KR102299408B1

KR102299408B1 - Pcr 튜브 전극 장치 및 그 튜브 전극 장치를 포함한 pcr 장치

Info

Publication number: KR102299408B1
Application number: KR1020200002147A
Authority: KR
Inventors: 정민섭; 원종인; 김원재; 이서원; 박애자
Original assignee: 홍익대학교 산학협력단; 주식회사 바이오메듀스
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-09-09
Also published as: KR20210089293A

Abstract

본 발명에 따른 PCR 튜브 전극 장치는, DNA 용액을 수용하도록 상부가 개방된 용기 형태의 구조물로서 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진 PCR 튜브; 상기 PCR 튜브의 상부에 분리 가능하게 결합 되며 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진 전극 가이드; 및 전기적으로 비전도성 소재로 이루어지며, 상기 전극 가이드의 상부에 결합되어 상기 전극 가이드 상부를 밀폐하는 전극 커버;를 포함하며, 상기 전극 가이드는, 상기 PCR 튜브의 내측벽에 슬라이딩 결합 되며 상기 PCR 튜브의 길이 방향으로 중공부가 형성되고, 상기 PCR 튜브의 상단면에 접촉되어 걸리도록 상기 중공부의 외주면의 외경 보다 큰 외경을 가지는 스토퍼 플랜지부가 구비되며, 상기 중공부의 내측벽에는 오목하게 형성되며 상기 전극 가이드의 하단으로부터 상단까지 관통 연장된 전극 수용 홈부가 구비되며, 상기 전극 수용 홈부에는 와이어 형태의 전극이 수용되도록 설치되며, 상기 전극 커버는 상기 중공부의 내주면에 슬라이딩 결합 되어 상기 전극 수용 홈부에 수용된 전극을 가압하는 형태로 고정하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

PCR 튜브 전극 장치 및 그 튜브 전극 장치를 포함한 PCR 장치{PCR tube electrode apparatus and PCR apparatus including thereof}

본 발명은 PCR 튜브 전극 장치 및 그 튜브 장치를 포함한 PCR 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로 PCR 튜브에 용이하게 설치할 수 있는 전극 구조에 관한 것이다.

중합효소 연쇄 반응(PCR, Polymerase Chain Reaction)은 핵산을 포함하는 샘플 용액을 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산의 특정 염기 서열을 갖는 부위를 연쇄적으로 복제함으로써, 특정 염기 서열 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술이다. PCR은 열변성(Denaturation), 어닐링(Annealing), 및 신장(Extension)의 효소 반응 단계가 온도 변화에 따라 반복되는 공정으로 이루어진다. 이러한 전통적인 PCR 방법은 실험 이후에 항상 전기영동과 그 결과를 이미지로 확인함으로써 데이터 분석이 가능하다.

PCR은 일반적으로 세포나 소변 등에서 추출된 주형 DNA를 바이러스나 균의 상보적인 DNA 프라이머를 이용하여 복제함으로써 주형 DNA의 양을 증폭시킨다. PCR에 의해 증폭된 주형 DNA를 분석함으로써 질병 유무를 가려내는 기술이 사용되고 있다.

PCR은 낮은 농도의 주형 DNA를 원하는 염기서열 만 10⁵ 내지 10⁸ 배 수준으로 증폭시킬 수 있는 기술이다. PCR은 특정 염기서열을 주형 DNA에 상보적인 프라이머로 증폭시키는 방법이기 때문에 DNA의 증폭 여부로 표적 검체의 유무를 판별할 수 있다. 또한, PCR은 원하는 염기 서열의 DNA가 증폭되기 때문에 농도가 낮은 검체로도 질병 유무를 가려 낼 수 있다.

증폭된 DNA의 디텍팅(detecting) 방법으로 대표적인 것이 전기영동법과 형광표지법이다.

전기영동법은 젤 내에서 DNA 길이에 따른 모빌리티(mobility) 차이를 분별하는 방법이다. 전기영동법에서 상보적인 프라이머로 증폭이 되었다면 그 베이스 페어(base pair) 길이가 해당하는 위치를 찾아내어 정상적으로 PCR이 수행되었는지 확인한다. PCR이 완료된 후 1~2 시간 가량 소요되는 전기영동을 수행하여야 하므로 실시간 PCR 모니터링이 어려운 문제점이 있다. 또한, 전기영동법은 PCR 장치와 별도의 전기영동 장치가 필요하며, 전기영동 과정에서 유독물질이 소요되므로 숙련된 실험 인원과 적합한 장소를 확보하여야 한다는 문제점이 있다.

형광 표지법은 프라이머에 형광 표지를 부착하여 PCR 여부를 판단한다. 이 방법의 경우 PCR이 되면 프라이머의 형광 표지가 활성화되어 질병을 탐지할 수 있다. 형광 표지법은 PCR만 수행되어도 증폭 유무를 알 수 있기 때문에 실시간 모니터링이 가능하다. 그러나 형광 표지법은 형광을 탐지하는 디텍터(detector)가 필요하고, 이 디텍터의 개수가 동시에 수행할 수 있는 진단 수가 된다. 이에 따라 디텍터의 수가 늘수록 비용이 높아지므로 경제적이지 못한 문제점이 있다. 특히 발광 장치와 빛을 모아서 디텍터로 전달하는 렌즈, 거울, 필터 등의 복잡한 광학 시스템이 필요하기 때문에 장비를 경량화 및 소형화하기 어려운 단점이 있다.

전기영동법과 형광 표지법의 문제점을 해소하기 위해 전기화학분석법이 PCR 분석 방법으로 사용된다. 전기화학분석법은 DNA를 직접 분석하는 방법이 아니라 표면 환경의 전기화학적 변화를 분석하는 간접적인 분석 방식이다. 전기화학분석법은 PCR 튜브 내에서 일어나는 DNA 증폭 반응 용액에 전기화학 임피던스 분광장치(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 전기적으로 연결하여 DNA 증폭 반응에 따른 임피던스 변화를 측정함으로써 PCR 반응을 실시간으로 모니터링 하거나 DNA를 분석할 수 있다. 이에 따라 전기화학분석법에서는 PCR 튜브에 전극이 설치되어야 한다. 전극은 2개 이상 설치되는 것이 일반적이다. 그런데 PCR 튜브는 표면에너지가 작은 폴리프로필렌(PP, polyprophylene) 재질로 되어 있어서 금속재의 전극을 증착 등의 방식으로 코팅하기 어려운 문제점이 있다.

(001) 대한민국 공개특허 제2015-0078878호 (공개일: 2015. 07. 08)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 전기화학분석법을 사용하는 PCR 튜브의 전극을 용이하게 설치할 수 있도록 구조가 개선된 PCR 튜브 전극 장치 및 그 PCR 튜브 전극 장치를 포함한 PCR 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 PCR 튜브 전극 장치는, DNA 용액을 수용하도록 상부가 개방된 용기 형태의 구조물로서 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진 PCR 튜브;

상기 PCR 튜브의 상부에 분리 가능하게 결합 되며 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진 전극 가이드; 및

전기적으로 비전도성 소재로 이루어지며, 상기 전극 가이드의 상부에 결합되어 상기 전극 가이드 상부를 밀폐하는 전극 커버;를 포함하며,

상기 전극 가이드는, 상기 PCR 튜브의 내측벽에 슬라이딩 결합 되며 상기 PCR 튜브의 길이 방향으로 중공부가 형성되고, 상기 PCR 튜브의 상단면에 접촉되어 걸리도록 상기 중공부의 외주면의 외경 보다 큰 외경을 가지는 스토퍼 플랜지부가 구비되며,

상기 중공부의 내측벽 및 상기 스토퍼 플랜지부의 상면에는 오목하게 형성되며 상기 전극 가이드의 하단으로부터 상단까지 관통 연장된 전극 수용 홈부가 구비되며,

상기 전극 수용 홈부에는 와이어 형태의 전극이 수용되도록 설치되며,

상기 전극 커버는 상기 중공부의 내주면에 슬라이딩 결합 되어 상기 전극 수용 홈부에 수용된 전극을 가압하는 형태로 고정하도록 설치된 점에 특징이 있다.

상기 전극은 스테인리스강으로 제조된 와이어인 것이 바람직하다.

상기 전극 가이드 및 상기 전극 커버는 전기적으로 비전도성인 합성수지로 제조된 것이 바람직하다.

상기 전극 수용 홈부는 상기 와이어 형태의 전극의 두께의 50% 내지 80%를 수용하도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 전극 커버는, 상기 중공부 내주면에 슬라이딩 결합 되어 상기 전극 수용 홈부에 수용된 상기 와이어 형태의 전극을 가압한 형태로 고정하는 가압 기둥; 및 상기 가압 기둥의 상부에 형성되며 상기 스토퍼 플랜지부의 상면에 접촉 되도록 설치된 머리부;를 포함한 것이 바람직하다.

상기 전극 가이드의 중공부 외주면에는 제1밀폐링이 설치되어 상기 전극 가이드와 상기 PCR 튜브 사이의 간격을 밀폐하며,

상기 전극 커버의 외주면에는 제2밀폐링이 설치되어 상기 전극 커버와 상기 전극 가이드 사이의 간격을 밀폐하도록 구성된 것이 바람직하다.

상기 전극 가이드와 상기 전극 커버는 일체의 구조물로 형성될 수 있다.

상기 PCR 튜브 전극 장치를 포함한 PCR 장치로서,

본체부;

상기 본체부의 상부에 형성되며, 상기 PCR 튜브 전극 장치를 수용하는 PCR 튜브 수용부; 및

상기 PCR 튜브 수용부에 상기 PCR 튜브 전극 장치가 수용된 상태에서 상기 와이어 형태의 전극이 상기 본체부와 전기적으로 연결되도록 상기 본체부에 전기 커넥터 단자가 구비된 점에 특징이 있다.

상기 전기 커넥터 단자는 상기 PCR 튜브 수용부의 인근에 배치되며 상방이 개방된 커넥터 홈부 내에 배치되며,

상기 와이어 형태의 전극의 외측단부는 상기 커넥터 홈부에 삽입된 형태로 상기 본체부에 결합된 것이 바람직하다.

상기 본체부는 PCR 장치 조작부를 구비하며,

상기 PCR 장치 조작부는 터치스크린 형태의 입출력 인터페이스를 구비한 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 PCR 튜브 전극 장치는, 범용적으로 사용되는 PCR 튜브에 전기화학분석법을 적용하기 위해 전극을 용이하게 설치할 수 있도록 전극 가이드와, 상기 전극 가이드에 결합 됨으로써 와이어 형태의 전극을 용이하게 설치하고 고정할 수 있는 PCR 튜브 전극 장치를 제공하여, 전기화학적 방식에 의한 실시간 PCR 모니터링을 위한 준비 작업이 종래에 비하여 현저하게 간편한 효과를 제공한다. 또한, 기존 PCR 튜브 사용에 익숙한 실험자들이 별도의 교육없이 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 전극으로 스테인리스강이 채용될 경우 경제적으로 저렴하고, 고유의 탄성을 활용해 튜브 내부에 밀착하여 일정한 전극 간격을 보장함에 따라 효과적으로 PCR 실시간 모니터링을 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 본 발명에 따른 PCR 장치는 상기 PCR 튜브 전극 장치를 장착하는 것만으로도 반응 용액이 밀폐되고, 상기 PCR 튜브 전극 장치와 상기 PCR 장치가 전기적으로 연결되도록 구성함으로써 더욱 효과적으로 PCR 실시간 모니터링을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 PCR 튜브 전극 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 PCR 튜브 전극 장치의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 Ⅲ - Ⅲ 선 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 Ⅳ - Ⅳ 선 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 PCR 튜브 전극 장치와 결합 되는 PCR 장치의 개념도이다.
도 6은 도 4에 도시된 PCR 장치에 PCR 튜브 전극 장치가 설치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 PCR 반응이 되는 양성 검체의 EIS 측정 결과를 나타낸 Nyquist plot이다.
도 8은 PCR 반응이 안되는 음성 검체의 EIS 측정 결과를 나타낸 Nyquist plot이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 PCR 튜브 전극 장치(10)는, PCR 튜브(20)와, 전극 가이드(30)와, 전극(40)과, 전극 커버(50)를 포함한다.

상기 PCR 튜브(20)는 PCR에 의해 증폭시키고자 하는 DNA가 포함된 용액을 수용하는 용기 형태의 구조물이다. 상기 PCR 튜브(20)는 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진다. 예컨대 상기 PCR 튜브(20)는 폴리프로필렌(PP) 수지로 이루어질 수 있다. 상기 PCR 튜브(20)에 수용되는 용액에는 주형 DNA, 프라이머, 증폭을 위한 DNA 조각들이 포함된다. 상기 PCR 튜브(20) 상방이 개방된 용기이다. 상기 PCR 튜브(20)는 하부가 하방으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼 형태의 구조로 이루어질 수 있다. 상기 PCR 튜브(20)는 공지되고 범용적인 제품이 채용될 수 있다.

상기 전극 가이드(30)는 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진다. 상기 전극 가이드(30)는 상기 PCR 튜브(20)와의 결합시 밀폐성이 양호하게 유지될 수 있도록 상기 PCR 튜브(20) 보다 경도가 낮은 합성수지로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 전극 가이드(30)는 예컨대 3차원 프린팅이나 사출성형에 의해 제조될 수 있다. 상기 전극 가이드(30)를 3차원 프린팅 방식으로 제조할 경우 가공 정밀도가 높은 DLP(Digital Light Processing) 방식의 3D 프린터를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 전극 가이드(30)는 상기 PCR 튜브(20)의 상부에 분리 가능하게 결합 된다. 상기 전극 가이드(30)는 중공부(32)와, 스토퍼 플랜지부(34)와, 전극 수용 홈부(36)와, 제1밀폐링(38)을 포함한다.

상기 중공부(32)는 상기 PCR 튜브(20)의 내측벽에 슬라이딩 결합 된다. 상기 중공부(32)는 상기 PCR 튜브(20)의 길이 방향으로 관통 형성된 관상의 구조물이다.

상기 스토퍼 플랜지부(34)는 상기 중공부(32)의 상부에 형성된다. 상기 스토퍼 플랜지부(34)는 상기 중공부(32)의 외주면의 외경 보다 큰 외경을 가진다. 이에 따라 상기 스토퍼 플랜지부(34)는 상기 PCR 튜브(20)의 상단면에 접촉되어 걸리게 된다. 상기 스토퍼 플랜지부(34)는 상기 전극 가이드(30)와 상기 PCR 튜브(20)의 결합 과정에서 상기 전극 가이드(30)가 조립 상태를 사용자가 인지할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다.

상기 중공부(32)의 내측벽 및 상기 스토퍼 플랜지부(34)의 상면에는 오목하게 형성되며 상기 전극 가이드(30)의 하단으로부터 상단까지 관통 연장된 전극 수용 홈부(36)가 구비 된다. 상기 전극 수용 홈부(36)의 단면 테두리선은 원호의 일부인 것이 바람직하다. 즉, 상기 전극 수용 홈부(36)는 후술하는 전극의 외주면의 일부를 감싸는 형태로 구성된다. 상기 전극 수용 홈부(36)는 와이어 형태의 전극(40) 두께의 50% 내지 80%를 수용하도록 형성된 것이 바람직하다. 상기 전극 수용 홈부(36)가 전극(40) 두께의 50% 미만을 수용할 경우 상기 전극 수용 홈부(36) 외측으로 노출된 전극의 두께가 지나치게 많아서 후술하는 전극 커버(50) 결합시 조립성이 떨어지는 문제점이 있다. 상기 전극 수용 홈부(36)가 전극(40) 두께의 80%를 초과 수용할 경우 후술하는 전극 커버(50) 결합시 상기 전극(40)을 가압하는 힘이 낮아지므로 밀폐성이 떨어지는 문제점이 있다.

상기 전극 가이드(30)의 중공부(32) 외주면에는 제1밀폐링(38)이 설치된다. 상기 제1밀폐링(38)은 고무 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제1밀폐링(38)은 상기 전극 가이드(30)와 상기 PCR 튜브(20) 사이의 간격을 더욱 견고하게 밀폐하는 역할을 수행한다.

상기 전극(40)은 상기 PCR 튜브(20)에 수용된 용액과 PCR 장치(60)를 전기적으로 연결하는 부재이다. 상기 전극(40)은 전기적으로 전도성이 양호한 금속 와이어가 굽힘 가공되어 구성된다. 상기 전극(40)의 소재는 스테인리스강이 채용되는 것이 바람직하다. 상기 전극(40)이 스테인리스강으로 이루어진 경우 종래의 금(Au)이나 백금(Pt) 전극에 비하여 경제적으로 저렴하므로 1회성 센서로 사용할 수 있어서 전극(40)의 오염 문제에서 자유로울 수 있는 장점이 있다.

상기 전극(40)은 상기 전극 수용 홈부(36)에 수용되도록 설치된다. 상기 전극(40)의 일단부는 상기 전극 가이드(30)의 하단부에서 하방으로 일정 길이만큼 돌출 형성되도록 설치된다. 상기 전극(40)의 타단부는 상기 전극 가이드(30)의 상단부에서 수평 방향으로 절곡된 후 다시 지면을 향하는 방향으로 절곡된 형태를 가진다. 상기 전극(40)의 일단부를 내측단부라 정의하고, 상기 전극(40)의 타단부를 외측단부라 정의한다.

상기 전극 커버(50)는 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진다. 예컨대 상기 전극 커버(50)는 상기 전극 가이드(30)와 동일한 소재로 제조될 수 있다. 상기 전극 커버(50)는 상기 전극 가이드(30)의 상부에 결합 된다. 상기 전극 커버(50)는 상기 전극 가이드(30) 상부를 밀폐하는 작용과 상기 전극(40)을 상기 전극 가이드(30)에 고정하는 역할을 수행한다. 상기 전극 커버(50)는 상기 중공부(32)의 내주면에 슬라이딩 결합 되어, 상기 전극 수용 홈부(36)에 수용된 전극(40)을 가압하는 형태로 고정하도록 설치된다. 더 구체적으로 상기 전극 커버(50)는 가압 기둥(52)과 머리부(54)를 포함한다.

상기 가압 기둥(52)은 상기 중공부(32) 내주면에 슬라이딩 결합 된다. 상기 가압 기둥(52)은 상기 전극 수용 홈부(36)에 수용된 상기 와이어 형태의 전극(40)을 가압한 형태로 고정한다. 상기 가압 기둥(52)은 관상 또는 봉상의 구조물로 형성될 수 있다.

상기 머리부(54)는 상기 가압 기둥(52)의 상부에 형성된다. 상기 머리부(54)는 상기 스토퍼 플랜지부(34)의 상면에 접촉되도록 설치된다. 상기 머리부(54)는 상기 가압 기둥(52)의 외경 보다 큰 외경을 가진다.

상기 전극 커버(50)의 외주면에는 제2밀폐링(56)이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 제2밀폐링(56)은 상기 가압 기둥(52)의 외주면에 설치된다. 상기 제2밀폐링(56)은 상기 전극 커버(50)와 상기 전극 가이드(30) 사이의 간격을 밀폐하도록 구성된다. 더 구체적으로 상기 제2밀폐링(56)은 상기 전극 수용 홈부(36) 외측으로 노출된 전극(40)의 외주면을 감싸는 형태로 밀착하므로 전극(40)과 전극 커버(50) 사이의 밀폐성을 향상시키는 작용을 수행한다. 그 결과 상기 제2밀폐링(56)은 상기 전극 커버(50)와 상기 전극 가이드(30) 사이의 간격을 밀폐한다.

본 실시 예에서 상기 전극 가이드(30)와 상기 전극 커버(50)는 조립된 구조를 채용하였으나, 필요에 따라 상기 전극 가이드(30)와 상기 전극 커버(50)는 일체의 구조물로 형성될 수도 있다. 상기 전극 가이드(30)와 상기 전극 커버(50)가 일체의 구조물로 형성될 경우 상기 전극(40)은 인서트 사출로 상기 전극 가이드(30)와 상기 전극 커버(50)에 결합 될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 포함한 PCR 튜브 전극 장치(10)를 포함한 PCR 장치(60)를 구성할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 PCR 장치(60)는 앞서 상세하게 서술한 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)와, 본체부(62)와, 커버부(63)와, PCR 튜브 수용부(64)와, 커넥터 홈부(66)와, PCR 장치 조작부(68)를 포함한다.

상기 본체부(62)는 PCR을 수행하기 위한 가열과 냉각 기능을 수행하는 온도 조절 모듈(미도시)과 PCR 용액의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 모듈(미도시)을 포함한다.

상기 커버부(63)는 상기 본체부(62)에 힌지(경첩)에 의해 개폐될 수 있도록 설치된다. 상기 커버부(63)는 상기 본체부(62)의 노출된 구성요소를 보호하는 기능을 수행하며, 튜브 상부의 온도를 통상적으로 100℃ 내외로 유지하기 위한 가열부를 포함할 수 있다.

상기 PCR 튜브 수용부(64)는 상기 본체부(62)의 상부에 형성된다. 상기 PCR 튜브 수용부(64)는 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)를 수용하는 부위다. 상기 PCR 튜브 수용부(64)는 행렬 형태로 다수 구비될 수 있다.

상기 PCR 튜브 수용부(64)에 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)가 수용된 상태에서 상기 와이어 형태의 전극(40)이 상기 본체부(62)와 전기적으로 연결되도록 상기 본체부(62)에 전기 커넥터 단자(미도시)가 구비된다. 상기 커넥터 단자는 커넥터 홈부(66)에 설치된다.

상기 커넥터 홈부(66)는 상기 전극(40)의 외측단부와 전기적으로 연결되는 전기 커넥터 단자가 설치되는 부위다. 상기 커넥터 홈부(66)는 상방이 개방된 홈부 형태의 구조물이다. 상기 커넥터 홈부(66)는 상기 PCR 튜브 수용부(64) 각각의 인근에 배치된다. 본 실시 예에서는 2개의 전극이 구비된 PCR 튜브 전극 장치(10)에 대응하도록 각 PCR 튜브 수용부(64)에는 2개의 커넥터 홈부(66)가 구비된다. 상기 커넥터 홈부(66)는 상기 PCR 튜브 수용부(64)에 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)가 수용된 상태에서 상기 와이어 형태의 전극(40)이 상기 본체부(62)와 전기적으로 연결되도록 하는 역할을 수행한다. 상기 PCR 장치(60)는 상기 PCR 튜브 수용부(64)에 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)를 결합하는 것 만으로 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)와 상기 본체부(62)가 전기적으로 연결된다. 상기 와이어 형태의 전극(40)의 외측단부는 상기 커넥터 홈부(66)에 삽입된 형태로 상기 본체부(62)에 결합될 수 있다.

상기 PCR 장치 조작부(68)는 상기 본체부(62)에 구비될 수 있다.

상기 PCR 장치 조작부(68)는 상기 본체부(62)의 측면에 설치될 수 있다. 상기 PCR 장치 조작부(68)는 터치스크린 형태의 입출력 인터페이스를 구비한 것이 바람직하다. 상기 PCR 장치 조작부(68)를 통해 온도, 시간, 입력 전압 등의 변수를 조절할 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 PCR 장치(60)를 사용하여 PCR을 수행하는 과정을 예로 들어 본 발명의 작용 효과를 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, PCR 튜브(20)에 PCR을 수행하기 위한 용액을 투입한다. PCR 튜브(20)에 투입되는 용액은 20㎕ 정도이다. 상기 PCR 튜브(20)에 투입된 용액에는 중합 효소로 taq 폴리머라제가 사용되었다. 침전효과의 향상을 위해 Mg² ⁺가 첨가된 버퍼를 사용하였다. 이를 통해 발생한 침전은 용액의 전기적 상태를 변화시켜 증폭 반응의 전기화학적 모니터링을 가능하게 한다. PCR 튜브(20)에 수용된 용액은 PCR이 수행되는 동안 95℃ 정도로 가열되기 때문에 PCR 튜브(20) 내 압력이 증가하고 이에 따라 증가된 압력에 의해 튜브 내의 기체가 PCR 튜브(20) 외부로 누출될 위험이 있다. 이 경우 DNA의 종류에 따라 오염이 발생할 수 있는 바 PCR 튜브(20)의 밀폐는 매우 중요한 전제 조건이 된다.

이제 전극 가이드(30)와 전극(40)을 결합한다. 와이어 형태의 전극(40)을 상기 전극 수용 홈부(36)에 결합한다. 이 과정에서 상기 전극(40)의 형태가 지면에 평행인 부분이 스토퍼 플랜지부(34)에 형성된 전극 수용 홈부(36)에 결합하도록 하고, 중공부(32)에 형성된 전극 수용 홈부(36)에 지면에 수직인 전극(40) 부분이 수용되도록 한다. 그리고 상기 전극 커버(50)를 상기 전극 가이드(30)에 결합한다. 상기 전극 커버(50)의 가압 기둥(52)이 상기 중공부(32)의 내주면에 결합되면서 전극 수용 홈부(36)에 수용된 전극을 가압하여 견고하게 고정한다. 그리고 상기 머리부(54)가 상기 스토퍼 플랜지부(34)에 접촉되면서 지면에 평행인 부분의 전극(40)이 전극 수용 홈부(36)에 견고하게 고정된다. 이 과정에서 제2밀폐링(56)이 탄성 변형되면서 전극 수용 홈부(36)에 수용된 전극(40)을 감싸는 형태로 밀폐하므로 전극(40) 주변의 전극 가이드(30)와 전극 커버(50) 간 간격이 양호하고 견고하게 밀폐될 수 있다.

이와 같이 와이어 형태의 전극(40)은 전극 가이드(30)와 전극 커버(50)에 의해 하나의 독립된 전극 모듈을 형성한다.

이제, 조립된 전극 모듈을 PCR 튜브(20)에 조립한다. 전극 가이드(30)를 구성하는 중공부(32)을 상기 PCR 튜브(20)의 내주면에 조립한다. 중공부(32)의 외주면은 상기 PCR 튜브(20)의 내주면을 따라 슬라이딩 결합된다. 상기 중공부(32)가 상기 PCR 튜브(20)에 완전하게 결합 되면, 상기 스토퍼 플랜지부(34)가 상기 PCR 튜브(20)의 상단면에 접촉되므로 사용자가 전극의 조립이 완료됐음을 쉽게 인지할 수 있는 장점이 있다. 이 과정에서 상기 전극 모듈에 설치된 제1밀폐링(38)은 상기 전극 모듈과 상기 PCR 튜브(20) 간 간격을 양호하고 견고하게 밀폐하는 역할을 수행한다. 상기 전극(40)의 내측단은 상기 PCR 튜브(20)에 수용된 용액에 3mm 정도 잠기도록 설치된다.

이제, 전극 모듈과 PCR 튜브(20)가 결합된 PCR 튜브 전극 장치(10)가 준비 되었다. 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)를 상기 PCR 장치(60)의 PCR 튜브 수용부(64)에 결합한다. 상기 PCR 튜브(20)의 하단부는 상기 PCR 튜브 수용부(64)에 수용되고 상기 전극 가이드(30)와 전극 커버(50)는 상기 PCR 튜브 수용부(64)의 외부로 노출된다. 이 과정에서 상기 전극(40)의 외측단부는 상기 커넥터 홈부(66)에 자연스럽게 삽입된다. 상기 커넥터 홈부(66)에는 전기 커넥터 단자가 구비되어 있으므로 상기 전극(40)의 외측단부는 상기 전기 커넥터 단자에 전기적으로 연결된다. 이에 따라 상기 PCR 튜브 전극 장치(10)를 상기 PCR 튜브 수용부(64)에 결합하는 절차만으로 물리적인 설치와 전기적인 연결이 동시에 이루어진다.

이제 상기 PCR 장치 조작부(68)를 통해 PCR 조건을 설정하고 PCR을 수행한다.

DNA 하이브리드의 열변성 온도는 95℃로 30초 동안 수행하였다. 프라이머 부착을 위한 어닐링 온도는 58℃로 2분 30초를 수행하였다. 중합 온도는 72℃로 30초를 수행하였다. 각 단계의 온도는 PCR 방법과 중합 효소의 종류에 따라 적합한 온도가 선택될 수 있다. 상기 PCR 장치(60)가 작동됨에 따라 상기 PCR 튜브(20) 내에서 임피던스의 변화량을 측정함으로써 EIS 방법에 의해 각 단계별로 PCR이 잘 수행되고 있는지에 대해 실시간 모니터링이 가능하다. 이 과정에서는 PCR이 일어나는 용액이 수용된 PCR 튜브(20)와 PCR이 일어나지 않는 용액이 수용된 PCR 튜브(20)의 임피던스 변화를 서로 비교함으로써 목표로 하는 PCR 튜브(20)에 수용된 용액의 PCR 증폭 여부를 실시간으로 확인할 수 있다. 도 7은 PCR이 일어나고 있는 용액(양성검체)의 임피던스 값을 표기한 나이키스트 플롯(Nyquist plot)의 일 예를 보여주고 있다. 한편, 도 8은 PCR이 일어나고 있지 않은 용액(음성검체)의 임피던스 값을 표기한 나이키스트 플롯의 일 예를 보여주고 있다. 도 7 및 도 8에서 가로축은 임피던수의 실수값이며, 세로축은 임피던수의 허수값을 나타낸다. 이와 같이 실시간으로 2개의 비교 용액을 서로 비교함으로써 PCR이 잘 수행되고 있는지를 알 수 있다. 도 7과 도 8을 참조하면, PCR이 잘 일어나고 있는 경우 사이클 수가 증가하면서 그래프의 우측 상단이 오른쪽으로 더 많이 이동하는 것으로부터 PCR 수행 여부를 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 PCR 튜브 전극 장치는, 범용적으로 사용되는 PCR 튜브에 전기화학분석법을 적용하기 위해 전극을 용이하게 설치할 수 있도록 전극 가이드와, 상기 전극 가이드에 결합 됨으로써 와이어 형태의 전극을 용이하게 설치하고 고정할 수 있는 PCR 튜브 전극 장치를 제공하여, 전기화학적 방식에 의한 실시간 PCR 모니터링을 위한 준비 작업이 종래에 비하여 현저하게 간편한 효과를 제공한다. 또한, 기존 PCR 튜브 사용에 익숙한 실험자들이 별도의 교육없이 사용할 수 있는 이점이 있다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : PCR 튜브 전극 장치
20 : PCR 튜브
30 : 전극 가이드
32 : 중공부
34 : 스토퍼 플랜지부
36 : 전극 수용 홈부
38 : 제1밀폐링
40 : 전극
50 : 전극 커버
52 : 가압 기둥
54 : 머리부
56 : 제2밀폐링
60 : PCR 장치
62 : 본체부
63 : 커버부
64 : PCR 튜브 수용부
66 : 커넥터 홈부
68 : PCR 장치 조작부

Claims

DNA 용액을 수용하도록 상부가 개방된 용기 형태의 구조물로서 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진 PCR 튜브;
상기 PCR 튜브의 상부에 분리 가능하게 결합 되며 전기적으로 비전도성 소재로 이루어진 전극 가이드; 및
전기적으로 비전도성 소재로 이루어지며, 상기 전극 가이드의 상부에 결합되어 상기 전극 가이드 상부를 밀폐하는 전극 커버;를 포함하며,
상기 전극 가이드는, 상기 PCR 튜브의 내측벽에 슬라이딩 결합 되며 상기 PCR 튜브의 길이 방향으로 중공부가 형성되고, 상기 PCR 튜브의 상단면에 접촉되어 걸리도록 상기 중공부의 외주면의 외경 보다 큰 외경을 가지는 스토퍼 플랜지부가 구비되며,
상기 중공부의 내측벽 및 상기 스토퍼 플랜지부의 상면에는 오목하게 형성되며 상기 전극 가이드의 하단으로부터 상단까지 관통 연장된 전극 수용 홈부가 구비되며,
상기 전극 수용 홈부에는 와이어 형태의 전극이 수용되도록 설치되며,
상기 전극 커버는 상기 중공부의 내주면에 슬라이딩 결합 되어 상기 전극 수용 홈부에 수용된 전극을 가압하는 형태로 고정하도록 설치된 것을 특징으로 하는 PCR 튜브 전극 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극은 스테인리스강으로 제조된 와이어인 것을 특징으로 하는 PCR 튜브 전극 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 가이드 및 상기 전극 커버는 전기적으로 비전도성인 합성수지로 제조된 것을 특징으로 하는 PCR 튜브 전극 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 수용 홈부는 상기 와이어 형태의 전극의 두께의 50% 내지 80%를 수용하도록 형성된 것을 특징으로 하는 PCR 튜브 전극 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 커버는, 상기 중공부 내주면에 슬라이딩 결합 되어 상기 전극 수용 홈부에 수용된 상기 와이어 형태의 전극을 가압한 형태로 고정하는 가압 기둥; 및 상기 가압 기둥의 상부에 형성되며 상기 스토퍼 플랜지부의 상면에 접촉 되도록 설치된 머리부;를 포함한 것을 특징으로 하는 PCR 튜브 전극 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 가이드의 중공부 외주면에는 제1밀폐링이 설치되어 상기 전극 가이드와 상기 PCR 튜브 사이의 간격을 밀폐하며,
상기 전극 커버의 외주면에는 제2밀폐링이 설치되어 상기 전극 커버와 상기 전극 가이드 사이의 간격을 밀폐하도록 구성된 것을 특징으로 하는 PCR 튜브 전극 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 가이드와 상기 전극 커버는 일체의 구조물로 형성된 것을 특징으로 하는 PCR 튜브 전극 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 PCR 튜브 전극 장치를 포함한 PCR 장치로서,
본체부;
상기 본체부의 상부에 형성되며, 상기 PCR 튜브 전극 장치를 수용하는 PCR 튜브 수용부; 및
상기 PCR 튜브 수용부에 상기 PCR 튜브 전극 장치가 수용된 상태에서 상기 와이어 형태의 전극이 상기 본체부와 전기적으로 연결되도록 상기 본체부에 전기 커넥터 단자가 구비된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제8항에 있어서,
상기 전기 커넥터 단자는 상기 PCR 튜브 수용부의 인근에 배치되며 상방이 개방된 커넥터 홈부 내에 배치되며,
상기 와이어 형태의 전극의 외측단부는 상기 커넥터 홈부에 삽입된 형태로 상기 본체부에 결합된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제8항에 있어서,
상기 본체부는 PCR 장치 조작부를 구비하며,
상기 PCR 장치 조작부는 터치스크린 형태의 입출력 인터페이스를 구비한 것을 특징으로 하는 PCR 장치.