KR101636120B1 - 집적형 회전 ｐｃｒ 방법 및 이를 위한 집적형 회전 ｐｃｒ용 마이크로칩 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 회전중심으로부터 반경방향을 따라 이격되어 위치하는 단위 공정부를 포함하며, 단위 공정부는, 내부에 포획 수단이 저장되는 공간을 제공하고, 입구와 입구보다 상기 회전중심으로부터 더 멀리 위치하는 출구를 구비하는 표적 물질 포획부; 표적 물질 포획부의 입구와 연결되고 내부에 시료가 저장되는 공간을 제공하는 시료 저장부; 포획 통로의 입구와 연결되며 내부에 세척버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 세척버퍼액 저장부; 포획 통로의 출구로부터 멀어질수록 반경방향 바깥쪽에 위치하도록 연장되고, 포획 통로의 출구로부터 연장되는 연장부와, 연장부의 하류측 끝단으로부터 꺾여서 원주방향 일측으로 연장되는 연결부를 구비하는 배출 통로; 연장부와 연결되고 내부에 제1 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 제1 용리버퍼액 저장부; 포획 통로의 입구와 연결되며 내부에 제2 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 제2 용리버퍼액 저장부; 연결부와 연결되고 배출 통로의 반경방향 바깥쪽에 위치하는 폐기액 챔버; 및 연결부와 연결되고 배출 통로의 반경방향 바깥쪽에 위치하는 표적 물질 챔버를 구비하며, 연결부에서 폐기액 챔버와 연결되는 부분은 연장부의 끝단과 대향하도록 위치하고, 연결부에서 표적 물질 챔버와 연결되는 부분은 연결부에서 상기 폐기액 챔버와 연결되는 부분보다 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩이 제공된다.
Description
본 발명은 PCR에 관한 것으로서, 특히 회전 방식으로 시료에 대한 전처리 공정 및 PCR 공정을 함께 수행하는 집적형 회전 PCR에 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 시료에 대한 전처리 공정과 PCR 공정을 함께 수행하는 집적형 회전 PCR 방법 및 이에 적합한 회전 PCR용 마이크로칩을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,
회전중심으로부터 반경방향을 따라 이격되어 위치하는 단위 공정부(120)를 포함하며, 상기 단위 공정부는, 내부에 포획 수단(128)이 저장되는 공간을 제공하고, 입구와 상기 입구보다 상기 회전중심으로부터 더 멀리 위치하는 출구를 구비하는 표적 물질 포획부(125); 상기 표적 물질 포획부의 입구와 연결되고 내부에 시료가 저장되는 공간을 제공하는 시료 저장부(130); 상기 포획 통로의 입구와 연결되며 내부에 세척버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 세척버퍼액 저장부(140); 상기 포획 통로의 출구로부터 멀어질수록 반경방향 바깥쪽에 위치하도록 연장되고, 상기 포획 통로의 출구로부터 연장되는 연장부(161)와, 상기 연장부의 하류측 끝단으로부터 꺾여서 원주방향 일측으로 연장되는 연결부(162)를 구비하는 배출 통로(160); 상기 연장부와 연결되고 내부에 PCR 공정에 필요한 효소를 포함하는 제1 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 제1 용리버퍼액 저장부(150a); 상기 포획 통로의 입구와 연결되며 내부에 상기 포획 수단으로부터 표적 물질을 분리시키는 제2 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 제2 용리버퍼액 저장부(150b); 상기 연결부와 연결되고 상기 배출 통로의 반경방향 바깥쪽에 위치하는 폐기액 챔버(165); 및 상기 연결부와 연결되고 상기 배출 통로의 반경방향 바깥쪽에 위치하는 표적 물질 챔버(170)를 구비하며, 상기 연결부에서 상기 폐기액 챔버와 연결되는 부분은 상기 연장부의 끝단과 대향하도록 위치하고, 상기 연결부에서 상기 표적 물질 챔버와 연결되는 부분은 상기 연결부에서 상기 폐기액 챔버와 연결되는 부분보다 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩이 제공된다.
상기 단위 공정부는 상기 연장부(161)와 상기 연결부(162)가 만나는 지점에서 상기 연결부와 반대방향으로 돌출되어서 형성된 공간인 꼬리부(163)를 더 구비할 수 있다.
상기 꼬리부(163)의 원주방향 끝단면(163a)은 반경방향 바깥쪽으로 갈수록 상기 연결부(162)와 가까워지도록 형성될 수 있다.
상기 연장부(161)의 하류 측 끝 일부 구간은 반경방향을 따라서 연장될 수 있다.
상기 단위 공정부는 상기 제1 용리버퍼액 저장부와 상기 배출 통로를 연결하는 제1 흐름 제어 통로(156a)와, 상기 제2 용리버퍼액 저장부와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 제2 흐름 제어 통로(156b)를 더 구비하며, 상기 제1 흐름 제어 통로(156a)는 상기 제1 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제1 전환 곡선부(158a)를 구비하고, 상기 제2 흐름 제어 통로(156b)는 상기 제2 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제2 전환 곡선부(158b)를 구비할 수 있다.
상기 폐기액 챔버의 용량은 상기 시료 저장부의 용량과 상기 세척버퍼액 저장부의 용량의 합보다 큰 것일 수 있다.
상기 표적 물질 포획부에서 상기 포획 수단(128)이 저장되는 공간은 상기 입구와 출구 사이를 연결하는 지그재그 형상의 통로일 수 있다.
상기 단위 공정부는 상기 배출 통로의 하류 끝단으로부터 연장되어서 상기 시료 저장부, 상기 세척버퍼액 저장부, 상기 제1 용리버퍼액 저장부, 상기 제2 용리버퍼액 저장부와 각각 연결되는 순환 통로(175)를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면,
회전중심에 대하여 원주방향을 따라서 차례대로 형성된 다수의 가열 영역을 구비하는 온도 조절부(180); 상기 온도 조절부에 대해 상기 회전중심을 중심으로 회전가능하게 장착되는 상기 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(100); 및 상기 집적형 회전 PCR용 마이크로칩을 상기 회전중심을 중심으로 양방향으로 회전시키는 칩 회전 구동부(190)를 포함하는 집적형 회전 PCR 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,
상기한 마이크로칩을 이용한 집적형 회전 PCR 방법으로서, 상기 시료 저장부에 시료를 주입하고 상기 세척버퍼액 저장부에 세척버퍼액을 주입하며 상기 제1 용리버퍼액 저장부에 PCR 공정에 필요한 효소를 포함하는 제1 용리버퍼액을 주입하고 상기 제2 용리버퍼액 저장부에 상기 포획 수단으로부터 표적물질을 분리시키는 제2 용리버퍼액을 주입하는 PCR 마이크로칩 준비 단계; 상기 마이크로칩을 회전시켜서 상기 시료에 대한 전처리를 수행하고 표적 물질을 상기 표적 물질 챔버에 저장하는 전처리 단계; 및 상기 표적 물질 챔버에 저장된 표적 물질에 대한 PCR을 수행하는 PCR 수행 단계를 포함하며, 상기 전처리 단계는, 상기 마이크로칩이 제1 회전방향으로 회전되어서, 상기 시료가 상기 포획 수단을 통과한 후 상기 폐기액 챔버에 수용되는 시료 로딩 단계와, 상기 마이크로칩이 상기 제1 회전방향으로 회전되어서, 상기 세척버퍼액이 상기 포획 수단을 통과한 후 상기 폐기액 챔버에 저장되는 세척버퍼액 로딩 단계와, 상기 마이크로칩이 상기 제1 회전방향의 반대방향인 제2 회전방향으로 회전되어서, 상기 제1 용리버퍼액이 상기 표적 물질 챔버에 유입되는 제1 용리버퍼액 로딩 단계와, 상기 마이크로칩이 상기 제2 회전방향으로 회전되어서, 상기 제1 용리버퍼액 로딩 단계 후에 상기 제2 용리버퍼액이 상기 표적 물질 챔버에 유입되는 제2 용리버퍼액 로딩 단계를 포함하며, 상기 제1 회전방향은 상기 연장부의 하류 끝단이 상기 연결부에서 상기 표적 물질 챔버가 연결되는 지점 쪽을 향해 이동하도록 회전하는 방향인 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR 방법이 제공된다.
상기 단위 공정부는 상기 제1 용리버퍼액 저장부와 상기 배출 통로를 연결하는 제1 흐름 제어 통로(156a)와, 상기 제2 용리버퍼액 저장부와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 제2 흐름 제어 통로(156b)를 더 구비하며, 상기 제1 흐름 제어 통로(156a)는 상기 제1 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제1 전환 곡선부(158a)를 구비하고, 상기 제2 흐름 제어 통로(156b)는 상기 제2 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제2 전환 곡선부(158b)를 구비하며, 상기 전처리 단계는 상기 제1 용리버퍼액과 상기 제2 용리버퍼액 각각이 상기 제1 전환 곡선부와 상기 제2 전환 곡선부 각각을 통과하도록 상기 세척버퍼액 로딩 단계 후에 수행되는 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계에서 상기 마이크로칩은 상기 제1 회전방향으로 상기 세척버퍼액 로딩 단계에서의 회전 속도보다 낮은 속도로 회전한다.
상기 마이크로칩의 회전은 상기 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계를 거치면서 감속된 후 회전방향이 전환되어 상기 제1 용리버퍼액 로딩 단계가 수행될 수 있다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 회전방향의 전환만으로 표적 물질과 폐기액을 분리시킬 수 있으므로 별도의 밸브 구조가 필요없게 되어서 마이크로칩의 구조가 단순해지며, PCR 공정에 필요한 효소를 포함하는 제1 용리버퍼액이 포획 수단을 거치지 않고 제공되므로 손실이 방지된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 회전 PCR용 마이크로칩의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 공정부의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩이 장착된 회전 PCR 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 온도 조절부의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩을 이용한 집적형 회전 PCR 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 PCR 마이크로칩 준비 단계가 수행된 후의 단위 공정부의 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 전처리 단계의 세부 과정을 도시한 순서도이다.
도 8a 내지 도 8g는 도 6에 도시된 전처리 단계가 도 2에 도시된 단위 공정부에서 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 공정부의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩이 장착된 회전 PCR 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 온도 조절부의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩을 이용한 집적형 회전 PCR 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 PCR 마이크로칩 준비 단계가 수행된 후의 단위 공정부의 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 전처리 단계의 세부 과정을 도시한 순서도이다.
도 8a 내지 도 8g는 도 6에 도시된 전처리 단계가 도 2에 도시된 단위 공정부에서 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 사시도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)은 대체로 디스크 형상으로서, 회전축선(X)이 중심을 통과한다. 회전 PCR용 마이크로칩(110)은 원주방향을 따라 차례대로 배치되는 다수의 단위 공정부(120)를 구비한다. 본 실시예에서는 단위 공정부가 3개인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 1개, 2개 또는 4개 이상의 단위 공정부(120)를 구비하는 경우도 포함한다. 3개의 단위 공정부(120)는 모두 동일한 구성이므로, 여기서는 하나의 단위 공정부(120)에 대해서만 상세히 설명한다. 단위 공정부(120)는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)의 내부에 형성된다. 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)은 예를 들어서, 대략 1mm 두께를 갖는 디스크 형상의 폴리카보네이트(PC) 일면에 CNC 밀링 머신을 이용해 가공하여 홈 형태로 정해진 단위 공정부(120)의 패턴을 형성한 후 가공면에 대략 100㎛ 두께의 PC 필름을 접착시켜서 제조될 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 단위 공정부(120)가 평면도로서 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 함께 참조하면, 단위 공정부(120)는 표적 물질 포획부(125)와, 시료 저장부(130)와, 세척버퍼액(washing buffer) 저장부(140)와, 세척버퍼액 도입 통로(145)와, 제1 용리버퍼액(elution buffer) 저장부(150a)와, 제1 용리버퍼액 도입 통로(155a)와, 제2 용리버퍼액 저장부(150b)와, 제2 용리버퍼액 도입 통로(155b)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)는 포획 수단(128)이 저장되는 공간으로서, 포획 통로(126)의 양단에는 입구(126a)와 출구(126b)가 위치한다. 출구(126b)는 입구(126a)보다 회전중심으로부터 더 멀리 위치한다. 포획 수단(128)에는 시료에서 표적 물질을 포함하는 물질이 흡착된다. 본 실시예에서 포획 수단(128)은 실리카 비드인 것으로 설명한다. 상세히 도시되지는 않았으나, 포획 통로(126)의 출구(126b)에는 위어(weir)가 형성되어서 포획 수단(128)이 내부에 구성된다.
시료 저장부(130)는 챔버 형태로서, 포획 통로(126)의 입구(126a)보다 회전 중심과 더 가깝게 위치하며, 포획 통로(126)의 입구(126a)와 이어진다. 시료 저장부(130)에는 시료가 저장된다. 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)에는 시료 저장부(130)로 시료를 주입하기 위한 시료 주입 홀(110a)이 형성된다. 시료 주입 홀(110a)을 통해 시료가 시료 저장부(130) 내로 주입된 후에 시료 주입 홀(110a)은 가능한 모든 수단(pressure sensitive adhesive, 양면 테이프 등)에 의해 밀봉된다. 시료 저장부(130)에 저장된 시료는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 포획 통로(126)의 입구(126a)로 유입된다.
세척버퍼액(washing buffer) 저장부(140)는 챔버 형태로서, 시료 저장부(130)보다 회전중심과 더 가깝게 위치한다. 세척버퍼액은 포획 수단(128)에 포획된 물질에서 표적 물질을 제외한 나머지 성분을 포획 수단(128)으로부터 세척하여 제거한다. 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)에는 세척버퍼액 저장부(140)로 세척버퍼액을 주입하기 위한 세척버퍼액 주입 홀(110b)이 형성된다. 세척버퍼액 주입 홀(110b)을 통해 세척버퍼액이 세척버퍼액 저장부(140) 내로 주입된 후에 세척버퍼액 주입 홀(110b)은 가능한 모든 수단(pressure sensitive adhesive, 양면 테이프 등)에 의해 밀봉된다. 세척버퍼액 저장부(140)에 저장된 세척버퍼액은 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 세척버퍼액이 세척버퍼액 도입 통로(145)로 유입된다.
세척버퍼액 도입 통로(145)는 세척버퍼액 저장부(140)의 반경방향 바깥쪽 끝단과 시료 저장부(130)로부터 반경방향 안쪽으로 연장되는 연장 통로(130a)를 연결한다. 세척버퍼액 도입 통로(145)는 세척버퍼액 저장부(140)로부터 반경방향 바깥쪽을 향해 연장된다. 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의하여 세척버퍼액이 세척버퍼액 도입 통로(145)를 통해 연장 통로(130a)로 유입된다.
제1 용리버퍼액(elution buffer) 저장부(150a)는 챔버 형태로서, 대체로 시료 저장부(130)의 측면에 위치한다. 제1 용리버퍼액 저장부(150a)에는 제1 용리버퍼액이 저장된다. 제1 용리버퍼액은 PCR에 필요한 효소 또는 프라이머(primer)를 포함하는 용액이다. 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)에는 제1 용리버퍼액 저장부(150a)에 제1 용리버퍼액을 주입하기 위한 제1 용리버퍼액 주입 홀(110c)이 형성된다. 제1 용리버퍼액 주입 홀(110c)을 통해 제1 용리버퍼액이 제1 용리버퍼액 저장부(150a) 내로 주입된 후에 제1 용리척버퍼액 주입 홀(110c)은 가능한 모든 수단(pressure sensitive adhesive, 양면 테이프 등)에 의해 밀봉된다. 제1 용리버퍼액 저장부(150a)에 저장된 제1 용리버퍼액은 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 제1 용리버퍼액 도입 통로(155a)로 유입된다.
제1 용리버퍼액 도입 통로(155a)는 서로 이어진 제1 흐름 제어 통로(156a)와 제1 연결 통로(159a)를 구비한다. 제1 용리버퍼액 도입 통로(155a)을 통해 제1 용리버퍼액 저장부(150a)에 저장된 제1 용리버퍼액이 포획 통로(126)의 출구(126b)로부터 연장되는 배출 통로(160)로 유입된다.
제1 흐름 제어 통로(156a)는 제1 용리버퍼액 저장부(150a)로부터 연장되어서 제1 연결 통로(159a)와 연결된다. 제1 흐름 제어 통로(156a)는 제1 용리버퍼액 저장부(150a)로부터 대체로 반경방향 안쪽으로 연장된 후 부드러운 곡선을 이루며 방향이 반경방향 바깥쪽으로 전환되어서 연장된다. 그에 따라, 제1 흐름 제어 통로(156a)는 제1 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제1 전환 곡선부(158a)를 구비한다.
제1 연결 통로(159a)는 제1 흐름 제어 통로(156a)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되어서 배출 통로(160)와 연결된다.
제2 용리버퍼액(elution buffer) 저장부(150b)는 챔버 형태로서, 연장 통로(130a)를 사이에 두고 대체로 세척버퍼액 저장부(140)의 측면에 위치한다. 제2 용리버퍼액 저장부(150b)는 제1 용리버퍼액 저장부(150a)보다 회전 중심과 가깝게 위치한다. 제2 용리버퍼액 저장부(150b)에는 제2 용리버퍼액이 저장된다. 제2 용리버퍼액은 포획 수단(128)에 흡착된 표적 물질을 포획 수단(128)으로부터 분리시키는 순수한 물이다. 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)에는 제2 용리버퍼액 저장부(150b)에 제2 용리버퍼액을 주입하기 위한 제2 용리버퍼액 주입 홀(110d)이 형성된다. 제2 용리버퍼액 주입 홀(110d)을 통해 제2 용리버퍼액이 제2 용리버퍼액 저장부(150d) 내로 주입된 후에 제2 용리척버퍼액 주입 홀(110d)은 가능한 모든 수단(pressure sensitive adhesive, 양면 테이프 등)에 의해 밀봉된다. 제2 용리버퍼액 저장부(150b)에 저장된 제2 용리버퍼액은 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 제2 용리버퍼액 도입 통로(155b)로 유입된다.
제2 용리버퍼액 도입 통로(155b)는 서로 이어진 제2 흐름 제어 통로(156b)와 제2 연결 통로(159b)를 구비한다. 제2 용리버퍼액 도입 통로(155b)를 통해 제2 용리버퍼액 저장부(150b)에 저장된 제2 용리버퍼액이 연장 통로(130a)로 유입된다.
제2 흐름 제어 통로(156b)는 제2 용리버퍼액 저장부(150b)로부터 연장되어서 제2 연결 통로(159b)와 연결된다. 제2 흐름 제어 통로(156b)는 제2 용리버퍼액 저장부(150b)로부터 대체로 반경방향 안쪽으로 연장된 후 부드러운 곡선을 이루며 방향이 반경방향 바깥쪽으로 전환되어서 연장된다. 그에 따라, 제2 흐름 제어 통로(156b)는 제2 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제2 전환 곡선부(158b)를 구비한다.
제2 연결 통로(159b)는 제2 흐름 제어 통로(156b)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되어서 연장 통로(130a)와 연결된다.
배출 통로(160)는 포획 통로(126)의 출구(126b)로부터 연장된다. 배출 통로(160)는 그 경로를 따라서 포획 통로(126)의 출구(126b)로부터 멀어질수록 반경방향 바깥쪽에 위치함으로써, 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전함에 따라 포획 통로(126)로부터 배출된 액이 배출 통로(160)를 따라 이동하게 된다. 배출 통로(160)는 포획 통로(126)의 출구(126b)로부터 차례대로 이어지는 연장부(161), 연결부(162)를 구비한다.
연장부(161)의 하류 측 끝 일부 구간은 회전축에 대해 반경방향을 따라서 연장되어서 연결부(162)와 연결된다. 연장부(161) 상에 제2 연결 통로(159a)가 연결된다.
연결부(162)는 연장부(161)의 끝단으로부터 원주방향 일측으로 길게 연장된다. 연결부(162)에 폐기액 챔버(165)와 표적 물질 챔버(170)가 연결된다. 연결부(162)와 연장부(161)가 만나는 지점에는 연결부(162)와 반대방향으로 돌출되어서 형성된 공간인 꼬리부(163)가 마련된다. 꼬리부(163)의 원주방향 끝단면(163a)은 반경방향 바깥쪽으로 갈수록 연결부(162)와 가까워지도록 기울어져 있다.
폐기액 챔버(165)는 배출 통로(160)의 연결부(162)의 반경방향 바깥쪽에 위치한다. 폐기액 챔버(165)는 연결부(162)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되는 제1 통로(166)를 통해 연결부(162)와 연결된다. 제1 통로(166)와 연결부(162)가 연결되는 지점은 연장부(161)와 연결부(162)가 연결되는 지점과 반경방향을 따라 마주본다. 폐기액 챔버(165)에는 표적 물질을 제외한 나머지 불필요한 성분이 저장된다. 폐기액 챔버(165)는 시료와 세척버퍼액을 합한 것보다 큰의 용량을 갖는다. 제1 통로(166)에는 위어(weir)가 형성되어서 폐기액 챔버(165)에 저장된 폐기액이 배출 통로(160)로 다시 유입되는 것이 방지된다.
표적 물질 챔버(170)는 배출 통로(160)의 연결부(162)의 반경방향 바깥쪽에 위치한다. 표적 물질 챔버(170)는 제2 통로(171)를 통해 배출 통로(160)의 연결부(162)와 연결된다. 제2 통로(171)가 연결부(162)와 이어지는 부분은 제1 통로(166)가 연결부(162)와 이어지는 부분보다 하류에 위치한다. 표적 물질 챔버(170)의 내부에는 표적 물질과, 표적 물질의 PCR에 필요한 제1 용리버퍼액이 수용된다.
순환 통로(175)는 배출 통로(160)의 하류 끝단으로부터 연장되어서 시료 저장부(130), 세척버퍼액 저장부(140), 제1 용리버퍼액 저장부(150a), 제2 용리버퍼액 저장부(150b), 연장 통로(130a)와 각각 연결된다. 순환 통로(175)는 각 액의 이동을 용이하게 한다.
도 3에는 도 1에 도시된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 장착된 집적형 회전 PCR 장치가 사시도로서 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 집적형 회전 PCR 장치(100)는 온도 조절부(180)와, 칩 회전 구동부(190)를 포함한다. 집적형 회전 PCR 장치(100)는 장착된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)을 회전시키면서 전처리 공정과 PCR 공정을 연속적으로 수행한다.
도 3을 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 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 온도 조절부(180)에 대하여 회전가능하게 장착된다. 상부 부재(182)는 하부 부재(181)에 대하여 상하이동하면서 내부에 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 수용된다. 도 4를 참조하면, 온도 조절부(180)에는 원주방향을 따라서 차례대로 다수의 가열 영역(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f, 185g, 185h, 185i)이 형성된다. 인접한 두 가열 영역(185a, 185b)(185b, 185c)(185c, 185d)(185d, 185e)(185e, 185f)(185f, 185g)(185g, 185h)(185h, 185i)(185i, 185a) 사이에는 절연체 또는 냉각수단(186)이 구비된다. 가열 영역 각각(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f, 185g, 185h, 185i)은 히팅 블록 등 적절한 가열 수단에 의해 형성될 수 있다. 다수의 가열 영역(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f, 185g, 185h, 185i)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)을 구비한다. 제1, 제4, 제7 가열 영역(185a, 185d, 185g)은 PCR 공정에서 변성 단계에 요구되는 온도를 제공한다. 제2, 제5, 제8 가열 영역(185b, 185e, 185h)은 PCR 공정에서 결합 단계에 요구되는 온도를 제공한다. 제3, 제6, 제9 가열 영역(185c, 185f, 185i)은 PCR 공정에서 신장 단계에 요구되는 온도를 제공한다. 연속된 3개의 가열 영역(185a, 185b, 185c)(185d, 185e, 185f)(185g, 185h, 185i)이 각각 단위 온도 조절 구간을 형성한다. 즉, 온도 조절부(180)는 3개의 단위 온도 조절 구간을 구비하며, 이들은 각각 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)에 원주방향을 따라 위치하는 3개의 단위 공정부(120) 각각에 대응하여 PCR 공정에 필요한 온도를 제공하게 된다.
도 3을 참조하면, 칩 회전 구동부(190)는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)을 회전축선(X)을 중심으로 회전시키는 회전 구동 모터를 구비한다. 칩 회전 구동부(190)는 전처리 공정 단계에서는 액의 이동에 필요한 원심력이 발생하도록 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)을 회전시키고, PCR 공정 단계에서는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)의 각 표적 물질 챔버(170)가 온도 조절부(180)에서 필요한 가열 영역에 위치하도록 회전이동시킨다. 칩 회전 구동부(190)는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)을 필요에 따라서 제1 회전방향으로 회전시키거나 제1 회전방향의 반대방향인 제2 회전방향으로 회전시킬 수 있다.
이제, 도 5를 참조하여 도 1과 도 2에 도시된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)을 이용한 집적형 회전 PCR 방법의 일 실시예를 설명한다. 집적형 회전 PCR 방법은 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)을 도 3에 도시된 집적형 회전 PCR 장치(100)에 장착하여 수행된다. 도 5를 참조하면, PCR 방법은 PCR 마이크로칩 준비 단계(S10)와, PCR 마이크로칩 장착 단계(S20)와, 전처리 단계(S30)와, PCR 수행 단계(S40)를 포함한다.
PCR 마이크로칩 준비 단계(S10)는 도 1에 도시된 바와 같은 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)에 시료, 세척버퍼액, 제1 용리버퍼액 및 제2 용리버퍼액이 공급된다. 구체적으로는 설명하면, 시료는 시료 주입 홀(110a)을 통해 시료 저장부(130)에 주입되고, 세척버퍼액은 세척버퍼액 주입 홀(110b)를 통해 세척버퍼액 저장부(140)에 주입되고, 제1 용리버퍼액은 제1 용리버퍼액 주입 홀(110c)을 통해 제1 용리버퍼액 저장부(150a)에 주입되며, 제2 용리버퍼액은 제2 용리버퍼액 주입 홀(110d)을 통해 제2 용리버퍼액 저장부(150b)에 주입된다. 본 실시예에서 세척버퍼액으로는 70%의 에탄올 용액이 사용되고, 제1 용리버퍼액으로는 PCR 공정에 필요한 효소를 포함하는 용액이 사용되며, 제2 용리버퍼액으로는 물이 사용된다. 각 주입 홀(110a, 110b, 110c, 110d)은 해당 액이 주입된 후에 가능한 모든 수단(pressure sensitive adhesive, 양면 테이프 등)에 의해 밀봉된다. PCR 마이크로칩 준비 단계(S10)를 통해 준비된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)의 상태가 도 6에 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 시료는 시료 저장부(130)에 저장되어 있고, 세척버퍼액은 세척버퍼액 저장부(140)에 저장되어 있으며, 제1 용리버퍼액은 제1 용리버퍼액 저장부(150a)에 저장되어 있고, 제2 용리버퍼액은 제2 용리버퍼액 저장부(150b)에 저장되어 있다.
PCR 마이크로칩 장착 단계(S20)에서는 PCR 마이크로칩 준비 단계(S10)를 통해 시료, 세척버퍼액 및 용리버퍼액이 주입된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 집적형 회전 PCR 장치(100)의 온도 조절부(180) 내에 수용되도록 장착된다. 온도 조절부(180) 내에 수용된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)은 회전 구동부(190)와 연결되어서 회전가능하게 된다.
전처리 단계(S30)에서는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)의 시료 저장부(130)에 저장된 시료에 포함된 표적 물질이 불필요한 다른 성분과 분리되어서 제1 용리버퍼액과 함께 표적 물질 챔버(170)에 저장된다. 전처리 단계(S30)의 더욱 구체적인 과정이 도 7에 순서도로서 도시되어 있다. 전처리 단계(S30)는 시료 로딩 단계(S31)와, 세척버퍼액 로딩 단계(S32)와, 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계(S33)와, 제1 용리버퍼액 로딩 단계(S34)와, 제2 용리버퍼액 로딩 단계(S35)를 포함한다. 도 8a 내지 도 8g에는 전처리 단계(S30)에서 단위 공정부(120)의 상태가 순차적으로 도시되어 있다. 이하, 전처리 단계(S30)의 각 하위 단계를 도 8a 내지 도 8g를 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
시료 로딩 단계(S31)는 도 6에 도시된 바와 같은 상태의 단위 공정부(120)를 구비하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제1 회전속도(예를 들면, 5000 RPM)로 일정 시간 동안 제1 회전방향으로 회전함으로써 수행된다. 제1 회전방향은 연장부(161)의 하류 끝단이 연결부(162)에서 표적 물질 챔버(170)가 연결되는 지점 쪽을 향해 이동하도록 회전하는 방향이다. 시료 로딩 단계(S31)에서 시료(S2)는 포획 통로(126)를 통과한 후 폐기액 챔버(165)에 수용된다. 도 8a에는 시료 로딩 단계(S31)에서의 단위 공정부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 8a를 참조하면, 시료(S)는 원심력에 의하여 포획 통로(126)를 지나면서 포획 수단(128)에 표적 물질을 포함하는 물질이 흡착된다. 시료(S) 중 포획 수단(128)에 흡착되지 않은 나머지는 원심력에 의하여 포획 통로(126)를 통과한 후 연장부(161)를 거쳐서 폐기액 챔버(165)로 유입된다. 본 실시예에서 제1 회전방향은 도시된 바와 같이 반시계방향이다. 연장부(161)를 통과한 시료(S)는 마이크로칩(110)의 제1 회전방향 회전에 의해 꼬리부(163) 쪽으로 안내된 후 꼬리부(163)의 끝단면(163a)을 따라 반경방향 바깥쪽으로 이동하여 폐기액 챔버(165)로 유입된다. 그에 따라, 시료(S)가 연결부(162)를 따라 표적 물질 챔버(170)로 이동하는 것이 방지된다. 시료 로딩 단계(S31)의 완료 후에 시료(S)는 도 8b에 도시된 바와 같이 폐기액 챔버(165)에 저장된다. 시료 로딩 단계(S31)의 다음에는 세척버퍼액 로딩 단계(S32)가 수행된다.
세척버퍼액 로딩 단계(S32)는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제2 회전속도(예를 들면, 제1 회전속도와 동일한 5000 RPM)로 일정 시간 동안 제1 회전방향으로 회전함으로써 이루어진다. 도 8b에는 세척버퍼액 로딩 단계(S32)에서 단위 공정부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 8b를 참조하면, 세척버퍼액 저장부(140)에 저장되어 있던 세척버퍼액(W)는 원심력에 의하여 포획 통로(126)를 지나면서 포획 수단(128)에 의해 포획된 물질 중 표적 물질을 제외한 나머지 불필요한 성분을 세척하여 제거한 후 이를 포함하여 연장부(161)를 거쳐서 폐기액 챔버(165)로 유입된다. 연장부(161)를 통과한 세척버퍼액(W)은 마이크로칩(110)의 제1 회전방향 회전에 의해 꼬리부(163) 쪽으로 안내된 후 꼬리부(163)의 끝단면(163a)을 따라 반경방향 바깥쪽으로 이동하여 폐기액 챔버(165)로 유입된다. 그에 따라, 세척버퍼액(W)가 연결부(162)를 따라 표적 물질 챔버(170)로 이동하는 것이 방지된다. 세척버퍼액 로딩 단계(S32)의 완료 후에 세척버퍼액(W)은 도 8c에 도시된 바와 같이 폐기액 챔버(165)에 시료(S)와 함께 저장된다. 이때, 도 8c에 도시된 바와 같이, 제1 용리버퍼액(E1)은 제1 흐름 제어 통로(156a) 상에서 제1 전환 곡선부(158a)의 전까지 이동한 상태를 유지하고, 제2 용리버퍼액(E2)은 제2 흐름 제어 통로(156b) 상에서 제2 전환 곡선부(158b)의 전까지 이동한 상태를 유지하게 된다. 세척버퍼액 로딩 단계(S32)의 다음에는 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계(S33)가 수행된다.
제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계(S33)는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제2 회전속도보다 현저히 낮은 속도(예를 들면, 50 RPM) 이하로 감속되어서 수행된다. 도 8d에는 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계(S33)에서 단위 공정부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 8d를 참조하면, 제1 용리버퍼액(E1)은 제1 전환 곡선부(158a)를 지나 제1 연결 통로(159a)까지 이동한 상태가 되고, 제2 용리버퍼액(E2)은 제2 전환 곡선부(158b)를 지나 제2 연결 통로(159b)까지 이동한 상태가 된다. 두 용리버퍼액(E1, E2)의 전환 곡선부(158a, 158b) 통과는 갑작스런 감속에 따른 원심력 감소에 기인한다. 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계(S32)의 다음에는 제1 용리버퍼액 로딩 단계(S34)가 수행된다.
제1 용리버퍼액 로딩 단계(S34)는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제1 회전방향의 반대방향인 제2 회전방향으로 제4 회전속도(예를 들면, 5000 RPM)으로 일정 시간 동안 회전함으로써 수행된다. 이는 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계(S33)에서 제1 회전방향으로의 회전속도가 0까지 감속된 후 회전방향이 전환되어 증속됨으로써 이루어진다. 제1 용리버퍼액 로딩 단계(S34)에서는 PCR 공정에 필요한 효소를 포함하는 용액인 제1 용리버퍼액(E1)은 연장부(161)와 연결부(162)를 거쳐서 표적 물질 챔버(170)로 유입된다. 도 8e에는 제1 용리버퍼액 로딩 단계(S34)에서 단위 공정부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 8e를 참조하면, 제1 용리버퍼액(E1)은 원심력에 의하여 제1 연결 통로(159a), 연장부(161) 및 연결부(162)를 차례대로 거쳐서 이동한 후 표적 물질 챔버(170)로 유입된다. 연장부(161)를 통과한 제1 용리버퍼액(E1)은 마이크로칩(110)의 제2 회전방향 회전에 의해 제1 통로(166)를 지나서 표적 물질 챔버(170)가 위치하는 쪽으로 안내된 후 연결부(162)를 따라서 이동하여 표적 물질 챔버(170)로 유입된다. 그에 따라, 제1 용리버퍼액(E1)이 폐기액 챔버(165)로 유입되는 것이 방지된다. 제1 용리버퍼액 로딩 단계(S34)의 완료 후에 제1 용리버퍼액(E1)은 도 8f에 도시된 바와 같이 표적 물질 챔버(170)에 저장된다. 제1 용리버퍼액(E1)이 포획 통로(126)을 거치지 않고 표적 물질 챔버(170)로 바로 제공되므로 포획 수단(128)에 의한 손실이 발생하지 않게 된다. 이때, 제2 용리버퍼액(E2)은 포획 통로(126)를 통과하면서 포획 수단(128)에 의해 포획된 표적 물질을 포획 수단(128)으로부터 분리시킨다. 제1 용리버퍼액 로딩 단계(S34)의 다음에는 제2 용리버퍼액 로딩 단계(S35)가 수행된다.
제2 용리버퍼액 로딩 단계(S35)는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 회전축선(X)을 중심으로 제5 회전속도(예를 들면, 제4 회전속도와 동일한 5000 RPM)로 일정 시간 동안 제2 회전방향으로 회전함으로써 수행된다. 제2 용리버퍼액 로딩 단계(S35)에서는 제2 용리버퍼액(E2)과 제2 용리버퍼액(E2)에 의해 포획 수단(128)으로부터 분리된 표적 물질(T)이 원심력에 의하여 포획 통로(126)와 배출 통로(160)를 차례대로 거쳐서 표적 물질 챔버(170)에 저장된다. 도 8f에는 제2 용리버퍼액 로딩 단계(S35)에서 단위 공정부(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 8f를 참조하면, 제2 용리버퍼액(E2)과 제2 용리버퍼액(E2)에 의해 포획 수단(128)으로부터 분리된 표적 물질(T)은 원심력에 의하여 연장부(161)와 연결부(162)를 차례대로 거쳐서 이동한 후 표적 물질 챔버(170)로 유입된다. 연장부(161)를 통과한 표적 물질(T)을 포함하는 제2 용리버퍼액(E2)은 마이크로칩(110)의 제2 회전방향 회전에 의해 제1 통로(166)를 지나서 표적 물질 챔버(170)가 위치하는 쪽으로 안내된 후 연결부(162)를 따라서 이동하여 이미 제1 용리버퍼액(E1)이 저장되어 있는 표적 물질 챔버(170)로 유입된다. 그에 따라, 제2 용리버퍼액(E2)이 폐기액 챔버(165)로 유입되는 것이 방지된다. 제2 용리버퍼액 로딩 단계(S35)의 완료 후에 제2 용리버퍼액(E2)은 도 8g에 도시된 바와 같이 표적 물질 챔버(170)에 저장된다. 이후, 도 8g에 도시된 바와 같이 표적 물질(T), 제1 용리버퍼액(E1) 및 제2 용리버퍼액(E2)는 표적 물질 챔버(170) 내에서 고르게 섞인다.
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 가열 영역(185a, 185d, 185g)에 위치함으로써 수행된다. 결합 단계는 변성 단계가 완료된 후 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 일정 각도 회전하여 각 표적 물질 챔버(170)가 결합 단계의 온도를 제공하는 제2, 제5, 제8 가열 영역(185b, 185e, 185h)에 위치함으로써 수행된다. 신장 단계는 결합 단계가 완료된 후 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(110)이 일정 각도 회전하여 각 표적 물질 챔버(170)가 신장 단계의 온도를 제공하는 제3, 제6, 제9 가열 영역(185c, 185f, 185i)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 : 집적형 회전 PCR 장치 110 : 집적형 회전 PCR용 마이크로칩
120 : 단위 공정부 125 : 표적 물질 포획부
128 : 포획 수단 130 : 시료 저장부
140 : 세척버퍼액 저장부 150a : 제1 용리버퍼액 챔버
155a : 제1 용리버퍼액 도입 통로 156a : 제1 흐름 제어 통로
158a : 제1 전환 곡선부 150b : 제2 용리버퍼액 챔버
155b : 제2 용리버퍼액 도입 통로 156b : 제2 흐름 제어 통로
158b : 제2 전환 곡선부 160 : 배출 통로
161 : 연장부 162 : 연결부
163 : 꼬리부 165 : 폐기액 챔버
170 : 표적 물질 챔버 175 : 순환 통로
180 : 온도 조절부 190 : 회전 구동부
120 : 단위 공정부 125 : 표적 물질 포획부
128 : 포획 수단 130 : 시료 저장부
140 : 세척버퍼액 저장부 150a : 제1 용리버퍼액 챔버
155a : 제1 용리버퍼액 도입 통로 156a : 제1 흐름 제어 통로
158a : 제1 전환 곡선부 150b : 제2 용리버퍼액 챔버
155b : 제2 용리버퍼액 도입 통로 156b : 제2 흐름 제어 통로
158b : 제2 전환 곡선부 160 : 배출 통로
161 : 연장부 162 : 연결부
163 : 꼬리부 165 : 폐기액 챔버
170 : 표적 물질 챔버 175 : 순환 통로
180 : 온도 조절부 190 : 회전 구동부
Claims (12)
- 회전중심으로부터 반경방향을 따라 이격되어 위치하는 단위 공정부(120)를 포함하며,
상기 단위 공정부는,
내부에 포획 수단(128)이 저장되는 공간을 제공하고, 입구와 상기 입구보다 상기 회전중심으로부터 더 멀리 위치하는 출구를 구비하는 표적 물질 포획부(125);
상기 표적 물질 포획부의 입구와 연결되고 내부에 시료가 저장되는 공간을 제공하는 시료 저장부(130);
상기 표적 물질 포획부의 입구와 연결되며 내부에 세척버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 세척버퍼액 저장부(140);
상기 표적 물질 포획부의 출구로부터 멀어질수록 반경방향 바깥쪽에 위치하도록 연장되고, 상기 표적 물질 포획부의 출구로부터 연장되는 연장부(161)와, 상기 연장부의 하류측 끝단으로부터 꺾여서 원주방향 일측으로 연장되는 연결부(162)를 구비하는 배출 통로(160);
상기 연장부와 연결되고 내부에 PCR 공정에 필요한 효소를 포함하는 제1 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 제1 용리버퍼액 저장부(150a);
상기 표적 물질 포획부의 입구와 연결되며 내부에 상기 포획 수단으로부터 표적 물질을 분리시키는 제2 용리버퍼액이 저장되는 공간을 제공하는 제2 용리버퍼액 저장부(150b);
상기 연결부와 연결되고 상기 배출 통로의 반경방향 바깥쪽에 위치하는 폐기액 챔버(165); 및
상기 연결부와 연결되고 상기 배출 통로의 반경방향 바깥쪽에 위치하는 표적 물질 챔버(170)를 구비하며,
상기 연결부에서 상기 폐기액 챔버와 연결되는 부분은 상기 연장부의 끝단과 대향하도록 위치하고, 상기 연결부에서 상기 표적 물질 챔버와 연결되는 부분은 상기 연결부에서 상기 폐기액 챔버와 연결되는 부분보다 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 청구항 1에 있어서,
상기 단위 공정부는 상기 연장부(161)와 상기 연결부(162)가 만나는 지점에서 상기 연결부와 반대방향으로 돌출되어서 형성된 공간인 꼬리부(163)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 청구항 2에 있어서,
상기 꼬리부(163)의 원주방향 끝단면(163a)은 반경방향 바깥쪽으로 갈수록 상기 연결부(162)와 가까워지도록 형성된 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 청구항 1에 있어서,
상기 연장부(161)의 하류 측 끝 일부 구간은 반경방향을 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 청구항 1에 있어서,
상기 단위 공정부는 상기 제1 용리버퍼액 저장부와 상기 배출 통로를 연결하는 제1 흐름 제어 통로(156a)와, 상기 제2 용리버퍼액 저장부와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 제2 흐름 제어 통로(156b)를 더 구비하며, 상기 제1 흐름 제어 통로(156a)는 상기 제1 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제1 전환 곡선부(158a)를 구비하고, 상기 제2 흐름 제어 통로(156b)는 상기 제2 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제2 전환 곡선부(158b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 청구항 1에 있어서,
상기 폐기액 챔버의 용량은 상기 시료 저장부의 용량과 상기 세척버퍼액 저장부의 용량의 합보다 큰 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 청구항 1에 있어서,
상기 표적 물질 포획부에서 상기 포획 수단(128)이 저장되는 공간은 상기 입구와 출구 사이를 연결하는 지그재그 형상의 통로인 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 청구항 1에 있어서,
상기 단위 공정부는 상기 배출 통로의 하류 끝단으로부터 연장되어서 상기 시료 저장부, 상기 세척버퍼액 저장부, 상기 제1 용리버퍼액 저장부, 상기 제2 용리버퍼액 저장부와 각각 연결되는 순환 통로(175)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR용 마이크로칩. - 회전중심에 대하여 원주방향을 따라서 차례대로 형성된 다수의 가열 영역을 구비하는 온도 조절부(180);
상기 온도 조절부에 대해 상기 회전중심을 중심으로 회전가능하게 장착되는 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 청구항에 기재된 집적형 회전 PCR용 마이크로칩(100); 및
상기 집적형 회전 PCR용 마이크로칩을 상기 회전중심을 중심으로 양방향으로 회전시키는 칩 회전 구동부(190)를 포함하는 집적형 회전 PCR 장치. - 청구항 1에 기재된 마이크로칩을 이용한 집적형 회전 PCR 방법으로서,
상기 시료 저장부에 시료를 주입하고 상기 세척버퍼액 저장부에 세척버퍼액을 주입하며 상기 제1 용리버퍼액 저장부에 PCR 공정에 필요한 효소를 포함하는 제1 용리버퍼액을 주입하고 상기 제2 용리버퍼액 저장부에 상기 포획 수단으로부터 표적물질을 분리시키는 제2 용리버퍼액을 주입하는 PCR 마이크로칩 준비 단계;
상기 마이크로칩을 회전시켜서 상기 시료에 대한 전처리를 수행하고 표적 물질을 상기 표적 물질 챔버에 저장하는 전처리 단계; 및
상기 표적 물질 챔버에 저장된 표적 물질에 대한 PCR을 수행하는 PCR 수행 단계를 포함하며,
상기 전처리 단계는,
상기 마이크로칩이 제1 회전방향으로 회전되어서, 상기 시료가 상기 포획 수단을 통과한 후 상기 폐기액 챔버에 수용되는 시료 로딩 단계와,
상기 마이크로칩이 상기 제1 회전방향으로 회전되어서, 상기 세척버퍼액이 상기 포획 수단을 통과한 후 상기 폐기액 챔버에 저장되는 세척버퍼액 로딩 단계와,
상기 마이크로칩이 상기 제1 회전방향의 반대방향인 제2 회전방향으로 회전되어서, 상기 제1 용리버퍼액이 상기 표적 물질 챔버에 유입되는 제1 용리버퍼액 로딩 단계와,
상기 마이크로칩이 상기 제2 회전방향으로 회전되어서, 상기 제1 용리버퍼액 로딩 단계 후에 상기 제2 용리버퍼액이 상기 표적 물질 챔버에 유입되는 제2 용리버퍼액 로딩 단계를 포함하며,
상기 제1 회전방향은 상기 연장부의 하류 끝단이 상기 연결부에서 상기 표적 물질 챔버가 연결되는 지점 쪽을 향해 이동하도록 회전하는 방향인 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR 방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 단위 공정부는 상기 제1 용리버퍼액 저장부와 상기 배출 통로를 연결하는 제1 흐름 제어 통로(156a)와, 상기 제2 용리버퍼액 저장부와 상기 포획 통로의 입구를 연결하는 제2 흐름 제어 통로(156b)를 더 구비하며, 상기 제1 흐름 제어 통로(156a)는 상기 제1 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제1 전환 곡선부(158a)를 구비하고, 상기 제2 흐름 제어 통로(156b)는 상기 제2 용리버퍼액의 흐름을 반경방향 안쪽에서 바깥쪽으로 전환시키는 제2 전환 곡선부(158b)를 구비하며,
상기 전처리 단계는 상기 제1 용리버퍼액과 상기 제2 용리버퍼액 각각이 상기 제1 전환 곡선부와 상기 제2 전환 곡선부 각각을 통과하도록 상기 세척버퍼액 로딩 단계 후에 수행되는 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계를 더 포함하며,
상기 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계에서 상기 마이크로칩은 상기 제1 회전방향으로 상기 세척버퍼액 로딩 단계에서의 회전 속도보다 낮은 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 마이크로칩의 회전은 상기 제1, 제2 용리버퍼액 도입 단계를 거치면서 감속된 후 회전방향이 전환되어 상기 제1 용리버퍼액 로딩 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 집적형 회전 PCR 방법.
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