KR100901485B1 - 축산물의 디엔에이 추출 장치 및 이를 이용한 디엔에이추출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 축산물의 DNA 추출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 축산물 시료의 채취에서부터 순수한 DNA 를 추출해내기까지의 전 과정을 자동적으로 처리하는 DNA 를 추출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

축산물의 시료를 채취하는 시료 채취부, 상기 시료로부터 DNA 용액을 추출해내기 위한 용액들과 원심분리기를 포함하는 버퍼 용해부, 상기 시료로부터 DNA 추출을 수행하는데 필요한 장비들을 포함하는 자동화부를 포함하는 축산물의 DNA 추출 장치에 있어서, 상기 시료 채취부와 버퍼 용해부의 결합 및 상기 결합된 시료 채취부와 버퍼 용해부를 상기 자동화부에 장착시키는 동작을 자동으로 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 시료 채취부는 상기 시료 채취부가 축산물에 삽입되어 시료를 채취하는 동작을 자동으로 제어하는 시료 채취 제어부를 포함하고, 상기 버퍼 용해부는 DNA 용액을 추출해내기 위한 상기 원심분리기의 원심분리 동작을 자동으로 제어하는 버퍼 용해 제어부를 포함하고, 상기 자동화부는 상기 시료로부터 DNA 추출을 수행하는데 필요한 내부 장비들의 모든 동작을 자동으로 제어하는 자동화 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축산물의 DNA 추출 장치가 제공된다.

이에 따르면, 축산물의 DNA 를 검출해내는 기술에 있어서, 축산물 시료의 채취에서부터 순수한 DNA 를 추출해내기까지의 전 과정이 자동화되어 처리되므로, 전문가가 아니더라도 용이하게 축산물의 DNA 를 추출하여 원산지를 추적해낼 수 있다.

DNA, 추출, 자동화, 분해 버퍼, 원심 분리, 결합 버퍼, 추출 버퍼

Description

축산물의 디엔에이 추출 장치 및 이를 이용한 디엔에이 추출 방법 {APPARATUS FOR EXTRACTING DNA FROM LIVESTOCK AND EXTRACTING METHOD USING THEREOF}

본 발명은, 축산물의 DNA 추출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 축산물 시료의 채취에서부터 순수한 DNA 를 추출해내기까지의 전 과정을 자동적으로 처리하는 DNA 를 추출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 한국과 미국간 FTA 체결로 인해 많은 수입육이 국내에 유입될 것으로 예상되며, 이에 따라 국내의 한우 판매자와 소비자의 보호를 위해 한우육과 수입육의 정확하고 빠른 구분에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 광우병, 구제역 등의 악성 질병이 사람이나 다른 지역의 가축, 동물 등으로 전파되는 것을 사전에 차단하기 위한 필요에 의해서도 축산물의 원산지를 추적하는 기술에 대한 요구가 대두되고 있다.

이러한 필요에 의해, DNA 검사를 통한 한유육과 수입육의 구분 기술, 즉, 축산물의 DNA 를 추출하고 이를 분석하여 원산지를 구분해 내는 기술이 개발되어지고 있으며, 이에 따라 DNA 를 쉬운 방법으로 추출하고자 하는 노력이 행해지고 있다.

도 1 은, 소고기의 DNA 를 추출해내는 통상적인 방법을 설명한다. 먼저, 도 1 의 (1) 및 (2) 에 도시되는 바와 같이, 소고기로부터 시료를 채취해내어 분해 버퍼 용액에 넣고, 이를 중탕으로 가열한다. 이 때, 60℃ 에서 30 분 정도 가열해주는 것이 바람직하다. 다음으로, 가열한 버퍼 용액에 페놀-클로로포름을 첨가하고, 원심분리기를 이용하여 DNA 층을 단백질 층과 분리해낸다 (도 1 의 (3) 및 (4)). 그 후, 상층에 떠있는 DNA 층을 덜어내어 도 1 의 (5) 에 도시되는 바와 같이, 결합 용액을 가하고, 이를 잘 섞은 후, 도 1 의 (6) 에 도시되는 바와 같이, 필터에 통과시킨다. 이러한 과정을 거치면, 필터에는 DNA 가 붙게 된다. 필터에 붙어 있는 DNA 를 추출해 내기 위해, 도 1 의 (7) 및 (8) 에 도시되는 바와 같이, 필터에 용리 (elution) 용액을 통과시켜 용리 용액과 함께 DNA 를 수거해 낸다.

이러한 방법으로, 축산물의 DNA 를 추출해 낼 수는 있으나, 이는 시료의 처리 및 정제 등에 있어서 정교한 실험적 과정을 거쳐야 하는 바, 전문적인 지식과 기술을 갖고 있는 사람이 아니면 수행하기 힘든 방법이다. 또한, 상기와 같은 방법을 행하기 위해서는, 여러 조건이 잘 갖추어진 실험적 환경과 충분한 시간이 제공되어야 하는 데, 축산물의 원산지를 추적해 내고자 할 때마다 이러한 환경을 갖춰 DNA 추출해 내야하는 번거로움이 있다.

