KR101976117B1 - Microfluidic device for detection of a target gene mutation, and method to improve the efficacy of detection of a microfluidic device for detection of target gene - Google Patents

Microfluidic device for detection of a target gene mutation, and method to improve the efficacy of detection of a microfluidic device for detection of target gene Download PDF

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Abstract

본 발명은 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 핵산 증폭을 위하여 온도를 변화시킬 필요가 없고, 외부의 동력 공급이 없어도 표적 돌연변이 유전자를 검출할 수 있다. 따라서 복잡한 장비를 수반할 필요가 없으며, 간단하고 저렴하게 제조가 가능하고, 조작이 간편하며, 휴대가 용이하다. 또한 다양한 돌연변이 유전자의 검출에 이용할 수 있고, 2 이상의 돌연변이 유전자를 동시에 검출하는데 이용할 수 있다.
또한 본 발명은 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 검출 효율을 개선하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법을 이용하면 기존의 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 검출 소요 시간을 크게 단축시키고 검출의 정확성을 높일 수 있다.
The present invention relates to a microfluidic device for detecting a target mutation gene. The apparatus of the present invention does not need to change the temperature for nucleic acid amplification and can detect the target mutant gene without external power supply. Therefore, it is not necessary to carry complicated equipment, and it can be manufactured simply, inexpensively, is easy to operate, and is easy to carry. It can also be used for the detection of various mutant genes and can be used for the simultaneous detection of two or more mutant genes.
The present invention also relates to a method for improving the detection efficiency of a microfluidic device for detecting a target gene. By using the method of the present invention, it is possible to greatly shorten the time required for detection of a conventional microfluidic device for detecting a target gene and improve the accuracy of detection.

Description

표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치, 및 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 검출 효율을 개선하는 방법{Microfluidic device for detection of a target gene mutation, and method to improve the efficacy of detection of a microfluidic device for detection of target gene}Microfluidic device for detecting target mutant gene and method for improving detection efficiency of microfluidic device for detection of target gene (Microfluidic device for detection of a target gene mutation, and method for improving the detection efficiency of a microfluidic device for detection target gene}

본 발명은 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치, 및 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 검출 효율을 개선하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microfluidic device for detecting a target mutant gene, and a method for improving the detection efficiency of a microfluidic device for detecting a target gene.

미세 유동 장치(microfluidic device)란 기판 상에서 미세유체 유로(microfluidic channel)를 통해 각 구성이 연결되어, 시료 용액을 주입하면 검출 신호를 얻을 때까지 필요한 전 공정이 자동화되어 있는 장치를 말한다. 적은 양의 시료에서도 검출이 가능하며, 시약을 적게 사용하고, 전 공정이 자동화되어 있어 편리하다는 장점이 있다. A microfluidic device refers to a device in which each component is connected through a microfluidic channel on a substrate, and the entire process is automated until a detection signal is obtained when a sample solution is injected. It is advantageous because it can detect even small amount of sample, use few reagents, and automate the entire process.

공개번호 제10-2014-0032094호는 DNA 템플레이트와 결합될 수 있는 미세 유동 장치를 개시하고 있다. 그러나 상기 문헌에 공개된 미세 유동 장치는 2층 구조이고 유로의 각도를 조절하여 시료를 흐르게 하므로 제조 공정과 사용 방법이 복잡하다. 또한 시료를 주입하기 위해 펌프를 이용하므로 외부에서 동력을 공급해야 하고, 한 번에 한 가지 물질만을 검출할 수 있다. Publication No. 10-2014-0032094 discloses a microfluidic device that can be coupled with a DNA template. However, the microfluidic device disclosed in the above document has a two-layer structure and flows the sample by adjusting the angle of the flow path, so that the manufacturing process and the use method are complicated. In addition, a pump is used to inject the sample, so it must be powered externally and only one substance can be detected at a time.

국내등록특허 제10-1263450호(발명의 명칭: 카나마이신에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머)Korean Patent No. 10-1263450 (entitled DNA aptamer specifically binding to kanamycin) 국내공개특허 제10-2014-0032094호(발명의 명칭: 표적 물질 포획이 용이한 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 이용한 표적 물질 분리 방법)Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0032094 (entitled "Microfluidic Device Capable of Capture of Target Material and Method for Separating Target Material Using Microfluidic Device") 국내공개특허 제10-2012-0125164호(발명의 명칭: EGFR 엑손 19 다형 검출 시험용 올리고뉴클레오티드 및 그 용도)Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0125164 (entitled: Oligonucleotides for EGFR exon 19 polymorphism detection test and uses thereof)

본 발명은 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치 및 이를 이용한 검출 방법을 제공하고자 한다. The present invention provides a microfluidic device for detecting a target mutant gene and a detection method using the same.

본 발명은 또한 검출 효율이 개선된 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트 및 이를 이용한 표적 유전자 검출 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a kit for detecting a target gene having improved detection efficiency and a method for detecting a target gene using the same.

본 발명은 The present invention

기판;Board;

상기 기판 상에 형성된 시료용액이 외부로부터 유입되는 유입구; An inlet through which the sample solution formed on the substrate flows from the outside;

상기 유입구와 연결되어 유입된 시료용액을 수용하는 제 1 유로;A first flow path connected to the inlet port to receive the introduced sample solution;

상기 제 1 유로와 연결된 제 2 유로; A second flow path connected to the first flow path;

상기 제 2 유로와 연결된 배출구를 포함하는 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치로서,And a discharge port connected to the second flow path, the microfluidic device for detecting a target mutant gene,

상기 제 2 유로 표면은 코팅되어 있고;The second flow path surface is coated;

상기 코팅 상에 프라이머가 고정되고;A primer is immobilized on the coating;

상기 고정된 프라이머에는 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트가 결합되어 있으며, The fixed primer is bound to a template for detecting a target mutation gene,

상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트는 상기 프라이머에 상보적으로 결합하는 프라이머 결합부, 상기 프라이머 결합부의 일 말단에 결합된 제 1 템플레이트 내 상보적인 결합 부위-제 1 표적 돌연변이 유전자 결합 부위, 및 상기 프라이머 결합부의 다른 말단에 결합된 제 2 템플레이트 내 상보적인 결합 부위-제 2 표적 돌연변이 유전자 결합 부위를 포함하는, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 제공한다. Wherein the template for detecting the target mutant gene comprises a primer binding portion complementarily binding to the primer, a complementary binding site-first target mutation gene binding site in the first template bound to one end of the primer binding portion, And a second target mutation gene binding site complementary to the second template in the second template bound to the other end of the second template.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 제 2 유로는 1 내지 20개일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second flow path may be one to twenty.

본 발명의 다른 구체예로서, 상기 제 2 유로는 2 내지 20개이며, 제 1 유로의 말단에서 각각의 제 2 유로가 분지되고, 각각의 제 2 유로 상에 고정된 프라이머에 결합된 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트는 서로 같거나 다른 돌연변이 유전자에 결합하는 것일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the second flow path is 2 to 20, and each of the second flow paths is branched at the end of the first flow path, and the target mutation gene The detection template may be one which binds to mutant genes that are the same or different from each other.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 코팅은 5-하이드록시도파민 염산, 노르에피네프린, 에피네프린, 파이로갈롤아민, DOPA(3,4-Dihydroxyphenylalanine), 카테킨, 탄닌류, 파이로갈롤, 파이로카테콜, 헤파린-카테콜, 키토산-카테콜, 폴리에틸렌글리콜-카테콜, 폴리에틸렌이민-카테콜, 폴리메틸메타크릴레이트-카테콜, 히알루론산-카테콜, 폴리라이신-카테콜 (polylysine-catechol), 및 폴리라이신 (polylysine)을 포함하는 군으로부터 선택된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coating is selected from the group consisting of 5-hydroxydopamine hydrochloride, norepinephrine, epinephrine, pyrogallol amine, DOPA (3,4-Dihydroxyphenylalanine), catechin, tannins, pyrogallol, , Polyethylene glycol-catechol, polyethyleneimine-catechol, polymethylmethacrylate-catechol, hyaluronic acid-catechol, polylysine-catechol, and And may be selected from the group comprising polylysine.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 프라이머는 티올, 아민, 하이드록실, 카복실, 이소티오시아네이트, NHS 에스테르, 알데히드, 에폭시드, 카보네이트, HOBt 에스테르, 글루타르알데히드, 카바메이트, 이미다졸 카바메이트, 말레이미드, 아지리딘, 설폰, 비닐설폰, 하이드라진, 페닐 아자이드, 벤조페논, 안트라퀴논, 및 디엔 기를 포함하는 군으로부터 선택된 1 이상으로 말단이 변형된 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the primer is selected from the group consisting of thiol, amine, hydroxyl, carboxyl, isothiocyanate, NHS ester, aldehyde, epoxide, carbonate, HOBt ester, glutaraldehyde, carbamate, imidazole carbamate, The terminal may be modified at least one terminal group selected from the group consisting of maleimide, aziridine, sulfone, vinyl sulfone, hydrazine, phenylazide, benzophenone, anthraquinone, and a diene group.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 코팅은 5-하이드록시도파민 염산이고, 상기 프라이머는 티올 또는 아민 기로 말단이 변형된 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the coating is 5-hydroxydopamine hydrochloric acid, and the primer may have a terminal modified to a thiol or amine group.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트의 프라이머 결합부는 서열번호 2로 기재되는 염기서열을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the primer binding portion of the template for detecting the target mutant gene may include the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2.

본 발명의 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치로 검출할 수 있는 돌연변이 유전자의 종류에는 제한이 없다. 당 업계에 알려진 다양한 돌연변이 유전자에 대하여 본 발명을 적용할 수 있다. There is no limitation on the kind of the mutant gene which can be detected by the microfluidic device for detecting the target mutant gene of the present invention. The present invention is applicable to various mutant genes known in the art.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 돌연변이 유전자는 암에서 나타나는 암 특이적인 돌연변이 유전자가 될 수 있다. 암 특이적인 돌연변이 유전자는 http://www.mycancergenome.org와 같은 웹사이트, 그 외 당업계에 알려진 임의의 암 특이적인 돌연변이 유전자가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌연변이 유전자는 암을 유발하는 유전자인 발암성 돌연변이 유전자가 될 수 있고, 구체적으로 폐암 특이적 돌연변이 유전자 일 수 있으며, 보다 구체적으로 EGFR 엑손 19번 결실이 일어난 유전자일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the mutant gene can be a cancer-specific mutant gene that appears in cancer. Cancer-specific mutant genes can be found on websites such as http://www.mycancergenome.org, or any other cancer-specific mutant gene known in the art. For example, the mutant gene may be a cancer-causing mutant gene that is a cancer-causing gene, specifically, a lung cancer-specific mutant gene, more specifically, a gene in which EGFR exon 19 deletion occurs, and It is not limited.

