KR101482605B1 - 회전 ｐｃｒ 공정용 시료 처리 칩, 이를 구비하는 회전 ｐｃｒ 장치 및 이를 이용한 회전 ｐｃｒ 방법 - Google Patents

회전 ｐｃｒ 공정용 시료 처리 칩, 이를 구비하는 회전 ｐｃｒ 장치 및 이를 이용한 회전 ｐｃｒ 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PCR에 관한 것으로서, 특히 회전 방식으로 PCR 공정을 수행하기 위한 시료 처리 칩, 이를 구비하는 PCR 장치 및 이를 이용한 PCR 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 회전중심으로부터 반경방향을 따라 이격되어 위치하는 단위 시료 처리를 포함하며, 상기 단위 시료 처리부는, 입구와 출구를 갖는 포획 통로와 상기 포획 통로에 채워진 포획 수단을 구비하는 표적 물질 포획부; 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하며 상기 포획 통로의 입구와 연결되고 내부에 시료가 저장되는 공간을 제공하는 시료 저장부; 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하며 상기 포획 통로의 입구와 연결되고 내부에 세척버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 세척버퍼액 저장부; 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하고 내부에 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 용리버퍼액 챔버; 및 상기 용리버퍼액 챔버와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 용리버퍼액 도입 통로를 구비하며, 상기 용리버퍼액 도입 통로는 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 내측 전환 곡선부를 갖는 흐름 제어 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩이 제공된다.

Description

회전 ＰＣＲ 공정용 시료 처리 칩, 이를 구비하는 회전 ＰＣＲ 장치 및 이를 이용한 회전 ＰＣＲ 방법 {SAMPLE TREATMENT CHIP FOR ROTARY PCR PROCESSING, ROTARY PCR APPARATUS WITH THE SAME AND ROTARY PCR METHOD USING THE SMAE}
본 발명은 PCR에 관한 것으로서, 특히 회전 방식으로 PCR 공정을 수행하기 위한 시료 처리 칩, 이를 구비하는 PCR 장치 및 이를 이용한 PCR 방법에 관한 것이다.
일반적으로, DNA 증폭기술은 생명과학, 유전공학 및 의학 분야 등의 연구개발 및 진단 목적으로 광범위하게 활용되고 있으며, 특히 중합효소 연쇄반응(PCR: Polymerase Chain Reaction)에 의한 DNA 증폭기술이 널리 사용되고 있다. 상기 중합효소 연쇄반응(이하, PCR)은 유전체에 있는 특정 DNA 염기서열을 필요한 만큼 증폭을 할 때 쓰인다.
PCR 공정은 변성(denaturation), 결합(annealing), 신장(elongation)으로 이루어지는 3 단계를 거치게 된다. 첫 번째 단계인 변성 단계에서는 두 가닥의 DNA가 가열되어서 분리된다. 분리된 각각의 DNA는 주형(Template)으로서 역할을 하게 된다. 두 번째 단계인 결합 단계에서는 프라이머(primer)들이 주형 DNA에 결합을 하게 된다. 결합 단계에서의 온도는 반응의 정확성을 결정하는 중요한 요소인데 만약 온도를 너무 높게 하면 시발체가 주형 DNA에 너무 약하게 결합되어서 증폭된 DNA의 산물이 매우 적어진다. 또 만약 온도를 너무 낮게 하면 시발체가 비특이적으로 결합하기 때문에 원하지 않는 DNA가 증폭될 수 있다. 세 번째 단계인 신장 단계에서는 열에 강한 DNA 중합 효소가 주형 DNA에서 새로운 DNA를 만들게 된다.
일반적으로 PCR 공정의 대상이 되는 DNA나 RNA와 같은 물질(이하, '표적 물질'이라 함)은 표적 물질을 포함하는 시료에 대한 전처리를 통해 분리, 정제된다. 일반적으로 시료에 대한 전처리는 시료를 실리카 비드와 같은 포획 수단으로 흘려서 표적 물질을 포획 수단에 흡착시키고, 포획 수단으로 세척버퍼액을 흘려서 표적 물질을 제외한 성분을 포획 수단으로부터 제거한 후, 용리버퍼액을 포획 수단으로 흘려서 포획 수단에 흡착된 표적 물질을 분리함으로써 이루어지고 있다.
