KR20190074733A

KR20190074733A - 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도 센서를 이용한 랩온어 디스크 장치

Info

Publication number: KR20190074733A
Application number: KR1020170176306A
Authority: KR
Inventors: 유재천; 임다예슬; 서무정
Original assignee: 주식회사 씨디젠; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-28
Also published as: KR102013698B1

Abstract

본 발명은 마이크로 캡슐화된 온도 감응물질을 히팅 챔버 내에 위치하여 챔버 내의 시료의 온도를 직접 측정하고 이에 따라 가열 장치의 온오프를 피드백(feedback) 제어하여 히팅 챔버 내의 온도를 제어함으로써, 시료의 세포 파괴 공정, DNA 정제 공제 및 DNA 증폭 공정을 일괄을 수행하는 랩온어 디스크 장치를 제공한다.

Description

검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도 센서를 이용한 랩온어 디스크 장치{Lab-on-a Disc apparatus using black thermoplastic resin valve and non-contact temperature sensor}

본 발명은 유체의 흐름 또는 유량을 제어하기 위한 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도 센서를 이용한 랩온어 디스크(Lab-on-a Disc) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게, 유공을 폐쇄시키기 위해 박막의 검정색 열가소성 수지와 유공에 의해 형성된 모세관 채널에 UV 접착제(Light Curing adhesive)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지를 유공에 부착하여 상기 유공을 폐쇄(closing)시키고, 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지를 용융하여 상기 유공을 개방(opening)시키는 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치를 제공한다.

핵산을 이용한 분자진단법은 높은 정확성과 재현성, 신속성 등의 장점이 있어 최근 식품위생 분야와 법의학 분야에서 많은 이슈가 되고 있는 방법이다. 그러나 이런 장점에도 불구하고 여러 부가적인 측정 설비를 갖추어야 하기에 최근에는 이를 랩온어 디스크(Lab-on-a Disc) 형태로 구현하고자 하는 연구들이 많이 진행되고 있다.

이러한 랩온어 디스크는 디스크 상에 여러 공정을 담당하는 챔버(chamber)를 구성하고, 주입구에 주입된 검체를 원심력을 이용하여, 디스크의 표면에 유체를 채널로 이동시키기 위한 장치로서, 유럽 특허 "Disc for centrifuge"(GB1075800, publication date 1967.07.12)와 "Separating Disks for centrifuge"(3,335,946, April 12,1965)에 공개되어 있다.

그러나 이러한 랩 온어 디스크 기술은 핵산을 이용한 분자진단법에 적용하는데 매우 어렵다.

이러한 핵산을 이용한 분자진단법을 랩온어 디스크 상에서 구현하는 데 있어 가장 큰 장애물은 DNA를 추출하기 위한 세포 파괴(cell lysis) 공정과 DNA 증폭(amplification) 공정의 집적화이다.

그러나 상기 세포파괴 공정과 DNA 증폭 공정을 랩온어 디스크에 집적화 하기 위해서는 고온(섭씨 60~100도) 증기압에 견딜 수 있는 밸브가 필요할 뿐만 아니라 챔버 내부의 온도를 정확히 측정할 수 있는 비접촉 온도 센서가 긴요하다.

랩온어 디스크의 챔버 내부의 온도를 정확히 측정하려면 다음 3가지 요소를 갖추어야 한다. 첫번째로 온도 센서가 상기 세포파괴 공정 혹은 DNA 증폭 공정을 수행하는 챔버 내부에 직접 내장되어야 하며, 두번째는 온도 센서가 방수가 되어야 하며, 세번째는 디스크가 회전해야 하기 때문에, 비접촉식으로 챔버 내부의 온도 값을 외부에 전송할 수 있어야 한다.

본 발명은 이러한 상기 조건을 만족시키기 위한 것으로, 세포파괴 공정 과 DNA 증폭 공정 진행 중 발생하는 고온(섭씨 60~100도) 증기압에 견딜수 있는 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치에 관한 것이다.

미국특허문헌 US 6575188 B2 (특허일: 2003년 6월 10일) 미국특허문헌 US 8303911 B2 (특허일: 2012년 11월 6일)

본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 고온(섭씨 60~100도) 증기압에 견딜수 있도록 박막의 검정색 열가소성 수지를 유공에 삽입하고, 열 가소성 수지와 상기 유공에 의해 형성된 모세관 채널에 UV접착제(Light Curing adhesive)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지(thermoplastic)를 상기 유공에 부착하여 상기 유공을 폐쇄(closing)시키고, 상기 유공 개방을 원할 경우 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지를 용융하여 상기 유공을 개방(opening)시키는 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치에 관한 것으로, 상기 랩온어 디스크 장치는 시료로부터 DNA을 추출하기 위한 세포파괴 공정을 수행 하거나 추출된 DNA을 정제하여 증폭하는 DNA 정제 및 DNA 증폭 공정을 일괄적으로 수행하는 랩온어 디스크 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에서 DNA는 세균, 바이러스, 식물, 동물의 신체 일부(머리카락, 살점 등) 또는 그의 분비물(침, 소변 등), 혈액 또는 음식물 검체로부터 얻어진 디옥시리보 핵산 (deoxyribonucleic acid), RNA로부터 역전사(reverse transcription)에 의해 얻어진 cDNA(Complementary DNA) 샘플 중 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 한다.

상기 검체 중 세균은 한국 식품 공전 (Korean Food Standards Codex)또는 미국의 FDA food code 에 따라 식품으로부터 25g을 취하여 표적 세균(target pathogen)에 맞는 액체 배양배지(liquid medium) 225ml에 주입하여 균질화(homogenization) 후 18~24시간의 증균배양(enrichment culture) 후, 표적 세균(target pathogen)에 맞는 선택 고체배지(selective agar medium)에서 분리 배양(separate culture)된 세균 군집(colony)을 사용하거나, 표적 세균(target pathogen)에 맞는 증균배양(enrichment culture)을 실시 후 원심분리하여 얻은 세균의 펠렛(pellet)을 사용하거나, 음식물로부터 스토마커(stomacher)에 의해 균질화된 것을 원심분리 내지 다공성 필터(porous filter)를 통해 얻는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에서 "랩온어 디스크"는 "디스크"와 혼용한다.

본 발명에서 유체는 디스크 회전에 따른 원심력에 의해 유로(채널)를 따라 이동하게 된다.

이하, 본 발명에서 디스크에 형성된 제1 유공, 상기 제1 유공과 물리적 결합이 가능한 형상을 가진 박막의 검정색 열가소성 수지, 상기 제1 유공과 상기 검정색 열가소성 수지간의 물리적 결합시 형성된 상기 검정색 열가소성 수지와 상기 제1 유공 간에 형성된 모세관 채널에 UV접착제(Light Curing adhesive)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지를 상기 제1 유공에 부착하여 상기 제1 유공을 폐쇄(closing)시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지를 용융하여 제2 유공을 상기 검정색 열가소성 수지에 형성하여, 상기 제1 유공을 개방(opening)시키는 밸브를 "개방형 밸브" 라 칭한다.

이하, 본 발명에서 디스크에 형성된 제1 유공, 상기 제1 유공과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지고, 중앙에 제2 유공을 포함하는 박막의 검정색 열가소성 수지, 상기 제1 유공과 상기 검정색 열가소성 수지간의 물리적 결합시 형성된 상기 검정색 열가소성 수지와 상기 제1 유공 간의 모세관 채널에 UV접착제(Light Curing adhesive)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지를 상기 제1 유공에 부착하여 상기 제1 유공을 개방시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지의 제2 유공 부위를 용융하여 상기 제2 유공을 폐쇄(closing) 시킴으로써 상기 제1 유공을 폐쇄하는 밸브를 "폐쇄형 밸브"라 칭한다.

즉, 상기 "개방형 밸브"는 제1 유공이 폐쇄되어 있는 상태에서 레이저 가열에 의해 검정색 열가소성수지를 녹여 제2 유공을 형성하여 제1 유공이 개방되는 밸브를 칭하며, 상기 "폐쇄형 밸브"는 제1 유공이 개방되어 있는 상태에서 레이저 가열에 의해 제2 유공을 폐쇄(closing)시킴으로서 상기 제1 유공이 폐쇄되는 밸브를 칭한다.

본 발명에 따른 검정색 열가소성 수지는 에틸렌비닐아세테이트(E.V.A: Ethylene Vinyl Acetate), 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 열가소성 에폭시수지, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리마이드, 스티레닉 혼성 중합체, 폴리에스처, 핫멜트, 검정색 비닐 중 선택된 어느 하나의 재료에 검은색 염료나 반타블랙 파우더를 첨가된 것이 선호된다.

본 발명에 따른 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치는 랩온어 디스크, 상기 랩온어 디스크를 회전 및 구동 제어하기 위한 모터를 포함하는 구동 제어부, 상기 랩온어 디스크상의 세포파괴 챔버를 가열하기 위한 가열장치 및 상기 세포 파괴 챔버의 온도를 측정하기 위한 비 접촉 온도 센서를 포함하며, 상기 랩온어 디스크는 상기 세포파괴 챔버에 시료를 주입하기 위한 시료 주입구, 상기 시료 주입구와 연결되어 시료를 저장하고 동시에 시료의 세포 파괴를 돕는 효소를 저장하고 있는 세포파괴 챔버, 상기 시료 주입구를 통해 시료 주입시, 주입 압력(주입 저항) 없이 시료를 원활히 주입하기 위해 상기 세포파괴 챔버에 연결된 배기구, 세포파괴 공정 완료후 개방되는, 상기 세포 파괴 챔버의 출구에 연결된 개방형 밸브, 상기 세포 파괴 챔버내에 저장되며 상기 가열장치에서 발생된 열을 흡수하거나 흡수된 열을 전달을 위한 히팅 필름 및 상기 세포 파괴 챔버내의 온도를 색깔의 변화 내지 적외선 방출량으로 표출하기 위한 온도 표출 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치의 또 다른 측면은 DNA을 증폭 공정을 수행하기 위한 DNA 증폭 챔버, 상기 개방형 밸브 개방시 상기 세포 파괴 챔버와 상기 DNA 증폭 챔버와의 연결 통로를 제공하는 DNA 주입 채널, 상기 가열장치에 의해 상기 세포 파괴 챔버내의 시료의 세포를 파괴 완료 후, 상기 모터의 회전에 따른 원심력에 의해 DNA로 부터 세포파괴 후 발생한 세포 찌꺼기 분리한후, 상기 개방형 밸브를 개방하여, 상기 세포 파괴 챔버에서 얻어진 DNA의 일정량만 상기 DNA 주입 채널을 통해 DNA 증폭 챔버로 이송함으로서 DNA정제 공정을 수행하는 미터링 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 미터링 채널은 DNA정제 공정 수행을 위해, 상기 세포 파괴 챔버의 상층액이 상기 DNA 주입 채널을 통해 DNA 증폭 챔버에 이송되도록 설계되는 것이 선호된다.

상기 개방형 밸브는 상기 세포 파괴 챔버의 출구에 연결되어 DNA 주입채널로의 연결을 제공한다.

바람직하게는, DNA증폭 공정 시작 전에 PNA(Peptide Nucleic Acid) 프로브들(probes)을 상기 DNA 증폭 챔버내에 더 구비하여, 상기 DNA 주입 채널을 통해 DNA 증폭 챔버로 이송되어 온 DNA의 특이적 서열(specific sequence)과의 혼성화(hybridization)을 통해 PNA와 DNA 결합시키는 혼성화 반응 공정을 수행하는 것이 선호 된다. 상기 PNA는 정상적인 표적 서열(target sequence)을 갖고 있는 정상 DNA에 결합하고, 돌연변이된 표적 DNA(mutated target DNA)에는 결합하지 않는 것이 선호된다.

이 경우 상기 PNA와 결합된 정상 DNA는 증폭이 안되고, PNA와 결합하지 않은 돌연변이 된 표적 DNA만 DNA증폭 공정 동안 대량으로 증폭이 되어 질병 유무 내지 돌연변이 유무를 쉽게 판단할 수 있다.

또한 더욱 바람직하게는, 서로 다른 DNA 변성온도(melting/denaturation temperature) 조절과 복수개의 서로 다른 표적 서열마다 다른 색을 발광하는 형광 표지자를 상기 PNA 프로브에 표지하여, 단일 반응에 대해 여러 개의 표적을 감지할수 있는 멀티플렉싱(multiplexing) 표적 진단(target detection)을 허용하는 것이 선호된다. 상기 형광 표지자는 상기 PNA 프로브(PNA probe)의 한쪽 단말에는 형광리포터(fluorescent reporter), 반대편쪽 단말에는 ?처(quencher)가 표지(labeling) 되는 것이 선호된다.

이 경우, 상기 DNA 주입 채널을 통해 DNA 증폭 챔버로 이송되어 온 DNA내에 표적 서열(target sequence)이 존재하지 않는 경우, 상기 PNA 프로브(PNA probe)의 형광리포터(fluorescent reporter)와 ?처(quencher)가 물리적 거리가 아주 가까워 형광이 발생하지 않는 것처럼 된다. 반면, 상기 DNA 주입 채널을 통해 DNA 증폭 챔버로 이송되어 온 DNA내에 표적 서열이 존재는 경우, PCR(Polymer Chain Reaction)의 써머 사이클(thermo cycle)중 어닐링(Annealing)과정에서 상기 PNA 프로브(PNA probe)가 표적서열과 혼성화되면, 상기 형광리포터 와 ?처가 서로 거리가 멀어져 ?칭(quenching) 작용이 더 이상 안 일어나 상기 형광리포터로부터의 형광 빛을 형광 센서에 의해 관찰할 수 있다.

본 발명에 따른 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치의 또 다른 측면은, 상기 세포 파괴 챔버내에 항-표적 세포 항체으로 표지된 바이오틴(biotin-modified anti-target cell antibody)과 이와 결합하는 스트렙타아비딘(streptavidin)으로 표면 처리된 마그네틱 비드를 더 포함하는 것이 선호된다. 이 경우 시료내 세포가 상기 바이오틴과 스트렙타아비딘 결합을 통해 마그네틱 비드에 결합하게 되고, 레이저 가열에 의해 마그네틱 비드가 가열되여 마그네틱 비드에 인접한 세포의 세포벽이 깨져 DNA 을 얻기가 쉬워진다. 이 경우 모터의 회전에 따른 원심력에 의해, 세포파괴 후 발생한 세포 찌꺼기와 상기 마그네틱 비드를 DNA로 부터 분리한후, 상기 개방형 밸브를 개방하여 상기 미터링 채널을 통해 상층액만 DNA증폭 챔버로 이송함으로서 정제된 DNA을 얻을수 있게 된다.

본 발명에 따른 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치의 또 다른 측면은 상기 세포 파괴 챔버내에 상기 레이저 가열장치에서 발생된 빛을 흡수하여 열을 발생시키는 숯가루(charcoal powder)를 더 포함하는 것이 선호된다. 이 경우 상기 레이저 가열장치에 의해 숯가루가 가열되어 숯가루 주변의 세포들의 세포벽이 가열되어 세포벽이 파괴되고, 상기 모터의 회전에 따른 원심력에 의해, 세포파괴 후 발생한 세포 찌꺼기 및 숯가루로부터 DNA를 분리한 후, 상기 개방형 밸브를 개방하여 상기 미터링 채널을 통해 상층액만 DNA 증폭 챔버로 이송함으로써 정제된 DNA을 DNA 주입채널을 통해 이웃한 DNA 증폭 챔버로 이송함으로써 DNA정제 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 개방형 밸브와 DNA 주입채널 사이에 숯가루를 거르기 위한 멤브레인 필터를 포함하는 멤브레인 챔버를 더 구비하는 것이 더욱 선호된다.

상기 마그네틱 비드와 숯가루는 검정색이 선호 되며, 이 경우 적외선 레이저 빛을 효율 높게 흡수하여 쉽게 가열된다.

본 발명에서 상기 시료 주입구 와 배기구는 "폐쇄형 밸브"를 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 세포파괴 챔버내에 시료 주입 완료된 후, 레이저 가열에 의해 상기 시료 주입구와 배기구에 설치된 "폐쇄형 밸브"를 폐쇄함으로써 상기 시료 주입구와 배기구가 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.

상기 시료 주입구와 배기구에 설치된 "폐쇄형 밸브"를 폐쇄한 후, 가열장치에 의해 상기 세포 파괴 챔버내의 시료를 가열하여 세포벽을 파괴한다.

만약, 상기 세포 파괴 챔버를 가열하기 전에 상기 시료 주입구와 배기구에 설치된 "폐쇄형 밸브"를 폐쇄 안하면, 세포 파괴 챔버를 가열하여도 열 대부분이 상기 시료 주입구와 배기구를 통해 다시 빠져나가 세포 파괴 챔버가 효율적으로 가열이 되지 않아 세포파괴를 진행하기 어려워진다.

본 발명에서 바람직하게는 상기 세포 파괴 챔버의 출구에 연결되어 DNA 주입채널로의 연결을 제공하는 "개방형 밸브" 및 상기 시료 주입구 와 배기구에 설치된 "폐쇄형 밸브"는 상기 세포 파괴 챔버의 가열 동안에는 모두 폐쇄되어 있고, 세포파괴 공정 완료후, 상기 모터의 회전에 따른 원심력에 의해, 세포파괴 후 생성된 세포 찌꺼기부터 DNA를 분리한후, 상기 개방형 밸브를 개방하여 원심력에 의해 미터링 채널과 DNA 주입채널을 통해 상층액만을 DNA 증폭 챔버로 이송함으로서 정제된 DNA만을 이웃한 DNA 증폭 챔버로 이송하는 DNA정제 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

DNA 정제 공정에 의해 정제된 DNA는 DNA증폭공정 동안 템플레이트 DNA(template DNA)로 활용된다.

본 발명의 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도 센서를 이용한 랩온어 디스크 장치의 또 다른 목적은, 랩온어 디스크, 상기 랩온어 디스크를 회전 및 구동 제어하기 위한 모터를 포함하는 구동 제어부, 상기 랩온어 디스크상의 DNA 증폭 챔버를 가열하기 가열장치 및 상기 DNA 증폭 챔버의 온도를 측정하기 위한 비접촉 온도 센서를 포함하며, 상기 랩온어 디스크는 DNA 증폭 공정을 수행하는 동시에 상기 DNA 증폭 공정을 지원하는 돕는 효소를 저장하고 있는 적어도 1개 이상의 DNA 증폭 챔버, 상기 DNA 증폭 챔버에 DNA를 이동시키거나 주입하기 위해 상기 DNA 증폭 챔버의 입구와 연결된 통로를 제공하거나, 상기 DNA 증폭 챔버의 용량을 초과하는 잉여분(excess)의 DNA 를 저장하기 위한 잉여챔버와 연결되는 통로를 제공하는 DNA 주입 채널, 개방시, 상기 DNA 주입 채널의 말단과 상기 잉여 챔버의 입구를 연결하는 제1 폐쇄형 밸브, 개방시, 상기 DNA 주입 채널과 상기 DNA 증폭 챔버의 입구를 연결하는 제2 폐쇄형 밸브, 상기 DNA 증폭 챔버내에 저장되며 상기 가열장치에서 발생된 열을 흡수하거나 흡수된 열을 DNA 증폭 챔버내에 전달을 위한 히팅 필름 및 상기 DNA 증폭 챔버내의 온도를 색깔의 변화 내지 적외선 방출로 표출하기 위한 온도 표출 수단을 포함하는 랩온어 디스크 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 "제1 폐쇄형 밸브" 와 상기 "제2 폐쇄형 밸브" 는 DNA 증폭 공정 수행 전에는 모두 개방되어 있다가, 상기 DNA 주입 채널을 통해 DNA을 이동시켜 상기 DNA 증폭 챔버를 DNA로 채우고, 정량을 초과하는 잉여분(excess)의 DNA가 잉여챔버로 이송 되어진 후, 상기 "제1 폐쇄형 밸브" 와 상기 "제2 폐쇄형 밸브"의 검정색 열가소성 수지의 제2 유공 부위를 레이저 가열에 의해 녹임으로서 모두 폐쇄한 후 DNA 증폭공정을 시작하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에서 상기 세포파괴 챔버와 DNA 증폭 챔버는 "히팅 챔버"로 통칭한다.

본 발명에서 상기 온도 표출 수단은 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(micro encapsulated Temperature sensitive material) 또는 적외선 방사판 중 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 비접촉 온도 센서는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(micro encapsulated Temperature sensitive material)의 색깔 내지 투명도 변화를 읽기 위한 이미지 센서 또는 상기 적외선 방사판으로부터 방출되는 적외선량을 계측하기 위한 적외선 센서 중 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질은 온도에 따라 캡슐 내부 물질의 분자 구조가 변함으로써 물질의 투명도 내지 색깔이 변하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질은 투명한 수성 페인트나 투명한 유성 페인트와 혼합되어, 히팅 챔버내에 페인트 방식으로 페인팅 도포되어 온도 표출 수단을 외부에 비접촉 방식으로 제공하는 것이 선호된다.

본 발명에서 바람직하게는 상기 이미지 센서가 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질의 온도에 따라 물질의 투명도 내지 색깔이 변하는 것을 감지하는 것에 의해 히팅 챔버 내부의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 적외선 센서는 측정대상의 물체로부터 방출된 적외선 에너지를 렌즈에 의해 모아져 적외선 에너지를 읽어내어 물체의 온도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있는 온도 센서를 제공한다.　

상기 적외선 센서는 온도에 따라 적외선 방사판으로부터 방사되는 적외선량을 검출하는 것에 의해 히팅 챔버 내부의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 바람직하게는 상기 적외선 방사판은 검정색이 칠해진 금속판이 선호되며, 상기 금속판의 한쪽면은 히팅 챔버의 내부와 직접 맞닿아 있는 것이 더욱 선호 된다.

본 발명에서 바람직하게는 상기 적외선 방사판은 구리판이 더욱 선호된다.

상기 구리판은 열 전달율이 401W/m·K로서 귀금속을 제외한 금속 중 가장 클 뿐만 아니라, 구리판의 한쪽면은 히팅 챔버의 내부와 직접 맞닿아 있어 다른쪽 면에서 히팅 챔버 내부의 온도를 적외선 센서에 의해 정확히 측정할 수 있다. 또한 구리판에 칠한 검정색 페인트는 적외선 방사율을 최대로 할 수 있어 적외선 센서에 의해 정확한 온도 계측이 가능하다는 장점을 제공한다.

본 발명에서 바람직하게는 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질은 감온변색 염료를 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질의 코어로서 캡슐 내부 중심에 구비시키고, 상기 감온변색 염료의 외주면에 고분자가 코팅되어 캡슐화된 것이 선호되며, 직경이 1nm 내지 10um 크기를 갖는 것이 더욱 선호 된다. 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질은 외부가 고분자 코팅에 의해 방수처리가 되어 있어, 히팅 챔버내에서도 시료와 섞여 녹지 않아, 히팅 챔버내의 온도변화를 투명도나 색상변화를 통해 안정적으로 외부에 제공하는 온도 표출 수단이 된다.

상기 감온변색 염료의 외주면에 대한 고분자 코팅은 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 에폭시, 요소 수지, 폴리에스테르, 폴리아마이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리비닐알콜, 멜라민 수지(Polyoxymethylenemelamine), 젤라틴, 셀룰로오스 또는 이들의 혼합물인 것이 선호 된다.

