KR101791504B1

KR101791504B1 - 대형 샘플량을 로딩하기 위한 겔 전기영동장치

Info

Publication number: KR101791504B1
Application number: KR1020157016281A
Authority: KR
Inventors: 주잉 왕; 홍 치안; 유안밍 리아오; 타오 바이
Original assignee: 난징진시루이 사이언스 앤드 테크놀로지 바이올로지 코포레이션
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2017-10-30
Also published as: KR20150085075A; EP2923198B1; US9061236B2; JP2016501368A; CN104956214A; CN104956214B; US20140138249A1; EP2923198A1; WO2014081625A1; JP6196680B2

Abstract

더욱 큰 샘플량을 수용할 수 있는 샘플웰을 구비하고, 겔해상도를 향상시킬 수 있는 겔 전기영동을 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는, 적어도 하나의 플레이트가 겔 카세트의 상부의 개구을 넓히기 위한 단차 내면을 갖는 전면 플레이트(12) 및 후면 플레이트(14)를 포함하는 겔 카세트(10)와, 겔매질과, 겔 카세트의상부 개구와 실질적으로 동일한 두께의 투스(46)를 갖는 콤브(42)를 포함한다. 이런 장치를 사용함으로써, 표준 겔 카세트의 웰에 샘플 로딩하는 것에 비하여, 각각의 웰의 샘플로딩량을 증가될 수 있고 또한 웰 내의 샘플 높이를 현저하게 감소시킬 수 있다.

Description

대형 샘플량을 로딩하기 위한 겔 전기영동장치{Gel electrophoresis device for loading large sample volumes}

본 발명은 겔 전기영동을 수행하기 위한 장치이다. 구체적으로, 본 발명은 생물고분자 분리를 위한 향상된 겔 전기영동장치에 관한 것으로 해당 장치는 대형 샘플 로딩량을 수용할 수 있고 겔 해상도를 개선할 수 있다.

겔 전기영동은 단백질과 핵산(DNA와 RNA) 등 생물 분자의 분리에 늘 사용되는 기술이다. 일반적으로, 해당 방법은 생물 샘플을 함유하는 다공성 중합 겔매질에 전류를 인가하는 것을 포함한다. 일반적으로, 샘플 성분은 그 전하 및/또는 사이즈가 상이함으로 인하여 겔 매질 내에서 상이한 속도로 이동한다. 분자는 중합 젤매질을 통한 이동으로 일련의 스트립을 형성하고, 각각의 스트립은 다른 분자와 대응된다.

아크릴아미드 또는 아가로스 젤 매질은 생물 분자의 분리에 통상적으로 사용된다. 겔 매질은 단량체와 가교시제가 공중합되어 생성하는, 분자의 통과를 허용하는 홀구조로 구성되는 것이다. 기타 겔, 예를 들면 전분 겔도 전기 영동에 사용될 수 있다. 겔 매질 재료의 선택은 일반적으로 분리하고자 하는 생물 분자 유형에 의해 결정된다. 폴리아크릴아미드겔은 투명성을 구비하고 홀의 크기도 단백질에 적합한 범위이므로, 단백질 분리를 위하여 폴리아크릴아미드겔전기영동(PAGE)이 일반적으로 사용된다. 상이한 비전하의 단백질은 폴리아크릴아미드 매질을 통과하는 속도도 상이하다. 일련의 이미 알려진 분자량의 단백질을 마커로 하여, 특정 단백질의 사이즈 및/또는 분자량을 추정해 낼 수 있다.

폴리아크릴아미드 겔은 Raymond와 Weintraub가 1959년에 처음으로 겔 전기영동의 지지매질(Raymond, S. andWeintraub, L. Acrylamide gel as a supporting medium for zone electrophoresis. Science, 1959, 130: 711-711)로 사용한 것이다. 그후, Ornstein(Ornstein, L. Disc Electrophoresis, 1, Background and Theory. Ann. New York Acad. Sci., 1964, 121: 321-349)와 Davis(Davis, B.J. Disc Electrophoresis. 2, Method and application to human serum proteins.Ann. New York Acad. Sci., 1964, 121: 404-427)가 연구를 거쳐 개선시켰다. 일반적으로, 아크릴단량체와 가교제인 비즈아크릴아마이드(Bis-acrylamide)를 함유하는 용액은 특정의 완충액과 개시제가 존재하는 경우에 실온에서 중합이 발생한다. 필요하는 겔 해상도는 겔 용액 중의 상이한 성분의 농도를 조절함으로써 구현할 수 있다. 상이한 용도의지지 매질을 제조하는 데 필요한 겔 용액의 성분과 농도는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

겔 전기영동에 사용되는 기본 장치는 (1)겔 매질을 지지하는 2장의 플레이트로 구성되는 겔 카세트와, (2)겔 카세트를 고정하고 전원과 연결되어 분자가 겔 매질내에서의 이동을 위하여 필요하는 전류를 제공하기 위한 전기영동장치를 포함한다. 전기영동장치는 또 겔의 상부와 하부를 완충액과 각각 접촉시키기 위한 완충액홈을 포함하고, 완충액은 겔 매질 내에서 전류를 전도하기 위한 이온 용액일 수 있다. 유리 또는 플라스틱 플레이트는 일반적으로 폴리아크릴아미드 젤을 충진하기 위한 겔 카세트를 제조하는데 사용될 수 있다. 플라스틱 플레이트에 충진한 폴리아크릴아미드겔에 비하여, 유리 플레이트에 충진한 겔은 겔 전기 영동시에 더욱 양호한 해상도를 나타낸다. 하지만, 유리는 깨지기 쉽고 또 번잡한 과정을 거쳐 겔을 제조해야 하므로대량 생산에 적합하지 않다. 간편성과 경제성 때문에, 플라스틱 몰드가 더욱 많이 프리캐스트겔(Precast gels)의 제조에 사용된다. 플라스틱 플레이트는 특수한 표면 도포를 거쳐 고분자 스트립 분리의 해상도를 향상시킬 수 있다.

표준 겔 카세트는 함께 고정된 2장의 유리 또는 플라스틱 플레이트에 의해 구성되며 그 밑부는 테이프에 의해 임시적으로 밀봉된다. 각각의 플레이트의 수직 가장자리를 배치된 스페이서는 플레이트 사이에 하나의 공간을 형성할 수 있는데, 이를“겔 챔버”라고 칭할 수 있고, 겔 매질을 충진하는데 사용된다. 겔 매질 용액을 밀폐된 겔 카세트 내에 주입시키고, 중합 반응을 통하여 고화시킨다. 샘플을 수용하는 공간을 형성하기 위하여, 즉“샘플웰”을 형성하기 위하여 겔의 중합 과정이 완성되기전에 콤브를 2장의 플레이트 상부에 삽입하고, 콤브 투스를 아래로 겔 매질 내에 매입한다. 이밖에, 한 장의 플레이트는 일반적으로 양측의 수직 가장자리를 제외한 부분의 상부를 자르게 되는데, 이로써 카세트가 전기영동 장치에 위치될 때 완충액이 겔매질을 접촉하도록 하는 상단의 슬롯을 형성할 수 있다. 이런 슬롯은 샘플의 로딩에 유리하다.

플레이트 사이의 간격은 겔의 두께를 결정한다. 예를 들면, 비교적 큰 플레이트 간격은 비교적 두꺼운 겔을 형성한다. 표준 겔 카세트에서, 플레이트 사이의 간격은 플레이트의 폭과 높이 방향에서 일정함을 유지한다. 더욱 구체적으로, 단백질 분리를 위한 표준 겔 카세트의 플레이트 사이의 간격은 1mm이다. 따라서, 겔과 샘플웰의 두께도 1mm이다.

겔에 첨가되는 샘플의 체적은 샘플웰의 사이즈에 제한을 받고, 또한 대부분 경우 매우 작은 체적만 수용될 수 있다. 하지만, 겔의 샘플 로딩량을 증가해야 하는 수요가 있는데, 특히 분석대상인 샘플 중에 대상 분자의 농도가 매우 낮을 때 더욱 필요하다. 일반적으로 2가지 방법으로 샘플웰의 사이즈를 증가시켜 샘플 로딩량을 증가시킨다. 첫 번째 방법은, 더욱 두꺼운 겔을 제조한다. 샘플 로딩량의 증가와 젤의 두께는 정비례를 이룬다. 하지만, 전기영동시 비교적 두꺼운 겔은 더욱 큰 전류로 필요하는 전계강도를 제공해야 한다. 비교적 큰 전류는 겔 내의 열량 발생을 증가시켜, 겔의 해상도와 성능을 감소시킨다. 비교적 두꺼운 겔은 단백질의 필름 전환 효율을 감소시킨다. 하지만 이는 통상적인 하류 분석 방법에 필요한 것으로, 예를 들면 Western blotting이다. 두 번째 샘플 로딩량을 증가시키는 방법은, 비교적 긴 콤브투스를 구비하는 콤브를 사용하여 샘플웰의 깊이를 증가하는 것이다. 하지만, 샘플웰 내의 샘플 높이를 증가시키면 겔의 해상도가 떨어지고, 또한 가끔 유사한 크기의 단백질 또는 기타 생물 분자가 효과적으로 분리될 수 없는 경우가 발생하기도 한다.

겔 해상도 와 성능은 상기 경우 이외의 기타요소의 영향도 받는다. 가장 바람직한 해상도를 얻기 위하여 샘플을 가능한 샘플웰의 하부에 로딩해야한다. 구체적인 조작 과정에서, 표준 1mm 겔 카세트의 플레이트 간격은 너무 좁아, 표준 피펫팁(Pipette tips)은 플레이트 사이에 삽입되어 샘플웰의 하부까지 진입할 수 없으므로, 샘플을 샘플웰 내에 주입하는 것이 어렵게 된다. 또한, 샘플이 전기영동라인을 따라 이전하도록 샘플을 샘플웰 내에 첨가 및 유지시켜야 한다. 하지만, 중합후 콤브를 제거하면, 샘플웰의 겔의 벽체 간격은 원위치에 고정되지 못하고 자유롭게 이동한다. 이로 인하여, 샘플의 전기영동라인이 변형되고 샘플 로딩이 어렵게 되며 전기영동 후의 대분자 스트립이 만곡된다.

따라서, 겔 두께와 샘플웰의 높이를 변화시키지 않으면서 샘플 로딩량을 증가시키는 겔 카세트를 필요로 한다. 이런 샘플 로딩량의 증가는 겔의 해상도에 영향을 미치지 않아야 하고 또한 겔 카세트를 고정하는 전기영동장치를 변화시키지 않아야 한다. 또한, 샘플웰의 벽체 간격이 콤브를 제거한 후 원위치에 고정될 수 있는 겔 카세트를 설계하여 샘플 로딩의 편리성을 실현하고 겔의 해상도를 개선시켜야 한다.

본 발명은 개진된, 겔 전기영동을 제조하기 위한, 특히 PAGE의 프리캐스트젤의 장치를 제공한다. 이 장치는 겔 카세트, 콤브 및 겔매질로 구성되고, 이로 구성되는 샘플의 샘플웰은 표준 겔 카세트와 콤브에 의해 형성된 샘플웰에 비하여 수용할 수 있는 샘플의 양이 더욱 많다. 본 발명에 따른 방법은, 겔의 샘플웰이 더욱 많은 샘플량을 수용할 수 있고, 기타의 샘플 로딩량 증가방법에 비하여 전기영동시에 더욱 좋은 해상도를 실현한다.

