KR20140046941A

KR20140046941A - 시료 처리 장치 및 이를 포함하는 자동 분석 장치

Info

Publication number: KR20140046941A
Application number: KR1020120113198A
Authority: KR
Inventors: 고병훈; 문대경; 김현철; 배병우; 이성동
Original assignee: 주식회사 인포피아
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-21
Also published as: US20150209789A1; WO2014058251A1; KR101407655B1

Abstract

본 실시예에 따른 시료 처리 장치는, 시료로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 시료 처리 장치로서, 챔버를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 하부에 위치하는 밸브; 및 상기 밸브의 하부에 위치하며 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 하는 PCR부를 포함한다.

Description

시료 처리 장치 및 이를 포함하는 자동 분석 장치{SAMPLE PROCESSING APPARATUS AND AUTOMATIC ANALYZING APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 발명은 시료 처리 장치 및 이를 포함하는 자동 분석 장치에 관한 것이다.

핵산을 추출 및 증폭하여 다양한 검출 반응에 의하여 병원체 등을 검출하는 방법이 다양한 연구, 의학적 용도, 산업적 용도에 사용되고 있다. 이를 위해서는, 핵산을 추출하는 공정, 추출한 핵산을 증폭하는 공정, 병원체 등을 검출하는 공정 등을 수행하여야 하며, 각 공정에서 여러 종류의 반응 물질을 사용하여야 한다.

그런데, 서로 다른 반응 물질을 사례로 사용하여 다양한 공정을 수행하여야 하므로 공정 시간이 복잡하고 공정 시간이 길어진다. 특히, 핵산을 추출하는 장치와 증폭과 검출을 수행하는 장치가 서로 달라서 공정 시간이 복잡해지고 공정 시간이 길어지게 된다.

본 발명은 시료의 처리 및 병원체 등의 검출에 필요한 다양한 공정을 자동화하여 처리할 수 있는 시료 처리 장치 및 이를 포함하는 자동 분석 장치를 제공하고자 한다.

본 실시예에 따른 시료 처리 장치는, 시료로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 시료 처리 장치로서, 챔버를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 하부에 위치하는 밸브; 및 상기 밸브의 하부에 위치하며 실시간중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 하는 PCR부를 포함한다.

본 실시예에 따른 자동 분석 장치는, 시료로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 시료 처리 장치; 및 상기 시료 처리 장치가 장착되며, 상기 시료 처리 장치를 구동하는 구동 부재, 상기 시료 처리 장치를 가열하는 가열 부재 및 상기 시료 처리 장치에서 증폭된 핵산으로부터 병원균의 검출 여부를 판단하는 검출부재를 포함하는 장치부를 포함한다. 상기 시료 처리 장치는, 챔버를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 하부에 위치하는 밸브; 및 상기 밸브의 하부에 위치하며 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 하는 PCR부를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 하우징, 밸브 및 중합 효소 연쇄 반응을 하는 PCR부를 일체로 결합하여 구조를 단순화할 수 있다. 이때, 밸브를 사이에 둔 상태에서 하우징과 PCR부를 결합하여 밸브를 회전 가능하게 할 수 있다. 이에 의하여 밸브의 회전에 의하여 시료 내의 핵산을 추출 및 증폭하여 병원체를 검출하는 데 필요한 다양한 공정을 순서대로 자동화하여 처리할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따르면 간단한 구조를 가지면서도 시료의 처리 및 병원체 검출 등을 자동화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 처리 장치를 도시한 사시도이고다.
도 2는 도 1의 시료 처리 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 시료 처리 장치의 밸브를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 시료 장치를 도시한 부분 단면도이다.
도 5는 도 1의 시료 처리 장치의 하우징을 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 변형예에 따른 시료 처리 장치의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 변형예에 따른 시료 처리 장치의 부분 단면도이다.
도 9는 도 1의 시료 처리 장치의 PCR부를 도시한 사시도이다.
도 10a 및 10b는 도 9의 X-X 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 분석 장치의 사시도이다.
도 12는 도 11의 자동 분석 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13a 내지 도 13l는 본 실시예에 따른 시료 처리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 변형예에 따른 자동 분석 장치의 하우징을 도시한 절개 사시도이다.
도 15는 본 발명의 변형예에 따른 자동 분석 장치의 PCR부를 도시한 사시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 시료 처리 장치 및 이를 포함하는 자동 분석 장치를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 시료 처리 장치는 시료로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 과정을 자동으로 수행하여 병원체 등의 검출 등에 사용할 수 있도록 하는 장치이다.

이때, 시료라 함은 핵산이 함유된 모든 시료를 말하는 것으로 바이러스, 미생물, 세포, 동물 또는 식물의 조직, 동물 또는 식물의 기관, 이들의 체액 등이 포함될 수 있다. 일례로, 시료는 병원체 등의 검출을 위하여 비장과 같은 기관과 그 외 체액 성분, 조직 등으로부터 채취된 것으로서, 특정 질병 조직, 바이오 마커를 지닌 조직, 병원성 미생물 호발 부위 시료 (예, 혈액, 조직, 객담, 뇨, 분변 등), 세포 배양을 통해 증식된 시료, 자연계의 시료 등을 모두 포함하는 것일 수 있다. 상기 시료는 이미 공지된 다양한 방법에 의하여 수득될 수 있다.

그리고 핵산은 폴리뉴클레오디드(polynucleotide)를 구성된 유전 물질로, 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid, 이하 "DNA")와 리보핵산(ribonucleic acid, 이하 "RNA")로 구분될 수 있다.

이러한 시료 처리 장치는 병원체 등을 검출하는 검출 부재 등을 구비하는 자동 분석 장치에 적용되어, 시료로부터 핵산을 자동으로 추출 및 증폭한 후에 병원체 등의 검출까지 한 번에 수행되도록 할 수 있다.

이하에서는 시료 처리 장치에 대하여 설명한 후에 시료 처리 장치가 적용된 자동 분석 장치를 설명한다. 그 후에 이들의 작동에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 처리 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 시료 처리 장치를 도시한 분해 사시도이다. 그리고 도 3은 도 1의 시료 처리 장치의 밸브를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1의 시료 장치를 도시한 부분 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 시료 처리 장치(100)는, 복수의 챔버(110)를 구비하는 하우징(10)과, 하우징(10)의 하부에 위치하는 밸브(20)와, 밸브(20)의 하부에 위치하는 중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, 이하 "PCR")부(30)를 포함한다.

하우징(10)은 바닥면을 구비하며 상부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 일례로, 하우징(10)이 원형의 평면 형상을 가지는 대략적인 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형상을 가질 수도 있다. 그리고 하우징(10)은 내부에 다양한 물질들이 수용될 수 있도록 지지할 수 있는 다양한 물질로 이루어질 수 있는데, 일례로, 플라스틱으로 이루어질 수 있다.

그리고 하우징(10)의 내부에는 시료를 용해(lysis)하여 얻은 핵산을 용출(elution)하기까지의 다양한 과정을 차례로 수행할 수 있도록 복수의 챔버(110)가 구비될 수 있다. 복수의 챔버(110)는, 중앙부에 위치하는 유체 변위 챔버(120)와, 유체 변위 챔버(120)의 외곽으로 위치하는 반응 챔버(130)를 구비할 수 있다. 시료 처리를 위한 다양한 과정을 차례로 수행할 수 있도록 반응 챔버(130)가 복수 개로 구비될 수 있다. 그리고 각 과정에서 유체를 각 반응 챔버(130) 또는 PCR부(30)로 공급하거나 각 반응 챔버(130) 또는 PCR부(30)로부터 공급받는 유체 변위 챔버(120)가 중앙부에 위치하여 유체 흐름의 동선을 최소화할 수 있도록 한다.

이러한 유체 변위 챔버(110) 및 반응 챔버(120)의 바닥면에는 유체의 흐름을 위한 복수의 홀이 형성되는데, 이에 대해서는 추후에 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

하우징(10)의 바닥면 쪽에는 하우징(10)의 측면을 구성하면서 서로 이격되어 연장되는 연장부(140)가 형성된다. 이러한 연장부(140)는 하우징(10)과 PCR부(30)의 사이에 밸브(20)를 개재한 상태에서 밸브(20)를 넘어 PCR부(30)의 측면에 이르도록 형성될 수 있다.

그리고 연장부(140)에서 PCR부(30)에 대응하는 부분에는 PCR부(30)와의 결합을 위한 제1 결합부(142)가 형성된다. 이러한 연장부(140)의 제1 결합부(142)는 PCR부(30)의 측면에 형성된 제2 결합부(34)와 결합되어, 하우징(10)과 PCR부(30)를 일체로 고정하고 하우징(10)과 PCR부(30) 사이에는 밸브(20)가 회전 가능하게 위치하도록 한다.

도면에서는 연장부(140)가 4개 형성된 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 연장부(140)의 개수는 밸브(20)를 사이에 위치한 상태로 하우징(10) 및 PCR(30)를 일체로 결합할 수 있으면 다양하게 변형될 수 있다. 따라서 연장부(140)는 2 이상의 다양한 개수로 형성될 수 있다.

하우징(10)의 상부에는 반응 챔버(130)를 덮는 덮개부(150)가 위치할 수 있다. 덮개부(150)의 중앙부에는 유체 변위 챔버(120)를 개방하는 개구부(161, 171)가 형성되고, 이 개구부(161, 171)를 통하여 유체 변위 챔버(120) 내로 유체 변위 부재(180)가 위치할 수 있다. 이러한 유체 변위 부재(180)는 유체 변위 챔버(120) 내부에 위치한 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 상하로 이동할 수 있는 것으로서, 일례로, 플런저 또는 피스톤일 수 있다.

본 실시예에서 덮개부(150)는 제1 덮개부(160)와 제2 덮개부(170)를 가질 수 있다.

제1 덮개부(160)는 하우징(10)의 상부 가장자리에 고정된다. 일례로, 제1 덮개부(160)는 하우징(10)의 상부 가장자리를 감싸면서 하우징(10)의 상부 가장자리에 고정될 수 있다. 그리고 제1 덮개부(160)의 상부면에는 제1 덮개부(160)의 가장자리를 따라 외부를 향해 돌출되는 고정 돌출부(168)가 형성될 수 있다.