각각의 암에서 나타나는 유전자의 돌연변이에 대해서는 하기와 같은 것들이 보고되어 있다(http://www.mycancergenome.org 발췌);Mutations in the genes that appear in each cancer have been reported (http://www.mycancergenome.org excerpt);

급성 림프아세포성 백혈병(Acute Lymphoblastic Leukemia)의 CRLF2 또는 JAK2 유전자의 돌연변이, 급성 골수성 백혈병(Acute Myeloid Leukemia)의 CBFB-MYH11, DEK-NUP214, DNMT3A, FLT3, IDH1, IDH2, KIT, MLL-MLLT3, PML-RARA, RBM15-MKL1, RPN1-EVI1, 또는 RUNX1-RUNX1T1 유전자의 돌연변이, 역형성대세포림프종(Anaplastic Large Cell Lymphoma)의 ALK 유전자 돌연변이, 기저세포암(Basal Cell Carcinoma)의 SMO 유전자 돌연변이, 방광암(Bladder Cancer)의 TSC1 유전자 돌연변이, 유방암(Breast Cancer)의 AKT1, AR, ERBB2, ESR1, FGFR1, FGFR2, PGR, PIK3CA, 또는 PTEN 유전자 돌연변이, 만성 골수성 백혈병(Molecular Profiling of Chronic Myeloid Leukemia)의 BCR-ABL1 유전자의 돌연변이, 대장암(Colorectal Cancer)의 AKT1, BRAF, KRAS, NRAS, PIK3CA, PTEN, 또는 SMAD4 유전자의 돌연변이, 위장관 기질 종양(Gastrointestinal Stromal Tumor (GIST))의 BRAF, KIT, 또는 PDGFRA 유전자의 돌연변이, 위암(Gastric Cancer)의 ERBB2 유전자의 돌연변이, 교종(Glioma)의 BRAF, IDH1, 또는 IDH2 유전자의 돌연변이, 염증성 근섬유아세포종(Inflammatory Myofibroblastic Tumor)의 ALK 유전자의 돌연변이, 폐암(Lung Cancer)의 AKT1, ALK, BRAF, DDR2, EGFR, ERBB2, FGFR1, FGFR3, KRAS, MAP2K1, MET, NRAS, NTRK1, PIK3CA, PTEN, RET, RICTOR, 또는 ROS1 유전자의 돌연변이, 수모세포종(Medulloblastoma)의 SMO 유전자의 돌연변이, 흑색종(Melanoma)의 BRAF, CTNNB1, GNA11, GNAQ, KIT, MAP2K1, NF1, 또는 NRAS 유전자의 돌연변이, 골수이형성 증후군(Myelodysplastic Syndromes)의 ASXL1, BCOR, DNMT3A, ETV6, EZH2, NF1, RUNX1, SF3B1, SRSF2, STAG2, TET2, TP53, U2AF1 또는 ZRSR2 유전자의 돌연변이, 신경아세포종(Neuroblastoma)의 ALK 유전자의 돌연변이, 난소암(Ovarian Cancer)의 BRAF, KRAS, PIK3CA, 또는 PTEN 유전자의 돌연변이, 횡문근육종(Rhabdomyosarcoma)의 ALK 유전자 돌연변이, 흉선암(Thymic Malignancies)의 KIT 유전자 돌연변이, 및 갑상선암(Thyroid Cancer)의 BRAF, HRAS, KRAS, NRAS, 또는 RET 유전자의 돌연변이. Mutation of CRLF2 or JAK2 gene of acute lymphoblastic leukemia, mutation of acute myeloid leukemia CBFB-MYH11, DEK-NUP214, DNMT3A, FLT3, IDH1, IDH2, KIT, MLL-MLLT3, PML of acute lymphoblastic leukemia Mutation of RARA, RBM15-MKL1, RPN1-EVI1, or RUNX1-RUNX1T1 gene, ALK gene mutation of anaplastic large cell lymphoma, SMO gene mutation of basal cell carcinoma, bladder cancer Bladder Cancer), mutations of AKT1, AR, ERBB2, ESR1, FGFR1, FGFR2, PGR, PIK3CA or PTEN genes of Breast Cancer, BCR-ABL1 of Molecular Profiling of Chronic Myeloid Leukemia Mutation of the BRAF, KIT, or PDGFRA gene of a mutation of the gene, AKT1, BRAF, KRAS, NRAS, PIK3CA, PTEN, or SMAD4 gene of Colorectal Cancer, Gastrointestinal Stromal Tumor (GIST) , Gastric cancer mutations of the ERBB2 gene in the glioma, mutations in the BRAF, IDH1, or IDH2 gene in the tric cancer, mutations in the ALK gene in the inflammatory myofibroblastic tumor, mutations in the AKT1, ALK, BRAF, Mutations of the SMO gene of the medulloblastoma, mutations of the SMO gene of the melanoma, medulloblastoma, mutations of the DDR2, EGFR, ERBB2, FGFR1, FGFR3, KRAS, MAP2K1, MET, NRAS, NTRK1, PIK3CA, PTEN, RET, RICTOR, Mutations of BRAF, CTNNB1, GNA11, GNAQ, KIT, MAP2K1, NF1 or NRAS genes, ASXL1, BCOR, DNMT3A, ETV6, EZH2, NF1, RUNX1, SF3B1, SRSF2, STAG2, TET2 of Myelodysplastic Syndromes Mutation of the ALK gene of Neuroblastoma, mutation of BRAF, KRAS, PIK3CA or PTEN gene of ovarian cancer, mutation of ALK gene of Rhabdomyosarcoma, mutation of TP53, U2AF1 or ZRSR2 gene, mutation of ALK gene of neuroblastoma, Thymic Malignancies KIT gene mutations, and mutations in the BRAF, HRAS, KRAS, NRAS, or RET genes of thyroid cancer.

본 발명으로 검출될 수 있는 돌연변이 유전자는 암과 관련된 돌연변이 유전자에 한정되지 않으며, 그 외에 다른 선천적 또는 후천적 질환 또는 기형과 관련된 것도 임의의 돌연변이 유전자가 될 수 있다.The mutant gene which can be detected by the present invention is not limited to a mutant gene related to cancer, and any mutant gene related to other congenital or acquired diseases or malformations may also be a gene.

본 발명으로 검출될 수 있는 돌연변이 유전자는 정상 유전자와 1개 이상의 염기가 치환, 결실 또는 부가된 것인 임의의 돌연변이 유전자가 될 수 있다. A mutant gene that can be detected by the present invention may be any mutant gene in which a normal gene and one or more bases are substituted, deleted, or added.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 돌연변이 유전자는 2 이상의 염기가 연속적 또는 불연속적으로 치환, 결실 또는 부가된 돌연변이 유전자일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the mutant gene may be a mutant gene in which two or more bases are continuously or discontinuously substituted, deleted or added.

본 발명의 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트의 제 1 표적 돌연변이 유전자 결합 부위 및 제 2 표적 돌연변이 유전자 결합 부위는 돌연변이 유전자에만 상보적으로 결합하고 정상 유전자에는 결합하지 않도록 디자인할 수 있다. The first target mutation gene binding site and the second target mutation gene binding site of the template for detecting a target mutant gene of the present invention can be designed so as to complementarily bind only to a mutant gene and not bind to a normal gene.

본 발명의 돌연변이 유전자는, 예를 들어 EGFR(epidermal growth factor receptor) 유전자의 돌연변이가 될 수 있다. 예컨대 상기 돌연변이 유전자는 EGFR 엑손 19번 결실(이하 'EGFR 19del')이 일어난 유전자가 될 수 있다. The mutant gene of the present invention can be, for example, a mutation of an epidermal growth factor receptor (EGFR) gene. For example, the mutant gene may be a gene in which EGFR exon 19 deletion (hereinafter referred to as 'EGFR 19del') occurs.

EGFR 19del은 EGFR 유전자의 엑손 19에 있어서 수 개 내지 십 수개의 염기가 연속해서 결실된 것으로서, 복수의 변이형이 알려져 있다. EGFR 19del의 변이형에 대하여 하기 표 1에 예시적으로 나타내었다. 하기 표에서, '­'는 결실부를 의미하고, 소문자는 변이부를 의미하며, '야생형'은 결실이 일어나지 않은 정상 EGFR 엑손 19 부분의 유전자를 의미한다. 국내공개특허 제10-2012-0125164호에는 EGFR 엑손 19 다형에 대해 다양하게 기재되어 있으며, 그 외 다수의 문헌에 EGFR 엑손 19 다형에 대해 보고되어 있다. 그러나 EGFR 19del은 하기 표 1에 기술한 것에 제한되지 않는다. EGFR 19del is an exon 19 of the EGFR gene in which several to several dozen bases are consecutively deleted, and a plurality of mutations are known. The variants of EGFR 19del are shown in Table 1 below. In the following table, '' denotes the deletion region, the lower case means the mutation site, and the 'wild type' means the gene of the normal EGFR exon 19 region without deletion. Domestic Laid-Open Patent No. 10-2012-0125164 describes a variety of EGFR exon 19 polymorphisms, and many other reports have reported the EGFR exon 19 polymorphism. However, the EGFR 19del is not limited to that described in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112017009676415-pat00001
Figure 112017009676415-pat00001

상기 EGFR 19del은 비소세포 폐암(Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC) 등의 폐암에서 흔하게 일어나는 돌연변이이며, 그 중에서 조직학적으로 선암의 경우에 많이 관찰된다. EGFR 19del이 발생했는지 여부는 폐암을 확진하는데 사용될 수 있다. 또한 EGFR 19del이 발생한 폐암 환자를 치료하는데 사용될 수 있는 표적 항암제로서 이레사(성분명: 게피티닙), 타쎄바(성분명: 엘로티닙), 지오트립(성분명: 아파티닙) 등이 시판되고 있고, EGFR 19del이 발생한 폐암에 대한 다수의 표적항암제가 현재 개발 또는 임상실험 중에 있다. EGFR 19del이 없는 폐암 환자에게 이러한 표적 항암제를 처방하는 경우, 초기에는 반응이 있지만 점차 항암 효과가 기대만큼 나타나지 않는 경우가 빈번하다. 그렇게 되면 환자의 경제적 부담이 커질 뿐 아니라 다른 적절한 항암제로 치료될 기회를 놓치게 되어 치료 예후가 나빠질 수 있다. The EGFR 19del is a mutation commonly found in lung cancer such as non-small cell lung cancer (NSCLC), and histologically, it is frequently observed in adenocarcinoma. Whether an EGFR 19del has developed can be used to confirm lung cancer. Iressa (ingredient name: gefitinib), tasseba (ingredient name: elotinib) and geotrip (ingredient name: apatinate) are commercially available as a target cancer drug that can be used to treat patients suffering from lung cancer with EGFR 19del, A number of targeted anticancer drugs for 19del-derived lung cancer are currently in development or clinical trials. In patients with lung cancer who do not have EGFR 19del, these anticancer drugs are often prescribed initially, but the anticancer effects do not appear as expected. This not only increases the patient's economic burden, but also misses the opportunity to be treated with other appropriate anticancer drugs, which can lead to poor prognosis.

본 발명의 미세 유동 장치를 이용하면, 다양한 변이형의 EGFR 19del이 발생한 돌연변이 유전자를 신속하고 정확하게 검출할 수 있으므로, 폐암 확진에 이용할 수 있고, 또한 적절한 항암제를 선택할 수 있게 하여 폐암 환자의 치료 계획을 수립하는 데 결정적인 도움이 될 수 있다. The microfluidic device of the present invention can rapidly and accurately detect a mutant gene of various mutant EGFR 19del, and thus can be used for the confirmation of lung cancer. Also, it is possible to select an appropriate anticancer drug, It can be a decisive help in establishing.

본 발명은 다음 단계를 포함하는 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 제조하는 방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing a microfluidic device for detecting a target mutant gene comprising the following steps.

1) 기판, 상기 기판 상에 형성된 유입구, 상기 유입구와 연결되어 유입된 시료용액을 수용하는 제 1 유로, 상기 제 1 유로와 연결된 제 2 유로, 상기 제 2 유로와 연결된 배출구를 포함하는 미세 유동 장치를 제공하는 단계;1) A microfluidic device comprising a substrate, an inlet formed on the substrate, a first flow path connected to the inlet and containing the introduced sample solution, a second flow path connected to the first flow path, and a discharge port connected to the second flow path ;

2) 상기 미세 유동 장치의 제 2 유로 표면을 코팅하는 단계; 2) coating the second flow path surface of the microfluidic device;

3) 상기 코팅 상에 프라이머를 고정시키는 단계; 및 3) fixing the primer to the coating; And

4) 상기 고정된 프라이머에 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트를 결합시키는 단계. 4) binding the template for detecting the target mutation gene to the fixed primer.

또한 본 발명은 다음 단계를 포함하는 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 이용하여 표적 돌연변이 유전자를 검출하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for detecting a target mutant gene using the microfluidic device for detecting the target mutant gene, comprising the steps of:

a) 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 제공하는 단계;a) providing a microfluidic device for detecting the target mutant gene;

b) 시료 용액을 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치의 유입구로 주입하는 단계; 및b) injecting the sample solution into the inlet of the microfluidic device for detecting the target mutant gene; And

c) 상기 미세 유동 장치의 제 2 유로에 리가아제를 첨가하는 단계;c) adding a ligase to a second flow path of the microfluidic device;

d) 상기 미세 유동 장치의 제 1 유로에 dNTP 및 등온 핵산 중합효소를 첨가하는 단계.d) adding dNTP and isothermal nucleic acid polymerase to the first flow path of the microfluidic device.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 c) 단계와 d) 단계는 동시에 수행될 수도 있고(즉, 라이게이션과 회전환 증폭 반응이 동시에 일어나도록 함) 또는 c) 단계 후 d) 단계가 수행되도록(즉, 라이게이션 후 회전환 증폭 반응이 일어나도록 함) 할 수도 있다. c) 단계와 d) 단계를 동시 또는 각각 일어나도록 하는 것은 검출하고자 하는 표적 물질의 수 및 종류 등에 따라 결정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step c) and the step d) may be performed simultaneously (that is, the ligation and the roundup amplification reaction are simultaneously performed), or the step d) is performed after the step c) That is, the reaction may be performed after the ligation reaction). The simultaneous or separate occurrence of step c) and step d) may be determined depending on the number and type of target substances to be detected, and the like.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 방법은 In one embodiment of the present invention,

e) 상기 미세 유동 장치의 유입구에 염색 시약, 고염 용액 또는 형광 시약을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. e) injecting a dyeing reagent, a high salt solution or a fluorescent reagent into the inlet of the microfluidic device.

본 발명의 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치는 사람 및 동물에서 발생하는 다양한 돌연변이 유전자의 검출에 이용할 수 있다. 상기 동물은 포유류, 조류, 파충류, 양서류, 어류 등을 모두 포함한다.The microfluidic device for detecting a target mutant gene of the present invention can be used for the detection of various mutant genes occurring in humans and animals. The animal includes all mammals, birds, reptiles, amphibians, fishes, and the like.

본 발명은 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치;The present invention relates to a microfluidic device for detecting a target gene;

dNTP;dNTP;

리가아제;Ligase;

등온 핵산 중합효소; 및Isothermal nucleic acid polymerase; And

추가 프라이머를 포함하는, 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트를 제공한다.There is provided a microfluidic device kit for detecting a target gene, comprising an additional primer.

상기 미세 유동 장치는 The microfluidic device

기판;Board;

상기 기판 상에 형성된 시료용액이 외부로부터 유입되는 유입구; An inlet through which the sample solution formed on the substrate flows from the outside;

상기 유입구와 연결되어 유입된 시료용액을 수용하는 제 1 유로;A first flow path connected to the inlet port to receive the introduced sample solution;

상기 제 1 유로와 연결된 제 2 유로; A second flow path connected to the first flow path;

상기 제 2 유로와 연결된 배출구를 포함하는 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치로서,And an outlet connected to the second flow path, the microfluidic device comprising:

상기 제 2 유로 표면은 코팅되어 있고;The second flow path surface is coated;

상기 코팅 상에 프라이머가 고정되고;A primer is immobilized on the coating;

상기 고정된 프라이머에는 표적 유전자 검출용 템플레이트가 결합되어 있으며, The template for detecting a target gene is bound to the fixed primer,

상기 표적 유전자 검출용 템플레이트는 상기 프라이머에 상보적으로 결합하는 프라이머 결합부, 상기 프라이머 결합부의 일 말단에 결합된 제 1 템플레이트 내 상보적인 결합 부위-제 1 표적 유전자 결합 부위, 및 상기 프라이머 결합부의 다른 말단에 결합된 제 2 템플레이트 내 상보적인 결합 부위-제 2 표적 유전자 결합 부위를 포함하는, 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치이며, 상기 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 구체적인 구성 및 특징은 출원번호 제10-2015-0151941호(발명의 명칭: 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 검출 방법)에 기재된 바와 같다. Wherein the template for detecting a target gene comprises a primer binding portion complementarily binding to the primer, a complementary binding site-first target gene binding site in the first template bound to one end of the primer binding portion, And a second target gene binding site complementary to the second template in the second template. The specific structure and characteristics of the microfluidic device for detecting the target gene are disclosed in Application No. 10 -2015-0151941 (the name of the invention: microfluidic device for detecting target gene, a method for producing the same, and a detection method using the same).

본 발명의 일 구현예로서, 상기 추가 프라이머(additional primer)는 상기 표적 유전자 검출용 템플레이트의 프라이머 결합부의 전체 서열, 또는 일부 서열일 수 있고, 예를 들어 5 내지 50개, 바람직하게는 10 내지 25개, 보다 바람직하게는 15 내지 22개 염기 길이의 일부 서열일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the additional primer may be a whole sequence or a partial sequence of the primer binding portion of the target gene detection template, and may be, for example, 5 to 50, preferably 10 to 25 , And more preferably from 15 to 22 nucleotides in length.

예컨대 본 발명의 표적 유전자 검출용 템플레이트의 프라이머 결합부가 서열번호 2(5'-TA GCA TGC TAG TAT CGA CGT-3')인 경우, 추가 프라이머 서열은 상기 서열과 동일한 서열, 또는 상기 서열의 일부에 해당하는 서열이 될 수 있으며, 상기 서열의 일부에 해당하는 서열인 경우 바람직하게는 10 내지 25개 염기로 이루어진 서열, 예컨대 서열번호 3(5' TGC TAG TAT C 3')이 될 수 있다. For example, when the primer-binding portion of the template for detecting a target gene of the present invention is SEQ ID NO: 2 (5'-TA GCA TGC TAG TAT CGA CGT-3 '), the additional primer sequence has the same sequence as the above sequence, (SEQ ID NO: 3) (5 'TGC TAG TAT C 3'), which is a sequence corresponding to a part of the above sequence, preferably 10 to 25 bases.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 리가아제는 DNA 리가아제, 예컨대 T7 리가아제, 또는 써클리가아제™(CircLigase™)일 수 있다. 또한 상기 등온 핵산 중합효소는 phi 29 폴리머라제일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ligase may be an DNA ligase such as T7 ligase, or CircLigase (TM). The isothermal nucleic acid polymerase may also be a phi 29 polymerase.

본 발명의 다른 구체예로서, 상기 키트는 디티오트레이톨(DTT) 또는 파이로포스파타제(phyrophosphatase)를 더 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the kit may further comprise dithiothreitol (DTT) or phyrophosphatase.

또한 상기 키트는 염색 시약, 고염 용액(high salt solution), 또는 형광 시약을 더 포함할 수 있다.The kit may further comprise a dyeing reagent, a high salt solution, or a fluorescent reagent.

또한 본 발명은 a) 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치를 제공하는 단계;The present invention also provides a method for detecting a target gene, comprising the steps of: a) providing a microfluidic device for detecting a target gene;

b) 시료 용액을 상기 미세 유동 장치의 유입구로 주입하는 단계; 및b) injecting a sample solution into the inlet of the microfluidic device; And

c) 상기 미세 유동 장치의 제 2 유로에 dNTP, 리가아제, 등온 핵산 중합효소, 및 추가 프라이머를 첨가하는 단계를 포함하는, 미세 유동 장치를 이용하여 표적 유전자를 검출하는 방법을 제공한다. c) adding a dNTP, a ligase, an isothermal nucleic acid polymerase, and an additional primer to a second flow path of the microfluidic device, and detecting the target gene using the microfluidic device.

상기 표적 유전자 검출방법은 추가 프라이머를 첨가하여 회전환 증폭되는 서열 중간 중간에 추가 프라이머가 결합되어 2차 증폭이 일어남으로써 더욱 빠르게 많은 양으로 템플레이트의 증폭이 일어난다. 즉, 추가 프라이머를 첨가함으로써 핵산 덩어리가 증폭되는 시간이 크게 단축되어 훨씬 더 빨리 검출될 수 있고, 또한 적은 양의 표적 유전자가 시료에 포함되어 있는 경우, 또는 시료의 양 자체가 적은 경우에도 추가 프라이머에 의한 2차 증폭을 통해 증폭 사이트를 증가시킴으로써 템플레이트 증폭이 많이 일어나 큰 핵산 덩어리를 형성할 수 있으므로 검출의 정확도가 높아진다.In the target gene detection method, an additional primer is added, and an additional primer is added to the middle of the sequence to be converted and amplified, thereby amplifying the template much more rapidly. That is, by adding the additional primer, the amplification time of the nucleic acid mass can be greatly shortened and can be detected much more quickly. Further, even when a small amount of the target gene is contained in the sample, or even when the amount of the sample itself is small, By amplifying the amplification site through the second amplification by the template, amplification of the template occurs to form a large lump of nucleic acid, so that the accuracy of detection increases.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명의 표적 유전자 검출 방법은 추가 프라이머를 첨가함으로써 2차 증폭(추가 증폭)을 통해 생성된 딸가닥(daughter strand)이 1차 증폭을 통해 생성된 모가닥(mother strand)과 상보적인 결합을 하여 더욱 빠르고 견고하게 DNA 하이드로겔을 형성하여 기존의 검출 방법에 비해 검출 효율이 개선되었다. According to one embodiment of the present invention, a method for detecting a target gene of the present invention is characterized in that a daughter strand generated through a secondary amplification (addition amplification) by adding an additional primer is inserted into a mother strand strand) to form a DNA hydrogel faster and more robustly than the conventional method.

상기 추가 프라이머를 포함하는 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트를 이용하여 표적 유전자를 검출하는 방법은 동물, 식물, 세균, 바이러스, 진균, 환경 등 모든 기원(origin)에서 유래될 수 있는 유전자의 검출에 적용할 수 있다. The method for detecting a target gene using the microfluidic kit for detecting a target gene containing the additional primer can be used for detecting a gene that can be derived from all origins such as an animal, a plant, a bacterium, a virus, a fungus, Can be applied.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 검출하고자 하는 표적 유전자는 병원균 유전자 일 수 있다. 상기 표적 유전자로는 핵산 서열을 아는 모든 병원균을 대상으로 할 수 있다. 구체적으로, 상기 병원균은 조류독감, 사스(SARS), 대장균 O157:H7 (Escherichia coli O157:H7), 결핵(Mycobacterium tuberculosis), 탄저병(Bacillus anthracis), 폐렴(Streptococcus pneumonia), 말라리아(Plasmodium), 살모넬라(Salmonella), 간염(Hepatitis A,B,C,D 및 E virus), 야토병균(Francisella tularensis), 페스트균(Yersinia pestis), 에르시니아 엔테로콜리티카(Yersinia enterocolitica) 및 출혈열(Ebola virus), 메르스 코로나 바이러스(MERS-Cov virus)의 검출에 유용하다. 또한, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 병원균은 폐렴상구균, 장내구균, 포도상구균, 열대열원충 및 제 3세계에서의 결핵 또는 말라리아 박테리아와 같은 항생제 저항을 갖는 병원균의 검출에도 유용하다.According to one embodiment of the present invention, the target gene to be detected may be a pathogen gene. The target gene may be any pathogen known to have a nucleic acid sequence. Specifically, the pathogenic microorganisms include avian influenza, SARS, Escherichia coli O157: H7, Mycobacterium tuberculosis, Bacillus anthracis, Streptococcus pneumonia, Plasmodium, Salmonella Salmonella, Hepatitis A, B, C, D and E virus, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Yersinia enterocolitica and Ebola virus, It is useful for the detection of MERS-Cov virus. According to one embodiment of the present invention, the pathogen is also useful for the detection of a pathogenic bacterium having antibiotic resistance such as pneumococcal bacteria, enterococci, staphylococci, tropical fever viruses and tuberculosis in third world or malaria bacteria.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 검출하고자 하는 표적 유전자는 돌연변이 유전자 일 수 있다. 구체적으로, 상기 돌연변이 유전자는 암에서 나타나는 암 특이적인 돌연변이 유전자가 될 수 있다. 암 특이적인 돌연변이 유전자는 당업계에 알려진 임의의 암 특이적인 돌연변이 유전자 일 수 있으며, 구체적인 암 특이적 돌연변이 유전자는 상기 기재한 바와 같다. 보다 구체적으로, 폐암 특이적 돌연변이 유전자 일 수 있고, 예컨대 EGFR 엑손 19번 결실이 일어난 유전자일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.According to another embodiment of the present invention, the target gene to be detected may be a mutant gene. Specifically, the mutant gene can be a cancer-specific mutant gene that appears in cancer. The cancer-specific mutation gene may be any cancer-specific mutation gene known in the art, and the specific cancer-specific mutation gene is as described above. More specifically, it may be a lung cancer-specific mutant gene, for example, a gene in which EGFR exon 19 deletion occurs, but is not limited thereto.

본 발명은 핵산 증폭을 위하여 온도를 변화시킬 필요가 없고, 외부의 동력 공급이 없어도 표적 돌연변이 유전자를 검출할 수 있다. 따라서 복잡한 장비를 수반할 필요가 없으며, 간단하고 저렴하게 제조가 가능하고, 조작이 간편하며, 휴대가 용이하다. 또한 다양한 돌연변이 유전자의 검출에 이용할 수 있고, 2 이상의 돌연변이 유전자를 동시에 검출하는데 이용할 수 있다. The present invention eliminates the need to change the temperature for nucleic acid amplification and allows detection of the target mutant gene without external power supply. Therefore, it is not necessary to carry complicated equipment, and it can be manufactured simply, inexpensively, is easy to operate, and is easy to carry. It can also be used for the detection of various mutant genes and can be used for the simultaneous detection of two or more mutant genes.

또한 본 발명의 추가 프라이머를 포함하는 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트; 및 이를 이용한 검출 방법을 이용하면 기존의 표적 물질 검출용 미세 유동 장치의 검출 소요 시간을 크게 단축시키고 검출의 정확성을 높일 수 있다. A microfluidic kit for detecting a target gene comprising the additional primer of the present invention; And the detection method using the same, the time required for detection of a conventional microfluidic device for detecting a target substance can be greatly shortened and the accuracy of detection can be increased.

도 1은 본 발명의 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 이용하여 서열번호 5의 EGFR 엑손 19 결실 돌연변이가 발생한 유전자를 검출한 결과를 형광으로 확인한 도이다.
도 2는 추가 프라이머가 첨가됨으로써 2차 회전환 증폭이 일어나 템플레이트의 증폭이 더욱 빠르고 많이 될 수 있음을 보여주는 모식도이다.
도 3은 동일한 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치를 사용하여, 본 발명자들이 기존에 개발한 방법(DhITACT(DNA Hydrogel Formation by Isothermal Amplification of Complementary Target in Fluidic Channels)로 명명)에 의해 표적 유전자를 검출한 결과(⒜ 및 ⒞)와 이번에 개발한 추가 프라이머를 첨가한 방법(DhITACT-TR)에 의해 표적 유전자를 검출한 결과(⒝ 및 ⒟)를 각각 보여주는 도이다.
도 4는 DhITACT를 통해 형성된 표적 메르스 코로나바이러스 유전자 하이드로겔의 원자간력현미경(Atomic Force Microscope; AFM) 이미지를 나타낸 도이다.
도 5는 DhITACT-TR를 통해 형성된 표적 메르스 코로나바이러스 유전자 하이드로겔의 원자간력현미경(Atomic Force Microscope; AFM) 이미지를 나타낸 도이다.
도 6은 DhITACT 및 DhITACT-TR를 통해 형성된 표적 메르스 코로나바이러스 유전자 하이드로겔의 리올로지 측정 결과를 나타낸 도이다.
도 7은 추가 프라이머를 첨가한 본 발명의 표적 유전자 검출 방법에 의해 서열번호 5의 EGFR 엑손 19 결실 돌연변이가 발생한 유전자를 검출한 결과를 형광으로 확인한 도이다.
Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a fluorescence image showing the result of detection of a gene having a mutation in EGFR exon 19 of SEQ. ID. NO. 5 using a microfluidic device for detecting a target mutant gene of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing that the addition of an additional primer allows secondary amplification to occur and the amplification of the template can be faster and more rapid.
FIG. 3 is a graph showing the results of detection of a target gene by the method developed by the present inventors (named as DhITACT (DNA Hydrogel Formation by Isothermal Amplification of Complementary Target in Fluidic Channels)) using the same target gene detection microfluidic device ((A) and (⒞)) and the result of detection of the target gene by the method (DhITACT-TR) in which the additional primer developed at this time is added (및 and ⒟), respectively.
FIG. 4 is an atomic force microscope (AFM) image of a target mammal coronavirus gene hydrogel formed through DhITACT.
FIG. 5 is an atomic force microscope (AFM) image of a target mers coronavirus gene hydrogel formed through DhITACT-TR.
FIG. 6 is a graph showing the rheological measurement results of a target mollusc corona virus gene hydrogel formed through DhITACT and DhITACT-TR. FIG.
FIG. 7 is a fluorescence image showing the result of detection of a gene in which the mutation of EGFR exon 19 of SEQ ID NO: 5 has been detected by the target gene detection method of the present invention to which an additional primer has been added.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 설명은 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 설명에 한정되는 것은 아니며 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 일 구성요소가 다른 구성요소 위에 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 바로 위에 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. It is to be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Also, in the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. Also, when an element is referred to as being on another element, it includes not only the element just above another element, but also the case where there is another element in between.

표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치Microfluidic device for target mutant gene detection

본 발명의 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치의 기본 구조, 제조 방법, 및 이를 이용한 표적 돌연변이 유전자 검출 방법은 출원번호 제10-2015-0151941호(발명의 명칭: 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 검출 방법)에 기재된 바와 같다. The basic structure of the microfluidic device for detecting the target mutant gene of the present invention, the production method thereof, and the method for detecting the target mutant gene using the microfluidic device are disclosed in Japanese Patent Application No. 10-2015-0151941 (entitled Microfluidic Device for Target Gene Detection, And a detection method using the same).

본 발명의 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치에 의해 검출될 수 있는 표적 돌연변이 유전자의 종류에는 제한이 없으며, 정상 유전자와 1개 이상의 염기 차이가 있는 임의의 돌연변이 유전자가 될 수 있다. 본 발명으로 검출될 수 있는 돌연변이 유전자는 선천적 또는 후천적 질환 또는 기형과 관련된 임의의 돌연변이 유전자가 될 수 있다.The target mutant gene that can be detected by the microfluidic device for detecting the target mutant gene of the present invention is not limited and may be any mutant gene having one or more base differences with the normal gene. A mutant gene that can be detected by the present invention may be any mutant gene associated with a congenital or acquired disease or malformation.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 돌연변이 유전자는 2 이상의 유전자가 연속적 또는 불연속적으로 치환 또는 결실된 돌연변이 유전자일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mutant gene may be a mutant gene in which two or more genes are continuously or discontinuously substituted or deleted.

예를 들어, 상기 돌연변이 유전자는 EGFR 19del의 일종인 서열번호 5로 기재되는 유전자가 될 수 있다. 상기 돌연변이 유전자를 정상 유전자와 비교하면 하기 표 2와 같다.For example, the mutant gene may be a gene described in SEQ ID NO: 5, which is a kind of EGFR 19del. The mutant gene is compared with a normal gene as shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112017009676415-pat00002
Figure 112017009676415-pat00002

이 경우 본 발명의 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트를 하기와 같이 디자인할 수 있다(서열번호 6).In this case, the template for detecting the target mutant gene of the present invention can be designed as follows (SEQ ID NO: 6).

