KR102550235B1 - Nucleic acid amplification device using light source - Google Patents

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Abstract

광원을 이용한 핵산 증폭 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원을 이용한 핵산 증폭 장치는, 상기 광원에서 조사된 광을 통과시키는 광 투과성 소재로 형성되며, 타깃 핵산을 포함한 시료가 수용되는 수용 공간을 가진 수용 구조체; 및 상기 수용 구조체의 상기 수용 공간 내에 배치되어 적어도 일부가 상기 수용 공간에 수용된 상기 시료의 중심 영역에 위치하며, 상기 시료가 유입 또는 포획되는 공극들을 가진 다공 구조체를 포함하고, 상기 다공 구조체는, 광 투과성을 가지며 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 파이버(fiber)로 형성될 수 있다.
A nucleic acid amplification device using a light source is disclosed.
A nucleic acid amplification device using a light source according to an embodiment of the present invention includes an accommodating structure formed of a light-transmitting material that transmits light irradiated from the light source and having an accommodating space in which a sample including a target nucleic acid is accommodated; and a porous structure disposed in the accommodating space of the accommodating structure, at least a portion of which is located in a central region of the sample accommodated in the accommodating space, and having pores through which the sample is introduced or trapped, wherein the porous structure comprises: It has permeability and may be formed of a fiber in which metal nanoparticles are distributed on the surface or inside.

Description

광원을 이용한 핵산 증폭 장치{Nucleic acid amplification device using light source}Nucleic acid amplification device using light source}

본 발명은 광원을 이용한 핵산 증폭 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 광원을 이용하여 타깃 핵산의 온도를 변화시킴으로써 상기 타깃 핵산을 증폭시키는 핵산 증폭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nucleic acid amplification device using a light source, and more particularly, to a nucleic acid amplification device that amplifies a target nucleic acid by changing the temperature of the target nucleic acid using a light source.

일반적으로, DNA와 같은 핵산의 증폭은 PCR(Polymerase Chain Reaction) 기술을 통해 수행된다. 이러한 PCR 기술은 특정 염기 서열을 가진 타깃 핵산의 열변성 과정(denaturation), 프라이머(primer)의 결합 과정(annealing), 중합효소(polymerase)를 이용한 상보적 핵산의 신장 과정(elongation)을 1회의 반응 사이클로 하여 해당 반응 사이클을 대략 30회에서 40회 정도 반복 수행한다. 또한, 각각의 반응 사이클에서 열변성 과정은 94~96℃의 온도에서 진행되고, 결합 과정과 신장 과정은 각각 55~65℃와 72~75℃의 온도에서 진행되기 때문에 반응 사이클은 타깃 핵산의 온도 변화 사이클에 대응한다.In general, amplification of nucleic acids such as DNA is performed through PCR (Polymerase Chain Reaction) technology. This PCR technique involves the thermal denaturation of a target nucleic acid having a specific base sequence, the annealing of a primer, and the elongation of a complementary nucleic acid using a polymerase in one reaction. As a cycle, the reaction cycle is repeated about 30 to 40 times. In addition, since the thermal denaturation process in each reaction cycle proceeds at a temperature of 94 to 96 ° C, and the binding process and elongation process proceed at a temperature of 55 to 65 ° C and 72 to 75 ° C, respectively, the reaction cycle is performed at the temperature of the target nucleic acid. Respond to cycles of change.

그러나, 한국 등록특허공보 제10-1423582호에 개시된 바와 같이, PCR 수행 시 펠티에 소자(Peltier element)를 이용하여 시료의 온도를 조절하는 기존 기술은, 온도 변화 사이클을 1회 수행하는데 수십 초에서 수 분 이상 소요되기 때문에, 핵산 증폭에 장시간이 요구되고 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다.However, as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1423582, the existing technology for controlling the temperature of a sample using a Peltier element during PCR performs a temperature change cycle once, from tens of seconds to several Since it takes more than a minute, there is a problem in that a long time is required for nucleic acid amplification and energy efficiency is low.

또한, 한국 공개특허공보 제10-2017-0106995호에 개시된 바와 같이, 시료가고정되는 웰(well) 내부면에 금(Au) 박막을 증착시켜 시료의 온도를 조절하는 기존 기술은, 시료의 표면 영역만 금 박막과 접촉되기 때문에, 열 대류를 통해 시료의 중심 영역까지 열이 도달하는데 비교적 장시간이 요구되며, 시료 가열 시간을 단축하기 위해 금 박막의 온도를 상승시키는 경우 금 박막에 직접 접촉되어 있는 일부 시료의 변형이나 파괴를 초래하는 문제점이 있다.In addition, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2017-0106995, a conventional technique for controlling the temperature of a sample by depositing a gold (Au) thin film on the inner surface of a well to which the sample is fixed, the surface of the sample Since only the region is in contact with the gold thin film, a relatively long time is required for heat to reach the central region of the sample through thermal convection, and when the temperature of the gold thin film is raised to shorten the sample heating time, There is a problem that causes deformation or destruction of some samples.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 타깃 핵산의 증폭 시 타깃 핵산을 포함한 시료의 가열 및 냉각 속도를 향상시키면서도 열에 의한 시료의 변형이나 파괴를 방지하고, 에너지 효율을 개선하는 핵산 증폭 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a nucleic acid amplification device that improves the heating and cooling rate of a sample including a target nucleic acid during amplification of a target nucleic acid, prevents deformation or destruction of the sample by heat, and improves energy efficiency will be.

본 발명의 일 실시예에 따른 광원을 이용한 핵산 증폭 장치는, 상기 광원에서 조사된 광을 통과시키는 광 투과성 소재로 형성되며, 타깃 핵산을 포함한 시료가 수용되는 수용 공간을 가진 수용 구조체; 및 상기 수용 구조체의 상기 수용 공간 내에 배치되어 적어도 일부가 상기 수용 공간에 수용된 상기 시료의 중심 영역에 위치하며, 상기 시료가 유입 또는 포획되는 공극들을 가진 다공 구조체를 포함하고, 상기 다공 구조체는, 광 투과성을 가지며 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 파이버(fiber)로 형성될 수 있다.A nucleic acid amplification device using a light source according to an embodiment of the present invention includes an accommodating structure formed of a light-transmitting material that transmits light emitted from the light source and having an accommodating space in which a sample including a target nucleic acid is accommodated; and a porous structure disposed within the accommodating space of the accommodating structure, at least a portion of which is located in a central region of the sample accommodated in the accommodating space, and having pores through which the sample is introduced or captured, wherein the porous structure comprises: It has permeability and may be formed of a fiber in which metal nanoparticles are distributed on the surface or inside.

일 실시예에 있어서, 상기 다공 구조체를 형성하는 상기 파이버는, 상기 파이버의 중심을 이루는 코어; 상기 코어의 표면에 부착된 금속 나노 입자들; 및 상기 코어의 표면과 상기 금속 나노 입자들 위에 형성되는 코팅층을 포함할 수 있다.In one embodiment, the fiber forming the porous structure, the core forming the center of the fiber; metal nanoparticles attached to the surface of the core; and a coating layer formed on the surface of the core and the metal nanoparticles.

일 실시예에 있어서, 상기 수용 구조체는, 상단에 상기 수용 공간과 연통되는 개구를 가진 튜브(tube) 형태로 구성되고, 상기 다공 구조체는, 상기 개구를 통해 상기 수용 공간에 삽입되거나 상기 수용 공간에서 인출되도록 스틱(stick), 로드(rod) 또는 블록(block)의 형태로 구성될 수 있다.In one embodiment, the accommodating structure is configured in the form of a tube having an opening communicating with the accommodating space at an upper end, and the porous structure is inserted into the accommodating space through the opening or in the accommodating space. It can be configured in the form of a stick, rod or block to be drawn out.

일 실시예에 있어서, 상기 핵산 증폭 장치는, 상기 광원에서 조사되어 상기 수용 구조체를 통과한 광을 다시 상기 수용 구조체의 상기 수용 공간 측으로 반사시키는 반사체를 포함할 수 있다.In one embodiment, the nucleic acid amplification device may include a reflector for reflecting light emitted from the light source and passing through the accommodation structure back toward the accommodation space of the accommodation structure.

일 실시예에 있어서, 상기 수용 구조체는, 내부에 상기 수용 공간을 가진 칩(chip) 형태로 구성되고, 상기 다공 구조체는, 상기 수용 공간에 배치되는 네트워크(network) 또는 블록(block)의 형태로 구성될 수 있다.In one embodiment, the accommodating structure is configured in the form of a chip having the accommodating space therein, and the porous structure is in the form of a network or block disposed in the accommodating space. can be configured.

일 실시예에 있어서, 상기 수용 구조체는, 상기 광원에서 조사된 광을 상기 수용 공간 측으로 입사시키는 입사면과, 상기 수용 공간을 통과한 광을 다시 수용 공간 측으로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.In one embodiment, the accommodating structure may include an incident surface for incident light emitted from the light source toward the accommodating space, and a reflective surface for reflecting the light passing through the accommodating space back toward the accommodating space.

본 발명에 따르면, 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 파이버로 형성되어 시료가 유입 또는 포획되는 다수의 공극을 가지는 다공 구조체를 수용 구조체에 수용된 시료의 중심 영역에 배치하고, 상기 다공 구조체에 광을 조사하거나 조사되던 광을 차단하는 방식으로 해당 시료를 가열 또는 냉각함으로써, 시료의 가열 및 냉각 속도를 향상시키면서도 열에 의한 시료의 변형이나 파괴를 방지하고, 에너지 효율을 개선할 수 있다.According to the present invention, a porous structure formed of fibers in which metal nanoparticles are distributed on the surface or inside and having a plurality of pores through which a sample is introduced or trapped is disposed in the central region of the sample accommodated in the receiving structure, and the porous structure By heating or cooling the corresponding sample by irradiating light or blocking the irradiated light, it is possible to prevent deformation or destruction of the sample due to heat and improve energy efficiency while increasing the heating and cooling rate of the sample.

또한, 상기 다공 구조체가 튜브 형태의 수용 구조체에 삽입되거나 해당 수용 구조체에서 인출될 수 있도록 상기 다공 구조체를 스틱, 로드 또는 블록 형태로 형성함으로써, 핵산 증폭 완료 후 해당 시료에서 핵산을 분리하는 작업을 용이하게 할 수 있으며, 다공 구조체의 재사용을 통해 비용 효율성을 개선할 수 있다.In addition, by forming the porous structure in the form of a stick, rod, or block so that the porous structure can be inserted into or extracted from the tube-shaped accommodation structure, it is easy to separate nucleic acids from the corresponding sample after nucleic acid amplification is completed. and cost efficiency can be improved through reuse of the porous structure.

또한, 광원에서 조사되어 상기 수용 구조체를 통과한 광을 반사체 또는 반사면을 이용하여 다시 상기 수용 구조체의 수용 공간 측으로 반사시킴으로써, 시료 가열 속도와 에너지 효율을 더욱 개선할 수 있다.In addition, the sample heating rate and energy efficiency can be further improved by reflecting the light emitted from the light source and passing through the accommodation structure back to the accommodation space of the accommodation structure using a reflector or a reflective surface.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치의 수용 구조체 및 다공 구조체를 나타낸 도면이다.
도 3은 다공 구조체를 형성하는 파이버의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 4는 다공 구조체를 형성하는 파이버의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치의 수용 구조체 및 다공 구조체를 나타낸 단면도이다.
도 6은 광원의 동작에 따른 시료의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명과 기존 기술의 성능 실험 비교 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram showing a nucleic acid amplification device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an accommodation structure and a porous structure of a nucleic acid amplification device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing an example of fibers forming a porous structure.
4 is a cross-sectional view showing another example of fibers forming a porous structure.
5 is a cross-sectional view showing an accommodation structure and a porous structure of a nucleic acid amplification device according to another embodiment of the present invention.
6 is a graph showing a change in temperature of a sample according to the operation of a light source.
7 is a graph showing comparison results of performance tests between the present invention and the existing technology.

이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확히 하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to clarify solutions to the technical problems of the present invention. However, in the description of the present invention, if the description of the related known technology makes the gist of the present invention unclear, the description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms defined in consideration of functions in the present invention, and they may vary according to the intention or custom of a designer or manufacturer. Therefore, the definitions of the terms to be described below will have to be made based on the content throughout this specification.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)가 도시되어 있다.1 shows a nucleic acid amplification device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치(100)는 DNA와 같이 특정 염기 서열을 가진 타깃 핵산(target nucleic acid)을 증폭시키는 장치로서, 광원(light source)을 이용하여 타깃 핵산의 온도를 PCR(Polymerase Chain Reaction)에 요구되는 온도로 변화시키도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the nucleic acid amplification device 100 according to an embodiment of the present invention is a device for amplifying a target nucleic acid having a specific base sequence, such as DNA, by using a light source It can be configured to change the temperature of the target nucleic acid to a temperature required for PCR (Polymerase Chain Reaction).

이를 위해, 상기 핵산 증폭 장치(100)는 광원(110), 수용 구조체(120) 및 다공 구조체(130)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 상기 핵산 증폭 장치(100)는 지지 프레임(140), 광학 렌즈(150), 반사체(160), 온도 센서(170), 제어부(180) 등을 선택적으로 더 포함할 수 있다.To this end, the nucleic acid amplification device 100 may include a light source 110, an accommodation structure 120, and a porous structure 130. In addition, according to the embodiment, the nucleic acid amplification device 100 may optionally further include a support frame 140, an optical lens 150, a reflector 160, a temperature sensor 170, a control unit 180, and the like. .

상기 광원(110)은 수용 구조체(120)를 향해 가시광선 대역이나 적외선 대역 등과 같이 특정 대역의 광을 조사하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 광원(110)은 LED(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(laser diode) 등을 포함할 수 있다. The light source 110 is configured to emit light of a specific band, such as a visible ray band or an infrared ray band, toward the accommodation structure 120 . To this end, the light source 110 may include a Light Emitting Diode (LED) or a laser diode.

상기 수용 구조체(120)는 광원(110)에서 조사된 광을 통과시키는 광 투과성 소재로 형성되며, 타깃 핵산을 포함한 시료(S)를 수용하는 수용 공간(122)을 가지도록 구성된다. 상기 수용 구조체(120)에 수용되는 시료(S)에는 타깃 핵산과 함께 해당 타깃 핵산을 주형으로 하여 새로운 핵산을 생성하기 위한 프라이머(primer), DNA 중합 효소, dNTP(Deoxynucleotide triphosphate) 등이 포함될 수 있다.The accommodating structure 120 is made of a light-transmitting material that transmits light emitted from the light source 110 and has an accommodating space 122 accommodating the sample S including the target nucleic acid. The sample S accommodated in the receiving structure 120 may include a target nucleic acid and a primer for generating a new nucleic acid using the target nucleic acid as a template, DNA polymerase, deoxynucleotide triphosphate (dNTP), etc. .

이러한 수용 구조체(120)는 광 투과성과 내열성을 가진 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 수용 구조체(120)는 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), COC(Cycloolefin copolymer), PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene terephthalate) 또는 PDMS(Polydimethyls iloxane) 등과 같은 고분자 합성수지나, 유리와 같은 무기 소재로 구성될 수 있다.The receiving structure 120 may be made of a material having light transmittance and heat resistance. For example, the receiving structure 120 may be made of a polymer synthetic resin such as PP (Polypropylene), PE (Polyethylene), COC (Cycloolefin copolymer), PC (Polycarbonate), PET (Polyethylene terephthalate) or PDMS (Polydimethyls iloxane), or glass. It may be made of inorganic material.

또한, 상기 수용 구조체(120)는 도 1과 같이 튜브(tube) 형태로 구성될 수 있으며, 실시예에 따라 판상의 칩(chip) 형태로 구성될 수도 있다. 상기 수용 구조체(120)가 튜브 형태로 구성되는 경우, 상기 수용 구조체(120)의 개구에는 시료(S)의 증발이나 누출을 방지하는 마개(126)가 결합될 수 있다. 상기 마개(126)는 수용 구조체(120)와 같이 광 투과성을 가진 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 마개(126)는 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), COC(Cycloolefin copolymer), PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene terephthalate) 또는 PDMS(Polydimethyls iloxane) 등과 같은 고분자 합성수지나, 유리와 같은 무기 소재로 구성될 수 있다.In addition, the receiving structure 120 may be configured in a tube shape as shown in FIG. 1, or may be configured in a plate-shaped chip shape according to an embodiment. When the accommodating structure 120 is configured in a tube shape, a stopper 126 for preventing evaporation or leakage of the sample S may be coupled to an opening of the accommodating structure 120 . The stopper 126 may be made of a material having light transmission like the accommodation structure 120 . For example, the stopper 126 is a polymer synthetic resin such as PP (Polypropylene), PE (Polyethylene), COC (Cycloolefin copolymer), PC (Polycarbonate), PET (Polyethylene terephthalate) or PDMS (Polydimethyls iloxane), or an inorganic material such as glass It can be made of material.

또한, 상기 마개(126)는 분리형 돔(dome)형 캡(cap), 힌지형 돔형 캡, 또는 플랫 캡 등의 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 단일 마개 형태로 구성되거나 8개 또는 12개의 캡이 연결된 스트립 형태로 구성될 수 있다. 플랫 캡의 경우 라벨링이 가능하고, 돔형 캡의 경우 시료가 상단에 증발되어 있는 것을 방지할 수 있다.In addition, the stopper 126 may be configured in various forms such as a detachable dome-type cap, a hinged dome-type cap, or a flat cap, and may be configured as a single stopper or 8 or 12 caps It may be configured in the form of a connected strip. In the case of a flat cap, labeling is possible, and in the case of a domed cap, it is possible to prevent the sample from evaporating on top.

상기 다공 구조체(130)는 다수의 공극(air gap)을 가진 입체형 구조체로서, 시료(S)가 수용되는 상기 수용 구조체(120)의 수용 공간(122) 내에 배치되어, 적어도 일부가 수용 공간(122)에 수용된 시료(S)의 중심 영역에 위치하도록 구성된다. 이러한 다공 구조체(130)가 시료(S) 속에 투입되면 해당 시료(S)는 다공 구조체(130)의 공극에 유입되거나 포획될 수 있다.The porous structure 130 is a three-dimensional structure having a plurality of air gaps, and is disposed in the accommodation space 122 of the accommodation structure 120 in which the sample S is accommodated, so that at least a portion of the accommodation space 122 ) Is configured to be located in the central region of the sample (S) accommodated in. When such a porous structure 130 is put into the sample (S), the sample (S) may flow into or be captured in the pores of the porous structure (130).

아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 다공 구조체(130)는 광 투과성을 가지며 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 단일 또는 다수의 파이버(fiber)로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 다공 구조체(130)는 다수의 공극이 형성되도록 단일 또는 다수 가닥의 파이버를 랜덤하게 접거나 만곡시켜 뭉치는 방식으로 구성되거나, 다수의 파이버 가닥들을 네트워크(network)나 스캐폴드(scaffold) 형태로 결합시키는 방식으로 구성될 수 있다. 즉, 상기 다공 구조체(130)를 형성하는 파이버들은 무질서하게 결합되거나 규칙적인 형태로 결합될 수 있다.As will be described again below, the porous structure 130 may be formed of single or multiple fibers having light transmittance and having metal nanoparticles distributed on the surface or inside. For example, the porous structure 130 is configured by randomly folding or bending single or multiple strands of fibers to form a plurality of pores, or forming a plurality of strands of fibers into a network or scaffold. It can be configured in a way that combines in the form. That is, the fibers forming the porous structure 130 may be randomly or regularly coupled.

또한, 상기 다공 구조체(130)는 수용 구조체(120)의 수용 공간(122)에 배치 가능한 다양한 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 다공 구조체(130)는 수용 구조체(120)의 수용 공간(122) 내에 고정되도록 구성되거나, 외부에서 수용 구조체(120) 내부로의 삽입과 수용 구조체(120) 내부에서 외부로의 인출이 가능하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 다공 구조체(130)는 불규칙적인 파이버 뭉치 형태로 구성되거나, 전체적인 형상이 상기 수용 구조체(120)의 수용 공간(122)과 형합하는 튜브(tube), 스틱(stick), 로드(rod) 또는 블록(block) 등의 형태로 구성될 수 있다.In addition, the porous structure 130 may be configured in various shapes that can be disposed in the accommodation space 122 of the accommodation structure 120 . In this case, the porous structure 130 is configured to be fixed in the accommodation space 122 of the accommodation structure 120, or is inserted into the accommodation structure 120 from the outside and taken out from the inside of the accommodation structure 120 to the outside. It can be configured to allow this. For example, the porous structure 130 is configured in the form of an irregular fiber bundle, or a tube, a stick, or a rod whose overall shape matches the accommodation space 122 of the accommodation structure 120 Alternatively, it may be configured in the form of a block or the like.

참고로, 상기 다공 구조체(130)의 공극에 유입 또는 포획된 시료는 핵산 증폭 과정 완료 후 원심분리 방식으로 분리되거나, 상기 수용 구조체(120)의 수용 공간(122)에서 상기 다공 구조체(130)를 서서히 인출하는 방식으로 분리될 수 있다.For reference, the samples introduced into or captured in the pores of the porous structure 130 are separated by centrifugation after completion of the nucleic acid amplification process, or the porous structure 130 is separated from the accommodation space 122 of the accommodation structure 120. It can be separated in a way that is gradually withdrawn.

한편, 상기 다공 구조체(130)를 형성하는 파이버는 광 투과성과 내열성을 가진 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 파이버는 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), COC(Cycloolefin copolymer), PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene terephthalate) 또는 PDMS(Polydimethyls iloxane) 등과 같은 고분자 합성수지나, 유리와 같은 무기 소재로 구성될 수 있다.On the other hand, the fibers forming the porous structure 130 may be made of a material having light transmittance and heat resistance. For example, the fiber is composed of a polymer synthetic resin such as PP (Polypropylene), PE (Polyethylene), COC (Cycloolefin copolymer), PC (Polycarbonate), PET (Polyethylene terephthalate) or PDMS (Polydimethyls iloxane), or an inorganic material such as glass It can be.

또한, 상기 파이버의 표면 또는 내부에 분포되어 있는 금속 나노 입자들은 광원(110)에서 조사된 광에 의해 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 특성을 나타내도록 나노미터 단위의 크기 내지 직경으로 구성될 수 있다. 표면 플라즈몬 공명은 도체인 금속 나노 입자 표면과 공기, 물 등의 유전체 사이에 광이 입사되면 광이 가지는 특정 에너지의 전자기장과 공명하여 금속 나노 입자 표면의 자유 전자들이 집단적으로 진동하는 현상을 말한다. 상기 다공 구조체(130)는 상술한 바와 같이 금속 나노 입자들에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 시료(S)를 신속하고 에너지 효율적으로 가열할 수 있다. 이 경우, 표면 플라즈몬 공명의 주파수는 금속 나노 입자들의 크기나 형태, 접촉하고 있는 유전체의 종류 등에 따라 변경될 수 있다.In addition, the metal nanoparticles distributed on or inside the fiber may have a size or diameter in nanometers to exhibit surface plasmon resonance characteristics by light irradiated from the light source 110. . Surface plasmon resonance refers to a phenomenon in which free electrons on the surface of metal nanoparticles oscillate collectively when light is incident between the surface of a metal nanoparticle, which is a conductor, and a dielectric such as air or water, in resonance with an electromagnetic field of a specific energy possessed by the light. As described above, the porous structure 130 can quickly and energy-efficiently heat the sample S by using a surface plasmon resonance phenomenon generated from metal nanoparticles. In this case, the frequency of the surface plasmon resonance may be changed according to the size or shape of the metal nanoparticles, the type of dielectric in contact, and the like.

또한, 상기 금속 나노 입자들은 예컨대, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 게르마늄(Ge), 텅스텐(W) 또는 이리듐(Ir) 등으로 구성되거나, 이들 중 1 또는 2 이상의 조합으로 구성될 수 있다.In addition, the metal nanoparticles are, for example, gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), germanium (Ge), tungsten (W) or iridium (Ir), etc., or may be composed of one or a combination of two or more of them.

한편, 상기 지지 프레임(140)은 수용 구조체(120)를 지지하며 일정한 위치에 고정하도록 구성된다. 이 경우, 상기 지지 프레임(140)은 수용 구조체(120)와 같이 광 투과성 소재로 구성될 수 있다.On the other hand, the support frame 140 supports the accommodation structure 120 and is configured to be fixed at a predetermined position. In this case, the support frame 140 may be made of a light-transmitting material like the receiving structure 120 .

상기 광학 렌즈(150)는 광원(110)에서 조사된 광을 상기 수용 구조체(120) 측으로 수렴시키도록 구성된다. 이를 위해, 상기 광학 렌즈(150)는 광원(110)과 수용 구조체(120) 사이에 배치될 수 있다.The optical lens 150 is configured to converge the light emitted from the light source 110 toward the receiving structure 120 . To this end, the optical lens 150 may be disposed between the light source 110 and the accommodation structure 120 .

상기 반사체(160)는 광원(110)에서 조사되어 수용 구조체(120)체를 통과한 광을 다시 수용 구조체(120)의 수용 공간(122) 측으로 반사시키도록 구성된다. 이를 위해, 상기 반사체(160)는 오목 거울과 같이 오목한 반사면을 가질 수 있다.The reflector 160 is configured to reflect the light emitted from the light source 110 and passing through the receiving structure 120 toward the receiving space 122 of the receiving structure 120 again. To this end, the reflector 160 may have a concave reflective surface such as a concave mirror.

상기 온도 센서(170)는 수용 구조체(120)에 수용된 시료(S)의 온도를 감지하도록 구성된다. 이 경우, 상기 온도 센서(170)는 열전쌍, 서미스터(thermistor) 또는 저항 온도 검출기(resistance temperature detectors) 등을 이용하는 접촉식 온도 센서로 구성되거나, 적외선 온도계를 이용하는 비접촉식 온도 센서로 구성될 수 있다.The temperature sensor 170 is configured to detect the temperature of the sample S accommodated in the receiving structure 120 . In this case, the temperature sensor 170 may be configured as a contact temperature sensor using a thermocouple, thermistor, or resistance temperature detectors, or a non-contact temperature sensor using an infrared thermometer.

상기 제어부(180)는 온도 센서(170)를 통해 시료(S)의 온도를 확인하고 확인된 온도에 따라 광원(110)의 동작을 제어하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 제어부(180)는 1 또는 2 이상의 프로세서, 메모리 등을 포함할 수 있다.The controller 180 is configured to check the temperature of the sample S through the temperature sensor 170 and control the operation of the light source 110 according to the checked temperature. To this end, the control unit 180 may include one or more processors, memories, and the like.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치의 수용 구조체(120) 및 다공 구조체(130)가 도시되어 있다.2 shows an accommodation structure 120 and a porous structure 130 of a nucleic acid amplification device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수용 구조체(120)는 상단에 수용 공간(122)과 연통되는 개구(124)를 가진 튜브(tube) 형태로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the accommodating structure 120 may be configured in the form of a tube having an opening 124 communicating with the accommodating space 122 at an upper end.

또한, 상기 다공 구조체(130)는 수용 구조체(120)의 개구(124)를 통해 수용 구조체(120)의 수용 공간(122)에 삽입되거나, 해당 수용 공간(122)에서 인출되도록 스틱(stick), 로드(rod) 또는 블록(block)의 형태로 구성될 수 있다. 상기 다공 구조체(130)가 상기 수용 구조체(120)의 수용 공간(122)에 삽입된 후, 상기 수용 구조체(120)의 개구(124)에는 도 1과 같이 마개(126)가 결합되어 시료(S)의 증발이나 누출을 방지할 수 있다.In addition, the porous structure 130 is inserted into the accommodating space 122 of the accommodating structure 120 through the opening 124 of the accommodating structure 120, or drawn out from the accommodating space 122, a stick, It can be configured in the form of a rod or a block. After the porous structure 130 is inserted into the accommodation space 122 of the accommodation structure 120, a stopper 126 is coupled to the opening 124 of the accommodation structure 120 as shown in FIG. ) to prevent evaporation or leakage.

이와 같이, 상기 수용 구조체(120)에 대하여 상기 다공 구조체(130)의 삽입과 인출이 가능하도록 구성됨으로써, 핵산 증폭 완료 후 해당 시료에서 핵산을 분리하는 작업을 용이하게 할 수 있으며, 다공 구조체(130)의 재사용을 통해 비용 효율성을 개선할 수 있다.In this way, since the porous structure 130 is configured to be inserted into and withdrawn from the accommodation structure 120, it is possible to facilitate the separation of nucleic acids from the sample after completion of nucleic acid amplification, and the porous structure 130 ) can improve cost efficiency.

또한, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 다공 구조체(130)는 광 투과성을 가지며 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 단일 또는 다수의 파이버(132)로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 다공 구조체(130)는 다수의 공극(G)이 형성되도록 단일 가닥의 파이버를 랜덤하게 접거나 만곡시켜 뭉치는 방식으로 구성되거나, 다수의 파이버 가닥들을 네트워크(network)나 스캐폴드(scaffold) 형태로 결합시키는 방식으로 구성될 수 있다.In addition, as mentioned above, the porous structure 130 may be formed of single or multiple fibers 132 having light transmittance and having metal nanoparticles distributed thereon or on the surface thereof. For example, the porous structure 130 is configured by randomly folding or bending single-stranded fibers to form a plurality of pores G, or by forming a plurality of fiber strands into a network or scaffold ) can be configured in a way that is combined in the form.

도 3에는 다공 구조체(130)를 형성하는 파이버의 일례가 단면도로 도시되어 있다.3 shows an example of a fiber forming the porous structure 130 in cross-sectional view.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 다공 구조체(130)는 금속 나노 입자들(136a)이 내부에 분포되어 있는 미세한 파이버(132a)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3 , the porous structure 130 may be composed of fine fibers 132a in which metal nanoparticles 136a are distributed.

이 경우, 상기 파이버(132a)의 몸체(134a)는 광 투과성과 내열성을 가진 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 파이버(132a)의 몸체(134a)는 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), COC(Cycloolefin copolymer), PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene terephthalate) 또는 PDMS(Polydimethyls iloxane) 등과 같은 고분자 합성수지나, 유리와 같은 무기 소재로 구성될 수 있다.In this case, the body 134a of the fiber 132a may be made of a material having light transmittance and heat resistance. For example, the body 134a of the fiber 132a is a polymer synthetic resin such as PP (Polypropylene), PE (Polyethylene), COC (Cycloolefin copolymer), PC (Polycarbonate), PET (Polyethylene terephthalate) or PDMS (Polydimethyls iloxane) , can be made of an inorganic material such as glass.

또한, 상기 파이버(132a)의 내부에 분포되어 있는 금속 나노 입자들(136a)은 광원(110)에서 조사된 광에 의해 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 특성을 나타내도록 나노미터 단위의 크기 내지 직경으로 구성될 수 있다.In addition, the metal nanoparticles 136a distributed inside the fiber 132a have a size or diameter in nanometers to exhibit surface plasmon resonance characteristics by light irradiated from the light source 110. may consist of

이 경우, 상기 금속 나노 입자들은 예컨대, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 게르마늄(Ge), 텅스텐(W) 또는 이리듐(Ir) 등으로 구성되거나, 이들 중 1 또는 2 이상의 조합으로 구성될 수 있다.In this case, the metal nanoparticles are, for example, gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), germanium (Ge), It may be composed of tungsten (W) or iridium (Ir), or a combination of one or two or more of these.

도 4에는 다공 구조체(130)를 형성하는 파이버의 다른 일례가 단면도로 도시되어 있다.4 shows another example of a fiber forming the porous structure 130 as a cross-sectional view.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 다공 구조체(130)는 금속 나노 입자들(136b)이 표면 측에 분포되어 있는 미세한 파이버(132b)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 4 , the porous structure 130 may be composed of fine fibers 132b in which metal nanoparticles 136b are distributed on the surface side.

이 경우, 금속 나노 입자들(136b)이 부착되는 상기 파이버(132b)의 코어(134b)는 광 투과성과 내열성을 가진 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 코어(134b)는 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), COC(Cycloolefin copolymer), PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene terephthalate) 또는 PDMS(Polydimethyls iloxane) 등과 같은 고분자 합성수지나, 유리와 같은 무기 소재로 구성될 수 있다.In this case, the core 134b of the fiber 132b to which the metal nanoparticles 136b are attached may be made of a material having light transmittance and heat resistance. For example, the core 134b may be made of a polymer synthetic resin such as PP (Polypropylene), PE (Polyethylene), COC (Cycloolefin copolymer), PC (Polycarbonate), PET (Polyethylene terephthalate) or PDMS (Polydimethyls Iloxane), or an inorganic material such as glass. It can be made of material.

또한, 상기 금속 나노 입자들(136b)은 상술한 바와 같이 광원(110)에서 조사된 광에 의해 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 특성을 나타내도록 나노미터 단위의 크기 내지 직경으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 금속 나노 입자들(136b)은 예컨대, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 게르마늄(Ge), 텅스텐(W) 또는 이리듐(Ir) 등으로 구성되거나, 이들 중 1 또는 2 이상의 조합으로 구성될 수 있다.In addition, as described above, the metal nanoparticles 136b may have a size or diameter in nanometers to exhibit surface plasmon resonance characteristics by light irradiated from the light source 110. In this case, the metal nanoparticles 136b may be, for example, gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), germanium (Ge), tungsten (W), iridium (Ir), or the like, or may be composed of one or a combination of two or more of them.

이러한 금속 나노 입자들(136b)은 sputtering 또는 evaporation과 같은 물리적인 방식이나, 전구물질(precursor)의 환원이나 증착을 통한 화학적 방식으로 코어(134b)의 표면에 부착될 수 있다.The metal nanoparticles 136b may be attached to the surface of the core 134b by a physical method such as sputtering or evaporation or a chemical method through reduction or deposition of a precursor.

또한, 일 실시예에 있어서, 상기 파이버(132b)는 코어(134b) 표면에 부착된 금속 나노 입자들(136b)의 유실을 방지하기 위해 코어(134b)의 표면과 금속 나노 입자들(136b) 위에 형성되는 코팅층(138b)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 코팅층(138b)은 PEG(Polyethylene glycol)와 같은 고분자 합성수지나, 실리카(silica)와 같은 무기 소재로 구성될 수 있다.In addition, in one embodiment, the fiber 132b is placed on the surface of the core 134b and the metal nanoparticles 136b to prevent loss of the metal nanoparticles 136b attached to the surface of the core 134b. A formed coating layer 138b may be further included. In this case, the coating layer 138b may be made of a polymer synthetic resin such as PEG (Polyethylene glycol) or an inorganic material such as silica.

도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 핵산 증폭 장치의 수용 구조체(120a) 및 다공 구조체(130a)가 수직 단면도로 도시되어 있다.5 shows a vertical cross-sectional view of the accommodating structure 120a and the porous structure 130a of the nucleic acid amplification device according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수용 구조체(120a)는 내부에 채널(channel) 형태의 시료 수용 공간(122a)을 가진 판상의 칩(chip) 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 수용 구조체(120a)는 상술한 바와 같이 투과성과 내열성을 가진 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 수용 구조체(120a)는 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), COC(Cycloolefin copolymer), PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene terephthalate) 또는 PDMS(Polydimethyls iloxane) 등과 같은 고분자 합성수지나, 유리와 같은 무기 소재로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 5 , the accommodating structure 120a may be configured in the form of a plate-shaped chip having a channel-shaped sample accommodating space 122a therein. In this case, the receiving structure 120a may be made of a material having permeability and heat resistance as described above. For example, the receiving structure 120a may be made of a polymer synthetic resin such as PP (Polypropylene), PE (Polyethylene), COC (Cycloolefin copolymer), PC (Polycarbonate), PET (Polyethylene terephthalate) or PDMS (Polydimethyls iloxane), or glass. It may be made of inorganic material.

또한, 상기 다공 구조체(130a)는 상술한 바와 같이 광 투과성을 가지며 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 단일 또는 다수의 파이버(fiber)로 형성될 수 있으며, 상기 수용 구조체(120a)의 수용 공간(122a)에 배치되는 네트워크(network) 또는 블록(block)의 형태로 구성될 수 있다.In addition, as described above, the porous structure 130a may be formed of single or multiple fibers having light transmittance and having metal nanoparticles distributed thereon, and the accommodation structure 120a may contain It may be configured in the form of a network or a block disposed in the space 122a.

일 실시예에 있어서, 상기 수용 구조체(120a)는 광원(110)에서 조사된 광을 상기 수용 공간(122a) 측으로 입사시키는 입사면(124a)과, 상기 수용 공간(122a)을 통과한 광을 다시 수용 공간(122a) 측으로 반사시키는 반사면(126a)을 포함할 수 있다. 이를 위해, 상기 반사면(126a)은 미러면(mirror plane)을 포함하거나, 광의 전반사가 일어나도록 상기 수용 구조체(120a)의 수용 공간(122a)을 이루는 소재보다 고밀도의 소재로 구성될 수 있다.In one embodiment, the accommodating structure 120a has an incident surface 124a for incident light irradiated from the light source 110 toward the accommodating space 122a, and the light passing through the accommodating space 122a again. A reflective surface 126a for reflecting toward the receiving space 122a may be included. To this end, the reflective surface 126a may include a mirror plane or may be made of a material having a higher density than the material constituting the accommodation space 122a of the accommodation structure 120a so that total reflection of light occurs.

도 6에는 광원(110)의 동작에 따른 시료의 온도 변화가 그래프로 도시되어 있다.6 shows a graph of temperature change of a sample according to the operation of the light source 110 .

도 6에 도시된 바와 같이, 다공 구조체(130, 130a)가 배치된 수용 구조체(120, 120a)에 DNA, 프라이머(primer), DNA 중합 효소, dNTP(Deoxynucleotide triphosphate) 등을 포함한 시료가 수용되면, 상기 핵산 증폭 장치(100)의 제어부(180)는 광원(110)을 턴온하여 상기 수용 구조체(120, 120a) 측으로 광을 조사하게 된다. 그 결과, 상기 다공 구조체(130, 130a)에 포함된 금속 나노 입자들(136a, 136b)에서 표면 플라즈몬 공명이 발생하여 시료의 온도가 상승하게 된다.As shown in FIG. 6, when a sample including DNA, primer, DNA polymerase, deoxynucleotide triphosphate (dNTP), etc. is accommodated in the receiving structures 120 and 120a on which the porous structures 130 and 130a are disposed, The controller 180 of the nucleic acid amplification device 100 turns on the light source 110 to irradiate light toward the receiving structures 120 and 120a. As a result, surface plasmon resonance occurs in the metal nanoparticles 136a and 136b included in the porous structures 130 and 130a, so that the temperature of the sample rises.

시료의 온도가 92~96℃ 정도로 상승하면, 시료에 포함된 DNA가 두 가닥으로 분리되는 열 변성 과정이 진행된다. 이후, 상기 제어부(180)가 광원을 턴오프하여 시료의 온도가 50~65℃ 정도로 하강하면, 시료에 포함되어 있던 프라이머와 DNA 중합 효소가 외가닥 DNA의 특정 부위에 결합하는 과정(annealing)과, DNA 중합효소(polymerase)가 dNTP를 재료로 DNA를 합성하는 과정(elongation)이 진행된다. 이러한 과정들이 하나의 반응 사이클을 이룬다.When the temperature of the sample rises to about 92 ~ 96 ℃, the heat denaturation process in which the DNA contained in the sample is separated into two strands proceeds. Thereafter, when the controller 180 turns off the light source and the temperature of the sample decreases to about 50 to 65 ° C, the primer and DNA polymerase included in the sample bind to a specific site of the single-stranded DNA (annealing); DNA polymerase synthesizes DNA using dNTP as a material (elongation). These processes form one reaction cycle.

상기 제어부(180)는 광원(110)을 반복적으로 턴온, 턴오프하여 상기 반응 사이클을 30회 이상 반복하게 된다.The controller 180 repeatedly turns on and off the light source 110 to repeat the reaction cycle 30 times or more.

도 7에는 본 발명과 기존 기술의 성능 실험 비교 결과가 그래프로 도시되어 있다.7 shows a graph of performance test comparison results between the present invention and the conventional technology.

상기 성능 실험을 위해, 기존 기술로는 펠티에 소자를 통해 시료를 가열하는 기술이 사용되었다. 또한, 본 발명과 기존 기술 모두 동일한 크기와 구조의 튜브에 동일한 구성과 양의 시료를 수용하여 PCR 반응을 진행하였다.For the performance test, a technique of heating a sample through a Peltier element was used as a conventional technique. In addition, both the present invention and the existing technology carried out the PCR reaction by accommodating the same composition and amount of samples in tubes of the same size and structure.

우선, 핵산 증폭 완료에는 30회 이상의 온도 변화 사이클이 요구되는데, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 경우에 핵산 증폭 완료에 필요한 사이클들이 300초 이내에 모두 완료됨을 알 수 있다.First, 30 or more temperature change cycles are required to complete nucleic acid amplification, and as shown in FIG.

반면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 기존 기술의 경우에 300초 동안 8.5회 정도의 온도 변화 사이클만 진행됨을 알 수 있다. 즉, 기존 기술은 펠티에 소자로 시료의 표면만을 가열하여 열대류를 발생시키는 방식으로 시료의 온도를 상승시키기 때문에, 시료의 가열은 물론, 시료의 냉각에 오랜 시간이 걸림을 알 수 있다.On the other hand, as shown in (b) of FIG. 7 , in the case of the conventional technology, it can be seen that only about 8.5 temperature change cycles are performed for 300 seconds. That is, since the existing technology raises the temperature of the sample by heating only the surface of the sample with a Peltier element and generating heat convection, it can be seen that it takes a long time to cool the sample as well as to heat the sample.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 파이버(fiber)로 형성되어 시료가 유입 또는 포획되는 다수의 공극을 가지는 다공 구조체(130, 130a)를, 수용 구조체(120, 120a)에 수용된 시료의 중심 영역에 배치하고, 상기 다공 구조체(130, 130a)에 광을 조사하거나 조사되던 광을 차단하는 방식으로 해당 시료를 가열 또는 냉각함으로써, 시료의 가열 및 냉각 속도를 향상시키면서도 열에 의한 시료의 변형이나 파괴를 방지하고, 에너지 효율을 개선할 수 있다.As described above, according to the present invention, the porous structures 130 and 130a formed of fibers in which metal nanoparticles are distributed on or inside the porous structures 130 and 130a having a plurality of pores through which samples are introduced or trapped are provided. (120, 120a) by placing in the central region of the sample accommodated, irradiating light to the porous structure (130, 130a) or blocking the irradiated light by heating or cooling the sample, the heating and cooling rate of the sample While improving, it is possible to prevent deformation or destruction of the sample due to heat, and to improve energy efficiency.

또한, 다공 구조체(130)가 튜브(tube) 형태의 수용 구조체(120)에 삽입되거나 해당 수용 구조체(120)에서 인출될 수 있도록, 상기 다공 구조체(130)를 스틱(stick), 로드(rod) 또는 블록(block)의 형태로 형성할 경우, 핵산 증폭 완료 후 해당 시료에서 핵산을 분리하는 작업을 용이하게 할 수 있으며, 다공 구조체의 재사용을 통해 비용 효율성을 개선할 수 있다.In addition, to allow the porous structure 130 to be inserted into or extracted from the accommodation structure 120 in the form of a tube, the porous structure 130 may be inserted into a stick or rod. Alternatively, when formed in the form of a block, it is possible to facilitate the separation of nucleic acids from the sample after completion of nucleic acid amplification, and cost efficiency can be improved through reuse of the porous structure.

또한, 광원(110)에서 조사되어 수용 구조체(120, 120a)를 통과한 광을 반사체(160) 또는 반사면(126a)을 이용하여 다시 상기 수용 구조체(120, 120a)의 수용 공간 측으로 반사시킴으로써, 시료 가열 속도와 에너지 효율을 더욱 개선할 수 있다.In addition, by reflecting the light irradiated from the light source 110 and passing through the accommodation structures 120 and 120a back to the accommodation space of the accommodation structures 120 and 120a using the reflector 160 or the reflective surface 126a, The sample heating rate and energy efficiency can be further improved.

나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.Furthermore, the embodiments according to the present invention can solve various technical problems other than those mentioned in this specification in the related art as well as in the related art.

지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to specific examples. However, those skilled in the art will clearly understand that various modified embodiments can be implemented within the technical scope of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed above should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view. That is, the scope of the true technical idea of the present invention is shown in the claims, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

100 : 핵산 증폭 장치
110 : 광원
120 : 수용 구조체
130 : 다공 구조체
140 : 지지 프레임
150 : 광학 렌즈
160 : 반사체
170 : 온도 센서
180 : 제어부
100: nucleic acid amplification device
110: light source
120: receiving structure
130: porous structure
140: support frame
150: optical lens
160: reflector
170: temperature sensor
180: control unit

Claims (6)

광원을 이용한 핵산 증폭 장치로서,
상기 광원에서 조사된 광을 통과시키는 광 투과성 소재로 형성되며, 타깃 핵산을 포함한 시료가 수용되는 수용 공간을 가진 수용 구조체; 및
상기 수용 구조체의 상기 수용 공간 내에 배치되어 적어도 일부가 상기 수용 공간에 수용된 상기 시료의 중심 영역에 위치하며, 상기 시료가 유입 또는 포획되는 공극들을 가진 다공 구조체를 포함하고,
상기 다공 구조체는, 광 투과성을 가지며 표면 또는 내부에 금속 나노 입자들이 분포되어 있는 파이버(fiber)로 형성되고,
상기 다공 구조체를 형성하는 상기 파이버는,
상기 파이버의 중심을 이루는 코어;
상기 코어의 표면에 부착된 금속 나노 입자들; 및
상기 코어의 표면과 상기 금속 나노 입자들 위에 형성되는 코팅층을 포함하고,
상기 파이버의 표면에 분포되어 있는 금속 나노 입자를 광에 의해 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 상기 시료를 가열하는 것을 특징으로 하는 핵산 증폭 장치.
A nucleic acid amplification device using a light source,
an accommodating structure made of a light-transmitting material that transmits light irradiated from the light source and having an accommodating space in which a sample including a target nucleic acid is accommodated; and
A porous structure disposed in the accommodating space of the accommodating structure, at least a portion of which is located in a central region of the sample accommodated in the accommodating space, and having pores through which the sample is introduced or trapped,
The porous structure is formed of a fiber having light transmission and having metal nanoparticles distributed on the surface or inside,
The fibers forming the porous structure,
a core constituting the center of the fiber;
metal nanoparticles attached to the surface of the core; and
A coating layer formed on the surface of the core and the metal nanoparticles,
The nucleic acid amplification device characterized in that the sample is heated by using a surface plasmon resonance phenomenon by light of the metal nanoparticles distributed on the surface of the fiber.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수용 구조체는, 상단에 상기 수용 공간과 연통되는 개구를 가진 튜브(tube) 형태로 구성되고,
상기 다공 구조체는, 상기 개구를 통해 상기 수용 공간에 삽입되거나 상기 수용 공간에서 인출되도록 스틱(stick), 로드(rod) 또는 블록(block)의 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 핵산 증폭 장치.
According to claim 1,
The accommodating structure is configured in the form of a tube having an opening communicating with the accommodating space at an upper end,
The nucleic acid amplification device, characterized in that the porous structure is configured in the form of a stick, rod or block to be inserted into or withdrawn from the accommodation space through the opening.
제1항에 있어서,
상기 광원에서 조사되어 상기 수용 구조체를 통과한 광을 다시 상기 수용 구조체의 상기 수용 공간 측으로 반사시키는 반사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 증폭 장치.
According to claim 1,
and a reflector for reflecting the light emitted from the light source and passing through the accommodating structure back toward the accommodating space of the accommodating structure.
제1항에 있어서,
상기 수용 구조체는, 내부에 상기 수용 공간을 가진 칩(chip) 형태로 구성되고,
상기 다공 구조체는, 상기 수용 공간에 배치되는 네트워크(network) 또는 블록(block)의 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 핵산 증폭 장치.
According to claim 1,
The accommodating structure is configured in the form of a chip having the accommodating space therein,
The nucleic acid amplification device, characterized in that the porous structure is configured in the form of a network or block disposed in the accommodation space.
제5항에 있어서,
상기 수용 구조체는, 상기 광원에서 조사된 광을 상기 수용 공간 측으로 입사시키는 입사면과, 상기 수용 공간을 통과한 광을 다시 수용 공간 측으로 반사시키는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 증폭 장치.
According to claim 5,
The accommodating structure includes an incident surface for incident light emitted from the light source toward the accommodating space, and a reflective surface for reflecting the light passing through the accommodating space back toward the accommodating space.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012106242A (en) * 1997-02-28 2012-06-07 Cepheid Heat exchanging, optically interrogated chemical reaction assembly
US20140170664A1 (en) 2012-12-14 2014-06-19 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Heating mechanism for dna amplification, extraction or sterilization using photo-thermal nanoparticles
KR101474844B1 (en) * 2014-04-09 2014-12-22 주식회사 리온 Sensor for spectroscopic analysis and method of fabricating the sensor

Family Cites Families (3)

* 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
US20210197201A1 (en) * 2018-05-15 2021-07-01 Korea Institute Of Science And Technology Porous particle composite for pcr with heat dissipation function
KR102220637B1 (en) * 2018-05-31 2021-03-02 한국과학기술원 Apparatus for Polymerase Chain Reaction and the Method for Polymerase Chain Reaction Using The Same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012106242A (en) * 1997-02-28 2012-06-07 Cepheid Heat exchanging, optically interrogated chemical reaction assembly
US20140170664A1 (en) 2012-12-14 2014-06-19 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Heating mechanism for dna amplification, extraction or sterilization using photo-thermal nanoparticles
KR101474844B1 (en) * 2014-04-09 2014-12-22 주식회사 리온 Sensor for spectroscopic analysis and method of fabricating the sensor

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