KR102001141B1 - 피씨알모듈, 이를 포함하는 피씨알시스템, 및 이를 이용한 검사방법 - Google Patents

Abstract

피씨알모듈은 리더시스템에 탈착가능하도록 결합된다. 상기 리더시스템은 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고 온도신호 및 온도제어정보를 이용하여 온도조절신호를 생성하는 중앙정보처리부를 포함한다. 상기 피씨알모듈은 광학센서어셈블리, 격벽, 및 인터페이스모듈을 포함한다. 상기 광학센서어셈블리는 어레이 형상으로 배열되어 시료에서 발생되는 방출광을 감지하여 상기 광감지신호를 생성하는 복수개의 광센서들, 및 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도센서를 포함한다. 상기 격벽은 상기 광학센서어셈블리 상에 돌출되어 시료를 수납하는 반응공간을 정의한다. 상기 인터페이스모듈은 상기 광학센서어셈블리와 전기적으로 연결되어 상기 광감지신호 및 상기 온도신호를 상기 리더시스템으로 전송한다.

Description

피씨알모듈, 이를 포함하는 피씨알시스템, 및 이를 이용한 검사방법{PCR MODULE, PCR SYSTEM HAVING THE SAME, AND METHOD OF TESTING USING THE SAME}

본 발명은 피씨알모듈, 이를 포함하는 피씨알시스템, 및 이을 이용한 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실시간 검사가 가능한 리더시스템에 탈착가능하도록 결합되는 피씨알모듈, 상기 피씨알모듈을 포함하는 피씨알시스템, 및 이을 이용한 실시간 검사방법에 관한 것이다.

유전자 증폭기술은 분자진단에 있어서 필수적인 과정으로서 시료 내 미량의 디옥시리보핵산(Deoxyribonucleic Acid; DNA) 또는 리보핵산(Ribonucleic Acid; RNA)의 특정 염기서열을 반복적으로 복제하여 증폭하는 기술이다. 그 중 중합효소 연쇄반응 (Polymerase chain reaction; PCR)은 대표적인 유전자 증폭 기술로서 DNA 변성단계(denaturation), 프라이머(Primer) 결합단계(annealing), DNA 복제단계(extension)의 3단계로 구성되어 있으며 각 단계는 시료의 온도에 의존되어 있으므로 시료의 온도를 반복적으로 변하게 함으로서 DNA를 증폭 할 수 있다.

실시간 피씨알(Real-time PCR)은 증폭과정에 있는 시료의 증폭상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 방법으로서, DNA가 복제량에 따라 변하는 형광의 강도를 측정하여 DNA 의 정량분석을 가능하게 한다. 종래의 실시간 피씨알 기기는 통상적으로 열전소자와 시료가 담겨있는 튜브에 열을 전달하는 열전달 블록과 튜브 내부의 시료에 여기광을 조사하는 광원부, 그리고 시료에서 발생되는 형광을 수광하기 위한 수광부로 구성되어 있다.

현재 통용되는 테이블 탑 형태의 실시간 피씨알 기기는 전체 부피 중에서 약 80%에 시료의 형광을 감지하기 위한 광학파트가 차지하고 있다. 이로 인하여 이동성이 거의 없어서, 현장 진단은 거의 불가능하며 기기 가격이 매우 고가이다. 또한 이사, 기기재배치 등으로 인한 이동과정에서, 오차가 발생하기 때문에 재정렬, 보정 등에 많은 시간이 소요된다.

또한 다양한 시약을 셋팅하는 과정에서 많은 시간이 소요되며 오염가능성이 높다. 더욱이 시스템의 크기가 워낙 크기 때문에, 대부분 자체적으로 독립된 시스템으로 구성되어 외부와의 정보교류가 어렵다.

본 발명의 목적은 실시간 검사가 가능한 리더시스템에 탈착가능하도록 결합되는 피씨알모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 상기 피씨알모듈을 포함하는 피씨알시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 상기 피씨알모듈을 포함하는 피씨알시스템을 이용한 실시간 검사방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 피씨알모듈은 리더시스템에 탈착가능하도록 결합된다. 상기 리더시스템은 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고 온도신호 및 온도제어정보를 이용하여 온도조절신호를 생성하는 중앙정보처리부와, 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 유전자증폭량 및 상기 온도제어정보가 저장되는 메모리와, 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 중앙정보처리부로부터 실시간으로 인가받은 상기 유전자증폭량을 외부로 전송하거나 외부의 입력신호를 상기 중앙정보처리부로 인가하는 인터페이스를 포함한다. 상기 피씨알모듈은 광학센서어셈블리, 격벽, 및 인터페이스모듈을 포함한다. 상기 광학센서어셈블리는 어레이 형상으로 배열되어 시료에서 발생되는 방출광을 감지하여 상기 광감지신호를 생성하는 복수개의 광센서들, 및 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도센서를 포함한다. 상기 격벽은 상기 광학센서어셈블리 상에 돌출되어 시료를 수납하는 반응공간을 정의한다. 상기 인터페이스모듈은 상기 광학센서어셈블리와 전기적으로 연결되어 상기 광감지신호 및 상기 온도신호를 상기 리더시스템으로 전송한다.

일 실시예에서, 상기 피씨알모듈은 상기 반응공간에 광을 공급하는 광원, 상기 광학센서어셈블리의 상면에 배치되어 상기 방출광을 투과시키는 광학필터, 및 상기 반응공간의 상부를 정의하며 불투명한 재질을 포함하는 커버를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 리더시스템은 상기 반응공간에 광을 공급하는 광원을 더 포함하고, 상기 피씨알모듈은 상기 반응공간의 상부를 정의하며 투명한 재질을 포함하는 커버를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 리더시스템은 상기 온도조절신호를 인가받아 상기 반응공간의 온도를 조절하는 온도제어모듈을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피씨알모듈은 상기 온도조절신호를 인가받아 상기 반응공간의 온도를 조절하는 온도제어부를 더 포함하고, 상기 인터페이스모듈은 상기 온도조절신호를 인가받아 상기 온도제어부로 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 리더시스템은 상기 피씨알모듈을 포위하는 열전도체, 및 일정한 온도로 유지되며 상기 열전도체와 열을 교환하는 항온부재를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피씨알모듈은 상기 온도조절신호를 인가받아 상기 반응공간의 열을 외부로 전달하는 열전도체를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피씨알모듈은 상기 온도조절신호를 인가받아 상기 반응공간의 온도를 증가시키는 가열부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광센서는 하나의 출력전극에 복수개의 광센서유닛이 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광학센서어셈블리는 서로 다른 갯수의 광센서유닛들을 포함하는 복수개의 광센서들을 포함하는 광센서어레이를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 리더시스템은 복수개의 피씨알모듈과 탈착가능하도록 결합될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피씨알모듈은 상기 광학센서어셈블리 상에 배치되고 물과 혼합되었을 때 용해되거나 해지되지 않고 고분자사슬 또는 폴리머체인이 가교되어 3차원 구조를 유지하는 친수성물질, 및 증폭할 유전염기서열 근처에 붙는 작은 DNA로서 폴리머라아제(Polymerase)가 DNA를 증폭할 때 시발점이 되는 프라이머(Primer)를 포함하는 3D유기패드를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 3D유기패드는 하이드로젤패드 또는 스핀온글라스(Spin On Glass; SOG)패드를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광학센서어셈블리와 상기 인터페이스모듈은 와이어본딩을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광학센서어셈블리와 상기 인터페이스모듈은 실리콘관통전극을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 피씨알시스템은 리더시스템 및 피씨알모듈을 포함한다. 상기 리더시스템은 중앙정보처리부, 메모리, 및 인터페이스를 포함한다. 상기 중앙정보처리부는 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고 온도신호 및 온도제어정보를 이용하여 온도조절신호를 생성한다. 상기 메모리는 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 유전자증폭량 및 상기 온도제어정보가 저장된다. 상기 인터페이스는 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 중앙정보처리부로부터 실시간으로 인가받은 상기 유전자증폭량을 외부로 전송하거나 외부의 입력신호를 상기 중앙정보처리부로 인가한다. 상기 피씨알모듈은 광학센서어셈블리, 격벽, 및 인터페이스모듈을 포함한다. 상기 광학센서어셈블리는 어레이 형상으로 배열되어 시료에서 발생되는 방출광을 감지하여 상기 광감지신호를 생성하는 복수개의 광센서들, 및 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도센서를 포함한다. 상기 격벽은 상기 광학센서어셈블리 상에 돌출되어 시료를 수납하는 반응공간을 정의한다. 상기 인터페이스모듈은 상기 광학센서어셈블리와 전기적으로 연결되어 상기 광감지신호 및 상기 온도신호를 상기 리더시스템으로 전송한다. 상기 피씨알모듈은 상기 리더시스템과 탈착가능하도록 결합된다.

일 실시예에서, 상기 리더시스템은 상기 온도조절신호를 이용하여 상기 피씨알모듈의 온도를 감소시키는 제2온도제어모듈을 더 포함하고, 상기 피씨알모듈은 상기 온도조절신호를 이용하여 상기 반응공간의 온도를 증가시키는 제1온도제어부를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 피씨알시스템을 이용한 검사방법에 있어서, 상기 피씨알시스템은 피씨알모듈과 리더시스템을 포함한다. 상기 리더시스템은 중앙정보처리부, 메모리, 및 인터페이스를 포함한다. 상기 중앙정보처리부는 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고 온도신호 및 온도제어정보를 이용하여 온도조절신호를 생성한다. 상기 메모리는 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 유전자증폭량 및 상기 온도제어정보가 저장된다. 상기 인터페이스는 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 중앙정보처리부로부터 실시간으로 인가받은 상기 유전자증폭량을 외부로 전송하거나 외부의 입력신호를 상기 중앙정보처리부로 인가한다. 상기 피씨알모듈은 상기 리더시스템에 탈착가능하도록 결합된다. 상기 피씨알모듈은 광학센서어셈블리, 격벽, 및 인터페이스모듈을 포함한다. 상기 광학센서어셈블리는 어레이 형상으로 배열되어 시료에서 발생되는 방출광을 감지하여 상기 광감지신호를 생성하는 복수개의 광센서들을 포함한다. 상기 격벽은 상기 광학센서어셈블리 상에 돌출되어 시료를 수납하는 반응공간을 정의한다. 상기 인터페이스모듈은 상기 광학센서어셈블리와 전기적으로 연결되어 상기 광감지신호 및 상기 온도신호를 상기 리더시스템으로 전송한다. 상기 피씨알시스템을 이용한 검사방법에 있어서, 먼저 시료정보를 입력한다. 이어서, 상기 시료정보와 시약정보를 매칭한다. 이후에, 상기 시약정보에 매칭된 시약이 내장되는 피씨알모듈을 제조한다. 계속해서, 상기 피씨알모듈에 상기 시료를 주입하고 상기 리더시스템에 장착하여 상기 시료를 분석한다.

일 실시예에서, 상기 시료정보와 상기 시약정보를 매칭하는 단계는, 기저장된 시약정보 중에서 상기 시료정보에 매칭되는 시약이 존재하는지 검토하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 기저장된 시약정보 중에서 상기 시료정보에 매칭되는 시약이 존재하지 않는 경우, 복수의 시약개발자 단말기로 상기 시약정보를 전송하는 단계, 및 상기 시약개발자 단말기로부터 응답된 정보를 통하여 상기 시약의 개발자를 선정하여 상기 시약을 개발하는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 피씨알시스템은 피씨알모듈 및 리더시스템을 포함한다. 상기 피씨알모듈은 광센서어셈블리, 3D유기패드, 및 반응용기를 포함한다. 상기 광학센서어셈블리는 어레이 형상으로 배열된 복수개의 광센서들을 포함한다. 상기 3D유기패드는 상기 광학센서어셈블리 상에 배치되고 물과 혼합되었을 때 용해되거나 해지되지 않고 고분자사슬 또는 폴리머체인이 가교되어 3차원 구조를 유지하는 친수성물질, 및 증폭할 유전염기서열 근처에 붙는 작은 DNA로서 폴리머라아제(Polymerase)가 DNA를 증폭할 때 시발점이 되는 프라이머(Primer)를 포함한다. 상기 반응용기는 상기 광학센서어셈블리 상에 배치되고 상기 3D유기패드를 수납한다. 상기 리더시스템은 중앙정보처리부, 메모리, 및 인터페이스를 포함한다. 상기 중앙정보처리부는 상기 피씨알모듈로부터 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고 상기 반응용기의 온도에 대응되는 온도신호를 실시간으로 인가받아 온도제어신호와 비교하여 온도조절신호를 생성한다. 상기 메모리는 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 유전자증폭량 및 상기 온도제어정보가 저장된다. 상기 인터페이스는 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 중앙정보처리부로부터 실시간으로 인가받은 상기 유전자증폭량을 외부로 전송하거나 외부의 입력신호를 상기 중앙정보처리부로 인가한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 피씨알모듈의 제조방법에 있어서, 상기 피씨알모듈은 어레이 형상으로 배열된 복수개의 광센서들을 포함하는 광학센서어셈블리와, 상기 광학센서어셈블리 상에 배치되고 물과 혼합되었을 때 용해되거나 해지되지 않고 고분자사슬 또는 폴리머체인이 가교되어 3차원 구조를 유지하는 친수성물질, 및 증폭할 유전염기서열 근처에 붙는 작은 DNA로서 폴리머라아제(Polymerase)가 DNA를 증폭할 때 시발점이 되는 프라이머(Primer)를 포함하는 3D유기패드와, 상기 광학센서어셈블리 상에 배치되고 상기 3D유기패드를 수납하는 반응용기를 포함한다. 상기 피씨알모듈은 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고 상기 반응용기의 온도에 조절하는 리더시스템을 포함하는 피씨알시스템에 적용된다. 상기 피씨알모듈의 제조방법에 있어서, 먼저 반도체공정을 이용하여 기판 상에 상기 광센서들을 형성한다. 이어서, 상기 광센서들이 형성된 기판 상에 상기 3D유기패드를 형성한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 검사방법은 반응용기, 및 상기 반응용기에서 발생되는 형광을 감지하는 광센서가 내장된 피씨알 모듈(PCR Module)과 탈착가능하도록 결합되어 상기 피씨알모듈을 구동하는 리더시스템(Reader System)을 이용한다. 상기 리더시스템은 상기 피씨알모듈로부터 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고, 상기 반응용기의 온도에 대응되는 온도신호를 실시간으로 인가받아 온도제어신호와 비교하여 온도조절신호를 생성하는 중앙정보처리부와, 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 유전자증폭량 및 상기 온도제어정보가 저장되는 메모리와, 상기 온도조절신호를 인가받아으로 상기 피씨알모듈의 온도를 조절하는 온도제어모듈과, 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 중앙정보처리부로부터 실시간으로 인가받은 상기 유전자증폭량을 외부로 전송하거나 외부의 입력신호를 상기 중앙정보처리부로 인가하는 인터페이스를 포함한다. 상기 검사방법에 있어서, 먼저, 시료정보를 입력한다. 이어서, 상기 시료정보와 시약정보를 매칭한다. 이후에, 상기 시약정보에 매칭된 시약이 내장되는 피씨알모듈을 제조한다. 계속해서, 상기 피씨알모듈에 시료를 주입하고 상기 리더시스템에 장착하여 상기 시료를 분석한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 광학파트가 피씨알모듈에 내장되고, 피씨알모듈은 탈착가능한 모듈형태로 제작되어 리더시스템의 크기가 대폭 감소한다. 또한 피씨알모듈 및 리더시스템의 크기가 획기적으로 감소하고 제조비용이 감소한다.

또한 리더시스템을 이동시키더라도, 기기재배치로 인한 재정렬, 보정 등이 불필요하기 때문에, 이동성이 획기적으로 향상되어 현장검사가 가능하다. 특히, 전염병검사, 재난현장의 신원확인 등 긴급상황 발생시 즉시투입이 가능하여 피해를 줄이는데 기여할 수 있다.

또한 피씨알모듈에 시약이 내장된 상태로 출시되기 때문에, 시약을 셋팅하기 위한 별도의 절차가 불필요하여 오염가능성이 획기적으로 저하되고 검사준비를 위한 별도의 절차가 필요하지 않다.

또한 인터넷 등을 통하여 외부와의 정보교류가 가능하기 때문에, 중앙처리서버를 통하여 다양한 고객들과 다수의 시약개발자들이 앱스토어나 마켓과 같은 시스템을 구축하여 시약과 정보를 교류하는 것이 가능하다.

또한 피씨알모듈이 복수개의 하이드로젤패드들을 포함하고, 각 하이드로젤패드에는 다른 프라이머가 배치되어 다중의 유전자형을 검출할 수 있다.

또한 일반적인 다중검지 방식에서는 형광파장을 다르게 하는 방식을 사용하기 때문에 광학부의 구조가 복잡해지는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서는, 각 하이드로젤패드에 다른 프라이머를 배치함으로써 단일 형광물질을 사용하더라도 다중검지가 가능하기 때문에 광센서어셈블리의 구조가 단순해진다.

또한, 시료주입부 내에 시료들과 완충제를 교대로 배치함으로써, 시료주입부의 한쪽으로 압력을 가하는 단순한 조작으로 복수의 하이드로젤패드들에 순차로 시료들을 주입할 수 있다.

또한 기존에 사용하던 어레이 방식의 경우 표면에만 유전물질을 배치하기 때문에 유전자 증폭 속도가 매우 느리다. 그러나 하이드로젤패드는 폴리머체인의 3차원구조로 인하여 표면 뿐만 아니라 하이드로젤패드의 내부에서도 유전자증폭이 이루어지기 때문에, 유전자 증폭 속도가 매우 빠르다. 따라서 하이드로젤패드로 어레이를 형성하여 위치별로 실시간 유전자증폭이 가능하다. 또한 형광이 하이드로젤패드에서만 나오기 때문에 광량이 증가하여 검출되는 신호의 강도가 증가하고 보다 민감한 실험이 가능하다.

또한, 피씨알모듈이 열전도체 및 가열부를 포함하여 반응공간의 온도를 용이하게 조절할 수 있다.

더욱이, 서로 다른 갯수의 광센서유닛들을 포함하는 복수개의 광센서들을 이용하여 입력되는 광의 크기에 따라 최적화된 감지가 가능하며, 복수개의 광센서들로부터 출력된 신호들을 이용하여 정확도가 향상된다.

