KR20170099784A - 중합 효소 연쇄 반응 패치, 이를 이용하는 진단 방법 및 장치 - Google Patents
중합 효소 연쇄 반응 패치, 이를 이용하는 진단 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 양상에 따르면, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 PCR 패치에 있어서, 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되고, 상기 패치와 외부 영역이 접촉하면, 상기 미세 공동에 저장되어 있던 시약이 상기 외부 영역의 적어도 일부 영역으로 이동하여, 상기 외부 영역에 위치된 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응이 진행되는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
Description
본 출원은, 중합 효소 연쇄 반응 패치, 이를 이용하는 진단 방법 및 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 혈액 등의 샘플과 접촉하여 샘플에 포함된 표적 유전자를 증폭시키기 위한 패치, 이를 이용한 중합 효소 연쇄 반응을 수행하기 위한 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, 이하 PCR)은 검출을 원하는 특정 표적 유전 물질을 증폭하는 방법으로, 염기 서열이 동일한 소량의 유전 물질을 증폭하여, 보다 정확한 진단을 하기 위한 검사법이다. 상기 PCR 검사는 인간의 DNA를 증폭하여 유전 질환을 진단하는데 이용될 뿐만 아니라, 세균이나 바이러스, 진균의 DNA에 적용되어 감염질환의 진단에도 이용될 수 있다.
특히, 바이러스 질병의 경우, 감염의 문제로 인해, 초기 대응의 실패는 국가적 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 2015년 메르스 바이러스의 경우, 초기 감염자로 시작하여 100명이 넘는 확진 환자와, 30여명의 사망자가 발생하였다. 따라서, 진단 대상자에 대한 검사가 신속히 이루어 지고, 감염자에 대한 자가 격리 등의 방법으로 감염자 증가를 방지하기 위해 정확한 진단이 이루어 지는 것이 필수적이다.
종래의 PCR 진단 방법은, 샘플을 PCR 검사를 위한 튜브에 삽입하여, PCR 검사에 이용되는 시약과 혼합하고, 시약과 혼합된 샘플의 온도를 조절하는 방법을 통해 수행되었다. 이에 따라, 시약을 샘플과 혼합하는 과정에서 시약의 계량이 이루어져야 하고, 시약과 혼합된 샘플의 온도 조절에 많은 시간이 소모되는 문제가 있다.
이에 따라, 진단에 사용되는 시약을 간편한 절차를 통해 샘플에 제공하면서 온도 조절에 따른 소모 시간을 줄이기 위한 수단이 요구된다.
본 발명의 일 과제는 물질을 저장할 수 있는 패치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 물질의 반응 공간을 제공할 수 있는 패치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 물질을 전달할 수 있는 패치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 물질을 흡수할 수 있는 패치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 환경을 제공할 수 있는 패치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 시약을 저장하는 패치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 패치를 이용하는 중합 효소 연쇄 반응 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 PCR 패치에 있어서, 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되고, 상기 패치와 외부 영역이 접촉하면, 상기 미세 공동에 저장되어 있던 시약이 상기 외부 영역의 적어도 일부 영역으로 이동하여, 상기 외부 영역에 위치된 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응이 진행되는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 패치 중 중합 효소 연쇄 반응의 진행에 이용되는 복수의 상기 패치가 포함된 PCR 패치 세트에 있어서, 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 제1 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되는 제1 패치; 및 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 제2 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되는 제2 패치;를 포함하고, 상기 제1 시약은 상기 제2 시약과 다른 시약인 PCR 패치 세트가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 패치를 이용하여 표적DNA의 중합 효소 연쇄 반응을 진행하는 PCR 방법에 있어서, 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약을 상기 미세 공동에 저장하고 있는 제1 패치를 이용하여, 상기 플레이트에 제공된 샘플에 상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계; 및 상기 중합 효소 연쇄 반응을 유발(cause)시키기 위하여, 상기 샘플의 온도를 조절하는 단계; 를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되어 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 시약을 저장하는 패치를 이용하여, 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 수행하는 진단 장치에 있어서, 상기 패치에 저장된 시약을 상기 샘플로 제공하기 위하여, 상기 샘플이 제공되는 영역과 상기 패치를 상대 이동 시키는 상대이동조절부; 상기 샘플의 온도를 상기 중합 효소 연쇄 반응이 유발될 수 있도록 하는 온도로 조절하는 온도조절부; 및 상기 샘플에 포함된 표적 DNA를 검출하기 위하여, 상기 샘플의 이미지를 획득하는 이미지획득부;를 포함하는 진단 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면 물질의 저장, 전달, 흡수를 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면 물질의 반응 영역을 제공하거나 타겟 영역에 소정의 환경을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, PCR 검사가 보다 간편하게 수행될 수 있고, 진단 결과가 신속히 얻어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 패치를 이용하여 물질의 전달 및 흡수가 적절히 조절되어 진단에 소요되는 용액의 양이 현저히 줄어들 수 있다.
본 발명에 의하면 복수의 표적 DNA에 대한 증폭을 동시에 수행하고, 검출할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 출원에 따른 패치의 일 예를 상세히 도시한 것이다.
도 2는 본 출원에 따른 패치의 일 예를 상세히 도시한 것이다.
도 3은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 반응 공간을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 4는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 반응 공간을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 5는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 6은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 7은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 8은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 9는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 10은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 11은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 12는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 13은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 14는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 15는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 16은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 17은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 18은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 19는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 20은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 21은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 22는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 23은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 환경을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 24는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 환경을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 25는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 환경을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 26은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 27은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 28은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 29는 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 30은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 31은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수, 전달 및 환경의 제공을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 32는 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수, 전달 및 환경의 제공을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 33은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 복수의 패치의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 34는 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 복수의 패치 및 복수의 타겟 영역을 가지는 플레이트의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 35는 본 출원에 따른 PCR 공정에 대해 설명하기 위한 그래프이다.
도 36은 본 출원에 따른 대상 샘플의 제공을 설명하기 위한 도면이다.
도 37은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.
도 38은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 분리를 설명하기 위한 도면이다.
도 39는 본 출원의 일 실시예에 따라서, 샘플이 플레이트에 고정되어 있지 않은 경우 상기 패치와 상기 플레이트의 분리를 설명하기 위한 도면이다.
도 40은 본 출원의 일 실시예에 따라, 매개체를 통해 패치와 플레이트가 접촉하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 매개체를 통한 접촉이 해제되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 42는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 매개체를 통한 접촉이 해제되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 43은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 구간을 설명하기 위한 도면이다.
도 44는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 횟수를 설명하기 위한 도면이다.
도 45는 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치와 상기 플레이트의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.
도 46은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 시점을 단계와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 시점을 단계와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 48은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플의 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 49는 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플의 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 50은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 대한 이미지를 획득하는 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 51은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 대한 이미지를 획득하는 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 52는 본 출원의 일 실시예에 따른 진단 장치의 블록 구성도 이다.
도 53은 본 출원의 일 실시예에 따른 상대적위치조절부(100)의 상대 이동 동작에 의하여 진단 장치의 구조가 이동되는 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 54는 본 출원의 일 실시예에 따른 PCR 공정을 설명하기 위한 순서도 이다.
도 55는 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 포함된 DNA를 증폭하는 단계를 설명하기 위한 순서도 이다.
도 56은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 포함된 DNA를 증폭하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 57은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 58은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 59는 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 60은 본 출원의 일 실시예에 따른 시약이 제공되어 있는 플레이트와 패치를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 61은 본 출원의 일 실시예에 따른 시약이 제공되어 있는 플레이트와 패치를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 62는 본 출원의 일 실시예에 따른 시약이 제공되어 있는 플레이트와 패치를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 순서도 이다.
도 63은 본 출원의 일실시예에 따른, 패치와 플레이트의 접촉을 제어하는 방법에 대한 순서도 이다.
도 64는 본 출원의 일실시예에 따른, 패치와 플레이트의 접촉 시기를 설명하기 위한 도면이다.
도 65는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치의 온도를 조절하여 샘플의 온도를 조절하는 방법을 설명하기 위한 순서도 이다.
도 66은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치를 이용하여 샘플의 온도를 조절하는 경우의 효과에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 67은 본 출원의 일 실시예에 따른 RNA 샘플을 대상으로 PCR 공정을 수행하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 출원에 따른 패치의 일 예를 상세히 도시한 것이다.
도 3은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 반응 공간을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 4는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 반응 공간을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 5는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 6은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 7은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 8은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 9는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 10은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 11은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 12는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 13은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 전달하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 14는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 15는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 16은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 17은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 18은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 19는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 20은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 21은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 22는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 물질을 흡수하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 23은 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 환경을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 24는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 환경을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 25는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 환경을 제공하는 것에 대하여 도시한 것이다.
도 26은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 27은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 28은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 29는 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 30은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수 및 전달을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 31은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수, 전달 및 환경의 제공을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 32는 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 물질의 흡수, 전달 및 환경의 제공을 수행하는 경우를 도시한 것이다.
도 33은 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 복수의 패치의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 34는 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 복수의 패치 및 복수의 타겟 영역을 가지는 플레이트의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 35는 본 출원에 따른 PCR 공정에 대해 설명하기 위한 그래프이다.
도 36은 본 출원에 따른 대상 샘플의 제공을 설명하기 위한 도면이다.
도 37은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.
도 38은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 분리를 설명하기 위한 도면이다.
도 39는 본 출원의 일 실시예에 따라서, 샘플이 플레이트에 고정되어 있지 않은 경우 상기 패치와 상기 플레이트의 분리를 설명하기 위한 도면이다.
도 40은 본 출원의 일 실시예에 따라, 매개체를 통해 패치와 플레이트가 접촉하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 매개체를 통한 접촉이 해제되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 42는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 매개체를 통한 접촉이 해제되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 43은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 구간을 설명하기 위한 도면이다.
도 44는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 횟수를 설명하기 위한 도면이다.
도 45는 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치와 상기 플레이트의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.
도 46은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 시점을 단계와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치와 플레이트의 접촉 시점을 단계와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 48은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플의 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 49는 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플의 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 50은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 대한 이미지를 획득하는 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 51은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 대한 이미지를 획득하는 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 52는 본 출원의 일 실시예에 따른 진단 장치의 블록 구성도 이다.
도 53은 본 출원의 일 실시예에 따른 상대적위치조절부(100)의 상대 이동 동작에 의하여 진단 장치의 구조가 이동되는 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 54는 본 출원의 일 실시예에 따른 PCR 공정을 설명하기 위한 순서도 이다.
도 55는 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 포함된 DNA를 증폭하는 단계를 설명하기 위한 순서도 이다.
도 56은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플에 포함된 DNA를 증폭하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 57은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 58은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 59는 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 60은 본 출원의 일 실시예에 따른 시약이 제공되어 있는 플레이트와 패치를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 61은 본 출원의 일 실시예에 따른 시약이 제공되어 있는 플레이트와 패치를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 62는 본 출원의 일 실시예에 따른 시약이 제공되어 있는 플레이트와 패치를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 순서도 이다.
도 63은 본 출원의 일실시예에 따른, 패치와 플레이트의 접촉을 제어하는 방법에 대한 순서도 이다.
도 64는 본 출원의 일실시예에 따른, 패치와 플레이트의 접촉 시기를 설명하기 위한 도면이다.
도 65는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치의 온도를 조절하여 샘플의 온도를 조절하는 방법을 설명하기 위한 순서도 이다.
도 66은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치를 이용하여 샘플의 온도를 조절하는 경우의 효과에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 67은 본 출원의 일 실시예에 따른 RNA 샘플을 대상으로 PCR 공정을 수행하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 출원의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 출원이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 출원의 범위는 본 출원의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 출원에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 출원을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 출원의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 출원이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 출원에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.
본 출원의 일 양상에 있어서, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 PCR 패치에 있어서, 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되고, 상기 패치와 외부 영역이 접촉하면, 상기 미세 공동에 저장되어 있던 시약이 상기 외부 영역의 적어도 일부 영역으로 이동하여, 상기 외부 영역에 위치된 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응이 진행되는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 패치의 상기 미세 공동에 저장되는 시약은, 상기 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 패치의 상기 미세 공동에 저장되는 시약은, 상기 제1 물질과 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질, 및 상기 제2 물질의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 위한 환경을 조성하는 제3 물질을 포함하는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 제1 물질은 형광을 발하는 물질과 결합되어 있는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 제1 물질은, 제1 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제4 물질 및 제2 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제5 물질을 포함하는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 패치는, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에 저장된 시약은 상기 제2 영역으로 이동하지 않고, 상기 제2 영역에 저장된 시약은 상기 제1 영역으로 이동하지 않는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 제1 영역은, 제1 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제4 물질을 포함하고, 상기 제2 영역은, 제2 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제5 물질을 포함하는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 외부 영역은 상기 샘플이 제공될 수 있는 플레이트이고, 상기 플레이트에는 상기 샘플이 모노레이어로 제공되는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 플레이트에는 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약이 도포되어 있고, 상기 패치와 상기 플레이트가 접촉하면, 상기 플레이트에 도포되어 있던 시약이 상기 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응에 관여(involved)하는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
상기 플레이트에 도포되는 시약은, 프라이머와 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하고, 상기 패치의 상기 미세 공동에 저장되는 시약은, 상기 제2 물질의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 위한 환경을 조성하는 제3 물질을 포함하는 PCR 패치가 제공될 수 있다.
본 출원의 다른 양상에 따르면, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 패치 중 중합 효소 연쇄 반응의 진행에 이용되는 복수의 상기 패치가 포함된 PCR 패치 세트에 있어서, 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 제1 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되는 제1 패치; 및 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 제2 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되는 제2 패치;를 포함하고, 상기 제1 시약은 상기 제2 시약과 다른 시약인 PCR 패치 세트가 제공될 수 있다.
상기 제1 시약은, 표적 DNA와 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하고, 상기 제2 시약은, 상기 표적 DNA와 특이적으로 반응하되, 상기 제1 물질과 상보적인 염기 서열을 갖는 PCR 패치 세트가 제공될 수 있다.
상기 제1 시약은, 표적 DNA와 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하고, 상기 제2 시약은, 상기 제1 물질과 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하는 PCR 패치 세트가 제공될 수 있다.
상기 제1 시약은, 프라이머와 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하고, 상기 제2 시약은, 상기 제2 물질의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 위한 환경을 조성하는 제3 물질을 포함하는 PCR 패치 세트가 제공될 수 있다.
본 출원의 또 다른 양상에 따르면, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 패치를 이용하여 표적DNA의 중합 효소 연쇄 반응을 진행하는 PCR 방법에 있어서, 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약을 상기 미세 공동에 저장하고 있는 제1 패치를 이용하여, 상기 플레이트에 제공된 샘플에 상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계; 및 상기 중합 효소 연쇄 반응을 유발(cause)시키기 위하여, 상기 샘플의 온도를 조절하는 단계; 를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는, 상기 플레이트와 상기 제1 패치가 접촉하는 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는, 상기 플레이트에 제공된 샘플의 온도를 조절하기 위해, 상기 플레이트의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 플레이트의 온도가 기준 온도 이상일 때, 상기 플레이트와 상기 제1 패치의 접촉을 분리하는 단계;를 더 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는, 상기 샘플의 온도를 조절하기 위해, 상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계는, 상기 플레이트와 상기 제1 패치가 접촉하는 단계 이전에 수행되는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는, 상기 샘플의 온도를 조절하기 위해, 상기 플레이트와 온도가 조절된 금속 물질을 접촉하는 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약을 상기 미세 공동에 저장하고 있는 제2 패치를 이용하여 상기 플레이트에 제공된 샘플에 상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제1 패치에 저장되는 제1 시약은, 상기 제2 패치에 저장되어 있지 않은 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제2 패치에 저장되는 제2 시약은, 상기 제1 패치에 저장되는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는, 상기 제2 패치와 상기 플레이트가 접촉하는 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는, 상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계 및 상기 제2 패치의 온도를 조절하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계에 이어서, 상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계가 수행되고, 상기 제2 패치의 온도를 조절하는 단계에 이어서, 상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계가 수행되는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 패치에 저장되는 시약은, 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하고, 상기 제2 패치에 저장되는 시약은, 상기 제1 물질과 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는, 상기 제2 패치와 상기 제1 패치가 접촉하는 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는, 상기 제1 패치와 상기 플레이트의 접촉을 복수회 수행하는 단계를 포함하는 PCR 방법이 제공될 수 있다.
본 출원의 또 다른 양상에 있어서, 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되어 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 시약을 저장하는 패치를 이용하여, 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 수행하는 진단 장치에 있어서, 상기 패치에 저장된 시약을 상기 샘플로 제공하기 위하여, 상기 샘플이 제공되는 영역과 상기 패치를 상대 이동 시키는 상대이동조절부; 상기 샘플의 온도를 상기 중합 효소 연쇄 반응이 유발될 수 있도록 하는 온도로 조절하는 온도조절부; 및 상기 샘플에 포함된 표적 DNA를 검출하기 위하여, 상기 샘플의 이미지를 획득하는 이미지획득부;를 포함하는 진단 장치가 제공될 수 있다.
1. 패치
1.1 패치의 의의
본 출원에서는, 액상의 물질을 취급(manage)하기 위한 패치에 대하여 개시한다.
상기 액상의 물질은 유동(flow)할 수 있는 물질로 액체 상태에 있는 물질을 의미할 수 있다.
상기 액상의 물질은 유동성(liquidity)을 가지는 단일 성분의 물질일 수 있다. 또는, 상기 액상의 물질은 복수 성분의 물질을 포함하는 혼합물일 수 있다.
상기 액상의 물질이 단일 성분의 물질일 때, 상기 액상의 물질은 단일 원소로 구성된 물질이거나 복수의 화학 원소를 포함하는 화합물일 수 있다.
상기 액상의 물질이 혼합물일 때, 상기 복수 성분의 물질 중 일부는 용매로서 기능하고, 다른 일부는 용질로서 기능할 수 있다. 즉, 상기 혼합물은 용액일 수 있다.
한편, 상기 혼합물을 구성하는 복수 성분의 물질은 균일하게 분포할 수 있다. 혹은, 상기 복수 성분의 물질을 포함하는 혼합물은 균일하게 혼합된 혼합물일 수 있다.
상기 복수 성분의 물질은 용매와 상기 용매에 용해되지 아니하고 균일하게 분포하는 물질을 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수 성분의 물질 중 일부는 불균일하게 분포할 수 있다. 상기 불균일하게 분포하는 물질은 상기 용매에 불균일하게 분포하는 입자 성분(particle component)을 포함하는 경우도 가능하다. 이때, 상기 불균일하게 분포하는 입자 성분은 고체상(solid phase) 일 수 있다.
예컨대, 상기 패치를 이용하여 취급할 수 있는 물질은, 1) 단일 성분의 액체, 2) 용액 또는 3) 콜로이드의 상태일 수 있고, 경우에 따라 4) 고체 입자가 다른 액상의 물질 내에 불균일하게 분포되어 있는 상태일 수도 있다.
이하에서는, 본 출원에 따르는 패치에 대해 보다 상세히 설명한다.
1.2 패치의 일반적인 성격
1.2.1
구성
도 1 내지 도 2는 본 출원에 따른 패치의 일 예를 도시한 도면들이다. 이하에서는, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 출원에 따른 패치에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 출원에 따르는 패치(PA)는, 그물 구조체(NS)와 액상의 물질을 포함할 수 있다.
여기서, 액상의 물질은, 베이스 물질(BS)과 첨가 물질(AS)로 나누어 고려될 수 있다.
또한, 상기 패치(PA)는 겔 상(gel type) 일 수 있다. 상기 패치(PA)는 콜로이드 분자가 결합하여 그물 조직이 형성된 겔 상의 구조체로 구현될 수 있다.
본 출원에 따르는 패치(PA)는 상기 액상의 물질(SB)을 취급하기 위한 구조로서 3차원의 그물 구조체(NS)를 포함할 수 있다. 그물 구조체(NS)는 연속적으로 분포하는 고체 구조일 수 있다. 상기 그물 구조체(NS)는, 다수의 미세 스레드(thread)가 얽힌 망상의 그물 구조를 가질 수 있다. 그러나, 상기 그물 구조체(NS)는, 다수의 미세 스레드가 얽힌 망상의 형태에 한정되지 아니하고, 다수의 미세 구조가 연결되어 형성된 임의의 3차원의 매트릭스 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 그물 구조체(NS)는 미세 공동(micro-cavity)을 다수 포함하는 골격체일 수 있다. 다시 말해, 상기 그물 구조체(NS)는 다수의 미세 공동(MC)을 형성할 수 있다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 다른 패치의 구조를 도시한다. 도 2를 참조하면, 상기 패치(PA)의 그물 구조체는, 해면 구조(SS)를 가질 수 있다. 이 때, 상기 해면 구조(SS)의 그물 구조체는 다수의 미세 구멍(MH)을 포함할 수 있다. 이하에서는, 상기 미세 구멍과 미세 공동(MC)은 서로 혼용되어 사용될 수 있으며, 별다른 언급이 없는 한, 미세 공동(MC)은 미세 구멍(MH)의 개념을 포함하는 것으로 정의한다.
더불어, 그물 구조체(NS)는, 규칙적이거나 불규칙적인 패턴을 가질 수 있다. 나아가, 그물 구조체(NS)는, 규칙적인 패턴을 가지는 영역과 불규칙적인 패턴을 가지는 영역을 모두 포함할 수 있다.
상기 그물 구조체(NS)의 조밀도(density)는 소정 범위 내의 값을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)의 형태가 상기 패치(PA)에 대응되는 형태로 유지되는 한도 내에서 상기 소정 범위가 정해질 수 있다. 상기 조밀도는 상기 그물 구조체(NS)의 촘촘한 정도 내지 상기 패치에서 상기 그물 구조체(NS)가 차지하는 질량비, 부피비 등으로 정의될 수 있다.
본 출원에 따르는 패치는, 3차원의 그물 구조를 가짐으로써, 상기 액상의 물질(SB)을 취급할 수 있다.
본 출원에 따르는 패치(PA)는 액상의 물질(SB)을 포함할 수 있고, 상기 패치(PA)에 포함된 액상의 물질(SB)은 상기 패치(PA)의 상기 그물 구조체(NS)의 형태에 의해 상기 액상의 물질(SB)의 유동성이 제한될 수 있다.
상기 액상의 물질(SB)은 상기 그물 구조체(NS) 내에서 자유로이 유동할 수 있다. 다시 말해, 상기 액상의 물질(SB)은, 상기 그물 구조체(NS)가 형성하는 다수의 미세 공동에 위치된다. 서로 이웃하는 미세 공동들 사이에서 상기 액상의 물질(SB)들의 교류가 발생할 수 있다. 이때, 상기 액상의 물질(SB)은, 상기 그물 조직을 형성하는 프레임 구조체에 침투되어있는 형태로 존재할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 프레임 구조체에 상기 액상의 물질(SB)이 침투할 수 있는 나노 사이즈의 구멍(pore)이 형성되어 있을 수 있다.
나아가, 상기 패치(PA)에 포획되는 액상의 물질(SB)의 분자량 내지 입자의 크기에 의존하여 상기 그물 구조의 프레임 구조체로의 상기 액상의 물질(SB)의 투입 여부가 결정될 수 있다. 상대적으로 분자량이 큰 물질이 상기 미세 공동에 포획 되고, 상대적으로 분자량이 작은 물질이 상기 미세 공동 및/또는 상기 그물 구조체(NS)의 상기 프레임 구조체에 투입되어 포획될 수 있다.
본 명세서에서는 "포획(capture)"되었다는 용어를, 상기 액상의 물질(SB)이 상기 그물 구조체(NS)가 형성하는 다수의 미세 공동 및/또는 상기 나노 사이즈의 구멍에 위치된 상태를 의미하는 것으로 정의할 수 있다. 또한, 상기 액상의 물질(SB)이 상기 패치(PA)에 포획된 상태는, 상술한 바와 같이, 상기 액상의 물질(SB)은 상기 미세 공동 및/또는 상기 나노 사이즈의 구멍 사이에서 유동할 수 있는 상태를 포함하는 것으로 정의한다.
상기 액상의 물질(SB)은 아래와 같이, 베이스 물질(BS)과 첨가 물질(AS)로 나누어 고려될 수 있다.
상기 베이스 물질(BS)은, 유동성을 가지는 액상의 물질(SB)일 수 있다.
상기 첨가 물질(AS)은 상기 베이스 물질(BS)에 혼합되어 유동성을 가지는 물질일 수 있다. 다시 말해, 상기 베이스 물질(BS)은 용매일 수 있다. 상기 첨가 물질(AS)은 상기 용매에 용해되는 용질 혹은 상기 용매에 녹지 않는 입자일 수 있다.
상기 베이스 물질(BS)은, 상기 그물 구조체(NS)가 형성하는 매트릭스 내부에서 유동할 수 있는 물질일 수 있다. 한편, 베이스 물질(BS)은 그물 구조체(NS)에 균일하게 분포할 수 있고, 그물 구조체(NS)의 일부 영역에 한하여 분포할 수도 있다. 상기 베이스 물질(BS)은, 단일 성분을 가지는 액체일 수 있다.
상기 첨가 물질(AS)은, 베이스 물질(BS)과 섞이거나 베이스 물질(BS)에 녹는 물질일 수 있다. 예컨대, 첨가 물질(AS)은, 베이스 물질(BS)을 용매로 하여 용질로서 기능할 수 있다. 상기 첨가 물질(AS)은, 베이스 물질(BS)에 균일하게 분포될 수 있다.
상기 첨가 물질(AS)은, 상기 베이스 물질(BS)에 녹지 않는 미소 입자일 수 있다. 예컨대, 첨가 물질(AS)은, 콜로이드 분자, 미생물 등의 미소 입자를 포함할 수 있다.
상기 첨가 물질(AS)은, 그물 구조체(NS)가 형성하는 미세 공동들보다 큰 입자를 포함할 수 있다. 만약 상기 미세 공동들의 크기가 상기 첨가 물질(AS)에 포함된 입자의 크기 보다 더 작은 경우, 상기 첨가 물질(AS)의 유동성은 제한될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 첨가 물질(AS)은, 상기 패치(PA)에 선택적으로 포함되는 성분을 포함할 수 있다.
한편, 상기 첨가 물질(AS)은, 상술한 베이스 물질(BS)과의 관계에서, 반드시 양적으로 열세하거나, 기능적으로 열위에 있는 물질을 의미하는 것은 아니다.
이하에서, 상기 패치(PA)에 포획된 상기 액상의 물질(SB)의 특성은 상기 패치(PA)의 특성으로 간주될 수 있다. 즉, 상기 패치(PA)의 특성(characteristics)은 상기 패치(PA)에 포획된 물질의 특성에 의존할 수 있다.
1.2.2 특성 (characteristic)
본 출원에 따르는 패치(PA)는 상술한 바와 같이 그물 구조체(NS)를 포함할 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 그물 구조체(NS)에 의해 상기 액상의 물질(SB)을 취급할 수 있다. 상기 패치(PA)는, 상기 패치(PA) 내에 포획되어 있는 액상의 물질(SB)이 그 고유의 특성을 적어도 일부 유지하도록 할 수 있다.
일 예로, 상기 액상의 물질(SB)이 분포하는 상기 패치(PA)의 영역에서 물질의 확산이 일어날 수 있고, 표면장력 등의 힘이 작용할 수 있다.
