KR20190121590A - 핵산 분석 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

핵산 분석 장치는 본체부, 본체부에 원형으로 배열되고 핵산을 포함하는 샘플을 수용하는 튜브부, 본체부를 일방향으로 회전시키는 회전부, 튜브부의 하부에 위치하고 샘플에 포함된 핵산을 증폭시키는 히터부, 튜브부에 광원을 조사하는 광원부 그리고 광원부와 전기적으로 연결되고 핵산의 형광신호의 개수를 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.

Description

핵산 분석 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR NUCLEIC ACID ANALYSIS}
핵산 분석 장치 및 방법이 제공된다.
일반적으로 인간 유전체 연구 결과를 통한 질병의 원인 분석, 바이러스나 박테리아 감염 여부의 사전 검사 등의 다양한 분야에서 세포가 포함된 시료로부터 핵산을 추출하고 분석하는 기술이 필요하다.
종래의 핵산을 분석하는 장치는 추출된 핵산을 별도의 튜브에 담아 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)기기에 작업자가 직접 옮겨 서로 다른 반응기에서 실험을 순차적으로 진행하고 분석해야 하므로, 처리 효율이 감소되고, 사용자의 불편이 발생될 수 있다. 또한 검체 내에 존재하는 형광물질의 발광(emission) 정도에 의해서만 데이터가 검출될 수 있으므로, 핵산의 발현 양상 및 유전자 수에 대한 데이터의 정확성이 낮을 수 있다.
본 발명의 한 실시예는 실시간으로 핵산의 발현 양상을 분석하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 핵산의 형광신호의 개수를 검출하여 데이터의 정확도를 높이기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 핵산 분석 장치는 본체부, 본체부에 원형으로 배열되고 핵산을 포함하는 샘플을 수용하는 튜브부, 본체부를 일방향으로 회전시키는 회전부, 튜브부의 하부에 위치하고 샘플에 포함된 핵산을 증폭시키는 히터부, 튜브부에 광원을 조사하는 광원부 그리고 광원부와 전기적으로 연결되고 핵산의 형광신호의 개수를 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.
본체부가 삽입되는 베이스를 더 포함할 수 있다. 베이스는 베이스의 일측에 형성되는 검출홀을 포함하고, 광원은 검출홀을 통과하여 튜브부를 조사할 수 있다. 검출홀은 튜브부를 향한 방향으로 경사질 수 있다. 회전부는 베이스의 일측과 연결되는 모터, 모터와 연결된 제1 회전체, 본체부의 상부에 위치하는 제2 회전체, 제1 회전체와 제2 회전체를 연결하는 체인을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 핵산 분석 방법은 핵산을 포함하는 샘플을 수용하는 제1 튜브 및 제2 튜브의 하부에 위치하는 히터부의 온도 제어에 의해 제1 튜브와 제2 튜브에 수용된 샘플의 핵산이 증폭되는 단계, 제1 튜브에 광원을 조사하는 단계, 제1 튜브에 수용된 핵산의 형광신호의 개수를 검출하는 단계, 제1 튜브 및 제2 튜브가 원형으로 배열된 본체부를 일방향으로 회전시키는 단계, 제2 튜브에 광원을 조사하는 단계 그리고 제2 튜브에 수용된 핵산의 형광신호의 개수를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예는 실시간으로 핵산의 형광신호의 개수를 검출할 수 있으며, 핵산의 발현 양상 및 핵산 수의 대한 데이터의 정확도를 높일 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 핵산 분석 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 타일 핵산 분석 장치를 나타내는 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 핵산 분석 장치에 대하여 설명한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 핵산 분석 장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 핵산 분석 장치의 단면도이다.
도 1내지 도 2를 참고하면, 핵산 분석 장치(1)는 본체부(10), 베이스(11), 검출홀(12), 튜브부(20), 회전부(30), 광원부(40)를 포함할 수 있다. 본체부(10)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 본체부(10)는 관통홀(13)을 포함할 수 있다.
관통홀(13)은 본체부(10)의 내부에서 z축 방향으로 관통하는 원통형 형상을 가질 수 있다. 관통홀(13)은 복수개로 상호 이격되어 위치할 수 있다. 관통홀(13)은 본체부(10)의 원둘레를 따라 위치할 수 있다. 관통홀(13)은 튜브부(20)를 수용할 수 있다.
베이스(11)에는 본체부(10)가 삽입될 수 있다. 베이스(11)의 일측에는 검출홀(12)이 형성될 수 있다. 검출홀(12)은 튜브부(20)가 뻗은 z축 방향과 교차하는 방향인 x축 방향으로 베이스(11)를 관통하며 형성될 수 있다.
튜브부(20)는 샘플을 수용할 수 있다. 샘플은 폴리뉴클레오디드(polynucleotide)로 구성된 유전 물질일 수 있다. 튜브부(20)는 핵산 등을 포함하는 샘플을 수용할 수 있다. 샘플은 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid, DNA) 또는 리보핵산(ribonucleic acid, RNA)을 포함할 수 있다. 튜브부(20)는 내부에 수용된 핵산의 형광신호 검출이 가능하도록 일부 또는 전체가 투명한 소재로 제조될 수 있다.
튜브부(20)는 복수개로 각각에 서로 다른 샘플을 수용할 수 있다. 튜브부(20)는 복수개의 관통홀(13)에 각각 삽입될 수 있다. 튜브부(20)는 상호 이격되어 원둘레를 따라 위치하는 관통홀(13)에 각각 이격 될 수 있으므로 서로 다른 샘플 간의 오염이나 간섭을 미연에 방지할 수 있다.
압력바(23)는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 등으로 제조될 수 있다. 압력바(23)는 승하강 될 수 있다. 압력바(23)는 복수개로 튜브부(20)의 각각에 삽입될 수 있다. 압력바(23)는 튜브부(20)의 내부에 압력을 인가할 수 있다. 압력바(23)는 튜브부(20)에 수용된 샘플에 압력을 인가할 수 있다.
압력바(23)가 하강하고 튜브부(20)에 삽입되면 튜브부(20)의 내부에 있던 공기가 압축되어 샘플을 가압할 수 있다. 또한 압력바(23)가 샘플에 맞닿을 경우, 샘플에 직접적인 압력을 인가할 수 있다. 압력바(23)는 샘플로부터 추출된 핵산을 필터를 통하여 PCR 튜브로 전달할 수 있으므로, 핵산 추출 및 유전자 증폭이 하나의 기기에서 수행될 수 있다.
히터부(60)는 튜브부(20)의 하부에 위치할 수 있다. 히터부(60)는 튜브부(20)를 가열 시킬 수 있다. 히터부(60)는 튜브부(20)에 수용된 핵산의 온도를 제어하여 핵산을 증폭시킬 수 있다. 히터부(60)는 펠티어(Peltier)소자(미도시)를 포함할 수 있다.
회전부(30)는 본체부(10)의 상부와 연결될 수 있다. 회전부(30)는 본체부(10)를 회전시킬 수 있다. 회전부(30)는 본체부(10)와 연결된 튜브부(20)를 회전시킬 수 있다. 회전부(30)는 모터(31), 제1 회전체(32), 체인(33) 그리고 제2 회전체(34)를 포함할 수 있다.
제1 회전체(32)는 모터(31)의 회전축에 삽입될 수 있다. 제2 회전체(34)는 본체부(10)의 상부에 위치할 수 있다. 제1 회전체(32)와 제2 회전체(34)는 체인(33)을 통해 상호 연결될 수 있다. 제1 회전체(32)와 제2 회전체(34)는 외면이 톱니 형상 등으로 형성될 수 있다. 체인(33)은 타이밍체인일 수 있다. 이 경우, 제1 회전체(32)와 제2 회전체(34)의 톱니 형상은 타이밍체인에 맞물리면서 모터(31)의 회전에 따라 정방향과 역방향으로 회전할 수 있다.
광원부(40)는 튜브부(20)에 광원(L)을 조사할 수 있다. 광원(L)은 레이저일 수 있다. 광원부(40)는 검출홀(12)과 대향하며 위치할 수 있다. 광원(L)은 검출홀(12)을 통과하여 튜브부(20)에 조사될 수 있다. 광원(L)은 튜브부(20)의 증폭된 핵산을 조사하여 핵산의 형광신호를 발현시킬 수 있다.