본 발명의 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도센서를 이용한 랩온어 디스크 장치는 바람직하게는 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응물질이 상기 히팅 챔버(세포 파괴 챔버 또는 DNA 증폭 챔버)의 내부에 코팅 배치되어, 상기 마이크로 캡슐 온도 감응 물질의 투명도, 색깔 변화를 측정하여 상기 히팅 챔버 내의 온도를 계측하기 위한 이미지 센서를 구비하여, 상기 히팅 챔버가 최적의 온도로 가열되도록 하기 위해 가열장치를 피드백 제어하는 랩온어 디스크 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 감온 변색 염료는 상변화 물질(phase change material), 본래 무색 혹은 미색이지만 특정 온도에서 유기산과 결합하여 발색하는 류코 염료 (leuco dye) 혼합물, 발색제인 디페닐 아미노페놀(Diphenyl aminophenol)과 현색제인 톨루이 딘(Toluidine)의 혼합물, 발색제인 테레프탈로일 아세타닐 리드(Terephthaloyl acetanilide)와 현색제인 아미노아조벤젠(Aminoazobenzene) 혼합물 중 선택된 어느 하나인 것이 선호된다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 감온변색 염료가 디페닐 아미노페놀(Diphenyl aminophenol), 테레프탈로일 아세타닐리드 (Terephthaloyl acetanilide) 등과 같은 발색제와 상기 발색제와 화합하여 새로운 색을 발색케 하는 톨루이딘(Toluidine), 아미노아조벤젠(Aminoazobenzene) 등과 같은 현색제 혼합물인 것이 선호된다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 감온변색 염료가 에코산(Eicosane), 노나데칸(Nonadecane) 등의 파라핀계 물질을 더 포함하는 것이 선호된다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 감온변색 염료는 류코 염료 (leuco dyes)의 일종으로 3,3-비스(p-디메틸아미노페닐)-6-디메틸아미노프탈라이드, 7'-아닐리노-3'-디부틸아미노-6'-메틸플루오렌, 3-(p-디메틸아미노페닐)-3-(1,2-디메틸-3-인돌릴) 프탈라이드, 3,3-비스(9-에틸-3-카바졸릴)-5-디메틸아미노프탈라이드 또는 3,3-비스(2-페닐-3-인돌릴)-5-디메틸아미노프탈라이드와 같은 트리아릴메탄 염료, 4,4'-비스(디메틸아미노벤지드랄)벤질 에테르와 같은 디페닐메탄 염료, 벤조일 류코메틸렌 블루와 같은 티아진 염료, 3-메틸스피로디나프토피렌과 같은 스피로 염료, 플루오렌 염료, 류코오라마인 염료, 인돌린 염료 및 인디고 염료 중 선택된 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 것이 선호된다.

상기 류코 염료는 상온에서 무색 또는 미색의 물질로서, 가열시 유기산 물질과 반응하여 발색한다. 이러한 류코 염료들은 단독으로, 또는 두 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 류코 염료와 반응을 일으키도록 첨가하는 유기산 물질로는 4-하이드록시다이페닐 술폰 유도체, 4,4'-디하이드록시다이페닐술폰, 2,4'-디하이드록시다이페닐 술폰 및 4-하이드록시다이페닐 술폰 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 두 종류 이상의 다이페닐 술폰 유도체를 유기산 물질로 포함하고, 4-치환된(substituted) 바이페닐 유도체를 포함할 수 있다.

상기 상변화 물질은 고체상에서 액체상으로 변화하는 물질 중 유기계열로는 파라핀계, 비파라핀계, 무기계열로는 이혼화합물계, 메탈계 등이 선호된다.

상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질은 상기 세포 파괴 챔버 내부에 어레이(array) 형태로 코팅되는 것이 선호된다.

상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질은 상기 DNA 증폭 챔버 내부에 코팅되는 것이 선호된다.

본 발명에서, 상기 가열 장치는 레이저 가열장치 내지 인덕션(induction) 가열 장치인 것이 선호되며, 적외선 파장 영역의 빛을 발산하는 적외선 레이저가 더욱 선호된다. 적외선 파장은 검은색에 의해 가장 잘 흡수되는 특징을 갖는다.

따라서 적외선 파장영역을 갖는 레이저 가열 장치에 의해, 상기 검정색 열 가소성 수지를 쉽게 녹일수 있다.

본 발명의 상기 히팅 필름은 검정색 필름, 반타블랙 시트(Vantablack sheet), 금속판 내지 흑연시트(Graphite Sheet) 중에 선택된 어느 하나가 선호되며, 금속판인 경우 검정색 페인트나 반타블랙(Vantablack)에 의한 검정색 코팅면을 구비한 것이 선호되며 상기 레이저 가열장치에 의해 가열되는 것이 선호된다. 상기 검정색 코팅면은 상기 레이저 가열장치로부터의 열을 효율 높게 흡수할 뿐만 아니라, 상기 금속판은 열 전달률이 매우 높아 레이저에 의한 발생된 열이 상기 히팅 챔버 전체에 전달에 되어 챔버 내의 시료를 골고루 가열시킨다. 상기 반타블랙은 수직으로 정렬된 나노튜브의 배열로 구성되며, 튜브와 튜브사이에서 거듭된 반사를 통해 들어온 빛의 빛 대부분이 흡수되어 나가지 못하도록 하는 역할하는 것을 특징으로 한다. 이들 반타블랙은 직경1~2 nm의　탄소 나노튜브로 구성되며, 가시광선과 적외선 영역의 99.97%의　빛을 거의 모두 흡수한다. 상기 히팅 필름은 0.01~0.1mm 두께가 선호된다.

상기 금속판은 0.01~0.1mm 두께의 알루미늄(alumnium) 내지 자성체 금속 재질이 선호된다.

본 발명의 흑연(graphite)시트는 열 전도성이 매우 클 뿐 만 아니라 자체가 검정색을 띄고 있어, 상기 레이저 가열장치로부터의 열을 쉽게 흡수하여, 열이 상기 히팅 챔버 전체에 전달에 되어 챔버 내의 시료를 골고루 가열시킨다.

상기 인턱션 가열장치는 코일에 교류 전류를 보내면 코일에 자력선이 발생하고, 이 자력선이 패러데이(faraday)의 전자기 유도(electromagnetic induction)의 법칙에 의해, 상기 코일 위에 놓인 상기 금속판에 와류 전류(eddy current)를 생성시켜 히팅 필름을 가열하는 것을 특징으로 한다.

상기 검정색 필름은 레이저 가열장치로부터의 레이저 빛을 흡수하여 히팅 챔버(세포 파괴 챔버 또는 DNA 증폭 챔버)를 가열하여 세포파괴 공정 내지 DNA 증폭 공정을 수행한다.

상기 검정색 필름(블랙시트)은 레이저 가열 장치에 의해 녹지 않는 내열성 필름이 선호된다.

상기 내열성 필름은 아라미드(aramid) 필름, PET(Polyethylene Terephthalate) 필름, 폴리이미드 필름(polyimide film)이 선호된다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 시료에 효소 RnaseA를 첨가할 수 있다. 효소 RnaseA는 RNA의 가수분해를 유도하여 DNA 추출 결과물 분석 시 RNA로 인한 위양성 인자를 제거하여 순수한 DNA 추출 결과만 확인할 수 있도록 돕는다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 랩온어 디스크는 DNA 증폭 공정 수행을 위해, dNTP를 비롯한 프라이머(Primer) 등 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼 용액을 저장하거나, 폴리머라아제(polymerase)의 저장을 위한 별도의 챔버를 더 구비하는 것이 선호된다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 DNA 증폭 챔버는 DNA 증폭 공정에 필요한 각종 효소를 동결 건조하여 고체 알갱이 형태의 태블릿(tablet)상태로 DNA 증폭 챔버에 저장하고, 상기 DNA 정제 공정후 발생한 DNA 템플레이트(DNA template)를 포함한 용액 내지 버퍼에 의해 상기 태블릿이 액화되어 상기 DNA 증폭 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 DNA 증폭 공정은 PCR(Polymer Chain Reaction)의 써머 사이클(thermo cycle)을 반복적으로 수행함으로써 이루어지거나, 등온 증폭(isothermal amplification)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 PCR에 의한 DNA 증폭 공정은 denaturation(~95 ^oC), annealing(~50 ^oC), 그리고 extension (~72 ^oC)으로 구성되는 세 가지 온도 내지 선택된 두가지 온도를 주기적으로 반복하여 수행하는 써머 사이클을 DNA 증폭 챔버내에서 진행함으로써 이루어지는 것이 선호된다.

바람직하게는, 상기 PCR에 의한 써머 사이클의 가열 동작은 레이저 가열장치가 히팅 필름을 가열하여 DNA증폭 챔버를 가열함으로 진행되는 것이 선호된다.

바람직하게는, 상기 PCR에 의한 써머 사이클의 쿨링(cooling) 동작은 냉각레이저 또는 펠티어 소자(peltier element)의 차가운 면과 연결된 회전 팬(fan)의 바람에 의해 DNA 증폭 챔버를 냉각함으로서 진행되는 선호된다.

바람직하게는, 상기 등온증폭은 한가지의 특정온도(예를 들면 60^oC)로 약 90분 동안 DNA 증폭 챔버를 가열함으로써 이루어지는 것이 선호된다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 랩온어 디스크 장치는 상기 세포 파괴 챔버의 시료를 섞어주기 위한 교반기(stirrer)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 교반기는 상기 세포 파괴 챔버 내의 시료 균질화와 순환을 위해 상기 세포 파괴 챔버 내에 교반 자석 및 상기 교반 자석에 대해 비접촉 방식으로 인력과 반반력을 발휘하여 교반 동작을 수행하는 막대 자석이 부착된 교반 모터로 구성되는 것이 선호된다.

상기 교반 모터 회전시 막대 자석 회전에 따라 상기 세포 파괴 챔버 내에 교반 자석이 같이 따라서 동시에 회전하여 교반이 이루어 진다.

상기 교반기는 세포파괴 공정 동안 세포 파괴 챔버 내에 포함된 숯가루 또는 마그네틱 비드를 시료와 잘 섞여 균질화되도록 하여 세포 파괴가 골고루 잘 이루어지도록 한다.

본 발명에서, 상기 랩온어 디스크 장치는 상기 DNA 증폭 산출물(product)을 정량 내지 정성적으로 분석하기 위한 형광 센서 내지 이미지 센서를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 랩온어 디스크 장치는 상기 DNA 증폭 산출물을 정량 내지 정성적으로 분석하기 위해, 디스크를 고속 회전(예컨데, 10,000 rpm 이상)시, 원심력에 의해 DNA 펠릿이 모이도록 하기 위한 DNA 펠릿(DNA pellet) 챔버를 상기 DNA 증폭 챔버의 원주 외곽방향으로 더 구비하고, DNA 펠릿 형성 여부를 광학 센서 의해 판단하는 것에 의해 시료내에 목표 DNA(target DNA) 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 형광물질을 보관하기 위한 별도의 챔버를 디스크상에 더 구비하거나 형광 물질을 세포파괴 챔버 내에 포함시켜서, 상기 DNA 펠릿 형성시 형광 물질이 포함된 형광 DNA 펠릿이 생성되도록 하는 것이 더욱 선호된다. 이경우 발광 다이오드에 의한 형광 물질의 여기(excitation)에 따른 형광의 방출 강도를 광학 센서로 측정함으로써 DNA 증폭 산출물 량을 정성 또는 정량적으로 측정할 수 있다.

특히, 상기 형광 DNA 펠릿은 DNA 증폭 산출물의 량이 소량일 때, 형광 DNA 펠릿으로 부터 나오는 강한 형광 빛으로 인해, 상기 광학 센서에 의해 DNA 펠릿 형성 여부 판정에 용이하다는 장점을 제공한다.

바람직하게는, 상기 형광 물질은 형광 염료(Fluorescent dyes) 일종인 FAM, TAMRA 등과 같은 형광 물질로 표지된 프라이머(primer)를 사용하여 FRET(fluorescence resonance energy transfer, 형광공명에너지전이)방법을 사용하여 별도의 형광 물질을 구비하지 않고도 실시간 DNA 증폭(real time DNA amplification) 여부를 확인하여 DNA 증폭 산출물 량을 정성 또는 정량적으로 측정하는 것이 선호된다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 구동 제어부는 상기 랩온어 디스크를 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table), 상기 턴 테이블 상의 랩온어 디스크를 회전시키기 위한 모터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 랩온어 디스크의 직경은　120mm，80mm, 60mm 또는 32mm의　원형이 선호되며,　두께는 1mm ~ 20mm가 바람직하다．

본 발명에서 상기 광학 센서는 포토다이오드(photodiode), 카메라, 포토다이오드 어레이(photodiode array), 스펙트로미터(spectrometer), CCD(charge-coupled device), CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서, 레이저 파워 미터(laser power meter), 형광 센서 중 어느 한 가지가 사용되는 것이 선호된다.

상기 광학 센서는 상기 히팅 챔버 내부에 설치된 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질의 색깔 변화 내지 투명도를 측정하여 히팅 챔버 내의 온도를 측정할 수 있다. 또한 상기 광학 센서는 상기 DNA 증폭 산출물(product)을 정성 내지 정량적으로 분석하기 위한 이미지 센서 내지 형광 센서로 사용되는 것이 선호된다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 디스크는 실리콘 웨이퍼, 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate), 고리형 올레핀 고분자(COC: cyclic olefin copolymer) 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 형성될 수 있다. 그러나, 플라스틱이 경제적 이유, 가공의 용이성 때문에 바람직하다.

상기 디스크는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질로 이루어지는 것이 선호되며, 이들은 점착제에 의해 접합되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 디스크는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질이 적층 접합되어 이루어지고, 각 기질을 결합하기 위해 기질간에 양면 접착 테이프가 포함되는 것이 선호된다.

상기 양면 접착 테이프는 종이, 비닐, 폴리에스테르 필름, 폴리에틸렌 필름 및 기타 합성 재질과 같은 이형지의 양쪽 면에 특수한 점착제(adhesive; gluing agent)로 표면 처리가 되어 있고, 필요로 하는 조건에 따라 높은 실링(sealing) 및 완충, 진동 완화, 내충격성, 내열성, 흡착성, 접착력 등의 특징을 가진 점착제 재료를 선정하여 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 양면 접착 테이프는 이형지 또는 백킹(backing)을 사용하지 않고 점착제(adhesive; gluing agent) 자체가 양면 접착 테이프로 사용될 수 있다.

상기 양면 접착 테이프는 이형지 상에 점착제를 양면 코팅하거나 이형지를 사용하지 않는 점착제(adhesive; gluing agent) 형태가 선호되며, 점착제는 핫 멜트(hot melt), 실리콘, 고무계, 변성 실리콘계, 아크릴계(acrylic), 폴리아마이드(ployamide), 폴리오레핀(polyolefin), 테프론계, 폴리에스터(polyester), 에폭시, 자외선 감응 경화성 접착제(UV curable adhesive), UV접착제, 열 가소성 수지 등과 같은 재료가 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 랩온어 디스크상에 배치된 챔버들의 테두리는 UV 접착체에 의해 상기 기질들이 결합되고, 나머지 테두리를 제외한 부분은 양면 접착 테이프에 의해 결합되는 것이 선호된다. UV 접착제는 결합력이 강해 챔버 내의 저장된 액체에 의한 누수(leakage)에 더 강한 장점을 제공한다.

특히, 세포파괴 공정 및 DNA증폭 공정중 챔버내의 액체시료가 가열되어 증기압이 강해지는 경우, 이들 챔버들의 테두리를 UV 접착제에 의해 밀봉함으로서 누수를 방지할 수 있다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 디스크 상에 RFIC를 더 포함하여 인터넷을 통하여 디스크의 진품 여부를 확인하거나 재사용 여부를 확인 할수 있는 인증수단을 더 구비한것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 디스크는 1회용으로 재사용을 해서는 안된다. 상기 디스크 인증 단계마다 디스크의 ID 정보가 서버(server)로 송출되어 저장되게 함으로써, 디스크 사용시 서버상의 이력정보의 조회를 통해, 같은 ID 정보를 가진 디스크가 과거에 사용되었는지 체크함으로써, 디스크의 재사용 여부를 자동으로 체크할 수 있다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 랩온어 디스크 장치는 표시장치를 더 구비하여 상기 DNA 산출물에 대한 정성 및 정량분석 결과를 상기 표시장치에 디스플레이(display)하거나, 인터넷망을 통해 외부 관공서에 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 바람직하게는, 상기 랩온어 디스크 장치는, 인터넷 망을 통해 관공서(예를 들면 보건복지부, 교육부, 식품 의약 안전청)로부터 위생 점수를 원격으로 피드백 받아 업소의 광고판 내지 인터넷망에 위생 점수를 공개하는 것을 특징으로 한다.

상기 위생 점수는 업소가 얼마나 청결을 유지하고 있는지는 나타내는 점수이다. 따라서, 손님들은 외부에 게시된 광고판 내지 인터넷 정보 검색으로부터 위생 점수를 보고 식당을 선택할 것이다.

상기 위생 점수는 음식물로부터 표적 세균(target pathogen)의 검출 유무 및 업소의 검사횟수의 빈도수에 의해 결정되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서, 휴대폰 사용자는 식당 검색시 식당의 위치 정보뿐만 아니라, 해당 식당의 위생 점수 정보도 받을 수 있어, 식당 이용객의 식당 선택권 및 업소의 위생 유지에 한층 기여할 것으로 보인다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 검정색 열가소성 수지 밸브 및 비접촉 온도 센서를 이용한 랩온어 디스크(Lab-on-a Disc) 장치에 관한 것으로, DNA 분석 장치에 필수적인 세포 파괴 공정, DNA 정제 및 DNA 증폭 공정을 하나의 디스크에 집적화함으로써 보다 손쉽게 효율적으로 DNA 분석을 수행하는 랩온어 디스크 장치를 제공한다.

도 1 내지 도 4는 세포 파괴 챔버와 DNA증폭 챔버가 랩온어 디스크상에 함께 집적화되어 배치된 일 실시예이고,
도 5 내지 8은 검정색 열가소성 수지를 이용한 밸브의 여러 실시예를 보이고,
도 9는 검정색 열가소성 수지를 이용하여 세포파괴 챔버의 시료 주입구 와 배기구에 설치된 폐쇄형 밸브의 여러 실시예들이고,
도 10(a)와 도 10(b)는 상기 세포 파괴 챔버내의 시료 균질화와 순환을 위한 세포파괴 챔버내의 교반 자석에 대해 인력과 반반력을 발휘하여 교반 동작을 수행하기 위한 실시예이고,
도 11은 랩온어 디스크를 구동하기 위한 구동제어부를 포함하는 랩온어 디스크 장치의 일 실시예를 보인다.

이하 첨부된 도면을 사용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4는 세포 파괴 챔버(29a)와 DNA 증폭 챔버(29b)가 랩온어 디스크(100)상에 함께 집적화되어 배치된 일 실시예를 보인다.

예시된 상기 랩온어 디스크(100)는 두 쌍의 구조가 마주보는 대칭적 구조로 배치한 일 실시예로, 대칭적 구조 때문에 디스크(100)의 회전시 디스크(100)의 전체적인 무게 균형을 맞출수 있어, 디스크(100)의 고속 회전시 진동과 소음을 최소화할 수 있는 장점을 제공한다.

또한 예시된 랩온어 디스크(100)는 3개의 DNA 증폭 챔버(29b)가 배치 설계된 예시를 보인다. 이 경우 한 시료에 대해 3종 DNA검사가 가능해 진다. 도면 부호 27은 DNA증폭공정 완료후 원심력에 의해 DNA가 모이도록 하기 위한 DNA 펠릿(DNA pellet) 챔버로 DNA 증폭 챔버(29b)의 원주 외곽방향으로 설치되어, DNA 펠릿 형성 여부를 광학 센서 의해 판단하는 것에 의해 시료내에 목표 DNA(target DNA) 존재 여부를 판단한다. DNA 펠릿 형성시 시료내에 목표 DNA가 존재하는 것으로 판단한다.

본 발명에서는 상기 랩온어 디스크(100)의 몸체는 상부 기질(100a), 중간 기질(100b) 과 하부 기질(100c)로 구성되는 것이 선호되며, 이들 각각은 플라스틱 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 채널(11,13) 및 히팅 챔버(세포파괴 챔버(29a), DNA 증폭 챔버(29b), 잉여챔버(15)) 등을 형성하며, 상기 기질(100a, 100b, 100c)은 접착 테이프에 의해 서로 밀착 부착되어 하나의 랩온어 디스크(100)를 이루는 것이 선호된다. 또한 상기 히팅 챔버(29a, 29b)의 온도를 측정하기 위해 온도의 높낮이에 따라 투명도 변화, 색깔변화 또는 적외선 방출량으로 온도값이 표현되는 온도 표출 수단(24a, 24b, 25a, 25b, 26)을 상기 히팅 챔버(29a, 29b)의 내부에 구비하여, 상기 온도 표출수단(24a, 24b, 25a, 25b, 26)으로부터 표현된 상기 투명도 변화, 색깔변화, 적외선 방출량을 측정하기 위한 비접촉 온도 센서(46a, 46b) 및 상기 히팅 챔버(29a, 29b) 내에 저장되며 가열장치(44)에서 발생된 열을 흡수하거나 흡수된 열을 전달을 위한 히팅 필름(30a, 30b) 를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용될 수 있는 시료는 시료 주입구(28a)를 통해 상기 세포 파괴 챔버(29a) 내로 주입된다. 도면 부호 28b는 시료 주입시 주입 압력(주입 저항) 없이 시료를 원활히 주입하기 위한 배기구이다. 도면 부호 12는 상기 세포 파괴 챔버의 출구에 연결된 "개방형 밸브"로, 상기 세포 파괴 챔버(29a)의 가열 기간 동안 폐쇄되어 있다가, 세포파괴 공정 완료후 이웃한 DNA 증폭 챔버(29b)로 DNA을 보내기 위해 개방된다.

상기 세포 파괴 챔버(29a) 내에는 상기 세포 파괴 챔버(29a)을 가열하기 위해 가열장치(44) 로부터의 열을 흡수하기 위한 히팅 필름(heating film)(30a); 및 온도 표출 수단(24a, 25a 또는 26)으로 구성된다.

단면 a-a' 와 c-c'는 세포 파괴 챔버(29a)에 대한 단면도가 예시된다.

단면 b-b' 는 DNA 증폭 챔버(29b)에 대한 단면도가 예시된다.

본 발명에서 상기 세포 파괴 챔버(29a)는 단백질을 분해하는 효소로서, DNAase와 RNAase의 활성을 약화시키기 효소 proteinase-K를 상기 세포 파괴 챔버(29a) 내에 분말(powder) 형태로 구비한 것이 선호된다.

도면부호 24a, 24b와 26은 상기 온도 표출 수단으로 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질을 사용한 실시예를 나타내고, 도면 부호 25a와 25b는 상기 온도 표출 수단으로 적외선 방사판을 사용한 실시예를 나타낸다.

상기 가열 장치(44)는 레이저 가열장치 내지 인덕션(induction) 가열 장치인 것이 선호된다.

본 발명의 일 실시예로 상기 히팅 필름(30a, 30b)은 검정색 필름, 금속판, 반타블랙 시트(Vantablack sheet) 내지 흑연시트가 선호된다.

상기 금속판은 한쪽 면이 검정색 페인트나 반타블랙(Vantablack)에 의해 코팅된 검정색 코팅면을 구비하여 상기 레이저 가열장치(44)에 의해 가열되는 것이 선호된다. 상기 검정색 코팅면(미도시)은 레이저 가열장치(44)로부터 발생된 빛을 흡수하여 금속판에 열(heat)을 전달시켜 상기 히팅 챔버(29a, 29b) 내의 시료를 가열한다. 상기 흑연시트와 반타블랙 시트(Vantablack sheet)는 열전도율이 클 뿐만 아니라, 자체 색상이 검정색이여서 검정색 페인트에 의해 코팅처리를 안 해도 상기 레이저 가열장치(44)에 의해 쉽게 가열되는 장점을 갖는다.

본 발명의 또 다른 일실시예로 상기 히팅 필름(30a, 30b)은 자성체 금속판이 선호되며, 상기 인턱션 가열 장치(44)는 코일(미도시)에 교류 전류를 보내면 코일에 자력선이 발생하고, 이 자력선이 패러데이(faraday)의 전자기 유도(electromagnetic induction)의 법칙에 의해, 상기 코일의 마주보는 위치에 놓인 상기 자성체 금속판에 와류전류(eddy current)를 생성시켜, 상기 자성체 금속판이 가열되어 상기 히팅 챔버(29a, 29b) 내의 시료를 가열한다.

도면 부호 170은 디스크 공극이다.

도면부호 11은 세포파괴 챔버(29a)에서 얻어진 DNA의 일정량만 상기 DNA 주입 채널(13)을 통해 DNA 증폭 챔버(29b)로 이송함으로서 DNA정제 공정을 수행하는 미터링 채널이다.

또한 세포파괴 챔버(29a) 내에는 막대자석(도 10의 도면 부호 47a)의 자력에 의해 움직이는 교반 자석(31)이 구비하여, 상기 막대자석(47a)이 회전 또는 움직임에 따라 상기 교반 자석(31)이 요동치게 함으로써 세포파괴 챔버(29a) 내의 시료를 교반하여, 세포파괴가 골고루 잘 일어나도록 돕는다.

도 1과 도 2에는 상기 온도 표출 수단으로서, 세포 파괴 챔버(29a)와 DNA 증폭 챔버(29b) 내에 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a, 24b, 26)을 사용한 실시예를 나타내고, 도 3에는 상기 온도 표출 수단으로서 적외선 방사판(25a, 25b)을 사용한 실시예이다.

본 발명에서 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a, 24b)의 온도변화에 따른 투명도 변화 내지 색깔 변화를 측정하기 위해, 비접촉 온도 센서로서 광학센서(46a)를 사용하는 것이 선호 된다.

본 발명에서 적외선 방사판(25a, 25b)으로부터 방사되는 적외선량을 측정하기 위해, 비접촉 온도 센서로서 적외선 센서(46b)를 사용하는 것이 선호 된다.

도1, 도2 와 도3은 세포 파괴 챔버(29a)에서 얻어진 DNA를 DNA 증폭 챔버(29b)에 주입하기 위해 상기 DNA 증폭 챔버(29b)와 연결된 통로를 제공하는 DNA 주입 채널(13), 상기 DNA 증폭 챔버(29b)에 정량의 DN 만을 저장키 위해, 정량을 초과하는 잉여분(excess)의 DNA를 저장하기 위한 잉여챔버(15), 상기 DNA 주입 채널(13)의 말단과 상기 잉여 챔버(15)의 입구를 연결하는 "제1 폐쇄형 밸브"(10), 상기 DNA 주입 채널(13) 과 상기 DNA 증폭 챔버(29b)의 입구를 연결하는 "제2 폐쇄형 밸브"(14), 상기 DNA 증폭 챔버(29b)내에 저장되며 가열장치(44)에서 발생된 열을 흡수하거나 흡수된 열을 전달을 위한 히팅 필름(30b), 상기 DNA 증폭 챔버(29b) 내부의 온도를 투명도 변화, 색깔의 변화 내지 적외선 방출로 표출하기 위한 온도 표출 수단(24b, 25b, 26) 및 비접촉 온도 센서(46a, 46b)를 구비한 랩온어 디스크(100)의 실시예를 보인다.

도면부호 16은 상기 잉여챔버(15)의 배기구 이다.

상기 "제1 폐쇄형 밸브"와 상기 "제2 폐쇄형 밸브"의 검정색 열가소성 수지의 제2 유공 부위를 레이저 가열에 의해 녹여 모두 폐쇄 완료한 후, 상기 가열장치(44)에 의해 상기 히팅필름(30b)을 가열하여 DNA 증폭공정을 진행한다.

도 1(b)는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24b)이 DNA 증폭 챔버(29b)의 내부에 코팅 배열된 일 실시예이고, 도 2(b)는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)이 DNA 증폭 챔버(29b)의 내부의 시료와 함께 섞여 있는 일 실시예이다. 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24b, 26)의 온도 변화에 따른 투명도 내지 색상변화를 광학 센서(46a)에 의해 DNA 증폭 챔버(29b) 내부의 온도를 파악할 수 있다.

반면 도 3(b)는 DNA 증폭 챔버(29b)에 적외선 방사판(25b)을 설치한 일 실시예로, 온도에 따라 적외선 방사판(25b)으로부터 방사되는 적외선량을 적외선 센서(46b)가 검출하는 것에 의해 DNA 증폭 챔버(29b) 내부의 온도를 파악할 수 있다.

도 1과 도 2는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a, 24b, 26)을 직접 히팅 챔버(29a, 29b)의 내부에 배치함으로써, 히팅 챔버(29a, 29b)의 온도를 직접 측정함으로 온도 측정의 정밀도를 크게 향상 시킬 수 있다.

또한, 상기 히팅 챔버(29a, 29b)의 위에 설치된 광학 센서(46a)에 의해 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a, 24b, 26)의 투명도 내지 색상 변화를 실시간 관찰함으로써 상기 히팅 챔버(29a, 29b)내부의 온도를 비접촉식으로 측정할 수 있다.

이러한 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a, 24b, 26)의 투명도 내지 색상 변화를 기초로 가열장치(44)를 온(On) 오프(off) 나 가열장치의 구동 전압 및 전류제어를 통해 상기 히팅 챔버(29a, 29b) 내부의 온도를 원하는 대로 조절할수 있다.

도 1(a)는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a)은 세포 파괴 챔버(29a)의 내부에 4개의 어레이(array) 형태로 코팅 배열되어 구성된 일실시예를 보인다.

도 1(a)에서와 같이, 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a)를 어레이 형태로 배열할 경우, 상기 세포 파괴 챔버(29a)가 균일하게 가열되고 있는지 여부를 복수개의 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a)의 투명도 내지 색상변화로부터 파악할 수 있는 장점이 있다. 또한 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a)은 온도 상승과 하강 간(間)에 응답 특성 차(difference)를 보이는 히스테리시스(hysterisis) 현상이 있고, 이러한 히스테리시스 현상은 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a)의 용적(volume)에 비례함으로, 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a)을 소량으로 나누어 어레이 형태로 배열함으로써 히스테리시스 현상을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 2는 구형의 알갱이형태의 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)들이 히팅챔버(29a, 29b)의 내부의 시료와 함께 섞여서 시료의 온도를 직접 계측하는 일실시예로, 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)은 히팅챔버(29a, 29b)내의 시료의 온도를 직접적으로 외부에 표출하는 온도표출수단을 제공한다.

또 다른 실시예로 구형의 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)의 내부 중심에 자성체 구슬(26a)을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 막대자석(47a)이 회전 또는 움직임에 따라 상기 자성체 구슬(26a)이 요동치게 함으로써 히팅 챔버(29a, 29b) 내의 시료를 교반하여, 세포파괴 와 DNA 증폭이 골고루 잘 일어나도록 돕는다. 이 경우 교반자석(31)은 필요 없게 된다. 자성체 구슬(26a)표면 위에 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질을 코팅하면 된다.

또 다른 실시예로 구형 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)의 내부 중심에 발포비즈(26b)를 포함할 수 있다. 이 경우는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)이 상기 발포비즈(26b)의 표면 위에 코팅 내지 흡수된 형태로, 발포비즈(26b)가 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질을 잘 흡수하여 결합한다는 장점이 있어 제작에 용이하다.

또 다른 실시예로 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)의 내부에 발포비즈(26b)를 포함하고, 상기 발포비즈(26b)는 내부 중심에는 자성체 구슬(26a)을 포함할 수 있다. 이 경우는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)이 발포비즈(26b)의 표면 위에 코팅된 형태로, 발포비즈(26b)가 상기 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)을 잘 흡수하여 결합한다는 장점뿐만 아니라, 상기 막대자석(47a)이 회전 또는 움직임에 따라 상기 자성체 구슬(26a)이 요동치게 함으로써 히팅 챔버(29a, 29b) 내의 시료를 교반하여, 세포파괴와 DNA 증폭이 골고루 잘 일어나도록 돕는다. 이 경우 교반 자석(31)은 필요 없게 된다.

상기 발포비즈(Foamed beads) 는 스트로폼 비즈(Styrofoam beads) 혹은 PPE 비즈, 폴리스티일렌 비즈(Polystyrene beads), 플라스틱 비즈 가 선호된다.

상기 발포비즈는 0.5mm 에서 2mm직경의 구형이 선호된다.

도 1(a)과 도 2(a)의 실시예 경우, 상기 세포 파괴 챔버(29a)가 가열장치(44)에 의해 가열되는 동안 시료내의 세포벽이 파괴되어, 세포로부터 DNA가 유출된다. 상기 세포 파괴 챔버(29a)의 온도 제어는 온도 표출 수단(24a, 26)과 상기 온도 표출 수단(24a, 26)으로부터의 투명도 변화 내지 색깔변화를 광학 센서(46a)에 의해 측정하여 상기 가열장치(44)에 피드백(feedback) 제어함으로서, 상기 세포 파괴 챔버(29a)내의 온도를 일정하게 유지한다.

도 3는 온도 표출 수단으로서 적외선 방사판(25a, 25b)을 사용하여, 히팅챔버(29a, 29b)에 설치한 일 실시예 이다.

상기 적외선 방사판(25a, 25b)의 한쪽면(25aa)은 히팅 챔버(29a, 29b) 내부와 직접 맞닿아 있어, 상기 히팅챔버(29a, 29b)로부터 전달되어온 열을 다른 반대쪽 면(25ab)에서 측정함으로서 히팅 챔버(29a, 29b) 내부의 온도를 적외선 센서(46b)에 의해 정확히 측정할 수 있다.

상기 적외선 센서(46b)는 적외선 방사판(25a, 25b)으로부터 방사되는 적외선량을 검출하는 것에 의해 히팅 챔버(29a, 29b) 내부의 온도를 측정하여, 가열장치(44)를 온(On) 오프(off)하거나 이의 구동 전압 및 전류 제어를 통해 상기 히팅 챔버(29a, 29b) 내부의 온도를 원하는 대로 조절할수 있다.

본 발명에서 바람직하게는 상기 적외선 방사판의 한쪽면(25aa)은 검정색이 칠해진 금속판이 선호되면, 금속판의 다른 반대편면(25ab)은 히팅 챔버(29)의 내부의 액체 시료와 직접 맞닿아 있는 것이 더욱 선호 된다.

도 4은 세포 파괴 챔버(29a)내에 히팅 필름을 사용하는 대신에 세포 파괴 챔버(29a) 내에 숯가루(67, charcoal powder)를 사용한 일 실시예를 나타낸다.

이 경우 레이저 가열장치(44)에 의해 숯가루(67)가 가열되어 숯가루 주변의 세포들의 세포벽 가열되어 세포벽 파괴되고, 이후 랩온어 디스크(100)의 회전에 따른 원심력에 의해, 세포파괴 후 발생한 세포 찌꺼기 및 숯가루(67)로부터 DNA를 분리한 후, 개방형 밸브(12)의 개방과 동시에 미터링 채널(11)을 통해 상기 세포 파괴 챔버(29a)의 상층액만을 DNA 증폭 챔버(29b)로 이송함으로서 DNA정제 공정을 수행하는 것이 선호된다.

또한 이 경우 상기 개방형 밸브(12)와 DNA 주입채널(13) 사이에 숯가루(67)를 거르기 위한 멤브레인 필터(66)를 포함하는 멤브레인 챔버(29c)를 더 구비하는 것이 더욱 선호된다. 상기 멤브레인 필터(66)는 다공성 막으로 숯가루(67) 같은 큰 입자는 못 통과하고, DNA 같은 작은 입자만 통과 시키는 역할을 한다.

단면 d-d' 는 상기 멤브레인 챔버(29c)에 대한 단면도가 예시된다.

도 4의 단면 c-c' 는 상기 세포 파괴 챔버(29a)에 대한 단면도로 숯가루(67)와 함께, 적외선 방사판(25a)과 적외선 온도 센서(46b)가 적용된 실시예를 보인다.

또한, 도 4의 단면 c-c' 실시예에서 적외선 방사판(25a)은 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질로 대체하고, 적외선 온도 센서(46b)는 광학 센서로 대체될 수 있다.

도 4의 단면 f-f' 는 숯가루(67)를 이용한 세포 파괴 챔버(29a)에 대한 또 다른 실시예를 보이는 단면도로서, 세포 파괴 챔버(29a)에서 세포 파괴 공정 온도가 섭씨 100도 근방으로 선택된 경우는, 적외선 방사판(25a) 과 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(24a) 같은 온도 표출수단을 별도로 설치하지 않고 세포파괴 공정을 수행할 수 있다. 이것에 대한 세포 파괴 챔버(29a)의 단면도는 단면 f-f'에 예시된다. 이 예시는 액체 시료의 끓는점이 100도 근방이기 때문에 아무리 가열해도 액체가 섭씨 100도 이상 올라갈 수 없기 때문에 별도의 온도표출 수단(24a, 25a)과 비접촉 온도센서(46a, 46b) 없이도 세포파괴 공정을 수행할 수 있다는 장점을 갖는다는 것을 보인다.

도 5 내지 도 8은 검정색 열가소성 수지(80c)를 이용한 여러 밸브의 실시예들을 보인다. 도면부호 82b는 밸브(80, 81)의 입구 채널(82a)와 연결되는 상부 기질(100a)상에 형성된 음각테두리이고, 밸브 개방을 통해 출구 채널(82c)과 연결된다.

도 5(a)는 검정색 열가소성 수지(80c)를 이용한 폐쇄형 밸브(80)의 실시예를 보인다. 상기 폐쇄형 밸브(80)는 랩온어 디스크(100) 상에 설계된 제1 유공(80a), 상기 제1 유공(80a)과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지고, 중앙에 제2 유공(80b)을 포함하는 박막의 검정색 열가소성 수지(80c), 상기 검정색 열가소성 수지(80c)를 상기 제1 유공(80a)에 결합부착하여 상기 제1 유공(80a)을 개방(closing)시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지(80c)의 제2 유공(80b) 부위를 용융하여 상기 제2 유공(80b)를 폐쇄하여, 상기 제1 유공(80a) 전체를 폐쇄(closing)시키는 것을 특징으로 한다.

도 5(b)는 검정색 열가소성 수지(80c)와 UV 접착체(Light Curing adhesive)를 이용한 폐쇄형 밸브(80)의 또 다른 실시예를 보인다.

상기 폐쇄형 밸브(80)는 랩온어 디스크(100)상에 설계된 제1 유공(80a), 상기 제1 유공(80a)과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지고, 중앙에 제2 유공(80b)을 포함하는 박막의 검정색 열가소성 수지(80c), 상기 제1 유공(80a)과 상기 검정색 열가소성 수지(80c)간의 물리적 결합시, 상기 박막의 검정색 열가소성 수지(80c) 과 제1 유공(80a) 간에 형성된 모세관 채널에 UV 접착제(80d)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지(80c)를 상기 제 1 유공(80a)에 결합부착하여 상기 제1 유공(80a)을 개방(opening)시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지(80c)의 제2 유공(80b)부위를 용융하여 상기 제2 유공(80b)를 폐쇄하여 상기 제1 유공(80a)을 폐쇄(closing)시키는 것을 특징으로 한다.

도 5의 (a)와 (b)의 왼쪽 그림은 제1 유공(80a)이 개방(opening)된 경우를 보이고, 오른쪽 그림은 제1 유공이 폐쇄(closing)된 경우를 보인다.

도 6(a) 와 도 7(a)는 검정색 열가소성 수지(80c)를 이용한 개방형 밸브(81)의 실시예를 보인다. 상기 개방형 밸브(81)는 랩온어 디스크(100)상에 설계된 제1 유공(80a), 상기 제1 유공(80a)과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지는 박막의 검정색 열가소성 수지(80c), 상기 검정색 열가소성 수지(80c)를 상기 제1 유공(80a)에 부착하여 상기 제1 유공(80a)을 폐쇄(closing)시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지(80c)를 용융하여 제2 유공(80e)를 형성하여 상기 제1 유공(80a)을 개방(opening)시키는 것을 특징으로 한다.

도 6(b) 와 도 7(b)는 검정색 열가소성 수지(80c)와 UV 접착체(Light Curing adhesive)를 이용한 개방형 밸브(81)의 또 다른 실시예를 보인다.

상기 개방형 밸브(81)는 랩온어 디스크(100)상에 설계된 제1 유공(80a), 상기 제1 유공(80a)과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지는 박막의 검정색 열가소성 수지(80c), 상기 제1 유공(80a)과 상기 검정색 열가소성 수지(80c)간의 물리적 결합시, 상기 박막의 검정색 열가소성 수지(80c) 과 제1 유공(80a) 간에 형성된 모세관 채널에 UV 접착제(80d)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지(80c)를 상기 제1 유공(80a)에 결합부착하여 상기 제1 유공(80a)을 폐쇄(closing)시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지(80c)를 용융하여 상기 제2 유공(80e)를 형성하여 상기 제1 유공(80a)을 개방(opening)시키는 것을 특징으로 한다.

도 6(a), 도6(b), 도7(a)와 도7(b)의 왼쪽 그림은 제1 유공(80a)이 폐쇄된 경우를 보이고, 오른쪽 그림은 제2 유공(80e)의 개방에 의해 제1 유공(80a)이 개방된 경우를 보인다.

도 6에는 개방형 밸브(81)의 형성을 위해, 검정색 열가소성 수지(80c)를 원기둥 모양의 형상으로 하여 제1 유공(80a)과 물리적 결합한 경우의 실시예를 나타내고, 도 7에는 개방형 밸브(81)의 형성을 위해, 검정색 열가소성 수지(80c)를 "H 빔" 모양의 원기둥 형상으로 하여, 제1 유공(80a)과 물리적 결합한 경우의 실시예를 나타낸다. "H 빔" 모양의 원기둥 모양의 형상으로 한 개방형 밸브 경우, 중앙부분이 테두리 부분에 비해 그 두께가 얇아 레이저 가열에 의해 쉽게 용융되여 제2 유공(80e)을 형성하기가 용이하다는 장점을 제공한다.

도 8은 검정색 열가소성 수지 비닐(83a)과 고무링(83b, 83c)를 이용한 개방형 밸브(81)의 또 다른 실시예를 보인다. 상기 개방형 밸브(81)는 랩온어 디스크(100)상에 설계된 제1 유공(80a), 상기 제1 유공(80a)과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지는 박막의 검정색 열가소성 수지 비닐(83a), 상기 검정색 열가소성 수지 비닐(83a)을 샌드위치(sandwich)식으로 감싸는 상측 고무링(83b)과 하측 고무링(83c), 상기 검정색 열가소성 수지 비닐(80a), 상측 고무링(83b)과 하측 고무링(83c)를 상기 제1 유공(80a)에 삽입 결합부착하여 상기 제1 유공(80a)을 폐쇄(closing)시킨다. 이 경우 상기 상측 고무링(83b)과 하측 고무링(83c)의 중앙 부분은 개방되어 있으나, 검정색 열가소성 수지 미닐(83a)에 의해 제1 유공(80a)이 폐쇄된다.

이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지 비닐(83a)를 용융하여 제2 유공(80e)를 형성하여 상기 제1 유공(80a)을 개방(opening)시키는 것을 특징으로 한다.

도8(b)의 왼쪽 그림은 제1 유공(80a)이 폐쇄된 경우를 보이고, 오른쪽 그림은 제2 유공(80e)의 개방에 의해 제1 유공(80a)이 개방된 경우를 보인다.

본 발명에서 상기 고무링(83b, 83c)은 실리콘 고무링이 선호된다.

도 9는 세포 파괴 챔버(29a)의 시료 주입구(28a) 와 배기구(28b)에 설치된 폐쇄형 밸브의 여러 실시예들을 나타낸다. 왼쪽 그림은 상기 시료 주입구(28a) 와 배기구(28b)가 개방된 경우를 보이고, 오른쪽 그림은 폐쇄된 경우를 보인다.

상기 시료 주입구(28a)는 시료주입 채널(28c)을 통해 상기 세포 파괴 챔버(29a)와 연결되고, 상기 배기구(28b)는 배기구 채널(28d)를 통해 상기 세포 파괴 챔버(29a)와 연결된다.

상기 폐쇄형 밸브는 개방시 상기 세포 파괴 챔버(29a)에 연결되어 시료를 주입하기 위한 시료 주입구(28a)와 시료주입채널(28c)간의 연결 통로를 제공하거나, 상기 시료 주입구(28a)를 통해 상기 세포 파괴 챔버(29a)에 시료 주입시, 주입 압력(주입 저항) 없이 시료를 원활히 주입하기 위해 상기 세포 파괴 챔버(29a)에 연결된 배기구(28b)와의 배기구 채널(28d)간의 연결 통로는 제공한다.

단면 e-e' 는 세포 파괴 챔버(29a)에 대한 단면도가 예시된다.

상기 폐쇄형밸브는 상기 세포 파괴 챔버(29a)에 시료주입 완료 후, 그리고 세포파괴 공정 시작 전에 모두 폐쇄된다.

도 9(a)의 왼쪽 그림은 상기 시료 주입구(28a) 와 배기구(28b)가 개방된 상태에서, 검정색 열가소성 수지(80c)가 레이저 가열에 의해 가열될 경우, 중력 방향으로 상기 검정색 열가소성 수지(80c)가 흘러내려와서, 도 9(a)의 오른쪽과 그림과 같이 시료 주입 채널(28c)이 폐쇄되어 상기 시료 주입구(28a)가 폐쇄되는 경우를 나타낸다. 배기구(28b)도 시료 주입구(28a)와 똑같은 방법으로 폐쇄된다.

검정색 열가소성 수지(80c)가 상기 시료 주입 채널(28c)과 배기구 채널(28d)로 채널에 유입된 후에는 레이저 가열을 중지 시켜, 상기 열가소성 수지(80c)가 고체 상태로 변하도록 하여 폐쇄 상태가 유지되도록 한다.

또한, 도 9(b)의 왼쪽 그림은 상기 시료 주입구(28a) 와 배기구(28b)가 개방된 상태에서, 검정색 열가소성 수지(80c)가 레이저 가열에 의해 가열된 직후, 랩온어 디스크(100)를 회전시키면 원심력 방향으로 상기 검정색 열가소성 수지(80c)가 시료 주입 채널(28c)과 배기구 채널(28d)로 유입되어 폐쇄되어, 도 9(b)의 오른쪽 그림처럼 상기 시료 주입구(28a)와 배기구(28b)가 폐쇄된 경우를 나타낸다.

도 9(c)는 폐쇄형밸브의 제2 유공(80b) 자체를 시료 주입구(28a)와 배기구(28b)로 활용한 실시예 이다. 따라서 상기 제2 유공(80b)이 시료 주입구 역할을 하고, 이를 통해 세포 파괴 챔버(29a)에 시료가 주입된다. 또한 배기구(28b)에 설치된 패쇄형 밸브의 제2 유공이 배기구 역할을 한다.

도9(c)의 왼쪽 그림은 시료 주입구(28a)와 배기구(28b)가 개방된 상태에서, 검정색 열가소성 수지(80c)를 레이저 가열에 의해 가열하여, 도 9(c)의 오른쪽 그림과 같이 제2 유공(80b)를 폐쇄시킴으로서 상기 시료 주입구(28a)와 배기구(28b)가 폐쇄된 경우를 나타낸다.

도 10(a)와 도 10(b)는 상기 세포 파괴 챔버(29a) 내의 시료 균질화와 순환을 위해, 세포 파괴 챔버(29a)내의 교반 자석(31)에 대해 인력 내지 반반력을 발휘하여 교반 동작을 수행하기 위한 실시예로, 도 10(a)는 교반 동작을 수행하기 위해 슬라이더(211) 상에 영구 자석(47b)을 구비하여, 슬라이더(211)의 전진 및 후진 이동의 반복에 따라 상기 교반 자석(31)에 대해, 인력과 반반력을 발휘하여 상기 세포 파괴 챔버(29a) 내의 시료에 대해 교반 동작을 수행하기 위한 교반기의 일실시예를 나타낸다.

상기 슬라이더(211)는 스텝 모터(109) 축에 연결된 웜(worm) 기어 연결부(109a, 109b)에 의해, 스텝 모터(109)의 회전에 따라, 디스크(100)의 방사 방향(radial direction)으로 이동 제어된다.

세포 파괴 챔버(29a)를 중심으로 해서, 상기 슬라이더(211)를 전후진 이동 반복하여 상기 교반 자석(31)을 요동치게 만든다.

상기 슬라이더(211)는 슬라이드 아암(108a, 108b)을 가이드(guide)로 사용하여 미끄러지듯 이동된다. 상기 슬라이드 아암(108a, 108b)은 나사(110a, 110b, 110c, 110d)를 통해 구동제어부의 몸체에 체결된다. 도면 부호 113은 디스크를 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table)이다.

본 실시예의 또 다른 측면은 디스크 상의 밸브를 개폐 하거나 히팅 챔버(29a, 29b)를 가열하기 위한 레이저 가열장치(44)을 상기 슬라이더(211) 상에 탑재하는 것을 특징으로 한다. 디스크 회전각과 슬라이더(211)의 방사 방향 거리 조절에 의해 밸브의 공간 어드레싱(space addressing)이 가능하다.

본 발명에서, 상기 레이저 가열장치(44)은 레이저 다이오드가 선호되며, 개폐하고자 하는 밸브에 대한 공간 어드레싱(space addressing)을 먼저 수행한 후, 레이저 가열장치(44)를 온(on)시켜 해당 밸브의 열가소성 수지를 녹여서 밸브를 개방하거나 폐쇄하는 것이 더욱 선호된다.

도 10(b)는 교반기의 또 다른 실시예로, 도 10(a)의 영구자석(47b) 대신에 교반 모터(300)의 축(300a)에 막대 자석(47a)을 부착하여, 상기 교반 모터(300)의 회전동안 상기 세포 파괴 챔버(29a) 내의 교반 자석(31)에 대해, 인력을 발휘하여 교반 동작을 수행하는 실시예이다.

상기 교반 자석(31)은 상기 막대자석(47a)과 길이가 같은 것이 선호된다.

상기 교반 자석(31)과 상기 막대자석(47a)이 길이가 같은 경우, 서로간의 자력 인력에 의해 결합효율이 최대화될 수 있는 장점을 제공한다..

도 11는 본 발명의 랩온어 디스크(100)를 구동하기 위한 구동제어부를 포함하는 랩온어 디스크 장치(200)의 일 실시예를 보인다.

상기 구동 제어부는 상기 랩온어 디스크(100)를 올려놓기 위한 턴 테이블(113), 상기 턴 테이블(113) 상의 랩온어 디스크(100)를 회전시키기 위한 디스크 회전 모터(102), 및 중앙제어장치(101)로 구성된다. 본 실시예에서는 디스크 회전 모터(102)로서 저소음 고속회전에 적당한 브러쉬리스 모터(brushless motor)가 선호된다.

도면 부호 211은 방사 방향의 이동을 허여하는 슬라이더이고, 스텝 모터(109)에 의해 상기 슬라이더(211)의 방사방향 이동이 제어된다.

또한, 도 11의 랩온어 디스크 장치(200)는 본 발명의 PCR에 의한 써머 사이클의 가열 동작은 레이저 가열장치(44)가 DNA 증폭 챔버(29b)를 가열함으로 진행하고

상기 PCR에 의한 써머 사이클의 쿨링(cooling) 동작은 펠티어 소자(150)의 차가운 면과 연결된 회전 팬(151a)의 차가운 바람에 의해 DNA 증폭 챔버(29b)를 냉각함으로서 진행되는 실시예를 보인다. 도면 부호 151b는 상기 펠티어 소자(150)의 뜨거운 면과 연결된 회전 팬으로 바람에 의해 상기 펠티어 소자(150)의 뜨거운 면의 열을 외부로 방출한다. 도면부호 152a는 상기 펠티어 소자(150)의 차가운면과 회전팬(151a)을 연결하는 방열판이고, 도면부호 152b는 상기 펠티어 소자(150)의 뜨거운면 과 회전팬(151b)을 연결하는 방열판이다.

바람직하게는 예시된 상기 랩온어 디스크(100)는 두쌍의 구조가 마주보는 대칭적 구조로 배치되므로, 한쪽 DNA 증폭 챔버의 가열동안은 반대편쪽 DNA 증폭 챔버는 쿨링 동작을 하고, 반대로 한쪽 DNA 증폭 챔버의 쿨링동작에는 다른쪽 DNA 증폭 챔버는 가열 동작을 한다. 이를 위해 상기 가열동작과 쿨링동작 간에 디스크 180도씩 회전시키는 동작을 반복하는 것이 선호된다.

도면 부호 322는 중앙제어장치(101)가 인터넷 연결을 통해 관공서로부터 위생 점수(hygiene score)를 원격으로 피드백 받아 업소의 위생 점수를 표시하기 위한 위생 점수 광고판으로, 중앙제어장치(101)와 유선 혹은 무선으로 연결을 통해 위생 점수가 위생 점수 광고판(322) 상에 표시되는 것이 선호된다.

도면 부호 350은 상기 랩온어 디스크 장치(200)를 지지하고 있는 몸체이다. 랩온어 디스크 장치(200)의 밑면에는 회로 기판(140)이 상기 몸체(350)에 이음 체결되어 있고, 회로 기판(140) 위에는 중앙제어장치(101), 저장 장치(112), 및 USB 와 인터넷 연결을 제공하는 입출력 장치(111)가 상기 회로 기판(140) 위에 배치 설계되어 있다. 상기 중앙제어장치(101)는 상기 디스크(100)의 회전 또는 정지를 위해 상기 브러쉬리스 모터(102)를 제어하고, 광학 센서(46a), 적외선 센서(46b), 레이저 가열장치(44), 발광 다이오드(48), 교반 모터(300), 위생 점수 광고판(322)을 제어할 뿐만 아니라, 스텝 모터(109) 제어에 의해 슬라이더(211) 상에 설계 배치된 레이저 가열 장치(44) 및 영구자석(47b)의 이동을 제어한다.

또한 상기 중앙제어장치(101)는 LCD 표시부(320) 및 버튼 입력부(321)를 제어하여 사용자에게 랩온어 디스크 장치(200)에 대한 사용자 인터페이스를 제공한다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 턴 테이블(113)에 디스크가 로딩(loading) 시점에서 디스크 상의 무선 RFIC(188)를 통해, 상기 중앙제어장치(101)에 디스크(100)의 고유 ID(identity) 정보를 무선 송신토록 함으로써 디스크(100)가 로딩되었음을 중앙제어장치(101)가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도면 부호 104는 상기 디스크 공극(170)에 로딩된 디스크(100)의 압착 수단으로 턴 테이블(113)과의 자력 인력에 의해 압착하는 것으로 수직 이동을 허여하도록 설계되는 것이 바람직하다. 도면 부호 108은 상기 RFIC(188)에 전원을 전자유도에 의해 공급하기 위한 RF 전원공급장치이다.

10: 제1 폐쇄형 밸브
11: 미터링 채널
12: 개방형 밸브
13: DNA 주입 채널
14: 제2 폐쇄형 밸브
15: 잉여 챔버
16: 배기구
24a, 24b, 26: 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질
25a, 25b: 적외선 방사판
26a: 자성체 구슬
26b: 발포비즈
27: DNA 펠릿 챔버
28a: 시료 주입구
28b: 배기구
28c: 시료 주입 채널
28d: 배기구 채널
29a: 세포 파괴 챔버
29b: DNA 증폭 챔버
29c: 멤브레인 챔버
30a, 30b: 히팅 필름
31: 교반 자석
44: 가열 장치
46a: 광학 센서
46b: 적외선 센서
47a: 막대자석
47b: 영구자석
48: 발광 다이오드
66: 멤브레인 필터
67: 숯가루
80: 폐쇄형 밸브
80a: 제1 유공
80b: 제2 유공
80c: 검정색 열가소성 수지
80d: UV 접착제
80e: 제2 유공
81: 개방형 밸브
82a: 입구 채널
82b: 음각테두리
82c: 출구 채널
83a: 열가소성 수지 비닐
83b: 상측 고무링
83c: 하측 고무링
100: 랩온어 디스크
100a: 상부 기질
100b: 중간 기질
100c: 하부 기질
101: 중앙제어장치
102: 디스크 회전 모터
104: 압착 수단
108: RF 전원공급장치
108a. 108b: 슬라이드 아암
109: 스텝 모터
109a, 109b: 웜 기어 연결부
110a, 110b, 110c, 110d: 나사
111: 입출력 장치
112: 저장 장치
113: 턴 테이블
140: 회로 기판
150: 펠티어 소자
151a, 151b: 회전 팬
152a, 152b: 방열판
170: 디스크 공극
188: RFIC
200: 랩온어 디스크 장치
211: 슬라이더
300: 교반 모터
300a: 축
320: LCD 표시부
321: 버튼 입력부
322: 위생 점수 광고판
350: 몸체

Claims

시료의 세포 파괴를 돕는 효소를 저장하고 있는 세포 파괴 챔버를 포함하는 랩온어 디스크;
상기 랩온어 디스크를 회전 및 구동 제어하기 위한 모터를 포함하는 구동 제어부;
상기 세포 파괴 챔버를 가열하기 위한 레이저 가열장치; 및
상기 세포 파괴 챔버의 온도를 측정하기 위한 비접촉 온도 센서를 포함하며,
상기 랩온어 디스크는
상기 세포 파괴 챔버에 시료를 주입하기 위해 상기 세포 파괴 챔버에 연결된 시료 주입구 및 시료주입 채널;
상기 시료 주입구를 통해 상기 세포 파괴 챔버에 시료 주입을 위해 상기 세포 파괴 챔버에 연결된 배기구 및 배기구 채널;
개방시, 상기 시료 주입구와 상기 시료주입 채널간의 연결 통로를 제공하거나, 상기 배기구와 상기 배기구 채널간의 연결 통로를 제공하는 폐쇄형 밸브;
세포파괴 공정 완료후 개방되는, 상기 세포 파괴 챔버의 출구에 연결된 개방형 밸브;
상기 세포 파괴 챔버 내에 저장되며 상기 레이저 가열장치에서 발생된 열을 흡수하거나 흡수된 열을 전달하기 위한 히팅 필름 및 상기 세포 파괴 챔버내의 온도를 색깔의 변화 내지 적외선 방출량으로 표출하기 위한 온도 표출 수단을 포함하며,
상기 세포 파괴 챔버내에 시료 주입이 완료된 후, 세포파괴 공정 시작 전에 레이저 가열에 의해 상기 폐쇄형 밸브를 폐쇄함으로써 상기 시료 주입구와 배기구가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
시료의 세포 파괴를 돕는 효소를 저장하고 있는 세포 파괴 챔버를 포함하는 랩온어 디스크;
상기 랩온어 디스크를 회전 및 구동 제어하기 위한 모터를 포함하는 구동 제어부; 및
상기 세포 파괴 챔버를 가열하기 위한 레이저 가열장치를 포함하며,
상기 랩온어 디스크는
상기 세포 파괴 챔버에 시료를 주입하기 위해 상기 세포 파괴 챔버에 연결된 시료 주입구 및 시료주입 채널;
상기 시료 주입구를 통해 상기 세포 파괴 챔버에 시료 주입을 위해 상기 세포 파괴 챔버에 연결된 배기구 및 배기구 채널;
상기 시료 주입구와 상기 시료주입 채널간의 연결 통로를 제공하거나, 상기 배기구와 상기 배기구 채널간의 연결 통로를 제공하는 폐쇄형 밸브;
세포파괴 공정 완료후 개방되는, 상기 세포 파괴 챔버의 출구에 연결된 개방형 밸브; 및
상기 세포 파괴 챔버내에 저장되며 상기 레이저 가열장치에서 발생된 빛을 흡수하여 열을 발생시키는 숯가루를 포함하며,
상기 세포 파괴 챔버내에 시료 주입 완료된 후, 세포파괴 공정 시작 전에 레이저 가열에 의해 상기 폐쇄형 밸브를 폐쇄함으로써 상기 시료 주입구와 배기구가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항에 있어서,
상기 세포 파괴 챔버내에 항-표적 세포 항체로 표지된 바이오틴(biotin-modified anti-target cell antibody)과 상기 바이오틴과 결합하는 스트렙타아비딘(streptavidin)으로 표면 처리된 마그네틱 비드; 또는 숯가루(charcoal powder) 중 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 랩온어 디스크는,
DNA 증폭 공정을 수행하기 위한 DNA 증폭 챔버;
상기 개방형 밸브 개방시 상기 세포 파괴 챔버의 출구와 연결되어 상기 DNA 증폭 챔버와의 연결 통로를 제공하는 DNA 주입 채널; 및
상기 세포 파괴 챔버에서의 세포파괴 공정 완료후, 상기 모터의 회전에 따른 원심력에 의해 세포파괴 후 발생한 세포 찌꺼기로부터 DNA를 분리한후, 상기 개방형 밸브를 레이저 가열에 의해 개방하여, 상층액만을 상기 DNA 주입 채널을 통해 상기 DNA 증폭 챔버로 이송함으로써 DNA정제 공정을 수행하는 미터링 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제4항에 있어서,
상기 랩온어 디스크는 상기 개방형 밸브와 상기 DNA 주입 채널 사이에 상기 숯가루를 거르기 위한 멤브레인 필터를 포함하는 멤브레인 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
DNA 증폭 공정을 수행하는 동시에 상기 DNA 증폭 공정에 사용되는 효소를 저장하고 있는 적어도 1개 이상의 DNA 증폭 챔버를 포함하는 랩온어 디스크;
상기 랩온어 디스크를 회전 및 구동 제어하기 위한 모터를 포함하는 구동 제어부;
상기 DNA 증폭 챔버를 가열하기 위한 레이저 가열장치; 및
상기 DNA 증폭 챔버의 온도를 측정하기 위한 비접촉 온도 센서를 포함하며,
상기 랩온어 디스크는,
상기 DNA 증폭 챔버에 DNA를 이동시키거나 주입하기 위해 상기 DNA 증폭 챔버의 입구와 연결된 통로를 제공하거나, 상기 DNA 증폭 챔버의 용량을 초과하는 잉여분(excess)의 DNA를 저장하기 위한 잉여 챔버와의 연결 통로를 제공하는 DNA 주입 채널;
개방시, 상기 DNA 주입 채널의 말단과 상기 잉여 챔버의 입구를 연결하거나, 상기 DNA 주입 채널과 상기 DNA 증폭 챔버의 입구를 연결하는 폐쇄형 밸브;
상기 DNA 증폭 챔버 내에 저장되며 상기 레이저 가열장치에서 발생된 열을 흡수하거나 흡수된 열을 DNA 증폭 챔버내로 전달하기 위한 히팅 필름; 및
상기 DNA 증폭 챔버내의 온도를 색깔의 변화 내지 적외선 방출로 표출하기 위한 온도 표출 수단을 포함하며,
상기 DNA 주입 채널을 통해 DNA를 이동시켜 상기 DNA 증폭 챔버를 DNA로 채우고, 상기 DNA 증폭 챔버의 용량을 초과하는 잉여분(excess)의 DNA가 상기 잉여 챔버로 이송 되어진 후, DNA 증폭 공정 시작 직전에, 상기 폐쇄형 밸브를 모두 폐쇄한 후에 DNA 증폭 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 온도 표출 수단은 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(micro encapsulated temperature sensitive material) 또는 적외선 방사판 중 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제7항에 있어서,
상기 비접촉 온도 센서는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(micro encapsulated Temperature sensitive material)의 색깔 내지 투명도 변화를 읽기 위한 이미지 센서; 또는 상기 적외선 방사판으로부터 방출되는 적외선량을 계측하기 위한 적외선 센서 중 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제7항에 있어서,
상기 적외선 방사판은 검정색이 칠해진 금속판이 선호되며, 금속판의 한쪽면은 상기 세포 파괴 챔버 또는 DNA 증폭 챔버의 내부와 직접 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항, 제2항 및 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히팅 필름은 검정색 필름, 반타블랙 시트(Vantablack sheet), 금속판 내지 흑연시트 중에 선택된 어느 하나가 선호되며, 상기 히팅 필름이 금속판인 경우 검정색 페인트나 반타블랙(Vantablack)에 의한 검정색 코팅면을 구비한 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 랩온어 디스크 장치는 상기 세포 파괴 챔버내의 시료를 교반하기 위한 교반기(stirrer)를 더 구비하고,
상기 교반기는 상기 세포 파괴 챔버 내에 배치된 교반 자석; 및 상기 교반 자석에 대해 비접촉 방식으로 인력 내지 반발력을 발휘하여 교반 동작을 수행하는 막대 자석이 부착된 교반 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제6항에 있어서,
상기 랩온어 디스크 장치는 상기 DNA 증폭의 산출물을 정량 내지 정성적으로 분석하기 위해, 원심력에 의해 DNA 펠릿이 모이도록 설계된 DNA 펠릿(DNA pellet) 챔버를 상기 DNA 증폭 챔버의 원주 외곽방향으로 더 구비하고, 상기 DNA 펠릿 형성 여부를 판단하기 위한 광학 센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 개방형 밸브는 상기 랩온어 디스크상에 형성된 제1 유공;
상기 제1 유공과 물리적 결합이 가능한 형상을 가진 박막의 검정색 열가소성 수지; 및
상기 제1 유공과 상기 검정색 열가소성 수지간의 물리적 결합시, 상기 검정색 열가소성 수지와 상기 제1 유공 간에 형성된 모세관 채널;을 포함하여,
상기 모세관 채널에 UV 접착제(Light Curing adhesive)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지를 상기 제1 유공에 부착하여 상기 제1 유공을 폐쇄(closing)시키고, 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지를 용융하여 제2 유공을 상기 검정색 열가소성 수지에 형성하여, 상기 제1 유공을 개방(opening)시키는 밸브인 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐쇄형 밸브는 상기 랩온어 디스크에 형성된 제 1 유공;
상기 제1 유공과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지고, 중앙에 제2 유공을 포함하는 박막의 검정색 열가소성 수지; 및
상기 제1 유공과 상기 검정색 열가소성 수지간의 물리적 결합시, 상기 검정색 열가소성 수지와 상기 제1 유공 간에 형성된 모세관 채널;을 포함하여,
상기 모세관 채널에 UV 접착제(Light Curing adhesive)를 이동시켜 상기 검정색 열가소성 수지를 상기 제1 유공에 부착하여 상기 제1 유공을 개방시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지의 제2 유공 부위를 용융하여 상기 제2 유공을 폐쇄(closing) 시킴으로써 상기 제1 유공을 폐쇄하는 밸브인 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 개방형 밸브는, 상기 랩온어 디스크상에 형성된 제1 유공;
상기 제1 유공과 물리적 결합이 가능한 형상을 가지는 박막의 검정색 열가소성 수지 비닐; 및
상기 검정색 열가소성 수지 비닐을 샌드위치(sandwich)식으로 감싸는 상측 고무링과 하측 고무링; 을 포함하여,
상기 검정색 열가소성 수지 비닐, 상측 고무링과 하측 고무링을 상기 제1 유공에 삽입 결합부착하여 상기 제1 유공을 폐쇄(closing)시키고, 이후 레이저 가열에 의해 상기 검정색 열가소성 수지 비닐을 용융하여 제2 유공을 형성하여 상기 제1 유공을 개방시키는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제14항에 있어서,
상기 검정색 열가소성 수지는 에틸렌비닐아세테이트(E.V.A : Ethylene Vinyl Acetate), 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 열가소성 에폭시수지, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리마이드, 스티레닉 혼성 중합체, 폴리에스처, 핫멜트, 검정색 비닐 중 선택된 어느 하나의 검정색 수지인 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 가열장치를 탑재하여, 상기 랩온어 디스크의 방사(radial) 방향의 이동을 허여하는 슬라이더를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 랩온어 디스크에는 디스크의 고유 ID 정보를 송신하는 무선 RFIC가 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
인터넷 연결을 통해 관공서로부터 위생 점수(hygiene score)를 원격으로 피드백 받아 위생점수를 표시하기 위한 위생점수 광고판을 더 구비한 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 온도 표출 수단은, 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질의 내부 중심에 자성체 구슬을 포함하거나, 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질의 내부 중심에 발포비즈(Foamed beads)를 포함하거나, 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질(26)의 내부 중심에 발포비즈와 자성체 구슬을 포함하여, 상기 세포 파괴 챔버 내지 DNA 증폭 챔버 내의 시료와 함께 섞여서 시료의 온도를 직접 외부에 나타내는 마이크로 캡슐화된 온도 감응 물질인인 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제4항에 있어서, 상기 랩온어 디스크 장치는 상기 DNA 증폭의 산출물을 정량 내지 정성적으로 분석하기 위해, 원심력에 의해 DNA 펠릿이 모이도록 설계된 DNA 펠릿(DNA pellet) 챔버를 상기 DNA 증폭 챔버의 원주 외곽방향으로 더 구비하고, 상기 DNA 펠릿 형성 여부를 판단하기 위한 광학 센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제 4항에 있어서,
정상적인 표적 서열(target sequence)을 가진 DNA에 결합하고, 돌연변이된 표적 DNA(mutated target DNA)에는 결합하지 않는 PNA(Peptide Nucleic Acid) 프로브들(probes)을 상기 DNA 증폭 챔버내에 더 구비하여,
상기 DNA 주입 채널을 통해 상기 DNA 증폭 챔버로 이송되어 온 DNA 중 상기 PNA와 결합된 정상 표적 DNA는 증폭되지 않고, PNA와 결합하지 않은 돌연변이된 표적 DNA만이 DNA증폭 공정 동안 증폭이 되어 질병 유무 내지 돌연변이 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.
제 6항에 있어서,
정상적인 표적 서열(target sequence)을 갖고 있는 DNA에 결합하고, 돌연변이된 표적 DNA(mutated target DNA)에는 결합하지 않는 PNA(Peptide Nucleic Acid) 프로브들(probes)을 상기 DNA 증폭 챔버내에 더 구비하여,
상기 DNA 주입 채널을 통해 상기 DNA 증폭 챔버로 이송되어 온 DNA 중 상기 PNA와 결합된 정상 표적 DNA는 증폭되지 않고, PNA와 결합하지 않은 돌연변이 된 표적 DNA만이 DNA증폭 공정 동안 증폭이 되어 질병 유무 내지 돌연변이 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는,
랩온어 디스크 장치.