본 발명의 목적은 회전방식으로 시료의 전처리를 포함하는 PCR 공정이 가능한 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩, 이를 구비하는 회전 PCR 장치 및 이를 이용한 회전 PCR 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,
회전중심으로부터 반경방향을 따라 이격되어 위치하는 단위 시료 처리를 포함하며, 상기 단위 시료 처리부는, 입구와 출구를 갖는 포획 통로와 상기 포획 통로에 채워진 포획 수단을 구비하는 표적 물질 포획부; 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하며 상기 포획 통로의 입구와 연결되고 내부에 시료가 저장되는 공간을 제공하는 시료 저장부; 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하며 상기 포획 통로의 입구와 연결되고 내부에 세척버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 세척버퍼액 저장부; 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하고 내부에 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 용리버퍼액 챔버; 및 상기 용리버퍼액 챔버와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 용리버퍼액 도입 통로를 구비하며, 상기 용리버퍼액 도입 통로는 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 내측 전환 곡선부를 갖는 흐름 제어 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩이 제공된다.
상기 흐름 제어 통로는 상기 내측 전환 곡선부에 비해 상류측에 위치하고, 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 바깥쪽에서 안쪽으로 전환시키는 외측 전환 곡선부를 더 구비할 수 있다.
상기 용리버퍼액 도입 통로는 상기 내측 전환 곡선부와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 연결 통로를 더 구비할 수 있다.
상기 흐름 제어 통로는 상기 연결 통로보다 좁게 형성될 수 있다.
상기 세척버퍼액 저장부는 구불구불한 형상의 통로로 이루어질 수 있다.
상기 포획 통로는 상기 입구와 출구 사이를 지그재그 형상으로 연결하며, 상기 입구와 출구는 각각 반경방향 안쪽과 바깥쪽에 위치할 수 있다.
상기 단위 시료 처리부는 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 바깥쪽에 위치하고, 상기 포획 통로의 출구와 연결되는 배출 통로를 더 구비할 수 있다.
상기 단위 시료 처리부는 상기 배출 통로를 상기 시료 저장부, 상기 세척버퍼액 저장부 및 상기 용리버퍼액 챔버와 연결시키는 순환 통로를 더 구비할 수 있다.
상기 단위 시료 처리부는 원주방향을 따라 다수개 배치될 수 있다.
상기 포획 수단은 실리카계열의 물질일 수 있다.
상기 표적 물질 포획부는 위어(weir) 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기된 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩; 및 상기 시료 처리 칩을 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 회전 PCR 장치가 제공된다.
상기 회전 PCR 장치는 상기 시료 처리 칩이 수용되고 PCR 공정의 각 단계에 필요한 온도를 제공하는 가열 영역이 원주방향을 따라 배치되는 온도 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,
청구항 1 내지 청구항 9에 기재된 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩을 이용한 회전 PCR 방법으로서, 상기 시료 저장부에 시료를 주입하고 상기 세척버퍼액 저장부에 세척버퍼액을 주입하며 상기 용리버퍼액 챔버에 용리버퍼액을 주입하는 시료 처리 칩 준비 단계; 및 상기 시료 처리 칩을 회전시켜서 상기 시료에 대한 전처리를 수행하는 전처리 단계를 포함하며, 상기 전처리 단계는, 상기 시료 처리 칩을 제1 회전속도로 회전시켜서 상기 시료를 상기 표적 물질 포획부로 유입시키는 표적 물질 포획 단계; 상기 시료 처리 칩을 제2 회전속도로 회전시켜서 상기 세척버퍼액을 상기 표적 물질 포획부로 유입시키는 세척버퍼액 로딩 단계; 상기 시료 처리 칩을 상기 제2 회전속도보다 낮은 제3 회전속도로 감속하여 상기 용리버퍼액이 상기 흐름 제어 통로의 내측 전환 곡선부를 통과하도록 하는 용리버퍼액 도입 단계; 및 상기 시료 처리 칩을 상기 제3 회전속도보다 빠른 제4 회전속도로 증속하여 상기 용리버퍼액을 상기 표적 물질 포획부로 유입시키는 용리버퍼액 로딩 단계를 포함하는 회전 PCR 방법이 제공된다.
상기 제1 회전속도와 제2 회전속도는 동일할 수 있다.
