KR20130101606A - 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법 - Google Patents

초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130101606A
KR20130101606A KR1020120012222A KR20120012222A KR20130101606A KR 20130101606 A KR20130101606 A KR 20130101606A KR 1020120012222 A KR1020120012222 A KR 1020120012222A KR 20120012222 A KR20120012222 A KR 20120012222A KR 20130101606 A KR20130101606 A KR 20130101606A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nucleic acid
microfluidic chip
chip
acid extraction
filter
Prior art date
Application number
KR1020120012222A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101915675B1 (ko
Inventor
김성우
최용해
류호선
이동훈
김덕중
김선진
Original Assignee
나노바이오시스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to KR1020120012222A priority Critical patent/KR101915675B1/ko
Application filed by 나노바이오시스 주식회사 filed Critical 나노바이오시스 주식회사
Priority to ES13745997.0T priority patent/ES2615644T3/es
Priority to PCT/KR2013/000609 priority patent/WO2013118990A1/ko
Priority to PT137459970T priority patent/PT2813565T/pt
Priority to JP2014555480A priority patent/JP6062963B2/ja
Priority to RS20170143A priority patent/RS55711B1/sr
Priority to EP13745997.0A priority patent/EP2813565B1/en
Priority to HUE13745997A priority patent/HUE031771T2/en
Priority to CN201380008506.0A priority patent/CN104114687B/zh
Priority to DK13745997.0T priority patent/DK2813565T3/en
Publication of KR20130101606A publication Critical patent/KR20130101606A/ko
Priority to US14/454,388 priority patent/US9476038B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101915675B1 publication Critical patent/KR101915675B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • C12M1/38—Temperature-responsive control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • C12N15/1017—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by filtration, e.g. using filters, frits, membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/40—Apparatus specially designed for the use of free, immobilised, or carrier-bound enzymes, e.g. apparatus containing a fluidised bed of immobilised enzymes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806—Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2527/00—Reactions demanding special reaction conditions
    • C12Q2527/101—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2565/00—Nucleic acid analysis characterised by mode or means of detection
    • C12Q2565/60—Detection means characterised by use of a special device
    • C12Q2565/629—Detection means characterised by use of a special device being a microfluidic device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 핵산 추출 장치에 관한 것으로서, 이에 따르면 핵산 추출에 있어서, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있다.

Description

초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법{ultra-fast device for the extraction of nucleic acids, and the method for the extraction of nucleic acids using the same}
본 발명은 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근 유전자 수준에서 질병을 진단, 치료, 또는 예방하기 위하여 세포, 박테리아, 또는 바이러스와 같은 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하는 기술이 핵산 증폭 반응 기술과 연계되어 널리 활용되고 있다. 또한, 질병의 진단, 치료, 또는 예방 이외에도 맞춤형 신약 개발, 법 의학, 환경 호르몬 검출 등 다양한 분야에서 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
종래 핵산 추출 기술의 일 예로서는 세포를 포함하는 시료를 SDS나 프로테이나아제(proteinase) K로 처리하여 가용화한 후 페놀로 단백질을 변성 제거하여 핵산을 정제하는 방법이 있었다. 그러나, 페놀 추출법은 많은 처리 단계를 수행해야 하기 때문에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 핵산 추출 효율이 연구자의 경험과 노련성에 의해 크게 좌우되어 신뢰성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 최근에는 이러한 문제를 해소하기 위해 핵산과 특이적으로 결합하는 실리카나 유리섬유를 이용하는 키트가 사용되기도 한다. 상기 실리카나 유리섬유는 단백질, 세포 대사 물질들과 결합 비율이 낮으므로 상대적으로 높은 농도의 핵산을 얻을 수 있다. 이와 같은 방법은 페놀법과 비교했을 때 간편하다는 장점은 있지만, 중합효소 연쇄 반응(PCR) 등의 효소 반응을 강하게 저해시키는 카오트로픽 시약이나 에탄올을 이용하기 때문에 이들 물질을 완전히 제거해야 하며, 이를 이유로 조작이 매우 번거롭고 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 최근 필터를 사용하여 핵산을 직접 정제하는 방법이 국제 공개특허 제00/21973호에 개시되었는데, 이 방법은 시료를 필터에 통과시켜 세포를 필터에 흡착시킨 후 필터에 흡착된 세포를 용해시키고 필터로 여과시킨 후 필터에 흡착된 핵산을 세척 및 용출시키는 것이다. 그러나 세포를 필터에 흡착시킨 후 핵산을 용출시키기 위해서는 세포의 종류에 따라 필터를 선택해야만 한다는 문제가 있고, 사용 장치들이 대형이고 복잡하여 연구자가 용이하게 사용할 수 없는 단점이 있다.
