KR20190105363A - Method and apparatus of analyzing digital polymerase chain reaction using microwell array - Google Patents

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KR20190105363A
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Abstract

The present invention relates to a dPCR analysis method using a microwell array, which comprises the steps of: providing a microwell array performed according to a PCR protocol; obtaining at least two kinds of images for the microwell array; calculating a first number (N1), which is the number of microwells and is evaluated to include DNA for each well, and a second number (N2), which is the number of microwells and is evaluated to include DNA, using the two types of images; and measuring the number or density of DNA proliferation of the microwell array using the first number (N1) and the second number (N2).

Description

마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 및 분석장치 {METHOD AND APPARATUS OF ANALYZING DIGITAL POLYMERASE CHAIN REACTION USING MICROWELL ARRAY}DPCR analysis method and analysis apparatus using microwell array {METHOD AND APPARATUS OF ANALYZING DIGITAL POLYMERASE CHAIN REACTION USING MICROWELL ARRAY}

본 발명은 마이크로웰 어레이를 이용하여 DNA 증식을 분석하기 위한 dPCR 분석방법 및 분석장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dPCR analysis method and analysis apparatus for analyzing DNA proliferation using a microwell array.

마이크로웰 어레이 시스템에서 dPCR(Digital Polymerase Chain Reaction)에 대한 데이터를 추출하는 방법 중 하나로, 종래에는 고정된 위치를 갖는 마이크로웰 어레이를 사용할 수 있으며, 리포터 색소의 형광 데이터는 각 웰의 정해진 자리에서 추출될 수 있다. As a method of extracting data for Digital Polymerase Chain Reaction (dPCR) in a microwell array system, conventionally, a microwell array having a fixed position may be used, and fluorescence data of a reporter pigment may be extracted at a predetermined position of each well. Can be.

하지만, 이것은 많은 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 종래의 분석 알고리즘은 채워지지 않은 웰의 데이터를 추출할 수 있으며, 손상(damaged) 또는 불규칙한(irregular) 모양의 웰의 데이터를 추출할 수가 있다. 게다가 마이크로웰 어레이의 먼지 입자 등에 의해서 노이즈가 추출될 수 있으며, 이는 잘못된 웰 데이터의 추가 또는 감소의 원인이 될 수 있다. However, this can cause a lot of problems. For example, conventional analysis algorithms can extract data from wells that are not filled and extract data from wells that have been damaged or irregularly shaped. In addition, noise may be extracted by dust particles or the like of the microwell array, which may cause addition or reduction of erroneous well data.

다른 방법으로서 레퍼런스 색소 및 고정 위치를 갖는 마이크로웰 어레이를 사용할 수 있다. 웰의 위치가 정해진 위치 정보에서 추출되는 동안, 레퍼런스 색소는 웰의 채워짐 또는 충전을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이렇게 채워지지 않은 또는 부분적으로 채원진 웰들은 분석에서 제거될 수 있다. Alternatively, a microwell array having a reference pigment and a fixed position can be used. While the well's location is extracted from the determined location information, the reference pigment can be used to measure the filling or filling of the well. Such unfilled or partially filled wells may be removed from the assay.

그러나, 이전의 방법과 마찬가지로, 이 역시 이미징을 위해 마이크로웰 어레이의 정확한 위치 고정을 필요로 한다. 또한 먼지 입자, 균일하지 않게 채워진 웰들 및 불규칙한 웰 형상은 이 방법에서도 여전히 문제가 된다.However, like the previous method, this also requires precise positioning of the microwell array for imaging. Dust particles, unevenly filled wells and irregular well shapes are still a problem with this method.

실시간 PCR 검출에 관한 것으로서, 한국등록특허 제10-1302353호가 개시되어 있다. 중합효소 연쇄 반응을 통해서 DNA 칩 내의 유전자 증폭을 형광신호로 실시간 검출한다는 내용을 개시하고 있다. 하지만, 이 역시 이미지 처리에 관한 자세한 내용을 제시하지 못하며, 먼지 입자, 균일하지 않게 채워진 웰들 및 불규칙한 웰 형상에 의한 해결책을 제시하지 않고 있다.As related to real-time PCR detection, Korean Patent Registration No. 10-1302353 is disclosed. Disclosed is the real-time detection of gene amplification in a DNA chip with a fluorescent signal through a polymerase chain reaction. However, this also does not provide details on image processing and does not provide a solution due to dust particles, unevenly filled wells and irregular well shapes.

본 발명은 PCR 프로토콜을 거친 마이크로웰 어레이에서 DNA 증식 개수나 밀도를 용이하게 측정할 수 있는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 및 분석장치를 제공한다.The present invention provides a dPCR analysis method and an analysis apparatus using a microwell array capable of easily measuring the number or density of DNA proliferation in a microwell array that has undergone a PCR protocol.

본 발명은 DNA 증식 개수나 밀도를 측정함에 있어 먼지 입자, 균일하지 않게 채워진 웰들 및 불규칙한 웰 형상에 의한 영향을 줄일 수 있는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 및 분석장치를 제공한다.The present invention provides a dPCR analysis method and an apparatus using a microwell array that can reduce the effects of dust particles, unevenly filled wells and irregular well shapes in measuring the number or density of DNA proliferation.

본 발명은 이미지 획득 후 일일이 카운팅하지 않아도 간단하면서도 정확하게 DNA 증식 개수나 밀도를 측정할 수 있는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 및 분석장치를 제공한다.The present invention provides a dPCR analysis method and an analysis apparatus using a microwell array capable of measuring DNA propagation number and density simply and accurately without counting after image acquisition.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법은, PCR 프로토콜에 따라 수행된 마이크로웰 어레이를 제공하는 단계, 마이크로웰 어레이에 대한 적어도 2종류의 이미지를 획득하는 단계, 2종류의 이미지를 이용하여 각각 웰에 대한 DNA를 포함한다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA를 포함하지 않는다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출하는 단계, 및 제1 개수(N1)와 제2 개수(N2)를 이용하여 마이크로웰 어레이의 DNA 증식 개수 또는 밀도를 측정하는 단계를 구비한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the dPCR analysis method using a microwell array, providing a microwell array performed in accordance with a PCR protocol, at least 2 for the microwell array Acquiring a kind of image, and using the two kinds of images, a first number N1, which is the number of microwells, each of which is estimated to include DNA for a well, and a second number of microwells, which are evaluated not to include DNA. Computing two numbers (N2), and measuring the number or density of DNA proliferation of the microwell array using the first number (N1) and the second number (N2).

