KR102198870B1 - Pcr 장치 - Google Patents

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KR102198870B1
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Abstract

시료 샘플부의 온도를 보다 빠르게 제어할 수 있는 PCR 장치가 개시된다. PCR 장치는, PCB; 상기 PCB 상부에 배치되고, 웰 어레이에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영하는 포토 센서; 및 상기 포토 센서에 접촉하고, 상기 웰 어레이에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재를 포함한다. 웰 어레이의 하부에 배치된 포토 센서의 하부에 히터 패턴 및 히터 칩 중 적어도 하나를 포함하는 히팅 부재를 웰 어레이에 근접하게 배치시켜 웰 어레이의 웰들 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.

Description

PCR 장치{POLYMERASE CHAIN REACTION DEVICE}
본 발명은 PCR 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웰 어레이의 웰들 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있는 PCR 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유전자 진단은 소량의 시료, 예를 들면, 체액, 혈액 또는 체세포에서 디옥시리보핵산(DEOXYRIBONUCLEIC ACID, 이하 "DNA"라 한다)을 추출한 후, DNA 검사를 실시하게 된다. 이때, 대부분 추출된 DNA는 양이 적고 순도가 낮은 상태이다.
유전자 진단의 정확도를 높이기 위하여, 시료로부터 추출된 DNA의 양을 증폭시키거나, 추출된 DNA의 염기서열 중 특정 부분만을 증폭시킬 필요가 있다. 예를 들면, 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, 이하 "PCR"이라 한다)은 유전자 진단 기술을 구사하기 위하여 사전 준비 단계로서, 특정 DNA 및 DNA 내의 특정 염기서열만을 증폭시키는 기술로 알려져 있다.
즉, 이러한 PCR은 핵산을 포함하는 샘플 용액을 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산의 특정 염기 서열을 갖는 부위를 연쇄적으로 복제하여 그 특정 염기 서열 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술로써, 생명과학, 유전공학 및 의료 분야 등에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 PCR 사이클의 3단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 통상적으로 PCR은 대략 섭씨 95도의 온도하에서 DNA의 이중 나선 구조가 일시적으로 풀려 두 가닥으로 되는 변성단계(Denaturation step), 대략 섭씨 55도의 온도하에서 프라이머가 유전자의 끝에 붙는 풀림단계(Annealing step), 대략 섭씨 72도의 온도하에서 Taq 중합효소가 프라이머를 인지하고 달라붙어 떨어져나간 DNA 가닥을 복제하는 신장단계(Extension step)가 반복적으로 이루어져 DNA 증폭이 달성된다. 상기 PCR은 PCR 장치에 의해 수행된다.
일반적인 PCR 장치는 온도 조절부를 이용하여 DNA 합성에 필요한 단계별 온도로 시료 샘플부의 온도를 조절한다. 온도를 조절할 때 상기 시료 샘플부의 온도를 올리거나 내리는데 시간이 지연되면 상기 PCR을 완료하기까지 많은 시간이 소요될 수 있다. 따라서, 보다 빠르게 시료 샘플부의 온도를 상승시키거나 하강시킬 필요가 요구된다.
한국공개특허 제2010-0117922호 (2010. 11. 04.)(PCR 장치) 한국공개특허 제2007-0005786호 (2007. 01. 10.)(프로브 카드 홀더를 냉각하는 장치를 구비한 검사 장비) 한국공개특허 제2012-0139206호 (2012. 12. 27.)(박막형 열 블록 및 박막형 PCR 칩을 포함하는 휴대용 실시간 PCR 장치)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 히팅 부재를 웰 어레이에 근접하게 배치시켜 웰 어레이의 웰들 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있는 PCR 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 PCR 장치는, PCB; 상기 PCB 상부에 배치되고, 웰 어레이에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영하는 포토 센서; 및 상기 포토 센서에 접촉하고, 상기 웰 어레이에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재를 포함한다.
일실시예에서, 상기 히팅 부재는 상기 포토 센서의 하부면 또는 상부면에 배치될 수 있다.
일실시예에서, 상기 히팅 부재는 상기 포토 센서의 하부면 또는 상부면에 배치된 히터 패턴을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 히팅 부재는, 제1 면이 상기 포토 센서의 하부면 또는 상부면에 접촉하는 히터 칩; 및 상기 히터 칩의 제2 면에 배치된 히터 패턴을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 히팅 부재는, 상기 포토 센서의 재배선층(re-distribution　layer, RDL)을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 PCB는 상기 포토 센서에 접촉된 상기 히팅 부재가 노출되도록 형성된 기판홀을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 PCR 장치는 상기 웰들에 채워진 시료에서 열을 빼앗는 쿨링 부재를 더 포함할 수 있다.
이러한 PCR 장치에 의하면, 웰 어레이의 하부에 배치된 포토 센서의 하부에 히터 패턴 및 히터 칩 중 적어도 하나를 포함하는 히팅 부재를 웰 어레이에 근접하게 배치시켜 웰 어레이의 웰들 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다. 또한 웰 어레이의 하부에 히팅 부재로서 히터 패턴을 배치시켜 웰 어레이의 웰들 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다. 또한 웰 어레이의 하부에 배치된 포토 센서의 내부에 형성된 재배선층(RDL)을 히터 패턴으로 활용함으로써, 웰 어레이의 웰들 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.
도 1은 PCR 사이클의 3단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PCR 장치를 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 PCR 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCR 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PCR 장치(100)를 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 PCR 장치(100)를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 PCR 장치(100)는 인쇄회로기판(이하, PCB)(110), 웰 어레이(120), 웰 어레이(120) 아래에 배치된 포토 센서(130), 포토 센서(130) 아래에 배치된 히터 패턴(140) 및 PCB(110) 아래에 배치된 쿨링 부재(150)를 포함한다. 본 실시예에서, 히터 패턴(140)은 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재를 형성한다.
PCB(110)는 중심 영역에 형성된 기판홀(112)을 포함하고, 상기 기판홀(112)에 대응하도록 상부에 배치된 웰 어레이(120), 포토 센서(130) 및 히터 패턴(140)을 지지하고, 쿨링 부재(150) 위에 배치된다. 쿨링 부재(150)는 상기 기판홀(112)에 대응하도록 배치된다. 본 실시예에서, 기판홀(112)은 쿨링 과정에서 웰 어레이(120)의 웰들(122) 각각에 채워진 시료를 보다 빠르게 쿨링시키기 위해 형성된다.
웰 어레이(120)는 포토 센서(130) 위에 배치된다. 웰 어레이(120)는 에칭된 실리콘 재질로 구성될 수 있다. 웰 어레이(120)는 PCR 반응 위치의 역할을 수행하는 복수의 웰들(122)을 포함한다. 상기 웰들(122)의 형태, 크기 및 부피는 조절이 가능하다. 상기 웰들(122)은 상하부가 관통된 형상을 갖는다. 상기 웰(122)은 육각 형상, 원형상 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 웰 어레이(120)는 친수성 코팅으로 처리될 수 있다. 웰 어레이(120)는 플라즈마 또는 열 또는 UV 경화 접착제에 의해 실리콘 챔버에 부착될 수 있다. 웰들(122) 각각에는 분말시료 또는 액체시료와 같은 분석시료가 수용될 수 있다. 상기 분석시료는 생물학적 물질 분석을 위한 특이성분이다. 즉, 상기 분석시료란 특정한 생물학적 물질, 예를 들어 단백질, DNA, RNA 등의 정량 또는 정성 분석을 위한 성분으로서, 프라이머, 프로브, 항체, 앱타머, DNA 또는 RNA 중합효소 등을 의미하며, 특히 실시간 중합효소연쇄반응, 정온 효소반응 또는 LCR(Ligase Chain Reaction) 등을 수행하기 위해 필요한 성분을 의미한다.
포토 센서(130)는 상기 PCB(110) 상부에 배치되고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영한다. 포토 센서(130)는 CMOS 이미지 센서를 포함할 수 있다. 포토 센서(130)는 웰 어레이(120) 아래에 배치되고, 웰 어레이(120)의 웰들(122)에서 PCR 반응 산물을 촬영한다. 구체적으로, 포토 센서(130)는 PCB(110)에 형성된 기판홀(112)에 대응하도록 배치되어 웰 어레이(120)에서 방출되는 광을 수용하여 PCR 장치(100)에서 수행되는 PCR 반응 산물을 측정한다. 포토 센서(130)의 상부면에는 밀봉후 웰(122)의 바닥을 형성하기 위해 PDMS와 같은 물질의 얇은 층이 코팅될 수 있다.
히터 패턴(140)은 포토 센서(130)와 PCB(110) 사이에 배치되어 포토 센서(130)에 접촉하고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가한다. 히터 패턴(140)에 전류 또는 전압이 인가되면 줄열이 발생하며, 이를 조절하여 가열 및 냉각을 할 수 있다. 히터 패턴(140)은 금속 패턴의 형태로 형성되며, 금속 물질은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 금(Au), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 히터 패턴(140)은 금속 라인이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 히터 패턴(140)의 양단에 연결된 와이어(142)는 PCB(110)의 하부면에 접촉하고, PCB(110)의 기판홀(112)을 경유하여 PCB(110) 상부에 배치된 히터 패턴(140)에 연결되어 히터 패턴(140)에 전원을 공급한다. 와이어(142)는 히터 패턴(140)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 히터 패턴(140)의 양단에 연결된 와이어(142)는 전기적 절연을 위해 절연층(144)에 의해 커버된다. 본 실시예에서는 히터 패턴(140)와 PCB(110)의 연결을 와이어(142)를 통해 이루어지는 것을 도시하였으나, SMT(Surface　Mounter　Technology) 등의 다양한 방법으로 연결이 가능하다.
쿨링 부재(150)는 PCB(110) 아래에 배치되어, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에서 열을 빼앗는다. 쿨링 부재(150)는 PCB(110)의 중심 영역에 형성된 기판홀(112)에 대응하도록 배치된다. 도 2에서 쿨링 부재(150)는 팬형상을 도시하였으나, 다양한 구성요소가 구비되어 쿨링 부재(150)를 형성하는 것은 자명하다. 즉, 쿨링팬, 히트싱크, 펠티어 소자 등이 쿨링 부재(150)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서, PCR 장치(100)는 웰 어레이(120)의 웰들(122) 각각에 수용된 프로브를 향해 여기 광선(excitation light)을 조사하도록 배치된 광 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광 제공부는 LED(Light Emitting Diode) 광원, 레이저 광원 등과 같이 광을 방출하는 광원을 포함할 수 있다. 광원으로부터 방출된 광은 웰 어레이(120)의 웰들(122)을 통과하거나 반사하고, 이 경우 핵산 증폭에 의해 발생하는 광신호를 포토 센서(130)가 검출할 수 있다.
본 실시예에서, PCR 장치(100)는 미리 결정된 파장을 갖는 광을 선택하는 역할을 수행하는 컬러필터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 컬러필터는 포토 센서(130) 위에 배치될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 웰 어레이(120)의 하부에 배치된 포토 센서(130)의 하부에 히터 패턴(140)이 배치된다. 따라서, 히터 패턴(140)은 웰 어레이(120)에 근접하게 배치되므로 웰 어레이(120)의 웰들(122) 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCR 장치(200)를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCR 장치(200)는 인쇄회로기판(이하, PCB)(110), 웰 어레이(120), 웰 어레이(120) 아래에 배치된 히터 패턴(230), 히터 패턴(230) 아래에 배치된 포토 센서(240) 및 PCB(110) 아래에 배치된 쿨링 부재(150)를 포함한다.
PCB(110)는 중심 영역에 형성된 기판홀을 포함하고, 상기 기판홀에 대응하도록 상부에 배치된 웰 어레이(120), 히터 패턴(230) 및 포토 센서(240)를 지지하고, 쿨링 부재(150) 위에 배치된다. 쿨링 부재(150)는 상기 기판홀에 대응하도록 배치된다.
웰 어레이(120)는 포토 센서(240) 위에 배치된다. 본 실시예에서, 웰 어레이(120)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
포토 센서(240)는 상기 PCB(110) 상부에 배치되고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영한다. 본 실시예에서, 포토 센서(240)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
히터 패턴(230)은 포토 센서(240)와 웰 어레이(120) 사이에 배치되어 포토 센서(240)에 접촉하고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가한다. 본 실시예에서, 히터 패턴(230)은 금속 라인이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 히터 패턴(230)이 포토 센서(240) 위에 배치되므로 포토 센서(240)의 촬영 영역 일부를 가릴 수 있다. 이러한 경우 히터 패턴(230)은 투명한 금속 재질로 구성한다면 포토 센서(240)의 촬영 영역을 가리지 않고서도 원활하게 웰 어레이(120)에 채워진 시료의 반응을 촬영할 수 있다. 한편, 히터 패턴(230)은 웰 어레이(120)의 웰이 형성되지 않은 영역에 대응하도록 구성할 수도 있다. 히터 패턴(230)의 양단에 연결된 와이어(242)는 PCB(110)의 상부면에 접촉하여 구동을 위한 전원을 히터 패턴(230)에 공급한다. 히터 패턴(230)의 양단에 연결된 와이어(242)는 전기적 절연을 위해 절연층(244)에 의해 커버된다. 본 실시예에서는 히터 패턴(230)와 PCB(110)의 연결을 와이어(242)를 통해 이루어지는 것을 도시하였으나, SMT 등의 다양한 방법으로 연결이 가능하다.
쿨링 부재(150)는 PCB(110) 아래에 배치되어, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에서 열을 빼앗는다.
본 실시예에서, PCR 장치(200)는 도 3에서 설명한 광 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, PCR 장치(200)는 도 3에서 설명한 컬러필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 웰 어레이(120)의 하부에 히터 패턴(230)이 배치된다. 따라서, 히터 패턴(230)은 웰 어레이(120)에 근접하게 배치되므로 웰 어레이(120)의 웰들 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(300)를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(300)는 인쇄회로기판(이하, PCB)(110), 웰 어레이(120), 웰 어레이(120) 아래에 배치된 포토 센서(330), 포토 센서(330) 아래에 배치된 히터 칩(340), 히터 칩(340) 아래에 배치된 히터 패턴(350) 및 PCB(110) 아래에 배치된 쿨링 부재(150)를 포함한다. 본 실시예에서, 히터 칩(340) 및 히터 패턴(350)은 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재를 형성한다.
PCB(110)는 중심 영역에 형성된 기판홀을 포함하고, 상기 기판홀에 대응하도록 상부에 배치된 웰 어레이(120), 포토 센서(330), 히터 칩(340), 히터 패턴(350)을 지지하고, 쿨링 부재(150) 위에 배치된다. 쿨링 부재(150)는 상기 기판홀에 대응하도록 배치된다.
웰 어레이(120)는 포토 센서(330) 위에 배치된다. 본 실시예에서, 웰 어레이(120)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
포토 센서(330)는 상기 PCB(110) 상부에 배치되고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영한다. 본 실시예에서, 포토 센서(330)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
히터 칩(340)은 포토 센서(330) 하부면에 접촉하고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가한다.
히터 패턴(350)은 히터 칩(340)의 하부면에 접촉하고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가한다. 히터 패턴(350)의 양단에 연결된 와이어(352)는 PCB(110)의 하부면에 접촉하고, PCB(110)의 기판홀을 경유하여 PCB(110) 상부에 배치된 히터 패턴(350)에 연결되어 히터 패턴(350)에 전원을 공급한다. 히터 패턴(350)의 양단에 연결된 와이어(352)는 전기적 절연을 위해 절연층(354)에 의해 커버된다.
쿨링 부재(150)는 PCB(110) 아래에 배치되어, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에서 열을 빼앗는다. 쿨링 부재(150)는 PCB(110)의 중심 영역에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치된다. 도 2에서 쿨링 부재(150)는 팬형상을 도시하였으나, 다양한 구성요소가 구비되어 쿨링 부재(150)를 형성하는 것은 자명하다. 즉, 쿨링팬, 히트싱크, 펠티어 소자 등이 쿨링 부재(150)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서, PCR 장치(300)는 도 3에서 설명한 광 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, PCR 장치(300)는 도 3에서 설명한 컬러필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 웰 어레이(120)의 하부에 배치된 포토 센서(330)의 하부에 히터 칩(340) 및 히터 패턴(350)이 배치된다. 따라서, 히터 칩(340) 및 히터 패턴(350)은 웰 어레이(120)에 근접하게 배치되므로 웰 어레이(120)의 웰들(122) 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(400)를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(400)는 인쇄회로기판(이하, PCB)(110), 웰 어레이(120), 웰 어레이(120) 아래에 배치된 포토 센서(430), 포토 센서(430) 아래에 배치된 히터 패턴(440), 히터 패턴(440) 아래에 배치된 히터 칩(450) 및 PCB(110) 아래에 배치된 쿨링 부재(150)를 포함한다. 본 실시예에서, 히터 칩(450) 및 히터 패턴(440)은 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재를 형성한다.
PCB(110)는 중심 영역에 형성된 기판홀을 포함하고, 상기 기판홀에 대응하도록 상부에 배치된 웰 어레이(120), 포토 센서(430), 히터 패턴(440) 및 히터 칩(450)을 지지하고, 쿨링 부재(150) 위에 배치된다. 쿨링 부재(150)는 상기 기판홀에 대응하도록 배치된다.
웰 어레이(120)는 포토 센서(430) 위에 배치된다. 본 실시예에서, 웰 어레이(120)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
포토 센서(430)는 상기 PCB(110) 상부에 배치되고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영한다. 본 실시예에서, 포토 센서(430)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
히터 패턴(440)은 포토 센서(430) 하부면에 접촉하고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가한다. 히터 패턴(440)의 양단에 연결된 와이어(442)는 PCB(110)의 상부면에 접촉하여 구동을 위한 전원을 히터 패턴(440)에 공급한다. 히터 패턴(440)의 양단에 연결된 와이어(442)는 전기적 절연을 위해 절연층(444)에 의해 커버된다. 본 실시예에서는 히터 패턴(440)와 PCB(110)의 연결을 와이어(442)를 통해 이루어지는 것을 도시하였으나, SMT 등의 다양한 방법으로 연결이 가능하다.
히터 칩(450)은 히터 패턴(440)의 하부면에 접촉하고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가한다.
쿨링 부재(150)는 PCB(110) 아래에 배치되어, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에서 열을 빼앗는다. 쿨링 부재(150)는 PCB(110)의 중심 영역에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치된다. 도 6에서 쿨링 부재(150)는 팬형상을 도시하였으나, 다양한 구성요소가 구비되어 쿨링 부재(150)를 형성하는 것은 자명하다. 즉, 쿨링팬, 히트싱크, 펠티어 소자 등이 쿨링 부재(150)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서, PCR 장치(400)는 도 3에서 설명한 광 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, PCR 장치(400)는 도 3에서 설명한 컬러필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 웰 어레이(120)의 하부에 배치된 포토 센서(430)의 하부에 히터 패턴(440) 및 히터 칩(450)이 배치된다. 따라서, 히터 패턴(440) 및 히터 칩(450)은 웰 어레이(120)에 근접하게 배치되므로 웰 어레이(120)의 웰들(122) 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(500)를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(500)는 인쇄회로기판(이하, PCB)(110), 웰 어레이(120), 웰 어레이(520) 아래에 배치된 포토 센서(530), 포토 센서(530) 아래에 배치된 히터 칩(540) 및 쿨링 부재(150)를 포함한다. 본 실시예에서, 히터 칩(540)은 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재를 형성한다.
PCB(110)는 중심 영역에 형성된 기판홀을 포함하고, 상기 기판홀에 대응하도록 상부에 배치된 웰 어레이(102), 포토 센서(530) 및 히터 칩(540)을 지지하고, 쿨링 부재(150) 위에 배치된다. 쿨링 부재(150)는 상기 기판홀에 대응하도록 배치된다.
웰 어레이(120)는 포토 센서(530) 위에 배치된다. 본 실시예에서, 웰 어레이(120)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
포토 센서(530)는 상기 PCB(110) 상부에 배치되고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영한다. 본 실시예에서, 포토 센서(530)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
히터 칩(540)은 포토 센서(530) 하부면에 접촉하고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가한다.
쿨링 부재(150)는 PCB(110) 아래에 배치되어, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에서 열을 빼앗는다. 쿨링 부재(150)는 PCB(110)의 중심 영역에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치된다. 도 7에서 쿨링 부재(150)는 팬형상을 도시하였으나, 다양한 구성요소가 구비되어 쿨링 부재(150)를 형성하는 것은 자명하다. 즉, 쿨링팬, 히트싱크, 펠티어 소자 등이 쿨링 부재(150)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서, PCR 장치(500)는 도 3에서 설명한 광 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, PCR 장치(500)는 도 3에서 설명한 컬러필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 웰 어레이(510)의 하부에 배치된 포토 센서(530)의 하부에 히터 칩(540)이 배치된다. 따라서, 히터 칩(540)은 웰 어레이(120)에 근접하게 배치되므로 웰 어레이(120)의 웰들(122) 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(600)를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PCR 장치(600)는 인쇄회로기판(이하, PCB(110)), 웰 어레이(120), 웰 어레이(120) 아래에 배치된 포토 센서(630), 포토 센서(630) 내의 재배선층(re-distribution　layer, RDL)을 이용하여 형성된 히터 패턴(640) 및 쿨링 부재(150)를 포함한다. 본 실시예에서, 히터 패턴(640)은 웰 어레이(120)에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재를 형성한다.
PCB(110)는 중심 영역에 형성된 기판홀을 포함하고, 상기 기판홀에 대응하도록 상부에 배치된 웰 어레이(120), 포토 센서(630) 및 히터 칩을 지지하고, 쿨링 부재(150) 위에 배치된다. 쿨링 부재(150)는 상기 기판홀에 대응하도록 배치된다.
웰 어레이(120)는 포토 센서(630) 위에 배치된다. 본 실시예에서, 웰 어레이(120)는 도 3에서 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
포토 센서(630)는 상기 PCB(110) 상부에 배치되고, 웰 어레이(120)에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영한다.
히터 패턴(640)은 CSP(chip scale packaging) 구조를 갖는 포토 센서(630)의 재배선층(re-distribution　layer, RDL)이다. CSP는 패키지 기판(package substrate) 중에서 기판의 크기가 반도체 칩 크기의 120%를 넘지 않는 제품을 칭하는 표현이다. 면적 축소를 위해 CSP는 일반적인 BGA에 비해 배선 밀도가 조밀하게 형성된다.
포토 센서(630) 내부에 형성된 히터 패턴(640)의 일부는 포토 센서(630)에서 노출되어 범퍼(BMP)를 통해 PCB(110)에 전기적으로 연결되어 히팅을 위한 전원을 공급받는다.
쿨링 부재(150)는 PCB(110) 아래에 배치되어, 웰 어레이(120)에 채워진 시료에서 열을 빼앗는다. 쿨링 부재(150)는 PCB(110)의 중심 영역에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치된다. 도 8에서 쿨링 부재(150)는 팬형상을 도시하였으나, 다양한 구성요소가 구비되어 쿨링 부재(150)를 형성하는 것은 자명하다. 즉, 쿨링팬, 히트싱크, 펠티어 소자 등이 쿨링 부재(150)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서, PCR 장치(600)는 도 3에서 설명한 광 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, PCR 장치(600)는 도 3에서 설명한 컬러필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 웰 어레이(120)의 하부에 배치된 포토 센서(630)의 내부에 형성된 재배선층(RDL)을 히터 패턴(640)으로 활용한다. 따라서, 포토 센서(630) 내부에 형성된 히터 패턴(640)은 웰 어레이(120)에 근접하게 배치되므로 웰 어레이(120)의 웰들(122) 각각에 채워진 용액에 보다 빠르게 열을 제공할 수 있다.
본 발명은 생화학물질의 검사를 수행하는 장치, 혈액검사장치, 질병 검사장치 등으로 연구용, 재난방지용, 의료용, 축산용, 애완동물치료용 등으로 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600 : PCR 장치
110 : PCB 120 : 웰 어레이
130, 240, 330, 430, 530, 630 : 포토 센서
140, 230, 350, 440, 640: 히터 패턴
150 : 쿨링 부재 340, 450, 540 : 히터 칩

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기판홀이 형성된 PCB;
    상기 PCB 상부에 배치되고, 웰 어레이에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영하는 포토 센서;
    상기 포토 센서의 상부면에 접촉하도록 배치되고, 상기 웰 어레이에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재; 및
    상기 기판홀에 대응하여 상기 PCB 하부에 배치되고, 상기 웰 어레이에 채워진 시료에서 열을 빼앗는 쿨링 부재를 포함하되,
    상기 히팅 부재는 금속 라인이 상기 웰 어레이의 웰이 형성되지 않은 영역에 대응하도록 형성되어 구성되는 히터 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
  4. 기판홀이 형성된 PCB;
    상기 PCB 상부에 배치되고, 웰 어레이에 채워진 시료의 반응 영상을 촬영하는 포토 센서;
    상기 포토 센서의 하부면에 접촉하도록 배치되고, 상기 웰 어레이에 채워진 시료에 열을 가하는 히팅 부재; 및
    상기 기판홀에 대응하여 상기 PCB 하부에 배치되고, 상기 웰 어레이에 채워진 시료에서 열을 빼앗는 쿨링 부재를 포함하되, 상기 히팅 부재는,
    상기 포토 센서의 하부면에 배치되어 상기 웰 어레이에 채워진 시료에 열을 가하는 히터 칩; 및
    상기 히터 칩의 상부면 또는 하부면에 접촉하고, 상기 웰 어레이에 채워진 시료에 열을 가하는 히터 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.

  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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