KR101974587B1 - 유전자 분석 장치용 카트리지 및 이를 포함하는 유전자 분석 장치 - Google Patents
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Abstract
용기부; 상기 용기부 내에 복수 개의 챔버가 소정 패턴으로 배열되어, 시료에서 유전자를 추출하고, 추출된 상기 유전자를 증폭하는 챔버부; 및 상기 챔버 사이를 연결하는 채널부;를 포함하되, 챔버부는 상기 용기부에 가해지는 적어도 하나 이상의 구동력에 의해 상기 시료가 순차 이동되도록 형성되는 유전자 분석 장치용 카트리지를 제공한다.
Description
본 발명은 시료 내의 특정 유전자를 분리 추출하여 이를 증폭하고 분석하기 위한 유전자 분석 장치용 카트리지 및 이를 포함하는 유전자 분석 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 분자 진단이란 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid)(DNA), 리보핵산(ribonucleic acid)(RNA), 단백질, 메타볼라이트를 계측함으로써 지노 타입을 포착하거나 인체상의 유전자 변인, 생화학 변화 등을 측정한다. 이는 오믹스(Omics: 생명체를 네트워크로 인식하고 그 네트워크의 구성물 간 상호 작용과 전체적인 새로운 행동 등을 연구하는 학문)분석과 판단을 위한 장치의 발달, 그리고 인포매틱스 기술의 발달에 힘입어 성장하고 있는 영역이다.
분자 진단 검사는 혈액 샘플 등과 같은 검체로부터 핵산 등을 추출하는 시료 전처리 공정을 거치게 된다. 시료 전처리 과정 중 중합효소 연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction, 이하 'PCR'이라 함)은 매우 잘 알려진 DNA(deoxyribonucleic acid) 복제법으로 이 기술을 이용하면 어떤 DNA도 선택적으로 빠르게 대량 복제할 수 있으며 유전병 진단 및 치료 또는 법의학 등 다양한 유전 분야에 필수적으로 이용되고 있다. 이는 복제하고자 하는 DNA를 DNA 중합효소를 사용하여 복제 단계별 반응 온도를 반복적으로 제어 혹은 일정한 등온 제어를 통해 복제하는 것이다.
그러나, 시료 전처리 공정을 수행하기 위해서는 시료와 시약의 혼합 과정, 잔여물 처리 과정 등을 거치는데 많은 시간이 소모되며, 시료 전처리 공정을 수행하는 기존의 장치는 복잡한 구조로 제작되어 제작 원가 및 소모품의 비용이 높다는 문제점이 있었다.
또한, 최근 분자 진단 검사에서 혈액 샘플 등의 검체를 현장에서 직접 분석하여 그 결과를 즉시 반영하고자 하는 현장 진단(POCT)에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 인체를 대상으로 질병을 빠르고 간단하게 진단, 분석할 수 있는 진단 카트리지, 바이오칩에 대한 구체화된 요구가 의료 현장 등에서 증대되고 있다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수 개의 챔버가 보다 높은 집적도를 갖고 배열될 수 있는 유전자 분석 장치용 카트리지를 제공하되 이를 통해 카트리지의 소형화를 추구하고자 한다.
또한, 현장에서 휴대하기 용이하며, 신속하게 유전자 분석을 수행할 수 있는 유전자 분석 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 용기부; 상기 용기부 내에 복수 개의 챔버가 소정 패턴으로 배열되어, 시료에서 유전자를 추출하고, 추출된 상기 유전자를 증폭하는 챔버부; 및 상기 챔버 사이를 연결하는 채널부;를 포함하되, 챔버부는 상기 용기부에 가해지는 적어도 하나 이상의 구동력에 의해 상기 시료가 순차 이동되도록 형성되는 유전자 분석 장치용 카트리지를 제공한다.
상기 구동력은 상기 용기부를 회전 이동시키는 원심력, 상기 용기부를 직선 왕복 이동시키는 관성력, 상기 시료에 가해지는 압력 및 상기 시료에 가해지는 중력 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 챔버부는 상기 용기부 내에 복수 개가 이격 배치될 수 있다.
상기 챔버 사이에는 상기 시료의 이동 방향을 따라 단차;가 형성될 수 있다.
상기 채널부 및 상기 챔버부 중 어느 하나에는 미리 설정된 유전자만 통과되는 필터;가 배치될 수 있다.
상기 챔버부는 마그네틱비드;를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버와 상기 채널 사이에는 상기 채널의 개폐를 단속하는 밸브;가 더 설치될 수 있다.
상기 챔버부는 상기 마그네틱비드를 분리해주는 컬럼;을 더 포함할 수 있다.
상기 챔버부에는 운동 에너지, 열 에너지 및 자기 에너지 중 적어도 어느 하나 이상이 가해질 수 있다.
상기 챔버부는 복수 개의 증폭챔버를 포함하며, 상기 채널부는 분기되어 상기 증폭챔버와 각각 연결되는 분주부;를 더 포함할 수 있다.
유전자 분석 장치용 카트리지를 포함하는 유전자 분석 장치로서, 복수 개의 히터가 이격 배치되며 서로 다른 온도로 발열하는 히터부; 상기 카트리지가 적어도 하나 이상 수용되는 히팅케이스; 상기 히팅케이스의 위치를 가변시키는 적어도 하나 이상의 구동부; 및 상기 카트리지 내의 유전자를 측정하는 측정부;를 포함하는 유전자 분석 장치를 제공한다.
상기 구동부는 상기 히팅케이스 외측에 위치하는 제1회전축; 상기 제1회전축을 회동시키는 제1모터; 및 상기 제1회전축과 상기 히팅케이스를 연결하는 암(arm)부재;를 포함할 수 있다.
상기 구동부는 상기 히팅케이스 내측에 위치하는 제2회전축; 및 상기 제2회전축을 회동시키는 제2모터;을 포함하며, 상기 제2회전축은 상기 제1회전축과 상기 챔버 사이의 거리를 가변시킬 수 있다.
상기 시료가 상기 제1회전축의 구동에 따른 원심력에 의해 더 이상 이동할 수 없으면, 상기 제2회전축이 소정 각도 회동되어 상기 제1회전축과 상기 시료가 수용된 상기 챔버 사이의 거리를 감소시킬 수 있다.
상기 구동부는 상기 히팅케이스를 직선 왕복 이동시키는 선형이동유닛;을 포함할 수 있다.
상기 히터부는 상기 히팅케이스에 슬라이딩 접촉면을 제공하는 가이드플레이트; 상기 히팅케이스의 슬라이딩 이동을 안내하는 가이드레일; 및 상기 가이드플레이트를 가압하여 상기 히팅케이스와 상기 가이드플레이트 사이의 접촉력을 증가시키는 탄성부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드플레이트의 상부면에는 상기 히팅케이스가 인입되는 방향으로 하향경사면;이 형성될 수 있다.
상기 측정부는 상기 카트리지에 서로 다른 파장의 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 광원부; 및 상기 카트리지에서 반응한 광을 수신하는 광수신부;를 포함할 수 있다.
상기 측정부를 전후좌우 방향으로 이동시키는 보조구동부;를 더 포함할 수 있다.
상기 히터부 사이의 열 대류를 차단하는 차열부재;를 더 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
일 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지는 복수 개의 챔버가 보다 높은 집적도를 갖도록 배열될 수 있다. 이 때, 카트리지는 복수 개의 챔버가 보다 다양한 배열 구조를 갖을 수 있다. 그 결과, 카트리지의 소형화를 추구할 수 있다.
일 실시예에 따른 유전자 분석 장치에는 적어도 하나 이상의 구동부를 통해 소형화된 카트리지가 장착될 수 있다. 또한, 유전자 분석 장치는 시료의 전처리 과정에서 소요되는 시간을 상당히 절감할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 투영 사시도.
도 4는 도 3의 정면도.
도 5는 도 4의 평면도.
도 6은 제3 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도.
도 7은 제4 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도.
도 8은 제1 실시예에 따른 유전자 분석 장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 9는 도 8에서 제2회전축이 회동되는 일 실시예를 나타내는 도면.
도 10은 제2 실시예에 따른 유전자 분석 장치를 개략적으로 도시한 측면도.
도 11은 도 10에서 히팅케이스가 히터부 측으로 이동한 상태를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 투영 사시도.
도 4는 도 3의 정면도.
도 5는 도 4의 평면도.
도 6은 제3 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도.
도 7은 제4 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도.
도 8은 제1 실시예에 따른 유전자 분석 장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 9는 도 8에서 제2회전축이 회동되는 일 실시예를 나타내는 도면.
도 10은 제2 실시예에 따른 유전자 분석 장치를 개략적으로 도시한 측면도.
도 11은 도 10에서 히팅케이스가 히터부 측으로 이동한 상태를 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 적어도 하나 이상의 구동력에 의해 시료가 순차 이동되는 유전자 분석 장치용 카트리지(100)를 제공한다.
구체적으로, 유전자 분석 장치용 카트리지(100)는 용기부(10), 챔버부(20), 채널부(30)를 포함한다. 용기부(10)는 카트리지(100) 내에 챔버부(20), 채널부(30) 등이 배치될 수 있는 공간을 제공한다. 이런 용기부(10)는 챔버부(20)의 배열 방식에 따라 크게 판상 또는 입상으로 구별될 수 있다. 구체적으로, 용기부(10)는 챔버부(20)의 각 챔버들이 수평 방향으로 배열될 때 판상 구조를 갖고, 각 챔버들이 수평 방향 뿐만 아니라 수직 방향 즉, 공간상에서 단차를 갖고 3차원적으로 배열될 때 입상 구조를 갖는다. 한편, 용기부(10)의 횡단면은 판상 또는 입상 구조와 무관하게 원형, 반원형, 사각형 등 다양하게 형성될 수 있다.
챔버부(20)는 용기부(10) 내에 복수 개의 챔버가 소정 패턴으로 배열되어 시료에서 유전자를 추출하고 추출된 유전자를 증폭하는 용도를 갖는다. 이런 챔버부(20)는 예를 들어, 4개의 챔버가 한 조합을 구성하여 그 기능을 할 수 있다. 이 때, 챔버는 1) 시료, 시약 등이 주입되어 혼합되는 즉, 첫 번째 웰(well)에 해당하는 믹싱(mixing)챔버(21), 2) 시료에서 특정 성분을 제거하기 위한 클리닝(cleaning)챔버(22), 3) 시료에서 잔류하는 비드를 분리하거나 잔류하는 알콜을 증발시키기 위한 일루젼(elusion)챔버(23), 4) 시료에서 추출된 유전자를 증폭시키는 증폭챔버(24)를 포함한다.
믹싱챔버(21)에서 시료와 시약은 서로 혼합(mixing)되는 과정을 거친다. 이는, 카트리지(100)에 가해지는 구동력에 의해 발생한다. 그 결과, 시료 내의 세포는 상기 시약에 의해 세포막의 인지질이 용해되고 단백질이 변성되어, 세포 안의 유전자가 추출될 수 있다. 상기 믹싱챔버(21)에 마그네틱비드를 첨가하고 추출된 유전자를 상기 마그네틱비드에 고정시킴으로써 이후 클리닝 등을 용이하게 할 수 있다. 믹싱챔버(21)에는 시료 등이 주입되는 주입구(미도시) 등이 마련될 수 있다.
유전자의 추출이 완료되면 시료는 바로 다음 챔버인 클리닝챔버(22)로 이동시켜 DNA와 공존하는 염 등을 제거하게 된다. 그 결과 다른 단백질이나 RNA 등은 제거되고 DNA만 남아 순도가 상승된다. 이 때, 시료의 이동은 용기부(10)에 가해지는 적어도 하나 이상의 구동력에 의한다. 한편, 구동력은 시료가 클리닝챔버(22)에서 바로 다음 챔버인 일루젼챔버(23) 등으로 순차 이동하는 경우에도 이동을 위한 수단이 된다. 이 때, 구동력의 종류와 각 종류에 따른 구동력의 개수는 복수 개의 챔버에 대한 배열 방식에 따라 달라질 수 있다. 상기 일루젼챔버(23)에서는 마그네틱비드 등에 결합된 DNA의 결합력을 감소시켜 DNA를 분리하고, 그 결과 이후 증폭챔버(24)에는 순수한 DNA만 이동하도록 운전된다.
구체적으로, 구동력은 용기부(10)를 회전 이동시키는 원심력, 용기부(10)를 직선 왕복 이동시키는 관성력, 시료에 가해지는 압력 및 시료에 가해지는 중력 등을 포함한다. 여기서, 시료에 가해지는 압력은 공기압 등이 될 수 있다. 또한, 챔버가 지면에 대해 소정 경사 각도를 갖고 배열되는 경우 즉, 용기부(10)가 입상 구조이고 챔버가 공간상에서 단차를 갖고 배열되는 경우 시료에는 중력이 가해질 수 있다. 이 때, 카트리지(100)에 가해지는 구동력은 원심력, 관성력, 압력 및 중력 중 적어도 어느 하나 이상이다. 특히, 급가속, 급감속, 급정지 등과 같이 카트리지의 속도, 방향, 가속도 등을 조합 및 변경함으로써 시료의 이동방향, 이동속도, 이동시간, 압력, 혼합강도 등을 조절하여 분석시간과 성능의 효율을 높이는 것이 바람직하다.
한편, 카트리지(100)는 시료가 어느 일 챔버에서 바로 다음 챔버 예를 들어, 믹싱챔버(21)에서 클리닝챔버(22)로 이동될 수 있도록 채널부(30)를 포함한다. 즉, 채널부(30)는 복수 개의 챔버 사이를 연결하며 시료가 지나가는 통로를 제공한다. 한편, 시료의 이동은 믹싱챔버(21)를 시작으로 클리닝챔버(21) 등을 거쳐 증폭챔버(24)에 도달하는 일 방향으로 이루어진다. 따라서, 채널부(30) 역시 시료의 순차적인 이동 방향에 대응하여 일 방향으로 형성될 수 있다.
채널부(30)는 통로의 면적이 비교적 작은 미세관 형태를 갖는다. 이 때, 그 내벽은 곡면으로 라운드 처리되어 시료가 이동되는 과정에서 발생할 수 있는 버블 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
증폭챔버(24)는 시료에서 분리 추출된 유전자가 증폭되는 챔버이다. 한편, 챔버부(20)는 증폭챔버(24)만을 복수 개 포함할 수 있다. 이를 위해, 채널부(30)는 분기되어 증폭챔버(24)와 각각 연결되는 분주부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 예를 들어 증폭챔버(24)와 그 바로 직전 챔버인 일루젼챔버(23) 사이에는 복수 개의 이동 통로가 형성될 수 있다. 이로 인해, 시료에서 추출된 유전자는 여러 갈래로 분기되어 복수 개의 증폭챔버(24)로 각각 유입될 수 있다.
챔버부(20)는 용기부(10) 내에 복수 개가 이격 배치될 수 있다. 즉, 카트리지(100)에는 믹싱챔버(21)에서 증폭챔버(24)를 포함하는 1조합의 챔버부(20)가 복수 개 형성될 수 있다. 그 결과, 시료에서 유전자를 추출하고 추출된 유전자를 증폭하는 과정은 단일 카트리지 내에서 동시에 발생될 수 있다.
다음은 챔버부(20)의 다양한 배열 구조에 따라 실시 가능한 카트리지(100)의 다양한 실시예를 보여주는 개략도이다.
[제1 실시예]
도 1 및 도 2를 참조하면, 카트리지(100)에서 용기부(10)는 원형 플레이트 형상이고, 상부면 또는 그 내부에는 반경 외측 방향으로 복수 개의 챔버가 이격 배치되는 챔버부(20)가 형성되어 있다. 이 때, 각 챔버 사이에는 시료의 이동 방향에 따라 이들을 연결하는 채널이 형성되어 있다. 한편, 카트리지(100) 내에서 챔버부(20)는 동일 패턴으로 복수 개 형성될 수 있다.
[제2 실시예]
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 투영 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이며, 도 5는 도 4의 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 카트리지(100)에서 용기부(10)는 원통 형상이고, 그 내부에 나선 방향으로 복수 개의 챔버가 이격 배치되는 챔버부(20)가 형성되어 있다. 이 때, 각 챔버 사이에는 시료의 이동 방향에 따라 이들을 연결하는 채널이 형성되어 있다. 한편, 카트리지(100) 내에서 챔버부(20)는 동일 패턴으로 복수 개 형성될 수 있다. 이와 같이 입상 구조에서 나선 방향으로 챔버부(20)가 형성되는 경우, 챔버 사이에는 시료의 이동 방향을 따라 단차가 형성된다. 이 때, 단차는 입상 구조에 따라 높이가 낮아지거나 높아지는 형태로 형성될 수 있다.
[제3 실시예]
도 6은 제3 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 6을 참조하면, 카트리지(100)에서 용기부(10)는 육면체 형상이고, 그 내부에는 상부면의 긴 변과 나란하게 일 직선으로 복수 개의 챔버가 이격 배치되는 챔버부(20)가 형성되어 있다. 이 때, 각 챔버 사이에는 시료의 이동 방향에 따라 이들을 연결하는 채널이 형성되어 있다. 한편, 카트리지(100) 내에서 챔버부(20)는 동일 패턴 즉, 일 직선 방향으로 복수 개 형성될 수 있다.
[제4 실시예]
도 7은 제4 실시예에 따른 유전자 분석 장치용 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 7을 참조하면, 카트리지(100)에서 용기부(10)는 사각 플레이트 형상이고, 상부면 또는 그 내부에는 사각 플레이트의 긴 변과 나란하게 일 직선으로 복수 개의 챔버가 이격 배치되는 챔버부(20)가 형성되어 있다. 이 때, 각 챔버 사이에는 시료의 이동 방향에 따라 이들을 연결하는 채널이 형성되어 있다. 한편, 카트리지(100) 내에서 챔버부(20)는 동일 패턴 즉, 일 직선 방향으로 복수 개 형성될 수 있다.
한편, 채널부(30) 및 챔버부(20) 중 어느 하나에는 미리 설정된 유전자만 통과되는 필터(미도시)가 배치될 수 있다. 필터는 예를 들어, 멤브레인 부재로 이루어진다. 멤브레인 부재는 유체에서 입자 크기가 다른 물질을 분리할 수 있는 분리막의 형태로 이루어진다. 이런 멤브레인 부재는 그 구조, 소재, 멤브레인 부재를 통과하는 물질의 이동 원리 등에 대한 제한이 없으며, 물질의 선택적 이동이 일어날 수 있다면 어떤 것이라도 무방하다.
또한, 챔버와 채널 사이에는 채널의 개폐를 단속하는 밸브(미도시)가 더 설치될 수 있다. 구체적으로 밸브는 챔버와 채널의 연결 부분 특히 시료가 챔버에서 유출되기 시작하는 연결 지점 부근에 형성된다. 밸브는 예를 들어, 온도에 따라 반응하는 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 밸브는 소정 온도에 도달될 때 팽창하여 이와 인접하는 막을 밀어내면서 채널의 개폐 정도를 단속할 수 있다. 따라서, 시료가 어느 일 챔버에서 바로 다음 챔버로 이동하기 전에 먼저 밸브가 작동하여 시료의 이동을 제어한다.
또한, 챔버부(20)는 마그네틱비드를 더 포함할 수 있다. 마그네틱비드는 시료가 수용되는 믹싱챔버(21)에 주입될 수 있다. 마그네틱비드는 시료 내에 포함된 표적 세포에 부착되어 복합체를 형성한다. 마그네틱비드는 예를 들어, 자성 나노입자, 자성 철입자 등일 수 있다.
또한, 챔버부(20), 바람직하게 일루젼챔버(23)는 마그네틱비드를 분리해주는 컬럼을 더 포함할 수 있다.
한편, 챔버부(20)에는 운동 에너지, 열 에너지 및 자기 에너지 중 적어도 어느 하나 이상이 가해질 수 있다. 운동 에너지는 시료의 이동을 위해 전술한 구동력과 같이 챔버부(20)에 물리적인 위치 변화 등을 일으키는 에너지이다. 열 에너지는 외부 열원을 이용하여 챔버부(20)의 온도를 상승시키는 에너지이다. 이는 챔버부(20) 내의 반응 속도를 향상시킨다. 또한, 이는 시료에서 추출된 유전자를 증폭하는 과정에서 사용된다.
자기 에너지는 전술한 마그네틱비드를 선별적으로 분리할 수 있도록 한다. 이를 위해, 적어도 하나 이상의 자석이 사용될 수 있다. 그 결과, 마그네틱비드는 자기 에너지에 의해 카트리지(100) 외부로 배출될 수 있다. 한편, 마그네틱비드의 분리 속도와 효과적인 분리를 위해 자기 에너지의 세기를 조절할 필요가 있다. 이는 예를 들어, 자석과 마그네틱비드 사이의 거리를 변경시키거나 전자석에 가해지는 전류의 세기를 변화시키는 등의 방법으로 구현될 수 있다.
이와 같이, 앞서 살펴 본 본 발명의 실시예들에 따른 카트리지(100)는 복수 개의 챔버가 보다 높은 집적도를 갖도록 배열될 수 있다. 이 때, 카트리지(100)는 복수 개의 챔버가 보다 다양한 배열 구조를 갖을 수 있다. 그 결과, 카트리지(100)의 소형화를 추구할 수 있다.
도 8은 제1 실시예에 따른 유전자 분석 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8에서 제2회전축이 회동되는 일 실시예를 나타내는 도면이며, 도 10은 제2 실시예에 따른 유전자 분석 장치를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 11은 도 10에서 히팅케이스가 히터부 측으로 이동한 상태를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전자 분석 장치는 전술한 유전자 분석 장치용 카트리지(100), 히터부(200), 히팅케이스(300), 구동부(400) 및 측정부(500) 등을 포함할 수 있다.
히터부(200)는 복수 개의 히터(202)가 이격 배치되며 서로 다른 온도로 발열한다. 이 때, 히터(202)는 원형이나 일 직선 등의 형태로 배열될 수 있다. 히터부(200)는 카트리지(100)의 하측 및 상측 중 어느 일 측에 배치될 수 있다. 이와 달리, 히터부(200)는 상하 방향으로 일정 간격 이격되게 즉, 상측과 하측에 각각 동일한 온도를 갖는 히터(202)가 대향 배치될 수 있다.
히터(202)는 각각 개별 독립적으로 제어되며, 서로 다른 온도 영역 예를 들어, 65도, 93도 등을 갖는다. 이는 카트리지(100)의 증폭 사이클을 고려한 것이다. 한편, 히터(202) 사이에는 절연체가 사용될 수 있다. 절연체는 열의 유출입을 단속하여 항온 유지 등의 효과 등을 제공한다.
히터부(200)는 가이드플레이트(210), 가이드레일(미도시) 및 탄성부재(220)를 더 포함할 수 있다. 가이드플레이트(210)는 히팅케이스(300)에 슬라이딩 접촉면을 제공한다. 즉, 히팅케이스(300)는 가이드플레이트(210)와 접촉된 상태에서 이동하게 된다. 한편, 가이드플레이트(210)의 상부면에는 히팅케이스(300)가 인입되는 방향으로 하향경사면(212)이 형성될 수 있다. 다만, 하향경사면(212)은 가이드플레이트(210)의 일 부분에 국한되어 형성될 수도 있다. 하향경사면(212)으로 인해 히팅케이스(300)는 보다 원활하게 인입될 수 있다.
이 때, 가이드레일은 히팅케이스(300)의 슬라이딩 이동을 안내한다. 예를 들어, 가이드레일은 가이드플레이트(210)에 슬라이딩 이동 방향으로 돌출 형성되는 가이드돌기 형태일 수 있다. 가이드돌기는 대향 배치되는 한 쌍으로 이루어질 수 있다.
탄성부재(220)는 가이드플레이트(210)를 가압하여 히팅케이스(300)와 가이드플레이트(210) 사이의 접촉력을 증가시킨다. 이런 탄성부재(220)는 예를 들어 스프링일 수 있다. 탄성부재(220)는 히팅케이스(300)가 이동하여 가이드플레이트(210)의 상부면에 접촉하면 눌리면서 압축되어 탄성복원력을 발생시킨다. 그로 인해, 탄성부재(220)는 가이드플레이트(210)를 가압할 수 있다.
히팅케이스(300)가 가이드플레이트(210)에서 이탈하면 탄성부재(220)는 가이드플레이트(210)를 지지한다.
히팅케이스(300)는 카트리지(100)가 적어도 하나 이상 수용되는 수납 공간을 제공한다. 이를 위해 히팅케이스(300)에는 예를 들어, 상하 방향으로 관통되는 관통홀(미도시)이 복수 개 형성될 수 있다. 그 결과, 카트리지(100)는 관통홀에 삽입 거치되어 히팅케이스(300) 내에 수용될 수 있다. 한편, 히팅케이스(300)는 열 전도성이 우수한 금속 재질 등으로 형성되는 것이 바람직하다.
구동부(400)는 히팅케이스(300)의 위치를 가변시키기 위한 것으로 적어도 하나 이상 구비된다. 구동부(400)는 카트리지(100) 내의 시료가 이동될 수 있는 구동력 뿐만 아니라, 카트리지(100)가 서로 다른 온도를 갖는 히터(202) 사이에서 이동될 수 있는 구동력을 제공한다. 히팅케이스(300)가 미리 설정된 복수 개의 히터(202)를 순차적으로 이동 완료하면 증폭 사이클이 1회 종료된다. 이런, 증폭 사이클은 복수 회 반복적으로 이루어질 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 실시예에 따른 구동부(400)는 히팅케이스(300)의 외측에 위치하는 제1회전축(410)과, 상기 제1회전축(410)을 회동시키는 제1모터(420)와, 제1회전축(410)과 히팅케이스(300)를 연결하는 암(arm)부재(430)를 포함한다. 즉, 히팅케이스(300)는 제1회전축(410)을 기준으로 원 운동을 할 수 있다. 이 때, 챔버부(20)는 원형, 나선형 등으로 배열될 수 있다.
이에 따라, 히팅케이스(300)에는 원심력이 가해질 수 있다. 원심력은 동시에 카트리지(100)에도 작용하게 된다. 따라서, 제1회전축(410)의 회전을 제어하면 카트리지(100) 내에서 채널부(30)를 통해 이동하는 시료의 이동과 그 이동 속도 등을 조절할 수 있다. 동시에, 제1회전축(410)은 히팅케이스(300)가 히터부(200) 내에서 신속하게 이동할 수 있도록 한다. 즉, 히팅케이스(300)는 제1회전축(410)의 회동에 따라 복수 개의 히터 사이를 왕복 이동할 수 있다.
한편, 구동부(400)는 히팅케이스(300) 내측에 위치하는 제2회전축(440)과, 제2회전축(440)을 회동시키는 제2모터(450)을 포함할 수 있다. 이 때, 제2회전축은(440)은 회전 중심이 된다. 구체적으로 제2회전축(440)은 히팅케이스(300)의 중앙 지점에서 상하 방향으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 제2회전축(440)은 히팅케이스(300)의 어느 일 측으로 편심된 지점에서 상하 방향으로 형성될 수 있다. 그 결과, 히팅케이스(300)는 제2회전축(440)을 중심으로 회동할 수 있다.
제2회전축(440)은 제1회전축(410)과 카트리지(100) 내에 배치되는 챔버 사이의 거리를 가변시킬 수 있다. 구동부(400)가 제2회전축(440)을 포함하는 경우, 시료가 제1회전축(410)의 구동에 따른 원심력에 의해 더 이상 회동할 수 없으면, 제2회전축(440)이 소정 각도 회동되어 제1회전축(410)과 시료가 수용된 챔버 사이의 거리를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 제1회전축(410)은 어느 일 방향으로 회전할 수 있다. 그러면, 시료는 다시 원심력 및 밸브의 개폐에 따라 채널부(30)를 통과하여 바로 다음 챔버로 이동할 수 있다.
