KR20170047178A - 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법 - Google Patents

핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법 Download PDF

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Abstract

원심력을 기반으로 하는 디스크 모양의 칩을 활용하여, 다량의 혈액 및 체액으로부터 세포-자유 핵산 정제 전 과정이 일체화될 수 있도록, 회전가능하게 설치되어 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크, 상기 디스크에 설치되어 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급하기 위한 공급부, 상기 디스크에 설치되고 상기 공급부와 연결되며 내부에는 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체가 수용되어 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 및 디스크의 원심력 방향을 따라 상기 흡착 반응부 출측에 연결 설치되어 원심력에 의해 흡착 반응챔버를 통과하여 배출되는 용액을 수용하며 외부로 배출하는 용액 수용부를 포함하는 핵산 정제 장치를 제공하고자 한다.

Description

핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법{NUCLEIC ACIDS PURIFICATION DEVICE AND NUCLEIC ACIDS PURIFICATION METHOD}
분자진단을 위한 핵산 정제(DNA purification) 전 과정을 일체화한 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법에 관한 것이다.
신속하고 정확한 핵산 정제 기술이 필요한 분야의 일 예는 세포-자유 핵산을 활용한 분자 진단 분야이다. 세포-자유 핵산(cell-free DNA)이라 함은 세포 자살(apoptosis), 세포 괴사(necrosis), 분비(secretion)을 통하여 세포 밖으로 나와 혈류 및 체액 내에 존재하는 핵산을 말한다. 현재까지 알려진 세포-자유 핵산의 물리적 특성은, 혈액 및 체액 내에 존재하는 DNA 분해효소 (DNase) 작용에 의해 그 길이가 평균 200 base pair로 짧고, 반감기가 4분~30분 정도로 불안정하다.
최근 차세대 염기서열 분석(next generation sequencing) 및 디지털 Polymer chain reaction(PCR) 등, 분자진단 기술의 발전으로 인하여 세포-자유 핵산을 활용한 임상학적 연구가 대두되고 있다. 특히, 태아가 태어나기 전 질병 유무를 판단하고 진단하는 산전 진단 분야에서 비 침습적 검체 수집(혈액 채취)으로써, 산모의 혈액에서 태아 유래 세포-자유 핵산을 정제하고 분석하여 진단하는 진단법이 널리 이용되고 있으며, 암 진단 분야에서도, 암 환자의 혈액으로부터 세포-자유 핵산을 정제하고 이를 이용하여 임상학적인 의미를 찾는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
기존의 세포-자유 핵산 정제를 위한 방법은, 혈액 및 체액을 일정량 채취하여, 상용화된 키트를 이용, 숙련된 전문가가 수작업(manual)으로 핵산을 정제하는 방법이었다. 하지만 이 방법은 혈액 채취부터 핵산 정제까지, 4시간이상의 시간과 전문 인력을 필요로 하므로 분자진단을 위한 고 순도의 세포-자유 핵산을 정제하기에는 부적합한 기술이다.
많은 연구자들이 실험실에서 행해지는 각종 기능들을 자동화 및 소형화시킨 랩온어칩을 활용하여 핵산 정제를 자동화시키기 위한 노력을 해왔다. 하지만, 미세 유체 칩 내에서 유체를 조절 할 수 있는 밸브 기술 및 칩 조립 기술 등의 부재로 인해, 세포-자유 핵산 정제를 위해 필수적으로 요구되는 다량의 샘플 처리 모듈을 일체화시키지 못하고, 일부만을 자동화 한 연구 결과가 대부분이다.
원심력을 기반으로 하는 디스크 모양의 칩을 활용하여, 다량의 혈액 및 체액으로부터 세포-자유 핵산 정제 전 과정이 일체화되어 있는 전 자동화된 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법을 제공하고자 한다.
원심력 기반의 미세유동시스템을 활용하여, 각종 생체 유체로부터 핵산을 정제하는 전 과정을 일체적으로 동반하여 수행하는 것이 가능한 일체형 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법을 제공하고자 한다.
본 구현예의 핵산 정제 장치는, 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크, 상기 디스크에 설치되어 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급하기 위한 공급부, 상기 디스크에 설치되고 상기 공급부와 연결되며 내부에는 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체가 수용되어 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 및 디스크의 원심력 방향을 따라 상기 흡착 반응부 출측에 연결 설치되어 원심력에 의해 흡착 반응챔버를 통과하여 배출되는 용액을 수용하며 외부로 배출하는 용액 수용부를 포함할 수 있다.
본 구현예의 핵산 정제 장치는, 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크, 디스크에 설치되어 시료 및 시약을 공급하는 공급부, 흡착 매개체를 수용하여 상기 공급부에서 공급된 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 흡착 반응챔버를 세척하기 위한 세척부, 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부, 흡착 반응챔버에서 배출되는 용액을 분리 수용하는 용액 수용부, 및 디스크의 원심력에 따라 이동되는 유체의 흐름을 제어하기 위한 유로와 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브를 포함한다.
상기 디스크의 회전 중심에서 원심력 방향을 따라 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부가 순차적으로 배치되어, 시료가 원심력에 의해 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부를 따라 흐르는 구조일 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되고 내부에 핵산 흡착을 위한 시약이 수용되어 시료와 시약을 혼합하는 시약 혼합챔버와, 상기 시약 혼합챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며, 디스크의 원심력에 따라 시약 혼합부 내의 시약 혼합물이 흡착 반응챔버로 이송되는 제1 유로, 상기 제1 유로를 선택적으로 개폐하는 제1 밸브를 포함할 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되어 시료로부터 비표적물질을 분리하는 분리 수용부를 포함할 수 있다.
상기 분리 수용부는 시료가 공급되어 디스크의 원심력에 의해 비표적물질의 분리가 이루어지는 분리챔버, 분리챔버와 상기 시약 혼합챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 분리챔버 내의 분리 용액이 시약 혼합챔버로 이송되는 제2 유로, 상기 제2 유로를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브를 포함할 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 분리챔버에 연결되어 단백질 가수 분해 효소를 공급하는 효소 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 효소 공급부는 디스크에 설치되어 단백질 가수 분해 효소를 수용하는 효소 수용챔버, 상기 효소 수용챔버와 상기 분리챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버로 이송되는 제3 유로, 상기 제3 유로를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브를 포함할 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 시약 혼합챔버에 연결되어 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 공급하는 강화제 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 강화제 공급부는 디스크에 설치되어 강화제를 수용하는 강화제 수용챔버, 상기 강화제 수용챔버와 상기 시약 혼합챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 강화제가 시약 혼합챔버로 이송되는 제4 유로, 상기 제4 유로를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브를 포함할 수 있다.
상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함할 수 있다.
상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 반응챔버로 세척액을 공급하기 위한 세척부를 더 포함할 수 있다.
상기 세척부는 디스크에 설치되고 내부에 세척액이 수용된 세척액 수용챔버, 상기 세척액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 세척액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제5 유로, 상기 제5 유로를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브를 포함할 수 있다.
상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부를 더 포함할 수 있다.
상기 분리부는 디스크에 설치되고 내부에 용리액이 수용된 용리액 수용챔버, 상기 용리액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용리액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제6 유로, 상기 제6 유로를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브를 포함할 수 있다.
상기 용액 수용부는 디스크에 설치되고 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착 후 흡착 반응챔버에 잔존하는 용액을 수용하는 버림용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 버림용액 수용챔버로 이송되는 제7 유로, 상기 제7 유로를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브, 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에서 분리된 핵산 용리 용액을 수용하는 핵산용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 핵산용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 핵산액 수용챔버로 이송되는 제8 유로, 및 상기 제8 유로를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브를 포함할 수 있다.
상기 디스크의 유로를 개폐하기 위한 밸브는 디스크 유로 상에 설치되고 탄성을 갖는 재질로 이루어져 탄성적으로 변형되어 유로를 개폐하는 차단부재, 상기 차단부재 외측에 배치되어 외력에 의해 상기 차단부재를 가압하여 유로를 선택적으로 개폐하는 가압부재, 및 상기 디스크에 설치되어 가압부재를 지지하는 지지체를 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 밸브의 가압부재에 외력을 가하여 밸브를 선택적으로 개폐하는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 흡착 매개체는 실리카 표면의 비드, 칼럼, 포스트, 키토산 표면의 비드에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 시료는 혈액, 림프액, 조직액, 오줌을 포함하는 생체 유체 또는 체세포, 박테리아, 바이러스를 포함하는 세포 또는 소세포일 수 있다.