본 발명의 일 양태는 겔 카세트를 제공하는바, 상기 겔 카세트는 전면 플레이트와 후면 플레이트를 포함하고, 그 중의 적어도 한 장의 플레이트의 내면에 단차 구조가 구비된다. 단차 구조를 구비하는 플레이트는 상부영역과 하부영역을 포함하고, 상부영역은 하부영역보다 최소한 0.05mm 얇다. 따라서, 전면 플레이트와 후면 플레이트의 내면이 마주하여 배치 및 고정된 후, 겔 카세트의 상부 영역에서 2장의 플레이트로 형성되는 간격(즉, 겔 챔버)은 그 하부 영역에서 형성된 간격보다 크다.

본 발명의 다른 양태는 겔 카세트의 상부 개구에 삽입되는 콤브를 제공하는바, 상기 콤브는 적어도 하나의 콤브 투스를 구비하여 겔 매질 내에 진입된다. 콤브 투스의 두께는 실질적으로 전면 및 후면 플레이트의 상부 영역에서 형성된 간격과 동일하다. 바람직한 실시예에서, 콤브 투스의 길이는 실질적으로 플레이트의 얇은 상부 영역의 높이와 동일하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 콤브를 겔 카세트에 삽입할 때 형성되는 샘플웰의 용량은, 플레이트 간격과 샘플웰의 두께가 모두 고정 불변하는 표준 겔 카세트와 콤브에 의해 형성되는 샘플웰의 용량보다 크다.

본 발명의 다른 양태가 제공하는 겔 카세트는, 후면 플레이트의 상부 영역에 하나의 오목홈 설계가 구비되고, 상기 오목홈은 중합된 겔매질의 샘플웰의 벽 사이에 네트워크가 생성되도록 한다. 상기 오목홈의 폭은 0.05mm이고, 깊이는 0.05mm이다. 콤브가 겔 카세트에 삽입된 후, 겔 매질은 콤브 투스 사이의 공극을 충진하고 오목홈에 유입된다. 이는 샘플웰을 정확하게 위치시키는 수단을 제공하여 샘플 로딩 및 전기영동시에 이동하는 것을 방지할 수 있는 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전기영동장치는 겔 카세트와 콤브를 포함하고, 겔 카세트는 전면 플레이트와 후면 플레이트로구성되며 그 중의 적어도 한 장의 플레이트에 단차 구조를 갖는 내면을 가짐으로써 전면/후면 플레이트의 하부영역의 간격은 1 mm, 상부영역의 간격은 적어도 1.05mm가 되도록 한다. 투스의 두께는 1mm 보다 크고, 이는 겔 카세트의 상부 영역의 플레이트 간격과 실질적으로 동일하다.

본 바람직한 실시예에서 설명된 장치로 충진한 겔 샘플웰의 용량은 표준 1 mm겔 카세트와 콤브에 의해 충진한 1mm 두께의 겔의 샘플웰의 용량보다 적어도 10% 크다.

본 발명의 내용을 더욱 잘 이해하도록, 후술의 내용에서 각종 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하고, 대응하는 참조번호는 대응하는 부품을 지칭할 수 있다. 도면 및 그 상세한 설명은 본 발명을 위하여 다양한 실시예를 제공하지만, 본 발명의 범위는 이런 실시예와 관련된 설명 및 도면에 한정되는 것이 아니다.
도면에서,
도 1a와 1b는 각각 조립된, 본 발명에 따른 2장의 플라스틱 플레이트로 구성되는 겔 카세트의 측면 사시도와 단면도이다.
도 2a와 2b는 각각 본 발명에 따른 전면 플레이트의 내면의 사시도와 단면 두께도이다.
도 3a와 3b는 각각 본 발명에 따른 후면 플레이트의 내면의 사시도와 단면 두께도이다.
도 4는 본 발명에 따른 조립된, 겔 카세트와 12개 투스의 콤브로 구성되는 장치를 나타낸다.
도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 12개 투스의 전면 사시도, 후면 사시도, 후 측면도 및 단면도이다.
도 6a와 6b는 각각 표준 1 mm 겔 카세트와 본 발명에 따른 1 mm 겔 카세트에의해 샘플 로딩시의 단면 대조도이다.
도 7a와 7b는 각각 표준 1 mm 겔 전기영동 장치와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1 mm 겔 전기영동 장치를 사용하여 전기영동할 때의 겔 전기영동 이미지이다.

본 문서에 인용된 모든 문헌과 특허는 참고자료로 결합된다. 별도로 설명하지 않는 한, 본 문서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 일반적으로 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 이밖에, 특정 용어는 명세서에서 설명된 의미를 갖는다.

여기서 사용되는“겔 카세트(gel cassette)”란 용어는 서로 마주하도록 정렬된 2장의 플레이트들이 조립되고, 2장의 플레이트 사이에 간격이 형성되도록 함께 고정된 장치를 말한다. 2개의 플레이트들 사이에 형성된 간격을“겔 챔버(gel chamber)”라고 칭한다. 겔 매질(gel matrix)은 겔 챔버 내에 수용된다. 겔 카세트의 사이즈와 기타 성질을 설명하기 위한 특정 용어는 다음과 같은 의미를 갖는다. 플레이트의“상부길이”란 그 상부 가장자리를 따라 플레이트의 수직 가장자리에 수직하는 방향을 따라 연장된 치수를 말하고, “플레이트 간격”이란 플레이트의 평면 방향에 수직하는 방향을 따라 2개의 플레이트 사이에 측정된 거리를 말하며, “상부 개구”또는“상부영역의 간격”은 2개의 플레이트의 상부 가장자리의 진입 가능한 2개 플레이트 사이의 간격을 말하고, “하부 개구”또는“하부영역의 간격”이란 2개의 플레이트의 하부 가장자리의 진입 가능한 2개 플레이트 사이의 간격을 말하며, “겔 두께”란 겔이 겔 카세트를 형성하도록 조립된 플레이트들의 평면에 수직하는 방향에 따른 치수를 말한다.