이 때, 제2회전축(440)은 이동 직전 시료가 수용된 챔버의 위치를 고려하여 시료가 원심력에 의해 더 이상 바로 다음 챔버로 이동할 수 없으면, 시료의 이동 방향을 고려하여 미리 설정된 각도만큼 회동될 수 있다. 그 결과, 시료가 수용된 챔버는 예를 들어, 제1회전축(410)을 기준으로 최내측으로 이동될 수 있다.
이는 챔버부(20)가 카트리지(100) 내에서 원형으로 배열될 때, 작은 체적 공간 내에서도 복수 개의 챔버를 배열할 수 있어, 카트리지(100)의 소형화에 효과적이다. 또한, 구동부(400)가 제1회전축(410)과 제2회전축(440)을 포함하는 경우 동일 형상의 카트리지(100) 내에 더 많은 챔버부(20)를 배치할 수 있어 유전자 증폭 등에 보다 효율적이다.
측정부(500)는 카트리지(100) 내의 유전자를 측정한다. 즉, 측정부(500)는 증폭 사이클이 종료된 후, 카트리지(100)를 스캔하여 증폭된 유전자를 측정한다. 구체적으로, 측정부(500)는 카트리지(100)에 서로 다른 파장의 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 광원부(미도시)와 카트리지(100)에서 반응한 광을 수신하는 광수신부(미도시)를 포함한다. 한편, 이런 측정부(500)는 히터부(200) 사이에 배치될 수 있다.
광원부는 예를 들어, 광을 제공하는 적어도 하나 이상의 엘이디(LED)(미도시)와 각 엘이디의 전방 측에 배치되는 광필터(미도시) 등을 포함할 수 있다. 광수신부는 광원부와 동일 위치에 형성되어 반사광을 수신하거나 광원부와 반대 위치에 형성되어 투과광을 직접 수신할 수 있다. 광수신부는 광원부와 마찬가지로 광필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
측정부(500)는 유전자 분석 장치 내에서 전후좌우 방향으로 이동될 수 있다. 이를 위해, 측정부(500)는 보조구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 보조구동부는 예를 들어, X축이동부와 Y축이동부로 이루어질 수 있다. 이런, 보조구동부는 측정부(500)를 지면과 평행하게 이동시킬 수 있다.
한편, X축이동부는 예를 들어, 모터(미도시)와 모터의 출력축에 기어 결합되는 랙기어(미도시) 등으로 구성될 수 있다. Y축이동부 역시 X축이동부와 동일한 구성으로 형성될 수 있다. 그 결과, 광원부와 광수신부를 포함하는 측정부(500) 내의 각 모듈은 사용자의 선택에 따라 그 배치 위치가 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 유전자 분석 장치는 히터부(200) 사이의 열 대류를 차단하는 차열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 차열부재는 단열부재와 달리 열 반사를 통해 열의 이동을 제한한다. 차열부재는 예를 들어 우레탄폼, 유리섬유 등 세라믹 분말 등이 혼합된 도료를 그 표면에 코팅하여 형성시킬 수 있다. 그 결과, 히터(202)에서 발생되는 열이 측정부(500) 측으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
이런 차열부재는 복수 개의 격벽 형태로 형성될 수 있다. 이와 달리, 측정부(500)는 측정부(500)를 둘러싸는 차열시트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 유전자 분석 장치 내에는 차열부재 뿐만 아니라, 열 대류의 차단을 보다 효과적으로 하기 위해 공기로 충진되어 열전달 계수를 낮추는 빈공간부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제2 실시예에 따른 구동부(400)는 히팅케이스(300)를 직선 왕복 이동시키는 선형이동유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 선형이동유닛은 모터, 모터의 출력축과 기어 결합되어 어느 일 방향으로 직선 왕복 이동되는 랙기어 등을 포함할 수 있다. 이 때, 히터부(200)는 일 직선으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 히팅케이스(300)에는 관성력 등이 가해질 수 있다.
관성력은 동시에 카트리지(100)에도 작용하게 된다. 따라서, 모터의 회전을 제어하면 카트리지(100) 내에서 채널부(30)를 통해 이동하는 시료의 이동과 그 이동 속도 등을 조절할 수 있다. 동시에, 선형이동유닛은 히팅케이스(300)가 히터부(200) 내에서 신속하게 이동할 수 있도록 한다. 즉, 히팅케이스(300)는 선형이동유닛에 의해 복수 개의 히터(202) 사이를 왕복 이동할 수 있다.
일 실시예에 따른 유전자 분석 장치는 적어도 하나 이상의 구동부(400)를 통해 전술한 카트리지(100)가 장착될 수 있다. 또한, 유전자 분석 장치는 이런 카트리지(100)를 신속하게 이동시킬 수 있다. 또한, 유전자 분석 장치는 시료의 전처리 과정에서 소요되는 시간을 상당하게 절감할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 용기부 20: 챔버부
30: 채널부 100: 카트리지
200: 히터부 300: 히팅케이스
400: 구동부 500: 측정부
410: 제1회전축 420: 제1모터
430: 암부재 440: 제2회전축
450: 제2모터 210: 가이드플레이트
220: 탄성부재 212: 하향경사면
600: 차열부재
30: 채널부 100: 카트리지
200: 히터부 300: 히팅케이스
400: 구동부 500: 측정부
410: 제1회전축 420: 제1모터
430: 암부재 440: 제2회전축
450: 제2모터 210: 가이드플레이트
220: 탄성부재 212: 하향경사면
600: 차열부재
Claims (20)
- 용기부;
상기 용기부 내에 복수 개의 챔버가 서로간에 이격되는 수평 거리 및 수직 단차에 의해 형성되는 소정의 패턴으로 배열되어, 시료에서 유전자를 추출하고, 추출된 상기 유전자를 증폭하는 챔버부; 및
상기 시료의 이동 방향에 따라 상기 챔버 사이를 연결하는 채널부;를 포함하되,
상기 챔버부는 상기 용기부에 가해지는 적어도 하나 이상의 구동력에 의해 상기 시료가 순차 이동되도록 형성되는 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 제 1항에 있어서,
상기 구동력은 상기 용기부를 회전 이동시키는 원심력, 상기 용기부를 직선 왕복 이동시키는 관성력, 상기 시료에 가해지는 압력 및 상기 시료에 가해지는 중력 중 적어도 어느 하나 이상인 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 채널부 및 상기 챔버부 중 어느 하나에는 미리 설정된 유전자만 통과되는 필터;가 배치되는 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 제 5항에 있어서,
상기 챔버부는 마그네틱비드;를 더 포함하는 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 제 1항에 있어서,
상기 챔버와 상기 채널 사이에는 상기 채널의 개폐를 단속하는 밸브;가 더 설치되는 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 제 6항에 있어서,
상기 챔버부는 상기 마그네틱비드를 분리해주는 컬럼;을 더 포함하는 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 제 1항에 있어서,
상기 챔버부에는 운동 에너지, 열 에너지 및 자기 에너지 중 적어도 어느 하나 이상이 가해지는 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 제 1항에 있어서,
상기 챔버부는 복수 개의 증폭챔버를 포함하며,
상기 채널부는 분기되어 상기 증폭챔버와 각각 연결되는 분주부;를 더 포함하는 유전자 분석 장치용 카트리지.
- 제 1항, 제 2항, 제 5항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 유전자 분석 장치용 카트리지를 포함하는 유전자 분석 장치로서,
복수 개의 히터가 이격 배치되며 서로 다른 온도로 발열하는 히터부;
상기 카트리지가 적어도 하나 이상 수용되는 히팅케이스;
상기 히팅케이스의 위치를 가변시키는 적어도 하나 이상의 구동부; 및
상기 카트리지 내의 유전자를 측정하는 측정부;를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 히팅케이스 외측에 위치하는 제1회전축;
상기 제1회전축을 회동시키는 제1모터;
상기 제1회전축과 상기 히팅케이스를 연결하는 암(arm)부재;
상기 히팅케이스 내측에 위치하는 제2회전축; 및
상기 제2회전축을 회동시키는 제2모터; 를 포함하며,
상기 제2회전축은 상기 제1회전축과 상기 챔버 사이의 거리를 가변시키는 유전자 분석 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 11항에 있어서,
상기 시료가 상기 제1회전축의 구동에 따른 원심력에 의해 더 이상 이동할 수 없으면, 상기 제2회전축이 소정 각도 회동되어 상기 제1회전축과 상기 시료가 수용된 상기 챔버 사이의 거리를 감소시키는 유전자 분석 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 구동부는
상기 히팅케이스를 직선 왕복 이동시키는 선형이동유닛;을 포함하는 유전자 분석 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 히터부는
상기 히팅케이스에 슬라이딩 접촉면을 제공하는 가이드플레이트;
상기 히팅케이스의 슬라이딩 이동을 안내하는 가이드레일; 및
상기 가이드플레이트를 가압하여 상기 히팅케이스와 상기 가이드플레이트 사이의 접촉력을 증가시키는 탄성부재;를 더 포함하는 유전자 분석 장치.
- 제 16항에 있어서,
상기 가이드플레이트의 상부면에는 상기 히팅케이스가 인입되는 방향으로 하향경사면;이 형성되는 유전자 분석 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 측정부는
상기 카트리지에 서로 다른 파장의 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 광원부; 및
상기 카트리지에서 반응한 광을 수신하는 광수신부;를 포함하는 유전자 분석 장치.
- 제 11항에 있어서,
상기 측정부를 전후좌우 방향으로 이동시키는 보조구동부;를 더 포함하는 유전자 분석 장치.
- 제 11항에 있어서,
상기 히터부 사이의 열 대류를 차단하는 차열부재;를 더 포함하는 유전자 분석 장치.
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