KR20210094404A

KR20210094404A - 가변익 원심 주입 장치

Info

Publication number: KR20210094404A
Application number: KR1020200008139A
Authority: KR
Inventors: 조승선; 이도영
Original assignee: (주)옵토레인
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-29
Also published as: KR102350660B1

Abstract

반응 공간의 코너나 에지 영역에서 에어포켓의 발생을 방지할 수 있는 가변익 원심 주입 장치가 개시된다. 가변익 원심 주입 장치는, 수납용기; 상기 수납용기 내부에 배치된 회전체; 상기 회전체의 일단측에 회동 가능하게 연결되고, 제1 PCR용 카트리지를 경사지게 그립하고 상기 회전체의 회전에 따라 상기 제1 PCR용 카트리지를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된 제1 회동-지지부; 및 상기 회전체의 타단측에 회동 가능하게 연결되고, 제2 PCR용 카트리지를 경사지게 그립하고 상기 회전체의 회전에 따라 상기 제2 PCR용 카트리지를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된 제2 회동-지지부를 포함한다. 이에 따라, 액체시료가 주입된 PCR용 카트리지의 평면이 수직하게 PCR용 카트리지를 회전시키므로써 원심력에 의해 액체시료를 반응 공간에 고르게 분포시킬 수 있다.

Description

가변익 원심 주입 장치{CENTRIFUGAL INJECTION DEVICE WITH VARIABLE WING}

본 발명은 가변익 원심 주입 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PCR용 카트리지의 반응 공간의 코너나 에지 영역까지 액체시료를 고르게 분포시킬 수 있는 가변익 원심 주입 장치에 관한 것이다.

유전자 증폭기술은 분자진단에 있어서 필수적인 과정으로서 시료 내 미량의 디옥시리보핵산(Deoxyribonucleic Acid; DNA) 또는 리보핵산(Ribonucleic Acid; RNA)의 특정 염기서열을 반복적으로 복제하여 증폭하는 기술이다. 그 중 중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction; PCR)은 대표적인 유전자 증폭 기술로서 DNA 변성단계(denaturation), 프라이머(Primer) 결합단계(annealing), DNA 복제단계(extension)의 3단계로 구성되어 있으며 각 단계는 시료의 온도에 의존되어 있으므로 시료의 온도를 반복적으로 변하게 함으로서 DNA를 증폭할 수 있다.

이전에 PCR은 일반적으로 96 또는 384-우물 미소판들(well microplates)에서 수행되었다. 더 높은 처리량을 요구하는 경우, 종래의 미소판들에서의 PCR 방법은 비용에 있어 효과적 또는 효율적이지 않다. 한편, PCR 반응 용적을 감소시키면 시약의 소비를 줄이고 반응 용적의 감소된 열 질량에서 증폭 시간을 줄일 수도 있다. 이 전략은 배열 형식(mⅹn)으로 구현할 수도 있으므로, 그 결과 다수의 더 작은 반응 용적을 구현할 수도 있다. 또한 어떤 배열을 사용하면 증가된 정량 감도, 동적 범위와 특이성을 갖는 확장가능 및 고 처리량 분석을 허용한다.

지금까지 배열 형식들을 사용하여 디지털 중합 효소 연쇄 반응(디지털 PCR 또는 dPCR)을 수행하였다. 디지털 PCR로부터의 결과들을 사용하여 희귀 대립 유전자(rare alleles)의 농도를 검출 및 정량화하고, 핵산 시료들의 절대 정량화를 제공하고, 또한 핵산 농도가 낮은 접이식 변화를 측정할 수 있다. 일반적으로, 복제의 수를 증가시키면 디지털 PCR 결과들의 정확도 및 재현성이 증가한다.

대부분의 정량 중합 효소 연쇄 반응(qPCR) 플랫폼의 배열 형식은 시료별로 분석 실험을 위해 설계되며, 여기서 PCR 결과들은 사후 분석을 위해 어드레스 가능 해야한다. 그러나, 디지털 PCR에 대하여, 각각의 PCR 결과의 특정 위치 또는 우물은 중요하지 않으며, 단지 시료당 양성 및 음성 복제들의 수만 분석될 수도 있다.

이러한 디지털 PCR의 경우, 반응 공간의 크기가 매우 작고 그 숫자가 매우 많기 때문에 반응 공간들 모두에 시료를 투입하기 어렵다.

