KR20160078628A - 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법이 개시된다. 상기 장치는 복수의 샘플 튜브 수용부가 원형으로 형성된 제 1 랙; 복수의 용출 튜브 수용부가 외측에 원형으로 형성되고, 중앙에 세정액 수용부가 형성되되, 상기 세정액 수용부의 적어도 일부는 상기 복수의 용출 튜브와 교번하도록 외측으로 돌출 연장하는 제 2 랙; 상기 제 1 랙이 상기 제 2 랙의 상단에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙이 배치되는 본체; 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙 각각을 회전시키기 위한 회전 구동부; 세정액 및 용출액 각각을 상기 샘플 튜브 내에 분주하는 분주기; 및 상기 샘플 튜브 내부를 가압하는 가압부를 포함할 수 있다.

Description

핵산 추출 장치 및 그 동작 방법{PREPARATION APPRATUS AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 회전 방식으로 구동하여 핵산을 추출하는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
본 발명은 보건복지부 한국보건산업진흥원의 보건의료연구개발사업의 지원을 받아 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: HI13C2262, 연구과제명: "말라리아 현장검사용 유전자 초고속 진단을 위한 랩칩 기반 다채널 동시다중검출 전과정 자동화 Real-time PCR 시스템 개발"].
생물학적 연구분야에서 필수적인 단계로 요구되는 DNA 증폭을 위한 중합 효소 연쇄 반응(PCR)은 다량의 정제된 핵산을 필요로 하게 되었다. 그로 인해 대학의 실험실이나 기업의 연구소에서 연구원의 수작업으로 생물학적 물질 또는 핵산을 분리하는 데에는 한계가 발생하였다. 그러한 한계를 극복하기 위해 생물학적 시료로부터 생물학적 물질 또는 핵산을 추출하기 위한 자동화 장치가 제조되어 사용되고 있다.
핵산을 추출하기 위한 종래의 방법으로서, 마그네틱 비드를 사용하여 자석으로 흡착된 핵산을 분리해내는 방법, 컬럼을 이용해서 용액을 용출하는 방법으로 컬럼에 공기를 가하여 용액을 밀어내는 방법, 컬럼 자체를 원심 분리하여 용액을 용출하는 방법 등이 있다.
그러나 상기 언급된 종래 방법을 이용한 자동화된 핵산 추출 장비는 많은 시료를 처리하기 위해 상대적으로 큰 크기를 가지거나, 시료 처리 시간이 지나치게 길어지는 문제점이 있었다. 또한, 많은 시료를 처리하는 과정에서 각각의 시료로 인한 오염이 발생할 수 있었으며, 이로 인해 처리 효율을 감소하고, 사용자의 불편이 발생하였다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법이 요구된다.
본 발명은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전 방식으로 구동되어 샘플 용액에서 용이하게 핵산을 추출할 수 있는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치가 개시된다. 상기 장치는 복수의 샘플 튜브 수용부가 원형으로 형성된 제 1 랙; 복수의 용출 튜브 수용부가 외측에 원형으로 형성되고, 중앙에 세정액 수용부가 형성되되, 상기 세정액 수용부의 적어도 일부는 상기 복수의 용출 튜브와 교번하도록 외측으로 돌출 연장하는 제 2 랙; 상기 제 1 랙이 상기 제 2 랙의 상단에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙이 배치되는 본체; 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙 각각을 회전시키기 위한 회전 구동부; 세정액 및 용출액 각각을 상기 샘플 튜브 내에 분주하는 분주기; 및 상기 샘플 튜브 내부를 가압하는 가압부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 랙 및 상기 2 랙 중 적어도 하나는 상기 본체에 대해 수평으로 이동 가능할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 1 랙 및 상기 2 랙 중 적어도 하나는 상기 본체로부터 탈착 가능할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2 랙의 하단에서 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부와 유체 연통 가능하게 연결되는 세정액 수집부를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 핵산 분자를 흡수하는 필터 부재 및 상기 필터 부재를 내부에 고정하기 위한 고정부를 포함하며, 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브 수용부에 배치되는 복수의 샘플 튜브; 및 상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 수용부에 수용되는 복수의 용출 튜브(elution tube)를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 세정액이 저장되는 적어도 하나의 세정액 컨테이너(container); 및 용출액이 저장되는 적어도 하나의 용출액 컨테이너를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 회전 구동부는 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 또는 상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전 정렬할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전 정렬한 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면, 상기 분주기는 상기 샘플 튜브에 세정액을 주입할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전 정렬한 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면, 상기 분주기는 상기 샘플 튜브에 용출액을 주입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치의 동작 방법이 개시된다. 상기 방법은 제 1 랙에 수용된 샘플 튜브가 제 2 랙의 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계 ― 상기 샘플 튜브에는 핵산과 불순물을 포함하는 샘플 용액이 수용되며, 상기 샘플 튜브 내의 필터 부재에 상기 핵산이 흡수됨 ― ; 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행하는 단계; 상기 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계; 및 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 용출 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 세정 동작을 수행하는 단계는 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 각각의 상기 샘플 튜브에 세정액을 주입하고 상기 샘플 튜브 내부를 가압함으로써 수행되며, 상기 필터 부재에 흡수된 핵산은 상기 세정액으로 릴리즈 되지 않으며, 상기 불순물은 상기 필터 부재로부터 상기 세정액으로 릴리즈 될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 용출 동작을 수행하는 단계는 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 각각의 상기 샘플 튜브에 용출액을 주입하고 상기 샘플 내부를 가압함으로써 수행되며, 상기 용출액은 상기 필터 부재에 흡수된 핵산을 상기 용출 튜브로 릴리즈할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 세정 동작을 수행하는 단계 및 상기 용출 동작을 수행하는 단계 중 적어도 하나는 반복 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 랙(rack)을 회전 방식으로 구동함으로써, 핵산 추출에 수반되는 모션 구성의 간소화하여, 처리 속도를 향상시키고, 제품 원가 감소 및 소형화 설계를 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 랙의 정렬 회전 및 동기 회전을 통해 용출액 및/또는 세정액으로 인한 각 용출 튜브 수용부 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각각의 랙이 본체에 수평 이동 가능하도록 결합됨으로써, 각각의 랙을 용이하게 유지, 관리할 수 있을 뿐만 아니라, 샘플 튜브, 용출 튜브의 수용 및 탈거를 용이하게 하는 등 사용상의 편의성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 핵산 추출물이 용출 튜브에 수용됨으로써, 핵산 보관을 위해 별도의 피펫팅을 수행해야 하는 불편을 해소할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 1 랙을 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 2 랙을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 튜브를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 실험예를 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시하고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 1 랙을 도시하며, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 2 랙을 도시한다.
도시되는 바와 같이, 핵산 추출 장치(100)는 제 1 랙(110), 제 2 랙(120), 본체(130), 회전 구동부(140, 140'), 분주기(150) 및 가압부(160)를 구비할 수 있다.
제 1 랙(110)은 샘플 튜브(200)를 수용 및 고정하기 위한 것으로서, 이를 위해 샘플 튜브(200)를 수용하기 위한 복수의 샘플 튜브 수용부(112)가 형성될 수 있다. 복수의 샘플 튜브 수용부(112)는 서로 이격하되, 제 1 랙(110)의 외곽을 따라 원형으로 형성될 수 있으며, 각각의 샘플 튜브 수용부(112)는 샘플 튜브(200)를 수용하도록 형성되되, 샘플 튜브(200)로부터의 추출액이 하부로 전달될 수 있도록 하부에 개구부가 형성될 수 있다. 샘플 튜브 수용부(112) 간의 이격을 통해, 샘플 튜브(200) 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 하기 더 상세히 설명할 바와 같이, 샘플 튜브 수용부(112)는 원형으로 형성됨으로써, 회전 구동부(140, 140')에 의한 회전만으로 핵산 추출을 위한 정렬 등의 동작을 수행하게 할 수 있다.
제 2 랙(120)은 용출 튜브(300)를 수용 및 고정함과 동시에 세정액을 수용하기 위한 것으로서, 이를 위해 용출 튜브 수용부(122) 및 세정액 수용부(124)를 포함할 수 있다.
용출 튜브 수용부(122)는 용출 튜브(300)를 수용 및 고정하기 위한 것으로서, 복수의 용출 튜브 수용부(122)가 서로 이격하되, 제 2 랙(120)의 외곽을 따라 원형으로 형성될 수 있다. 이와 같은 용출 튜브 수용부(122) 간의 이격을 통해, 샘플 튜브(200)로부터의 추출물로 인한 각 용출 튜브 수용부(122) 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 하기 더 상세히 설명할 바와 같이, 용출 튜브 수용부(122)는 회전 구동부(140, 140')에 의한 회전만으로 핵산 추출을 위한 정렬 등의 동작을 수행하게 할 수 있다. 용출 튜브 수용부(122)에 수용 및 고정되는 용출 튜브(300)는 제 1 랙(110)으로부터 추출된 핵산을 수용하기 위한 것으로서, 이를 통해 각각의 샘플 튜브(200)로부터 추출되는 핵산을 개별적으로 수용하여 보관할 수 있게 함으로써, 추출된 핵산을 별도의 피펫팅(pipetting) 등을 통해 이송해야 하는 불편을 제거할 수 있다.
세정액 수용부(124)는 세정액을 수용하기 위한 것으로서, 제 2 랙(120)의 중앙에 형성되되, 세정액 수용부(124)의 적어도 일부가 외측으로 돌출 연장하여, 복수의 용출 튜브 수용부(122)와 교번하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 연장부가 복수의 용출 튜브 수용부(122)와 교번함으로써, 회전 구동부(140)에 의한 간소한 회전만으로 세정액의 수용을 위한 정렬 등의 동작을 수행할 수 있다.
본체(130)는 핵산 추출 장치(100)의 프레임으로서, 본체(130)에는 제 1 랙(110), 제 2 랙(120), 회전 구동부(140), 분주기(150), 가압부(160) 등이 배치될 수 있다. 특히, 본체(130) 상에서, 제 1 랙(110)은 제 2 랙(120)의 상부에 위치할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)로부터 추출되는 추출물(핵산 등)이 제 2 랙(120)으로 바로 수집되도록 할 수 있다.
회전 구동부(140, 140')는 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)에 각각 연결되어 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전시킬 수 있다. 회전 구동부(140, 140')에 의한 회전은 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 정렬 회전, 동기 회전 등을 포함할 수 있다. 정렬 회전은 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)을 회전 정렬하거나, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)을 회전 정렬하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 정렬은 세정액 또는 용출액의 사용에 따라 추출물의 수용부를 달리하기 위한 것이다. 동기 회전은 정렬 회전에 의해 정렬된 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)의 회전을 동기화하는 것을 의미한다. 동기 회전에 따르면, 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)이 동시에 회전하기 때문에, 샘플 튜브(200)와 세정액 수용부(124) 또는 샘플 튜브(200)와 용출 튜브(300) 간의 상대적인 위치가 동일하게 유지된다. 하기 더 상세히 설명할 바와 같이, 동기 회전과 동시에, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)에 세정액 또는 용출액이 주입될 수 있다.
분주기(150)는 분주 노즐(155)을 통해 샘플 튜브(200) 내로 소정의 유체를 주입할 수 있다. 이러한 유체는 핵산 추출에 요구되는 것으로서, 세정액, 용출액 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분주기(150)는 상이한 유체 간의 오염을 방지하기 위해 각 유체 별로 분주 노즐(155)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분주기(150)는 복수의 샘플 튜브(200)에 대해 동시에 동작할 수 있는 복수의 분주 노즐(155)을 포함하여 핵산 추출 속도를 개선할 수 있다.
가압부(160)는 샘플 튜브(200) 내부를 가압할 수 있다. 이를 위해 가압부(160)는 가압 공기(pressurized air)를 샘플 튜브(200) 내로 주입할 수 있는 가압 노즐(165)을 포함할 수 있다. 가압 노즐(165)에 의해 가압 공기가 샘플 튜브(200) 내부로 주입됨으로써, 샘플 튜브(200) 내부가 가압되어, 샘플 튜브(200) 내의 유체 중 적어도 일부가 샘플 튜브(200) 내의 필터 부재를 통과하여 제 2 랙(120)으로 추출될 수 있다. 일 실시예에서, 가압부(160)는 복수의 샘플 튜브(200)에 대해 동시에 동작할 수 있는 복수의 가압 노즐(165)을 포함하여 핵산 추출 속도를 개선할 수 있다.
실시예에 따라, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나는 본체(130)와 착탈 가능하게 결합할 수 있다. 즉, 이와 같이, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 본체(130)에 대해 제거 가능하게 구현함으로써, 각종 튜브의 장착이나 탈거, 세정액의 배출 등 랙의 사용 및 관리를 용이하게 할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 도시되는 핵산 추출 장치(100)의 형상이나 구조는 예시적인 것으로 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 구성이 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도시되는 바와 같이, 핵산 추출 장치(100)는 복수의 컨테이너(container, 170)를 포함할 수 있다.
복수의 컨테이너(170)는 세정액이 저장되는 적어도 하나의 세정액 컨테이너(172, 174) 및 용출액이 저장되는 적어도 하나의 용출액 컨테이너(176)가 포함될 수 있다. 각각의 컨테이너(170)는 분주기(150)로 연결되며, 분주기(150)는 각각의 컨테이너(170)에 저장된 용액을 샘플 튜브(200) 내로 분주할 수 있다.
도 4에는 두 개의 세정액 컨테이너(172, 174) 및 하나의 용출액 컨테이너(176)가 도시되지만, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 컨테이너(170)의 개수 및 저장되는 유체의 종류는 다양할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 5의 (a) 및 (b)에서 도시되는 바와 같이, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 각각은 본체(130)에 대해 수평으로 이동 가능할 수 있다. 여기서 본체(130)에 대해 수평으로 이동 가능한 것은 본체(130)에 직접적으로 수평 이동 가능한 것뿐만 아니라, 간접적으로 수평 이동 가능한 것을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 수평으로 이동 가능하게 함으로써, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 용이하게 유지, 관리할 수 있을 뿐만 아니라, 핵산 추출을 위해 샘플 튜브(200), 용출 튜브(300), 제 1 랙(110), 제 2 랙(120) 등의 수용 및 탈거를 용이하게 할 수 있다.
도 5에서, 제 1 랙(110)은 본체(130)에 대해 직접적으로 수평 이동 가능하며, 제 2 랙(120)은 본체(130)에 대해 간접적으로 수평 이동 가능(즉, 제 1 랙(110)에 대해 직접 이동 가능)한 것으로 도시되지만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라, 다양한 구성이 적용될 수 있다. 또한, 도 5에서는 핵산 추출 장치(100)의 일부 구성을 도시하지 않았으나, 이는 설명의 간이함을 위한 것으로서, 도시되지 않더라도 상기 구성이 배제되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도시되는 바와 같이, 핵산 추출 장치(100)는 세정액 수집부(180)를 더 포함할 수 있다. 세정액 수집부(180)는 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 내에 수용되는 세정액을 수집하기 위한 것으로서, 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124)의 일 단부와 유체 연통 가능하게 연결될 수 있다.
