KR101888376B1 - 감염성 질병 진단용 유전자칩 - Google Patents

감염성 질병 진단용 유전자칩 Download PDF

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김봉석
강현우
이민아
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Abstract

감염성 질병 진단용 유전자칩이 개시된다. 본 발명의 일 구체예에 따른 유전자칩은 플라스틱 필름을 포함하는 하부 필름; 플라스틱 필름을 포함하는 상부 필름; 하부 필름과 상부 필름 사이에 게재되고, 내부에 바이오 샘플로부터 핵산을 분리시키는 전처리챔버와, 분리된 핵산을 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭시키고 판독하는 증폭 및 진단챔버와, 바이오 샘플을 이송시키되 복수의 단절 구간이 존재하는 채널이 형성된 플라스틱 필름을 포함하는 중간 필름; 및 채널의 단절 구간 상부에 각각 배치되어 단절 구간 상부에 유로를 형성시키고, 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키거나 또는 전진 방향으로의 이송을 차단하는 밸브부재를 포함한다.

Description

감염성 질병 진단용 유전자칩{GENE CHIP FOR DIAGNOSING INFECTIOUS DISEASES}
본 발명은 감염성 질병 진단용 유전자칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감염성 질병의 현장진단을 위해 시료전처리, 핵산 증폭 및 판독을 하나의 칩에서 처리 가능한 유전자칩에 관한 것이다.
체외진단 산업은 과거의 질환 치료 중심에서 조기 진단을 통한 사전 예방과 건강 증진 중심의 트렌드 변화를 보이고 있다. 체외진단이 전통적인 진단방식보다 정확도가 높고 언제 어디서든지 편리하고 신속한 진단과 분석이 가능한 방식으로 발전될 것이라 예상되는 이유다. 이에 따라 의료기관에서 사용하는 의료기기도 검사에 소요되는 시간을 단축하기 위해 자동화 및 사용자 편의성이 필수적으로 고려되고 있다. 또한 기술 발달에 따라 최근에는 임신진단이나 당뇨검사 와 같은 간단한 진단항목 이외에도 급성심근경색, 암검사 등의 전문 의학적 검사를 신속하고 간단히 수행할 수 있는 체외진단용 유전자칩 등이 개발되고 있는 실정이다.
분자진단의 대부분은 검체에서 핵산을 추출하여 질병을 일으키는 생체물질의 핵산의 증폭여부를 확인함으로써 결정된다. 이 때, 핵산 증폭 방법으로는 주로 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction; PCR)이 이용되고 있다. 그런데 PCR 과정은 검체 시료의 전처리와, 핵산 추출, 농축, 증폭, 판독의 각 단계를 거쳐야 하는 바, 많은 시간이 소요될 뿐더러 이들 각 단계를 수행하기 위한 키트들이 별도로 존재하는 경우가 많다. 특히 핵산증폭 및 판독과정의 경우 하나의 통합칩 내에서 구현된 사례가 있으나, 검체 시료의 전처리까지 통합칩 내에서 구현된 사례는 현재까지 보고되고 있지 않다.
한편 분자진단에 사용되는 현장진단용 유전자칩은 대부분 내부에 미세유체를 이송시키기 위한 미세채널이 형성되어 있다. 그리고 미세채널의 일부 구간에서 미세유체를 전진 방향으로 이송시키거나 이송을 차단시키기 위해 밸브 장치를 추가적으로 장착하는 경우가 있다. 하지만 이러한 시스템의 경우 각 밸브 장치마다 밸브의 구동을 위한 별도의 구동장치(예컨대 모터)가 요구되므로, 전체 시스템을 복잡하게 만들 뿐더러 제조 비용의 상승과 같은 단점이 보고되고 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제1347373호 (2013.12.26 등록)
본 발명은 감염성 질병 진단을 위한 유전자칩에 있어 시료전처리와 핵산증폭 및 판독을 하나의 칩에서 수행 가능하고, 특히 간단한 구조적 개선을 통해 미세유체의 이송 또는 이송 차단 기능을 수행할 수 있는 밸브 시스템을 포함하는 유전자칩을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 플라스틱 필름을 포함하는 하부 필름; 플라스틱 필름을 포함하는 상부 필름; 하부 필름과 상부 필름 사이에 게재되고, 내부에 바이오 샘플로부터 핵산을 분리시키는 전처리챔버와, 분리된 핵산을 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭시키고 판독하는 증폭 및 진단챔버와, 바이오 샘플을 이송시키되 복수의 단절 구간 - 상기 단절 구간에는 바이오 샘플의 수평방향으로의 이동을 소정 압력 범위 내에서 차단하는 차단벽이 형성됨 - 이 존재하는 채널이 형성된 플라스틱 필름을 포함하는 중간 필름; 및 채널의 상기 단절 구간 상부에 각각 배치되어 상기 단절 구간 상부에 유로를 형성시키고, 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키거나 또는 전진 방향으로의 이송을 차단하는 밸브부재를 포함하는 유전자칩이 제공될 수 있다.
또한, 상기 채널은 바이오 샘플이 도입되어 전진하는 인렛채널과, 인렛채널의 전단과 단절되고 전처리챔버의 후단과 단절되도록 형성되는 제1 매개채널과, 전처리챔버의 전단과 단절되도록 형성되는 제2 매개채널과, 제2 매개채널의 전단과 단절되는 이송채널과, 이송채널의 전단과 단절되도록 형성되고 증폭 및 진단챔버와는 연통되는 증폭채널과, 증폭 및 진단챔버의 전단과 단절되도록 형성되는 제3 매개채널과, 제3 매개채널의 전단과 단절되도록 형성되는 아웃렛채널을 포함하고, 상기 밸브부재는, 인렛채널과 전처리챔버 사이의 상부분, 그리고 전처리챔버와 이송채널 사이의 상부분에 각각 배치되며, 내부에 형성되는 유로를 통해 상기 상부분에 바이오 샘플의 이송경로를 형성시키는 제1 밸브부재; 및 이송채널과 증폭채널 사이의 상부분, 그리고 제3 매개채널과 아웃렛채널 사이의 상부분에 각각 배치되며, 상기 상부분에 바이오 샘플의 이송경로를 형성시키며, 상기 이송경로를 차단시키거나 차단 해제시키도록 구동 되는 차단부재를 포함하는 제2 밸브부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 채널은 전단이 이송채널과 연통되고 PCR 증폭을 위한 버퍼액을 이송채널로 이송시키는 버퍼채널을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 밸브부재는, 소정 두께를 가지며 상기 단절 구간의 길이보다 소정 정도 긴 길이를 갖는 제1 홀 - 상기 제1 홀은 상기 단절 구간이 중앙부분에 위치하도록 배치됨 - 이 형성되는 밸브 몸체와, 밸브 몸체의 상부를 덮는 커버 몸체를 포함할 수 있다.
또한, 제2 밸브부재는, 소정 두께를 가지며 상기 단절 구간의 길이보다 소정 정도 긴 길이를 갖는 제2 홀 - 상기 제2 홀은 상기 단절 구간이 중앙부분에 위치하도록 배치됨 - 이 형성되는 밸브 몸체와, 밸브 몸체의 상부를 덮는 커버 몸체와, 커버 몸체의 상부에 배치되되 제2 홀의 양 단부 중 어느 하나와 상응하도록 위치하며 상하 이동하여 커버 몸체를 가압하거나 가압 해제시키는 차단 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 구체예들에 따른 유전자칩은 하나의 칩 내에 바이오 샘플로부터 핵산을 분리시키는 전처리챔버와, 분리된 핵산을 PCR을 통해 증폭시키고 판독할 수 있도록 하는 증폭 및 진단챔버를 형성함으로써, 하나의 칩에서 감염성 질병 진단을 위한 시료전처리, 핵산증폭 및 판독을 모두 수행 가능하도록 하였다.
