KR20090102197A - 유전자 판독기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유전자 판독기는 다수의 유전자 시료가 담기는 웰 플레이트; 상기 유전자 시료를 적절한 온도로 가열하는 가열 블럭; 상기 유전자 시료를 적절한 온도로 냉각시키는 냉각 블럭; 상기 웰 플레이트를 X축 방향으로 이동시키는 리니어 모터 부; 및 상기 가열/냉각 블럭 상부에 위치되어 상기 웰 플레이트의 Y축 방향으로 라인 빔을 조사하는 광학계를 구비한다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 유전자 판독기는 렌즈 어레이를 설치하고, 하프 미러인 비축 파라볼릭 미러를 이용하여, 다수의 유전자 시료가 담긴 웰 플레이트에 대해 Y축 방향으로 라인 빔을 조사하며, 웰 플레이트를 X축 방향으로 진행시키는 구조로 구성됨으로써, 대용량의 유전자 시료를 고속으로 분석하는 것이 가능하다.

Description

유전자 판독기{Polymerase Chain Reaction}

본 발명은 유전자 판독기에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 유전자 시료를 판독 분석함으로써 생물의 질병 유무를 판독하는 데에 사용되는 유전자 판독기에 관한 것이다.

최근 의학 분야에서는 체외 진단 시스템(In-vitro Diagnosis System)을 이용한 질병 진단법이 급속히 확산되고 있다.

체외 진단 시스템이란 인체로부터 채취한 조직 샘플을 즉 유전자 칩을 통해 판독 및 분석하여 인간의 각종 질병이나 유전자 질환 등을 진단하는 것을 말한다.

이러한 유전자를 판독 및 분석하기 위한 용도로, 유전자 시료에 빛을 조사하고 유전자 시료로부터 반사된 빛을 분석하는 스캐너를 갖는 유전자 판독기가 사용되고 있다.

이러한 유전자 판독기는 각종 질병이나 유전자 질환 등을 진단하기 위해 인체로부터 유전자 시료를 채취하여 실리콘, 유리 및 플라스틱 등의 웰 플레이트 위에 제작한 유전자 시료를 올려놓고 유전자 시료에 특정 파장의 빛을 조사하면, 유전자 시료에 있는 형광물질이 발현되고, 이 발현된 빛은 검출기(Detector)를 통해 이미지로 저장되어 분석 소프트웨어를 통해 유전자 시료에 있는 각 스팟에 대한 정보를 분석하는 장치이다.

도 1은 종래 유전자 판독기를 보인 측면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래 유전자 판독기(10)는 유전자 시료가 담기는 웰 플레이트(11); 유전자 시료에 적절한 온도로 가열 및 냉각시키는 가열/냉각 블럭(12)(13); 상기 가열/냉각 블럭(12)(13) 상부에 위치되어 광을 조사하는 광학계(14)로 구성된다. 미설명부호 21은 X-Y축 이동 부를 나타내며, 22는 제어부를 나타낸다.

상기 광학계(14)는 유전자 시료에 광을 조사하기 위한 광원 부(15); 상기 광원 부(15)로부터 나온 광의 양과 초점을 조절하기 위한 입사광 조절 렌즈(16); 상기 입사 광 조절 렌즈(16)를 통과한 빛 중 형광물질을 발광시키는 파장 대의 빛만 슬라이드 상으로 통과시키는 광 여과기(17); 광 여과기(17)를 통과한 빛을 집중시키는 반사광 조절렌즈(18), 광의 방향을 전환시키는 미러(19), 및 상기 유전자 시료에서 발현된 형광의 이미지를 감지하는 CCD 카메라(20)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 유전자 판독기(10)는 광원 부(15)에서 조사된 광이 입사광 조절 렌즈(16)를 거쳐 포커싱 된 후, 미러(19)를 거쳐 해당 유전자 시료에 조사된다.

상기 CCD 카메라(18)는 반사광 조절렌즈(17)를 거쳐 들어오는 반사광을 이용하여 유전자 시료의 형광물질의 양과 분포를 감지한다.

제어부(22)에서는 유전자 시료의 형광물질의 양과 분포를 분석한다. 여기서, 상기 X-Y축 이동 유닛(21)은 웰 플레이트(11)를 X-Y축 방향으로 적절하게 위치 조절하며, 상기 광 여과기(17)는 형광물질을 발광시키는 파장 대의 빛만 슬라이드 상으로 통과시키는 역할을 한다.

그러나, 종래 유전자 판독기는 광학계가 여러 경로로 분산되어, 미러의 설계가 복잡하고 파장대 별로 여과기를 교체해야 하기 때문에 사용에 많은 불편함이 있다.

또한 종래 유전자 판독기는 웰 플레이트를 X-Y축 방향으로 진행하면서 각 유전자 시료의 유전자의 정보를 분석하기 때문에 대량 정보 분석 및 신속 처리에 한계가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 렌즈 어레이를 설치하고, 하프 미러인 비축 파라볼릭 미러를 이용하여, 다수의 유전자 시료를 갖는 웰 플레이트에 대해 Y축 방향으로 라인 빔을 조사하고, 리니어 모터 부가 웰 플레이트를 X축 방향으로 진행시킴으로써, 대량의 유전자 시료를 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 유전자 판독기를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유전자 판독기는 다수의 유전자 시료가 담기는 웰 플레이트; 상기 유전자 시료를 적절한 온도로 가열하는 가열블럭; 상기 유전자 시료를 적절한 온도로 냉각시키는 냉각 블럭; 상기 웰 플레이트를 X축 방향으로 이동시키는 리니어 모터 부; 및 상기 가열/냉각 블럭 상부에 위치되어 상기 웰 플레이트의 Y축 방향으로 라인 빔을 조사하는 광학계를 구비한다.

상기 광학계는 시료에 광을 조사하기 위한 광원 부; 상기 광원 부로부터 나온 광의 양과 초점을 조절하기 위한 복수 개의 촛점 조절 렌즈; 광의 방향을 전환하는 제 1 미러; 상기 입사광 조절 렌즈를 통해 조사되는 광을 Y축 방향의 라인 빔으로 반사하는 제 2 미러; 및 상기 유전자 시료에서 발현된 형광의 이미지를 감지하고 판독하는 광 디텍터를 구비한다. 여기서, 상기 제 2 미러는 비축 파라볼릭 미러일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 유전자 판독기는 렌즈 어레이를 설치하고, 하프 미러인 비축 파라볼릭 미러를 이용하여, 다수의 유전자 시료가 담긴 웰 플레이트에 대해 Y축 방향으로 라인 빔을 조사하고, 웰 플레이트를 X축 방향으로 진행시킴으로써, 유전자 시료를 대용량 및 고속으로 유전자 분석이 가능하다.

또한 기존 방식에 비해 광학계가 간단하고 컴팩트 하게 제작가능 하며, 온도를 주기적으로 가열, 냉각시켜 웰 플레이트(well plate) 내의 형광 량을 별도의 비축 미러(off-axis parabolic mirror)로 투사 후, 광원(light source)으로 조사된 형광 파장을 광 디텍터로 감지한 이후, 이미지 처리되지 않은 영상정보를 가공하여 실시 간으로 각종 질병 컨텐츠와 비교 후 판단함으로써, 종래방식에 비해 광학효율을 높일 수 있고, 신호 왜곡과 전송효율이 개선되어 고속 대용량으로 유전자 증폭이 가능하다.

도 1은 종래 유전자 판독기를 보인 측면 구성도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유전자 판독기를 보인 것으로, 광원 부의 광이 유전자 시료에 조사되는 광 경로를 보인 사시도

도 3은 도 2의 측면 구성도

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유전자 판독기를 보인 것으로, 반사광이 광 디텍터로 입사되는 광 경로를 보인 사시도

도 5는 도 4의 측면 구성도

*주요부분에 대한 도면 설명

100: 유전자 판독기

110: 웰 플레이트

120: 가열 블럭

130: 냉각 블럭

140: 리니어 모터 부

150: 광학계

151: 광원 부

152, 152' : 촛점 조절 렌즈

153: 제 1 미러

154: 제 2 미러

155: 광 디텍터

160: 제어부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유전자 판독기를 보인 것으로, 광원 부의 광이 유전자 시료에 조사되는 광 경로를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 측면 구성도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유전자 판독기를 보인 것으로, 반사광이 광 디텍터로 입사되는 광 경로를 보인 사시도이고, 도 5는 도 4의 측면 구성도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유전자 판독기(100)는 형광물질이 포함되고 유전자 시료가 담기는 웰 플레이트(110); 상기 유전자 시료를 적절한 온도로 가열하는 가열 블럭(120); 상기 유전자 시료를 적절한 온도로 냉각시키는 냉각 블럭(130); 상기 웰 플레이트(110)를 X축 방향으로 이동시키는 리니어 모터 부(140); 및 상기 가열/냉각 블럭(120)(130) 상부에 위치되어 상기 유전자 시료에 라인 빔을 조사하는 광학계(150)를 구비한다.

상기 광학계(150)는 시료에 광을 조사하기 위한 광원 부(151); 상기 광원 부(151)로부터 나온 광의 양과 초점을 조절하기 위한 복수 개의 촛점 조절 렌즈(152)(152'); 광의 방향을 전환하는 제 1 미러(153); 상기 촛점 조절 렌즈(152)를 통해 조사되는 광을 Y축 방향의 라인 빔으로 반사하는 제 2 미러(154); 및 상기 유전자 시료에서 발현된 형광의 이미지를 감지하는 광 디텍터(155)를 구비한다. 여기서, 상기 제 2 미러(154)는 비축 파라볼릭 미러로 구성되어 있다.

제어부(160)는 광학계(150)를 구동하고, 상기 유전자 시료를 적절한 온도로 가열/ 냉각하며, 상기 웰 플레이트(110)를 X축 방향으로 이동시키는 기능을 제어하는 역할을 한다.

참고로, 유전자 판독기에 사용되는 광학계 구성은 크게 2종류로 나뉜다. 첫 번째 방식은 광원으로 레이저를 이용하는 경우이고, 두 번째 방식은 광원으로 백색광을 사용하는 방식이다. 레이저를 광원으로 하는 경우는 광 디텍터로 광증대관(PhotoMultiplier Tube: PMT)을 사용하며, 유전자 칩 위에 집광시켜 조명하고, 영상을 얻고자 하는 영역에 대해 유전자 시료를 스캔(scan)하는 방식으로 영상을 얻는다.

본 발명의 유전자 판독기(100)는 대용량 고속으로 유전자를 증폭하는 시스템으로, 온도 제어나 현장에서의 질병 진단을 실시간으로 진단할 수 있는 시스템이다. 종래 방식에 비해 광학 시스템이 간단하고 컴팩트 하게 제작가능 하며 온도를 주기적으로 가열, 냉각시켜 웰 플레이트(well plate) 내의 형광 량을 별도의 비축 파라볼릭 미러(off-axis parabolic mirror)로 투사 후, 백색광(light source)으로 조사된 형광파장을 광 디텍터로 감지한다. 이후 이미지 처리되지 않은 영상정보를 가공하여 실시간으로 각종 질병 컨텐츠와 비교 후 판단한다. 종래 방식에 비해 광학효율을 높일 수 있고 신호 왜곡과 전송효율이 개선되어, 고속 대용량으로 유전자 증폭이 가능하다. 또한 필터 휠(Filter wheel)(미도시)을 설치하여 필요한 파장 대를 선택적으로 운용할 수도 있다.

유전자 판독기는 기본적으로 형광을 발현하는 파장의 빛을 유전자 칩 위에 조사해야 하며, 유전자 시료로부터 발현되는 파장의 광은 조명 광에 포함되지 않아야 한다. 왜냐하면 광 디텍터에 검출되는 광은 오직 시료에서 발현되는 광만 검출되어야 하며, 그 외의 모든 광은 광학적인 노이즈 이기 때문이다. 따라서 특정 파장의 광만 유전자 시료에 조사될 수 있도록 하기 위하여 광학적인 필터를 사용하여야 한다. 특히 유전자 시료에서 발현되는 파장은 완벽하게 제거되어야 하며, 동시에 조명 광의 효율을 높이기 위해 유전자 시료를 발현시키는데 필요한 특정 파장의 광의 투과율은 최대가 되도록 설계하여야 한다. 이를 위하여 고도의 필터 설계 및 제작 기술을 요한다. 또한, CCD 카메라 앞 단에서는 유전자 시료에서 발현된 광의 파장을 가지는 광만 투과시키는 필터가 추가되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유전자 판독기(100)에 있어서는, 광원 부(151)의 광이 복수 개의 촛점 조절 렌즈(152)(152')와, 제 1 미러(153)와, 제 2 미러(154)를 경유하여 웰 플레이트(110)의 유전자 시료에 조사된다. 이때 제 2 미러(154)가 비축 파라볼릭 미러(하프미러)로 구성되어 있기 때문에 Y축 방향의 라인 빔(line beam)이 조사된다.

반사광은 제 2 미러(154)와 복수 개의 촛점 조절 렌즈(152)(152')를 경유하며, 광 디텍터(155)에는 상기 유전자 시료에서 발현된 형광의 이미지가 결상되고, 제어부(160)는 그 이미지를 토대로 유전자 정보를 판독한다.

여기서, 상기 제 2 미러(154)에 의해 Y축 방향의 라인 빔이 조사될 때, 리니어 모터 부(140)는 웰 플레이트(110)를 X축 방향으로 이동시킴으로써, 대용량 고속으로 유전자의 분석이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다.

따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (3)

1. 유전자 시료가 담기는 웰 플레이트;

   상기 유전자 시료를 적절한 온도로 가열하는 가열 블럭;

   상기 유전자 시료를 적절한 온도로 냉각시키는 냉각 블럭;

   상기 웰 플레이트를 X축 방향으로 이동시키는 리니어 모터 부; 및

   상기 가열/냉각 블럭 상부에 위치되어 상기 웰 플레이트의 Y축 방향으로 라인 빔을 조사하는 광학계를 포함하는 유전자 판독기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광학계는 시료에 광을 조사하기 위한 광원 부;

   상기 광원 부로부터 나온 광의 양과 초점을 조절하기 위한 복수 개의 촛점 조절 렌즈;

   광의 방향을 전환하는 제 1 미러;

   상기 입사광 조절 렌즈를 통해 조사되는 광을 Y축 방향의 라인 빔으로 반사하는 제 2 미러; 및

   상기 유전자 시료에서 발현된 형광의 이미지를 감지하고 판독하는 광 디텍터를 구비하는 것을 특징으로 하는 유전자 판독기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 2 미러는 비축 파라볼릭 미러인 것을 특징으로 하는 유전자 판독기.