KR20130068170A - 암 세포 검출 및 유전자 분석을 위한 3차원 구조물을 갖는 중합효소 연쇄 반응 장치 - Google Patents

암 세포 검출 및 유전자 분석을 위한 3차원 구조물을 갖는 중합효소 연쇄 반응 장치 Download PDF

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Abstract

중합효소 연쇄 반응 장치가 제공된다. 이 장치는 챔버를 갖는 기판 및 그 표면에 암 세포에 특이적으로 반응하는 항체를 가지되, 챔버의 바닥면으로부터 돌출된 형태의 3차원 구조물을 포함한다.

Description

암 세포 검출 및 유전자 분석을 위한 3차원 구조물을 갖는 중합효소 연쇄 반응 장치{Polymerase Chain Reaction Apparatus Having Three Dimensional Structure for Isolation and Genomic analysis of Tumor cell}
본 발명은 중합효소 연쇄 반응 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 혈액 내 암 세포를 분리하고 중합효소 연쇄 반응을 수행하여 암 세포의 유전자에 대해 분석할 수 있는 중합효소 연쇄 반응 장치에 관한 것이다.
혈액 내 암 세포란 암 환자의 말초 혈액(peripheral blood)에 존재하는 암 세포를 통칭하며, 원발 병소 또는 전이 병소로부터 탈락된 암 세포들이다. 이러한 혈액 내 암 세포는 암 진단, 치료 예후 분석, 미세 전이 분석 등에 있어서 유력한 바이오마커(biomarker)로 기대되고 있다. 뿐만 아니라, 기존의 암 진단 방법에 비해 혈액 내 암 세포 분석은 비침습(non-invasive) 방법이라는 장점이 있기 때문에, 미래의 암 진단 방법으로 매우 유망하다. 하지만, 혈액 내 암 세포는 혈액에서 분포 비율이 전체 세포 10 억 개 당 암 세포 1 개 또는 백혈구 106 ∼ 107 개 당 암 세포 1 개 수준으로 매우 낮기 때문에, 정확한 분석이 매우 어려우며, 매우 정교한 분석 방법이 요구된다.
혈액 내 암 세포 분리 방법으로는 암 세포 표면에 특징적으로 발현되는 표면 표지자(marker)를 이용하는 방법이 주로 연구되고 있다. 대표적인 방법으로 암 세포의 표면 표지자에 특이 반응하는 항체(antibody)를 고정화시킨 미세 구조체에 혈액을 통과시켜, 암 세포만을 흡착하여 분류하는 기술이 있다. 이러한 방법은 암 세포의 유무 및 수량에 대한 정보만을 제시할 뿐, 암 종류 등에 대한 분석이 곤란하다는 단점이 있다. 또한, 비특이적으로 결합하는 혈구 세포들에 의한 간섭이 문제가 된다.
중합효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction : PCR) 방법은 이미 분자 생물학 분야에서 널리 이용되고 있는 타겟(target) DNA 증폭 방법으로서, 열에 안정적인 DNA 중합효소, DNA 단량체, 프라이머(primer), 주형(template) DNA로 이루어진 반응액을 외부에서 주기적인 가열을 통해서 특정 타겟 DNA를 증폭해 내는 방법이다. 이러한 중합효소 연쇄 반응 방법을 이용하면, 혈액 속에 존재하는 암 세포의 개수 및 유전적 돌연변이들을 확인할 수 있다.
중합효소 연쇄 반응을 수행할 중합효소 연쇄 반응 장치의 제작에 있어서, 시료 유입이 원활히 될 수 있는 재질의 표면, 열전도율, 전체 반응 시간 등이 가장 중요하게 고려되어야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 혈액 내 암 세포를 분리하여 이의 유전적 변이를 확인할 수 있는 중합효소 연쇄 반응 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 중합효소 연쇄 반응 장치를 제공한다. 이 장치는 챔버를 갖는 기판 및 그 표면에 암 세포에 특이적으로 반응하는 항체를 가지되, 챔버의 바닥면으로부터 돌출된 형태의 3차원 구조물을 포함할 수 있다.
3차원 구조물은 기둥 형상일 수 있다. 3차원 구조물은 챔버의 깊이와 동일한 높이를 가질 수 있다. 3차원 구조물은 복수로 구비될 수 있다. 3차원 구조물은 실리콘, 유리, 플라스틱 폴리머 또는 이들의 조합 중에서 선택된 하나의 물질을 포함할 수 있다.
기판은 실리콘, 유리, 플라스틱 폴리머 또는 이들의 조합 중에서 선택된 하나의 물질을 포함할 수 있다.
기판의 하부면에 배치되되, 챔버에 열을 가하는 히터를 포함할 수 있다. 히터는 금속을 소재로 하는 열선 및 열선의 열을 균일하게 전달하는 열 분배 패턴이 한 쌍의 절연성 필름들 사이에 삽입된 필름 히터일 수 있다.
챔버와 유체 채널로 연결되되, 챔버로 시료 및 시약을 각각 공급하기 위한 시료 저장조 및 시약 저장조를 포함할 수 있다. 시료 저장조 및 시약 저장조로 시료 및 시약을 각각 주입하기 위한 시료 주입구 및 시약 주입구를 포함할 수 있다. 시료 저장조와 시약 저장조로부터 챔버로 시료 및 시약을 순차적으로 공급하기 위해 이들 사이에 배치된 3 방향 밸브를 포함할 수 있다.
챔버와 유체 채널로 연결되되, 챔버 내부의 시료 및 시약을 배출하기 위한 배출구를 포함할 수 있다. 챔버로부터 시료 및 시약을 배출하기 위해 챔버와 배출구 사이에 배치된 2 방향 밸브를 포함할 수 있다.
챔버를 덮도록 기판 상에 구비된 덮개층을 더 포함할 수 있다. 덮개층은 기판과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면 중합효소 연쇄 반응 장치가 그 표면에 암 세포에 특이적으로 반응하는 항체를 갖는 3차원 구조물을 포함함으로써, 혈액 내 암 세포들을 분리할 수 있을 뿐만 아니라 암 세포들에 대한 중합효소 연쇄 반응을 수행할 수 있다. 이에 따라, 혈액 내 암 세포를 분리하여 이의 유전적 변이를 확인할 수 있는 중합효소 연쇄 반응 장치가 제공될 수 있다.
또한, 중합효소 연쇄 반응 장치가 3차원 구조물을 포함함으로써, 중합효소 연쇄 반응 챔버에서의 열 전달 효율이 높아질 수 있다. 이에 따라, 중합효소 연쇄 반응을 효율적으로 수행할 수 있는 중합효소 연쇄 반응 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄 반응 장치를 설명하기 위한 입체도;
도 2는 본 발명의 본 발명의 실시예에 중합효소 연쇄 반응 장치를 설명하기 위해 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 단면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄 반응 장치로 혈액 내 암 세포들을 포획하는 것을 설명하기 위한 단면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄 반응 장치로 포획한 혈액 내 암 세포들에 대한 중합효소 연쇄 반응을 수행하는 것을 설명하기 위한 단면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄 반응 장치를 설명하기 위한 입체도이다.
도 1을 참조하면, 중합효소 연쇄 반응 장치는 챔버를 갖는 기판(30) 및 그 표면에 암 세포에 특이적으로 반응하는 항체(도 2의 25 참조)를 가지면서 챔버의 바닥면으로부터 돌출된 형태의 3차원 구조물(20)을 포함할 수 있다. 기판(30)은 실리콘(silicon), 유리, 플라스틱 폴리머(plastic polymer) 또는 이들의 조합 중에서 선택된 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 중합효소 연쇄 반응 장치는 기판(30)의 하부면에 배치되면서 챔버에 열을 가하는 히터(heater, 80)를 포함할 수 있다. 히터(80)는 금속을 소재로 하는 열선 및 열선의 열을 균일하게 전달하는 열 분배 패턴(pattern)이 한 쌍의 절연성 필름(film)들 사이에 삽입된 필름 히터일 수 있다.
3차원 구조물(20)은 기둥 형상일 수 있다. 3차원 구조물(20)은 챔버의 깊이와 동일한 높이를 가질 수 있다. 3차원 구조물(20)은 복수로 구비될 수 있다. 3차원 구조물(25)은 기판(30)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 즉, 3차원 구조물(20)은 실리콘, 유리, 플라스틱 폴리머 또는 이들의 조합 중에서 선택된 하나의 물질을 포함할 수 있다. 3차원 구조물(20)은 챔버 내에서의 중합효소 연쇄 반응을 위한 시약과의 접촉 면적을 높이기 위한 것으로, 히터(80)에서 발생하는 열에 대한 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
3차원 구조물(20)은 중합효소 연쇄 반응 장치의 기판(30)과 동일한 물질일 수 있기 때문에, 3차원 구조물(20)은 중합효소 연쇄 반응 장치를 제조하는 공정 중에 제조될 수 있다. 즉, 3차원 구조물(20)은 중합효소 연쇄 반응 장치가 사출 또는 압출 성형 등으로 제조되는 과정에서 간단하고 손쉽게 동시에 제조될 수 있다.
중합효소 연쇄 반응 장치는 챔버와 유체 채널로 연결되되, 챔버로 시료인 혈액 및 시약인 중합효소 연쇄 반응을 위한 반응액을 각각 공급하기 위한 시료 저장조(45) 및 시약 저장조(55)를 포함할 수 있다. 또한, 중합효소 연쇄 반응 장치는 시료 저장조(45) 및 시약 저장조(55)로 시료 및 시약을 각각 주입하기 위한 시료 주입구(40) 및 시약 주입구(50)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 중합효소 연쇄 반응 장치는 시료 저장조(45)와 시약 저장조(50)로부터 챔버로 시료 및 시약을 순차적으로 공급하기 위해 이들 사이에 배치된 3 방향 밸브(60)를 포함할 수 있다. 3방향 밸브(60)는 중합효소 연쇄 반응이 수행되는 동안에는 시료 저장조(45) 및 시약 저장조(55)와 챔버를 분리하는 역할을 할 수 있다.
중합효소 연쇄 반응 장치는 챔버와 유체 채널로 연결되되, 챔버 내부의 시료 및 시약을 외부로 배출하기 위한 배출구(미도시)를 포함할 수 있다. 챔버로부터 시료 및 시약을 배출하기 위해 챔버와 배출구 사이에 배치된 2 방향 밸브(70)를 포함할 수 있다. 2 방향 밸브(70)는 중합효소 연쇄 반응이 수행되는 동안에는 배출구와 챔버를 분리하는 역할을 할 수 있다.
중합효소 연쇄 반응 장치는 챔버를 덮도록 기판(30) 상에 구비된 덮개층(10)을 더 포함할 수 있다. 덮개층(10)은 기판(30)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 즉, 덮개층(10)은 실리콘, 유리, 플라스틱 폴리머 또는 이들의 조합 중에서 선택된 하나의 물질을 포함할 수 있다. 덮개층(10)은 중합효소 연쇄 반응이 수행되는 동안에 챔버에서 발생하는 증발을 방지하는 역할을 할 수 있다.
덮개층(10)은 중합효소 연쇄 반응 장치의 기판(30)과 동일한 물질일 수 있기 때문에, 덮개층(10)은 중합효소 연쇄 반응 장치를 제조하는 공정 중에 제조될 수 있다. 즉, 덮개층(10)은 중합효소 연쇄 반응 장치가 사출 또는 압출 성형 등으로 제조되는 과정에서 간단하고 손쉽게 동시에 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 본 발명의 실시예에 중합효소 연쇄 반응 장치를 설명하기 위해 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 중합효소 연쇄 반응 장치의 챔버의 바닥면으로 돌출된 3차원 구조물(20)의 표면에 암 세포에 특이적으로 반응하는 항체(25)가 구비될 수 있다. 항체(25)는 혈액 내 암 세포들을 포획하는 역할을 할 수 있으며, 그리고 3차원 구조물(20)은 혈액 내 암 세포들을 포획할 확률이 최대가 될 수 있는 배열(array)을 가질 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄 반응 장치로 혈액 내 암 세포들을 포획하는 것 및 포획된 암 세포들에 대한 중합효소 연쇄 반응을 수행하는 것을 설명하기 위한 것으로 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 중합효소 연쇄 반응 장치의 챔버 내의 3차원 구조물(20)은 그 표면에 고정된 항체(25)가 혈액 내 암 세포들(90)과 특이적으로 반응하는 것에 의해 암 세포들(90)을 포획할 수 있다. 즉, 중합효소 연쇄 반응 장치의 챔버로 흘러들어온 혈액 내 혈구 세포들은 3차원 구조물(25)을 지나치게 되고, 혈액 내 암 세포들(90)은 이에 특이적으로 반응하는 항체(25)에 의해 3차원 구조물(20)에 포획될 수 있다.
도 4를 참조하면, 중합효소 연쇄 반응 장치의 챔버 내의 3차원 구조물(20)에 의해 포획되어 혈액으로 분리된 암 세포들(90)에 대한 중합효소 연쇄 반응을 수행하기 위해, 챔버로 중합효소 연쇄 반응을 위한 반응액이 주입되고, 기판(30)의 하부면에 배치된 히터(80)가 동작하여 챔버가 가열되면서 중합효소 연쇄 반응이 수행될 수 있다. 결과적으로, 중합효소 연쇄 반응 장치의 챔버 내의 3차원 구조물(20)에 의해 포획된 암 세포들(90)로부터 추출되어 증폭된 DNA들(100)이 생성될 수 있다.
반응액에 존재하는 프라이머 쌍은 혈액 내 암 세포의 특징으로 나타낼 수 있는 유전자들을 분석할 수 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 프라이머는 HER-2, TWIST-1, CK-10, EGFR 등의 발현 정도를 확인할 수 있으며, 특정 유전자들(K-Ras, EGFR 등)의 변이를 알 수 있도록 구성된 것일 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예들에 따른 중합효소 연쇄 반응 장치는 그 표면에 암 세포에 특이적으로 반응하는 항체를 갖는 3차원 구조물을 포함함으로써, 혈액 내 암 세포들을 분리할 수 있을 뿐만 아니라 암 세포들에 대한 중합효소 연쇄 반응을 수행할 수 있다. 이에 따라, 혈액 내 암 세포를 분리하여 이의 유전적 변이를 확인할 수 있는 중합효소 연쇄 반응 장치가 제공될 수 있다.
또한, 중합효소 연쇄 반응 장치는 3차원 구조물을 포함함으로써, 중합효소 연쇄 반응 챔버에서의 열 전달 효율이 높아질 수 있다. 이에 따라, 중합효소 연쇄 반응을 효율적으로 수행할 수 있는 중합효소 연쇄 반응 장치가 제공될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 덮개층
20 : 3차원 구조물
25 : 항체
30 : 기판
40 : 시료 주입구
45 : 시료 저장조
50 : 시약 주입구
55 : 시약 저장조
60, 70 : 밸브
80 : 히터
90 : 암 세포
100 : DNA

Claims (1)

  1. 챔버를 갖는 기판; 및
    그 표면에 암 세포에 특이적으로 반응하는 항체를 가지되, 상기 챔버의 바닥면으로부터 돌출된 형태의 3차원 구조물을 포함하는 중합효소 연쇄 반응 장치.
KR1020110134458A 2011-12-14 2011-12-14 암 세포 검출 및 유전자 분석을 위한 3차원 구조물을 갖는 중합효소 연쇄 반응 장치 KR20130068170A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022045806A1 (ko) * 2020-08-27 2022-03-03 성균관대학교산학협력단 R2r 공정을 이용한 오가노이드 실시간 모니터링 장치 제조

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