상기 패치(PA)는 물질의 열운동, 밀도 또는 농도 차이에 의하여 대상 물질이 확산되도록 하는 액체 환경을 제공할 수 있다. 일반적으로 '확산'이라 함은 농도의 차이에 의해 물질을 이루고 있는 입자들이 농도가 높은 쪽에서 농도가 낮은 쪽으로 퍼져 나가는 것을 의미하는 것이다. 이러한 확산 현상은 기본적으로 분자의 운동 (기체나 액체 내에서의 병진 운동, 고체 내 에서의 진동 운동 등)에 의해 발생되는 결과적인 현상으로 이해될 수 있다. 본 출원에 있어서, '확산'이라 함은 농도 혹은 밀도의 차이에 의해 입자들이 농도가 높은 곳에서 농도가 낮은 곳으로 퍼져 나가는 현상을 일컫는 것에 더하여, 농도가 서로 균일한 상태에서도 발생하게 되는 분자의 불규칙 운동에 의한 입자들의 이동 현상까지도 일컫는 것으로 한다. 또한, 입자의 '불규칙 운동'이라는 표현도, 특별한 언급이 없는 한, '확산'과 동일한 의미로 사용하기로 한다. 상기 확산되는 대상 물질은 상기 액상의 물질(SB)에 용해되는 용질일 수 있고, 상기 용질은 고체, 액체 혹은 기체 상태로 제공될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 패치(PA)에 의해 포획되는 액상의 물질(SB) 중 불균일하게 분포하는 물질은 상기 패치(PA)에 의해 제공되는 공간에서 확산될 수 있다. 다시 말해, 첨가 물질(AS)은 상기 패치(PA)에 의해 정의되는 공간에서 확산할 수 있다.
상기 패치(PA)가 취급하는 액상의 물질(SB) 중 불균일하게 분포하는 물질 또는 상기 첨가 물질(AS)은 상기 패치(PA)의 상기 그물 구조체(NS)에 의하여 제공되는 미세 공동들 내에서 확산할 수 있다. 또한, 상기 불균일하게 분포하는 물질 또는 상기 첨가 물질(AS)이 확산할 수 있는 영역은 상기 패치(PA)와 다른 물질이 접촉되거나 연결됨으로써 변경될 수 있다.
또한, 상기 불균일하게 분포하는 물질 또는 상기 첨가 물질(AS)가 상기 패치(PA) 내에서 혹은 상기 패치(PA)와 연결된 외부 영역 내에서 확산한 결과, 상기 물질 또는 상기 첨가 물질(AS)의 농도가 균일하게 된 후에도, 상기 물질 또는 상기 첨가 물질(AS)은 상기 패치(PA)의 내부 및/또는 상기 패치(PA)와 연결된 외부 영역 내에서 분자의 불규칙 운동에 의해 끊임없이 이동할 수 있다.
상기 패치(PA)는 친수성 또는 소수성의 성질을 띠도록 구현될 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)의 상기 그물 구조체(NS)는 친수성 또는 소수성의 성질을 가질 수 있다.
상기 그물 구조체(NS)와 상기 액상의 물질(SB)의 성질이 유사한 경우, 상기 그물 구조체(NS)는 상기 액상의 물질(SB)을 보다 효과적으로 취급할 수 있다.
상기 베이스 물질(BS)의 성질은 극성을 띠는 친수성이거나, 극성을 띠지 않는 소수성의 물질일 수 있다. 또한, 상기 첨가 물질(AS)의 성질은 친수성이거나, 소수성일 수 있다.
상기 액상의 물질(SB)의 성질은 상기 베이스 물질(BS) 및/또는 상기 첨가 물질(AS)과 관련될 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 물질(BS)과 상기 첨가 물질(AS)이 모두 친수성인 경우, 상기 액상의 물질(SB)은 친수성일 수 있고, 상기 베이스 물질(BS)과 상기 첨가 물질(AS) 모두 소수성인 경우, 상기 액상의 물질(SB)은 소수성일 수 있다. 상기 베이스 물질(BS)과 상기 첨가 물질(AS)의 극성이 서로 다른 경우, 상기 액상의 물질(SB)은 친수성일 수도 있고, 소수성일 수도 있다.
상기 그물 구조체(NS)의 극성과 상기 액상의 물질(SB)의 극성이 모두 친수성이거나 혹은 소수성인 경우, 상기 그물 구조체(NS)와 상기 액상의 물질(SB) 사이에는 인력이 작용할 수 있다. 상기 그물 구조체(NS)와 상기 액상의 물질(SB)의 극성이 서로 반대인 경우, 예를 들어, 상기 그물 구조체(NS)의 극성이 소수성이고 상기 액상의 물질(SB)이 친수성을 띠고 있는 경우, 상기 그물 구조체(NS)와 상기 액상의 물질(SB) 사이에는 척력이 작용할 수 있다.
상술한 성질에 기초하여, 상기 패치(PA)는 단독으로, 복수로, 혹은 다른 매체(medium)와 함께 목적하는 반응을 유도하기 위하여 이용될 수 있다. 이하에서는, 상기 패치(PA)의 기능적인 측면에 대하여 기술한다.
다만, 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 상기 패치(PA)는 친수성의 용액이 포함될 수 있는 겔 상인 것으로 가정한다. 다시 말해, 상기 패치(PA)의 그물 구조체(NS)는, 특별한 언급이 없는 경우, 친수성의 성질을 갖는 것으로 가정하고 설명한다.
그러나, 본 출원의 권리 범위가 친수성의 성질을 가지는 겔 상의 패치(PA)로 한정하여 해석하여서는 안되고, 소수성의 성질을 띄는 용액을 포함하는 겔 상의 패치(PA) 이외에도, 용매가 제거된 겔 상의 패치(PA) 및 본 출원에 따르는 기능을 구현하는 것이 가능하다면 졸 상의 패치(PA)에까지 권리 범위가 미칠 수 있음은 물론이다.
2. 패치의 기능
본 출원에 따르는 패치는, 상술한 특성에 기인하여, 몇몇 유용한 기능을 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 패치는 액상의 물질(SB)을 점유함으로써, 상기 액상의 물질(SB)의 거동에 관여할 수 있다.
이에 따라, 이하에서는 상기 패치(PA)와의 관계에서 상기 물질의 거동 양태에 따라, 상기 패치(PA)가 형성하는 소정의 영역에서 상기 물질의 상태가 정의되는 레저버 기능 및 상기 패치(PA)의 외부 영역을 포함하여 상기 물질의 상태가 정의되는 채널링 기능으로 나누어 살펴본다.
2.1 레저버(Reservoir)
2.1.1 의의
본 출원에 따른 패치(PA)는, 상술한 바와 같이 상기 액상의 물질(SB)을 포획할 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)는 레저버의 기능을 수행할 수 있다.
상기 패치(PA)는 상기 그물 구조체(NS)를 통해 상기 그물 구조체(NS)에 형성되는 다수의 미세 공동에 액상의 물질(SB)을 포획(capture)할 수 있다. 상기 액상의 물질(SB)은 상기 패치(PA)의 3차원 그물 구조체(NS)에 의해 형성되는 미세 공동들의 적어도 일부를 점유하거나, 상기 그물 구조체(NS)에 형성된 나노 사이즈의 구멍(pore) 등에 침투할 수 있다.
상기 패치(PA)에 위치된 액상의 물질(SB)은, 상기 복수의 미세 공동에 분포한다고 하더라도, 액체의 성질을 잃지 아니한다. 즉, 액상의 물질(SB)은 패치(PA)에서도 유동성을 가지고, 상기 패치(PA)에 분포된 액상의 물질(SB)에서는 물질의 확산이 일어날 수 있으며, 상기 물질에 적절한 용질이 용해될 수 있다.
이하, 패치(PA)의 레저버 기능에 대하여 보다 상세히 기술한다.
2.1.2 저장(contain)
본 출원에서 패치(PA)는, 상술한 특성에 의하여, 대상 물질을 포획할 수 있다. 상기 패치(PA)는 외부 환경의 변화에 대하여 일정 범위 내에서 저항성을 가질 수 있다. 이를 통해, 상기 패치(PA)는 상기 물질을 포획된 상태로 유지할 수 있다. 상기 포획의 대상이 되는 액상의 물질(SB)은 상기 3차원의 그물 구조체(NS)를 점유할 수 있다.
이하, 상기와 같은 패치(PA)의 기능을 편의상, 저장이라고 한다.
다만, 상기 패치(PA)가 상기 액상 물질을 저장한다는 말의 의미는, 상기 그물 구조에 의해 형성되는 공간에 상기 액상 물질이 저장되는 것 및/또는 상기 그물 구조체(NS)를 구성하는 프레임 구조체에 상기 액상 물질이 저장되는 것을 모두 아우르는 것으로 정의한다.
상기 패치(PA)는 액상의 물질(SB)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)의 그물 구조체(NS)와 상기 액상의 물질(SB)과의 관계에서 작용하는 인력에 의해, 상기 패치(PA)는 액상의 물질(SB)을 저장할 수 있다. 상기 액상의 물질(SB)은 일정 세기 이상의 인력으로 상기 그물 구조체(NS)와 결합하여 저장될 수 있다.
상기 패치(PA)에 저장되는 액상의 물질(SB)의 성질은 상기 패치(PA)의 성질에 따라 구분될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 패치(PA)가 친수성의 성질을 띠는 경우, 일반적으로 극성을 가지는 친수성의 액상의 물질(SB)과 결합하여, 상기 친수성의 액상의 물질(SB)을 상기 3차원 미세 공동들에 저장할 수 있다. 혹은, 상기 패치(PA)가 소수성의 성질을 띠는 경우, 소수성의 액상의 물질(SB)을 상기 3차원 그물 구조체(NS)의 미세 공동에 저장할 수 있다.
또한, 상기 패치(PA)에 저장될 수 있는 물질의 양은, 상기 패치(PA)의 부피에 일정 비율 비례할 수 있다. 다시 말해, 즉, 상기 패치(PA)에 저장되는 물질의 양은 상기 패치(PA)의 형태에 기여하는 지지체로서 3차원의 그물 구조체(NS)의 양에 일정 비율 비례할 수 있다. 다만, 저장할 수 있는 상기 물질의 양과 상기 패치(PA)의 부피 관계는 일정한 비례 상수를 가지는 것은 아니며, 상기 그물 구조의 설계 혹은 제조 방식에 따라 저장할 수 있는 상기 물질의 양과 상기 패치(PA)의 부피 관계는 달라질 수 있다.
상기 패치(PA)에 저장된 물질의 양은 시간의 흐름에 따라 증발, 탈락 등에 의하여 감소할 수 있다. 또한, 상기 패치(PA)에 물질을 추가적으로 투입하여 상기 패치(PA)에 저장된 물질의 함유량을 증가 또는 유지 시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)에는 수분의 증발을 억제하기 위한 수분 보존제 등이 첨가되어 있을 수 있다.
상기 패치(PA)는, 상기 액상의 물질(SB)의 보관에 용이한 형태로 구현될 수 있다. 이는, 상기 물질이 습도, 광량, 온도 등 환경의 영향을 받는 경우에, 상기 물질의 변성을 최소화하기 위하여 상기 패치(PA)가 구현될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 상기 패치(PA)가 박테리아 등과 같은 외부의 요인에 의해 변성되는 것을 방지하기 위하여, 상기 패치(PA)는 박테리아 억제제 등으로 처리될 수 있다.
한편, 상기 패치(PA)에는 복수의 성분을 가지는 액상의 물질(SB)이 저장될 수 있다. 이 때, 복수 성분의 물질은, 기준 시점 이전에 상기 패치(PA)에 함께 위치되거나, 일차로 투입되는 물질이 상기 패치(PA)에 우선 저장되고 일정 시간 지난 이후에 상기 패치(PA)에 이차 물질이 저장되는 것도 가능하다. 예컨대 패치(PA)에 두 가지 성분의 액상의 물질(SB)이 저장되는 경우, 상기 패치(PA)의 제조시 두 가지 성분이 상기 패치(PA)에 저장되거나, 상기 패치(PA)의 제조시에는 한 가지 성분만이 상기 패치(PA)에 저장되고 추후 나머지 하나가 저장되거나, 상기 패치(PA)의 제작 이후 두 가지의 성분이 순차로 저장될 수 있을 것이다.
또한, 상기 패치(PA) 내에 저장 되어 있는 물질은, 전술한 바와 같이, 기본적으로 유동성을 나타낼 수 있으며, 또한 상기 패치(PA) 내에서 분자 운동에 의한 불규칙 운동 내지 확산 운동을 할 수 있다.
2.1.3
반응 공간(space)을 제공
도 3 및 도 4는 본 출원에 따른 패치의 기능 중 일 예로서 반응 공간을 제공하는 것에 대하여 도시한 도면들이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 출원에 따른 패치(PA)는 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)는 상기 그물 구조체(NS)에 의해 형성된 공간 및/또는 상기 그물 구조체(NS)를 구성하는 공간을 통해 상기 액상의 물질(SB)이 이동할 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)는, 입자의 확산 및/또는 입자의 불규칙 운동 이외의 활동(이하, 확산 이외의 활동이라 함)을 위한 공간을 제공할 수 있다. 확산 이외의 활동이란, 화학적인 반응을 의미할 수 있으나 이에 한정되지 아니하고 물리적인 상태 변화를 의미할 수도 있다. 보다 상세하게는, 확산 이외의 활동이란, 상기 활동 전후로 상기 물질의 화학적 조성이 변화하는 화학 반응, 상기 물질에 포함된 성분들 간의 특이적 결합 반응, 상기 물질에 포함되고 불균일하게 분포하는 용질 또는 입자의 균일화, 상기 물질에 포함된 일부 성분의 응집 또는 상기 물질 일부의 생물학적인 활동을 포함할 수 있다.
한편, 상기 활동에 복수의 물질이 관여하는 경우, 복수의 물질은 기준 시점 이전에 상기 패치(PA)에 함께 위치될 수 있다. 상기 복수의 물질은, 순차로 투입될 수 있다.
상기 패치(PA)의 환경 조건을 변경함으로써, 상기 패치(PA)의 상기 확산 이외의 활동을 위한 공간을 제공하는 기능의 효율을 증진할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)의 온도 조건을 변화시키거나 전기적인 조건을 부가하여 상기 활동을 촉진하거나 활동의 개시를 유도할 수 있다.
도 3 및 도 4에 따르면, 상기 패치(PA)에 위치된 제1 물질(SB1) 및 제2 물질(SB2)은 상기 패치(PA) 내부에서 반응하여 제3 물질(SB3)으로 변형되거나, 상기 제3 물질(SB3)을 생성할 수 있다.
2.2 Channel(채널)
2.2.1
의의
상기 패치(PA)와 외부 영역의 사이에서 물질의 이동이 발생할 수 있다. 또한, 상기 패치(PA)로부터 상기 패치(PA)의 외부 영역으로 물질이 이동되거나, 상기 외부 영역으로부터 상기 패치(PA)로 물질이 이동될 수 있다.
상기 패치(PA)는 물질의 이동 경로를 형성하거나 물질의 이동에 관여할 수 있다. 보다 상세하게는, 패치(PA)는, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)의 이동에 관여하거나, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)을 통해 외부 물질의 이동에 관여할 수 있다. 상기 패치(PA)로부터 상기 베이스 물질(BS) 또는 상기 첨가 물질(AS)이 빠져나가거나, 외부 영역으로부터 상기 패치(PA)로 외부 물질이 유입될 수 있다.
상기 패치(PA)는, 물질의 이동 통로의 기능을 제공할 수 있다. 즉, 상기 패치(PA)는 물질의 이동에 관여하여 물질 이동의 채널 기능을 제공할 수 있다. 상기 패치(PA)는, 상기 액상의 물질(SB)이 갖는 고유한 성질에 기인하여 물질 이동의 통로(channel)를 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)는, 상기 외부 영역과 연결되었는지 여부에 따라, 상기 외부 영역과의 사이에서 상기 액상의 물질(SB)의 이동이 가능한 상태 또는 상기 외부 영역과의 사이에서 상기 액상의 물질(SB)의 이동이 불가능한 상태를 가질 수 있다. 또한, 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역 사이의 채널링(channeling)이 개시되면 상기 패치(PA)는 특유한 기능들을 가질 수 있다.
이하에서는, 상기 물질의 이동이 가능한 상태와 상기 물질의 이동이 불가능한 상태에 대하여 먼저 설명하고, 상기 패치(PA)가 특유한 기능들을 수행함에 있어서, 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역의 연결 여부와 연계하여 상세히 기술한다.
기본적으로, 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역 사이에서, 상기 액상의 물질(SB)의 이동이 발생하는 기본적인 이유는 물질의 불규칙 운동 및/또는 확산에 기인한다. 다만, 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역 사이에서 물질의 이동을 제어하기 위하여, 외부 환경 요인을 제어하는 것(예를 들어, 온도 조건의 제어, 전기적 조건의 제어 등)이 가능한 것은 이미 설명한 바 있다.
2.2.2
이동 가능한 상태(movable state)
상기 물질이 이동 가능한 상태에서는 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB) 및/또는 상기 외부 영역에 위치된 물질 간의 유동이 발생할 수 있다. 상기 물질이 이동 가능한 상태에서는 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB) 및 상기 외부 영역 사이에서 물질의 이동(move)이 발생할 수 있다.
예를 들어, 상기 물질이 이동 가능한 상태에서는 상기 액상의 물질(SB) 또는 상기 액상의 물질(SB)의 일부 성분이 상기 외부 영역으로 확산하거나 또는 불규칙 운동에 의하여 이동할 수 있다. 또는, 상기 물질이 이동 가능한 상태에서는 상기 외부 영역에 위치된 외부 물질 또는 상기 외부 물질의 일부 성분이 상기 패치(PA)의 액상의 물질(SB)로 확산하거나 또는 불규칙 운동에 의하여 이동할 수 있다.
상기 물질이 이동 가능한 상태는 접촉을 통해 유발될 수 있다. 상기 접촉이란, 상기 패치(PA)에 포획된 상기 액상의 물질(SB)이 상기 외부 영역과 연결되는 것을 의미할 수 있다. 상기 접촉이란, 상기 액상의 물질(SB)의 유동 영역이 상기 외부 영역과 적어도 일부 중첩되는 것을 의미할 수 있다. 상기 접촉이란, 상기 외부 물질이 상기 패치(PA)의 적어도 일부와 연결되는 것을 의미할 수 있다. 상기 물질이 이동 가능한 상태는, 상기 포획된 액상의 물질(SB)이 유동 가능한 범위가 확장되는 것으로 이해될 수 있다. 다시 말해, 상기 물질이 이동 가능한 상태에서는, 상기 액상이 물질의 유동 가능한 범위가 상기 포획된 액상의 물질(SB)의 상기 외부 영역의 적어도 일부를 포함하도록 확장될 수 있다. 예컨대, 상기 액상의 물질(SB)이 상기 외부 영역과 접촉된 경우, 상기 포획된 액상의 물질(SB)이 유동 가능한 범위는 상기 접촉된 외부 영역의 적어도 일부를 포함하도록 확장될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 외부 영역이 외부 플레이트인 경우, 상기 액상의 물질(SB)이 유동 가능한 영역이 상기 외부 플레이트의 상기 액상의 물질(SB)과 접촉하는 영역을 포함하도록 확장될 수 있다.
2.2.3 이동 불가능한 상태(immovable state)
상기 물질이 이동 불가능한 상태에서는 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB) 및 상기 외부 영역 사이에서 물질의 이동(move)이 발생하지 않을 수 있다. 다만, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB) 및 상기 외부 영역에 위치된 외부 물질 각각에서는 물질의 이동이 발생할 수 있음은 물론이다.
상기 물질이 이동 불가능한 상태는, 상기 접촉이 해제되는 상태일 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)가 상기 외부 영역의 접촉이 해제된 상태에서는 상기 패치(PA)에 잔존하는 액상의 물질(SB)과 상기 외부 영역 또는 상기 외부 물질에서는 물질의 이동이 가능하지 않게 된다.
보다 구체적으로, 상기 접촉이 해제된 상태는 상기 패치(PA)에 포획된 상기 액상의 물질(SB)이 상기 외부 영역과 연결되지 않은 상태를 의미할 수 있다. 상기 접촉이 해제된 상태는 상기 액상의 물질(SB)이 상기 외부 영역에 위치된 외부 물질과 연결되지 않은 상태를 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 물질의 이동이 불가능한 상태는 상기 패치(PA)와 외부 영역이 분리됨으로써 유발될 수 있다.
본 명세서에서 정의된 '이동 가능한 상태'는 '이동 불가능한 상태'와 구별되는 의미를 가지나, 시간의 흐름, 환경의 변화 등에 의하여 상태 간의 전이가 발생할 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)가 이동 가능한 상태이었다가 이동 불가능한 상태가 될 수 있고, 이동 불가능한 상태였다가 이동 가능한 상태가 될 수 있으며, 상기 패치(PA)가 이동 가능한 상태이었다가 이동 불가능한 상태가 된 후 다시 이동 가능한 상태가 되는 것 역시 가능하다.
2.2.4
기능의 구분
2.2.4.1 전달
본 출원에서, 패치(PA)는, 상술한 특성에 기인하여, 상기 패치(PA)에 점유된 액상의 물질(SB) 중 적어도 일부를 목적하는 외부 영역으로 전달할 수 있다. 상기 물질의 전달은 일정 조건이 만족됨에 따라 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)의 일부가 상기 패치(PA)로부터 분리(separate)되는 것을 의미할 수 있다. 상기 액상의 물질(SB)이 일부 분리되는 것은, 일부 물질이 상기 패치(PA)의 영향이 미치는 영역으로부터 추출되거나(extracted) 방사(emitted)되거나 해방(released)되는 것을 의미할 수 있다. 이는, 상술한 패치(PA)의 채널 기능의 하위 개념으로서, 상기 패치(PA)에 위치한 물질의 상기 패치(PA) 외부로의 전달(delivery)을 정의한 것으로 이해될 수 있다.
상기 목적하는 외부 영역은 다른 패치(PA), 건조된 영역, 또는 액체 영역 일 수 있다.
상기 전달이 발생하기 위한 상기 일정 조건은, 온도 변화, 압력 변화, 전기적 특성 변화, 물리적 상태 변화 등 환경 조건으로 정해질 수 있다. 예컨대, 상기 패치(PA)가 상기 패치(PA)의 그물 구조체(NS)보다 상기 액상의 물질(SB)과 결합력이 강한 물체와 접촉한 경우 상기 액상의 물질(SB)은 상기 접촉한 물체와 화학적으로 결합할 수 있게 되고, 결과적으로 상기 액상의 물질(SB)의 적어도 일부가 상기 물체로 전달될 수 있다.
이하, 상기와 같은 패치(PA)의 기능을 편의상, 전달이라 한다.
상기 전달은, 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역 사이에서 상기 액상의 물질(SB)이 이동 가능(movable) 상태 및 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역 사이에서 상기 액상의 물질(SB)이 이동 불가능한 상태를 거쳐(via/through) 발생할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 액상의 물질(SB)이 상기 이동 가능한 상태가 되면, 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역 사이에서 확산할 수 있으며 또는 불규칙 운동에 의해 상기 외부 영역으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 상기 액상의 물질(SB)에 포함된 베이스 용액 및/또는 첨가 물질(AS)은 상기 패치(PA)에서 상기 외부 영역으로 이동할 수 있다. 상기 액상의 물질(SB)이 상기 이동 불가능한 상태에서는, 상기 패치(PA)와 상기 외부 영역 사이에서 이동이 불가능해 진다. 다시 말해, 상기 액상의 물질(SB)의 확산 및/또는 불규칙 운동으로 인해 상기 패치(PA)에서 상기 외부 영역으로 이동되었던 물질 중 일부는, 상기 이동 가능 상태에서 상기 이동 불가능한 상태로의 전환으로 인해, 다시 상기 패치(PA)로 이동할 수 없게 된다. 그로 인해, 상기 액상의 물질(SB) 중 일부는 상기 외부 영역으로 일부 전달될 수 있다.
상기 전달은, 상기 액상의 물질(SB) 및 상기 그물 구조체(NS) 간의 인력과 상기 액상의 물질(SB) 및 상기 외부 영역 또는 상기 외부 물질 간의 인력의 차이에 따라 수행될 수 있다. 상기 인력은 극성의 유사성 또는 특이적 결합관계로부터 기인할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 액상의 물질(SB)이 친수성이고, 상기 패치(PA)의 그물 구조체(NS)에 비해 상기 외부 영역 또는 상기 외부 물질이 더 친수성이 강한 경우, 상기 이동 가능한 상태 및 상기 이동 불가능한 상태를 거쳐 상기 패치(PA)에 포획되어 있던 액상의 물질(SB)의 적어도 일부는 상기 외부 영역으로 전달될 수 있다.
상기 액상의 물질(SB)의 전달은 선택적으로도 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 액상의 물질(SB)에 포함된 일부 성분과 상기 외부 물질 사이에 특이적 결합관계가 존재하는 경우, 상기 물질이 이동 가능한 상태 및 상기 물질의 이동이 불가능한 상태를 거쳐 상기 일부 성분의 선택적 전달이 발생될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 패치(PA)가 평판 형태의 외부 플레이트(PL)로 물질을 전달하는 경우를 상정하면, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB) 중 일부(예를 들어, 용질의 일부)와 특이적으로 결합하는 물질이 상기 외부 플레이트(PL)에 도포되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 패치(PA)는 상기 이동 가능 상태 및 상기 이동 불가능 상태를 거쳐, 상기 외부 플레이트(PL)에 도포된 물질과 특이적으로 결합하는 용질의 일부를 상기 패치(PA)에서 상기 플레이트(PL)로 선택적으로 전달할 수 있다.
이하, 상기 물질이 이동되는 다른 영역의 몇 가지 예시에 따라, 상기 패치(PA)의 기능으로서 전달에 대하여 설명한다. 다만, 구체적인 설명을 함에 있어 상기 액상의 물질(SB)의 "방출" 및 상기 액상의 물질(SB)의 "전달"의 개념이 혼용될 수 있다.
여기에서는, 상기 패치(PA)에서 별도의 외부 플레이트(PL)로 액상의 물질(SB)이 전달되는 경우를 설명한다. 예컨대, 상기 패치(PA)에서 슬라이드 글라스와 같은 플레이트(PL)로 물질이 이동되는 경우를 고려할 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉됨에 따라 상기 패치(PA)에 포획되어 있던 상기 액상의 물질(SB)은 적어도 일부 상기 플레이트(PL)로 확산되어 이동하거나 또는 불규칙 운동에 의하여 이동할 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 분리되면, 상기 패치(PA)로부터 상기 플레이트(PL)로 이동되었던 일부 물질(즉, 상기 액상의 물질(SB) 중 일부)이 상기 패치(PA)로 다시 이동할 수 없게 된다. 그 결과, 상기 패치(PA)로부터 상기 플레이트(PL)로 상기 일부 물질이 전달될 수 있다. 이 때, 상기 전달되는 일부 물질은, 상기 첨가 물질(AS)일 수 있다. 상기 접촉과 분리에 의해 상기 패치(PA) 내의 물질이 '전달'되기 위해서는, 상기 물질과 상기 플레이트(PL) 사이에 작용하는 인력 및/또는 결합력이 존재하여야 하고, 그 인력 및/또는 결합력이 상기 물질과 상기 패치(PA) 사이에서 작용하는 인력 보다 더 커야 한다. 따라서, 전술한 '전달 조건'이 만족되지 않는 경우, 상기 패치(PA) 및 상기 플레이트(PL) 사이에서의 물질의 전달은 발생하지 않을 수도 있다.
또한, 상기 패치(PA)에 온도 또는 전기적인 조건을 제공하여 물질의 전달을 제어할 수 있다.
상기 패치(PA)에서 상기 플레이트(PL)로의 물질 이동은, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 면적에 의존할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉하는 면적에 따라 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 물질 이동 효율이 증감될 수 있다.
상기 패치(PA)가 복수의 성분을 포함하는 경우에, 일부 성분만이 선택적으로 상기 외부 플레이트(PL)로 이동될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 외부 플레이트(PL)에는 상기 복수의 성분 중 일부 성분과 특이적으로 결합하는 물질이 고정되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 외부 플레이트(PL)에 고정된 물질은 액체 혹은 고체 상태일 수 있고, 상기 별도의 영역에 고정되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 패치(PA)와 상기 별도의 영역의 접촉 등으로 상기 복수의 성분 중 일부 물질이 상기 플레이트(PL)로 이동하여 특이적 결합을 형성하고, 상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)로부터 분리되는 경우, 일부 성분만이 상기 플레이트(PL)로 선택적으로 방출될 수 있다.
