KR20180128054A - 서모 사이클링 검사 장치 및 칩 홀더 - Google Patents

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료코 아소
히로시 미쓰타케
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가부시키가이샤 메타보스크린
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Abstract

칩 홀더(50)를 수용하는 홀더 수용 공간(10)과, 검사 칩(60)을 가열하고 냉각하는 서모 사이클링부(20)와, 검사 칩(60)을 촬영하는 검출기(30)를 구비하고, 서모 사이클링부(20)에 의한 가열 냉각시 또는 검출기(30)에서의 촬영시에는, 홀더 수용 공간(10)의 한쪽에 서모 사이클링부(20)가 배치되고, 홀더 수용 공간(10)의 다른쪽에 검출기(30)가 배치되고, 검출기(30)의 광축과 시료 도입구(62)가 일치하도록, 홀더 수용 공간(10)을 형성한 것으로, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 한 검사 칩을 이용하여 검사를 행할 수 있는 서모 사이클링 검사 장치 및 검사 칩을 제공한다.

Description

서모 사이클링 검사 장치 및 칩 홀더
본 발명은, 칩 홀더를 이용하여 폴리메라아제 연쇄 반응에 의한 검체 검사를 행하는 서모 사이클링 검사 장치, 및 상기 장치에 이용하는 칩 홀더에 관한 것이다.
이미, 이런 종류의 검사 칩으로서 내부에 관통상 유로가 형성되고, 그 유로의 적어도 일부에 캐필러리가 매설됨과 함께 유로 폐쇄용의 더미 로드가 더 매설되어서 이루어지고, 유로는, 분지(分枝) 형상 또는 격자 형상으로 마련되고, 캐필러리는, 유리 또는 플라스틱으로 이루어지는 것을 제안하고 있다(특허문헌 1).
또한, 다른 검사 칩으로서, 기판 상에 병렬 혹은 직렬로 접속되는 복수의 홈이 형성되고, 서로 다른 화학 변형이 처리된 캐필러리가 복수의 홈에 각각 매설되고, 이들의 매설된 복수의 캐필러리에 유체를 공급하여 검출 데이터를 취득할 수 있는 것을 제안하고 있다(특허문헌 2).
또한, 한 조각이 100미크론 정도의 모서리를 가지는 직사각형 중공(中空) 홈인 시료 유로를 간단하고 쉬운 방법으로 제조할 수 있는 검사 칩이며, 시료 유로에 시료 용액을 도입하기 쉽고, 또한 다종류의 마이크로 화학 반응장(反應場)을 동시에 하나로 행할 수 있는 검사 칩을 제안하고 있다(특허문헌 3).
그 외로서, 이러한 종류의 검사 칩의 구조나 제조 방법으로서는, 특허문헌 4에서 특허문헌 7에 개시되고 있다.
일본 특허공보 제4073023호 일본 실용신안등록공보 제3116709호 국제 공개공보 WO2012/001972호 일본 공개특허공보 2000-93816호 일본 공개특허공보 2001-157855호 일본 공개특허공보 2000-81406호 일본 공표특허공보 2005-510695호
검사 칩을 이용한 미소(微小) 공간 반응에서는, 사용하는 시료의 미량화를 달성 가능할 뿐만 아니라, 반응의 고속화나 고효율화를 도모할 수 있다.
그러나, 이 특징을 활용하기 위해서는, 이 검사 칩을 이용할 수 있는 서모 사이클링 검사 장치를 제공할 필요가 있다.
여기서, 본 발명은, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 한 검사 칩을 이용하여 검사를 행할 수 있는 서모 사이클링 검사 장치 및 칩 홀더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1 기재의 본 발명의 서모 사이클링 검사 장치는, 검사 칩에는, 중앙에 형성된 시료 도입구와, 상기 시료 도입구로부터 방사상으로 연장된 복수의 시료 유로가 형성되고, 상기 시료 유로에 시약을 고정한 상기 검사 칩을 칩 홀더에 수용하고, 상기 칩 홀더를 이용하여, 폴리메라아제 연쇄 반응에 의한 검체 검사를 행하는 서모 사이클링 검사 장치로서, 상기 칩 홀더를 수용하는 홀더 수용 공간과, 상기 검사 칩을 가열하고 냉각하는 서모 사이클링부와, 상기 검사 칩을 촬영하는 검출기를 구비하고, 상기 서모 사이클링부에 의한 가열 냉각시 또는 상기 검출기에서의 촬영시에는, 상기 홀더 수용 공간의 한쪽에 상기 서모 사이클링부가 배치되고, 상기 홀더 수용 공간의 다른쪽에 상기 검출기가 배치되고, 상기 검출기의 광축(光軸)과 상기 시료 도입구가 일치하도록, 상기 홀더 수용 공간을 형성한 것을 특징으로 한다.
청구항 2 기재의 본 발명은, 청구항 1에 기재의 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 상기 서모 사이클링부는, 펠티에 소자와, 상기 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크와, 상기 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 배치하는 면 히터와, 상기 면 히터 및 상기 펠티에 소자의 상기 다른쪽의 면을 덮는 커버 판을 가지고, 상기 커버 판을 덮도록 상기 홀더 수용 공간이 형성되고, 상기 커버 판에는, 상기 칩 홀더의 칩 수용 받침 접시를 상기 면 히터에 접촉시킬 수 있는 개구부가 형성되고, 상기 칩 수용 받침 접시에 수용되어 있는 상기 검사 칩을 상기 면 히터로 가열하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3 기재의 본 발명은, 청구항 2에 기재의 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 상기 면 히터와 상기 칩 수용 받침 접시의 사이에 온도 센서를 배치한 것을 특징으로 한다.
청구항 4 기재의 본 발명은, 청구항 2에 기재의 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 상기 홀더 수용 공간에 배치하는 상기 칩 홀더를 덮는 홀더 가압 덮개를 마련하고, 상기 홀더 가압 덮개에는 형광 검출창이 형성되고, 상기 홀더 가압 덮개의 상기 홀더 수용 공간측에 투명 기판을 마련하고, 상기 투명 기판에 의해서, 상기 형광 검출창을 덮음과 함께 상기 칩 홀더를 가압하는 것을 특징으로 한다.
청구항 5 기재의 본 발명은, 청구항 1에 기재의 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 상기 서모 사이클링부는, 펠티에 소자와, 면 히터와, 상기 검사 칩의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 펠티에 소자 및 상기 면 히터를 온도 제어하는 제어부를 가지고, 상기 제어부에서는, 상기 면 히터에 의해서 상기 검사 칩을 가열하고, 상기 펠티에 소자에 의해서 상기 면 히터를 냉각하고, 상기 온도 센서에서 검출되는 검출 온도가, 제1 설정 온도와, 상기 제1 설정 온도보다 낮은 제2 설정 온도를 주기적으로 반복하도록, 상기 면 히터와 상기 펠티에 소자를 제어하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6 기재의 본 발명은, 청구항 5에 기재의 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 상기 제어부에서는, 상기 온도 센서에서 검출되는 상기 검출 온도가, 상기 제1 설정 온도를 검출하면, 상기 면 히터를 OFF로 하고, 상기 펠티에 소자를 ON으로 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 7 기재의 본 발명은, 청구항 5에 기재의 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 상기 제어부에서는, 상기 온도 센서에서 검출되는 상기 검출 온도가, 상기 제2 설정 온도를 검출하면, 상기 펠티에 소자를 OFF 상태에서, 상기 검출 온도가 상기 제2 설정 온도가 되도록 상기 면 히터를 피드백 제어하는 것으로, 상기 제2 설정 온도를 소정 시간 유지하는 것을 특징으로 한다.
청구항 8 기재의 본 발명의 서모 사이클링 검사 장치에 이용하는 칩 홀더는, 청구항 1에 기재의 서모 사이클링 검사 장치에 이용하는 칩 홀더로서, 상기 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와, 상기 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와, 상기 칩 수용 받침 접시에 수용한 상기 검사 칩을 상기 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고, 상기 칩 가압재가 상기 홀더에 의해서 위치 결정되는 것을 특징으로 한다.
