KR102597956B1 - 열풍 방식 유전자 증폭 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유전자 증폭장치에 관한 것으로, 프레임(1)에 장착되고 하부 챔버에서 상부 챔버로 직경이 확대되는 유선형의 종모양의 확대관 형상을 갖고 상단에 배출구(22)가 형성된 챔버(2), 상기 프레임(1)에 장착되고 챔버(2)의 하단부에 연통되어 챔버내로 열풍을 공급하는 적어도 하나의 팬히터(3), 상기 챔버의 상단 배출구측에 인접하여 내측에 장착된 배기팬(5) 및 상기 챔버(2)내에 배치되는 시료판(6)을 구비하는 유전자 증폭장치에 있어서, 상기 급기팬(4)에 의해 공급되는 공기가 팬히터(3)에 의해 가열되어 하부챔버로 부터 상부 챔버로 원활하게 유동하도록 상기 챔버(2)는 하부 챔버(25)와 상부 챔버(26)로 형성되며, 하부와 상부 챔버(25,26)들은 전체적으로 상부로 갈수록 직경이 확대되고 종모양 곡선형 확대관 모양의 유선형으로 구성된 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 팬히터의 열선에 의해 가열된 열풍을, 유선형의 상하부 챔버 형상과 하부 챔버의 팬 및 제 1, 2 하니콤부재들에 의해 분산시키고 시료판의 외측부 쪽으로 더 많은 량의 열풍이 공급되게 하여 시료판의 중앙부와 외측부의 웰들의 온도 편차를 최소화할 수 있으며, 보다 우수한 온도 균일도는 갖게 되어 유전자 증폭을 신속하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

열풍 방식 유전자 증폭 장치{Gene Amplification Apparatus}
본 발명은 유전자 증폭 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction-PCR)을 통하여 유전자 증폭을 수행할 수 있도록 다수의 샘플 튜브들에 수용된 샘플들의 온도를 상승, 하강, 유지시키는 온도 조절 장치 및, 시약 탑재 시스템을 포함하는 유전자 증폭 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 중합 효소 반응(polymerase chain reaction-PCR)에 사용되는 써멀싸이클러에 관련된 것으로, 공기나 기체를 이용한 열풍(Thermal flow)방식에 의해 샘플들과 증폭용 시약들이 담긴 전체 튜브나 칩들을 요구되는 온도로 균일하게 유지, 상승, 하강을 통해 생체물질(유전자)을 증폭하기 위한 것이다.
중합 효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction : PCR) 기술은 DNA 또는 RNA의 특정 영역을 반응 용기 안에서 대량으로 증폭하는 기술로서, 순수 분자 생물학 분야 이외에 의학, 이학, 농학, 수의학, 식품과학, 환경과학, 고고학, 인류학에 이르는 분야까지 그 활용범위를 넓히고 있다. 특히 이러한 유전자 증폭기술은 생명과학 유전공학 및 의학 분야등의 연구개발 및 진단목적으로 광범위하게 활용되고 있다. 중합 효소 연쇄 반응에서는 DNA 중합효소를 이용하여 유전체에 있는 특정DNA 서열을 필요한 만큼 증폭시킨다. 중합 효소 연쇄반응은 유전자를 이용한 연구,실험 및 미생물 검출등 수행하기 위해 소량의 유전자만으로 유전자 복제 효소를 이용하여 대량의 유전자를 증폭시킬 수 있다. 이러한 유전자 증폭을 위해서 유전자 샘플의 온도를 조절하는 온도 조절 장치가 필수적이다.
중합 효소 연쇄 반응은 일반적으로 3가지 과정을 포함한다. 즉, 열 변성(Denaturation), 결합 반응(Annealing) 및 신장 단계 (Extention)를 포함하며, 이러한 과정을 순환 반복함으로써 DNA를 기하 급수적으로 증폭시킬 수 있다. 이를 보다 상세하게 설명하면, 열 변성 과정(Denaturation)에서는 이중 가닥의 DNA를 90℃ 이상으로 처리하여 각각 한 가닥의 DNA로 분리시킨다. 어닐링(Annealing)에서는 2종류의 프라이머(primer)를 각각 상보적인 단일가닥의 DNA에 결합시키며, 이때 보통 55~60℃에서 30초 내지 수 분 정도 유지된다. 신장 단계(Extension)에서는 DNA 폴리머라제(polymerase)를 작동시켜 프라이머(primer)를 신장시킨다. 신장반응에 필요한 시간은 주형 DNA의 농도, 증폭 단편의 크기, 반응온도에 따라 다르다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 Thermusaquaticus (Taq) polymerase를 사용할 경우 72℃에서 30초 내지 수 분 정도가 된다.