상기와 같은 종래 핵산 추출 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 기존의 핵산 추출 장치 및 핵산 추출 방법과는 달리, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있는 핵산 추출 장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예는 기판; 상기 기판 상부 면에 배치되고, 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부를 포함하는 칩 지지체; 및 상기 칩 수용부의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된 히터를 포함하는, 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서,
상기 히터는 접촉식 판 형상의 열 블록일 수 있다.
또한, 상기 칩 지지체의 상부에는 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상부 면이 밀착 접착되도록 수평 면이 구비된 칩 커버가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액의 흐름을 제어하도록 구현된 유체 제어 모듈(900)이 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액에 제공되는 열량을 제어하도록 상기 히터와 연결된 열 제어 모듈이 더 포함될 수 있다.
또한, 유입부; 상기 유입부와 연결된 제1 채널 영역에 배치되되, 상기 유입부를 통해 도입되는 생물학적 시료에 외부로부터 얻어진 열을 전달할 수 있도록 구현된 가열부; 상기 가열부와 연결된 제2 채널 영역에 배치되되, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제1 필터; 상기 제1 필터와 연결된 제3 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질이 구비되어 있는 핵산 분리부; 상기 핵산 분리부와 연결된 제4 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제2 필터; 및 상기 제2 필터와 연결된 유출부를 포함하는 것으로서, 상부 수평 면 및 하부 수평 면을 구비하는 판 형상으로 구현된, 핵산 추출용 미세유동 칩을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널은 유체 소통 가능하게 구현되되, 상기 채널의 폭(width) 및 깊이(depth)는 각각 0.001 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현될 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 10 밀리미터(mm) 범위의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm)의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 핵산 결합 물질로서 그 표면에 핵산 결합 작용기가 부착된 비드(bead)가 구비되어 있을 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 결합 작용기가 부착된 비드는 0.001 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내의 직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 1 마이크로그램(㎍) 내지 200 밀리그램(mg) 범위 내에서 핵산 결합 작용기가 부착된 비드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 플라스틱 재질로 구현될 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되되 상기 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널이 배치된 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되되 상기 유입부 및 상기 유출부가 배치된 제3 판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상기 제1 판 및 제3 판은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제3 판의 유입부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 유출부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1판 및 제3 판의 두께는 0.01 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되며, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판의 두께는 30 마이크로미터(㎛) 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 핵산 추출 장치에 따르면, 핵산 추출에 있어서, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 2는 칩 커버를 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 3은 유체 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 4는 열 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 7은 도 5에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩이 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치에 장착된 상태를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 이하 기술된 설명은 본 발명의 일 실시예들을 쉽게 이해하기 위한 것일 뿐이며, 그러한 설명으로부터 본 발명의 보호범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 1에 따르면, 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 기판(500); 상기 기판(500) 상부 면에 배치되고, 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부(650)를 포함하는 칩 지지체(600); 및 상기 칩 수용부(650)의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된 히터(700)를 포함한다.
상기 핵산 추출 장치는 핵산 추출을 위한 모든 단계를 수행할 수 있도록 구현된 장치를 의미하고, 본 명세서에서 언급되지 아니한 것이라도 핵산을 추출하기 위해 요구되는 다양한 모듈을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
상기 기판(500)은 상기 기판(500) 내에 배치된 이하 상세하게 설명될 히터(700)의 가열 및 온도 유지로 인해 그 물리적 및/또는 화학적 성질이 변하지 않고, 상기 기판(500) 내에 히터 이외의 부분에 열 전도에 의해 변형이 이루어지지 않게 하는 모든 재질로 구현될 수 있다. 상기 기판(500)은 플라스틱, 유리, 실리콘 등의 재질로서, 투명 또는 반투명하게 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기판(500)은 다양한 형상으로 구현될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 소형화를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 수평한 면을 구비하는 판 형상으로 구현되는 것이 바람직하다.
상기 칩 지지체(600)는 이하 상세하게 설명될 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩이 장착 및 고정되는 부분으로서, 상기 기판(500) 상부 면에 배치되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)이 안정적으로 장착 및 고정될 수 있도록 하는 재질로 구현될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 칩 지지체(600)는 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부(650)를 구비한다. 상기 칩 수용부(650)가 판 형상으로 구현됨으로써, 이와 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 면이 밀착 접촉되고, 그에 따라 이하 상세하게 설명될 히터(700)로부터 전달되는 열 접촉 면적이 넓어지고, 열 전달 속도가 증가하며, 핵산 추출용 미세유동 칩 내부에 수용되는 반응 용액의 안정적인 유체 제어가 가능하고, 소량의 반응 용액으로도 핵산 추출 반응을 수행할 수 있게 된다.