이때, 제1 덮개부(160)에는 개구부(161)와 함께, 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성된 제2 개구부(163) 및 초음파 부재(190)가 끼워지는 제3 개구부(165)가 형성될 수 있다. 초음파 부재(190) 및 이의 고정하는 방법 등은 추후에 설명한다.

제2 덮개부(170)는 제1 덮개부(160)의 상부에서 제1 덮개부(160)에 고정된다. 일례로, 제2 덮개부(170)는 제1 덮개부(160)에 형성된 고정 돌출부(168)를 둘러싸도록 돌출된 가장자리를 구비할 수 있다. 이에 따라, 제2 덮개부(170)의 가장자리를 제1 덮개부(160)의 돌출부(160)의 외부에 위치하도록 하여 제2 덮개부(170)를 제1 덮개부(160) 상에 고정할 수 있다.

이때, 제2 덮개부(170)에는 개구부(161)와 함께, 초음파 부재(190)가 끼워지는 제3 개구부(175)가 형성될 수 있다. 제2 덮개부(170)는 각 반응 챔버(130)를 모두 덮도록 형성된다.

본 실시예에서는 덮개부(150)가 제1 덮개부(160) 및 제2 덮개부(170)를 가지는 이중 구조로 형성된다. 이에 의하여, 각 반응 챔버(130)에 물질을 공급하거나 각 반응 챔버(130)로부터 물질을 배출할 때에 제2 덮개부(170)를 열어 제2 개구부(163)에 의하여 반응 챔버(130)를 개방하고, 그 외의 경우에는 제2 덮개부(170)를 닫아 반응 챔버(130)를 폐쇄할 수 있다.

이때, 제2 덮개부(170)의 일부가 제2 덮개부(160)의 일부와 접철 가능하게 연결되어, 제2 덮개부(170)를 열거나 닫는 것이 원활하게 이루어지도록 하고, 제2 덮개부(170)를 열었을 때 제2 덮개부(170)를 잃어버리는 것을 방지할 수 있다.

이러한 덮개부(150)는 복수의 챔버(110) 내의 물질이 외부로 흐르지 않도록 하는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 플라스틱으로 이루어질 수 있다.

하우징(10)의 하부에서 하우징(10)과 PCR부(30) 사이에 하우징(10)의 복수의 챔버(110)와 PCR부(30)로의 유체 흐름을 제어하기 위한 밸브(20)가 위치한다. 이러한 밸브(20)는 PCR부(30)를 중앙부를 관통하여 외부로 연장되는 연결 수단(22)에 의하여 회전 구동 부재(도 12의 참조부호 410, 이하 동일)에 연결될 수 있으며, 회전 구동 부재(410)에 의하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 자유롭게 회전될 수 있다. 본 실시예에서 밸브(20)는 평면 형상이 원형인, 대략적인 원반 형상을 가질 수 있다.

도 3을 참조하면, 밸브(20) 내에는 복수의 채널(210, 220, 230)이 형성되어, 챔버들(110) 간에 유체가 흐르도록 하거나 챔버(110)와 PCR부(30) 사이에 유체가 흐르도록 할 수 있다. 이러한 밸브(20)의 상면은 하우징(10)(좀더 구체적으로 하우징(10)의 바닥면)에 밀착되고, 밸브(20)의 하면은 PCR부(30)(좀더 구체적으로 PCR부(30)의 상면)에 밀착될 수 있다. 이에 의하여 복수의 채널(210, 220,230)이 챔버(110)의 홀 및 PCR부(30)의 유출구 등과 연통될 때 유체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 복수의 채널(210, 220, 230)은 밸브(20)의 상면과 하면을 관통하면서 형성될 뿐 하우징(10) 등에 별도로 구비되지 않는바 구조를 단순화할 수 있으며, 유체 흐름을 원활하게 할 수 있다.

이러한 밸브(20)는 상부의 면적보다 하부의 면적을 작게 형성할 수 있다. 이에 의하여 PCR부(30)의 상면을 넓은 면적으로 노출하여 가열 부재(도 12의 참조부호 440)이 PCR부(30)의 상면에 넓게 위치할 수 있도록 한다. 일례로, 밸브(20)는 평면 상으로 제1 직경을 가지는 상부 부분과, 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 가지는 하부 부분을 포함할 수 있다. 또한, 밸브(20)의 평면적은 하우징(10) 및 PCR부(30)의 평면적보다 작아 하우징(10) 및 PCR부(30) 사이에서 하우징(10) 및 PCR부(30)의 고정 구조와 상관 없이 자유롭게 회전될 수 있다.

좀더 구체적으로, 복수의 채널(210, 220, 230)은 유체 변위 챔버(120)와 각 반응 챔버(130)를 연통하는 제1 채널(210) 및 유체 변위 챔버(120)와 PCR부(30)를 연통하는 제2 채널(220)을 포함한다. 또한, 반응 챔버(130) 중 어느 하나와 PCR부(30)를 연통하는 제3 채널(230)을 포함할 수 있다.

제1 채널(210)은 밸브(20)의 상면에 유체 변위 챔버(120)에 연통되도록 형성된 제1 유출구(212)와 밸브(20)의 상면에 반응 챔버(130)에 연통되도록 형성된 제2 유출구(214) 사이에 형성된다.

이때, 제1 유출구(212)는 유체 변위 챔버(120)에 대응하므로 밸브(20)의 중심축으로부터 이격된 거리가 상대적으로 작을 수 있고, 제2 유출구(214)는 각 반응 챔버(130)에 대응하므로 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 이격된 거리가 상대적으로 클 수 있다. 그리고 제1 유출구(212)와 제2 유출구(214)는 평면 형상으로 볼 때 밸브(20)의 중심을 지나는 직경 상에 평행하게 위치할 수 있다. 그러면, 제1 유출구(212)와 제2 유출구(214) 사이에 형성되는 제1 채널(210)의 경로를 단순화할 수 있다.

제1 채널(210)의 내부에는 시료 내의 핵산을 포획할 수 있는 제1 필터(216)가 위치한다. 이러한 제1 필터(216)는 핵산을 포획할 수 있는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 유리 섬유(glass fiber)로 이루어진 다공성 물질일 수 있다.

제2 채널(220)은 밸브(20)의 상면에서 유체 변위 챔버(120)에 연통되도록 형성된 제3 유출구(222)와 밸브(20)의 하면에서 PCR부(130)에 연통되도록 형성된 제4 유출구(224) 사이에 형성된다. 이때, 제3 유출구(222)가 제1 유출구(212)보다 밸브(20)의 중심축(C)에 가깝게 형성될 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제3 유출구(222)는 제1 유출구(212)와 구별되어 형성되면 족할 뿐, 그 위치가 한정되지 않는다.

제3 채널(230)은 밸브(20)의 상면에서 반응 챔버(130)에 연통되도록 형성된 제5 유출구(232)와 밸브(20)의 하면에서 PCR부(30)에 연통되도록 형성된 제6 유출구(234) 사이에 형성된다. 이때, PCR부(30)로의 유체 흐름을 원활하게 할 수 있도록 제4 유출구(224)와 제6 유출구(234)는 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 동일한 거리에 위치할 수 있다. 이에 대해서는 PCR부(30)를 설명하면서 다시 후술한다. 제5 유출구(232)는 제2 유출구(214)보다 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 멀리 떨어져 위치할 수 있다.

그리고 밸브(20)의 하면에는 PCR부(30)의 상면에 형성된 걸림부(329)에 걸릴 수 있도록 돌출된 PCR 이동부(209)가 형성될 수 있다. 이러한 걸림부(329)와 PCR 이동부(209)는 서로 걸려서 밸브(20)의 회전에 따라 PCR부(30)의 일부를 회전시킬 수 있는 다양한 구성이 적용될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.

이러한 밸브(20)는 일례로, 플라스틱으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 그 외 다양한 물질로 형성될 수 있음은 물론이다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 밸브(20)의 하부에는 하우징(10)에서 포획된 핵산에 PCR을 수행하여 DNA를 증폭하는 PCR부(30)가 위치한다. 본 실시예에서 PCR부(30)는 평면 형상이 원형인, 대략적인 원반 형상을 가질 수 있다.

이러한 PCR부(30)의 중앙 부분에는 밸브(20)에 연결되는 연결 수단(22)이 관통할 수 있는 관통홀(32)이 형성될 수 있다. 그리고 PCR부(30)의 측면에는 하우징(10)의 연장부(140)의 제1 결합부(142)에 결합되는 제2 결합부(34)가 형성된다. 제2 결합부(34)는 제1 결합부(142)와 결합될 수 있는 다양한 구성일 수 있는데, 일례로 본 실시예에서는 홈 형상의 제1 결합부(142)에 끼워지도록 PCR부(30)의 측면에 형성된 돌출부일 수 있다.

밸브(20)의 연결 수단(22)이 PCR부(30)의 관통홀(32)을 관통하도록 하여 PCR부(30) 상에 밸브(20)를 위치시킨 상태에서, 밸브(20) 및 PCR부(30)의 위에 하우징(10)을 위치시킨 후, 연장부(140)의 제1 결합부(142)(즉, 홈)와 PCR부(30)의 제2 결합부(34)(즉, 돌출부)를 끼움 결합하면, 하우징(10), 밸브(20) 및 PCR부(30)를 일체로 결합할 수 있다. 이때, 하우징(10)과 PCR부(30)는 서로 제1 및 제2 결합부(142, 34)에 의하여 고정되지만, 밸브(20)는 하우징(10) 및 PCR부(30)와 별도로 고정되지 않는다. 따라서, 밸브(20)가 연결 수단(22)에 의하여 회전 구동 부재(410)에 연결되면 밸브(20) 자체만 회전할 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예에서는 하우징(10)과 PCR부(30)를 끼움 결합하는 것에 의하여 하우징(10), 밸브(20) 및 PCR부(30)를 일체로 결합할 수 있어, 간단한 공정으로 결합이 가능하다. 이때, 하우징(10), 밸브(20) 및 PCR부(30)의 평면 형상을 원형으로 하여, 하우징(10), 밸브(20) 및 PCR부(30)를 쉽게 일체화할 수 있으며 밸브(20)의 회전을 원활하게 할 수 있다.