상기 회전 PCR 방법은 상기 용리버퍼액 로딩 단계 후에 상기 시료 처리 칩을 상기 제4 회전속도보다 빠른 제5 회전속도로 증속하여 표적 물질을 수집하는 표적 물질 수집 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 세척버퍼액은 세척버퍼액이 저장되는 저장부가 지그재그 형상으로 되어서 이동 속도가 지연되고, 용리버퍼액이 급격한 감속에 의해 포획 수단이 수용된 부분으로 공급될 수 있으므로 시료, 세척버퍼액 및 용리버퍼액의 순차적인 공급이 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 PCR 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단위 시료 처리부의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 온도 조절부의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 회전 PCR 장치를 이용한 회전 PCR 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 전처리 단계의 세부 과정을 도시한 순서도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전처리 단계가 도 3에 도시된 단위 시료 처리부에서 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 PCR 장치의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 회전 PCR 장치(100)는 시료 처리 칩(110)과, 온도 조절부(180)와, 칩 회전 구동부(190)를 포함한다. 회전 PCR 장치(100)는 시료 처리 칩(110)을 회전시키면서 시료에 대한 전처리를 포함한 PCR 공정을 수행한다.
도 2에는 도 1에 도시된 회전 ＰＣＲ 공정용 시료 처리 칩(110)이 사시도로서 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 참조하면, 회전 ＰＣＲ 공정용 시료 처리 칩(110)은 대체로 디스크 형상으로서, 회전 구동부(190)에 의해 중심을 통과하는 회전축선(X)에 대해 회전한다. 회전 PCR 공정용 시료 처리칩(110)은 원주방향을 따라 차례대로 배치되는 다수의 단위 시료 처리부(120)를 구비한다. 본 실시예에서는 단위 시료 처리부가 5개인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 회전 PCR 공정용 시료 처리칩(110)이 1개 내지 4개의 단위 시료 처리부를 구비하거나 6개 이상의 단위 시료 처리부를 구비하는 경우도 포함한다. 5개의 단위 시료 처리부(120)는 모두 동일한 구성이므로, 여기서는 하나의 단위 시료 처리부(120)에 대해서만 상세히 설명한다. 단위 시료 처리부(120)는 회전 PCR 공정용 시료 처리칩(110)의 내부에 형성된다. 회전 PCR 공정용 시료 처리칩(110)은 예를 들어서, 대략 1mm 두께를 갖는 디스크 형상의 폴리카보네이트(PC) 일면에 CNC 밀링 머신을 이용해 가공하여 홈 형태로 정해진 단위 시료 처리부(120)의 패턴을 형성한 후 가공면에 대략 100㎛ 두께의 PC 필름을 접착시켜서 제조될 수 있다.
도 3에는 도 2에 도시된 단위 시료 처리부(120)가 평면도로서 도시되어 있다. 도 2와 도 3을 참조하면, 단위 시료 처리부(120)는 표적 물질 포획부(125)와, 시료 저장부(130)와, 시료 도입 통로(135)와, 세척버퍼액(washing buffer) 저장부(140)와, 세척버퍼액 도입 통로(145)와, 용리버퍼액(elution buffer) 챔버(150)와, 용리버퍼액 도입 통로(155)와, 배출 통로(160)와, 폐기액 챔버(165)와, 표적 물질 챔버(170)와, 순환 통로(175)를 포함한다.
표적 물질 포획부(125)는 지그재그 형상의 포획 통로(126)와, 포획 통로(126)의 내부에 채워진 실리카 비드와 같은 포획 수단(128)을 구비한다. 표적 물질 포획부(125)에서는 포획 통로(126)로 유입된 시료에서 표적 물질을 포함하는 물질이 포획 수단(128)에 의해 포획된다. 포획 통로(126)의 양단에는 입구(126a)와 출구(126b)가 위치한다. 입구(126a)는 회전축선(X)을 기준으로 반경방향 안쪽에 위치하고 출구(126b)는 반경방향 바깥쪽에 위치한다. 포획 수단(128)에는 시료에서 표적 물질을 포함하는 물질이 흡착된다. 본 실시예에서 포획 수단(128)는 실리카 비드인 것으로 설명한다. 상세히 도시되지는 않았으나, 포획 통로(126)는 위어(weir) 구조를 가지고 있어서 포획 수단이 내부에 구성된다.
시료 저장부(130)는 포획 통로(126)의 입구(126a)보다 반경방향 안쪽에 위치한다. 시료 저장부(130)에는 시료가 저장된다. 시료 처리 칩(110)에는 시료 저장부(130)로 시료를 주입하기 위한 시료 주입 홀(110a)이 형성된다.
시료 도입 통로(135)는 시료 저장부(130)와 포획 통로(126)의 입구(126a)를 연결한다. 시료 저장부(130)에 저장된 시료는 시료 처리 칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 시료 도입 통로(135)를 통해 포획 통로(126)로 유입된다.
세척버퍼액(washing buffer) 저장부(140)는 포획 통로(126)의 입구(126a)보다 반경방향 안쪽에 위치하며, 시료 저장부(130)보다 회전축선(X)에 더 가깝게 위치한다. 세척버퍼액 저장부(140)는 구불구불한 형태로 연장된 통로로 이루어진다. 세척버퍼액 저장부(140)의 양단은 각각 반경방향 안쪽과 바깥쪽에 위치한다. 세척버퍼액 저장부(140)에는 세척버퍼액이 저장된다. 세척버퍼액은 포획 수단(128)에 포획된 물질에서 표적 물질을 제외한 나머지 성분을 포획 수단(128)으로부터 세척하여 제거한다. 시료 처리 칩(110)에는 세척버퍼액 저장부(140)로 세척버퍼액을 주입하기 위한 세척버퍼액 주입 홀(110b)이 형성된다. 시료 처리 칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 세척버퍼액 저장부(140)에 저장된 세척버퍼액이 세척버퍼액 도입 통로(145)로 유입되는데, 세척버퍼액 저장부(140)가 구불구불한 형상을 갖기 때문에 세척버퍼액의 이동이 지연된다.
세척버퍼액 도입 통로(145)는 세척버퍼액 저장부(140)의 반경방향 바깥쪽 끝단과 포획 통로(126)의 입구(126a)를 연결한다. 시료 처리 칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의하여 세척버퍼액이 세척버퍼액 도입 통로(145)를 통해 포획 통로(126)로 유입된다.
용리버퍼액(elution buffer) 챔버(150)는 포획 통로(126)의 입구(126a)보다 반경방향 안쪽에 위치하며, 회전축선(X)으로부터의 거리가 세척버퍼액 저장부(140)와 유사하다. 용리버퍼액 챔버(150)에는 용리버퍼액이 저장된다. 용리버퍼액은 포획 수단(128)에 흡착된 표적 물질을 포획 수단(128)으로부터 분리시킨다. 시료 처리 칩(110)에는 용리버퍼액 챔버(150)에 용리버퍼액을 주입하기 위한 용리버퍼액 주입 홀(110c)이 형성된다.
용리버퍼액 도입 통로(155)는 서로 이어진 흐름 제어 통로(156)와 연결 통로(159)를 구비한다. 용리버퍼액 도입 통로(155)을 통해 용리버퍼액 챔버(150)에 저장된 용리버퍼액이 포획 통로(126)로 유입된다.
흐름 제어 통로(156)는 용리버퍼액 챔버(150)로부터 연장되어서 제2 도입 통로(159)와 연결된다. 흐름 도입 통로(156)는 용리버퍼액 챔버(150)로부터 대체로 반경방향 바깥쪽으로 연장된 후 부드러운 곡선을 이루며 방향이 반경방향 안쪽으로 전환되어서 연장되고 이어서 부드러운 곡선을 이루며 방향이 반경방향 바깥쪽으로 전환되어서 연장된다. 그에 따라, 흐름 도입 통로(156)는 용리액의 흐름 방향을 따라서 상류측에 마련되는 외측 전환 곡선부(157)와, 하류측에 마련되는 내측 전환 곡선부(158)을 구비한다. 외측 전환 곡선부(157)는 용리액의 흐름을 반경방향 바깥쪽에서 안쪽으로 전환시켜서 내측 전환 곡선부(158)로 유입시킨다. 내측 전환 곡선부(158)는 용리액의 흐름을 반경방향 안쪽으로 전환시켜서 연결 통로(159)로 유입시킨다.
연결 통로(159)는 흐름 제어 통로(156)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되어서 포획통로(126)의 입구(126a)와 연결된다. 연결 통로(159)는 흐름 제어 통로(156)보다 넓게 형성된다.
