KR101735083B1

KR101735083B1 - Dna 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 dna 추출 방법

Info

Publication number: KR101735083B1
Application number: KR1020150018078A
Authority: KR
Inventors: 유재천; 임다예슬
Original assignee: 주식회사 씨디젠; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2017-05-25
Also published as: WO2016126141A1; KR20160096770A

Abstract

본 발명은 온도 감응물질을 세포 파괴 챔버 내에 위치하여 챔버 내의 시료의 온도를 직접 측정하고 이에 따라 가열 장치의 온오프를 피드백(feedback) 제어하여 세포 파괴 챔버 내의 온도를 제어함으로써, 시료의 세포 파괴 과정을 화학적으로 수행하여, 세포 내의 DNA를 정제 및 추출하거나 상기 추출된 DNA를 증폭하는 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법을 제공한다.

Description

DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법{DNA extractiion disc apparatus and DNA extraction method using the same}

본 발명은 온도 감응 물질을 이용한 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게, 본 발명은 각종 핵산 분석에 필요한 DNA를 추출하기 위해 세포(cell)를 파괴(lysis)하고 효소의 활성 온도로 시료를 가열 제어하기 위한 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법에 관한 것이다.

핵산을 이용한 분자진단법은 높은 정확성과 재현성, 신속성 등의 장점이 있어 최근 식품위생 분야와 법의학 분야에서 많은 이슈가 되고 있는 방법이다. 그러나 이런 장점에도 불구하고 여러 부가적인 측정 설비를 갖추어야 하기에 최근에는 이를 Lab on a Disc 형태로 구현하고자 하는 연구들이 많이 진행되어 있다. 이러한 핵산을 이용한 분자진단법을 Lab on a Disc 상에서 구현하는 데 있어 가장 큰 장애물은 DNA를 추출하기 위한 세포 파괴(cell lysis) 공정의 집적화이다.

최근 세포 파괴를 위한 여러 집적 기술이 개발되어 효율성 및 경제성이 개선되었으며, 이러한 세포파괴 공정을 위한 장치는 미국 특허 문헌 US 7157049 (발명의 명칭: Optical bio-discs and fluidic circuits for analysis of cells and methods relating thereto)에 잘 나타나 있다.

그러나 기존 Lab on a Disc 형태의 세포 파괴 방법은 물리적 세포 파괴를 이용한 방법으로, 외부 장치가 필요하여 화화적 세포 파괴 방법에 비해 핵산의 추출 효율성이 떨어지거나, 마이크로 단위의 세밀한 구조가 필요하여 제작이 매우 어렵다는 단점이 있다. 그럼에도 기존 Lab on a Disc 기반 방법들이 물리적인 세포 파괴 방법을 택한 이유는, 정밀한 온도 제어가 필요한 화학적 세포 파괴 방법에 비해 구현이 훨씬 수월하기 때문이다. 화학적 세포 파괴 방법의 장점은 효소를 온도 제어에 의해 활성화 시킴으로써 세포파괴의 효율을 극대화할 수 있다는 것이다.

따라서 화학적 세포 파괴 방법을 Lab on a Disc에 적용할 수 있는 기술 개발이 절실히 필요하다.

Lab on a Disc에 상기 화학적 세포 파괴 방법을 적용하기 위해서는 다음 두 가지 조건을 만족하여야 한다.

첫번째, Lab on a Disc에서는 Disc 상에 여러 기능에 필요한 챔버(chamber)들이 함께 집적되어 있는 바, 세포 파괴 동안 세포 파괴 기능을 담당하는 챔버 부위만 선별적으로 온도 제어가 되어야만 한다. 그렇치 않으면 세포 파괴를 위한 가열 동안 세포 파괴와 관계 없는 부위가 동시에 가열되거나 영향을 받아 전체 성능 상에 문제를 야기시킬 수 있다.

두번째, 일반적으로 화학적 세포 파괴시 첨가되는 효소인 proteinaseK를 활성화시키기 위해서는 60도의 온도 제어가 필수적인데, Lab on a Disc의 경우 일련의 바이오 공정을 회전력에 의한 원심력으로 진행하므로, 상기 60도 온도 제어 및 계측은 비접촉식으로 이루어져야 한다.

이러한 상기 두 조건을 만족시키기 위해, 본발명은 시료를 저장하고 동시에 시료의 세포 파괴를 돕는 효소를 저장하고 있는 세포파괴 챔버; 상기 효소를 활성화하기 위한 가열장치; 상기 세포 파괴 챔버 내에 배치된 온도 감응 물질(Temperature sensitive material); 및 상기 온도 감응 물질의 투명도, 유동성(liquidity) 또는 형광량을 측정하여 상기 세포 파괴 챔버 내의 시료의 온도를 계측하기 위한 카메라를 구비하여, 상기 효소가 최적의 온도에서 활성화되도록 상기 가열장치를 피드백(feedback) 제어함으로써 상기 세포에 포함된 DNA을 분리할 수 있는 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법을 제공한다.

미국특허문헌 US 7157049 B2 (특허일: 2007년 1월 2일)

본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 온도 감응물질을 세포 파괴 챔버 내에 위치하여 세포파괴 챔버 내의 시료의 온도를 직접 측정하고 이에 따라 가열 장치를 피드백(feedback) 제어하여 세포 파괴 챔버 내의 온도를 효소의 활성화 온도로 제어함으로써, 세포 파괴 과정을 화학적으로 수행하여 세포속의 DNA를 분리하는 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은,

디스크 내에 DNA와 결합하는 실리카 멤브레인(silica membrane)을 더 구비하여 디스크 회전에 의한 원심력에 의해 상기 세포파괴 챔버에서 파괴된 세포에 포함된 찌꺼기(debris)를 제거하여 정제된 DNA를 얻기 위한 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법을 제공하는 것으로,

구체적으로는 시료에 포함된 박테리아 세포를 화학적 방법으로 파괴시키는 세포 파괴공정, 찌꺼기를 제거하는 세정공정 및 DNA 추출 공정이 포함된 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 DNA 추출방법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명에서 DNA는 세균, 바이러스, 식물, 동물의 신체 일부(머리카락, 살점 등) 또는 그의 분비물(침, 소변 등), 혈액 또는 음식물 검체로부터 얻어진 디옥시리보 핵산 (deoxyribonucleic acid), RNA로부터 역전사(reverse transcription)에 의해 얻어진 cDNA(Complementary DNA) 샘플 중 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 한다.

상기 검체 중 세균은 한국 식품 공전 (Korean Food Standards Codex)또는 미국의 FDA food code 에 따라 식품으로부터 25g을 취하여 표적 세균(target pathogen)에 맞은 액체 배양배지(liquid medium) 225ml에 주입하여 균질화(homogenization) 후 18~24시간의 증균배양(enrichment culture) 후, 표적 세균(target pathogen)에 맞는 선택 고체배지(selective agar medium)에서 분리 배양(separate culture)된 세균 군집(colony)을 사용하거나;

표적 세균(target pathogen)에 맞는 증균배양(enrichment culture)을 실시 후 원심분리하여 얻은 세균의 펠렛(pellet)을 사용하거나, 음식물로부터 스토마커(stomacher)에 의해 균질화된 것을 원심분리 내지 다공성 필터(porous filter)를 통해 얻는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에서 "DNA 추출 디스크"는 "디스크"와 혼용한다.

본 발명에 따른 DNA 추출 디스크 (DNA extraction Disc) 장치는,

DNA 추출 디스크; 상기 DNA 추출 디스크를 회전 및 구동 제어하기 위한 구동 제어부; 상기 DNA 추출 디스크의 세포 파괴 챔버의 온도를 조절하기 위한 가열장치; 및 상기 세포 파괴 챔버의 온도를 측정하기 위한 광학 센서를 포함하며,

상기 DNA 추출 디스크는 시료를 주입하기 위한 시료 주입구; 및 상기 주입된 시료를 저장하는 동시에 상기 시료내 에 포함된 세포를 화학적으로 파괴하기 위한 효소, 상기 가열장치에서 발생된 열을 흡수하거나 흡수된 열을 전달을 위한 히팅 필름(heating film), 및 온도 감응 물질(Temperature sensitive material)을 저장하고 있는 온도 감응 챔버로 구성된 세포 파괴 챔버를 포함한다.

본 발명에서 상기 온도 감응 물질은 상변화 물질(phase change material), 저온융해합금(low-melting alloy) 또는 온도 민감 형광(temperature sensitive fluorescence) 물질이 코팅 내지 염색된 종이인 것이 선호된다.

상기 종이는 다공성 멤브레인(porous membrane) 또는 아트지(art paper)를 사용하며 본 발명에서는 아트지가 선호된다.

상기 상변화 물질은 고체상에서 액체상으로 변화하는 물질 중 유기계열로는 파라핀계, 비파라핀계, 무기계열로는 이혼화합물계, 메탈계 등이 사용될 수 있으며,

상기 온도 민감 형광 물질은 메틸메타아크릴레이트(MMA) 또는 아크릴로니트릴 (acrylonitrile)을 주성분으로 하는 폴리아크릴계 안료, 다이아미노스틸벤(diaminostilbene)계 염료, 플루오레세인(fluorescein), 티오플라빈(thioflavin), 에오신(eosin), 로다민 B(Rhodamine B) 등이 있으며 본 발명에서는 아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 폴리아크릴계 안료가 선호된다.

상기 저온융해합금은 비스무트(Bismuth) 합금의 일종이 될 수 있으며 배합 비율에 따라 융해 온도가 달라지는 특성이 있다. 대표적인 저온용해합금으로는 우드 메탈(Wood's metal), 필즈 메탈(Field's metal), Cerrolow 136, Cerrolow 117 등이 있으며 우드 메탈의 조성비는 비스무트 50%, 납 26.7%, 인듐 8.5%, 카드뮴 10%로 구성되어 있으며 70℃에서 융해되는 특성이 있다. 필즈 메탈의 조성비는 비스무트 32.5%, 주석 16.5%, 인듐 51%로 이루어져 있으며 62℃에서 융해되는 특성이 있다. Cerrolow 136 합금의 경우 비스무트 29%, 납 18%, 주석 12%, 인듐 21%로 이루어져 있으며 58℃에서 융해되는 특성이 있다. Cerrolow 117 합금의 경우 비스무트 44.7%, 납 22.6%, 주석 8.3%, 인듐 19.1%, 카드뮴 5.3%로 이루어져 있으며 47.2℃에서 융해되며, 본 발명에서는 필즈 메탈이 선호된다.

상기 온도 감응 물질은 상기 세포 파괴 챔버 내에 어레이(array) 형태로 배열되는 것이 선호된다.

본 발명에서, 상기 가열 장치는 레이저 가열장치 내지 인덕션(induction) 가열 장치인 것이 선호된다.

본 발명의 상기 히팅 필름은 금속판이 선호되며, 검정색 페인트에 의한 검정색 코팅면을 더 구비하여 상기 레이저 가열장치에 의해 가열되는 것이 더욱 선호된다. 상기 검정색 페인트는 상기 레이저 가열장치로부터의 열을 흡수하여, 상기 금속판에 의해 열이 세포 파괴 챔버 전체에 전달에 되어 세포 파괴 챔버 내의 시료를 가열시킨다.

상기 검정색 페인트는 레이저 가열장치에 의해 녹지 않는 내열성 페인트가 선호된다.

상기 금속판은 0.01~0.1mm 두께의 알루미늄(alumnium) 내지 자성체 금속 재질이 선호된다.

상기 인턱션 가열장치는 코일에 교류 전류를 보내면 코일에 자력선이 발생하고, 이 자력선이 패러데이(faraday)의 전자기 유도(electromagnetic induction)의 법칙에 의해, 상기 코일 위에 놓인 상기 금속판에 와류 전류(eddy current)를 생성시켜 금속판을 가열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 히팅 필름은 검정색 필름이 선호되며

상기 검정색 필름은 레이저 가열장치로부터의 레이저 빛을 흡수하여 DNA 파괴 챔버 내의 시료를 가열한다.

상기 검정색 필름은 레이저 가열 장치에 의해 녹지 않는 내열성 필름이 선호된다.

상기 내열성 필름은 아라미드(aramid) 필름, PET(Polyethylene Terephthalate) 필름, 폴리이미드 필름(polyimide film)이 선호된다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 히팅 필름은 상기 세포파괴 챔버의 일면을 검정색 페인트에 의해 형성한 검정 코팅층인 것이 선호된다.

본 발명의 또 다른 목적은,

상기 세포파괴 챔버에서 파괴된 세포에서 나온 DNA와 결합하는 실리카 멤브레인; 상기 실리카 멤브레인을 세척하기 위한 세척 용액(washing solution)를 저장하고 있는 세척 챔버; 상기 세포파괴 챔버에서 파괴된 세포에서 나온 찌꺼기를 저장하거나 상기 실리카 멤브레인을 세척는 과정에서 나온 불순물을 저장하기 위한 찌꺼기 챔버(waste chamber);

상기 세척 용액에 의해 상기 실리카 멤브레인에 결합된 DNA을 세척한 후, 상기 실리카 멤브레인 상(上)에 결합된 DNA을 추출하기 위한 추출 버퍼(Elution buffer)를 저장하는 있는 추출 버퍼 챔버; 상기 실리카 멤브레인으로 부터 추출된 DNA를 모으거나 모아진 DNA을 증폭하기 DNA 챔버; 및

상기 챔버들을 연결하여 유체가 흐를 수 있는 통로를 제공하는 유로(channel) 및 유체의 흐름을 제어하는 밸브를 포함하는 DNA 추출 디스크를 제공하는 것이다.

상기 유체는 디스크 회전에 따른 원심력에 의해 유로를 따라 이동하게 된다.

상기 세척 용액을 이용하여 상기 실리카 멤브레인을 세척하여 실리카 멤브레인으로부터 불순물을 제거하고, 최종적으로 상기 추출 버퍼(Elution buffer)를 실리카 멤브레인에 유입시켜 추출(Elution) 과정이 수행하면 순수하게 정제된 DNA가 얻어진다. 상기 정제된 DNA는 DNA 챔버로 이동하여 필요에 따라 DNA 증폭 공정을 수행하게 된다.

본 발명에서, 상기 시료는 세포 파괴 기작(mechanism)과 DNA의 실리카 멤브레인 흡착력을 증강시키기 위한 버퍼와 혼합하여, 상기 세포 파괴 챔버에 주입하는 것이 선호된다,

상기 버퍼는 세포 파괴에 사용되는 물질인 EDTA, glucose, lysozyme, SDS 등을 배합하여 세포 파괴를 도우며 guanidine hydrochloride, Tris-HCL등을 함유하여 실리카 멤브레인상(上)에 DNA가 잘 결합되도록 한다.

상기 버퍼는 세포 파괴 기능을 담당하는 버퍼와 DNA 실리카 멤브레인 흡착 기능을 담당하는 버퍼로 따로 구분될 수 있다. 이 경우 전자는 세포 파괴 버퍼(lysis buffer), 후자는 바인딩 버퍼(binding buffer)로 불리우나, 두 기능이 합쳐진 경우 통상 바인딩 버퍼(binding buffer)로 칭하며 바인딩 버퍼(binding buffer)의 특성에 따라 필요할 경우 아이소프로판놀(isopropanol)을 첨가하여 세균 파괴를 진행할 수 있다. 아이소프로판놀(isopropanol)은 세포 단백질과 DNA를 분리시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 아이소프로판놀(isopropanol)을 바인딩 버퍼(binding buffer)와 혼합하여 세포 파괴 챔버에 주입하여 세포 파괴를 진행하는 것이 선호된다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 시료에 효소 RnaseA를 첨가할 수 있다. 효소 RnaseA는 RNA의 가수분해를 유도하여 DNA 추출 결과물 분석 시 RNA로 인한 위양성 인자를 제거하여 순수한 DNA 추출 결과만 확인할 수 있도록 돕는다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 실리카 멤브레인은 양전하(postive charge)를 띄는 물질, 예컨대 양전하(postive charge)를 띄는 다공성 플라스틱 내지 비드(bead)로 대체되어 사용될 수 있다.

DNA는 전체적으로 5′말단의 포스페이트(phosphate) 그룹으로 인하여 음전하(negative charge)를 가지며

상기 양전하(postive charge)를 띄는 물질과 DNA의 음전하 간의 전위 차이로 인해 서로 끌어당겨서, 상기 양전하(postive charge)를 띄는 물질의 표면에 DNA가 흡착하게 되는 것이다. 전위차가 클수록 정전기적 상호작용은 더욱 커져서 흡착효율(adsorption efficiency)은 크게 나타나게 된다.

따라서 상기 양전하(postive charge)를 띄는 물질의 표면은 양전하 값이 큰 아민기를 도입하여 DNA 흡착효율을 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 DNA 추출 디스크의 DNA 챔버가 DNA 증폭 공정에 필요한 효소 및 버퍼 용액을 저장하고 있고 DNA 증폭(DNA amplification)을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 DNA 추출 디스크의 DNA 증폭 공정을 위해, 상기 DNA 챔버는 dNTP를 비롯한 프라이머(Primer) 등 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼 용액을 저장하고, 폴리머라아제(polymerase)의 저장을 위한 별도의 폴리머라아제 챔버를 구비하는 것이 선호된다.

본 발명에서 상기 DNA 증폭 공정은 PCR(Polymer Chain Reaction)의 써머 사이클(thermo cycle)을 반복적으로 수행함으로써 이루어지거나,

등온 증폭(isothermal amplification)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 PCR은 denaturation(~95 ^oC), annealing(~50 ^oC), 그리고 extension (~72 ^oC)으로 구성되는 세 가지 온도를 주기적으로 반복하여 수행하는 써머 사이클을 DNA 챔버에서 진행함으로써 이루어지나, 상기 등온증폭은 한가지의 특정온도(예를 들면 60^oC)로 약 90분 동안 DNA 챔버를 가열함으로써 이루어진다.

본 발명에서, 상기 DNA 추출 디스크 장치는 상기 세포 파괴 챔버의 시료를 섞어주기 위한 교반기(stirrer)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 교반기는 상기 세포 파괴 챔버 내의 시료 균질화와 순환을 위해 상기 세포 파괴 챔버 내에 교반 자석; 및 상기 교반 자석에 대해 인력과 반반력을 발휘하여 교반 동작을 수행하는 소형 영구자석이 부착된 교반 모터로 구성되는 것이 선호된다.

상기 교반기는 세포 파괴 챔버 내에 proteinaseK와 같은 세포 파괴 작용을 돕는 효소를 건조 분말 형태 혹은 버퍼 용액에 희석된 상태로 저장하고, 상기 세포 파괴 챔버에 시료를 주입 후 세포 파괴 공정 동안 상기 효소와 잘 섞여 균질화되도록 한다.

본 발명에서, 상기 DNA 추출 디스크 장치는 상기 DNA 증폭 산출물(product)을 정량적으로 분석하기 위한 형광 센서 내지 탁도 센서(turbidity meter)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 구동 제어부는 상기 DNA 추출 디스크를 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table); 상기 턴 테이블 상의 DNA 추출 디스크를 회전시키기 위한 모터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 DNA 추출 디스크를 디스크의　직경은　120mm，80mm, 60mm 또는 32mm의　원형　디스크가 선호되며,　두께는 1.2mm ~ 10mm가 바람직하다．

본 발명에서 상기 광학 센서는 포토다이오드(photodiode), 카메라, 포토다이오드 어레이(photodiode array), 스펙트로미터(spectrometer), CCD(charge-coupled device), CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서, 레이저 파워 미터(laser power meter) 중 어느 한 가지가 사용되는 것이 선호된다.

상기 광학 센서는 세포 파괴 챔버 내에 설치된 온도 민감 형광(temperature sensitive fluorescence) 염료로부터의 형광량을 측정하거나, 세포 파괴 챔버 내에 설치된 온도 감응 물질의 유동성 내지 투명도를 측정하여 시료의 온도를 측정할 수 있다. 또한 상기 광학 센서는 상기 DNA 증폭 산출물(product)을 정량적으로 분석하기 위한 형광 센서 내지 탁도 센서(turbidity meter) 로 사용되는 것이 선호된다.

상기 온도 민감 형광 염료는 형광 염료의 방출 강도(emission intensity)가 세포 파괴 챔버 내의 시료 온도에 따라 변화하므로, 발광 다이오드의 여기(excitation)에 따른 형광의 방출 강도를 상기 광 센서로 측정함으로써 시료의 온도를 측정할 수 있다.

상기 DNA 증폭 산출물(product)을 형광 분석하는 경우, 발광 다이오드의 여기(excitation)에 따른 형광의 방출 강도를 상기 광 센서로 측정함으로써 DNA량을 정량적으로 측정할 수 있다.

상기 DNA 증폭 산출물(product)을 탁도 분석하는 경우, 발광 다이오드의 여기(excitation)에 따른 탁도를 상기 광 센서로 측정함으로써 DNA량을 정량적으로 측정할 수 있다.

바람직하게, 상기 디스크는 실리콘 웨이퍼, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate), 고리형 올레핀 고분자(COC: cyclic olefin copolymer) 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 형성될 수 있다. 그러나, 플라스틱이 경제적 이유, 가공의 용이성 때문에 바람직하다.

상기 디스크는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질로 이루어지는 것이 선호되며, 이들은 점착제에 의해 접합되는 것이 바람직하다.

이 경우 상기 디스크는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질이 적층 접합되어 이루어지고, 각 기질을 결합하는 양면 접착 테이프가 포함된다.

상기 양면 접착 테이프는 종이, 비닐, 폴리에스테르 필름, 폴리에틸렌 필름 및 기타 합성 재질과 같은 이형지의 양쪽 면에 특수한 점착제(adhesive; gluing agent)로 표면 처리가 되어 있고, 필요로 하는 조건에 따라 높은 실링(sealing) 및 완충, 진동 완화, 내충격성, 내열성, 흡착성, 접착력 등의 특징을 가진 점착제 재료를 선정하여 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 양면 접착 테이프는 이형지 또는 백킹(backing)을 사용하지 않고 점착제(adhesive; gluing agent) 자체가 양면 접착 테이프를 형성하는 것이 선호된다.

상기 양면 접착 테이프는 이형지 상에 점착제를 양면 코팅하거나 이형지를 사용하지 않는 점착제(adhesive; gluing agent) 형태가 선호되며, 점착제는 핫 멜트(hot melt), 실리콘, 고무계, 변성 실리콘계, 아크릴계(acrylic), 폴리 아마이드(ployamide), 폴리오레핀(polyolefin), 테프론계, 폴리에스터(polyester), 에폭시, 자외선 감응 경화성 접착제(UV curable adhesive), UV접착제, 열 가소성 수지 등과 같은 재료가 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은,

본 발명을 따르는 DNA 추출 디스크 장치에 있어서,

시료 주입구를 통해 시료를 세포 파괴 챔버에 주입하는 단계;

가열 장치에 의한 상기 세포 파괴 챔버의 가열 단계;

상기 가열 단계 동안, 교반 자석을 요동시키는 시료 교반 단계;

광학 센서를 통해 온도 감응 물질의 변화 (투명도, 유동성, 형광량 또는 부피 변화)를 읽음으로써 상기 세포 파괴 챔버의 온도를 측정하는 온도 측정 단계;

효소의 활성화 온도를 유지하기 위해, 상기 온도 측정 단계에서 얻어진 온도 값에 따라 상기 가열 장치의 온오프(on-off)를 제어하는 단계;

상기 가열 단계에 의해 파괴된 DNA가 디스크 회전에 의한 원심력을 받아 실리카 멤브레인을 통과하면서 상기 실리카 멤브레인에 결합하는 단계;

상기 DNA가 결합된 실리카 멤브레인을 세척 용액을 사용하여 세척하여 불순물들을 찌꺼기 챔버로 보내는 세척 단계; 및

상기 세척 단계 이후, 상기 실리카 멤브레인에 결합된 DNA를 추출하기 위해 추출 버퍼를 사용하여 DNA을 상기 실리카 멤브레인으로부터 분리시킨 후, 분리된 DNA를 DNA 챔버로 보내는 추출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 추출 디스크 장치를 이용한 DNA 추출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서, 상기 DNA 추출 디스크 장치를 이용한 DNA 추출 방법은 상기 추출 단계에서 얻어진 DNA 숫자를 증가시키기 위한 DNA 증폭 단계; 및 탁도, 형광 측정으로 증폭 산출물을 확인하는 산출물 분석 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 DNA 추출 디스크 장치를 이용한 DNA 추출 방법은 디스크상에 RF IC를 내장하여 인터넷을 통하여 디스크의 진품 여부를 확인하거나 재사용 여부를 확인하는 디스크 인증 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 디스크는 1회용으로 재사용을 해서는 안된다. 상기 디스크 인증 단계마다 디스크의 ID 정보가 서버(server)로 송출되어 저장되게 함으로서, 디스크 사용시 서버상의 이력정보의 조회를 통해, 같은 ID 정보를 가진 디스크가 과거에 사용되었는지 체크함으로써, 디스크의 재사용 여부를 자동으로 체크할 수 있다.

본 발명에서, 상기 DNA 추출 디스크 장치를 이용한 DNA 추출 방법은 상기 산출물 분석 단계에서 얻어진 결과를 표시부에 디스플레이(display)하거나, 인터넷망을 통해 외부에 제공하는 결과 송출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 DNA 추출 디스크 장치를 이용한 DNA 추출 방법은 상기 결과 송출 단계 이후, 인터넷 망을 통해 관공서(예를 들면 보건복지부, 교육부, 식품 의약 안전청)로부터 위생 점수를 원격으로 피드백 받아 업소의 광고판에 표시하는 위생 점수 공개 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 위생 점수는 업소가 얼마나 청결을 유지하고 있는지는 나타내는 점수이다. 따라서, 손님들은 외부에 게시된 광고판의 위생 점수를 보고 식당을 선택할 것이다.

상기 위생점수는 음식물로부터 표적 세균(target pathogen)의 검출 유무 및 업소의 검사횟수의 빈도수에 의해 결정되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서, 휴대폰 사용자는 식당 검색시 식당의 위치 정보뿐만 아니라, 해당 식당의 위생점수 정보도 받을 수 있어, 식당 이용객의 식당 선택권 및 업소의 위생 유지에 한층 기여할 것으로 보인다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 온도 감응물질을 이용한 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게, 본 발명은 DNA 분석 장치에 필수적인 세포 파괴 공정, DNA 정제 및 추출 공정, DNA 증폭 공정을 하나의 디스크에 집적화함으로써 보다 손쉽게 효율적으로 DNA 분석을 수행하는 DNA 추출 디스크 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법을 제공한다.

도 1은 세포 파괴 챔버가 디스크 상에 음각 설계된 것을 도시하고,
도 2는 세포 파괴 챔버(29)의 여러 실시예로 측면도 및 그의 투시도를 보이고,
도 3는 세포 파괴 챔버의 온도 감응 챔버에 대한 또 다른 실시예이고,
도 4(a)와 도 4(b)는 상기 세포 파괴 챔버 내의 시료 균질화와 순환을 위한 시료 교반용 챔버 내의 교반 자석에 대해 인력과 반발력을 발휘하여 교반 동작을 수행하기 위한 실시예이고,
도 5는 DNA 추출 디스크를 구동하기 위한 구동 제어부를 포함하는 DNA 추출 디스크 장치의 일 실시예이고,
도 6, 도 7, 도 8 및 도 9은 밸브, 세포 파괴 공정, DNA 정제 공정, DNA 추출공정, 및 DNA 증폭 공정이 집적화된 DNA 추출 디스크의 여러 실시예이고,
도 10는 상기 밸브의 또 다른 실시예로 모세 채널(moses channel)에 의해 밸브가 개방되는 일실시예를 보이는 단면도이며,
도 11은 상기 밸브에 대한 일 실시예이다.

이하 첨부된 도면을 사용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 세포 파괴 챔버(29)가 디스크(100) 상에 음각 설계된 것을 도시한다. 본 발명에 사용될 수 있는 사료는 시료 주입구(28)를 통해 상기 세포 파괴 챔버(29) 내로 주입된다. 상기 세포 파괴 챔버(29)는 상기 세포 파괴 챔버(29) 위에 덮는 히팅 필름(heating film)(30); 시료 교반 챔버(32b); 시료 교반 보조 챔버(32a, 32c); 및 온도 감응 물질(24)로 채워진 온도 감응 챔버(16)로 구성된다.

도면 부호 44는 상기 히팅 필름(30)을 비접촉 방식에 의해 가열하기 위한 가열 장치로 레이저 가열장치 내지 인덕션(induction) 가열 장치인 것이 선호된다.

본 발명에서, 상기 레이저 가열장치(44)는 1개 이상의 레이저 모듈로 구성된 것이 선호된다.

본 발명의 일 실시예로 상기 히팅 필름(30)은 금속판이 선호되며, 상기 금속판은 한쪽 면이 검정색 페인트에 의해 코팅된 검정색 코팅면(30a)을 구비하여 상기 레이저 가열장치(44)에 의해 가열되는 것이 선호된다. 상기 검정색 코팅면(30a)은 레이저 가열장치(44)로부터 발생된 빛을 흡수하여 금속판(30)에 열(heat)을 전달시켜 상기 세포 파괴 챔버(29) 내의 시료를 가열한다.

본 발명의 또 다른 일실시예로 상기 히팅 필름(30)은 자성체 금속판이 선호되며,

상기 인턱션 가열 장치(44)는 코일(미도시)에 교류 전류를 보내면 코일에 자력선이 발생하고,

이 자력선이 패러데이(faraday)의 전자기 유도(electromagnetic induction)의 법칙에 의해, 상기 코일의 마주보는 위치에 놓인 상기 자성체 금속판(30)에 와류전류(eddy current)를 생성시켜, 상기 자성체 금속판(30)이 가열되어 상기 세포 파괴 챔버(29) 내의 시료를 가열한다.

본 발명에서 상기 세포 파괴 챔버(29)는 단백질을 분해하는 효소로서, 세포막의 파괴를 활성화시키기 위한 효소 proteinaseK를 챔버(29) 내에 분말(powder) 형태로 구비한 것이 선호된다.

본 발명에서는 상기 온도 감응 챔버(16)는 복수개의 온도 감응 물질(24)을 저장하는 챔버가 어레이(array) 형태로 배열되어 구성되는 것이 선호된다.

도 1은 온도 감응 물질(24)을 저장하는 6개의 챔버가 어레이 형태로 배열된 일 실시예를 보인다.

도면 부호 170은 디스크 공극이다.

상기 온도 감응 챔버(16)를 어레이 형태로 배열할 경우, 상기 세포 파괴 챔버(29)가 균일하게 가열되고 있는지 여부를 복수개의 온도 감응 물질(24)로부터 파악할 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 온도 감응 물질(24)은 온도 상승과 하강 간(間)에 특성 차를 보이는 히스테리시스(hysterisis) 현상이 있고, 이러한 히스테리시스 현상은 온도 감응 물질(24)의 용적(volume)에 비례함으로, 온도 감응 물질(24)을 소량으로 나누어 어레이 형태로 배열함으로써 히스테리시스 현상을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예로 상기 온도 감응 물질(24)은 상변화 물질이 선호되며, 55~65℃ 의 녹는점을 갖는 것이 선호된다.

이 경우, 상기 세포파괴 챔버(29)의 내부 온도가 상기 효소 proteinaseK의 활성에 온도인 55~65℃에 도달할 경우 세포 파괴가 가장 활발하게 이루어짐과 동시에, 상기 온도 감응 챔버(16) 내의 상변화 물질들이 고체에서 액체로 상변화가 일어나 불투명한 흰색에서 투명하게 바뀌게 된다. 이 때 상기 온도 감응 챔버(16)의 아래에 설치된 광학 센서(46)에 의해 상기 상변화 물질(24)의 투명도를 관찰함으로써 상기 세포 파괴 챔버(29)내의 온도를 비접촉식으로 측정할 수 있다.

즉, 만약 상변화 물질(24)의 색이 불투명 흰색인 경우 상기 가열장치(44)를 온(On)시켜 상기 세포 파괴 챔버(29)를 가열한다. 상기 가열장치(44)가 상기 세포 파괴 챔버(29)를 가열함에 따라 상기 세포 파괴 챔버(29)의 온도가 높아져 상기 상변화 물질(24)의 녹는점과 같은 온도에 도달하게 될 경우, 상기 효소는 활성화되고 상변화 물질(24)의 색이 투명하게 변하게 된다. 이러한 경우 상기 가열장치(44)를 오프(off) 시키거나 가열장치(44)의 구동 전압을 낮게 조절하여 상기 세포 파괴 챔버(29)의 온도를 상기 효소 proteinaseK의 활성화 적정 온도인 55~65℃로 유지시킨다.

본 발명의 또 다른 실시예로, 상기 온도 감응 물질(24)은 저온융해합금(low-melting alloy)이 선호되며, 55~65℃의 녹는점을 갖는 것이 선호된다.

이 경우, 상기 세포파괴 챔버(29)의 내부 온도가 상기 효소 proteinaseK의 활성 온도인 55~65℃에 도달할 경우 세포 파괴가 가장 활발하게 이루어짐과 동시에 상기 온도 감응 챔버(16) 내의 저온융해합금(low-melting alloy)이 고체에서 액체로 변한다. 이 때 상기 온도 감응 챔버(16)의 아래에 설치된 광학 센서(46)에 의해 상기 저온융해합금(24)의 유동성(liquidity)을 관찰함으로써 상기 세포 파괴 챔버(29) 내의 온도를 비접촉식으로 측정할 수 있다.

즉, 만약 저온융해합금(24)이 고체상일 경우 상기 가열장치(44)를 온(On)시켜 상기 세포 파괴 챔버(29)를 가열한다. 상기 가열장치(44)가 상기 세포 파괴 챔버(29)를 가열함에 따라 상기 세포 파괴 챔버(29)의 온도가 높아져 상기 저온융해합금(24)의 녹는점과 같은 온도에 도달하게 될 경우, 상기 효소는 활성화되고 저온융해합금(24)이 녹아 액체상(Liquid state)으로 된다. 이 경우 상기 가열장치(44)를 오프(off) 시키거나 구동 전압을 낮게 조절하여 상기 세포 파괴 챔버(29)의 온도를 상기 효소 proteinaseK의 활성화 적정 온도인 55~65℃로 유지시킨다.

본 발명의 또 다른 실시예로 상기 온도 감응 물질(24)은 온도 민감 형광(temperature sensitive fluorescence) 물질이 코팅 내지 염색된 종이가 선호된다.

이 경우, 상기 종이(24)로부터의 방사되는(emitted) 형광세기(fluorenscence intensity)가 세포파괴 챔버(29)의 내부 온도의 높낮이에 따라 변한다. 이 때 상기 온도 감응 챔버(16)의 아래에 설치된 광학 센서(46)에 의해 상기 종이(24)로부터의 방사되는 형광세기를 관찰함으로써 상기 세포 파괴 챔버(29) 내의 온도를 비접촉식으로 측정할 수 있다. 상기 온도 민감 형광 물질(24)은 파장 465nm을 갖는 발광 다이오드(light emitting diode)(48)에 의해 여기(excitation)되는 것이 선호되고 상기 광학 센서(46)는 550nm~625nm 사이의 파장을 통과시키는 광필터(미도시)를 광학 센서(46)의 앞단에 구비하는 것이 선호된다. 상기 광필터는 상기 온도 민감 형광 물질(24)로부터 방사되는 형광에 속한 파장 대역을 선택적으로 통과시킨다.

만약 종이(24)로부터의 방사되는 형광세기가 효소 proteinaseK가 활성되는 하한치 온도 (예를 들면 55℃) 보다도 낮은 경우에 해당하는 경우, 상기 가열장치(44)를 온(On)하여 상기 세포 파괴 챔버(29)를 가열한다. 또한 상기 가열장치(44)가 상기 세포 파괴 챔버(29)를 가열함에 따라 상기 세포 파괴 챔버(29)의 온도가 높아져 상기 종이(24)로부터의 방사되는 형광 세기가 효소 proteinaseK가 활성되는 상한치 온도(예를 들면 65℃) 보다도 높은 경우에 해당하는 경우, 상기 가열장치(44)를 오프(off) 시키거나 구동 전압을 낮게 조절하여 상기 세포 파괴 챔버(29)의 내부 온도를 상기 효소 proteinaseK의 활성을 가능하게 하는 온도인 55~65℃로 유지시킨다.

또한 상기 시료 교반용 챔버(32B) 내에는 영구자석(47a)의 자력에 의해 움직이는 교반 자석(31)이 구비하여, 상기 영구자석(47a)이 회전 또는 움직임에 따라 상기 교반 자석(31)이 요동치게 함으로써 세포파괴 챔버(29) 내의 시료를 교반하게 된다.

상기 시료 교반 보조 챔버(32a, 32c)는 시료의 교반 동작 동안 시료가 순환하는 통로를 제공할 뿐만 아니라, 교반 자석(31)이 시료 교반용 챔버(32b)로부터 이탈하지 않도록 하는 구조물을 제공한다.

본 발명에서, 상기 저온융해합금(24)은 자성체 비드(mangitc bead)를 더 구비하여 상기 영구자석(47a)이 움직임에 따른 저온융해합금(24)의 유동성을 광학 센서(46)로 측정하는 것이 선호된다.

예를 들면, 상기 세포파괴 챔버(29)의 내부 온도가 상기 효소 proteinaseK의 활성에 온도인 55~65℃에 도달할 경우, 상기 온도 감응 챔버(16) 내의 저온융해합금이 고체에서 액체로 변한다. 따라서 상기 영구자석(47a)이 움직임에 따라 상기 자성체 비드가 움직이기 때문에 상기 저온융해합금(24)이 유동성이 일어나 이를 광학 센서(46)로 관측할 수 있다. 저온융해합금(24)이 유동성이 강하게 일어나는 경우, 상기 가열 장치를 오프(off)시키고, 반면 상기 저온융해합금(24)의 유동성이 사라진 경우, 상기 가열 장치(44)를 온(on)시키거나 구동 전원을 낮추어 상기 세포 파괴 챔버(29)의 내부 온도를 55~65℃로 일정하게 유지시킨다.

도 2는 세포 파괴 챔버(29)의 여러 실시예로 측면도 및 그의 투시도를 보인다.

도 2(a)와 도 2(c)는 온도 감응 챔버(16)에 온도 감응 물질(24)이 어레이 형태로 배열한 경우이고, 도 2(b)는 온도 감응 챔버(16)의 밑면에 온도 감응 물질(24)을 배치한 경우를 보인다.

도 2(a)의 실시예에서는 히팅 필름(30)은 금속판으로, 상기 금속판은 한쪽 면이 검정색 페인트에 의해 코팅된 검정색 코팅면(30a)을 구비하여 상기 가열장치(44)에 의해 가열되는 것이 선호된다.

도 2(b)와 도 2(c)의 실시예에서는 히팅 필름(30)은 디스크의 상부기질(100a)의 한쪽 면이 검정색 페인트에 의해 코팅된 검정색 코팅층(30)에 의해 구현된 경우로, 상기 가열장치(44)에 의해 가열되는 것이 선호된다.

도 3은 세포파괴 챔버(29)의 온도 감응 챔버(16)에 대한 또 다른 실시예로, 온도 감응 챔버(16) 내에 온도계 형상으로 챔버를 구성하여 온도 감응 물질(24)을 저장한 일 실시예를 보인다.

본 실시예에서 상기 온도 감응 물질(24)은 온도 변화함에 따라 부피가 많이 변하는 물질이 바람직하며, 상변화 물질(phase change material) 내지 저온융해합금(low-melting alloy)이 선호된다. 상기 가열 장치(44)에 의해 세포파괴 챔버(29) 내의 온도 상승에 따라 상기 온도 감응 물질(24)은 고체에서 액상으로 변하고 이에 따라 부피가 팽창한다. 도면부호 25a는 온도 상승에 의한 온도 감응 물질(24)의 부피팽창에 따른 온도 감응 물질(24)의 이동 경로를 제공하는 온도 감응 채널이고, 도면 부호 25b는 부피 팽창 정도를 나타내는 눈금이다.

상기 광학 센서(46)에 의해 상기 눈금(25b)을 읽어, 상기 세포파괴 챔버(29)의 내부 온도가 효소 proteinaseK의 활성 온도인 55~65℃ 구간에 있는지의 여부를 판단하고, 이에 따라 상기 가열 장치(44)가 피드백(feedback) 제어된다.

도 4(a)와 도 4(b)는 상기 세포 파괴 챔버(29) 내의 시료 균질화와 순환을 위한 시료 교반용 챔버(32b)내의 교반 자석(31)에 대해 인력과 반반력을 발휘하여 교반 동작을 수행하기 위한 실시예로,

도 4(a)는 교반 동작을 수행하기 위해 슬라이더(211) 상에 영구 자석(47a)을 구비하여, 슬라이더(211)의 전진 및 후진 이동의 반복에 따라 상기 교반 자석(31)에 대해, 인력과 반반력을 발휘하여 상기 세포 파괴 챔버(29) 내의 시료에 대해 교반 동작을 수행하기 위한 일실시예를 나타낸다.

상기 슬라이더(211)는 슬라이드 모터(109) 축에 연결된 웜(worm) 기어 연결부(109a, 109b)에 의해, 슬라이더 모터(109)의 회전에 따라 방사 방향(radial direction)으로 이동 제어된다.

시료 교반용 챔버(32b)를 중심으로 해서, 상기 슬라이더(211)를 전후진 이동 반복하여 상기 교반 자석(31)을 요동치게 만든다.

상기 슬라이더(211)는 슬라이드 아암(108a, 108b)을 가이드(guide)로 사용하여 미끄러지듯 이동된다. 상기 슬라이드 아암(108a, 108b)은 나사(110a, 110b, 110c, 110d)를 통해 구동제어부의 몸체에 체결된다. 도면 부호 113은 디스크를 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table)이다.

본 실시예의 또 다른 측면은 상기 슬라이더(211) 상에 상기 상변화 물질의 투명도를 관찰하거나, 상기 저온융해합금의 유동성(liquidity)을 관찰하거나, 상기 종이로부터의 방사되는 형광 세기를 관찰하거나, 상기 온도 민감 물질의 부피 변화를 관찰함으로써 상기 세포 파괴 챔버(29) 내의 온도를 비접촉식으로 측정할 수 있는 광학 센서(46)를 탑재하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 또 다른 측면은 디스크 상의 밸브의 개폐를 제어하기 위한 밸브 개폐수단(49)을 상기 슬라이더(211) 상에 탑재하는 것을 특징으로 한다. 디스크 회전각과 슬라이더(211)의 방사 방향 거리 조절에 의해 밸브의 공간 어드레싱(space addressing)이 가능하다.

본 발명에서, 상기 밸브 개폐수단(49)은 레이저 다이오드가 선호되며, 개방하고자 하는 밸브에 대한 공간 어드레싱(space addressing)을 먼저 수행한 후, 레이저 다이오드(49)를 온(on)시켜 해당 밸브를 녹여서 개방하는 것이 더욱 선호된다.

도 4(b)는 교반 모터(300)의 축(300a)에 영구 자석(47a)을 부착되어 상기 교반 모터(300)의 회전동안 시료 교반용 챔버(32B) 내의 교반 자석(31)에 대해, 인력과 반반력을 발휘하여 교반 동작을 수행하는 실시예이다.

도 5는 DNA 추출 디스크(100)를 구동하기 위한 구동제어부를 포함하는 DNA 추출 디스크 장치(200)의 일 실시예를 보인다.

상기 구동 제어부는 상기 DNA 추출 디스크를 올려놓기 위한 턴 테이블(113); 상기 턴 테이블(113) 상의 DNA 추출 디스크(100)를 회전시키기 위한 브러쉬리스 모터(brushless motor)(102); 및 중앙제어장치(101)로 구성된다. 본 실시예에서는 디스크 회전 모터로서 저소음 고속회전에 적당한 브러쉬리스 모터가 선호된다.

도면 부호 211은 방사 방향의 이동을 허여하는 슬라이더이고, 스텝 모터(109)에 의해 상기 슬라이더(211)의 방사방향 이동이 제어된다.

도면 부호 322는 중앙제어장치(101)가 인터넷 연결을 통해 관공서로부터 위생 점수(hygiene score)를 원격으로 피드백 받아 업소의 위생 점수를 표시하기 위한 위생 점수 광고판으로, 중앙 제어 장치(101)와 유선 혹은 무선으로 연결을 통해 위생 점수가 위생 점수 광고판(322) 상에 표시되는 것이 선호된다.

도면 부호 350은 상기 DNA 추출 디스크 장치(200)를 지지하고 있는 몸체이다. DNA 추출 디스크 장치(200)의 밑면에는 회로 기판(140)이 상기 몸체(350)에 이음 체결되어 있고, 회로 기판(140) 위에는 중앙제어 장치(101), 저장 장치(112), 및 USB 와 인터넷 연결을 제공하는 입출력 장치(111)가 상기 회로 기판(140) 위에 배치 설계되어 있다. 상기 중앙 제어 장치(101)는 상기 디스크(100)의 회전 또는 정지를 위해 상기 브러쉬리스 모터(102)를 제어하고, 상기의 가열장치(44), 광학 센서(46), 발광 다이오드(48), 밸브 개폐 수단(49), 교반 모터(300), 위생 점수 광고판(322)을 제어할 뿐만 아니라, 슬라이드 모터(109) 제어에 의해 슬라이더(211) 상에 설계 배치된 광학 센서(46), 밸브 개폐수단(49) 및 영구자석(47a)의 이동을 제어한다.

또한 상기 중앙 제어 장치(101)는 표시부(320) 및 버튼 입력부(321)를 제어하여 사용자에게 DNA 추출 디스크 장치(200)에 대한 사용자 인터페이스를 제공한다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 턴 테이블(113)에 디스크가 로딩(loading) 시점에서 디스크 상의 무선 RF IC(188)를 통해, 상기 중앙 제어 장치(101)에 디스크(100)의 고유 ID(identity) 정보를 무선 송신토록 함으로써 DNA 추출 디스크(100)가 로딩되었음을 중앙 제어 장치(101)가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도면 부호 104는 상기 디스크 공극(170)에 로딩된 디스크(100)의 압착 수단으로 턴 테이블(113)과의 자력 인력에 의해 압착하는 것으로 수직 이동과 공회전이 허여하도록 설계되는 것이 바람직하다. 도면 부호 108은 상기 RF IC(188)에 전원을 전자유도에 의해 공급하기 위한 RF 전원공급장치이다.

도 6, 도 7, 도 8 및 도 9는 세포 파괴 공정, DNA 정제 공정, DNA 추출 공정, 및 DNA 증폭 공정이 집적화된 DNA 추출 디스크(100)의 여러 실시예를 도시한다.

도 6, 도 7, 도 8 및 도 9에 예시된 DNA 추출 디스크(100)는 사료를 주입하기 위한 시료 주입구(28); 상기 주입된 시료를 저장하는 동시에 상기 시료 내에 포함된 세포를 화학적으로 파괴하기 위한 효소와 온도 감응 챔버(24)로 구성된 세포 파괴 챔버(29); 상기 세포 파괴 챔버(29)에서 파괴된 세포로부터 발생된 DNA와 찌꺼기에 대해, 상기 디스크(100)의 회전동안 원심력에 의해 통과되는 DNA를 캡쳐(capture)하고 반면 나머지 찌꺼기(debris)는 그대로 통과시키는 실리카 멤브레인(silica membrane)(51); 상기 실리카 멤브레인(51)이 고정되어 있는 멤브레인 챔버(51a);

상기 DNA를 캡쳐(capture)하고 있는 실리카 멤브레인(51)을 세척하기 위한 세척용액1(washing solution 1) 과 세척용액2(washing solution 2)를 각각 저장하고 있는 세척 용액 챔버1(58A)과 세척 용액 챔버2(58B);

상기 실리카 멤브레인(51)을 통과한 찌꺼기(debris)를 저장하거나, 상기 세척용액1과 세척용액2에 의해 실리카 멤브레인(51)을 정제 및 세척하는 동안 발생되는 불순물을 저장하기 위한 찌꺼기 챔버(waste chamber)(52);

상기 세척 용액1 과 세척 용액2에 의해 세척된 실리카 멤브레인(51) 상(上)에 결합되어 있는 DNA를 추출하기 위한 추출 버퍼(elution buffer)를 저장하고 있는 추출 용액 챔버(59); 및

상기 추출 버퍼에 의해 실리카 멤브레인(51)으로부터 추출된 DNA를 저장하거나 저장된 DNA를 증폭하기 위한 DNA 챔버(50)로 구성된다.

본 발명의 또 다른 측면은, 멤브레인 챔버(51a)에 다공성(porous) 플라스틱 필터(미도시)를 더 구비하여, 상기 실리카 멤브레인(51)을 기구적으로 지지하는 것이 선호된다. 상기 다공성 플라스틱 필터는 디스크(100)의 회전동안 원심력에 의해 실리카 멤브레인(51)이 기구적으로 변형되는 것을 막을 수 있다.

상기 디스크(100)는 세포 파괴 챔버(29), 세척 용액 챔버1(58A), 세척 용액 챔버2(58B) 및 추출 용액 챔버(59)의 출구 각각에는 밸브들(56A, 56B, 56C, 56D)이 구비되어 있어, 밸브 개방시 디스크(100) 회전 동안 발생한 원심력에 의해 이들 챔버 내에 저장된 액체들이 채널(57)을 따라 이동하게 된다.

상기 밸브들(56A, 56B, 56C, 56D, 71b)은 처음에 모두 폐쇄되어 있으며 밸브 71a는 처음부터 개방되어, 상기 세포 파괴 챔버(29)에서 세포 파괴 공정이 끝나면 밸브 56a가 밸브 개폐수단(49)에 의해 개방되고, 이후 디스크(100)회전에 따른 원심력에 의해 상기 세포파괴공정에 생긴 DNA와 찌꺼기가 채널(57)을 따라 이동하는 동안, DNA는 실리카 멤브레인(51)에 캡쳐(capture)되고 나머지 찌꺼기(debris)는 그대로 통과되어 찌꺼기 챔버(52)에 저장된다.

이후, 밸브 56B가 개방되고, 이후 디스크(100)의 회전에 따른 원심력에 의해, 세척 용액 챔버1(58A)에 저장된 세척용액1이 채널(57)을 따라 이동하여 상기 DNA를 캡쳐(capture)하고 있는 실리카 멤브레인(51)을 세척한다. 이때 세척 과정에서 발생된 불순물은 찌꺼기 챔버(52)에 저장된다.

이후, 밸브 56C가 개방되고, 이후 디스크(100)의 회전에 따른 원심력에 의해, 세척 용액 챔버2(58B)에 저장된 세척용액2가 채널(57)을 따라 이동하여 상기 DNA를 캡쳐(capture)하고 있는 실리카 멤브레인(51)을 세척한다. 이때 세적과정에서 발생된 불순물은 찌꺼기 챔버(52)에 저장된다.

이후, 밸브 71a를 밸브 개폐수단(49)에 의해 폐쇄하고, 밸브 71b 와 밸브 56D은 개방된다.

이후 디스크(100)의 회전에 따른 원심력에 의해, 추출 용액 챔버(59)에 저장되어 있는 추출 버퍼가 채널(57)을 따라 이동하여 상기 실리카 멤브레인(51) 상(上)에 결합되어 있는 DNA를 추출하여 DNA 챔버(50)로 이동시킨다.

도 6과 도 7에서 도면 부호 71a과 71b는 밸브이다. 밸브 71b는 초기에 폐쇄되어 있는 반면, 밸브 71a는 처음부터 개방되어 있어, 상기 디스크(100)의 회전 동안 원심력에 의해, 상기 실리카 멤브레인(51)에 결합하지 않고 그대로 통과된 찌꺼기(debris)가 찌꺼기 챔버(52)로 이송되어 저장될 뿐만 아니라, 상기 세척용액1과 세척용액2에 의해 실리카 멤브레인(51)을 세척하는 동안 발생되는 불순물들이 찌꺼기 챔버(52)로 이송되어 저장된다.

이후, 밸브 71b와 밸브 56D는 개방되는 반면, 밸브 71a는 폐쇄된다.

이 경우 디스크(100)를 회전시키면 상기 추출 용액 챔버(59)에 저장되어 있는 추출 버퍼가 상기 실리카 멤브레인(51)을 통과하면서 DNA를 추출하여 DNA 챔버(50)로 이송시킨다.

도 8와 도 9에서 도면 부호 77은 코리올리 채널(Coriolis channel)을 나타내며, 물리법칙인 코리올리 효과(Coriolis effect)를 이용한 채널로 채널 77a 과 77b로 구성된다.

상기 채널77b 와 채널 77a는 멤브레인 챔버(51a)의 출구에 함께 연결되어 서로 반대방향으로 분기되어 호(arch) 형상으로 이루어지며, 상기 채널77b는 찌꺼기 챔버(52)로 연결되고 상기 채널 77a는 상기 DNA 챔버(50)로 연결되고, 상기 디스크가 시계반대방향 회전시 상기 멤브레인 챔버(51a)에 모인 액체는 상기 채널77b를 경유하여 찌꺼기 챔버(52)로 이동하고, 반면 상기 디스크가 시계방향 회전시 상기 멤브레인 챔버(51a)에 모인 액체는 상기 채널 77a를 경유하여 DNA 챔버(50)로 이동하게 된다.

따라서, 상기 디스크(100)의 회전 동안 원심력에 의해, 상기 실리카 멤브레인(51)에 결합하지 않고 그대로 통과된 찌꺼기(debris)가 찌꺼기 챔버(52)로 이송시키거나, 상기 세척용액1과 세척용액2에 의해 실리카 멤브레인(51)을 세척하는 동안 발생되는 불순물들이 찌꺼기 챔버(52)로 이송시킬 때에는 디스크(100)를 시계 반대 방향으로 회전시킨다.

또한, 상기 추출 용액 챔버(59)에 저장되어 있는 추출 버퍼가 상기 실리카 멤브레인(51)을 통과하면서 DNA을 추출하여 DNA 챔버(50)로 이송시킬 때에는 디스크(100)를 시계 방향으로 회전시킨다.

상기 밸브들 (56A, 56B, 56C, 56D, 71b)의 폐쇄는 검정색 멤브레인에 의해 밸브의 구멍이 폐쇄되는 것이 선호된다.

상기 검정색 멤브레인은 검정 비닐, 검정 폴리에스터 필름(polyester film), 검정도료가 도포된 PVDF, 검정 폴리에틸렌 필름(Polyethylene film), 검정 PP(polypropylene), 검정 PVC 비닐(polyvinyl chloride), 검정 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트, Poly-Ethylene-Terephthalate) 필름 및 기타 합성 검정 재질 중 선택된 재질인 것이 선호되며, 상기 밸브 개폐수단은 레이저 다이오드가 선호된다.

상기 검정색 멤브레인은 흡광율이 커, 레이저 다이오드에 의한 레이저 빔의 조사에 의해 쉽게 가열되어 녹아 상기 밸브가 개방된다

도 7에 예시된 DNA 추출 디스크(100)는 도 6에 예시된 DNA 추출 디스크(100) 두쌍을 마주보는 대칭적 구조로 배치한 일실시예로, 대칭적 구조 때문에 디스크(100)의 회전시 디스크(100)의 전체적인 무게 균형을 맞아 디스크(100)의 고속 회전시 진동과 소음을 최소화할 수 있는 장점을 제공한다.

도 9에 예시된 DNA 추출 디스크(100)는 도 8에 예시된 DNA 추출 디스크(100) 두쌍을 마주보는 대칭적 구조로 배치한 일실시예로, 대칭적 구조 때문에 디스크(100)의 회전시 디스크(100)의 전체적인 무게 균형을 맞아 디스크(100)의 고속 회전시 진동과 소음을 최소화할 수 있는 장점을 제공한다.

도 10은 상기 밸브(71b)의 또 다른 실시예로 모세 채널(moses channel)(72)에 의해 밸브 71b가 개방되는 일 실시예로 측면도와 평면도를 보인다. 도 10(a)는 밸브 71b가 검정색 비닐(85)에 의해 폐쇄된 경우를 보이고, 반면 도 10(b)는 밸브 71b가 개방된 경우를 보인다.

본 실시예에서, 디스크(100)는 상부 기질(100a), 중간 기질(100b) 및 하부 기질(100c)로 이루어지는 것이 선호되며, 이들은 점착제에 의해 접합되는 것이 바람직하다. 편의상, 상기 도 10의 평면도는 상부 기질(100a)을 제외한 채, 중간 기질(100b)과 하부 기질(100c)에 대해 그렸다.

도 10(a)의 경우, 밸브 71b의 폐쇄는 상부 기질(100a)과 중간 기질(100b) 사이에 배치된 검정색 비닐(85)에 의해 폐쇄되며, 멤브레인 챔버(51a)에 있는 액체가 DNA 챔버(50)로 이동할 수 없다.

도 10(b)의 경우는, 밸브 개폐수단(49)에 의해 검정색 비닐(85)을 녹여가면서 검정색 비닐(85) 상에 모세 채널(72)을 형성함으로써 밸브71b가 개방되는 실시예를 보인다. 이 경우, 디스크(100)의 회전에 따른 원심력에 의해 멤브레인 챔버(51a)에 있는 액체가 DNA 챔버(50)로 이동할 수 있다.

본 발명에서 상기 모세 채널(72)은 검정색 비닐(85)에 의해 상기 멤브레인 챔버(51a)의 출구로부터 상기 밸브의 구멍(71b) 까지 연장하여 연결함으로서 폐쇄 채널(closing channel)을 형성하고; 레이저 다이오드(49)를 온(on) 시켜 상기 검정색 비닐(85)을 상기 멤브레인 챔버(51a)의 출구로부터 상기 밸브의 구멍(71b) 까지 녹여 가면서 개방 채널(opening channel)을 형성함으로써 상기 밸브 71b을 개방하는 것을 특징으로 한다.

모세(Moses)의 홍해 기적(The crossing of the Red Sea)에서 모세가 홍해(the Red Sea)를 가르듯이, 레이저 다이오드(49)가 검정색 비닐(85)을 갈라 검정색 비닐(85)상에 채널을 형성하였고, 이에 따라 본 발명에서는 상기 채널 72을 모세 채널로 명명하였다.

상기 검정색 비닐은, 검정 폴리에스터 필름(polyester film), 검정도료가 도포된 PVDF, 검정 폴리에틸렌 필름(Polyethylene film), 검정 PP(polypropylene), 검정 페인트, 검정 PVC 비닐(polyvinyl chloride), 검정 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트, Poly-Ethylene-Terephthalate) 필름 및 기타 합성 검정 재질 중 선택된 재질인 것이 선호된다.

도 11은 상기 밸브 71a에 대한 일 실시예이다. 도 11(a)는 밸브 71a가 개방된 경우를 보이고, 도 11(b)는 밸브 71a가 폐쇄된 경우를 보인다. 밸브 71a는 처음에는 도 11(a)와 같이 개방되어 있어, 원심력에 의해 멤브레인 챔버(51a)에 모인 액체가 찌꺼기 챔버(52)로 자유로이 이동할 수 있다.

본 실시예에서, 디스크(100)는 상부 기질(100a), 중간 기질(100b) 및 하부 기질(100c)로 이루어지는 것이 선호되며, 이들은 점착제에 의해 접합되는 것이 바람직하다. 편의상, 도 11의 윗면도는 상부 기질(100a)을 제외한 채, 중간 기질(100b) 과 하부 기질(100c)에 대해 그렸다.

도면 부호 78b는 상변화 물질(phase change material)(78)을 저장하고 있는 PCM 챔버로 상기 레이저 다이오드(49)에 의해 가열하면 상기 상변화 물질(78)이 고체에서 액체로 변하게 된다.

도면 부호 79는 검정색 페인트에 의한 검정색 코팅면으로, 상기 상변화 물질(78) 밑면에 존재하기 때문에 상기 레이저 다이오드(49) 온(on)시, 레이저 다이오드(49)로부터 방출되는 빛을 높은 효율로 흡수할 수 있다. 이에 따라 상기 검정색 코팅면(79)은 가열되고, 이 열에 의해 상기 상변화 물질(78)이 녹아, 채널로 상변화 물질(78)이 유입되어, 도 11(b)와 같이 밸브 71a가 폐쇄된다. 상변화 물질(78)이 채널에 유입된 후에는 레이저 다이오드를 오프(off) 시켜, 상변화 물질(78)이 고체 상태로 변하도록 하여 밸브71a가 폐쇄 상태가 유지되도록 한다.

16: 상변화 물질
24: 온도 감응 물질
28: 시료 주입구
29: 세포 파괴 챔버
30: 히티 필름
31: 교반 자석
32a: 시료 교반 보조 챔버
32b: 시료 교반용 챔버
32c: 시료 교반 보조 챔버
44: 가열 장치
46: 광학 센서
48: 발광 다이오드
50: DNA 챔버
51: 멤브레인 챔버
52: 찌꺼기 챔버
59: 추출 용액 챔버
100: DNA 추출 디스크
101: 중앙 제어 장치
109: 슬라이드 모터
109a, 109b: 웜 기어 연결부
113: 턴 테이블
188: RF IC
200: DNA 추출 디스크 장치
211: 슬라이더
300: 교반 모터

Claims

시료 내에 포함된 세포를 파괴하는 공정을 수행하는 세포 파괴 챔버를 포함하는 DNA 추출 디스크;　
상기 세포 파괴 챔버에 상기 시료를 주입하기 위한 시료 주입구;
상기 DNA 추출 디스크 내의 유체 흐름을 제어하기 위한 밸브;　
상기 DNA 추출 디스크의 회전을 구동 및 제어하는 구동 제어부;　
상기 세포 파괴 챔버를 가열하기 위한 가열 장치;
상기 가열 장치가 제공하는 열을 흡수하여 상기 시료에 열을 전달하는 히팅 필름; 　
상기 세포 파괴 챔버 내에 위치하며, 온도의 변화에 따라 투명도가 변하는 투명도 가변 물질; 및
상기 세포 파괴 챔버의 온도를 측정하기 위한 광학 센서;를 포함하며,　
상기 가열장치의 동작에 의해 상기 세포 파괴 챔버의 온도에 따라 변하는 상기 투명도 가변 물질의 투명도 변화를 상기 광학 센서를 통하여 감지함으로써 상기 세포 파괴 챔버 내의 온도가 확인되는,
DNA 추출 디스크 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 가열 장치는 레이저 가열 장치 또는 인덕션 가열 장치인,
DNA 추출 디스크 장치.
제1항에 있어서,
상기 광학 센서는, 포토 다이오드(photodiode), 카메라, 포토 다이오드 어레이(photodiode array), 스펙트로미터(spectrometer), CCD(charge-coupled device), CMOS 이미지 센서, 레이저 파워 미터(laser power meter) 중 어느 하나로 구비되는,
DNA 추출 디스크 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버는 상기 시료를 교반하기 위한 교반기를 더 포함하고,
상기 교반기는,
상기 세포 파괴 챔버 안에 수용되는 교반 자석을 포함하며,; 및
상기 교반자석이 외부 영구자석의 움직임과 연동함으로써, 상기 세포 파괴 챔버 내의 시료가 교반되는,
DNA 추출 디스크 장치.
제1항에 있어서,
상기 DNA 추출 디스크의 방사(radial) 방향을 따라 이동하는 슬라이더를 더 포함하는,
DNA 추출 디스크 장치.
제8항에 있어서,
상기 슬라이더 상에는 상기 광학 센서 또는 상기 밸브의 개폐를 제어하기 위한 밸브 개폐수단이 탑재되는,
DNA 추출 디스크 장치.
제8항에 있어서,
상기 슬라이더의 이동을 안내하는 슬라이드 아암;
상기 슬라이더에 결합된 웜 기어 연결부; 및
상기 웜 기어 연결부를 통해 상기 슬라이드 아암을 구동하는 슬라이드 모터;를 더 포함하는,
DNA 추출 디스크 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 제어부는,
상기 DNA 추출 디스크가 장착되는 턴 테이블;
상기 턴 테이블을 회전시키기 위한 디스크 회전 모터; 및
상기 디스크 회전 모터를 제어하는 중앙 제어 장치;를 포함하는,
DNA 추출 디스크 장치.
제11항에 있어서,
상기 DNA 추출 디스크에는 상기 중앙 제어 장치에 상기 DNA 추출 디스크의 고유 ID 정보를 송신하는 무선 RF IC가 구비되는,
DNA 추출 디스크 장치.
제1항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버에서 파괴된 세포로부터 DNA는 캡쳐하고 찌꺼기는 통과시키는 실리카 멤브레인; 및 상기 실리카 멤브레인이 내부에 장착되어 있으며 제1 유로를 통해 상기 세포 파괴 챔버에 연결된 멤브레인 챔버를 더 포함하는,
DNA 추출 디스크 장치.
제13항에 있어서,
상기 실리카 멤브레인의 세척을 위한 세척 용액을 저장하며 상기 제1 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버에 연결된 적어도 하나의 세척 용액 챔버;
상기 세척 용액에 의해 세척된 상기 실리카 멤브레인에 부착된 DNA를 추출하기 위한 추출 버퍼 저장하며 상기 제1 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버에 연결된 추출 용액 챔버;
상기 실리카 멤브레인을 통과한 상기 찌꺼기를 저장하며 제2 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버와 연결된 찌꺼기 챔버; 및
상기 추출 버퍼에 의해 상기 실리카 멤브레인으로부터 추출된 DNA를 저장하거나, 저장된 DNA에 대해 증폭 공정을 수행하는 제3 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버에 연결된 DNA 챔버;를 더 포함하는,
DNA 추출 디스크 장치.
제14항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버의 출구, 상기 세척 용액 챔버의 출구, 및 상기 추출 용액 챔버의 출구에는 제1 밸브, 제2 밸브, 제3 밸브가 각각 구비되고, 상기 제2 유로에는 제4 밸브가 구비되며, 상기 제3 유로에는 제5 밸브가 구비된,
DNA 추출 디스크 장치.
제15항에 있어서,
상기 밸브들 각각은 검정색 멤브레인을 포함하며, 상기 DNA 추출 디스크 장치는 상기 검정색 멤브레인을 녹여 상기 밸브들을 개방시키기 위한 밸브 개폐수단을 더 포함하는,
DNA 추출 디스크 장치.
제15항에 있어서,
상기 제5 밸브는, 상기 멤브레인 챔버와 상기 DNA 챔버를 연결하는 상기 제3 유로 상에 구비되며 검정색 비닐에 의해 상기 멤브레인 챔버의 출구로부터 상기 제5 밸브의 구멍까지 연장하여 연결함으로써 폐쇄 채널(closing channel)을 형성하고, 밸브 개폐수단에 의해 상기 검정색 비닐을 상기 멤브레인 챔버의 출구로부터 상기 제5 밸브의 구멍까지 녹여 가면서 개방 채널(opening channel)을 형성함으로써 상기 제5밸브를 개방하는 모세 채널(Moses channel)을 더 포함하는,
DNA 추출 디스크 장치.
제15항에 있어서,
상기 제4 밸브는,
검정색 코팅면과 상기 검정색 코팅면과 접촉하도록 배치되어, 상기 투명도 가변 물질을 저장하는 PCM(Phase Change Material)챔버를 포함하며,
상기 검정색 코팅면 비 가열 시 상기 제2 유로는 개방 상태로 유지되며, 상기 검정색 코팅면 가열 시 상기 제2 유로는 액화되어 팽창된 상기 투명도 가변 물질에 의해 폐쇄되는,
DNA 추출 디스크 장치.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검정색 멤브레인을 녹여 밸브를 개방하거나; 상기 검정색 비닐을 녹여 모세 채널을 개방하거나, 상기 검정색 코팅면을 가열하여 상기 투명도 가변 물질을 액화시키기 위한 레이저 다이오드로 구비되는,
DNA 추출 디스크 장치.
제11항에 있어서,
상기 중앙제어장치에 의해 인터넷 연결을 통해 관공서로부터 위생 점수(hygiene score)를 원격으로 피드백 받아 위생점수를 표시하기 위한 위생점수 광고판을 더 구비한 것을 특징으로 하는,
DNA 추출 디스크 장치.
(a) DNA 추출 디스크의 세포 파괴 챔버에 시료를 주입하는 단계;
(b) 가열 장치를 통해 상기 세포 파괴 챔버를 가열하면서, 상기 세포 파괴 챔버 내에 수용된, 온도 변화에 따라 투명도가 변하는 투명도 가변 물질의 온도 변화에 따른 투명도 변화 또는 저온융해합금의 유동성 변화의 측정을 통하여 상기 세포 파괴 챔버 내의 온도를 측정하는 단계; 및
(c) 측정되는 세포 파괴 챔버의 온도에 기초하여, 상기 세포 파괴 챔버 내의 온도가 상기 시료를 파괴하는 효소의 활성 온도 범위 내에 유지되도록 상기 가열 장치를 제어하는 단계;를 포함하는,
DNA 추출 방법.
제21항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 세포 파괴 챔버의 온도 측정은 상기 투명도 또는 상기 유동성의 변화를 광학 센서를 통해 감지함으로써 수행되는,
DNA 추출 방법.
제21항에 있어서,
(d) 세포 파괴가 완료된 시료가 실리카 멤브레인을 통과하여 멤브레인 챔버를 향해 이동하도록 상기 세포 파괴 챔버의 밸브를 개방한 후 상기 DNA 추출 디스크를 회전시키는 단계를 더 포함하는,
DNA 추출 방법.
제23항에 있어서,
(e) 세척 챔버에 저장된 세척 용액이 상기 실리카 멤브레인을 통과하여 상기 멤브레인 챔버로 이동하도록 상기 세척 챔버의 밸브를 개방한 후 상기 DNA 추출 디스크를 회전시키는 단계를 더 포함하는,
DNA 추출 방법.
제24항에 있어서,
(f) 추출 용액 챔버에 저장된 추출 버퍼가 상기 실리카 멤브레인을 통과하여 상기 멤브레인 챔버로 이동하도록 상기 추출 용액 챔버의 밸브를 개방한 후 상기 DNA 추출 디스크를 회전시키는 단계를 더 포함하는,
DNA 추출 방법.
제25항에 있어서,
(g) 상기 실리카 멤브레인으로부터 추출되어 DNA 챔버에 수용된 DNA를 증폭시키는 단계; 및
(h) 상기 DNA 챔버의 탁도 또는 형광을 측정하여 증폭된 DNA의 양을 산출하는 단계;를 더 포함하는,
DNA 추출 방법.
제26항에 있어서,
(i) 디스크 상에 RF IC가 ID정보를 인터넷을 통하여 서버(server)에 송출하여 상기 서버로부터 디스크의 진품 여부를 확인하거나 디스크의 재사용 여부를 확인하는 디스크 인증 단계;를 더 포함하는,
DNA 추출 방법.
제26항에 있어서,
(j) 상기 증폭된 DNA의 양을 산출하는 단계에서 얻어진 결과를 표시부에 디스플레이하거나, 인터넷망을 통해 외부에 제공하는 결과 송출단계; 를 더 포함하는,
DNA 추출 방법.
제28항에 있어서,
(k) 상기 결과 송출 단계 이후, 인터넷 망을 통해, 미리 지정된 장소로 부터 위생 점수를 원격으로 피드백 받아 위생점수 광고판에 표시하는 위생점수 공개 단계;를 더 포함하는,
DNA 추출 방법.
디스크 몸체; 및
상기 디스크 몸체에 구비되어 시료의 세포 파괴공정을 수행하는 세포 파괴 챔버;를 포함하며,
상기 세포 파괴 챔버는,
상기 세포 파괴 챔버에 시료를 주입하기 위한 시료 주입구;
외부의 가열 장치에 의해 제공되는 열을 흡수하여 상기 시료에 열을 전달하는 히팅 필름; 및
온도에 따라 투명도가 변하는 투명도 가변 물질, 온도에 따라 부피가 팽창하는 물질 또는 온도에 따라 유동성이 변하는 저온융해합금;을 포함하며,
상기 투명도, 상기 부피 변화 또는, 상기 유동성의 변화에 따라 상기 세포 파괴 챔버 내의 온도의 확인이 가능한,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버는,
상기 시료에 포함된 세포를 화학적으로 파괴하기 위한 효소를 더 구비하는,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 세포파괴 챔버는
상기 세포파괴 챔버 내의 시료를 교반 동작을 수행하기 위한 시료 교반용 챔버; 및
상기 시료의 교반 동작을 보조하기 위한 시료 교반 보조 챔버;를 더 포함하는,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 히팅 필름은,
금속판; 및
상기 금속판의 일면에 코팅된 검정색 코팅;을 포함하는,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 히팅 필름은 검정색 필름 또는 상기 세포파괴 챔버의 일면을 검정색 페인트에 의해 형성한 검정 코팅층으로 구비되는,
DNA 추출 디스크.
제34항에 있어서,
상기 검정색 필름은 아라미드(aramid) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate) 필름, 또는 폴리이미드(polyimide) 필름인,
DNA 추출 디스크.
삭제
제30항에 있어서,
상기 투명도 가변 물질의 녹는점 및 상기 저온융해합금의 녹는점은 55℃ 내지 65℃의 온도 범위 안에 있는,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 저온융해합금은 상기 세포 파괴 챔버 외부에서 제공되는 자력에 의해 상기 저온융해합금에 추가적인 유동성을 제공하는 자성체 비드(mangitc bead)를 구비하는,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버 안에는 상기 시료의 교반을 위한 교반 자석이 구비되는,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버는 상기 온도에 따라 부피가 팽창하는 물질을 저장하는 온도 감응 챔버를 더 구비하고,
상기 온도 감응 챔버로부터 연장되며, 상기 온도에 따라 부피가 팽창하는 물질이 상기 온도 감응 챔버가 가열됨에 따라 팽창되어 유입되는 온도 감응 채널; 및
상기 온도에 따라 부피가 팽창하는 물질의 부피 팽창 정도의 식별을 위해 상기 온도 감응 채널에 구비된 눈금;을 포함하는,
DNA 추출 디스크.
제30항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버에서 파괴된 세포로부터 DNA는 캡쳐하고 찌꺼기는 통과시키는 실리카 멤브레인; 및 상기 실리카 멤브레인이 내부에 장착되어 있으며 제1 유로를 통해 상기 세포 파괴 챔버에 연결된 멤브레인 챔버를 더 포함하는,
DNA 추출 디스크.
제41항에 있어서,
상기 멤브레인 챔버에는 상기 실리카 멤브레인을 지지하는 다공성 플라스틱 필터가 구비된,
DNA 추출 디스크.
제41항에 있어서,
상기 실리카 멤브레인의 세척을 위한 세척 용액을 저장하며 상기 제1 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버에 연결된 적어도 하나의 세척 용액 챔버;
상기 세척 용액에 의해 세척된 상기 실리카 멤브레인에 부착된 DNA를 추출하기 위한 추출 버퍼 저장하며 상기 제1 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버에 연결된 추출 용액 챔버;
상기 실리카 멤브레인을 통과한 상기 찌꺼기를 저장하며 제2 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버와 연결된 찌꺼기 챔버; 및
상기 추출 버퍼에 의해 상기 실리카 멤브레인으로부터 추출된 DNA를 저장하거나, 저장된 DNA에 대해 증폭 공정을 수행하는 제3 유로를 통해 상기 멤브레인 챔버에 연결된 DNA 챔버;를 더 포함하는,
DNA 추출 디스크.
제43항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버의 출구, 상기 세척 용액 챔버의 출구, 및 상기 추출 용액 챔버의 출구에는 제1 밸브, 제2 밸브, 제3 밸브가 각각 구비되고, 상기 제2 유로에는 제4 밸브가 구비되며, 상기 제3 유로에는 제5 밸브가 구비된,
DNA 추출 디스크.
제44항에 있어서,
상기 제5 밸브는, 상기 멤브레인 챔버와 상기 DNA 챔버를 연결하는 상기 제3 유로 상에 구비되며 검정색 비닐에 의해 상기 멤브레인 챔버의 출구로부터 상기 제5 밸브의 구멍까지 연장하여 연결함으로서 폐쇄 채널(closing channel)을 형성하고, 밸브 개폐수단에 의해 상기 검정색 비닐을 상기 멤브레인 챔버의 출구로부터 상기 제5 밸브의 구멍까지 녹여 가면서 개방 채널(opening channel)을 형성함으로서 상기 제5밸브를 개방하는 모세 채널(Moses channel)을 더 포함하는,
DNA 추출 디스크.
제44항에 있어서,
상기 제4 밸브는,
검정색 코팅면과 상기 검정색 코팅면과 접촉하도록 배치되어, 상기 투명도 가변 물질을 저장하는 PCM(Phase Change Material) 챔버를 포함하며,
상기 검정색 코팅면 비 가열 시 상기 제2 유로는 개방 상태로 유지되며, 상기 검정색 코팅면 가열 시 상기 제2 유로는 액화되어 팽창된 상기 투명도 가변 물질에 의해 폐쇄되는,
DNA 추출 디스크.
제43항에 있어서,
상기 제2 및 제3 유로는 상기 멤브레인 챔버의 출구에 함께 연결되어 서로 반대방향으로 분기되어 호(arch) 형상으로 이루어지며, 상기 제2 유로는 찌꺼기 챔버로 연결되고 상기 제3 유로는 상기 DNA 챔버로 연결되고, 상기 디스크가 시계반대방향 회전시 상기 멤브레인 챔버에 모인 액체는 상기 제2 유로를 경유하여 찌꺼기 챔버로 이동하고, 반면 상기 디스크가 시계방향 회전시 상기 멤브레인 챔버에 모인 액체는 상기 제3유로를 경유하여 DNA 챔버로 이동하는 코리올리 채널(Coriolis channel)인,
DNA 추출 디스크.
제30항 내지 제35항 및 제37항 내지 제47항 중 어느 한 항에 따른 DNA 추출 디스크 두 쌍을 상기 디스크 몸체 상에 대칭적으로 배치된 구조로 집적화시킨 것을 특징으로 하는,
DNA 추출 디스크.