광원부(40)는 형광물질 발현되는 핵산의 형광신호를 필터링 하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 광원부(40)는 형광신호를 검출하여 영상처리를 위한 디지털 신호를 변환하는 기능을 포함할 수 있다.
검출부(50)는 광원부(40)와 전기적으로 연결될 수 있다. 검출부(50)는 광원(L)을 통해 튜브부(20)의 핵산의 형광신호를 실시간으로 검출할 수 있다. 검출부(50)는 증폭된 핵산의 형광신호를 각각 점으로 인식하여 핵산의 형광신호의 개수를 카운팅 할 수 있다. 형광신호의 개수를 검출할 경우, 핵산의 발현 양상 및 유전자 수에 대한 데이터의 정확성이 높아질 수 있다.
반면에, 종래에는 핵산이 수용된 용기를 촬영하여 형광물질의 발광 면적으로만 데이터를 검출하였으므로, 정확한 핵산의 개수를 파악하지 못하고 핵산의 증폭의 데이터 값의 정확성이 낮을 수 있었다.
도 3을 참고하면, 튜브부(20)는 본체부(10)에 원형으로 배열될 수 있다. 튜브부(20)는 핵산을 포함하는 샘플을 수용할 수 있다. 압력바(23)는 튜브부(20)에 수용된 샘플에 압력을 가하여 핵산(U)을 추출할 수 있다.
튜브부(20)는 제1 튜브(21), 제2 튜브(22), 제3 튜브(23), 제4 튜브(24), 제5 튜브(25), 제6 튜브(26), 제7 튜브(27) 제8 튜브(28) 그리고 제9 튜브(29)를 포함할 수 있다. 제1 튜브(21), 제2 튜브(22), 제3 튜브(23), 제4 튜브(24), 제5 튜브(25), 제6 튜브(26), 제7 튜브(27), 제8 튜브(28) 그리고 제9 튜브(29)는 본체부(10)에 원형으로 배열될 수 있다.
광원(L)은 검출홀(12)을 통과하여 튜브부(20)에 조사될 수 있다. 검출홀(12)은 튜브부(20)와 대향하며 위치할 수 있다. 검출홀(12)은 튜브부(20)를 향한 방향으로 경사진 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 검출홀(12)은 광원(L)이 튜브부(20)에 맞추어 조사될 수 있도록 광원(L)을 모아주는 역할을 수행할 수 있다.
핵산 분석 장치(1)는 압력바(23)의 가압력을 통해 튜브부(20)의 핵산을 자동으로 추출하고, 히터부(60)를 통해 핵산을 증폭할 수 있다. 또한 튜브부(20)를 회전시키고 광원부(40) 및 검출부(50)를 통해 복수개의 튜브들에서 증폭된 핵산의 발현 양상 및 유전자 수에 대한 데이터를 실시간으로 검출하여 핵산을 분석할 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 핵산 분석 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 튜브부(20) 내부에 수용된 핵산(U)은 히터부(60)의 온도 제어에 의해 증폭될 수 있다. 그리고 광원부(40)는 검출홀(12)을 통해서 제1 튜브(21)에 광원(L)을 조사할 수 있다. 이 경우, 검출홀(12)은 제1 튜브(21)와 대향하며 위치할 수 있다.
제1 튜브(21)에 수용된 핵산(U)은 광원(L)을 통해 형광신호를 발현할 수 있다. 검출부(50)는 제1 튜브(21)에 수용된 핵산(U)의 형광신호의 개수를 실시간으로 카운팅 할 수 있다.
제1 튜브(21)의 핵산(U) 개수의 카운팅이 완료되면, 모터(31)의 회전에 따라 튜브부(20)가 일방향으로 회전하고 제2 튜브(22)가 검출홀(12)과 대향하며 위치할 수 있다.
광원부(40)는 검출홀(12)을 통해서 제2 튜브(22)에 광원(L)을 조사할 수 있다. 제2 튜브(22)에 수용된 핵산(U)은 광원(L)을 통해 형광신호를 발현하고, 검출부(50)는 제2 튜브(22)에 수용된 핵산(U)의 형광신호의 개수를 실시간으로 카운팅 할 수 있다.
제2 튜브(22)의 핵산(U) 개수의 카운팅이 완료되면, 모터(31)가 회전하여 제3 튜브(23)가 검출홀(12)과 대향하며 위치할 수 있다. 검출부(50)는 전술한 과정을 반복하면서 제3 튜브(23) 내지 제9 튜브(29) 각각에 수용된 핵산(U) 개수를 실시간으로 카운팅하여 핵산(U)의 정량 분석을 수행할 수 있다. 검출부(50)는 핵산(U)의 형광신호의 개수를 각각 점으로 인식하여 검출할 수 있으므로, 핵산의 개수에 대한 데이터의 정확성이 높아질 수 있다.
회전부(30)는 첫번째 바퀴를 회전한 뒤 이어서 두번째 바퀴를 회전할 수 있다. 이 경우, 검출부(50)는 첫번째 바퀴에서 검출된 튜브부(20)의 핵산(U) 개수와 두번째 바퀴에서 검출된 튜브부(20)의 핵산(U) 개수를 비교하여 핵산의 발현 양상, 핵산의 증폭 등의 정성 분석을 실시간으로 수행할 수 있다.
또한, 사용자는 검출부(50)에서 검출된 핵산(U) 개수 데이터를 통해서 핵산(U)의 증폭을 위한 온도 제어를 수행하여 핵산(U)의 증폭 효율 및 증폭 속도 등을 조절할 수 있다.
핵산 분석 장치(1)는 핵산 추출, 핵산 증폭 및 핵산 검출과 같은 일련의 공정을 연속적으로 자동으로 수행할 수 있고, 다양한 분자진단 영역에서 정량 및 정성 분석을 동시에 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 핵산 분석 장치 10: 본체부
11: 베이스 12: 검출홀
13: 관통홀 20: 튜브부
21: 제1 튜브 22: 제2 튜브
23: 압력바 30: 회전부
31: 모터 32: 제1 회전체
33: 체인 34: 제2 회전체
40: 광원부 50: 검출부
60: 히터부

Claims (6)

  1. 본체부,
    상기 본체부에 원형으로 배열되고 핵산을 포함하는 샘플을 수용하는 튜브부,
    상기 본체부를 일방향으로 회전시키는 회전부,
    상기 튜브부의 하부에 위치하고 상기 샘플에 포함된 핵산을 증폭시키는 히터부,
    상기 튜브부에 광원을 조사하는 광원부, 그리고
    상기 광원부와 전기적으로 연결되고 상기 핵산의 형광신호의 개수를 검출하는 검출부
    를 포함하는 핵산 분석 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 본체부가 삽입되는 베이스를 더 포함하는 핵산 분석 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 베이스는 상기 베이스의 일측에 형성되는 검출홀을 포함하고, 상기 광원은 상기 검출홀을 통과하여 상기 튜브부를 조사하는 핵산 분석 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 검출홀은 상기 튜브부를 향한 방향으로 경사진 핵산 분석 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 회전부는 상기 베이스의 일측과 연결되는 모터, 상기 모터와 연결된 제1 회전체, 상기 본체부의 상부에 위치하는 제2 회전체, 상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체를 연결하는 체인을 포함하는 핵산 분석 장치.
  6. 핵산을 포함하는 샘플을 수용하는 제1 튜브 및 제2 튜브의 하부에 위치하는 히터부의 온도 제어에 의해 상기 제1 튜브와 상기 제2 튜브에 수용된 샘플의 핵산이 증폭되는 단계,
    상기 제1 튜브에 광원을 조사하는 단계,
    상기 제1 튜브에 수용된 핵산의 형광신호의 개수를 검출하는 단계,
    상기 제1 튜브 및 상기 제2 튜브가 원형으로 배열된 본체부를 일방향으로 회전시키는 단계,
    상기 제2 튜브에 광원을 조사하는 단계 그리고
    상기 제2 튜브에 수용된 핵산의 형광신호의 개수를 검출하는 단계
    를 포함하는 핵산 분석 방법.
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