이러한 문제로 인해, DNA 를 추출해내는 과정을 자동화하고자하는 노력이 행해지고 있다.

인비트로겐 사 (Invitrogen co.) 에서 개발한 아이프랩 정제 장치 (iPrep Purification Instrument) 는 추출된 DNA 를 정제해 주는 기구이다. 이는, 주변의 pH 에 따라 전하를 교환할 수 있고, 이온화 가능한 핵산 결합 리간드를 이용하는 방식으로서, DNA 와 단백질 등의 혼합물에 DNA 를 흡착할 수 있는 비드를 첨가하여 DNA-비드 중합체가 생성될 수 있도록 한 후, 이를 건져내어 순수한 DNA 를 얻어내는 방식으로 DNA 를 정제해내는 기술이다. 그러나, 이러한 아이프랩 정제 장치는 이미 추출된 DNA 를 정제해주기만 할 뿐이므로, 이 장비를 사용하기 전에 DNA 를 미리 추출하여 전처리 과정을 거쳐야 하며 전문가가 아니면 사용이 어렵다는 문제가 있다.

한편, Qiagen 사 (Qiagen co.) 에서 개발한 바이오 로봇 EZ1 (BioRobot EZ1) 은 인간의 타액 (혈액, 침, 정액 등) 으로부터 DNA 를 추출하는 기구이며, 법의학 분야 등에서 사용 가능하다. 그러나, 이 기구는 샘플이나 용액의 주입이 매우 어려워 전문가가 아니면 사용하기 어렵고, 혈액, 침, 정액 등과 같은 인간의 타액만을 대상으로 사용할 수 있다는 점에서 한계가 있다.

또한, Qiagen 사의 다른 제품인 Tissue lyser 와 Tissue ruptor 는 세포 조직을 용해시켜 DNA 를 용출해내거나 세포 조직을 채취하는 기구이다.

그러나, Tissue lyser 를 이용하여 세포 조직을 채취하기 위해서는 샘플을 따로 채취하여 기기에 삽입해주어야만 하고, 샘플을 분해시키는 기능은 가지고 있지만, DNA 를 따로 걸러내거나 정제하는 기능은 갖추고 있지 않아, 완전한 자동화 기기라고 할 수 없으며, 이 기구를 이용하기 위해서는, 샘플을 채취하거나 DNA 를 따로 정제해야 하는 등의 전문적 기술이 요구되는 과정이 별도로 필요한 바, 전문가가 아니면 사용하기 어렵다는 문제가 있다.

한편, Tissue ruptor 는 조직 샘플을 채취해주기는 기능만을 갖추고 있어, DNA 를 추출해내기 위해서 필요한 그 이후의 과정은 모두 전술한 실험적 방법을 이용하여야만 하는 바, 이 또한 전문가가 아니면 사용이 불가능하다고 볼 수 있다.

따라서, DNA 를 추출해내는 기술을 자동화하려는 노력은 행해지고 있으나, 현재의 기술들은 모두 DNA 추출과정에 있어서 시료를 분쇄하거나 혹은 DNA 를 정제하는 등의 일부 과정만을 자동화시켜줄 뿐이며, 전술한 Qiagen 사의 BioRobot EZ1 의 경우에는 축산물의 DNA 추출에 적용시키기 어려운 문제가 있는 바, 실질적인 DNA 추출의 자동화가 이루어졌다고는 볼 수 없으며, 전문가가 아니면 상기 기기들이 제공하는 기능 외의 별도의 과정을 수행하여 DNA 를 추출하는 것이 어렵다는 문제가 존재한다.

그러므로, 축산물, 특히, 소고기의 DNA 를 추출해내는 전 과정이 자동화되어, 전문가가 아니더라도 축산물의 DNA 를 용이하고 빠르게 추출해낼 수 있도록 해주는 장치에 대한 개발이 요구된다.

본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 축산물의 DNA 를 검출해내는 기술에 있어서, 축산물 시료의 채취에서부터 순수한 DNA 를 추출해내기까지의 전 과정이 자동화되어 처리되어, 전문가가 아니더라도 용이하게 축산물의 DNA 를 추출하여 원산지를 추적해낼 수 있게 하는, 축산물의 DNA 추출 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 축산물의 DNA 추출 장치는, 축산물에 삽입되어 DNA 추출을 위한 시료를 채취하는 시료 채취부; 상기 시료 채취부와 결합하고, 상기 시료로부터 DNA 용액을 추출하기 위한 용액들 및 원심분리기를 포함하는 버퍼 용해부; 상기 시료 채취부 및 버퍼 용해부가 장착되며, 상기 시료로부터 DNA 추출을 수행하는데 필요한 장비들을 포함하는 자동화부; 및 상기 시료 채취부, 버퍼 용해부 및 자동화부의 동작을 자동으로 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 시료 채취부는,시료를 채취하기 위해 축산물에 삽입되는 드릴부; 및 상기 드릴부가 축산물에 삽입되는 동작을 자동으로 제어하는 시료 채취 제어부를 포함한다.

