KR102053404B1 - Pretreatment system for concentration and purification of samples - Google Patents

Pretreatment system for concentration and purification of samples Download PDF

Info

Publication number
KR102053404B1
KR102053404B1 KR1020180001511A KR20180001511A KR102053404B1 KR 102053404 B1 KR102053404 B1 KR 102053404B1 KR 1020180001511 A KR1020180001511 A KR 1020180001511A KR 20180001511 A KR20180001511 A KR 20180001511A KR 102053404 B1 KR102053404 B1 KR 102053404B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
purification
concentration
pretreatment system
microfluidic chip
Prior art date
Application number
KR1020180001511A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190083723A (en
Inventor
박성수
이진엽
이태재
이문근
이석재
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단, 한국과학기술원 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020180001511A priority Critical patent/KR102053404B1/en
Publication of KR20190083723A publication Critical patent/KR20190083723A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102053404B1 publication Critical patent/KR102053404B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40Concentrating samples
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34Purifying; Cleaning

Abstract

본 발명은 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기시료 저장 카트리지; 상기 시료 저장 카트리지와 연결되는 핀치-솔레노이드 밸브시스템; 상기 밸브시스템에 연결되는 하부모듈; 상기 하부모듈의 상부에 위치하는 상부모듈; 상기 하부모듈에 장착되는 미세유체 칩; 및 상기 미세유체 칩과 연결되는 튜빙연동펌프를 포함하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템을 제공한다. 이에 따라, 본 발명은 핵산 증폭 기법으로 검출되기 어려운 낮은 농도의 병원체 시료를 전처리 농축을 통해 검출 가능한 농도로 만들어 줌과 동시에 시료에 들어있는 분자진단 저해요소들을 제거하며, 농축된 병원체에서 핵산을 정제 후 추출하는 과정이 완전 자동화되어 비숙련자들도 쉽게 사용할 수 있어 편리성 및 재현성을 증가된 전처리 시스템을 제공할 수 있다.The present invention relates to a pretreatment system for concentrating and purifying a sample, more specifically a sample storage cartridge; A pinch-solenoid valve system connected to the sample storage cartridge; A lower module connected to the valve system; An upper module positioned above the lower module; A microfluidic chip mounted on the lower module; And a tubing interlocking pump connected to the microfluidic chip, to provide a pretreatment system for concentrating and purifying a sample. Accordingly, the present invention provides a low concentration pathogen sample, which is difficult to detect by nucleic acid amplification techniques, to a detectable concentration through pretreatment concentration, removes molecular diagnostic inhibitors in the sample, and purifies nucleic acid from the concentrated pathogen. The post-extraction process is fully automated and can be easily used by non-skilled individuals to provide a pretreatment system with increased convenience and reproducibility.

Description

시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템{PRETREATMENT SYSTEM FOR CONCENTRATION AND PURIFICATION OF SAMPLES}Pretreatment System for Concentration and Purification of Samples {PRETREATMENT SYSTEM FOR CONCENTRATION AND PURIFICATION OF SAMPLES}

본 발명은 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템 등에 관한 것이다.The present invention relates to a pretreatment system for the concentration and purification of a sample.

현재 병원에서는 낮은 농도의 병원체를 핵산 증폭과 같은 분자진단 기법으로 검출하기 위해서, 전처리 과정으로 12시간 이상의 시간동안 배양을 진행한다. 그 후 배양을 진행한 시료를 원심분리기를 통해 병원체를 농축하여 사용한다. 이러한 방법은 시간이 오래 걸리며 검출하려고 하는 시료 안에 분자진단 저해요소가 존재하여 분자진단 기법의 민감도에 영향을 미친다. 또한 이러한 전처리 과정은 연구원들의 수작업으로 이루어지며 연구자의 숙련도에 영향을 받게 되며, 고위험성 병원체에 노출로 인한 연구원들의 감염 문제를 발생시킬 수 있다.In the present hospital, in order to detect low concentrations of pathogens by molecular diagnostic techniques such as nucleic acid amplification, the pretreatment process is incubated for more than 12 hours. After that, the cultured sample is used by concentrating the pathogen through a centrifuge. This method takes a long time and there is a molecular diagnostic inhibitor in the sample to be detected, which affects the sensitivity of the molecular diagnostic technique. In addition, this pretreatment process is performed by the researchers and is affected by the proficiency of the researchers, and may cause the infection problem of the researchers due to exposure to high-risk pathogens.

병원체 농축기술 경우 최근 자성나노입자의 표면에 항체를 결합시킨 후 특정세균과 반응시키는 방법인 Immunomagnetic separation (IMS) 기법을 이용하여 이를 대체할 수 있으나, 10 mL 의 많은 시료에 적용시킬 경우 영구 자석에 의한 입자의 포집 효율이 떨어지며, 복잡한 실험 과정으로 인해 많은 시간이 소요된다. In the case of pathogen enrichment technology, recently, Immunomagnetic separation (IMS), a method of binding an antibody to the surface of magnetic nanoparticles and reacting with a specific bacterium, can be replaced. The collection efficiency of the particles is reduced, and it takes a lot of time due to the complicated experiment process.

핵산 정제 방법은 일반적으로 원심분리기를 이용한 기술이 있다. 이 과정은 원심분리기를 이용해 세균을 농축하는 과정 및 washing 과정 등의 반복해서 완충용액을 바꾸어 주면서 원심분리를 진행해 주어야하는 단점이 있다. 이를 대체하는 기술로 자성 실리카 입자를 이용한 정제 기술이 있으나, 이 기술 역시 튜브 안에서 반복적으로 완충용액을 바꾸어주면서 진행해야하는 복잡한 방법으로 이루어져 있다.Nucleic acid purification methods generally have a technique using a centrifuge. This process has a disadvantage in that the centrifugation is performed while changing the buffer solution repeatedly, such as the process of concentrating bacteria and washing process using a centrifuge. There is a purification technology using magnetic silica particles as an alternative technique, but this technique also consists of a complex method that must proceed while repeatedly changing the buffer solution in the tube.

Qiagen, Cephied, abbott, BD 등의 분자진단 선발주자 기업에서 시료 내 병원체로부터 직접적으로 유전자를 추출하는 상용 kit를 개발해내고 있지만 병원체 농축과 핵산 정제 및 추출이 동시에 가능한 시스템은 제시된 바 없다.Molecular diagnostic starter companies such as Qiagen, Cephied, abbott, and BD have developed commercial kits for extracting genes directly from pathogens in a sample.

한편, 마이크로 플루이딕 채널(Microfluidic channel)과 같이 화학물질이나, 혈액 또는 생체분자 등의 액체 시료를 원하는 방향으로 빠르게 전달하려는 연구가 진행됨에 따라(국내 공개특허 제2007-0005153호), 이러한 채널들은 극소량의 샘플 및 시료만을 가지고도 집약적으로 설계된 칩 내에서 화학물질 검출, 반응 검사, 신약 개발, 세포배양, 생체 기관 모사, 또는 실험 등을 수행할 수 있다. 최근에는 분석에 필요한 시료의 양을 극소화시켜 한 방울의 액체만 가지고도 분석이 가능한 개방형 플루이딕 채널(Open fluidic channel)에 대한 연구 또한 진행되고 있다. 상기와 같은 마이크로 플루이딕 채널(Micro fluidic channel)에서는 유체의 흐름을 제어하는 것이 중요하며, 예를 들어 전기나 3차원 구조를 이용하여 유체의 흐름을 제어한다.On the other hand, as a study to rapidly deliver a chemical sample, such as a microfluidic channel, or a liquid sample such as blood or biomolecules in the desired direction (Korean Patent Publication No. 2007-0005153), these channels are Even with very few samples and samples, chemical detection, reaction testing, drug development, cell culture, biological organ simulations, or experimentation can be performed in intensively designed chips. Recently, research on open fluidic channels, which minimize the amount of sample required for analysis and analyzes with a single drop of liquid, is also underway. In such a micro fluidic channel, it is important to control the flow of the fluid, for example, to control the flow of the fluid using electricity or a three-dimensional structure.

본 발명자들은 시료 내 존재하는 낮은 농도의 병원체를 신속하게 농축하고, 농축된 병원체로부터 순수한 핵산 정제 및 추출이 동시에 가능한 미세유체 칩 및 칩 내의 시료전처리 과정을 자동화하기 위한 시스템을 개발하고자 예의 연구한 결과, 시료저장 카트리지, 펌프, 밸브, 히터, 영구자석, 진동모터의 조립 및 자동제어를 통한 전처리용 시스템을 개발함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present inventors earnestly researched to develop a microfluidic chip and a system for automating a sample pretreatment process capable of rapidly concentrating low concentrations of pathogens present in a sample and simultaneously purifying and extracting pure nucleic acids from the concentrated pathogens. The present invention was completed by developing a pretreatment system through assembly and automatic control of a sample storage cartridge, a pump, a valve, a heater, a permanent magnet, and a vibration motor.

이에, 본 발명의 목적은 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a pretreatment system for concentration and purification of a sample.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시료 저장 카트리지; 상기 시료 저장 카트리지와 연결되는 핀치-솔레노이드 밸브시스템; 상기 밸브시스템에 연결되는 하부모듈; 상기 하부모듈의 상부에 위치하는 상부모듈; 상기 하부모듈에 장착되는 미세유체 칩; 및 상기 미세유체 칩과 연결되는 튜빙연동펌프를 포함하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention comprises a sample storage cartridge; A pinch-solenoid valve system connected to the sample storage cartridge; A lower module connected to the valve system; An upper module positioned above the lower module; A microfluidic chip mounted on the lower module; And a tubing interlocking pump connected to the microfluidic chip, to provide a pretreatment system for concentrating and purifying a sample.

본 발명의 일구현예로서, 상기 시료 저장 카트리지는 시료, 용해 완충액, 용출 완충액 및 세척 완충액을 저장하고 있는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the sample storage cartridge is characterized by storing a sample, a lysis buffer, an elution buffer and a wash buffer.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 하부모듈은 영구자석 및 전동모터가 구비된 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the lower module is characterized in that the permanent magnet and the electric motor is provided.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 상부모듈은 히터 및 미세유체 칩의 필름 밸브를 작동시키는 필름 밸브 액츄에이터가 구비된 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the upper module is characterized in that the film valve actuator for operating the film valve of the heater and the microfluidic chip.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 미세유체 칩은 기판; 상기 기판 상에 형성되는 시료 주입구; 시료의 이동 경로를 형성하는 채널; 상기 채널에 연결된 정제 챔버; 상기 정제 챔버에서 제거된 불순물이 빠져나가는 불순물 제거 출구; 상기 채널에 공기가 주입되는 공기 주입구; 및 상기 정제 챔버에서 정제된 시료가 빠져나가는 정제 핵산 출구를 구비한 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the invention, the microfluidic chip is a substrate; A sample injection hole formed on the substrate; A channel forming a movement path of the sample; A purification chamber connected to the channel; An impurity removal outlet through which impurities removed from the purification chamber are discharged; An air inlet through which air is injected into the channel; And a purified nucleic acid outlet through which the purified sample exits the purification chamber.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 정제 챔버의 양말단에는 필름밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.As another embodiment of the present invention, the sock end of the purification chamber is characterized in that the film valve is provided.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 정제 챔버의 하부에 영구자석이 구비된 것을 특징으로 한다.As another embodiment of the present invention, the lower portion of the purification chamber is characterized in that the permanent magnet is provided.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 미세유체 칩은 진동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the microfluidic chip further comprises a vibration motor.

본 발명에 따른 미세유체 칩을 이용한 전처리 시스템은, 분자진단 기법에 이용될 순수한 핵산을 분리하기 위한 시료의 전처리 과정(세균 농축, 불순물 분리, 핵산 정제 및 추출)을 1시간 이내 수행할 수 있고, 각각 독립적으로 진행되는 과정을 하나의 미세유체 칩 안에서 연속적으로 수행할 수 있으며, 하나의 반응 공간에서 농축과 핵산 정제가 동시에 이루어지기 때문에 시료 손실이 적어 민감도적으로 우수한 장점이 있다.In the pretreatment system using a microfluidic chip according to the present invention, a pretreatment process (bacterial concentration, impurity separation, nucleic acid purification and extraction) of a sample for separating pure nucleic acid to be used in molecular diagnostic techniques can be performed within 1 hour, Each process can be performed independently in a single microfluidic chip, and since the concentration and nucleic acid purification are simultaneously performed in one reaction space, the sample loss is small and thus it is sensitively excellent.

또한 미세유체 칩 내의 시료전처리 과정의 자동화를 위해 튜빙 펌프, 핀치 밸브, 히터, 영구자석 등의 모듈 조립으로 이루어진 자동시스템을 개발하여 비숙련자들도 쉽게 사용할 수 있어 편리성 및 재현성을 증가시켰다.In addition, to automate the sample pretreatment process in the microfluidic chip, an automated system consisting of module assembly such as tubing pump, pinch valve, heater, and permanent magnet was developed so that it can be easily used by unskilled people, thereby increasing convenience and reproducibility.

도 1은 본 발명의 미세유체 칩의 도면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서 제조한 미세유체 칩과 각 구성 요소를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 미세유체 칩의 분해도를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 미세유체 칩의 상/하부프레임 및 메인기판을 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 미세유체 칩의 하부 프레임과 메인기판을 결합하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4c는 본 발명의 미세유체 칩을 조립한 사진을 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명의 시료 전처리 자동화 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명의 미세유체 칩이 시스템의 디바이스 스테이지에 장착되는 것을 보여주는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에서 제작한 시스템을 나타낸 것으로, 상부모듈 및 하부모듈을 포함하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시예에서 제작한 시스템의 내부 구조 사진을 나타낸 도면이다.
도 6c는 본 발명의 실시예에서 제작한 시스템의 상부모듈 및 하부모듈을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에서 제작한 시스템의 상면을 나타낸 도면이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에서 제작한 시스템의 우측면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 자동화 시스템의 모식도를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 방법의 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 전처리 방법을 거치지 않은 원시료 및 본 발명의 전처리 방법을 거친 시료를 대상으로 PCR(핵산증폭)을 수행한 후 증폭 산물의 젤 전기영동 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 전처리 방법을 거치지 않은 원시료 및 본 발명의 전처리 방법을 거친 시료를 대상으로 정량적 핵산 증폭 기술(quantitative PCR)을 수행한 후 형광 세기를 확인하여 그 결과를 나타낸 도면이다.
1 shows a view of a microfluidic chip of the present invention.
Figure 2 is a view showing the microfluidic chip and each component manufactured in the present invention.
3 is an exploded view of the microfluidic chip of the present invention.
Figure 4a is a view showing the upper and lower frames and the main substrate of the microfluidic chip of the present invention.
Figure 4b is a view showing the coupling of the lower frame and the main substrate of the microfluidic chip of the present invention.
Figure 4c shows a picture of assembling the microfluidic chip of the present invention.
5A is a diagram illustrating a configuration of an automated sample preparation system of the present invention.
5B shows the microfluidic chip of the present invention mounted to the device stage of the system.
Figure 6a is a view showing a system manufactured in an embodiment of the present invention, including an upper module and a lower module.
Figure 6b is a view showing the internal structure of the system produced in the embodiment of the present invention.
Figure 6c is a view showing in more detail the upper module and the lower module of the system manufactured in the embodiment of the present invention.
7A is a view showing the top of the system fabricated in the embodiment of the present invention.
7B is a view showing the right side of the system manufactured in the embodiment of the present invention.
8 is a schematic view of a pretreatment automation system for concentration and purification of a sample of the present invention.
9 is a view showing a process of the pretreatment method for the concentration and purification of the sample of the present invention.
10 is a view showing the results of gel electrophoresis of amplified products after PCR (nucleic acid amplification) is performed on the raw material and the sample subjected to the pretreatment method of the present invention without the pretreatment method of the present invention.
11 is a view showing the results of fluorescence intensity after performing a quantitative nucleic acid amplification technique (quantitative PCR) on the raw material and the sample subjected to the pretreatment method of the present invention without the pretreatment method of the present invention.

본 발명자들은 핵산 증폭 기법으로 검출되기 어려운 낮은 농도의 병원체 시료를 전처리 농축을 통해 검출 가능한 농도로 만들어 줌과 동시에 시료에 들어있는 분자진단 저해요소들을 제거하며, 농축된 병원체에서 핵산을 정제 후 추출하는 과정이 동시에 가능한 미세유체 칩 및 시료의 농축 및 정제 과정이 자동화된 전처리 시스템을 개발하고자 연구한 결과, 시료저장 카트리지, 펌프, 밸브, 히터, 영구자석, 진동모터의 조립 및 자동제어를 통한 전처리용 시스템을 이용할 경우, 분자진단이 가능한 수준의 시료의 농축 및 정제가 자동화 시스템 의해 수행될 수 있다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present inventors make a low concentration pathogen sample, which is difficult to detect by nucleic acid amplification techniques, to a detectable concentration through concentration of pretreatment, removes molecular diagnostic inhibitors in the sample, and extracts nucleic acid after purification from the concentrated pathogen. As a result of research to develop automated pretreatment system that can concentrate and purify microfluidic chip and sample which can be processed simultaneously, the pretreatment through assembly and automatic control of sample storage cartridge, pump, valve, heater, permanent magnet and vibration motor When using the system, the present invention has been completed by confirming that the concentration and purification of samples capable of molecular diagnostics can be performed by an automated system.

이에, 본 발명은, 시료 저장 카트리지; 상기 시료 저장 카트리지와 연결되는 핀치-솔레노이드 밸브시스템; 상기 밸브시스템에 연결되는 하부모듈; 상기 하부모듈의 상부에 위치하는 상부모듈; 상기 하부모듈에 장착되는 미세유체 칩; 및 상기 미세유체 칩과 연결되는 튜빙연동펌프를 포함하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템을 제공한다.Thus, the present invention, a sample storage cartridge; A pinch-solenoid valve system connected to the sample storage cartridge; A lower module connected to the valve system; An upper module positioned above the lower module; A microfluidic chip mounted on the lower module; And a tubing interlocking pump connected to the microfluidic chip, to provide a pretreatment system for concentrating and purifying a sample.

또한 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성되는 시료 주입구; 시료의 이동 경로를 형성하는 채널; 상기 채널에 연결된 정제 챔버; 상기 정제 챔버에서 제거된 불순물이 빠져나가는 불순물 제거 출구; 상기 채널에 공기가 주입되는 공기 주입구; 및 상기 정제 챔버에서 정제된 시료가 빠져나가는 정제 시료 출구를 포함하는, 미세유체 칩을 제공한다.The present invention also provides a substrate; A sample injection hole formed on the substrate; A channel forming a movement path of the sample; A purification chamber connected to the channel; An impurity removal outlet through which impurities removed from the purification chamber are discharged; An air inlet through which air is injected into the channel; And a purified sample outlet from which the purified sample exits the purification chamber.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 미세유체 칩을 포함하는 시스템을 통해서 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리를 수행하였으며, 이에 본 발명은 하기 단계를 포함하는 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 방법을 제공할 수 있다:In addition, in one embodiment of the present invention was carried out a pre-treatment for the concentration and purification of the sample through a system comprising the microfluidic chip, the present invention provides a pretreatment method for the concentration and purification of the sample comprising the following steps Can provide:

병원체 및 표면에 항원이 결합된 자성나노입자를 혼합하여 시료를 제조하는 단계(S1);Preparing a sample by mixing magnetic nanoparticles having antigens bound to a pathogen and a surface (S1);

상기 S1 단계의 시료를 자성 입자가 충진 된 미세유체 칩에 주입구를 통해 주입하여 시료를 농축한 후, 불순물 제거 출구를 통해 남은 유체를 제거하는 단계(S2);Injecting the sample of the step S1 into the microfluidic chip filled with magnetic particles through an injection hole to concentrate the sample, and then removing the remaining fluid through the impurity removal outlet (S2);

상기 S2단계에서 남은 유체를 제거한 후, 용해 및 결합 완충액을 주입하여 볼텍싱(vortexing)하고, 세척 완충액을 주입하여 불순물 제거 출구를 통해 남은 유체를 제거하는 단계(S3);Removing the remaining fluid in step S2, injecting lysis and binding buffers to vortex and injecting wash buffer to remove the remaining fluid through the impurity removal outlet (S3);

상기 S3단계에서 남은 유체를 제거한 후, 용출 완충액을 주입하고, 챔버를 50 내지 80℃로 가열하며 볼텍싱하는 단계(S4); 및Removing the remaining fluid in step S3, injecting an elution buffer, and heating and vortexing the chamber to 50 to 80 ° C. (S4); And

상기 S4 단계의 볼텍싱이 완료되면, 시료 주입구 및 불순물 제거 출구를 차단하고, 공기 주입구 및 정제 핵산 출구를 개방하여 농축 및 정제된 시료를 추출해내는 단계(S5).When the vortexing of the step S4 is completed, blocking the sample inlet and the impurity removal outlet, and extracting the concentrated and purified sample by opening the air inlet and the purified nucleic acid outlet (S5).

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

[미세유체 칩][Fluid Chip]

본 발명의 미세유체 칩은 상술한 것과 같이 기판; 상기 기판 상에 형성되는 시료 주입구; 시료의 이동 경로를 형성하는 채널; 상기 채널에 연결된 정제 챔버; 상기 정제 챔버에서 제거된 불순물이 빠져나가는 불순물 제거 출구; 상기 채널에 공기가 주입되는 공기 주입구; 및 상기 정제 챔버에서 정제된 시료가 빠져나가는 정제 시료 출구를 포함하는 것으로, 시료의 농축 및 정제 용도로 이용되는 미세유체 칩이다. 본 발명의 미세유체 칩의 도면은 도 1에 나타내었다.The microfluidic chip of the present invention comprises a substrate as described above; A sample injection hole formed on the substrate; A channel forming a movement path of the sample; A purification chamber connected to the channel; An impurity removal outlet through which impurities removed from the purification chamber are discharged; An air inlet through which air is injected into the channel; And a purified sample outlet through which the purified sample exits the purification chamber, and is a microfluidic chip used for concentrating and purifying the sample. A diagram of the microfluidic chip of the present invention is shown in FIG.

도 2 하단에서 확인할 수 있는 것과 같이, 본 발명은 기판에 고정을 위한 Align홀, 진동모터 접촉을 위한 홈이 형성될 수 있으며, 상기 기판을 포함한 미세유체 칩은 플라스틱 필름 소재가 이용되는 것으로, 도 3에 나타낸 것과 같이 Polyethylene terephthalate (PET), Polyvinyl chloride (PVC), Polyimide (PI)의 얇은 플라스틱 필름을 이용하여 필요한 형상을 cutting하여 적층구조로 제작되는 것이다.As can be seen from the bottom of Figure 2, the present invention is an alignment hole for fixing to the substrate, a groove for the vibration motor contact can be formed, the microfluidic chip including the substrate is to use a plastic film material, As shown in Fig. 3, a thin plastic film of polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), and polyimide (PI) is cut to form a laminated structure by cutting required shapes.

상기 기판은 아크릴 재질의 상, 하판 케이스를 조립하여 완성될 수 있는 것으로. 본 발명의 미세유체 칩은 4개의 미세채널, 1개의 병원체 농축-핵산 정제 챔버, 4개의 주입구와 2개의 채널 밸브 그리고 시스템 스테이지 고정을 위한 6개의 hole 부분과 믹서 및 세균 용해를 위한 진동을 전달하기 위한 진동모터와의 접촉부분인 1개 hole 구조 그리고 케이스 조립을 위한 8개의 작은 hole로 구성되어있다. 2개의 입구와 2개의 출구는 각각 시료주입구, 공기주입구, 불순물출구, 정제 핵산 출구로 이루어지고, 각 미세 채널은 폭 0.5 내지 3 mm, 높이 50 내지 200 μm일 수 있으며, 농축-핵산 정제 챔버는 중앙의 큰 직사각형(높이 500 내지 1000 μm, 길이, 5 내지 20 mm, 폭 1 내지 10 mm)과 양 옆에 사다리꼴 형태(높이 500 내지 1000 μm, 짧은 길이 0.1 내지 2 mm, 큰 길이 2.5 내지 5 mm, 두 변 사이 길이 1 내지 3 mm)와 직사각형이 합쳐진 형상일 수 있으며 총 허용 가능한 시료의 용량은 20 내지 100 μL의 부피일 수 있다.The substrate may be completed by assembling the upper and lower case of the acrylic material. The microfluidic chip of the present invention transmits four microchannels, one pathogen enrichment-nucleic acid purification chamber, four inlets and two channel valves, six hole sections for fixing the system stage, and vibration for mixer and bacterial dissolution. It consists of one hole structure, which is the contact part with the vibration motor for the motor, and eight small holes for case assembly. Each of the two inlets and two outlets consists of a sample inlet, an air inlet, an impurity outlet, and a purified nucleic acid outlet, each microchannel may be 0.5-3 mm wide and 50-200 μm high, and the concentrated-nucleic acid purification chamber is Large central rectangle (500-1000 μm high, 5-20 mm long, 1-10 mm wide) and trapezoidal shape (500-1000 μm high, 0.1-2 mm short, 2.5-5 mm long) 1 to 3 mm in length between the two sides) and the rectangle may be combined and the total allowable sample volume may be 20 to 100 μL in volume.

상기 정제 챔버의 양 말단에는 필름 밸브가 구비된다. 상기 필름 밸브는 챔버에 들어온 시료가 채널을 통해 새로운 시료가 인입되거나 밖으로 배출되는 것을 조절할 수 있도록 구비된 것으로, 상기 필름 밸브는 챔버에 들어온 시료가 농축되고 정제되는 과정에서 잠겨질 수 있는 것이다.Film valves are provided at both ends of the purification chamber. The film valve is provided to control that the sample entering the chamber is introduced or discharged out through the channel, the film valve is to be locked in the process of the concentration and purification of the sample entering the chamber.

상기 정제 챔버의 하부에는 영구자석이 구비되는 것으로, 상기 정제 챔버의 하부에 영구자석이 구비됨으로써, 자성 나노입자의 항체에 결합된 병원체를 포함하는 시료를 농축할 때 상기 자성 나노입자와 영구자석 사이의 자성으로 인해 효율적인 농축을 수행할 수 있는 것이다.The lower portion of the purification chamber is provided with a permanent magnet, the lower portion of the purification chamber is provided with a permanent magnet between the magnetic nanoparticles and the permanent magnet when the sample containing a pathogen bound to the antibody of the magnetic nanoparticles Due to its magnetism, efficient concentration can be achieved.

상기 미세유체 칩은 시료의 주입 전에, 주입구를 통해 자성 실리카 입자가 충진 될 수 있고, 진동모터를 구비하여 시료의 혼합을 도울 수 있다.The microfluidic chip may be filled with magnetic silica particles through an injection hole before injection of a sample, and may include a vibration motor to help mix the sample.

[시료][sample]

본 발명에서 사용하는 시료는, 병원체 및 표면에 항체가 결합된 자성나노입자를 포함하는 것으로, 자성 나노입자의 표면에 항체를 결합시켜 면역자성나노입자를 합성한 후, 병원체를 혼합하여, 병원체가 면역자성나노입자의 항체와 결합하도록 하는 것이다.The sample used in the present invention includes a pathogen and magnetic nanoparticles having an antibody bound to the surface thereof. After the antibody is bound to the surface of the magnetic nanoparticles to synthesize immunomagnetic nanoparticles, the pathogen is mixed. To bind to the antibody of the immunomagnetic nanoparticles.

상기 병원체의 종류는 바이러스, 세균, 진균 등일 수 있고, 본 발명의 실시예와 같이 대장균일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The pathogen may be a virus, bacteria, fungi, or the like, and may be Escherichia coli as in the embodiment of the present invention, but is not limited thereto.

[시료 전처리 자동화 시스템][Sample pre-processing automation system]

본 발명의 미세유체 칩은 시료 전처리 자동화 시스템에 장착되어, 시료의 농축 및 정제를 수행할 수 있는 것으로, 본 발명의 시스템은 시료 저장 카트리지; 상기 시료 저장 카트리지와 연결되는 핀치-솔레노이드 밸브시스템; 상기 밸브시스템에 연결되는 하부모듈; 상기 하부모듈의 상부에 위치하는 상부모듈; 상기 하부모듈에 장착되는 미세유체 칩; 및 상기 미세유체 칩과 연결되는 튜빙연동펌프를 포함할 수 있다. The microfluidic chip of the present invention is mounted on an automated sample pretreatment system to perform concentration and purification of a sample. The system of the present invention includes a sample storage cartridge; A pinch-solenoid valve system connected to the sample storage cartridge; A lower module connected to the valve system; An upper module positioned above the lower module; A microfluidic chip mounted on the lower module; And a tubing interlocking pump connected to the microfluidic chip.

- 시료 저장 카트리지Sample storage cartridge

본 발명의 시료 저장 카트리지는, 시료(Sample), 용해 완충액(lysis buffer), 용출 완충액(elution buffer), 세척 완충액(washing buffer) 등이 저장될 수 있는 카트리지 형태의 시료 저장 부분으로, 시스템 기구물에 탈 부착 가능한 형태이다.The sample storage cartridge of the present invention is a sample storage portion in the form of a cartridge in which a sample, a lysis buffer, an elution buffer, a washing buffer, and the like may be stored. Detachable form.

상기 시료 저장 카트리지는 핀치-솔레노이드 밸브 시스템에 연결된다.The sample storage cartridge is connected to a pinch-solenoid valve system.

- 핀치-솔레노이드 밸브시스템-Pinch-Solenoid Valve System

상기 시료 저장 카트리지와 연결되는 핀치-솔레노이드 밸브 시스템은 솔레노이드 플런지 압박에 의해 유체 시료의 흐름을 제어할 수 있는 것으로, 미세유체 칩이 장착되는 하부모듈과 연결될 수 있다.The pinch-solenoid valve system connected to the sample storage cartridge can control the flow of the fluid sample by the solenoid plunge press, and can be connected to the lower module on which the microfluidic chip is mounted.

- 하부모듈-Lower module

상기 하부모듈은 상기 밸브시스템과 연결된 것으로, 영구자석 및 전동모터가 구비되어, 미세유체 칩을 시스템에 고정하는 역할과, 미세유체 칩 내 챔버의 시료를 농축하고 mixing하는 역할을 수행할 수 있다.The lower module is connected to the valve system, and is provided with a permanent magnet and an electric motor, and may serve to fix the microfluidic chip to the system and to concentrate and mix a sample of the chamber in the microfluidic chip.

상기 영구자석의 1축 구동을 통해 농축 및 정제기술을 자동화할 수 있다.The single-axis drive of the permanent magnet can automate the concentration and purification technology.

-상부모듈Upper module

상기 상부 모듈은 상기 하부모듈의 상부에 위치하는 것으로, 하부모듈에 장착된 미세유체 칩에 주입된 자성 실리카 입자에서 핵산이 잘 분리될 수 있도록 히터가 구비된다. 상기 히터의 양 말단에는 필름 밸브의 개폐를 조절할 수 있는 필름 밸브 액츄에이터가 구비된다.The upper module is positioned above the lower module, and is provided with a heater so that nucleic acids can be separated from the magnetic silica particles injected into the microfluidic chip mounted on the lower module. Both ends of the heater are provided with a film valve actuator that can control the opening and closing of the film valve.

- 튜빙연동펌프-Tubing linked pump

본 발명에서 하부 모델에 장착된 미세유체 칩에는 튜빙연동펌프가 설치되는 것이며, 상기 펌프에 의해 유체 시료 및 완충액 등의 자동 수송을 가능하게 할 수 있다. 상기 튜빙연동펌프는 0.1 내지 2.5 mL/min으로 유체의 흐름을 제어 가능하다.In the present invention, the microfluidic chip mounted on the lower model is provided with a tubing interlocking pump, and the pump may enable automatic transport of fluid samples, buffers, and the like. The tubing interlocking pump is capable of controlling the flow of fluid at 0.1 to 2.5 mL / min.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.

[실시예 1. 농축-정제용 미세유체 칩의 제조]Example 1 Preparation of Concentrated-Refined Microfluidic Chips

농축-정제용 미세유체 칩을 도 3에 따라 제조하였다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 폴리에틸렌 소재의 하판 및 상판 사이에 폴리이미드 소재의 채널형성용 기판을 적층해준 후, PVC 소재의 주입구 부분과 출구 부분을 형성하였고, 그 위에 챔버의 양말단에 필름밸브(챔버-밸브)를 형성하고 챔버 덮개를 적층하여 메인 디바이스 부분을 제조하였다. 이후 메인 디바이스를 상부프레임 및 하부프레임으로 하우징해주었다.Concentrated-purified microfluidic chips were prepared according to FIG. 3. As shown in FIG. 3, after the polyimide channel forming substrate was laminated between the lower plate and the upper plate of the polyethylene material, an inlet and an outlet part of the PVC material were formed, and a film valve was formed on the sock end of the chamber. Chamber-valve) and chamber lids were stacked to make the main device portion. The main device was then housed in the upper and lower frames.

상기 상부프레임 및 하부프레임의 형태는 도 4a에 나타낸 것 같이, 상부프레임에는 시료저장 카트리지의 튜빙 펌프와 연결되는 튜빙 연결부가 형성되었고, 하부프레임에는 정제 챔버 부분이 고정될 수 있도록 오목하게 홈을 형성하였고, 상부프레임 및 하부프레임에 핵산정제 시스템에 고정될 수 있는 Align홀과 진동모터 연결구멍을 형성해주었다.As shown in FIG. 4A, the upper frame and the lower frame have a tubing connection portion connected to the tubing pump of the sample storage cartridge, and the lower frame has a recessed recess to fix the portion of the purification chamber. The upper and lower frames were formed with alignment holes and vibration motor connecting holes that can be fixed to the nucleic acid purification system.

이후 도 4b에 나타낸 것과 같이 하부프레임에 메인 디바이스를 적층한 후 상부 프레임을 적층하여 조립해주었다. 상기 조립된 미세유체 칩은 도 4c에 나타낸 것과 같다.Thereafter, as shown in FIG. 4B, the main device was laminated to the lower frame, and then the upper frame was laminated and assembled. The assembled microfluidic chip is as shown in Figure 4c.

본 실시예 1에서는 Polyethylene terephthalate (PET), Polyvinyl chloride (PVC), Polyimide (PI)의 얇은 플라스틱 필름을 이용하여 필요한 형상을 cutting하여 적층구조로 제작하였고, 아크릴 재질의 상, 하판 케이스를 조립한 것을 이용하였다. 상기 미세 유체칩은 4개의 미세채널, 1개의 병원체 농축-핵산 정제 챔버, 4개의 주입구와 2개의 채널 밸브, 시스템 스테이지 고정을 위한 6개의 hole 부분, 믹서 및 세균 용해를 위한 진동을 전달하기 위한 진동모터와의 접촉부분인 1개 hole 구조 그리고 케이스 조립을 위한 8개의 작은 hole로 구성되어있다. 2개의 입구와 2개의 출구는 각각 시료주입구, 공기주입구, 불순물출구, 정제 핵산 출구로 이루어지며, 각 미세 채널은 폭 1 mm, 높이 100 μm이며, 농축-핵산 정제 챔버는 중앙의 큰 직사각형(높이 800 μm, 길이, 13.3 mm, 폭 3 mm)과 양 옆에 사다리꼴 형태(높이 800 μm, 짧은 길이 1 mm, 큰 길이 3 mm, 두 변 사이 길이 2 mm)와 직사각형이 합쳐진 형상이며 40 μL의 부피로 설계하여 제작된 것이다.In Example 1, a thin plastic film made of polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), and polyimide (PI) was cut to form a laminated structure, and an upper and lower case made of acrylic was assembled. Was used. The microfluidic chip has four microchannels, one pathogen enrichment-nucleic acid purification chamber, four inlets and two channel valves, six hole sections for fixing the system stage, a mixer and vibrations for transmitting vibrations for bacterial dissolution. It consists of a one-hole structure that is in contact with the motor and eight small holes for case assembly. The two inlets and two outlets consist of a sample inlet, an air inlet, an impurity outlet, and a purified nucleic acid outlet. Each microchannel is 1 mm wide and 100 μm high, and the enrichment-nucleic acid purification chamber has a large rectangular center (height). 800 μm, length, 13.3 mm, width 3 mm), a rectangular trapezoidal shape (800 μm in height, short 1 mm in length, 3 mm in length, 2 mm in length between two sides) and a rectangle with a volume of 40 μL It is designed and manufactured as.

[실시예 2. 시료 전처리 자동화 시스템의 구성]Example 2 Configuration of Automated Sample Preparation System

본 실시예에서는 실시예 1에서 제작한 미세유체 칩이 연결되는 시료 전처리 자동화 시스템을 제작하였다. 본 발명에서 사용하는 시스템의 구성은 도 5에 나타내었는데, 도 5a에 나타낸 것과 같이 크게 시료가 저장되는 시료 저장 카트리지, 핀치-솔레노이드 밸브시스템, 디바이스 스테이지 및 히터, 튜빙연동펌프로 이루어지는 것이다. 도 5b에 나타낸 것과 같이 미세유체 칩을 디바이스 스테이지 부분에 올려 고정해주었다. 상기 시스템을 케이싱한 외부 사진을 도 6a에 나타내었다. 도 6a에 나타낸 것과 같이 상부모듈과 하부모듈을 포함하고 있으며 상기 상부 모듈은 디바이스 스테이지 및 히터를 포함하고, 하부모듈은 진동모터와 영구자석을 포함하도록 제작하였다, 시스템의 내부 구조는 도 6b에 나타낸 것과 같이, 상부모듈 및 하부모듈이 형성된 케이스의 안쪽에 핀치-솔레노이드 밸브와 상기 밸브와 연결되는 시스템 파워서플라이를 포함하도록 하였고, 샘플의 이송 및 유체를 제어할 수 있는 튜빙펌프를 구비하였으며, 상기 시스템의 구동 시 발생하는 열을 식힐 수 있도록 했다. 상기 상부모듈과 하부모듈은 도 6c에 더 상세하게 나타내었다.In this example, the sample pretreatment automation system to which the microfluidic chip manufactured in Example 1 is connected was manufactured. The configuration of the system used in the present invention is shown in FIG. 5, which is composed of a sample storage cartridge, a pinch-solenoid valve system, a device stage and a heater, and a tubing interlocking pump in which a sample is largely stored as shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 5B, the microfluidic chip was mounted on the device stage and fixed. An external photograph of the casing of the system is shown in FIG. 6A. As shown in FIG. 6A, the upper module and the lower module are included. The upper module includes a device stage and a heater, and the lower module is manufactured to include a vibration motor and a permanent magnet. The internal structure of the system is illustrated in FIG. 6B. As described above, a pinch-solenoid valve and a system power supply connected to the valve are included inside the case in which the upper module and the lower module are formed, and a tubing pump capable of controlling the transfer and fluid of the sample is provided. Cool the heat generated when driving. The upper module and the lower module are shown in more detail in FIG. 6c.

구동되는 시스템의 상면을 도 7a에 나타내었으며, 도 7a와 같이 시료 저장부를 시스템 좌측에 위치시켜 시료가 담긴 시린지를 거치할 수 있도록 하였고, 핀치-솔레노이드 밸브를 통해 채널에서 유체의 흐름을 조절할 수 있도록 하였다. 상기 튜빙펌프에는 유체 이송 공기 주입 튜브를 연결시켜 유체 시료를 미세유체 칩에 전달하거나 버퍼 용액 등을 자동 수송할 수 있도록 하였다. 또한 시스템의 우측면을 도 7b에 나타내었고, 제작된 시스템의 모식도는 도 8에 나타내었다.The upper surface of the driven system is shown in FIG. 7A. As shown in FIG. 7A, the sample reservoir is positioned on the left side of the system so that the syringe containing the sample can be mounted, and the pinch-solenoid valve can control the flow of fluid in the channel. It was. The tubing pump was connected to a fluid transfer air injection tube to transfer a fluid sample to the microfluidic chip or to automatically transport a buffer solution. Also, the right side of the system is shown in FIG. 7B, and a schematic diagram of the manufactured system is shown in FIG. 8.

[실시예 3. 시료 전처리]Example 3. Sample Preparation

실시예 1에서 제작된 미세유체 칩을 실시예 2의 시스템에 고정하여 챔버 부분 하단에 영구자석이 위치하도록 하였다. 상기 미세유체 칩은 z-section 방향으로 1축 제어로 이동이 가능하다. 칩의 주입구는 튜빙과 연결되며 모든 시료는 튜빙 펌프와, 핀치-솔레노이드 밸브, 필름 밸브에 의해 제어해주었다. 핵산 정제에 필요한 65℃의 온도유지를 위해서 챔버 상단부에 위치한 히터를 작동시켜 주었고, 시스템 하우징 부분과 탈부착이 가능한 4개의 부분으로 구성되는 시료저장 카트리지에는 병원체-면역자성나노입자 혼합시료, lysis-binding buffer, washing buffer, elution buffer를 채워주었다.The microfluidic chip manufactured in Example 1 was fixed to the system of Example 2 so that the permanent magnet was located at the bottom of the chamber part. The microfluidic chip can be moved by one-axis control in the z-section direction. The inlet of the chip is connected to the tubing and all samples are controlled by the tubing pump, pinch-solenoid valve and film valve. The heater located at the top of the chamber was operated to maintain the temperature of 65 ℃ necessary for nucleic acid purification.The sample storage cartridge, which consists of the system housing part and the removable part, was equipped with a pathogen-immune nanoparticle mixed sample, lysis-binding. Buffer, washing buffer, elution buffer was filled.

시료 전처리 과정은 도 9에 나타내었다. 병원체 농축, 불순물 제거를 위한 washing, 핵산 정제 및 추출 과정으로 진행되는 것으로, 먼저 자성나노입자의 표면에 항체를 결합시킨 면역자성나노입자를 합성 후 병원체가 들어있는 시료와 혼합하였고, 이 때 시료의 병원체는 자성나노입자 표면의 항체와 결합하는 것이다. 본 실시예에서 병원체는 대장균 O157:H7 균주를 사용하였다.Sample pretreatment is shown in FIG. 9. Pathogen concentration, washing to remove impurities, nucleic acid purification and extraction process. First, immunomagnetic nanoparticles having an antibody bound to the surface of magnetic nanoparticles are synthesized and mixed with a sample containing a pathogen. Pathogens bind to antibodies on the surface of magnetic nanoparticles. In this example, the Escherichia coli strain O157: H7 was used.

이 후 챔버에 핵산과 결합이 가능한 자성실리카 비드를 충진 시킨 후 병원체 농축 과정을 진행하였다. 상기 병원체-면역자성나노입자가 들어있는 시료를 시료저장 카트리지에서 튜빙 펌프를 이용하여 2 mL/분의 유량으로 주입시켰고, 영구자석의 자기장에 의해 농축과정을 진행해주었다. 최종적으로 20 μL 시료 내에 병원체-면역자성나노입자가 존재하도록 하였다.After the magnetic silica beads that can be combined with the nucleic acid in the chamber was filled, the pathogen concentration process was performed. The sample containing the pathogen-immunomagnetic nanoparticles was injected at a flow rate of 2 mL / min using a tubing pump from the sample storage cartridge, and the concentration process was performed by the magnetic field of the permanent magnet. Finally, pathogen-immunogenic nanoparticles were present in 20 μL sample.

다음으로 50 μL의 lysis-binding buffer를 챔버로 주입한 후 필름 밸브로 막아주었고, 5분 동안 진동모터를 이용하여 병원체로부터 핵산 추출이 원활하게 되도록 하였다. 핵산은 추출됨과 동시에 lysis-binding buffer의 cation bridge로 인해 챔버 내 충진 된 자성실리카입자와 결합되었고, washing을 통해 챔버 내 lysis-binding buffer를 모두 제거한 후, 40 μL의 RNase free water (elution buffer)를 주입하였다. Next, 50 μL of lysis-binding buffer was injected into the chamber and blocked with a film valve, and nucleic acid extraction from the pathogen was smoothly performed using a vibration motor for 5 minutes. The nucleic acid was extracted and bound to the magnetic silica particles filled in the chamber due to the cation bridge of the lysis-binding buffer. After washing all the lysis-binding buffer in the chamber, 40 μL of RNase free water (elution buffer) was removed. Injected.

이 후 히터로 65℃로 10분 동안 챔버를 가열해준 후, 핵산을 자성실리카입자에서 분리시켜주었다. 이후 40 μL 내의 농축된 병원체의 핵산 샘플을 수득하였다.Thereafter, the chamber was heated at 65 ° C. for 10 minutes with a heater, and the nucleic acid was separated from the magnetic silica particles. Then nucleic acid samples of concentrated pathogens were obtained in 40 μL.

상기 수득된 샘플에 대하여, 대장균 O157:H7 균주의 농축 전의 원시료와 병원체 농축 및 핵산 정제 후 미세유체 칩에서 얻어진 시료(농축-핵산 정제액)를 핵산 증폭 기법 (PCR) 을 거쳐 젤 전기영동을 통해 비교하여 도 10에 나타내었다(M : DNA 100 bp marker, 103-1 : 103-1 CFU/mL 농도의 대장균 O157:H7 시료).With respect to the obtained sample, gel electrophoresis was carried out using a raw material before concentration of E. coli O157: H7 strain, a sample obtained from a microfluidic chip after concentration of pathogens and nucleic acid purification (concentration-nucleic acid purification liquid) through nucleic acid amplification technique (PCR). The comparison is shown in Figure 10 (M: DNA 100 bp marker, 10 3 -1: 10 3 -1 E. coli O157: H7 sample concentration of CFU / mL).

그 결과 도 10에서 확인할 수 있는 것과 같이, 핵산 증폭 기술을 이용해 검출이 불가능한 102-1 CFU/mL 농도에서 온칩 세균 농축 및 핵산 정제 후 검출되는 것을 확인할 수 있다.As a result, as can be seen in Figure 10, using a nucleic acid amplification technology can be confirmed that the detection after on-chip bacterial enrichment and nucleic acid purification at a concentration of 10 2 -1 CFU / mL that can not be detected.

또한, 대장균 O157:H7 균주의 농축 전의 원시료와 병원체 농축 및 핵산 정제 시스템에서 얻어진 시료(농축-정제액)를 정량적 핵산 증폭 기술(quantitative PCR)을 이용하여 농축 및 정제 효과를 확인한 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11에서 확인할 수 있는 것과 같이, 농축-정제 과정을 거친 시료에서 더 높은 형광세기가 관찰되어, 농축-정제 과정을 통해 병원체의 농축이 효율적으로 이루어진 것을 알 수 있었다.In addition, the results obtained by confirming the effect of enrichment and purification of the raw material before the concentration of the E. coli O157: H7 strain and the sample obtained from the pathogen concentration and nucleic acid purification system (concentration-refining solution) using quantitative nucleic acid amplification technology (quantitative PCR). Shown in As can be seen in Figure 11, higher fluorescence intensity was observed in the sample subjected to the concentration-purification process, it can be seen that the concentration of the pathogen was efficiently achieved through the concentration-purification process.

또한 상기 원시료 및 상기 농축-정제를 거친 시료의 핵산 증폭 시작점(Cq value)을 분석한 결과, 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 원시료에 비하여 현저히 낮은 수준의 Cq value를 보여, 본 발명의 농축 및 정제 방법이 우수한 핵산정제 효과를 보인다는 것을 확인하였다.In addition, as a result of analyzing the nucleic acid amplification starting point (Cq value) of the raw material and the sample subjected to the concentration-purification, as shown in Table 1 below, it shows a significantly lower level of Cq value as compared to the raw material. It was confirmed that the purification method showed an excellent nucleic acid purification effect.

농도 (CFU/mL)Concentration (CFU / mL) 원시료 (Cq)Raw Material (Cq) 농축-정제액(Cq)Concentrated-Refined Liquid (Cq) 103 10 3 30.8230.82 24.0224.02 102 10 2 35.2235.22 27.7427.74 1010 42.5342.53 28.9728.97 1One -- 30.7030.70

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (9)

시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템으로서,
상기 전처리 시스템은 시료 저장 카트리지; 상기 시료 저장 카트리지와 연결되는 핀치-솔레노이드 밸브 시스템; 상기 밸브 시스템에 연결되는 하부모듈; 상기 하부모듈의 상부에 위치하는 상부모듈; 상기 하부모듈에 장착되는 미세유체 칩; 및 상기 미세유체 칩과 연결되는 튜빙연동펌프를 포함하며,
상기 시료 저장 카트리지는 시료 및 완충액을 저장하기 위한 복수개의 카트리지를 포함하고 있으며,
상기 전처리 시스템은 시료의 농축 및 정제가 자동화로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
A pretreatment system for concentrating and purifying samples,
The pretreatment system comprises a sample storage cartridge; A pinch-solenoid valve system in communication with said sample storage cartridge; A lower module connected to the valve system; An upper module positioned above the lower module; A microfluidic chip mounted on the lower module; And a tubing interlocking pump connected to the microfluidic chip,
The sample storage cartridge includes a plurality of cartridges for storing a sample and a buffer,
The pretreatment system is characterized in that the concentration and purification of the sample is automated, the pretreatment system for the concentration and purification of the sample.
제1항에 있어서,
상기 시료는 병원체; 및 표면에 항체가 결합된 자성나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 1,
The sample is a pathogen; And magnetic nanoparticles having an antibody bound to the surface thereof, the pretreatment system for concentrating and purifying a sample.
제1항에 있어서,
상기 시료 저장 카트리지는 시료, 용해 완충액, 용출 완충액 및 세척 완충액을 저장하고 있는 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 1,
The sample storage cartridge is characterized in that for storing the sample, lysis buffer, elution buffer and wash buffer, the pretreatment system for the concentration and purification of the sample.
제1항에 있어서,
상기 하부모듈은 영구자석 및 전동모터가 구비된 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 1,
The lower module is characterized in that the permanent magnet and the electric motor is provided, the pretreatment system for the concentration and purification of the sample.
제1항에 있어서,
상기 상부모듈은 히터 및 미세유체 칩의 필름 밸브를 작동시키는 필름 밸브 액츄에이터가 구비된 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 1,
The upper module is provided with a film valve actuator for operating the film valve of the heater and the microfluidic chip, the pretreatment system for the concentration and purification of the sample.
제1항에 있어서,
상기 미세유체 칩은 기판; 상기 기판 상에 형성되는 시료 주입구; 시료의 이동 경로를 형성하는 채널; 상기 채널에 연결된 정제 챔버; 상기 정제 챔버에서 제거된 불순물이 빠져나가는 불순물 제거 출구; 상기 채널에 공기가 주입되는 공기 주입구; 및 상기 정제 챔버에서 정제된 시료가 빠져나가는 정제 핵산 출구를 구비한 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 1,
The microfluidic chip is a substrate; A sample injection hole formed on the substrate; A channel forming a movement path of the sample; A purification chamber connected to the channel; An impurity removal outlet through which impurities removed from the purification chamber are discharged; An air inlet through which air is injected into the channel; And a purified nucleic acid outlet through which the purified sample exits the purification chamber.
제6항에 있어서,
상기 정제 챔버의 양말단에는 필름밸브가 구비된 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 6,
The sock end of the purification chamber is characterized in that the film valve is provided, the pretreatment system for the concentration and purification of the sample.
제6항에 있어서,
상기 정제 챔버의 하부에 영구자석이 구비된 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 6,
A permanent magnet is provided at the bottom of the purification chamber, the pretreatment system for the concentration and purification of the sample.
제6항에 있어서,
상기 미세유체 칩은 진동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시료의 농축 및 정제를 위한 전처리 시스템.
The method of claim 6,
The microfluidic chip further comprises a vibration motor, the pretreatment system for the concentration and purification of the sample.
KR1020180001511A 2018-01-05 2018-01-05 Pretreatment system for concentration and purification of samples KR102053404B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180001511A KR102053404B1 (en) 2018-01-05 2018-01-05 Pretreatment system for concentration and purification of samples

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180001511A KR102053404B1 (en) 2018-01-05 2018-01-05 Pretreatment system for concentration and purification of samples

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190083723A KR20190083723A (en) 2019-07-15
KR102053404B1 true KR102053404B1 (en) 2019-12-06

Family

ID=67257688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180001511A KR102053404B1 (en) 2018-01-05 2018-01-05 Pretreatment system for concentration and purification of samples

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102053404B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102336321B1 (en) * 2021-08-09 2021-12-08 주식회사 위드텍 Radioactive waste pretreatment device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101768062B1 (en) * 2017-01-23 2017-08-30 한국과학기술원 Upper module of gene reading device and its operation method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101448911B1 (en) * 2012-01-12 2014-10-13 강릉원주대학교산학협력단 Apparatus for Pretreating Analytes Using Magnetic Particles, Apparatus and Method for Detecting Analytes Using the Same
KR101642785B1 (en) * 2014-03-10 2016-07-28 대한민국 DNA Scanner Comparing And Analyzing Electrochemical Detecting Signal For Identifying Species Or Origin About Fish And Shellfish

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101768062B1 (en) * 2017-01-23 2017-08-30 한국과학기술원 Upper module of gene reading device and its operation method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190083723A (en) 2019-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102027101B1 (en) Microfluidic chip and pretreatment method for concentration and purification of samples
KR101214780B1 (en) Microfluidic devices
KR101951906B1 (en) Unitary biochip providing sample-in to results-out processing and methods of manufacture
JP5063616B2 (en) Microfluidic device
US8557518B2 (en) Microfluidic and nanofluidic devices, systems, and applications
CN1973197B (en) A diagnostic system for carrying out a nucleic acid sequence amplification and detection process
RU2559541C2 (en) Universal system for sample preparing and application in integrated system of analysis
KR20110030415A (en) Universal sample preparation system and use in an integrated analysis system
RU2380418C1 (en) Replaceable microfluid module for automated recovery and purification of nucleic acids from biological samples and method for recovery and purification nucleic acids with using thereof
US20110137018A1 (en) Magnetic separation system with pre and post processing modules
KR20120044918A (en) Nucleic acid purification
CN105734045B (en) A method of the quick multi-pass amount based on micro-fluidic chip extracts blood sample DNA
US10704074B2 (en) Method for detecting organisms in a diluted sample
RU84381U1 (en) DEVICE FOR AUTOMATED ISOLATION OF NUCLEIC ACIDS
KR102053404B1 (en) Pretreatment system for concentration and purification of samples
WO2005008209A2 (en) Device for separating biological component and method of separating biological component with the use thereof
US20230044516A1 (en) Universal assay cartridge and methods of use
KR101915675B1 (en) ultra-fast device for the extraction of nucleic acids, and the method for the extraction of nucleic acids using the same
Lim et al. Chemical cell lysis system applicable to lab-on-a-disc
Karle et al. A novel microfluidic platform for continuous DNA extraction and purification using laminar flow magnetophoresis
US20210340595A1 (en) Blood Sample Processing and Nucleic Acid Amplification Systems, Devices, and Methods
Karle Microfluidic Continuous Nucleic Acid Extraction

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant