KR101866195B1 - 휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법 - Google Patents

휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법 Download PDF

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Abstract

휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법에 관한 발명이 개시된다. 개시된 휴대용 핵산 증폭장치는: 본체와, 본체 내에 구비되는 전원부와, 전원부의 전원 인가시 시료튜브의 온도를 가변시키는 시료반응부와, 시료반응부의 온도조절을 제어하는 제어부 및 시료반응부의 온도조절에 의한 시료튜브의 시료 변형을 감별하는 감별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법{PORTABLE APPARATUS FOR AMPLIFYING NUCLEIC ACIDS AND AMPLIFICATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핵산 증폭에 의한 질병 진단의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 현장에서 신속한 현장 병진단이 가능한 휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법에 관한 것이다.
염기서열 분석 및 질병 진단 등을 목적으로 DNA 및 RNA와 같은 핵산의 유전정보를 분석하기 위해서는, 미량의 핵산을 분석에 필요한 양 만큼 대량으로 증폭시킬 필요가 있다.
이를 위해 세포를 용해하여 세포로부터 핵산을 분리하기 위한 세포 용해(cell lysis), 핵산 증폭, 미소 전기 영동(CE: Capillary Electphoresis) 등의 공정을 수행할 수 있다.
이들 공정 중 핵산의 증폭 방법으로는, LCR(Ligase Chain Reaction), SDA(Strand Displacement Amplification), NASBA(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification), TMA(Transcription Mediated Amplification)와 같은 같은 등온 증폭(isothermal amplification) 방법과, 중합 효소 연쇄 반응(PCR: Polymerase Chain Reaction)과 같은 비등온 증폭(non-isothermal amplification) 방법이 있다.
비등온 증폭 방법의 대표적인 예인 중합 효소 연쇄 반응은 열변성(Denaturation), 결합(Annealing), 및 신장(Extension) 등 일련의 온도 효소 반응 단계로 진행되고, 이들 반응 단계는 각각 일정한 온도 범위에서 진행되어야 양질의 핵산을 고수율로 수득할 수 있다.
즉, 등온 증폭 방법은 물론이고 비등온 증폭 방법도 반응 온도가 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
한편, 국내 공개특허 제10-2005-0091366호(공개일:2005.09.15)에는 "핵산 증폭 방법 및 장치"가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 시료의 핵산 증폭을 육안 및 색상주파수 수치를 정확하게 학인할 수 있어 핵산 증폭에 의한 질병 진단의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 부피가 작고, 가격이 저렴하며, 사용이 간편하여 일반인도 핵산 증폭에 의한 질병 진단이 용이하여 국민보건에 이바지하고 동·식물의 신속한 병진단을 통한 빠른 대처가 가능한 휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 휴대용 핵산 증폭장치는: 본체와, 상기 본체 내에 구비되는 전원부와, 상기 전원부의 전원 인가시 시료튜브의 온도를 가변시키는 시료반응부와, 상기 시료반응부의 온도조절을 제어하는 제어부 및 상기 시료반응부의 온도조절에 의한 상기 시료튜브의 시료 변형을 감별하는 감별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원부는 상기 본체의 내부에 구비되는 배터리 및 상기 배터리에 전원을 충전하기 위해 상기 본체에 외부전원이 연결되는 충전단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료반응부는 상기 전원부에서 제공되는 전원에 의해 온도가 가변되는 펠티어소자 및 상기 펠티어소자와 접하여 상기 펠티어소자의 온도가 전도되며, 상기 시료튜브가 안착되도록 복수개의 수용부가 형성되는 전도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펠티어소자는 상기 전도체의 양측면에 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전도체에는 상기 펠티어소자에 의한 온도 가변이 용이하도록 전도향상부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감별부는 상기 시료반응부에 안착된 상기 시료튜브에 광을 조사하는 광원부와, 상기 시료튜브의 증폭된 시료를 투과한 광이 갖는 색상의 주파수를 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 감지된 값에 의해 감염여부를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체에는 상기 시료반응부를 개폐하는 개폐도어가 구비되고, 상기 개폐도어에는 상기 시료튜브의 시료 변형을 육안으로 확인할 수 있는 필터부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 휴대용 핵산 증폭장치를 이용한 핵산 증폭방법은: (a) 시료를 채취하는 단계와, (b) 채취된 시료의 핵산을 증폭시키는 단계 및 (c) 핵산이 증폭된 시료의 감염여부를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 (c)단계는 시료에 광을 조사하여 투과된 광 색상의 주파수를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b)단계는 시료의 온도를 50℃ ~ 95℃ 범위로 복수 회 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 휴대용 핵산 증폭장치 및 핵산 증폭방법은 시료의 핵산 증폭을 감별부에 의해 색상주파수 수치를 정확하게 확인할 수 있어 핵산 증폭에 의한 질병 진단의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 펠티어소자를 이용하여 시료의 온도를 특정범위 내에서 가변시킬 수 있어 증폭효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 부피가 작고, 가격이 저렴하며, 사용이 간편하여 일반인도 핵산 증폭에 의한 질병 진단이 용이하여 국민보건에 이바지하고 동·식물의 신속한 병진단을 통한 빠른 대처가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 전도체를 보인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 필터부 사용상태도를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치를 이용한 핵산 증폭방법을 보인 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 전도체를 보인 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치의 필터부 사용상태도를 보인 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치(100)는 본체(110), 전원부(120), 시료반응부(130), 제어부(150) 및 감별부(160)를 포함한다.
본체(110)는 본 발명의 외형을 이루는 것으로, 내부에 전원부(120), 시료반응부(130), 제어부(150) 및 감별부(160)가 구비된다. 그리고, 본체(110)에는 시료반응부(130)가 노출되도록 개구홀(112)이 형성되며, 개구홀(112)을 커버하는 개폐도어(115)가 구비된다.
전원부(120)는 도 4에서 도시된 바와 같이 본체(110)의 내부에 구비되며, 외부전원을 충전할 수 있다. 즉, 전원부(120)는 배터리(122)와, 배터리(122)에 전원을 충전하기 위해 본체(110)에 외부전원이 연결되는 충전단자(124)로 이루어진다.
본 실시예에서는 전원부(120)를 배터리(122)와 충전단자(124)로 도시하지만, 이에 한정한 것이 아니며 전원부(120)는 교체 가능한 건전지 등 다양한 변형이 가능하다.
시료반응부(130)는 전원부(120)의 전원 인가시 시료튜브(T)의 온도를 가변시킨다. 이러한 시료반응부(130)는 전원부(120)에서 제공되는 전원에 의해 온도가 가변되는 펠티어소자(132)와, 펠티어소자(132)와 접하여 펠티어소자(132)의 온도가 전도되며, 시료튜브(T)가 안착되도록 복수개의 수용부(135)가 형성되는 전도체(134)를 포함한다.
전도체(134)의 전면은 본체(110)의 개구홀(112)을 통해 노출되고, 전도체(134)는 구리재질로 이루어지며, 수용부(135)는 시료튜브(T)의 형상과 동일 또는 유사하게 함몰 형성되어 시료튜브(T)가 삽입되어 안착된다.
시료튜브(T)는 도 5에서 도시된 바와 같이 상부에 힌지 연결되는 뚜껑이 형성되고, 투명재질로 이루어지며, 원추형상으로 이루어진다. 따라서, 전도체(134)의 열은 수용부(135)에 수용된 시료튜브(T)의 전체면에 전달될 수 있다.
전도체(134)에는 펠티어소자(132)에 의한 온도 가변이 용이하도록 전도향상부(137)가 형성된다. 전도향상부(137)는 도 5에서 도시된 바와 같이 수용부(135)의 가장자리에 형성되는 관통홀로 형성된다.
펠티어소자(132)는 전도체(134)의 양측면에 각각 구비된다. 그리고, 각각의 펠티어소자(132)에는 방열부(140)가 구비되고, 방열부(140)는 펠티어소자(132)에 접하는 방열부재(142) 및 방열부재(142)의 열을 외부로 토출시키는 방열팬(144)을 포함한다. 이때, 본체(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이 방열팬(144)에 의해 외부공기가 유입 또는 토출되도록 통풍홀(114)이 형성된다.
제어부(150)는 시료반응부(130)의 온도조절을 제어한다. 제어부(150)는 본체(110)의 전면에 구비되는 조작부(152)와 조작부(152)의 작동에 의해 전원부(120)의 전원을 단속하여 시료반응부(130)의 온도를 제어하는 컨트롤부(154)를 포함한다.
즉, 조작부(152)는 작동신호에 의해 펠티어소자(132)가 설정된 싸이클로 온도가 가변되고, 펠티어소자(132)의 온도는 전도체(134)에 전도되며, 전도체(134)에 전도된 온도를 각각의 수용부(135)에 안착되는 시료튜브(T)로 전달됨으로써, 시료의 핵산을 증폭시킬 수 있다.
또한, 전도체(134)에는 온도센서(155)가 구비되고, 온도센서(155)에서 감지된 온도값은 컨트롤부(154)로 신호를 전송함으로써, 펠티어소자(132)의 온도가 제어된다.
감별부(160)는 시료반응부(130)의 온도조절에 의한 시료튜브(T)의 시료 변형을 감별하는 것으로서, 시료반응부(130)에 안착된 시료튜브(T)에 광을 조사하는 광원부(162)와, 시료튜브(T)의 증폭된 시료를 투과한 광이 갖는 색상의 주파수를 감지하는 센서부(164) 및 센서부(164)에서 감지된 값에 의해 감염여부를 표시하는 표시부(166)를 포함한다.
광원부(162)는 컨트롤부(154)에 전기적으로 연결되고, 광원부(162)의 각각의 광원은 수용부(135)에 대응되게 구비되며, 펠티어소자(132)의 온도 가변 사이클에 대응되어 점등된다. 즉, 광원부(162)의 광원은 LED램프로 이루어지고, 수용부(135)의 하부에 구비되며, 펠티어소자(132)에 의한 온도 가변 싸이클 이후 핵산이 증폭된 상태에서 광원부(162)는 점등될 수 있다.
그리고, 센서부(164)에 의해 증폭된 시료를 투과한 광이 갖는 색상의 주파수를 감지하여 제어부(150)에서 분석되며, 분석결과가 표시부(166)를 통해 표시된다. 표시부(166)에 표시되는 분석결과는 첫번째 수용부(135)에 구비된 시료의 파장과 마지막번째 수용부(135)에 구비된 시료의 파장을 표시창에 표시한다.
표시부(166)는 디스플레이패널로 이루어지며, 이러한 디스플레이패널에는 조작부(152)에서 설정된 모드 및 온도센서(155)에서 감지된 실제온도, 싸이클 횟수 및 배터리(122) 잔량 등의 정보가 표시될 수 있다.
한편, 도 6에서 도시된 바와 같이 본체(110)에 구비되는 개폐도어(115)에는 시료튜브(T)의 시료변형을 육안으로 확인할 수 있는 필터부(170)가 구비된다. 이때, 개폐도어(115)는 본체(110)로부터 슬라이드 이동 가능하게 구비되어 슬라이드 이동에 의해 개구홀(112)을 개폐할 수 있으며, 닫힘상태에서는 센서부(164)가 전도체(134)의 수용부(135)와 일치되고, 열린상태에서는 필터부(170)가 전도체(134)의 수용부(135)와 일치된다.
이로 인해, 핵산 증폭된 시료에 광이 조사되고, 필터부(170)를 통해 시료를 확인하여 감염여부를 판별할 수 있다.
이하, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치를 이용한 핵산 증폭방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 펠티어소자(132)에 전원을 공급하는 전원부(120)가 외부전원에 의해 충전되는 배터리(122)로 이루어져 휴대가 가능하여 현장에서 신속한 감염여부를 확인할 수 있어 빠른 대처가 가능한 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치를 이용한 핵산 증폭방법을 보인 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 핵산 증폭방법은 시료를 채취한다(S100). 예를 들어, 농가에서 한우의 혈액시료를 채취하여 시료튜브(T)에 수용시킨 후 시료튜브(T)를 전도체(134)의 수용부(135)에 수용시킨다.
이때, 도 4에서 도시된 바와 같이 수용부(135)는 시료튜브(T)와 유사한 형태로 함몰 형성되어 시료튜브(T)의 전체면이 수용부(135)에 접하므로 민감도를 향상시킬 수 있다.
이후, 채취된 시료의 핵산을 증폭시킨다(S200). 사용자는 조작부(152)를 조작하여 전원을 인가시키고, 측정할 모드를 선택한다. 즉, 조작부(152)를 조작하여 RNA 또는 DNA 측정모드를 선택한 후 작동신호를 인가한다.
RNA모드일 경우, 펠티어소자(132)에 의해 전도체(134)가 50℃로 발열되어 10븐 유지후 95℃로 발열되어 5분을 유지 한 후, 95℃로 10초, 50℃로 10초, 60℃로 20초를 35싸이클 반복하여 시료의 핵산을 증폭시킨다.
그리고, DNA모드일 경우, 펠티어소자(132)에 의해 전도체(134)가 95℃로 발열되어 5분을 유지후, 95℃로 10초, 50℃로 10초, 60℃로 20초를 35싸이클 반복하여 시료의 핵산을 증폭시킨다. 이때, 온도를 내리고 올리는 기준은 1초에 4℃~6℃로 한다.
상기한 온도의 반복적이 싸이클에 의해 핵산의 증폭 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 전도체(134)에는 수용부(135)에 인접하여 관통홀로 형성되는 전도향상부(137)가 형성되어 상기한 같은 온도의 가변이 즉각적으로 이루어질 수 있어 핵산의 증폭 효율을 향상시킬 수 있다.
이후, 핵산이 증폭된 시료의 감염여부를 검출한다(S300). 이는 시료에 광을 조사하여 투과된 광 색상의 주파수를 검출하여 감염여부를 검출할 수 있다.
즉, 핵산 증폭이 완료되면, 전도체(134)의 하부에 구비되는 광원부(162)가 점등되어 시료에 조사되고, 시료를 투과한 광은 센서부(164)에 의해 감지되어 제어부(150)에 전달되며, 제어부(150)에서 분석된 분석결과는 표시부(166)를 통해 표시된다(S400). 따라서, 사용자는 표시부(166)에 나타난 분석결과를 보고 감염여부를 확인할 수 있다.
한편, 도 6에서 도시된 바와 같이 본체(110)의 개폐도어(115)에는 시료의 감염여부를 육안으로 확인할 수 있는 필터부(170)가 구비되어, 육안으로도 감염여부를 확인할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법은 시료의 핵산 증폭을 감별부에 의해 색상주파수 수치를 정확하게 확인할 수 있어 핵산 증폭에 의한 질병 진단의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 부피가 작고, 가격이 저렴하며, 사용이 간편하여 일반인도 핵산 증폭에 의한 질병 진단이 용이하여 국민보건에 이바지하고 동·식물의 신속한 병진단을 통한 빠른 대처가 가능한 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 핵산 증폭장치 110 : 본체
112 : 개구홀 115 : 개폐도어
120 : 전원부 122 : 배터리
124 : 충전단자 130 : 시료반응부
132 : 펠티어소자 134 : 전도체
135 : 수용부 137 : 전도향상부
140 : 방열부 142 : 방열부재
144 : 방열팬 150 : 제어부
152 : 조작부 154 : 컨트롤부
155 : 온도센서 160 : 감별부
162 : 광원부 164 : 센서부
166 : 표시부 170 : 필터부

Claims (9)

  1. 본체; 상기 본체 내에 구비되는 전원부; 상기 전원부의 전원 인가시 시료튜브의 온도를 가변시키는 시료반응부; 상기 시료반응부의 온도조절을 제어하는 제어부; 및 상기 시료반응부의 온도조절에 의한 상기 시료튜브의 시료 변형을 감별하는 감별부;를 포함하고,
    상기 시료반응부는 상기 전원부에서 제공되는 전원에 의해 온도가 가변되는 펠티어소자 및 상기 펠티어소자와 접하여 상기 펠티어소자의 온도가 전도되며, 상기 시료튜브가 안착되도록 복수개의 수용부가 형성되는 전도체를 포함하며,
    상기 감별부는 상기 시료반응부에 안착된 상기 시료튜브에 광을 조사하는 광원부와, 상기 시료튜브의 증폭된 시료를 투과한 광이 갖는 색상의 주파수를 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 감지된 값에 의해 감염여부를 표시하는 표시부를 포함하고,
    상기 본체에는 상기 시료반응부를 슬라이드 개폐하는 개폐도어가 구비되며,
    상기 개폐도어에는 상기 시료튜브의 시료 변형을 육안으로 확인할 수 있는 필터부가 구비되고,
    상기 개폐도어는 닫힘시 상기 전도체의 수용부와 상기 센서부를 일치되게 안내하고, 열림시 상기 전도체의 수용부와 상기 필터부를 일치되게 안내하는 것을 특징으로 하는 휴대용 핵산 증폭장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 본체의 내부에 구비되는 배터리; 및
    상기 배터리에 전원을 충전하기 위해 상기 본체에 외부전원이 연결되는 충전단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 핵산 증폭장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 펠티어소자는 상기 전도체의 양측면에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 핵산 증폭장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전도체에는 상기 펠티어소자에 의한 온도 가변이 용이하도록 전도향상부가 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 핵산 증폭장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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