KR20170116263A

KR20170116263A - 분자진단 자동분석장치

Info

Publication number: KR20170116263A
Application number: KR1020160043146A
Authority: KR
Inventors: 백문철; 구수진; 박선영; 이기창; 박종필; 노진석; 신흥선; 권정호; 신아람
Original assignee: 케이맥바이오센터주식회사
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-19
Also published as: KR101813870B1

Abstract

본 발명은 분자진단 자동분석장치에 관한 것으로서, 핵산 추출, 증폭 및 분석 등의 일련의 공정이 연속으로 수행되는 것이 가능한 분자진단 자동분석장치에 관한 것이다.
특히 하나의 반응용기에서 정량 분석 및 정성분석을 통합하여 수행할 수 있어 다양한 분자진단 영역에서 한 번에 경제적이고 신뢰적으로 정량 분석과 정성분석을 동시에 복합적으로 수행할 수 있다.

Description

분자진단 자동분석장치{AUTOMATIC ANALYSIS DEVICE FOR MOLECULAR DIAGNOSIS}

본 발명은 분자진단 자동분석장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 핵산 추출, 증폭 및 검출이 연속 공정으로 자동으로 수행되며, 추출, 유전자 정량 검사 및 정성 검사를 복합적으로 수행할 수 있는 분자진단 자동분석장치에 관한 것이다.

현재 분자진단에서 널리 시행되고 있는 분석물질의 표적 유전자 검사방법은 크게 표적 유전자의 발현 정도 및 유전자 개수(copy number)를 측정하는 상대 혹은 절대 정량적 방법(quantitative method)과 표적 유전자의 존재 유무 및 유전자형 (genotyping)을 분석하는 정성적 방법(qualitative method)으로 분류할 수 있다.

정량적 검사 중에서는 중합효소 연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction: PCR)을 이용한 DNA 증폭기술이 대표적이며, 생명과학, 유전공학 및 의학 분야 등의 연구개발 및 진단 목적으로 DNA 증폭기술이 광범위하게 활용되고 있다.

구체적으로, 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 살아있는 생물체를 이용하지 않으면서 DNA를 효소적으로 복제하기 위한 분자 생물학 기술이다.

PCR은 비할 데 없는 증폭(amplification)과 정밀 능력(precision capability)으로 인하여, 핵산 검출(nucleicacid detection)을 위한 선택 방법으로서 분자 생물학자들에 의해 인정받고 있다.

특히, 실시간 중합효소 연쇄반응 방법은 중합효소 연쇄반응 장치(thermal cycler) 와 분광형광광도계(spectrophotometer)가 일체화된 장치를 이용하는 것으로, PCR 과정 후 PCR 산물의 확인을 위한 별도의 전기영동과정 없이, 증폭 과정 중 실시간으로 표적 유전자의 증폭산물 생성과정을 모니터링하여 초기에 투입 혹은 존재하는 DNA 또는 RNA의 양을 분석하는 방법이다.

보다 구체적으로, 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)은 형광물질(fluorescent material)을 PCR 기법에 응용한 것으로 반응 중 검체 내에 존재하는 표적 유전자의 증폭과 비례하게 증가하는 형광물질의 발광(emission) 정도를 실시간으로 검출하고 정량 분석하여 표적 유전자의 발현 양상 및 그 유전자 수를 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 방법이다.

PCR은 의학과 생물학 연구소에서, 다양한 과제, 예를 들면, 유전 질환(hereditary disease)의 검출, 유전자 지문(genetic fingerprint)의 확인, 감염 질환(infectious disease)의 진단, 유전자의 클로닝(cloning), 친자확인검사(paternity testing), 유전자형(genotyping) 확인, 유전자 염기서열 (gene sequencing) 검사 그리고 DNA 컴퓨팅(computing)에 일상적으로 이용되고 있다.

정성적 검사 중에는 DNA 마이크로 어레이 (microarray) 방식이 있다. DNA 마이크로 어레이 (microarray) 혹은 DNA 칩 분석방식은 여러 종류 프로브가 고정된 DNA 칩을 통해 유전자형을 판독 및 분석하여 인간의 각종 질병이나 유전자 질환 등을 진단하는 것을 말한다.

이러한 DNA 칩을 판독 및 분석하기 위한 용도로, DAN 칩에 빛을 조사하고 DNA 칩으로부터 발생한 형광 빛을 정량 분석하는 스캐너를 갖는 DNA 판독기가 사용되고 있다.

특히, 마이크로어레이 칩(Microarray Chip)은 표적 유전자를 탐지할 수 있는 올리고 염기, PNA 혹은 cDNA 를 프로브로 하여 마이크로 어레이 고정한 칩을 이용하는 방법이다.

이는 주로 PCR 반응 후의 증폭 산물을 표적 마이크로어레이 칩과 혼성화하여, 칩 고체 표면에(유리, 플라스틱, 멤브레인, 실리콘, 등) 고정된 여러 종류의 프로브(올리고염기, PNA 혹은 cDNA)와 결합하고, 결합 여부를 증폭 산물에 표지된 형광 물질 신호를 확인하는 방법으로 판단할 수 있어 다양한 형태의 유전자형 분석에 유용하나, 시험과정이 복잡하고 시간이 다소 많이 소요되는 단점을 가지고 있으며, 결과의 육안 확인이 불가능하여 별도의 형광 분석 장치를 필요로 하고 있다.

최근에는 상기와 같은 분자진단 영역 중 감염체 질환의 경우 진단과 치료의 개념이 적용됨에 따라 분석물질의 표적 유전자 검사방법이 실시간 중합효소 연쇄반응을 통한 감염 정도 확인을 위한 유전자 수(copy number)의 정량적 정보, 혹은 감염체 종류 확인을 통해 적절한 치료제 처방을 위한 마이크로어레이 칩 활용 유전자형(genotyping)의 정성적 정보가 동시, 복합적으로 요구되고 있다. 이 목적에 따라 실시간 중합효소 연쇄반응과 마이크로어레이 칩 각각 독립적인 검사를 병행하여 이용하고 있다.

그러나 상기 검사방법들의 접목은 단순히 각 각의 방법들을 서로 다른 반응기에서 실험을 순차적으로 진행하고, 이를 분석하는 것으로, 여전히 많은 노동력과 시간이 요구되고, 불편함이 남아 있다.

또한, 이러한 분자진단을 하기 위해서는 유전자 추출 과정이 필요한데, 이후 추출된 DNA 검체를 수동으로 파이페팅(Pipetting) 또는 시료 주입 장치(Liquid handling module)을 사용하여 유전자 증폭을 위한 장비로 이동해야 하고, 이 자체가 별도의 장비로 존재하기 때문에 사용상의 불편함이 있다.

따라서, 상기 검사법들과 추출 공정을 한 디바이스 내에서 자동화시키면서도, 장비의 가격이 경제적이면서 검사처에서 사용하기에 부피가 적당한 발전된 장치 개발이 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점 등을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 핵산 추출, 증폭 및 분석과 같은 일련의 공정을 연속적으로 자동으로 수행할 수 있으며, 동일 반응용기에서 정량 분석 및 정성분석을 동시에 수행할 수 있는 분자진단 자동분석장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공정 처리 시간을 줄일 수 있는 장점을 가지면서도 추출과 qPCR, 유전자형 분석이 통합되어 수행될 수 있는 분자진단 자동분석장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 프레임, 상기 프레임에 의해 지지되며, 복수의 용기가 수납 가능한 용기장착부와 반응용기 및 반응용기 장착홀을 포함하는 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈이 결합된 이동판, 상기 이동판의 상부로 이격되고 상기 프레임에 의해 지지되며, 프로텍터가 장착되는 수용홀을 구비한 제1 가이드와, 상기 제1 가이드의 상부로 배치되고 하강시 상기 프로텍터 내부로 삽입 가능한 위치에 자석이 고정된 제2 가이드를 포함하는 자성비드 이송부 및 핵산 증폭되는 샘플 시료로부터 발생하는 형광신호를 실시간으로 검출하는 정량분석 수단과, 증폭된 샘플시료가 DNA 칩의 표면에 부착된 표전 핵산과 혼성화 반응하여 발생하는 형광신호를 검출하는 정성분석 수단을 포함하는 광학검출부를 포함하는 분자진단 자동분석장치를 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 광학검출부의 정량분석 및 정성분석은 동일한 반응용기를 대상으로 수행될 수 있는데, 상기 이동판은 상기 프레임에 수평방향으로 이동 가능하여, 상기 제1 가이드 및 상기 제2 가이드는 상기 프레임에 대해 수평방향으로 고정된 위치에서 각각 독립적으로 승강 가능할 수 있다.