상기 열 변성 과정은 통상적으로 95℃에서 이루어지며, 결합 반응 및 중합 반응은 그 보다 낮은 55℃ 내지 75℃ 정도의 온도에서 진행되므로, 각 과정을 수행하기 위해서는 시료의 온도를 반복적으로 승강시킬 필요가 있다.
한편, 현재까지의 중합 효소 연쇄 반응의 방법은 주로 반응 후의 산물을 젤(gel)에서 분리해 확인하고 대강의 양을 어림잡는데 그쳤으나, 점차적으로 정확한 정량을 보다 신속히 할 필요성이 커지고 있다. 실제로, Gene Expression (RNA) Analysis, Gene Copy Assay(human HER2 gene in breast cancer 혹은 HIV virus burden 양 측정 등), Genetyping(knockout mouse analysis), Immuno-PCR 등에서 샘플(sample)에 있는 타겟(target) 양의 정확한 측정은 매우 중요하다. 그런데 기존의 방법은 단지 종말점 (End-Point)에서 젤영동을 이용하여 증폭된 DNA의 정성적인 결과만을 보여주는 것으로서 DNA의 정량적 검출이 부정확하다는 문제점을 가진다.
따라서 기존의 종말점(end-point) 측정 방법의 오류를 최소화하기 위하여, quantitative competitive PCR 방법을 이용한다. 이러한 방법에서는 이미 양을 알고 있는 Competitor를 반응액에 넣어 동시에 같은 조건에서 PCR을 한 후, 타겟에서 만들어진 산물과 Competitor에서 만들어진 산물의 양을 비교함으로써 원래 Target 의 양을 유추한다. 그러나, 이 방법은 매 PCR 당 가장 적합한 competitor를 만들어 사용하여야 하고, 타겟(Target)과 Competitor의 적정한 비율 범위(최소한 1/10-10:1의 범위, 그러나 1:1일 때 가장 정확)를 맞추기 위해 여러 농도에서 실험을 행하여야 하는 등 매우 복잡하며 실제 성공 확률도 작은 것으로 알려져 있다.
상기와 같은 문제점을 고려하여, PCR 단계를 지수함수 단계(exponential phase) 범위 내에서 측정하기 위하여 매 사이클(cycle)의 진행상황을 모니터링 하는 실시간(real time) PCR 기술이 최근에 소개되었다.
이와 동시에, 매 사이클(cycle)의 진행 상태를 신속히 측정할 수 있도록, 젤(gel)에서의 분리방법이 아닌, 튜브 내(in-the-tube) 측정 수단으로 형광 감시(fluorescence detection) 방법도 같이 개발되었다. 1992 년에 히구치(Higuchi) 등은 매 증폭 시에 이티디움 브로마이드(ethidium bromide)를 넣고 UV 조사 후 CCD 카메라(camera)로 측정하는 방법을 개발하여 매 cycle당 축적된 형광(fluorescence)의 양으로 PCR 전 과정의 증폭 곡선(amplification plot)을 잡을 수 있었다.
그런데, 종래의 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 모니터링 장치에 있어서는, 대부분의 경우 펠티어 소자를 사용하는 등 금속 블록을 사용하므로, PCR 온도 조건이 웰(Well) 또는 칩(Chip) 마다 동일한 조건일 경우에는 한 번에 많은 샘플을 동일 조건으로 반복 실험을 할 수 있으나, 서로 다른 샘플을 서로 다른 온도 조건으로 PCR 반응을 수행할 경우에 많은 제약이 따른다. 또한 펠티어 소자는 금속 블록의 사용을 수반하고 있어 온도 전이 속도가 1~3℃/초에 지나지 않아 온도 전이에 많은 시간이 소모되므로, 반응 시간이 일반적으로 1~2시간 이상으로 긴 문제점으로 인해 PCR 방법에 의한 검사 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한 온도의 정확성이 ±5℃ 정도로 한계가 있다. 따라서 신속하고 정확하게 온도 조절하는데 한계가 있고, 정밀하지 못한 온도 균일도에 의해 반응의 민감도나 특이도에도 한계가 있다.
다른 한편으로, PCR 반응을 수행하기 위한 발열체(히터)로서 펠티어 소자, 실리콘 소자, 세라믹 소자등이 사용되고 있다. 그러나 이러한 소자들은 고체 발열체를 이용한 소자로서 시료가 들어있는 용기로 온도를 전달하기 위해서 발열체와 용기가 정확히 밀착하여야한다. 정확히 밀착이 되지 않으면 발열체로부터 이격된 곳과 발열체에 근접한 곳에서 온도차가 발생한다. 이를 보완하여 위해 위치별로 온도분포를 실험적으로 계산하여 온도가 균일하게 하도록 보정하기도 하지만, 이것 역시 균일한 온도 분포를 유지하기 위한 최선의 방법은 아니다.
종래 기술의 일 예로서, 온도 전이 속도를 높이기 위하여 온도 상승율이 높은 반도체 실리콘을 사용할 수 있다. 상기 반도체 실리콘의 온도 상승률은 펠티어 소자 방식보다 높으나, 이 방식 역시 고체 상호간의 접촉을 통한 열전도 방식이므로 용기에 열이 균일하게 전달되지 않는다. 이러한 단점을 극복하기 위한 보완책으로 별도의 오일 같은 액체를 용기 부근에 추가적으로 설치하여 열이 발열체 부근에 균일하게 전달되도록 하기도 하나, 이는 액체를 추가적으로 유지, 제어해야 하는 문제점과 원가 상승이 되기도 하는 문제점이 있다.
다른 예에서, 펠티어(peltier) 소자는 기술적으로 안정된 소자이므로 유전자 증폭 장치를 개발하는데 장점도 하지만, 고체 열전소자의 특성 때문에 온도 상승시에 원하는 온도 이상으로 과열(over shooting)되는 현상이 발생하고, 온도 균일도 이상으로 진폭하다가 점차 줄어들어 안정화 단계로 접어들게 된다. 또한 온도 냉각시에 원하는 온도 이하로 과냉각(under shooting)되며, 그 밖에도 정확하고 일정한 온도 구배를 공정 단계별로 만들기 어렵다.
더욱이 펠티어 소자는 직접 샘플에 접촉될 수 없고, 샘플과 증폭용 시약이 포함된 튜브 사이에 개재된 히팅블럭(heating block)을 통해 샘플의 온도를 상승하거나 하강시키게 된다. 샘플과 히팅블럭은 고체간의 접촉에 의한 온도 전달로 양표면이 경질 접촉(hard contact)되기 때문에, 제작 상태에 따라 접촉면에서 온도 전달에서 차이가 발생할 수 있으며, 일반적으로 온도 균일도(unoformaity)가 최대 +0.5도 수준을 나타내고 있다.
도 1 은 종래 기술의 유전자 증폭 장치에서 펠티어 소자를 이용한 가열기를 평면도 및 정면도로 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, 펠티어 소자(P)에 부착된 히팅 블록(B)에 다수의 튜브(T)들이 배치되어 있다. 이때 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 튜브(TB)의 위치에 따라서 불균일한 온도 분포를 나타낸다. 즉, 가장자리와 중심 사이에서 온도 차이가 발생하여, 수십번의 싸이클이 반복되는 유전자 증폭에 있어서 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
도 2 는 종래 기술의 유전자 증폭 장치에서 펠티어 소자를 이용한 가열기의 다른 예를 사시도로 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, 튜브(TB)가 배치된 히팅 블록(B)의 저면에 온도 센서(S)를 배치함으로써, 펠티어 소자(P)로부터의 열을 감지할 수 있게 한다. 도 2 에서와 같이 다수의 온도 센서와 보정 프로그램을 이용하여 온도 보정을 하더라도, 통상적으로 각각의 튜브(TB) 마다 ±0.50 ℃내지 1.00 ℃이상의 온도 균일도를 나타낸다.
한편, 중합 효소 연쇄 반응에서는 샘플의 온도를 상승 및 하강시키는 사이클이 존재하며, 실제로 샘플이 일정 온도로 유지되는 시간은 대체로 1분 미만이지만, 온도의 승강에 오랜 시간이 소요된다. 결과적으로, 일반적인 중합 효소 연쇄 반응은 전체적으로 1 시간 이상을 필요로 한다. 이는 펠티어 소자나 다른 고체성 소자로부터 직접적으로 샘플 튜브에 열을 전달할 수 없고, 히팅 블럭을 중간 매개체로 이용하기 때문이다. 즉, 히팅 블록을 이루는 금속체의 가열 및 냉각에 소요되는 시간이 길어지기 때문이다.
도 3은 펠티어 소자를 이용한 증폭 장치에서 수행되는 샘플의 중합 효소 연쇄 반응을 시간에 대한 온도의 변화로서 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, 펠티어 방식은 초당 온도 상승 속도가 2-3 ℃도 내외이므로, 변성 단계의 95℃에서 결합 단계의 55℃ 도로 하강하는 시간은 15~20 초 정도 소요되고, 다시 온도가 95℃까지 상승하는데 15~20 초가 소요된다. 따라서, 하나의 중합 효소 연쇄 반응 사이클 마다 30~40초라는 온도 전이 시간이 발생하며, 이는 유전자 증폭이 이루어지지 않는 데드타임(dead time)이 된다. 따라서 온도 상승 및 하강 속도를 크게 하여 이러한 전이시간을 단축함으로써 신속한 검사가 가능하게 할 필요성이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 한국 등록특허 제10-1780334호(등록일자 2017년09월14일)에서 상호 소통 가능한 하부 챔버 및 상부 챔버, 상기 하부 챔버의 일측에 설치되어 하부 챔버의 내부 공간으로 가열된 공기를 송풍하기 위해 열선 및 팬으로 구성되는 하나 이상의 하부 팬 히터, 상기 상부 챔버내에 설치되고, 원주를 따라서 다수의 샘플 튜브들이 수용되는 구멍이 형성된 디스크, 상기 상부 챔버의 일측에 설치되어 상부 챔버내의 공기를 외부로 배출할 수 있는 공기 배출 장치 및 상기 상부 챔버내에서 상기 디스크의 상부에 설치된 공기 순환용 팬을 구비하고, 상기 하나 이상의 하부 팬 히터로부터 가열되고 송풍된 공기는 상기 공기 순환용 팬에 의하여 상기 상부 챔버의 내부에서 균일한 온도로 유지되고, 상기 공기 배출 장치는 공기 배출용 팬이거나 또는 상부 챔버의 공기를 배출하거나 차단하기 위한 개폐 장치이고, 상기 디스크는 상부 챔버 및 하부 챔버를 통해 연장된 회전축에 설치되고, 상기 회전축은 모터에 의해 회전되는, 유전자 증폭 장치를 제안하였다.
그러나, 상기한 특허의 유전자 증폭장치에서는 도 4에 도시된 바와 같이 하단에 위치한 열풍기로부터 유입된 공기가 원뿔형 확대관을 따라 96-웰(well) 시료판의 저면에 부딪히고 측방향으로 퍼진 후 측방의 출구로 진행하는 것을 볼 수 있으며, 이때 사각형 모양의 시료판을 기존 기술로 적용한 결과 도 5와 같이 중심에 위치한 웰과 모서리부분에 위치한 웰사이의 온도 편차가 10℃ 이상되는 문제가 있었다.
한국 등록특허 제10-1780334호(등록일자 2017년09월14일)
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 유전자 증폭장치에 대한 문제점을 해결하기 위하여 하부 챔버에서 상부 챔버로 직경이 확대되는, 전체적으로 유선형의 종모양의 확대관 형상을 갖도록 하여 시료판의 중심부와 모서리부의 웰에서의 감소된 온도편차로 샘플들의 온도 분포가 균일하도록 개선된 구조의 유전자 증폭장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고온 공기를 공급하여 샘플의 온도를 빠르게 변화시켜 유전자 증폭 시간을 줄일 수 있도록 하고, 시료판의 온도편차를 최소화하여 시료판의 웰들에서의 샘플들로의 열 전달이 균일하게 이루어지게 증폭장치내의 온도 분포를 정밀하게 유지하도록 개선된 유전자 증폭 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 유전자 증폭 장치는, 프레임에 장착되고 하부 챔버에서 상부 챔버로 직경이 확대되는 유선형의 종모양의 확대관 형상을 갖고 하단에 입구와 상단에 배출구가 형성된 챔버, 상기 프레임에 장착되고 챔버의 하단부에 연통되어 챔버내로 열풍을 공급하는 적어도 하나의 팬히터, 상기 상부 챔버의 상단 배출구측에 인접하여 내측에 장착된 팬 및 상기 챔버내에 배치되는 시료판을 구비하는 유전자 증폭장치에 있어서, 상기 팬히터에 의해 가열되어 공급되는 열풍이 하부챔버로 부터 상부 챔버로 원활하게 유동하도록 상기 챔버는 하부 챔버와 상부 챔버는 전체적으로 상부로 갈수록 직경이 확대되고 종모양 곡선형 확대관 모양의 유선형으로 구성된다.
가열된 열풍이 선형적으로 하부 챔버에서 상방향으로 상부 챔버로 균일하게 공급될 수 있게 격자구조로 형성되는 다수의 관통공들이 형성된 제 1 하니콤부재가 하부 챔버에 장착된다.
공급되는 열풍을 시료판에 균일하게 안내하도록 다수의 관통공들이 형성된 제 2 하니콤부재가 상부 챔버의 시료판의 하측에 장착된다.
또한, 상기 제 2 하니콤부재의 관통공들은 직경이 확대된 상부챔버 내부 공간의 중앙부 보다 측부로 열풍이 보다 더 많은 량이 공급되도록 중앙부에서 외측으로 갈수록 직경이 점차 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시료판은 원형과 사각형상중에서 선택된 어느 하나로 상면에 시료를 주입하기 위한 다수의 웰(well)들이 형성되고, 그릴 위에 지지되어 모터로 회전되는 것이 바람직하다.
변형적으로, 상기 시료판은 원형과 사각형상중에서 선택된 어느 하나로 상면에 시료를 주입하기 위한 다수의 웰(well)들이 형성되고, 상부 챔버의 내측벽에 형성된 돌출턱에 안착시키도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 유전자 증폭 장치는 팬히터의 열선에 의해 가열된 고온 공기(Hot air)를 이용할 뿐만 아니라, 고온 공기의 균일한 전달을 위한, 유선형의 상하부 챔버 형상과 팬히터 및 제 1, 2 하니콤부재들과 상부 챔버의 팬에 의해 열풍을 분산시키고 시료판의 외측부 쪽으로 더 많은 량의 열풍이 공급되게 하여 시료판의 중앙부와 외측부의 웰들의 온도 편차를 최소화하여 보다 우수한 온도 균일도는 갖게 되어 유전자 증폭을 신속하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래 기술의 유전자 증폭 장치에서 펠티어 소자를 이용한 가열기를 평면도 및 정면도로 나타낸 것이다.
도 2 는 종래 기술의 유전자 증폭 장치에서 펠티어 소자를 이용한 가열기의 다른 예를 사시도로 나타낸 것이다.
도 3 은 펠티어 소자를 이용한 증폭 장치에서 수행되는 샘플의 중합 효소 연쇄 반응을 시간에 대한 온도의 변화로서 나타낸 것이다.
도 4는 종래 특허의 유전자 증폭장치에서의 열분포도.
도 5는 도 4의 유전자 증폭장치에서의 시료판의 온도 분포도.
도 6은 본 발명에 의한 유전자 증폭장치의 개략적인 사시도.
도 7은 도 6의 유전자 증폭장치의 개략적인 분해사시도.
도 8은 도 6의 유전자 증폭장치의 단면도.
도 9는 제 2 하니콤부재의 평면도.
도 10은 도 6의 유전자 증폭장치에서의 열풍 흐름을 보여주는 단면도.
도 11은 본 발명의 유전자 증폭장치에서의 시료판의 열분포도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 6 내지 9에 있어서, 본 발명에 의한 유전자 증폭장치는 프레임(1)에 장착되고 하부 챔버에서 상부 챔버로 직경이 확대되는 유선형의 종모양의 확대관 형상을 갖고 상단에 배출구(22)가 형성된 챔버(2), 상기 프레임(1)에 장착되고 챔버(2)의 하단부에 연통되어 챔버내로 열풍을 공급하는 적어도 하나, 도시된 실시예에서는 3개의 팬히터(3), 상기 챔버의 상단 배출구측에 인접하여 내측에 장착된 팬(5) 및 상기 챔버(2)의 상부에 배치되어 시료를 수용하도록 다수의 요홈 형태의 웰(well)들이 형성된 시료판(6)을 포함한다.
상기 시료판(6)은 프레임(1) 상면에 장착된 모터(9)에 의해 회전되고 열풍의 흐름에 방해되지 않게 와이어가 격자로 형성된 그릴(91) 위에 배치되어서 함께 회전됨으로써 하측에서 상방으로 공급되는 열풍에 의해 균일한 온도로 되게 한다. 상기 시료판(6)은 사각형상으로 상면에 다수의 웰(well)들이 형성되고 그 웰들 각각에 시료가 주입된다. 이로써 종래 튜브에 시료를 넣고 튜브들을 거치대에 장착하는 것과 비교하여 시료 배치 작업을 매우 간편하게 할 수 있다.
또한, 상기 배출구(22)에는 필터(23)가 제공될 수 있으며, 배출구의 개도를 조정하여 챔버 내부, 특히 상부 공간의 온도를 승하강시킬 수 있는 개도조절수단(24)이 제공될 수 있다. 상기 팬히터(3)들은 도시된 실시예에서 3개가 방사상으로 설치되어 챔버 하단부에 인접하여 열풍을 공급하도록 되어 있으나, 필요에 따라 하나 또는 두개를 설치할 수도 있음은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따라 상기 챔버(2)는 하부 챔버(25)와 상부 챔버(26)로 형성되며, 하부와 상부 챔버(25,26)들은 전체적으로 상부로 갈수록 직경이 확대되는 유선형을 이룸으로써 팬히터(3)에 의해 송풍되는 가열된 공기 열풍이 하부챔버로 부터 상부 챔버로 원활하게 유동하게 된다. 또한, 상기 팬(5)은 팬히터에서 공급되어 상부 챔버(26)로 유동하는 열풍을 하방으로 순환시키고 그 회전속도를 조절하여 상부와 하부 챔버 내부 온도를 조절할 수 있도록 한다. 그러나, 상기 팬(5)에 의해 하방으로 열풍이 순환되더라도 상부 챔버에서의 공기압 증가로 배출구를 통해 공기는 배출된다.
상기 하부와 상부 챔버(25,26)에서의 열풍의 원활한 유동을 위하여 하부와 상부 챔버(25,26) 내측면의 윤곽은 아래 그림과 같이 유선형으로 형성되고, 그 형상 함수는 아래와 같이 표현된다. 여기서 Yci와 Yco는 입구와 배출구의 반지름이며, Lc는 입구에서 출구까지의 거리이고, Xc는 하부 챔버의 길이이며, Yc는 하부 챔버 상단과 상부 챔버 하단의 반지름이다.
이와 같이 하부와 상부 챔버(25,26)들이 종모양으로 곡선형 확대관 모양의 유선형으로 구성되어 상기 팬히터로부터 공급되는 가열된 공기의 속도를 일정하게 해준다.
또한, 상기 하부 챔버(25)에는 제 1 하니콤부재(7)가 장착되며, 상기 제 1 하니콤부재(7)는 가열된 열풍이 상부 챔버로 균일하게 상방향으로 공급될 수 있게 격자구조로 형성되는 다수의 관통공(71)들이 형성되어 열풍이 선형적으로 상방향으로 가이드되어 상부 챔버로 공급되도록 한다.
또한, 상부 챔버(26)에도 시료판(6)의 하측에 제 2 하니콤부재(8)가 장착되어서 하측의 제 1 하니콤부재(7)의 관통공(71)을 통해 공급되는 열풍을 시료판(6)에 균일하게 안내하도록 다수의 관통공(81)들이 형성되어 있으며, 도 9에 도시된 제 2의 하니콤부재는 관통공(81)들은 직경이 확대된 상부챔버(26) 내부 공간의 중앙부 보다 측부로 열풍이 보다 더 많은 량이 공급되도록 중앙부에서 외측으로 갈수록 직경이 점차 크게 형성되어 있다. 이로써, 시료판(6)의 저면에서 중앙부 보다 외측의 모서리부분으로 향하는 열풍의 량이 더 많게 하며, 팬(5)에 의해 하방으로 열풍을 순환시켜 시료판의 중앙부와 외측부의 온도 편차가 최소화될 수 있게 되므로 시료판에 형성된 웰들에 담긴 시료들에 대하여 균일한 온도가 작용하게 되어 균일한 유전자 증폭 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기 제 1, 2 하니콤부재(7,8)들에 의해 열풍이 도 10에 도시된 바와 같이, 중앙부와 외측부로 고르게 분산되어, 상부 챔버(26)에 배치되는 시료판(6)의 주면에서 중앙부와 모서리부의 온도 편차를 도 11에 도시된 바와 같이 0.99℃로 최소화할 수 있게 됨으로써, 종래의 유전자 증폭장치에서 보다 시료판에 대한 온도 편차를 크게 감소시켜 균일한 온도 분포 효과를 얻을 수 있게 된다. 상기 제 1, 2 챔버들의 관통공들은 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따라, 상부와 하부 챔버에서 시료판에 균일한 온도가 작용하게 되고, 팬들의 작동 제어에 의해 시료판이 배치되는 상부 챔버 내부 공간의 온도를 간편하게 조절할 수 있어, 상부 챔버에 배치된 시료판의 온도 상승 및 하강 속도를 간편하게 적절히 제어할 수 있어 시료의 유전자 증폭시 중합 효소 연쇄 반응 사이클 마다 발생되는 전이시간을 단축함으로써 신속한 검사를 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따라, 상기 상부 챔버의 일측에서 상기 시료판의 웰들에 인접하게 설치된 광학계를 더 구비하고, 상기 광학계는 상기 튜브에 담긴 샘플의 유전자 증폭 정도 및 상태를 검출하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 도시된 실시예에서는, 시료판(6)이 모터(9)로 회전되는 그릴(91) 위에 안착되어 함께 회전하는 것으로 설명되었으나, 상부 챔버의 내측벽에 돌출턱을 형성하여 안착시킬 수도 있음은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 시료의 유전자 증폭을 위한 유전자 증폭장치에서 정확하고 신속한 유전자 증폭을 위해 이용될 수 있다.
1 : 프레임 2 : 챔버
3 : 팬히터 5 : 배기팬
6 : 시료판 7 : 제 1 하니콤부재
8 : 제 2 하니콤부재 9 : 모터
22 : 배출구 25 : 하부 챔버
26 : 상부 챔버 71,81 : 관통공

Claims (6)

  1. 프레임(1)에 장착되고 하부 챔버에서 상부 챔버로 직경이 확대되는 유선형의 종모양의 확대관 형상을 갖고 상단에 배출구(22)가 형성된 챔버(2), 상기 프레임(1)에 장착되고 챔버(2)의 하단부에 연통되어 챔버내로 열풍을 공급하는 적어도 하나의 팬히터(3), 상기 챔버의 상단 배출구측에 인접하여 내측에 장착된 팬(5)및 상기 챔버(2)내에 배치되는 시료판(6)을 구비하며,
    상기 팬히터(3)에 의해 가열된 공기가 하부챔버로 부터 상부 챔버로 원활하게 유동하도록 상기 챔버(2)는 하부 챔버(25)와 상부 챔버(26)로 형성되며, 하부와 상부 챔버(25,26)들은 전체적으로 상부로 갈수록 직경이 확대되고 종모양 곡선형 확대관 모양의 유선형으로 구성되고, 상기 팬(5)은 하부 챔버(25)에서 상부 챔버(26)로 상향 유동된 열풍을 하방으로 순환시키도록 된 유전자 증폭장치에 있어서,
    가열된 열풍이 선형적으로 상방향으로 상부 챔버(26)로 균일하게 공급될 수 있도록 격자구조로 형성되는 다수의 관통공(71)들이 형성된 제 1 하니콤부재(7)가 하부 챔버(25)에 장착되며,
    공급되는 열풍을 시료판(6)에 균일하게 안내하도록 제 2 하니콤부재(8)가 상부 챔버(26)의 시료판(6)의 하측에 장착되고, 상기 제 2 하니콤부재(8)에 형성된 다수의 관통공(81)들은 직경이 확대된 상부챔버(26) 내부 공간의 중앙부 보다 측부로 열풍이 보다 더 많은 량이 공급되도록 중앙부에서 외측으로 갈수록 직경이 점차 크게 형성된 것을 특징으로 하는 유전자 증폭장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 시료판(6)은 원형과 사각형상중에서 선택된 어느 하나로 상면에 시료를 주입하기 위한 다수의 웰(well)들이 형성되고, 그릴(91) 위에 지지되어 모터(9)로 회전되는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 시료판(6)은 원형과 사각형상중에서 선택된 어느 하나로 상면에 시료를 주입하기 위한 다수의 웰(well)들이 형성되고, 상부 챔버(26)의 내측벽에 형성된 돌출턱에 안착시키도록 된 것을 특징으로 하는 유전자 증폭장치.
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