또한 시료가 반응 공간의 코너나 에지 영역까지 주입되지 않아서, 반응 공간의 코너나 에지 영역에 에어포켓이 생길 수 있다. 이러한 에어포켓은 PCR 과정 중의 온도 변화에 의해 팽창하거나 수축하여 시험결과에 오류가 발생한다.

한국공개특허 제2017-0024827호(2017. 03. 08.)(발명의 명칭 : 미세유로 필름 반응기, 핵산 추출 모듈 및 qPCR 반응조성물 모듈이 구비된 qPCR 카트리지 및 이를 이용한 고속 qPCR 시스템) 한국공개특허 제2016-0086937호(2016. 07. 20.)(발명의 명칭 : 액체 시료들을 탑재하기 위한 시스템 및 방법) 한국등록특허 제10-1484408호(2015. 01. 13.)(발명의 명칭 : 마이크로칩을 이용한 회전 PCR 방법 및 이를 위한 마이크로칩) 한국등록특허 제10-1513273호(2015. 04. 13.)(발명의 명칭 : 회전형 PCR 장치 및 PCR 칩)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 PCR용 카트리지의 반응 공간의 코너나 에지 영역까지 액체시료를 고르게 분포시킬 수 있는 가변익 원심 주입 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 가변익 원심 주입 장치는, 수납용기; 상기 수납용기 내부에 배치된 회전체; 상기 회전체의 일단측에 회동 가능하게 연결되고, 제1 PCR용 카트리지를 경사지게 그립하고 상기 회전체의 회전에 따라 상기 제1 PCR용 카트리지를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된 제1 회동-지지부; 및 상기 회전체의 타단측에 회동 가능하게 연결되고, 제2 PCR용 카트리지를 경사지게 그립하고 상기 회전체의 회전에 따라 상기 제2 PCR용 카트리지를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된 제2 회동-지지부를 포함한다.

일실시예에서, 상기 회전체는, 중심부; 상기 중심부의 일측에서 상향으로 경사지게 연장되고, 상기 제1 회동-지지부의 일측에 회동 가능하게 연결된 일측 종단부와, 상기 제1 회동-지지부의 타측에 회동 가능하게 연결된 타측 종단부를 포함하는 제1 날개부; 및 상기 중심부의 타측에서 상향으로 경사지게 연장되고, 상기 제2 회동-지지부의 일측에 회동 가능하게 연결된 일측 종단부와, 상기 제2 회동-지지부의 타측에 회동 가능하게 연결된 타측 종단부를 포함하는 제2 날개부를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 가변익 원심 주입 장치는, 상기 제1 회동-지지부의 하부와 상기 수납용기의 내측벽에 연결되고, 상기 회전체의 무회전시 상기 제1 PCR용 카트리지가 제1 경사 각도로 배치되도록 가이드하고, 상기 회전체의 회전시 상기 제1 PCR용 카트리지가 원심력에 의해 상기 제1 경사 각도보다는 크고 90도 보다 작거나 같은 경사 각도로 가이드하는 제1 가이드부재; 및 상기 제2 회동-지지부의 하부와 상기 수납용기의 내측벽에 연결되고, 상기 회전체의 무회전시 상기 제2 PCR용 카트리지가 제1 경사 각도로 배치되도록 가이드하고, 상기 회전체의 회전시 상기 제2 PCR용 카트리지가 원심력에 의해 상기 제1 경사 각도보다는 크고 90도 보다 작거나 같은 경사 각도로 가이드하는 제2 가이드부재를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 가이드부재 및 상기 제2 가이드부재 각각은 나선형 스프링 또는 실리콘 피스톤 범퍼를 포함할 수 있다.

이러한 가변익 원심 주입 장치에 의하면, 액체시료가 주입된 PCR용 카트리지의 평면이 수직하게 PCR용 카트리지를 회전시키므로써 원심력에 의해 액체시료를 반응 공간에 고르게 분포시킬 수 있다. 즉, 원심력에 의해 액체시료가 반응 공간인 웰 어레이의 코너나 에지 영역에도 분포되도록 가변익 원심 주입 장치를 구성함으로써 반응 공간에 에어 포켓이 생성되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, PCR 시험결과에서 에어포켓에 의한 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변익 원심 주입 장치를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가변익 원심 주입 장치에 채용되는 PCR용 카트리지를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 가변익 원심 주입 장치의 회전 전 상태를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 가변익 원심 주입 장치의 회전 중 상태를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 가변익 원심 주입 장치를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

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. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명은 기판에 일정 배열로 시료들, 시료 용적들 또는 반응 용적들을 탑재하기 위한 구조이며, 보다 구체적으로는 기판 내의 각각의 반응 위치들의 일정한 배열로 시료들을 탑재하는 것에 관한다.

다양한 실시예들에서, 대량의 작은 용적 시료들에서 타겟들을 검출하기 위해 사용되는 물품 내에 시료들을 탑재하기 위한 장치, 기기, 시스템, 및 방법들이 제공된다. 이러한 타겟들은 임의의 적절한 생물학적 타겟일 수 있지만, DNA 서열(무 세포 DNA를 포함함), RNA 서열, 유전자, 올리고 뉴클레오타이드(oligonucleotides), 분자, 단백질, 생체표식(biomarkers), 세포(예, 순환 종양 세포), 또는 다른 적당한 타겟 생체 분자를 포함하는 것들로서, 그들로 한정되지 않는다. 다양한 실시예들에서, 이러한 생물학적 성분들은 태아 진단, 다중화 dPCR, 바이러스 검출, 및 정량 표준화, 유전자형(genotyping), 서열 검증, 돌연변이 검출, 유전자 생물, 희귀 대립 유전자 검출, 및 복제 수 변화 검출 등의 응용들에서 다양한 PCR, qPCR, 및/또는 dPCR 방법 및 시스템과 연관하여 사용될 수도 있다.

일반적으로, 대량의 시료들이 처리되는 정량 중합 효소 연쇄 반응(qPCR)에 적용가능하지만, 임의의 적절한 PCR 방법은 본 명세서에 기재된 다양한 실시예들에 따라 사용될 수도 있음을 인식해야 한다. 적절한 PCR 방법들은, 예를 들어, 디지털 PCR, 대립 유전자 특이 PCR, 비대칭 PCR, 결합 매개(ligationmediated) PCR, 다중 PCR, 맞춤형(nested) PCR, qPCR, 캐스팅 PCR, 게놈 워킹(genome walking), 브리지(bridge) PCR을 포함하지만 그들로 제한되지 않는다.

본원에 기재된 다양한 실시예들에 따른 후술되는 바와 같이, 반응 위치들은 예를 들어 관통 구멍, 시료 보유 영역, 우물, 요홈(indentations), 지점(spots), 공동, 및 반응 챔버들을 포함하지만 그들로 제한되지 않는다.

여기에 설명되는 다양한 실시예들은 특히 디지털 PCR(dPCR)에 적합하다. 디지털 PCR에서, 타겟 폴리 뉴클레오타이드 또는 핵산 서열의 상대적으로 적은 수를 내장하는 용액을 각각의 시료를 대량의 작은 시료들로 더 분할할 수도 있으며, 그에 의해 각 시료는 일반적으로 타겟 뉴클레오타이드 서열의 한 분자를 포함하던가 또는 타겟 뉴클레오타이드 서열을 포함하지 않을 수도 있다. 연이어, 시료들이 PCR 프로토콜, 절차, 또는 실험에서 열적으로 순환되는 경우, 타겟 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 시료가 증폭되어 양의 검출 신호를 생성하는 반면 어떠한 타겟 뉴클레오타이드 서열을 포함하지 않는 시료들은 증폭되지 않고 검출 신호를 생성하지 않는다. 푸아송 통계(Poisson statistics)를 사용하여, 원래 용액에서 타겟 뉴클레오타이드 서열들의 숫자를 양의 검출 신호를 생성하는 시료들의 개수와 상관할 수도 있다.

전형적인 dPCR 프로토콜, 절차, 또는 실험을 위해서, 간단하여 비용에 효과적인 방법으로 수만 또는 수십만의 시료들에, 즉 각각 수 나노리터, 1 또는 대략 1 나노리터, 또는 1 나노리터 미만의 용적을 갖는 시료들에 초기 시료 용액을 분할할 수 있는 이점이 있다. 타겟 뉴클레오타이드 서열의 수를 매우 작게 할 수 있기 때문에, 초기 용액의 전체 내용물이 복수의 반응 위치들을 고려하여 내장하는 그러한 환경들에서도 중요할 수도 있다.

본원에서 설명되는 실시예들은 이들 및 기타 dPCR 설계 제약들을 초기 시료 용액을 복수의 반응 위치들에 시료 용액의 모두, 또는 필수적인 것들 모두를 고려하는 방식으로 분배함으로써 해결한다.

높은 처리량의 PCR 분석들 및 dPCR 방법들 때문에, 한번에 수행되는 반응들의 수를 증가시키면서 액체시료의 반응 용적을 감소시키기 위해 배열 형식을 사용하는 전략이 적용될 수도 있다. 액체시료의 반응 용적들의 배열은 복수의 반응 위치들을 갖는 기판 일 수도 있다. 반응 위치들은 관통 구멍들, 우물들, 요부들, 지점들, 공동들, 반응실들, 또는 본 명세서에 기재된 다양한 실시예들에 따른 시료를 보유할 수 있는 임의의 구조들일 수 있으며, 이들로 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 관통 구멍 또는 우물들은 지름이 테이퍼질 수도 있다.

주어진 영역 내에서 더 많은 반응이 수행될 수 있도록 액체시료의 반응 용적을 줄이면 반응 용적들의 밀도를 더 높일 수도 있다. 예를 들어, 기판 내의 관통 구멍들을 통해 300 ㎛의 직경으로 구성되는 일정 배열의 반응 위치들은 약 30 nL의 반응 용적을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배열 내의 각 관통 구멍의 사이즈를 직경 60 내지 70 μm로 줄임으로써 예를 들어 각 반응 용적은 100 pL의 액체시료일 수도 있다. 본원에 기재된 다양한 실시예들에 따른 반응 용적들은 약 1 pL 로부터 30 nL까지의 액체시료일 수도 있다. 더욱이, 동적 범위는 액체시료의 희석액을 1이상 사용하여 증가될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변익 원심 주입 장치를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변익 원심 주입 장치는 수납 용기(110), 회전체(120), 제1 회동-지지부(130), 제2 회동-지지부(140), 제1 가이드부재(150) 및 제2 가이드부재(160)를 포함하고, 장착되는 PCR용 카트리지를 회동시킨다. 본 실시예에서, PCR용 카트리지는 디지털 PCR용 카트리지일 수도 있고, 실시간 PCR용 카트리지일 수도 있다.

수납 용기(110)는 수납 본체(112) 및 수납 덮개(114)를 포함하고, 회전체(120), 제1 회동-지지부(130), 제2 회동-지지부(140), 제1 가이드부재(150) 및 제2 가이드부재(160)를 수납한다.

수납 본체(112)는 원통 형상을 갖고서 내부에는 회전체(120)를 회전시키는 모터, 회전수를 가변하거나 회전 동작을 실행시키는 등의 각종 동작을 제어하는 콘트롤러가 배치된 PCB가 배치될 수 있다. 수납 본체(112)의 외측면에는 사용자의 조작을 입력받기 위한 각종 조작버튼류가 배치된다.

수납 덮개(114)는 돔형상을 갖고서 수납 본체(112)에 체결된다. 수납 덮개(114)는 사용자가 PCR용 카트리지의 회동 상태를 확인할 수 있도록 투명한 재질을 포함할 수 있다.

회전체(120)는 중심부(122), 제1 날개부(124) 및 제2 날개부(126)를 포함하고, 수납 용기(110) 내부에 배치된다.

제1 날개부(124)는 중심부(122)의 일측에서 상향으로 경사지게 연장되고, 제1 회동-지지부(130)의 일측에 회동 가능하게 연결된 일측 종단부와, 제1 회동-지지부(130)의 타측에 회동 가능하게 연결된 타측 종단부를 포함한다.

제2 날개부(126)는 중심부(122)의 타측에서 상향으로 경사지게 연장되고, 제2 회동-지지부(140)의 일측에 회동 가능하게 연결된 일측 종단부와, 제2 회동-지지부(140)의 타측에 회동 가능하게 연결된 타측 종단부를 포함한다.

제1 회동-지지부(130)는 회전체(120)의 일단측에 회동 가능하게 연결되고, 제1 PCR용 카트리지를 경사지게 그립하고 회전체(120)의 회전에 따라 제1 PCR용 카트리지(미도시)를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된다. 예를 들어, 회전체(120)의 분당회전수(RPM)가 100인 경우 제1 회동-지지부(130)는 지면에 대해 50도로 유지될 수 있고, 회전체(120)의 RPM이 200인 경우 제1 회동-지지부(130)는 지면에 대해 60도로 유지될 수 있다. 이처럼 회전체(120)의 RPM에 따라 제1 회동-지지부(130)는 지면에 대해 최대 90도로 유지될 수 있다.

제2 회동-지지부(140)는 회전체(120)의 타단측에 회동 가능하게 연결되고, 제2 PCR용 카트리지(미도시)를 경사지게 그립하고 회전체(120)의 회전에 따라 제2 PCR용 카트리지를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된다. 예를 들어, 회전체(120)의 분당회전수(RPM)가 100인 경우 제2 회동-지지부(140)는 지면에 대해 50도로 유지될 수 있고, 회전체(120)의 RPM이 200인 경우 제2 회동-지지부(140)는 지면에 대해 60도로 유지될 수 있다. 이처럼 회전체(120)의 RPM에 따라 제2 회동-지지부(140)는 지면에 대해 최대 90도로 유지될 수 있다.

제1 가이드부재(150)는 제1 회동-지지부(130)의 하부와 수납 용기(110)의 내측벽에 연결되고, 회전체(120)의 무회전시 상기 제1 PCR용 카트리지가 지면에 대해 제1 경사 각도로 배치되도록 가이드하고, 회전체(120)의 회전시 상기 제1 PCR용 카트리지가 원심력에 의해 상기 제1 경사 각도보다는 크고 90도 보다 작거나 같은 경사 각도로 가이드한다. 제1 가이드부재(150)는 제1 회동-지지부(130)의 완충을 위해 나선형 스프링, 실린더 피스톤 범퍼 등을 채용할 수도 있다.

제2 가이드부재(160)는 제2 회동-지지부(140)의 하부와 수납 용기(110)의 내측벽에 연결되고, 회전체(120)의 무회전시 상기 제2 PCR용 카트리지가 지면에 대해 제1 경사 각도로 배치되도록 가이드하고, 회전체(120)의 회전시 상기 제2 PCR용 카트리지가 원심력에 의해 상기 제1 경사 각도보다는 크고 90도 보다 작거나 같은 경사 각도로 가이드한다. 제2 가이드부재(160)는 나선형 스프링을 포함할 수 있다. 제2 가이드부재(160)는 제2 회동-지지부(140)의 완충을 위해 나선형 스프링, 실린더 피스톤 범퍼 등을 채용할 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 가변익 원심 주입 장치에 채용되는 PCR용 카트리지를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 2를 참조하면, PCR용 카트리지(200)는 PCR 모듈(210)과 PCR 모듈(210)을 수납하는 케이스를 포함하고, 도 1에 도시된 제1 회동-지지부(130) 및/또는 제2 회동-지지부(140)에 장착되어 회동될 수 있다. 상기한 케이스는 PCR 모듈(210) 아래에 배치된 바디(220)와 PCR 모듈(210) 위에 배치되어 바디(220)와 체결되어 PCR 모듈(210)을 수납하는 커버(230)를 포함할 수 있다.

PCR 모듈은 실리콘 챔버(212), 웰 어레이(214), CMOS 이미지 센서(216) 및 PCB(216)를 포함할 수 있다.

실리콘 챔버(212)는 상향으로 돌출된 멤브레인 스위치(미도시), 상기 멤브레인 스위치의 일측에 형성되어 액체시료의 주입을 위한 인렛(미도시)을 포함한다. 실리콘 챔버(212)의 하부 에지 영역은 PCB(216)의 에지 영역에 접한다. 실리콘 챔버(212)의 하부 중앙 영역에는 PCB(216)에 탑재된 CMOS 이미지 센서(216) 및 웰 어레이(214)를 수용하기 위해 후퇴된 형상의 공간이 형성된다. 실리콘 챔버(212)는 PDMS와 같은 재질로 구성될 수 있다. 실리콘 챔버(212)는 유연성, 투명성, PCR 호환성 및 낮은 자가 형광성을 갖고서, 사출 성형이 가능하다.

웰 어레이(214)는 실리콘 챔버(212)의 하부 면에 부착되고, CMOS 이미지 센서(216) 위에 배치된다. 웰 어레이(214)는 에칭된 실리콘 재질로 구성될 수 있다. 웰 어레이(214)는 PCR 반응 위치의 역할을 수행하는 복수의 마이크로 웰들(대략 20,000개)을 포함한다. 마이크로 웰들의 형태, 크기 및 부피는 조절이 가능하다. 마이크로 웰들은 상하부가 관통된 형상을 갖는다. 본 실시예에서, 마이크로 웰은 250um 미만의 두께와 70um 미만의 피치를 가질 수 있다. 마이크로 웰은 육각 형상, 원형상 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 웰 어레이(214)는 친수성 코팅으로 처리될 수 있다. 웰 어레이(214)는 플라즈마 또는 열 또는 UV 경화 접착제에 의해 실리콘 챔버(212)에 부착될 수 있다.

CMOS 이미지 센서(216)는 웰 어레이(214) 아래에 배치되고, 웰 어레이(214)의 마이크로 웰들에서 PCR 반응 산물을 촬영한다. 구체적으로, CMOS 이미지 센서(216)는 PCB(216)에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치되어 웰 어레이(214)에서 방출되는 광을 수용하여 PCR 장치에서 수행되는 PCR 반응 산물을 측정한다. CMOS 이미지 센서(216)의 상부면에는 밀봉후 마이크로 웰의 바닥을 형성하기 위해 PDMS와 같은 물질의 얇은 층이 코팅될 수 있다.

PCB(216)는 CMOS 이미지 센서(216)를 수용한다. 인렛을 통해 투입된 액체시료가 웰 어레이(214)에 빠르게 제공되도록, PCB(216)에는 진공 처리를 위한 통풍구(152)가 형성될 수 있다. 통풍구(152)는 CMOS 이미지 센서(216)와 웰 어레이(214) 사이의 공간과 도통한다.

본 실시예에서, PCR용 카트리지(200)는 열 순환을 위해 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 열 순환은 열 순환기(thermal cycler), 등온 증폭, 열 관습(thermal convention), 적외선 매개 열 사이클링(infrared mediated thermal cycling), 또는 헬리카제 의존 증폭(helicase dependent amplification)을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 칩이 내장된 가열 소자와 통합될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 칩은 반도체들과 통합될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따른 타겟의 검출은 예를 들어, 형광 검출, 양 또는 음 이온 검출, 산도(pH) 검출, 전압 검출, 또는 전류 검출을 단독 또는 조합할 수도 있지만, 그들로 한정되지 않는다.

PCR용 카트리지(200)는 링부재(250) 및 버튼부재(260)를 더 포함할 수 있다.

링부재(250)는 서로 체결된 바디(220)와 커버(230)의 경계면을 둘러싼다. 링부재(250)는 바디(220)와 커버(230)가 서로 체결된 상태에서 내부의 액체시료가 외부로 유출되는 것을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

버튼부재(260)는 바디(220)와 커버(230) 사이에 배치되고 커버(230)의 중심부에 형성된 대형홀을 통해 노출된다. 버튼부재(260)는 PCR 모듈(210)에 주입된 액체시료가 고르게 PCR 모듈(210) 내부에서 분포되도록 사용자에게 가압 기능을 제공하기 위해 구성될 수 있다.

도 3a는 도 1에 도시된 가변익 원심 주입 장치의 회전 전 상태를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 가변익 원심 주입 장치의 회전 중 상태를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, PCR용 카트리지에 액체시료를 주입한 후 가변익 원심 주입 장치를 회전시켜 액체시료가 반응 공간에 고르게 분포시키기 위해, 액체시료가 주입된 제1 PCR용 카트리지(CT1)를 제1 회동-지지부(130)에 배치하고, 액체시료가 주입된 제2 PCR용 카트리지(CT2)를 제2 회동-지지부(140)에 배치한다. 도 3a에서 2개의 회동-지지부(130, 140) 각각에 PCR용 카트리지를 배치한 것을 도시하였으나, 하나의 회동-지지부에만 PCR용 카트리지를 배치할 수도 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 중심축을 기준으로 회전체(120)를 회전시키면 제1 PCR용 카트리지(CT1)와 제2 PCR용 카트리지(CT2) 각각의 평면은 지면에 대해 수직한 방향으로 이동되면서 액체시료는 원심력에 의해 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 이동된다. 원심력에 의해 이동된 액체시료는 제1 PCR용 카트리지(CT1)와 제2 PCR용 카트리지(CT2) 각각의 반응 공간에 고르게 분포하게 된다. 회전체(120)의 회전속도에 따라 각 카트리지들의 이동 각도는 변경될 수 있고, 반응 공간에 완전하게 분포되는 시간 등이 변경될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면 액체시료가 주입된 PCR용 카트리지의 평면이 수직하게 PCR용 카트리지를 회전시키므로써 원심력에 의해 액체시료를 반응 공간에 고르게 분포시킬 수 있다. 즉, 원심력에 의해 액체시료가 반응 공간인 웰 어레이의 코너나 에지 영역에도 분포되도록 가변익 원심 주입 장치를 구성함으로써 반응 공간에 에어 포켓이 생성되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, PCR 시험결과에서 에어포켓에 의한 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 생화학물질의 검사를 수행하는 장치, 혈액검사장치, 질병 검사장치 등으로 연구용, 의료용, 재난방지용, 축산용, 애완동물치료용 등으로 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.

110 : 수납 용기 112 : 수납 본체
114 : 수납 덮개 120 : 회전체
122 : 중심부 124 : 제1 날개부
126 : 제2 날개부 130 : 제1 회동-지지부
140 : 제2 회동-지지부 150 : 제1 가이드부재
160 : 제2 가이드부재 CT1, CT2, 200 : PCR용 카트리지
210 : PCR 모듈 212 : 실리콘 챔버
214 : 웰 어레이 216 : CMOS 이미지 센서
216 : PCB

Claims

수납용기;
상기 수납용기 내부에 배치된 회전체;
상기 회전체의 일단측에 회동 가능하게 연결되고, 제1 PCR용 카트리지를 경사지게 그립하고 상기 회전체의 회전에 따라 상기 제1 PCR용 카트리지를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된 제1 회동-지지부; 및
상기 회전체의 타단측에 회동 가능하게 연결되고, 제2 PCR용 카트리지를 경사지게 그립하고 상기 회전체의 회전에 따라 상기 제2 PCR용 카트리지를 다양한 경사 각도로 지지하도록 구성된 제2 회동-지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 원심 주입 장치.
제1항에 있어서, 상기 회전체는,
중심부;
상기 중심부의 일측에서 상향으로 경사지게 연장되고, 상기 제1 회동-지지부의 일측에 회동 가능하게 연결된 일측 종단부와, 상기 제1 회동-지지부의 타측에 회동 가능하게 연결된 타측 종단부를 포함하는 제1 날개부; 및
상기 중심부의 타측에서 상향으로 경사지게 연장되고, 상기 제2 회동-지지부의 일측에 회동 가능하게 연결된 일측 종단부와, 상기 제2 회동-지지부의 타측에 회동 가능하게 연결된 타측 종단부를 포함하는 제2 날개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 원심 주입 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 회동-지지부의 하부와 상기 수납용기의 내측벽에 연결되고, 상기 회전체의 무회전시 상기 제1 PCR용 카트리지가 제1 경사 각도로 배치되도록 가이드하고, 상기 회전체의 회전시 상기 제1 PCR용 카트리지가 원심력에 의해 상기 제1 경사 각도보다는 크고 90도 보다 작거나 같은 경사 각도로 가이드하는 제1 가이드부재; 및
상기 제2 회동-지지부의 하부와 상기 수납용기의 내측벽에 연결되고, 상기 회전체의 무회전시 상기 제2 PCR용 카트리지가 제1 경사 각도로 배치되도록 가이드하고, 상기 회전체의 회전시 상기 제2 PCR용 카트리지가 원심력에 의해 상기 제1 경사 각도보다는 크고 90도 보다 작거나 같은 경사 각도로 가이드하는 제2 가이드부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 원심 주입 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 가이드부재 및 상기 제2 가이드부재 각각은 나선형 스프링 또는 실리콘 피스톤 범퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 원심 주입 장치.