KR20190054212A - 유전자 증폭 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 다수의 튜브(T)를 구비한 웰 플레이트(well plate, 22); 상기 웰 플레이트(22)를 수용하는 챔버(21); 고온 공기를 발생시키는 하나 이상의 히터(31,32,33); 상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각을 상기 챔버(21)와 소통 가능하게 연결하는 파이프(21); 및, 상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각으로부터 상기 챔버(21)로 소통되는 고온 공기를 개폐할 수 있도록 구비되는 하나 이상의 개폐 밸브(35,36,37);를 포함하는, 유전자 증폭 장치가 제공된다. .

Description

유전자 증폭 장치 및 방법{Amplification Apparatus and Method of DNA}
본 발명은 중합효소 반응(polymerase chain reaction-PCR)에 사용되는 써멀 싸이클러에 관련된 것으로, 열풍(Thermal flow)방식에 의해 공기나 기체를 이용하여 검사샘플과 증폭용 시약이 들어있는 튜브나 칩을 원하는 온도로 유지, 가열, 냉각시켜서 생체물질(유전자)을 증폭하기 위한 것이다.
본 발명은 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction-PCR)에 사용될 수 있는 유전자 증폭장치에 관한 것으로, 유전자 증폭을 위해 온도를 상승, 하강, 유지시키는 온도조절장치와 샘플 및 시약 탑재시스템을 포함한 유전자 증폭시스템과 관련된다.
본원 발명은 국가 연구개발사업으로서 농림축산식품부의 지원을 받아서 수행된 것으로서, 구체적인 내용은 다음과 같다.
연구관리전문기관 : 농림식품기술기획평가원
연구사업명 : 고부가가치식품개발사업
연구과제명 : 현장 식품안전을 위한 휴대용 분석기 개발 및 상용화
과제 번호: 316073-03
주관기관 : 비아이티밸류
연구기간 : 2016.8.30 - 2018.12.31
제한 효소의 발견이 유전공학의 시작을 열었듯이, 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction : PCR) 기술은 생명과학의 발전을 가속시켰다. PCR 방법은 DNA 또는 RNA의 특정영역을 반응용기 안에서 대량으로 증폭하는 기술로서, 그 원리는 아주 간단하고 쉽게 응용할 수 있으며, 순수한 분자생물학 분야 이외에 의학, 이학, 농학, 수의학, 식품과학, 환경과학, 고고학, 인류학에 이르는 분야까지 그 활용범위를 넓히고 있다.
유전자 증폭기술은 생명과학 유전공학 및 의학 분야등의 연구개발 및 진단목적으로 광범위하게 활용되고 있으며 특히 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction: PCR)에 의한 유전자 증폭기술이 널리 활용되고 있다. PCR이란 중합효소연쇄반응의 약자로 DNA 중합효소를 이용하여 유전체에 있는특정 DNA서열을 필요한 만큼 증폭시키는 기술이다.　 중화효소 연쇄 반응은 유전자를 이용한 연구, 실험 및 미생물 검출등을 수행하기 위하여, 유전자 복제 효소를 이용하여 소량의 유전자만으로 대량의 유전자를 증폭시킬 수 있는 방법이며, 널리 사용하고 있다. 이러한 유전자 증폭을 위해서는 유전자샘플의 온도를 조절하는 온도조절장치가 필수적이다.
PCR은 일반적으로 3가지 단계로 이루어진다. 즉, 두 가닥의 DNA를 분리하는 열 변성 과정(Denaturation), 시발체(primer)를 염기 서열의 말단에 결합시키는 결합 반응(Annealing), DNA 중합효소(DNA polymerase)를 이용하여 DNA를 합성하는 신장단계 (Extention) 으로 이루어지며, 이러한 과정을 순환 반복함으로써 DNA를 기하 급수적으로 증폭시킬 수 있다.