적어도 2종류의 이미지를 획득하는 단계에서, 제1 필터를 이용하여 마이크로웰 어레이의 제1 이미지를 획득하고, 동일한 위치에 대응하여 제2 필터를 이용하여 마이크로웰 어레이의 제2 이미지를 획득할 수 있으며, 제1 개수 및 제2 개수를 산출하는 단계에서, 제1 이미지를 이용하여 제2 이미지를 표준화할 수 있다. In acquiring at least two kinds of images, a first image of the microwell array may be acquired using a first filter, and a second image of the microwell array may be obtained using a second filter corresponding to the same position. In the calculating of the first number and the second number, the second image may be standardized using the first image.

PCR 프로토콜에 따라 수행된 마이크로웰 어레이에 사용된 용액에는 PCR 중합효소, 프라이머, 샘플 DNA, 레퍼런스 색소 및 리포터 색소가 포함될 수 있으며, 여기서 제1 필터는 레퍼런스 색소에 대응하는 필터이며, 제2 필터는 리포터 색소에 대응하는 필터가 될 수 있다.The solution used in the microwell array performed according to the PCR protocol may include PCR polymerase, primers, sample DNA, reference dye and reporter dye, wherein the first filter is a filter corresponding to the reference dye, and the second filter It may be a filter corresponding to the reporter dye.

제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 산출하는 단계에서, 제1 이미지를 이용하여 웰의 위치를 특정하고, 제1 이미지에서 각 웰의 평균 레퍼런스 강도를 산출하며, 특정된 웰의 위치 정보를 이용하여 웰의 리포터 강도를 산출하고, 각각의 웰에 대해 리포터 강도를 평균 레퍼런스 강도로 나누어 웰의 표준화 비율을 산출할 수 있다. 여기서, 이미지의 강도라 함은, 이미지 내의 특정 영역 또는 픽셀의 밝기를 의미할 수 있다. In calculating the first number N1 and the second number N2, the location of the well is specified using the first image, the average reference intensity of each well is calculated in the first image, and the specified well The reporter intensity of the well may be calculated using the position information of, and the standardization ratio of the well may be calculated by dividing the reporter intensity by the average reference intensity for each well. Here, the intensity of the image may refer to the brightness of a specific area or pixel in the image.

표준화 비율에 따라 제1 개수(N1)와 제2 개수(N2)를 산출할 수 있으며, 일 예로 프아송 통계를 이용하여 산출하는 것도 가능하다. The first number N1 and the second number N2 may be calculated according to the standardization ratio. For example, the first number N1 and the second number N2 may be calculated using Poisson statistics.

구체적으로, 표준화 비율에 따라 히스토그램을 작성하고, DNA을 포함하는 마이크로웰과 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰을 분류하기 위한 임계값을 결정함으로써 제1 개수와 제2 개수를 결정할 수 있다. Specifically, the first number and the second number may be determined by preparing a histogram according to a standardization ratio and determining a threshold value for classifying microwells including DNA and microwells not including DNA.

제1 개수(N1)와 제2 개수(N2)를 산출하는 단계에서, 제1 이미지를 이용하여 웰의 위치를 특정하되, 허프(Hough) 변환을 이용하여 불규칙한 형상의 웰 및 먼지 노이즈는 제외한 이후에 웰의 위치를 특정할 수가 있다.In the step of calculating the first number N1 and the second number N2, the location of the well is specified by using the first image, and the irregular shape of the well and dust noise is excluded by using a Hough transform. The location of the well can be specified.

DNA의 개수 또는 밀도를 측정하는 단계에서, 다음 식에 따라 마이크로웰 당 평균 DNA 개수(λ)를 산출할 수 있으며, 여기서, λ는 마이크로웰 당 평균 DNA 개수, N1은 상기 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수, 및 N2는 상기 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수일 수 있다.In the step of measuring the number or density of DNA, it is possible to calculate the average number of DNA (λ) per microwell according to the following equation, where λ is the average number of DNA per microwell, N1 is a microwell containing the DNA And N2 may be the number of microwells that do not include the DNA.

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, DNA의 개수 또는 밀도를 측정하는 단계에서, 다음 식에 따라 DNA의 전체 개수(Nobject)를 산출할 수 있으며, 여기서, Nwells 는 마이크로웰의 전체 개수일 수 있다.In addition, in the step of measuring the number or density of DNA, the total number of DNA (N object ) can be calculated according to the following equation, where N wells May be the total number of microwells.

Figure pat00002
Figure pat00002

원본 이미지로부터 제1 개수(N1)와 제2 개수(N2)를 산출하는 단계에서, 제1 이미지로부터 마이크로웰의 좌표가 특정된 피팅 이미지를 획득하고, 피팅 이미지에서 각 마이크로웰이 위치한 영역의 광 강도를 비교하여, DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출할 수 있다. In calculating the first number N1 and the second number N2 from the original image, the fitting image in which the coordinates of the microwells are specified is obtained from the first image, and the light of the region where each microwell is located in the fitting image is obtained. By comparing the intensities, the first number N1, which is the number of microwells including DNA, and the second number N2, which is the number of microwells not including DNA, may be calculated.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, PCR 프로토콜에 따라 수행된 마이크로웰 어레이의 이미지로부터 DNA 증식 개수 또는 밀도를 분석하는 dPCR 분석장치는, 다수의 웰이 형성된 마이크로웰 어레이로부터 적어도 2종류의 이미지를 획득하는 카메라, 카메라로부터 획득된 2종류의 이미지를 이용하여 DNA를 포함한다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA를 포함하지 않는다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출하는 마이크로웰 분류부, 및 제1 개수(N1)와 제2 개수(N2)를 이용하여 마이크로웰 어레이의 DNA 증식 개수 또는 밀도를 측정하는 산출부를 구비할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the dPCR analysis device for analyzing the number or density of DNA proliferation from the image of the microwell array performed according to the PCR protocol, A camera that acquires at least two types of images from a well array, a first number N1, which is the number of microwells that are estimated to contain DNA using two types of images obtained from the camera, and a micro that is not included DNA. Microwell classification unit for calculating the second number (N2) which is the number of wells, and a calculation unit for measuring the DNA growth number or density of the microwell array using the first number (N1) and the second number (N2) can do.

