KR20210076417A - 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); 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); 및 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내부에서 PCR 튜브(T) 주변의 온도를 제어하기 위하여, PCR 튜브 수용부 본체(260)에 열전달 매체(M)를 공급하는 수단을 포함하되, 서로 인접하는 PCR 튜브(T) 사이에는 상호간에 간섭을 방지하기 위한 튜브간 가림벽(234)이 형성되고, 상기 열전달 매체(M)는 상기 튜브간 가림벽(234)과 평행한 방향으로 흐르는 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, 유체의 순환에 의하여 PCR 튜브의 용이한 온도 조절이 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 형성함으로써, 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. 위 발명에 있어서 PCR 튜브(T)에서 발생하는 빛의 간섭을 최소화하기 위하여 서로 인접한 PCR 튜브(T) 사이에는 튜브간 가림벽(234)이 형성되었다.

컬러센서부(250)는 발광수단(270)에 의해 PCR 튜브(T) 각각에 조사되어 반사된 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(160) 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(260)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.

위 발명에 있어서,유출부(262)와 주입부(261)가 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 양측면에 형성되게 되는데, 튜브간 가림벽(234)과 PCR 튜브(T)에 의하여 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내부에서의 열전달 유체(M)의 원활한 유동이 어려웠다. 그로 인하여, PCR 튜브(T) 마다 온도 구배가 발생하였고(즉, 주입부(261) 부근에 배치된 PCR 튜브가 유출부(262) 부근에 배치된 PCR 튜브에 비하여 온도가 높은 상태를 유지하게 됨), 정확한 테스트 결과를 얻는데 방해 요인으로 작용하게 되었다.

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 PCR 튜브 수용부 본체 내부에서의 위치와 상관 없이 균일하게 제어할 수 있는 수단을 제공하는 것을 주요한 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 수납홀이 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); 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); 및 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내부에서 PCR 튜브(T) 주변의 온도를 제어하기 위하여, PCR 튜브 수용부 본체(260)에 열전달 매체(M)를 공급하는 수단을 포함하되, 서로 인접하는 PCR 튜브(T) 사이에는 상호간에 간섭을 방지하기 위한 튜브간 가림벽(234)이 형성되고, 상기 열전달 매체(M)는 상기 튜브간 가림벽(234)과 평행한 방향으로 흐르는 것을 특징으로 한다.

상기 열전달 매체(M)를 공급하는 수단은 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)에 열전달 매체(M)를 주입하기 위한 급수매니폴드(330); 및 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내의 열전달 매체(M)를 빼내기 위한 배수매니폴드(320)를 포함하되, 상기 급수매니폴드(330)에는 복수 개의 분기급수관(332)이 연결되고, 상기 복수 개의 분기급수관(332)의 타단은 상기 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부와 연결되어 상기 급수매니폴드(330)에 있는 열전달 매체(M)가 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내로 흘러들어가며, 상기 배수매니폴드(320)에는 복수 개의 분기배수관(322)이 연결되고, 상기 복수 개의 분기배수관(332)의 타단은 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부와 연결되어 상부 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내의 열전달 매체(M)가 상기 배수매니폴드(320)로 흘러들어가는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 급수매니폴드(330)는 주급수관(331)과 연결되고, 상기 배수매니폴드(320)는 주배수관(321)과 연결되되, 상기 배수매니폴드(320)로부터 주배수관(321)으로 흘러들어간 열전달 매체(M)는 가열수단에 의하여 가열된 후 주급수관(331)을 통하여 상기 급수매니폴드(330)로 전달된다.

그리고, 상기 복수 개의 분기급수관(332)과 상기 복수 개의 분기배수관(322)은 서로 인접하는 튜브간 가림벽(234)들 사이에 대응하는 위치에서 각각 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 열전달 매체를 PCR 튜브 수용부 본체(260)에 공급함에 있어서, 매니폴드 및 이와 연결된 복수 개의 분기관을 활용함으로써, PCR 튜브 수용부 본체(260) 내부에서의 열전달 매체(M)의 흐름이 튜브간 가림벽(234)에 의하여 방해받지 아니되도록 함과 동시에, 복수 개의 PCR 튜브들의 위치에 따른 온도 구배를 최소화할 수 있게 된다.

도 1 및 2는 종래기술에 따른 PCR 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 PCR 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 PCR 장치에 있어서 분기급수관과 분기배수관의 연결상태를 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3 및 4를 참조하면, PCR 튜브 수용부 본체(260)의 양 측면에 각각 급수매니폴드(330)와 배수매니폴드(320)를 배치한다.급수매니폴드(330)는 주급수관(331)과 연결되어있는데, 주급수관(331)을 통하여 가열된 상태의 열전달 매체(M)를 공급받게 된다. 급수매니폴드(330)는 다시 다수 개의 분기급수관(332)의 일단과 연결되어 있는데, 다수 개의 분기급수관(332)의 타단은 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 일측벽을 관통하여 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부로 연결된다. 그러므로, 주급수관(331)을 통하여 급수매니폴드(330)로 공급된 대량의 열전달 매체(M)는 복수 개의 분기급수관(332)으로 나뉘어서 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내부로 공급된다.

다시 배수매니폴드(320)에는 다수 개의 분기배수관(322)의 일단이 연결되어 있고, 상기 분기배수관(322)의 타단은 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 측벽을 관통하여 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부로 연결된다. 배수매니폴드(320)에는 주배수관(321)이 연결되어 있어서, 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내의 열전달 매체(M)는 상기 분기 배수관(322)을 따라 흘러서 배수매니폴드(320)로 모이고, 다시 주배수관(321)을 따라 흐르게 된다.

주배수관(321)을 따라 흐르는 열전달 매체(M)는 가열수단, 예를 들면 PTC 또는 열선에 의하여 열을 전달받아 온도가 높아지고, 온도가 높아진 상태에서 다시 주급수관(331)을 통하여 급수매니폴드(330)로 전달됨으로써, 열전달 매체(M)의 순환 루프가 형성된다.

여기서 다수 개의 분기급수관(332)과 다수개의 분기배수관(322)은 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 길이 방향 측면에 각각 연결되고, 분기급수관(332)으로부터 유출되는 열전달 매체(M)는 튜브간 가림벽(234)과는 평행한 방향으로 흐르게 되므로, 튜브간 가림벽(234)이 열전달 매체(M)의 흐름에 방해 요인으로 작용하지 않게된다.

특히 분기급수관(332)과 분기배수관(322)의 개수와 위치를 각각의 PCR 튜브(T)에 대응되도록, 즉 서로 인접한 튜브간 가림벽(234)를 사이에 각각 위치하도록 함으로써, 복수 개의 PCR 튜브(T) 주변에는 모두 동일한 온도를 가지는 열전달 매체(M)가 흐르게 되므로, PCR 튜브(T)의 위치에 따른 온도 편차를 최소화할 수 있다.

특히 높은 온도를 가지는 열전달 매체(M)를 공급하는 분기급수관(332)의 위치는 상대적을 낮은 온도를 가지는 열전달 매체(M)를 유출시키는 분기배수관(322)보다 하부에 위치시킴으로써, PCR 튜브 수용부 본체(260) 내에서의 열교환이 원활하게 이루어질 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.

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
330: 급수매니폴드
331: 주급수관
332: 분기급수관
320: 배수매니폴드
321: 주배수관
322: 분기배수관

Claims (4)

1. 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치에 관한 것으로서,
   복수 개의 PCR 튜브(T)가 안착할 수 있도록 하는 복수 개의 수납홀이 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);
   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 컬러센서요소를 포함하는 칼라센서(250); 및
   PCR 튜브 수용부 본체(260) 내부에서 PCR 튜브(T) 주변의 온도를 제어하기 위하여, PCR 튜브 수용부 본체(260)에 열전달 매체(M)를 공급하는 수단을 포함하되,
   서로 인접하는 PCR 튜브(T) 사이에는 상호 간에 간섭을 방지하기 위한 튜브간 가림벽(234)이 형성되고, 상기 열전달 매체(M)는 상기 튜브간 가림벽(234)과 평행한 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 열전달 매체(M)를 공급하는 수단은 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)에 열전달 매체(M)를 주입하기 위한 급수매니폴드(330); 및
   상기 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내의 열전달 매체(M)를 빼내기 위한 배수매니폴드(320)를 포함하되,
   상기 급수매니폴드(330)에는 복수 개의 분기급수관(332)이 연결되고, 상기 복수 개의 분기급수관(332)의 타단은 상기 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부와 연결되어 상기 급수매니폴드(330)에 있는 열전달 매체(M)가 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내로 흘러들어가며,
   상기 배수매니폴드(320)에는 복수 개의 분기배수관(322)이 연결되고, 상기 복수 개의 분기배수관(332)의 타단은 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)의 내부와 연결되어 상부 PCR 튜브 수용부 본체(260) 내의 열전달 매체(M)가 상기 배수매니폴드(320)로 흘러들어가는 것을 특징으로 하는, 유전체 분자 진단용 휴대용 램프 ＰＣＲ 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 급수매니폴드(330)는 주급수관(331)과 연결되고, 상기 배수매니폴드(320)는 주배수관(321)과 연결되되, 상기 배수매니폴드(320)로부터 주배수관(321)으로 흘러들어간 열전달 매체(M)는 가열수단에 의하여 가열된 후 주급수관(331)을 통하여 상기 급수매니폴드(330)로 전달되는 것을 특징으로 하는, 유전체 분자 진당용 휴대용 램프 PCR 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 복수 개의 분기급수관(332)과 상기 복수 개의 분기배수관(322)은 서로 인접하는 튜브간 가림벽(234)들 사이에 대응하는 위치에서 각각 상기 PCR 튜브 수용부 본체(260)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 유전체 분자 진당용 휴대용 램프 PCR 장치.

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