KR101691466B1

KR101691466B1 - 열대류 중합효소 연쇄반응 장치

Info

Publication number: KR101691466B1
Application number: KR1020147002887A
Authority: KR
Inventors: 청 쑤; 핑화 텅
Original assignee: 제네리치 바이오테크놀로지 코포레이션
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2016-12-30
Also published as: CN103649301B; CA2856345A1; IN2014CN03868A; CA2856345C; KR20140040262A; EP2784150B1; CN103649301A; EP2784150A1; WO2013075263A1; EP2784150A4

Abstract

본 발명은 중합효소 연쇄반응(PCR)이 시험관 내에서 진행되도록, 시험관을 탑재하는 중합효소 연쇄반응 장치로서, 본체, 및 본체를 관통하며 시험관을 설치하기 위한 통로를 구비하는 방열 베이스를 포함하고, 상기 통로는 대경 구간, 및 상기 대경 구간의 하부에 위치하는 소경 구간을 구비하는 열대류 중합효소 연쇄반응 장치를 제공한다. 이를 통해, PCR 반응 중, 혼합액 표면의 온도가 프라이머 결합 반응에 필요한 온도보다 낮도록 확보할 수 있다.

Description

열대류 중합효소 연쇄반응 장치{DEVICE FOR THERMAL CONVECTION POLYMERASE CHAIN REACTION}

본 발명은 중합효소 연쇄반응에 관한 것으로, 특히 열대류 중합효소 연쇄반응 장치에 관한 것이다.

생명공학기술분야에서, 중합효소 연쇄반응(PCR)은 이미 특정 핵산 서열을 증폭시키는 성숙된 기술이다. 중합효소 연쇄반응 과정은 "변성 반응", "프라이머 결합 반응" 및 "신장 반응"의 3가지 주요 단계가 필요하며, 각 단계는 서로 다른 반응 온도가 필요하다. 변성 반응의 온도는 전형적으로 90℃ 내지 97℃ 사이이고, 프라이머 결합 반응의 온도는 사용된 프라이머의 융해온도(melting temperature)에 의해 선택되는데, 전형적으로 35℃ 내지 65℃ 사이이고, 신장 반응의 전형적인 온도는 72℃이다.

열대류 중합효소 연쇄반응 방법은 주로 PCR 혼합액이 담겨 있는 시험관의 저부를 온수에 담그고, 시험관의 기타 부분은 실온의 공기 중에 노출시켜 방열할 수 있게 하여, PCR 혼합액의 저부 내지 표면이 97℃ 내지 35℃와 같이 점차 감소하는 온도구배(temperature gradient)를 이루게 하여, 열대류를 유도함으로써, PCR 혼합액이 서로 다른 온도 구간에서 서로 다른 반응 단계를 진행하게 하는 것이다.

그러나, 종래의 반응 장치에서는, 시험관의 기타 부분을 실온의 공기 중에 노출시켜 방열하게 하므로, 방열 속도가 빠르지 못하며, 가열 시간이 점차 길어질 수록 PCR 혼합액 표면의 온도가 높아져, 흔히 반응이 끝나기 전에, PCR 혼합액 표면의 온도가 프라이머 결합 반응에 필요한 온도보다 높아지므로, PCR 반응이 계속 진행될 수 없게 하여, 충족한 양의 특정 핵산 서열을 얻을 수 없다.
[선행문헌] EP 1434880 B1

본 발명의 목적은, PCR 반응 중, 혼합액 표면의 온도가 프라이머 결합 반응에 필요한 온도보다 낮도록 확보할 수 있는 열대류 중합효소 연쇄반응 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중합효소 연쇄반응이 시험관 내에서 진행되도록, 시험관을 탑재하는 열대류 중합효소 연쇄반응 장치로서, 본체, 및 상기 본체를 관통하며 상기 시험관을 관통 설치하기 위한 통로를 구비하는 방열 베이스를 포함하고, 상기 통로는 대경(大徑) 구간, 및 상기 대경 구간의 하부에 위치하는 소경(小經) 구간을 구비하는 중합효소 연쇄반응 장치를 제공한다.

본 발명의 중합효소 연쇄반응 장치는 상기 방열 베이스의 상부에 설치되는 시험관 프레임를 더 포함하고, 상기 시험관 프레임는 상기 시험관을 삽입하기 위한 수용홀을 구비한다.

상기 시험관 프레임의 수용홀은 위에서 아래의 순서대로 대경부, 어깨부, 및 소경부를 차례로 구비하고, 상기 어깨부는 상기 시험관의 계단부를 지탱하게 하기 위한 것이다.

상기 시험관 프레임의 저단(底端)은 상기 방열 베이스의 통로 내에 삽입된다.

상기 통로의 소경 구간의 내경은 위에서 아래로 갈수록 점차 축소된다.

상기 방열 베이스는 금속으로 제조된다.

본 발명에 의하면, PCR 반응 중, 혼합액 표면의 온도가 프라이머 결합 반응에 필요한 온도보다 낮도록 확보할 수 있다.

본 발명은 생명공학기술 분야에서의 열대류 중합효소 연쇄반응에 적용된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 입체 분해도이다.

아래의 실시예와 도면을 결합하여 본 발명의 구조 및 효과를 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열대류 중합효소 연쇄반응 장치(10)는 주로 방열 베이스(20) 및 시험관 프레임(30)을 포함한다. 방열 베이스(20)는 본체(22), 및 본체(22)를 관통하며 상기 시험관(12)을 관통 설치하기 위한 통로(24)를 구비하며, 상기 통로(24)는 대경(大徑) 구간(241), 및 대경 구간(241)의 하부에 위치하는 소경 구간(242)을 구비한다. 시험관(12)의 중간 구간(123)에서 상부 구간(122)까지는 방열 베이스(20)의 통로(24) 내에 설치되고, 상기 방열 베이스(20)는 알루미늄 합금과 같은 열전도 계수가 높은 재질로 제조되기 때문에, PCR 혼합액의 열 에너지는 주위의 공기를 통해 상기 방열 베이스(20)로 전달되어 더욱 효과적으로 방열할 수 있으므로, 혼합액 표면의 온도가 전체 반응과정에서 모두 프라이머 결합 온도(annealing temperature) 이하, 예를 들면 10℃ ~ 55℃로 유지되게 하여, 혼합액 표면 온도가 너무 높아 PCR 반응을 중단시키는 것을 방지한다. 또한, 소경 구간(242)이 존재함으로써, 소경 구간(242)이 없을 때와 비교하여 대경 구간(241)에 위치한 혼합액은 방열 베이스(20)와의 간격이 커서 공기를 통한 방열이 비교적 느린 반면, 소경 구간(242)에 위치한 혼합액은 방열 베이스(20)와의 간격이 작아서 공기를 통한 방열이 비교적 빠르며, 실험 결과, 이러한 방열 베이스(20) 구조의 방열 효과가 PCR 반응의 진행에 가장 유리하다는 것을 발견하였다.

시험관(12)이 방열 베이스(20)에 안정적으로 삽입 설치되게 하기 위해, 방열 베이스(20)의 상부에 시험관 프레임(30)을 설치할 수 있으며, 상기 시험관 프레임(30)은 상기 시험관(12)을 삽입하기 위한 수용홀(32)을 구비함으로써, 상기 시험관(12)이 안정적으로 위치 고정되게 하고, 상기 시험관(12)의 외벽이 상기 방열 베이스(20)의 내부와 접촉하여 혼합액의 온도를 너무 빠르게 저하시키는 것을 방지한다.

실제 응용 시, 시험관 프레임(30)의 수용홀(32)은 위에서 아래로 갈수록 대경부(321), 어깨부(322), 및 소경부(323)가 차례로 설치되게 설계할 수 있으며, 상기 어깨부(322)는 상기 시험관(12)의 계단부(121)를 지탱하기 위한 것이며, 이를 통해 상기 시험관(12)이 안정적으로 위치 고정되게 한다. 상기 방열 베이스(20)의 하부에 지지 베이스(40)가 설치되어 있고, 열원(미도시)을 이용하여 상기 시험관의 저부(124)를 가열함으로써, 상기 저부(124) 내의 PCR 혼합액의 온도를 90℃ 내지 97℃로 유지한다. 즉, 시험관(12)의 저부는 열대류 중합효소 연쇄반응 장치의 외부로 돌출되어 가열되는 부분이다.

그리고, 시험관 프레임(30)의 저단(301)은 방열 베이스(20)의 통로(24) 내에 삽입 설치되어, 상기 시험관 프레임(30)이 상기 방열 베이스(20)의 상부에 안정적으로 삽입 설치되게 한다.

또한, 본 실시예에서 상기 통로(24)의 소경 구간(242)의 내경은 위에서 아래로 갈수록 점차 축소된다. 여러 번의 실험과 끊임없는 개량을 통해, 이러한 구조로 방열시킬 때 PCR 반응 효율이 가장 높다는 것을 발견하였다. 실험은 10℃ 내지 40℃ 사이의 7가지 서로 다른 환경 온도에서 각각 PCR 반응을 진행시키고, 시험관 저부(124) 내의 PCR혼합액을 93℃ 내지 97℃까지 가열하고, 방열 베이스(20)의 온도는 36℃ 내지 53℃로 측정되었고, 상기 혼합액 표면의 온도는 36℃ 내지 53℃ 사이로, PCR반응이 순조롭게 진행되게 한다.

본 발명의 정신에 위배되지 않는 전제하에서, 장치의 구조는 변화될 수 있다. 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이 상기 방열 베이스(20)는 복수의 통로(24)를 설치하여 복수의 시험관(12)이 동시에 반응을 진행하게 할 수 있다. 용이하게 생각할 수 있는 이러한 구조 변화는 모두 본 발명의 특허청구범위에 포함된다.

10: 열대류 중합효소 연쇄반응 장치
12: 시험관
121: 계단부
122: 상부 구간
123: 중간 구간
124: 저부
20: 방열 베이스
22: 본체
24: 통로
241: 대경 구간
242: 소경 구간
30: 시험관 프레임
301: 저단
32: 수용홀
321: 대경부
322: 어깨부
323: 소경부
40: 지지 베이스

Claims

중합효소 연쇄반응이 시험관 내에서 진행되도록 시험관을 탑재하고, 하나의 열원만을 포함하는, 열대류 중합효소 연쇄반응 장치에 있어서,
본체, 및 상기 본체를 관통하며 상기 시험관을 관통 설치하기 위한 통로를 구비하는 방열 베이스를 포함하고,
상기 시험관의 저부는 상기 열원이 가열되도록 상기 열대류 중합효소 연쇄반응 장치의 외부로 돌출되는 부분이며,
상기 통로는, 상기 시험관의 중간 구간 내지 상부 구간에 대응되고 또한 상기 시험관과 특정 거리를 유지하는 대경(大徑) 구간, 및 상기 대경 구간의 하부에 위치하고 또한 상기 시험관의 중간 구간에 대응되는 소경(小徑) 구간을 구비하며,
상기 통로의 소경 구간의 내경(內徑)은 위에서 아래로 갈수록 점차 축소되는,
열대류 중합효소 연쇄반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 방열 베이스의 상부에 설치되는 시험관 프레임을 더 포함하고, 상기 시험관 프레임은 상기 시험관을 삽입하기 위한 수용홀을 구비하는, 열대류 중합효소 연쇄반응 장치.
제2항에 있어서,
상기 시험관 프레임의 수용홀은 위에서 아래의 순서대로 대경부, 어깨부, 및 소경부를 차례로 구비하고, 상기 어깨부는 상기 시험관의 계단부를 지탱하기 위한 것인, 열대류 중합효소 연쇄반응 장치.
제2항에 있어서,
상기 시험관 프레임의 저단(底端)은 상기 방열 베이스의 통로 내에 삽입되는, 열대류 중합효소 연쇄반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 방열 베이스는 금속으로 제조되는, 열대류 중합효소 연쇄반응 장치.
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