(153)보다 상대적으로 낮은 유체 저항을 제공한다. 결과적으로, 상대적으로 중간 부피를 가진 샘플 DNA(152)는 상대적으로 큰 부피를 가진 샘플 DNA 절편(153)보다 더 높은 속도로 이동한다. 이 경우에, 전압 제어 회로(73)는 소정의 시간에 위의 전압 상태를 유지한다. 적용 시간과 적용된 전압은 상대적으로 중간의 부피를 가진 샘플 DNA 절편(152)을 제 4 행의 탐침 전극(35)으로 이동하도록 한다. 이 경우에, 상대적으로 큰 부피를 가진 샘플 DNA 절편(153)은 제 4 행의 탐침 전극(35)에 도달하지 않는다. 따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 만일 샘플 DNA 절편(152)이 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면, 샘플 DNA 절편(152)은 제 4 행으로 이동한다. 게다가, 상대적으로 작은 부피를 가진 샘플 DNA 절편(151)은 욕로(71)의 바닥에 가라앉도록 이 탐침 전극(35)으로부터 전기장에 의해 제 8 행의 탐침 전극(35)에 가까이, 이전의 단계 (S4) 이래로, 잡힌다. 결과적으로, 샘플 DNA 절편(151)은 단계 (S6)에서 기본적으로 이동하지 않는다. 만일 위의 단계 (S5)가 단계 (S6)으로 변경되면, 전압 제어 회로(73)는 샘플 DNA 절편(151)을 잡기 위해서 단계 (S6)으로부터 단계 (S15)까지 제 1 전극(74)의 그것보다 더 높은 전압을 인가하는 것을 유지한다. 상대적으로 중간 부피를 가진 샘플 DNA 절편이 제 4 행의 탐침 DNA 절편(61) 위에 위치한 전기이동 도체(82)의 부분에 도달할 것으로 기대되는 소정의 시간 후에, 전압 제어 회로(73)는 , 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 동일한 전압을 갖기 위해 (만일 위의 단계 (S5)가 단계 (S6)으로 변경되면 제 8 행의 탐침 전극(35)보다)제 1 전극(74), 제 2 전극(75), 그리고 탐침 전극(35)을 설정하기 위한 전압 인가 상태를 제거한다. 그리고 나서, 제어기(78)는 구동 회로(76)와 투사 구동 회로(79)를 제어한다. 제어기(78)로부터의 지시에 따라, 구동 회로(79)는 광 감지 장치(2)를 구동한다. 게다가, 투사 구동 회로(79)는 제어기(78)로부터의 지시에 따라 자외선 투사장치(77)를 구동한다(단계 S7). 그러므로, 구동 회로(76)는 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 광 감지 장치(2)가 얻도록 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 광 감지 장치(2)를 구동한다. 구동 회로(76)는 그리고 나서 제어기(78)에 영상 데이터를 출력한다.
영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 4 행의 포토 센서 소자(20)가 상대적으로 중간 부피를 가진 샘플 DNA 절편(152)으로부터 형광을 감지했는지 아닌지를 결정한다(단계 S8).
이 경우에, 만일 샘플 DNA 절편(152)이 전기이동 도체(82)의 표면층에 존재하면, 동일한 수의 염기를 가진 샘플 DNA 절편은 도 17에 도시된 바와 같이 위의 단계 (S6)의 제 4 행의 탐침 전극(35)으로 이동한다. 따라서, 만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 상대적으로 중간 부피 그리고 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편(152)을 포함하면, 이 샘플 DNA 절편에 의해 방출된 형광은 고농도로 제 4 행의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S8)에서, 제어기(78)가 제 4 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지한 것으로 결정하면(단계 S8: Yes), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S9)로 변경한다. 다른 한편, 만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 상대적으로 중간 부피와 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편(152)을 포함하지 않으면, 저농도의 형광 또는 거의 농도가 없는 형광이 제 4 열의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 제어기(78)는 그러므로 위의 단계 (S8)에서 제 4 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하지 않은 것으로 결정한다(단계 S8: No). 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S11)로 변경한다.
도 17은 만일 샘플 DNA 절편(152)이 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면, 샘플 DNA 절편(152)이 위의 단계 (S6)에서 이동하는 위치를 도시한 도면이다. 도 18은 만일 샘플 DNA 절편(152)이 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면, 광 감지 장치(2)에서 얻어진 영상에서 형광 농도의 분포를 표시하는 그래프이다. 도 17과 18에서, 가장 작은 수의 염기들과 그러므로 상대적으로 작은 부피를 가진 샘플 DNA 절편들(151)은 제 7 내지 제 9 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다.
단계 (S9)에서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 전압을 인가하여 제 5 행의 탐침 전극(35)의 전위는 다른 탐침 전극들(35)(만일 위의 단계 (S5)가 단계 (S6)으로 변경하면, 단계 (S9)와 단계 (S10)에서, 후에 기술된, 제 5 그리고 제 8 행의 탐침 전극들(35)의 전위들은 서로 동일하고 제 5 행의 탐침 전극(35)의 그것과 다르다.)과 제 1 전극(74)의 그것들보다 더 높다. 이 경우에, 제 5 행의 다른 것보다(그러나, 제 8 행의 탐침 전극(35)은 만일 위의 단계 (S5)가 단계 (S6)으로 변경되면 제외된다) 탐침 전극(35)과 제 1 전극(74)은 접지 전위를 갖는다. 제 5 행의 탐침 전극(35)은 접지 전압과 관련하여 높은 전압을 갖는다. 이 경우에, 제 2 전극(75)의 전위는 바람직하게는 제 1 전극(74)의 그것과 동일하지만 그것보다 높을 수 있다. 그러므로, 제 4 내지 제 6 행의 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트가 선택된다. 따라서, 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75) 사 이의 전압에도 불구 하고, 제 7 내지 제 9 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖고 상대적으로 중간 부피를 갖는 샘플 DNA 절편(151)은 제 5 행의 탐침 전극(35)에 가까이 즉, 제 4 내지 제 6 행들의 탐침 DNA 절편들(61)에 가까이 잡힐 수 있다. 단계 (S9)와 단계 (S10)에서, 후에 설명된, 제 2 전극(75)의 전위는 이것이 제 1 전극(74)으로부터 제 2 전극(75)까지 샘플 DNA 절편들이 이동하는 것을 방지하기 때문에 제 1 전극(74)의 그것보다 바람직하게는 또한 동일하다.
그리고 나서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 구동 회로(76)는 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 광 감지 장치(2)가 얻도록 광 감지 장치(2)를 구동한다. 구동 회로(76)는 그리고 나서 제어기(78)에 영상 데이터를 출력한다. 그리고 나서, 영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 5 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지했는지 아닌지를 결정한다(단계 S10).
이 경우에, 만일 위의 단계 (S9)에서, 제 1 전극(75)의 그것보다 더 높은 전압이 제 5 행의 탐침 전극(35)에 인가되면, 제 4 내지 제 6 행의 탐침 DNA 절편들(61)과 거의 동일한 수의 염기를 가진 샘플 DNA 절편은 제 5 행의 탐침 전극(35)의 톱으로부터 가라앉도록 제 5 행의 탐침 전극(35)으로 이동한다. 한번 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기를 가진 샘플 DNA 절편이 제 5 행의 탐침 전극(35)의 부근으로 이동하고 이 탐침 전극(35)을 붙잡으면, 이 샘플 DNA 절편에 의해 방출된 형광은 도 20에 도시된 바와 같이 고농도로 제 5 행의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S10)에서, 제어기(78)가 제 5 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지한 것으로 결정하면(단계 S10: Yes), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S11)로 변경한다. 다른 한편, 만일 제 4 내지 제 6 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편이 제 5행의 탐침 전극(35)의 부근으로 이동하지 않았으면, 제어기(78)는 단계 (S10)에서 제 5 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하지 않은 것으로 결정한다(단계 S10: No). 그리고 나서, 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S9)로 변경한다. 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S9)의 순서에 따라 반복된다: No 그리고 단계 (S10)은 상대적으로 중간 부피를 가진 샘플 DNA 절편(152)이 제 5 행의 탐침 전극(35) 부근으로 이동할 때까지 제 1 전극(74)의 그것보다 더 높은 전압을 제 5 행의 탐침 전극(35)으로 연속적으로 인가한다.
도 19는 만일 샘플 DNA 절편(152)이 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면 샘플 DNA 절편(152)이 위의 단계(S9)에서 이동하는 위치를 도시한 도면이다. 도 20은 만일 샘플 DNA 절편(152)이 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면 광 감지 장치(2)에 의해 얻어진 영상의 형광 농도의 분포를 나타내는 그래프이다.
단계 (S11)(제 3 전압 인가 단계)에서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75)의 사이에 전압을 인가하여 제 1 전극(74)의 전위가 제 2 전극(75)의 그것보다 더 낮도록 한다. 동시에, 제어 기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 탐침 전극(35)에 전압을 인가하여 다른 행들의 탐침 전극들(35)의 전위가 제 2 전극(75)의 그것과 동일하거나 더 낮게, 바람직하게는 제 1 전극(74)의 그것과 동일하거나 더 낮게 남는 동안 제 5 행 내지 제 8 행의 탐침 전극들(35)이 샘플 DNA 절편이 잡히는 전위에서 유지하도록 한다. 제 5 행 내지 제 8 행의 탐침 전극(35)의 전위들은 제 1 전극(74)에 인가된 전압과 동일하거나 더 높게 그리고 제 2 전극(75)에 인가된 전압과 동일하거나 더 낮게 되도록 설정된다. 그러나, 제 5 행 내지 제 8 행의 탐침 전극들(35)의 전위들은 샘플 DNA 절편(151)을 잡기 위해서 바람직하게는 제 2 전극(75)의 그것과 동일하다. 이 경우에, 전압 제어 회로(73)는 소정의 시간 동안 위의 전압 상태를 유지한다. 적용 시간과 인가된 전압은 제 1 행 내지 제 3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들과 상대적으로 큰 부피를 갖는 샘플 DNA 절편(152)이 제 1 행의 탐침 전극(35)으로 이동하는 그런 것이다. 따라서, 도 21에 도시된 바와 같이, 만일 샘플 DNA 절편(153)이 제 1 행 내지 제 3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다면, 샘플 DNA 절편(153)은 제 1 행으로 이동한다. 그러나, 샘플 DNA 절편들(151, 152)은 샘플 DNA 절편을 붙잡기 위해 요구되는 전압이 대응하는 탐침 전극(35)에 인가되었기 때문에 이전 단계 (S4, S9) 이래로 각각 욕로(71)의 바닥으로 가라앉도록 붙잡아 졌다. 결과적으로, 샘플 DNA 절편들은 상대적으로 위에 위치한 제 1 및 제 2 전극들(74, 75) 사이의 전기장에 영향을 받지 않고, 단계 (S11)에서 실질상 이동하지 않는다. 만일 위의 단계 (S10)이 단계 (S11)로 변경되면, 전압 제어 회로(73)는 단계 (S11)로부터 단 계 (S15)에 까지 제 5 행의 탐침 전극(35)으로 상대적으로 제 1 전극(74)의 그것보다 높은 전압을 계속 인가한다.
상대적으로 큰 부피를 가진 샘플 DNA 절편이 제 1 행의 탐침 DNA 절편(61)의 위에 위치한 전기이동 도체(82)의 부분에 도달할 것으로 기대되는 소정의 시간 후에, 전압 제어 회로(73)는, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 제 1 전극(74)과 탐침 전극(75)(만일 위의 단계 (S5)가 단계 (S6)으로 변경되면 제 8 행의 탐침 전극(35)이외의 것 또는 만일 위의 단계 (S10)가 단계 (S11)로 변경되면 제 5 행의 탐침 전극(35)이외의 것)이 동일한 전압을 갖도록 설정하기 위해 전압 인가 상태를 제거한다. 제 2 전극(75)의 전위는 또한 바람직하게는 제 1 전극(74)의 그것과 동일하다. 그리고 나서, 제어기(78)는 구동 회로(76)와 투사 구동 회로(79)를 제어한다. 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 구동 회로(76)는 광 감지 장치(2)를 구동한다. 게다가, 투사 구동 회로(79)는 제어기(78)로부터의 지시에 따라서 자외선 투사장치(77)를 구동한다(단계 S12). 그러므로, 구동 회로(76)는 광 감지 장치(2)가 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 얻도록 자외선 투사 장치(77)가 빛을 방출하는 동안 광 감지 장치(2)를 구동한다. 그리고 나서, 구동 회로(76)는 제어기(78)에 영상 데이터를 출력한다.
그리고 나서, 영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 4 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지했는지 아닌지를 결정한다(단계 S13).
이 경우에, 만일 제 1 행 내지 제 3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기를 가진 샘플 DNA 절편이 전기이동 도체(82)의 표면층에 존 재하면, 동일한 수의 염기를 가진 샘플 DNA 절편은 도 21에 도시한 바와 같이 위의 단계 (S11)의 제 1 행의 탐침 전극(35)으로 이동한다. 따라서, 만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 제 1 행 내지 제 3 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편을 포함하면, 이 샘플 DNA 절편에 의해 방출된 형광은 고농도로 제 1 행의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계(S13)에서, 제어기(78)가 제 5 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지한 것으로 결정하면(단계 S13: Yes), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S14)로 변경한다. 다른 한편, 만일 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 제 1 행 내지 제 3 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 상대적으로 중간의 부피와 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편(152)을 포함하지 않으면, 저농도의 형광 또는 거의 형광이 없는 것은 제 1 열의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 제어기(78)는 그러므로 위의 단계 (S13)에서 제 1 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하지 않은 것으로 결정한다(단계 S13: No). 제어기(78)에 의한 프로세싱은 검사 단계(SC1)로 변경한다.
도 21은 만일 샘플 DNA 절편(153)이 제 1 행 내지 제 3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면 샘플 DNA 절편(152)이 위의 단계 (S11)로 이동하는 위치를 도시한 도면이다. 도 22는 만일 샘플 DNA 절편(153)이 제 1 행 내지 제 3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지면, 광 감지 장치(2)에 의해 얻어진 영상의 형광 농도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 21 그리고 22에서, 샘플 DNA 절편들(151)은 제 7 내지 제 9 행 들의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다. 샘플 DNA 절편(152)은 제 4 내지 제 6 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖는다.
단계 (S9)에서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 제 2 행의 탐침 전극(35)의 전위가 다른 탐침 전극(35)(만일 위의 단계 (S5)가 단계 (S6)로 변경하면 제 8 행의 탐침 전극(35)은 제외되거나 만일 위의 단계 (S10)가 단계 (S11)로 변경하면 제 5 행의 탐침 전극(35)은 제외된다)과 제 1 전극(74)의 그것보다 더 높도록 전압을 인가한다. 이 경우에, 제 2 및 제 1 전극(74)내의 하나이외의 탐침 전극(35)은 접지 전위를 갖는다. 제 5 행의 탐침 전극(35)은 접지 전압에 관련하여 높은 전압을 갖는다. 그러므로, 제 1 행 내지 제 3 행의 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트가 선택된다. 따라서, 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75) 사이의 전압에도 불구하고, 제 1 행 내지 제 3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서 처럼 거의 동일한 수의 염기들을 갖고 상대적으로 큰 부피를 갖는 샘플 DNA 절편(153)은 제 2 행의 탐침 전극(35)에 가까이 즉, 제 1 행 내지 제 3 행의 탐침 DNA 절편들(61)에 가까이 잡힐 수 있다. 단계 (S14) 그리고 단계 (S15)에서, 후에 설명하겠지만, 제 2 전극(75)의 전위는 바람직하게는 또한 제 1 전극(74)의 그것과 동일한데, 이것이 샘플 DNA 절편들이 제 1 전극(74)에서 제 2 전극(75)로 이동하는 것을 방지하기 때문이다.
그리고 나서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 구동 회로(76)는 광 감지 장치(2)를 구동하여 광 감지 장치(2)가 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 얻도록 한다. 그리고 나서, 구동 회로(76)는 제어기(78)로 영상 데이터를 출력한다. 그리고 나서, 영상 데이터에 기초하여, 제 2 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지했는지 아닌지를 제어기(78)는 결정한다(단계 S15).
이 경우에, 만일 위의 단계 (S14)에서, 제 1 전극(74)의 그것보다 높은 전압이 제 2 행의 탐침 전극(35)으로 인가되면, 제 1 행 내지 제 3 행의 탐침 DNA 절편들(61)과 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편은 제 1 행의 탐침 전극(35)의 톱으로부터 가라앉도록 제 2 행의 탐침 전극(35)으로 이동한다. 한번 제 1DPT제3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편이 제 1 행의 탐침 전극(35)에 잡히면, 이 샘플 DNA 절편에 의해 방출된 형광은 도 24에 도시된 바와 같이 고농도로 제 1 행의 포토 센서 소자(20)의 반도체막(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S15)에서, 제어기(78)가 제 5 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하면(단계 S15: Yes), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 검사 단계 (SC1)로 변경한다. 다른 한편, 만일 제 1 행 내지 제 3 행의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편이 제 2 행의 탐침 전극(35)으로 이동하지 않으면, 제어기(78)는 단계 (S15)에서 제 2 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하지 않은 것으로 결정한다(단계 S15: No). 그리고 나서, 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S14)로 이동한다. 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S15)의 순서로 반복된다: No 그리고 단계 (S14)는 샘플 DNA 절편이 제 2 행의 탐침 전극(35)으로 이동할 때까지 제 2 행의 탐침 전극(35)으로 연속적으로 정전압을 인가한다.
도 23은 만일 샘플 DNA 절편(153)이 제 1 행 내지 제 3 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진다면, 상대적으로 큰 부피를 가진 샘플 DNA 절편(153)이 위의 단계 (S14)로 이동하는 위치를 도시한 도면이다. 도 24는 만일 제 1 행 내지 제 3 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 샘플 DNA 절편(153)이 거의 동일한 수의 염기들을 가지면 광 감지 장치(2)에 의해 얻어진 영상의 형광 농도의 분포를 나타내는 그래프이다.
검사 단계 (SC1)에서, 제어기(78)는 단계 (S3)의 제 7 행의 탐침 전극(35)에 접속하여 또는 단계 (S5)의 제 8 행의 탐침 전극(35)에 접속하여 형광이 감지되었는지 여부를 검사한다. 만일 형광이 감지된 것으로 확인되면, 프로세스는 단계 (S16)로 변경한다. 만일 형광이 감지되지 않은 것으로 확인되면, 프로세스는 검사 단계 (SC2)로 변경한다.
단계 (S16)에서, 제어기(78)는 교반기(83)를 구동한다. 교반기(83)는 그러므로 제 7 내지 제 9 행들의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편을 위해 최적의 농도로 욕로(71)의 전기이동 도체(82)를 교반한다. 이 경우에, 제어기(78)로부터의 지시에 따라, 전압 제어 회로(73)는 모든 탐침 전극(35), 제 1 전극(74), 그리고 제 2 전극(75)의 전압들을 설정한다. 이들 전극들은 동일한 전압을 갖게 설정될 수 있다. 그러나, 만일 교반이 샘플 DNA 절편이 요구되는 것보다 더 폭넓게 분산되도록 하면, 제 7 내지 제 9 행의 탐침 전극(35)의 전압은 제 1 전극(74)의 그것보다 더 높을 수 있다.
그리고 나서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 구동 회로(76)는 광 감지 장치(2)를 구동하여 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 광 감지 장치(2)가 광 농도의 분포를 나타내는 영상을 얻도록 한다. 구동 회로(76)는 그리고 나서 영상 데이터를 제어기(78)에 출력한다(단계 S17). 그리고 나서, 영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 7 내지 제 9 행들의 포토 센서 소자들(20)이 형광을 감지했는지 아닌지를 결정한다(단계 S18).
이 경우에, 만일 전기이동 도체(82)가 위의 단계 (S16)에서 교반되면, 제 8 행의 탐침 전극들(35)로 이동한 샘플 DNA 절편들은 제 7 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)로 퍼진다. 샘플 DNA 절편들이 제 7 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)로 퍼질 때, 이들 샘플 DNA 절편들에 의해 방출된 형광은 도 25에 도시된 바와 같이 고농도로 제 7 내지 제 9 행들의 포토 센서 소자들(20)의 반도체막들(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S18)에서, 제어기(78)가 제 7 내지 제 9 행들의 포토 센서 소자들(20)이 형광을 감지한 것으로 결정하면(단계 S18: Yes), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 검사 단계(SC2)로 변경한다. 다른 한편, 만일 샘플 DNA 절편들이 제 7 내지 제 9 행의 탐침 전극(35)으로 퍼지지 않으면, 제어기(78)는 단계 (S18)에서 제 9 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하지 않은 것으로 결정한다(단계 S18: No). 그리고 나서, 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S16)으로 변경한다. 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S18)의 순서로 반복된다: No, 단계 (S16), 그리고 단계 (S17)은 샘플 DNA 절편들이 제 7 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)로 퍼질 때까지 교반기(83)가 교반 작동을 계속하도록 하기 위한 것이다.
검사 단계 (SC2)에서, 제어기(78)는 형광이 단계 (S8)의 제 4 행의 탐침 전극(35) 또는 단계 (S10)의 제 5 행의 탐침 전극(35)의 가까이에서 감지되었는지 여부를 검사한다. 만일 형광이 감지된 것으로 확인되면, 프로세스는 단계 (S19)로 변경한다. 만일 형광이 감지되지 않은 것으로 확인되면, 프로세스는 검사 단계 (SC3)로 변경한다.
단계 (S19)에서, 제어기(78)는 교반기(83)를 구동한다. 교반기(83)는 그러므로 제 4 내지 제 6 행들의 탐침 DNA 절편들(61)을 위해 최적의 농도로 욕로의 전기이동 도체(82)를 교반한다. 이 경우에, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 전압을 인가하여 제 7 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)의 전위들이 다른 전극들(35), 제 1 전극(74), 그리고 제 2 전극(75)의 그것들보다 더 높도록 한다. 특히, 제 7 내지 제 9 행들내의 그것들 이외의 탐침 전극들, 제 1 전극, 그리고 제 2 전극(75)은 접지 전위를 갖기 위해 설정된다.
그리고 나서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 구동 회로(76)는 광 감지 장치(2)를 구동하여 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 광 감지 장치(2)가 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 얻도록 한다. 구동 회로(76)는 그리고 나서 제어기(78)에 영상 데이터를 출력한다(단계 S20). 그리고 나서, 영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 4 내지 제 6 행들의 포토 센서 소자들(20)이 형광을 감지했는지 아닌지를 결정한다(단계 S21).
이 경우에, 만일 전기이동 도체(82)가 위의 단계 (S19)에서 교반되면, 제 5 행의 탐침 전극(35)으로 이동된 샘플 DNA 절편들은 제 4 내지 제 6 행들의 탐침 전 극들(35)로 퍼진다. 제 4 내지 제 6 행들의 탐침 전극들(35)로 샘플 DNA 절편들이 퍼질 때, 샘플 DNA 절편들에 의해 방출된 형광은 도 26에 도시된 바와 같이 고농도로 제 4 내지 제 6 행들의 포토 센서 소자들(20)의 반도체막들(23)에 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S21)에서, 만일 형광이 감지된 것으로 확인되면, 프로세스는 단계 (S22)로 변경한다. 만일 형광이 감지되지 않은 것으로 확인되면, 프로세스는 검사 단계 (SC4)로 변경한다.
단계 (S22)에서, 제어기(78)는 교반기(83)를 구동한다. 교반기(83)는 그러므로, 제 1 행 내지 제 3 행들의 각 탐침 DNA 절편들에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가지고 상대적으로 큰 부피를 가진 샘플 DNA 절편을 위해 최적의 농도로 욕로(71)의 전기이동 도체(82)를 교반한다. 이 경우에, 제어기(78)로부터의 지시에 따라 전압 제어 회로(73)는 전압을 인가하여 제 4에서 제 9 행들의 탐침 전극들(35)의 전위들이 제 1 행 내지 제 3 행들의 탐침 전극들(35), 제 1 전극(74), 그리고 제 2 전극(75)의 그것들보다 더 높도록 한다. 특별히, 제 1 행 내지 제 3 행들의 탐침 전극들(35), 제 1 전극(74), 그리고 제 2 전극(75)들은 접지 전위를 갖도록 설정된다.
그리고 나서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 구동 회로(76)는 광 감지 장치(2)를 구동하여 광 감지 장치(2)가 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 얻도록 한다. 구동 회로(76)는 그리고 나서 제어기(78)에 영상 데이터를 출력한다(단계 S23). 그리고 나서, 영상 데이터에 기초하여, 제어기(78)는 제 4 내지 제 6 행들의 포토 센서 소자들(20)이 형광을 감지 했는지 아닌지를 결정한다(단계 S24).
이 경우에, 만일 전기이동 도체(82)가 위의 단계 (S22)에서 교반되면, 제 2 행의 탐침 전극(35)으로 이동한 샘플 DNA 절편들은 제 1 그리고 제 3 행들의 탐침 전극들(35)로 퍼진다. 제 1 그리고 제 3 행들의 탐침 전극들(35)로 샘플 DNA 절편들이 퍼질 때, 이들 샘플 DNA 절편들에 의해 방출된 형광은 도 27에 도시된 바와 같이 고농도로 제 1 행 내지 제 3 행들의 포토 센서 소자들(20)의 반도체막들(23)로 투사된다. 그러므로, 위의 단계 (S24)에서, 제어기(78)가 제 1 행 내지 제 3 행들의 포토 센서 소자들(20)이 형광을 감지한 것으로 결정하면(단계 S24: Yes), 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S25)로 변경한다. 다른 한편, 만일 샘플 DNA 절편들이 제 1 또는 제 3 행의 탐침 전극(35)으로 퍼지지 않으면, 제어기(78)는 단계 (S24)에서 제 3 행의 포토 센서 소자(20)가 형광을 감지하지 않은 것으로 결정한다(단계S24: No). 그리고 나서, 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S22)로 변경한다. 제어기(78)에 의한 프로세싱은 단계 (S24)의 순서로 반복된다: 샘플 DNA 절편들이 제 1 및 제 3 행들의 탐침 전극들(35)로 퍼질 때까지 교반기(83)가 교반 작동을 계속하도록 하는 No, 단계 (S22), 그리고 단계 (S23). 교반기(83)가 교반 작동을 수행하는 동안, 더 높은 전압이 제 1 전극(74)보다는 제 4 내지 제 9 행의 탐침 전극(35)으로 인가된다. 결과적으로, 제 4 행 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)로 이동하고 퍼진 샘플 DNA 절편들은 제 4 행 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)에서 멀리 퍼지지 않는다.
검사 단계 (SC4)에서, 제어기(78)는 형광이 감지되었는지가 검사 단계들 중 의 적어도 한 개에서 확인되었는지 아닌지를 검사한다. 만일 형광이 감지된 것으로 확인되면, 프로세스는 단계 (S25)로 변경한다. 만일 형광이 감지되지 않은 것으로 확인되면, 프로세스는 종결한다.
제어기(78)에 의한 프로세싱이 위에 설명한 바와 같이 단계 (S25)로 변경할 때, 대응하는 탐침 DNA 절편(61)에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 고밀도의 샘플 DNA 절편은 대응하는 스팟(60)으로 도달한다. 복수 종류의 샘플 DNA 절편들은 염기들의 수에 따라 분류되었다. 특별히, 예를 들면, 도 28에 도시된 바와 같이, 만일 샘플 DNA 절편(151)이 제 7 내지 제 9 행들의 스팟들(60)의 각 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 동일한 수의 염기들을 가지면, 고밀도의 샘플 DNA 절편들(151)이 제 7 내지 제 9 행들의 스팟들(60)에 도달한다. 만일 샘플 DNA 절편(152)이 제 4 내지 제 6 행들의 스팟들(60)의 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 동일한 수의 염기들을 갖는다면, 고밀도의 샘플 DNA 절편들(152)은 제 4 내지 제 6 행들의 스팟들(60)에 도달한다. 만일 샘플 DNA 절편(153)이 제 1 행 내지 제 3 행들의 스팟들(60)의 탐침 DNA 절편들(61)에서처럼 동일한 수의 염기들을 갖는다면, 고밀도의 샘플 DNA 절편들(153)은 제 1 행 내지 제 3 행들의 스팟들(60)에 도달한다.
단계 (S25)에서, 교반기(83)에 의한 교반은 종결된다. 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 전압 제어 회로(73)는 동일한 전압을 갖기 위해 모든 탐침 전극들(35), 제 1 전극(74), 그리고 제 2 전극(75)을 설정한다. 특별히, 전압 제어 회로(73)는 접지 전위를 갖기 위해, 바람직하게는 탐침 전극(35), 제 1 전극(74), 그리고 제 2 전극(75)을 설정한다. 그리고 나서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라, 온 도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 온도 조절 소자(72)를 구동한다. 이것은 온도 조절 소자들(72)이 열을 흡수하도록 한다. 그러므로 열은 탐침 전극들(35)로부터 온도 조절 소자들(72)까지 욕로(71)의 전기이동 도체(82)를 약 45℃까지 냉각시키기 위해 전송된다. 만일 온도 조절 소자들(72)이 가열만을 할 수 있다면, 온도 제어 회로(80)는 열을 생성하기 위해 온도 조절 소자들(72)을 작동하는 것을 멈춘다. 이것은 전기이동 도체(82)가 자연적으로 냉각되도록 한다.
욕로(71)의 전기이동 도체(82)가 냉각될 때, 만일 샘플 DNA 절편이 도달하는 스팟(60)의 탐침 DNA 절편(61)이 이 샘플 DNA 절편에 상보적이면, 샘플 DNA 절편은 이 탐침 DNA 절편(61)에 잡종교배 된다. 다른 한편, 만일 샘플 DNA 절편이 도달하는 스팟(60)의 탐침 DNA 절편(61)이 이 샘플 DNA 절편에 상보적이지 않으면, 샘플 DNA 절편은 이 탐침 DNA 절편(61)에 잡종교배 되지 않는다.
소정의 시간이 지난 후에, 전압 제어 회로(73)는 제어기(78)로부터의 지시에 따라서 소정의 전압을 인가하여 제 1 및 제 2 전극들(74, 75)의 전위가 모든 탐침 전극들(35)의 그것들보다 더 높도록 한다(단계 S26). 특별히, 전압 제어 회로(73)는 바람직하게는 제 1 및 제 2 전극들(74, 75)을 접지 전위에 설정하고 각 탐침 전극(35)이 제 1 및 제 2 전극들(74, 75)에 관련하여 음 전압을 갖도록 설정한다. 이 경우에, 제 1 전극(74)에 관련한 각 탐침 전극(35)의 전압은 이 탐침 DNA 절편으로부터 탐침 DNA 절편에 잘못 잡종교배된 샘플 DNA 절편을 분리하는데 요구되는 전압과 같거나 더 높으며, 대응하는 탐침 DNA 절편에 잡종교배된 샘플 DNA 절편이 이 탐침 DNA 절편으로부터 분리되지 않는 전압과 같거나 더 낮다.
만일 탐침 전극(35)에 음 전압이 인가되면, 그러면 위의 단계 (S25)에서, 그러한 스팟들(60)의 탐침 DNA 절편들에 잘못 잡종교배 되거나 이들 탐침 DNA 절편들에 잡종교배 되지 않은 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 그것들은 이들 탐침 DNA 절편들(61)에 상보적이지 않다. 결과적으로, 샘플 DNA 절편들은 이들 탐침 DNA 절편들(61)로부터 분리되고 제 1 및 제 2 전극들(74, 75)로 이동한다. 다른 한편, 그러한 스팟들(60)의 탐침 DNA 절편들에 잡종교배된 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 그것들은 이들 탐침 DNA 절편들에 상보적이다.
결과적으로, 단계 (S26) 이후에, 각각 대응하는 스팟(60)에만 남는 복수 종류의 샘플 DNA 절편들은 상보적 탐침 DNA 절편(61)을 포함한다. 각각 스팟(60)에 남지 않은 복수 종류의 샘플 DNA 절편들은 다른 수의 염기들을 갖거나 샘플 DNA 절편들에 상보적이지 않은 탐침 DNA 절편을 포함한다. 만일 샘플 DNA 절편(151)이 제 8 행의 스팟들(60) 중의 하나의 탐침 DNA 절편(61)에서처럼 동일한 수의 염기들을 갖고 있고 예를 들면, 도 29에 도시된 바와 같이 이 탐침 DNA 절편에 상보적이면, 샘플 DNA 절편(151)은 제 8 행의 스팟들(60) 중의 하나에 남는다. 마찬가지로, 만일 샘플 DNA 절편(152)이 제 5 행의 스팟들(60) 중의 하나의 탐침 DNA 절편(61)에서처럼 동일한 수의 염기들을 갖고 있고 이 탐침 DNA 절편에 상보적이면, 샘플 DNA 절편(152)은 제 5 행의 스팟들(60) 중의 하나에 남는다. 만일 샘플 DNA 절편(153)이 제 2 행의 스팟들(60) 중의 하나의 탐침 DNA 절편에서처럼 동일한 수의 염기들을 갖고 있고 이 탐침 DNA 절편에 상보적이면, 샘플 DNA 절편(152)은 제 2 행의 스팟들(60) 중의 하나에 남는다. 만일 샘플 DNA 절편들(151, 152 그리고 153)이 도 29에 도시된 바와 같이 분포하면, 영상의 열 방향을 따르는 형광 농도의 분포는 도 30에 도시된 바와 같다.
소정의 시간이 경과한 후, 전압 제어 회로(73)는 제 1 전극(74), 제 2 전극(75), 그리고 모든 탐침 DNA 절편들(35)이 예를 들면 접지 전위처럼 동일한 전압을 갖도록 설정되게 제어기(78)로부터의 지시에 따라 전압을 인가한다. 그리고 나서, 제어기(78)로부터의 지시에 따라, 예를 들면, 만일 형광이 단계 (S3) 또는 (S5)에서 확인되면, 구동 회로(76)는 대응하는 행들 즉, 제 7 내지 제 9 행들의 포토 센서 소자들(20)을 구동한다. 만일 형광이 단계 (S3) 또는 (S5), 단계 (S8) 또는 (S10), 그리고 단계 (S13) 또는 (S15)에서 확인되면, 구동 회로(76)는 제 1에서 제 9 행들의 포토 센서 소자들(20)을 구동한다. 그리고 나서, 광 감지 장치(2)는 자외선 투사장치(77)가 빛을 방출하는 동안 형광 농도의 분포를 나타내는 영상을 얻는다. 구동 회로(76)는 그리고 나서 제어기(78)에 영상 데이터를 출력한다(단계 S27). 게다가, 온도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 위의 단계 (S25)로부터 단계(S27)까지 연속적으로 온도 조절 소자들(72)을 구동한다. 그리고 나서, 구동 회로(76)에 의해 구동된 광 감지 장치(2)의 작동이 마쳐졌을 때, 온도 제어 회로(80)는 온도 조절 소자들(72)에 의해 수행된 냉각 작동이 종결된다. 게다가, 전기이동 도체(82)의 온도를 탐지하기 위해 욕로(71)의 내부에 온도 탐지기가 제공될 수 있다. 온도 탐지기에 의해 탐지된 온도는 제어기(78)로 피드백될 수 있고, 그리고 나서 탐지된 온도에 따라 온도 제어 회로(80)를 제어한다.
그리고 나서, 온도 제어 회로(80)는 온도 조절 소자들(72)을 제어하여, 전기 이동 도체(82)가 단계 (S25)에서 단계 (S27)까지 45℃ 또는 더 높게 유지되도록 한다.
한번 프로세스가 단계 (S25)로 변경되는 것으로 결정하면, 제 1 행 내지 제 9 행들의 포토 센서 소자들(20)은 형광이 감지된 행들을 확인하지 않고 구동될 것이다.
제어기(78)는 포토 센서 소자들에 의해 광학적으로 탐지된 영상 데이터에 기초하여 어떤 탐침 DNA 절편들(61)이 완전히 잡종교배 되었는지를 검사하기 위해 표시 장치(81)에 영상 데이터를 출력한다. 제어기(78)는 그러므로 탐침 DNA 절편들(61)의 이미 알려진 염기 서열 데이터에 기초하여 탐침 DNA 절편들(61)의 염기 서열들을 식별한다(단계 S28). DNA 식별 장치의 작동은 종결된다. 단계 (S28)에서, 표시 장치(81)는 제어기(78)에 따라서 잡종교배된 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들을 표시할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서, 스팟들(60)은 제 1 행 내지 제 3 행들의 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트, 제 4 행 내지 제 6 행들의 탐침 전극들(35)로 구성된 전극세트, 그리고 제 7 행 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트로 나누어진다. 동일한 전극 세트에 배치된 스팟들(60)은 동일한 수의 염기들을 가지고 있지만 다른 염기 서열들을 갖는다. 게다가, 각 스팟(60)의 염기들의 수는 대응하는 전극 세트가 제 2 전극(75)에 가까와 질수록 감소한다.
위의 구조를 가지고, 샘플 DNA 절편들이 제 1 전극(74) 측면으로 주입되고 전압들이 제 2 전극(75)과 제 1 전극(74)의 사이에 인가되면, 샘플 DNA 절편들은 이동하기 시작한다. 그러나, 더 작은 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편들은 더 작은 부피를 가지고 따라서 더 낮은 유체 저항을 갖는다. 이들 샘플 DNA 절편들은 제 2 전극(75)에 더 가까이 이동한다. 따라서, 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 염기들의 수에 따라 분류된다. 단계 (S1)에서, 제 7 행 내지 제 9 행들의 각 탐침 DNA 절편들에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 복수 종류의 샘플 DNA 절편들은 다른 샘플 DNA 절편들로부터 분리된다. 그리고 나서 단계 (S4)에서, 샘플 DNA 절편들은 제 8 행의 탐침 전극(35)을 향해 깊이 방향으로 이동된다. 그러므로, 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편들의 밀도는 제 8 행의 탐침 전극(35) 주위에서 증가한다. 단계 (S9)는 단계 (S6) 이후에 동일하게 수행되고, 단계 (S14)는 단계 (S11) 이후에 수행된다.
결과적으로, 각 수개의 염기들을 위한 최적 교반이 수행된다. 따라서, 거의 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편들은 균일하고 빽빽하게 분포된다. 그러므로, 단계 (S25)에서, 샘플 DNA 절편들은 거의 동일한 수의 염기들을 가진 상보적 탐침 DNA 절편들에만 잡종교배될 수 있다. 그러므로, 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들은 거의 동시에 식별될 수 있다. 그러므로, 본 DNA 식별 장치의 사용은 시약으로부터 얻어진 모든 샘플 DNA 절편들로부터 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편들을 추출하는 프로세스를 수행하기 위한 필요를 제거한다.
프로세스가 단계 (S25)로 변경될 때, 동일한 수의 염기들을 가진 샘플 DNA 절편들은 각 스팟들(60)에 빽빽히 분포된다. 따라서, 다음의 단계 (S25)에서, 더 많은 샘플 DNA 절편들이 상보적 탐침 DNA 절편들에 연결된다. 그러므로, 다음의 단 계 (S27)에서, 증가된 농도의 형광은 샘플 DNA 절편들에 상보적으로 스팟들(60)로부터 방출된다.
단계 (S26)에서, 전극들(74, 75)에 인가된 것들보다 더 낮은 전압들은 탐침 전극들(35)에 인가된다. 따라서, 비상보적 스팟들(60)에 도달하는 샘플 DNA 절편들은 음극을 갖고, 그러므로 스팟들(60)을 떠나서 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75)으로 움직인다. 다음의 단계 (S27)에서, 샘플 DNA 절편들에 상보적이지 않은 스팟들(60)로부터는 형광이 방출되지 않는다. 형광 농도는 완전히 인식될 수 있다. 그러므로, 광 감지 장치(2)로부터 얻어진 영상은 그 영상의 어느 부분이 더 밝은지를 쉽게 결정하는 것을 가능하게 하도록 높은 명암 대비를 갖는다.
단계 (S26)에서, 샘플 DNA 절편들은 비상보적 스팟들(60)을 남기고 떠난다. 이것은 잡종교배 이후에 DNA 센서(1)의 표면을 깨끗이 할 필요를 제거한다. 그러므로, 작동 효율이 개선된다. 단계 (S26)에서, 탐침 전극들(35)에 인가된 그것들보다 더 높은 전압들은 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75) 사이에 인가된다. 그러나, 탐침 전극(35)에 인가된 그것보다 더 높은 전압은 제 1 전극(74)과 제 2 전극(75) 중의 하나에만 인가될 수 있다.
단계 (S1)과 단계 (S24)의 사이에서, 온도 제어 회로(80)는 온도 조절 소자들(72)을 제어하여 약 95℃에서 전기이동 도체(82)의 온도를 설정한다. 샘플 DNA 절편들은 서로 잡종교배 되지 않지만 그들의 변성된 상태를 유지한다. 그러므로, 샘플 DNA 절편들은 더 쉽게 이동한다.
온도 제어 회로(80)는 온도 조절 소자들(72)을 제어하여 단계 (S25)에서 약 45℃로 전기이동 도체(82)의 온도를 설정한다. 이것은 샘플 DNA 절편들이 상보적 탐침 DNA 절편들에 쉽게 잡종교배 되도록 한다.
복수 종류의 스팟들(60)이 광 감지 장치(2)의 표면에 배치된다. 따라서, 광 감지 장치(2)는 어떤 렌즈 또는 현미경이 없이도 깨끗한 영상들을 포착할 수 있다. 게다가, 2차원 영상들은 어느 스캐닝 메커니즘들이 없이도 포착될 수 있다. 이것은 렌즈, 현미경, 또는 스캐닝 메커니즘에 DNA 식별 장치(100)를 제공하는 것을 불필요하게 한다. DNA 식별 장치(100)의 크기는 그러므로 감소될 수 있다.
게다가, 스팟들(60)은 광 감지 장치(2)의 표면에 배치된다. 상보적 스팟들(60)로부터 방출된 형광은 결과적으로 약해지지 않고 광 감지 장치(2)의 대응하는 포토 센서 소자들(20)에 투사된다. 그러므로, 광 감지 장치(2)는 너무 민감할 필요가 없다.
본 발명은 위의 실시예에 국한되지는 않는다. 다양한 개선들이 이루어질 수 있고 디자인이 본 발명의 요지와 범위로부터 분리되지 않고 변경될 수 있다.
예를 들면, 위의 실시예에서, 탐침 전극들(35)은 각각 3개의 인접한 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트들로 나누어진다. 그러나, 탐침 전극들(35)은 각각 하나, 둘, 또는 4 개 또는 그 이상의 탐침 전극들(35)로 구성된 전극 세트들로 나누어질 수 있다. 게다가, 탐침 전극들(35)의 수는 전극 세트들과 함께 변화할 수 있다. 더욱이, 위의 실시예에서, 하나의 탐침 전극(35)은 포토 센서 소자들(20)의 각 수직의 행을 위해 제공된다. 그러나, 하나의 탐침 전극(35)은 포토 센서 소자들(20)의 모든 둘 또는 그 이상의 수직의 행들을 위해 제공될 수 있다. 게다가, 위의 실시예에서, 하나의 포토 센서 소자(20)는 각 스팟(60)에 대응한다. 그러나, 하나의 스팟(60)은 2 개 또는 그 이상의 인접한 포토 센서 소자들(20)에 대응할 수 있다. 각 경우에, 동일한 행에 배치된 스팟들(60)은 탐침 DNA 절편(61)에서 거의 동일한 수의 염기들을 갖고, 탐침 DNA 절편(61)의 염기 서열은 스팟들(60)과 함께 변화한다.
단계 (S4)에서, 제 8 행의 탐침 전극(35)만이 다른 탐침 전극들(35)의 그것들보다 더 높은 전위를 갖도록 설정된다. 그러나, 본 발명은 이러한 면에만 제한되지는 않는다. 동일한 전극 세트 즉, 제 7 내지 제 9 행들의 탐침 전극들(35)은 다른 탐침 전극들(35)의 그것들보다 더 높은 전위를 갖도록 설정될 수 있다. 단계 (S9)에서, 제 5 행의 탐침 전극(35)만이 다른 탐침 전극들(35)의 그것들보다 더 높은 전위를 갖도록 설정된다. 그러나, 본 발명은 이러한 면에 국한되지는 않는다. 동일한 전극 세트 즉, 제 4 내지 제 6 행들의 탐침 전극들(35)은 다른 탐침 전극들(35)의 그것들보다 더 높은 전위를 갖도록 설정될 수 있다. 단계 (S14)에서 제 2 행의 탐침 전극(35)만이 다른 탐침 전극들(35)의 그것들보다 더 높은 전위를 갖도록 설정된다. 그러나, 본 발명은 이러한 면에 국한되지는 않는다. 동일한 전극 세트 즉, 제 1 행 내지 제 3 행들의 탐침 전극들(35)은 다른 탐침 전극들(35)의 그것들보다 더 높은 전위를 갖도록 설정될 수 있다.
위의 실시예에서, 더 작은 수의 염기들을 가진 단일 가닥 샘플 DNA 절편들은 전기적으로 이동하고 탐침 전극(35)의 위에 위치한 더 작은 수의 염기들을 가진 탐침 DNA 절편(61)이 제공된 전기이동 도체(82)의 부분에 위치하며, 더 많은 수의 염기들을 가진 단일 가닥 샘플 DNA 절편들은 전기적으로 이동하고 탐침 전극(35)의 위에 위치한 더 많은 수의 염기들을 가진 탐침 DNA 절편(61)이 제공된 전기이동 도체(82)의 부분에 위치한다. 그러나, 복수 종류의 샘플 DNA 절편들이 그들의 초기 상태로 주입되는 위치 그리고 탐침 전극들(35)의 위치는 다음의 프로세스를 수행하도록 조절될 수 있다. 더 많은 수의 염기들을 가진 단일 가닥 샘플 DNA 절편은 전기적으로 이동하고 탐침 전극(35)의 위에 위치한 더 많은 수의 염기들을 가진 탐침 DNA 절편(61)이 제공된 전기이동 도체(82)의 부분에 위치하며, 더 작은 수의 염기들을 가진 단일 가닥 샘플 DNA 절편들은 전기적으로 이동하고 탐침 전극(35)의 위에 위치한 더 작은 수의 염기들을 가진 탐침 DNA 절편(61)이 제공된 전기이동 도체(82)의 부분에 위치한다. 이 경우에, 단계 (S3)에서 (S5)가 다른 점에서 수행될 때 단계 (S13)에서 (S15)가 수행되는 동안 단계 (S13)에서 (S15)가 다른 점에서 수행될 때 단계 (S3)에서 (S5)가 수행되도록 그리고 단계 (S16)에서 (S18)이 다른 점에서 수행될 때 단계 (S22)에서 (S24)가 수행되는 동안 단계 (S22)에서 (S24)가 다른 점에서 수행될 때 단계 (S16)에서 (S18)이 수행되도록 설정들이 이루어진다. 다른 대안으로, 샘플 DNA 절편들은 대응하는 샘플 DNA 절편들에서처럼 거의 동일한 수의 염기들을 가진 탐침 DNA 절편들(61)이 제공되는 각 탐침 전극들(35)의 위에 위치한 전기이동 도체(82)의 각 부분들로 거의 동시에 이동될 수 있다. 이 경우에, 제어기(78)는 결과적으로 단계 (S3), (S8), 그리고 (S13) 서로 간, 단계 (S3), (S8), 그리고 (S13) 서로 간, 그리고 단계 (S3), (S8), 그리고 (S13) 서로 간을 동시에 일어나게 할 수 있다.
위의 실시예에서, 포토 센서 소자들(20)을 사용한 광 감지 장치(2)는 화소를 위한 광전자 변환 소자의 예로써 설명되었다. 광전자 변환 소자는 포토 다이오드들을 사용한 광 감지 장치(영상 포착 장치)일 수 있다. 포토 다이오드들을 사용한 광 감지 장치들은 잡종교배를 위해 요구되는 온도가 작동되는 온도 범위 이내로 제공되는 더블 게이트 트랜지스터들 이외의 CCD 영상 센서들 그리고 CMOS 영상 센서들을 포함할 수 있다.
CCD 영상 센서는 n×m 매트릭스의 기판에 배치된 포토 다이오드들을 포함한다. 수직의 CCD 그리고 수평의 CCD들은 포토 다이오드에 의해 광전자적으로 변환된 전기적 신호들을 전송하기 위해 각 포토 다이오드 주위에 형성된다. CMOS 영상 센서는 n×m 매트릭스의 기판에 배치된 포토 다이오드들을 포함한다. 화소 회로는 포토 다이오드에 의해 광전자적으로 변환된 전기적 신호들을 증폭하기 위해 각 포토 다이오드 주위에 제공된다.
위의 실시예에서, DNA 분석 장치(100)가 구동된 이후 그리고 단계 (S25)가 시작되기 이전에, 온도 제어 회로(80)는 95℃ 또는 더 높은 온도에서 전기이동 도체(82)를 유지하기 위해 온도 조절 소자들(72)을 구동한다. 그러나, 온도 조절 소자들(72)은 아래의 (a) 내지 (d)에 설명된 바와 같이 제어될 수 있다.
(a) 위의 단계 (S3)에서 "Yes"의 경우, 위의 단계 (S4)로부터 위의 단계 (S16)이 시작되기까지, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 온도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 제 8 행의 온도 조절 소자(72)를 구동한다. 그러므로, 제 8 행의 온도 조절 소자(72)는 약 45℃로 제 8 행의 스팟(60)을 국부적으로 냉각 하기 위해 제 8 행의 탐침 전극(35)을 냉각하기 위해 열을 흡수한다. 이것은 제 8 행의 스팟(60)의 탐침 DNA 절편들(61)이 잡종교배되는 것을 가능하게 한다. 게다가, 위의 단계 (S3)의 "Yes"의 경우, 위의 단계 (S19)로부터 위의 단계 (S27)이 시작되기까지, 제어기(78)로부터의 지시에 따라, 온도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 제 7 내지 제 9 행의 온도 조절 소자들(72)을 구동한다.
(b) 위의 단계 (S8)에서 "Yes"의 경우, 위의 단계 (S9)로부터 위의 단계 (S19)가 시작되기까지, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 온도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 제 5 행의 온도 조절 소자(72)를 구동한다. 그러므로, 제 5 행의 온도 조절 소자(72)는 약 45℃로 제 5 행의 스팟(60)을 국부적으로 냉각하기 위해 제 5 행의 탐침 전극(35)을 냉각하기 위해 열을 흡수한다. 이것은 제 5 행의 스팟(60)의 탐침 DNA 절편들(61)이 잡종교배되는 것을 가능하게 한다. 게다가, 위의 단계 (S3)의 "Yes"의 경우, 위의 단계 (S22)로부터 위의 단계 (S27)이 시작되기까지, 제어기(78)로부터의 지시에 따라, 온도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 제 4 내지 제 6 행의 온도 조절 소자들(72)을 구동한다.
(c) 위의 단계 (S13)에서 "Yes"의 경우, 위의 단계 (S14)로부터 위의 단계 (S22)가 시작되기까지, 제어기(78)로부터의 지시에 따라서, 온도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 제 2 행의 온도 조절 소자(72)를 구동한다. 그러므로, 제 2 행의 온도 조절 소자(72)는 약 45℃로 제 5 행의 스팟(60)을 국부적으로 냉각하기 위해 제 2 행의 탐침 전극(35)을 냉각하기 위해 열을 흡수한다. 이것은 제 2 행의 스팟(60)의 탐침 DNA 절편들(61)이 잡종교배되는 것을 가능하게 한다. 게다 가, 위의 단계 (S13)의 "Yes"의 경우, 위의 단계 (S25)로부터 위의 단계 (S27)이 시작되기까지, 제어기(78)로부터의 지시에 따라, 온도 제어 회로(80)는 냉각 작동을 수행하기 위해 제 1 행 내지 제 3 행의 온도 조절 소자들(72)을 구동한다.
(d) (a) 내지 (c)까지의 냉각 작동을 받지 않는 온도 조절 소자들(72)은 가열 작동을 수행하기 위해 온도 제어 회로(70)에 의해 구동된다.
본 발명에 따라서, 온도 조절 소자들은 탐침 전극들을 통해 복수 스팟들의 온도들을 조절한다. 그러므로, 잡종교배가 일어나는 스팟들의 부근들은 국부적으로 효과적으로 냉각될 수 있다.
본 발명의 목적은 전기이동하는 동안에도 효과적으로 샘플 DNA 절편들을 잡종교배하는 것이다. 각 샘플 DNA 절편은 염기의 수와 거의 동일한 대응하는 탐침 DNA 절편으로 이동한다. 그러므로, 샘플 DNA 절편은 동일한 수의 염기들을 가진 상보적 탐침 DNA 절편에만 잡종교배될 수 있다. 그러므로, 다른 염기의 개수 때문에 다른 전기이동 속도를 가진 각 복수개의 샘플 DNA 절편들의 염기 서열을 효과적으로 분석하는 것이 가능하다. 온도 조절 회로는 온도 조절 소자들의 가열 작동을 종결한다. 따라서, 전기이동 도체의 온도는 각 샘플 DNA 절편이 같은 수의 염기를 가진 상보적인 탐침 DNA에 쉽게 잡종교배 되도록 감소한다. 본 분석 방법에 따라, 탐침 DNA 절편들과 둘러싼 전기이동 도체의 온도들은 필요에 따라 탐침 전극들을 통해 조절될 수 있다. 이것은 임의의 것들보다 탐침 DNA 절편들에 가깝게 위치한 샘플 DNA 절편들이 변성된 채로 남아있는 것을 허락하는 동안 임의의 탐침 DNA 절편 들이 선택적으로 잡종교배 되는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 신속한 전기이동이 수행될 수 있다. 각 샘플 DNA 절편은 동일하거나 비슷한 수의 염기들을 가진 상보적인 탐침 DNA 절편으로 이동한다. 상보적인 탐침 DNA 절편에서처럼 동일한 수의 절편들을 가진 샘플 DNA 절편을 쉽게 추출하는 것이 가능하다. 따라서, 상보적인 샘플 그리고 탐침 DNA 절편들이 서로 신속하게 잡종교배될 수 있다. 이것은 다른 수의 염기들을 가진 각 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 기본적 서열을 신속하게 분석하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 광 감지 장치의 사용은 다른 수의 염기들을 가진 복수 종류의 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들의 거의 동시적인 분석을 가능하게 한다. 샘플 DNA 절편들이 상보적 탐침 DNA 절편들의 스팟들에서만 분포된다. 게다가, 드라이버 회로는 샘플 DNA 절편들의 분포를 결정하기 위해 광 감지 장치가 형광 농도의 분포를 탐지할 수 있도록 광 감지 장치를 구동한다. 결과적으로, 샘플 DNA 절편들의 염기 서열들이 결정될 수 있다. 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전기장 효과하에, 샘플 DNA 절편들이 전기적으로 이동할 때, 그들의 속도는 샘플 DNA 절편들에서 염기의 수가 지속적으로 증가하는 그들의 유체 저항에 의해 감소된다. 그러므로, 염기의 수에 따라 제 1 및 제 2 전극과 탐침 절편들 사이에서 인가되는 전압들을 배열함으로써, 대응하는 탐침 DNA 절편에서와 같이 거의 동일한 수의 염기를 갖는 샘플 DNA 절편을 즉각 추출하는 것이 가능하다.

Claims (35)

  1. DNA 분석 장치로서, 상기 DNA 분석 장치는:
    전기이동 도체를 포함하는 욕로;
    상기 욕로에 배치된 복수개의 탐침 전극들;
    알려진 염기 서열들을 갖는 탐침 DNA 절편들을 각자 포함하고 상기 각 탐침 전극들에 배치된 복수개의 스팟들;
    상기 대응하는 탐침 전극들을 통하여 상기 복수개의 스팟들의 온도들을 조절하는 복수개의 온도 조절 소자들; 및
    상기 욕로의 폭 방향으로 서로 반대로 상기 욕로 내부에 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극으로 구성되며,
    상기 복수개의 탐침 전극들은 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 조절 소자들은 상기 복수개의 탐침 전극들 중의 일부를 통하여 선택적으로 상기 복수개의 스팟들의 일부의 상기 온도들을 조절하기 위해 상기 각 탐침 전극들과 반대로 있는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 탐침 전극들은 각각 하나의 탐침 전극 또는 수 개의 인접 탐침 전극들로 구성된 복수 세트의 전극들로 나누어지고,
    상기 복수 세트들의 전극들의 소정의 것들에 배치된 상기 스팟들은 하나의 탐침 DNA 절편에 상기 탐침 DNA 절편들과 상기 동일한 수의 염기들의 다른 염기 서열들을 갖거나, 이들 스팟들을 위한 하나의 탐침 DNA 절편의 상기 염기들의 수는 상기 소정의 것이외의 상기 탐침 절편들에 배치된 상기 스팟들을 위한 그것들보다 서로 유사하며,
    상기 제 2 전극 측면에 위치한 각각의 상기 탐침 DNA 절편들은 상기 제 1 전극 측면에 위치한 각각의 상기 탐침 절편들보다 더 작은 수의 염기들을 갖는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 소정의 시간 동안 전압을 인가하는 상기 전압 인가 단계를 상기 전극들의 세트들의 수와 동일하게 수회 반복하여 상기 제 2 전극의 상기 전위가 상기 제 1 전극의 전위보다 더 높도록 하는 전압 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로가 상기 전압 인가 단계를 반복하는 동안 상기 온도 조절 소자들이 가열 작동을 수행하도록 하고 상기 전압 제어 회로가 상기 전압 인가 단계를 반복하는 것을 멈출 때 상기 온도 조절 소자들이 가열 작동을 멈추도록 하는 온도 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로는, 각 전압 인가 단계 이후에, 제 2 전극에 가장 가까운 것부터 시작하여 제 2 전극에 더 가까운 상기 복수개의 전극 세트들 중의 하나를 연속적으로 선택하고, 전압을 인가하여 상기 선택된 전극 세트의 상기 하나 또는 그 이상의 탐침 전극들의 전위들이 제 1 및 제 2 전극들 중 적어도 하나의 상기 전위보다 더 높도록 하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로는 전압을 인가하여 모든 전극 세트들이 선택된 이후에 제 1 및 제 2 전극들 중 적어도 하나의 상기 전위가 상기 복수개의 탐침 전극들의 상기 전위들보다 더 높은 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 탐침 전극들에 배치된 상기 복수개의 스팟들에 관련하여 제공된 복수개의 포토 센서 소자들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  10. DNA 분석 장치로서, 상기 DNA 분석 장치는:
    전기이동 도체를 포함하는 욕로;
    상기 욕로의 폭 방향으로 서로 반대로 상기 욕로에 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극;
    상기 욕로의 상기 폭 방향에서 관찰되었을 때 제 1 및 제 2 전극들의 그것들과 다른 높이로 상기 욕로에 위치하고 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위 치하는 광 감지 장치;
    상기 광 감지 장치의 표면 부위 그리고 상기 욕로의 상기 폭 방향에 배치된 복수개의 탐침 전극들; 및
    알려진 염기 서열들을 갖는 탐침 DNA 절편들을 각각 포함하고 상기 각 탐침 전극들에 배치된 복수개의 스팟들,
    각각 하나의 탐침 또는 수 개의 인접 탐침 전극들로 구성된 복수 세트들의 전극들로 나누어지는 상기 복수개의 탐침 전극들, 및
    상기 제 1 전극 측면에 위치한 각각의 상기 탐침 DNA 절편들보다 더 작은 수의 염기들을 갖는 상기 제 2 전극 측면에 위치한 각 탐침 DNA 절편들로 구성되는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 광 감지 장치는 n×m (m 과 n은 모두 2 이상의 정수들) 매트릭스에 배치된 복수개의 화소들을 갖는 평면 타입인 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 스팟들의 각각은 상기 광 감지 장치의 각 화소를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 욕로의 전기이동 도체를 자외선으로 투사하기 위해 상기 욕로의 상부에 위치한 자외선 투사장치를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  14. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 욕로를 교반하는 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  15. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 탐침 전극들은 투명하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  16. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 탐침 전극들과 상기 광 감지 장치의 표면 사이에 제공된 자외선 차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  17. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 감지 장치는 상기 복수개의 탐침 전극들과 상기 복수개의 스팟들과 함께 집적하여 상기 욕로에 제거 가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  18. 제 10 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 탐침 전극들, 상기 제 1 전극, 그리고 상기 제 2 전극에 인가된 전압들을 제어하는 전압 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로는 소정의 시간 동안 전압들을 인가하는 전압 인가 단계를 반복하여 상기 제 2 전극의 상기 전위가 상기 제 1 전극의 상기 전위보다 더 높은 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로는, 각 전압 인가 단계 이후에, 상기 제 2 전극에 가장 가까운 것에서 시작하여 상기 제 2 전극에 더 가까운 상기 복수개의 전극 세트들 중의 하나를 연속적으로 선택하고, 전압을 인가하여 상기 선택된 전극 세트의 하나 또는 그 이상의 탐침 전극들의 상기 전위들이 상기 제 1 및 제 2 전극들의 상기 전위들보다 더 높거나 상기 제 1 및 제 2 전극들의 상기 더 높은 전위들과 동일한 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로는 전압들을 인가하여 모든 상기 전극 세트들이 선택된 이후, 상기 제 1 및 제 2 전극들 중의 적어도 어느 하나의 상기 전위가 상기 복수개의 탐침 전극들의 상기 전위보다 더 높은 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로가 전압을 인가한 이후에 상기 광 감지 장치를 구동하여 상기 제 1 및 제 2 전극들 중의 적어도 하나의 상기 전위가 상기 복수개의 탐침 전극들의 상기 전위들보다 더 높도록 하는 구동 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  23. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 하나의 스팟 내부의 상기 복수개의 탐침 DNA 절편들은 상기 염기 서열과 정확히 동일하고 상기 염기들의 수와 정확히 동일한 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  24. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수 세트들의 전극들 중의 소정의 것들에 배치된 상기 복수개의 스팟들은 하나의 탐침 DNA 절편에 상기 동일한 수의 염기들을 갖거나, 이들 스팟들을 위한 하나의 탐침 DNA 절편의 염기들의 상기 수들은 상기 소정의 것이외의 탐침 전극들에 배치된 상기 스팟들을 위한 그것들보다 서로 간에 더 유사한 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  25. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 동일한 전극 세트에 배치된 각 스팟은 상기 다른 것과 상이한 염기 서열의 상기 탐침 DNA 절편들을 갖는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  26. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 스팟들을 위해서 상기 탐침 DNA 절편의 상기 염기의 수는 상기 전극 세트가 상기 제 2 전극에 가까와질 수록 감소하는 것을 특징으로 하는 DNA 분석 장치.
  27. DNA 센서로서, 상기 DNA 센서는:
    전면에 배치된 전기이동 도체를 갖는 광 감지 장치;
    복수개의 행들의 상기 광 감지 장치의 상기 전면에 배치된 복수개의 탐침 전극들; 및
    각각 알려진 염기 서열들을 갖는 탐침 DNA 절편들을 포함하고 상기 각 전극들에 배치된 복수개의 스팟들로 구성되고,
    상기 복수개의 탐침 전극들은 각각 하나의 탐침 전극 또는 수 개의 인접한 탐침 전극들로 구성된 복수 세트들의 전극들로 나누어지고, 그리고
    동일한 전극 세트에 배치된 상기 복수개의 스팟들의 그것들은 상이한 탐침 DNA 절편들의 염기 서열들을 갖고 그리고 하나의 탐침 DNA 절편에 상기 동일한 수의 염기들 또는 이들 스팟들을 위한 하나의 탐침 DNA 절편내의 상기 염기들의 갯수들은 소정의 것들을 제외한 상기 탐침 전극들에 배치된 상기 스팟들을 위한 그것들 보다 상호 더 유사하고, 상기 전극 세트가 상기 제 2 전극에 더 가까와짐에 따라 상기 복수개의 스팟들내의 상기 탐침 DNA 절편의 상기 염기의 갯수가 감소하는 것을 특징으로 하는 DNA 센서.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 광 감지 장치는 n×m (m 과 n은 2 이상의 정수) 매트릭스에 배치된 복수개의 화소들을 갖고,
    각각의 상기 탐침 전극들은 상기 광 감지 장치의 화소들의 각 행을 위해 구비되는 것을 특징으로 하는 DNA 센서.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 각 스팟들은 상기 광 감지 장치의 각 화소를 위해 구비되는 것을 특징으로 하는 DNA 센서.
  30. 제 27 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 탐침 전극들은 투명하게 형성되는 것을 특징으로 하는 DNA 센서.
  31. 제 27 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서, 자외선을 차단하기 위해 상기 복수개의 탐침 전극들과 상기 광 감지 장치의 표면 사이에 삽입된 자외선 차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 센서.
  32. 전기이동 도체의 샘플 DNA 절편들을 탐침 전극들에 구비된 탐침 DNA 절편들로 유인하기 위해 상기 전기이동 도체를 포함하는 욕로에 구비된 복수개의 상기 탐침 전극들에 전압들을 인가하는 전기이동 단계, 및
    상기 탐침 전극들을 통해 상기 탐침 DNA들의 상기 온도들을 조절하고 상기 전기이동 도체를 감싸는 온도 조절 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  33. 이동이 더 많은 수의 염기들을 가진 복수개의 샘플 DNA 절편들의 그것들을 더 많은 수의 염기들을 가진 복수 종류의 탐침 DNA 절편들을 포함하는 각 스팟들로 구비된 제 1 전극 측면의 탐침 전극들의 부근으로 움직이는 동안, 상기 샘플 DNA 절편들이 더 작은 수의 염기들을 가진 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전기이동 도체에 제공된 복수개의 샘플 DNA 절편들의 그것들을 더 작은 수의 염기들을 가진 복수 종류의 탐침 DNA 절편들을 포함하는 각 스팟들에 제공된 상기 제 2 전극 측면의 탐침 전극들의 부근으로 이동하기 위해 전기이동 도체를 포함하는 상기 욕로에 서로 반대로 배치된 제 1 전극과 제 2 전극에 전압들을 인가하는 샘플 DNA 절편 분산 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극들의 상기 전위들보다 더 높거나 상기 제 1 및 제 2 전극들의 상기 전위들의 상기 더 높은 것과 동일한 전압을 인가함으로써 상기 샘플 DNA 절편들을 상기 대응하는 탐침 DNA 절편들로 움직이는 이동 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 탐침 전극들의 각각의 상기 스팟들에 제공된 상기 탐침 DNA 절편에 잡종교배된 샘플 DNA 절편에 제공된 형광 물질로부터 형광을 감지하기 위해 복수개의 광 감지 소자들을 허용하는 감지 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
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