상기 히터(700)는 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)이 상기 칩 지지체(600)에 장착되었을 때 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 일 부분에 열을 공급하기 위한 모듈이다. 상기 히터(700)는 다양하게 구현될 수 있으나, 핵산 추출용 미세유동 칩의 가능한 넓은 표면적에 열을 전달하고, 열 전달 속도를 증가시키기 위해 접촉식 판 형상의 열 블록(plate-type heating block)이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 히터(700)는 상기 칩 수용부(600)의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부(600)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된다.
도 2는 칩 커버를 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 2에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 칩 지지체(600)의 상부에 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)의 상부 면이 밀착 접착되도록 수평 면이 구비된 칩 커버(800)를 더 포함할 수 있다. 상기 칩 커버(800)는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 안정적인 장착을 지지하고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩으로부터 열이 방출되는 것을 차단하여 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내에서 신속한 핵산 추출 반응이 일어나도록 한다. 상기 칩 커버(800)는 위와 같은 목적을 달성하기 위해 다양한 형상으로 구현될 수 있으나, 판 형상으로 구현되는 것이 바람직하다.
도 3은 유체 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 3에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액의 흐름을 제어하도록 구현된 유체 제어 모듈(900)을 더 포함할 수 있다. 상기 유체 제어 모듈(900)은 상기 칩 지지체(600)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩의 유입부 및/또는 유출부와 연결되어 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내부로 핵산 추출을 위한 용액을 도입하거나 및/또는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내부에 존재하는 용액을 외부로 배출할 수 있도록 구현되거나 및/또는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내부에서 반응 용액의 이동을 제어하도록 구현될 수 있다. 상기 유체 제어 모듈(900)은 다양한 구성요소를 포함할 수 있는데, 예를 들어 유체 이동 통로인 미세 채널, 유체 이동의 구동력을 제공하는 공압 펌프, 유체 이동의 개폐를 제어할 수 있는 밸브, 및 핵산 결합 버퍼, 용출 버퍼, 실리카 겔(silica gel), 증류수(DW) 등 핵산 추출을 위해 요구되는 다양한 용액을 포함하는 저장 챔버 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
도 4는 열 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 4에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액에 제공되는 열량을 제어하도록 상기 히터(700)와 연결된 열 제어 모듈(750)을 더 포함할 수 있다. 상기 열 제어 모듈(750)은 상기 히터(700)에 전력 공급을 제어함으로써, 상기 히터(700)의 발열 또는 냉각을 제어하여 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내에서 미리 결정된 온도 및 순서에 의해 핵산 추출 반응이 일어나도록 한다. 한편, 도 4에는 도시되지 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 히터(700), 상기 커버(800), 상기 유체 제어 모듈(900), 및 상기 열 제어 모듈(750)을 자동으로 제어하기 위한 전자 제어 모듈(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 제어 모듈은 미리 저장된 프로그램에 따라 핵산 추출용 미세유동 칩 내에서 정량의 핵산이 추출될 수 있도록 상기 각 모듈들을 정밀하게 제어할 수 있다. 상기 미리 저장된 프로그램이라 함은 예를 들어, 핵산 추출에 관한 일련의 단계들에 관한 프로그램을 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩을 도시한다.
도 5에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1)은 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 것으로서, 유입부(10); 상기 유입부(10)와 연결된 제1 채널 영역에 배치되되, 상기 유입부(10)를 통해 도입되는 생물학적 시료에 외부로부터 얻어진 열을 전달할 수 있도록 구현된 가열부(20); 상기 가열부(20)와 연결된 제2 채널 영역에 배치되되, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제1 필터(30); 상기 제1 필터(30)와 연결된 제3 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질(45)이 구비되어 있는 핵산 분리부(40); 상기 핵산 분리부(40)와 연결된 제4 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제2 필터(50); 및 상기 제2 필터(50)와 연결된 유출부(60)를 포함한다.
상기 핵산 추출용 미세유동 칩(microfluidic chip)이라 함은 핵산 추출을 위한 구성요소, 즉 유입부(inlet), 유출부(outlet), 상기 유입부 및 유출부를 연결하는 채널(channel), 제1 필터, 및 제2 필터 등의 규격이 밀리미터(mm) 또는 마이크로미터(㎛) 단위에서 구현되는 초소형 칩(chip)을 말한다.
상기 생물학적 시료는 DNA 또는 RNA 등과 같은 핵산을 포함하는 생물학적 물질로서, 예를 들어, 동물 세포, 식물 세포, 병원균, 곰팡이, 박테리아, 바이러스 등을 포함하는 액체 시료일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유입부(10)는 상기 생물학적 시료 또는 핵산 추출을 위한 용액 등이 상기 미세유체 칩 내부로 도입되는 부분이고, 상기 유출부(60)는 상기 생물학적 시료로부터 획득된 핵산, 핵산 추출을 위한 용액, 기타 폐기물(waste) 등이 상기 미세유체 칩 외부로 배출되는 부분이다. 이 경우 필요에 따라 유입부(10)과 유출부(60)은 각각 유출부 및 유입부의 역할을 수행할 수 있다. 상기 핵산 추출을 위한 용액은 핵산 추출 시 요구되는 모든 용액을 포함하고, 예를 들어 증류수, 핵산 결합 버퍼(binding buffer), 용출 버퍼(elution buffer) 등일 수 있다. 한편, 상기 유입부(10) 및 상기 유출부(60)는 채널(70)에 의해 유체 소통 가능하게 연결되고, 이하 상세하게 설명될 가열부(20), 제1 필터(30), 핵산 분리부(40), 제2 필터(50) 등의 구성요소는 상기 채널(70)에 구동가능하도록 배치되어 각 기능을 수행하게 된다. 상기 채널(70)은 다양한 규격으로 구현될 수 있지만, 상기 채널의 폭(width) 및 깊이(depth)는 각각 0.001 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되는 것이 바람직하다. 이하 설명될 제1, 제2, 제3, 제4 채널 영역은 상기 유입부(10)으로부터 상기 유출부(60)까지의 순차적 배치를 의미할 뿐, 상기 채널(70) 내의 특정 위치로 제한되는 것은 아니다.
상기 가열부(20)는 상기 유입부(10)를 통해 도입된 용액(생물학적 시료 포함)에 외부로부터 얻어진 열이 가해지는 부분으로서, 상기 유입부(10)와 연결된 제1 채널 영역에 배치된다. 예를 들어, 상기 유입부(10)를 통해 세포, 박테리아, 또는 바이러스를 포함하는 시료가 도입되는 경우 상기 세포, 박테리아, 또는 바이러스가 상기 가열부(20)에 도달하면 순간적으로 약 80 내지 100도(℃)로 가열되기 때문에 상기 세포, 박테리아, 또는 바이러스의 외벽이 파괴되고 그 세포 내 물질이 외부로 방출되게 된다(cell lysis). 상기 가열부(20)는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 히터(70)로부터 접촉 방식으로 열을 공급받는다.
상기 제1 필터(30)는 일정한 크기의 포어(pore)를 갖는 구조체로서, 유체 흐름 방향으로 상기 포어를 통해 크기별로 통과 물질과 비-통과 물질을 구별해 주는 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 필터(30)는 상기 가열부(20)와 연결된 제2 채널 영역에 배치되고, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있도록 구현된다. 상기 제1 필터(30)는 상기 가열부(20)에서 가열에 의해 생긴 용해 산물 중 핵산보다 큰 크기의 물질을 상기 가열부(20)에 포집하되, 핵산 및 그에 상응하는 크기를 갖는 물질은 여과하여 이하 설명될 핵산 분리부(40)로 이동시킨다. 상기 제1 필터(30)는 다양한 규격으로 구현될 수 있으나, 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 10 밀리미터(mm) 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 제1 필터(30)는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm)의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 핵산 분리부(40)는 핵산 또는 이에 상응하는 크기를 갖는 물질 중에서 상기 핵산을 선택적으로 분리하기 위한 것이다. 도 5에 따르면, 상기 핵산 분리부(40)는 상기 제1 필터(30)와 이하 설명될 제2 필터(50) 사이의 공간으로서, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질(45)이 구비되어 있다. 상기 핵산 결합 물질(45)은 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 모든 물질을 포함한다. 상기 핵산 결합 물질(45)은 핵산 결합 작용기가 부착된 것으로서, 예를 들어, 실리카(SiO2) 비드, 바이오틴(biotin) 또는 스트렙타비딘(strptavidin) 부착 비드일 수 있다. 상기 핵산 결합 작용기가 부착된 비드는 다양한 규격으로 구현될 수 있으나, 0.001 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 핵산 분리부(40)는 상기 핵산 결합 작용기가 부착된 비드를 다양한 함량으로 포함할 수 있으나, 1 마이크로그램(㎍) 내지 200 밀리그램(mg) 범위 내에서 포함하는 것이 바람직하다. 상기 핵산 결합 물질(45)에 핵산이 특이적으로 결합된 후 상기 핵산 분리부(40)의 내부를 세척하여 이물질을 제거하면 상기 핵산 결합부(40)에는 표적 핵산-핵산 결합 물질(45)의 복합체(complex)만 남아 있게 된다. 그 후 상기 핵산 분리부(40)에 용출 버퍼(elution buffer)가 제공되면 상기 표적 핵산이 상기 복합체로부터 분리된다.
상기 제2 필터(50)는 이미 설명된 제1 필터(30)과 같이, 일정한 크기의 포어(pore)를 갖는 구조체로서, 유체 흐름 방향으로 상기 포어를 통해 크기별로 통과 물질과 비-통과 물질을 구별해 주는 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 필터(50)는 상기 핵산 분리부(40)와 연결된 제4 채널 영역에 배치되고, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있도록 구현된다. 상기 제2 필터(50)는 상기 핵산 분리부(40)에서 상기 핵산 결합 물질(45)은 포집하되, 상기 핵산 결합 물질(45)로부터 분리된 핵산은 여과하여 상기 유출부(60)로 이동시킨다. 상기 제2 필터(50)는 다양한 규격으로 구현될 수 있으나, 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm) 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 제2 필터(50)는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.3 밀리미터(mm)의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 6에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1)은 은 제1 판(100); 상기 제1 판 상에 배치되되 상기 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널(70)이 배치된 제2 판(200); 및 상기 제2 판(200) 상에 배치되되 상기 유입부(10) 및 상기 유출부(60)가 배치된 제3 판(300)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 플라스틱 재질로 구현될 수 있다. 이와 같이, 플라스틱 재질을 사용하는 경우 플라스틱 두께 조절만으로 열 전달 효율을 증대시킬 수 있고, 제작 공정이 단순하여 제조 비용을 크게 절감시킬 수 있다. 한편, 상기 제1 판(100) 및 제3 판(300)은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고, 상기 제2 판(200)은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 판의 유입부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 유출부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 제1판 및 제3 판의 두께는 0.01 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되며, 상기 제2 판의 두께는 30 마이크로미터(㎛) 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩은 필요에 따라 2 이상의 유입부, 유출부, 및 이를 연결하는 채널로 구현될 수 있고, 이 경우 하나의 칩 상에서 2 이상의 생물학적 시료로부터 핵산을 추출할 수 있어서 신속하고 효율적으로 핵산을 추출할 수 있다.
도 7은 도 5에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩이 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치에 장착된 상태를 도시한다.
도 7에 따르면, 판 형상의 핵산 추출용 미세유동 칩(1)이 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 상기 칩 수용부(650)에 밀착 장착된 상태에서 핵산 추출 반응이 진행될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 이용하여 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하는 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1)을 제공하는 단계(미세유동 칩 제공 단계); 상기 미세유동 칩(1)의 유입부를 통해 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료를 도입하는 단계(생물학적 시료 도입 단계); 상기 도입된 생물학적 시료를 상기 미세유동 칩(1)의 가열부로 이동시킨 후 상기 히터(700)를 통해 상기 미세유동 칩(1)의 가열부에 열을 가하여 상기 생물학적 시료를 용해(lysis)시키는 단계(생물학적 시료 용해 단계); 상기 용해 단계로부터 획득된 물질을 상기 미세유동 칩(1)의 제1 필터로 이동시킨 후 상기 제1 필터를 통해 통과시키고, 상기 제1 필터를 통과하지 아니한 물질을 제거하는 단계(제1 필터를 통한 여과 단계); 상기 제1 필터를 통과한 물질을 상기 미세유동 칩(1)의 핵산 분리부로 이동시킨 후 상기 제1 필터를 통과한 물질 중 핵산을 상기 핵산 결합 물질에 결합시키고, 상기 핵산 결합 물질에 결합되지 아니한 물질을 제거하는 단계(핵산 분리 단계); 상기 핵산 결합 물질로부터 상기 핵산을 분리시키고, 상기 분리된 핵산을 상기 제2 필터로 이동시킨 후 제2 필터를 통해 통과시키는 단계(제2 필터를 통한 여과 단계); 및 상기 제2 필터를 통과한 물질을 상기 유출부로 이동시킨 후 상기 유출부를 통해 상기 핵산을 추출하는 단계(핵산 추출 단계)를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 핵산 추출용 장치를 이용하면, 핵산 추출 반응에 있어서, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있다.
실험예 . 핵산 추출의 산출량 및 진행시간 확인
먼저, 결핵균주 세포를 대상으로 일반적인 튜브(tube)를 사용하는 핵산 추출 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩을 사용하는 핵산 추출 장치를 각각 이용하여 DNA를 추출한 후 그 산출량 및 진행시간을 확인하였다.
