KR20200136380A - 전자동 유전자 검사 장치 - Google Patents

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히데토시 와타나베
도시히로 요네카와
후미히코 가즈미
로드 피터슨
아나톨리 모스카레프
고란 포샤저
제임스 포스터
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에이껜 가가꾸 가부시끼가이샤
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Abstract

[해결하려고 하는 과제] 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 공정, 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 공정, 및 핵산을 증폭하여 검출하는 공정을 전자동으로 실행할 수 있고, 의사가 환자와 근접한 위치에 있어서, 유전자 검사를 행할 수 있는 소형화된 전자동 유전자 검사 장치를 제공.
[해결 수단] 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 제1 유닛과, 상기 핵산을 증폭하기 위한 복수의 반응장을 가지는 검사 칩에 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 제2 유닛과, 상기 반응장에 있어서 증폭된 핵산을 광학 검출하기 위한 제3 유닛을 포함하는, 전자동 유전자 검사 장치.

Description

전자동 유전자 검사 장치
본 발명은, 전자동 유전자 검사 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 검체에 포함되는 핵산을 추출 정제하는 공정, 핵산을 포함하는 용액을 검사 칩에 주입하는 공정, 핵산을 증폭 검출하는 공정까지를 전자동으로 실행할 수 있고, 유전자 검사를 환자의 근처에서 사용할 수 있는 소형화된 전자동 유전자 검사 장치에 관한 것이다.
현재, 의료 분야에 있어서, 유전자 검사는 주로 감염증의 진단에 채용되고 있다. 의사는 유전자 검사를 실시함으로써, 판명된 유전자 검사의 결과를 참작하여, 감염증을 특정하고, 적절한 치료를 실시한다.
장래, 유전자 검사를 암 진단, 동반 진단에 응용하는 것이 기대되고 있다. 현재, 유전자 해석 기술의 급속한 발전에 수반하여, 차세대의 시퀀서가 개발되고 있고, 게놈 해석의 스피드가 높아지고 있다. 그러므로, 유전자 검사는 암 진단, 동반 진단을 위한 유망한 검사 수단이 되고 있다. 그러나, 유전자 검사는 여전히, 결과를 취득하기 위해 많은 시간과 많은 비용을 필요로 한다.
유전자 검사에 채용되고 있는 유전자 검사의 방법으로서는, 핵산 증폭 과정을 실시간으로 측정하는 실시간 PCR법, 실시간 LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)법을 들 수 있다. 특히, 실시간 LAMP법은, 유전자 증폭 효율이 매우 높은 점에 있어서 이점을 가진다. 현재, 실시간 PCR법, 실시간 LAMP법 등의 유전자 검사 방법을 적용한 유전자 검사 장치가 제품화되고 있다. 통상, 이와 같은 유전자 검사 장치는, 검체로부터 핵산을 추출 정제하기 위한 전(前)처리 공정을, 해당 검사 장치와 별개로 설치된 추출 정제 장치에 의해 실행하고 있는지, 또는 숙련된 조작자가 해당 검사 장치를 수동에 의해 조작함으로써 실행하고 있다.
종래의 유전자 검사 장치를 이용하여, 유전자 검사를 실행할 경우에는, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 공정, 핵산을 포함하는 용액을 검사 칩에 주입하는 공정, 핵산을 증폭 검출하는 공정의 각 공정에 있어서, 조작이 복잡하며, 조작자의 숙련된 스킬이 필요하게 된다. 게다가, 상기 유전자 검사 장치는 고가이므로, 상기 유전자 검사 장치가 많은 의료 기관에 있어서 도입되기까지에는 이르고 있지 않다.
다수의 생물학적 샘플에 대하여 핵산 추출 및 진단 시험을 행하는 일체 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 이 일체 장치는, 추출한 샘플에 포함되는 핵산을 증폭하여 검출하는 시스템이며, 마이크로 유체 채널(마이크로 유로) 내의 관심의 대상인 뉴클레오티드의 다수의 샘플에 대하여, PCR(폴리머라제 연쇄 반응)을 실시하여, 뉴클레오티드를 검출하는 마이크로 유체 시스템이다.
국제공개 제2009/054870호
그러나, 특허문헌 1 등에 기재된 핵산 추출 및 진단 시험을 행하는 일체 장치는, 상보 랙과 관련하여 작동하도록 구성되어 있고, 해당 상보 랙은, 정밀 검사 및 진단의 분석에 적합한 형태의 다수의 생물학적 샘플, 및 각종 시약, 피펫 선단부, 용기를 구비한 다수의 홀더를 받아들이도록 구성되어 있다. 상기 일체 장치는 핵산으로부터의 추출을 달성하기 위한 액체 디스펜서와, 검출부가 일체로 된 자기(自己) 완결식을 채용한 유전자 검사 장치로 되어 있다. 즉, 상기 일체 장치가 구비하고 있는 액체 디스펜서는, 견고한 구조를 가지고 있지 않으므로, 검체에 포함되는 핵산은 유전자 검사를 행하는 환경 하에 있어서, 외란(外亂)의 영향을 받아버린다.
또한, 종래의 유전자 검사 장치는, 하이 스루풋 스크리닝(high-throughput screening) 타입의 대형 사이즈의 유전자 검사 장치이며, 대형병원의 유전자 검사부, 유전자 검사 회사 등에만 적합한 사양으로 되어 있다. 그러므로, 상기 유전자 검사 장치는, 의사의 진찰실에 비치할 수 없고, 환자와 근접한 위치에 있어서, 유전자 검사를 행할 수 있는 유전자 검사 장치로 되고 있지 않다.
그래서, 본 발명의 목적은, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 공정, 핵산을 포함하는 용액을 검사 칩에 주입하는 공정, 및 핵산을 증폭하여 검출하는 공정을 전자동으로 실행할 수 있고, 또한 의사가 환자를 진찰하면서, 환자와 근접한 위치에 있어서, 유전자 검사를 행할 수 있는 소형화된 전자동 유전자 검사 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은, 다양한 검체에 대응할 수 있는 전자동 유전자 검사 장치를 제공하는 것에 있다.
본건 발명자들은 예의 검토를 행한 결과, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 제1 유닛과, 상기 핵산을 증폭하기 위한 복수의 반응장(反應場)을 가지는 검사 칩에 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 제2 유닛과, 상기 반응장에 있어서 증폭된 핵산을 광학 검출하기 위한 제3 유닛을 구비함으로써, 유전자 검사를 전자동으로 실행할 수 있고, 또한 의사가 환자를 진찰하면서, 환자와 근접한 위치에 있어서, 유전자 검사를 행할 수 있는 소형화된 전자동 유전자 검사 장치를 제공할 수 있는 것을 찾아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 구체적으로는 본 발명은 이하의 기술적 사항으로 구성된다.
(1) 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 제1 유닛과,
상기 핵산을 증폭하기 위한 복수의 반응장을 가지는 검사 칩에 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 제2 유닛과, 상기 반응장에 있어서 증폭된 핵산을 광학 검출하기 위한 제3 유닛을 포함하는, 전자동 유전자 검사 장치.
(2) 상기 제1 유닛은, 상기 핵산의 추출 정제에 사용하는 복수의 시약을 구비한 카트리지와 반응 셀 사이에 있어서 상기 시약을 이동시키는 피펫팅(pipetting) 기구와, 상기 반응 셀을 전처리하기 위한 처리 기구를 구비하고, 상기 처리 기구는 가열 냉각 처리부, 교반 처리부, 자계 인가(印加) 처리부로부터 선택되는 적어도 하나의 처리부를 가지는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(3) 상기 카트리지는, 상기 복수의 시약을 개별로 수납하기 위한 씰(seal) 부착 셀과, 상기 씰에 구멍을 내기 위한 피어싱 칩을 수납하는 제1 셀과, 상기 시약을 이동시키기 위한 피펫 칩을 수납하는 제2 셀과, 상기 핵산을 포함하는 용액을 상기 반응장에 주입하기 위한 인젝션 칩을 수납하는 제3 셀을 가지는 것을 특징으로 하는 (2)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(4) 상기 인젝션 칩은, 상기 핵산을 포함하는 용액을 보유하는 시린지와 주사바늘로 구성되며, 상기 주사바늘이 상기 시린지에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(5) 상기 피펫팅 기구는, 상기 피어싱 칩을 상기 씰에 접촉시킴으로써 상기 씰에 구멍을 내는 제1 기구와,
상기 피어싱 칩을 상기 피펫팅 기구로부터 분리한 후에, 상기 피펫 칩을 상기 피펫팅 기구에 장착하고, 상기 시약을 상기 반응 셀에 이동시키는 제2 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(6) 상기 피펫팅 기구는, 상기 피어싱 칩을 장착한 제3 기구와, 상기 검사 칩이 가지는 주입공으로부터 상기 반응장에 상기 주사바늘을 통하여, 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 상기 인젝션 칩을 상기 제3 기구에 구비한 인젝션 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(7) 상기 검사 칩을 진동시키는 제4 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(8) 상기 주사바늘의 선단부가 가지는 위치 정보를 적어도 2방향으로부터 검출하고, 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 주입공의 위치에 상기 주사바늘의 선단부 위치를 보정하기 위한 제어 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(9) 상기 검사 칩은, 상기 주입공과 상기 반응장을 연결하는 복수의 유로를 가지고 있고, 상기 반응장에 있어서 상기 핵산의 증폭 반응을 행하는 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(10) 상기 제3 유닛은, 상기 반응장에서 증폭된 핵산을 탁도 및/또는 형광에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(11) 상기 카트리지는, 대략 원형의 판형상을 가지는 카트리지 기체(基體)를 구비하고,
상기 카트리지 기체의 외측 에지부인 원주상에 상기 씰 부착 셀과 상기 제1 셀과 상기 제2 셀과 상기 제3 셀이 배치되고, 상기 피펫팅 기구를 θ방향으로 이동시킬 수 있는 구동 기구와, 상기 카트리지를 상기 피펫팅 기구가 이동하는 궤도상에 있어서 회전시킬 수 있는 회전 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
(12) 상기 검사 칩이 가지는 주입공의 위치는, 상기 피펫팅이 이동하는 궤도상에 있어서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 (11)에 기재된 전자동 유전자 검사 장치.
본 발명에 의하면, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 공정, 핵산을 포함하는 용액을 검사 칩에 주입하는 공정, 및 핵산을 증폭하여 검출하는 공정을 전자동으로 실행할 수 있고, 또한 의사가 환자를 진찰하면서, 환자와 근접한 위치에 있어서, 유전자 검사를 행할 수 있는 전자동 유전자 검사 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 유전자 검사 장치가 구비하고 있는 전처리부와 광학검사부를 일체형으로 하지 않고, 견고한 구조를 가지는 상기 전처리부를 채용함으로써, 다양한 검체에 대응할 수 있는 전자동 유전자 검사 장치가 제공된다.
[도 1] 유전자 시험 시스템 D(마스터 유닛 및 테스트 유닛)의 개요를 나타낸 사시도이다.
[도 2] 유전자 시험 시스템 D가 구비하고 있는 전자동 유전자 검사 장치(1)(테스트 유닛)의 서랍 부분의 내부 구조를 나타낸 사시도이다.
[도 3] 전자동 유전자 검사 장치(1)의 구성을 나타낸 모델도이다.
[도 4] (A) 카트리지의 구성을 나타낸 사시도이고, (B) 카트리지의 상면도이며, (C) 카트리지의 단면도(斷面圖)이고, (D) 반응 셀의 구성을 나타낸 사시도이다.
[도 5] (A) 제1 유닛의 구성을 나타낸 모델도이고, (B) 전처리 기구의 각 처리부의 확대도이다.
[도 6] 카트리지와, 피어싱 칩의 관계를 나타낸 모델도이다.
[도 7] 카트리지와, 시약을 이동시키는 피펫 칩의 관계를 나타낸 모델도이다.
[도 8] 핵산을 포함하는 용액을 인젝션 칩에 주입할 때까지의 제2 기구의 동작을 나타낸 모델도이다.
[도 9] 제1 유닛에 의한 핵산을 추출 정제하는 각 스텝을 나타낸 플로차트다.
[도 10] 제2 유닛의 구성을 나타낸 모델도이다.
[도 11] (A) 인젝션 칩과 피어싱 칩의 구성을 나타낸 상면도이고, (B) 인젝션 칩과 피어싱 칩의 구성을 나타낸 단면도이다.
[도 12] 주사바늘과 검사 칩의 관계를 나타낸 모델도이다.
[도 13] (A) 제3 유닛의 구성을 나타낸 정면도이고, (B) 제3 유닛의 구성을 나타낸 좌측면도이다.
[도 14] (A) 유전자 검사 장치의 개요를 나타낸 상면도이고, (B) 유전자 검사 장치의 개요를 나타낸 정면도이다.
<실시형태 1>
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은, 유전자 시험 시스템 D의 개요를 나타낸 사시도이다. 도 1에 나타내어진 바와 같이, 유전자 시험 시스템 D는, 마스터 유닛(2) 및 테스트 유닛(1)을 구비하고 있다. 마스터 유닛(2)과 테스트 유닛(1)은 전기적으로 접속되고, 마스터 유닛(2)과 테스트 유닛(1)은, 상호 간에 있어서 입력 데이터 및 검사 결과의 송수신을 행한다. 그리고, 도 1에 나타내어진 유전자 시험 시스템 D는, 마스터 유닛(2)과 테스트 유닛(1)이 분리된 타입이지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제어부를 구비하는 마스터 유닛(2)을 테스트 유닛(1)에 취해 넣어 일체형의 유전자 시험 시스템 D로 해도 된다.
마스터 유닛(2)은 유전자 시험 시스템 D를 제어한다. 마스터 유닛(2)은, 유전자 시험 시스템 D의 전원의 온 오프, 로그인 및 로그 아웃, 검체의 데이터, 유전자 검사의 검사 항목을 입력하고, 측정된 검사 결과 등을 화면에 표시한다. 유전자 시험 시스템 D의 유저는, 예를 들면 마스터 유닛(2)의 화면을 터치하여, 유전자 검사를 개시한다. 마스터 유닛(2)으로부터 지시되는 커맨드에 따라서, 테스트 유닛(1)의 내부에 있어서 유전자 검사를 실행한다.
도 2는, 유전자 시험 시스템 D가 구비하고 있는 테스트 유닛(1)의 서랍 부분의 내부 구조를 나타낸 사시도이다. 상기 테스트 유닛(1)의 전면(前面)에는, 레버가 설치되어 있다. 테스트 유닛(1)은, 레버가 가로 방향으로(쓰러져 있는 상태) 된 위치에 있어서, 테스트 유닛(1)의 하부에 설치되어 있는 서랍이 잠금된다.
또한, 테스트 유닛(1)은, 레버가 세로 방향으로 된 위치에 있어서, 테스트 유닛(1)의 하부에 설치되어 있는 서랍의 잠금이 해제된다. 유전자 시험 시스템 D의 유저는, 상기 서랍의 잠금을 해제함으로써, 테스트 유닛(1)의 내부를 꺼낼 수 있다. 유전자 시험 시스템 D의 유저는, 테스트 유닛(1)의 레버를 가로 방향의 위치로부터 세로 방향의 위치로 끌어올린다. 세로 방향으로 위치한 레버를 유전자 검사 장치(1)의 유저의 앞 방향으로 당기는 것에 의해, 테스트 유닛(1)의 서랍 부분을 꺼내어, 검체를 세팅하고, 유전자 검사를 실행할 수 있다. 여기에서, 유전자 시험 시스템 D의 기술적 특징은, 테스트 유닛로서의 전자동 유전자 검사 장치(1)에 있다. 이하, 본 발명의 전자동 유전자 검사 장치(1)에 대하여 설명한다.
도 3은, 전자동 유전자 검사 장치(1)의 구성을 나타낸 모델도이다. 도 3에 나타내어진 바와 같이 전자동 유전자 검사 장치(1)는, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 제1 유닛과, 핵산을 증폭하기 위한 복수의 반응장을 가지는 검사 칩에 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 제2 유닛과, 상기 반응장에 있어서 증폭된 핵산을 광학 검출하기 위한 제3 유닛을 구비하고 있다.
본 발명의 전자동 유전자 검사 장치(1)에 있어서, 제1 유닛은, 검체에 포함되는 핵산을 추출 정제하기 위한 전처리부(10)에 상당한다. 제2 유닛은, 제1 유닛에 의해 추출 정제된 핵산을 포함하는 용액을 검사 칩에 주입하기 위한 주입부(20)에 상당한다. 제3 유닛은, 제2 유닛에 의해 핵산 증폭된 광학 검출하는 증폭 검출부(30)에 상당한다. 전자동 유전자 검사 장치(1)는 제1 유닛, 제2 유닛 및 제3 유닛이 상호로 작용하여, 전자동 유전자 검사를 실행할 수 있다.
(제1 유닛의 구성)
제1 유닛은 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 유닛이며, 핵산을 추출 정제하기 위해 사용하는 복수의 시약을 구비한 카트리지(110), 반응 셀(120), 시약을 이동시키는 피펫팅 기구(130), 반응 셀(120)을 전처리하기 위한 전처리 기구(140)를 구비하고 있다. 도 4의 (A)는, 제1 유닛이 구비하고 있는 카트리지(110)의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 4의 (B)는, 카트리지(110)의 상면도이다. 도 4의 (C)는, 카트리지(110)의 단면도이다. 도 4의 (D)는, 제1 유닛이 구비하고 있는 반응 셀(120)의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 카트리지(110)는, 판형의 직사각형 형상을 가지는 카트리지 기체(111)를 기본 구조로 한다. 카트리지 기체(111)에 형성되어 있는 복수의 카트리지 기체 구멍(112)에는, 씰 부착 시약 셀(113a)이 끼워 넣어져 있다. 씰 부착 시약 셀(113a)은, 핵산을 추출 정제하기 위해 필요한 시약을 개별로 수납하기 위한 셀이다.
씰 부착 시약 셀(113a)은 원통 형상을 가지고 있다. 씰 부착 시약 셀(113a)은, 해당 셀의 상방 에지부에 설치된 원환(圓環) 형상의 플랜지(114a)를 가지고 있다. 플랜지(114a)의 외경은, 카트리지 기체(111)에 형성되어 있는 복수의 카트리지 기체 구멍(112)의 외경보다 크다. 그러므로, 씰 부착 시약 셀(113a)은 플랜지(114a)에 의해, 카트리지 기체(111)에 고정된다. 씰 부착 시약 셀(113a)의 시약을 유지하는 부분은, 카트리지 기체(111)의 이면에 위치한다.
도 4의 (A)에 나타내어진 카트리지(110)는, 씰 부착 시약 셀(113a∼113i)까지의 10개의 씰 부착 시약 셀을 구비하고 있다. 씰 부착 시약 셀(113)의 개수는, 카트리지 기체(111)의 형상, 크기에 따라서, 적절히 설정할 수 있다. 씰 부착 시약 셀(113)의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 씰 부착 시약 셀(113)의 배치도 특별히 제한되는 것이 아니고, 시약의 종류, 시약의 농도 등에 따라, 적절히 설정할 수 있다. 씰 부착 시약 셀(113)의 배치에 규칙성을 갖게 하여 배치하는 것은, 유전자 검사를 행하는 조작성의 관점에서 바람직하다. 그리고, 도 4의 (A)에 나타내어진 카트리지(110)는, 씰 부착 시약 셀(113b∼113i)에 따라서, 각각 플랜지(114b∼114i)를 가지고 있다.
