KR20210063503A - Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same - Google Patents

Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210063503A
KR20210063503A KR1020190151015A KR20190151015A KR20210063503A KR 20210063503 A KR20210063503 A KR 20210063503A KR 1020190151015 A KR1020190151015 A KR 1020190151015A KR 20190151015 A KR20190151015 A KR 20190151015A KR 20210063503 A KR20210063503 A KR 20210063503A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microfluidic channel
sample
injection hole
pcr amplification
amplification system
Prior art date
Application number
KR1020190151015A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102378631B1 (en
Inventor
이국녕
성우경
김원효
윤수미
홍동기
송성아
김영주
강혜림
Original Assignee
한국전자기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자기술연구원 filed Critical 한국전자기술연구원
Priority to KR1020190151015A priority Critical patent/KR102378631B1/en
Publication of KR20210063503A publication Critical patent/KR20210063503A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102378631B1 publication Critical patent/KR102378631B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686—Polymerase chain reaction [PCR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0684—Venting, avoiding backpressure, avoid gas bubbles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1838—Means for temperature control using fluid heat transfer medium
    • B01L2300/185—Means for temperature control using fluid heat transfer medium using a liquid as fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2563/00—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties
    • C12Q2563/107—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties fluorescence
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2565/00—Nucleic acid analysis characterised by mode or means of detection
    • C12Q2565/60—Detection means characterised by use of a special device
    • C12Q2565/629—Detection means characterised by use of a special device being a microfluidic device

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

The present invention relates to a microfluidic channel-type PCR amplification system and a method for amplifying nucleic acid using the same. Particularly, the microfluidic channel-type PCR amplification system includes: a circular microfluidic channel through which a sample is passed to cause a polymerase chain reaction (PCR); a sample injection hole formed at one side of the microfluidic channel and configured to inject a sample into the microfluidic channel; a ferro-fluid injection hole spaced apart from the sample injection hole by a predetermined interval, formed at the other side of the microfluidic channel and configured to inject a ferro-fluid containing magnetic particles into the microfluidic channel; a motor disposed at the central portion of the circular microfluidic channel; and a plurality of heating blocks disposed at the bottom of the microfluidic channel around the rotation axis of the motor.

Description

마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법{Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same}Microfluidic channel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same

본 발명은 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널을 이용함으로써 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic channel type PCR amplification system and a nucleic acid amplification method using the same, and more particularly, by using a circular microfluidic channel injected with magnetic fluid, to control the fluid in a simple manner and actively increase the speed of the PCR cycle It relates to a microfluidic channel type PCR amplification system that can be controlled with the same and a nucleic acid amplification method using the same.

종래 PCR(Polymerase Chain Reaction) 장비는 95℃(denaturation), 65℃(annealing), 72℃(elongation or extension)의 3가지 온도 구간을 활용하여 유전자를 지수함수적 증식(exponential growth)으로 복제하는데, 중합연쇄반응은 온도 변화를 1주기로 하여 반복함으로써 유전자수의 증폭이 이루어지게 된다. Conventional PCR (Polymerase Chain Reaction) equipment utilizes three temperature sections of 95 ° C (denaturation), 65 ° C (annealing), and 72 ° C (elongation or extension) to replicate genes by exponential growth, The number of genes is amplified by repeating the polymerization chain reaction with one cycle of temperature change.

이러한 PCR 장비는 중합반응에 필요한 3가지 온도의 변화를 신속하게 제어하기 위해 통상 펠티어 소자 등을 활용하여 가열과 냉각을 반복하게 되고, 이로 인해 1사이클 반응은 1분 이상 소요되는 등 반응의 신속성 개선이 제한적이고 히팅과 냉각을 위한 온도제어 시스템이 매우 크고 에너지 소모가 많은 단점이 있었다. This PCR equipment repeats heating and cooling by using a Peltier element to quickly control the changes in the three temperatures required for polymerization, and this improves the speed of the reaction, such that one cycle reaction takes more than one minute. This limitation, and the temperature control system for heating and cooling was very large, there was a disadvantage of a lot of energy consumption.

이를 극복하기 위한 방법으로 마이크로 유체 채널을 이용하여 유체의 연속 흐름을 만들고, 3가지 온도 구역으로 등온상태의 히팅블록 위를 증폭 반응의 순서대로 흘러가도록 하는 개념이 소개되어 신속하게 PCR 증폭이 이루어질 수 있음을 개시하고 있으나, 유체 채널의 설계와 제작이 복잡하고 유체의 흐름을 만들기 위해 공압을 이용하는 등의 유체 제어가 어렵거나 부가장치가 필요한 단점이 있었다. As a way to overcome this, the concept of creating a continuous flow of fluid using a microfluidic channel and allowing it to flow over the isothermal heating block in three temperature zones in the order of the amplification reaction was introduced, allowing rapid PCR amplification. However, there are disadvantages in that the design and manufacture of the fluid channel is complicated, and it is difficult to control the fluid such as using pneumatic pressure to make the flow of the fluid or an additional device is required.

또한, 마이크로 유체 채널칩 하부에 줄히팅을 위한 열선을 이용하여 증폭 반응의 순서대로 온도를 제어하여 PCR 증폭이 이루어지도록 하고 있으나, 유체 채널이 제작된 유체칩 기판의 온도를 전체적으로 변화시켜야 하므로 온도 제어 정확성이 떨어지고, 신속성이 좋지 않은 단점이 있었다. In addition, PCR amplification is performed by controlling the temperature in the order of the amplification reaction using a heating wire for Joule heating in the lower part of the microfluidic channel chip, but since the temperature of the fluidic chip substrate on which the fluid channel is manufactured must be changed as a whole, temperature control There were disadvantages of poor accuracy and poor speed.

