KR20020017212A - 중합효소 연쇄반응장치 - Google Patents

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KR20020017212A
KR20020017212A KR1020000050411A KR20000050411A KR20020017212A KR 20020017212 A KR20020017212 A KR 20020017212A KR 1020000050411 A KR1020000050411 A KR 1020000050411A KR 20000050411 A KR20000050411 A KR 20000050411A KR 20020017212 A KR20020017212 A KR 20020017212A
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Abstract

본 발명의 중합효소 연쇄반응장치는 시료가 수용되는 복수의 중합판을 수용하도록 복수의 중합판 수용홈이 형성되어 있는 PCR모듈부와, 상부영역에 PCR모듈부가 마련되는 본체와, 상기 PCR모듈부의 상부면을 덮는 상부케이스를 갖는다. 이 중합효소 연쇄반응장치는 상부케이스의 내부에 압력 기체를 주입하는 기체주입장치와, PCR모듈부의 상부면 또는 상기 상부케이스의 하부면 중 적어도 어느 하나에 상기 상부케이스의 내부를 밀봉시키는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 중합효소 연쇄반응시 시료의 증발이 방지되며 시료의 농도가 변하지 않은 상태에서 효율적으로 핵산 증폭할 수 있다.

Description

중합효소 연쇄반응장치{THERMAL CYCLER}
본 발명은, 중합효소 연쇄반응장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 시료의 증발을 방지하며 핵산 증폭할 수 있는 중합효소 연쇄반응장치에 관한 것이다.
중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction : PCR)은, 특정 DNA 부위를 특이적으로 반복 합성하여 시험관내에서(in vitro) 원하는 DNA 분자를 증폭시키는 방법으로서, 아주 적은 양의 DNA를 이용하여 많은 양의 동일한 복제 DNA를 얻는 것이다. 중합효소 연쇄반응은 PCR중합물질인 복제하고자 하는 DNA 가닥, 2개 이상의 프라이머, 중합효소, 단일염기(dATP, dCTP, dGTP, dTTP)와 중합시약(reagents)을 혼합한 후 반응에 필요한 온도, 즉 DNA 변성온도 →프라이머 결합온도 →DNA 중합온도로 가열 및 냉각을 반복함으로써, 합성을 수행한다. DNA의 변성(denaturalization)은 90℃ 내지 98℃로 가열하여 이중가닥(double strand) DNA를 단일 가닥(single strand) DNA로 분리시킨다. 높은 온도일수록 단일가닥 DNA로 잘 이행되지만 중합효소의 활성도가 낮아질 수 있으므로 보통 94℃로 한다. 이후 온도를 45℃ 내지 65℃로 낮춰 프라이머를 결합(annealing)한 후 다시 중합효소의 활성이 높아지는 온도까지 올려, 주형 DNA에 상보적인 결합을 유도하여 DNA를 중합한다.
중합효소 연쇄반응을 통하여 시험관 내에서 특정부위의 DNA를 105내지 108개까지 수시간내에 증폭시킬 수 있으며, 이렇게 증폭된 DNA를 다양한 실험에 이용할 수 있고, 실험결과를 토대로 여러 의학적인 연구에 응용할 수가 있다. 중합효소 연쇄반응이 이용되는 실험은, 프로우브(probe)로 사용할 목적으로 클로닝(cloning)된이중가닥 DNA의 증폭, 적은 양의 mRNA로부터 특정 cDNA의 클로닝, DNA 시퀀싱, 돌연변이 검사, 병인성 바이러스 및 박테리아 검출, 유전자의 풋프린팅(footprinting), 특정부위에 돌연변이를 일으킨 유전자의 제조(site directed mutagenesis)가 있다. 또한 중합효소 연쇄반응의 의학적 응용에는 HLA(human leukocyte antigen)형의 결정, 법의학, 특정인의 유전자 검출, 암유전자의 검출, 단일 염기변이 검출(single nucleotide polymorphism), 유전성 질병의 진단, 감염성 질병의 진단 등 광범위하게 사용할 수 있다.
중합효소 연쇄반응은 미국특허 4,683,202 및 4,683,195/ EPO 공고번호 258,071/ 미국특허 4,889,818에 개시된 이후, 1987년 Perkin-Elmer Cetus DNA thermal cycler에 의해 처음으로 상업적인 중합효소 연쇄반응장치로서 고안되기 시작하였다. 중합효소 연쇄반응장치의 핵심요소인 온도조절은 Peltier 방식을 이용하여 모듈내에 내장된 열발생 및 냉각장치에 의해 조절되고, 일반적으로 모든 thermal cycler에 사용된다.
중합효소 연쇄반응은 소량의 시료를 DNA 변성, 프라이머 결합, DNA 중합이라는 일련의 온도변화를 반복하면서 중합하므로 증발이 발생하기 쉬우며, 소량의 증발에 대해 시료의 농도가 변하게 되어 중합효소 연쇄반응에 커다란 영향을 줄 수 있다.
그런데, 종래의 중합효소 연쇄반응장치에 있어서는, 중합효소 연쇄반응시 시료의 증발을 방지하기 위하여 중합효소 연쇄반응 전에 미네랄 오일(mineral oil)로 시료의 상층 부분을 덮고 중합효소 연쇄반응을 행하며, 중합효소 연쇄반응이 끝난후 미네랄 오일을 제거해야 하는 문제점이 있다. 또한, 시료의 증발을 방지하기 위하여 중합판을 덮는 상판에 열발생장치를 설치하여 중합효소 연쇄반응이 진행되는 동안 중합효소 연쇄반응온도 보다 높게 상판의 온도를 올려야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 시료의 증발을 방지하며 효율적으로 핵산 증폭하는 중합효소 연쇄반응장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 중합효소 연쇄반응장치에 대한 개략적인 사시도,
도 2는 도 1의 중합효소 연쇄반응장치내의 압력 기체의 유출입 경로를 나타내는 개략적인 사시도,
도 3a 및 도 3b는 중합판과 카트리지의 분해상태 및 결합상태를 나타내는 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 중합효소 연쇄반응장치 10 : PCR모듈부
12 : 중합판 14 : 카트리지
20 : 중합판 수용홈 22 : 흡입구
30 : 제1압력조절레버 34 : 배출구
38 : 제2압력조절레버 50 : 탱크
60 : 본체 62 : 조작지시부
65a,65b : 가스켓 70 : 상부케이스
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 시료가 수용되는 복수의 중합판을 수용하도록 복수의 중합판 수용홈이 형성되어 있는 PCR모듈부와, 상부영역에 PCR모듈부가 마련되는 본체와, 상기 PCR모듈부의 상부면을 덮는 상부케이스를 갖는 중합효소 연쇄반응장치에 있어서, 상기 상부케이스의 내부에 압력 기체를 주입하는 기체주입장치와, 상기 PCR모듈부의 상부면 또는 상기 상부케이스의 하부면 중 적어도 어느 하나에 상기 상부케이스의 내부를 밀봉시키는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응장치를 제공한다.
여기서, 상기 기체주입장치는 압력 기체를 수용하는 탱크이고, 상기 상부케이스의 내부의 압력을 조절하는 압력조절레버를 마련하여 시료의 증발을 방지하며 시료가 효율적으로 핵산 증폭하도록 한다. 상기 압력 기체는 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 산소 중 어느 하나를 사용함으로써, 압력 기체와 시료와의 반응을 방지한다.
그리고, 상기 PCR모듈부는, 일측에 상기 탱크로부터 상기 상부케이스의 내부로 압력 기체가 유입되는 흡입구를 형성하고, 타측에 외부로 상기 상부케이스의 내부의 압력 기체를 배출하는 배출구를 형성하여 상기 상부케이스의 내외부로 압력 기체의 유출입을 원활히 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 중합효소 연쇄반응장치에 대한 개략적인 사시도이다. 도시된 바와 같이, 중합효소 연쇄반응장치(1)는, PCR모듈부(10)와, 상부영역에 PCR모듈부(10)가 마련되는 본체(60)와, PCR모듈부(10)의 상부를 덮는 상부케이스(70)를 가진다.
PCR모듈부(10)의 상부영역에는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술할 중합판(12)과 카트리지(14)가 수용되는 복수의 중합판 수용홈(20)들이 소정의 깊이로 병렬로 형성되어 있다. 중합판 수용홈(20)들 사이에는 가열 냉각부(16)가 마련되어, 도시하지 않은 가열 및 냉각장치에 의해, 중합판(12)과 밀착 결합된 카트리지(14)를 가열 및 냉각한다.
PCR모듈부(10)의 상부면에는 복수의 온도감지기(18)가 마련되어, PCR모듈부(10)내의 온도를 감지한다.
PCR모듈부(10)의 상부면의 가장자리에는 상부케이스(70)의 하부면의 가장자리에 대응하는 위치에 상부케이스(70)의 내부를 밀봉하는 가스켓(65a)이 설치되어 있다.
PCR모듈부(10)의 일측에는 상부면에 설치된 가스켓(65a)의 내측으로 상부케이스(70)의 내부로 압력 기체를 공급하기 위한 흡입구(22)가 마련되어 있으며, PCR모듈부(10)의 흡입구(22)의 반대측에는 상부면에 설치된 가스켓(65a)의 내측으로상부케이스(70)의 내부의 압력 기체를 외부로 배출하기 위한 배출구(34)가 마련되어 있다.
PCR모듈부(10)의 상부의 전방에는 상부케이스(70)의 후크(72)와 결합되는 후크 걸림부(52)가 마련되어 있다.
본체(60)의 하부영역의 일측에는 상부케이스(70)의 내부의 압력을 지시하는 제1압력게이지(26)와 제2압력게이지(38)가 마련되어 있으며, 그 하부에는 상부케이스(70)의 내부의 압력을 조절하는 제1압력조절레버(30)와 제2압력조절레버(42)가 마련되어 있다.
본체(60)의 하부영역의 타측에는 PCR모듈부(10)의 온도감지기(18)로부터 감지된 온도를 나타내고, PCR 프로그램이 내장되어 PCR모듈부(10)의 가열 및 냉각을 위해 가열 및 냉각장치(미도시)를 조작하는 조작지시부(62)가 마련되어 있다.
본체(60)의 배면에는 외부로부터 중합효소 연쇄반응장치(1)의 내부로 압력 기체가 유입되는 기체유입구(32)가 마련되어 있으며, 본체(60)의 좌측면에는 상부케이스(70)의 내부의 압력 기체가 중합효소 연쇄반응장치(1)의 외부로 유출되는 기체유출구(44)가 마련되어 있다. 기체유입구(32)는 배관(46)에 의해 압력 기체를 수용하는 탱크(50)와 연결되어 있으며, 배관(46)상에는 압력 기체의 공급을 개폐하는 기체공급밸브(48)가 마련되어 있다.
전술한 바와 같이, PCR모듈부(10)의 상부에는 PCR모듈부(10)의 상부면을 덮는 상부케이스(70)가 마련되어 있다. 그리고, 상부케이스(70)의 하부면의 가장자리에는 PCR모듈부(10)의 상부면의 가스켓(65a)에 대향하는 위치에 상부케이스(70)의내부를 밀봉하는 가스켓(65b)이 설치되어 있다. 여기서, 도시되어 있지 않지만, 가스켓(65a,65b)은 PCR모듈부(10)의 상부면 또는 상부케이스(70)의 하부면 중 어느 하나의 가장자리에 설치될 수 있다.
상부케이스(70)의 일측에는 후크(72)가 마련되어 있고, 후크(72)는 전술한 PCR모듈부(10)에 마련된 후크 걸림부(52)에 수용되어, PCR모듈부(10)와 상부케이스(70)를 잠그게 된다.
도 2에는 본 발명에 따른 중합효소 연쇄반응장치내의 압력 기체의 유출입 경로를 나타내는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, PCR모듈부(10)의 상부면의 일측에 마련된 흡입구(22)는 PCR모듈부(10)의 내부와 본체(30)의 내부에 형성된 제1연통로(24)에 연결되며, 제1연통로(24)는 본체(60)의 배면에 형성된 기체유입구(32)를 통해 배관(46)에 연결된다. 제1연통로(24)에는 제1연통로(24)와 연결되어 제1연통로(24)의 압력을 나타내는 제1압력게이지(26)와 상부케이스(70)의 내부의 압력을 조절하는 제1압력조절밸브(28)가 마련되어 있고, 제1압력조절밸브(28)는 제1압력조절밸브(28)의 스템(미도시)에 연결된 제1압력조절레버(30)에 의해 개도가 조절된다. 본체(60)의 배면에 형성된 기체유입구(32)는 압력 기체를 수용하는 탱크(50)와 배관(46)에 의해 연결되며, 배관(46)상에는 기체공급밸브(48)가 마련되어 압력 기체의 공급을 개폐한다. 이에 의해, 배관(46)상의 기체공급밸브(48)를 열고 압력 기체를 탱크(50)로부터 제1연통로(24)로 공급하고, 제1연통로(24)로 공급된 압력 기체는 제1압력조절밸브(28)를 거쳐 PCR모듈부(10)의 흡입구(22)에서 상부케이스(70)의 내부로 공급되게 된다. 이 때,제1압력조절레버(30)로 상부케이스(70)의 내부가 소정의 압력이 되도록 제1압력조절밸브(28)의 개도를 조절하면서 상부케이스(70)의 내부로 공급되는 압력 기체의 양을 조절하여 상부케이스(70)의 내부에 원하는 압력을 얻을 수 있게 된다.
PCR모듈부(10)의 상부면의 타측에 마련된 배출구(34)는 PCR모듈부(10)의 내부와 본체(60)의 내부에 형성된 제2연통로(36)에 연결되며, 제2연통로(36)는 본체(60)의 좌측면에 형성된 기체유출구(44)를 통해 외부에 연통된다. 제2연통로(36)에는 제2연통로(36)와 연결되어 제2연통로(36)의 압력을 나타내는 제2압력게이지(38)와 상부케이스(70)의 내부의 압력을 조절하는 제2압력조절밸브(40)가 마련되어 있고, 제2압력조절밸브(40)는 제2압력조절밸브(40)의 스템(미도시)에 연결된 제2압력조절레버(42)에 의해 개도가 조절된다. 이에 의해, 제2압력조절레버(42)로 상부케이스(70)의 내부가 소정의 압력이 되도록 제2압력조절밸브(40)의 개도를 조절하면서 상부케이스(70)의 내부의 압력 기체를 배출구(34)와 제2연통로(36)를 통해 기체유출구(44)에서 외부로 배출시킨다.
도 3a에는, 시료가 수용될 수 있도록 하부에 원추형상의 시료수용홈(12a)을 가진 중합판(12)과, 일면에 중합판(12)의 시료수용홈(12a)의 원추형상에 대응하는 요홈(14a)이 형성된 카트리지(14)가 도시되어 있다. 그리고, 카트리지(14)의 일측 단부에는 PCR모듈부(10)의 중합판 수용홈(20)으로부터 카트리지(14)의 입출을 용이하게 하는 손잡이부(14b)가 형성되어 있다. 그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 중합판(12)의 시료수용홈(12a)을 카트리지(14)의 요홈(14a)에 밀착하여 중합판(12)과카트리지(14)는 상호 결합하게 된다. 밀착 결합된 중합판(12)과 카트리지(14)는 도 1에 도시된 중합판 수용홈(20)내에 설치되게 된다.
이러한 구성에 의하여, 복수의 시료수용홈(12a)에 시료를 넣은 후 중합판(12)을 카트리지(14)와 밀착 결합하고, 카트리지(14)와 밀착 결합된 중합판(12)을 PCR모듈부(10)의 중합판 수용홈(20)에 설치한다. 그리고, PCR모듈부(10)의 상부를 상부케이스(70)로 덮고 후크(72)로 PCR모듈부(10)와 상부케이스(70)를 잠근다. 그리고 나서, 제1압력조절밸브(28)와 제2압력조절밸브(40)를 닫고, 본체(60)의 기체유입구(32)와 탱크(50)를 연결하는 배관(46)상의 기체공급밸브(48)와 제1압력조절밸브(28)를 서서히 열어 상부케이스(70)의 내부로 압력 기체를 공급하고, 상부케이스(70)의 내부의 압력을 지시하는 제1압력게이지(26)와 제2압력게이지(38)가 지시하는 수치를 보면서 제1연통로(24)상에 마련된 제1압력조절레버(30)로 제1압력조절밸브(28)의 개도를 조절한다. 상부케이스(70)의 내부의 압력이 대기압 보다 높은 소정의 압력이 되면 제1압력조절레버(30)를 조작하여 제1압력조절밸브(28)를 닫고 동시에 기체공급밸브(48)를 닫는다. 이 때, 상부케이스(70)의 내부로 공급된 압력 기체는 PCR모듈부(10)의 상부면의 가장자리와 상부케이스(70)의 하부면의 가장자리에 설치되어 있는 가스켓(65)에 의해 상부케이스(70)의 내부에 완전히 밀봉된 상태로 있게 된다.
그리고, 조작지시부(62)를 조작하여 PCR 프로그램에 따라 PCR모듈부(10)내의 가열 및 냉각장치를 작동시킨다. 가열 및 냉각장치에 의해 PCR모듈부(10)의 가열 냉각부(16)가 가열 및 냉각됨에 따라 중합판 수용홈(20)내에 삽입된 카트리지(14)도 가열 및 냉각되어, 카트리지(14)와 밀착 결합된 중합판(12)에 열이 전달되고, 중합판(12)내의 원추형상의 시료수용홈(12a)에 수용된 시료에 열이 전달되어 시료를 중합효소 연쇄반응시키게 된다. 이 때, 상부케이스(70)의 내부는 대기압 보다 높은 압력의 상태가 유지되므로, 중합판(12)내의 시료는 증발이 방지되어 효율적으로 핵산 증폭하게 된다.
중합효소 연쇄반응이 끝나면, 상부케이스(70)의 내부의 압력이 대기압이 되도록 제1압력게이지(26)와 제2압력게이지(38)의 수치를 보면서, 제2연통로(36)상에 마련된 제2압력조절레버(42)로 제2압력조절밸브(40)의 개도를 서서히 조절하여 상부케이스(70)의 내부의 압력 기체를 배출구(34)와 제2연통로(36)를 통해 기체유출구(44)에서 외부로 배출시킨다. 상부케이스(70)의 내부의 압력이 대기압이 되면 제2압력조절레버(42)를 조작하여 제2압력조절밸브(40)를 닫고, 상부케이스(70)를 열어 PCR모듈부(10)에 설치된 중합판(12)을 꺼낸다.
이와 같이, 중합판이 설치되는 PCR모듈부의 상부와 상부케이스의 내부를 가스켓으로 밀봉하고, 상부케이스의 내부가 대기압 이상의 압력이 유지되도록 압력 기체를 공급함으로써 중합판내의 시료의 증발온도가 높게 되어 시료의 증발이 방지되며, 시료의 농도가 변하지 않은 상태에서 효율적으로 중합효소 연쇄반응을 하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 중합효소 연쇄반응시 시료의 증발이 방지되며 시료의 농도가 변하지 않은 상태에서 효율적으로 핵산 증폭할 수 있는 중합효소 연쇄반응장치가 제공된다.

Claims (5)

  1. 시료가 수용되는 복수의 중합판을 수용하도록 복수의 중합판 수용홈이 형성되어 있는 PCR모듈부와, 상부영역에 PCR모듈부가 마련되는 본체와, 상기 PCR모듈부의 상부면을 덮는 상부케이스를 갖는 중합효소 연쇄반응장치에 있어서,
    상기 상부케이스의 내부에 압력 기체를 주입하는 기체주입장치와,
    상기 PCR모듈부의 상부면 또는 상기 상부케이스의 하부면 중 적어도 어느 하나에 상기 상부케이스의 내부를 밀봉시키는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기체주입장치는 압력 기체를 수용하는 탱크인 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 PCR모듈부는, 일측에 형성되어 상기 탱크로부터 상기 상부케이스의 내부로 압력 기체가 유입되는 흡입구와, 타측에 형성되어 외부로 상기 상부케이스의 내부의 압력 기체를 배출하는 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부케이스의 내부의 압력을 조절하는 압력조절레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력 기체는 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 산소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응장치.
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KR1020000050411A KR20020017212A (ko) 2000-08-29 2000-08-29 중합효소 연쇄반응장치

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100668320B1 (ko) * 2003-12-10 2007-01-12 삼성전자주식회사 중합 효소 연쇄 반응용 모듈 및 이를 채용한 다중중합효소 연쇄 반응 시스템
WO2014035167A1 (ko) * 2012-08-29 2014-03-06 나노바이오시스(주) 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 ｐｃｒ 칩, 이를 포함하는 ｐｃｒ 장치, 및 이를 이용한 실시간 ｐｃｒ 방법
WO2014204246A1 (ko) * 2013-06-19 2014-12-24 연세대학교 산학협력단 서열 확인된 핵산 단편들을 회수하는 방법 및 서열 확인된 핵산 단편들을 증폭시키기 위한 장치

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