KR102304025B1 - 핵산 농도를 정량화 하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치 및 상기 전자 장치가 핵산 농도를 정량화 하는 방법에 관한 것이다. 일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 방법은 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하는 단계; 상기 제1 이미지들로부터 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계; 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하는 단계; 및 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.

Description

핵산 농도를 정량화 하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR QUANTIFICATION OF NUCLEIC ACID CONCENTRATION}
본 개시는 핵산 농도를 정량화 하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실시간으로 핵산 농도를 정량화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전에 따라 종래 중앙 집중화된 의료 진단의 패러다임은 IOT 통신이 가능한 개별 가정 또는 의료 진단이 필요한 현장으로 이동하고 있다. 또한, 환자가 있는 가정, 직장 등에서 실시간으로 환자의 병을 진단하기 위한 병원체 분석 기술들 역시 활발하게 연구되고 있다.
종래 핵산 증폭 방법으로써, 높은 정확도와 신뢰도를 나타내는 PCR(Polymerase Chain Reaction)이 일반적으로 사용되었으나, PCR 증폭기술은 열 사이클링(thermal cycling) 및 형광 검출 기반의 정밀한 제어가 필요하기 때문에, 정밀한 현장 기반(Point of care, POC) DNA 검사에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 LAMP(Loop Mediated Isothermal Amplification), rolling circle amplification, recombinase polymerase amplification, helicase dependent amplification과 같은 기술이 개발되었고, 앰플리콘(amplicon) 검출을 위해 전기화학적(electrochemical) 또는 비색(colormetric) 기반 검출 기술들이 개발되었다.
비색 검출(colorimetric detection)은 고가의 검출 기기 또는 센서 없이도 반응 혼합물의 색상을 관찰함으로써 표적 유전자의 증폭을 쉽게 모니터링할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 일반적인 비색 기반 등온 증폭(colorimetric isothermal amplification) 기술의 경우, 색상 값에 대한 불명확한 측정 또는 외부 조명의 간섭 등으로 인하여, 등온 증폭에 따라 변하는 색상을 효과적으로 측정하기 어려운 한계가 있었다.
그러나, 아주 적은 수의 병원 체라도 인간의 건강에 치명적인 영향을 미칠 수 있다는 점에서, 외부 조명의 간섭 없이 유전자 증폭의 색상 변화를 정확하게 측정함으로써 높은 정확도로 유전자를 정량 하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허 제 10-2016-0014084호
일 실시 예에 따르면, 핵산 농도를 정량화 하는 방법 및 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치가 제공될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 의하면 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응을 유도하기 위한 LAMP 박스를 포함하는 핵산 농도를 정량화 하는 시스템이 제공될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따라, 핵산 농도를 정량화하는 방법은 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하는 단계; 상기 제1 이미지들로부터 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계; 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하는 단계; 및 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 또 다른 실시 예에 따라, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치에 있어서, 디스플레이; 카메라 모듈; 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리; 및 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행하는 프로세서; 를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하고, 상기 제1 이미지들로부터 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하고, 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하고, 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는, 전자 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 또 다른 실시 예에 따라, 핵산 농도를 정량화하는 시스템에 있어서, 전원부; 소정의 두께로 형성되는 기판을 포함하고, 상기 기판에 기 설정된 간격으로 형성된 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응을 유도하는 증폭부; 및 상기 증폭부 내 하나 이상의 반응 챔버들이 형성된 상기 기판에 대한 제1 이미지들을 획득하고, 상기 획득된 제1 이미지들로부터 상기 반응 챔버들 내 핵산의 초기 농도를 결정하는 전자 장치; 를 포함하고, 상기 전자 장치는 상기 제1 이미지들로부터 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하고, 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하고, 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는, 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 또 다른 실시 예에 따라, 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하는 단계; 상기 제1 이미지들로부터 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계; 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하는 단계; 및 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계; 를 포함하는, 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 의하면, 시간 또는 장소에 상관없이 표적 핵산의 농도를 용이하게 측정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 미리 설정된 표색계가 나타내는 색공간의 성분 값 중 하나를 이용하여, 반응 챔버의 색상 값의 변화를 정확하게 결정할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 또 다른 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른, 핵산 농도를 정량화 하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 외부 조명의 세기에 따른 반응 챔버 이미지 내 반응 챔버의 색을 나타내는 색공간 성분값들의 세기를 비교하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 반응 챔버 이미지 내 반응 챔버의 색을 나타내는 색공간 성분값들의 편차를 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 반응 챔버 이미지 내 핵산의 정성적(Qualitative) 분석을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따라, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치가 제1 이미지로부터 반응 챔버 영역을 추출함으로써 제2 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따라, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치가 제1 이미지로부터 반응칩 영역을 추출함으로써 제2 이미지를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치가 제1 이미지 내 반응 챔버들의 경계를 식별하고, 식별된 경계에 기초하여 반응 챔버 영역을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따라, 증폭부의 온도 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따라, 반응 시간이 경과함에 따라 순차적으로 변하는 반응 챔버들의 색상을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따라, 반응 챔버 별 임계 시간을 결정하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 일 실시 예에 따라 미리 설정된 초기 핵산 농도를 가지는 반응 챔버 별 색상 값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따라, 미리 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 따른 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 16은 일 실시 예에 따라, 핵산 농도를 측정하고자 하는 반응 챔버들의 색상 값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시 에에 따라, 도 16에서 결정된 반응 챔버들의 색상 값의 변화에 기초하여 반응 챔버 별 초기 핵산 농도를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시 예에 따른, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치의 블록도이다.
도 19는 또 다른 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치의 블록도이다.
도 20은 일 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치를 포함하는 시스템의 블록도이다.
도 21은 일 실시 예에 따른 전자 장치와 연결되는 서버의 블록도이다.
도 22은 일 실시 예에 따라 전자 장치 및 서버가 서로 연동함으로써 핵산 농도를 정량화 하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 일 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 일 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 정량화 대상 시료들이 주입된 반응 챔버들에 대한 이미지를 분석함으로써, 반응 챔버들 내 시료들의 농도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 정량화 대상 시료들이 주입된 반응 챔버들을 포함하는 반응칩(122) 및 상기 반응칩을 포함하는 증폭부(120)의 일부에 체결됨으로써 증폭부 내 반응 챔버들이 배치된 반응칩(122)에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 서버(2000)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버들에 대한 이미지를 분석함으로써 스스로 이미지 내 반응 챔버들 내 시료를 정량화 할 수도 있지만, 획득된 반응 챔버들에 대한 이미지를 서버(2000)로 전송함으로써, 서버(2000)가 반응 챔버들에 대한 이미지를 분석하도록 할 수 있다. 전자 장치(1000)는 서버(2000)로부터 반응 챔버들에 대한 이미지 분석 결과에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보에 기초하여 반응 챔버들 내 시료를 정량화 할 수도 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 영상 또는 이미지 촬영 모듈을 포함하는 스마트폰, 태블릿 PC, PC, 스마트 TV, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱, 디지털 카메라, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 실시 예에 의하면, 전자 장치(1000)는 네트워크(3000)를 통하여 서버(2000)와 연결될 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 네트워크(3000)를 통하여 연결된 서버(2000)와 연동함으로써 반응 챔버들에 대한 이미지들을 분석하고, 분석된 결과에 기초하여 반응 챔버들 내 시료를 정량화할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 네트워크(3000)는 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN), 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN), 이동 통신망(mobile radio communication network), 위성 통신망 및 이들의 상호 조합을 포함할 수 있고, 전자 장치(1000)와 서버(2000)의 연결을 위한 기타 데이터 통신망을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 체결되는 증폭부(120)는 후술하는 바와 같이, 반응칩(122), 미리 설정된 색온도의 광을 발생시키는 적어도 하나의 광원들을 포함하는 광원부, 반응 챔버 내 시료들의 반응을 유도하기 위한 발열 모듈 및 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)의 카메라 모듈이 장착될 수 있는 체결부를 포함할 수 있다. 또한, 증폭부(120)는 전원부(140)에 의해 공급된 전압을 이용하여 반응 챔버 내 시료들의 반응을 유도하기 위한 열을 발생시키고, 증폭부 내 온도가 유지되도록 할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 의하면, 증폭부(120)는 서버(2000)상에 미리 저장된 증폭부 설계에 관한 데이터에 기초하여, 3D 프린터에 의해 제조될 수 있다.
반응칩(122)은 소정의 두께로 형성되는 기판(plate)으로써, 미리 설정된 간격으로 타원형으로 형성된 복수의 반응 챔버들(124)을 포함할 수 있다. 반응 챔버에는, 기판에 형성된 시료 주입 채널을 통하여 시료들이 주입될 수 있고, 정확한 증폭 반응을 위해, 소정의 차폐 부재를 통하여 기판 외부의 공간과 차단될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 비색 지시자(colorimetric indicator)로써, EBT(Eriochrome Black T) 금속 지시 염료를 사용할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 EBT 용액을 비색 지시자로 이용함으로써 반응 챔버 내 시료들의 LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification) 반응 과정에 따른 색상 변화 및 LAMP 반응의 반응 종점을 측정할 수 있다. 본 개시에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 분석하는 핵산(nucleic acid)은 DNA(deoxyribonucleic acid) 또는 RNA(ribonucleic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 내 표적 핵산의 농도를 정량할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 내 색상 변화에 기초하여, 시료 내 핵산들의 염기 서열에 관한 유전자 농도를 정량할 수도 있다. 일 실시 예에 의하면, 표적 유전자(target gene)가 소정의 병원체의 유전자인 경우, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 표적 유전자의 DNA 농도를 정량함으로써, 시료 내 병원체의 수를 정확하게 결정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 반응 챔버 내로 주입되는 시료는, 핵산, 핵산에 매칭되는 프라이머 혼합물, 상기 핵산 및 프라이버 혼합물 사이의 LAMP 반응 비색 검출을 위한 EBT 용액, 상기 핵산을 소정의 희석 계수에 따라 점진적으로 희석하기 위한 TE 버퍼, 기타 LAMP 반응을 위한 혼합물을 포함할 수 있다. 본 개시에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 서버(2000)와 연동함으로써, 반응 챔버 내 시료들의 LAMP 반응을 비색 검출을 통하여 정량할 수 있기 때문에 현장 검사(POCT)용 DNA 테스트에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 2는 또 다른 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
핵산 농도를 정량화 하는 시스템은 전자 장치(1000), 전원부(206), 증폭부(202)를 포함할 수 있다. 그러나, 도시된 구성 요소가 모두 필수구성요소인 것은 아니고, 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 핵산 농도를 정량화 하는 시스템이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 핵산 농도를 정량화 하는 시스템이 구현될 수도 있다.
