KR102415232B1 - 마이크로 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 가열 장치는, 적어도 하나 이상의 가열부를 갖는 지지부, 상기 지지부 상에 위치되고, 그 내부에 오일을 담는 오일 챔버, 시료가 로딩되는 반응 공간을 갖고, 상기 반응 공간이 상기 오일에 잠기도록 제공되는 시료 챔버, 그리고 상기 시료 챔버를 상기 오일 챔버를 따라 움직이도록 제어하는 구동부를 갖되, 상기 시료 챔버는, 상기 시료 챔버의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다.

Description

마이크로 가열 장치{Micro heating device}
본 발명은 마이크로 가열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오 랩온어칩을 이용하여 유전자 증폭 공정을 수행할 수 있는 마이크로 가열 장치에 관한 것이다.
바이오 미세 전자기계 시스템(Bio-MEMS: Bio-Micro Electric-Mechanical System)에 있어, 핵산(DNA) 관련 질병 진단 및 분석에는 DNA 증폭 과정인 중합효소 연쇄반응(PCR: Polymerase Chain Reaction)이 필수적이다. 중합효소 연쇄반응이 이루어지기 위해서는, 40° 내지 100°의 고온 환경이 제공되어야 한다. 이 때, 의료용 마이크로 소자(lap on a chip)를 이용하여 중합효소 연쇄반응 공정을 진행하기 위해서는, 휴대용 배터리에 적합하도록 전력 소모가 적고, 실시간 진단을 위해 신속한 분석이 요구된다. 따라서, 열적 고립이 가능하고 열적 질량이 적은 구조체가 요구된다.
KR 10-2010-0070977 (일회용 멀티플렉스 중합효소 연쇄 반응(ＰＣＲ)용 칩 및 장치)
US 2012/0264202 (System for performing polymerase chain reaction nucleic acid amplification)
바이오 미세 전자기계 시스템(Bio-MEMS: Bio-Micro Electric-Mechanical System)에 있어, 핵산(DNA) 관련 질병 진단 및 분석에는 DNA 증폭 과정인 중합효소 연쇄반응(PCR: Polymerase Chain Reaction)이 필수적이다. 중합효소 연쇄반응이 이루어지기 위해서는, 40° 내지 100°의 고온 환경이 제공되어야 한다. 이 때, 의료용 마이크로 소자(lap on a chip)를 이용하여 중합효소 연쇄반응 공정을 진행하기 위해서는, 휴대용 배터리에 적합하도록 전력 소모가 적고, 실시간 진단을 위해 신속한 분석이 요구된다. 따라서, 열적 고립이 가능하고 열적 질량이 적은 구조체가 요구된다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 시료를 가열하는 마이크로 가열 장치는, 적어도 하나 이상의 가열부를 갖는 지지부, 상기 지지부 상에 위치되고, 그 내부에 오일이 담기는 오일 챔버, 시료가 로딩되는 반응 공간을 갖고, 상기 반응 공간이 상기 오일에 잠기도록 제공되는 시료 챔버, 그리고 상기 시료 챔버를 상기 오일 챔버를 따라 움직이도록 제어하는 구동부를 갖되, 상기 시료 챔버는, 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 가열 장치는, 상기 시료 챔버 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도 센서의 측정 온도가 기설정된 설정 온도에 도달하면 상기 시료 챔버를 정지시키고, 상기 측정 온도가 상기 설정 온도를 벗어나면 상기 시료 챔버를 이동시키도록 상기 시료 챔버 및 상기 구동부를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 오일 챔버는 상기 가열부 상에 링 형상으로 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 구동부는 상기 시료 챔버를 지지하는 홀더부, 상기 홀더부를 움직이는 모터, 그리고 상기 모터가 상기 오일 챔버를 따라 움직이도록 가이드하는 가이드 레일을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 오일 챔버는 제 1 반경을 갖고, 상기 가이드 레일은 상기 오일 챔버와 동일한 중심을 갖고 상기 제 1 반경보다 큰 제 2 반경을 갖는 링 형상으로 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가이드 레일은 상기 오일 챔버의 외측면을 따라 형성될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 정확하고 균일한 온도 제어가 가능한 마이크로 가열 장치를 제공할 수 있다. 또한, 단기간에 중합효소 연쇄 반응을 효율적으로 수행할 수 있는 마이크로 가열 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 가열 장치를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 마이크로 가열 장치의 상면도이다.
도 3은 도 2의 A-A′선에 따른 확대 단면도이다.
도 4A 내지 도 4L은 시료 챔버를 제작하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다.
도 5 내지 도 10은 마이크로 가열 장치가 동작하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 가열 장치를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 12는 도 11의 B-B′선에 따른 확대 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 가열 장치(10)를 개략적으로 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 마이크로 가열 장치(10)의 상면도이다. 도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 확대 단면도이다.
도 1, 도 2, 그리고 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 가열 장치(10)는 지지부(100), 오일 챔버(200), 시료 챔버(300), 구동부(400), 그리고 제어부(500)를 포함할 수 있다.
지지부(100)는 플레이트(110)로 제공될 수 있다. 지지부(100)는 적어도 하나 이상의 가열부(120)를 가질 수 있다. 가열부(120)는 지지부(100)에 매설될 수 있다. 가열부(120)는 열선으로 제공될 수 있다. 일 예로, 가열부(120)는 제 1 가열부(122), 제 2 가열부(124), 그리고 제 3 가열부(126)를 가질 수 있다. 제 1 가열부(122), 제 2 가열부(124), 그리고 제 3 가열부(126)는 서로 이격되어 제공될 수 있다. 제 1 가열부(122), 제 2 가열부(124), 그리고 제 3 가열부(126)는 일 방향을 따라 순차적으로 위치될 수 있다. 제 1 가열부(122)는 제 1 설정 온도를 가질 수 있다. 제 2 가열부(124)는 제 1 설정 온도와 상이한 제 2 설정 온도를 가질 수 있다. 제 3 가열부(126)는 제 1 설정 온도 및 제 2 설정 온도와 상이한 제 3 설정 온도를 가질 수 있다. 일 예로, 제 1 설정 온도는 90° 내지 98° 사이의 온도이고, 제 2 설정 온도는 50° 내지 65° 사이의 온도이며, 제 3 설정 온도는 68° 내지 75° 사이의 온도일 수 있다. 바람직하게는, 제 1 설정 온도는 94°, 제 2 설정 온도는 54°, 제 3 설정 온도는 72° 일 수 있다.
오일 챔버(200)는 지지부(100) 상에 위치될 수 있다. 오일 챔버(200)는 가열부(120) 상에 위치될 수 있다. 오일 챔버(200)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 오일 챔버(200)는 원형 및 다각형 등의 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 도 1 및 도 2와 같이, 오일 챔버(200)는 제 1 가열부(122), 제 2 가열부(124), 그리고 제 3 가열부(126) 상에 위치될 수 있다. 오일 챔버(200)는 하우징(210), 개구(212), 그리고 커버(220)를 가질 수 있다. 하우징(210)의 내부에는 오일(O)이 담길 수 있다. 하우징(210)은 상부가 오픈되어 제공될 수 있다. 하우징(210)의 일측에는 개구(212)가 형성될 수 있다. 일 예로, 개구(212)는 하우징(210)의 일측 상부에 형성될 수 있다. 개구(212)를 통해 구동부(400)의 홀더부(410)는, 오일 챔버(200) 내의 시료 챔버(300)를 지지할 수 있다. 커버(220)는 하우징(210)의 상부를 덮을 수 있다. 커버(220)는 하우징(210)으로부터 탈착 가능하게 제공될 수 있다. 커버(220)를 오픈함으로써, 시료 챔버(300)를 오일 챔버(200) 내로 로딩/언로딩할 수 있다.
오일(O)은 미네랄 오일(mineral oil)일 수 있다. 오일(O)은 상온에서 액상 또는 고형일 수 있다. 오일(O)이 상온에서 고형으로 존재할 경우, 상온 이상의 융점(melting point)을 가질 수 있다. 이 때, 오일(O)의 융점은 제 1 설정 온도, 제 2 설정 온도, 그리고 제 3 설정 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 일 예로, 오일(O)의 융점은 50° 보다 낮은 온도일 수 있다. 미네랄 오일(O)은 비열이 높고, 시료 샘플(S)과 혼합되지 않을 수 있다.
시료 챔버(300)는 오일 챔버(200) 내 오일(O)에 잠기도록 제공될 수 있다. 시료 챔버(300)는 기판(310), 반응 공간(340), 그리고 덮개(330)를 가질 수 있다. 시료 챔버(300)는 기판(310) 상에 형성된 절연 박막(311a) 및 온도 센서(313a)를 포함할 수 있다. 기판(310)은 실리콘 기판일 수 있다. 반응 공간(340)은 기판(310)에 제공될 수 있다. 반응 공간(340) 내에는 시료 샘플(S)이 로딩될 수 있다. 시료 샘플(S)은 미소 시료일 수 있다. 시료 챔버(300)는 반응 공간(340)이 오일(O)에 잠기도록 제공될 수 있다. 시료 챔버(300)는 반응 공간(340)을 덮는 덮개(330)를 포함할 수 있다.
도 4A 내지 도 4L은 시료 챔버(300)를 제작하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다. 도 4A 내지 4L은 설명의 편의를 위해 실제보다 과장되게 표현하였다. 시료 챔버(300)는 반도체 포토 리소그라피 공정에 기반한 실리콘 미세 제작 공정으로 제작될 수 있다.
도 4A를 참조하면, 기판(310)이 준비된다. 기판(310)은 실리콘, 유리, 플라스틱, 금속 및 이들의 조합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 기판(310)은 실리콘 기판일 수 있다.
도 4B를 참조하면, 기판(310)의 일 측에 제 1 절연 박막(311)이 형성될 수 있다. 기판(310)의 타 측에 제 2 절연 박막(312)이 형성될 수 있다. 절연 박막들(311,312)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 폴리머는 폴리에틸 메타크릴레이트(PMMA: Polymethyl methacrylate), 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리카보네이트(PC: Polycarbonate), 또는 환상 올레핀 공중합체(COC: Cyclo olefin copolymer)일 수 있다. 절연 박막들(311,312)은 동시에 또는 순차적으로 형성될 수 있다. 절연 박막들(311,312) 로 인해, 기판(310)이 열적으로 고립될 수 있다.
도 4C를 참조하면, 기판(310)의 일 측에 제 1 온도 센서(313)가 형성될 수 있다. 기판(310)의 타 측에 제 2 온도 센서(314)가 형성될 수 있다. 일 예로, 절연 박막들(311,312) 상에 온도 센서들(313,314)가 형성될 수 있다. 온도 센서들(313,314)은 박막 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서들(313,314)은 온도를 측정한다. 온도 센서들(313,314)은 시료 챔버(300)의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서들(313,314)은 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd) 등의 귀금속, 금속 화합물 열전대, 혹은 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4D 및 4E를 참조하면, 기판(310)의 일 측에 포토 레지스트(315)가 도포될 수 있다. 포토 레지스트(315)는 제 1 온도 센서(313) 상에 형성될 수 있다. 포토 레지스트(315) 상에는 마스크 패턴(318)이 제공될 수 있다. 마스크 패턴(318)을 마스크로 하여, 사진 식각 공정이 수행될 수 있다. 포토 리소그라피 공정으로 인해, 제 1 온도 센서(313a) 및 제 1 절연 박막(311a)은 일부만이 남을 수 있다. 이로 인해, 시료 챔버(300)의 일측은 기판(310)이 노출될 수 있다.
도 4F 및 4G를 참조하면, 기판(310)의 타 측에 포토 레지스트(316)가 도포될 수 있다. 포토 레지스트(316)는 제 2 온도 센서(314) 상에 형성될 수 있다. 포토 레지스트(316) 상에는 마스크 패턴(318)이 제공될 수 있다. 마스크 패턴(318)을 마스크로 하여, 사진 식각 공정이 수행될 수 있다. 포토 리소그라피 공정으로 인해, 제 2 온도 센서(314a)는 일부만이 남을 수 있다. 이로 인해, 시료 챔버(300)의 타측은 제 2 온도 센서(314a)가 패터닝될 수 있다. 패터닝 공정으로 제 2 온도 센서(314a)는 저항을 가질 수 있다.
도 4H 및 도 4I를 참조하면, 기판(310)의 타측에 절연 박막(320)을 형성하고 이를 식각하여, 절연 박막(320)의 일부가 식각될 수 있다. 절연 박막(320a)은 패터닝된 제 2 온도 센서(314a)의 일부를 덮을 수 있다. 제 2 온도 센서(314a)의 나머지 일부는 노출될 수 있다. 도 3에는 시료 챔버(300)의 타측의 절연 박막들(312,320a)과 제 2 온도 센서(314a)가 도시되지 않았다.
도 4J를 참조하면, 다시 시료 챔버(300)의 일측에 식각 공정이 수행될 수 있다. 시료 챔버(300)의 일측은 제 1 온도 센서(313a)를 마스크로 하여, 기판(310)을 식각할 수 있다. 이로 인해, 기판(310)의 내부에 반응 공간(340)을 형성할 수 있다.
도 4K 및 도 4L을 참조하면, 반응 공간(340) 내에는 시료 샘플(S)이 로딩될 수 있다. 시료 챔버(300)의 일측에는 반응 공간(340)을 덮는 시료 덮개(330)가 덮일 수 있다. 시료 덮개(330)로 반응 공간(340)을 덮음으로써, 시료 샘플(S)의 유실 및/또는 증발을 방지할 수 있다.
다시 도 1, 도 2, 그리고 도 3을 참조하면, 구동부(400)는 시료 챔버(300)를 이동시킬 수 있다. 구동부(400)는 시료 챔버(300)를, 오일 챔버(200)의 오일(O) 내에서 이동시킬 수 있다. 구동부(400)는 홀더부(410), 홀더축(420), 모터(430), 그리고 가이드 레일(440)을 가질 수 있다. 홀더부(410)는 시료 챔버(300)를 지지할 수 있다. 홀더부(410)는 시료 챔버(300)의 일측을 고정시켜, 반응 공간(340)이 오일(O)에 잠기도록 할 수 있다. 홀더축(420)은 홀더부(410)와 모터(430)를 연결할 수 있다. 모터(430)는 홀더부(410)가 움직일 수 있도록 동력을 제공할 수 있다. 가이드 레일(440)은 모터(430)가 오일 챔버(200)를 따라 움직이도록 가이드할 수 있다. 가이드 레일(440)은 오일 챔버(200)에 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 일 예로, 가이드 레일(440)은 링 형상으로 제공될 수 있다. 오일 챔버(200)가 제 1 반경을 갖는 링 형상으로 제공될 때, 가이드 레일(440)은 제 1 반경과 상이한 제 2 반경을 가질 수 있다. 제 2 반경은 제 1 반경보다 클 수 있다. 반대로, 제 2 반경은 제 1 반경보다 작을 수 있다.
제어부(500)는 시료 챔버(300) 및 구동부(400)를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 시료 챔버(300)의 위치 및 이동 시기 등을 제어할 수 있다. 제어부(500)는 광원 및 모니터부와 연결되어, 시료 샘플(S)의 유전자 증폭을 모니터링할 수 있다. 일 예로, 형광 신호를 취득하여 처리 분석할 수 있다. 제어부(500)는 온도 센서(314)의 측정 온도에 따라, 시료 챔버(300)의 위치를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 이동시키다가, 온도 센서(314)의 측정 온도가 기설정된 설정 온도에 도달하면 시료 챔버(300)를 정지시킬 수 있다. 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 정지시킨 후 설정 시간이 경과하면, 다시 시료 챔버(300)를 이동시킬 수 있다. 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 정지시킨 후 유전자 증폭 과정이 완료되면, 다시 시료 챔버(300)를 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 정지시킨 후 온도 센서(314)의 측정 온도가 설정 온도를 벗어나면, 다시 시료 챔버(300)를 이동시킬 수 있다.
도 5 내지 도 10은 마이크로 가열 장치(10)가 동작하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 시료 챔버(300)의 반응 공간(340)에 시료 샘플(S)이 로딩될 수 있다. 구동부(400)는 시료 챔버(300)를 오일 챔버(200)의 오일(O)에 잠기도록 제공할 수 있다. 상온에서 오일(O)은 고상 또는 액상으로 제공될 수 있다. 오일(O)은 미네랄 오일(O)일 수 있다. 상온에서 고상인 오일(O)은 제 1 설정 온도, 제 2 설정 온도, 그리고 제 3 설정 온도보다 낮은 융점을 가질 수 있다. 일 예로, 오일(O)의 융점은 50° 보다 낮은 온도일 수 있다. 시료 샘플(S)이 로딩되면, 가열부(120)의 가열이 시작된다. 가열부(120)가 가열함에 따라, 오일 챔버(200) 내의 오일(O)의 온도가 상승하고, 오일 챔버(200) 내의 오일(O)이 액상이 될 수 있다. 제어부(500)는 시료 챔버(300)가 오일 챔버(200)를 따라 이동되도록, 구동부(400)를 제어할 수 있다. 따라서, 시료 챔버(300)는 오일 챔버(200)의 일 방향을 따라 이동될 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 시료 챔버(300)가 제 1 가열부(122)의 상부에 위치될 때, 온도 센서(314)의 측정 온도가 제 1 설정 온도일 수 있다. 측정 온도가 제 1 설정 온도이면, 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 정지시키도록 구동부(400)를 제어할 수 있다. 제 1 설정 온도는 90° 내지 98° 사이의 온도일 수 있다. 이 때, 시료 샘플(S)은 해리(denaturation)될 수 있다. 이로 인해, 두 가닥의 상보적인 염기의 수소 결합이 끊어져, DNA가 서로 분리될 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 시료 챔버(300)가 제 1 가열부(122) 상에 정지된 후 제 1 설정 시간이 경과하면, 구동부(400)는 다시 시료 챔버(300)를 이동시킬 수 있다. 시료 챔버(300)는 오일 챔버(200)를 따라 일 방향으로 이동될 수 있다. 일 예로, 제 1 설정 시간은 30초 내지 1분 사이일 수 있다. 선택적으로, 구동부(400)는 온도 센서(314)의 측정 온도가 제 1 설정 온도를 벗어나면, 다시 이동시킬 수 있다. 또는, 사용자가 제어부(500)로 유전자 증폭 과정을 모니터링함으로써, 시료 챔버(300)의 이동 시기를 제어할 수 있다.
도 3 및 도 8과 같이, 시료 챔버(300)가 제 2 가열부(124) 상부에 위치될 때, 온도 센서(314)의 측정 온도가 제 2 설정 온도일 수 있다. 측정 온도가 제 2 설정 온도이면, 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 정지시키도록 구동부(400)를 제어할 수 있다. 제 2 설정 온도는 50° 내지 65° 사이의 온도일 수 있다. 이 때, 시료 샘플(S)은 결합(annealing)이 이루어질 수 있다. 열 변성으로 인해 분리된 한 가닥의 DNA에, 프라이머가 상보적인 염기서열에 결합될 수 있다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 시료 챔버(300)가 제 2 가열부(124) 상에 정지된 후 제 2 설정 시간이 경과하면, 구동부(400)는 다시 시료 챔버(300)를 이동시킬 수 있다. 시료 챔버(300)는 오일 챔버(200)를 따라 일 방향으로 이동될 수 있다. 제 2 설정 시간은 제 1 설정 시간과 동일하거나 상이할 수 있다. 선택적으로, 구동부(400)는 온도 센서(314)의 측정 온도가 제 2 설정 온도를 벗어나면, 다시 이동시킬 수 있다. 또는, 사용자가 제어부(500)로 유전자 증폭 과정을 모니터링함으로써, 시료 챔버(300)의 이동 시기를 제어할 수 있다.
도 3 및 도 10과 같이, 시료 챔버(300)가 제 3 가열부(126) 상부에 위치될 때, 온도 센서(314)의 측정 온도가 제 3 설정 온도일 수 있다. 측정 온도가 제 3 설정 온도이면, 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 정지시키도록 구동부(400)를 제어할 수 있다. 제 3 설정 온도는 68° 내지 75° 사이의 온도일 수 있다. 이 때, 시료 샘플(S)은 중합 반응(extension)이 이루어질 수 있다. 이 때, 한 가닥의 DNA에 프라이머가 붙은 다음의 염기에, DNA 중합효소를 이용하여 주형 DNA의 상보적인 염기를 합성하고 두 가닥의 DNA로 연장될 수 있다.
시료 챔버(300)가 제 3 가열부(126) 상에 정지된 후 제 3 설정 시간이 경과하면, 구동부(400)는 다시 시료 챔버(300)를 움직일 수 있다. 시료 챔버(300)는 오일 챔버(200)를 따라 일 방향으로 이동될 수 있다. 제 3 설정 시간은 제 1 설정 시간 및 제 2 설정 시간과 동일하거나 상이할 수 있다. 선택적으로, 구동부(400)는 온도 센서(314)의 측정 온도가 제 3 설정 온도를 벗어나면, 다시 이동시킬 수 있다. 또는, 사용자가 제어부(500)로 유전자 증폭 과정을 모니터링함으로써, 시료 챔버(300)의 이동 시기를 제어할 수 있다.
시료 챔버(300)는 오일 챔버(200)를 따라 회전되면서, 제 1 가열부(122), 제 2 가열부(124), 그리고 제 3 가열부(126) 각각에서 열변성 과정, 결합 반응, 중합 반응이 수행될 수 있다. 제어부(500)는 시료 챔버(300)를 반복적으로 회전시키며 DNA를 증폭시킬 수 있다. 중합효소 연쇄 반응을 n회 반복하면, 2n배의 유전자 증폭이 이루어질 수 있다. 유전자 증폭 과정이 완료되면, 사용자는 시료 샘플(S)을 교체하여 유전자 증폭 공정을 수행할 수 있다.
시료 챔버(300)를 특정 온도 구역에서 온도를 감지하고 특정 시간 동안 멈춤게 함으로써, 정확하고 균일한 온도 제어가 가능할 수 있다. 또한, 마이크로 가열 장치(10)는 램핑(ramping) 구간이 거의 없어 단시간 내에 유전자를 증폭시킬 수 있다. 마이크로 가열 장치(10)는 구성이 단순하여 대량 생산이 가능하고, 저렴하여 현장 진단용으로 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 가열 장치(20)를 개략적으로 보여주는 사시도이다. 도 12는 도 11의 B-B'선에 따른 확대 단면도이다. 마이크로 가열 장치(20)는 지지부(100), 오일 챔버(200), 시료 챔버(300), 구동부(450), 그리고 제어부(500)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서의 지지부(100), 오일 챔버(200), 시료 챔버(300), 그리고 제어부(500) 각각은 도 1의 지지부(100), 오일 챔버(200), 시료 챔버(300), 그리고 제어부(500)와 실질적으로 동일하여, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 구동부(450)는 홀더부(460), 모터(470), 그리고 가이드 레일(480)을 가질 수 있다. 구동부(450)는 시료 챔버(300)를 이동시킬 수 있다. 구동부(450)는 시료 챔버(300)를, 오일 챔버(200)의 오일(O) 내에서 이동시킬 수 있다. 홀더부(460)는 시료 챔버(300)를 지지할 수 있다. 홀더부(460)는 시료 챔버(300)의 일측을 고정시켜, 반응 공간(340)이 오일(O)에 잠기도록 할 수 있다. 모터(470)는 홀더부(460)가 움직일 수 있도록 동력을 제공할 수 있다. 가이드 레일(480)은 모터(460)가 오일 챔버(200)를 따라 움직이도록 가이드할 수 있다. 가이드 레일(480)은 오일 챔버(200)에 결합되어 제공될 수 있다. 일 예로, 가이드 레일(480)은 오일 챔버(200)의 외측벽에 결합될 수 있다. 가이드 레일(480)은 오일 챔버(200)에 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 가이드 레일(480)은 링 형상으로 제공될 수 있다. 가이드 레일(480)이 오일 챔버(200)에 결합되는 경우, 전체적인 면적 점유율이 작아져 공간 효율이 높아질 수 있다.
상술한 실시예들에서는, 오일 챔버(200)가 링 형상으로 제공된 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 오일 챔버(200)는 링 형상이 아닌 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 일 예로, 오일 챔버(200)는 원형 또는 다각형의 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 가열부(120)가 3개인 것을 예로 들어 설명하였으나, 가열부는 3개가 아닌 다른 다양한 개수로 제공될 수 있다. 또한, 시료 챔버(300)의 제작 과정에 대해, 절연막들(311,312) 및 온도 센서들(313,314)이 기판(310)의 양측에 각각 단층으로 형성된 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와 달리, 절연막들(311,312) 및 온도 센서들(313,314)은 다층으로 또는 기판(310)의 일측에만 형성되어도 무방하다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 복수 개의 가열부를 갖는 지지부;
    상기 지지부 상에 위치되고, 그 내부에 오일을 담는 오일 챔버;
    시료가 로딩되는 반응 공간을 갖고, 상기 반응 공간이 상기 오일에 잠기도록 제공되는 시료 챔버; 그리고
    상기 시료 챔버를 상기 오일 내에서 움직이도록 하는 구동부를 포함하되,
    상기 시료 챔버는, 상기 시료 챔버의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고,
    상기 오일 챔버는 상기 가열부 상에 링 형상으로 제공되며,
    상기 복수 개의 가열부는 상기 링 형상을 따라 배치되되,
    상기 구동부는:
    상기 시료 챔버를 지지하는 홀더부;
    상기 홀더부를 움직이는 모터; 그리고
    상기 모터가 상기 오일 챔버를 따라 움직이도록 가이드하는 가이드 레일을 포함하는 마이크로 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 가열 장치는, 상기 시료 챔버 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 시료 챔버를 상기 오일 챔버를 따라 이동시키고, 상기 온도 센서의 측정 온도가 기설정된 설정 온도에 도달하면 상기 시료 챔버를 정지시키도록 상기 구동부를 제어하는 마이크로 가열 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 시료 챔버를 정지시킨 후 설정 시간이 지나면, 상기 시료 챔버를 다시 상기 오일 챔버를 따라 이동시키도록 상기 구동부를 제어하는 마이크로 가열 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 오일 챔버는 제 1 반경을 갖고,
    상기 가이드 레일은 상기 오일 챔버와 동일한 중심을 갖고 상기 제 1 반경보다 큰 제 2 반경을 갖는 링 형상으로 제공되는 마이크로 가열 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 가이드 레일은 상기 오일 챔버의 외측면을 따라 형성된 마이크로 가열 장치.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 금속, 금속 화합물 열전대, 그리고 금속 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 마이크로 가열 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응 공간은 상기 시료 챔버의 기판에 형성되고,
    상기 시료 챔버는 상기 반응 공간의 상부를 덮는 덮개를 더 포함하는 마이크로 가열 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 시료 챔버를 정지시킨 후 상기 측정 온도가 상기 설정 온도를 벗어나면, 상기 시료 챔버를 다시 상기 오일 챔버를 따라 이동시키도록 상기 구동부를 제어하는 마이크로 가열 장치.
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