상기 시약은 단백질 분해를 위한 단백질 분해 효소, 흡착 매개체에 대한 핵산 흡착 반응을 강화하시키기 위한 강화제, 흡착 매개체를 세척하기 위한 세척액 또는 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 분리시키기 위한 용리액을 포함할 수 있다.
상기 디스크는 원판 형태로 이루어지고, 상기 흡착 반응챔버는 디스크의 원주방향을 따라 복수개가 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 용액 수용부에 형성되어 필요에 따라 용액을 디스크에서 외부로 추출할 수 있는 용액 추출구를 더 포함 할 수 있다.
상기 시약 혼합챔버에 설치되어 내부 혼합물을 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기 가열부는 외부에서 조사되는 전자기파에 의해 발열되어 혼합물에 열 에너지를 가하는 발열체를 포함할 수 있다.
상기 흡착 반응챔버는 입측 또는 출측에 폭이 좁아지도록 경사진 구조의 구배부가 형성될 수 있다.
본 구현예의 핵산 정제 방법은, 디스크의 흡착 반응챔버에 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체를 탑재하는 탑재 단계, 디스크에 시료를 주입하는 주입 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 시료를 흡착 매개체에 혼합하여 핵산을 흡착시키는 흡착 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산 흡착 후 흡착 반응챔버에서 잔존하는 용액을 제거하는 제거 단계, 흡착 반응챔버에 용리액을 주입하는 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 용리액과 흡착 매개체를 혼합하여 흡착 매개체에서 핵산을 분리시키는 용리 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산이 용리된 용액을 흡착 반응챔버에서 배출시키는 배출 단계를 포함할 수 있다.
상기 주입 단계에서, 시료에 핵산 정제를 위한 시약을 혼합하여 주입할 수 있다.
상기 탑재 단계에서, 디스크에 핵산 정제를 위한 시약을 탑재하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시약은 단백질 분해를 위한 단백질 분해 효소, 흡착 매개체에 대한 핵산 흡착 반응을 강화하시키기 위한 강화제, 흡착 매개체를 세척하기 위한 세척액 또는 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 분리시키기 위한 용리액을 포함할 수 있다.
상기 흡착 단계 전에 시약 혼합챔버에 수용된 핵산 흡착을 위한 시약에 시료를 혼합하는 혼합 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 혼합 단계는 시료 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 시료를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 유로를 폐쇄하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 시료와 시약을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시료와 시약 혼합 단계에서 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 5 분 내지 10분일 수 있다.
상기 혼합 단계 전에 디스크를 회전시켜 시료에 원심력을 가하여 시료인 생체물질로부터 비 표적물질을 분리하는 분리 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분리 단계 후에 분리된 용액에 단백질 분해 효소를 혼합하여 불필요한 단백질을 분해하는 분해 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분해 단계는 단백질 분해 효소 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 단백질 분해 효소를 분리용액으로 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 혼합 단계를 거친 혼합액에 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 혼합하는 강화 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 강화 단계는 강화제 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 강화제를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 강화제를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 강화제 혼합 시 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 10초 내지 60초 일 수 있다.
상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함할 수 있다.
상기 흡착 단계는 시약 혼합챔버 내의 혼합물 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 혼합물을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 흡착 매개체와 혼합시 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 1분 내지 5분일 수 있다.
상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에서 흡착 후 잔존하는 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에 세척액을 주입하여 흡착 매개체를 세척하는 세척 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세척 단계는 세척액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 세척액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 흡착 반응챔버를 거친 세척액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제거 단계는 흡착 반응챔버 및 흡착 매개체를 건조시키기 위한 건조 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조 단계는 디스크를 회전시켜 흡착 반응챔버에 원심력을 가하여 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 건조 시 디스크의 회전에 따른 건조 시간은 1분 내지 3분일 수 있다.
상기 용리 단계는 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버 사이의 유로를 폐쇄하고 용리액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 용리액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 용리액을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 용리액 혼합 시 디스크의 회전에 따른 혼합 시간은 30초 내지 5분일 수 있다.
상기 배출 단계는 흡착 반응챔버에서 핵산 용리 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 핵산 용리 용액을 핵산액 수용 챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 의하면, 각종 생체 유체로부터 핵산을 정제하는 전 과정을 일체적으로 동반하여 수행하는 것이 가능하다.
핵산 정제에 소요되는 시간과 노력을 최소화하여 경제성을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 핵산 정체 장치의 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따라 세포-자유 핵산 정제를 위한 구성이 일체화되어 있는 핵산 정제 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 밸브 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 핵산 정제 과정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 핵산 정체 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제를 수행 한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제 및 농축을 수행 한 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 박테리아 유래 핵산을 정제한 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 구동 조건에 따른 실험 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 개념을 설명하기 위한 모식도이고, 도 2는 핵산 정체 장치의 작용을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 핵산 정제 장치(10)는, 원심력을 발생하는 디스크(12), 디스크(12)에 설치되는 공급부(16), 흡착 반응챔버(20), 용액 수용부(30)를 포함한다.
상기 디스크(12)는 원형의 판 구조물로 이루어질 수 있다. 디스크(12)의 중심은 회전축(14)을 이루어, 외부로부터 제공되는 구동력에 의해 회전축을 중심으로 회전된다. 디스크의 회전에 따라 원심력이 발생되고 내부 유체에 원심력을 가하여 유체를 이송한다.
상기 디스크(12) 내에 흡착 반응챔버(20)가 형성된다. 흡착 반응챔버(20)는 디스크(12)에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 상기 흡착 반응챔버(20) 내부에는 시료에서 핵산을 흡착하기 위한 흡착 매개체(21)가 수용된다. 이에, 시료가 흡착 반응챔버(20)를 지나는 과정에서 시료에 포함되어 있는 세포-자유 핵산(cell-free DNA; 이하, 핵산이라 한다)이 흡착 매개체(21)에 흡착된다.
본 실시예에서, 상기 시료는 혈액, 림프액, 조직액, 오줌을 포함하는 생체 유체 또는 체세포, 박테리아, 바이러스를 포함하는 세포 또는 소세포일 수 있다. 또한, 상기 흡착 매개체(21)는 실리카 표면의 비드, 칼럼, 포스트, 키토산 표면의 비드에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 흡착 반응챔버(20)는 디스크(12) 원주방향을 따라 복수개가 간격을 두고 배열 설치될 수 있다. 또한, 디스크(12) 회전시 발생되는 원심력에 의해 시료가 원심력 방향으로 이동되므로, 상기 흡착 반응챔버(20)는 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 중심에서 외측 선단을 향해 길게 연장 형성된 구조일 수 있다. 또한, 상기 흡착 반응챔버(20)는 입측 또는 출측에 원심력 방향 즉, 시료의 흐름 방향에 대해 경사진 구배부를 형성할 수 있다. 상기 구배부는 도 1에 도시된 바와 같이, 흡착 반응챔버(20) 입측 또는/및 출측을 향해 폭이 좁아지도록 내측면이 경사진 구조일 수 있다. 이와 같이 흡착 반응챔버(20)에 상기 구배부(22)가 형성됨에 따라 흡착 반응챔버(20) 내에서 용액의 원활한 흐름을 제공할 수 있게 된다.
상기 디스크(12)의 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 회전 중심 쪽을 향하는 흡착 반응챔버(20)의 입측에 상기 공급부(16)가 배치되어 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 반대 방향인 디스크(12)의 외측 선단 쪽을 향하는 흡착 반응챔버(20)의 출측에 상기 용액 수용부(30)가 배치되어 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 이하 설명에서 입측이라 함은 해당 챔버에 유체가 유입되는 부분으로 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 회전 중심에 근접한 쪽을 의미하고, 출측이라 함은 해당 챔버에서 유체가 유출되는 부분으로 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 외측 선단에 근접한 쪽을 의미한다.
이와 같이, 상기 디스크(12)의 회전 중심에서 원심력 방향을 따라 공급부(16)와 흡착 반응챔버(20) 및 용액 수용부(30)가 순차적으로 배치되어, 디스크(12) 회전시 발생되는 원심력에 의해 공급부(16)를 통해 공급된 시료가 순차적으로 흡착 반응챔버(20)를 거쳐 용액 수용부(30)로 흐를 수 있게 된다.
상기 공급부(16)는 흡착 반응챔버(20) 내부로 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급한다. 상기 공급부(16)는 흡착 반응챔버(20)에 연통되는 유로 구조로, 흡착 반응챔버(20) 입측 선단을 통해 디스크(12) 외부에서 별도로 시료 및 시약을 공급하는 구조일 수 있다. 상기한 구조 외에 상기 공급부(16)가 디스크(12) 내에 별도로 설치될 수 있다. 이러한 구조의 경우 시료 공급에서 핵산 정제 전 과정을 일체화하여 일괄적으로 수행할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하도록 한다.
상기 시약은 흡착 매개체(21)에 핵산이 흡착될 수 있도록 하는 물질로, 상기 공급부(16)를 통해 흡착 반응챔버(20)로 공급될 수 있다.
또한, 상기 시약은 단백질 분해를 위한 단백질 분해 효소, 흡착 매개체에 대한 핵산 흡착 반응을 강화시키기 위한 강화제, 흡착 매개체를 세척하기 위한 세척액 또는 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 분리시키기 위한 용리액을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 공급부(16)를 통해 시료 및 시료를 각각 또는 시료와 시약을 혼합하여 흡착 반응챔버(20)로 공급할 수 있다.
상기 용액 수용부(30)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있으며, 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된다. 상기 용액 수용부(30)는 내부로 이송된 용액을 디스크(12) 외부로 배출하기 위한 용액 추출구(31)를 구비할 수 있다. 이에, 필요시 용액 수용부(30)로 이송된 용액을 용액 추출구(31)를 통해 외부로 배출시켜 처리할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 상기 핵산 정체 장치를 통한 핵산 정제 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 디스크(12)의 흡착 반응챔버(20) 내부에 흡착 매개체(21)를 탑재하여 준비한다. 준비가 완료되면 시료와 핵산 정제를 위한 시약을 혼합한 용액을 공급부(16)를 통해 디스크(12) 내부로 공급한다. 공급부(16)를 통해 공급되는 용액에는 시약으로써 단백질 분해 효소 또는/및 핵산 흡착 반응을 강화시키기 위한 강화제가 더 혼합될 수 있다.
디스크(12) 내부로 공급된 시료와 시약의 혼합액은 흡착 반응챔버(20) 입측으로 유입된다. 이 상태에서 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 상기 시료 혼합액은 흡착 반응챔버(20) 입측에서 출측으로 흐르면서 흡착 반응챔버(20) 내부에 수용되어 있는 흡착 매개체(21)와 혼합된다. 이 과정에서 혼합액에 함유되어 있는 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착된다.
흡착 반응챔버(20)를 따라 흐르는 혼합액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된 용액 수용부(30)로 배출된다. 상기 흡착 반응챔버(20)를 통과한 시료 혼합액은 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착된 상태로 핵산이 분리되고 남은 잔존 용액으로써, 이 잔존 용액은 용액 수용부(30)로 배출되어 흡착 반응챔버(20)에서 제거된다. 용액 수용부(30)로 배출된 잔존 용액은 용액 수용부(30)의 용액 추출구(31)를 통해 디스크(12) 외부로 배출 처리한다.
흡착 반응챔버(20)에서 핵산이 분리 흡착되고 남은 잔존 용액이 완전히 제거되면, 흡착 반응챔버(20) 내의 흡착 매개체(21)로부터 핵산을 분리하여 추출한다.
본 실시예에서, 상기 핵산 분리 추출 전에 흡착 반응챔버(20) 및 흡착 매개체(21)에 대한 세척 작업을 수행할 수 있다.
세척 작업을 위해, 공급부(16)를 통해 세척액을 주입하여 흡착 반응챔버(20)로 세척액을 공급한다. 이 상태에서 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 세척액은 흡착 반응챔버(20) 입측에서 출측으로 흐르면서 흡착 반응챔버(20) 내부 및 수용되어 있는 흡착 매개체(21) 표면을 세척한다. 세척액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된 용액 수용부(30)로 배출된다. 용액 수용부(30)로 배출된 세척액은 용액 수용부(30)의 용액 추출구(31)를 통해 디스크(12) 외부로 배출 처리한다.
또한, 본 실시예에서, 상기 세척 작업 후 흡착 매개체(21)를 건조하기 위한 과정을 더 거칠 수 있다. 핵산이 흡착된 흡착 매개체(21)를 건조하기 위해 세척 작업 완료 후 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응부에 원심력을 가한다. 이에, 세척 후에도 흡착 반응챔버(20) 및 흡착 매개체(21) 표면에 잔존하는 세척액 및 잔존 용액이 모두 용액 수용부(30)로 배출되어 제거된다. 용액 수용부(30)로 배출된 용액은 용액 추출구(31)를 통해 디스크(12) 외부로 배출 처리한다.
상기한 작업 후 핵산 반응챔버(20) 내의 흡착 매개체(21)로부터 핵산을 분리하여 추출한다. 최종적으로 공급부(16)를 통해 용리액을 주입한다. 공급부(16)를 통해 디스크(12) 내부로 공급된 용리액은 흡착 반응챔버(20) 입측으로 유입된다. 이 상태에서 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 용리액은 흡착 반응챔버(20) 입측에서 출측으로 흐르면서 흡착 매개체(21)와 혼합되고 이 과정에서 흡착 매개체(21)에 흡착되어 있는 핵산이 용리액에 의해 흡착 매개체(21)에서 분리된다.
흡착 매개체(21)로부터 핵산이 분리되면 디스크(12)를 회전시켜 핵산이 용리된 용액을 용액 수용부(30)로 배출시킨다. 핵산이 용리된 용액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된 용액 수용부(30)로 배출된다.
이와 같이, 시료로부터 핵산을 용이하게 정제하여 용액 수용부(30)로 추출할 수 있어, 분자 진단 등 필요한 작업에 활용할 수 있다.
이하, 또 다른 실시예로, 핵산 정제 전 과정을 일체로 수행할 수 있는 자동화된 핵산 정제 장치에 대해 설명한다. 이하, 위에서 설명된 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 실시예에 따라 핵산 정제를 위한 구성이 일체화되어 있는 핵산 정제 장치를 도시하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 핵산 정제 장치는 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크(12), 디스크(12)에 설치되어 시료 및 시약을 공급하는 공급부, 흡착 매개체(21)를 수용하여 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버(20), 흡착 반응챔버(20)를 세척하기 위한 세척부, 흡착 매개체(21)에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부, 흡착 반응챔버(20)에서 배출되는 용액을 분리 수용하는 용액 수용부, 및 디스크(12)의 원심력에 따라 이동되는 유체의 흐름을 제어하기 위한 유로와 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브를 포함한다.
또한, 본 장치는 상기 밸브를 구동하여 유로를 개폐하기 위한 구동부(도 4의 70 참조)를 더 포함한다. 이에, 구동부가 밸브에 외력을 가하여 밸브를 작동시키게 되면 각 유로가 개방 또는 폐쇄되면서 유로의 흐름이 제어되고, 시료는 디스크(12)의 원심력에 의해 공급부에서 흡착 반응챔버(20) 및 용액 수용부로 이송되어 정제 처리된다. 상기 구동부는 밸브에 외력을 가할 수 있으면 다양하게 변형 가능하다.
상기 공급부는 디스크(12)에 설치되고 내부에 핵산 흡착을 위한 시약이 수용되어 시료와 시약을 혼합하는 시약 혼합챔버(40)를 포함할 수 있다. 상기 시약 혼합챔버(40)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 시약 혼합챔버(40) 일측에 시약을 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 상기 디스크(12)의 원심력 방향을 따라 디스크(12) 회전 중심에서 외측 선단을 향해 상기 시약 혼합챔버(40)와 흡착 반응챔버(20)가 순차적으로 배치되어, 유체가 시약 혼합챔버(40)에서 흡착 반응챔버(20)로 흐르게 된다.
상기 시약 혼합챔버(40)는 흡착 반응챔버(20)의 입측에 연결된다. 시약 혼합챔버(40)의 내부에는 주입구를 통해 필요한 시약이 미리 수용될 수 있다. 이에, 시약 혼합챔버(40)로 유입된 시료는 시약 혼합챔버(40)에 수용된 시약과 혼합되어 이후 흡착 반응챔버(20)에서 핵산 흡착이 이루어지게 된다.
본 실시예에서, 상기 시약 혼합챔버(40)에는 내부 용액을 가열하는 가열부가 더 구비될 수 있다. 상기 가열부는 시약 혼합챔버(40)에 설치되고 외부에서 조사되는 전자기파에 의해 발열되어 용액에 열 에너지를 가하는 발열체(41)를 포함할 수 있다. 이에, 필요시 디스크(12) 외부에서 전자기파를 조사하게 되면 시약 혼합챔버(40)에 설치된 발열체(41)가 전자기파에 의해 발열되어 내부의 용액에 열 에너지를 가하게 된다. 따라서, 발열체에 의해 시약 혼합챔버(40) 내의 용액을 가열하여 온도를 높일 수 있게 된다. 시약 혼합챔버(40) 내부 용액의 온도를 높임으로써, 추후 핵산 흡착 반응 효율을 보다 증대시킬 수 있고, 핵산 정제 시간을 줄일 수 있으며 핵산 정제 장치의 구동 장치를 보다 간소화할 수 있게 된다.
상기 시약 혼합챔버(40)와 상기 흡착 반응챔버(20) 사이에는 디스크(12)의 원심력에 따라 시약 혼합부 내에서 혼합된 시약 혼합물이 흡착 반응챔버(20)로 이송되는 유로(이하, 설명의 편의를 위해 제1 유로(51)라 한다)가 형성된다. 상기 제1 유로(51) 상에는 제1 유로(51)를 선택적으로 개폐하는 밸브(이하, 설명의 편의를 위해 제1 밸브(61)라 한다)가 설치된다. 이에, 밸브가 구동되면 디스크(12)에 형성된 유로가 개방되거나 폐쇄되면서 유로를 통한 유체의 이동을 제어할 수 있게 된다. 상기 유로와 밸브의 구조에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
상기 제1 유로(51)는 시약 혼합챔버(40)의 출측과 흡착 반응챔버(20)의 입측을 연결하며, 디스크(12)의 원심력에 따라 유체가 시약 혼합챔버(40)에서 흡착 반응챔버(20)로 흐르도록 형성된다. 이에, 제1 밸브(61)가 작동되어 제1 유로(51)가 개방된 상태에서 디스크(12)의 회전에 따라 원심력이 가해지게 되면 시약 혼합챔버(40) 내의 용액은 시약 혼합챔버(40)에서 제1 유로(51)를 통해 흡착 반응챔버(20)로 흘러 이송된다.
상기 흡착 반응챔버(20)는 내부에 흡착 매개체(21)가 수용되며, 시약 혼합챔버(40)와 용액 수용부 사이에 배치되어 입측은 제1 유로(51)를 통해 시료 혼합챔버(40)와 연결되고, 출측은 별도의 유로를 통해 용액 수용부와 연결된다.
또한, 본 실시예에서 상기 공급부는 디스크(12)에 설치되어 시약 혼합챔버(40)로 공급되는 시료에서 비표적물질을 분리해 내기 위한 분리 수용부, 디스크(12)에 설치되고 상기 분리 수용부에 단백질 가수 분해 효소를 공급하기 위한 효소 공급부, 또는 디스크(12)에 설치되고 상기 시약 혼합챔버(40)에 연결되어 핵산과 흡착 매개체(21)와의 인력 강화를 위한 강화제를 공급하기 위한 강화제 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 분리 수용부는 시료가 공급되어 디스크(12)의 원심력에 의해 비표적물질의 분리가 이루어지는 분리챔버(42), 분리챔버(42)와 상기 시약 혼합챔버(40)를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 분리챔버(42) 내의 분리된 용액이 시약 혼합챔버(40)로 이송되는 제2 유로(52), 상기 제2 유로(52)를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브(62)를 포함한다. 비표적물질이란 정제 대상인 표적물질 이외의 물질을 의미한다. 본 실시예에서는 세포-자유 핵산 이외의 물질을 의미할 수 있다.
상기 분리챔버(42)로 공급된 시료는 디스크(12)의 회전에 따른 원심력에 의해 원심분리되어 정제된다. 이에 시료는 핵산이 포함된 용액과 고상물질로 분리되고, 원심력방향을 따라 고상물질은 디스크(12) 외측 선단쪽으로 밀려나고 디스크(12) 중심쪽으로 고상물질과 분리된 용액이 위치한다. 예를 들어, 시료가 혈액인 경우 원심분리에 의해 고체성분인 혈구와 액체 성분인 혈장으로 분리된다.
상기 분리챔버(42)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 분리챔버(42) 일측에 시료를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 상기 분리챔버(42)는 제2 유로(52)를 통해 시약 혼합챔버(40)의 입측에 연결된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분리챔버(42)는 공간 내에서 용액간의 분리가 명확히 나타나도록 원심력 방향을 따라 길게 연장된 관 형태로 이루어질 수 있다. 상기 제2 유로(52)는 분리챔버(42)에서 분리된 고상물질과 용액간 경계지점에 연결될 수 있다. 이에, 분리챔버(42)에서 분리된 고상물질은 분리챔버(42)에 그대로 남고 핵산이 포함된 용액만이 제2 유로(52)를 통해 시약 혼합챔버(40)로 이송될 수 있다.
상기 제2 유로(52)는 디스크(12)의 원심력에 따라 유체가 분리챔버(42)에서 시약 혼합챔버(40)로 흐르도록 형성된다. 상기 제2 유로(52) 상에는 제2 유로(52)를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브(62)가 설치된다. 이에, 제2 밸브(62)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제2 유로(52)가 개방되거나 폐쇄되면서 제2 유로(52)를 통한 유체의 이동을 제어할 수 있게 된다.
따라서, 제2 밸브(62)가 작동되어 제2 유로(52)가 개방된 상태에서 디스크(12)의 회전에 따라 원심력이 가해지게 되면 분리챔버(42)에서 분리된 용액이 제2 유로(52)를 통해 시약 혼합챔버(40)로 흘러 이송된다.
상기 효소 공급부는 디스크(12)에 설치되어 단백질 가수 분해 효소를 수용하는 효소 수용챔버(43), 상기 효소 수용챔버(43)와 상기 분리챔버 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버로 이송되는 제3 유로(53), 상기 제3 유로(53)를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브(63)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 단백질 가수 분해 효소는 시료에서 분리된 용액 내에 혼합되어 핵산 외에 불필요하게 존재하는 단백질을 분해하게 된다.
상기 효소 수용챔버(43)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 효소 수용챔버(43) 일측에 단백질 가수 분해 효소를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 효소 수용챔버(43) 내부에는 주입구를 통해 단백질 가수 분해 효소가 미리 수용될 수 있다. 상기 효소 수용챔버(43)는 제3 유로(53)를 통해 분리챔버(42)와 연결된다. 제3 유로(53)는 효소 수용챔버(43)의 출측과 연결되며, 길게 연장된 분리챔버(42)에서 분리된 용액이 수용되는 공간즉, 디스크(12) 회전중심쪽 선단부에 연결된다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 효소 수용챔버(43) 내에 수용된 단백질 가수 분해 효소가 제3 유로(53)를 따라 분리챔버(42)의 용액 수용 공간으로 흐를 수 있게 된다. 분리챔버(42)로 공급된 단백질 가스 분해 효소는 분리챔버(42) 내 용액과 혼합되어 용액 내 불필요한 단백질을 분해하게 된다.
상기 제3 유로(53) 상에는 제3 유로(53)를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브(63)가 설치된다. 이에, 제3 밸브(63)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제3 유로(53)가 개방되거나 폐쇄되면서 제3 유로(53)를 통한 단백질 가수 분해 효소의 이동을 제어할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제3 유로(53)를 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버(42)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 효소 수용챔버(43)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 강화제 공급부는 디스크(12)에 설치되어 강화제를 수용하는 강화제 수용챔버(44), 상기 강화제 수용챔버(44)와 상기 시약 혼합챔버(40) 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 강화제가 시약 혼합챔버(40)로 이송되는 제4 유로(54), 상기 제4 유로(54)를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브(64)를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함할 수 있다. 상기 강화제는 시약 혼합챔버(40)로 이송되어 시약과 혼합된 용액에 혼합되어 핵산과 흡착 매개체(21) 흡착 표면과의 인력을 강화시키게 된다.
상기 강화제 수용챔버(44)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 강화제 수용챔버(44) 일측에 강화제를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 강화제 수용챔버(44) 내부에는 주입구를 통해 강화제가 미리 수용될 수 있다. 상기 강화제 수용챔버(44)는 제4 유로(54)를 통해 시약 혼합챔버(40)와 연결된다. 제4 유로(54)는 강화제 수용챔버(44)의 출측과 시약 혼합챔버(40) 입측 사이를 연결하여, 디스크(12)의 원심력에 의해 강화제 수용챔버(44) 내에 수용된 강화제가 제4 유로(54)를 따라 시약 혼합챔버(40)로 흐를 수 있게 된다.
상기 제4 유로(54) 상에는 제4 유로(54)를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브(64)가 설치된다. 이에, 제4 밸브(64)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제4 유로(54)가 개방되거나 폐쇄되면서 제4 유로(54)를 통한 강화제의 이동을 제어할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제4 유로(54)를 따라 강화제가 시약 혼합챔버(40)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 강화제 수용챔버(44)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 세척부는 흡착 반응챔버(20) 내에서 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착된 후 흡착 매개체(21) 및 흡착 반응챔버(20) 내부를 세척하기 위한 것으로, 디스크(12)에 설치되고 내부에 세척액이 수용된 세척액 수용챔버(45), 상기 세척액 수용챔버(45)와 상기 흡착 반응챔버(20) 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 세척액이 흡착 반응챔버(20)로 이송되는 제5 유로(55), 상기 제5 유로(55)를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브(65)를 포함한다. 상기 세척액은 흡착 반응챔버(20) 내면이나 흡착 매개체(21) 표면에 잔존하고 있는 시약 등을 세척하여 제거하게 된다.
상기 세척액 수용챔버(45)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 세척액 수용챔버(45) 일측에 세척액을 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 세척액 수용챔버(45) 내부에는 주입구를 통해 세척액이 미리 수용될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 세척액 수용챔버(45)는 복수개로 구비될 수 있다. 이에, 복수회에 걸쳐 흡착 반응챔버(20) 내부를 세척할 수 있다. 상기 세척액 수용챔버(45)는 제5 유로(55)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제5 유로(55)는 세척액 수용챔버(45)의 출측과 흡착 반응챔버(20) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 세척액 수용챔버(45) 내에 수용된 세척액이 제5 유로(55)를 따라 흡착 반응챔버(20) 내부로 흐를 수 있게 된다. 흡착 반응챔버(20)로 공급된 세척액은 흡착 반응챔버(20) 내부를 세척한 후 흡착 반응챔버(20)의 출측에 연결된 유로를 통해 용액 수용부로 배출된다.
상기 제5 유로(55) 상에는 제5 유로(55)를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브(65)가 설치된다. 이에, 제5 밸브(65)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제5 유로(55)가 개방되거나 폐쇄되면서 제5 유로(55)를 통한 세척액의 이동을 제어할 수 있게 된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 세척액 수용챔버(45)가 복수개 구비된 경우, 각 세척액 수용챔버(45)와 제5 유로(55) 사이에 각각 별도의 유로와 유로 개폐를 위한 밸브가 설치될 수 있다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제5 유로(55)를 따라 세척액이 흡착 반응챔버(20)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 세척액 수용챔버(45)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 분리부는 디스크(12)에 설치되고 내부에 용리액이 수용된 용리액 수용챔버(46), 상기 용리액 수용챔버(46)와 상기 흡착 반응챔버(20) 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 용리액이 흡착 반응챔버(20)로 이송되는 제6 유로(56), 상기 제6 유로(56)를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브(66)를 포함한다. 상기 용리액은 흡착 매개체(21)에 흡착된 핵산을 용리시켜 흡착 매개체(21)에서 분리시키게 된다.
상기 용리액 수용챔버(46)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 용리액 수용챔버(46) 일측에 용리액을 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 용리액 수용챔버(46) 내부에는 주입구를 통해 용리액이 미리 수용될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 용리액 수용챔버(46)는 제6 유로(56)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제6 유로(56)는 용리액 수용챔버(46)의 출측과 흡착 반응챔버(20) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 용리액 수용챔버(46) 내에 수용된 용리액이 제6 유로(56)를 따라 흡착 반응챔버(20) 내부로 흐를 수 있게 된다. 흡착 반응챔버(20)로 공급된 용리액은 흡착 반응챔버(20) 내부의 흡착 매개체(21)와 혼합되고 이 과정에서 흡착 매개체(21)에 흡착되어 있던 핵산이 용리되어 흡착매개체(21)에서 분리된다. 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산은 용리액과 함께 흡착 반응챔버(20)의 출측에 연결된 유로를 통해 용액 수용부로 배출된다.
상기 제6 유로(56) 상에는 제6 유로(56)를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브(66)가 설치된다. 이에, 제6 밸브(66)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제6 유로(56)가 개방되거나 폐쇄되면서 제6 유로(56)를 통한 용리액의 이동을 제어할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제6 유로(56)를 따라 용리액이 흡착 반응챔버(20)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 용리액 수용챔버(46)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 용액 수용부는 디스크(12)에 설치되고 상기 흡착 반응챔버(20)에 연결되어 흡착 매개체(21)에 핵산이 흡착된 후 흡착 반응챔버(20)에 잔존하는 용액을 수용하는 버림용액 수용챔버(47), 상기 흡착 반응챔버(20)와 버림용액 수용챔버(47)를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 용액이 버림용액 수용챔버(47)로 이송되는 제7 유로(57), 상기 제7 유로(57)를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브(67), 상기 흡착 반응챔버(20)에 연결되어 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산 용리 용액을 수용하는 핵산용액 수용챔버(48), 상기 흡착 반응챔버(20)와 핵산용액 수용챔버(48)를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 용액이 핵산액 수용챔버로 이송되는 제8 유로(58), 및 상기 제8 유로(58)를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브(68)를 포함한다.
상기 용액 수용부는 두 개의 챔버를 구비하여, 정제된 핵산이 포함된 용액이 수용되는 핵산용액 수용챔버(48)와 그 외 버려지는 용액이 수용되는 버림용액 수용챔버(47)로 구분된다. 이에, 최종적으로 정제된 핵산을 핵산용액 수용챔버(48)를 통해 별도로 분리하여 추출할 수 있게 된다. 버림용액이라 함은 핵산이 핵산 매개체(21)에 흡착되고 남은 잔존용액 또는 세척액 등 표적물질인 핵산이 포함되지 않은 용액을 의미하며, 핵산용액은 용리액에 의해 용리되어 표적물질인 핵산이 함유된 용액을 의미한다.
상기 버림용액 수용챔버(47)와 핵산용액 수용챔버(48)는 각각 분리되어 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 버림용액 수용챔버(47)에는 흡착 반응챔버(20) 내의 잔존 용액이나 세척액 등 버려지는 용액이 수용된다. 상기 버림용액 수용챔버(47)는 제7 유로(57)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제7 유로(57)는 흡착 반응챔버(20) 출측과 버림용액 수용챔버(47) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)에서 배출되는 잔존용액이나 세척액은 제7 유로(57)를 따라 버림용액 수용챔버(47)로 배출된다.
상기 제7 유로(57) 상에는 제7 유로(57)를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브(67)가 설치된다. 이에, 제7 밸브(67)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제7 유로(57)가 개방되거나 폐쇄되면서 제7 유로(57)를 통해 배출되는 용액의 이동을 제어할 수 있게 된다. 본 실시예에서, 원심력에 의해 제7 유로(57)를 따라 용액이 버림용액 수용챔버(47)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 버림용액 수용챔버(47)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 핵산용액 수용챔버(48)에는 흡착 반응챔버(20)의 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산이 함유된 용액이 수용된다. 상기 핵산용액 수용챔버(48)는 제8 유로(58)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제8 유로(58)는 흡착 반응챔버(20) 출측과 핵산용액 수용챔버(48) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)에서 배출되는 핵산이 함유된 용액은 제8 유로(58)를 따라 핵산용액 수용챔버(48)로 배출된다.
상기 제8 유로(58) 상에는 제8 유로(58)를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브(68)가 설치된다. 이에, 제8 밸브(68)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제8 유로(58)가 개방되거나 폐쇄되면서 제8 유로(58)를 통해 배출되는 용액의 이동을 제어할 수 있게 된다. 본 실시예에서, 원심력에 의해 제8 유로(58)를 따라 용액이 핵산용액 수용챔버(48)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 핵산용액 수용챔버(48)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
도 4는 본 실시예에 따른 디스크(12)에 형성되는 유로와 밸브의 구조에 대해 도시하고 있다.
이하 설명에서, 제1 유로(51) 내지 제8 유로(58)는 그 크기나 길이 및 형성 위치만 상이할 뿐 유체를 이송하기 위한 관로 역할을 하는 것으로 동일하다. 이에, 제1 유로(51) 내지 제8 유로(58)에 대해 이하 유로(50)라 칭하여 설명한다. 상기 제1 밸브(61) 내지 제8 밸브(68) 역시 동일한 구조로 이하 밸브(60)로 칭하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 디스크(12)에 형성된 유로를 개폐하기 위한 밸브는 디스크(12) 유로 상에 설치되고 탄성을 갖는 재질로 이루어져 탄성적으로 변형되어 유로를 개폐하는 차단부재(602), 상기 차단부재(602) 외측에 배치되어 외력에 의해 상기 차단부재(602)를 가압하여 유로를 선택적으로 개폐하는 가압부재(604), 상기 디스크(12)에 설치되어 가압부재(604)를 지지하는 지지체(606)를 포함할 수 있다.
상기 지지체(606)는 가압부재(604)를 지지하여 외력에 의해 가압부재(604)가 눌려진 상태로 고정하거나 외력에 의해 가압부재(604)가 원위치된 상태로 고정할 수 있다.
이에, 예를 들어 외력에 의해 상기 가압부재(604)가 눌려지면 가압부재(604)가 이동되어 차단부재(602)를 가압하게 된다. 따라서 차단부재(602)가 탄성적으로 변형되어 유로를 막아 유체의 이동을 차단하게 된다. 외력에 의해 상기 가압부재(604)가 반대 방향으로 이동하게 되면 가압부재(604)에 의한 가압력이 해제되어 차단부재(602)는 자체 탄성력에 의해 원상태로 복귀된다. 이에, 차단부재(602)에 의해 막혀져 있던 유로가 개방되어 유체의 이동이 가능하게 된다.
상기 밸브는 가압부재(604)에 외력을 가했을 때 가압부재(604)가 눌려지고, 다시 한번 가압부재(604)에 외력을 가했을 때 가압부재(604)가 원위치로 복귀되는 누름 스위치 방식일 수 있다. 상기 밸브의 작동 방식은 다양하게 변형가능하며, 외력에 의해 가압부재(604)가 눌려져 차단부재(602)를 가압하거나, 가압부재(604)가 원위치되어 차단부재(602)에 대한 가압력이 해제될 수 있는 구조면 모두 적용가능하다.
상기 밸브는 디스크(12) 외부에 배치된 구동부(70)의 작동에 의해 개폐된다. 구동부(70)는 작동 과정에 따라 각 유로의 밸브 위치로 이동되어 해당 유로의 밸브를 구동한다.
이하, 도 3과 도 5를 참조하여 상기 핵산 정체 장치를 통한 핵산 정제 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 디스크(12)에 핵산 정제를 위해 필요한 시약을 탑재하여 준비한다. 시약으로, 흡착 매개체(21), 단백질 가수 분해 효소, 시약, 강화제, 세척액 및 용리액을 각각 흡착 반응챔버(20), 효소 수용챔버(43), 시약 혼합챔버(40), 강화제 수용챔버(44), 세척액 수용챔버(45) 및 용리액 수용챔버(46)에 탑재할 수 있다. 준비 상태에서 디스크(12)의 각 유로에 설치된 밸브는 폐쇄 작동되어 각 유로는 닫혀진 상태를 유지한다.
준비가 완료되면 디스크(12)의 분리챔버(42)에 시료를 주입한다. 분리챔버(42)에 시료가 주입되면 디스크(12)를 회전시켜 분리챔버(42)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 분리챔버(42) 내에 주입된 시료가 원심 분리된다.
시료 원심 분리가 완료되면 구동부(이하 도 4의 70 참조)를 통해 디스크(12)의 제3 밸브(63)를 개방 작동하여 제3 유로(53)를 개방한다. 제3 유로(53)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 효소 수용챔버(43)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 효소 수용챔버(43) 내에 수용된 단백질 가수 분해 효소가 제3 유로(53)를 통해 흘러나가 분리챔버(42)로 이송되어 혼합된다.(도 5의 (a) 참조)
다음으로, 구동부에 의해 제2 밸브(62)가 개방 작동하여 제2 유로(52)를 개방한다. 제2 유로(52)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 분리챔버(42)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 분리챔버(42) 내의 분리된 용액과 단백질 가수 분해 효소의 혼합액이 제2 유로(52)를 통해 흘러나가 시약 혼합챔버(40)로 이송된다. 상기 혼합액이 시약 혼합챔버(40)로 모두 이송되면 제2 밸브(62)를 구동하여 제2 유로(52)를 폐쇄한다. 그리고 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 시약 혼합챔버(40) 내에서 상기 혼합액과 시약을 혼합한다.(도 5의 (b) 참조)
본 실시예에서 상기 시약 혼합챔버(40) 내에서의 시료와 시약 혼합 시간은 5분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 5분 보다 작은 경우에는 제대로 혼합이 이루어지지 않아 추후 핵산의 흡착 효율이 저하되며, 10분을 넘는 경우에는 정제 시간만 길어지고 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않으며 오히려 시료가 손상될 우려가 있다.
시약 혼합이 완료되면 구동부에 의해 제4 밸브(64)를 작동하여 제4 유로(54)를 개방한다. 제4 유로(54)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 강화제 수용챔버(44)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 강화제 수용챔버(44) 내의 강화제가 제4 유로(54)를 통해 흘러나가 시약 혼합챔버(40)로 이송된다. 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 시약 혼합챔버(40) 내의 용액에 강화제를 혼합한다.(도 5의 (c) 참조)
본 실시예에서 상기 시약 혼합챔버(40) 내에서의 강화제 혼합 시간은 10초 내지 60초 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 10초보다 작은 경우에는 제대로 혼합이 이루어지지 않아 추후 핵산의 흡착 효율이 저하되며, 60초를 넘는 경우에는 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않고 오히려 시료가 손상될 우려가 있다.
모든 혼합 반응이 완료되면 구동부에 의해 제1 밸브(61)를 작동하여 제1 유로(51)를 개방한다. 제1 유로(51)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 시약 혼합챔버(40)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 시약 혼합챔버(40) 내의 용액이 제1 유로(51)를 통해 흘러나가 흡착 반응챔버(20)로 이송된다. 흡착 반응챔버(20)로 용액을 이송한 후 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 수용된 흡착 매개체(21)와 용액을 함께 혼합한다. 흡착 매개체(21)와 용액이 함께 혼합되는 과정에서 용액 내에 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착되고 흡착 반응챔버(20) 내에는 핵산이 흡착되고 남은 시약 등 잔존 용액이 남게 된다.
본 실시예에서 상기 흡착 반응챔버(20) 내에서의 혼합 시간은 1분 내지 5분 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 1분보다 작은 경우에는 핵산의 흡착이 제대로 이루어지지 않으며, 5분을 넘는 경우에는 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않고 오히려 시료가 손상될 우려가 있다.
혼합이 완료되면 구동부의 작동에 의해 상기 제1 밸브(61)를 구동하여 제1 유로(51)를 폐쇄하고 제7 밸브(67)를 구동하여 제7 유로(57)를 개방한다. 그리고 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 내의 잔존 용액이 제7 유로(57)를 통해 흘러나가 버림용액 수용챔버(47)로 배출된다. 상기 과정은 복수회 반복될 수 있다. 본 실시예의 경우 상기 과정을 3회 반복하여 핵산 흡착 후 잔존 용액을 배출 처리한다.(도 5의 (d) 참조)
다음으로, 흡착 반응챔버(20) 내에 잔존하는 시료 등을 세척하여 제거한다. 잔존 용액을 제거한 상태에서 제5 밸브(65)를 작동하여 제5 유로(55)를 개방한다. 제5 유로(55)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 세척액 수용챔버(45)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 세척액 수용챔버(45) 내의 세척액이 제5 유로(55)를 통해 흘러나가 흡착 반응챔버(20)로 이송된다. 흡착 반응챔버(20)로 이송된 세척액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)를 통과하여 제7 유로(57)를 통해 버림용액 수용챔버(47)로 배출된다. 이 과정에서 세척액이 흡착 반응챔버(20)를 지나면서 흡착 매개체(21) 표면과 흡착 반응챔버(20) 내면을 세척하게 된다. 세척액 수용챔버(45)가 복수개 구비된 경우 각각의 세척액 수용챔버(45)에 연결된 제5 밸브(65)를 차례로 작동하여 각각의 제5 유로(55)를 순차적으로 개방하여 세척작업을 복수회 수행한다.(도 5의 (e) 내지 (f) 참조)
세척 작업 후 디스크(12)를 회전시켜 흡착 매개체(21)를 건조한다. 디스크(12)가 회전되어 흡착 반응챔버(20)에 원심력이 가해진다. 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)에 잔존하는 시약 등 잔존 용액이 모두 버림용액 수용챔버(47)로 흘러나가 제거된다.
본 실시예에서 상기 건조 시간은 1분 내지 3분 동안 수행될 수 있다. 건조 시간이 1분보다 작은 경우에는 건조가 제대로 이루어지지 않으며, 3분을 넘는 경우에는 더 이상의 건조 효과 증대는 나타나지 않으며, 전체 핵산 정제 시간이 지연되는 문제가 발생된다.
건조가 완료되면, 제7 밸브(67)를 작동하여 제7 유로(57)를 폐쇄한다. 그리고 제6 밸브(66)를 작동하여 제6 유로(56)를 개방한다. 제6 유로(56)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 용리액 수용챔버(46)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 용리액 수용챔버(46) 내의 용리액이 제6 유로(56)를 통해 흘러나가 흡착 반응챔버(20)로 이송된다. 용리액이 흡착 반응챔버(20)로 이송된 후 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 용리액과 흡착 매개체(21)를 혼합한다. 흡착 매개체(21)와 용리액이 함께 혼합되는 과정에서 흡착 매개체(21)에 흡착되어 있던 핵산이 용리되어 흡착 매개체(21)로부터 분리된다. (도 5의 (g) 내지 (h) 참조)
본 실시예에서 상기 흡착 반응챔버(20) 내에서의 용리액 혼합 시간은 30초 내지 5분 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 30초보다 작은 경우에는 핵산의 분리가 제대로 이루어지지 않으며, 5분을 넘는 경우에는 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않는다.
용리액에 의한 핵산 분리가 완료되면, 최종적으로 제8 밸브(68)를 작동하여 제8 유로(58)를 개방한다. 제8 유로(58)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 내의 용액 즉, 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산을 함유한 용액은 제8 유로(58)를 통해 흘러나가 핵산용액 수용챔버(48)로 이송된다.(도 5의 (i) 참조)
이와 같이, 시료로부터 핵산을 정제하여 추출하는 전 과정을 자동화하여 단일 디스크(12) 내에서 일체로 수행할 수 있게 된다.
[실험예]
도 6은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제를 수행 한 결과를 나타내고 있다.
실험은 실제로 세포-자유 핵산의 크기 범주인 100bp-1000bp DNA ladder를, 1ng/μl의 농도로 350 μL의 DNase-free water에 스파이크 하여 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 핵산 정제를 수행하여 이루어졌다.
실험에 따른 총 정제 시간은 20분 이내이고, 흡착 매개체로는 100 μm의 지름을 가지는 실리카 비드를 사용하였다.
실험 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 핵산 정제 장치를 활용하여 핵산 정제를 자동화한 경우, 핵산 정제 효율이 수작업으로 정제했을 때뿐만 아니라, 기존 상용화된 키트로 정제했을 때 보다 향상됨을 확인하였다.
도 7은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제 및 농축을 수행 한 결과를 나타내고 있다.
도 7의 그래프에서 E1: First elution, E2: Second elution, E3: Third elution는 핵산 용리 순번을 나타낸다.
실험은 실제로 세포-자유 핵산의 크기 범주인 100bp-1000bp DNA ladder를, 1.5 ng/μL의 농도(도 7 그래프의 input 농도)로 350 μL의 Dnase free water에 스파이크하여, 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 정제를 수행하여 이루어졌다. 실험에 따른 총 정제 시간은 20분 이내이고, 흡착 매개체로는 100 μm의 크기의 지름을 가지는 실리카 비드를 사용하였다.
실험 시 핵산의 용리는 세 번에 걸쳐 E1, E2, E3 차례로 수행하였다.
실험 결과, 첫번째 용리(E1)에서 정제된 핵산이, 처음 input 농도보다 농축되었고, 두번째(E2), 세번째(E3) 용리에서 흡착매개체에 남은 핵산이 용리 되었음을 보여준다.
세번의 용리를 통해 정제 되는 핵산의 총 량은 도 6에서 보는 바와 같이 상용화된 제품 보다 더 높았으며, 본 실시예의 장치을 활용하여 용도에 따라 농축 된 형태의 정제를 수행하여 각 분석법에 적합한 형태로 추후 분자 진단에 활용 할 수 있음을 확인 할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 박테리아 유래 핵산(bacterial DNA(E. coli))를 정제한 실험 결과를 나타내고 있다.
실험은 박테리아(E coli)를 다양한 농도로 200μL의 PBS(Phosphate-buffered saline)에 스파이크하여 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 박테리아 유래 핵산을 추출 및 정제하여 이루어졌다.
실험에 따른 총 정제 시간은 1시간 이내이고, 추출 및 정제한 박테리아 유래 DNA는 RT-PCR을 활용하여 정량하였다.
실험 결과, 도 8에 나타난 바와 같이 본 실시예의 경우 상용화 제품보다 정제 효율이 더 높게 나타남을 확인하였다. 따라서, 본 실시예의 장치를 활용하여 추출 및 정제한 핵산이 추후 분자 진단을 위한 다양한 분석법에 유용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
또한, 언급한 바와 같이 세포-자유 핵산을 정제하였을 뿐만 아니라 박테리아 유래 핵산도 추출 및 정제함으로써, 본 장치가 다양한 타겟에 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 효율 향상을 위한 구동 조건을 최적화한 다양한 실험 결과 중 일 예로서 흡착과정에서의 구동 조건을 나타내고 있다.
실험은 세포-자유 핵산의 크기 범주 내에 있는 300 bp DNA를 300μL의 인체유래물(serum)에 스파이크하여 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 다양한 구동 조건에서 정제를 수행하여 이루어졌다.
실험 결과, 도 9의 (a), (b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 핵산 흡착 매개체인 실리카 비드(silica beads)의 양과 혼합 시간(bindig time) 및 혼합 속도(agitation frequency)에 대해 최적의 정제 효율 조건을 얻을 수 있었다. 여기서 혼합 속도(agitation frequency)는 혼합 반응시에 이루어지는 반복적인 가감속의 진동수(Hz), 예를 들어, 흡착 매개체와 핵산이 포함된 용액 혼합 시에 이루어지는 반복적인 가감속의 진동수를 의미한다.
도 9의 (d)는 실험결과에 따라 최적화된 구동조건으로 본 실시예의 핵산 정제 장치를 구동하여 300μL의 인체유래물(serum)에서 스파이크하여 300 bp의 DNA를 정제하고 그 효율을 상용화한 제품과 비교한 결과를 나타내고 있다.
도 9의 (d)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 경우 기존 상용화 제품보다 정제 효율이 좋게 나타남을 확인할 수 있다. 상기 실험 결과와 같이, 본 실시예를 이용하여 실제 인체유래물에서 핵산을 정제하고 정량하여 분석할 수 있음을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 핵산 정제 장치 12 : 디스크
14 : 회전축 16 : 공급부
20 : 흡착 반응챔버 21 : 흡착 매개체
30 : 용액 수용부 31 : 용액 추출구
40 : 시약 혼합챔버 42 : 분리챔버
43 : 효소 수용챔버 44 : 강화제 수용챔버
45 : 세척액 수용챔버 46 : 용리액 수용챔버
47 : 버림용액 수용챔버 48 : 핵산용액 수용챔버
51 내지 58 : 제1 유로 내지 제8 유로
61 내지 68 : 제1 밸브 내지 제8 밸브
70 : 구동부

Claims (45)

  1. 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크,
    상기 디스크에 설치되어 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급하기 위한 공급부,
    상기 디스크에 설치되고 상기 공급부와 연결되며 내부에는 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체가 수용되어 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 및
    디스크의 원심력 방향을 따라 상기 흡착 반응부 출측에 연결 설치되어 원심력에 의해 흡착 반응챔버를 통과하여 배출되는 용액을 수용하며 외부로 배출하는 용액 수용부
    를 포함하는 핵산 정제 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 반응챔버로 세척액을 공급하기 위한 세척부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  4. 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크,
    상기 디스크에 설치되어 시료 및 시약을 공급하는 공급부,
    상기 디스크에 설치되어 흡착 매개체를 수용하며 상기 공급부에서 공급된 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버,
    상기 디스크에 설치되어 상기 흡착 반응챔버를 세척하기 위한 세척부,
    상기 디스크에 설치되어 상기 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부,
    상기 디스크에 설치되어 상기 흡착 반응챔버에서 배출되는 용액을 분리 수용하는 용액 수용부, 및
    상기 디스크에 설치되어 상기 디스크의 원심력에 따라 이동되는 유체의 흐름을 제어하기 위한 유로와 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브
    를 포함하는 핵산 정제 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디스크의 유로를 개폐하기 위한 밸브는 디스크 유로 상에 설치되고 탄성을 갖는 재질로 이루어져 탄성적으로 변형되어 유로를 개폐하는 차단부재, 상기 차단부재 외측에 배치되어 외력에 의해 상기 차단부재를 가압하여 유로를 선택적으로 개폐하는 가압부재, 및 상기 디스크에 설치되어 가압부재를 지지하는 지지체를 포함하는 핵산 정제 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브의 가압부재에 외력을 가하여 밸브를 선택적으로 개폐하는 구동부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리부는 디스크에 설치되고 내부에 용리액이 수용된 용리액 수용챔버, 상기 용리액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용리액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제6 유로, 및 상기 제6 유로를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 세척부는 디스크에 설치되고 내부에 세척액이 수용된 세척액 수용챔버, 상기 세척액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 세척액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제5 유로, 상기 제5 유로를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 용액 수용부는 디스크에 설치되고 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착 후 흡착 반응챔버에 잔존하는 용액을 수용하는 버림용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 버림용액 수용챔버로 이송되는 제7 유로, 상기 제7 유로를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브, 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에서 분리된 핵산 용리 용액을 수용하는 핵산용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 핵산용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 핵산액 수용챔버로 이송되는 제8 유로, 및 상기 제8 유로를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되고 내부에 핵산 흡착을 위한 시약이 수용되어 시료와 시약을 혼합하는 시약 혼합챔버, 상기 시약 혼합챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며, 디스크의 원심력에 따라 시약 혼합부 내의 시약 혼합물이 흡착 반응챔버로 이송되는 제1 유로, 및 상기 제1 유로를 선택적으로 개폐하는 제1 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되어 시료로부터 비표적물질을 분리하는 분리 수용부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리 수용부는 시료가 공급되어 디스크의 원심력에 의해 비표적물질의 분리가 이루어지는 분리챔버, 분리챔버와 상기 시약 혼합챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 분리챔버 내의 분리 용액이 시약 혼합챔버로 이송되는 제2 유로, 상기 제2 유로를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 분리챔버에 연결되어 단백질 가수 분해 효소를 공급하는 효소 공급부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 효소 공급부는 디스크에 설치되어 단백질 가수 분해 효소를 수용하는 효소 수용챔버, 상기 효소 수용챔버와 상기 분리챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버로 이송되는 제3 유로, 및 상기 제3 유로를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 시약 혼합챔버에 연결되어 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 공급하는 강화제 공급부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 강화제 공급부는 디스크에 설치되어 강화제를 수용하는 강화제 수용챔버, 상기 강화제 수용챔버와 상기 시약 혼합챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 강화제가 시약 혼합챔버로 이송되는 제4 유로, 및 상기 제4 유로를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함하는 핵산 정제 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 디스크의 회전 중심에서 원심력 방향을 따라 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부가 순차적으로 배치되어, 시료가 원심력에 의해 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부를 따라 흐르는 구조의 핵산 정제 장치.
  19. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 흡착 매개체는 실리카 표면의 비드, 칼럼, 포스트, 키토산 표면의 비드에서 선택되는 적어도 하나인 핵산 정제 장치.
  20. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 시료는 혈액, 림프액, 조직액, 오줌을 포함하는 생체 유체 또는 체세포, 박테리아, 바이러스를 포함하는 세포 또는 소세포인 핵산 정제 장치.
  21. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 흡착 반응챔버는 입측 또는 출측에 폭이 좁아지도록 경사진 구조의 구배부가 형성된 핵산 정제 장치.
  22. 제 10 항에 있어서,
    상기 시약 혼합챔버에 설치되어 내부 혼합물을 가열하는 가열부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  23. 디스크의 흡착 반응챔버에 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체를 탑재하는 탑재 단계,
    디스크에 시료를 주입하는 주입 단계,
    흡착 반응챔버에 원심력을 가해 시료를 흡착 매개체에 혼합하여 핵산을 흡착시키는 흡착 단계,
    흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산 흡착 후 흡착 반응챔버에서 잔존하는 용액을 제거하는 제거 단계,
    흡착 반응챔버에 용리액을 주입하는 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 용리액과 흡착 매개체를 혼합하여 흡착 매개체에서 핵산을 분리시키는 용리 단계, 및
    흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산이 용리된 용액을 흡착 반응챔버에서 배출시키는 배출 단계
    를 포함하는 핵산 정제 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 탑재 단계에서, 디스크에 핵산 정제를 위한 시약을 탑재하는 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 주입 단계에서, 시료에 핵산 정제를 위한 시약을 혼합하여 주입하는 핵산 정제 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 흡착 단계는 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 혼합물을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 흡착 매개체와 혼합하는 단계에서, 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 1분 내지 5분인 핵산 정제 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에서 흡착 후 잔존하는 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 용리 단계는 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버 사이의 유로를 폐쇄하고 용리액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 용리액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 용리액을 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 용리액 혼합하는 단계에서, 디스크의 회전에 따른 혼합 시간은 30초 내지 5분인 핵산 정제 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 배출 단계는 흡착 반응챔버에서 핵산 용리 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 핵산 용리 용액을 핵산액 수용 챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에 세척액을 주입하여 흡착 매개체를 세척하는 세척 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 세척 단계는 세척액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 세척액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 흡착 반응챔버를 거친 세척액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 제거 단계는 흡착 반응챔버 및 흡착 매개체를 건조시키기 위한 건조 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 건조 단계는 디스크를 회전시켜 흡착 반응챔버에 원심력을 가하여 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 건조 단계에서, 디스크의 회전에 따른 건조 시간은 1분 내지 3분인 핵산 정제 방법.
  37. 제 23 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착 단계 전에 시약 혼합챔버에 수용된 핵산 흡착을 위한 시약에 시료를 혼합하는 혼합 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 혼합 단계는 시료 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 시료를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 유로를 폐쇄하는 단계, 및 디스크를 가감속 회전시켜 시료와 시약을 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 시료와 시약을 혼합하는 단계에서, 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 5 분 내지 10분인 핵산 정제 방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 혼합 단계 전에 디스크를 회전시켜 시료에 원심력을 가하여 시료인 생체물질로부터 비 표적물질을 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 분리 단계 후에 분리된 용액에 단백질 분해 효소를 혼합하여 불필요한 단백질을 분해하는 분해 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 분해 단계는 단백질 분해 효소 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 단백질 분해 효소를 분리용액으로 이송하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 혼합 단계를 거친 혼합액에 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 혼합하는 강화 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 강화 단계는 강화제 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 강화제를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 가감속 회전시켜 강화제를 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 강화제 혼합 단계에서, 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 10초 내지 60초인 핵산 정제 방법.
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