도 5 내지 7은 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 물질의 전달의 일 예로서, 상기 패치(PA)로부터 외부 플레이트(PL)로의 물질의 전달을 도시한다. 도 5 내지 7에 따르면, 상기 패치(PA)는 외부 플레이트(PL)와 접촉함으로써 상기 패치(PA)에 저장된 물질의 일부를 상기 플레이트(PL)로 전달할 수 있다. 이때, 상기 물질을 전달하는 것은, 상기 플레이트와 접촉함으로써 상기 물질의 이동이 가능해질 수 있다. 이 때 상기 플레이트와 상기 패치(PA)가 접촉하는 접촉면 인근에 수막(WF) 이 형성될 수 있으며, 상기 형성된 수막(WF)을 통하여 상기 물질의 이동이 가능하게 될 수 있다.
여기에서는, 상기 패치(PA)로부터 유동성을 가지는 물질(SL)로 상기 액상의 물질(SB)이 전달되는 경우를 설명한다. 여기서, 유동성을 가지는 물질(SL)이라 함은, 별도의 저장 공간에 담겨 있거나 흐르는 상태의 액상의 물질 일 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 유동성이 있는 물질이 접촉(예를 들어, 용액에 패치(PA)를 투입)됨에 따라 상기 패치(PA)에 포획되어 있던 액상의 물질(SB)은 적어도 일부 상기 유동성을 가지는 물질(SL)로 확산되어 이동하거나 또는 불규칙 운동에 의하여 이동할 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 유동성이 있는 물질이 분리되면, 상기 패치(PA)로부터 상기 유동성이 있는 물질로 이동되었던 상기 액상의 물질(SB) 중 일부가 상기 패치(PA)로 다시 이동할 수 없게 됨으로써, 상기 패치(PA)에 있던 일부 물질이 상기 유동성이 있는 물질로 전달될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL) 사이의 물질 이동은, 상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL)의 접촉 면적에 의존할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL)이 접촉하는 면적(예컨대, 상기 패치(PA)가 용액 등에 투입되는 깊이)에 따라, 상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL)의 물질 이동 효율이 증감될 수 있다.
또한, 상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL) 사이의 물질 이동은 상기 패치(PA)와 상기 유동성이 있는 물질의 물리적인 분리를 통해 제어될 수 있다.
상기 액상의 물질(SB) 중 상기 첨가 물질(AS)의 분포 농도가 상기 유동성이 있는 물질에서의 상기 첨가 물질(AS)의 분포 농도와 상이하여, 상기 패치(PA)로부터 상기 유동성이 있는 물질로 상기 첨가 물질(AS)이 전달될 수도 있다.
다만, 상기 패치(PA)가 상기 유동성을 가지는 물질(SL)로 상기 액상의 물질(SB)을 전달함에 있어서, 상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL) 사이의 물리적 분리가 필수적인 것은 아니다. 예컨대, 상기 패치(PA)로부터 상기 유동성을 가지는 액체로의 물질 이동의 원인이 되는 힘(driving force / causal force)이 기준값 이하로 작아지거나 사라지게 되는 경우에, 물질의 이동이 중단될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL) 사이에서의 '전달'에 있어서, 전술한 상기 패치(PA)와 상기 유동성을 가지는 물질(SL) 사이에서의 '전달 조건'은 요구되지 않을 수도 있다. 이는 유동성을 가지는 물질(SL)로 이미 이동한 물질들은 상기 유동성을 가지는 물질(SL) 내에서 확산 및/또는 불규칙 운동에 의하여 이동하게 되며, 상기 이동에 의해 상기 이동한 물질과 상기 패치(PA) 사이의 거리가 일정 거리 이상 멀어지게 되면 상기 물질은 상기 유동성을 가지는 물질(SL)로 전달된 것으로 이해할 수 있다. 이는 플레이트(PL)의 경우, 상기 접촉에 의해 확장되는 이동 가능한 범위가 매우 제한적인 범위이기 때문에, 상기 플레이트(PL)로 이동한 물질들과 상기 패치(PA) 사이에서의 인력이 유의미하게 작용할 수 있게 되지만, 상기 유동성을 가지는 물질과 상기 패치(PA)의 관계에 있어서는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉에 의해 확장되는 이동 가능한 범위가 상대적으로 훨씬 넓은 범위이기 때문에, 상기 유동성을 가지는 물질(SL)로 이동한 물질들과 상기 패치(PA) 사이에서의 인력이 무의미해지기 때문이다.
도 8 내지 10은 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 물질의 전달의 일 예로서, 상기 패치(PA)로부터 유동성이 있는 물질로의 물질의 전달을 도시한다. 도 8 내지 10에 따르면, 상기 패치(PA)는 외부의 유동성이 있는 물질로 상기 패치(PA)에 저장된 물질의 일부를 전달할 수 있다. 상기 저장된 물질의 일부를 전달하는 것은 상기 패치(PA)가 상기 유동성이 있는 물질에 투입되거나 접촉하여, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)과 상기 유동성이 있는 물질이 서로 물질의 이동이 가능한 상태를 가지게 됨으로써 이루어질 수 있다.
여기에서는, 상기 패치(PA)로부터 다른 패치(PA)로 물질이 이동하는 경우를 상정한다. 상기 패치(PA)와 상기 다른 패치(PA)가 접촉하는 접촉 영역에서는 상기 패치(PA)에 제공된 상기 액상의 물질(SB)이 적어도 일부 상기 다른 패치(PA)로 이동할 수 있다.
상기 접촉 영역에서는, 상기 각각의 패치(PA)에 제공된 액상의 물질(SB)들이 서로 다른 패치(PA)(the other patch)로 확산되어 이동할 수 있다. 이때, 상기 물질의 이동으로 인해, 상기 각각의 패치(PA)에 제공된 액상의 물질(SB)의 농도가 달라질 수 있다. 본 실시예에 있어서도, 상술한 바와 같이, 상기 패치(PA)와 다른 패치(PA)는 분리될 수 있고, 이 때, 상기 패치(PA)의 액상의 물질(SB) 중 일부가 다른 패치(PA)로 전달될 수 있다.
상기 패치(PA)와 다른 패치(PA) 사이의 물질 이동은 물리적인 상태 변화를 포함하는 환경 조건의 변화에 의해 수행될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 다른 패치(PA)(another patch) 사이의 물질 이동은, 상기 패치(PA)와 상기 다른 패치(PA)의 접촉 면적에 의존할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)와 상기 다른 패치(PA)가 접촉하는 면적에 따라, 상기 패치(PA)와 상기 다른 패치(PA) 사이의 물질 이동 효율이 증감될 수 있다.
도 11 내지 13은 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 물질의 전달의 일 예로서, 상기 패치(PA1)로부터 다른 패치(PA2)로의 물질의 전달을 도시한다. 도 11 내지 13에 따르면, 상기 패치(PA1)는 다른 패치(PA2)로 상기 패치(PA1)에 저장된 물질의 일부를 전달할 수 있다. 상기 물질의 일부를 전달하는 것은 상기 패치(PA1)가 상기 다른 패치(PA2)와 접촉하여, 상기 패치(PA1)에 포획된 액상의 물질(SB)과 상기 다른 패치(PA2)에 포획된 물질이 서로 교류가 가능한 상태를 가지게 됨으로써 이루어질 수 있다.
2.2.4.2 흡수
설명에 앞서, 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 ‘흡수’는 상술한 ‘전달’과, 일부 실시예에서 유사하게 취급될 수 있다. 예컨대, 물질의 농도 차에 기인한 물질의 이동을 상정하는 경우, 상기 액상의 물질(SB)의 농도, 특히 상기 첨가 물질(AS)의 농도를 달리하여, 이동되는 물질의 이동 방향을 제어할 수 있다는 점에서 공통되는 측면을 가질 수 있다. 또한, 상기 패치(PA)의 물리적 접촉의 분리를 통한 물질의 이동 제어 및 선택적 흡수 등에서도 마찬가지로 공통될 수 있으며, 이는 본 출원이 속하는 분야의 당업자들에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 출원에 따르는 패치(PA)는, 상술한 특성에 의하여, 외부 물질을 포획할 수 있다. 상기 패치(PA)는, 상기 패치(PA)에 의해 정의되는 영역의 외부에 존재하는 외부 물질을 상기 패치(PA)의 영향이 작용하는 영역으로 인입(pull)할 수 있다. 인입된 상기 외부 물질은 상기 패치(PA)의 상기 액상의 물질(SB)과 같이 포획될 수 있다. 상기 외부 물질을 인입하는 것은, 상기 패치(PA)에 기포획된 액상의 물질(SB)과 상기 외부 물질간의 인력으로부터 기인할 수 있다. 혹은, 상기 외부 물질을 인입하는 것은, 상기 그물 구조체(NS)의 상기 액상의 물질(SB)에 점유되지 아니한 영역과 상기 외부 물질간의 인력으로부터 기인할 수 있다. 상기 외부 물질의 인입은, 상기 표면 장력의 힘으로부터 기인할 수 있다.
이하, 상기와 같은 패치(PA)의 기능을 편의상, 흡수라 한다. 상기 흡수는 상술한 패치(PA)의 채널 기능의 하위 개념으로서, 외부 물질의 상기 패치(PA)로의 이동을 정의한 것으로 이해될 수 있다.
상기 흡수는, 상기 패치(PA)가 상기 물질의 이동이 가능한 상태 및 물질의 이동이 불가능한 상태를 거쳐(via/through) 발생할 수 있다.
상기 패치(PA)가 흡수할 수 있는 물질은 액체, 혹은 고체 상태일 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)가 고체 상태의 물질이 포함된 외부 물질과 접촉하는 경우, 상기 패치(PA)에 위치하는 액상의 물질(SB)과 상기 외부 물질에 포함된 고체 상태의 물질과의 인력으로 상기 물질의 흡수가 수행될 수 있다. 다른 예로, 상기 패치(PA)가 액상의 외부 물질과 접촉하는 경우, 상기 패치(PA)에 위치하는 액상의 물질(SB)과 액상의 외부 물질의 결합으로 수행될 수 있다.
상기 패치(PA)로 흡수된 상기 외부 물질은, 상기 패치(PA)를 이루는 그물 구조체(NS)의 미세 공동을 통해 상기 패치(PA)의 내부로 이동하거나, 상기 패치(PA)의 표면에 분포할 수 있다. 상기 외부 물질의 분포 위치는 상기 외부 물질의 분자량 내지는 입자의 크기로부터 정해질 수 있다.
상기 흡수가 이루어지는 동안 상기 패치(PA)의 형상이 변형될 수 있다. 예컨대, 상기 패치(PA)의 부피, 색상 등이 변화할 수 있다. 한편, 상기 패치(PA)에 흡수가 수행되는 동안, 상기 패치(PA)의 흡수 환경에 온도 변화, 물리적 상태 변경 등의 외부 조건을 부가하여 상기 패치(PA)의 흡수를 활성화하거나 늦출 수 있다.
이하, 흡수가 일어나는 경우, 상기 패치(PA)로 흡수되는 물질을 제공하는 외부 영역의 몇 가지 예시에 따라, 상기 패치(PA)의 기능으로서 흡수에 대하여 설명한다.
이하에서는, 상기 패치(PA)가 별도의 외부 플레이트(PL)로부터 외부 물질을 흡수하는 경우를 상정한다. 여기에서, 별도의 외부 기판은, 상기 외부 물질을 흡수하지 아니하되 상기 외부 물질이 위치될 수 있는 플레이트(PL) 등을 예시할 수 있다.
상기 외부 플레이트(PL)에는 물질이 도포되어 있을 수 있다. 특히, 상기 플레이트(PL)에는 분말 형태로 물질이 도포되어 있을 수도 있다. 상기 플레이트(PL)에 도포되어 있는 물질은 단일 성분이거나 복수 성분의 혼합물일 수 있다
상기 플레이트(PL)는, 평판 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 플레이트(PL)는, 상기 물질의 저장성 향상 등을 위하여 형태가 변형될 수 있다. 예를 들어, 웰(well)을 형성하여 저장성을 향상시키거나, 음각 또는 양각으로 플레이트(PL)의 표면을 변형하거나 패터닝된 플레이트(PL)를 이용하여 상기 패치(PA)와의 접촉성을 향상시킬 수도 있다.
본 출원에 따르는 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)로부터 물질을 흡수하는 것은, 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)의 접촉에 의할 수 있다. 이때, 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)간의 접촉면 인근의 접촉 영역에서는, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB) 및/또는 상기 플레이트(PL)에 도포된 물질로 인한 수막(WF)이 형성될 수 있다. 상기 접촉 영역에 수막(WF, aquaplane)이 형성되면, 상기 플레이트(PL)에 도포되어 있던 물질이 상기 수막(WF)에 포획될 수 있다. 상기 수막(WF)에 포획된 물질은 상기 패치(PA) 내에서 자유로이 유동할 수 있다.
상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)와 일정 거리 이상 이격되어 분리된 경우에, 상기 수막(WF)이 상기 패치(PA)에 딸려 이동함으로써 상기 플레이트(PL)에 도포되어 있던 물질이 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다. 상기 플레이트(PL)에 도포되어 있던 물질은, 상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)와 일정 거리 이상 이격됨에 따라, 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 이격되어 분리되면, 상기 패치(PA)에 제공된 액상의 물질(SB)은 상기 플레이트(PL)로 이동되지 않거나, 미미한 정도의 양만이 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다.
상기 플레이트(PL)에 도포되어 있는 물질의 전부 또는 일부는 상기 패치(PA)에 포획되어 있는 물질의 전부 또는 일부와 특이적으로 반응할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 패치(PA)가 상기 별도의 플레이트(PL)로부터 물질을 흡수하는 것은, 선택적으로 수행될 수 있다. 특히, 상기 패치(PA)에 포획되어 있는 물질의 일부에 대하여 상기 플레이트(PL)보다 상기 패치(PA)가 더 강한 인력을 가지는 경우에 그러할 수 있다.
일 예로, 상기 플레이트(PL)에 일부 물질이 고정되어 있을 수도 있다. 다시 말해, 상기 플레이트(PL)에 일부 물질은 고정되어 있고 일부 물질은 고정되지 않았거나 유동성을 가지고 도포될 수 있다. 이때, 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 접촉 및 분리되면, 상기 플레이트(PL)에 도포된 물질 중 고정된 일부 물질을 제외한 물질만이 선택적으로 상기 패치(PA)에 흡수될 수 있다. 이와 달리, 고정 여부와 관계없이 상기 플레이트(PL)에 위치된 물질과 상기 패치(PA)에 포획된 물질의 극성에 기인하여 선택적 흡수가 일어나는 것도 가능하다.
다른 일 예로, 상기 패치(PA)에 포획된 상기 액상의 물질(SB)이 상기 플레이트(PL)에 도포된 물질의 적어도 일부와 특이적으로 결합하는 경우에, 상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 도포되어 있는 물질과 접촉하였다가 분리되는 경우, 상기 플레이트(PL)에 도포된 물질 중 상기 특이적으로 결합하는 적어도 일부만이 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다.
또 다른 일 예로, 상기 플레이트(PL)에 도포된 물질 중 일부는 상기 플레이트(PL)에 미리 고정된 물질과 특이적으로 반응할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 플레이트(PL)에 도포된 물질 중 상기 플레이트(PL)에 미리 고정된 물질과 특이적으로 반응하는 물질을 제외한 나머지만을 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다.
도14 내지 16은 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 물질의 흡수의 일 예로서, 상기 패치(PA)가 외부 플레이트(PL)로부터 물질을 흡수하는 것을 도시한다. 도 14 내지 16에 따르면, 상기 패치(PA)는 외부 플레이트(PL)로부터 상기 외부 플레이트(PL)에 위치된 물질의 일부를 흡수할 수 있다. 상기 물질을 흡수하는 것은, 상기 패치(PA)가 상기 외부 플레이트(PL)에 접촉함으로써 상기 외부 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)의 접촉 영역 인근에 수막(WF)이 형성되고, 상기 수막(WF)을 통하여 상기 물질이 상기 패치(PA)로 이동 가능하게 됨으로써 이루어질 수 있다.
여기에서는, 유동성을 가지는 물질(SL)로부터 상기 패치(PA)로 물질이 흡수되는 경우를 상정한다. 유동성을 가지는 물질(SL)이라 함은, 별도의 저장 공간에 담겨 있거나 흐르는 상태의 액상의 외부 물질일 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 유동성을 가지는 물질(SL)과 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)이 상호 유동할 수 있는 환경을 가지게 됨으로써, 상기 유동성을 가지는 물질(SL)의 일부 또는 전부가 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다. 이때, 상기 상호 유동할 수 있는 환경은 상기 패치(PA)가 상기 유동성을 가지는 물질(SL)과 적어도 일부 접촉함으로써 형성될 수 있다.
상기 패치(PA)가 상기 유동성을 가지는 물질(SL)과 접촉됨으로써 상기 패치(PA)는 상기 유동성을 가지는 물질(SL)과 물질의 이동이 가능한 상태가 될 수 있다. 상기 패치(PA)가 상기 유동성을 가지는 물질(SL)로부터 분리되면 상기 유동성을 가지는 물질(SL)의 적어도 일부는 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다.
상기 유동성을 가지는 물질(SL)로부터 상기 패치(PA)로 물질이 흡수되는 것은, 상기 패치(PA)에 포획된 물질과 상기 유동성을 가지는 물질(SL)의 농도 차이에 의존할 수 있다. 다시 말해, 상기 유동성을 가지는 물질(SL)이 소정의 첨가 물질(AS)에 대하여 가지는 농도보다, 상기 패치(PA)에 포획된 상기 액상의 물질(SB)이 상기 소정의 첨가 물질(AS)에 대하여 가지는 농도가 낮은 경우, 상기 패치(PA)로 상기 소정의 첨가 물질(AS)이 흡수될 수 있다.
한편, 유동성을 가지는 물질(SL)로부터 상기 패치(PA)로 물질이 흡수되는 경우, 상술한 바와 같이 접촉된 상태에서 농도 차이에 의존하는 외에도, 전기적인 요인을 부가하거나, 물리적 조건을 변경하여 상기 패치(PA)의 흡수를 제어할 수 있다. 나아가, 상기 패치(PA)에 포획된 물질과 흡수 대상이 되는 물질이 직접적으로 접촉되지 아니하고, 매개체를 통하여 간접적으로 접촉되어 물질의 흡수가 수행될 수도 있을 것이다.
도17 내지 19는 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 물질의 흡수의 일 예로서, 상기 패치(PA)가 유동성을 가지는 물질(SL)로부터 물질을 흡수하는 것을 도시한다. 도17 내지 19에 따르면, 상기 패치(PA)는 상기 유동성을 가지는 물질(SL) 일부를 흡수할 수 있다. 상기 물질을 흡수하는 것은, 상기 패치(PA)가 상기 유동성을 가지는 물질(SL)에 투입되거나 상기 유동성을 가지는 물질(SL)과 접촉함으로써 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)과 상기 유동성을 가지는 물질(SL)이 서로 이동 가능하게 됨으로써 이루어질 수 있다.
여기에서는, 상기 패치(PA)가 다른 패치(PA)로부터 외부 물질을 흡수하는 경우를 상정한다.
상기 패치(PA)가 상기 다른 패치(PA)로부터 외부 물질을 흡수하는 것은, 상기 흡수되는 외부 물질과 상기 패치(PA)에 기 포획된 물질 및 상기 흡수되는 외부 물질과 상기 패치(PA)로 흡수되지 않는 상기 외부 물질 사이의 결합력의 차이에 의해서, 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수되는 물질이 친수성을 띠고, 상기 패치(PA)가 친수성을 띠며 상기 흡수되는 물질과 상기 패치(PA)의 인력이 이 상기 다른 패치(PA)와 상기 흡수되는 물질 사이의 인력에 비해 강한 경우(즉, 상기 패치(PA)가 상기 다른 패치(PA)에 비해 강한 친수성의 성질을 갖는 경우), 상기 패치(PA)와 상기 다른 패치(PA)가 접촉된 후 분리될 때 상기 외부 물질은 상기 패치(PA)로 적어도 일부 흡수될 수 있다.
도 20 내지 22는 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 물질의 흡수의 일 예로서, 상기 패치(PA3)가 다른 패치(PA4)로부터 물질을 흡수하는 것을 도시한다. 도 20 내지 22에 따르면, 상기 패치(PA3)는 상기 다른 패치(PA4)에 위치하여 있던 물질을 일부 흡수할 수 있다. 상기 물질을 흡수하는 것은, 상기 패치(PA3)가 다른 패치(PA4)와 접촉함으로써 상기 패치(PA3)에 포획된 액상의 물질(SB)과 상기 다른 패치(PA4)에 포획된 액상의 물질(SB)이 서로 교류할 수 있게 됨으로써 이루어질 수 있다.
한편, 패치(PA)를 구성하는 3차원 그물 구조체(NS)의 프레임 구조체의 상기 패치(PA) 전체 부피에 대한 비율에 따라, 상기 패치(PA)의 상기 흡수되는 외부 물질에 대한 결합력이 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 프레임 구조체가 상기 패치(PA) 전체에서 차지하는 부피 비율이 증가함에 따라 상기 구조체에 포획되는 물질의 양이 줄어들 수 있다. 이 경우 상기 패치(PA)에 포획된 물질과 상기 타겟 물질과의 접촉 면적이 감소하는 등의 이유로 상기 패치(PA)와 상기 타겟 물질과의 결합력이 감소할 수 있다.
이와 관련하여, 상기 패치(PA)의 제작 단계에서 그물 구조체(NS)를 이루는 재료의 비율을 조절하여 상기 패치(PA)의 극성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 아가로스를 이용하여 제작된 패치(PA)의 경우, 상기 아가로스의 농도를 제어하여, 상기 흡수의 정도를 조절할 수 있다.
상기 별도의 영역이 상기 패치(PA)로부터 제공되는 물질에 대하여 상기 패치(PA)에 비하여 약한 결합력을 가지고, 상기 패치(PA)와 상기 다른 패치(PA)가 접촉되었다가 분리되는 경우, 상기 흡수되는 외부 물질은 상기 패치(PA)와 함께 상기 다른 패치(PA)로부터 분리될 수 있다.
2.2.4.3 환경의 제공
본 출원에 따른 패치(PA)는, 상술한 특성에 의하여, 목적하는 영역의 환경 조건을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 패치(PA)는 목적하는 영역에 상기 패치(PA)로부터 기인하는 환경을 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)로부터 기인하는 환경 조건은, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)에 의존할 수 있다. 상기 패치(PA)는, 상기 패치(PA)에 수용된 물질의 특성으로부터 혹은 상기 패치(PA)에 수용된 물질의 특성에 대응되도록, 외부 영역에 위치된 물질에 목적하는 환경을 조성할 수 있다.
상기 환경을 조절하는 것은, 목적하는 영역의 환경 조건을 변경하는 것으로 이해될 수 있다. 상기 목적하는 영역의 환경 조건을 변경하는 것은, 상기 패치(PA)의 영향이 미치는 영역이 상기 목적하는 영역의 적어도 일부를 포함하도록 확장되는 형태 또는 상기 패치(PA)의 환경을 상기 목적하는 영역과 공유하는 형태로 구현될 수 있다.
이하, 상기와 같은 패치(PA)의 기능을 편의상, 환경의 제공이라 한다.
패치(PA)에 의한 상기 환경의 제공은, 상기 패치(PA)가 상기 환경을 제공하고자 하는 외부 영역과 물질의 이동이 가능한 상태에서 수행될 수 있다. 상기 패치(PA)에 의한 상기 환경의 제공은 접촉으로 인해 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)가 목적하는 영역(예를 들어, 외부 물질, 플레이트(PL) 등)과 접촉하면, 상기 패치(PA)에 의해 상기 목적하는 영역에 특정 환경을 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)는, 적절한 pH, 삼투압, 습도, 농도, 온도 등의 환경을 제공하여, 타겟 영역(TA)의 환경을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)는 타겟 영역(TA) 또는 타겟 물질에 유동성(liquidity)을 부여할 수 있다. 이러한 유동성의 부여는 상기 패치(PA)에 포획된 물질의 일부 이동으로 발생할 수 있다. 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB) 내지 베이스 물질(BS)을 통해 상기 타겟 영역(TA)에 습윤(wetting/moist) 환경을 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)에 의하여 제공되는 환경 요인들은 목적에 따라 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)는 상기 목적하는 영역에 항상성을 제공할 수 있다. 다른 예로, 환경의 제공 결과, 상기 목적하는 영역의 환경 조건이 상기 패치(PA)에 포획된 물질에 적응될 수 있다.
상기 패치(PA)에 의한 환경의 제공은 상기 패치(PA)에 포함되어 있는 액상의 물질(SB)이 확산되는 결과일 수 있다. 즉, 상기 패치(PA)와 상기 목적하는 영역이 접촉하면, 접촉으로 인하여 형성되는 접촉 영역을 통하여 물질의 이동이 가능해 질 수 있다. 이와 관련하여, 상기 물질의 확산 방향에 따라 삼투압에 의한 환경 변화, 이온 농도에 따른 환경 변화, 습윤 환경의 제공 및 PH의 변화 등이 구현될 수 있다.
도 23 내지 25는 본 출원에 따른 패치(PA)의 기능 중 환경의 제공의 일 예로서, 상기 패치(PA)가 외부 플레이트(PL)에 소정의 환경을 제공하는 것을 도시한다. 도 23 내지 25에 따르면, 상기 패치(PA)는 제4 물질(SB4) 및 제 5 물질(SB5)이 위치된 외부 플레이트(PL)에 소정의 환경을 제공할 수 있다. 예컨대, 상기 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 상기 제4 물질(SB4) 및 상기 제5 물질(SB5)이 반응하여 제6 물질(SB6)을 형성하기 위한 소정의 환경을 제공할 수 있다. 상기 환경을 제공하는 것은, 상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)와 접촉함으로써 접촉 영역 인근에 수막(WF)이 형성되고 상기 형성된 수막(WF)에 상기 제4 물질(SB4) 및 제5 물질(SB5)이 포획되게 됨으로써 이루어질 수 있다.
3. 패치의 적용
본 출원에 따른 패치(PA)는, 상술한 패치(PA)의 기능을 적절히 적용하여 다양한 기능을 수행하도록 구현될 수 있다.
이하에서는 몇몇 실시예를 개시함으로써, 본 출원의 기술적 사상에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 본 출원에 의해 개시되는 패치(PA)의 기능이 적용되거나 응용되는 기술적 범위는 당업자의 용이 도출 범위 내에서 확장되어 해석되어야 할 것이고, 본 명세서에 기재되어 있는 실시예에 의해 한정되어 본 출원의 권리범위가 해석되어서는 안될 것이다.
3.1 In-patch
상기 패치(PA)는 물질의 반응 영역을 제공할 수 있다. 다시 말해, 패치(PA)의 영향이 미치는 공간 영역의 적어도 일부에서 물질의 반응이 발생할 수 있다. 이때, 물질의 반응은, 상기 패치(PA)에 포획되어 있는 액상의 물질(SB)간, 및/또는 포획되어 있는 액상의 물질(SB)과 상기 패치(PA)의 외부로부터 제공되는 물질간의 반응일 수 있다. 물질의 반응 영역을 제공하는 것은, 물질의 반응을 활성화 내지 촉진하는 것일 수 있다.
이 때, 상기 패치(PA)에 포획되어 있는 액상의 물질(SB)이라 함은, 상기 패치(PA)의 제작 당시에 투입된 물질, 상기 패치(PA)에 제작 이후 투입되어 상기 패치(PA)가 저장하고 있는 물질 및 일시적으로 상기 패치(PA)에 포획된 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)에서의 반응이 활성화되는 시점에 상기 패치(PA)에 포획되어 있는 물질이라면, 어떠한 형태로 상기 패치(PA)에 포획되었는지 여부는 불문하고, 상기 패치(PA)에서 반응할 수 있다. 나아가, 상기 패치(PA)의 제작 이후 투입되는 물질이 반응 개시자로 작용하는 것도 가능하다.