마이크로웰 분류부는, 제1 필터를 이용하여 마이크로웰 어레이의 제1 이미지를 획득하고 동일한 위치에 대응하여 제2 필터를 이용하여 마이크로웰 어레이의 제2 이미지를 획득하는 이미지 생성부, 제1 이미지를 이용하여 제2 이미지를 표준화하는 광 강도 비교부, 및 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출하는 이미지 카운팅부를 포함할 수 있다. The microwell classifier may include an image generator configured to acquire a first image of the microwell array using a first filter and obtain a second image of the microwell array using a second filter corresponding to the same position. A light intensity comparator for normalizing the second image using the second image, and an image for calculating a first number N1 which is the number of microwells including DNA and a second number N2 which is the number of microwells not including DNA It may include a counting unit.

본 발명의 분석에 따르면, 이미지 획득 후 일일이 카운팅하지 않아도 간단하면서도 정확하게 미세 입자의 DNA의 개수나 밀도를 측정할 수 있으며, 마이크로웰을 이용하여 시료를 웰 단위로 분리하고, 분리된 웰 단위로 특성화된 특징을 이용하여 DNA의 개수나 밀도를 측정할 수 있다.According to the analysis of the present invention, it is possible to measure the number and density of DNA of the microparticles simply and accurately without counting one after the image acquisition, and to separate the sample into wells using microwells and to characterize the separated wells These features can be used to measure the number or density of DNA.

이 방법에 따라 수십 배에 이르는 수의 밀도를 가진 DNA 증식의 밀도 또는 개수를 간단하면서도 정확하게 측정할 수 있다. 마이크로웰 어레이에 의하여 샘플을 웰 단위로 분할하며, 웰의 동일한 형상 및 규칙성을 통해 같은 광 강도를 제공하는 웰에 대해서는 동일한 웰로 처리할 수 있어, 동일한 웰을 중복으로 이미징하는 것을 방지할 수 있으며, 그에 따라 웰 전체를 분석하는 과정에서 처리속도를 더 향상시킬 수가 있다.This method makes it simple and accurate to measure the density or number of DNA proliferations with tens of times the density. By dividing the sample into wells by a microwell array, wells that provide the same light intensity through the same shape and regularity of the wells can be treated with the same well, thereby avoiding duplicate imaging of the same well. Therefore, the processing speed can be further improved in the analysis of the entire well.

또한 응집체 형성의 영향은 측정 결과에 따라 감소할 수 있으며, 이러한 방법은 실험실에서 사용할 수 있는 장비로 수행할 수 있으며 수동 조작이 거의 필요하지 않다.In addition, the impact of aggregate formation can be reduced depending on the measurement results, which can be performed with equipment that can be used in the laboratory and requires little manual manipulation.

본 발명에 따른 분석 방법을 종래의 셀 카운팅 방법과 비교하여도, 분석 속도 및 분석량이 개선되는 동시에, 분석에 대한 퀄리티 및 정확도는 실질적으로 동일하게 유지될 수 있었다.Even when the analysis method according to the present invention is compared with the conventional cell counting method, the analysis speed and the amount of analysis can be improved while the quality and accuracy of the analysis can be kept substantially the same.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법을 설명하기 위해 마이크로웰 어레이, 패널 및 마이크로웰을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법을 수행하기 위한 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법을 설명하기 위해 마이크로웰 어레이를 촬영한 원본 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법의 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 중 형광 현미경으로 관찰한 제1 이미지의 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 중 형광 현미경으로 관찰한 제2 이미지의 사진이다.
도 8은 본 발명의 효과를 설명하기 위해 표준화를 거치지 않고 제2 이미지의 리포터 강도만 이용하여 작성한 히스토그램이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법의 효과를 설명하기 위해 표준화를 거쳐 표준화 비율을 이용하여 작성한 히스토그램이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법에 따라 산출된 DNA 농도를 측정한 농도와 비교한 그래프이다.1 and 2 are diagrams illustrating a microwell array, a panel, and a microwell to explain a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an analysis apparatus for performing a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.
4 is an original image of the microwell array in order to explain a dPCR analysis method using the microwell array according to the exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the process of the dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph of a first image observed with a fluorescence microscope in a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.
7 is a photograph of a second image observed with a fluorescence microscope in the dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.
8 is a histogram created using only the reporter intensity of the second image without standardization in order to explain the effect of the present invention.
FIG. 9 is a histogram prepared by using a standardization ratio after standardization to explain the effect of a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph comparing DNA concentrations calculated according to a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and may be described by referring to the contents described in the other drawings under these rules, and the contents determined to be obvious to those skilled in the art or repeated may be omitted.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법을 설명하기 위해 마이크로웰 어레이, 패널 및 마이크로웰을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법을 수행하기 위한 분석 장치를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법을 설명하기 위해 마이크로웰 어레이를 촬영한 원본 이미지이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법의 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are views illustrating a microwell array, a panel, and a microwell to explain a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating an analysis apparatus for performing a dPCR analysis method using a microwell array, and FIG. 4 is a diagram illustrating an image of a microwell array to explain a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention. 5 is an original image, and FIG. 5 is a view for explaining a process of a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(200)는 PDMS 소재를 이용하여 형성될 수 있으며, 소프트 리소그래피 공정을 통해서 제작될 수 있다. 1 and 2, the microwell array 200 according to the present embodiment may be formed using a PDMS material, and may be manufactured through a soft lithography process.

우선, 마이크로웰 어레이(200)를 제작하기 위해, 오토캐드와 같은 설계프로그램을 사용하여 디자인을 만들고, 설계된 디자인을 투명 필름 마스크로 옮길 수 있다. First, in order to fabricate the microwell array 200, a design program such as AutoCAD can be used to create a design and transfer the designed design to a transparent film mask.

구체적으로, SU8-50을 실리콘 웨이퍼 위에 약 25㎛ 두께로 스핀 코팅하였다. 그 다음 디자인이 표현된 필름 마스크를 통해 자외선(UV)을 조사한 후 실리콘 마스터는 SU-8 현상액을 사용하여 완성될 수 있다. 그리고, PDMS를 실리콘 마스터에 붓고 약 85℃의 오븐에서 약 6~8시간 동안 경화시켰다. PDMS는 실리콘 마스터와 매스로 절단하여 분리된 개별 장치에서 조심스럽게 벗겨 냈다. Specifically, SU8-50 was spin coated onto a silicon wafer to a thickness of about 25 μm. The silicon master can then be completed using a SU-8 developer after irradiation with ultraviolet (UV) light through a film mask in which the design is expressed. The PDMS was poured into a silicone master and cured in an oven at about 85 ° C. for about 6-8 hours. The PDMS was cut with a silicon master and mass and carefully peeled off the separate individual devices.

마이크로웰 어레이(200)는 PDMS의 소수성을 감소시키기 위해 약 1분 동안 산소 플라즈마에서 표면 처리될 수 있다. The microwell array 200 may be surface treated in an oxygen plasma for about 1 minute to reduce the hydrophobicity of the PDMS.

본 실시예에서, 30 x 30 웰(220)들, 즉 900개의 웰(220)이 하나의 패널(210)을 형성하며, 하나의 마이크로웰 어레이(200)에는 패널(210)들이 6 x 6으로 배열되어 총 36개가 형성되어 있다. 여기서 하나의 웰의 부피는 약 1.257 * 10-5 μL를 갖도록 설계되었으며, 90개의 웰을 포함하는 하나의 패널의 부피(30 x 30 웰)는 약 0.1μL이고, 36개의 패널에 형성된 웰들의 총 부피는 약 3.6μL 정도가 된다.In this embodiment, 30 x 30 wells 220, i.e. 900 wells 220, form one panel 210, and in one microwell array 200 the panels 210 are 6x6. There are 36 in total. Here the volume of one well is designed to have about 1.257 * 10 -5 μL, the volume of one panel containing 90 wells (30 x 30 wells) is about 0.1 μL, the total of wells formed in 36 panels The volume is about 3.6 μL.

그 다음 DNA 용액을 마이크로웰 어레이의 영역에 조심스럽게 분주할 수 있다. DNA 용액은 PCR 중합효소, 프라이머, 샘플 DNA, 레퍼런스 색소 및 리포터 색소가 포함된 버퍼 용액일 수 있다.The DNA solution can then be carefully dispensed into the regions of the microwell array. The DNA solution may be a buffer solution containing PCR polymerase, primers, sample DNA, reference dye, and reporter dye.

마이크로 웰 어레이를 유리 대물 슬라이드로 덮고, 본딩을 위해 약 85 ℃의 오븐에서 1 분간 처리할 수 있다. 기리고 기존의 PCR 프로토콜을 실시했으며, 마이크로 웰 어레이의 분석장치를 통해서 각 패널의 2 개의 이미지를 가지고 형광 현미경을 사용하여 배열을 이미지화할 수 있다. The microwell array can be covered with a glass objective slide and treated for 1 minute in an oven at about 85 ° C. for bonding. In addition, a conventional PCR protocol was performed, and the microwell array analyzer allows imaging of the array using a fluorescence microscope with two images of each panel.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 분석 장치(100)는 마이크로웰 어레이의 원본 이미지를 획득하는 카메라(110), 제1 필터(112), 제2 필터(114), 카메라(110)로부터 획득된 이미지로부터 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출하는 마이크로웰 분류부(120), 제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 이용하여 DNA의 개수 또는 밀도를 측정하는 산출부(160)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the analysis apparatus 100 according to the present exemplary embodiment may include a camera 110, a first filter 112, a second filter 114, and a camera 110 that acquire an original image of a microwell array. The microwell classification unit 120 and the first number calculating a first number N1, which is the number of microwells including DNA, and a second number N2, which is the number of microwells not including DNA, from the obtained image. It may include a calculation unit 160 for measuring the number or density of DNA using the (N1) and the second number (N2).

또한, 마이크로웰 분류부(120)는, 원본 이미지로부터 마이크로웰의 좌표가 특정된 제1 및 제2 이미지를 획득하는 이미지 생성부(130), 제1 및 제2 이미지에서 각 마이크로웰이 위치한 영역의 광 강도를 비교하는 광 강도 비교부(140), 및 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출하는 이미지 카운팅부(150)를 포함할 수 있다.In addition, the microwell classifier 120 may include an image generator 130 that acquires first and second images in which microwell coordinates are specified from an original image, and an area where each microwell is located in the first and second images. Comparing the light intensity of the light intensity comparison unit 140, and calculates the first number (N1) of the number of microwells containing DNA and the second number (N2) of the number of microwells not containing DNA The image counting unit 150 may be included.

도 4에 도시된 바와 같이, 분석 장치(100)의 카메라(110)는 스테이지(170) 상에 올려진 마이크로웰 어레이(200)로부터 원본 이미지를 촬영할 수 있다. 마이크로웰 어레이(200)의 원본 이미지에는 36개의 패널 및 각 패널에 형성된 900개의 웰에 대한 이미지 정보가 포함될 수 있다.As shown in FIG. 4, the camera 110 of the analysis apparatus 100 may capture an original image from the microwell array 200 mounted on the stage 170. The original image of the microwell array 200 may include image information on 36 panels and 900 wells formed in each panel.

본 실시예에서, 샘플 DNA, 레퍼런스 색소 및 리포터 색소 등을 포함하는 DNA 용액이 마이크로웰 어레이에 사용될 수 있지만, 그 외에도 다른 샘플 DNA 및 그에 맞는 색소를 포함하는 용액이 사용될 수 있다.In this embodiment, a DNA solution containing a sample DNA, a reference dye, a reporter dye, and the like may be used in the microwell array, but in addition, a solution containing other sample DNA and a pigment corresponding thereto may be used.

다시 도 5를 참조하면, 마이크로웰 어레이를 이용한 DNA 증식에 대한 분석 방법은 동일한 크기를 갖는 다수의 마이크로웰에 DNA을 분주한 상태에서 진행될 수 있으며, 구체적으로 마이크로웰이 형성된 어레이의 제1 및 제2 이미지를 획득하는 단계(S110)를 포함할 수 있다. 분석 장치는 카메라(110)로부터 도 4와 같은 원본 이미지를 획득하게 되며, 제1 필터(112)를 이용하여 마이크로웰 어레이의 제1 이미지를 획득하고, 동일한 위치에 대응하여 제2 필터(114)를 이용하여 마이크로웰 어레이의 제2 이미지를 획득할 수 있다.Referring back to FIG. 5, an analysis method for DNA proliferation using a microwell array may be performed in a state in which DNA is divided into a plurality of microwells having the same size, and specifically, the first and the first of the microwell array. It may include a step (S110) to obtain two images. The analysis apparatus obtains an original image as shown in FIG. 4 from the camera 110, obtains a first image of the microwell array using the first filter 112, and corresponds to the same position, and the second filter 114. May be used to obtain a second image of the microwell array.

마이크로웰 분류부(120)의 이미지 생성부(130)는 제1 이미지 및 제2이미지를 획득하고, 광 강도 비교부(140)는 제1 이미지에서 마이크로웰의 평균 레퍼런스 강도를 측정하고(S130), 제2 이미지에서 특정된 마이크로웰에서 리포터 강도를 측정하고(S140), 이들을 이용하여 제2 이미지의 웰 별 표준화 비율을 웰 별로 저장할 수 있다(S150). 각 패널별로 채워진 마이크로웰을 특정하고 각 웰 별로 표준화 비율을 산출하는 것은 36개의 패널 모두에 대해서 반복될 수 있다(S160).The image generator 130 of the microwell classifier 120 acquires the first image and the second image, and the light intensity comparator 140 measures the average reference intensity of the microwell in the first image (S130). The reporter intensity may be measured in the microwell specified in the second image (S140), and the standardization ratio of each well of the second image may be stored for each well (S150). Specifying the microwells filled for each panel and calculating the standardization ratio for each well may be repeated for all 36 panels (S160).

모든 패널에 대한 광 강도가 측정되면 이미지 카운팅부(150)는 표준화 비율을 이용하여 히스토그램을 작성할 수 있으며(S170), DNA을 포함하는 마이크로웰과 그렇지 않은 마이크로웰을 분류하기 위한 임계값을 결정할 수 있다(S180). When the light intensities of all the panels are measured, the image counting unit 150 may prepare a histogram using the standardization ratio (S170), and determine a threshold for classifying microwells containing DNA and microwells not. There is (S180).

산출부(160)는 결정된 임계값을 기준으로 제1 개수(N1)와 제2 개수(N2)를 산출할 수 있으며, 프아송 분석 방법에 따라 DNA의 밀도 또는 개수를 측정할 수 있다(S180).The calculation unit 160 may calculate the first number N1 and the second number N2 based on the determined threshold value, and may measure the density or the number of DNAs according to the Poisson analysis method (S180). .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 중 형광 현미경으로 관찰한 제1 이미지의 사진이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법 중 형광 현미경으로 관찰한 제2 이미지의 사진이다.6 is a photograph of a first image observed with a fluorescence microscope in the dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is a dPCR analysis using a microwell array according to an embodiment of the present invention It is a photograph of the 2nd image observed with the fluorescence microscope of a method.

도 6을 참조하면, 제1 필터를 통해 레퍼런스 색소에 의해서 표시된 패널의 원본 사진(a)을 확인할 수 있으며, 컴퓨터 프로그램 및 허프(Hough) 변환을 이용하여 인식된 웰의 이미지(b)를 비교할 수 있다. 식별된 웰에 대해 웰 전체 픽셀에 대한 강도를 모두 더한 후, 웰에 포함된 픽셀의 전체 개수로 나누어 웰의 평균 레퍼런스 강도를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 6, the original filter (a) of the panel displayed by the reference dye may be confirmed through the first filter, and the image (b) of the recognized well may be compared using a computer program and a Hough transform. have. After the sum of the intensities for all the well pixels is added to the identified wells, the average reference intensity of the wells may be calculated by dividing by the total number of pixels included in the wells.

도 7을 참조하면, 제2 필터를 통해 리포터 색소에 의해서 표시된 패널의 사진(c)을 확인할 수 있으며, 도 6의 (b)에서 특정된 위치의 리포터 강도를 측정할 수 있다. 그리고, 각 웰에 대한 리포터 강도를 평균 레퍼런스 강도로 나누어 웰의 표준화 비율을 산출할 수 있다.Referring to FIG. 7, the photograph (c) of the panel displayed by the reporter pigment may be confirmed through the second filter, and the reporter intensity at the position specified in FIG. 6 (b) may be measured. The reporter intensity for each well may be divided by the average reference intensity to calculate the standardization ratio of the wells.

도 8은 본 발명의 효과를 설명하기 위해 표준화를 거치지 않고 제2 이미지의 리포터 강도만 이용하여 작성한 히스토그램이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법의 효과를 설명하기 위해 표준화를 거쳐 표준화 비율을 이용하여 작성한 히스토그램이다. FIG. 8 is a histogram created using only reporter intensity of a second image without standardization to illustrate the effects of the present invention, and FIG. 9 illustrates the effect of a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention. To illustrate, this is a histogram created using standardized ratio after standardization.

도 8 및 도 9를 참조하면, 표준화를 거치지 않고서는 DNA를 포함한다고 평가되는 제1 개수(N1)와 DNA를 포함하지 않는다고 평가되는 제2 개수(N2)를 구분하기가 어려울 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 8 and 9, it can be seen that it may be difficult to distinguish between the first number N1 that is evaluated to include DNA and the second number N2 that does not include DNA without undergoing standardization. have.

양성 및 음성 웰을 식별하기 위한 임계값(약 0.35~0.4)은 임의 조건에 따라 히스토그램에서 작성될 수 있으며, 임계값(약 0.35~0.4)에 따라 제1 개수(N1) 및 제2 개수(N2)가 결정될 수 있다. Thresholds (about 0.35 to 0.4) for identifying positive and negative wells can be plotted on the histogram according to arbitrary conditions, and the first number N1 and the second number N2 according to the threshold values (about 0.35 to 0.4). ) Can be determined.

산출부(160)는 프아송 통계를 사용하여 계산된 평균 세포 또는 입자의 개수를 나타낼 수 있다.The calculator 160 may indicate the number of average cells or particles calculated using the Poisson statistics.

구체적으로, DNA의 개수 또는 밀도를 측정하는 단계에서, 다음 식에 따라 마이크로웰 당 평균 DNA 개수(λ)를 산출할 수 있으며, 여기서, λ는 마이크로웰 당 평균 DNA 개수, N1은 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수, 및 N2는 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수일 수 있다.Specifically, in the step of measuring the number or density of DNA, it is possible to calculate the average number of DNA (λ) per microwell according to the following equation, where λ is the average number of DNA per microwell, N1 comprises DNA The number of microwells, and N2, can be the number of microwells that do not include DNA.

Figure pat00003
Figure pat00003

또한, DNA의 개수 또는 밀도를 측정하는 단계에서, 다음 식에 따라 DNA의 전체 개수(Nobject)를 산출할 수 있으며, 여기서, Nwells 는 마이크로웰의 전체 개수일 수 있다.In addition, in the step of measuring the number or density of DNA, the total number of DNA (N object ) can be calculated according to the following equation, where N wells May be the total number of microwells.

Figure pat00004
Figure pat00004

그 근거로서, 프아송 통계를 사용하기 위해서, 프아송(Poisson) 분포에 따라 웰에 분포되는 것을 가정할 수 있다. 프아송 분포에서 웰 내부에 k 개의 입자가 있을 확률은 다음과 같다.As a basis, in order to use the Poisson statistics, it can be assumed to be distributed in the well according to the Poisson distribution. In the Poisson distribution, the probability of having k particles inside the well is

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서 λ는 웰 당 평균 DNA 개수이다. 따라서, 웰 내부에 입자가 없을 확률, x=0 인 웰의 확률은 다음과 같다.Where λ is the average number of DNA per well. Therefore, the probability of no particles inside the well, and the probability of the well at x = 0 is as follows.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, P (x = 0)는 단지 비어 있는 웰의 수를 전체 웰 수 (즉, 빈 웰과 모든 웰의 비율)로 나눈 비율이기 때문에 실험적으로 결정될 수 있다. 따라서 λ를 계산할 수 있고, 입자가 포함된 웰의 수를 곱함으로써 입자의 총 수를 찾을 수 있다.Here, P (x = 0) can be determined experimentally because it is only the ratio of the number of empty wells divided by the total number of wells (ie the ratio of empty wells to all wells). Thus, λ can be calculated and the total number of particles can be found by multiplying the number of wells containing the particles.

이 방법에 따라 수십 배에 이르는 수의 밀도를 가진 DNA 증식에 따른 밀도 또는 개수를 정확하게 측정할 수 있다. 마이크로웰 어레이에 의하여 샘플을 웰 단위로 분할하며, 웰의 동일한 형상 및 규칙성을 통해 같은 광 강도를 제공하는 웰에 대해서는 동일한 웰로 처리할 수 있어, 동일한 웰을 중복으로 이미징하는 것을 방지할 수 있으며, 그에 따라 웰 전체를 분석하는 과정에서 처리속도를 더 향상시킬 수가 있다.This method can accurately measure the density or number of DNA proliferation with a density of several tens of times. By dividing the sample into wells by a microwell array, wells that provide the same light intensity through the same shape and regularity of the wells can be treated with the same well, thereby avoiding duplicate imaging of the same well. Therefore, the processing speed can be further improved in the analysis of the entire well.

또한 응집체 형성의 영향은 측정 결과에 따라 감소할 수 있으며, 이러한 방법은 실험실에서 사용할 수 있는 장비로 수행할 수 있으며 수동 조작이 거의 필요하지 않다.In addition, the impact of aggregate formation can be reduced depending on the measurement results, which can be performed with equipment that can be used in the laboratory and requires little manual manipulation.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법에 따라 산출된 DNA 농도를 측정한 농도와 비교한 그래프이다.FIG. 10 is a graph comparing DNA concentrations calculated according to a dPCR analysis method using a microwell array according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법에 의하면 측정된 값과 동일한 값을 가지는 것을 알 수 있다. 즉, 이 방법에 따라 3 자릿수 이상의 크기(100'000 -1000 copies/㎕)에 걸친 DNA 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 증폭을 나타내는 리포터 색소의 형광 강도의 표준화하여 증폭을 나타내지 않는 웰과 쉽게 구별할 수 있다. 또한, 레퍼런스 색소를 이용한 웰의 인식은 측정의 정확도를 높일 수 있다. 즉, 제1 이미지를 통해서 광 강도 비교부는 채워지지 않은 웰, 불규칙한 모양의 웰, 먼지 입자 등을 비교 대상에서 제거할 수 있다. Referring to FIG. 10, it can be seen that the dPCR analysis method using the microwell array according to the present invention has the same value as the measured value. That is, the method can accurately measure DNA concentrations over three orders of magnitude (100'000-1000 copies / μl). Standardization of the fluorescence intensity of the reporter dye showing amplification can be easily distinguished from wells showing no amplification. In addition, recognition of the well using the reference dye can increase the accuracy of the measurement. That is, the light intensity comparator may remove unfilled wells, irregularly shaped wells, dust particles, etc. from the first image through the first image.

그리고 본 발명에 따른 dPCR 분석방법은 종래의 dPCR 프로토콜에서 용이하게 실시할 수 레퍼런스 염색의 추가, 새로운 화상화 단계 및 조정 이미지 분석 알고리즘을 이용하기 때문에 발명을 실현하기 위한 실시 난이도도 높지가 않다.In addition, since the dPCR analysis method according to the present invention uses the addition of reference staining, a new imaging step, and an adjusted image analysis algorithm that can be easily implemented in the conventional dPCR protocol, the difficulty of implementing the invention is not high.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

100 : 분석 장치 110 : 카메라
120 : 마이크로웰 분류부 130 : 이미지 생성부
140 : 광 강도 비교부 150 : 이미지 카운팅부
160 : 산출부 200 : 마이크로웰 어레이
210 : 패널 220 : 웰100: analysis device 110: camera
120: microwell classification unit 130: image generation unit
140: light intensity comparison unit 150: image counting unit
160: calculator 200: microwell array
210: panel 220: well

Claims (20)

PCR 프로토콜에 따라 수행된 마이크로웰 어레이를 제공하는 단계;
상기 마이크로웰 어레이에 대한 적어도 2종류의 이미지를 획득하는 단계;
상기 2종류의 이미지를 이용하여 각각 웰에 대한 DNA를 포함한다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA를 포함하지 않는다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출하는 단계; 및
상기 제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 이용하여 마이크로웰 어레이의 DNA 증식 개수 또는 밀도를 측정하는 단계;를 구비하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.Providing a microwell array performed according to a PCR protocol;
Obtaining at least two kinds of images of the microwell array;
Using the two types of images, the first number N1, which is the number of microwells, each of which is evaluated to include DNA for the well, and the second number N2, which is the number of microwells, which are not included, are calculated, are calculated. Doing; And
And measuring the DNA proliferation number or density of the microwell array using the first number (N1) and the second number (N2). 제1항에 있어서,
상기 적어도 2종류의 이미지를 획득하는 단계에서,
제1 필터를 이용하여 상기 마이크로웰 어레이의 제1 이미지를 획득하고, 동일한 위치에 대응하여 제2 필터를 이용하여 상기 마이크로웰 어레이의 제2 이미지를 획득하며,
상기 제1 개수 및 제2 개수를 산출하는 단계에서,
상기 제1 이미지를 이용하여 상기 제2 이미지를 표준화하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 1,
In acquiring the at least two kinds of images,
Acquire a first image of the microwell array using a first filter, obtain a second image of the microwell array using a second filter corresponding to the same location,
In calculating the first number and the second number,
DPCR analysis method using a microwell array, characterized in that to normalize the second image by using the first image. 제2항에 있어서,
PCR 프로토콜에 따라 수행된 상기 마이크로웰 어레이에 사용된 용액에는 PCR 중합효소, 프라이머, 샘플 DNA, 레퍼런스 색소 및 리포터 색소가 포함된 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 2,
The solution used in the microwell array carried out according to the PCR protocol dPCR analysis method using a microwell array, characterized in that the PCR polymerase, primers, sample DNA, reference dye and reporter dye. 제2항에 있어서,
상기 제1 필터는 레퍼런스 색소에 대응하는 필터이며, 상기 제2 필터는 리포터 색소에 대응하는 필터인 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 2,
The first filter is a filter corresponding to the reference dye, the second filter is a dPCR analysis method using a microwell array, characterized in that the filter corresponding to the reporter dye. 제2항에 있어서,
상기 제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 산출하는 단계에서,
상기 제1 이미지를 이용하여 웰의 위치를 특정하고, 상기 제1 이미지에서 각 웰의 평균 레퍼런스 강도를 산출하며, 특정된 상기 웰의 위치 정보를 이용하여 상기 웰의 리포터 강도를 산출하고, 각각의 상기 웰에 대해 상기 리포터 강도를 상기 평균 레퍼런스 강도로 나누어 웰의 표준화 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 2,
In the calculating of the first number N1 and the second number N2,
The location of the well is specified using the first image, the average reference intensity of each well is calculated from the first image, the reporter intensity of the well is calculated using the location information of the specified well, DPCR analysis method using a microwell array, wherein the reporter intensity is divided by the average reference intensity for the wells. 제5항에 있어서,
상기 표준화 비율에 따라 상기 제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 5,
The first number (N1) and the second number (N2) is calculated according to the standardization ratio, dPCR analysis method using a microwell array. 제6항에 있어서,
상기 표준화 비율에 따라 히스토그램을 작성하고, 상기 DNA을 포함하는 마이크로웰과 상기 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰을 분류하기 위한 임계값을 결정하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 6,
A histogram is prepared according to the standardization ratio, and a threshold value for classifying a microwell including the DNA and a microwell not containing the DNA is determined. 제5항에 있어서,
상기 제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 산출하는 단계에서,
상기 제1 이미지를 이용하여 웰의 위치를 특정하되, 허프(Hough) 변환을 이용하여 불규칙한 형상의 웰 및 먼지 노이즈는 제외되는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 5,
In the calculating of the first number N1 and the second number N2,
The location of the well is determined using the first image, and the irregular well and dust noise is excluded by using a Hough transform. 제1항에 있어서,
상기 DNA의 개수 또는 밀도를 측정하는 단계에서, 다음 식에 따라 마이크로웰 당 평균 DNA 개수(λ)를 산출하며,
Figure pat00007

여기서, λ는 마이크로웰 당 평균 DNA 개수, N1은 상기 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수, 및 N2는 상기 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수인 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법. The method of claim 1,
In the step of measuring the number or density of the DNA, to calculate the average number of DNA (λ) per microwell according to the following equation,
Figure pat00007

Wherein? Is the average number of DNA per microwell, N1 is the number of microwells containing the DNA, and N2 is the number of microwells not containing the DNA. 제9항에 있어서,
상기 DNA의 개수 또는 밀도를 측정하는 단계에서, 다음 식에 따라 상기 DNA의 전체 개수(Nobject)를 산출하며,
Figure pat00008

여기서, Nwells 는 마이크로웰의 전체 개수인 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석방법.The method of claim 9,
In the step of measuring the number or density of the DNA, to calculate the total number (N objects ) of the DNA according to the following equation,
Figure pat00008

Where N wells DPCR analysis method using a microwell array, characterized in that the total number of microwells. PCR 프로토콜에 따라 수행된 마이크로웰 어레이의 이미지로부터 DNA 증식 개수 또는 밀도를 분석하는 dPCR 분석장치에 있어서,
다수의 웰이 형성된 마이크로웰 어레이로부터 적어도 2종류의 이미지를 획득하는 카메라;
상기 카메라로부터 획득된 상기 2종류의 이미지를 이용하여 DNA를 포함한다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제1 개수(N1)와 DNA를 포함하지 않는다고 평가되는 마이크로웰의 개수인 제2 개수(N2)를 산출하는 마이크로웰 분류부; 및
상기 제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 이용하여 마이크로웰 어레이의 DNA 증식 개수 또는 밀도를 측정하는 산출부;를 구비하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.In the dPCR analysis apparatus for analyzing the number or density of DNA proliferation from the image of the microwell array performed according to the PCR protocol,
A camera for obtaining at least two kinds of images from a microwell array in which a plurality of wells are formed;
The first number N1, which is the number of microwells that are evaluated to include DNA, and the second number N2, which is the number of microwells, which are evaluated not to include DNA, are determined using the two types of images obtained from the camera. A microwell classification unit for calculating; And
And a calculation unit for measuring the DNA propagation number or density of the microwell array using the first number (N1) and the second number (N2). 제11항에 있어서,
상기 마이크로웰 분류부는,
제1 필터를 이용하여 상기 마이크로웰 어레이의 제1 이미지를 획득하는 제1 이미지 생성부, 동일한 위치에 대응하여 제2 필터를 이용하여 상기 마이크로웰 어레이의 제2 이미지를 획득하는 제2 이미지 생성부, 상기 제1 이미지를 이용하여 상기 제2 이미지를 표준화하는 광 강도 비교부, 및 상기 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수인 상기 제1 개수(N1)와 상기 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수인 상기 제2 개수(N2)를 산출하는 이미지 카운팅부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 11,
The microwell classification unit,
A first image generator for acquiring a first image of the microwell array using a first filter, and a second image generator for acquiring a second image of the microwell array using a second filter corresponding to the same position A light intensity comparator for normalizing the second image using the first image, and the first number N1 which is the number of microwells including the DNA and the number of microwells that do not include the DNA. DPCR analysis apparatus using a microwell array, characterized in that it comprises an image counting unit for calculating the second number (N2). 제12항에 있어서,
PCR 프로토콜에 따라 수행된 상기 마이크로웰 어레이에 사용된 용액에는 PCR 중합효소, 프라이머, 샘플 DNA, 레퍼런스 색소 및 리포터 색소가 포함된 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 12,
DPCR analysis apparatus using a microwell array, characterized in that the solution used in the microwell array performed according to the PCR protocol includes a PCR polymerase, a primer, a sample DNA, a reference dye and a reporter dye. 제12항에 있어서,
상기 제1 필터는 레퍼런스 색소에 대응하는 필터이며, 상기 제2 필터는 리포터 색소에 대응하는 필터인 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 12,
The first filter is a filter corresponding to the reference dye, and the second filter is a dPCR analysis device using a microwell array, characterized in that the filter corresponding to the reporter dye. 제12항에 있어서,
상기 광 강도 비교부는 상기 제1 이미지를 이용하여 웰의 위치를 특정하고, 상기 제1 이미지에서 각 웰의 평균 레퍼런스 강도를 산출하며, 특정된 상기 웰의 위치 정보를 이용하여 상기 웰의 리포터 강도를 산출하고, 각각의 상기 웰에 대해 상기 리포터 강도를 상기 평균 레퍼런스 강도로 나누어 웰의 표준화 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 12,
The light intensity comparison unit specifies a location of a well using the first image, calculates an average reference intensity of each well in the first image, and uses a reporter intensity of the well using the specified location information of the well. And a standardization ratio of the wells by dividing the reporter intensity by the average reference intensity for each of the wells. 제15항에 있어서,
상기 이미지 카운팅부는 상기 표준화 비율에 따라 상기 제1 개수(N1)와 상기 제2 개수(N2)를 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 15,
And the image counting unit calculates the first number (N1) and the second number (N2) according to the standardization ratio. 제16항에 있어서,
상기 이미지 카운팅부는 상기 표준화 비율에 따라 히스토그램을 작성하고, 상기 DNA을 포함하는 마이크로웰과 상기 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰을 분류하기 위한 임계값을 결정하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 16,
The image counting unit generates a histogram according to the standardization ratio, and determines a threshold value for classifying the microwells including the DNA and the microwells not containing the DNA, and analyzing the dPCR using the microwell array. Device. 제15항에 있어서,
상기 광 강도 비교부는, 상기 제1 이미지를 이용하여 웰의 위치를 특정하되, 허프(Hough) 변환을 이용하여 불규칙한 형상의 웰 및 먼지 노이즈를 제외하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 15,
The light intensity comparator specifies a location of a well using the first image, but excludes irregularly shaped wells and dust noise by using a Hough transform. . 제11항에 있어서,
상기 산출부는 다음 식에 따라 마이크로웰 당 평균 DNA 개수(λ)를 산출하며,
Figure pat00009

여기서, λ는 마이크로웰 당 평균 DNA 개수, N1은 상기 DNA을 포함하는 마이크로웰의 개수, 및 N2는 상기 DNA을 포함하지 않는 마이크로웰의 개수인 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치. The method of claim 11,
The calculation unit calculates the average number of DNA (λ) per microwell according to the following equation,
Figure pat00009

Wherein λ is the average number of DNA per microwell, N1 is the number of microwells containing the DNA, and N2 is the number of microwells not containing the DNA. 제19항에 있어서,
상기 산출부는 다음 식에 따라 상기 DNA의 전체 개수(Nobject)를 산출하며,
Figure pat00010

여기서, Nwells 는 마이크로웰의 전체 개수인 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이를 이용한 dPCR 분석장치.The method of claim 19,
The calculation unit calculates the total number (N object ) of the DNA according to the following equation,
Figure pat00010

Where N wells DPCR analysis apparatus using a microwell array, characterized in that the total number of microwells.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021169650A1 (en) * 2020-02-26 2021-09-02 京东方科技集团股份有限公司 Detection chip and manufacturing method therefor, and reaction system
KR20240039881A (en) 2022-09-20 2024-03-27 한국표준과학연구원 Temperature calibration method of microfluids by using DNA melting

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100060614A (en) * 2008-11-28 2010-06-07 이진호 Fast automated analysis method of dna microarray
KR20100075826A (en) * 2007-07-23 2010-07-05 더 차이니즈 유니버시티 오브 홍콩 Determining a nucleic acid sequence imbalance
US20150099673A1 (en) * 2009-12-15 2015-04-09 Cellular Research, Inc. Digital counting of individual molecules by stochastic attachment of diverse labels
US20170175174A1 (en) * 2014-04-08 2017-06-22 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Methods and apparatus for performing digital assays using polydisperse droplets

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100075826A (en) * 2007-07-23 2010-07-05 더 차이니즈 유니버시티 오브 홍콩 Determining a nucleic acid sequence imbalance
KR20100060614A (en) * 2008-11-28 2010-06-07 이진호 Fast automated analysis method of dna microarray
US20150099673A1 (en) * 2009-12-15 2015-04-09 Cellular Research, Inc. Digital counting of individual molecules by stochastic attachment of diverse labels
US20170175174A1 (en) * 2014-04-08 2017-06-22 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Methods and apparatus for performing digital assays using polydisperse droplets

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Scientific Reports. volume 8,Article number: 2438 (2018) (2018.02.05) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021169650A1 (en) * 2020-02-26 2021-09-02 京东方科技集团股份有限公司 Detection chip and manufacturing method therefor, and reaction system
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