KR102162253B1 - 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법이 개시된다. 상기 장치는 세정액 및 용출액이 각각 저장되는 컨테이너; 상기 컨테이너에 저장된 상기 세정액 및 상기 용출액의 용량을 감지하는 수위 센서; 샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 튜브 감지 센서; 및 상기 튜브 감지 센서에 의해 감지된 샘플 튜브의 개수와 상기 수위 센서에 의해 감지된 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 동작 개시부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 회전 방식으로 구동하여 핵산을 추출하는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
생물학적 연구분야에서 필수적인 단계로 요구되는 DNA 증폭을 위한 중합 효소 연쇄 반응(PCR)은 다량의 정제된 핵산을 필요로 하게 되었다. 그로 인해 대학의 실험실이나 기업의 연구소에서 연구원의 수작업으로 생물학적 물질 또는 핵산을 분리하는 데에는 한계가 발생하였다. 그러한 한계를 극복하기 위해 생물학적 시료로부터 생물학적 물질 또는 핵산을 추출하기 위한 자동화 장치가 제조되어 사용되고 있다.
핵산을 추출하기 위한 종래의 방법으로서, 마그네틱 비드를 사용하여 자석으로 흡착된 핵산을 분리해내는 방법, 컬럼을 이용해서 용액을 용출하는 방법으로 컬럼에 공기를 가하여 용액을 밀어내는 방법, 컬럼 자체를 원심 분리하여 용액을 용출하는 방법 등이 있다.
그러나 상기 언급된 종래 방법을 이용한 자동화된 핵산 추출 장비는 많은 시료를 처리하기 위해 상대적으로 큰 크기를 가지거나, 시료 처리 시간이 지나치게 길어지는 문제점이 있었다. 또한, 많은 시료를 처리하는 과정에서 각각의 시료로 인한 오염이 발생할 수 있었으며, 이로 인해 처리 효율을 감소하고, 사용자의 불편이 발생하였다.
또한, 종래에는 핵산 추출의 효율을 개선하기 위해 1사이클(1순환) 동안 다수의 샘플에 대해 핵산 추출 동작을 수행하였는데, 다수의 샘플에 대해 핵산 추출이 이루어진다는 점에서, 1사이클 동안 다량의 세정액, 용출액 등이 필요하였다. 충분한 양의 세정액, 용출액 등이 구비되지 않은 경우, 사이클 중에 핵산 추출 동작이 중단되어, 결과적으로 일부 샘플에 대해 핵산 추출 동작이 수행되지 않아, 적지 않은 샘플이 낭비되는 문제가 발생하였다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법이 요구된다.
본 발명은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전 방식으로 구동되어 샘플 용액에서 용이하고 안전하게 핵산을 추출할 수 있는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치가 개시된다. 상기 장치는 세정액 및 용출액이 각각 저장되는 컨테이너; 상기 컨테이너에 저장된 상기 세정액 및 상기 용출액의 용량을 감지하는 수위 센서; 샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 튜브 감지 센서; 및 상기 튜브 감지 센서에 의해 감지된 샘플 튜브의 개수와 상기 수위 센서에 의해 감지된 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 동작 개시부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 둘레를 따라 복수의 상기 샘플 튜브 수용부가 이격 형성되는 제 1 랙(rack); 상기 제 1 랙의 하단에 배치되고, 복수의 용출 튜브 수용부가 둘레를 따라 이격 형성되고, 상기 둘레를 따라 상기 복수의 용출 튜브 수용부 사이에 세정액 수용부가 형성되는 제 2 랙; 및 기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙 각각을 회전시키기 위한 회전 구동부를 더 포함하고, 상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브를 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 또는 상기 용출 튜브 상에 위치시킨 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전시키면서 상기 세정 동작 또는 상기 용출 동작을 수행할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 튜브 감지 센서는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고, 상기 동작 개시부는 각 사이클마다 상기 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 샘플 튜브에 가압 공기를 전달하는 가압 노즐; 상기 가압 노즐과 탄성 부재를 통해 연결되는 탄성 지지부; 및 상기 탄성 지지부를 수직 이동시키는 수직 구동부를 포함하는 가압부를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 튜브 감지 센서는 상기 가압부에 인접 배치되는 광 센서로 구현되고, 상기 수직 구동부가 상기 탄성 지지부를 하측으로 이동시킬 때, 상기 광 센서의 광 경로 상에 상기 가압 노즐이 존재하는지를 감지할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2 랙 상에 배치되고, 복수의 관통부가 형성되는 랙 캡을 더 포함하고, 상기 복수의 관통부는 둘레를 따라 서로 이격 배치되고, 각각은 상기 용출 튜브 수용부 및 상기 세정액 수용부를 커버할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 수용부에 수용되고, 외측으로 돌출되는 손잡이부를 구비한 복수의 용출 튜브(elution tube)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치의 동작 방법이 개시된다. 상기 방법은, 컨테이너에 저장된 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계; 샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 단계; 상기 샘플 튜브의 개수와 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 단계; 및 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되면 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는, 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 제 2 랙의 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계 ― 상기 샘플 튜브에는 핵산과 불순물을 포함하는 샘플 용액이 수용되며, 샘플 튜브 내의 필터 부재에 상기 핵산이 흡수됨 ― ; 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행하는 단계; 상기 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계; 및 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 용출 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 샘플 튜브를 감지하는 단계는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고, 상기 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계 내지 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는 각 사이클마다 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 랙(rack)을 회전 방식으로 구동함으로써, 핵산 추출에 수반되는 모션 구성의 간소화하여, 처리 속도를 향상시키고, 제품 원가 감소 및 소형화 설계를 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 샘플 튜브가 배치된 랙을 회전시키면서, 각각의 샘플 튜브를 감지하여 샘플 튜브의 전체 개수를 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 샘플 튜브의 개수와 세정액, 용출액의 용량에 기초하여 랙의 회전 동안 핵산 추출 동작이 가능한지 판단하여, 샘플 등의 자원이 불필요하게 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 랙의 정렬 회전 및 동기 회전을 통해 용출액 및/또는 세정액으로 인한 각 용출 튜브 수용부 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 핵산 추출물이 용출 튜브에 수용됨으로써, 핵산 보관을 위해 별도의 피펫팅을 수행해야 하는 불편을 해소할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압부 및 튜브 감지 센서를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 1 랙을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 2 랙을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압부 및 튜브 감지 센서를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 1 랙을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 2 랙을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시하고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압부 및 튜브 감지 센서를 도시하고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 1 랙을 도시하며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 2 랙을 도시한다.
도시되는 바와 같이, 핵산 추출 장치(100)는 제 1 랙(110), 제 2 랙(120), 본체(130), 회전 구동부(140), 컨테이너(150), 분주기(160), 가압부(170), 튜브 감지 센서(180) 및 동작 개시부(190)를 구비할 수 있다.
제 1 랙(110)은 샘플 튜브(200)를 수용 및 고정하기 위한 것으로서, 이를 위해 샘플 튜브(200)를 수용하기 위한 복수의 샘플 튜브 수용부(112)가 형성될 수 있다. 복수의 샘플 튜브 수용부(112)는 서로 이격하되, 제 1 랙(110)의 외곽을 따라 원형으로 형성될 수 있으며, 각각의 샘플 튜브 수용부(112)는 샘플 튜브(200)를 수용하도록 형성되되, 샘플 튜브(200)로부터의 추출액이 하부로 전달될 수 있도록 하부에 개구부가 형성될 수 있다. 샘플 튜브 수용부(112) 간의 이격을 통해, 샘플 튜브(200) 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 하기 더 상세히 설명할 바와 같이, 샘플 튜브 수용부(112)는 원형으로 형성됨으로써, 회전 구동부(140)에 의한 회전만으로 핵산 추출을 위한 정렬 등의 동작을 수행하게 할 수 있다.
샘플 튜브(200)는 핵산 및 불순물을 포함하는 샘플 용액 등을 수용하기 위한 것으로서, 샘플 튜브(200)의 양 단부가 개방될 수 있으며, 특히 하부 단부가 상부 단부에 비해 좁은 개구부를 가질 수 있다. 이를 통해 샘플 튜브(200)의 추출물이 안정적으로 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 또는 세정액 수용부(124)로 이송되도록 할 수 있다. 또한, 샘플 튜브(200)는 필터 지지부를 포함할 수 있다. 필터 지지부는 샘플 튜브(200) 내부의 일 영역, 특히, 단면적이 좁아지는 천이 영역에 내측으로 돌출 형성되는 것으로서, 돌출 형성된 필터 지지부 상으로 필터 부재(도시되지 않음)가 배치될 수 있다. 여기서 필터 부재는 핵산을 흡착하기 위한 것으로서, 예를 들어, 다공성 멤브레인 등을 포함할 수 있다. 이와 더불어, 필터 부재의 상부에 필터 고정부(도시되지 않음)가 추가적으로 배치될 수 있다. 필터 고정부는 필터 부재의 상부에서 필터 부재의 위치, 배치를 고정할 수 있다. 이와 같이, 필터 지지부와 필터 고정부가 필터 부재의 상부 및 하부에서 동시에 필터 부재를 지지 및 고정함으로써 필터의 유동 등으로 인한 필터 성능 감소를 방지할 수 있다.
제 2 랙(120)은 용출 튜브(300)를 수용 및 고정함과 동시에 세정액을 수용하기 위한 것으로서, 이를 위해 용출 튜브 수용부(122) 및 세정액 수용부(124)를 포함할 수 있다.
용출 튜브 수용부(122)는 용출 튜브(300)를 수용 및 고정하기 위한 것으로서, 복수의 용출 튜브 수용부(122)가 서로 이격하되, 제 2 랙(120)의 외곽을 따라 원형으로 형성될 수 있다. 이와 같은 용출 튜브 수용부(122) 간의 이격을 통해, 샘플 튜브(200)로부터의 추출물로 인한 각 용출 튜브 수용부(122) 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 하기 더 상세히 설명할 바와 같이, 용출 튜브 수용부(122)는 회전 구동부(140)에 의한 회전만으로 핵산 추출을 위한 정렬 등의 동작을 수행하게 할 수 있다. 용출 튜브 수용부(122)에 수용 및 고정되는 용출 튜브(300)는 제 1 랙(110)으로부터 추출된 핵산을 수용하기 위한 것으로서, 이를 통해 각각의 샘플 튜브(200)로부터 추출되는 핵산을 개별적으로 수용하여 보관할 수 있게 함으로써, 추출된 핵산을 별도의 피펫팅(pipetting) 등을 통해 이송해야 하는 불편을 제거할 수 있다. 특히, 용출 튜브(300)는 각각이 외측으로 돌출되는 손잡이부를 구비함으로써, 용출 튜브 수용부(122)로의 수용 및 배출을 용이하게 할 수 있다. 용출 튜브 수용부(122)는 손잡이부의 안정적인 거치를 위해 손잡이부에 대응하는 위치에 소정의 홈이 형성될 수 있다.
세정액 수용부(124)는 세정액을 수용하기 위한 것으로서, 제 2 랙(120)의 중앙에 형성되되, 세정액 수용부(124)의 적어도 일부가 외측으로 돌출 연장하여, 복수의 용출 튜브 수용부(122)와 교번하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 연장부가 복수의 용출 튜브 수용부(122)와 교번함으로써, 회전 구동부(140)에 의한 간소한 회전만으로 세정액의 수용을 위한 정렬 등의 동작을 수행할 수 있다.
세정액 수집부(126)는 제 2 랙(120)의 하단에는 위치하며, 세정액 수집부(126)는 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 내에 수용되는 세정액을 수집하기 위한 것으로서, 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124)의 일 단부와 유체 연통 가능하게 연결될 수 있다. 더 구체적으로, 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124)는 일 영역에 개구부가 형성될 수 있으며, 세정액 수용부(124)로 수용된 세정액 등은 개구부를 통해 외부로 유출될 수 있다. 세정액 수집부(126)는 제 2 랙(120)의 하단에 위치할 수 있으며, 세정액 수용부(124)의 개구부를 통해 유출되는 세정액 등을 수집할 수 있다. 세정액 수집부(126) 및 제 2 랙(120)은 탈착 가능하게 결합하도록 구현함으로써, 세정액 수집부(126)의 착탈을 통해 세정액 등의 수집 및 배출 등을 포함하는 핵산 추출 장치(100)의 관리를 용이하게 할 수 있다.
랙 캡(128)은 제 2 랙(120)의 상단을 커버하기 위한 것으로서, 둘레를 따라 서로 이격하는 복수의 관통부가 형성될 수 있다. 각각의 관통부는 용출 튜브 수용부(122) 및 세정액 수용부(124)를 동시에 커버할 수 있다. 랙 캡(128)은 각 관통구가 소정의 높이를 가짐으로써, 제 2 랙(120)의 용출 튜브 수용부(122) 및 세정액 수용부(124)의 높이(또는 깊이)를 연장하는 효과를 가질 수 있다. 이를 통해, 예를 들어, 세정액 수용부(124)로 유입되는 유체의 비산물이 인접한 다른 용출 튜브(300)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본체(130)는 핵산 추출 장치(100)의 프레임으로서, 본체(130)에는 제 1 랙(110), 제 2 랙(120), 회전 구동부(140), 분주기(160), 가압부(170) 등이 배치될 수 있다. 특히, 본체(130) 상에서, 제 1 랙(110)은 제 2 랙(120)의 상부에 위치할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)로부터 추출되는 추출물(핵산 등)이 제 2 랙(120)으로 바로 수집되도록 할 수 있다.
제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 각각은 본체(130)에 대해 수평으로 이동 가능할 수 있다. 여기서 본체(130)에 대해 수평으로 이동 가능한 것은 본체(130)에 직접적으로 수평 이동 가능한 것뿐만 아니라, 간접적으로 수평 이동 가능한 것을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 수평으로 이동 가능하게 함으로써, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 용이하게 유지, 관리할 수 있을 뿐만 아니라, 핵산 추출을 위해 샘플 튜브(200), 용출 튜브(300), 제 1 랙(110), 제 2 랙(120) 등의 수용 및 탈거를 용이하게 할 수 있다.
실시예에 따라, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나는 본체(130)와 착탈 가능하게 결합할 수 있다. 즉, 이와 같이, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 본체(130)에 대해 제거 가능하게 구현함으로써, 각종 튜브의 장착이나 탈거, 세정액의 배출 등 랙의 사용 및 관리를 용이하게 할 수 있다.
회전 구동부(140)는 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)에 각각 연결되어 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동시에 또는 개별적으로 회전시킬 수 있다. 회전 구동부(140)에 의한 회전은, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 하나의 단독 회전, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 정렬 회전, 동기 회전 등을 포함할 수 있다. 단독 회전은 예를 들어, 제 1 랙(110) 또는 제 2 랙(120)을 개별적으로 회전시키는 것으로서, 하기 설명할 바와 같이, 샘플 튜브 수용부(112)에 수용된 샘플 튜브(200)의 감지 시에 수행될 수 있다. 정렬 회전은 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)을 회전 정렬하거나, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)을 회전 정렬하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 정렬은 세정액 또는 용출액의 사용에 따라 추출물의 수용부를 달리하기 위한 것이다. 동기 회전은 정렬 회전에 의해 정렬된 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)의 회전을 동기화하는 것을 의미한다. 동기 회전에 따르면, 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)이 동시에 회전하기 때문에, 샘플 튜브(200)와 세정액 수용부(124) 또는 샘플 튜브(200)와 용출 튜브(300) 간의 상대적인 위치가 동일하게 유지된다. 동기 회전과 동시에, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)에 세정액 또는 용출액이 주입될 수 있다.
복수의 컨테이너(150)는 세정액이 저장되는 적어도 하나의 세정액 컨테이너 및 용출액이 저장되는 적어도 하나의 용출액 컨테이너를 포함할 수 있다. 각각의 컨테이너(150)는 분주기(160)로 연결되며, 분주기(160)는 각 컨테이너(150)에 저장된 용액을 샘플 튜브(200) 내로 분주할 수 있다.
각 컨테이너(150)의 내측에는 컨테이너(150) 내에 저장된 유체의 수위를 감지하는 수위 센서(도시되지 않음)가 배치될 수 있다. 각 수위 센서에 의해 감지된 세정액 및 용출액의 용량은 동작 개시부(190)로 전달되어 핵산 추출 동작의 개시 여부를 결정하는데 이용될 수 있다.
세 개의 컨테이너(150)가 도시되지만, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 컨테이너의 개수 및 저장되는 유체의 종류는 다양할 수 있다.
분주기(160)는 분주 노즐을 통해 샘플 튜브(200) 내로 소정의 유체를 주입할 수 있다. 이러한 유체는 핵산 추출에 요구되는 것으로서, 세정액, 용출액 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분주기(160)는 상이한 유체 간의 오염을 방지하기 위해 유체 별로 별도의 분주 노즐을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분주기(160)는 복수의 샘플 튜브(200)에 대해 동시에 동작할 수 있는 복수의 분주 노즐을 포함하여 핵산 추출 속도를 개선할 수 있다.
분주기(160)는 샘플 튜브(200)와의 위치 정렬을 위해 수직 운동할 수 있다. 구체적으로, 회전 구동부(140)에 의해 회전하여 분주기(160) 하측에 위치한 샘플 튜브(200)와의 거리를 좁히고, 샘플 튜브(200)에 밀착하기 위해 상하 이동할 수 있다. 또한, 분주기(160)는 수평 운동할 수 있다. 구체적으로, 분주를 위해 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 샘플 튜브(200)로부터 멀어지도록 수평 이동할 수 있는데, 후자의 경우 다른 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 가압부(170)의 가압을 위해 해당 샘플 튜브(200)로부터 벗어나는 것을 포함할 수 있다. 분주기(160)가 복수 개로 구현되는 경우, 각 분주기(160)가 동기화되어 수평 및/또는 수직 운동하거나, 개별적으로 수평 및/또는 수직 운동할 수 있다.
가압부(170)는 샘플 튜브(200) 내부를 가압할 수 있으며, 이를 위해 가압부(170)는, 가압 노즐(172), 탄성 지지부(174) 및 수직 구동부(176)를 포함할 수 있다.
가압 노즐(172)은, 샘플 튜브(200)와 접하면서 가압 공기(pressurized air)를 샘플 튜브(200) 내로 주입할 수 있다. 가압 노즐(172)에 의해 가압 공기가 샘플 튜브(200) 내부로 주입됨으로써, 샘플 튜브(200) 내부가 가압되어, 샘플 튜브(200) 내의 유체 중 적어도 일부가 샘플 튜브(200) 내의 필터 부재를 통과하여 제 2 랙(120)으로 추출될 수 있다.
탄성 지지부(174)는, 하측의 가압 노즐(172)과 상측의 수직 구동부(176)를 연결하여, 수직 구동부(176)의 구동력을 가압 노즐(172)에 전달할 수 있다. 이때 탄성 지지부(174)는 스프링 등의 탄성 부재로 구현되어, 가압 노즐(172)을 향하여 탄성력을 발생시킴으로써, 가압 노즐(172)이 샘플 튜브(200)에 보다 긴밀하게 밀착하게 할 수 있다. 이러한 견고한 밀착을 통해 가압 공기가 샘플 튜브(200) 내부로 주입될 때, 샘플 튜브(200) 내의 샘플 용액, 세정액, 용출액 등이 가압에 의해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
수직 구동부(176)는, 탄성 지지부(174)와 연결되어, 탄성 지지부(174)를 수직 이동시킬 수 있다. 탄성 지지부(174)의 이동을 통해 가압 노즐(172)을 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
일 실시예에서, 가압부(170)는 복수의 샘플 튜브(200)에 대해 동시에 동작할 수 있는 복수의 가압 노즐(172)을 포함하여 핵산 추출 속도를 개선할 수 있다.
이와 같은 수직 운동에 부가적으로 가압부(170)는 수평 운동할 수 있다. 구체적으로, 가압을 위해 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 샘플 튜브로(200)로부터 멀어지도록 수평 이동할 수 있는데, 후자의 경우 다른 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 분주기(160)의 분주를 위해 해당 샘플 튜브(200)로부터 벗어나는 것을 포함할 수 있다. 가압부(170)가 복수 개로 구현되는 경우, 각 가압부(170)가 동기화되어 수평 및/또는 수직 운동하거나, 개별적으로 수평 및/또는 수직 운동할 수 있다.
튜브 감지 센서(180)는 샘플 튜브 수용부(112)에 배치된 샘플 튜브(200)를 감지하여, 제 1 랙(110)에 배치된 샘플 튜브(200)의 개수를 파악할 수 있다. 튜브 감지 센서(180)는 예를 들어, 광 센서 등으로 구현될 수 있으며, 탄성 지지부(174), 가압 노즐(172) 등에 인접 배치되되, 수직 구동부(176)와 연동하여 이동할 수 있다. 튜브 감지 센서(180)는 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하는지를 감지할 수 있는데, 수직 구동부(176)가 탄성 지지부(174)를 하측으로 이동시키는 경우, 하단에 샘플 튜브(200)가 존재하지 않으면, 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하지 않으며(도 2a 참조), 하단에 샘플 튜브(200)가 존재하는 경우, 샘플 튜브(200)에 의해 가압 노즐(172)의 하방 이동이 저지되므로, 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하게 된다(도 2b 참조).
이와 같이, 튜브 감지 센서(180)는, 수직 구동부(176)의 수직 이동 및 가압 노즐(172)의 움직임과 연계하여, 하측에 샘플 튜브(200)가 존재하는지를 감지할 수 있다. 특히 제 1 랙(110)에 배치된 샘플 튜브(200) 전체의 개수를 감지하기 위해, 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110)을 회전시키면서 상기와 같은 감지 동작을 수행할 수 있다.
동작 개시부(190)는, 핵산 추출 동작의 개시 여부를 결정할 수 있다. 동작 개시부(190)에 의해 개시가 결정되면, 본격적인 핵산 추출 동작이 수행될 수 있다. 구체적으로, 동작 개시부(190)는, 튜브 감지 센서(180)에 의해 감지된 샘플 튜브(200)의 개수와 수위 센서에 의해 감지된 세정액 및 용출액의 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 세정액 및 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있다. 충분한 양의 세정액 및 용출액이 구비되었다면 핵산 추출 동작을 개시할 수 있다.
본 발명에서, 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행될 수 있다. 이를 위해 동작 개시부(190)는 각 사이클마다 핵산 추출 동작에 필요한 세정액 및 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있으며, 따라서 회전 구동부(140)에 의한 제 1 랙(110)의 회전, 이에 수반되는 각각의 샘플 튜브(200)에 대한 가압부(170)의 수직 이동 및 튜브 감지 센서(180)의 감지가 각 사이클 마다 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
회전 구동부(140)는 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. 이후에, 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시킴으로써, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)와 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 간의 상대적인 위치를 동일하게 유지할 수 있다. 이러한 동기 회전과 동시에, 분주기(160)는 샘플 튜브(200)에 세정액을 주입하고 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)에 배치된 각각의 샘플 튜브(200)에 대해 순차적으로 세정 동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 회전 정렬 후, 복수의 샘플에 대해 세정액의 주입 및 가압을 동기 회전을 통해 지속적으로 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
회전 구동부(140)는 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. 이후에, 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시킴으로써, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)와 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 간의 상대적인 위치를 동일하게 유지할 수 있다. 동기 회전과 동시에, 분주기(160)는 샘플 튜브(200)에 용출액을 주입하고 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)에 배치된 각각의 샘플 튜브(200)에 대해 순차적으로 용출 동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 회전 정렬 후, 복수의 샘플에 대해 용출액의 주입 및 가압을 동기 회전을 통해 지속적으로 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
방법(700)은 핵산 추출 동작의 개시에 앞선 전 동작으로서, 핵산 추출 동작을 수행하기에 충분한 자원(세정액, 용출액 등)이 구비되었는지를 판단하기 위한 것이다.
먼저, S710 단계에서, 컨테이너(150)에 저장된 세정액 및 용출액의 용량을 감지할 수 있다. S710 단계는 각 컨테이너(150)에 배치된 수위 센서에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자에게 의해 입력된 임의의 값일 수 있다.
S720 단계에서, 샘플 튜브 수용부(112)에 배치된 샘플 튜브(200)를 감지할 수 있다. S720 단계는 제 1 랙(110)에 배치된 샘플 튜브(200)의 개수를 파악하기 위한 것으로서, 광 센서로 구현된 튜브 감지 센서(180)가 탄성 지지부(174)에 인접 배치되어 수직 구동부(176)가 탄성 지지부(174)를 하측으로 이동시킬 때, 광 센서의 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하는지를 감지함으로써 수행될 수 있다. 또한, S720 단계는 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110)을 회전시키는 동안, 각각의 샘플 튜브(200)에 수행될 수 있다.
S730 단계에서, 핵산 추출 동작에 필요한 세정액 및 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있다. S730 단계는 동작 개시부(190)에 의한 것으로서, S710 단계에서 감지된 세정액/용출액의 용량 및 S720 단계에서 감지된 샘플 튜브(200)의 개수에 기초하여 수행될 수 있다.
S730 단계에서 충분한 양의 세정액 및 용출액이 구비된 것으로 판단되면, S740 단계에서 핵산 추출 동작을 개시할 수 있다. 본 발명에서, 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고, 따라서 핵산 추출 동작의 전 공정으로서, 방법(700) 또한 하나의 사이클 마다 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
도 8의 방법(800)은 도 7의 방법(700) 중 S740 단계에 따라 수행되는 것으로서, 먼저, S810 단계에서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. S810 단계는 샘플 용액에 대해 세정 동작을 수행하기 위해 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 위치를 정렬하는 것으로서, 구체적으로, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 회전함으로써 수행될 수 있다(도 5 참조).
S820 단계에서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행할 수 있다. S820 단계는 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 분주기(160)가 샘플 튜브(200)에 세정액을 주입하고, 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압함으로써 수행될 수 있다. S820 단계를 통해 필터 부재에 흡수된 핵산은 세정액으로 릴리즈(release) 되지 않으며, 불순물은 필터 부재로부터 세정액으로 릴리즈됨으로써, 불순물이 샘플로 제거될 수 있다.
S830 단계에서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. S830 단계는 용출 동작을 수행하기 위해 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 위치를 정렬하는 것으로서, 구체적으로, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 회전함으로써 수행될 수 있다(도 6 참조).
마지막으로, S840 단계에서, 용출 동작을 수행할 수 있다. S840 단계는 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 복수의 샘플 튜브(200)에 용출액을 주입하고, 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압함으로써 수행될 수 있다. 이때, 용출액은 필터 부재에 흡수된 핵산을 용출 튜브(300)로 릴리즈할 수 있으며, 이를 통해, 추출된 핵산은 용출 튜브(300)에 수용될 수 있다.
실시예에 따라, S820 단계 및 S840 단계 중 적어도 하나는 복수 회 수행될 수 있으며, 또한 각 단계에서 상이한 세정액 또는 상이한 용출액이 이용될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 핵산 추출 장치 110: 제 1 랙
112: 샘플 튜브 수용부 120: 제 2 랙
122: 용출 튜브 수용부 124: 세정액 수용부
126: 세정액 수집부 128: 랙 캡
130: 본체 140: 회전 구동부
150: 컨테이너 160: 분주기
170: 가압부 172: 가압 노즐
174: 탄성 지지부 176: 수직 구동부
180: 튜브 감지 센서 190: 동작 개시부
200: 샘플 튜브 300: 용출 튜브
112: 샘플 튜브 수용부 120: 제 2 랙
122: 용출 튜브 수용부 124: 세정액 수용부
126: 세정액 수집부 128: 랙 캡
130: 본체 140: 회전 구동부
150: 컨테이너 160: 분주기
170: 가압부 172: 가압 노즐
174: 탄성 지지부 176: 수직 구동부
180: 튜브 감지 센서 190: 동작 개시부
200: 샘플 튜브 300: 용출 튜브
Claims (12)
- 핵산 추출 장치로서,
세정액 및 용출액이 각각 저장되는 컨테이너;
상기 컨테이너에 저장된 상기 세정액 및 상기 용출액의 용량을 감지하는 수위 센서;
샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 튜브 감지 센서; 및
상기 튜브 감지 센서에 의해 감지된 샘플 튜브의 개수와 상기 수위 센서에 의해 감지된 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 동작 개시부를 포함하는, 핵산 추출 장치. - 제 1 항에 있어서,
둘레를 따라 복수의 상기 샘플 튜브 수용부가 이격 형성되는 제 1 랙(rack);
상기 제 1 랙의 하단에 배치되고, 복수의 용출 튜브 수용부가 둘레를 따라 이격 형성되고, 상기 둘레를 따라 상기 복수의 용출 튜브 수용부 사이에 세정액 수용부가 형성되는 제 2 랙; 및
상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙 각각을 회전시키기 위한 회전 구동부를 더 포함하고,
상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브를 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 또는 상기 용출 튜브 상에 위치시킨 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전시키면서 상기 세정 동작 또는 상기 용출 동작을 수행하는, 핵산 추출 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 튜브 감지 센서는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지하는, 핵산 추출 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고, 상기 동작 개시부는 각 사이클마다 상기 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는, 핵산 추출 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 샘플 튜브에 가압 공기를 전달하는 가압 노즐; 상기 가압 노즐과 탄성 부재를 통해 연결되는 탄성 지지부; 및 상기 탄성 지지부를 수직 이동시키는 수직 구동부를 포함하는 가압부를 더 포함하는, 핵산 추출 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 튜브 감지 센서는 상기 가압부에 인접 배치되는 광 센서로 구현되고, 상기 수직 구동부가 상기 탄성 지지부를 하측으로 이동시킬 때, 상기 광 센서의 광 경로 상에 상기 가압 노즐이 존재하는지를 감지하는, 핵산 추출 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 랙 상에 배치되고, 복수의 관통부가 형성되는 랙 캡을 더 포함하고,
상기 복수의 관통부는 둘레를 따라 서로 이격 배치되고, 각각은 상기 용출 튜브 수용부 및 상기 세정액 수용부를 커버하는, 핵산 추출 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 수용부에 수용되고, 외측으로 돌출되는 손잡이부를 구비한 복수의 용출 튜브(elution tube)를 더 포함하는, 핵산 추출 장치. - 핵산 추출 장치의 동작 방법으로서,
컨테이너에 저장된 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계;
샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 단계;
상기 샘플 튜브의 개수와 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 단계; 및
상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되면 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 9 항에 있어서, 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는,
제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 제 2 랙의 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계 ― 상기 샘플 튜브에는 핵산과 불순물을 포함하는 샘플 용액이 수용되며, 샘플 튜브 내의 필터 부재에 상기 핵산이 흡수됨 ― ;
상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행하는 단계;
상기 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계; 및
상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 용출 동작을 수행하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 샘플 튜브를 감지하는 단계는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지하는, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고,
상기 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계 내지 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는 각 사이클마다 수행되는, 방법.
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