KR102492974B1 - 전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 현상을 이용한 광 pcr 시스템 및 이를 이용한 타겟 핵산의 실시간 검출 - Google Patents

전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 현상을 이용한 광 pcr 시스템 및 이를 이용한 타겟 핵산의 실시간 검출 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 기반 광 PCR 웰을 구비하는 핵산 검출장치를 롤투롤 공정으로 제조하고, 제조된 장치를 이용하여 타겟 핵산을 실시간 검출하는 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명을 사용하면 시료에 존재하는 타겟 핵산(DNA, RNA)을 실시간으로 검출할 수 있으며, 본 발명의 핵산 검출장치는 롤투롤 공정을 통하여 단시간 내에 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하다.

Description

전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 현상을 이용한 광 PCR 시스템 및 이를 이용한 타겟 핵산의 실시간 검출{Photonic PCR system using surface plasmon resonance by conductive polymer and real-time detection of target nucleic acid using the same}
본 발명은 롤투롤 장치를 이용하여 손쉽게 제조 가능한, 전도성 고분자 극미세 구조제어를 통한 전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 현상을 이용한 광 PCR 플레이트 제조와 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 다목적 광 PCR 시스템에 관한 것이다.
전도성 고분자는 도핑 상태에 따라, 부도체, 반도체 및 도체의 성질을 나타낼 수 있으면서 쉽게 분산액을 제조할 수 있어, 원하는 극미세에서 미세 구조까지 다양한 패턴을 인쇄로 제조할 수 있는 장점이 있으면서 동시에 금속성을 구현할 수 있어 표면 플라즈모닉 현상을 구현하여 광-열 변환을 유도할 수 있는 장점이 있다.
한편, 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 살아있는 생물체를 이용하지 않으면서 DNA를 효소적으로 복제하기 위한 분자 생물학 기술이다. PCR은 의학과 생물학 연구소에서, 다양한 과제, 예를 들면, 유전 질환의 검출, 유전자 지문(genetic fingerprint)의 확인, 감염 질환의 진단, 유전자 클로닝(cloning), 친자 확인검사 및 DNA 컴퓨팅에 일상적으로 이용되고 있다.
PCR은 우수한 증폭(amplification)과 정밀성(precision capability)으로 인하여, 핵산 검출(nucleic acid detection)을 위한 선택 방법으로서 분자 생물학자들에 의해 인정받고 있다. 전형적으로 PCR 후 DNA 검출은 PCR 반응의 종점(end-point) 또는 고원기(plateau phase)에서 수행되기 때문에, 출발 주형(starting template)을 정량하기 어렵다.
실시간 PCR 또는 동적 PCR은 반응이 진행됨에 따라 앰플리콘 농도 (amplicon concentration)를 기록함으로써 종점 PCR 분석의 능력을 진전시킨다. 앰플리콘 농도는 증폭된 표적과 연관된 형광 신호 변화(fluorescent signal change)를 통하여 빈번하게 기록된다. 또한, 실시간 PCR은 폐쇄된 시스템(closed system) 내에서 DNA 검출이 수행될 수 있기 때문에 오염이 제한된다는 점에서 종점 검출(end-point detection) PCR 보다 유리하다.
대한민국 공개특허 제10-2019-0124134호
본 발명자들은 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환을 이용하여 핵산 증폭반응을 유도하는 전도성 고분자 기반 광 PCR 장치를 롤투롤(roll-to-roll) 장치로 제조하면서, 동시에 제조된 광 PCR 장치를 이용하여 타겟 핵산을 순차적으로 실시간 검출할 수 있는 다목적의 광 PCR 시스템을 개발함으로써, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 롤투롤 장치로 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 제조하면서, 제조된 광 PCR 플레이트를 사용하여 타겟 핵산을 실시간으로 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 빛 조사에 따른 미세구조를 지닌 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간을 구비하는 전도성 고분자 기반 광 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction) 플레이트를 제조하는 롤투롤(roll-to-roll) 장치; 상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 미세구조에 의한 광-열 변환 소자 및 이를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트에 핵산 증폭반응 유도를 위한 빛을 조사하는 광원(light source); 및 상기 반응 공간에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출하기 위한 광 검출기를 포함하고, 상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트는 롤투롤 장치에서부터 광원 방향으로 이송되고, 이송 과정에서 광원으로부터 반응 공간으로 빛이 조사되며, 상기 롤투롤 장치는, 전도성 고분자의 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 임프린팅 유닛; 및 상기 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션(lamination) 하는 라미네이팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 빛 조사에 따른 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간을 구비하는 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 롤투롤 장치를 이용하여 제조하는 단계; (b) 상기 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 광원으로 이송시키고, 반응 공간으로 빛을 조사하는 단계; 및 (c) 광 검출기로 상기 반응 공간에서의 핵산 증폭반응을 실시간 검출하는 단계를 포함하고, 상기 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 롤투롤 장치를 이용하여 제조하는 단계는, (a-1) 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 플라즈모닉 전도성 고분자 박막을 구비하는 반응 공간을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 단계; (a-2) 상기 반응 공간에 생물학적 시료 및 상기 생물학적 시료 내 타겟 핵산의 증폭반응을 위한 시약을 주입하는 단계; 및 (a-3) 상기 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션(lamination) 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 장치로 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 제조하면서, 제조된 광 PCR 플레이트를 사용하여 타겟 핵산을 실시간으로 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 기판은 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PES(Polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester), PS(Polystyrene), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEO(Polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS(Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY(Polypyrrole), PAN(Polyaniline), PA(Polyacetylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 기판은 반투명 또는 투명한 재질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 광원은 LED, 다이오드 레이저(diode lasers), 다이오드 레이저 어레이(diode laser array), 양자 웰(수직)-공동 레이저(quantum well(vertical)-cavity laser) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 광 검출기는 포토다이오드(photodiode) 또는 분광 광도계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된(hybridized) 형광 라벨 올리고뉴클레오티드 프로브(oligonucleotide probe)로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 프라이머 신장(primer extension) 산물로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 반응 공간에는 핵산 증폭반응을 위한, 시료 내 타겟 핵산에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머, 형광 다이, dNTP 분자 및 중합효소가 놓여질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 플라즈모닉 박막은 전도성 고분자(CP), QD(quantum dot), QP(quantum particle), CQ(carbon quantum dot), GQ(graphene quantum dot), GNP(gold nanoparticle), SNP(silica nanoparticle), MNP(magnetic nanoparticle), ANP(silver nanoparticle), SiO2, 금속 나노입자, 그래핀 나노입자 및 이들의 조합으로 제조된 나노입자 박막일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 롤투롤 장치에서 제조되어 나온 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트는 광원 방향으로 이송되며, 이송되는 과정에서 광원으로부터 반응 공간으로 빛이 조사됨에 따라 반응 공간에서 핵산 증폭반응이 유도되되, 상기 광 PCR 플레이트의 n번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 완료된 후에 n+1번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 순차적으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 전도성 고분자에서 구현되는 표면 플라즈모닉 기반 광 PCR 웰을 구비하는 핵산 검출장치를 롤투롤 공정으로 제조하고, 제조된 장치를 이용하여 타겟 핵산을 실시간 검출하는 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명을 사용하면 시료에 존재하는 타겟 핵산(DNA, RNA)을 실시간으로 검출할 수 있으며, 본 발명의 핵산 검출장치는 롤투롤 공정을 통하여 단시간 내에 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광 PCR 시스템에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 순차적으로 이루어지는 과정을 보여주며, 상단은 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 나타내며, 초록색 표시는 광 검출기에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 완료되었음을 나타내며, 빨간색 표시는 아직 검출과정이 진행되지 않은 상태임을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도면을 참조하여 설명할 때 동일 하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 기반 광 PCR 시스템(100)은 빛 조사에 따른 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간(S)을 구비하는 광 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction) 플레이트(10)를 제조하는 롤투롤 장치, 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)에 핵산 증폭반응 유도를 위한 빛을 조사하는 광원(20) 및 반응 공간(S)에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출하기 위한 광 검출기(30)를 포함한다.
상기 롤투롤 장치는 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 전도성 고분자 기반 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간(S)을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 임프린팅 유닛(11) 및 상기 반응 공간(S)의 상부를 필름으로 라미네이션 하는 라미네이팅 유닛(12)을 포함한다.
상기 롤투롤 장치는 롤(roll) 형태의 필름(film) 또는 웹(web)에 다양한 종류의 공정을 수행하는 장치로서, 롤 형태로 권취된 필름을 풀어주는 언와인더(unwinder), 필름에 인쇄 공정 등 다양한 공정을 수행하는 공정 유닛들, 필름을 다시 롤 형태로 감아주는 리와인더(rewinder)를 포함하며, 이들 사이에서 필름을 이송하기 위한 다양한 이송 유닛들을 구비할 수 있다.
상기 광 PCR 플레이트(10)의 기판의 재질은 크게 제한되지 않으며, 바이오센서, 바이오칩, 미세유체칩 등 생체분자의 검출을 위한 장치 제조에 통상적으로 사용되는 소재(예컨대, 플라스틱, 유리 등)를 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 기판은 외부에서 조사된 빛이 반응 공간(S) 내의 플라즈모닉 박막에 도달할 수 있도록 반투명 또는 투명한 소재(예컨대, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA))로 제조될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 광 PCR 플레이트(10)는 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PES(Polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester), PS(Polystyrene), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEO(Polyethylene oxide) 또는 이들을 조합을 기판의 소재로 사용하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 플라즈모닉 광-열 변환을 발생시키는 전도성 고분자 미세 구조는 PEDOT-PSS(Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY(Polypyrrole), PAN(Polyaniline), PA(Polyacetylene) 또는 이들의 조합을 사용하여 제조될 수 있다.
상기 반응 공간(S)은 플라즈모닉 광열 광-열 변환을 위한 플라즈모닉 박막을 구비하는 미세 우물(microwell) 형태의 플라즈모닉 웰(plasmonic well)로서, 시료 내에 존재하는 목적하는 생물학적 분자를 검출하기 위한 중합효소 연쇄반응(핵산 증폭반응)이 일어나는 공간이다. 상기 반응 공간(S)에 놓인 핵산 시료는 플라즈모닉 웰에 조사된 빛에 의한 플라즈모닉 현상을 통해 열이 발생하여, 91℃ 히팅)와 60℃ 쿨링)를 짧은 시간(<3분) 내에 30 사이클 수행하여 광 PCR을 통하여 핵산 증폭이 이루어질 수 있다.
빛이 조사되면 전도성 고분자의 폴라론(polaron)과 다이폴라론의 광열 변환(light-to-heat conversion)에 의하여 열이 발생하여 반응 공간(S)에 위치하는 핵산 및 PCR 시료 용액의 히팅과 쿨링이 빠른 사이클로 일어나게 되어 핵산 증폭반응이 신속하게 일어나게 된다. 이때 핵산 증폭을 위한 온도 조절은 광원(20)에 의한 빛의 조사를 조절하여 이루어질 수 있다.
상기 핵산 증폭반응을 위하여, 반응 공간(S)에는 시료 내 타겟 핵산에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머, 프로브, 형광 다이, dNTP 분자 및 중합효소 등의 PCR을 위한 시료 용액이 놓여질 수 있다.
상기 임프린팅 유닛(11)에서 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간(S)이 광 PCR 플레이트(10)의 기판에 형성된다. 상기 플라즈모닉 박막은 전도성 고분자(CP), QD(quantum dot), QP(quantum particle), CQ(carbon quantum dot), GQ(graphene quantum dot), GNP(gold nanoparticle), SNP(silica nanoparticle), MNP(magnetic nanoparticle), ANP(silver nanoparticle), SiO2, 금속 나노입자, 그래핀 나노입자 또는 이들의 조합을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 전도성 고분자, 금 또는 은 나노입자 기반 전도성 잉크를 R2R 그라비아 또는 옵셋을 이용하여 금속 미세 우물을 기판 상에 인쇄할 수 있다. 이때 전도성 고분자, 금 또는 은의 미세 우물은 직경이 수백 나노미터에서 수 마이크론까지, 그리고 깊이는 수 마이크론까지 인쇄할 수 있다.
상기 임프린팅 유닛(11)에 의하여 반응 공간(S)이 형성된 기판을 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션 하여 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)가 제조되고, 제조된 광 PCR 플레이트(10)는 광원(20) 방향으로 이송된다. 이후의 핵산 증폭 및 타겟 핵산의 검출을 위하여, 상기 라미네이션 과정 전 반응 공간(S)에 생물학적 시료 및 상기 생물학적 시료 내 타겟 핵산의 증폭반응을 위한 시약이 주입될 수 있다.
상기 광원(20)은 LED, 다이오드 레이저(Diode lasers), 다이오드 레이저 어레이(Diode laser array), 양자 웰(수직)-공동 레이저(Quantum well(vertical)-cavity laser) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 광원(20)의 방출 파장은 자외선(UV), 가시광선 또는 적외선(IR) 등 일 수 있다.
상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)는 롤투롤 장치에서 광원(20) 방향으로 이송되고, 광 PCR 플레이트(10)가 광원(20)을 지나가게 됨에 따라 반응 공간(S)으로 빛이 조사되고, 조사된 빛에 의한 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 따라 핵산 증폭반응이 일어난다. 이러한 핵산 증폭반응을 광 PCR 또는 포토닉 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction)이라고 한다.
상기 광 검출기(30)는 반응 공간(S)에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출한다. 광 검출기(30)는 반응 공간(S)에서 방출되는 광의 세기에 기반하여 방출된 광의 세기를 검출하고, 이를 전자 신호로 변환할 수 있다. 광 검출기(30)는 형광 신호를 실시간으로 검출하는 디지털 카메라, 포토다이오드(photodiode), 분광 광도계(spectrophotometer) 또는 유사한 촬상 장치로 구현될 수 있다.
일 특정예에서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 올리고뉴클레오티드 프로브로부터 방출된 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 다른 특정예에서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 프라이머 신장 산물로부터 방출된 광을 검출하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자 기반 광 PCR 시스템에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 순차적으로 이루어지는 과정을 보여주며, 상단은 광 PCR 플레이트를 나타내며, 초록색 표시는 광 검출기에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 완료되었음을 나타내며, 빨간색 표시는 아직 검출과정이 진행되지 않은 상태임을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 PCR 시스템(100)이 구동됨에 따라, 롤투롤 장치에서 제조되어 나온 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)의 n번째 열의 반응 공간(S)에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 완료된 후에 n+1번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 순차적으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 PCR 시스템은 핵산 증폭을 위한 PCR 시료 용액의 온도를 모니터링 하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 센서는 시료의 온도를 측정하는 플랫폼에 결합되거나 플랫폼을 향할 수 있다. 이러한 온도 센서는 플랫폼을 향하는 열전대(thermocouple) 또는 카메라(예를 들어, IR 카메라)와 같이 다수의 센서 타입을 포함할 수 있다.
상기 센서 및 광원은 센서 데이터의 획득 및 광원의 제어를 위한 컴퓨팅 장치(computing unit)에 결합할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨팅 장치는 프로세서 및 광원을 구동하기 위한(예를 들어, LED 타이밍, 강도/주입 전류 등을 제어하기 위한) 프로세서로 실행 가능한 어플리케이션 소프트웨어에 저장되는 메모리를 포함하여, 센서로부터 데이터를 획득하고 및/또는 핵산 및/또는 샘플 용액의 형광 신호의 디지털 카메라 실시간 검출과 같이 진단 장치로부터 데이터를 처리할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 별개의 컴퓨터 또는 장치를 포함할 수 있거나, 나머지 구성 요소들을 가지는 마이크로컨트롤러 모듈(Microcontroller module)에 통합될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 광 PCR 플레이트
11: 임프린팅 유닛
12: 라미네이팅 유닛
20: 광원
30: 광 검출기
S: 반응 공간
100: 전도성 고분자 기반 광 PCR 시스템

Claims (12)

  1. 빛 조사에 따른 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간을 구비하는 전도성 고분자 기반 광 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction) 플레이트를 제조하는 롤투롤(roll-to-roll) 장치;
    상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트에 핵산 증폭반응 유도를 위한 빛을 조사하는 광원(light source); 및
    상기 반응 공간에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출하기 위한 광 검출기를 포함하고,
    상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트는 롤투롤 장치에서부터 광원 방향으로 이송되고, 이송 과정에서 광원으로부터 반응 공간으로 빛이 조사됨에 따라 반응 공간에서 핵산 증폭반응이 유도되면서 n번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 완료된 후에 n+1번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 순차적으로 이루어지며,
    상기 롤투롤 장치는, 전도성 고분자의 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 임프린팅 유닛; 및
    상기 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션(lamination) 하는 라미네이팅 유닛을 포함하고,
    상기 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조와 핵산의 검출은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템.
  2. 제1항 있어서,
    상기 기판은 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PES(Polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester), PS(Polystyrene), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEO(Polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 반투명 또는 투명인 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS(Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY(Polypyrrole), PAN(Polyaniline), PA(Polyacetylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 LED, 다이오드 레이저(diode lasers), 다이오드 레이저 어레이(diode laser array), 양자 웰(수직)-공동 레이저(quantum well(vertical)-cavity laser) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출기는 포토다이오드(photodiode) 또는 분광 광도계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘(amplicon)에 혼성화된(hybridized) 형광 라벨 올리고뉴클레오티드 프로브(oligonucleotide probe)로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 프라이머 신장(primer extension) 산물로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응 공간에는 핵산 증폭반응을 위한, 시료 내 타겟 핵산에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머, 형광 다이, dNTP 분자 및 중합효소가 놓여지는 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈모닉 박막은 전도성 고분자(CP), QD(quantum dot), QP(quantum particle), CQ(carbon quantum dot), GQ(graphene quantum dot), GNP(gold nanoparticle), SNP(silica nanoparticle), MNP(magnetic nanoparticle), ANP(silver nanoparticle), SiO2, 금속 나노입자, 그래핀 나노입자 및 이들의 조합으로 제조된 나노입자 박막인 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
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