KR102549976B1 - Apparatus for continuously detecting nucelic acid - Google Patents

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    • C12Q2563/107Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties fluorescence

Abstract

1개 이상의 시료 전처리용 웰 및 1개 이상의 PCR용 웰이 구비된 기판 및 상기 기판의 하부면에 부착되어 형성된 나노안테나를 포함하고, 상기 나노안테나는 카본 블랙과 금속 나노와이어를 포함하는 것인 PCR 플레이트; 및 근적외선 조사 광원을 포함하고, 상기 PCR 플레이트는 이동하도록 고안된 것인, 연속 핵산 검출 장치가 제공된다.A PCR comprising a substrate provided with one or more sample preprocessing wells and one or more PCR wells, and a nanoantenna attached to a lower surface of the substrate, wherein the nanoantenna includes carbon black and metal nanowires. plate; and a near-infrared light source, wherein the PCR plate is designed to move.

Description

연속 핵산 검출 장치{APPARATUS FOR CONTINUOUSLY DETECTING NUCELIC ACID}Continuous nucleic acid detection device {APPARATUS FOR CONTINUOUSLY DETECTING NUCELIC ACID}

본 발명은 연속 핵산 검출 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a continuous nucleic acid detection device.

전세계가 코로나 전염병으로 일상의 생활 활동이 제한되면서, 많은 사람들이 모이는 쇼핑 센터, 학교, 교회, 버스 터미널, 기차역, 공항 등에서 1000명 이상의 사람에 대해, 1시간 안에 코로나 바이러스 검사를 수행하는 초 신속 핵산 검출 시스템을 확보할 필요가 있다. 초 신속 핵산 검출 시스템은 국민의 생명과 건강을 지켜줄 뿐만 아니라, 국가 경제를 지속적으로 성장 발전시키는데 매우 중요한 기술이다. 그러나, 아직은 전 세계적으로 1000명의 샘플을 1시간 안에 검사 가능한 시스템은 개발되지 않은 상태이며, 전 세계적으로 로쉬의 COBAS시스템이 8시간 내에 1000개의 샘플을 자동으로 검사 가능한 수준이다. As daily life activities are restricted due to the corona epidemic around the world, ultra-rapid nucleic acid tests for coronavirus in one hour are performed on more than 1,000 people at shopping centers, schools, churches, bus terminals, train stations, and airports where many people gather. It is necessary to secure a detection system. The ultra-rapid nucleic acid detection system not only protects the life and health of the people, but is also a very important technology for the continued growth and development of the national economy. However, a system that can test 1,000 samples worldwide within 1 hour has not yet been developed, and Roche's COBAS system can automatically test 1,000 samples within 8 hours worldwide.

기존에 알려진 핵산 진단 기술은 시료를 채취하여 세포 용해(Lysis)를 수행한 후, RNA를 정제하고 Reverse Transcription을 수행하여 cDNA를 복제한 후에 DNA샘플을 중합 효소와 혼합한 다음 가열과 냉각 사이클(95℃-72℃-60℃)을 30회 이상 수행하여 DNA를 증폭하여 검사한다. Existing nucleic acid diagnostic techniques take a sample, perform cell lysis, purify RNA, perform reverse transcription to clone cDNA, mix the DNA sample with a polymerase, and then heat and cool cycles (95 ℃-72 ℃-60 ℃) is performed more than 30 times to amplify and examine DNA.

일반적인 핵산 검사 시스템은 최소 1시간 이상이 소요되어 수행되기 때문에 많은 샘플을 신속하게 검사할 수 없다. 따라서, 1000개 이상의 샘플을 빠른 시간에 검사하는 핵산 진단 검사 기술 개발의 걸림돌이었다. 특히 PCR (Polymerase Chain Reaction)의 핵심인 가열과 냉각 사이클(95℃-72℃-60℃)을 수행하는데, 가열을 위한 줄(Joul) 히터와 냉각을 위한 냉각 시스템의 온도 제어 문제로 인해 가열과 냉각 시간을 30분 이하로 현저히 줄이는 기술을 개발하는데 문제가 많았다. Since a general nucleic acid test system requires at least one hour or more to be performed, it is not possible to quickly test a large number of samples. Therefore, it has been an obstacle in the development of nucleic acid diagnostic test technology that can quickly test more than 1000 samples. In particular, the heating and cooling cycle (95℃-72℃-60℃), which is the core of PCR (Polymerase Chain Reaction), is performed. Due to the temperature control problem of the Joule heater for heating and the cooling system for cooling, There were many problems in developing a technology that significantly reduced the cooling time to less than 30 minutes.

이러한 단점을 극복하기 위해 자외선을 나노 금속 입자 및 나노 구조를 지닌 금속 필름에 조사하여 Surface Plasmon Resonance을 발생하도록 하여 신속한 가열을 수행하면서 기존의 냉각 시스템을 적용하여 10분 이내에 가열과 냉각 사이클을 수행하는 신속 핵산진단기술들이 개발되고 있다. 그러나, 나노 금속 입자와 나노 구조 금속 필름을 이용한 PCR기술은 아직까지 비용과 신뢰성 문제로 인해 많은 샘플을 연속으로 검사할 수 있는 핵산 진단 검사 기술 개발에 적용된 예가 없다. 또한 PCR검사 수행 전에 필요한 Lysis와 RNA정제, 그리고 Reverse Transcription을 수행하는데 소요되는 시간이 대부분 1시간에서 30분 사이이기 때문에 샘플에서 RNA정제와 Reverse Transcription 그리고 PCR을 전자동 피펫과 캐트리지 형태의 96미니 시료 튜브를 이용하여 연속으로 수행하는 핵산 검사 장비를 제조하여도 1시간에 1000개의 샘플을 검사하는 것은 기존에 알려진 자동화된 핵산 검사기술로는 불가능하다.In order to overcome these disadvantages, UV rays are irradiated on nano metal particles and metal films with nanostructures to generate Surface Plasmon Resonance to perform rapid heating while applying an existing cooling system to perform heating and cooling cycles within 10 minutes. Rapid nucleic acid diagnostic technologies are being developed. However, PCR technology using nano-metal particles and nano-structured metal films has not yet been applied to the development of a nucleic acid diagnostic test technology capable of continuously testing many samples due to cost and reliability problems. In addition, since most of the time required to perform Lysis, RNA purification, and reverse transcription required before PCR testing is between 1 hour and 30 minutes, RNA purification, reverse transcription, and PCR from samples are performed using 96 mini samples in the form of automatic pipettes and cartridges. Even if a nucleic acid test equipment is manufactured using tubes to continuously perform tests, it is impossible to test 1000 samples in 1 hour with conventionally known automated nucleic acid test technologies.

본 발명의 배경 기술은 한국등록특허 제10-1768146호 등에 개시되어 있다.The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1768146 and the like.

본 발명의 목적은 복수 개의 샘플의 핵산 검출 속도를 현저하게 높일 수 있는 연속 핵산 검출 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a continuous nucleic acid detection device capable of remarkably increasing the speed of nucleic acid detection of a plurality of samples.

본 발명의 일 관점은 연속 핵산 검출 장치이다.One aspect of the present invention is a continuous nucleic acid detection device.

1.연속 핵산 검출 장치는, 1개 이상의 시료 전처리용 웰 및 1개 이상의 PCR용 웰이 구비된 기판 및 상기 기판의 하부면에 부착되어 형성된 나노안테나를 포함하고, 상기 나노안테나는 카본 블랙과 금속 나노와이어를 포함하는 것인 PCR 플레이트; 및 근적외선 조사 광원을 포함하고, 상기 PCR 플레이트는 이동하도록 고안되어 있다.1. A continuous nucleic acid detection device includes a substrate having one or more sample pretreatment wells and one or more PCR wells, and a nanoantenna attached to a lower surface of the substrate, wherein the nanoantenna includes carbon black and metal A PCR plate comprising nanowires; and a near-infrared irradiation light source, wherein the PCR plate is designed to move.

2.1에서, 상기 카본 블랙은 상기 나노안테나 중 1중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.In 2.1, the carbon black may be included in an amount of 1% to 10% by weight of the nanoantenna.

3.1-2에서, 상기 금속 나노와이어는 은 나노와이어를 포함할 수 있다.In 3.1-2, the metal nanowires may include silver nanowires.

4.1-3에서, 상기 시료 전처리용 웰은 세포의 용해 및 역 전사를 위한 물질이 담지될 수 있다.In 4.1-3, the sample preparation well may contain a material for cell lysis and reverse transcription.

5.1-4에서, 상기 PCR 플레이트는 분당 1cm 내지 10cm의 속도로 이동할 수 있다.In 5.1-4, the PCR plate may move at a speed of 1 cm to 10 cm per minute.

6.1-5에서, 상기 PCR용 웰은 코어 웰, 위성 제1 웰 및 위성 제2웰을 포함하고, 상기 위성 제1 웰, 상기 위성 제2웰은 미세 유체 채널을 통해 상기 코어 웰에 연결되어 있을 수 있다.In 6.1-5, the PCR well includes a core well, a satellite first well, and a satellite second well, and the satellite first well and the satellite second well are connected to the core well through a microfluidic channel. can

본 발명은 복수 개의 샘플의 핵산 검출 속도를 현저하게 높일 수 있는 연속 핵산 검출 장치를 제공하였다.The present invention provides a continuous nucleic acid detection device capable of remarkably increasing the speed of detecting nucleic acids in a plurality of samples.

도 1은 본 발명의 R2R 연속 핵산 검출 장치에 대한 전체 도안이다.
도 2은 본 발명의 연속 핵산 검출 장치의 개념도이다.
도 3는 본 발명의 연속 핵산 검출 장치의 일 단면도이다.
도 4은 시료 전처리용 웰과 PCR용 웰의 상부 평면도이다.
도 5는 R2R 임프린터를 이용한 PCR 플레이트의 제조 방법의 모식도이다.
도 6는 근적외선 조사 광원의 온, 오프를 반복하였을 때 조사 시간에 따른 온도의 상승 및 하강 그래프이다.
도 7은 근적외선 조사 광원을 조사하면서 가열-냉각을 30 사이클 수행하여 증폭시킨 55bp와 100bp의 DNA의 전기 영동 결과이다.
도 8은 금속 나노와이어 및 카본 블랙의 조합에 따른 입력 전압에 따른 온도 상승 그래프이다.
1 is an overall drawing of the R2R continuous nucleic acid detection device of the present invention.
2 is a conceptual diagram of the continuous nucleic acid detection device of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the continuous nucleic acid detection device of the present invention.
4 is a top plan view of a sample preprocessing well and a PCR well.
5 is a schematic diagram of a method for manufacturing a PCR plate using an R2R imprinter.
6 is a graph showing a temperature increase and decrease according to irradiation time when the near-infrared irradiation light source is repeatedly turned on and off.
7 shows electrophoresis results of 55 bp and 100 bp DNA amplified by performing 30 cycles of heating and cooling while irradiating a near-infrared light source.
8 is a graph of a temperature increase according to an input voltage according to a combination of metal nanowires and carbon black.

첨부한 도면을 참고하여 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.With reference to the accompanying drawings, the embodiments will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the embodiments. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted.

본 발명의 발명자는 복수 개의 샘플의 핵산 검출 속도를 현저하게 높일 수 있는 연속 핵산 검출 장치를 제공하였다. 본 발명의 연속 핵산 검출 장치는 1000개 이상의 샘플을 1시간 내에 핵산 검출할 수 있다.The inventors of the present invention have provided a continuous nucleic acid detection device capable of remarkably increasing the speed of detecting nucleic acids in a plurality of samples. The continuous nucleic acid detection device of the present invention can detect nucleic acids in 1000 or more samples within 1 hour.

본 발명은 1개 이상의 시료 전처리용 웰 및 1개 이상의 PCR용 웰이 구비된 기판 및 상기 기판의 하부면에 부착되어 형성된 나노안테나를 포함하고, 상기 나노안테나는 카본 블랙과 금속 나노와이어를 포함하는 것인 PCR 플레이트, 및 근적외선 조사 광원을 포함하고, 상기 PCR 플레이트는 이동하도록 고안되어 있는 것인, 연속 핵산 검출 장치를 제공하였다.The present invention includes a substrate provided with one or more sample preprocessing wells and one or more PCR wells, and a nanoantenna attached to a lower surface of the substrate, wherein the nanoantenna includes carbon black and metal nanowires. Provided is a continuous nucleic acid detection device comprising a PCR plate and a near-infrared irradiation light source, wherein the PCR plate is designed to move.

도 1과 도2을 참고하여, 본 발명의 연속 핵산 검출 장치의 개념을 설명한다.Referring to Figures 1 and 2, the concept of the continuous nucleic acid detection device of the present invention will be described.

도 1과 도2을 참고하면, 시료 전처리용 웰과 PCR 웰이 구비된 기판의 하부에는 나노안테나(도 1에서 도시되지 않음) 및 근적외선 조사 광원(도 1에서 도시되지 않음)이 배치되어 있다. 근적외선 조사 광원으로부터 나오는 광은 나노안테나에 흡수되어 플라즈모닉 공명에 의해 열로 전환된다. 발생된 열은 시료 전처리용 웰과 PCR 웰 내의 버퍼의 온도를 높임으로써 시료 전처리(예: lysis)와 PCR을 수행하도록 할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , a nanoantenna (not shown in FIG. 1 ) and a near-infrared light source (not shown in FIG. 1 ) are disposed under a substrate having sample preprocessing wells and PCR wells. Light emitted from the near-infrared irradiation light source is absorbed by the nanoantenna and converted into heat by plasmonic resonance. The generated heat may increase the temperature of the sample pretreatment well and the buffer in the PCR well to perform sample pretreatment (eg, lysis) and PCR.

시료 전처리용 웰은 시료 용해 및 역전사를 위한 물질이 담지되어 있고, PCR 웰에는 PCR을 위한 물질(PCR Mix)이 담지되어 있다. 이를 통해, 시료의 용해, 역전사 및 PCR을 빨리 수행함으로써 핵산 검출 속도를 높일 수 있다.The wells for sample pretreatment contain substances for sample dissolution and reverse transcription, and the PCR wells contain substances for PCR (PCR Mix). Through this, the speed of nucleic acid detection can be increased by rapidly performing sample lysis, reverse transcription, and PCR.

시료 전처리용 웰과 PCR 웰이 구비된 기판은 롤투롤로 연속적으로 이동함으로써, 시료의 용해, 역전사 및 PCR의 핵산 검출 속도를 높일 수 있다.By continuously moving the substrate provided with the sample preprocessing well and the PCR well in a roll-to-roll manner, the rate of sample dissolution, reverse transcription, and PCR nucleic acid detection can be increased.

도 3를 참고하여, 본 발명의 연속 핵산 검출 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 연속 핵산 검출 장치의 일부 단면도이다.Referring to Figure 3, the continuous nucleic acid detection device of the present invention will be described. 2 is a partial cross-sectional view of the continuous nucleic acid detection device of the present invention.

도 3를 참조하면, 연속 핵산 검출 장치는 지지층(100), 나노안테나(200), 기판(300), 보호층(400), 제1 피펫(500), 제2 피펫(600), 센서(700) 및 광원(800)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the continuous nucleic acid detection device includes a support layer 100, a nanoantenna 200, a substrate 300, a protective layer 400, a first pipette 500, a second pipette 600, and a sensor 700. ) and a light source 800 .

지지층(100)은 나노안테나(200)와 기판(300) 사이에 배치되어, 나노안테나(200) 및 기판(300)을 지지할 수 있다. 지지층(100)은 고분자, 종이, 금속 박막 중 1종 이상으로 형성될 수 있다. 상기 고분자는 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) 중 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.The support layer 100 may be disposed between the nanoantenna 200 and the substrate 300 to support the nanoantenna 200 and the substrate 300 . The support layer 100 may be formed of one or more of polymers, paper, and metal thin films. The polymer is PET (Polyethylene terephthalate), PEN (Polyethylene naphthalate), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PC (Polycarbonate), PI (Polyimide), PES (Polyethersulfone), poly At least one of ester (Polyester), PS (Polystyrene), and PDMS (Polydimethylsiloxane) may be included, but is not limited thereto.

광원(800)은 근적외선 영역의 광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광원(800)은 파장 700nm 이상, 구체적으로 700nm 내지 1000nm 이내의 광을 조사할 수 있다. The light source 800 may include a light source that emits light in the near-infrared region. For example, the light source 800 may emit light having a wavelength of 700 nm or more, specifically within a range of 700 nm to 1000 nm.

광원(800)으로부터 조사되는 광은 하기에서 상술되는 나노안테나에 흡수되고 표면 플라즈모닉 공명을 발생시켜, 기판(300) 내에 형성된 샘플 전처리용 웰 및 PCR 웰에서의 온도의 상승을 신속하게 진행시킬 수 있다. 반면에, 광원(800)으로부터 광의 조사를 멈추면, 온도의 하강을 신속하게 진행시킬 수 있다.Light irradiated from the light source 800 is absorbed by the nanoantenna described in detail below and generates surface plasmonic resonance, so that the temperature of the sample pretreatment well and the PCR well formed in the substrate 300 can be rapidly increased. there is. On the other hand, if irradiation of light from the light source 800 is stopped, the temperature can be rapidly decreased.

센서(700)는 증폭된 핵산을 검출하는 것을 형광 검출 카메라를 이용하여 실시간으로 증폭된 핵산을 검출할 수 있다. The sensor 700 may detect the amplified nucleic acid in real time by using a fluorescence detection camera to detect the amplified nucleic acid.

기판(300)은 1개 이상의 시료 전처리용 웰(310, 320) 및 1개 이상의 PCR용 웰(330)이 구비되어 있어, 시료의 전처리 및 PCR을 수행하도록 할 수 있다.The substrate 300 is provided with one or more sample preprocessing wells 310 and 320 and one or more PCR wells 330, so that sample preprocessing and PCR can be performed.

시료 전처리용 웰(310, 320)은 시료의 보관 및 저장을 위한 웰(310) 및 시료의 용해(lysis), 정제 및 역전사를 위한 웰(320)을 포함한다. 시료의 보관 및 저장을 위한 웰(310)은 증폭하고자 하는 핵산을 구비하는 세포를 일시적으로 보관하고 용해시키는 웰이다. 시료의 용해, 정제 및 역전사를 위한 웰(320)은 시료의 보관 및 저장을 위한 웰(310)으로부터 들어온 세포를 용해시키고, 정제시킨 다음, 역전사시킬 수 있도록 한다. 시료의 용해, 정제 및 역전사를 위한 웰(320) 내에는 세포의 용해 및 역전사를 위한 물질이 담지되어 있다. The sample preprocessing wells 310 and 320 include a well 310 for storing and storing a sample and a well 320 for lysis, purification, and reverse transcription of the sample. The well 310 for storing and storing a sample is a well for temporarily storing and dissolving cells having nucleic acids to be amplified. The well 320 for lysis, purification, and reverse transcription of the sample allows cells entering from the well 310 for storage and storage of the sample to be lysed, purified, and then reverse transcribed. Materials for cell lysis and reverse transcription are supported in the well 320 for sample lysis, purification, and reverse transcription.

시료의 보관 및 저장을 위한 웰(310)에 함유된 세포는 제1 피펫(500)을 통해 분주되어 시료의 용해, 정제 및 역전사를 위한 웰(320)에 투입될 수 있다. 시료의 용해, 정제 및 역전사를 위한 웰(320)에 함유된 핵산 역전사물은 제2 피펫(600)을 통해 PCR용 웰(330)에 투입될 수 있다.Cells contained in the well 310 for preservation and storage of the sample may be dispensed through the first pipette 500 and put into the well 320 for lysis, purification, and reverse transcription of the sample. The nucleic acid reverse transcripts contained in the well 320 for dissolution, purification, and reverse transcription of the sample may be introduced into the well 330 for PCR through the second pipette 600 .

시료의 용해, 정제 및 역전사를 위한 웰(320) 하부에는 나노안테나(200)가 부착되어 있으며, 광원(800)이 배치되어 있다. 따라서, 시료의 용해 및 역전사를 위해 필요한 온도 상승이 나노안테나(200)와 광원(800)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 광원(800)으로부터 조사된 광이 나노안테나(200)에 흡수되고 흡수된 광이 표면 플라즈모닉 공명을 발생시켜 시료의 용해, 정제 및 역전사를 위한 웰 내의 버퍼 온도를 상승시킬 수 있다. 시료의 용해는 90℃에서 2초 동안 수행될 수 있고, 2초 후에는 50℃에서 역전사가 2분 동안 수행될 수 있다. 시료의 용해 및 역전사 수행시의 온도는 광원(800)으로부터 광 조사 유무 및 세기를 조절함으로써 조절될 수 있다.A nanoantenna 200 is attached to the bottom of the well 320 for dissolution, purification, and reverse transcription of the sample, and a light source 800 is disposed. Therefore, the temperature increase required for dissolution and reverse transcription of the sample can be performed by the nanoantenna 200 and the light source 800 . That is, light irradiated from the light source 800 is absorbed by the nanoantenna 200 and the absorbed light generates surface plasmonic resonance, thereby increasing the temperature of the buffer in the well for dissolution, purification, and reverse transcription of the sample. Dissolution of the sample may be performed at 90° C. for 2 seconds, and after 2 seconds, reverse transcription may be performed at 50° C. for 2 minutes. The temperature at the time of dissolving the sample and performing the reverse transcription may be adjusted by controlling the presence or absence of light irradiation from the light source 800 and the intensity thereof.

시료의 용해, 정제 및 역전사를 위한 웰(310)은 반경이 1mm 내지 5mm이고, 깊이는 0.1 내지 2mm이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 효과가 잘 나올 수 있다.The well 310 for sample dissolution, purification, and reverse transcription may have a radius of 1 mm to 5 mm and a depth of 0.1 mm to 2 mm. Within the above range, the effect of the present invention can be obtained well.

PCR용 웰(330)에 투입된 역전사물은 PCR용 웰(330) 내의 PCR 믹서에 의해 PCR 반응할 수 있다. PCR 믹서는 PCR용 웰에 통상의 방법으로 담지될 수 있다. PCR 믹서는 DNA 중합 효소, 역전사물, 버퍼, dNTPs, 유전자 특이적 프라이머, RNA 주형(template) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.The reverse transcript placed into the PCR well 330 may undergo a PCR reaction by the PCR mixer in the PCR well 330 . A PCR mixer may be supported in a well for PCR in a conventional manner. The PCR mixer may include, but is not limited to, DNA polymerase, reverse transcriptase, buffer, dNTPs, gene-specific primers, RNA template, and the like.

PCR용 웰(330) 하부에는 나노안테나(200)가 부착되어 있으며, 광원(800)이 배치되어 있다. 따라서, PCR을 위해 필요한 온도 상승이 나노안테나(200)와 광원(800)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 광원(800)으로부터 조사된 광이 나노안테나(200)에 흡수되고 흡수된 광이 표면 플라즈모닉 공명을 발생시켜 PCR을 위한 웰 내의 버퍼 온도를 상승시킬 수 있다. PCR 수행시, 변성(denaturation), 결합(annealing), 신장(extension)의 3단계에 해당되는 62℃ 내지 94℃의 온도로 조절될 수 있다. PCR 수행시의 온도는 광원(800)으로부터 광 조사 유무 및 세기를 조절함으로써 조절될 수 있다.A nanoantenna 200 is attached to the bottom of the PCR well 330, and a light source 800 is disposed. Therefore, the temperature rise necessary for PCR can be performed by the nanoantenna 200 and the light source 800 . That is, light irradiated from the light source 800 is absorbed by the nanoantenna 200 and the absorbed light generates surface plasmonic resonance, thereby increasing the temperature of the buffer in the well for PCR. When PCR is performed, the temperature may be adjusted to 62° C. to 94° C. corresponding to three stages of denaturation, annealing, and extension. The temperature at the time of performing PCR can be adjusted by controlling the presence or absence of light irradiation from the light source 800 and the intensity.

PCR용 웰(330)은 반경이 1 내지 5mm이고, 깊이는 0.1 내지 2mm이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 효과가 잘 나올 수 있다.The well 330 for PCR may have a radius of 1 to 5 mm and a depth of 0.1 to 2 mm. Within the above range, the effect of the present invention can be obtained well.

PCR용 웰(330)은 PCR의 효과적인 수행을 위해 도 3에서 도시되는 모양으로 형성될 수 있다. 도 3은 시료 전처리용 웰과 PCR용 웰의 상부 평면도이다.The well 330 for PCR may be formed in the shape shown in FIG. 3 for effective PCR. 3 is a top plan view of a sample preprocessing well and a PCR well.

도 4을 참조하면, 기판에는 시료 전처리용 웰(310, 320), PCR용 웰(340, 350, 370)이 구비된다.Referring to FIG. 4 , sample preprocessing wells 310 and 320 and PCR wells 340 , 350 and 370 are provided on the substrate.

시료 전처리용 웰(310, 320)은 상기에서 설명된 바와 동일하다.Sample preprocessing wells 310 and 320 are the same as described above.

PCR용 웰(340, 350, 370)은 코어 웰(340), 위성 제1 웰(350) 및 위성 제2웰(370)을 포함한다. 위성 제1 웰(350), 위성 제2웰(370)은 미세 유체 채널(360)을 통해 코어 웰(340)에 연결되어 있다. 시료 전처리용 웰(320)으로부터 역전사물이 코어 웰(340)에 분주되면, 미세 유체 채널(360)을 통해 역전사물이 위성 제1웰(350)과 위성 제2웰(370)로 이동하게 된다. 위성 제1웰(350)은 시료 중 핵산을 증폭할 수 있다. 위성 제2웰(370)은 음정 제어를 위하여 표적 핵산의 주입이 제한되어 있어, 항상 음성 결과를 나타낸다. The PCR wells 340 , 350 , and 370 include a core well 340 , a first satellite well 350 and a second satellite well 370 . The first satellite well 350 and the second satellite well 370 are connected to the core well 340 through the microfluidic channel 360 . When the reverse transcript is dispensed from the sample preprocessing well 320 to the core well 340, the reverse transcript moves to the first satellite well 350 and the second satellite well 370 through the microfluidic channel 360. . The satellite first well 350 may amplify nucleic acids in the sample. In the second satellite well 370, injection of the target nucleic acid is limited for pitch control, and thus always gives a negative result.

시료는 1-2초 내에 위성 제1웰(350)과 위성 제2웰(370)에 주입된 후 자동으로 근적외선 조사 광원의 온 오프를 30회 반복하여 70초 내지 300초 동안 PCR을 수행하게 된다. 이때 근적외선 조사 광원이 꺼져있는 동안 파장 530nm의 레이저를 필터를 통해 조사하고 CYBER Green을 활성화시킨 후 파장 460nm의 형광을 필터를 통해 모니터하여 정량적으로 핵산의 증폭을 모니터링하게 된다. 이때 PCR 30 사이클을 완료한 후 전기 영동 겔을 통해 증폭이 발생하였는지 확인할 수 있다.After the sample is injected into the satellite first well 350 and the satellite second well 370 within 1-2 seconds, PCR is performed for 70 seconds to 300 seconds by automatically turning on and off the near-infrared light source 30 times. . At this time, while the near-infrared light source is turned off, a laser with a wavelength of 530 nm is irradiated through a filter, CYBER Green is activated, and fluorescence of a wavelength of 460 nm is monitored through the filter to quantitatively monitor the amplification of nucleic acids. At this time, after completing 30 cycles of PCR, it can be confirmed whether amplification has occurred through electrophoresis gel.

나노안테나(200)는 금속 나노와이어와 카본 블랙의 혼합물을 포함한다. 본 발명에서는 금속 나노와이어에 카본 블랙을 혼합시켜 나노안테나(100)를 형성함으로써 세포의 용해, 역전사 및 PCR을 수행함에 있어서 온도 조절이 보다 용이하도록 하였다. 금속 나노와이어만 포함하는 나노안테나는 금속 나노와이어와 카본 블랙을 포함하는 나노안테나 대비 열 상승 및 열 하강 효율이 낮은 문제점로 인하여 고속의 PCR를 수행하기 어려운 단점을 가진다.The nanoantenna 200 includes a mixture of metal nanowires and carbon black. In the present invention, by mixing carbon black with metal nanowires to form the nanoantenna 100, temperature control can be more easily performed in cell lysis, reverse transcription, and PCR. A nanoantenna containing only metal nanowires has a disadvantage in that it is difficult to perform high-speed PCR due to a problem in that the efficiency of heat rise and fall is lower than that of nanoantennas containing metal nanowires and carbon black.

금속 나노와이어는 은, 금, 구리, 니켈 등의 금속 나노와이어를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 금속 나노와이어의 길이와 두께를 조절함으로써 근적외선의 흡수 및 광열변환 효율을 높일 수 있다. Metal nanowires may include metal nanowires such as silver, gold, copper, nickel, etc., but are not limited thereto. By controlling the length and thickness of the metal nanowires, near-infrared absorption and light-to-heat conversion efficiency can be increased.

금속 나노와이어의 길이는 1㎛ 내지 100 ㎛, 구체적으로 10㎛ 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20㎛가 될 수 있고, 금속 나노와이어의 두께는 1 nm 내지 100 nm, 구체적으로 15nm 내지 25nm, 바람직하게는 20nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 근적외선의 흡수 및 광열 환 효율을 높일 수 있다. The length of the metal nanowire may be 1 μm to 100 μm, specifically 10 μm to 40 μm, preferably 20 μm, and the thickness of the metal nanowire may be 1 nm to 100 nm, specifically 15 nm to 25 nm, preferably may be 20 nm. Within this range, absorption of near-infrared rays and light-heat conversion efficiency may be increased.

금속 나노와이어는 나노안테나(100) 중 1중량% 내지 20중량%, 구체적으로 1중량% 내지 10 중량%, 구체적으로 2중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 근적외선의 흡수 및 광열 환 효율을 높일 수 있다.The metal nanowires may be included in the amount of 1 wt% to 20 wt%, specifically 1 wt% to 10 wt%, and specifically 2 wt% to 5 wt%, of the nanoantenna 100 . Within this range, absorption of near-infrared rays and light-heat conversion efficiency may be increased.

카본 블랙은 나노안테나(100) 중 80중량% 내지 99중량%, 구체적으로 95중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 근적외선의 흡수 및 광열 환 효율을 높일 수 있다.Carbon black may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt%, specifically 95 wt% to 99 wt%, of the nanoantenna 100 . Within this range, absorption of near-infrared rays and light-heat conversion efficiency may be increased.

PCR 플레이트는 분당 1cm 내지 10cm의 속도로 이동하도록 고안될 수 있다. 이를 통해, 복수 개의 샘플의 핵산 검출 속도를 현저하게 높일 수 있다.The PCR plate may be designed to move at a rate of 1 cm to 10 cm per minute. Through this, it is possible to remarkably increase the speed of detecting nucleic acids in a plurality of samples.

PCR 플레이트의 이동은 Roll-to-roll 방법을 적용할 수 있다. 이는 맞닿은 롤과 롤사이에 유연기판이 이동하면서 인쇄하는 방식을 말한다. 도 1과 같이 롤과 롤이 맞닿으면서 유연 기판이 이동하는 방식으로 디스펜서로 롤 시작점에서 PCR 용액을 분사한후 분당 1cm 내지 10cm의 속도로 이동하며 PCR을 진행 후 롤 끝점에서 형광으로 PCR 증폭 산물을 확인한다.A roll-to-roll method can be applied to move the PCR plate. This refers to a method of printing while a flexible substrate moves between rolls in contact with each other. As shown in Figure 1, the PCR solution is sprayed at the start of the roll with a dispenser in such a way that the flexible substrate moves while the rolls come into contact with each other, and then the PCR solution is moved at a rate of 1 cm to 10 cm per minute, PCR amplification product with fluorescence at the end of the roll Check the

시료 전처리용 웰 및 PCR용 웰이 구비된 기판(300), 나노안테나(200) 및 지지층(100)을 구비하는 PCR 플레이트는 롤투롤 임프린팅 방법에 의해 제조될 수 있다. 도 5는 롤투롤 임프린팅 방법에 의해 PCR 플레이트를 제조하는 방법의 일 모식도이다. 우선 롤투롤 그라비아 장비(401)를 통하여 카본 블랙과 금속 나노와이어를 포함하는 혼합물을 유연기판 (PET, Polyethylene terephthalate)을 이용하여 인쇄를 진행한 후 폴리디메틸실록산을 투입하고 롤투롤 임프린팅(402)을 통하여 음각 패턴을 줌으로써 웰을 형성하게 된다. 이때 롤루톨 임프린팅의 음각 패턴의 형상을 유지하기 위해서 진행중에 있어서 UV-lamp(403)를 통하여 실시간으로 건조를 진행한다. 디스펜서(404)를 통하여 용액을 추가하고, 플라즈마 처리(405)를 하여 웰을 실링하여 PCR용액의 증발 및 오염을 방지한다. 이러한 인쇄방식을 통하여 본 특허에서 제안하는 연속 핵산 검출 장치를 제조할 수 있다.A PCR plate including a substrate 300 having sample preprocessing wells and PCR wells, nanoantennas 200, and support layer 100 may be manufactured by a roll-to-roll imprinting method. 5 is a schematic diagram of a method of manufacturing a PCR plate by a roll-to-roll imprinting method. First, a mixture containing carbon black and metal nanowires is printed using a flexible substrate (PET, polyethylene terephthalate) through the roll-to-roll gravure equipment 401, and then polydimethylsiloxane is introduced and roll-to-roll imprinting 402 A well is formed by giving an intaglio pattern through. At this time, in order to maintain the shape of the intaglio pattern of rolloutol imprinting, drying is performed in real time through a UV-lamp 403 during the process. The solution is added through the dispenser 404, and plasma treatment 405 is performed to seal the well to prevent evaporation and contamination of the PCR solution. Through this printing method, the continuous nucleic acid detection device proposed in this patent can be manufactured.

도 5를 참조하면 지지층에 카본 블랙과 금속 나노와이어를 포함하는 혼합물이 디스펜서에 의해 도포되고 건조되어 지지층 상부면에 나노안테나를 형성하고, 나노안테나 상에 기판 형성용 수지 예를 들면 폴리디메틸실록산(PDMS)가 도포된 다음 웰의 형상으로 임프린팅함으로써, PCR 플레이트가 제조될 수 있다.Referring to FIG. 5, a mixture containing carbon black and metal nanowires is applied to a support layer by a dispenser and dried to form a nanoantenna on the upper surface of the support layer, and a resin for forming a substrate on the nanoantenna, for example, polydimethylsiloxane ( PDMS) is applied and then imprinted in the shape of a well, so that a PCR plate can be manufactured.

연속 핵산 검출 장치는 웰의 온도를 모니터링하기 위한 2개 이상의 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 온도 센서는 시료의 온도를 측정하는 PCR 플레이트에 결합되거나 PCR 플레이트를 향할 수 있다. 온도 센서는 열전대(thermocouple) 또는 카메라(예를 들면, IR 카메라)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.The continuous nucleic acid detection device may further include two or more temperature sensors for monitoring the temperature of the well. A temperature sensor may be coupled to or directed to the PCR plate to measure the temperature of the sample. The temperature sensor may include, but is not limited to, a thermocouple or a camera (eg, an IR camera).

연속 핵산 검출 장치는 시료 용액의 핵산 및 형광 신호를 실시간으로 검출하기 위하여, 디지털 카메라, 포토다이오드, 분광 광도계 또는 그와 유사한 장치를 더 채용할 수 있다.The continuous nucleic acid detection device may further employ a digital camera, photodiode, spectrophotometer, or similar device to detect nucleic acids and fluorescence signals in the sample solution in real time.

도 6를 참조하면, 도 6는 카본블랙과 금속나노와이어 혼합 기판에 근적외선을 조사함으로써 연속적인 열상승 하강이 반복됨에 따라 PCR을 수행할수 있으며 핵산 증폭을 위해서 30 사이클를 반복 수행하였을 경우 본 특허에서 제안하는 방법으로 약 5분이내에 고속으로 수행됨을 보인다. 이는 초기 55℃ 에서 시작하여 90℃ 까지 도달하며 이에 빠르게 냉각이 수행됨에 따라 30사이클를 반복할 수 있다. 90℃ 구간에서는 핵산의 변성이 일어나고 55℃ 구간에서는 핵산이 결합됨으로써 핵산의 증폭이 진행된다. 이러한 단계를 30회정도 반복하면 원래 DNA개수에서 약 10만개정도의 핵산이 증폭됨에 따라 해당 핵산의 유무를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, FIG. 6 shows that PCR can be performed by repeating continuous heat rise and fall by irradiating near-infrared rays on a mixed substrate of carbon black and metal nanowires, and when 30 cycles are repeated for nucleic acid amplification, this patent proposes It is shown that the method is performed at high speed within about 5 minutes. This starts at an initial temperature of 55°C and reaches up to 90°C, whereby 30 cycles can be repeated as cooling is performed quickly. Nucleic acid denaturation occurs in the 90°C section, and nucleic acid amplification proceeds by binding the nucleic acid in the 55°C section. If these steps are repeated about 30 times, about 100,000 nucleic acids are amplified from the original number of DNAs, and thus the presence or absence of the nucleic acids can be confirmed.

도 7을 참조하면, 도 7은 본 특허에서 제안하는 방식을 통하여 얻어진 핵산(55 bp 및 100 bp) 증폭의 전기영동 그래프 결과를 보여준다. 도 7을 참조하면, 55 bp (base pair, 염기쌍)의 길이를 가진 핵산 및 100 bp의 길이를 가진 핵산에 대해서 본 특허에서 제시하는 방법에 따라서 5분이내에 증폭됨을 확인 할 수 있다. 도 7 그래프 좌측 M은 마커를 의미하는 것으로 밴드 하나당 50 bp를 의미하는 것으로 아래에서부터 순차적으로 50 bp, 100 bp, 150 bp, 200 bp등을 가르킨다. 증폭된 핵산을 이용하여 전기 영동을 실행하여 마커에 비교하여 적절하게 증폭되었는지 확인이 가능하다. 본 특허에서는 타켓 증폭 물질로 55 bp와 100 bp의 핵산을 통하여 R2R PCR 수행시 부가반응없이 잘 증폭됨을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 7, FIG. 7 shows electrophoresis graph results of amplification of nucleic acids (55 bp and 100 bp) obtained through the method proposed in this patent. Referring to FIG. 7, it can be confirmed that nucleic acids with a length of 55 bp (base pair) and nucleic acids with a length of 100 bp can be amplified within 5 minutes according to the method proposed in this patent. M on the left side of the graph in FIG. 7 means a marker, meaning 50 bp per band, and indicates 50 bp, 100 bp, 150 bp, 200 bp, etc. sequentially from the bottom. Electrophoresis is performed using the amplified nucleic acid, and it is possible to confirm that the amplification is appropriate by comparing with the marker. In this patent, it can be confirmed that nucleic acids of 55 bp and 100 bp are amplified well without additional reaction when performing R2R PCR as target amplification materials.

도 8을 참조하면, 도 8은 금속 나노와이어 혹은 카본 블랙만 존재하였을 시에 대한 입력한 파워 대비하여 열 상승 속도를 보여준다. 도 8에 의하면 단일 물질만 사용시에 낮은 열상승 속도로 인하여 고속의 PCR를 수행할 수가 없음에 따라서 금속 나노안테나와 카본 블랙의 혼합물을 통하여 본 특허에서 제안하는 고속의 PCR 수행에 적합 할 수 있다. 나노안테나를 금속 나노와이어만으로 형성한 경우, 또는 카본 블랙만으로 형성한 경우, 본원 금속 나노와이어와 카본 블랙으로 나노안테나를 형성한 경우 대비 효과가 현저하게 떨어졌다.Referring to FIG. 8 , FIG. 8 shows the rate of heat rise compared to the input power when only metal nanowires or carbon black are present. According to FIG. 8, since high-speed PCR cannot be performed due to the low thermal rise rate when only a single material is used, a mixture of metal nanoantenna and carbon black can be suitable for performing high-speed PCR proposed in this patent. When the nanoantenna was formed of only the metal nanowire or only the carbon black, the effect was significantly lowered compared to the case where the nanoantenna was formed of the metal nanowire and carbon black of the present application.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다. Simple modifications or changes of the present invention can be easily performed by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.

Claims (6)

1개 이상의 시료 전처리용 웰 및 1개 이상의 PCR용 웰이 구비된 기판 및 상기 기판의 하부면에 부착되어 형성된 나노안테나를 포함하고, 상기 나노안테나는 상기 나노안테나 중 카본 블랙 80 내지 99중량% 및 금속 나노와이어 1 내지 20중량%를 포함하는 것인 PCR 플레이트; 및
근적외선 조사 광원을 포함하고,
상기 PCR 플레이트는 이동하도록 고안된 것인, 연속 핵산 검출 장치.
A substrate having one or more sample preprocessing wells and one or more PCR wells, and a nanoantenna attached to a lower surface of the substrate, wherein the nanoantenna comprises 80 to 99% by weight of carbon black and A PCR plate containing 1 to 20% by weight of metal nanowires; and
Including a near-infrared irradiation light source,
The PCR plate is designed to move, continuous nucleic acid detection device.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 은 나노와이어를 포함하는 것인, 연속 핵산 검출 장치.
The continuous nucleic acid detection device according to claim 1, wherein the metal nanowires include silver nanowires.
제1항에 있어서, 상기 시료 전처리용 웰은 세포의 용해 및 역 전사를 위한 물질이 담지된 것인, 연속 핵산 검출 장치.
The continuous nucleic acid detection device according to claim 1, wherein the well for sample pretreatment is loaded with a material for cell lysis and reverse transcription.
제1항에 있어서, 상기 PCR 플레이트는 분당 1cm 내지 10cm의 속도로 이동하는 것인, 연속 핵산 검출 장치.
The continuous nucleic acid detection device according to claim 1, wherein the PCR plate moves at a speed of 1 cm to 10 cm per minute.
제1항에 있어서, 상기 PCR용 웰은 코어 웰, 위성 제1 웰 및 위성 제2웰을 포함하고, 상기 위성 제1 웰, 상기 위성 제2웰은 미세 유체 채널을 통해 상기 코어 웰에 연결되어 있는 것인, 연속 핵산 검출 장치.

The method of claim 1, wherein the PCR well includes a core well, a first satellite well, and a second satellite well, and the first satellite well and the second satellite well are connected to the core well through a microfluidic channel. What is, continuous nucleic acid detection device.

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016115542A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 The Regents Of The University Of California Led driven plasmonic heating apparatus for nucleic acids amplification
US20170157614A1 (en) * 2013-12-31 2017-06-08 Nanobiosys Inc. High-speed real-time pcr device based on lab-on-a-chip for detecting food-borne bacteria to agrifood, and methods for detecting food-borne bacteria to agrifood using the same
KR101813870B1 (en) 2016-04-08 2018-01-03 주식회사 수젠텍 Automatic analysis device for molecular diagnosis
JP6523961B2 (en) 2012-11-30 2019-06-05 クヴェッラ コーポレーション Device and method for extracting microbial cells

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100020394A (en) * 2008-08-12 2010-02-22 한양대학교 산학협력단 Integrated micro bio chip
KR101618113B1 (en) * 2014-02-10 2016-05-09 나노바이오시스 주식회사 Device for polymerase chain reaction comprising driving element for one-direction sliding, and method for polymerase chain reaction using the same
CN107921399B (en) * 2015-07-30 2021-07-27 加利福尼亚大学董事会 Optical cavity PCR
EP3612841A4 (en) * 2017-04-21 2021-04-21 Essenlix Corporation Molecular manipulation and assay with controlled temperature (ii)
KR102252970B1 (en) * 2019-05-24 2021-05-17 한국기계연구원 Fast molecular diagnosis apparatus and method for fast molecular diagnosis using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6523961B2 (en) 2012-11-30 2019-06-05 クヴェッラ コーポレーション Device and method for extracting microbial cells
US20170157614A1 (en) * 2013-12-31 2017-06-08 Nanobiosys Inc. High-speed real-time pcr device based on lab-on-a-chip for detecting food-borne bacteria to agrifood, and methods for detecting food-borne bacteria to agrifood using the same
US10245590B2 (en) 2013-12-31 2019-04-02 Nanobiosys Inc. High-speed real-time PCR device based on lab-on-a-chip for detecting food-borne bacteria to agrifood, and methods for detecting food-borne bacteria to agrifood using the same
WO2016115542A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 The Regents Of The University Of California Led driven plasmonic heating apparatus for nucleic acids amplification
KR101813870B1 (en) 2016-04-08 2018-01-03 주식회사 수젠텍 Automatic analysis device for molecular diagnosis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Marco R. Bobinger et.al., Flexible and robust laser-induced graphene heaters ~, Carbon, Vol.144, pp.116-126(2019.) 1부.*

Also Published As

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