KR101811026B1 - 유전자 판별칩 - Google Patents

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KR101811026B1
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이태재
신수정
이경균
배남호
이문근
이석재
임선영
신설이
정순우
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 유전자 판별칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정확하고 신속하게 유전자를 판별하기 위한 유전자 판별칩에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 외형을 형성하며, 시료주입구 및 배출구를 갖는 프레임부; 상기 프레임부의 내부에 마련되어 몸체를 형성하며, 주입된 시료가 이동 가능하도록 마련되는 바디부; 상기 바디부의 상부 일측에 결합되며, 상기 시료에 대한 중합효소 연쇄반응(PCR)이 수행되는 증폭부; 상기 바디부의 상부 타측에 결합되며, 상기 증폭부에 의해 증폭된 상기 시료와 신호물질을 혼합하여 혼합물질을 형성하는 믹서부; 상기 바디부의 타측에 마련되며, 상기 믹서부를 통과한 상기 혼합물질에 포함된 유전자를 판별하는 판별부를 포함하며, 상기 판별부는 상기 혼합물질의 전류량을 측정하여 상기 유전자를 판별하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩을 제공한다.

Description

유전자 판별칩{GENE READING CHIP}
본 발명은 유전자 판별칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정확하고 신속하게 유전자를 판별하기 위한 유전자 판별칩에 관한 것이다.
최근, 대상체의 유전자나 단백질 및 세포 등 나노 단위의 생체분자 거동을 직접적으로 확인하고 조작할 수 있는 나노-바이오 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 나노-바이오 기술은 질병을 진단하거나, 대상체의 종류 등을 판단할 수 있게 함으로써, 최근 적용되는 산업분야가 확대되고 있는 추세이다.
특히, 최근에는 랩온어칩(Lap on a chip)의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 랩온어칩이란 바이오 칩의 일종으로, 작은 크기의 칩 하나로 실험실에서 할 수 있는 연구를 수행할 수 있도록 만든 장치이다. 구체적으로, 랩온어칩은 플라스틱, 유리, 실리콘 등의 소재를 사용해 나노미터(㎚) 이하의 미세 채널을 만들고, 이를 통해 극미량의 샘플이나 시료만으로 기존의 실험실에서 할 수 있는 실험이나 연구 과정을 신속하게 대체할 수 있도록 만든 칩이다. 이러한 실용성으로 인해 랩온어칩은 지속적으로 개발되고 사용되고 있는 추세이다.
그러나, 종래의 유전자 판별장치는 대형이기 때문에 휴대가 불편하며, 유전자를 판별하는데 소요되는 시간이 오래 걸리기 때문에 실용적이지 못하다는 문제가 있었다.
그리고, 프로브(Probe)타입의 랩온어칩의 경우, 유전자를 판별하려면 판별하고자 하는 유전자와 쌍을 이루는 프로브를 판별부 내의 검출기판에 미리 고정해야 하는 번거로움이 있었다.
즉, 종래에는 유전자 판별장치를 휴대하기 어렵고, 유전자를 판별하기 위해 소요되는 시간이 길어 실용성이 떨어지고, 준비 과정도 복잡하다는 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제1421098호 (2014.07.14)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 정확하고 신속하게 유전자를 판독하기 위한 유전자 판별칩을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 외형을 형성하며, 시료주입구 및 배출구를 갖는 프레임부; 상기 프레임부의 내부에 마련되어 몸체를 형성하며, 주입된 시료가 이동 가능하도록 마련되는 바디부; 상기 바디부의 상부 일측에 결합되며, 상기 시료에 대한 중합효소 연쇄반응(PCR)이 수행되는 증폭부; 상기 바디부의 상부 타측에 결합되며, 상기 증폭부에 의해 증폭된 상기 시료와 신호물질을 혼합하여 혼합물질을 형성하는 믹서부; 상기 바디부의 타측에 마련되며, 상기 믹서부를 통과한 상기 혼합물질에 포함된 유전자를 판별하는 판별부를 포함하며, 상기 판별부는 상기 혼합물질의 전류량을 측정하여 상기 유전자를 판별하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 프레임부는, 상기 바디부의 상부에 마련되며, 일측에 상기 시료주입구가 형성된 상부프레임; 및 상기 바디부의 하부에 마련되며, 타측에 상기 배출구가 형성된 하부프레임을 포함하며, 상기 상부프레임과 상기 하부프레임은 상호 결합되어 외형을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 바디부는, 복수의 유로가 형성된 바디채널필름; 상기 바디채널필름의 상부에 부착되는 바디상부커버필름; 및 상기 바디채널필름의 하부에 부착되는 바디하부커버필름을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증폭부는, 상기 바디부의 일측 상부에 부착되는 밸브필름; 및 상기 밸브필름의 상부에 부착되는 더미챔버필름을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 믹서부는, 상기 바디부의 타측에 마련되는 믹서하부커버필름; 상기 믹서하부커버필름의 상부에 부착되는 제1 내지 제4 믹서채널필름; 상기 제1 믹서채널필름과 상기 제2 믹서채널필름 사이, 및 상기 제2 믹서채널필름과 상기 제3 믹서채널필름 사이에 각각 부착되는 믹서연결홀필름; 상기 제3 믹서채널필름과 상기 제4 믹서채널필름 사이에 부착되는 믹싱홀필름; 및 상기 제4 믹서채널필름의 상부에 부착되는 상부커버필름을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 판별부는, 상기 혼합물질의 전류량을 측정하는 전극유닛; 상부에 복수의 상기 전극유닛이 부착되는 판별기판유닛; 및 상기 판별기판유닛의 상부에 부착되며, 상기 혼합물질이 통과하는 반응챔버가 형성된 판별필름유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전극유닛은, 상기 혼합물질의 전류량을 측정하는 작업전극; 상기 혼합물질에 포함된 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 상기 작업전극과 교환하는 상대전극; 및 상기 작업전극에 인가되어야 할 전압의 기준이 되는 기준전압을 갖는 기준전극을 포함하며, 상기 작업전극은 상기 상대전극과 교환하는 전자를 이용하여 전류량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 작업전극에 인가되는 인가전압은, 상기 혼합물질에 포함된 각각의 신호물질에 따라 산화환원반응을 일으키기 위한 고유한 전압 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 작업전극, 상기 상대전극 및 상기 기준전극은, 상기 혼합물질과 접촉되는 반응부; 및 상기 반응부로부터 연장되어 형성되며, 접지되는 접지부로 구분되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 판별필름유닛은, 상기 판별기판유닛의 상부에 부착되는 제1 판별필름; 상기 제1 판별필름의 상부에 부착되는 제2 판별필름; 및 상기 제2 판별필름의 상부 및 상기 바디부의 하부에 부착되는 제3 판별필름을 포함하며, 상기 판별필름들은 상기 반응부와 대응되는 위치에 형성되는 상기 반응챔버를 갖고, 상기 판별필름들은 상기 반응부와 상기 접지부를 구분하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 판별부는 상기 반응챔버를 통과한 상기 혼합물질이 상기 배출구에 의해 배출되도록 안내하는 배출필름유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배출필름유닛은, 상기 배출구의 상부에 부착되며, 누수를 방지하도록 마련되는 제1 배출필름; 및 상기 제1 배출필름의 상부 및 상기 바디부의 하부에 부착되는 제2 배출필름을 포함하며, 상기 제1 배출필름 및 상기 제2 배출필름의 두께는 상기 반응챔버의 높이에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 유전자 판별칩을 적용한 식중독균 판별기를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 유전자 판별칩을 적용한 어종 판별기를 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 유전자 판별칩을 적용한 유전자 판별장치는 소형으로 이루어질 수 있어 휴대가 편리하다.
