KR20210076413A - 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ｐｃｒ 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치에 관한 것으로서, 복수 개의 PCR 튜브(T)가 안착할 수 있도록 하는 복수 개의 수납홀(13)이 형성된 PCR 튜브 지지 프레임(231); 상기 복수 개의 PCR 튜브(T)를 수용하는 공간을 제공하되, 상기 PCR 튜브 지지 프레임(131)과 결합하는 PCR 튜브 수용부 본체(260); 광을 발생하여 복수 개의 상기 PCR 튜브에 광을 조사하는 발광수단부(270); 및 상기 발광수단(170)으로부터 발생한 빛이 상기 복수 개의 PCR 튜브(T)를 투과함에 의하여 상기 PCR 튜브 각각에 주입된 DNA의 RGB 값을 감지하도록 구성된 복수 개의 컬러센서요소(255)를 포함하는 칼라센서부(250)를 포함하되, 상기 발광수단부(270)와 상기 칼라센서부(250)는 각각 상기 PCR 수용부 본체(260)를 사이에 두고 양 측에 설치되고, 상기 발광수단부(270)에서 발생한 빛은 상기 PCR 튜브(T)의 측면을 관통하여 상기 칼라센서부(250)에 도달하는 것을 특징으로 한다.

Description

유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치{PORTABLE LAMP PCR DEVICE FOR DIAGNOSIS OF MOLECULAR OF GENOME}

본 발명은 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 PCR 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 서로 인접한 PCR 튜브에서 발생한 빛의 간섭에 의하여 발생하는 진단 오류를 감소시킴과 동시에, 동일한 출력의 광원으로도 더 정밀한 RGB 값 측정이 가능한 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 PCR 장치에 관한 것이다.

최근, 유전체 분석기기의 급속한 발전으로 인하여 많은 유전정보가 생산되고 있다. 이러한 유전 정보들을 이용하여 농수축산물의 질병 조기 진단 및 원산지 구분법 개발 등을 통해 산업화에 적극 활용하고 있다. 이러한 산업화의 방법에는 유전체 마커의 개발을 통해 실험기기와 검체를 이용한 진단과 항원항체반응을 이용한 검사용 키트 등을 주로 사용한다. 항원항체 반응은 편리하고 쉽게 현장에서 질병 및 원산지 등을 확인 할 수 있으나 민감도가 떨어지는 샘플에 대한 판별이 일정하지 않아 많은 문제가 발생되고 있다.

이에 대한 보완으로 현장진단 후 고전적인 분자진단 PCR을 통한 판별이 이루어지고 있다. 그러나 PCR 과정은 실험실에서 수행해야하므로 검체의 운반과정이 필요하고 운반된 검체를 이용하여 DNA 또는 RNA를 추출한다. 이후 고가의 PCR 기계를 이용하여 변성, 복원, 확장과정을 30∼40번 정도 반복적으로 수행한다. 각 과정을 수행하는데 1∼3분 정도 걸리므로 PCR 전 과정을 수행하기 위해서는 적어도 1∼2시간 이상이 소요된다. 또한, PCR 과정을 거친 후 결과를 확인하기 위하여 전기영동을 통해 진단의 결과를 판별하게 된다. 이러한 확인과정에서 비용 및 시간, 전문인력이 많이 소요되어 초기 질병 확산 방지 및 원산지 판별 등에 많은 문제점이 발생하고 있다.

한국 특허 공개 2001-0099859호에는 리세스 내에 샘플 DNA 또는 샘플 DNA로부터 유전자 증폭된 DNA와, 전기화학 활성분자를 포함하는 전해질을 충전하고, 하이브리다이제이션(hybridization)을 행하여 2가닥을 형성하면서 이 2가닥에 전기화학 활성분자를 결합시키고 공통 전극과 핀 전극 사이에 전압을 인가하여 흐르는 전류값을 검출하여 유전자를 검출하는 유전자 검출용 칩, 검출 장치 및 검출 방법이 개시되어 있다.

종래의 PCR 장치는 도 1에 도시된 것과 같이 발광수단(162)에 의하여 DNA 샘플을 담고 있는 복수 개의 PCR 튜브(135)에 광을 조사한 후 복수 개의 컬러센서(165)를 통해 상기 복수 개의 PCR 튜브로부터 발생되는 빛을 입력받아 DNA 각각의 RGB 값을 검출하는 구조를 공통적으로 가지고 있는데, 복수 개의 PCR 튜브로부터 발생하는 빛들이 상호 간섭을 일으켜서 컬러센서를 통하여 인식되는 RGB 값에 오류가 발생하는 경우가 종종 발생한다.

이에 본 발명의 발명자는 도 2에 도시된 것과 같이, 다수 개의 칼라센서(250)와 이에 대응하는 다수 개의 PCR 튜브(T) 사이에 각각 광케이블(251)을 개재함으로써, 인접한 PCR 튜브(T)에서 발생한 빛이 서로 간섭하여 칼라센서(250)에 의한 RGB 값 측정에 문제가 발생하는 것을 방지하는 기술을 제안한 바 있다(특허출원 제10-2019-0150845호). 위 기술을 통하여 PCR 튜브(T)들 사이의 간섭은 감소시킬 수 있었다. 다만 PCR 튜브(135)의 길이 방향 일측에 발광수단(162)이 위치하고, PCR 튜브(135)의 길이 방향 타측에 컬러센서(165)가 위치하게 되므로, 빛은 PCR 튜브의 길이 방향을 따라 진행하게 되는데, PCR 튜브(135)의 상단 뚜껑과 같이 두꺼운 합성수지 재질로 만들어진 부분을 통과하게 되므로 빛이 산란되어 RGB 값의 측정에 지장이 있었다.

등록특허공보 제10-1571038호 (공고일: 2015.11.24.) 등록특허공보 제10-1866195호 (공고일: 2018.06.12.) 공개특허공보 제10-2016-0082356호 (공개일: 2016.07.08.)

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 소형이므로 휴대하기가 좋으며 현장에서 특별한 실험 도구 없이 짧은 시간 내에 자동으로 결과를 디스플레이할 수 있는 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 PCR 장치 및 그 장치를 이용한 유전체 분자 진단 방법을 제공하는 데에 있다.

특히 DNA 샘플을 담고 있는 PCR 튜브 주변의 온도를 균일하게 제어할 수 있는 수단을 제공함과 동시에, 복수 개의 튜브 주변에서 발생하는 빛들이 서로 간섭하게 되어 측정되는 RGB 값에 영향을 미치는 현상을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치에 관한 것으로서, 복수 개의 PCR 튜브(T)가 안착할 수 있도록 하는 복수 개의 수납홀(13)이 형성된 PCR 튜브 지지 프레임(231); 상기 복수 개의 PCR 튜브(T)를 수용하는 공간을 제공하되, 상기 PCR 튜브 지지 프레임(131)과 결합하는 PCR 튜브 수용부 본체(260); 광을 발생하여 복수 개의 상기 PCR 튜브에 광을 조사하는 발광수단부(270); 및 상기 발광수단(170)으로부터 발생한 빛이 상기 복수 개의 PCR 튜브(T)를 투과함에 의하여 상기 PCR 튜브 각각에 주입된 DNA의 RGB 값을 감지하도록 구성된 복수 개의 컬러센서요소(255)를 포함하는 칼라센서부(250)를 포함하되, 상기 발광수단부(270)와 상기 칼라센서부(250)는 각각 상기 PCR 수용부 본체(260)를 사이에 두고 양 측에 설치되고, 상기 발광수단부(270)에서 발생한 빛은 상기 PCR 튜브(T)의 측면을 관통하여 상기 칼라센서부(250)에 도달하는 것을 특징으로 한다.

상기 PCR 수용부 본체(260)의 양측벽에는 빛이 통과할 수 있는 광투과창(264)이 형성되되, 상기 광투과창(264)은 상기 발광수단부(270)와 상기 칼라센서부(250)의 사이에 위치할 수 있다.

그리고 서로 인접한 한 쌍의 PCR 튜브(T) 사이에는 상호 간에 빛 간섭을 최소화하기 위하여 튜브간 가림벽(134)이 형성될 수 있다.

더 나아가, 상기 칼라센서부(250)는, 복수 개의 칼라센서요소(255) 및 상기 복수 개의 칼라센서요소(255)를 소정 위치에 고정되도록 지지하는 칼라센서 지지대(257)를 포함하되, 인접하는 칼라센서요소(255) 사이에는 상호간의 간섭을 최소화하기 위한 칼라센서간 가림벽(256)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

특히 PTC 또는 전열선과 같은 직접적인 가열 수단을 사용하지 않고, PCR 튜브 주변에 열전달 유체를 채우고, 열전달 유체의 온도를 제어함으로써 PCR 튜브 주변의 온도를 균일하게 제어할 수 있게 된다. 더 나아가, PCR 튜브로부터 발생하는 빛을 통하여 RGB 변화값을 측정하는데 있어서, 복수 개의 PCR 튜브들에서 발생하는 빛들이 서로 간에 간섭을 일으키는 것을 최소화함으로써, RGB 변화값의 측정을 정밀하게 하는 것이 가능하게 된다. 특히, 발광수단부(270)가 PCR 튜브의 측면에 위치하고, 칼라센서부(250)가 PCR 튜브의 반대쪽 측면에 위치함으로써, 발광수단(270) 수단과 칼라센서부(250)의 거리가 상대적으로 가까우며, 특히 빛이 PRC 튜브(T)의 가장 두꺼운 부분인 커버 부분을 통과하지 않고, 측벽을 통과하게 됨으로써 칼라센서부(250)에 의한 RGB 값 측정의 정확도가 향상될 수 있다.

도 1 및 2는 종래기술에 따른 PCR 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 전체적인 구성을 도시한 것이다.
도 4는 PCR 튜브 수용부 본체의 구성을 도시한 것이다.
도 5는 칼라센서부의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 적합하게 변형된 형상을 가지는 PCR 튜브를 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 발광수단부(270)은 백색광과 같은 빛을 발생시키는 LED와 같은 조명장치로서, 광을 발생하여 복수 개의 PCR 튜브(T)에 광을 조사하도록 구성되어 있다.

컬러센서부(150)는 발광수단(270)에 의하여 PCR 튜브(T) 각각에 조사되어 투과한 광을 입력받아 PCR 튜브(T) 각각에 주입된 DNA의 RGB 값을 감지하는 역할을 한다. PCR 튜브 수용부 본체(160)는 상부가 개방된 용기 형태로 제조되는데, 복수 개의 PCR 튜브(T)가 PCR 튜브 지지 프레임(231)에 지지된 상태로, 튜브 수용부 본체(260) 내부에 수용된다. 종래기술과는 다르게 본 발명에 따른 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내에는 열전달 유체(M)가 충진되어 있어, 상기 열전달 유체(M)가 복수 개의 PCR 튜브(T) 각각의 주변을 감싸게 된다.

열전달 유체(M)는 열을 PCR 튜브(T) 각각으로 전달하여 PCR 튜브(T)의 온도를 제어하기 위하여 사용되는 유체로서, 물 또는 에탄올과 같은 액체 뿐만 아니라, 공기, 질소, 또는 아르곤과 같이 활성이 높지 않은 기체를 사용할 수 있다. PCR 튜브 수용부 본체(160)의 소정 부분에는 열전달 유체(M)를 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부로 공급하기 위한 주입부(261)와 열전달 유체(M)를 PCR 튜브 수용부 본체(260)로부터 빼내기 위한 유출부(262)가 형성될 수 있다. 그리고 열전달 유체(M)를 가열하기 위한 수단, 예를 들면 PTC 또는 열선을 이용하여 유출부(262)로부터 공급되는 열전달 유체(M)를 가열하고, 이를 다시 주입부(261)를 통하여 PCR 튜브 수용부 본체(260)에 공급함으로써 열전달 유체(M)의 순환 경로를 형성할 수 있다. 이와 같은 가열 방식을 통하여, PTC 또는 전열선을 통하여 PCR 튜브(T)의 온도를 제어하던 종래 기술과 비교하여, PCR 튜브(T) 주변의 온도를 고르게 제어할 수 있게 된다.

일반적으로 판상형으로 제조되는 PCR 튜브 지지 프레임(231)에는 복수 개의 수납홀(233)이 형성되는데, 위 수납홀(233)에는 PCR 튜브(T)가 안착되어 지지된다. PCR 지지 프레임(231)의 하부 모서리 부분에는 고무와 같은 재질로 이루어진 패킹(232)이 형성되는데, 이는 PCR 튜브 지지 프레임(231)과 PCR 튜브 수용부 본체(260)가 결합될 때 밀폐성(수밀성)을 증대시키기 위한 것이다.

도 4에 도시된 것과 같이, PCR 튜브 수용부 본체(160)의 양 측면에는 광투과창(264)이 형성되어 있는데 이는 LED와 같은 발광수단부(270)에 의하여 발생된 광선이 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내로 진입하여 PCR 튜브(T)에 도달하게 하기 위한 것이다. 도 4에서는 광투광창(264)이 복수 개의 사각형 형태로 이루어진 것으로 도시되었으나, 그 형상은 한정되지 아니한다. PCR 튜브 수용부 본체(260)의 하단 전체가 투명한 재질로 형성되거나, LED와 같은 발광수단부(270) 자체가 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부에 설치될 수도 있다. 발광수단(270)에서 발생한 백색광은 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내에 수용된 복수 개의 PCR 튜브(T), 정확히는 PCR 튜브(T)의 측면에 조사되고, PCR 튜브(T)를 투과한 빛은 각각의 PCR 튜브(T)에 대응하는 복수 개의 칼라센서부(250)에 의하여 RGB 값이 감지된다. 본 발명에서는 칼라센서부(250)와 발광수단부(270)가 각각 PCR 튜브(T)를 사이에 두고 PCR 튜브(T)의 측방향 양단에 각각 위치하게 되므로, 칼라센서부(250)와 발광수단부(270)가 PCR 튜브(T)의 길이방향 양단에 위치하는 종래기술과 비교하여, 칼라센서부(250)와 발광수단부(270) 사이의 거리가 비교적 짧게된다. 그러므로 동일한 출력의 발광수단부(270)를 사용하더라도 칼라센서(250)는 더 많은 양의 빛에 노출되어 더 정확한 RGB 값의 측정이 가능하게 된다. 특히 PCR 튜브(T)는 튜브 측벽 부분에 비하여 뚜껑 부분이 더 두껍게 만들어지는 경우가 많은데, 종래기술과는 다르게 본 발명에서는 발광수단(270)의 빛이 뚜껑 부분을 지나지 않고 튜브 측벽 부분을 지나게 되므로, 빛의 손실 또는 산란을 감소시킬 수 있게 된다.

더 나아가 PCR 튜브 지지 프레임(231)의 하단에 튜브간 가림벽(234)이 형성될 수 있다. 튜브간 가림벽(234)은 서로 인접하는 PCR 튜브(T) 사이를 가로막는 형태로 형성되는 격벽으로서, 하나의 PCR 튜브(T)에서 발생한 빛이 인접한 PCR 튜브(T)에 영향을 미치는 것을 최소화하기 위한 것이다. 튜브간 가림벽(134)은 서로 인접한 PCR 튜브(T) 사이에 빛 간섭을 막되, 열전달 유체(M)의 흐름에는 방해가 되지 않는 방식으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 튜브간 가림벽(234)의 사이즈는 PCR 튜브 수용부 본체(260)를 단면보다는 작게 형성하여 PCR 튜부 수용부 본체(260) 내에서 열전달 유체(M)가 흐를 수 있도록 할 수 있다. 더 나아가, 튜브간 가림벽(234)에는 유체가 쉽게 통과할 수 있도록 관통공을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 튜브간 가림벽(234)이 PCR 튜브 지지 프레임(231)의 하단에 형성된 것으로 설명하였으나, 가림벽(234)은 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내측의 바닥부에 형성되어도 PCR 튜브(T) 사이의 빛 간섭을 막을 수 있을 것임을 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다.

도 5는 칼라센서부(250)를 도시하고 있다. 다수 개의 칼라센서요소(255)가 칼라센서 지지대(257)에 설치될 수 있다. 특히 칼라센서요소(255)들 사이에는 칼라센서간 가림벽(256)을 형성하여, 서로 인접하는 PCR 튜브(T)를 통과한 빛이 칼라센서요소(255)에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다.

도 6은 PCR 튜브(T')의 변형예를 도시하고 있다. 원통형 측벽 대신 각형의 측벽을 가지도록 제조되는데, 본 발명과 같이 발광수단부(270)와 칼라센서부(250)가 PCR 튜브(T')의 측면에 위치하는 경우 발광수단부(270)에서 PCR 튜브(T')로 입사되는 빛이 PRC 튜브(T')의 측벽과 수직을 이루게 됨으로써, 빛의 반사 또는 산란을 최소화할 수 있게 된다.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

M: 열전달 유체
T: PCR 튜브
250: 칼라센서부
255: 칼라센서요소
251: 광케이블
252: 광케이블 어댑터
257: 칼라센서 지지대
256: 칼라센서간 가림벽
231: PCR 튜브 지지 프레임
232: 패킹
233: 수납홀
234: 튜브간 가림벽
260: PCR 튜브 수용부 본체
261: 주입부
262: 유출부
264: 광투과창
270: 발광수단부

Claims (4)

1. 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치에 관한 것으로서,
   복수 개의 PCR 튜브(T)가 안착할 수 있도록 하는 복수 개의 수납홀(13)이 형성된 PCR 튜브 지지 프레임(231);
   상기 복수 개의 PCR 튜브(T)를 수용하는 공간을 제공하되, 상기 PCR 튜브 지지 프레임(131)과 결합하는 PCR 튜브 수용부 본체(260);
   광을 발생하여 복수 개의 상기 PCR 튜브에 광을 조사하는 발광수단부(270); 및
   상기 발광수단(170)으로부터 발생한 빛이 상기 복수 개의 PCR 튜브(T)를 투과함에 의하여 상기 PCR 튜브 각각에 주입된 DNA의 RGB 값을 감지하도록 구성된 복수 개의 컬러센서요소(255)를 포함하는 칼라센서부(250)를 포함하되,
   상기 발광수단부(270)와 상기 칼라센서부(250)는 각각 상기 PCR 수용부 본체(260)를 사이에 두고 양 측에 설치되고,
   상기 발광수단부(270)에서 발생한 빛은 상기 PCR 튜브(T)의 측면을 관통하여 상기 칼라센서부(250)에 도달하는 것을 특징으로 하는, 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 PCR 수용부 본체(260)의 양측벽에는 빛이 통과할 수 있는 광투과창(264)이 형성되되,
   상기 광투과창(264)은 상기 발광수단부(270)와 상기 칼라센서부(250)의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 서로 인접한 한 쌍의 PCR 튜브(T) 사이에는 상호 간에 빛 간섭을 최소화하기 위하여 튜브간 가림벽(134)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 PCR 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 칼라센서부(250)는, 복수 개의 칼라센서요소(255) 및 상기 복수 개의 칼라센서요소(255)를 소정 위치에 고정되도록 지지하는 칼라센서 지지대(257)를 포함하되,
   인접하는 칼라센서요소(255) 사이에는 상호간의 간섭을 최소화하기 위한 칼라센서간 가림벽(256)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 PCR 장치.

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