청구항 9 기재의 본 발명의 칩 홀더는, 검사 칩에는, 중앙에 형성된 시료 도입구와, 상기 시료 도입구로부터 방사상으로 연장된 복수의 시료 유로가 형성되고, 상기 시료 유로에 시약을 고정한 상기 검사 칩을 수용하는 칩 홀더로서, 상기 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와, 상기 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와, 상기 칩 수용 받침 접시에 수용한 상기 검사 칩을 상기 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고, 상기 칩 가압재가 상기 홀더에 의해서 위치 결정되는 것을 특징으로 한다.
청구항 10 기재의 본 발명은, 청구항 9에 기재의 칩 홀더에 있어서, 상기 칩 수용 받침 접시에는 위치 결정 돌기를 형성하고, 상기 검사 칩에는, 상기 위치 결정 돌기에 대응하는 위치 결정 오목부를 형성한 것을 특징으로 한다.
청구항 11 기재의 본 발명은, 청구항 9에 기재의 칩 홀더에 있어서, 상기 칩 수용 받침 접시를, 상기 홀더보다 열 전도율이 높은 재료로 한 것을 특징으로 한다.
청구항 12 기재의 본 발명은, 청구항 9에 기재의 칩 홀더에 있어서, 상기 칩 수용 받침 접시의 중앙에 오목부를 마련한 것을 특징으로 한다.
청구항 13 기재의 본 발명은, 청구항 9에 기재의 칩 홀더에 있어서, 상기 홀더에 붙여서, 상기 칩 수용 받침 접시에 첨가하는 오일의 넘침을 방지하는 투명 필름을 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 14 기재의 본 발명의 서모 사이클링 검사 장치는, 칩 홀더를 수용하는 홀더 수용 공간과, 상기 검사 칩을 가열하고 냉각하는 서모 사이클링부와, 상기 검사 칩을 촬영하는 검출기와, 상기 홀더 수용 공간에 배치하는 상기 칩 홀더를 덮는 홀더 가압 덮개를 구비하고, 상기 서모 사이클링부는, 펠티에 소자와, 상기 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크와, 상기 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 배치하는 면 히터와, 상기 면 히터 및 상기 펠티에 소자의 상기 다른쪽의 면을 덮는 커버 판을 가지고, 상기 커버 판을 덮도록 상기 홀더 수용 공간이 형성되고, 상기 커버 판에는 개구부가 형성되고, 상기 홀더 가압 덮개에는, 상기 검출기에 의해서 상기 검사 칩을 촬영하는 형광 검출창을 형성한 것을 특징으로 한다.
청구항 15 기재의 본 발명의 칩 홀더는, 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와, 상기 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와, 상기 칩 수용 받침 접시에 수용한 상기 검사 칩을 상기 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고, 상기 칩 수용 받침 접시의 중앙에 오목부를 마련한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 홀더 수용 공간의 한쪽에 배치한 서모 사이클링부에 의해서 검사 칩을 가열하고 냉각하는 것으로, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 할 수 있다. 또한, 홀더 수용 공간의 다른쪽에 배치한 검출기에 의해서 검사 칩을 촬영할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 한 검사 칩에 촬영에 의한 검사가 행해지고, 리얼타임 검사를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 서모 사이클링 검사 장치의 주요부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 주요 부분을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 주요 부분의 일부를 움직인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 서모 사이클링부를 나타내는 분해 사시도 및 온도 센서의 구성도이다.
도 5(a)는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 서모 사이클링부를 나타내는 사시도, (b)는 상기 서모 사이클링부에 칩 홀더를 탑재한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6(a)는 상기 서모 사이클링 검사 장치에의 칩 홀더의 장착을 나타내는 사진, (b)는 상기 서모 사이클링 검사 장치에의 칩 홀더의 장착을 나타내는 주요부 확대 사시도이다.
도 7(a)는 상기 서모 사이클링 검사 장치에서 이용하는 칩 홀더의 분해 사시도, (b)는 상기 칩 홀더의 사시도, (c)는 상기 칩 홀더의 측면 단면도이다.
도 8(a)는 본 발명의 일실시예에 의한 검사 칩의 외관을 나타내는 평면도, (b)는 상기 검사 칩의 측면도, (c)는 상기 검사 칩의 시료 유로의 일부를 나타내는 확대 설명도이다.
도 9는 상기 검사 칩에 적합한 시약 도입 장치의 사시도이다.
도 10은 본 실시예에 의한 칩 홀더에의 시료 용액의 도입 공정을 나타내는 설명도이다.
도 11은 본 실시예에 의한 서모 사이클링 검사 장치의 제어를 행하기 위한 블록도이다.
도 12는 검사 칩의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 서모 사이클링 검사 장치의 케이스 내의 주요부 구성 배치를 나타내는 사시도이다.
도 14는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 주요 부분을 나타내는 측면도이다.
도 15는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제1의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치는, 서모 사이클링부에 의한 가열 냉각시 또는 검출기에서의 촬영시에는, 홀더 수용 공간의 한쪽에 서모 사이클링부가 배치되고, 홀더 수용 공간의 다른쪽에 검출기가 배치되고, 검출기의 광축과 시료 도입구가 일치하도록, 홀더 수용 공간을 형성한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 홀더 수용 공간의 한쪽에 배치한 서모 사이클링부에 의해서 검사 칩을 가열하고 냉각하는 것으로, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 할 수 있고, 홀더 수용 공간의 다른쪽에 배치한 검출기에 의해서 검사 칩을 촬영할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 한 검사 칩에 촬영에 의한 검사가 행해지고, POCT를 소형의 장치로 실현할 수 있다.
본 발명의 제2의 실시형태는, 제1의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 서모 사이클링부가, 펠티에 소자와, 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크와, 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 배치하는 면 히터와, 면 히터 및 펠티에 소자의 다른쪽의 면을 덮는 커버 판을 가지고, 커버 판을 덮도록 홀더 수용 공간이 형성되고, 커버 판에는, 칩 홀더의 칩 수용 받침 접시를 면 히터에 접촉시킬 수 있는 개구부가 형성되고, 칩 수용 받침 접시에 수용되어 있는 검사 칩을 면 히터로 가열하는 것이다. 본 실시형태에 의하면, 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크로 펠티에 소자를 안정된 온도로 제어할 수 있고, 면 히터로 검사 칩을 가열할 수 있고, 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 면 히터를 배치하는 것으로, 면 히터의 냉각을 펠티에 소자로 행할 수 있기 때문에, 단시간의 주기적인 온도 변화를 실현할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 안정적으로 행하게 할 수 있다.
본 발명의 제3의 실시형태는, 제2의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 면 히터와 칩 수용 받침 접시의 사이에 온도 센서를 배치한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 보다 정확하게 검사 칩의 온도를 검출할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 안정적으로 행하게 할 수 있다.
본 발명의 제4의 실시형태는, 제2의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 홀더 수용 공간에 배치하는 칩 홀더를 덮는 홀더 가압 덮개를 마련하고, 홀더 가압 덮개에는 형광 검출창이 형성되고, 홀더 가압 덮개의 홀더 수용 공간측에 투명 기판을 마련하고, 투명 기판에 의해서, 형광 검출창을 덮음과 함께 칩 홀더를 가압하는 것이다. 본 실시형태에 의하면, 투명 기판에 의해서 칩 홀더를 가압하는 것으로, 칩 수용 받침 접시와 면 히터와의 밀착성이 높아지고, 따라서, 면 히터의 열을 칩 수용 받침 접시에 전하기 쉽게 하고, 칩 수용 받침 접시의 열 응답성을 높일 수 있다.
본 발명의 제5의 실시형태는, 제1의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 서모 사이클링부가, 펠티에 소자와, 면 히터와, 검사 칩의 온도를 검출하는 온도 센서와, 펠티에 소자 및 면 히터를 온도 제어하는 제어부를 가지고, 제어부에서는, 면 히터에 의해서 검사 칩을 가열하고, 펠티에 소자에 의해서 면 히터를 냉각하고, 온도 센서에서 검출되는 검출 온도가, 제1 설정 온도와, 제1 설정 온도보다 낮은 제2 설정 온도를 주기적으로 반복하도록, 면 히터와 펠티에 소자를 제어하는 것이다. 본 실시형태에 의하면, 면 히터에 의해서 검사 칩을 가열하고, 펠티에 소자에 의해서 면 히터를 냉각하는 것으로, 특히 제1 설정 온도로부터 제2 설정 온도에의 이행을 신속하게 행할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 단시간에 행할 수 있다.