또한, 바이오 샘플을 이송시키는 채널에 복수의 단절 구간을 형성하고, 단절 구간에는 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키거나 전진 방향으로의 이송을 차단하는 밸브 부재들을 배치하되, 시료전처리 영역의 전후단부에 배치되는 밸브부재의 경우 간단한 구조적 개선을 통해 바이오샘플의 평행방향으로의 이송을 차단하고 바이오샘플이 이송될 수 있는 새로운 이송경로를 형성시키도록 함으로써, 시료전처리 시 온도 상승에 따라 바이오샘플이 전처리영역에서 이탈되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유전자칩을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 유전자칩의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 유전자칩에서 중간 필름을 도시한 정면도이다.
도 4는 도 3의 중간 필름에서 밸브 부재 및 챔버 부재를 추가하여 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 표시된 V-V에 따른 단면을 도시한 도면으로, 제1 밸브 부재를 통한 바이오샘플의 이송을 나타낸다.
도 6은 도 4에 표시된 VI-VI에 따른 단면을 도시한 도면으로, 제2 밸브 부재를 통한 바이오 샘플의 이송을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하기의 설명은 본 발명을 구체적인 예시를 들어 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술적 사상이 하기의 설명에 한정되는 것은 아니다. 그리고 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 도면에서 각 부재의 두께나 크기 등은 설명의 편의 등을 위해 과장, 생략, 개략적으로 도시될 수 있다.
본 명세서에 기재된 본 발명 구조에 대한 설명에서 위치관계나 방향은 특별히 언급하지 않는 한, 본 명세서에 첨부된 도면을 기준으로 한다.
본 명세서에 기재된 본 발명 구조에 대한 설명에서 공간에 대한 설명이나 위치관계에 대한 설명은 본 발명을 이루는 구성요소들 간의 상대적인 위치를 의미하는 것이다. 또한 특별히 언급하지 않는 한, 하나의 구성요소와 다른 구성요소 사이의 공간에는 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다. 예를 들어 본 명세서에서 하나의 구성요소의 "상부에" 또는 "위에" 다른 구성요소가 위치함을 언급하고 있는 경우, 하나의 구성요소의 바로 위에 다른 구성요소가 위치하는 경우 뿐만 아니라, 하나의 구성요소와 다른 구성요소들 사이에 또 다른 구성요소가 위치하는 경우까지를 포함한다.
본 명세서에서 "바이오 샘플"은 검출하고자 하는 검체(검출될 샘플 내 분자 또는 기타물질을 의미함)를 함유하는 생물학적 샘플을 의미한다. 생물학적 샘플은 생물학적 유체(fluid) 형태일 수 있다. 일 구체예에 있어서 바이오 샘플은 헐액 시료, 전혈 시료일 수 있다.
본 명세서에서 "시료전처리"라 함은 전혈 시료로부터 핵산을 추출하는 처리를 의미한다.
본 명세서에서 "PCR 증폭" 또는 "PCR을 통한 증폭"등의 표현은 중합효소 연쇄 반응(PCR)을 이용하여 핵산을 증폭시키는 방법을 의미한다. PCR 증폭방법의 기술 원리 및 세부 기술적 사항은 당업계에 알려져 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유전자칩(100)을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 유전자칩(100)의 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유전자칩(100)은 하부 기재인 베이스 기재(110)와 상부 기재인 커버 기재(160)가 상하 방향으로 결합된 칩(chip) 형태로 형성될 수 있다. 유전자칩(100)의 내부에는 메인 기재(120)가 장착될 수 있다. 메인 기재(120)는 하부 필름(121), 중간 필름(122), 상부 필름(123)이 적층되어 이루어질 수 있다. 상부 필름(123)의 상부에는 복수의 밸브부재(130,140)와, 챔버부재(150)가 배치될 수 있다. 도 1은 이들 각 구성요소들이 모두 결합된 형태를 도시하고 있으며, 도 2는 이들 각 구성요소들을 분리하여 도시하고 있다.
이하, 각 구성요소들에 대해 구체적으로 설명한다.
베이스 기재(110)와 커버 기재(160)는 유전자칩(100)의 외형을 이룬다. 베이스 기재(110)와 커버 기재(160)는 동일하거나 상이한 플라스틱 재질로 형성될 수 있으며, 특정 소재로 한정되지 않는다.
베이스 기재(110)는 메인 기재(120)가 상부에 장착될 수 있도록 상부면이 소정 정도 인입된 형태로 형성될 수 있다. 베이스 기재(110)의 상부면 중앙 부분(R1)에는 금속 기판이 배치될 수 있다. 금속 기판은 유전자칩(100)이 열원 상에 놓여졌을 때, 열원으로부터 발생하는 열을 메인 기재(120)에 전달하여 메인 기재(120)에서 시료 전처리, 핵산 증폭을 수행할 수 있도록 한다. 한편 열원은 특정되지 않으며 통상적으로 사용되는 히터 등이 이용될 수 있다.
커버 기재(160)는 베이스 기재(110)와 상호 결합(접합) 된다. 커버 기재(160)는 베이스기재(110)의 중앙 부분(R1)과 상응하는 부분에 개구부(164)가 형성된다. 따라서 메인 기재(120)가 장착되었을 때, 메인 기재(120)의 일부분이 개구부(164)에 노출될 수 있다. 도 1,2에서는 개구부(164)를 사각형으로 도시하고 있으나, 개구부(164)는 메인 기재(120)의 전처리챔버, 증폭 및 진단챔버를 시각적으로 노출시킬 수 있는 범위 내에서 다양한 형태로 형성될 수 있다.
한편, 커버 기재(160)에는 바이오 샘플이 도입되는 인렛포트(161), 시료 전처리-핵산 증폭-판독이 종료된 바이오 샘플이 배출되는 아웃렛포트(162)가 형성될 수 있다. 인렛포트(161), 아웃렛포트(162)는 커버 기재(160)의 상부면 일측에 상부 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 커버기재(160)에는 추가적으로 PCR 증폭을 위한 버퍼액 등을 도입하기 위한 버퍼액 주입포트(163)가 형성될 수 있다. 일 구체예에 있어서 버퍼액 주입포트(163)는 인렛포트(161), 아웃렛포트(162)와 동일 또는 유사한 형태로 형성되어 커버 기재(160)의 상부면 타측에 형성될 수 있다.
메인 기재(120)는 플라스틱 필름을 포함하는 하부 필름(121)과, 플라스틱 필름을 포함하는 상부 필름(123)과, 하부 필름(121)과 상부 필름(123) 사이에 게재되며 플라스틱 필름을 포함하는 중간 필름(122)이 상하 방향으로 적층되어 형성될 수 있다. 이 때, 메인 기재(120)를 이루는 플라스틱 필름을 예시하면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄, 폴리비닐리덴플루오라이드, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐클로라이드(PVE), 폴리에테르 설폰(PES) 등이 있다. 하부 필름(121), 중간 필름(122), 상부 필름(123)은 모두 동일하거나 상이한 플라스틱 필름을 포함할 수 있으며, 세 필름 중 두 개가 동일한 플라스틱 필름을 포함하고 다른 하나는 상이한 플라스틱 필름을 포함할 수도 있다. 나아가 동일한 플라스틱 필름을 포함하더라도, 경우에 따라 개별 물성은 차이가 있을 수도 있다.