전자 장치(1000)는 반응 챔버에 관한 이미지를 촬영하기 위한 카메라 모듈 및 반응 챔버에 관한 이미지로부터 반응 챔버들의 색상 값 변화 및 색상 값 변화로부터 결정되는 정량화 결과를 도시하기 위한 디스플레이를 포함하는 기타 컴퓨팅 장치일 수 있다. 이하에서는 편의상, 전자 장치(1000)가 스마트폰인 경우를 예로 설명하기로 한다.
일 실시 예에 의하면, 증폭부(202)의 일면에는 전자 장치(1000)가 결합되기 위한 제1 체결부가 형성될 수 있고, 전자 장치(1000)가 결합되는 방향의 타측 방향에는 반응칩(204)이 결합되기 위한 제2 체결부가 형성될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 증폭부(202)는 6cm 높이, 5cm 폭 및 8cm길이의 미리 설정된 크기로 제조될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 의하면, 증폭부(202)는 전압원(206)에서 공급되는 전압을 승압하기 위한 전압 변환부(212)를 더 포함할 수도 있다. 일 실시 예에 의하면, 전압 변환부(212)는 Step-Up DC 컨버터일 수 있다. 예를 들어, 증폭부(202)는 전압원(206)에서 공급되는 5V의 전압을, 전압 변환부(212)를 통하여 24.7V로 변환할 수 있다. 증폭부(202)는 승압된 전압에 의해, 증폭부 내 온도를 65도로 유지할 수 있다.
증폭부(202)의 측면에서 증폭부(202)의 구성을 더 구체적으로 설명하기로 한다. 증폭부(202)는 전원부로부터 공급되는 전압을 변환하기 위한 전압 변환부(212), 증폭부 내 상단에 설치되고, 기 설정된 색온도의 광을 발생시키는 적어도 하나의 하나의 광원을 포함하는 광원부(214), 하나 이상의 반응 챔버들이 형성되는 기판(226), 상기 반응 챔버들(228) 내로 상기 핵산을 포함하는 시료를 주입하기 위한 시료 주입 채널 및 상기 반응 챔버들 내의 유체의 이동을 위한 공기 주입 채널을 포함하는 반응칩(202), 반응칩이 광원부를 향하는 방향의 타측에서 반응칩(202)에 결합되는 메탈 플레이트(216), 상기 메탈 플레이트의 일면에 위치하는 히터(218), 상기 히터(218)가 발생한 열을 외부 공간과 차단시키기 위한 히터 블록(220) 및 전자 장치의 카메라 모듈이 장착되기 위한 체결부(222)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 광원부(214)는 6000K 색온도의 광을 발생시키는 복수의 LED를 포함할 수 있다. 광원부(214)는 50옴의 저항을 통해 전원부로부터 전원을 공급받을 수 있다. 반응칩(204)내의 기판(226)은 두께 2mm, 45mm*20mm의 넓이의 PMMA 판으로 제조될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 의하면, 기판(226)은 반응 챔버 내 시료의 반응이 일어나기 전 70도 알코올을 이용하여 초음파 처리됨으로써, 먼지 또는 부스러기 제거와 같이 오염물 제거될 수 있다. 오염물이 제거된 기판(226)의 양면에는 접착 필름(224)이 부착될 수 있고, 기판은 기판 양면에 부착된 접착 필름을 통하여 무균 상태(clean bench)를 유지할 수 있다.
기판(226)은 기 설정된 간격으로 이격된 타원형의 반응 챔버들(228)을 포함할 수 있다. 반응 챔버들(228)은 각각 기판 상에 형성된 시료 주입 채널 및 공기 주입 채널과 연결될 수 있다. 시료 주입 채널 및 공기 주입 채널은 시료 주입 홀(232) 및 에어 홀(234)과 연결될 수 있다. 각각의 반응 챔버들은 3mm*5mm크기의 타원형으로 형성될 수 있으며, 시료 주입 홀 및 시료 주입 채널을 통하여 LAMP 반응을 위한 시료가 주입될 수 있다.
증폭부(202)내 메탈 플레이트(216)는 반응칩(204)을 기준으로 광원부(214)를 향하는 방향의 반대 방향에서 반응칩(204)에 부착될 수 있다. 메탈 플레이트(216)는 히터(218)에서 반응칩(204) 또는 반응칩(204)에서 외부 방향으로 열을 전달할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 히터 블록(220)은 메탈 플레이트의 외측에 부착되어 반응칩(204) 주변의 열의 이동을 차단할 수 있다. 따라서, 히터 블록(220)을 통하여 반응칩(204)내 온도는 일정하게 유지될 수 있다. 히터(218)는 반응칩(204)내 LAMP 반응을 위해 미리 설정된 온도로 반응칩(204) 또는 반응칩(204)을 포함하는 증폭부의 온도를 향상시키기 위한 열을 발생시킬 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른, 핵산 농도를 정량화 하는 방법의 흐름도이다.
S320에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 기판에 관한 제1 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버들 내 LAMP 반응이 일어나는 동안 소정의 촬영 주기(예컨대 1분)에 따라 반응 챔버들이 배치된 기판에 대한 제1 이미지를 획득할 수 있다.
S340에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지들로부터 증폭 반응에 따른 반응 챔버들의 색상 값들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 증폭부 내 반응칩을 촬영함으로써 획득된 제1 이미지 내 반응 챔버 영역을 식별할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지 내 반응 챔버 영역의 화소 값을 식별하고, 식별된 화소 값을 이용하여 색상 값을 획득할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 획득하는 색상 값은 화소 값과 다른 표색계가 나타내는 색공간의 성분값들 중 하나의 값일 수 있다. 예를 들어, 색상 값은 HSV 표색계가 나타내는 색공간 성분값들(예컨대, 색상(Hue), 채도(Saturation) 및 명도(Value)값) 중, 하나인 색상(Hue)값일 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버들이 배치된 기판 내 반응 챔버들의 색상 값을 바로 획득할 수도 있지만, 화소 값으로 표현된 제1 이미지 내 반응 챔버 영역의 화소값들을 HSV 표색계의 색공간 성분값인 색상 값(HUE)으로 변환함으로써, 챔버 영역의 색상 값들을 획득할 수도 있다.
예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지 내 반응 챔버 영역이 나타내는 화소값들 중, R 성분 값, G 성분 값, B 성분 값의 크기를 비교할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 화소값들 중, R 성분 값이 가장 큰 경우, 색상값(hue) = 1/6 ㅧ (G - B)/(Rmax - Rmin) 과 같은 수학식에 따라 색상 값을 획득할 수 있다. 여기에서, G는 RGB 표색계에서 G 성분 값을 나타내고, B는 RGB 표색계에서 B 성분 값을 나타내며, Rmax는 RGB 표색계에서 색공간 성분값 중 가장 큰 R 성분 값, Rmin는 RGB 표색계에서 색공간 성분값 중 가장 작은 R 성분 값을 나타낸다.
또 다른 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 화소값들 중, G 성분 값이 가장 큰 경우, 색상값(hue) = 1/3 + 1/6 ㅧ (B - R)/(Gmax - Gmin)과 같은 수학식에 따라 색상 값을 결정할 수 있다. 여기에서, B는 RGB 표색계에서 B 성분 값을 나타내고, R은 RGB 표색계에서 R 성분 값을 나타내며, Gmax는 RGB 표색계에서 색공간 성분값 중 가장 큰 G 성분 값, Gmin는 RGB 표색계에서 색공간 성분값 중 가장 작은 G 성분 값을 나타낸다.
또한, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 화소값들 중, B 성분 값이 가장 큰 경우, 색상값(hue) = 2/3 + (R - G)/(Bmax - Bmin)과 같은 수학식에 따라 색상 값을 결정할 수 있다. 여기에서, R은 RGB 표색계에서 색공간 성분값 중, R 성분 값을 나타내고, G는 RGB 표색계에서 G 성분 값을 나타내며, Rmax는 RGB 표색계에서 색공간 성분값 중 가장 큰 R 성분 값, Bmin는 RGB 표색계에서 색공간 성분값 중 가장 작은 B 성분 값을 나타낸다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 시간이 경과함에 따라, 반응 시간에 대한 반응 챔버 별 색상 값들을 그래프의 형태로 도시할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 7 parameter sigmoid model을 이용하여 반응 챔버 별 색상값들이 도시된 그래프를 피팅(fitted)할 수 있다. 본 개시에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 HSV 표색계가 나타내는 색공간 성분값인 색상(HUE) 값을 이용하여 반응 챔버의 색 변화를 모니터링함으로써, 다양한 조명 조건에서도 반응 챔버 내 색상 변화를 정확하게 측정할 수 있다.
S360에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 반응 챔버 별 임계 시간을 결정할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 LAMP 반응이 진행됨에 따라, 소정의 시간 간격으로, 제1 이미지 내 반응 챔버 영역의 색상 값들을 획득할 수 있고, 소정의 시간 간격에 대한 반응 챔버 별 색상 값의 변화량을 결정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 시간에 대한 색상 값의 변화량들에 대한 데이터에, PCR 기법의 second derivative maximum 알고리즘을 적용함으로써 임계값을 결정할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 결정된 임계값을 이용하여 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 임계값을 이용하여 반응 챔버별 임계 시간을 결정하는 구체적인 방법은 도 13 내지 17을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
S380에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 별 미리 설정된 핵산의 초기 농도 및 초기 농도에 따른 반응 챔버 별 임계 시간 과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 결정하고, 결정된 기준 보정 곡선을 미리 저장할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도는 희석 계수에 따라 점진적으로 증가할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 별로 결정된 임계 시간을 기준 보정 곡선에 매칭하고, 매칭된 임계 시간이 나타내는, 기준 보정 곡선 상 핵산의 초기 농도를 이용하여, 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다.
도 4는 외부 조명의 세기에 따른 반응 챔버 이미지 내 반응 챔버의 색을 나타내는 색공간 성분값들의 세기를 비교하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 외부 조명의 세기 및 반응 챔버 내 LAMP 반응 여부에 따라 서로 달라지는 반응 챔버의 색을, RGB 표색계의 색공간 성분 값 및 HSV 표색계의 색상 값(Hue value)으로 모니터링한 결과가 도시된다. 반응 챔버 내 시료들 사이에 LAMP 반응이 일어나지 않도록 제어된 negative control(402)를 참조하면, 챔버 내 EBT 용액이 마그네슘 2가 이온과 결합함으로써 보라색을 나타내는 것을 알 수 있다. 다만, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)외부의 조명의 세기에 따라, 이미지 내 각 챔버 영역이 나타내는 보라색의 RGB 성분값 및 RGB 성분값들의 비율(예컨대, G/R, B/R)은 달라질 수 있다. 그러나, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 획득한 색상 값(Hue value, 414)은, 외부 조명의 세기에 상관없이, 일정한 값을 나타내는 것을 관측할 수 있다.
마찬가지로, 반응 챔버 내 시료들 사이에 LAMP 반응이 일어나도록 제어되는 positive control(404)를 참조하면, LAMP 반응이 성공적으로 진행됨에 따라, 뉴클레오티드 결합에 의해 생성된 피로인산(pyrophosphate ions)이 EBT 용액보다 더 강하게 마그네슘 2가 이온에 결합함으로써 불용성 염을 형성하게 되고, 그 결과 EBT 용액이 청색을 나타낼 수 있다. 다만, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 외부 조명의 세기에 따라, 이미지 내 각 챔버 영역이 나타내는 청색의 RGB 성분값 및 RGB 성분값들의 비율(예컨대, G/R, B/R)은 달라질 수 있다. 그러나, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 획득한 색상 값(Hue value, 424)은, 외부 조명의 세기에 상관없이, 비교적 일정한 값을 나타내는 것을 관측할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 반응 챔버 이미지 내 반응 챔버의 색을 나타내는 색공간 성분값들의 편차를 비교하기 위한 도면이다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 내 반응 시간이 경과함에 따라, 반응 챔버의 색에 관한 색공간 성분값들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 내 반응 시간이 경과함에 따라 반응 챔버에 관한 이미지들을 소정의 시간 간격으로 획득할 수 있고, 각각의 시간에서 획득된 이미지들로부터 반응 챔버 영역이 나타내는 색을, R성분 값, G 성분 값, B 성분 값, G성분 값/R성분 값, B성분 값/R성분 값, 색상 값(Hue)을 결정할 수 있다. 도 5에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 반응 시간이 경과함에 따라 획득한 R성분 값, G 성분 값, B 성분 값, G성분 값/R성분 값, B성분 값/R성분 값의 표준 편차(RSD)는 색상 값(Hue, 502, 504)의 표준 편차에 비하여 크게 나타날 수 있다.
따라서, 본 개시에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 낮은 표준 편차를 나타내는 색상 값을 이용하여 이미지 내 반응 챔버 영역의 색상 변화를 모니터링함으로써, 외부 조명의 세기에 상관없이 정확하게 반응 챔버 영역의 색 변화를 측정할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 반응 챔버 이미지 내 핵산의 정성적(Qualitative) 분석을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 monoplex(602), duplex(604) 및 triplex(606)은, 전자 장치(1000)가 3가지 타입의 병원균에 대한 정성적 유전 분석을 수행한 결과를 나타낸다. 일 실시 예에 의하면, 3가지 타입의 병원균은, 대장균(E. coli W), 살모넬라 엔테리카균(S. Typhimurium), 및 장염비브리오균(V. parahaemolyticus)중 적어도 하나일 수 있다. 증폭부 내 반응 챔버의 가장 좌측 챔버(NC)는 프라이머 혼합물이 셋팅되지 않는 챔버이다.
한가지 타입의 병원균에 매칭된 프라이머를 이용하는 monoplex(602) 테스트에서, 대장균(E. coli W)에 매칭된 프라이머 혼합물이 포함된 챔버 #2, #3과 살모넬라 엔테리카균(S. Typhimurium)에 매칭되는 프라이머 혼합물이 포함된 챔버 #4, #5, 장염비브리오균(V. parahaemolyticus)에 매칭된 프라이머 혼합물이 포함된 챔버 #6, #7에서 LAMP 반응이 일어남에 따라, 챔버의 색상이 청색으로 변하는 것을 관측할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 두가지 타입의 병원균에 매칭된 프라이머를 이용하는 duplex (604) 테스트에서, 대장균(E. coli W) 및 살모넬라 엔테리카균(S. Typhimurium)에 각각 매칭된 프라이머 혼합물이 포함된 챔버 #2, #3, #4, #5와 살모넬라 엔테리카균(S. Typhimurium) 및 장염비브리오균(V. parahaemolyticus)에 각각 매칭되는 프라이머 혼합물이 포함된 챔버 #4, #5, #6, #7, 대장균(E. coli W) 및 장염비브리오균(V. parahaemolyticus)에 매칭된 프라이머 혼합물이 포함된 챔버 #2, #3, #6, #7에서 LAMP 반응이 일어남에 따라, 챔버의 색상이 청색으로 변하는 것을 관측할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 3가지 타입의 병원균에 매칭된 프라이머 혼합물을 이용하는 triplex(606) 테스트에서, 대장균(E. coli W), 살모넬라 엔테리카균(S. Typhimurium) 및 장염비브리오균(V. parahaemolyticus) 각각에 매칭된 프라이머 혼합물이 포함된 챔버 #2, #3, #4, #5, #6, #7 모두에서 LAMP 반응이 일어남에 따라, 챔버(NC)외의 모든 챔버의 색상이 청색으로 변하는 것을 관측할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따라, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치가 제1 이미지로부터 반응 챔버 영역을 추출함으로써 제2 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 증폭부 내 반응칩을 촬영한 이미지 내에서 반응 챔버 영역의 경계를 식별하고, 식별된 경계에 기초하여 반응 챔버 영역 이미지를 추출하며, 추출된 반응 챔버 영역에 관한 제2 이미지만을 이용하여 반응 챔버의 색상 값의 변화를 결정할 수도 있다.
예를 들어, S720에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지들 내 반응 챔버들의 경계를 식별할 수 있다. 일 실시 예에 의하면 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 자동 반응 챔버 영역 인식 알고리즘을 이용함으로써, 제1 이미지로부터 반응 챔버 영역만을 식별할 수 있다. 보다 상세하게는, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지 내 배경 영역 및 챔버 영역의 픽셀 값에 기초하여 챔버 영역과 그외의 영역인 배경 영역을 분리할 수 있다.
예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 배경 영역의 픽셀 값에 기초하여 임계 픽셀 값을 결정하고, 제1 이미지 내 픽셀들 중, 임계 픽셀 값 이하의 픽셀들을 제거함으로써, 제1 이미지 내 챔버 영역의 경계를 식별할 수 있다.
S740에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 식별된 경계에 기초하여 제1 이미지들 각각으로부터 챔버 영역을 식별하고, 식별된 챔버 영역에 관한 제2 이미지들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지로부터 식별된 챔버 영역의 경계에 기초하여 챔버 영역과 챔버 영역 외의 영역을 배경 영역으로 구분하고, 제1 이미지 내에서 배경 영역을 제거함으로써, 챔버 영역에 관한 제2 이미지들을 획득할 수 있다.
S760에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제2 이미지들로부터 반응 챔버들의 색상 값(Hue value)를 획득할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 시간이 경과함에 따라 소정의 시간 간격으로 획득된 제1 이미지로부터, 반응 챔버 영역들만을 추출함으로써 제2 이미지들을 생성하고, 생성된 제2 이미지들 내 반응 챔버 영역 내의 색상 값을 결정할 수 있다. 즉, 본 개시에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 영역 외 기판에 대한 이미지를 포함하는 제1 이미지로부터 색상 값을 획득하는 것이 아니라, 배경 영역이 제거된 제2 이미지로부터 반응 챔버 영역의 색상 값을 획득함으로써, 보다 정확하게 증폭 반응에 따른 반응 챔버의 색상 변화를 측정할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따라, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치가 제1 이미지로부터 반응칩 영역을 추출함으로써 제2 이미지를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하여 도 7에서 상술한, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 제2 이미지를 획득하는 방법을 설명하기로 한다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 증폭부의 일면에 결합됨으로써, 증폭부에 미리 설치된 복수의 반응 챔버들이 배치된 기판에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 이미지(802)는 특정 반응 시점에서 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 획득한 이미지를 나타낸다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지의 픽셀 값에 기초하여, 제1 이미지에 포함된 증폭부의 내벽 또는 기판의 적어도 일부 이미지를 제거(cropped)함으로써 제2 이미지(804)를 획득할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치가 제1 이미지 내 반응 챔버들의 경계를 식별하고, 식별된 경계에 기초하여 반응 챔버 영역을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 도 8에서 획득된 제1 이미지의 적어도 일부를 전처리(예컨대 cropping) 함으로써, 도 9에 도시된, 기판의 적어도 일부 및 반응 챔버 영역이 포함된 입력 이미지(902)를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 기준 시점(예컨대 0 min)에서, 입력 이미지(902)에 포함된 반응 챔버들의 경계를 식별하고, 식별된 경계에 기초하여 반응 챔버 영역 외의 배경 영역을 제거함으로써, 출력 이미지(904)를 획득할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 획득한 입력 이미지 내 가장 우측의 반응 챔버 영역을 확대한 부분 이미지(906)에서 챔버 영역만을 추출할 경우, 출력 이미지(904) 내 부분 출력 이미지(908)와 같은 부분 이미지가 도시될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 시간이 기준 시점으로부터 약 50min 경과한 상태에서, 입력 이미지(912)에 포함된 반응 챔버들의 경계를 식별하고, 식별된 경계에 기초하여 반응 챔버 영역 외의 배경 영역을 제거함으로써, 출력 이미지(914)를 획득할 수 있다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 획득한 입력 이미지(912) 내 가장 우측의 반응 챔버 영역을 확대한 부분 이미지(916)에서 챔버 영역만을 추출할 경우, 부분 출력 이미지(918)과 같은 이미지가 획득될 수 있다. 즉, 본 개시에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 제1 이미지 내에서 반응 챔버 영역의 경계를 식별할 뿐만 아니라, 반응 챔버 영역 내 버블을 더 제거할 수도 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 출력 이미지(904)로부터 반응 챔버 내 버블을 제거하고, 버블이 제거된 출력 이미지를 이용함으로써 반응 챔버 내 색상의 변화를 더 정확하게 측정할 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 따라, 증폭부의 온도 변화를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 시간이 경과함에 따라 증폭부가 소정의 온도로 유지되도록, 증폭부를 가열할 수 있다. 도 10을 참조하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 발열 모듈을 이용하여 반응 시간(932)이 경과함에 따라 증폭부의 온도(934)가 65가 되도록 발열 모듈을 제어할 수 있다. 증폭부의 열 이미지(936)를 참조하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 발열 모듈을 이용하여, 증폭부의 온도를 65도에서 일정하게 유지할 수 있음을 관측할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따라, 반응 시간이 경과함에 따라 순차적으로 변하는 반응 챔버들의 색상을 설명하기 위한 도면이다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 시간이 경과 함에 따라 반응 챔버 영역 및 기판의 적어도 일부 영역이 포함된 제1 이미지들 및 상기 제1 이미지들에서 반응 챔버 영역 외의 배경 영역이 제거된 제2 이미지들을 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 반응 챔버 내 시료에는 대장균(E. coli W) 농도 검출을 위하여, 대장균의 genomic template가 반영된 핵산 및 상기 핵산에 매칭된 프라이머 혼합물, 상기 핵산 및 프라이버 혼합물 사이의 LAMP 반응 비색 검출을 위한 EBT 용액, 상기 핵산을 소정의 희석 계수에 따라 점진적으로 희석하기 위한 TE 버퍼가 포함될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 반응 챔버(NC)는 프라이머 혼합물을 포함하지 않고, 반응 챔버의 번호가 증가할수록, 소정의 희석 계수에 따라 더 많은 DNA 복제수(DNA copy number)의 대장균의 genomic template들이 포함될 수 있다. 예를 들어, 희석 계수(dilusion factor)가 10인 경우, 챔버 #2의 DNA 복제수는 1.32*10^2, 챔버 #3의 DNA 복제수는 1.32*10^3, 챔버 #4의 DNA 복제수는 1.32*10^4, 챔버 #5의 DNA 복제수는 1.32*10^5, 챔버 #6의 DNA 복제수는 1.32*10^6, 챔버 #7의 DNA 복제수는 1.32*10^7일 수 있다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 반응 시간이 경과함에 따라 획득된 이미지들(942, 944, 946, 948, 952, 954)를 참조하면, 가장 대장균의 농도가 높은 시료를 포함하는 챔버 #7부터 EBT 용액의 색상이 청색으로 변하는 것을 관측할 수 있다.
도 12는 일 실시 예에 따라, 반응 챔버 별 임계 시간을 결정하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
S1210에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 증폭 반응의 경과 시간에 따라 반응 챔버들의 색상 값들을 반응 챔버 별로 도시할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 도 11에서 상술한 바와 같이, 소정의 희석 계수에 따라, 병원균의 핵산 농도가 점진적으로 증가되도록 반응 챔버 별 핵산 농도를 미리 결정하고, 미리 결정된 핵산 농도를 가지는 반응 챔버들 내 LAMP 반응이 진행되는 동안, 소정의 시간 간격으로 반응 챔버들에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 소정의 시간 간격에 따라 획득된 이미지 내 반응 챔버 영역을 추출하고, 추출된 반응 챔버 영역 내 색상 값들을 시간의 흐름에 따라 도시(plotting)할 수 있다.
S1220에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 S1210단계에서 반응 챔버 별로 도시된 반응 챔버들의 색상 값들의 변화량을 결정할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 결정된 반응 챔버들의 색상 값들에 대하여 PCR 기법의 second derivative maximum 알고리즘을 적용함으로써 임계값을 결정할 수 있다.
S1230에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 결정된 변화량의 크기에 기초하여 결정된 임계값을 이용하여 반응 챔버 별 임계 시간을 결정할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 색상 값들의 변화량에 기초하여 임계값을 결정하는 과정을 도 13을 참조하여 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 13은 일 실시 예에 따라 미리 설정된 초기 핵산 농도를 가지는 반응 챔버 별 색상 값의 변화를 나타내는 도면이다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 핵산 농도가 미리 결정된 반응 챔버들 내 LAMP 반응이 경과함에 따라, 소정의 시간 간격으로 반응 챔버들에 대한 제1 이미지들을 획득하고, 제1 이미지들로부터 반응 챔버 영역 별 색상 값의 변화를 도시할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 이용하는 반응칩 내 반응 챔버 NC(820)에는 LAMP 반응을 위한 프라이머 혼합물이 주입되지 않고, 기 결정된 희석 계수(예컨대 10)에 따라, 반응 챔버 #2의 DNA 복제수는 1.32*10^2, 반응 챔버 #3의 DNA 복제수는 1.32*10^3, 반응 챔버 #4의 DNA 복제수는 1.32*10^4, 반응 챔버 #5의 DNA 복제수는 1.32*10^5, 반응 챔버 #6의 DNA 복제수는 1.32*10^7로 미리 설정될 수 있다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 기 설정된 희석 계수에 따라 점진적으로 증가하는 핵산 농도를 가지는 반응 챔버들을 모니터링함으로써, 반응 시간(814)이 경과 함에 따라 반응 챔버 별 색상 값(812)의 변화를 소정의 시간 간격으로 측정하고, 측정된 색상 값의 변화를 도시할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 별 색상 값이 시간에 대하여 변하는 정도를 나타내는 색상 값의 변화량을 결정할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 색상 값의 변화량의 크기에 기초하여 임계값(816)을 결정할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 결정된 임계값을 도 13에 도시된 색상 값의 변화를 나타내는 그래프에 매칭하고, 그래프 내에서, 상기 결정된 임계값에 대응되는 반응 시간을 임계 시간으로 결정할 수 있다.
도 14는 일 실시 예에 따라, 미리 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 따른 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 도 13에서 결정된 반응 챔버 별 임계 시간(832)과 기 설정된 반응 챔버 별 핵산의 농도를 나타내는 DNA 복제수를 이용하여 기준 보정 곡선을 결정할 수 있다.
예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 미리 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도(예컨대 DNA 복제수의 로그 값) 및 상기 초기 농도에 매칭된 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 획득하고, 상기 획득된 데이터에 따라 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 임계 시간을 색상 별 포인터들(842, 843, 844, 845, 846, 847)로 마킹할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 상기 획득된 데이터들을 선형 정합(linear fit)시킴으로써 생성된 피팅 라인(838)을 생성하고, 소정의 신뢰 구간(confidence interval)에 기초하여 도트 라인을 상기 피팅 라인과 함께 생성할 수 있다. 즉, 본 개시에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 상기 획득된 데이터에 기초하여 생성된 포인터들(842, 843, 844, 845, 846, 847), 피팅 라인(838) 및 도트 라인(836)을 함께 도시함으로써 기준 보정 곡선(Standard calibration curve)을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 생성된 기준 보정 곡선을 전자 장치의 메모리에 저장하거나, 전자 장치(1000)와 연결된 서버로 전송함으로써, 기준 보정 곡선을 서버에 저장할 수도 있다.
도 15는 일 실시 예에 따른 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
S1510에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선으로부터 미리 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 매칭된 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 획득하는 미리 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 매칭된 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터에 대한 특징은 도 14에서 전술한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
S1520에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 상기 획득된 데이터를 선형 정합시킴으로써 피팅 라인을 생성하고, 상기 생성된 피팅 라인과 소정의 신뢰 구간에 간한 도트 라인을 함께 도시할 수 있다. 즉, 도 14에서 상술한 바와 같이, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 미리 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도(예컨대 DNA 복제수의 로그 값) 및 상기 초기 농도에 매칭된 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 포인터로 마킹하고, 상기 마킹된 포인터들, 피팅 라인 및 도트 라인을 이용하여 기준 보정 곡선을 생성할 수 있다.
S1530에서, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 반응 챔버 별 임계 시간을 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭할 수 있다. 예를 들어, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선을 결정한 이후, 핵산 농도를 측정하고자 하는 시료들이 포함된 반응 챔버들에 대한 이미지를 새로 획득하고, 도 12 내지 도 14에서 상술한 바와 유사하게, 획득된 이미지 내 반응 챔버들의 색상값의 변화량을 결정한다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 핵산 농도를 측정하고자 하는 시료들이 포함된 반응 챔버들에 대한 이미지로부터, 반응 시간이 경과함에 따른 반응 챔버의 색상 변화량에 기초하여, 임계 시간을 결정하고, 결정된 임계 시간을 미리 저장된 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭시킬 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭된 임계 시간이 나타내는 DNA 복제수의 로그 값을 이용하여 측정 대상이 된 반응 챔버 내 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다.
도 16은 일 실시 예에 따라, 핵산 농도를 측정하고자 하는 반응 챔버들의 색상 값의 변화를 나타내는 도면이다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 측정 하고자 하는 미지의 핵산 농도를 가지는 시료들이 배치된 반응 챔버 별 색상값(852)을 반응 시간(854)에 대하여 도시할 수 있다. 도 16을 참조하면, 반응 시간이 경과함에 따라, 반응 챔버 별 색상 값들이 감소함을 관측할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 도 16에 도시된 반응 챔버별 색상 값의 변화량의 크기에 기초하여 임계값을 결정하고, 결정된 임계값을 이용하여 반응 챔버 별 임계 시간을 결정할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 임계 시간을 결정하는 과정은 도 12 내지 도 13에서 상술한 바에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 17은 일 실시 에에 따라, 도 16에서 결정된 반응 챔버들의 색상 값의 변화에 기초하여 반응 챔버 별 초기 핵산 농도를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 도 16에 도시된 반응 챔버 별 색상값의 변화량의 크기에 기초하여 결정된 반응 챔버별 임계 시간(856)을, 미리 저장된 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭시킬 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭된 반응 챔버 별 임계 시간(856)이 나타내는 핵산의 초기 농도(예컨대 DNA 복제수의 로그 값(858))을 이용하여, 반응 챔버 내 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 새로 결정된 반응 챔버 별 임계 시간을 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭시킨 후, 매칭된 반응 챔버별 임계 시간을 square 포인터들(862, 864, 866, 868)로써 도시할 수 있다. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 square 포인터들(862, 864, 866, 868)을 기 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도(예컨대 DNA 복제수의 로그 값) 및 상기 초기 농도에 매칭된 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터에 기초하여 마킹된 포인터들(842, 843, 844, 845, 846, 847), 피팅 라인 및 도트 라인과 함께 도시할 수 있다.
도 18은 일 실시 예에 따른, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치의 블록도이다.
도 19는 또 다른 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치의 블록도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 프로세서(1300), 메모리(1700), 카메라 모듈(1610) 및 디스플레이부(1210)를 포함할 수 있다. 그러나 도시된 구성 요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 구현될 수도 있다.
예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 프로세서(1300), 메모리(1700), 카메라 모듈(1610) 및 디스플레이부(1210)이외에 사용자 입력 인터페이스(1100), 음향 출력부(1220) 및 진동 모터(1230)를 더 포함하는 출력부(1200), 센싱부(1400), 네트워크 인터페이스(1500), A/V 입력부(1600), 체결부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
사용자 입력 인터페이스(1100)는, 사용자가 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치 (1000)를 제어하기 위한 시퀀스를 입력하는 수단을 의미한다. 예를 들어, 사용자 입력 인터페이스(1100)에는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등), 조그 휠, 조그 스위치 등이 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 사용자 입력 인터페이스(1100)는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)가 디스플레이 상에 출력한 화면에 대한 사용자의 입력 시퀀스를 수신할 수 있다. 또한, 사용자 입력 인터페이스(1100)는 후술하는 도 23에 도시된 바와 같이, 디스플레이를 터치하는 사용자의 터치 입력 또는 디스플레이상 그래픽 사용자 인터페이스를 통한 키 입력을 수신할 수도 있다.
출력부(1200)는, 오디오 신호 또는 비디오 신호 또는 진동 신호를 출력할 수 있으며, 출력부(1200)는 디스플레이부(1210), 음향 출력부(1220), 및 진동 모터(1230)를 포함할 수 있다.
디스플레이부(1210)는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)에서 처리되는 정보를 표시 출력하기 위한 화면을 포함한다. 또한, 화면은 반응 챔버의 분석 결과에 대한 이미지로써, 반응 챔버 별 표적 핵산의 농도, 임계 시간에 관한 그래프를 표시할 수 있다.
음향 출력부(1220)는 네트워크 인터페이스 (1500)로부터 수신되거나 메모리(1700)에 저장된 오디오 데이터를 출력한다. 또한, 음향 출력부(1220)는 전자 장치(1000)에서 수행되는 기능과 관련된 음향 신호를 출력한다. 진동 모터(1230)는 진동 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 진동 모터(1230)는 전자 장치(1000)에서 수행되는 기능들의 출력에 대응하는 진동 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(1300)는, 통상적으로 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(1300)는, 메모리(1700)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 사용자 입력부(1100), 출력부(1200), 센싱부(1400), 통신부(1500), A/V 입력부(1600) 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(1300)는 메모리(1700)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 도 1 내지 도 17에 기재된 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)의 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(1300)는 사용자 입력부를 제어함으로써 전자 장치의 화면을 터치하는 사용자의 입력을 획득할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 프로세서(1300)는 사용자의 음성을 획득하도록 마이크로폰을 제어할 수도 있다. 프로세서(1300)는 사용자 입력에 기초하여 반응 챔버 내 시료의 농도를 정량화 하기 위한 애플리케이션을 실행할 수 있으며, 실행된 애플리케이션을 통하여 사용자 입력을 획득할 수도 있다.
일 실시 예에 의하면, 프로세서(13000)는 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하고, 상기 제1 이미지들로부터 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하며, 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하고, 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다.
또한, 프로세서(1300)는 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안 기 설정된 촬영 주기에 따라 상기 기판을 촬영함으로써 상기 제1 이미지들을 획득할 수 있다.
또한, 프로세서(1300)는 상기 획득된 제1 이미지들의 화소값을 결정하고, 상기 결정된 화소값을, 상기 화소값을 나타내는 표색계와는 다른 표색계의 색공간 성분값들로 변환하고, 상기 변환된 색공간 성분값들 중 하나의 성분값을 상기 상기 반응 챔버들의 색상 값으로 획득할 수 있다.
또한, 프로세서(1300)는 상기 제1 이미지들 내 상기 반응 챔버들의 경계를 식별하고, 상기 식별된 반응 챔버들의 경계에 기초하여 상기 제1 이미지들 각각 으로부터 챔버 영역을 식별하고, 상기 식별된 챔버 영역에 관한 제2 이미지들을 획득하고, 상기 제2 이미지들로부터 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득할 수 있다.
또한, 프로세서(1300)는 증폭 반응의 경과 시간에 따라 상기 반응 챔버들의 색상 값들을, 상기 반응 챔버 별로 도시하고, 상기 증폭 반응이 진행됨에 따라 상기 반응 챔버 별로 도시된, 상기 반응 챔버들의 색상 값들의 변화량을 결정하고, 상기 변화량의 크기에 기초하여 결정된 임계값을 이용하여, 상기 반응 챔버 별 임계 시간을 결정할 수 있다.
또한, 프로세서(1300)는 기 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 매칭된 상기 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 획득하고, 상기 획득된 데이터, 상기 데이터를 선형 정합(linear fit)시킴으로써 생성된 피팅 라인 및 소정의 신뢰 구간(confidence interval)에 관한 도트 라인이 함께 도시된 상기 기준 보정 곡선을 획득하며, 상기 기준 보정 곡선을 이용하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다.
또한, 프로세서(1300)는 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하고, 상기 결정된 반응 챔버 별 임계 시간을 상기 생성된 피팅 라인에 매칭하고, 상기 피팅 라인에 매칭된 상기 반응 챔버 별 임계 시간이 나타내는 핵산의 농도에 기초하여, 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다.
센싱부(1400)는, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)의 상태 또는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000) 주변의 상태를 감지하고, 감지된 정보를 프로세서(1300)로 전달할 수 있다. 센싱부(1400)는, 지자기 센서(Magnetic sensor)(1410), 가속도 센서(Acceleration sensor)(1420), 온/습도 센서(1430), 적외선 센서(1440), 자이로스코프 센서(1450), 위치 센서(예컨대, GPS)(1460), 기압 센서(1470), 근접 센서(1480), 및 RGB 센서(illuminance sensor)(1490) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 각 센서들의 기능은 그 명칭으로부터 당업자가 직관적으로 추론할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
네트워크 인터페이스(1500)는, 전자 장치(1000)가 다른 장치(미도시) 및 서버(2000)와 통신을 하게 하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 장치(미도시)는 전자 장치(1000)와 같은 컴퓨팅 장치이거나, 센싱 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스(1500)는, 무선 통신 인터페이스(1510), 유선 통신 인터페이스(1520) 및 이동 통신부(530)를 포함할 수 있다.
무선 통신 인터페이스(1510)는 근거리 통신부(short-range wireless communication unit), 블루투스 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유선 통신 인터페이스(1520)는 서버(2000)또는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)를 유선으로 연결할 수 있다.
이동 통신부(1530)는, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 네트워크 인터페이스(1500)는 프로세서의 제어에 의하여, 서버로 반응 챔버들을 촬영한 제1 이미지들을 전송할 수 있다. 또한, 네트워크 인터페이스(1500)는 서버로부터 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선에 대한 정보를 수신할 수도 있다.
A/V(Audio/Video) 입력부(1600)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(1610)와 마이크로폰(1620) 등이 포함될 수 있다. 카메라(1610)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서를 통해 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 얻을 수 있다. 이미지 센서를 통해 캡쳐된 이미지는 프로세서(1300) 또는 별도의 이미지 처리부(미도시)를 통해 처리될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1610)은 소정의 촬영 주기에 따라 반응 챔버들에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
마이크로폰(1620)은, 외부의 음향 신호를 입력 받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 예를 들어, 마이크로폰(1620)은 외부 디바이스 또는 사용자로부터 음향 신호를 수신할 수 있다. 마이크로폰(1620)은 사용자의 음성 입력을 수신할 수 있다. 마이크로폰(1620)은 외부의 음향 신호를 입력 받는 과정에서 발생 되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘을 이용할 수 있다.
메모리(1700)는, 프로세서(1300)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)로 입력되거나, 출력되는 데이터를 저장할 수도 있다. 또한, 메모리(1700)는 전자 장치(1000)가 반응 챔버들의 색상을 모니터링하는데 필요한 RGB 색상 모델, HSV 색상 모델, 이미지 처리 모듈, 반응 시간에 따른 반응 챔버 별 색상 값을 플로팅하기 위한 플로팅 모듈등을 더 저장할 수도 있다. 또한, 메모리(1700)는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)내 애플리케이션에 대한 정책 패키지들(예컨대, shiny, shinyBS, imager, colocr, qpcR)을 저장할 수 있고, 각 정책 패키지들에 미리 설정된 소정의 기능에 관한 함수(예컨대 색상값 추출 함수, 경계 식별 함수)에 대한 정보를 더 저장할 수도 있다.
메모리(1700)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
메모리(1700)에 저장된 프로그램들은 그 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 분류할 수 있는데, 예를 들어, UI 모듈(1710), 터치 스크린 모듈(1720), 알림 모듈(1730) 등으로 분류될 수 있다.
UI 모듈(1710)은, 애플리케이션 별로 전자 장치(1000)와 연동되는 특화된 UI, GUI 등을 제공할 수 있다. 터치 스크린 모듈(1720)은 사용자의 터치 스크린 상의 터치 제스처를 감지하고, 터치 제스처에 관한 정보를 프로세서(1300)로 전달할 수 있다. 일부 실시예에 따른 터치 스크린 모듈(1720)은 터치 코드를 인식하고 분석할 수 있다. 터치 스크린 모듈(1720)은 컨트롤러를 포함하는 별도의 하드웨어로 구성될 수도 있다.
알림 모듈(1730)은 전자 장치(1000)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 발생할 수 있다. 전자 장치(1000)에서 발생되는 이벤트의 예로는 호 신호 수신, 메시지 수신, 키 신호 입력, 일정 알림 등이 있다. 알림 모듈(1730)은 디스플레이부(1210)를 통해 비디오 신호 형태로 알림 신호를 출력할 수도 있고, 음향 출력부(1220)를 통해 오디오 신호 형태로 알림 신호를 출력할 수도 있고, 진동 모터(1230)를 통해 진동 신호 형태로 알림 신호를 출력할 수도 있다.
도 20은 일 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치를 포함하는 시스템의 블록도이다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 시스템(4000)은, 전원부(2010), 전압 변환부(2020), 증폭부(2030) 및 전자 장치(1000)를 포함할 수 있다. 또한, 증폭부(2030)는 발열 모듈(2032), 반응 칩(2034) 및 광원부(2036)를 포함할 수 있다.
전자 장치(1000)는 하나 이상의 반응 챔버들이 형성된 기판에 대한 제1 이미지들을 획득하고, 제1 이미지들로부터 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하며, 상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하고, 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다. 도 20에 도시된 전자 장치(1000)는 도 18 내지 도 19에서 상술한 전자 장치(1000)의 구성에 대응될 수 있다.
전원부(2010)는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000), 발열 모듈(2032) 또는 광원부(2036) 중 적어도 하나에 전원을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 전원부(2010)는 미리 설정된 전압을 제공하는 휴대용 보조 배터리일 수도 있다. 전원부(2010)는 전원부가 제공하는 전압 변환을 위해 전압 변환부(2020)에 연결될 수 있다.
전압 변환부(2020)는 전원부(2010)로부터 제공된 전압을 변환할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 전압 변환부(2020)는 step-up DC 컨버터일 수 있다. 전압 변환부(2020)는 전원부(2010)로부터 제공된 5V의 전압을 27.5V로 승압하고, 27.5V의 전압을 발열 모듈에 제공할 수 있다.
발열 모듈(2032)은 메탈 플레이트(metal plate), 열 차단 블록(heat block), 히터(heater)를 포함할 수 있다. 발열 모듈(2032)은 미리 설정된 온도에서 반응 챔버 내 LAMP 반응이 지속적으로 일어나도록, 증폭부의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 발열 모듈(2032)은 27.5V로 승압된 전압원에 기초하여 증폭부의 온도를 65도로 유지할 수 있다. 메탈 플레이트는 반응칩이 상기 광원부를 향하는 방향의 타측에서 상기 반응칩의 접착 필름에 부착될 수 있다. 또한, 열 차단 블록은 메탈 플레이트를 커버함으로써, 반응칩으로 전달되는 열이 반응칩 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 히터는 열 차단 블록의 외부에서 반응 칩으로 전달되기 위한 열을 발생시킬 수 있다.
반응칩(2034)은 하나 이상의 반응 챔버들이 형성된 기판, 상기 반응 챔버들 내로 상기 핵산을 포함하는 시료를 주입하기 위한 시료 주입 채널 및 상기 반응 챔버들 내의 유체의 이동을 위한 공기 주입 채널을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면 반응 칩(2034) 내 하나 이상의 반응 챔버들은 소정의 두께로 형성된 기판에 미리 설정된 간격에 따라 타원형으로 형성되고, 상기 반응 챔버 내로 상기 핵산을 포함하는 시료를 주입하기 위한 시료 주입 채널 및 상기 반응 챔버 내 유체의 이동을 위한 공기 주입 채널과 각각 연결되며, 상기 기판의 일면에 부착된 제1 접착 필름 및 상기 기판의 타면에 부착된 제2 접착 필름에 의하여 상기 기판 외부와 차폐될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 반응칩(2034) 내 상기 하나 이상의 반응 챔버들은 기 설정된 온도에서, LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification) 반응에 의해 상기 핵산을 증폭하기 위한 시료를 포함하고, 상기 시료는 상기 핵산, 상기 핵산에 매칭되는 프라이머 혼합물, 상기 핵산 및 상기 프라이머 혼합물 사이의 LAMP 반응 비색 검출을 위한 EBT 용액, 상기 핵산을 희석시키기 위한 TE 버퍼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 반응칩(2034)내 하나 이상의 챔버들의 총 부피합은 30Ul일 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 시료는 0.85 등온 증폭 버퍼(Isothermal Amplification buffer, New England Biolabs, USA), 5Mm MgSO4, 1.3 Mm dNTPs(Takara Korea Biomedical Inc, Korea), 0.14 uM의 F3, B3 프라이머, 0.28Um의 LB 프라이머, 1.13 ㅅM 의 FIP and BIP 프라이머, 0.1 mM EBT (EBT-ACS reagent indicator grade, Sigma, Germany), 1 ㅅL DNA sample 및 8 U 의 Bst Polymerase 2.0 (New England Biolabs, USA)을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 의하면, 반응칩(2034)의 하나 이상의 반응 챔버 내에는 상기 프라이머 혼합물이 미리 공기 건조되어 코팅되고, 상기 하나 이상의 반응 챔버는 상기 LAMP 반응 전 미리 설정된 온도로 예열될 수 있다. 반응칩(2034)의 구체적인 구성들은 도 2의 기판(226), 접착필름(224), 반응챔버들(228), 공기 주입 채널 및 시료 주입 채널에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
광원부(2036)는 미리 설정된 색온도에서 광을 발생시키는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 광원부(2035)는 6000K의 색온도의 광을 발생시키는 적어도 하나의 백색 LED를 포함할 수 있다.
도 21은 일 실시 예에 따른 전자 장치와 연결되는 서버의 블록도이다.
서버(2000)는 네트워크 인터페이스(2100), 데이터 베이스(2200) 및 프로세서(2300)를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(2100)는 도 19에 도시된 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)의 네트워크 인터페이스(1500)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스(2100)는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)로부터 반응 챔버들에 대한 이미지들을 수신하거나, 서버(2000)에서 결정된 반응 챔버의 이미지 분석 결과에 대한 정보들을 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)로 전송할 수 있다.
데이터 베이스(2200)는 도 19에 도시된 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)의 메모리(1700)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 데이터 베이스(2200)는 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)로부터 수신된 반응 챔버들에 대한 제1 이미지들, 상기 제1 이미지들을 전처리함으로써 생성된 제2 이미지들, 상기 제1 이미지들 또는 상기 제2 이미지들 내 반응 챔버 영역을 분석함으로써 결정된 반응 챔버들의 색상 값, 상기 색상 값들의 반응 시간에 대한 변화량, 반응 챔버 별 임계 시간, 상기 임계 시간에 따른 반응 챔버 별 핵산 농도에 대한 정보를 저장할 수도 있다.
프로세서(2300)는 통상적으로 서버(2000)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(2300)는, 서버(2000)의 DB(2200)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, DB(2200) 및 네트워크 인터페이스(2100) 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(2300)는 DB(2100)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 도 1 내지 도20에서의 전자 장치(1000)의 동작의 일부를 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(2300)는 전자 장치로부터 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하고, 획득된 제1 이미지들로부터 증폭 반응에 따른 반응 챔버들의 색상 값들을 획득할 수 있다.
또한, 프로세서(2300)는 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정할 수도 있다. 또한, 프로세서(2300)는 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수도 있다.
도 22은 일 실시 예에 따라 전자 장치 및 서버가 서로 연동함으로써 핵산 농도를 정량화 하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)는 서버(2000)와 연동함으로써 반응 챔버 내 시료의 농도를 정량화 할 수 있다. (이하에서는 편의상, 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치를 '전자 장치'로 기재) 예를 들어, S2002에서, 전자 장치(1000)는 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 따른 반응 챔버별 임계 시간에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 따른 반응 챔버별 임계 시간에 대한 데이터는 그래프 형태의, 기준 보정 곡선으로 메모리에 미리 저장될 수도 있다.
S2004에서, 전자 장치(1000)는 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 따른 반응 챔버 별 임계 시간에 관한 데이터를 서버로 전송할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 전자 장치(1000)는 메모리에 미리 저장된 기준 보정 곡선에 대한 데이터를 서버(2000)로 전송할 수도 있다.
S2006에서, 서버(2000)는 전자 장치(1000)로부터 획득된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 따른 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 이용하여 기준 보정 곡선(Standard Calibration curve)를 생성할 수 있다. S2008에서, 서버(2000)는 생성된 기준 보정 곡선에 대한 데이터를 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치(1000)로 전송할 수 있다.
S2010에서, 전자 장치(1000)는 서버(2000)로부터 수신된 기준 보정 곡선을 전자 장치의 디스플레이에 표시할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 전자 장치(1000)는 서버(2000)로부터 수신된 기준 보정 곡선을 전자 장치의 디스플레이에 표시함과 함께, 사용자의 입력에 기초하여 기준 보정 곡선을 전자 장치(1000)의 메모리에 더 저장할 수도 있다.
S2012에서, 전자 장치(1000)는 정량화 하고자 하는 하나 시료들이 포함된, 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 기판에 관한 제1 이미지들을 획득할 수 있다. S2014에서, 전자 장치(1000)는 획득된 제1 이미지들을 서버(2000)로 전송할 수 있다.
S2016에서, 서버(2000)는 전자 장치(1000)로부터 수신된 제1 이미지들을 이용하여 제2 이미지들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 서버(2000)는 제1 이미지들 내 반응 챔버의 경계를 식별하고, 식별된 경계에 기초하여, 제1 이미지들 내 반응 챔버 영역 및 경계 영역을 분리할 수 있다. 서버(2000)는 분리된 반응 챔버 영역만을 이용하여 제2 이미지들을 생성할 수 있다.
S2018에서, 서버(2000)는 제2 이미지들로부터 반응 챔버들의 색상 값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 서버(2000)는 제2 이미지들로부터 반응 챔버 영역을 식별하고, 식별된 반응 챔버 영역의 색상 값들을 획득할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 의하면, 서버(2000)는 제2 이미지들 내 반응 챔버 영역의 화소값들을 획득하고, 획득된 화소값을 이용하여 화소값과 다른 표색계가 나타내는 색공간 성분값들 중 하나를 이용하여 반응 챔버 영역의 색상 값들을 결정할 수도 있다.
S2020에서, 서버(2000)는 제2 이미지들 내 반응 챔버 영역의 색상 값들의 변화량을 결정하고, 결정된 변화량에 기초하여 반응 챔버 별 임계 시간을 결정할 수 있다. 예를 들어, 서버(2000)는 제2 이미지들 내 반응 챔버 영역의 색상 값들의 변화를 반응 시간에 대하여 플로팅할 수 있다. 서버(2000)는 반응 챔버 영역의 색상 값들의 변화량의 크기에 기초하여 임계값을 결정하고, 결정된 임계값을 이용하여 반응 챔버 별 임계 시간을 결정한다.
S2022 에서, 서버(2000)는 기준 보정 곡선을 이용하여, 반응 챔버 별 임계 시간으로부터 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정할 수 있다. S2024에서, 서버(2000)는 반응 챔버 별 임계 시간 및 기준 보정 곡선을 이용하여, 반응 챔버 별로 결정된 핵산의 초기 농도에 대한 정보를 전자 장치로 전송할 수 있다.
S2026에서, 전자 장치(1000)는 서버(2000)로부터 수신된 반응 챔버 별로 결정된 핵산의 초기 농도에 대한 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 서버(2000)로부터 수신된, 반응 챔버 별로 결정된 핵산의 초기 농도에 대한 정보를 이용하여, 기준 보정 곡선 및 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭된 반응 챔버 별 임계 시간을 함께 도시할 수 있다. 상기 기준 보정 곡선 내 피팅 라인은 기 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 매칭된 상기 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 선형 정합(linear fit)함으로써 생성될 수 있다.
도 23은 일 실시 예에 따른 핵산 농도를 정량화 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
전자 장치 화면(2312)를 참조하면, 하나 이상의 반응 챔버들이 배치된 제1 이미지들 및 상기 제1 이미지들을 전처리함으로써 생성된 제2 이미지들이 도시된다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 반응 챔버들 내 시료의 증폭 반응이 일어나는 동안 소정의 시간 간격으로 제1 이미지들을 획득하고, 획득된 제1 이미지들을 전자 장치의 화면에 출력할 수 있다. 또한, 전자 장치(1000)는 상기 획득된 제1 이미지들 내 반응 챔버 영역의 경계를 식별하고, 식별된 경계에 기초하여 제1 이미지들로부터 반응 챔버 영역만을 추출하며, 추출된 반응 챔버 영역에 관한 제2 이미지들을 상기 제1 이미지들과 함께 도시할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 전자 장치(1000)는 애플리케이션 내 미리 저장된 관심 영역을 선택하기 위한 함수를 이용하여 제1 이미지들로부터 챔버 영역만을 추출함으로써 제2 이미지들을 결정할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 전자 장치(1000)는 애플리케이션 내 미리 저장된 챔버 영역을 선택하기 위한 함수를 호출하고, 호출된 함수를 이용하여 챔버 영역을 추출할 수 있다. 또한, 전자 장치(1000)는 임계값, 전경 확장 파라미터(grow), 전경 수축 파라미터(shrink)에 따라, 챔버 영역의 추출 강도를 서로 다르게 설정할 수도 있다. 전자 장치(1000)가 제1 이미지들로부터 챔버 영역을 식별하는 구체적인 방법은 도 8 내지 도 9에서 상술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.
전자 장치 화면(2314)을 참조하면, 챔버 #2의 DNA 복제수가 1.32*10^2, 챔버 #3의 DNA 복제수가 1.32*10^3, 챔버 #4의 DNA 복제수가 1.32*10^4, 챔버 #5의 DNA 복제수가 1.32*10^5, 챔버 #6의 DNA 복제수가 1.32*10^6, 챔버 #7의 DNA 복제수가 1.32*10^7로 미리 설정된 반응 챔버들의 반응 시간 경과에 따른 색상 값들이 도시된다. 전자 장치(1000)는 반응 챔버들의 색상 값들의 변화량의 크기에 기초하여 임계값을 결정하고, 결정된 임계값을 이용하여 반응 챔버 별 임계 시간을 결정할 수 있다.
또한, 전자 장치 화면(2314)를 참조하면, 전자 장치(1000)는 임계 시간 및 미리 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도(예컨대 DNA 복제수의 로그 값)에 관한 데이터를 획득하고, 상기 획득된 데이터에 따라 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 임계 시간을 색상 별 포인터들로 도시할 수 있다. 또한, 전자 장치(1000)는 상기 획득된 데이터들을 선형 정합(linear fit)시킴으로써 생성된 피팅 라인을 소정의 신뢰 구간(confidence interval)에 기초하여 결정된 도트 라인과 함께 도시할 수 있다. 즉, 전자 장치(1000)는 상기 획득된 데이터에 기초하여 생성된 포인터들 피팅 라인 및 도트 라인을 함께 도시함으로써 기준 보정 곡선 (Standard calibration curve)을 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선 외에도, 기준 보정 곡선에 나타난 데이터들을 테이블의 형태로 함께 제공할 수도 있다.
전자 장치 화면(2316)을 참조하면, 전자 장치(1000)가 반응 챔버 내 미지 농도의 시료를 정량화한 결과가 도시된다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선을 결정한 이후, 정량하고자 하는 시료들이 포함된 반응 챔버들에 대한 이미지를 새로 획득하고, 도 12 내지 도 14에서 상술한 방법을 이용하여 획득된 이미지 내 반응 챔버들의 색상 값의 변화를 반응 시간에 대하여 도시할 수 있다. 또한, 전자 장치(1000)는 반응 시간이 경과함에 따른 반응 챔버의 색상 변화량에 기초하여, 임계 시간을 결정하고, 결정된 임계 시간을 미리 저장된 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭시킬 수 있다. 전자 장치(1000)는 기준 보정 곡선 내 피팅 라인에 매칭된 임계 시간이 나타내는 DNA 복제수의 로그 값을 이용하여 측정 대상이 된 반응 챔버 내 시료를 정량할 수 있다.
일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
또한, 상기 일 실시 예에 다른 방법을 수행하도록 하는 프로그램이 저장된 기록매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 장치가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 핵산 농도를 정량화 하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 하나 이상의 반응 챔버들이 배치된 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하는 단계;
    상기 제1 이미지들 내 반응 챔버들의 경계에 기초하여, 상기 제1 이미지들로부터 반응 챔버 영역 이미지를 추출하고, 상기 추출된 반응 챔버 영역 이미지가 나타내는 반응 챔버들의 화소 값 성분들의 크기에 기초하여, 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계;
    상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하는 단계; 및
    반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계; 를 포함하고,
    상기 반응 챔버들의 색상 값들은 HSV 표색계가 나타내는 색공간 성분값들 중 하나인 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 이미지들을 획득하는 단계는
    상기 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안 기 설정된 촬영 주기에 따라 상기 기판을 촬영함으로써 상기 제1 이미지들을 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계는
    상기 획득된 제1 이미지들의 화소값을 결정하는 단계;
    상기 결정된 화소값을, 상기 화소값을 나타내는 표색계와는 다른 표색계의 색공간 성분값들로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 색공간 성분값들 중 하나의 성분값을 상기 상기 반응 챔버들의 색상 값으로 획득하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계는
    상기 제1 이미지들 내 상기 반응 챔버들의 경계를 식별하는 단계;
    상기 식별된 반응 챔버들의 경계에 기초하여 상기 제1 이미지들 각각 으로부터 챔버 영역을 식별하고, 상기 식별된 챔버 영역에 관한 제2 이미지들을 획득하는 단계; 및
    상기 제2 이미지들로부터 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 임계 시간을 결정하는 단계는
    상기 증폭 반응의 경과 시간에 따라 상기 반응 챔버들의 색상 값들을, 상기 반응 챔버 별로 도시하는 단계;
    상기 증폭 반응이 진행됨에 따라 상기 반응 챔버 별로 도시된, 상기 반응 챔버들의 색상 값들의 변화량을 결정하는 단계; 및
    상기 변화량의 크기에 기초하여 결정된 임계값을 이용하여, 상기 반응 챔버 별 임계 시간을 결정하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계는
    기 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 매칭된 상기 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 획득하는 단계;
    상기 획득된 데이터, 상기 데이터를 선형 정합(linear fit)시킴으로써 생성된 피팅 라인 및 소정의 신뢰 구간(confidence interval)에 관한 도트 라인이 함께 도시된 상기 기준 보정 곡선을 획득하는 단계; 및
    상기 기준 보정 곡선을 이용하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계는
    상기 결정된 반응 챔버 별 임계 시간을 상기 생성된 피팅 라인에 매칭하는 단계; 및
    상기 피팅 라인에 매칭된 상기 반응 챔버 별 임계 시간이 나타내는 핵산의 농도에 기초하여, 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응 챔버들은
    소정의 두께로 형성된 기판에 미리 설정된 간격에 따라 타원형으로 형성되고, 상기 반응 챔버 내로 상기 핵산을 포함하는 시료를 주입하기 위한 시료 주입 채널 및 상기 반응 챔버 내 유체의 이동을 위한 공기 주입 채널과 각각 연결되며, 상기 기판의 일면에 부착된 제1 접착 필름 및 상기 기판의 타면에 부착된 제2 접착 필름에 의하여 상기 기판 외부와 차폐되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반응 챔버들은 기 설정된 온도에서, LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification) 반응에 의해 상기 핵산을 증폭하기 위한 시료를 포함하고,
    상기 시료는 상기 핵산, 상기 핵산에 매칭되는 프라이머 혼합물, 상기 핵산 및 상기 프라이머 혼합물 사이의 LAMP 반응 비색 검출을 위한 EBT 용액, 상기 핵산을 희석시키기 위한 TE 버퍼 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반응 챔버 내에는 상기 프라이머 혼합물이 미리 공기 건조되어 코팅되고, 상기 하나 이상의 반응 챔버는 상기 LAMP 반응 전 미리 설정된 온도로 예열 되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 핵산 농도를 정량화 하는 전자 장치에 있어서,
    디스플레이;
    카메라 모듈;
    하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리; 및
    상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행하는 프로세서; 를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써,
    기판 상에 배치된 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 하나 이상의 반응 챔버들이 배치된 상기 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하고,
    상기 제1 이미지들 내 반응 챔버들의 경계에 기초하여, 상기 제1 이미지들로부터 반응 챔버 영역 이미지를 추출하고,
    상기 제1 이미지들로부터 추출된, 상기 반응 챔버 영역 이미지가 나타내는 반응 챔버들의 화소 값 성분들의 크기에 기초하여, 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하고,
    상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하고,
    반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하며,
    상기 반응 챔버들의 색상 값들은 HSV 표색계가 나타내는 색공간 성분값들 중 하나인 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안 기 설정된 촬영 주기에 따라 상기 기판을 촬영함으로써 상기 제1 이미지들을 획득하는, 전자 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 획득된 제1 이미지들의 화소값을 결정하고,
    상기 결정된 화소값을, 상기 화소값을 나타내는 표색계와는 다른 표색계의 색공간 성분값들로 변환하고,
    상기 변환된 색공간 성분값들 중 하나의 성분값을 상기 상기 반응 챔버들의 색상 값으로 획득하는, 전자 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 제1 이미지들 내 상기 반응 챔버들의 경계를 식별하고,
    상기 식별된 반응 챔버들의 경계에 기초하여 상기 제1 이미지들 각각 으로부터 챔버 영역을 식별하고, 상기 식별된 챔버 영역에 관한 제2 이미지들을 획득하고,
    상기 제2 이미지들로부터 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는, 전자 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 증폭 반응의 경과 시간에 따라 상기 반응 챔버들의 색상 값들을, 상기 반응 챔버 별로 도시하고,
    상기 증폭 반응이 진행됨에 따라 상기 반응 챔버 별로 도시된, 상기 반응 챔버들의 색상 값들의 변화량을 결정하고,
    상기 변화량의 크기에 기초하여 결정된 임계값을 이용하여, 상기 반응 챔버 별 임계 시간을 결정하는, 전자 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    기 설정된 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도 및 상기 초기 농도에 매칭된 상기 반응 챔버 별 임계 시간에 대한 데이터를 획득하고,
    상기 획득된 데이터, 상기 데이터를 선형 정합(linear fit)시킴으로써 생성된 피팅 라인 및 소정의 신뢰 구간(confidence interval)에 관한 도트 라인이 함께 도시된 상기 기준 보정 곡선을 획득하며,
    상기 기준 보정 곡선을 이용하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는, 전자 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하고,
    상기 결정된 반응 챔버 별 임계 시간을 상기 생성된 피팅 라인에 매칭하고,
    상기 피팅 라인에 매칭된 상기 반응 챔버 별 임계 시간이 나타내는 핵산의 농도에 기초하여, 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는, 전자 장치.
  18. 핵산 농도를 정량화하는 시스템에 있어서,
    전원부;
    소정의 두께로 형성되는 기판을 포함하고, 상기 기판에 기 설정된 간격으로 형성된 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응을 유도하는 증폭부; 및
    상기 증폭부 내 하나 이상의 반응 챔버들이 형성된 상기 기판에 대한 제1 이미지들을 획득하고, 상기 획득된 제1 이미지들로부터 상기 반응 챔버들 내 핵산의 초기 농도를 결정하는 전자 장치; 를 포함하고,
    상기 전자 장치는
    상기 제1 이미지들 내 반응 챔버들의 경계에 기초하여, 상기 제1 이미지들로부터 반응 챔버 영역 이미지를 추출하고, 상기 제1 이미지들로부터 추출된 상기 반응 챔버 영역 이미지가 나타내는 반응 챔버들의 화소 값 성분들의 크기에 기초하여, 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하고,
    상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하고,
    반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하며,
    상기 반응 챔버들의 색상 값들은 HSV 표색계가 나타내는 색공간 성분값들 중 하나인 것을 특징으로 하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 증폭부는
    상기 전원부로부터 공급되는 전압을 변환하기 위한 전압 변환부;
    상기 증폭부 내 상단에 설치되고, 기 설정된 색온도의 광을 발생시키는 적어도 하나의 하나의 광원을 포함하는 광원부;
    상기 하나 이상의 반응 챔버들이 형성된 기판, 상기 반응 챔버들 내로 상기 핵산을 포함하는 시료를 주입하기 위한 시료 주입 채널 및 상기 반응 챔버들 내의 유체의 이동을 위한 공기 주입 채널을 포함하는 반응칩;
    상기 반응칩이 상기 광원부를 향하는 방향의 타측에서 상기 반응칩의 접착 필름에 부착되는 메탈 플레이트, 상기 메탈 플레이트를 덮는 열 차단 블록 및 상기 열 차단 블록의 외부에서 상기 반응 칩으로 전달되기 위한 열을 발생시키는 히터가 마련되는 발열 모듈; 및
    상기 전자 장치의 카메라 모듈이 상기 제1 이미지들을 촬영할 수 있도록, 상기 전자 장치가 고정되는 체결부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  20. 기판 상에 배치된 하나 이상의 반응 챔버들 내 핵산의 증폭 반응이 일어나는 동안, 상기 기판에 관한 제1 이미지들을 획득하는 단계;
    상기 제1 이미지들 내 반응 챔버들의 경계에 기초하여, 상기 제1 이미지들로부터 반응 챔버 영역 이미지를 추출하고, 상기 추출된 반응 챔버 영역 이미지가 나타내는 반응 챔버들의 화소 값 성분들의 크기에 기초하여, 상기 증폭 반응에 따른 상기 반응 챔버들의 색상 값들을 획득하는 단계;
    상기 획득된 색상 값들의 변화량에 기초하여 상기 반응 챔버 별 핵산의 증폭 정도에 관한 임계 시간을 결정하는 단계; 및
    반응 챔버 별 핵산의 초기 농도와 상기 초기 농도에 따른 상기 반응 챔버 별 임계 시간과의 관계를 나타내는 기준 보정 곡선을 이용하여, 상기 결정된 임계 시간으로부터 상기 반응 챔버 별 핵산의 초기 농도를 결정하는 단계; 를 포함하고,
    상기 반응 챔버들의 색상 값들은 HSV 표색계가 나타내는 색공간 성분값들 중 하나인 것을 특징으로 하는, 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160014084A (ko) 2014-04-29 2016-02-05 가톨릭대학교 산학협력단 Dna 복제수 변이를 이용한 강직성 척추염 발병 저위험도 예측용 조성물 및 이를 이용한 예측 방법
KR20190096614A (ko) * 2018-02-09 2019-08-20 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 등온 증폭의 핵산 농도 실시간 모니터링 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160014084A (ko) 2014-04-29 2016-02-05 가톨릭대학교 산학협력단 Dna 복제수 변이를 이용한 강직성 척추염 발병 저위험도 예측용 조성물 및 이를 이용한 예측 방법
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