본 발명의 제6의 실시형태는, 제5의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 제어부에서는, 온도 센서에서 검출되는 검출 온도가, 제1 설정 온도를 검출하면, 면 히터를 OFF로 하고, 펠티에 소자를 ON으로 하는 것이다. 본 실시형태에 의하면, 제1 설정 온도로부터 제2 설정 온도에의 이행을, 면 히터의 OFF 뿐만이 아니라, 펠티에 소자에 의해서 강제적으로 냉각하는 것으로, 신속하게 행할 수 있다.
본 발명의 제7의 실시형태는, 제5의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치에 있어서, 제어부에서는, 온도 센서에서 검출되는 검출 온도가, 제2 설정 온도를 검출하면, 펠티에 소자를 OFF 상태에서, 검출 온도가 제2 설정 온도가 되도록 면 히터를 피드백 제어하는 것으로, 제2 설정 온도를 소정 시간 유지하는 것이다. 본 실시형태에 의하면, 펠티에 소자를 OFF 상태에서 면 히터를 피드백 제어하는 것으로, 헌팅을 작게 해서 안정된 제어를 행할 수 있다.
본 발명의 제8의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치에 이용하는 칩 홀더는, 제1의 서모 사이클링 검사 장치에 이용하는 칩 홀더이며, 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와, 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와, 칩 수용 받침 접시에 수용한 검사 칩을 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고, 칩 가압재가 홀더에 의해서 위치 결정되는 것이다. 본 실시형태에 의하면, 칩 가압재에 의해서 검사 칩을 칩 수용 받침 접시에 가압하는 것으로, 검사 칩과 칩 수용 받침 접시와의 밀착성이 높아지고, 따라서, 칩 수용 받침 접시의 열을 검사 칩에 전하기 쉽게 하고, 검사 칩의 열 응답성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 홀더에 의해서, 칩 수용 받침 접시를 유지하고, 칩 가압재를 위치 결정하는 것으로, 칩 가압재에 의한 검사 칩의 칩 수용 받침 접시에의 가압을 확실히 행할 수 있고, 검사 칩의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명의 제9의 실시형태에 의한 칩 홀더는, 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와, 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와, 칩 수용 받침 접시에 수용한 검사 칩을 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고, 칩 가압재가 홀더에 의해서 위치 결정되는 것이다. 본 실시형태에 의하면, 칩 가압재에 의해서 검사 칩을 칩 수용 받침 접시에 가압하는 것으로, 검사 칩과 칩 수용 받침 접시와의 밀착성이 높아지고, 따라서, 칩 수용 받침 접시의 열을 검사 칩에 전하기 쉽게 하고, 검사 칩의 열 응답성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 홀더에 의해서, 칩 수용 받침 접시를 유지하고, 칩 가압재를 위치 결정하는 것으로, 칩 가압재에 의한 검사 칩의 칩 수용 받침 접시에의 가압을 확실히 행할 수 있고, 검사 칩의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명의 제10의 실시형태는, 제9의 실시형태에 의한 칩 홀더에 있어서, 칩 수용 받침 접시에는 위치 결정 돌기를 형성하고, 검사 칩에는, 위치 결정 돌기에 대응하는 위치 결정 오목부를 형성한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 위치 결정 돌기와 위치 결정 오목부에 의해서, 검사 칩을 칩 수용 받침 접시에 정확하게 위치 결정할 수 있고, 검사 칩의 가열 냉각을 안정적으로 행할 수 있고, 촬영을 정확하게 행할 수 있다.
본 발명의 제11의 실시형태는, 제9의 실시형태에 의한 칩 홀더에 있어서, 칩 수용 받침 접시를, 홀더보다 열 전도율이 높은 재료로 한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 칩 수용 받침 접시에 열 전도율이 높은 재료를 이용하는 것으로 검사 칩에의 가열 냉각을 신속하게 행할 수 있고, 한편 홀더에 열 전도율이 낮은 재료를 이용하는 것으로 홀더에의 열 확산을 방지하고, 검사 칩의 열 응답성을 높일 수 있다.
본 발명의 제12의 실시형태는, 제9의 실시형태에 의한 칩 홀더에 있어서, 칩 수용 받침 접시의 중앙에 오목부를 마련한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 시료 도입구로부터 주입되는 검체액이 칩 수용 받침 접시에 유출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제13의 실시형태는, 제9의 실시형태에 의한 칩 홀더에 있어서, 홀더에 붙여서, 칩 수용 받침 접시에 첨가하는 오일의 넘침을 방지하는 투명 필름을 구비한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 투명 필름을 홀더에 붙이는 것으로, 칩 수용 받침 접시에 첨가하는 오일의 누출을 방지할 수 있고, 칩 홀더의 취급을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 제14의 실시형태에 의한 서모 사이클링 검사 장치는, 서모 사이클링부가, 펠티에 소자와, 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크와, 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 배치하는 면 히터와, 면 히터 및 펠티에 소자의 다른쪽의 면을 덮는 커버 판을 가지고, 커버 판을 덮도록 홀더 수용 공간이 형성되고, 커버 판에는 개구부가 형성되고, 홀더 가압 덮개에는, 검출기에 의해서 검사 칩을 촬영하는 형광 검출창을 형성한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크로 펠티에 소자를 안정된 온도로 제어할 수 있고, 면 히터로 검사 칩을 가열할 수 있고, 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 면 히터를 배치하는 것으로, 면 히터의 냉각을 펠티에 소자로 행할 수 있기 때문에, 단시간의 주기적인 온도 변화를 실현할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 안정적으로 행하게 할 수 있다.
본 발명의 제15의 실시형태에 의한 칩 홀더는, 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와, 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와, 칩 수용 받침 접시에 수용한 검사 칩을 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고, 칩 수용 받침 접시의 중앙에 오목부를 마련한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 칩 가압재에 의해서 검사 칩을 칩 수용 받침 접시에 가압하는 것으로, 검사 칩과 칩 수용 받침 접시와의 밀착성을 높이는 것으로, 칩 수용 받침 접시의 열을 검사 칩에 전하기 쉽게 하고, 검사 칩의 열 응답성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 시료 도입구로부터 주입되는 검체액이 칩 수용 받침 접시에 유출되는 것을 방지할 수 있다.
[실시예]
이하에, 본 발명의 서모 사이클링 검사 장치의 일실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시예에 의한 서모 사이클링 검사 장치의 주요부 구성을 나타내는 사시도, 도 2는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 주요 부분을 나타내는 사시도, 도 3은 도 2에 나타내는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 주요 부분의 일부를 움직인 상태를 나타내는 사시도이다.
본 실시예에 의한 서모 사이클링 검사 장치는, 칩 홀더를 수용하는 홀더 수용 공간(10)과, 검사 칩을 가열하고 냉각하는 서모 사이클링부(20)와, 검사 칩을 촬영하는 검출기(30)를 구비하고 있다.
홀더 수용 공간(10)은, 서모 사이클링부(20)의 상방에 형성된다. 홀더 수용 공간(10)의 상방에는, 홀더 수용 공간(10)에 배치하는 칩 홀더를 덮는 홀더 가압 덮개(40)를 마련하고 있다.
케이스(1)는, 전면에는 앞문(2)을, 내부 양 측면 또는 내부 바닥면에는 한 쌍의 가이더(3)를 가지고 있다. 한 쌍의 슬라이드 레일(4)은, 한 쌍의 가이더(3)를 슬라이딩한다.
홀더 수용 공간(10), 서모 사이클링부(20), 및 홀더 가압 덮개(40)는, 한 쌍의 슬라이드 레일(4)에 의해서, 케이스(1)의 전면에서 전방으로 인출할 수 있다.
도 1 및 도 3은, 홀더 수용 공간(10), 서모 사이클링부(20), 및 홀더 가압 덮개(40)를, 케이스(1)로부터 밖으로 인출한 상태를 나타내고, 도 2는, 홀더 수용 공간(10), 서모 사이클링부(20), 및 홀더 가압 덮개(40)를, 케이스(1) 내에 수용한 상태를 나타내고 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 케이스(1) 내는, 전방 공간(A)과 후방 공간(B)으로 구분되어 있다. 홀더 수용 공간(10), 서모 사이클링부(20), 및 홀더 가압 덮개(40)는, 전방 공간(A)에 수용된다. 후방 공간(B)에는, 온도 센서에서 검출되는 검출 온도에 기초하여 펠티에 소자 및 면 히터를 제어하는 제어부를 수용한다.
홀더 가압 덮개(40)에는, 형광 검출창(41)이 형성되어 있다. 홀더 가압 덮개(40)에는, 토크 힌지(42)를 마련하고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 후방 공간(B)에는, 케이스(1) 내의 공기를 배출하는 냉각 팬(5)을 마련하고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 전방 공간(A)은, 케이스(1)의 바닥면에 흡기구(6)를 형성하고 있다.
냉각 팬(5)의 구동에 의해서, 흡기구(6)로부터 케이스(1) 내에 흡입되는 공기는, 전방 공간(A)에 마련한 배기구로부터 배출된다.
케이스(1)의 상부에는, 검출기(30)를 배치하고 있다. 검출기(30)는, 카메라(31)와, 카메라 렌즈(32)와, 조명용 LED(33)와, 유지재(34)로부터 구성된다.
카메라(31)는 유지재(34)에 의해서 케이스(1)의 상부에 유지된다. 카메라(31)는 하부에 카메라 렌즈(32)를 유지하고 있다.
한 쌍의 조명용 LED(33)는, 카메라 렌즈(32)의 양측에 배치되고, 전방 공간(A)의 상부에 장착된다.
카메라 렌즈(32)의 광축은, 형광 검출창(41)의 중심에 일치하고, 한 쌍의 조명용 LED(33)의 광축은, 형광 검출창(41)으로 향해져 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 홀더 수용 공간(10), 서모 사이클링부(20), 및 홀더 가압 덮개(40)가 케이스(1) 내에 수용된 상태, 즉, 서모 사이클링부(20)에 의한 가열 냉각시 및 검출기(30)에서의 촬영시에는, 홀더 수용 공간(10)의 한쪽에 서모 사이클링부(20)가 배치되고, 홀더 수용 공간(10)의 다른쪽에 검출기(30)가 배치된다.
그리고, 홀더 수용 공간(10)은, 검출기(30)의 광축과, 검사 칩의 중앙에 형성된 시료 도입구가 일치하도록 형성하고 있다.
본 실시예에 의하면, 홀더 수용 공간(10)의 한쪽에 배치한 서모 사이클링부(20)에 의해서 검사 칩을 가열하고 냉각하는 것으로, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 할 수 있고, 홀더 수용 공간(10)의 다른쪽에 배치한 검출기(30)에 의해서 검사 칩을 촬영할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 행하게 한 검사 칩에 촬영에 의한 검사가 행해지고, POCT(리얼타임 검사)를 소형의 장치로 실현할 수 있다.
도 4(a)는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 서모 사이클링부를 나타내는 분해 사시도, 도 4(b)는 온도 센서의 구성도이다.
서모 사이클링부(20)는, 펠티에 소자(21)와, 펠티에 소자(21)의 한쪽의 면(21a)에 배치하는 히트 싱크(22)와, 펠티에 소자(21)의 다른쪽의 면(21b)에 배치하는 면 히터(23)와, 면 히터(23) 및 펠티에 소자(21)의 다른쪽의 면(21b)을 덮는 커버 판(24)과, 검사 칩의 온도를 검출하는 온도 센서(25)와, 히트 싱크(22)의 열교환 성능을 증대시키는 팬(26)을 가지고 있다.
펠티에 소자(21)의 한쪽의 면(21a)은, 열전도성 접착제 전사 테이프(27)에 의해서 히트 싱크(22)에 접착된다. 면 히터(23)는, 열전도성 접착제 전사 테이프(28)에 의해서 펠티에 소자(21)의 다른쪽의 면(21b)에 접착된다. 커버 판(24)의 중앙에는, 개구부(24a)를 형성하고 있다. 면 히터(23)의 커버 판(24)측의 면에는, 온도 센서(25)를 배치한다. 온도 센서(25)의 검지부(25a)는, 2매의 열 확산 시트(29)로 사이에 끼워진다. 열 확산 시트(29)는, 커버 판(24)의 개구부(24a)에 대향하는 위치에 배치된다. 열 확산 시트(29)는, 검사 칩과 동일한 크기인 것이 바람직하고, 검사 칩의 외경 이상이며 개구부(24a) 이하의 크기이다.
펠티에 소자(21)의 다른쪽의 면(21b)에는 오목부를 형성하고 있다. 열전도성 접착제 전사 테이프(28), 면 히터(23), 및 2매의 열 확산 시트(29)에는 구멍을 형성하고 있다. 펠티에 소자(21)의 오목부, 열전도성 접착제 전사 테이프(28)의 구멍, 면 히터(23)의 구멍, 및 2매의 열 확산 시트(29)의 구멍은 조립시에 핀을 이용하여 위치 결정으로서 이용할 수 있다.
팬(26)은, 히트 싱크(22)의 핀(fin) 면에 대향하여 배치한다.
본 실시예에 의하면, 면 히터(23)를 이용하는 것으로, 가열에 의한 축열을 저감할 수 있고, 단시간으로의 온도 변화를 실현할 수 있다.
또한, 온도 센서(25)는 검사 칩의 온도를 직접 검출하는 경우에 한정하지 않고, 본 실시예와 같이, 온도 센서(25)와 면 히터(23)의 온도를 검지하여, 검사 칩의 온도를 간접적으로 검지해도 좋다.
또한, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 온도 센서(25)는 2개의 열전대를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 온도 센서(25)를 복수의 열전대로 구성하고, 병렬로 복수 회로를 마련하는 것으로 제어부의 폭주를 미연에 방지할 수 있다.
도 5(a)는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 서모 사이클링부를 나타내는 사시도, 도 5(b)는 상기 서모 사이클링부에 칩 홀더를 탑재한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 커버 판(24)은, 면 히터(23) 및 펠티에 소자(21)를 덮고, 커버 판(24)의 상방 및 주위에, 커버 판(24)을 덮도록 홀더 수용 공간(10)이 형성된다.
그리고, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 홀더 수용 공간(10)에 칩 홀더(50)가 배치된다.
도 6(a)는 상기 서모 사이클링 검사 장치에의 칩 홀더의 장착을 나타내는 사진, 도 6(b)는 상기 서모 사이클링 검사 장치에의 칩 홀더의 장착을 나타내는 주요부 확대 사시도이다.
도 6에서는, 홀더 가압 덮개(40)를 연 상태를 나타내고 있다.
홀더 가압 덮개(40)의 홀더 수용 공간(10)측에는, 투명 기판(43)과 락 부재(44)를 마련하고 있다.
투명 기판(43)은, 형광 검출창(41)을 덮음과 함께, 홀더 가압 덮개(40)를 닫은 상태에서는 칩 홀더(50)를 가압한다. 홀더 가압 덮개(40)를 닫은 상태에서는, 홀더 가압 덮개(40)는 락 부재(44)에 의해서 닫은 상태가 유지된다.
도 7(a)는 상기 서모 사이클링 검사 장치에서 이용하는 칩 홀더의 분해 사시도, 도 7(b)는 상기 칩 홀더의 사시도, 도 7(c)는 상기 칩 홀더의 측면 단면도이다.
본 실시예에 의한 칩 홀더(50)는, 검사 칩(60)을 수용하는 칩 수용 받침 접시(51)와, 칩 수용 받침 접시(51)를 중앙부에 유지하는 홀더(52)와, 칩 수용 받침 접시(51)에 수용한 검사 칩(60)을 칩 수용 받침 접시(51)에 가압하는 칩 가압재(53)를 가진다.
칩 수용 받침 접시(51)는, 검사 칩(60)을 탑재하는 탑재면(51a)과, 탑재면(51a)의 외주를 감싸는 벽면(51b)으로 형성된다. 벽면(51b)은 상방이 넓어지도록 사발(鉢) 형상으로 형성된다. 칩 수용 받침 접시(51)는, 탑재면(51a)과 벽면(51b)에 의해서 오목 형상으로 형성된다.
홀더(52)의 상면(52a)에는, 링 형상 오목부(52b)와, 위치 결정용 오목부(52c)와, 고정용 구멍(52d)을 형성하고 있다. 링 형상 오목부(52b)는 칩 수용 받침 접시(51)의 외주에 형성하고, 위치 결정용 오목부(52c)는 링 형상 오목부(52b)에 연속되고, 고정용 구멍(52d)은 위치 결정용 오목부(52c)의 일부에 형성되어 있다.
칩 가압재(53)는, 링부(53a)와, 위치 결정용 다리부(53b)와, 고정용 돌기(53c)와, 칩 가압용 다리부(53d)로 형성된다. 링부(53a)는 링 형상 오목부(52b)에 장착되고, 위치 결정용 다리부(53b)는 위치 결정용 오목부(52c)에 장착되고, 고정용 돌기(53c)는 고정용 구멍(52d)에 장착된다.
링부(53a)가 링 형상 오목부(52b)에 장착되고, 위치 결정용 다리부(53b)가 위치 결정용 오목부(52c)에 장착되는 것으로, 칩 가압재(53)는 홀더(52)에 위치 결정된다. 또한, 고정용 돌기(53c)가 고정용 구멍(52d)에 끼워맞춤하는 것으로, 칩 가압재(53)는 홀더(52)에 고정된다.
칩 가압용 다리부(53d)는, 링부(53a)로부터 안쪽으로 수평으로 연장시킨 수평 부재(53d1)와, 수평 부재(53d1)의 선단으로부터 탑재면(51a)을 향하여 연직으로 연장시킨 연직 부재(53d2)로 구성되고, 수평 부재(53d1)의 선단 상면에는 상방으로 돌출시킨 돌기(53d3)를 마련하고 있다.
칩 가압재(53)가 홀더(52)에 고정된 상태에서는, 돌기(53d3)를 제외한 칩 가압재(53)의 상면과 홀더(52)의 상면(52a)은 동일 평면을 형성한다. 따라서, 도 7(c)에 나타내는 투명 기판(43)을 홀더(52)의 상면(52a)에 접촉시키면, 투명 기판(43)은 돌기(53d3)를 가압한다.
수평 부재(53d1)의 탄성에 의해서 수평 부재(53d1)의 선단은 휠 수 있고, 투명 기판(43)이 돌기(53d3)를 가압하는 것으로, 연직 부재(53d2)는 검사 칩(60)을 칩 수용 받침 접시(51)의 탑재면(51a)에 가압한다.
본 실시예에 의하면, 투명 기판(43)에 의해서 칩 홀더(50)를 가압하는 것으로, 칩 수용 받침 접시(51)와 면 히터(23)의 밀착성이 높아지고, 따라서, 면 히터(23)의 열을 칩 수용 받침 접시(51)에 전하기 쉽게 하고, 칩 수용 받침 접시(51)의 열 응답성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 칩 가압재(53)에 의해서 검사 칩(60)을 칩 수용 받침 접시(51)에 가압하는 것으로, 검사 칩(60)과 칩 수용 받침 접시(51)와의 밀착성이 높아지고, 따라서, 칩 수용 받침 접시(51)의 열을 검사 칩(60)에 전하기 쉽게 하고, 검사 칩(60)의 열 응답성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 홀더(52)에 의해서, 칩 수용 받침 접시(51)를 유지하고, 칩 가압재(53)를 위치 결정하는 것으로, 칩 가압재(53)에 의한 검사 칩(60)의 칩 수용 받침 접시(51)에의 가압을 확실히 행할 수 있고, 검사 칩(60)의 파손을 방지할 수 있다.
칩 수용 받침 접시(51)의 탑재면(51a)에는 위치 결정 돌기(51c)를 형성하고, 검사 칩(60)에는, 위치 결정 돌기(51c)에 대응하는 위치 결정 오목부(61)를 형성하고 있다.
본 실시예에 의하면, 위치 결정 돌기(51c)와 위치 결정 오목부(61)에 의해서, 검사 칩(60)을 칩 수용 받침 접시(51)에 정확하게 위치 결정할 수 있고, 검사 칩(60)의 가열 냉각을 안정적으로 행할 수 있고, 촬영을 정확하게 행할 수 있다.
칩 수용 받침 접시(51)는, 홀더(52)보다 열 전도율이 높은 재료로 한다. 예를 들면, 홀더(52)를 수지로 했을 경우에, 칩 수용 받침 접시(51)에는, 홀더(52)의 수지보다 열 전도율이 높은, 알루미늄, 철, 구리 등의 금속 재료, 열전도성 수지, 또는 질화 알루미늄과 같은 고열 전도율인 세라믹스를 이용한다. 또한, 칩 수용 받침 접시(51) 전체보다, 탑재면(51a)만, 또는 탑재면(51a) 중에서도 검사 칩(60)이 탑재되는 부분만을 홀더(52)보다 열 전도율이 높은 재료로 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 의하면, 칩 수용 받침 접시(51) 또는 탑재면(51a)에 열 전도율이 높은 재료를 이용하는 것으로 검사 칩(60)에의 가열 냉각을 신속하게 행할 수 있고, 한편으로 홀더(52)에 열 전도율이 낮은 재료를 이용하는 것으로 홀더(52)에의 열 확산을 방지하고, 검사 칩(60)의 열 응답성을 높일 수 있다.
또한, 검사 칩(60)에는, 중앙에 시료 도입구(62)가 형성되어 있다. 또한, 칩 수용 받침 접시(51)의 중앙에는 오목부(51d)를 마련하고 있다. 오목부(51d)의 중앙에는, 서모 사이클링부(20)측으로 돌출하는 돌기가 형성되어 있다. 이 돌기는 칩 수용 받침 접시(51)를 인젝션 성형할 때의 노즐부에 의해서 형성된다. 이 돌기는, 칩 홀더(50)를 서모 사이클링부(20)에 장착할 때에는, 펠티에 소자(21)의 오목부, 열전도성 접착제 전사 테이프(28)의 구멍, 면 히터(23)의 구멍, 및 2매의 열 확산 시트(29)의 구멍에 배치된다. 따라서, 서모 사이클링부(20)에 의해서 이 돌기가 가압되는 일이 없다. 즉, 검사 칩(60)이 오목부(51d)에 의해서 가압되는 일이 없고, 검사 칩(60)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일실시예에 의한 검사 칩의 외관을 나타내는 것으로, 도 8(a)는 평면도, 도 8(b)는 측면도, 도 8(c)는 시료 유로의 일부를 나타내는 확대 설명도이다.
검사 칩(60)에는, 중앙에 형성된 시료 도입구(62)와, 시료 도입구(62)로부터 방사상으로 연장된 복수의 시료 유로(63)가 형성되어 있다.
도 8(b)의 측면도에 나타내는 바와 같이, 검사 칩(60)은, 제1 기판(60a)과 제2 기판(60b)과 제3 기판(60c)를 붙여 맞추어서 구성할 수 있다.
제1 기판(60a)은 시료 도입구(62)를, 제2 기판(60b)은 시료 유로(63)를, 제3 기판(60c)은 시료 배출구(64)를 가진다. 제1 기판(60a), 제2 기판(60b), 및 제3 기판(60c)은, 유리 또는 플라스틱으로 구성된다. 유리로서는, 실리카 유리를 이용할 수 있고, 다른 유리나 합성 수지재 등도 이용할 수 있다. 적어도 제1 기판(60a) 및 제3 기판(60c)의 한쪽은, 투광성 재료로 구성하고, 또한, 투광성 재료는 투명한 재료인 것이 바람직하다.
시료 도입구(62)는, 제1 기판(60a)의 표리를 관통하는 구멍으로서 형성되고, 시료 유로(63)는 제2 기판(60b)의 표리를 관통하는 구멍 및 이 구멍으로부터 방사상으로 연장되는 슬릿으로서 형성되고, 시료 배출구(64)는 제3 기판(60c)의 표리를 관통하는 구멍으로서 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 8개의 슬릿에 의해서 다수의 시료 유로(63)를 형성하는 경우를 나타내고 있고, 8개의 슬릿은, 중앙부에 형성한 구멍을 중심으로서 지름 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 시료 배출구(64)의 구멍 지름은, 시료 도입구(62)의 구멍 지름과 동일한 크기로 형성하고, 시료 배출구(64) 및 시료 도입구(62)의 구멍 지름은, 슬릿의 폭보다 크고, 또한 제2 기판(60b)의 중앙부의 구멍보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 의한 검사 칩(60)은, 시료 도입구(62) 및 시료 배출구(64)를 중심으로 8개의 시료 유로(63)를 형성하고 있다.
8개의 시료 유로(63)는, 시료 도입구(62) 및 시료 배출구(64)를 중심으로 방사상으로 동일 길이로 배치되고, 각각의 외주측 단부는 개방구로 되어 있다.
도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 시료 유로(63)는, 제1 기판(60a) 및 제3 기판(60c)에 의해서, 4개의 모서리를 가지는 직사각형 중공(中空) 홈이 된다. 이와 같이 예리한(둥글지 않다) 4개의 모서리를 형성하는 것으로, 시약(C)을 시료 유로(63)에 확실히 고정할 수 있다.
시료 유로(63)의 슬릿 깊이(제2 기판(60b)의 판 두께)를 슬릿 폭보다 크게 하는 것으로, 약한 형광 반응에서도 확실히 판별할 수 있다.
도 9는, 본 실시예에 의한 검사 칩에 적절한 시약 도입 장치의 사시도이다.
시약 도입 장치(70)는, 외주부에 복수의 시약 풀(pool, 71)을, 내주부에 검사 칩(60)을 적층할 수 있는 공간(72)을, 내주면에 시약 풀(71)로부터 도입되는 시약을 공급하는 시약 공급구(73)를 가지고 있다.
본 실시예에 의한 검사 칩(60)은, 8개의 시료 유로(63)를 가지고 있기 때문에, 시약 풀(71) 및 시약 공급구(73)는 8개 마련하고 있다.
시약 풀(71)로부터 공급되는 시약은, 각각의 시약 공급구(73)를 통하여 시료 유로(63)의 개방구로부터 모세관 현상에 의해 도입한다.
즉, 시료 유로(63)의 개방구에 시약을 접촉시키면, 시약은 모세관 현상에 의해 시료 유로(63) 내에 능동적으로 흘러 들어가고, 시료 도입구(62) 및 시료 배출구(64)에 임하는 단부에서 작용하는 표면 장력에 의해 시료 유로(63) 내에 확실히 시약이 채워진다.
그리고, 시료 유로(63) 내에 시약을 채운 상태로 건조시키면, 직사각형 중공 홈 내에 시약이 고정된다. 시약은, 직사각형 중공 홈의 4개의 모서리에 고정되거나, 또는 직사각형 중공 홈 내에 망 형상으로 고정된다.
본 실시예에서는, 각각의 시료 유로(63)마다, 다른 시약을 도입하여 고착시킨다. 이 경우에는, 각각의 시료 유로(63)에 순서대로 시약을 도입하거나, 동시에 모든 시료 유로(63)에 다른 시약을 도입한다. 모든 시료 유로(63)에 시약을 도입한 후에, 건조에 의해서 시약을 고정한다.
또한, 적당한 매트릭스를 이용하고, 시약에 적절한 점성을 가지게 하는 것으로, 시료 유로(63) 내부의 시약 농도의 고르지 않음을 방지할 수 있다. 여기서, 매트릭스에는, 이후의 반응에 영향을 주지 않는 범위이면, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜, 글리세롤, 다당류, 단백질, 계면 활성제, 무기염류의 적어도 어느 하나, 또는 이들의 혼합물을 이용할 수 있다.
도 7에 나타내는 칩 홀더(50)에 수용하는 검사 칩(60)은, 시료 유로(63)에 시약을 고정한 것이다.
도 7에 나타내는 칩 홀더(50)는, 이하에 설명하는 바와 같이 측정 대상으로 하는 검체액(시료 용액)을 검사 칩(60)에 도입한 후에, 도 1 ~ 도 3에 나타내는 서모 사이클링 검사 장치에 세트한다.
도 10은 본 실시예에 의한 칩 홀더에의 시료 용액의 도입 공정을 나타내는 설명도이다.
채취한 검체를 핵산 추출액에 첨가하고, 가열 및 초음파 파쇄에 의해 핵산을 추출한다. 추출한 핵산에 검출 시약을 혼합하여 시료 용액(D)을 만든다.
도 10(a)는, 이 시료 용액(D)을 칩 홀더(50)에 적하하는 공정을 나타내고 있다.
시료 용액은, 시료 도입구(62)로부터 모세관 현상에 의해 도입한다.
도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 시료 용액(D)을 시료 도입구(62)에 접촉시키면, 시료 용액(D)은, 모세관 현상에 의해 시료 유로(63) 내에 능동적으로 흘러 들어가고, 시료 유로(63)의 개방구에 있어서 작용하는 표면 장력에 의해 시료 유로(63) 내에 확실히 시료 용액(D)이 채워진다.
또한, 도 7에서 설명한 바와 같이, 칩 수용 받침 접시(51)의 중앙에 오목부(51d)를 마련하고 있기 때문에, 시료 도입구(62)로부터 주입되는 시료 용액(D)이 칩 수용 받침 접시(51)에 유출되는 것을 방지할 수 있다.
시료 유로(63) 내에 도입된 시료 용액(D)에는, 이미 고정되어 있는 시약(C)이 용출되고, 시료 용액(D)과 시약(C)이 혼합되고, 또한 최적인 온도 조건으로 관리하는 것으로, 시료 용액(D)과 시약(C)의 반응이 개시된다.
도 10(c)는, 시료 용액(D)의 증발 건조를 방지하기 위해서, 칩 수용 받침 접시(51)에 오일(광물유)(E)을 도입하는 공정을 나타내고 있다. 오일을 첨가하면, 검사 칩(60)에 처리된 유로의 양단을 광물유(E)로 막을 수 있다. 이와 같이 하여 오일 실링된 유로 내의 용액은 증발되지 않고, 온도 변화를 반복해도 건조되는 일은 없다.
도 10(d)에 나타내는 바와 같이, 칩 수용 받침 접시(51)에 오일(E)을 도입한 후에, 투명 필름(54)을 홀더(52)의 상면(52a)에 붙이고, 칩 수용 받침 접시(51)에 첨가한 오일(E)의 넘침을 방지한다.
본 실시예에 의하면, 투명 필름(54)을 홀더(52)에 붙이는 것으로, 칩 수용 받침 접시(51)에 첨가하는 오일(E)의 누출을 방지할 수 있고, 칩 홀더(50)의 취급을 용이하게 할 수 있다.
도 11은 본 실시예에 의한 서모 사이클링 검사 장치의 제어를 행하기 위한 블럭도, 도 12는 검사 칩의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
서모 사이클링부(20)는, 펠티에 소자(21)와 면 히터(23)와 온도 센서(25)와 제어 수단(80)을 구비하고 있다.
제어 수단(80)은, 펠티에 소자(21) 및 면 히터(23)를 온도 제어하는 제어부(81)와, 설정 온도나 설정 시간을 기억하는 기억부(82)와, 시간을 계시하는 계시부(83)를 구비하고 있다.
면 히터(23)는 검사 칩(60)을 가열하고, 펠티에 소자(21)는 면 히터(23)를 냉각한다.
제어부(81)에서는, 온도 센서(25)에서 검출되는 검출 온도가, 제1 설정 온도(T1)와, 제1 설정 온도(T1)보다 낮은 제2 설정 온도(T2)를 주기적으로 반복하도록, 면 히터(23)와 펠티에 소자(21)를 제어한다.
제어부(81)에서는, 온도 센서(25)에서 검출되는 검출 온도가, 제1 설정 온도(T1)를 검출하면, 면 히터(23)를 OFF로 하고, 펠티에 소자(21)를 ON으로 한다.
도 12에서는, 시각(t1)에 있어서 면 히터(23)를 ON으로 하고, 온도 센서(25)가 제1 설정 온도(T1)를 검출한 시각(t2)에 있어서 면 히터(23)를 OFF로 한다. 면 히터(23)를 OFF로 한 시각(t2)과 동시, 또는 시각(t2)으로부터 약간의 타임 러그를 마련하여 펠티에 소자(21)를 ON으로 한다. 소정 시간(S1)이 짧은 경우에는 시각(t2)과 동시에 펠티에 소자(21)를 ON 하고, 소정 시간(S1)이 긴 경우에는 시각(t2)으로부터 지연시켜서 펠티에 소자(21)를 ON으로 한다.
제어부(81)에서는, 면 히터(23)를 OFF, 펠티에 소자(21)를 ON으로 하는 것으로, 검사 칩(60)의 온도는 급격하게 저하된다(R2). 온도 센서(25)가 제2 설정 온도(T2)를 검출한 시각(t3)에 있어서 펠티에 소자(21)를 OFF로 한다.
제어부(81)에서는, 온도 센서(25)에서 검출되는 검출 온도가, 제2 설정 온도(T2)를 검출하면, 펠티에 소자(21)를 OFF 상태에서, 검출 온도가 제2 설정 온도(T2)가 되도록 면 히터(23)를 ON/OFF 하여 피드백 제어하는 것으로, 제2 설정 온도(T2)를 소정 시간(S2) 유지한다. 여기서, 소정 시간(S2)은 기억부(82)에 기억되고 있고, 제2 설정 온도(T2)를 검출하는 것으로 계시부(83)에서 계시를 개시하고, 계시부(83)에서 소정 시간(S2)를 계시하면, 제어부(81)에서는, 면 히터(23)를 ON으로 하여 2사이클째을 개시한다.
본 실시예에 의하면, 면 히터(23)에 의해서 검사 칩(60)을 가열하고, 펠티에 소자(21)에 의해서 면 히터(23)를 냉각하는 것으로, 특히 제1 설정 온도(T1)로부터 제2 설정 온도(T2)에의 이행을 신속하게 행할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 단시간에 행하게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 제1 설정 온도(T1)로부터 제2 설정 온도(T2)에의 이행을, 면 히터(23)의 OFF 뿐만이 아니라, 펠티에 소자(21)에 의해서 강제적으로 냉각하는 것으로, 신속하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 온도 센서(25)에서 검출되는 검출 온도가, 제2 설정 온도(T2)를 검출하면, 펠티에 소자(21)를 OFF 상태에서 면 히터(23)를 피드백 제어하는 것으로, 제2 설정 온도(T2)를 소정 시간(S2) 유지하기 때문에, 헌팅을 작게 하여 안정된 제어를 행할 수 있다.
이하에, 본 발명의 서모 사이클링 검사 장치의 다른 실시예에 대해서 설명한다.
도 13은 본 실시예에 의한 서모 사이클링 검사 장치의 케이스 내의 주요부 구성 배치를 나타내는 사시도, 도 14는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 주요 부분을 나타내는 측면도, 도 15는 상기 서모 사이클링 검사 장치의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 13 및 도 14는 케이스를 덮는 바깥 커버를 탈거한 상태를 나타내고 있다. 또한 상기 실시예와 동일 구성, 동일 기능에 대해서는 설명을 생략하고, 본 실시예의 특징적인 구성에 대해서 이하에 설명한다.
도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같이, 케이스(1) 내는, 칸막이 판(X)에 의해서 전방 공간(A)과 후방 공간(B)으로 구분되어 있다. 또한, 전방 공간(A)은, 칸막이 판(Y)에 의해서 하부 전방 공간(A1)과, 상부 전방 공간(A2)으로 구분되어 있다.
하부 전방 공간(A1)에는, 홀더 수용 공간(10), 서모 사이클링부(20), 조명용 LED(33), 카메라 렌즈(32)의 선단부, 및 홀더 가압 덮개(40)가 수용된다. 상부 전방 공간(A2)에는, 카메라(31), 카메라 렌즈(32)의 선단부를 제외하는 부분, 및 유지재(34)가 수용된다. 후방 공간(B)에는, 온도 센서에서 검출되는 검출 온도에 기초하여 펠티에 소자 및 면 히터를 제어하는 프린트 기판(제어부)(80a)이 수용된다. 프린트 기판(80a)은, 칸막이 판(X)과는 공간을 사이에 둔 위치, 특히 후면 바깥 커버(1b)에 장착하는 것이 바람직하다.
하부 전방 공간(A1)을 형성하는 바깥 커버(도시하지 않음)에는, 하부 전방 공간(A1) 내의 공기를 배출하는 히트 싱크용 배기 팬(7)을 마련하고 있다. 히트 싱크용 배기 팬(7)은, 히트 싱크(22)와 동일한 높이나, 히트 싱크(22)보다 높은 위치에 배치한다. 히트 싱크용 배기 팬(7)은, 하부 전방 공간(A1)의 상부에 배치하는 것으로, 하부 전방 공간(A1) 내의 고온 공기를 효율적으로 배출할 수 있다. 히트 싱크용 배기 팬(7)은, 히트 싱크용 배기 팬(7)의 회전축(팬 중심)에 의한 가상 축심이, 홀더 가압 덮개(40)의 형광 검출창(도시하지 않음)의 중심을 통과하지 않는 위치, 보다 바람직하게는 이 가상 축심이 홀더 가압 덮개(40)의 형광 검출창의 투영면을 통과하지 않는 위치에 마련한다. 즉, 히트 싱크용 배기 팬(7)을 형광 검출창으로부터 이격시키는 것으로, 히트 싱크용 배기 팬(7)의 개구에 의한 케이스(1) 외로부터의 광이 홀더 수용 공간(10) 내에 입사되는 것을 줄이고, 홀더 수용 공간(10) 내를 암실로 할 수 있다.
후방 공간(B)을 형성하는 바깥 커버(도시하지 않음)에는, 후방 공간(B) 내의 공기를 배출하는 냉각 팬(5)을 마련하고 있다. 냉각 팬(5)은, 프린트 기판(80a)의 상부나, 프린트 기판(80a)보다 높은 위치에 배치한다. 냉각 팬(5)은, 후방 공간(B)의 상부에 배치하는 것으로, 후방 공간(B) 내의 고온 공기를 효율적으로 배출할 수 있다.
도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 케이스(1)는, 전면이 전면 바깥 커버(1f) 및 앞문(2)으로, 양 측면이 후방 측면 바깥 커버(1sb) 및 전방 측면 바깥 커버(1sf)로, 상면이 상면 바깥 커버(1t)로, 하면이 하면 바깥 커버(1c)로, 후면이 후면 바깥 커버(1b)로, 각각 덮여있다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 후방 공간(B)을 형성하는 바깥 커버, 특히 후방 측면 바깥 커버(1sb)의 하방에는, 후방 공간용 흡기구(8)를 마련하고 있다.
이 구성에 의해서, 하부 전방 공간(A1)에서는, 팬(26)에 의해서 흡기구(6)로부터 케이스(1) 내에 공기가 흡입된다. 흡기구(6)로부터 흡입된 공기는, 히트 싱크(22)에서 흡열된다. 히트 싱크(22)에서 흡열된 공기는, 히트 싱크용 배기 팬(7)에 의해서 케이스(1) 외에 강제 배출된다. 따라서, 히트 싱크(22)의 냉각 효과를 높임과 함께, 전방 공간(A) 내의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 상부 전방 공간(A2) 내가 고온이 되는 것을 방지할 수 있다.
후방 공간(B)에서는, 냉각 팬(5)에 의해서 후방 공간용 흡기구(8)로부터 케이스(1) 내에 공기가 흡입된다. 후방 공간(B) 내에 흡입된 공기는, 흡입 냉각 팬(5)으로부터 케이스(1) 외에 배출된다.
이상과 같이 본 발명의 서모 사이클링 검사 장치는, 서모 사이클링부(20)가, 펠티에 소자(21)와, 펠티에 소자(21)의 한쪽의 면(21a)에 배치하는 히트 싱크(22)와, 펠티에 소자(21)의 다른쪽의 면(21b)에 배치하는 면 히터(23)와, 면 히터(23) 및 펠티에 소자(21)의 다른쪽의 면(21b)을 덮는 커버 판(24)을 가지고 있다. 그리고, 서모 사이클링 검사 장치는, 커버 판(24)을 덮도록 홀더 수용 공간(10)이 형성되고, 커버 판(24)에는, 칩 홀더(50)의 칩 수용 받침 접시(51)를 면 히터(23)에 접촉시킬 수 있는 개구부(24a)가 형성되고, 칩 수용 받침 접시(51)에 수용되어 있는 검사 칩(60)을 면 히터(23)로 가열하는 것이다.
본 발명에 의하면, 펠티에 소자(21)의 한쪽의 면(21a)에 배치하는 히트 싱크(22)로 펠티에 소자(21)를 안정된 온도로 제어할 수 있고, 면 히터(23)로 검사 칩(60)을 가열할 수 있고, 펠티에 소자(21)의 다른쪽의 면(21b)에 면 히터(23)를 배치하는 것으로, 면 히터(23)의 냉각을 펠티에 소자(21)로 행할 수 있기 때문에, 단시간의 주기적인 온도 변화를 실현할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 안정적으로 행하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 서모 사이클링 검사 장치는, 면 히터(23)와 칩 수용 받침 접시(51)의 사이에 온도 센서(25)를 배치하고 있으므로, 보다 정확하게 검사 칩(60)의 온도를 검출할 수 있고, 폴리메라아제 연쇄 반응을 안정적으로 행하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 칩 홀더(50)는, 칩 수용 받침 접시(51)의 중앙에 오목부(51d)를 마련하고 있으므로, 시료 도입구(62)로부터 주입되는 검체액이 칩 수용 받침 접시(51)에 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 시료 유로(63)에 시약을 고정한 검사 칩(60)을 칩 홀더(50)에 수용했지만, 시약을 고정하지 않는 검사 칩(60)을 이용할 수도 있다.
본 발명의 서모 사이클링 검사 장치 및 검사 칩을 이용하는 것으로, 검체의 채취로부터 결과 판정까지를 15분 이내로 행할 수 있다.
10: 홀더 수용 공간
20: 서모 사이클링부
21: 펠티에 소자
21a: 한쪽의 면
21b: 다른쪽의 면
22: 히트 싱크
23: 면 히터
24: 커버 판
24a: 개구부
25: 온도 센서
30: 검출기
40: 홀더 가압 덮개
41: 형광 검출창
43: 투명 기판
50: 칩 홀더
51: 칩 수용 받침 접시
51a: 탑재면
51b: 벽면
51c: 위치 결정 돌기
51d: 오목부
52: 홀더
53: 칩 가압재
54: 투명 필름
60: 검사 칩
61: 위치 결정 오목부
62: 시료 도입구
63: 시료 유로
C: 시약
D: 시료 용액
E: 오일(광물유)

Claims (15)

  1. 검사 칩에는, 중앙에 형성된 시료 도입구와, 상기 시료 도입구로부터 방사상으로 연장된 복수의 시료 유로가 형성되고,
    상기 시료 유로에 시약을 고정한 상기 검사 칩을 칩 홀더에 수용하고,
    상기 칩 홀더를 이용하여, 폴리메라아제 연쇄 반응에 의한 검체 검사를 행하는 서모 사이클링 검사 장치로서,
    상기 칩 홀더를 수용하는 홀더 수용 공간과,
    상기 검사 칩을 가열하고 냉각하는 서모 사이클링부와,
    상기 검사 칩을 촬영하는 검출기를 구비하고,
    상기 서모 사이클링부에 의한 가열 냉각시 또는 상기 검출기에서의 촬영시에는,
    상기 홀더 수용 공간의 한쪽에 상기 서모 사이클링부가 배치되고,
    상기 홀더 수용 공간의 다른쪽에 상기 검출기가 배치되고,
    상기 검출기의 광축과 상기 시료 도입구가 일치하도록, 상기 홀더 수용 공간을 형성한 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서모 사이클링부는,
    펠티에 소자와,
    상기 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크와,
    상기 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 배치하는 면 히터와,
    상기 면 히터 및 상기 펠티에 소자의 상기 다른쪽의 면을 덮는 커버 판을 가지고,
    상기 커버 판을 덮도록 상기 홀더 수용 공간이 형성되고,
    상기 커버 판에는, 상기 칩 홀더의 칩 수용 받침 접시를 상기 면 히터에 접촉시킬 수 있는 개구부가 형성되고,
    상기 칩 수용 받침 접시에 수용되어 있는 상기 검사 칩을 상기 면 히터로 가열하는 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 면 히터와 상기 칩 수용 받침 접시의 사이에 온도 센서를 배치한 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 홀더 수용 공간에 배치하는 상기 칩 홀더를 덮는 홀더 가압 덮개를 마련하고,
    상기 홀더 가압 덮개에는 형광 검출창이 형성되고,
    상기 홀더 가압 덮개의 상기 홀더 수용 공간측에 투명 기판을 마련하고,
    상기 투명 기판에 의해서, 상기 형광 검출창을 덮음과 함께 상기 칩 홀더를 가압하는 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서모 사이클링부는,
    펠티에 소자와,
    면 히터와,
    상기 검사 칩의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 펠티에 소자 및 상기 면 히터를 온도 제어하는 제어부를 가지고,
    상기 제어부에서는,
    상기 면 히터에 의해서 상기 검사 칩을 가열하고,
    상기 펠티에 소자에 의해서 상기 면 히터를 냉각하고,
    상기 온도 센서에서 검출되는 검출 온도가, 제1 설정 온도와, 상기 제1 설정 온도보다 낮은 제2 설정 온도를 주기적으로 반복하도록, 상기 면 히터와 상기 펠티에 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부에서는,
    상기 온도 센서에서 검출되는 상기 검출 온도가, 상기 제1 설정 온도를 검출하면, 상기 면 히터를 OFF로 하고, 상기 펠티에 소자를 ON으로 하는 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부에서는,
    상기 온도 센서에서 검출되는 상기 검출 온도가, 상기 제2 설정 온도를 검출하면, 상기 펠티에 소자를 OFF 상태에서, 상기 검출 온도가 상기 제2 설정 온도가 되도록 상기 면 히터를 피드백 제어하는 것으로, 상기 제2 설정 온도를 소정 시간 유지하는 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  8. 제 1 항에 기재된 서모 사이클링 검사 장치에 이용하는 칩 홀더로서,
    상기 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와,
    상기 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와,
    상기 칩 수용 받침 접시에 수용한 상기 검사 칩을 상기 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고,
    상기 칩 가압재가 상기 홀더에 의해서 위치 결정되는 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치에 이용하는 칩 홀더.
  9. 검사 칩에는, 중앙에 형성된 시료 도입구와, 상기 시료 도입구로부터 방사상으로 연장된 복수의 시료 유로가 형성되고,
    상기 시료 유로에 시약을 고정한 상기 검사 칩을 수용하는 칩 홀더로서,
    상기 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와,
    상기 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와,
    상기 칩 수용 받침 접시에 수용한 상기 검사 칩을 상기 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고,
    상기 칩 가압재가 상기 홀더에 의해서 위치 결정되는 것을 특징으로 하는 칩 홀더.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 칩 수용 받침 접시에는 위치 결정 돌기를 형성하고,
    상기 검사 칩에는, 상기 위치 결정 돌기에 대응하는 위치 결정 오목부를 형성한 것을 특징으로 하는 칩 홀더.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 칩 수용 받침 접시를, 상기 홀더보다 열 전도율이 높은 재료로 한 것을 특징으로 하는 칩 홀더.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 칩 수용 받침 접시의 중앙에 오목부를 마련한 것을 특징으로 하는 칩 홀더.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 홀더에 붙여서, 상기 칩 수용 받침 접시에 첨가하는 오일의 넘침을 방지하는 투명 필름을 구비한 것을 특징으로 하는 칩 홀더.
  14. 칩 홀더를 수용하는 홀더 수용 공간과,
    상기 검사 칩을 가열하고 냉각하는 서모 사이클링부와,
    상기 검사 칩을 촬영하는 검출기와,
    상기 홀더 수용 공간에 배치하는 상기 칩 홀더를 덮는 홀더 가압 덮개를 구비하고,
    상기 서모 사이클링부는,
    펠티에 소자와,
    상기 펠티에 소자의 한쪽의 면에 배치하는 히트 싱크와,
    상기 펠티에 소자의 다른쪽의 면에 배치하는 면 히터와,
    상기 면 히터 및 상기 펠티에 소자의 상기 다른쪽의 면을 덮는 커버 판을 가지고,
    상기 커버 판을 덮도록 상기 홀더 수용 공간이 형성되고,
    상기 커버 판에는 개구부가 형성되고,
    상기 홀더 가압 덮개에는, 상기 검출기에 의해서 상기 검사 칩을 촬영하는 형광 검출창을 형성한 것을 특징으로 하는 서모 사이클링 검사 장치.
  15. 검사 칩을 수용하는 칩 수용 받침 접시와,
    상기 칩 수용 받침 접시를 중앙부에 유지하는 홀더와,
    상기 칩 수용 받침 접시에 수용한 상기 검사 칩을 상기 칩 수용 받침 접시에 가압하는 칩 가압재를 가지고,
    상기 칩 수용 받침 접시의 중앙에 오목부를 마련한 것을 특징으로 하는 칩 홀더.
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