씰 부착 시약 셀(113)의 개구부에는, 시약을 수납하기 위한 씰(115)이 첩부되어 있다. 씰(115)에 의해, 씰 부착 시약 셀(113)의 개구부가 막혀 있는 것에 의해, 씰 부착 시약 셀(113)의 내부는 밀폐되어 있다. 즉, 씰(115)은 씰 부착 시약 셀(113)의 덮개로서 기능한다. 씰(115)에 의해, 씰 부착 시약 셀(113)의 내부에 보유되어 있는 시약은, 외기와 접촉하는 일이 없다. 그러므로, 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약이 유전자 검사를 하는 각 공정에 있어서, 해당 시약에 불순물이 혼입하는 것으로부터 회피할 수 있고, 또한, 해당 시약이 산소, 물, 이산화탄소 등과 반응하는 것으로부터 회피할 수 있다. 그리고, 도 4의 (A)에 나타내어진 씰(115)은, 2개의 씰 부착 시약 셀(113), 피어싱 칩(117), 인젝션 칩(118), 피펫 칩(119)이 각각 수납되어 있는 카트리지 기체(111)의 표면을 피복하고 있다. 또한, 도 4의 (A)에 나타내어진 씰(115)은, 카트리지 기체(111)를 식별하기 위해 사용되고 있는 2차원 바코드를 피복하고 있다. 즉, 씰(115)은 2차원 바코드를 감추는 역할을 가지고 있다.
씰(115)은 카트리지 기체(111)의 표면 및 플랜지(114)와 밀착한다. 씰(115)로서 채용할 수 있는 재료는, 카트리지 기체(111) 및 플랜지(114)를 구성하는 재료와 밀착할 수 있는 것이 필요하다. 또한, 씰(115)로서 채용할 수 있는 재료는, 유전자 검사를 실행할 때의 온도, 압력, 습도에 적합할 수 있고, 적절한 기계적 강도를 구비하고 있는 것이 필요하다.
또한, 씰(115)은 카트리지 기체(111)와의 충분한 밀착성을 필요로 한다. 그 이유는, 씰(115)과 카트리지 기체(111)의 접착력이 충분하지 않을 경우에는, 후술하는 피어싱 칩(117)의 선단부가 씰(115)에 접촉했을 때, 씰 부착 시약 셀(113)의 내부에 씰(115) 전체가 끌려 들어가 버리기 때문이다.
구체적으로 씰(115)로서는, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 아크릴 고무, 에틸렌프로필렌 고무 등의 합성 고무, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌, 사불화에틸렌 수지 등의 플라스틱으로 이루어지는 박막, 알루미늄 박막 등의 금속 박막을 예시할 수 있다. 씰(115)은, 단층의 박막으로 구성되어 있어도 되고, 동일 또는 상이한 재료로 이루어지는 단층을 복수 중합하여 구성된 다층의 박막이어도 된다. 예를 들면, 알루미늄층과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층으로 이루어지는 다층의 박막이어도 된다.
씰(115)은 피어싱 칩(117)의 선단부가 관통하는 것에 의해 구멍을 형성할 수 있는 두께를 가진다. 씰(115)의 두께로서는, 씰 부착 시약 셀(113)의 밀봉성을 유지할 수 있고, 피어싱 칩(117)의 선단부에 의해, 구멍을 낼 수 있는 두께라면, 특별히 제한되지 않는다.
또한, 씰(115)은 투명, 반투명, 불투명이어도 된다. 씰(115)이 투명 또는 반투명인 경우에는, 씰 부착 시약 셀(113)의 개구부에 씰(115)이 첩부된 후라도, 씰 부착 시약 셀(113)의 개구부를 외부로부터 인식할 수 있다. 씰 부착 시약 셀(113)의 개구부에 첩부된 씰(115)에는, 기호, 번호, 색채 등의 마킹을 해도 된다. 또한, 카트리지(110)에는, 카트리지 기체(111)를 식별하기 위한 2차원 바코드(35)가 부가되어 있어도 된다. 이 경우에는, 씰(115)을 불투명으로 해도 된다.
도 4의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 카트리지 기체(111)에 형성되어 있는 하나의 칩 구멍(116)에는, 제1 셀(1161)이 끼워 넣어져 있다. 제1 셀(1161)에는, 씰 부착 시약 셀(113)이 가지는 씰(115)에 구멍을 내기 위한 피어싱 칩(117)이 수납되어 있다. 피어싱 칩(117)의 선단부는 원뿔 형상을 가지고, 뾰족한 형상을 하고 있다. 그러므로, 피어싱 칩(117)의 선단부를 씰(115)의 표면과 접촉시키고, 압력을 가함으로써, 씰(115)에 피펫 칩(119)이 삽통할 수 있는 구멍이 형성된다.
그리고, 도 4의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 피어싱 칩(117)을 수납하기 위한 케이스(1191)가 도시되어 있다. 즉, 제1 셀(1161)은, 카트리지 기체(111)에 설치된 피어싱 칩(117)을 수납하기 위한 케이스(1191)를 가지고 있어도 된다.
또한, 도 4의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 카트리지 기체(111)에 형성되어 있는 다른 하나의 칩 구멍(116)에는, 제2 셀(1162)이 끼워 넣어져 있다. 제2 셀(1162)에는, 핵산을 포함하는 용액을 보유하고, 후술하는 검사 칩(220)에 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하기 위한 인젝션 칩(118)이 수납되어 있다.
그리고, 도 4의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 인젝션 칩(118)을 수납하기 위한 케이스(1191)가 도시되어 있다. 즉, 제2 셀(1162)은, 카트리지 기체(111)에 설치된 인젝션 칩(118)을 수납하기 위한 케이스(1191)를 가지고 있어도 된다.
또한, 도 4의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 카트리지 기체(111)에 형성되어 있는 또 다른 하나의 칩 구멍(116)에는, 제3 셀(1163)이 끼워 넣어져 있다. 제3 셀(1163)에는, 씰 부착 시약 셀(113)의 내부에 보유되어 있는 시약을 흡인하고, 반응 셀(120)에 상기 시약을 이동시키기 위한 피펫 칩(119)이 수납되어 있다. 도 4의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 피펫 칩(119)을 수납하기 위한 케이스(1191)가 도시되어 있다. 즉, 제3 셀(1163)은, 피펫 칩(119)을 수납하기 위한 케이스(1191)를 가지고 있어도 된다. 카트리지 기체(111)에 형성된 칩 구멍(116)의 개수는 특별히 제한되는 것이 아니고, 필요에 따라 적절히 설정할 수 있다.
도 4의 (B)는 카트리지(110)의 상면도이다. 도 4의 (B)에 나타내어진 바와 같이, 씰(115)은 2개의 씰 부착 시약 셀(113), 피어싱 칩(117), 인젝션 칩(118), 피펫 칩(119)이 각각 수납되어 있는 카트리지 기체(111)의 표면을 피복하고 있다. 또한, 씰(115)은 카트리지 기체(111)를 식별하기 위한 2차원 바코드를 피복하고 있다. 도 4의 (B)에 나타내어진 씰(115)은 카트리지 기체(111)의 일부분을 피복하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 씰(115)은 카트리지 기체(111)의 전체면을 피복하고 있어도 된다. 또한, 씰(115)로서, 2종류 이상의 시트를 씰(115)로서 채용해도 된다. 2종류 이상의 시트를 씰 부착 시약 셀(113), 피어싱 칩(117), 인젝션 칩(118), 피펫 칩(119)의 각각 수납되어 있는 카트리지 기체(111)의 각각의 표면에 첩부해도 된다.
도 4의 (C)는 카트리지(110)의 단면도이다. 도 4의 (C)에 나타내어진 바와 같이, 카트리지(110)는, 좌측으로부터 순서대로 피어싱 칩(117), 인젝션 칩(118), 피펫 칩(119)을 구비하고 있다. 피어싱 칩(117), 인젝션 칩(118), 피펫 칩(119)의 배치는, 조작상 문제가 없는 한, 특별히 한정되는 것이 아니다. 도 4의 (C)에 나타내어진 카트리지(110)는, 피어싱 칩(117)을 수납하기 위한 케이스(1191), 인젝션 칩(118)을 수납하기 위한 케이스(1191), 피펫 칩(119)을 수납하기 위한 케이스(1191)를 구비하고 있다. 도 4의 (C)에 나타내어진 바와 같이, 시트(115)는 피어싱 칩(117), 인젝션 칩(118), 피펫 칩(119)이 카트리지 기체(111)로부터 탈락하는 것을 방지하기 위해 설치되어 있다.
그리고, 인젝션 칩(118)의 선단에는, 시약을 주입하기 위한 주사바늘(1181)이 설치되어 있다. 주사바늘(1181)은 상기 케이스(1191)의 내부에 수납되어 있다. 그러므로, 주사바늘(1181)이 외기와 접하는 일이 없다.
도 4의 (D)에 나타내어진 반응 셀(120)은, 유전자 검사의 대상이 되는 검체가 도입되는 셀이다. 반응 셀(120)에는, 카트리지(110)가 구비하고 있는 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약이 도입된다. 반응 셀(120) 내에 있어서, 검체는 시약과 반응한다. 그리고, 반응 셀(120) 내에 있어서, 검체에 포함되는 핵산이 추출 정제된다.
제1 유닛은, 카트리지(110)와 반응 셀(120) 사이에 있어서, 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약을 이동시키는 피펫팅 기구(130)와, 반응 셀(120)을 전처리하기 위한 전처리 기구(140)를 구비하고 있다.
도 5는, 피펫팅 기구(130), 반응 셀(120) 및 전처리 기구(140)를 구비한 제1 유닛의 구성을 나타낸 모델도이다. 도 5의 (A)는, 카트리지(110)가 구비하고 있는 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약을 피펫팅 기구(130)(피펫 칩(119))에 의해 흡인하고, 반응 셀(120)에 도입하고, 전처리 기구(140)에 세팅할 때까지의 개요를 나타낸다.
도 5의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 피펫팅 기구(130)는, 피펫 칩(119)과 피펫 헤드(131)와 구동부(132)로 구성되어 있다. 피펫 헤드(131)의 하방 선단부에는 피펫 칩(119)이 연결되어 있다. 피펫 헤드(131)는 하방 선단부에 볼록부를 가지고 있다. 이 볼록부에는 피펫 칩(119) 등의 각종 칩을 연결할 수 있다. 피펫 헤드(131)의 하방 선단부에 피펫 칩(119)을 끼워맞추는 것에 의해, 피펫 헤드(131)는 피펫팅 기구(130)로서 기능한다. 즉, 피펫 헤드(131)는, 하방 선단부에 각종 칩을 장착하는 것에 의해, 필요한 기능을 구비할 수 있다.
피펫 헤드(131)는 구동부(132)와 연결되어 있다. 구동부(132)는, 카트리지(110)의 평면을 포함하는 XY 평면을 자유롭게 이동할 수 있다. 또한, 구동부(132)는, 카트리지(110)의 상하 방향을 포함한 Z축 방향을 자유롭게 이동할 수 있다. 또한, 구동부(132)는, 반응 셀(120)의 개구부를 포함하는 XY 평면을 이동할 수 있다. 구동부(132)는, 반응 셀(120)의 개구부 상하 방향을 포함한 Z축 방향을 이동할 수 있다. 즉, 구동부(132)는 XYZ축의 3차원 구동을 할 수 있다.
구동부(132)는 제어부(133)에 의해 제어되고 있다. 제어부(133)는, 유전자 검사에 필요한 조작을 할 수 있는 위치에 구동부(132)를 이동시킬 수 있는 부재라면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 제어부(133)로서는, XYZ 로봇, 3차원 로봇 등을 예시할 수 있다.
도 5의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 제1 유닛은, 반응 셀(120)에 도입된 검체에 포함되는 핵산을 전처리하기 위한 전처리 기구(140)를 구비하고 있다. 전처리 기구(140)는, 반응 셀(120)에 도입된 핵산을 추출 정제하기 위해 필요한 조작을 행하기 위한 각 처리부를 가지고 있다. 도 5의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 전처리 기구(140)는 가열 냉각 처리부(141), 교반 처리부(142), 자계 인가 처리부(143)를 가지고 있다. 전처리 기구(140)는, 가열 냉각 처리부(141), 교반 처리부(142), 자계 인가 처리부(143)로부터 선택되는 적어도 하나의 처리부를 가진다. 전처리 기구(140)가 가지는 처리부는, 유전자 검사에 필요한 처리에 따라 처리부를 적절히 설정할 수 있다.
가열 냉각 처리부(141)는, 반응 셀(120)을 가열 또는 냉각하기 위해 필요한 히터(1411)를 그 내부에 구비하고 있다. 교반 처리부(142)는, 지지 부재(142)에 의해 지지되어 있다. 또한, 자계 인가 처리부(143)는, 반응 셀(120)에 자계를 인가하기 위해 필요한 자석(1431) 등을 그 내부에 구비하고 있다.
도 5의 (B)는 각 처리부의 확대도이다. 도 5의 (B)에 나타내어진 바와 같이, 핵산과 시약이 유지된 반응 셀(120)은 교반 처리부(142)에 삽입된다. 교반 처리부(142)는 지지 부재(144)와 연결되어 있다. 지지 부재(144)의 연결부(1441)가 회전함으로써, 교반 처리부(142)는 회전하고, 반응 셀(120)도 회전한다. 그리고, 연결부(1441)에는, 회전에 필요한 토크를 발생시키기 위한 구동 모터 등이 채용되고 있다.
교반 처리부(142)는 회전 방향, 회전 속도, 회전 형태 등을 필요에 따라, 적절히 설정할 수 있다. 또한, 교반 처리부(142)가 행하는 회전을 편심회전으로 설정하는 것도 가능하다. 예를 들면, 교반 처리부(142)가 편심회전을 함으로써, 종래에 있어서 실시되고 있는 피펫팅 교반에 비하여, 약 10분의 1의 시간으로 교반 효과를 얻을 수 있다. 또한, 교반 처리부(142)가 편심회전을 함으로써, 유전자 검사에 필요로 하는 토탈 프로세스의 단축에 기여할 수 있다.
(제1 유닛을 이용한 전처리)
다음으로, 제1 유닛을 이용한 전처리에 대하여 설명한다. 제1 유닛을 이용한 전처리란, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 것을 의미한다. 도 6은, 복수의 시약을 구비한 카트리지(110)와, 피어싱 칩(117)의 관계를 나타낸 모델도이다.
피펫 헤드(131)는, 구동부(132)가 이동함으로써, 카트리지(110) 내의 소정의 위치에 있어서 정지한다. 피펫 헤드(131)는, 카트리지(110)에 설치되어 있는 피어싱 칩(117)이 수납되어 있는 칩 구멍(116)의 위쪽에 위치 결정을 행한다. 피펫 헤드(131)는, 피어싱 칩(117)이 수납되어 있는 칩 구멍(116)의 위쪽에 대응하는 XY 평면의 위치를 확정하고, 정지한다.
피펫 헤드(131)는 Z축 방향 하향으로 강하한다. 피펫 헤드(131)가 Z축 방향 하향으로 강하함으로써, 피펫 헤드(131)의 선단부가 피어싱 칩(117)과 끼워맞추어진다. 또한, 피펫 헤드(131)의 선단부가 피어싱 칩(117)과 끼워맞춤한 상태에서 Z축 방향 하향으로 압력을 가하면, 피펫 헤드(131)의 선단부가 피어싱 칩(117)과 연결된다. 이와 같이, 피펫 헤드(131)는 피어싱 칩(117)을 픽업할 수 있다. 여기에서, 피어싱 칩(117)이 연결된 피펫 헤드(131)를 제1 기구(134)로 정의한다.
제1 기구(134)는 Z축 방향 상향으로 이동한다. 계속해서, 제1 기구(134)는, 카트리지(110)에 설치되어 있는 시약이 보유되어 있는 씰 부착 시약 셀(113)의 위쪽에 위치 결정을 행한다. 제1 기구(134)는, 씰 부착 시약 셀(113)의 위쪽에 대응하는 XY 평면의 위치를 확정하고, 정지한다.
제1 기구(134)는 Z축 방향 하향으로 강하한다. 제1 기구(134)가 Z축 방향 하향으로 강하함으로써, 제1 기구(134)의 피어싱 칩(117)의 선단부가 씰 부착 시약 셀(113)의 씰(115)에 접촉한다. 제1 기구(134)는 Z축 방향 하향으로 더 강하한다. 그 결과, 씰(115)에는 소정의 압력이 가해지고, 제1 기구(134)는, 씰(115)에 소정의 구멍 직경을 가지는 구멍을 낸다. 제1 기구(134)에 의해 씰(115)에 내어진 구멍은, 피펫 칩(119)이 삽통할 수 있기 위해 충분한 크기를 가진다. 후술하는 바와 같이, 씰(115)에 내어진 구멍을 이용하여, 피펫 칩(119)에 의한 시약의 흡인을 행한다.
제1 기구(134)는, 씰(115)에 구멍을 낸 후, 피펫 헤드(131)에 장착되어 있는 피어싱 칩(117)을 피어싱 칩(117)이 수납되어 있던 칩 구멍(116)에 반환한다. 씰(115)에 복수의 구멍을 낼 필요가 있는 경우에는, 제1 기구(134)를 이동시키는 조작을 반복하여 행한다. 다음으로, 피펫 헤드(131)의 선단부는 피펫 칩(119)을 장착하는 준비를 한다.
도 7은, 복수의 시약을 구비한 카트리지(110)와, 시약을 이동시키는 피펫 칩(119)의 관계를 나타낸 모델도이다. 피펫 헤드(131)는, 피펫 칩(119)이 수납되어 있는 칩 구멍(116)의 위쪽에 대응하는 XY 평면의 위치를 확정하고, 정지한다. 피펫 헤드(131)가 Z축 방향 하향으로 강하함으로써, 피펫 헤드(131)의 선단부가 피펫 칩(119)과 연결된다. 피펫 헤드(131)는 피펫 칩(119)을 픽업할 수 있다. 여기에서, 피펫 칩(119)이 연결된 피펫 헤드(131)를 제2 기구(135)로 정의한다.
제2 기구(135)는 Z축 방향 상향으로 상승한다. 제2 기구(135)는, 씰 부착 시약 셀(113)의 씰(115)에 형성된 구멍의 위쪽에 대응하는 XY 평면의 위치를 확정하고, 정지한다. 제2 기구(135)는 Z축 방향 하향으로 강하한다. 제2 기구(135)는, Z축 방향 하향으로 강하함으로써, 상기 구멍을 통과하고, 피펫 칩(119)의 선단부가 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약에 접촉한다. 그리고, 제2 기구(135)의 피펫 칩(119)은, 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약을 흡인한다. 시약을 흡인한 피펫 칩(119)은 반응 셀(120)로 이동하고, 흡인한 시약을 반응 셀(120)에 토출한다. 반응 셀(120)의 내부에 있어서, 핵산을 포함하는 검체와 시약이 반응한다.
또한, 제2 기구(135)의 피펫 칩(119)은, 핵산을 포함하는 용액과 시약이 반응한 용액을 흡인하고, 별도의 씰 부착 시약 셀(113)에 토출할 수도 있다. 제2 기구(135)의 피펫 칩(119)은, 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약을 흡인하는 프로세스, 반응 셀(120)로의 시약의 토출을 하는 프로세스를 반복할 수 있다. 또한, 제2 기구(135)의 피펫 칩(119)은, 반응 셀(120)에 보유된 핵산을 포함하는 검체와 시약이 반응한 용액을 흡인하는 프로세스, 별도의 씰 부착 시약 셀(113)로의 해당 용액을 토출하는 프로세스를 반복할 수 있다. 그리고, 제어부(133)는 제2 기구(135)의 이동을 제어한다.
도 8은, 제1 유닛을 이용하여 전처리되는 것에 의해 얻어진 핵산을 포함하는 용액을 인젝션 칩(118)에 주입할 때까지의 제2 기구(135)의 동작을 나타낸 모델도이다.
도 8에 나타내어진 바와 같이, 제2 기구(135)는, 반응 셀(120)과 씰 부착 시약 셀(113) 사이를 이동하고, 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 시약을 흡인 또는 토출함으로써, 검체로부터 핵산을 추출 정제하기 위해 필요한 조작을 실행한다. 최종적으로 반응 셀(120)은, 그 내부에 있어서, 추출 정제의 프로세스가 완료된 후, 핵산을 포함하는 용액을 보유한다. 반응 셀(120)의 내부에 있어서 보유되어 있는 핵산을 포함하는 용액은 제2 기구(135)에 의해 흡인된 후, 카트리지(110)에 설치되어 있는 인젝션 칩(118)에 토출된다. 이와 같이, 본 발명의 전자동 유전자 검사 장치(1)에 있어서는, 제1 유닛에 의해 검체로부터 핵산을 추출 정제할 수 있고, 핵산을 추출 정제하기 위해 필요한 각 조작이 전자동으로 실행된다.
도 9는, 제1 유닛을 이용한 핵산을 추출 정제하는 각 공정을 나타낸 플로차트(프로토콜)이다. 최초에, 반응 셀(120)의 내부에 있어서, 핵산을 포함하는 검체에 피펫 칩(119)을 사용하여 흡인한 Lysis Buffer 등의 세포 용해 버퍼를 가하여, 용해시킨다. 해당 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 가열 냉각 처리부(141)에 삽입하여 가열한다. 가열한 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 교반 처리부(142)에 삽입하여 편심교반을 행하고, 검체에 포함되는 핵산을 추출한다(스텝 1).
스텝 1을 경유한 반응 셀(120)의 내부에, 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 자기(磁氣) 비즈 용액, Binding Buffer 등의 버퍼를 적하한다. 해당 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 가열 냉각 처리부(141)에 삽입하여 가열한다. 가열한 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 교반 처리부(142)에 삽입하여 편심교반하고, 추출된 핵산을 상기 자기 비즈에 흡착시킨다(스텝 2). 그리고, 제1 유닛은, 상기 스텝 1 및 스텝 2를 별개의 공정으로 하지 않고, 스텝 1 및 스텝 2의 각 공정에 있어서 행해지는 조작을 1회의 공정에 의해 행할 수도 있다. 즉, 제1 유닛의 구조를 스텝 1 및 스텝 2를 1회의 공정에 의해 완결할 수 있는 구조로 해도 된다.
스텝 2를 경유한 반응 셀(120)을 전처리 기구의 자기 인가 처리부(143)에 삽입하여 자기를 인가하고, 반응 셀(120) 중에 존재하는 자기 비즈를 분리시킨다. 상기 반응 셀(120) 중에 존재하는 Lysis Buffer 등의 세포 용해 버퍼를 피펫 칩(119)에 의해 제거한다(스텝 3).
스텝 3을 경유한 반응 셀(120)에 씰 부착 시약 셀(113)에 보유되어 있는 세정액을, 피펫 칩(119)을 이용하여 적하한다. 세정액을 포함한 반응 셀(120)을 전처리 기구의 가열 냉각 처리부(141)에 삽입하여 가열한다. 가열한 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 교반 처리부(142)에 삽입하여 편심교반하고, 상기 자기 비즈를 세정한다(스텝 4).
스텝 4을 경유한 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 자기 인가 처리부(143)에 삽입하여 자기를 인가하고, 반응 셀(120) 중에 존재하는 자기 비즈를 분리시킨다. 상기 반응 셀(120)의 내부에 존재하는 세정액을, 피펫 칩(119)을 이용하여 제거한다. 세정액이 제거된 반응 셀(120)의 내부에 Elution Buffer 등의 버퍼를 적하한다. 버퍼를 포함한 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 가열 냉각 처리부(141)에 삽입하여 가열한다. 가열한 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 교반 처리부(142)에 삽입하여 편심교반하고, 핵산을 용출시킨다(스텝 5).
스텝 5를 경유한 반응 셀(120)을 전처리 기구(140)의 자기 인가 처리부(143)에 삽입하여 자기를 인가하고, 반응 셀(120) 중에 존재하는 자기 비즈를 분리시킨다. 자기 비즈를 분리시킴으로써, 용출된 용액을 추출 정제 용액으로 한다(스텝 6). 이와 같이, 전자동 유전자 검사 장치(1)가 구비하고 있는 제1 유닛은, 도 9에 나타내어진 프로토콜에 의해 검체로부터 핵산을 추출 정제할 수 있다.
핵산을 포함하는 검체로부터 추출 정제된 핵산을 포함하는 용액은, 피펫 칩(119)에 의해 흡인된다. 그리고, 해당 핵산을 포함하는 용액은, 카트리지(110)에 수납되어 있는 인젝션 칩(118)에 토출된다. 그 후, 피펫 칩(119)은, 카트리지(110) 내에 형성되어 있는 칩 구멍(116)을 삽통하고, 피펫 칩 케이스(1191) 내에 수납된다.
(제2 유닛의 구성)
제2 유닛은, 제1 유닛을 이용하여 얻어진 핵산을 증폭하기 위한 반응장을 가지는 검사 칩에 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 유닛이다. 제2 유닛은, 인젝션 기구(210)와, 핵산을 증폭하기 위한 반응장을 가지는 검사 칩(220)을 구비하고 있다. 도 10은, 제2 유닛의 구성을 나타낸 개요도이다. 도 10에 나타내어진 바와 같이, 제2 유닛이 구비하고 있는 인젝션 기구(210)는, 피펫 헤드(131)와 피어싱 칩(117)과 인젝션 칩(118)의 3개의 부재로 구성되어 있다.
피펫 헤드(131)의 선단부는 볼록부를 가지고 있고, 피어싱 칩(117)의 오목부와 연결되어 있다. 피어싱 칩(117)의 하방 선단부는 원뿔 형상을 가지고 있고, 인젝션 칩(118)의 개구부와 끼워맞출 수 있다. 인젝션 칩(118)의 하방 선단부에는 주사바늘(1181)이 접속되어 있다. 인젝션 칩(118)은, 제1 유닛에 의해, 추출 정제된 핵산을 포함하는 용액을 보유하는 부분인 시린지(1182)와 상기 시린지(1182)에 접속되어 있는 주사바늘(1181)을 가지고 있다.
또한, 제2 유닛은, 제1 유닛을 사용함으로써 추출 정제된 핵산을 증폭하기 위한 복수의 반응장을 가지는 검사 칩(220)을 구비하고 있다. 검사 칩(220)은 그 내부(221)에 복수의 반응장(222)을 가지고 있다. 검사 칩(220)은, 그 내부(221)에 하나의 반응장(222)과 다른 반응장(222)을 연결하는 역할을 가지는 마이크로 유로(223)를 가지고 있다. 마이크로 유로(223)는, 복수의 반응장(222)을 연결하기 위해 복수의 유로로 구성되어 있다.
검사 칩(220)은 주입공(224)을 가지고 있다. 주입공(224)은 주사바늘(1181)이 삽입되기 위한 밸브로서 기능한다. 주사바늘(1181)을 통하여, 인젝션 칩(118)에 보유되어 있는 핵산을 포함하는 용액이 주입공(224)을 통하여, 검사 칩(220)의 전체에 주입된다.
주입공(224)을 구성하는 부재로서는, 검사 칩(220)의 내부(221)를 감압 상태로 유지할 수 있는 자기봉지성을 가지는 부재이면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 주입공(224)으로서 채용할 수 있는 재료로서는, 실리콘 수지, 아크릴 실리콘 수지, 폴리염화비닐 수지, 스티렌·부타디엔 공중합체 수지 등을 예시할 수 있다.
검사 칩(220)은 밀폐계로 되어 있고, 그 내부(221)의 압력은 대기압보다 낮게 설정된 감압으로 되어 있다. 검사 칩(220)의 내부(221)는, 자기봉지성을 가지는 부재에 의해 구성되는 주입공(224)에 의해, 밀폐계를 유지할 수 있다. 검사 칩(220)을 구성하는 반응장(222) 및 마이크로 유로(223)는, 감암된 상태를 유지하고 있다.
검사 칩(220)의 반응장(222)에는, 미리 핵산 증폭 및 핵산 검출을 하기 위해 필요한 시약이 건조되고, 고정화되어 있다. 핵산을 증폭하기 위해 필요한 시약 및 핵산을 검출하기 위해 필요한 시약이란, 프라이머, 프로브, 기질, 효소 등의 시약을 예시할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 필요한 시약은, 반응장(222)에 있어서 행해지는 핵산 증폭 반응 및 핵산 검출 반응에 의해 적절히 채택된다.
검사 칩(220)의 반응장(222)에 있어서 적용되는 핵산 증폭 반응은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 핵산 증폭 반응은, 이하의 반응을 이용한 것이어도 된다. 구체적으로는, 핵산 증폭 반응으로서는, 표적 영역에 2종류의 프라이머를 설정하고, 온도를 변화시키면서, 표적 유전자를 100만∼1,000만배로 증폭시키는 PCR(Polymerase Chain Reaction)법을 예시할 수 있다. 또한, DNA 폴리머라제의 사슬 치환 활성을 이용한 등온 증폭법인, LAMP(Loop-mediated isothermal Amplification)법, SDA(Strand Displacement Amplification)법을 예시할 수 있다. 또한, T7 RNA 폴리머라제를 이용하고, RNA를 최종 증폭 산물로 하는 증폭법으로서, TMA(Transcription Mediated Amplification)법, NASBA(Nucleic Acid Sequence Based Amplification)법, TRC(Transcription-Reverse transcription Concerted)법을 예시할 수 있다.
(제2 유닛을 이용한 핵산을 포함하는 용액의 검사 칩으로의 주입)
다음으로, 제2 유닛을 이용한 핵산을 포함하는 용액의 검사 칩(220)으로의 주입에 대하여 설명한다. 핵산을 포함하는 용액의 검사 칩(220)으로의 주입이란, 인젝션 칩(118)의 내부에 보유되어 있는 핵산을 포함하는 용액을 주입공(224)에 주입하는 것을 의미한다.
도 10에 나타내어진 바와 같이, 피펫 헤드(131)는, 카트리지(110)에 수납되어 있는 피어싱 칩(117)을 다시 픽업한다. 여기에서, 피어싱 칩(117)이 연결된 피펫 헤드(131)를 제3 기구(211)로 정의한다. 제3 기구(211)의 하방 선단부가 되고 있는 피어싱 칩(117)의 선단부는, 인젝션 칩(118)과 연결된다. 피펫 헤드(131)와 피어싱 칩(117)과 인젝션 칩(118)의 3개의 부재로부터 인젝션 기구(210)가 형성된다. 여기에서, 인젝션 칩(118)의 시린지(1182) 내부에는, 제1 유닛을 이용한 전처리의 최종 단계에 있어서 얻어진 핵산을 포함하는 용액이 보유되어 있다.
핵산을 포함하는 용액이 보유되어 있는 인젝션 기구(210)는, 검사 칩(220)의 주입공(224)의 위쪽에 대응하는 XY 평면의 위치를 확정하고, 정지한다. 인젝션 기구(210)가 Z축 방향 하향으로 강하함으로써, 인젝션 칩(118)의 선단부에 설치되어 있는 주사바늘(1181)은 주입공(224)에 꽂힌다. 이 때, 인젝션 칩(118)의 시린지(1182) 내부와 검사 칩(220)의 내부(221)에 존재하고 있는 반응장(222) 및 마이크로 유로(223)가 주사바늘(1181)을 통하여 연결된다.
도 11은, 인젝션 칩(118)과 피어싱 칩(117)이 연결되어 있는 상태를 나타낸 모델도이다. 도 11의 (A)는, 인젝션 칩(118)과 피어싱 칩(117)이 연결되어 있는 상태의 상면도이다. 도 11의 (B)는, 인젝션 칩(118)과 피어싱 칩(117)이 연결되어 있는 상태의 단면도이다. 그리고, 도 11에는, 피어싱 칩(117) 및 인젝션 칩(118)을 관통하는 에어 패스(1171, 1172)의 위치가 상이한 2개의 형태가 나타내어져 있다.
도 11에 나타내어진 바와 같이, 인젝션 칩(118)은, 대기와 연결되는 공기의 통로인 에어 패스(1171, 1172)를 통하여 개방계로 되어 있고, 인젝션 칩(118)의 시린지(1182)에 보유되어 있는 핵산을 포함하는 용액에는, 대기압이 걸린다. 한편, 전술한 바와 같이, 검사 칩(220)의 내부(221)의 압력은, 대기압에 대하여 감압으로 되어 있다. 그러므로, 인젝션 칩(118)의 시린지(1182) 내부와 검사 칩(220)의 내부(221)가 주사바늘(1181)을 통하여 연결되는 것에 의해, 인젝션 칩(118)의 시린지(1182) 내에 보유되어 있는 핵산을 포함하는 용액은, 대기압에 의해 밀어내어진다.
본 발명의 전자동 유전자 검사 장치(1)가 구비하고 있는 제2 유닛을 구성하는 인젝션 기구(210)는, 에어 패스(1171, 1172)를 설치한 간단한 구조를 채용하는 것에 의해, 대기압와 검사 칩(220) 내부(221)의 압력의 차압을 이용하여, 핵산을 포함하는 용액을 검사 칩(220)의 내부(221)에 매우 용이하고 또한 안전하게 주입할 수 있다. 그리고, 상기 인젝션 기구(210)는 에어 패스(1171, 1172)를 설치함으로써, 핵산을 포함하는 용액에 압력을 가한 형태를 채용하고 있지만, 핵산을 포함하는 용액에 압력을 가할 수 있는 형태는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제3 기구(211)를 구성하는 피펫 헤드(131)에 의해, 핵산을 포함하는 용액에 압력을 가해도 된다.
제2 유닛이 구비하고 있는 인젝션 기구(210)는, 피어싱 칩(117)이 연결된 피펫 헤드(131)인 제3 기구(211)의 선단부에 인젝션 칩(118)을 구비하고 있다. 인젝션 기구(210)에 있어서, 피펫 헤드(131)와 인젝션 칩(118) 사이에 피어싱 칩(117)이 개입하여 존재하고 있는 것은, 제1 유닛에 의해 얻어진 추출 정제된 핵산을 포함하는 용액에 의한 피펫 헤드(131)의 오염 방지에 효과가 있다.
이와 같이, 제2 유닛에 있어서, 인젝션 기구(210)는, 검사 칩(220)에 핵산을 포함하는 용액을 주입한 후, 인젝션 칩(118), 피어싱 칩(117)을 카트리지(110)에 형성된 각각의 칩 구멍(116)에 반환한다.
검사 칩(220)은, 인젝션 기구(210)가 검사 칩(220)에 핵산을 포함하는 용액을 주입한 후, 상기 검사 칩(220)을 진동시키는 제4 기구를 구비하고 있어도 된다. 해당 제4 기구에 의한 진동은 회전, 정지, 횡진동이어도 된다. 이 제4 기구에 의해, 검사 칩(220)은 진동한다. 검사 칩(220)의 진동에 의해, 반응장(222)에 고정화되어 있는, 프라이머, 프로브, 기질, 효소 등의 시약과 주입된 핵산을 포함하는 용액이 충분히 혼합하고, 핵산 증폭 반응의 반응성을 향상시킬 수 있다. 제4 기구에 의한 진동은 검사 칩(220)을 진동할 수 있으면, 특별히 제한되는 것이 아니고, 모터 등을 채용함으로써 행할 수 있다. 또한, 제4 기구는, 검사 칩(220)을 진동시킬 수 있는 위치인 검사 칩(220)의 주변에 설치할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자동 유전자 검사 장치(1)는, 주사바늘(1181)의 선단부가 가지는 위치 정보를 적어도 2방향으로부터 검출하고, 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 주입공(224)의 위치에 상기 주사바늘(1181)의 선단부 위치를 보정하기 위한 제어 기구(225)를 구비하고 있어도 된다.
도 12는, 주사바늘(1181)와 검사 칩(220)의 관계를 나타낸 모델도이다. 도 12에 나타내어진 바와 같이, 검사 칩(220)의 X축 상, 및 Y축 상에는, 각각 카메라(2251), 카메라(2252)가 설치되어 있다. 제어 기구(225)는 카메라(2251) 및 카메라(2252)로 구성된다. 카메라(2251) 및 카메라(2252)에 의해, 주사바늘(1181)이 가지는 XY 평면 상의 위치 정보(1)를 취득할 수 있다. 또한, 제어 기구(225)는, 검사 칩(220)에 형성되어 있는 주입공(224)이 가지는 XY 평면 상의 위치 정보(2)를 미리 보유하고 있다. 제어 기구(225)는, 취득된 위치 정보(1)와 보유하고 있는 위치 정보(2)를 비교함으로써, 주사바늘(1181)이 실제로 위치하고 있는 XY 평면 상의 좌표와, 제어 기구(225)가 미리 보유하고 있는 XY 평면 상의 좌표의 편차를 인식할 수 있다.
제어 기구(225)는, XY 평면 상의 좌표간의 편차를 인식하고, 주사바늘(1181)이 실제로 위치하고 있는 XY 평면 상의 좌표와, 제어 기구가 미리 보유하고 있는 XY 평면 상의 좌표가 정확하게 일치하도록, 주사바늘(1181)의 위치를 제어한다.
구체적으로는, 2방향으로부터 카메라를 이용하여 주사바늘(1181)의 위치를 촬영한다. 주사바늘(1181)의 좌표를 화상 처리에 의해 특정하고, 피드백 제어를 함으로써, ±0.1㎜ 이하의 정밀도로, 주사바늘(1181)의 바늘끝 위치를 제어할 수 있다.
예를 들면, 외경이 0.5㎜ 정도인 주사바늘(1181)에는, 약간의 구부러짐이나, 인젝션 칩의 용기 부분(예를 들면, 폴리프로필렌 수지의 사출 성형품)으로의 장착 오차가 발생하는 것에 의해, 주사바늘의 선단 위치가 ± 0.3㎜ 정도 흐트러진다. 주입공(224)의 직경이 1.0㎜인 경우, 검사 칩(220) 등의 검사 칩의 위치 결정 오차와 주사바늘(1181)의 위치의 흐트러짐에 의해, 주입공(224)에 주사바늘(1181)의 바늘끝을 삽입할 수 없는 경우도 있다.
그러므로, ±0.1㎜ 이하의 정밀도로, 주사바늘(1181)의 바늘끝 위치를 제어할 수 있는 것은, 검사 칩(220) 등의 검사 칩의 위치 결정 정밀도가 ±0.2㎜ 정도이면, 정확하고, 또한 충분히 주사바늘(1181)을 주입공(224)에 삽입할 수 있다. 그리고, 주사바늘(1181)의 위치 검출은, 카메라에 의한 화상 처리에 한정하는 것이 아니고, 적외선 등을 사용한 광학적인 위치 정보의 검출이어도 된다.
(제3 유닛의 구성)
제3 유닛은, 제2 유닛이 구비하고 있는 검사 칩(220)이 가지는 복수의 반응장(222)에 있어서 증폭된 핵산을 광학 검출하기 위한 유닛이다. 도 13의 (A)는, 제3 유닛의 구성을 나터낸 정면도이다. 도 13의 (B)는, 제3 유닛의 구성을 나타낸 좌측면도이다. 도 13에 나타내어진 바와 같이, 제3 유닛은, 상부에 배치된 여기 광학부(310)와, 검사 칩(220)을 구비한 중심부(320)와, 하부에 배치된 검출 광학부(330)로 구성되어 있다.
여기 광학부(310)는 기체(311)를 외측 프레임으로 하고, 외측으로부터 순서대로 일직선상에 배치된 여기 광원과 집광 렌즈(312), 콜리메이트 렌즈(313)로 이루어진다. 일직선상에 배치된 여기 광원과 집광 렌즈(312), 콜리메이트 렌즈(313)는, 하나의 여기 광학계를 형성한다. 도 13의 (A)에 나타내어진 제3 유닛은, 집광 렌즈(312a, 312b, 312c), 콜리메이트 렌즈(313a, 313b, 313c)로 각각 구성되는 3개의 광학계를 라인형으로 가지고 있다. 또한, 콜리메이트 렌즈(313a, 313b, 313c)의 아래쪽에는, 광학 필터(314)가 장착되어 있다.
제3 유닛은 검사 칩(220)을 고정시키는 중심부(320)를 가지고 있다. 중심부(320)는 검사 칩(220)과, 플레이트형의 검사 칩(220)을 양면으로부터 협지하기 위한 2개의 히터(321)로 구성되어 있다. 그리고, 히터(321)는 광로 확보를 위해, 애퍼쳐를 가지고 있어도 되고, 산화인듐주석(ITO) 등의 산화 금속 박막을 유리기판 상에 성막한 투명 히터를 사용해도 된다. 도 13의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 검사 칩(220)은, 세로 3×가로 3의 매트릭스상으로 배치된, 합계 9개의 반응장(222)을 가지고 있다. 각각의 반응장은, 여기 광학부(310)에 형성되는 하나의 광학계에 대응하고, 일직선상에 배치된다.
검출 광학부(330)는 기체(331)를 외측 프레임으로 하고, 검사 칩(220)측으로부터 순서로 일직선상에 배치된 집광 렌즈(332), 광학 필터(333), 검출기(334)로 이루어진다. 일직선상에 배치된 집광 렌즈(332), 광학 필터(333), 검출기(334)는, 하나의 검출 광학계를 형성한다. 도 13의 (A)에 나타내어진 제3 유닛은, 집광 렌즈(332a, 332b, 332c), 검출기(334a, 334b, 334c)로부터 각각 형성되는 3개의 검출 광학계를 라인형으로 가지고 있다.
(제3 유닛에 의한 핵산의 광학 검출)
제3 유닛에 의한 핵산의 광학 검출에 대하여 설명한다. 여기 광학부(310)에 있어서 여기 광원으로부터 발생한 광은, 집광 렌즈(312)를 통과한 후, 또한 콜리메이트 렌즈(313)를 통과한다. 콜리메이트 렌즈(313)를 통과한 광은, 광학 필터(314)에 의해 필터링된다. 필터링된 여기광은, 상측의 히터(321)에 형성되어 있는 구멍을 통과하고, 검사 칩(220)의 반응장(222)을 통과한다. 검사 칩(220)의 반응장(222)을 통과한 여기광은 집광 렌즈(332)을 통과하고, 광학 필터(333)에 의해 필터링된다. 광학 필터(333)에 의해 필터링된 여기광은, 검출기(334)에 의해 검출된다.
도 13의 (B)에 나타내어진 바와 같이, 제3 유닛에 의한 광학 검출은 복수의 광학계를 라인형으로 형성하고, 라인 스캔을 행한다. 여기 광학부(310) 및 검출 광학부(330)를 동기시켜 라인 스캔시킴으로써, 검사 칩(220)이 가지는 모든 반응장(222)을 순서대로 광학 검출할 수 있다. 그리고, 도 13에 나타내어진 제3 유닛은, 여기 광학부(310)와 검출 광학부(330)에, 각각 증폭 산물을 검출하기 위한 형광 색소에 대응한 광학 필터를 구비하고 있다. 또한, 제3 유닛의 광학 검출은, 형광 색소를 사용하는 검출이었지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제3 유닛의 광학 검출은, 핵산 증폭 반응에 의한 불용성의 부산물을 탁도로서 검출해도 된다.
이와 같이, 실시형태 1의 전자동 유전자 검사 장치(1)는, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 제1 유닛과, 핵산을 증폭하기 위한 복수의 반응장을 가지는 검사 칩에 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 제2 유닛과, 반응장에 있어서 증폭된 핵산을 광학 검출하기 위한 제3 유닛이 상호로 작용하고, 견고한 구조를 채용하고 있는 것으로부터, 유전자 검사를 전자동으로 실행할 수 있다.
또한, 전자동 유전자 검사 장치(1)가 구비하고 있는 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛은 각각 콤팩트한 구조를 가지고 있고, 유전자 검사 장치 전체로서 소형화를 도모할 수 있다. 그러므로, 전자동 유전자 검사 장치(1)는, 환자와 근접한 위치에 있어서, 유전자 검사를 행할 수 있다.
<실시형태 2>
도 14는, 실시형태 2의 전자동 유전자 검사 장치(1)의 개요를 나타낸 모델도이다. 도 14의 (A)는, 전자동 유전자 검사 장치(1)의 개요를 나타낸 상면도이다. 도 14의 (B)는, 전자동 유전자 검사 장치(1)의 개요를 나타낸 정면도이다. 실시형태 2의 전자동 유전자 검사 장치(1)의 기본적 구조는, 실시형태 1의 전자동 유전자 검사 장치와 대략 동일하다.
도 14의 (A)에 있어서, 실시형태 2의 전자동 유전자 검사 장치(1)는, 대략 원형의 판형상을 가지는 카트리지 기체(411)를 구비하고 있다. 씰 부착 시약 셀(413)이 카트리지 기체(411)의 원주 에지부를 따라, 등간격으로 원을 그리도록 설치되어 있다. 또한, 씰 부착 시약 셀(413)에 의해 형성되는 원의 내부에는, 피어싱 칩(117), 인젝션 칩(118), 피펫 칩(119)을 수납하기 위한 셀, 반응 셀(120)이 등간격으로 설치되어 있다.
또한, 도 14의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 전처리 기구(140)를 구성하고 있는 가열 냉각 처리부(141), 편심교반 처리부(142), 자계 인가 처리부(143)를 지지하는 지지 부재(444)는, 대략 원형의 판형상을 가지고 있다. 해당 지지 부재(444)는 회전할 수 있으므로, 전처리 기구(140)가 가지고 있는 각 처리부도 필요에 따라, 위치를 바꿀 수 있다.
실시형태 2의 전자동 유전자 검사 장치(1)는, 피펫팅 기구(130)를 θ방향으로 이동시킬 수 있는 구동부(432)와, 카트리지(410)를 피펫팅 기구(130)가 이동하는 궤도상에 있어서 회전시킬 수 있는 도시하지 않은 회전 기구를 구비하고 있다. 도 14의 (A)에 나타내어진 바와 같이 피펫팅 기구를 θ방향으로 이동시킬 수 있는 θZ 구동부(432)는, 피펫팅 기구를 XYZ 공간에 있어서 위치 결정한 후, θ방향으로 더 구동할 수 있다.
상기 회전 기구는 카트리지(410)를 회전시킬 수 있으므로, 씰 부착 시약 셀(413) 중에서, 전처리에 필요하게 되는 복수의 시약이 보유되어 있는 시약 셀(413)을 피펫팅 기구(130)에 접근시킬 수 있다. 카트리지(410)를 회전시키고 나서, 다음으로 전처리에 필요하게 되는 복수의 시약을 피펫팅 기구(130)에 접근시킴으로써, 피어싱 칩(117)의 픽업, 피펫 칩(119)에 의한 시약의 흡인을 신속하면서 또한 정확하게 행할 수 있다. θZ 구동부(432)는, 피펫팅 기구(130)를 θ방향으로 이동시킴으로써, 카트리지 기체(411) 상 및 지지 부재(444) 상에서, 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 조작을 실행한다.
도 14의 (B)에 나타내어진 바와 같이, 제1 유닛에 의한 전처리가 완료된 후, 핵산을 포함하는 용액은 인젝션 칩(118)에 주입된다. 핵산을 포함하는 용액을 보유한 인젝션 칩(118)은, 주사바늘(1181)을 검사 칩(220)의 주입공(224)에 찌르는 것에 의해, 핵산을 포함하는 용액을 반응장(222)에 주입한다. 반응장(222)에서 증폭된 핵산은, 제3 유닛이 구비하고 있는 광학 검출부(330)에 있어서 검출된다.
<실시형태 3>
실시형태 3의 전자동 유전자 검사 장치(1)의 기본적 구조는, 실시형태 1의 전자동 유전자 검사 장치(1)과 대략 동일하다. 실시형태 3의 전자동 유전자 검사 장치(1)는, 검사 칩(220)의 반응장(222)에 있어서 적용되는 핵산 증폭 반응으로서, LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)법을 채용하고 있다.
전자동 유전자 검사 장치(1)에 LAMP법을 채용함으로써, 핵산 증폭 반응을 구성하는 모든 반응을 등온으로 실행시킬 수 있고, 핵산 증폭 반응에서의 증폭 효율을 매우 높게 할 수 있고, 특정한 유전자에 대하여 매우 높은 특이성을 갖게 할 수 있다.
또한, 전자동 유전자 검사 장치(1)에 LAMP법을 채용함으로써, 핵산 증폭 반응에 요하는 시간을 약 1시간으로 할 수 있다. 또한, 전자동 유전자 검사 장치(1)에 루프 프라이머 등을 추가하는 신속법을 적용한 LAMP법을 채용함으로써, 핵산 증폭 반응에 요하는 시간을 약 15∼30분으로 할 수 있다. 또한, 전자동 유전자 검사 장치(1)에 LAMP법을 채용하면, 핵산 증폭 반응의 부산물인 피로인산마그네슘이 대량으로 생성된다. 피로인산마그네슘은 백색의 불용성 물질이며, 해당 백색의 불용성 물질을 지표로서, 핵산 증폭 반응의 유무가 육안으로 보는 것만으로 검출할 수 있다. 그리고, 상기 불용성 물질의 생성에 의해 초래되는 용액의 흐림의 정도(탁도)를 광학 검출할 수 있는 제3 유닛을 이용하여 용이하게 측정함으로써, 유전자 검출을 행할 수 있다.
여기에서, PCR법은 현재 가장 보급되고, 이용되고 있는 핵산 증폭 반응이다. 그러나, 핵산 증폭 반응을 진행시키기 위해서는, 반응 온도를 단계적으로 조정해야 하다. 또한, PCR법을 이용한 경우에는, 핵산 증폭 반응에 있어서 생성된 산물의 확인을 행하기 위하여, 겔 전기 영동을 이용하지 않으면 안 된다. 또한, 핵산 증폭 반응에 있어서 생성된 산물의 확인을 행하기 위하여, 별도 프로브를 사용한 검출 반응을 행하지 않으면 안 된다. 이러한 점에서, 실시형태 3의 전자동 유전자 검사 장치(1)는 LAMP법을 채용하고 있으므로, 온도 조정이 매우 용이하며, 조작이 매우 용이하게 된다.
의료 분야에 있어서 중요해지는 유전자 검사 장치로서, 검체를 입수하고 나서 30분 이내로 유전자 검사의 결과를 얻을 수 있는 유전자 검사 장치가 필요로 되고 있다. 환경 분야에 있어서도, 환경오염균의 검출에는, 검체를 취득한 직후에 유전자 검사의 결과를 얻을 수 있는 유전자 검사 장치가 필요로 되고 있다. 이와 같은 관점에서, LAMP법을 채용한 실시형태 3의 전자동 유전자 검사 장치는 조작성, 정확성, 기능성 및 신속성 구비하고, 매우 큰 기술적 의의를 가진다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은, 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 요지를 벗어나지 않는 조건의 변경 등은 모두 본 발명의 적용 범위이다.
<산업상 이용 가능성>
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 전자동 유전자 검사 장치는, 검체에 포함되는 핵산의 추출 정제 공정부터 증폭 검출 공정까지를 전자동으로 실행할 수 있고, 환자의 근처에서 사용할 수 있는 소형화된 전자동 유전자 검사 장치로서의 이용을 기대할 수 있다. 본 발명의 전자동 유전자 검사 장치는 특히, 의료기기 산업, 의약 관련 산업, 농업 관련 산업 등의 여러 가지 산업에도 이용할 수 있다.
D : 유전자 시험 시스템
1 : 전자동 유전자 검사 장치(테스트 유닛)
2 : 마스터 유닛
10 : 전처리부(제1 유닛)
20 : 주입부(제2 유닛)
30 : 증폭 검출부(제3 유닛)
35 : 2차원 바코드
110 : 카트리지
111 : 카트리지 기체
112 : 카트리지 기체 구멍
113 : 씰 부착 시약 셀
114 : 플랜지
115 : 씰
116 : 칩 구멍
1161 : 제1 셀
1162 : 제2 셀
1163 : 제3 셀
117 : 피어싱 칩
1171 : 에어 패스
1172 : 에어 패스
118 : 인젝션 칩
1181 : 주사바늘
1182 : 시린지
119 : 피펫 칩
1191 : 피펫 칩 케이스
120 : 반응 셀
130 : 피펫팅 기구
131 : 피펫 헤드
132 : 구동부
133 : 제어부
134 : 제1 기구
135 : 제2 기구
140 : 전처리 기구
141 : 가열 냉각 처리부
1411 : 히터
142 : 교반 처리부
143 : 자계 인가 처리부
1431 : 자석
144 : 지지 부재
1441 : 연결부
210 : 인젝션 기구
211 : 제3 기구
220 : 검사 칩
221 : 검사 칩 내부
222 : 반응장
223 : 마이크로 유로
224 : 주입공
225 : 제어 기구
2251 : 카메라(X축 방향)
2252 : 카메라(Y축 방향)
310 : 여기 광학부
311 : 기체
312 : 집광 렌즈
313 : 콜리메이트 렌즈
314 : 광학 필터
320 : 중심부
321 : 히터
330 : 광학 검출부
331 : 기체
332 : 집광 렌즈
333 : 광학 필터
334 : 검출기
410 : 카트리지
411 : 카트리지 기체(원형)
413 : 씰 부착 시약 셀(원형)
432 : θZ 구동부
444 : 지지 부재(원형)

Claims (12)

  1. 검체로부터 핵산을 추출 정제하는 제1 유닛;
    상기 핵산을 증폭하기 위한 복수의 반응장(反應場)을 가지는 검사 칩에 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 제2 유닛; 및
    상기 반응장에 있어서 증폭된 핵산을 광학 검출하기 위한 제3 유닛;
    을 포함하는, 전자동 유전자 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유닛은, 상기 핵산의 추출 정제에 사용하는 복수의 시약을 구비한 카트리지와 반응 셀 사이에 있어서 상기 시약을 이동시키는 피펫팅(pipetting) 기구와, 상기 반응 셀을 전처리하기 위한 전처리 기구를 구비하고,
    상기 전처리 기구는, 가열 냉각 처리부, 교반 처리부, 자계 인가(印加) 처리부로부터 선택되는 적어도 하나의 처리부를 가지는, 전자동 유전자 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카트리지는, 상기 시약을 개별로 수납하기 위한 씰(seal) 부착 셀과, 상기 씰에 구멍을 내기 위한 피어싱 칩을 수납하는 제1 셀과, 상기 시약을 이동시키기 위한 피펫 칩을 수납하는 제2 셀과, 상기 핵산을 포함하는 용액을 상기 반응장에 주입하기 위한 인젝션 칩을 수납하는 제3 셀을 가지는, 전자동 유전자 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인젝션 칩은, 상기 핵산을 포함하는 용액을 보유하는 시린지와 주사바늘로 구성되며, 상기 주사바늘이 상기 시린지에 접속되어 있는, 전자동 유전자 검사 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 피펫팅 기구는, 상기 피어싱 칩을 상기 씰에 접촉시킴으로써 상기 씰에 구멍을 내는 제1 기구와,
    상기 피어싱 칩을 상기 피펫팅 기구로부터 분리한 후에, 상기 피펫 칩을 상기 피펫팅 기구에 장착하고, 상기 시약을 상기 반응 셀에 이동시키는 제2 기구를 구비하고 있는, 전자동 유전자 검사 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 피펫팅 기구는, 상기 피어싱 칩을 장착한 제3 기구와,
    상기 검사 칩이 가지는 주입공으로부터 상기 반응장에 상기 주사바늘을 통하여, 상기 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 상기 인젝션 칩을 상기 제3 기구에 구비한 인젝션 기구를 구비하고 있는, 전자동 유전자 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검사 칩을 진동시키는 제4 기구를 구비하고 있는, 전자동 유전자 검사 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 주사바늘의 선단부가 가지는 위치 정보를 적어도 2방향으로부터 검출하고, 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 주입공의 위치에 상기 주사바늘의 선단부 위치를 보정하기 위한 제어 기구를 구비하는, 전자동 유전자 검사 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 검사 칩은, 상기 주입공과 상기 반응장을 연결하는 복수의 유로를 가지고 있고, 상기 반응장에 있어서 상기 핵산의 증폭 반응을 행하는, 전자동 유전자 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3 유닛은, 상기 반응장에서 증폭된 핵산을 탁도 및/또는 형광에 의해 검출하는, 전자동 유전자 검사 장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 카트리지는, 대략 원형의 판형상을 가지는 카트리지 기체(基體)를 구비하고,
    상기 카트리지 기체의 외측 에지부인 원주상에 상기 씰 부착 셀과 상기 제1 셀과 상기 제2 셀과 상기 제3 셀이 배치되고,
    상기 피펫팅 기구를 θ방향으로 이동시킬 수 있는 구동 기구와,
    상기 카트리지를 상기 피펫팅 기구가 이동하는 궤도상에서 회전시킬 수 있는 회전 기구를 구비하는, 전자동 유전자 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 검사 칩이 가지는 주입공의 위치는, 상기 피펫팅이 이동하는 궤도상에 있어서 배치되어 있는, 전자동 유전자 검사 장치.
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