이와 같이 상기 제1 및 제2 가이드가 승강 동작함으로써, 상기 용기장착부에 되는 용기 및 상기 반응용기 장착홀에 장착되는 반응용기 내로 상기 프로텍터 보관용기에 구비된 프로텍터 및 상기 자석이 인입 및 인출 가능하다.

또한, 상기 프로텍터는 상기 수용홀로부터 분리 가능한데, 상기 수용홀은 내주면 둘레에 자석이 구비되고, 상기 프로텍터의 외주면에 구비되는 자성체로 이루어진 결합부가 상기 수용홀에 자력으로 결합됨으로써 상기 수용홀에 상기 프로텍터가 장착 가능하다.

상기 용기장착부에는 프로텍터 보관용기가 장착 가능하며, 상기 제1 가이드의 수용홀과 상기 프로텍터가 대응되는 위치에서 상기 제1 가이드가 하강함으로써, 상기 수용홀에 상기 프로텍터의 결합부가 삽입되어 상기 수용홀에 상기 프로텍터가 장착 가능하다.

또한, 상기 용기장착부는 바이오 샘플이 주입되며, 세포 분쇄 시약 및 자성비드를 포함하여 라이시스 공정이 이루어지는 제1 용기 및 상기 제1 용기로부터 제공된 핵산 결합 자성비드를 세척하는 세척 버퍼가 수용된 적어도 하나의 제2 용기를 포함할 수 있다.

이때, 상기 용기장착부에는 프로텍터가 구비되는 프로텍터 보관용기, 제1 용기 및 제2 용기가 구비되는 용기부가 일체로 결합된 카트리지가 장착 가능하다.

상기 반응용기의 내측 하면에 DNA 칩이 구비되며, 수용된 시약 상면에 오일층이 구비되는될 수 있다.

또한, 상기 반응용기는, 반응용기 상단 개구를 통해 결합되며 상기 반응용기 내부를 향하여 하측으로 연장되어 시료에 담기는 로드의 말단 하면에 DNA 칩이 고정된 캡을 더 포함할 수 있다.

상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈은, 상기 반응용기가 수납되는 복수의 장착홀을 구비하는 장착블록, 상기 장착블록의 일 측면에 설치되어 반응용기에 열을 가하는 가열판 및 상기 가열판에 부착되어 열을 외부로 방출시키는 히트싱크를 포함할 수 있다.

상기 광학검출부의 상기 정량분석 수단 및 정성분석 수단은 각각, 반응용기에 광을 제공하는 제1 및 제2 광원모듈, 반응용기 내부에서 발생된 형광신호를 검출하여 영상처리를 위한 디지털 신호를 변환하는 제1 및 제2 카메라 모듈을 각각 포함하되, 상기 정량분석 수단은, 상기 제1 광원모듈 측에서 제공된 광을 반응용기로 제공하고, 발생된 형광신호를 제1 카메라 모듈로 전달하는 제1 광섬유와 연결되고, 상기 정성분석 수단은, 상기 제2 광원모듈 측에서 제공된 광을 반응용기로 제공하고, 발생된 형광신호를 제2 카메라 모듈로 전달하는 제2 광섬유와 연결되며, 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유 각각을 통한 광의 제공 및 형광신호의 전달은 하나의 반응용기에 대하여 순차적으로 수행될 수 있다.

상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈의 상기 반응용기가 장착되는 반응용기 장착홀이 형성된 장착블록에서, 상기 제1 광섬유의 단부는 일 측면으로 설치된 가열판의 위치와 반대되는 타 측면에 상기 반응용기 장착홀과 연결되도록 관통된 삽입홀을 통해 반응용기와 연결되고, 상기 제2 광섬유의 단부는 상기 반응용기 장착홀의 하면에 위치하는 광섬유 고정부를 통해 반응용기와 연결될 수 있다.

즉, 상기 제1 광섬유의 단부는 반응용기의 측면에 위치하고, 상기 제2 광섬유의 단부는 반응용기의 하면에 위치할 수 있다.

상기 제1 광섬유의 단부가 고정되는 제1 광섬유 단부 고정부와, 상기 제2 광섬유의 단부가 고정되는 제2 광섬유 단부 고정부가 수평 방향으로 서로 이격하여 설치되되, 상기 제1 광섬유 단부 고정부 및 상기 제2 광섬유 단부 고정부가 수평 방향으로 이동함으로써 상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 블록의 상기 반응용기 장착홀 하부로 순차적으로 위치될 수 있다.

또한, 상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 블록이 이동함으로써, 상기 제1 광섬유 단부 고정부 및 상기 제2 광섬유 단부 고정부가 상기 반응용기 장착홀 하부로 순차적으로 위치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 핵산 추출, 핵산 증폭 및 핵산 검출과 같은 일련의 공정을 자동 화장치를 이용하여 연속적으로 자동으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 하나의 반응용기에서 정량 분석 및 정성분석을 통합하여 수행할 수 있으며, 반응용기 안에서 실시간으로 PCR 반응 및 DNA 칩 신호를 획득함으로써 감염성 질환 검사를 비롯하여 체세포 돌연변이, 단일염기변이 등 다양한 분자진단 영역에서 한 번에 경제적이고 신뢰적으로 정량 분석과 정성분석을 동시에 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에 의한 자동화 공정을 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치를 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 자석 및 프로텍터를 이용한 자성비드(B)의 이동방법을 설명하기 위한 작동도이다.
도 7은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 제1 가이드에 프로텍터가 장착되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치의 카트리지를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 중합효소 연쇄반응용 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 사용되는 반응용기의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 사용되는 반응용기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 12은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치의 광학검출부를 나타내는 평면도이다.
도 13는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치의 광학검출부를 나타내는 정면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치의 광학검출부를 나타내는 사시도이다.
도 15는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 광학검출부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 제1 광섬유 및 제2 광섬유의 연결구성의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 제1 광섬유 및 제2 광섬유의 연결구성의 제2 및 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

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

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 분자진단 자동분석장치에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 분석 대상 물질들이 수용될 수 있는 용기들이 수납될 수 있는 용기장착부와 중합효소 연쇄 반응용 모듈이 결합된 이동판(130)과 자성비드 이송부(200) 및 광학검출부를 포함하여, 분석 대상물질의 추출과 이에 대한 정량, 정성분석을 일련의 과정으로 자동 수행하는 분자진단 자동분석장치가 제공될 수 있다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 장치는 크게 프레임(100), 이동판(130), 자성비드 이송부(200) 및 광학검출부를 포함한다.

프레임(100)은 분자진단 자동분석장치의 몸체를 구성하는 것으로, 베이스를 구성하는 상판(110), 상판(110)을 지지하는 지지프레임(미도시)을 포함한다. 상판(110)은 대략 직사각형의 판 형상으로 이루어지며, 지지 프레임에 고정적으로 설치되어 지지된다.

