KR101513644B1 - 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치 - Google Patents

복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101513644B1
KR101513644B1 KR1020130111767A KR20130111767A KR101513644B1 KR 101513644 B1 KR101513644 B1 KR 101513644B1 KR 1020130111767 A KR1020130111767 A KR 1020130111767A KR 20130111767 A KR20130111767 A KR 20130111767A KR 101513644 B1 KR101513644 B1 KR 101513644B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chip
laser module
heat
laser
temperature
Prior art date
Application number
KR1020130111767A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150031928A (ko
Inventor
조윤경
김태형
Original Assignee
국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
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 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020130111767A priority Critical patent/KR101513644B1/ko
Publication of KR20150031928A publication Critical patent/KR20150031928A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101513644B1 publication Critical patent/KR101513644B1/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
    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • C12M1/38—Temperature-responsive control
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819—Microarrays; Biochips

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 비접촉 가열식 유전자증폭장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증폭할 유전자가 포함된 시료를 수용하는 칩과, 상기 칩을 상면 지정위치에 안치하는 안치대와, 상기 안치대의 지정위치에 안치된 칩의 국부에 지정파장 대역의 레이저를 조사하는 레이저모듈과, 상기 레이저모듈의 일측에 구비되어, 상기 레이저가 조사된 상기 칩 국부의 온도를 감지하여 그 값을 출력하는 온도센서와, 상기 안치대에 결합되고, 상기 레이저모듈이 장착되며, 상기 온도센서의 출력값에 따라 선택적으로 상기 레이저모듈의 높이를 조절하는 높이조절수단 및 상기 레이저모듈, 상기 온도센서, 상기 높이조절수단과 전기적으로 연결되어, 상기 온도센서에서 출력한 값을 토대로 상기 레이저모듈의 출력 및 높이조절수단의 승,하강 구동을 제어하는 메인제어부을 포함하여, 증폭할 유전자가 포함된 시료가 수용된 칩의 국부에 레이저를 조사하여, 조사된 레이저가 상기 칩의 하부에 구비된 열발산판에 의해 흡수되면서 복사열을 발산하여, 복사열로 유전자(핵산) 증폭 반응시키고, 또한 레이저를 조사하는 레이저모듈의 높이 및 레이저 출력을 제어하여 복사열의 온도가 조절되는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치를 제공한다.

Description

복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치{DNA amplification using the non-contact radiant heating device}
본 발명은 비접촉 가열식 유전자증폭장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증폭할 유전자가 포함된 시료가 수용된 칩의 국부에 레이저를 조사하여, 레이저에 의해 조사된 복사열이 상기 칩의 인근에 구비된 열발산판에 흡수되며, 흡수된 복사열을 인근의 시료가 포함된 칩에 전달하여, 지정 국부의 위치에서 지정 온도로 유전자 증폭반응이 이루어나도록 하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치에 관한 것이다.
최근 분자생물학이 비약적으로 발전함에 따라 종래의 항원-항체 반응이나 유기분자간 상호작용을 통하여 진단하는 것보다 유전자를 이용하여 진단하는 기술이 더욱 빠르게 발전하고 있다.
이러한 유전자 진단기술은 신속한 진단을 위하여 필요한 DNA를 복제, 증폭시켜야 하는데, 미국의 생화학자인 캐리 멀리스(Kary Mullis)가 DNA의 복제, 증폭을 위한 방법으로서 중합효소연쇄반응(PCR: Polymerase Chain Reaction)을 제안하였다.
상기 중합효소연쇄반응을 일으키기 위해서는 DNA를 해리(Denaturation), 어닐링(Annealing) 및 확장(Elongation)의 3단계가 필요하다.
상기 해리, 어닐링 및 확장의 3단계는 상온보다 높은 온도를 유지해야 하기 때문에 열원이 반드시 구비되어야 한다.
상기 DNA를 가열하기 위한 열원으로는 열원과 시료챔버가 직접 접촉하는 접촉식과 열원과 직접 접촉하지 않는 비접촉식으로 나눌 수 있다.
여기서 접촉식은 열원으로 펠티어 소자 또는 저항열을 이용하는 히터 등이 사용되고 있으며, 비접촉식으로는 열원으로 근적외선, 원적외선, 열풍 및 마그네트론 등이 사용되고 있다.
먼저 접촉식은 펠티어 소자나 저항소자로 이루어진 히팅블록에 시료챔버를 접촉시켜 시료챔버에 수용된 DNA를 간접적으로 가열하는 방식으로 열원인 히팅블록에서 DNA까지 열전달하는 데 별도의 시간이 소요되는 문제점이 있다.
한편 비접촉식은 시료챔버에 수용된 DNA를 열전달 매체의 접촉 없이 직접적으로 가열하도록 하는 방식으로 열풍을 이용할 경우 공기를 가열해야 하므로 열풍을 만들 수 있는 공간이 필요한 단점이 있고, 마그네트론의 경우 물의 공진 주파수에 해당하는 고주파를 발생시켜 대상물질을 가열하는데 이 경우 고속으로 대상물질을 가열할 수는 있으나 열원 주변에 공진 주파수에 영향을 미치는 금속재질을 사용할 수 없을뿐더러 열원 및 대상물질을 가열할 공간이 크게 소요되며 전자기파를 방출시키므로 인체에 해를 끼치는 단점이 있다.
아울러 적외선을 이용하는 경우 고속으로 대상물을 목표온도까지 신속하게 가열할 수 있고 중간 열전달 매질 없이도 직접적으로 대상물을 가열할 수 있는 장점은 있지만 열원의 온도변화를 위한 시간이 필요하고 대부분의 재질에 적외선이 흡수되며 시료 또한 직접적으로 열을 흡수하기 때문에 작은 시료 부피에서는 급격한 온도 변화로 시료의 불안정성을 초래할 수 있다는 단점이 있다.
이러한 적외선을 이용하여 중합효소연쇄반응을 일으키는 유전자 고속 증폭장치의 선행기술은 미국특허공개 제2005/0287661호에 개시되어 있다. 상기 특허문헌에 기재된 증폭장치는 단일 열원을 사용하여 동일 챔버의 내부를 해리, 어닐링 및 확장에 해당하는 온도로 유지되도록 제어한다.
하지만 이와 같은 종래기술에 따른 중합효소연쇄반응을 일으키기는 유전자 증폭장치는 주변의 다른 재질에도 적외선이 흡수 되므로 국소적인 가열이 힘들어 다른 시약에도 영향을 미칠 수가 있으며 대상물의 직접 가열 하므로 온도의 미세한 조절이 힘들어 초과 가열 (over shoot) 현상을 초래 할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 증폭할 유전자가 포함된 시료가 수용된 칩의 국부에 레이저를 조사하여, 조사된 레이저에 의해 발산된 복사열이 상기 칩의 인근에 구비된 열발산판에 의해 흡수되면서 이 열을 다시 발산하여, 시료가 담긴 칩의 국부에 온도를 변화시켜 유전자(핵산) 증폭 반응시키는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치를 제공하는 것에 그 목적을 가진다.
또한 본 발명은 레이저를 조사하는 레이저모듈의 높이 및 레이저 출력을 제어하여 복사열의 온도가 조절되는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치를 제공하는 것에 그 목적을 가진다.
본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치는 증폭할 유전자가 포함된 시료를 수용하는 칩과, 시료를 수용한 상기 칩에 배치되고, 복사열을 흡수하여 흡수한 열을 시료로 재발산하는 열발산판과, 안치대의 지정위치에 안치한 상기 칩의 국부에 지정파장 대역의 레이저를 조사하여 복사열을 발생하는 레이저모듈 및 상기 레이저모듈과 연결되고, 시료를 수용한 상기 칩의 국부 온도를 조절하는 메인제어부를 포함하고, 상기 칩의 국부 온도를 조절하기 위해 상기 메인제어부가 선택적으로 상기 레이저모듈의 승강을 조절하도록, 상기 안치대의 일측에 결합하는 지지블럭과, 상기 지지블럭에 고정되어, 상기 안치대와 직각을 이루고, 내부에는 승강구동부가 구비되는 가이드바와, 일측에는 상기 레이저모듈이 설치되고, 타측단은 상기 가이드바의 승강구동부와 연결되며, 상기 메인제어부의 출력값에 의해 선택적으로 상기 가이드바를 따라 승강하는 승강블럭으로 이루어진 높이조절수단을 포함한다.
이때 본 발명에 따른 상기 칩은 증폭할 유전자가 포함된 시료를 수용하는 수용부를 형성한다.
그리고 본 발명에 따른 상기 열발산판은 상기 칩의 하부 및 상부 또는 내부 중 어느 한 지정위치 또는 하나 이상의 지정위치 인근에 배치한다.
이때 본 발명에 따른 상기 열발산판은 상기 칩의 국부에 열이 발산되도록, 전도성이 높은 금속재 또는 실리콘재 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명에 따른 상기 칩은 별도의 몸체에 삽입되어 가열되거나, 또는 상기 칩 자체를 가열하기 위해 상기 칩이 안치되는 안치대를 포함한다.
이때 본 발명에 따른 상기 칩이 안치되는 안치대는 지정된 위치에 상기 칩을 고정하도록, 상기 칩의 형태와 상응하는 홈을 형성하여 상기 홈을 통해 상기 칩을 고정하는 지그(jig)를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 지그(jig)는 상기 칩에 복사열이 전달되도록, 가열하는 상기 칩의 국부와 상응하는 위치 상의 국소부를 개방되거나, 또는 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 레이저모듈은 상기 열발산판의 재질 및 시료의 종류에 따라 지정파장 대역의 레이저모듈이 선택적으로 장착한다.
더불어 본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치는 상기 메인제어부와 연결되고, 시료의 온도를 실시간으로 측정할 수 있는 온도센서를 구비할 수 있다.
이때 본 발명에 따른 상기 온도센서는 열전도대, 적외선 카메라, 온도 표시색소 및 색 관찰을 위한 카메라 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 메인제어부에는 상기 온도센서와 연결되어, 상기 온도센서에 의해 측정된 온도값을 토대로 한 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이를 저장하는 메모리부를 포함한다.
이때 본 발명에 따른 상기 메모리부는 미리 저장된 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이를 바탕으로 차후, 상기 온도센서에서 인가하는 온도값 없이 저장된 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이로, 상기 메인제어부가 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이를 제어한다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 증폭할 유전자가 포함된 시료가 수용된 칩의 국부에 레이저를 조사하여, 조사된 레이저가 상기 칩의 하부에 구비된 열발산판에 의해 흡수되면서 열을 재발산하여, 그 열로 고속 및 안정성이 뛰어난 유전자(핵산) 증폭 반응시킬 수 있는 효과를 가진다.
둘째, 시료가 수용된 칩의 전체가 아닌 지정 국부에만 가열하도록 하여 추후 상기의 칩이 다른 기능들을 가진 몸체에 일체화될 때 다른 부분에 보관된 시료의 안정성을 확보할 수 있는 효과를 가진다.
셋째, 본 발명은 레이저를 조사하는 레이저모듈의 높이 및 레이저 출력을 제어하여, 정확한 복사열의 온도가 조절이 가능한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치의 구성을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 구성에 따른 칩의 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 구성에 따른 메인제어부의 구성을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 설정 온도와, 레이저가 조사된 열발산판의 복사열 온도와, 실제 시료 용액의 온도를 측정한 결과를 보인 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 결과물과 상용 증폭반응키트의 결과물을 젤-전기영동법으로 보인 사진이다.
도 6은 도 1은 본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치의 다른 구성예를 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치의 구성을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 구성에 따른 칩의 구성을 보인 예시도이며, 도 3은 본 발명의 구성에 따른 메인제어부의 구성을 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 설정 온도와, 레이저가 조사된 열발산판의 복사열 온도와, 실제 시료 용액의 온도를 측정한 결과를 보인 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 결과물과 상용 증폭반응키트의 결과물을 젤-전기영동법으로 보인 사진이다.
본 발명은 증폭할 유전자가 포함된 시료가 수용된 칩의 국부에 레이저를 조사하여, 조사된 레이저가 상기 칩의 인근에 구비된 열발산판에 의해 흡수되면서 복사열을 발산하여, 지정 국부의 위치에서 지정 온도로 유전자 증폭반응이 이루어나도록 하는 것이 특징인 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치에 관한 것으로, 도면을 참조하여 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치는 칩(10), 안치대(20), 레이저모듈(30), 온도센서(31), 높이조절수단(40), 메인제어부(50)을 포함하는데, 먼저 증폭할 유전자가 포함된 시료를 수용하는 칩(10)을 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 상기 칩(10)의 몸체는 레이저가 하부로 투과될 수 있도록, 투명한 재질로 구성하는 것이 바람직하고, 상기 칩(10)의 상부에는 증폭할 유전자가 포함된 시료를 수용하는 수용부(11)를 형성한다.
그리고 상기 칩(10)의 인근에는 레이저모듈(30)에서 국부적으로 조사된 레이저를 흡수하여 복사열을 발산하는 열발산판(12)을 구비하는데, 상기 열발산판(12)은 레이저를 흡수하여 복사열을 발산하도록 열전도성이 높은 금속재 또는 실리콘재로 구성하는 것이 바람직하다.
상기한 칩(10)에 레이저를 조사할 시 상기 칩(10)은 안치대(20)에 안치되어 레이저 조사가 실시되는데, 상기 안치대(20)는 판 상으로, 그 상면에 상기 칩(10)이 지정위치에 안치될 수 있도록, 지정위치를 표시할 수 있다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이 상기 안치대(20)는 지정된 위치에 상기 칩(10)을 고정하도록, 상기 칩(10)의 형태와 상응하는 홈을 형성하여 상기 홈을 통해 상기 칩(10)을 고정하는 지그(21)를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 지그(21)는 상기 칩(10)에 복사열이 전달되도록, 가열하는 상기 칩(10)의 국부와 상응하는 위치 상의 국소부를 개방되거나, 또는 투명한 재질로 이루어진다.
레이저는 상기 레이저모듈(30)에서 조사하는데, 상기 레이저모듈(30)은 상기 안치대(20)의 지정위치에 안치된 칩(10)의 상부에 위치하고, 상기 칩(10)의 전체가 아닌 한정된 국부에 지정파장 대역의 레이저를 조사한다.
이때 상기 레이저모듈(30)의 일측에는 온도센서(31)를 구비하는데, 상기 온도센서(31)는 상기 레이저모듈(30)에서 조사한 레이저가 닿는 상기 칩(10) 국부의 온도를 감지하여 그 값을 출력한다.
상기 온도센서(31)로는 열전도대, 적외선 카메라, 온도 표시색소 및 색 관찰을 위한 카메라 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
또한 상기 안치대(20)에는 높이조절수단(40)을 결합하는데, 상기 높이조절수단(40)에는 상기 레이저모듈(30)이 장착되어, 상기 온도센서(31)의 출력값에 따라 선택적으로 상기 레이저모듈(30)의 높이를 조절하여, 국부의 온도를 제어한다.
상기 높이조절수단(40)을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 높이조절수단(40)은 상기 안치대(10)의 일측에 결합하는 지지블럭(41)을 구비하고, 상기 지지블럭(41)에는 가이드바(42)가 고정되어, 상기 안치대(10)와 직각을 이루고, 내부에는 승강구동부(43)를 구비한다.
그리고 상기 가이드바(42)에는 승강블럭(44)이 연결되는데, 상기 승강블럭(44)의 일측에는 상기 레이저모듈(30)이 설치되고, 타측단은 상기 가이드바(42)의 승강구동부(43)와 연결되어, 상기 온도센서(31)에서 감지한 온도에 의해 선택적으로 상기 가이드바(42)를 따라 승강한다.
이때 승강구동부(43)는 통상의 이송수단인 모터와 이송스크류 또는 이송벨트로 구성할 수 있다.
또한 상기 레이저모듈(30), 상기 온도센서(31), 상기 높이조절수단(40)의 승강구동부(43)는 메인제어부(50)와 전기적으로 연결되어, 상기 온도센서(31)에서 출력한 값을 토대로 상기 레이저모듈(30)의 출력을 조절하여, 온도제어가 이루어지고, 더불어 상기 온도센서(31)에서 출력한 값을 토대로 상기 높이조절수단(40)의 승강구동부(43)를 제어하여, 상기 레이저모듈(30)의 승강 높이를 조절하여, 온도제어가 이루어진다.
그리고 상기 메인제어부(50)는 도 3에 도시한 바와 같이 마이컴(51), 높이조절제어부(52), 레이저출력제어부(53)를 포함하는데, 상기 마이컴(51)은 상기 온도센서(31)에서 출력한 측정 온도값을 받아 미리 키패드에 의해 입력된 설정 온도값과 비교 연산하여, 상기 연산된 비교값을 토대로 상기 높이조절제어부(52) 및 레이저출력제어부(53)로 제어신호를 인가한다.
상기 높이조절제어부(52)는 상기 마이컴(51)에서 인가한 제어신호를 토대로 상기 승강구동부(43)를 구동시켜, 상기 레이저모듈(30)의 높이를 조절하여 상기 칩(10)의 열발산판(12)에서 발산되는 복사열의 온도를 제어한다.
상기 레이저출력제어부(53)는 상기 마이컴(51)에서 인가한 제어신호를 토대로 상기 레이저모듈(30)으로 공급되는 전원의 전압 및 전류를 조절하여, 상기 레이저모듈(30)에서 조사되는 레이저의 출력을 조절로, 상기 칩(10)의 열발산판(12)에서 발산되는 복사열의 온도를 제어한다.
그리고 상기 메인제어부(50)에는 메모리부(54)가 더 포함되어, 선행된 온도 제어값이 저장되고, 사전 보정 작업을 통해 일정한 온도 프로파일을 구동 및 유지하여 반응을 진행할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치는 상기 레이저모듈의 출력조건으로는 상기 레이저모듈의 높이 및 상기 레이저모듈의 레이저 출력인데, 상기 레이저모듈의 높이는 상기 메인제어부의 출력값에 따라 선택적으로 상기 레이저모듈 승강 또는 하강시키는 높이조절수단에 의해 출력조건이 변경되고, 상기 레이저모듈의 레이저 출력은 상기 메인제어부의 출력값을 토대로 상기 레이저모듈로 제공되는 전원의 전압 또는 전류를 조절하는 상기 레이저출력제어부에 의해 출력조건이 변경될 수 있다.
이러한 출력조건은 최소 1회를 실시한 후 상기 메인제어부에 포함된 메모리부에 저장되고, 상기 열발산판 및 시료가 변경되지 않는 차후에 실시되는 유전자증폭에서는 상기 온도센서와의 인가하는 온도값 없이 상기 메모리부에 저장된 출력조건으로, 상기 메인제어부가 상기 레이저모듈의 출력을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예를 살펴보면, 먼저 유전자(핵산) 증폭 반응은 고온유지 및 정확한 온도 조절이 반응의 정확도에 큰 영향을 미치며, 반응을 수행하기 전에 각 부분의 온도를 정확하게 보정작업이 필요하다.
유전자(핵산) 증폭 반응을 위해서는 시료 용액의 온도가 94°C 및 62°C를 유지해야 하는데, 도 4는 레이저모듈의 출력값을 각각 99.4°C 및 63.6°C의 값으로 레이저를 조사하였을 때 레이저가 조사된 열발산판의 복사열 온도와, 실제 시료 용액의 온도를 측정한 결과를 보인 그래프로, 시료 용액의 실제 온도가 반응을 위해 필요한 온도를 유지하는 것으로 관찰할 수 있다.
