KR101742958B1

KR101742958B1 - 스트립센서 모듈, 그것을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치

Info

Publication number: KR101742958B1
Application number: KR1020170042144A
Authority: KR
Inventors: 박용현; 박규창
Original assignee: 주식회사 제넷바이오
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-06-15

Abstract

본 발명은 다수의 스트립센서를 일체로 결합시킨 스트립센서 모듈과, 그것을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장 검사장치에 관한 것으로, 검체로부터 유전자물질을 추출하여 증폭시키고, 이로부터 항원항체반응을 이용하여 특이 항원의 존재유무를 스트립센서에서 검출하여 시각적으로 확인가능하게 하는 등 PCR(polymerase chain reaction)과 스트립센서의 측면유동검사법(Lateral flow assay)을 연계하여 현장에서 신속하게 확인할 수 있는 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치에 관한 것이다.

Description

스트립센서 모듈, 그것을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치{STRIP SENSOR MODULE, POINT-OF-CARE TESTING EQUIPMENT FOR MOLECULAR DIAGNOSTICS BASED ON STRIP SENSOR USING THE SAME}

현재 감염성 질환의 검사방법으로는 크게 미생물학적 검사과 면역학적 검사 및 분자생물학적 검사에 의한 방법 등 3가지로 분류된다.

상기 미생물학적 검사방법은, 검체의 배양을 통해서 미생물의 존재 유무를 확인하는 방법으로 바이러스의 경우 확인하는데 많은 시간이 소요되며, 배양환경에 의해 확인이 불가능할 수도 있으므로 긴급을 요하는 검사에 적용하기는 곤란하다.

또한, 면역학적 검사는, 감염체의 항체 등의 간접 인자의 존재유무를 확인하는 방법으로 측면유동검사법(Lateral flow assay)의 경우 검사 방법이 간단하고 손쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다. 그러나 새로운 감염체가 나타나면 새로운 항체를 개발해야 하며, 감염초기에는 검출 능력이 떨어지는 단점이 있다.

다음으로 분자생물학적 검사는, 감염체의 유전물질 존재 등의 직접 인자의 존재유무를 확인하는 방법으로 조기진단이 가능한 유일한 검사법이며, 면역학적 진단에 비해 검출 능력이 뛰어나고, 새로운 감염체에 대한 신속한 진단 시약 개발 가능하지만, 검사자 또는 오염에 의한 거짓 양성(false positive) 결과가 도출되는 위험이 있다.

최근에는 WHO에서 감염성 질환 진단을 위한 현장검사(Point-of-care testing)의 필요성 역설하고 있으며, 면역진단방법은 가장 큰 시장점유율을 가지고 있으나 성숙기에 접어들면서 성장 속도 및 시장성이 주춤할 것으로 예상되고, 분자진단과 현장진단 분야는 체외진단 분야 중 태동기에 해당됨에 따라 향후 높은 성장성을 가질 것으로 예상된다.

특히, 분자생물학적 방법을 이용한 현장 검사용 시스템을 개발은 10여 년 전부터 꾸준히 진행되어오고 있으며, 일반적으로 검체로부터 유전물질의 추출, 유전자증폭 반응, 증폭 유무의 확인(진단) 등으로 이루어지는 일체의 분자진단 절차를 하나의 시스템에서 이루어지도록 하는 랩온어칩(Lab-on-a chip, LOC) 기술이 출현함에 따라 기존의 유전자 진단법의 단점을 극복하고 현장진단이 가능한 고효율, 고감도의 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

한국공개특허 제10-2014-0095342호(2014.08.01. 공개; 이하'선행문헌1'이라 함)은, 핵산 분석용 미세유체 시스템을 제시하였다. 상기 선행문헌1은, 검사 대상인 샘플이 주입되는 샘플 챔버, 상기 샘플로부터 핵산을 추출하기 위한 시약이 주입되는 하나 이상의 시약 챔버, 사용된 시약이 버려지는 웨이스트 챔버가 구비된 시약 공급 장치; 상기 샘플로부터 세포를 포획하고, 포획된 세포를 파쇄하여 핵산이 함유된 세포 용해물(lysate)을 형성하는 곳으로, 세포 포획을 위한 다수의 입자가 배치된 바인딩-라이시스(binding-lysis) 챔버; 상기 바인딩-라이시스 챔버에서 형성되는 세포 용해물(lysate)이 분배되어 유입되며, 각각에 핵산 증폭 시약이 배치되어, 유입된 세포 용해물과 상기 핵산 증폭 시약을 혼합하여 증폭 반응 혼합물을 형성하는 복수의 리하이드레이션(rehydration) 챔버; 상기 복수의 리하이드레이션 챔버로부터 유입되는 상기 증폭 반응 혼합물에 대해 핵산 증폭 반응을 진행하는 복수의 증폭 챔버; 및 상기 시약 공급 장치와 연결되는 유출구 및 복수의 유입구를 구비하며, 상기 바이딩-라이시스 챔버, 리하이드레이션 챔버, 증폭 챔버간의 일체화된 유체 유동을 형성하는 유로 시스템;을 포함하여 구성된다. 이러한 선행문헌1은 샘플로부터 세포를 포확히여 핵산을 추출하고, 핵산증폭반응을 진행하는 일련의 과정이 하나의 장치를 통해서 이루어지게 하는 장점은 있으나, PCR을 수행하기 위한 유체채널이 복잡하여 생산비용이 증대되고, PCR결과를 확인하기 위해서는 별도의 확인수단이 더 필요하다.

한국공개특허 10-2015-0012879호(2015.02.04.공개;이하 '선행문헌2'이라 함)에서는 센서 스트립 카트리지, 이를 이용한 생체 정보 측정장치 및 생체 정보 측정방법을 제시하였다. 상기 선행문헌2는, 적어도 하나 이상의 센서 스트립을 포함하는 센서 스트립 카트리지를 수납하는 카트리지 수납부; 상기 센서 스트립 카트리지로부터 상기 센서 스트립 카트리지와 관련된 카트리지 정보를 독출하는 카트리지 정보 독출부; 상기 센서 스트립을 통해 생체 정보를 수신하고, 상기 카트리지 정보에 대응되는 생체 정보 보정 기준을 이용하여 상기 수신된 생체 정보를 보정하는 제어부; 및 상기 보정된 생체 정보를 출력하는 출력부를 포함하여 구성된다. 상기 선행문헌2는 센서스트립을 통해 신체정보를 제공하는 생체정보 측정장치를 제시하였으나 이미 충분한 샘플을 통해서만 정보를 제공하는 것으로 PCR과 연계되는 수단에 대해서는 언급된 바 없다.

상기한 바와같이 기존의 분자진단 현장검사 장치의 경우 일반적으로 DNA chip과 장치 구성은 다양한 공학 및 광학기술이 포함되어 제품의 제조비용이 높기 때문에 결국 1회 테스트 당 단가가 높이 형성되어 사용비용이 증대되는 단점이 있다. 또한 PCR생성물의 결과를 확인하기 위해서는 별도의 측정장치로 옮겨야 하므로 옮기는 과정에서의 오염에 의한 측정신뢰도가 낮아지는 단점이 있다.

한국공개특허 제10-2014-0095342호(2014.08.01. 공개) : 핵산 분석용 미세유체 시스템 한국공개특허 10-2015-0012879호(2015.02.04.공개) : 센서 스트립 카트리지, 이를 이용한 생체 정보 측정장치 및 생체 정보 측정방법

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스트립센서 모듈, 그것을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치는,

휴대가 가능한 분자진단 현장검사 장치에 스트립센서를 결합하여, PCR을 수행한 PCR생성물을 별도로 옮기는 과정없이 직접 스트립센서로 공급하여 결과를 확인할 수 있는 스트립센서와 분자진단이 결합된 현장검사 장치의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 PCR을 수행하기 위한 샘플용액 및 PCR을 수행한 용액을 슬라이딩 방식에 의해 이동되게 하여 PCR과정과, 전개용액투입과정 및 스트립센서 공급과정이 순차적으로 이루어지도록 하고, PCR반응시 외부로부터의 온도조절이 용이하게 이루어져 신속한 PCR을 수행할 수 있도록 하는 스트립센서 모듈의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 스트립센서 모듈은,

PCR 반응과 스트립센서에 의한 검출을 연속으로 수행할 수 있는 스트립센서 모듈에 있어서, 일측 단부측면에서 길이방향으로 형성된 측면삽입구와, 일측단부와 근접된 상부면에서 측면삽입구로 수직천공된 샘플투입구와, 상기 샘플투입구에서 길이방향으로 이격되어 상부면에서 측면삽입구를 관통하여 하부까지 수직천공된 전개용액투입구가 형성되고, 샘플투입구과 전개용액투입구 사이의 측면삽입구 저면에서 하부 방향으로 관통된 본체열조절구가 형성된 투입파트와; 상기 투입파트에서 타측단부방향의 저면에서 하부로 돌출되어 개재되는 스트립센서의 검출부위영역을 상부로 표시히기 위해 길이방향으로 길게 관통된 표시통공이 형성된 지지파트;로 구성되는 본체판과; 상기 본체판 하부에 탈착 가능하게 결합되되, 본체판의 본체열조절구와 동일축상으로 관통된 바닥열조절구와, 센서안치부로 구성된 바닥판과; 상기 바닥판의 센서안치부에 안치되는 바형태의 스트립센서와; 상기 본체판의 측면삽입구로 슬라이딩 이동가능하게 장착되고, 삽입되는 단부측과 근접된 부분에는 샘플투입구에서 투입된 샘플용액을 수용하는 샘플수용홈이 형성되고, 저면에는 관통된 샘플수용홈의 저면을 임시로 폐구하는 밀폐필름이 부착된 슬라이드판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 바닥판의 저면에는, 열전달판이 더 부착되되, 상기 열전달판은 상부로 돌출된 열전달돌기를 형성하여 열전달돌기가 바닥판의 열조절구와 본체판의 본체열조절구를 삽통하여 슬라이드판 저면에 접하여 열전달이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 스트립센서 모듈은, 샘플투입구, 전개용액투입구 및 스트립센서를 복수로 구성하고, 하나의 열전달판에 의해 열전달이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 전개용액투입구는 상부면을 확장시켜 전개용액수용조를 더 형성할 수 있다.

여기서, 상기 전개용액수용조를 포함하는 전개용액투입구는 내부에 검출에 필요한 시료가 포함된 전개용액을 저장하고 상하부에 필름으로 차단시켜 사용시 천공기의 천공에 의해 저장된 전개용액이 투입되게 구성할 수 있다.

또한, 상기 슬라이드판은 측면에 걸림돌기를 형성하고; 상기 측면삽입구는, 슬라이드판의 샘플수용홈이 본체판의 샘플투입구, 본체열조절구, 전개용액투입구의 중앙과 일치하는 부분에 위치했을 때의 측면에 슬라이드판의 걸림돌기(53)와 대응되는 걸림홈(212)이 각각 형성되어 슬라이딩 이동시 정위치로 이동이 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 슬라이드판은 샘플수용홈을 샘플투입구와 동일 수직선산에 위치시켰을 때 슬라이드판에 의해 전개용액투입구가 폐구되는 길이로 형성할 수 있다.

한편, 상기 구조를 갖는 스트립센서 모듈을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치는,

스트립센서 모듈을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치에 있어서, 수용공간을 갖는 케이스와; 상기 케이스의 상부면에 위치하여 스트립센서 모듈을 고정시키는 센서장착부와; 상기 센서장착부 하부의 수용공간에 위치하고, 상부의 펠티어소자는 케이스 외부의 센서장착부로 돌출시켜 센서장착부에 장착되는 열전달판이 없는 스트립센서 모듈의 바닥판 열조절구와 본체판 본체열조절구를 삽통하여 슬라이드판 저면에 접하거나, 열전달판을 구비한 스트립센서 모듈의 열전달판에 접하여 열을 공급하는 펠티어모듈과; 상기 케이스 수용공간에 장착되어 펠티어모듈에 전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 케이스의 일측에 설치되어 수용공간의 공기를 순환시키는 송풍팬과; 상기 펠티어모듈와 송풍팬의 작동과 내부 신호를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 트립센서 모듈을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치에 있어서, 수용공간을 갖는 케이스와; 상기 케이스의 측면에 위치하여 스트립센서 모듈을 내입시켜 고정시키는 센서장착부와; 상기 케이스 수용공간 중 센서장착부 하부에 위치하고, 장착된 스트립센서 모듈의 열전달판과 면접촉하여 열전달판을 통해 열을 공급하는 펠티어모듈과; 상기 케이스 수용공간에 장착되어 펠티어모듈에 전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 케이스의 일측에 설치되어 수용공간의 공기를 순환시키는 송풍팬과; 상기 펠티어모듈와 송풍팬의 작동과 내부 신호를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.

상기 케이스 수용공간에는 삽입된 스트립센서 모듈의 상부에 카메라를 위치시키고, 케이스 상부면에는 모니터를 설치하여 내입된 스트립센서 모듈의 검출결과를 모니터에 표시하게 할 수 있다.

또한, 상기 스트립센서 모듈의 슬라이드판은 양측면으로 이동돌기를 더 형성하고, 상기 케이스 수용공간의 센서장착부 일측에 설치되어 슬라이드판을 자동으로 이동시키는 자동이동모듈을 더 구비하되, 상기 자동이동모듈은, 스트립센서 모듈의 양측 또는 일측에 설치되고 센서장착부의 입구와 근거리 부분에는 케이스 상부와 스프링으로 연결되고, 센서장착부의 입구와 원거리부분에는 힌지로 케이스에 고정되어 힌지를 중심으로 하향탄성회동이 이루어지는 지지대와; 상기 지지대에서 수평으로 이동가능하게 결합되고, 일측단부는 슬라이드판의 일측 또는 양측에 형성된 이동돌기에 걸리는 걸고리가 형성되고, 측면에는 기어치가 형성된 걸림바와; 상기 걸림바의 기어치와 치합되고 지지대에 고정설치된 모터의 동력으로 회전하여 걸림바를 길이방향으로 이동시키는 이동기어와; 케이스에 장착되어 지지대의 일측을 밀어 하향으로 회전시켜 슬라이드판에서 걸림바를 탈거시키는 캠;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 스트립센서 모듈, 그것을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치는,

휴대가 가능한 분자진단 현장검사 장치에 스트립센서를 결합하여, PCR을 수행한 PCR생성물을 별도로 옮기는 과정없이 직접 스트립센서로 공급하여 샘플의 오염없이 신속한 결과를 확인할 수 있는 현장검사 장치의 제공이 가능하게 되었다.

또한, 본 발명은 PCR을 수행하기 위한 샘플용액을 슬라이드 트레이의 수용홈에 투입된 상태에서 슬라이드 트레이가 다단 슬라이딩 이동되어 PCR과정과, 전개용액투입과정 및 스트립센서 공급과정이 순차적으로 이루어지게 하는 등 스트립센서 모듈을 간단하게 구성하여 검출감도는 향상시키면서 측정비용을 절감시킬 수 있는 유용한 장차의 제공이 가능하게 되었다.

도 1a 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스트립센서 모듈을 도시한 사시도 및 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스트립센서 모듈의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 걸림돌기가 형성된 슬라이드판을 도시한 평면도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 본체 측면삽입구 내부에 절단날부가 형성된 주요부를 도시한 개략단면도.
도 5b는 본 발명의 스트립센서 모듈에 장착되는 스트립센서를 도시한 개략도.
도 6a 내지 도 6c는 슬라이드판의 다단 이동과정을 도시한 작동상태도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 분자진단 현장검사 장치를 도시한 사시도 및 단면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분자진단 현장검사 장치를 도시한 사시도 및 단면도.
도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동이동모듈을 구성예를 도시한 개략도이다.

이하, 본 발명을, 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도 1a 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스트립센서 모듈을 도시한 사시도 및 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스트립센서 모듈의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 걸림돌기가 형성된 슬라이드판을 도시한 평면도이고, 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 본체 측면삽입구 내부에 절단날부가 형성된 주요부를 도시한 개략단면도이고, 도 5b는 본 발명의 스트립센서 모듈에 장착되는 스트립센서를 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 스트립센서 모듈(10)은, 도면을 참조한 바와같이, 본체판(20)과, 상기 본체판 하부에 결합되는 바닥판(30)과, 상기 본체판과 바닥판 사이에 개재되는 스트립센서(40)와, 상기 본체판의 일측 측면으로 삽입되는 슬라이드판(50)을 포함하여 구성된다.

상기 본체판(20)은, 시료를 투입하여 PCR을 수행하기 위한 투입파트(20a)와, 상기 투입파트와 연속되도록 형성되어 스트립센서를 지지하고 검출영역이 위치하는 지지파트(20b)로 분류할 수 있다.

상기 본체판(20)의 투입파트(20a)는, 스트립센서 모듈(10)의 일측단부 또는 단부의 수직면인 측면에서 길이방향으로 측면삽입구(21)가 형성되어 후술되는 슬라이드판(50)의 장착되어 이동되도록 한다.

상기 측면삽입구(21)가 형성된 투입파트 부분은 측면삽입구의 입구에서 근접된 상부에 상부면에서 측면삽입구로 수직천공된 샘플투입구(22)가 형성된다. 상기 샘플투입구(22)는 DNA인 주형과, 프라이머가 포함된 PCR반응용액을 투입하는 것으로 피펫의 첨단부가 내입되는 직경으로 형성하여 샘플투입구를 통해 측면삽입구로 삽입되는 슬라이드판(50)의 샘플수용홈(51)에 시료가 투입될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기 샘플투입구(22)와 이격된 측면삽입구 내측부분에는 측면삽입구(21) 바닥면으로부터 본체판(20) 저면까지 관통된 본체열조절구(24)가 형성되어 후술되는 열전달판(33) 또는 열조절수단의 일부가 내입되어 슬라이드판과 접촉이 이루어지게 할 수 있다.

또한 상기 본체열조절구(24)와 이격된 측면삽입구 내측부분에는 상부면과 측면삽입구 및 본체판 하부면까지 관통하도록 수직천공된 전개용액투입구(23)가 형성된다. 상기 전개용액투입구(23)는 상부를 통해 전개용액을 투입하여 PCR을 수행한 생성물과 함께 본체판 하부로 배출시켜 본체판과 바닥판 사이에 개재되는 스트립센서의 샘플패드 부분에 최종 공급되게 한다.

또한, 상기 전개용액투입구(23) 중 측면삽입구(21) 상부의 전개용액투입구(23)는 직경을 확장하여 전개용액수용조(231)를 더 형성할 수 있다. 상기 전개용액수용조(231)는 다량의 전개용액을 수용하여 서서히 하부로 공급해 후술되는 스트립센서의 멤브레인에 전개가 이루어지게 한다.

또한, 상기 전개용액수용조(231)를 포함하는 전개용액투입구(23)는 본체판 상부면과 측면삽입구의 상부면에 각각 필름을 부착시켜 전개용액투입구 중 측면삽입구 상부의 전개용액투입구를 밀폐시키고, 밀폐된 내부에 전개용액을 저장시켜 필요시 천공기로 필름을 천공하여 전개용액의 공급이 이루어지게 할 수 있다.

전개용액투입구의 상부는 보조덮개(232)를 이용하여 폐구되게 할 수 있다. 보조덮개를 구비하면 상술된 전개용액수용조에 전개용액을 저장시킨 후 별도의 필름없이 진공상태를 유지하여 저장된 전개용액이 하부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

이와같이 상기 본체판(20)의 투입파트(20a)에는 측면삽입구(21)가 형성된 입구 부분에서 내측 방향으로 샘플투입구(22)와 전개용액투입구(23)가 이격되도록 형성되고, 샘플투입구와 전개용액투입구 사이에는 본체열조절구(24)가 형성된다. 이러한 구성에서 샘플투입구(22)는 상부면에서 측면삽입구를 연통하도록 형성되고, 본체열조절구(24)는 측면삽입구에서 하부면을 연통하도록 형성하고, 전개용액투입구(23)는 본체판 상부면에서 측면삽입구를 관통하여 하부면까지 연통되도록 형성되는 구조를 갖는다.

다음으로 지지파트(20b)는, 본체판의 투입파트에서 길이방향으로 연장된 부분으로, 바형태의 스트립센서 상부를 덮어 고정시킨다. 상기 지지파트는 측면삽입구가 형성되지 않기 때문에 얇은 두께로 형성가능하므로 투입파트 중 측면삽입구 하부 부분에서 길이방향으로 연장되어 구성된다.

또한 지지파트의 저면에는 지지돌기를 형성하여 안치된 스트립센서의 상부를 가압하여 스트립센서가 정위치에 안착되도록 할 수 있고, 스트립센서 안치부분에는 길이방향으로 길게 관통된 표시통공(25)을 형성하여 표시통공을 통해 스트립센서의 검출부위 영역이 외부로 표출되도록 한다.

상기한 바와같이 구성되는 본체판(20)의 측면삽입구(21)에는 슬라이드판(50)이 슬라이딩 삽입가능하게 장착된다. 상기 슬라이드판(50)은 삽입되는 단부측과 근접된 부분에는 샘플투입구에서 투입된 샘플용액을 수용하는 샘플수용홈(51)이 형성되고, 샘플수용홈의 저면에는 샘플수용홈의 저면을 임시로 폐구하는 밀폐필름(52; 도 5a 참조)이 부착되어 있다. 또한 상기 샘플수용홈(51)은 10~20㎕의 수용액을 수용할 수 있는 크기로 형성하여 이후 PCR과정을 수행하고, 전개용액과 함께 스트립센서로의 공급이 이루어지게 할 수 있다.

상기 슬라이드판(50)은 본체판으로 삽입되지 않는 단부에 단턱을 형성된 손잡이부를 형성하여 수동으로 잡아당겨 슬라이드판의 탈거가 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 슬라이드판(50)의 길이는 슬라이드판의 샘플수용홈(51)이 본체판의 샘플투입구(22)와 동일 수직선산에 위치되었을 때 전개용액투입구까지 폐구할 수 있는 길이로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 도 4를 참조한 바와같이 상기 슬라이드판(50)은 측면에 걸림돌기(53)를 형성하고, 측면삽입구(21)에는 삽입된 슬라이드판(50)의 샘플수용홈(51)이 본체판(20)의 샘플투입구(22), 본체열조절구(24), 전개용액투입구(23)의 중앙과 일치할 때 측면삽입구의 내부 측면에 걸림돌기와 대응되는 걸림홈(212)을 각각 형성하여 슬라이딩 이동시 다단으로 삽입되어 정위치 이동이 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 슬라이드판(50)의 샘플수용홈 저면에 부착된 밀폐필름(52)은 PCR수행후 샘플수용홈이 전개용액투입구에 위치했을 때 파손되어 저장된 PCR생성물이 하부로 배출되어야 한다. 따라서, 상기 슬라이드판 저면에 부착된 밀폐필름(52)을 파손시키기 위한 방법으로 도 5a를 참조한 바와같이, 상기 본체판의 측면삽입구(21)에는 하부의 전개용액투입구 이전 부분에 절단날부(211)를 더 형성할 수 있다. 이는 슬라이드판의 샘플수용홈(51)이 절단날부(211)를 통과한 다음 전개용액투입구(23)와 교차되도록 진행되므로, 절단날부(211)를 통과하면서 샘플수용홈 저면에 부착된 밀폐필름(52)이 파손되어 개방이 이루어지고, 전개용액투입구(23)를 통해 PCR생성물을 하부로 배출되게 할 수 있다. 여기서 상기 도면은 밀폐필름(52)을 표시하기위해 슬라이드판(50)과 측면삽입구(21) 및 열전달판(33)을 소정간격 이격되게 도시하였으나, 실질적으로는 압밀에 의해 밀폐필름이 압착되어 슬라이드판 저면이 열전달판에 면접된다.

다음으로 상기 본체판(20) 하부에는 바닥판(30)이 탈착가능하게 결합된다.

상기 바닥판(30)은 본체판 하부면의 본체열조절구(24)와 동일축상으로 동일하게 관통된 바닥열조절구(31)가 형성되고, 본체판의 지지파트와 대응되는 상부면에는 스트립센서(40)가 안치되는 센서안치부(32)가 구성된다.

아울러 상기 바닥판(30)에 안치되는 바형태의 스트립센서(40)는, 도 5b를 참조한 바와같이 일반적으로 PCR을 수행한 PCR생상물과 전개용액이 투입되는 샘플패드(41)와, 색발현물질이 첨가된 컨쥬게이트 패드(42)와, 전개용액이 전개되면서 검출이 이루어지는 검출영역(431)이 형성된 멤브레인(43)과, 용액의 PCR생성물과 전개용액의 전개를 촉진시키는 흡수패드(44)가 기판(45) 상부에 일부 겹쳐서 연속되게 구성된다.

이러한 구성의 스트립센서는 검출대상에 맞도록 PCR반응용액의 프라이머와, 색발현물질 및 라인 또는 점으로 표시되는 검출영역을 선택하여 사용할 수 있으므로, 다양한 조합에 의한 신속한 측정이 가능하다.

또한, 본 발명의 스트립센서 모듈(10)은 상기 바닥판(30)의 저면에 열전달판(33)이 더 부착될 수 있다.

상기 열전달판(33)은 열전달이 용이한 소재로 제조되며 바닥판의 저면에 부착되어 외부로부터 열전달이 용이하게 이루어지도록 한다. 상기 열전달판(33)은, 상부면에 상측으로 돌출된 열전달돌기(331)가 형성되고, 열전달돌기(331)가 바닥판의 바닥열조절구(31)와 본체판의 본체열조절구(24)를 순차적으로 삽통하여 측면에서 끼워진 슬라이드판(50)의 저면에 접하여 열을 전달하게 할 수 있다.

이와같이 열전달판(33)이 스트립센서의 저면에 일체로 결합되면 외부의 열전달수단과의 다양한 접촉에 의해 열을 용이하게 전달할 수 있으며, 열전달판(33)이 없는 경우 외부의 열전달수단이 바닥판의 바닥열조절구(31)와 본체판의 본체열조절구(24)를 순차적으로 삽통하여 슬라이드판(50) 저면에 접하여 열전달이 이루어지게 해야된다.

상기 본 발명의 스트립센서 모듈(10)은 샘플투입구(22)와 전개용액투입구(23) 및 스트립센서(40)를 복수개로 구성하여 한번에 다수개의 검사를 동시에 진행할 수 있다. 이때 상기 열전달판(33)은 폭을 증가시켜 하나로 구성하여 열전달에 의한 PCR을 수행하게 할 수 있다.

상기한 바와같이 구성되는 스트립센서 모듈(10)은,

슬라이드판(50)의 샘플수용홈(51)과 본체판의 샘플투입구(22)가 동일축상으로 정렬된 상태에서 DNA가 포함된 주형과 폴리머가 포함된 PCR반응용액을 샘플투입구(22)를 통해 슬라이드판의 샘플수용홈(51)으로 주입시킨다.(도 6a)

슬라이드판(50)을 한칸 전진시켜 샘플수용홈(51)이 위치한 부분의 저면이 열전달판(33)에 접하도록 하고, 열전달판을 통해 열을 가해 PCR을 수행하여 PCR생성물을 형성한다.(도 6b)

PCR이 완료되면 슬라이드판(50)은 한 칸 더 전진시켜 샘플수용홈(51)을 전개용액투입구(23)와 동일축상으로 정렬시킨다. 이 상태에서 본체판 상부면의 전개용액투입구(23)를 통해 전개용액을 주입하면서 샘플수용홈 저면의 밀폐필름을 천공하여 샘플수용홈의 PCR생성물과 전개용액을 하부 전개용액투입구(23)를 통해 배출시켜 전개용액투입구 하부에 위치하는 스트립센서(40)의 샘플패드에 투입되도록 한다.(도 6c)

PCR생성물이 혼합된 전개용액은 컨쥬게이트패드(42)를 통과하면서 특정물질에 색발현물질이 결합되어 진행되고, 멤브레인(43)을 통해 전개되면서 특정물질을 결합하는 검출영역(431)에서 특정물질이 결합되면서 색발현이 이루어져서 특정물질의 존재여부를 시각적으로 확인이 가능하게 한다.