중간 필름(122)에는 전처리챔버, 증폭 및 진단챔버, 채널이 형성된다. 전처리챔버는 바이오 샘플로부터 핵산을 분리시키는 기능을 수행할 수 있다. 증폭 및 진단챔버는 분리된 핵산을 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭시키고 판독하는 기능을 수행할 수 있다. 채널은 바이오 샘플을 이송시키는 역할을 한다. 전처리챔버, 증폭 및 진단챔버, 채널에 대해서는 다른 도면을 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다. 한편, 전처리챔버, 증폭 및 진단챔버, 채널의 형성은 통상적인 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 레이저 컷팅, 컷팅 플로팅 가공법, 컷팅 프린팅법, 선반 가공법 등이 있으며, 이들 각각의 기술 원리 및 세부 기술적 사항은 당업계에 알려져 있다.
중간 필름(122)의 상하부에 각각 상부 필름(123)과 하부 필름(121)이 결합함으로써, 중간 필름(122)의 두께가 실질적으로 바이오 샘플(미세유체)의 흐름 공간(유로)의 높이를 형성하게 된다. 각 필름들의 결합은 통상의 결합 부재를 이용한 기계적 결합방식에 의해 이루어질 수 있고, 접착제를 이용하는 방식에 의해 이루어질 수도 있다. 이 때, 접착제는 각 필름들을 상호 접합시켜 바이오 샘플의 흐름 공간을 형성하는데 충분한 접착성을 가지면 충분하고, 특정 종류의 접착제로 한정되지 않는다. 접착제의 종류를 예시하면, 고무계 접착제, 아크릴 수지계 접착제, 실리콘계 접착제, 광학계 접착제, 가열성 접착제 등이 있다. 또한 접착제의 형태를 예시하면, 감압 접착 테이프, 열 활성 접착 테이프, 화학적 활성 접착 테이프, 광 활성 접착 테이프 등이 있다.
상부 필름(123)에는 다양한 종류의 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 커버 기재(160)의 인렛포트(161)와 연통되는 홀(도 2에서 부호 1로 표기함), 커버 기재(160)의 아웃렛포트(162)와 연통되는 홀(도 2에서 부호 2로 표기함), 커버 기재(160)의 버퍼액 주입포트(163)와 연통되는 홀(도 2에서 부호 3으로 표기함)이 있다. 즉, 유전자칩(100)에서 커버 기재(160)의 인렛포트(161)로 도입된 바이오 샘플은 베이스 기재(110)와 커버 기재(160) 사이에 장착된 메인 기재(120)의 상부 필름(123)의 홀을 거쳐 중간 필름(122)에 형성된 채널로 흐를 수 있다. 반대로 도입된 바이오 샘플은 중간 필름(122)에 형성된 채널에서 메인 기재(120)의 상부 필름(123)의 홀을 거쳐 커버 기재(160)의 아웃렛 포트(162)로 배출될 수 있다. 나아가 상부 필름(123)의 중앙 부분에는 중간 필름(122)에 형성된 채널의 형태에 따라서 복수의 홀이 추가적으로 형성될 수 있다. 상기 홀들에 대해서는 다른 도면을 참조하여 구체적으로 후술한다.
하부 필름(121), 중간 필름(122), 상부 필름(123)에는 각각 1 이상의 지그홀(도 2에서 부호 J로 표기함)이 형성될 수 있다. 지그홀(J)은 하부 필름(121), 중간 필름(122), 상부 필름(123)이 접합되었을 때, 서로 포개지는 위치가 되도록 각 필름에 형성될 수 있다. 일 구체예에 있어서 도 2에 도시된 바와 같이 지그홀(J)은 각 필름의 중앙 부분의 테두리를 따라 형성될 수 있다. 도 2에서 지그홀(J)은 각 필름의 중앙 부분을 기준으로 두 쌍이 서로 마주보도록 장슬릿(slit) 형태로 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 지그홀(J)은 유전자칩(100)을 열원 또는 판독 장치의 스테이지에 고정시키기 위한 것이다. 일 구체예에 있어서 소정 두께를 갖는 고정부재(미도시)가 지그홀(J)에 삽입됨으로써 유전자칩(100)이 측방향으로 흔들리지 않고 임의의 위치 또는 공간에 고정될 수 있다. 한편, 상술한 홀, 지그홀의 형성은 통상적인 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 펀칭, 레이저 컷팅, 컷팅 플로팅 가공법, 컷팅 프린팅법, 선반 가공법 등이 있으며, 이들 각각의 기술 원리 및 세부 기술적 사항은 당업계에 알려져 있다.
밸브부재는 메인 기재(120)의 상부에 배치된다. 구체적으로 밸브부재는 메인 기재(120)의 상부 필름(123) 상에 배치된다. 밸브부재는 제1 밸브부재(130)와, 제2 밸브부재(140)를 포함할 수 있다. 제1 밸브부재(130)는 전처리챔버의 유입 부분과 유출 부분에 각각 배치될 수 있다. 제1 밸브부재(130)는 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키거나 전진 방향으로의 이송을 차단함으로써 바이오 샘플을 전처리챔버 영역에 포집시킬 수 있다. 따라서 바이오 샘플이 전처리챔버 내에서 소정 시간 머무르면서 전처리될 수 있다.
제2 밸브부재(140)는 증폭 및 진단챔버의 유입 부분과 유출 부분에 각각 배치될 수 있다. 제2 밸브부재(140)는 제1 밸브부재(130)와 마찬가지로 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키거나 전진 방향으로의 이송을 차단함으로써 바이오 샘플을 증폭 및 진단챔버 영역에 포집시킬 수 있다. 따라서 바이오 샘플이 증폭 및 진단챔버 내에서 소정 시간 머무르면서 핵산 증폭 및 판독될 수 있다. 한편 제1 밸브부재(130), 제2 밸브부재(140)의 세부적인 구성요소들에 대해서는 다른 도면을 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.
챔버부재(150) 역시 밸브부재와 마찬가지로 메인 기재(120)의 상부에 배치된다. 구체적으로 챔버부재(150)는 메인 기재(120)의 상부 필름(123) 상에 배치된다. 챔버부재(150)는 증폭 및 진단챔버에 포집된 바이오 샘플에 외부 이물질들이 들어가지 않도록 증폭 및 진단챔버를 덮는 역할과, 증폭 및 진단챔버로부터 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키기 위한 유로를 제공하는 기능을 한다. 챔버부재(150)의 세부적인 구성요소들에 대해서도 후술하기로 한다.
이상의 구성요소들을 포함하여 구성되는 유전자칩(100)은 하나의 칩 내에 바이오 샘플로부터 핵산을 분리시키는 전처리챔버와, 분리된 핵산을 PCR을 통해 증폭시키고 판독할 수 있도록 하는 증폭 및 진단챔버를 형성함으로써, 하나의 칩에서 감염성 질병 진단을 위한 시료전처리, 핵산증폭 및 판독을 모두 수행 가능하도록 하는 것을 일 특징으로 한다.
이하, 유전자칩(100)에서 메인 기재(120)의 중간 필름(122)에 형성된 채널 및 챔버에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1의 유전자칩에서 중간 필름(122)을 도시한 정면도이다. 상술하였듯이 중간 필름(122)에는 전처리챔버(도 3에서 부호 c로 표기함), 증폭 및 진단챔버(도 3에서 부호 h로 표기함), 채널(도 3에서 부호 a,b,d,e,f,g,i,j로 표기함)이 형성된다.
도 3을 참조하면, 일 구체예에 있어서, 채널은 바이오 샘플이 도입되어 전진하는 인렛채널(a)과, 인렛채널(a)의 전단과 단절되고 전처리챔버(c)의 후단과 단절되도록 형성되는 제1 매개채널(b)과, 전처리챔버(c)의 전단과 단절되도록 형성되는 제2 매개채널(d)과, 제2 매개채널(d)의 전단과 단절되는 이송채널(e)과, 이송채널(e)의 전단과 단절되도록 형성되고 증폭 및 진단챔버(h)와는 연통되는 증폭채널(g)과, 증폭 및 진단챔버(h)의 전단과 단절되도록 형성되는 제3 매개채널(i)과, 제3 매개채널(i)의 전단과 단절되도록 형성되는 아웃렛채널(j)을 포함할 수 있다. 여기에서 "전단"과 "후단"이라는 표현은 바이오 샘플의 이송 방향을 기준으로 기재된 것이다. "전단"은 바이오 샘플의 전진 방향 쪽 단부를 의미한다. "후단"은 바이오 샘플의 전진 방향 쪽과 반대되는 방향 쪽 단부를 의미한다. 예컨대"전처리챔버(c)의 후단"이라 함은, 도 3에 도시된 것을 기준으로 전처리챔버(c)의 좌측 단부를 의미한다. 반대로 "전처리챔버(c)의 전단"이라 함은, 도 3에 도시된 것을 기준으로 전처리챔버(c)의 우측 단부를 의미한다. 도 3에서 바이오 샘플은 전처리 챔버(c)를 기준으로 좌측에서 우측으로 이송되기 때문이다.
상술하였듯, 채널들은 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키되 복수의 단절 구간이 존재한다. 일 구체예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 인렛채널(a)과 제1 매개채널(b) 사이 및 제1 매개채널(b)과 전처리챔버(c) 사이에 제1 단절 구간이 존재한다. 전처리챔버(c)와 제2 매개채널(d) 사이 및 제2 매개채널(d)과 이송채널(e) 사이에 제2 단절 구간이 존재한다. 이송채널(e)과 증폭채널(g) 사이에 제3 단절 구간이 존재한다. 증폭 및 진단챔버(h)와 제3 매개채널(i) 사이에 제4 단절 구간이 존재한다. 제3 매개채널(i)과 아웃렛채널(j) 사이에 제5 단절 구간이 존재한다. 여기에서 "단절 구간"이라 함은 하나의 채널 또는 챔버의 일단부와, 인접하는 채널 또는 챔버의 일단부 사이에 연속되지 않은 구간을 의미한다. 예컨대 상기 제1 단절 구간은 인렛채널(a)의 전단과 제1 매개채널(b)의 후단 사이의 구간과, 제1 매개채널(b)의 전단과 전처리챔버(c)의 후단 사이의 구간을 의미한다. "단절 구간"을 다르게 표현하면 채널 또는 챔버가 형성되어 있지 않은 구간이다. 따라서 중간 필름(122)을 컷팅하여 채널을 형성시키는 방식을 고려할 때, "단절 구간"에는 중간 필름(122)의 두께에 해당하는 차단벽이 존재하게 된다. 이러한 차단벽은 바이오 샘플의 이동을 소정 압력 범위 내에서 차단할 수 있다.
상술한 것과 같은 단절 구간들은 채널이 형성된 형태 등에 따라 더 많은 수가 존재할 수도 있고, 더 적은 수가 존재할 수도 있을 것이다. 나아가 채널의 형태는 도 3에 도시된 형태로 한정되는 것은 아니다. 채널은 단절 구간이 있음을 전제로 하여 직선 패턴, 곡선 패턴(나선형, 서펜틴형, 지그재그형 등) 또는 무작위 패턴 등으로 형성될 수 있다.
한편, 채널은 전단이 이송채널(e)과 연통되고 PCR 증폭을 위한 버퍼액을 이송채널(e)로 이송시키는 버퍼채널(f)를 더 포함할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이 버퍼채널(f)은 중간 필름(122)의 오른쪽 부분에서부터 중앙 부분으로 연속된 형태의 서펜틴형으로 형성되고, 이송채널(e)과 연결되도록 형성되어 있다.
바이오 샘플의 채널 및 챔버에서의 이동 경로를 설명한다. 바이오 샘플은 커버 기재(160, 도 2 참고)의 인렛포트(161)로 도입되어 메인 기재(120, 도 2 참고)의 홀(1)을 거쳐 인렛채널(a)로 도입된다. 인렛채널(a)과 제1 매개채널(b) 사이 및 제1 매개채널(b)과 전처리챔버(c) 사이에는 제1 단절 구간이 존재하며, 바이오 샘플이 제1 매개채널(b)을 거쳐 전처리챔버(c)로 이송되기 위해서는 제1 단절 구간에 배치되는 제1 밸브부재(130)를 통해 형성된 이송경로를 거쳐야만 한다. 전처리챔버(c)에서 바이오 샘플은 시료전처리 된다. 즉, 바이오 샘플(예컨대 전혈)로부터 핵산이 추출된다.
전처리챔버(c)와 제2 매개채널(d) 사이 및 제2 매개채널(d)과 이송채널(e) 사이에는 제2단절 구간이 존재하며, 시료 전처리 된 바이오 샘플이 제2 매개채널(d)을 거쳐 이송채널(e)로 이송되기 위해서는 제2 단절 구간에 배치되는 또 다른 제1 밸브부재(130)를 통해 형성된 이송경로를 거쳐야만 한다. 제1 밸브부재(130)를 통한 바이오 샘플의 이송에 대해서는 구체적으로 후술한다.
바이오 샘플은 이송채널(e)을 따라 전진 방향으로 이송되면서, 버퍼채널(f)로부터 도입되는 PCR 버퍼액 등과 합류할 수 있다.
이송채널(e)과 증폭채널(g) 사이에 제3 단절 구간이 존재하며, 바이오 샘플이 증폭채널(g)을 거쳐 증폭 및 진단챔버(h)에 채워지기 위해서는 제3 단절 구간에 배치되는 제2 밸브부재(140)를 통해 형성된 이송경로를 거쳐야만 한다. 바이오 샘플은 증폭채널(g)을 거쳐 증폭 및 진단챔버(h)에 채워지면서 PCR 증폭을 하게 되며, PCR 증폭 이후에는 증폭 및 진단 챔버(h)에 채워진 상태에서 유전자 분석이 행해진다(판독, 진단 등).
증폭 및 진단챔버(h)와 제3 매개채널(i) 사이에 제4 단절 구간이 존재하며, 유전자 분석이 완료된 바이오 샘플은 제4 단절 구간에 배치되는 챔버부재(150)를 통해 마련되는 이송경로를 통해 제3 매개채널(i)로 이송된다. 챔버부재(150)를 통한 바이오 샘플의 이송에 대해서는 구체적으로 후술한다.
마지막으로 제3 매개채널(i)과 아웃렛채널(j) 사이에 제5 단절 구간이 존재하며, 바이오 샘플이 아웃렛채널(j)로 이송되기 위해서는 제5 단절 구간에 배치되는 또 다른 제2 밸브부재(140)를 통해 형성된 이송경로를 거쳐야만 한다. 제2 밸브부재(140)를 통한 바이오 샘플의 이송에 대해서는 구체적으로 후술한다. 아웃렛채널(j)을 통해 배출된 바이오 샘플은 메인 기재(120, 도 2 참고)의 홀(2)을 거쳐 커버 기재(160, 도 2 참고)의 아웃렛포트(162)로 배출될 수 있다.
한편, 바이오 샘플의 이송은 인렛포트(161) 및 아웃렛포트(162)와 연결되는 압력조절장치(미도시)를 통해 이루어질 수 있다. 예컨대 바이오 샘플을 기준으로 전진 방향 측 유로의 압력이 후진 방향 측 유로의 압력보다 작은 경우에는 바이오 샘플이 전진 방향으로 이동한다. 반대의 경우에는 바이오 샘플이 후진 방향으로 이동할 것이다. 이 때, 유로의 압력은 인렛포트(161) 및 아웃렉포트(162)와 연결되는 압력조절장치를 통해 제어될 수 있다. 이러한 압력조절장치는 통상의 에어공급기능 및 에어흡입기능을 갖는 장치를 이용할 수 있는 바, 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 제1 밸브 부재(130), 제2 밸브 부재(140) 및 챔버 부재(150)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 3의 중간 필름(122)에서 밸브 부재(130,140) 및 챔버 부재(150)를 추가하여 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 밸브 부재(130)는 제1 단절 구간 및 제2 단절 구간에 각각 배치될 수 있다. 제2 밸브 부재(140)는 제3 단절 구간 및 제5 단절 구간에 각각 배치될 수 있다. 챔버 부재(150)는 증폭 및 진단챔버(h)와 제4 단절 구간에 배치될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제1 밸브 부재(130)는 제1 밸브 몸체(130, 동일한 부호로 표기함)와 제1 커버 몸체(131)를 포함할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 제1 밸브 몸체(130)에는 한 쌍의 제1 홀(미표기)이 형성될 수 있다. 제1 커버 몸체(131)는 제1 밸브 몸체(130)의 상부분을 덮도록, 제1 밸브 몸체(130)의 상부에 접합된다. 예컨대 접착제를 이용하는 방식을 이용할 수 있다. 제1 커버 몸체(131)에 의해 제1 홀의 상부가 가려진다. 또한 제1 밸브 몸체(130)는 메인 기재(120)의 상부 필름(123) 상에 부착(접합)되므로, 제1 홀의 하부도 가려진다. 따라서 제1 홀은 바이오 샘플(미세유체)의 흐름 공간(유로)으로 기능할 수 있으며, 제1 밸브 몸체(130)의 두께가 실질적으로 상기 흐름 공간의 높이를 형성하게 된다.
제2 밸브 부재(140)도 제1 밸브 부재(130)와 마찬가지로 제2 밸브 몸체(140, 동일한 부호로 표기함)와 제2 커버 몸체(141)를 포함할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 제2 밸브 몸체(140)에는 제2 홀(미표기)이 형성될 수 있다. 제2 커버 몸체(141)는 제2 밸브 몸체(141)의 상부분을 덮도록, 제2 밸브 몸체(140)의 상부에 접합된다. 예컨대 접착제를 이용하는 방식을 이용할 수 있다. 제2 커버 몸체(141)에 의해 제2 홀의 상부가 가려진다. 또한 제2 밸브 몸체(140)는 메인 기재(120)의 상부 필름(123) 상에 부착(접합)되므로, 제2 홀의 하부도 가려진다. 따라서 제2 홀은 바이오 샘플(미세유체)의 흐름 공간(유로)으로 기능할 수 있으며, 제2 밸브 몸체(140)의 두께가 실질적으로 상기 흐름 공간의 높이를 형성하게 된다.
한편, 챔버 부재(150)는 도 2에 도시된 것처럼 하부 기판, 중간 기판, 상부 기판(이상, 부호 미표기)이 상하 방향으로 적층되어 형성될 수 있다. 챔버 부재(150)의 각 기판에는 증폭 및 진단챔버(h) 상에 놓여져 증폭 및 진단챔버(h)를 노출시키는 상대적으로 큰 직경을 갖는 홀(a)과, 상기 홀(a)에서 제3 매개채널(i)의 전단 방향으로 소정 간격 이격되어 형성되며 상기 홀(a)보다 작은 직경을 갖는 홀(b)이 형성된다. 이 때, 챔버 부재(150)의 하부 기판 및 중간 기판에서는 홀(a)와 홀(b)가 서로 독립적으로 형성되어 있는 반면, 챔버 부재(150)의 상부 기판에서의 홀(a)와 홀(b)는 서로 연통되도록 형성된다.
한편, 챔버 부재(150)는 상부 기판의 상부분을 덮는 커버 부재(151)를 더 포함할 수 있다. 커버 부재(151)는 챔버 부재(150)의 상부 기판 상에 접합된다. 상기 접합은 예컨대 접착제를 이용하는 방식을 이용할 수 있다. 따라서 커버 부재(151)에 의해 홀(a)와 홀(b)의 상부가 가려진다. 또한 챔버 부재(150)는 메인 기재(120)의 상부 필름(123) 상에 부착(접합)되므로, 홀(a)와 홀 (b)의 하부도 가려진다. 따라서 챔버 부재(150)의 홀(a) 및 홀(b)는 바이오 샘플(미세유체)의 흐름 공간(유로)으로 기능할 수 있으며, 챔버 부재(150)의 상부 기판의 두께가 실질적으로 상기 흐름 공간의 높이를 형성하게 된다. 이에 따라, 증폭 및 진단챔버(h)에 채워진 바이오 샘플은 챔버 부재(150)의 홀(a)를 따라 수직 방향으로 상승하며 이송되며, 다시 챔버 부재(150)의 상부 기판의 홀(a) 및 홀(b)에 의해 형성되는 유로를 따라 제3 매개채널(i)의 전단 방향으로 평행 이송되며, 다시 챔버 부재(150)의 홀(b)를 따라 수직 방향으로 하강하며 이송됨으로써 제3 매개채널(i)로 이송될 수 있다.
한편, 챔버 부재(150)의 커버 부재(151)는 광투과성을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 이는 증폭 및 진단챔버(h)에서 바이오 샘플에 포함된 특정 대상 분석물을 정성 및/또는 정량화하기 위하여 광학 모듈을 이용할 수 있기 때문이다. 일 구체예에 있어서, 유전자칩(100)의 증폭 및 진단챔버(h)의 상부에는 증폭 및 진단챔버(h)에 채워진 바이오 샘플(이 때, 바이오 샘플에는 분석물 검출을 위해 형광물질과 같은 표지물질이 포함될 수 있음) 향해 적어도 하나의 광(예컨대 레이저)을 출사하기 위한 광원과, 반사광을 수신하여 바이오 샘플에 포함되는 형광신호를 검출하여 영상 처리를 위한 디지털 신호로 변환하는 CCD 카메라 등을 포함하는 광학 모듈이 설치될 수 있다. 이와 같은 광학 모듈의 기술 원리 및 세부 기술적 사항은 당업계에 알려져 있는 바 구체적인 설명은 생략한다. 따라서 챔버 부재(150)의 커버 부재(151)가 광투과성을 갖는 소재로 형성되는 경우에는 커버 부재(151)가 상부 기판의 상부분을 덮어도 광이 투과될 수 있으므로, 이러한 광학 모듈을 사용하여 유전자를 분석하는 데에 아무런 장애가 되지 않는다.
이하, 제1,2 밸브 부재(130,140)의 세부 구성요소들에 대해 설명한다.
도 5는 도 4에 표시된 V-V에 따른 단면을 도시한 도면으로, 제1 밸브 부재(130)를 통한 바이오샘플의 이송을 나타낸다. 제1 밸브 부재(130)는 도 4에 대한 설명에서 상술하였듯 제1 단절 구간 및 제2 단절 구간에 각각 배치될 수 있다. 관련하여 도 5에서는 제2 단절 구간에 배치된 제1 밸브 부재(130)를 확대하여 도시하고 있으며, 이하에서는 이를 중심으로 기술하도록 한다.
도 5를 참조하면, 제1 밸브 부재(130)는 제1 밸브 몸체(130, 동일한 부호로 표기함)와 제1 밸브 몸체(130)의 상부에 접합되는 제1 커버 몸체(131)를 포함한다. 제1 밸브 몸체(130)에는 한 쌍의 제1 홀(도 5에서 부호 130a로 표기함)이 형성될 수 있다.
일 구체예에 있어서, 제1 밸브 몸체(130)는 전처리챔버(c)와 이송채널(e) 사이의 상부분에 배치될 수 있다. 전처리챔버(c)와 이송채널(e) 사이에는 제2 매개채널(d)이 존재한다. 제1 밸브 몸체(130)는 제2 매개채널(d)의 크기보다 큰 크기로 형성됨으로써, 제2 매개채널(d)과 전처리챔버(c) 및 이송채널(e) 사이의 유로가 단절된 부분(즉, 제2 단절 구간으로 도 5에서 D1로 표기함)을 모두 덮게 된다. 이 때, 제1 밸브 몸체(130)의 제1 홀(130a)은 제2 단절 구간(D1)의 길이보다 소정 정도 긴 길이를 갖도록 형성되고, 제2 단절 구간(D1)이 제1 홀(130a)의 중앙 부분에 오도록 형성된다. 따라서 제1 홀(130a)의 양측 단부는 챔버 및/또는 채널과 연통된다. 예컨대 도 5에서 우측에 위치한 제1 홀(130a)의 양측 단부는 전처리챔버(c) 및 제2 매개채널(d)과 각각 연통되며, 좌측에 위치한 제1 홀(130a)의 양측 단부는 제2 매개채널(d) 및 이송채널(e)과 각각 연통된다.
전처리 챔버(c)에 존재하는 바이오 샘플은 제2 단절 구간(D1)에 형성된 차단벽에 의해 수평방향으로의 이송이 막히게 된다. 전처리 챔버(c)에서는 시료에서 핵산을 추출시키는 시료전처리가 수행되며, 이는 전처리 챔버(c)에 포집되어 있는 바이오 샘플 및 전처리 시약을 가열시킴으로써 수행될 수 있다(예컨대 70~80℃ 온도 범위로 가열됨). 이 때, 바이오 샘플 및 전처리 시약은 유체에 해당되는 바, 상술한 가열에 의해 유체 플럭추에이션(fluctuation)이 발생할 수 있다. 즉 유체가 소정 범위에서 요동을 일으키게 되는 바, 시료전처리가 수행되는 동안 전처리 챔버(c)에 포집되어 있어야 하는 바이오 샘플 및 전처리 시약이 전처리 챔버(c)를 이탈할 수 있다. 이를 막기 위해 본 발명에서는 채널 간 단절 구간을 형성함으로써, 단절 구간에 해당하는 차단벽에 의해 유체의 수평방향으로의 이송을 막도록 하였다. 본 발명의 발명자들은 단절 구간에 해당하는 차단벽을 형성하는 것만으로도 시료전처리 온도 범위에서 발생하는 유체 플럭추에이션에 의한 바이오 샘플의 전처리 챔버(c)의 이탈을 막을 수 있다는 결과를 도출할 수 있었다. 따라서 모터 등의 밸브 구동을 위한 복잡한 구조가 아니라 상대적으로 간단한 구조적 개선을 통해 유체 제어가 가능할 뿐더러, 유전자칩의 제조 비용 등도 낮출 수 있다는 장점이 있다.
한편, 시료전처리가 종료된 바이오 샘플은 이송채널(e)로 이송되어야 한다. 따라서 제1 밸브 부재(130)를 통해 전처리챔버(c)와 이송채널(e) 사이의 상부분에 새로운 유로를 형성시킴으로써 바이오 샘플을 이송채널(e)로 이송시킬 수 있다. 예컨대 도 5에서는 제1 밸브 부재(130)를 통해 형성된 바이오 샘플의 새로운 유로를 화살표로 표시하고 있다. 또한 제1 밸브 부재(130)에서 제1 홀(130a)을 한 쌍으로 형성한 이유는 바이오 샘플의 이탈을 보다 안정적으로 차단하기 위함이다. 제1 밸브 부재(130)에 의해 형성된 새로운 유로(130a)는 전처리 챔버(c), 제2 매개채널(d)과 연통되어 있는 상태이므로 유체 플럭추에이션이 발생하였을 때, 미량의 바이오 샘플이 새로운 유로(130a)를 통해 제2 매개채널(d)로 이송될 수 있다. 하지만 그렇다 하더라도 제1 밸브 부재(130)의 좌측에는 또 하나의 제1 홀(130a)이 형성되어 있으므로 별도의 추가적인 압력이 주어지지 않는 한, 제2 매개채널(d)에 존재하는 바이오 샘플이 이송채널(e)로 넘어갈 수는 없게 된다. 바이오 샘플을 이송채널(e)로 이송시키기 위해서는, 상술하였듯 인렛포트(161), 아웃렛포트(162)와 연결되는 압력조절장치를 사용할 수 있다. 예컨대 시료전처리가 종료되면, 압력조절장치를 통해 유체의 전진방향으로의 압력을 높임으로써, 바이오 샘플이 단절 구간(D)에 해당하는 차단벽을 넘어서 제1 홀(130a) 들을 통해 이송채널(e)까지 전진할 수 있게 된다.
도 6은 도 4에 표시된 VI-VI에 따른 단면을 도시한 도면으로, 제2 밸브 부재(140)를 통한 바이오 샘플의 이송을 나타낸다. 제2 밸브 부재(140)는 도 4에 대한 설명에서 상술하였듯 제3 단절 구간 및 제5 단절 구간에 각각 배치될 수 있다. 관련하여 도 6에서는 제3 단절 구간에 배치된 제2 밸브 부재(140)를 확대하여 도시하고 있으며, 이하에서는 이를 중심으로 기술하도록 한다.
도 6을 참조하면, 제2 밸브 부재(140)는 제2 밸브 몸체(140, 동일한 부호로 표기함)와 제2 밸브 몸체(140)의 상부에 접합하는 제2 커버 몸체(141)를 포함한다. 제2 밸브 몸체(140)에는 한 쌍의 제2 홀(도 6에서 부호 140a로 표기함)이 형성될 수 있다.
일 구체예에 있어서, 제2 밸브 몸체(140)는 이송채널(e)과 증폭 및 진단챔버(g) 사이의 상부분에 배치될 수 있다. 이송채널(e)과 증폭 및 진단챔버(g) 사이에는 제3 단절 구간(도 6에서 D2로 표기함)이 존재한다. 제2 밸브 몸체(140)는 제3 단절 구간의 크기(길이)보다 큰 크기로 형성됨으로써, 제3 단절 구간(D2)를 모두 덮게 된다. 이 때, 제2 밸브 몸체(140)의 제2 홀(140a)은 제3 단절 구간(D2)의 길이보다 소정 정도 긴 길이를 갖도록 형성되고, 제3 단절 구간(D2)이 제2 홀(140a)의 중앙 부분에 오도록 형성된다. 따라서 제2 홀(140a)의 양측 단부는 이송채널(e)의 전단과 증폭 및 진단챔버(g)의 후단과 각각 연통된다. 즉, 제3 단절 구간(D2)의 상부분에는 제2 밸브 몸체(140)에 의해 바이오 샘플의 이송경로가 새로이 형성된다. 예컨대 도 6에서는 제2 밸브 부재(140)를 통해 형성된 바이오 샘플의 새로운 유로를 화살표로 표시하고 있다.
한편, 제2 밸브부재(140)에는 제1 밸브부재(130)와는 달리 차단부재(142)가 추가적으로 형성된다. 차단부재(142)는 제2 밸브부재(140)의 제2 커버 몸체(141)의 상부에 위치할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 차단부재(142)는 제2 홀(140a)의 양 단부 중 어느 하나와 상응하도록 위치할 수 있다. 일례로 도 6에서는 제2 홀(140a)의 좌측 단부와 상응하도록 위치한 경우를 도시하고 있다. 차단부재(142)는 상하로 구동 가능하도록 설치될 수 있으며, 하단에는 볼지그가 부착될 수 있다. 차단부재(142)가 하방향으로 이동하면 상기 볼지그가 제2 커버 몸체(141)를 가압하게 됨으로써 제2 홀(140a)에 의해 형성된 유로가 막히게 된다. 반대로 차단부재(142)가 상방향으로 이동하면 상기 볼지그가 가압을 해제하게 되므로 제2 홀(140a)에 의해 형성된 유로가 다시 개방될 수 있다. 차단부재(142)의 상하 구동은 공지의 방법(예컨대, 모터 등을 이용함)을 통해 이루어질 수 있는 바, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이송채널(e)에서 증폭 및 진단챔버(g)로 이송된 바이오 샘플은 증폭 및 진단챔버(g)에서 PCR을 통해 핵산이 증폭되고, 광학모듈에 의해 유전자 분석이 행해진다. 바이오 샘플의 이송채널(e)에서 증폭 및 진단챔버(g)로의 이송은 압력조절장치를 통해 유체의 전진방향으로의 압력을 높이고, 차단부재(142)를 상방향으로 이동시킨 상태에서 이루어질 수 있다. PCR을 통한 핵산 증폭을 위해서는 시료전처리에서와 마찬가지로 증폭 및 진단챔버(g)에 포집되어 있는 바이오 샘플 및 PCR 버퍼 용액을 가열시킴으로써 수행될 수 있다(예컨대 80~120℃ 온도 범위로 가열됨). 이 때, 바이오 샘플 및 PCR 버퍼 용액은 유체에 해당되는 바, 상술한 가열에 의해 유체 플럭추에이션 (fluctuation)이 발생할 수 있다. 즉 유체가 소정 범위에서 요동을 일으키게 되는 바, PCR 증폭이 수행되는 동안 증폭 및 진단챔버(g)에 포집되어 있어야 하는 바이오 샘플 및 PCR 버퍼 용액이 증폭 및 진단챔버(g)를 이탈할 수 있다. 이를 막기 위해 본 발명에서는 제3 단절 구간 및 제5 단절 구간을 형성함으로써, 각 단절 구간에 해당하는 차단벽에 의해 유체의 수평방향으로의 이송을 막도록 하였다. 하지만 PCR 증폭을 수행하기 위한 가열 온도는 시료전처리에서의 가열 온도보다 상대적으로 높기 때문에, 시료 전처리에서의 유체 플럭추에이션 정도보다 PCR 증폭에서의 유체 플럭추에이션 정도가 보다 크다. 따라서 시료 전처리에서는 단절 구간에 해당하는 차단벽을 형성하는 것 만으로도 유체 이탈을 대부분 막을 수 있지만, PCR 증폭에서는 단절 구간에 해당하는 차단벽 만으로는 유체 이탈을 완전히 막기가 어렵다. 제2 밸브부재(140)에서 차단부재(142)를 추가 구성한 이유다. 또한 차단부재(142)는 제2 홀(140a)에 의해 형성되는 유로를 완전히 폐쇄시킬 수 있으므로, 제1 밸브부재(130)에서와 같이 제2 홀(140a)은 1개만 형성되어도 충분하다.
이하, 유전자칩(100)의 동작에 대해 간략히 설명한다.
(1) 유전자칩(100, 도 1 참고)의 인렛포트(161)에 바이오 샘플(예컨대 전혈)을 시료전처리 시약과 혼합하여 도입시킨다. 여기에서 시료전처리는 통상적인 효소기반의 전처리 시약일 수 있다. 이와 같은 전처리 시약은 특정 DNA를 포집하도록 표면이 개질된 나노장성입자를 이용하는 상용화 된 제품일 수 있다. 한편, 유전자칩(100)의 버퍼액 주입포트(163)에는 PCR pre-mixture와 같은 버퍼액을 주입할 수 있다. 유체의 전진은 인렛포트(161)와 연결된 압력조절장치를 통한 압력 조절을 통해 이루어질 수 있다.
(2) 바이오 샘플 등의 유체는 전처리 챔버(c)에 포집되고, 가열됨으로써 핵산이 추출될 수 있다. 유체가 가열되는 동안 발생하는 유체 플럭추에이션에 따라 유체는 전진 방향으로 압력을 받을 수 있지만, 제2 단절 구간에 해당하는 차단벽에 의해 평행방향으로의 이송이 차단된다. 시료전처리가 완료되면 다시 압력조절장치를 통해 차단벽을 넘어서 제1 밸브부재(130)에 의해 형성되 유로(제1 홀을 통해 형성됨)를 통해 유체 등은 이송채널(e)로 이송될 수 있다.
(3) 바이오 샘플 등의 유체는 이송채널(e)을 거쳐 증폭 및 진단챔버(g)에 포집된다. 유체가 이송채널(e)을 지나는 동안 버퍼채널(f, 도 3 참고)을 통해 도입된 PCR pre-mixture가 상기 유체와 합쳐져 혼합될 수 있다. 또한, 제5 단절 구간에 배치된 제2 밸브 부재(140)에서는 차단 부재(142)를 하강시켜 유로를 ?쇄할 수 있고, 제3 단절 구간에 배치된 제2 밸브 부재(140)에서는 차단 부재(142)를 상승시켜 유로를 개방할 수 있다. 유체가 증폭 및 진단챔버(g)에 포집된 이후에는 다시 제3 단절 구간에 배치된 제2 밸브 부재(140)의 차단 부재(142)를 하강시켜 유로를 폐쇄시킬 수 있다. 즉, 제3, 5 단절 구간에서의 유로들이 모두 폐쇄된다.
(4) 증폭 및 진단 챔버(g)에서 유체는 PCR 증폭되고, PCR 증폭을 위해 유체가 가열되는 동안 유체 플럭추에이션이 발생하여도 유체는 증폭 및 진단챔버(g)를 이탈하지 않는다. 제3, 제5 단절 구간의 유로들이 차단 부재(142)에 의해 모두 폐쇄되어 있기 때문이다. PCR 증폭이 종료되면, 유전자칩(100)의 상부에 위치한 광학 모듈을 통해 유전자 분석을 수행할 수 있다.
(5) 유전자 분석이 종료되면, 유체를 유전자칩으로부터 배출시키기 위하여 제3, 제5 단절 구간의 차단 부재(142)를 모두 상승시켜 유로들을 다시 개방시킨다. 그리고 압력조절장치를 통해 유체를 전진시켜 유전자칩(100)의 아웃렛포트(162)를 통해 외부로 배출시키도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구체예들에 따른 유전자칩은 바이오 샘플을 이송시키는 채널에 복수의 단절 구간을 형성하고, 단절 구간에는 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키거나 전진 방향으로의 이송을 차단하는 밸브부재들을 배치하되, 시료전처리 영역의 전후단부에 배치되는 밸브부재의 경우 간단한 구조적 개선을 통해 바이오샘플의 평행방향으로의 이송을 차단하고 바이오샘플이 이송될 수 있는 새로운 이송경로를 형성시키도록 함으로써, 시료전처리 시 온도 상승에 따라 바이오샘플이 전처리영역에서 이탈되는 현상을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 구현예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.
100: 유전자칩 110: 베이스 기재
120: 메인 기재 130: 제1 밸브 부재
140: 제2 밸브 부재 150: 챔버 부재
160: 커버 기재 a: 인렛채널
b: 제1 매개채널 c: 전처리챔버
d: 제2 매개채널 e: 이송채널
f: 버퍼채널 g: 증폭채널
h: 증폭 및 진단챔버 i: 제3 매개채널

Claims (5)

  1. 플라스틱 필름을 포함하는 하부 필름;
    플라스틱 필름을 포함하는 상부 필름;
    하부 필름과 상부 필름 사이에 게재되고, 내부에 바이오 샘플로부터 핵산을 분리시키는 전처리챔버와, 분리된 핵산을 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭시키고 판독하는 증폭 및 진단챔버와, 바이오 샘플을 이송시키되 복수의 단절 구간 - 상기 단절 구간에는 바이오 샘플의 수평방향으로의 이동을 소정 압력 범위 내에서 차단하는 차단벽이 형성됨 - 이 존재하는 채널이 형성된 플라스틱 필름을 포함하는 중간 필름; 및
    채널의 상기 단절 구간 상부에 각각 배치되어 상기 단절 구간 상부에 유로를 형성시키고, 바이오 샘플을 전진 방향으로 이송시키거나 또는 전진 방향으로의 이송을 차단하는 밸브부재를 포함하고,
    상기 채널은 바이오 샘플이 도입되어 전진하는 인렛채널과, 인렛채널의 전단과 단절되고 전처리챔버의 후단과 단절되도록 형성되는 제1 매개채널과, 전처리챔버의 전단과 단절되도록 형성되는 제2 매개채널과, 제2 매개채널의 전단과 단절되는 이송채널과, 이송채널의 전단과 단절되도록 형성되고 증폭 및 진단챔버와는 연통되는 증폭채널과, 증폭 및 진단챔버의 전단과 단절되도록 형성되는 제3 매개채널과, 제3 매개채널의 전단과 단절되도록 형성되는 아웃렛채널을 포함하고,
    상기 밸브부재는,
    인렛채널과 전처리챔버 사이의 상부분, 그리고 전처리챔버와 이송채널 사이의 상부분에 각각 배치되며, 내부에 형성되는 유로를 통해 상기 상부분에 바이오 샘플의 이송경로를 형성시키는 제1 밸브부재; 및
    이송채널과 증폭채널 사이의 상부분, 그리고 제3 매개채널과 아웃렛채널 사이의 상부분에 각각 배치되며, 상기 상부분에 바이오 샘플의 이송경로를 형성시키며, 상기 이송경로를 차단시키거나 차단 해제시키도록 구동 되는 차단부재를 포함하는 제2 밸브부재를 포함하는 유전자칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    증폭 및 진단챔버와 제3 매개채널 사이의 상부분에 배치되는 챔버부재를 더 포함하고,
    상기 챔버부재는 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판이 상하 방향으로 적층되어 형성되되, 각 기판에는 증폭 및 진단챔버 상에 놓여져 증폭 및 진단챔버를 노출시키는 제1 홀과, 제1 홀에서 제3 매개채널의 전단 방향으로 이격되어 형성되며 제1 홀보다 작은 직경을 갖는 제2 홀이 형성되고,
    상기 하부 기판 및 중간 기판의 제1 홀과 제2 홀은 서로 독립적으로 형성되는 반면, 상기 상부 기판의 제1 홀과 제2 홀은 서로 연통되도록 형성되는 유전자칩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 채널은 전단이 이송채널과 연통되고 PCR 증폭을 위한 버퍼액을 이송채널로 이송시키는 버퍼채널을 더 포함하는 유전자칩.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    제1 밸브부재는,
    소정 두께를 가지며 상기 단절 구간의 길이보다 소정 정도 긴 길이를 갖는 제1 홀 - 상기 제1 홀은 상기 단절 구간이 중앙부분에 위치하도록 배치됨 - 이 형성되는 밸브 몸체와, 밸브 몸체의 상부를 덮는 커버 몸체를 포함하는 유전자칩.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    제2 밸브부재는,
    소정 두께를 가지며 상기 단절 구간의 길이보다 소정 정도 긴 길이를 갖는 제2 홀 - 상기 제2 홀은 상기 단절 구간이 중앙부분에 위치하도록 배치됨 - 이 형성되는 밸브 몸체와, 밸브 몸체의 상부를 덮는 커버 몸체와, 커버 몸체의 상부에 배치되되 제2 홀의 양 단부 중 어느 하나와 상응하도록 위치하며 상하 이동하여 커버 몸체를 가압하거나 가압 해제시키는 차단 부재를 포함하는 유전자칩.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112680322A (zh) * 2021-01-29 2021-04-20 青岛汉唐生物科技有限公司 一种辅助加样及覆膜装置
KR102263837B1 (ko) * 2020-11-05 2021-06-11 주식회사 미코바이오메드 현장진단용 다중 초고속 핵산 추출 및 증폭이 가능한 통합칩
KR20220152813A (ko) 2021-05-10 2022-11-17 건국대학교 산학협력단 질병진단용 유체제어칩 및 이를 이용한 진단시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005283331A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Pentax Corp マイクロチップ及びマイクロポンプ
JP2008008880A (ja) * 2006-06-02 2008-01-17 Sumitomo Bakelite Co Ltd プラスチック製マイクロチップ、及びその製造方法、並びにそれを利用したバイオチップ又はマイクロ分析チップ
US20100304494A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Ecolab Inc. Microflow analytical system
KR101347373B1 (ko) 2012-07-17 2014-01-06 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 밸브를 갖는 미세 유동 장치, 및 미세 유동 장치의 제조방법
KR20150130453A (ko) * 2013-03-15 2015-11-23 나노바이오심 인크. 핵산들 및 단백질들의 모바일 디바이스 분석을 위한 시스템들 및 방법들
KR20170010480A (ko) * 2015-07-20 2017-02-01 티엔에스(주) 적층형 미세유체 유동 구조체 및 적층형 유동블록 구조체

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005283331A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Pentax Corp マイクロチップ及びマイクロポンプ
JP2008008880A (ja) * 2006-06-02 2008-01-17 Sumitomo Bakelite Co Ltd プラスチック製マイクロチップ、及びその製造方法、並びにそれを利用したバイオチップ又はマイクロ分析チップ
US20100304494A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Ecolab Inc. Microflow analytical system
KR101347373B1 (ko) 2012-07-17 2014-01-06 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 밸브를 갖는 미세 유동 장치, 및 미세 유동 장치의 제조방법
KR20150130453A (ko) * 2013-03-15 2015-11-23 나노바이오심 인크. 핵산들 및 단백질들의 모바일 디바이스 분석을 위한 시스템들 및 방법들
KR20170010480A (ko) * 2015-07-20 2017-02-01 티엔에스(주) 적층형 미세유체 유동 구조체 및 적층형 유동블록 구조체

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102263837B1 (ko) * 2020-11-05 2021-06-11 주식회사 미코바이오메드 현장진단용 다중 초고속 핵산 추출 및 증폭이 가능한 통합칩
WO2022098065A1 (ko) * 2020-11-05 2022-05-12 주식회사 미코바이오메드 현장진단용 다중 초고속 핵산 추출 및 증폭이 가능한 통합칩
CN112680322A (zh) * 2021-01-29 2021-04-20 青岛汉唐生物科技有限公司 一种辅助加样及覆膜装置
KR20220152813A (ko) 2021-05-10 2022-11-17 건국대학교 산학협력단 질병진단용 유체제어칩 및 이를 이용한 진단시스템

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