마이크로 채널을 수직으로 세워 기둥형 마이크로튜브 배관을 사용하고 대류 원리를 이용하여 낮은 온도의 용액이 아래로 내려가는 원리로 별도의 유체 제어의 수고없이 온도제어시스템의 구현을 간단하게 한 PCR 개념도 소개되고 있고, 또한 등록특허 제0900956호는 일회용 폴리머 칩을 이용한 자연대류 ＰＣＲ 장치 및 그 방법에 대하여 개시하고 있으나, 대류에 의한 수동적인 유체 흐름에 의존해야 하므로 PCR 사이클의 속도를 적극적이고 능동적으로 제어하기 어려운 단점이 있다.A PCR concept is also introduced, which simplifies the implementation of a temperature control system without the effort of controlling the fluid by using a column-type microtube pipe by erecting the microchannel vertically and using the convection principle to lower the low-temperature solution. , Also, Patent No. 0900956 discloses a natural convection PCR device and method using a disposable polymer chip, but it is difficult to actively and actively control the speed of the PCR cycle because it has to rely on passive fluid flow by convection. There is this.

대한민국 등록특허 제0900956호 (2009.05.28)Republic of Korea Patent No. 0900956 (2009.05.28)

따라서 본 발명의 목적은 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널을 이용함으로써 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템을 사용하지 않으면서 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법을 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention is to control the fluid in a simple manner without using the existing high-temperature-cooling temperature control system and to actively control the speed of the PCR cycle by using a circular microfluidic channel in which the magnetic fluid is injected. To provide a microfluidic channel type PCR amplification system and a nucleic acid amplification method using the same.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널; 상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료가 주입되는 시료주입홀; 상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)가 주입되는 자성유체 주입홀; 상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터; 및 상기 모터의 회전축을 중심으로 상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치되는 복수 개의 히팅 블록을 포함할 수 있다.A microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a circular microfluidic channel that causes a PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction while a sample passes; a sample injection hole formed on one side of the microfluidic channel to inject a sample into the microfluidic channel; a magnetic fluid injection hole spaced apart from the sample injection hole by a predetermined interval and formed on the other side of the microfluidic channel to inject a ferrofluid containing magnetic particles into the microfluidic channel; a motor disposed at the center of the circular microfluidic channel; and a plurality of heating blocks disposed at the lower end of the microfluidic channel with respect to the rotation axis of the motor.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치되어 PCR 증폭을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.In addition, the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention may further include a measuring unit disposed between the plurality of heating blocks to measure PCR amplification.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 측정부는 형광을 측정하는 형광측정부인 것을 특징으로 한다.Further, in the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention, the measuring unit is a fluorescence measuring unit for measuring fluorescence.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 측정부는 마이크로 유체 채널 내 시료의 pH 변화를 측정하는 전기식 혹은 색변화 측정식 센서인 것을 특징으로 한다. In addition, in the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention, the measuring unit is an electric or color change measuring sensor that measures a change in pH of a sample in the microfluidic channel.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 마이크로 유체 채널의 상부에 배치되어 상기 모터의 회전에 따라 상기 자성유체(ferrofluid)를 회전시키는 자석을 더 포함할 수 있다.In addition, the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention may further include a magnet disposed on the microfluidic channel to rotate the ferrofluid according to the rotation of the motor.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부의 기포를 제거하거나 상기 시료 또는 자성유체를 멈추도록 하는 홀(Stopper)을 더 포함할 수 있다.In addition, in the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention, a stopper is formed on one side of the microfluidic channel to remove air bubbles inside the microfluidic channel or to stop the sample or magnetic fluid. may include

여기서, 상기 마이크로 유체 채널은 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로 유체 채널이 동심원 구조로 형성되거나, 2개 이상의 기판을 접착하고 상기 기판에 마이크로 유체 채널 및 시료주입홀을 형성한 마이크로 유체 채널칩인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널칩은 마이크로 유체 채널 제작이 저렴하게 대량으로 활용하는 것이 가능하도록 유리기판, 플라스틱 기판, 폴리머 기판 등으로 제작될 수 있다.Here, the microfluidic channel is a microfluidic channel chip in which a plurality of microfluidic channels are formed in a concentric circle structure for multiplexing measurement, or two or more substrates are bonded and a microfluidic channel and a sample injection hole are formed in the substrate. characterized by being. The microfluidic channel chip according to the present invention can be made of a glass substrate, a plastic substrate, a polymer substrate, etc. so that the microfluidic channel can be manufactured inexpensively and used in large quantities.

또한, 상기 마이크로 유체 채널은 하나의 유체 채널 안에 복수개의 이격된 액적(droplet)을 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송하여 하나의 채널에서 다중시료 PCR 분석이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the microfluidic channel is characterized in that multiple sample PCR analysis is possible in one channel by transferring a plurality of spaced apart droplets in one fluidic channel to one magnetic fluid plug.

또한, 본 발명에 따른 시료가 주입되어 증폭이 일어나는 마이크로 유체 채널칩은 일회용으로 사용하고 폐기하는 것을 특징으로 하며, 히팅부 및 형광측정부/광학측정부/센서회로부 등은 영속적으로 사용하는 것을 특징으로 한다. In addition, the microfluidic channel chip in which the sample is injected and amplified according to the present invention is characterized in that it is disposable and discarded, and the heating unit and the fluorescence measuring unit/optical measuring unit/sensor circuit unit are permanently used. do it with