또한, 광학센서어셈블리가 광원구동부 또는 구동회로부를 포함하여 피씨알시스템의 크기가 더욱 감소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피씨알모듈용 리더시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 피씨알모듈용 리더시스템을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 피씨알모듈용 리더시스템의 온도제어데이터를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 피씨알모듈용 리더시스템의 제어에 따른 피씨알모듈의 반응용기의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 피씨알모듈용 리더시스템의 온도조절신호를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 제2온도제어부을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피씨알모듈용 리더시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사방법을 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시된 검사방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 I-I'라인의 단면도이다.
도 12 내지 도 15는 도 12에 도시된 피씨알모듈의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 17 내지 도 22는 도 16에 도시된 피씨알모듈의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 이용한 검사방법을 나타내는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 피씨알모듈을 이용한 검사방법에 사용되는 하이드로젤패드를 나타내는 확대단면도이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온부재를 나타내는 평면도이다.
도 31은 도 30의 T-T'라인의 단면도이다.
도 32는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 33은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 34는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 35는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다.
도 37은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다.
도 38은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다.
도 39는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다.
도 40은 도 36 내지 도 39를 조합하여 제조된 광센서어레이를 나타내는 평면도이다.
도 41은 도 40에 도시된 광센서어레이의 출력신호를 나타내는 그래프이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서어셈블리를 나타내는 단면도이다.
도 43은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학센서어셈블리를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 피씨알모듈용 리더시스템 및 이를 이용한 검사방법을 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피씨알모듈용 리더시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 피씨알모듈용 리더시스템을 나타내는 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 피씨알모듈용 리더시스템(100)은 피씨알모듈(PCR Module; 200))과 탈착가능하도록 결합되어 피씨알모듈(200)을 구동한다. 도 2에는 하나의 피씨알모듈(200)이 리더시스템(100)과 결합하는 것이 도시되어 있으나, 당업자라면, 하나의 리더시스템(100)에 복수개의 피씨알모듈(200)이 동시에 결합될 수 있도록 변형될 수 있음을 이해할 것이다.

리더시스템(100)은 중앙정보처리부(110), 메모리(120), 인터페이스(130), 제2온도제어부(150), 광원(230), 광원필터(233), 및 광원구동부(220)를 포함한다.

중앙정보처리부(110)는 메모리(120)에 저장된 구동데이터를 독출하여 제2온도제어부(150) 및 피씨알모듈(200)을 구동하고, 피씨알모듈(200)로부터 광센싱정보, 온도정보 등을 인가받아 실시간으로 메모리(120)에 저장한다. 중앙정보처리부(110)는 피씨알모듈(200)로부터 인가받은 광센싱정보, 온도정보 등을 이용하여 유전자 증폭량을 실시간으로 계산하여 유전자증폭량 정보를 생성한다. 중앙정보처리부(110)는 유전자증폭량 정보를 실시간으로 메모리(120)에 저장하고 인터페이스(130)로 전송한다.

광원구동부(220)는 중앙정보처리부(110)로부터 인가받은 광원구동신호를 이용하여 광원(230)을 구동한다.

광원(230)은 광원구동신호를 이용하여 여기광(Excitation Light)을 생성한다.

광원필터(233)은 광원(230) 하부에 배치되어 광원(230)에서 생성된 여기광을 필터링한다. 예를 들어, 광원필터(233)는 여기광을 필터링하여 특정대역의 파장을 가지는 광을 투과시킬 수 있다.

광원필터(233)를 통과한 광을 이용하여 반응용기(240) 내의 시료를 검사한다. 본 실시예에서 광원필터(233)를 배치하는 이유는, 외부광에 의한 노이즈를 최소화하여 외부광의 휘도변화로 인한 광센서(250)의 오류를 줄이기 위함이다.

도 3은 도 1에 도시된 피씨알모듈용 리더시스템의 온도제어데이터를 나타내는 그래프이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 온도제어데이터는 피씨알모듈(200)을 구동하기 위하여 해당시점에 대응되는 온도를 나타낸다. 예를 들어, 온도제어데이터는 95℃, 55℃, 25℃, 55℃, 95℃, 64℃, 72℃로 온도가 시간에 따라 순차적으로 변경되는 것을 하나의 싸이클로 하는 데이터를 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 온도조절신호는 피씨알모듈(200) 내의 반응용기(240)의 온도가 온도제어데이터에 부합되도록 하기 위하여 온도를 조절하는 신호를 포함한다. 예를 들어, 시료의 온도는 일정하게 유지되는 구간(PU), 온도가 상승하는 구간(P3, P4, P6, P7), 온도가 하강하는 구간(P1, P2, P5), 등을 포함한다.

온도가 유지되는 구간(PU)은 반응용기(240) 내의 온도변화가 없이 일정한 온도가 유지되는 구간으로, 반응용기(240)가 보온/보냉 특성을 가지고 있어서 온도조절신호는 거의 변화가 없다. 중앙정보처리부(110)는 온도제어데이터의 현재온도와 반응용기(240)의 현재온도를 비교하여, 반응용기(240)의 온도가 변하려 하는 경우 조금만 가열/냉각시키는 온도조절신호를 생성하여 제1온도제어부(270) 및 제2온도제어부(150)로 전송한다.

온도가 상승하는 구간(P3, P4, P6, P7)은 반응용기(240) 내의 온도가 급격히 상승하는 구간으로, 피씨알모듈(200)을 급격히 가열하여 반응용기(240)의 온도를 상승시킨다. 본 실시예에서, 온도상승기의 초기(P1)에는 상승될 타겟온도보다 높은 온도에 대응되는 온도조절신호가 생성되어 반응용기(240)를 급격히 가열하고, 온도상승기의 후기로 가면서 점차 상승될 온도에 수렴하는 온도조절신호를 생성한다. 예를 들어, 온도가 변화되는 구간에 대응되는 부스팅구간(P1) 초기에, 온도조절신호를 부스팅(Boosting) 시킨다(B1). 부스팅된 크기(B1)는 온도변화값(D1)의 1/5 내지 1/2의 크기를 갖는다. 부스팅된 크기(B1)가 온도변화값(D1)의 1/5보다 작은 경우, 부스팅 효과가 적어서 온도가 타겟온도로 변하는 시간이 증가한다. 부스팅된 크기(B1)가 온도변화값(D1)에 비하여 1/2보다 큰 경우, 부스팅된 온도가 지나치게 높아서 시료의 일부가 변형될 수 있다.

온도가 하강하는 구간(P1, P2, P5)은 반응용기(240) 내의 온도가 급격히 하강하는 구간으로, 피씨알모듈(200)을 급격히 냉각하여 반응용기(240)의 온도를 하강시킨다. 본 실시예에서, 온도하강기의 초기에는 하강될 타겟온도보다 낮은 온도에 대응되는 온도조절신호가 생성되어 반응용기(240)를 급격히 냉각하고, 온도상승기의 후기로 가면서 점차 하강될 온도에 수렴하는 온도조절신호를 생성한다.

본 실시예에서, 온도상승기와 온도하강기의 초기에는 반응용기(240)의 온도를 부스팅(Boosting)하여 온도를 급격히 변동시킴으로써, 반응용기(240) 내의 시료가 변질되는 것이 방지하고 실험의 신뢰성을 향상시킨다.

메모리(120)는 중앙정보처리부(110)와 연결되어, 기저장된 구동데이터를 이용하여 제2온도제어부(150) 및 피씨알모듈(200)을 구동하고, 광센싱정보, 온도정보 등을 실시간으로 저장한다. 구동데이터는 온도제어데이터, 광제어데이터 등을 포함하고, 메모리(120)에 데이터 형태로 저장되거나, 입력장치(도시되지 않음)를 통하여 외부로부터 입력되어 저장될 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 DDR3, SRAM(Frame), SSD(FLASH), 등의 다양한 저장장치를 포함할 수 있다.

인터페이스(130)는 중앙정보처리부(110)와 연결되어, 중앙정보처리부(110)로부터 실시간으로 인가받은 유전자증폭량 정보를 외부로 전송하거나 위부의 입력신호를 중앙정보처리부(110)로 전송한다. 본 실시예에서, 인터페이스(130)는 무선랜(Wireless LAN; WLAN), 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth), 등의 통신시스템(도시되지 않음), 유에스비(Universal Serial Bus; USB), 아이투씨(Inter-Integrated Circuit; I²C), 유에이알티(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter; UART), 피더블유엠(Pulse Width Modulation; PWM), 엘브이디에스(Low Voltage Differential Signalling; LVDS), 엠아이피아이(Mobile Industry Processor Interface; MIPI), 등의 데이터 인터페이스(도시되지 않음), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Display; OLED), 음극선관(Cathode Ray Tube; CRT), 등의 표시장치(도시되지 않음), 마우스(Mouse), 키보드, 등의 입력장치(도시되지 않음), 프린터, 팩스 등의 출력장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

제2온도제어부(150)은 중앙정보처리부(110)와 연결되어, 중앙정보처리부(110)로부터 인가받은 온도제어데이터를 이용하여 피씨알모듈(200)의 온도를 제어한다.

도 6은 도 1에 도시된 제2온도제어부을 나타내는 블록도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 제2온도제어부(150)은 보조정보처리부(152) 및 열제어부(154)를 포함한다.

보조정보처리부(152)는 중앙정보처리부(110)로부터 인가받은 온도조절신호를 열제어부(154)로 인가한다.

열제어부(154)는 보조정보처리부(152)로부터 인가받은 온도조절신호에 따라 피씨알모듈(200)의 온도를 조절한다. 본 실시예에서,

열제어부(154)는 온도센서(154a) 및 공냉식 팬(Fan, 154b)을 포함한다. 온도센서(154a)는 피씨알모듈(200)의 온도를 측정하여 보조정보처리부(152)로 전달한다. 팬(154b)는 온도조절신호에 따라 피씨알모듈(200)을 가열하거나 냉각한다.

다른 실시예에서, 열제어부(154)가 온도센서(154a) 및 공냉식 팬(154b)을 포함하지 않고, 열전소자(도시되지 않음)를 포함 할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 열제어부(154)가 수냉식 냉각부(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다.

피씨알모듈(200)은 리더시스템(100)의 제어에 따라, 시료 내에 포함된 유전물질을 증폭시키고 증폭된 유전물질의 양을 실시간으로 모니터링하여 광센싱신호를 리더시스템(100)으로 송신한다. 본 실시예에서 피씨알모듈(200)은 온도신호도 리더시스템(100)으로 송신한다.

본 실시예에서, 피씨알모듈(200)은 제어인터페이스(210), 반응용기(240), 광센서(250), 온도센서(260), 및 제1온도제어부(270)를 포함한다. 예를 들어 피씨알모듈(200)은 고유의 시료를 갖는 교체형 모듈로서, 1회용으로 사용된 후 폐기될 수 있다. 다른 실시예에서, 피씨알모듈(200)이 광원구동부(220) 및 광원(230)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제어인터페이스(210)는 리더시스템(100)으로부터 온도조절신호를 인가받아 제1온도제어부(270)에 전송한다. 또한 제어인터페이스(210)는 광센서(250)에서 생성된 광센싱신호 및 온도센서(260)에서 생성된 온도신호를 인가받아 리더시스템(100)으로 전송한다.

반응용기(240)는 시료를 수납하고 시료 내에 포함된 유전물질을 증폭한다. 본 실시예에서, 반응용기(240)는 하나의 수납공간만을 포함하거나 둘 이상의 수납공간들을 포함할 수도 있다. 반응용기(240)가 둘 이상의 수납공간들을 포함하는 경우, 하나의 시료 또는 복수개의 시료를 동시에 검사하는 것이 가능하다.

반응용기(240)는 실리콘, 플라스틱 등 다양한 물질을 포함할 수 있다.

광센서(250)는 반응용기(240)에 인접하게 배치되어, 광원(230)에 의해 발생하여 광원필터(233)를 통과한 광을 이용하여 반응용기(240) 내에 배치된 시료에서 발생되는 방출광의 휘도를 측정한다. 예를 들어, 방출광은 형광, 인광 등을 포함할 수 있다. 광센서(250)에 의해 측정된 방출광의 휘도는 광센싱신호로 변경되어 제어인터페이스(210)로 인가된다.

온도센서(260)는 반응용기(240)에 인접하게 배치되어, 반응용기(240) 내에 배치된 시료의 온도를 대변한다. 온도센서(260)에 의해 측정된 온도는 온도신호로 변경되어 제어인터페이스(210)로 인가된다.

제1온도제어부(270)는 반응용기(240)에 접촉하도록 배치되어, 반응용기(240)의 온도를 조절한다. 본 실시예에서, 제1온도제어부(270)는 제어인터페이스(210)로부터 온도제어신호를 인가받아, 반응용기(240)의 온도를 특정온도로 유지시키거나, 가열 또는 냉각시킨다. 예를 들어, 제1온도제어부(270)는 히터, 열전소자, 냉각기, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 제1온도제어부(270)는 반응용기(240)의 온도를 상승시키고, 제2온도제어부(150)는 반용용기(240)의 온도를 하강시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 제1온도제어부(270)와 제2온도제어부(150)가 일체로 형성될 수도 있다.

본 실시예에서, 온도센서(260)와 반응용기(240)의 사이 및 제1온도제어부(270)와 반응용기(240)의 사이에는 열전도도가 높은 물질이 배치되어 열이 원활히 전도될 수 있다. 예를 들어, 온도센서(260)와 반응용기(240)의 사이 및 제1온도제어부(270)와 반응용기(240)의 사이에는 실리콘, 유리, 금속, 금속화합물, 합성수지, 등의 다양한 물질이 포함될 수 있다.

본 실시예에서 광원(230), 광센서(250), 온도센서(260), 제1온도제어부(270), 반응용기(240)의 배열은 다양한 조합을 가질 수 있다. 예를 들어, 반응용기(240)를 중심으로 일측에 광원(230)이 배치되고, 타측에 광센서(250)가 배치될 수 있다. 광원(230)과 광센서(250)가 동일한 측면에 배치되면, 반응용기(240)의 실제 휘도가 아닌 광원(230)의 휘도가 측정될 우려가 있으므로, 광원(230)과 광센서(250)는 서로 다른 측면에 배치된다.

제1온도제어부(270)는 광센서(250)와 동일한 면에 배치될 수 있다. 온도센서(260)와 제1온도제어부(270)가 동일한 측면에 배치되면, 반응용기(240)의 실제온도가 아닌 제1온도제어부(270)의 온도가 측정될 우려가 있으므로, 온도센서(260)와 제1온도제어부(270)는 서로 다른 측면에 배치된다.

본 실시예에서, 온도센서가 피씨알모듈(200)의 온도센서(260) 및 리더시스템(100)의 온도센서(154a)를 포함하는 복합온도센서 시스템을 채용할 수 있다. 다른 실시예에서, 광센서(250)와 일체로 형성되는 피씨알모듈(200)의 온도센서(260)만을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 광센서(도시되지 않음)가 제2온도제어부(150)에 일체로 형성될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피씨알모듈용 리더시스템을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에서, 광원 및 광원구동부를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 6과 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 7을 참조하면, 피씨알모듈용 리더시스템(100)은 피씨알모듈(PCR Module; 200))과 탈착가능하도록 결합되어 피씨알모듈(200)을 구동한다.

리더시스템(100)은 중앙정보처리부(110), 메모리(120), 인터페이스(130), 및 제2온도제어부(159)를 포함한다.

피씨알모듈(200)은 제어인터페이스(210), 광원(230), 광원필터(233), 반응용기(240), 광센서(250), 온도센서(260), 제1온도제어부(270)를 포함한다. 피씨알모듈(200)은 고유의 시료를 갖는 교체형 모듈로서, 1회용으로 사용된 후 폐기될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사방법을 나타내는 블록도이고, 도 9는 도 8에 도시된 검사방법을 나타내는 흐름도이다. 본 실시예에서, 리더시스템 및 피씨알모듈은 도 1 내지 도 7에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 2, 도 8, 및 도 9를 참조하면, 먼저 고객단말기(1200)를 통하여 시료정보를 입력한다(단계 S110). 고객단말기(1200)로 입력된 시료정보는 인터넷 등의 통신망을 통하여 중앙처리서버(1000)로 전송된다. 예를 들어, 고객단말기(1200)는 스마트폰, 퍼스널컴퓨터, 등 유무선통신이 가능한 다양한 형태의 단말기를 포함한다.

이어서, 중앙처리서버(1000)에서 고객단말기(1200)를 통하여 입력된 시료정보와 기저장된 시약정보를 매칭한다(단계 S120).

이후에, 기저장된 시약정보 중에서 입력된 시료정보에 매칭되는 시약이 존재하는지 검토한다(단계 S130).

만일 기저장된 시약정보 중에서 입력된 시료정보에 매칭되는 시약이 존재하는 경우, 시약개발자 단말기(1100)로 해당 시약을 구매하는 정보를 전송한다(단계 S140).

만일 기저장된 시약정보 중에서 입력된 시료정보에 매칭되는 시약이 존재하지 않는 경우, 복수의 시약개발자 단말기(1100)로 개발자 선정에 관한 정보를 전송하고, 시약개발자 단말기(1100)로부터 응답된 정보를 통하여 해당 시약의 개발자를 선정하고(단계 S150) 시약을 개발한다(단계 S160).

계속해서, 도 1 내지 도 7에 도시된 리더시스템(100) 및 피씨알모듈(200)을 이용하여 시료를 분석한다(단계 S170). 본 실시예에서, 피씨알모듈(200)은 시약개발자에 의해 제공된 시약이 내장된 상태에서 제공된다. 시약이 내장된 피씨알모듈(200)에 고객이 제공한 시료를 주입한 후에, 리더시스템(100)에 장착하여 분석을 실시한다. 본 실시예에서, 리더시스템(100)은 소형화가 가능하기 때문에, 고객단말기(1200)와 일체로 형성될 수도 있다.

이후에, 분석된 결과는 중앙처리서버(1000) 및/또는 고객단말기(1200)로 전송된다(단계 S180).

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 사시도이고, 도 11은 도 10의 I-I'라인의 단면도이다. 본 실시예에서, 하이드로젤패드를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 설명의 편의상 도 10에는 격벽 및 커버가 생략되어 도시된다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 피씨알모듈은 광학센서어셈블리(300), 3D유기패드, 격벽(320), 및 커버(350)를 포함한다. 본 실시예에서, 3D유기패드는 유전물질을 포함하는 시료에 대한 3차원 증폭이 가능한 패드로서 하이드로젤패드(400), 스핀온글라스(Spin On Glass; SOG)패드, 등을 포함한다.

광학센서어셈블리(300)는 광센서어레이(310), 형광필터(313), 제1온도제어부(370), 및 온도센서(360)를 포함한다. 광센서어레이(310)는 어레이 형상으로 배열된 복수개의 광센서들을 포함한다. 예를 들어, 광센서어레이(310)는 복수개의 포토다이오드들, 복수개의 박막트랜지스터들, 등을 포함할 수 있다.

형광필터(313)는 광센서어레이(310) 상에 배치되어 외부광의 노이즈, 광원에서 발생된 광 등을 필터링하고 시료에서 발생된 형광만을 투과시킨다.

하이드로젤패드(400)는 광센서어셈블리(300) 상에 배치되고 하이드로젤을 포함한다. 하이드로젤은 물과 혼합되었을 때, 용해되거나 해지되지 않고 고분자사슬 또는 폴리머체인이 가교되어 3차원 구조를 유지하는 친수성물질로서, 다수의 크로스링크를 형성하는 폴리머체인들을 포함한다. 예를 들어, 하이드로젤은 폴리에틸렌디아크릴레이트(polyethylene Diacrylate; PEGDA) 하이드로젤, PMA 하이드로젤, 폴리디메틸아미노 아크릴아마이드(polydimethylamino acrylamide; PDGPA) 하이드로젤, 폴리에틸옥사졸린(polyethyloxazoline), 실리콘 하이드로젤, 등 다양한 종류의 하이드로젤을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 하이드로젤패드(400)는 PEGDA 하이드로젤을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 하이드로젤패드(400) 대신에 스핀온글라스(Spin On Glass; SOG)를 이용하여 패드(도시되지 않음)를 형성할 수도 있다.

하이드로젤패드(400)는 원형 디스크 형상, 사각디스크 형상, 육각디스크 형상, 육면체 형상, 보울(Bowl) 형상, 중앙에 홈이 있는 기둥형상, 오목렌즈 형상, 볼록랜즈 형상, 요철(Embossing) 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

본 실시예에서, 하이드로젤패드(400)는 광학마스크 및 자외선을 이용한 포토패터닝에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 외부에서 포토공정을 이용하여 원시하이드로젤패드(도시되지 않음)를 형성한 후에 이를 광센서어셈블리(300) 상에 투입하여 하이드로젤패드(400)를 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 원시하이드로젤패드(도시되지 않음)를 유체와 함께 광센서어셈블리(300) 상에 흘려보내서 하이드로젤패드(400)를 순차적으로 적하시킬 수 있다. 다른 방식으로, 프린팅, 점착, 등 다양한 방식이 사용될 수도 있다.

하이드로젤패드(400)는 프라이머 및 DNA프루브(Probe)를 포함한다. 프라이머는 증폭할 유전염기서열 근처에 붙은 작은 DNA로서 폴리머라아제(Polymerase)가 DAN를 증폭할 때 시발점이 되는 DNA이다. DNA프루브는 특정 DNA의 검출을 위하여 상기 특정 DNA와 결합되는 짧은 길이의 DNA조각을 의미한다. 다른 실시예에서, 하이드로젤패드(400) 대신에 DNA칩(chip)이 사용될 수도 있다.

본 실시예에서, 피씨알모듈은 복수개의 하이드로젤패드들(400)을 포함하고, 각 하이드로젤패드(400)에는 다른 프라이머가 배치되어 다중의 유전자형을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 동일한 열(column)을 따라서 동일한 프라이머를 배치하고 열(column)이 달라지면 다른 프라이머를 배치하여, 동일한 열(column)에서 검출된 복수개의 데이터를 비교하여 검사결과의 신뢰성을 확보할 수도 있다.

또한 일반적인 다중검지 방식에서는 형광파장을 다르게 하는 방식을 사용하기 때문에 광학부의 구조가 복잡해지는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서는, 각 하이드로젤패드(400)에 다른 프라이머를 배치함으로써 단일 형광물질을 사용하더라도 다중검지가 가능하기 때문에 광센서어셈블리(300)의 구조가 단순해진다.

또한 기존에 사용하던 어레이 방식의 경우 표면에만 유전물질을 배치하기 때문에 유전자 증폭 속도가 매우 느리다. 그러나 하이드로젤패드(400)는 폴리머체인의 3차원구조로 인하여 표면 뿐만 아니라 하이드로젤패드(400)의 내부에서도 유전자증폭이 이루어지기 때문에, 유전자 증폭 속도가 매우 빠르다. 따라서 하이드로젤패드(400)로 어레이를 형성하여 위치별로 실시간 유전자증폭이 가능하다. 또한 형광이 하이드로젤패드(400)에서만 나오기 때문에 광량이 증가하여 검출되는 신호의 강도가 증가하고 보다 민감한 실험이 가능하다.

격벽(320)은 광학센서어셉블리(300)의 가장자리로부터 연장되어 반응용기(340)를 형성한다. 격벽(320)은 플라스틱, PDMS, 실리콘, 금속 등 다양한 재질로 형성될 수 있다.

커버(350)는 격벽(320)의 상부를 커버하고 인렛(Inlet, 352) 및 아웃렛(Outlet, 354)이 형성된다. 인렛(Inlet, 352)을 통하여 시료(도시되지 않음)가 반응용기(340) 내로 투입되고, 반응이 완료된 시료(도시되지 않음)는 아웃렛(Outlet, 354)을 통하여 외부로 배출된다.

도 12 내지 도 15는 도 11에 도시된 피씨알모듈의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.

도 12를 참조하면, 먼저 광학센서어셈블리(300)를 형성한다. 본 실시예에서, 베이스기판 상에 광센서어레이(310), 온도센서(360), 및 제1온도제어부(370)를 형성하고, 그 상부에 형광필터(313)를 형성한다. 예를 들어, 광센서어레이(310), 온도센서(360), 및 제1온도제어부(370)는 반도체공정을 통하여 형성될 수 있다.

도 13을 참조하면, 이어서 광학센서어셈블리(300) 상에 하이드로젤(400a, 400b)을 코팅한다. 코팅된 하이드로젤(400a, 400b) 중 일부(400a)는 마스크(407)를 통하여 노광된다.

도 14를 참조하면, 이후에 코팅된 하이드로젤(400a, 400b)을 현상하여 하이드로젤패드(400)를 형성한다.

도 15를 참조하면, 계속해서 하이드로젤패드(400)가 형성된 광학센서어셈블리(300) 상에 격벽(320) 및 커버(350)를 형성한다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 뱅크를 제외한 나머지 구성요소들은 도 10 및 도 11에 도시된 실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 16을 참조하면, 피씨알모듈은 광학센서어셈블리(300), 하이드로젤패드(401), 격벽(320), 뱅크(325), 및 커버(350)를 포함한다.

뱅크(325)는 광센서어셈블리(300) 상에 배치되고 어레이 형태로 구획된 공간들을 형성한다. 뱅크(325)는 무기절연물질, 포토레지스트, 플라스틱, 실리콘, 금속, 등 다양한 물질을 포함할 수 있다.

하이드로젤패드(401)는 광센서어셈블리(300) 상에 인접하는 뱅크들(325)에 의해 구획되는 공간에 배치되고 하이드로젤을 포함한다.

격벽(320)은 뱅크(325)가 형성된 광학센서어셉블리(300)의 가장자리로부터 연장되어 반응용기(340)를 형성한다. 격벽(320)은 실리콘, 플라스틱, 고무, 폴리머, 금속, 세라믹, PDMS, 탄소계열 소재, 등 다양한 물질을 포함할 수 있다.

도 17 내지 도 22는 도 16에 도시된 피씨알모듈의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.

도 17을 참조하면, 먼저 광학센서어셈블리(300)를 형성한다.

도 18을 참조하면, 이어서 광학센서어셈블리(300) 상에 뱅크(325)를 형성한다. 본 실시예에서, 뱅크(325)는 사진식각공정, 프링팅공정, 나노가공공정 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.

도 19를 참조하면, 이후에 인접하는 뱅크들(325)에 의해 형성되는 공간에 하이드로젤액적(401a)을 적하한다. 본 실시예에서, 적하된 하이드로젤액적(401')은 경화되지 않고 유동성을 가질 수 있다.

도 20 및 도 21을 참조하면, 계속해서 적하된 하이드로젤액적(401')에 자외선(UV)을 조사(490)하여, 하이드로젤패드(401)를 형성한다.

도 22를 참조하면, 계속해서 하이드로젤패드(401)가 형성된 광학센서어셈블리(300) 상에 격벽(320) 및 커버(350)를 형성한다.

도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 이용한 검사방법을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 시료주입부, 격벽, 뱅크, 및 커버를 제외한 나머지 구성요소들은 도 16에 도시된 실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 23을 참조하면, 피씨알모듈은 광학센서어셈블리(300), 하이드로젤패드(400), 격벽(322), 뱅크(321), 시료주입부(326), 및 커버(352)를 포함한다.

본 실시예에서, 뱅크(321)은 하이드로젤패드(400)보다 높이 돌출되어 인접하는 뱅크들(321)에 의해 구획되는 공간 내에 하이드로젤패드(400)가 수납된다.

격벽(322)은 광학센서어셈블리(300)의 가장자리로부터 돌출되며, 일측이 개구되어 시료주입부(326)에 연결된다.

커버(352)는 격벽(322)의 상면에 연결된다. 본 실시예에서, 격벽(322)은 뱅크(321)보다 돌출되어 격벽(322)의 하면과 뱅크(321)의 상면 사이에 시료(52a, 52b, 52c, 52d)와 완충제(54)가 통과할 수 있는 통로가 형성된다.

완충제(54)는 시료(52a, 52b, 52c, 52d)와 반응성이 낮은 유체를 포함한다. 예를 들어, 완충제(54)는 오일, 젤, 순수, 등을 포함할 수 있다. 완충제(54)는 인접하는 시료들(52a, 52b, 52c, 52d)이 서로 섞이지 않도록 구분한다.

시료주입부(326)를 이용하여 피씨알모듈로 시료(52a, 52b, 52c, 52d)를 주입하는 방법은 다음과 같다.

먼저 시료주입부(326) 내에 시료(52a, 52b, 52c, 52d)와 완충제(54)를 교대로 배치한다.

이어서, 시료주입부(326)의 한쪽으로 압력을 가하면, 시료주입부(326) 내부에 배치된 첫번째 시료(52a)가 격벽(322)쪽으로 이동된다.

이후에, 계속하여 시료주입부(326)의 한쪽으로 압력을 가하면, 시료주입부(326) 내부의 첫번째 시료(52a)가 격벽(322)을 통과한다. 격벽(322)을 통과한 첫번째 시료(52a)는 자중에 의해 아래쪽으로 흘러내리게 되며, 뱅크(321)와 격벽(322) 사이에 형성된 공간에 적하되어 하이드로젤패드(400)를 커버한다.

이어서, 계속하여 시료주입부(326)의 한쪽으로 압력을 가하면, 첫번째 시료(52a)와 두번째 시료(52b) 사이에 배치된 완충제(54)가 뱅크(321)와 격벽(322) 사이의 공간을 채운다.

이후에, 계속하여 시료주입부(326)의 한쪽으로 압력을 가하면, 두번째 시료(52b)가 격벽(322), 격벽(322)과 뱅크(321) 사이의 공간, 및 격벽(322)에 인접한 뱅크(321)를 순차로 통과한다.

이어서, 계속하여 시료주입부(326)의 한쪽으로 압력을 가하면, 두번째 시료(52b)는 인접하는 뱅크들(321) 사이의 공간에 적하되어 두 번째 하이드로젤패드(400)를 커버한다.

같은 방식으로, 계속하여 시료주입부(326)의 한쪽으로 압력을 가하면, 두번째 시료(52b), 완충제(54), 세번째 시료(52c), 완충제(54), 네번째 시료(52d)가 순차적으로 인접하는 뱅크들(321)에 의해 형성되는 공간들을 채워나간다.

상기와 같은 본 실시예에 따르면, 시료주입부(326) 내에 시료들(52a, 52b, 52c, 52d)과 완충제(54)를 교대로 배치함으로써, 시료주입부(326)의 한쪽으로 압력을 가하는 단순한 조작으로 복수의 하이드로젤패드들(400)에 순차로 시료들(52a, 52b, 52c, 52d)을 주입할 수 있다.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 피씨알모듈을 이용한 검사방법에 사용되는 하이드로젤패드를 나타내는 확대단면도이다.

도 10 및 도 24를 참조하면, 하이드로젤패드(400) 상에 검사대상이 되는 유전물질(421)을 적하한다. 적하된 유전물질(421)은 하이드로젤패드(400) 내에 3차원으로 균일하게 분포된다.

유전물질(421) 내의 유전자는 각 하이드로젤패드(400) 내의 프라이머(primer)에 의해 증폭(420)이 시작된다.

본 실시예에서, 하이드로젤패드(400)의 폴리머체인들(410)에 의해 유전물질(421)이 골고루 스며들게 된다. 하이드로젤패드(400)에 스며들은 유전물질(421)의 유전자는 프라이머(Primer)에 의해 유전자증폭(420)이 개시된다. 본 실시예에서, 유전자증폭을 위하여 온도조절부가 하이드로젤패드(400)의 온도를 조절한다.

광원에서 생성된 광이 증폭된 유전자에 부착된 형광물질에 조사되면, 형광물질로부터 특정한 파장의 형광이 방출된다.

광센서어레이는 형광물질로부터 방출된 형광을 검출하여 유전자의 존재여부를 검사한다.

도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 와이어(311, 371), 본딩(311a, 371a), 광원(331), 차광패턴(332), 시료주입부(353), 및 인터페이스부재(390)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 23에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 25를 참조하면, 피씨알모듈은 광학센서어셈블리(301), 격벽(321, 322), 와이어(311, 371), 본딩(311a, 371a), 광학필터(315), 광원(331), 차광패턴(332), 시료주입부(353), 커버(350), 제1온도제어부(370), 및 인터페이스부재(390)를 포함한다.

광학센서어셈블리(301)는 광센서, 온도센서, 구동회로, 등을 포함한다. 본 실시예에서, 광학센서어셈블리(301)가 제1온도제어부를 포함할 수도 있다.

격벽(321, 322)은 광학센서어셈블리(301)로부터 수직한 방향으로 돌출되어 반응공간(241)을 형성한다. 본 실시예에서, 격벽(321, 322)은 광학센서어셈블리(301)의 가장자리에 배치되는 격벽(322)과 광학센서어셈블리(301)의 중앙부에 배치되는 격벽(321)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학센서어셈블리(301)의 가장자리에 배치되는 격벽(322)의 높이는 광학센서어셈블리(301)의 중앙부에 배치되는 격벽(321)의 높이보다 높을 수 있다. 광학센서어셈블리(301)의 가장자리에 배치되는 격벽(322)의 높이는 광학센서어셈블리(301)의 중앙부에 배치되는 격벽(321)의 높이보다 높을 경우, 도 23에 도시된 바와 같이 복수개의 시료를 연속적으로 주입할 수 있다.

광학필터(315)는 격벽(321, 322)과 광학센서어셈블리(301)의 사이에 배치되어 노이즈를 제거하고 시료에서 발생된 형광(또는 인광)만을 투과시킨다.

광원(321)은 반응공간(241) 내에 배치된 시료로 광을 조사한다. 시료 내에 배치된 물질은 광원(321)에서 발생된 광을 이용하여 형광 또는 인광을 생성한다. 형광 또는 인광은 광학필터(315)를 통과하여 광학센서어셈블리(301)로 인가된다.

본 실시예에서, 광원(321)은 격벽(320)의 하부에 배치된다. 예를 들어, 광원(321)의 하부에 차광패턴(332)이 배치되어 광원(321)에서 발생된 광이 직접 광학필터(315)로 인가되는 것을 방지할 수 있다.

시료주입부(353)는 반응공간(241)의 일측을 개구하여 시료를 주입한다.

본 실시예에서, 제1온도제어부(370)는 광학센서어셈블리(301)의 하부에 형성된다. 다른 실시예에서, 제1온도제어부(370)는 광학센서어셈블리(301)의 상부, 커버(350)의 상부, 격벽(321, 322)의 측면 등 다양하게 배치될 수 있다.

인터페이스부재(390)는 광학센서어셈블리(301)의 하부에 배치되어 광학센서어셈블리(301), 광원(321), 제1온도제어부(370) 등을 제어한다.

와이어(311, 371)는 인터페이스부재(380)를 광학센서어셈블리(301), 제1온도제어부(370) 등과 전기적으로 연결한다. 본딩(311a, 371a)은 와이어(311, 317)의 단부에 배치되어 와이어(311, 317)를 인터페이스부재(380), 광학센서어셈블리(301) 등에 부착시킨다. 예를 들어, 본딩(311, 371a)는 솔더링을 포함할 수 있다.

커버(350)는 반응공간(241)의 상부를 정의하고, 플라스틱, PDMS(polydimethylsiloxane), 유리, 실리콘, 탄소계열 소재, 다이아몬드, 금속, 고분자섬유 등을 포함할 수 있다.

도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 실리콘관통전극(312) 및 연결부(312a, 372a)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 25에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 26을 참조하면, 피씨알모듈은 광학센서어셈블리(301), 격벽(321, 322), 실리콘관통전극(through silicon via; TSV)(312), 연결부(312a, 372a), 광학필터(315), 광원(331), 차광패턴(332), 시료주입부(353), 커버(350), 제1온도제어부(370), 및 인터페이스부재(390)를 포함한다.

실리콘관통전극(312)은 광학센서어셈블리(301)를 관통하여 광학센서어셈블리(301)의 내부에 배치된 전극과 전기적으로 연결된다.

광학센서어셈블리(301)는 실리콘관통전극(312), 및 연결부(312a, 372a)를 이용하여 인터페이스부재(390)와 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 광학센서어셈블리(301)의 내부에 배치된 전극은 실리콘관통전극(312) 및 연결부(312a)를 통하여 인터페이스부재(390)와 전기적으로 연결되고, 제1온도제어부(370)는 연결부(372a)를 통하여 인터페이스부재(390)에 전기적으로 연결될 수 있다.

본 실시예에서, 인터페이스부재(390)를 광학센서어셈블리(301)에 결합하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 내부에 배치된 전극을 포함하는 광학센서어셈블리(301)를 준비한다.

이어서, 광학센서어셈블리(301)의 하부로부터 비어홀(Via Hole)을 형성하여 내부에 배치된 전극의 일부를 노출시킨다.

이후에, 비어홀에 도전성물질을 충진하여 실리콘관통전극(312)을 형성한다.

계속해서, 광학센서어셈블리(301)의 하부에 연결부(312a, 372a)를 배치한다. 예를 들어, 연결부(312a, 372a)는 이방성도전필름, 볼(Ball)과 패드(pad) 등을 포함할 수 있다.

이어서, 광학센서어셈블리(301)의 하부로부터 인터페이스부재(390)를 결합한다.

상기와 같은 본 실시예에 따르면, 광학센서어셈블리(301)와 인터페이스부재(390)를 결합하기 위한 별도의 와이어나 솔더링이 필요없어서 불량이 감소하고 외부충격에 대한 강도가 향상된다.

도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 광원(331s) 및 차광패턴을 제외한 나머지 구성요소들은 도 25에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 27을 참조하면, 광원(331s)은 격벽(321, 322)의 중간에 배치되어 반응공간(241) 내로 광을 공급한다. 본 실시예에서, 차광패턴(도 25의 332)이 생략될 수 있다.

도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 광원(331t) 및 차광패턴을 제외한 나머지 구성요소들은 도 25에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 28을 참조하면, 광원(331t)은 커버(350)에 배치되어 반응공간(241) 내로 광을 공급한다. 본 실시예에서, 차광패턴(도 25의 332)이 생략될 수 있다.

도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 광원(331u)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 25에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 29를 참조하면, 광원(331u)은 광학필름어셈블리(301) 상에 배치되어 반응공간(241) 내로 광을 공급한다. 예를 들어, 광원(331u)은 광학필터(315)의 상면에 배치될 수 있다.

차광패턴(332u)은 광원(331u)의 하부에 배치된다. 예를 들어, 차광패턴(332u)은 광원(331u)의 하면과 광학필터(315)의 상면 사이에 배치될 수 있다.

도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온부재를 나타내는 평면도이고, 도 31은 도 30의 T-T'라인의 단면도이다. 본 실시예에서, 피씨알모듈은 도 1 내지 도 29에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 30 및 도 31을 참조하면, 리더시스템은 복수개의 항온부재들(510, 520, 530, 540) 및 복수개의 단열부재들(505)을 포함한다.

항온부재들(510, 520, 530, 540)은 복수개가 일렬로 배열되며 피씨알싸이클(PCR Cycle)의 각 단계에 대응되는 온도들을 유지한다. 예를 들어, 항온부재들(510, 520, 530, 540)는 직선방향, 격자방향, 곡선방향, 원주방향 등 다양한 방향으로 배열될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 항온부재(510)는 피씨알싸이클 중에서 변성단계(Denaturation stage)에 대응되며 92℃ 내지 95℃를 유지한다. 제2 항온부재(520)는 피씨알싸이클 중에서 확장단계(Extension stage)에 대응되며 72℃ 내지 75℃를 유지한다. 제3 항온부재(530)는 어닐링단계(Annealing stage)에 대응되며 52℃ 내지 55℃를 유지한다. 제4 항온부재(540)는 냉각 및 시험단계(Cool & test stage)에 대응되며 10℃ 내지 15℃를 유지한다.

단열부재들(505)은 인접하는 항온부재들(510, 520, 530, 540)의 사이에 배치되어 인접하는 항온부재들(510, 520, 530, 540) 사이의 열교환을 방지한다.

본 실시예에서, 각 항온부재(510)는 복수개의 항온부들(512, 524)를 포함한다. 예를 들어, 제1 항온부재(510)는 피씨알모듈(200)의 하부에 배치되는 제1 항온부(512) 및 피씨알모듈(200)의 상부에 배치되는 제2 항온부(514)를 포함한다.

피씨알모듈(200)은 제1 열전도부(502) 및 제2 열전도부(504)에 의해 포위되어 각 항온부재(510, 520, 530, 540)와 열을 교환한다. 예를 들어, 피씨알모듈(200)의 하부는 제1 열전도부(502)에 의해 포위되고 상부는 제2 열전도부(504)에 의해 포위될 수 있다.

제1 열전도부(502) 및 제2 열전도부(504)에 의해 포위된 피씨알모듈(200)이 피씨알싸이클의 각 단계에 대응되는 항온부재들(510, 520, 530, 540) 사이를 이동함으로써 피씨알싸이클이 수행된다.

예를 들어, 제1 열전도부(502)와 제2 열전도부(504) 사이의 공간으로 연성회로기판(395)이 배치되고 연성회로기판(395)을 통하여 피씨알모듈(200)의 구동신호, 광감지신호, 온도신호, 등이 전달될 수 있다.

본 실시예에서는 서로 다른 온도를 유지하는 항온부재들(510, 520, 530, 540)을 이용하는 방식이 사용되었으나, 이는 예시적인 것으로 다양한 방식이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 항온부재들 대신에, 팬(FAN), 에어콤프레서(air compressor) 등의 공기냉각방식을 사용하거나, 물, 오일 등의 유체를 이용하여 냉각하거나 가열하는 방식을 사용하거나, 물, 알코올 등의 증발이 용이한 액체를 분무하여 냉각하는 방식을 사용하거나, 펠티어(Peltier) 등의 열전소자를 사용하는 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.

도 32는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 제1열전도체(502a), 제2열전도체(504a), 및 내부열전도체(503a)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 25에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 32를 참조하면, 피씨알모듈은 제1열전도체(502a), 제2열전도체(504a), 및 내부열전도체(503a)를 더 포함한다. 제1열전도체(502a), 제2열전도체(504a), 및 내부열전도체(503a)는 피씨알모듈로 열을 공급하거나 피씨알모듈의 열을 외부로 방열하여 피씨알모듈의 온도를 조절한다.

본 실시예에서, 제1열전도체(502a)는 커버(350)상에 배치되어 피씨알모듈의 상부온도를 제어한다. 제2열전도체(504a)는 광학센서어셈블리(301)의 하부에 배치되어 피씨알모듈의 하부온도를 제어한다. 내부열전도체(503a)는 격벽(322)의 외면 상에 배치되어 피씨알모듈의 중앙부분의 온도를 제어한다.

다른 실시예에서, 피씨알모듈이 제1열전도체(502a), 제2열전도체(504a), 및 내부열전도체(503a) 중 하나 또는 두개만을 포함할 수도 있다.

도 33은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 내부열전도체(503b)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 32에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 33을 참조하면, 내부열전도체(503b)의 일부는 반응공간(241)의 내부에 배치되고 나머지 부분은 반응공간(241)의 외부로 돌출된다. 예를 들어, 내부열전도체(503b)의 일부는 격벽(322)의 내측면 상에 배치되고 나머지부분은 격벽(322)을 관통하여 반응공간(241)의 외부로 돌출된다.

내부열전도체(503b)는 금속, 다이아몬드, 금속산화물 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속코팅, 산화인듐주석(ITO) 등의 투명한 금속산화물 등을 포함할 수도 있다.

다른 실시예에서, 내부열전도체(503b)가 반응공간(241) 내부의 격벽(321) 상에 배치될 수도 있다.

도 34는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 열전달유체(506)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 32에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 34를 참조하면, 열전달유체(506)는 격벽(322)의 외면 상에 배치된다. 열전달유체(506)는 격벽(322)의 외면을 냉각 또는 가열시켜서 반응공간(241)의 온도를 조절한다. 예를 들어, 펌프(도시되지 않음)를 통하여 열전달유체(506)를 순환시킬 수 있다.

도 35는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피씨알모듈을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 내부열전도체(503b) 및 가열부(375)를 제외한 나머지 구성요소들은 도 32에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 35를 참조하면, 내부열전도체(503b)는 피씨알모듈의 중간부분에 배치되고 반응공간(241)의 외부로 돌출된다. 제1열전도체(502a), 제2열전도체(504a), 및 내부열전도체(503b)는 피씨알모듈의 열을 외부로 발산하여 반응공간(241)의 온도를 감소시킨다.

가열부(375)는 반응공간(241)의 내부에 배치되어 반응공간(241)의 온도를 상승시킨다. 다른 실시예에서, 가열부(375)가 커버(350)의 상면, 광학센서어셈블리(301)의 하면 등에 배치될 수도 있다.

상기와 같은 본 실시예에 따르면, 피씨알모듈이 열전도체(502a, 503b, 504a) 및 가열부(375)를 포함하여 반응공간(241)의 온도를 용이하게 조절할 수 있다.

도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다. 본 실시예에서, 광센서를 제외한 나머지 구성요소들은 도 25에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 36을 참조하면, 광센서는 하나의 광센서유닛(307) 및 하나의 출력전극(307a)을 포함한다. 본 실시예에서, 하나의 출력전극(307a)은 하나의 광센서유닛(307)에 대응되어, 하나의 광센서유닛(307)에 인가된 광센서신호는 하나의 출력전극(307a)을 통하여 출력된다.

도 37은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다. 본 실시예에서, 광센서를 제외한 나머지 구성요소들은 도 36에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 37을 참조하면, 광센서는 두 개의 광센서유닛들(307) 및 하나의 출력전극(307a)을 포함한다. 본 실시예에서, 하나의 출력전극(307a)은 두 개의 광센서유닛들(307)에 대응되어, 두 개의 광센서유닛들(307)에 인가된 광센서신호가 합산되어 하나의 출력전극(307a)을 통하여 출력된다.

따라서 도 36에 도시된 광센서에 비해 동일한 광량에 대한 센싱감도가 2배로 증가한다.

도 38은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다. 본 실시예에서, 광센서를 제외한 나머지 구성요소들은 도 36에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 38을 참조하면, 광센서는 네 개의 광센서유닛들(307) 및 하나의 출력전극(307a)을 포함한다. 본 실시예에서, 하나의 출력전극(307a)은 네 개의 광센서유닛들(307)에 대응되어, 네 개의 광센서유닛들(307)에 인가된 광센서신호가 합산되어 하나의 출력전극(307a)을 통하여 출력된다.

따라서 도 36에 도시된 광센서에 비해 동일한 광량에 대한 센싱감도가 4배로 증가한다.

도 39는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광센서를 나타내는 평면도이다. 본 실시예에서, 광센서를 제외한 나머지 구성요소들은 도 36에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 39를 참조하면, 광센서는 여덟 개의 광센서유닛들(307), 두 개의 출력전극들(307a, 307b), 및 하나의 연결라인(307c)을 포함한다. 본 실시예에서, 전체 출력신호는 하나의 연결라인(307c) 및 두 개의 출력전극들(307a, 307b)을 통하여 여덟 개의 광센서유닛들(307)에 대응되어, 여덟 개의 광센서유닛들(307)에 인가된 광센서신호가 합산되어 하나의 출력신호로 출력된다.

따라서 도 36에 도시된 광센서에 비해 동일한 광량에 대한 센싱감도가 8배로 증가한다.

도 40은 도 36 내지 도 39를 조합하여 제조된 광센서어레이를 나타내는 평면도이고, 도 41은 도 40에 도시된 광센서어레이의 출력신호를 나타내는 그래프이다.

도 40 및 도 41을 참조하면, 광센서어레이는 두 개의 제1광센서들(307_1), 제2광센서(307_2), 제3광센서(307_4), 및 제4광센서(307_8)를 포함한다.

본 실시예에서, 제1 광센서(307_1)는 도 36에 도시된 광센서와 동일하고, 제2광센서(307_2)는 도 37에 도시된 광센서와 동일하며, 제3광센서(307_4)는 도 38에 도시된 광센서와 동일하며, 제4광센서(307_8)는 도 39에 도시된 광센서와 동일하다.

동일한 광이 인가되더라도, 제1 내지 제4 광센서들(307_1, 307_2, 307_4, 307_8)에서 출력된 신호들은 서로 다른 크기의 출력신호들을 갖는다. 하나의 광센서(307_1, 307_2, 307_4, 307_8)에 포함된 광센서유닛의 숫자가 증가할수록 광센서의 감도가 증가한다.

그러나 광센서의 감도가 지나치게 증가하면 광센서의 감지능력이 쉽게 포화되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 실시예에서는 서로다른 갯수의 광센서유닛들을 포함하는 복수개의 광센서들(307_1, 307_2, 307_4, 307_8)을 이용하여 입력되는 광의 크기에 따라 최적화된 감지가 가능하며, 복수개의 광센서들(307_1, 307_2, 307_4, 307_8)로부터 출력된 신호들을 이용하여 정확도가 향상된다.

도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서어셈블리를 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서 광원구동회로를 제외한 나머지 구성요소들은 도 10 내지 도 40에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 10 및 도 42를 참조하면, 광학센서어셈블리는 광센서어레이(310), 형광필터(313), 제1온도제어부(370), 온도센서(360), 및 광원구동회로(335)를 포함한다.

광원구동회로(335)는 리더시스템(100) 또는 인터페이스부재(도 25의 390)의 제어에 의해 광원(도 25의 331)에 구동전원을 인가한다.

도 43은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학센서어셈블리를 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서 구동회로부를 제외한 나머지 구성요소들은 도 42에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 10 및 도 43을 참조하면, 광학센서어셈블리는 광센서어레이(310), 형광필터(313), 제1온도제어부(370), 온도센서(360), 및 구동회로부(337)를 포함한다.

구동회로부(337)는 리더시스템(100) 또는 인터페이스부재(도 25의 390)의 제어에 의해 광원(도 25의 331)에 구동전원을 인가하거나 광학센서어셈블리의 신호입출력을 제어한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 광학파트가 피씨알모듈에 내장되고, 피씨알모듈은 탈착가능한 모듈형태로 제작되어 리더시스템의 크기가 대폭 감소한다. 또한 피씨알모듈 및 리더시스템의 크기가 획기적으로 감소하고 제조비용이 감소한다.

또한 리더시스템을 이동시키더라도, 기기재배치로 인한 재정렬, 보정 등이 불필요하기 때문에, 이동성이 획기적으로 향상되어 현장검사가 가능하다. 특히, 전염병검사, 재난현장의 신원확인 등 긴급상황 발생시 즉시투입이 가능하여 피해를 줄이는데 기여할 수 있다.

또한 피씨알모듈에 시약이 내장된 상태로 출시되기 때문에, 시약을 셋팅하기 위한 별도의 절차가 불필요하여 오염가능성이 획기적으로 저하되고 검사준비를 위한 별도의 절차가 필요하지 않다.

또한 인터넷 등을 통하여 외부와의 정보교류가 가능하기 때문에, 중앙처리서버를 통하여 다양한 고객들과 다수의 시약개발자들이 앱스토어나 마켓과 같은 시스템을 구축하여 시약과 정보를 교류하는 것이 가능하다.

또한 피씨알모듈이 복수개의 하이드로젤패드들을 포함하고, 각 하이드로젤패드에는 다른 프라이머가 배치되어 다중의 유전자형을 검출할 수 있다.

또한 일반적인 다중검지 방식에서는 형광파장을 다르게 하는 방식을 사용하기 때문에 광학부의 구조가 복잡해지는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서는, 각 하이드로젤패드에 다른 프라이머를 배치함으로써 단일 형광물질을 사용하더라도 다중검지가 가능하기 때문에 광센서어셈블리의 구조가 단순해진다.

또한, 시료주입부 내에 시료들과 완충제를 교대로 배치함으로써, 시료주입부의 한쪽으로 압력을 가하는 단순한 조작으로 복수의 하이드로젤패드들에 순차로 시료들을 주입할 수 있다.

또한 기존에 사용하던 어레이 방식의 경우 표면에만 유전물질을 배치하기 때문에 유전자 증폭 속도가 매우 느리다. 그러나 하이드로젤패드는 폴리머체인의 3차원구조로 인하여 표면 뿐만 아니라 하이드로젤패드의 내부에서도 유전자증폭이 이루어지기 때문에, 유전자 증폭 속도가 매우 빠르다. 따라서 하이드로젤패드로 어레이를 형성하여 위치별로 실시간 유전자증폭이 가능하다. 또한 형광이 하이드로젤패드에서만 나오기 때문에 광량이 증가하여 검출되는 신호의 강도가 증가하고 보다 민감한 실험이 가능하다.

또한, 피씨알모듈이 열전도체 및 가열부를 포함하여 반응공간의 온도를 용이하게 조절할 수 있다.

더욱이, 서로 다른 갯수의 광센서유닛들을 포함하는 복수개의 광센서들을 이용하여 입력되는 광의 크기에 따라 최적화된 감지가 가능하며, 복수개의 광센서들로부터 출력된 신호들을 이용하여 정확도가 향상된다.

또한, 광학센서어셈블리가 광원구동부 또는 구동회로부를 포함하여 피씨알시스템의 크기가 더욱 감소할 수 있다.

본 발명은 유전물질을 증폭하여 검사하는 연구용, 재난방지용, 의료용, 축산용, 애완동물치료용 장치 등에 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.

52a, 52b, 52c, 52d : 시료 54 : 완충제
100 : 리더 시스템(Reader System) 110 : 중앙정보처리부
120 : 메모리, 구동데이터 130 : 인터페이스
150, 159 : 제2온도제어모듈 152 : 보조정보처리부
154 : 열제어부 154a : 온도센서
154b : 열전소자 200 : 피씨알모듈(PCR Module)
210 : 제어인터페이스 220 : 광원구동부
230, 330, 331 : 광원 332 : 차광패턴
335 : 광원구동회로 337 : 구동회로부
233 : 여기광원필터 240, 340 : 반응용기
250 : 광센서 253, 313 : 형광필터
315 : 광학필터 260, 360 : 온도센서
270, 370 : 제1온도제어부 300, 301 : 광학센서어셈블리
310 : 광센서어레이 320 : 격벽
321, 325 : 뱅크(bank) 326 : 시료주입부
350 : 커버 352 : 인렛(Inlet)
353 : 시료주입부 354 : 아웃렛(Outlet)
307 : 포토다이오드 307a : 출력전극
311, 371 : 와이어 372 : 실리콘관통전극
311a, 371a : 본딩 312a, 372a : 연결부
375 : 가열부 390 : 인터페이스부재
395 : 연성회로기판 400, 405 : 하이드로젤패드
400a : 하이드로젤액적 410 : 폴리머체인
420 : 시료 421 : 유전물질
490 : UV 조사 502, 502a : 제1열전도체
503a, 503b : 내부열전도체 504, 504a : 제2열전도체
505 : 단열부재 506 : 열전달유체
510, 520, 530, 540 : 항온부재 512 : 제1 항온부
514 : 제2 항온부 1000 : 중앙처리서버
1100 : 시약개발자 단말기 1200 : 고객단말기

Claims (3)

1. 광감지신호를 인가받아 유전자증폭량을 실시간으로 계산하고 온도신호 및 온도제어정보를 이용하여 온도조절신호를 생성하는 중앙정보처리부와, 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 유전자증폭량 및 상기 온도제어정보가 저장되는 메모리와, 상기 중앙정보처리부와 연결되어 상기 중앙정보처리부로부터 실시간으로 인가받은 상기 유전자증폭량을 외부로 전송하거나 외부의 입력신호를 상기 중앙정보처리부로 인가하는 인터페이스를 포함하는 리더시스템에 탈착가능하도록 결합되는 피씨알모듈에 있어서,
   어레이 형상으로 배열되어 시료에서 발생되는 방출광을 감지하여 상기 광감지신호를 생성하는 복수개의 광센서들, 및 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도센서를 포함하는 광학센서어셈블리;
   상기 광학센서어셈블리 상에 돌출되어 시료를 수납하는 반응공간을 정의하는 격벽;
   상기 격벽의 상부를 커버하는 커버;
   상기 광학센서어셈블리와 전기적으로 연결되어 상기 광감지신호 및 상기 온도신호를 상기 리더시스템으로 전송하는 인터페이스모듈;
   상기 반응공간의 내부에 배치되어 열을 공급하거나 방열하여 온도를 조절하는 내부열전도체;
   상기 커버 상에 배치되어 상기 피씨알모듈의 상부온도를 제어하는 제1 열전도체;
   상기 광학센서어셈블리의 하부에 배치되어 상기 피씨알모듈의 하부온도를 제어하는 제2 열전도체를 포함하고,
   상기 내부열전도체의 일부는 상기 반응공간의 내부에 배치되고 나머지 부분은 상기 반응공간의 외부로 돌출되며,
   상기 피씨알모듈은 피씨알싸이클의 각각의 단계에 해당하는 온도가 유지되는 복수개의 항온부재들 사이를 이동하여 상기 각 항온부재에 대응되는 온도로 조절되며,
   상기 각각의 항온부재는 상기 피씨알모듈의 하부를 포위하고 상기 제1 열전도체에 접촉하여 열을 전달하는 제1 열전도부 및 상기 피씨알모듈의 상부를 포위하고 상기 제2 열전도체에 접촉하여 열을 전달하는 제2 열전도부를 포함하고,
   상기 피씨알모듈은 상기 제1 열전도부와 상기 제2 열전도부 사이에 이동가능하도록 결합되어, 상기 피씨알싸이클의 각각의 단계에 해당하는 항온부재들 사이를 이동하는 것을 특징으로 하는 피씨알모듈.
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