KR102110647B1 - 대용량 샘플로부터 핵산을 추출하는 방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템 - Google Patents

대용량 샘플로부터 핵산을 추출하는 방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대용량 샘플로부터 핵산 또는 다양한 생물학적 물질을 추출 또는 정제하기 위한 방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템에 관한 것으로 자석취부봉(10) 하단에 자석(11)의 양극이 노출되도록 가로방향으로 자석(11)을 설치하고, 대용량의 샘플을 처리할 수 있도록 길게 형성된 바인딩(Binding) 용기(33)를 갖는 카트리지(30)를 이용하여 자석취부봉(10)과 자석커버(20)는 상하로 수직운동시키고 카트리지(30)는 앞뒤로 수평운동시키면서 바인딩(Binding)하도록 하거나 카트리지(30)는 고정된 상태에서 상기 자석취부봉(10)과 자석커버(20)를 상하 수직운동 및 전후 수평운동시켜 바인딩(Binding)하도록 하여 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착과 일루팅(Eluting)이 용이하도록 카트리지(30)의 형상을 고안한 것을 특징으로 한다.

Description

대용량 샘플로부터 핵산을 추출하는 방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템{Nucleic acid Extraction System and Nucleic acid Extraction Method from Large Volume Sample}
본 발명은 핵산추출방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템에 관한 것으로 자석(11)의 양극이 노출되도록 자석취부봉(10) 하단에 자석(11)을 가로 방향으로 설치하고, 대용량의 샘플을 처리할 수 있도록 길게 형성된 바인딩(Binding) 용기(33)를 갖는 카트리지(30)를 이용하여 자석취부봉(10)과 자석커버(20)는 상하로 수직운동시키고 카트리지(30)는 앞뒤로 수평운동시키면서 바인딩(Binding)하도록 하거나 카트리지(30)는 고정된 상태에서 상기 자석취부봉(10)과 자석커버(20)를 상하 수직운동 및 전후 수평운동시켜 바인딩(Binding)하도록 하여 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착과 일루팅(Eluting)이 용이하도록 카트리지(30)의 형상을 고안한 것을 특징으로 하는 핵산추출 방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템을 제공한다.
인체의 조직, 혈액 등 다양한 생물학적 시료로부터 핵산이나 생물학적 물질을 추출 또는 정제하기 위한 장치는 의학, 생명공학 등 다양한 분야에서 널리 이용되고 있으며, 최근 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭시켜 유전자의 돌연변이를 검출하는 분자진단방법이 보편화됨에 따라 핵산 또는 다양한 생물학적 물질을 효율적이고 고순도로 분리 또는 정제하기 장치들이 속속 개발되고 있다. 또한, 이러한 장치는 인간뿐만 아니라 동물, 식물, 곤충, 해초류, 미생물, 세균, 진균, 바이러스 등에서 채취한 시료에 대해서도 적용할 수 있다.
핵산 또는 다양한 생물학적 물질들을 추출 또는 정제하기 위해서는 라이시스(Lysis), 바인딩(Binding), 워싱(Washing), 일루팅(Eluting) 등 여러 단계를 거치게 되는 데, 이를 위한 장치를 수동으로 조작하게 제작하면, 사용할 시에 감염의 우려가 있을 뿐만 아니라 분리 또는 정제된 핵산에서 다양한 생물학적 물질들의 양과 품질이 일정하지 않음으로 인해 신뢰성이 저하되는 문제를 야기하여서, 자동화한 장치로도 개발되었다. 이러한 장치들 중에 자동화 장치에 적용하는 데 유리한 방법으로서, 핵산 또는 다양한 생물학적 물질들을 흡착하는 특성을 갖도록 처리된 자성체 물질, 즉 실리카 자성비드(Magnetic Bead) 등을 사용하는 방법이 분자진단분야에 널리 보급되고 있는 실정이다. 최근 혈액을 이용한 액체생검(Liquid Biopsy)이 분자진단에 있어서 유용성이 확인되고 있는 바 2ml ~ 5ml까지의 대용량 샘플에 대한 핵산추출의 필요성이 증가하고 있어서 이에 대한 대응이 절실해지고 있는 상황이다.
자성체 물질 (이하 “자성비드”라 한다)을 사용하는 핵산추출시스템들은 하단에 자석을 설치한 자석취부봉과, 자석취부봉을 상단을 제외하고 덮는 자석커버와, 생물학적 시료로부터 핵산 또는 다양한 생물학적 물질들을 추출하는 데 필요한 시약들이 담겨진 구획된 용기들을 갖는 카트리지, 상기 카트리지들이 장착되는 카트리지 데크(Deck), 상기 구성품들을 핵산추출 프로토콜에 따라 구동시키기 위한 구동장치 및 제어장치들로 구성된다. 복수의 생물학적 시료로부터 핵산 또는 다양한 생물학 물질을 동시 추출 또는 정제하기 위해서는 추출 또는 정제에 필요한 복수의 카트리지들을 장착하고 복수의 자석커버 및 자석취부봉들을 사용하기도 한다.
이와 같이 구성된 핵산추출시스템의 경우 핵산추출단계별로 해당시약이 구획되어 담긴 카트리지의 해당용기에 순서대로 자석취부봉과 자석커버를 상하운동시켜 자성비드(Magnetic Bead)를 흡착 또는 분산시키면서 핵산추출을 진행하게 된다. 즉, 자성비드(Magnetic Bead)를 흡착할 때는 자석커버에 자석취부봉이 수용된 상태로 상하운동시켜 흡착하고 자성비드(Magnetic Bead)를 시약에 분산시킬 때는 자석취부봉이 이탈된 상태에서 자석커버만 상하운동시켜 분산시키게 된다. 이때 자석커버는 자석취부봉의 자석에 시약이 직접적으로 닿지 않도록 하되 자력이 미치도록 비금속재질로 만들어져 있으며 자석의 극에 해당하는 부분의 자석커버 외면에 자성비드(Magnetic Bead)가 모아져서 흡착되고 자석취부봉이 이탈되었을 때는 자력이 사라져 모아져 흡착되었던 자성비드(Magnetic Bead)는 자석커버의 상하운동으로 시약으로 분산된다. 이와 같이 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착과 분산을 반복하면서 단계별로 자성비드(Magnetic Bead)를 옮겨가며 핵산추출이 이루어지는 것이 일반적인 방법이다. 여기서 자성비드(Magnetic Bead)에는 라이시스(Lysis)되어 시약속에 떠도는 핵산 또는 다양한 생물학적 물질들이 바인딩(Binding)될 수 있도록 실리카 등으로 표면 개질되어 있음은 당연하다
그런데, 종래의 핵산추출시스템에 따르면, 자석취부봉 및 자석커버의 크기에 따라 카트리지의 용기 크기가 결정되는 구조이며 대부분의 핵산추출시스템은 적은 용량의 샘플을 기준으로 크기가 결정되어 있기 때문에 핵산추출시스템을 구성하는 카트리지가 허용하는 샘플 기준보다 많은 대용량의 샘플에서 핵산을 추출 하기 위해서는 수동으로 라이시스(Lysis), 바인딩(Binding) 단계까지 진행하고 핵산추출시스템에서 자동으로 워싱(Washing), 일루팅(Eluting) 단계를 진행할 수밖에 없었다.
이러한 경우 수동적 핵산추출 단계에서 샘플간 오염 또는 실험자의 수동적인 추출 방법에 따라 핵산추출 효율 저하, 다수의 샘플 처리에 대한 어려움과 같은 문제를 야기 할 수밖에 없었다.
이러한 방법에서 나타나는 문제점을 해소하기 위해서는 대용량 샘플 용량을 처리가 가능한 크기가 큰 자석취부봉 및 자석커버와 카트리지가 구비된 핵산추출시스템을 사용하여야 하지만, 소량의 샘플에서의 핵산추출의 적용이 어려우며 자동화장치의 슬림화 추세에 역행하는 것이어서 바람직하지 않다.
본 발명은, 기존 핵산추출시스템에서의 장비 폭 슬림화는 유지하면서 대용량의 샘플로부터 핵산 또는 다양한 생물학적 물질들을 추출 또는 정제할 수 있도록 하기 위해 자석의 양극이 노출되도록 자석취부봉 하단에 자석을 가로방향으로 설치하고, 대용량의 샘플을 처리할 수 있도록 길게 형성된 바인딩(Binding) 용기를 갖는 카트리지를 이용하여 핵산추출단계 중, 바인딩(Binding) 단계에서 상기 자석취부봉과 자석커버는 상하로 수직운동시키고 카트리지는 앞뒤로 수평운동시키면서 바인딩(Binding)하도록 하거나 카트리지는 고정된 상태에서 상기 자석취부봉과 자석커버를 상하 수직운동 및 전후 수평운동시켜 바인딩(Binding)하도록 하여 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착이 용이하도록 카트리지의 형상을 고안한 것을 특징으로 하는 핵산추출방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하단에 자석(11)이 구비된 자석취부봉(10), 상기 자석취부봉(10)을 수용하는 자석커버(20), 핵산추출단계에 따른 각각의 시약들이 담겨진 용기들이 일렬로 구획되어 있는 카트리지(30), 상기 카트리지(30)들이 장착되는 카트리지 데크(Deck)(43)를 포함하는 핵산추출시스템에 있어서 하단에 가로로 자석(11)을 설치하여 자석(11)의 양극이 노출되도록 구비된 자석취부봉(10), 하단이 막혀 있고 상단개구(21)를 통해 상기 자석취부봉(10) 삽입이 가능하도록 되어 있는 자석커버(20), 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 상하 수직방향으로 구동하도록 하는 수직구동장치(41)와 상기 카트리지(30) 및 카트리지 데크(Deck)(43)를 전후 수평방향으로 구동하도록 하는 수평구동장치(42)가 설치되어 있어 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)가 상하 수직으로 구동하면서 상기 카트리지(30)가 전후 수평으로 왕복 구동하여 바인딩(Binding)하게 하거나, 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 상하 수직운동 및 전후 수평운동으로 구동하도록 하는 구동장치가 설치되어 있어 상기 카트리지(30)는 고정된 상태에서 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)가 상하 수직으로 구동하면서 전후 수평으로 왕복 구동하여 바인딩(Binding)하게 한 것을 특징으로 하는 핵산추출방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템을 제공한다.
상기 자석취부봉(10)에는 자석(11)의 양극이 노출되도록 가로로 자석(11)이 설치되어 있어서 자석커버(20) 내부로 자석취부봉(10)이 삽입되어 자성비드(magnetic Bead)를 흡착할 때 자석(11)의 양면을 이용하여 흡착이 이루어 지기 때문에 기존 핵산추출시스템에 비해 훨씬 넓은 흡착면적을 갖게 되므로 대용량 샘플 처리시 사용되는 많은 양의 자성비드(Magnetic Bead)를 효율적으로 흡착할 수 있고 흡착된 자성비드(Magnetic Bead)의 두께도 상대적으로 얇게 되어 건조시에도 유리한 장점을 지닌다.
또한 상기 자석취부봉(10)은 자석(11)의 양극으로 형성되는 자력선에 영향을 최소화하기 위해 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, MC나일론, 아세탈 등의 비금속 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 자석취부봉(10)은 다수개의 샘플을 동시에 처리할 경우 다수개의 자석취부봉(10)이 필요한 데 이를 일체형으로 구성할 수도 있지만 조립식으로 구성할 수 있음은 당연하다.
상기 카트리지(30)는 기존의 핵산추출시스템에서와 같이 핵산추출 각 단계에 해당하는 용기가 일렬로 구획되어 있는 형태를 갖지만 대용량 샘플을 처리하기 위해 핵산추출 단계 중 바인딩(Binding) 단계에 해당하는 용기를 길게 형성하여 대용량 샘플을 수용 가능하도록 하였고 바인딩(Binding)시 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 상하 수직운동하면서 카트리지(30)를 전후 수평운동으로 왕복하면서 바인딩(Binding)되도록 하거나, 상기 카트리지(30)는 고정된 상태에서 상기 자석취부봉(10)과 자석커버(20)를 상하 수직운동 및 전후 수평운동시켜 바인딩(Binding)되도록 하는 방법을 이용하여 핵산추출이 가능한 형태로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 카트리지(30)는 보다 많은 대용량 샘플을 수용하기 위해 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 2개 이상 수용 가능하도록 용기의 폭을 넓혀 형성할 수 있으며 이때 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착 및 분산이 용이하도록 자석커버(20)와 인접한 자석커버(20) 사이에 해당하는 위치에 격벽(31)을 형성하는 것이 바람직하다. 이때 격벽(31)의 높이는 핵산추출 각단계에서 격벽(31)으로 인해 각각의 단계에서의 시약이 격리되지 않고 소통될 수 있도록 높이를 낮게 유지할 필요가 있으며 필요에 따라 유로(32)를 형성하는 것이 바람직하다.
또한 상기 카트리지(30)에 상기 자석커버(20)가 수용되었을 때 자석커버(20)가 잠기는 부분에 있어서 시약의 부피가 제한되어 흡착된 자성비드(Magnetic Bead)가 충분히 잠기지 못해 자성비드(Magnetic Bead)를 흡착 또는 분산하기 곤란할 수가 있으므로 용기 내면과 자석커버(20) 외면 사이의 틈새를 관리하여 자석커버(20) 외면에 흡착된 자성비드(Magnetic Bead)가 충분히 잠기도록 하여야 하며 특히 일루팅(Eluting) 시약은 핵산 등을 농축해야 하는 필요성에 따라 통상 100ul 정도의 미량을 사용하는 것이 일반적이라 상기 카트리지(30)의 구획된 용기중 일루팅(Eluting) 단계에 해당하는 용기의 내면과 자석커버(20)의 외면간의 틈새는 1mm 이내인 것이 바람직하며 더 바람직하게는 0.5mm 이내인 것이 적절하다
상기 자석커버(20)는 자석취부봉(10)에 설치된 자석(11)을 시약으로부터 보호하는 목적으로 사용되므로 자석커버(20)의 두께는 자력에 영향을 미쳐 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착에 영향을 줄 수 있음으로 자성비드(Magnetic Bead)가 흡착되는 하단 부분만이라도 0.5mm 정도로 가능한 한 얇게 유지하는 것이 바람직하며 자력에 미치는 영향을 최소화하기 위해 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, MC나일론, 아세탈 등 비금속 재질을 사용하는 것이 일반적이다
상기 카트리지 데크(Deck)(43)는 상기 카트리지(30)가 장착되는 용도로 필요에 따라 다수 개 장착하여 동시에 처리할 수 있도록 장착수단이 구비되어 있으나 이는 이 분야 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 구현할 수 있기에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)의 구동장치(41)나 카트리지 데크(Deck)(43)의 구동장치(42)는 타이밍벨트 구동방식 또는 볼스크류 구동방식 등 통상의 직선운동 구동장치로 용이하게 구현할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다
상기와 같이 구성된 본 발명은 기존의 핵산추출시스템에서 장비의 폭을 유지하면서 카트리지(30) 변경만으로 소량의 샘플에서 대량의 샘플까지 핵산을 추출할 수 있으며 액체생검(Liquid Biopsy)에서와 같이 대용량 샘플로부터 핵산 또는 다양한 생물학적 물질 추출 또는 정제가 필요할 경우 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착 효율을 극대화하고 고순도의 핵산을 획득할 수 있는 핵산 추출 방법 및 이를 이용한 핵산추출시스템을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 소량의 샘플부터 대용량의 샘플까지 자동화 장치에서 핵산을 추출할 수 있기 때문에 수동의 대용량 샘플의 핵산 추출 처리에서 나타날 수 있는 샘플의 교차오염, 실험자의 핸들링의 문제로 인한 추출 효율 저하의 문제를 근본적으로 차단할 수 있다
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 핵산추출시스템의 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 설치되는 자석취부봉(10), 자석커버(20) 및 용량별 카트리지(30)를 다수개 도시한 사시도.
도 3은 도 2에 도시한 용량별 카트리지(30)를 나타난 평면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 수직방향의 상하운동을 하는 자석취부봉(10) 및 자석커버(20), 일렬로 구획되어 핵산추출단계별로 해당시약이 각각 담겨진 용기들로 구성된 카트리지(30)를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자석취부봉(10)을 나타난 정면도 와 측면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 일루팅(Eluting) 단계를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 2쌍의 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)가 수용되는 카트리지(30)를 갖는 경우에 대한 일루팅(Eluting) 단계의 단면도.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 핵산추출시스템을 도시한 사시도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 설치되는 자석취부봉(10), 자석커버(20) 및 용량별 카트리지(30)를 다수개 도시한 사시도 이다.
도 3은 도 2에 도시한 용량별 카트리지(30)를 나타난 평면도 이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 수직방향의 상하운동을 하는 자석취부봉(10) 및 자석커버(20), 일렬로 구획되어 핵산추출단계별로 해당시약이 각각 담겨진 용기들로 구성된 카트리지(30)를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석취부봉(10)을 나타난 정면도 및 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 일루팅(Eluting) 단계를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 2쌍의 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)가 수용되는 카트리지(30)를 갖는 경우에 대한 일루팅(Eluting) 단계의 단면도이다.
도 1내지 도 7을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산추출시스템은 생물학적 시료에서 핵산 또는 다양한 생물학적 물질을 추출 또는 정제하는 데 사용하게 하는 핵산추출장치(40)로서, 베이스(44) 상에 핵산추출단계별로 구획된 용기에 해당시약들이 일렬로 담겨진 카트리지(30)가 장착되는 카트리지 데크(Deck)(43)를 전후 수평방향으로 구동 가능하게 하는 수평구동장치(42)가 설치되어 있으며 카트리지(30) 내에서 라이시스(Lysis) 및 바인딩(Binding), 워싱(Washing), 일루팅(Eluting)을 단계적으로 수행하게 하는 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 상하 수직방향으로 구동 가능하게 하는 수직구동장치(41)가 설치되어 있다.
다른 일실시예로 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 상하 수직운동시키는 구동장치가 장착된 지지대(45)를 전후 수평운동으로 구동하도록 하고 카트리지(30)가 장착된 카트리지 데크(43)를 고정하도록 변형하여 상기 카트리지(30) 내에서 라이시스(Lysis) 및 바인딩(Binding), 워싱(Washing), 일루팅(Eluting)을 단계적으로 수행할 수 있도록 상기 카트리지(30)는 고정된 상태에서 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)가 상하 수직으로 구동하면서 전후 수평으로 구동할 수 있도록 할 수 있으며 이는 자석취부봉(10)과 자석커버(20)를 카트리지(30) 내의 구획된 각각의 용기에 순차적으로 삽탈하면서 반복적으로 구동하여 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착과 분산을 일으켜 핵산 등을 추출하는 과정을 볼 때 앞에서의 일실시예와 동일한 기술적 사상을 갖는 것으로 이 분야 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 구현할 수 있음으로 도면 등은 생략하였으며 이후 설명에서는 앞에서의 일 실시예에 따라 자세히 설명하기로 한다.
상기 수직구동장치(41)와 수평구동장치(42)들은 통상적으로 사용되는 제어용 모터를 이용하여 타이밍벨트나 볼스크류(Ball Screw)를 이용하여 용이하게 구현할 수 있으며 직선운동을 위해 LM 가이드나 볼부쉬(Ball Bush)를 이용하여 가이드 되도록 구성하는 것이 보편적이다.
이와 같이 구성되는 핵산추출시스템에 대한 이해를 돕기 위해서, 사용 방법을 일례로 설명한다.
먼저 도 2에서 나타난 카트리지(30)와 같이 카트리지(30)는 라이시스(Lysis)와 바인딩(Binding)을 위한 바인딩(Binding) 용기(33), 자성비드(Magnetic Bead)가 들어있는 자성비드(Magnetic Bead) 용기(34), 핵산 등을 세정하기 위한 워싱(Washing)을 위한 제1워싱(Wasing) 용기(35), 제2워싱(Wasing) 용기(36), 최종적으로 핵산 등을 용리하기 위한 일루팅(Eluting)용기(37) 등으로 일렬로 구획되어 형성되어 있고 각각의 용기에 해당시약들이 담겨져 있다. 여기서 워싱(Wasing) 용기는 필요에 따라 한두개 더 추가할 수도 있으며 자석커버(20)를 설치하기 위한 용기도 추가할 수 있다.
핵산 등을 추출 또는 정제하기 위해서는 생물학적 시료를 카트리지(30)에 형성된 바인딩(Binding) 용기(33)에 소정량을 분주한다. 도 2에서와 같이 앞에서 준비한 카트리지(30)를 카트리지 데크(Deck)(43)에 다수 개 장착하여 동시에 다수 개의 시료로 부터 핵산 등을 추출 또는 정제할 수 있다.
다음으로 자성비드(Magnetic Bead)를 바인딩(Binding) 용기(33)에 투입하기 위해 먼저 자성비드(Magnetic Bead) 용기(34)에 자석커버(20)를 삽입후 상하 구동시켜 분산시킨 후 자석취부봉(10)을 자석커버(20)에 삽입하여 자성비드(Magnetic Bead)를 자석커버(20) 외면에 흡착시켜 서서히 상승시킨다.
이 상태에서 카트리지 데크(Deck)(43)를 수평방향으로 움직여 바인딩(Binding) 용기(33)에 상기 자석커버(20)와 자석취부봉(10)을 투입시킨 후 자석취부봉(10) 만을 상승시키면 자석커버(20) 외면에 흡착된 자성비드(Magnetic Bead)들은 흡착력을 상실하게 되고 바인딩(Binding) 용기(33)내에서 분산 가능한 상태가 된다. 이 상태로 자석커버(20)만을 일정시간 상하운동시키며 카트리지(30)를 전후로 왕복운동 시키게 되면 생물학적 시료들은 기계적, 화학적으로 라이시스(Lysis)되게 되고 핵산 등 생물학적 물질들이 자성비드(Magnetic Bead)와 바인딩(Binding)되는 반응이 이루어진다. 충분한 시간 경과후 자성비드(Magnetic Bead)에 결합된 핵산 등 생물학적 물질을 추출하기 위해 자석커버(20)내에 자석취부봉(10)을 삽입한후 앞에서와 같이 상하운동시키면서 전후로 카트리지(30)를 수평운동시키면 바인딩(Binding) 용기(33)내의 자성비드(Magnetic Bead)들은 자석커버(20)의 외면에 흡착되게 된다. 이렇게 흡착된 상태로 자석커버(20)와 자석취부봉(10)을 함께 상승시킨 후 카트리지 데크(Deck)(43)를 전후 수평운동시켜 제1워싱(washing) 용기(35)를 위치시킨 후 자석커버(20)와 자석취부봉(10)을 제1워싱(washing) 용기(35)에 삽입하여 자성비드(Magnetic Bead)를 투입한다. 이 상태에서 자석취부봉(10)만 상승시키면 앞에서 기술한 바 와 같이 자성비드(Magnetic Bead)들은 제1워싱(Washing) 용액(35)에 분산 가능하도록 된다.
이 상태에서 자성비드(Magnetic Bead)들을 충분히 분산시켜 세정되도록 자석커버(20)를 소정시간 동안 상하구동시킨 후 자석취부봉(10)을 삽입하여 자성비드(Magnetic Bead)를 흡착시켜 서서히 자석커버(20)와 자석취부봉(10)을 상승시키면 자성비드(Magnetic Bead)들이 자석커버(20) 외면 흡착된 상태로 제1워싱(Washing) 용기(35) 밖으로 나오게 된다.
마찬가지로 제2워싱(Washing) 및 제3워싱(Washing) 단계는 앞에서 상술한 바와 같이 앞에서의 과정을 반복적으로 수행하여 불필요한 이물질들을 세정가능하고 순수한 핵산 등 생물학적 물질들이 자성비드(Magnetic Bead)에 흡착된 상태로 세정이 이루어지게 된다. 세정 후 자석커버(20) 외면에 흡착된 자성비드(Magnetic Bead)는 일루팅(Eluting) 전에 알코올 등 PCR(polymerase chain reaction)에 저해하는 이물질들이 혼입되지 않도록 충분히 건조시켜야 함은 당연하다.
마지막으로 일루팅(Eluting) 단계는 자석커버(20)에 흡착되어 건조된 자성비드(Magnetic Bead)를 일루팅(Eluting) 용기(37)에 있는 일루팅(Eluting)시약에 분산시켜 자성비드(Magnetic Bead)와 핵산 등 생물학적 물질들을 용리시킨 후 자성비드(Magnetic Bead)만을 흡착시켜 빼내어 정제된 핵산 등 생물학적 물질들을 얻게 된다. 이를 위해서는 앞에서 기술한 바와 같은 방식으로 자석취부봉(10)을 자석커버(20)에 삽입 또는 이탈시켜 상하 운동시켜 필요에 따라 자성비드(Magnetic Bead)들을 흡착 또는 분산시킬 수 있음은 당연하다
이와 같은 본 발명의 사용 방법의 예는 본 발명의 이해를 위해서, 자성비드(Magnetic Bead)들를 흡착하여 이동시키는 과정을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 발명의 특징인 대용량 샘플을 처리하기 위한 핵산추출장치(40)의 구조와 자석취부봉(10), 취부봉커버 및 카트리지(30) 형상을 중심으로 상세하게 설명한다.
상기 자석취부봉(10)은 하단에 관통구를 조성한 후, 폭방향(W) 관통구에 맞는 형상의 자석(11)을 삽입 고정하여서, 폭방향(W)의 양면에 자석(11)의 양극이 노출되게 가로방향으로 설치되어 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 상기 자석취부봉(10)은 상하로 길게 형성된 막대로 구성되되, 평단면으로 보면 폭방향(W) 두께가 전후 깊이방향(L) 두께에 비해 상대적으로 작은 직사각형 평단면 형상의 막대로 구성되어서, 두께가 얇은 자석(11)을 가로로 설치하면 자석취부봉(10)의 간격을 좁힐 수 있고 자석(11)의 양극 면적은 넓게 할 수 있어서 자성비드(Magnetic Bead)들을 흡착하는 데 유리한 장점을 제공한다.
또한 폭방향(W) 양면에 자성체 물질인 자성비드(Magnetic Bead)가 포집된 상태에서 카트리지(30)의 용기에서 용기로 이동하는 과정에서 있어 카트리지(30) 측벽에 간섭을 피하기 위해서 자석취부봉(10) 하단에 구성된 관통구의 폭방향(W) 길이는 자석취부봉(10)의 상단 폭방향(W) 보다 같거나 작게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 자석(11)은 폭방향(W) 양면에 자극(N극, S극)을 갖는 자석(11)이며, 본 발명의 실시예에서는 폭방향(W)의 양측 평평한 면에 자극을 갖는 원주형 자석(11)을 준비한 후, 자석(11)의 직경에 맞는 폭방향(W) 관통구를 자석취부봉(10)의 하단에 형성하여 가로방향으로 삽입 고정하였다.
상기 자석커버(20)는 하단이 막히고 상단이 개구된 내부 공간이 마련되어 있어 자석취부봉(10)을 수직으로 세워 상단개구(21)를 통해 내부 공간에 삽입할 수 있게 한 것으로서, 자석취부봉(10)을 내부 공간으로부터 빼내기 위해 자석취부봉(10) 상단을 제외하고 내부 공간에 삽입할 수 있는 구조이면 된다.
상기 자석취부봉(10)에서 자석(11)이 장착된 부위는 내부 공간의 내벽에 가능하면 밀착되게 하여서, 자석(11)에 의한 자력이 자석커버(20) 외부에 분산된 자성비드(Magnetic Bead)에 효과적으로 미치도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 자석커버(20)는 자석취부봉(10)을 내부 공간에 삽탈 가능하되, 자석취부봉(10)을 내부 공간에 삽입할 시에 적어도 자석(11)이 있는 부위를 가능하면 밀착하며 감싸는 구조이면 좋고, 자석(11)의 양극에 대면하는 자석커버(20) 부분의 두께는 가능한 한 얇게 하는 것이 유리하며 또한, 자석취부봉(10)의 하단 저면을 내부 공간 바닥면에 밀착시키는 구조이면 좋다.
본 발명의 실시예에서는, 자석(11)이 있는 부위를 균일한 두께로 감싸도록 균일한 두께를 갖게 하여서, 평단면으로 보면 자석취부봉(10)과 마찬가지로 직사각형 형태를 보인다. 이에, 자석(11)이 있는 부위를 덮는 곳에서는 거의 균일한 자속 밀도를 갖게 된다.
한편, 상기 자석커버(20)는 자석취부봉(10)의 개수만큼 폭방향(W)으로 복수개 나열되어 복수의 자석취부봉(10)을 일대일로 삽탈할 수 있고, 각각의 상단을 서로 이어지게 하는 플레이트로 일체화하였으나 필요에 따라 개별적으로 조립하여 구성할 수 있음은 당연하다.
상기 카트리지(30)는 소량의 생물학적 시료를 사용하여 핵산을 추출하는 카트리지(30)와 달리 대용량의 생물학적 시료에서 핵산 추출이 가능하도록 라이시스(Lysis)와 바인딩(Binding)을 수행하는 바인딩(Binding) 용기(33)는 카트리지(30)의 길이방향(L)으로 대용량 시료를 수용할 수 있도록 공간을 길게 확보하도록 형성되어 있다.
또한 상기와 같이 라이시스(Lysis)와 바인딩(Binding)을 수행하는 바인딩(Binding) 용기(33)를 카트리지(30)의 길이방향(L)으로 길게 하여 공간을 확보함과 동시에 카트리지(30) 폭방향(W)으로 하나의 카트리지(30)의 폭방향(W) 길이 만큼 추가 공간을 확보한 형상으로 구현한 카트리지(30)의 경우, 두 개의 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 사용하여 좀더 많은 대용량의 생물학적 시료에서 핵산 추출이 가능하도록 형성되어 있고 각각의 용기 중앙 내면에는 자성비드(Magnetic Bead)의 흡착이 용이하도록 자석커버(20)와 자석커버(20) 사이에 개재되는 격벽(31)을 형성하는 것이 바람직하며, 특히 상기 카트리지(30)의 일루팅(Eluting) 용기(37)의 형태는 2개의 자석커버(20)가 밀착되도록 안착되는 용기 내부 바닥 면에 위치하는 격벽(31) 사이로 유로(32)가 있어 소량의 용리액을 사용하여 고농도의 핵산 추출이 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 격벽(31)의 높이는 자석커버(20)가 안착되었을 때 격벽(31)을 사이에 두고 시약들이 상호 혼합될 수 있도록 잠길 수 있는 높이면 충분하다.
상기 핵산추출장치(40)의 구조는 폭방향(W)으로 나열된 복수의 자석취부봉(10)을 동시에 승강시켜 폭방향(W)으로 나열된 복수의 자석커버(20)에 일대일로 동시 삽탈하는 수직방향의 구동수단과, 복수의 자석커버(20)를 동시에 승강시켜 폭방향으로 나열한 복수의 카트리지(30)내 해당 용기에 일대일로 동시 삽탈하는 자석커버(20) 구동수단과, 카트리지(30)를 길이방향으로 이동시키는 수평방향의 구동 수단을 베이스(44)상에 장착한 구조를 갖는다.
여기서, 수직방향의 구동 수단으로 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 이동시키면서 수평방향의 구동 수단으로 카트리지(30)를 이동시킴으로써 카트리지(30)의 길이방향(L)으로 추가 공간이 확보된 라이시스(Lysis)와 바인딩(Binding)을 수행하는 바인딩(Binding) 용기(33)에서 시료의 혼합 및 자성비드(Magnetic Bead)의 혼합, 흡착이 충분히 가능하도록 한다.
또한, 수평방향의 구동 수단으로 카트리지(30)를 이동시켜 카트리지(30)의 길이방향(L)의 나열된 용기 중에 자석커버(20)가 삽입되는 용기를 순서에 맞게 위치시킬 수도 있다.
여기서 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 수직방향으로 세운 레일을 따라 브라켓을 승강시키는 일반적인 장치를 채용하여 구성할 수 있고, 카트리지(30)를 수평방향으로 구동하는 슬라이딩 수단은 이동시킬 대상을 전후진시키는 일반적인 장치를 채용하여 성할 수 있으므로, 상세 설명을 생략한다.
또한, 핵산 또는 다양한 생물학적 물질을 추출 또는 정제하는 핵산추출장치(40)의 동작은 추출 또는 정제를 수행하기 위한 각 동작단계를 핵산추출장치(40) 내에 설치한 컨트롤러로 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)의 수직방향 구동수단과 카트리지(30)의 수평방향 구동수단을 제어함으로써 가능하며, 이러한 동작은 종래기술로 공지된 바, 상세한 설명을 생략한다.
이와 같이 핵산추출장치(40)를 구성함에 있어서, 상기한 자석취부봉(10), 자석커버(20) 및 카트리지(30)를 장착한 구조로 구성하므로, 자성비드(Magnetic Bead)의 포집률을 소량의 생물학적 시료에서 핵산을 추출할 때 사용하는 핵산추출장치(40)와 동일하면서도 자석취부봉(10), 자석커버(20) 및 카트리지(30)를 슬림화 및 소형화할 수 있으며, 핵산추출장치(40) 또한 소형화하여 휴대 또는 이동이 간편한 핵산추출장치(40)로 구성이 가능하다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 상술한 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 자석취부봉
11 : 자석
20 : 자석커버
21 : 상단개구
30 : 카트리지
31 : 격벽 32 : 유로 33: 바인딩(Binding) 용기
34 : 자성비드(Magnetic Bead) 용기 35 : 제1워싱(Washing) 용기
36 : 제2워싱(Washing) 용기 37 : 일루팅(Eluting) 용기
40 : 핵산추출장치
41 : 수직구동장치 42 : 수평구동장치 43 : 카트리지 데크(Deck)
44 : 베이스 45 : 지지대

Claims (10)

  1. 하단에 자석(11)이 구비된 자석취부봉(10), 상기 자석취부봉(10)을 수용하는 자석커버(20), 핵산추출단계에 따른 각각의 시약들이 담겨진 용기들이 일렬로 구획되어 있는 카트리지(30)를 포함하는 핵산추출시스템에 있어서,
    상기 자석취부봉(10)의 폭방향(W) 양면에 자석(11)의 극이 노출되도록 자석이 가로방향으로 설치되어 있는 자석취부봉 수단과,
    샘플을 수용하는 바인딩(Binding) 용기(33)가 다른 용기들에 비해 상대적으로 길게 형성되고 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)가 2개 이상 수용 가능하며 구획된 각각의 용기중 적어도 하나 이상의 용기 내부에 하나 이상의 격벽(31)을 갖도록 하는 카트리지(30) 수단과,
    상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 상하 수직방향으로 구동하도록 하는 수직구동장치(41) 수단과,
    상기 카트리지(30)를 전후 수평방향으로 구동하도록 하는 수평구동장치(42) 수단으로 구성되어 상기 카트리지가 전후 수평으로 왕복운동하여 라이시스와 바인딩이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 핵산추출시스템
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카트리지(30)의 구획된 용기중 일루팅(Eluting) 단계에 해당하는 용기 내부의 격벽(31)에 유로(32)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 핵산추출시스템
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 카트리지(30)에 상기 자석커버(20)가 수용되었을 때 자석커버(20)가 잠기는 부분에 대해 상기 카트리지(30)의 구획된 용기중 일루팅(Eluting) 단계에 해당하는 용기의 내면과 자석커버(20)의 외면간의 틈새는 0.5mm 이내인 것을 특징으로 하는 핵산추출시스템
  5. 삭제
  6. 하단에 자석(11)이 구비된 자석취부봉(10), 상기 자석취부봉(10)을 수용하는 자석커버(20), 핵산추출단계에 따른 각각의 시약들이 담겨진 용기들이 일렬로 구획되어 있는 카트리지(30)를 포함하는 핵산추출시스템에 있어서,
    상기 자석취부봉(10)의 폭방향(W) 양면에 자석(11)의 극이 노출되도록 자석(11)이 가로방향으로 설치되어 있는 자석취부봉 수단과,
    샘플을 수용하는 바인딩(Binding) 용기(33)가 다른 용기들에 비해 상대적으로 길게 형성되고 상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)가 2개 이상 수용 가능하며 구획된 각각의 용기중 적어도 하나 이상의 용기 내부에 하나 이상의 격벽(31)을 갖도록 하는 카트리지(30) 수단과,
    상기 자석취부봉(10) 및 자석커버(20)를 상하 수직운동 및 전후 수평운동으로 구동하게 하는 구동장치 수단으로 구성되어 상기 카트리지는 고정된 상태에서 상기 자석취부봉과 자석커버가 전후 수평으로 왕복운동하면서 라이시스와 바인딩이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 핵산추출시스템
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 카트리지(30)의 구획된 용기중 일루팅(Eluting) 단계에 해당하는 용기 내부의 격벽(31)에 유로(32)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 핵산추출시스템
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 카트리지(30)에 상기 자석커버(20)가 수용되었을 때 자석커버(20)가 잠기는 부분에 대해 상기 카트리지(30)의 구획된 용기중 일루팅(Eluting) 단계에 해당하는 용기의 내면과 자석커버(20)의 외면간의 틈새는 0.5mm 이내인 것을 특징으로 하는 핵산추출시스템
  10. 삭제
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KR20230024560A (ko) 2021-08-12 2023-02-21 주식회사 아리젠 벌크로 시약 분주되는 핵산추출장치

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