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상기 버퍼 용해부는, 상기 시료를 용해하여 DNA 를 용출시키기 위한 분해 버퍼 용액; 막을 사이에 두고 상기 분해 버퍼 용액과 경계지어져 그 하부에 위치되고, 상기 시료로부터 용출된 DNA 용액을 제외한 단백질을 침전시켜 DNA 용액을 분리해내기 위한 페놀-클로로포름 용액; 또 다른 막을 사이에 두고 상기 페놀-클로로포름 용액과 경계지어져 그 하부에 위치되고, 원심 분리를 통하여 상기 DNA 용액 및 다른 용액의 혼합물로부터 DNA 용액만을 분리해내기 위한 원심분리기; 및 상기 원심분리기의 원심분리 동작을 자동으로 제어하는 버퍼 용액 제어부를 포함한다.

상기 원심분리기는 FTMC (flow-through micro centrifuge) 이다.

상기 자동화부는, 상기 시료 채취부와 결합되고, 이를 상하 운동 및 회전 운동시켜 상기 버퍼 용해부로의 삽입을 돕고, 버퍼 용해부에 포함되는 용액들과의 혼합을 돕는 회전부; 상기 버퍼 용해부의 분해 버퍼 용액에 상기 시료 채취부의 시료가 삽입되었을 때, 상기 분해 버퍼 용액을 가열시키는 히터부; 상기 히터부의 하부에 구비되고, 상기 버퍼 용해부에서 분리된 DNA 용액이 수거되며, DNA 를 걸러내기 위한 필터 및 상기 DNA 용액 중에 포함되는 DNA 를 필터에 부착시키는 작용을 하는 결합 버퍼를 포함하는 튜브; 상기 튜브를 자동적으로 이동시키는 이동부; 상기 이동부에 의한 튜브의 이동 경로에 위치하며, 상기 튜브에 압력을 가하여 상기 결합 버퍼 및 DNA 용액 밀어냄으로써 필터를 통과시키고, DNA 가 상기 필터에 부착될 수 있도록 하는 압력부; 상기 이동부에 의한 튜브의 이동 경로에 있어서, 압력부의 다음에 위치하며, 상기 필터에 부착된 DNA 를 필터로부터 분리해내는 추출 버퍼를 제공하는 추출부; 및 상기 회전부, 히터부, 이동부, 압력부, 추출부의 모든 동작을 자동으로 제어하는 자동화 제어부를 포함한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 축산물의 DNA 추출 장치는, 축산물의 시료를 채취하는 시료 채취부, 상기 시료로부터 DNA 용액을 추출해내기 위한 용액들과 원심분리기를 포함하는 버퍼 용해부, 상기 시료로부터 DNA 추출을 수행하는데 필요한 장비들을 포함하는 자동화부를 포함하는 축산물의 DNA 추출 장치에 있어서, 상기 시료 채취부와 버퍼 용해부의 결합 및 상기 결합된 시료 채취부와 버퍼 용해부를 상기 자동화부에 장착시키는 동작을 자동으로 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 시료 채취부는, 상기 시료 채취부가 축산물에 삽입되어 시료를 채취하는 동작을 자동으로 제어하는 시료 채취 제어부를 포함하고, 상기 버퍼 용해부는, DNA 용액을 추출해내기 위한 상기 원심분리기의 원심분리 동작을 자동으로 제어하는 버퍼 용액 제어부를 포함하고, 상기 자동화부는, 상기 시료로부터 DNA 추출을 수행하는데 필요한 내부 장비들의 모든 동작을 자동으로 제어하는 자동화 제어부를 포함한다.

상기 버퍼 용해부는, 상기 시료를 용해하여 DNA 를 용출시키기 위한 분해 버퍼 용액; 막을 사이에 두고 상기 분해 버퍼 용액과 경계지어져 그 하부에 위치되고, 상기 시료로부터 용출된 DNA 용액을 제외한 단백질을 침전시켜 DNA 용액을 분리해내기 위한 페놀-클로로포름 용액; 및 또 다른 막을 사이에 두고 상기 페놀-클로로포름 용액과 경계지어져 그 하부에 위치되고, 원심 분리를 통하여 상기 DNA 용액 및 다른 용액의 혼합물로부터 DNA 용액만을 분리해내기 위한 원심분리기를 포함한다.

상기 원심분리기는 FTMC (flow-through micro centrifuge) 이다.

상기 자동화부는, 상기 시료 채취부와 결합되고, 이를 상하 운동 및 회전 운동시켜 상기 버퍼 용해부로의 삽입을 돕고, 버퍼 용해부에 포함되는 용액들과의 혼합을 돕는 회전부;상기 버퍼 용해부의 분해 버퍼 용액에 상기 시료 채취부의 시료가 삽입되었을 때, 상기 분해 버퍼 용액을 가열시키는 히터부; 상기 히터부의 하부에 구비되고, 상기 버퍼 용해부에서 분리된 DNA 용액이 수거되며, DNA 를 걸러내기 위한 필터 및 상기 DNA 용액 중에 포함되는 DNA 를 필터에 부착시키는 작용을 하는 결합 버퍼를 포함하는 튜브; 상기 튜브를 자동적으로 이동시키는 이동부; 상기 이동부에 의한 튜브의 이동 경로에 위치하며, 상기 튜브에 압력을 가하여 상기 결합 버퍼 및 DNA 용액 밀어냄으로써 필터를 통과시키고, DNA 가 상기 필터에 부착될 수 있도록 하는 압력부; 및 상기 이동부에 의한 튜브의 이동 경로에 있어서, 압력부의 다음에 위치하며, 상기 필터에 부착된 DNA 를 필터로부터 분리해내는 추출 버퍼를 제공하는 추출부를 포함한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 축산물의 DNA 추출 방법은, 축산물의 시료를 채취하는 시료 채취부, 상기 시료로부터 DNA 용액을 추출해내기 위한 버퍼 용해부, 상기 시료로부터 DNA 추출을 수행하는데 필요한 장비들을 포함하는 자동화부, 및 이들의 모든 동작을 자동으로 제어하는 제어부를 포함하는 축산물의 DNA 추출 장치를 이용한 DNA 추출 방법에 있어서, 자동으로 제어되는 상기 동작은, 상기 시료 채취부를 축산물에 삽입하여 DNA 추출을 위한 시료를 채취하는 단계; 상기 시료를 버퍼 용해부에 포함되는 분해 버퍼 용액에 넣고 이를 가열하여 DNA 를 용출해 내는 단계; 상기 가열된 분해 버퍼 용액에 페놀-플로로크롬 용액을 가하여 DNA 를 제외한 단백질을 침전시키고, 원심분리를 이용하여 DNA 용액만을 분리해내는 단계; 상기 분리된 DNA 용액을 결합 버퍼와 혼합시킨 후 필터를 통과시켜 DNA 가 필터에 부착되도록 하는 단계; 및 상기 DNA 가 부착된 필터에 추출 버퍼를 가하여 DNA 를 떼어내고 순수한 DNA 를 수거해내는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 축산물의 DNA 를 검출해내는 기술에 있어서, 축산물 시료의 채취에서부터 순수한 DNA 를 추출해내기까지의 전 과정이 자동화되어 처리되므로, 전문가가 아니더라도 용이하게 축산물의 DNA 를 추출하여 원산지를 추적해낼 수 있다.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태들을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 축산물의 DNA 추출 장치는 크게 시료 채취부, 버퍼 용해부 및 자동화부로 구분된다. 시료 채취부는 축산물로부터 DNA를 추출해 내기 위한 시료를 채취하고, 버퍼 용해부는 상기 채취된 시료를 용해시키고 DNA를 용출시켜 분리해내며, 상기 시료 채취부와 버퍼 용해부가 결합되는 자동화부는 버퍼 용해부의 용액을 가열시키거나 분리된 DNA를 정제시키는 등의 기능을 한다.

도 2a 는 본 발명의 DNA 추출 장치에 있어서, 시료 채취부의 모식도를 나타낸다. 시료 채취부(20)는 직접 축산물에 삽입되어 시료를 수집하는 드릴부(21), 및 다른 부분과의 연결을 가능하게 해주는 연결부(22)를 포함한다. 도 2a 에 도시되는 바와 같이, 드릴부(21)는 축산물로의 삽입이 용이하도록 끝이 뾰족한 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 드릴부(21)의 회전을 통하여 축산물로의 삽입을 더욱 용이하게 할 수 있도록 나선형 돌기(25)를 더 포함할 수도 있다. 한편, 드릴부(21)에는, 축산물로 삽입되는 동작을 통해 시료를 채취할 수 있도록 하기 위해, 일정량의 시료가 접착하거나 걸릴 수 있도록 하는 돌기 또는 턱이 형성되는 것이 바람직하다.

도 2b 는 시료 채취부(20)의 동작 원리를 설명한다. 도 2b 의 (1) 및 (2) 에 도시되는 바와 같이, 시료 채취부(20)의 상하 운동 또는 회전 운동에 의해 드릴부(21)가 축산물로 삽입된다. 그 후, 도 2b 의 (3) 에 도시되는 바와 같이, 드릴부(21)가 축산물과 분리되면, 드릴부(21)의 나선형 돌기에 일정량의 시료가 걸리게 된다. 이렇게 함으로써 시료 채취부(20)에 의한 시료의 채취가 가능해진다.

버퍼 용해부는 이렇게 하여 채취된 시료를 용해 시키고, DNA를 용출시켜 분리해낸다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 DNA 추출 장치의 버퍼 용해부 구성을 나타내는 모식도이며, 도 3b 는 도 3a의 DNA 추출 장치의 버퍼 용해부의 동작원리를 나타내는 모식도이다.

도 3a 에 도시되는 바와 같이, 버퍼 용해부(30)는 버퍼 용액부(39) 및 FTMC (flow-through micro centrifuge)(33)를 포함한다. 버퍼 용액부(39)는 분해 버퍼(Lysis buffer) 용액부(31) 및 페놀-클로로포름(phenol-chloroform) 용액부(32)를 포함한다. 분해 버퍼 용액부(31)에는 분해 버퍼용액이 들어 있으며, 페놀-클로로포름 용액부(32)에는 페놀-클로로포름 용액이 들어 있다. 한편, 버퍼 용액부(39)에서 분해 버퍼 용액 및 페놀-클로로포름 용액이 혼합되거나, 이들 용액들이 버퍼 용해부(30)의 윗부분으로 흐르거나 또는 FTMC(33)로 흘러들어가는 것을 방지하기 위해, 버퍼 용해부(30)의 상부, 분해 버퍼 용액부(31)와 페놀-클로로포름 용액부(32)의 경계, 및 페놀-클로로포름 용액부(32)의 하부에는 얇은 막(34)이 구비된다. 후술하는 바와 같이, 차후에 이 막(34)은 시료 채취부(20)의 드릴에 의해 뚫리게 되므로, 용액이 새는 것을 방지할 수는 있으나 드릴에 의해서는 뚫릴 수 있는 물질로 제작되는 것이 바람직하다.

분해 버퍼 용액부(31)의 분해 버퍼 용액은 시료 채취부(20)에 의해 채취된 시료를 용해하여 DNA 를 용출시키는 역할을 수행한다. 이 부분은 후술하는 바와 같이, 차후 자동화부에 장착되어 히터부에 의해 가열되게 된다.

한편, 시료의 대부분은 단백질로 구성되어 있기 때문에, DNA를 추출해내기 위해서는 단백질을 분리해 내야 하는데, 페놀-클로로포름 용액부(32)의 페놀-클로로포름 용액이 DNA를 제외한 단백질을 침전시켜 이를 분리해내는 역할을 수행한다.

FTMC(33) 는 원심 분리기의 일종이며, 본 발명에서는 FTMC(33)로서 시판의 FTMC를 사용한다. 일반적인 FTMC에 대한 이해를 돕기 위해서 도 3c를 참고로 설명한다.
도 3c는 일반적인 FTMC의 구조와 동작을 설명하는 설명도이다. 도 3c의 (A)는 일반적인 FTMC의 모식도이며, 도 3c의 (B)는 시판되는 FTMC 들의 사진이며, 도 3c의 (C)는 일반적인 FTMC의 동작을 설명하는 설명도이다.
원심 분리기는 밀도차가 나는 물질을 분리해 내기 위한 기구이다. 무게가 서로 다른 물질이 섞여 있으면 중력에 의해 침전현상이 발생하게 되며 시간이 지나면 무게의 차이에 의해 혼합물을 분리해낼 수 있는데, 중력 대신 원심력을 이용하면 이러한 침전현상을 가속시킬 수 있게 된다. 즉, 혼합물에 원심력을 가해주게 되면, 무거운 물질이 밑에 가라앉게 되고 상대적으로 가벼운 물질이 위에 뜨게 되어 층을 형성하게 되는데 이러한 방식으로 서로 다른 무게를 갖는 물질들을 분리해 낼 수 있게 된다. 도 3c 에 도시되는 바와 같이, FTMC(33)는 하부에 출구(38)를 구비하고 있으며, 상기와 같은 원리를 이용하여 DNA를 분리해낸다. 구체적으로 설명하면, 페놀-클로로포름과 단백질의 무게는 DNA의 무게보다 상대적으로 큰데, 도 3c의 (C)중 (2) 에 도시되는 바와 같이, 이들이 섞여있는 혼합물을 회전시키면, 무거운 물질, 즉, 페놀-클로로포름과 단백질이 원심력을 상대적으로 많이 받게 되어 FTMC(33)의 벽면에 침착하게 되고, 상대적으로 가벼운 DNA 용액이 원심력을 적게 받아, 하부의 출구로 빠져나오게 됨으로써, DNA 용액을 분리해낼 수 있는 것이다.

도 3b 는 분해 버퍼 용액부(31), 페놀-클로로포름 용액부(32) 및 FTMC(33)로 구성되는 버퍼 용해부(30)의 동작원리를 설명한다. 도 3b 의 (1) 및 (2) 에 도시되는 바와 같이, 채취된 시료를 포함하고 있는 시료 채취부(20)가 버퍼 용해부(30)상측의 얇은 막(34)을 뚫음과 동시에 결합하게 되고, 시료 채취부(20)의 드릴부(21) 에 걸려 있는 시료가 분해 버퍼 용액부(31)의 분해 버퍼 용액에 섞이게 된다. 시료가 삽입된 분해 버퍼 용액부(31)의 분해 버퍼 용액은, 후술하는 바와 같이, 자동화부의 히터부에 의해 가열된다. 이렇게 가열된 후에는, 시료 채취부(20)가 분해 버퍼 용액부(31)와 페놀-클로로포름 용액부(32)의 경계에 형성되어 있는 얇은 막(34)을 뚫음과 동시에 페놀-클로로포름 용액부(32)의 페놀-클로로포름 용액과 혼합되며, 이러한 동작은 후술하는 자동화부의 회전부(다시말해 상하 및 회전 운동부)에 의해 수행된다. 이렇게 혼합된 후에는 모든 용액이 FTMC(33)로 유입되며, 전술한 바와 같이, FTMC(33)에 의한 원심 분리를 통해 DNA 용액이 분리된다.

자동화부는 시료 채취부(20) 및 버퍼 용해부(30)를 장착하여 자동으로 DNA 추출을 수행할 수 있게 도와주는 장치이다. 도 4a 는 본 발명의 DNA 추출 장치에 있어서, 자동화부의 모식도를 나타낸다.

도 4a 에 도시되는 바와 같이, 자동화부(40)는, 시료 채취부(20)와 결합되어 이를 상하이동 또는 회전운동시키는 회전부(41)(즉, 상하 및 회전 운동부), 시료 채취부(20)가 분해 버퍼 용액부(31)에 삽입되어 있는 상태에서 분해 버퍼 용액부(31)의 분해 버퍼 용액을 가열시키는 히터부(42), 버퍼 용해부(30)의 FTMC(33)로부터 빠져나오는 DNA 용액과 혼합하여 필터(43-2)에 DNA 가 부착될 수 있도록 해주는 결합버퍼가 위치되는 결합 버퍼부(43-1), 및 결합 버퍼부(43-1)의 결합 버퍼에 의해 DNA가 부착되는 필터(43-2)를 포함하는 튜브(43), 튜브(43)를 압력부(45) 및 추출부(47)로 자동 이동시키는 이동부(44), 튜브(43)가 이동부(44)에 의해 이동된 후, 결합버퍼 및 DNA 용액을 포함하는 튜브(43)에 압력을 가하여 필터(43-2)를 통과하게 함으로써 필터(43-2)에 DNA 가 부착될 수 있게 해주는 압력부(45), 압력부(45)에 의한 압력에 의해 DNA 필터(43-2)를 통과한 용액들이 수집되는 오물 수집부(46), 필터(43-2)에 부착된 DNA를 필터(43-2)로부터 분리해내는 추출 버퍼를 공급하는 추출부(47), 추출 버퍼에 의해 필터(43-2)로부터 분리된 DNA가 수집되는 DNA 수집부(48)를 포함한다.

이하, 도 4b 내지 도 4g 를 참조하여, 자동화부(40)의 각 구성요소와 이들의 동작에 대하여 상세히 설명한다.

축산물로부터 채취된 시료가 걸려있는 시료 채취부(20)및 시료 채취부(20)가 삽입된 분해 버퍼 용액부(31)를 포함하는 버퍼 용해부(30)는 도 4b에 도시되는 바와 같이, 자동화부(40)의 회전부(41)에 장착된다. 회전부(41)는 모터를 포함하며 상하 운동 및 회전 운동이 가능하다. 위에서는, 시료 채취부(20)가 버퍼 용해부(30)에 삽입되어 회전부(41)에 결합되는 것으로 설명하였으나, 채취된 시료가 걸려 있는 시료 채취부(20)가 회전부(41)에 결합된 후, 회전부(41)의 구동에 의해 버퍼 용해부(30) 의 분해 버퍼 용액부(31)의 분해 버퍼 용액으로 삽입될 수도 있다. 이러한 회전부(41)의 회전은 시료와 용액 간의 혼합을 더욱 활성화 시키는 기능도 하게 된다.

시료 채취부(20)가 삽입된 버퍼 용해부(30)는, 도 4c 에 도시되는 바와 같이 히터부 (42) 에 의해 가열된다. 이는 도 1 의 (2) 에 도시되는 것과 같은 동작을 수행하기 위함이며, 히터부 (42) 에 의한 가열은 60℃ 에서 약 30 분 동안 행해지는 것이 적당하나 이에 제한되는 것은 아니다. 버퍼 용해부(30)의 분해 버퍼 용액 (31) 은 시료를 용해하여 DNA 를 용출시키는 역할을 한다.

가열된 후에는, 도 4d 에 도시되는 바와 같이, 회전부 (41) 에 의해 시료 채취부(20)가 하강운동을 하게 된다. 이에 의해 버퍼 용해부(30)의 분해 버퍼 용액부(31)와 페놀-클로로포름 용액부(32)의 사이의 막(34)이 뚫리게 되며, 시료 채취부(20)는 페놀-클로로포름 용액이 있는 페놀-클로로포름 용액부(32) 까지 삽입되어, 시료, 분해 버퍼 용액 및 페놀-클로로포름 용액이 섞이게 된다. 이때, 회전부(41)의 회전에 의해 시료, 분해 버퍼 용액, 페놀-클로로포름 용액 간의 혼합이 더욱 활발히 진행될 수 있다. 페놀-클로로포름 용액은 단백질을 침전시키는 기능을 갖고 있는데, 상기 혼합에 의해 용액 내의 단백질을 분리해 낼 수 있게 되고, 이에 의해 버퍼 용해부(30)의 용액은 DNA와 단백질이 분리되어 있는 상태로 남게 된다.

이러한 처리를 한 후에는, 버퍼 용해부(30)에 존재하는 모든 용액이 FTMC(33)로 유입된다. 전술한 바와 같이, FTMC(33)는 원심 분리를 통하여 용액 내의 물질들을 분리해 낸다. 도 4e 에 도시되는 바와 같이, 상대적으로 무거운 단백질, 페놀-클로로포름 용액 및 오물 등은 큰 원심력에 의해 FTMC(33) 의 벽면에 침착하게 되고, 상대적으로 가벼운 DNA 용액은 원심력을 적게 받아 FTMC(33) 의 하부에 구비되는 출구로 빠져나가 튜브(43) 로 유입된다.

이렇게 하여 유입된 DNA 용액, 및 결합 버퍼를 포함하는 튜브(43)는 도 4f 의 (1) 에 도시되는 바와 같이 이동부(44)에 의해 압력부(45)의 하부로 옮겨진다. 도 4f 의 (2) 에 도시되는 바와 같이, 압력부(45)는 튜브(43)에 압력을 가하여, 결합 버퍼 및 DNA 용액이 튜브(43)의 하부에 구비되는 필터(43-2)를 통과할 수 있도록 한다. 이 과정에 의해 결합버퍼는 DNA 용액과 혼합되어 필터(43-2)를 통해 빠져나가고, 필터(43-2)에는 DNA만이 부착된다. 이때, 필터(43-2)를 통과한 용액들은 압력부(45)의 하부에 구비되는 오물 수집부(46)에 버려지게 된다.

튜브(43)의 용액들이 필터(43-2)를 통해 빠져나가고, DNA 만이 필터(43-2)에 부착된 상태로 남게 되면, 도 4g 의 (1) 에 도시되는 바와 같이, 튜브(43)는 이동부(44)에 의해 추출부(47)로 옮겨진다. 도 4g 의 (2) 및 (3) 에 도시되는 바와 같이, 추출부(47)는 추출 버퍼를 제공하고, 추출 버퍼는 필터(43-2) 를 통과하며 DNA를 필터(43-2)로부터 분리해낸다. 이렇게 분리된 순수한 DNA는 최종적으로 DNA 수집부(48)에 수거된다.

이렇게 수거된 DNA 는 PCR 등의 장비를 사용하여 증폭된 후 판독되고, 이렇게 함으로써 최초에 채취된 축산물 시료의 원산지를 추적할 수 있다.

도 5 는 본 발명에 따른 축산물의 DNA 추출 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다. 도 5 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 DNA 추출 장치는 전술한 구성요소인 시료 채취부(20), 버퍼 용해부(30), 자동화부(40) 및 이들의 동작을 자동적으로 제어하는 제어부(50)를 포함한다.

제어부(50)는 시료 채취부(20)와 버퍼 용해부(30) 의 결합, 결합된 시료 채취부(20)와 버퍼 용해부(30)를 자동화부(40)의 회전부(41)에 장착시키는 동작을 자동적으로 처리할 수 있도록 하며, 이를 제어한다. 구체적으로 설명하면, 제어부(50)는 시료 채취 제어부(52), 버퍼 용액 제어부(53), 자동화 제어부(54)와, 도 5에서와 같이, 연결되어 이들 제어부들을 전반적으로 제어함으로써, 다시말해, 이들 제어부들을 제어하기 위한 제어신호들을 발생시킴으로써, 시료 채취부(20)에 의한 시료 채취가 완료되면, 이를 버퍼 용해부(30) 와 결합시키고, 이 결합이 완료되면 결합된 시료 채취부(20)와 버퍼 용해부(30)를 자동화부(40)에 장착시키도록 제어한다. 제어부(50)를 본 발명에서 특정한 것으로 한정하지 않은 것은, 제어부(50)는 마이크로컴퓨터, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 등 다양한 연산처리장치로 구성 가능하기 때문이다.

한편, 시료 채취부(20)는 시료를 채취하는 전체적인 구동, 동작을 제어하는 시료 채취 제어부(52)를 포함한다. 시료 채취 제어부(52)는 시료 채취부(20)의 상하 운동 또는 회전 운동을 구동, 제어하여 드릴부(21)가 축산물로 삽입되도록 하고, 이러한 구동, 동작을 통해 시료를 자동으로 채취할 수 있도록 한다.

버퍼 용해부(30)는 버퍼 용해 제어부(53)를 포함하며, 버퍼 용해 제어부(53)는 원심 분리기의 구동, 동작을 제어한다. 즉, 시료, 분해 버퍼 용액, 페놀-클로로포름 용액이 혼합된 용액을 원심 분리하여 DNA 용액을 분리해내는 동작을 제어한다.

자동화부(40)는 자동화 제어부(54)를 포함한다. 자동화 제어부(54)는 회전부(41), 히터부(42), 이동부(44), 압력부(45), 추출부(47)의 구동, 동작을 자동 제어한다. 제어부(50)에 의해 시료 채취부(20)와 버퍼 용해부(30)가 회전부 (41) 에 장착되면, 자동화 제어부(54)는 히터부(42)를 가동시켜, 버퍼 용해부(30)의 분해 버퍼 용액부(31)의 분해 버퍼 용액을 가열할 수 있도록 한다. 이러한 히터부(42)의 자동 제어에는 가열 온도와 가열 시간의 제어도 포함되며, 약 60℃ 로 30 분간 가열할 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다. 히터부(42)에 의한 가열이 끝나면 자동화 제어부(54)는 회전부(41)를 하강 및 회전시켜, 시료 채취부(20)가 버퍼 용해부(30)의 페놀-클로로포름 용액과 섞일 수 있도록 한다. 또한, 원심분리에 의해 DNA 용액이 분리되어 튜브(43)에 수거되면, 자동화 제어부(54)는 이동부(44) 를 동작시켜 튜브(43)가 압력부(45) 및 추출부(47) 의 하부로 이동할 수 있도록 제어하고, 압력부(45) 및 추출부(47) 의 동작을 제어한다. 압력부(45) 및 추출부(47) 의 동작에 대해서는 전술하였으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 여기서는, 시료 채취 제어부(52)에 의해 축산물의 시료가 자동적으로 채취되고, 제어부(50)의 제어에 의해 시료 채취부(20)가 자동적으로 버퍼 용해부(30)에 삽입되는 것으로 설명하였으나, 이 두 가지 동작은 사용자에 의해 직접 행해질 수도 있다. 즉, 사용자가 직접 시료를 채취하고, 버퍼 용해부(30)에 삽입한 후, 자동화부(40)에 장착시킬 수도 있다.

이렇게 시료 채취부(20), 버퍼 용해부(30), 자동화부(40) 및 각 제어부 (50, 52, 53, 54) 의 동작에 의해, 도 1 의 (1) 내지 (8) 에 도시되는 DNA 추출의 전 과정이 자동화되어 수행된다. 즉, 하나의 장비만으로 축산물 시료의 채취로부터 순수한 DNA 를 추출해내기까지의 전 과정이 자동으로 수행될 수 있다.

이에 의해, DNA 추출이나 판독 방법을 모르는 공무원 또는 일반인들도 용이하게 축산물의 원산지를 추적해 낼 수 있으며, 특히 소고기의 한우 진위 여부를 쉽게 판별해 낼 수 있어 업무 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 축산물의 DNA 추출 장치를 이용하여 축산물의 원산지를 쉽고 빠르게 판독해 냄으로써 한우 공급자와 소비자의 권익 보호도 실현시킬 수 있다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소는 당업자가 공지된 다양한 구성요소들로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

도 1 은 소고기의 DNA 를 추출해내는 통상적인 방법을 설명하는 모식도이다.

도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 DNA 추출 장치의 시료 채취부 구성을 나타내는 모식도이다.

도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 DNA 추출 장치의 시료 채취부의 동작원리를 나타내는 모식도이다.

도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 DNA 추출 장치의 버퍼 용해부 구성을 나타내는 모식도이다.

도 3b 는 도 3a의 DNA 추출 장치의 버퍼 용해부의 동작원리를 나타내는 모식도이다.
도 3c는 일반적인 FTMC의 구조와 동작을 설명하는 설명도이다.

도 4a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 DNA 추출 장치의 자동화부 구성을 나타내는 모식도이다.

도 4b 내지 도 4g 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 DNA 추출 장치를 이용한 DNA 추출 과정을 나타내는 모식도이다.

도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 DNA 추출 장치의 전체 구성을 나타내는 구성도이다.

Claims (23)

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11. 축산물로부터 시료를 채취하여, 일단부에 끼우는 시료 채취부; 상기 시료 채취부의 다른 일단부가 장착되며 상기 시료 채취부를 상하운동 또는 회전운동을 시키도록 이루어진 상하 및 회전 운동부; 상기 시료 채취부의 밑에 위치되며, 상기 상하 및 회전 운동부의 구동에 의해 삽입된 상기 시료 채취부의 시료를 끼우고 있는 단부의 상기 시료가 용해되어 DNA 용액을 분리해 내는 버퍼 용해부; 상기 버퍼 용해부 밑에 위치되며, 상기 버퍼 용해부로부터 흘러나오는 DNA 용액이 통과하여 DNA를 거르는 필터를 포함하는 튜브; 추출 버퍼가 상기 튜브의 상기 필터를 통과하도록 이루어져, 상기 필터로부터 DNA를 분리해 내는 추출부;를 포함하는 축산물의 DNA 추출 장치에 있어서,

    상기 버퍼 용해부는, 시료를 용해하는 버퍼용액들이 들어 있는 버퍼 용액부; 상기 버퍼용액부 밑에 위치하며, 상기 버퍼 용액들에 의해 용해된 시료에서 DNA 용액을 분리해 내는 원심분리기;를 구비하며,

    상기 버퍼 용액부는, 상기 버퍼 용해부의 제일 위측에 위치되며, 분해 버퍼용액이 들어 있는 분해 버퍼 용액부; 상기 분해 버퍼 용액부의 다음에 위치되며, 페놀-클로로포름 용액이 들어 페놀-클로로포름 용액부;를 구비하며,

    상기 버퍼 용해부는 상기 분해 버퍼 용액부의 제일 윗부분, 상기 분해 버퍼 용액부와 상기 페놀-클로로포름 용액부의 경계부분, 상기 페놀-클로로포름 용액부의 제일 밑 부분에 막을 구비하되, 상기 막은 시료 채취부의 상하운동 또는 회전에 의해 뚫여질 수 있는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 축산물의 DNA 추출 장치.
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