Figure 112017009676415-pat00003
Figure 112017009676415-pat00003

상기 서열에서, 진한 글씨로 표시한 제 1 표적 돌연변이 유전자 결합 부위 및 제 2 표적 돌연변이 유전자 결합 부위는 각각 서열번호 5의 돌연변이 유전자에서 'AAATTCCCGGGA' 및 'ATTAAGAGAAGCCAACAAGG'에 상보적으로 결합한다. 즉, 표적 돌연변이 유전자 결합 부위가 돌연변이 유전자에만 상보적으로 결합하도록 템플레이트를 디자인할 수 있다. In the above sequence, the first target mutation gene binding site and the second target mutation gene binding site expressed in dark letters complementarily bind to 'AAATTCCCGGGA' and 'ATTAAGAGAAGCCAACAAGG' in the mutant gene of SEQ ID NO: 5, respectively. That is, the template can be designed such that the target mutation gene binding site is complementarily bound to the mutation gene only.

상기 진한 회색으로 표시한 부분은 '프라이머 결합부'로서, 서열번호 1(5′-Thiol-AAA AAA AAA GGG ACG TCG ATA CTA GCA TGC TA-3′)로 표시되는 프라이머와 상보적으로 결합하도록 제조되었다(서열번호 2). 또한 상기 연한 회색으로 표시한 부분은 템플레이트 내 서로 상보적으로 결합하는 부분(제 1 템플레이트 내 상보적인 결합 부위 및 제 2 템플레이트 내 상보적인 결합 부위)이다. The dark gray portion was prepared to be complementary to a primer represented by SEQ ID NO: 1 (5'-Thiol-AAA AAA AAA GGG ACG TCG ATA CTA GCA TGC TA-3 ') as a primer binding site. (SEQ ID NO: 2). In addition, the light gray portions are complementary binding sites in the template (complementary binding sites in the first template and complementary binding sites in the second template).

표적 물질 검출용 미세 유동 장치의 검출 효율을 개선하는 방법Method for improving the detection efficiency of a microfluidic device for detecting a target substance

본 발명자들이 발명한 표적 물질 검출용 미세 유동 장치, 즉 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치를 이용하여 표적 유전자를 검출하는 방법은, 출원번호 제10-2015-0151941호(발명의 명칭: 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 검출 방법)에 기재된 바와 기본적으로 동일하나, 회전환 증폭을 위해 dNTP, 리가아제, 등온 핵산 중합효소 등을 첨가할 때 추가 프라이머(additional primer)도 첨가한다는 차이점이 있다. A method for detecting a target gene using a microfluidic device for detecting a target substance, that is, a microfluidic device for detecting a target gene, which is invented by the present inventors, is disclosed in Application No. 10-2015-0151941 (entitled: A microfluidic device, a method for producing the same, and a detection method using the same), but an additional primer is also added when dNTPs, ligases, isothermal nucleic acid polymerase, etc. are added for conversion amplification .

상기 추가 프라이머(additional primer)는 미세 유동 장치에 사용되는 표적 유전자 검출용 템플레이트의 프라이머 결합부의 전체 서열 또는 일부 서열이 될 수 있으며, 예컨대 10 내지 25개 염기 길이의 일부 서열일 수 있다. The additional primer may be an entire sequence or a partial sequence of the primer binding site of the target gene detection template used in the microfluidic device, and may be, for example, a partial sequence of 10-25 base length.

도 2의 모식도에서 상단의 2개 도는 기존 출원의 방법에서 회전환 증폭이 일어나는 과정을 나타낸 것이며, 하단의 도는 추가 프라이머를 첨가한 경우에 회전환 증폭되는 서열 중간 중간에 추가 프라이머가 결합되어 2차 증폭이 일어남으로써 더욱 빠르게 많은 양으로 템플레이트의 증폭이 일어나는 과정을 나타낸 것이다. 즉, 추가 프라이머를 첨가함으로써 핵산 덩어리가 증폭되는 시간이 크게 단축되어 훨씬 더 빨리 검출될 수 있고, 또한 적은 양의 표적 물질이 시료에 포함되어 있는 경우, 또는 시료의 양 자체가 적은 경우에도 템플레이트 증폭이 많이 일어나 큰 핵산 덩어리를 형성할 수 있으므로 검출의 정확도가 높아진다. In the schematic diagram of FIG. 2, the two upper diagrams show the process in which the conversion amplification occurs in the method of the existing application, and in the case of adding the additional primer at the lower end, the additional primer is inserted at the mid- The amplification occurs and the amplification of the template occurs in a larger amount. That is, by adding the additional primer, the amplification time of the nucleic acid mass can be greatly shortened and can be detected much more quickly, and even when a small amount of the target substance is contained in the sample, or even when the amount of the sample itself is small, Can be formed to form a large mass of nucleic acid, thereby increasing the accuracy of detection.

실시예Example

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 제시한다. 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments are described to help understand the present invention. The following examples are provided to further understand the present invention, but the present invention is not limited by the examples.

실시예 1. 표적 유전자(암 돌연변이 유전자) 검출용 미세 유동장치를 이용한 EGFR 19del 검출Example 1. EGFR 19del detection using a microfluidic device for detection of a target gene (cancer mutation gene)

1-1. 1-1. EGFR 19del 검출용 미세 유동 장치의 제조Preparation of microfluidic device for EGFR 19del detection

ibidi 사에서 제조한 1 μ-Slide Ⅲ 3in1uncoated Microscopy Chamber 제품을 구입하여 준비하였다. 1 μ-Slide Ⅲ 3in1 uncoated Microscopy Chamber manufactured by ibidi Inc. was purchased and prepared.

제 2 유로의 코팅물질로서 5-하이드록시도파민 염산(5-hydroxydopamine HCl)을 사용하였다. 구체적으로, 5-하이드록시도파민 염산(Sigma Aldrich)을 1 mg/ml 농도로 10 mM Tris 완충액(1M UltraPure 1M Tris-HCl pH 8.0 / Invitrogen)에 녹였다. 그 후 pH를 8로 맞추어 코팅용 조성물을 제조하였다. 상기 코팅용 조성물로 상기 1 μ-Slide Ⅲ 3in1uncoated Microscopy Chamber 제품의 각 제 2 유로를 채웠다. 2시간 후 DDW(Water Purification System / LABOGENE)로 세척(washing) 하였다. 5-Hydroxydopamine HCl was used as the coating material of the second flow path. Specifically, 5-hydroxydopamine hydrochloride (Sigma Aldrich) was dissolved in 10 mM Tris buffer (1M UltraPure 1M Tris-HCl pH 8.0 / Invitrogen) at a concentration of 1 mg / ml. Thereafter, the pH was adjusted to 8 to prepare a coating composition. Wherein in the coating composition for a 1 μ-Slide Ⅲ 3in1 uncoated Microscopy Chamber filled the each second flow path of the product. After 2 hours, the cells were washed with DDW (Water Purification System / LABOGENE).

또한 상기 제 2 유로의 코팅 상에 부착시킬 프라이머를 준비하였다. 프라이머는 하기 서열을 갖는 Primer-5SS-polyA9 (BIONEER)를 구입하여 사용하였다. 하기 프라이머 서열의 5′ 말단은 티올기가 결합되어 있다.Further, a primer to be adhered to the coating of the second flow path was prepared. Primer-5SS-polyA9 (BIONEER) having the following sequences was purchased and used. The 5 'end of the following primer sequence is bound to a thiol group.

5′-Thiol-AAA AAA AAA GGG ACG TCG ATA CTA GCA TGC TA-3′ (서열번호 1)5'-Thiol-AAA AAA AAA GGG ACG TCG ATA CTA GCA TGC TA-3 '(SEQ ID NO: 1)

상기 프라이머 100 pmol과 5 M DTT(DL-Dithiothreitol/Sigma Aldrich)를 준비한 후, 100 pmol의 프라이머에 5 M DTT 5 ㎕를 첨가하고, 여기에 총 50 ㎕가 되게 DDW(Water Purification System/LABOGENE)를 첨가하여 프라이머 조성물을 제조하였다. DTT에 의해 프라이머 내에 생성되었을 수 있는 이황화 결합이 끊어지도록 4시간 동안 방치한 후, 3K 아미콘 튜브(amicon tube)(Amicon Ultra Centrifugal Filters 3K / MILLIPORE)를 이용하여 132,000 rpm, 4 ℃, 25분에서 1차 원심분리하고, 40 ㎕ DDW를 첨가하고 2차 원심분리하여 반응 후 남아있는 DTT를 완전히 제거하였다. 상기 DTT가 제거된 프라이머 조성물을 제 2 유로마다 5 ㎕씩 넣고 2시간 동안 방치하여 프라이머가 제 2 유로의 코팅 상에 부착되도록 한 후, DDW(Water Purification System / LABOGENE)로 세척(washing) 하였다.100 pmol of this primer and 5 M DTT (DL-Dithiothreitol / Sigma Aldrich) were prepared, and then 5 pmol of 5 M DTT was added to 100 pmol of the primer. DDW (Water Purification System / LABOGENE) To prepare a primer composition. The mixture was allowed to stand for 4 hours so that the disulfide bond that might have formed in the primer was cut off by DTT, and then immersed in a 3K Amicon tube (Amicon Ultra Centrifugal Filters 3K / MILLIPORE) at 132,000 rpm, After primary centrifugation, 40 μl of DDW was added and secondary centrifugation was performed to remove the remaining DTT after the reaction. 5 [mu] L of the primer composition from which the DTT was removed was added to each second flow path and allowed to stand for 2 hours to allow the primer to adhere to the coating on the second flow path, followed by washing with DDW (Water Purification System / LABOGENE).

또한 서열번호 5로 기재되는 EGFR 19del 검출용 템플레이트(서열번호 6)을 하기와 같이 제조하였다. The template for EGFR 19del detection (SEQ ID NO: 6) described in SEQ ID NO: 5 was also prepared as follows.

100 μM의 상기 EGFR 19del 검출용 템플레이트 0.2 ㎕(=20 pmole)에 1X PBS(life technoligies사의 gibcoㄾ)를 첨가하여 5 ㎕의 EGFR 19del 검출용 템플레이트 조성물을 제조하여 미세 유동 장치의 2개의 제 2 유로(중앙 및 위에서 보았을 때 좌측)에 각각 넣었다. 상기 EGFR 19del 검출용 템플레이트의 프라이머 결합부와 제 2 유로에 고정된 프라이머 간에 상보적 결합이 일어나도록 2시간 동안 방치한 후 DDW(Water Purification System / LABOGENE) 세척하였다. 한편 우측 유로에는 닉(nick) 부분에 라이게이션이 이미 일어난 EGFR 19del 검출용 템플레이트를 넣었다(양성 대조군).5 [mu] l of a template composition for EGFR 19del detection was added to 0.2 [mu] l (= 20 pmole) of the above EGFR 19del detection template at 100 [mu] M to add 2X of PBS (life technology gibco) (Left when viewed from the center and above). After standing for 2 hours to allow complementary binding between the primer binding portion of the EGFR 19del detection template and the primer immobilized in the second flow path, DDW (Water Purification System / LABOGENE) was washed. On the right channel, a template for detection of EGFR 19del in which a nick was already ligation was introduced (positive control group).

1-2. EGFR 19del 검출1-2. EGFR 19del detection

서열번호 5의 EGFR 19del 유전자를 포함하는 용액을 시료 용액으로서 준비하였다. 음성 대조군 용액으로는 서열번호 4의 EGFR 정상 유전자를 포함하는 용액을 준비하였다. 상기 시료용액을 중앙의 제2유로에, 음성 대조군 용액을 가장 왼쪽의 제2유로에 3.5 ㎕씩 각각 유입시켰다. T7 리가아제 30 ㎕, 100 mM DTT 0.2㎕, DDW(Water Purification System/LABOGENE) 24.8 ㎕로 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 제 2 유로를 채웠다. 제 2 유로 내 안의 수분이 날아가는 것을 방지하기 위해 파라 필름으로 밀봉한 플라스틱 용기 안에 넣었다. 플라스틱 안은 물에 적신 휴지와 30 ℃ 물로 채웠다. 그 후 무교반(non-shaking), 30 ℃, 3시간 조건에 방치하여 EGFR 19del 검출용 템플레이트의 닉(nick)의 라이게이션이 일어나도록 하였다. A solution containing the EGFR 19del gene of SEQ ID NO: 5 was prepared as a sample solution. As a negative control solution, a solution containing the EGFR normal gene of SEQ ID NO: 4 was prepared. The sample solution was introduced into the second flow path in the center and the negative control solution was introduced into the leftmost second flow path in an amount of 3.5 l each. 30 μl of T7 ligase, 0.2 μl of 100 mM DTT and 24.8 μl of DDW (Water Purification System / LABOGENE) were filled with the second flow path of the microfluidic device for target gene detection. And placed in a plastic container sealed with a parafilm to prevent moisture in the second flow path from flying. The plastic was filled with water dampened with water and 30 ° C water. After that, the plate was allowed to stand in a non-shaking condition at 30 ° C for 3 hours to allow the nicking of the template for EGFR 19del detection to occur.

그 다음 25 mM dNTP 2 ㎕, phi 29 폴리머라제(10 unit/㎕) 50 ㎕, 파이로포스파타제(pyrophosphatase) 1 ㎕, 각 효소의 반응 완충액, 및 DDW의 혼합물 약 60 ㎕를 주입하였다(유입구를 통하여 주입하여 제 1 유로를 따라 제 2 유로로 흘러들어가도록 하거나, 각각의 제 2 유로에 주입할 수도 있음). 제 2 유로 내 안의 수분이 날아가는 것을 방지하기 위해 파라 필름으로 밀봉한 플라스틱 용기 안에 넣었다. 플라스틱 안은 물에 적신 휴지와 30 ℃ 물로 채웠다. 그 후 무교반(non-shaking), 30 ℃, 2시간 조건에 방치하여 EGFR 19del 검출용 템플레이트의 회전환 증폭 반응이 일어나도록 하였다. Then, about 60 μl of a mixture of 2 μl of 25 mM dNTP, 50 μl of phi 29 polymerase (10 units / μl), 1 μl of pyrophosphatase, reaction buffer of each enzyme, and DDW was injected Injected into the second flow path along the first flow path, or injected into the respective second flow paths). And placed in a plastic container sealed with a parafilm to prevent moisture in the second flow path from flying. The plastic was filled with water dampened with water and 30 ° C water. After that, the sample was allowed to stand in a non-shaking condition at 30 ° C for 2 hours to induce a round-trip amplification reaction of a template for detection of EGFR 19del.

형광으로 확인한 결과, 도 1의 중앙 유로에서, EGFR 19del 검출용 템플레이트가 증폭되어 제 2 유로를 코팅한 하이드록시도파민 염산과 함께 엉겨 큰 하이드로겔 덩어리를 형성하여 제 2 유로의 배출구를 막음을 알 수 있었다. 양성 대조군인 우측 유로에서도 마찬가지로 제 2 유로의 배출구를 막음을 확인하였다. 반면 음성 대조군인 좌측 유로에서는 형광이 확인되지 않았다.1, the template for EGFR 19del detection was amplified to form a large hydrogel lump with hydroxydopamine hydrochloric acid coated with the second flow path to block the outlet of the second flow path. there was. It was confirmed that the right-side flow path, which is a positive control, similarly blocks the outlet of the second flow path. On the other hand, fluorescence was not observed in the left channel, which is a negative control group.

실시예 2. 미세 유동 장치의 검출 효율을 더욱 증가시키는 방법Example 2. Method for further increasing the detection efficiency of the microfluidic device

본 발명자들은 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치를 발명한 바 있다. 본 발명자들은 상기 미세유동장치의 검출 시간을 단축하고 정확도를 높이는 방법을 하기와 같이 발명하였다.The present inventors have invented a microfluidic device for detecting a target gene. The present inventors have invented a method for shortening the detection time and increasing the accuracy of the microfluidic device as follows.

2-1. 표적 메르스(MERS) 유전자 검출2-1. Target Mers (MERS) gene detection

출원번호 제10-2015-0151941호의 실험예 5에 기재된 바와 같이 표적 메르스(MERS) 유전자 검출용 미세 유동 장치를 제조하였다. 상기 장치의 기본 구조는 상기 1-1에서 기재한 바와 같으며, 템플레이트 서열은 하기와 같다. A microfluidic device for detecting target mers (MERS) genes was prepared as described in Experimental Example 5 of Application No. 10-2015-0151941. The basic structure of the device is as described in 1-1 above, and the template sequence is as follows.

Figure 112017009676415-pat00004
Figure 112017009676415-pat00004

상기 템플레이트 메르스(MERS) 서열에서, 표적 메르스 코로나바이러스 유전자에 상보적인 부분을 굵은 글씨로, 템플레이트 내 서로 상보적인 부분을 연한 회색 바탕으로, 프라이머에 상보적으로 결합하는 부분을 진한 회색으로 표시하였다. In the template MERS (MERS) sequence, the portion complementary to the target mers coronavirus gene is shown in bold, the complementary portion in the template is lightly grayed, and the portion complementarily binding to the primer is shown in dark gray Respectively.

또한 상기 템플레이트 서열의 제 1 표적 유전자 결합 부위 및 제 2 표적 유전자 결합 부위가 상보적으로 결합하는 표적 메르스 코로나바이러스 유전자 서열은 하기와 같다. Also, the target mammalian coronavirus gene sequence complementarily binding to the first target gene binding site and the second target gene binding site of the template sequence is as follows.

5'-/CG GAG AUG UGC CCU GGG UAU/3Phos/-3' (서열번호 7) 5 '- / CG GAG AUG UGC CCU GGG UAU / 3Phos / -3' (SEQ ID NO: 7)

제조된 표적 메르스(MERS) 유전자 검출용 미세 유동 장치에, 1-2의 방법과 동일하게 상기 시료용액을 중앙의 제2유로에, 음성 대조군 용액을 가장 왼쪽의 제2유로에 3.5 ㎕씩 각각 유입시켰다. T7 리가아제 30 ㎕, 100 mM DTT 0.2 ㎕, DDW(Water Purification System/LABOGENE) 24.8 ㎕로 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 제 2 유로를 채웠다. 제 2 유로 내 안의 수분이 날아가는 것을 방지하기 위해 파라 필름으로 밀봉한 플라스틱 용기 안에 넣었다. 플라스틱 안은 물에 적신 휴지와 30 ℃ 물로 채웠다. 그 후 무교반(non-shaking), 30 ℃, 3시간 조건에 방치하여 템플레이트의 닉(nick)의 라이게이션이 일어나도록 하였다. To the microfluidic device for detection of the target MERS gene, the sample solution was added to the second flow path and the negative control solution was added to the leftmost second flow path in an amount of 3.5 μl Lt; / RTI > 30 μl of T7 ligase, 0.2 μl of 100 mM DTT and 24.8 μl of DDW (Water Purification System / LABOGENE) were filled with the second flow path of the microfluidic device for target gene detection. And placed in a plastic container sealed with a parafilm to prevent moisture in the second flow path from flying. The plastic was filled with water dampened with water and 30 ° C water. Thereafter, non-shaking, 30 ° C, and 3 hours were allowed to allow the nicking of the template to occur.

그 다음 25 mM dNTP 2 ㎕, phi 29 폴리머라제(10 unit/㎕) 50 ㎕, 파이로포스파타제(pyrophosphatase) 1 ㎕, 각 효소의 반응 완충액, 및 DDW의 혼합물 약 60 ㎕를 주입하였다(유입구를 통하여 주입하여 제 1 유로를 따라 제 2 유로로 흘러들어가도록 하거나, 각각의 제 2 유로에 주입할 수도 있음). 제 2 유로 내 안의 수분이 날아가는 것을 방지하기 위해 파라 필름으로 밀봉한 플라스틱 용기 안에 넣었다. 플라스틱 안은 물에 적신 휴지와 30 ℃ 물로 채웠다. 그 후 무교반(non-shaking), 30 ℃, 2시간 조건에 방치하여 템플레이트의 회전환 증폭 반응이 일어나도록 하였다. 30분 경과 후에 형광으로 관찰하였을 때 템플레이트가 증폭된 것을 관찰할 수 없었다(도 3의 (a)). 약 2시간 후에 템플레이트가 증폭되어 하이드로겔 덩어리를 형성되었다.Then, about 60 μl of a mixture of 2 μl of 25 mM dNTP, 50 μl of phi 29 polymerase (10 units / μl), 1 μl of pyrophosphatase, reaction buffer of each enzyme, and DDW was injected Injected into the second flow path along the first flow path, or injected into the respective second flow paths). And placed in a plastic container sealed with a parafilm to prevent moisture in the second flow path from flying. The plastic was filled with water dampened with water and 30 ° C water. After that, the mixture was allowed to stand at 30 ° C for 2 hours in a non-shaking condition, so that a round-fold amplification reaction of the template occurred. It was not observed that the template was amplified when observed with fluorescence after 30 minutes (FIG. 3 (a)). After about 2 hours, the template was amplified to form a hydrogel mass.

그런데 이와 동일하게 표적 메르스(MERS) 유전자 검출용 미세 유동 장치를 준비하고 MERS 바이러스 유전자가 포함된 시료 용액을 주입하고 라이게이션 반응 및 회전환 증폭 반응이 차례로 일어나도록 하였다. 이 때 회전환 증폭 반응 시 '추가 프라이머'(additional primer, 짧은 DNA 서열로 이루어짐)를 더 첨가하였다. 첨가된 추가 프라이머 서열은 하기와 같다.In the same manner, a microfluidic device for detecting MERS gene was prepared, a sample solution containing the MERS virus gene was injected, and a ligation reaction and a round-trip amplification reaction were sequentially performed. At this time, an additional primer (consisting of a short DNA sequence) was further added during the round-trip amplification reaction. Additional primer sequences added are as follows.