더 구체적으로, 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124)는 일 영역에 개구부가 형성될 수 있으며, 세정액 수용부(124)로 수용된 세정액 등은 개구부를 통해 외부로 유출될 수 있다. 세정액 수집부(180)는 제 2 랙(120)의 하단에 위치할 수 있으며, 세정액 수용부(124)의 개구부를 통해 유출되는 세정액 등을 수집할 수 있다. 세정액 수집부(180) 및 제 2 랙(120)은 탈착 가능하게 결합하도록 구현함으로써, 세정액 수집부(180)의 착탈을 통해 세정액 등의 수집 및 배출 등을 포함하는 핵산 추출 장치(100)의 관리를 용이하게 할 수 있다.
도 6에서 도시되는 세정액 수집부(180)의 형상은 예시적인 것으로서, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 형상의 세정액 수집부(180)가 이용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 튜브를 도시한다.
샘플 튜브(200)는 핵산 및 불순물을 포함하는 샘플 용액 등을 수용하기 위한 것으로서, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 샘플 튜브(200)의 양 단부가 개방될 수 있으며, 특히 하부 단부가 상부 단부에 비해 좁은 개구부를 가질 수 있다. 이를 통해 샘플 튜브(200)의 추출물이 안정적으로 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 또는 세정액 수용부(124)로 이송되도록 할 수 있다.
또한, 샘플 튜브(200)는 필터 지지부(210)를 포함할 수 있다. 필터 지지부(210)는 샘플 튜브(200) 내부의 일 영역, 특히, 단면적이 좁아지는 천이 영역에 내측으로 돌출 형성되는 것으로서, 돌출 형성된 필터 지지부(210) 상으로 필터 부재(도시되지 않음)가 배치될 수 있다. 여기서 필터 부재는 핵산을 흡착하기 위한 것으로서, 예를 들어, 다공성 멤브레인 등을 포함할 수 있다. 이와 더불어, 필터 부재의 상부에 필터 고정부(도시되지 않음)가 추가적으로 배치될 수 있다. 필터 고정부는 필터 부재의 상부에서 필터 부재의 위치, 배치를 고정할 수 있다.
이와 같이, 필터 지지부(210)와 필터 고정부가 필터 부재의 상부 및 하부에서 동시에 필터 부재를 지지 및 고정함으로써 필터의 유동 등으로 인한 필터 성능 감소를 방지할 수 있다.
도 7에서 도시되는 샘플 튜브(200)의 형상이나 구조는 예시적인 것으로서, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라, 다양한 구성이 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도시되는 바와 같이, 회전 구동부(140, 140')는 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. 이후에, 회전 구동부(140, 140')가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시킴으로써, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)와 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 간의 상대적인 위치를 동일하게 유지할 수 있다. 이러한 동기 회전과 동시에, 분주기(150)는 샘플 튜브(200)에 세정액을 주입하고 가압부(160)가 샘플 튜브(200) 내를 가압할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)에 배치된 각각의 샘플 튜브(200)에 대해 순차적으로 세정 동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 회전 정렬 후, 복수의 샘플에 대해 세정액의 주입 및 가압을 동기 회전을 통해 지속적으로 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도시되는 바와 같이, 회전 구동부(140)는 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. 이후에, 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시킴으로써, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)와 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 간의 상대적인 위치를 동일하게 유지할 수 있다. 동기 회전과 동시에, 분주기(150)는 샘플 튜브(200)에 용출액을 주입하고 가압부(160)가 샘플 튜브(200) 내를 가압할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)에 배치된 각각의 샘플 튜브(200)에 대해 순차적으로 용출 동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 회전 정렬 후, 복수의 샘플에 대해 용출액의 주입 및 가압을 동기 회전을 통해 지속적으로 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치(100)의 동작 방법을 도시한다.
먼저, 샘플 용액이 수용되는 샘플 튜브(200)를 제공할 수 있다(S1010 단계). S1010 단계는 샘플 튜브(200)를 제 1 랙(110)의 샘플 튜브 수용부(112)에 수용함으로써 수행될 수 있다. 여기서 샘플 용액은 핵산 및 불순물을 포함할 수 있으며, 핵산은 샘플 튜브(200) 내의 필터 부재에 흡착될 수 있다.
계속해서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다(S1020 단계). S1020 단계는 샘플 용액에 대해 세정 동작을 수행하기 위해 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 위치를 정렬하는 것으로서, 구체적으로, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 회전 구동부(140, 140')가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 회전함으로써 수행될 수 있다(도 8 참조).
계속해서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행할 수 있다(S1030 단계). S1030 단계는 회전 구동부(140, 140')가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 분주기(150)가 샘플 튜브(200)에 세정액을 주입하고, 가압부(160)가 샘플 튜브(200) 내를 가압함으로써 수행될 수 있다. S1030 단계를 통해 필터 부재에 흡수된 핵산은 세정액으로 릴리즈(release) 되지 않으며, 불순물은 필터 부재로부터 세정액으로 릴리즈됨으로써, 불순물이 샘플로 제거될 수 있다.
계속해서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다(S1040 단계). S1040 단계는 용출 동작을 수행하기 위해 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 위치를 정렬하는 것으로서, 구체적으로, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 회전 구동부(140, 140')가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 회전함으로써 수행될 수 있다(도 9 참조).
마지막으로, 용출 동작을 수행할 수 있다(S1050 단계). S1050 단계는 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 복수의 샘플 튜브(200)에 용출액을 주입하고, 가압부(160)가 샘플 튜브(200) 내를 가압함으로써 수행될 수 있다. 이때, 용출액은 필터 부재에 흡수된 핵산을 용출 튜브(300)로 릴리즈할 수 있으며, 이를 통해, 추출된 핵산은 용출 튜브(300)에 수용될 수 있다.
실시예에 따라, S1030 단계 및 S1050 단계 중 적어도 하나는 복수 회 수행될 수 있으며, 또한 각 단계에서 상이한 세정액 또는 상이한 용출액이 이용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 실험예를 도시한다.
본 실험예는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치(A)와 Q사의 핵산 추출 장치(B)를 이용하여 각각 전처리를 수행하고, 전처리 결과물을 이용하여 PCR을 수행한 것이다.
먼저, 전처리 시, 실험 조건 및 실험 결과는 다음과 같다.
Sample Salnomella spp. 배양액 1x105 CFU/ul 100 ul
Lysis Buffer Volume 500ul (1:5)
Lysis Time / Temperature 5분 / 실온
Washing Type (2step) / Volume NBS Washing Buffer 1 / 600ul
NBS Washing Buffer 2 / 600ul
Elution Buffer NBS Elution Buffer
Elution Time 1분
Running Time A B
29분 내외 / 16 prep.
(4분 내외 / 1 prep.)		 60분 내외 / 12 prep.
(60분 내외 / 1 prep.)
상기 표에서 기재된 바와 같이, running time은 핵산 추출 장치(A)가 Q사의 핵산 추출 장치(B) 대비 16 prep.에서 속도가 30분가량 빠를 뿐만 아니라, 1개의 sample에 대해 전처리를 수행할 경우에도 빠른 속도를 나타냄을 확인할 수 있다.
계속해서, 상기 전처리 결과물을 이용하여 PCR을 수행하였으며, 여기서 이용되는 PCR 시약의 조성(표 2) 및 PCR 구동 조건(표 3)은 다음과 같다.
구성 부피(ul)
2x NBS master mix 1x
Primer (F/R) 1uM
Probe 0.5uM
Template Vol. 1ul
Total 20ul
PCR 단계 온도(도) 시간(초) 사이클
Pre-Denaturation 95 8 1
Denaturation 95 8 40
Annealing 68 14
도 11을 참조하면, 상기 조건에 따른 본 발명의 핵산 추출 장치의 PCR 결과가 도시된다. 도시되는 바와 같이, 핵산 추출 장치(A)는 Q사의 핵산 추출 장치(B)에 비하여 높은 PCR 성능 및 핵산 추출 효율을 제공하고 있으며, 특히, real-time PCR에서 DNA 10배에 차이마다 Ct 값이 3.3씩 차이가 나타난다는 점을 고려하면, 1.5배 높은 핵산 추출 효율을 달성함을 확인할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
또한, 특정한 순서로 동작들이 도면에 도시되어 있지만, 이러한 동작들이 원하는 결과를 달성하기 위해 도시된 특정한 순서, 또는 순차적인 순서로 수행되거나, 또는 모든 도시된 동작이 수행되어야 할 필요가 있는 것으로 이해되지 말아야 한다. 임의의 환경에서는, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.

Claims (13)

  1. 핵산 추출 장치로서,
    복수의 샘플 튜브 수용부가 원형으로 형성된 제 1 랙(rack);
    복수의 용출 튜브 수용부가 외측에 원형으로 형성되고, 중앙에 세정액 수용부가 형성되되, 상기 세정액 수용부의 적어도 일부는 상기 복수의 용출 튜브와 교번하도록 외측으로 돌출 연장하는 제 2 랙;
    상기 제 1 랙이 상기 제 2 랙의 상단에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙이 배치되는 본체;
    상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙 각각을 회전시키기 위한 회전 구동부;
    세정액 및 용출액 각각을 상기 샘플 튜브 내에 분주하는 분주기; 및
    상기 샘플 튜브 내부를 가압하는 가압부
    를 포함하는, 핵산 추출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 랙 및 상기 2 랙 중 적어도 하나는 상기 본체에 대해 수평으로 이동 가능한, 핵산 추출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 랙 및 상기 2 랙 중 적어도 하나는 상기 본체로부터 탈착 가능한, 핵산 추출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 랙의 하단에서 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부와 유체 연통 가능하게 연결되는 세정액 수집부를 더 포함하는, 핵산 추출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    핵산 분자를 흡수하는 필터 부재 및 상기 필터 부재를 내부에 고정하기 위한 고정부를 포함하며, 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브 수용부에 배치되는 복수의 샘플 튜브; 및
    상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 수용부에 수용되는 복수의 용출 튜브(elution tube)를 더 포함하는, 핵산 추출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    세정액이 저장되는 적어도 하나의 세정액 컨테이너(container); 및
    용출액이 저장되는 적어도 하나의 용출액 컨테이너를 더 포함하는, 핵산 추출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 구동부는 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 또는 상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는, 핵산 추출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전 정렬한 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면, 상기 분주기는 상기 샘플 튜브에 세정액을 주입하는, 핵산 추출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전 정렬한 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면, 상기 분주기는 상기 샘플 튜브에 용출액을 주입하는, 핵산 추출 장치.
  10. 핵산 추출 장치의 동작 방법으로서,
    제 1 랙에 수용된 샘플 튜브가 제 2 랙의 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계 ― 상기 샘플 튜브에는 핵산과 불순물을 포함하는 샘플 용액이 수용되며, 샘플 튜브 내의 필터 부재에 상기 핵산이 흡수됨 ― ;
    상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행하는 단계;
    상기 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계; 및
    상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 용출 동작을 수행하는 단계
    를 포함하는, 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 세정 동작을 수행하는 단계는 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 각각의 상기 샘플 튜브에 세정액을 주입하고 상기 샘플 튜브 내부를 가압함으로써 수행되며, 상기 필터 부재에 흡수된 핵산은 상기 세정액으로 릴리즈 되지 않으며, 상기 불순물은 상기 필터 부재로부터 상기 세정액으로 릴리즈되는, 동작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 용출 동작을 수행하는 단계는 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 각각의 상기 샘플 튜브에 용출액을 주입하고 상기 샘플 내부를 가압함으로써 수행되며, 상기 용출액은 상기 필터 부재에 흡수된 핵산을 상기 용출 튜브로 릴리즈하는, 동작 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 세정 동작을 수행하는 단계 및 상기 용출 동작을 수행하는 단계 중 적어도 하나는 반복 수행되는, 동작 방법.
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