KR102378631B1 - 마이크로 유체 채널형 pcr 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법 - Google Patents

마이크로 유체 채널형 pcr 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널; 상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료가 주입되는 시료주입홀; 상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)가 주입되는 자성유체 주입홀; 상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터; 및 상기 모터의 회전축을 중심으로 상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치되는 복수 개의 히팅 블록;을 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법에 관한 것이다.

Description

마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법{Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same}
본 발명은 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널을 이용함으로써 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법에 관한 것이다.
종래 PCR(Polymerase Chain Reaction) 장비는 95℃(denaturation), 65℃(annealing), 72℃(elongation or extension)의 3가지 온도 구간을 활용하여 유전자를 지수함수적 증식(exponential growth)으로 복제하는데, 중합연쇄반응은 온도 변화를 1주기로 하여 반복함으로써 유전자수의 증폭이 이루어지게 된다.
이러한 PCR 장비는 중합반응에 필요한 3가지 온도의 변화를 신속하게 제어하기 위해 통상 펠티어 소자 등을 활용하여 가열과 냉각을 반복하게 되고, 이로 인해 1사이클 반응은 1분 이상 소요되는 등 반응의 신속성 개선이 제한적이고 히팅과 냉각을 위한 온도제어 시스템이 매우 크고 에너지 소모가 많은 단점이 있었다.
이를 극복하기 위한 방법으로 마이크로 유체 채널을 이용하여 유체의 연속 흐름을 만들고, 3가지 온도 구역으로 등온상태의 히팅블록 위를 증폭 반응의 순서대로 흘러가도록 하는 개념이 소개되어 신속하게 PCR 증폭이 이루어질 수 있음을 개시하고 있으나, 유체 채널의 설계와 제작이 복잡하고 유체의 흐름을 만들기 위해 공압을 이용하는 등의 유체 제어가 어렵거나 부가장치가 필요한 단점이 있었다.
또한, 마이크로 유체 채널칩 하부에 줄히팅을 위한 열선을 이용하여 증폭 반응의 순서대로 온도를 제어하여 PCR 증폭이 이루어지도록 하고 있으나, 유체 채널이 제작된 유체칩 기판의 온도를 전체적으로 변화시켜야 하므로 온도 제어 정확성이 떨어지고, 신속성이 좋지 않은 단점이 있었다.
마이크로 채널을 수직으로 세워 기둥형 마이크로튜브 배관을 사용하고 대류 원리를 이용하여 낮은 온도의 용액이 아래로 내려가는 원리로 별도의 유체 제어의 수고없이 온도제어시스템의 구현을 간단하게 한 PCR 개념도 소개되고 있고, 또한 등록특허 제0900956호는 일회용 폴리머 칩을 이용한 자연대류 ＰＣＲ 장치 및 그 방법에 대하여 개시하고 있으나, 대류에 의한 수동적인 유체 흐름에 의존해야 하므로 PCR 사이클의 속도를 적극적이고 능동적으로 제어하기 어려운 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제0900956호 (2009.05.28)
따라서 본 발명의 목적은 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널을 이용함으로써 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템을 사용하지 않으면서 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널; 상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료가 주입되는 시료주입홀; 상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)가 주입되는 자성유체 주입홀; 상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터; 및 상기 모터의 회전축을 중심으로 상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치되는 복수 개의 히팅 블록을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치되어 PCR 증폭을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 측정부는 형광을 측정하는 형광측정부인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 측정부는 마이크로 유체 채널 내 시료의 pH 변화를 측정하는 전기식 혹은 색변화 측정식 센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 마이크로 유체 채널의 상부에 배치되어 상기 모터의 회전에 따라 상기 자성유체(ferrofluid)를 회전시키는 자석을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부의 기포를 제거하거나 상기 시료 또는 자성유체를 멈추도록 하는 홀(Stopper)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 마이크로 유체 채널은 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로 유체 채널이 동심원 구조로 형성되거나, 2개 이상의 기판을 접착하고 상기 기판에 마이크로 유체 채널 및 시료주입홀을 형성한 마이크로 유체 채널칩인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널칩은 마이크로 유체 채널 제작이 저렴하게 대량으로 활용하는 것이 가능하도록 유리기판, 플라스틱 기판, 폴리머 기판 등으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 유체 채널은 하나의 유체 채널 안에 복수개의 이격된 액적(droplet)을 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송하여 하나의 채널에서 다중시료 PCR 분석이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 시료가 주입되어 증폭이 일어나는 마이크로 유체 채널칩은 일회용으로 사용하고 폐기하는 것을 특징으로 하며, 히팅부 및 형광측정부/광학측정부/센서회로부 등은 영속적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유체채널 내부에 주입되는 시료의 로딩(loading)은 미세 유체 채널의 모세관 힘(모세관 현상)으로 자발적으로 채워지거나 자성유체의 이동 제어를 통해 자동화되는 시료주입을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 복수 개의 히팅 블록은 상이한 온도에서 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 복수 개의 히팅 블록은 상기 마이크로 유체 채널의 하단 및 상단에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 모터를 제어하는 모터 제어부, 상기 히팅 블록의 반응 온도를 제어하는 반응 온도제어부 및 GUI(Graphical User Interface)를 포함하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 시료 및 자성유체를 주입 후 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 밀봉하는 테이프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법은 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성된 시료주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료를 주입하는 단계; 상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성된 자성유체 주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계; 상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치된 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계; 및 상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터의 회전에 따른 자석의 이동에 따라 상기 자성유체 및 시료가 이동하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 핵산 증폭 방법에 있어서, 상기 시료를 주입하는 단계는 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로유체 채널에 시료를 주입하는 단계; 또는 하나의 유체 채널 안에 시료와 함께 복수개의 이격된 액적(droplet)을 주입하여 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송함으로써 하나의 채널에서 다중시료 PCR 분석이 가능하도록 시료를 주입하는 단계;를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계 이후에, 상기 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 테이프로 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치된 측정부에서 PCR 증폭을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법은 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널을 이용함으로써 펠티어소자를 활용했던 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템을 사용하지 않으면서 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있고 소형의 장치로 PCR이 가능한 유리한 효과가 있다.