5' TGC TAG TAT C 3'(서열번호 3) 5 'TGC TAG TAT C 3' (SEQ ID NO: 3)

30분 후 형광으로 관찰하였을 때, 템플레이트가 증폭되어 하이드로겔 덩어리를 형성하는 것을 관찰할 수 있었다(도 3의 (b)). 즉, 추가 프라이머가 첨가된 경우 증폭에 소요되는 시간이 크게 단축되었다. When observed with fluorescence after 30 minutes, it was observed that the template was amplified to form a hydrogel mass (Fig. 3 (b)). That is, the time required for amplification was greatly reduced when an additional primer was added.

또한 추가 프라이머를 첨가하지 않은 경우와 첨가한 경우 각각 4시간 후에 염색약을 주입하여 육안으로 확인한 결과, 추가 프라이머를 첨가하지 않은 경우에는 템플레이트 증폭이 일어난 경우(중앙 유로)를 음성 대조군(좌측 유로)과 구별할 수 없었으나, 추가 프라이머를 첨가한 경우에는 음성 대조군에서만 제 2 유로가 막히지 않고 나머지 2개 유로에서는 유로가 막힌 것을 명확히 확인할 수 있어, 템플레이트 증폭이 일어난 경우와 음성 대조군을 구별할 수 있었다(도 3의 (c) 및 (d). 즉, 추가 프라이머가 첨가된 경우 적은 양의 표적 메르스 바이러스 유전자가 시료 용액 내에 존재하는 경우에도 높은 감도로 검출이 가능하여 정확도가 증가하였다.When no additional primer was added and 4 hours after addition, dye was injected into each eye. As a result, when no additional primer was added, template amplification (central channel) was observed with negative control (left channel) However, when the additional primers were added, it was clearly confirmed that the second flow path was not blocked only in the negative control group and the flow path was blocked in the remaining two flow paths, so that it was possible to discriminate between the amplification of the template and the negative control group 3 (c) and 3 (d). That is, even when a small amount of target mers virus gene is present in the sample solution when the additional primer is added, the sensitivity can be detected with high sensitivity and the accuracy is increased.

2-2. 추가 프라이머 첨가에 의한 검출 효율 증가 확인2-2. Confirmation of increase of detection efficiency by addition of additional primer

본 발명자들은 또한 추가 프라이머를 첨가함으로써 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 개선된 검출효율을 확인하기 위하여, 추가적으로 원자간력현미경(Atomic Force Microscope; AFM)을 이용한 하이드로겔의 공극 크기(pore size) 및 리올로지(Rheology)를 측정하였다.The present inventors have also found that, in order to confirm the improved detection efficiency of a microfluidic device for detecting a target gene by adding an additional primer, the pore size of the hydrogel using an atomic force microscope (AFM) Rheology was measured.

원자간현미경(NX10, Park Systems, 대한민국)를 이용하여 기존 장치로 형성된 상기 실시예 1의 표적 메르스 유전자 하이드로겔 및 추가 프라이머를 첨가하여 증폭시킨 상기 실시예 2-1의 표적 메르스 유전자 하이드로겔 덩어리의 공극 크기를 측정하였으며, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.The target mammalian hydrogel of Example 1 and the additional primer, which were formed into an existing apparatus using an interatomic microscope (NX10, Park Systems, Korea), and the target mers gene hydrogel of Example 2-1 The pore size of the agglomerate was measured, and the results are shown in FIGS. 4 and 5. FIG.

도 4 및 도 5에서 확인되는 바와 같이, 기존 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치(DhITACT)를 이용하여 증폭된 하이드로겔의 평균 공극 크기는 56 nm이었으나(도 4), 추가 프라이머를 첨가한 경우(DhITACT-TR) 평균 공극 크기는 16 nm 로(도 5), 그 밀도가 약 3.5배 증가한 것을 확인하였다. 즉, 추가 프라이머를 첨가함으로써 보다 견고한 DNA 하이드로겔 덩어리를 형성하여 검출 효율이 개선되었음을 확인하였다. 4 and 5, the mean pore size of the hydrogel amplified using the existing target gene detection microfluidic device (DhITACT) was 56 nm (FIG. 4), but when the additional primer was added (DhITACT -TR) The average pore size was 16 nm (Fig. 5), confirming that the density increased about 3.5 times. That is, it was confirmed that the addition of the additional primer resulted in formation of a more rigid DNA hydrogel mass, thereby improving the detection efficiency.

또한, DhITACT 및 DhITACT-TR을 통해 형성된 표적 메르스 유전자 하이드로겔의 점탄성을 점탄성 측정기(parallel rheometer, Kinexus, Malvern, 영국)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.In addition, the viscoelasticity of the target mers gene hydrogel formed through DhITACT and DhITACT-TR was measured using a parallel rheometer (Kinexus, Malvern, UK) and the results are shown in FIG.

도 6에서 확인되는 바와 같이, DhITACT-TR을 통해 형성된 메르스 유전자 하이드로겔(TR)이 DhITACT을 통해 형성된 하이드로겔(D)에 비해 더욱 점탄성이 높은 겔을 형성하였으며, 저장 탄성율(G') 또한 높았다. 즉, 추가 프라이머를 첨가함으로써 더욱 강한 탄성을 갖는 하이드로겔을 형성하여 미세 유동 장치의 검출 효율이 증가되었음을 확인하였다. As can be seen from FIG. 6, the Mels gene hydrogel (TR) formed through DhITACT-TR formed a gel having higher viscoelasticity than the hydrogel (D) formed through DhITACT, and the storage elastic modulus (G ') Respectively. That is, it was confirmed that the detection efficiency of the microfluidic device was increased by forming a hydrogel having stronger elasticity by adding the additional primer.

2-3. 표적 EGFR 19del 돌연변이 유전자 검출2-3. Target EGFR 19del mutant gene detection

본 발명자들은 또한 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 이용하여 추가 프라이머를 첨가함으로써 증가된 검출 효율을 확인하였다. 상기 1-1에 기재한 바와 같이, EGFR 19del 검출용 미세 유동 장치를 제조하였다. 구체적인 템플레이트 서열(서열번호 6)은 하기와 같으며, 서열에 표시한 의미는 상기 메르스 템플레이트와 같다.The present inventors also confirmed increased detection efficiency by adding an additional primer using a microfluidic device for detecting a target mutant gene. As described in 1-1 above, a microfluidic device for EGFR 19del detection was prepared. The specific template sequence (SEQ ID NO: 6) is as follows, and the meanings indicated in the sequence are the same as the above-mentioned mercaptans template.

Figure 112017009676415-pat00005
Figure 112017009676415-pat00005

또한 상기 템플레이트 서열의 제 1 표적 유전자 결합 부위 및 제 2 표적 유전자 결합 부위가 상보적으로 결합하는 표적 EGFR 19del 유전자 서열은 하기와 같다. The target EGFR 19del gene sequence complementarily binding to the first target gene binding site and the second target gene binding site of the template sequence is as follows.

5'-/AAA TTC CCG GGA ATT AAG AGA AGC CAA CAA GG /3Phos/-3' (서열번호 4)5 '- / AAA TTC CCG GGA ATT AAG AGA AGC CAA CAA GG / 3Phos / -3' (SEQ ID NO: 4)

제조된 표적 EGFR 19del 유전자 검출용 미세 유동 장치를 이용하여, 상기 메르스 검출용 미세 유동 장치를 이용한 방법과 동일하게 EGFR 19del 유전자의 증폭을 수행하였으며, 상기 서열번호 3의 추가 프라이머를 첨가하였다.Using the microfluidic device for detecting the target EGFR 19del gene, amplification of the EGFR 19del gene was carried out in the same manner as the method using the microfluidic device for detection of the mussel, and the additional primer of SEQ ID NO: 3 was added.

그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 템플레이트가 증폭되어 반응 후 30분만에 하이드로겔 덩어리가 형성되는 것을 육안으로 관찰할 수 있었으며, 추가 프라이머가 첨가됨으로써 증폭에 소요되는 시간이 크게 단축되었다. 즉, 추가 프라이머를 첨가하지 않은 상기 실시예 1-2의 표적 EGFR 19del 유전자의 검출은 회전환 증폭 반응 후 2시간이 경과하여 하이드로겔을 육안으로 확인할 수 있었으나(도 1), 추가 프라이머를 첨가한 경우, EGFR 19del 돌연변이 유전자의 증폭에 소요되는 시간이 크게 단축되었다. 따라서, 추가 프라이머가 첨가된 경우 적은 양의 표적 EGFR 19del 돌연변이 유전자가 시료 용액 내에 존재하는 경우에도 높은 감도로 검출이 가능하여 정확도가 증가함을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 7, it was visually observed that the template was amplified and a hydrogel mass was formed within 30 minutes after the reaction, and the time required for the amplification was greatly shortened by adding an additional primer. That is, the detection of the target EGFR 19del gene of Example 1-2 in which the additional primer was not added could be confirmed visually by the 2 hours after the conversion amplification reaction (FIG. 1), but the addition of the additional primer , The time required for amplification of the EGFR 19del mutant gene was greatly shortened. Therefore, it was confirmed that even when a small amount of the target EGFR 19del mutant gene is present in the sample solution, the sensitivity can be detected with high sensitivity and the accuracy is increased when the additional primer is added.

<110> Ewha University - Industry Collaboration Foundation <120> Microfluidic device for detection of a target gene mutation, and method to improve the efficacy of detection of a microfluidic device for detection of target gene <130> P16-009-REA-EWHA <150> KR 10/2016/0011953 <151> 2016-01-29 <160> 7 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 aaaaaaaaag ggacgtcgat actagcatgc ta 32 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer binding region of a template <400> 2 tagcatgcta gtatcgacgt 20 <210> 3 <211> 10 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> additional primer <400> 3 tgctagtatc 10 <210> 4 <211> 57 <212> DNA <213> Unknown <220> <223> human EGFR exon 19 (wild) <400> 4 aaattcccgt cgctatcaag gaattaagag aagcaacatc tccgaaagcc aacaagg 57 <210> 5 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> human EGFR exon 19 gene with EGFR 19del <400> 5 aaattcccgg gaattaagag aagccaacaa gg 32 <210> 6 <211> 111 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> a template for the detection of human EGFR exon 19 gene with EGFR 19del <400> 6 tcccgggaat ttaatcgaag tactcagcgt aagtttagag gtagcatgct agtatcgacg 60 tacgtaccaa cttacgctga gtacttcgat tccttgttgg cttctcttaa t 111 <210> 7 <211> 20 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Middle East respiratory syndrome coronavirus <400> 7 cggagaugug cccuggguau 20 <110> Ewha University - Industry Collaboration Foundation <120> Microfluidic device for detection of a target gene mutation, and          method to improve the efficacy of a microfluidic          device for detection of target gene <130> P16-009-REA-EWHA <150> KR 10/2016/0011953 <151> 2016-01-29 <160> 7 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 aaaaaaaaag ggacgtcgat actagcatgc ta 32 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer binding region of a template <400> 2 tagcatgcta gtatcgacgt 20 <210> 3 <211> 10 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> additional primer <400> 3 tgctagtatc 10 <210> 4 <211> 57 <212> DNA <213> Unknown <220> Human EGFR exon 19 (wild) <400> 4 aaattcccgt cgctatcaag gaattaagag aagcaacatc tccgaaagcc aacaagg 57 <210> 5 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> human EGFR exon 19 gene with EGFR 19del <400> 5 aaattcccgg gaattaagag aagccaacaa gg 32 <210> 6 <211> 111 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> a template for the detection of human EGFR exon 19 gene with EGFR          19del <400> 6 tcccgggaat ttaatcgaag tactcagcgt aagtttagag gtagcatgct agtatcgacg 60 tacgtaccaa cttacgctga gtacttcgat tccttgttgg cttctcttaa t 111 <210> 7 <211> 20 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Middle East respiratory syndrome coronavirus <400> 7 cggagaugug cccuggguau 20

Claims (23)

기판;
상기 기판 상에 형성된 시료용액이 외부로부터 유입되는 유입구;
상기 유입구와 연결되어 유입된 시료용액을 수용하는 제 1 유로;
상기 제 1 유로와 연결된 제 2 유로;
상기 제 2 유로와 연결된 배출구를 포함하는 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치로서,
상기 제 2 유로 표면은 코팅되어 있고;
상기 코팅 상에 프라이머가 고정되고;
상기 고정된 프라이머에는 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트가 결합되어 있으며,
상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트는 상기 프라이머에 상보적으로 결합하는 프라이머 결합부, 상기 프라이머 결합부의 일 말단에 결합된 제 1 템플레이트 내 상보적인 결합 부위-제 1 표적 돌연변이 유전자 결합 부위, 및 상기 프라이머 결합부의 다른 말단에 결합된 제 2 템플레이트 내 상보적인 결합 부위-제 2 표적 돌연변이 유전자 결합 부위를 포함하는,
표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.
Board;
An inlet through which the sample solution formed on the substrate flows from the outside;
A first flow path connected to the inlet port to receive the introduced sample solution;
A second flow path connected to the first flow path;
And a discharge port connected to the second flow path, the microfluidic device for detecting a target mutant gene,
The second flow path surface is coated;
A primer is immobilized on the coating;
The fixed primer is bound to a template for detecting a target mutation gene,
Wherein the template for detecting the target mutant gene comprises a primer binding portion complementarily binding to the primer, a complementary binding site-first target mutation gene binding site in the first template bound to one end of the primer binding portion, A complementary binding site in a second template joined to the other end of the first target mutation;
Microfluidic device for target mutant gene detection.
제1항에 있어서, 상기 제 2 유로는 1 내지 20개인 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치. 2. The microfluidic device according to claim 1, wherein the second flow path is 1 to 20 targets. 제1항에 있어서, 상기 제 2 유로는 2 내지 20개이며, 제 1 유로의 말단에서 각각의 제 2 유로가 분지되고,
각각의 제 2 유로 상에 고정된 프라이머에 결합된 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트는 서로 같거나 다른 돌연변이 유전자에 결합하는, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.
2. The apparatus according to claim 1, wherein the second flow path is 2 to 20, each second flow path is branched at an end of the first flow path,
Wherein the target mutant gene detection template bound to the primer immobilized on each second flow path binds to the same or different mutant genes.
제1항에 있어서, 상기 돌연변이 유전자는 암 특이적인 돌연변이 유전자인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.The microfluidic device according to claim 1, wherein the mutant gene is a cancer-specific mutant gene. 제4항에 있어서, 상기 암 특이적인 돌연변이 유전자는 EGFR(epidermal growth factor receptor) 19번 엑손 결실이 일어난 유전자인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.The microfluidic device for detecting a target mutant gene according to claim 4, wherein the cancer-specific mutant gene is an EGFR (epidermal growth factor receptor) exon 19 deletion gene. 제5항에 있어서, 상기 EGFR 19번 엑손 결실이 일어난 유전자는 서열번호 5로 기재되는 유전자인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.The microfluidic device for detecting a target mutant gene according to claim 5, wherein the gene in which the EGFR 19 exon deletion occurs is a gene represented by SEQ ID NO: 5. 제1항에 있어서, 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트의 제 1 표적 돌연변이 유전자 결합 부위 및 제 2 표적 돌연변이 유전자 결합 부위는 돌연변이 유전자에만 상보적으로 결합하고 정상 유전자에는 결합하지 않는, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.2. The method according to claim 1, wherein the first target mutation gene binding site and the second target mutation gene binding site of the template for detecting the target mutant gene are complementary to the mutant gene but not to the normal gene, Microfluidic device. 제1항에 있어서, 상기 돌연변이 유전자는 정상 유전자와 비교하여 1 이상의 염기가 치환, 결실 또는 부가된 것인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.The microfluidic device for detecting a target mutant gene according to claim 1, wherein the mutant gene is one in which at least one base is substituted, deleted or added as compared with a normal gene. 제1항에 있어서, 상기 표적 돌연변이 유전자는 점 돌연변이를 포함하는 유전자이고, 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트의 제 1 표적 돌연변이 유전자 결합 부위 또는 제 2 표적 돌연변이 유전자 결합 부위의 말단 염기가 상기 점 돌연변이가 일어난 염기에 상보적으로 결합하는 것인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.2. The method according to claim 1, wherein the target mutation gene is a gene containing a point mutation, and the first target mutation gene binding site of the template for detecting the target mutant gene or the terminal base of the second target mutation gene binding site is the point mutation Wherein the target is complementarily bound to the resulting base. 제1항에 있어서, 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트는 서열번호 6으로 기재되는 것인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치.The microfluidic device for detecting a target mutant gene according to claim 1, wherein the template for detecting the target mutant gene is represented by SEQ ID NO: 6. 제1항의 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치;
dNTP;
리가아제;
등온 핵산 중합효소; 및
추가 프라이머를 포함하는, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트.
A microfluidic device for detecting the target mutant gene of claim 1;
dNTP;
Ligase;
Isothermal nucleic acid polymerase; And
A microfluidic kit for detecting a target mutant gene comprising an additional primer.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 추가 프라이머는 상기 표적 돌연변이 유전자 검출용 템플레이트의 프라이머 결합부의 전체 서열, 또는 10~25개 염기 길이의 일부 서열인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트.
12. The method of claim 11,
Wherein the additional primer is an entire sequence of the primer binding portion of the template for detecting the target mutant gene or a partial sequence of 10-25 base lengths.
제11항에 있어서,
상기 리가아제는 T7 리가아제 또는 써클리가아제™(CircLigase™)인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트.
12. The method of claim 11,
Wherein the ligase is a T7 ligase or CircLigase (TM).
제11항에 있어서,
상기 등온 핵산 중합효소는 phi 29 폴리머라제인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트.
12. The method of claim 11,
Wherein the isothermal nucleic acid polymerase is a phi 29 polymerase, a microfluidic device kit for detecting a target mutant gene.
제11항에 있어서,
상기 키트는 디티오트레이톨(DTT) 또는 파이로포스파타제(phyrophosphatase)를 더 포함하는 것인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트.
12. The method of claim 11,
Wherein the kit further comprises dithiothreitol (DTT) or phyrophosphatase. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
제11항에 있어서,
상기 키트는 염색 시약, 고염 용액(high salt solution), 또는 형광 시약을 더 포함하는 것인, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치 키트.
12. The method of claim 11,
Wherein the kit further comprises a dyeing reagent, a high salt solution, or a fluorescent reagent.
a) 제1항의 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 제공하는 단계;
b) 시료 용액을 상기 미세 유동 장치의 유입구로 주입하는 단계; 및
c) 상기 미세 유동 장치의 제 2 유로에 dNTP, 리가아제, 등온 핵산 중합효소, 및 추가 프라이머를 첨가하는 단계를 포함하는, 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치를 이용하여 표적 돌연변이 유전자를 검출하는 방법.
a) providing a microfluidic device for detecting the target mutant gene of claim 1;
b) injecting a sample solution into the inlet of the microfluidic device; And
c) a method for detecting a target mutant gene using a microfluidic device for detecting a target mutant gene, comprising the step of adding dNTP, ligase, isothermal nucleic acid polymerase, and an additional primer to a second flow path of the microfluidic device .
제18항에 있어서,
상기 표적 돌연변이 유전자 검출방법은 추가 프라이머를 첨가함으로써 2차 증폭이 일어나는 것인, 표적 돌연변이 유전자를 검출하는 방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the target mutant gene detection method is that a second amplification occurs by adding an additional primer.
제18항에 있어서,
상기 표적 돌연변이 유전자는 동물, 동물, 식물, 세균, 바이러스, 진균, 환경에서 유래된 것인, 표적 돌연변이 유전자를 검출하는 방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the target mutant gene is derived from an animal, an animal, a plant, a bacterium, a virus, a fungus or an environment.
제18항에 있어서,
상기 표적 돌연변이 유전자는 조류독감, 사스(SARS), 대장균 O157:H7(Escherichia coli O157:H7), 결핵(Mycobacterium tuberculosis), 탄저병(Bacillus anthracis), 폐렴(Streptococcus pneumonia), 말라리아(Plasmodium), 살모넬라(Salmonella), 간염(Hepatitis A, B, C, D 또는 E virus), 야토병균(Francisella tularensis), 페스트균(Yersinia pestis), 에르시니아 엔테로콜리티카(Yersinia enterocolitica) 및 출혈열(Ebola virus), 및 메르스 코로나 바이러스(MERS-Cov virus)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상으로부터 유래된 표적 돌연변이 유전자인, 표적 돌연변이 유전자를 검출하는 방법.
19. The method of claim 18,
The target mutant gene may be selected from the group consisting of avian influenza, SARS, Escherichia coli O157: H7, Mycobacterium tuberculosis, Bacillus anthracis, Streptococcus pneumonia, Plasmodium, Salmonella Salmonella, Hepatitis A, B, C, D or E virus, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Yersinia enterocolitica and Ebola virus, Wherein the target mutant gene is a target mutant gene derived from at least one selected from the group consisting of MERS-Cov virus.
삭제delete 제18항에 있어서,
상기 표적 돌연변이 유전자는 EGFR 엑손 19번 결실이 일어난 유전자인, 표적 돌연변이 유전자를 검출하는 방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the target mutant gene is a gene in which EGFR exon 19 deletion occurs.
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