배출 통로(160)는 포획 통로(126)의 출구(126b)로부터 연장된다. 배출 통로(160)는 경로를 따라서 포획 통로(126)의 출구(126b)로부터 멀어질수록 반경방향 바깥쪽에 위치함으로써, 시료 처리 칩(110)이 회전함에 따라 포획 통로(126)로부터 배출된 액이 배출 통로(160)를 따라 이동하게 된다. 배출 통로(160)는 하류측이 회전방향 앞쪽에 위치하도록 연장된 연결 구간(162)을 구비한다. 연결 구간(162)에 폐기액 챔버(165)와 표적 물질 챔버(170)가 연결된다.
폐기액 챔버(165)는 배출 통로(160)의 연결 구간(162)의 반경방향 바깥쪽에 위치한다. 폐기액 챔버(165)는 제1 연결 통로(166)를 통해 배출 통로(160)의 연결 구간(162)과 연결된다. 폐기액 챔버(165)에는 표적 물질을 제외한 나머지 불필요한 성분이 저장된다.
표적 물질 챔버(170)는 배출 통로(160)의 연결 구간(162)의 반경방향 바깥쪽에 위치한다. 표적 물질 챔버(170)는 제2 연결 통로(171)를 통해 배출 통로(160)의 연결 구간(162)과 연결된다. 제2 연결 통로(171)가 연결 구간(162)와 이어지는 부분은 제1 연결 통로(166)가 연결 구간(162)와 이어지는 부분보다 하류에 위치한다.
순환 통로(175)는 배출 통로(160)의 하류 끝단으로부터 연장되어서 시료 저장부(130), 세척버퍼액 저장부(140), 용리버퍼액 챔버(150)와 각각 연결된다. 순환 통로(175)는 각 액의 이동을 용이하게 한다.
도 1을 참조하면, 온도 조절부(180)는 하부 부재(181)와 상부 부재(182)를 구비한다. 온도 조절부(180)는 PCR 공정에 요구되는 온도를 조절한다. 하부 부재(181)의 상면에는 시료 처리 칩(110)이 온도 조절부(180)에 대하여 회전가능하게 장착된다. 상부 부재(182)는 하부 부재(181)에 대하여 상하이동하면서 내부에 시료 처리 칩(110)이 수용된다. 온도 조절부(180)에는 원주방향을 따라서 차례대로 다수의 가열 영역(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f, 185g, 185h, 185i, 185j, 185k, 185m, 185n, 185p, 185r)이 형성된다. 가열 영역(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f, 185g, 185h, 185i, 185j, 185k, 185m, 185n, 185p, 185r) 사이에는 절연체 또는 냉각수단(186)이 구비된다. 가열 영역(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f, 185g, 185h, 185i, 185j, 185k, 185m, 185n, 185p, 185r)은 히팅 블록 등 적절한 가열 수단에 의해 형성될 수 있다. 다수의 가열 영역(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f, 185g, 185h, 185i, 185j, 185k, 185m, 185n, 185p, 185r)은 원주방향을 따라서 제1 가열 영역(185a), 제2 가열 영역(185b), 제3 가열 영역(185c), 제4 가열 영역(185d), 제5 가열 영역(185e), 제6 가열 영역(185f), 제7 가열 영역(185g), 제8 가열 영역(185h), 제9 가열 영역(185i), 제10 가열 영역(185j), 제11 가열 영역(185k), 제12 가열 영역(185m), 제13 가열 영역(185n), 제14 가열 영역(185p), 제15 가열 영역(185r)을 구비한다. 제1, 제4, 제7, 제10, 제13 가열 영역(185a, 185d, 185g, 185j, 185n)은 PCR 공정에서 변성 단계에 요구되는 온도를 제공한다. 제2, 제5, 제8, 제11, 제14 가열 영역(185b, 185e, 185h, 185k, 185p)은 PCR 공정에서 결합 단계에 요구되는 온도를 제공한다. 제3, 제6, 제9, 제12, 제15 가열 영역(185c, 185f, 185i, 185m, 185r)은 PCR 공정에서 신장 단계에 요구되는 온도를 제공한다. 연속된 3개의 가열 영역(185a, 185b, 185c)(185d, 185e, 185f)(185g, 185h, 185i)(185j, 185k, 185m)(185n, 185p, 185r)이 각각 단위 온도 조절 구간을 형성한다. 즉, 온도 조절부(180)는 5개의 단위 온도 조절 구간을 구비하며, 이들은 각각 시료 처리 칩(110)에 원주방향을 따라 위치하는 5개의 단위 시료 처리부(120) 각각에 대응하여 PCR 공정에 필요한 온도를 제공하게 된다.
도 1을 참조하면, 칩 회전 구동부(190)는 시료 처리칩(110)을 회전축선(X)을 중심으로 회전시키는 회전 구동 모터를 구비한다. 칩 회전 구동부(190)는 전처리 단계에서는 액의 이동에 필요한 원심력이 발생하도록 시료 처리 칩(110)을 회전시키고, PCR 수행 단계에서는 시료 처리 칩(110)의 각 표적 물질 챔버(170)가 온도 조절부(180)에서 필요한 가열 영역에 위치하도록 회전이동시킨다.
이제, 도 5를 참조하여 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 PCR 장치를 이용한 PCR 방법의 일 실시예를 설명한다. 도 5를 참조하면, PCR 방법은 시료 처리 칩 준비 단계(S10)와, 시료 처리 칩 장착 단계(S20)와, 전처리 단계(S30)와, PCR 수행 단계(S40)를 포함한다.
시료 처리 칩 준비 단계(S10)는 도 2에 도시된 바와 같은 시료 처리 칩(110)에 시료, 세척버퍼액 및 용리버퍼액이 공급된다. 구체적으로는 설명하면, 시료는 시료 저장부(130)에 주입되고, 세척버퍼액은 저장부(140)에 주입되고, 용리버퍼액은 용리버퍼액 챔버(150)에 주입된다.
시료 처리 칩 장착 단계(S20)에서는 시료 처리 칩 준비 단계(S10)를 통해 시료, 세척버퍼액 및 용리버퍼액이 주입된 시료 처리 칩(110)이 온도 조절부(180) 내에 수용되도록 장착된다. 온도 조절부(180) 내에 수용된 시료 처리 칩(110)은 회전 구동부(190)와 연결되어서 회전가능하게 된다.
전처리 단계(S30)에서는 시료 처리 칩(110)의 시료 저장부(130)에 저장된 시료에 포함된 표적 물질이 불필요한 다른 성분과 분리되어서 표적 물질 챔버(170)에 저장된다. 전처리 단계(S30)의 더욱 구체적인 과정이 도 6에 순서도로서 도시되어 있다. 전처리 단계(S30)는 표적 물질 포획 단계(S31)와, 세척버퍼액 로딩 단계(S32)와, 용리버퍼액 도입 단계(S33)와, 용리버퍼액 로딩 단계(S34)와, 표적 물질 수집 단계(S35)를 포함한다. 도 7에는 전처리 단계(S30)의 각 단계에서 단위 시료 처리부(120)의 상태가 도시되어 있다.
표적 물질 포획 단계(S31)는 시료 처리 칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제1 회전속도(예를 들면, 5000 RPM)를 일정 시간(예를 들면, 10초) 동안 회전함으로써 이루어진다. 도 7의 (a)에는 표적 물질 포획 단계(S31)에서 단위 시료 처리부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 7의 (a)를 참조하면, 시료 저장부(130)에 저장된 시료가 표적 물질 포획부(125)를 지나면서 포획 수단(128)에 표적 물질을 포함하는 물질이 흡착된다. 표적 물질 포획 단계(S31)에서 세척버퍼액(W)은 세척버퍼액(W)이 저장된 세척버퍼액 저장부(140)의 구불구불한 형상으로 인해 천천히 이동하여 표적 물질 포획부(125)로 진입이 늦어지는 상태이다. 표적 물질 포획 단계(S31)에서 용리버퍼액(E) 전체는 용리버퍼액 챔버(150)에 남아있는 상태이다.
세척버퍼액 로딩 단계(S32)는 시료 처리 칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제2 회전속도(예를 들면, 제1 회전속도와 동일한 5000 RPM)를 일정 시간(예를 들면, 4분) 동안 회전함으로써 이루어진다. 도 7의 (b)에는 세척버퍼액 로딩 단계(S32)에서 단위 시료 처리부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 7의 (b)와 함께 도 3을 참조하면, 원심력에 의하여 세척버퍼액(W)이 표적 물질 포획부(125)를 지나면서, 표적 물질 포획부(125)에 포획된 물질 중 표적 물질을 제외한 나머지 불필요한 성분을 세척하여 제거한다. 세척버퍼액 로딩 단계(S32)에서 표적 물질 포획부(125)를 먼저 통과한 시료 중 포획 수단(128)에 포획되지 않은 성분(S1)은 배출 통로(165)를 거쳐서 폐기액 챔버(165)에 저장된다. 세척버퍼액 로딩 단계(S32)에서 용리버퍼액(E)은 흐름 제어 통로(156) 상에서 외측 전환 곡선부(157)과 내측 전환 곡선부(158)의 사이의 한 위치까지 이동한 상태를 유지하게 된다.
