KR102581063B1 - 고속 온도제어가 가능한 고속 분자진단장치 및 이를 이용한 고속 분자진단방법 - Google Patents

Abstract

고속 온도제어가 가능한 고속 분자진단장치 및 이를 이용한 고속 분자진단방법에서, 상기 고속 분자진단장치는 카트리지부, 및 상기 카트리지부를 냉각 또는 가열하는 온도제어블록을 포함하고, 상기 카트리지부는 카트리지 블록 및 이송블록을 포함한다. 상기 카트리지 블록은 복수의 전처리 홀들이 형성되는 블록부, 및 상기 블록부로부터 연장되며 수납공간을 형성하고 온도측정유닛이 고정되는 연장 플레이트를 포함한다. 상기 이송블록은 상기 전처리 홀들을 따라 시료에 대한 전처리를 수행하고, 상기 수납공간 상에 위치한다. 이 경우, 상기 이송블록은 상기 연장 플레이트와 고정된 상태에서, 상기 온도측정유닛과 함께 상기 온도제어블록에서 냉각 또는 가열된다.

Description

고속 온도제어가 가능한 고속 분자진단장치 및 이를 이용한 고속 분자진단방법{FAST MOLECULAR DIAGNOSIS APPARATUS FOR FAST TEMPERATURE CONTROL AND METHOD FOR FAST MOLECULAR DIAGNOSIS USING THE SAME}

본 발명은 고속 분자진단장치 및 이를 이용한 고속 분자진단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가열 및 냉각을 고속으로 수행하며 정확한 온도제어를 수행할 수 있어, 현장 진단 장비로의 적용성이 향상되며 다중 샘플에 대한 분석이 가능한 고속 온도제어가 가능한 고속 분자진단장치 및 이를 이용한 고속 분자진단방법에 관한 것이다.

일반적으로 분자진단의 경우 유전자 추출을 위한 복잡한 검체의 전처리 과정이 필요하고, 유전 검사의 경우 상대적으로 많은 시간이 소요되므로 현장 진단용으로 사용되는 것에는 한계가 있다.

이에, 전처리 및 분자진단의 전과정을 자동화하여 현장진단 장비로 사용할 수 있는 기술이 개발되고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2020-0134920호가 대표적이다. 즉, 전처리 및 분자진단을 수행하는 전반적인 과정을 자동화하고, 일련의 공정들을 신속하게 연속적으로 수행할 수 있는 기술이 개발되고 있다.

그러나, 이러한 분자진단 절차에서, 특히, 유전자를 증폭하기 위해서는 서로 다른 온도에서 복수의 단계로 열주기 과정을 수행하여야 하는데, 이러한 복수의 단계에서의 열주기를 수행하는 과정은 반복적인 공정으로 시간이 상당히 소요된다.

나아가, 기 설정된 온도에서 증폭을 반복적으로 수행하는 것이 필요하며, 증폭 과정에서 상기 기 설정된 온도가 유지되지 않는 경우 상기 증폭을 위한 열주기 과정이 증가하는 문제가 있다.

이에 따라 증폭이 수행되는 챔버 등의 온도를 측정하는 기술들이 대한민국 등록특허 제10-1676108호에서와 같이 개발되고 있다. 그러나, 현재까지의 챔버 등의 온도를 측정하는 기술은, 실제 시린지에 포함되는 시료에 인가되는 온도를 직접 측정하지 못하고, 시린지가 위치하는 주변 블록의 온도를 측정하는 정도로 제한되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2020-0134920호 대한민국 등록특허 제10-1676108호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 가열블록 및 냉각블록에서의 시료의 온도를 정확하게 측정함으로써, 가열 및 냉각을 고속으로 수행하며 정확한 온도제어를 수행할 수 있어, 유전자 증폭시간을 감소시켜 현장 진단 장비로의 적용성이 향상되며 다중 샘플에 대한 분석이 가능한 고속 온도제어가 가능한 고속 분자진단장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 고속 분자진단장치를 이용한 고속 분자진단방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 고속 분자진단장치는 카트리지부, 및 상기 카트리지부를 냉각 또는 가열하는 온도제어블록을 포함하고, 상기 카트리지부는 카트리지 블록 및 이송블록을 포함한다. 상기 카트리지 블록은 복수의 전처리 홀들이 형성되는 블록부, 및 상기 블록부로부터 연장되며 수납공간을 형성하고 온도측정유닛이 고정되는 연장 플레이트를 포함한다. 상기 이송블록은 상기 전처리 홀들을 따라 시료에 대한 전처리를 수행하고, 상기 수납공간 상에 위치한다. 이 경우, 상기 이송블록은 상기 연장 플레이트와 고정된 상태에서, 상기 온도측정유닛과 함께 상기 온도제어블록에서 냉각 또는 가열된다.

일 실시예에서, 상기 이송블록은, 상기 이송블록의 하부방향으로 돌출되며 내부에 시료가 위치하는 적어도 하나의 처리부를 포함하고, 상기 연장 플레이트는, 상기 처리부가 삽입되도록 개구되는 적어도 하나의 삽입부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 삽입부가 복수 개인 경우, 상기 온도측정유닛은 상기 삽입부들의 중앙으로부터 하부방향으로 돌출될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 온도측정유닛은, 상기 연장 플레이트를 관통하여 하부방향으로 돌출되는 상기 처리부와 동일하게 돌출되도록 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 온도측정유닛에는, 상기 처리부에 위치하는 시료와 동일한 시료가 저장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 온도측정유닛은, 상기 시료의 온도를 측정하는 온도센서를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 이송블록에 위치하는 시료는, 상기 온도제어블록에서 냉각 및 가열이 반복되며 유전자가 증폭될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 이송블록이 상기 온도제어블록에서 냉각 및 가열이 반복되도록, 상기 카트리지부와 상기 온도제어블록의 상대 위치를 가변시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 온도제어블록은, 상기 이송블록의 처리부 및 상기 온도측정유닛을 냉각하는 냉각블록, 및 상기 냉각블록에 인접하게 배치되어, 상기 처리부 및 상기 온도측정유닛을 가열하는 가열블록을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 냉각블록은, 상기 처리부가 삽입되는 냉각부, 및 상기 냉각부와 인접하도록 배치되며, 상기 온도측정유닛이 삽입되는 중앙 냉각부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가열블록은, 상기 처리부가 삽입되는 가열부, 및 상기 가열부와 인접하도록 배치되며, 상기 온도측정유닛이 삽입되는 중앙 가열부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 냉각부와 상기 중앙 냉각부는 동일한 온도로 냉각되며, 상기 가열부와 상기 중앙 가열부는 동일한 온도로 가열될 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 고속 분자진단방법에서, 이송블록이 카트리지부의 블록부를 통과하며 전처리 공정이 수행된 후, 상기 이송블록이 상기 카트리지부의 연장 플레이트 상부에 위치한다. 상기 이송블록이 상기 연장 플레이트와 고정된다. 상기 연장 플레이트의 하부로 돌출된 처리부와 상기 연장 플레이트의 하부에 고정되는 온도측정유닛이, 온도제어블록의 가열블록으로 동시에 위치하여 가열된다. 상기 가열이 종료된 후, 상기 처리부와 상기 온도측정유닛이 상기 온도제어블록의 냉각블록으로 동시에 위치하여 냉각된다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 온도측정유닛이 카트리지 블록 상에 기 돌출되어 형성되어, 전처리가 종료된 시료가 위치하는 이송블록이 상기 카트리지 블록 상에 상기 온도측정유닛과 함께 고정된 상태에서, 온도제어블록에 의해 냉각 또는 가열이 수행되므로, 상기 온도측정유닛이 상기 시료와 함께 냉각 또는 가열이 수행된다.

그리하여, 실제 시료에 대한 냉각 또는 가열이 수행되는 과정에서 상기 시료의 온도를 온도측정유닛에 의해 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이 경우, 상기 온도측정유닛에도 상기 전처리된 시료와 동일한 시료가 위치하며, 온도센서가 상기 시료의 온도를 직접 측정하도록 설치됨으로써, 실제 시료에 대한 냉각 또는 가열이 수행됨과 동시에 상기 온도측정유닛 상의 시료에 대하여도 동일한 냉각 또는 가열이 수행되므로, 상기 실제 냉각 또는 가열되는 시료의 온도가 동일한 환경에서 정확하게 측정될 수 있다.

나아가, 상기 온도측정유닛이 상기 카트리지 블록의 연장 플레이트로부터 돌출되는 정도는, 상기 시료가 위치하는 처리부가 상기 연장 플레이트를 관통하여 위치하는 경우의 돌출되는 정도와 실질적으로 동일하게 형성되므로, 구조나 형상의 측면에서도 동일한 환경에서의 온도 측정이 가능하도록 설계된다.

특히, 상기 온도측정유닛은, 상기 처리부들이 복수개가 형성되는 경우, 상기 처리부들의 중앙에 위치함에 따라, 상기 처리부들에 위치한 시료들의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이상과 같이, 냉각 및 가열을 반복하여 유전자를 증폭시키는 과정에서, 냉각 온도 및 가열 온도를 정확하게 유지하여야 하는데, 상기와 같이 온도측정유닛이 실제 증폭되는 시료와 동일한 위치 및 조건에서 온도를 측정하므로, 실제 시료의 온도를 정확하게 예측할 수 있어, 상기 유전자 증폭과정을 효과적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 분자진단장치를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 카트리지부를 도시한 사시도 및 측면도이다.
도 3은 도 1의 온도제어블록 및 구동부를 도시한 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 1의 고속 분자진단장치를 이용한 고속 분자진단 방법을 도시한 공정도들이다.
도 5는 도 1의 고속 분자진단장치에서, 시료에 대한 가열 및 냉각을 반복적으로 수행하는 과정에서의 시료의 온도변화상태를 도시한 그래프들이다.
도 6은 종래기술과 대비하여 도 1의 고속 분자진단장치를 이용한 분자진단을 수행하는 경우에 유전자의 추출이 향상되는 상태를 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 분자진단장치를 도시한 사시도이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 카트리지부를 도시한 사시도 및 측면도이다. 도 3은 도 1의 온도제어블록 및 구동부를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 고속 분자진단장치(10)는 카트리지부(100), 온도제어블록(200) 및 구동부(300)를 포함한다.

상기 고속 분자진단장치(10)는, DNA나 RNA와 같은 핵산을 검체로부터 추출하여 이를 전처리하고 증폭을 통해 진단하는 장치로서, 상대적으로 빠른 전처리 공정 및 증폭 공정을 수행함으로써, 현장진단 분자진단 장비로 사용될 수 있다.

본 실시예에서의 상기 고속 분자진단장치(10)에서는, 상기 전처리 공정은 종래 기술인 대한민국 공개특허 제10-2020-0134920호에 개시된 분자진단장치에서의 전처리 공정과 실질적으로 유사하므로 설명을 생략한다.

다만, 전처리를 수행하는 상기 카트리지부(100)의 구조, 및 전처리 이후의 증폭 공정을 수행하는 구조 및 공정은 상이하므로 이를 중심으로 본 실시예의 특징에 대하여 설명한다.

구체적으로, 상기 카트리지부(100)는 카트리지 블록(110), 전처리 홀(120), 이송블록(130), 및 온도측정유닛(160)을 포함한다.

상기 카트리지 블록(110)은, 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 및 제2 블록부들(111, 112)을 포함하며, 상기 제1 블록부(111) 상에는 복수의 제1 전처리홀들(121)이 형성되고, 상기 제2 블록부(112) 상에도 복수의 제2 전처리홀들(122)이 형성된다.

이 경우, 상기 제1 블록부(111) 및 상기 제2 블록부(112)는 서로 동일한 형상의 사각 블록일 수 있으며, 상기 제1 전처리홀들(121) 및 상기 제2 전처리홀들(122)도 동일한 개수 및 동일한 형상으로 서로 평행하게 배열될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 제1 블록부(111)에 형성된 상기 제1 전처리홀들(121)을 통해 수행되는 전처리 공정과, 상기 제2 블록부(112)에 형성된 상기 제2 전처리홀들(122)을 통해 수행되는 전처리 공정은 실질적으로 동일하며, 동일한 공정이 동시에 수행된다.

즉, 본 실시예의 경우, 한 쌍의 시료들에 대하여 전처리 공정을 동시에 수행할 수 있도록 한 쌍의 블록부들 및 이에 따른 전처리홀들이 형성되는 것으로, 이를 통해, 보다 많은 시료에 대한 분자진단 공정을 빠르게 수행할 수 있다.

물론, 상기 블록부들 및 상기 전처리홀들이 한 쌍으로 배열되는 것 외에, 한 개가 배열될 수도 있으며, 세 개 이상이 서로 평행하게 배열될 수도 있음은 자명하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 블록부들이 한 쌍으로 형성되고, 이에 따라 상기 전처리 홀들도 한 쌍으로 서로 평행하게 배열되는 것에 대하여 설명한다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 전처리홀들(121, 122)을 통해, 시료에 대한 전처리 공정이 수행되는 것은, 이미 공지의 기술이므로 중복되는 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예에서는, 상기 이송블록(130)이 구비되어, 전처리 공정이 복수의 시료들에 대하여 한 번에 또는 순차적으로 수행될 수 있다.

즉, 상기 이송블록(130)은 사각 플레이트 형상을 가지는 이송 플레이트(131), 및 상기 이송 플레이트(131)로부터 하부방향으로 연장되는 처리유닛(140)을 포함하며, 이 경우, 상기 처리유닛(140)은, 예를 들어, 제1 처리부(141) 및 제2 처리부(143)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 제1 처리부(141)는 2개의 처리부들을 한 쌍으로 포함할 수 있으며, 마찬가지로 상기 제2 처리부(143)도 2개의 처리부들을 한 쌍으로 포함할 수 있다.

상기 이송블록(130)은 상기 전처리 공정이 수행되는 과정에서, 상기 카트리지 블록(110)을 따라 이송하게 되며, 이에 따라 상기 제1 처리부(141)는 상기 제1 전처리홀들(121)을 순차적으로 통과하며 각각의 전처리 공정이 순차적으로 수행되며, 상기 제2 처리부(143)는 상기 제2 전처리홀들(122)을 순차적으로 통고하며 각각의 전처리 공정이 순차적으로 수행될 수 있다.

또한, 상기 제1 처리부(141)는 2개의 처리부를 포함하므로, 상기 2개의 처리부는 상기 제1 전처리홀들(121)을 차례로 통과하며, 전처리 공정이 수행될 수 있으며, 이는 제2 처리부(143)도 동일하다.

그리하여, 상기 이송블록(130)이 상기 카트리지 블록(110)을 통해 이송되며 전처리 공정이 수행되면, 총 4개의 처리부들에 위치하는 시료들에 대하여 전처리 공정이 수행될 수 있다.

한편, 상기 이송블록(130)의 상기 이송 플레이트(131) 상에는, 상기 제1 처리부(141) 및 상기 제2 처리부(143)가 돌출되는 부분과 정렬되도록 제1 인입부(142) 및 제2 인입부(144)가 형성된다. 그리하여, 도시하지는 않았으나, 상기 제1 인입부(142)를 통해 시료가 상기 제1 처리부(141)로 주입 또는 제거될 수 있으며, 상기 제2 인입부(144)를 통해 시료가 상기 제2 처리부(143)로 주입 또는 제거될 수 있다.

그리하여, 상기 이송블록(130)이 상기 제1 및 제2 블록부들(111, 112)의 제1 및 제2 전처리 홀들(121, 122)을 모두 통과하는 경우, 상기 제1 및 제2 처리부들(141, 143)에 위치하는 시료들에 대하여는 모두 전처리가 종료된 상태가 된다.

한편, 상기 카트리지 블록(110)은, 상기 제1 및 제2 블록부들(111, 112)의 끝단으로부터 연장되며, 상부에 수납공간(116)을 형성하는 연장 플레이트(115)를 더 포함한다.

상기 연장 플레이트(115)는 결국, 상기 카트리지 블록(110)의 저면이 연장되어 형성되는 것으로, 상기 연장 플레이트(115)의 상부에는 별도의 블록부가 형성되지 않으며, 이에 따라 상기 블록부가 형성되지 않은 공간만큼 상기 수납공간(116)을 형성하게 된다.

상기 연장 플레이트(115)는 상기 처리유닛(140)과 대응되는 위치에 형성되는 삽입유닛(150)을 포함한다.

본 실시예에서, 상기 이송블록(130)은 상기 전처리 공정이 종료된 후, 상기 연장 플레이트(115)의 상부에, 도 2a에 도시된 바와 같이 위치한다.

이와 같이, 상기 이송블록(130)이 상기 연장 플레이트(115)의 상부에 위치하는 경우, 상기 연장 플레이트(115) 상에 형성되는 상기 삽입유닛(150)은, 상기 이송블록(130)에 형성되는 상기 처리유닛(140)과 상하방향으로 정렬되도록 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 삽입유닛(150)도, 제1 삽입부(151) 및 제2 삽입부(153)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 삽입부들(151, 153) 각각은, 한 쌍의 삽입부들을 포함한다.

그리하여, 총 4개의 삽입부들은, 앞서 설명한 총 4개의 상기 처리부들과 상하방향으로 서로 정렬되도록 형성되며, 상기 4개의 처리부들은 각각 상기 4개의 삽입부들을 관통하며 삽입된다.

한편, 상기 연장 플레이트(115) 상에는, 상기 제1 및 제2 삽입부들(151, 153) 외에, 상기 총 4개의 삽입부들의 정 중앙에 중앙 삽입부(155)가 추가로 형성된다. 즉, 상기 중앙 삽입부(155)는 상기 처리부들이 형성되지 않는 부분에 형성된다.

상기 중앙 삽입부(155)는, 상기 연장 플레이트(115)의 하부로 돌출되는 상기 온도측정유닛(160)과 연결된다.

즉, 상기 중앙 삽입부(155)로는 상기 처리부들은 삽입되지 않으며, 상기 중앙 삽입부(155)의 하부 방향으로는 상기 온도측정유닛(160)이 상기 연장 플레이트(115)의 하부 방향으로 돌출되도록 형성된다.

한편, 상기 중앙 삽입부(155)는 상기 이송블록(130)이 상기 연장 플레이트(115)의 상부에 위치하는 경우는, 개방된 상태를 유지할 수 있으나, 상기 이송블록(130)이 하강되며 상기 이송 플레이트(131)가 상기 연장 플레이트(115)와 서로 접촉하는 경우, 상기 중앙 삽입부(155)는 상기 이송 플레이트(131)에 의해 밀폐될 수 있다.

이 경우, 상기 온도측정유닛(160)이 상기 연장 플레이트(115)의 하부방향으로 돌출되는 형상은, 상기 이송 플레이트(131)가 상기 연장 플레이트(115)와 서로 접촉하는 경우, 상기 연장 플레이트(115)의 하부 방향으로 돌출되는 상기 처리부들(141, 143)의 돌출되는 형상과 실질적으로 동일할 수 있다.

즉, 상기 온도측정유닛(160)은 상기 처리부들(141, 143)이 상기 연장 플레이트(115)의 하부 방향으로 돌출되는 형상, 길이, 구조를 고려하여 동일하게 기 제작되어, 상기 연장 플레이트(115)의 하부 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.

상기 온도측정유닛(160)에는, 상기 중앙 삽입부(155)를 통해, 상기 처리부들(141, 143)에 위치하는 시료와 동일한 시료(161)가 미리 주입되어 위치하게 되며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 온도센서(165)가 상기 시료(161)에 위치하여, 상기 시료(161)의 온도를 센싱한다.

이상과 같이, 상기 이송블록(130)의 처리부들(141, 143)에 주입되어 위치하며 전처리 공정이 수행된 시료에 대하여, 상기 이송블록(130)이 상기 연장 플레이트(115)를 향하여 하강하여, 상기 처리부들(141, 143)이 상기 삽입부들(151, 153)을 관통하여 상기 온도측정유닛(160)과 동일한 높이로 위치한 상태에서, 후속되는 유전자 증폭 공정이 수행된다.

즉, 유전자 증폭 공정이 수행되는 경우, 상기 온도측정유닛(160)은 상기 처리부들(141, 143)과 동일한 길이 및 형상으로 상기 연장 플레이트(115)의 하부로 돌출된 상태에서, 가열 및 냉각이 반복되어 수행된다.

그리하여, 상기 처리부들(141, 143)의 내부에 위치하는 시료에 대한 가열 및 냉각이 수행되는 경우, 상기 온도측정유닛(160)의 내부에 위치하는 시료(161)에 대하여도 동일하게 가열 및 냉각이 수행되고, 상기 온도센서(165)가 상기 시료(161)의 온도를 직접 센싱하므로, 상기 처리부들(141, 143) 내부에 위치하는 시료들의 온도와 매우 근접한 온도가 직접 센싱될 수 있다.

따라서, 유전자 증폭 공정에서, 즉 냉각 및 가열이 반복되는 공정에서, 상기 시료들의 온도를 정확하게 측정할 수 있으며, 유전자 증폭 공정에서 시료에 대한 냉각 온도 및 가열 온도가 정확하게 유지되는 가의 여부를 즉각적으로 판단하여, 냉각 온도 및 가열 온도에 대한 모니터링 및 피드백 제어를 효율적으로 수행할 수 있다.

이러한, 유전자 증폭 공정에 대하여는 후술되는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 다시 설명한다.

상기 온도제어블록(200)은 상기 카트리지부(100)의 하부에 위치하며, 프레임부(201), 냉각 블록(210) 및 가열 블록(220)을 포함한다.

상기 프레임부(201)는 상기 온도제어블록(200)의 외부 프레임을 형성하는 것으로, 상기 프레임부(201)의 내부에 상기 냉각 블록(210) 및 상기 가열블록(22)이 서로 인접하도록 수납되며 위치한다.

상기 냉각블록(210)은 소정의 냉각공간(216)을 형성하며, 상기 냉각 공간(216)에는, 제1 냉각부(211), 제2 냉각부(213) 및 중앙 냉각부(215)가 형성된다.

상기 제1 냉각부(211) 및 상기 제2 냉각부(213)는 상기 냉각 공간(216) 상에 합입되어 형성되며, 상기 제1 및 제2 냉각부들(211, 213)은 상기 제1 및 제2 처리부들(141, 143)과 서로 정렬되도록 배치되고, 상기 연장 플레이트(115)를 관통하여 하부방향으로 돌출되는 상기 제1 및 제2 처리부들(141, 143)이 삽입되도록 길이, 크기 및 형상이 형성된다.

상기 중앙 냉각부(215)는, 상기 제1 및 제2 냉각부들(211, 213)의 중앙에서 상기 냉각 공간(216) 상에 합입되어 형성되며, 상기 온도측정유닛(160)과 서로 정렬되도록 배치되어, 상기 온도측정유닛(160)이 삽입되도록 길이, 크기 및 형상이 형성된다.

그리하여, 상기 연장 플레이트(115)의 하부 방향으로 돌출되는, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(160)은, 일체로 상기 냉각 블록(210)의 냉각 공간(216) 상으로 삽입되도록 위치할 수 있으며, 이와 같이 상기 냉각 공간(216) 상에 삽입되어 위치한 상태에서 상기 냉각 블록(210)에 의해 냉각이 수행된다.

상기 가열블록(220)은 상기 냉각블록(210)에 인접하게 배치되며, 냉각을 수행하지 않고 가열을 수행하는 것을 제외하고는, 상기 냉각블록(210)과 그 구조, 형상 및 배열이 실질적으로 동일하다.

즉, 상기 가열블록(220)은 소정의 가열공간(226)을 형성하며, 상기 가열 공간(226)에는, 제1 가열부(221), 제2 가열부(223) 및 중앙 가열부(225)가 형성된다.

상기 제1 가열부(221) 및 상기 제2 가열부(223)는 상기 가열 공간(226) 상에 합입되어 형성되며, 상기 제1 및 제2 가열부들(221, 223)은 상기 제1 및 제2 처리부들(141, 143)과 서로 정렬되도록 배치되고, 상기 연장 플레이트(115)를 관통하여 하부방향으로 돌출되는 상기 제1 및 제2 처리부들(141, 143)이 삽입되도록 길이, 크기 및 형상이 형성된다.

상기 중앙 가열부(225)는, 상기 제1 및 제2 가열부들(221, 223)의 중앙에서 상기 가열 공간(226) 상에 합입되어 형성되며, 상기 온도측정유닛(160)과 서로 정렬되도록 배치되어, 상기 온도측정유닛(160)이 삽입되도록 길이, 크기 및 형상이 형성된다.

그리하여, 상기 연장 플레이트(115)의 하부 방향으로 돌출되는, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(160)은, 일체로 상기 가열 블록(220)의 가열 공간(226) 상으로 삽입되도록 위치할 수 있으며, 이와 같이 상기 가열 공간(226) 상에 삽입되어 위치한 상태에서 상기 가열 블록(220)에 의해 가열이 수행된다.

이상과 같이, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(160)은, 상기 냉각 블록(210) 및 상기 가열 블록(220) 상에서 주기적으로 이동되면서, 상기 처리부들(141, 143)에 위치하는 시료에 대한 유전자 증폭 공정이 수행되며, 이와 동시에 상기 온도측정유닛(160)에 위치하는 시료(161)의 온도가 측정된다.

그리하여, 상기 유전자 증폭 공정을 수행하는 경우의 냉각 온도 및 가열 온도가 기 설정된 범위를 유지하는 가의 여부가, 실제 시료의 온도를 바탕으로 모니터링 또는 피드백 제어될 수 있어, 유전자 증폭 공정에서의 기 설정 온도의 유지를 보다 효과적으로 구현할 수 있다.

상기 구동부(300)는, 상기 온도제어블록(200)에 연결되어 고정 프레임(301) 상에 위치할 수 있으며, 외부의 제어신호를 바탕으로 상기 온도제어블록(200)을 구동시키게 된다.

즉, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(160)이, 주기적으로 상기 냉각 블록(210) 및 상기 가열 블록(220)에 위치하도록, 상기 온도제어블록(200)의 구동을 제어할 수 있다.

물론, 상기 구동부(300)는 상기 온도제어블록(200)의 구동을 제어하지 않고, 상기 카트리지부(100)의 구동을 제어할 수도 있으며, 상기 카트리지부(100) 및 상기 온도제어블록(200)을 동시에 제어할 수도 있음은 자명하다.

이하에서는, 이상에서 설명한 상기 고속 분자진단장치(10)를 이용하여, 시료의 유전자를 증폭하는 과정에 대하여 다시 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 도 1의 고속 분자진단장치를 이용한 고속 분자진단 방법을 도시한 공정도들이다.

우선, 도 4a를 참조하면, 상기 처리유닛(140)에 위치한 시료들에 대한 전처리 공정이 모두 수행되면, 상기 이송블록(130)은, 상기 이송 플레이트(131)가 상기 연장 플레이트(115)의 상면에 접촉하도록 위치하며 이에 따라 상기 처리부들(141, 143)은 상기 연장 플레이트(115)의 하부로 돌출된다.

이 경우, 상기 처리부들(141, 143)과 동일한 높이 및 형상으로 상기 온도측정유닛(160)도 위치함은 앞서 설명한 바와 같다.

이 후, 상기 카트리지부(100)는, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(161)이 상기 가열블록(220)의 상부에 위치하도록, 상기 카트리지부(100)가 이송되거나, 또는 상기 온도제어블록(200)이 이송된다.

이 후, 도 4b를 참조하면, 상기 온도제어블록(200)이 상승(또는, 상기 카트리지부(100)가 하강)하여, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(161)이 상기 가열부들(221, 223) 및 상기 중앙 가열부(225)에 삽입되며, 상기 가열블록(220)에 의해 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(161)에 위치하는 시료가 가열된다.

이 경우, 상기 온도측정유닛(161)의 시료가 가열됨에 따른 온도는 상기 온도센서(165)를 통해 측정되며, 이렇게 측정되는 온도가 상기 처리부들(141, 143)에 위치하는 시료들의 온도로 추정된다. 그리하여, 상기 시료들의 온도가 기 설정된 또는 기 요구되는 가열 온도에 부합하도록 가열되고 있는가가 모니터링 되며, 필요한 경우, 피드백 제어되어 가열 온도를 상승 또는 하강 시키도록 제어될 수 있다.

이 후, 상기 가열 공정이 종료되면, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 온도제어블록(200)이 하강(또는, 상기 카트리지부(100)가 상승)하여, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(161)이 상기 가열부들(221, 223) 및 상기 중앙 가열부(225)로부터 제거되고, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(161)이 상기 냉각블록(210)의 상부에 위치하도록, 상기 카트리지부(100)가 이송되거나, 또는 상기 온도제어블록(200)이 이송된다.

이 후, 도 4d를 참조하면, 상기 온도제어블록(200)이 상승(또는, 상기 카트리지부(100)가 하강)하여, 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(161)이 상기 냉각부들(211, 213) 및 상기 중앙 냉각부(215)에 삽입되며, 상기 냉각블록(210)에 의해 상기 처리부들(141, 143) 및 상기 온도측정유닛(161)에 위치하는 시료가 냉각된다.

이 경우, 상기 온도측정유닛(161)의 시료가 냉각됨에 따른 온도는 상기 온도센서(165)를 통해 측정되며, 이렇게 측정되는 온도가 상기 처리부들(141, 143)에 위치하는 시료들의 온도로 추정된다. 그리하여, 상기 시료들의 온도가 기 설정된 또는 기 요구되는 냉각 온도에 부합하도록 냉각되고 있는가가 모니터링 되며, 필요한 경우, 피드백 제어되어 냉각 온도를 상승 또는 하강 시키도록 제어될 수 있다.

한편, 이상과 같은 냉각 공정이 종료되면, 다시 도 4a 및 도 4b에서와 같은 가열 공정이 수행되며, 이러한 가열 및 냉각 공정은, 유전자 증폭에 충분한 정도까지 반복되며 수행된다.

도 5는 도 1의 고속 분자진단장치에서, 시료에 대한 가열 및 냉각을 반복적으로 수행하는 과정에서의 시료의 온도변화상태를 도시한 그래프들이다.

도 5를 통해 확인되는 바와 같이, 본 실시예에 의한 상기 고속 분자진단장치(10)를 이용하여 다양한 사이클로 유전자 증폭을 위한 가열 및 냉각 공정을 수행한 결과, 각 사이클에서의 가열 및 냉각 공정에서, 상기 온도측정유닛(160)이 시료의 온도를 측정한 결과이다.

상기 실험 결과를 통해서는, 실제 시료에 대한 유전자 증폭이 매우 효과적으로 우수하게 수행되었으며, 이러한 유전자 증폭의 효과적인 수행을 위해서는 가열 온도인 90℃와 냉각 온도인 60℃가 반복적으로 유지되는 것이 필요하다.

즉, 상기 시료의 온도를 측정한 결과로부터 확인되는 바와 같이, 실제 유전자 증폭을 위한 가열 및 냉각 공정에서, 상기 온도측정유닛(160)의 시료 온도가 가열온도인 90℃와 필요한 냉각온도인 60℃ 사이에서 반복되는 것을 확인할 수 있으며, 이와 같이 가열온도 및 냉각온도가 잘 유지되는 상태에서 가열 및 냉각 공정이 반복적으로 수행되었음을 확인할 수 있었다.

이상과 같이, 본 실시예에서의 고속 분자진단장치(10)를 통해, 실제 유전자 증폭이 수행되는 시료의 온도를 정확하게 모니터링할 수 있으며, 필요한 경우 온도 제어를 효과적으로 수행할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 6은 종래기술과 대비하여 도 1의 고속 분자진단장치를 이용한 분자진단을 수행하는 경우에 유전자의 추출이 향상되는 상태를 도시한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 종래기술에 의한 분자진단을 수행한 결과와 비교하여, 본 실시예에 의한 고속 분자진단장치(10)를 이용하여 분자진단을 수행한 결과, 유전자 증폭의 속도 및 유전자 증폭의 효율이 보다 향상됨을 확인할 수 있으며, 이는, 결과적으로 상기 유전자 증폭시의 가열 및 냉각 온도를 최적의 유전자 증폭을 위한 온도로 적절하게 유지하였기 때문이다.

또한, 이러한 적절한 온도의 유지는, 결국 현재의 냉각 및 가열 온도를 정확하게 모니터링하는 것이 중요하며, 이에 따라, 본 실시예에서 상기 온도측정유닛(160)을 이용한 온도 모니터링이 매우 효과적임을 확인할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 온도측정유닛이 카트리지 블록 상에 기 돌출되어 형성되어, 전처리가 종료된 시료가 위치하는 이송블록이 상기 카트리지 블록 상에 상기 온도측정유닛과 함께 고정된 상태에서, 온도제어블록에 의해 냉각 또는 가열이 수행되므로, 상기 온도측정유닛이 상기 시료와 함께 냉각 또는 가열이 수행된다.

그리하여, 실제 시료에 대한 냉각 또는 가열이 수행되는 과정에서 상기 시료의 온도를 온도측정유닛에 의해 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이 경우, 상기 온도측정유닛에도 상기 전처리된 시료와 동일한 시료가 위치하며, 온도센서가 상기 시료의 온도를 직접 측정하도록 설치됨으로써, 실제 시료에 대한 냉각 또는 가열이 수행됨과 동시에 상기 온도측정유닛 상의 시료에 대하여도 동일한 냉각 또는 가열이 수행되므로, 상기 실제 냉각 또는 가열되는 시료의 온도가 동일한 환경에서 정확하게 측정될 수 있다.

나아가, 상기 온도측정유닛이 상기 카트리지 블록의 연장 플레이트로부터 돌출되는 정도는, 상기 시료가 위치하는 처리부가 상기 연장 플레이트를 관통하여 위치하는 경우의 돌출되는 정도와 실질적으로 동일하게 형성되므로, 구조나 형상의 측면에서도 동일한 환경에서의 온도 측정이 가능하도록 설계된다.

특히, 상기 온도측정유닛은, 상기 처리부들이 복수개가 형성되는 경우, 상기 처리부들의 중앙에 위치함에 따라, 상기 처리부들에 위치한 시료들의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이상과 같이, 냉각 및 가열을 반복하여 유전자를 증폭시키는 과정에서, 냉각 온도 및 가열 온도를 정확하게 유지하여야 하는데, 상기와 같이 온도측정유닛이 실제 증폭되는 시료와 동일한 위치 및 조건에서 온도를 측정하므로, 실제 시료의 온도를 정확하게 예측할 수 있어, 상기 유전자 증폭과정을 효과적으로 수행할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 고속 분자진단장치 100 : 카트리지부
110 : 카트리지 블록 120 : 전처리홀
130 : 이송블록 140 : 처리 유닛
150 : 삽입유닛 155 : 중앙 삽입부
160 : 온도측정유닛 165 : 온도센서
200 : 온도제어블록 210 : 냉각블록
215 : 중앙 냉각부 220 : 가열블록
225 : 중앙 가열부 300 : 구동부

Claims (13)

1. 카트리지부, 및 상기 카트리지부를 냉각 또는 가열하는 온도제어블록을 포함하며,
   상기 카트리지부는,
   복수의 전처리 홀들이 형성되는 블록부, 및 상기 블록부로부터 연장되며 수납공간을 형성하고 온도측정유닛이 고정되는 연장 플레이트를 포함하는 카트리지 블록; 및
   상기 전처리 홀들을 따라 시료에 대한 전처리를 수행하고, 상기 수납공간 상에 위치하며, 이송 플레이트 및 상기 이송 플레이트로부터 하부방향으로 돌출되며 내부에 시료가 위치하는 적어도 하나의 처리부를 포함하는 이송블록을 포함하고,
   상기 이송블록은 상기 연장 플레이트와 고정된 상태에서, 상기 온도측정유닛과 함께 상기 온도제어블록에서 냉각 또는 가열되고,
   상기 연장 플레이트는 상기 처리부가 삽입되도록 개구되는 적어도 하나의 삽입부, 및 중앙에 형성되는 중앙 삽입부를 포함하고,
   상기 중앙 삽입부는 상기 연장 플레이트의 하부로 돌출되는 상기 온도측정유닛과 연결되고,
   상기 온도측정유닛이 상기 연장 플레이트의 하부 방향으로 돌출되는 형상은, 상기 이송 플레이트가 상기 연장 플레이트와 서로 접촉하여 상기 연장 플레이트의 하부 방향으로 상기 처리부가 돌출되는 형상과 동일한 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 온도측정유닛에는,
   상기 처리부에 위치하는 시료와 동일한 시료가 저장되는 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 온도측정유닛은,
   상기 시료의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
7. 제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이송블록에 위치하는 시료는, 상기 온도제어블록에서 냉각 및 가열이 반복되며 유전자가 증폭되는 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 이송블록이 상기 온도제어블록에서 냉각 및 가열이 반복되도록, 상기 카트리지부와 상기 온도제어블록의 상대 위치를 가변시키는 구동부를 더 포함하는 고속 분자진단장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 온도제어블록은,
   이송블록의 처리부 및 상기 온도측정유닛을 냉각하는 냉각블록; 및
   상기 냉각블록에 인접하게 배치되어, 상기 처리부 및 상기 온도측정유닛을 가열하는 가열블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 냉각블록은,
    상기 처리부가 삽입되는 냉각부; 및
    상기 냉각부와 인접하도록 배치되며, 상기 온도측정유닛이 삽입되는 중앙 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 가열블록은,
    상기 처리부가 삽입되는 가열부; 및
    상기 가열부와 인접하도록 배치되며, 상기 온도측정유닛이 삽입되는 중앙 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각부와 상기 중앙 냉각부는 동일한 온도로 냉각되며,
    상기 가열부와 상기 중앙 가열부는 동일한 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 고속 분자진단장치.
13. 삭제

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