이동판(130)은 상판(110)에 대해 수평방향으로 이동 가능하게 장착되는 것으로, 이동판(130)은 카트리지(500)가 삽입될 수 있도록 복수의 용기 수납홀로 이루어진 용기장착부(131)를 구비하며, 용기장착부(131)에 장착된 카트리지(500)와 반응용기(610)의 위치를 이동시키기 위한 것이다.

구체적으로, 상기 카트리지(500)는 세포분쇄를 통해 핵산을 분리하고 자성비드(B)를 결합하기 위한 제1 용기(521)와 자성비드(B)와 결합된 핵산 이외의 다른 물질을 제거하기 위한 적어도 하나의 제2 용기(522)를 포함하는 용기부(520) 및 각각의 상기 제1 및 제2 용기(521, 522) 내에 삽입하여 상기 자성비드(B)가 후술하는 자석(210)에 직접적으로 결합되지 않도록 상기 자석(210)을 내부에 수용하는 프로텍터(220)가 수납된 프로텍터 보관용기(510)가 일체로 결합될 수 있다.

또한, 이동판(130)은 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈(600)의 장착블록(630)이 결합될 수 있는 관통홀(132)을 구비한다. 상기 모듈은 용리(elution) 공정 및 핵산 증폭 공정을 동시에 수행되는 반응용기(610)를 수용할 수 있다.

중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)은 장착블록(630)이 관통홀(132)에 배치되는 형태로 이동판(130)과 일체로 결합되며, 이동판(130)과 함께 이송된다. 이동판(130)은 위치가변수단(140)에 의해 슬라이드 이동이 안내되도록 구성된다.

장착블록(630)에는 반응용기(610)가 수납될 수 있는 반응용기 장착홀(631)이 형성된다. 따라서 이동판(130)에는 복수의 용기 수납홀로 이루어진 용기장착부(131)와, 반응용기(131)가 수납되는 장착홀(631)이 구비된다.

용기장착부(131)는 다수의 용기 수납홀이 행과 열을 이루면서 행과 열 방향으로 일렬로 배열되어 형성된 것으로, 이동판(130)의 이동방향(X방향)을 따라 형성된 용기 수납홀들은 하나의 카트리지(500)에 대응된다.

따라서 용기장착부(131)에는 복수의 카트리지(500)가 수납될 수 있고(Y방향), 그 후측으로 각각의 카트리지(500)에는 대응되는 반응용기(610)가 장착되는 각각의 반응용기 장착홀(631)이 형성된다. 따라서 본 발명에 따른 분자진단 자동 분석 장치는 다수의 바이오 샘플을 동시에 분석할 수 있다.

따라서 용기장착부(131)에는 복수의 카트리지(500)가 수납될 수 있고(Y방향), 그 후측으로 각각의 카트리지(500)에는 대응되는 반응용기(610)가 장착되는 각각의 반응용기 장착홀(631)이 구비되어 다수의 바이오 샘플이 동시에 분석될 수 있다.

하나의 카트리지(500)에 대응되는 용기장착부(131)의 용기 수납홀들은 이동판(130)의 이동방향을 따라 각각 프로텍터 보관용기(510), 제1 용기(521), 및 하나 이상의 제2 용기(522)들이 수납되는 것으로, 프로텍터 보관용기(510), 제1 용기(521) 및 제2 용기(522)들이 각각 별개로 장착될 수 있고, 프로텍터 보관용기(510), 제1 용기(521) 및 제2 용기(522)가 일렬로 일체로 결합된 형태인 카트리지(500) 형태로 결합될 수 있다.

이동판(130)은 카트리지(500) 및 반응용기(610)를 수납한 상태로 슬라이드 이동하는 데, 각 공정간 카트리지(500)와 반응용기(610)의 정지 위치가 미리 설정되고, 설정된 정지위치로 정확하게 이동하게 된다.

여기서, 상기 위치가변수단(140)의 구성은 레일, LM 가이드 등의 통상의 기술이 사용되며 스텝 모터 등이 함께 사용된다.

자성비드 이송부(200)는 자석(210)과 프로텍터(220)를 이용하여 카트리지(500)내의 제1, 제2 용기들 및 반응용기 사이에서 자성비드(B) 및 자성비드(B)와 결합된 핵산을 이동시키기 위해 구성된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분자진단 자동분석장치에서 자석 및 프로텍터를 이용하여 핵산을 추출 이송하는 작동원리를 나타낸 것이다.

도 6(a)를 참고하면, 세포 분쇄 시약, 자성비드(B) 및 바이오 샘플이 주입된 제1 용기(521)에서 교반이 수행되면서 세포 분쇄 공정이 이루어지는 데, 자석(210)은 제 1 용기(521)의 외부에 위치된다. 따라서 이 상태에서 프로텍터(220)가 제1 용기(521) 내부에 먼저 인입되더라도 자성비드(B)는 프로텍터(220)에 달라붙지 않는다.

도 6(b)를 참고하면, 세포 분쇄 공정이 완료된 후 제1 용기(521) 내부로 인입된 프로텍터(220) 내부에 자석(210)이 인입되는 경우 자석(210)의 자력에 의해 핵산과 결합된 자성비드(B)가 프로텍터(220)의 외측 표면에 달라붙게 된다.

이 상태에서 프로텍터(220) 및 자석(210)을 함께 제1 용기(521) 외부로 인출하는 경우 핵산과 결합된 자성비드(B)가 프로텍터(220)에 외측 표면에 부착되어 함께 인출된다.

이러한 상태의 프로텍터(220) 및 자석(210)을 제2 용기(522) 내부로 인입시키고, 핵산과 결합된 자성비드(B)가 제2 용기(522)로 이송된다. 이때, 자석(210)이 외부로 인출되면 프로텍터(220)에 부착된 핵산과 결합된 자성비드(B)가 제2 용기(522) 내의 세척 버퍼 내로 분산되고, 이후 프로텍터(220)가 외부로 인출되더라도 핵산과 결합된 자성비드(B)는 제2 용기(522) 내에 남고 외부로 인출되지 않는다.

이와 같이 프로텍터(220)는 자성비드(B)가 자석(210)에 직접 부착되는 것을 방지하면서 자석(210)과 함께 용기 간에 핵산과 결합된 자성비드(B)를 이송할 수 있다.

이러한 원리로 핵산과 결합된 자성비드(B) 즉, 자성비드(B) 및 자성비드(B)에 결합된 핵산은 제1 용기(521)에서 제2 용기(522)로, 그리고 제2 용기(522)들 사이에서, 그리고 제2 용기(522)에서 반응용기(610)로 옮겨질 수 있다.

자성비드 이송부(200)는 상기와 같은 작동이 가능하도록 하기 위해, 자석(210)과, 프로텍터(220)가 탈착 가능하게 장착되는 수용홀을 구비한 제1 가이드(311)와, 상기 제1 가이드(311)의 상부에 위치하며 상기 자석(210)이 고정된 제2 가이드(312)를 포함한다.

자석(210)은 하강시 프로텍터(220) 내부로 삽입 가능한 위치에 대응되어 정렬된다. 제1 및 제2 가이드(311, 312)는 상기 프레임에 대해 수평방향으로 고정된 위치에서 각각 독립적으로 가능하며, 승강작동부(300)가 제1 및 제2 가이드(311, 312) 승강을 제어한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 프로텍터(220)는 카트리지(500)에 포함되는 프로텍터 보관용기(510) 또는 별개로 형성된 프로텍터 보관용기(510)에 수납된 상태로 제공되며, 프로텍터 보관용기(510)는 이동판(130)의 용기장착부(131)의 수용홀에 삽입되어 거치된다.

제1 가이드(311)가 프로텍터 보관용기(510)의 상부로 정렬된 위치에서 하강하여 프로텍터(220)를 프로텍터 결합부(314)를 통해 제1 가이드(311)에 결합시킨 후 사용된다.

주입된 바이오 샘플의 분석이 완료되면 프로텍터(220)는 제2 가이드(311)로부터 분리 제거되고, 새로운 바이오 샘플에 대해서는 새로운 프로텍터(220)가 사용된다.

자석(210)은 제2 가이드(312)에 고정된다. 제2 가이드(312)가 승강작동부(300)에 의해 승강됨으로써, 자석(210)은 카트리지(500)의 용기부(520)의 각 용기 내부로 인입 또는 인출되는 방식으로 이동이 제어될 수 있다.

자석(210)이 용기 내부로 인입 또는 인출되는 방식으로 이동이 제어될 때, 자석(210)은 자성비드(B)가 자석(210)에 직접적으로 결합되지 않도록 자석(210)을 수용하는 프로텍터(220) 내부로 인입 또는 입출 제어된다.

프로텍터(220)는 하단이 막힌 중공의 실린더 형상이며, 자석(210)은 프로텍터(220)의 중공으로 삽입 가능한 자성을 갖는 봉 형상을 갖는다.

제1 가이드(311)에는 프로텍터(220)의 상단부가 삽입되어 고정 가능한 수용홀(311a)이 구비된다. 수용홀(311a)은 제1 가이드(311)의 길이방향(Y 방향)으로 따라 복수개 형성되며, 용기장착부(131)의 각 용기 수납홀들과 각 반응용기 장착홀(631) 들의 상부로 일렬로 정렬된 위치에 위치할 수 있다. 따라서 수용홀(311a)에 프로텍터(220)가 장착되는 경우, 각 용기들 내부로 삽입가능한 위치로 각 용기 상부에 위치할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1 가이드(311)의 수용홀(311a)의 내주면 둘레에는 자석(313)이 구비되고, 프로텍터(220)의 상단부 외주면에는 상기 수용홀(311a) 내주면에 설치된 자석(313)에 결합되는 자성체로 이루어진 결합부(314)가 형성된다. 상기 결합부(314)는 프로텍터(220) 상단부를 둘러싸는 얇은 철판 등으로 이루어질 수 있다.

따라서 프로텍터 보관용기(510) 상부로 정렬된 위치에서 제1 가이드(311)가 하강하여 수용홀(311a) 내로 상기 프로텍터(220)의 상단부가 수용되는 경우 자석(313)에 결합부(314)가 부착되면서 상기 프로텍터(220)는 제1 가이드(311)에 결합된다.

상기 프로텍터 보관용기(510)에 수납된 프로텍터(220)는 수용홀(311a)에 용이하면서 효과적으로 부착될 수 있도록 적어도 상단부는 프로텍터 보관용기(510)의 외부로 노출된다.

상술된 형태가 바람직하지만, 제1 가이드(311)에 프로텍터(220)가 제공되고 결합되는 방식은 변형이 가능하다.

상기 제1 가이드(311)의 상부에는 상기 프로텍터(220)의 중공 내로 자석(210)이 삽입될 수 있도록 하면에 자석(210)들이 프로텍터(220)의 배열 위치에 대응하게 배치되어 있는 제2 가이드(312)가 구비되어 있다.

승강작동부(300)는 상기 제1 및 제2 가이드(311, 312)를 승강 동작시키기 위해 구비되는 것으로, 프레임(100) 상에서 상기 제1 및 제2 가이드(311, 312)가 각각 승강가능하게 지지하는 가이드암(301)과 제1 및 제2 가이드(311, 312)에 상하 방향 이송력을 제공하기 위한 구동부(302)를 포함한다. 승강작동부(300)는 자동화 장치에서 통상적으로 사용되는 것으로서 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치는 프로텍터(220) 및 자석(210)이 각각 제1 가이드(311) 및 제2 가이드(312)에 거치된 상태로 상하 방향으로 위치 이동함과 동시에 제1 용기(521), 제2 용기(522)로부터 자성비드(B)가 결합된 핵산을 이송한다.

즉, 상기 용기부(520)와 반응용기(610)가 이동판(130)에 의해 공정간의 정해진 정지위치로 이동할 경우, 라이시스 공정의 결과물이 제1 용기(521)에서 추출되어 제2 용기(522)로 수용되고, 세척 공정의 결과물이 제2 용기(522)에서 추출되어 반응용기(610)로 수용된다.

도 8은 카트리지(500)를 도시한 것으로서, 카트리지(500)는 제1 용기(521) 및 하나 이상의 제2 용기(522)가 연속적으로 배치 결합된 용기부(520)와 프로텍터(220)가 수납되는 프로텍터 보관용기(510)가 일체로 결합되어 형성된다. 프로텍터 보관용기(510)는 용기부(520)와 별개로 형성될 수 있으며, 이 경우 카트리지(500)는 용기부(520)만으로 이루어질 수 있다.

용기부(520)의 제1 용기(521)에는 세포 분쇄 시약 및 자성비드(B)가 저장된다. 자성비드(B)는 친수성 자성비드가 사용되는 것이 바람직하다. 바이오 샘플이 주입되면 세포 분쇄를 통하여 바이오 샘플에서 핵산이 분리되고, 핵산과 자성비드(B)가 결합된다.

제2 용기(522)들에는 세척 버퍼가 저장되어 핵산과 결합된 자성비드(B)가 제2 용기(522)로 옮겨지면 세척을 수행하여 자성비드(B)와 결합된 핵산 이외의 다른 바이오 물질을 제거한다. 핵산의 순도를 증가시키기 위하여 제2 용기(522)는 복수개로 구비되는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석 장치의 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)을 나타낸 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)은 반응용기(610)가 수용될 수 있는 복수의 반응용기 장착홀(631)이 형성된 장착블록(630)을 포함하고, 상기 장착블록(630)의 일 측에 설치되며 핵산 증폭을 위해 반응용기(610)에 열을 가하기 위한 가열판(620)을 포함한다.

상기 가열판(620)은 온도의 변화에 대한 즉각적인 반응이 용이한 펠티어 소자를 사용하는 것이 가장 바람직하나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 가열 또는 냉각이 필요한 경우에 필요에 따라 즉각적으로 반응할 수 있는 소자는 모두 적용 가능하다.

또한, 상기 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)은 상기 가열판(620)의 일 측에 결합되어 발생되는 열을 외부로 배출하기 위한 히트싱크(650)와, 상기 히트싱크(650)의 냉각을 위한 송풍팬(660)을 더 포함한다.

상기 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)은 도 2 및 도 3에서 보이는 바와 같이(도 2 및 도 3 에서는 도시의 편의를 위하여 일측 PCR용 모듈만을 도시하고 타측 PCR용 모듈은 생략됨), 장착블록(630)이 이동판(130)의 관통홀(132)에 위치하도록 배치되어 상기 이동판(130)에 결합된다. 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)은 이동판(130)과 함께 X방향으로 이송된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분자진단 자동분석장치에서 사용된 반응용기를 나타낸 것이다.

반응용기(610)에는 핵산의 용리(elution) 및 증폭이 리퀴드 핸들링 없이 동일 반응용기에서 일어날 수 있도록 하는 증폭 시약이 수용되며, 증폭 시약 표면에 증폭 시약의 증발을 억제하는 동시에 핵산 이외의 바이오 물질을 추가로 제거하기 위한 오일층(C)이 형성될 수 있다.

오일층(C)이 형성된 반응용기에 형성되는 경우 자성비드(B)는 친수성 자성비드가 사용된다. 오일층(C)은 증폭 시약 등의 증발을 방지하는 역할을 함과 동시에 핵산과 결합된 친수성 자성비드 외에 물질이 반용용기(620) 내로 주입되는 것을 방지할 수 있다.

반응용기(610)의 내부 편평한 바닥면에는 표적 핵산의 프로브가 고정화된 DNA 칩(624)이 구비되며, 반응용기(610)는 형광신호 검출이 가능하도록 적어도 부분적으로 투명한 소재로 형성된다.

한편, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분자진단 자동분석장치에서 사용된 반응용기를 나타낸 것이다.

반응용기(610')는 내부에 핵산의 용리 및 증폭이 리퀴드 핸들링 없이 동일 반응용기에서 일어날 수 있도록 하는 증폭 시약이 저장되며, 캡(620')을 구비한다. 캡(620')은 반응용기 상단 개구를 통해 결합된다.

캡(620')은 헤드(621'), 상기 헤드(621')의 하측에 돌출 형성되는 튜브 결합부(622'), 상기 튜브 결합부(622')의 하측에 연장 형성되는 로드(623') 및 상기 로드(623')의 말단에 표적 핵산의 프로브가 고정된 DNA 칩(624')을 포함한다. 캡(620')을 포함하여 반응용기(610')는 형광신호 검출이 가능하도록 적어도 부분적으로 투명한 소재로 형성된다.

본 발명에 따른 분자진단 자동 분석 장치는 도 11에 도시된 반응용기(610')가 사용되는 경우, 캡(620')을 반응용기(610')의 상단 개구를 통해 결합시키기 위한 캡 장착부를 더 포함할 수 있다.

캡(620') 장착부는 제1 및 제2 가이드(311, 312)와 이격된 위치에 프레임(100)의 상판(110)에 고정되며 캡을 탈착 가능하게 장착되며 승강가능하게 조작되는 캡 가이드를 포함한다. 캡 가이드는 캡 가이드 승강수단에 의해 승강이 조절된다.

캡 가이드는 제1 가이드(311)와 동일하게 형성될 수 있다. 캡 가이드 승강수단은 자성비드 이송부의 승강조작부와 유사하게 구성될 수 있다. 이때 캡(620')을 수용하는 캡 보관용기가 장착되는 캡 보관용기 장착부가 이동판(130)에 구비될 수 있으며, 캡 보관용기가 카트리지가 일체로 형성될 수 있다.

캡 가이드는 이동판(130) 및 자성비드 이송부(200)가 동작하여 반응용기(620')내로 핵산과 결합된 자성비드(B)가 옮겨진 후 동작한다. 즉, 반응용기(620')로 핵산과 결합된 자성비드(B)가 옮겨지면, 이동판(130)이 동작하여 캡 장착부의 캡 장착 위치 하부로 반응용기(620')가 이동되고, 캡 가이드가 하강하여 캡(620')을 반응용기(610')에 결합시킨다.

이하, 반응용기(610, 610') 내에서 형광신호 발생을 위하여 제공되는 프로브 시스템의 일례에 대하여 설명한다.

본 발명은 특정 반응용기 내에서 중합효소 연쇄반응(PCR)을 이용하여 증폭된 반응산물의 정량분석과 표적 유전자의 프로브가 고정화된 바이오 칩으로부터 상기 반응산물의 정성분석이 동시에 수행될 수 있다.

구체적으로, 반응용기 내에는 타겟 프로브- 리포터 프로브 연결체가 제공되며, 상기 DNA 칩에는 각기 다른 영역에 다른 서열의 표적 핵산이 심어지고, 상기 표적 핵산 서열의 말단에 캡처 프로브가 연결된다. 타겟 프로브-리포터 프로브 연결체는 증폭시약에 포함되어 제공된다.

상기 표적 핵산 서열의 프로브는 펩타이드, 단백질, 핵산, PNA(Peptide Nucleic Acid), 압타머(Aptamer) 및 항체로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

타겟 프로브는 검출될 표적 핵산 서열과 상보적인 서열을 포함하며, 리포터 프로브는 타겟 프로브의 말단에 연결되고 검출된 표적 핵산 서열과 비상보적인 서열을 포함한다. 따라서 증폭 및 혼성화 반응이 시작되면 증폭 프라이머와 타겟 프로브 각각 표적 핵산의 상보적 서열 부위와 결합된다.

증폭 프라이머로부터 연장 반응이 시작되고 뉴클레아제 활성을 가진 중합효소에 의해 혼성화된 타겟 프로브가 절단된다. 타겟 프로브가 절단되면서 방출되는 제1 형광단은 제2 소광체와 이격되므로 제1 형광신호를 발생시킨다.

상기 뉴클레아제 활성을 갖는 중합효소는 타겟 프로브를 모두 절단시켜 방출하고, 결국 타겟 프로브의 말단에 매달려 있던 리포터 프로브도 반응 용액 내로 방출되게 된다.

방출된 리포터 프로브는 DNA 칩에 포함되어 있는 캡처 프로브의 상보적 서열 부위에 혼성화된다. 혼성화 된 리포터 프로브는 프라이머 역할을 하여 연장 반응을 시작한다.

리포터 프로브의 연장 가닥은 캡처 프로브의 구조를 풀어 캡처 프로브에 포함된 제2 형광단과 제2 소광제를 이격시켜 제2 형광신호를 발생시킨다. 여기서 제1 형광신호 및 제2 형광신호는 서로 다른 파장을 가지는 것이 바람직하다.

제1 형광신호를 검출하여 정량분석이 가능하게 되며, 제2 형광신호를 검출하여 정성분석이 가능하게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치는 상술한 실시예의 반응용기 및 프로브 시스템에 의해 제한되지 않으며, DNA 칩이 반응용기 내에 포함되며, 광원을 제공하는 경우 정량분석을 위한 제1 형광신호와 정성분석을 제2 형광신호가 각각 발현되도록 설계된 프로브 시스템을 구비한 다양한 반응용기들이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치는 핵산 증폭되는 바이오 샘플 시료로부터 발생하는 형광신호를 실시간으로 검출하는 정량분석 수단(410)과, 상기 반응용기 내에서 증폭된 샘플 시료가 DNA 칩의 표면에 부착된 표적 핵산과 혼성화 반응하여 발생하는 형광신호를 검출하여 정성분석을 수행하는 정성분석 수단(420)을 포함하는 광학 검출부를 구비한다. 광학 검출부는 동일 반응용기 내에서 리퀴드 핸들링 없이 정량 분석 및 정성분석이 가능하게 한다.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검출부와 PCR 모듈의 위치 관계를 나타낸 것이다.

도 12 내지 도 14는 광학검출부가 PCR 모듈의 전면에 위치하는 구조를 도시한 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정량분석 수단 및 정성분석 수단을 포함하는 광학 검출부는 추출 구동부와 PCR 모듈 상부, 측부 및 하부에 위치할 수 있으며, 추출 후 PCR 모듈에 이동된 시료의 전달과 분석이 용이하도록 하부에 위치하는 것이 가장 바람직하다.

전술한 바와 같이, 반응용기 장착홀(631)에 연통되는 광섬유들이 CDC 카메라 모듈(419) 측에 놓이게 되고, 특정 파장의 광을 조사하는 레이저 모듈이 구비되어 PCR 모듈을 통과한 시료를 분석할 수 있다.

이러한 광학검출부를 통한 정량분석 및 정성분석의 구체적인 내용은 도 15를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 정량분석 수단(410) 및 정성분석 수단(420)의 구성을 설명한다.

정량분석 수단(410)은 제1 광원 모듈(411), 제1 익스팬더 모듈 렌즈(412), 제1 EX 필터(413) 및 제1 EM 필터(417), 제1 결상렌즈(418) 및 제1 카메라 모듈(419)을 포함한다.

제1 광원 모듈(411)은 반응용기(610) 내부로 특정 파장의 광을 조사하기 위한 것으로, 정량분석 수단(410)은 엘이디 광원을 사용할 수 있다.

제1 익스팬더 모듈 렌즈(412)는 제1 광원모듈(411)에서 제공된 광을 집중시키고 평행하고 균일성 있게 하기 위한 것으로 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 EX 필터(413)는 반응용기로 특정 파장의 빛이 제공되도록 광을 필터링하는 역할을 한다

제1 EM 필터(417)는 반응용기 내부의 형광물질로부터 발현되는 형광신호를 필터링하기위한 것으로 특정 파장의 형광신호를 투과시키며, 제1 결상렌즈(418)는 상기 제1 EM 필터(417)로부터 유입되는 형광신호의 이미지를 상기 제1 카메라 모듈에 결상시키는 기능을 한다. 제1 카메라 모듈은 형광신호를 검출하여 영상처리를 위한 디지털 신호를 변환하는 기능을 한다.

이와 같은 정량분석 수단(410)은 핵산의 증폭단계에서 핵산의 증폭과 비례하여 증폭되는 특정파장의 형광신호를 실시간으로 탐지하여 정량 분석을 가능하게 한다.

한편, 정성분석 수단(420)은, 제2 광원 모듈(421), 제2 익스팬더 모듈 렌즈(422), 제2 EX 필터(423) 및 제2 EM 필터(427), 제2 결상렌즈(428) 및 제2 카메라 모듈(429)을 포함한다.

정성분석 수단(420)에서는 제2 광원 모듈(421)로서 특정 파장의 광을 조사하는 레이저 모듈이 사용되며, 제2 익스팬더 모듈 렌즈(422), 제2 EX 필터(423), 제2 EM 필터(427), 제2 결상렌즈(428) 및 제2 카메라 모듈(429)는 정량분석 수단(410)의 제1 익스팬더 모듈 렌즈(412), 제1 EX 필터(413), 제1 EM 필터(417), 제1 결상렌즈(418) 및 제1 카메라 모듈(419)과 그 기능이 동일하다.

제1 및 제2 카메라 모듈로는, CCD 카메라 모듈, CMOS 카메라 모듈 등이 사용될 수 있고 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 정량분석 수단(410) 및 정성분석 수단(420)은 각각 광원 모듈(411, 421)에서 조사된 광을 반응용기(610)에 제공하는 통로가 되고, 반응용기에서 반사된 형광신호를 수집하여 카메라 모듈에 전달하는 통로가 되도록 연결된 광섬유(415, 425)를 각각 포함한다.

각각을 구분하기 위해 정량분석 수단(410)에 연결된 광섬유를 제1 광섬유(415)로 지칭하고, 정성분석 수단(425)에 연결된 광섬유를 제2 광섬유(425)로 지칭한다.

제1 광섬유(415) 및 제2 광섬유(425)는 각각의 광원모듈(411, 421)에서 제공된 광이 반응용기(610)로 제공되는 광섬유 가닥과 반응용기에서 반사된 형광신호를 받아 카메라 모듈에 전달하는 광섬유 가닥을 각각 포함하며, 광원 모듈에서 제공된 광이 반응용기로 제공되는 광섬유 가닥은 제1 및 제2 EX 필터(413, 423)와 반응용기(610) 사이에 연결되고, 반응용기(610)에서 반사된 형광신호를 수집하기 위한 광섬유가닥은 제1 및 제2 EM 필터(417, 427))와 반응용기(610) 사이에 연결된다.

본 발명의 일 측면에 따른 분자진단 자동분석장치에서 정량분석 수단(410) 및 정성분석 수단(420)은 복수의 반응용기(610) 각각에 대응하는 복수의 제1 광섬유(415)와 제2 광섬유(425)를 포함한다.

예컨대 정량분석 수단(410)을 설명하면, 이동판(130)에 복수의 반응용기가 장착되는 형태인 경우 각각의 반응용기에 대응하여 제1 광섬유(415)가 배치된다. 각각의 제1 광섬유(415)를 통해 복수의 반응용기(610)에 대해 순차적으로 광을 제공하고 형광신호를 검출함으로써 복수의 반응용기(610)에 대한 정량분석을 하나의 정량분석 수단(410)으로 수행하는 것이 가능하다.

정성분석 수단(420) 역시 동일한 원리로 복수의 반응용기(610)에 대한 정성분석을 하나의 정량분석수단(410)으로 수행하는 것이 가능하다.

이하, 정량분석 수단(410) 및 정성분석 수단(420)과 반응용기의 광 연결 구성에 대해 설명한다.

도 16은 본 발명에 따른 분자진단 자동분석 장치에서 제1 실시예에 따른 광학검출부의 광 연결 구성의 일 예를 도시하고 있다.

도 16은 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)에 제1 광섬유(415) 및 제2 광섬유(425)가 고정적으로 연결된 구성을 도시하고 있다.

정량분석 수단(410)의 제1 광원 모듈(411)에서 발생된 광을 반응용기(610)에 제공하고, 반응용기(610)에서 반사된 형광신호를 제1카메라 모듈(419)에 제공하기 위한 제1 광섬유(415)의 단부는 반응용기(610)의 측면으로 배치된다.

이를 위해 중합효소 연쇄반응(PCR) 모듈(600)의 장착블록(630)에는 가열판(620)의 부착 위치 반대편으로 광섬유 장착 플레이트(640)가 결합되고, 광섬유 장착 플레이트(640)에는 장착블록(630)의 반응용기 장착홀(631)의 측면 위치에 제1 광섬유(415)가 삽입되는 삽입홀(642)이 형성된다. 상기 삽입홀(642)은 장착블록(630)으로 연장되어 반응용기 장착홀(631)에 연통된다. 따라서 제1 광섬유(415)의 단부는 반응용기(610)의 측면에 위치하여 제1 광원모듈(415)에서 제공된 광을 반응용기(610)에 제공되고 형광신호를 제1 카메라 모듈(419)로 제공하는 것이 가능하다.

중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)의 반응용기 장착홀(631) 하면에는 제2 광섬유(425)의 단부가 지지되는 광섬유 고정부(632)가 형성되어 상기 제2 광섬유(425)의 단부가 반응용기(610)의 하면에 배치된다. 따라서 제2 광섬유(425)의 단부는 반응용기(610)의 하면에 위치하여 제2 광원 모듈(425)에서 제공된 광을 반응용기(610)에 제공되고 형광신호를 제2 카메라 모듈(419)로 제공하는 것이 가능하다.

이와 같이 정량분석 수단(410)과 정성분석 수단(420)의 제1 광섬유(415) 및 제2 광섬유(425)가 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)로 일체로 연결되어 정량 분석 및 정성분석을 수행할 수 있게 된다.

도 17는 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서 광학 검출부의 다른 실시예에 따른 광 연결 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 16에 도시된 예와 동일한 구성과 동일한 기능을 갖는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하게 된다.

도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 광학 검출부는 제1 실시예의 광학 검출부와 달리, 제1 광섬유(415)의 단부 및 제2 광섬유(425)의 단부가 서로 간격을 두고 이격 배치된다. 제1 광섬유(415)의 단부는 제1 광섬유 단부 고정부(634a)에 고정되고, 제2 광섬유(425)의 단부는 제2 광섬유 단부 고정부(634b)에 고정된다.

중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)이 이동판(130)에 의해 이동되면서 반응용기(610)가 제1 및 제2 광섬유 단부 고정부(634a, 634b) 상부 위치로 이동된다. 제1 광섬유 단부 고정부(634a) 상부에 반응용기(610)가 위치하면서 정량 분석이 수행되고, 이후 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)이 이동판(130)에 의해 이동하여 제2 광섬유 단부 고정부(634b) 상부에 반응용기(610)가 위치하면서 정성분석이 수행될 수 있다.

또한, 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이, 제3 실시예에 따른 광학 검출부는 제2 실시예의 광학 검출부와 동일하게 제1 광섬유(415)의 단부 및 제2 광섬유(425)의 단부가 서로 간격을 두고 이격 배치되며, 제1 광섬유(415)의 단부는 제1 광섬유 단부 고정부(634a)에 고정되고, 제2 광섬유(425)의 단부는 제2 광섬유 단부 고정부(634b)에 고정된다.

그러나, 제2 실시예의 광학 검출부와 달리 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)은 정량 및 정성분석 시에 소정 위치에 정지되며, 제1 및 제2 광섬유 단부 고정부(634a, 634b)가 이동하며 반응용기(610)의 하부로 위치 이동한다. 즉, 이동판(130)이 정지한 상태, 즉 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)의 위치 이동이 정지한 상태에서, 제1 및 제2 광섬유 단부 고정부(634a, 634b)가 이동하면서 정량분석 수단(410)과, 정성분석 수단(420)에 의해 정량분석 및 정성분석이 수행된다. 제3 실시에에 따른 광학검출부는 제1 및 제2 광섬유 단부 고정부(634a, 634b)를 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈(600)의 하부 위치에서 수평 이동시키기 위한 위치조정수단(미도시)을 더 포함한다.

이와 같이 광섬유를 이용하여 광학검출부와 중합효소 연쇄반응(PCR) 모듈(600)을 광 연결하는 구성은 광 신호의 제공 및 형광신호의 검출을 위한 유연한 메커니즘을 제공할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치의 작용에 대해 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치에서는 라이시스(lysis) 공정, 세척 공정, 용리(elution) 및 증폭 공정, 검출 공정을 자동으로 수행하면서 분자진단을 수행한다. 바이오 샘플 주입 공정은 전 공정으로 진행된다. 검출공정은 제1 실시예에 따른 광학검출부를 예로 동작을 설명한다.

바이오 샘플 주입 공정에서는 세포 분쇄 시약 및 자성비드(B)가 저장되어 있는 카트리지(500)의 제1 용기(521)에 바이오 샘플을 주입한다. 이와 같은 바이오 샘플 주입 공정은 실험자가 직접 수행하거나, 별도의 자동화장치를 이용하여 수행될 수 있다.

바이오 샘풀이 주입된 카트리지(500)가 이동판(130)의 용기장착부(131)에 장착되고 분자진단 자동분석장치가 동작하여 이후 공정을 자동으로 수행하게 된다. 이때 카트리지(500)에서 프로텍터 보관용기(510)에는 프로텍터(220)가 수납되고, 제2 용기(521)에는 세척 버퍼가 수용된다. 그리고 반응용기 장착홀(631)에는 용리 및 증폭을 위한 증폭 시약이 주입된 반응용기(610)가 장착된다.

분자진단 자동분석장치가 동작되면, 이동판(130)은 위치가변수단(140)에 의해 슬라이드 이동한다. 이때 카트리지(500)에 수납된 프로텍터(220)가 제1 가이드(311) 하부에 정렬되도록 위치가 조정된다. 이어서 제1 가이드(311)가 하강하여 수용홀(311a)에 프로텍터(220)의 상단부가 삽입되고, 프로텍터(220)는 자력을 통해 수용홀(311a)에 삽입된 상태로 제1 가이드(311)에 고정된다. 이 상태에서 제1 가이드(311)가 상승하여 카트리지(500)로부터 프로텍터(220)가 인출된다.

이때, 상기 제1 용기(521)에서는 라이시스(lysis) 공정이 수행되는바, 세포 분쇄를 통하여 바이오샘플에서 핵산이 분리되고, 핵산은 자성비드(B)와 결합한다.

다음으로, 이동판(130)이 이동하여 제1 용기(521)가 제1 가이드(311)의 프로텍터(220) 하부에 정렬되도록 위치가 조정된다. 이후 제1 가이드(311)가 하강하면서 프로텍터(220)가 제1 용기(521)에 삽입되고, 제2 가이드(312)가 하강함으로써, 제1 용기(521)에 삽입된 프로텍터(220)의 내부로 자석(210)이 삽입된다.

이에 따라 프로텍터(200)의 외측 표면에는 제1 용기(521) 내의 핵산과 결합된 자성비드(B)가 부착된다. 이 상태에서 프로텍터(220) 내에 자석(210)이 있는 상태를 유지하면서 제1 및 제2 가이드(311, 312)가 동시에 상승하여 핵산과 결합된 자성비드(B)를 제1 용기(521) 외부로 인출한다.

이후, 이동판(130)이 이동하여 제2 용기(522)가 프로텍터(220) 하부로 정렬되도록 위치가 조정되고, 제1 및 제2 가이드(311, 312)가 동시에 하강하여 제2 용기(522)내로 프로텍터(220) 및 이에 결합된 자석(210)이 삽입된다. 그리고나서 제2 가이드(312)가 상승하여 프로텍터(220)로부터 분리되면 프로텍터(220)에 부착된 핵산과 결합된 자성비드(B)는 제2 용기(522) 내의 세척 버퍼에 분산되고 제1 가이드(311)가 동작하여 프로텍터(220)를 제2 용기(522) 외부로 인출한다.

제2 용기(521)에서는 세척 공정이 수행된다. 제2 용기(522)에서는 자성비드(B)와 결합된 핵산 이외의 다른 바이오 물질을 자성비드(B)로부터 분리한다. 특히, 핵산의 순도를 증가시키기 위하여 제2 용기(522)를 복수로 구비하는 것이 바람직하다.

즉, 제2 용기(522)를 복수로 구성하여 단계적으로 세척 공정을 여러 번 수행한다. 복수의 제2 용기(521)를 구비한 경우 제1 용기(521)에서 제2 용기(522)로 핵산과 결합된 자성비드(B)를 과정과 동일한 과정으로 제2 용기(522)에서 그 다음에 위치하는 제2 용기(522)로 핵산과 결합된 자성비드(B)가 이송된다.

다음으로, 증폭 시약이 저장되어 있는 중합효소 연쇄반응(PCR) 모듈(600)의 반응용기(610)에 제2 용기(522)로부터 세척 공정이 완료된 핵산이 결합된 자성비드(B)를 이송한다. 자성비드의 이송 과정은 상술한 바와 같다.

반응용기(610)에서는 핵산을 용리시켜 핵산으로부터 자성비드(B)를 분리하고, 중합효소 연쇄반응(PCR) 모듈(600)을 제어하여 온도를 제어하면서 핵산의 증폭을 수행한다. 이때 제1 광섬유(415)를 이용하여 정량분석 수단(410)에서, 증폭되는 핵산으로부터 발생하는 특정 파장의 형광신호를 실시간으로 검출한다.

이후, 제2 광섬유(425)를 이용하여 정성분석수단(420)에서 증폭된 핵산이 DNA 칩에 고정된 표적 핵산의 프로브와 혼성화 반응하여 발생하는 특정 파장의 형광신호를 검출한다.

본 발명에 따른 분자진단 자동분석장치는 정량분석 수단(410)과 정성분석 수단(420)으로 이루어진 광학 검출부를 이용하여 하나의 반응용기(610) 안에서, 실시간 PCR 반응을 이용하여 증폭된 반응산물의 정량 분석과 표적 유전자의 프로브가 고정화된 DNA 칩으로부터 상기 반응산물의 정성분석을 동시에 수행할 수 있다.

따라서, 핵산 추출, 핵산 증폭 및 핵산 검출과 같은 일련의 공정을 자동 화장치를 이용하여 연속적으로 자동으로 수행할 수 있고, 다양한 분자진단 영역에서 경제적으로 정량 및 정성 분석을 동시에 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.

100: 프레임
110: 상판
130: 이동판, 131: 용기장착부, 132: 관통홀
140: 위치가변수단
200: 자성비드 이송부, 210: 자석, 220: 프로텍터
300: 승강작동부, 311: 제1 가이드, 312: 제2 가이드, 311a: 수용홀, 313: 자석, 314: 프로텍터 결합부
500: 카트리지, 510: 프로텍터 보관용기, 521: 제1 용기, 522: 제2 용기
600: 중합효소 연쇄반응(PCR)용 모듈, 610: 반응용기, 620: 가열판, 630: 장착블록, 631: 반응용기 장착홀, 640: 광섬유 장착 플레이트, 650: 히트싱크, 660: 송풍팬

Claims

프레임;
상기 프레임에 의해 지지되며, 복수의 용기가 수납 가능한 용기장착부 및 반응용기와 반응용기 장착홀을 포함하는 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈이 결합된 이동판;
상기 프레임에 의해 지지되며 상기 이동판의 상부로 이격되고, 프로텍터가 장착되는 수용홀을 구비한 제1 가이드와, 상기 제1 가이드의 상부로 배치되고 하강시 상기 프로텍터 내부로 삽입 가능한 위치에 자석이 고정된 제2 가이드를 포함하는 자성비드 이송부; 및
정량분석 수단과 정성분석 수단을 포함하는 광학검출부;를 포함하는,
분자진단 자동분석장치.
제1항에 있어서,
상기 광학검출부의 정량분석 수단은 핵산 증폭되는 샘플 시료로부터 발생하는 형광신호를 실시간으로 검출하고, 정성분석 수단은 증폭된 샘플시료가 DNA 칩의 표면에 부착된 표전 핵산과 혼성화 반응하여 발생하는 형광신호를 검출하되,
상기 정량분석 및 정성분석은 동일한 반응용기를 대상으로 수행되는,
분자진단 자동분석장치.
제1항에 있어서,
상기 이동판은 상기 프레임에 수평방향으로 이동 가능하고,
상기 제1 가이드 및 상기 제2 가이드는 상기 프레임에 대해 수평방향으로 고정된 위치에서 각각 독립적으로 승강 가능한,
분자진단 자동분석장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가이드가 승강 동작함으로써,
상기 용기장착부에 되는 용기 및 상기 반응용기 장착홀에 장착되는 반응용기 내로 프로텍터 및 상기 자석이 인입 및 인출 가능한,
분자진단 자동분석장치.
제1항에 있어서,
상기 프로텍터는 상기 수용홀로부터 분리 가능한,
분자진단 자동분석장치.
제5항에 있어서,
상기 수용홀은 내주면 둘레에 자석이 구비되고,
상기 프로텍터의 외주면에 구비되는 자성체로 이루어진 결합부가 상기 수용홀에 자력으로 결합됨으로써 상기 수용홀에 상기 프로텍터가 장착 가능한,
분자진단 자동분석장치.
제6항에 있어서,
상기 용기장착부에는 상기 프로텍터가 구비되는 프로텍터 보관용기가 장착 가능하며,
상기 제1 가이드의 수용홀과 상기 프로텍터가 대응되는 위치에서 상기 제1 가이드가 하강함으로써,
상기 수용홀에 상기 프로텍터의 결합부가 삽입되어 상기 수용홀에 상기 프로텍터가 장착 가능한,
분자진단 자동분석장치.
제1항에 있어서,
상기 용기장착부는,
바이오 샘플이 주입되며, 세포 분쇄 시약 및 자성비드를 포함하여 라이시스 공정이 이루어지는 제1 용기; 및
상기 제1 용기로부터 제공된 핵산 결합 자성비드를 세척하는 세척 버퍼가 수용된 적어도 하나의 제2 용기;를 포함하는,
분자진단 자동분석장치.
제8항에 있어서,
상기 용기장착부에는 프로텍터가 구비되는 프로텍터 보관용기, 제1 용기 및 제2 용기가 구비되는 용기부가 일체로 결합된 카트리지가 장착 가능한,
분자진단 자동분석장치.
제1항에 있어서,
상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈은,
상기 반응용기가 수납되는 복수의 장착홀을 구비하는 장착블록;
상기 장착블록의 일 측면에 설치되어 반응용기에 열을 가하는 가열판; 및
상기 가열판에 부착되어 열을 외부로 방출시키는 히트싱크;를 포함하는,
분자진단 자동분석장치.
제1항에 있어서,
상기 반응용기의 내측 하면에 DNA 칩이 구비되며, 수용된 시약 상면에 오일층이 구비되는,
분자진단 자동분석장치.
제1항에 있어서,
상기 반응용기는,
반응용기 상단 개구를 통해 결합되며 상기 반응용기 내부를 향하여 하측으로 연장되어 시료에 담기는 로드의 말단 하면에 DNA 칩이 고정된 캡을 더 포함하는,
분자진단 자동분석장치.
제1 항에 있어서,
상기 광학검출부의 상기 정량분석 수단 및 정성분석 수단은 각각, 반응용기에 광을 제공하는 제1 및 제2 광원모듈, 반응용기 내부에서 발생된 형광신호를 검출하여 영상처리를 위한 디지털 신호를 변환하는 제1 및 제2 카메라 모듈을 각각 포함하되,
상기 정량분석 수단은, 상기 제1 광원모듈 측에서 제공된 광을 반응용기로 제공하고, 발생된 형광신호를 제1 카메라 모듈로 전달하는 제1 광섬유와 연결되고,
상기 정성분석 수단은, 상기 제2 광원모듈 측에서 제공된 광을 반응용기로 제공하고, 발생된 형광신호를 제2 카메라 모듈로 전달하는 제2 광섬유와 연결되며,
상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유 각각을 통한 광의 제공 및 형광신호의 전달은 하나의 반응용기에 대하여 순차적으로 수행되는,
분자진단 자동분석장치.
제13항에 있어서,
상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 모듈의 상기 반응용기가 장착되는 반응용기 장착홀이 형성된 장착블록에서,
상기 제1 광섬유의 단부는 일 측면으로 설치된 가열판의 위치와 반대되는 타 측면에 상기 반응용기 장착홀과 연결되도록 관통된 삽입홀을 통해 반응용기와 연결되고,
상기 제2 광섬유의 단부는 상기 반응용기 장착홀의 하면에 위치하는 광섬유 고정부를 통해 반응용기와 연결되는,
분자진단 자동분석장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 광섬유의 단부는 반응용기의 측면에 위치하고,
상기 제2 광섬유의 단부는 반응용기의 하면에 위치하는,
분자진단 자동분석장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 광섬유의 단부가 고정되는 제1 광섬유 단부 고정부와, 상기 제2 광섬유의 단부가 고정되는 제2 광섬유 단부 고정부가 수평 방향으로 서로 이격하여 설치되되,
상기 제1 광섬유 단부 고정부 및 상기 제2 광섬유 단부 고정부가 수평 방향으로 이동함으로써 상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 블록의 상기 반응용기 장착홀 하부로 순차적으로 위치되는,
분자진단 자동분석장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 광섬유의 단부가 고정되는 제1 광섬유 단부 고정부와, 상기 제2 광섬유의 단부가 고정되는 제2 광섬유 단부 고정부가 수평 방향으로 서로 이격하여 설치되되,
상기 중합효소 연쇄 반응(PCR)용 블록이 이동함으로써, 상기 제1 광섬유 단부 고정부 및 상기 제2 광섬유 단부 고정부가 상기 반응용기 장착홀 하부로 순차적으로 위치되는,
분자진단 자동분석장치.