KR102551187B1 - 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 ｐｃｒ 장치, 상기 ｐｃｒ 장치의 온도조절방법 및 상기 ｐｃｒ 장치의 시료검출방법 - Google Patents
웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 ｐｃｒ 장치, 상기 ｐｃｒ 장치의 온도조절방법 및 상기 ｐｃｒ 장치의 시료검출방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 PCR 장치, 상기 PCR 장치의 온도조절방법 및 상기 PCR 장치의 시료검출방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 개별 웰마다 히팅필름이 둘러진 형태의 가열장치가 구비됨으로써 웰의 개별적 가열이 가능하게 함으로써 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 PCR 장치 및 상기 PCR 장치의 온도조절방법을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 복수 개의 웰을 원형으로 배치시키고 광학계를 회전시키면서 광 조사 및 검출을 수행함으로써 검출효율 및 정확도를 최적화시키는 PCR 장치 및 상기 PCR 장치의 시료검출방법을 제공함에 있다.
Description
본 발명은 PCR 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 웰(well)에 대하여 개별적으로 각각의 웰의 온도를 실시간으로 제어가 가능하도록 하는 실시간 PCR 장치, 상기 PCR 장치의 온도조절방법 및 시료검출방법에 관한 것이다.
PCR(polymerase chain reaction, 중합효소연쇄반응)이란 검출하고자 하는 특정 표적 유전물질을 증폭하는 방법으로서, 핵산을 포함하는 시료를 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산의 특정 염기서열을 갖는 부위를 연쇄적으로 복제하여 그 특정 염기서열 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술이다. PCR은 변성(denaturation), 결합(annealing), 신장(extension) 등의 일련의 온도효소반응 단계들로 진행될 수 있다. 간략히 설명하자면, 먼저 변성 단계에서는 두 가닥의 DNA가 가열되어 분리되며, 각각의 DNA는 주형(template)으로서의 역할을 하게 된다. 결합 단계에서는 주형 DNA에 프라이머(primer)들이 결합을 하게 되는데, 이 때 온도를 적절하게 맞추어 주어야 반응의 정확성을 향상할 수 있다. 신장 단계에서는 열에 강한 DNA 중합효소가 주형 DNA에서 새로운 DNA를 만들게 된다. 이러한 중합효소 연쇄 반응 1회를 시행하면 유전 물질은 2배로 증폭되며, 따라서 중합효소 연쇄 반응을 n회를 반복하면 이론상으로 2의 n승배의 유전자가 증폭될 수 있어, 반응의 반복에 의한 기하급수적인 증폭이 가능하다.
PCR 장치는 다량의 시료에 대하여 PCR 반응이 보다 효율적으로 일어날 수 있도록 하는 목적으로 만들어지는 장치이다. 앞서의 설명으로부터도 직관적으로 알 수 있는 바와 같이 PCR 반응에서는 온도제어가 핵심적으로 중요한 부분이기 때문에, PCR 장치에는 일반적으로 시료의 온도를 조절하기 위한 가열장치 및 냉각장치가 구비된다. 또한 하나의 PCR 장치로 다량의, 더불어 필요하다면 다종의 결과물을 얻을 수 있도록 하기 위해, 일반적으로 PCR 장치에는 복수 개의 웰(well)이 구비되며, 복수 개의 웰에 시료가 담긴 튜브(tube)가 각각 수용된 상태에서 앞서 설명한 가열장치 및 냉각장치를 이용하여 시료에 대한 온도제어가 이루어지게 된다. 한국특허등록 제2071058호("유전자 증폭을 위한 핵산의 추출 및 전달 자동화 장치 및 방법", 2020.01.21., 이하 '선행문헌') 등에 이러한 PCR 장치의 기본적인 구성이 잘 개시된다.
상기 선행문헌 등에도 잘 나타난 바와 같이, 일반적으로 PCR 장치에서는 가열장치로서 펠티에소자 등을 이용한 히팅블록을, 냉각장치로서 쿨링팬을 채용하고 있다. 보다 상세히 설명하자면, 일반적으로 PCR 장치에는 플레이트 상에 원형 관통홀 형태로 형성되며 복수 개가 배열되는 웰 및 시료를 수용하며 상기 웰에 삽입되어 고정 지지되는 튜브가 포함된다. 이러한 구성에서, 튜브 하부에 히팅블록이 설치되어 튜브와 접촉함으로써 열전달을 통해 온도제어가 이루어지게 된다. 이러한 방식은 고정되고 이동이 없는 장치에서 접촉식(열전도 방식)으로 온도를 조절할 수 있어 응답속도가 빠르고, 또한 온도의 정확도를 측정하기에도 매우 용이하다는 장점이 있다.
그러나 종래의 PCR 장치의 경우 히팅블록 하나를 이용하여 복수 개의 웰 온도를 한꺼번에 제어하기 때문에 개별적인 웰의 온도제어가 불가능하다는 단점이 있다. 히팅블록을 좀더 작은 단위로 나눈다 하더라도 결과적으로 블록 단위로의 범위에서만 개별 온도제어가 가능하여, 완전한 개별 웰 온도제어를 실현하기는 어렵다.
또한 상기 선행문헌을 살펴보면, 하나의 웰 당 하나의 광 조사 및 검출용 광학계가 구비됨으로써 단번에 모든 튜브에서의 광 조사 및 검출을 수행하도록 형성된다. 그러나 이와 같이 하면 광학계의 개수가 지나치게 많아져 제작비용이 과도하게 증가할 뿐만 아니라, 광학계들 간 간격을 충분히 벌릴 수 없어 신호간섭이 크게 발생하여 검출정확도를 떨어뜨리는 문제가 있다.
따라서 일반적으로 종래의 많은 PCR 장치에서는, 상기 선행문헌과는 달리 튜브보다 적은 개수의 광학계를 구비하고 이를 이동시켜 가면서 광 조사 및 검출을 수행하도록 구성하기도 한다. 이 때 종래의 많은 PCR 장치에서는 튜브를 2차원으로 배열하고, 광학계를 가로 및 세로방향으로 진행시키면서 광 조사 및 검출을 수행하는 방식을 사용한다. 그런데 이와 같이 할 경우, 어느 하나의 튜브에서 광을 조사하거나 검출하기 위해서는 광학계가 멈추어야 하고, 다음 튜브에서 광 조사 및 검출을 수행하기 위해서는 광학계가 진행해야 하므로, 광학계는 계속 멈춤 및 진행동작을 교번 반복하게 된다. 이 과정에서 광학계가 관성에 의해 불필요한 충격을 받을 수 있고, 또한 이동장치의 액추에이터가 계속 멈춤과 진행을 반복해야 하기 때문에 동적 불안정성이 증가할 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 개별 웰마다 히팅필름이 둘러진 형태의 가열장치가 구비됨으로써 웰의 개별적 가열이 가능하게 함으로써 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 PCR 장치 및 상기 PCR 장치의 온도조절방법을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 복수 개의 웰을 원형으로 배치시키고 광학계를 회전시키면서 광 조사 및 검출을 수행함으로써 검출효율 및 정확도를 최적화시키는 PCR 장치 및 상기 PCR 장치의 시료검출방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 PCR 장치(100)는, 튜브(200)에 수용된 시료를 가열 및 냉각하여 PCR(polymerase chain reaction) 반응을 발생시키며, 상기 시료에 여기광을 조사하여 발생된 형광을 이용하여 상기 시료 내 표적물질을 검출하는 PCR 장치(100)에 있어서, 상부몸체(110); 상단에 복수 개의 상기 튜브(200)가 원형으로 배열되는 하부몸체(120); 상기 상부몸체(110)에 수용 구비되며, 원형으로 방사상 등간격 배치되며 각각 개별적으로 광 조사 및 검출을 수행하는 복수 개의 광학계(132)를 포함하여 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출을 수행하는 광학모듈(130); 상기 상부몸체(110)에 수용 구비되며, 기결정된 주기로 각각의 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출이 수행되도록 상기 광학모듈(130)을 회전시키는 모터(140); 상기 하부몸체(120)에 수용 구비되며, 각각의 상기 튜브(200)를 둘러싸도록 구비되어 상기 튜브(200)를 개별적으로 가열가능하게 형성되는 히터구조물(155)을 포함하는 히터모듈(150); 상기 하부몸체(120)에 수용 구비되며, 복수 개의 상기 튜브(200) 배열로 이루어지는 원형 중심에 구비되어 상기 튜브(200) 주변에 공기를 강제송풍하여 냉각시키는 쿨링팬(160); 을 포함할 수 있다.
상기 히터구조물(155)은, 금속재질의 파이프 형태로 형성되어 상기 튜브(200)가 삽입 수용되는 튜브수용부(155a), 필름 형태로 형성되어 상기 튜브수용부(155a)의 측면을 둘러싸도록 구비되어 가열을 수행하는 필름히터부(155b), 상기 튜브수용부(155a)에 부착되어 상기 튜브(200) 온도를 접촉식으로 측정하는 온도검출부를 포함할 수 있다.
또한 상기 히터모듈(150)은, 중심에 통공이 형성되어 상기 쿨링팬(160)이 강제송풍한 공기가 상기 히터모듈(150) 중심통공을 통과하여 유통되도록 형성될 수 있다.
또한 상기 PCR 장치(100)는, 가열 시에는 상기 히터모듈(150)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하거나 또는 상기 히터구조물(155)을 개별적으로 구동하여 각각의 상기 튜브(200)를 개별적으로 가열하고, 냉각 시에는 상기 쿨링팬(160)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 냉각하도록 형성될 수 있다.
이 때 본 발명의 PCR 장치의 온도조절방법은, 상기 PCR 장치(100)의 온도조절방법에 있어서, 상기 히터모듈(150)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하는 온도상승단계; 상기 쿨링팬(160)이 공기를 강제송풍하여 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 냉각하는 온도하강단계; 상기 히터모듈(150)이 각각의 상기 튜브(200)에 각각 구비된 상기 히터구조물(155)을 개별적으로 구동하여 각각의 상기 튜브(200) 온도를 기결정된 기준온도를 유지하도록 개별 가열하는 온도조절단계; 를 포함할 수 있다.
상기 광학모듈(130)은, 원형으로 형성되는 고정판(131), 복수 개의 상기 광학계(132)로 이루어져 상기 고정판(131) 상에 구비되는 배열체, 상기 배열체의 상면에 구비되어 상기 배열체의 상면을 지지하면서 상기 광학계(132)의 광 조사 및 검출동작을 제어하는 제1광학제어기판(133), 상기 제1광학제어기판(133)의 상면에 적층 구비되어 상기 광학계(132)의 광 조사 및 검출동작에 맞추어 상기 모터(140)와의 연계동작을 제어하는 제2광학제어기판(134)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2광학제어기판(134) 상에서 상기 복수 개의 광학계(132) 각각에 상응하는 위치에 접속단자가 형성되고, 상기 제1광학제어기판(133) 및 상기 고정판(131) 상에서 상기 복수 개의 광학계(132) 각각에 상응하는 위치에 통공이 형성되어, 상기 제2광학제거기판(134) 상의 접속단자에 상기 광학계(132) 상단에 형성되는 연결단자가 접속연결되고, 상기 제1광학제어기판(133) 상의 통공에 상기 광학계(132)의 상부가 끼워져 고정되고, 상기 고정판(131) 상의 통공에 상기 광학계(132)의 하부가 끼워져 고정됨으로써, 상기 광학계(132)가 상기 제2광학제거기판(134), 상기 제1광학제어기판(133) 및 상기 고정판(131)에 의해 위치가 고정되도록 형성될 수 있다.
또한 상기 광학모듈(130)은, 중심에 통공이 형성되어 상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130) 중심통공에 배치되도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2광학제어기판(134), 상기 제1광학제어기판(133), 상기 고정판(131) 중심에 통공이 형성되어 상기 모터(140)가 상기 제2광학제어기판(134), 상기 제1광학제어기판(133), 상기 고정판(131)의 적층체 중심에 형성된 통공에 수용 배치되도록 형성될 수 있다.
또한 상기 PCR 장치(100)는, 상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130)을 기결정된 회전속도로 회전시키면서 상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출을 수행하도록 형성될 수 있다. 이 때 상기 PCR 장치(100)는, 원하는 신호세분율(sampling rate)에 따라 상기 모터(140)의 회전속도가 조절될 수 있다.
이 때 본 발명의 PCR 장치의 시료검출방법은, PCR 장치(100)의 시료검출방법에 있어서, 상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130)을 기결정된 회전속도로 회전시키는 모듈회전단계; 상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 여기광을 조사하는 광조사단계; 상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에서 발생된 형광을 이용하여 상기 시료 내 표적물질을 검출하는 광검출단계; 를 포함할 수 있다.
한편 상기 PCR 장치(100)는, 상기 상부몸체(110) 및 상기 하부몸체(120)가 여닫음가능하게 형성될 수 있다.
상기 상부몸체(110)는, 내부에 공간을 형성하는 상부몸체커버(111), 상기 상부몸체커버(111)의 하단에 결합되며 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 상부하단커버통공(112h)이 형성되는 상부하단커버(112), 상기 상부하단커버(112)의 상측에 구비되며 상기 모터(140)가 상면 중심에 고정 구비되고 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 고정브라켓통공(113h)이 형성되는 고정브라켓(113), 상기 광학모듈(130) 및 상기 모터(140)의 회전축을 결합하는 회전브라켓(114), 상기 모터(140)로 전원을 공급하는 슬립링(115)을 포함할 수 있다.
또한 상기 상부몸체(110)는, 상기 고정브라켓(113) 및 상기 상부하단커버(112) 사이에 구비되어 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하며 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 핫탑히터기판통공(116h)이 형성되는 핫탑히터기판(116)을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 하부몸체(120)는, 복수 개의 원형으로 배열되는 하부상단커버통공(121h)이 형성되어 상기 튜브(200)가 삽입 구비되며 상기 상부몸체(110) 하단에 배치되는 하부상단커버(121), 상단에 상기 하부상단커버(121)가 결합되고 내부에 공간을 형성하는 하부측면커버(122), 상기 하부측면커버(122)의 하단에 결합되며 상면 중심에 상기 쿨링팬(160)이 고정 구비되는 하부하단커버(123), 상기 하부상단커버(121) 하측에 구비되어 상기 히터모듈(140) 상면과 결합되어 상기 히터모듈(140)을 고정하며 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 히터고정기판통공(124h)이 형성되어 상기 히터구조물(155)이 관통되도록 형성되는 히터고정기판(124), 상기 하부하단커버(123) 중심에 형성되어 상기 쿨링팬(160)에 의해 강제송풍되는 공기를 외부와 유통시키는 복수 개의 하면통풍구(125), 상기 하부측면커버(122) 측면 상단에 형성되어 상기 쿨링팬(160)에 의해 강제송풍되는 공기를 외부와 유통시키는 복수 개의 측면통풍구(126)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수 개의 웰 각각에 대하여 개별 히터가 구비됨으로써 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어할 수 있는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에서는 하나의 웰당 하나씩의 히터가 구비되도록 하여 개별적인 가열을 수행하되, 쿨링팬을 이용하여 복수 개의 웰에 대하여 균일 냉각이 수행되는데, 냉각과정에서 개별 히터의 출력을 조절함으로써 개별 웰의 온도를 각각 독립적 및 실시간으로 원활하게 수행할 수 있다. 이에 따라 각각의 웰 온도를 원하는 반응온도에 보다 정밀하고 정확하게 맞출 수 있는 큰 효과가 있다. 더불어 본 발명에 의하면, 웰 온도를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에, 한번에 다종의 시료를 반응시킬 수도 있는 등 다양한 활용이 가능하다는 효과 또한 있다.
한편 본 발명에 의하면, 복수 개의 웰에서 발생되는 형광신호를 보다 효율적으로 검출할 수 있는 광학모듈을 구비함으로써, 형광신호 검출효율 및 정확도를 크게 향상시키는 효과 또한 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에서는 웰을 원형으로 배치하고, 광학모듈이 복수 개의 웰에 구비된 튜브 내 시료에 여기광을 조사하고 형광을 검출하는 과정을 회전동작과 함께 수행한다. 이에 따라 복수 개의 웰에서의 형광신호 검출을 보다 효율적으로 수행할 수 있으며, 광학모듈의 회전속도를 조절함으로써 검출정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 PCR 장치의 폐쇄 시 외형사시도.
도 2는 본 발명의 PCR 장치의 개방 시 외형사시도.
도 3은 본 발명의 PCR 장치의 외형측면도 및 단면측면도.
도 4는 본 발명의 PCR 장치의 상부몸체 분해사시도.
도 5는 본 발명의 PCR 장치의 하부몸체 분해사시도.
도 6은 본 발명의 PCR 장치의 광학모듈 분해사시도.
도 7은 본 발명의 PCR 장치의 히터구조물 분해사시도.
도 2는 본 발명의 PCR 장치의 개방 시 외형사시도.
도 3은 본 발명의 PCR 장치의 외형측면도 및 단면측면도.
도 4는 본 발명의 PCR 장치의 상부몸체 분해사시도.
도 5는 본 발명의 PCR 장치의 하부몸체 분해사시도.
도 6은 본 발명의 PCR 장치의 광학모듈 분해사시도.
도 7은 본 발명의 PCR 장치의 히터구조물 분해사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 PCR 장치, 상기 PCR 장치의 온도조절방법 및 시료검출방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 PCR 장치의 폐쇄 및 개방 시 외형사시도이며, 도 3은 본 발명의 PCR 장치의 외형측면도 및 단면측면도이다. 본 발명의 PCR 장치(100)는 기본적으로 튜브(200)에 수용된 시료를 가열 및 냉각하여 PCR(polymerase chain reaction) 반응을 발생시키며, 상기 시료에 여기광을 조사하여 발생된 형광을 이용하여 상기 시료 내 표적물질을 검출한다. 이 때 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 PCR 장치(100)는 상부몸체(110) 및 하부몸체(120)로 이루어지며, 상기 상부몸체(110)에 광학모듈(130) 및 모터(140)가 수용 구비되어 광 조사 및 검출을 수행하며, 상기 하부몸체(120) 상단에 복수 개의 상기 튜브(200)가 원형으로 배열되도록 형성되며 상기 하부몸체(120)에 히터모듈(150) 및 쿨링팬(160)이 수용 구비되어 가열 및 냉각을 수행한다.
이 때, 본 발명에서는 상기 튜브(200) 각각에 개별적으로 가열가능한 가열장치가 구비되도록 함으로써 개별적인 온도조절이 가능하게 하며, 또한 상기 광학모듈(130)이 상기 모터(140)에 의하여 회전하면서 광 조사 및 검출을 수행하도록 함으로써 시료검출의 효율 및 정확도를 향상한다. 이하에서 각부에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 상부몸체(110)는 상술한 바와 같이 내부에 상기 광학모듈(130) 및 상기 모터(140)를 수용 구비한다. 도 4는 본 발명의 PCR 장치의 상부몸체 분해사시도로서, 도 3의 단면도 및 도 4의 분해사시도를 참조하여 상기 상부몸체(110)의 세부구성을 설명하면 다음과 같다.
상기 상부몸체(110)는 내부에 공간을 형성하는 상부몸체커버(111) 및 상기 상부몸체커버(111)의 하단에 결합되는 상부하단커버(112)가 결합됨으로써 내부공간을 형성하여 상기 광학모듈(130) 및 상기 모터(140)를 수용한다. 이 때 상기 상부몸체(110) 내부의 공간활용성을 극대화할 수 있도록, 상기 광학모듈(130)의 중심에 통공이 형성되어 상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130) 중심통공에 배치되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부몸체커버(111) 및 상기 상부하단커버(112)로 형성되는 내부공간의 하단, 즉 상기 상부하단커버(112)의 상측에는 고정브라켓(113)이 구비되며, 상기 고정브라켓(113)의 상면 중심에 상기 모터(140)가 구비된다. 또한 회전브라켓(114)이 상기 광학모듈(130) 및 상기 모터(140)의 회전축을 결합하며, 상기 모터(140) 회전축에는 슬립링(115)이 구비되어 상기 모터(140)로 전원을 공급하게 된다. 이 때, 상기 광학모듈(130)이 상기 튜브(200)에 수용된 시료에 대하여 광 조사 및 검출을 수행하는 과정에서 광의 진행을 가로막지 않도록, 상기 상부하단커버(112) 및 상기 고정브라켓(113) 각각의 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에는 상부하단커버통공(112h) 및 고정브라켓통공(113h)이 형성된다.
더불어 상기 상부몸체(110)는, 상기 고정브라켓(113) 및 상기 상부하단커버(112) 사이에 구비되는 핫탑히터기판(116)을 더 포함할 수 있다. 상기 핫탑히터기판(116)은 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하는 장치로서, 이후 설명될 상기 히터모듈(150)의 가열동작을 보조하는 역할을 한다. 이 때 상기 핫탑히터기판(116)에도 역시 광 진행을 가로막지 않도록 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 핫탑히터기판통공(116h)이 형성된다.
한편 상술한 바와 같이 상기 상부몸체(110) 내에는 상기 모터(130) 및 상기 광학모듈(140)이 수용되는데, 상기 모터(130)는 고정적으로 구비되는 반면 상기 광학모듈(140)은 상기 모터(130)의 회전축에만 연결되어 있어 다소 구조적으로 불안정할 수 있다. 이러한 문제를 해소하도록, 상기 광학모듈(140) 하단 및 상기 고정브라켓(113) 사이에 스프링(117)이 구비됨으로써 복원력을 이용해 상기 광학모듈(140) 하단을 유연하게 받쳐 지지하도록 할 수 있다.
또한 상기 상부몸체(110) 및 상기 하부몸체(120)는, 상기 PCR 장치(100)에 상기 튜브(200)를 원활하게 넣거나 뺄 수 있도록 분리 및 결합이 가능하도록 형성되는데, 이 때 상기 상부몸체(110) 및 상기 하부몸체(120)가 서로 완전히 분리될 수 있게 형성되어도 물론 무방하지만 다시 결합할 때 각부의 정위치가 이탈되는 문제가 생길 수 있다. 따라서 상기 상부몸체(110) 및 상기 하부몸체(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 일측이 힌지결합됨으로써 여닫음가능하게 형성되는 것이 바람직하다. 도 4에서 샤프트(118)는 바로 이 힌지에 구비되는 부품이다.
상기 하부몸체(120)는 상술한 바와 같이 내부에 상기 히터모듈(150) 및 상기 쿨링팬(160)을 수용 구비한다. 도 5는 본 발명의 PCR 장치의 하부몸체 분해사시도로서, 도 3의 단면도 및 도 5의 분해사시도를 참조하여 상기 하부몸체(120)의 세부구성을 설명하면 다음과 같다.
상기 하부몸체(120)는 하부상단커버(121), 하부측면커버(122), 하부하단커버(123)가 결합됨으로써 내부공간을 형성하여 상기 히터모듈(150) 및 상기 쿨링팬(160)을 수용한다. 또한 상기 하부몸체(120)의 상단에 복수 개의 상기 튜브(200)가 원형으로 배열되어, 상기 상부몸체(110)에서의 광 조사 및 검출이 원활하게 이루어질 수 있게 한다. 이 때 상기 상부몸체(110)에서와 유사하게, 상기 하부몸체(120) 내부의 공간활용성 및 공기유통성을 극대화할 수 있도록, 상기 히터모듈(150)의 중심에 통공이 형성되어 상기 쿨링팬(160)이 강제송풍한 공기가 상기 히터모듈(150) 중심통공을 통과하여 유통되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부상단커버(121)에는 복수 개의 원형으로 배열되는 하부상단커버통공(121h)이 형성되어 상기 튜브(200)가 삽입 구비되며, 상기 하부상단커버(121)가 상기 상부몸체(110) 바로 하단에 배치된다. 상기 하부측면커버(122)의 상단에는 상기 하부상단커버(121)가 결합되며, 상기 하부측면커버(122)의 하단에는 상기 하부하단커버(123)가 결합되는데, 상기 하부하단커버(123)의 상면 중심에는 상기 쿨링팬(160)이 고정 구비된다.
상기 하부상단커버(121), 상기 하부측면커버(122) 및 상기 하부하단커버(123)로 형성되는 내부공간의 상단, 즉 상기 하부상단커버(121) 하측에는 히터고정기판(124)이 구비되며, 상기 히터고정기판(124)이 상기 히터모듈(140) 상면과 결합되어 상기 히터모듈(140)을 고정하게 된다. 이 때 상기 히터고정기판(124)에는 됨으로써 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 히터고정기판통공(124h)이 형성됨으로써 상기 히터구조물(155)이 관통될 수 있게 한다.
상기 하부하단커버(123) 중심에는 복수 개의 하면통풍구(125)가 형성되며, 상기 하부측면커버(122) 측면 상단에는 복수 개의 측면통풍구(126)가 형성된다. 이에 따라 상기 쿨링팬(160)이 공기를 강제송풍시키면, 상기 측면통풍구(126) 및 상기 하면통풍구(125)를 통해 상기 하부몸체(120) 내부공간과 외부 간에 공기의 유통이 이루어질 수 있게 된다. 이 때 보다 넓은 공간에서 공기를 끌어오는 것이 바람직하기 때문에, 상기 측면통풍구(126)로 공기가 유입되어 상기 하면통풍구(125)로 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
부가적으로, 상기 하부몸체(120)에는 전원을 ON/OFF하기 위한 스위치(127) 및 이를 덮어 보호하면서 고정하는 스위치커버(128)나, 내부동작에 따라 상태를 표시하는 다색의 LED로 형성되는 인디케이터(129) 등이 더 구비될 수 있다.
상기 광학모듈(130)은, 원형으로 방사상 등간격 배치되며 각각 개별적으로 광 조사 및 검출을 수행하는 복수 개의 광학계(132)를 포함하여 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출을 수행한다. 도 6은 본 발명의 PCR 장치의 광학모듈 분해사시도로서, 도 6을 참조하여 상기 광학모듈(130)의 세부구성을 설명하면 다음과 같다.
상기 광학모듈(130)은, 기본적으로 원형으로 형성되는 고정판(131) 및 복수 개의 상기 광학계(132)로 이루어져 상기 고정판(131) 상에 구비되는 배열체를 포함한다. 이 때 상기 광학계(132)는 상술한 바와 같이 원형으로 방사상 등간격으로 적절하게 서로 이격 배치됨으로써 서로 간의 신호간섭(cross-talk)을 방지한다. 상기 광학계(132)는 각각 여기광을 조사하는 광원 및 형광을 검출하는 검출수단을 포함하며, 따라서 개별적으로 광 조사 및 검출을 수행할 수 있다.
상기 광학모듈(130)은 또한 상기 배열체의 상면에 구비되어 상기 배열체의 상면을 지지하면서 상기 광학계(132)의 광 조사 및 검출동작을 제어하는 제1광학제어기판(133) 및 상기 제1광학제어기판(133)의 상면에 적층 구비되어 상기 광학계(132)의 광 조사 및 검출동작에 맞추어 상기 모터(140)와의 연계동작을 제어하는 제2광학제어기판(134)을 포함한다. 이에 따라 구조적으로 상기 광학모듈(130)은, 원형으로 배열되는 복수 개의 상기 광학계(132)로 이루어지는 배열체의 하면은 상기 고정판(131)으로 지지되고, 상면은 상기 제1, 2광학제어기판(133)(134)으로 지지되어 안정된 구조를 이루게 된다.
한편 앞서 설명한 바와 같이 상기 상부몸체(110)에 보조적인 가열을 수행하는 핫탑히터기판(116)이 구비될 경우, 상기 광학모듈(130)에 불필요한 열이 가해질 우려가 있다. 이런 문제를 방지하도록, 상기 고정판(131)은 열을 차단할 수 있는 단열소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 모터(150)는 기결정된 주기로 각각의 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출이 수행되도록 상기 광학모듈(130)을 회전시키는 역할을 한다. 즉 상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130)을 기결정된 회전속도로 회전시키면서 상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출을 수행하게 되는데, 이 때 원하는 신호세분율(sampling rate)에 따라 상기 모터(140)의 회전속도가 조절되도록 한다.
도면들로 잘 나타난 바와 같이 본 발명의 PCR 장치(100)는 복수 개의 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 시료검출을 수행한다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 상기 튜브(200)보다 적은 개수의 상기 광학계(132)를 구비함으로써 상기 광학계(132)들 간의 간격을 충분히 벌려 신호간섭 문제를 근본적으로 해결한다. 뿐만 아니라 본 발명에서는, 상기 광학모듈(130)이 상기 모터(140)에 의해 회전하도록 형성되어, 상기 광학계(132)가 회전함에 따라 상기 튜브(200) 위치를 지나가면서 광 조사 및 검출을 수행하게 된다. 이 때 상기 광학계(132) 및 상기 튜브(200)의 배치구조 및 상기 모터(140)의 회전속도 등을 모두 알고 있다면, 어느 시점에 상기 광학계(132)가 어느 튜브(200)에 위치하는지 등을 쉽게 파악할 수 있으므로, 적절히 신호처리만 해줌으로써 원활하게 표적물질 검출신호를 얻을 수 있다. 즉 본 발명에서는, 광 조사 및 검출동작 / 다음 튜브 위치로의 진행동작이 연속적으로 이루어지게 함으로써, 앞서 설명한 바와 같은 종래의 PCR 장치에서 불연속동작에 의하여 발생되는 광학계나 이동장치 액추에이터의 충격이나 동적 불안정성을 크게 저감할 수 있다.
앞서 설명한 상기 광학모듈(130) 및 상기 모터(140)의 구성을 참조하여, 본 발명의 PCR 장치의 시료검출방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 상기 PCR 장치의 시료검출방법은, 크게 모듈회전단계, 광조사단계, 광검출단계를 포함한다.
상기 모듈회전단계에서는, 상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130)을 기결정된 회전속도로 회전시킨다. 이 때 상기 회전속도는 앞서 설명한 바와 같이 원하는 신호세분율(sampling rate)에 따라 적절히 결정될 수 있다. 상기 모터(140)의 회전속도에 따라 상기 광학계(132)가 각각의 상기 튜브(200)에 수용된 시료를 지나는 시간이 달라지지만 샘플링속도는 동일하기 때문에, 회전속도가 느릴수록 세분화된 형광신호 즉 신호세분율이 높은 신호를 획득할 수 있다. 따라서 회전속도가 빠를 때에 비하여 더 정확한 형광신호의 검출이 가능하다. 다만 회전속도가 너무 느려지면 검출효율이 떨어질 수 있기 때문에, 검출효율 및 검출정확도를 모두 고려하면서 적절한 최적의 회전속도를 결정하면 된다.
상기 광조사단계에서는, 상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 여기광을 조사한다. 시료에 여기광이 조사되면 전자가 여기되어 여기상태가 일정시간 유지되다가 바닥상태로 전이되면서 형광 광자가 생성된다.
상기 광검출단계에서는, 상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에서 발생된 형광을 이용하여 상기 시료 내 표적물질을 검출한다.
이 때 상기 광조사단계 및 상기 광검출단계는 상기 광학계(132)가 계속해서 회전하고 있는 상태에서 이루어진다. 따라서 어떤 하나의 상기 튜브(200)에 광을 조사한 상기 광학계(132)가 반드시 동일한 상기 튜브(200)에서 발생된 형광을 검출하지 못할 수 있다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이 상기 광학계(132) 및 상기 튜브(200)의 배치구조 및 상기 모터(140)의 회전속도 등을 모두 알고 있다면, 어느 시점에 상기 광학계(132)가 어느 튜브(200)에 위치하는지 등을 쉽게 파악할 수 있으므로, 적절한 신호처리를 통해 어느 시점에 어느 튜브(200)에 여기광이 조사되었으며 그 후 얼마만큼의 시간이 지난 후에 그 튜브(200)에서 형광이 발생하는지 등의 관계를 쉽게 파악할 수 있으므로, 어느 하나의 튜브(200)에 대하여 광을 조사하는 광학계(132)와 광을 검출하는 광학계(132)가 반드시 동일할 필요는 없다.
상기 히터모듈(150)은, 각각의 상기 튜브(200)를 둘러싸도록 구비되어 상기 튜브(200)를 개별적으로 가열가능하게 형성되는 히터구조물(155)을 포함한다. 도 7은 본 발명의 PCR 장치의 히터구조물 분해사시도로서, 도 7을 참조하여 상기 히터구조물(155)의 세부구성을 설명하면 다음과 같다.
상기 히터구조물(155)은, 금속재질의 파이프 형태로 형성되어 상기 튜브(200)가 삽입 수용되는 튜브수용부(155a) 및 필름 형태로 형성되어 상기 튜브수용부(155a)의 측면을 둘러싸도록 구비되어 가열을 수행하는 필름히터부(155b)를 포함한다. 여기에서 상기 튜브수용부(155a)에 상기 시료를 수용하는 상기 튜브(200)가 수용되므로, 상기 튜브수용부(155a)가 웰(well)이 된다. 또한 도면 상에서는 나타나지 않으나 상기 히터구조물(155)은, 상기 튜브수용부(155a)에 부착되어 상기 튜브(200) 온도를 접촉식으로 측정하는 온도검출부를 더 포함한다.
이처럼 본 발명에서는, 직접적으로 상기 튜브(200)를 가열하는 상기 히터구조물(155)이 복수 개의 상기 튜브(200) 각각에 개별적으로 히터가 구비되도록 하는 구조를 가진다. 이에 따라 상기 히터모듈(155)은, 상기 히터모듈(150)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하거나 또는 상기 히터구조물(155)을 개별적으로 구동하여 각각의 상기 튜브(200)를 개별적으로 가열하는 동작을 모두 수행할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 종래의 PCR 장치에서도 히팅블록 등을 이용하여 복수 개의 튜브를 균일하게 가열하는 동작은 잘 구현하여 왔다. 그러나 이와 같이 할 경우 복수 개의 튜브에 모두 동일한 열이 전달되기 때문에, 예를 들어 공기송풍을 이용한 냉각 시 공기흐름 방향에 따라 냉각효율이 달라질 경우 튜브 위치에 따라 온도가 다르게 형성될 우려가 있다. 구체적으로 예를 들자면, 2차원으로 배열된 튜브 배열체의 일측에서 타측으로 공기를 송풍시켜 냉각을 수행할 때, 공기유입측에 가까이 배치된 튜브는 외부온도와 같은 온도의 공기에 의해 잘 냉각되지만, 공기배출측에 가까이 배치된 튜브는 이미 열을 흡수하여 외부온도보다 높은 온도을 가지게 된 공기에 의해 냉각되므로 냉각효율이 떨어지게 된다. 이처럼 냉각이 불균일하게 이루어지는데 가열은 균일하게 이루어진다면, 결과적으로 튜브 위치별로 온도가 다르게 형성되게 되어, 올바른 PCR 반응을 이끌어낼 수 없게 된다.
그러나 본 발명에서는, 각각의 상기 튜브(200)마다 모두 개별적으로 상기 필름히터부(155b)가 구비되며, 상기 히터모듈(150)은 복수 개의 상기 필름히터부(155b)를 개별적으로 동작시킬 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 공기흐름에 따라 냉각효율이 다소 불균일하게 형성된다 하더라도, 각각의 상기 튜브(200) 온도를 측정하고 이에 따라 가열열량을 개별적으로 조절함으로써, 모든 상기 튜브(200)의 온도를 원활하고 용이하게 원하는 대로 제어할 수 있게 된다.
상기 쿨링팬(160)은 앞서 설명한 바와 같이 복수 개의 상기 튜브(200) 배열로 이루어지는 원형 중심에 구비되어 상기 튜브(200) 주변에 공기를 강제송풍하여 냉각시키는 역할을 한다. 앞서 상기 하부몸체(120) 세부구성에서 설명한 바와 같이, 상기 쿨링팬(160)이 공기를 강제송풍함으로써 상기 측면통풍구(126)로 공기가 유입되어 상기 하면통풍구(125)로 배출되는 공기흐름이 형성되는데, 이 때 복수 개의 상기 튜브(200)가 원형으로 배열되어 있기 때문에 모든 상기 튜브(200)에 대하여 균일한 냉각이 이루어질 수 있게 된다.
즉 본 발명의 PCR 장치(100)에서는, 공기흐름 자체가 모두 동일한 온도의 공기가 모든 상기 튜브(200)를 한 번 지나가면서 열을 흡수하여 한꺼번에 배출되는 형태로 형성되기 때문에, 앞서 설명한 종래의 PCR 장치에서와 같이 어떤 다른 튜브를 냉각시키면서 열을 흡수하여 온도가 높아진 공기가 다른 튜브를 또 냉각시키는 일이 발생되지 않는다. 즉 모든 상기 튜브(200)가 그 위치에 관계없이 균일하게 냉각될 수 있게 되는 것이다.
앞서 설명한 상기 히터모듈(150) 및 상기 쿨링팬(160)의 구성을 참조하여, 본 발명의 PCR 장치의 온도조절방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 상기 PCR 장치의 온도조절방법은, 온도상승단계, 온도하강단계, 온도조절단계를 포함한다.
상기 온도상승단계에서는, 상기 히터모듈(150)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열한다. 앞서 설명한 바와 같이 PCR 반응은 시료에 따라 어떠한 기결정된 기준온도에서 일어나므로, 일단 기준온도 근처에 도달하도록 전체적으로 한꺼번에 가열해 주는 것이다.
상기 온도하강단계에서는, 상기 쿨링팬(160)이 공기를 강제송풍하여 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 냉각한다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 그 구조적 특성상 모든 상기 튜브(200)에서 균일한 냉각이 이루어질 수 있다. 그러나 예기치 못한 원인으로 인하여 각각의 상기 튜브(200)에서 약간씩 냉각효율이 달라질 수도 있고, 그러한 경우 다시 한꺼번에 가열하게 되면 튜브별로 온도가 다르게 형성되게 되는 문제가 발생한다. 본 발명에서는, 다음과 같은 상기 온도조절단계를 이용하여 이러한 문제를 방지한다.
상기 온도조절단계에서는, 상기 히터모듈(150)이 각각의 상기 튜브(200)에 각각 구비된 상기 히터구조물(155)을 개별적으로 구동하여 각각의 상기 튜브(200) 온도를 기결정된 기준온도를 유지하도록 개별 가열한다. 즉 이에 따라 예기치 못한 원인으로 인하여 각각의 상기 튜브(200)에서 약간씩 냉각효율이 달라진다 하더라도, 각각의 상기 튜브(200)를 개별적으로 가열하기 때문에 서로 독립적인 개별 온도제어가 가능하게 되어, 각각의 상기 튜브(200)의 온도를 원하는 대로 조절할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명에서 상기 튜브(200)의 개별 온도제어가 가능하게 함에 따라, 상술한 바와 같이 예기치 못한 냉각효율 변화에 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 PCR 장치(100)의 활용성을 더욱 향상할 수도 있다. 즉, 종래에는 상기 튜브(200) 전체를 한꺼번에 가열 및 냉각하기 때문에 전체적으로 기준온도를 하나의 값으로밖에는 설정할 수 없었으며, 따라서 하나의 PCR 장치(100)를 이용하여 한 가지 종류의 시료밖에는 반응시킬 수 없었다. 그러나 본 발명의 경우 복수 개의 상기 튜브(200)에 대하여 각각 개별적인 온도제어가 가능하기 때문에, 상기 튜브(200)에 따라 기준온도을 서로 다르게 설정할 수 있다. 따라서 하나의 PCR 장치(100)를 이용하여 다종의 시료를 한꺼번에 반응시킬 수도 있게 되어, 상기 PCR 장치(100)의 활용성을 극대화할 수 있는 것이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : PCR 장치
110 : 상부몸체 111 : 상부몸체커버
112 : 상부하단커버 112h : 상부하단커버통공
113 : 고정브라켓 113h : 고정브라켓통공
114 : 회전브라켓 115 : 슬립링
116 : 핫탑히터기판 116h : 핫탑히터기판통공
117 : 스프링 118 : 샤프트
120 : 하부몸체
121 : 하부상단커버 121h : 하부상단커버통공
122 : 하부측면커버 123 : 하부하단커버
124 : 히터고정기판 124h : 히터고정기판통공
125 : 하면통풍구 126 : 측면통풍구
127 : 스위치 128 : 스위치커버
129 : 인디케이터
130 : 광학모듈
131 : 고정판 132 : 광학계
133 : 제1광학제어기판 134 : 제2광학제어기판
140 : 모터
150 : 히터모듈 155 : 히터구조물
155a : 튜브수용부 155b : 필름히터부
160 : 쿨링팬
200 : 튜브
110 : 상부몸체 111 : 상부몸체커버
112 : 상부하단커버 112h : 상부하단커버통공
113 : 고정브라켓 113h : 고정브라켓통공
114 : 회전브라켓 115 : 슬립링
116 : 핫탑히터기판 116h : 핫탑히터기판통공
117 : 스프링 118 : 샤프트
120 : 하부몸체
121 : 하부상단커버 121h : 하부상단커버통공
122 : 하부측면커버 123 : 하부하단커버
124 : 히터고정기판 124h : 히터고정기판통공
125 : 하면통풍구 126 : 측면통풍구
127 : 스위치 128 : 스위치커버
129 : 인디케이터
130 : 광학모듈
131 : 고정판 132 : 광학계
133 : 제1광학제어기판 134 : 제2광학제어기판
140 : 모터
150 : 히터모듈 155 : 히터구조물
155a : 튜브수용부 155b : 필름히터부
160 : 쿨링팬
200 : 튜브
Claims (14)
- 튜브(200)에 수용된 시료를 가열 및 냉각하여 PCR(polymerase chain reaction) 반응을 발생시키며, 상기 시료에 여기광을 조사하여 발생된 형광을 이용하여 상기 시료 내 표적물질을 검출하는 PCR 장치(100)에 있어서,
상부몸체(110);
상단에 복수 개의 상기 튜브(200)가 원형으로 배열되는 하부몸체(120);
상기 상부몸체(110)에 수용 구비되며, 원형으로 방사상 등간격 배치되며 각각 개별적으로 광 조사 및 검출을 수행하는 복수 개의 광학계(132)를 포함하여 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출을 수행하는 광학모듈(130);
상기 상부몸체(110)에 수용 구비되며, 기결정된 주기로 각각의 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출이 수행되도록 상기 광학모듈(130)을 회전시키는 모터(140);
상기 하부몸체(120)에 수용 구비되며, 각각의 상기 튜브(200)를 둘러싸도록 구비되어 상기 튜브(200)를 개별적으로 가열가능하게 형성되는 히터구조물(155)을 포함하는 히터모듈(150); 및
상기 하부몸체(120)에 수용 구비되며, 복수 개의 상기 튜브(200) 배열로 이루어지는 원형 중심에 구비되어 상기 튜브(200) 주변에 공기를 강제송풍하여 냉각시키는 쿨링팬(160);
을 포함하며,
상기 광학모듈(130)은, 원형으로 형성되는 고정판(131), 복수 개의 상기 광학계(132)로 이루어져 상기 고정판(131) 상에 구비되는 배열체, 상기 배열체의 상면에 구비되어 상기 배열체의 상면을 지지하면서 상기 광학계(132)의 광 조사 및 검출동작을 제어하는 제1광학제어기판(133), 및 상기 제1광학제어기판(133)의 상면에 적층 구비되어 상기 광학계(132)의 광 조사 및 검출동작에 맞추어 상기 모터(140)와의 연계동작을 제어하는 제2광학제어기판(134)을 포함하되,
상기 제2광학제어기판(134) 상에서 상기 복수 개의 광학계(132) 각각에 상응하는 위치에 접속단자가 형성되고, 상기 제1광학제어기판(133) 및 상기 고정판(131) 상에서 상기 복수 개의 광학계(132) 각각에 상응하는 위치에 통공이 형성되어,
상기 제2광학제거기판(134) 상의 접속단자에 상기 광학계(132) 상단에 형성되는 연결단자가 접속연결되고, 상기 제1광학제어기판(133) 상의 통공에 상기 광학계(132)의 상부가 끼워져 고정되고, 상기 고정판(131) 상의 통공에 상기 광학계(132)의 하부가 끼워져 고정됨으로써,
상기 광학계(132)가 상기 제2광학제거기판(134), 상기 제1광학제어기판(133) 및 상기 고정판(131)에 의해 위치가 고정되도록 형성되고,
상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130)을 기결정된 회전속도로 회전시키면서 상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 대하여 광 조사 및 검출을 수행하도록 형성되되,
상기 제2광학제어기판(134), 상기 제1광학제어기판(133), 상기 고정판(131) 중심에 통공이 형성되어 상기 모터(140)가 상기 제2광학제어기판(134), 상기 제1광학제어기판(133), 상기 고정판(131)의 적층체 중심에 형성된 통공에 수용 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 히터구조물(155)은,
금속재질의 파이프 형태로 형성되어 상기 튜브(200)가 삽입 수용되는 튜브수용부(155a),
필름 형태로 형성되어 상기 튜브수용부(155a)의 측면을 둘러싸도록 구비되어 가열을 수행하는 필름히터부(155b), 및
상기 튜브수용부(155a)에 부착되어 상기 튜브(200) 온도를 접촉식으로 측정하는 온도검출부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 히터모듈(150)은,
중심에 통공이 형성되어 상기 쿨링팬(160)이 강제송풍한 공기가 상기 히터모듈(150) 중심통공을 통과하여 유통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 PCR 장치(100)는,
가열 시에는 상기 히터모듈(150)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하거나 또는 상기 히터구조물(155)을 개별적으로 구동하여 각각의 상기 튜브(200)를 개별적으로 가열하고,
냉각 시에는 상기 쿨링팬(160)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 냉각하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 1항에 의한 PCR 장치(100)의 온도조절방법에 있어서,
상기 히터모듈(150)이 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하는 온도상승단계;
상기 쿨링팬(160)이 공기를 강제송풍하여 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 냉각하는 온도하강단계; 및
상기 히터모듈(150)이 각각의 상기 튜브(200)에 각각 구비된 상기 히터구조물(155)을 개별적으로 구동하여 각각의 상기 튜브(200) 온도를 기결정된 기준온도를 유지하도록 개별 가열하는 온도조절단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치의 온도조절방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 PCR 장치(100)는,
원하는 신호세분율(sampling rate)에 따라 상기 모터(140)의 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 1항에 의한 PCR 장치(100)의 시료검출방법에 있어서,
상기 모터(140)가 상기 광학모듈(130)을 기결정된 회전속도로 회전시키는 모듈회전단계;
상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에 여기광을 조사하는 광조사단계; 및
상기 광학계(132)가 상기 튜브(200)에 수용된 상기 시료에서 발생된 형광을 이용하여 상기 시료 내 표적물질을 검출하는 광검출단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치의 시료검출방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 PCR 장치(100)는,
상기 상부몸체(110) 및 상기 하부몸체(120)가 여닫음가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 상부몸체(110)는,
내부에 공간을 형성하는 상부몸체커버(111),
상기 상부몸체커버(111)의 하단에 결합되며 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 상부하단커버통공(112h)이 형성되는 상부하단커버(112),
상기 상부하단커버(112)의 상측에 구비되며 상기 모터(140)가 상면 중심에 고정 구비되고 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 고정브라켓통공(113h)이 형성되는 고정브라켓(113),
상기 광학모듈(130) 및 상기 모터(140)의 회전축을 결합하는 회전브라켓(114), 및
상기 모터(140)로 전원을 공급하는 슬립링(115)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 12항에 있어서, 상기 상부몸체(110)는,
상기 고정브라켓(113) 및 상기 상부하단커버(112) 사이에 구비되어 복수 개의 상기 튜브(200)를 균일하게 가열하며 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 핫탑히터기판통공(116h)이 형성되는 핫탑히터기판(116)
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 하부몸체(120)는,
복수 개의 원형으로 배열되는 하부상단커버통공(121h)이 형성되어 상기 튜브(200)가 삽입 구비되며 상기 상부몸체(110) 하단에 배치되는 하부상단커버(121),
상단에 상기 하부상단커버(121)가 결합되고 내부에 공간을 형성하는 하부측면커버(122),
상기 하부측면커버(122)의 하단에 결합되며 상면 중심에 상기 쿨링팬(160)이 고정 구비되는 하부하단커버(123),
상기 하부상단커버(121) 하측에 구비되어 상기 히터모듈(140) 상면과 결합되어 상기 히터모듈(140)을 고정하며 상기 튜브(200)에 상응하는 위치에 히터고정기판통공(124h)이 형성되어 상기 히터구조물(155)이 관통되도록 형성되는 히터고정기판(124),
상기 하부하단커버(123) 중심에 형성되어 상기 쿨링팬(160)에 의해 강제송풍되는 공기를 외부와 유통시키는 복수 개의 하면통풍구(125), 및
상기 하부측면커버(122) 측면 상단에 형성되어 상기 쿨링팬(160)에 의해 강제송풍되는 공기를 외부와 유통시키는 복수 개의 측면통풍구(126)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
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| KR1020210042256A KR102551187B1 (ko) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 웰 온도를 개별적으로 실시간 제어하는 ｐｃｒ 장치, 상기 ｐｃｒ 장치의 온도조절방법 및 상기 ｐｃｒ 장치의 시료검출방법 |
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| KR101780334B1 (ko) * | 2015-09-07 | 2017-09-21 | 조원창 | 유전자 증폭 장치 및 그에 의한 유전자 증폭 방법 |
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2021
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