또한, 유전자 판별칩은 유전자와 대응되는 프로브를 미리 판별부에 고정할 필요가 없기 때문에 유전자 판별을 준비하는 시간이 단축되며, 신속하게 유전자를 판별하는 것이 가능하다.
또한, 유전자 판별칩은 휴대가 편리하고, 신속하게 유전자를 판별할 수 있기 때문에 현장에서 바로 사용이 가능하다는 점에서 실용적이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩을 상부에서 바라본 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 바디부의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 증폭부의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 믹서부의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 판별부의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 판별부의 상면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별방법의 혼합물질의 전류량을 측정하는 단계의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩을 상면에서 바라본 사진이다.
도 11 및 도12는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 사시도를 나타낸 사진이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 분해사시도를 나타낸 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩을 상부에서 바라본 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 유전자 판별칩(1000)는 프레임부(100), 바디부(200), 증폭부(300), 믹서부(400) 및 판별부(500)를 포함한다.
상기 프레임부(100)는 상기 유전자 판별칩(1000)의 외형을 형성하며, 시료주입구(111) 및 배출구(121)를 갖고, 상부프레임(110) 및 하부프레임(120)을 포함한다.
상기 상부프레임(110)은 상기 바디부(200)의 상부에 마련되며, 일측에 상기 시료주입구(111)가 형성된다. 상기 시료주입구(111)는 검출하려는 유전자와 증폭 버퍼(PCR버퍼)가 혼합된 시료가 주입되는 통로이며, 복수로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 상부프레임(110)의 타측에는 신호물질주입구(112)가 형성될 수 있다. 상기 신호물질주입구(112)는 상기 시료에 포함된 유전자와 결합되는 신호물질이 주입되는 통로이며, 상기 시료주입구(111)와 대응되는 개수로 마련될 수 있다.
상기 하부프레임(120)은 상기 바디부(200)의 하부에 마련되며, 타측에 상기 배출구(121)가 형성된다. 상기 배출구(121)는 혼합물질이 상기 판별부(500)를 통과한 이후에 배출되는 통로를 형성한다. 여기서, 혼합물질은 상기 시료주입구(111)를 통해 유입된 시료와 상기 신호물질주입구(112)를 통해 유입된 신호물질을 혼합한 물질을 지칭할 수 있다.
상기 상부프레임(110)과 상기 하부프레임(120)은 상호 결합되어 상기 유전자 판별칩(1000)외형을 형성한다. 그리고, 상기 프레임부(100)는 플라스틱 재질로 마련될 수 있으나, 상기 프레임부(100)의 소재가 이에 한정되는 것은 아니다.
이처럼 마련된 상기 프레임부(100)는 상기 프레임부(100)의 내부 마련되는 상기 바디부(200), 상기 증폭부(300), 상기 믹서부(400) 및 상기 판별부(500)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
또한, 상기 상부프레임(110)에는 복수의 정렬홀(113)이 형성되며, 상기 하부프레임(120)에는 상기 정렬홀(113)과 대응되는 위치에 정렬기둥(122)이 형성된다. 상기 정렬기둥(122)은 상기 정렬홀(113)에 삽입되어 고정될 수 있는 직경을 갖도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 정렬홀(113)과 상기 정렬기둥(122)은 외곽측에 형성되는 것으로 도시되어 있으나 형성 위치를 도시된 위치로 한정하는 것은 아니다. 이처럼 마련된, 정렬홀(113)과 정렬기둥(122)의 효과는 상기 바디부(200)에 마련되는 정렬홀(205)에 대해 설명할 때 기술하도록 한다.
또한, 상기 상부프레임(110)에는 공기배출구(114)가 더 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 시료주입구(111)와 상기 신호물질주입구(112)를 통해 주입되는 상기 시료와 상기 신호물질은 공기압에 의해 주입된다. 상기 공기배출구(114)는 상기 믹서부(400)에서 상기 시료와 상기 신호물질이 혼합되어 혼합물질을 형성하고, 상기 혼합물질이 상기 판별부(500)로 이동되기 전에 상기 혼합물질에 포함된 공기를 외부로 배출하도록 마련된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 바디부의 분해사시도이다.
도 3을 더 참조하면, 상기 바디부(200)는 상기 프레임부(100)의 내부에 마련되어 몸체를 형성하며, 상기 시료주입구(111)를 통해 주입된 상기 시료가 이동 가능하도록 통로가 형성된다. 상기 바디부(200)는 바디채널필름(210), 바디상부커버필름(220) 및 바디하부커버필름(230)을 포함한다.
상기 바디채널필름(210)은 복수의 유로가 형성된다. 구체적으로, 상기 바디채널필름(210)에는 상기 시료주입구(111)부터 상기 배출구(121)까지 시료가 이동할 수 있는 통로가 형성되며, 상기 유로의 개수는 상기 시료주입구(111)와 동일하게 마련될 수 있다. 그리고, 상기 바디채널필름(210)에 형성되는 유로의 형상은 도시된 형태로 한정되지 않으며, 변경이 가능하다. 그리고, 상기 바디채널필름(210)은 폴리이미드(polyimide) 소재로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 바디상부커버필름(220)은 상기 바디채널필름(210)의 상부에 부착되며, 상기 시료주입구(111)와 대응되는 위치에 상기 시료가 통과할 수 있는 시료주입홀(221) 및 시료주입필름(222)이 형성될 수 있다. 상기 시료주입필름(222)은 상기 시료주입구(111)와 상기 시료주입홀(221)을 통과하는 상기 시료가 상기 시료주입구(111)의 외부로 새는 현상을 방지할 수 있다. 상기 시료가 정해진 유로를 벗어나 외부로 누출될 경우, 상기 시료로 인한 오염 및 외부감염을 일으킬 수 있다. 또한, 누출된 상기 시료는 기계적인 고장을 발생시킬 수 있고, 상기 시료에 포함된 유전자가 감소하여 유전자 판별 검사에 오류가 발생하게 만들 수 있다. 따라서, 상기 시료가 누출되는 것을 방지하는 상기 시료주입필름(222)은 상기 문제들이 발생하는 것을 방지하여 감지 성능을 향상시키고, 유전자 판별 검사의 정확도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 시료주입필름(222)은 소정의 두께를 갖고, 탄성을 갖는 재질로 마련될 수 있으며, 일실시예로 CT380 테이프가 사용될 수 있다. 이러한 재질로 마련된 상기 시료주입필름(222)은 단차를 맞추기 위해 복수의 층으로 적층되어 마련될 수 있다.
또한, 상기 시료주입홀(221)에 인접하게, 상기 바디상부커버필름(220)의 폭 방향으로 연장되어 마련되는 상부압력지지필름(223)이 더 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 시료주입홀(221)에 상기 시료가 주입될 때, 소정의 압력이 가해지게 된다. 이때, 상기 시료주입홀(221)은 가해지는 압력에 의해 상기 바디상부커버필름(220)이 휘어지게 될 수 있으며, 상기 시료주입홀(221)과 시료를 주입하는 장치와 어긋나서 시료가 새는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 상부압력지지필름(223)은 상기 시료주입홀(221)에 가해지는 압력에 의해 상기 바디상부커버필름(220)에 휨 현상이 발생하는 것을 방지하도록 마련됨으로써, 상기 시료주입홀(221)에 상기 시료가 주입될 때, 상기 시료가 누출되는 현상을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 바디상부커버필름(220)의 일측에는 상기 증폭부(300)가 부착되는 위치에 상기 바디상부커버필름(220)의 길이 방향으로 연장된 소정의 길이를 갖는 증폭유로(224)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 증폭유로(224)는 상기 시료주입구(111)의 개수와 동일하게 마련되며, 상기 시료주입구(111)로 유입된 상기 시료가 통과할 수 있도록 유로를 형성한다. 그리고, 상기 증폭유로(224)의 양측(상기 바디상부커버필름(220)의 폭 방향)에는 열확산차단홈(225)이 더 형성될 수 있다. 상기 열확산차단홈(225)은 상기 증폭부(300)에 공급되는 열이 상기 증폭부(300)가 부착된 위치의 나머지 부위에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이처럼 마련된, 상기 열확산차단홈(225)은 상기 증폭부(300)가 부착된 위치에서만 중합효소 연쇄반응이 이루어지도록 할 수 있고, 상기 증폭부(300)가 부착되지 않은 부분에서 유동하는 상기 시료는 과도한 열에 의해 변질되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 열확산차단홈(225)은 상기 증폭부(300)에 공급된 열이 주위로 분산되지 않도록 함으로써, 중합효소 연쇄반응의 속도 및 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 증폭유로(224)의 양측(상기 바디상부커버필름(220)의 길이 방향)에는 복수의 압력조절홀(226)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 증폭부(300)에서 상기 시료가 증폭될 때, 온도가 상승하면서 상기 증폭부(300) 내부의 부피가 팽창하여 압력이 증가하게 된다. 따라서, 상기 압력조절홀(226)은 상기 증폭부(300)의 내부에 기체를 배출시켜, 압력을 조절할 수 있도록 마련되며, 중합효소연쇄반응의 효율을 향상시켜줄 수 있다.
또한, 상기 바디상부커버필름(220)에는 상기 신호물질주입구(112)와 대응되는 위치에 신호물질주입필름(227)이 더 부착될 수 있다. 상기 신호물질주입필름(227)은 상기 신호물질주입구(112)를 통해 유입되는 상기 신호물질이 새는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 신호물질 주입필름(227)은 복수의 층으로 적층되어 높이를 조절할 수도 있다. 일실시예로 상기 CT380테이프가 사용될 수 있다.
그리고, 상기 바디상부커버필름(220)에는 상기 신호물질주입구(112)로부터 유입된 상기 신호물질과 상기 시료가 혼합된 상기 혼합물질에 발생한 기포를 제거할 수 있는 필터부착필름(228)과 에어필터(229)가 더 마련될 수 있다.
상기 필터부착필름(228) 및 상기 에어필터(229)는 후술할 상기 믹서부(400)에 의해 상기 시료와 상기 신호물질이 혼합되면서 상기 혼합물질에 발생한 기포를 제거할 수 있도록 마련된다. 그리고, 상기 에어필터(229)는 소수성(hydrophobic) 소재일 수 있으며, 특히, 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluore ethylene, PTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene Terephtalate, PET), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 유로를 따라 유동하는 상기 혼합물질은 단백질 입자를 포함할 수 있고, 이러한 상기 혼합물질은 물에 하나 이상의 친수성 액체가 혼합된 액체일 수 있다. 따라서, 에어필터(229)는 물과 친수성 액체를 통과시키지 않으면서 기체를 통과시키는 기능을 구비할 수 있다. 이에 따라, 에어필터(229)는 소수성 성질의 소재를 이용하여 기체만 분리하여 제거하는 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 에어필터(229)를 통과하는 공기는 상기 공기배출구(114)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 또한, 이처럼 마련되는 상기 에어필터(229)는 자동으로 상기 혼합물질이 상기 판별부(500)에 주입되는 것을 멈추도록 할 수도 있다. 구체적으로, 앞서 설명했듯이, 상기 혼합물질은 공기압에 의해서 이동이 이루어진다. 따라서, 상기 혼합물질이 상기 에어필터(229)의 위치를 모두 통과한 경우에는, 공기압이 모두 에어필터(229)를 통해 빠져나가기 때문에, 공기압을 정밀하게 제어하지 않더라도 일정한 양 이상으로 상기 혼합물질이 상기 판별부(500)로 이동하는 것을 자동으로 방지할 수 있다.
상기 바디하부커버필름(230)은 상기 바디채널필름(210)의 하부에 부착될 수 있다. 그리고, 상기 바디하부커버필름(230)은 상기 하부프레임(120)의 상부에 부착되어 고정될 수 있으며, 상기 바디상부커버필름(220)과 상기 바디하부커버필름(230)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재로 마련될 수 있다. 단, 상기 바디상부커버필름(220)과 상기 바디하부커버필름(230)의 소재가 이에 한정되는 것은 아니며, 동일 기능을 수행할 수 있는 소재로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 바디부(200)에는 상기 정렬홀(205)이 형성된다. 구체적으로, 상기 바디채널필름(210), 상기 바디상부커버필름(220), 상기 바디하부커버필름(230)에는 상기 상부프레임(110)에 형성된 상기 정렬홀(113)과 대응되는 위치에 상기 정렬홀(113)과 동일한 직경을 갖는 상기 정렬홀(205)이 형성될 수 있다. 이처럼 마련된 상기 정렬홀(113), 정렬기둥(122) 및 정렬홀(205)은 상호 결합되며, 프레임부(100)와 바디부(200)가 결합시 별도의 정렬을 할 필요가 없다. 즉, 상기 바디부(200)에 마련된 필름들이 적층되면서 형성하는 유로가 어긋나지 않도록 정확하고 쉽게 정렬하여 고정할 수 있다는 점에서 편리하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 증폭부의 분해사시도이다.
도 4를 더 참조하면, 상기 증폭부(300)는 상기 바디부(200)의 상부 일측에 결합되며, 상기 시료에 대한 중합효소 연쇄반응을 수행할 수 있으며, 밸브필름(310) 및 더미챔버필름(320)을 포함한다.
상기 밸브필름(310)은 상기 바디부(200)의 일측 상부에 부착되며, 상기 더미챔버필름(320)은 상기 밸브필름(310)의 상부에 부착되어 마련된다. 그리고, 상기 밸브필름(310) 및 상기 더미챔버필름(320)은 복수의 필름이 적층되어 유로를 형성하도록 마련될 수 있다. 이처럼 마련된 상기 증폭부(300)는 상기 시료주입구(111)로부터 유입된 상기 시료가 통과하면서 중합효소 연쇄반응에 의해 유전자의 수가 증가하도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 밸브필름(310)은 상기 바디상부커버필름(220)의 상부에 부착되며, 상기 증폭유로(224)와 대응되는 위치에 상기 증폭유로(224)와 동일한 형상의 증폭유로(313)가 형성된 밸브채널필름(311)을 포함한다. 상기 증폭유로(313)는 상기 시료가 통과하는 유로를 형성하며, 상기 증폭유로(313)에는 가열 및 냉각이 연속적으로 이루어져 상기 증폭유로(313)를 통과하는 상기 시료에 중합효소 연쇄반응이 발생하도록 할 수 있다.
상기 밸브채널필름(311)의 양측(상기 바디상부커버필름(220)의 길이 방향)에는 날개필름(312)이 연장되어 마련된다. 이때, 상기 날개필름(312)은 상기 밸브채널필름(311)보다 얇게 형성되어 단차가 형성되도록 마련된다. 이처럼 마련된 상기 날개필름(312)에는 복수의 밸브홀(314,315)이 형성되며, 상기 밸브홀(314,315)은 상기 압력조절홀(226)과 대응되는 위치에 형성되어 상기 증폭부(300)에 의해 상기 시료가 증폭될 때, 기체를 배출하여 압력을 조절할 수 있다. 또한, 상기 시료주입구(111) 측에 위치한 상기 밸브홀(314)을 통해서는 상기 시료가 유입되며, 반대측에 위치한 상기 밸브홀(315)을 통해 증폭이 수행된 상기 시료가 배출될 수 있다. 또한, 상기 밸브채널필름(311)과 상기 날개필름(312)은 폴리이미드 소재로 마련될 수 있으나, 이에 소재를 한정하는 것은 아니다.
상기 날개필름(312)의 상부에는 날개필름커버(316)가 부착된다. 상기 날개필름커버(316)는 상기 CT380테이프 재질로 마련될 수 있으며, 상기 날개필름(312)에 형성된 상기 밸브홀(314,315)의 상측을 덮어 액체가 밸브홀(314,315)의 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 날개필름커버(316)는 상기 날개필름(312)에 부착되었을 때, 상면의 높이가 상기 밸브채널필름(311)의 상면의 높이와 동일하도록 두께가 형성될 수 있다.
또한, 상기 날개필름커버(316)의 상측에는 상기 밸브홀(314,315)과 대응되는 위치에 리프트필름(317)이 부착될 수 있다. 상기 리프트필름(317)은 외부 장비와 상기 날개필름커버(316)를 부착시키며, 상기 외부 장비가 상기 상기 리프트필름(317)에 압력을 가하면 상기 밸브홀(314,315)이 완전히 닫혀 상기 증폭부(300)의 내부에 위치한 상기 시료가 일정 시간동안 증폭이 이루어지도록 할 수 있다. 그리고, 상기 외부 장비가 상승하면, 상기 리프트필름(317)의 접착력에 의해 상기 날개필름커버(316)가 들어올려짐으로써, 상기 밸브홀(314,315)이 개방되고, 상기 시료가 믹서부(400)를 향해 이동할 수 있다.
이처럼 마련된 상기 밸브필름(310)의 상부에는 더미챔버필름(320)이 부착되며, 상기 더미챔버필름(320)은 먼저, 상기 밸브채널필름(311)의 상부에 부착되되, 상기 밸브채널필름(311)보다 폭이 더 넓게 형성된 증폭챔버필름(321)을 포함한다. 상기 증폭챔버필름(321)은 상기 밸브채널필름(311)보다 폭이 더 넓게 형성되어 양측이 상기 날개필름커버(316)를 누르도록 마련되기 때문에, 상기 증폭챔버필름(321)과 상기 날개필름커버(316)의 경계면에서 상기 시료가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 증폭챔버필름(321)는 상기 밸브채널필름(311)에 형성된 상기 증폭유로(313)와 대응되는 형상과 위치에 형성되는 증폭유로(322)를 갖는다. 이처럼 마련된 상기 증폭챔버필름(321)의 두께는 적정한 용량의 시료가 증폭이 이루어지도록 유로를 넓히기 위해 조절될 수 있으며, 필요할 경우, 상기 증폭챔버필름(321)이 더 적층되어 유로를 넓혀 증폭되는 상기 시료의 양을 증가시킬 수도 있다. 또한, 상기 증폭챔버필름(321)은 폴리이미드 소재로 마련될 수 있다.
또한, 상기 증폭챔버필름(321)의 상부에는 증폭커버필름(323)이 부착된다. 상기 증폭커버필름(323)은 상기 증폭유로(224, 313, 322)들을 통과하는 상기 시료가 누출되는 것을 방지하기 위한 덮개 역할을 할 수 있다. 그리고, 상기 증폭커버필름(323)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재로 마련될 수 있으나, 소재를 이에 한정하는 것은 아니다.
그리고, 상기 증폭커버필름(323)의 상부에는 더미테잎(324)과 더미필름(325)이 더 부착될 수 있다. 상기 더미테잎(324)과 상기 더미필름(325)에는 상기 증폭유로(322)와 동일한 형상 및 대응되는 위치에 더미유로(326)가 형성된다. 이처럼 마련된 더미유로(326)는 상기 증폭유로(224, 313, 322)의 내부에 온도 증가로 인해 부피가 팽창할 때, 상기 증폭커버필름(323)이 부풀어오를 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 즉, 더미유로(326)는 상기 증폭커버필름(323)이 순간적으로 부피가 팽창하였을 때, 팽창할 수 있는 공간을 제공함으로써, 상기 증폭커버필름(323)이 손상되어 상기 시료가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 더미테잎(324)과 상기 더미필름(325)은 상기 증폭커버필름(323)이 팽창할 수 있는 공간을 충분히 확보할 수 있는 두께로 마련될 수 있으며, 필요할 경우, 추가로 더 적층될 수도 있다.
또한, 하기 재질로 한정하는 것은 아니나, 일실시예로 상기 더미테잎(324)은 폴리이미드 소재로 마련될 수 있으며, 상기 더미필름(325)은 폴리프로필렌(polypropylene) 소재로 마련될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 믹서부의 분해사시도이다.
도 5를 더 참조하면, 상기 믹서부(400)는 상기 바디부(200)의 타측에 마련되며, 상기 증폭부(300)에 의해 증폭된 상기 시료와 상기 신호물질을 혼합하여 상기 혼합물질을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 믹서부(400)는 믹서하부커버필름(410), 제1 믹서채널필름(420), 제2 믹서채널필름(430), 제3 믹서채널필름(440), 제4 믹서채널필름(450), 믹서연결홀필름(460), 믹싱홀필름(470) 및 상부커버필름(480)을 포함한다.
상기 믹서하부커버필름(410)은 상기 바디부(200)의 타측에 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 믹서하부커버필름(410)은 상기 바디부(200)의 바디하부커버필름(230)과 일체화되어 연장 형성된 것일 수 있으며, 특히, 상기 증폭부(300)와 상기 에어필터(229)의 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 믹서채널필름(420, 430, 440, 450)은 상기 믹서하부커버필름(410)의 상부에 순차적으로 부착될 수 있으며, 폴리이미드 소재로 마련될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 믹서채널필름(420, 430, 440, 450)에는 유로를 형성하는 홀이 형성되며, 상기 유로는 상기 시료와 상기 신호물질이 와류 현상에 의해 혼합되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 믹서채널필름(420, 430, 440, 450)은 홀의 형상을 변경하면 유로가 변경되도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제4 믹서채널필름(420, 430, 440, 450)에 형성된 홀의 크기, 길이, 위치, 방향, 모양 등을 필요에 따라 자유롭게 설정함으로써, 다양한 형태의 유로를 형성할 수 있으며, 이에 따라 유로를 통과하는 시료 및 신호물질의 흐름과 속도를 조절함으로써 혼합 농도, 또는 혼합량 등을 편리하게 제어할 수 있다.
특히, 상기 제1 믹서채널필름(420)은 상기 바디채널필름(210)과 일체화되어 연장 형성된 것일 수 있으며, 상기 믹서하부커버필름(410)의 상면에 부착되어 마련될 수 있다. 따라서, 상기 제1 믹서채널필름(420)은 상기 바디채널필름(210)을 따라 이송된 상기 시료와, 상기 판별부(500)로 이송되는 상기 혼합물질의 유입 및 유출 통로를 형성할 수 있다.
상기 믹서연결홀필름(460)은 상기 제1 믹서채널필름(420)과 상기 제2 믹서채널필름(430) 사이, 및 상기 제2 믹서채널필름(430)과 상기 제3 믹서채널필름(440) 사이에 각각 부착되어 마련될 수 있다. 상기 믹서연결홀필름(460)은 상기 제1 믹서채널필름(420)과 상기 제2 믹서채널필름(430)을 상호 연결하고, 상기 제2 믹서채널필름(430)과 상기 제3 믹서채널필름(440)을 상호 연결할 수 있도록 마련된다. 이때, 상기 제1 믹서채널필름(420)과 상기 제2 믹서채널필름(430) 사이에 위치한 상기 믹서연결홀필름(460)은 상기 바디상부커버필름(220)과 일체화되어 연장 형성된 것일 수 있으며, 상기 제1 믹서채널필름(420)의 상면에 위치하도록 부착될 수 있다.
상기 믹싱홀필름(470)은 상기 제3 믹서채널필름(440)과 상기 제4 믹서채널필름(450) 사이에 부착될 수 있다. 상기 믹싱홀필름(470)은 상기 혼합물질이 혼합되도록 와류를 형성하는 홀이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 믹서연결홀필름(460)과 상기 믹싱홀필름(470)에는 서로 다른 모양의 홀 형태의 믹싱홀(461,471)이 복수로 형성될 수 있다. 상기 믹싱홀(461,471)은 서로 다른 형태로 마련되어 상기 믹싱홀(461,471)을 통과하는 상기 시료와 상기 신호물질이 골고루 섞이도록 할 수 있다. 즉, 혼합 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 상부커버필름(480)은 상기 제4 믹서채널필름(450)의 상부에 부착될 수 있다.
또한, 상기 믹서하부커버필름(410), 상기 믹서연결홀필름(460), 상기 믹싱홀필름(470), 상기 상부커버필름(480)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재로 마련될 수 있으며, 소재를 이에 한정하는 것은 아니다.
이처럼 마련된 상기 믹서부(400)는 일측에는 상기 증폭부(300)를 통과한 상기 시료가 유입되는 통로 및 상기 신호물질주입구(112)로 주입된 상기 신호물질이 유입되는 유로가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 시료 및 상기 신호물질은 상기 믹서부(400)를 통과하면서 와류에 의해 혼합되어 상기 혼합물질을 형성한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 판별부의 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩의 판별부의 상면도이다.
도 6 및 도 7을 더 참조하면, 상기 판별부(500)는 상기 바디부(200)의 하부 타측에 결합되며, 상기 믹서부(400)를 통과한 상기 혼합물질에 포함된 유전자를 판별할 수 있다. 그리고, 상기 판별부(500)는 상기 혼합물질의 전류량을 측정하여 상기 유전자를 판별할 수 있으며, 전극유닛(510), 판별기판유닛(520), 판별필름유닛(530) 및 배출필름유닛(540)을 포함할 수 있다.
상기 전극유닛(510)은 백금, 금, 카본, 구리, 니켈, 은 등의 소재로 마련될 수 있으며, 상기 혼합물질의 전류량을 측정할 수 있고, 작업전극(511), 상대전극(512), 기준전극(513)을 포함한다.
상기 작업전극(511)은 상기 혼합물질의 전류량을 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합물질은 상기 시료와 상기 신호물질이 혼합된 것으로서, 상기 시료에 포함된 유전자는 상기 신호물질과 결합된다. 그리고, 상기 유전자의 개수가 상기 신호물질보다 적으면, 상기 신호물질은 상기 유전자와 결합되지 못한 상태로 상기 혼합물질에 잔류하게 된다. 상기 작업전극(511)은 이처럼 결합이 이루어지지 않은 상기 신호물질의 전기적 신호를 측정할 수 있다. 따라서, 작업전극(511)이 측정하는 전류량은 결합이 이루어지지 않은 상기 신호물질의 양에 따라 변화될 수 있다.
상기 상대전극(512)은 상기 혼합물질에 포함된 상기 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 상기 작업전극(511)과 교환할 수 있다. 구체적으로, 상기 상대전극(512)은 상기 혼합물질의 상기 유전자와 결합되지 않은 상기 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 상기 작업전극(511)과 교환할 수 있다. 그리고, 상기 작업전극(511)은 상기 상대전극(512)과 교환이 이루어지는 상기 전자량을 측정함으로써, 상기 혼합물질의 전류량을 정확하게 측정할 수 있다
상기 기준전극(513)은 상기 작업전극(511)에 인가되어야 할 전압의 기준이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 기준전극(513)은 각각의 상기 혼합물질에 대한 기준전압을 갖고, 상기 작업전극(511)은 상기 기준전극(513)의 기준전압에 따라 전압이 인가되도록 마련됨으로써, 상기 작업전극(511)이 상기 혼합물질에 대해 상대적으로 항상 일정한 전압을 유지하도록 할 수 있다.
상기 작업전극(511)에 인가되는 인가전압은, 상기 혼합물질에 포함된 각각의 신호물질에 따라 산화환원반응을 일으키기 위한 고유한 전압 값인 것을 특징으로 할 수 있다. 그리고 특히, 상기 인가전압은 상기 혼합물질에 포함된 신호물질이 산화환원반응이 일어날 수 있는 전압 값을 갖도록 상기 기준전극(513)을 고려하여 조절될 수 있다.
또한, 표시전압은 기준전압과 인가전압을 합한 값인 것을 특징으로 할 수 있다. 일 예로, 상기 기준전극(513)의 기준전압이 0.2V이고, 상기 작업전극(511)에 인가되어야 하는 인가전압이 0.5V일 경우, 상기 작업전극(511)의 표시전압은 기준전압 0.2V와 인가전압 0.5V를 합한 값인 0.7V일 수 있다.
한편, 상기 전극유닛(510)의 상기 전극들(511, 512, 513)은 상기 혼합물질과 접촉되는 반응부(514), 및 상기 반응부(514)로부터 연장되어 형성되며 접지되는 접지부(515)로 구분되어 마련될 수 있다.
상기 반응부(514)는 상기 작업전극(511), 상기 상대전극(512) 및 상기 기준전극(513)이 상기 혼합물질과 접촉되는 부분을 지칭할 수 있다. 이를 위해, 상기 반응부(514)의 상부에는 후술할 상기 판별필름유닛(530)의 반응챔버(534)가 마련되고, 상기 혼합물질은 상기 반응챔버(534)를 통과하면서 상기 반응부(514)와 접촉하여 상기 전극유닛(510)과 전기 화학적 반응이 이루어질 수 있다.
상기 접지부(515)는 상기 전극유닛(510)에 포함된 상기 전극들(511, 512, 513)이 접지되는 부분을 지칭할 수 있으며, 상기 반응부(514)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 그리고, 상기 접지부(515)는 상기 혼합물질과 접촉되지 않도록 상기 판별필름유닛(530)에 의해 상기 반응부(514)와 구분되도록 마련될 수 있다.
상기 판별기판유닛(520)은 상부에 복수의 상기 전극유닛(510)이 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 판별기판유닛(520)의 소재는 유리로 마련될 수 있으며, 상기 판별기판유닛(520)의 상부에는 길이 방향으로 복수의 상기 전극유닛(510)이 부착될 수 있다. 이때, 상기 판별기판유닛(520)의 소재는 유리로 한정되는 것은 아니며, 상기 판별기판유닛(520)에 부착되는 전극유닛(510)의 개수는 상기 시료주입구(111)의 개수와 동일하게 마련될 수 있다.
상기 판별필름유닛(530)은 상기 판별기판유닛(520)의 상부에 부착되며, 상기 혼합물질이 통과하는 반응챔버(534)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 판별필름유닛(530)은 상기 판별기판유닛(520)의 길이 방향으로 복수 개로 마련된 상기 전극유닛(510)과 대응되는 위치에 각각의 상기 반응챔버(534)가 형성되도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 반응챔버(534)는 상기 믹서부(400)를 통과한 혼합물질이 일측으로 유입되어 상기 전극유닛(510)과 반응한 뒤 타측으로 배출될 수 있는 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 상기 판별필름유닛(530)의 폭은 상기 전극유닛(510)의 상기 반응부(514)와 상기 접지부(515)가 구분되어 있어, 상기 접지부(515)와 상기 혼합물질이 접촉되지 않도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 판별필름유닛(530)은 상기 판별기판유닛(520)의 상부에 부착되는 제1판별필름(531), 상기 제1 판별필름(531)의 상부에 부착되는 제2 판별필름(532), 및 상기 제2 판별필름(532)의 상부 및 상기 바디부(200)의 하부에 부착되는 제3 판별필름(533)을 포함한다. 그리고, 상기 판별필름들(531, 532, 533)은 상기 반응부(514)와 대응되는 위치에 형성되는 상기 반응챔버(534)를 갖고, 상기 판별필름들(531, 532, 533)은 상기 반응부(514)와 상기 접지부(515)를 구분하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 판별필름유닛(530)은 상기 판별필름들(531, 532, 533)을 적층함으로써, 상기 반응챔버(534)의 부피를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 판별필름유닛(530)은 상기 반응챔버(534)의 부피를 조절하여 상기 반응챔버(534)를 통과하는 상기 혼합물질의 양을 제어할수 있도록, 적층되는 판별필름의 개수를 변경할 수 있다. 그리고, 상기 제2 판별필름(532)은 상기 CT380테이프 재질로 마련되어, 두께를 조절할 수 있으며, 상기 제1판별필름(531)과 상기 제3 판별필름(533)은 폴리이미드 소재로 마련될 수 있다.
상기 배출필름유닛(540)은 상기 반응챔버(534)를 통과한 상기 혼합물질이 상기 배출구(121)에 의해 배출되도록 안내할 수 있으며, 배출홀(543)이 마련된 제1 배출필름(541) 및 제2 배출필름(542)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 배출필름(541)은 CT380테이프 소재로 마련될 수 있으며, 상기 제2 배출필름(542)은 폴리이미드 소재로 마련될 수 있으나, 이에 소재를 한정하는 것은 아니다.
상기 제1 배출필름(541)은 상기 배출구(121)의 상부에 부착되며, 누수를 방지하도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 배출필름(541)은 상기 배출구(121)와 대응되는 위치에 상기 혼합물질을 안내하는 상기 배출홀(543)이 마련될 수 있다. 그리고, 상기 제1 배출필름(541)은 상기 배출구를 통해 배출되는 상기 혼합물질이 상기 배출구(121)가 아닌 틈으로 새어나가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 배출필름(542)은 상기 제1 배출필름(541)의 상부 및 상기 바디부(200)의 하부에 부착될 수 있다. 그리고, 상기 제2 배출필름(542)에는 상기 제1 배출필름(541)에 마련된 상기 배출홀(543)과 동일한 배출홀(543)이 형성될 수 있다. 상기 제2 배출필름(542)은 상기 제1 배출필름(541)의 상부에 결합되어, 상기 배출필름유닛(540)의 높이가 상기 반응챔버(534)의 높이와 대응되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 배출필름(541) 및 상기 제2 배출필름(542)의 두께는 상기 혼합물질이 누수되지 않고 상기 배출구(121)로 배출되도록 상기 반응챔버(534)의 유로와 대응되는 높이로 형성될 수 있다. 또는, 상기 제2 배출필름(542)의 상부에 제3 배출필름(543)을 적층하여 상기 혼합물질이 배출되는 상기 반응챔버(534)의 유로의 높이에 대응되도록 상기 배출필름유닛(540)을 형성할 수도 있다. 이처럼 마련된, 상기 배출필름유닛(540)은 상기 반응챔버(534)를 통과한 상기 혼합물질이 누수되지 않고, 상기 배출필름유닛(540)을 통과하여 배출되도록 할 수 있다.
이처럼 마련된 상기 유전자 판별칩(1000)은 소형으로 이루어져 휴대가 편리하다. 그리고, 상기 유전자 판별칩(1000)은 휴대가 편리하고, 신속하게 유전자를 판별할 수 있기 때문에 현장에서 바로 사용이 가능하다는 점에서 실용적이다. 또한, 상기 유전자 판별칩(1000)는 유전자와 대응되는 프로브를 미리 상기 판별부(500)에 고정할 필요가 없기 때문에 유전자 판별을 준비하는 시간이 단축되며, 신속하게 유전자를 판별하는 것이 가능하다.
이처럼 마련된 상기 유전자 판별칩(1000)는 식중독균 판별기에 적용이 가능하다. 즉, 상기 유전자 판별칩(1000)가 적용된 식중독균 판별기는 식품 등에서 식중독균을 채취 및 추출한 다음, 상기 유전자 판별칩(1000)에 주입함으로써, 식중독 위험 여부를 판단할 수 있다. 단, 상기 유전자 판별칩(1000)를 식중독균 판별기에 적용하는 것으로 한정하는 것은 아니다. 일 예로, 상기 유전자 판별칩(1000)를 어종 판별기에 적용할 수도 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 더 참조하여, 상기 유전자 판별칩(1000)를 이용한 유전자 판별방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별방법의 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별방법의 혼합물질의 전류량을 측정하는 단계의 순서도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, 유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별방법은 먼저, 유전자를 추출하는 단계(S610)를 실시할 수 있다. 구체적으로, 상기 유전자를 추출하는 단계(S610)에서 분석 대상에 대한 유전자를 추출할 수 있다. 일 예로, 식중독균 검사를 실시하려 할 경우, 분석 대상이 되는 식중독 원인균에 대한 유전자를 추출할 수 있다.
유전자를 추출하는 단계(S610) 이후에는, 유전자가 포함된 시료를 유전자 판별칩에 주입하는 단계(S620)가 실시될 수 있다. 구체적으로, 상기 유전자가 포함된 시료를 유전자 판별칩에 주입하는 단계(S620)는 상기 유전자를 추출하는 단계(S610)에서 추출한 유전자를 포함하는 시료를 상기 유전자 판별칩(1000)의 상기 시료주입구(111)에 주입할 수 있다. 이처럼 시료주입구(111)에 주입된 상기 시료는 상기 바디부(200)에 형성된 유로를 따라 이동하게 된다.
유전자가 포함된 시료를 유전자 판별칩에 주입하는 단계(S620) 이후에는, 시료에 포함된 유전자를 증폭하는 단계(S630)가 실시될 수 있다. 구체적으로, 상기 시료에 포함된 유전자를 증폭하는 단계(S630)는, 상기 유전자가 포함된 시료를 유전자 판별칩에 주입하는 단계(S620)에서, 유입된 상기 시료가 상기 증폭부(300)를 통과하면서 상기 유전자의 수를 증폭하는 단계이다. 여기서, 상기 유전자는 중합효소 연쇄반응(PCR)에 의해 증폭될 수 있다. 일반적으로, 상기 유전자를 추출하는 단계(S610)에서, 추출되는 상기 유전자의 수는 극소량이기 때문에, 추출한 상기 유전자만으로는 정확한 판별 작업을 수행하는 것이 어렵다. 그러나, 이처럼 상기 유전자를 증폭하여 상기 유전자의 수를 증가시키면 판별 작업을 정확하게 수행할 수 있다.
상기 시료에 포함된 유전자를 증폭하는 단계(S630) 이후에는, 증폭된 유전자 시료와 신호물질을 혼합하여 혼합물질을 형성하는 단계(S640)가 실시될 수 있다. 구체적으로, 상기 증폭된 유전자 시료와 신호물질을 혼합하여 혼합물질을 형성하는 단계(S640)에서, 상기 증폭부(300)를 통과한 상기 증폭된 유전자 시료는 상기 믹서부(400)를 통과하면서 상기 신호물질과 혼합될 수 있다. 그리고, 상기 혼합물질에 포함된 상기 유전자와 상기 신호물질은 상호 결합될 수 있다. 이때, 상기 신호물질은 상기 신호물질주입구(112)에 연속적으로 일정하게 주입될 수 있다.
상기 증폭된 유전자 시료와 신호물질을 혼합하여 혼합물질을 형성하는 단계(S640) 이후에는 혼합물질의 전류량을 측정하는 단계(S650)를 실시할 수 있다. 그리고, 상기 혼합물질의 전류량을 측정하는 단계(S650)는 작업전극에 인가전압을 인가하는 단계(S651), 상대전극이 혼합물질에 포함된 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 작업전극과 교환하는 단계(S652) 및 작업전극이 상대전극과 교환하는 전자량을 통해 전류량을 연속적으로 측정하는 단계(S653)를 포함한다.
먼저, 상기 작업전극에 인가전압을 인가하는 단계(S651)는, 상기 작업전극(511)에 인가전압을 인가하는 단계이다. 여기서, 상기 인가전압은, 상기 혼합물질에 포함된 각각의 신호물질에 따라 산화환원반응을 일으키기 위한 고유한 전압 값을 의미한다. 즉, 상기 기준전극(513)의 기준전압을 고려하여 상기 작업전극(511)에 인가전압이 인가됨으로써, 상기 혼합물질에 포함된 신호물질에 산화환원반응이 일어나도록 할 수 있다.
상기 상대전극이 혼합물질에 포함된 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 작업전극과 교환하는 단계(S652)에서, 상기 상대전극(512)은 상기 혼합물질에 포함된 상기 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 상기 작업전극(511)과 교환할 수 있다. 이때, 상기 상대전극이 혼합물질에 포함된 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 작업전극과 교환하는 단계(S652)에서, 산화환원반응을 일으키는 상기 신호물질은 유전자의 결합되지 못한 신호물질을 지칭한다. 구체적으로, 상기 시료에 포함된 유전자를 증폭하는 단계(S630)에서 증폭된 유전자의 양에 따라 상기 신호물질의 결합 양이 결정되며, 상기 유전자와 결합되지 못한 상기 신호물질은 산화환원반응을 통해 전자가 도출되어 상기 작업전극(511)에 전기적 신호를 제공하게 된다.
그리고, 상기 작업전극이 상대전극과 교환하는 전자량을 통해 전류량을 연속적으로 측정하는 단계(S653)에서, 상기 작업전극(511)은 상기 상대전극(512)과 교환하는 전자량을 통해 전류량을 연속적으로 측정할 수 있다. 즉, 상기 작업전극이 상대전극과 교환하는 전자량을 통해 전류량을 연속적으로 측정하는 단계(S653)에서는 상기 유전자와 결합되지 못한 상기 신호물질의 양에 따라 전류량이 변화되는 것을 연속적으로 측정할 수 있다.
그리고, 상기 혼합물질의 전류량을 측정하는 단계(S650)는 인가전압과 기준전극의 기준전압을 합한 값인 표시전압을 보여주는 단계(S654)를 더 포함할 수 있다. 상기 인가전압과 기준전극의 기준전압을 합한 값인 표시전압을 보여주는 단계(S654)는 상기 인가전압과 상기 기준전압을 합한 값인 상기 표시전압을 별도의 디스플레이부(미도시)에 나타내어 사용자에게 보여줄 수 있다. 사용자는 상기 표시전압을 통해, 상기 혼합물질에 포함된 신호물질에 산화환원반응이 일어날 수 있는 인가전압이 가해지고 있는지 확인할 수 있다.
혼합물질의 전류량을 측정하는 단계(S650) 이후에는, 측정된 전류량을 분석하여 유전자를 판별하는 단계(S660)를 실시할 수 있다. 구체적으로, 상기 측정된 전류량을 분석하여 유전자를 판별하는 단계(S660)는 상기 전류량이 기설정된 기준치보다 높을 경우, 상기 유전자가 기준량보다 적은 것으로 판단하고, 상기 전류량이 기설정된 기준치보다 낮을 경우, 상기 유전자가 기준량보다 많은 것으로 판단할 수 있다.
일 예로, 유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별 방법을 적용한 식중독균 판별기의 경우, 상기 전류량이 기설정된 기준치보다 높을 경우, 식중독을 유발하는 유전자가 적은 것으로 판단하고, 식품이 안전하다고 판단할 수 있다. 반대로, 상기 전류량이 기설정된 기준치보다 낮을 경우, 식중독을 유발하는 유전자가 많은 것으로 판단하고, 해당 식품을 섭취할 경우 식중독에 걸릴 위험이 있다고 판단할 수 있다.
유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별 방법은 식중독균 판별기에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 유전자 판별칩을 이용한 유전자 판별 방법은 어종 판별기에도 적용 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1000: 유전자 판별칩 100: 프레임부
110: 상부프레임 111: 시료주입구
112: 신호물질주입구 113: 정렬홀
114: 공기배출구 120: 하부프레임
121: 배출구 122: 정렬기둥
200: 바디부 205: 정렬홀
210: 바디채널필름 220: 바디상부커버필름
221: 시료주입홀 222: 시료주입필름
223: 상부압력지지필름 224: 증폭유로
225: 열확산차단홈 226: 압력조절홀
227: 신호물질주입필름 228: 필터부착필름
229: 에어필터 230: 바디하부커버필름
300: 증폭부 310: 밸브필름
311: 밸브채널필름 312: 날개필름
313: 증폭유로 314: 밸브홀
315: 밸브홀 316: 날개필름커버
317: 리프트필름 320: 더미챔버필름
321: 증폭챔버필름 322: 증폭유로
323: 증폭커버필름 324: 더미테잎
325: 더미필름 326: 더미유로
400: 믹서부 410: 믹서하부커버필름
420: 제1 믹서채널필름 430: 제2 믹서채널필름
440: 제3 믹서채널필름 450: 제4 믹서채널필름
460: 믹서연결홀필름 461: 믹싱홀
470: 믹싱홀필름 471: 믹싱홀
480: 상부커버필름 500: 판별부
510: 전극유닛 511: 작업전극
512: 상대전극 513: 기준전극
514: 반응부 515: 접지부
520: 판별기판유닛 530: 판별필름유닛
531: 제1 판별필름 532: 제2 판별필름
533: 제3 판별필름 534: 반응챔버
540: 배출필름유닛 541: 제1 배출필름
542: 제2 배출필름 543: 배출홀

Claims (14)

  1. 외형을 형성하며, 시료주입구 및 배출구를 갖는 프레임부;
    상기 프레임부의 내부에 마련되어 몸체를 형성하며, 주입된 시료가 이동 가능하도록 마련되고, 복수의 유로가 형성된 바디채널필름의 상부에 부착되는 바디상부커버필름을 포함하는 바디부;
    상기 바디부의 상부 일측에 결합되며, 상기 시료에 대한 중합효소 연쇄반응(PCR)이 수행되는 증폭부;
    상기 바디부의 타측에 마련되며, 상기 증폭부에 의해 증폭된 상기 시료와 신호물질을 혼합하여 혼합물질을 형성하며, 상기 혼합물질에 포함된 기포를 제거하여 유전자 판별 효율을 높이도록 마련된 필터부착필름 및 혼합물질을 이송하는 공기를 외부로 배출시킴으로써 공기압을 정밀하게 제어하지 않더라도 미리 예정된 양의 상기 혼합물질을 자동적으로 이동시키도록 마련된 에어필터를 갖는 믹서부; 및
    상기 바디부의 하부 타측에 결합되며, 상기 믹서부를 통과한 상기 혼합물질의 전류량을 측정하여 상기 혼합물질에 포함된 유전자를 판별하는 판별부를 포함하며,
    상기 바디상부커버필름에는, 상기 증폭부와 결합되는 위치에 마련되며 시료가 통과할 수 있도록 유로를 형성하는 증폭유로 및 상기 증폭유로의 양측에 형성되는 열확산차단홈이 마련되고, 상기 열확산차단홈은 상기 증폭부에 공급되는 열이 예정되지 않은 부위로 전달되는 것을 방지하여 과도한 열전달로 인한 시료 변질을 방지함과 동시에, 공급된 열이 주위로 분산되지 않도록 함으로써, 중합효소 연쇄반응의 속도와 효율을 향상시키도록 마련되며,
    상기 믹서부는, 제1 내지 제4 믹서채널필름을 통과하되, 상기 제3 및 제4 믹서채널필름 사이에 부착되며 서로 다른 모양의 홀 형태로 형성되어 와류를 유도하는 복수의 믹싱홀이 형성된 믹싱홀필름을 갖는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임부는,
    상기 바디부의 상부에 마련되며, 일측에 상기 시료주입구가 형성된 상부프레임; 및
    상기 바디부의 하부에 마련되며, 타측에 상기 배출구가 형성된 하부프레임을 포함하며,
    상기 상부프레임과 상기 하부프레임은 상호 결합되어 외형을 형성하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디부는,
    복수의 유로가 형성된 바디채널필름;
    상기 바디채널필름의 상부에 부착되는 바디상부커버필름; 및
    상기 바디채널필름의 하부에 부착되는 바디하부커버필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭부는,
    상기 바디부의 일측 상부에 부착되는 밸브필름; 및
    상기 밸브필름의 상부에 부착되는 더미챔버필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서부는,
    상기 바디부의 타측에 마련되는 믹서하부커버필름;
    상기 믹서하부커버필름의 상부에 부착되는 제1 내지 제4 믹서채널필름;
    상기 제1 믹서채널필름과 상기 제2 믹서채널필름 사이, 및 상기 제2 믹서채널필름과 상기 제3 믹서채널필름 사이에 각각 부착되는 믹서연결홀필름;
    상기 제3 믹서채널필름과 상기 제4 믹서채널필름 사이에 부착되는 믹싱홀필름; 및
    상기 제4 믹서채널필름의 상부에 부착되는 상부커버필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 판별부는,
    상기 혼합물질의 전류량을 측정하는 전극유닛;
    상부에 복수의 상기 전극유닛이 부착되는 판별기판유닛; 및
    상기 판별기판유닛의 상부에 부착되며, 상기 혼합물질이 통과하는 반응챔버가 형성된 판별필름유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극유닛은,
    상기 혼합물질의 전류량을 측정하는 작업전극;
    상기 혼합물질에 포함된 신호물질의 산화환원반응을 통해 도출되는 전자를 상기 작업전극과 교환하는 상대전극; 및
    상기 작업전극에 인가되어야 할 전압의 기준이 되는 기준전압을 갖는 기준전극을 포함하며,
    상기 작업전극은 상기 상대전극과 교환하는 전자를 이용하여 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 작업전극에 인가되는 인가전압은, 상기 혼합물질에 포함된 각각의 신호물질에 따라 산화환원반응을 일으키기 위한 고유한 전압 값인 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 작업전극, 상기 상대전극 및 상기 기준전극은,
    상기 혼합물질과 접촉되는 반응부; 및
    상기 반응부로부터 연장되어 형성되며, 접지되는 접지부로 구분되는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 판별필름유닛은,
    상기 판별기판유닛의 상부에 부착되는 제1 판별필름;
    상기 제1 판별필름의 상부에 부착되는 제2 판별필름; 및
    상기 제2 판별필름의 상부 및 상기 바디부의 하부에 부착되는 제3 판별필름을 포함하며,
    상기 판별필름들은 상기 반응부와 대응되는 위치에 형성되는 상기 반응챔버를 갖고,
    상기 판별필름들은 상기 반응부와 상기 접지부를 구분하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 판별부는 상기 반응챔버를 통과한 상기 혼합물질이 상기 배출구에 의해 배출되도록 안내하는 배출필름유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 배출필름유닛은,
    상기 배출구의 상부에 부착되며, 누수를 방지하도록 마련되는 제1 배출필름; 및
    상기 제1 배출필름의 상부 및 상기 바디부의 하부에 부착되는 제2 배출필름을 포함하며,
    상기 제1 배출필름 및 상기 제2 배출필름의 두께는 상기 혼합물질이 누수되지 않고 상기 배출구로 배출되도록 상기 반응챔버의 유로와 대응되는 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 유전자 판별칩.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 유전자 판별칩을 적용한 식중독균 판별기.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 유전자 판별칩을 적용한 어종 판별기.
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