KR102362075B1 - 핵산 증폭 장치 - Google Patents

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KR102362075B1
KR102362075B1 KR1020210061752A KR20210061752A KR102362075B1 KR 102362075 B1 KR102362075 B1 KR 102362075B1 KR 1020210061752 A KR1020210061752 A KR 1020210061752A KR 20210061752 A KR20210061752 A KR 20210061752A KR 102362075 B1 KR102362075 B1 KR 102362075B1
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nucleic acid
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KR1020210061752A
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이국녕
홍동기
조상규
신현진
강혜림
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주식회사 위즈바이오솔루션
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Abstract

본 기재의 핵산 증폭 장치는 몸체 부재; 시료를 수용하는 하나 이상의 시료 수용 부재; 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 시료 수용 부재와 결합되는 열전도 부재; 상기 열전도 부재에 결합되고, 상기 열전도 부재를 가열하거나 냉각시키는 열전 소자; 상기 열전 소자에서 상기 열전도 부재에 대해 반대측 부분에 결합되는 방열 부재; 및 상기 방열 부재와 결합되고, 상기 방열 부재의 열을 방열하는 방열 유닛;을 포함한다.

Description

핵산 증폭 장치{Nucleic acid amplification apparatus}
본 발명은 핵산 증폭 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추출된 DNA의 양을 증폭하는 시간을 단축하는 핵산 증폭 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로 분자 진단법은 소량의 시료, 예를 들면, 체액, 혈액 또는 체세포에서 디옥시리보핵산(DEOXYRIBONUCLEIC ACID, 이하 "DNA"라 한다) 또는 리보핵산(RIBONUCLEIC ACID, 이하 "RNA"라 한다)을 추출한 후, 유전자 검사를 실시하게 된다. 이때, 대부분 추출된 유전 물질은 양이 적고 순도가 낮은 상태이다.
유전자 검사의 정확도를 높이기 위하여, 시료로부터 추출된 DNA 또는 RNA의 양을 증폭시키거나, 염기서열 중 특정 단편만을 증폭시킬 필요가 있다.
예를 들면, 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, 이하 "PCR"이라 한다)은 유전 물질을 복제하여 양적으로 증폭시키는 단계로서, 특정 DNA 및 DNA 내의 특정 염기서열만을 증폭시키는 기술로 알려져 있다.
종래의 핵산 증폭 장치는 시료로부터 추출한 유전 물질과 증폭 시약을 포함하는 혼합액을 반복적으로 가열 및 냉각하여 유전 물질을 증폭시킨다. 장치는 핵산 증폭을 위해서 가열 및 냉각을 통해 각 반응 과정 마다 특정 온도 환경을 일정 시간 제공해야 하는데 온도 가변 과정에서 시간이 소요될수록, 핵산 증폭 반응에 많은 시간이 소요되어 검사 시간을 지연시키는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제2018-0112069호(2018.10.11)
본 발명의 목적은 추출된 DNA 또는 RNA의 양을 증폭하는 시간을 단축시킬 수 있는 핵산 증폭 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 핵산 증폭 장치는 몸체 부재; 시료를 수용하는 하나 이상의 시료 수용 부재; 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 시료 수용 부재와 결합되는 열전도 부재; 상기 열전도 부재에 결합되고, 상기 열전도 부재를 가열하거나 냉각시키는 열전 소자; 상기 열전 소자에서 상기 열전도 부재에 대해 반대측 부분에 결합되는 방열 부재; 및 상기 방열 부재와 결합되고, 상기 방열 부재의 열을 방열하는 방열 유닛;을 포함한다.
한편, 상기 방열 유닛은, 상기 방열 부재와 결합되는 결합부와, 막대 형상으로 이루어지고 일단은 결합부와 연결되며 타단은 상기 몸체 부재와 연결되는 지지부를 포함하며, 열전도성 소재로 이루어진 프레임; 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 지지부에 설치되는 하나 이상의 방열판; 및 상기 방열판에 결합되고, 상기 프레임과 방열판을 냉각시키는 하나 이상의 냉각팬;을 포함할 수 있다.
한편, 상기 방열 부재는 상기 결합부가 상기 열전 소자와 접촉되도록 일부분이 개구되도록 이루어질 수 있다.
한편, 상기 결합부에서 열전 소자와 접촉되는 부분은 평면으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 결합부와 상기 지지부는 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
한편, 상기 지지부는 상기 결합부의 양단 각각에 연결되고, 서로 마주하도록 위치되며, 상기 냉각팬은 두 개이고, 상기 두 개의 냉각팬 각각은 상기 지지부에 결합되어 서로 마주하도록 일정 거리 이격되게 위치될 수 있다.
한편, 상기 두 개의 냉각팬은 서로 동일한 방향으로 공기의 흐름을 생성하도록 동작될 수 있다.
한편, 상기 열전도 부재는, 상기 열전 소자와 대응되는 판 형상으로 이루어진 베이스부; 및 상기 베이스부와 일체로 이루어지고, 상기 시료 수용 부재가 삽입되도록 파이프 형상으로 이루어지며, 상기 시료 수용 부재의 일부분이 외부로 노출되도록 관통되는 관통홀이 형성되는 삽입부;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 시료 수용 부재는 끝부분이 원뿔 형상으로 이루어지고, 상기 삽입부에서 상기 시료 수용 부재가 삽입되는 부분은 상기 시료 수용 부재의 끝부분과 대응되는 원뿔 형상으로 인입되게 이루어지며, 상기 관통홀의 가상의 중심은 상기 시료 수용 부재의 원뿔 형상을 구성하는 경사면에 대해 직교하도록 이루어질 수 있다.
한편, 상기 삽입부는 복수개이고, 상기 복수의 삽입부는 일정 간격마다 이격되게 배치될 수 있다.
한편, 상기 몸체 부재 상에 위치되고, 상기 시료 수용 부재에 인접하게 위치되며, 상기 복수의 삽입부에 삽입된 시료 수용 부재 각각에 빛을 조사하여 유전자 증폭 과정을 모니터링하는 형광 측정 유닛; 및 상기 형광 측정 유닛이 상기 시료 수용 부재에 빛을 조사할 수 있도록 상기 형광 측정 유닛을 이동시키는 구동 유닛;을 포함할 수 있다.
한편, 상기 형광 측정 유닛은 두 개이고, 상기 두 개의 형광 측정 유닛은 상기 시료 수용 부재를 기준으로 양측 각각에 위치되며, 상기 두 개의 형광 측정 유닛을 연결하고, 상기 방열 부재에 이격되게 위치되는 연결 부재를 포함할 수 있다.
한편, 상기 구동 유닛은, 동력 발생 부재; 상기 동력 발생 부재에 의하여 회전되는 제1 롤러 부재; 상기 제1 롤러 부재에 대해 이격되게 위치되는 제2 롤러 부재; 상기 제1 롤러 부재와 제2 롤러 부재가 서로 연동하여 회전되게 하는 벨트 부재; 상기 벨트 부재에 결합되고, 상기 벨트 부재와 함께 이동되는 이동 부재; 상기 이동 부재의 이동 경로를 따라 설치되는 레일 부재; 및 상기 레일 부재의 길이방향을 따라 이동되도록 상기 레일 부재에 결합되고, 상기 이동 부재 및 상기 연결 부재와 결합되는 블록 부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치는 방열 유닛을 사용하여 냉각이 신속하게 진행되도록 함으로써, DNA 또는 RNA 증폭 공정의 한 사이클을 진행하는 시간이 종래의 핵산 증폭 장치보다 단축될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치로 유전자 검사를 실시하는 경우, 종래의 핵산 증폭 장치로 검사하는 경우보다 검사 시간이 현저하게 단축될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치에 포함되는 열전도 부재는 일례로 판 형상의 베이스부와 파이프 형상의 삽입부를 포함한다. 이와 같은 베이스부와 삽입부는 열전 소자와 접촉되는 부분과 시료 수용 부재와 접촉되는 부분이 특정 두께로 이루어져 있다. 이와 다르게 종래의 핵산 증폭 장치에서 시료를 가열하는데 사용되는 부분은 상기의 열전도 부재와 다르게 대부분의 부분이 상대적으로 두껍게 이루어진 블록 형상이다. 상기와 같은 열전도 부재를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치는 종래의 핵산 증폭 장치와 비교하여 가열하고 냉각시키는 과정이 상대적으로 빠르게 실시될 수 있다. 그러므로 DNA의 양을 증폭하는 증폭 시간이 단축될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치를 전방에서 바라본 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치를 후방에서 바라본 사시도이다.