또한, 본 발명에 따른 유체채널 내부에 주입되는 시료의 로딩(loading)은 미세 유체 채널의 모세관 힘(모세관 현상)으로 자발적으로 채워지거나 자성유체의 이동 제어를 통해 자동화되는 시료주입을 특징으로 한다. In addition, the loading of the sample injected into the fluid channel according to the present invention is characterized by the sample injection being automatically filled by the capillary force (capillary phenomenon) of the microfluidic channel or automated through movement control of the magnetic fluid.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 복수 개의 히팅 블록은 상이한 온도에서 구동되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention, the plurality of heating blocks are driven at different temperatures.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템에 있어서, 상기 복수 개의 히팅 블록은 상기 마이크로 유체 채널의 하단 및 상단에 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention, the plurality of heating blocks are disposed at the lower end and upper end of the microfluidic channel.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 상기 모터를 제어하는 모터 제어부, 상기 히팅 블록의 반응 온도를 제어하는 반응 온도제어부 및 GUI(Graphical User Interface)를 포함하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention may further include a control unit including a motor control unit for controlling the motor, a reaction temperature control unit for controlling the reaction temperature of the heating block, and a GUI (Graphical User Interface) have.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 시료 및 자성유체를 주입 후 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 밀봉하는 테이프를 더 포함할 수 있다.In addition, the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention may further include a tape for sealing the sample injection hole and the magnetic fluid injection hole after injecting the sample and the magnetic fluid.

본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법은 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성된 시료주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료를 주입하는 단계; 상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성된 자성유체 주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계; 상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치된 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계; 및 상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터의 회전에 따른 자석의 이동에 따라 상기 자성유체 및 시료가 이동하는 단계를 포함할 수 있다.In the nucleic acid amplification method according to an embodiment of the present invention, a sample is injected into the microfluidic channel through a sample injection hole formed on one side of a circular microfluidic channel that causes a PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction while the sample passes. to do; injecting a ferrofluid containing magnetic particles into the microfluidic channel through a ferrofluid injection hole spaced apart from the sample injection hole and formed on the other side of the microfluidic channel; driving a plurality of heating blocks disposed at the lower end of the microfluidic channel at different temperatures; and moving the magnetic fluid and the sample according to the movement of the magnet according to the rotation of the motor disposed at the center of the circular microfluidic channel.

또한, 본 발명에 따른 핵산 증폭 방법에 있어서, 상기 시료를 주입하는 단계는 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로유체 채널에 시료를 주입하는 단계; 또는 하나의 유체 채널 안에 시료와 함께 복수개의 이격된 액적(droplet)을 주입하여 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송함으로써 하나의 채널에서 다중시료 PCR 분석이 가능하도록 시료를 주입하는 단계;를 더 포함한다.In addition, in the nucleic acid amplification method according to the present invention, the step of injecting the sample may include: injecting the sample into a plurality of microfluidic channels for multiplexing measurement; Or injecting a plurality of spaced apart droplets (droplets) together with the sample in one fluid channel and transferring the sample to one magnetic fluid plug (plug) to enable multi-sample PCR analysis in one channel; more include

또한, 본 발명에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계 이후에, 상기 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 테이프로 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the nucleic acid amplification method according to the present invention may further include sealing the sample injection hole and the ferrofluid injection hole with a tape after the injection of the ferrofluid.

또한, 본 발명에 따른 핵산 증폭 방법은 상기 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치된 측정부에서 PCR 증폭을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the nucleic acid amplification method according to the present invention may further include measuring PCR amplification in a measuring unit disposed between the plurality of heating blocks.

본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템 및 그를 이용한 핵산 증폭 방법은 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널을 이용함으로써 펠티어소자를 활용했던 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템을 사용하지 않으면서 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있고 소형의 장치로 PCR이 가능한 유리한 효과가 있다.The microfluidic channel type PCR amplification system and the nucleic acid amplification method using the same according to the present invention use a circular microfluidic channel in which a magnetic fluid is injected, so that the existing high temperature-cooling temperature control system utilizing the Peltier device is not used. There is an advantageous effect that the fluid can be controlled in a simple manner and the speed of the PCR cycle can be actively controlled, and PCR is possible with a small device.

또한, 등온을 유지하고 있는 복수 개의 히팅블록 구간을 소량의 시료가 유체 채널을 통해 주기적으로 반복해서 흘러가도록 함으로써 신속한 PCR 반응이 가능하다.In addition, a rapid PCR reaction is possible by allowing a small amount of sample to periodically and repeatedly flow through a fluid channel through a plurality of heating block sections maintaining isothermal temperatures.

또한, 복수 개의 히팅 블록 사이에 시료의 형광변화를 측정하는 측정부를 두고 회전주기를 PCR 반응 1주기로하여 증폭 반응의 반복 횟수에 따른 형광 변화를 측정하여 실시간 PCR 반응의 확인이 가능하다.In addition, it is possible to check the real-time PCR reaction by placing a measuring unit for measuring the fluorescence change of the sample between the plurality of heating blocks and measuring the fluorescence change according to the number of repetitions of the amplification reaction by setting the rotation period as one PCR reaction cycle.

또한, 마이크로 유체 채널의 복수개 혹은 하나의 마이크로유체 채널에 복수개의 이격된 시료 액적(droplet)으로 멀티플렉싱(multiplexing) 분석이 가능하다. In addition, multiplexing analysis is possible with a plurality of microfluidic channels or a plurality of spaced apart sample droplets in one microfluidic channel.

또한, 마이크로 유체 채널을 일회용 유체칩으로 제작하여 반응이 완료된 후에 폐기하는 방식의 일회용으로 사용이 가능하다. In addition, it is possible to use the microfluidic channel as a disposable fluid chip, which is disposed of after the reaction is completed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 히팅블록, 마이크로 유체 채널 및 측정부가 배치된 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체칩의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체 채널 내에 시료와 자성유체가 주입된 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 시료의 이동을 위한 자석과 모터회전축을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널칩 기판을 제작하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 채널에서 멀티플렉싱(multiplexing) 가능한 액적(droplet)형 마이크로 유체 채널의 시료 주입 모식도이다.1 is a schematic diagram in which a heating block, a microfluidic channel, and a measuring unit are disposed of a microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a microfluidic chip of a microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram in which a sample and a magnetic fluid are injected into a microfluidic channel of a microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram illustrating a magnet and a motor rotation shaft for moving a sample in a microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of manufacturing a microfluidic channel chip substrate according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a nucleic acid amplification method according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram of sample injection of a droplet-type microfluidic channel capable of multiplexing in one channel according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 히팅블록, 마이크로 유체 채널 및 측정부가 배치된 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체칩의 모식도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 마이크로 유체 채널 내에 시료와 자성유체가 주입된 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템의 시료의 이동을 위한 자석과 모터회전축을 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram in which a heating block, a microfluidic channel, and a measuring unit are disposed of a microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a microfluidic channel type PCR amplification according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of the microfluidic chip of the system. 3 is a schematic diagram in which a sample and a magnetic fluid are injected into a microfluidic channel of a microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a microfluidic channel type PCR amplification according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing the magnet and the motor rotation shaft for the movement of the sample in the system.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 마이크로 유체 채널(10), 시료주입홀(20), 자성유체 주입홀(30), 모터(40) 및 복수 개의 히팅 블록(52, 54, 56)을 포함한다. 1 to 4 , the microfluidic channel type PCR amplification system according to an embodiment of the present invention includes a microfluidic channel 10 , a sample injection hole 20 , a magnetic fluid injection hole 30 , and a motor 40 ) and a plurality of heating blocks (52, 54, 56).

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 측정부(60), 자석(70), 마이크로 유체 채널(10)의 내부의 기포를 제거하거나 시료 또는 자성유체를 멈추도록 하는 홀(80), 제어부(미도시) 또는 테이프(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention removes air bubbles inside the measurement unit 60 , the magnet 70 , and the microfluidic channel 10 or stops the sample or the magnetic fluid hole 80 , a control unit (not shown) or a tape (not shown) may be further included.

마이크로 유체 채널(10)은 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 것으로, 원형의 관으로 제작될 수 있다. 마이크로 유체 채널(10)은 플라스틱 재질 또는 폴리디메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The microfluidic channel 10 causes a PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction while passing a sample, and may be manufactured as a circular tube. The microfluidic channel 10 may be made of a plastic material or poly(dimethylsiloxane) (PDMS), but is not limited thereto.

마이크로 유체 채널(10)은 플라스틱 기판 상부에 배치되고 플라스틱 기판과 결합되어 마이크로 유체칩을 구성하며, 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에는 시료주입홀(20)과 자성유체 주입홀(30)이 구비된다(도 2 참조).The microfluidic channel 10 is disposed on the plastic substrate and combined with the plastic substrate to constitute a microfluidic chip, and one side of the microfluidic channel 10 has a sample injection hole 20 and a magnetic fluid injection hole 30 . provided (see FIG. 2).

상기 마이크로 유체 채널은 복수개의 마이크로 유체 채널이 동심원 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수개의 마이크로유체 채널을 이용하여 한 번의 시료 주입으로 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 할 수 있는 장점이 있다.In the microfluidic channel, a plurality of microfluidic channels may be formed in a concentric circle structure. Accordingly, there is an advantage in that a multiplexing measurement can be performed by one sample injection using a plurality of microfluidic channels.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널(10)은 2개 이상의 기판을 접착하고 상기 기판에 마이크로 유체 채널 및 시료주입홀을 형성한 마이크로 유체 채널칩인 것을 특징으로 한다. 이때, 마이크로 유체 채널칩은 플라스틱 기판으로 대량 제작하여 단가를 저렴하게 할 수 있고, 마이크로 유체 채널칩 기판은 히팅 블록, 모터(40) 및 측정부(60)가 있는 기구부에 로딩하여 활용하고 반응이 완료된 후에는 언로딩하여 폐기하는 방식으로 일회용으로 사용할 수 있다.In addition, the microfluidic channel 10 according to the present invention is characterized in that it is a microfluidic channel chip in which two or more substrates are bonded and a microfluidic channel and a sample injection hole are formed in the substrate. At this time, the microfluidic channel chip can be mass-produced with a plastic substrate to reduce the unit price, and the microfluidic channel chip substrate is loaded and utilized in the mechanical unit having the heating block, the motor 40 and the measuring unit 60, and the reaction is performed. After completion, it can be used for one-time use by unloading and discarding.

시료주입홀(20)은 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료가 주입되는 홀로서, 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에 형성된다.The sample injection hole 20 is a hole into which a sample is injected into the microfluidic channel 10 , and is formed on one side of the microfluidic channel 10 .

자성유체 주입홀(30)은 시료주입홀(20)과 일정 간격 이격되어 마이크로 유체 채널(10)의 타 측면에 형성되고, 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)가 주입되는 홀이다.The magnetic fluid injection hole 30 is spaced apart from the sample injection hole 20 by a predetermined distance and is formed on the other side of the microfluidic channel 10 , and a ferrofluid containing magnetic particles into the microfluidic channel 10 . ) is the injection hole.

이때, 시료의 부피는 마이크로 유체 채널(10)의 단면적과 길이에 의해 결정이 된다. 예를 들어 단면적이 100 um x 100 um 인 경우 10 cm의 마이크로 유체 채널(10) 길이에는 1 ul의 시료가 채워지게 된다. 200 um x 200 um 의 단면적의 채널에는 2.5 cm 채널 길이로 1 ul 의 시료가 채워질 수 있다. 이와 같이 마이크로 유체 채널 방식의 PCR 기기는 매우 작은 시료의 볼륨만으로도 PCR이 가능한 장점이 있다. At this time, the volume of the sample is determined by the cross-sectional area and length of the microfluidic channel 10 . For example, when the cross-sectional area is 100 um x 100 um, a sample of 1 ul is filled in a length of the microfluidic channel 10 of 10 cm. A channel with a cross-sectional area of 200 um x 200 um can be filled with a sample of 1 ul with a channel length of 2.5 cm. As such, the microfluidic channel type PCR device has the advantage that PCR can be performed only with a very small sample volume.

시료 및 자성유체를 주입 후에 마이크로 유체 채널(10)의 홀부분은 테이프(미도시)로 간단하게 밀봉할 수 있다. After injecting the sample and the magnetic fluid, the hole portion of the microfluidic channel 10 may be simply sealed with a tape (not shown).

모터(40)는 마이크로 유체 채널(10)의 상부에 배치된 자석(70)을 회전시켜 자석(70)의 자력으로 자성유체(ferrofluid)가 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 내부에서 이동하도록 한다. 따라서, 마이크로 유체 채널(10) 내의 유체의 회전 흐름은 자성유체의 흐름으로 만들어지며 자성유체의 흐름은 모터(40) 회전으로 운동하는 자석(70)의 움직임으로 만들어진다. The motor 40 rotates the magnet 70 disposed on the microfluidic channel 10 so that the ferrofluid moves inside the circular microfluidic channel 10 by the magnetic force of the magnet 70 . . Accordingly, the rotational flow of the fluid in the microfluidic channel 10 is made by the flow of the magnetic fluid, and the flow of the magnetic fluid is made by the movement of the magnet 70 moving with the rotation of the motor 40 .

이를 위해 모터(40)는 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 중심부에 배치된다.To this end, the motor 40 is disposed at the center of the circular microfluidic channel 10 .

도 4는 자석(70)이 모터(40) 회전축에 의해 움직이는 실시예를 보여주는 것으로, 본 발명에 따른 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템은 연속적 회전 혹은 특정 각의 값으로 제어 신호에 의해 이동하는 등 여러 가지 방법으로 시료 유체 흐름과 이동을 신속하고 용이하게 제어할 수 있다. 4 shows an embodiment in which the magnet 70 is moved by the motor 40 rotational shaft, and the microfluidic channel type PCR amplification system according to the present invention is continuously rotated or moved by a control signal at a specific angle. The flow and movement of the sample fluid can be controlled quickly and easily in several ways.

PCR 증폭 반응에 필요한 히트 사이클(heat cycle)의 반복 속도는 마이크로 유체 채널(10)을 흐르는 시료의 속도에 비례할 수 있고 자석(70)의 움직임으로 유도되는 자성유체의 회전 사이클 속도에 해당한다. 따라서 모터(40)에 의해 움직이는 자석(70)의 이동 속도와 주기로 PCR 반응 사이클을 간단하게 제어하고 신속하게 할 수 있다. The repetition rate of the heat cycle required for the PCR amplification reaction may be proportional to the speed of the sample flowing through the microfluidic channel 10 and corresponds to the rotational cycle speed of the magnetic fluid induced by the movement of the magnet 70 . Therefore, the PCR reaction cycle can be controlled simply and quickly with the moving speed and cycle of the magnet 70 moved by the motor 40 .

히팅 블록은 PCR 증폭 반응을 위하여 마이크로 유체 채널(10) 하부에 위치하여 PCR 증폭 반응을 위한 온도 제어를 한다. 이를 위해 95℃(denaturation), 65℃(annealing), 72℃(elongation or extension)의 3가지 온도 구간을 활용하여 온도 변화를 1주기로 하여 반복함으로써 PCR 증폭 반응이 이루어지게 된다. The heating block is located below the microfluidic channel 10 for the PCR amplification reaction and controls the temperature for the PCR amplification reaction. To this end, the PCR amplification reaction is performed by repeating the temperature change as one cycle using three temperature sections of 95°C (denaturation), 65°C (annealing), and 72°C (elongation or extension).

히팅 블록은 모터(40)의 회전축을 중심으로 마이크로 유체 채널(10)의 하단에 복수 개 배치된다. 복수 개의 히팅 블록은 PCR 증폭을 위해 상이한 온도에서 구동되는 것이 바람직하다.A plurality of heating blocks are disposed at the lower end of the microfluidic channel 10 around the rotational axis of the motor 40 . A plurality of heating blocks are preferably driven at different temperatures for PCR amplification.

마이크로 유체 채널(10) 내 시료의 온도를 빨리 전달하기 위하여 히팅블록은 마이크로 유체 채널(10) 기판을 상하부로 덮는 구조가 가능하다. 다만, 상부 덮개부의 히팅블록이 두꺼울 경우 자성유체의 움직임이 자석(70)에 의해 움직이는 것이 약해질 수 있으므로 이를 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. In order to quickly transfer the temperature of the sample in the microfluidic channel 10 , the heating block may have a structure that covers the microfluidic channel 10 substrate up and down. However, if the heating block of the upper cover is thick, the movement of the magnetic fluid may be weakened by the magnet 70, so it is preferable to properly adjust it.

측정부(60)는 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치되어 PCR 증폭을 측정한다. 즉, 시료 유체가 마이크로 유체 채널(10)을 지나가면서 회전하는 경로 일부에 측정부(60)가 배치된다. The measurement unit 60 is disposed between a plurality of heating blocks to measure PCR amplification. That is, the measuring unit 60 is disposed in a portion of the path through which the sample fluid rotates while passing through the microfluidic channel 10 .

이때, 측정부(60)는 형광을 측정하는 형광측정부인 것이 바람직하다. 형광의 측정은 채널 기판의 하부에서 PD 센서 혹은 카메라 센서를 사용하고 수평 방향에서 입사하는 광원을 사용하여 구성할 수 있다. In this case, the measuring unit 60 is preferably a fluorescence measuring unit for measuring fluorescence. Fluorescence can be measured using a PD sensor or a camera sensor under the channel substrate and a light source incident from a horizontal direction.

채널 내 형광 시료의 밝기 변화를 회전 주기별로 관측하여 증폭을 실시간으로 측정할 수 있다. 즉, 회전주기를 PCR 반응 1 주기로하여 증폭 반응의 반복 횟수에 따른 형광 변화를 측정하여 실시간 PCR 반응의 확인이 가능하다.Amplification can be measured in real time by observing the change in brightness of the fluorescent sample in the channel for each rotation period. That is, it is possible to check the real-time PCR reaction by measuring the change in fluorescence according to the number of repetitions of the amplification reaction by setting the rotation cycle to 1 cycle of the PCR reaction.

홀(80)은 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에 형성되어 마이크로 유체 채널(10)의 내부의 기포를 제거하거나 시료 또는 자성유체를 멈추도록 한다. 즉, 유체 채널 상부의 일부에 기포제거나 모세관 힘으로 주입되는 시료유체나 자성유체가 의도한 위치에 멈춰있도록 하여 동일한 양이 주입될 수 있도록 한 홀(80)이 구비될 수 있다. The hole 80 is formed on one side of the microfluidic channel 10 to remove air bubbles inside the microfluidic channel 10 or to stop the sample or magnetic fluid. That is, a hole 80 may be provided in a portion of the upper part of the fluid channel to allow the same amount of the sample fluid or magnetic fluid to be injected by removing bubbles or by stopping the sample fluid or magnetic fluid injected by capillary force.

제어부는 본 발명의 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템을 제어하는 것으로, 모터(40)를 제어하는 모터 제어부, 히팅 블록의 반응 온도를 제어하는 반응 온도제어부 및 GUI(Graphical User Interface)를 포함한다.The control unit controls the microfluidic channel type PCR amplification system of the present invention, and includes a motor control unit for controlling the motor 40, a reaction temperature control unit for controlling the reaction temperature of the heating block, and a graphical user interface (GUI).

제어부는 PCR 증폭 반응을 위하여 사용자가 모터(40)의 속도와 목표 온도 설정 등을 입력할 수 있고, 모터(40)의 회전주기와 형광 반응 결과를 읽을 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. GUI는 별도의 디스플레이 혹은 스마트기기로 구성될 수 있다. The control unit is preferably configured so that the user can input the speed and target temperature setting of the motor 40 for the PCR amplification reaction, and read the rotation period of the motor 40 and the fluorescence reaction result. The GUI may be configured as a separate display or a smart device.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 채널칩 기판을 제작하는 모식도이다.5 is a schematic diagram of manufacturing a microfluidic channel chip substrate according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 적어도 2개의 기판을 사용하거나, 혹은 3개의 기판을 접착시켜 제작하는 방식으로 마이크로 유체 채널, 주입부 및 배출부가 구성된 마이크로 유체 채널칩을 제작할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a microfluidic channel chip including a microfluidic channel, an injection part, and an exhaust part may be manufactured by using at least two substrates or by bonding three substrates.

이와 같은 본 발명의 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템을 이용한 핵산 증폭 방법에 대해서 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 방법에 대한 흐름도이다.A nucleic acid amplification method using the microfluidic channel type PCR amplification system of the present invention will be described with reference to FIG. 6 as follows. 6 is a flowchart of a nucleic acid amplification method according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 핵산 증폭 방법은 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료를 주입하는 단계(S10); 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계(S20); 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계(S30); 및 자성유체 및 시료가 이동하는 단계(S40)를 포함한다. 본 발명의 핵산 증폭 방법은 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치된 측정부(60)에서 PCR 증폭을 측정하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다. A nucleic acid amplification method according to the present invention comprises the steps of injecting a sample into the microfluidic channel 10 (S10); injecting a ferrofluid (S20); A plurality of heating blocks are driven at different temperatures (S30); and moving the magnetic fluid and the sample (S40). The nucleic acid amplification method of the present invention may further include the step (S50) of measuring PCR amplification in the measuring unit 60 disposed between the plurality of heating blocks.

여기서 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료를 주입하는 단계(S10)는 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 일 측면에 형성된 시료주입홀(20)을 통해 상기 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 시료를 주입하는 것이다.Here, the step (S10) of injecting the sample into the microfluidic channel 10 is a sample injection hole 20 formed on one side of the circular microfluidic channel 10 that causes a PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction while the sample passes. ) through which the sample is injected into the microfluidic channel 10 .

또한, 상기 시료를 주입하는 단계(S10)는 멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로유체 채널을 이용하거나, 하나의 유체 채널 안에 시료에 함께 복수개의 이격된 액적(droplet)을 주입하여 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송함으로써 하나의 채널에서 다중시료 PCR 분석이 가능하도록 시료를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다(도 7 참조).In addition, in the step of injecting the sample (S10), a plurality of microfluidic channels are used for multiplexing measurement, or a plurality of spaced apart droplets are injected into the sample in one fluid channel to form one magnetic field. The method may further include injecting a sample to enable multi-sample PCR analysis in one channel by transferring it to a fluid plug (see FIG. 7 ).

다음으로 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계(S20)는 상기 시료주입홀(20)과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널(10)의 타 측면에 형성된 자성유체 주입홀(30)을 통해 상기 마이크로 유체 채널(10)의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 것이다.Next, the step of injecting a ferrofluid (S20) is spaced apart from the sample injection hole 20 by a predetermined interval and through the ferrofluid injection hole 30 formed on the other side of the microfluidic channel 10, the microfluid This is to inject a ferrofluid containing magnetic particles into the fluid channel 10 .

또한, 상기 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계 이후에, 상기 시료주입홀(20) 및 자성유체 주입홀(30)을 테이프로 밀봉하는 단계(S22)를 더 포함할 수 있다.In addition, after the injection of the ferrofluid, the step of sealing the sample injection hole 20 and the ferrofluid injection hole 30 with a tape (S22) may be further included.

그리고 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계(S30)는 상기 마이크로 유체 채널(10)의 하단에 배치된 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 것이다.In the step S30 in which the plurality of heating blocks are driven at different temperatures, the plurality of heating blocks disposed at the lower end of the microfluidic channel 10 are driven at different temperatures.

자성유체 및 시료가 이동하는 단계(S40)는 상기 원형의 마이크로 유체 채널(10)의 중심부에 배치된 모터(40)의 회전에 따른 자석(70)의 이동에 따라 상기 자성유체 및 시료가 이동하는 것이다.In the step (S40) of moving the magnetic fluid and the sample, the magnetic fluid and the sample are moved according to the movement of the magnet 70 according to the rotation of the motor 40 disposed in the center of the circular microfluidic channel 10. will be.

본 발명에 따르면, 자성유체가 주입된 원형의 마이크로 유체 채널(10)을 이용함으로써 펠티어소자를 활용했던 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템을 사용하지 않으면서 간단한 방식으로 유체를 제어하고 PCR 사이클의 속도를 능동적으로 제어할 수 있다. 또한, 신속한 온도변화를 만들어야 할 필요가 없으므로 펠티어소자를 활용했던 기존의 고온-냉각용 온도제어시스템이 불필요해 소형의 장치로 PCR이 가능하고, 등온을 유지하고 있는 복수 개의 히팅블록 구간을 소량의 시료가 유체 채널을 통해 주기적으로 반복해서 흘러가도록 함으로써 신속한 PCR 반응이 가능하다.According to the present invention, by using the circular microfluidic channel 10 into which the magnetic fluid is injected, the existing high temperature-cooling temperature control system utilizing the Peltier element is used to control the fluid in a simple manner and to control the PCR cycle. The speed can be actively controlled. In addition, since there is no need to make a rapid temperature change, the existing high-temperature-cooling temperature control system using Peltier devices is unnecessary, so PCR can be performed with a small device, and a plurality of heating block sections maintaining isothermal temperatures can be reduced in a small amount. A rapid PCR reaction is possible by allowing the sample to flow periodically and repeatedly through the fluidic channel.

한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.On the other hand, the above detailed description should not be construed as restrictive in all aspects, but should be considered as exemplary. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (12)

시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널;
상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료가 주입되는 시료주입홀;
상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)가 주입되는 자성유체 주입홀;
상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터; 및
상기 모터의 회전축을 중심으로 상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치되는 복수 개의 히팅 블록;
을 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
a circular microfluidic channel that triggers a PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction as the sample passes;
a sample injection hole formed on one side of the microfluidic channel to inject a sample into the microfluidic channel;
a magnetic fluid injection hole spaced apart from the sample injection hole by a predetermined distance and formed on the other side of the microfluidic channel to inject a ferrofluid containing magnetic particles into the microfluidic channel;
a motor disposed at the center of the circular microfluidic channel; and
a plurality of heating blocks disposed at the lower end of the microfluidic channel with respect to the rotation axis of the motor;
A microfluidic channel type PCR amplification system comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 히팅 블록 사이에 배치되어 PCR 증폭을 측정하는 측정부;를 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 1,
A microfluidic channel type PCR amplification system further comprising a; a measuring unit disposed between the plurality of heating blocks to measure PCR amplification.
 제2항에 있어서,
상기 측정부는 형광을 측정하는 형광측정부인 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 2,
The measuring unit is a microfluidic channel type PCR amplification system, characterized in that it is a fluorescence measuring unit for measuring fluorescence.
 제1항에 있어서,
상기 마이크로 유체 채널의 상부에 배치되어 상기 모터의 회전에 따라 상기 자성유체(ferrofluid)를 회전시키는 자석;을 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 1,
The microfluidic channel type PCR amplification system further comprising a magnet disposed on the microfluidic channel to rotate the ferrofluid according to the rotation of the motor.
 제1항에 있어서,
상기 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성되어 상기 마이크로 유체 채널의 내부의 기포를 제거하거나 상기 시료 또는 자성유체를 멈추도록 하는 홀;을 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 1,
The microfluidic channel type PCR amplification system further comprising a hole formed on one side of the microfluidic channel to remove air bubbles from the inside of the microfluidic channel or to stop the sample or the magnetic fluid.
 제1항에 있어서,
상기 마이크로 유체 채널은 복수개의 마이크로 유체 채널이 동심원 구조로 형성되거나, 2개 이상의 기판을 접착하고 상기 기판에 마이크로 유체 채널 및 시료주입홀을 형성한 마이크로 유체 채널칩인 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 1,
The microfluidic channel is a microfluidic channel chip in which a plurality of microfluidic channels are formed in a concentric circle structure, or two or more substrates are bonded to each other and a microfluidic channel and a sample injection hole are formed in the substrate. PCR amplification system.
 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 히팅 블록은 상기 마이크로 유체 채널의 하단 및 상단에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 1,
The plurality of heating blocks are microfluidic channel type PCR amplification system, characterized in that disposed at the lower end and upper end of the microfluidic channel.
 제1항에 있어서,
상기 모터를 제어하는 모터 제어부, 상기 히팅 블록의 반응 온도를 제어하는 반응 온도제어부 및 GUI(Graphical User Interface)를 포함하는 제어부;를 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 1,
Microfluidic channel type PCR amplification system further comprising; a motor control unit for controlling the motor, a reaction temperature control unit for controlling the reaction temperature of the heating block, and a control unit including a GUI (Graphical User Interface).
 제1항에 있어서,
시료 및 자성유체를 주입 후 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 밀봉하는 테이프;를 더 포함하는 마이크로 유체 채널형 PCR 증폭 시스템.
The method of claim 1,
Microfluidic channel type PCR amplification system further comprising a; tape for sealing the sample injection hole and the magnetic fluid injection hole after injecting the sample and the magnetic fluid.
 시료가 통과하면서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응을 일으키는 원형의 마이크로 유체 채널의 일 측면에 형성된 시료주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 시료를 주입하는 단계;
상기 시료주입홀과 일정 간격 이격되고 상기 마이크로 유체 채널의 타 측면에 형성된 자성유체 주입홀을 통해 상기 마이크로 유체 채널의 내부로 자성입자를 함유하는 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계;
상기 마이크로 유체 채널의 하단에 배치된 복수 개의 히팅 블록이 상이한 온도에서 구동되는 단계; 및
상기 원형의 마이크로 유체 채널의 중심부에 배치된 모터의 회전에 따른 자석의 이동에 따라 상기 자성유체 및 시료가 이동하는 단계;
를 포함하는 핵산 증폭 방법.
injecting a sample into the microfluidic channel through a sample injection hole formed on one side of a circular microfluidic channel that causes a PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction while the sample passes;
injecting a ferrofluid containing magnetic particles into the microfluidic channel through a ferrofluid injection hole spaced apart from the sample injection hole and formed on the other side of the microfluidic channel;
driving a plurality of heating blocks disposed at the lower end of the microfluidic channel at different temperatures; and
moving the magnetic fluid and the sample according to the movement of the magnet according to the rotation of the motor disposed at the center of the circular microfluidic channel;
A nucleic acid amplification method comprising a.
 제10항에 있어서,
상기 자성유체(ferrofluid)를 주입하는 단계 이후에,
상기 시료주입홀 및 자성유체 주입홀을 테이프로 밀봉하는 단계;를 더 포함하는 핵산 증폭 방법.
The method of claim 10,
After the step of injecting the ferrofluid,
The nucleic acid amplification method further comprising; sealing the sample injection hole and the magnetic fluid injection hole with a tape.
 제10항에 있어서, 상기 시료를 주입하는 단계는,
멀티플렉싱(multiplexing) 측정을 위해 복수개의 마이크로유체 채널에 시료를 주입하는 단계; 또는
하나의 유체 채널 안에 시료와 함께 복수개의 이격된 액적(droplet)을 주입하여 하나의 자성유체 플러그(plug)로 이송함으로써 하나의 채널에서 다중시료 PCR 분석이 가능하도록 시료를 주입하는 단계;를
더 포함하는 핵산 증폭 방법.The method of claim 10, wherein the injecting of the sample comprises:
injecting a sample into a plurality of microfluidic channels for multiplexing measurement; or
Injecting a plurality of spaced apart droplets (droplets) together with the sample in one fluid channel and transferring it to one magnetic fluid plug (plug) to inject the sample to enable multi-sample PCR analysis in one channel;
Further comprising a nucleic acid amplification method.
KR1020190151015A 2019-11-22 2019-11-22 Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same KR102378631B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190151015A KR102378631B1 (en) 2019-11-22 2019-11-22 Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190151015A KR102378631B1 (en) 2019-11-22 2019-11-22 Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210063503A true KR20210063503A (en) 2021-06-02
KR102378631B1 KR102378631B1 (en) 2022-03-28

Family

ID=76372592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190151015A KR102378631B1 (en) 2019-11-22 2019-11-22 Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102378631B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115069316A (en) * 2022-06-21 2022-09-20 扬州大学 Chip capable of simultaneously detecting multiple body fluids

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100900956B1 (en) 2006-12-05 2009-06-08 한국전자통신연구원 Apparatus for PCR using a disposable polymer chip and natural convection and method the same
KR100941069B1 (en) * 2008-12-22 2010-02-09 한국전자통신연구원 Microfluidic dilution device
KR20140029142A (en) * 2012-08-30 2014-03-10 주식회사 메디센서 A rotary type pcr machine and a pcr chip

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100900956B1 (en) 2006-12-05 2009-06-08 한국전자통신연구원 Apparatus for PCR using a disposable polymer chip and natural convection and method the same
KR100941069B1 (en) * 2008-12-22 2010-02-09 한국전자통신연구원 Microfluidic dilution device
KR20140029142A (en) * 2012-08-30 2014-03-10 주식회사 메디센서 A rotary type pcr machine and a pcr chip

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Khoi Seng Lok, et al, Sample loading and retrieval by centrifugationin a closed-loop PCR microchip, Microchim Acta(2012) 176:445-453* *
Yi Sun, et al., High-Throughput Polymerase Chain Reaction in Parallel Circular Loops Using Magnetic Actuation, Anal. Chem. 2008, 80, 15, 6127 - 6130* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115069316A (en) * 2022-06-21 2022-09-20 扬州大学 Chip capable of simultaneously detecting multiple body fluids
CN115069316B (en) * 2022-06-21 2023-08-04 扬州大学 Chip capable of detecting multiple body fluids simultaneously

Also Published As

Publication number Publication date
KR102378631B1 (en) 2022-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7167102B2 (en) Fluid inspection cassette
US11142785B2 (en) Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
US11959126B2 (en) Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
JP7289792B2 (en) Fluid inspection cassette
US10363558B2 (en) System and method for serial processing of multiple nucleic acid assays
AU2017277331B2 (en) Rapid thermal cycling for sample analyses and processing
AU2006247752B2 (en) Method and device for conducting biochemical or chemical reactions at multiple temperatures
US9283563B2 (en) Systems and methods for real-time PCR
US9962692B2 (en) Methods, devices, and systems for fluid mixing and chip interface
US7142738B2 (en) Integrated analytical biochip and manufacturing method thereof
KR102378631B1 (en) Microchannel type PCR amplification system and nucleic acid amplification method using the same
EP3463668B1 (en) Rapid thermal cycling for sample analyses and processing
Kulkarni et al. A review on recent advancements in chamber-based microfluidic PCR devices
WO2012153668A1 (en) Fluidic device, chemical reaction system, and nucleic-acid analyzing system
KR102510230B1 (en) Pcr device comprising reaction tube passing through plural heating blocks
CN113286657B (en) Flow cell using peltier module as prime mover for polymerase chain reaction
Klemm et al. Lab-on-a-chip platforms from sample preparation via continuous-flow PCR to an ultrafast detection of B-agents

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant