KR20210032641A - Nucleic acid extraction device and nucleic acid extraction method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법에 관한 것으로서, 시료에 존재하는 병원체들을 동시에 다중으로 농축하여 진단저해인자를 제거하고, 농축된 병원체로부터 핵산 정제 및 추출이 가능한 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nucleic acid extraction device and a nucleic acid extraction method, wherein pathogens present in a sample are simultaneously multiplexed to remove diagnostic inhibitors, and a nucleic acid extraction device and a nucleic acid extraction method capable of purifying and extracting nucleic acids from the concentrated pathogens. About.
일반적으로, 병원에서는 낮은 농도의 병원체 검출을 위해 채취된 환자의 시료를 최소 12시간 이상 배양한다. 그 후 배양된 시료는 원심분리기를 통해 병원체를 분리한 후 진단검사에 이용된다. 그러나 이러한 방법은 시간이 오래 걸리고 분자진단 저해요소의 완벽한 제거가 불가능하므로 분자진단 기반의 검출 민감도에 악영향을 미친다. 또한 채취한 시료(2-5 mL) 대비 실제 분자진단에 사용되는 양은 약 2μL 수준으로 모든 병원체들을 진단검사에 이용하기 어렵기 때문에 병원체의 농축기술이 필수적이다.In general, hospitals incubate a sample of a patient for at least 12 hours to detect low concentrations of pathogens. After that, the cultured sample is used for diagnostic testing after separating the pathogen through a centrifuge. However, since this method takes a long time and cannot completely remove the inhibitory factor for molecular diagnosis, it adversely affects the detection sensitivity based on molecular diagnosis. In addition, compared to the collected sample (2-5 mL), the amount used for actual molecular diagnosis is about 2 μL, and since it is difficult to use all pathogens for diagnostic tests, a pathogen concentration technique is essential.
또한 병원체를 농축하는 장치와 농축된 병원체에서 핵산을 정제하는 장치 및 핵산을 추출하는 장치가 별도로 설치되므로 설치비용이 증가하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다. In addition, since a device for concentrating pathogens, a device for purifying nucleic acids from the concentrated pathogen, and a device for extracting nucleic acids are separately installed, there is a problem in that installation cost increases. Therefore, there is a need to improve this.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0101606호(2013.09.16 공개, 발명의 명칭: 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법)에 게시되어 있다.The background technology of the present invention is published in Korean Patent Application Publication No. 2013-0101606 (published on September 16, 2013, title of the invention: ultra-high-speed nucleic acid extraction device, and a nucleic acid extraction method using the same).
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 시료에 존재하는 병원체들을 동시에 다중으로 농축하여 진단저해인자를 제거하고, 농축된 병원체로부터 핵산 정제 및 추출이 가능한 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was conceived to improve the above problems, and a nucleic acid extraction device and a nucleic acid extraction method capable of removing diagnostic inhibitors by simultaneously concentrating pathogens present in a sample multiplexedly, and purifying and extracting nucleic acids from concentrated pathogens Its purpose is to provide.
본 발명에 따른 핵산 추출장치는: 자성나노입자와 병원체를 포함한 시료가 저장되고, 병원체를 시료에서 분리하여 농축시키는 농축부; 상기 농축부가 회전 가능하도록 장착되고, 상기 농축부에서 배출되는 시료를 처리하는 수거부; 상기 수거부와 연결되고, 하나 이상의 버퍼를 저장할 수 있는 저장부; 및 상기 저장부에 연결되고, 상기 농축부에서 공급되는 농축된 병원체를 전달받아 핵산으로 정제하여 정제된 핵산을 배출하는 정제부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The nucleic acid extraction apparatus according to the present invention includes: a concentration unit for storing a sample including magnetic nanoparticles and a pathogen, and for separating and concentrating the pathogen from the sample; A collection unit mounted so as to be rotatable in the concentrating unit and processing the sample discharged from the concentrating unit; A storage unit connected to the collection unit and capable of storing one or more buffers; And a purification unit connected to the storage unit, receiving the concentrated pathogen supplied from the concentration unit, and purifying it with nucleic acid to discharge the purified nucleic acid.
상기 농축부는 자성나노입자와 병원체를 포함하는 시료가 저장되는 농축통부; 상기 농축통부의 하방으로 연장되고, 상기 수거부에 삽입되며, 상기 수거부에서 회전 가능한 농축삽입부; 및 상기 농축삽입부에 형성되고, 자성나노입자와 병원체를 포함하는 시료를 배출하는 농축출구부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The concentrating unit may include a condensing tube for storing a sample containing magnetic nanoparticles and pathogens; A concentration insertion portion extending downward of the concentration cylinder portion, inserted into the collection portion, and rotatable in the collection portion; And a concentration outlet formed in the concentration insertion portion and for discharging a sample containing magnetic nanoparticles and pathogens.
상기 농축부는 상기 농축통부에 탈부착 가능하고, 자기력을 제공하는 농축자력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it further comprises a; the concentrating part is detachable to the concentrating cylinder part, and a magnetic concentrating part for providing a magnetic force.
상기 수거부는 상기 농축부가 회전 가능하도록 안착되는 수거안착부; 상기 수거안착부에 형성되고, 상기 농축부에서 배출되는 시료를 안내하는 수거안내부; 및 상기 수거안착부의 하방에 배치되고, 상기 농축부에서 배출되는 시료를 저장하는 수거저장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The collection unit includes a collection and seating unit on which the concentration unit is rotatably seated; A collection guide part formed in the collection seating part and guiding the sample discharged from the concentration part; And a collection storage unit disposed below the collection and seating unit and storing the sample discharged from the concentration unit.
상기 수거부는 상기 수거안착부에 형성되고, 상기 농축부에서 배출되는 농축된 병원체를 상기 정제부로 안내하는 수거유로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The collection unit is formed in the collection and seating unit, and a collection passage unit for guiding the concentrated pathogens discharged from the concentration unit to the purification unit; characterized in that it further comprises.
상기 저장부는 상기 수거부에 연결되고, 하나 이상의 버퍼를 저장하기 위한 저장공간이 형성되는 저장통부; 상기 저장공간에 저장된 버퍼를 상기 정제부로 안내하는 저장유로부; 및 상기 저장유로부를 개폐하는 저장밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The storage unit is connected to the collection unit, and a storage cylinder having a storage space for storing at least one buffer; A storage passage unit for guiding the buffer stored in the storage space to the purification unit; And a storage valve unit for opening and closing the storage passage unit.
상기 저장밸브부는 로터리밸브 방식이 적용 가능한 것을 특징으로 한다.The storage valve unit is characterized in that a rotary valve method is applicable.
상기 정제부는 상기 저장부의 하부에 연결되고, 상기 농축부에서 농축된 병원체가 유입되고, 상기 저장부에서 버퍼가 유입되어 핵산을 정제하는 정제통부; 및 상기 정제통부의 하부에 형성되고, 상기 정제통부에서 정제된 핵산을 배출하는 정제배출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The purification unit is connected to the lower portion of the storage unit, the pathogen concentrated in the concentration unit is introduced, and the buffer is introduced from the storage unit to purify the nucleic acid; And a purification discharging unit formed below the purification container and discharging the purified nucleic acid from the purification container.
상기 정제부는 상기 정제통부에 탈부착 가능하고, 자기력을 제공하는 정제자력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The refining unit may further include a refining magnetic force unit that is detachable to the refining container and provides a magnetic force.
본 발명에 따른 핵산 추출방법은: 병원체를 포함한 시료에 자성나노입자를 혼합하는 시료준비단계; 병원체와 자성나노입자를 포함한 시료를 농축부로 공급하는 시료공급단계; 상기 농축부에 의해 병원체와 자성나노입자가 시료에서 분리되어 농축되는 농축단계; 상기 농축부에서 농축된 병원체를 정제부로 이송시키는 이송단계; 저장부에 저장된 버퍼를 상기 정제부에 선별 투입하는 투입단계; 상기 정제부로 이송된 병원체에서 핵산을 추출하는 추출단계; 및 추출된 핵산을 정제하는 정제단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The nucleic acid extraction method according to the present invention comprises: a sample preparation step of mixing magnetic nanoparticles with a sample containing a pathogen; A sample supply step of supplying a sample including pathogens and magnetic nanoparticles to a concentration unit; A concentration step in which pathogens and magnetic nanoparticles are separated from the sample and concentrated by the concentration unit; A transfer step of transferring the pathogen concentrated in the concentration unit to a purification unit; An input step of selectively inputting the buffer stored in the storage unit to the purification unit; An extraction step of extracting nucleic acids from the pathogen transferred to the purification unit; And a purification step of purifying the extracted nucleic acid.
상기 자성나노입자는 병원균 표면의 특정 레이어와 결합하는 프로브들을 코팅하여, 시료 내에서 그람양성균 및 그람음성균이 동시에 농축 가능한 것을 특징으로 한다.The magnetic nanoparticles are characterized in that gram-positive bacteria and gram-negative bacteria can be simultaneously concentrated in a sample by coating probes that bind to a specific layer on the surface of the pathogen.
상기 농축단계는 상기 농축부에 제공되는 자기력에 의해 자성나노입자가 시료에서 분리되어 농축되는 것을 특징으로 한다.The concentration step is characterized in that the magnetic nanoparticles are separated from the sample and concentrated by the magnetic force provided to the concentration unit.
상기 이송단계는 상기 농축부에 제공되는 자기력을 제거하고, 상기 정제부에 자기력을 제공한 후, 농축된 병원체를 상기 정제부로 이송하는 것을 특징으로 한다.The transfer step is characterized in that the magnetic force provided to the concentration unit is removed, the magnetic force is provided to the purification unit, and then the concentrated pathogen is transferred to the purification unit.
본 발명에 따른 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법은 대용량 시료 내에 존재하는 낮은 농도의 병원체를 자성을 이용하여 시료에서 신속하게 분리한 후 농축하여 정제부에서 핵산을 정제하여 분리할 수 있으므로 진단검사에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있다.The nucleic acid extraction device and the nucleic acid extraction method according to the present invention are required for diagnostic tests because the low concentration pathogens present in a large volume sample can be rapidly separated from the sample by using magnetism and then concentrated to purify and separate the nucleic acid in the purification unit. You can save time and cost.
본 발명에 따른 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법은 병원균 표면의 특정 레이어와 결합하는 프로브들을 코팅시킨 자성나노입자를 사용하므로, 시료내에서 병원균들의 다중 농축이 가능하다.Since the nucleic acid extraction apparatus and the nucleic acid extraction method according to the present invention use magnetic nanoparticles coated with probes that bind to a specific layer on the surface of the pathogen, multiple concentrations of pathogens are possible in a sample.
본 발명에 따른 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법은 핵산 추출장치에 일체로 구비되는 저장부에 필요한 버퍼들이 모두 저장 가능하므로, 작업성이 개선될 수 있다.The nucleic acid extraction apparatus and the nucleic acid extraction method according to the present invention can store all buffers necessary for a storage unit integrally provided with the nucleic acid extraction apparatus, so that workability can be improved.
본 발명에 따른 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법은 분자진단으로 검출되지 않는 레인지(range)에 있는 시료내 병원체들을 검출 가능한 레인지(range)로 만들 수 있다.The nucleic acid extracting apparatus and the nucleic acid extracting method according to the present invention can make pathogens in a sample in a range that is not detected by molecular diagnosis into a detectable range.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 농축부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수거부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정제부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.1 is a diagram schematically showing a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a concentration unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a collection unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a storage unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing a purification unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart schematically showing a nucleic acid extraction method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of a nucleic acid extracting apparatus and a nucleic acid extracting method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출장치(1)는 농축부(10)와, 수거부(20)와, 저장부(30)와, 정제부(40)를 포함한다.1 is a diagram schematically showing a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a nucleic
농축부(10)에는 자성나노입자와 병원체를 포함한 시료가 저장되고, 병원체를 시료에서 분리하여 농축시킨다. 농축부(10)가 회전 가능하도록 장착되는 수거부(20)는 농축부(10)에서 배출되는 시료를 처리한다. 저장부(30)는 수거부(20)와 연결되고, 하나 이상의 버퍼를 저장한다. 정제부(40)는 저장부(30)에 연결되고, 농축부(10)에서 공급되는 농축된 병원체를 전달받아 핵산으로 정제하여 정제된 핵산을 배출한다.A sample including magnetic nanoparticles and a pathogen is stored in the
상기한 구성을 갖는 핵산 추출장치(1)는 시료(2-10 mL) 내에 존재하는 낮은 농도의 병원체를 동시에 다중으로 농축하여 진단저해인자를 제거하고, 농축된 병원체들로부터 핵산을 정제하고 추출할 수 있다. 이러한 핵산 추출장치(1)는 상기한 구성요소들이 합쳐진 일체형 카트리지를 제공하므로, 모든 병원체들을 분자진단검사에 이용함으로써, 검출민감도를 개선하고, 신속한 진단검사가 가능할 수 있다.The nucleic
한편, 핵산 추출장치(1)에서 수거부(20)와, 저장부(30)와, 정제부(40)는 일체로 이루어지며, 수거부(20)에 농축부(10)가 회전 가능하도록 장착될 수 있다. 이러한 핵산 추출장치(1)는 3D 프린터기 또는 사출 성형에 의해 생산되며, 세균인 병원체가 농축부(10)에서 농축되면, 농축된 병원체가 정제부(40)로 이송되며, 워싱(Washing) 과정을 포함한 핵산 정제 및 추출과정으로 진행된다. On the other hand, in the nucleic
이때, 핵산은 핵 속의 산성 물질이라는 뜻으로 DNA와 RNA를 핵산이라고 한다. 핵산은 수많은 뉴클레오타이드(nucleotide)가 연결되어 구성되며, 이러한 뉴클레오타이드는 핵산을 이루는 기본 단위로 인산, 당, 염기의 세 부분으로 이루어진다.At this time, nucleic acid means an acidic substance in the nucleus, and DNA and RNA are called nucleic acids. Nucleic acid is composed of a number of nucleotides linked together, and these nucleotides are the basic units that make up a nucleic acid and are composed of three parts: phosphoric acid, sugar, and base.
그리고, DNA는 A,G,C,T 네가지의 뉴클레오티드로 구성된 폴리머(polymer) 복합체로, 음전하를 띠고 있는 생체 고분자 물질로 생명체의 유전정보를 담고 있는 유전물이다. 따라서 유전자의 구성, 내용, 성질 등을 분석하기 위해서는 1차적으로 고순도의 DNA가 먼저 분리되어야 한다. 세균인 병원체가 용해되면서 핵산이 나오며, 핵산의 표면은 음전하를 띠고 있다In addition, DNA is a polymer complex composed of four nucleotides A, G, C, and T. It is a negatively charged biopolymer material that contains the genetic information of living organisms. Therefore, in order to analyze the composition, content, and properties of a gene, high-purity DNA must first be isolated. As the bacterial pathogen is dissolved, the nucleic acid is released, and the surface of the nucleic acid is negatively charged.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 농축부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 농축부(10)는 농축통부(11)와, 농축삽입부(13)와, 농축출구부(14)를 포함한다.2 is a view schematically showing a concentration unit according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2, the thickening
농축통부(11)는 자성나노입자와 병원체를 포함하는 시료가 저장된다. 일예로, 농축통부(11)는 원통 형상을 하고 상측이 개구된 형상을 할 수 있다. 농축통부(11)에 투입되는 시료는 특정항원이 아닌 병원균 표면의 특정 레이어(layer)와 결합하는 반코마이신(vancomycin), 폴리믹신(polymyxin)과 같은 프로브(probe)들을 코팅시킨 자성나노입자를 활용한다. 이로 인해 시료 내에서 그람양성균 및 그람음성균들이 동시에 농축될 수 있다.The
한편, 농축덮개부(12)는 농축통부(11)의 개구된 영역을 개폐할 수 있다. 이로 인해, 농축덮개부(12)를 통해 개방된 영역으로 자성나노입자와 병원체를 포함하는 시료를 투입할 수 있다.On the other hand, the thickening
농축삽입부(13)는 농축통부(11)의 하방으로 연장되고, 수거부(20)에 삽입되며, 수거부(20)에서 회전 가능하다. 일예로, 농축삽입부(13)는 농축통부(11) 보다 직경이 작아 농축통부(11)의 저면부가 수거부(20)에 안착될 수 있다.The
농축출구부(14)는 농축삽입부(13)에 형성되고, 자성나노입자와 병원체를 포함하는 시료를 배출한다. 일예로, 농축출구부(14)는 농축삽입부(13)의 하부에 형성되는 홀 또는 배관이 될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 농축부(10)는 농축통부(11)에 탈부착 가능하고, 자기력을 제공하는 농축자력부(15)를 더 포함할 수 있다. 일예로, 농축자력부(15)는 영구자석 또는 전자석이 적용될 수 있으며, 농축통부(11)의 외주면에 장착될 수 있다. 이러한 농축자력부(15)에 의해 자성나노입자와 연결된 병원체는 농축통부(11)의 내측에 고정되어 농축될 수 있다.The concentrating
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수거부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수거부(20)는 수거안착부(21)와, 수거안내부(22)와, 수거저장부(23)를 포함한다.3 is a diagram schematically illustrating a collection unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the
수거안착부(21)는 농축부(10)가 회전 가능하도록 안착된다. 일예로, 수거안착부(21)는 중앙부에 농축삽입부(13)가 삽입되어 회전 가능하도록 수거홈부(211)가 형성될 수 있다. 이로 인해 수거안착부(21)의 가장자리에는 농축통부(11)의 가장자리가 안착될 수 있다.The collection and
수거안내부(22)는 수거안착부(21)에 형성되고, 농축부(10)에서 배출되는 시료를 안내한다. 일예로, 수거안내부(22)는 수거안착부(21)에 형성되는 홀 또는 배관이 될 수 있으며, 농축삽입부(13)의 회전으로 수거안내부(22)와 농축출구부(14)가 연통되면 농축통부(11) 및 농축삽입부(13)에 저장된 자성나노입자와 연결된 병원체를 제외한 시료가 배출될 수 있다.The collection guide
수거저장부(23)는 수거안착부(21)의 하방에 배치되고, 농축부(10)에서 배출되는 시료를 저장한다. 일예로, 수거저장부(23)는 수거안착부(21)의 하부와 탈부착 가능하고, 수거저장부(23)에 시료가 저장되면 수거안착부(21)에서 수거저장부(23)를 분리하여 시료를 폐기한 후 비워진 수거저장부(23)를 수거안착부(21)에 재장착할 수 있다.The collection and
본 발명의 일 실시예에 따른 수거부(20)는 수거유로부(24)를 더 포함할 수 있다. 수거유로부(24)는 수거안착부(21)에 형성되고, 농축부(10)에서 배출되는 농축된 병원체를 정제부(40)로 안내한다. 일예로, 농축삽입부(13)의 회전으로 수거유로부(24)와 농축출구부(14)가 연통되면, 농축통부(11) 및 농축삽입부(13)에 저장된 농축된 병원체를 안내할 수 있다. 수거유로부(24)는 저장부(30)를 통과하여 정제부(40)와 연통될 수 있다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(30)는 저장통부(31)와, 저장유로부(32)와, 저장밸브부(33)를 포함한다.4 is a diagram schematically illustrating a storage unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a
저장통부(31)는 수거부(20)에 연결되고 하나 이상의 버퍼를 저장하기 위한 저장공간(313)이 형성된다. 일예로, 저장통부(31)는 원통 형상을 하는 저장축부(311)와, 저장축부(311)의 외주면으로 연장되고 상하로 두께를 갖는 원판 형상의 저장판부(312)를 포함할 수 있다. 그리고, 저장판부(312)의 원주 방향으로 복수개의 저장공간(313)이 형성되어 다양한 종류의 버퍼가 저장될 수 있다.The storage cylinder 31 is connected to the
저장유로부(32)는 저장공간(313)에 저장된 버퍼를 정제부(40)로 안내한다. 일예로, 저장유로부(32)는 각각의 저장공간(313)에 상단부가 연통되고, 저장축부(311)에 하단부가 연통될 수 있다.The
저장밸브부(33)는 저장유로부(32)를 개폐하여, 저장공간(313)에 저장된 버퍼를 선별 배출시킨다. 이러한 저장밸브부(33)는 로터리밸브 방식이 적용 가능하다. 일예로, 저장밸브부(33)는 저장축부(311)를 관통하는 밸브축부(331)와, 밸브축부(331)의 상부에서 측방향으로 돌출되어 조작 가능한 밸브조작부(332)와, 밸브축부(331)에 형성되고 저장유로부(32)와 선택적으로 연통되는 밸브유로부(333)를 포함할 수 있다. 이로 인해, 밸브조작부(332)의 수동 또는 자동 조작으로 밸브축부(331)가 회전되면 밸브유로부(333)가 복수개의 저장유로부(32) 중 어느 하나와 선택적으로 연통되어 버퍼를 정제부(40)로 안내할 수 있다.The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정제부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정제부(40)는 정제통부(41)와 정제배출부(42)를 포함한다.5 is a view schematically showing a purification unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, a
정제통부(41)는 저장부(30)의 하부에 연결되고, 농축부(10)에서 농축된 병원체가 유입되며, 저장부(30)에서 버퍼가 유입되어 핵산을 정제한다. 일예로, 정제통부(41)는 저장축부(311)의 하단부에 연결되고, 수거유로부(24)와 연통되며, 하부로 갈수록 내경이 줄어드는 형상을 할 수 있다.The
정제배출부(42)는 정제통부(41)의 하부에 형성되고, 정제통부(41)에서 정제된 핵산을 배출한다. 일예로, 정제배출부(42)는 정제통부(41)의 하부와 연결되는 배출배관부(421)와, 배출배관부(421)를 개폐하는 배출밸브부(422)를 포함할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 정제부(40)는 정제자력부(43)를 더 포함할 수 있다. 정제자력부(43)는 정제통부(41)에 탈부착 가능하고, 자기력을 제공한다. 일예로, 정제자력부(43)는 영구자석 또는 전자석이 적용될 수 있으며, 정제통부(41)의 외주면에 장착될 수 있다. The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출방법을 설명하면 다음과 같다.6 is a flowchart schematically showing a nucleic acid extraction method according to an embodiment of the present invention. A method of extracting a nucleic acid according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 as follows.
먼저, 병원체를 포함한 시료에 자성나노입자를 혼합하는 시료준비단계를 갖는다(S10). 이러한 자성나노입자는 특정항원이 아닌 병원균 표면의 특정 레이어(layer)와 결합하는 반코마이신(vancomycin), 폴리믹신(polymyxin)과 같은 프로브(probe)들을 코팅한다. 자성나노입자는 시료 내에서 그람양성균 및 그람음성균들을 동시에 농축할 수 있다.First, a sample preparation step of mixing magnetic nanoparticles with a sample containing a pathogen is performed (S10). These magnetic nanoparticles coat probes such as vancomycin and polymyxin that bind to a specific layer on the surface of the pathogen rather than a specific antigen. Magnetic nanoparticles can simultaneously concentrate Gram-positive bacteria and Gram-negative bacteria in a sample.
시료준비가 완료되면, 병원체와 자성나노입자를 포함한 시료를 농축부(10)로 공급하는 시료공급단계를 갖는다(S20). 일예로, 농축덮개부(12)가 농축통부(11)를 개방하면 병원체와 자성나노입자를 포함한 시료를 농축통부(11)에 공급한다. 그 외, 농축통부(11)에 연결된 공급유로를 통해 시료를 공급할 수 있다.When the sample preparation is complete, a sample supply step of supplying a sample including pathogens and magnetic nanoparticles to the
농축부(10)에 시료가 공급되면, 농축부(10)는 병원체와 자성나노입자를 시료에서 분리시켜 농축시키는 농축단계를 갖는다(S30). 즉, 농축부(10)에 제공되는 자기력에 의해 자성나노입자 및 자성나노입자와 연결된 병원체가 시료에서 분리되어 농축된다. 이러한 농축단계에서 병원체와 분리된 시료는 수거부(20)에서 수거된 후 폐기될 수 있다.When a sample is supplied to the concentrating
농축단계를 통해 병원체가 농축되면, 농축부(10)에 농축된 병원체를 정제부(40)로 이송시키는 이송단계를 갖는다(S40). 이송단계에서는 농축부(10)에 제공되는 자기력을 차단하고 정제부(40)에 자기력을 제공한 후, 농축된 병원체를 정제부(40)로 이송시킨다.When the pathogen is concentrated through the concentration step, it has a transfer step of transferring the pathogen concentrated in the
즉, 농축부(10)에 제공되는 자기력이 차단되면, 농축부(10)에 농축된 자성나노입자와 병원체는 이동이 가능한 상태가 된다. 그리고 1mL의 인산완충식염수(phosphate buffered saline;PBS)를 이용하여 농축된 병원체와 자성나노입자를 정제부(40) 방향으로 이동시킨다. 이때, 농축삽입부(13)를 회전시켜 농축출구부(14)와 수거유로부(24)가 연통된다, That is, when the magnetic force provided to the concentrating
PBS는 phosphate buffer로 생물학 관련 실험에서 가장 많이 쓰이는 buffer이며 완충용액으로 사용된다. 완충용액은 외부로부터 어느 정도의 산 또는 염기를 가해도 그것들의 영향을 받지 않고, 수소이온농도를 일정하게 유지하려고 하는 용액이다.PBS is a phosphate buffer, which is the most used buffer in biology-related experiments and is used as a buffer solution. A buffer solution is a solution that tries to maintain a constant hydrogen ion concentration without being affected by the addition of a certain amount of acid or base from the outside.
또한 이송단계는, 농축부(10)에서 자기력의 공급을 차단한 후 워싱액을 공급하여 정제부(40)로 농축된 병원체를 이송시키는 기술사상 안에서 인산완충식염수 외에 다른 용액을 사용할 수도 있다.In addition, in the transfer step, a solution other than phosphate buffered saline may be used within the technical idea of transferring the concentrated pathogen to the
정제부(40)에 농축된 병원체가 이송되면, 저장부(30)에 저장된 버퍼를 정제부(40)에 선별 투입하는 투입단계를 갖는다(S50).When the concentrated pathogen is transferred to the
즉, 저장통부(31)에 형성되는 복수개의 저장공간(313)에는 다양한 종류의 버퍼가 각각 저장되고, 저장밸브부(33)의 조작에 의해 버퍼가 선별적으로 정제부(40)에 투입될 수 있다.That is, various types of buffers are stored in the plurality of
일예로, 복수개의 저장공간(313) 중에는 100μL의 Lysis buffer와 100μL의 Binding buffer가 저장될 수 있다.For example, in the plurality of
Lysis buffer는 세포 화합물을 분석하는 분자 생물학 실험에 사용하기 위해 개방형 세포를 파괴할 때 사용되는 완충액이다. 대부분의 용해 완충액은 용해물의 산도 및 삼투압을 조절하기 위해 염을 함유한다. 때로는 세제(예: Triton X-100 또는 SDS)를 첨가하여 막 구조를 해체 할 수도 있으며, 이러한 용해 완충액은 동물과 식물의 조직 세포 모두에서 사용할 수 있다. Lysis buffer는 자성나노입자에 결합된 병원체를 용해하여 핵산을 분리하기 위해 사용된다.Lysis buffer is a buffer used to destroy open cells for use in molecular biology experiments to analyze cellular compounds. Most lysis buffers contain salts to control the acidity and osmotic pressure of the lysate. Sometimes detergents (eg Triton X-100 or SDS) can be added to disintegrate the membrane structure, and this lysis buffer can be used in both animal and plant tissue cells. Lysis buffer is used to separate nucleic acids by dissolving pathogens bound to magnetic nanoparticles.
Binding buffer는 이후 정제통부(41)에 공급될 자성실리카입자와 핵산이 결합할 수 있도록 하는 버퍼기능을 한다.The binding buffer functions as a buffer to allow the magnetic silica particles to be supplied to the
그 외, 저장공간(313)에는 10μL의 Proteinase K와 5μL의 RNase A에 저장될 수 있다. In addition, the
Proteinase K는 핵산의 정제 효율을 높이기 위한 시약으로 단백질 분해효소이다. Proteinase K는 DNA에 붙어있는 histone 단백질을 제거하는 역할을 한다. DNA에는 히스톤 단백질이 붙어 있어서 안정성을 유지한다. 그래서 Proteinase K를 넣어주면 DNA를 뽑을때 Purity가 떨어지는 것이다.Proteinase K is a proteolytic enzyme as a reagent to increase the purification efficiency of nucleic acids. Proteinase K is responsible for removing the histone protein attached to DNA. DNA has a histone protein attached to it to maintain stability. So, if Proteinase K is added, the purity drops when DNA is extracted.
RNase(리보 핵산 분해 효소)는 RNA를 자르는데 사용되는 효소이다. DNA정제에 RNase가 쓰이는 이유는 보통 DNA를 뽑으면 RNA도 같은 원리로 뽑혀져 나오며, 필요한 것은 DNA이므로 필요없는 RNA를 잘라서 없애기 위해서 RNase를 공급하므로 순수한 DNA를 얻을 수 있다.RNase (ribonuclease) is an enzyme used to cut RNA. The reason why RNase is used for DNA purification is that when DNA is extracted, RNA is usually extracted using the same principle, and since DNA is needed, RNase is supplied to cut and remove unnecessary RNA, so pure DNA can be obtained.
정제부(40)에 버퍼가 투입되면, 정제부(40)로 이송된 병원체에서 핵산을 추출하는 추출단계를 갖는다(S60).When the buffer is added to the
즉, 상온에서 2분간 온도를 일정하게 유지하며 incubation을 한 후 25μL의 자성실리카입자와 200μL의 아이소프로판올(isopropanol)을 정제부(40)에 투입한 후 5분 간 vortex를 진행한다. That is, after incubation is performed while maintaining a constant temperature for 2 minutes at room temperature, 25 μL of magnetic silica particles and 200 μL of isopropanol are added to the
이 과정으로 농축된 병원체를 용해시켜 핵산이 추출되며 추출된 핵산은 양이온가교(cation bridge)로 인해 자성실리카입자와 정전기적 결합 형태로 결합한다. 양이온가교는 양이온을 띠며, 자성실리카입자와 핵산은 음이온을 띠므로 양이온가교의 양측에 자성실리카 입자와 핵산이 결합된다.Nucleic acid is extracted by dissolving the concentrated pathogen in this process, and the extracted nucleic acid binds to magnetic silica particles in an electrostatic bond form due to a cation bridge. Cationic crosslinking has a cation, and magnetic silica particles and nucleic acids have anions, so magnetic silica particles and nucleic acids are bound to both sides of the cation crosslinking.
아이소프로판올은 프로판올의 이성질체인 지방족 포화알코올이다. vortex를 하는 이유는 DNA 정제를 위해 공급된 물질과 효과가 잘 섞기 위해서 시행한다.Isopropanol is an aliphatic saturated alcohol that is an isomer of propanol. The reason for vortexing is to mix well with the material supplied for DNA purification.
아이소프로판올과 에탄올(ethanol)은 동일한 알콜류로서, 염(salt)으로 인해서 중화된 DNA의 침전효율을 증가시키기 위해 사용된다.Isopropanol and ethanol are the same alcohols, and are used to increase the precipitation efficiency of DNA neutralized by salt.
그리고 정제부(40)에 대한 자기력 제공을 중단하고, 5분간 vortex를 진행한 후, 불순물을 배출하기 위해 정제통부(41)의 하부로 자기력을 제공한다.Then, the magnetic force to the
핵산 추출이 완료되면, 추출된 핵산을 정제하는 정제단계를 갖는다(S70). 즉, 저장부(30)를 통해 350μL의 워싱 버퍼를 주입하는 과정을 3번 반복하며 정제통부(41)에 있는 불순물은 정제배출부(42)를 통해 모두 배출된다. 그리고 정제통부(41)에 있는 내부유체를 제거하는 동작을 3번 반복한다.When the nucleic acid extraction is completed, a purification step of purifying the extracted nucleic acid is performed (S70). That is, the process of injecting the washing buffer of 350 μL through the
그리고 저장부(30)를 통해 정제통부(41)로 100μL의 용출 완충액(elution buffer)을 공급하며, 정제통부(41)에 제공되는 자기력을 차단한다. 이후에는 히터로 65℃의 온도로 5분간 정제통부(41)를 가열한 후, 핵산을 자성실리카입자로부터 분리시킨다. 분리한 액상 시료를 얻게 되면 정제배출부(42)를 통해 외부로 배출시킨다.In addition, 100 μL of an elution buffer is supplied to the
본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출장치 및 핵산 추출방법은 대용량 시료 내에 존재하는 낮은 농도의 병원체를 자성을 이용하여 시료에서 신속하게 분리한 후 농축하여 정제부(40)에서 핵산을 정제하여 분리할 수 있으므로 진단검사에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있다.In the nucleic acid extraction apparatus and nucleic acid extraction method according to an embodiment of the present invention, a low concentration pathogen present in a large-capacity sample is rapidly separated from the sample by using magnetism, and then concentrated to purify and separate the nucleic acid in the
또한 본 발명은 병원균 표면의 특정 레이어와 결합하는 프로브들을 코팅시킨 자성나노입자를 사용하므로, 시료내에서 병원균들의 다중 농축이 가능하다.In addition, since the present invention uses magnetic nanoparticles coated with probes that bind to a specific layer on the surface of pathogens, multiple concentrations of pathogens in a sample are possible.
또한, 본 발명은 핵산 추출장치(1)에 일체로 구비되는 저장부(30)에 필요한 버퍼들이 모두 저장 가능하므로 작업성이 개선될 수 있다.In addition, in the present invention, all buffers required for the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the field to which the technology pertains, various modifications and other equivalent embodiments are possible. I will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the following claims.
10 : 농축부 11 : 농축통부
12 : 농축덮개부 13 : 농축삽입부
14 : 농축출구부 15 : 농축자력부
20 : 수거부 21 : 수거안착부
22 : 수거안내부 23 : 수거저장부
24 : 수거유로부 30 : 저장부
31 : 저장통부 32 : 저장유로부
33 : 저장밸브부 40 : 정제부
41 : 정제통부 42 : 정제배출부
43 : 정제자력부10: concentrated portion 11: concentrated barrel portion
12: thickening cover part 13: thickening insertion part
14: Concentration outlet 15: Concentration magnetic power section
20: collection unit 21: collection and seating unit
22: collection information unit 23: collection storage unit
24: collection flow section 30: storage section
31: storage container 32: storage passage
33: storage valve unit 40: purification unit
41: tablet container 42: tablet discharging part
43: refining magnetic field
Claims (13)
상기 농축부가 회전 가능하도록 장착되고, 상기 농축부에서 배출되는 시료를 처리하는 수거부;
상기 수거부와 연결되고, 하나 이상의 버퍼를 저장할 수 있는 저장부; 및
상기 저장부에 연결되고, 상기 농축부에서 공급되는 농축된 병원체를 전달받아 핵산으로 정제하여 정제된 핵산을 배출하는 정제부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
A concentration unit for storing a sample including magnetic nanoparticles and a pathogen, and for separating and concentrating the pathogen from the sample;
A collection unit mounted to be rotatable in the concentrating unit and processing the sample discharged from the concentrating unit;
A storage unit connected to the collection unit and capable of storing one or more buffers; And
And a purification unit connected to the storage unit and receiving the concentrated pathogen supplied from the concentration unit and purifying it with nucleic acid to discharge the purified nucleic acid.
자성나노입자와 병원체를 포함하는 시료가 저장되는 농축통부;
상기 농축통부의 하방으로 연장되고, 상기 수거부에 삽입되며, 상기 수거부에서 회전 가능한 농축삽입부; 및
상기 농축삽입부에 형성되고, 자성나노입자와 병원체를 포함하는 시료를 배출하는 농축출구부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 1, wherein the concentration unit
A condensing tube unit in which a sample containing magnetic nanoparticles and pathogens is stored;
A concentration insertion portion extending downwardly from the concentration cylinder portion, inserted into the collection portion, and rotatable in the collection portion; And
A nucleic acid extraction apparatus comprising: a concentration outlet formed in the concentration insertion portion and for discharging a sample containing magnetic nanoparticles and pathogens.
상기 농축통부에 탈부착 가능하고, 자기력을 제공하는 농축자력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 2, wherein the concentration unit
Nucleic acid extraction apparatus further comprising a; detachable to the concentrated cylinder portion, the magnetic enrichment unit for providing a magnetic force.
상기 농축부가 회전 가능하도록 안착되는 수거안착부;
상기 수거안착부에 형성되고, 상기 농축부에서 배출되는 시료를 안내하는 수거안내부; 및
상기 수거안착부의 하방에 배치되고, 상기 농축부에서 배출되는 시료를 저장하는 수거저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 1, wherein the collection unit
A collection and seating unit on which the concentration unit is rotatably seated;
A collection guide part formed in the collection seating part and guiding the sample discharged from the concentration part; And
And a collection storage unit disposed below the collection and seating unit and storing the sample discharged from the concentration unit.
상기 수거안착부에 형성되고, 상기 농축부에서 배출되는 농축된 병원체를 상기 정제부로 안내하는 수거유로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 4, wherein the collection unit
A nucleic acid extraction apparatus comprising: a collection passage formed in the collection and seating portion and guiding the concentrated pathogen discharged from the concentration portion to the purification portion.
상기 수거부에 연결되고, 하나 이상의 버퍼를 저장하기 위한 저장공간이 형성되는 저장통부;
상기 저장공간에 저장된 버퍼를 상기 정제부로 안내하는 저장유로부; 및
상기 저장유로부를 개폐하는 저장밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 1, wherein the storage unit
A storage cylinder connected to the collection unit and having a storage space for storing at least one buffer;
A storage passage unit for guiding the buffer stored in the storage space to the purification unit; And
A storage valve unit for opening and closing the storage passage unit.
상기 저장밸브부는 로터리밸브 방식이 적용 가능한 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 6,
The storage valve unit, a nucleic acid extraction device, characterized in that the rotary valve method is applicable.
상기 저장부의 하부에 연결되고, 상기 농축부에서 농축된 병원체가 유입되고, 상기 저장부에서 버퍼가 유입되어 핵산을 정제하는 정제통부; 및
상기 정제통부의 하부에 형성되고, 상기 정제통부에서 정제된 핵산을 배출하는 정제배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 1, wherein the purification unit
A purification cylinder connected to a lower portion of the storage unit, through which pathogens concentrated in the concentration unit are introduced, and a buffer is introduced from the storage unit to purify nucleic acids; And
A nucleic acid extraction apparatus comprising: a purification discharge unit formed under the purification cylinder unit and for discharging the purified nucleic acid from the purification cylinder unit.
상기 정제통부에 탈부착 가능하고, 자기력을 제공하는 정제자력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출장치.
The method of claim 1, wherein the purification unit
A nucleic acid extracting apparatus further comprising a; a purification magnetic force portion detachable to the purification cylinder portion and providing a magnetic force.
병원체와 자성나노입자를 포함한 시료를 농축부로 공급하는 시료공급단계;
상기 농축부에 의해 병원체와 자성나노입자가 시료에서 분리되어 농축되는 농축단계;
상기 농축부에서 농축된 병원체를 정제부로 이송시키는 이송단계;
저장부에 저장된 버퍼를 상기 정제부에 선별 투입하는 투입단계;
상기 정제부로 이송된 병원체에서 핵산을 추출하는 추출단계; 및
추출된 핵산을 정제하는 정제단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출방법.
Sample preparation step of mixing magnetic nanoparticles with a sample containing a pathogen;
A sample supply step of supplying a sample including pathogens and magnetic nanoparticles to a concentration unit;
A concentration step in which pathogens and magnetic nanoparticles are separated from the sample and concentrated by the concentration unit;
A transfer step of transferring the pathogen concentrated in the concentration unit to a purification unit;
An input step of selectively inputting the buffer stored in the storage unit to the purification unit;
An extraction step of extracting nucleic acids from the pathogen transferred to the purification unit; And
A method for extracting nucleic acids comprising a; purification step of purifying the extracted nucleic acid.
상기 자성나노입자는 병원균 표면의 특정 레이어와 결합하는 프로브들을 코팅하여, 시료 내에서 그람양성균 및 그람음성균이 동시에 농축 가능한 것을 특징으로 하는 핵산 추출방법.
The method of claim 10,
The magnetic nanoparticle is a nucleic acid extraction method, characterized in that the gram-positive bacteria and gram-negative bacteria can be simultaneously concentrated in the sample by coating probes that bind to a specific layer on the surface of the pathogen.
상기 농축부에 제공되는 자기력에 의해 자성나노입자가 시료에서 분리되어 농축되는 것을 특징으로 하는 핵산 추출방법.
The method of claim 10, wherein the concentration step
Nucleic acid extraction method, characterized in that the magnetic nanoparticles are separated from the sample and concentrated by the magnetic force provided to the concentration unit.
상기 농축부에 제공되는 자기력을 제거하고, 상기 정제부에 자기력을 제공한 후, 농축된 병원체를 상기 정제부로 이송하는 것을 특징으로 하는 핵산 추출방법.
The method of claim 10, wherein the transferring step
A nucleic acid extraction method comprising removing the magnetic force provided to the concentration unit, providing the magnetic force to the purification unit, and transferring the concentrated pathogen to the purification unit.
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