KR101830778B1 - 발열 입자를 포함하는 오일 층을 이용하는 핵산 증폭 장치 및 방법 - Google Patents

발열 입자를 포함하는 오일 층을 이용하는 핵산 증폭 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

발열 입자를 포함하는 오일 층을 이용하는 핵산 증폭 장치 및 방법에 관한 것으로서, 발열 입자를 포함하는 오일 층을 이용하여 에멀젼을 형성하고, 상기 에멀젼 내부에서 핵산 증폭 반응을 수행함으로써, 핵산 증폭 효율을 극대화하고, 반응 시간을 단축시키고, 조작을 용이하게 개선하여 소량의 시료를 대상으로 하더라도 핵산 증폭 반응을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

발열 입자를 포함하는 오일 층을 이용하는 핵산 증폭 장치 및 방법{Device and method for amplifying nucleic acid using oil layer comprising heating particles}
오일 층을 이용하여 에멀젼(emulsion)을 형성하고, 상기 에멀젼 내에서 핵산 증폭 반응을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
핵산 증폭 반응은 핵산을 포함하는 시료를 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산의 특정 염기 서열을 갖는 부위, 소위 표적 부위를 연쇄적으로 복제하여 그 표적 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술로서, 생명과학, 유전공학 및 의료 분야 등에서 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 중합효소 연쇄 반응(PCR)은 이중 가닥의 DNA(deoxyribonucleic acid)를 포함하는 시료를 약 95℃로 가열하여 상기 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 변성 단계(denaturing), 뒤이어 상기 변성 단계 이후 상기 시료에 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 정방향 및 역방향 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프라이머를 제공하고, 상기 분리된 단일 가닥의 DNA와 함께 약 55℃로 냉각하여 상기 단일 가닥의 DNA의 특정 염기 서열에 상기 프라이머를 결합시켜 부분적인 DNA-프라이머 복합체를 형성하는 어닐링 단계(annealing), 및 상기 어닐링 단계 이후 상기 시료를 약 72℃로 유지하여 DNA 중합효소(Tag polymerase)에 의해 상기 부분적인 DNA-프라이머 복합체의 프라이머를 기초로 이중 가닥의 DNA를 형성하는 연장 단계(extension)를 포함하고, 이를 여러 번 반복함으로써 상기 특정 염기 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭하는 기술이다.
상기 핵산 증폭 반응은 대부분의 그 응용 분야에서 선행되거나 전제되는 절차이기 때문에, 정확하고 신속하게 진행되어야 한다. 따라서, 최근에는 소량의 시료를 대상으로 신뢰할 수 있는 핵산 증폭 결과를 도출할 수 있고, 반응 시간을 최대한 단축할 수 있는 다양한 핵산 증폭 기술이 소개되고 있고, 더 나아가 단일 기기 내에서 다양한 시료와 시약을 제어하여 손쉽게 핵산 증폭 반응을 수행하기 위한 핵산 증폭 장치가 개발되고 있는 실정이다.
오일 층을 이용하여 에멀젼을 형성하고, 상기 에멀젼 내부에서 효율적으로 핵산 증폭 반응을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예는 증폭하고자 하는 표적 부위를 포함하는 주형 핵산(template nucleic acid), 및 상기 표적 부위를 증폭하기 위한 시약을 포함하는 제1 수용액(10); 상기 제1 수용액이 밀폐되도록 둘러싸되, 발열 입자(25)를 포함하는 오일 층(layer); 및 상기 오일 층을 둘러싸는 제2 수용액을 포함하는 반응 용기가 구비된, 핵산 증폭 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예를 구현함에 있어서,
상기 핵산 증폭 장치는 상기 발열 입자를 가열하는 열 제공 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 발열 입자는 금속 입자일 수 있다.
상기 금속 입자는 산화철(iron oxide) 입자일 수 있다.
상기 핵산 증폭 장치는 상기 금속 입자에 자력을 제공하는 자력 제공 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 반응 용기는 광 투과성 재질로 구현되되, 상기 핵산 증폭 장치는 상기 발열 입자를 비-접촉식으로 가열하는 열 제공 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 비-접촉식 열 제공 수단은 전자파, 레이저, 또는 적외선을 제공하는 것일 수 있다.
다른 일 실시예는 증폭하고자 하는 표적 부위를 포함하는 주형 핵산(template nucleic acid), 및 상기 표적 부위를 증폭하기 위한 시약을 포함하는 제1 수용액, 및 발열 입자를 포함하는 오일을 혼합하는 단계; 상기 오일이 상기 제1 수용액을 둘러싸는 제1 에멀젼(emulsion)을 형성하는 단계; 상기 제1 에멀젼에 제2 수용액을 첨가하여 상기 제2 수용액이 상기 제1 에멀젼을 둘러싸는 제2 에멀젼을 형성하는 단계; 및 상기 발열 입자를 가열하여 핵산 증폭 반응을 수행하는 단계를 포함하는 핵산 증폭 방법을 제공할 수 있다.
다른 일 실시예를 구현함에 있어서,
상기 핵산 증폭 방법은 상기 핵산 증폭 반응의 수행 단계 이후 상기 제2 에멀젼으로부터 상기 제1 에멀젼을 분리하는 단계; 및 상기 제1 에멀젼으로부터 핵산 증폭 산물을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발열 입자는 금속 입자일 수 있다.
상기 금속 입자는 산화철(iron oxide) 입자일 수 있다.
상기 반응 용기는 광 투과성 재질로 구현되되, 상기 발열 입자를 비-접촉식으로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비-접촉식으로 가열하는 단계는 상기 발열 입자에 전자파, 레이저, 또는 적외선을 제공하여 가열하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 발열 입자를 포함하는 오일 층을 이용하여 에멀젼을 형성하고, 상기 에멀젼 내부에서 핵산 증폭 반응을 수행함으로써, 핵산 증폭 효율을 극대화하고, 반응 시간을 단축시키고, 조작을 용이하게 개선하여 소량의 시료를 대상으로 하더라도 핵산 증폭 반응을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치에 포함된 반응 용기 및 이에 포함된 구성요소를 도시한다.
도 2a 내지 도 2b는 일 실시예에 따른 오일 층에 포함된 구성요소를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치에 포함된 반응 용기 및 이에 구동가능하게 배치된 열 제공 수단을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치에 포함된 반응 용기 및 이에 구동가능하게 배치된 자력 제공 수단을 도시한다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법을 수행하기 위한 일련의 단계를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 제1 수용액 및 발열 입자를 포함하는 오일이 혼합하여 제1 에멀젼을 형성하기 전의 사진이다.
도 7은 일 실시예에 따른 제1 수용액 및 발열 입자를 포함하는 오일이 혼합하여 제1 에멀젼을 형성한 후의 사진이다.
도 8a 내지 도 8b는 일 실시예에 따른 제2 에멀젼이 형성된 후의 사진이다.
도 9는 일 실시예에 따른 제2 에멀젼으로부터 제1 에멀젼을 분리한 후, 상기 제1 에멀젼으로부터 제1 수용액과 오일 층이 상하로 적층된 상태의 사진이다.
도 10은 도 9에 따른 제1 수용액과 오일 층이 상하로 적층된 상태로부터 상층을 분리하여 핵산 증폭 산물(product)이 포함된 상태의 수용액에 관한 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시예를 상세하게 설명한다.
이하 설명은 일 실시예들을 용이하게 이해하기 위한 것일 뿐이며, 보호범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치에 포함된 반응 용기(40) 및 이에 포함된 구성요소(10, 20, 30)를 도시한다.
일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치는 핵산 증폭을 위한 반응 용기(40)를 포함한다. 상기 핵산 증폭 장치는 상기 반응 용기(40) 이외에도 핵산 증폭을 위해 요구되는 다른 모듈, 예를 들어 가열 수단, 냉각 수단, 핵산 증폭을 위한 시료를 공급하는 시료 저장 챔버, 핵산 증폭 반응 후 폐기물(waste)을 저장하기 위한 폐기 챔버 등을 포함할 수 있고, 이들은 상기 반응 용기(40)와 구동가능하게 배치될 수 있다. 한편, 상기 핵산 증폭 장치는 다양하게 구현될 수 있으나, 예를 들어 복수의 채널 및 밸브가 배치되고 원심력과 구심력을 이용하여 유체 흐름을 제어하는 디스크(disc 또는 disk) 형태로 구현된 몸체(body)를 구비하고, 상기 반응 용기(40)는 상기 몸체 내부에 배치되어 복수의 채널 및 밸브와 유체 소통가능하게 연결될 수 있다. 또한, 이하, 상세하게 설명될 열 제공 수단(50), 자력 제공 수단(60) 등도 상기 반응 용기(40)와 구동가능하게 배치될 수 있다.
도 1에 따르면, 상기 반응 용기(40)는 제1 수용액(10), 오일 층(20), 및 제2 수용액(30)을 포함한다.
상기 제1 수용액(10)은 증폭하고자 하는 표적 부위를 포함하는 주형 핵산, 및 상기 표적 부위를 증폭하기 위한 시약을 포함한다. 상기 주형 핵산(template nucleic acid)은 사용자가 증폭하고자 하는 표적 부위(염기 서열로 특정)를 포함한다. 상기 표적 부위를 특정 유전자를 포함할 수 있고, 예를 들어, 암, 결핵, 알레르기 등과 같은 질병의 원인 유전자일 수 있다. 상기 주형 핵산은 증폭가능한 모든 유형의 핵산을 포함하고, 예를 들어 DNA(deoxyribonucleic acid), RNA(ribonucleic acid), PNA(Peptide Nucleic Acid), LNA(Locked Nucleic Acid)일 수 있다. 상기 시약은 상기 주형 핵산에 포함된 표적 부위를 증폭하기 위해 사용되는 모든 유형의 시약을 포함한다. 예를 들어, 중합효소 연쇄 반응(PCR)에 있어서, 상기 시약은 정방향 프라이머(forward primer), 역방향 프라이머(reverse primer), dNTPs(dATP, dCTP, dGTP, dTTP), 핵산 중합효소(Tag polymerase), 버퍼(buffer) 등을 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2b는 일 실시예에 따른 오일 층에 포함된 구성요소를 도시한다. 상기 오일 층(oil layer)(20)은 오일(oil)을 포함한다. 상기 오일은 상온에서 액체로 존재하고 물보다 가벼워 수용액과 섞일 경우 수면에 층을 이루어 퍼지는 물질로서, 점성 및 가연성을 갖고, 물에 용해되지 않는 특징을 갖는 모든 유형의 물질을 포함할 수 있으나, 예를 들어 탄화수소 오일(hydrocarbon oil) 또는 미네랄 오일(mineral oil)일 수 있다. 상기 오일 층(20)은 상기 제1 수용액(10)의 표면을 둘러싸서 상기 제1 수용액(10)이 상기 오일 층(20)을 통과하여 배출되지 않도록 밀폐시킨다. 이와 같이, 상기 오일 층(20) 및 이에 둘러싸여 있는 제1 수용액(10)과 같은 구조를 워터-인-오일 에멀젼(water-in-oil emulsion, W/O emulsion)이라고 한다. 따라서, 상기 제1 수용액(10)에 포함된 주형 핵산 및 시약은 상기 오일 층(20) 내에서 핵산 증폭 반응에 사용될 수 있다.
상기 오일 층(20)은 발열 입자(25)를 포함한다. 도 2a에 따르면, 상기 발열 입자(25)는 자체적으로 또는 외부로부터 에너지를 공급받아 열을 발생시킬 수 있는 모든 유형의 물질, 예를 들어 금속 입자(metal nanoparticle), 자성 비드(magnetic bead), 더 구체적으로 산화철(iron oxide, Fe2O3 또는 Fe3O4) 입자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 발열 입자(25)는 그 표면에 계면 활성제(surfactant)(28)가 처리될 수 있고, 이는 상기 발열 입자(25)와 상기 오일(20)의 접촉 면의 표면 장력을 감소시켜 발열 효과를 증가시키는 역할을 수행할 수 있다. 도 2b에 따르면, 상기 발열 입자(25)는 예를 들어, 레이저 조사에 의해 신속하게 가열되어 그 주변의 전 방향에 열을 신속하게 전달할 수 있고, 그에 따라 상기 오일 층(20)에 의해 둘러싸여 있는 상기 제1 수용액(10)은 밀폐된 공간에서 신속히 열을 공급받을 수 있다.
상기 제2 수용액(30)은 용매가 물(water)인 용액으로서, 아울러 증류수(Distilled water)도 포함한다. 상기 제2 수용액(30)은 상기 오일 층(20)을 둘러싸는데, 이와 같이 제1 수용액(10), 이를 둘러싸는 상기 오일 층(20), 및 이를 둘러싸는 제2 수용액(30)과 같은 구조를 워터-인-오일-인-워터 에멀젼(water-in-oil-in-water emulsion, W/O/W emulsion)이라고 한다. 한편, 상기 제2 수용액(30)은 상기 오일 층(20)보다 열용량이 큰 물질일 수 있다. 따라서, 상기 발열 입자(25)가 가열되면, 상기 오일 층(20)과 상기 제2 수용액(30) 간의 열용량 차이에 의해 상기 오일 층(20)에 의해 밀폐된 공간에 존재하는 상기 제1 수용액(10)의 온도는 급격히 상승하는데 반해, 상기 오일 층(20)에 비해 열용량이 높은 상기 제2 수용액(30)은 상기 제1 수용액(10)에 비해 온도가 상대적으로 덜 상승한다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 적은 열 공급으로 상기 발열 입자(25)에 의해 상기 제1 용액(10)을 신속히 가열할 수 있기 때문에 상기 표적 부위에 대한 핵산 증폭 효율 및 시간을 상당하게 개선할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치에 포함된 반응 용기(40) 및 이에 구동가능하게 배치된 열 제공 수단(50)을 도시한다.
일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치는 상기 반응 용기(40), 구체적으로 상기 발열 입자(25)를 가열하기 위하여 구동가능하게 배치된 열 제공 수단(50)을 포함한다. 상기 열 제공 수단(50)은 상기 발열 입자(25)에 열을 공급할 수 있는 것이라면 다양하게 구현될 수 있다. 도 3에 따르면, 상기 열 제공 수단(50)은 비-접촉식 가열 수단, 예를 들어 전자파, 레이저, 또는 적외선 제공 수단일 수 있는데, 이 경우 상기 반응 용기(40)는 열 전도도와는 무관하게 광 투과성 재질로 구현되기만 하면 족하다. 예를 들어, 상기 전자파 제공 수단(50)이 상기 반응 용기(40)를 향해 전자파를 제공하면, 상기 전자파는 광 투과성 재질의 반응 용기(40)를 통과하여 상기 제2 수용액(30), 오일 층(20), 및 제1 수용액(10)에 열을 공급하는데, 그 중 상기 발열 입자(25)가 가장 급격히 가열된다. 그에 따라, 상기 제1 수용액(10)보다 상기 제2 수용액(20)이 열용량이 높고 넓은 영역에 분포되어 있기 때문에 상기 오일 층(20)에 의해 둘러싸인 제1 수용액(10)이 상기 제2 수용액(30)에 비해 더 빨리 가열된다. 그러나, 상기 전자파 제공 수단(50)이 상기 전자파 제공을 중단하면, 상기 발열 입자(25)가 가장 급격히 냉각된다. 그에 따라, 상기 제1 수용액(10)보다 상기 제2 수용액(20)이 열용량이 높고 넓은 영역에 분포되어 있기 때문에 상기 오일 층(20)에 의해 둘러싸인 제1 수용액(10)이 상기 제2 수용액(30)에 비해 더 빨리 냉각된다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 수용액(10) 내에서 핵산 증폭 반응을 신속하게 진행할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치에 포함된 반응 용기(40) 및 이에 구동가능하게 배치된 자력 제공 수단(60)을 도시한다.
일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치는 상기 반응 용기(40), 구체적으로 상기 발열 입자로서 금속 입자(25)에 자력을 제공하도록 구동가능하게 배치된 자력 제공 수단(60)을 포함한다. 상기 자력 제공 수단(60)은 상기 금속 입자(25)에 자력을 공급하여 상기 반응 용기(40)의 제2 수용액(30) 내에서 상기 제1 수용액(10) 및 오일 층(20)의 복합체(complex)의 이동을 제어하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성하기 위한 것이라면, 영구자석, 전자석 등 다양한 유형의 물질로 구현될 수 있다.
도 4에 따르면, 상기 반응 용기(40)는 상기 자력 제공 수단(60)으로부터 자력을 공급받을 수 있도록 배치되되, 상기 자력 제공 수단(60)은 상기 반응 용기(40)에 대한 접촉식 또는 비-접촉식 형태로 다양하게 구현될 수 있다. 상기 자력 제공 수단(60)에서 빗금 친 부분은 영구자석 또는 전자석일 수 있고, 이들의 이동(화살표 방향으로 이동)에 의해 상기 제1 수용액(10)-오일 층(20) 복합체(complex)의 이동(화살표 방향으로 이동)을 제어할 수 있다. 그 결과, 상기 자력 제공 수단(60)은 핵산 증폭 장치에 포함되어 있는 다양한 2 이상의 챔버 및/또는 채널에서 상기 복합체의 위치를 자유롭게 제어할 수 있다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법을 수행하기 위한 일련의 단계를 도시한다.
일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법에 있어서, 상기 제1 수용액(10), 발열 입자(25), 오일 또는 오일 층(20) 및 제2 수용액(30)에 관한 사항은 이미 설명된 바와 같다.
도 5에 따르면, 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법은 증폭하고자 하는 표적 부위를 포함하는 주형 핵산, 및 상기 표적 부위를 증폭하기 위한 시약을 포함하는 제1 수용액(10), 및 발열 입자(25)를 포함하는 오일(20)을 혼합하는 단계(shaking or stirring)를 포함한다. 이 경우, 상기 제1 수용액(10) 및 상기 발열 입자(25)를 포함하는 오일(20)은 상호 용해되지 아니하고, 경계를 생성하며 상하로 구별되는 층을 이루게 된다.
또한, 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 오일(20)이 상기 제1 수용액(10)을 둘러싸는 제1 에멀젼(emulsion)(100)을 형성하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 제1 에멀젼(100)은 상기 반응 용기(40) 내에서 2 이상의 워터-인-오일 에멀젼(water-in-oil emulsion, W/O emulsion)의 형태로 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 제1 에멀젼(100)에 제2 수용액(30)을 첨가하여 상기 제2 수용액(30)이 상기 제1 에멀젼(100)을 둘러싸는 제2 에멀젼(200)을 형성하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 제2 에멀젼(200)은 상기 반응 용기(40) 내에서 2 이상의 워터-인-오일-인-워터 에멀젼(water-in-oil-in-water emulsion, W/O/W emulsion)의 형태로 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 발열 입자(25)를 가열하여 핵산 증폭 반응을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 도 5에 따르면, 상기 핵산 증폭 반응은 중합효소 연쇄 반응(PCR)일 수 있다. 한편, 상기 발열 입자(25)를 가열하여 핵산 증폭 반응을 수행한다는 것은 상기 발열 입자(25)에 열을 공급 또는 차단하여 중합효소 연쇄반응(PCR)에 있어서 요구되는 온도, 예를 들어 변성 단계(denaturing step)에 있어서 약 95℃, 어닐링 단계(annealing step)에 있어서 약 55℃, 및 연장 단계(extension step)에 있어서 약 72℃를 제어하는 것을 포함한다. 이 경우, 상기 발열 입자(25)는 금속 입자, 더 구체적으로 산화철(iron oxide, Fe2O3 또는 Fe3O4)일 수 있고, 상기 반응 용기(40)는 광 투과성 재질로 구현되되, 상기 발열 입자(25)를 비-접촉식으로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 발열 입자(25)는 전자파, 레이저, 또는 적외선 공급에 의해 가열될 수 있다.
또한, 도 5에 따르면, 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 제2 에멀젼(200)으로부터 상기 제1 에멀젼(100)을 분리하는 단계 및 상기 제1 에멀젼(100)으로부터 핵산 증폭 산물을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 에멀젼(200)으로부터 상기 제1 에멀젼(100)을 분리하는 단계 및 상기 제1 에멀젼(100)으로부터 핵산 증폭 산물을 분리하는 단계는 원심분리(centrifugation)를 이용하여 진행할 수 있다. 상기 제2 에멀젼(200)은 상기 제1 수용액(10)-오일 층(20) 복합체인 제1 에멀젼(100)과 상기 제2 수용액(30)을 포함하는 워터-인-오일-인-워터 에멀젼(water-in-oil-in-water emulsion, W/O/W emulsion)의 형태로 형성되는데, 상기 제1 에멀젼(100)과 상기 제2 수용액(30) 간에는 밀도 차이가 존재하기 때문에 상기 제2 에멀젼(200)을 원심분리하면 상층에 제2 수용액(30, Waste)을 배치되고, 하층에 상기 제1 에멀젼(100)이 배치되어 상층으로부터 상기 제2 수용액(30, Waste)을 제거할 수 있다. 또한, 상기 제1 에멀젼(100)은 상기 제1 수용액(10) 및 오일 층(20)을 포함하는 워터-인-오일 에멀젼(water-in-oil emulsion, W/O emulsion)의 형태로 형성되는데, 상기 제1 수용액(10)과 상기 오일 층(20) 간에는 밀도 차이가 존재하기 때문에 상기 제1 에멀젼(100)을 원심분리하면 상층에 제1 수용액(10)이 배치되고, 하층에 상기 오일 층(20)이 배치되어 상층으로부터 상기 제1 수용액(10)을 분리할 수 있고, 그 결과, 제1 수용액(10)에 포함된 핵산 증폭 산물(Product)을 획득할 수 있다.
실시예
임의의 표적 부위를 포함하는 주형 핵산(template nucleic acid), 및 상기 표적 부위를 증폭하기 위한 시약(정방향 프라이머(forward primer), 역방향 프라이머(reverse primer), dNTPs(dATP, dCTP, dGTP, dTTP), 핵산 중합효소(Tag polymerase), 중합효소 연쇄 반응 버퍼(buffer) 등을 포함)을 포함하는 약 500 ㎕의 제1 수용액(10)을 준비하고, 이를 투명한 유리 재질의 반응 용기에 도입하였다. 그 후, 상기 발열 입자로서 산화철(iron oxide, Fe2O3/Fe3O4) 및 탄화수소 오일(hydrocarbon oil)를 포함하는 약 500 ㎕의 오일(20)을 준비하고, 이를 상기 반응 용기에 도입하였다. 도 6은 일 실시예에 따른 제1 수용액(10) 및 발열 입자를 포함하는 오일(20)이 혼합하여 제1 에멀젼을 형성하기 전의 사진이다. 그 후, 상기 반응 용기에서 상기 제1 수용액(10)과 발열 입자를 포함하는 오일(20)을 혼합하였다(shaking or stirring). 도 7은 일 실시예에 따른 제1 수용액(10) 및 발열 입자를 포함하는 오일(20)이 혼합하여 제1 에멀젼(100)을 형성한 후의 사진이다.
제2 용액(30)으로서 약 500 ㎕의 증류수를 준비하고, 이를 상기 반응 용기에 도입한 후 혼합하였고(shaking or stirring), 제2 에멀젼(200)이 형성되었다. 도 8a 내지 도 8b는 일 실시예에 따른 제2 에멀젼(200)이 형성된 후의 사진이고, 도 8b는 제2 에멀젼(200)을 더 명확하게 확인하기 위해 도 8a의 a 부분을 확대한 사진이다.
상기 제2 에멀젼(200)이 형성된 후 상기 투명한 유리 재질의 반응 용기에 전자파를 반복적으로 공급하거나 차단함으로써 상기 제2 에멀젼(200)을 가열 또는 냉각하여 약 95℃의 변성 단계(denaturing step), 약 55℃의 어닐링 단계(annealing step), 및 약 72℃의 연장 단계(extension step)로 이어지는 중합효소 연쇄 반응(PCR)을 약 20 사이클(cycle)로 진행하였다. 상기 중합효소 연쇄 반응을 완료한 후, 다른 투명 유리 재질의 용기에 상기 제2 에멀젼(200)을 옮기고 제1차 원심분리를 진행하였다. 상기 제1차 원심분리를 완료한 후 상층 액(제2 용액)을 제거하고, 그 하층에 포집된 제1 에멀젼(100)을 따로 분리하여 제2차 원심분리를 진행하였다. 도 9는 제2 에멀젼(200)으로부터 제1 에멀젼(100)을 분리한 후, 상기 제1 수용액(Product)과 오일 층(20)이 상하로 적층된 상태의 사진이다. 그 후 하층에 포집된 상기 오일 층(20)은 그대로 놔두고 상층 액을 분리하였다. 도 10은 도 9에 따른 제1 수용액(Product)과 오일 층(20)이 적층된 상태로부터 핵산 증폭 산물이 포함된 제1 수용액(Product)을 분리한 사진이다. 그 후, 상기 분리된 제1 수용액을 겔 전기 영동 실험으로 확인해 본 결과, 주형 핵산에서 표적 부위가 증폭된 것을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

  1. 증폭하고자 하는 표적 부위를 포함하는 주형 핵산(template nucleic acid), 및 상기 표적 부위를 증폭하기 위한 시약을 포함하는 제1 수용액;
    상기 제1 수용액이 밀폐되도록 둘러싸되, 발열 입자를 포함하는 오일 층(layer); 및
    상기 오일 층을 둘러싸는 제2 수용액;
    을 포함하는 반응 용기가 구비된, 핵산 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 핵산 증폭 장치는 상기 발열 입자를 가열하는 열 제공 수단을 더 포함하는 것인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발열 입자는 금속 입자인 것인 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 입자는 산화철(iron oxide) 입자인 것인 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 핵산 증폭 장치는 상기 금속 입자에 자력을 제공하는 자력 제공 수단을 더 포함하는 것인 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응 용기는 광 투과성 재질로 구현되되, 상기 핵산 증폭 장치는 상기 발열 입자를 비-접촉식으로 가열하는 열 제공 수단을 더 포함하는 것인 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비-접촉식 열 제공 수단은 전자파, 레이저, 또는 적외선을 제공하는 것인 장치.
  8. 증폭하고자 하는 표적 부위를 포함하는 주형 핵산(template nucleic acid), 및 상기 표적 부위를 증폭하기 위한 시약을 포함하는 제1 수용액, 및 발열 입자를 포함하는 오일을 혼합하는 단계;
    상기 오일이 상기 제1 수용액을 둘러싸는 제1 에멀젼(emulsion)을 형성하는 단계;
    상기 제1 에멀젼에 제2 수용액을 첨가하여 상기 제2 수용액이 상기 제1 에멀젼을 둘러싸는 제2 에멀젼을 형성하는 단계; 및
    상기 발열 입자를 가열하여 핵산 증폭 반응을 수행하는 단계;
    를 포함하는 핵산 증폭 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 핵산 증폭 방법은 상기 핵산 증폭 반응의 수행 단계 이후
    상기 제2 에멀젼으로부터 상기 제1 에멀젼을 분리하는 단계; 및
    상기 제1 에멀젼으로부터 핵산 증폭 산물을 분리하는 단계;
    를 더 포함하는 것인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 발열 입자는 금속 입자인 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 금속 입자는 산화철(iron oxide) 입자인 것인 방법.
  12. 제8항에 있어서, 반응 용기는 광 투과성 재질로 구현되되, 상기 발열 입자를 비-접촉식으로 가열하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 비-접촉식으로 가열하는 단계는 상기 발열 입자에 전자파, 레이저, 또는 적외선을 제공하여 가열하는 것인 방법.
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