여기서 사용되는“웰(well)”또는“샘플웰(sample well)”이란 콤브가 겔 카세트의 상부 개구에 삽입될 때, 투스가 겔 매질로 진입되어 콤브의 투스에 의해 형성되는, 겔 카세트의 상부 가장자리를 따라 겔 매질 내에 형성되는 샘플 공간을 말한다. “웰두께”란 샘플웰이 겔 카세트를 형성하는 플레이트의 평면에 수직하는 방향에 따른 웰의 치수를말한다.

여기서 사용되는“표준겔 카세트”와“표준 겔 카세트 및 콤브”는 모두 겔 카세트를 구성하는 플레이트 간격이 일정한 전기영동장치를 말한다. 더욱 구체적으로, “표준 1 mm 겔 카세트”와“표준 1 mm 겔 카세트 및 콤브”란 겔 카세트를 형성하는 플레이트 간격, 젤 두께와 샘플웰의 두께가 모두 1 mm를 유지하는 전기영동장치를 말한다. 표준 1 mm 겔 카세트에 사용되는 콤브투스의 두께도 1 mm이다.

도면을 참조하면, 도 1a는 일반적으로 부호 10으로 표시되는, 본 발명의 실시예에 따라 조립된 겔 카세트를 도시한 것이다. 겔 카세트(10)는 2장의 플레이트인 전면 플레이트(12)와 후면 플레이트(14)로 구성된다. 전면 플레이트와 후면 플레이트는 각각 상부 가장자리(16)와 하부 가장자리(18) 및 양측 가장자리(20)를 갖는다. 각각의 플레이트에는 2개의 표면인 내면과 외면이 있다. 겔 카세트를 조립할 때, 전면 플레이트와 후면 플레이트의 내면을 마주하여 서로 대응하는 가장자리를 따라 일치시킨다. 전면 플레이트와 후면 플레이트의 내면은 후술하는 바와 같이, 도 2a 및 3a에서각각 상세하게 설명된다. 전면 플레이트의 상부 가장자리(16)에는 양측 가장자리를 제외하고 그 상부 길이를 따라 가로지르는 슬롯(22)이 구비되어, 전기영동시에 겔 매질의 상부 가장자리가 완충액과 접촉되도록 하고 또한 편리하게 샘플 로딩을 진행할 수 있도록 한다. 따라서, 조립된 겔 카세트에서, 전면 플레이트의 상부가장자리(16)는 후면플레이트의 상부 가장자리(16) 보다 낮을 수 있다.

겔 카세트의 2장의 플레이트는 적합한 방법, 예를 들면 초음파 용접에 의해 함께 조립될 수 있다. 조립 후, 겔 카세트의 하부 개구는 적합한 테이프, 접착제 또는 폴리머 재료로 밀봉하거나 또는 밀봉하지 않을 수 있다. 겔 카세트에 충진되는겔 용액은 모든 적합한 매질 재료일 수 있는바, 이에 폴리아크릴아미드, 아가로스와 전분을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 하지만, 폴리아크릴아미드인 것이 가장 바람직하다. 플레이트는 모든 적합한 재료에 의해 제조될 수 있는바, 바람직하게는 플라스틱이고, PET, PVC, PMMA, SAN, PS, PE 또는 다양한 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 플레이트는 전기영동 과정의 관찰이 편리하도록 투명할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 겔 카세트의 전면 및 후면 플레이트의 양측 가장자리에 예를 들면 돌기와기둥(24)(도 1) 같은 추가적인 설계를 구비하여 편리하게 조립할 수 있도록 한다. 플레이트의 측부 가장자리를 따라 추가되는 이러한 설계도 스페이서로서 2장의 플레이트를 이격시켜 겔 매질을 수용할 수 있는 겔 챔버(25)를 형성한다(도 1b). 구체적으로, 이런 돌기는 겔 카세트를 조립하는 과정에서 스페이서의 작용을 하고, 기둥은 2개의 플레이트를 함께 고정시켜 플레이트가 조립 과정에서 변형이 발생하는 것을 방지한다. 이러한 추가적인 설계도 적합한 플라스틱 재료로 제조되는바, 이에 PET, PVC, PMMA, SAN, PS, PE 또는 다양한 중합체를 포함하지만 이에 한정되지않는다. 바람직하게는, 플레이트와 동일한 재료로 제조된다.

도 2a와 3a는 각각 전면 플레이트의 내면의 측면 사시도이고, 후면 플레이트의 내면의 측면 사시도이다. 도면에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 2개의 플레이트에 대하여 보조적으로 조립되는 추가적인 특징적 부품에 있어서, 전면 플레이트의 하부에 위치하는 원기둥형 기둥(26)은 후면 플레이트가 조립되는 과정에서 안쪽으로 휘어지는 것을 방지하기 위한 것이고, 전면 플레이트의 양측 가장자리에 위치하는 코너형 기둥(24)은 전면 및 후면 플레이트의 정확한 조립을 보조하여 겔 카세트를 형성하기 위한 것이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 후면 플레이트는 그 양측에 4개의 원기둥형 기둥(32)을 갖는다. 이런 원기둥형 기둥(32)과 전면 플레이트의 양측의 코너형기둥(24)은 서로 형합하여 전면 및 후면플레이트의 조립 과정 중의 정확한 위치결정을 보조한다. 이격되어 겔 챔버를 형성하는 전면 및 후면 플레이트의 위치를 결정하고, 함께 고정시키기 위한 다른 추가적인 부품이 사용될 수 있고, 여기에 구체적으로 설명된 것 들에 한정되지 않는다.

본 발명의 실시예에 의하면, 겔 카세트의 적어도 하나의 플레이트의 내면은 단차구조(stepped configuration)를 갖고, 상기 플레이트는 상부 영역과 하부 영역을 가지며, 플레이트의 상부 영역은 플레이트의 하부 영역보다 얇다. 도 2a와 2b에 도시된 바와 같이, 도 2b는 단차 구조를 구비하는 전면 플레이트의 단면도로서, 전면 플레이트의 두께를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 의하면, 전면 플레이트의 내면은 상부 영역(28)과 하부 영역(30)을 갖는다. 단차 영역(29)은 전면 플레이트를 상부 영역(28)과 하부 영역(30)으로 구분한다. 상부 영역은 높이(h1)를 가지며, 상기 높이(h1)는 상부 가장자리(16)로부터 단차 영역(29)까지의 거리이고, 하부 영역은 높이(h2)를 가지며, 상기 높이(h2)는 하부 가장자리(18)로부터 단차 영역(29)까지의 거리이다. 바람직한 경우, h1은 h2보다 작다. 바람직한 실시예에서, 상부 영역의 높이(h1)는 적어도 샘플웰을 형성하는 콤브 투스의 길이와 적어도 동일하다. 본 발명에 따른 콤브의 구체적인 실시예는 후술의 내용에서 상세하게 설명한다.

상기 전면 플레이트의 두께의 단면도인 도 2B를 참조하면, 전면 플레이트의 상부 영역의 두께는 t1이고, 전면 플레이트의 하부영역의 두께는 t2이다. 본 발명의 실시예에 의하면, t1은 적어도 t2보다 0.05 mm 얇다. 예를 들면, t1은 1.4 mm이고, t2는 1.8 mm이다. 다른 실시예에서, 후면 플레이트가 단차 구조를 갖는 내면을 가질 때, t1과 t2는 동일할 수 있다. 후면 플레이트의 내면에 단차 구조를 배치하는 것에 대하여 하기 상세하게 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 도 3A와 3B에 도시된 바와 같이 후면 플레이트는 단차 구조를 갖는 내면을 갖는다. 후면 플레이트의 내면의 측면 사시도인 도 3A를 참조하면, 단차 영역(38)은 후면 플레이트를 상부영역(34)과 하부영역(36)으로 구분한다. 상부 영역은, 단차 영역(38)에서 후면 플레이트의 상부 가장자리(16)까지 측정된 높이(h3)를 가지고, 하부 영역은, 단차 영역(38)에서 후면 플레이트의 하부 가장자리(18)까지 측정된 높이(h4)를 갖는다. 바람직한 경우, h3은 h4보다 작다. 바람직한 실시예에서, 상부 영역의 높이(h3)는 샘플웰을 형성하도록 사영된 콤브 투스의 길이와 적어도 동일하다.

상기 후면 플레이트의 두께 단면도인 도 3b를 참조하면, 후면 플레이트의 상부영역(34)의 두께는 t3이고, 후면 플레이트의 하부영역(36)의 두께는 t4이다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 2b에 도시되고 전술한 바와 같이 전면 플레이트에 단차 구조를 가지고, t1은 적어도 t2보다 0.05 mm 얇으면, t3과 t4는 동일할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 전면 및 후면플레이트 중 적어도 하나의 플레이트가 단차 구조를 갖는 내면을 가지기 때문에, 겔 카세트(도 1b)의 상부 개구의 간격(d1)은 겔 카세트의 하부 개구의 간격(d2)보다 크다. 하나의 실시예에서(예를 들면, 도 1b에 도시된 바와 같이), 전면 및 후면 플레이트는 모두 단차 구조를 가지고 있고, 플레이트들의 상부영역의 두께는 모두 하부영역의 두께보다 얇다. 즉, t1 은 적어도 t2보다 0.05 mm(도 2b)얇고, 이와 동시에 t3는 적어도 t4보다 0.05 mm(도 3b)얇다. 다른 하나의 실시예에서, 단지 전면 플레이트에만 단차 구조가 구비되면, 전면 플레이트의 상부영역은 그 하부영역보다 얇고, 후면 플레이트의 상부 영역과 하부영역의 두께는 동일하다. 다시 말해, t1 은 적어도 t2보다 0.05 mm얇고, t3과 t4는 동일하다. 또 다른 실시예에서, 단지 후면 플레이트에만 단차 구조가 구비되면, 후면 플레이트의 상부영역은 하부영역보다 얇고, 전면플레이트의 상부 영역과 하부 영역의 두께는 동일하다. 다시 말해, t1과 t2는 동일하고, t3은 적어도 t4보다 0.05 mm 얇다.

본 발명의 다른 실시예에서, 플레이트 사이의 거리(d1)는 또한 플레이트들의 상부 영역 사이의 간격을 말하고, 겔 카세트의 전체 상부영역에서 일정하다. 플레이트 사이의 거리(d2)는 또한 플레이트들의 하부 영역 사이의 간격을 말하고, 겔 카세트의 전체 하부영역에서 일정하다.

본 발명의 다른 측면은 콤브를 제공하고, 상기 콤브는 겔 카세트의 상부 개구 공간에 삽입된다. 본 발명에서 설명한 바와 같이, 여기서 사용되는 용어인“콤브(comb)”는 샘플웰을 형성하도록 사용된 템플릿을 지칭한다. 콤브는 약칭이“스파인(spine)”인 사각형 지지구조 및 손가락 형상의 돌기로 구성되고, 상기 돌기는 그 길이를 따라 스파인로부터 아래로 연장되며, “콤브 투스”로 지칭된다. 각각의 콤브 투스에는 양면인 전면과 후면이 있다. 스파인도 양면인 전면과 후면이 있다. 이런 콤브 투스의 사이즈를 설명함에 있어서 특정 용어는 다음과 같은 의미를 가진다. “길이”란 투스와 콤브의 스파인의 접촉부로부터 투스의 뾰족단 방향까지의 치수를 말하고, “두께”란 투스의 전면으로부터 후면 방향까지의 치수를 말하며, “폭”이란 그“길이”에 수직되어 그 투스의 표면 방향을 가로통과하는 치수를 말한다. 콤브는 모든 적합한 재료에 의해 제조될 수 있는바, 바람직하게는 플라스틱을 사용하지만, 상기 재료는 PET(polyethylene terephthalate), PVC(polyvinyl chloride), PMMA(polymethyl methacrylate), SAN(acrylonitrile-styrene), PS(polystyrene), PE(polyethylene) 또는 각종 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

도 4는 콤브와 겔 카세트를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 관한 설명에 의하면, 콤브(42)는 겔 카세트의 상부 개구에 삽입된다. 콤브는 스파인(44)과 적어도 하나의 투스(46)로 구성된다. 도 4에 도시된 구체적인 실시예에서, 상기 콤브는 12개의 투스를 구비한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 콤브는 적어도 하나의 투스를 포함하거나 15개 또는 더욱 많은 투스를 구비할 수 있다.

도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 실시예에 의해 설명되는 12개 투스를 구비하는 콤브의 전면 사시도, 후면 사시도, 후측 평면도 및 두께 단면도를 나타낸다. 바람직한 경우, 도 5c에 도시된 바와 같이, 이러한 콤브 투스는 콤브의 스파인의 길이방향에 따라 균일하게 분포된다. 더욱 바람직한 경우, 각각의 콤브 투스는 콤브의 스파인을 가까이 하는 쪽에서 폭이 상대적으로 크고, 콤브의 스파인에서 멀리하는 방향으로 점점 가늘어지면서 상부가 넓고 하부가 좁은 사다리꼴 형상을 나타낸다. 따라서, 스파인에 근접한 임의의 2개의 투스 사이의 폭(w2)은 콤브의 스파인에서 먼 임의의 2개의 투스 사이의 폭(w3)보다 좁다. 예를 들면, w2는 1.4 mm이고, w3는 2.03 mm이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 콤브 투스의 두께(t5)(도 5B와 5D)와 조립된 겔 카세트의 플레이트들의 상부 영역의 플레이트 간격(d1)(도 1)은 실질적으로 동일하다. 따라서, 콤브가 겔 카세트의 상부 개구의 공간에 삽입될 때, 각각의 투스의 전면(50)과 전면 플레이트의 상부 영역의 내면은 평면을 이루고, 각각의 투스의 후면(54)과 후면 플레이트의 내면의 상부 영역은 평면을 이룬다.

본 발명이 제공하는 콤브에는 플랜지(48)가 구비된다(도 5a). 상기 플랜지는 콤브의 스파인(44)의 길이를 따라 스파인과 콤브투스의 접촉부에 스파인의 전면(52)에 마련된다. 도 5d를 참조하면, 상기 플랜지는 각각의 투스의 전면(50)에 실질적으로 수직하는 방향으로 밖으로 돌출된다. 콤브가 겔 카세트의 상부 개구에 삽입될 때, 콤브투스의 전면(50)과 전면 플레이트의 내면은 마주하여 일치되고, 상기 플랜지는 전면 플레이트의 상부 가장자리에 걸린다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 12개 투스를 구비하는 콤브의 후면 사시도에 도시된 바와 같이, 상기 플랜지는 단지 스파인의 앞면에 배치되고, 각각의 투스의 후면(54)과 스파인의 후면(56)은 평면을 이룬다.

본 발명에 도시된 다른 실시예에 의하면, 도 3a와 3b에 도시된 바와 같이, 겔 카세트의 후면 플레이트의 내면의 상부 영역에 오목홈(40)이 구비된다. 상기 오목홈은 플레이트의 상부 가장자리에 평행한 방향을 따라 플레이트의 양측 가장자리를 제외하고 플레이트의 상부 길이를 가로지른다. 상기 오목홈의 바람직한 위치는 후면 플레이트의 상부영역이며, 전면 및 후면 플레이트가 조립되어 겔 카세트를 형성한 후 오목홈의 위치는 전면 플레이트의 상부 가장자리보다 낮지만 전면플레이트의 단차 영역보다 높게 된다. 도 3b를 참조하면, 상기 오목홈의 깊이(d3)는 적어도 0.05mm이며 폭(w1)은 적어도 0.05 mm이다. 예를 들면, d3는 0.8 mm이고, w1은 1.2mm이다. 오목홈의 깊이(d3)는 후면 플레이트의 상부영역의 두께(t3)보다 작다. 오목홈을 설계하는 목적은, 겔 챔버 내에서 겔 기질이 성형된 후 샘플웰의 벽들 사이에 겔네트워크가 형성되도록 하기 위한 것이다. 겔 네트워크는 샘플웰의 정확한 위치 결정을 유지하여 샘플 로딩을 용이하게 할 수 있고, 겔 해상도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 도시된 기타 다른 실시예에 의하면, 콤브의 각각의 투스의 전면의 길이는 각각의 투스의 후면의 길이보다 조금 짧다. 도 5c와 5d를 참조하면, 콤브의 각각의 투스의 전면의 길이(l1)는 그 후면의 길이(l2)보다 적어도 0.05 mm 짧다. 각각의 투스의 전후면의 길이차는(l3)로 표시된다(도 5c 참조). 투스와 스파인의 접촉단에서 투스의 경사 컷(canted cut)은 사면(bevel)(58)을 형성하여(도 5d) 투스 사이의 공극이 후면 플레이트의 오목홈(40)과 연통되도록 한다(도 3a와 3b). 콤브를 겔 카세트에 삽입한 후, 카세트에서 겔기질은 우선 콤브 투스 사이의 공극을 충진하고, 이후 후면 플레이트의 오목홈에 유입된다.

본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 겔 카세트의 하부 개구에서 플레이트 사이 거리(d2)는 1mm이고, 상부 개구에서의 플레이트 사이의 거리(d1)는 적어도 1.05mm이다. 콤브 투스의 두께(t5)는 실질적으로 d1과 동일하므로, 여기서 사용되는 콤브 투스의 두께는 업계의 표준적인 1mm 겔 카세트에서 사용되는 콤브 투스의 두께보다 조금 두껍다. 표준적인 1mm 겔 카세트는 전체 겔 카세트에 걸쳐 플레이트 사이의 간격이 균일하게 1mm이며 그 샘플웰의 두께도 1mm인 것과 비교할 경우, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 조립된 겔 카세트에서 샘플로딩체적은 약 10% 내지 120% 증가하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 겔 카세트의 상부 영역에서 플레이트 사이 간격은 비교적 크고, 이에 따라 표준 피펫팁을 사용하여 샘플웰을 손상시킴 없이 샘플웰의 하부까지 샘플 로딩할 수 있다. 도 6a와 6b는 각각 표준 피펫팁을 사용하여 표준 1mm 겔 카세트에 샘플 로딩하는 것과 표준 피펫팁을 사용하여 본 발명에 따라 조립된 겔 카세트에 샘플 로딩하는 것의 모식도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 표준 피펫팁은 샘플웰의 하부까지 샘플로딩 할 수 없다. 그러나 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 조립된 겔 카세트의 상부 개구의 폭이 상대적으로 크므로, 표준 피펫팁이 상부 개구에서 샘플웰의 하부까지 진입하는 것이 허용된다. 이로써, 샘플이 직접 샘플웰의 하부까지 로딩될 수 있다(도 6b). 상기 특징은 샘플 로딩 과정을 용이하게 하며 시험 공정을 간소화시키고 또한 겔 해상도를 향상시킨다.

본 발명의 다른 측면은, 표준 겔 카세트에서 동일 샘플 로딩 후 웰 내의 샘플 높이에 비하여 샘플 로딩후 웰 내의 샘플의 높이가 낮아지는 것을 제공한다(도 6a와 6b를 참조). 본 발명을 지지하여 진행되는 실험에서, 1mm의 표준 전기영동 겔 카세트에 의해 제조된 겔을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동 겔 카세트에 의해 제조된 겔과 비교하여 전기영동을 진행한다(도 7a와 7b). 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동 겔 카세트의 하부 영역의 플레이트 사이 거리는 1mm이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 1mm 표준 겔 카세트의 각각의 샘플웰에 6μL을 샘플 로딩한다. 도 7b에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동 겔 카세트의 각각의 샘플웰에 6μL을 샘플 로딩한다. 2분 동안 전기 영동 후 촬영한다. 본 발명의 전기 영동 겔 카세트에서 측정된 샘플 높이(h6)는 1mm 표준 전기영동 겔 카세트에서 측정된 샘플 높이(h5)에 비하여 2 ~ 3배 낮다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 설명되는 비교적 넓은 상부 개구를 구비하는 겔 카세트는 표준 전기영동 겔 카세트에 비하여 샘플 로딩되는 샘플의 높이를 효과적으로 낮출 수 있고, 최종적으로 전기영동의 해상도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

당업자에 의해 본 발명의 실시예를 기반으로 본 발명의 개념과 원칙을 벗어나지 않으면서 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 사상 및 첨부되는 특허청구범위에 의해 정의되는 범위 내의 모든 변형을 포함한다.

Claims

전기영동(electrophoresis)을 수행하기 위한 장치로서,
전면 플레이트와 후면 플레이트를 포함하고, 상기 전면 플레이트와 후면 플레이트는 각각 내면, 상부 가장자리, 하부 가장자리와 양측 가장자리를 구비하며, 상기 전면 및 후면 플레이트는 적어도 양측 가장자리를 따라 함께 고정되고, 그 내면들은 그 사이에 간격을 갖도록 마주하게 배열되어 겔챔버를 형성하며, 상기 전면 및 후면 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트의 내면은 단차 구조(stepped configuration)를 가져서 상기 적어도 하나의 플레이트는 상부영역과 하부영역을 가지며, 상부영역은 하부 영역의 두께보다 적어도 0.05mm 작은 두께를 가져, 상부 영역에서 전면 및 후면 플레이트 사이에 겔챔버 영역을 형성하는 간격은 하부 영역에서 전면 및 후면 플레이트 사이에 겔챔버 영역을 형성하는 간격보다 크며, 상부 영역에서 플레이트들 사이의 간격은 전체 상부 영역에서 일정한 겔 카세트(cassette)(ⅰ)와,
상기 겔 챔버 내부의 겔 기질(gel matrix)(ⅱ) 및
전면 플레이트와 후면 플레이트의 상부 영역의 공간으로 삽입되는 콤브(comb)(ⅲ)를 포함하며,
상기 콤브는 스파인(spine) 및 상기 스파인으로부터 아래 방향으로 상기 겔 기질 내로 연장된 복수 개의 투스(tooth)를 가지고, 복수 개의 투스에서 인접하는 투스 사이의 간격에는 겔 기질이 채워져서 전기영동을 수행하기 위해 콤브를 제거할 때 겔 기질 내 복수 개의 웰을 형성하며, 복수 개의 투스는 일정하고, 전면 플레이트와 후면 플레이트의 상부 영역들 사이의 간격과 실질적으로 동일한 두께를 가지고, 복수 개의 웰들은 전면 플레이트 및 후면 플레이트들의 상부 영역에 형성되는, 장치.
제1항에있어서,
상기 적어도 하나의 플레이트의 상기 상부 영역은 높이를 가지고, 콤브의 복수 개의 투스는 길이를 가지며, 적어도 하나의 플레이트의 상부 영역의 높이는 상기 콤브의 복수 개의 투스의 길이와 실질적으로 동일한 장치.
제1항에있어서,
상기 겔 카세트의 전면 플레이트에는 슬롯(cutout)이 구비되어 있고, 상기 슬롯은 좌우양측 가장자리 부분을 제외하고 전면 플레이트를 가로질러 연장되어, 전면 플레이트는 상부 가장자리가 후면 플레이트의 상부 가장자리 보다 낮은 장치.
제1항에있어서,
상기 겔 카세트의 후면 플레이트는 오목홈을 가지며, 오목홈은 후면 플레이트의 상부영역을 따라 후면 플레이트의 내면에 형성되고, 오목홈은 상부 가장자리와 평행한 방향을 따라 후면 플레이트의 양측 가장자리 사이로 연장되며, 오목홈은전면 및 후면플레이트가 함께 고정된 때 전면 플레이트의 상부 가장자리와 하부 영역 사이에 위치되고, 오목홈은 겔기질을 함유하여 서로 인접한 웰들의 벽을 연결하는 겔 네트워크(gel network)를 제공하는 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 오목홈은 적어도 0.05mm의 폭을 갖고, 적어도 0.05mm의 깊이를 갖는 장치.
제1항에있어서,
콤브의 복수 개의 투스는 전면과 후면을 구비하고, 상기 복수 개의 투스가 지지부로부터 사면(bevel)을 형성하는 각도로 절단되고, 상기 복수 개의 투스의 전면은 상기 복수 개의 투스의 후면보다 짧은 장치.
제6항에있어서,
콤브의 복수 개의 투스의 전면은 상기 콤브의 복수 개의 투스의 후면보다 적어도 0.05mm 짧은 장치.
제1항에있어서,
상기 콤브의 스파인은 전면과 후면을 구비하고, 플랜지는 복수 개의 투스가 스파인과 만나는 경계에 스파인의 전면에 구비되며, 플랜지는 투스의 전면에 실질적으로 수직하는 방향을 따라 밖으로 연장되며, 콤브가 전면 플레이트와 후면 플레이트의 상부영역의 공간에 삽입되며 복수 개의 투스의 전면과 전면 플레이트의 내면이 서로 마주하여 접촉할 때, 플랜지는 전면 플레이트의 상부 가장자리에 받쳐지는 장치.
제1항에있어서,
상기 콤브는 2 ~ 15개 투스를 구비하는 장치.
제1항에있어서,
상기 겔 카세트의 하부에서 전면 및 후면 플레이트 사이의 거리는 1mm인 장치.
제1항에있어서,
겔기질 내의 웰은 표준 1mm 겔 카세트에 비하여 20% ~ 100% 이상의 샘플을 수용하는 장치.
제1항에있어서,
상기 전면 및 후면플레이트는 모두 단차 구조를 갖는 내면을 갖는 장치.
전기영동(electrophoresis)을 수행하기 위한 장치로서,
전면 플레이트와 후면 플레이트를 포함하고, 상기 전면 플레이트와 후면 플레이트는 각각 내면, 상부 가장자리, 하부 가장자리와 양측 가장자리를 구비하며, 상기 전면 및 후면 플레이트는 적어도 양측 가장자리를 따라 함께 고정되고, 그 내면들은 그 사이에 간격을 갖도록 마주하게 배열되어 겔챔버를 형성하며, 상기 전면 및 후면 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트의 내면은 단차 구조(stepped configuration)를 가져서 상기 적어도 하나의 플레이트는 상부영역과 하부영역을 가지며, 상부영역은 하부 영역의 두께보다 적어도 0.05mm 작은 두께를 가져, 상부 영역에서 플레이트들 사이에 겔챔버 영역을 형성하는 간격은 하부 영역에서 플레이트들 사이에 겔챔버 영역을 형성하는 간격보다 크며, 상부 영역에서 플레이트들 사이의 간격은 전체 상부 영역에서 일정한 겔 카세트(cassette)(ⅰ)와,
전면 플레이트와 후면 플레이트의 상부 영역의 공간으로 삽입되는 콤브(comb)(ⅱ)를 포함하며,
상기 콤브는 스파인(spine) 및 복수 개의 투스를 가지고,
상기 콤브는 전면 플레이트와 후면 플레이트의 상부 영역의 공간으로 삽입되고, 복수 개의 투스는 상기 스파인으로부터 상기 겔 챔버를 향해 아래 방향으로 연장되며, 복수 개의 투스에서 인접하는 투스 사이의 간격에는 겔 챔버 내 수용된 겔 기질이 채워지고,
복수 개의 투스는 일정하고, 전면 플레이트와 후면 플레이트의 상부 영역들 사이의 간격과 실질적으로 동일한 두께를 가져, 전기영동을 수행하기 위해 콤브를 제거할 때 겔 챔버 내 수용된 겔 기질 내 복수 개의 웰을 형성하며, 복수 개의 웰은 전면 플레이트 및 후면 플레이트들의 상부 영역에 형성되는, 장치.
제13항에 있어서,
상기 겔 카세트의 후면 플레이트는 오목홈을 가지며, 오목홈은 후면 플레이트의 상부영역을 따라 후면 플레이트의 내면에 형성되고, 오목홈은 상부 가장자리와 평행한 방향을 따라 후면 플레이트의 양측 가장자리 사이로 연장되며, 오목홈은 전면 및 후면플레이트가 함께 고정된 때 전면 플레이트의 상부 가장자리와 하부 영역 사이에 위치되고, 오목홈은 겔기질을 함유하여 서로 인접한 웰들의 벽을 연결하는 겔 네트워크(gel network)를 제공하는 장치.
전기영동(electrophoresis)을 수행하기 위한 방법으로서,
(ⅰ) 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 장치에서, 복수 개의 웰을 형성하기 위해 전기영동을 수행하기 위한 콤브를 제거하는 단계; 및
(ⅱ) 적어도 하나의 웰에 샘플을 로딩하는 단계를 포함하는 방법.