또한, 등온을 유지하고 있는 복수 개의 히팅블록 구간을 소량의 시료가 유체 채널을 통해 주기적으로 반복해서 흘러가도록 함으로써 신속한 PCR 반응이 가능하다.
또한, 복수 개의 히팅 블록 사이에 시료의 형광변화를 측정하는 측정부를 두고 회전주기를 PCR 반응 1주기로하여 증폭 반응의 반복 횟수에 따른 형광 변화를 측정하여 실시간 PCR 반응의 확인이 가능하다.
또한, 마이크로 유체 채널의 복수개 혹은 하나의 마이크로유체 채널에 복수개의 이격된 시료 액적(droplet)으로 멀티플렉싱(multiplexing) 분석이 가능하다.
또한, 마이크로 유체 채널을 일회용 유체칩으로 제작하여 반응이 완료된 후에 폐기하는 방식의 일회용으로 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 히팅블록, 마이크로 유체 채널 및 측정부가 배치된 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체칩의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체 채널 내에 시료와 자성유체가 주입된 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 시료의 이동을 위한 자석과 모터회전축을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널칩 기판을 제작하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 채널에서 멀티플렉싱(multiplexing) 가능한 액적(droplet)형 마이크로 유체 채널의 시료 주입 모식도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 히팅블록, 마이크로 유체 채널 및 측정부가 배치된 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체칩의 모식도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체 채널 내에 시료와 자성유체가 주입된 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 시료의 이동을 위한 자석과 모터회전축을 도시한 모식도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 마이크로 유체 채널(10), 시료주입홀(20), 자성유체 주입홀(30), 모터(40) 및 복수 개의 히팅 블록(52, 54, 56)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 측정부(60), 자석(70), 마이크로 유체 채널(10)의 내부의 기포를 제거하거나 시료 또는 자성유체를 멈추도록 하는 홀(80), 제어부(미도시) 또는 테이프(미도시)를 더 포함할 수 있다.
마이크로 유체 채널(10)은 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 것으로, 원형의 관으로 제작될 수 있다. 마이크로 유체 채널(10)은 플라스틱 재질 또는 폴리디메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
마이크로 유체 채널(10)은 플라스틱 기판 상부에 배치되고 플라스틱 기판과 결합되어 마이크로 유체칩을 구성하며, 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에는 시료주입홀(20)과 자성유체 주입홀(30)이 구비된다(도 2 참조).
상기 마이크로 유체 채널은 복수개의 마이크로 유체 채널이 동심원 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수개의 마이크로유체 채널을 이용하여 한 번의 시료 주입으로 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널(10)은 2개 이상의 기판을 접착하고 상기 기판에 마이크로 유체 채널 및 시료주입홀을 형성한 마이크로 유체 채널칩인 것을 특징으로 한다. 이때, 마이크로 유체 채널칩은 플라스틱 기판으로 대량 제작하여 단가를 저렴하게 할 수 있고, 마이크로 유체 채널칩 기판은 히팅 블록, 모터(40) 및 측정부(60)가 있는 기구부에 로딩하여 활용하고 반응이 완료된 후에는 언로딩하여 폐기하는 방식으로 일회용으로 사용할 수 있다.
시료주입홀(20)은 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료가 주입되는 홀로서, 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에 형성된다.
자성유체 주입홀(30)은 시료주입홀(20)과 일정 간격 이격되어 마이크로 유체 채널(10)의 타 측면에 형성되고, 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)가 주입되는 홀이다.
이때, 시료의 부피는 마이크로 유체 채널(10)의 단면적과 길이에 의해 결정이 된다. 예를 들어 단면적이 100 um x 100 um 인 경우 10 cm의 마이크로 유체 채널(10) 길이에는 1 ul의 시료가 채워지게 된다. 200 um x 200 um 의 단면적의 채널에는 2.5 cm 채널 길이로 1 ul 의 시료가 채워질 수 있다. 이와 같이 마이크로 유체 채널 방식의 PCR 기기는 매우 작은 시료의 볼륨만으로도 PCR이 가능한 장점이 있다.
시료 및 자성유체를 주입 후에 마이크로 유체 채널(10)의 홀부분은 테이프(미도시)로 간단하게 밀봉할 수 있다.
모터(40)는 마이크로 유체 채널(10)의 상부에 배치된 자석(70)을 회전시켜 자석(70)의 자력으로 자성유체(ferrofluid)가 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 내부에서 이동하도록 한다. 따라서, 마이크로 유체 채널(10) 내의 유체의 회전 흐름은 자성유체의 흐름으로 만들어지며 자성유체의 흐름은 모터(40) 회전으로 운동하는 자석(70)의 움직임으로 만들어진다.
이를 위해 모터(40)는 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 중심부에 배치된다.
도 4는 자석(70)이 모터(40) 회전축에 의해 움직이는 실시예를 보여주는 것으로, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 연속적 회전 혹은 특정 각의 값으로 제어 신호에 의해 이동하는 등 여러 가지 방법으로 시료 유체 흐름과 이동을 신속하고 용이하게 제어할 수 있다.
PCR 증폭 반응에 필요한 히트 사이클(heat cycle)의 반복 속도는 마이크로 유체 채널(10)을 흐르는 시료의 속도에 비례할 수 있고 자석(70)의 움직임으로 유도되는 자성유체의 회전 사이클 속도에 해당한다. 따라서 모터(40)에 의해 움직이는 자석(70)의 이동 속도와 주기로 PCR 반응 사이클을 간단하게 제어하고 신속하게 할 수 있다.
히팅 블록은 PCR 증폭 반응을 위하여 마이크로 유체 채널(10) 하부에 위치하여 PCR 증폭 반응을 위한 온도 제어를 한다. 이를 위해 95℃(denaturation), 65℃(annealing), 72℃(elongation or extension)의 3가지 온도 구간을 활용하여 온도 변화를 1주기로 하여 반복함으로써 PCR 증폭 반응이 이루어지게 된다.
히팅 블록은 모터(40)의 회전축을 중심으로 마이크로 유체 채널(10)의 하단에 복수 개 배치된다. 복수 개의 히팅 블록은 PCR 증폭을 위해 상이한 온도에서 구동되는 것이 바람직하다.
마이크로 유체 채널(10) 내 시료의 온도를 빨리 전달하기 위하여 히팅블록은 마이크로 유체 채널(10) 기판을 상하부로 덮는 구조가 가능하다. 다만, 상부 덮개부의 히팅블록이 두꺼울 경우 자성유체의 움직임이 자석(70)에 의해 움직이는 것이 약해질 수 있으므로 이를 적절하게 조절하는 것이 바람직하다.
측정부(60)는 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치되어 PCR 증폭을 측정한다. 즉, 시료 유체가 마이크로 유체 채널(10)을 지나가면서 회전하는 경로 일부에 측정부(60)가 배치된다.
이때, 측정부(60)는 형광을 측정하는 형광측정부인 것이 바람직하다. 형광의 측정은 채널 기판의 하부에서 PD 센서 혹은 카메라 센서를 사용하고 수평 방향에서 입사하는 광원을 사용하여 구성할 수 있다.
채널 내 형광 시료의 밝기 변화를 회전 주기별로 관측하여 증폭을 실시간으로 측정할 수 있다. 즉, 회전주기를 PCR 반응 1 주기로하여 증폭 반응의 반복 횟수에 따른 형광 변화를 측정하여 실시간 PCR 반응의 확인이 가능하다.
홀(80)은 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에 형성되어 마이크로 유체 채널(10)의 내부의 기포를 제거하거나 시료 또는 자성유체를 멈추도록 한다. 즉, 유체 채널 상부의 일부에 기포제거나 모세관 힘으로 주입되는 시료유체나 자성유체가 의도한 위치에 멈춰있도록 하여 동일한 양이 주입될 수 있도록 한 홀(80)이 구비될 수 있다.
제어부는 본 발명의 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템을 제어하는 것으로, 모터(40)를 제어하는 모터 제어부, 히팅 블록의 반응 온도를 제어하는 반응 온도제어부 및 GUI(Graphical User Interface)를 포함한다.
제어부는 PCR 증폭 반응을 위하여 사용자가 모터(40)의 속도와 목표 온도 설정 등을 입력할 수 있고, 모터(40)의 회전주기와 형광 반응 결과를 읽을 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. GUI는 별도의 디스플레이 혹은 스마트기기로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널칩 기판을 제작하는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 적어도 2개의 기판을 사용하거나, 혹은 3개의 기판을 접착시켜 제작하는 방식으로 마이크로 유체 채널, 주입부 및 배출부가 구성된 마이크로 유체 채널칩을 제작할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템을 이용한 핵산 증폭 방법에 대해서 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명에 따른 핵산 증폭 방법은 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료를 주입하는 단계(S10); 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계(S20); 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계(S30); 및 자성유체 및 시료가 이동하는 단계(S40)를 포함한다. 본 발명의 핵산 증폭 방법은 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치된 측정부(60)에서 PCR 증폭을 측정하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
여기서 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료를 주입하는 단계(S10)는 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에 형성된 시료주입홀(20)을 통해 상기 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료를 주입하는 것이다.
또한, 상기 시료를 주입하는 단계(S10)는 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로유체 채널을 이용하거나, 하나의 유체 채널 안에 시료에 함께 복수개의 이격된 액적(droplet)을 주입하여 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송함으로써 하나의 채널에서 다중시료 PCR 분석이 가능하도록 시료를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다(도 7 참조).
다음으로 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계(S20)는 상기 시료주입홀(20)과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널(10)의 타 측면에 형성된 자성유체 주입홀(30)을 통해 상기 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 것이다.
또한, 상기 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계 이후에, 상기 시료주입홀(20) 및 자성유체 주입홀(30)을 테이프로 밀봉하는 단계(S22)를 더 포함할 수 있다.
그리고 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계(S30)는 상기 마이크로 유체 채널(10)의 하단에 배치된 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 것이다.
자성유체 및 시료가 이동하는 단계(S40)는 상기 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 중심부에 배치된 모터(40)의 회전에 따른 자석(70)의 이동에 따라 상기 자성유체 및 시료가 이동하는 것이다.
본 발명에 따르면, 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널(10)을 이용함으로써 펠티어소자를 활용했던 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템을 사용하지 않으면서 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있다. 또한, 신속한 온도변화를 만들어야 할 필요가 없으므로 펠티어소자를 활용했던 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템이 불필요해 소형의 장치로 PCR이 가능하고, 등온을 유지하고 있는 복수 개의 히팅블록 구간을 소량의 시료가 유체 채널을 통해 주기적으로 반복해서 흘러가도록 함으로써 신속한 PCR 반응이 가능하다.
한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (12)

  1. 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널;
    상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료가 주입되는 시료주입홀;
    상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)가 주입되는 자성유체 주입홀;
    상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터; 및
    상기 모터의 회전축을 중심으로 상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치되는 복수 개의 히팅 블록;을 포함하고,
    상기 마이크로 유체 채널은 복수개의 시료 액적(droplet)이 이격자에 의해 이격되어 다중시료 PCR 분석이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치되어 PCR 증폭을 측정하는 측정부;를 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정부는 형광을 측정하는 형광측정부인 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 채널의 상부에 배치되어 상기 모터의 회전에 따라 상기 자성유체(ferrofluid)를 회전시키는 자석;을 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부의 기포를 제거하거나 상기 시료 또는 자성유체를 멈추도록 하는 홀;을 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 채널은 복수개의 마이크로 유체 채널이 동심원 구조로 형성되거나, 2개 이상의 기판을 접착하고 상기 기판에 마이크로 유체 채널 및 시료주입홀을 형성한 마이크로 유체 채널칩인 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 히팅 블록은 상기 마이크로 유체 채널의 하단 및 상단에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모터를 제어하는 모터 제어부, 상기 히팅 블록의 반응 온도를 제어하는 반응 온도제어부 및 GUI(Graphical User Interface)를 포함하는 제어부;를 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    시료 및 자성유체를 주입 후 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 밀봉하는 테이프;를 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
  10. 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성된 시료주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료를 주입하는 단계;
    상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성된 자성유체 주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계;
    상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치된 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계; 및
    상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터의 회전에 따른 자석의 이동에 따라 상기 자성유체 및 시료가 이동하는 단계;를 포함하고,
    상기 시료를 주입하는 단계는 이격자에 의해 이격된 복수개의 이격된 시료 액적(droplet)을 주입하여 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송함으로써 다중시료 PCR 분석이 가능하도록 시료를 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 증폭 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계 이후에,
    상기 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 테이프로 밀봉하는 단계;를 더 포함하는 핵산 증폭 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 시료를 주입하는 단계는,
    멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로유체 채널에 시료를 주입하는 단계;를 더 포함하는 핵산 증폭 방법.
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