KR20120129410A - 생물학적 시료의 전처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물학적 시료의 전처리 장치에 관한 것이다. 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치를 사용하면, 여러 종류의 생물학적 분자를 높은 순도로 효율적으로 분리할 수 있다.

Description

생물학적 시료의 전처리 장치{Device for pretreating biological sample}

본 발명은 생물학적 시료의 전처리 장치에 관한 것으로, 특히 1종류 이상의 생물학적 분자를 효과적으로 분리할 수 있는 장치에 대한 것이다.

분자 진단 분야의 기술은 빠르고 정확한 진단 결과를 편리한 방법을 통해서 얻고자 하는 바람에 힘입어서 점점 소형화, 자동화 되어 가고 있다. 소형화와 자동화를 위한 방법을 구현하기 위해서 생물학적인 기법 뿐만 아니라 더불어 전자, 전기, 화학, 광학 등 여러 학문들에서의 기법들이 함께 공유 되어가고 있다. 그 중에서도 혈액 한 방울만을 기기에 주입하면 자동적으로 샘플에서 DNA, RNA, 단백질 등을 분리하고, 증폭하여 결과를 검출하는 일련의 방법이 자동화 되어야 더욱 사용하기 편리하고 여러 오염의 위험에서 벗어날 수 있게 된다.

현재 사용되고 있는 방법으로는 상용화된 샘플 분리 키트를 사용하거나, 자동화를 위한 방법으로 자성 입자를 이용해서 분리하는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 이 방법은 입자에 붙은 DNA, RNA, 단백질을 이동시키기 위해서 자기력 발생 장치를 자동화 장비에 보유해야 하며, 입자에 결합된 물질들을 다시 분리하기 위해서 세척, 추출하는 용액을 추가로 사용해야 한다는 단점이 있다.

본 발명은 1종류 이상의 생물학적 분자를 효과적으로 분리할 수 있는 생물학적 시료의 전처리 장치를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 일 양상은 하나 이상의 나노 포어를 포함하는 2 이상의 플레이트가 일련의 순서로 적층된 것으로서, 상기 각각의 플레이트 사이에 형성된 공간을 포함하며, 상기 2 이상의 플레이트에 포함된 나노 포어는 플레이트의 적층 순서대로 순차적으로 그 직경이 증가하는 것인 생물학적 시료의 전처리 장치를 제공한다.

본 명세서에서 용어, "나노 포어(nanopore)"는 나노 크기를 갖는 구멍을 의미하는 것으로, 상기 나노 포어는 직경이 1 nm 내지 1000 nm인 것을 의미한다. 상기 나노 포어는 플레이트 상에 하나 이상 포함되어 있는 것으로, 생물학적 시료의 분리 목적에 따라, 상기 플레이트 전체에 배열되어 있거나, 일부분에 배열되어 있을 수 있다.

그리고, 상기 플레이트 사이에 형성된 공간은 생물학적 시료가 하나의 플레이트에서 다른 플레이트로 이동하는 영역이면 족하고, 이동경로를 형성하는 하우징(housing) 구조를 포함할 수도 있다. 여기에는 워싱액(washing buffer)이 포함될 수도 있고, 시료가 용균 완충액(lysis buffer)을 포함하는 경우 상기 워싱액은 없는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 상기 장치는 서로 다른 직경을 갖는 나노 포어를 포함하는 2 이상의 플레이트가 일련의 순서로 적층된 구조를 형성한 것이 특징이다. 또한, 하나의 플레이트에 포함된 하나 이상의 나노 포어의 직경은 모두 동일하거나 유사한 범위 내일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 2 이상의 플레이트는 서로 수직 방향 또는 수평 방향으로 적층될 수 있다.

예를 들어, 플레이트가 2개인 경우라면, 상기 플레이트는 수직 방향 또는 수평 방향으로 상하로 배치될 수 있으며, 이때, 하부에 배치된 플레이트에 포함된 나노 포어의 직경은 상부에 배치된 플레이트의 나노 포어의 직경에 비해 작게 된다. 일 구체예에 따르면, 상기 나노 포어의 직경은 5배 내지 20배 만큼씩 증가하는 것일 수 있다. 즉, 하부에 배치된 플레이트에 포함된 나노 포어의 직경이 5 nm라면, 상부에 배치된 플레이트의 나노 포어의 직경은 5 nm의 5배 내지 20배의 크기인 25 nm 내지 100 nm가 된다. 따라서, 생물학적 시료가 상기 나노 포어를 통과하여 중력 방향으로 이동하게 되면, 상기 생물학적 시료 중 크기가 큰 분자는 상기 나노 포어를 통과하지 못하게 되어 플레이트 상에 남아있게 되고, 나노 포어의 크기보다 작은 분자들만 나노 포어를 통과하여 크기에 따라 생물학적 시료 내의 생물학적 분자를 분리할 수 있게 된다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 플레이트는 2개 내지 6개일 수 있으며, 바람직하게는, 2개 내지 4개, 가장 바람직하게는 2개 내지 3개일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 생물학적 시료는 생물로부터 유래한 물질로서, 크기별로 분리가 가능한 어떠한 물질이라도 무방하다. 예를 들어, 상기 생물학적 시료는 세포 용균물일 수 있다.

다른 구체예에 따르면, 상기 장치는 상기 플레이트에 전압을 인가하기 위한 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 전극은 적층된 2 이상의 플레이트가 형성하는 공간 상에 상기 플레이트를 사이에 두는 형태로 배치될 수 있으며, 생물학적 시료 중에 존재하는 전하를 띄는 분자가 상기 전극에 인가되는 전압에 의해 전기적인 힘을 받아 이동될 수 있다. 예를 들어, 분리하고자 하는 생물학적 분자가 DNA라면, 이는 음전하를 띄고 있으므로, (+) 전극의 방향으로 이동하게 된다. 이때, 상기 전극은 플레이트를 사이에 두는 형태로 배치되어 있으므로, 상기 전하를 띄는 분자는 상기 플레이트 상에 존재하는 나노 포어를 통과하게 된다. 따라서, 상기 장치를 통해 생물학적 시료 중에 존재하는 분자를 전하 및 크기에 따라 특이적으로 분리할 수 있다.

또 다른 구체예에 따르면, 상기 장치는 생물학적 시료가 전처리된 후의 물질의 양을 측정하는 정량부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 정량부는 생물학적 분자가 상기 나노 포어를 통과하는 정도를 측정하도록 하여 생물학적 시료의 전처리 후 분리된 물질의 양을 확인할 수 있다.　

본 발명의 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치를 사용하면, 여러 종류의 생물학적 분자를 높은 순도로 효율적으로 분리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치에서 플레이트의 단면도를 나타낸 것이다.

이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치의 모식도이며, 도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치에서 플레이트의 단면도를 나타낸다.

이하 도 1 및 도 2를 참조하여 생물학적 시료의 전처리 장치 및 이를 이용하여 생물학적 시료를 전처리하는 방법의 일 구체예를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치의 모식도를 나타낸 것으로, 제1 플레이트(100), 제2 플레이트(101), 나노 포어(110) 및 전극(120)이 도시되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 따른 생물학적 시료의 전처리 장치는 나노 포어(110)를 포함하는 플레이트(100, 101)를 이용하는 것으로, 제1 플레이트(100)에 포함된 나노 포어(110)는 용균 과정 중에 발생하는 여러 가지 부유물들을 걸러주는 필터의 역할을 하게 되고, 제2 플레이트(101)에 포함된 나노 포어(110)는 원하는 생물학적 분자만을 별도로 분리하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기와 같이, 제2 플레이트(101)에 전압을 인가하여 전하를 띄는 생물학적 분자(예를 들어, DNA 등)를 높은 순도로 분리할 수 있으며, 이러한 과정 중에서 상기 생물학적 분자의 정량도 가능하다.

세포와 같은 생물학적 시료를 당업계에 잘 알려진 일반적인 용균 완충액(lysis buffer)과 함께 혼합하면, 세포가 용균되면서 다량의 세포 잔해물(cell debris)이 발생하게 된다. 용균 완충액과 혼합된 세포를 일 구체예에 따른 장치의 주입구(130)에 넣게 되면, 상기 용균 과정에서 발생한 세포 잔해물이 나노 포어(110)를 거치는 과정에서 상기 나노 포어(110)의 크기보다 작은 물질들만이 나노 포어를 통과하에 된다.

특히, 도 1에서 보는 바와 같이, 2개의 플레이트(100, 101)가 적층되어 있으며, 상기 2개의 플레이트(100, 101)는 각각 서로 다른 크기의 직경을 갖는 나노 포어(110)를 포함하고 있으므로, 2단계의 나노 포어(110)를 거치면서, 서로 다른 종류의 생물학적 분자를 분리할 수 있다. 예를 들어, 제1 플레이트(100)에 포함된 나노 포어(110)의 직경이 100 nm이고, 제2 플레이트(101)에 포함된 나노 포어(110)의 직경이 5 nm라면, 제1 플레이트(100)에 포함된 나노 포어(110)를 통과하는 생물학적 분자들은 직경이 100 nm 이하이고, 제2 플레이트(100)에 포함된 나노 포어(110)를 통과하는 생물학적 분자들은 직경이 5 nm 이하인 물질일 수 있다. 특히, 예를 들어, 상기 생물학적 시료로부터 DNA 만을 분리하고자 한다면, 제2 플레이트(101)에 생물학적 시료가 통과하는 방향으로 장착된 전극(120)에 전압을 인가하여 나노 포어(110)를 통과하게 함으로써 음전하를 띄는 DNA를 용이하게 분리할 수 있다.

또는, 도 1의 B와 같이, 제2 플레이트(101)를 제1 플레이트(100)의 수직 방향으로 배치하는 경우, 제1 플레이트(100)의 나노 포어(110)를 통과한 많은 생물학적 분자들 중에 DNA보다 무거운 물질들은 중력에 의해서 밑으로 가라 앉도록 하고, 이와 동시에 부유하는 DNA는 전압을 인가하여 중력과는 다른 방향으로 DNA를 유도함을써, 더욱 효과적으로 DNA를 분리할 수도 있다.

또한, 상기와 같은 분리 과정 중에서, DNA가 상기 제2 플레이트(101)에 포함된 나노 포어(110)를 통과하는 정도를 측정하여 DNA의 정량을 할 수도 있다. 이는 상기 나노 포어(110)와 연결된 정량부를 통해 측정될 수 있다.

도 2는 나노 포어(110)를 포함하는 플레이트(100, 101)의 단면도를 나타낸 것으로, 필터로 사용되는 제1 플레이트(100)에 포함된 나노 포어(110)는 100 nm이하로 많은 포어를 갖도록 하고, 제2 플레이트(101)에 포함된 나노 포어(110)는 분리하고자 하는 생물학적 분자만을 특이적으로 통과시키기 위해 상기 제1 플레이트(100)에 포함된 나노 포어(110)에 비해 직경이 작게 제작할 수 있다. 예를 들어, 상기 분리하고자 하는 생물학적 분자가 DNA라면, 이를 특이적으로 분리하기 위해 약 5 nm 정도의 포어 크기를 갖도록 할 수 있다.

100: 제1 플레이트
101: 제2 플레이트
110: 나노 포어
120: 전극
130: 주입구

Claims (6)

1. 하나 이상의 나노 포어를 포함하는 2 이상의 플레이트가 일련의 순서로 적층된 것으로서, 상기 각각의 플레이트 사이에 형성된 공간을 포함하며, 상기 2 이상의 플레이트에 포함된 나노 포어는 플레이트의 적층 순서대로 순차적으로 그 직경이 증가하는 것인 생물학적 시료의 전처리 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 2 이상의 플레이트는 서로 수직 방향 또는 수평 방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 생물학적 시료의 전처리 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 직경은 5배 내지 20배 만큼씩 증가하는 것을 특징으로 하는 생물학적 시료의 전처리 장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 플레이트는 2개 내지 6개인 것을 특징으로 하는 생물학적 시료의 전처리 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 플레이트에 전압을 인가하기 위한 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 시료의 전처리 장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 장치는 생물학적 시료가 전처리된 후의 물질의 양을 측정하는 정량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 시료의 전처리 장치.

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