용리버퍼액 도입 단계(S33)는 시료 처리 칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제2 회전속도보다 현저히 낮은 제3 회전속도(예를 들면, 100 RPM)로 감속되어서 일정 시간(예를 들면, 30초) 동안 회전함으로써 이루어진다. 도 7의 (c)에는 용리버퍼액 도입 단계(S33)에서 단위 시료 처리부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 7의 (c)와 함께 도 3을 참조하면, 용리버퍼액은 내측 전환 곡선부(158)를 지나 제2 도입 통로(159) 까지 이동한 상태가 된다. 내측 전환 곡선부(158)의 통과는 갑작스런 감속에 따른 원심력 감소에 기인한다. 용리버퍼액 도입 단계(S33)에서 표적 물질 포획부(125)를 지난 세척버퍼액(W1)은 폐기액 챔버(165)에 저장된다. 이때, 폐기액 챔버(165)에 저장된 시료 성분(S1)과 세척버퍼액(W1)은 폐기액 챔버(165)를 완전히 채운다.
용리버퍼액 로딩 단계(S34)는 시료 처리 칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제3 회전속도보다 현저히 높은 제4 회전속도(예를 들면, 2000 RPM)로 증속되어서 일정 시간(예를 들면 30초) 동안 회전함으로써 이루어진다. 도 7의 (d)와 함께 도 3을 참조하면, 용리버퍼액은 원심력에 의하여 용리버퍼액(E)이 표적 물질 포획부(125)를 지나면서, 표적 물질 포획부(125)에 포획된 표적 물질을 포획 수단(128)으로부터 분리시킨다.
표적 물질 수집 단계(S35)는 시료 처리 칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제4 회전속도보다 높은 제5 회전속도(예를 들면, 5000 RPM)로 증속되어서 일정 시간(예를 들면, 1분) 동안 회전함으로써 이루어진다. 도 7의 (e)와 함께 도 3을 참조하면, 용리버퍼액(E)에 의해 포획 수단(128)으로부터 분리된 표적 물질(T)은 표적 물질 챔버(170)에 저장된다.
다시 도 5를 참조하면, 전처리 단계(S30)가 완료된 후에는 PCR 수행 단계(S40)가 수행된다. PCR 수행 단계(S40)에서는 변성 단계, 결합 단계 및 신장 단계가 차례대로 수행된다. 변성 단계는 시료 처리 칩(110)의 각 표적 물질 챔버(170)가 변성 단계의 온도를 제공하는 제1, 제4, 제7, 제10, 제13 가열 영역(185a, 185d, 185g, 185j, 185n)에 위치함으로써 수행된다. 결합 단계는 변성 단계가 완료된 후 시료 처리 칩(110)이 일정 각도 회전하여 각 표적 물질 챔버(170)가 결합 단계의 온도를 제공하는 제2, 제5, 제8, 제11, 제14 가열 영역(185b, 185e, 185h, 185k, 185p)에 위치함으로써 수행된다. 신장 단계는 결합 단계가 완료된 후 시료 처리 칩(110)이 일정 각도 회전하여 각 표적 물질 챔버(170)가 신장 단계의 온도를 제공하는 제3, 제6, 제9, 제12, 제15 가열 영역(185c, 185f, 185i, 185m, 185r)에 위치함으로써 수행된다.
이상 실시예들을 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예들은 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : PCR 장치 110 : 시료 처리 칩
120 : 단위 시료 처리부 125 : 표적 물질 포획부
128 : 포획 수단 130 : 시료 저장부
135 : 시료 도입 통로 140 : 세척버퍼액 저장부
145 : 세척버퍼액 도입 통로 150 : 용리버퍼액 챔버
155 : 용리버퍼액 도입 통로 156 : 흐름 제어 통로
157 : 외측 전환 곡선부 158 : 내측 전환 곡선부
159 : 연결 통로 160 : 배출 통로
165 : 폐기액 챔버 170 : 표적 물질 챔버
175 : 순환 통로 180 : 온도 조절부
190 : 회전 구동부

Claims (16)

  1. 회전중심으로부터 반경방향을 따라 이격되어 위치하는 단위 시료 처리부(120)를 포함하며,
    상기 단위 시료 처리부는,
    입구와 출구를 갖는 포획 통로(126)와 상기 포획 통로에 채워진 포획 수단(128)을 구비하는 표적 물질 포획부(125);
    상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하며 상기 포획 통로의 입구와 연결되고 내부에 시료가 저장되는 공간을 제공하는 시료 저장부(130);
    상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하며 상기 포획 통로의 입구와 연결되고 내부에 세척버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 세척버퍼액 저장부(140);
    상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 안쪽에 위치하고 내부에 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 용리버퍼액 챔버(150); 및
    상기 용리버퍼액 챔버와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 용리버퍼액 도입 통로(155)를 구비하며,
    상기 용리버퍼액 도입 통로는 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 내측 전환 곡선부(158)를 갖는 흐름 제어 통로(156)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흐름 제어 통로는 상기 내측 전환 곡선부에 비해 상류측에 위치하고, 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 바깥쪽에서 안쪽으로 전환시키는 외측 전환 곡선부(157)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 용리버퍼액 도입 통로는 상기 내측 전환 곡선부와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 연결 통로(159)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 흐름 제어 통로는 상기 연결 통로보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 세척버퍼액 저장부는 구불구불한 형상의 통로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 포획 통로는 상기 입구와 출구 사이를 지그재그 형상으로 연결하며, 상기 입구와 출구는 각각 반경방향 안쪽과 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 시료 처리부는, 상기 표적 물질 포획부보다 반경방향 바깥쪽에 위치하고 상기 포획 통로의 출구와 연결되는 배출 통로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단위 시료 처리부는 상기 배출 통로를 상기 시료 저장부, 상기 세척버퍼액 저장부 및 상기 용리버퍼액 챔버와 연결시키는 순환 통로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 시료 처리부는 원주방향을 따라 다수개 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 포획 수단은 실리카계열의 물질인 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 표적 물질 포획부는 위어 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩.
  12. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 청구항에 기재된 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩; 및
    상기 시료 처리 칩을 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 회전 PCR 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 시료 처리 칩이 수용되고 PCR 공정의 각 단계에 필요한 온도를 제공하는 가열 영역이 원주방향을 따라 배치되는 온도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 9에 기재된 회전 PCR 공정용 시료 처리 칩을 이용한 회전 PCR 방법으로서,
    상기 시료 저장부에 시료를 주입하고 상기 세척버퍼액 저장부에 세척버퍼액을 주입하며 상기 용리버퍼액 챔버에 용리버퍼액을 주입하는 시료 처리 칩 준비 단계; 및
    상기 시료 처리 칩을 회전시켜서 상기 시료에 대한 전처리를 수행하는 전처리 단계를 포함하며,
    상기 전처리 단계는,
    상기 시료 처리 칩을 제1 회전속도로 회전시켜서 상기 시료를 상기 표적 물질 포획부로 유입시키는 표적 물질 포획 단계;
    상기 시료 처리 칩을 상기 제1 회전속도와 동일한 제2 회전속도로 회전시켜서 상기 세척버퍼액을 상기 표적 물질 포획부로 유입시키는 세척버퍼액 로딩 단계;
    상기 시료 처리 칩을 상기 제2 회전속도보다 낮은 제3 회전속도로 감속하여 상기 용리버퍼액이 상기 흐름 제어 통로의 내측 전환 곡선부를 통과하도록 하는 용리버퍼액 도입 단계; 및
    상기 시료 처리 칩을 상기 제3 회전속도보다 빠른 제4 회전속도로 증속하여 상기 용리버퍼액을 상기 표적 물질 포획부로 유입시키는 용리버퍼액 로딩 단계를 포함하는 회전 PCR 방법.
  15. 삭제
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 용리버퍼액 로딩 단계 후에 상기 시료 처리 칩을 상기 제4 회전속도보다 빠른 제5 회전속도로 증속하여 표적 물질을 수집하는 표적 물질 수집 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 PCR 방법.
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