일반적인 핵산 추출 단계는 아래와 같다. 결핵균주 세포를 준비하고, 상기 결핵균주 세포를 6% NaOH 및 4% NaLC와 1:1:1 비율로 혼합하여 샘플 용액으로 제조하였다. 그 후, 상기 샘플 용액을 원심분리하여 상층액을 제거하였다(20분, 4300 rpm, 4℃). 그 후, 샘플 용액에 증류수(DW) 1 ㎖를 첨가하고, 볼텍싱(vortexing)한 후 상기 샘플 용액을 다른 튜브에 옮겼다. 그 후, 상기 샘플 용액을 재차 원심분리 후 상층액을 제거하였다(3분, 12000 rpm, 상온). 그 후, 상기 샘플 용액에 증류수(DW) 1 ㎖를 첨가하고, 볼텍싱(vortexing)하였다. 그 후, 상기 샘플 용액에 증류수(DW) 500 ㎕를 첨가하고, 유전체 DNA를 획득하였다(이 경우 상업적으로 이용가능한 QIAamp DNA Kit를 사용함). 그 결과, 최종 DNA 산물은 약 100 ㎕가 획득되었고, 최종 DNA 산물을 획득하는데 약 1시간 이상이 소요되었다.
뒤이어, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1) 및 핵산 추출 장치를 이용하여 동일한 결핵균주 세포로부터 핵산을 추출하였는데, 상세 과정은 아래와 같다. 결핵균주 세포를 준비하고, 상기 결핵균주 세포를 6% NaOH 및 4% NaLC와 1:1:1 비율로 혼합하여 샘플 용액으로 제조하였다. 그 후, 도 1에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩{25×72×2mm, 실리카 비드(OPS Diagnostics, LLC), 필터(Whatman)}의 유입부에 실린지를 이용하여 상기 샘플 용액을 도입하였다(약 1분 소요). 그 후, 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 유입부에 실리카 겔(silica gel) 및 1X DNA 결합 버퍼(binding buffer) 300 ㎕을 도입한 후 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 가열부를 95℃로 급속 가열하였다(약 1분 30초 소요). 그 후, 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 유입부를 통해 샘플 용액 중 폐기물을 제거하고 용출 버퍼(elution buffer) 100 ㎕를 도입하였다(약 30초 소요). 그 후, 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 유출부를 통해 최종 산물을 획득하고, 확인한 결과 최종 DNA 산물은 약 100 ㎕가 획득되었고, 최종 DNA 산물을 획득하는데 전체 약 7분 정도가 소요되었다. 이 경우 상기 실험을 수작업이 아닌 자동화 핵산 추출 장치로 진행했을 경우 그 소요시간은 약 5분 이내로 감소할 것임은 자명하다.
상기 실험 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동 칩 및 핵산 추출 장치를 이용하면, 핵산 추출 산물의 양은 그대로 유지될 수 있는데 반해, 기존 핵산 추출 방법과는 달리 총 소요시간은 크게 단축시킬 수 있다는 점을 확인할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상부 면에 배치되고, 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부를 포함하는 칩 지지체; 및
    상기 칩 수용부의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된 히터;
    를 포함하는, 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 히터는 접촉식 판 형상의 열 블록인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 칩 지지체의 상부에는 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상부 면이 밀착 접착되도록 수평 면이 구비된 칩 커버가 더 포함된 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액의 흐름을 제어하도록 구현된 유체 제어 모듈이 더 포함된 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액에 제공되는 열량을 제어하도록 상기 히터와 연결된 열 제어 모듈이 더 포함된 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    유입부;
    상기 유입부와 연결된 제1 채널 영역에 배치되되, 상기 유입부를 통해 도입되는 생물학적 시료에 외부로부터 얻어진 열을 전달할 수 있도록 구현된 가열부;
    상기 가열부와 연결된 제2 채널 영역에 배치되되, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제1 필터;
    상기 제1 필터와 연결된 제3 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질이 구비되어 있는 핵산 분리부;
    상기 핵산 분리부와 연결된 제4 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제2 필터; 및
    상기 제2 필터와 연결된 유출부;
    를 포함하는 것으로서, 상부 수평 면 및 하부 수평 면을 구비하는 판 형상으로 구현된,
    핵산 추출용 미세유동 칩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널은 유체 소통 가능하게 구현되되, 상기 채널의 폭(width) 및 깊이(depth)는 각각 0.001 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 10 밀리미터(mm) 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm)의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 핵산 결합 물질로서 그 표면에 핵산 결합 작용기가 부착된 비드(bead)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 결합 작용기가 부착된 비드는 0.001 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 1 마이크로그램(㎍) 내지 200 밀리그램(mg) 범위 내에서 핵산 결합 작용기가 부착된 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 플라스틱 재질로 구현된 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되되 상기 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널이 배치된 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되되 상기 유입부 및 상기 유출부가 배치된 제3 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상기 제1 판 및 제3 판은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제3 판의 유입부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 유출부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1판 및 제3 판의 두께는 0.01 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되며, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판의 두께는 30 마이크로미터(㎛) 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020120012222A 2012-02-07 2012-02-07 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법 KR101915675B1 (ko)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120012222A KR101915675B1 (ko) 2012-02-07 2012-02-07 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법
PCT/KR2013/000609 WO2013118990A1 (ko) 2012-02-07 2013-01-25 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법
PT137459970T PT2813565T (pt) 2012-02-07 2013-01-25 Aparelho de extração de ácidos nucleicos a ultra alta velocidade e método de extração de ácidos nucleicos que o utiliza
JP2014555480A JP6062963B2 (ja) 2012-02-07 2013-01-25 超高速核酸抽出装置及び方法
ES13745997.0T ES2615644T3 (es) 2012-02-07 2013-01-25 Aparato de extracción de ácido nucleico a velocidad ultra-alta y procedimiento de extracción de ácido nucleico usando el mismo
RS20170143A RS55711B1 (sr) 2012-02-07 2013-01-25 Aparat za ultra brzu ekstrakciju nukleinske kiseline i postupak za ekstrakciju nukleinske kiseline upotrebom ovog aparata
EP13745997.0A EP2813565B1 (en) 2012-02-07 2013-01-25 Ultra-high-speed nucleic acid extracting apparatus and nucleic acid extracting method using same
HUE13745997A HUE031771T2 (en) 2012-02-07 2013-01-25 Ultra-high-speed nucleic acid extraction device and nucleic acid extraction process using it
CN201380008506.0A CN104114687B (zh) 2012-02-07 2013-01-25 超高速核酸萃取装置及利用此的核酸萃取方法
DK13745997.0T DK2813565T3 (en) 2012-02-07 2013-01-25 Ultra high speed nucleic acid extraction apparatus and nucleic acid extraction method using the same
US14/454,388 US9476038B2 (en) 2012-02-07 2014-08-07 Ultra-high-speed nucleic acid extracting apparatus and nucleic acid extracting method using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120012222A KR101915675B1 (ko) 2012-02-07 2012-02-07 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130101606A true KR20130101606A (ko) 2013-09-16
KR101915675B1 KR101915675B1 (ko) 2018-11-06

Family

ID=48947720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120012222A KR101915675B1 (ko) 2012-02-07 2012-02-07 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9476038B2 (ko)
EP (1) EP2813565B1 (ko)
JP (1) JP6062963B2 (ko)
KR (1) KR101915675B1 (ko)
CN (1) CN104114687B (ko)
DK (1) DK2813565T3 (ko)
ES (1) ES2615644T3 (ko)
HU (1) HUE031771T2 (ko)
PT (1) PT2813565T (ko)
RS (1) RS55711B1 (ko)
WO (1) WO2013118990A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023214630A1 (ko) * 2022-05-03 2023-11-09 경북대학교 산학협력단 혈액 내 핵산 분리를 위한 휴대 가능 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102579835B1 (ko) * 2016-06-08 2023-09-15 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 조직 및 세포를 프로세싱하기 위한 방법 및 장치
CN110199859B (zh) * 2019-06-15 2021-02-23 浙江大学 用于研究根际微域的方法及所用的微流控芯片装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6953676B1 (en) * 1992-05-01 2005-10-11 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale polynucleotide amplification device and method
EP1119576B1 (en) 1998-10-09 2003-06-11 Whatman Bioscience Limited Isolation method for nucleic acid and apparatus
US7914994B2 (en) * 1998-12-24 2011-03-29 Cepheid Method for separating an analyte from a sample
US8986944B2 (en) * 2001-10-11 2015-03-24 Aviva Biosciences Corporation Methods and compositions for separating rare cells from fluid samples
KR100441893B1 (ko) * 2002-08-03 2004-07-27 학교법인 포항공과대학교 Ｍｅｍｓ소자를 이용한 핵산분리장치
WO2004040001A2 (en) * 2002-10-02 2004-05-13 California Institute Of Technology Microfluidic nucleic acid analysis
EP2407243B1 (en) * 2003-07-31 2020-04-22 Handylab, Inc. Multilayered microfluidic device
US7785533B2 (en) * 2003-09-12 2010-08-31 Nec Corporation Chip, device using the chip, and method of using the same
GB2416030B (en) * 2004-01-28 2008-07-23 Norchip As A diagnostic system for carrying out a nucleic acid sequence amplification and detection process
US20080257071A1 (en) 2005-11-25 2008-10-23 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Microfluidic Device with Porous Membrane and an Unbranched Channel
WO2008061129A2 (en) * 2006-11-14 2008-05-22 University Of Utah Research Foundation Methods and compositions related to continuous flow thermal gradient pcr
US8157434B2 (en) * 2007-01-19 2012-04-17 Fluidigm Corporation High efficiency and high precision microfluidic devices and methods
GB0710957D0 (en) 2007-06-07 2007-07-18 Norchip As A device for carrying out cell lysis and nucleic acid extraction
JP2009125033A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 核酸単離方法、核酸抽出装置、及びそれらを用いた細胞種の同定方法及び遺伝子検出方法
KR20090124311A (ko) * 2008-05-29 2009-12-03 한양대학교 산학협력단 시료 전처리용 마이크로 바이오칩 및 이를 이용한 ｄｎａ추출방법
JP5795255B2 (ja) * 2008-07-18 2015-10-14 キヤノン ユー．エス． ライフ サイエンシズ， インコーポレイテッドＣａｎｏｎ Ｕ．Ｓ． Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ． 微小流体ｄｎａ試料調製のための方法およびシステム
JP5729904B2 (ja) * 2009-06-02 2015-06-03 キヤノン株式会社 細胞から蛋白質、ｄｎａ、ｒｎａを調製する方法
EP2443254A2 (en) * 2009-06-15 2012-04-25 NetBio, Inc. Improved methods for forensic dna quantitation
KR101082348B1 (ko) 2009-07-03 2011-11-10 서울대학교산학협력단 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩
KR20110035476A (ko) * 2009-09-30 2011-04-06 삼성전자주식회사 핵산 분리 방법 및 장치
EP2506882A4 (en) * 2009-11-30 2017-05-17 Fluidigm Corporation Microfluidic device regeneration
TWI421340B (zh) * 2010-03-16 2014-01-01 Nat Univ Tsing Hua 微流道晶片及其使用方法
JP2012018039A (ja) * 2010-07-07 2012-01-26 Sony Corp マイクロ流路と核酸ハイブリダイゼーションのためのマイクロチップとカラム及び装置並びに方法
WO2012075508A2 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Blood Cell Storage, Inc. Processes for isolating microorganisms

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023214630A1 (ko) * 2022-05-03 2023-11-09 경북대학교 산학협력단 혈액 내 핵산 분리를 위한 휴대 가능 장치

Also Published As

Publication number Publication date
ES2615644T3 (es) 2017-06-07
KR101915675B1 (ko) 2018-11-06
US20140349386A1 (en) 2014-11-27
EP2813565A1 (en) 2014-12-17
EP2813565A4 (en) 2015-08-12
EP2813565B1 (en) 2016-11-16
JP2015507918A (ja) 2015-03-16
JP6062963B2 (ja) 2017-01-18
WO2013118990A1 (ko) 2013-08-15
DK2813565T3 (en) 2017-02-27
PT2813565T (pt) 2017-02-23
CN104114687A (zh) 2014-10-22
CN104114687B (zh) 2016-06-22
RS55711B1 (sr) 2017-07-31
HUE031771T2 (en) 2017-07-28
US9476038B2 (en) 2016-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014112671A1 (ko) 핵산 추출용 미세유동 칩, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법
JP5382347B2 (ja) 使い捨て可能なマイクロ精製カード、方法、およびそのシステム
EP1714134B1 (en) A diagnostic system for carrying out a nucleic acid sequence amplification and detection process
KR20130135112A (ko) 다-채널 하향 액체 주입 장치, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용한 핵산 추출 방법
JP2010529839A (ja) 細胞溶解および核酸抽出を行うためのデバイス
US20140179909A1 (en) Microfluidic device for nucleic acid extraction and fractionation
KR20130135111A (ko) 다-채널 액체 분배 장치, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용한 핵산 추출 방법
KR101912435B1 (ko) 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법
KR20160145610A (ko) 생물학적 분자들의 정화 방법 및 장치
KR101406347B1 (ko) 핵산 추출용 미세유동 칩, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법
KR101915675B1 (ko) 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법
US20160186167A1 (en) Method and Device for Processing a Sample of Biological Material Containing Target Cells and Companion Cells in Order to Extract Nucleic Acids of the Target Cells
EP3282005A1 (en) Cell separation chip and method for separating cells by using same
US20220016629A1 (en) Systems and methods for on-chip analysis of nucleic acids and for multiplexed analysis of cells
US20210340595A1 (en) Blood Sample Processing and Nucleic Acid Amplification Systems, Devices, and Methods

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant