KR20110054738A - Ｐｃｒ 장치 - Google Patents

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KR20110054738A
KR20110054738A KR1020090111497A KR20090111497A KR20110054738A KR 20110054738 A KR20110054738 A KR 20110054738A KR 1020090111497 A KR1020090111497 A KR 1020090111497A KR 20090111497 A KR20090111497 A KR 20090111497A KR 20110054738 A KR20110054738 A KR 20110054738A
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thermoelectric element
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KR1020090111497A
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김성완
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주식회사 자이벡
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    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
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    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/6851—Quantitative amplification

Abstract

본 발명의 일 실시예는 추출된 DNA의 양을 증폭하는 데 있어서, 전력 소비량을 줄이며, 동일 전력 사용시 열전소자의 가열 및 냉각 성능을 향상시키는 PCR 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, DNA를 증폭하며, 복수로 배치되는 증폭부들, 및 상기 증폭부들 각각에 대응하며 상기 증폭부들 사이에서 서로 연결되어, DNA 증폭시, 상기 증폭부들 각각을 가열 또는 냉각하며 상기 증폭부들 사이에서 열교환 하는 열교환부를 포함한다.
PCR, DNA, 증폭부, 열교환부, 방열부, 연결부

Description

ＰＣＲ 장치 {PCR Apparatus Increasing DNA}
본 발명은 PCR 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 추출된 DNA의 양을 증폭하는 데 있어서, 전력 소비량을 줄이며, 동일 전력 사용시 열전소자의 가열 및 냉각 성능을 향상시키는 PCR 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유전자 진단은 소량의 시료, 예를 들면, 체액, 혈액 또는 체세포에서 디옥시리보핵산(DEOXYRIBONUCLEIC ACID, 이하 "DNA"라 한다)을 추출한 후, DNA 검사를 실시하게 된다. 이때, 대부분 추출된 DNA는 양이 적고 순도가 낮은 상태이다.
유전자 진단의 정확도를 높이기 위하여, 시료로부터 추출된 DNA의 양을 증폭시키거나, 추출된 DNA의 염기서열 중 특정 부분만을 증폭시킬 필요가 있다.
예를 들면, 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, 이하 "PCR"이라 한다)은 유전자 진단 기술을 구사하기 위하여 사전 준비 단계로서, 특정 DNA 및 DNA 내의 특정 염기서열만을 증폭시키는 기술로 알려져 있다.
공지의 PCR 장치 및 방법은 시료로부터 추출한 DNA를 증폭하는데 장시간, 예를 들면, 적어도 2시간을 소요하게 되므로 DNA 검사시 많은 양의 전력을 소비하는 단점을 가진다.
본 발명의 일 실시예는 추출된 DNA의 양을 증폭하는 데 있어서, 전력 소비량을 줄이며, 동일 전력 사용시 열전소자의 가열 및 냉각 성능을 향상시키는 PCR 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, DNA를 증폭하며, 복수로 배치되는 증폭부들, 및 상기 증폭부들 각각에 대응하며 상기 증폭부들 사이에서 서로 연결되어, DNA 증폭시, 상기 증폭부들 각각을 가열 또는 냉각하며 상기 증폭부들 사이에서 열교환 하는 열교환부를 포함한다.
상기 증폭부들은, 등각 간격으로 배치되어 상기 열교환부를 통하여 열적으로 서로 연결되는 제1 증폭부, 제2 증폭부 및 제3 증폭부를 포함할 수 있다.
상기 열교환부는, 상기 제1 증폭부의 방열부, 상기 제2 증폭부의 방열부, 상기 제3 증폭부의 방열부, 및 측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 연결부는 외면에 형성되는 외부 방열핀을 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부는, 상기 제1 증폭부의 방열부, 상기 제2 증폭부의 방열부, 상기 제3 증폭부의 방열부, 및 측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부를 더 포함하며, 연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 내면을 원통으로 형 성할 수 있다.
상기 열교환부는, 상기 제1 증폭부의 방열부, 상기 제2 증폭부의 방열부, 상기 제3 증폭부의 방열부, 측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부, 및 연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 내면에 형성되는 내부 방열핀들을 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부는, 상기 제1 증폭부의 방열부, 상기 제2 증폭부의 방열부, 상기 제3 증폭부의 방열부, 및 측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부, 및 연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 상방에 설치되는 방열펜을 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부는, 상기 제1 증폭부의 방열부, 상기 제2 증폭부의 방열부, 상기 제3 증폭부의 방열부, 측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부, 연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 하방을 서로 연결하여 하방 밀폐 공간을 형성하는 바닥부, 및 상기 하방 밀폐 공간에 채워지는 유체를 더 포함할 수 있다.
상기 증폭부는, 상기 열교환부의 일면에 부착되는 열전소자, 및 상기 열교환부의 반대측 상기 열전소자의 일면에 부착되어 시료를 수용하는 시료수용블록을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, 상기 열전소자들에 연결되어 전원을 공급하는 파워서플라이, 상기 시료수용블록들의 일면에 각각 부착되는 IC써미스터들, 상기 IC써미스터의 온도신호에 따라 상기 파워서플라이를 제어하는 제어기를 더 포함하며, 상기 제어기는, 상기 증폭부들 중 어느 하나가 상기 열교환부로 열을 방출하고, 다른 2개가 상기 열교환부로부터 열을 흡수하도록 제어할 수 있다.
상기 제1 증폭부는, 상기 열교환부의 일면에 부착되는 제1 열전소자, 및 상기 제1 열전소자의 다른 일면에 부착되어 시료를 수용하는 제1 시료수용블록을 포함하고, 상기 제2 증폭부는, 상기 열교환부의 다른 일면에 부착되는 제2 열전소자, 및 상기 제2 열전소자의 다른 일면에 부착되어 시료를 수용하는 제2 시료수용블록을 포함하며, 상기 제3 증폭부는, 상기 열교환부의 다른 일면에 부착되는 제3 열전소자, 및 상기 제3 열전소자의 다른 일면에 부착되어 시료를 수용하는 제3 시료수용블록을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, 상기 제1 열전소자, 상기 제2 열전소자 및 상기 제3 열전소자에 연결되어 전원을 공급하는 파워서플라이, 및 상기 제1 시료수용블록, 상기 제2 시료수용블록 및 상기 제3 시료수용블록의 각 온도신호에 따라 상기 파워서플라이를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1 증폭부, 상기 제2 증폭부 및 상기 제3 증폭부 중 어느 하나가 상기 열교환부로 열을 방출하고, 다른 2개가 상기 열교환부로부터 열을 흡수하도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증폭부를 복수로 배치하며, 열교환부를 증폭부들 각각에 대응시키고 또한 증폭부들 사이에서 서로 연결하므로 DNA 증폭시, 일측 증폭부에서 열교환부로 열을 방출하고, 다른 증폭부에서는 열교환부 로부터 열을 흡수할 수 있으므로 DNA 증폭에서 전력 소비량을 줄이는 효과가 있다. 따라서 동일 전력 사용시 증폭부에서의 열전소자의 가열 및 냉각 성능이 향상된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이고, 도2는 도1의 방열펜 하부의 평면도이며, 도3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다. 도1 내지 도3을 참조하면, 제1 실시예의 PCR 장치(10)는 증폭부들(20), 열교환부(30), 증폭부들(20)을 제어하는 파워서플라이(40), IC써미스터들(50) 및 제어기(60)를 포함한다.
증폭부(20)는 시료, 예를 들면, 추출된 DNA의 양을 증폭하도록 구성되며 열교환부(30)의 외곽에 복수로 배치된다. 열교환부(30)는 증폭부들(20) 각각에 부분적으로 대응하여, DNA 증폭시, 각 증폭부들(20)을 가열 또는 냉각시킨다. 또한 열교환부(30)는 증폭부들(20) 사이에서 서로 연결되어, 서로 다른 증폭부들(20)에 대응하는 부분들과 열교환 작용한다. 즉 열교환부(30)는 DNA 증폭시, 증폭부들(20)에 대하여 방열기 작용과 열교환 작용을 동시에 수행한다.
도4는 도1 PCR 장치의 제어에 따른 제1, 제2, 제3 증폭부에서 시간과 온도 분포 관계를 나타내는 그래프이다. 도4를 참조하면, DNA 증폭 공정은 변성 단계(denaturation)(D), 어닐링 단계(annealing)(A) 및 확장 단계(extention)(E)를 포함한다.
DNA 증폭 공정에서, 변성 단계(D)는 가장 높은 온도로 제어되고, 어닐링 단계(A)는 가장 낮은 온도로 제어되며, 팽창 단계(E)는 대략 중간 온도로 제어된다. 그리고 DNA 증폭 공정은 변성 단계(D), 어닐링 단계(A) 및 팽창 단계(E)를 반복적으로 수행하면서 진행된다.
PCR 장치(10)는 증폭부들(20)을 복수로 구비하여, DNA 증폭 공정의 변성 단계(D), 어닐링 단계(A) 및 팽창 단계(E), 즉 서로 다른 온도에서 진행되는 3단계를 동시에 수행한다. 이때, PCR 장치(10)는 어느 일측 증폭부(20)의 한 단계에서 방출되는 열을 다른 증폭부(20)의 두 단계에서 흡수하게 한다.
제1 실시예의 PCR 장치(10)는 DNA 증폭 공정의 3단계들 각각에 대응하도록 3개의 증폭부들(20)을 구비한다. 즉 증폭부들(20)은 제1 증폭부(21), 제2 증폭부(22) 및 제3 증폭부(23)를 포함한다. 제1, 제2, 제3 증폭부들(21, 22, 23)은 등각 간격으로 배치되어, 즉 원주 방향을 따라 120도 간격으로 배치되어, 열교환부(30)를 통하여 열적으로 서로 연결된다.
도4 및 도2를 예로 들어 설명하면, 제2 증폭부(22)는 변성 단계(D)에서 어닐링 단계(A)로 진행하면서 열교환부(30)를 통하여 열을 방출한다. 이때, 제3 증폭부(23)는 열교환부(30)를 통하여 열을 흡수하면서 어닐링 단계(A)에서 팽창 단 계(E)로 진행하며, 제1 증폭부(21)는 열교환부(30)를 통하여 열을 흡수하면서 팽창 단계(E)에서 변성 단계(D)로 진행한다. 즉, 제2 증폭부(22)에서 열교환부(30)를 통하여 방출되는 열은 제3, 제1 증폭부(23, 21)로 흡수된다.
이어서, 제1 증폭부(21)는 변성 단계(D)에서 어닐링 단계(A)로 진행하면서 열교환부(30)를 통하여 열을 방출한다. 이때, 제2 증폭부(22)는 열교환부(30)를 통하여 열을 흡수하면서 어닐링 단계(A)에서 팽창 단계(E)로 진행하며, 제3 증폭부(23)는 열교환부(30)를 통하여 열을 흡수하면서 팽창 단계(E)에서 변성 단계(D)로 진행한다. 즉, 제1 증폭부(21)에서 열교환부(30)를 통하여 방출되는 열은 제2, 제3 증폭부(22, 23)로 흡수된다(도4의 열전달 화살표 참조).
이어서, 제3 증폭부(23)는 변성 단계(D)에서 어닐링 단계(A)로 진행하면서 열교환부(30)를 통하여 열을 방출한다. 이때, 제1 증폭부(21)는 열교환부(30)를 통하여 열을 흡수하면서 어닐링 단계(A)에서 팽창 단계(E)로 진행하며, 제2 증폭부(22)는 열교환부(30)를 통하여 열을 흡수하면서 팽창 단계(E)에서 변성 단계(D)로 진행한다. 즉, 제3 증폭부(23)에서 열교환부(30)를 통하여 방출되는 열은 제1, 제2 증폭부(21, 22)로 흡수된다.
이로써, 제1, 제2, 제3 증폭부(21, 22, 23) 각각에서 DNA 증폭 공정의 1사이클이 완료되고, 다음 1사이클이 설정된 시간 동안 진행된다. 제어기(60)는 IC써미스터(50)를 통하여 인가되는 제1, 제2, 제3 증폭부(21, 22, 23)의 각 온도 신호에 따라 파워서플라이(40)를 제어한다.
따라서 제1, 제2, 제3 증폭부(21, 22, 23)는 서로 다른 단계로 온도 제어되 고, 이로 인하여, 열교환부(30)는 일측 증폭부에서 방출되는 열을 다른측 증폭부들에서 흡수하도록 전달하여, DNA 증폭시, 증폭부들(20)에서 소비되는 전력 소비량을 최소화시킨다.
열교환부(30)는 각 증폭부들(20)로부터 열을 흡수하거나 각 증폭부들(20)로 열을 전달할 수 있도록 각 증폭부들(20)에 마주하여 대응되는 부분과 각 대응 부분을 서로 연결하는 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 열교환부(30)는 제1 증폭부(21)에 대응하는 제1 방열부(31), 제2 증폭부(22)에 대응하는 제2 방열부(32), 제3 증폭부(23)에 대응하는 제3 방열부(33), 및 측방에서 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33)을 열적으로 서로 연결하는 연결부(34)를 포함한다(편의상, 도2에서 일체로 이루어진 열교환부(30)를 이점 쇄선으로 구분 도시하였다).
따라서 열교환부(30)에서, 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33)은 제1, 제2, 제3 증폭부(21, 22, 23) 각각에 대하여 방열기 작용하고, 연결부(34)는 제1, 제2, 제3 증폭부들(21, 22, 23) 사이에서 열교환 작용한다.
또한 열교환부(30)는 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33)과 연결부(34)로 형성되는 공간의 내면에 내부 방열핀들(35)을 형성하고, 연결부(34)의 외면에 외부 방열핀들(36)을 형성한다. 연결부(34)의 내부와 외부에 형성되는 내부 방열핀들(35)과 외부 방열핀들(36)은 이웃하는 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33) 사이에서 방열 작용하여, 열교환부(30)에서 진행되는 열의 방출 및 열의 흡수 성능을 더 향상시킨다.
즉 열교환부(30)는 일측 방열부에서 방출되는 열을 연결부(34)의 전도 작용으로 다른 방열부로 전달함과 동시에 내면이 형성하는 공간을 통한 대류 작용으로 다른 방열부로 전달한다. 이때, 내부 방열핀들(35)은 표면적을 증대시켜, 각 증폭부(20)에 대응하는 부분에서의 열 방출 및 열 흡수 성능을 더 향상시킨다.
열교환부(30)는 제1, 제2, 제3 방열부(31, 32, 33) 및 연결부(34)의 내면으로 형성되는 공간을 도1에서 상하 방향으로 개방된 상태로 형성함으로써, 상하 방향으로 형성되는 자연 대류를 통하여 열 방출 및 열 흡수 작용할 수도 있다.
제1 실시예에 도시된 바와 같이, 열교환부(30)는 서로 연결되는 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33) 및 연결부(34)에 의하여 형성되는 내부 공간의 상방에 방열펜(37)을 설치하여 형성될 수도 있다.
도3에 도시된 바와 같이, 방열펜(37)은 제어기(60)의 제어신호로 구동되어, 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33)과 연결부(34)의 내면에 강제 기류를 형성하여, 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33) 및 연결부(34)에서의 열 방출 및 열 흡수 성능을 더 향상시킬 수 있게 한다.
다시 도1 내지 도3을 참조하면, 증폭부(20)는 열교환부(30)의 일면에 부착되는 열전소자(70)와, 열교환부(30)의 반대측에서 열전소자(70)의 다른 일면에 부착되어 시료를 수용하는 시료수용블록들(80)을 포함한다. 즉 증폭부(20)에서 열교환부(30)는 열전소자(70)의 방열기로 작용한다.
열전소자(70)는 열과 전기의 상호 작용으로 인한 각종 효과들을 이용할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 열전소자(70)는 전류의 인가 방향에 따라 열을 흡수 또는 방출하는 펠티에 효과를 이용할 수 있다.
열전소자(70)는 열교환부(30)의 제1 방열부(31)에 부착되는 제1 열전소자(71), 제2 방열부(32)에 부착되는 제2 열전소자(72) 및 제3 방열부(33)에 부착되는 제3 열전소자(73)를 포함한다.
시료수용블록(80)은 제1 열전소자(71)에 부착되는 제1 시료수용블록(81), 제2 열전소자(72)에 부착되는 제2 시료수용블록(82) 및 제3 열전소자(73)에 부착되는 제3 시료수용블록(83)를 포함한다.
즉, 제1, 제2, 제3 열전소자(31, 32, 33)는 각각 제1, 제2, 제3 방열부(31, 32, 33)의 일면에 부착되고, 제1, 제2, 제3 시료수용블록(81, 82, 83)은 각각 제1, 제2, 제3 열전소자(31, 32, 33)의 다른 일면에 부착된다.
열교환부(30)와 시료수용블록(80)은 열전소자(70)를 사이에 두고, 열전소자(70)의 양면에 긴밀한 접촉 상태로 부착된다. 이와 같은 긴밀 접촉 구조는 서로의 사이에서 효과적인 열전달을 가능하게 한다.
열전소자(70)의 구동으로 인하여 열교환부(30)를 통하여 흡수되는 열은 시료수용블록(80)으로 전달되어 시료수용블록(80)을 신속하게 가열한다. 또한 열전소자(70)의 반대 구동으로 인하여 열교환부(30)를 통하여 방출되는 열은 시료수용블록(80)으로부터 흡수되어 시료수용블록(80)을 신속하게 냉각한다.
시료수용블록(80)은 열전소자(70)와의 신속한 열전달을 위하여 열전달 성능이 우수한 금속재로 형성될 수 있다. 열전소자(70)의 빠른 반응속도와 시료수용블록(80)의 신속한 열전달은 DNA 증폭 시간을 단축시키고, 시료수용블록(80) 가열시, 가열 온도의 오버 슈팅을 최소화시키며, 시료수용블록(80) 냉각시 냉각 온도의 언더 슈팅을 최소화시킬 수 있다. 즉 온도의 정밀제어가 가능해진다.
또한 시료수용블록(80)은 시료, 즉 추출된 DNA를 담고 있는 시료 튜브(미도시)를 수용하도록 하나 이상의 튜브 수용구(84)를 가진다. 복수의 튜브 수용구(84) 중 1개에는 정상 시료를 가지는 시료 튜브가 수용되고, 다른 1개에는 검사 대상인 DNA를 가지는 시료 튜브가 수용되므로, 검사 결과에 대한 신뢰도가 높아진다.
다시 도2를 참조하면, 파워서플라이(40)는 열전소자(70)에 전기적으로 연결되어 열전소자(70)의 구동 전원을 공급한다. 제어기(60)는 파워서플라이(40)를 제어하여 열전소자(70)에 공급되는 전원을 제어한다.
IC써미스터(50)는 시료수용블록(80)에 부착되고, 제어기(60)에 전기적으로 연결되어, 시료수용블록(80)을 통하여 전달되는 DNA의 온도를 측정하여 그 온도신호를 제어기(60)에 인가한다.
즉 IC써미스터(50)는 제1 시료수용블록(81)에 부착되는 제1 IC써미스터(51), 제2 시료수용블록(82)에 부착되는 제2 IC써미스터(52), 및 제3 시료수용블록(83)에 부착되는 제3 IC써미스터(53)를 포함한다.
예를 들면, 제어기(60)는 제1, 제2, 제3 IC써미스터(51, 52, 53)의 온도신호에 따라 파워서플라이(40)를 제어하여, 제1, 제2, 제3 시료수용블록(81, 82, 83) 각각에 대응하는 제1, 제2, 제3 열전소자(71, 72, 73)에 공급되는 직류 전류의 극성을 제어함으로써 제1, 제2, 제3 시료수용블록(81, 82, 83)을 각각 가열 또는 냉각시키게 한다.
한편, 열전소자(70)는 인쇄회로보드(75)에 실장되고, 인쇄회로보드(75)는 열교환부(30)에 설치되는 브래킷(76)에 설치된다. 따라서 인쇄회로보드(75)를 브래킷(76)에 삽입함으로써 인쇄회로보드(75)에 실장되는 열전소자(70)는 열교환부(30)에 긴밀하게 접촉된다. 커버(77)는 브래킷(76)에 장착되어 열전소자(70), 인쇄회로보드(75) 및 시료수용블록(80)을 덮는다.
IC써미스터(50는 시료수용블록(80)의 일면에 긴밀하게 부착되어 시료수용블록(80)을 통하여 시료, DNA의 온도를 측정하도록 누름부재(54)로 지지된다. 누름부재(54)는 커버(77)에 나사 결합되므로 그 위치를 조절하여 IC써미스터(50)에 가압력을 작용시켜, IC써미스터(50)와 시료수용블록(80)의 접촉 정도를 조절하며, 또한 긴밀한 접촉 상태를 유지시킬 수 있다.
IC써미스터(50)는 유연회로(55) 및 커넥터(56)를 통하여 인쇄회로보드(75)에 연결된다. 즉 유연회로(55)는 IC써미스터(50)에 연결되며, 커넥터(56)의 일측은 유연회로(55)에 연결되고, 다른 일측은 인쇄회로보드(75)에 형성된다.
또한, 인쇄회로보드(75)는 열교환부(30)의 일측에 구비되는 커넥터(78)에 전기적으로 결합된다. 커넥터(78)는 파워서플라이(40) 및 제어기(60)에 전기적으로 연결된다. 따라서 파워서플라이(40) 및 제어기(60)에서 인가되는 전압 및 제어신호는 커넥터(78) 및 인쇄회로보드(75)를 통하여 열전소자(70)로 전달되고, IC써미스터(50)의 온도신호는 유연회로(55), 커넥터(56), 인쇄회로보드(75) 및 커넥터(78)를 통하여 제어기(60)로 전달된다.
이하에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 더 설명한다. 제1 실시예와 비교하여 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고 서로 다른 부분에 대하여 설명한다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다. 도2를 참조하면, 제2 실시예의 PCR 장치(210)는 열교환부(230)의 내면(231)을 원통으로 형성한다. 즉 제1 실시예의 PCR 장치(10)는 열교환부(30)의 내측을 원통으로 형성하고, 원통의 내면에 내부 방열핀들(35)을 구비하는데 비하여, 제2 실시예의 PCR 장치(210)는 열교환부(230)의 내면을 단순히 원통으로 형성한다.
제2 실시예의 열교환부(230)는 제1 실시예의 열교환부(30)에 비하여, 열의 흡수 및 열의 방출 성능이 다소 낮을 수 있으나, 구조를 단순화시키는 장점을 가진다. 제2 실시예의 경우에도, 열교환부(230)의 상방에 방열펜(37)을 구비할 수도 있고, 구비하지 않을(미도시) 수도 있다.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다. 도6을 참조하면, 제3 실시예의 PCR 장치(310)에서 열교환부(330)는 제1 실시예의 열교환부(30) 구성, 즉 내부 공간을 형성하는 내면(331)에 하방 밀폐 공간을 형성하는 바닥부(332)를 더 포함한다.
즉 제1 실시예의 열교환부(30)는 제1, 제2, 제3 증폭부(21, 22, 23)의 제1, 제2, 제3 방열부(31, 32, 33), 연결부(34) 및 방열펜(37)을 포함한다. 이에 비하여, 제3 실시예의 열교환부(330)는 방열펜을 구비하지 않고, 제1, 제2, 제3 증폭부(21, 22, 23)의 제1, 제2, 제3 방열부(31, 32, 33), 연결부(34), 바닥부(332) 및 밀폐 공간에 채워지는 유체(333)를 포함한다. 유체는 물 또는 오일로 이루어질 수 있다. 물론, 제3 실시예의 열교환부(330) 상방에 방열펜을 더 설치할 수도 있다(미 도시).
제3 실시예에 따른 열교환부(330)의 일측 방열부에서 방출되는 열은 연결부(34)를 통한 전도 작용에 의하여 다른 방열부로 열전달될 수 있고, 또한 밀폐 공간에 채워진 유체(333)를 통한 대류 작용에 의하여 다른 방열부로 열전달될 수 있다. 유체(333)는 열교환부(330)에서 열 방출 및 열 흡수 성능을 향상시킨다.
제1, 제2 실시예는 열교환부(30, 230)에서 기체에 의한 대류 작용을 형성하는 데 비하여, 제3 실시예는 열교환부(330)에서 액체에 의한 대류 작용을 형성한다. 따라서 제3 실시예의 열교환부(330)는 제1, 제2, 제3 방열부들(31, 32, 33) 사이에서 열 방출 및 열 흡수 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다.
도2는 도1의 방열펜 하부의 평면도이다.
도3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도4는 도1 PCR 장치의 제어에 따른 제1, 제2, 제3 증폭부에서 시간과 온도 분포 관계를 나타내는 그래프이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 210, 310 : PCR 장치 20 : 증폭부
30, 230, 330 : 열교환부 40 : 파워서플라이
50 : IC써미스터들 60 : 제어기
70 : 열전소자 80 : 시료수용블록
21, 22, 23 : 제1, 제2, 제3 증폭부 31, 32, 33 : 제1, 제2, 제3 방열부
34 : 연결부 35 : 내부 방열핀
36 : 외부 방열핀 37 : 방열펜
51, 52, 53 : 제1, 제2, 제3 IC써미스터 54 : 누름부재
55 : 유연회로 56, 78 : 커넥터
71, 72, 73 : 제1, 제2, 제3 열전소자 75 : 인쇄회로보드
76 : 브래킷 77 : 커버
81, 82, 83 : 제1, 제2, 제3 시료수용블록
231, 331 : 내면 332 : 바닥부
333 : 유체 D : 변성 단계
A : 어닐링 단계 E : 확장 단계

Claims (13)

  1. DNA를 증폭하며, 복수로 배치되는 증폭부들; 및
    상기 증폭부들 각각에 대응하며 상기 증폭부들 사이에서 서로 연결되어, DNA 증폭시, 상기 증폭부들 각각을 가열 또는 냉각하며 상기 증폭부들 사이에서 열교환 하는 열교환부를 포함하는 PCR 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 증폭부들은,
    등각 간격으로 배치되어 상기 열교환부를 통하여 열적으로 서로 연결되는 제1 증폭부, 제2 증폭부 및 제3 증폭부를 포함하는 PCR 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제1 증폭부의 방열부,
    상기 제2 증폭부의 방열부,
    상기 제3 증폭부의 방열부, 및
    측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부를 더 포함하는 PCR 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 연결부는 외면에 형성되는 외부 방열핀을 더 포함하는 PCR 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제1 증폭부의 방열부,
    상기 제2 증폭부의 방열부,
    상기 제3 증폭부의 방열부, 및
    측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부를 더 포함하며,
    연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 내면을 원통으로 형성하는 PCR 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제1 증폭부의 방열부,
    상기 제2 증폭부의 방열부,
    상기 제3 증폭부의 방열부,
    측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부, 및
    연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 내면에 형성되는 내부 방열핀들을 더 포함하는 PCR 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제1 증폭부의 방열부, 상기 제2 증폭부의 방열부, 상기 제3 증폭부의 방열부, 및
    측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부, 및
    연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 상방에 설치되는 방열펜을 더 포함하는 PCR 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제1 증폭부의 방열부,
    상기 제2 증폭부의 방열부,
    상기 제3 증폭부의 방열부,
    측방에서 상기 방열부들을 열적으로 서로 연결하는 연결부,
    연결된 상기 방열부들 및 상기 연결부의 하방을 서로 연결하여 하방 밀폐 공간을 형성하는 바닥부, 및
    상기 하방 밀폐 공간에 채워지는 유체를 더 포함하는 PCR 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 증폭부는,
    상기 열교환부의 일면에 부착되는 열전소자, 및
    상기 열교환부의 반대측 상기 열전소자의 일면에 부착되어 시료를 수용하는 시료수용블록을 포함하는 PCR 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 열전소자들에 연결되어 전원을 공급하는 파워서플라이,
    상기 시료수용블록들의 일면에 각각 부착되는 IC써미스터들,
    상기 IC써미스터의 온도신호에 따라 상기 파워서플라이를 제어하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 증폭부들 중 어느 하나가 상기 열교환부로 열을 방출하고, 다른 2개가 상기 열교환부로부터 열을 흡수하도록 제어하는 PCR 장치.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 증폭부는,
    상기 열교환부의 일면에 부착되는 제1 열전소자, 및
    상기 제1 열전소자의 다른 일면에 부착되어 시료를 수용하는 제1 시료수용블록을 포함하고,
    상기 제2 증폭부는,
    상기 열교환부의 다른 일면에 부착되는 제2 열전소자, 및
    상기 제2 열전소자의 다른 일면에 부착되어 시료를 수용하는 제2 시료수용블록을 포함하며,
    상기 제3 증폭부는,
    상기 열교환부의 다른 일면에 부착되는 제3 열전소자, 및
    상기 제3 열전소자의 다른 일면에 부착되어 시료를 수용하는 제3 시료수용블록을 포함하는 PCR 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 열전소자, 상기 제2 열전소자 및 상기 제3 열전소자에 연결되어 전원을 공급하는 파워서플라이, 및
    상기 제1 시료수용블록, 상기 제2 시료수용블록 및 상기 제3 시료수용블록의 각 온도신호에 따라 상기 파워서플라이를 제어하는 제어기를 더 포함하는 PCR 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 증폭부, 상기 제2 증폭부 및 상기 제3 증폭부 중 어느 하나가 상기 열교환부로 열을 방출하고, 다른 2개가 상기 열교환부로부터 열을 흡수하도록 제어하는 PCR 장치.
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