KR101390250B1 - 중합효소 연쇄반응 블록 및 이를 이용한 연속형 실시간 모니터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중앙에 중공(11)이 형성되고, 각기 다른 온도를 제공하도록 단열층(30)으로 구분되는 도넛형상의 가열블록(10a,10b); 시료가 유출입되고, 가열블록(10a,10b)에 중공(11)을 통과하여 일정 간격으로 감기는 캐필러리(20);를 포함하는 중합효소 연쇄반응 블록(100); 광원(110); 광원(110)으로부터 조사된 여기광에서 특정파장영역의 여기광을 통과시키는 밴드패스필터(130); 집광렌즈(140); 여기광을 반사시키며, 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키는 빔스플리터(120); 모터(160)와 결합되어 회전되며, 여기광 및 형광을 반사시키는 반사미러(150); 및 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하는 형광검출부(170);를 포함하여 이루어지는 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 연속형 실시간 모니터링 장치에 관한 것이다.
이에 따라 본 발명의 실시간 모니터링 장치는 종래의 선형이동식과는 달리 모니터링 장치의 광원, 형광측정부등의 이동이 필요없이 위치가 고정된 모터의 회전만으로 제어되므로 검출이 용이하며 고장이 발생할 확률이 적으며, 검출 정확도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작에 소요되는 비용 및 노력을 절감할 수 있으며, 보다 컴팩트한 사이즈의 장치 구현이 가능하게 된다.
연속형, 중합효소 연쇄반응 블록, PCR, 실시간 모니터링

Description

중합효소 연쇄반응 블록 및 이를 이용한 연속형 실시간 모니터링 장치{Thermal block and Continuous Real-time Monitoring Apparatus using it}
본 발명은 중합효소 연쇄반응 블록 및 이를 이용한 실시간 모니터링 장치에 관한 것으로, 시료를 서로 다른 온도로 가열 또는 냉각되도록 하여 중합효소 연쇄반응을 발생시키고 이를 실시간으로 검출할 수 있도록 하는 중합효소 연쇄반응 블록 및 이를 이용한 연속형 실시간 모니터링 장치에 관한 것이다.
중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)은 DNA의 일정 부위를 특이적으로 반복 합성하여 DNA를 증폭시키는 방법으로서, 아주 적은 양의 DNA로 부터 복제하여 동일한 DNA를 대량으로 생성시키는 방법이다.
이러한 중합효소 연쇄반응을 통해서, 게놈 DNA와 같이 아주 큰 DNA로부터 원하는 DNA 특정 부분만을 선택적으로 증폭시킬 수도 있다. 이러한 중합효소 연쇄반응은 일반적으로 1) DNA의 변성(denaturation), 2) Primer의 결합(annealing), 3) DNA의 복제(polymerization, extension)의 세 단계로 이루어진다.
최근에는 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)이 일반에 알려지고 있다. 실시간 중합효소 연쇄반응이란, 반응의 결과물을 젤에서 전기영동을 통해 분리 하지 아니한 채로 반응튜브 내에서 매 사이클마다 DNA의 증폭정도를 나타나는 형광의 강도를 측정하여 실시간으로 반응의 상태를 모니터링할 수 있는 기술로서, 정확한 정량이 가능하고, 전기영동이 필요 없어 신속하고 간편하게 분석할 수 있을 뿐만 아니라 오염의 위험성이 적은 장점이 있다.
실시간 중합효소 연쇄반응 기기는 중합효소 연쇄반응을 위한 서멀 사이클러(thermal cycler)와 반응물의 형광을 검출하기 위한 형광검출기(fluorometer)를 합체한 기기이다. 종래의 실시간(real-time)중합효소 연쇄반응 기기의 구성은 열전소자와 시료가 담겨있는 반응 튜브에 열을 전달하기 위한 서멀 블록(thermal block)과 튜브 내부의 시료에 여기광을 조사하기 위한 조사광원부, 그리고 시료에서 발생되는 형광을 수광하기 위한 수광부로 구성되어 있다. 상기 중합효소 연쇄반응 실시간 모니터링 장치의 원리는 튜브 안의 시료를 반응시키기 위해 열전소자를 이용하여 냉각 및 가열 사이클을 반복적으로 실행하면서 매 사이클이 끝날 때마다 조사광원부와 수광부를 이용해 시료에 광을 조사하고, 시료로부터 발광하는 형광량을 측정하여 연쇄 중합반응의 진행 정도를 실시간으로 나타나게 한다.
그러나 이제까지 일반에 알려진 중합효소 연쇄반응 실시간 모니터링 장치는 다수의 시료는 처리할 수 있으나, 일정한 시간 간격에 따라 시료를 연속적으로 반응시키는 것은 불가능하며, 장치에 처음 장착된 시료의 반응이 완료되기 전까지는 반응 중에 다른 시료를 반응튜브에 장착하는 것은 불가능하다는 문제점이 있었다.
이러한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여, 다양한 형태의 연속형 중합효소 연쇄반응 실시간 모니터링 기술이 제시되고 있다.
이러한 연속형 중합효소 연쇄반응 실시간 모니터링 기술의 일례로는 모세관을 이용한 중합효소 연쇄반응 장치인 미국등록특허 6,033,880호가 개시된 바 있다. 상기 장치에서 열전달 블록은 4개의 다른 항온블록으로 구성되어 있으며, 모세관에 용액공급 장치를 이용하여 시료 및 시약을 공급하거나 제거하도록 되어 있다. 상기 장치를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 진행하기 위해서는 열전달 블록을 회전시키면서 모세관에 전달되는 온도를 변화시킴으로써 중합효소 연쇄반응을 수행하게 된다. 이러한 형태의 구성을 갖는 기술들의 일반적인 문제점은 중합효소 연쇄반응을 위해 열전달 블록을 회전시켜야 하고, 회전시 각 모세관이 열전달 블록과의 접촉정도에 따라 중합효소 연쇄반응 정도의 차이가 발생할 수 있어서 연쇄 반응의 재현성이 부족하게 된다는 점이다.
또한, 이러한 형태의 장치를 사용하는 경우, 시간 간격을 두고 연속적으로 중합효소 연쇄반응을 진행시키는 것은 불가능하다. 또한, 중합효소 연쇄반응이 완료된 후에만 반응의 진행 정도를 측정할 수 있는 장치로 구성되어 있기 때문에 반응이 완료되기 전에는 진행 정도를 알 수 없다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하는 새로운 방식의 중합효소 연쇄반응 실시간 모니터링 장치로 대한민국 특허등록 제593263호(발명의 명칭: 연속 흐름상 반응 장치)에 모세관과 원형의 가열블록으로 이루어진 연속식 흐름식 중합효소 연쇄반응용 온도순환 장치가 개시된 바 있다.
상기 장치는 변성(melting), 어닐링(annealing), 연장(extension) 온도 구역으로 나누어진 직경 30mm의 구리 블록에 길이 3.5m의 모세관을 33회 감아서 제작되었다. 모세관 내부로 흐르는 PCR 반응 혼합물은 구리로 이루어진 가열블록을 한번씩 회전함으로써 PCR 반응의 각 사이클이 수행된다. 이 방법에서는, 중합효소 연쇄반응 시료가 흐르는 모세관을 가열블록에 감고, 스캐너에 장착된 광 조사 장치를 사용하여 가열블록에 감긴 모세관에 광선을 조사하며 모세관에서 발생하는 형광량을 측정하기 위한 수단으로서 형광 검출기가 장착된 스캔장치를 사용하여 모세관을 스캐닝하게 된다.
이 방법에서는 가열 블록에 감긴 모세관에 광을 조사하기 위한 광 조사장치와 모세관에서 발생하는 형광을 측정하기 위한 센서를 이동장치(moving stage)에 장착하여 스캐너를 선형으로 구동시켜 스캐너의 이동에 따라 모세관에 광을 순차적으로 조사하고, 또한 모세관에서 발생하는 형광을 스캐너의 이동에 따라 순차적으로 측정하게 된다.
상기 특허에서는, 특정 파장의 광선을 발생시키는 조사광원부와 형광 검출 센서가 모세관이 감겨 있는 가열 블록 위를 일정 속도로 이동하면서 스캐닝하는 장비를 기재하고 있다. 이러한 조사광원부와 형광 검출 센서들이 스캐너에 장착된 채 모세관이 감긴 가열 블록의 중심축과 평행하는 축 방향 또는 이를 가로지르는 축 방향을 따라 이동하면서 모세관에 광을 조사하거나 형광을 측정하는데, 상기 장치는 스캐닝할 때마다 한번씩 중합효소 연쇄반응의 모니터링이 이루어지며, 스캐닝할 때마다 다수의 모세관을 스캐닝하게 된다. 또한, 이렇게 조사광원부, 형광측정부를 이동식 장치에 장착하고 일정 속도로 이동시키며, 모세관내 시료에서 발생하는 형광을 스캐닝하여 연속적으로 검출하기 위해서는 필연적으로 모터, 선형 이송 수단과 같이 이들을 이송하는 이송장치, 이송 가이드 장치, 이송장치에 동력을 제공하는 구동수단 등이 구비되어야 한다. 그러나, 다수의 광학 렌즈로 구성되는 조사광원부는 대물렌즈와 같은 고가의 렌즈를 사용하고, 광 경로의 정확한 컨트롤을 위하여 조사광원부 및 형광측정부의 정교한 배치를 필요로 하기 때문에 중합효소 연쇄반응 장치의 제작비용이 크게 증가된다는 문제점을 야기한다. 더불어, 다수의 렌즈, 이송 장치, 동력 전달 수단, 구동수단 등은 상기 장치의 크기를 크게 할 뿐만 아니라 빈번한 고장과 오작동의 원인이 될 수 있다.
따라서, 이러한 실시간 모니터링 장치의 문제점을 극복한, 경제적이고 실시간 모니터링 효과가 우수한 새로운 형태의 연속적 중합효소 연쇄반응 실시간 모니터링 장치의 개발할 필요성이 대두되었다.
본 발명의 목적은 연속적으로 중합효소 연쇄반응을 실시간 모니터링할 수 있는 모니터링 장치의 구조를 간단하게 제공할 수 있고 중합효소 연쇄반응 검출을 용이하도록 하며 검출 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 중합효소 연쇄반응 블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 중합효소 연쇄반응 블록은 중앙에 중공(11)이 형성되고, 각기 다른 온도를 제공하도록 단열층(30)으로 구분되는 도넛형상의 가열블록(10a,10b); 시료가 유출입되고, 각기 다른 온도가 전달되는 반응 사이클이 반복적으로 수행되도록 상기 가열 블록(10a,10b)에 상기 중공(11)을 통과하여 일정 간격으로 감기는 캐필러리(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 캐필러리(20)가 감긴 외측에 위치한 가열블록(10b)의 외측과 맞물리도록 상기 가열블록(10b)을 둘러싸는 형태를 갖는 부가 가열블록(13)이 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열 블록(10a,10b)의 외면에 상기 가열 블록(10a,10b)과 상기 캐필러리(20)와의 접촉면적을 넓히기 위하여 캐필러리(20)의 일부가 삽입되도록 일정크기와 일정간격을 갖는 삽입홈(12)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장 치는 중합효소 연쇄반응 블록(100); 여기광을 발생시키는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 조사된 여기광에서 특정파장영역의 여기광을 통과시키는 밴드패스필터(130); 상기 여기광을 반사시키며, 상기 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키는 빔스플리터(120); 모터(160)와 결합되어 회전되며, 상기 빔스플리터(120)로부터 반사된 여기광을 상기 캐필러리(20)에 전달하고, 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 상기 빔스플리터(120)로 반사시키는 반사미러(150); 및 상기 반사미러(150)에 의해 반사되어 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하는 형광검출부(170);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 형광검출부(170)는 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 집광시키는 형광집광렌즈(171); 집광된 형광에서 특정파장영역의 형광을 통과시키는 형광밴드패스필터(172) 및 상기 형광밴드패스필터(172)를 통과한 특정파장영역의 형광을 검출하는 형광검출센서(173)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 더불어, 상기 형광검출부(170)는 형광 파장영역에 따라 형광집광렌즈(171), 형광밴드패스필터(172) 및 형광 빔스플리터(174)가 각각 하나 이상 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 또다른 실시간 모니터링 장치는 중합효소 연쇄반응 블록(100); 여기광을 발생시키는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 조사된 여기광에서 특정파장영역의 여기광을 통과시키는 밴드패스필터(130); 상기 여기광을 집광하는 집광렌즈(140); 상기 여기광을 반사시키며, 상기 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키는 빔스플리터(120); 모 터(160a)와 결합되어 회전되며, 상기 빔스플리터(120)로부터 반사된 여기광을 상기 캐필러리(20)에 전달하고, 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 상기 빔스플리터(120)로 반사시키는 반사미러(150); 상기 반사미러(150)와 연쇄반응블록(100) 사이에 위치하며, 반사미러(150)로부터 반사된 여기광 및 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 집광하는 집광렌즈(141); 상기 반사미러(150)에 의해 반사되어 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하는 형광검출부(170);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 형광검출부(170)는 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 집광시키는 형광집광렌즈(171); 집광된 형광에서 서로 다른 특정파장영역의 형광을 통과시키는 하나 이상의 형광 밴드패스필터(172)가 구비되는 형광밴드패스필터 고정부(175); 상기 형광밴드패스필터 고정부(175)를 회전시키는 모터(160b); 및 상기 형광 밴드패스필터(172)를 통과한 특정파장영역의 형광을 검출하는 형광검출센서(173); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시간 모니터링 장치는 여기광과 형광의 분리 효율을 증가시키기 위하여 상기 광원(110)과 집광렌즈(140) 사이에 편광자(polarizer) 또는 편광 필름(polarizer film)(131)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 본 발명의 실시간 모니터링 장치의 상기 모터(160a, 160b)는 일정 속도로 회전시키는 정속 회전 모터인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래의 이동식 광원과 이동식 형광 측정부 및 다수개의 고가의 광학 렌즈 장치가 정교하게 조립 배치된 스캐너를 사용하는 것과 달리, 고정식 광원과 고정식 형광 검출부를 구비하여 모니터링 장치의 광원, 형광측정부등의 이동 없이 모터의 회전만으로 제어됨으로써, 고정된 위치에서 실시간 모니터링이 이루어져 시료의 증폭 검출이 용이하며 검출 정확도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작에 소요되는 비용 및 노력을 절감할 수 있으며, 고장이 적고 보다 컴팩트한 사이즈의 장치 구현이 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 중합효소 연쇄반응 블록 및 이를 이용한 실시간 모니터링 장치를 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 가열 블록을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 가열 블록을 나타낸 단면사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 가열블록의 또다른 예시의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 중합효소 연쇄반응 블록을 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 중합효소 연쇄반응 블록(100)은 중앙에 중공(11)이 형성되고, 각기 다른 온도를 제공하도록 단열층(30)으로 구분되는 도넛형상의 가열 블록(10a,10b); 시료가 유출입되고, 각기 다른 온도가 전달되어 반응 사이클이 반복적으로 수행되도록 상기 가열 블록(10a,10b)에 상기 중공(11)을 통과하여 일정 간격으로 감기는 캐필러리(20); 를 포함하여 이루어진다.
일반적인 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)은 94℃의 변성(denaturation), 45~67℃의 결합(annealing), 72℃의 복제(polymerization, extension)의 세 단계로 이루어지나, 복제단계를 생략하더라도 중합효소 연쇄반응에는 지장이 없으므로 실시간 PCR(real-time PCR)에서는 시간단축을 위해 복제단계의 반응시간을 없애는 경향이 있다. 본 발명에서의 도면에서는 2 구획의 가열 블록(10a, 10b)을 도시하였으나, 더 추가하여도 무방하다.
이때, 상기 단열층(30)에 의해 상기 가열 블록의 구획(10a, 10b)간의 온도 간섭을 억제하여 온도조절이 보다 용이하게 된다. 상기 단열층(30)은 가열 블록 구획(10a, 10b) 간에 서로 다른 온도의 유지가 용이하도록 열전도성이 매우 낮은 물질로 제조된다.
본 발명의 도면에서 가열 블록(10a,10b)의 형상이 장공형상으로 예시되어 있으나, 원형, 타원형, 다각형, 장방형 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 중합효소 연쇄반응 블록(100)은 상기 캐필러리(20)가 감긴 외측에 위치한 가열블록(10b)의 외측과 맞물리도록 상기 가열블록(10b)을 둘러싸는 형태를 갖는 부가 가열블록(13)이 추가로 형성될 수 있다. 이는 부가 가열블록(13)을 통해 캐필러리로 열을 전달할 때 외부에서 가열블록(10b)의 내부방향으로 열을 전달시키는 방식으로 캐필러리에 좀 더 효율적으로 열을 전달할 수 있다.
상기 캐필러리(20)는 시료가 유출입되고 상기 가열 블록(10a,10b)에 의해 각기 다른 온도가 전달되어 반응 사이클이 반복적으로 수행되도록 상기 중공(11)을 통과하여 상기 가열 블록(10a,10b)에 일정 간격의 나선형으로 감기는 것이 바람직 하다. 이에 따라 상기 캐필러리(20)가 각기 다른 온도로 조절되는 가열 블록(10a,10b)을 순차적 및 반복적으로 접촉함으로써 중합효소 연쇄반응을 수행하게 되어 시료내 유전자(DNA)의 증폭이 이뤄지게 된다. 상기 캐필러리(20)가 일정간격으로 감기는 이유는 중합효소 연쇄반응을 일정하게 유지하고, 이에 따라 후술할 반사미러를 용이하게 일정각도로 회전시키기 위함이다.
상기 가열 블록(10a,10b)의 외면에 상기 가열 블록(10a,10b)과 상기 캐필러리(20)와의 접촉면적을 넓히기 위하여 캐필러리(20)의 일부가 삽입되도록 일정크기와 일정간격을 갖는 삽입홈(12)이 형성될 수 있다.
도 4의 단면도에서와 같이 상기 캐필러리(20)의 일부가 삽입되어 고정되며 일정크기와 일정간격을 갖는 나선형 삽입홈(12)이 형성됨으로써 상기 가열 블록(10a,10b)과 상기 캐필러리(20)와의 접촉면적이 증가하여 상기 가열 블록(10a,10b)으로부터 더욱 효율적인 열 전달이 가능하다.
또한, 가열 블록(10a,10b)과 캐필러리(20)와의 접촉면적은 전술한 중합효소 연쇄반응의 단계의 반응시간과 연계되므로 반응시간을 길게 하느냐 짧게 하느냐에 따라 달라질 수 있으며, 이는 상기 가열 블록의 반경방향으로의 구획폭을 달리함으로써 반응시간을 조절하게 된다. 상기 가열 블록(10a,10b)의 반경방향으로의 폭에 따라 상기 가열 블록(10a,10b)내에 구비되는 단열층(30)의 위치 또한 달라지게 된다.
상기와 같은 구성으로 형성된 본 발명의 중합효소 연쇄반응 블록(100)은 DNA 증폭 정도를 실시간으로 측정하기 위한 실시간 모니터링 장치에 이용되게 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장치의 개략적인 구조를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장치는 중합효소 연쇄반응 블록(100); 여기광을 조사하는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 조사된 여기광에서 특정파장영역의 여기광을 통과시키는 밴드패스필터(130); 상기 여기광을 집광하는 집광렌즈(140); 상기 여기광을 반사시키며, 상기 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키는 빔스플리터(120); 모터(160)와 결합되어 회전되며, 상기 빔스플리터(120)로부터 반사된 여기광을 상기 캐필러리(20)에 전달하고, 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 상기 빔스플리터(120)로 반사시키는 반사미러(150); 및 상기 반사미러(150)에 의해 반사되어 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하는 형광검출부(170);를 포함하여 이루어진다.
상기 광원(110)은 여기광을 발생시키는 역할을 하며, 종래에 일반적으로 사용하는 텅스텐할로겐 램프, 제논방전램프 등의 백색광원과 LED, 레이저 등의 단색광원이 광원으로 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 밴드패스필터(130)는 광원(110)으로부터 발생된 여기광에서 특정 파장영역의 여기광을 통과시키는 역할을 한다.
상기 광원으로부터 조사된 특정파장영역의 여기광을 집광시키는 집광렌즈(140)가 구비되는데, 상기 집광렌즈(140)은 여기광을 집광할 수 있는 렌즈이면 어느 것에 한정되지 않고 사용 가능하나, 양볼록렌즈(Double convex lens)인 것이 바람직하다.
상기 빔스플리터(beam splitter)(120)는 상기 광원(110)으로부터 발생된 여기광을 반사시키며, 상기 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키게 된다. 상기 빔스플리터(120)는 이색성 빔스플리터(dichroic beam splitter)인 것이 바람직하다.
상기 빔스플리터(120)에 의해 반사된 여기광은 상기 반사미러(150)로 전달되게 되며, 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광은 상기 형광검출부(170)로 전달되게 된다.
상기 반사미러(150)는 상기 빔스플리터(120)에 의해 반사된 여기광이 전달되며, 상기 중합효소 연쇄반응 블록(100)의 중공(11)에 설치된다. 상기 반사미러(150)는 상기 빔스플리터(120)로부터 반사된 여기광을 전술한 중합효소 연쇄반응 블록(100)에 구비된 나선형으로 감긴 상기 캐필러리(20)에 전달하며 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 상기 빔스플리터(120)로 반사시키는 역할을 한다. 상기 반사미러(150)로부터 반사된 형광은 상기 빔스플리터(120)를 통과하여 상기 형광검출부(170)로 전달되게 된다. 상기 반사미러(150)의 하부에는 상기 반사미러(150)를 회전시키는 모터(160)와 결합된다. 상기 모터(160)는 상기 반사미러(150)가 상기 캐필러리(20)내 시료로 여기광을 반사시키고, 시료로부터 발산된 형광이 형광측정부로 반사되도록 상기 반사미러(150)를 회전시키는 역할을 한다. 이때, 상기 모터(160)는 상기 반사미러(150)를 일정속도로 회전 가능한 정속 회전 모터인 것이 바람직하다.
상기 형광검출부(170)는 캐필러리(20)내 시료에서 발산된 형광이 상기 반사미러(150)에 의해 반사되어 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하여 유전자(DNA)의 증폭정도를 조사할 수 있게 된다.
상기 형광검출부(170)는 도시된 바와 같이 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 집광시키는 형광집광렌즈(171)와, 집광된 형광에서 특정파장영역의 형광을 통과시키는 형광 밴드패스필터(172)와 상기 형광 밴드패스필터(172)를 통과한 특정파장영역의 형광을 검출하는 형광검출센서(173)를 포함하여 이루어질 수 있다. 도 5는 하나의 파장영역의 형광을 검출하는 것을 나타낸다.
다양한 파장영역의 형광을 검출할 수 있도록 상기 형광검출부(170)는 도 6에서와 같이 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광의 파장영역에 따라 형광집광렌즈(171), 형광밴드패스필터(172) 및 형광 빔스플리터(174)가 각각 하나 이상 더 구비될 수 있다. 이 때, 형광 빔스플리터(174a, 174b)는 검출하고자 하는 형광의 파장에 따라 각각 다르게 구비되며, 형광집광렌즈(171a, 171b, 171c)는 캐필러리(20)에서 형광검출센서(173a, 173b,173c)까지의 거리에 따라 각각 다르게 구비된다. 형광밴드패스필터(172a, 172b, 172c)는 검출하고자 하는 형광의 파장영역별로 각각 다르게 구비된다.
이때, 상기 형광 빔스플리터(174a, 174b)는 특정 파장을 기준으로 긴 파장은 통과시키고, 짧은 파장은 반사시키는 이색성 빔스플리터(dichroic beam splitter)인 것이 바람직하며, 특정 파장의 기준은 형광 염료에 따라 달라진다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 또다른 형태의 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장치의 예시를 나타낸 도면이다.
본 발명의 또다른 형태의 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장치는 중합효소 연쇄반응 블록(100); 여기광을 발생시키는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 조사된 여기광에서 특정파장영역의 여기광을 통과시키는 밴드패스필터(130); 상기 여기광을 집광하는 집광렌즈(140); 상기 여기광을 반사시키며, 상기 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키는 빔스플리터(120); 모터(160a)와 결합되어 회전되며, 상기 빔스플리터(120)로부터 반사된 여기광을 상기 캐필러리(20)에 전달하고, 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 상기 빔스플리터(120)로 반사시키는 반사미러(150); 상기 반사미러와 연쇄반응블록 사이에 위치하며, 반사미러로부터 반사된 여기광 및 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 집광하는 집광렌즈(141); 상기 반사미러(150)에 의해 반사되어 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하는 형광검출부(170);를 포함하여 이루어진다.
종래에 일반적으로 사용하는 텅스텐할로겐 램프, 제논방전램프 등의 백색광원과 LED, 레이저 등의 단색광원이 광원으로 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 광원이 레이저 광원일 경우 레이저의 빛의 세기를 조절하기 위하여 ND(neutral density) 필터(132)가 더 추가될 수 있다.
상기 중합효소 연쇄반응 블록(100)과 상기 반사미러(150) 사이에 위치하며 상기 반사미러(150)에서 반사된 여기광과 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광의 집광이 가능한 집광렌즈(141)는 비구면렌즈(aspheric lens)인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 형광검출부(170)는 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 집광시키는 형광집광렌즈(171); 집광된 형광에서 서로 다른 특정파장영역의 형광을 통과시키는 하나 이상의 형광밴드패스필터(172)가 구비되는 형광밴드패스필터 고정부(175); 상기 형광밴드패스필터 고정부(175)를 회전시키는 모터(160b); 상기 형광 밴드패스필터(172)를 통과한 특정파장영역의 형광을 검출하는 형광검출센서(173)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 형광측정부(170)는 형광밴드패스필터 고정부(175) 상에 하나 이상의 형광밴드패스필터(172)를 구비하고, 상기 형광밴드패스필터 고정부(175)에 모터(160b)를 연결하여 회전시킴으로써 형광을 형광밴드패스필터 고정부(175) 상에 구비된 각각의 형광밴드패스필터(172)로 통과시켜 검출할 수 있게 되어 형광 검출 및 공간의 효율을 증대시킬 수 있다.
즉, 도 6에서와 같이 실시간 모니터링 장치에서 복수의 형광밴드패스필터를 사용할 경우 형광 파장영역에 따라 형광집광렌즈(171), 형광밴드패스필터(172) 및 형광 빔스플리터(174) 모두 복수개를 필요로 하게 되지만, 도 7 및 도 8에서와 같이 또 다른 형태의 실시간 모니터링 장치에서는 형광밴드패스 필터 고정부(175)에 복수의 형광 밴드패스필터(172)를 구비함으로써 도 6의 형광 빔스플리터(174)를 구비하지 않아도 되고, 형광집광렌즈(171)는 1개만 사용하여도 되므로 제작비용 및 장치의 공간을 줄일 수 있게 된다.
이때, 상기 모터(160b)는 상기 형광밴드패스필터(172)를 포함하는 형광밴드패스필터 고정부(175)를 일정속도로 회전 가능한 정속 회전 모터인 것이 바람직하다.
상기 형광검출센서(173)는 PMT(Photo multiplier tube)인 것이 바람직하며, 상기 형광 집광렌즈(171)는 비구면 렌즈(Aspheric lens) 인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 본 발명의 상기 실시간 모니터링 장치는 여기광과 형광의 분리 효율을 증가시키기 위하여 도 8에서와 같이 상기 광원(110)과 집광렌즈(140) 사이 및 형광측정부에 편광자(polarizer) 또는 편광 필름(polarizer film)(131)을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 편광자를 구비할 경우 상기 광원과 집광렌즈 사이 및 형광측정부에 함께 구비되어야 한다.
이와 같이 본 발명은 고정식 광원과 고정식 형광 검출부를 구비하여 모터의 회전에 의해 고정된 위치에서 시료의 실시간 모니터링이 가능하게 되므로 장치의 고장이 적고, 제작에 소요되는 비용 및 노력을 절감할 수 있으며, 장치의 보다 컴팩트한 사이즈 구현이 가능하게 된다. 또한, 모니터링 장치의 광원, 형광측정부등의 이동이 필요없이 위치가 고정된 모터의 회전만으로 제어되므로 검출이 용이하며 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가열블록을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 가열블록을 나타낸 단면사시도.
도 3은 본 발명에 의한 가열블록의 또 다른 예시의 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 중합효소 연쇄반응 블록을 나타낸 사시도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장치의 개략적인 구조를 나타낸 사시도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 또 다른 형태의 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장치의 예시를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 가열블록 11: 중공 12: 삽입홈
13: 부가 가열 블록 20: 캐필러리 30: 단열층
100: 중합효소 연쇄반응 블록
110: 광원 120: 빔스플리터 130: 밴드패스필터
131 : 편광자(polarizer; 또는 편광 필름(polarizer film))
132 : ND 필터(Neutral density filter)
140, 141: 집광렌즈 150: 반사미러 160: 모터
170: 형광검출부 171: 형광집광렌즈
172: 형광 밴드패스필터 173: 형광검출센서
174: 형광 빔스플리터 175: 형광밴드패스필터 고정부

Claims (11)

  1. 중앙에 중공(11)이 형성되고, 각기 다른 온도를 제공하도록 단열층(30)으로 구분되는 도넛형상의 가열 블록(10a,10b);
    시료가 유출입되고, 각기 다른 온도가 전달되어 반응 사이클이 반복 수행되도록 상기 가열 블록(10a,10b)에 상기 중공(11)을 통과하여 일정 간격으로 감기는 캐필러리(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 블록.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캐필러리(20)가 감긴 외측에 위치한 가열블록(10b)의 외측과 맞물리도록 상기 가열블록(10b)을 둘러싸는 형태를 갖는 부가 가열블록(13)이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 블록.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가열블록(10a,10b)의 외면에 상기 가열블록(10a,10b)과 상기 캐필러리(20)와의 접촉면적을 넓히기 위하여 캐필러리(20)의 일부가 삽입되도록 일정크기와 일정간격을 갖는 삽입홈(12)이 형성된 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 블록.
  4. 제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항에 의한 중합효소 연쇄반응 블록(100);
    여기광을 발생시키는 광원(110);
    상기 광원(110)으로부터 조사된 여기광에서 특정파장영역의 여기광을 통과시키는 밴드패스필터(130);
    상기 여기광을 집광하는 집광렌즈(140);
    상기 여기광을 반사시키며, 상기 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키는 빔스플리터(120);
    모터(160)와 결합되어 회전되며, 상기 빔스플리터(120)로부터 반사된 여기광을 상기 캐필러리(20)에 전달하고, 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 상기 빔스플리터(120)로 반사시키는 반사미러(150);
    상기 반사미러(150)에 의해 반사되어 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하는 형광검출부(170);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 형광검출부(170)는 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 집광시키는 형광집광렌즈(171); 집광된 형광에서 특정파장영역의 형광을 통과시키는 형광밴드패스필터(172) 및 상기 형광밴드패스필터(172)를 통과한 특정파장영역의 형광을 검출하는 형광검출센서(173)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 형광검출부(170)는 형광 파장영역에 따라 형광집광렌즈(171), 형광밴드패스필터(172) 및 형광 빔스플리터(174)가 형광의 파장영역에 따라 각각 하나 이상 더 구비되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 블록을 이용한 실시간 모니터링 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 모터(160)는 일정 속도로 회전시키는 정속 회전 모터인 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항에서 선택되는 어느 한 항에 의한 중합효소 연쇄반응 블록(100);
    여기광을 발생시키는 광원(110);
    상기 광원(110)으로부터 조사된 여기광에서 특정파장영역의 여기광을 통과시키는 밴드패스필터(130);
    상기 여기광을 집광하는 집광렌즈(140);
    상기 여기광을 반사시키며, 상기 캐필러리(20)내의 시료로부터 발산된 형광을 통과시키는 빔스플리터(120);
    모터(160a)와 결합되어 회전되며, 상기 빔스플리터(120)로부터 반사된 여기광을 상기 캐필러리(20)에 전달하고, 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 상기 빔스플리터(120)로 반사시키는 반사미러(150);
    상기 반사미러와 연쇄반응블록 사이에 위치하며, 반사미러로부터 반사된 여기광 및 상기 캐필러리(20) 내 시료로부터 발산된 형광을 집광하는 집광렌즈(141);
    상기 반사미러(150)에 의해 반사되어 상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 검출하는 형광검출부(170);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 형광검출부(170)는,
    상기 빔스플리터(120)를 통과한 형광을 집광시키는 형광집광렌즈(171);
    집광된 형광에서 서로 다른 특정파장영역의 형광을 통과시키는 하나 이상의 형광 밴드패스필터(172)가 구비되는 형광밴드패스필터 고정부(175);
    상기 형광밴드패스필터 고정부(175)를 회전시키는 모터(160b);
    상기 형광 밴드패스필터(172)를 통과한 특정파장영역의 형광을 검출하는 형광검출센서(173); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    여기광과 형광의 분리 효율을 증가시키기 위하여 상기 광원(110)과 집광렌즈(140) 사이 및 형광측정부에 편광자(polarizer) 또는 편광 필름(polarizer film)(131)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 모터(160a, 160b)는 일정 속도로 회전시키는 정속 회전 모터인 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 장치.
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