PCR의 열 변성 과정은 통상적으로 95℃에서 이루어지며, PCR의 결합 반응 및 중합 반응은 그 보다 낮은 55℃ 내지 75℃ 정도의 온도에서 진행되므로, 각 과정을 수행하기 위해서는 시료의 온도를 반복적으로 승강시킬 필요가 있다.
이와 같이 시료의 온도를 주기적으로 승강시켜 주기 위한 장치로서 써멀 싸이클러(thermal cycler)가 널리 이용된다. 써멀 싸이클러는 시료의 온도를, 예컨대 PCR에 있어서 95℃ 및 55℃ 사이에서 주기적으로 변동시킬 수 있다.
종래에는 이러한 온도 조절을 위해 도 1 에 도시된 바와 같이 펠티어(peltier)소자와 같은 열전소자를 이용하여 유전자 샘플의 온도를 상승, 하강, 유지하였다. 도 1 을 참조하면, 펠티어 소자(P)에 부착된 히팅 블록(B)에 다수의 튜브(T)들이 배치되어 있다. 이때, 튜브(TB)의 위치에 따라서 불균일한 온도 분포를 나타낸다. 즉, 가장자리와 중심 사이에서 온도 차이가 발생하여, 수십번의 싸이클이 반복되는 유전자 증폭에 있어서 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
한편, 펠티어 소자는 반도체 소자로써 기술이 안정되어, 유전자 증폭장치를 개발하는데 장점이 있기도 하지만, 고체 열전소자의 특성상 온도를 상승시킬때 원하는 온도 이상으로 과열(over shooting)되는 현상이 발생하고, 온도 균일도 이상으로 진폭하다가 점차 줄어들어 steady state(안정화)단계를 접어들게 된다. 반대로 펠티어 소자를 이용하여 온도를 냉각하는 경우, 온도 이하로 과냉각(under shooting)현상이 발생하게 된다.　이러한 장치는 공정 단계별로 정확하고, 일정한 온도 구배를 만들기 어렵다. 또한 펠티어 소자를 사용하는 경우 펠티어 소자를 직접 샘플에 접촉하지 못하고, 샘플과 증폭용 시약이 포함된 튜브 사이에 히팅블럭(heating block)이 있어 히팅블럭을 통해 샘플의 온도를 상승하거나 하강시키게 된다.　샘플과 히팅블럭에서는 고체간의 접촉에 의한 온도 전달이 때문에 제작 상태에 따라 접촉면에서의 온도 전달에서 차이가 발생할 수 있으며, 일반적으로 온도 균일도(uniformity)가 최대 +0.5도 내지 1 도 수준을 나타내고 있다.
PCR에 대하여 보다 상세히 살펴보면, PCR은 3가지 반응단계로 진행된다. 첫째는 변성(Denaturation) 단계로서, 이 단계에서는 이중가닥의 DNA를 90℃ 이상으로 처리하여 각각 한 가닥의 DNA로 분리시킨다. 두번째는 어닐링(Annealing) 단계로서, 이 단계에서는 2종류의 프라이머(primer)를 각각 상보적인 단일가닥의 DNA에 결합시킨다. 이때 조건은 보통 55~60℃에서 30초 내지 수 분 정도가 된다. 세번째는 신장(Extension) 단계로서, 이 단계에서는 DNA 폴리머라제(polymerase)를 작동시켜 프라이머(primer)를 신장시키는 단계이다. 신장반응에 필요한 시간은 주형 DNA의 농도,증폭단편의 크기, 반응온도에 따라 다르다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 Thermusaquaticus (Taq) polymerase를 사용할 경우 72℃에서 30초 내지 수 분 정도가 된다.
현재까지의 PCR 방법은 주로 PCR반응 후의 산물을 젤(gel)에서 분리해 확인하고 대강의 양을 어림잡는데 그쳤으나, 점차적으로 정확한 정량을 보다 신속히 할 필요성이 커지고 있다. 실제로, Gene Expression (RNA) Analysis, Gene Copy Assay(human HER2 gene in breast cancer 혹은 HIV virus burden 양 측정 등), Genetyping(knockout mouse analysis), Immuno-PCR 등에서 샘플(sample)에 있는 타겟(target) 양의 정확한 측정은 매우 중요하다. 그런데 기존의 PCR은 단지 종말점 (End-Point)에서 젤영동을 이용하여 증폭된 DNA의 정성적인 결과만을 보여주는 것으로서 DNA의 정량적 검출에서의 부정확성 등 많은 문제점을 가지고 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존의 종말점(end-point) 측정 방법의 오류를 최소화하기 위해 Quantitative Competitive PCR 방법이 사용되는데, 이것은 타겟과 거의 모든 면에서 유사하며 양을 알고 있는 콤페티터(Competitor)를 반응액에 넣어 동시에 같은 조건에서 PCR을 한 후, 타겟에서 만들어진 산물과 콤페티터에서 만들어진 산물의 양을 비교함으로써 원래 타겟의 양을 유추하는 것이다. 그러나, 이 방법은 매 PCR 당 가장 적합한 콤페티터를 만들어 사용하여야 하고, 타겟(Target)과 콤페티터의 적정한 비율 범위(최소한 1/10-10:1의 범위, 그러나 1:1일 때 가장 정확)를 맞추기 위해 여러 농도에서 실험을 행하여야 하는 등 매우 복잡하며 실제 성공 확률도 작다.
이러한 고전적인 PCR 방법이 갖는 문제점을 고려하여, PCR 단계를 지수함수 단계(exponential phase) 범위 내에서 측정하고자 매 사이클(cycle)의 진행상황을 모니터링 하는 실시간(real time) PCR 기술이 최근 소개되고 있다. 이와 동시에, 매 사이클(cycle)의 진행 상태를 신속히 측정할 수 있도록, 젤(gel)에서의 분리방법이 아닌, 튜브 내(in-the-tube) 측정 수단으로 형광감시(fluorescence detection)방법도 같이 개발되었다.
예를 들어, 1992년 히구치(Higuchi) 등은 매 증폭 시에 이티디움 브롬마이드(ethidium bromide)를 넣고 UV 조사 후 CCD 카메라(camera)로 측정하는 방법을 고안하여 매 cycle당 축적된 형광(fluorescence)의 양으로 PCR 전 과정의 증폭 곡선(amplification plot)을 잡을 수 있었다. 그런데, 종래의 DNA 중합 효소 연쇄 반응의 실시간 모니터링 장치에 있어서는, 대부분의 경우 펠티어 소자를 사용하는 등 금속 블록을 사용하고 있어 PCR 온도 조건을 모든 웰(Well) 또는 칩(Chip) 마다 동일한 조건을 사용할 수밖에 없으므로, 한 번에 많은 시료를 동일 조건으로 반복 실험을 할 경우에는 장점이 있을 수 있으나, 서로 다른 시료를 서로 다른 온도 조건을 이용하여 PCR 반응을 하고 싶을 때는 많은 제약이 따른다. 또한 온도를 유지하고 변화시키기 위하여 펠티어 소자를 사용하는 바와 같이 금속블록을 사용하고 있어 온도 전이 속도가 1~3℃/초에 지나지 않아 이 온도전이에 많은 시간이 소모되므로 반응시간이 2시간 이상으로 긴 문제점이 있고, 온도의 정확성이 ±0.5℃ 정도로 한계가 있기 때문에 빠르면서 정확한 온도 조절에 한계가 있고, 따라서 반응의 민감도나 특이도에 한계가 있게 되는 문제점이 있다.
한편, 온도 전이 속도를 높이기 위해 온도상승율이 높은 반도체 실리콘을 이용한 열소자를 사용하는데, 이러한 열 소자는 온도 상승률은 펠티어 소자 방식보다 높으나 이 방식 역시 샘플과 시료가 혼합된 용기에 열을 전이하는데 고체와 고체가 접촉하여 열전도 방식의 열전이 방식이므로 용기에 열이 균일하게 전달되지 않는 문제점이 있었다.
또한 기존의 고온 공기(Hot air) 기반 유전자 증폭장치는 원형모양의 튜브 홀더에 개별 튜브를 직접 적치해야하고, 상용 판매중으로 대다수의 고객이 사용하는 직각모양의 웰 플레이트(well block plate)나 직선모양의 스트립(strip) 튜브를 적용하지 못하는 구조이다. 　
DNA의 증폭 효율을 증가시키기 위해서는 일정한 온도분포를 유지하는 것이 바람직하다. 현재 써머 싸이클러에서 발열체(히터)로서 펠티어(Peltitier)소자, 실리콘 소자, 세라믹 소자등이 사용되고 있다. 그러나 이러한 소자들은 고체 발열체를 이용한 소자로서 시료가 들어있는 용기를 온도를 전달하기 위해서는 발열체와 용기간이 정확히 밀착하여야한다. 정확히 밀착이 되지 않으면 발열체의 열이 용기로 원활하게 전달되지 않는다. 또한, 발열체로부터 열은 전도과정을 거쳐 용기로 전달되는데, 발열체로부터의 거리에 따라서 온도차가 발생한다. 이를 보완하여 위해 위치별로 온도 분포를 실험적으로 계산하여 온도가 균일하게 하도록 보정해주기도 하나 이것 역시 균일한 온도 분포를 유지하기 위한 최선의 방법은 아니다.　
도 1 을 참조하여 설명된 바와 같이, 유전자 증폭장치의 히팅은 고체 　열전소자인 펠티어(Peltier)소자를 가장 많이 이용하는데, 이러한 펠티어 소자는 온도제어가 용이하고, 손쉽게 구입하여 제품에 적용할 수 있다는 점에서 널리 사용되어 왔다. 그러나 펠티어 소자는 증폭장치에서 각 PCR 웰(well)간의 불균일한 온도분포를 필연적으로 보이며, 가장자리에서는 더 큰 온도 차이를 보인다. 이 경우 가장자리와 중심에 위치한 웰(well)간의 온도 차이가 발생하여, 수십번의 싸이클이 반복되는 유전자 증폭에 있어서 최종적인 　PCR 생성물의 증폭이 진행되는 경우, 효율에 있어서 나쁜 영향을 크게 미칠 수 있다. 　이를 극복하기 위해 여러개의 온도 센서와 보정 프로그램을 이용하여 온도 보정을 하고 　있으나 그래도 통상 웰(well)간 ± 0.50 ℃에서 많게는 1.00 ℃ 이상의 온도 균일도를 보인다.
PCR은 싸이클을 통해 시료의 온도를 상승, 하강시켜 주는데, 실제로 시료가 일정온도에 머무는 시간은 대체로 1분 미만이지만, 온도를 올리고 내리며 일정한 값을 유지하는데 시간이 많이 소요되어 일반적인 PCR 공정은 1시간을 넘기게 되는 문제점이 있다. 펠티어소자나 다른 고체성 소자들은 직접적으로 PCR tube에 열을 전달할 수는 없고, 히팅블럭을 중간 매개체로 이용할 수 밖에 없는데, 이 경우 커다란 금속조각을 가열하거나 냉각하기 위해 대기하는데 소요 시간이 많다는 것이다. 이에 따라 펠티어 방식은 초당 온도 상승 속도가 2-3ºC 내외 이기 때문에 Denaturation 단계인 95도에서 어니일링(Annealing) 단계의 55도로 가는 시간이 15~20초 정도 소요 되며, 다시 온도가 95도까지 상승하는데 15~20초가 소요되므로 1 PCR 사이클당 30~40초라는 온도 전이시간이 발생하며, 이시간은 유전자 증폭이 이루어지지 않는 시간인 데드타임(dead time)이 되는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 시료 온도분포 균일성 문제를 해결하기 위해 개선된 써머싸이클의 온도조절장치을 포함한 유전자 증폭장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 다수의 튜브를 구비한 웰 플레이트(well plate);
상기 웰 플레이트를 수용하는 챔버;
고온 공기를 발생시키는 하나 이상의 히터;
상기 하나 이상의 히터 각각을 상기 챔버와 소통 가능하게 연결하는 파이프); 및,
상기 하나 이상의 히터 각각으로부터 상기 챔버로 소통되는 고온 공기를 개폐할 수 있도록 구비되는 하나 이상의 개폐 밸브;를 포함하는, 유전자 증폭 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 다수의 튜브를 구비한 웰 플레이트;
상기 웰 플레이트를 수용하는 챔버;
상기 챔버를 수용하고 외부 공기를 소통시킬 수 있도록 일측에 설치된 팬을 구비하는 하우징;
고온 공기를 발생시키는 하나 이상의 히터;
상기 하나 이상의 히터 각각을 상기 하우징과 소통 가능하게 연결하는 파이프; 및,
상기 하나 이상의 히터 각각으로부터 상기 하우징으로 소통되는 고온 공기를 개폐할 수 있도록 구비되는 하나 이상의 개폐 밸브;를 포함하는, 유전자 증폭 장치가 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 챔버에는 상기 챔버 내부에서 공기를 안내하는 하나 이상의 공기 안내부가 구비되고, 상기 챔버에는 공기 유출구 및 공기 유입구가 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 공기 안내부에는 다수의 슬롯이 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 하나 이상의 히터는 서로 상이한 온도의 공기를 발생시킨다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 하우징의 저부에는 구동 모터가 더 구비되고, 상기 챔버로부터 연장된 회전축이 상기 구동 모터에 의해 회전 구동됨으로써 상기 챔버는 상기 하우징 내부에서 회전될 수 있다.
본 발명에서는 고온 공기(Hot air)와 공기를 균일하게 하기 위한 송풍기(Blower) 또는 팬(fan)을 이용하여 시료용기에 균일하게 열을 전달할 수 있다. 본 발명에 따른, 고온 공기를 이용한 유전자 증폭장치는 열선과 팬을 이용하여 고온 공기를 시료 용기가 들어있는 챔버로 주입하는데, 열선의 온도는 전기적으로 작동되며, 빠르게 온도를 상승, 하강시킬 수 있어, 종래 기술에 따른 유전자 증폭장치보다 PCR시간을 단축할 수 있다.　또한 시료 용기로의 온도 전이가 용기의 어느 곳에서나 균일하게 이루어지고, 시료의 온도를 빠르게 변화시켜 유전자 증폭시간을 줄일 수 있다. 본 발명에서는 PCR 전이시간을 단축할 수 있으며, 따라서 PCR 산물의 질을 향상시키고, 　불필요한 PCR 시약의 프라이머(Primer) 양을 줄일 수 있어서, 테스트 비용을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명에서는 각 단계별 필요온도를 유지하고 있는 공기 히팅부를 이용하여, 기존의 펠티어방식 또는 타방식의 히팅방법보다 샘플시료의 온도를 빠르게 상승, 하강 및 균일하게 할 수 있고. 샘플용기내 온도 전이 방법이 공기이므로 샘플을 담은 용기에 균일한 온도를 유지할 수 있으며, PCR의 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 특히 본 발명에서는 히팅부의 공기의 흐름을 유도할 수 있는 공기 안내부를 이용하여 기존의 공기 가열 방식 유전자 증폭장치에서 적용하기 힘든 직각모양의 웰 플레이트(well plate)나 스트립 튜브(strip tube)등에서 적용할　 수 있다. 본 발명에서는 상용중인 모든 PCR(유전자증폭) 튜브에 적용할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명에 의한 공기 유동 기반 유전자 증폭장치는 히팅부와 함께 튜브를 적치하기 위한 구성뿐만 아니라, 시료의 온도를 가열, 냉각 유지하기 위한 장치를 구비하므로, 유전자 증폭을 위한 각 단계별로 각 시료의 온도를 일정하게 유지함으로써 효소와의 반응이 활발하여 효율이 좋아지며, 검사 시간을 줄이기 위한 빠른 온도 싸이클링이 가능하다.
도 1 은 펠티어(peltier)소자를 이용한 온도 조절의 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 유전자 증폭 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3a 및 도 3b 는 도 2 에 도시된 챔버의 개략적인 사시도이다.도 4 는 웰 플레이트에 대한 개략적인 사시도이다.
도 5 에는 본 발명에 따른 유전자 증폭 장치의 다른 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 7 은 유전자 증폭 장치에서 고온 공기의 흐름도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 유전자 증폭 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 유전자 증폭 장치는,
다수의 튜브(T)를 구비한 웰 플레이트(well plate, 22);
상기 웰 플레이트(22)를 수용하는 챔버(21);
고온 공기를 발생시키는 하나 이상의 히터(31,32,33);
상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각을 상기 챔버(21)와 소통 가능하게 연결하는 파이프(25); 및,
상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각으로부터 상기 챔버(21)로 소통되는 고온 공기를 개폐할 수 있도록 구비되는 하나 이상의 개폐 밸브(35,36,37);를 포함한다.
하나 이상의 히터 각각은 상이한 온도의 고온 공기를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 히터는 섭씨 55 도의 온도로 고온 공기를 발생시키고, 제 2 히터는 섭씨 72 도의 온도로 고온 공기를 발생시키고, 제 3 히터는 섭씨 95 도의 온도로 고온 공기를 발생시킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b 는 도 2 에 도시된 챔버의 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 챔버(21)의 상면은 개방되어 있으며, 웰 플레이트(22, 도 1)가 챔버(21)의 상부를 덮으면 웰 플레이트(22)에 구비된 튜브(T, 도 4)들은 챔버(21)의 내부 공간에 수용된다. 챔버(21)의 측면에는 하나 이상의 공기 유출구(21a)가 형성되는 반면에, 챔버(21)의 저면에는 하나 이상의 공기 유입구(21b)가 형성된다. 도 2 에 도시된 파이프(25)의 상단부는 다기관을 형성함으로써 상기 챔버(21)의 공기 유입구(21b)에 연결된다.
한편, 챔버(21)의 내측에는 다수의 공기 안내부(27)가 구비된다. 공기 안내부(27)는 도 3a 의 실시예에서 챔버(21)의 내부 공간을 분할하는 격벽의 형태로 형성된다. 공기 안내부(27)에 의해 분할된 개별 공간 마다 공기 유입구(21b)와 공기 유출구(21a)가 구비되는 것이 바람직스럽다. 상기 공기 안내부(27)는 공기 유입구(21b)를 통해 유입되는 히터(31,32,33)로부터의 공기를 공기를 챔버(21) 내부에서 균일하게 안내하는 역할을 한다.
다른 한편, 도 3b 에 도시된 실시예에는 공기 안내부(27)에 하나 이상의 슬롯(27a)이 형성됨으로써, 챔버(21) 내부에서 공기의 유동이 보다 원활하게 이루어질 수 있게 한다. 공기 안내부(27)에 의하여 고온 공기는 챔버(21)의 내부에서 종횡으로 안내될 수 있으며, 따라서 챔버(21)의 내부 공간이 신속하게 가열되고 균일한 온도로 유지될 수 있다.
위와 같이 구성된 유전자 증폭 장치에서, 히터(31,32,33)로부터 발생된 고온 공기는 파이프(25)를 통해 챔버(21)로 유입될 수 있으며, 챔버(21) 안에서 공기 안내부(27)에 의하여 안내됨으로써 빠른 시간내에 균일한 온도에 도달할 수 있다. 이후에 공기 유출구(21a)를 통하여 외부로 유출될 수 있다. 유전자 증폭 과정에서 필요한 소망 온도에 따라서, 밸브(31,32,33) 각각은 선택적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다.
공기 안내부(27)는 사각형 모양인 웰 플레이트의 행과 열을 따라 고온 공기가 이동할 수 있도록 하며, 웰 플레이트의 모든 튜브를 따라 순차적으로 고온 공기가 흐를 수 있게 한다. 히터로부터 발생한 고온 공기는 웰 플레이트에 구비된 튜브들 사이를 따라 흘러가면서 튜브내 샘플의 온도를 상승 및 하강시키면서 유전자를 증폭한다. 히터는 전압을 조절하여 요구되는 온도로 상승, 하강할 수 있도록 열선의 열량을 제어하며, 히터에서 발생하는 고온 공기의 열을 히터 외부로 송출하기 위해 히터 일단에 부착된 공기 팬(미도시)을 회전시키면 뜨거운 공기가 파이프(25)를 통해 챔버(21)로 유입될 수 있다.
도 4 는 웰 플레이트에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 웰 플레이트(22)는 다수의 구멍(22b)이 형성된 플레이트(22a)와, 상기 구멍(22b)에 대응하여 설치된 다수의 튜브(T)들을 포함한다. 상기 플레이트(22a)와 튜브(T)는 일체로 형성되는 것이 바람직스러우며, 대안으로서 튜브(T)가 플레이트와 분리된 상태로 구비될 수 있다. 웰 플레이트(22)가 챔버(21)와 결합할 경우에, 튜브(T)는 공기 안내부(27) 사이의 공간에 수용된다. 튜브(T)에는 유전자를 증폭할 샘플과 증폭 시약이 들어 있다.
한편, 도면에 도시되어 있지 않으나, 튜브(T)에서의 증폭 상태를 실시간으로 확인하기 위하여 형광 광학계를 챔버 내부에 장착하거나 또는 웰 플레이트 상부에 장착할 수 있다. 상기 형광 광학계는 유전자 증폭 정도 및 샘플의 감염 여부를 진단할 수 있게 한다.
도 5 에는 본 발명에 따른 유전자 증폭 장치의 다른 실시예의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 5 에 도시된 유전자 증폭 장치는 도 2 에 도시된 실시예와 전체적으로 유사하며, 동일한 부분에는 동일한 도면 번호로 표시되어 있다.
도면을 참조하면, 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각은 파이프(25)를 통하여 하우징(52)의 저부에 형성된 공기 유입구(미도시)에 연결된다. 하우징(52)의 내부에는 웰 플레이트(22)와, 상기 웰 플레이트(22)를 수용하는 챔버(미도시)가 수용된다.
하우징(52)에 수용되는 챔버(미도시)의 형상은 전체적으로 도 3 및 도 4 에서 설명된 챔버(21)와 동일하다. 예외적으로, 챔버(21)의 저부에 형성된 공기 유입구(21b)는 파이프에 연결되지 않고 하우징(52)의 내부 공간에 노출되어 있으며, 따라서 하우징(52)으로 유입된 고온 공기는 챔버(21)의 공기 유입구(21b)를 통해 챔버(21)의 내부 공간으로 유입될 수 있다.
또한 챔버(21)의 저부 중심에 회전축(미도시)을 장착하고, 상기 챔버(21)의 회전축을 하우징(52)의 외부로 연장시켜서 하우징(52)의 저부에 설치된 모터(51)와 연결한다. 따라서 챔버(21)는 모터(51)의 구동에 의하여 하우징(52)의 내부에서 회전될 수 있다.
한편, 하우징(52)은 전체적으로 원통형으로 형성되며, 원주면에는 송풍 구멍(미도시)이 형성되고, 상기 송풍 구멍에 대응하여 팬(52)이 설치될 수 있다. 상기 팬(52)은 하우징(52) 내부의 공기를 외부로 강제로 배출하거나, 또는 반대로 하우징(52) 외부의 공기를 하우징(52) 안으로 강제로 흡입하는데 이용될 수 있다.
하나 이상의 히터(31,32,32)로부터 발생된 고온 공기는 파이프(25)를 통하여 하우징(52)으로 유입될 수 있다. 하우징(52)의 내부로 유입된 고온의 공기는 챔버(21, 도 3 및 도 4 참조)의 공기 유입구(21a)를 통해 챔버(21)의 내부에서 유동하며, 이후에 공기 유출구(21b)를 통해 챔버(21) 외부로 유출됨으로써 챔버(21)와 하우징(52) 사이의 공간에 도달한다. 하우징(52) 내부의 공기는 팬(52)에 의하여 하우징(52)의 외부로 배출될 수 있거나, 또는 팬(52)에 의하여 하우징(52) 내부로 강제 송풍되는 공기에 의하여 하우징(52) 내부에 난류를 형성할 수 있다. 하우징(52) 내부에서의 난류 형성은 전체적인 온도 분포를 신속하게 균일하게 할 수 있으며, 시료의 냉각이 필요한 경우에도 팬(52)에 의한 신속한 냉각 작용을 가능하게 한다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 오직 하나의 히터(31)만이 구비될 수 있으며, 상기 히터(31)에서 발생된 고온의 공기는 다기관을 구비한 파이프(25)를 통해 챔버(21)로 유입될 수 있다.
도 7 에는 히터(31)로부터 발생된 고온 공기가 챔버(21)로 유입되고 유출되는 경로가 화살표로 표시되어 있다. 도면에서 A 로 표시된 화살표로
21. 챔버 22. 웰 플레이트(well plate)
25. 파이프 31.32.33. 히터
35.36.37. 밸브

Claims (6)

  1. 다수의 튜브(T)를 구비한 웰 플레이트(well plate, 22);
    상기 웰 플레이트(22)를 수용하는 챔버(21);
    고온 공기를 발생시키는 하나 이상의 히터(31,32,33);
    상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각을 상기 챔버(21)와 소통 가능하게 연결하는 파이프(25); 및,
    상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각으로부터 상기 챔버(21)로 소통되는 고온 공기를 개폐할 수 있도록 구비되는 하나 이상의 개폐 밸브(35,36,37);를 포함하는, 유전자 증폭 장치.
  2. 다수의 튜브(T)를 구비한 웰 플레이트(22);
    상기 웰 플레이트(22)를 수용하는 챔버(21);
    상기 챔버(21)를 수용하고 외부 공기를 소통시킬 수 있도록 일측에 설치된 팬(53)을 구비하는 하우징(52);
    고온 공기를 발생시키는 하나 이상의 히터(31,32,33);
    상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각을 상기 하우징(52)과 소통 가능하게 연결하는 파이프(21); 및,
    상기 하나 이상의 히터(31,32,33) 각각으로부터 상기 하우징(51)으로 소통되는 고온 공기를 개폐할 수 있도록 구비되는 하나 이상의 개폐 밸브(35,36,37);를 포함하는, 유전자 증폭 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버(21)에는 상기 챔버(21) 내부에서 공기를 안내하는 하나 이상의 공기 안내부(27)가 구비되고, 상기 챔버(21)에는 공기 유출구(21a) 및 공기 유입구(21b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유전자 증폭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공기 안내부(27)에는 다수의 슬롯(27a)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 유전자 증폭 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 히터는 서로 상이한 온도의 공기를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 유전자 증폭 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징(52)의 저부에는 구동 모터(51)가 더 구비되고, 상기 챔버(21)로부터 연장된 회전축이 상기 구동 모터(51)에 의해 회전 구동됨으로써 상기 챔버(21)는 상기 하우징(52) 내부에서 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는, 유전자 증폭 장치.
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