KR20120029748A - 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중합효소연쇄반응시 단계별로 별도의 광원을 구비하여 각 단계에 해당하는 온도로 개별제어하고, 다수의 시료챔버가 형성된 회전부를 각 단계에 해당하는 온도로 제어되는 위치로 이동시킴으로써 고속으로 온도사이클링을 수행할 수 있도록 된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템에 관한 것이다.

Description

비접촉 가열식 유전자 증폭시스템 {System for multiplexing DNA amplification by non contact heating}
본 발명은 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중합효소연쇄반응시 단계별로 별도의 광원을 구비하여 각 단계에 해당하는 온도로 개별제어하고, 다수의 시료챔버가 형성된 회전부를 각 단계에 해당하는 온도로 제어되는 위치로 이동시킴으로써 고속으로 온도사이클링을 수행할 수 있도록 된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템에 관한 것이다.
최근 분자생물학이 비약적으로 발전함에 따라 종래의 항원-항체 반응이나 유기분자간 상호작용을 통하여 진단하는 것보다 유전자를 이용하여 진단하는 기술이 더욱 빠르게 발전하고 있다.
이러한 유전자 진단기술은 신속한 진단을 위하여 필요한 DNA를 복제, 증폭시켜야 하는데, 미국의 생화학자인 캐리 멀리스(Kary Mullis)가 DNA의 복제, 증폭을 위한 방법으로서 중합효소연쇄반응(PCR: Polymerase Chain Reaction)을 제안하였다.
상기 중합효소연쇄반응을 일으키기 위해서는 DNA를 해리(Denaturation), 어닐링(Annealing) 및 확장(Elongation)의 3단계가 필요하다.
상기 해리, 어닐링 및 확장의 3단계는 상온보다 높은 온도를 유지해야 하기 때문에 열원이 반드시 구비되어야 한다.
상기 DNA를 가열하기 위한 열원으로는 열원과 시료챔버가 직접 접촉하는 접촉식과 열원과 직접 접촉하지 않는 비접촉식으로 나눌 수 있다.
여기서 접촉식은 열원으로 펠티어 소자 또는 저항열을 이용하는 히터 등이 사용되고 있으며, 비접촉식으로는 열원으로 근적외선, 원적외선, 열풍 및 마그네트론 등이 사용되고 있다.
먼저 접촉식은 펠티어 소자나 저항소자로 이루어진 히팅블록에 시료챔버를 접촉시켜 시료챔버에 수용된 DNA를 간접적으로 가열하는 방식으로 열원인 히팅블록에서 DNA까지 열전달하는 데 별도의 시간이 소요되는 문제점이 있다.
한편 비접촉식은 시료챔버에 수용된 DNA를 열전달 매체의 접촉 없이 직접적으로 가열하도록 하는 방식으로 열풍을 이용할 경우 공기를 가열해야 하므로 열풍을 만들 수 있는 공간이 필요한 단점이 있고, 마그네트론의 경우 물의 공진 주파수에 해당하는 고주파를 발생시켜 대상물질을 가열하는데 이 경우 고속으로 대상물질을 가열할 수는 있으나 열원 주변에 공진 주파수에 영향을 미치는 금속재질을 사용할 수 없을 뿐더러 열원 및 대상물질을 가열할 공간이 크게 소요되며 전자기파를 방출시키므로 인체에 해를 끼치는 단점이 있다.
아울러 적외선을 이용하는 경우 고속으로 대상물을 목표온도까지 신속하게 가열할 수 있고 중간 열전달 매질 없이도 직접적으로 대상물을 가열할 수 있는 장점은 있지만 열원의 온도변화를 위한 시간이 필요하고 대부분의 재질에 적외선이 흡수되는 단점이 있다.
이러한 적외선을 이용하여 중합효소연쇄반응을 일으키는 유전자 고속 증폭장치의 선행기술은 미국특허공개 2005/0287661호에 개시되어 있다. 상기 특허문헌에 기재된 증폭장치는 단일 열원을 사용하여 동일 챔버의 내부를 해리, 어닐링 및 확장에 해당하는 온도로 유지되도록 제어한다.
하지만 종래기술에 따른 중합효소연쇄반응을 일으키기는 유전자 증폭장치는 단일 열원을 사용하므로 어닐링 단계의 수행시 고온으로 가열된 시료챔버의 온도가 떨어질 때까지 기다려야함에 따라 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.
아울러 단일 열원을 사용하므로 해당단계의 온도를 필요에 따라 능동적으로 변화시킬 수 없어 다수의 유전자 시료에 대하여 다양한 조건으로 시료를 증폭시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단계별로 별도의 광원을 구비하여 각 단계마다 온도를 개별 제어함으로서 고속으로 온도사이클링을 수행할 수 있도록 된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 각 단계에 해당하는 온도를 개별 제어함으로서 다수의 유전자 시료에 대하여 다양한 조건으로 증폭시킬 수 있는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 적외선 광을 시료에 효과적으로 전달하기 위하여 광특성이 적합한 재료로 시료챔버가 형성된 회전부를 구비함으로써 유전자 시료에 열전달이 고속으로 되도록 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 회전부를 구성하는 광특성이 적합한 재료로 광원이 조사되는 일측면은 적외선을 투과하는 유리로 이루어지고, 광원이 조사되지 않는 타측면이 적외선을 흡수하는 플라스틱으로 이루어지도록 함으로서 가열효율이 더욱 향상되도록 된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 해리단계를 수행하는 해리부와 어닐링단계를 수행하는 어닐링부 사이에 비가열부를 형성하여 냉각효율을 향상시킨 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 비가열부를 강제적으로 온도를 떨어뜨릴 수 있도록 별도의 냉각수단을 구비하여 냉각효율을 더욱 향상시킨 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 온도센서와 상기 온도센서에 의해 시스템을 제어하는 제어패널을 구비하므로 더욱 효율적으로 중합효소연쇄반응을 일으킬 수 있도록 된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 제어패널이 상기 온도센서로부터 전달된 신호를 PID제어하므로 안정적으로 목표로 하는 온도에 용이하게 도달할 수 있도록 된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 광원을 집광하는 집광부와 상기 집광부에서 조사되는 면적을 한정할 수 있는 조리개를 구비하므로 신속하게 시료를 가열할 수 있어 열효율이 향상된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 시료챔버의 하부에 가시광선을 차단하는 필터를 설치하므로 필요에 따라 형광검출기와 같은 광학검출기를 추가로 장착하여 DNA를 정량적으로 검출할 수 있도록 된 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 해리단계와, 어닐링단계 및 확장단계를 통해 유전자를 증폭시키는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템에 있어서, 상기 해리단계, 어닐링단계 및 확장단계는 각각 별도의 광원모듈에 의해 온도를 제어하고, 상기 광원모듈과 대응하는 위치에 복수개의 시료챔버가 형성된 회전부가 회전하면서 유전자를 증폭시키는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 상기 광원모듈은 원주방향을 따라 3배수개가 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 상기 광원모듈은 할로겐램프로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서 상기 할로겐램프는 루비 또는 금이 증착되는 것이 더욱 바람직하다.
또한 본 발명의 상기 회전부에 복수개 형성된 시료챔버는 회전부의 중심을 기준으로 원주방향으로 4배수개가 서로 대칭되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 상기 회전부는 광원이 조사되는 일측면이 적외선을 투과하는 유리로 이루어지고, 광원이 조사되지 않는 타측면이 적외선을 흡수하는 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 해리단계를 수행하는 해리부와, 상기 어닐링단계를 수행하는 어닐링부와, 상기 확장단계를 수행하는 확장부와, 상기 해리부와 어닐링부의 사이에 형성되며 별도의 광원모듈이 설치되지 않은 비가열부가 싸이클을 이루는 것이 바람직하다.
여기서 상기 비가열부는 온도를 강제적으로 떨어뜨릴 수 있도록 별도의 냉각수단이 구비되는 것이 더욱 바람직하다.
아울러 상기 해리부와, 상기 어닐링부와, 상기 확장부의 상부에 위치하며 DNA가 주입되는 시료챔버가 복수개 형성된 회전부와, 상기 시료챔버의 상부에 형성된 온도센서와, 상기 온도센서로부터 전달된 신호를 연산하여 미리 설정된 프로그램에 따라 상기 광원모듈과 상기 냉각수단과 상기 회전부의 작동을 PID제어하는 제어패널을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 광원모듈은 빛을 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터 발광된 빛을 반사하여 집광하는 집광부와, 상기 집광부에서 조사되는 면적을 조절할 수 있도록 형성된 조리개로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 시료챔버에 수용된 DNA를 검사하기 위하여 상기 시료챔버의 하부에 가시광선을 차단하도록 설치된 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 시료챔버의 상단에 유전자의 정략적 검출을 위하여 형광검출기를 설치하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 단계별로 별도의 광원을 구비하여 각 단계마다 온도를 개별제어하므로 고속으로 온도사이클링을 수행할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 각 단계마다 온도를 개별 제어하므로 다양한 시료를 증폭시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 해리단계를 수행하는 해리부와 어닐링단계를 수행하는 어닐링부 사이에 비가열부를 형성하여 냉각효율이 향상된다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 비가열의 온도를 강제적으로 떨어뜨릴 수 있도록 별도의 냉각수단을 구비하여 냉각효율이 더욱 향상된다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 온도센서와 상기 온도센서에 의해 시스템을 제어하는 제어패널을 구비하므로 더욱 효율적으로 중합효소연쇄반응을 일으킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 상기 제어패널이 상기 온도센서로부터 전달된 신호를 PID제어하므로 안정적으로 목표로 하는 온도에 용이하게 도달할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 광원을 집광하는 집광부와 상기 집광부에서 조사되는 면적을 한정할 수 있는 조리개를 구비하므로 필요한 부분만 신속하게 시료를 가열할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 시료챔버의 하부에 가시광선을 차단하는 필터를 설치하므로 필요에 따라 형광검출기와 같은 광학검출기를 추가로 장착하여 DNA를 정량적으로 검출할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 광원이 조사되는 일측면이 적외선을 투과하는 유리로 이루어지고, 광원이 조사되지 않는 타측면이 적외선을 흡수하는 플라스틱으로 이루어지는 회전부를 구비하므로 시료챔버의 가열효율이 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템의 광원모듈 집광방식을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템의 일실시예를 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템의 일실시예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템 일실시예의 회전부를 하방에서 상방으로 바라본 분해사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템 일실시예의 덮개를 제거한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템의 일시예에 따른 온도 싸이클링을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템의 일시예에 따른 냉각수단 설치 전후의 온도구배를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 중합효소연쇄반응의 각 단계인 해리단계, 어닐링단계 및 확장단계가 별도의 광원에 의해 각각 제어되는 것을 특징으로 한다. 따라서 각 단계의 시간 및 온도를 설정에 따라 제어하여 고속의 온도 싸이클링을 구현할 수 있다.
상기 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 해리단계를 수행하는 해리부(10a)와, 어닐링단계를 수행하는 어닐링부(10b)와, 확장단계를 수행하는 확장부(10c)가 싸이클을 이루도록 구비된다. 여기서 해리부(10a), 어닐링부(10b) 및 확장부(10c)는 도 2에 도시된 바와 같이 각각 별도의 광원모듈(12)이 설치된다. 따라서 해리부(10a)와 어닐링부(10b) 및 확장부(10c)가 각각 별도로 온도가 제어되므로 고속의 온도 싸이클링을 구현할 수 있는 것이다.
아울러 상기 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 해리부(10a)와 어닐링부(10b) 사이에 비가열부(14)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 비가열부(14)는 별도의 광원이 형성되지 않는 부분으로서 고온인 해리단계에서 저온인 어닐링단계로의 수행시 온도를 떨어뜨리기 위한 휴지기로서 냉각단계를 수행할 수 있도록 구비된다. 여기서 상기 비가열부(14)는 온도를 강제적으로 떨어뜨릴 수 있도록 별도의 냉각수단을 구비하여 냉각효율을 더욱 향상시키는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템은 도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 해리부(10a)와, 상기 어닐링부(10b)와, 상기 확장부(10c)의 상부에 위치하며 DNA가 주입되는 시료챔버(22)가 복수개 형성된 회전부(20)와, 상기 시료챔버(22)의 상부에 형성된 온도센서(90)와, 상기 온도센서(90)로부터 전달된 신호를 연산하여 미리 설정된 프로그램에 따라 상기 광원모듈(12)과 상기 냉각수단과 상기 회전부(20)의 작동을 PID제어하는 제어패널(92)을 더 포함한다. 따라서 상기 복수개의 시료챔버(22)가 형성된 회전부(20)를 회전시키면서 각 단계를 수행하여 유전자를 증폭시킬 수 있으므로 다수개의 유전자를 동시에 증폭시킬 수 있다. 또한 상기 온도센서(90)로부터 온도를 감지하여 미리 설정된 프로그램에 의해 광원모듈(12), 냉각수단 및 회전부(20)의 작동을 제어하므로 더욱 효율적으로 중합효소연쇄반응을 일으킬 수 있다. 아울러 상기 제어패널(92)이 상기 온도센서(90)로부터 전달된 신호를 PID제어하므로 안정적으로 목표로 하는 온도에 더욱 용이하게 도달할 수 있다.
또한 광원모듈(12)은 빛을 발광하는 광원(14)과, 상기 광원(14)으로부터 발광된 빛을 반사하여 집광하는 집광부(16)와, 상기 집광부(16)에서 조사되는 면적을 조절할 수 있도록 형성된 조리개(18)가 형성된다. 따라서 조리개(18)로 조사되는 면적을 한정할 수 있으므로 신속하게 시료를 가열할 수 있어 열효율이 향상된다. 아울러 상기 시료챔버(22)에 위치한 조리개(18)의 상부에 가시광선을 차단하도록 필터(80)가 설치된다. 상기 필터(80)는 가시광선을 차단하므로 시료챔버(22)의 상부에 형광검출기(미도시)를 추가로 설치할 경우 광원에 의한 광간섭이 없이 시료챔버(22)에 수용된 DNA를 검출할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템의 일실시예를 좀더 구체적으로 살펴보면 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 동심원 상에 형성되며 각각의 광원모듈(12)을 갖는 해리부(10a), 어닐링부(10b) 및 확장부(10c)와, 상기 해리부(10a)와 어닐링부(10b) 사이에 형성된 비가열부(14)와, 상기 해리부(10a), 어닐링부(10b) 및 확장부(10c)의 상부에 회전가능하게 설치되는 회전부(20)를 포함한다.
먼저 중합효소연쇄반응의 각 단계를 수행하는 해리부(10a), 어닐링부(10b) 및 확장부(10c)가 형성된다. 상기 해리부(10a), 어닐링부(10b) 및 확장부(10c)와 상기 각 부(10a, 10b, 10c)에 광원이 각각 1개소씩 설치되어 있지만 필요에 따라 각 부(10a, 10b, 10c) 및 광원은 3의 배수개가 설치될 수 있음은 물론이다. 여기서 해리부(10a)와 어닐링부(10b) 사이에 비가열부(14)가 형성된다. 따라서 상기 각부(10a, 10b, 10c)는 비가열부(14)를 포함해서 동심원을 중심으로 90°간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광원모듈(12)은 빛을 발광하는 광원(14)과 상기 광원(14)으로부터 발광된 빛을 반사하여 집광하는 집광부(16)와, 상기 집광부(16)에서 집광되어 조사되는 빛의 면적을 제어하는 조리개(18)로 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이 광원(14)에서 발생한 빛이 포물선 형상의 집광부(16)에 의해 모아져 조리개(18)로 향하게 되고, 조리개(18)로 모아진 빛은 필터(80)를 통과한 후 회전부(20)의 시료챔버(22)를 가열하게 된다.
여기서 상기 광원(14)은 루비가 증착된 할로겐램프로 이루어지며, 상기 광원(14)은 루비 뿐 만 아니라 필요에 따라 금을 증착할 수 있음은 물론이다. 아울러 상기 광원(14)은 할로겐램프뿐만 아니라 필요에 따라 적외선 특히 근적외선을 조사할 수 있는 다른 램프를 사용할 수 있음 또한 물론이다.
상기 집광부(16)는 광원(14)의 하부에 형성되며 알루미늄을 성형한 포물선(parabola) 모양의 거울로 이루어진다. 상기 집광부(16)는 광원(14)에서 발생된 빛을 집속하여 대상물에 전단되도록 한다.
상기 조리개(18)는 상기 집광부(16)에서 집광되어 상방으로 조사되는 빛의 면적을 조절하도록 설치된다. 본 실시예에서 조리개(18)는 원형의 홀로 구비되어 있지만 필요에 따라 조리개(18)의 면적을 가변할 수 있도록 구성할 수 있음은 물론이다. 본 실시예에서 상기 광원모듈(12)은 상방이 개방된 함체(50)에 고정 설치된다. 상기 함체(50)의 내부에는 광원모듈(12) 뿐만 아니라 광원(14)에 전원을 인가하기 위한 전원인가수단(미도시)이 설치된다. 또한 상기 함체(50)의 일측에는 상기 함체(50) 내부의 냉각을 위하여 냉각팬(52)이 설치된다.
상기 회전부(20)는 상기 해리부(10a), 어닐링부(10b) 및 확장부(10c)의 상부에 위치하며 원주방향을 따라 DNA가 주입되는 시료챔버(22)가 복수개 형성된다. 상기 시료챔버(22)는 해리부(10a), 어닐링부(10b), 확장부(10c) 및 비가열부(14)와 대응하는 위치에 각각 형성된다. 상기 시료챔버(22)의 설치 간격은 회전부(20)의 중심을 기준으로 원주방향으로 4배수개가 서로 대칭되도록 형성된다.
상기 회전부(20)는 디스크 형상으로 베이스판(20a)과 상기 베이스판(20a)의 요홈(20b)에 끼워지도록 구비된 덮개판(20c)으로 이루어진다. 상기 베이스판(20a)은 적외선을 흡수하는 플라스틱으로 이루어지며 각각의 시료챔버(22)를 갖는 요홈(20b)이 형성된다. 따라서 상기 요홈(20b)은 시료챔버(22)가 형성되는 해리부(10a), 어닐링부(10b), 확장부(10c) 및 비가열부(14)와 대응하는 위치에 형성된다. 상기 요홈(20b)에 끼워지는 덮개판(20c)은 적외선을 투과하는 유리로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 상기 광원에서 발생된 빛이 유리를 통과하여 시료챔버(22)를 가열하게 된다.
상기 각 시료챔버(22)는 상기 회전부의 요홈(22b)에 타원형으로 형성되어 있고 양측에 상기 시료챔버(22)에 DNA시료가 유입될 수 있도록 미세유로(24)가 형성되어 있다. 상기 각 시료챔버(22)는 모세관현상에 의해서 미세유로(24)를 따라 DNA시료가 유입된다.
또한 상기 회전부(20)는 구동모터(30)에 의해 회전된다. 상기 구동모터(30)는 상기 회전부(20)를 일정한 각도로 회전시키기 위해서는 스테핑모터(stepping motor)로 구비되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 구동모터(30)는 상기 함체(50)의 일측에 힌지결합된 상판(60)에 설치된다. 아울러 상기 회전부(20)의 하부에 중간판(70)이 설치되다. 상기 중간판(70)의 시료챔버(22)와 대응하는 위치에 필터가 설치된다. 상기 필터(80)는 가시광선을 차단하므로 검사시 용이하게 DNA를 진단할 수 있다.
아울러 상기 시료챔버(22)의 상부에 해당하는 위치의 덮개(60)에 온도센서(90)가 설치된다. 상기 온도센서(90)에서 감지된 신호는 상기 제어패널(92)에 전달된다.
상기 냉각수단은 상기 덮개(60)에 설치된 팬(fan; 72)과 상기 덮개(60) 하부의 중간판(70)에 형성되고 기단이 상기 팬(72)의 직하에 위치하고 선단이 비가열부로 연장되도록 형성된 공기통로(74)로 이루어진다. 따라서 외기(外氣)가 상기 팬(72)을 통해서 유입되고 상기 팬(72)을 통해서 유입된 공기는 공기유로(74)를 따라 상기 비가열부에 유입된다.
상기 제어패널(92)은 상기 온도센서(90)에서 전달된 신호를 연산하여 미리 설정된 프로그램에 따라 상기 광원모듈(12), 냉각수단 및 회전부(30)를 제어한다.
여기서 상기 제어패널(92)은 상기 온도센서(90)로부터 전달된 신호를 PID제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 PID제어는 기본적으로 피드백 제어기의 형태로서 온도센서(90)로부터 출력값을 측정하여 오차를 계산하고 오차 값을 이용하여 제어에 필요한 새로운 출력값을 설정하므로 안정적으로 목표로 하는 온도에 도달할 수 있다.
여기서 제어패널은 도 7에 나타난 바와 같이 해리단계(S1), 냉각단계(S2), 어닐링단계(S3) 및 확장단계(S4)가 온도싸이클을 이루도록 제어한다. 본 실시예에서 상기 단계가 이루는 온도싸이클은 20싸이클로 이루어진다.
또한 제어패널은 상기 도 8에 도시된 바와 같이 종래의 냉각단계를 걸치지 않을 경우 해리온도에서 어닐링온도까지 도달하는 시간은 과도하게 소요되었지만, 본 실시예의 냉각단계(S2)를 포함할 경우 소요시간은 35초에서 14초로 두 배 이상 빠른 냉각 속도로 냉각되므로 냉각단계(S2)의 실시여부에 따라 상당한 시간의 차이가 있음을 알 수 있다. 따라서 본 실시예에서 냉각단계(S2)를 구비함에 따라 고온상태에서 해리된 시료를 신속하게 냉각할 수 있으므로 유전자를 고속으로 증폭시킬 수 있다.
상기와 같이 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템의 일실시예는 도 7에 도시된 바와 같이 시료챔버(22)의 시료를 해리시키는 해리단계(S1)와, 상기 시료챔버(22)의 시료를 냉각시키는 냉각단계(S2)와, 상기 시료챔버(22)의 시료를 어닐링하는 어닐링단계(S3) 및 상기 시료챔버(22)의 시료를 확장시키는 확장단계(S4)로 이루어진다.
먼저 해리단계(S1)는 시료챔버(22)를 광원모듈(12)로 빛을 조사하여 시료의 온도를 90℃ 내지 97℃로 유지한다. 상기 해리단계(S1)에서 상기 제어패널(92)은 온도센서(90)로부터 유입되는 신호를 PID제어하여 시료의 설정온도를 유지한다. 상기 제어패널은(92)은 구동모터(30)를 미리 설정된 프로그램에 따라 제어하여 소정의 시간이 경과되면 회전부(20)가 90°로 회전하여 다음단계로 이송되도록 한다.
다음으로 냉각단계(S2)는 상기 해리단계(S1)에서 90℃ 내지 97℃를 유지하고 있던 시료를 어닐링단계(S3)에서 필요한 온도조건인 50℃ 내지 65℃ 까지 냉각시키는 단계이다. 이 때 제어패널(92)은 팬(72)을 구동시켜 시료의 온도가 떨어질 수 있도록 제어한다. 상기 제어패널은(92)은 구동모터(30)를 미리 설정된 프로그램에 따라 제어하여 소정의 시간이 경과되면 회전부(20)가 90°로 회전하여 다음단계로 이송되도록 한다.
다음으로 어닐링단계(S3)는 상기 냉각단계(S2)에서 50℃ 내지 65℃ 까지 냉각된 시료를 광원모듈(12)로 빛을 조사하여 어닐링의 적정온도인 50℃ 내지 65℃까지 유지되도록 하는 단계이다. 상기 어닐링단계(S3)에서 제어패널(92)은 온도센서(90)로부터 유입되는 신호를 PID제어하여 시료의 설정온도를 유지한다. 상기 제어패널은(92)은 구동모터(30)를 미리 설정된 프로그램에 따라 제어하여 소정의 시간이 경과되면 회전부(20)가 90°로 회전하여 다음단계로 이송되도록 한다.
다음으로 확장단계(S4)는 상기 어닐링단계(S3)에서 50℃ 내지 65℃를 유지하고 있는 시료를 광원모듈(12)을 통해 빛을 조사하여 확장의 적정온도인 68℃ 내지 74℃로 상승시킨다. 상기 확장단계(S4)에서 시료의 온도를 유지하도록 제어패널(92)은 온도센서(90)로부터 유입되는 신호를 PID제어한다. 상기 제어패널은(92)은 구동모터(30)를 미리 설정된 프로그램에 따라 제어하여 소정의 시간이 경과되면 회전부(20)가 90°로 회전하여 다음단계로 이송되도록 한다.
10a : 해리부 10b : 어닐링부
10c : 확장부 12 : 광원모듈
14 : 광원 16 ; 집광부
18 : 조리개 20 : 회전부
22 : 시료챔버 24 : 미세유로
30 : 구동부 50 : 함체
52 : 냉각팬 60 : 덮개
70 : 중간판 72 : 팬
74 : 공기통로 80 : 필터
90 : 온도센서 92 : 제어패널
S1 : 해리단계 S2 : 냉각단계
S3 : 어닐링단계 S4 : 확장단계

Claims (11)

  1. 해리단계와, 어닐링단계 및 확장단계를 통해 유전자를 증폭시키는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템에 있어서,
    상기 해리단계, 어닐링단계 및 확장단계는 각각 별도의 광원모듈에 의해 온도를 제어하고, 상기 광원모듈과 대응하는 위치에 복수개의 시료챔버가 형성된 회전부가 회전하면서 유전자를 증폭시키는 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원모듈은 원주방향을 따라 3배수개가 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원모듈은 할로겐램프로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 할로겐램프는 루비 또는 금이 증착된 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전부에 복수개 형성된 시료챔버는 회전부의 중심을 기준으로 원주방향으로 4배수개가 서로 대칭되도록 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전부는 광원이 조사되는 일측면이 적외선을 투과하는 유리로 이루어지고, 광원이 조사되지 않는 타측면이 적외선을 흡수하는 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    해리단계를 수행하는 해리부와, 상기 어닐링단계를 수행하는 어닐링부와, 상기 확장단계를 수행하는 확장부와, 상기 해리부와 어닐링부의 사이에 형성되며 별도의 광원모듈이 설치되지 않은 비가열부가 싸이클을 이루도록 된 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비가열부는 온도를 강제적으로 떨어뜨릴 수 있도록 별도의 냉각수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 해리부와, 상기 어닐링부와, 상기 확장부의 상부에 위치하며 DNA가 주입되는 시료챔버가 복수개 형성된 회전부와, 상기 시료챔버의 상부에 형성된 온도센서와, 상기 온도센서로부터 전달된 신호를 연산하여 미리 설정된 프로그램에 따라 상기 광원모듈과 상기 냉각수단과 상기 회전부의 작동을 PID제어하는 제어패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광원모듈은 빛을 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터 발광된 빛을 반사하여 집광하는 집광부와, 상기 집광부에서 조사되는 면적을 조절할 수 있도록 형성된 조리개로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시료챔버에 수용된 DNA를 검사하기 위하여 상기 시료챔버의 하부에 가시광선을 차단하도록 설치된 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 가열식 유전자 증폭시스템.
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