도 3은, 도 2의 핵산 증폭 장치를 A방향에서 바라본 도면이다.
도 4는, 도 2의 핵산 증폭 장치를 B방향에서 바라본 도면이다.
도 5는, 도 1의 핵산 증폭 장치에서 Ⅴ-Ⅴ라인을 따라 취한 단면도이다.
도 6은, 도 1의 핵산 증폭 장치에서 시료 수용 부재, 열전도 부재, 열전 소자, 방열 부재 및 방열 유닛을 발췌하여 도시한 수직 단면도이다.
도 7은 시료 수용 부재, 열전도 부재, 열전 소자, 방열 부재 및 방열 유닛을 발췌하여 도시한 분해사시도이다.
도 8은 변형예에 따른 방열 유닛을 도시한 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 핵산 증폭 장치와 비교예에 따른 핵산 증폭 장치 각각으로 핵산을 증폭시키는 과정에서 시간에 따른 시료 수용 부재의 온도를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
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 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)는 몸체 부재(110), 시료 수용 부재(120), 열전도 부재(130), 열전 소자(140), 방열 부재(150) 및 방열 유닛(160)을 포함한다.
몸체 부재(110)는 후술할 시료 수용 부재(120), 열전도 부재(130), 열전 소자(140), 방열 부재(150) 및 방열 유닛(160)이 설치될 수 있다. 몸체 부재(110)는 작업 공간이나 테이블 상에 설치될 수 있다.
시료 수용 부재(120)는 시료를 수용한다. 시료 수용 부재(120)는 하나 이상일 수 있다. 시료 수용 부재(120)는 상측이 개구될 수 있고, 시료가 시료 수용 부재(120)의 개구된 상측을 통하여 투입될 수 있다. 이러한 시료 수용 부재(120)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
열전도 부재(130)는 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 시료 수용 부재(120)와 결합된다. 열전도 부재(130)가 가열되면 시료 수용 부재(120)도 가열되고, 열전도 부재(130)가 냉각되면 시료 수용 부재(120)도 냉각되면서, 시료의 핵산이 증폭될 수 있다.
열전도 부재(130)는 열전 소자(140)와의 신속한 열전달을 위하여 열전도 성능이 우수한 금속으로 형성될 수 있다. 열전도 부재(130)의 소재는 열 전도도 특성이 우수한 물질인 구리나 또는 알루미늄을 사용하거나, 혹은 알루미늄 블록(block)과 구리박막을 혼용하여 사용하는 것이 열전 소자(140)의 표면 온도를 효과적으로 전도할 수 있어서 유리할 수 있다. 또한, 면(plane)과 면에서의 열전달 접촉저항을 최소화할 수 있도록 전도성 페이스트 중 하나인 실버페이스트(silver paste, P)를 열전도 부재(130)와 열전 소자(140) 사이에 균일하게 코팅함으로써 열전달을 극대화시킬 수 있다. 이와 다르게 도면에 도시하지는 않았으나, 열전도 부재(130)와 열전 소자(140) 사이에 열 전도가 우수한 구리판을 설치하는 것도 가능할 수 있다.
열전 소자(140)의 빠른 반응속도와 열전도 부재(130)의 신속한 열전달은 DNA 증폭 시간을 단축시키고, 시료 수용 부재(120)의 가열 시, 오버 슈팅을 최소화시키며, 시료 수용 부재(120) 냉각 시 언더 슈팅을 최소화시킬 수 있다. 즉 온도의 정밀제어가 가능할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 미도시된 온도 센서가 열전도 부재(130)의 온도를 측정하여 시료 수용 부재(120)의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다. 별도의 제어부(미도시)는 측정된 온도를 기초로하여 열전 소자(140)에 공급되는 직류 전류의 세기 혹은 극성을 제어하여 열전도 부재(130)를 가열 또는 냉각시킬 수 있다.
열전 소자(140)는 상기 열전도 부재(130)에 결합되고, 상기 열전도 부재(130)를 가열하거나 냉각시킨다. 열전 소자(140)는 전류의 방향에 따라 열을 흡수 또는 방출하는 펠티어 효과를 이용한 것일 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(140)는 열전도 부재(130)를 가열하기도 하고, 냉각시킬 수도 있다.
방열 부재(150)는 상기 열전 소자(140)에서 상기 열전도 부재(130)에 대해 반대측 부분에 결합된다. 예를 들어, 도면에 도시된 방향을 기준으로, 방열 부재(150)는 열전 소자(140)의 하면에 결합되고, 열전도 부재(130)는 열전 소자(140)의 상면에 결합될 수 있다. 방열 부재(150)와 열전도 부재(130)는 열전 소자(140)와 강건하게 부착되어 열교환이 원활하게 실시될 수 있다.
방열 유닛(160)은 상기 방열 부재(150)와 결합되고, 방열 유닛(160)은 상기 방열 부재(150)의 열을 방출한다. 추가적으로 방열 유닛(160)의 일부분은 상기 몸체 부재(110)에 결합될 수도 있다.
이를 위한 방열 유닛(160)은 일례로, 프레임(161), 방열판(162) 및 냉각팬(163)을 포함할 수 있다.
프레임(161)은 열전도성 소재로 이루어진다. 예를 들어, 프레임(161)은 구리나 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다. 프레임(161)은 히트 파이프일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 프레임(161)은 복수개일 수 있으며, 서로 이격되게 위치될 수 있다.
이러한 프레임(161)은 결합부(161a)와 지지부(161b)를 포함할 수 있다. 결합부(161a)는 상기 방열 부재(150)와 결합된다. 예를 들어, 결합부(161a)는 방열 부재(150)의 내부를 관통하도록 설치될 수 있다. 지지부(161b)는 막대 형상으로 이루어지고, 일단은 결합부(161a)와 연결되며, 타단은 상기 몸체 부재(110)와 연결된다.
방열판(162)은 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 지지부(161b)에 설치된다. 방열판(162)은 하나 이상일 수 있다. 방열판(162)이 복수개인 경우, 복수개의 방열판(162)은 지지부(161b)의 길이 방향을 따라서 일정 간격마다 이격되게 설치될 수 있다. 방열판(162)은 넓은 표면적으로 갖도록 이루어져서 프레임(161)에 전달된 열을 외부로 신속하게 방출할 수 있다.
냉각팬(163)은 상기 방열판(162)에 결합되고, 상기 프레임(161)과 방열판(162)을 냉각시킬 수 있다. 냉각팬(163)은 하나 이상일 수 있다.
상기와 같은 방열 유닛(160)은 방열 부재(150)에 전달된 열을 외부로 신속하게 방열할 수 있다. 일반적인 핵산 증폭 장치(100)에 의한 DNA 증폭 공정은 복수의 사이클을 포함하며, 각 사이클은 가장 높은 온도의 변성 단계, 가장 낮은 온도의 어닐링 단계 및 중간 온도의 확장 단계를 포함할 수 있다.
변성 단계 이후에 다른 단계로 전환시 냉각이 신속하게 이루어지지 않게 되면 한 사이클을 진행하는 시간이 오래 걸릴 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)에 의한 DNA 증폭 공정은 방열 유닛(160)을 사용하여 냉각이 신속하게 진행되도록 함으로써, 한 사이클을 진행하는 시간이 종래의 핵산 증폭 장치보다 단축될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)를 더욱 상세하게 설명하면, 형광 측정 유닛(170)과, 구동 유닛(180)을 포함한다.
형광 측정 유닛(170)은 상기 몸체 부재(110) 상에 위치되고, 상기 시료 수용 부재(120)에 인접하게 위치되며, 상기 복수의 삽입부(132)에 삽입된 시료 수용 부재(120) 각각에 빛을 조사하여 유전자 증폭 과정을 모니터링한다.
이를 위한 형광 측정 유닛(170)은 일례로 광 감지 부재(171), 복수의 렌즈, 발광 소자(173) 및 반사 미러(172), 광학필터(미도시)를 포함할 수 있다. 발광 소자(173)가 반사 미러(172)로 빛을 조사하면, 시료를 향하여 빛이 입사되고 시료에서 형광이 출력되며, 렌즈와 반사 미러(172)를 지나서 광 감지 부재(171)에 조사된다. 광 감지 부재(171)는 형광의 세기 변화를 분석하여 시료의 DNA 증폭과정을 실시간 모니터링한다. 광학필터는 여기광과 발광되는 형광의 파장을 구분할 수 있도록 하여 형광의 세기 변화를 광 감지 부재(171) 가 검출할 수 있도록 한다.
이러한, 형광 측정 유닛(170)은 두 개이고, 상기 두 개의 형광 측정 유닛(170)은 상기 시료 수용 부재(120)를 기준으로 양측 각각에 위치될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)는 연결 부재(190)를 포함할 수 있다.
연결 부재(190)는 상기 두 개의 형광 측정 유닛(170)을 연결하고, 상기 방열 부재(150)에 이격되게 위치된다. 형광 측정 유닛(170)은 핵산 증폭 장치(100)의 설계에 따라 다양하게 구현될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
구동 유닛(180)은 상기 형광 측정 유닛(170)이 상기 복수의 시료 수용 부재(120) 각각에 빛을 조사할 수 있도록 상기 형광 측정 유닛(170)을 이동시킨다.
이를 위한 구동 유닛(180)은 일례로 동력 발생 부재(183), 제1 롤러 부재(181), 제2 롤러 부재(182), 벨트 부재(184), 이동 부재(185), 레일 부재(186) 및 블록 부재(187)를 포함할 수 있다
동력 발생 부재(183)는 회전 모터일 수 있다. 동력 발생 부재(183)는 몸체 부재(110)에 설치될 수 있다.
제1 롤러 부재(181)는 상기 동력 발생 부재(183)에 의하여 회전된다. 제1 롤러 부재(181)는 동력 발생 부재(183)의 회전축에 결합될 수 있다. 이와 다르게 제1 롤러 부재(181)와 동력 발생 부재(183)는 감속기에 의해 연결되는 것도 가능할 수 있다.
제2 롤러 부재(182)는 상기 제1 롤러 부재(181)에 대해 이격되게 위치된다. 제2 롤러 부재(182)는 몸체 부재(110)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
벨트 부재(184)는 상기 제1 롤러 부재(181)와 제2 롤러 부재(182)가 서로 연동하여 회전되게 한다. 이를 위한 벨트 부재(184)는 제1 롤러 부재(181)와 제2 롤러 부재(182)와 접촉되어 제1 롤러 부재(181)의 회전력을 제2 롤러 부재(182)로 전달할 수 있다.
이동 부재(185)는 상기 벨트 부재(184)에 결합되고, 상기 벨트 부재(184)와 함께 이동되게 한다. 이동 부재(185)는 벨트 부재(184)의 일부분에 고정 결합될 수 있다.
레일 부재(186)는 상기 이동 부재(185)의 이동 경로를 따라 설치된다. 레일 부재(186)는 후술할 블록 부재(187)의 이동 경로를 제한한다. 복수의 시료 수용 부재(120)가 일렬로 나란하게 설치되는 경우, 레일 부재(186)는 시료 수용 부재(120)들과 평행하게 설치될 수 있다.
블록 부재(187)는 상기 레일 부재(186)의 길이방향을 따라 이동되도록 상기 레일 부재(186)에 결합된다. 블록 부재(187)는 상기 이동 부재(185) 및 상기 연결 부재(190)와 결합된다. 이에 따라, 블록 부재(187)는 이동 부재(185)와 함께 이동되고, 연결 부재(190)는 블록 부재(187)와 함께 이동되면서, 형광 측정 유닛(170)은 시료 수용 부재(120)들과 순차적으로 대응되도록 위치될 수 있다.
상기와 같은 구동 유닛(180)은 형광 측정 유닛(170)을 시료 수용 부재(120) 각각에 위치시켜서, 형광 측정 유닛(170)이 시료 수용 부재(120)에 담긴 시료의 DNA를 검사하도록 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 전술한 열전도 부재(130)는 일례로 베이스부(131)와 삽입부(132)를 포함할 수 있다.
베이스부(131)는 상기 열전 소자(140)와 대응되는 판 형상으로 이루어질 수 있다. 베이스부(131)는 상대적으로 두께가 두꺼운 블록 형상이 아닌 판 형상으로 이루어짐으로써, 열전 소자(140)에서 발생되는 열에 의해 신속하게 가열될 수 있다.
삽입부(132)는 상기 베이스부(131)와 일체로 이루어지고, 상기 시료 수용 부재(120)가 삽입되도록 파이프 형상으로 이루어진다. 삽입부(132)는 베이스부(131)에 대해 상하방향으로 배치될 수 있다. 삽입부(132)도 베이스부(131)와 같이 상대적으로 두께가 두꺼운 블록 형상이 아닌 파이프 형상이므로, 베이스부(131)에 전달된 열이 신속하게 전도될 수 있다.
한편, 관통홀(132a)이 삽입부(132)에 형성될 수 있다. 관통홀(132a)은 상기 시료 수용 부재(120)의 일부분이 외부로 노출되도록 관통된 것이다. 관통홀(132a)은 삽입부(132)의 일부분을 좌우방향으로 관통할 수 있다. 전술한 형광 측정 유닛(170)이 관통홀(132a)을 통하여 시료 수용 부재(120)에 담긴 시료의 DNA를 검사할 수 있다.
상기와 같은 삽입부(132)는 복수개이고, 상기 복수의 삽입부(132)는 일정 간격마다 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 삽입부(132)는 베이스부(131) 상에 2열로 배치될 수 있다.
한편, 전술한 시료 수용 부재(120)는 끝부분이 원뿔 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 열전도 부재(130)에 포함되는 삽입부(132)에서 상기 시료 수용 부재(120)가 삽입되는 부분은 상기 시료 수용 부재(120)의 끝부분과 대응되는 원뿔 형상으로 인입되게 이루어질 수 있다.
그리고, 삽입부(132)에 형성되는 관통홀(132a)의 가상의 중심(T)은 상기 시료 수용 부재(120)의 원뿔 형상을 구성하는 경사면에 대해 직교하도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 형광 측정 유닛(170)에서 조사되는 빛이 시료 수용 부재(120)에 안정적으로 입사되었다가 반사될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 방열 부재(150)는 상기 결합부(161a)가 상기 열전 소자(140)와 접촉되도록 일부분이 개구되도록 이루어질 수 있다. 이때, 상기 결합부(161a)에서 열전 소자(140)와 접촉되는 부분은 평면으로 이루어질 수 있다.
설치홈(150a)이 방열 부재(150)의 상면에 형성될 수 있다. 설치홈은 결합부(161a)와 대응되는 형상으로 이루어진 것일 수 있다. 이에 따라, 결합부(161a)와 방열 부재(150)에서 열전 소자(140)와 접촉되는 면(S)은 서로 동일 평면 상에 위치될 수 있다, 그러므로, 열전 소자(140)에서 발생되는 열이 결합부(161a)와 방열 부재(150)를 통하여 신속하게 방열될 수 있다.
도 8을 참조하면, 방열 유닛(160)은 변형예로 상기 결합부(161a)와 상기 지지부(161b)가 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 이를 위하여 결합부(161a)와 지지부(161b)는 체결 볼트(264)에 의해 체결될 수 있다. 이때, 결합부(161a)와 지지부(161b)에서 체결 볼트(264)와 결합되는 부분은 나사산이 형성될 수 있다.
체결 볼트(264)는 나사산에 의해 결합부(161a)와 지지부(161b)를 체결시킬 수 있다. 이와 같은 변형예에 따른 방열 유닛(160)은 지지부(161b)와 결합부(161a)와 탈착 가능함으로써, 지지부(161b)나 결합부(161a)의 교체가 필요한 경우 신속하게 교체를 실시할 수 있다.
한편, 상기 지지부(161b)는 상기 결합부(161a)의 양단 각각에 연결되고, 서로 마주하도록 위치될 수 있다.
그리고, 도 4로 되돌아가서 전술한 냉각팬(163)은 두 개이고, 상기 두 개의 냉각팬(163) 각각은 상기 지지부(161b)에 결합되어 서로 마주하도록 일정 거리 이격되게 위치될 수 있다. 이때, 상기 두 개의 냉각팬(163)은 서로 동일한 방향으로 공기의 흐름을 생성하도록 동작될 수 있다. 이에 따라, 기류가 방열판(162)들에 한 방향으로 형성되어 방열판(162)에 전달된 열이 더욱 신속하게 방열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)는 열용량이 작고 열전도 효율이 우수한 접촉면을 갖는 열전도 부재(130)와 방열 유닛(160)을 사용하여 가열과 냉각이 신속하게 진행되도록 함으로써, DNA 증폭 공정의 한 사이클을 진행하는 시간이 종래의 핵산 증폭 장치보다 단축될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)로 DNA를 검사를 실시하는 경우, 종래의 핵산 증폭 장치로 DNA를 검사를 실시하는 경우보다 검사 시간이 현저하게 단축될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)에 포함되는 열전도 부재(130)는 일례로 판 형상의 베이스부(131)와 파이프 형상의 삽입부(132)를 포함한다. 이와 같은 베이스부(131)와 삽입부(132)는 열전 소자(140)와 접촉되는 부분과 시료 수용 부재(120)와 접촉되는 부분이 특정 두께로 이루어져 있다. 종래의 핵산 증폭 장치에서 시료를 가열하는데 사용되는 부분은 상기의 열전도 부재(130)와 다르게 대부분의 부분이 상대적으로 두껍게 이루어진 블록 형상이다.
이에 따라, 열전도 부재(130)는 종래의 핵산 증폭 장치와 비교하여 가열하고 냉각시키는 과정이 상대적으로 빠르게 실시될 수 있다. 그러므로 DNA의 양을 증폭하는 증폭 시간이 단축될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 핵산 증폭 장치(100)가 종래의 핵산 증폭 장치와 다르게 DNA 증폭 시간이 단축된다는 것은 다음의 실험 결과를 통하여 확인될 수 있다.
실시예에 따른 핵산 증폭 장치는 실시예에 따른 핵산 증폭 장치는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 핵산 증폭 장치이고, 비교예에 따른 핵산 증폭 장치는 방열 유닛을 포함하지 않도록 이루어진 종래의 핵산 증폭 장치이다.
도 9를 참조하면, L1은 실시예에 따른 핵산 증폭 장치를 사용하여 핵상 증폭 공정을 실시하는 경우의 시간에 따른 온도를 측정한 것이고, L2는 비교예에 따른 핵산 증폭 장치를 사용하여 핵상 증폭 공정을 실시하는 경우의 시간에 따른 온도를 측정한 것이다.
그래프에 도시된 바와 같이, L1의 시간 당 온도 변화량이 L2 보다 크기 때문에 가열 및 냉각 속도가 빠르게 진행되었다, 따라서, 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(L1)의 1회 사이클당 소요 시간(t1)은 비교예에 따른 핵산 증폭 장치(L2)의 1회 사이클당 소요 시간(t2)보다 단축되었다. 이와 같이 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(L1)는 비교예에 따른 핵산 증폭 장치(L2)와 비교하여 핵산을 더욱 빠르게 증폭시켜서 DNA를 신속하게 검사할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 핵산 증폭 장치
110: 몸체 부재 120: 시료 수용 부재
130: 열전도 부재 131: 베이스부
132: 삽입부 132a: 관통홀
140: 열전 소자 150: 방열 부재
160, 260: 방열 유닛 161: 프레임
162: 방열판 163: 냉각팬
170: 형광 측정 유닛 180: 구동 유닛
181: 제1 롤러 부재 182: 제2 롤러 부재
183: 동력 발생 부재 184: 벨트 부재
185: 이동 부재 186: 레일 부재
187: 블록 부재 190: 연결 부재

Claims (13)

  1. 몸체 부재;
    시료를 수용하는 하나 이상의 시료 수용 부재;
    열전도성 소재로 이루어지고, 상기 시료 수용 부재와 결합되는 열전도 부재;
    상기 열전도 부재에 결합되고, 상기 열전도 부재를 가열하거나 냉각시키는 열전 소자;
    상기 열전 소자에서 상기 열전도 부재에 대해 반대측 부분에 결합되는 방열 부재; 및
    상기 방열 부재와 결합되고, 상기 방열 부재의 열을 방열하는 방열 유닛;을 포함하고,
    상기 열전도 부재는,
    상기 열전 소자와 대응되는 판 형상으로 이루어진 베이스부; 및
    상기 베이스부와 일체로 이루어지고, 상기 시료 수용 부재가 삽입되도록 파이프 형상으로 이루어지며, 상기 시료 수용 부재의 일부분이 외부로 노출되도록 관통되는 관통홀이 형성되는 삽입부;를 포함하고,
    상기 시료 수용 부재는 끝부분이 원뿔 형상으로 이루어지고,
    상기 삽입부에서 상기 시료 수용 부재가 삽입되는 부분은 상기 시료 수용 부재의 끝부분과 대응되는 원뿔 형상으로 인입되게 이루어지며,
    상기 관통홀의 가상의 중심은 상기 시료 수용 부재의 원뿔 형상을 구성하는 경사면에 대해 직교하도록 이루어진 핵산 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열 유닛은,
    상기 방열 부재와 결합되는 결합부와, 막대 형상으로 이루어지고 일단은 결합부와 연결되며 타단은 상기 몸체 부재와 연결되는 지지부를 포함하며, 열전도성 소재로 이루어진 프레임;
    열전도성 소재로 이루어지고, 상기 지지부에 설치되는 하나 이상의 방열판; 및
    상기 방열판에 결합되고, 상기 프레임과 방열판을 냉각시키는 하나 이상의 냉각팬;을 포함하는 핵산 증폭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 결합부가 상기 열전 소자와 접촉되도록 일부분이 개구되도록 이루어진 핵산 증폭 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 결합부에서 열전 소자와 접촉되는 부분은 평면으로 이루어진 핵산 증폭 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 결합부와 상기 지지부는 탈착 가능하게 결합되는 핵산 증폭 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 결합부의 양단 각각에 연결되고, 서로 마주하도록 위치되며,
    상기 냉각팬은 두 개이고, 상기 두 개의 냉각팬 각각은 상기 지지부에 결합되어 서로 마주하도록 일정 거리 이격되게 위치되는 핵산 증폭 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 두 개의 냉각팬은 서로 동일한 방향으로 공기의 흐름을 생성하도록 동작되는 핵산 증폭 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부는 복수개이고, 상기 복수의 삽입부는 일정 간격마다 이격되게 배치되는 핵산 증폭 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 몸체 부재 상에 위치되고, 상기 시료 수용 부재에 인접하게 위치되며, 상기 복수의 삽입부에 삽입된 시료 수용 부재 각각에 빛을 조사하여 유전자 증폭 과정을 모니터링하는 형광 측정 유닛; 및
    상기 형광 측정 유닛이 상기 시료 수용 부재에 빛을 조사할 수 있도록 상기 형광 측정 유닛을 이동시키는 구동 유닛;을 포함하는 핵산 증폭 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 형광 측정 유닛은 두 개이고, 상기 두 개의 형광 측정 유닛은 상기 시료 수용 부재를 기준으로 양측 각각에 위치되며,
    상기 두 개의 형광 측정 유닛을 연결하고, 상기 방열 부재에 이격되게 위치되는 연결 부재를 포함하는 핵산 증폭 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    동력 발생 부재;
    상기 동력 발생 부재에 의하여 회전되는 제1 롤러 부재;
    상기 제1 롤러 부재에 대해 이격되게 위치되는 제2 롤러 부재;
    상기 제1 롤러 부재와 제2 롤러 부재가 서로 연동하여 회전되게 하는 벨트 부재;
    상기 벨트 부재에 결합되고, 상기 벨트 부재와 함께 이동되는 이동 부재;
    상기 이동 부재의 이동 경로를 따라 설치되는 레일 부재; 및
    상기 레일 부재의 길이방향을 따라 이동되도록 상기 레일 부재에 결합되고, 상기 이동 부재 및 상기 연결 부재와 결합되는 블록 부재;를 포함하는 핵산 증폭 장치.
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