KR20130100361A - 열 사이클 장치 및 열 사이클 방법 - Google Patents
열 사이클 장치 및 열 사이클 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반응 혼합물 및 반응 혼합물보다 작은 비중을 갖고 반응 혼합물과는 혼합되지 않는 액체로 채워지며, 반응 혼합물이 이동하는 채널(110)을 포함하는 바이오팁(100)을 보지하는 홀더부(holder)(11)와, 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때 채널의 제 1 부분(111)을 가열하는 가열 유닛(12)과, 제 1 배치와 제 2 배치 사이를 전환함으로써 홀더부(11) 및 가열 유닛(12)을 배치하는 구동 유닛(20)을 포함하며, 제 1 배치는, 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때, 제 1 부분(111)이 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있으며, 제 2 배치는, 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때, 반응 혼합물의 이동 방향과 관련한 제 1 부분(111)과 상이한 부분인 제 2 부분(112)이 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있는 열 사이클 장치(1)를 제공한다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 특허 출원은 2010년 11월 1일에 출원된 일본 특허 출원 제 2010-268090 호를 기초로 하여 우선권의 이익을 주장하고, 이에 대한 전체 내용은 본원에 참조로 관련되어 있다.
본 발명은 열 사이클 장치(thermal cycler) 및 열 사이클 방법에 관한 것이다.
최근, 유전자 기술의 활용의 발전으로, 유전자 진단 또는 유전자 치료와 같은, 유전자의 활용을 포함한 의학적 치료가 주목받고 있으며, 농축산 산업에서도 품종 판별(breed discrimination)이나 품종 개량(cultivar improvement)을 위해 유전자의 활용을 포함한 다수의 방법이 개발되어 왔다. 유전자를 활용하는 기술 중 한 가지로써, PCR(Polymerase Chain Reaction) 방법이 널리 알려져 있다. 현재 PCR 방법은 생체 물질의 정보를 해명하기 위한 중요한 기술이다.
PCR 방법에서는, 증폭되는 핵산(표적 DNA) 및 표적 DNA를 증폭하기 위한 시약을 포함하는 용액(반응 혼합물)에 열 사이클이 실행된다. 열 사이클은 2단계 이상의 온도를 반응 혼합물에 실행하여 주기적으로 사이클을 반복하는 프로세스이다. PCR 방법에서는, 보통 2단계 또는 3단계의 온도가 열 사이클에서 실행된다.
PCR 방법에서는, 튜브 또는 생체 시료 반응 칩(바이오팁(biotip))이라 칭하는, 생화학 반응을 진행하기 위한 용기가 일반적으로 사용된다. 하지만, 알려진 방법은 적절한 반응을 위해 많은 양의 시약 또는 다른 용액이 필요하고, 반응에 필요한 열 사이클을 실현하기 위한 장치의 구조가 복잡하며, 반응에 오랜 기간이 걸리는 단점이 있었다. 그에 따라, 정확하고, 단기간을 요구하며, 최소화된 양의 시약 및 시료를 이용하는 PCR을 실현하는 바이오팁 또는 반응 장치가 요구되어 왔다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 일본 특허 공개 제 2009-136250 호는 반응 혼합물, 및 반응 혼합물보다 작은 비중을 갖고 반응 혼합물과 혼합되지 않는 액체(미네랄 오일과 같은, 여기서 이하 "액체"라고 칭함)가 채워진 생체 시료 반응 칩과, 생체 시료 반응 칩을 종방향 회전 축 주위로 회전함으로써 반응 혼합물을 이동하여 열 사이클을 실행하는 생체 시료 반응 장치를 개시한다.
일본 특허 공개 제 2009-136250 호에 개시된 생체 시료 반응 장치는, 생체 시료 반응 칩을 연속적으로 회전함으로써 반응 혼합물에 열 사이클을 실행한다. 그러나, 반응 혼합물은 연속적인 회전을 따라 생체 시료 반응 칩의 챔버 내에서 이동하며, 따라서 생체 시료 반응 칩의 챔버는 반응 혼합물을 소망 기간 동안 소망 온도로 유지하기 위해 구조적으로 복잡하게 만들어진다.
본 발명의 일부 양태의 장점은 가열 시간의 조절이 용이한 열 사이클 장치 및 열 사이클 방법을 제공하는 것이다.
적용예 1 : 본 적용예의 열 사이클 장치는 반응 혼합물 및 반응 혼합물보다 작은 비중을 갖고 반응 혼합물과는 혼합되지 않는 액체로 채워지며, 반응 혼합물이 내측 대향 벽 섹션에 근접하여 이동하는 채널을 포함하는 바이오팁을 보지하는 홀더부(holder)와, 바이오팁이 홀더부에 있을 때 채널의 제 1 부분을 가열하는 가열 유닛과, 제 1 배치와 제 2 배치 사이를 전환함으로써 홀더부 및 가열 유닛을 배치하는 구동 유닛을 포함한다. 제 1 배치는, 바이오팁이 홀더부에 있을 때, 제 1 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있으며, 제 2 배치는, 바이오팁이 홀더부에 있을 때, 반응 혼합물의 이동 방향과 관련한 제 1 부분과 상이한 부분인 채널의 제 2 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 배치이다.
본 적용예의 열 사이클 장치는 홀더부의 배치를 전환하며, 이에 의해 바이오팁이 제 1 배치에 고정된 상태와, 바이오팁이 제 2 배치에 고정된 상태를 전환할 수 있다. 제 1 배치는, 바이오팁을 구성하는 채널의 제 1 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 배치이다. 제 2 배치는, 반응 혼합물의 이동 방향에 대한 위치가 제 1 부분과는 상이한 제 2 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 배치이다. 즉, 반응 혼합물은, 중력에 의해, 제 1 배치에 있어서는 제 1 부분에, 제 2 배치에 있어서는 제 2 부분에 유지할 수 있다. 제 1 부분은 가열 유닛에 의해서 가열되며, 제 2 부분이 반응 혼합물의 이동 방향에 대해 제 1 부분과 상이한 부분이기 때문에, 제 1 부분과 제 2 부분의 온도는 상이하다. 따라서, 제 1 배치 또는 제 2 배치에 바이오팁을 고정하는 동안, 반응 혼합물은 사전결정된 온도에서 유지되고, 따라서 가열 기간을 용이하게 제어 가능한 열 사이클 장치가 제공될 수 있다.
적용예 2 : 상기 적용예의 열 사이클 장치에서, 구동 유닛은 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환하는 경우에는 한 방향으로 그리고 제 2 배치로부터 제 1 배치로 전환하는 경우에는 반대 방향으로 홀더 및 가열 유닛을 회전할 수도 있다.
본 적용예에서 열 사이클 장치는 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환하는 경우에는 한 방향으로 그리고 제 2 배치로부터 제 1 배치로 전환하는 경우에는 반대 방향으로 홀더 및 가열 유닛을 회전하며, 그로 인해 회전에 의한 사이클 장치의 배선의 꼬임 가능성을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 사이클 장치에서 배선손상을 거의 야기시키지 않기 때문에 열 사이클의 신뢰성을 향상할 수 있다.
적용예 3 : 상기 적용예의 모든 열 사이클 장치에서, 구동 유닛은, 제 1 배치를 유지하는 동안 제 1 기간이 지났을 때 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환할 수도 있고, 제 2 배치를 유지하는 동안 제 2 기간이 지났을 때 제 2 배치로부터 제 1 배치로 전환할 수도 있다.
본 적용예에서 열 사이클 장치는, 제 1 배치를 유지하는 동안 제 1 기간이 지났을 때 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환하고, 제 2 배치를 유지하는 동안 제 2 기간이 지났을 때 제 2 배치를 제 1 배치로 전환하며, 이에 의해 제 1 배치 및 제 2 배치에서 반응 혼합물의 가열 기간을 더 정확하게 조절할 수 있다. 따라서, 더 정확한 열 사이클을 반응 혼합물에 실시할 수 있다.
적용예 4 : 상기 적용예의 모든 열 사이클 장치에서, 홀더부는 반응 혼합물이 채널의 길이 방향으로 이동하는 바이오팁을 보지하고, 제 1 부분은 길이 방향에 있어서 채널의 한 단부를 포함하는 부분일 수도 있으며, 제 2 부분은 길이 방향에 있어서 채널의 다른 쪽 단부를 포함하는 부분일 수도 있다.
본 적용예의 열 사이클 장치에서, 반응 혼합물이 채널의 길이 방향으로 이동하는 바이오팁이 홀더부에 있을 때, 길이 방향에 있어서 채널의 한 단부를 포함하는 부분이 제 1 부분이며, 길이 방향에 있어서 채널의 다른 쪽 단부를 포함하는 부분이 제 2 부분이다. 그에 따라, 단순한 구조의 채널을 갖는 바이오팁을 사용할 때에도, 가열 기간을 용이하게 제어 가능한 열 사이클 장치를 제공할 수 있다.
적용예 5 : 상기 적용예의 열 사이클 장치는, 바이오팁이 홀더부에 있을 때 제 2 부분을 가열하는 제 2 가열 유닛을 더 포함할 수도 있으며, 가열 유닛은 제 1 부분을 제 1 온도로 가열할 수도 있고, 제 2 가열 유닛은 제 2 부분을 제 1 온도와 상이한 제 2 온도로 가열할 수도 있다.
본 적용예의 열 사이클 장치는, 바이오팁이 홀더부에 있을 때 제 2 부분을 제 2 온도로 가열하는 제 2 가열 유닛을 포함하며, 이에 의해 바이오팁의 제 1 부분 및 제 2 부분의 온도를 보다 정확하게 제어할 수 있다. 그에 따라, 보다 정확한 열 사이클을 반응 혼합물에 실시할 수 있다.
적용예 6 : 상기 적용예의 열 사이클 장치에서, 제 1 온도는 제 2 온도보다 높을 수도 있다.
본 적용예의 열 사이클 장치에서, 제 1 온도가 제 2 온도보다 높고, 따라서 바이오팁이 홀더부에 있을 때, 바이오팁의 제 1 부분 및 제 2 부분이 열 사이클에 적절한 온도로 제어될 수 있다. 그에 따라, 적절한 열 사이클을 반응 혼합물에 실시할 수 있다.
적용예 7 : 상기 적용예의 열 사이클 장치에서, 제 1 기간은 제 2 기간보다 짧을 수도 있다.
본 적용예의 열 사이클 장치에서, 제 1 기간은 제 2 기간보다 짧고, 이에 의해, 바이오팁이 홀더부에 있을 때 제 1 온도 및 제 2 온도에 대해 바이오팁을 가열하는 기간을 상이하게 할 수 있다. 그에 따라, 제 1 온도 및 제 2 온도로 가열하는 상이한 기간을 요구하는 반응을 실행하는 경우에, 적절한 열 사이클을 반응 혼합물에 실시할 수 있다.
적용예 8 : 본 적용예의 열 사이클 방법은, 반응 혼합물, 및 상기 반응 혼합물보다 작은 비중을 갖고 반응 혼합물과 혼합되지 않는 액체로 채워지며, 반응 혼합물이 내부의 대향하는 벽 섹션에 근접하여 이동하는 채널을 갖는 바이오팁을 홀더부에 장착하는 단계와, 채널의 제 1 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 제 1 배치에 바이오팁을 배치하는 단계와, 채널의 제 1 부분을 가열하는 단계와, 반응 혼합물의 이동 방향과 관련하여 위치가 제 1 부분과 상이한 부분인, 채널의 제 2 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 제 2 배치에 바이오팁을 배치하는 단계를 포함한다.
본 적용예에서 열 사이클 방법에 의해, 바이오팁은 제 1 배치 또는 제 2 배치에 보지될 수 있으며, 제 1 배치에서 바이오팁의 제 1 부분은 가열될 수 있다. 제 1 배치는, 바이오팁을 구성하는 채널의 제 1 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 배치이다. 제 2 배치는, 반응 혼합물의 이동 방향과 관련하여 제 1 부분과 상이한 부분인 채널의 제 2 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 배치이다. 즉, 중력에 의해 반응 혼합물이 제 1 배치에서는 제 1 부분에, 제 2 배치에서는 제 2 부분에 고정될 수 있다. 제 1 부분은 가열 유닛에 의해 가열되며, 제 2 부분은 반응 혼합물의 이동 방향과 관련하여 제 1 부분과는 상이하기 때문에, 제 1 부분과 제 2 부분과의 온도는 상이하다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 바이오팁이 제 1 배치 또는 제 2 배치 중 어느 쪽에 보지되는지의 여부에 따라 사전결정된 온도에서 반응 혼합물을 유지할 수 있도록 하는 것은 열 사이클 방법이 가열 기간을 용이하게 제어 가능하다는 것을 실현한다.
도 1a는 덮개를 폐쇄한 상태의 본 발명의 실시예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다.
도 1b는 덮개를 개방한 상태의 실시예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 열 사이클 장치에 있어서의 본체 유닛의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 바이오팁의 단면도이다.
도 4a는 실시예에 따른 열 사이클 장치의 제 1 배치에서 본체 유닛의, 도 1a의 A-A선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4b는 실시예에 따른 열 사이클 장치의 제 2 배치에서 본체 유닛의, 도 1a의 A-A선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 열 사이클 장치를 이용한 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6a는 덮개를 폐쇄한 상태의 변형예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다.
도 6b는 덮개를 개방한 상태의 변형예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다.
도 7은 변형예에 따른 바이오팁의 단면도이다.
도 8은 변형예에 따른 열 사이클 장치의 본체 유닛의, 도 6a의 B-B선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 9는 예 1에 따른 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 예 2에 따른 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 11은 예 2에 따른 반응 혼합물의 구성을 도시하는 표이다.
도 12a는 예 1에 따른 열 사이클 프로세스의 결과를 도시하는 표이다.
도 12b는 예 2에 따른 열 사이클 프로세스의 결과를 도시하는 표이다.
도 1b는 덮개를 개방한 상태의 실시예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 열 사이클 장치에 있어서의 본체 유닛의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 바이오팁의 단면도이다.
도 4a는 실시예에 따른 열 사이클 장치의 제 1 배치에서 본체 유닛의, 도 1a의 A-A선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4b는 실시예에 따른 열 사이클 장치의 제 2 배치에서 본체 유닛의, 도 1a의 A-A선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 열 사이클 장치를 이용한 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6a는 덮개를 폐쇄한 상태의 변형예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다.
도 6b는 덮개를 개방한 상태의 변형예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다.
도 7은 변형예에 따른 바이오팁의 단면도이다.
도 8은 변형예에 따른 열 사이클 장치의 본체 유닛의, 도 6a의 B-B선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 9는 예 1에 따른 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 예 2에 따른 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 11은 예 2에 따른 반응 혼합물의 구성을 도시하는 표이다.
도 12a는 예 1에 따른 열 사이클 프로세스의 결과를 도시하는 표이다.
도 12b는 예 2에 따른 열 사이클 프로세스의 결과를 도시하는 표이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 이하의 순서에 따라서 설명된다. 하기 실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 어떤 방식으로도 제한하지 않는 것을 이해해야 한다. 하기 실시예의 모든 구성요소가 본 발명의 필수 요건으로서 받아들여지지는 않는다는 것을 이해해야 한다.
1. 실시예
1-1. 본 발명의 실시예에 따른 열 사이클 장치의 구성
1-2. 실시예에의 열 사이클 장치를 이용한 열 사이클 방법
2. 변형예
3. 예시
예 1. 셔틀 PCR
예 2. 1단계 RT-PCR
1. 실시예
1-1. 본 발명의 실시예에 따른 열 사이클 장치의 구성
도 1a는 덮개(50)를 폐쇄한 상태의 본 발명의 실시예에 따른 열 사이클 장치(1)의 사시도이고, 도 1b는 덮개를 개방한 상태의 실시예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이며, 개별 홀더부(11)에 바이오팁(100)이 보지된 상태를 도시한다. 도 2는 실시예에 따른 열 사이클 장치에 있어서의 본체 유닛의 분해 사시도이다. 도 4a는 실시예에 따른 열 사이클 장치의 제 1 배치에서 본체 유닛의, 도 1a의 A-A선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다.
실시예에 따른 열 사이클 장치(1)는 도 1a에 도시하는 바와 같이, 본체 유닛(10) 및 구동 유닛(20)을 포함한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 본체 유닛(10)은 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12)(가열 유닛에 대응하는), 및 제 2 가열 유닛(13)을 포함한다. 제 1 가열 유닛(12)과 제 2 가열 유닛(13) 사이에 스페이서(14)가 제공된다. 본 실시예의 본체 유닛(10)에서, 제 1 가열 유닛(12)은 바닥 판(17)의 폐쇄 측면에 배치되어 있고, 제 2 가열 유닛(13)은 덮개(50)의 폐쇄 측면에 배치되어 있다. 본 실시예의 본체 유닛(10)에서는, 제 1 가열 유닛(12), 제 2 가열 유닛(13), 및 스페이서(14)는 플랜지(16), 바닥 판(17) 및 고정 판(19)에 고정되어 있다.
홀더부(11)는 후술하는 바이오팁(100)을 보지하는 구조를 갖는다. 도 1b 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 홀더부(11)는 바이오팁(100)을 삽입하여 보지하는 슬롯 구조를 갖는다. 바이오팁(100)은 제 1 가열 유닛(12)(가열 유닛)의 제 1 가열 블록(12b), 스페이서(14), 및 제 2 가열 유닛(13)의 제 2 가열 블록(13b)을 관통하는 개구에 삽입될 것이다. 홀더부(11)의 개수는 하나 이상일 수도 있다. 도 1b에 도시된 예에서 본체 유닛(10)은 총 20개의 홀더부(11)를 갖는다.
본 실시예의 열 사이클 장치(1)는 바이오팁(100)을 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)에 대해 사전결정된 위치에 보지하는 구조를 포함하는 것이 바람직하며, 이에 의해 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)은 바이오팁(100)의 사전결정된 부분을 가열할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 바이오팁(100)을 구성하는 채널(110)의 제 1 부분(111) 및 제 2 부분(112)은 후술하는 바와 같이, 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)에 의해서 각각 가열할 수 있다. 본 실시예에서, 바이오팁(100)을 위치설정하는 구조는 바닥 판(17)이다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 바이오팁(100)이 바닥 판(17)에 도달하는 위치까지 바이오 팁(100)을 삽입함으로써 바이오팁(100)을 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)에 대해 사전결정된 위치에 보지할 수 있다.
바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때, 제 1 가열 유닛(12)은 바이오팁(100)의 제 1 부분(111)을 후술하는 제 1 온도로 가열한다. 예를 들어 도 4a에서, 제 1 가열 유닛(12)은 바이오팁(100)의 제 1 부분(111)을 가열하기 위해 본체 유닛(10) 내의 위치에 배치되어 있다.
제 1 가열 유닛(12)은 열을 발생시키는 기구와, 발생한 열을 바이오팁(100)으로 전도하는 부분을 포함할 수도 있다. 예를 들어 도 2에서, 제 1 가열 유닛(12)은 제 1 히터(12a) 및 제 1 가열 블록(12b)을 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 히터(12a)는 카트리지 히터이며, 도선(15)을 통해 외부 전원(도면에 도시하지 않음)에 접속된다. 제 1 히터(12a)는 제 1 가열 블록(12b)에 삽입되며, 열을 발생시키고 이에 의해 제 1 가열 블록(12b)이 가열된다. 제 1 가열 블록(12b)은 제 1 히터(12a)에 의해 발생한 열을 바이오팁(100)에 전도하는 부재이다. 본 실시예에서는, 알루미늄 블록이 제 1 가열 블록(12b)에 사용된다.
카트리지 히터에서는 온도 제어가 용이하며, 따라서 제 1 가열 유닛(12)의 온도를 용이하게 안정시키기 위해 제 1 히터(12a)가 카트리지 히터로 사용된다. 따라서, 보다 정확한 열 사이클의 적용이 실현된다. 알루미늄은 높은 열전도율을 갖고, 그 이유로 제 1 가열 블록(12b)을 알루미늄으로 제작하여 바이오팁(100)을 효과적으로 가열한다. 제 1 가열 블록(12b)은 가열 불균일을 거의 갖지 않으며, 따라서 높은 정밀도의 열 사이클의 적용이 실현된다. 또한, 알루미늄은 가공이 용이하고, 따라서 제 1 가열 블록(12b)을 정확하게 성형할 수도 있고, 결과적으로 가열의 정밀도를 향상시킨다. 따라서, 보다 정확한 열 사이클을 실현할 수 있다.
제 1 가열 유닛(12)은 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때, 바이오팁(100)에 접촉하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로, 제 1 가열 유닛(12)이 바이오팁(100)을 가열할 때, 제 1 가열 유닛(12)의 열이 바이오팁(100)에 안정적인 상태로 전달되며, 이에 의해 바이오팁(100)의 온도를 안정시킬 수 있다. 본 실시예와 같이, 홀더부(11)가 제 1 가열 유닛(12)의 일부로서 형성되면, 홀더부(11)가 바이오팁(100)과 접촉하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로, 제 1 가열 유닛(12)의 열을 바이오팁(100)에 안정적인 상태로 전달하며, 따라서 바이오팁(100)을 효율적으로 가열할 수 있다.
바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때, 제 2 가열 유닛(13)은 바이오팁(100)의 제 2 부분(112)을, 제 1 온도와 상이한 제 2 온도로 가열한다. 예를 들어 도 4a에서, 제 2 가열 유닛(13)은 바이오팁(100)의 제 2 부분(112)을 가열하기 위해 본체 유닛(10) 내에 배치된다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 2 가열 유닛(13)은 제 2 히터(13b) 및 제 2 가열 블록(13b)을 포함한다. 제 2 가열 유닛(13)은 제 1 가열 유닛(12)에 대해 바이오팁(100)의 상이한 부분을 상이한 온도로 가열하는 것을 제외하면, 제 1 가열 유닛(12)과 실질적으로 동일하게 기능한다.
본 실시예에서, 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 온도는 온도 센서 및 후술하는 제어 유닛(양자는 도면에 도시하지 않음)에 의해서 제어된다. 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 온도는 바이오팁(100)이 소망의 온도로 가열되도록 설정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 제 1 가열 유닛(12)을 제 1 온도로, 제 2 가열 유닛(13)을 제 2 온도로 제어하는 것은 바이오팁(100)의 제 1 부분(111)을 제 1 온도로, 바이오팁(100)의 제 2 부분(112)을 제 2 온도로 가열할 수 있도록 한다. 본 실시예에서, 온도 센서는 열전쌍이다.
구동 유닛(20)은 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)을 구동하는 기구이다. 본 실시예에서, 구동 유닛(20)은 모터 및 구동 축(양자는 도면에 도시하지 않음)을 포함한다. 구동 축과 본체 유닛(10)의 플랜지(16)는 연결되어 있다. 본 실시예에서 구동 축은 홀더부(11)의 길이 방향에 대해 수직으로 제공된다. 모터가 작동하면, 본체 유닛(10)이 회전 축으로서 사용되는 구동 축을 중심으로 회전한다.
본 실시예의 열 사이클 장치(1)는 제어 유닛(도면에 도시하지 않음)을 포함한다. 제어 유닛은 후술하는 제 1 온도, 제 2 온도, 제 1 기간, 제 2 기간, 및 열 사이클의 사이클 수 중 적어도 하나를 제어한다. 제어 유닛이 제 1 기간 또는 제 2 기간을 제어하면, 제어 유닛은 구동 유닛(20)의 작동을 제어하며, 이에 의해 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 사전결정된 배치에 고정되는 시간을 제어한다. 제어 유닛은 제어하는 각각의 요소에 개별 기구를 제공할 수도 있고, 전체 요소에 통합하여 제어할 수도 있다.
본 실시예의 열 사이클 장치(1)의 제어 유닛은 모든 상기 항목을 전자적으로 제어한다. 본 실시예의 제어 유닛의 예는 CPU와 같은 프로세서, 및 ROM(Read Only Memory)과 RAM(Random Access Memory) 등의 기억 유닛을 포함한다. 기억 유닛에는 상기 요소들을 제어하기 위한 각종 프로그램, 데이터 등이 저장된다. 기억 유닛은 각종 처리의 처리 중 데이터, 처리 결과 등을 일시적으로 기억하는 워크 영역을 또한 갖는다.
본 실시예의 본체 유닛(10)은, 도 2 및 도 4a의 예에 도시하는 바와 같이, 스페이서(14)는 제 1 가열 유닛(12)과 제 2 가열 유닛(13) 사이에 마련된다. 본 실시예의 스페이서(14)는 제 1 가열 유닛(12) 및/또는 제 2 가열 유닛(13)을 지지하는 지지 부분이다. 스페이서(14)의 배치는 제 1 가열 유닛(12)과 제 2 가열 유닛(13) 사이의 거리를 보다 정확하게 정하는 것을 가능하게 한다. 즉, 후술하는 바이오팁(100)의 제 1 부분(111) 및 제 2 부분(112)에 대한 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 위치를 보다 정확하게 규정한다.
스페이서(14)의 재료는 필요에 따라 선택될 수도 있지만, 열적으로 단열인 재료가 바람직하다. 이러한 구성은 제 1 가열 유닛(12)의 열과 제 2 가열 유닛(13)의 열 사이의 상호 영향을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 제 1 가열 유닛(12)의 온도 및 제 2 가열 유닛(13)의 온도를 용이하게 제어할 수 있다. 열적으로 단열인 재료가 스페이서(14)에 사용되면, 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때 제 1 가열 유닛(12)과 제 2 가열 유닛(13) 사이에서 스페이서(14)가 바이오팁(100)을 둘러싸도록 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 제 1 가열 유닛(12)과 제 2 가열 유닛(13) 사이의 부분으로부터의 방열을 억제하는 것을 돕고, 이에 의해 바이오팁(100)의 온도를 보다 안정화하는 것이 가능하다. 본 실시예에서 스페이서(14)는 열적으로 단열인 재료이며, 도 4a에 도시한 바와 같이, 홀더부(11)는 스페이서(14)를 관통한다. 이러한 구성은 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)이 바이오팁(100)을 가열할 때 바이오팁(100)으로부터의 열손실 방지를 돕고, 이에 의해 제 1 부분(111)의 온도 및 제 2 부분(112)의 온도를 보다 안정화하는 것이 가능하다.
본 실시예에서 본체 유닛(10)은 고정 판(19)을 포함한다. 고정판(19)은 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)을 지지하는 지지 부분이다. 예를 들어 도 1b 및 도 2에서, 2개의 고정판(19)은 플랜지(16)에 의해 끼워지며, 제 1 가열 유닛(12), 제 2 가열 유닛(13) 및 바닥 판(17)이 제 위치에 고정된다. 고정 판(19)은 본체 유닛(10)을 더 단단한 구조로 만들며, 그로 인해 본체 유닛(10)이 손상되기 어려워진다.
본 실시예의 열 사이클 장치(1)는 덮개(50)를 포함한다. 예를 들어 도 1a 및 도 4a에서, 홀더부(11)는 덮개(50)로 덮여 있다. 제 1 가열 유닛(12)이 열을 가할 때, 덮개(50)로 홀더부(11)를 덮는 것은 본체 유닛(10)에서 열이 외부로 방출되는 것을 방지하며, 이에 의해 본체 유닛(10) 내의 온도를 안정화할 수 있다. 덮개(50)는 고정부(51)와 함께 제 위치에 고정될 수도 있다. 본 실시예에서, 고정부(51)는 자석이다. 예를 들어 도 1b 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 자석은 덮개(50)가 접촉하는 본체 유닛(10)의 표면 상에 배치된다. 도 1b 및 도 2에 도시하지 않지만, 덮개(50)는 본체 유닛(10)의 자석이 접촉하는 위치에 배치된 자석을 가지며, 덮개(50)가 홀더부(11)를 덮으면, 자력에 의해 덮개(50)가 본체 유닛(10)으로 제 위치에 고정된다. 이러한 구성은 구동 유닛(20)이 본체 유닛(10)을 구동할 때 덮개(50)가 움직이거나 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 이는 덮개(50)가 떨어짐으로 인해 열 사이클 장치(1) 내의 온도가 변화하는 것을 방지할 수 있고, 보다 정확한 열 사이클을 후술하는 반응 혼합물(140)에 적용할 수 있다.
본체 유닛(10)은 기밀성이 높은 구조인 것이 바람직하다. 본체 유닛(10)이 기밀성이 높은 구조이면, 본체 유닛(10) 내부의 공기가 본체 유닛(10)의 외부로 빠져나가기 어려우며, 본체 유닛(10) 내의 온도의 안정화를 돕는다. 본 실시예에서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 2개의 플랜지(16), 바닥 판(17), 2개의 고정 판(19), 및 덮개(50)는 본체 유닛(10)의 내부 공간을 밀폐한다.
고정 판(19), 바닥 판(17), 덮개(50), 및 플랜지(16)는 열적으로 단열인 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 본체 유닛(10) 내의 열이 외부로 방출되는 것을 확실한 방식으로 방지하는 것을 돕고, 이에 의해 본체 유닛(10) 내의 온도를 보다 안정시키는 것이 가능하다.
1-2. 실시예에의 열 사이클 장치를 이용한 열 사이클 방법
도 3은 실시예에 따른 바이오팁의 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는 실시예에 따른 열 사이클 장치의 A-A선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는 바이오팁(100)이 안에 위치된 열 사이클 장치(1)를 도시한다. 도 4a는 제 1 배치를, 도 4b는 제 2 배치를 도시한다. 도 5는 실시예에 따른 열 사이클 장치를 이용한 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 하기에, 실시예에 따른 바이오팁(100)에 대해 우선 설명하며, 그 다음에 실시예의 열 사이클 장치(1)와 함께, 바이오팁(100)을 이용한 열 사이클 프로세스를 설명할 것이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 실시예에 따른 바이오팁(100)은 채널(110) 및 밀봉부(120)를 포함한다. 채널(110)은 반응 혼합물(140)과, 반응 혼합물(140)보다 작은 비중을 갖고 반응 혼합물(140)과는 혼합되지 않는 액체(이하, "액체"로써 참조됨)(130)로 채워지며, 시일(120)로 밀봉된다.
채널(110)은 내측 대향 벽에 근접하여 반응 혼합물(140)이 이동하는 방식으로 형성된다. 채널(110)의 "내측 대향 벽"은 채널(110)의 벽면의, 서로 대향하는 2개의 섹션을 가리키는 것을 이해해야 한다. "근접하여" 이동하는 것은 반응 혼합물(140)과 채널(110)의 벽이 가까운 것을 가리키며, 반응 혼합물(140)과 채널(110)의 벽이 접촉하는 경우를 포함한다는 것을 또한 이해해야 한다. 따라서, 내측 대향 벽에 근접하여 반응 혼합물(140)이 이동할 때, 이는 반응 혼합물(140)이 채널(110)의 서로 대향하는 벽의 2개의 섹션 양자에 가깝게 거리를 유지하며 이동하는 것을 의미한다. 즉, 반응 혼합물(140)이 내측 대향 벽을 따라 이동한다. 환언하면, 채널(110)의 2개의 내측 대향 벽 섹션 사이의 거리는 반응 혼합물(140)이 해당 내부 벽 섹션에 근접하여 이동하는 정도의 거리이다.
상기 설명된 바이오팁(100)의 채널(110) 형성은 반응 혼합물(140)이 채널(110) 내에서 이동하는 방향을 규제할 수 있으며, 이에 의해 반응 혼합물(140)이 채널(110)(후술됨)의 제 1 부분(111)과, 제 1 부분(111)과는 상이한 제 2 부분(112)의 사이를 이동하는 경로를 어느 정도 규정할 수 있게 된다. 이러한 구성은 반응 혼합물(140)이 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112)의 사이를 이동하는데 요구되는 시간을 일정 범위 내에서 설정하는 것을 돕는다. 따라서, "근접"의 정도는 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112) 사이를 이동하는 반응 혼합물(140)이 양자 부분에서 반응 혼합물(140)의 가열 기간에 영향을 주지 않는 시간 변화 만큼인 것이 바람직하다. 즉, 반응 결과에 영향을 거의 야기하지 않는 시간 변화인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 내측 대향 벽 섹션 사이의, 반응 혼합물(140)의 이동 방향에 대하여 수직인 방향에서의 거리는 반응 혼합물(140)이 2방울 미만으로 들어가는 범위에 있는 것이 바람직하다.
예를 들어 도 3에서, 바이오팁(100)은 원통형이며, 채널(110)은 중심 축 방향(도 3에서 수직 방향)에 형성된다. 채널(110)의 형상은 관형(tubular)이며, 채널(110)의 길이 방향에 수직인 단면, 즉, 반응 혼합물(140)의 이동 방향에 수직인 방향에서의 채널(110)의 주어진 부분의 단면(하기에 채널(110)의 "단면"으로써 참조됨)은 원형이다. 따라서, 본 실시예의 바이오팁(100)에서, 채널(110)의 내측 대향 벽 섹션은 채널(110) 단면의 직경을 구성하는 채널(110)의 벽면 상에 2개의 점을 포함하는 부분이다. 반응 혼합물(140)은 채널(110)의 길이 방향으로 내측 대향 벽 섹션을 따라서 이동한다.
바이오팁(100)의 제 1 부분(111)은 제 1 가열 유닛(12)에 의해 제 1 온도로 가열되는 채널(110)의 일부이다. 제 2 부분(112)은 제 1 부분(111)과는 상이하며, 제 2 가열 유닛(13)에 의해 제 2 온도로 가열되는 채널(110)의 일부이다. 본 실시예의 바이오팁(100)에서, 제 1 부분(111)은 길이 방향에 있어서 채널(110)의 한쪽 단부를 포함하는 부분이며, 제 2 부분(112)은 길이 방향에 있어서 채널(110)의 다른 쪽 단부를 포함하는 부분이다. 예를 들어 도 4a 및 도 4b에서, 채널(110)의 밀봉부(120)와 가까운 측면 상의 단부를 포함하는 점선 프레임의 부분이 제 2 부분(112)이며, 밀봉부(120)로부터 먼 측면 상의 단부를 포함하는 점선 프레임의 부분이 제 1 부분(111)이다.
채널(110)은 액체(130)와 및 반응 혼합물(140)이 그 안에 채워져 있다. 액체(130)는 반응 혼합물(140)과 자연적으로는 혼합되거나 또는 섞이지 않기 때문에, 도 3에 도시하는 바와 같이, 반응 혼합물(140)은 액체(130) 안에 액적(droplet)의 형태로 있다. 반응 혼합물(140)은 액체(130)보다 큰 비중을 가지며, 따라서 반응 혼합물(140)은 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있다. 액체(130)의 예는 디메틸 실리콘 오일 또는 파라핀 오일을 포함할 수도 있다. 반응 혼합물(140)은 반응에 요구되는 성분을 포함하는 액체이다. 반응이 PCR일 때, 반응 혼합물(140)은 PCR에서 증폭되는 표적 DNA 시퀀스(표적 DNA), DNA를 증폭하기 위해 요구되는 DNA 폴리메라아제, 및 프라이머를 포함한다. 예를 들면, 액체(130)로서 오일을 이용하여 PCR을 할 때, 반응 혼합물(140)이 상기의 성분을 포함하는 수용액인 것이 바람직하다.
실시예의 열 사이클 장치(1)를 이용한 열 사이클 프로세스는 도 4a, 도 4b, 및 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 도 4a 및 도 4b에서, 화살표와 함께 "g"로 표시되는 방향(도면에서 아래쪽 방향)은 중력 방향이다. 본 실시예는 열 사이클 처리의 예로서 셔틀 PCR(2단계 온도 PCR)을 설명할 것이다. 이하에 설명하는 각 단계는 열 사이클 프로세스의 일 예이다. 필요에 따라 단계의 순서를 교체하거나, 2개 이상의 단계를 연속적 또는 병행하여 실행하거나, 다른 단계를 추가할 수도 있다.
셔틀 PCR에서, 반응 혼합물은 온도의 2개 스테이지(고온 스테이지 및 저온 스테이지)의 적용하에 진행되고, 프로세스는 계속적으로 반복하여, 이에 의해 반응 혼합물 중의 핵산 시퀀스를 증폭시킬 수 있게 된다. 고온 스테이지에서의 처리에서는, 변형(1개의 이중 나선 DNA가 2개의 단일 나선 DNA로 되도록 변형되는 반응)이 발생한다. 저온 스테이지의 처리에서는, 어닐링(프라이머가 단일 나선 DNA에 결합하는 반응) 및 신장(프라이머 발생에서 시작된 DNA의 보충 나선이 합성되는 반응)이 실행된다.
일반적으로 셔틀 PCR에서, 고온 스테이지는 80℃ 내지 100℃이며, 저온 스테이지는 50℃ 내지 70℃이다. 각각의 온도 스테이지에서의 처리는 사전설정된 기간 동안 실행되며, 고온 스테이지에서의 처리 기간은 저온 스테이지에서의 처리 기간보다 대체로 짧게 설정된다. 예를 들어, 고온스테이지에서의 처리는 1초 내지 10초 범위로 설정될 수도 있으며, 저온 스테이지에서의 처리가 10초 내지 60초 범위로 설정될 수도 있다. 그 기간은 반응 조건에 따라서 더 길게 설정될 수도 있다.
시약의 종류 및 양에 따라서 기간, 온도, 및 사이클 수(고온 스테이지와 저온 스테이지 사이의 반복 횟수)는 상이하기 때문에, 실제로 반응을 실행하기 이전에 적절한 프로토콜을 결정하기 위해 시약의 종류 또는 반응 혼합물(140)의 양을 고려하는 것이 바람직하다.
우선, 본 실시예의 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 위치된다(단계(S101)). 본 실시예에서, 액체(130)가 채워진 채널(110)에 반응 혼합물(140)이 유입된 후, 밀봉부(120)로 밀봉된 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 위치된다. 반응 혼합물(140)은 마이크로 피펫, 잉크젯 기술을 활용한 분배 장치 등을 통해 유입될 수 있다. 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 있을 때, 제 1 가열 유닛(12)은 제 1 부분(111)을 포함하는 위치에서 바이오팁(100)과 접촉하기 위해 위치설정되며, 제 2 가열 유닛(13)은 제 2 부분(112)을 포함하는 위치에서 바이오팁(100)과 접하기 위해 위치설정된다. 본 실시예에서, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 바이오팁(100)이 바닥 판(17)에 닿는 위치에 바이오팁(100)을 두어 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)에 대해 사전결정된 위치에 바이오팁(100)을 보지한다.
본 실시예에 있어서는, 단계(S101)에서 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치는 제 1 배치이다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 제 1 배치는, 바이오팁(100)의 제 1 부분(111)이 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있는 배치이다. 따라서, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 사전결정된 배치에 있을 때, 제 1 부분(111)은 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있는 채널(110)의 일부이다. 제 1 배치에서, 제 1 부분(111)이 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 위치설정되며, 그에 따라 액체(130)보다 큰 비중을 갖는 반응 혼합물(140)은 제 1 부분(111)에 있다. 본 실시예에서, 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 위치하면, 홀더부(11)는 덮개(50)로 덮이고, 그 이후에 열 사이클 장치(1)가 작동된다. 본 실시예에서, 열 사이클 장치(1)의 작동은 단계(S102) 및 단계(S103)를 개시한다.
단계(S102)에서, 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)은 바이오팁(100)을 가열한다. 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)은 바이오팁(100)의 상이한 부분을 상이한 온도로 가열한다. 즉, 제 1 가열 유닛(12)은 제 1 부분(111)을 제 1 온도로 가열하고, 제 2 가열 유닛(13)은 제 2 부분(112)을 제 2 온도로 가열한다. 이러한 구성은 채널(110)의 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112) 사이에, 제 1 온도와 제 2 온도 사이에서 온도가 점차적으로 변화하는 온도 구배를 형성한다. 본 실시예에서, 제 1 온도는 열 사이클 프로세스에서 소망하는 반응에 적절한 온도 중 상대적으로 높은 온도이며, 제 2 온도는 열 사이클 프로세스에서 소망하는 반응에 적절한 온도 중 상대적으로 낮은 온도이다. 따라서, 본 실시예의 단계(S102)에서, 제 1 부분(111)으로부터 제 2 부분(112)으로 점차적으로 낮아지는 온도는 온도 구배를 형성한다. 본 실시예의 열 사이클 프로세스는 셔틀 PCR이며, 따라서 제 1 온도는 이중 나선 DNA의 변형에 적절한 온도로, 제 2 온도는 어닐링 및 신장에 적절한 온도로 하는 것이 바람직하다.
단계(S102)에서, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)은 제 1 배치이며, 따라서 단계(S102)에서 바이오팁(100)이 가열되면, 반응 혼합물(140)은 제 1 온도로 가열된다. 따라서, 단계(S102)에서, 제 1 온도에서의 반응 혼합물(140)의 반응이 발생한다.
단계(S103)에서는, 제 1 배치에서 제 1 기간이 경과되었는지의 여부를 판정한다. 본 실시예에서, 판정은 제어 유닛(도시하지 않음)에 의해서 실행된다. 제 1 기간은, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 1 배치로 유지되는 기간이다. 본 실시예에서, 단계(S101)에서의 장착 이후에 단계(S103)가 이어지는 경우에, 즉 단계(S103)가 첫 번째로 실행될 때, 제 1 기간이 경과했는지의 여부는 열 사이클 장치(1)가 시작된 이후로 경과된 시간에 기초하여 이루어진다. 제 1 배치에서, 반응 혼합물(140)은 제 1 온도로 가열되며, 따라서 제 1 기간은, 반응 혼합물(140)을 요구되는 반응을 위한 제 1 온도로 가열하는 기간으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 제 1 기간은, 이중 나선 DNA의 변형에 요구되는 기간으로 하는 것이 바람직하다.
단계(S103)에서 제 1 기간이 경과되었다고 판정될 때(예), 프로세스는 단계(S104)로 진행한다. 제 1 기간이 경과되지 않았다고 판정될 때(아니오), 프로세스는 단계(S103)가 반복된다.
단계(S104)에서, 구동 유닛(20)은 본체 유닛(10)을 구동하여 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치를 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환한다. 제 2 배치는 제 2 부분(112)이 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있는 배치이다. 환언하면, 제 2 부분(112)은, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 1 배치와는 상이한 사전결정된 배치일 때, 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있는 부분이다.
본 실시예의 단계(S104)에서, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치는 도 4a의 배치로부터 도 4b의 배치로 전환된다. 본 실시예의 열 사이클 장치(1)에서, 제어 유닛은 구동 유닛(20)이 본체 유닛(10)을 회전시키도록 제어한다. 상세하게는 모터가 회전 축으로써 사용되는 구동 축을 중심으로 플랜지(16)를 회전시키고, 이에 의해 플랜지(16)에 고정된 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 회전한다. 구동 축은 홀더부(11)의 길이 방향에 수직인 방향을 가지며, 따라서 모터가 구동 축이 회전하도록 작동하면, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)이 회전된다. 예를 들어 도 4a 및 도 4b에서, 본체 유닛(10)이 180도 회전하며, 이에 의해 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치가 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환된다.
제 1 부분(111)과 제 2 부분(112) 사이의 중력 방향에 대한 단계(S104)에서의 위치 관계는 제 1 배치와는 정반대이다. 반응 혼합물(140)은 중력에 의해 제 1 부분(111)으로부터 제 2 부분(112)으로 이동한다. 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 2 배치에 도달했을 때, 제어 유닛이 구동 유닛(20)의 이동을 중단하면, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 2 배치에 고정된다. 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 2 배치에 도달하면, 프로세스는 단계(S105)로 진행된다.
단계(S105)에서는, 제 2 배치에서 제 2 기간이 경과되었는지의 여부를 판정한다. 제 2 기간은 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 2 배치에서 유지되는 기간이다. 본 실시예에서, 제 2 부분(112)은 단계(S102)에서 제 2 온도로 가열되며, 따라서 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 2 배치에 도달한 이후로 경과한 시간을 기초로 제 2 기간이 경과했는지의 여부가 판정된다. 제 2 배치에서, 반응 혼합물(140)은 제 2 부분(112)에 있고, 따라서 본체 유닛(10)이 제 2 배치에서 유지되는 동안, 반응 혼합물(140)은 제 2 온도로 가열된다. 따라서, 소망하는 반응을 위해 반응 혼합물(140)을 제 2 온도로 가열하는 기간을 제 2 기간으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 제 2 기간을 어닐링과 신장에 요구되는 기간으로 하는 것이 바람직하다.
단계(S105)에서 제 2 기간이 경과되었다고 판정했을 때(예), 프로세스는 단계(S106)로 진행된다. 제 2 기간이 경과되지 않았다고 판정했을 때(아니오), 프로세스는 단계(S105)가 반복된다.
단계(S106)에서, 열 사이클의 횟수가 사전결정된 사이클 수에 도달했는지의 여부를 판정한다. 구체적으로는, 단계(S103)로부터 단계(S105)까지의 단계가 사전결정된 횟수를 완료했는지의 여부를 판정한다. 본 실시예에서, 단계(S103) 및 단계(S105) 양자의 횟수는, 단계(S103) 및 단계(S105)가 완료되었다고 판정된 횟수가 "예"라고 판정된 횟수로 판정된다. 단계(S103) 내지 단계(S105)까지가 실행될 때마다, 반응 혼합물(140)에 한 번의 열 사이클이 처리된다. 따라서, 단계(S103)로부터 단계(S105)가 완료된 횟수를 열 사이클의 사이클 수로 할 수 있다. 따라서, 단계(S106)에서 열 사이클이 소망하는 반응을 위해 요구되는 횟수만큼 실시되었는지의 여부를 판정할 수 있다.
단계(S106)에서 사전결정된 횟수의 열 사이클이 실행되었다(예)고 판정되면, 프로세스를 종료한다(종료). 사전결정된 횟수의 열 사이클이 아직 실행되지 않았다(아니오)고 판정되면, 프로세스는 단계(S107)로 진행한다.
단계(S107)에서, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치는 제 2 배치로부터 제 1 배치로 전환된다. 구동 유닛(20)은 본체 유닛(10)을 구동하여, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)을 제 1 배치로 배치한다. 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 1 배치에 도달하면, 프로세스는 단계(S103)로 진행한다.
단계(S107)에 이어서 단계(S103)가 실행될 때, 또는 제 2 시간 또는 모든 서브시퀀스 시간 동안 실행된 단계(S103)에서, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 1 배치에 도달한 이후로부터 경과한 시간을 기초로 제 1 기간이 경과했는지의 여부가 판정된다.
단계(S107)에서 구동 유닛(20)이 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)을 회전시키는 방향은 단계(S104)에 있어서의 회전 방향과 반대 방향인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 회전에 의해 도선(15)과 같은 배선에 발생된 꼬인 배선을 푸는 것이 가능하며, 배선의 마모를 억제할 수 있다. 회전의 방향은 구동 유닛(20)의 이동에서 매번 반전시키는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 회전이 단일 방향으로 여러 번 연속하여 실행되는 경우와 비교하여, 배선이 꼬이는 가능성을 감소시키는 것이 가능하다.
1-3. 실시예에 따른 열 사이클 장치 및 열 사이클 프로세스의 장점
본 실시예에 따른 열 사이클 장치 및 열 사이클 방법은 이하의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 본 실시예의 열 사이클 장치(1)는 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)을 포함하며, 따라서 반응 혼합물(140)이 제 1 배치에서는 제 1 온도로, 제 2 배치에 있어서는 제 2 온도로 가열된다. 구동 유닛(20)은 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치를 전환하여 중력에 따라 반응 혼합물(140)을 이동시키며, 이에 의해 가열되는 온도를 전환한다. 바이오팁(100)이 제 1 배치 및 제 2 배치에 고정되는 기간은 반응 혼합물(140)을 가열하는 기간에 대응한다. 따라서, 반응 혼합물(140)을 가열하는 기간은 열 사이클 프로세스에서 용이하게 제어할 수 있다.
(2) 본 실시예의 열 사이클 장치(1)는, 제 1 기간이 경과했을 때 제 1 배치로부터 제 2 배치로, 제 2 기간이 경과했을 때 제 2 배치로부터 제 1 배치로, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치를 전환한다. 이러한 구성은 반응 혼합물(140)이 제 1 기간 동안 제 1 온도로, 제 2 기간 동안 제 2 온도로 가열되게 하며, 그에 따라 반응 혼합물(140)의 가열 기간을 더욱 정확하게 제어하는 것이 가능하다. 이는 보다 정확한 열 사이클을 반응 혼합물(140)에 실시할 수 있다.
2. 변형예
실시예에 기초하여 변형예가 설명될 것이다. 도 6a는 덮개를 폐쇄한 상태의 변형예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이며, 도 6b는 덮개를 개방한 상태의 변형예에 따른 열 사이클 장치의 사시도이다. 도 7은 변형예에 따른 바이오팁의 단면도이다. 도 8은 변형예에 따른 열 사이클 장치의 본체 유닛의, 도 6a의 B-B선에 대한 단면을 도시하는 단면도이다. 이하의 변형예는 구성 특징이 서로 일치하는 한 조합될 수도 있다. 도 6a, 도 6b, 및 도 8에 도시하는 열 사이클 장치(2)는 변형예 1, 4, 16, 및 17의 조합 예이다. 이러한 변형예는 도 6a, 도 6b, 및 도 8을 참조하여 설명될 것이다. 실시예의 구성요소와 공통되지 않은 구성요소가 상세하게 설명될 것이며, 이미 위에서 설명한 실시예와 동일하거나 유사한 구성을 갖는 구성요소는 동일한 도면부호에 의해 참조되며, 그들의 자세한 설명은 생략한다.
변형예 1
실시예에 있어서는, 검출기를 포함하지 않는 열 사이클 장치(1)의 예를 도시하지만, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 변형예의 열 사이클 장치(2)가 형광 검출기(40)를 포함할 수도 있다. 이러한 구성은 형광 검출이 활용되는 실시간(real-time) PCR의 목적으로 열 사이클 장치(2)가 사용되는 것이 가능하다. 검출이 적절하게 수행되는 한, 단수 또는 복수의 형광 검출기(40)가 사용될 수도 있다. 본 변형예에서, 단수의 형광 검출기(40)가 형광 검출을 실행하기 위해 슬라이드(22)를 따라 이동한다. 형광 검출을 실행하기 위해, 본체 유닛(10a)상에 제 1 가열 유닛(12)보다 제 2 가열 유닛(13)에 가깝게 측정 창(18)(도 8 참조)을 마련하는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 형광 검출기(40)와 반응 혼합물(140) 사이에 있는 부분을 감소시키며, 따라서 더욱 정확한 형광 측정이 가능하다.
본 변형예에서, 도 6a, 도 6b, 및 도 8에 도시하는 열 사이클 장치(2)는 덮개(50)에 가까운 측면에 배치된 제 1 가열 유닛(12)과, 덮개(50)로부터 먼 측면에 배치된 제 2 가열 유닛(13)을 갖는다. 즉, 제 1 가열 유닛(12), 제 2 가열 유닛(13), 및 본체 유닛(10)에 포함되는 다른 부분과의 위치 관계는 열 사이클 장치(1)의 위치 관계와 상이하다. 위치 관계가 상이한 이외에는, 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 기능은 제 1 실시예와 실질적으로 동일하다. 본 변형예에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이 제 2 가열 유닛(13)에 측정 창(18)이 마련된다. 이러한 구성은 저온측(어닐링 및 신장이 발생하는 온도)에서 형광이 측정되는 실시간 PCR에 있어서 적절한 형광 측정이 가능하다. 만약 형광이 덮개(50)의 측면 또는 근방으로부터 측정이 되면, 밀봉부(120) 또는 덮개(50)가 측정에 영향을 주지 않는 설계로 하는 것이 바람직하다.
변형예 2
실시예에서, 제 1 온도 및 제 2 온도는 열 사이클 프로세스의 시작부터 종료까지 일정하지만, 제 1 온도 및 제 2 온도 중 하나 또는 양자가 프로세스 중에 변경될 수도 있다. 제 1 온도 및 제 2 온도는 제어 유닛에 의해 변경될 수도 있다. 제 1 가열 유닛(12) 및 홀더부(11)의 배치를 전환하는 것은 그로 인해 반응 혼합물(140)을 이동하여 반응 혼합물(140)을 변경된 온도로 가열하는 것이 가능하다. 따라서, 가열 유닛의 수를 늘리거나 사이클 장치의 구조를 복잡하게 하는 일이 없이, 예를 들면 역전사 PCR(RT-PCR이라고도 하며, 이것의 반응은 예에서 간략하게 설명될 것이다)과 같은, 2개 이상의 온도의 조합을 요구하는 반응을 실행하는 것이 가능하다.
변형예 3
실시예는 슬롯 구조를 갖는 홀더부(11)의 예를 도시했지만, 홀더부(11)는 바이오팁(100)을 보지할 수 있는 모든 구조일 수도 있다. 예를 들면, 바이오팁(100)과 같이 중공형을 갖는, 바이오팁(100)을 안으로 끼워 넣는 구조나, 바이오팁(100)을 사이에 두어 보지하는 구조가 이용될 수도 있다.
변형예 4
본 실시예에서 바닥 판(17)이 바이오팁(100)을 위치설정하는 구조의 예를 도시했지만, 위치설정 구조는 소망의 위치에 바이오팁(100)을 위치설정할 수 있는 모든 구조일 수도 있다. 위치설정 구조는 열 사이클 장치(1)에, 바이오팁(100)에, 또는 양자에 마련되는 구조일 수도 있다. 예를 들면, 나사, 삽입가능한 로드(rod), 돌출한 부분을 갖는 바이오팁(100), 또는 홀더부(11)와 바이오팁(100)을 서로 끼워 맞추는 구조를 이용할 수도 있다. 나사 또는 로드를 이용할 때는, 나사 자체의 길이 또는 끼워져 들어가는 부분의 길이, 또는 로드를 꽂는 위치가 열 사이클의 반응 조건이나 바이오팁(100)의 크기에 따라 바이오팁(100)의 위치를 변경할 수 있도록 조절할 수도 있다.
바이오팁(100)과 홀더부(11)를 서로 끼워 맞추는 구조는, 예를 들어 도 6a, 도 6b, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 바이오팁(100)에 마련한 돌출부(113)를 홀더부(11)에 마련한 오목부(60)에 끼워지는 구조일 수도 있다. 이러한 구성은 제 1 가열 유닛(12) 및/또는 제 2 가열 유닛(13)에 대한 바이오팁(100)의 특정 방향을 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 열 사이클의 도중에 바이오팁(100)의 방향 변화를 억제하며, 가열을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 더욱 정확한 열 사이클을 반응 혼합물에 실시하는 것이 가능하다.
변형예 5
실시예는 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)이 카트리지 히터인 예를 도시하지만, 제 1 가열 유닛(12)은 제 1 부분(111)을 제 1 온도로 가열할 수 있는 모든 가열 기구일 수도 있다. 제 2 가열 유닛(13)은 제 2 부분(112)을 제 2 온도로 가열할 수 있는 모든 가열 기구일 수도 있다. 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)에 사용될 수도 있는 예는, 카본 히터, 시트 히터, IH 히터(전자 유도 히터), 펠티에 소자(peltier element), 가열된 액체, 및 가열된 기체를 포함한다. 제 1 가열 유닛(12)과 제 2 가열 유닛(13)은 상이한 종류의 가열 기구가 사용될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
변형예 6
실시예가 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)에 의해 가열되는 바이오팁(100)의 예를 도시하지만, 제 2 부분(112)을 냉각하는 냉각 유닛이 제 2 가열 유닛(13) 대신에 마련될 수도 있다. 예를 들어, 펠티에 소자가 냉각 유닛에 이용될 수도 있다. 이러한 구성은 바이오팁(100)의 제 1 부분(111)의 열에 의해 제 2 부분(112)의 온도가 쉽게 감소되기 어려운 경우에도, 채널(110)에 소망의 온도 구배를 형성하는 것이 가능하다. 또는, 예를 들어, 가열 및 냉각의 열 사이클을 반응 혼합물(140)에 반복적으로 실행할 수도 있다.
변형예 7
실시예가 알루미늄으로 만들어진 제 1 가열 블록(12b) 및 제 2 가열 블록(13b)의 예를 도시하지만, 가열 블록에 사용되는 재료는 열전도율, 보온성, 재료 가공성 등을 포함한 조건에 기초하여 선택될 수도 있다. 예를 들어, 구리 합금을 단독으로 또는, 다른 종류의 재료와 조합하여 사용될 수도 있다. 제 1 가열 블록(12b)과 제 2 가열 블록(13b)에 사용된 재료가 상이할 수도 있다.
변형예 8
실시예에 예시로서 도시한 바와 같이, 홀더부(11)가 제 1 가열 유닛(12)의 일부로서 형성될 때, 홀더부(11)와 바이오팁(100)이 접촉하는 접촉 기구가 사용될 수도 있다. 접촉 기구는 바이오팁(100)의 적어도 일부가 홀더부(11)에 접촉하면 충분하다. 예를 들어, 본체 유닛(10) 또는 덮개(50)에 마련된 스프링은 바이오팁(100)을 홀더부(11)의 벽의 표면에 대해 누를 수도 있다. 이러한 구성으로, 제 1 가열 유닛(12)의 열을 바이오팁(100)에 더욱 안정적인 방법으로 전달하며, 바이오팁(100)의 온도를 더욱 안정시킨다.
변형예 9
본 실시예는 바이오팁(100)의 각각의 부분이 가열되는 온도와 실질적으로 동일한 온도를 실행하도록 제어된 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 예를 도시한다. 그러나, 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 온도 제어는 실시예에 한정되지 않는다. 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 온도는 바이오팁(100)의 제 1 부분(111) 및 제 2 부분(112)이 소망의 온도로 가열하도록 제어될 수도 있다. 예를 들어, 바이오팁(100)의 크기 또는 재질을 고려함으로써, 제 1 부분(111) 및 제 2 부분(112)의 온도를 보다 정확한 방법으로 소망의 온도로 가열할 수 있다.
변형예 10
본 실시예는 구동 유닛(20)이 모터인 예를 도시하지만, 구동 유닛(20)은 구동 유닛(20)이 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)을 구동할 수 있는 한 모든 기구일 수도 있다. 만약 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)을 회전시킬 수 있는 구동 기구가 구동 유닛(20)에 사용되면, 구동 유닛(20)의 회전 속도는 원심력에 의해 액체(130)의 온도 구배가 교란되지 않을 정도로 제어 가능한 것이 바람직하다. 구동 기구는 꼬인 배선을 풀기 위해 그 회전의 방향을 반전시킬 수 있는 것이 또한 바람직하다. 이와 같은 기구의 예는 회전 핸들 또는 스파이럴 스프링(spiral spring)을 갖는 기구를 포함한다.
변형예 11
실시예는 홀더부(11)가 제 1 가열 유닛(12)의 일부인 예를 도시하지만, 홀더부(11) 및 제 1 가열 유닛(12)은 구동 유닛(20)을 동작시켰을 때 양자의 위치 관계가 변하지 않는 한 독립적인 부분일 수도 있다. 만약 홀더부(11)와 제 1 가열 유닛(12)이 독립적인 부분이면, 양자가 직접 또는 다른 부분을 거쳐서 고정되는 것이 바람직하다. 홀더부(11) 및 제 1 가열 유닛(12)은 단일 구동 유닛에 의해 또는 독립적인 구동 유닛에 의해 구동될 수도 있지만, 구동 유닛이 홀더부(11)와 제 1 가열 유닛(12)의 위치 관계를 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 구동 유닛(20)을 동작시켰을 때 홀더부(11)와 제 1 가열 유닛(12)의 위치 관계를 일정하게 유지할 수 있으며, 바이오팁(100)의 사전결정된 부분을 사전결정된 온도로 가열할 수 있다. 만약 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 개별 구동하는 기구에 의해 구동되면, 개별 구동 유닛 그 전체를 구동 유닛(20)으로 고려한다.
변형예 12
실시예는 온도 센서가 열전쌍인 예를 도시하지만, 예를 들면 저항 온도 검출기(resistance temperature detector) 또는 서미스터(thermistor)가 사용될 수도 있다.
변형예 13
실시예는 고정부(51)가 자석인 예를 도시하지만, 고정부(51)는 덮개(50) 및 본체 유닛(10)을 제 위치에 고정하여 유지할 수 있는 모든 부분일 수도 있다. 이러한 것의 예는 힌지 또는 캐치 클립을 포함할 수도 있다.
변형예 14
실시예에서, 구동 축의 축 방향은 홀더부(11)의 길이 방향에 대해 수직이지만, 축 방향은 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치가 제 1 배치와 제 2 배치 사이에서 전환할 수 있는 한 선택적일 수도 있다. 구동 유닛(20)이 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)을 회전하도록 구동하는 구동 유닛인 경우, 회전 축은 홀더부(11)의 길이 방향에 대해 비평행 직선으로 설정되며, 그로 인해 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치를 전환 가능하도록 하게 된다.
변형예 15
실시예는 전자적으로 제어하는 제어 유닛의 예를 도시하지만, 제 1 기간 또는 제 2 기간을 제어하는 제어 유닛(시간 제어 유닛)은 제 1 기간 또는 제 2 기간을 제어할 수 있는 모든 컨트롤러일 수도 있다. 즉, 구동 유닛(20)의 이동의 시작 또는 정지를 제어할 수 있는 모든 컨트롤러가 사용될 수도 있다. 또한, 열 사이클의 사이클 수를 제어하는 제어 유닛(사이클 반복 제어 유닛)은 사이클 수를 제어할 수 있는 모든 컨트롤러일 수도 있다. 시간 제어 유닛 또는 사이클 수 제어 유닛에는, 예를 들어, 물리적인 기구, 전자적 제어 기구, 또는 양자의 조합을 이용할 수도 있다.
변형예 16
열 사이클 장치는, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 설정 유닛(25)을 포함할 수도 있다. 설정 유닛(25)은 열 사이클의 조건을 설정하는 UI(유저 인터페이스)이다. 설정 유닛(25)을 조작하는 것은, 제 1 온도, 제 2 온도, 제 1 기간, 제 2 기간, 및 열 사이클의 사이클 수 중 적어도 하나를 설정할 수 있다. 설정 유닛(25)은 제어 유닛과 기계적 또는 전자적으로 결합되며, 설정 유닛(25)에 구성된 요소는 제어 유닛에 의해 실행되는 제어에 반영된다. 이러한 구성은 반응의 조건을 변경할 수 있으며, 따라서 소망의 열 사이클을 반응 혼합물(140)에 실시할 수 있다. 설정 유닛(25)은 상기 항목 중 어느 하나의 항목을 개별적으로 설정할 수도 있고, 또는 요구되는 항목의 세트를 설정할 수도 있으며, 예를 들어 사전등록된 복수의 반응 조건 중에서 선택된 반응 조건에 따른 항목일 수도 있다. 예를 들어 도 6a 및 도 6b에서 설정 유닛(25)은 버튼을 갖는다. 각각의 항목에 마련되는 버튼을 누름으로써 반응 조건을 설정할 수도 있다.
변형예 17
열 사이클 장치는, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이 표시부(24)를 포함할 수도 있다. 표시부(24)는 표시 장치이며, 열 사이클 장치에 관한 각종 정보를 표시한다. 표시부(24)는 설정 유닛(25)에서 설정되는 조건 또는 열 사이클 프로세스 중의 현재 시간이나 온도를 표시할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(24)는 설정된 항목에 따른 조건을 표시하거나, 또는 열 사이클 프로세스 중에 표시부(24)는 온도 센서에 의해서 측정된 온도, 제 1 배치 또는 제 2 배치가 유지되는 동안 경과된 시간, 열 사이클이 실시된 사이클 수를 표시할 수도 있다. 표시부(24)는 열 사이클 프로세스가 종료되었을 때, 또는 사이클 장치에 이상이 발생했을 때 그 메시지를 표시할 수도 있다. 표시부(24)는 음성 통지를 또한 할 수도 있다. 표시 또는 음성 통지를 하는 것은 사용자가 열 사이클 프로세스 동안의 진행 또는 그들의 종료를 파악하도록 도와준다.
변형예 18
실시예는 원형 단면의 채널(110)을 갖는 바이오팁(100)의 예를 도시하지만, 채널(110)은 반응 혼합물(140)이 내측 대향 벽 섹션에 근접하여 이동 가능한 한 다른 형상일 수도 있다. 즉, 반응 혼합물이 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112)과의 사이를 이동함으로써 발생하는 시간의 변동이, 양쪽 부분에서의 반응 혼합물(140)의 가열 기간에 거의 영향을 주지 않는 한 임의이다. 바이오팁(100)이 다각형 단면을 갖는 채널(110)을 가지면, "내측 대향 벽 섹션"은 아마도 채널(110) 내에서 원형 단면의 채널을 갖는 채널의 내측 대향 벽 섹션이다. 즉, 채널(110)은, 채널(110)과 내부적으로 접촉하며 원형 단면을 갖는 가상의 채널의 내측 대향 벽 섹션에 근접하여 반응 혼합물(140)이 이동하도록 채널(110)이 형성될 수도 있다. 이러한 구성은, 채널(110)의 단면이 다각형일 때, 반응 혼합물(140)이 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112)과의 사이를 따라 이동하는 경로를 어느 정도 규정하는 것이 가능하다. 따라서, 반응 혼합물(140)이 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112) 사이를 이동하기 위해 요구되는 시간은 어느 정도의 범위로 설정할 수도 있다.
변형예 19
실시예에서, 액체(130)는 반응 혼합물(140)보다 작은 비중을 갖는 액체지만, 액체(130)는 반응 혼합물(140)과는 혼합되지 않으며 반응 혼합물(140)과는 상이한 비중을 갖는 모든 종류의 액체일 수도 있다. 예를 들면, 반응 혼합물(140)과는 혼합되지 않으며 반응 혼합물(140)보다 큰 비중의 액체가 사용될 수도 있다. 만약 액체(130)가 반응 혼합물(140) 보다 큰 비중을 가지면, 반응 혼합물(140)은 중력 방향에 대해 채널(110)의 최상부에 있을 것이다.
변형예 20
실시예에서, 단계(S104)에서 회전 방향은 단계(S107)에서의 회전 방향의 역방향이지만, 회전은 한 방향으로 복수 회 실행한 후 역방향으로 동일한 횟수 동안 실행할 수도 있다. 이러한 구성은 배선에 생긴 꼬임을 풀 수 있으며, 그로 인해 역방향으로의 회전이 없는 경우와 비교하여 배선의 마모를 억제할 수 있다.
변형예 21
본 실시예의 열 사이클 장치(1)는 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)을 포함하지만, 제 2 가열 유닛(13)은 없을 수도 있다. 즉, 제 1 가열 유닛(12)이 유일한 가열 유닛일 수도 있다. 이러한 구성은 사용되는 부분의 수를 감소시킬 수 있으며, 그로 인해 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
본 변형예에서, 제 1 가열 유닛(12)은 바이오팁(100)의 제 1 부분(111)을 가열하며, 그로 인해 제 1 부분(111)으로부터 거리가 증가함에 따라 온도가 점차로 낮아지는 온도 구배가 바이오팁(100)에 형성될 수 있다. 제 2 부분(112)은 제 1 부분(111)과 상이한 부분이며, 따라서 제 1 부분(111)의 온도보다 낮은 제 2 온도로 유지된다. 본 변형예에서, 제 2 온도는 예를 들어, 바이오팁(100)의 설계, 액체(130)의 특징, 제 1 가열 유닛(12)의 온도 설정 등에 기초하여 제어 가능하다.
본 변형예에서, 구동 유닛(20)은 홀더부(11) 및 제 1 가열 유닛(12)의 배치를 제 1 배치와 제 2 배치의 사이에 전환하며, 그로 인해 반응 혼합물(140)을 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112) 사이로 이동시킬 수 있다. 제 1 부분(111) 및 제 2 부분(112)은 상이한 온도에 고정되며, 따라서 열 사이클이 반응 혼합물(140)에 실행된다.
만약 제 2 가열 유닛(13)이 없으면, 스페이서(14)는 제 1 가열 유닛(12)을 지지한다. 이러한 구성은 본체 유닛(10)과 관련한 제 1 가열 유닛(12)을 보다 정확하게 위치설정할 수 있으며, 그것에 의해 제 1 부분(111)은 더 확실한 방법으로 가열된다. 만약 스페이서(14)에 열적으로 단열인 재료가 사용되면, 제 1 가열 유닛(12)에 의해 가열되는 부분 이외의 부분에서 바이오팁(100)을 둘러싸는 방식으로 스페이서(14)를 배치하는 것은 제 1 부분(111) 및 제 2 부분(112)의 온도를 안정화하는 것이 가능하다.
본 변형예에서, 열 사이클 장치는 본체 유닛(10)의 온도를 일정하게 유지하는 기구를 포함할 수도 있다. 이러한 구성은 바이오팁(100)의 제 2 부분(112)의 온도를 더 안정화하는 것이 가능하며, 더 정확한 열 사이클을 반응 혼합물(140)에 실행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 항온조(constant temperature bath)는 본체 유닛(10)을 일정한 온도로 유지하는 기구로 사용될 수도 있다.
변형예 22
본 실시예는 덮개(50)를 갖는 열 사이클 장치(1)의 예를 도시하지만, 덮개(50)는 없을 수도 있다. 이러한 구성은 사용되는 부분의 수를 감소시킬 수 있으며, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
변형예 23
본 실시예는 스페이서(14)를 갖는 열 사이클 장치(1)의 예를 도시하지만, 스페이서(14)는 없을 수도 있다. 이러한 구성은 사용되는 부분의 수를 감소시킬 수 있으며, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
변형예 24
본 실시예는 바닥 판(17)을 갖는 열 사이클 장치(1)의 예를 도시하지만, 바닥 판(17)은 없을 수도 있다. 이러한 구성은 사용되는 부분의 수를 감소시킬 수 있으며, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
변형예 25
본 실시예는 고정 판(19)을 갖는 열 사이클 장치(1)의 예를 도시하지만, 고정 판(19)은 없을 수도 있다. 이러한 구성은 사용되는 부분의 수를 감소시킬 수 있으며, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
변형예 26
본 실시예는 스페이서(14) 및 고정 판(19)이 별개의 부분인 예를 도시하지만, 도 8에 도시하는 바와 같이, 스페이서(14) 및 고정 판(19)이 일체로 성형되어있을 수도 있다. 또한, 바닥 판(17) 및 스페이서(14), 또는 바닥 판(17) 및 고정 판(19)이 일체로 성형되어 있을 수도 있다.
변형예 27
스페이서(14) 및 고정판(19)은 투명할 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 투명한 바이오팁(100)이 열 사이클 처리에 사용될 때, 반응 혼합물(140)의 이동이 외부로부터 관찰 가능하게 된다. 따라서, 열 사이클 처리가 적절하게 실행되고 있는지의 여부를 시각적으로 확인할 수도 있다. 이러한 투명한 부분이 열 사이클 장치(1)에 사용되어 열 사이클 프로세스를 실행했을 때, 그 부분은 반응 혼합물(140)의 이동을 시각적으로 관찰 가능하도록 충분한 정도로 투명할 수도 있다.
변형예 28
열 사이클 장치(1)의 내부를 관찰하기 위해서는, 열 사이클(1)은 후술하는 어떤 조합을 포함할 수도 있다: 스페이서(14)는 투명하고 고정판(19)은 없는 조합; 고정판(19)은 투명하고 스페이서(14)는 없는 조합; 스페이서(14)는 없고 고정판(19)도 없는 조합. 관찰자와 관찰 대상이 되는 바이오팁(100) 사이에 부재가 적을수록, 부재에 의한 빛의 굴절의 영향이 적어진다. 따라서, 이러한 구성은 내부의 관찰을 쉽게 해준다. 또한, 적은 부재를 갖는 것은 제조 비용을 감소시킨다.
변형예 29
열 사이클 장치(1)의 내부를 관찰하기 위해서, 도 6a, 도 6b 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 본체 유닛(10a)은 관찰 창(23)을 포함할 수도 있다. 관찰 창(23)은 예를 들면, 스페이서(14) 및/또는 고정 판(19)에 형성된 개구 또는 슬릿일 수도 있다. 예를 들어 도 8에서, 관찰 창(23)은 고정 판(19)과 일체로 성형된 투명한 스페이서(14) 상에 마련된 리세스(recess)이다. 관찰 창(23)으로, 관찰자와 관찰대상이 되는 바이오팁(100) 사이에 있는 부재의 두께가 줄어들고, 따라서 내부를 관찰하는 것이 쉬워진다.
변형예 30
실시예는 본체 유닛(10)의 바닥 판(17)에 가까운 측면에 배치된 제 1 가열 유닛(12)과, 덮개(50)에 가까운 측면에 배치된 제 2 가열 유닛(13)의 예를 도시하지만, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 1 가열 유닛(12)은 덮개(50)에 가까운 측면에 배치될 수도 있다. 만약 제 1 가열 유닛(12)이 덮개(50)에 가까운 측면에 배치되면, 이후에 실시예의 단계(S101)에서 바이오팁(100)이 홀더부에 있을 때 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치는 제 2 배치이다. 즉, 제 2 부분(112)은 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있는 배치이다. 따라서, 본 변형예의 열 사이클 장치(2)가 실시예의 열 사이클 프로세스에 실행될 때, 바이오팁(100)은 홀더부(11)에 위치된 후에 제 1 배치로 전환될 것이다. 구체적으로, 단계(S107)는 단계(S102) 및 단계(S103)가 실행되기 전에, 뒤따르는 단계(S101)가 실행된다.
변형예 31
실시예는 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)이 바이오팁(100)을 가열하는 단계(S102) 및 제 1 기간이 경과되었는지의 여부의 판정하는 단계(S103)가 바이오팁(100)이 홀더부(11)에 위치된 이후에 실행되는 예를 도시하지만, 단계(S102)가 실행되는 타이밍은 그것에 한정되지 않는다. 단계(S103)에서 클럭킹(clocking)이 시작되기 이전에 제 1 부분(111)이 제 1 온도로 가열되는 한, 단계(S102)는 모든 타이밍에서 실행될 수도 있다. 단계(S102)를 실행하기 위한 타이밍은 바이오팁(100)의 크기 또는 바이오팁(100)에 사용되는 재료, 제 1 가열 블록(12b)의 가열에 필요한 기간 등을 고려하여 결정된다. 예를 들어, 단계(S101)는 단계(S101) 이전, 단계(S101)와 동시, 또는 단계(S101) 이후지만 단계(S103) 이전, 중 어느 타이밍이라도 실행될 수도 있다.
변형예 32
실시예는 제어 유닛이 제 1 온도, 제 2 온도, 제 1 기간, 제 2 기간, 및 열 사이클의 사이클 수, 구동 유닛(20)의 동작을 제어하는 예를 도시하지만, 사용자는 하나 이상의 상기 항목을 제어할 수도 있다. 사용자가 제 1 온도 또는 제 2 온도를 제어할 때, 예를 들면 표시부(24)는 온도 센서에 의해 측정된 온도를 표시할 수도 있고, 사용자는 온도를 조절하기 위해 설정 유닛(25)을 동작할 수도 있다. 사용자가 열 사이클의 사이클 수를 제어할 때, 사용자는 사전결정된 횟수에 도달했을 때 열 사이클 장치(1)를 정지시킨다. 사용자가 사이클 수를 카운트할 수도 있고, 또는 열 사이클 장치(1)가 사이클 수를 카운트하여 사이클 수를 표시부(24)에 표시하여도 좋다.
사용자가 제 1 기간 및/또는 제 2 기간을 제어할 때, 사용자는 사전결정된 기간에 도달했는지의 여부를 판단하여, 열 사이클 장치(2)를 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치로 전환시킨다. 즉, 사용자는 도 5의 단계(S103) 및 단계(S105)와, 단계(S104) 및 단계(S107)의 적어도 일부를 실행한다. 열 사이클 장치(2)와 체결되지 않은 타이머는 시간을 유지하기 위해 사용될 수도 있고, 또는 열 사이클 장치(2)는 시간이 경과함에 따라 표시부(24)에 시간을 표시할 수도 있다. 배치의 전환은 설정 유닛(25)(UI)을 조작하는 것에 의해 실행하거나 또는 구동 유닛(20) 상에 제공되는 핸들을 사용하여 수동으로 실행할 수도 있다.
변형예 33
실시예는 구동 유닛(20)이 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치를 전환하도록 회전할 때 회전 각도가 180도인 예를 도시하지만, 회전 각도는 중력 방향에 대해 제 1 부분(111) 및 제 2 부분(112)의 위치 관계가 수직으로 변화하는 범위일 수도 있다. 예를 들어, 만약 회전 각도가 180도보다 작으면 이후에 반응 혼합물(140)이 느리게 이동한다. 따라서, 회전 각도의 조절은 반응 혼합물(140)이 제 1 온도와 제 2 온도 사이를 이동하는데 걸리는 시간을 조절할 수 있다. 즉, 반응 혼합물(140)의 온도가 제 1 온도와 제 2 온도 사이에서 변하는데 걸리는 시간을 조절할 수 있다.
3. 예시
본 발명은 하기의 상세한 예시를 이용하여 더 설명되지만, 본 발명의 범위는 예시에 주어진 상세 설명에 제한되지 않는다.
예시 1
셔틀 PCR
본 예시에서, 변형예 1의 열 사이클 장치(2)를 이용한, 형광 측정이 활용된 셔틀 PCR이 아래에 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 상술된 실시예 및 각 변형예는 이 예시에 또한 적용 가능할 수도 있다. 도 9는 본 예시에 따른 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 도 5와 비교하면, 일부 상이한 점은 단계(S201) 및 단계(S202)를 눈에 띄게 포함할 수도 있다. 본 예시에 사용된 형광 검출기(40)는 FLE1000(닛폰 이따 가라스 가부시키가이샤(Nippon Sheet Glass Co., Ltd.)에서 생산됨)이다.
본 예시의 바이오팁(100)은 원주 형상이며, 내경 2㎜, 길이 25㎜인 원통형의 채널(110)을 포함한다. 바이오팁(100)은 100도 이상의 내열성을 갖는 폴리프로필렌 수지로 만들어진다. 채널(110)은 대략 130㎕의 디메틸 실리콘 오일(KF-96L-2cs, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시키가이샤(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)에서 생산됨)이 채워져 있다. 본 예시의 반응 혼합물(140a)은 1㎕의 휴먼 베타-액틴 DNA(DNA량은 10＾3(10의 3제곱) 카피/㎕), 10㎕의 PCR 마스터 믹스(GeneAmp(등록 상표) Fast PCR Master Mix (2x), Applied Biosystems에서 생산됨), 1㎕의 프라이머 및 프로브(Pre-Developed TaqMan(등록 상표) Assay Reagents Human ACTB, Applied Biosystems에서 생산됨), 8㎕의 PCR Water(Water, PCR Grade, Roche Diagnostics에서 생산됨)의 혼합물이다. DNA는, 상업적으로 제공된 Total RNA(qPCR Human Reference Total RNA, Clontech Laboratories, Inc.에서 생산됨)로부터 역전사된 cDNA가 사용된다.
우선, 1㎕의 반응 혼합물(140a)이 마이크로 피펫을 이용하여 채널(110)로 도입된다. 반응 혼합물(140a)은 수용액이며 따라서 상술된 디메틸 실리콘 오일과 혼합되지 않는다. 반응 혼합물(140a)은 직경 약 1.5㎜의 구형 액적으로 액체(130) 안에 고정되었다. 상술된 디메틸 실리콘 오일은 25℃에서 약 0.873의 비중을 가지며, 따라서 반응 혼합물(140a)(1.0의 비중을 가짐)은 중력 방향에 대해 채널(110)의 최하부에 있다. 이어서 채널(110)의 한 단부를 시일(seal)(120)로 밀봉하고, 열 사이클 프로세스가 시작된다.
우선, 본 실시예의 바이오팁(100)은 열 사이클 장치(2)의 홀더부(11)에 위치된다(단계(S101)). 본 예시에서, 14개의 바이오팁(100)이 사용된다. 홀더부(11) 및 제 1 가열 유닛(12)의 현재 배치는 제 2 배치이다. 반응 혼합물(140a)은 제 2 부분(112) 또는 제 2 가열 유닛(13)에 가까운 측면에 있다. 덮개(50)가 홀더부(11)를 덮기 위해 사용된다. 열 사이클 장치(2)가 동작될 때, 단계(S201)가 실행된다.
단계(S201)에서, 형광 검출기(40)는 형광 측정이 실행된다. 본 예시에서, 제 2 배치에서 측정 창(18)은 형광 검출기(40)와 대향한다. 따라서, 홀더부(40),제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 2 배치에 있는 동안 형광 검출기(40)가 켜지면, 형광 측정이 측정 창(18)을 통해 실행된다. 본 예시에서, 형광 검출기(40)는 슬라이드(22)를 따라서 이동하며 모든 바이오팁(100)에 대해 차례로 측정을 실행한다. 단계(S201)에서, 모든 바이오팁(100)의 측정이 완료될 때, 단계(S207)가 실행된다. 본 예시에서, 전체 측정 창(18)을 통해 측정이 완료될 때, 프로세스는 단계(S207)로 진행한다.
단계(S207)에서, 배치는 제 2 배치로부터 제 1 배치로 전환된다. 즉, 단계(S207)는 실시예의 단계(S107)와 실질적으로 동일하다. 이것에 의해, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)이 제 1 배치에 보지되므로, 반응 혼합물(140a)이 제 1 부분(111)으로 이동한다.
이어서, 단계(S102) 및 단계(S202)가 개시된다. 단계(S102)에서, 제 1 가열 유닛(12) 및 제 2 가열 유닛(13)이 바이오팁(100)을 가열한다. 본 예시에서, 제 1 온도는 95℃로 설정되고, 제 2 온도는 66℃로 설정된다. 따라서, 바이오팁(100)의 온도는 95℃로 가열되는 제 1 부분(111)으로부터 66℃로 가열되는 제 2 부분(112)을 향하여 점차적으로 낮아지며 온도 구배를 형성한다. 단계(S102)에서, 반응 혼합물(140a)은 제 1 부분(111)에 있으며, 따라서 95℃로 가열된다.
단계(S202)에서, 제 1 배치에서 제 3 기간이 경과되었는지의 여부가 판정된다. 본 예시에서 주어진 크기의 바이오팁(100)은, 가열 개시로부터 온도 구배가 형성될 때까지 걸리는 시간은 무시할 수 있을 정도로 짧으며, 그로 인해 제 3 기간의 클럭킹은 바이오팁(100)이 가열되기 시작할 때 개시될 수도 있다. 본 예시에서 제 3 기간은 10초이며, PCR의 핫 스타트(hot start)가 단계(S202)에서 실행된다. 핫 스타트는 반응 혼합물(140a)에 포함된 DNA 폴리메라아제를 열에 의해서 활성화시켜 DNA의 증폭을 가능하게 하는 프로세스이다. 만약 10초가 아직 경과되지 않았다고 판정되면(아니오), 이후에 단계(S202)가 반복된다. 만약 10초가 경과되었다고 판정되면(예), 이후에 프로세스는 단계(S103)로 진행한다.
단계(S103)에서, 제 1 배치에서 제 1 기간이 경과되었는지의 여부가 판정된다. 본 예시에서, 제 1 기간은 1초이다. 즉, 95℃에서 이중 나선 DNA를 변성시키는 프로세스가 1초간 실행된다. 단계(S202) 및 단계(S103)는 양자가 제 1 온도에서 실행되며, 단계(S202)에 이어서 단계(S103)가 따라올 때, 폴리메라아제의 활성화 및 DNA의 변성이 실질적으로 병행하여 진행된다. 단계(S103)에서, 제 1 배치에서 1초가 경과되었는지의 여부가 판정된다. 만약 1초가 아직 경과되지 않았다고 판정되면(아니오), 이후에 단계(S103)가 반복된다. 만약 1초가 경과되었다고 판정되면(예), 이후에 구동 유닛(20)은 제 2 부분(112)이 중력 방향에 대해 바이오팁(100)의 최하부에 위치하도록 본체 유닛(10a)을 회전시킨다(단계(S104)). 이러한 회전은 반응 혼합물(140a)이 중력에 의해 채널(110)의 95℃의 부분으로부터 66℃의 부분으로 이동한다. 본 예시에서, 단계(S104)에서의 회전을 완료하는데 3초가 걸린다. 그 기간 동안, 반응 혼합물(140a)이 제 2 부분(112)으로 이동한다. 구동 유닛(20)은 제어 유닛에 의해 제어되며, 제 2 배치로의 전환을 완료하면 작동을 정지하며, 그리고나서 단계(S105)가 실행된다.
단계(S105)에서, 제 2 배치에서 제 2 기간이 경과되었는지의 여부가 판정된다. 본 예시에서, 제 2 기간은 15초이다. 즉, 66℃에서의 어닐링과 신장이 15초가 걸린다. 단계(S105)에서, 제 2 배치에서 15초가 경과되었는지의 여부가 판정된다. 만약 15초가 아직 경과되지 않았다고 판정되면(아니오), 단계(S105)가 반복된다. 만약 15초가 경과되었다고 판정되면(예), 이후에 열 사이클의 사이클 수가 사전결정된 사이클 수에 도달했는지의 여부가 판정된다(단계(S106)). 본 예시에서, 사전결정된 사이클 수는 50회이다. 즉, 단계(S103)로부터 단계(S105)까지 50회 완료되었는지의 여부가 판정된다. 만약 사이클 수가 50회 미만이면, 이후에 사전결정된 사이클 수에 아직 도달하지 않았다고 판정되고(아니오), 프로세스는 단계(S107)로 진행한다.
단계(S107)에서, 구동 유닛(20)은 제 1 부분(111)이 중력 방향에 대해 바이오팁(100)의 최하부에 있도록 본체 유닛(10a)을 회전시킨다. 이러한 회전은 중력에 의해 반응 혼합물(140a)을 채널(110)의 66℃의 부분으로부터 95℃의 부분으로 이동한다. 구동 유닛(20)은 제어 유닛에 의해 제어되며, 제 1 배치로의 전환을 완료하면 작동을 정지하며, 그리고나서 제 2 열 사이클을 개시한다. 즉, 단계(S103) 내지 단계(S106)가 다시 반복된다. 단계(S106)에서 열 사이클이 50회 실행되었다고 판단될 때(예), 형광 측정이 실행되고(단계(S206)), 가열이 정지되어 열 사이클 프로세스를 완료한다.
도 12a는 2회의 형광 측정(단계(S201) 및 단계(S206))의 결과의 표이다. 열 사이클 프로세스를 이전의 형광 휘도(강도)를 문장에서 "반응 전", 열 사이클 프로세스의 사전결정된 횟수 이후의 형광 휘도를 문장에서 "반응 후"로 나타낸다. 휘도 변화 비율(%)은 다음의 식 (1)에 의해 얻어진다.
(휘도 변화 비율)=100*{(반응 후)-(반응 전)}/(반응 전) (1)
본 예시에서 사용된 프로브는 TaqMan 프로브이다. 이 프로브는 핵산 시퀀스가 증폭될 때, 형광 휘도가 증가하는 특징을 갖는다. 도 12a에 도시하는 바와 같이, 열 사이클 프로세스 이전의 측정과 비교하여, 열 사이클 프로세스 이후에는 반응 혼합물(140)의 형광 휘도가 증가함을 보인다. 산출된 휘도 변화 비율은 핵산 시퀀스가 충분히 증폭됨을 나타내며, 그로 인해 본 예시의 열 사이클 장치(2)가 핵산 시퀀스를 증폭할 수 있다는 것을 확인한다.
본 예시에서, 우선, 반응 혼합물(140a)은 95℃로 1초간 유지되고, 이후에 구동 유닛(20)이 본체 유닛(10a)을 반바퀴 회전시켜 반응 혼합물(140a)을 66℃로 15초간 유지한다. 구동 유닛(20)은 본체 유닛(10a)을 반바퀴 회전시켜 반응 혼합물(140a)을 95℃로 유지한다. 즉, 구동 유닛(20)은 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치를 전환하며, 그로 인해 제 1 배치 또는 제 2 배치에 소망의 기간 동안 반응 혼합물(140a)을 유지할 수 있다. 따라서, 열 사이클 프로세스에서 제 1 기간 및 제 2 기간이 상이할 때일지라도, 가열 기간을 용이하게 제어할 수 있으며, 그로 인해 소망의 열 사이클을 반응 혼합물(140a)에 실시할 수 있다.
본 예에서, 반응 혼합물(140a)은 제 1 온도에서 1초 동안, 제 2 온도에서 15초 동안 가열되고, 제 1 부분(111)과 제 2 부분(112)의 사이를 이동하는데 3초(왕복으로 총 6초)가 소요되며, 이는 한 사이클을 완료하는데 22초가 요구된다는 것을 가리킨다. 따라서, 만약 50회의 사이클이 실행되면, 핫 스타트 활성 시간을 포함하여 열 사이클을 완료하는데 대략적으로 19분이 소요될 것이다.
예시 2
1단계 RT-PCR
본 예시에서, 변형예 1 및 변형예 2에 따른 열 사이클 장치를 이용한 1단계 RT-PCR이 도 10을 참조하여 설명될 것이다. 도 10은 에 따른 열 사이클 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 본 예시에 사용된 열 사이클 장치는, 본 예시의 열 사이클 장치가 제 2 가열 유닛(13)의 온도를 프로세스의 중간에 변경하는 것을 제외하면, 예시 1의 열 사이클 장치(2)와 실질적으로 동일하게 기능한다. 상술된 각각의 변형예의 다른 구성은 본 예시에 또한 실행 가능하다. 본 예시에 사용된 형광 검출기(40)는 2104 EnVision 멀티 라벨 카운터(Perkin Elmer Inc.에서 생산됨)이다.
RT-PCR(역전사 폴리메라즈 사슬 반응)(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction)은 RNA의 검출하기 위한 또는 RNA의 양을 결정하기 위한 방법이다. 역전사 효소가 RNA 템플릿으로부터 DNA를 만들기 위해 45℃에서 사용되며, 제작된 역전사된 cDNA는 PCR에서 증폭될 것이다. RT-PCR에서 일반적으로는, 역전사의 프로세스 및 PCR의 프로세스와는 개별의 독립적인 프로세스이며, 이러한 프로세스 사이에서, 용기 교환 및 시약 추가는 종종 실행된다. 이것에 반대되는 것으로서, 1단계 RT-PCR에서, 이런 목적에 전용인 시약이 역전사 및 PCR의 반응에 연속적인 실행에 사용된다. 본 예시는 예로써 1단계 RT-PCR를 사용하며, 따라서 본 예시의 프로세스와 예시 1의 셔틀 PCR 프로세스 간의 차이는 역전사 단계(S203 내지 S204) 및 셔틀 PCR로의 전환 단계(S205)에서 보여진다.
본 예시의 바이오팁(100)은 반응 혼합물(140b)의 구성성분을 제외하고, 예시 1의 바이오팁(100)과 실질적으로 동일하다. 반응 혼합물(140b)은 1단계 RT-PCR용의 상업적으로 주문된 키트(One Step SYBR(등록 상표) PrimeScript(등록 상표) PLUS RT-PCR Kit, TAKARA BIO INC.에서 생산됨)를 도 11에 따른 조합으로 조절된 것을 사용했다.
예시 1과 유사하게, 반응 혼합물(140b)을 그 안에 가진 3개의 바이오팁(100)이 반응을 실행하기 위해 사용된다. 단계(S101)에서, 바이오팁(100)은 홀더부(11)에 위치된다. 열 사이클 장치의 개시는 단계(S201)를 시작하며, 열 사이클 프로세스 이전에 반응 혼합물(140b)의 형광 휘도의 측정이 발생된다.
이어서, 단계(S102) 및 단계(S203)가 개시된다. 본 예시의 단계(S102)에서, 제 1 가열 유닛(12)은 바이오팁(100)의 제 1 부분(111)을 95℃로 가열하며, 제 2 가열 유닛(13)은 제 2 부분(112)을 45℃로 가열한다. 본 예시에서, 단계(S101)에서의 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치는 제 2 배치이다. 따라서, 반응 혼합물(140b)은 제 2 부분(112)에 있고, 42℃로 가열되며, RNA로부터 DNA로의 역전사가 발생한다.
단계(S203)에서, 제 2 배치에서 제 4 기간이 경과되었는지의 여부가 판정된다. 이 단계는 판정되는 기간을 제외하면, 단계(S105)와 실질적으로 동일하다. 본 예시에서, 제 4 기간은 300초이다. 단계(S203)에서, 아직 300초가 경과되지 않았다고 판정될 때(아니오)는, 단계(S203)가 반복된다. 300초가 경과되었다고 판정될 때(예)는, 프로세스가 단계(S207)로 진행한다.
단계(S207)에서, 홀더부(11), 제 1 가열 유닛(12), 및 제 2 가열 유닛(13)의 배치의 제 2 배치로부터 제 1 배치로의 변환은 단계(S204)를 개시한다.
단계(S204)에서, 제 1 배치에서 제 5 기간이 경과되었는지의 여부가 판정된다. 단계(S204)는 판정하는데 걸리는 기간을 제외하면, 단계(S103)와 실질적으로 동일하다. 본 예시에서, 제 5 기간은 10초이다. 제 1 부분(111)은 95℃로 가열되며, 따라서 단계(S207)에서 제 1 부분(111)으로 이동한 반응 혼합물(140b)은 95℃로 가열된다. 95℃로 10초 동안 가열하는 것은 역전사 효소를 비활성시킨다. 단계(S204)에서, 아직 10초가 경과되지 않았다고 판정될 때(아니오)는, 단계(S204)가 반복된다. 10초가 경과되었다고 판정될 때(예)는, 프로세스가 단계(S205)로 진행한다.
단계(S205)는 제 2 가열 유닛(13)이 바이오팁(100)을 가열하는 온도가 변경되는 단계이다. 본 예시에서, 제 2 가열 유닛(13)은 제 2 부분(112)이 온도가 60℃가 되도록 바이오팁(100)을 가열한다. 따라서, 제 1 부분(111)이 95℃, 제 2 부분(112)이 60℃가 되며, 따라서 바이오팁(100)의 채널(110)에 셔틀 PCR에 적절한 온도 구배가 형성된다. 제 2 가열 유닛(13)의 온도가 단계(S205)에서 변경된 후, 프로세스는 단계(S103)로 진행한다.
단계(S205)에 이어서 단계(S103)가 따라올 때, 단계(S205)가 완료된 이후로 제 1 기간이 경과했는지의 여부가 판정된다. 만약 온도 센서에 의해 측정된 온도가 소망의 온도를 도시하면 단계(S103)는 개시할 수도 있다. 본 예시에서, 온도를 변경하는데 걸리는 시간은 무시할 수 있을 만큼 짧으며, 따라서 단계(S205)및 단계(S103)를 동시에 개시한다. 단계(S107)에 이어서 단계(S103)가 따라올 때, 그러면 단계(S103)는 실시예 및 예시 1과 실질적으로 동일하다.
본 실시예에 있어서의 단계(S103) 이후의 나머지 프로세스는 열 사이클 프로세스의 구체적인 반응 조건을 제외하면, 예시 1과 실질적으로 동일하다. 단계(S103)로부터 단계(S107)의 반복은 셔틀 PCR을 실행한다. 구체적으로, 95℃로 5초, 60℃로 30초의 값을 갖는 열 사이클은 예시 1과 실질적으로 동일한 프로세스로 40회 반복되며, DNA를 증폭한다.
도 12b는 2회의 형광 측정(단계(S201) 및 단계(S206))의 결과의 표이다. 예시 1과 유사하게, 휘도 변화 비율이 산출되었다. 본 예시에 사용된 프로브는 SYBR Green I이다. 이 프로브는 핵산 시퀀스가 증폭되며 형광 휘도가 증가하는 이러한 특징을 또한 갖는다. 도 12b에 도시한 바와 같이, 열 사이클 프로세스 이전의 측정과 비교하여, 반응 혼합물(140)의 형광 휘도는 열 사이클 프로세스 이후에 증가를 보인다. 산출된 휘도 변화 비율은 핵산 시퀀스가 충분히 증폭된 것을 나타내며, 따라서 본 예시의 열 사이클 장치(2)는 핵산 시퀀스가 증폭될 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
본 예시에서, 가열 온도를 프로세스의 중간에 변경하는 것은 반응 혼합물(140b)을 변경된 온도로 가열할 수 있다. 따라서, 예시 1(셔틀 PCR)에 의해 제공된 장점에 더하여, 이 예시는 가열 유닛의 수를 증가시키거나 사이클 장치의 구조를 복잡하게 하는 일이 없이 상이한 가열 온도를 포함한 처리를 단일 사이클 장치로 할 수 있다는 장점을 보인다. 또한, 바이오팁(100)이 제 1 배치 및 제 2 배치에 고정되는 기간의 변경은, 장치 또는 바이오팁의 구조를 복잡하게 하는 일이 없이 프로세스 도중에 가열 기간의 변경을 요구하는 반응을 실행할 수 있다.
본 발명은 상술된 실시예에 제한되지 않으며, 여전히 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 범위는 실질적으로 동일한 구조(예를 들어, 그 기능, 방법, 및 결과가 실질적으로 동일하거나, 또는 그 목적 및 그 효과가 실질적으로 본 발명과 동일한 구성)를 포함한다. 본 발명의 범위는 실시예에서 설명된 구조의 중요하지 않은 대체가능한 구조를 또한 포함한다. 본 발명의 범위는 동일한 기능 및 효과를 발휘하는 구조, 및/또는 동일한 목적을 달성하는 구조를 더 포함한다. 본 발명의 범위는 부가된 어떤 알려진 구조의 실시예에서 설명된 구조를 또한 포함한다.
Claims (8)
- 열 사이클 장치에 있어서,
반응 혼합물, 및 반응 혼합물보다 작은 비중을 갖고 반응 혼합물과는 혼합되지 않는 액체로 채워지며, 반응 혼합물이 내측 대향 벽 섹션에 근접하여 이동하는 채널을 포함하는 바이오팁을 보지하는 홀더부(holder)와,
상기 바이오팁이 상기 홀더부에 있을 때 채널의 제 1 부분을 가열하는 가열 유닛과,
제 1 배치와 제 2 배치 사이를 전환함으로써 상기 홀더부 및 상기 가열 유닛을 배치하는 구동 유닛을 포함하며,
상기 제 1 배치는 바이오팁이 홀더부에 있을 때, 제 1 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있으며,
상기 제 2 배치는 바이오팁이 홀더부에 있을 때, 반응 혼합물의 이동 방향과 관련한 제 1 부분과 상이한 부분인 채널의 제 2 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는
열 사이클 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 구동 유닛은, 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환하는 경우에는 한 방향으로 그리고 제 2 배치로부터 제 1 배치로 전환하는 경우에는 반대 방향으로 상기 홀더 및 상기 가열 유닛을 회전시키는
열 사이클 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구동 유닛은,
제 1 배치를 유지하는 동안 제 1 기간이 지났을 때 제 1 배치로부터 제 2 배치로 전환하고,
제 2 배치를 유지하는 동안 제 2 기간이 지났을 때 제 2 배치로부터 제 1 배치로 전환하는
열 사이클 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀더부는 반응 혼합물이 채널의 길이 방향으로 이동하는 바이오팁을 보지하고,
상기 제 1 부분은 길이 방향에 있어서 채널의 한 단부를 포함하는 부분이며, 제 2 부분은 길이 방향에 있어서 채널의 다른 쪽 단부를 포함하는 부분인
열 사이클 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오팁이 홀더부에 있을 때 제 2 부분을 가열하는 제 2 가열 유닛을 더 포함하며,
상기 가열 유닛은 제 1 부분을 제 1 온도로 가열하고
상기 제 2 가열 유닛은 제 2 부분을 제 1 온도와 상이한 제 2 온도로 가열하는
열 사이클 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 높은
열 사이클 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 기간은 상기 제 2 기간보다 짧은
열 사이클 장치. - 열 사이클 방법에 있어서,
반응 혼합물, 및 상기 반응 혼합물보다 작은 비중을 갖고 반응 혼합물과 혼합되지 않는 액체로 채워지며, 반응 혼합물이 내부의 대향하는 벽 섹션에 근접하여 이동하는 채널을 갖는 바이오팁을 홀더부에 장착하는 단계와,
상기 채널의 제 1 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 제 1 배치에 바이오팁을 배치하는 단계와,
상기 채널의 제 1 부분을 가열하는 단계와,
상기 반응 혼합물의 이동 방향과 관련하여 위치가 제 1 부분과 상이한 부분인 제 2 부분이 중력 방향에 대해 채널의 최하부에 있는 제 2 배치에 바이오팁을 배치하는 단계를 포함하는
열 사이클 방법.
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