따라서, 본 발명의 스트립센서 모듈(10)은, PCR과 검출을 동시에 수행할 수 있는 모듈로서, DNA주형과 PCR반응용액의 혼합물인 샘플용액을 수용하는 슬라이드판(50)을 다단이동시켜 PCR수행이 이루어진 다음 스트립센서(40)의 샘플패드로의 직접 투입이 가능하도록 함으로써 PCR생성물을 옮기는 번거로움과 옮기는 과정에서의 오염을 방지할 수 있고, PCR이 완료되면 연속적으로 스트립센서에 의한 검출확인이 가능하므로 신속한 결과를 확인할 수 있는 장점이 있다.

또한, 슬라이드판의 샘플수용홈(51)은 적어도 10~20㎕의 샘플용액을 수용할 수 있는 통공으로 설계되어 있으므로, PCR튜브에 비해 표면적이 넓어 PCR반응속도를 증가시켜 PCR시간을 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

한편, 본 발명은 본 발명의 스트립센서 모듈을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치를 더 제공한다.

스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치(10)는, 수용공간을 갖는 케이스(110)와; 상기 케이스의 상부면에 위치하여 스트립센서 모듈(10)을 고정시키는 센서장착부(120)와; 상기 케이스 내에 설치되는 펠티어모듈(130)을 포함하여 구성된다.

상기 케이스(110)는 휴대가 가능한 소형사이즈로서 외부에 전원버튼을 구비할 수 있으며, 각종 설정을 위한 입력장치가 더 구비될 수 있다.

상기 센서장착부(120)는, PCR과 검출을 동시에 수행할 수 있는 스트립센서 모듈(10)을 장착시키는 부분으로 도 7a와 도 7b에서는 케이스(110) 상부면에 형성되어 외부에서 스트립센서 모듈이 안착되는 방법으로 구성된다. 이때 도시되지 않았지만 장착된 스트립센서 모듈이 탈거되는 것을 방지하면서 케이스에 밀착되도록 할 수 있고, 대표적으로는 집게형태로 고정장치를 구성하는 것이다.

상기 펠티어모듈(130)은, 전원공급에 의해 열을 설정된 온도로 상승시켜 유지하거나 낮추는 것으로, 본 발명에서는 PCR을 수행하는 과정에서 PCR사이클에 맞추어 적합한 온도를 제공한다. 이러한 펠티어모듈(130)은 케이스(110) 내부에 위치하되 센서장착부 하부에 위치하고, 펠티어소자가 직접 센서장착부 저면으로 표출되어 장착되는 스트립센서의 열전달판에 접촉되어 온도조절이 이루어지게 하거나, 별도의 열전달판을 통해 외부에 표출되어 스트립센서의 열전달판과 접촉되어 열전달이 이루어지게 할 수 있다. 또한, 열전달판이 없는 스트립센서의 경우 펠티어모듈의 펠티어소자 또는 별도의 열전달판이 스트립센서의 바닥열조절구와 본체열조절구 순차적으로 삽통하여 슬라이드판 저면에 직접 면접하여 온도조절이 이루어지게 할 수 있다. 또한, 펠티어모듈(130)에는 냉각팬이 더 설치되어 열전달판 또는 스트립센서의 슬라이드판 저면을 냉각시켜 온도를 낮출 수 있다.

또한, 상기 케이스(110)에는 전원공급부(140), 송풍팬(150) 및 제어부(160)가 더 구비된다.

상기 전원공급부(140)는 분자진단 현장검사장치(100)의 각 부분에 전원을 공급하는 것으로 정류기 등이 포함될 수 있으며, 상기 송풍팬(150)은 시스템 내부 온도를 낮추며, 상기 제어부(160)는 현장검사장치 내의 전원공급을 제어하거나 각종 신호를 제거하도록 한다.

상기 제어부(160)는 대표적을 유로퍼지 시스템을 적용한 마이크로프로세서를 사용할 수 있고, 전류전압 및 온도제어는 물론 각종 신호를 제어한다.

상기 구성에서 센서장착부(120)는 케이스(110) 측면에 형성되어 스트립센서모듈(10)을 내부로 삽입하는 형태로 제공될 수 있다.

도 8a와 도 8b를 참조한 바와같이 센서장착부(120)는 케이스(110) 측면에 형성되어 스트립센서 모듈(10)을 케이스 측면을 통해 수평으로 내입되게 할 수 있다.

이때 상기 스트립센서 모듈(10)의 저면에 표출된 열전달판(33)은 케이스 내부에 설치된 펠티어모듈(130)과 면접촉되어 펠티어모듈의 작동에 의해 열전달판으로 열을 전달하거나 냉각이 이루어져 스트립센서 모듈(10)에서 PCR의 수행이 가능하게 할 수 있다.

또한, 스트립센서 모듈(10)은 분자진단 현장 검사장치(100) 내부로 삽입되어 PCR을 수행한 다음 검출과정을 수행하기 때문에 PCR과정을 완료한 PCR생성물과 함께 스트립센서로 공급되는 전개용액은 스트립센서 모듈을 분자진단 현장검사장치로 삽입하기 이전에 미리 공급하여 준비시킨 다음 작업이 진행되도록 하여야 한다.

또한, 상기 스트립센서 모듈(10)은 케이스 내에 삽입되므로 스트립센서 모듈의 상측 특히 스트립센서의 검출영역 상부에 카메라(180)를 설치하고 케이스 상부면에는 모니터(170)를 설치하여, 카메라에 의해 스트립센서의 검출결과를 촬영하거나 촬영된 영상을 모니터에 표시하여 육안으로의 확인이 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 분자진단 현장검사 장치(100)의 내부에는 자동이동모듈(190)을 더 설치하여 센서장착부(120)로 삽입된 스트립센서 모듈의 슬라이드판(50)을 자동으로 다단 이동되게 할 수 있다.

상기 자동이동모듈(190)은 공지된 다양한 방법에 의해 제공되어 슬라이드판을 다단 이동되게 할 수 있으며, 바람직하게는 스트립센서 모듈의 슬라이드판 양측에 이동돌기를 돌출시켜 이동돌기를 슬라이드판이 스트립센서모듈의 측면삽입구로 내입되는 방향으로 당겨서 이동되게 할 수 있다.

도 8c를 참조한 바와같이 상기 자동이동모듈(190)은 스트립센서 모듈의 양측 또는 일측에 설치되고 센서장착부의 입구와 근거리 부분에는 케이스(110) 상부내면과 스프링(191a)으로 연결되고, 센서장착부의 입구와 원거리부분에는 힌지(191b)로 케이스 내부에 고정되어 힌지를 중심으로 타측 단부가 하향탄성회동이 이루어지는 지지대(191)를 구비한다.

상기 지지대(191)에는 수평으로 이동가능하게 걸림바(192)를 설치한다. 상기 걸림바(192)는 단부에 슬라이드판에 형성된 이동돌기(54)에 대응해 걸림이 발생되는 걸고리(192a)가 형성되고, 측면에는 기어치(192b)가 길이방향으로 다수 형성된다.

또한 상기 걸림바(192)의 기어치(192b)에는 이에 치합되도록 이동기어(193)가 설치되고, 상기 이동기어(193)는 지지대에 고정된 모터(193a)와 연결되어 모터의 동력으로 회전되어 걸림바(192)를 수평방향의 전후 방향으로 이동시켜 걸림바의 걸고리에 걸린 슬라이드판(50)을 전후 방향으로 이동이 가능하게 한다.

또한 상기 지지대(191)는 스프링이 연결된 부분과 근접된 부분에 모터의 회전으로 회전되는 캠(194)을 더 설치하여 캠(194)에 의해 지지대(191)를 하향으로 회동시켜 걸림바(192)에서 슬라이드판(50)의 분리가 이루어지게 하거나 걸림이 발생되게 할 수 있다.

또한, 상기 걸림바(192)는 작동 스위치에 의해 모터(193a)와 캠(194)이 연계되어 작동하여 케이스 외부로 외부로 인출되어 외부에 위치하는 슬라이드판의 이동돌기(54)에 결합된 다음 슬라이드판을 케이스 내부로 당겨서 자동이동이 이루어지게 할 수 있다.

이와같은 자동이동모듈(190)은 케이스(110)의 제어부(160)와 연결되어 작동신호를 제어하고, 케이스 외부에 별도로 풀림버튼을 설치하여, 센서장착부로 스트립센서모듈을 삽입하기 위해 걸림바를 하향으로 회동시키고 스트립센서모듈의 삽입이 완료되면 원위치로 복귀하여 걸림이 이루어지게 하거나, 측정이 완료되고 스트립센서 모듈을 탈거시키기 위해 걸림바를 하향이동시키게 할 수 있다.

10 : 스트립센서 모듈
20 : 본체판
20a : 투입파트 20b : 지지파트
21 : 측면삽입구 22 : 샘플투입구
23 : 전개용액투입구 24 : 본체열조절구
25 : 표시통공
211 : 절단날부 212 : 걸림홈
231 : 전개용액수용조
30 : 바닥판
31 : 바닥열조절구 32 : 센서안치구
33 : 열전달판
331 : 열전달돌기
40 : 스트립센서
41 : 샘플패드 42 : 컨쥬게이트패드
43 : 멤브레인 44 : 흡수패드
45 : 기판
431 : 검출영역
50 : 슬라이드판
51 : 샘플수용홈 52 : 밀폐필름
53 : 걸림돌기 54 : 이동돌기
100 : 분자진단 현장검사 장치
110 : 케이스 120 : 센서장착부
130 : 펠티어모듈 140 : 전원공급부
150 : 송풍팬 160 : 제어부
170 : 모니터 180 : 카메라
190 : 자동이동부
191 : 지지대 192 : 걸림바
193 : 이동기어 194 : 캠
191a : 스프링 191b : 힌지
192a : 걸고리 192b : 기어치
193a : 모터

Claims

PCR 반응과 스트립센서에 의한 검출을 연속으로 수행할 수 있는 스트립센서 모듈에 있어서,
일측 단부측면에서 길이방향으로 형성된 측면삽입구(21)와, 일측단부와 근접된 상부면에서 측면삽입구로 수직천공된 샘플투입구(22)와, 상기 샘플투입구에서 길이방향으로 이격되어 상부면에서 측면삽입구를 관통하여 하부까지 수직천공된 전개용액투입구(23)가 형성되고, 샘플투입구과 전개용액투입구 사이에서 측면삽입구 저면으로부터 하부 방향으로 관통된 본체열조절구(24)가 형성된 투입파트(20a)와; 상기 투입파트에서 타측단부방향의 저면에서 하부로 돌출되어 개재되는 스트립센서의 검출영역을 상부로 표시하기 위해 길이방향으로 길게 관통된 표시통공(25)이 형성된 지지파트(20b);로 구성되는 본체판(20)과;
상기 본체판 하부에 탈착 가능하게 결합되되, 본체판의 본체열조절구(24)와 동일축상으로 관통된 바닥열조절구(31)와, 센서안치부(32)로 구성된 바닥판(30)과;
상기 바닥판의 센서안치부에 안치되는 바형태의 스트립센서(40)와;
상기 본체판의 측면삽입구(21)로 슬라이딩 이동가능하게 장착되고, 삽입되는 단부측과 근접된 부분에는 샘플투입구(22)에서 투입된 샘플용액을 수용하는 샘플수용홈(51)이 형성되고, 저면에는 관통된 샘플수용홈의 하부를 임시폐구하는 밀폐필름(52)이 부착된 슬라이드판(50);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스트립센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 바닥판의 저면에는, 열전달판(33)이 더 부착되되, 상기 열전달판(33)은 상부로 돌출된 열전달돌기(331)를 형성하여 열전달돌기가 바닥판의 바닥열조절구(31)와 본체판의 본체열조절구(24)를 삽통하여 슬라이드판 저면에 접하여 열전달이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 스트립센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 스트립센서 모듈(10)은
샘플투입구(22), 전개용액투입구(23) 및 스트립센서(40)를 복수로 구성하고, 하나의 열전달판(33)에 의해 열전달이 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트립센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 전개용액투입구(23)는 상부면을 확장시켜 전개용액수용조(231)를 더 형성한 것을 특징으로 하는 스트립센서 모듈.
제4항에 있어서,
상기 전개용액수용조를 포함하는 전개용액투입구(23)는 내부에 검출에 필요한 시료가 포함된 전개용액을 저장하고 상하부에 필름으로 차단시켜 사용시 천공기의 천공에 의해 저장된 전개용액이 투입되게 구성한 것을 특징으로 하는 스트립센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드판(50)은 측면에 걸림돌기(53)를 형성하고,
상기 측면삽입구(21)는, 슬라이드판의 샘플수용홈(51)이 본체판의 샘플투입구(22), 본체열조절구(24), 전개용액투입구(23)의 중앙과 일치하는 부분에 위치했을 때의 측면에 슬라이드판의 걸림돌기와 대응되는 걸림홈(212)이 형성되어 슬라이딩 이동시 정위치 이동이 가능하게 한 것을 특징으로 하는 스트립센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드판(50)은 샘플수용홈(51)을 샘플투입구(22)와 동일 수직선상에 위치시켰을 때 전개용액투입구(23)까지 슬라이드판이 폐구할 수 있는 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 스트립센서 모듈.
1항 내지 7항 중 어느 한 항의 스트립센서 모듈을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치에 있어서,
수용공간을 갖는 케이스(110)와;
상기 케이스의 상부면에 위치하여 스트립센서 모듈(10)을 고정시키는 센서장착부(120)와;
상기 센서장착부 하부의 수용공간에 위치하고, 상부의 펠티어소자는 케이스 외부의 센서장착부로 돌출시켜 센서장착부에 장착되는 열전달판이 없는 스트립센서 모듈의 바닥판 열조절구와 본체판 본체열조절구를 삽통하여 슬라이드판 저면에 접하거나, 열전달판을 구비한 스트립센서 모듈의 열전달판에 접하여 열을 공급하는 펠티어모듈(130)과;
상기 케이스 수용공간에 장착되어 펠티어모듈에 전원을 공급하는 전원공급부(140)와;
상기 케이스의 일측에 설치되어 수용공간의 공기를 순환시키는 송풍팬(150)과;
상기 펠티어모듈와 송풍팬의 작동과 내부 신호를 제어하는 제어부(160);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분자진단 현장검사 장치.
1항 내지 7항 중 어느 한 항의 스트립센서 모듈을 이용한 스트립센서 기반의 분자진단 현장검사 장치에 있어서,
수용공간을 갖는 케이스(110)와;
상기 케이스의 측면에 위치하여 스트립센서 모듈을 내입시켜 고정시키는 센서장착부(120)와;
상기 케이스 수용공간 중 센서장착부 하부에 위치하고, 장착된 스트립센서 모듈의 열전달판과 면접촉하여 열전달판을 통해 열을 공급하는 펠티어모듈(130)과;
상기 케이스 수용공간에 장착되어 펠티어모듈에 전원을 공급하는 전원공급부(140)와;
상기 케이스의 일측에 설치되어 수용공간의 공기를 순환시키는 송풍팬(150)과;
상기 펠티어모듈와 송풍팬의 작동과 내부 신호를 제어하는 제어부(160);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분자진단 현장검사 장치.
제9항에 있어서,
상기 케이스 수용공간에는 삽입된 스트립센서 모듈(10)의 상부에 카메라(180)를 위치시키고, 케이스 상부면에는 모니터(170)를 설치하여 내입된 스트립센서 모듈의 검출결과를 모니터(170)에 표시하도록 한 것을 특징으로 하는 분자진단 현장검사 장치.
제9항에 있어서,
상기 스트립센서 모듈의 슬라이드판(50)은 양측면으로 이동돌기(54)를 더 형성하고,
상기 케이스 수용공간에는 센서장착부(120) 일측에 설치되어 슬라이드판을 자동으로 이동시키는 자동이동모듈(190)을 더 구비하되,
상기 자동이동모듈(190)은,
스트립센서 모듈의 양측 또는 일측에 설치되고 센서장착부(120)의 입구와 근거리 부분에는 케이스 상부와 스프링(191a)으로 연결되고, 센서장착부의 입구와 원거리부분에는 힌지(191b)로 케이스에 고정되어 힌지를 중심으로 하향탄성회동이 이루어지는 지지대(191)와;
상기 지지대(191)에서 수평으로 이동가능하게 결합되고, 일측단부에는 슬라이드판의 일측 또는 양측에 형성된 이동돌기(54)에 걸리는 걸고리(192a)가 형성되고, 측면에는 기어치(192b)가 형성된 걸림바(192)와;
상기 걸림바의 기어치(192b)와 치합되고, 지지대(191)에 고정설치된 모터(193a)의 동력으로 회전하여 걸림바(192)를 길이방향으로 이동시키는 이동기어(193)와;
케이스(110)에 장착되어 지지대의 일측을 밀어 하향으로 회전시켜 슬라이드판(50)에서 걸림바(192)를 탈거시키는 캠(194);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분자진단 현장검사 장치.