KR102426954B1

KR102426954B1 - 대류 pcr 증폭 탐지 시스템 및 대류 pcr 증폭 탐지 방법

Info

Publication number: KR102426954B1
Application number: KR1020197023956A
Authority: KR
Inventors: 샨보 츄; 쯔신 츄; 멩 궈; 케 리; 위민 리
Original assignee: 베이징 완타이 바이오로지컬 파마시 엔터프라이즈 코포레이션 리미티드; 베이징 유니버시티 오브 캐미컬 테크놀로지
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2022-08-01
Also published as: KR20190112289A; CN108342312A; WO2018137513A1; CN112111391A; CN108342312B

Abstract

본 출원은 대류 PCR 증폭 탐지 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 시스템은 저장 구조물, 대류 PCR 튜브, FTA 막 및 폐기 액체 수용 구조물을 포함하고, 상기 대류 PCR 튜브의 제 1 단부는 상기 저장 구조물의 저장 공동과 연결되고, 대류 PCR 튜브의 제 2 단부는 폐기 액체 수용 구조물의 폐기 액체 공동과 연결되고, 상기 FTA 막은 대류 PCR 튜브의 제 1 단부로부터 제 2 단부로 유동하는 용액을 여과하기 위해 대류 PCR 튜브 내에 배치되며, 상기 용액 내의 핵산을 상기 FTA 막의 표면 상에 흡착시킬 수 있는, 미세 유체 칩; 저장 공동 내의 용액을 대류 PCR 튜브로 진입하게 하고 FTA 막에 의해 이를 여과한 후에 폐기 액체 공동에 용액이 들어가도록 하기 위한, 유동 제어 모듈; 대류 PCR 튜브에서 반응물질을 가열하기 위한, 가열 모듈; 및 대류 PCR 튜브 내의 반응물질 상의 형광 탐지에 수행하기 위한, 광학 탐지 모듈을 포함한다. 본 출원은 핵산 분석의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

대류 PCR 증폭 탐지 시스템 및 대류 PCR 증폭 탐지 방법

본 출원은 2017년 1월 24일에 출원된, 중국 특허 출원 제 201710054798.1 호에 "대류 PCR 증폭 탐지 시스템 및 대류 PCR 증폭 탐지 방법"이라는 제목으로 기초를 두고 있으며 그 우선권 주장, 및 이 중국 특허의 전체 공개는 본원에 참조로서 포함된다.

본 출원은 생명 의료 탐지 및 진단 분야, 특히 대류 PCR 증폭 탐지 시스템 및 대류 PCR 증폭 탐지 방법에 관한 것이다.

선행 기술에서, 핵산 분석 방법은 종종 두 단계를 포함하는데, 첫 번째 단계는 탐지 샘플을 용해시키고 핵산 템플릿을 포획 및 정제하는 단계이며; 두 번째 단계는 핵산 템플릿 또는 다른 등온 증폭 및 탐지를 통한 중합효소(polymerase) 연쇄 반응(PCR)을 구현하는 것이다. PCR은 특정 DNA 단편을 증폭하는데 사용되는 분자 생물학 기술이다. 상기 PCR은 일반적으로 반응 혼합물이 증폭을 수행하기 위해 2 가지 또는 3 가지의 온도에서 반복적인 열 사이클링 단계를 필요로 한다. 새로운 PCR 증폭 기술로서, 대류 중합효소 연쇄 반응 (CPCR, 이하 대류 PCR이라 칭함)은 반응 튜브 (대류 PCR 튜브)의 두 단부에서 안정된 온도 구배(gradient)를 확립하기 위해 하나 또는 두 가지의 일정한 반응 온도에 의존한다. 열유체역학의 원리에 기초하여, 반응 튜브에서 주기적인 운동 유동장이 생성되어, 증폭 샘플이 시험 튜브의 다른 온도에서 두 단부 사이를 왕복 운동하여, PCR 증폭에 필요한 온도 조건을 얻는다.

선행 기술에서, 핵산 추출은 종종 수동 또는 반-자동기구에 의해 수행되고, 상기 핵산 추출 단계 및 핵산 증폭 단계는 서로 분리된다. 따라서, 종래의 핵산 분석 시스템 및 방법은 비효율적이다.
예시적인 문헌은 마이크로 유체의 대류성 PCR에 기초한 H1N1의 도구 없는 현장 진단 분자 진단(2016.12.12. 공개)을 개시한다.

본 출원은 대류 PCR 증폭 탐지 시스템 및 대류 PCR 증폭 탐지 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 종래의 핵산 분석 시스템 및 방법의 비교적 낮은 효율 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 출원의 제 1 양상은 대류 PCR 증폭 탐지 시스템을 제공하며, 상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템은: 저장 구조물, 대류 PCR 튜브, FTA 막 및 폐기 액체 수용 구조물을 포함하고, 상기 저장 구조물은 저장 공동을 가지며, 상기 폐기 액체 수용 구조물은 폐기 액체 공동을 가지며, 상기 대류 PCR 튜브의 제 1 단부는 상기 저장 공동과 연결되고, 대류 PCR 튜브의 제 2 단부는 폐기 액체 공동과 연결되고, 상기 FTA 막은 대류 PCR 튜브의 제 1 단부로부터 대류 PCR 튜브의 제 2 단부로 유동하는 용액을 여과하기 위해 대류 PCR 튜브 내에 배치되며 상기 용액 내의 핵산을 상기 FTA 막의 표면 상에 흡착시킬 수 있는, 미세 유체 칩; 저장 공동 내의 용액을 대류 PCR 튜브로 진입하게 하고 FTA 막을 통하여 상기 용액을 폐기 액체 공동에 진입하게 하는, 유동 제어 모듈; 대류 PCR 튜브에서 반응물질을 가열하기 위한, 가열 모듈; 및 대류 PCR 튜브 내의 반응물질에 대해 형광 탐지 수행을 위한, 광학 탐지 모듈을 포함한다.

또한, 상기 유동 제어 모듈은 회전체를 포함하고, 상기 회전체는 대류 PCR 튜브를 중심 축을 중심으로 회전시키게 구동하도록 구성되고, 저장 구조물, 대류 PCR 튜브의 제 1 단부, 대류 PCR 튜브의 제 2 단부 및 폐기 액체 수용 구조물은 중심 축 근처의 위치로부터 다른 중심 축으로부터 먼 위치까지 순차적으로 배치된다.

또한, 상기 미세 유체 칩은 복수의 미세공을 갖는 지지 막의 하나의 층 또는 적어도 두 개의 층을 포함하고, 상기 지지 막은 FTA 막 및 폐기 액체 공동 사이에 배치되고, 상기 지지 막은 FTA 막과 접촉된다.

또한, 상기 미세 유체 칩은 상기 가열 모듈의 열을 상기 대류 PCR 튜브에 유입 시키기 위한 열전도 홈 구조를 포함하며, 상기 열전도 홈 구조는 열전도 홈을 포함하고, FTA 막이 제공된 대류 PCR 튜브의 적어도 일부분이 열전도 홈 내에 위치된다.

또한, 상기 미세 유체 칩은 미세 다공성 연결 부재를 포함하고, 상기 미세 다공성 연결 부재는 상기 열 전도 홈 구조와 상기 폐기 액체 수용 구조물 사이에 배치되며, 상기 미세 다공성 연결 부재는 대류 PCR 튜브의 제 2 단부 및 폐기 액체 공동과 연결된 미세공을 포함한다.

또한, 상기 저장 구조는 저장 공동 입구를 포함하고, 상기 미세 유체 칩은 소프트 플러그(soft plug)를 포함하고, 상기 소프트 플러그는 저장 공동 입구를 밀봉하도록 저장 공동 입구와 일치한다.

또한, 상기 유동 제어 모듈은 원심 모듈을 포함하며, 상기 원심 모듈은 상기 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 배치된 회전체를 포함하며, 상기 미세 유체 칩은 상기 회전체와 연결되고, 상기 회전체는 원심력에 의해 FTA 막에 의해 여과된 후에 저장 구조물 내의 용액이 대류 PCR 튜브로 들어가고 용액이 폐기 액체 공동에 들어가게 하도록 미세 유체 칩을 회전시키도록 구성된다.

또한, 미세 유체 칩과 중심 축 사이의 거리는 조절 가능하다.

또한, 상기 회전체는 회전 디스크 및 칩 고정 부재를 포함하고, 상기 회전 디스크는 상기 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 배치되고, 상기 칩 고정 부재는 상기 회전 디스크에 고정적으로 연결되며, 상기 칩 고정 부재에는 상기 미세 유체 칩이 고정적으로 배치된다.

또한, 회전 디스크 및 칩 고정 부재의 고정 연결 위치는 변경 가능하다.

또한, 상기 원심 모듈은 위치결정 제어 요소를 포함하고, 상기 위치결정 제어 요소는 상기 대류 PCR 튜브를 수직 상태로 되게 하도록 구성된다.

또한, 상기 원심 모듈은 회전 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 회전 구동 메커니즘은 상기 회전체와 구동 가능하게 연결되어 상기 회전체를 회전하도록 구동한다.

또한, 회전 구동 메커니즘의 회전 속도는 조절 가능하다.

또한, 원심 분리 모듈은 위치결정 제어 요소를 포함하고, 상기 위치결정 제어 요소는 대류 PCR 튜브를 수직 상태로 되도록 구성되고, 위치결정 제어 요소는 광전 스위치 센서를 포함하고, 상기 광전 스위치 센서는 회전 구동 메커니즘과 결합되고 회전 구동 메커니즘의 회전 각도를 변화시킴으로써 대류 PCR 튜브를 수직 상태로 되게 하여 사용된다.

또한, 가열 모듈은 히터 및 히터의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 센서를 포함한다.

또한, 상기 가열 모듈은 히터를 포함하고, 히터는 가열 위치와 비-가열 위치 사이를 전환하도록 미세 유체 칩에 대해 이동 가능하고, 가열 위치에서 히터는 미세 유체 칩과 접촉하여 미세 유체 칩을 가열하고, 비-가열 위치에서 히터는 가열 위치에 대해 미세 유체 칩으로부터 멀어지게 된다.

또한, 가열 모듈은 선형 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 선형 구동 메커니즘은 히터와 구동 가능하게 연결되어 히터를 구동하여 가열 위치와 비-가열 위치 사이에서 전환한다.

또한, 광학 탐지 모듈은 여기(excitation) 광원을 포함하고, 상기 여기 광원은 여기 위치와 비-여기(non-excitation) 위치 사이를 전환하기 위해 미세 유체 칩에 대해 이동 가능하고, 상기 여기 위치에서, 상기 여기 광원은 대류 PCR 튜브와 함께 동심이며, 비-여기 위치에서, 여기 광원의 중심선과 대류 PCR 튜브의 중심선 사이에 간격이 존재한다.

또한, 상기 광학 탐지 모듈은 여기 광원을 포함하고, 상기 여기 광원은 여기 위치 및 비-여기 위치 사이를 전환하기 위해 상기 미세 유체 칩에 대해 이동 가능하며, 여기 위치에서, 여기 광원은 대류 PCR 튜브와 동심이며, 비-여기 위치에서, 여기 광원의 중심선과 대류 PCR 튜브의 중심선 사이에 간격이 존재하며, 여기 광원 및 히터는 서로에 대해 고정적으로 배치된다.

또한, 상기 유동 제어 모듈은 폐기 액체 공동에 연결된 흡입 장치를 포함하며, 상기 흡입 장치는 폐기 액체 공동 내에 진공을 형성하도록 구성되어 저장 공동 내의 용액이 대류 PCR 튜브로 들어가게 하고, 용액이 압력 차 하에서 FTA 막에 의해 여과된 후 폐기 액체 공동으로 들어가게 한다.

본 출원의 제 2 양상은 본 출원의 제 1 양상 중 어느 하나의 대류 PCR 증폭 탐지 시스템을 이용하는 대류 PCR 증폭 탐지 방법을 제공하며, 상기 방법은: 여과 단계에서 핵산을 함유하는 샘플 용액이 저장 구조물의 저장 공동 내로 첨가되어 저장 공동 내의 샘플 용액이 대류 PCR 튜브로 흐를 수 있게 하고, 여과 후 FTA 막에 의해, 상기 핵산이 FTA 막의 표면 상에 흡착되고, 샘플 용액 내의 다른 물질이 폐기 액체 공동 내로 유입되는, 여과 단계를 포함하는 추출 단계; 추출 단계 후, 대류 PCR 튜브 및 가열 모듈을 사용하여 FTA 막 표면에 흡착된 상기 핵산을 증폭시키는, 증폭 단계; 및 광학 탐지 모듈은 대류 PCR 튜브 내의 증폭 생성물에 대한 형광 탐지를 수행하는데 이용되는, 탐지 단계를 포함한다.

또한, 탐지 단계에서, 상기 광학 탐지 모듈은 증폭 단계가 진행되는 동안 대류 PCR 튜브 내의 증폭 생성물에 대해 형광 탐지를 수행하는데 이용된다.

또한, 상기 증폭 단계는: 대류 PCR 튜브를 수직 상태로 회전시키는 단계; 상기 대류 PCR 튜브 내에 증폭 시약을 주입하는 단계; 및 상기 대류 PCR 튜브 내의 반응물질을 가열하기 위해 상기 가열 모듈을 이용하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 추출 단계는 정제 단계를 포함하며, 여과 단계 후, 정제 용액을 저장 공동에 첨가하여 저장 공동 내의 정제 용액이 대류 PCR 튜브 내로 흐를 수 있게 하고, 정제 용액은 FTA 막의 표면 상에 흡착된 핵산을 정제한 후에 FTA 막을 통하여 폐기 액체 공동 내로 유동한다.

또한, 상기 추출 단계는 세척 단계를 포함하며, 정제 단계 후에, 세척 용액이 저장 공동 내로 첨가되어 저장 공동 내의 세척 용액이 대류 PCR 튜브 내로 흐를 수 있게 하고, 상기 세척 용액은 FTA 막의 표면 상에 흡착된 핵산을 세척한 후에 FTA 막을 통하여 폐기 액체 공동 내로 유동한다.

본 출원에 의해 제공된 PCR 증폭 탐지 시스템 및 방법에 따르면, 추출된 핵산을 함유하는 샘플 용액으로 핵산 추출이 수행되면, 상기 샘플 용액은 유동 제어 장치를 통해 FTA 막(23)에 의해 여과되고 (예를 들어, 회전체를 사용함으로써 대류 PCR 튜브(22)를 회전시키도록 구동함), 그 다음 상기 핵산이 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착되고, 샘플 용액 내의 다른 반응물질은 핵산 추출을 달성하기 위해, FTA 막(23)을 통하여 폐기 액체 공동에 들어간다. 대류 PCR 튜브(22) 내의 증폭 용액이 증폭되면, 대류 PCR 튜브(22) 내의 증폭 용액 및 FTA 막이 가열 모듈에 의해 가열되어 증폭 용액 및 FTA 막이 필요한 온도를 얻도록 가능하게 한다. 증폭에서, 상기 광학 탐지 모듈은 대류 PCR 튜브 내에서 증폭 생성물에 대한 형광 탐지를 수행하는데 이용된다. 본 출원의 상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템은 핵산 자동 추출 및 핵산 증폭 탐지의 통합을 달성하고 통합 및 자동화된 핵산 분석 미세 유체 칩을 제공한다. 상기 미세 유체 칩은 핵산 추출 공정의 자동화를 달성하고 핵산 추출 효율을 향상시키는 핵산 자동 추출 칩이며; 상기 미세 유체 칩은 또한 핵산 증폭 및 탐지 칩이다. 상기 미세 유체 칩의 통합 미세 유체 네트워크 구조 덕분에, 핵산 분석의 자동화 및 통합이 이루어졌으며, 핵산 분석 효율을 개선하기 위한 합리적인 기술 플랫폼이 제공되며 핵산 분석의 전반적인 수준이 개선된다. 또한, 상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템은 핵산 증폭 및 탐지 시간을 상당히 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수동 조작 단계를 줄일 수 있고 핵산 분석의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본원에 기재되어 있음.

도 1은 본 출원의 실시 예의 대류 PCR 증폭 탐지 시스템의 구조적 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 대류 PCR 증폭 탐지 시스템에서의 미세 유체 칩의 구조적 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 대류 PCR 증폭 탐지 시스템에서의 미세 유체 칩의 대류 PCR 튜브, FTA 막 및 지지 막의 연결 구조물의 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 대류 PCR 증폭 탐지 시스템에서의 원심 모듈의 구조적 개략도이다.
도 5는 도 1에 도시된 대류 PCR 증폭 탐지 시스템에서의 원심 모듈 및 미세 유체 칩의 연결 구조물의 개략도이다.
도 6은 도 1에 도시된 대류 PCR 증폭 탐지 시스템에서의 광학 탐지 모듈의 가열 모듈 및 여기 모듈의 연결 구조물의 개략도이다.
도 7은 도 1에 도시된 대류 PCR 증폭 탐지 시스템에서의 가열 모듈의 구조적 개략도이다.
도 8은 도 1에 도시된 대류 PCR 증폭 탐지 시스템에서의 광학 탐지 모듈의 수용 모듈의 구조적 개략도이다.

본 출원의 실시 예에서의 기술적 방식은 본 출원의 다양한 첨부 도면과 함께 명확하고 완전하게 설명된다. 분명히, 설명된 실시 예는 모든 실시 예가 아니라 본 출원의 실시 예의 일부일 뿐이다. 하나의 예시적인 실시 예에 대한 다음의 설명은 단지 설명적인 것이며, 그 응용 및 그 사용을 제한하려는 것이 아니다. 본 출원의 실시 예에 기초하여, 창조적 노동없이 통상의 당업자에 의해 획득된 다른 모든 실시 예는 여전히 청구된 출원의 범위 내에 있다.

이 실시 예에서 제시된 부분 및 단계의 상대적인 배열, 수치 표현 및 수치는 달리 명시되지 않는 한, 적용 범위를 제한하려는 것이 아니다. 그 사이에, 설명의 편의를 위해, 도면에 도시된 다양한 파트의 치수는 실제 축척 관계로 그려져 있지 않다는 것을 이해해야 한다. 관련 기술 분야의 통상의 당업자에게 공지된 기술, 방법 및 장비는 상세하게 논의되지 않을 수 있지만, 적절한 경우, 기술, 방법 및 장비는 공인된 사양의 일부로서 고려되어야 한다. 본원에 도시되고 논의된 모든 예에서, 임의의 특정 값은 제한적인 것이 아니라 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 예시적인 실시 예들의 다른 예는 다른 값을 가질 수 있다. 유사한 도면 부호 및 문자는 다음 도면에서 유사한 아이템을 나타내므로, 아이템이 하나의 도면에서 정의되면, 후속 도면에서 추가로 논의될 필요가 없음에 유의해야 한다.

본 출원의 설명에서, 파트를 정의하기 위해 "제 1", "제 2" 등과 같은 용어의 사용은 단지 대응하는 파트의 구별을 용이하게 하기 위한 목적임을 이해해야 한다. 달리 명시되지 않는 한 위의 단어는 특별한 의미가 없다. 그러므로, 이 단어는 본 출원의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 출원의 설명에서, "전면, 후면, 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽", "횡 방향, 길이 방향, 수직, 수평" 및 "상단, 하단" 등과 같은 배향 단어에 의해 지시된 방향 또는 위치 관계가 일반적으로 도면에 기초하여 도시된 방향 또는 위치 관계인 것을 이해해야 한다. 상기 배향 단어는 단지 본 출원의 설명의 편의 및 설명의 단순화를 위한 것일 뿐이다. 반대로 표시되지 않는 한, 상기 배향 단어는 표시된 장치 또는 요소가 특정 배향을 갖거나 특정 배향으로 구성 및 작동되어야 함을 나타내기 위한 것이 아니며 암시한다. 따라서, 상기 배향 단어는 본 출원의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며; 상기 배향 단어 "내부 및 외부"는 각각 파트의 프로파일과 관련하여 내부 및 외부를 지칭한다.

도 1-8은 본 출원의 실시 예의 대류 PCR 증폭 탐지 시스템을 도시한다.

상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템은 주로 미세 유체 칩, 유동 제어 모듈, 가열 모듈 및 광학 탐지 모듈을 포함한다. 상기 미세 유체 칩은 주로 저장 구조물(21), 대류 PCR 튜브(22), FTA 막(23), 및 폐기 액체 수용 구조물(27)을 포함한다. 저장 구조물(21)은 저장 공동을 갖는다. 폐기 액체 수용 구조물(27)은 폐기 액체 공동을 갖는다. 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부는 저장 공동과 연결되고, 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부는 폐기 액체 공동과 연결된다. FTA 막(23)은 대류 PCR 튜브(22)에 배치되어 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부에서 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부로 흐르는 샘플 용액을 여과하고 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착되는 용액 내에 핵산을 가능하게 한다. 상기 유동 제어 모듈은 저장 공동 내의 용액이 대류 PCR 튜브(22)로 들어가고 FTA 막(23)에 의해 여과된 후 상기 용액이 폐기 액체 공동으로 들어가도록 한다. 상기 가열 모듈은 대류 PCR 튜브(22)에서 반응 물질을 가열하도록 구성된다. 상기 광학 탐지 모듈은 대류 PCR 튜브(22)에서 반응 물질에 대해 형광 탐지를 수행하도록 구성된다.

본 출원의 실시 예에서, 상기 핵산을 함유하는 샘플 용액이 추출될 때, 상기 샘플 용액은 유동 제어 장치를 통해 (예를 들어, 회전체를 사용함으로써 대류 PCR 튜브(22)를 회전하도록 구동 시키는 것) FTA 막(23)에 의해 여과되며, 그 다음 상기 핵산은 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착되고, 샘플 용액 내의 다른 물질은 핵산 추출을 달성하기 위해 FTA 막(23)을 통해 폐기 액체 공동으로 진입한다. 대류 PCR 튜브(22) 내의 증폭 용액이 증폭될 때, 대류 PCR 튜브(22) 및 FTA 막 내의 상기 증폭 용액은 가열 모듈에 의해 가열되어 증폭 용액 및 FTA 막이 요구되는 온도를 달성할 수 있게 한다. 증폭 시에, 상기 광학 탐지 모듈은 대류 PCR 튜브(22)에서 증폭 생성물에 대한 형광 탐지를 수행하는데 이용된다.

상기 설명으로부터, 본 출원의 실시 예의 대류 PCR 증폭 탐지 시스템은 핵산 자동 추출 및 핵산 증폭 탐지의 통합을 수행하고 통합된 및 자동화된 핵산 분석 미세 유체 칩을 구성하는 것으로 알 수 있게 된다. 상기 미세 유체 칩은 핵산 추출 공정의 자동화를 수행하고 핵산 추출 효율을 향상시키는 핵산 자동 추출 칩이며; 상기 미세 유체 칩은 또한 핵산 증폭 및 탐지 칩이다. 상기 미세 유체 칩의 통합된 미세 유체 네트워크 구조로 인해, 핵산 분석의 자동화 및 통합이 실현되고, 핵산 분석 효율을 개선하기 위한 합리적인 기술 플랫폼이 제공되며 핵산 분석의 전체 수준이 개선된다. 또한, 상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템은 핵산 증폭 및 탐지 시간을 크게 단축시킬 뿐만 아니라, 수동 조작 단계를 감소시키고 핵산 분석의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 출원의 실시 예에서, 고체-단계 캐리어 및 대류 PCR 증폭 탐지 기술에 기초한 핵산 추출 방법은 상호 결합되어 두 가지의 특성 및 이점을 완전히 실현시키며, 이로써 통합된 핵산 추출 및 증폭 탐지 시스템의 복잡성을 단순화할 뿐만 아니라, 핵산 분석 시간을 감소시키고, 핵산 분석 효율을 개선하고 현장의 빠른 환경에서 질병 진단을 위한 견고한 기초를 놓는다.

실시 예에서, 상기 유동 제어 모듈은 원심 모듈이고, 상기 원심 모듈은 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 배치된 회전체를 포함한다. 상기 미세 유체 칩은 회전체와 연결되고, 상기 회전체는 미세 유체 칩을 회전하도록 구성되어, 저장 구조물(21) 내의 용액이 대류 PCR 튜브(22)로 들어가도록 하고 원심력 하에서 FTA 막(23)에 의해 여과된 후에 상기 용액이 폐기 액체 공동으로 들어갈 수 있도록 한다.

본 명세서에 도시되지 않은 실시 예에서, 상기 유동 제어 모듈은 폐기 액체 공동과 연결된 흡입 장치를 포함할 수 있고, 상기 흡입 장치는 폐기 액체 공동 내의 압력을 감소시키도록 구성되어 저장 구조물 내의 용액이 대류 PCR 튜브로 진입 되도록 하고 압력 차 하에서 FTA 막에 의해 여과된 후 용액이 폐기 액체 공동으로 유입될 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 흡입 장치는 진공 펌프, 주사기 등일 수 있다.

본 명세서에 도시되지 않은 다른 실시 예에서, 유동 제어 모듈은 저장 공동과 연결된 부스팅 장치를 또한 포함할 수 있으며, 상기 부스팅 장치는 저장 공동 내의 압력을 증가시키도록 구성되어 저장 공동 내의 용액이 대류 PCR 튜브(22)로 들어가게 하고 압력 차 하에서 FTA 막(23)에 의해 여과된 후 용액이 폐기 액체 공동으로 들어가도록 한다. 예를 들어, 상기 부스팅 장치는 부스팅 펌프 등일 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서, 상기 미세 유체 칩은 구체적으로 소프트 플러그(20), 저장 구조물(21), 대류 PCR 튜브(22), FTA 막(23), 미세 다공성 연결 부재(24), 열전도 홈 구조(25), 칩 매칭 부재(26), 폐기 액체 수용 구조물(27) 및 지지 막(28)을 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 저장 구조물(21), 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부, 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부 및 폐기 액체 수용 구조물(27)은 회전체의 중심 축 근처의 위치로부터 중심 축으로부터 멀어지는 위치까지 순차적으로 배치되며, 상기 배치는 전도성으로 원심 모듈의 회전체가 미세 유체 칩을 회전 구동할 때 샘플 용액이 최단 유동 경로에서 순서대로 흐를 수 있도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 저장 구조물(21)은 대류 PCR 튜브(22)의 상단에 위치된다. 저장 구조물(21)은 저장 공동 입구 및 저장 공동 출구를 포함한다. 상기 저장 공동 입구 및 저장 공동 출구 모두는 저장 공동과 연결된다. 상기 저장 챔버 입구는 샘플 용액, 정제 용액, 세척 용액 및 다른 용액 또는 액체를 저장 공동 내로 주입하도록 구성된다. 상기 저장 공동 출구는 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부와 연결되어 다양한 단계에 의해 요구되는 반응 시약을 대류 PCR 튜브(22)에 제공한다.

소프트 플러그(20)는 저장 공동 입구를 밀봉하도록 저장 공동 입구와 일치하도록 구성된다. 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 예의 저장 공동 입구는 저장 구조물(21)의 상단에 위치하고, 소프트 플러그(20)는 저장 구조물(21)의 상단에 고정된다. 소프트 플러그(20)는 원심 작동 중에 반응 시약의 튀김을 방지할 수 있다.

FTA 막(23)은 대류 PCR 튜브(22)의 하부, 즉 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부 근처에 통합된다. 용해되거나 용해되지 않은 샘플 용액은 원심력 하에서 대류 PCR 튜브(22)의 마이크로 채널(microchannel)을 통해 유동하고 FTA 막(23)에 의해 여과되며, 상기 핵산은 FTA 막(23)에 의해 포획된다. 고체 상태로 보존된 용해 시약을 갖는 FTA 막(23)은 샘플 용해 (또는 샘플 용해를 외부에서 사전-완료하도록 선택) 및 핵산 흡착을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 대류 PCR 증폭 반응에 직접 참여하여 대류 PCR 증폭 반응을 위한 증폭 템플릿을 제공하여, 핵산 추출 및 핵산 증폭의 통합을 수행한다.

FTA 막(23)과 폐기 액체 공동 사이에 복수의 미세 기공을 갖는 지지 막(28)이 배열되고, 지지 막(28)은 FTA 막(23)과 접촉된다. 도 3에 도시된 바와 같이, FTA 막(23) 및 지지 막(28)은 대류 PCR 튜브(22)의 바닥에 단단히 고정된다. 여기에서, 지지 막(28)의 미세 기공은 샘플 용액 (핵산은 FTA 막(23)에 의해 흡착된 것) 뿐만 아니라 정제 용액 및 세척 용액에서의 핵산 이외의 반응 물질이 대류 PCR 증폭 탐지 시스템의 작업 상에 악영향없이 통과할 수 있도록 요구된다.

지지 막(28)은 FTA 막(23)을 지지할 수 있도록, FTA 막(23)과 접촉된다. 또한, 지지 막(28)이 FTA 막(23)의 바닥에 배치된 후에, 지지 막(28)은 증폭 시약이 폐기 액체 공동으로 들어가는 것을 방지하기 위해 FTA 막(23)과 협력할 수 있다. 이 실시 예에서, 상기 폐기 액체 공동은 대기와 연결되지 않으며, FTA 막(23)의 상부 파트에서 대류 PCR 튜브(22)의 내경이 더 작다. 따라서, 대류 PCR 튜브(22)의 표면 장력, 폐기 액체 공동의 배압 및 FTA 막 및 지지 막(28)의 저항력의 조합 작용 하에서, 상기 증폭 시약이 대류 PCR 증폭 반응 중에 폐기 액체 공동으로 들어가는 것을 방지할 수 있다.

상기 지지 막의 예로서, 상기 지지 막은 상기 요건을 충족시키는 미세 기공의 기공 직경을 갖는 다공성 막일 수 있다. 여기서, 상기 다공성 막은 제곱 센티미터 당 일천만 내지 일억 기공들을 포함하는 분리 막이며, 여기서 다공성은 총 체적의 70%-80%이고, 기공 직경은 균일하고, 상기 기공 직경 범위는 0.02-20μm이다. 상기 지지 막의 다른 예로서, 상기 지지 막은 섬유 재료로 만들어질 수도 있다.

열전도 홈 구조(25)는 가열 모듈의 열을 대류 PCR 튜브(22)로 도입하도록 구성된다. FTA 막(23)이 제공된 대류 PCR 튜브(22)의 적어도 일부는 열전도 홈 구조(25) 내에 위치된다. 미세 다공성 연결 부재(24)는 열전도 홈 구조(25)와 폐기 액체 수용 구조물(27) 사이에 배치된다. 미세 다공성 연결 부재(24)는 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부 및 폐기 액체 공동과 연결된 미세 기공을 포함한다.

도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 열전도 홈 구조(25)는 상하를 통한 열전도 홈을 포함하고, 대류 PCR 튜브(22)는 열전도 홈의 내부 위로 단단히 맞춰진다. 미세 다공성 연결 부재(24)는 폐기 액체 수용 구조물(27)의 상부에 배치된 커버 플레이트 및 상기 커버 플레이트 상에 배치된 연결 튜브를 포함한다. 상기 연결 튜브는 열전도 홈의 내부 아래에 단단히 맞춰지고, 폐기 액체 수용 구조물(27)은 미세 다공성 연결 부재(24)의 커버 플레이트 아래에 위치되고 미세 다공성 연결 부재(24)와 함께 단단히 연결되며, 연결 튜브의 상단부는 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부를 갖는 맞대기 조인트(butt joint)에 있다. 상기 폐기 액체 공동은 핵산 추출 공정에서 생성된 폐기 액체를 모은다. 상기 커버 플레이트는 열전도 홈 구조(25) 아래에 위치하고, 연결 튜브의 하단부는 폐기 액체 공동과 연결된다. 열전도 홈 구조(25) 및 미세 다공성 연결 부재(24)는 칩 매칭 부재에 의해 함께 잠기게 된다.

이 실시 예에서, 열전도 홈 구조(25)는 대류 PCR 증폭 반응을 위한 에너지를 전달하기 위해 히터(11)의 열을 대류 PCR 튜브(22)로 전달할 뿐만 아니라, 미세 다공성 연결 부재(24) 및 대류 PCR 튜브(22)를 고정시킬 수 있다. 미세 다공성 연결 부재(24)는 열전도 홈 구조(25)를 폐기 액체 수용 구조물(27)과 단단히 연결하여, 이로써 또한 폐기 액체 수용 구조물(27)에 의한 가열 모듈의 열 흡수를 효과적으로 감소시킬 수 있다.

바람직하게는, 미세 유체 칩과 로터(rotor)의 중심 축 사이의 거리는 조절 가능하다. 이러한 설정은 미세 유체 칩의 각 파트에 의해 수용되는 원심력의 크기를 조절할 수 있으며, 이로써 샘플 용액 또는 정제 용액 등이 FTA 막(23)을 통과하는데 요구되는 시간을 제어할 수 있다.

상기 원심 모듈은 회전 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 회전 구동 메커니즘은 회전체를 회전 구동하도록 회전체와 구동적으로 연결된다. 바람직하게는, 회전 구동 메커니즘의 회전 속도는 조절 가능하다.

본 실시 예에서, 상기 회전 구동 메커니즘은 구체적으로 회전 모터(2)이다. 핵산 추출을 완료하기 위해 순차적으로 핵산 흡착, 정제 및 세척 단계를 완료하기 위해, 상기 반응 시약은 회전 디스크(3)를 회전 구동하는 회전 모터(2)에 의해 생성된 원심력 하에서 미세 유체 칩 내의 FTA 막(23)을 통과할 수 있다.

상기 원심 모듈은 위치결정 제어 요소를 포함하고, 상기 위치결정 제어 요소는 대류 PCR 튜브(22)가 수직 상태가 되도록 구성된다. 이 실시 예에서, 상기 위치결정 제어 요소는 광전 스위치 센서(6)를 포함한다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시 예에서, 상기 원심 모듈은 구체적으로 회전 모터(2), 회전 디스크(3), 회전 모터 고정 부재(4), 칩 고정 부재(5), 광전 스위치 센서(6), 광전 스위치 센서 고정 베이스(7) 및 회전 모터 고정 베이스(8)를 포함한다.

상기 회전체는 회전 디스크(3) 및 칩 고정 부재(5)를 포함한다. 회전 디스크(3)는 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 칩 고정 부재(5)는 회전 디스크(3)와 고정적으로 연결된다. 미세 유체 칩은 칩 고정 부재(5) 상에 고정적으로 배치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 회전 디스크(3)는 회전 모터 고정 부재(4)를 통해 회전 모터(2)의 회전 샤프트 상에 고정된다. 칩 고정 부재(5)는 회전 디스크(3) 상에 고정된다. 회전 모터(2)는 회전 모터 고정 베이스(8)를 통해 베이스 플레이트(1) 상에 장착된다. 상기 미세 유체 칩이 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부가 상부에 있고 제 2 단부가 하부에 있는 수직 위치에 있을 때, 칩 고정 부재(5)의 하부는 미세 유체 칩의 위치를 감지하기 위해 광전 스위치 센서(6)의 수용 홈에 위치된다. 광전 스위치 센서(6)는 광전 스위치 센서 고정 베이스(7)를 통해 베이스 플레이트(1) 상에 장착된다.

상기 원심력은 회전 디스크(3)를 회전 구동 시키는 회전 모터(2)에 의해 생성되어, 용해된 또는 용해되지 않은 시험 샘플 또는 정제를 위한 반응 시약이 저장 구조물(21)로부터 대류 PCR 튜브(22)의 마이크로 채널을 통해 흐를 수 있게 하며, 상기 원심력 하에서 핵산 템플릿의 포획 및 정제를 수행하기 위해 FTA 막(23)에 의해 여과될 수 있다.

미세 유체 칩의 원심력의 조정은 회전 모터(2)의 회전 속도를 조정함으로써 달성될 수 있고, 이로써 시험 샘플 또는 정제 시약이 FTA 막(23)을 통과하는데 요구되는 시간을 제어한다.

대류 PCR 튜브(22)가 수직 상태에 있게 하고 대류 PCR 증폭 반응 조건을 만족시킬 수 있게 하기 위해, 광전 스위치 센서(6)는 회전 디스크(3) 아래에 배치되고, 광전 스위치 센서(6)는 회전 모터(2)와 결합되고 회전 모터(2)의 회전 각도를 제어하여 회전 모터(2)의 위치결정 제어를 실현한다.

회전 디스크(3) 및 칩 고정 부재(5)의 고정된 연결 위치는 미세 유체 칩과 회전체의 중심 축 사이의 거리를 조정하도록 변경 가능하다. 따라서, 미세 유체 칩 상의 원심력의 조정이 수행된다.

상기 가열 모듈은 히터(11)를 포함하고, 히터(11)는 가열 위치와 비-가열 위치 사이에서 전환하기 위해 미세 유체 칩의 회전축에 대해 이동 가능하다. 가열 위치에서, 히터(11)는 미세 유체 칩과 접촉하여 미세 유체 칩을 가열하고, 비-가열 위치에서, 히터(11)는 가열 위치에 대해 미세 유체 칩으로부터 떨어져 있다.

가열 모듈은 선형 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 선형 구동 메커니즘은 가열 위치와 비-가열 위치 사이를 전환하도록 히터를 구동하기 위해 히터(11)와 구동 가능하게 연결된다.

바람직하게는, 상기 선형 구동 메커니즘은 선형 모터(9)이다. 선형 모터(9)가 구동되고, 히터(11)가 미세 유체 칩의 바닥에서 열전도 홈 구조(25)에 접촉하고, 가열 모듈이 시작되어, 히터(11)에 의해 생성된 열은 대류 PCR 증폭 반응을 위한 에너지를 제공하기 위해 열전도 홈 구조(25)를 통해 대류 PCR 튜브(22)로 전달될 수 있다.

또한, 가열 모듈은 히터(11)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 요소(13)를 포함할 수 있다.

도 1, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시 예에서, 가열 모듈은 구체적으로 선형 모터(9), 차단 피스(10), 히터(11), 제 1 가열 고정 부재(12), 온도 측정 요소(13), 제 2 가열 고정 부재(14) 및 선형 모터 고정 베이스(15)를 포함한다.

히터(11)는 차단 피스(10)와 제 1 가열 고정 부재(12) 사이에 단단히 맞춰진다. 제 1 가열 고정 부재(12)는 높은 열용량을 갖는 금속 재료로 만들어진다. 온도 측정 요소(13)는 온도 측정을 완료하기 위해 제 1 가열 고정 부재(12) 상에 장착된다. 히터(11), 제 1 가열 고정 부재(12) 및 차단 피스(10)는 제 2 가열 고정 부재(14) 상에 장착된다. 제 2 가열 고정 부재(14)는 낮은 열용량을 갖는 비-금속 재료로 만들어진다. 제 2 가열 고정 부재(14)는 선형 모터(9)의 회전 샤프트 상에 고정된다.

선형 모터(9)는 선형 모터 고정 베이스(15)를 통하여 베이스 플레이트(1) 상에 장착된다. 선형 모터(9)의 운동은 히터(11)가 미세 유체 칩의 열전도 홈 구조(25)에 근접할 수 있도록 제어되어, 이로써 히터(11)에 의한 미세 유체 칩의 접촉 가열을 실현한다. 온도 측정 요소(13)는 온도 탐지를 달성하기 위해 제 1 가열 고정 부재(12)의 중간에 깊이 묻힌다.

온도 측정 요소(13)는 예를 들어, 열 저항장치 또는 열전대(thermocouple) 등일 수 있고; 히터(11)는 예를 들어, 반도체 냉각장치 또는 가열 저항장치 필름 등일 수 있다.

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 광학 탐지 모듈은 여기 모듈 및 수용 모듈을 포함한다.

여기 모듈은 여기 광원을 포함하고, 상기 여기 광원은 여기 위치와 비-여기 위치 사이를 전환하기 위해 미세 유체 칩의 회전 축에 대해 이동 가능하다. 여기 위치에서, 여기 광원은 대류 PCR 튜브(22)와 동심이며, 비-여기 위치에서, 여기 광원의 중심선과 대류 PCR 튜브(22)의 중심선 사이에 간격이 존재한다.

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 여기 모듈은 구체적으로 LED 램프(16), 여기 필터(17), LED 램프 고정 베이스(18), 및 LED 램프 고정 지지부(19)를 포함한다. 이 실시 예에서, LED 램프(16)는 여기 광원으로서 기능한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 여기 광원 및 히터(11)는 서로에 대해 고정적으로 배치된다. 선형 모터(9)는 열전도 홈 구조(25)에 근접하도록 히터(11)를 구동 시키면서 광학 탐지 모듈의 여기 소스를 대류 PCR 튜브(22)의 상부에 위치하도록 구동할 수 있으며, 이에 의해 대류 PCR 증폭 반응에서 형광 탐지를 위한 여기 광을 제공한다.

구체적으로, LED 램프(16)는 LED 램프 고정 베이스(18) 상에 고정되고, LED 램프 고정 베이스(18)는 LED 램프 고정 지지부(19)를 통해 제 2 가열 고정 부재(14) 상에 장착된다. 여기 필터(17)는 LED 램프 고정 베이스(18)의 바닥에 위치된다. LED 램프(16)는 여기 필터(17)에 가깝고 그 상부 파트에 위치된다. LED 램프 고정 베이스(18)는 제 2 가열 고정 부재(14)에 장착된다. 여기 모듈의 LED 램프(16)는 선형 모터(9)를 통해 대류 PCR 튜브(22)의 상부에서 여기 위치로 이동하도록 구동되어서, 대류 PCR 증폭 반응에서 형광 탐지를 위한 여기 광을 개방 및 제공하도록 LED 램프(16)를 제어한다.

도 8을 참조하여, 이 실시 예에서, 수용 모듈은 형광 탐지기(29), 고무 가스킷(30) 및 수용 필터(31)를 포함한다. 수용 필터(31)는 고무 가스킷(30)에 의해 고정되고 형광 탐지기(29)의 카메라의 전방에 근접하다. 형광 탐지기(29)의 카메라는 대류 PCR 증폭 반응의 증폭 생성물에 대한 실시간 광학 탐지를 수행하기 위해 대류 PCR 튜브(22)의 중간 파트를 향하고 있다.

수용 필터(31)는 고무 가스킷(30)을 통해 광학 탐지 모듈에 고정되어 형광 신호에 대한 외부 광의 영향을 극복한다. 형광 탐지기(29)는 산업용 CCD, 스마트 휴대폰 카메라 또는 다른 유형의 카메라를 채택할 수 있으며, 또한 포토 다이오드(photodiode), 광전자 배증관(photomultiplier) 및 다른 광전 센서일 수 있다.

본 실시 예는 또한 상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템을 이용하여 대류 PCR 증폭 탐지를 수행하는 대류 PCR 증폭 탐지 방법을 제공한다. 상기 방법은: 여과 단계에서, 핵산을 함유하는 샘플 용액이 저장 구조물(21)의 저장 공동 내로 첨가되어 저장 공동 내의 샘플 용액이 대류 PCR 튜브(22)로 흐를 수 있게 하고, 여과 후 FTA 막(23)에 의해, 상기 핵산이 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착되고, 샘플 용액 내의 다른 물질이 폐기 액체 공동 내로 유동하는, 여과 단계를 포함하는 추출 단계; 추출 단계 후, 대류 PCR 튜브(22) 및 가열 모듈을 사용하여 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착된 상기 핵산을 증폭시키는, 증폭 단계; 및 상기 증폭 단계가 수행되는 동안 대류 PCR 튜브(22) 내의 증폭 생성물에 대한 형광 탐지를 수행하는데 광학 탐지 모듈을 이용하는, 탐지 단계를 포함한다.

대류 PCR 증폭 탐지 방법은 상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템과 동일한 이점을 갖는다.

바람직하게는, 증폭 단계는 대류 PCR 튜브(22)를 수직 상태로 회전시키는 단계; 대류 PCR 튜브(22)에 증폭 시약을 주입하는 단계; 및 대류 PCR 튜브(22)에서 반응물질을 가열하기 위해 가열 모듈을 이용하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 추출 단계는 정제 단계를 포함하며, 여과 단계 후, 정제 용액이 저장 구조물(21)의 저장 공동에 첨가되어 저장 공동 내의 정제 용액이 대류 PCR 튜브(22) 내로 흐를 수 있게 하고, 정제 용액은 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착된 핵산을 정제한 후에 FTA 막(23)을 통하여 폐기 액체 공동 내로 유동한다.

또한, 상기 추출 단계는 세척 단계를 포함하며, 정제 단계 후에, 세척 용액이 저장 구조물(21)의 저장 공동 내로 첨가되어 저장 공동 내의 세척 용액이 대류 PCR 튜브(22) 내로 흐를 수 있게 하고, 상기 세척 용액은 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착된 핵산을 세척한 후에 FTA 막(23)을 통하여 폐기 액체 공동 내로 유동한다.

이 실시 예에서, 저장 공동 내의 샘플 용액이 대류 PCR 튜브(22) 내로 유동할 수 있게 하고, 저장 공동 내의 정제 용액이 대류 PCR 튜브(22) 내로 유동할 수 있게 하고 저장 공동 내의 세척 용액이 대류 PCR 튜브(22) 내로 유동할 수 있게 하는 것은 미세 유체 칩을 회전 구동 시키기 위해 회전체를 회전시킴으로써 수행된다. 유동 장치가 폐기 액체 공동과 연결된 흡입 장치 및/또는 저장 공동과 연결된 부스팅 장치를 포함하는 실시 예의 경우, 미세 유체 칩을 회전 구동 시키기 위해 회전체를 회전시키는 단계는 흡입 장치에 의해 폐기 액체 공동 내의 압력을 감소 및/또는 부스팅 장치에 의해 저장 공동 내의 압력을 증가시키는 단계로 대체될 수 있다.

이 실시 예의 대류 PCR 증폭 탐지 방법은 아래에서 구체적으로 설명될 것이다.

추출 단계. 샘플 용액은 피펫팅 건(pipetting gun) 또는 자동 샘플 첨가 니들(needle)에 의해 저장 공동 입구를 통하여 저장 구조물(21)의 저장 공동에 첨가되고, 그 다음 저장 공동 입구는 소프트 플러그(20)에 의해 밀봉된다. 회전 모터(2)가 시작되고, 미세 유체 칩의 고속 회전이 회전 디스크(3)에 의해 구동되고, 저장 구조물(21)의 저장 공동 내의 샘플 용액은 원심력 하에서 대류 PCR 튜브(22)로 흐른 다음, FTA 막(23)을 통과하여 원심력 하에서 폐기 액체 공동으로 유동하여, 여과 단계를 완료하기 위해 샘플 용액 중의 핵산이 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착될 수 있게 한다. 정제 용액 및 세척 용액은 정제 단계 및 세척 단계를 완료하기 위해 동일한 방식으로 저장 구조물(21) 내로 순차적으로 주입되고; 핵산의 빠른 추출이 최종적으로 완료된다.

증폭 단계. 회전 디스크(3) 아래의 광전 스위치 센서(6)에 의해 미세 유체 칩은 수직 상태로 회전될 수 있다. 그 다음, 증폭 시약이 대류 PCR 튜브(22) 내에 주입된다. 선형 모터(9)는 가열 모듈의 히터(11)가 열전도 홈 구조(25)에 근접할 수 있도록 구동되며, 가열 모듈이 시작되며, 가열 온도가 95℃로 설정되고, LED 여기 모듈은 대류 PCR 증폭을 시작하기 위해 대류 PCR 튜브(22) 위에 동시에 위치된다.

탐지 단계. 증폭 단계 동안, 여기 위치의 여기 모듈은 대류 PCR 튜브(22)를 조명하기 위해 개방되며, 실시간 형광 탐지는 수용 모듈을 통한 대류 PCR 증폭 반응의 증폭 생성물에 대해 수행된다.

상기 조작을 통해, 상기 대류 PCR 증폭 탐지 시스템이 이용될 수 있어 빠른 핵산 추출, 핵산 증폭 및 탐지의 통합 조작을 수행한다.

본 실시 예에서의 단계들의 전부 또는 일부는 하드웨어에 의해 완료되거나 또는 프로그램을 통해 관련 하드웨어에 지시함으로써 완료될 수 있다. 상기 관련 프로그램은 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 저장 매체는 판독 전용 메모리, 자기 디스크 또는 광학 디스크 등일 수 있다.

상기 설명으로부터, 본 출원의 실시 예는 핵산 추출 기능을 통합한 대류 PCR 증폭 탐지 시스템 및 대류 PCR 증폭 탐지 방법을 제공한다는 것을 알 수 있다. 종래 기술과 비교하여, 본 출원의 상기 실시 예는 다음의 유리한 효과를 갖는다:

상기 FTA 막은 빠른 핵산 추출을 완료하고, 후속 대류 PCR 증폭 반응을 위한 템플릿을 제공하고, 핵산 추출 및 핵산 증폭의 통합 조작을 수행하기 위해 고체상으로 사용된다.

빠른 핵산 추출은 원심력을 이용하여 수행되어, 이로써 핵산 추출 효율 및 품질을 개선하고 후속 대류 PCR 증폭 반응을 위한 기초를 제공한다.

본 출원은 소량, 간단한 구조 및 작동, 높은 수준의 자동화, 통합 등의 이점을 가지며 장치의 복잡성 및 연구 비용을 줄인다.

마지막으로, 상기 실시 예는 단지 본 출원을 제한하기 보다는 본 출원의 기술적 체계를 설명하기 위해 사용된다는 점에 유의해야 한다. 본 출원은 바람직한 실시 예를 참조하여 상세하게 설명되지만, 당업자는 본 출원의 특정 실시 예가 여전히 변경될 수 있거나 또는 기술적 특징의 일부가 본 출원의 기술적 체계의 사상을 벗어나지 않고 동등하게 대체될 수 있음을 이해해야 하며, 그러한 수정 및 대체는 본 출원의 기술적 체계의 보호 범위 내에 있어야 한다.

21: 저장 구조물
22: 대류 PCR 튜브
23: FTA 막
24: 미세 다공성 연결 부재
25: 열 전도 홈 구조
27: 폐기 액체 수용 구조물
28: 지지 막

Claims

저장 구조물(21), 대류 PCR 튜브(22), FTA 막(23) 및 폐기 액체 수용 구조물(27)을 포함하는 미세 유체 칩;
저장 공동 내의 용액을 대류 PCR 튜브(22)로 진입하게 하고 FTA 막(23)을 통하여 상기 용액을 폐기 액체 공동에 진입하게 하는, 유동 제어 모듈;
대류 PCR 튜브(22)에서 반응물질을 가열하기 위한, 가열 모듈; 및
대류 PCR 튜브(22) 내의 반응물질에 대해 형광 탐지 수행을 위한, 광학 탐지 모듈;
을 포함하고,
저장 구조물(21)은 저장 공동을 가지며, 폐기 액체 수용 구조물(27)은 폐기 액체 공동을 가지며, 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부는 상기 저장 공동과 연결되고, 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부는 폐기 액체 공동과 연결되고, 상기 FTA 막(23)은 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부로부터 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부로 유동하는 용액을 여과하기 위해 대류 PCR 튜브(22) 내에 배치되며 상기 용액 내의 핵산을 상기 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착시킬 수 있는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 유동 제어 모듈은 회전체를 포함하고, 상기 회전체는 대류 PCR 튜브(22)를 중심 축을 중심으로 회전시키게 구동하도록 구성되고, 저장 구조물(21), 대류 PCR 튜브(22)의 제 1 단부, 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부 및 폐기 액체 수용 구조물(27)은 중심 축 근처의 위치로부터 중심 축으로부터 먼 다른 위치까지 순차적으로 배치되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 미세 유체 칩은 복수의 미세공을 갖는 지지 막(28)의 하나의 층 또는 적어도 두 개의 층을 포함하고, 상기 지지 막(28)은 FTA 막(23) 및 폐기 액체 공동 사이에 배치되고, 상기 지지 막(28)은 FTA 막(23)과 접촉되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 미세 유체 칩은 상기 가열 모듈의 열을 상기 대류 PCR 튜브(22)에 유입시키기 위한 열전도 홈 구조(25)를 포함하며, 열전도 홈 구조(25)는 열전도 홈을 포함하고, FTA 막(23)이 제공된 대류 PCR 튜브(22)의 적어도 일부분이 열전도 홈 내에 위치되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 미세 유체 칩은 미세 다공성 연결 부재(24)를 포함하고, 상기 미세 다공성 연결 부재(24)는 상기 열 전도 홈 구조(25)와 상기 폐기 액체 수용 구조물(27) 사이에 배치되며, 상기 미세 다공성 연결 부재(24)는 대류 PCR 튜브(22)의 제 2 단부 및 폐기 액체 공동과 연결된 미세공을 포함하는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 저장 구조물(21)은 저장 공동 입구를 포함하고, 상기 미세 유체 칩은 소프트 플러그(20)를 포함하고, 상기 소프트 플러그(20)는 저장 공동 입구를 밀봉하도록 저장 공동 입구와 일치하는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 유동 제어 모듈은 원심 모듈을 포함하며, 상기 원심 모듈은 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 배치된 회전체를 포함하며, 상기 미세 유체 칩은 상기 회전체와 연결되고, 상기 회전체는 원심력에 의해 FTA 막(23)에 의해 여과된 후에 저장 구조물(21) 내의 용액이 대류 PCR 튜브(22)로 들어가고 용액이 폐기 액체 공동에 들어가게 하도록 미세 유체 칩을 회전시키도록 구성되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 7 항에 있어서,
미세 유체 칩과 중심 축 사이의 거리는 조절 가능한,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 회전체는 회전 디스크(3) 및 칩 고정 부재(5)를 포함하고, 상기 회전 디스크(3)는 상기 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 배치되고, 상기 칩 고정 부재(5)는 상기 회전 디스크(3)에 고정적으로 연결되며, 상기 칩 고정 부재(5) 상에 상기 미세 유체 칩이 고정적으로 배치되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 9 항에 있어서,
회전 디스크(3) 및 칩 고정 부재(5)의 고정 연결 위치는 변경 가능한,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 원심 모듈은 위치결정 제어 요소를 포함하고, 상기 위치결정 제어 요소는 상기 대류 PCR 튜브(22)를 수직 상태로 되게 하도록 구성되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 원심 모듈은 회전 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 회전 구동 메커니즘은 상기 회전체와 구동 가능하게 연결되어 상기 회전체를 회전하도록 구동하는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 12 항에 있어서,
회전 구동 메커니즘의 회전 속도는 조절 가능한,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 12 항에 있어서,
원심 분리 모듈은 위치결정 제어 요소를 포함하고, 상기 위치결정 제어 요소는 대류 PCR 튜브(22)를 수직 상태로 되도록 구성되고, 위치결정 제어 요소는 광전 스위치 센서(6)를 포함하고, 상기 광전 스위치 센서(6)는 회전 구동 메커니즘과 결합되고 회전 구동 메커니즘의 회전 각도를 변화시킴으로써 대류 PCR 튜브(22)를 수직 상태로 되게 하여 구성되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
가열 모듈은 히터(11) 및 히터(11)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 요소를 포함하는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 가열 모듈은 히터(11)를 포함하고, 히터(11)는 가열 위치와 비-가열 위치 사이를 전환하도록 미세 유체 칩에 대해 이동 가능하고, 가열 위치에서 히터(11)는 미세 유체 칩과 접촉하여 미세 유체 칩을 가열하고, 비-가열 위치에서 히터(11)는 가열 위치에 대해 미세 유체 칩으로부터 멀어지게 되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 16 항에 있어서,
가열 모듈은 선형 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 선형 구동 메커니즘은 히터(11)와 구동 가능하게 연결되어 히터를 구동하여 가열 위치와 비-가열 위치 사이에서 전환하는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
광학 탐지 모듈은 여기 광원을 포함하고, 상기 여기 광원은 여기 위치와 비-여기 위치 사이를 전환하기 위해 미세 유체 칩에 대해 이동 가능하고, 상기 여기 위치에서, 상기 여기 광원은 대류 PCR 튜브(22)와 함께 동심이며, 비-여기 위치에서, 여기 광원의 중심선과 대류 PCR 튜브(22)의 중심선 사이에 간격이 존재하는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 16 항에 있어서,
상기 광학 탐지 모듈은 여기 광원을 포함하고, 상기 여기 광원은 여기 위치 및 비-여기 위치 사이를 전환하기 위해 상기 미세 유체 칩에 대해 이동 가능하며, 여기 위치에서, 여기 광원은 대류 PCR 튜브(22)와 동심이며, 비-여기 위치에서, 여기 광원의 중심선과 대류 PCR 튜브(22)의 중심선 사이에 간격이 존재하며, 여기 광원 및 히터(11)는 서로에 대해 고정적으로 배치되는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 유동 제어 모듈은 폐기 액체 공동에 연결된 흡입 장치를 포함하며, 상기 흡입 장치는 폐기 액체 공동 내에서 압력을 감소하도록 구성되어 저장 공동 내의 용액이 대류 PCR 튜브(22)로 들어가게 하고, 용액을 압력 차 하에서 FTA 막(23)에 의해 여과된 후 폐기 액체 공동으로 진입 가능하게 하며; 및/또는
상기 유동 제어 모듈은 저장 공동과 연결된 부스팅 장치를 포함하고, 상기 부스팅 장치는 저장 공동 내의 압력을 증가시키도록 구성되어 저장 공동 내의 용액이 대류 PCR 튜브(22)에 진입 가능하게 하고 상기 용액을 압력 차 하에서 FTA 막(23)에 의해 여과된 후에 폐기 액체 공동으로 진입 가능하게 하는,
대류 PCR 증폭 탐지 시스템.
제 1 항에 따른 대류 PCR 증폭 탐지 시스템을 이용하는 대류 PCR 증폭 탐지 방법에 있어서,
여과 단계에서, 핵산을 함유하는 샘플 용액이 저장 구조물(21)의 저장 공동 내로 첨가되어 저장 공동 내의 샘플 용액이 대류 PCR 튜브(22)로 흐를 수 있게 하고, 여과 후 FTA 막(23)에 의해, 상기 핵산이 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착되고, 샘플 용액 내의 다른 물질이 폐기 액체 공동 내로 유입되는, 여과 단계를 포함하는 추출 단계;
추출 단계 후, 대류 PCR 튜브(22) 및 가열 모듈을 사용하여 템플릿 같은 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착된 상기 핵산을 획득함으로써 증폭시키는, 증폭 단계; 및
대류 PCR 튜브(22) 내의 증폭 생성물에 대한 형광 탐지를 수행하는데 광학 탐지 모듈을 이용하는, 탐지 단계를 포함하는,
대류 PCR 증폭 탐지 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 탐지 단계에서, 증폭 단계가 진행되는 동안 대류 PCR 튜브(22) 내의 증폭 생성물에 대해 형광 탐지를 수행하는데 상기 광학 탐지 모듈을 이용하는,
대류 PCR 증폭 탐지 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 증폭 단계는
대류 PCR 튜브(22)를 수직 상태로 회전시키는 단계;
대류 PCR 튜브(22) 내에 증폭 시약을 주입하는 단계; 및
대류 PCR 튜브(22) 내의 반응물질을 가열하기 위해 상기 가열 모듈을 이용하는 단계를 포함하는,
대류 PCR 증폭 탐지 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 추출 단계는 정제 단계를 포함하며, 여과 단계 후, 정제 용액을 저장 공동에 첨가하여 저장 공동 내의 정제 용액이 대류 PCR 튜브(22) 내로 흐를 수 있게 하고, 정제 용액은 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착된 핵산을 정제한 후에 FTA 막(23)을 통하여 폐기 액체 공동 내로 유동하는,
대류 PCR 증폭 탐지 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 추출 단계는 세척 단계를 포함하며, 정제 단계 후에, 세척 용액이 저장 공동 내로 첨가되어 저장 공동 내의 세척 용액이 대류 PCR 튜브(22) 내로 흐를 수 있게 하고, 상기 세척 용액은 FTA 막(23)의 표면 상에 흡착된 핵산을 세척한 후에 FTA 막(23)을 통하여 폐기 액체 공동 내로 유동하는,
대류 PCR 증폭 탐지 방법.