상기한 실시 예를 토대로 E. coli gDNA를 활용하여 94°C에서 사전변성(pre-denaturation)을 거친 후에 94°C에서의 변성(denaturation)과 62°C에서의 확장(extension) 단계를 40회 반복하여 원하는 유전자(핵산) 증폭을 수행하였으며, 도 5의 젤-전기영동법 결과에서 보는 바와 같이 음성 샘플(1)에서는 아무 결과를 보여 주지 않고 있으며, 양성 샘플(2)에서는 해당 유전자(DNA)의 길이에 해당되는 부분에서 진한 밴드를 보여 주고 있다.
본 발명을 활용하여 수행한 핵산 증폭 결과(1,2)를 상용증폭키트(3,4)와 비교하였을 시에도 음성, 양성 각각 모두 동일한 결과를 보여 주었으며 이로 인해 본 발명의 실시가 정확하게 작동함을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 칩 11: 수용부
12: 열발산판 20: 안치대
30: 레이저모듈 31: 온도센서
40: 높이조절수단 41: 지지블럭
42: 가이드바 43: 승강구동부
44: 승강블럭 50: 메인제어부
51: 마이컴 52: 높이조절제어부
53: 레이저출력제어부 54: 메모리부

Claims (17)

  1. 증폭할 유전자가 포함된 시료를 수용하는 칩;
    시료를 수용한 상기 칩에 배치되고, 복사열을 흡수하여 흡수한 열을 시료로 재발산하는 열발산판;
    안치대의 지정위치에 안치한 상기 칩의 국부에 지정파장 대역의 레이저를 조사하여 복사열을 발생하는 레이저모듈; 및
    상기 레이저모듈과 연결되고, 시료를 수용한 상기 칩의 국부 온도를 조절하는 메인제어부를 포함하고, 상기 칩의 국부 온도를 조절하기 위해 상기 메인제어부가 선택적으로 상기 레이저모듈의 승강을 조절하도록, 상기 안치대의 일측에 결합하는 지지블럭과, 상기 지지블럭에 고정되어, 상기 안치대와 직각을 이루고, 내부에는 승강구동부가 구비되는 가이드바와, 일측에는 상기 레이저모듈이 설치되고, 타측단은 상기 가이드바의 승강구동부와 연결되며, 상기 메인제어부의 출력값에 의해 선택적으로 상기 가이드바를 따라 승강하는 승강블럭으로 이루어진 높이조절수단을 포함하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 칩은
    증폭할 유전자가 포함된 시료를 수용하는 수용부를 형성하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  3. 청구항 1항에 있어서,
    상기 열발산판은
    상기 칩의 하부 및 상부 또는 내부 중 어느 한 지정위치 또는 하나 이상의 지정위치 인근에 배치하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 열발산판은
    상기 칩의 국부에 열이 발산되도록, 전도성이 높은 금속재 또는 실리콘재 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  5. 청구항 1항에 있어서,
    상기 칩은
    별도의 몸체에 삽입되어 가열되거나, 또는 상기 칩 자체를 가열하기 위해 상기 칩이 안치되는 안치대를 포함하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  6. 청구항 5에서 있어서
    상기 칩이 안치되는 안치대는
    지정된 위치에 상기 칩을 고정하도록, 상기 칩의 형태와 상응하는 홈을 형성하여 상기 홈을 통해 상기 칩을 고정하는 지그(jig)를 더 포함하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  7. 청구항 6항에 있어서,
    상기 지그(jig)는
    상기 칩에 복사열이 전달되도록, 가열하는 상기 칩의 국부와 상응하는 위치 상의 국소부를 개방되거나, 또는 투명한 재질로 이루어지는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  8. 청구항 1항에 있어서,
    상기 레이저모듈은
    상기 열발산판의 재질 및 시료의 종류에 따라 지정파장 대역의 레이저모듈이 선택적으로 장착하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  9. 청구항 1항에 있어서,
    상기 메인제어부와 연결되고, 시료의 온도를 실시간으로 측정할 수 있는 온도센서를 구비하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  10. 청구항 9항에 있어서,
    상기 온도센서는
    열전도대, 적외선 카메라, 온도 표시색소 및 색 관찰을 위한 카메라 중 어느 하나로 구성하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  11. 청구항 9항에 있어서,
    상기 메인제어부에는
    상기 온도센서와 연결되어, 상기 온도센서에 의해 측정된 온도값을 토대로 한 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이를 저장하는 메모리부를 포함하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 메모리부는
    미리 저장된 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이를 바탕으로 차후, 상기 온도센서에서 인가하는 온도값 없이 저장된 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이로, 상기 메인제어부가 상기 레이저모듈과 상기 칩 사이의 높이를 제어하도록 하는 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020130111767A 2013-09-17 2013-09-17 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치 KR101513644B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130111767A KR101513644B1 (ko) 2013-09-17 2013-09-17 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130111767A KR101513644B1 (ko) 2013-09-17 2013-09-17 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150031928A KR20150031928A (ko) 2015-03-25
KR101513644B1 true KR101513644B1 (ko) 2015-04-20

Family

ID=53025323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130111767A KR101513644B1 (ko) 2013-09-17 2013-09-17 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101513644B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210115144A (ko) 2020-03-12 2021-09-27 주식회사 한국과학 레이저 가열과 유도 형광에 기반하는 유전자 증폭 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240012129A (ko) * 2022-07-20 2024-01-29 연세대학교 산학협력단 광학 기반 유체 제어 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050287661A1 (en) 2002-10-08 2005-12-29 James Landers Methods and systems for multiplexing ir-mediated heating on a microchip

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050287661A1 (en) 2002-10-08 2005-12-29 James Landers Methods and systems for multiplexing ir-mediated heating on a microchip

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210115144A (ko) 2020-03-12 2021-09-27 주식회사 한국과학 레이저 가열과 유도 형광에 기반하는 유전자 증폭 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150031928A (ko) 2015-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120008925A1 (en) Temperature sensing device and heating device
CN106469649B (zh) 热处理方法以及热处理装置
CN103421688B (zh) 聚合酶连锁反应装置
US9470581B2 (en) Apparatus and method of detecting temperature and apparatus for processing substrate
JP5606852B2 (ja) 熱処理装置および熱処理方法
KR101302748B1 (ko) 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템
US7230709B2 (en) Measuring method and measuring apparatus of optical energy absorption ratio, and thermal processing apparatus
US20120288261A1 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus for heating substrate by irradiating substrate with light
JP2012074430A (ja) 熱処理装置および熱処理方法
JP6754420B2 (ja) 対流ｐｃｒ装置
KR20110088409A (ko) 기판 재치 장치의 평가 장치 및 그 평가 방법, 그리고 이에 이용되는 평가용 기판
KR101513644B1 (ko) 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치
CN107818925B (zh) 热处理装置
CN115074241A (zh) 用于pcr仪的扩增装置及其控制方法和pcr仪
US20090226903A1 (en) Thermal Cycler
CN106457252A (zh) 用于样本同时且均匀的热循环的装置及其用途
JP5209237B2 (ja) 熱処理装置
JP2012228212A (ja) 遺伝子検査装置
JP5646864B2 (ja) 熱処理方法および熱処理装置
CN118111558A (zh) 分光检测器
WO2021218443A1 (zh) 用于检测芯片的分析装置及其操作方法、分析系统
JP5483710B2 (ja) 印加電圧設定方法、熱処理方法および熱処理装置
JP5813291B2 (ja) 熱処理装置および熱処理方法
KR200496780Y1 (ko) Ｐｃｒ 장치의 히터구조물
JP5562571B2 (ja) 熱処理装置

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
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180409

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 5