상술한 설명에서는 제1 결합부(142)로 홈을 형성하고 제2 결합부(34)로 돌출부를 형성한 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 결합부(142)가 돌출부이고 제2 결합부(34)가 홈인 것도 가능하며, 그 이외의 결합 가능한 다양한 결합 부재가 사용될 수 있음은 물론이다.

본 실시예에서 PCR부(30)는 두 단계의 PCR을 수행하기 위하여 서로 다른 형상의 반응 공간을 가지는 제1 및 제2 PCR부(310, 320)를 포함하는데, 이에 대해서는 후술한다. 이러한 PCR부(30)는 일례로 플라스틱으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 PCR부(30)가 다른 물질로 이루어지는 것도 가능하다.

이하에서는 상술한 하우징(10) 및 PCR부(30)의 구조를 좀더 상세하게 설명한다. 먼저 도 5 및 도 6을 참조하여 하우징(10) 내의 복수의 챔버(110)를 좀더 상세하게 설명한 다음, 도 9를 참조하여 PCR부(30)를 좀더 상세하게 설명한다.

도 5는 도 1의 시료 처리 장치의 하우징을 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

도 4와 함께 도 5를 참조하면, 하우징(10)의 내부에는 유체 변위 챔버(120)와 반응 챔버(130)를 포함하는 복수의 챔버(110)가 형성된다. 반응 챔버(130)에 대하여 먼저 설명한 후에 유체 변위 챔버(120)에 대하여 설명한다.

반응 챔버(130)는 유체 변위 챔버(120)의 외곽에서 복수 개 위치할 수 있다. 일례로, 복수의 반응 챔버(130)는 유체 변위 챔버(120)로부터 외곽을 향해 방사상으로 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이러한 형상을 가지게 되면, 하우징(10) 내의 공간을 효율적으로 사용할 수 있어 분석에 필요한 모든 공간을 구비하면서도 시료 처리 장치(10)의 크기를 줄일 수 있다.

각 반응 챔버(130)는 시료 내의 세포를 용해(lysis)하거나 이에 의해 얻은 핵산을 용출(elution)하는 반응을 각기 수행할 수 있는 물질을 각기 구비한다. 각 반응 챔버(130)는 각 반응에 필요한 용액 또는 물질의 양 또는 반응 공간 등을 고려하여 서로 다른 내부 체적을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 각 반응 챔버(130)가 서로 동일한 내부 체적을 가지는 것도 가능함은 물론이다.

일례로, 본 실시예에서는 반응 챔버(130)가 결합(binding) 챔버(131), 용해(lysis) 챔버(132), 세정 챔버(133, 134), 용출(elution) 챔버(135), 폐기 챔버(136) 및 희석(dilution) 챔버(137)을 구비할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 일부 챔버가 생략되거나, 별도의 챔버가 추가되는 등 다양한 변형이 가능하다.

본 실시예에서는 밸브(20)가 시계 방향으로 회전하면서 차례로 다양한 반응을 수행할 수 있도록 결합 챔버(131), 용해 챔버(132), 세정 챔버(133, 134), 용출 챔버(135), 폐기 챔버(136) 및 희석 챔버(137)가 시계 방향으로 차례로 위치한다. 이에 의하여 밸브(20)의 회전을 최소화할 수 있어 밸브(20)의 구동에 필요한 에너지를 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 밸브(20)가 반시계 방향으로 회전하여 반응 챔버(130)가 본 실시예와 반대로 시계 반대 방향으로 차례로 위치하는 것도 가능하다. 또한, 이러한 순서 없이 반응 챔버(130)가 배열되는 등 다양한 변형이 가능하다.

결합 챔버(131)는 결합 버퍼(binding buffer)를 수용하거나 반응 후에 사용되고 남은 결합 버퍼를 수용하는 역할을 한다. 이러한 결합 버퍼는 제1 필터(216)에 핵산이 잘 포획될 수 있도록 돕는 성분이 포함된다. 결합 버퍼는 제1 채널(210) 내에 위치한 제1 필터(216)를 통과하면서 제1 필터(216)에 핵산이 잘 포획될 수 있는 환경을 제공하게 된다. 이러한 결합 버퍼로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 결합 버퍼로 구아니딘-HCl, 구아니딘-SCN 및 NaI로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 카오트로픽 염(chaotropic salt)을 사용할 수 있다.

이러한 결합 챔버(131)의 바닥면에는 밸브(20)에 형성된 제1 채널(210)과의 연통을 위한 제1 홀(131a)이 형성된다. 이러한 제1 홀(131a)에는 유체 변위 챔버(120)와 각 반응 챔버(130)를 연결하는 제1 채널(210)이 연통될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 밸브(20)의 상면에 형성되며 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성되는 제2 유출구(214)에 대응하는 위치에 제1 홀(131a)이 형성된다. 즉, 하우징(10)의 중심축(C)으로부터 제1 홀(131a)이 이격된 거리와, 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 제2 유출구(214)가 이격된 거리가 동일할 수 있다. 그러면 회전에 의하여 밸브(20)의 제2 유출구(214)가 제1 홀(131a)에 일치할 때, 제1 채널(210)과 결합 챔버(131)가 서로 연통될 수 있다.

용해 챔버(132)는 시료의 용해를 위한 용해 버퍼(lysis buffer)를 수용하고 있다. 용해 버퍼는 시료를 용해할 수 있는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 용해 버퍼는 구아니딘 염(guanidinium salt)(예를 들어, 구아니딘 티오시아네이트(guanidinium thio cyanate))과 같은 카오트로픽제(chaotropic agent), 에틸렌디아민사아세테이스산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)와 같은 킬레이트제(chelating agent), 트리하이드록시메틸아미노메탄(trihidroxymethylaminomethane, Tris-HCl)과 같은 완충염을 포함할 수 있다. 또한, 비이온계 계면활성제가 포함될 수 있다. 폴리에틸렌글리콜형 비이온성 계면활성제나 다가 알콜형 비이온성 계면활성제 모두가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 Triton X-100, 트윈(Tween) (; 솔비탄 에스테르의 산화 에틸렌부가물) 또는 2- 메르캡토에탄올이 사용되며, 가장 바람직하게는 Triton X-100이 사용될 수 있다. 이러한 용해 버퍼는 비산성, 예를 들면, 중성 또는 알카리성을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 용해 버퍼가 다양한 물질을 가질 수 있음은 물론이다.

이러한 용해 챔버(132)의 바닥면에는 밸브(20)에 형성된 제1 채널(210)과의 연통을 위한 제1 홀(132a)이 형성된다. 이러한 제1 홀(132a)에는 유체 변위 챔버(120)와 각 반응 챔버(130)를 연결하는 제1 채널(210)이 연통될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 밸브(20)의 상면에 형성되며 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성되는 제2 유출구(214)에 대응하는 위치에 제1 홀(132a)이 형성된다. 즉, 하우징(10)의 중심축(C)으로부터 제1 홀(132a)이 이격된 거리와, 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 제2 유출구(214)가 이격된 거리가 동일할 수 있다. 그러면 회전에 의하여 밸브(20)의 제2 유출구(214)가 제1 홀(132a)에 일치할 때, 제1 채널(210)과 용해 챔버(132)가 서로 연통될 수 있다.

이때, 도 6을 참조하면, 용해 챔버(132)의 제1 홀(132a) 위에는 제2 필터(138)가 위치한다. 이러한 제2 필터(138)는 세포 찌꺼기(debris)를 제거하기 위한 것이다. 제2 필터(138)는 용해 챔버(130)의 제1 홀(132a)보다 큰 면적으로 형성되어 제1 홀(132a)을 모두 덮을 수 있다. 이에 의하여, 용해 챔버(132) 내의 핵산이 제1 홀(132a)을 통하여 유출될 때 세포 찌꺼기는 제2 필터(138)에 의하여 충분히 걸러질 수 있도록 한다.

제2 필터(138)는 핵산은 통과되고 세포 찌꺼기는 걸러질 수 있는 여과구멍을 갖는 것이 좋다. 제한되지 않으나 바람직한 여과구멍의 크기는 0.2 ~ 50 μm 범위가 좋다. 상기 범위 미만에서는 DNA가 일부 걸러질 수 있으며, 상기 범위를 초과하게 되면 세포 찌꺼기가 충분히 걸러지지 않을 수 있다.

본 실시예에서는 제1 홀(132a) 위에 제2 필터(138)를 구비하여, 종래에 세포 찌꺼기 제거를 위하여 수행하였던 원심 분리 공정을 대신할 수 있다. 이에 의하여 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 이후의 공정에서 세포 찌꺼기로 인해 발생할 수 있는 문제점을 해소할 수 있다.

그리고 용해 챔버(132)에 대응하도록 덮개부(150)에 초음파 부재(190)가 위치한다. 좀더 구체적으로는, 덮개부(150)에서 용해 챔버(132)에 대응하는 부분에 제3 개구부(165, 175)가 형성되고, 제3 개구부(165, 175)를 통해 초음파 부재(190)를 통과시켜 용해 챔버(132) 내부에 초음파 부재(190)가 위치하도록 한다. 초음파 부재(190)는 제3 개구부(165, 175)를 통하여 그 상부가 외부에 노출되므로, 자동 분석 장치(도 11의 참조부호 400, 이하 동일)에서 초음파 부재(190)에 에너지를 공급하는 초음파 구동 부재(도 12의 참조부호 430, 이하 동일)와 쉽게 연결될 수 있다.

이러한 초음파 부재(190)는 초음파 구동 부재(430)와의 연결에 방해가 되지 않도록 제1 덮개부(160) 쪽에서 접착부(192)에 의하여 고정될 수 있다. 접착부(192)로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 7에 도시한 바와 같이, 초음파 부재(190)가 제1 덮개부(160)의 제3 개구부(165)만을 통과하여 위치하고, 제2 덮개부(170)에서 초음파 부재(190)에 접촉하는 부분에는 초음파 구동 부재(430)과의 연결을 위한 금속 등의 연결 부재(176)를 구비하는 것도 가능하다. 일례로, 연결 부재(176)는 접착층(192)에 의하여 제2 덮개부(170)의 제4 개구부(175)에 접착될 수 있다.

또는, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 덮개부(160)의 제3 개구부(165)보다 제2 덮개부(170)의 제3 개구부(175)를 더 크게 형성하여, 덮개부(150)의 제3 개구부(165, 175)의 측면에 단차가 형성되도록 할 수 있다. 이러한 제3 개구부(165, 175)에 측면 단차를 가지는 초음파 부재(190)를 통과시켜 초음파 부재(190)를 안정적으로 장착할 수 있다. 이와 같이 초음파 부재(190)의 고정 구조, 방법 등은 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

초음파 부재(190)는 용해 과정에서 세포와 용해 버퍼에 초음파를 제공하여 시료의 용해를 촉진시킬 수 있다. 초음파 부재(190)는 초음파를 제공할 수 있도록 선단이 뾰족한 팁(tip) 형상을 가질 수 있으며, 다양한 방식 및 구조를 가질 수 있다.

세정 챔버(133, 134)는 제1 필터(126)를 세정하는 세정 버퍼(washing buffer)를 수용하거나, 제1 필터(126)를 세정한 후 세정 버퍼 및 불순물을 수용하기 위한 것이다. 이러한 세정 버퍼는 제1 필터(126)에 핵산과 함께 존재할 수 있는 불순물이나 이전 공정에서 사용된 반응 용액, 특히 카오트로픽 염(chaotropic salt)을 세척하여 타겟 핵산의 순도를 높여주는 역할을 한다.

일례로, 본 실시예에서는 세정 챔버(133, 134)가 별개의 제1 및 제2 세정 챔버(133, 134)를 구비하여 제1 필터(126)에 잔존하는 불순물을 좀더 효과적으로 제거할 수 있다. 물론, 세정 챔버는 하나만 존재할 수 있으며 본 발명에서 제외하는 것은 아니다.

제1 세정 챔버(133)에는 첫 번째 세정을 수행할 수 있는 제1 세정 버퍼가 위치할 수 있는데, 이러한 제1 세정 버퍼는 핵산 이외의 불순물을 선택적으로 세척하여 제거할 수 있는 성분이라면 제한되지 않으며 일례로, 90~100% 농도의 에탄올, 이소프로판올 등을 포함할 수 있다.

이러한 제1 세정 챔버(133)의 바닥면에는 밸브(20)에 형성된 제1 채널(210)과의 연통을 위한 제1 홀(133a)이 형성된다. 이러한 제1 홀(133a)에는 유체 변위 챔버(120)와 각 반응 챔버(130)를 연결하는 제1 채널(210)이 연통될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 밸브(20)의 상면에 형성되며 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성되는 제2 유출구(214)에 대응하는 위치에 제1 홀(133a)이 형성된다. 즉, 하우징(10)의 중심축(C)으로부터 제1 홀(133a)이 이격된 거리와, 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 제2 유출구(214)가 이격된 거리가 동일할 수 있다. 그러면 회전에 의하여 밸브(20)의 제2 유출구(214)가 제1 홀(133a)에 일치할 때, 제1 채널(210)과 제1 세정 챔버(133)가 서로 연통될 수 있다.

제2 세정 챔버(134)에는 두 번째 세정을 수행할 수 있는 제2 세정 버퍼가 위치할 수 있는데, 제1 세정 버퍼와 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 제1 세정 버퍼와 동일한 경우에는 제1 필터(126)에 잔류하는 불순물을 더욱 제거하기 위함이다. 한편, 제1 세정 버퍼와 다른 성분이나 조성비로 이루어진 제2 세정 버퍼를 사용할 수 있으며, 이는 불순물을 더욱 제거함과 제1 세정 버퍼 성분의 카오트로픽 염(chaotropic salt)을 제거함으로써 다음단계인 용출과정에서 용출용액은 제 1필터로부터 쉽게 핵산을 녹일 수 있는 역할을 수행할 수 있게 만든다. 그리고 세정 버퍼 성분 중 하나인 알코올은 PCR 반응을 억제하는 효과를 나타낼 수 있기 때문에 이를 효과적으로 제거하기 위해 제2 세정 버퍼가 사용될 수 있다. 일례로, 50~80% 농도의 에탄올을 포함할 수 있다.

이러한 제2 세정 챔버(134)의 바닥면에는 밸브(20)에 형성된 제1 채널(210)과의 연통을 위한 제1 홀(134a)이 형성된다. 이러한 제1 홀(134a)에는 유체 변위 챔버(120)와 각 반응 챔버(130)를 연결하는 제1 채널(210)이 연통될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 밸브(20)의 상면에 형성되며 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성되는 제2 유출구(214)에 대응하는 위치에 제1 홀(134a)이 형성된다. 즉, 하우징(10)의 중심축(C)으로부터 제1 홀(134a)이 이격된 거리와, 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 제2 유출구(214)가 이격된 거리가 동일할 수 있다. 그러면 회전에 의하여 밸브(20)의 제2 유출구(214)가 제1 홀(134a)에 일치될 때, 제1 채널(210)과 제2 세정 챔버(134)가 서로 연통될 수 있다.

용출 챔버(135)는 제1 필터(126)에 포획된 핵산을 용출하기 위한 용출 버퍼를 수용하고 있다. 용출 버퍼로는 포획된 핵산을 녹일 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 용출 버퍼로 물 또는 TE 버퍼 (Tris-Cl, EDTA) 등을 사용할 수 있다.

이러한 용출 챔버(135)의 바닥면에는 밸브(20)에 형성된 제1 채널(210)과의 연통을 위한 제1 홀(135a)이 형성된다. 이러한 제1 홀(135a)은 유체 변위 챔버(120)와 각 반응 챔버(130)를 연결하는 제1 채널(210)이 연통되도록 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 밸브(20)의 상면에 형성되며 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성되는 제2 유출구(214)에 대응하는 위치에 제1 홀(135a)이 형성된다. 즉, 하우징(10)의 중심축(C)으로부터 제1 홀(135a)이 이격된 거리와, 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 제2 유출구(214)가 이격된 거리가 동일할 수 있다. 그러면 회전에 의하여 밸브(20)의 제2 유출구(214)가 제1 홀(135a)에 일치될 때, 제1 채널(210)과 용출 챔버(135)가 서로 연통될 수 있다.

폐기 챔버(136)는 핵산을 포함하는 용출 용액을 PCR부(30)(특히, 제1 PCR(310))에 공급할 때 제3 채널(230)과 연결되어 PCR부(30) 내의 공기가 폐기 챔버(136)로 흐를 수 있도록 한다. 이에 의하여 핵산을 포함하는 용출 용액이 PCR부(30)에 원활하게 공급될 수 있도록 한다.

이러한 폐기 챔버(136)의 바닥면에는 밸브(20)에 형성된 제3 채널(230)과의 연통을 위한 제2 홀(136b)이 형성된다. 좀더 구체적으로는, 밸브(20)의 상면에 형성되며 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성되는 제5 유출구(232)에 대응하는 위치에 제2 홀(136b)이 형성된다. 즉, 하우징(10)의 중심축(C)으로부터 제2 홀(136b)이 이격된 거리와, 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 제5 유출구(232)가 이격된 거리가 동일할 수 있다. 그러면 회전에 의하여 밸브(20)의 제5 유출구(232)가 제2 홀(136b)에 일치될 때, 제3 채널(230)과 폐기 챔버(136)가 서로 연통될 수 있다.

희석 챔버(137)에서는 PCR부(30)(특히, 제1 PCR부(310))에서 처리된 물질(이하 "제1 처리물")을 희석 버퍼와 혼합하여 희석 혼합물을 형성한다. 희석 버퍼로는 제1 처리물을 희석할 수 있는 다양한 물질을 적절한 양으로 사용할 수 있다.

일례로, 희석 버퍼를 제1 처리물의 5~15배의 양으로 사용할 수 있다. 희석 버퍼가 제1 처리물의 5배 미만인 경우에는 희석이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 15배를 초과한 경우에는 희석 혼합물의 양이 지나치게 많아질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 희석 버퍼의 양은 적절하게 조절될 수 있다.

이러한 희석 챔버(137)의 바닥면에는 밸브(20)에 형성된 제1 채널(210)과의 연통을 위한 제1 홀(137a)이 형성된다. 이러한 제1 홀(137a)에는 유체 변위 챔버(120)와 각 반응 챔버(130)를 연결하는 제1 채널(210)이 연통될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 밸브(20)의 상면에 형성되며 각 반응 챔버(130)에 대응하여 형성되는 제2 유출구(214)에 대응하는 위치에 제1 홀(137a)이 형성된다. 즉, 하우징(10)의 중심축(C)으로부터 제1 홀(137a)이 이격된 거리와, 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 제2 유출구(214)가 이격된 거리가 동일할 수 있다. 그러면 회전에 의하여 밸브(20)의 제2 유출구(214)가 제1 홀(137a)에 일치될 때, 제1 채널(210)과 희석 챔버(137)가 서로 연통될 수 있다.

복수의 반응 챔버(130)에 의해 둘러싸이는 유체 변위 챔버(120)의 상부에는 유체 변위 부재(180)가 위치하게 되며, 유체 변위 챔버(120)의 바닥면에는 밸브(20)의 제1 및 제2 채널(210, 220)에 대응하는 홀들(120a, 120b)이 형성된다.

이에 따라 유체 변위 부재(180)가 상부로 이동하면 유체 변위 챔버(120)의 체적이 팽창하여 홀들(120a, 120b)을 통하여 유체 변위 챔버(120) 내부로 유체를 빨아들이는 흡인력이 발생한다. 그리고 유체 변위 부재(180)가 하부로 이동하면 유체 변위 챔버(120)의 체적이 감소하여 홀들(120a, 120b)을 통하여 유체가 유체 변위 챔버(129) 외부로 방출된다.

유체 변위 챔버(120)의 바닥면에 형성된 홀들(120a, 120b)은, 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)에 대응하는 위치에 형성되는 제3 홀들(120a)과, 제2 채널(220)의 제3 유출구(222)에 대응하는 위치에 형성되는 제4 홀들(120b)을 포함할 수 있다.

즉, 제3 홀들(120a)은 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)에 대응하며, 각 반응 챔버(130) 내에 형성되며 동심원상에 위치하는 제1 홀들(130a)이 제2 유출구(214)와 대응한다. 평면으로 볼 때, 하우징(10)의 중심을 지나는 직경 상에 반응 챔버(130)에 형성된 제1 홀들(130a) 각각에 대응하는 제3 홀들(120a)이 위치하게 된다.

즉, 결합 챔버(131)의 제1 홀(131a)과 동일한 직경 상에 위치하도록 유체 변위 챔버(120)의 바닥면에 제3 홀(120a)이 형성된다. 용해 챔버(132)의 제1 홀(132a)과 동일한 직경 상에 위치하도록 유체 변위 챔버(120)의 바닥면에 제3 홀(121a)이 형성된다. 세정 챔버(133, 134)의 제1 홀(133a, 134a)과 동일한 직경 상에 위치하도록 유체 변위 챔버(120)의 바닥면에 제3 홀(123a, 124a)이 형성된다. 용출 챔버(135)의 제1 홀(135a)과 동일한 직경 상에 위치하도록 유체 변위 챔버(120)의 바닥면에 제 3홀(125a)이 형성된다. 희석 챔버(137)의 제1 홀(137a)과 동일한 직경 상에 위치하도록 유체 변위 챔버(120)의 바닥면에 제3 홀(127a)이 형성된다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 홀들(130a)은 제2 유출구(214)에 대응하고 제3 홀들(120a)은 제1 유출구(212)에 대응하도록 형성되면 족하다.

그리고 제4 홀(120b)은 제3 홀(120a)보다 중심축(C)에 좀더 가까이 위치하여 제3 유출구(222)에 대응하도록 형성된다. 이때, 폐기 챔버(135)에 형성된 제2 홀(136b)과 직경 상에 위치하도록 제1 PCR용 제4 홀(126b)이 형성되고, 다른 홀들과 동일한 직경 상에 위치하지 않도록 제2 PCR용 제4 홀(128b)이 형성될 수 있다. 제2 PCR용 제4 홀(128b)이 제1 PCR용 제4 홀(126b)에서 시계 방향으로 회전한 위치에 형성될 수 있다. 이는 밸브(20)의 대체적인 회전 방향을 고려한 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제4 홀들(120b)은 제3 유출구(212)에 대응하도록 형성되면 족하다.

앞서 설명한 바와 같이, 챔버(110)에 형성된 상술한 제1 홀(130a), 제2 홀(136b), 제3 홀(120a), 제4 홀(120b)은 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 이격된 거리가 서로 다르다. 즉, 제1 홀(130a)이 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 이격된 거리와 제2 홀(136b), 제3 홀(120a) 및 제4 홀(120b)이 밸브(20)의 중심축(C)으로부터 이격된 거리가 서로 다르다.

그리고 평면으로 볼 때 제1 홀(130a)과 제3 홀(120a)을 연결한 가상선과, 제2 홀(136b)과 밸브(20)의 중심을 연결한 가상선과, 제4 홀(120b)과 밸브(20)의 중심을 연결한 가상선이 서로 어긋난 위치에 형성될 수 있다. 이에 의하여 밸브(20)의 회전에 따라 복수의 챔버(110) 중에 원하는 챔버만을 선택적으로 연통할 수 있다.

본 실시예에서는 각 반응 챔버(130)과의 유체 흐름이 존재하는 유체 변위 챔버(120)를 중앙부에 위치하여 유체 흐름의 경로를 최소화할 수 있고, 이에 따라 시료의 처리 및 추출이 원활하게 일어날 수 있도록 한다.

도 9는 도 1의 시료 처리 장치의 PCR부를 도시한 사시도이고, 도 10a 및 도 10b는 도 9의 X-X 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

도 9를 참조하면, 앞서 언급한 바와 같이, 본 실시예에서는 PCR부(30)가 서로 다른 형상의 반응 공간(312, 322)을 구비하는 제1 PCR부(310) 및 제2 PCR부(320)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 PCR부(310, 320)은 대략적인 부채꼴 형상을 가지면서 방사상으로 형성될 수 있다. 도면에서는 하나의 제1 PCR부(310)와 하나의 제2 PCR부(320)가 서로 인접하여 형성되며 그 외의 공간은 사용하지 않는 것으로 도시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 PCR부(310)와 제2 PCR부(320)가 서로 이격되어 형성되는 것도 가능하며, 제1 PCR부(310) 및 제2 PCR(320) 중 적어도 어느 하나가 PCR부(30) 내에 복수로 위치하는 등 다양한 변형이 가능하다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 PCR부(30)에서는, 제1 PCR과 제2 PCR를 차례로 수행하도록 제1 및 제2 PCR부(310, 320)를 구비한다. 이는 네스트(NEST) PCR을 수행할 수 있게 해준다(본 발명은 NEST PCR에 한정되지 않는다. 따라서, 제1 PCR(310)은 생략될 수 있으며, 이 또한 본 발명에 포함된다).

이때, 제1 PCR은 네스트 PCR을 위한 첫 번째 단계의 PCR일 수 있으며, 또는 역전사 PCR(reverse transcription PCT, RT-PCR)일 수 있다. 또는, 제1 PCR이 역전사 PCR과 함께 네스트 PCR을 위한 첫 번째 단계를 차례로 수행하는 것일 수 있다. 제2 PCR은 네스트 PCR의 두 번째 단계의 PCR일 수 있으며, 또는 역전사 PCR 후에 수행되는 일반적인 PCR일 수 있다.

먼저, 제1 PCR부(310)에서 수행되는 제1 PCR이 네스트 PCR의 첫 번째 단계이고 제2 PCR부(320)에서 수행되는 제2 PCR이 네스트 PCR의 두 번째 단계인 경우를 설명한다. 제1 PCR부(310)에서는 타켓 DNA보다 외측에 상보적으로 결합되는 외측 개시제를 이용하여 제1 PCR을 수행하고, 제2 PCR부(320)에서는 내측 개시제를 이용하여 타켓 DNA를 얻는 제2 PCR를 수행할 수 있다.

PCR 과정을 좀더 상세하게 설명한다.

PCR은 개시제(primer), DNA 중합효소(DNA polymerase), 그리고 새로운 DNA를 형성하기 위한 재료인 데옥시라이보뉴클레오사이드 트리포스페이트 (deoxyribonucleoside triphosphate, 이하 "dNTP") 등과 핵산(특히 DNA)를 반응시켜 DNA를 증폭하는 것이다.

이때, PCR은 크게 변성(denaturation) 과정, 어닐링(annealing) 과정, 신장(extension) 과정으로 구분될 수 있다.

변성 과정은 DNA 중합 효소가 DNA의 이중 사슬 중 한 개의 사슬을 주형으로 해리시키는 단계로서, 대략 90~96℃에서 수행될 수 있다. 어닐링 과정은 하나의 사슬로 해리된 DNA에 개시제를 부착하는 과정으로, 대략 50~65℃에서 수행될 수 있다. 이때, 온도가 너무 높으면 개시제와 DNA가 결합하지 못하고 온도가 너무 낮으면 개시제가 상보적 부분 이외의 부분에도 결합하기 때문에, 어닐링 과정에서는 온도가 중요한 요인으로 작용하게 된다. 신장 과정은 DNA 중합 효소와 dNTP에 의해 개시제가 연장 및 중합되는 과정으로, DNA 중합 효소에 적합한 온도에서 수행될 수 있다. 일례로, 신장 과정은 68~74℃의 온도에서 수행될 수 있다.

이 경우 제1 및 제2 PCR부(310, 320)의 반응 공간(312, 322) 내에는 각기 상술한 제1 및 제2 PCR을 수행하기에 적합한 개시제, DNA 중합효소, dNTP 등이 위치한다. 이에 의하여 원하는 제1 및 제2 PCR이 일어나도록 한다.

다음으로, 제1 PCR부(310)에서 수행되는 제1 PCR이 역전사 PCR이고 제2 PCR부(320)에서 수행되는 제2 PCR이 일반적인 PCR인 경우를 설명한다. 제1 PCR부(310)에서는 포획된 RNA에 역전사 PCR을 수행하여 DNA를 생성하고, 제2 PCR부(320)에서는 개시제를 이용하여 원하는 DNA를 증폭할 수 있다. 역전사 PCR은 역전사 효소와 개시제를 이용하여 특정 온도(일례로, 40~60℃)에서 RNA에 상보적인 DNA를 생성하는 것이다.

이 경우 제1 PCR(310)의 반응 공간(312)에 역전사 PCR에 적합한 개시제, 역전사 효소 등이 위치하여 역전사 PCR이 일어나도록 하고, 제2 PCR부(320)의 반응 공간(322) 내에는 PCR을 수행하기에 적합한 개시제, DNA 중합효소, dNTP가 위치하여 PCR이 일어나도록 한다.

마지막으로, 제1 PCR부(310)에서 수행되는 제1 PCR이 역전사 PCR 및 네스트 PCR의 첫 번째 PCR이고, 제2 PCR부(320)에서 수행되는 제2 PCR이 네스트 PCR의 두 번째 PCR인 경우를 설명한다.

제1 PCR부(310)에서 포획된 RNA에 역전사 PCR을 수행하여 DNA를 생성한 다음 첫 번째 PCR을 수행하고, 제2 PCR부(32)에서 DNA에 두 번째 PCR을 수행할 수 있다. 이 경우 제1 PCR(310)의 반응 공간(312)에 역전사 PCR에 적합한 개시제, 역전사 효소 등과 함께 첫 번째 PCR에 적합한 개시제, DNA 중합효소, dNTP가 함께 구비된다. 그리고 제2 PCR부(320)의 반응 공간(322) 내에는 두 번째 PCR을 수행하기에 적합한 개시제, DNA 중합효소, dNTP가 구비된다.

제1 PCR부(310)에 역전사 PCR에 적합한 온도 조건을 제공하여 역전사 PCR이 일어나도록 한 후에 첫 번째 PCR에 적합한 온도 조건을 제공하여 제1 PCR이 이루어지도록 한다. 그 후에 제2 PCR부(320)에 제2 PCR에 적합한 온도 조건을 제공하여 두 번째 PCR이 이루어지도록 한다.

본 실시예에서는 PCR부(30)가 제1 및 제2 PCR부(310)를 포함하여, 네스트 PCR이 수행되거나, 역전사 PCR(reverse transcription PCT, RC-PCR) 후에 PCR이 수행될 수 있다. 네스트 PCR을 수행할 경우에는 비특이적 반응을 감소시키며 2 단계의 PCR에 의하여 감도를 향상시킬 수 있다. 역전사 PCR과 함께 PCR을 수행하는 경우에는 핵산이 RNA일 경우에 DNA로 역전사 후 DNA를 증폭할 수 있다.

이와 같이 제1 PCR부(310)는 제1 PCR 또는/및 역전사 PCR이 수행되는 곳으로서, 이에 적합한 온도로 가열되어야 한다. 따라서, 제1 PCR부(310)는 두께가 작고 면적이 넓은 단일의 반응 공간(312)을 가질 수 있다. 그러면 열 전달이 좀더 용이하여 제1 PCR 또는/및 RT-PCR이 좀더 원활하게 일어날 수 있다.

제1 PCR부(310)의 상면에는 유출구(314)와 함께 배기구(316)가 별도로 형성될 수 있다. 이때, 유출구(314)는 제2 채널(220)의 제4 유출구(224)에 연결되어 유체 변위 챔버(도 4의 참조부호 120, 이하 동일)에 연통될 수 있으며, 배기 구(316)는 제3 채널(230)의 제6 유출구(234)에 연결되어 폐기 챔버(136)에 연통될 수 있다. 제1 PCR부(310)는 면적이 넓은 단일의 반응 공간(312)을 구비하므로, 유출구(314)만을 구비할 경우에는 유체 변위 챔버(120) 내에 위치한 핵산을 포함하는 용출 버퍼를 제1 PCR부(310)로 주입하거나 제1 처리물 후의 물질을 배출할 때 원활한 물질 이동이 일어나지 않을 수 있다. 본 실시예에서는 유출구(314)와 함께 배기구(316)를 별도로 구비하여 유출구(314)로 핵산을 포함하는 물질의 주입 및 배출 시 공기가 배기구(316)를 통하여 폐기 챔버(136)로 흘러나가서나 폐기 챔버(136)의 공기가 흘러 들어오게 할 수 있도록 한다. 이에 의하여 물질의 주입 및 배출 시 원활하게 물질이 유동할 수 있도록 한다.

일례로, 원활한 물질의 흐름을 위하여 유출구(314)와 배기구(316)는 PCR부(30)의 중심축(C)으로부터 동일한 거리 상에 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 유출구(314)가 제4 유출구(224)와 대응하고 배기구(316)가 제6 유출구(234)와 대응하여 형성되면 된다.

그리고 제2 PCR부(320)는 제2 PCR을 수행할 수 있도록 복수의 반응 공간(322)을 구비할 수 있다. 이는 동시 다중 진단을 위한 것으로서, 복수의 염기 서열을 각각에 상응하는 개시제(primer)를 사용하여 동시에 증폭 가능하도록 하여 한 번에 다수의 타겟 DNA의 존재 여부를 진단하기 위한 것이다. 일례로, 다양한 호흡기 질환의 해당 타겟 DNA 증폭을 위한 개시제를 각각 반응 공간에 넣고 증폭하게 되면, 타겟 DNA가 존재하는 반응공간에만 특이적으로 증폭이 일어나고 검출이 되므로 다중 병증 진단이 되게 된다. 또한, 근육병의 원인인 디스트로핀 유전자의 결실 변이는 18종류의 개시제를 사용하여 검출할 수 있는바, 최소 18개의 반응 공간(322)을 구비하여 디스트로핀 유전자의 결실 변이를 검출할 수 있도록 하는 것이다. 각 반응 공간(322)은 서로 이격되면서 형성되는 오목부 형상으로 형성될 수 있다.

제2 PCR부(320)의 상면에는 유출구(324)가 형성될 수 있다. 이때. 유출구(324)는 제2 채널(230)의 제4 유출구(224)에 연결되어 유체 변위 챔버(도 4의 참조부호 120, 이하 동일)에 연통될 수 있다.

좀더 구체적으로, 제2 PCR부(320)는 제1 부분(320a)과 제2 부분(320b)을 포함하는 구조를 가져 희석 혼합물을 제2 PCR부(320)에 공급할 때 복수의 반응 공간(322)에 위치한 개시제 등이 서로 섞이지 않도록 할 수 있다.

제1 부분(320a)에는 상면에 유출구(324)가 형성되며 하면에 채널들(325)이 형성되며, 내부는 희석 혼합물을 수용할 수 있는 유체 유입 공간(326)이 형성된다. 그리고 제2 부분(320b)에는 지지 부재(327) 상에 반응 공간(322)을 형성하도록 반응 공간(322)을 둘러싸도록 격벽(328)이 형성된다. 지지 부재(327)는 투명한 물질, 일례로 투명 필름을 포함할 수 있으며, 격벽(328)은 실리콘 등을 포함하는 밀봉재를 포함할 수 있다. 이때, 보통 상태에서는 채널(325)과 반응 공간(322)은 서로 동일한 배치 구조를 가지되 살짝 어긋난 상태로 위치하게 되며, 제1 부분(320a)을 이동시키면 채널(325)과 반응 공간(322)이 서로 일치하게 된다.

즉, 도 10a에 도시한 바와 같이, 보통 상태에서는 유출구(324)를 통하여 희석 혼합물을 유체 유입 공간(326)에 공급할 때는 제1 부분(320a)의 채널들(325)이 제2 부분(320b)의 격벽(328) 상에 위치하게 하여 유체 유입 공간(326) 내에 희석 혼합물이 위치하도록 한다. 희석 혼합물의 공급이 끝난 이후에는, 도 10b에 도시한 바와 같이, 제1 부분(320a)이 이동하여 채널들(326)과 제2 부분(320b)의 반응 공간(322)이 서로 연통되도록 한다. 그러면 유체 유입 공간(326)의 희석 혼합물이 각 반응 공간(322)으로 바로 주입될 수 있다. 제1 부분(320a)은 자동 분석 장치(400)에 구비되어 제1 부분(320a)을 구동하는 구동 수단(도시하지 않음)에 의하여 이동될 수 있다.

이때, 밸브(20)의 하면에 형성된 PCR 이동부(209)와 PCR부(30)의 상면에 형성된 걸림부(329)에 의하여 제1 부분(320a)이 회전할 수 있다. 즉, 밸브(20)가 회전하면서 밸브(20)의 PCR 이동부(209)가 PCR부(30)의 걸림부(329)에 걸리게 되는데, 이 상태에서 밸브(20)가 좀더 회전하게 되면 걸림부(329)를 밀게 되고, 이에 의하여 제1 부분(320a)만이 회전될 수 있는 것이다. 그러나 이는 제1 부분(320a)을 이동할 수 있는 구성의 일례로 제시된 것에 불과하며 이 외의 다양한 구성이 적용될 수 있음은 물론이다. 그리고 도면에 도시하지는 않았으나 PCR부(30)의 걸림부(329)가 통과하는 경로에 해당하도록 밸브(20)의 하부면에 홈 등이 형성될 수 있다. 이에 이하면 PCR부(30)의 상면에 걸림부(329)가 형성되더라도 밸브(20)와 PCR부(30)가 서로 밀착될 수 있다.

제2 PCR부(320)은 상술한 구조를 가져 희석 혼합물을 공급할 때 희석 혼합물이 다수의 반응 공간(322)을 거치면서 각 반응 공간(322)의 개시제 등이 서로 혼합되는 등의 문제를 방지할 수 있다.

이하에서는 상술한 하우징(10), 밸브(20) 및 PCR부(30)를 구비하는 시료 처리 장치(100)를 포함하여, 시료로부터 타켓 DNA를 얻은 후 이의 병원체의 검출을 자동으로 수행하는 자동 분석 장치를 설명한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 분석 장치의 사시도이고, 도 12는 도 11의 자동 분석 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동 분석 장치(400)는 상술한 시료 처리 장치(100)가 내부에 장착되는 장치부가 구비된다. 이러한 장치부는, 시료 처리 장치(100)를 구동하여 시료로부터 타켓 DNA를 얻은 후에, 검출 부재(450)를 이용하여 병원체를 검출한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.

도 12를 참조하면, 자동 분석 장치(400)는 유체 변위 부재(180)를 상하로 구동하는 상하 구동 부재(도시되지 않음), 밸브(20)를 회전 구동하는 회전 구동 부재(410), 초음파 부재(190)를 구동하는 초음파 구동 부재(430), PCR 부(30)를 가열하는 가열 부재(440), 병원균 검출을 위한 검출 부재(450)를 포함할 수 있다.

상하 구동 부재는 유체 변위 부재(180)를 상하로 이동할 수 있는 다양한 방식 및 구조를 가질 수 있다. 회전 구동 부재(410)는 밸브(20)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 자유롭게 회전시킬 수 있는 다양한 방식 및 구조를 가질 수 있다. 일례로, 회전 구동 부재(410)는 스텝퍼 모터일 수 있다. 초음파 구동 부재(430)는 초음파 부재(190)에 초음파를 발생시킬 수 있도록 에너지를 공급하는 다양한 방식 및 구조를 가질 수 있다.

가열 부재(440)는 PCR부(30)를 원하는 온도로 가열할 수 있는 다양한 방식 및 구조를 가질 수 있는데, PCR부(30)에 균일하게 열을 제공할 수 있도록 면상 히터로 구성될 수 있다.

검출 부재(450)는 제2 PCR부(320) 내에서 개시제에 의해 증폭된 타켓 DNA가 있는지 여부를 이를 판별할 수 있는 다양한 방식 및 구조를 가질 수 있다. 일례로, 본 실시예에서는 제2 PCR부(320)에 광을 제공하는 광원(452)과, 광원(452)에 의해 광을 제공받았을 때 제2 PCR부(320)를 촬영하는 카메라(454)로 구성될 수 있다.

상술한 상하 구동 부재, 회전 구동 부재(410), 초음파 구동 부재(430), 가열 부재(440), 검출 부재(450) 등으로는 알려진 다양한 부재 또는 장치 등을 사용할 수 있다.

그리고 본 실시예에서는 검출 부재(450)와 가열 부재(440)가 PCR부(30)를 기준으로 서로 반대쪽에 위치하는 것을 예시하였다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 가열 부재(440)가 투명한 경우 등에는 검출 부재(450)와 가열 부재(440)가 동일한 쪽에 위치하는 것도 가능하며, 가열 부재(440)가 PCR부(30)의 양쪽에 위치하는 것도 가능하다. 또한, 가열 부재(440)는 면상 발열체가 아니고 뜨거운 공기나 액체 등의 유체를 이용한 가열 방식일 수 있다. 즉, PCR부를 뜨거운 공기나 액체로 가열하는 방식일 수 있다.

이하에서는 도 13a 내지 도 13l을 참조하여 시료 처리 장치(100)를 포함하는 자동 분석 장치(400)의 동작을 상세하게 설명한다. 도 13a 내지 도 13l은 본 실시예에 따른 시료 처리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면들이다. 도 13a 내지 도 13l의 상부에는 하우징의 평면도를 도시하고 하부에는 평면도의 점선을 따라 잘라서 본 시료 처리 장치(100)의 절단 사시도이다. 명확한 설명을 위하여 절단 사시도에서 덮개부(150)를 생략하였다.

먼저, 용해 챔버(132) 내로 시료를 넣어 용해 반응을 일으킨다. 이때, 도 13a에 도시한 바와 같이, 제1 채널(210)의 제2 유출구(214)는 결합 챔버(131)의 제1 홀(131a)에 연통되고, 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)는 유체 변위 챔버(120)의 제3 홀(121a)에 연통된다. 제2 채널(220) 및 제3 채널(230)는 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130) 및 PCR부(30)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 상하로 반복 이동시켜 결합 챔버(131)의 결합 버퍼(51)가 제1 채널(210)를 반복하여 흐르게 하여, 결합 버퍼(51)가 제1 채널(210) 내의 제1 필터(도 4의 참조부호 216 참조, 이하 동일)에 도입되도록 한다. 그 후에 유체 변위 부재(180)를 하부로 밀어 남은 결합 버퍼(51)가 결합 챔버(131) 내로 이동하도록 한다.

이와 같이 용해 챔버(132) 내에서 용해 반응이 일어날 때 제1 채널(210)을 결합 챔버(131)와 처음부터 연통시키면 용해 반응 시에 제1 채널(210)에 결합 버퍼(51)를 위치시킬 수 있다. 이에 따라 용해 반응 후에 결합 버퍼(51)를 제1 채널(210)에 도입하기 위해 밸브를 회전해야 하는 단계를 별개로 수행하지 않아도 되므로 공정을 단순화할 수 있다.

이어서, 도 13b에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제1 채널(210)의 제2 유출구(214)를 용해 챔버(132)의 제1 홀(132a)에 연통시키고, 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)를 유체 변위 챔버(120)의 제3 홀(122a)에 연통시킨다. 제2 채널(220) 및 제3 채널(230)는 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130) 및 PCR부(30)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 상하로 반복 이동시켜 핵산이 용해된 용해 버퍼(52)가 제1 채널(210)의 제1 필터(216)를 반복하여 흐르게 하여 제1 필터(216)에 핵산을 포획한다. 이때, 용해 챔버(132) 내의 세포 찌꺼기는 제2 필터(138)에 의하여 걸러져 제1 채널(210) 내부로 유입될 수 없다. 그 후에 유체 변위 부재(180)를 하부로 밀어 유체 변위 챔버(120)에 남은 물질을 용해 챔버(132) 내로 이동시켜 폐기한다. 여기서, 유체 변위 부재(180)를 상하로 반복 이동시키는 것은 일례에 대한 설명이므로, 한 차례 이동할 수도 있으며 본 발명에서 제외되지 않는다. 이는 이후의 설명에서도 동일하게 적용된다.

이어서, 도 13c에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제1 채널(210)의 제2 유출구(214)를 제1 세정 챔버(133)의 제1 홀(133a)에 연통시키고, 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)를 유체 변위 챔버(120)의 제3 홀(123a)에 연통시킨다. 제2 채널(220) 및 제3 채널(230)는 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130) 및 PCR부(30)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 상하로 반복 이동시켜 제1 세정 챔버(133) 내의 제1 세정 버퍼(53)가 제1 채널(210)의 제1 필터(216)를 반복하여 흐르게 한다. 이에 의하여 제1 필터(216)를 세정한 후에, 유체 변위 부재(180)를 하부로 밀어 유체 변위 챔버(120)에 남은 물질을 제1 세정 챔버(133) 내로 이동시켜 폐기한다.

이어서, 도 13d에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제1 채널(210)의 제2 유출구(214)를 제2 세정 챔버(134)의 제1 홀(134a)에 연통시키고, 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)를 유체 변위 챔버(120)의 제3 홀(124a)에 연통시킨다. 제2 채널(220) 및 제3 채널(230)는 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130) 및 PCR부(30)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 상하로 반복 이동시켜 제2 세정 챔버(134) 내의 제2 세정 버퍼(54)가 제1 채널(210)의 제1 필터(216)를 반복하여 흐르게 한다. 이에 의하여 제1 세정 버퍼(53)를 제거하고 제1 필터(216)를 세정한 후에, 유체 변위 부재(180)를 하부로 밀어 유체 변위 챔버(120)에 남은 물질을 제2 세정 챔버(134) 내로 이동시켜 폐기한다.

이어서, 도 13e에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제1 채널(210)의 제2 유출구(214)를 용출 챔버(135)의 제1 홀(135a)에 연통시키고, 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)를 유체 변위 챔버(120)의 제3 홀(125a)에 연통시킨다. 제2 채널(220) 및 제3 채널(230)는 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130) 및 PCR부(30)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 상하로 반복 이동시켜 용출 챔버(135) 내의 용출 버퍼(55)가 제1 채널(210)의 제1 필터(216)를 반복하여 흐르게 한다. 이에 의하여 제1 필터(216) 내의 핵산을 용출한다. 그 후에, 유체 변위 부재(180)를 상부로 상승시켜 핵산이 용출된 용출 버퍼(55)를 유체 변위 챔버(120) 내에 도입한다. 이때, 용출 버퍼(55)의 양은 제1 PCR부(310)의 반응 공간(312)의 크기를 고려하여 적합한 양으로 조절될 수 있다.

이어서, 도 13f에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제2 채널(220)의 제3 유출구(222)를 유체 변위 챔버(120)의 제1 PCR용 제4 홀(126b)에 연통시키고, 제2 채널(220)의 제4 유출구(224)를 제1 PCR부(310)의 유출구(314)에 연통시킨다. 그리고 제3 채널(230)의 제5 유출구(232)를 폐기 챔버(136)의 제2 홀(136b)에 연통시키고, 제3 채널(230)의 제5 유출구(234)를 제1 PCR부(310)의 배기구(316)에 연통시킨다. 제1 채널(210)은 유체 변위 챔버(120) 및 반응 챔버(130)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 하부로 하강시켜 핵산이 용출된 용출 버퍼(55)를 제1 PCR부(310)의 반응 공간(312)으로 도입한다.

이어서, 도 13g에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 약간 회전시켜 제1 내지 제3 채널(210, 220, 230)의 제1 내지 제6 유출구(212, 214, 222, 224, 232, 234)을 모두 막은 상태에서 제1 PCR부(310)에서 제1 PCR이 일어나도록 한다. 이때, 자동 분석 장치(400)의 가열 부재(도 12의 참조부호 430, 이하 동일)가 제1 PCR에 적합한 온도로 제1 PCR부(310)를 가열할 수 있게 된다. 이 상태에서 가열과 냉각의 증폭 과정을 수행하여 마무리한다.

이어서, 도 13h에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제2 채널(220)의 제3 유출구(222)를 유체 변위 챔버(120)의 제1 PCR용 제4 홀(126b)에 연통시키고, 제2 채널(220)의 제4 유출구(224)를 제1 PCR부(310)의 유출구(314)에 연통시킨다. 그리고 제3 채널(230)의 제5 유출구(232)를 폐기 챔버(136)의 제2 홀(136b)에 연통시키고, 제3 채널(230)의 제5 유출구(234)를 제1 PCR부(310)의 배기구(316)에 연통시킨다. 제1 채널(210)은 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 상승시켜 제1 PCR이 완료된 제1 처리물(56)을 유체 변위 챔버(120) 내로 유입시킨다.

이어서, 도 13i에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제1 채널(210)의 제2 유출구(214)를 희석 챔버(137)의 제1 홀(137a)에 연통시키고, 제1 채널(210)의 제1 유출구(212)를 유체 변위 챔버(120)의 제3 홀(127a)에 연통시킨다. 제2 채널(220) 및 제3 채널(230)는 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130) 및 PCR부(30)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 상하로 반복 이동시켜 희석 챔버(137) 내의 희석 버퍼와 유체 변위 챔버(120) 내의 제1 처리물(56)을 혼합하여 희석 혼합물(57)을 형성한다. 희석 버퍼의 양은 용출 버퍼의 양, 제2 PCR부(320)의 반응 공간(324)의 부피 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.

이어서, 도 13j에 도시한 바와 같이, 유체 변위 부재(180)를 상승시켜 희석 혼합물(57)을 유체 변위 챔버(120) 내에 유입한다.

이어서, 도 13k에 도시한 바와 같이, 밸브(20)를 회전시켜 제2 채널(220)의 제3 유출구(222)를 유체 변위 챔버(120)의 제2 PCR용 제4 홀(128b)에 연통시키고, 제2 채널(220)의 제4 유출구(224)를 제2 PCR부(320)의 유출구(324)에 연통시킨다. 제1 채널(210) 및 제3 채널(230)은 유체 변위 챔버(120), 반응 챔버(130) 및 PCR부(30)에 연통되지 않는다.

이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 하부로 하강시켜 희석 혼합물(57)을 제2 PCR부(320)의 반응 공간(322)으로 도입한다. 상술한 바와 같이, 도 10a에 도시한 바와 같은 상태에서 희석 혼합물을 제2 PCR부(320)에 제공하여 유체 유입 공간(326)에 제공한다. 이어서 밸브(20)을 회전하여 밸브(20)의 PCR 이동부(209)에 걸림부(329)가 걸리도록 한 상태에서 밸브(20)를 좀더 회전하면 제2 PCR부(320)의 제1 부분(320a)만이 이동된다. 그러면, 도 13l 및 도 10b에 도시한 바와 같이 제1 부분(320a)이 이동되어 유체 유입 공간(326) 내의 희석 혼합물이 채널(325)을 통하여 반응 공간(322)에 제공된다. 그 후 다시 역회전하게 되면 반응 공간(322)이 밀폐된다. 반응 공간(322)을 밀폐시킨 후 유체 유입 공간(326)내에 잔존할 수 있는 희석 혼합물(57)을 제거하는 과정을 선택적으로 거칠 수 있다(제거의 방법은 다양할 수 있으며 제한되지 않는다. 일례로 역회전시 제2 채널(220)의 제4 유출구(224)와 제2 PCR부(320)의 유출구(324)가 연통되므로 유체 변위 부재의 상승을 통해 잔존하는 희석 혼합물을 유체 변위 챔버로 이동시킬 수 있다). 그 후 자동 분석 장치(400)의 가열 부재(430)가 제2 PCR에 적합한 온도로 제2 PCR부(320)를 가열하여 제2 PCR을 진행한다.

제2 PCR이 완료되면 또는 제2 PCR 진행 중에(real time PCR), 검출 부재(도 12의 참조부호 450)(즉, 광원(도 12의 참조부호 452) 및 카메라(도 12의 참조부호 454)를 이용하여 제2 PCR부(320)의 사진을 촬영한다. 이러한 사진 판독에 의하여 병원체의 유무를 판단할 수 있다. 이외에도 광학을 통해 얻어진 데이타 분석을 통한 병증 판단 방법에 대하여는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 설명을 생략한다.

이와 같이 본 실시예의 시료 처리 장치(100)에서는, 서로 연통되지 않도록 형성된 복수의 채널(210, 220, 230)을 구비하는 밸브(20)의 회전에 의하여 하우징(10) 내의 챔버들(110)가 서로 연결되거나 유체 변위 챔버(120)와 PCR부(30)가 연결되도록 하여 시료 내의 핵산 추출 및 증폭에 필요한 과정을 차례로 자동으로 수행할 수 있다. 이때, PCR부(30)는 제1 및 제2 PCR부(310, 320)를 포함하여 PCR의 정확성을 향상할 수 있다. 또한, 이러한 시료 처리 장치(100)를 포함하는 자동 분석 장치(400)는 시료 처리 장치(100)에 의한 타켓 DNA로부터 병원체의 여부를 자동으로, 동시 다중으로 검출할 수 있도록 한다.

이하에서는 도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명의 변형예를 좀더 상세하게 설명한다. 상술한 실시예와 동일 또는 극히 유사한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.

도 14는 본 발명의 변형예에 따른 자동 분석 장치의 하우징을 도시한 절개 사시도이고, 도 15는 본 발명의 변형예에 따른 자동 분석 장치의 PCR부를 도시한 사시도이다.

도 14를 참조하면, 본 변형예에서 희석 챔버(137)는 제1 채널(210)의 제2 유출구(214)에 대응하는 제1 홀(137a) 대신, 제3 채널(230)의 제5 유출구(232)에 대응하는 제2 홀(137b)를 구비한다. 또한, 유체 변위 챔버(120)는 제1 채널(220)의 제1 유출구(212)에 대응하는 제3 홀(127a) 대신, 제2 채널(220)의 제3 유출구(222)에 대응하는 제4 홀(127b)를 구비한다. 도 15를 참조하면, 본 변형예의 PCR부(30)에서는 제1 PCR부(310)의 유출구(314) 및 배기구(316)가 제4 유출구(224) 및 제6 유출구(234)의 경로를 따라 길게 연장된 형상을 가질 수 있다.

이와 같은 자동 분석 장치에서 용출 챔버(135) 내의 용출 버퍼(55)를 이용하여 제1 필터(216) 내의 핵산을 용출하는 단계(도 13a 내지 도 13e, 및 이의 관련 설명 참조)까지는 상술한 실시예와 동일하다.

제1 PCR부(310)에 핵산이 용출된 용출 버퍼(55)를 도입하는 단계(도 13f 참조)에서는 제1 PCR부(310)의 유출구(314) 및 배기구(316)에서 일측(일례로, 도면의 A 위치)에 제2 채널(220) 및 제3 채널(230)이 각기 연통된다. 제1 PCR을 수행하는 단계(도 13i 및 이의 관련 설명 참조)는 상술한 실시예와 동일하다.

그 다음, 밸브(20)를 회전시켜 제2 채널(220)의 제3 유출구(222)를 유체 변위 챔버(120)의 제4 홀(127b)을 일치시키고 제4 유출구(224)를 제1 PCR부(310)의 유출구(314)의 다른 일측(도면의 B 위치)에 일치시킨다. 이와 동시에 제3 채널(230)의 제5 유출구(232)를 희석 챔버(137)의 제2 홀(137b)에 일치시키고 제6 유출구(234)를 제1 PCR부(310)의 배기구(316)의 다른 일측(도면의 B 위치)에 일치시킨다. 이 상태에서 유체 변위 부재(180)를 이동시켜 희석 챔버(137)의 희석 버퍼가 제1 PCR부(310)를 통과하여 유체 변위 챔버(120)로 이동하도록 한다. 그러면, 제1 PCR부(310) 내에서 1차 PCR이 끝난 제1 처리물과 희석 버퍼가 서로 혼합된 희석 혼합물(도 13i의 참조부호 57 참조, 이하 동일)이 유체 변위 챔버(120) 내로 유입된다.

그 다음으로, 밸브(20)를 회전시켜 희석 혼합물(57)을 제2 PCR부(320)에 도입하여 제2 PCR이 일어나도록 한다(도 13k 및 이의 관련 설명 참조).

상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 하우징
20: 밸브
30: PCR부
100: 시료 처리 장치
400: 자동 분석 장치

Claims

시료로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 시료 처리 장치에 있어서,
챔버를 구비하는 하우징;
상기 하우징의 하부에 위치하는 밸브; 및
상기 밸브의 하부에 위치하며 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 하는 PCR부
를 포함하는 시료 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 밸브를 사이에 둔 상태에서 상기 하우징 및 상기 PCR부를 결합하여 상기 밸브가 회전 가능하게 위치하는 시료 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 하부로 연장되며 제1 결합부를 구비하는 복수의 연장부를 포함하고,
상기 PCR부는 상기 제1 결합부에 결합되는 제2 결합부를 포함하는 시료 처리 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 결합부가 홈을 포함하고,
상기 제2 결합부가 상기 홈에 끼워지는 돌출부를 포함하는 시료 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징, 상기 밸브 및 상기 PCR부의 평면 형상이 원형인 시료 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 밸브는 상면의 면적보다 하면의 면적이 작은 시료 처리 장치.
제1항에 있어서,
평면 상에서, 상기 밸브는 제1 직경을 가지는 상부 부분과, 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 가지는 하부 부분을 포함하는 시료 처리 장치.
제6항에 있어서,
상기 밸브의 내부에는 유체의 흐름을 위한 채널이 구비되고,
상기 챔버의 바닥면에 상기 채널과 연통되는 홀이 형성되며,
상기 PCR부의 상면에 상기 채널과 연통되는 유출구가 형성되는 시료 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징을 덮는 덮개부를 더 포함하는 시료 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 덮개부는,
상기 하우징의 상부 가장자리에 고정되며 상기 챔버에 대응하는 개구부를 가지는 제1 덮개부; 및
상기 제1 덮개부 위에 고정되며 상기 개구부를 막는 제2 덮개부를 포함하는 시료 처리 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 덮개부의 일부와 상기 제2 덮개부의 일부가 접철 가능하게 연결되는 시료 처리 장치.
시료로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 시료 처리 장치; 및
상기 시료 처리 장치가 장착되며, 상기 시료 처리 장치를 구동하는 구동 부재, 상기 시료 처리 장치를 가열하는 가열 부재 및 상기 시료 처리 장치에서 증폭된 핵산으로부터 병원균의 검출 여부를 판단하는 검출부재를 포함하는 장치부
를 포함하고,
상기 시료 처리 장치는,
챔버를 구비하는 하우징;
상기 하우징의 하부에 위치하는 밸브; 및
상기 밸브의 하부에 위치하며 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 하는 PCR부
를 포함하는 자동 분석 장치.
제12항에 있어서,
상기 밸브를 사이에 둔 상태에서 상기 하우징 및 상기 PCR부를 결합하여 상기 밸브가 회전 가능하게 위치하는 자동 분석 장치.
제12항에 있어서,
상기 하우징은 하부로 연장되며 제1 결합부를 구비하는 복수의 연장부를 포함하고,
상기 PCR부는 상기 제1 결합부에 결합되는 제2 결합부를 포함하는 자동 분석 장치.
제12항에 있어서,
상기 하우징, 상기 밸브 및 상기 PCR부의 평면 형상이 원형인 자동 분석 장치.
제12항에 있어서,
상기 밸브는 상면의 면적보다 하면의 면적이 작은 자동 분석 장치.
제12항에 있어서,
상기 밸브의 내부에는 유체의 흐름을 위한 채널이 구비되고,
상기 챔버의 바닥면에 상기 채널과 연통되는 홀이 형성되며,
상기 PCR부의 상면에 상기 채널과 연통되는 유출구가 형성되는 자동 분석 장치.
제12항에 있어서,
상기 하우징을 덮는 덮개부를 더 포함하는 자동 분석 장치.
제18항에 있어서,
상기 덮개부는,
상기 하우징의 상부 가장자리에 고정되며 상기 챔버에 대응하는 개구부를 가지는 제1 덮개부; 및
상기 제1 덮개부 위에 고정되며 상기 개구부를 막는 제2 덮개부를 포함하는 자동 분석 장치.
제19항에 있어서,
상기 제1 덮개부의 일부와 상기 제2 덮개부의 일부가 접철 가능하게 연결되는 자동 분석 장치.