상기 패치(PA)에 포획되어 있는 액상의 물질(SB)이 관련된 반응의 반응 영역의 제공은, 상술한 2.1.3 (즉, 반응 공간의 제공) 목차의 실시예적 하위 개념일 수 있다. 또는, 상술한 2.1.3 목차 및 2.2.4.2 (즉, 흡수) 목차의 결합된 기능을 수행하는 멀티 개념일 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 2이상의 기능이 병합된 형태로 구현될 수도 있다.
3.1.1 제1 실시예
이하에서는, 상기 패치(PA)의 흡수 기능 및 반응 공간의 제공 기능(이하, 제공 기능이라 함)이 하나의 패치(PA)에 의해 수행되는 것을 상정하여 설명한다. 이 때, 상기 흡수 기능 및 상기 제공 기능은 동시에 수행되는 기능 일 수 있고, 서로 별개의 시점에 수행되는 기능 일 수 있으며, 서로 순차적으로 수행되어 하나의 또 다른 기능을 수행할 수 도 있다. 한편, 상기 패치(PA)가 상기 흡수 및 제공 기능뿐 아니라 추가적으로 다른 기능을 더 포함하는 것도 본 실시예에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
상기 패치(PA)는, 상술한 바와 같이, 물질을 포획하는 기능을 수행할 수 있고, 상기 물질은 포획되어 있는 경우에도 유동성이 있을 수 있다. 상기 액상의 물질(SB)의 일부 성분의 분포가 불균일 하다면 상기 불균일한 성분은 확산할 수 있다. 상기 액상의 물질(SB)의 성분들이 균일하게 분포하는 경우에도 상기 액상의 물질(SB)은 입자의 불규칙 운동에 의해 일정 수준의 이동성이 있는 상태일 수 있다. 이 때, 상기 패치(PA) 내부에서는 물질 간의 반응, 예컨대 물질간의 특이적 결합 등이 일어날 수 있다.
예를 들어, 상기 패치(PA)에서는, 포획되어 있는 물질간의 반응 이외에도, 상기 패치(PA)에 새로 포획된 유동성이 있는 물질 및 상기 패치(PA)에 포획되어 있던 물질이 서로 특이적 결합을 하는 형태의 반응도 가능할 수 있다.
상기 유동성이 있는 물질 및 상기 포획되어 있던 물질 간의 반응은 상기 유동성이 있는 물질이 제공되어 있던 임의의 공간과 분리되어 수행되는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 패치(PA)가 임의의 공간으로부터 상기 유동성이 있는 물질을 흡수하고 난 후, 상기 패치(PA)가 상기 임의의 공간으로부터 분리되어, 상기 흡수된 물질과 상기 패치(PA)에 포획되어있던 물질의 반응이 상기 패치(PA)에서 발생될 수 있다.
또한, 상기 패치(PA)는 유동성이 있는 물질에 대해 흡수 기능을 수행함으로써, 포획되어 있는 물질의 반응이 일어나도록 할 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)의 상기 유동성이 있는 물질의 흡수를 트리거로 하여 상기 흡수된 물질과 상기 패치(PA)에 포획되어 있던 물질의 반응이 일어날 수 있다. 상기 반응은 상기 패치(PA)에 의해 정의 되는 공간 내부에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 패치(PA) 내부에서 일어나는 반응으로 인해, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)의 조성이 변경될 수 있다. 이는, 특히 상기 패치(PA) 내부에 포획되어 있는 물질이 화합물인 경우, 반응 전후로 화학적 조성이 변경될 수 있다. 혹은, 물질의 상기 패치(PA)에서의 위치에 따른 조성 분포가 변경될 수도 있다. 이는, 확산에 의한 것이거나 다른 물질에 대하여 특이적 인력을 가지는 입자에 의한 것으로 예시될 수 있다.
상기 패치(PA) 내부의 반응으로 인해 상기 액상의 물질(SB)의 조성이 변경되면, 상기 패치(PA)와 상기 패치(PA) 외부의 물질(접촉된 물질이 있는 경우, 해당 접촉된 물질) 사이의 농도 차이에 의해 상기 패치(PA)로 일부 물질이 흡수되거나, 상기 패치(PA)로부터 상기 외부의 물질로 상기 물질이 방출될 수 있다.
3.1.2 제2 실시예
이하에서는, 상기 패치(PA)의 저장 기능 및 물질의 반응 공간을 제공하는 기능이 적어도 일정 시간 함께 수행되는 실시예를 설명한다. 보다 상세하게는, 상기 패치(PA)에 저장된 액상의 물질(SB)의 적어도 일부가 반응하기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 패치(PA)는 물질을 저장할 수 있고, 저장된 물질의 반응 공간을 제공할 수 있다. 이때, 상기 패치(PA)에 의하여 제공되는 반응 공간은, 상기 패치(PA)의 상기 그물 구조체(NS)가 형성하는 상기 미세 공동 내지는 상기 패치(PA)의 표면 영역일 수 있다. 특히, 상기 패치(PA)에 저장된 물질 및 상기 패치(PA)의 표면에 도포된 물질이 반응하는 경우, 상기 반응 공간은 상기 패치(PA)의 표면 영역일 수 있다.
상기 패치(PA)에 의하여 제공되는 반응 공간은, 특정한 환경 조건을 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 패치(PA)는, 상기 패치(PA)에 위치된 액상의 물질(SB)에서의 반응이 진행되는 동안, 상기 반응의 환경 조건을 조절할 수 있다. 예컨대, 패치(PA)는, 완충 용액의 기능을 수행할 수 있다.
상기 패치(PA)는 그물 구조를 통하여 물질을 저장함으로써, 별도의 저장 용기를 필요로 하지 않는다. 또한, 상기 패치(PA)의 반응 공간이 상기 패치(PA)의 표면인 경우, 상기 패치(PA)의 표면을 통하여 용이하게 관찰될 수 있다. 이를 위해, 상기 패치(PA)의 형태는 관찰이 용이한 형태로 변형 설계될 수 있다.
상기 패치(PA)에 저장된 액상의 물질(SB)은 변성되거나, 다른 종류의 물질과 반응할 수 있다. 상기 패치(PA)에 저장된 액상의 물질(SB)은, 시간의 흐름에 따라 조성이 변경될 수 있다.
한편, 상기 반응은, 화학식이 변경되는 화학적 반응이거나, 물리적 상태변화 혹은 생물학적 반응을 의미할 수 있다. 이때, 상기 패치(PA)에 저장된 액상의 물질(SB)은 단일 성분의 물질이거나 복수의 성분을 포함하는 혼합물일 수 있다.
3.2 channeling
이하에서는, 물질의 이동 경로를 제공하는 기능을 수행하는 패치(PA)에 대하여 설명한다. 보다 구체적으로, 상기 패치(PA)는 상술한 바와 같이 유동성이 있는 물질 등을 포획할 수 있고, 흡수할 수 있으며, 방출할 수 있고, 및/또는 저장할 수 있다. 상술한 패치(PA)의 기능 각각 내지 조합으로서, 물질의 이동 경로를 제공하는 기능을 수행하는 패치(PA)의 다양한 실시예를 구현할 수 있다. 다만, 보다 구체적인 이해를 위해 몇몇 실시예를 개시하기로 한다.
3.2.1 제3 실시예
상기 패치(PA)는, 상술한 패치(PA)의 기능 중 2.2.4.1(즉, 전달에 대한 목차) 및 2.2.4.2(즉, 흡수에 대한 목차)을 수행할 수 있도록 구현될 수 있다. 이 때, 상기 흡수 기능 및 상기 전달 기능은 함께 제공될 수 있고, 순차적으로 제공될 수 있다.
상기 패치(PA)는 상기 흡수 및 상기 전달 기능을 함께 수행하여, 물질의 이동 경로를 제공할 수 있다. 특히, 외부 물질을 흡수하여 외부 영역으로 전달함으로써 상기 외부 물질의 이동 경로를 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)가 외부 물질의 이동 경로를 제공하는 것은, 상기 외부 물질을 흡수하고, 상기 외부 물질을 방출하는 것으로 수행될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 패치(PA)는 외부 물질과 접촉하여 상기 외부 물질을 흡수하고 상기 외부 영역과 접촉하여 상기 외부 영역으로 상기 외부 물질을 전달할 수 있다. 이 때, 상기 패치(PA)가 상기 외부 물질을 포획하고 상기 외부 영역으로 전달하는 것은 상술한 흡수 및 전달과 유사한 과정으로 진행될 수 있다.
상기 패치(PA)에 흡수되고 전달되는 외부 물질은 액체 상이거나 고체 상일 수 있다.
이를 통해, 상기 패치(PA)는 외부 물질로부터 일부 물질이 상기 다른 외부 물질로 전달되도록 할 수 있다. 상기 패치(PA)와 외부 물질 및 다른 외부 물질은 동시에 접촉되어 있을 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 외부 물질 및 다른 외부 물질은 서로 다른 시점에 상기 패치(PA)에 접촉될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 외부 물질 및 다른 외부 물질이 서로 다른 시점에 접촉될 수 있다. 상기 각 외부 물질이 서로 다른 시점에 접촉되는 경우, 상기 패치(PA)와 상기 외부 물질이 먼저 접촉되고, 상기 외부 물질과 상기 패치(PA)가 분리된 이후, 상기 패치(PA)와 상기 다른 외부 물질이 접촉될 수 있다. 이때, 상기 패치(PA)는 상기 외부 물질로부터 포획된 물질을 일시적으로 저장하고 있을 수 있다.
상기 패치(PA)는 물질의 이동 경로를 제공함과 동시에 시간의 지연을 부가적으로 제공할 수 있다. 또한, 상기 패치(PA)는 다른 외부 물질로의 물질의 전달량 및 전달 속도를 적절하게 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 이러한 일련의 과정은, 상기 패치(PA)를 기준으로 하여 일 방향으로 진행될 수 있다. 구체적인 예시로서, 상기 패치(PA)의 일 면을 통하여 물질의 흡수가 이루어지고, 상기 패치(PA)의 내부 공간에서 환경을 제공할 수 있으며, 상기 일 측면과 마주보는 다른 면을 통하여 물질이 방출될 수 있다.
3.2.2
제4 실시예
상기 패치(PA)는, 상술한 패치(PA)의 기능 중 물질을 흡수하고 방출함과 동시에 물질의 반응 공간을 제공할 수 있다. 이 때, 상기 물질의 흡수, 방출 및 반응 공간의 제공은 동시에 혹은 순차적으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 패치(PA)는, 외부 물질을 흡수 및 방출하는 과정을 수행함에 있어, 상기 흡수된 외부 물질에 적어도 일부 시간 동안 반응 공간을 제공할 수 있다. 상기 패치(PA)는, 상기 흡수된 외부 물질을 포함하는 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질(SB)에 적어도 일부 시간 동안 특정 환경을 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)에 포획되어 있던 액상의 물질(SB)과 상기 패치(PA)에 포획된 외부 물질은 상기 패치(PA) 내부에서 반응할 수 있다. 상기 패치(PA)에 흡수된 외부 물질은 상기 패치(PA)가 제공하는 환경의 영향을 받을 수 있다. 상기 패치(PA)로부터 방출되는 물질은 상기 반응을 통해서 생성된 물질을 적어도 일부 포함할 수 있다. 상기 외부 물질은 상기 패치(PA)로부터 조성, 특성 등이 변경되어 방출될 수 있다.
상기 흡수된 물질은 상기 패치(PA)로부터 방출될 수 있다. 상기 외부 물질이 상기 패치(PA)에 흡수되고 상기 패치(PA)로부터 방출되는 것은 상기 패치(PA)를 통과하는 것으로 이해될 수 있다. 상기 패치(PA)를 통과한 상기 외부 물질은 상기 패치(PA) 내부에서의 반응 내지 상기 패치(PA)가 제공하는 환경의 영향으로 동일성을 상실할 수 있다.
상술한 외부 물질의 흡수, 물질의 반응 및 물질의 전달 과정은, 일방향으로 진행될 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)의 일 위치에서는 물질의 흡수가 수행되고, 다른 일 위치에서는 환경의 제공이 수행되고, 또 다른 일 위치에서는 물질의 방출이 수행될 수 있다.
도 26 내지 28은 본 출원에 따른 패치(PA)의 일 실시예로서, 두 플레이트(PL) 사이에서 물질의 이동 경로를 제공하는 것을 도시한다. 도26 내지 28에 따르면, 상기 패치(PA)는 제7 물질(SB7)이 도포된 플레이트(PL1)과 제8 물질(SB8)이 도포된 플레이트(PL2)사이에서 물질의 이동 경로를 제공할 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 제7 물질(SB7)이 상기 제8 물질과 결합성을 가지고, 상기 제8 물질은 플레이트(PL2)에 고정되어 있는 경우, 상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL1, PL2)들과 접촉함으로써 상기 제7 물질(SB7)이 상기 패치(PA)를 통해 이동하여 상기 제8 물질(SB8)과 결합할 수 있다. 상기 제7 물질(SB7) 및 상기 제8 물질(SB8)이 상기 패치(PA)와 연결되는 것은, 상기 패치(PA)가 각 플레이트들(PL1, PL2)과 접촉함으로써 형성되는 수막(WF)에 의할 수 있다.
도 29 및 도 30은 본 출원에 따른 패치(PA)의 일 실시예로서, 두 패치 사이에서 물질의 이동 경로를 제공하는 것을 도시한다. 도 29 및 도 30에 따르면, 상기 이동 경로를 제공하는 패치(PA6)는 이동 대상 물질을 저장하는 패치(PA5) 및 이동 대상 물질을 전달받는 패치(PA7)와 접촉하고 있을 수 있다. 상기 이동 경로를 제공하는 패치(PA6)가 이동 대상 물질을 저장하는 패치(PA5)및 이동 대상 물질을 전달받는 패치(PA7)와 접촉함으로써 상기 이동 대상 물질이 상기 이동 대상 물질을 전달받는 패치(PA7)로 이동될 수 있다. 각 패치 사이에서 물질이 이동하는 것은, 각 패치들 간의 접촉 영역 인근에 형성되는 수막(WF)을 통하여 이루어질 수 있다.
도 31 및 도 32는 본 출원에 따른 패치의 일 실시예로서, 두 패치 사이에서 물질의 이동 경로를 제공하는 것을 도시한다. 도 29 및 도 30에 따르면, 상기 이동 경로를 제공하는 패치(PA9)는 제9 물질(SB9)을 저장하는 패치(PA8) 및 물질을 전달받는 패치(PA10)와 접촉하고 있을 수 있다. 상기 이동 경로를 제공하는 패치(PA9)가 제9 물질(SB9)을 저장하는 패치(PA8)와 접촉함으로써 상기 제9 물질(SB9)을 흡수할 수 있다. 상기 흡수된 제9 물질(SB9)은 상기 이동 경로를 제공하는 패치(PA9)에 저장되어 있던 제10 물질(SB10)과 반응하여 제11 물질을 형성할 수 있다. 상기 제11 물질(SB11)은 상기 이동 경로를 제공하는 패치(PA9)로부터 상기 물질을 전달받는 패치(PA10)로 전달될 수 있다. 각 패치(PA) 사이에서 물질이 이동하는 것은, 각 패치(PA)들 간의 접촉 영역 인근에 형성되는 수막(WF)을 통하여 이루어질 수 있다.
3.3 multi patch
패치(PA)는, 단독으로 사용될 수 있을 뿐 아니라, 복수의 패치(PA)가 함께 사용될 수 있다. 이때, 복수의 패치(PA)가 함께 사용될 수 있다고 함은, 동시에 사용되는 경우뿐 아니라 순차적으로 사용되는 경우도 포함한다.
상기 복수의 패치(PA)가 동시에 사용되는 경우, 각각의 패치(PA)는 서로 다른 기능을 수행할 수 있다. 상기 복수의 패치(PA)의 각각의 패치(PA)는 동일한 물질을 저장할 수 있으나, 서로 다른 물질을 저장할 수도 있다.
상기 복수의 패치(PA)가 동시에 사용되는 경우, 각 패치(PA)는 서로 접촉되지 아니하여 패치(PA)간 물질의 이동은 일어나지 않을 수 있고, 또는 각 패치(PA)에 저장된 물질의 상호 교류가 가능한 상태에서 목적하는 기능을 수행하는 것도 가능하다.
함께 사용되는 복수의 패치(PA)는 서로 유사한 형상 내지는 동일한 규격으로 제작될 수 있으나, 서로 다른 형상을 가지는 복수의 패치(PA)의 경우에도 함께 사용될 수 있다. 또한, 복수의 패치(PA)를 구성하는 각 패치(PA)는, 그물 구조체(NS)의 조밀도가 서로 다르거나, 그물 구조체(NS)를 이루는 성분이 상이하게 제작될 수도 있다.
3.3.1 복수 패치 접촉
복수의 패치(PA)를 이용하는 경우, 하나의 타겟 영역(TA)에 복수의 패치(PA)가 접촉할 수 있다. 상기 복수의 패치(PA)는 하나의 타겟 영역(TA)에 접촉하여 목적하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 복수의 패치(PA)는 타겟 영역(TA)이 복수인 경우에, 서로 다른 타겟 영역(TA)에 접촉될 수 있다. 상기 복수의 패치(PA)는 타겟 영역(TA)이 복수인 경우에 각각 대응되는 타겟 영역(TA)에 접촉하여 목적하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 복수의 패치(PA)는 상기 타겟 영역(TA)에 도포되어 있는 물질과 접촉될 수 있다. 이때, 타겟 영역(TA)에 도포된 물질은 고정되어 있거나 유동성을 가질 수 있다.
상기 목적하는 기능은, 물질의 전달 내지 흡수 기능일 수 있다. 다만, 반드시 각 패치(PA)가 동일한 물질을 전달하거나 동일한 물질을 흡수하여야 하는 것은 아니고, 각 패치(PA)가 서로 다른 물질을 타겟 영역(TA)에 전달하거나, 타겟 영역(TA)에 위치된 물질로부터 서로 다른 성분을 흡수할 수 있다.
상기 목적하는 기능은, 상기 복수의 패치(PA)를 구성하는 각 패치(PA)마다 서로 다를 수 있다. 예컨대, 일 패치(PA)는 타겟 영역(TA)에 물질을 전달하는 기능을 수행하고, 다른 패치(PA)는 타겟 영역(TA)으로부터 물질을 흡수하는 기능을 수행하는 것도 가능하다.
상기 복수의 패치(PA)는 서로 다른 물질을 포함하고, 상기 서로 다른 물질은 하나의 타겟 영역(TA)에 전달되어 목적하는 반응을 유도하기 위하여 이용될 수 있다. 상기 목적하는 반응이 일어나기 위해서 복수 성분의 물질이 요구되는 경우에, 복수에 패치(PA)에 상기 복수 성분의 물질을 각각 저장하여, 타겟 영역(TA)에 전달할 수 있다. 이러한 복수의 패치(PA)의 이용은, 반응에 필요한 물질이 단일 패치(PA)에 저장되는 등의 이유로 혼합되는 경우, 목적하는 반응에 필요한 물질의 성질이 상실되거나 변질되는 경우에 특히 유용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 패치(PA)가 서로 다른 성분의 물질을 포함하고 상기 서로 다른 성분의 물질은 각기 다른 특이적 결합 관계를 가지는 경우에, 상기 서로 다른 성분의 물질을 상기 타겟 영역(TA)에 전달할 수 있다. 상기 복수의 패치(PA)는, 상기 서로 다른 성분의 물질을 전달함으로써 상기 타겟 영역(TA)에 도포된 물질로부터 복수의 특이적 결합을 검출하기 위하여 이용될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 패치(PA)가 서로 동일한 성분의 물질을 포함하되, 각 패치(PA)는 상기 동일한 성분의 물질에 대하여 다른 농도를 가질 수 있다. 상기 서로 동일한 성분의 물질을 포함하는 복수의 패치(PA)는 타겟 영역(TA)에 접촉되어 상기 복수의 패치(PA)에 포함된 물질의 농도에 따른 영향을 판단하기 위하여 이용될 수 있다.
한편, 상기와 같이 복수의 패치(PA)를 이용하는 경우에, 패치(PA)의 묶음을 보다 효율적인 형태로 변형하여 이용할 수 있다. 다시 말해, 사용되는 복수의 패치(PA)의 구성을, 실시하는 때마다 달리하여 이용할 수 있다. 즉, 복수의 패치(PA)를 카트리지 형태로 제작하여 이용할 수 있다. 이때, 이용되는 각 패치(PA)의 형태를 적절히 규격화 하여 제작할 수도 있다.
상기 카트리지 형태의 복수의 패치(PA)는, 복수 종류의 물질을 각각 저장하는 패치(PA)를 제작하여, 필요에 따라 취사 선택하여 이용하고자 하는 경우에 적합할 수 있다.
특히, 복수 종류의 물질을 이용하여, 타겟 영역(TA)으로부터 각 물질의 특이적 반응을 검출하고자 하는 경우에, 검출을 실시하는 때마다 검출하고자 하는 특이적 반응의 조합을 달리 구성하여 실시할 수 있을 것이다.
도 33은 본 출원에 따른 패치(PA)의 일 실시예로서, 복수의 패치(PA)가 함께 사용되는 것을 도시한다. 도 33에 따르면, 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치(PA)는 플레이트(PL)에 위치하는 타겟 영역(TA)에 동시에 접촉될 수 있다. 상기 복수의 패치(PA)를 구성하는 각 패치(PA)들은 규격화된 형태를 가질 수 있다. 상기 복수의 패치(PA)는 제1 패치 및 제2 패치를 포함하고 제1 패치에 저장된 물질은 제2 패치에 저장된 물질과 다를 수 있다.
도 34는 복수의 패치(PA)가 함께 사용되고, 상기 플레이트(PL)는 복수의 타겟 영역(TA)을 포함하는 것을 도시한다. 도 34에 따르면, 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치(PA)는 플레이트(PL)에 위치하는 복수의 타겟 영역(TA)에 동시에 접촉될 수 있다. 상기 복수의 패치(PA)는 제1 패치(PA) 및 제2 패치(PA)를 포함하고, 상기 복수의 타겟 영역(TA)은 제1 타겟 영역 및 제2 타겟 영역을 포함하고, 상기 제1 패치는 상기 제1 타겟 영역에 접촉되고 상기 제2 패치는 제2 타겟 영역에 접촉 될 수 있다.
3.3.2 제5 실시예
상기 복수의 패치(PA)는 복수의 기능을 수행할 수 있다. 상술한 바와 같이 각각의 패치(PA)가 복수의 기능을 동시에 수행 할 수 있음은 물론, 각각의 패치(PA)가 서로 다른 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 다만, 위의 경우에 한정하지 아니하고, 각 기능이 복수의 패치(PA)에서 조합되어 수행되는 것도 가능하다.
먼저, 각각의 패치(PA)가 복수의 기능을 동시에 수행하는 경우로서, 각각의 패치(PA)가 물질의 저장 및 방출을 모두 수행할 수 있다. 일 예로, 각각의 패치(PA)가 서로 다른 물질을 저장하고, 타겟 영역(TA)에 각각의 저장된 물질을 방출할 수 있다. 이 경우, 각각의 저장된 물질은 동시에 혹은 순차로 방출될 수 있다.
다음으로, 각각의 패치(PA)가 서로 다른 기능을 동시에 수행하는 경우로서, 각각의 패치(PA)가 물질의 저장 및 방출을 나누어 수행할 수도 있다. 이 경우, 각각의 패치(PA)들 중 일부만이 타겟 영역(TA)과 접촉하고, 상기 타겟 영역(TA)으로 물질을 방출할 수 있다.
3.3.3 제6 실시예
복수의 패치(PA)가 이용되는 경우에, 상술한 바와 같이 복수의 패치(PA)는 복수의 기능을 수행할 수 있다. 먼저, 각각의 패치(PA)가 동시에 물질의 저장, 방출 및 흡수를 동시에 수행할 수 있다. 혹은, 각각의 패치(PA)가 물질의 저장, 방출 및 흡수를 나누어 수행하는 것도 가능하다. 그러나, 이에 한정하지 아니하고, 각 기능이 복수의 패치(PA)에서 조합되어 수행되는 것도 가능하다.
일 예로, 복수의 패치(PA) 중 적어도 일부는 물질을 저장하고, 저장된 물질을 타겟 영역(TA)에 방출할 수 있다. 이때, 복수의 패치(PA) 중 다른 적어도 일부는 상기 타겟 영역(TA)으로부터 물질을 흡수할 수 있다. 상기 복수의 패치(PA) 중 일부는 상기 타겟 영역(TA)에 위치된 물질과 특이적으로 결합하는 물질을 방출할 수 있다. 이때, 상기 타겟 영역(TA)에 위치된 물질 중 상기 특이적 결합을 형성하지 아니한 물질을 다른 패치(PA)를 이용하여 흡수함으로써 특이적 결합의 검출을 수행할 수 있을 것이다.
3.3.4
제7 실시예
복수의 패치(PA)가 이용되는 경우에, 각각의 패치(PA)가 동시에 물질의 저장, 방출 및 환경의 제공을 동시에 수행할 수 있다. 혹은, 각각의 패치(PA)가 물질의 저장, 방출 및 환경의 제공을 나누어 수행할 수 있다. 다만, 이에 한정하지 아니하고, 각 기능이 복수의 패치(PA)에서 조합되어 수행되는 것도 가능하다.
일 예로, 복수의 패치(PA) 중 일 패치(PA)는 저장된 물질을 타겟 영역(TA)으로 방출할 수 있다. 이때, 다른 패치(PA)는 상기 타겟 영역(TA)에 환경을 제공할 수 있다. 여기서, 환경을 제공하는 것은, 상기 다른 패치(PA)에 저장된 물질의 환경 조건을 상기 타겟 영역(TA)에 전달하는 형태로 구현될 수 있다. 보다 상세하게는, 일 패치(PA)에 의해 타겟 영역(TA)에 반응 물질이 제공되고, 상기 다른 패치(PA)는 상기 타겟 영역(TA)에 접촉하여 완충 환경을 제공할 수 있다.
다른 예로, 복수의 패치(PA)는 서로 접촉되어 있을 수 있다. 이때, 적어도 하나의 패치(PA)는 물질을 저장하고, 환경을 제공하는 다른 패치(PA)로, 저장된 물질을 방출할 수 있다. 본 실시예에서, 환경을 제공하는 패치(PA)는 물질을 방출하고 서로 접촉하지 아니하는 적어도 하나의 패치(PA)와 각각 접촉하고, 각각의 패치(PA)로부터 물질을 흡수할 수 있다.
4. PCR 일반
PCR(polymerase chain reaction)이란, 중합 효소 연쇄 반응을 의미하는 것으로, 검출을 원하는 표적 유전 물질을 증폭하는 방법이다. PCR은 질병의 진단(예; 암진단, 에이즈 진단, 결핵 진단), 유전자 복제, 법의학적 증거, 유전자 감식 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
도 35는 본 출원에 따른 PCR 공정에 대해 설명하기 위한 그래프이다.
일반적으로, PCR은 3단계로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 일반적인 PCR은 열을 이용하여 이중나선구조로 이루어진 DNA를 분리하는 1)열변성 단계(denaturation step), 프라이머(primer)가 증폭을 원하는 DNA의 서열 말단에 결합하도록 하는 2)어닐링 단계(annealing step), 프라이머가 결합된 DNA를 연장하는 3)중합 반응 단계(extension step)를 수행함으로써 이루어 질 수 있다.
상기 열변성 단계는 이중나선구조로 이루어진 2가닥의 DNA를 1가닥의 DNA로 분리하는 과정이다. 상기 열변성 단계에서는 검사 대상(이하, 샘플)을 보통 95℃로 가열하여 상기 2가닥의 DNA의 상보적인 염기 사이에 형성된 수소결합을 분리함으로써, 상기 2가닥의 DNA가닥을 1가닥의 DNA 쌍으로 분리할 수 있다. 이하에서는, 상기 2가닥의 DNA가 1가닥의 DNA 쌍으로 분리될 수 있는 온도(예를 들어, 95℃)를 열변성 온도로 정의한다.
상기 어닐링 단계는 1가닥의 DNA의 염기 서열에 상보적인 프라이머가 결합하는 과정이다. 상기 어닐링 단계는 보통 55~65℃에서 이루어 지며, 표적 유전 물질의 일부 서열에 대응되는 프라이머가 이용될 수 있다. 또한, 상기 프라이머는 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머를 포함할 수 있고, 상기 정방향 프라이머와 상기 역방향 프라이머는 서로 상보적인 염기서열을 가질 수 있다. 상기 프라이머는 형광 물질이 라벨링(labeling)된 상태일 수 있다. 이하에서는, 상기 1가닥의 DNA의 염기 서열에 상보적인 프라이머가 결합될 수 있는 온도(예를 들어, 55~65℃)를 어닐링 온도로 정의한다.
상기 중합 반응 단계는 프라이머가 결합된 한가닥의 DNA에 상보적인 염기가 합성되어 두가닥의 DNA로 연장되는 과정이다. 상기 중합 반응 단계는 보통 70℃에서 이루어지며, 상기 상보적인 염기 조각(Deoxyribonucleotide 이하, dNTP) 및 상기 dNTP를 상기 DNA에 합성하는 DNA 중합효소(polymerase)가 이용될 수 있다. 이하에서는, 상기 1가닥의 DNA에 상보적인 염기가 합성되어 2가닥의 DNA로 연장될 수 있는 온도(예를 들어, 70℃)를 중합 반응 온도로 정의한다.
PCR을 진행함에 있어, 상기 DNA 중합효소의 안정적인 활성을 위해, 조효소가 이용될 수 있다. 예를 들어, 상술한 DNA 중합효소가 내열성이 강한 Taq polymerase라면, Taq 효소의 안정적인 활성을 위한 마그네슘이온이 첨가될 수 있다. 이 때, 상기 마그네슘 이온은 MgCl2 또는 MgSO4 수용액의 형태로 첨가될 수 있다.
또한, PCR을 진행함에 있어, DNA 증폭 반응에 최적 pH 및/또는 염농도를 제공하기 위해 완충용액(buffer)이 사용될 수 있다.
PCR은 상술한 열변성 단계, 어닐링 단계, 및 중합 반응 단계가 수행될 수 있다. 또한, 상술한 3단계는 순차적으로 반복하여 수행될 수 있다. 상기 PCR 반응의 반복을 통해 표적 유전 물질의 증폭량이 증가할 수 있다.
이하에서는, 상술한 패치의 일반적인 기능(예를 들어, 전달 및 환경의 제공)에 기초하여 PCR에 적용되는 패치에 대해서 개시한다. 다만, 필요에 따라 상술한 dNTP, DNA 중합효소, 프라이머, 조효소 및 완충용액 이외의 다른 용액이 더 추가적으로 이용될 수 있지만, 본 명세서에서는 "필요한 용액"이라 함은 상술한 dNTP, DNA 중합효소, 프라이머, 조효소 및 완충용액을 지칭하는 것으로 정의한다.
또한, 상술한 몇몇 온도들은, 본 출원의 이해를 돕기 위한 일반적인 수치에 불과하고, 개시된 수치에 한정하여 본 출원의 권리 범위가 해석되지 않아야 한다. 즉, 샘플의 온도를 상술한 수치와 일부 다르게 조절하더라도, 목적하는 결과가 유사하다면 상기 온도는 균등범위에 해당하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
5. 대상 샘플의 준비
패치(PA)를 이용한 PCR 공정은, 표적 유전 물질이 포함되어 있는 샘플(SA)을 검사 대상으로 하여 수행될 수 있다.
일 예로, 추출된 유전 물질을 대상으로, 상기 패치(PA)를 이용한 PCR 공정이 수행될 수 있다. 상기 유전 물질은, 유전자 감식을 위해 현장에서 검출되거나, 진단 대상자의 조직이나 혈액을 이용하여 추출될 수 있다.
상기 유전 물질의 추출을 위해서는, PCR 전처리기를 이용한 공정이나, 세포벽 분해를 위한 라이소자임(lysozyme) 및 세정을 위한 SDS(sodium dodecyl sulfate)시약이 이용될 수 있다.
다른 예로, 별도의 전처리 과정을 거치지 않은 혈액을 대상으로, 상기 패치(PA)를 이용한 PCR 공정이 수행될 수 있다.
바이러스성 질병의 진단을 위해 PCR 공정이 수행되는 경우, 검출 하고자 하는 표적 유전 물질은 바이러스의 DNA 또는 RNA일 수 있다. 따라서, PCR 공정은 바이러스의 유전 물질이 포함된 샘플(SA)을 대상으로 수행될 수 있다.
바이러스에 감염된 혈액에는, 바이러스의 DNA 및/또는 RNA가 포함되어 있을 수 있다. 예를 들어, 지카 바이러스에 감염된 환자의 혈액에는 바이러스의 RNA(즉, VIRAL RNA)가 부유할 수 있다.
바이러스성 질병의 진단을 위한 PCR 공정은, 혈액 중 존재하는 바이러스의 유전 물질을 타겟으로 함으로써, 전처리를 거치지 않은 혈액 샘플(SA)을 대상으로 수행될 수도 있다.
도 36은 본 출원에 따른 대상 샘플(SA)의 제공을 설명하기 위한 도면이다.
통상적인 PCR 공정에서는 수용액 상태의 시약(RA)과 샘플(SA)을 혼합할 수 있도록 샘플(SA)이 PCR 튜브에 제공되는데 반해, 패치(PA)를 이용한 PCR 공정에서는 상기 샘플(SA)이 플레이트(PL)(예를 들어, 슬라이드 글라스)에 제공될 수 있다. 이는, 수용액 상태의 시약(RA)을 포획하여 플레이트 상에 위치한 샘플(SA)에도 물질을 전달할 수 있는 패치의 기능에 기인한 것으로 이해할 수 있다.
상기 샘플(SA)은 상기 플레이트(PL)에 모노 레이어(single layer)로 제공될 수 있다. 상기 샘플(SA)을 상기 플레이트(PL)에 모노레이어로 제공하기 위하여, 상기 플레이트(PL)에 상기 샘플(SA)을 도말(smear)하거나 상기 샘플(SA)의 유출 속도 및 유출 위치를 조절하여 프린팅(printing)하는 방법이 이용될 수 있다.
혈액을 이용한 PCR 공정에 있어서, 상기 샘플(SA)(즉, 혈액)이 모노레이어로 제공되면 상기 샘플(SA)에 포함되어 있는 일부 세포(예를 들어, 백혈구 및 적혈구)는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 상기 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 모노 레이어로 제공되면, 상기 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 스포이드를 이용해 토출되거나 멀티 레이어로 제공된 경우에 비해, 중첩 배열된 세포가 감소될 수 있다. 따라서, 샘플(SA)을 모노 레이어로 제공하면, 샘플(SA)에 대한 분석 결과(예를 들어, 샘플(SA)의 이미지)가 보다 더 정확해지는 효과가 발생될 수 있다.
플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)은 고정될 수 있다. 일 예로, 상기 플레이트(PL)에 도말되어 있는 샘플(SA)은 상기 플레이트(PL)에 고정될 수 있다. 다른 예로, 상기 플레이트(PL)에 프린팅되어 있는 샘플(SA)은 상기 플레이트(PL)에 고정될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 스포이드를 이용해 토출된 샘플(SA)은 상기 플레이트에 고정될 수 있다.
상기 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 고정되는 것은, 상기 샘플(SA)에 기준 강도의 힘이 가해질 때까지 상기 샘플(SA)이 상기 플레이트(PL)에 머무를 수 있도록 저항력이 생긴 상태를 의미한다. 그 결과, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉되거나 분리되는 경우에도, 상기 샘플(SA)이 상기 패치(PA)로 흡수되지 않을 수 있다.
상기 샘플(SA)을 상기 플레이트(PL)에 고정시키는 방법은, 본 출원이 속하는 기술분야에서 사용되는 어떠한 방법이든 무방하다. 일 예로, 상기 샘플(SA)을 상기 플레이트(PL)에 고정시키기 위해, 상기 샘플(SA)에 메탄올을 제공하고 휘발시키는 방법이 사용될 수 있다.
이하에서는, PCR에 적용되는 패치(PA), 패치(PA)를 이용한 PCR 방법 및 진단 장치에 대해 보다 더 구체적으로 설명한다. 다만, 상술한 패치(PA), 방법 및 장치에 대해 설명함에 있어, 상기 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 제공되는 경우를 상정하여 설명하기로 한다.
또한, 실질적으로 RNA가 포함된 RNA 샘플(SA)을 이용한 PCR 공정과 DNA가 포함된 DNA 샘플(SA)을 이용한 PCR 공정은 유사하게 진행된다. 따라서, 샘플(SA)은 DNA인 것으로 가정하여 PCR공정에 대해 설명하고, RNA 샘플(SA)을 이용한 PCR 공정에 대해서는 DNA 샘플(SA)을 이용한 PCR 공정과 비교하여 차이점을 기준으로 제10 실시예에서 설명하기로 한다.
6. PCR 공정에 이용되는 패치
본 출원에 따른 패치(PA)는 PCR 공정에 이용될 수 있다. 상기 패치(PA)는 PCR 공정에 이용되는 시약(RA) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
상기 패치(PA)는 상기 시약(RA)을 저장할 수 있다. 상기 패치(PA)에 포획된 시약(RA)은 상기 패치(PA)의 극성에 의해 상기 패치(PA)에 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 그물 구조의 극성과 상기 시약(RA)의 극성이 동일한 경우, 상기 그물 구조와 상기 시약(RA) 사이의 인력에 의해 상기 시약(RA)이 상기 패치(PA)에 일정 시간 유지될 수 있다.
상기 패치(PA)는 1사이클(1-cycle)의 PCR 공정에서 이용되는 복수 종류의 시약(RA)을 저장하고 있을 수 있다. 일 예로, 상기 패치(PA)에는 dNTP, DNA 중합효소, 프라이머, 완충용액 및 조효소가 저장될 수 있다. 상기 dNTP, DNA 중합효소, 프라이머, 완충용액 및 조효소 등이 저장된 패치(PA)(이하, 올인원 패치(PA))를 이용하여 PCR 공정을 진행하는 경우, 상기 샘플(SA)에 상기 올인원 패치(PA) 이외의 다른 매개체로부터의 시약(RA)의 제공이 없어도 1사이클의 PCR 공정(즉, 열변성 단계, 어닐링 단계 및 중합 반응 단계가 순차적으로 진행)이 수행될 수 있다.
상기 패치(PA)는 1사이클(1-cycle)의 PCR 공정에서 이용되는 복수 종류의 시약(RA) 중 일부 종류의 시약(RA)을 저장할 수 있다.
상기 패치(PA)가 PCR 공정에 이용되는 시약(RA) 중 일부 종류의 시약(RA)을 저장하는 경우, 나머지 시약(RA)은 다른 패치(PA)에 저장될 수 있다. 상기 다른 패치(PA)는, 상기 패치(PA)와 분리되는 별도의 패치(PA)라는 의미이고, 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)과 상기 다른 패치(PA)에 저장된 시약(RA)에 포함된 시약이 다르다는 것을 의미하는 것은 아니다.
또는, 상기 패치(PA)가 PCR 공정에 이용되는 시약(RA) 중 일부 종류의 시약(RA)을 저장하는 경우, 나머지 시약(RA)은 샘플이 제공되는 플레이트(PL)에 도포될 수 있다.
또는, 상기 패치(PA)가 PCR 공정에 이용되는 시약(RA) 중 일부 종류의 시약(RA)을 저장하는 경우, 나머지 시약(RA)은 PCR 공정 상에서 샘플(SA)에 제공될 수 있도록 구현된 매체에 보관(keep)될 수 있다. 예를 들어, 상기 매체는, 액체와의 접촉으로 녹을 수 있는 시약(RA)이 보관되어 있는 종이, 실, 또는 기타 물질일 수 있다.
또는, 상기 패치(PA)가 PCR 공정에 이용되는 시약(RA) 중 일부 종류의 시약(RA)을 저장하는 경우, 나머지 시약(RA)의 적어도 일부는 다른 패치에 저장되고, 나머지 시약(RA)의 적어도 일부는 샘플(SA)이 제공되는 플레이트(PL)에 도포될 수 있다.
다양한 방식으로 보관될 수 있는 PCR 공정에 이용되는 시약(RA)은, 전술한 몇몇 방법을 통해, 함께 저장되는 시약(RA)의 조합이 분류될 수 있다.
이하에서는, 바람직한 시약(RA)의 조합을 찾는데 고려될 수 있는 요소를 나열한다. 다만, 패치(PA)에 시약(RA)을 저장할 때 필수적으로 고려되어야 하는 요소를 나열하는 것은 아니다.
이하, 설명의 편의상, PCR에 이용되는 시약(RA)은, 별도의 언급이 없는 한, 제1 패치(PA) 및 제2 패치(PA)에 따로 저장되어 있는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 또한, 상기 제1 패치(PA)에 저장되어 있는 일부 종류의 시약(RA)을 제1 시약(RA), 상기 제2 패치(PA)에 저장되어 있는 일부 종류의 시약(RA)을 제2 시약(RA)으로 가정하여 설명하기로 한다.
상기 복수 종류의 시약 중 비특이적 결합이 발생할 수 있는 시약(RA)간의 관계를 고려하여, 상기 제1 패치(PA) 및 상기 제2 패치(PA)에 시약을 저장할 수 있다.
일 예로, 상기 정방향 프라이머와 상기 역방향 프라이머가 비특이적 결합을 하는 primer-dimer 현상을 방지하기 위해, 상기 정방향 프라이머를 상기 제1 패치에 저장하고, 상기 역방향 프라이머를 상기 제2 패치에 저장 할 수 있다.
상기 복수 종류의 시약(RA) 중 활성 환경을 조성하는 시약(RA)과 활성 환경을 조성 받는 시약(RA)을 고려하여, 상기 제1 패치(PA) 및 상기 제2 패치(PA)에 시약(RA)을 저장할 수 있다.
일 예로, 상기 조효소가 상기 DNA 중합효소를 활성시키는 것을 방지하기 위해, DNA 중합효소는 제1 패치(PA)에 저장하고, 상기 조효소는 제2 패치(PA)에 저장할 수 있다.
다른 예로, 중합 반응 단계 이전에 상기 DNA 중합효소 및 dNTP가 상기 완충용액에 의해 PCR 공정의 중합 반응 활성 조건을 제공받는 것을 방지하기 위해, 상기 완충 용액은 제1 패치(PA)에 저장하고, 상기 dNTP 및 DNA 중합효소는 제2 패치(PA)에 저장할 수 있다. 또는, 전술한 효과와 동일한 효과를 도출하기 위해, dNTP, 프라이머, DNA 중합효소는 플레이트(PL)에 도포하고, 완충용액 및 조효소는 제1 패치(PA)에 저장할 수 있다.
상기 복수 종류의 시약(RA)이 샘플(SA)에 제공되어야 하는 시점을 고려하여, 상기 제1 패치(PA) 및 상기 제2 패치(PA)에 시약(RA)을 저장할 수 있다.
일 예로, PCR 공정에서 있어서, 동일 단계에서 제공되어야 하는 시약(RA)을 한번에 샘플(SA)에 제공하기 위해, 상기 프라이머는 제1 패치(PA)에 저장하고, 상기 DNA 중합효소, dNTP, 완충용액 및 조효소는 제2 패치(PA)에 저장할 수 있다.
전술한 실시예에 다른 PCR 공정은, 표적 유전 물질의 서열에 따라 변경되어야 하는 프라이머를 별도의 패치(PA)로 구성함으로써, 이전 PCR 검사와는 다른 질병을 진단하기 위해 프라이머의 변경이 필요한 경우 프라이머의 변경을 위해 모든 시약(RA)이 포함된 패치(PA)를 교체해야 하는 낭비를 해결할 수 있는 이점도 있다.
상기 복수 종류의 시약(RA) 중 PCR 공정이 진행함에 있어서, 소모되는 시약(RA)을 고려하여, 상기 제1 패치(PA) 및 상기 제2 패치(PA)에 시약(RA)을 저장할 수 있다.
일 예로, 상기 플레이트(PL)에 도포 가능한 적정 물질의 양과, 상기 패치(PA)에 저장 가능한 적정 물질의 양을 비교하여, PCR 공정이 진행됨에 따라 소모되는 시약(RA)을 다량 저장 가능한 영역에 저장할 수 있다.
보다 구체적으로, 플레이트(PL)에 도포 가능한 물질의 양이 상기 패치(PA)에 저장 가능한 물질에 비해 적은 경우, DNA 중합효소를 플레이트에 도포하고, 1싸이클이 진행되면 소모되는 프라이머, dNTP는 패치에 저장할 수 있다.
상술할 몇몇 요소(factor)에 따라 도출될 수 있는 이점을 고려하여, 각 요소(factor)를 복합적으로 고려하는 것도 가능하다.
일 예로, 비특이적 결합관계를 고려하여, 정방향 프라이머는 제1 패치(PA)에 저장하고, 역방향 프라이머는 제2 패치(PA)에 저장할 수 있다. 또한, 시약(RA)이 샘플(SA)에 제공되어야 하는 시점을 고려하여, dNTP, DNA 중합효소, 완충용액 및 조효소는 제3 패치(PA)에 저장할 수 있다.
상술한 몇몇 실시예에 따른 패치(PA) 및 플레이트(PL)를 이용한 PCR 공정은, 이하에서 설명할 PCR 공정의 실시예에 의해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
PCR 공정에서는 전술한 라이소자임(lysozyme)을 포함하는 패치(PA)(이하, 라이시스 패치(PA))가 이용될 수 있다. 상기 라이시스 패치(PA)는 후술할 PCR 공정에서 항상 적용되어야 하는 것은 아니지만, 필요에 따라, 추가적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 라이시스 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)에 포함되어 있는 세포벽과 같은 구조를 형해화 시키기 위한 용도로 사용될 수 있고, 또는, 샘플(SA)에 대한 전처리 과정이 수행되는 일부 시점에서 사용될 수도 있다.
또한, PCR 공정에서는 시약(RA)을 포함하지 않는 패치(PA)(이하, 공패치(PA))가 이용될 수 있다. 상기 공패치(PA)는, 상기 라이시스 패치(PA)와 마찬가지로, 후술할 PCR 공정에서 항상 적용되어야 하는 것은 아니지만 추가적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 공패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 제공되어 있는 물질을 흡수하여 제거하는 용도로 사용될 수도 있고, 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)을 흡수하여 상기 샘플(SA)이 반응할 수 있는 공간을 제공하는 용도로 사용될 수도 있다.
7. 시약의 제공
본 출원에 따른 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 시약(RA)을 제공할 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있고, 접촉에 의해 상기 패치(PA)에 저장되어 있던 시약(RA)을 상기 플레이트(PL)에 제공할 수 있다.
상기 플레이트(PL)에 제공된 시약(RA)의 최종 목적지는 상기 플레이트(PL) 상에 상기 샘플(SA)이 제공된 영역일 수 있다. 상기 샘플(SA)에 시약(RA)을 제공하기 위해, 상기 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)의 샘플(SA)이 제공되어 있는 영역에 접촉할 수 있다.
상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)의 접촉은 해제될 수 있다. 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)의 접촉 해제로 인해, 상기 플레이트(PL)에 제공되던 시약(RA)이 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다.
이하에서는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL) 사이의 접촉 및 접촉 해제에 의해 시약(RA)이 제공되는 개략적인 매커니즘과, 시약(RA)의 제공 방식에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도37은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 패치(PA)에 포함된 시약(RA)(즉, 액상의 물질)이 상기 플레이트(PL)로 이동(move)할 수 있도록 한다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉에 의해, 상기 플레이트(PL) 상에 위치하던 물질이 상기 패치(PA)로 이동하는 것도 가능해질 수 있다. 이러한 패치(PA)의 기능은, 전술한 상기 패치의 전달에서 상세히 기재한 바 있다.
상기 시약(RA)은, 상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 접촉되어 있는 동안 상기 샘플(SA)에 제공될 수 있다.
상기 시약(RA)이 제공되는 동안, 상기 패치(PA)에서 상기 플레이트(PL)로 이동한 일부 시약(RA)은 상기 샘플(SA)과 기준 거리 이하로 가까워 질 수 있고, 상기 샘플(SA)에 상기 시약(RA)과 결합력이 작용하는 일부 물질이 있다면, 상기 시약(RA)의 적어도 일부는 상기 일부 물질과 결합할 수 있다. 일 예로, 상기 패치(PA)에 의해 상기 플레이트(PL)로 이동한 일부 시약(RA)이 프라이머라면, 어닐링 단계에서 상기 프라이머는 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA와 결합할 수 있다.
상기 플레이트로 이동한 시약(RA)은, 상기 샘플(SA)에 특정 환경을 제공할 수 있다. 여기서, 특정 환경이라 함은, pH 조건, 염농도 및/또는 이온 농도일 수 있다. 상기 샘플(SA)에 의해 특정 환경이 제공되는 예로, 완충용액을 포함하는 패치(PA)는, 상기 샘플(SA)에 중합 반응 단계에 적합한 pH를 제공하기 위한 환경을 제공할 수 있다.
도 38은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)와 플레이트(PL)의 분리를 설명하기 위한 도면이다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 해제될 때, 상기 패치(PA)에 의해 상기 플레이트(PL)에 제공되었던 시약(RA)은 상기 패치(PA)로 다시 포획될 수 있다.
상기 패치(PA)에 의해 상기 플레이트(PL)에 제공되었던 상기 시약(RA)을 포함한 액상의 물질은 상기 패치(PA)로 다시 포획될 수 있다. 다시 포획된 액상의 물질은, 상기 패치(PA)에 의해 상기 샘플(SA)에 제공되었던 액상의 물질과 비교하여, 몇몇 물질이 유실된 상태일 수 있다.
예를 들어, 상기 패치(PA)에 프라이머가 포함되어 있는 경우, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(SA)가 접촉하면 상기 프라이머를 포함하는 액상의 물질이 상기 샘플(SA)에 제공될 수 있다. 어닐링 단계가 진행되면, 상기 패치(PA)에 포획된 프라이머 중 일부 프라이머는 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA와 결합할 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 분리되면, 상기 샘플(SA)과 결합된 일부 프라이머를 제외한 액상의 물질이 상기 패치(PA)로 다시 유입될 수 있다. 이 때, 다시 포획된 액상의 물질은, 상기 플레이트(PL)에 제공한 액상의 물질과 비교하여, 몇몇 프라이머가 유실된 상태일 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 해제되면, 상기 패치(PA)에 의해 상기 플레이트(PL)에 제공되던 환경은 차단될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 해제되고 나서도, 상기 패치(PA)는 본래의 기능을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)에 포획된 물질은 상기 패치(PA) 내에서 확산 운동할 수 있다.
도 39는 본 출원의 일 실시예에 따라서, 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 고정되어 있지 않은 경우 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 분리를 설명하기 위한 도면이다.
상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)이 고정되어 있지 않은 경우, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉하면, 상기 샘플(SA)은 상기 패치(PA)로 이동할 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 샘플(SA)을 포획할 수 있다. 상기 패치(PA)에 포획된 샘플(SA)은 상기 패치(PA)에서 유동할 수 있다. 상기 샘플(SA)의 확산 운동으로 인해, 상기 샘플(SA)의 위치는 변경될 수 있다.
상기 패치(PA)에 저장되었던 시약(RA)은 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉에 의해 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 있다. 상기 시약(RA)은 상기 패치(PA)에서 확산할 수 있다.
상기 샘플(SA)은 상기 패치(PA)에 유입되어, PCR 반응이 수행될 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 샘플(SA)을 포획하여 반응 공간을 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 샘플(SA)은, 상기 패치(PA)에 저장되어 있던 시약(RA)과 반응 할 수 있다. 다른 예로, 상기 샘플(SA)은, 상기 샘플(SA)과 함께 흡수된 물질과 반응 할 수 있다. 이 때, 상기 패치(PA)에 저장되어 있던 시약(RA)은 상기 샘플(SA)에 특정 환경을 제공하는 기능을 수행할 수도 있다.
상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)이 고정되어 있지 않은 경우 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 해제되면, 상기 샘플(SA)은 상기 패치(PA)에 포획되어 상기 플레이트(PL)로부터 분리될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 해제되고 나서도, 상기 패치(PA)는 본래의 기능을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 패치(PA)에 포획된 물질은 상기 패치(PA)에서 확산 운동할 수 있다. 따라서, 상기 샘플(SA)은 상기 패치(PA)에서 유동할 수 있고, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 해제된 이후에도 함께 포획된 시약(RA)과 상기 샘플(SA)은 반응할 수 있다.
도 40은 본 출원의 일 실시예에 따라, 매개체를 통해 패치(PA)와 플레이트(PL)가 접촉하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는, 직접 접촉하는 대신, 서로 연결(channeling)하여 주는 별도의 매개체를 이용하여 접촉할 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 매개체를 통해 연결되는 경우에도, 상기 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 시약(RA)을 제공할 수 있다.
상기 매개체는 패치(PA2)일 수 있다. 상기 패치(PA2)는 시약(RA)을 저장하는 패치(PA1)와는 분리되는 별도의 패치(PA)일 수 있다. 이하, 설명의 편의상 매개체로서 기능하는 패치(PA2)를 제2 패치(PA2), 시약을 저장하는 패치(PA1)를 제1 패치(PA1)로 정의한다.
상기 매개체는 PCR 공정 상에서 상기 샘플(SA)에 제공될 수 있도록 구현된 매체일 수 있다. 상기 매체는 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA) 사이에 제공되어, 상기 패치(PA)로부터 습윤 환경을 제공받을 수 있다. 상기 매체에 보관되어 있던 시약(RA)은 상기 플레이트(PL)로 이동될 수 있다.
상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 '접촉'한다는 것의 의미는, 별도의 언급이 없는 한, 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 직접 접촉하는 것 및 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 매개체를 이용하여 접촉하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의한다.
상기 제1 패치(PA1)가 상기 제2 패치(PA2)를 통하여 상기 플레이트(PL)에 접촉하면, 상기 제1 패치(PA1)에 저장된 시약(RA)은 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 있다. 이는, 상기 제1 패치(PA1)와 상기 제2 패치(PA2)의 접촉을 통해, 상기 제1 패치(PA1)에 포함된 물질이 상기 제2 패치(PA2)로 이동할 수 있고, 상기 제2 패치(PA2)와 상기 플레이트(PL)의 접촉을 통해 상기 제2 패치(PA2)에 포함된 물질이 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 있는 기능에 기인한 것이다.
상기 제1 패치(PA1), 상기 제2 패치(PA2) 및 상기 플레이트(PL)의 접촉으로 상기 물질이 이동 가능한 영역이 확장되면, 전술한 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 직접 접촉하는 경우와 유사한 기능이 수행될 수 있다.
도 41 및 42는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)와 플레이트(PL)의 매개체를 통한 접촉이 해제되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
전술한 매개체를 이용한 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 매개체와 플레이트(PL)의 접촉을 해제함으로써, 분리될 수 있다.
상기 매개체가 패치인 경우, 상기 제2 패치(PA2)와 플레이트(PL)의 접촉을 해제하여 상기 제1 패치(PA1)가 상기 플레이트(PL)와 분리되면, 상기 샘플(SA) 에 제공되었던 시약이 다시 상기 제1 패치 및 상기 제2 패치로 흡수될 수 있다.
또한, 상기 제1 패치(PA1)에 저장되어 있는 시약(RA)은 더 이상 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 없게 된다.
실질적으로, 매개체를 이용하여 플레이트(PL)와 샘플(SA)이 접촉되고, 매개체를 제거함으로써 플레이트(PL)와 샘플(SA)이 분리되는 경우, 샘플(SA)과 플레이트(PL)가 직접 접촉되고 분리되는 경우와 유사한 기능이 수행될 수 있다.
상기 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉의 '해제'는, 별도의 언급이 없는 한, 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)의 직접 접촉의 해제 및 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)의 매개체를 이용한 접촉의 해제를 모두 포함하는 것으로 정의한다. 또한, 접촉의 분리는, 전술한 접촉의 해제와 혼동하여 사용될 수 있다.
전술한 매개체를 이용한 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 매개체와 패치(PA)의 접촉을 해제함으로써, 분리될 수 있다. 이경우, 상기 매개체는 상기 플레이트(PL)와의 접촉이 유지될 수 있다.
상기 매개체가 패치인 경우, 상기 제1 패치(PA1)와 제2 패치(PA2)의 접촉을 해제하여 상기 제1 패치(PA1)가 상기 플레이트(PL)와 분리되면, 상기 제1 패치(PA1)에 저장되어 있는 시약(RA)은 더 이상 상기 제2 패치(PA2) 또는 플레이트(PL)로 이동할 수 없게 된다. 다만, 상기 제2 패치(PA2)와 상기 플레이트(PL)는 접촉이 유지되어, 상기 제2 패치(PA2)에 저장되어 있는 시약(RA)은 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 있다.
상기 제1 패치(PA1)와 상기 제2 패치(PA2)가 분리되는 경우, 상기 제2 패치(PA2)에 일정 범위의 액상의 물질이 남아있게 된다. 또한, 상기 제2 패치(PA2)에는, 상기 제1 패치(PA1)와 상기 제2 패치(PA2)의 접촉을 통해 이동된 일부 시약(RA)이 포획되어 있을 수 있다.
그 결과, 상기 제1 패치(PA1)와 상기 플레이트(PL)가 분리된 경우에도, 상기 제1 패치(PA1)에 저장되어 있던 시약(RA)의 일부가 상기 샘플(SA)에 제공될 수 있다. 이는 전술한 플레이트(PL)에 패치(PA)가 직접 접촉하는 경우 및 매개체를 이용하여 접촉하고 매개체를 제거하여 분리하는 경우와 상이한 효과를 발휘할 수 있다. 일 예로, 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉을 위해 이용되는 패치(PA)는, 시약(RA)을 제공하는 패치(PA)가 상기 접촉을 위해 이용되는 패치(PA)로부터 분리된 이후에도, 샘플(SA)에 시약(RA)을 계속적으로 제공할 수 있는 이점이 있을 수 있다.
매개체를 이용하여 플레이트(PL)와 패치(PA)를 접촉시키는 경우에서도, 고정되지 않은 샘플(SA)이 패치(PA)로 유입될 수 있다. 이러한 과정이 당업자에게 쉽게 이해될 수 있을 것이나, 매개체와 패치(PA)를 분리하는 경우, 패치(PA)와 함께 일부 샘플(SA)이 분리되어, 미량의 샘플(SA)이 유실될 수 있는 단점이 있어 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
지금까지, 샘플(SA)에 시약(RA)을 제공하기 위한 플레이트(PL)와 패치(PA)의 접촉에 대해서 다양한 실시예를 들어 설명한 바 있다. 이하에서는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 시점 및 횟수에 대해서 보다 더 상세히 설명하기로 한다.
다만, 이하에서는, 별도의 언급이 없는 한, 상기 플레이트(PL)와 패치(PA)의 접촉은, 전술한 다양한 실시예를 모두 포함하는 것으로 정의한다.
도 43은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉 구간을 설명하기 위한 도면이다.
도43(a)를 참조하면, 상기 패치(PA)는 시약(RA)의 제공이 필요한 구간에서 상기 플레이트(PL)와 접촉되어 있을 수 있다. 통상적으로 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉에 의해, 상기 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 시약(RA)을 제공할 수 있다.
상기 패치(PA)는 시약(RA)의 제공이 필요한 구간 이전에 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있고, 시약(RA)의 제공이 필요한 구간 이후에 상기 플레이트(PL)와의 접촉을 분리할 수 있다.
도43(b)를 참조하면, 상기 패치(PA)는 시약(RA)의 제공이 필요한 구간 중 일부 구간에서 상기 플레이트(PL)와 접촉되어 있을 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉되어 있는 동안에 시약(RA)이 제공되는 점에 착안하여, 상기 패치(PA)에 제공되는 시약(RA)의 양을 조절하기위해, 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)의 접촉 시기를 조절할 수 있다.
상기 패치(PA)는 시약(RA)의 제공이 필요한 구간 중 임의의 시점에 상기 플레이트(PL)와 접촉할 수 있고, 상기 시약(RA)의 제공이 필요한 구간 중 임의의 시점에 상기 플레이트(PL)와의 접촉을 분리할 수 있다.
도43(c)를 참조하면, 상기 패치(PA)는 시약(RA)의 제공이 필요한 구간에서 상기 플레이트(PL)와 접촉되어 있지 않을 수 있다.
상기 패치(PA)는 상기 시약(RA)이 필요한 구간 이전에 접촉되었다가 분리될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 분리된 이후에도 시약(RA)의 제공이 유지될 수 있는 경우에는, 상기 시약(RA)의 제공이 필요한 구간에 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 분리되어 있을 수도 있다.
일 예로, 매개체(즉, 패치(PA))를 이용하여 접촉하고, 상기 매개체와 상기 패치(PA)의 접촉 분리를 통해 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 분리되는 경우, 상기 시약(RA)의 제공이 유지될 수 있다. 다른 예로, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉하고 상기 샘플(SA)이 상기 패치(PA)로 유입되는 경우, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 분리되더라도 시약(RA)의 제공이 유지될 수 있다.
상기 패치(PA)는 상기 시약(RA)이 필요한 구간 이전에 상기 플레이트(PL)와 접촉되었다가, 상기 시약(RA)이 필요한 구간의 임의의 시점에 상기 플레이트(PL)와 분리되더라도, 상기 시약(RA)이 필요한 구간에서 상기 샘플(SA)에 시약이 제공될 수 있다.
도 44는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉 횟수를 설명하기 위한 도면이다.
도44(a)를 참조하면, 상기 패치(PA)를 이용한 공정에 있어서 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 시약(RA)의 제공을 위해 한번 접촉할 수 있다. 이는, 상기 패치(PA)를 이용하여 DNA 증폭 공정을 진행하는 경우, 열변성 단계, 어닐링 단계 및 중합 반응 단계가 진행되는 동안, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 한번 접촉할 수 있다는 의미일 수 있다.
시약(RA)의 제공을 위해 한번 접촉하는 것은, 불필요한 접촉 및 분리를 생략함으로써 공정 절차가 단조로워진다는 이점이 있다. 일 예로, 상기 올인원 패치(PA)를 이용한 PCR 공정의 경우, 상기 올인원 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 접촉시킨 후 온도를 조절하여 DNA를 증폭하고, DNA 증폭이 완료된 후 상기 올인원 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 분리하는 형태로 수행될 수 있다.
도 44(b)를 참조하면, 상기 패치(PA)를 이용한 공정에 있어서, 시약(RA)의 제공을 위해 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 복수회 접촉할 수 있다. 일 예로, 상기 패치(PA)가 어닐링 단계에서 이용되는 프라이머 및 중합 반응 단계에서 이용되는 DNA 중합효소를 포함하는 경우, 상기 어닐링 단계에서 적어도 일회, 상기 중합 반응 단계에서 적어도 일회 접촉할 수 있다. 다른 예로, 상기 패치(PA)는 상기 어닐링 단계에서 복수회 접촉할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 패치(PA)는 상기 중합 반응 단계에서 복수회 접촉할 수 있다. 시약(RA)의 제공을 위해 복수회 접촉하는 것은, 상기 패치(PA)의 변성을 방지하는 효과가 유발될 수 있다.
일 예로, 시약(RA)이 제공되지 않아도 되는 시점에 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 분리하여, 상기 패치(PA)에 있는 시약(RA)이 상기 플레이트(PL)에 의해 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 이를 통해, 상기 플레이트(PL)에 의해 상기 패치(PA)가 가열되거나, 냉각되거나, 또는 다른 물질을 저장하게 되는 것을 저지할 수 있다. 이와 관련하여, 이하에서 설명할 제6 실시예에서 보다 구체적으로 개시한다.
도 45는 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.
도 45(a)를 참조하면, 패치(PA)를 이용한 공정을 수행함에 있어 복수의 패치(PA)를 사용하여 상기 플레이트(PL)에 시약(RA)을 제공하는 경우, 하나의 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 접촉하여 시약(RA)을 제공하고, 상기 하나의 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)로부터 분리된 이후 다른 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있다.
상기 하나의 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 분리된 이후 상기 다른 패치(PA)에 의해 시약(RA)이 제공되는 경우, 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)은 상기 다른 패치(PA)에 포획되어 있는 시약(RA)을 제공받을 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 분리되면 시약(RA)의 제공이 종료되는 경우(예를 들어, 상기 패치(PA)와 샘플(SA)이 고정된 플레이트(PL)가 매개체를 통하지 않고 접촉하고 분리되는 경우), 상기 하나의 패치(PA)에 포획되어 있는 시약(RA)은 상기 패치(PA)로 이동할 수 없다. 즉, 상기 샘플(SA)이 제공받는 시약(RA)은 접촉되어 있는 상기 다른 패치(PA)에 포획된 시약(RA)에 한정될 수 있다. 이로써, 분리된 패치(PA)에 포함된 시약(RA)의 일부 물질 및 이후 접촉된 다른 패치(PA)에 포함된 시약(RA)의 일부 물질이 결합되는 것을 방지할 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 분리되더라도 시약(RA)의 제공이 종료되지 않는 경우(예를 들어, 상기 패치(PA)가 플레이트(PL)에 위치된 매개체와 접촉하고 분리되는 경우), 상기 패치(PA)는 분리된 패치(PA)에 포획되어 있던 일부 시약(RA)도 제공받을 수 있다. 이로써, 이하에서 설명할, 복수의 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 일정 구간 동시에 제공되는 경우와 유사한 기능이 수행될 수 있다.
도 45(b)를 참조하면, 패치(PA)를 이용한 PCR공정을 수행함에 있어, 복수의 패치(PA)를 사용하여 상기 플레이트(PL)에 시약(RA)을 제공하는 경우, 하나의 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 접촉하여 시약(RA)을 제공하는 동안(즉, 상기 하나의 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 분리되기 이전에) 다른 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있다.
상기 플레이트(PL)는 일정 시점에, 복수의 패치(PA)와 동시에 접촉되어 있을 수 있다.
상기 복수의 패치(PA)의 동시 접촉은, 상기 플레이트(PL)와 상기 제1 패치(PA)의 직접 접촉 및 상기 플레이트(PL)와 상기 제2 패치(PA)의 직접 접촉에 의해 수행될 수 있다. 여기서 직접 접촉이라 함은, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 다른 매개체 없이 접촉되는 것을 의미할 수 있다.
또는, 상기 복수의 패치(PA)의 동시 접촉은, 상기 플레이트(PL)에 대한 상기 제1 패치(PA)의 직접 접촉 및 상기 제2 패치(PA)의 간접 접촉에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 간접 접촉이라 함은, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 매개체를 통해 접촉되는 것을 의미하고, 상기 제2 패치(PA)가 상기 제1 패치(PA)에 접촉함으로써 상기 제2 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 상기 플레이트(PL)로 제공 가능한 접촉을 의미할 수 있다.
상기 다른 패치(PA)에 포획된 시약(RA)이 상기 샘플(SA)에 제공되는 경우, 먼저 접촉된 패치(PA)에 포획된 시약(RA)이 함께 제공될 필요가 있을 수 있다. 이 경우, 전술한 공정 방법은 보다 효율적으로 이용될 수 있다.
일 예로, 제1 패치(PA)에 프라이머 및 조효소가 포함되고, 제2 패치(PA)에 dNTP, DNA중합효소 및 완충용액이 포함될 수 있다. 상기 제1 패치(PA)와 제2 패치(PA)가 PCR 공정에 이용되는 경우, 중합 반응 단계에서 제1 패치(PA)에 포함된 시약(RA) 및 제2 패치(PA)에 포함된 시약(RA)이 함께 제공될 필요가 있고, 이 때 전술한 방법이 적용될 수 있다.
복수의 패치(PA)에 의해 시약(RA)이 제공되는 공정에서도, 상기 복수의 패치(PA) 중 적어도 일부 패치는, 상기 플레이트(PL)와 복수회 접촉할 수 있다. 이는, 상기 하나의 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)와 복수회 접촉하는 것과 유사하게 수행될 수 있어 자세한 기재는 생략하기로 한다.
이하에서는, 별도의 언급이 없는 한, 상기 패치와 플레이트가 직접 접촉하고, 상기 샘플은 상기 플레이트에 고정되어 있는 것으로 가정하여 설명한다. 다만, 상기 패치와 상기 플레이트가 간접 접촉을 하는 경우 및/또는 상기 샘플이 상기 플레이트에 고정되어 있지 않는 경우에도, 개시되는 발명의 상세한 설명을 토대로 쉽게 적용할 수 있을 것이다.
8. 온도의 조절
본 출원에 따른 패치(PA)는 PCR 공정에 이용될 수 있다. PCR 공정의 각 단계에서는 상기 샘플(SA)의 온도가 적절한 온도로 유지되는 것이 요구된다. 상기 샘플(SA)의 온도는 상기 열변성 온도, 어닐링 온도 또는 중합 반응 온도로 유지될 수 있다.
상기 샘플(SA)의 온도를 적정 온도 조건으로 조절하기 위해, 상기 플레이트(PL)를 가열하거나 냉각시키거나 또는 목적 온도를 유지하도록 할 수 있다. 또는, 상기 샘플(SA)의 온도를 적정 온도 조건으로 조절하기 위해, 상기 패치(PA)를 가열하거나 냉각시키거나 또는 목적 온도를 유지하도록 할 수 있다. 또는, 상기 샘플(SA)의 온도를 적정 온도 조건으로 조절하기 위해, 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)를 모두 가열하거나 냉각시키거나 또는 목적 온도를 유지하도록 할 수 있다.
상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 접촉되어 있는 경우에, 상기 플레이트(PL)의 온도를 조절하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 분리되어 있는 경우에도, 상기 플레이트(PL)의 온도를 조절하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절할 수 있다.
다만, 상기 패치(PA)의 온도를 조절하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하는 경우에는, 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 접촉되어 있는 경우에 상기 패치(PA)의 온도를 조절하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하는 것은 가능하지만, 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)가 분리되어 있는 경우에는 상기 패치(PA)의 온도를 조절하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절할 수 없다. 열평형 현상이 두 물체간의 접촉에 의해 열 이동이 유발되는 현상인 것을 고려할 때, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 분리되어 있는 경우에는, 상기 패치(PA)의 온도를 조절하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절할 수 없을 것이다.
상기 패치(PA) 및 상기 플레이트(PL)의 온도를 제어하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절할 수 있다. 상기 패치(PA) 및 상기 플레이트(PL)의 온도를 제어하는 경우, 어느 하나의 엔터티의 온도를 제어하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하는 경우에 비해 신속한 온도 조절이 가능해 질 수 있다.
도 46은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉 시점을 단계와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 46(a)를 참조하면, 상기 패치(PA)는 DNA 증폭 공정 시작 이전에 상기 플레이트(PL)에 접촉되어, DNA 증폭 공정이 종료될 때까지 상기 플레이트(PL)와의 접촉을 유지할 수 있다. 이는, 가장 간단한 공정 절차를 통해 PCR 공정을 수행할 수 있다는 이점이 있다.
다만, 상기 열변성 단계의 온도가 약 95℃인 것을 고려할 때, 상기 패치(PA)의 열변성 여부가 문제될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 패치(PA)가 열에 변형되는 소재로 구현되었다면, 상기 패치(PA)의 변성을 방지하기 위해, 상기 패치(PA)는 상기 열변성 단계에서 상기 샘플(SA)과 분리되어 있는 것이 바람직할 것으로 이해된다. 이러한 점을 고려하여, 상기 패치(PA)와 샘플(SA)의 접촉 시점 및/또는 상기 접촉의 분리 시점이 결정될 수 있다.
이와 관련하여서는 이후 설명할 제6 실시예에서 보다 더 구체적으로 설명한다.
도 46(b)를 참조하면, 상기 패치(PA)는 온도 조절 구간에서 상기 샘플(SA)에 접촉할 수 있다.
이하에서는, 온도 조절 구간을, 열변성 단계 이전에 가열에 의해 샘플(SA)의 온도가 변경되는 구간, 어닐링 단계 이전에 냉각에 의해 샘플(SA)의 온도가 변경되는 구간 및 중합 반응 단계 이전에 가열에 의해 샘플(SA)의 온도가 변경되는 구간으로 정의한다.
상기 패치(PA)가 상기 샘플(SA)의 온도 조절 구간에 상기 플레이트(PL)와 접촉하면, 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)의 온도가 열평형에 의해 유사해져, 상기 패치(PA)와 상기 샘플(SA)사이의 온도 차이로 인해 상기 온도 유지 구간에서 샘플(SA)의 온도가 급격하게 변경되는 것을 저지할 수 있다. 따라서, 상기 패치(PA)가 상기 샘플(SA)에 상기 온도 조절 구간에 접촉하는 경우에는, 보다 안정적인 PCR 공정의 수행이 가능할 수 있다.
상기 패치(PA)는 온도 조절 구간에서 상기 샘플(SA)과 분리될 수 있다. 온도 조절 구간에서는 상기 샘플(SA)의 온도가 가열되거나 냉각될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 급격한 온도 변화로 인해 시약(RA)이 변성되는 것을 방지하기 위해, 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)는 온도 조절 구간에서 분리될 수 있다.
도 46(c)를 참조하면, 상기 패치(PA)는 온도 유지 구간에서 상기 샘플(SA)에 접촉할 수 있다.
이하에서는, 온도 유지 구간이라 함은, 상기 샘플(SA)의 온도가 열변성 온도로 유지되는 구간, 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 유지되는 구간 및 상기 샘플(SA)의 온도가 중합 반응 온도로 유지되는 구간으로 정의한다.
상기 패치(PA)가 상기 샘플(SA)의 온도 유지 구간에 상기 플레이트(PL)와 접촉하면, 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)의 온도가 상이하여, 적정 온도로 조절된 샘플(SA)의 온도가 변경될 수 있다. 이는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 이전에 상기 패치(PA)의 온도를 가열하거나 냉각시키는 방법 등을 통하여 개선할 수 있다. 이와 관련된 보다 상세한 설명은 제8 실시예에서 개시하기로 한다.
상기 패치(PA)는 온도 유지 구간에서 상기 샘플(SA)과 분리될 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉에 의해, 상기 샘플(SA)에 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 제공됨을 고려할 때, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉을 해제하여, 상기 샘플(SA)에 제공되는 시약(RA)을 차단할 수 있다. 이러한 기능은, 특히, 중합 반응 단계에서 증폭되는 DNA의 길이를 조절하기 위해 적용될 수 있다.
전술한 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉 및 분리는 서로 독립적일 수 있다. 일예로, 상기 패치(PA)는, 온도 조절 구간에 상기 플레이트(PL)에 접촉되고, 온도 조절 구간에 상기 플레이트(PL)로부터 분리될 수 있다. 다른 예로, 상기 패치(PA)는, 온도 유지 구간에 상기 플레이트(PL)에 접촉되고, 온도 유지 구간에 상기 플레이트(PL)로부터 분리될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 패치(PA)는, 온도 조절 구간에 상기 패치(PA)에 접촉되고, 온도 유지 구간에 상기 패치(PA)로부터 분리될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 패치(PA)는, 온도 유지 구간에 상기 패치(PA)에 접촉되고, 온도 조절 구간에 상기 패치(PA)로부터 분리될 수 있다.
이해를 돕기 위해, 샘플(SA)의 온도 및 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉과 관련된, PCR 공정에 대한 몇몇 실시예를 개시한다. 다만, 본 출원의 권리범위는 개시된 실시예에 한정되지 않는다
설명에 앞서, 상기 패치(PA)는 상기 올인원 패치(즉, dNTP, DNA 중합효소, 프라이머, 완충용액 및 조효소를 포함한 패치)인 것으로 가정하기로 한다.
일 예로, 상기 패치(PA)는 DNA 증폭 공정 동안 상기 플레이트(PL)에 접촉되어 있을 수 있다. 상기 열변성 온도로 조절되는 구간 또는 상기 열변성 온도로 유지되는 구간에서 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 접촉될 수 있다. 상기 접촉에 의해 상기 플레이트(PL)에는 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 제공될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 열변성 온도, 어닐링 온도 및 중합 반응 온도로 순차적으로 조절될 수 있다. 상기 온도의 조절은 패치(PA)의 온도 조절 및/또는 플레이트(PL)의 온도 조절에 의해 수행될 수 있다. 상기 패치(PA)는, 상기 중합 반응 온도로 유지되는 구간 또는 다른 사이클의 열변성 단계로 조절되는 구간에서, 상기 플레이트(PL)와 분리될 수 있다.
다른 예로, 상기 패치(PA)는 어닐링 단계 및 중합 반응 단계 동안에 상기 플레이트(PL)에 접촉되어 있을 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 샘플(SA)의 온도가 상기 어닐링 온도로 조절되는 구간에서 상기 플레이트(PL)에 접촉될 수 있다. 상기 플레이트(PL)에는 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 상기 접촉에 의해 제공될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 어닐링 온도로 유지되다가 중합 반응 온도로 조절되어 유지될 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 샘플(SA)의 온도가 중합 반응 온도에서 상기 열변성 온도로 다시 조절되는 구간에서 상기 플레이트(PL)와 분리될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 패치(PA)는 어닐링 단계 및 중합 반응 단계에서 상기 플레이트(PL)에 접촉 될 수 있다. 또한, 1사이클의 PCR 공정에 있어서 상기 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 복수회 접촉할 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 유지되는 구간에서 상기 플레이트(PL)에 접촉될 수 있다. 상기 플레이트(PL)에는 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 상기 접촉에 의해 제공될 수 있다. 또한, 상기 패치(PA)는 상기 샘플(SA)의 온도가 상기 어닐링 온도로 유지되는 구간에서 임의의 구간 동안 상기 플레이트(PL)에 접촉되어 있다가 분리될 수 있다. 상기 플레이트(PL)에 제공되던 시약(RA)이 상기 분리에 의해 차단될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 중합 반응 온도로 조절되어 유지될 수 있다. 상기 패치(PA)는 상기 중합반응 온도가 유지되는 구간에서 상기 플레이트(PL)에 접촉하였다가 분리될 수 있다. 본 접촉에 의해서도 마찬가지로 상기 플레이트(PL)에는 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 제공될 수 있다.
복수의 패치(PA)를 이용한 PCR 공정에서도, 전술한 공정이 유사하게 적용될 수 있다.
상기 복수의 패치(PA)를 이용한 PCR 공정은, 복수개의 상기 하나의 패치(PA)가 이용되는 PCR 공정임을 고려할 때, 상기 복수의 패치(PA) 중 하나이상의 패치(PA)는, 상기 온도 조절 구간에 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있고, 또는, 상기 온도 유지 구간에 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있다. 또한, 상기 복수의 패치(PA) 중 하나이상의 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 온도 조절 구간에 분리될 수 있고, 또는, 상기 온도 유지 구간에 분리될 수 있다.
상기 복수의 패치(PA) 중 하나이상의 패치(PA)는 서로 독립적이다. 다시 말해, 제1 패치의 접촉 및 분리는 제2 패치의 접촉 및 분리의 가부에 영향을 주지 않는다.
상기 복수의 패치(PA)는, 일정기간 함께 플레이트(PL)와 접촉하는 것도 가능할 수 있다.
이하에서는, 1사이클의 공정에 있어서, 복수의 패치(PA)가 플레이트(PL)에 접촉되는 것에 대해, 하나의 패치(PA)가 플레이트(PL)에 접촉되는 것과의 차이점에 대하여 설명한다.
이해를 돕기위해, 샘플(SA)의 온도 및 상기 복수의 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉과 관련된 PCR 공정에 대한 몇몇 실시예를 개시하지만, 본 출원의 권리범위는 개시된 실시예에 한정되지 않는다
설명에 앞서, 상기 복수의 패치는 제1 패치(PA) 및 제2 패치(PA)를 포함하는 것으로 가정한다. 또한, 상기 제1 패치(PA)는 프라이머를 포함하고, 상기 제2 패치(PA)는 dNTP, DNA 중합효소, 완충용액 및 조효소를 포함하는 것으로 가정하기로 한다.
도 47은 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉 시점을 단계와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 47(a)를 참조하면, 상기 제1 패치(PA)는 어닐링 온도로 조절되는 구간에 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있다. 상기 샘플(SA)은 상기 제1 패치(PA)에 저장된 시약(RA)을 상기 접촉에 의해 공급받을 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 어닐링 온도로 일정시간 유지될 수 있다. 상기 어닐링 온도가 상기 중합반응 온도로 조절되는 구간에서, 상기 제1 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)와 분리되고 상기 제2 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)와 접촉할 수 있다. 상기 접촉에 의해 상기 플레이트(PL)는 상기 제2 패치(PA)에 저장된 시약(RA)을 공급받을 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 중합 반응 온도로 일정 시간 유지될 수 있다. 일정 시간이 지난 후 상기 제2 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)와 분리될 수 있다.
도 47(b)를 참조하면, 상기 제1 패치(PA)는 어닐링 온도로 유지되는 구간에 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있다. 상기 접촉에 의해 상기 샘플(SA)은 상기 제1 패치(PA)에 저장된 시약(RA)을 공급받을 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 어닐링 온도로 일정시간 유지되고 나서, 상기 중합 반응 온도로 조절될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도가 중합 반응 온도로 유지되는 동안, 상기 제2 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 제1 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 접촉되어 있는 상태일 수 있다. 상기 샘플(SA)은 상기 제2 패치(PA)에 저장된 시약(RA)을 공급받을 수 있다. 상기 제1 패치(PA)에 저장된 시약(RA)도 상기 샘플(SA)로 제공될 수 있다. 상기 제1 패치(PA)와 상기 제2 패치(PA)는 임의의 시점에 상기 플레이트(PL)로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 임의의 시점은 상기 샘플(SA)의 온도가 상기 중합 반응 온도로 유지되는 구간일 수 있고, 상기 중합 반응 온도가 다음 사이클의 열변성 온도로 조절되는 구간일 수 있다.
온도의 조절에서 개시되어 있는 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉에는, 시약(RA)의 제공에서 상세히 설명된 접촉 방법, 시기 및 횟수가 적용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 몇몇 실시예에 있어서, 1사이클의 PCR 공정에서 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 복수회 접촉할 수 있다.
9. 샘플 분석
PCR 공정이 수행된 샘플(SA)의 분석을 위해, 상기 샘플(SA)의 이미지가 획득될 수 있다. 상기 샘플(SA)은 DNA가 증폭된 상태일 수 있다.
상기 이미지는, 광원을 통해 조사된 빛이 샘플(SA)을 투과하여 방출되는 광선을 결상시킴으로써, 획득될 수 있다. 즉, 본 출원에 따른 패치(PA)를 이용한 PCR 공정을 통해 증폭된 샘플(SA)을 대상으로 투과광을 획득할 수 있다.
전술한 과정을 통해 상기 샘플(SA)에 대한 통상의 이미지를 획득할 수 있다. 일 예로, 상기 PCR 공정을 거친 샘플(SA)은 가시광 이미지가 획득될 수 있다.
상기 샘플(SA)에 포함된 DNA의 형광 이미지가 획득될 수 있다. 상기 형광 이미지는 광원으로부터 조사되는 광의 파장대를 달리함으로써 획득될 수 있다. 상기 형광 이미지는 상기 샘플(SA)을 투과한 광을 선택적으로 검출함으로써 획득될 수 있다.
상기 DNA가 형광 이미지에 의해 검출되도록 하기 위해서는, 형광 물질이 결합된 프라이머를 사용할 수 있다. 상기 프라이머는 PCR 공정을 통해 DNA와 결합할 수 있고, 증폭된 DNA는 상기 프라이머와 결합된 형광 물질에 의해 형광을 띨 수 있다.
상기 형광 물질은, 필요에 따라, 발색을 차단하는 차단 물질이 결합되어 있는 형태로 제공될 수 있다. 상기 형광 물질은, 형광 발색을 차단하기 위한 물질과 결합되어, 상기 샘플(SA)과 상기 프라이머가 결합되는 경우에 발광하도록 설계되어 있을 수 있다.
상기 증폭된 DNA의 형광 이미지를 획득하는 방법 이외에도, 형광 방출량을 측정하는 방법이 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 형광 방출량의 증가량을 분석하여 DNA의 정량 분석을 진행할 수도 있다.
도 48 및 도 49는 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플(SA)의 이미지를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 48을 참조하면, 상기 샘플(SA)의 이미지는 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)가 접촉되지 않은 상태에서 획득될 수 있다.
상기 샘플(SA)의 이미지를 획득하기 위해, 상기 플레이트(PL)의 적어도 일부 영역의 이미지가 획득될 수 있다. 상기 플레이트(PL)를 투과하여 나온 광선을 통해 투과광이 획득될 수 있다.
상기 샘플(SA)과 상기 플레이트(PL)는 상기 샘플(SA)의 이미지 획득 이전에 분리될 수 있다. 상기 샘플(SA)과 상기 플레이트(PL)의 접촉이 분리되면, 상기 플레이트(PL)에 제공되어 있던 샘플(SA) 및 상기 샘플(SA)과 결합한 일부 시약(RA)을 제외한 나머지 시약(RA)은 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다. 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)은 고정되어 있을 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 분리되면, 상기 이미지 획득을 위한 광선의 경로에서 상기 패치(PA)가 제거될 수 있다. 따라서, 상기 패치(PA)를 투과하면서 빛이 산란될 수 있는 문제가 해결될 수 있다. 그 결과, 상기 샘플(SA)에 대해 보다 선명한 이미지의 획득이 가능해 진다.
도 49를 참조하면, 상기 샘플(SA)의 이미지는 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)가 접촉되어 있는 상태에서 획득될 수 있다.
상기 샘플(SA)의 이미지를 획득하기 위해, 상기 플레이트(PL)의 적어도 일부 영역의 이미지가 획득될 수 있다. 상기 플레이트(PL)를 투과하여 나온 광선을 통해 투과광이 획득될 수 있다. 상기 플레이트(PL)를 투과하여 나온 광선은 상기 플레이트(PL)와 접촉되어 있는 패치(PA)를 투과할 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉되어 있는 상태로 이미지를 획득하는 것은, 상기 플레이트(PL)에 샘플(SA)이 고정되어 있는 경우 및 상기 플레이트(PL)에 샘플(SA)이 고정되어 있지 않아 상기 샘플(SA)이 상기 패치(PA)로 흡수되는 경우에도 수행될 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉하면, 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 상기 샘플(SA)로 이동할 수 있다. 따라서, 상기 상기 샘플(SA)이 반응하고 있는 동안에도 상기 샘플(SA)의 이미지를 획득하는 것이 가능해 질 수 있다.
상기 샘플(SA)과 상기 플레이트(PL)가 접촉한 상태에서 상기 샘플(SA)의 이미지를 획득하는 것은, 상기 샘플(SA)에 대한 실시간 분석을 수행할 때 보다 적합하게 적용될 수 있다.
필요에 따라, 상기 샘플(SA)의 이미지를 획득하기 위해, 상기 패치(PA)의 적어도 일부 영역의 이미지가 획득될 수 있다. 즉, 상기 플레이트(PL)를 투과하지 않은 광선이 상기 패치(PA)를 투과하도록 설계하여, 상기 패치(PA)를 투과하여 나온 광선을 통해 투과광이 획득될 수 있다.
도 50 및 도 51은 본 출원의 일 실시예에 따른 샘플(SA)에 대한 이미지를 획득하는 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 50을 참조하면, 1사이클의 PCR 공정이 복수의 횟수 수행된 샘플(SA)을 대상으로 이미지가 획득될 수 있다. 일 예로, 목적하는 PCR 공정이 완료된 샘플(SA)에 대한 이미지가 획득될 수 있다.
상기 이미지는 상기 PCR 공정 중 어느 일 시점에 획득될 수 있다. 샘플(SA)의 시간에 따른 변화를 측정하기 위한 이미지가 아니라, 어느 일 시점에 검출되는 샘플(SA)의 증폭된 표적 DNA를 분석하기 위한 단발적인 이미지가 획득될 수 있다.
1사이클의 PCR 공정이 복수의 횟수 수행된 샘플(SA)을 대상으로 하는 이미지의 획득은, 상기 표적 DNA의 증폭이 수회 이루어진 샘플(SA)을 분석 대상으로 하여, 표적 DNA의 유무를 판단할 때 보다 효과적으로 적용될 수 있다.
도 51을 참조하면, 상기 샘플(SA)의 이미지는 1사이클 동안 계속적으로 획득될 수 있다. 또는, 상기 샘플(SA)의 이미지는 1사이클의 PCR 공정이 진행되는 어느 일 시점에 획득될 수 있다. 또는, 상기 샘플(SA)의 이미지는 1사이클의 PCR 공정이 완료되는 시점에 획득될 수 있다. 또는, 상기 샘플(SA)의 이미지는 1사이클의 PCR 공정이 진행되는 복수의 시점에 획득될 수도 있다.
상기 샘플(SA)은 일정 주기를 가지며 이미지가 획득될 수 있다. 상기 일정 주기를 갖는 복수의 이미지를 비교하여, 표적 DNA의 증폭을 실시간으로 확인 할 수 있는 Real-time PCR 공정과 유사한 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 이전 획득 이미지와 이후 획득 이미지의 DNA 형광량 및 DNA 형광량 증가율을 비교하여, 보다 정확한 진단이 가능해지는 이점이 있다.
10. 진단 장치
도 52는 본 출원의 일 실시예에 따른 진단 장치의 블록 구성도 이다.
본 출원에 따르는 진단 장치는 상대적위치조절부(100), 온도조절부(200) 및 이미지획득부(300)로 구성될 수 있다. 본 출원에 따른 진단 장치는 더 많은 구성요소를 포함하거나 더 적은 구성요소를 포함할 수 있다.
상기 상대적위치조절부(100)는 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 상대 이동 시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 상대적위치조절부(100)는 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 수평방향 및/또는 수직방향으로 상대 이동 시킬 수 있다.
상기 수평 방향은 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)가 접촉하는 일면과 평행하는 방향을 의미할 수 있다. 상기 수직 방향은 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)가 접촉하는 일면과 수직하는 방향을 의미할 수 있다.
도 53은 본 출원의 일 실시예에 따른 상대적위치조절부(100)의 상대 이동 동작에 의하여 진단 장치의 구조가 이동되는 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 53(a)를 참조하면, 상기 상대적위치조절부(100)는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 수평방향으로 상대 이동 시켜, 상기 플레이트(PL) 상의 상기 패치(PA)의 상대적 위치를 변경시킬 수 있다.
또한, 상대적위치조절부(100)는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 수평방향으로 상대 이동 시켜, 상기 샘플(SA)에 접촉가능하도록 배치되는 패치(PA)를 변경하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 샘플(SA)에 접촉가능하도록 위치되는 패치(PA)를 변경하는 것은, 상기 샘플(SA)에 다른 패치(PA)로부터 제공되는 액상의 물질이 전달되는 것이 가능하도록 할 수 있다.
도 53(b)를 참조하면, 상기 상대적위치조절부(100)는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 수직방향으로 상대 이동 시켜, 상기 플레이트(PL)와 상기 샘플(SA)의 접촉 여부를 제어할 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 샘플(SA)을 접촉시키는 것은 상기 패치(PA)에 포획된 물질이 상기 샘플(SA)로 전달되는데 관여할 수 있다.
상기 상대적위치조절부(100)는 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 수평 방향으로 상대 이동 시키기 위한 동력원 및 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 수직 방향으로 상대 이동 시키기 위한 동력원을 별도로 구비할 수 있다. 또는 상기 상대적위치조절부(100)는 단일 동력원을 이용하여 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)를 수평 및/또는 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 온도조절부(200)는 온도를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 온도조절부(200)는 상기 플레이트(PL) 및/또는 상기 패치(PA)의 가열 또는 냉각을 수행할 수 있다. 또한, 상기 온도조절부(200)는 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하고 항온을 유지하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 온도조절부(200)는 상기 샘플(SA)을 상술한 열변성온도, 어닐링온도 및/또는 중합반응온도로 조절하기 위해 이용될 수 있다.
상기 온도조절부(200)는 발열반응 및 흡열반응을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 온도조절부(200)는 발열소자를 포함할 수 있고, 또는, 열전소자를 포함할 수 있다. 또한 이에 한정되지 않고, 발열이 가능한 물질이라면 제한없이 온도조절부(200)로 이용될 수 있다.
또한, 필요에 따라, 상기 온도조절부(200)는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 센서는 온도 조절 대상의 현재 온도를 확인하기 위해 이용될 수 있다.
상기 이미지획득부(300)는 상기 샘플(SA)의 이미지를 획득하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 이미지획득부(300)는 PCR 공정을 통해서 증폭된 유전 물질을 분석하기 위해, PCR 공정이 완료된 샘플(SA)의 이미지를 획득하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 이미지의 획득은 상기 플레이트(PL)의 일부 또는 전체의 이미지를 획득하는 방법, 상기 패치(PA)의 일부 또는 전체의 이미지를 획득하는 방법, 또는 상기 샘플(SA)의 이미지를 직접 획득하는 방법을 통해 수행될 수 있다.
상기 이미지획득부(300)는 PCR 공정이 종료된 상태에서 상기 샘플(SA)의 이미지를 획득할 수 있고, 상기 PCR 공정이 진행되는 상태에서 상기 샘플(SA)의 이미지를 획득할 수 있다.
상기 이미지획득부(300)는 이미지를 획득하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지획득부(300)는 CMOS, CCD 등의 이미지 센서와 같이 이미지를 생성하는 이미지 생성 수단, 상기 샘플(SA)을 투과하는 광선을 생성할 수 있는 소정의 광선 발생 수단, 및/또는 상기 샘플(SA)을 투과한 광선을 결상시키는 광학계 등을 포함할 수 있다.
상기 이미지획득부(300)는 샘플(SA)의 정량적 및/또는 정성적 분석을 위해 형광을 검출하거나 형광 이미지를 획득할 수도 있다.
상기 이미지획득부(300)로부터 생성되는 이미지는 다양한 배율을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지는 상기 샘플(SA)에 대한 확대된 배율의 이미지일 수 있고, 정 배율의 이미지일 수 있으며, 필요에 따라 축소된 배율의 이미지 일수도 있을 것이다.
또한, 이미지획득부(300)는 상기 샘플(SA)이 위치된 플레이트(PL)를 이동시키거나, 상기 이미지획득부(300)의 구성요소를 이동시키는 동력부재를 포함함으로써 상기 샘플(SA)에 대한 이미지를 획득할 수도 있다.
이하에서는, 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)를 이용한 PCR공정의 몇몇 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
11. 실시예
11.1 제1 실시예
도 54는 본 출원의 일 실시예에 따른 PCR 공정을 설명하기 위한 순서도 이다.
PCR 공정을 진행하기 위해서는 상기 플레이트(PL)에 상기 DNA 샘플(SA)이 제공(S1000)될 수 있다. 상기 샘플(SA)은, 전술한 바와 같이, 상기 플레이트(PL)에 모노 레이어로 제공될 수 있다. 또한, 모노 레이어로 제공된 샘플(SA)은 통상의 방법으로 상기 플레이트(PL)에 고정될 수 있다.
상기 플레이트(PL)에 상기 샘플(SA)이 제공되면, 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA를 증폭(S2000)시키기 위한 절차가 진행 될 수 있다. 상기 DNA를 증폭시키기 위해서는, 전술한 바와 같이, 열변성 단계, 어닐링 단계, 및 중합반응 단계에 요구되는 시약(RA) 및 온도 조건이 상기 샘플(SA)에 제공되어야 한다.
본 출원의 일실시예에 따른 PCR 공정에 있어서, PCR 공정에 단일 패치(PA)가 이용되는 경우, 다음과 같은 순서로 PCR 공정이 수행될 수 있다.
도 55를 참조하면, 상기 샘플(SA)이 위치한 플레이트(PL)를 가열하여, 샘플(SA)의 온도를 열변성 온도로 조절할(S2110)할 수 있다.
가열된 플레이트(PL)에 제1 패치(PA)를 접촉(S2220)시킬 수 있다. 여기서 제1 패치(PA)라 함은, PCR 공정에서 이용될 수 있는 임의의 패치(PA)를 지칭하는 의미에 불과하고, 상술한 제1 패치(PA)에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 패치(PA)에는 어닐링 단계에서 이용되는 시약(RA) 중 일부 또는 전부가 저장되어 있을 수 있다. 또는, 상기 제1 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)에 습윤 환경을 제공하기 위한 액상의 물질이 저장되어 있을 수 있다.
상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉으로 인해, 상기 제1 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 상기 플레이트(PL)로 제공될 수 있다.
상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 후 상기 샘플(SA)의 온도를 어닐링 온도로 조절(S2130)할 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 어닐링 온도로 냉각되고, 어닐링 온도로 유지될 수 있다.
상기 샘플(SA)의 온도는 다시 중합 반응 온도로 조절(S2140)될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 중합 반응 온도로 가열되고, 중합 반응 온도로 유지될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하는 방법으로는, 전술한 바와 같이, 상기 패치(PA) 및/또는 상기 플레이트(PL)를 가열 또는 냉각할 수 있고, 상기 샘플(SA)을 직접적으로 가열 또는 냉각할 수도 있다.
전술한 PCR의 열처리 공정은, 임의의 횟수 반복될 수 있다. 이는, 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA의 증폭량을 늘리기 위함일 수 있다.
전술한 DNA 증폭을 위한 공정이 완료되면, 상기 플레이트(PL)와 상기 제1 패치(PA)의 접촉이 분리(S2150)될 수 있다.
다만, 본 실시예에 있어서, 상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 가열되고 있는 동안 또는, 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 유지되는 동안에 수행될 수 있다. 또는, 상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 샘플(SA)의 온도가 열변성 온도로 조절되는 동안 또는, 상기 샘플(SA)의 온도가 열변성 온도로 유지되는 동안에도 수행될 수 있다. 또한, 상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 한번의 사이클 동안(즉, 열변성 단계, 어닐링 단계 및 중합 반응 단계를 1번 거치는 동안), 복수회 수행될 수 있다.
11.2 제2 실시예
본 출원의 일실시예에 따른 복수의 패치(PA)가 이용되는 PCR 공정에 있어서, 다음과 같은 순서로 PCR 공정이 수행될 수 있다.
도56을 참조하면, 상기 샘플(SA)의 온도를 열변성 온도로 조절(S2210)할 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하기 위해, 상기 플레이트(PL)의 온도를 조절할 수도 있다.
상기 샘플(SA)이 위치된 플레이트(PL)에 제1 패치(PA)를 접촉(S2220)시킬 수 있다. 상기 제1 패치(PA)는 어닐링 단계에서 요구되는 시약(RA) 중 일부 또는 전부를 포함하고 있을 수 있다. 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)의 접촉을 통해, 상기 패치(PA)에 저장된 시약(RA)의 일부 또는 전부는 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 있다. 이는, 상기 패치(PA)의 기능으로, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉으로 인한 물질의 이동 가능 영역 확장에 기인한 것이다.
상기 샘플(SA)의 온도는 어닐링 온도로 조절(S2230)될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 유지되는 동안, 상기 패치(PA)로부터 이동된 시약(RA) 중 일부는 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA와 결합할 수 있다.
상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은 해제(S2240)될 수 있다. 상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 분리를 통해, 상기 제1 패치(PA)에 의해 제공된 시약(RA)의 일부는 상기 플레이트(PL)로 전달될 수 있다. 상기 플레이트(PL)로 전달된 시약(RA)은 상기 샘플(SA)과 결합된 상태일 수 있다.
상기 제1 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)와 분리되고 나면, 제2 패치(PA)는 상기 플레이트(PL)와 접촉(S2250)할 수 있다. 상기 제2 패치(PA)는 중합 반응 단계에서 요구되는 시약(RA) 중 일부 또는 전부를 포함하고 있을 수 있다. 상기 제2 패치(PA)에 저장된 시약(RA)의 일부 또는 전부는 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 있다.
상기 샘플(SA)의 온도를 중합 반응 온도로 조절(S2260)할 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 중합 반응 온도로 조절되기 위해, 가열되고, 또한, 목적하는 온도로 유지될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도가 중합 반응 온도로 유지되는 동안, 상기 dNTP는 상기 DNA에 결합될 수 있다.
상기 제2 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 분리(S2270)될 수 있다.
단일 패치(PA)와 유사하게, 전술한 PCR의 열처리 공정은 임의의 횟수 반복될 수 있다.
상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 및 상기 제2 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 한번의 사이클 동안(즉, 열변성 단계, 어닐링 단계, 및 중합 반응 단계를 1번 거치는 동안), 복수회 수행될 수 있다.
다만, 본 실시예에 있어서, 상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 조절되는 동안 또는, 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 유지되는 동안에 수행될 수 있다. 또는, 상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 샘플(SA)의 온도가 열변성 온도로 조절되는 동안 또는, 상기 샘플(SA)의 온도가 열변성 온도로 유지되는 동안에도 수행될 수 있다.
또한, 상기 제2 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 샘플(SA)의 온도가 중합 반응 온도로 조절되는 있는 동안 또는, 상기 샘플(SA)의 온도가 중합 반응 온도로 유지되는 동안에 수행될 수 있다. 또는, 상기 제2 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉은, 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 조절되는 동안 또는, 상기 샘플(SA)의 온도가 어닐링 온도로 유지되는 동안에도 수행될 수 있다.
본 실시예에서 제1 패치(PA) 및 제2 패치(PA)는, PCR 공정에서 이용될 수 있는 임의의 패치(PA)를 지칭하는 의미에 불과하고, 상술한 제1 패치(PA) 또는 제2 패치(PA)에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1 패치(PA) 및 상기 제2 패치(PA)는 별도의 패치(PA) 임을 의미하는 것이고, 상기 제1 패치(PA) 및 상기 제2 패치(PA)가 서로 다른 시약(RA)을 저장하고 있어야 하는 것은 아니다.
또한, 상술한 제1 패치(PA) 및 제2 패치(PA)의 상기 플레이트(PL)와의 분리는 생략될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 분리(S2240)되지 않은 상태로, 상기 제1 패치(PA)와 상기 제2 패치(PA)를 접촉 시킴으로써, 상기 제2 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 상기 플레이트(PL)로 이동하도록 할 수 있다.
11.3 제3 실시예
본 출원의 일 실시예에 따른 PCR 공정은, 다양한 질병에 대한 진단을 한번의 PCR 공정을 통해서 수행할 수 있다.
다양한 유전 물질에 대한 PCR 공정은 영역이 분할된 패치(PA)를 이용하여 수행할 수 있다. 상기 패치(PA)는 적어도 2 이상의 영역으로 분할될 수 있다.
본 출원에 따르는 패치(PA)는, 상기 샘플(SA)과의 접촉을 통해 수막을 형성하고, 상기 수막 내부에서 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질이 이동할 수 있다. 이러한 특징을 이용하여, 상기 패치(PA)는 외부 영역으로 물질을 전달할 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 패치(PA)는, 외부 물질과의 접촉 이후에도 상기 패치(PA)에 저장된 물질의 형태를 일부 유지하면서, 상기 패치(PA)의 접촉 면적과 유사한 면적으로 물질의 전달을 수행한다. 이러한 패치(PA)의 기능을 통해 하나의 패치(PA)는, 분할 영역 사이의 물질의 이동이 불가능 하도록 분할하여, 서로 다른 시약(RA)을 서로 다른 영역으로 전달할 수 있다.
도 57은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 57을 참조하면, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역에는 서로 다른 표적 DNA에 대한 프라이머가 저장될 수 있다. 서로 다른 표적 DNA에 대응되는 프라이머를 제1 영역 및 제2 영역에 따로 저장한 패치(PA)를 이용하여 상기 PCR 공정을 수행하는 경우, 상기 샘플(SA)에 대한 이미지를 획득하여, 복수의 표적 유전 물질에 대한 진단을 수행할 수 있다.
일 예로, 형광 이미지를 통해 제1 영역에 대응되는 샘플(SA)의 일 영역에서의 형광 검출 여부를 확인하여, 상기 샘플(SA)에 대한 상기 제1 영역에 저장된 프라이머에 대응되는 유전 물질의 유무가 판단될 수 있다. 또한, 제2 영역에 대응되는 샘플(SA)의 일 영역에서의 형광 검출 여부를 확인하여, 상기 샘플(SA)에 대한 상기 제2 영역에 저장된 프라이머에 대응되는 유전 물질의 유무가 판단될 수 있다.
보다 구체적으로, 분할된 패치(PA)를 이용한 PCR 공정은, 전술한 단일 패치(PA)를 이용한 PCR 공정 및 복수의 패치(PA)를 이용한 PCR 공정이 모두 적용될 수 있다.
다만, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL) 사이의 시약(RA)이 전달되는 매커니즘이 수막 형성과 영향이 있는 것을 고려할 때, 분할된 패치(PA)만을 이용한(즉, 단일 패치(PA)를 이용한) PCR 공정을 통해 보다 더 정확한 진단이 수행될 수 있다. 이는, 상기 제1 영역에 대응되는 샘플(SA)의 영역과 상기 제2 영역에 대응되는 샘플(SA)의 영역에, PCR 공정이 종료될 때까지, 독립된 수막이 생성됨에 기인한 것이다.
11.4 제4 실시예
제3 실시예와 유사하게 다양한 질병에 대한 진단을 위해, 서로 다른 종류의 발색 시약(RA)이 부착된 복수 종류의 프라이머를 저장한 패치(PA)가 이용될 수 있다.
보다 구체적으로, 서로 다른 종류의 발색 시약(RA)이 부착된 복수 종류의 프라이머를 이용한 PCR 공정의 샘플(SA)은, 이미지 획득 시 샘플(SA)에 조사되는 광선의 파장대를 달리하여, 다양한 유전 물질에 대한 분석이 가능할 수 있다.
도 58 및 도 59는 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 표적 유전 물질에 대한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 58을 참조하면, 본 출원의 일 실시예에 따르는 하나의 패치(PA)는 몇몇 특정 유전 물질의 서열에 대응되는 다양한 프라이머를 포함할 수 있다. 상기 다양한 프라이머는 하나의 서열에 대응되는 하나의 형광 물질이 결합되어 있을 수 있다. 즉, A 유전 서열에 대응되는 프라이머에는 a 파장대를 갖는 형광 물질이 결합되고, B 유전 서열에 대응되는 프라이머에는 b 파장대를 갖는 형광 물질이 결합되어 있을 수 있다.
상기 다양한 프라이머가 포함되어 있는 패치(PA)를 이용해 PCR 공정이 진행될 수 있다. 이 경우, 상술한 단일 패치(PA)를 이용한 PCR 공정 또는 복수의 패치(PA)를 이용한 PCR 공정 방법이 적용될 수 있다. 상기 다양한 프라이머가 포함되어 있는 패치(PA)는, dNTP, DNA 중합 효소, 조효소 및/또는 완충용액이 더 포함되어 있을 수 있다.
도 59를 참조하면, 본 출원의 일 실시예에 따르는 패치는 특정 유전 물질의 서열에 대응되는 프라이머를 포함할 수 있다. 상기 프라이머는, 타겟 유전 물질이 상이한 경우 다른 색을 발색하는 형광 물질과 결합되어 있을 수 있다.
상기 프라이머를 포함하는 패치는 하나이상일 수 있다. 일 예로, 제1 프라이머(A 유전 서열에 대응되는 프라이머)를 포함하는 제1 패치 및 제2 프라이머(B 유전 서열에 대응되는 프라이머)를 포함하는 제2 패치를 이용하여 PCR 공정을 수행할 수 있다.
상기 패치는 상기 샘플(SA)에 프라이머가 제공되어야 하는 시점에 상기 샘플(SA)에 접촉되어 있을 수 있다.
상기 샘플(SA)에 프라이머가 제공되어야 하는 시점에 상기 제1 패치(PA1)는 상기 샘플(SA)에 제공되고, 상기 제2 패치(PA2)는 상기 제1 패치(PA1)에 접촉될 수 있다. 또는, 상기 샘플(SA)에 프라이머가 제공되어야 하는 시점에 상기 제2 패치(PA2)는 상기 샘플(SA)에 제공되고, 상기 제1 패치(PA1)는 상기 제2 패치(PA2)에 접촉될 수 있다.
PCR 공정이 완료되거나 진행되는 샘플(SA)은 이미지가 획득될 수 있다. 이때, 상기 샘플(SA)의 이미지는 복수의 파장대에 대한 각각의 이미지를 획득할 수 있다. 복수의 파장대에 대한 이미지 획득을 위해 복수의 여기 필터가 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, a 파장대의 빛을 조사하여 a 파장대를 갖는 형광 물질이 결합된 프라이머에 대응되는 유전 물질의 유무를 확인할 수 있고, b 파장대의 빛을 조사하여 b파장대를 갖는 형광 물질이 결합된 프라이머에 대응되는 유전 물질의 유무를 확인할 수 있다. 이를 통해, 상기 하나의 패치를 이용하는 PCR 공정에서도 복수의 질병에 대한 진단을 수행할 수 있다
11.5 제5 실시예
도 60 및 도 61은 본 출원의 일 실시예에 따른 시약(RA)이 제공되어 있는 플레이트(PL)와 패치(PA)를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 60을 참조하면, 상기 플레이트(PL)는 PCR 공정에 이용되는 시약(RA)의 일부 또는 전부가 도포될 수 있다. 또한, 상기 플레이트(PL)에 샘플(SA)이 도말되는 경우 상기 시약(RA)의 균일성(uniformity)이 유지되도록 하기 위해, 상기 플레이트(PL)에 도포된 시약(RA)을 코팅할 수 있다.
상기 시약(RA)이 미리 제공된 플레이트(PL)는, 상기 플레이트(PL)에 상기 시약(RA)을 도포하고, 동결 건조하는 방법으로 제작될 수 있다. 이러한 과정을 통해 상기 시약(RA)은 일정한 저항력을 가지며 상기 플레이트(PL)에서 일정 위치를 유지할 수 있다.
도 61을 참조하면, 상기 시약(RA)이 코팅된 플레이트(PL)는 상기 패치(PA)로부터 습윤 환경을 제공 받을 수 있다. 상기 패치(PA)가 상기 플레이트(PL)에 접촉되면, 상기 패치(PA)에 포획된 액상의 물질은 상기 플레이트(PL)로 이동할 수 있고, 상기 액상의 물질의 이동으로 상기 플레이트(PL)에는 습윤 환경이 제공될 수 있다. 상기 플레이트(PL)에 코팅된 시약(RA)이 상기 패치(PA)에 의해 습윤 환경을 제공 받으면, 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)은 상기 시약과 반응할 수 있는 조건이 조성된다. 상기 샘플(SA)의 온도가 적절한 온도로 조절되면, 상기 샘플(SA)은 열변성 단계, 어닐링 단계 또는 중합 반응 단계가 진행될 수 있다.
아울러, 본 실시예에서, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉에 의해 상기 시약(RA)과 상기 샘플(SA)이 반응할 수 있는 조건이 조성되는 것은, 상술한 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉에 의해 상기 샘플(SA)로 상기 시약(RA)이 제공되는 것과 유사한 효과를 도출한다.
따라서, 본 출원에 의해 개시되거나 용이하게 도출될 수 있는 다양한 방식의 패치(PA)를 이용한 PCR 공정을 적용하여, 상기 시약(RA)이 도포된 플레이트(PL)를 이용하여 상기 샘플(SA)과 상기 시약(RA)이 반응 할 수 있는 조건을 제공할 수 있고, 상기 시약(RA)이 도포된 플레이트(PL)를 이용하여 PCR 공정을 수행할 수 있다.
일 예로, 전술한 시약(RA)이 도포되어 있는 플레이트(PL) 및 습윤 환경을 제공할 수 있는 패치(PA)를 이용하여, PCR 공정이 진행될 수 있다.
도 62는 본 출원의 일 실시예에 따른 시약(RA)이 제공되어 있는 플레이트(PL)와 패치(PA)를 이용한 PCR 공정을 설명하기 위한 순서도 이다.
PCR 공정에 있어서, 시약(RA)이 도포된 플레이트(PL)에 샘플(SA)을 제공(S2310)할 수 있다. 상기 플레이트(PL)에 도포된 시약(RA)(이하, 제1 물질)은 PCR 공정에 이용되는 시약(RA)의 일부 또는 전부를 의미할 수 있다. 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)은, 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉이 분리될 때 상기 패치(PA)로 흡수되는 것을 방지하기 위해, 상기 플레이트(PL)에 고정될 수 있다.
상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)과 상기 패치(PA)는 접촉(S2320)할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 접촉에 의해 습윤 환경을 제공받은 상기 제1 물질이 이동성을 갖게 된다. 그에 따라, 상기 제1 물질은 상기 샘플(SA)이 도포되어 있는 영역 내에서 이동할 수 있고, 상기 패치(PA)로 이동하는 것도 가능할 수 있다. 또한, 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)가 접촉하면, 상기 패치(PA)에 의해 상기 플레이트(PL)에 제공된 액상의 물질(이하, 제2 물질)이 상기 샘플(SA)로 이동할 수 있게 된다.
상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)가 접촉하면, 상기 샘플(SA)의 온도를 조절(S2330)할 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도는 열변성 단계, 어닐링 단계 및 중합 반응 단계로 순차적으로 조절될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도가 조절되어 적절한 온도로 유지되는 동안, 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA와 상기 제1 물질은 결합할 수 있다. 또는, 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA와 상기 제2 물질은 결합 할 수 있다. 또는, 상기 제1 물질에 상기 제2 물질이 결합할 수도 있다. 이러한 과정을 통해 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA가 증폭될 수 있다.
상기 DNA 증폭이 종료되면, 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)가 분리(S2340)될 수 있다. 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)가 분리됨으로써, 상기 플레이트(PL)에 샘플(SA) 및 샘플(SA)과 결합된 몇몇 물질을 제외한 상기 플레이트 상의 액상의 물질은 상기 패치(PA)로 다시 흡수될 수 있다. 또는 상기 샘플(SA)과 상기 패치(PA)가 분리됨으로써, 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA) 및 물질이 상기 패치(PA)로 흡수될 수 있다.
전술한 몇몇 단계는 순차적으로 또는, 일부 순서를 달리하여 반복될 수 있다.
또한, 전술한 몇몇 단계는 생략되거나 다른 절차를 추가하여 수행될 수도 있다.
11.6 제6 실시예
본 출원의 일 실시예에 따른 PCR 공정에 있어서 적용 가능한 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉 제어로 인한 부가적인 효과 및 개선예에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 63은 본 출원의 일실시예에 따른, 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉을 제어하는 방법에 대한 순서도 이다.
본 실시예는 상기 플레이트(PL)의 온도를 열변성 온도로 조절하는 과정에서 적용될 수 있다.
상기 열변성온도는 일반적으로 제공되는 샘플(SA)의 온도 또는 이전 주기(cycle)에서의 중합 반응 온도에 비해 높다. 따라서, 상기 샘플(SA)의 온도를 열변성 온도로 조절하기 위해서는, 상기 플레이트(PL)를 가열(S2410)하는 것이 요구될 수 있다. 상기 가열은 온도조절부(200)에 의해 수행될 수도 있다.
상기 플레이트(PL)가 가열되는 동안, 상기 플레이트(PL)의 온도는 임의의 시간 마다 또는 지속적으로 확인(S2420)될 수 있다. 확인된 상기 플레이트(PL)의 온도가 미리 설정된 기준 온도 이상일 때, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 여부가 조절(S2430)될 수 있다.
일 예로, 패치(PA)가 열에 변성되는 소재로 제작되는 경우, 패치(PA)의 변성 온도에 비해 상기 플레이트(PL)의 온도가 더 높아지면 상기 패치(PA)가 변성될 수 있는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 상기 플레이트(PL)를 가열하는 동안, 상기 플레이트(PL)의 온도를 확인하고, 상기 플레이트(PL)의 온도가 기준 온도(즉, 패치(PA)가 변성되는 온도)이상인 경우 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)를 분리할 수 있다. 상기 패치(PA)와 플레이트(PL)의 접촉은 상대적위치조절부(100)에 의해 조절될 수도 있다.
11.7 제7 실시예
제6 실시예의 변형예에서는, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉이 샘플(SA)의 온도에 따라 제어될 수 있다.
상기 변형예에서는, 전술한 실시예와 유사하게 상기 플레이트(PL)가 가열되는 동안 상기 플레이트(PL)에 제공된 샘플(SA)의 온도를 임의의 시간 마다 또는 지속적으로 확인할 수 있다. 확인된 상기 샘플(SA)의 온도가 미리 설정된 기준 온도 이상일 때, 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 여부를 조절할 수 있다.
일 예로, 도 64를 참조하면, 상기 샘플(SA)은 열변성 온도로 조절되는 과정에서 가열될 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도가 약 70℃보다 높을 때, 상기 패치(PA)(예를 들어, 프라이머가 포함된 패치(PA))는 상기 플레이트(PL)와 접촉할 수 있다. 상기 샘플(SA)의 온도가 기준 온도 이상일 때 상기 샘플(SA)에 시약(RA)이 제공되도록 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉을 제어함으로써, 일반적인 Hot-start PCR 공정과 유사한 효과를 구현할 수 있도록 한다. 이는, 기존의 Hot-start PCR에서 왁스를 이용하여 상부와 하부의 물질을 분리하는 불편한 공정을 생략하고도 동일한 효과를 얻을 수 있다는데 의의가 있다.
11.8 제8 실시예
본 출원의 일 실시예에 따른 PCR 공정에 있어서, 상기 패치(PA)의 온도를 조절하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하는 실시예에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
이미 전술한바 있듯이, 상기 샘플(SA)의 온도를 각 단계(예를 들어, 열변성 단계)에 적절한 온도로 제어하기 위해서, 상기 패치(PA) 및/또는 플레이트(PL)의 온도를 제어할 수 있다.
도65는 본 출원의 일 실시예에 따른 패치(PA)의 온도를 조절하여 샘플(SA)의 온도를 조절하는 방법을 설명하기 위한 순서도 이다.
상기 샘플(SA)의 온도를 제어하기 위해서는, 패치(PA)의 온도를 조절(S2510)할 수 있다. 상기 패치(PA)의 온도를 조절하기 위해서, 상기 패치(PA)와 접촉하는 영역의 적어도 일부 영역의 온도를 조절할 수 있다. 상기 패치(PA)의 온도 조절은 상기 온도조절부(200)에 의해 수행될 수 있다.
상기 패치(PA)의 온도가 현재 단계에 적절한 온도로 조절되면(예를 들어, 어닐링 단계의 경우 상기 패치(PA)의 온도가 상기 샘플(SA)의 온도를 어닐링 온도로 조절하기 위한 온도로 조절됨), 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)가 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 패치(PA)에는 상기 현재 단계에 필요한 시약(RA) 중 일부 또는 전부가 포함되어 있을 수 있다.
상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 접촉하여 일정 시간 유지될 수 있다. 이는, 각 단계에서 샘플(SA)이 적절한 온도로 조절되기 위한 시간을 제공하기 위함일 수 있다.
상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)는 분리(S2530)될 수 있다. 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)는, 상기 패치(PA)의 가열 또는 냉각을 위해, 분리될 수 있다.
상기 PCR 공정에 복수의 패치(PA)가 이용될 때, 상기 복수의 패치(PA) 중 일부 또는 전부의 온도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 PCR 공정에 제1 패치(PA), 제2 패치(PA) 및 제3 패치(PA)를 이용하는 경우, 제1 패치(PA) 및 제2 패치(PA)를 이용해 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하고, 상기 제3 패치(PA)의 온도를 조절하지 않을 수 있다.
상기 PCR 공정에 복수의 패치(PA)가 이용될 때, 상기 복수의 패치(PA) 중 적어도 일부 패치(PA)는 다른 온도로 조절될 수 있다.
일 예로, 상기 복수의 패치(PA)는 각 단계에 적절한 온도로 각각 조절될 수 있다. 상기 열변성 단계에서 제1 패치(PA)를 적정 온도로 가열하여 상기 제1 패치(PA)와 접촉한 샘플(SA)의 온도를 조절하고, 상기 어닐링 단계에서 제2 패치(PA)를 적정 온도로 가열하여 상기 제2 패치(PA)와 접촉한 샘플(SA)의 온도를 조절하고, 상기 중합 반응 단계에서 제3 패치(PA)를 적정 온도로 가열하여 상기 제3 패치(PA)와 접촉한 샘플(SA)의 온도를 조절할 수 있다.
상기 복수의 패치(PA) 중 적어도 일부 패치(PA)는 온도가 순차적으로 조절될 수 있다. 상기 복수의 패치(PA) 중 적어도 일부 패치(PA)는 온도가 동시에 조절될 수 있다.
도 66은 본 출원의 일 실시예에 따른 복수의 패치(PA)를 이용하여 샘플(SA)의 온도를 조절하는 경우의 효과에 대해 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예의 경우, 각 단계별로 다른 패치(PA)를 이용하여, 각 단계에서 이용되는 시약(RA) 중 적어도 일부를 각 패치(PA)에 저장하고, 상기 각 패치(PA)의 온도를 조절한다.
특히, 상기 각 패치(PA) 중 하나의 패치(PA)가 상기 샘플(SA)과 접촉되어 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하는 동안, 상기 각 패치(PA) 중 다른 패치(PA)가 가열되거나 냉각되거나 목적하는 온도로 유지될 수 있다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 PCR 공정은 온도 조절을 위해 소비되는 시간을 절감할 수 있을 것으로 이해된다. 보다 구체적으로, Δt2 의 시간이 어닐링 온도로 조절되는 구간에서 절감되고, Δt3의 시간이 중합 반응 온도로 조절되는 구간에서 절감되어, 보다 신속한 PCR 공정을 수행할 수 있을 것이다.
일반적인 PCR 공정에서는 주로 샘플(SA) 및 시약(RA)의 온도를 조절하는데 많은 시간이 소요된다. 이를 고려할 때, 본 출원에 따른 패치(PA)를 이용한 PCR 공정은 PCR 검사에서 효율적으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 필요에 따라, 전술한 바와 같이 복수의 패치(PA)를 이용하여 상기 샘플(SA)의 온도를 조절하는 경우, 샘플(SA)의 온도 조절을 위해 추가적으로 플레이트(PL)가 더 이용될 수 있다. 상기 패치(PA)에 의한 온도 조절과 상기 플레이트(PL)에 의한 온도 조절은 순차적으로 수행되거나 동시에 수행될 수 있다. 이러한 경우, 복수의 패치(PA)를 이용한 샘플(SA)의 온도 제어의 효율은 통상의 PCR 공정에 비해 월등히 향상될 수 있을 것이다.
11.9 제9 실시예
상기 PCR 공정에 있어서, 샘플(SA)의 온도를 조절하기 위해 패치(PA)의 온도를 조절하는 경우, 상기 열변성 단계에서 샘플(SA)의 온도를 조절하는 것은, 패치(PA)가 아닌 열 전도율이 우수한 별도의 물질일 수 있다.
일 예로, 상기 별도의 물질은 금속 물질일 수 있다. 즉, 상기 패치(PA)의 온도를 조절(S2510)하는 단계에서 상기 금속 물질의 온도를 조절할 수 있고, 상기 샘플(SA)의 온도 조절을 위해 상기 플레이트(PL)와 상기 금속 물질이 접촉할 수 있다.
상기 금속 물질을 이용한 상기 샘플(SA)의 온도 조절은, 상기 샘플(SA)의 온도가 열변성 온도로 조절되는 과정에서 수행될 수 있다. 이는, 상기 열변성 단계에서 상기 샘플(SA)에 제공되어야 하는 시약(RA)이 없고, 상기 샘플(SA)의 온도가 약 90℃이상으로 조절되어야 한다는 점을 고려할 때 이점이 있을 수 있다. 다시 말해, 상기 패치(PA)의 전달 기능을 이용하여 상기 샘플(SA)에 시약(RA)을 전달할 필요성이 없고, 약 90℃의 열에 변성될 가능성이 없으며, 금속 소재는 열 전도율이 좋아 PCR 공정의 소비 시간을 감축할 수 있다.
이와 관련하여, 상기 온도 조절부(200)는 열전소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전소자(예를 들어, 펠티에 소자)를 이용하면, 전류에 의한 열의 흡수 또는 발생(즉, 펠티에 효과)이 유발될 수 있다. 상기 열전소자를 이용하여 온도를 조절하는 것은, 온도 조절 대상의 가열뿐 아니라 냉각이 가능하고, 전류 방향에 따른 흡열 및 발열의 전환이 자유로우며, 항온성이 뛰어나다는 이점이 있다.
11.10 제10 실시예
본 출원의 일 실시예에 따른 PCR 공정은, RNA 샘플(SA)을 대상으로 수행될 수 있다. 상기 RNA 샘플(SA)을 대상으로 PCR 공정이 진행되는 경우, 상기 RNA샘플(SA)은 reverse transcription PCR 공정을 거쳐 DNA로 합성될 수 있다. 합성된 DNA를 대상으로 통상적인 PCR이 수행될 수 있다.
도 67은 본 출원의 일 실시예에 따른 RNA 샘플(SA)을 대상으로 PCR 공정을 수행하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 실시예에 따른 PCR 공정에 있어서, RNA 샘플(SA)은 플레이트(PL)에 제공(S4000)될 수 있다. 상기 RNA 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 제공(S4000)되는 단계는 상기 DNA 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 제공(S1000)되는 단계와 유사하게 수행될 수 있다.
상기 플레이트(PL)에 제공된 RNA 샘플(SA)은, DNA로 합성(S5000)될 수 있다. 상기 RNA 샘플(SA)에 포함되어 있는 mRNA는 cDNA로 합성될 수 있다.
상기 샘플(SA)에 포함된 RNA를 DNA로 합성하기 위해, 역전사효소(reverse transcriptase), 프라이머, dNTP가 이용될 수 있다. 실질적으로 RNA가 DNA로 합성되는 절차는, 이용되는 시약(RA)이 상기 DNA 중합효소가 역전사효소로 변경되어야 하지만, DNA가 증폭되는 절차와 유사할 수 있다. 따라서, 상기 샘플(SA)이 RNA인 경우에도, 본 명세서에 개시된 기술적 사상 및 실시예가 적용될 수 있음은 물론이다.
다만, 이해를 돕기 위해 RNA가 DNA로 합성되는 과정에 대해 일 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 상기 DNA 합성 과정에서 이용되는 패치(PA)는 프라이머를 포함하는 제1 패치(PA) 및 dNTP와 역전사효소를 포함하는 제2 패치(PA)일 수 있다. 따라서, 도 56에서 설명한 PCR 공정과 유사하게 진행될 수 있다.
상기 RNA의 2차 구조(RNA Secondary Structure)를 풀어주기 위해, 상기 RNA 샘플(SA)은 가열될 수 있다. 상기 RNA샘플(SA)은 가열될 후 일정 시간만큼 온도가 유지될 수 있다. 바람직한 온도는 사용되는 시약(RA)의 매뉴얼(manual)에 따라 변경될 수 있다.
플레이트(PL)와 상기 제1 패치(PA)는 접촉할 수 있다. 상기 RNA 샘플(SA)은 상기 제1 패치(PA)와 접촉되고, 상기 제1 패치(PA)에 포획되어 있던 프라이머는 상기 제1 패치(PA)에 의해 상기 RNA 샘플(SA)로 이동할 수 있다.
상기 RNA 샘플(SA)의 온도는 상기 RNA에 프라이머가 결합될 수 있도록 조절될 수 있다. 상기 RNA의 온도가 일정 시간 유지되면, 상기 프라이머와 상기 샘플(SA)의 일부는 결합될 수 있다. 이후, 상기 플레이트(PL)와 상기 제1 패치(PA)는 분리될 수 있다.
플레이트(PL)와 상기 제2 패치(PA)는 접촉할 수 있다. 상기 RNA 샘플(SA)과 상기 제2 패치(PA)의 접촉에 의해, 상기 제2 패치(PA)에 저장된 시약(RA)이 상기 RNA 샘플(SA)로 이동할 수 있다. 상기 이동하는 시약(RA)은, dNTP 및 역전사효소일 수 있다.
상기 샘플(SA)의 온도는 RNA에 dNTP가 결합되고, DNA로 합성될 수 있도록 조절될 수 있다. 상기 RNA의 온도가 일정 시간 유지되면, DNA가 합성될 수 있다.
필요에 따라, 상기 RNA 샘플(SA)로의 dNTP 및 역전사효소의 이동 이전에 상기 RNA 샘플(SA)을 일정 시간 냉각시켜 줄 수 있다. 일 예로, 본 과정은 역전사효소의 반응 온도가 55-60℃에 비해 낮은 경우 수행될 수 있다.
상기 RNA가 DNA로 합성되면, 합성된 DNA를 대상으로 PCR을 진행할 수 있다. 즉, 합성된 DNA를 증폭(S6000)할 수 있다. 상기 DNA를 증폭하는 과정은, 본 명세서에 의해 수행 가능한 패치(PA)를 이용한 PCR 공정일 수 있고, 일반적인 PCR 공정일 수도 있다.
상기 DNA 증폭이 완료된 샘플(SA)을 대상으로 이미지를 획득(S7000)할 수 있다.
본 명세서에서 개시되어 있는 PCR 공정에 있어서, 상술한 각 단계는 생략되거나 다른 절차를 추가적으로 수행할 수 있고, 본 출원이 속하는 기술 분야의 당업자에게 용이한 정도로 변형되어 실시될 수 있다.
일 예로, 상기 패치(PA)는, DNA의 증폭을 위해 PCR 공정에서 이용될 수 있을 뿐 아니라, 이미 무작위로 DNA가 증폭되어 있는 샘플(SA)에 타겟 DNA가 포함되어 있는지 여부를 확인하기 위해서도 이용될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 DNA가 증폭되어 있는 샘플(SA)이 플레이트(PL)에 도말되어 있는 경우, 상기 패치(PA)에는 검출하고자 하는 타겟 DNA의 서열에 대응되는 프라이머가 저장되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 프라이머에는 형광 물질과 같은 표지자(label)가 부착되어 있을 수 있다.
상기 프라이머를 저장한 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)는 접촉하고, 분리될 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 및 분리를 통해, 상기 패치(PA)에 저장되어 있던 프라이머는 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA 중 일부 DNA와 결합할 수 있고, 결합되지 못한 나머지 프라이머는 상기 패치(PA)로 다시 흡수될 수 있다.
상기 샘플(SA)에 상기 프라이머와 상보적으로 결합하는 DNA가 있다면, 상기 샘플(SA)에서 형광이 검출될 수 있다. 따라서, 상기 샘플(SA)에 타겟 DNA가 포함되어 있는지 여부가 확인될 수 있다.
나아가, PCR 공정을 거친 샘플(SA)은 패치(PA)에 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 샘플(SA)에 포함된 DNA(혹은 RNA)에는 형광 물질과 같은 표지자(label)가 부착되어 있을 수 있다. 상기 패치(PA)와 접촉하는 플레이트(PL)에는 한가닥의 DNA 분자(예를 들어, DNA 프로브)가 도포되어 있을 수 있다.
전술한 바와 마찬가지로, 상기 플레이트(PL)와 상기 패치(PA)는 접촉하고, 분리될 수 있다. 상기 패치(PA)와 상기 플레이트(PL)의 접촉 및 분리를 통해, 상기 플레이트(PL)에 도포되어 있는 DNA 분자는 상기 패치(PA)에 저장되어 있던 DNA(혹은 RNA)와 결합할 수 있고, 상기 DNA 분자와 결합된 DNA(혹은 RNA)를 제외한 샘플(SA)은 상기 패치(PA)로 다시 흡수될 수 있다.
상기 샘플(SA)에 상기 DNA 분자와 상보적으로 결합하는 DNA(혹은 RNA)가 있다면, 상기 DNA 분자가 위치하는 영역에서 형광이 검출될 수 있다. 따라서, 상기 샘플(SA)에 타겟 DNA가 포함되어 있는지 여부가 확인될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 '제1 패치(PA)', '제2 패치(PA)' 및 '제3 패치(PA)'의 의미는, 물리적으로 분리되는 별도의 패치(PA)임을 의미하는 것이고, 꼭 서로 다른 시약(RA)을 저장한 패치(PA)를 의미하는 것은 아니다.
본 출원을 따르는 진단장치는, 지금까지 설명한 PCR 공정을 수행할 수 있다. 따로 세부적인 내용을 중복하여 기재하지 않더라도 본 출원의 기술분야에 속하는 당업자에게 용이하게 이해될 수 있을 것이라 판단되어, 기계적 측면에서의 공정 과정의 기재를 생략한다.
이상의 설명은 본 출원의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 출원의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 출원에 개시된 실시 예들은 본 출원의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 출원의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 출원의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 출원의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
PA : 패치
PL : 플레이트
SL : 유동성을 가지는 물질 WF : 수막
SB : 액상의 물질 RA : 시약
SA : 샘플
SL : 유동성을 가지는 물질 WF : 수막
SB : 액상의 물질 RA : 시약
SA : 샘플
Claims (30)
- 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 PCR 패치에 있어서,
중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되고,
상기 패치와 외부 영역이 접촉하면, 상기 미세 공동에 저장되어 있던 시약이 상기 외부 영역의 적어도 일부 영역으로 이동하여, 상기 외부 영역에 위치된 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응이 진행되는
PCR 패치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 패치의 상기 미세 공동에 저장되는 시약은, 상기 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하는
PCR 패치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 패치의 상기 미세 공동에 저장되는 시약은, 상기 제1 물질과 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질, 및
상기 제2 물질의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 위한 환경을 조성하는 제3 물질을 포함하는
PCR 패치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제1 물질은 형광을 발하는 물질과 결합되어 있는
PCR 패치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제1 물질은, 제1 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제4 물질 및 제2 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제5 물질을 포함하는
PCR 패치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 패치는, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역에 저장된 시약은 상기 제2 영역으로 이동하지 않고, 상기 제2 영역에 저장된 시약은 상기 제1 영역으로 이동하지 않는
PCR 패치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제1 영역은, 제1 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제4 물질을 포함하고,
상기 제2 영역은, 제2 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제5 물질을 포함하는
PCR 패치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 영역은 상기 샘플이 제공될 수 있는 플레이트이고,
상기 플레이트에는 상기 샘플이 모노레이어로 제공되는
PCR 패치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 플레이트에는 상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약이 도포되어 있고,
상기 패치와 상기 플레이트가 접촉하면, 상기 플레이트에 도포되어 있던 시약이 상기 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응에 관여(involved)하는
PCR 패치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 플레이트에 도포되는 시약은, 프라이머와 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하고,
상기 패치의 상기 미세 공동에 저장되는 시약은, 상기 제2 물질의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 위한 환경을 조성하는 제3 물질을 포함하는
PCR 패치.
- 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 패치 중 중합 효소 연쇄 반응의 진행에 이용되는 복수의 상기 패치가 포함된 PCR 패치 세트에 있어서,
상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 제1 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되는 제1 패치; 및
상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 제2 시약이 상기 미세 공동에 저장(store)되는 제2 패치;를 포함하고,
상기 제1 시약은 상기 제2 시약과 다른 시약인
PCR 패치 세트.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제1 시약은, 표적 DNA와 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하고,
상기 제2 시약은, 상기 표적 DNA와 특이적으로 반응하되, 상기 제1 물질과 상보적인 염기 서열을 갖는
PCR 패치 세트.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제1 시약은, 표적 DNA와 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하고,
상기 제2 시약은, 상기 제1 물질과 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하는
PCR 패치 세트.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제1 시약은, 프라이머와 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하고,
상기 제2 시약은, 상기 제2 물질의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 위한 환경을 조성하는 제3 물질을 포함하는
PCR 패치 세트.
- 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되는 패치를 이용하여 표적DNA의 중합 효소 연쇄 반응을 진행하는 PCR 방법에 있어서,
상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약을 상기 미세 공동에 저장하고 있는 제1 패치를 이용하여, 플레이트에 제공된 샘플에 상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계; 및
상기 중합 효소 연쇄 반응을 유발(cause)시키기 위하여, 상기 샘플의 온도를 조절하는 단계; 를 포함하는
PCR 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는, 상기 플레이트와 상기 제1 패치가 접촉하는 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는,
상기 플레이트에 제공된 샘플의 온도를 조절하기 위해, 상기 플레이트의 온도를 조절하는 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 플레이트의 온도가 기준 온도 이상일 때, 상기 플레이트와 상기 제1 패치의 접촉을 분리하는 단계;를 더 포함하는
PCR 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는,
상기 샘플의 온도를 조절하기 위해, 상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계는, 상기 플레이트와 상기 제1 패치가 접촉하는 단계 이전에 수행되는
PCR 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는,
상기 샘플의 온도를 조절하기 위해, 상기 플레이트와 온도가 조절된 금속 물질을 접촉하는 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 복수의 시약 중 적어도 일부 시약을 상기 미세 공동에 저장하고 있는 제2 패치를 이용하여 상기 플레이트에 제공된 샘플에 상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제1 패치에 저장되는 제1 시약은, 상기 제2 패치에 저장되어 있지 않은
PCR 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 제2 패치에 저장되는 제2 시약은, 상기 제1 패치에 저장되는
PCR 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는, 상기 제2 패치와 상기 플레이트가 접촉하는 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 제 24 항에 있어서,
상기 샘플의 온도를 조절하는 단계는,
상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계 및 상기 제2 패치의 온도를 조절하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 제 25 항에 있어서,
상기 제1 패치의 온도를 조절하는 단계에 이어서, 상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계가 수행되고,
상기 제2 패치의 온도를 조절하는 단계에 이어서, 상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계가 수행되는
PCR 방법.
- 제 26 항에 있어서,
상기 제1 패치에 저장되는 시약은, 표적 DNA에 특이적으로 반응하는 제1 물질을 포함하고,
상기 제2 패치에 저장되는 시약은, 상기 제1 물질과 결합되어 있는 DNA와 반응하는 제2 물질을 포함하는
PCR 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 제2 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는, 상기 제2 패치와 상기 제1 패치가 접촉하는 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 제1 패치에 저장된 시약을 제공하는 단계는,
상기 제1 패치와 상기 플레이트의 접촉을 복수회 수행하는 단계를 포함하는
PCR 방법.
- 미세 공동(micro-cavity)을 형성하는 그물 구조의 겔 상으로 제공되어 중합 효소 연쇄 반응에 이용되는 시약을 저장하는 패치를 이용하여, 샘플에 포함된 표적 DNA(target DNA)의 상기 중합 효소 연쇄 반응을 수행하는 진단 장치에 있어서,
상기 패치에 저장된 시약을 상기 샘플로 제공하기 위하여, 상기 샘플이 제공되는 영역과 상기 패치를 상대 이동 시키는 상대이동조절부;
상기 샘플의 온도를 상기 중합 효소 연쇄 반응이 유발될 수 있도록 하는 온도로 조절하는 온도조절부; 및
상기 샘플에 포함된 표적 DNA를 검출하기 위하여, 상기 샘플의 이미지를 획득하는 이미지획득부;를 포함하는
진단 장치.
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