KR101157174B1 - 세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치 - Google Patents

세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101157174B1
KR101157174B1 KR1020050112967A KR20050112967A KR101157174B1 KR 101157174 B1 KR101157174 B1 KR 101157174B1 KR 1020050112967 A KR1020050112967 A KR 1020050112967A KR 20050112967 A KR20050112967 A KR 20050112967A KR 101157174 B1 KR101157174 B1 KR 101157174B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tube
sample
magnetic beads
pump
cell
Prior art date
Application number
KR1020050112967A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070054884A (ko
Inventor
김수현
이정건
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020050112967A priority Critical patent/KR101157174B1/ko
Priority to US11/560,890 priority patent/US7531138B2/en
Publication of KR20070054884A publication Critical patent/KR20070054884A/ko
Priority to US12/059,250 priority patent/US7910343B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101157174B1 publication Critical patent/KR101157174B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/42—Apparatus for the treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/06—Hydrolysis; Cell lysis; Extraction of intracellular or cell wall material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/06—Lysis of microorganisms
    • C12N1/066—Lysis of microorganisms by physical methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 신속하게 세포 또는 바이러스, 및 자성 비드를 포함하는 시료를 튜브의 시료 도입구에 제공하는 단계; 펌프를 가동시켜 상기 시료를 이동시키는 단계; 상기 시료가 위치한 튜브 영역을 봉인부로 고정하는 단계; 시료에 레이저를 조사하는 단계; 봉인부를 튜브로부터 제거하는 단계; 시료가 위치한 영역에 자석을 부착시켜 시료로부터 자성 비드를 제거하는 단계; 및 펌프를 가동시켜 시료를 튜브 외부로 배출하는 단계를 포함한다.

Description

세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치{Method and apparatus for rapidly lysing cells or virus}
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 세포 또는 바이러스의 파괴장치를 도시한 것이다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 세포 또는 바이러스의 파괴 방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법으로 파괴시킨 세포 및 물을 가지고 수행한 PCR의 Cp(Cross point)를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 특정 병원균의 분자학적 진단은 4 단계, 즉 세포 파괴(용해, lysis), DNA 분리, DNA 증폭 및 DNA 검출로 이루어진다.
세포에서 DNA의 효율적인 추출은 많은 적용에서 필요하고, 분자학적 진단, 특히 병원균 동정 및 정량화에 본질적이다. 분자학적 진단은 일반적으로 DNA 추출 단계 후에 DNA 증폭에 의해 수행된다. DNA 증폭에는 중합효소 연쇄반응(PCR), 리 가제 연쇄반응(Ligase Chain Reaction), 가닥 이동 증폭(stranded-displacement amplification), 핵산 기재 증폭, 복구 연쇄반응(repair chain reaction), 헬리카제 연쇄반응, QB 복제효소 증폭, 및 연결 활성화된 전사가 포함된다.
세포로부터 DNA의 분리 방법은 DNA를 결합하는 경향을 갖는 물질을 이용하여 수행되었다. DNA의 분리를 위한 물질의 예는 실리카, 유리섬유, 음이온교환수지, 및 자성 비드이다(Rudi, K. 등, Biotechniqures 22, 506-511 (1997); 및 Deggerdal, A. 등, Biotechniqures 22, 554-557 (1997)). 수작업 단계를 피하고, 작업자 오차를 제거하기 위해, 몇 가지 자동화 기계가 대량 DNA 추출을 위해 개발되었다.
세포 용해는 통상적으로 기계적, 화학적, 열적, 전기적, 초음파 및 마이크로웨이브 방법으로 수행된다(Michael T. Taylor 등, Anal. Chem., 73, 492-496 (2001)).
화학적 방법은 세포를 파괴하고 DNA를 방출하기 위해 용해제를 포함한다. 카오트로픽 시약(chaotropic reagent)을 이용한 세포 추출물의 부가적인 처리 단계가 단백질을 변성시키기 위해 필요하다. 화학적 용해 방법의 단점은 세포를 파괴하기 위해 거친 화학물질을 이용한다는 것이다. 이러한 화학물질은 세포 용해후 수행되는 PCR 반응을 방해할 수 있기 때문에, PCR 반응 전에 DNA를 정제하는 것이 불가피하다. 상기 화학적 방법은 노동 집약적이고, 시간을 요구하고, 비싼 소모품을 요구하며, 종종 DNA 회수 수율이 낮다는 문제점이 있다.
열적 방법은 반복된 동결/융해 사이클이 관여되나, 종종 세포 내의 많은 구 조물을 파괴할 수 없다는 단점이 있다. 가열은 세포벽 또는 세포막을 파괴하는 대안적인 방법이나, 이의 단점은 방출된 DNA에 부착될 수 있는 단백질을 변성시킨다는 것이다. 이들은 DNA 증폭을 방해할 수 있다.
초음파처리는 대안적인 물리적 방법인데, 세포 용액 또는 현탁액은 초음파 수조에 위치한 챔버내에 위치한다. 초음파 파괴는 세포 용해에서 많은 단점을 가진다. 우선, 초음파의 에너지 분포는 균일하지 않다. 초음파 에너지의 불균일한 분포는 또한 일관성 없는 결과를 초래한다. 두번째로, 초음파 수조는 용기에 에너지를 집중시키지 못하므로, 세포의 파괴를 완성하는데 종종 수 분이 소요된다. 마지막으로, 초음파 방법은 인간 귀에 불쾌한 소리를 가진다.
레이저를 이용한 기존의 세포 파괴 방법은 세포 용액에 레이저를 조사하게 되면 용액의 증기압이 상승되고 그에 따라 용액이 손실되는 문제점이 있었다. 기존의 방법에서는 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 세포 용해 용기를 광테입으로 밀봉하는 방법을 채택하고 있는데, 이러한 테이프는 접착 및 탈착 과정이 수작업으로 요구되는 단점이 있다.
따라서, 이의 개선이 필요하다.
본 발명은 신속하면서도 간편하게 세포 또는 바이러스를 파괴하는 방법 또는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 세포 또는 바이러스, 및 자성 비드를 포함하는 시료를 튜브의 시료 도입구에 제공하는 단계; 펌프를 가동시켜 상기 시료를 레이저가 조사될 수 있는 영역으로 이동시키는 단계; 상기 시료가 위치한 튜브 영역을 봉인부로 고정하는 단계; 시료에 레이저를 조사하는 단계; 봉인부를 튜브로부터 제거하는 단계; 시료가 위치한 영역에 자석을 부착시켜 시료로부터 자성 비드를 제거하는 단계; 및 펌프를 가동시켜 시료를 튜브 외부로 배출하는 단계를 포함하는 세포 또는 바이러스를 파괴하는 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 시료 도입구가 형성되어 있는 세포 용해 튜브; 상기 튜브에 연결되어 있는, 튜브 내에서 시료를 이동시키는 펌프; 튜브의 특정 영역을 고정하는 봉인부; 레이저를 공급하는 레이저 발생부를 포함하는 세포 또는 바이러스의 파괴장치를 제공한다.
본 발명에 따른 세포 또는 바이러스의 파괴 방법 또는 장치를 이용하면 보다 간편하고 신속하게 세포 또는 바이러스를 파괴할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 세포 또는 바이러스의 파괴방법에 있어서, 먼저 자성 비드와 세포/바이러스를 포함하는 시료를 튜브의 시료 도입구에 공급한다.
시료에 포함될 수 있는 자성 비드는 그 크기가 50nm 내지 1,000㎛이며, 바람직하게는 500nm 내지 50㎛이다. 또한, 이러한 자성 비드는 강자성체를 띠는 Fe, Ni, Cr 및 이의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하며, 중합체, 유기 물질, 규소, 또는 유리에 강자성체를 띠는 금속으로 코팅될 수 있다.
시료에 포함되어 있는 자성 비드에 레이저가 조사되면 레이저에 의해 가열된 자성 비드는 시료의 온도를 올리며, 뜨거워진 자성 비드가 세포를 직접 파괴한다. 시료중의 자성 비드는 단순한 열 전달체로 존재하는 것이 아닌 열적, 기계적, 물리학적 영향을 세포 표면에 전달하고 이를 이용하여 세포 표면을 효과적으로 파괴하는 것이다.
한편, 자성 비드를 사용하게 되면 DNA 분리 단계를 줄일 수 있는데, 이는 레이저 및 마이크로 자성 비드를 이용한 세포 용해가 단백질 변성을 초래하기 때문이다. 변성된 단백질 및 세포 찌꺼기는 중력 또는 자기력에 의해 제거될 수 있는 자성 비드에 부착된다. 이는 검출 한계를 낮추고, DNA 추출 단계를 한 단계 줄임으로써 DNA 추출 시간을 대폭 절감하고, 신호 진폭을 증가시킴으로써 PCR 분석을 현저하게 개선한다.
시료가 도입되는 튜브에는 용액을 포함하고 있는데, 이러한 용액으로는 물, 알코올 등과 같은 세척액이 바람직하다. 펌프에 의해 상기 용액이 이동함에 따라 시료가 튜브내에서 이동될 수 있다. 나아가, 상기 용액은 튜브내에 남아 있는 세포 용해 반응에 의해 생성되는 불순물 등을 세척해 주는 기능까지 담당한다. 한편, 튜브 내를 용액으로 채우고 시료와 용액의 접촉을 막기 위해서 시료 도입구 부분에 공기를 채워 놓은 후, 시료를 튜브에 제공한다.
튜브는 소수성 물질로 이루어진 것이 바람직한데, 소수성 물질로 이루어진 튜브를 사용하면 시료가 퍼지는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 세포 용해용 튜브는 레이저 조사에 적용할 수 있는 광투과성을 갖고, 봉인부에 의해 고정될 수 있을 정도의 유연성을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 세포 용해용 튜브로의 예로는, 타이곤 튜브(등록상표), 실리콘으로 이루어진 튜브 등이 있다.
튜브에 시료가 공급되면, 펌프를 가동시켜 상기 시료를 튜브의 특정 영역으로 이동시킨다. 시료를 이동시키는 위치는 세포 파괴를 위해 레이저가 조사될 수 있는 위치이다. 본 발명에서는 통상적으로 사용될 수 있는 모든 펌프를 사용할 수 있고, 바람직하게는 페리스탈틱(peristaltic) 펌프, 멤브레인(membrane) 펌프 또는 시린지(syringe) 펌프이며, 더욱 바람직하게는 페리스탈틱 펌프이다.
시료가 튜브내의 특정 위치로 이동되면, 봉인부로 시료가 위치한 영역을 고정한다. 사용하는 튜브가 유연한 경우, 봉인부로 시료가 위치한 영역을 고정하는 것이 가능한데, 이러한 봉인부의 바람직한 예는 도 1a 및 1b에서 보는 바와 같이, 2개의 막대를 포함하는 것이다. 본 발명에 있어서, 이러한 봉인부는 레이저로 시료가 가열될 때 기포가 발생하여 시료가 레이저 조사 위치에 벗어나 충분한 에너지를 받지 못하게 되는 것을 방지하기 위한 수단이며 증기압 이상을 견딜 수 있어야 된다.
봉인부에 의해 고정하는 방법으로는, i) 봉인부가 이동하여 직접 튜브를 누름으로써 튜브를 고정할 수도 있고, ii) 봉인부를 고정시켜 놓고 튜브를 봉인부 쪽으로 이동하여 튜브가 봉인부에 눌리도록 하여 고정할 수도 있다(도 1b 참조).
시료가 위치한 영역을 고정한 후, 시료에 레이저를 조사한다. 레이저를 튜브 외부에서 조사하므로, 튜브는 광투과 튜브를 사용하는 것이 더욱 효과적이다.
세포 용해는 레이저 광선의 조사에 의해 수행되는데, 이러한 레이저 조사에 의해 시료 용액내의 온도가 상승하여 증기압도 증가하게 된다. 이와 같은 증기압의 상승에 의한 문제는 앞서 설명한 바와 같이 봉인부에 의해 해결될 수 있다.
시료에 레이저를 조사한 다음에는 봉인부를 튜브로부터 제거하고 자석을 튜브의 외부에 부착시켜 시료로부터 자성 비드를 제거한다.
그런 다음 펌프를 가동시켜 자성입자가 제거된 시료를 튜브 외부로 배출한다. 이때 시료는 PCR 반응 챔버로 이동될 수 있다.
한편, 시료를 튜브 외부로 배출하는 단계 이전에 PCR 반응액을 튜브로 직접 도입하여 용해된 세포를 포함하는 시료와 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 여기서 시료와 PCR 반응액의 혼합은 진동기 등에 의해 혼합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 사용될 수 있는 진동기로는 자기장을 이용한 진동기, 전기장을 이용한 진동기, 기계적 전동기 등이 있다. 이 경우 용해된 세포를 포함하는 시료와 PCR 반응액을 혼합한 후, 이를 PCR 반응을 위한 챔버로 이동시킬 수 있다.
본 발명은 또한, 세포 또는 바이러스의 파괴 장치에 관한 것인데, 이러한 장치는, 세포 용해 반응 튜브, 시료를 이동시키기 위한 펌프, 시료를 고정하기 위한 봉인부 및 세포 용해를 위한 레이저 발생부를 포함한다.
본 발명의 장치중의 세포 용해 반응 튜브는 한쪽 말단에 시료 도입구를 갖는데, 이는 시료 도입구의 역할 뿐만 아니라, 세포 용해가 이루어진 후 시료를 배출하는 통로 역할까지 수행한다. 튜브의 한쪽 말단은 시료 도입구이며, 또다른 말단은 시료를 이동시키기 위한 펌프에 연결되어 있다. 이러한 세포 용해용 튜브는 레 이저 조사에 적용될 수 있도록 광투과성을 갖고, 봉인부에 의해 고정될 수 있을 정도의 유연성을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 세포 용해 반응 튜브로의 예로는, 타이곤 튜브(Tygon tube, 등록상표), 실리콘으로 이루어진 튜브 등이 있다.
본 발명에 따른 장치중의 세포 용해용 튜브는 시료 도입구를 단단한 재질의 팁으로 이루어진 것이 바람직하며, 이러한 팁은 그 직경이 튜브의 다른 영역의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
튜브의 시료 도입구 영역을 단단한 재질의 작은 직경의 팁을 사용하게 되면, 시료를 튜브에 도입하거나 튜브로부터 배출시 그 작동이 보다 편리하다. 또한, 레이저에 의한 세포 파괴는 수 μm 내외의 적은 용량의 시료를 처리하는 공정이므로 펌프의 내경이 작아야 하나, 일반적으로 세포 용해 튜브의 직경은 기계적 강도를 위해 통상 2mm이상을 사용해야 하므로 시료 용기에 넣어 시료를 주입하기 어렵기 때문에 세포 용해 튜브의 직경보다 작은 팁을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 장치는 튜브 내에서 시료를 이동시킬 수 있는 펌프를 포함하는데, 이러한 펌프는 페리스탈틱(peristaltic) 펌프, 멤브레인(membrane) 펌프 또는 시린지(syringe) 펌프와 같이 통상적으로 사용되는 펌프이며, 바람직하게는 페리스탈틱 펌프이다.
본 발명에 따른 장치는, 튜브의 특정 영역을 그 외의 영역과 분리시킬 수 있는 봉인부를 포함하는데, 이러한 봉인부는 시료에 레이저 조사를 위한 장치에 위치하고 있으며, 레이저 조사로 인한 증기압 상승에 의한 용액의 증발 문제를 막을 수 있다. 종전의 장치에서는 이러한 레이저 조사로 인한 증기압 문제를 해결하기 위 해 광테입을 사용하였는데 이러한 테이프를 접착하고 탈착하는 단계가 수작업으로 이루어지게 되어 번거로운 단점이 있었다. 그러나, 본 발명의 장치에 적용되는 봉인부는 자동화된 시스템으로 적용될 수 있어 종전의 장치의 문제점을 해결하였다.
봉인부는 i) 봉인부가 이동하여 직접 튜브를 누름으로써 튜브를 고정할 수도 있고, ii) 봉인부를 고정시켜 놓고 튜브를 봉인부 쪽으로 이동하여 튜브가 봉인부에 눌리도록 하여 고정할 수도 있다(도 1b 참조).
구체적으로, 본 발명의 장치에 적용되는 봉인부의 일 구현예는, 튜브 상부에 두개의 막대들이 각각 튜브의 특정 영역(레이저가 조사되는 영역)을 누르도록 설계되어 있어서, 시료가 튜브의 특정 영역에 유입되면 양 막대들이 그 영역을 고정함으로써 레이저 조사에 의한 세포 용해 반응을 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 장치는 튜브에 연결되어 있는 레이저를 공급하는 레이저 발생부를 포함한다. 이러한 레이저 발생부로는, 장치의 소형화를 위한 레이저 다이오드가 바람직하다.
추가적으로, 본 발명의 장치는 시료로부터 자성 비드를 제거하기 위해 자석을 추가로 포함할 수 있다. 세포 용해를 위해 레이저를 조사한 후 튜브 외부에 자석을 부착시키면 시료중에 포함되어 있는 자성 입자가 자석이 부착된 위치에 모이게 되어 분리가 가능하다.
또한, 추가적으로 세포 파괴 종료 후 상기 튜브 내에서 시료와 PCR 반응액을 혼합하기 위해 진동기를 튜브 외부에 포함할 수 있으며, 이러한 진동기로는 자기장을 이용한 진동기, 전기장을 이용한 진동기 또는 기계적 진동기를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 신속하고 간편하게 세포 파괴를 할 수 있는 자동화된 시스템으로, 이러한 장치는 시료 전처리의 자동화에 효율적일 것이다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예 1: 세포 파괴 장치
본 발명에 따른 세포 파괴 장치의 구성요소는 다음과 같다:
튜브: 타이곤 R-3607(등록상표), 내경 0.38mm, 외경 2.20mm, 길이 400mm;
팁 구조: 피크(PEEK) 튜브, 내경 0.4mm, 외경 0.25인치;
펌프: 페리스탈릭 펌프(ISM596A, Ismatec SA사, 스위스);
봉인부: 두개의 막대 봉(SUS rod), 0.5인치 직경, 막대 봉의 중심사이의 간격 25mm;
레이저 발생부: 레이저 다이오드 L84446-42(Hamamatsu photonics K.K.); 및
추가 구성 요소: 자석.
실시예 2: 세포 균주의 배양
본 발명에서 세포 파괴의 대상이 되는 세포인 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)를 BHI(brain heart infusion) 배지에서 격렬한 호기하에 37℃에서 대수기까지(OD600=0.5~1.0) 배양하였다. 세포를 원심분리로 수확하고, 3 ml의 인산완충염수(PBS) 용액으로 2회 세정하였다. 세포를 PBS에 재현탁하였다.
실시예 3: 세포 파괴 확인
실시예 1에서 준비된 세포 파괴 장치중의 페리스탈틱 펌프로 튜브 내를 물로 채우고, 물과 시료의 접촉을 막기 위해 공기를 채웠다.
그런 다음, 실시예 2에서 배양된 세포 및 자성 비드(크기: 1㎛, MyOne(상표명) 카르복시산, 다이날(DYNAL), 노르웨이)의 농도가 각각 1x108 세포/ml 및 10비드/㎕가 되도록 준비된 시료 3.9㎕를 팁을 통해 튜브에 제공하였다.
세포 파괴 장치중의 페리스탈틱 펌프를 작동시켜 시료를 튜브의 특정 위치(레이저가 조사되는 위치)로 이동시켰다.
그런 다음, 봉인부의 두개의 막대를 사용하여 시료가 위치한 튜브의 영역을 고정하였다.
그런 다음, 레이저 다이오드를 사용하여 40초 동안 0.8W 출력으로 레이저를 시료에 조사하였다.
레이저를 조사한 다음, 튜브에 고정되어 있던 봉인부를 떼어내고, 시료의 위치에 자석을 부착시켜 시료중에 포함되어 있는 자성 비드를 제거하였다. 그런 다음, 펌프를 작동시켜 튜브내에 있는 용액을 이동시켜 튜브내를 세척함과 동시에 시료를 PCR 반응 챔버에 넣어 PCR 반응을 수행하였다.
세포 파괴 정도를 정확하게 측정하게 위해, 공지된 실시간 PCR 기계로서 LightCycler(등록상표, RocheCorporation, IN, USA)에 의해 DNA 증폭의 Cp(Crossing point) 값을 조사하였다(표 1 참조). Cp 값은 초기 DNA 농도가 높을수록 낮은 Cp에서 형광 신호가 검출가능하고, 초기 DNA 농도가 낮을수록 Cp가 크다. Cp는 또한, DNA 정제와도 관련 있는데, PCR을 방해하는 물질이 제거되어 DNA의 순도가 높으면 Cp 값이 낮고, PCR을 방해하는 물질이 제거되지 않고 남아있어 DNA의 순도가 낮아지면 Cp 값은 높아진다.
상기와 같은 방법으로 세균을 파괴시킨 후 PCR을 수행하여 Cp를 측정하였더니 그 결과는 하기 표 1과 같다. 음성 대조군(negative control)으로 물을 사용하여 상기와 동일한 방법을 수행하여 Cp를 측정하였으며, 나아가 세포 및 물 각각에 대하여 레이저를 조사하지 않은 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법을 수행하여 Cp를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시료 세포+자성비드 음성 대조군
레이저 조사한 경우 15.83 23.18
14.63 21.86
13.91 21.53
15.56 20.68
14.80 21.67
13.97 22.65
18.52 20.62
18.91 22.16
15.52 20.85
레이저를 조사하지 않은 경우 19.23 20.97
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 레이저를 조사한 세포에 대해 수행한 PCR의 Cp의 값이 레이저를 조사하지 않은 세포에 대한 값에 비하여 낮은 것으로 보아 레이저의 조사에 의해 효율적인 세포 파괴가 이루어졌음을 확인할 수 있다. 한편, 음성 대조군으로 물을 사용한 경우 레이저 조사 여부에 관계없이 Cp 값이 거의 일정함을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 장치를 사용하는 경우 매우 효율적으로 세포를 파괴할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치를 이용하여 세포 또는 바이러스를 파괴하게 되 면 신속하면서 간편하게 높은 세포 파괴 효율을 달성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 세포 또는 바이러스, 및 자성 비드를 포함하는 시료를 튜브의 시료 도입구에 제공하는 단계;
    펌프를 가동시켜 상기 시료를 이동시키는 단계;
    상기 시료가 위치한 튜브 영역을 봉인부로 고정하는 단계;
    상기 자성 비드에 레이저를 조사하여 상기 자성 비드를 가열하는 단계;
    가열된 상기 자성 비드에 의해 상기 세포 또는 상기 바이러스를 파괴하는 단계;
    봉인부를 튜브로부터 제거하는 단계;
    시료가 위치한 영역에 자석을 부착시켜 시료로부터 자성 비드를 제거하는 단계; 및
    펌프를 가동시켜 시료를 튜브 외부로 배출하는 단계를 포함하는 세포 또는 바이러스를 파괴하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 봉인부는 튜브를 누를 수 있는 2개의 막대를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 튜브는 투명하고 유연한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 튜브는 소수성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 튜브는 그 내부에 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 용액은 물 또는 알코올인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자성 비드의 크기가 50nm 내지 1,000㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자성 비드의 크기가 500nm 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자성 비드가 강자성체를 띠는 Fe, Ni, Cr 및 이의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 자성 비드가 중합체, 유기 물질, 규소, 또는 유리에 강자성체를 띠는 금속으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 자성 비드의 표면 작용기는 친수성이며, 음전하를 띠고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 시료를 튜브 외부로 배출하는 단계 이전에 시료와 PCR 반응액을 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 시료 도입구가 형성되어 있는 세포 용해 튜브;
    상기 튜브에 연결되어 있는, 튜브 내에서 세포 또는 바이러스, 및 자성 비드를 포함하는 시료를 이동시키는 펌프;
    튜브의 특정 영역을 고정하는 봉인부;
    상기 자성 비드에 레이저를 조사하여 상기 자성 비드를 가열하는 레이저 발생부를 포함하되,
    가열된 상기 자성 비드에 의해 상기 세포 또는 상기 바이러스가 파괴되는 세포 또는 바이러스의 파괴장치.
  14. 제13항에 있어서, 자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 튜브는 투명하고 유연한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 튜브의 시료 도입구는 튜브의 다른 영역보다 직경이 작은 팁으로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 팁은 단단한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 봉인부는 튜브를 누를 수 있는 2개의 막대를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제13항에 있어서, 상기 펌프는 페리스탈틱(peristaltic) 펌프, 멤브레인(membrane) 펌프 또는 시린지(syringe) 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 펌프는 페리스탈틱(peristaltic) 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제13항에 있어서, 시료와 PCR 반응액을 혼합할 수 있는 진동기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 진동기는 자기장을 이용한 진동기, 전기장을 이용한 진동기 및 기계적 진동기로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020050112967A 2005-11-24 2005-11-24 세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치 KR101157174B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050112967A KR101157174B1 (ko) 2005-11-24 2005-11-24 세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치
US11/560,890 US7531138B2 (en) 2005-11-24 2006-11-17 Device and method for rapidly lysing cells or viruses
US12/059,250 US7910343B2 (en) 2005-11-24 2008-03-31 Device and method for rapidly lysing cells or viruses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050112967A KR101157174B1 (ko) 2005-11-24 2005-11-24 세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070054884A KR20070054884A (ko) 2007-05-30
KR101157174B1 true KR101157174B1 (ko) 2012-06-20

Family

ID=38276491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050112967A KR101157174B1 (ko) 2005-11-24 2005-11-24 세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7531138B2 (ko)
KR (1) KR101157174B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201006753D0 (en) 2010-04-22 2010-06-09 Biotest Ag Process for preparing an immunolobulin composition
KR101776215B1 (ko) 2010-10-29 2017-09-08 삼성전자 주식회사 세포 파쇄용 마이크로 디바이스 및 이를 이용한 세포 파쇄 방법
US8895297B2 (en) 2010-10-29 2014-11-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Micro-device and methods for disrupting cells
US8986986B2 (en) * 2010-10-29 2015-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Cell lysis device and methods of lysing cells or viruses
DE102013203655B4 (de) * 2013-03-04 2023-03-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Lyse von zellulären Partikeln
WO2015048009A1 (en) 2013-09-27 2015-04-02 Arizona Board Of Regents On Behale Of Arizona State University System and method for laser lysis
DE102017123919A1 (de) 2017-10-13 2019-04-18 Gna Biosolutions Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Lyse von Mikroorganismen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110730A (en) * 1996-06-26 2000-08-29 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Whole blood cell staining device
US6251660B1 (en) * 1997-11-25 2001-06-26 Mosaic Technologies, Inc. Devices and methods for detecting target molecules in biological samples
US20030096429A1 (en) * 2001-11-16 2003-05-22 Cornell Research Foundation, Inc. Laser-induced cell lysis system
KR100463475B1 (ko) * 1995-06-08 2005-06-22 로셰 디아그노스틱스 게엠베하 자기성피그먼트

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204378A (en) * 1978-04-24 1980-05-27 General Electric Company Method of closing a capillary tube
US4266559A (en) * 1979-04-02 1981-05-12 American Hospital Supply Corporation Blood sampler
US4882284A (en) * 1987-04-13 1989-11-21 Ortho Pharmaceutical Corporation Method for quantitating and differentiating white blood cells
US5234809A (en) 1989-03-23 1993-08-10 Akzo N.V. Process for isolating nucleic acid
CA2025180A1 (en) 1989-10-12 1991-04-13 William G. Weisburg Nucleic acid probes and methods for detecting pathogenic candida yeasts
JP2972367B2 (ja) * 1991-03-20 1999-11-08 株式会社日立製作所 細胞分析装置
US5705628A (en) 1994-09-20 1998-01-06 Whitehead Institute For Biomedical Research DNA purification and isolation using magnetic particles
DE19520398B4 (de) * 1995-06-08 2009-04-16 Roche Diagnostics Gmbh Magnetisches Pigment
US5830657A (en) * 1996-05-01 1998-11-03 Visible Genetics Inc. Method for single-tube sequencing of nucleic acid polymers
DE19638591A1 (de) * 1996-09-20 1998-04-02 Merck Patent Gmbh Kugelförmige magnetische Partikel
US20020028471A1 (en) * 1998-02-20 2002-03-07 Oberhardt Bruce J. Cell analysis methods and apparatus
US6156576A (en) 1998-03-06 2000-12-05 The Regents Of The University Of California Fast controllable laser lysis of cells for analysis
US6335201B1 (en) 1998-03-06 2002-01-01 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for detecting enzymatic activity using molecules that change electrophoretic mobility
AU4957699A (en) * 1998-06-24 2000-01-10 Chen & Chen, Llc Fluid sample testing system
GB0001450D0 (en) * 2000-01-21 2000-03-08 Genpoint As Cell isolation method
US6450203B1 (en) * 2000-07-07 2002-09-17 Micralyne Inc. Sealed microfluidic devices
US20030095897A1 (en) 2001-08-31 2003-05-22 Grate Jay W. Flow-controlled magnetic particle manipulation
US6685730B2 (en) 2001-09-26 2004-02-03 Rice University Optically-absorbing nanoparticles for enhanced tissue repair
US7192560B2 (en) 2001-12-20 2007-03-20 3M Innovative Properties Company Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using anion exchange
GB0215185D0 (en) 2002-07-01 2002-08-07 Genovision As Binding a target substance
EP1603674B1 (en) * 2003-02-05 2016-01-06 Iquum, Inc. Sample processing
EP1650297B1 (en) 2004-10-19 2011-04-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for the rapid disruption of cells or viruses using micro magnetic beads and laser
KR100601972B1 (ko) 2004-11-03 2006-07-18 삼성전자주식회사 레이저와 비드를 이용한 상 분리에 의한 핵산의 정제 장치및 방법
KR100601974B1 (ko) 2004-11-25 2006-07-18 삼성전자주식회사 비드의 상이한 레이저 흡수에 의한 핵산의 정제 장치 및방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100463475B1 (ko) * 1995-06-08 2005-06-22 로셰 디아그노스틱스 게엠베하 자기성피그먼트
US6110730A (en) * 1996-06-26 2000-08-29 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Whole blood cell staining device
US6251660B1 (en) * 1997-11-25 2001-06-26 Mosaic Technologies, Inc. Devices and methods for detecting target molecules in biological samples
US20030096429A1 (en) * 2001-11-16 2003-05-22 Cornell Research Foundation, Inc. Laser-induced cell lysis system

Also Published As

Publication number Publication date
US7910343B2 (en) 2011-03-22
US20080014122A1 (en) 2008-01-17
US7531138B2 (en) 2009-05-12
US20080182310A1 (en) 2008-07-31
KR20070054884A (ko) 2007-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101157174B1 (ko) 세포 또는 바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치
KR100601972B1 (ko) 레이저와 비드를 이용한 상 분리에 의한 핵산의 정제 장치및 방법
JP4704196B2 (ja) 核酸の精製装置及び精製方法
JP4354447B2 (ja) 細胞またはウイルスの破壊方法及び装置
TWI624294B (zh) 用於樣本處理之方法及裝置
DK2254698T3 (en) MOBILE UNIT FOR nucleic acid isolation
RU2380418C1 (ru) Сменный микрофлюидный модуль для автоматизированного выделения и очистки нуклеиновых кислот из биологических образцов и способ выделения и очистки нуклеиновых кислот с его использованием
US20110009608A1 (en) Automatic refining apparatus, multi-well plate kit and method for extracting hexane from biological samples
JP6440699B2 (ja) 生体分子の単離および熱処理
US20090043087A1 (en) DNA purification and recovery from high particulate and solids samples
US20050244837A1 (en) Method and device for sample preparation control
JP2004290211A (ja) 核酸の回収器具および方法
US10072258B2 (en) Method and device for preparing a sample of biological material containing target cells and accompanying cells for extracting nucleic acids of the target cells
KR20060046032A (ko) 레이저 및 마이크로 자성 비드를 이용한 세포 또는바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치
KR100695160B1 (ko) 레이저 및 마이크로 자성 비드를 이용한 세포 또는바이러스의 신속한 파괴 방법 및 장치
JPH11271193A (ja) 生体試料前処理装置
JP2004138583A (ja) 細胞機能測定用マイクロチップ
JP3691786B2 (ja) 核酸を分析する装置、およびそれを用いた核酸を分析する方法
Yang et al. A SAW‐Based Programmable Controlled RNA Detecting Device: Rapid In Situ Cytolysis‐RNA Capture‐RNA Release‐PCR in One Mini Chamber
CN116144453A (zh) 核酸处理装置及其样本前处理模块
US20060228736A1 (en) Blood testing method, nucleic acid extraction method, and nucleic acid extraction device
CN104204186A (zh) 用于对生物细胞进行分解的方法
JP2004261109A (ja) 核酸の分離精製装置及びそれを用いた核酸の分離精製方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee