KR20150024050A - 유전자 증폭 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCR 수행 시, 시료 온도분포 균일성 문제를 해결하는 개선된 써머싸이클러의 온도조절장치를 포함하는 장치로서, 중합효소 연쇄반응의 구간 온도에 대응하는 항온 챔버 및 3개의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭 장치 및 장치의 제조방법에 관한 것이다.

Description

유전자 증폭 장치 및 이의 제조 방법{Apparatus for gene alplification and mamufacture method thereof}

본 발명은 항온 챔버 및 1개 또는 2개 이상의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

DNA 증폭기술은 생명과학, 유전공학 및 의학 분야 등의 연구개발 및 진단 목적으로 광범위하게 활용되고 있으며, 특히 중합효소 연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction: PCR)에 의한 DNA 증폭기술이 널리 활용되고 있다. PCR이란, 중합효소 연쇄반응의 약자로, DNA 중합효소를 이용하여 유전체에 있는 특정 DNA서열을 필요한 만큼 증폭시키는 기술이다.

PCR은 일반적으로 3단계로 이루어지며, DNA를 변성(Denaturation)시키는 단계, 결합(Annealing), 신장(Elongation)단계로 이루어진다.

PCR 기술은 극소량의 DNA를 대규모로 증폭하는 기술로서 PCR 전용 Tube에 시료를 담고 Thermal Cycler라는 장치를 이용하여 대량으로 합성하는 것이 기본 원리로, 이 때 그림 3-2와 같이 일반적으로 세 구간의 온도(94도-55도-72도)를 시료가 반복적으로 약 40 회 정도 Cycling 하면서 증폭시키는 방법을 이용하고 있으며, 현재 일반적으로 사용하고 있는 Thermal Cycler는 PCR Tube 를 장착하는 Heating Block을 세 구간의 온도로 (가열, 냉각, 가열, 가열) 처리하면서 Cycling 하는 과정을 반복하여 이루어진다.

따라서 Heating block 의 온도를 올리고 내리는 시간과 특정 온도가 일정한 값을 유지해야하는 시간이 필요하고, 각각의 온도에서 시료가 머무는 시간은 대체로 1분 미만이지만, 온도를 올리고 내리며 일정한 값을 유지하는데 시간이 많이 소요되어 일반적인 PCR 공정은 1시간을 넘기게 되어 있는 문제가 있다.

유전자를 얻는 실험을 할 경우, 유전자의 전체를 보려는 것이 아닌 유전자 안에서의 특정 유전자를 관찰하는 것이 목적으로, PCR 기술에서 PCR 공정 단계별로 정확한 온도 구배를 형성하고, 이를 유지하는 것은 매우 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 시료 온도분포 균일성 문제를 해결하는 개선된 써머싸이클러의 온도조절장치를 포함하는 장치로서, 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction)의 구간 온도에 대응하는 항온 챔버 및 1개 또는 2개 이상의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭 장치 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는 시료 온도분포 균일성 문제를 해결하는 개선된 써머싸이클러의 온도조절장치를 포함하는 장치로서, 중합효소 연쇄반응의 구간 온도에 대응하는 항온 챔버 및 1개 또는 2개 이상의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭 장치 및 장치의 제조방법이다.

바이오분야에서 많이 이용되는 기존의 고체간의 전도방식의 열전이 방식의 PCR 장치를 탈피하여 PCR성능의 중요 요소인 시료 온도분포 균일성 문제를 해결하는 개선된 써머싸이클러의 온도조절장치를 포함하는 Hot air 방식을 적용한 유전자 증폭 장치 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조되는 장치를 간략히 도시한 것이다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명을 단지 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조되는 장치를 간략히 도시한 것이다. 도 1은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 바이오분야에서 많이 이용되는 기존의 고체간의 전도방식의 열전이 방식의 PCR 장치를 탈피하여 PCR성능의 중요 요소인 시료 온도분포 균일성 문제를 해결하는 개선된 써머싸이클러의 온도조절장치를 포함하는 Hot air 방식을 적용한 PCR 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 히팅부, 챔버부, 전자부(electronics) 및 System Block Diagram, Embedded PC, 및 소프트웨어를 포함한다.

PCR 장치는 hot air를 사용함으로써 각 용기마다 온도 accuracy를 높일 수 있으며, 각각의 항온 발열챔버에 저장된 air를 곧바로 PCR 챔버에 공급함으로써 기존의 PCR과 같이 온도를 상승, 하강하는 과정을 생략 할 수 있어, 기존의 전통적인 PCR 온도 제어(펠티어 방식)대비 사이클 시간을 2배 이상 감축 할 수 있는, 일정한 온도 Uniformity를 갖는 써머싸이클러(PCR) 장치이다.

상기 장치는 세 구간의 온도(94 도 => 55 도 => 72 도)를 가진 3개의 항온 발열 챔버를 고려하여 온도의 상승 및 하강으로 인한 총 PCR 소요시간을 대폭 절감하면서도 Oer-shoot에 의한 온도 균일도 저하를 방지할 수 있는 3개의 항온 히팅 방식을 가진 장치로서, 유효한 PCR 결과를 획득할 수 있으며, 상기 발열챔버의 열을 PCR챔버로 이동하기 위한 팬이나 가압장치가 필요한 써머싸이클러 장치이다.

상기 히팅부는 전도방식의 열전이 방식의 경우 단점인 온도 분포의 불균일성 문제를 해결하기 위해서 DNA 폴리머라제(polymerase)를 작동시켜 프라이머(primer)를 신장시키는 신장(Extension)단계를 수행하는 3개의 온도를 유지하는 각각 별도의 일정 온도를 유지하고 있다가 PCR 싸이클 별로 요구되는 온도가 될 때 요구되는 단계에서, 적합한 항온 열저장부를 개방하여 열이 PCR용기가 있는 챔버로 신속하게 이동할 수 있도록 하여 챔버내부가 신속하게 온도상승 및 하강이 가능하고, 균일한 온도를 유지할 수 있는 히팅부를 포함한다.

또한, 3개의 항온 열저장부, 항온열을 시료용기가 있는 챔버로 이동시키기 위한 각각 3개의 팬, 항온열저장부를 개폐하기 위한 밸브, Hot air를 이동시키기 위한 duct를 포함한다.

전자부(electronics) 및 System Block Diagram의 전자부는 전원제어부, 센서부, 온도제어부, embedded PC부를 포함하고, 전원제어부는 일반적인 전자소자를 사용하지 않고, High power소자로 구성된다.

상기 온도센서에서 검출된 전류를 전압 또는 전류 제어 가능한 전기신호로 전환하는 모듈로, 정밀한 제어를 위해 센서부에 입력되는 전압 및 출력 전압도 PCR 장비의 특성상 노이즈를 최대한 줄이는 시스템을 포함한다. 설정된 온도로 히터를 제어, 유지하기 위한 processor가 장착된 모듈로써, 다른 제어에서 사용하는 것과 같이 PID 제어를 이용하고, PCR 장비의 특성상 빠른 온도제어와 정밀한 온도제어가 필요한 시스템으로 구성된다.

Embedded PC는 PCR 시스템 Block Diagram을 위한 것으로, auto-resume on power fail, Online logging and graphing, Linear thermal gradient, adjustable ramp rate, Program holds, manual mode 및 Thermo calibration wizard를 포함하는 소프트웨어를 포함한다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (2)

1. 항온 챔버 및 3개의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭 장치.
2. 항온 챔버 및 3개의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭 장치의 제조 방법.
   

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