KR101302353B1

KR101302353B1 - 유전자 정량 검출 실시간 ｐｃｒ 및 유전자 분석 ｄｎａ 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기

Info

Publication number: KR101302353B1
Application number: KR1020120021424A
Authority: KR
Inventors: 노진석; 박종필; 서성민; 이재홍; 김창수; 김종훈; 이중환
Original assignee: 케이맥(주)
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-06

Abstract

본 발명은 분자진단 자동분석기기에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 기기용 프레임; 상기 기기용 프레임에 설치되어 위치 고정되며, DNA 칩이 장착될 수 있는 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 블록; 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록 내에 배치되는 상기 DNA 칩 내에서 유전자 증폭되는 샘플시료로부터 발생하는 형광신호를 실시간으로 검출하는 실시간 PCR 정량 검출수단; 및 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록 내에 배치되는 상기 DNA 칩 내에서 유전자 증폭된 샘플시료가 DNA 칩의 표면에 부착된 표적 유전자와 혼성화 반응하여 발생하는 형광신호를 탐지하여 분석하는 DNA 마이크로어레이 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 정량 검출 및 DNA (microarray) 분석을 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기에 대한 것이다.

Description

유전자 정량 검출 실시간 ＰＣＲ 및 유전자 분석 ＤＮＡ 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기{Automatic analysis device of molecular diagnosis for performing both real-time PCR detecting quantitatively gene and DNA microarray for gene analysis}

본 발명은 분자진단 자동분석 기기에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 유전자 정량검사 및 DNA 마이크로어레이(microarray)를 복합적으로 실시할 수 있는 유전자 정량 검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기에 대한 것이다.

생명과학, 유전공학 및 의학 분야 등의 연구개발 및 진단 목적으로 DNA 증폭기술이 광범위하게 활용되고 있으며, 그 중 중합효소 연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction: PCR)을 이용한 DNA 증폭기술이 널리 활용되고 있다. 구체적으로, 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 살아있는 생물체를 이용하지 않으면서 DNA를 효소적으로 복제하기 위한 분자 생물학 기술이다. PCR은 의학과 생물학 연구소에서, 다양한 과제, 예를 들면, 유전 질환(hereditary disease)의 검출, 유전자 지문(genetic fingerprint)의 확인, 감염 질환(infectious disease)의 진단, 유전자의 클로닝(cloning), 친자확인검사(paternity testing), 유전자형 (genotyping) 확인, 유전자 염기서열 (gene sequencing) 검사 그리고 DNA 컴퓨팅(computing)에 일상적으로 이용되고 있다.

PCR은 비할 데 없는 증폭(amplification)과 정밀 능력(precision capability)으로 인하여, 핵산 검출(nucleic acid detection)을 위한 선택 방법으로서 분자 생물학자들에 의해 인정받고 있다. 전형적으로 PCR 후 DNA 검출은 PCR 반응의 종점(end-point), 또는 고원기(plateau phase)에서 수행되기 때문에, 출발주형(starting template)을 정량하기 어렵다.

실시간 PCR 또는 동적 PCR은 반응이 진행됨에 따라 앰플리콘 농도 (amplicon concentration)를 기록함으로써 종점 PCR 분석의 능력을 진전시킨다. 앰플리콘 농도는 증폭된 표적과 연관된 형광 신호 변호(fluorescent signal change)를 통하여 빈번하게 기록된다. 실시간 PCR은 또한, 폐쇄된 시스템(closed system) 내에서 DNA 검출이 수행될 수 있기 때문에 오염이 제한된다는 점에서 종점 검출(end-point detection) PCR 보다 유리하다.

그러나, 현재 이용되는 실시간 PCR의 단점은 제한된 다중화 가능성(multiplexing capability)이다. 즉, 다중 검사에 있어 제한이 되어 (파장이 다른 형광 신호를 동시에 최대 6 종류 이상 사용이 어려움) 한 번에 여러 타겟에 대한 형광 신호 확보가 어렵다는 문제점이 있으며, 이에 따라서 실시간 PCR은 유전자형 검사에 있어 취약하게 된다.

이에 반해서, 다중 검사가 가능한 검사방식으로는 DNA 마이크로어레이 (microarray) 방식이 있다. DNA 마이크로어레이 (microarray) 혹은 DNA 칩 분석방식은 여러 종류 프로브가 고정된 DNA 칩을 통해 유전자형을 판독 및 분석하여 인간의 각종 질병이나 유전자 질환 등을 진단하는 것을 말한다. 이러한 DNA 칩을 판독 및 분석하기 위한 용도로, 유전자 칩에 빛을 조사하고 유전자 칩으로부터 발생한 형광 빛을 정량 분석하는 스캐너를 갖는 DNA 판독기가 사용되고 있다.

이때 DNA 판독기는 각종 질병이나 유전자 질환 등을 판단하기 위해 검체에서 유전자를 뽑고, 뽑은 유전자의 특정 부위를 PCR 방법으로 증폭한 다음, 소정의 기판 위에 제작한 DNA 칩에 혼성화 반응을 시키는 것으로서, DNA 칩에 특정 파장의 빛을 조사하면 DNA 칩에 있는 스팟(Spot)에 포함된 형광물질이 발현되고 이 발현된 빛은 검출기(Detector)를 통해 이미지로 저장되어 분석 소프트웨어를 통해 DNA 칩에 있는 각 스팟에 대한 정보를 분석한다.

이러한 DNA 판독기를 이용한 DNA 마이크로어레이 방식에 따르면 DNA 칩 표면에 다수의 표적 유전자, 예컨데 100 여개 이상의 표적 유전자를 고정해 놓을 경우 100 여개 이상의 유전자형 검사가 가능하다는 특징이 있다. 그러나, DNA 마이크로어레이 방식은 정량 분석이 불가능하다는 단점이 있다. 그래서 정량 분석이 필요한 감염성 질환과 같은 검사영역에는 DNA 마이크로어레이 방식을 활용하는 데 한계가 있다는 문제점이 있다.

따라서, 정량 분석과 다중 검사를 복합적으로 실시할 수 있는 분석기기의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0122525호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 더욱 상세하게는 정량 분석 및 다중 검사를 복합적으로 실시할 수 있는 분자진단 자동분석기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분자진단 자동분석기기는, 기기용 프레임;

상기 기기용 프레임에 설치되어 위치 고정되며, DNA 칩이 장착될 수 있는 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 블록;

상기 중합효소 연쇄 반응용 블록 내에 배치되는 상기 DNA 칩 내에서 유전자 증폭되는 샘플시료로부터 발생하는 형광신호를 실시간으로 검출하는 실시간 PCR 정량 검출수단; 및

상기 중합효소 연쇄 반응용 블록 내에 배치되는 상기 DNA 칩 내에서 유전자 증폭된 샘플시료가 DNA 칩의 표면에 부착된 표적 유전자와 혼성화 반응하여 발생하는 형광신호를 탐지하여 분석하는 DNA 마이크로어레이 분석수단을 포함한다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

실시간 PCR 정량 검출수단은,

DNA 칩을 조명하기 위한 특정 파장의 광을 발생시키는 1개 이상의 엘이디 광원;

상기 엘이디 광원으로부터 방출된 빛을 확산시키는 확산렌즈; 및

DNA 칩 내에서 유전자 증폭된 샘플시료가 엘이디 광원의 빛을 받아 방출하는 형광신호 중 특정 파장의 형광신호만을 투과시키는 PCR용 필터; 및

상기 PCR용 필터를 투과한 특정 파장의 형광신호를 탐지하는 형광검출부를 포함할 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

DNA 마이크로어레이 분석 수단은,

DNA 칩을 조명하기 위한 특정 파장의 광을 발생시키는 1개 이상의 레이저 광원;

DNA 칩 표면에 부착된 표적 유전자와 혼성화 반응하여 발생된 형광신호 중에서 특정 파장의 형광신호만을 투과시키는 마이크로어레이용 필터;

상기 마이크로어레이용 필터를 투과한 특정 파장의 형광신호를 결상시키기 위한 렌즈; 및

결상된 영상을 영상처리를 위해 디지털 신호로 바꿔주는 CCD카메라 또는 CMOS 카메라를 포함할 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

상기 실시간 PCR 정량 검출수단 및 상기 DNA 마이크로어레이 분석수단은, 대기위치와 상기 중합 효소 연쇄 반응용 블록 사이에서 이동가능한 제1아암에 설치될 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

상기 실시간 PCR 정량 검출수단 및 상기 DNA 마이크로어레이 분석수단은 상기 제1아암을 사이에 두고 서로 반대편에 배치될 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

샘플용 시료를 주입 및 배출할 수 있는 다수의 피펫이 설치된 피펫 모듈을 더 포함하되,

상기 피펫에는 적어도 다른 직경을 가지는 팁이 장착될 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

상기 피펫은,

소정의 외경을 가지는 제1장착부와,

상기 제1장착부의 외경보다 큰 외경을 가지는 제2장착부가 서로 일체로 연결될 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

DNA 칩을 세척하기 위한 세척모듈이 더 포함되되, 상기 세척모듈에는 세정액과, 실시간 PCR 과정 및 혼성화 과정을 통해 반응이 일어나지 않은 잔류물의 흡입을 위한 흡입부 및 세정액의 토출을 위한 토출부가 함께 마련될 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

상기 흡입부는 원통형상을 이루는 제1관이며, 상기 토출부는 상기 제1관의 주변을 감싸도록 배치되며 제1관과의 사이에 세정액을 토출할 수 있는 공간이 마련되는 제2관을 포함할 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

샘플용 시료를 주입 및 배출이 가능한 다수의 피펫이 설치된 피펫 모듈 및 DNA 칩을 세척하기 위한 세척모듈이 대기위치 및 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록사이에서 위치이동하는 제2아암에 설치될 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

중합효소 연쇄 반응용 블록은,

DNA 칩이 안착되는 안착홀을 가지는 고정브라켓;

상기 안착홀 내에 삽입되는 DNA 칩을 가열하기 위한 가열수단;

상기 가열수단의 하측에 배치되며 상기 가열수단으로부터 발생된 열을 외부과 열교환하는 열교환수단; 및

상기 가열수단에 탑재되어 배치되고 DNA 칩과 접촉되어 가열수단으로부터 발생된 열을 상기 DNA 칩으로 전달하는 열전시트를 포함할 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

상기 열전시트는 열전도성 충전재를 함유하는 실리콘 고무로 이루어질 수 있다.

상기 분자진단 자동분석기기에서,

상기 가열수단은, 팰티어 소자를 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 분자진단 자동분석기기는, 실시간 PCR 정량 검출수단 및 DNA 마이크로어레이 분석수단이 함께 배치되어 있어 정량분석 및 다중 검사가 복합적으로 자동화되어 실시할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분자진단 자동분석기기의 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 1의 정면도.
도 4는 도 1에 개시된 분자진단 자동분석 기기의 DNA 마이크로어레이 분석수단을 나타내는 도면.
도 5는 도 1에 개시된 분자진단 자동분석 기기의 실시간 PCR 정량 검출수단을 나타내는 도면.
도 6은 도 1에 개시된 분자진단 자동분석 기기의 세척모듈을 나타내는 도면.
도 7은 도 1에 개시된 분자진단 자동분석 기기의 피펫모듈을 나타내는 도면.
도 8은 도 1에 개시된 분자진단 자동분석 기기의 중합효소 연쇄 반응용 블록을 나타내는 도면.
도 9는 도 8의 단면도.
도 10은 도 9의 일부 확대도
도 11 내지 도 12는 도 1에 개시된 분자진단 자동분석 기기의 작동모습의 일예를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분자진단 자동분석 기기를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

본 발명의 분자진단 자동 분석기기(1)는, 기기용 프레임(10), 중합효소 연쇄반응용 블록(20), 실시간 PCR 정량 검출수단(30), DNA 마이크로어레이 분석수단(40), 피펫 모듈(50), 세척모듈(60)을 포함하여 구성된다.

상기 기기용 프레임(10)은 분자진단 자동 분석기기(1)의 몸체를 구성하는 것으로서, 상판(11)과, 상기 상판(11)을 지지하는 지지프레임(12)으로 구성된다. 상기 상판(11)은 대략 직사각형 판형상으로 이루어지며, 상기 지지프레임(12)은 상기 상판(11)을 지지하되 다수의 빔이 상판(11)의 하부에 직육면체의 형태로 배치되어 있게 된다.

상기 중합효소 연쇄반응용 블록(20)은, 상기 기기용 프레임(10)에 고정설치되어 위치고정되며, DNA 칩(73)이 장착될 수 있는 것으로서, 고정브라켓(21), 가열수단(22), 열교환수단(23) 및 열전시트(24)를 포함하여 구성된다.

상기 고정브라켓(21)은, 중앙에 다수의 안착홀(211)이 형성되는 직사각형 판형태로 이루어진다. 본 실시예에서는 4개의 안착홀(211)이 상기 고정브라켓(21)에 마련되어 있으며 이에 따라서 4개의 DNA 칩(73)이 안착홀(211)에 삽입되어 안착될 수 있도록 구성된다. 상기 안착홀(211)은 상기 DNA 칩(73)과 대응되는 형상을 가지도록 구성되며 대략 직사각형 단면형상을 가진다. 다만, 고정브라켓(21)의 형상 내지 안착홀(211)의 갯수 등은 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.

상기 가열수단(22)은, 상기 안착홀(211) 내에 삽입되는 DNA 칩(73)을 가열하기 위한 것이다. 이러한 가열수단(22)으로 사용되는 것은 펠티어 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 펠티어 소자가 온도의 변화에 대한 즉각적인 반응이 용이하게 때문이다. 예를 들어 가열 또는 냉각이 필요한 경우에 필요에 따라서 즉각적으로 반응할 수 있어 바람직하다. 이때, 가열수단(22)은 단일형상을 가지는 것이 가능하나 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 조각으로 이루어지는 다수의 가열수단(22)이 사용될 수 있다. 이와 같이 복수의 조각, 예컨데 6 조각의 펠티어 소자가 사용되는 경우에는 영역별 개별 제어가 가능함은 물론, 빠른 램핑타임을 보장 할 수 있다. 한편, 필요에 따라서는 팰티어 소자간의 온도편차를 보상하는 기술이 추가될 수 있음은 물론이다.

상기 열교환수단(23)은, 가열수단(22)의 하측에 배치되며 가열수단(22)으로부터 발생된 열을 외부와 열교환하는 것으로서 이러한 열교환수단(23)은 통상의 기술을 사용하는 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 열전시트(24)는, 상기 가열수단(22)에 탑재되어 배치되고 안착홀(211) 내에 삽입되는 DNA 칩(73)과 접촉되어 가열수단(22)으로부터 발생된 열을 상기 DNA 칩(73)으로 전달하는 기능을 수행한다. 이러한 열전시트(24)는, 열전도성 충전재를 함유하는 실리콘 고무로 이루어질 수 있다.

이때, 사용되는 열전도성 충전재는, 열전도성이 우수한 소재라면 무엇이나 사용가능하나, 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 산화아연, 알루미나, 산화마그네슘, 질화알루미늄, 금속분말, 질화붕소, 질화규소, 다이아몬드, 흑연, 탄소 나노튜브, 금속 규소, 산화철, 탄소 섬유, 유리섬유, 유리 비즈 분말, 플라렌 또는 이들의 2종 이상의 조합을 들 수 있다. 이들 성분은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

열전도성 충전재의 평균 입경은 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위, 보다 바람직하게는 0.1 내지 50 ㎛의 범위, 보다 더 바람직하게는 1 내지 20 ㎛의 범위이다. 또한, 열전도성 충전재의 형상으로는, 예를 들면 구상, 다면형상, 막대상, 침상, 원반상, 부정형상을 들 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다.

이와 같이 실리콘 고무를 기재로 한 열전시트(24)를 사용하는 경우에는 DNA 칩(73)과 가열수단(22) 간의 표면 접착력을 향상시켜 열전도효과를 극대화할 수 있다는 장점이 있다. 예컨데, 금속소재로 이루어지는 가열수단(22)은 DNA 칩(73)과 직접 접촉시에 표면간의 확실한 밀착이 어려워서 일부 구간은 열전달이 효과적으로 이루어지는 반면에 일부 구간은 열전달이 잘 이루어지지 않게 되어 DNA 칩(73) 내에 수용된 샘플용 시료의 유전자 증폭을 어렵게 하거나 증폭효율을 감소시킬 염려가 있었으나, 본 발명에서는 열전시트(24)를 중간에 삽입하여 넣음으로서 이러한 문제점을 해소할 수 있다.

상기 실시간 PCR 정량 검출수단(30)은, 상기 중합효소 연쇄반응용 블록(20) 내에 배치되는 DNA 칩(73) 내에서 증폭되는 샘플용 시료에 부착되어 있는 형광신호를 실시간으로 검출하는 것이다. 이러한 실시간 PCR 정량 검출수단(30)은, 기기용 프레임(10)에 XYZ 방향으로 이동가능한 제1아암(70)에 설치된다. 상기 제1아암(70)은 대기위치와, 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록(20) 사이에서 X방향(좌우방향) 위치이동할 뿐 아니라, Z방향(상하방향) 및 Y방향(전후방향)으로 위치이동할 수 있는 것으로서 통상의 이동수단을 사용하는 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.

이러한 검출수단(30)은, 엘이디 광원(31), 확산렌즈(32), PCR용 필터(33) 및 형광검출부(34)를 포함하여 구성된다.

상기 엘이디 광원(31)은, DNA 칩(73) 내부로 특정 파장의 광을 발생시키는 것으로서, 엘이디 소자를 사용하여 구성된다. 구체적으로는 엘이디 광원(31)은 DNA 칩(73)을 조명하기 위한 것으로서 1개 이상이 사용될 수 있다. 이때 특정파장은 예를 들어, FAM 형광체의 경우 495nm, SYBR 형광체의 경우 497nm, HEX 형광체의 경우 535nm, TAMRA 형광체의 경우 555nm 일 수 있다.

상기 확산렌즈(32)는 상기 엘이디 광원(31)으로부터 발생된 광을 확산시키는 것이다. 이러한 확산렌즈(32)는 엘이디 광원(31)로부터 발생된 광이 DNA 칩(73) 내에 고루 빛이 퍼질 수 있도록 하는 것으로서, DNA 칩(73)과 근접한 위치에 배치된다.

상기 PCR용 필터(33)는, DNA 칩 내에서 유전자 증폭된 샘플시료가 엘이디 광원의 빛을 받아 형광신호를 방출할 때 특정 파장의 형광신호만을 투과시키는 것이다. 즉, 유전자 증폭된 샘플시료에서는 다양한 파장을 가지는 형광신호가 방출되는데, 이때 PCR용 필터(33)는 필요한 특정 파장의 형광신호만을 투과시키도록 한다. 이때 특정파장은, 예를 들어 FAM 형광체의 경우 520nm, SYBR 형광체의 경우 520nm, HEX 형광체의 경우 556nm, TAMRA 형광체의 경우 576nm일 수 있다.

상기 형광검출부(34)는, DNA 칩(73)에서 발생되는 특정파장의 형광신호를 탐지하는 것으로서, CCTV(341) 및 CCD 센서(342)를 포함하여 구성된다. 이때 CCD 센서(342) 대신 혹은 CMOS 이미지센서를 사용하는 것도 가능함은 물론이다. 이때 특정파장은 예를들어 Cy3 형광체의 경우 570nm 파장, Cy5 형광체의 경우 670nm 파장일 수 있다.

이러한 PCR 정량 검출수단(30)을 이용하는 경우에는 유전자 증폭단계에서 유전자 증폭과 비례하여 증폭되는 특정파장의 형광신호를 실시간으로 탐지할 수 있으며, 구체적인 설명은 종래기술과 유사하므로 생략하기로 한다. 이때 특정파장은 예를 들어, FAM 형광체의 경우 520nm, SYBR 형광체의 경우 520nm, HEX 형광체의 경우 556nm, TAMRA 형광체의 경우 576nm 일 수 있다.

상기 DNA 마이크로어레이 분석수단(40)은, 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록(20) 내에 배치되는 DNA 칩(73)의 표면에 부착된 표적 유전자가 유전자 증폭된 샘플과 혼성화 반응을 통해 접합되고, 접합된 표적 유전자에서만 발생되는 특정 파장의 형광신호를 탐지하여 분석하는 것이다. 구체적으로는 시약이 제거 및 세척된 DNA 칩(73)을 검사할 수 있는 것으로서, DNA 칩(73)을 이동하지 않고도 DNA 칩(73) 위에서 이동하면서 스캔하는 형태로 DNA 칩(73)에서 발생한 형광신호를 확보하는 것이다. 이때 특정파장은, 예를 들어 Cy3 형광체의 경우 570nm 파장, Cy5 형광체의 경우 670nm 파장일 수 있다.

이러한 DNA 마이크로어레이 분석수단(40)은, 제1아암(70)에 설치되되, 구체적으로는 대기위치와 중합 효소 연쇄반응용 블록(20) 사이에서 이동가능한 제1아암(70)에 설치되는 것이다. 이때 상기 DNA 마이크로어레이 분석수단(40)은 제1아암(70)을 사이에 두고 상기 실시간 PCR 정량 검출수단(30)의 반대편에 배치되게 된다.

상기 DNA 마이크로어레이 분석수단(40)으로는, 레이저 광원(41), 마이크로어레이용 필터(42), 렌즈(43) 및 CCD 카메라(44) 또는 CMOS 카메라를 포함하여 구성된다.

상기 레이저 광원(41)은, DNA 칩(73)을 조명하기 위한 것이다. 이러한 레이저 광원(41)은 특정 파장의 광을 발생시키는 것으로서 1개 이상이 설치된다. 이때 특정파장은 예를 들어 Cy3 형광체의 경우 550nm, Cy5 형광체의 경우 649nm일 수 있다.

상기 마이크로어레이용 필터(42)는, 유전자 증폭된 타겟 샘플이 DNA 칩 표면에 부착된 표적 유전자와 혼성화 접합되어 DNA 칩(73)에서 발현되는 특정파장의 형광신호만을 투과시키는 것이다. 구체적으로는 마이크로어레이용 필터(42)는 DNA 칩(73)에서 발현되는 다양한 파장의 형광신호 중에서 원하는 특정의 파장의 형광신호만을 투과시키는 것이다. 이때 특정파장은, 예를 들어 Cy3 형광체의 경우 570nm 파장, Cy5 형광체의 경우 670nm 파장일 수 있다.

상기 렌즈(43)는 상기 마이크로어레이용 필터를 투과한 특정 파장의 형광 영상을 결상시키기 위한 것이다. 이때 특정파장은, 예를 들어 Cy3 형광체의 경우 570nm 파장, Cy5 형광체의 경우 670nm 파장일 수 있다.

상기 CCD 카메라(44)는 결상된 영상을 영상처리를 위해 디지털 신호로 바꿔주는 것이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 CCD 카메라 대신 CMOS 카메라가 사용되는 것도 가능함은 물론이다.

이러한 DNA 마이크로어레이 분석수단(40)에 의하면 DNA 칩(73) 내에 다수개 부착된 표적 유전자에 대한 유전자의 검사가 가능하게 된다. 기타 DNA 마이크로어레이 분석수단(40)에 대한 구체적인 설명은 종래기술과 유사하므로 생략하기로 한다.

상기 피펫 모듈(50)은, 샘플용 시료를 주입 및 배출할 수 있는 다수의 피펫(51)을 포함하여 구성되는 것이다. 이때 피펫(51)에는 적어도 서로 다른 직경을 가지는 팁(72)이 장착될 수 있도록 구성된다. 구체적으로 상기 피펫(51)은 소정의 외경을 가지는 제1장착부(52)와, 상기 제1장착부(52)의 상측에 배치되며 상기 제1장착부(52)의 외경보다 큰 외경을 가지는 제2장착부(53)를 포함하여 구성된다. 이때 상기 제2장착부(53)와 제1장착부(52)는 이격되어 있으면서 일체로 연결되어 있게 된다. 기존의 피펫 모듈(50)의 경우에는 10ul과 200ul 팁(72)을 사용하기 위해서는 전체적인 모듈을 교체하던지 팁(72)이 장착되는 부분의 직경이 동일한 전용 10ul, 200ul 팁(72)을 사용해야 하였으나, 본 실시예에서는 사용자의 편의성을 고려하여 기존의 실험실에서 사용하던 여러 종류의 팁(72)을 그대로 장착하여 사용할 수 있도록 멀티 피펫 모듈(50)을 채용한 점에 특징이 있다.

구체적으로, 직경이 작은 제1장착부(52)에는 10ul 팁(72)을 장착할 수 있도록 구성하여 제2장착부(53)에는 200ul 팁(72)이 장착될 수 있도록 구성함으로서 10ul 팁(72)과 200ul 팁(72)이 서로 혼용되어 설치될 수 있도록 설계한 점이 특징이다.

이러한 피펫 모듈(50)은 XYZ 방향으로 이동가능한 제2아암(71)에 배치되어 있게 된다. 구체적으로 제2아암(71)은 상기 제1아암(70)의 반대측에 설치되어 있으며 대기위치와 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록(20) 사이에서 위치이동가능하게 설치된다. 물론 제2아암(71)은 상기 위치이외에도 팁 박스(90)로 위치이동하는 것도 가능함은 물론이다. 이러한 제2아암(71)은 통상적인 이동수단이므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 세척모듈(60)은, DNA 칩(73)을 세척하기 위한 것으로서, 구체적으로는 DNA 칩(73) 내에서 유전자 증폭과 혼성화 반응이 끝난 후에 DNA 칩(73) 상에 남아있는 시약을 제거하기 위한 것이다. 이러한 세척모듈(60)은, 세척을 위한 세정액과, 실시간 PCR 과장 및 혼성화 과정을 통해 반응이 일어나지 않은 잔류물의 흡입을 위한 흡입부 및 세정액의 토출을 위한 토출부가 함께 배치되어 있게 된다. 구체적으로 상기 세척모듈(60)의 흡입부는 원통형상을 이루는 제1관(61)이며, 토출부는 제1관(61)과 동축상으로 배치되며 상기 제1관(61)의 주변을 감싸돌고 배치되고 상기 제1관(61)과의 사이의 공간을 통하여 세정액을 토출할 수 있는 제2관(62)이다. 이러한 본 실시예에 따른 세척모듈(60)은 기존의 다른 세척모듈(60)과는 달리 하나의 관형 모듈 내에서 흡입 및 토출이 가능하다는 점이다. 즉, 제2관(62) 내에 제1관(61)이 배치되어 있으며 상기 제2관(62)과 제1관(61)에서는 세정책이 토출되고 제1관(61)을 통하여 세정액이 흡입됨으로서 적은 공간에서도 흡입 및 토출이 가능하게 될 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라서 적은 수의 펌프로도 다수의 관에 대한 흡입 및 토출작업을 진행할 수 있어서 경제적이다.

기타 도면번호 80, 90 는 선처리 열교환기 및 팁 박스를 지칭한다. 상기 선처리 열교환기(80)는 열교환기와 함께 사용되어 선행적으로 열을 교환할 수 있도록 구성된다. 또한, 팁(72)박스는 시료가 담겨져 있는 다수개의 팁(72)이 배치되어 있는 것이다.

이러한 본 발명의 일실시예에 따른 분자진단 자동분석기기는 다음과 같은 작용효과를 가진다.

먼저, 제2아암(71)이 이동하면서 피펫 모듈(50)이 유전자 증폭을 위한 샘플용 시료의 희석, 배합과 같은 전처리를 수행하도록 한다. 이후에 유전자 증폭과정 동안, 제1아암(70)이 도 11에 도시된 위치로 이동하게 된다. 이때, PCR 정량 검출수단(30)이 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록(20)과 대응되는 위치에 배치되게 된다. 중합효소 연쇄반응용 블록(20)은, 94℃의 변성, 45 ~ 67℃의 결합, 72℃의 복제의 단계를 반복하면서 복제반응을 수행하게 된다. 이러한 과정은 실시간 PCR 정량 검출수단(30)에 의하여 실시간으로 측정된다. 즉, DNA 칩 내에서 증폭되는 샘플용 시료로부터 발생하는 특정 파장의 형광신호를 실시간으로 검출하게 되는 것이다. 증폭과정이 완료되면 제1아암(70)은 대기위치로 이동하게 된다.

이후에, 제2아암(71)이 이동하며 세척모듈(60)이 DNA 칩(73) 내에 유전자 증폭과 혼성화 과정 후 남겨진 시약 및 잔류물을 제거하게 된다. 구체적으로는 세정액의 토출 및 흡입작업이 진행되면서 시약의 제거작업이 수행된다. 세척이 완료되면 제2아암(71)은 원래 위치로 이동하고 도 12에 도시된 바와 같이 제1아암(70)이 대기위치에서 중합효소 연쇄 반응용 블록(20) 측으로 이동한다. 이때, DNA 마이크로어레이 분석수단(40)이 상기 DNA 칩(73)과 대응되는 위치에 배치되게 된다. DNA 마이크로어레이 분석수단(40)은 유전자 증폭 및 혼성화가 마무리된 DNA 칩(73)을 분석하기 위한 것으로서, 레이저 광원(41)으로부터 나온 특정파장의 빛이 DNA 칩(73)을 조명하게 되고, 이때 DNA 칩(73)에서는 표면에 미리 고정한 표적 유전자가, 증폭된 타겟 유전자와 혼성화 접합한 부위에서만 형광체가 광원의 특정 파장의 빛을 받아 특정 파장의 형광 빛을 발현하는데 이를 렌즈(43)로 수집하여 CCD 카메라(44)로 결상시키게 된다. 이와 같이 결합된 영상은 DNA 칩(73)에서 발현된 형광의 강도 분포에 따라 각각 다른 정보를 포함하고 있으며, 이를 통계적인 처리과정을 통하여 원하는 정보를 얻게 된다.

이러한 본 발명의 분자진단 자동분석 기기는, 기존 실시간 PCR 을 통하여 수행되던 모든 실험을 자동으로 수행할 수 있는 것이 가능하고 기존의 PCR 장치에서는 수행할 수 없었던 DNA 칩 분석도 복합적으로 실시할 수 있는 효과가 있다.

경우에 따라서는 실시간 PCR 에서 false negative (위음성)이 나온 경우 DNA 칩 분석에서 한번 더 검사를 해 줄 수 있기 때문에 감염성 질환과 같은 감염이 되었는데, 감염이 아니라 하여 놓치게 되는 경우를 미연에 방지하여 검사의 정확성을 높이는데도 기여할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 분자진단 자동분석기기는, 단일의 장비로서 DNA 칩의 자동화를 단독으로 분석가능하거나, 실시간 PCR 분석을 단독으로 분석가능할 수도 있으며, 이미 상술한 바와 같이 위의 방식들을 통하여 통합하여 분석할 수 있는 장점이 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 분자진단 자동분석기기는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 실시예에서는 실시간 PCR 정량 검출수단 및 DNA 마이크로어레이 분석수단이 제1아암에 부착되어 이동하면서 소정의 검사 및 분석을 실시하는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 실시간 PCR 정량 검출수단이 위치고정되어 있거나, DNA 마이크로어레이 분석수단이 위치고정되거나, 양자 모두 위치고정되는 것도 가능하다.

이상에서 다양한 실시예를 들어 본 발명의 분자진단 자동분석기기를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 권리범위로부터 합리적으로 해석될 수 있는 것이라면 무엇이나 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연한다.

1...자동분석 기기 10...프레임
11..상판 11...지지프레임
20...중합효소 연쇄반응용 블록 21...고정브라켓
22...가열수단 23...열교환수단
24...열전시트 30...검출수단
31...엘이디 광원 32...확산렌즈
33...PCR용 필터 34...형광검출부
331...CCTV 렌즈 332...CCD 센서
40...DNA 마이크로어레이 분석수단 41...레이저 광원 42...필터 43...렌즈
44...CCD 카메라 50...피펫 모듈
51...피펫 52...제1장착부
53...제2장착부 60...세척모듈
61...제1관 62...제2관
70...제1아암 71...제2아암
73...DNA 칩 80...선처리 열교환기
90...팁 박스

Claims

기기용 프레임;
상기 기기용 프레임에 설치되어 위치 고정되며, DNA 칩이 장착될 수 있는 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 블록;
상기 중합효소 연쇄 반응용 블록 내에 배치되는 상기 DNA 칩 내에서 유전자 증폭되는 샘플시료로부터 발생하는 형광신호를 실시간으로 검출하는 실시간 PCR 정량 검출수단; 및
상기 중합효소 연쇄 반응용 블록 내에 배치되는 상기 DNA 칩 내에서 유전자 증폭된 샘플시료가 DNA 칩의 표면에 부착된 표적 유전자와 혼성화 반응하여 발생하는 형광신호를 탐지하여 분석하는 DNA 마이크로어레이 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제1항에 있어서,
실시간 PCR 정량 검출수단은,
DNA 칩을 조명하기 위한 특정 파장의 광을 발생시키는 1개 이상의 엘이디 광원;
상기 엘이디 광원으로부터 방출된 빛을 확산시키는 확산렌즈; 및
DNA 칩 내에서 유전자 증폭된 샘플시료가 엘이디 광원의 빛을 받아 방출하는 형광신호 중 특정 파장의 형광신호만을 투과시키는 PCR용 필터; 및
상기 PCR용 필터를 투과한 특정 파장의 형광신호를 탐지하는 형광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제1항에 있어서,
DNA 마이크로어레이 분석 수단은,
DNA 칩을 조명하기 위한 특정 파장의 광을 발생시키는 1개 이상의 레이저 광원;
DNA 칩 표면에 부착된 표적 유전자와 혼성화 반응하여 발생된 형광신호 중에서 특정 파장의 형광신호만을 투과시키는 마이크로어레이용 필터;
상기 마이크로어레이용 필터를 투과한 특정 파장의 형광신호를 결상시키기 위한 렌즈; 및
결상된 영상을 영상처리를 위해 디지털 신호로 바꿔주는 CCD카메라 또는 CMOS 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제1항에 있어서,
상기 실시간 PCR 정량 검출수단 및 상기 DNA 마이크로어레이 분석수단은, 대기위치와 상기 중합 효소 연쇄 반응용 블록 사이에서 이동가능한 제1아암에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제4항에 있어서,
상기 실시간 PCR 정량 검출수단 및 상기 DNA 마이크로어레이 분석수단은 상기 제1아암을 사이에 두고 서로 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제1항에 있어서,
샘플용 시료를 주입 및 배출할 수 있는 다수의 피펫이 설치된 피펫 모듈을 더 포함하되,
상기 피펫에는 적어도 다른 직경을 가지는 팁이 장착될 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제6항에 있어서,
상기 피펫은,
소정의 외경을 가지는 제1장착부와,
상기 제1장착부의 외경보다 큰 외경을 가지는 제2장착부가 서로 일체로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제1항에 있어서,
DNA 칩을 세척하기 위한 세척모듈이 더 포함되되, 상기 세척모듈에는 세정액과, 실시간 PCR 과정 및 혼성화 과정을 통해 반응이 일어나지 않은 잔류물의 흡입을 위한 흡입부 및 세정액의 토출을 위한 토출부가 함께 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제8항에 있어서,
상기 흡입부는 원통형상을 이루는 제1관이며, 상기 토출부는 상기 제1관의 주변을 감싸도록 배치되며 제1관과의 사이에 세정액을 토출할 수 있는 공간이 마련되는 제2관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제1항에 있어서,
샘플용 시료를 주입 및 배출이 가능한 다수의 피펫이 설치된 피펫 모듈 및 DNA 칩을 세척하기 위한 세척모듈이 대기위치 및 상기 중합효소 연쇄 반응용 블록사이에서 위치이동하는 제2아암에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제1항에 있어서,
중합효소 연쇄 반응용 블록은,
DNA 칩이 안착되는 안착홀을 가지는 고정브라켓;
상기 안착홀 내에 삽입되는 DNA 칩을 가열하기 위한 가열수단;
상기 가열수단의 하측에 배치되며 상기 가열수단으로부터 발생된 열을 외부과 열교환하는 열교환수단; 및
상기 가열수단에 탑재되어 배치되고 DNA 칩과 접촉되어 가열수단으로부터 발생된 열을 상기 DNA 칩으로 전달하는 열전시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제11항에 있어서,
상기 열전시트는 열전도성 충전재를 함유하는 실리콘 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.
제11항에 있어서,
상기 가열수단은, 팰티어 소자를 이용하는 것을 특징으로 하는 유전자 정량검출 실시간 PCR 및 유전자 분석 DNA 마이크로어레이를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석기기.