KR102219101B1

KR102219101B1 - 핵산 증폭 판별장치

Info

Publication number: KR102219101B1
Application number: KR1020200124956A
Authority: KR
Inventors: 남궁성원; 윤석진; 김상하; 박재훈
Original assignee: 한창기술 주식회사
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2021-02-24
Also published as: KR102219101B9

Abstract

본 발명은 핵산 증폭 판별장치에 관한 것으로, 휴대가 용이하여 시료 판별 현장으로 용이하게 운반할 수 있으며, 시료 판별 현장에서 채취한 시료를 배양한 후 실시간으로 병원체 질병의 감염여부를 판정할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치는, 핵산증폭 반응이 이루어지는 반응기가 수납되는 출입구를 갖는 케이스, 상기 케이스의 내부에 배치되며, 상기 반응기를 개별 고정시키는 복수개의 홀더, 상기 홀더가 고정되고 상기 반응기를 가열시키는 가열모듈, 상기 가열모듈과 대향되도록 배치되고, 상기 반응기에 광을 제공하여 반응기 내의 반응물의 변형을 감별하는 감별부, 상기 감별부를 상기 반응기들을 따라 순차적으로 이동시키는 이동구동부를 포함한다.

Description

핵산 증폭 판별장치{APPARATUS FOR AMPLIFYING AND DISTINCTION NUCLEIC}

본 발명은 핵산 증폭 판별장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소연쇄반응)을 수행하여 핵산 증폭을 통해 시료의 음성/양성을 판별하는 기능과 생물입자를 배양하여 시료의 세균 양을 산출하는 기능을 통합할 수 있는 핵산 증폭 판별장치에 관한 것이다.

전염병 또는 질병의 진단 및 검사 판별 등을 목적으로 채취한 시료에 대하여 DNA 및 RNA와 같은 핵산의 존재 유무를 판단하기 위해서는 미량의 핵산을 대량으로 증폭할 필요가 있다.

또한, 채취한 시료에 대하여 단세포 또는 세균 등의 생물입자에 대한 농도 및 밀도를 판단하기 위해서는 이를 일정 조건으로 배양하여 증폭할 필요가 있다.

실시간으로 핵산 증폭이 되는 과정을 판별하기 위하여, 형광 표식을 이용하여 발광하는 형광량을 측정하는 방법인 실시간 PCR이 사용된다. 형광 표지는 Interchelating, TaqMan probe, Molecular Beacon 등의 방법으로 사용된다. 실시간 PCR에서는 매 사이클 마다 핵산이 증폭되는 양 만큼 형광 리포터(reporter)가 증가하므로 핵산의 양이 각 사이클(cycle)마다 측정되고, 증폭이 일어나는 구간에서의 반응을 실시간으로 확인할 수 있어서 확인하고자 하는 핵산의 양으로 시료의 음성/양성 여부를 판단할 수가 있다.

실시간 PCR은 각 사이클마다 측정되는 기능을 활용하여 핵산 증폭 량을 측정할 수가 있어 분석하는 기능과 함께 시료의 음성/양성을 판별한다. 이러한 실시간 PCR의 경우에는 기기의 크기가 매우 크고 이동성이 거의 없어서 현장 진단이 불가능한 문제점이 있으며, 전력 소모가 과다하여 별도의 전기 공급 시설이 필요한 문제점이 있다.

한국공개특허 10-2018-0117454(휴대용 실시간 PCR 측정기기)의 실시간 PCR에서는 CCD 센서 또는 CIS 센서로 광학 센서를 구성하고, 방출되는 광을 이미지 형태로 촬영하여 픽셀 수치로 환산하는 구조로 되어 있어 불투명한 재질의 가시광선 차단으로는 가시광선 경계의 원자외선 광원에 의한 신호대잡음비를 확보할 수가 없으며, 또한 방출되는 광의 수신 이미지 형태는 미약한 형광 신호량의 정확한 수치 특성을 반영할 수 없으므로 미량의 핵산을 실시간 PCR하여 측정되는 데이터의 신뢰성을 확보하기가 어려우며, 시간도 많이 소요된다.

한국공개특허 10-2018-0087892(고속 핵산증폭 장치)에서는 실시간 PCR에서 온도 상승 하강시, 가열 모듈이 이동하며, 이에 따라 송풍 노즐과 송풍 팬이 제어되는 가열 및 냉각의 구조가 복잡하고, 기계 구조물이 다수 소요되는, 장치 무게의 단점과 기계적 동작이 과다하여 장치의 내구성에 문제점이 있다. 또한 시료 튜브 각각의 상단에 광원이 장착되고 시료 튜브 각각에 광 수신을 하므로 형광을 검출하는 장치가 복잡하여 비용 상승 및 유지보수가 까다로운 문제점이 있다.

한국공개특허 10-2009-0000474(핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치)에서는 핵산 시료 튜브에서 생성되는 형광을 검출하기 위하여 잘 알려진 광학빔 분리 구조에 편광자와 편광빔분할기를 적용하여 광학 시스템을 구성한다. 이 시스템에서는 여기광과 형광을 분리하기 위하여 필터를 추가한 편광 특성을 활용하였으나, 구조가 복잡하고 다수의 광학 부품이 소요되며 매우 정밀한 제작 특성으로 고가의 비용이 수반되는 문제점과 이동 및 휴대시 기계적 충격을 매우 주의하여야 하는 단점이 있다.

한국공개특허 10-2018-0023574(휴대용 핵산 증폭장치 및 이를 이용한 핵산 증폭방법)는 휴대용으로 핵산을 증폭하기 위한 구조와 방법에 대한 것으로서, 핵산증폭장치의 구조와 핵산 증폭에 의한 감염 여부를 색상 주파수로 판단하는 것을 특징으로 한다. 이 방법에서 색상 주파수를 감지하는 센서는 실시간 PCR 특성과 광학부분의 주파수를 변별하는 기술적 한계를 고려할 때 변별력을 보유하기 어려우며 특히 휴대용으로 적용하기에는 기술적 장벽이 존재한다. 온도를 제어하기 위한 펠티어 소자를 한 쌍으로 설치하여 가열 및 냉각하는 구조는 잔열 및 온도 분포의 불균형으로 인하여 핵산 증폭 방식의 성능을 저하시키는 문제점이 있다. 핵산 증폭 방법에서 실시간 PCR 방식에서 사용되는 온도 순환 과정에서의 검출이 아닌 종말단계검출(End Point Detection) 방식을 적용하고 있어 상대적으로 검출시간이 소요되며 다양한 진단 시료의 특성을 반영하지 못하게 된다는 문제점이 있다.

등록특허 10-2126520(핵산 증폭 판별장치)에서는 복수의 광원과 복수의 센서를 통하여 핵산 증폭을 감지하는 방법으로서 이 방법은 기계적 동작이 없어 구조자체가 단순한 장점이 있으나, 복수의 광원 및 복수의 센서를 제어하고 형광 신호를 검출하기 위한 센서 회로 및 광원 제어가 매우 복잡하여 높은 비용이 수반된다는 문제점이 있다. 광원과 센서를 중첩하여 사용하면 실시간 PCR 과정에서 검출하는 미약한 형광 신호에 대한 높은 광원 에너지로 인하여 센서에서 검출되는 신호가 묻히는 문제점이 발생되며, 상대적인 센서 각각의 감지능력 편차로 인해 복수개의 센서를 사용하여 동시에 형광신호를 검출하는 효과를 기대하기가 어려운 문제점이 있다.

공개특허 10-2011-0006334(세균양 측정 방법)는 생물입자(세균)의 양을 측정하는 방법으로서 나노바이오센서에서 발생되는 형광 세기를 이용하여 세균양을 측정하는 것이다. 이 방법은 나노바이오센서 및 세균을 증착하고 형광 나노 물질을 도포하는 등의 전처리 과정을 거쳐야 하는 등 세균양을 측정함에 있어서 나노바이오센서에 의존하는 문제점이 있다.

부가적으로, 병원체 진단은 전 세계적인 보건 문제에서 매우 중요하다. 병원체 진단으로 세포 배양, 혈액 화학, 유세포 분석, 면역측정법, 핵산 증폭 검사와 같은 다양한 방법들이 개발되었다. 세포 배양은 임상 진단에 많이 사용되고 있으며, 핵산 증폭 검사는 감염 진단 검사시 보편적인 장점을 가지고 있다. 그러나 종래의 핵산 증폭 검사 분석은 숙련된 기술자, 특정 장비 및 다중 단계와 같이 실험실 기반 작업을 필요로 하는 복잡한 전처리가 요구되기 때문에 현장 진단에서 핵산 증폭 검사의 사용이 제한되고 있다.

핵산 증폭 검사를 통한 현장 진단은 시료 준비, 주형 증폭 및 신호 검출의 3가지 주요 측면을 포함한다. 핵산 증폭 검사를 통한 현장 진단의 경우, 시료 준비후 시료를 증폭할 수 있는 휴대용의 핵산 증폭 판별장치가 개발되어 있으나, 온도 순환 장치 핵산 증폭(PCR)만을 실시하고 사후 판별할 뿐 실시간 PCR 과정 중에서 판별하는 기능은 제한되고 있다.

핵산 증폭 판별장치는 다양한 종류가 있으며, 시료를 통하여 주형 증폭을 하면서 실시간으로 신호 검출을 하는 실시간 PCR 분석기기는 실험실 및 검사 기관에 상당량 보급되어 있다. 분석 용도로 사용되는 실시간 PCR 장치는 민감도가 높고 매우 다양한 분석 기능이 활용되고 있으나 전력 소모가 크며, 크기도 휴대용으로는 적합하지 않고 고비용이다. 그러나 종래 개발된 휴대용의 핵산 증폭 검사 장치는 실시간 PCR 과정에서 판별하는 것이 아닌 사후 판별하는 기기로 실시간 PCR의 특징을 활용한 실용화된 기기가 극소수이며 고비용으로 제한적이다.

공개특허공보 제10-2018-0117454호 공개특허공보 제10-2018-0087892호 공개특허공보 제10-2009-0000474호 공개특허공보 제10-2018-0023574호 등록특허공보 제10-2126520호 공개특허공보 제10-2011-0006334호

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 휴대가 용이하여 시료 판별 현장으로 용이하게 운반할 수 있으며, 시료 판별 현장에서 채취한 시료를 배양한 후 실시간으로 병원체 질병의 감염여부를 판정할 수 있는 핵산 증폭 판별장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 전문지식이 없는 일반인도 실시간 PCR 기술을 적용한 단순화된 판별장치로 현장 진단이 용이하도록 한 핵산 증폭 판별장치를 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

또한, 종래의 휴대용 핵산 증폭 판별장치에 요구되는 전기 연동 장치같이 별도 확인 장치 없이 신속하면서도 정확하게 판별할 수 있는 핵산 증폭 판별장치를 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

그리고, 핵산 증폭 판별장치에 적용된 모듈화된 고감도 광학계와 실시간 PCR 과정에 사용되는 온도 순환 제어 장치를 통하여 생물입자(세균, 병원체)를 배양하고, 생물입자의 형광 발현 특성을 활용하여 생물입자의 농도 또는 개체수를 측정할 수 있도록 한 핵산 증폭 판별장치를 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

또한, 진단 시약 또는 진단 시료에 적절한 파장에 부합하도록 단순하게 모듈화된 광학계를 용이하게 탈부착 할 수 있도록 하여 가격 경쟁력이 우수한 경량의 핵산 증폭 판별장치를 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치는, 핵산증폭 반응이 이루어지는 반응기가 수납되는 출입구를 갖는 케이스, 상기 케이스의 내부에 배치되며, 상기 반응기를 개별 고정시키는 복수개의 홀더, 상기 홀더가 고정되고 상기 반응기를 가열시키는 가열모듈, 상기 가열모듈과 대향되도록 배치되고, 상기 반응기에 광을 제공하여 반응기 내의 반응물의 변형을 감별하는 감별부, 상기 감별부를 상기 반응기들을 따라 순차적으로 이동시키는 이동구동부를 포함하고,
상기 이동구동부는, 상기 케이스의 내부에 탈착 가능하게 결합되는 베이스 유닛, 상기 감별부가 고정되고, 내부에 일정피치를 가지며 나선홀로 형성되는 피동수단이 수평방향으로 형성된 이동유닛, 상기 베이스 유닛에 배치되고 상기 이동유닛의 수평방향 이동을 가이드하는 가이드 유닛, 상기 피동수단에 체결되고 일정피치를 가지며 나선으로 형성되는 구동수단이 길이방향을 따라 형성되고, 구동원에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전되어 상기 감별부를 반응기들을 따라 이동시키는 구동유닛을 포함한다.

그리고, 상기 홀더들이 수평방향으로 서로 나란하게 고정되고, 상기 반응기와 대향되는 위치에 광을 통과시키는 복수개의 통과홀을 갖는 밑판부가 형성된 고정부, 상기 홀더를 각각 감싸는 형태로 열블록에 고정되고 상기 반응기를 가열시키는 열선이 고정되는 발열부를 포함한다.

또한, 상기 밑판부의 양 가장자리에서 하측을 향해 절곡되어, 상기 감별부의 광을 반응기들에 집중시키는 집중부, 상기 밑판부의 저면에 설치되며 상기 통과홀과 대응되는 위치에 광을 통과시켜 반응기에 집중시키는 렌즈가 각각 형성된 광학 렌즈 필터를 더 포함한다.

삭제

또한, 상기 감별부는, 핵산 증폭에 필요한 광을 조사하는 광원부, 상기 광원부의 광파장을 필터링 하여 상기 반응기 측으로 반사하는 2색 거울이 내장된 광학 몸체부, 상기 반응물의 반응결과를 검출하는 광전 변환부를 포함한다.

그리고, 상기 홀더에 고정된 반응기를 냉각시키는 냉각부를 더 포함한다.

본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치는, 시료를 채취한 현장에서 생물입자 배양이나 실시간 핵산 증폭 공정을 수행하여 정확하고 신속하게 감염 및 질병 발생을 판별할 수가 있는 효과가 있다.

그리고, 종래 고가의 실시간 핵산 증폭 장치의 기본 원리와 기능을 구현하되 핵심 구성품의 성능 저하를 초래하지 않고도 단순, 모듈화하여 저비용으로 동등 이상의 고성능을 발휘할 수 있도록 하였다.

또한, 기본 구성을 간소화하면서 고도의 소프트웨어 기술로 구현하여 판별장치의 기능 유연성을 극대화하여 기본원리에 의한 응용 분야의 확대를 도모할 수가 있는 효과가 있다.

그리고, 실시간 핵산 증폭 공정의 광학적 검출 원리를 생물 입자 배양에 적용하여 형광물질이 주입되거나 특정 광원에 형광하는 세균 또는 단생 생물의 단위 시간당 증가 속도에 따른 양적 특성을 분석할 수 있어 세균 단위의 오염도 측정, 질병의 발생 예측, 오염수 분석 등에 활용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 실시간 핵산 증폭 장치 공정 데이터를 실시간으로 측정하므로 현장에서 신속한 분석이 가능한 효과가 있으며, 온라인으로 데이터를 실시간 전송할 수 있으므로 실험실에서 동시간대 병행 분석이 가능하여 핵산 증폭을 통한 질병 진단 및 분석의 신뢰성을 향상시킬 수가 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치를 도시한 결합 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치를 도시한 분해 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 구성들의 결합 상태를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 홀더, 가열모듈 및 광학 렌즈 필터를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 이동구동부 및 감별부의 결합상태를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 구성들 및 2색 거울을 도시한 사시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치를 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치를 도시한 분해 사시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 구성들의 결합 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 홀더, 가열모듈 및 광학 렌즈 필터를 도시한 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 이동구동부 및 감별부의 결합상태를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치에 적용된 구성들 및 2색 거울을 도시한 사시도.

본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치(1)는 휴대가 용이하여 반응물(시료) 판별 현장으로 용이하게 운반할 수 있으며, 반응물 판별 현장에서 채취한 반응물을 배양한 후 실시간으로 병원체 질병의 감염여부를 판정할 수 있는 제품이다.

이러한 핵산 증폭 판별장치(1)는 케이스(10), 홀더(20), 가열모듈(30), 감별부, 이동구동부(50) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

케이스(10)는 내부에 빈 공간이 형성된 다각형 박스 형상으로 형성될 수 있다. 도면에는 케이스(10)가 육면체 형상으로 형성된 예를 도시하였다.

케이스(10)는 장치의 외관을 구성하는 것으로, 내부공간에는 본 발명에 따른 핵산 증폭 판별장치(1)를 구성하는 홀더(20), 가열모듈(30), 감별부, 이동구동부(50), 냉각부(80), 제어부(90), 가열모듈(30), 감별부, 이동구동부(50), 냉각부(80), 제어부(90)에 전원을 공급하는 배터리(110), 배터리(110), 배터리의 작동을 제어하는 전원제어부(111) 등 각종 구성물이 설치된다.

케이스(10)의 좌측면과 우측면 중 적어도 어느 하나의 면에는, 케이스(10)의 내부공간에 홀더(20), 가열모듈(30), 감별부, 이동구동부(50), 냉각부(80), 제어부(90) 등 본 발명의 일 실시예를 구성하기 위한 각종 구성품을 설치하거나 또는 인출할 수 있도록 개구부가 형성될 수 있다.

케이스(10)의 측면 개구부는 제1 덮개(11)에 의해 개폐될 수 있다.

제1 덮개(11)는 케이스(10)에 볼팅 결합될 수 있다.

케이스(10)의 전면에는 소정각도의 경사를 갖는 경사면이 형성된다.

경사면에는 개구부가 형성되며, 개구부에는 장치의 작동 상태를 표시하는 터치패널(13)이 설치될 수 있다.

터치패널(13)에는 가열모듈(30), 감별부, 이동구동부(50), 냉각부(80) 등을 제어하기 위한 터치방식의 제어버튼들이 구비될 수 있다.

일 예로, 제어버튼은 장치의 전원을 온/오프하는 전원버튼, 검사 시작버튼, 검사설정 버튼, 검사종료 버튼 등이 마련될 수 있다.

그리고, 터치패널(13)에는 반응물의 증폭시간, 판별시간 등이 카운팅 되거나 가열모듈(30)의 온도, 케이스(10)의 내부 온도 등이 표시되도록 프로그래밍 될 수 있다.

케이스(10)에는 전기 신호 입력이 가능한 신호 입력 장치(미도시)가 구비될 수 있다.

케이스(10)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 판별장치의 전원을 온 또는 오프시키기 위한 온/오프 스위치(미도시)가 더 마련될 수 있다.

케이스(10)의 상면에는 홀더(20)가 상방향으로 노출될 수 있도록 하면서 핵산증폭 반응이 이루어지는 반응기가 출입할 수 있는 출입구가 형성된다.

즉, 출입구를 통해 노출된 홀더(20)에 반응기가 수용되어 고정될 수 있다.

이때, 반응기는 튜브 형태로 형성될 수 있으며, 내부에 반응물이 담겨있는 구조로 이루어진다.

케이스(10)의 상면에는 출입구를 개폐하기 위한 제2 덮개(12)가 회동 가능하게 결합될 수 있다.

제2 덮개(12)는 핵산 증폭 검사의 정밀도를 높이기 위해 무반사 흑색 도금 처리된다.

제2 덮개(12)의 저면에는 홀더(20)에 장착된 반응기의 상부에 배치되는 오염방지용 자외선을 방사장치(14)가 설치될 수 있다.

방사장치(14)는 홀더(20)에 자외선을 방사하여 소독하고, 오염물질을 제거한다.

그리고, 홀더(20)의 소독이 완료된 이후에 새로운 반응기를 장착하면 된다.

홀더(20)는 케이스(10)의 내부공간에서 제2 덮개(12)를 폐쇄하였을 때 제2 덮개(12)의 하측에 배치될 수 있다.

따라서, 홀더(20)에 반응기를 장착한 후 제2 덮개(12)를 닫으면 빛 차단 커버 및 오염방지용 자외선 방사 장치(14)가 반응기의 상면에 안착되어 외부로부터 침투될 수 있는 광을 차단하게 된다.

이상 설명한 케이스(10)는 휴대가 용이한 사이즈로 제작될 수 있다.

그리고, 케이스(10)의 상부 양측면에는 관리자가 파지할 수 있는 손잡이가 각각 형성될 수 있다.

홀더(20)는 케이스(10)의 내부에 배치되며 출입구를 통해 케이스(10)의 상측으로 노출된다.

즉, 제2 덮개(12)의 개폐여부에 따라 홀더(20)가 노출되거나 가려지게 된다.

홀더(20)는 상면과 저면에 개구부가 형성되고 내부에 반응기가 수용되는 빈 공간이 형성된 원통 형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 반응물이 담긴 반응기가 홀더(20)에 개별 탑재되어 고정될 수 있다.

이때, 홀더(20)의 내부공간은 반응기의 형상에 대응하는 형상을 가져, 반응기가 홀더(20) 내에 밀착하여 투입될 수 있다.

홀더(20)는 후술되는 가열모듈(30)에 열을 반응기에 전도시킬 수 있도록 열전도성 재질로 형성될 수 있다.

홀더(20)는 복수개의 반응기를 개별 고정시키도록 복수개로 적용될 수 있다.

홀더(20)는 가열모듈(30)에 소정의 열을 이루는 형태로 일렬로 배열되는 배치를 가질 수 있다.

가열모듈(30)은 홀더(20)의 아래에 위치될 수 있으며, 홀더(20)에 탑재된 반응기에 담긴 반응물을 가열하는 구성이다.

이를 위해 가열모듈(30)은 고정부(31), 발열부(32)를 포함할 수 있다.

이때, 고정부(31), 발열부(32)는 핵산 증폭 검사의 정밀도를 높이기 위해 무반사 흑색 도금 처리된다.

그리고, 고정부(31), 발열부(32)는 핵산 증폭 검사의 온도 순환 제어 정밀도를 높이기 위해 밀착 된다.

고정부(31)는 홀더(20)를 고정하면서 발열하는 구성으로, 상면이 개방되고 내부에 광원부(100)의 반사 빛이 투과되는 빈 공간이 형성된 통 구조로 이루어지는 포켓부(311)를 포함할 수 있다.

포켓부(311)는 복수개로 적용되어 일렬로 배열되는 배치를 갖는다.

그리고, 홀더(20)는 이러한 포켓부(311)의 내부에 삽입되어 고정된다.

이때, 홀더(20)는 상측 소정영역이 포켓부(311)의 상측으로 돌출될 수 있는 길이를 갖는다.

고정부(31)는 밑판부(312)를 더 포함할 수 있다.

밑판부(312)의 상면에 전술한 홀더(20)들이 일정간격으로 배치된다.

밑판부(312)와 포켓부(311)는 일체로 형성될 수 있다.

밑판부(312)에는 홀더(20)의 저면 개방부와 대응되는 위치 마다 감별부의 광을 통과시키는 통과홀(312a)들이 형성된다.

즉, 감별부는 밑판부(312)의 하측에서 홀더(20)에 장착된 반응기에 광을 조사한다.

부가적으로, 밑판부(312)의 양측면에는 하측을 향해 직각 절곡되는 집중부(313)가 형성된다.

집중부(313)는 일단이 곡선부(3131)를 매개로 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.

집중부(313)와 곡선부(3131)는 일체로 형성될 수 있다.

집중부(313)는 감별부에서 밑판부(312)로 조사된 광을 가둬 측방향으로 반사되거나 또는 새어나가지 아니하도록 가둠으로써, 광이 반응기들에게만 집중될 수 있도록 한다.

그리고, 밑판부(312)의 저면에는 광학 렌즈 필터(60)가 통과홀(312a)들을 가리도록 설치된다.

광학 렌즈 필터(60)는 통과홀(312a)들과 각각 대응되는 위치에 배치되는 렌즈(60a)를 더 포함한다.

렌즈(60a)는 광원부(100)의 광을 통과시켜 반응기에 집중시킨다.

그리고, 렌즈(60a) 평행광 방사를 하는 제품으로 적용되며, 광전 변환부(70)에 넓게 분포하는 형태로 반사되도록 함으로써, 수신감을 향상시킨다.

한편, 감별부의 입사광에 의해 반응기의 형광물질에서 생성되는 파장의 광만 통과시킨다. 따라서, 튜브에서 생성된 광이 광학 렌즈 필터(60)를 통과하여 광전 변환부(70)에 입사할 수 있게 된다.

밑판부(312)의 양측에는 시점과 종점에 위치된 포켓부(311)의 일측으로 돌출되는 플랜지(3121)가 각각 형성된다. 플랜지(3121)는 발열부(32)를 고정하는 구성이다.

이상 설명한 포켓부(311)와 밑판부(312)는 반응기들에 열을 전도시킬 수 있도록 열전도성 재질로 형성된다.

발열부(32)는 안착유닛(321), 고정날개(322), 열선(333)을 포함할 수 있다.

안착유닛(321)은 일정한 길이와 두께를 갖는 직사각형 바아 형상으로 형성되며, 홀더(20)를 각각 개별적으로 감싸는 복수개의 감쌈홀(321a)을 포함한다.

안착유닛(321)의 양측에는 하 방향으로 직각 절곡되는 절곡부(3211)가 형성된다.

절곡부(3211)는 시점과 종점에 위치된 포켓부(311)의 측면에 각각 접촉된다.

고정날개(322)는 절곡부(3211)의 하단에서 수평방향으로 직각 절곡되어 플랜지(3121)의 상면에 각각 안착된다.

이때, 안착유닛(321)과 절곡부(3211)는 고정부(31)에 용접, 접착제, 기타 다양한 방식으로 결합될 수 있다.

이러한 발열부(32) 또한 반응기들에 열을 전도시킬 수 있도록 금속과 같은 열전도성 재질로 형성될 수 있다.

열선(333)의 피복이 제거된 부분을 브라켓(314)에 여러 번 감아 고정할 수 있다.

열선(333)은 제어부(90)에서 생성되는 전기 신호에 의해 동작하여 발열부(32)를 가열한다.

그리고, 발열부(32)의 열은 포켓부(311)와 홀더(20)를 통해 반응기 전도되며, 이로 인해 반응기에 담긴 반응물이 가열된다.

열선(333)은 사용자가 의도하는 바에 따라서 정확한 온도의 열을 생성하도록 제어될 수 있다.

그리고, 열선(333)은 제어부(90)에서 생성되는 전기 신호에 의해 동작하여 발열부(32)를 가열할 수 있다.

또한, 발열부(32)의 열은 포켓부(311)와 홀더(20)를 통해 반응기 전도되며, 이로 인해 반응기에 담긴 반응물이 가열된다.

감별부는 가열모듈(30)과 대향되도록 배치되고, 반응기에 광을 제공하여 반응기 내의 반응물의 변형을 감별하는 구성이다.

이를 위해 감별부는 광원부(100), 광학 몸체부(40), 광전 변환부(70)를 포함할 수 있다.

광원부(100)는 제어부(90)에 전기적으로 연결되어 작동이 제어된다.

광원부(100)는 가열부의 하부에 배치된다.

광원부(100)는 제어부(90)의 온도 가변 사이클에 대응되어 광을 발생시킬 수 있다.

광원부(100)의 광원은 UV LED램프로 형성될 수 있다.

광학 몸체부(40)는 후술되는 이동구동부(50)에 탑재되어 광원부(100)의 광이 반응기들에 순차적으로 제공될 수 있도록 한다.

광학 몸체부(40)는 이동구동부(50)에 탑재되면 가열모듈(30)의 하측에 배치된다.

그리고, 광학 몸체부(40)의 상면에는 광원부(100)의 광을 배출하는 배출관이 형성된다. 따라서, 광원부(100)의 광은 홀더(20)에 장착된 반응기에 조사된다.

광원부(100)의 광원은 제어부(90)의 전류 제어 신호에 의하여 광원의 밝기가 제어되어 방사된다.

그리고, 광학 몸체부(40)의 내부에는 광원부(100)의 광파장을 필터링 한 후 반응기 측으로 반사하는 2색 거울(41)이 내장된다.

광전 변환부(70)는 광학 몸체부(40)의 저면에 결합되어 광학 몸체부(40)와 함께 반응기를 따라 이동된다.

광전 변환부(70)는 포토다이오드, PMT, CCD 카메라, CMOS 카메라 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

증폭된 반응물을 투과한 광이 갖는 신호세기를 감지하여 제어부(90)에 전송하며, 제어부(90)는 이를 분석하여 터치패널(13)이나 사용자 컴퓨터의 모니터에 전송한다. 이때, 분석결과는 모든 반응기들의 반응물의 파장을 표시한다.

나아가, 광전 변환부(70)에 의해 검출된 각 핵산 증폭 반응물의 형광 검출결과는 인터페이싱 되는 제어부(90)로 전송되어 분석될 수 있다.

제어부(90)는 컴퓨터-판독 가능한 매체 또는 클라우드에 검출된 핵산에 관한 결과를 유선 또는 무선의 양방향 통신에 의해 저장할 수 있으며, 이를 다른 데이터베이스들에 저장된 기록들과 비교할 수 있다.

그리고, 컴퓨터는 개인정보단말기 (PDA, personal digitalassistant), 스마트폰, 태블릿 또는 임의의 다른 휴대용 또는 이동 전자 디바이스를 포함하며, 적절한 프로세싱 능력들을 가진 디바이스에 내장된 컴퓨터와 같은 다수의 형태가 가능할 것이다.

또한, 상기 컴퓨터는 하나 이상의 입력 및 출력장치를 포함할 수도 있다.

이때, 핵산 증폭 검사를 위한 광원부(100)의 광원은 가시광선 경계 대역의 원자외선 UV-LED를 사용하여 저비용의 광학 렌즈 필터를 적용할 수 있다.

이로 인해 광전 변환부(70)를 양방향 필터, 렌즈와 형광 신호 파장 대역인 490 ~ 600mm 대역에서 가장 감도가 좋은 광검출기를 적용하여 실시간 핵산 증폭 공정에 의해 발현되는 형광 검출이 용이하도록 할 수 있다.

이동구동부(50)는 광원부(100)의 광이 홀더(20)에 개별 장착된 반응기들에 조사되도록 광원부(100)를 이동시키는 구성이다.

즉, 반응기들이 부동을 유지하고 있는 상태라도 이동구동부(50)를 통해 광원부(100)의 광을 반응기들에 순차적으로 제공할 수 있다.

이를 위해 이동구동부(50)는 이동유닛(52), 가이드유닛(53), 구동유닛(54) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

베이스유닛(51)은 평평한 판 형상으로 형성될 수 있으며, 케이스(10)의 측면 개구부를 통해 케이스(10)의 내부에 수용되거나 또는 케이스(10)의 외부로 인출될 수 있다.

베이스유닛(51)은 검출부를 구성하는 광학 몸체부(40)와 광전 변환부(70)의 교체가 가능하도록 케이스(10)의 탈부착 가능하게 결합된다.

하나의 예시에서, 케이스(10)의 내부 바닥면이나 측벽에는 레일(미도시)이 길이방향을 따라 형성될 수 있고, 베이스유닛(51)의 저면이나 측면에는 레일에 슬라이딩 결합되는 슬라이딩부(미도시)가 형성될 수 있다.

다른 하나의 예시에서, 베이스유닛(51)과 케이스(10)의 내부에는 서로 탈착되는 클립이 형성될 수도 있다.

베이스유닛(51)은 전술한 구성 이외에도 다양한 방식으로 케이스(10)에 탈부착 될 수 있다.

종래의 고가의 정치형 실시간 핵산 증폭 판별장치인 실시간 PCR은 백색 광원을 활용하여 진단 시약 제작 방식에 따라 다른 파장의 형광 신호를 검출하기 위하여 광학계가 필터 교환 기능을 수행하는 구조로 매우 복잡한 광학검출시스템이 적용된다. 이는 특정되지 않은 유전자 정보를 분석하기에는 매우 유용하나, 현장 진단형으로 사용되는 핵산 증폭 판별장치는 이미 검출할 핵산의 특성을 추정하므로 특정된 진단 시료로 현장에서 핵산 증폭 기능을 수행한다. 따라서 본 발명은 진단 시약 또는 진단 시료에 적절한 파장의 모듈화되고 단순한 광학계가 설치된 다른 베이스유닛을 전술한 베이스유닛(51) 대신 적용할 수 있다.

이동유닛(52)은 일면에 광학 몸체부(40)가 고정된다.

이동유닛(52)의 내부에는 피동수단이 수평방향으로 형성된다.

도면에 도시되는 않았으나 피동수단(미도시)은 일정피치를 갖는 나선홀로 형성될 수 있다.

이동유닛(52)은 이러한 피동수단에 의해 후술되는 구동유닛(54)의 작동에 연계되어 감별부를 반응기들을 따라 순차적으로 이동시킨다.

가이드유닛(53)은 베이스유닛(51)의 일면에 배치된다.

가이드유닛(53)은 LM 가이드로 형성되어 구동유닛(54)의 회전작동이 이동유닛(52)에 직진 이동력으로 작용하도록 한다.

구동유닛(54)은 외주연에 나선이 형성된 볼트구조로 이루어질 수 있다.

구동유닛(54)의 나선은 피동수단에 체결되는 구동수단 기능을 수행한다.

구동유닛(54)은 제1 덮개(11)에 설치되는 구동원(55)의 동력으로 정방향 또는 역방향으로 회전되면서 감별부를 반응기들을 따라 이동시킨다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 판별장치(1)는, 홀더(20)에 고정된 반응기를 냉각시키는 냉각부(80)를 더 포함할 수 있다.

냉각부(80)는 케이스(10)의 내벽면에 가열모듈(30)과 수평 방향으로 마주하도록 설치는 모터, 모터의 동력으로 제자리 회전되면서 가열모듈(30)과 홀더(20) 및 반응기에 냉각에 필요한 바람을 제공하는 회전날개를 포함하는 송풍팬으로 형성될 수 있다.

즉, 반응물의 핵산 증폭 감별을 완료한 다음에는 가열모듈(30)의 작동이 정지되고 냉각부(80)가 동작하여 반응기에 대한 냉각을 수행한다.

가열모듈(30)이 소정의 냉각 시간에 도달하면 제어부(90)는 가열모듈(30)을 다시 동작시키는 신호를 발생하여, 홀더(20)에 탑재된 반웅기 내의 반응물에 대한 가열을 수행한다. 이어서, 가열 시간에 다시 도달하면 상기와 냉각부(80)가 작동되어 냉각되는 과정을 정해진 횟수로 반복하게 된다.

본 발명에 따라서, 반응물의 온도가 신속하게 조절될 수 있다.

즉, 반응물이 담긴 반응기가 가열모듈(30)에 의해 신속히 가열되고, 가열이 충분히 이루어지면 가열모듈(30)이 정지되고 냉각부(80)가 작동하여 냉각부(80)에서 생성된 냉각용 바람에 의해서 반응물이 신속히 냉각될 수 있다.

아울러, 사용자가 의도하는 바에 따라서 가열모듈(30) 또는 냉각부(80)의 동작을 설정함으로써 반응물의 가열시간 및 냉각시간을 조절하여 반응물의 온도가 다양한 목표 온도에 도달하고, 목표 온도 범위를 유지하도록 할 수 있다. 일 예로, 가열모듈(30)의 작동 주기를 다르게 하거나 또는, 냉각부(80)의 작동 주기를 달리 설정함으로써, 반응물의 가열 시간, 및 냉각 시간이 달리 설정되어 사용자가 목표하는 바에 따라서 반응물의 온도를 용이하게 조절, 선택할 수 있다.

또한, 반응물의 가열 및 냉각이 매우 간단한 동작으로 달성될 수 있다. 즉, 반응기가 장착되는 홀더(20)와 가열모듈(30)이 일체화되어, 반응기를 신속히 가열할 수 있고, 냉각부(80)의 냉각용 바람을 통해 반응기, 홀더(20), 가열모듈(30)을 신속히 냉각할 수 있다.

아울러, 가열과정에서 광학 몸체부(40)가 광원부(100)에서 생성된 광을 반응기 내의 반응물이 입사하고, 반응물에서 생성된 광이 광전 변환부(70)로 전달되어 감지됨에 따라서, 반응물의 반응결과를 실시간으로 검출할 수 있다.

이에 따라, 온도조절이 필요한 대표적인 화학/생화학 반응인 PCR(Polymerase Chain Reaction, 중합효소연쇄반응)을 신속하고 정확하게 수행할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 적용된 이동구동부(50)를 통해서 기존 핵산 증폭 판별장치와 달리 하나의 감별부 만으로도 복수개의 반응기들에 광을 제공하여 핵산 증폭을 할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

즉, 이동구동부(50)에 광학 몸체부(40)가 탑재되고, 광학 몸체부(40)에 광원부(100)가 결합되며, 이동구동부(50)는 이러한 광학 몸체부(40)와 광원부(100)를 동시에 이동시켜 복수개의 반응기에 광원이 순차적으로 제공될 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핵산 증폭 판별 장치는 모든 종류의 핵산 시료 또는 모든 종류의 생물입자를 찾아 분석하는 종래의 종합 분석기기와 같이 시스템이 복잡하고 다양한 광학 파장 검출 기능을 동시에 구현하는 목적이 아니라, 제품의 소형화를 통해 특정 또는 좁은 범위로 추정되거나 의심되는 현장에서 진단 시료를 통하여 신속히 생물입자 배양을 통한 세균양 측정이나 실시간 핵산 증폭 방식(실시간 PCR)을 적용하여 존재 여부를 판별할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핵산 증폭 판별 장치는 구조가 단순하면서 저비용으로 구현하기 위하여 단일 광원(광원부) 및 단일 광 검출기(광전 변환부) 방식을 사용한다.

본 발명의 본 발명의 일 실시 예에 따른 핵산 증폭 판별 장치는 감별부(광원부(100), 광학 몸체부(40), 광전 변환부(70))를 모듈화하여 베이스유닛에 탈부착이 용이한 구조로 설계함으로써, 실시간 핵산 증폭을 위한 시료 특성 모두 반영하기 어려운 점을 극복할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 핵산 증폭 판별장치 10 : 케이스
11 : 제1 덮개 12 : 제2 덮개
13 : 터치패널 14 : 방사장치
20 : 홀더 30 : 가열모듈
31 : 고정부 311 : 포켓부
312 : 밑판부 312a : 통과홀
313 : 집중부 3131 : 곡선부
32 : 발열부 321 : 안착유닛
321a : 감쌈홀 3211 : 절곡부
3121 : 플랜지 314 : 브라켓
322 : 고정날개 333 : 열선
40 : 광학 몸체부 50 : 이동구동부
51 : 베이스유닛 52 : 이동유닛
53 : 가이드유닛 54 : 구동유닛
55 : 구동원 60 : 광학 렌즈 필터
70 : 광전 변환부 80 : 냉각부
90 : 제어부 100 : 광원부
110 : 배터리 111 : 전원제어부

Claims

핵산증폭 반응이 이루어지는 반응기가 수납되는 출입구를 갖는 케이스,
상기 케이스의 내부에 배치되며, 상기 반응기를 개별 고정시키는 복수개의 홀더,
상기 홀더가 고정되고 상기 반응기를 가열시키는 가열모듈,
상기 가열모듈과 대향되도록 배치되고, 상기 반응기에 광을 제공하여 반응기 내의 반응물의 변형을 감별하는 감별부,
상기 감별부를 상기 반응기들을 따라 순차적으로 이동시키는 이동구동부를 포함하고,
상기 이동구동부는,
상기 케이스의 내부에 탈착 가능하게 결합되는 베이스 유닛,
상기 감별부가 고정되고, 내부에 일정피치를 가지며 나선홀로 형성되는 피동수단이 수평방향으로 형성된 이동유닛,
상기 베이스 유닛에 배치되고 상기 이동유닛의 수평방향 이동을 가이드하는 가이드 유닛,
상기 피동수단에 체결되고 일정피치를 가지며 나선으로 형성되는 구동수단이 길이방향을 따라 형성되고, 구동원에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전되어 상기 감별부를 반응기들을 따라 이동시키는 구동유닛을 포함하는 핵산 증폭 판별장치.
제1항에 있어서,
상기 가열모듈은,
상기 홀더들이 수평방향으로 서로 나란하게 고정되고, 상기 반응기와 대향되는 위치에 광을 통과시키는 복수개의 통과홀을 갖는 밑판부가 형성된 고정부,
상기 홀더를 각각 감싸는 형태로 열블록에 고정되고 상기 반응기를 가열시키는 열선이 고정되는 발열부를 포함하는 핵산 증폭 판별장치.
제2항에 있어서,
상기 밑판부의 양 가장자리에서 하측을 향해 절곡되어, 상기 감별부의 광을 반응기들에 집중시키는 집중부,
상기 밑판부의 저면에 설치되며 상기 통과홀과 대응되는 위치에 광을 통과시켜 반응기에 광을 집중시키는 렌즈가 각각 형성된 광학 렌즈 필터를 더 포함하는 핵산 증폭 판별장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 감별부는,
핵산 증폭과 생물입자 배양에 필요한 근자외선을 제공하는 광원부,
상기 광원부의 광파장을 필터링 하여 상기 반응기 측으로 반사하는 2색 거울이 내장된 광학 몸체부,
상기 반응물의 반응결과를 검출하는 광전 변환부를 포함하는 핵산 증폭 판별장치.
제1항에 있어서,
상기 홀더에 고정된 반응기를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는 핵산 증폭 판별장치.