KR20210145972A - A method of digital detecting using crispr diagnositcs and an apparatus having the same - Google Patents

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KR20210145972A
KR20210145972A KR1020200062880A KR20200062880A KR20210145972A KR 20210145972 A KR20210145972 A KR 20210145972A KR 1020200062880 A KR1020200062880 A KR 1020200062880A KR 20200062880 A KR20200062880 A KR 20200062880A KR 20210145972 A KR20210145972 A KR 20210145972A
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이도영
신승식
최경학
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Abstract

The present invention relates to a digital detection method and an apparatus thereof. According to an embodiment of the present invention, the digital detection method of the present invention comprises the following steps of: mixing a CRISPR-Cas protein that specifically binds to a target gene with a reporter capable of confirming whether the CRISPR-Cas protein is activated in the sample to be analyzed; loading the mixed sample into a well array including a plurality of micro-wells of a cartridge for digital detection; and detecting the target gene in the mixed sample by detecting a change in the reporter in each micro-well by using the digital detection cartridge.

Description

크리스퍼 진단법을 이용한 디지털 검출 방법 및 이의 장치{A METHOD OF DIGITAL DETECTING USING CRISPR DIAGNOSITCS AND AN APPARATUS HAVING THE SAME}Digital detection method using CRISPR diagnostic method and device thereof

본 발명은 시료 내의 타겟 물질의 디지털 검출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 크리스퍼(CRISPR) 진단법을 이용하여 타겟 물질을 디지털 검출하는 방법 및 이의 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for digitally detecting a target material in a sample, and more particularly, to a method and apparatus for digitally detecting a target material using CRISPR diagnostics.

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. Gene amplification technology is an essential process in molecular diagnosis, and is a technology that repeatedly replicates and amplifies a specific nucleotide sequence of a trace amount of deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA) in a sample. Among them, polymerase chain reaction (PCR) is a representative gene amplification technology and consists of three steps: DNA denaturation, primer bonding, and DNA extension. Since the step is dependent on the temperature of the sample, DNA can be amplified by repeatedly changing the temperature of the sample.

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. 그러나 만일 PCR 반응 용적을 감소시키면 시약의 소비를 줄이고 반응 용적의 감소된 열 질량에서 증폭 시간을 줄일 수도 있다. 이 전략은 배열 형식(m x n)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 고 처리량 분석을 허용한다.Previously, PCR was generally performed in 96 or 384-well microplates. When higher throughput is required, conventional PCR methods in microplatelets are not cost effective or efficient. However, if the PCR reaction volume is reduced, it is possible to reduce the consumption of reagents and shorten the amplification time at the reduced thermal mass of the reaction volume. This strategy can also be implemented in an array format (m x n), resulting in many smaller reaction volumes. The use of any array also allows for scalable high-throughput assays with increased quantitation sensitivity, dynamic range and specificity.

이러한 기존의 단점을 해소하기 위하여 배열 형식들을 사용한 디지털 중합 효소 연쇄 반응(디지털 PCR)에 대한 연구가 활발하게 진행되었다. 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. In order to solve these existing disadvantages, research on digital polymerase chain reaction (digital PCR) using sequence formats has been actively conducted. Results from digital PCR can be used to detect and quantify concentrations of rare alleles, provide absolute quantification of nucleic acid samples, and also measure fold changes with low nucleic acid concentrations. In general, increasing the number of replicates increases the accuracy and reproducibility of digital PCR results.

디지털 PCR에서는, 타겟 폴리 뉴클레오타이드 또는 핵산 서열의 상대적으로 적은 수를 포함하는 용액을 작은 테스트 시료들로 분할할 수도 있으며, 그에 의해 각각의 시료는 일반적으로 타겟 뉴클레오타이드 서열의 한 분자를 포함하거나 또는 타겟 뉴클레오타이드 서열의 분자를 포함하지 않는다. 이어서 시료들이 PCR 프로토콜, 절차, 또는 실험에서 열적으로 순환되는 경우, 타겟 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 시료는 증폭되어, 양성 검출 신호를 생성하는 한편 어떠한 타겟 뉴클레오타이드 서열도 포함하지 않는 시료들은 증폭되지 않고 검출 신호를 생성하지 않는다. In digital PCR, a solution containing a relatively small number of target polynucleotides or nucleic acid sequences may be divided into small test samples, whereby each sample generally contains one molecule of the target nucleotide sequence or target nucleotides does not contain the molecules of the sequence. When the samples are then thermally cycled in a PCR protocol, procedure, or experiment, the sample comprising the target nucleotide sequence is amplified to produce a positive detection signal, while samples containing no target nucleotide sequence are not amplified and the detection signal does not create

기존의 주된 디지털 PCR 방식은 시료를 반응공간으로 투입하는 과정과 염기서열을 증폭하는 과정이 나누어지는 엔드-포인트(end-point) PCR을 사용하므로 각 반응공간에서 실시간으로 염기서열이 증폭되는 반응을 측정하지 못한다.The main existing digital PCR method uses end-point PCR in which the process of injecting the sample into the reaction space and the process of amplifying the nucleotide sequence are divided, so the reaction in which the nucleotide sequence is amplified in real time in each reaction space is performed. can't measure

또한, 최근에 개발된 유전자가위(RNA-guided CRISPR)(clustered regularly interspaced short palindrome repeats)-연관된 뉴클레아제 Cas 단백질에 기반된 유전체 교정(genome editing)은 표적 넉-아웃, 전사 활성화 및 single guide RNA(sgRNA)(즉, crRNA-tracrRNA 융합 전사체)를 이용한 억제에 대한 획기적인 기술을 제공하며, 이 기술은 수많은 유전자 위치를 표적함으로써 확장성을 입증하였다. CRISPR-Cas 시스템은 표적하는 유전자 또는 핵산에 상보적인 서열을 가지는 guide RNA(gRNA)와 표적하는 유전자 또는 핵산을 절단할 수 있는 뉴클레아제인 CRISPR 효소로 구성되며, gRNA와 CRISPR 효소는 CRISPR 복합체를 형성하고, 형성된 CRISPR 복합체에 의해 표적하는 유전자 또는 핵산을 절단 또는 변형시킨다. CRISPR 시스템은 원핵 생물, 고세균의 면역 시스템으로서 최근 유전자 가위의 하나로 그 활용성에 대한 연구가 급증하고 있다.In addition, genome editing based on the recently developed RNA-guided CRISPR (clustered regularly interspaced short palindrome repeats)-associated nuclease Cas protein is capable of targeting knock-out, transcriptional activation and single guide RNA. (sgRNA) (ie, crRNA-tracrRNA fusion transcripts) provides a groundbreaking technique for inhibition, which has demonstrated scalability by targeting numerous gene loci. The CRISPR-Cas system consists of a guide RNA (gRNA) having a sequence complementary to a target gene or nucleic acid and CRISPR enzyme, a nuclease capable of cleaving a target gene or nucleic acid, and the gRNA and CRISPR enzyme form a CRISPR complex. and cleaving or modifying a target gene or nucleic acid by the formed CRISPR complex. The CRISPR system is an immune system of prokaryotes and archaea, and research on its utility is rapidly increasing as one of the recent gene scissors.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적은 양의 시료로부터 타겟 물질을 정확하게 분석할 수 있는 진단 또는 분석 효율을 향상시키는 디지털 검출 방법 및 이의 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a digital detection method and apparatus for improving diagnosis or analysis efficiency capable of accurately analyzing a target material from a small amount of sample.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 분석을 위한 시간을 단축시키고 검사 프로세스를 간소하게 함으로써 시약 가격의 경쟁력을 향상시키고 분석 및 진단 장치의 생산 비용도 감소시킬 수 있는 디지털 검출 방법 및 이의 장치를 제공하는 것이다. Another object to be solved by the present invention is to provide a digital detection method and device capable of improving the competitiveness of reagent prices and reducing the production cost of analysis and diagnostic devices by shortening the time for analysis and simplifying the testing process. will be.

본 발명이 해결하고자 하는 또다른 과제는 시료 내의 타겟 물질을 절대적으로 정량화할 수 있는 디지털 검출 방법 및 이의 장치를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a digital detection method and apparatus for absolutely quantifying a target substance in a sample.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분석 대상 시료와 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 CRISPR-Cas 단백질 및 상기 CRISPR-Cas 단백질이 활성화되는지 여부를 확인할 수 있는 리포터를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 시료를 디지털 검출용 카트리지의 복수 개의 마이크로 웰을 포함하는 웰 어레이에 로딩하는 단계; 및 상기 디지털 검출용 카트리지를 이용하여 상기 각 마이크로 웰 내의 리포터의 변화를 감지함으로써 상기 혼합된 시료 내의 상기 타겟 유전자를 검출하는 단계를 포함할 수 있다According to an embodiment of the present invention, mixing a CRISPR-Cas protein specifically binding to a target gene with a sample to be analyzed and a reporter capable of confirming whether the CRISPR-Cas protein is activated; loading the mixed sample into a well array including a plurality of micro-wells of a cartridge for digital detection; and detecting the target gene in the mixed sample by detecting a change in the reporter in each micro-well using the digital detection cartridge.

일 실시예에서, 상기 CRISPR-Cas 단백질은 Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9), Streptococcus thermophilus Cas9 (StCas9), Streptococcus pasteurianus (SpaCas9), Campylobacter jejuni Cas9 (CjCas9), Staphylococcus aureus (SaCas9), Francisella novicida Cas9 (FnCas9), Neisseria cinerea Cas9 (NcCas9), Neisseria meningitis Cas9 (NmCas9) Prevotella 및 Francisella 1(Cpf1) 중 어느 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the CRISPR-Cas protein is Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9), Streptococcus thermophilus Cas9 (StCas9), Streptococcus pasteurianus (SpaCas9), Campylobacter jejuni Cas9 (CjCas9), Staphylococcus avicellas (Staphylococcus avicellas9), Cas9 , Neisseria cinerea Cas9 (NcCas9), Neisseria meningitis Cas9 (NmCas9) Prevotella, and Francisella 1 (Cpf1) may be any one or more.

상기 마이크로 웰들의 피치는 150um 미만일 수 있으며, 상기 디지털 검출용 카트리지가 리더시스템에 장착됨으로써 상기 혼합된 시료 내의 상기 타겟 유전자를 정량할 수 있다.The pitch of the micro-wells may be less than 150 μm, and the target gene in the mixed sample may be quantified by mounting the digital detection cartridge in a reader system.

일 실시예에서, 상기 리포터는 형광 물질을 포함하고, 상기 활성화된 CRISPR-Cas 단백질에 의하여 절단됨으로써 상기 형광 물질이 나타낼 수 있다.In an embodiment, the reporter may include a fluorescent material, and the fluorescent material may be displayed by being cleaved by the activated CRISPR-Cas protein.

상기 타겟 유전자를 검출하는 단계는 각 웰에서 나타내는 형광을 실시간으로 측정할 수 있다.In the detecting of the target gene, fluorescence displayed in each well may be measured in real time.

일 실시예에서, 상기 디지털 검출 방법은 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 포함하는 시료의 증폭 단계를 필요로 하지 아니할 수 있다.In an embodiment, the digital detection method may not require an amplification step of the sample including the polymerase chain reaction (PCR).

또한, 상기 진단 대상 시료는 가열 없이 채취된 샘플로부터 핵산을 추출하는 단계만을 수행하여 획득되거나, 가열 및 핵산 추출단계를 수행하지 아니하고 채취된 샘플 자체일 수 있다.In addition, the diagnosis target sample may be obtained by performing only the step of extracting the nucleic acid from the sample collected without heating, or may be the sample itself collected without performing the heating and nucleic acid extraction step.

본 발명의 일 실시예에 따르면, CRISPR-Cas 단백질 및 타겟 물질의 정량 분석을 위한 디지털 기기를 이용하여 적은 양의 진단 대상 시료로부터 타겟 물질의 분석 효율 및 분석 정확도를 향상시키는 디지털 검출 방법 및 이의 장치를 제공하는 것이다.According to an embodiment of the present invention, a digital detection method and apparatus for improving analysis efficiency and analysis accuracy of a target material from a small amount of a diagnostic target sample using a digital device for quantitative analysis of CRISPR-Cas protein and target material is to provide

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시료의 증폭 단계를 수행하지 아니함으로써 시료 분석을 위한 시간을 단축시키고 검사 프로세스를 간소하게 함으로써 시약 가격의 경쟁력을 향상시키고 분석 및 진단 장치의 생산 비용도 감소시킬 수 있는 디지털 검출 방법 및 이의 장치를 제공하는 것이다.According to another embodiment of the present invention, by not performing the step of amplifying the sample, it is possible to shorten the time for sample analysis and simplify the test process, thereby improving the competitiveness of the reagent price and reducing the production cost of the analysis and diagnosis device. To provide a digital detection method and apparatus therefor.

또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, CMOS 센서를 포함하는 디지털 검출용 카트리지 및 디지털 검출용 기기를 이용하여 시료를 분석함으로써 시료 내의 타겟 물질을 절대적으로 정량화할 수 있는 디지털 검출 방법 및 이의 장치를 제공하는 것이다.In addition, according to another embodiment of the present invention, a digital detection method capable of absolutely quantifying a target material in a sample by analyzing the sample using a digital detection cartridge including a CMOS sensor and a digital detection device, and an apparatus thereof is to provide

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 내에서의 CRISPR-Cas 단백질의 활성화를 나타내는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출용 카트리지의 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 디지털 검출용 카트리지의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 웰 어레이 형상의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다.
도 10은 일반적인 CRISPR-Cas 단백질을 이용한 시료 내의 타겟 물질 검출 방법을 나타내는 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CRISPR-Cas 단백질을 이용한 시료 내의 타겟 물질의 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 CRISPR-Cas 단백질을 이용한 시료 내의 타겟 물질의 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 분석 대상 시료의 준비 방법을 나타내는 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 대상 시료 채취 단계를 간략하게 설명한 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 대상 시료의 준비 단계를 설명한 것이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 시료의 디지털 검출을 위한 단계를 설명한 것이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 대상 시료를 준비하기 위한 장치를 나타내는 것이고, 도 20a 내지 도 20c는 상기 장치를 이용하여 분석 대상 시료를 준비하기 위한 방법을 나타내는 것이다.
1 shows the activation of CRISPR-Cas protein in a sample according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a digital detection method according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are diagrams illustrating a digital detection method according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view of a cartridge for digital detection according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the cartridge for digital detection shown in FIG. 6 .
8 is a perspective view schematically illustrating an example of the shape of the well array shown in FIG. 7 .
9 is a diagram illustrating a digital detection method according to another embodiment of the present invention.
10 shows a method for detecting a target substance in a sample using a general CRISPR-Cas protein.
11 is a diagram illustrating a digital detection method of a target material in a sample using a CRISPR-Cas protein according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a digital detection method of a target material in a sample using a CRISPR-Cas protein according to an embodiment of the present invention.
13 to 15 are diagrams illustrating a method for preparing a sample to be analyzed according to various embodiments of the present disclosure.
16 is a schematic diagram of a step of collecting a sample to be analyzed according to an embodiment of the present invention.
17 illustrates a step of preparing a sample to be analyzed according to an embodiment of the present invention.
18 illustrates steps for digital detection of a mixed sample according to an embodiment of the present invention.
19 is a diagram illustrating an apparatus for preparing an analysis target sample according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 20A to 20C are diagrams illustrating a method for preparing an analysis target sample using the device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example. Rather, these examples are provided so as to more fully and complete the present invention, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 조합을 포함한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the term “and/or” includes any one and combination of one or more of those enumerated items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. "comprise" and/or "comprising" as used herein specify the presence of the recited shapes, numbers, steps, operations, members, elements, and/or groups thereof; It does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups.

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. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be further described with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and repeated descriptions of the same components are omitted.

본 발명의 디지털 검출을 위하여 이용되는 디지털 검출용 카트리지는 기판에 일정 배열로 시료들, 시료 용적들 또는 반응 용적들을 탑재하기 위한 구조를 가지며, 기판 내의 각각의 반응 위치들의 일정한 배열로 시료들을 탑재하는 구조를 포함한다. The cartridge for digital detection used for digital detection of the present invention has a structure for mounting samples, sample volumes, or reaction volumes in a predetermined arrangement on a substrate, and mounting the samples in a predetermined arrangement of respective reaction positions in the substrate include structure.

다양한 실시예들에서, 대량의 작은 용적 시료들에서 타겟 물질들을 검출하기 위해 사용되는 물품 내에 시료들을 탑재하기 위한 장치, 기기, 시스템, 및 방법들이 제공된다. 이러한 타겟 물질들은 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, 이것으로 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 분석 방법 및 시스템과 연관하여 사용될 수도 있다. In various embodiments, apparatus, apparatus, systems, and methods for loading samples in articles used to detect target substances in large, small volume samples are provided. Such target substances may be any suitable biological target, but include DNA sequences (including cell-free DNA), RNA sequences, genes, oligonucleotides, molecules, proteins, biomarkers, cells (eg, circulating tumor cells), or other suitable target biomolecules. In various embodiments, these biological components are used in applications such as fetal diagnosis, multiplex dPCR, virus detection, and quantitation standardization, genotyping, sequence validation, mutation detection, genetic biology, rare allele detection, and copy number change detection. It can also be used in conjunction with various analysis methods and systems in various fields.

또한, 디지털 PCR용 카트리지, 디지털 PCR 모듈 또는 시스템의 구성요소, 정의, 동작 방법에 대한 상세한 사항은 본 출원인의 대한민국 등록특허 제10-0822672호, 제10-0825087호, 제10-0801448호, 제10-0808114호, 제10-1803497호, 제10-1753644호, 및 제10-1904506호에 개시되어 있으며, 상기 등록특허 문헌들은 그 전체가 참고문헌으로서 본 명세서에 포함될 수 있다.In addition, detailed information on the components of the digital PCR cartridge, digital PCR module or system, definition, and operation method is the applicant's Republic of Korea Patent Nos. 10-0822672, 10-0825087, 10-0801448, No. 10-0808114, No. 10-1803497, No. 10-1753644, and No. 10-1904506 are disclosed, and the registered patent documents may be incorporated herein by reference in their entirety.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 내에서의 CRIPSPR-Cas 단백질의 활성화를 나타내는 것이다.1 shows the activation of CRIPSPR-Cas protein in a sample according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 튜브(Tube) 내에는 타겟 물질에 특이적으로 결합하는 CRISPR-Cas 단백질와 상기 CRISPR-Cas 단백질이 활성화되는지 여부를 확인할 수 있는 리포터(Reporter)를 포함시킬 수 있다. 상기 CRISPR-Cas 단백질은 활성화되면 주변의 단일 가닥의 물질을 절단하는 특성을 가지고 있다. 또한, 상기 리포터는 형광 물질을 포함할 수 있으며, 상기 형광 물질은 상기 리포터가 절단되는 경우 형광을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 1 , a CRISPR-Cas protein specifically binding to a target material and a reporter capable of confirming whether the CRISPR-Cas protein is activated may be included in the tube. When the CRISPR-Cas protein is activated, it has a characteristic of cutting a single-stranded material around it. In addition, the reporter may include a fluorescent material, and the fluorescent material may exhibit fluorescence when the reporter is cleaved.

만일 튜브(Tube)에 분석하고자 하는 분석 대상 시료 내에 타겟 물질(Target)이 존재하는 경우, 튜브 내의 CRISPR-Cas 단백질은 상기 타겟 물질과 결합하여 활성화(Activated CRISPR CAS)될 수 있다. 상기 활성화된 CRISPR-Cas 단백질은 도 1에서 붉은 색으로 도시되며, 상기 활성화된 CRISPR-Cas 단백질은 그 주변의 리포터(Reporter, 파란색으로 도시)들을 절단할 수 있다. 상기 절단된 리포터(Cleaved reporters, 빨간색으로 도시)들은 형광을 나타낼 수 있으므로, 상기 형광을 감지함으로써 튜브 내의 타겟 물질을 검출할 수 있다. If a target material is present in a sample to be analyzed in a tube, the CRISPR-Cas protein in the tube may be activated (Activated CRISPR CAS) by binding to the target material. The activated CRISPR-Cas protein is shown in red in FIG. 1 , and the activated CRISPR-Cas protein can cleave reporters (shown in blue) around it. Since the cleaved reporters (shown in red) can show fluorescence, the target substance in the tube can be detected by detecting the fluorescence.

그러나, 도 1에서 도시된 바와 같이, 활성화된 CRISPR-Cas 단백질은 주변의 리포터들을 절단할 수 있는 절단능에 한계가 있기 때문에, 진단 시료 내에 타겟 물질이 미량으로 포함되는 경우에는 검출되는 형광의 양도 미량일 수 밖에 없다. 이러한 경우, 진단 시료 내의 타겟 물질을 정확하게 검출하기 어려운 한계를 갖는다.However, as shown in FIG. 1 , the activated CRISPR-Cas protein has a limit in its cleavage ability to cleave surrounding reporters. can only be In this case, it is difficult to accurately detect a target substance in a diagnostic sample.

본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법 및 이의 장치는 상기 문제점을 해소하기 위한 방법을 이하 도 2 내지 도 16c를 참조하여 제안할 것이다.A method for solving the above problems in a digital detection method and an apparatus thereof according to an embodiment of the present invention will be proposed with reference to FIGS. 2 to 16C below.

도 2 내지 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 순서도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다. 2 to FIG. 2 are flowcharts illustrating a digital detection method according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 5 are diagrams illustrating a digital detection method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 먼저 타겟 물질의 존재 여부를 분석하고자 하는 분석 대상 시료에 상기 타겟 물질과 결합하는 효소(enzyme)를 포함하는 CRISPR-Cas 단백질과 형광 물질을 포함하는 리포터를 혼합할 수 있다(S10). 이 경우, 분석 대상 시료에 상기 타겟 물질이 존재하는 경우, CRISPR-Cas 단백질이 활성화되어 주변의 리포터를 절단함으로써 형광 물질이 검출될 수 있다. 한편, 분석 대상 시료에 상기 타겟 물질이 존재하지 아니하는 경우에는, CRISPR-Cas 단백질이 활성화되지 아니하므로 형광 물질이 검출되지 아니할 것이다.Referring to FIG. 2 , a CRISPR-Cas protein including an enzyme binding to the target material and a reporter including a fluorescent material may be mixed with an analysis target sample to be analyzed for the presence of a target material first ( S10). In this case, when the target material is present in the sample to be analyzed, the CRISPR-Cas protein is activated to cut the surrounding reporter, so that the fluorescent material can be detected. On the other hand, when the target material is not present in the sample to be analyzed, the CRISPR-Cas protein is not activated and thus the fluorescent material will not be detected.

일반적으로 분석 대상 시료 내에 타겟 물질은 적은 양으로 존재하기 때문에, 활성화되는 CRISPR-Cas 단백질의 양도 적을 수밖에 없고, 리포터에 의하여 검출되는 형광 물질의 양도 적을 수 없다. 따라서, 타겟 물질을 정확하고 신속하게 검출하기 위하여는, 검출되는 형광 물질의 양을 증가시키기 위하여 분석 대상 시료를 증폭시키거나(검체의 증가), 분석 대상 시료를 적은 양 단위로 나눠 분석하는 방법이 필요할 수 있다.In general, since the target material is present in a small amount in the sample to be analyzed, the amount of the activated CRISPR-Cas protein is inevitably small and the amount of the fluorescent material detected by the reporter cannot be small. Therefore, in order to accurately and quickly detect a target material, there is a method of amplifying the analyte sample (increasing the sample) or dividing the analyte sample into small amount units to increase the amount of the detected fluorescent material. may be needed

본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법은 분석 대상 시료를 적은 양 단위로 나누어 분석하는 방법을 포함한다. 상기 S10 단계에서 혼합된 시료는 디지털 검출용 카트리지의 웰 어레이에 포함되는 복수 개의 마이크로 웰에 로딩될 수 있고(S20), 분석 대상 시료가 로딩된 각각의 마이크로 웰 내에서의 리포터의 변화를 감지함으로써 타겟 물질을 검출할 수 있다(S30). 상기 S20 및 S30 단계는 도 3 이하의 도면들을 참조하여 설명한다. The digital detection method according to an embodiment of the present invention includes a method of analyzing a sample to be analyzed by dividing it into small amount units. The sample mixed in step S10 may be loaded into a plurality of microwells included in the well array of the digital detection cartridge (S20), and by detecting a change in the reporter in each microwell loaded with the sample to be analyzed A target material may be detected (S30). Steps S20 and S30 will be described with reference to the drawings below in FIG. 3 .

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다. 3 to 5 are diagrams illustrating a digital detection method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 혼합된 시료는 디지털 검출용 카트리지의 복수 개의 마이크로 웰에 로딩될 수 있으며, 타겟 물질이 존재하는 마이크로 웰(Positives)에서는 타겟 물질과 결합하여 활성화된 CRISPR-CAS 단백질(Positive Reaction에서의 Activated CRISPR CAS)에 의해 리포터가 절단됨(Cleaved reporters)으로써 형광 물질을 검출할 수 있고, 타겟 물질이 존재하지 아니하는 마이크로 웰(Negatives)에서는 형광 물질이 검출되지 아니할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 아주 적은 양의 시료로부터 형광이 검출 가능하므로 분석 대상 시료의 증폭 단계없이 정확하게 타겟 물질의 디지털 검출이 가능하게 된다. 또한, 일 실시예에서는, 타겟 물질의 유무를 실시간으로 확인할 수 있고, 또는, 종말점 검출(End-point detection)로 타겟 물질의 유무를 판단하는 것도 가능하다.Referring to FIG. 3 , the mixed sample may be loaded into a plurality of micro-wells of the cartridge for digital detection, and in the micro-wells where the target material is present, the CRISPR-CAS protein is activated by binding to the target material (Positive Reaction). Fluorescent substances can be detected by cleaved reporters by Activated CRISPR CAS in According to an embodiment of the present invention, since fluorescence can be detected from a very small amount of sample, it is possible to accurately digitally detect a target material without amplifying the sample to be analyzed. In addition, in an embodiment, the presence or absence of the target material may be checked in real time, or the presence or absence of the target material may be determined by end-point detection.

도 4의 오른쪽 하단에 도시된 바와 같이, 종말점 검출(End-point detection) 방법으로 타겟 물질을 확인하는 경우에는 중간값을 정확히 확인하기 어려우므로 실질적으로 타겟 물질이 존재하는지 여부(양성/음성)을 확실하게 구분하기 어려울 수 있다. 만일 시료 내에 초기 백그라운드 형광이 많다면 종말점 검출에서 양성으로 판단된 경우라도 실질적으로는 양성이 아닌 음성일 수 있다. 그러므로, 분석 대상 시료 내의 타겟 물질 검출의 정확도가 낮아진다.As shown in the lower right of FIG. 4 , when the target material is checked by the end-point detection method, it is difficult to accurately determine the intermediate value, so whether the target material is actually present (positive/negative) is checked. It can be difficult to distinguish with certainty. If there is a lot of initial background fluorescence in the sample, even if it is determined as positive in endpoint detection, it may be negative rather than positive. Therefore, the accuracy of detecting the target substance in the analyte sample is lowered.

도 5의 오른쪽 하단에 도시된 바와 같이, 실시간 검출(Real-time detection) 방법으로 분석 대상 시료 내의 타겟 물질을 확인할 수 있다. 이 경우, 시간별 신호의 차이를 검지하고 그 크기의 추이를 표시하게 되므로 양성 또는 음성이 확실하게 구분될 수 있다. 일 실시예에서는, 초기 백그라운드 형광 신호가 크더라도 이후 신호 크기의 변화가 없으면 음성, 변화가 지속적으로 일어나면 양성으로 정확하게 판단할 수 있다. 또한, 마이크로 웰 각각에서의 신호 변화를 실시간으로 확인할 수 있으므로, 타겟 물질의 정량 분석 및 존재 여부 분석을 할 수 있을 뿐만 아니라, 어느 마이크로 웰에 타겟 물질이 존재하는지 알 수 있으므로, 타겟 물질을 추출하여 향후 다양한 실험에 이용하는 것도 가능할 수 있다. As shown in the lower right of FIG. 5 , a target material in a sample to be analyzed may be identified by a real-time detection method. In this case, since a difference in the signal for each time is detected and a change in the magnitude thereof is displayed, positive or negative can be clearly distinguished. In an embodiment, even if the initial background fluorescence signal is large, it may be accurately determined as negative if there is no change in the signal intensity thereafter, and positive if the change continues to occur. In addition, since the signal change in each microwell can be checked in real time, quantitative analysis and analysis of the presence or absence of the target material can be performed, and it is possible to know which microwell the target material is present in, so that the target material can be extracted It may be possible to use it for various experiments in the future.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출용 카트리지를 대략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 디지털 검출용 카트리지의 분해 사시도이다.6 is a perspective view schematically illustrating a cartridge for digital detection according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the cartridge for digital detection shown in FIG. 6 .

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 검출용 카트리지는 카트리지 타입의 검사 모듈로서 어퍼 케이스(110), 바텀 케이스(120), 미소유체 챔버(130), 웰 어레이(140), CMOS 포토센서 어레이(150) 및 PCB(160)를 포함한다. 일 실시예에서, 디지털 검출용 카트리지는, 예를 들어, 디지털 실시간 PCR 장비와 같은 디지털 실시간 검출 장비의 리더 시스템에 탈착 가능하도록 결합될 수 있다. 6 and 7, the cartridge for digital detection according to an embodiment of the present invention is a cartridge-type inspection module, including an upper case 110, a bottom case 120, a microfluidic chamber 130, and a well array ( 140 ), a CMOS photosensor array 150 , and a PCB 160 . In one embodiment, the cartridge for digital detection may be detachably coupled to a reader system of a digital real-time detection equipment such as, for example, a digital real-time PCR equipment.

어퍼 케이스(110)는 중심 영역에 형성된 어퍼홀을 포함하는 도우넛 형상의 커버 몸체와 상기 어퍼홀에 배치된 윈도우 부재를 포함할 수 있다. 어퍼 케이스(110)는 바텀 케이스(120)에 체결된다. 본 실시예에서, 어퍼 케이스(110) 및 바텀 케이스(120)는 납작한 원통 형상인 것을 도시하였으나, 다양한 형상이 가능하다. 상기 윈도우 부재는 투명 재질을 포함할 수 있다. 상기 윈도우 부재는 PDMS 재질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The upper case 110 may include a donut-shaped cover body including an upper hole formed in a central region and a window member disposed in the upper hole. The upper case 110 is fastened to the bottom case 120 . In this embodiment, although the upper case 110 and the bottom case 120 are shown to have a flat cylindrical shape, various shapes are possible. The window member may include a transparent material. The window member may include a PDMS material, but is not limited thereto.

바텀 케이스(120)는 미소유체 챔버(130), 웰 어레이(140), CMOS 포토센서 어레이(150) 및 PCB(160)를 수용하고, 어퍼 케이스(110)에 체결될 수 있다. 예를 들어, 바텀 케이스(120)와 어퍼 케이스(110)는 후크 방식으로 체결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 체결 방식은 제한되지 아니한다. The bottom case 120 may accommodate the microfluidic chamber 130 , the well array 140 , the CMOS photosensor array 150 , and the PCB 160 , and may be coupled to the upper case 110 . For example, the bottom case 120 and the upper case 110 may be fastened by a hook method, but is not limited thereto, and the fastening method is not limited thereto.

미소유체 챔버(130)는 상향으로 돌출된 멤브레인 스위치, 상기 멤브레인 스위치의 일측에 형성되어 액체시료의 주입을 위한 인렛을 포함할 수 있다. 미소유체 챔버(130)의 하부 에지 영역은 PCB(160)의 에지 영역에 접할 수 있다. 미소유체 챔버(130)의 하부 중앙 영역에는 PCB(160)에 탑재된 CMOS 포토센서 어레이(150) 및 웰 어레이(140)를 수용하기 위해 후퇴된 형상의 공간이 형성될 수 있다. 미소유체 챔버(130)는 PDMS와 같은 재질로 구성될 수 있다. 미소유체 챔버(130)는 유연성, 투명성, PCR 호환성 및 낮은 자가 형광성을 갖고서, 사출 성형이 가능한 재료이면 어떤 재료를 이용하여 형성되어도 무방하다. The microfluidic chamber 130 may include a membrane switch protruding upward, and an inlet formed on one side of the membrane switch for injection of a liquid sample. The lower edge region of the microfluidic chamber 130 may contact the edge region of the PCB 160 . In the lower central region of the microfluidic chamber 130 , a space with a retracted shape may be formed to accommodate the CMOS photosensor array 150 and the well array 140 mounted on the PCB 160 . The microfluidic chamber 130 may be made of a material such as PDMS. The microfluidic chamber 130 may be formed using any material as long as it has flexibility, transparency, PCR compatibility, and low autofluorescence, and can be injection molded.

웰 어레이(140)는 미소유체 챔버(130)의 하부 면에 부착되고, CMOS 포토센서 어레이(150) 위에 배치될 수 있다. 웰 어레이(140)는 에칭된 실리콘 재질로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 웰 어레이(140)는 복수의 마이크로 웰들(142)을 포함한다. 마이크로 웰들(142)의 형상이나, 치수, 개수 등은 다양할 수 있다. 일 실시예에서, 웰 어레이(140)는 CRISPR-Cas 단백질을 이용한 디지털 검출 반응 위치의 역할을 수행하는 복수의 마이크로 웰들(대략 1,000개~100,000개)을 포함할 수 있다. The well array 140 may be attached to the lower surface of the microfluidic chamber 130 and disposed on the CMOS photosensor array 150 . The well array 140 may be formed of an etched silicon material. In one embodiment, well array 140 includes a plurality of micro wells 142 . The shape, size, number, etc. of the micro-wells 142 may vary. In one embodiment, the well array 140 may include a plurality of micro-wells (approximately 1,000 to 100,000) serving as a digital detection reaction site using the CRISPR-Cas protein.

마이크로 웰들(142) 각각에는 분말시료 또는 액체시료와 같은 분석시료가 수용될 수 있다. 상기 분석시료는 생물학적 물질 분석을 위한 특이성분이다. 즉, 상기 분석시료란 특정한 생물학적 물질, 예를 들어 단백질, DNA, RNA 등의 정량 또는 정성 분석을 위한 성분으로서, 프라이머, 프로브, 항체, 앱타머, DNA 또는 RNA 중합효소 등을 의미하며, 특히 실시간 중합효소연쇄반응, 정온 효소반응 또는 LCR(Ligase Chain Reaction) 등을 수행하기 위해 필요한 성분을 의미한다. 일 실시예에서는, 마이크로 웰들(142) 각각에 도 2의 S10 단계에서 준비된 혼합 시료를 로딩할 수 있다. An analysis sample such as a powder sample or a liquid sample may be accommodated in each of the micro-wells 142 . The analysis sample is a specific component for the analysis of a biological material. That is, the analysis sample is a component for quantitative or qualitative analysis of a specific biological material, for example, protein, DNA, RNA, etc., and refers to a primer, a probe, an antibody, an aptamer, a DNA or RNA polymerase, etc. It refers to a component necessary to perform a polymerase chain reaction, a constant temperature enzymatic reaction, or LCR (Ligase Chain Reaction). In an embodiment, the mixed sample prepared in step S10 of FIG. 2 may be loaded into each of the micro-wells 142 .

CMOS 포토센서 어레이(150)는 웰 어레이(140)의 아래에 배치되고, 웰 어레이(140)의 마이크로 웰들(142)에서 수행되는 CRISPR-Cas 반응 산물의 영상을 실시간으로 촬영한다. CMOS 포토센서 어레이(150)는 PCB(150)에 형성된 기판홀에 삽입되어 배치된다. CMOS 포토센서 어레이(150)는 여기 광선에 의하여 다수의 프로브에서 발생하는 형광(emission light)을 검출한다. 상기한 형광의 검출은 시간 분리 방식에 의해 이루어질 수도 있고, 파장 분리 방식에 의해 이루어질 수도 있다. The CMOS photosensor array 150 is disposed under the well array 140 , and captures an image of a CRISPR-Cas reaction product performed in the micro wells 142 of the well array 140 in real time. The CMOS photosensor array 150 is disposed by being inserted into a substrate hole formed in the PCB 150 . The CMOS photosensor array 150 detects fluorescence (emission light) generated from a plurality of probes by excitation light. The detection of the fluorescence may be performed by a time separation method or a wavelength separation method.

상기한 시간 분리 방식의 경우, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 형광센서 어레이 또는 어레이를 구성하는 단일 센서는 이미션 필터를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 시상수를 구하여 형광을 감지한다. In the case of the time separation method described above, as the fluorescent material expresses the emitted light in response to the excitation light, the fluorescent sensor array or a single sensor constituting the array detects the emitted light passing through the emission filter, and the time constant of the detected emitted light to detect the fluorescence.

상기한 파장 분리 방식의 경우, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 형광센서 어레이 또는 어레이를 구성하는 단일 센서는 이미션 필터를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 스펙트럼 분석을 통해 형광을 감지한다. In the case of the above-described wavelength separation method, as the fluorescent material expresses the emitted light in response to the excitation light, the fluorescent sensor array or a single sensor constituting the array detects the emitted light passing through the emission filter, and the spectrum of the detected emitted light Fluorescence is detected by analysis.

PCB(150)는 미소유체 챔버(130) 아래에 배치되고, 탑재되는 CMOS 포토센서 어레이(150)를 수납할 수 있다. PCB(150)는 미소유체 챔버(130)의 바닥 에지 영역에 접하도록 배치될 수 있다. 미소유체 챔버(130)의 바닥 에지 영역에 접하는 PCB(150)의 일부 영역에는 통풍구(vent hole)(152)가 형성될 수 있으며, 통풍구(152)는 CMOS 포토센서 어레이(150)와 웰 어레이(140) 간의 공간과 도통될 수 있다. The PCB 150 may be disposed under the microfluidic chamber 130 and accommodate the mounted CMOS photosensor array 150 . The PCB 150 may be disposed to contact the bottom edge region of the microfluidic chamber 130 . A vent hole 152 may be formed in a portion of the PCB 150 in contact with the bottom edge region of the microfluidic chamber 130, and the vent hole 152 includes the CMOS photosensor array 150 and the well array ( 140) can be connected to the interstitial space.

도 8은 도 7에 도시된 웰 어레이 형상의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다. 도 8에서는 마이크로 웰의 형상이 원형상인 것을 도시하였으나, 육각형, 사각형 등과 같이 다양한 형상이 가능하다. 8 is a perspective view schematically illustrating an example of the shape of the well array shown in FIG. 7 . 8 illustrates that the micro-well has a circular shape, various shapes such as a hexagon and a square are possible.

도 8을 참조하면, 상기 마이크로 웰들의 형태, 크기 및 부피는 조절이 가능하다. 상기 마이크로 웰들은 상하부가 관통된 형상을 갖는다. 본 실시예에서, 상기 마이크로 웰은 700 ㎛ 미만의 두께와 150 ㎛ 미만의 피치를 가질 수 있다. 상기 마이크로 웰은 육각 형상, 원형상 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 웰 어레이(140)는 친수성 코팅으로 처리될 수 있다. 웰 어레이(140)는 플라즈마 또는 열 또는 UV 경화 접착제에 의해 미소유체 챔버(130)에 부착될 수 있다. Referring to FIG. 8 , the shape, size, and volume of the micro-wells can be adjusted. The micro-wells have a shape through which upper and lower portions are penetrated. In this embodiment, the micro-well may have a thickness of less than 700 μm and a pitch of less than 150 μm. The micro-well may have various shapes, such as a hexagonal shape or a circular shape. Well array 140 may be treated with a hydrophilic coating. The well array 140 may be attached to the microfluidic chamber 130 by plasma or thermal or UV curing adhesives.

도 6 및 도 7을 다시 참조하면, CMOS 포토센서 어레이(150)는 웰 어레이(140) 아래에 배치되고, 웰 어레이(140)의 마이크로 웰들에서 CRISPR 단백질 활성화에 의해 발생하는 형광을 실시간으로 촬영한다. 바람직하게는, CMOS 포토센서 어레이(150)가 PCB(160)에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치되어 웰 어레이(140)에서 방출되는 형광을 측정할 수 있으며, 이 경우, 웰 어레이(140) 전체에서 방출되는 형광을 측정할 수 있고, 각각의 마이크로 웰에서 방출되는 형광을 별개로 측정할 수도 있다. 측정된 형광은 앞서 도 4 및 도 5의 오른쪽 하단에 도시된 그래프 등의 방식으로 분석될 수 있다.Referring back to FIGS. 6 and 7 , the CMOS photosensor array 150 is disposed under the well array 140 , and fluorescence generated by CRISPR protein activation in micro-wells of the well array 140 is captured in real time. . Preferably, the CMOS photosensor array 150 is disposed to correspond to the substrate hole formed in the PCB 160 to measure fluorescence emitted from the well array 140 . In this case, the entire well array 140 is disposed. The emitted fluorescence may be measured, and the fluorescence emitted from each microwell may be measured separately. The measured fluorescence may be analyzed in a manner such as a graph shown in the lower right of FIGS. 4 and 5 .

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다. 본 발명의 디지털 검출 방법은 CRISPR-Cas 단백질과 디지털 검출용 카트리지를 이용함으로써 분석 대상 시료의 증폭없이 간단한 방법으로 미량의 시료로부터 타겟 물질을 검출할 수 있다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 디지털 검출 방법은 실시간으로 타겟 물질의 검출할 수도 있으며, 또는, 선택적으로 엔드 포엔트(end-point)에서 타겟 물질을 검출할 수 있다. 또한, 분석 대상 시료를 준비하기 위하여 일반적인 경우와 같이 핵산 추출(Nucleic Acid Extraction) 및 가열(Heating) 단계를 수행할 수 있고, 핵산 추출 단계 및 가열 단계를 선택적으로 수행하지 아니하거나, 두 개의 단계 모두 수행하지 않고 채취된 샘플 자체를 전처리 없이 분석 대상 시료로 이용할 수 있다.9 is a diagram illustrating a digital detection method according to another embodiment of the present invention. The digital detection method of the present invention can detect a target substance from a trace amount of a sample in a simple way without amplifying the analyte sample by using the CRISPR-Cas protein and a digital detection cartridge. Referring to FIG. 9 , the digital detection method of the present invention may detect a target material in real time, or selectively detect a target material at an end-point. In addition, in order to prepare a sample for analysis, nucleic acid extraction (Nucleic Acid Extraction) and heating (Heating) steps may be performed as in a general case, and either the nucleic acid extraction step and the heating step are not selectively performed, or both steps The sample itself collected without performing the test may be used as a sample to be analyzed without pre-treatment.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출은 등온 PCR 을 수행할 필요가 없으므로 검사를 위한 시간이 단축되고 작업이 간소화되며, PCR을 위하여 필요한 시약을 사용하지 아니하므로 타겟 물질 검출을 위한 시약 가격을 절감할 수 있고, 제품의 생산비용도 감소시킬 수 있다. 또한, 디지털 검출법으로 보다 정확하게 타겟 물질에 대하여 정량할 수 있다.As described above, since digital detection according to an embodiment of the present invention does not require performing isothermal PCR, the time for testing is shortened and work is simplified, and since reagents necessary for PCR are not used, reagents for detecting target substances The price can be reduced, and the production cost of the product can be reduced. In addition, the digital detection method can more accurately quantify the target material.

도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 디지털 검출 방법을 나타내는 것이다. 도 10을 참조하면, 도 9의 디지털 검출 방법 중 CRISPR-Cas 단백질을 이용하여 타겟 물질을 검출하기 이전에 PCR 을 수행할 수 있다. 상기 PCR 은 CRISPR-Cas 단백질 처리 이전 또는 이후에 수행될 수 있으며, 등온 PCR(Isothermal PCR)일 수 있다. 10 is a diagram illustrating a digital detection method according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10 , PCR may be performed prior to detecting a target material using the CRISPR-Cas protein in the digital detection method of FIG. 9 . The PCR may be performed before or after CRISPR-Cas protein treatment, and may be isothermal PCR.

이와 같이, CRISPR-Cas 단백질 처리 이외에 PCR도 수행하는 경우에는, PCR 을 통해 타겟 물질을 증폭시켜 민감도를 증가시키고, CRISPR 형광신호 증폭을 통해 gRNA의 특이적 결합으로 인해 특이성을 증가시킬 수 있으므로 소량의 분석 대상 시료로부터 타겟 물질을 민감하게 검출할 수 있다. 또한, 디지털 검출법을 이용하여 타겟 물질을 분석함으로써 타겟 물질의 절대정량이 가능하게 된다.As such, when PCR is performed in addition to CRISPR-Cas protein treatment, sensitivity can be increased by amplifying a target material through PCR, and specificity can be increased due to specific binding of gRNA through CRISPR fluorescence signal amplification. It is possible to sensitively detect a target substance from a sample to be analyzed. In addition, absolute quantification of the target material is possible by analyzing the target material using a digital detection method.

도 11은 일반적인 CRISPR-Cas 단백질을 이용한 타겟 물질의 분석 방법을 나타내는 순서도이다. 도 11을 참조하면, 샘플로부터 일반적인 프로토콜에 의해 RNA를 추출하고, 추출된 RNA를 포함하는 시료를 약 62℃에서 약 20 분 동안 등온에서 증폭시킨다. 바람직하게는, 상기 PCR은 RT-PCR을 수행할 수 있다(Step 1). 또한, 약 37℃에서 약 30 분 동안 Cas12a 단백질과 gRNA 콤플렉스를 형성할 수 있다(Step 1).11 is a flowchart illustrating a method for analyzing a target material using a general CRISPR-Cas protein. Referring to FIG. 11 , RNA is extracted from a sample according to a general protocol, and the sample containing the extracted RNA is amplified isothermal at about 62° C. for about 20 minutes. Preferably, the PCR may be performed by RT-PCR (Step 1). Also, it is possible to form a gRNA complex with Cas12a protein at about 37° C. for about 30 minutes (Step 1).

이후, 증폭된 분석 대상 시료에 Cas 12a+gRNA 콤플렉스를 혼합하여 Cas 12 단백질의 활성화를 통한 리포터의 절단 단계가 약 37℃에서 약 10분 동안 수행될 수 있다(Step 2). 이후, 리포터의 절단으로 인한 형광 물질을 측면 흐름 분석(Lateral flow)을 약 2분간 진행하여 타겟 물질의 유무를 분석할 수 있다. 이 경우, PCR을 진행함으로써 분석 대상 시료가 증폭되어 검체의 양이 증가하기 때문에 타겟 물질 검출의 정확도를 향상시킬 수 있으나, PCR 수행 동안의 오염(contamination) 발생 확률의 증가, 검출 시간 및 시약 소비량의 증가, 및 측면 흐름 분석의 정확도가 낮은 단점을 해결해야 한다.Thereafter, the reporter cleavage step through activation of the Cas 12 protein by mixing the Cas 12a+gRNA complex with the amplified analyte sample may be performed at about 37° C. for about 10 minutes (Step 2). Thereafter, the presence or absence of the target material may be analyzed by performing lateral flow analysis of the fluorescent material due to the reporter cleavage for about 2 minutes. In this case, the accuracy of target material detection can be improved because the sample to be analyzed is amplified by performing PCR and the amount of the sample is increased. increase, and the disadvantages of low accuracy of lateral flow analysis should be addressed.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CRISPR-Cas 단백질을 이용한 타겟 물질의 분석 방법을 나타내는 순서도이다. 도 12를 참조하면, 일반적인 프로토콜에 의해 RNA를 추출하고, 추출된 RNA를 포함하는 시료에 대한 추가적인 처리는 필요로 하지 아니한다. 이외에, 약 37℃에서 약 30 분 동안 Cas12a 단백질과 gRNA 콤플렉스를 형성할 수 있으며(Step 0), 상기 콤플렉스는 타겟 물질의 분석을 시작하기 이전에 미리 준비함으로써 타겟 물질의 분석을 위한 소요 시간을 감소시킬 수 있다.12 is a flowchart illustrating a method for analyzing a target material using a CRISPR-Cas protein according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12 , RNA is extracted according to a general protocol, and additional processing of the sample including the extracted RNA is not required. In addition, the Cas12a protein and gRNA complex can be formed at about 37° C. for about 30 minutes (Step 0), and the complex is prepared in advance before starting the analysis of the target material, thereby reducing the time required for the analysis of the target material. can do it

준비된 RNA 추출 시료에 Cas 12a+gRNA 콤플렉스를 혼합하여 Cas 12 단백질의 활성화를 통한 리포터의 절단 단계가 이 약 37℃에서 약 10분 동안 수행될 수 있다(Step 2). 이후, 측면 흐름 분석법을 이용하지 아니하고 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출용 카트리지 및 장치를 이용하여 타겟 물질의 유무를 분석할 수 있다. 이 경우, PCR을 진행이 불필요하므로 도 11을 참조하여 설명한 PCR 의 단점을 해소할 수 있으며, 디지털 검출용 카트리지를 이용하여 디지털 분석을 수행함으로써 실시간으로 타겟 물질을 정확하게 분석하는 효과를 제공할 수 있다.By mixing the Cas 12a+gRNA complex with the prepared RNA extraction sample, the reporter cleavage step through activation of the Cas 12 protein can be performed at about 37° C. for about 10 minutes (Step 2). Thereafter, the presence or absence of the target material may be analyzed using the cartridge and apparatus for digital detection according to an embodiment of the present invention without using the lateral flow analysis method. In this case, since PCR is unnecessary, the disadvantages of the PCR described with reference to FIG. 11 can be eliminated, and the effect of accurately analyzing the target material in real time can be provided by performing digital analysis using a digital detection cartridge. .

도 13 내지 도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 분석 대상 시료의 준비 방법을 나타내는 것이다.13 to 15 are diagrams illustrating a method for preparing a sample to be analyzed according to various embodiments of the present disclosure.

도 13을 참조하면, 분석 대상 시료는 핵산 추출 및 가열 과정 없이 채취한 샘플 자체를 증류수에 희석하거나, 인산완층생리식염수(PBS)에 희석하여 이용될 수 있다. 상기 분석 대상 시료를 획득하기 위하여 일반적인 핵산 추출 및 가열 단계는 수행되지 아니할 수 있다. 이후, 분석 대상 시료는 Cas13a 또는 Cas12a 단백질, gRNA, 리포터 물질, 증류수, 및 버퍼와 혼합될 수 있다. Referring to FIG. 13 , the sample to be analyzed may be used by diluting the sample itself collected without nucleic acid extraction and heating process in distilled water or by diluting it in phosphate buffered physiological saline (PBS). In order to obtain the sample to be analyzed, the general nucleic acid extraction and heating steps may not be performed. Thereafter, the sample to be analyzed may be mixed with Cas13a or Cas12a protein, gRNA, reporter material, distilled water, and a buffer.

혼합된 시료는 앞서 설명한 디지털 검출용 카트리지에 로딩되어 약 80℃에서 약 1 내지 15분 동안 히팅되며, 이후 약 30 내지 70℃ 에서 5 내지 60분 동안 혼합 시료 내의 타겟 물질을 분석할 수 있다. 이러한 디지털 검출 방법은 열처리 사이클을 필요로 하지 아니하고 타겟 물질의 유무를 나타내는 형광 검출을 간단하게 10 초 내지 10 분 간격으로 확인할 수 있다. 이 경우, 분석 대상 시료를 준비함에 있어서 핵산 추출 및 가열 과정이 불필요하므로, 핵산 추출 과정이 낮은 효율을 갖는 단점 및 오염 발생 문제를 해소할 수 있다.The mixed sample is loaded into the aforementioned cartridge for digital detection and heated at about 80° C. for about 1 to 15 minutes, and then the target material in the mixed sample can be analyzed at about 30 to 70° C. for 5 to 60 minutes. This digital detection method does not require a heat treatment cycle and can simply check fluorescence detection indicating the presence or absence of a target material at intervals of 10 seconds to 10 minutes. In this case, since the nucleic acid extraction and heating process is unnecessary in preparing the sample to be analyzed, the disadvantage that the nucleic acid extraction process has low efficiency and the problem of contamination can be solved.

반면, 일반적인 디지털 PCR 방법은 분석 대상 시료 내의 타겟 물질을 확인하기 위해 드롭플릿(droplet)을 생성하고, 이들을 엔드 포인트(End-point) 검출 방식으로 타겟 물질의 유무를 분석하기 때문에 실시간 검출과 타겟 물질의 추출은 어려울 수 있다.On the other hand, in the general digital PCR method, real-time detection and target material are generated because a droplet is generated to confirm the target material in the sample to be analyzed, and the presence or absence of the target material is analyzed using the end-point detection method. extraction can be difficult.

도 14를 참조하면, 분석 대상 시료는 핵산 추출 과정 없이 채취한 샘플을 약 60 내지 100℃ 에서 1 내지 15 분 동안 인큐베이션 하여 준비할 수 있다. 상기 분석 대상 시료를 획득하기 위하여 핵산 추출(Nucleic Acid Extraction) 단계는 수행되지 아니할 수 있다. 이후, 분석 대상 시료는 Cas13a 또는 Cas12a 단백질, gRNA, 리포터 물질, 증류수, 및 버퍼와 혼합될 수 있다. Referring to FIG. 14 , a sample to be analyzed may be prepared by incubating a sample collected without a nucleic acid extraction process at about 60 to 100° C. for 1 to 15 minutes. The nucleic acid extraction step may not be performed to obtain the sample to be analyzed. Thereafter, the sample to be analyzed may be mixed with Cas13a or Cas12a protein, gRNA, reporter material, distilled water, and a buffer.

혼합된 시료는 분석 대상 시료 준비시 히팅 과정을 거쳤기 때문에 앞서 설명한 디지털 검출용 카트리지에 로딩되어 이후 히팅 단계 없이 약 30 내지 70℃ 에서 5 내지 60분 동안 혼합 시료 내의 타겟 물질을 분석할 수 있다. 이러한 디지털 검출 방법은 열처리 사이클을 필요로 하지 아니하고 타겟 물질의 유무를 나타내는 형광 검출을 간단하게 10 초 내지 10 분 간격으로 확인할 수 있다.Since the mixed sample has undergone a heating process when preparing the sample to be analyzed, the target material in the mixed sample can be analyzed at about 30 to 70° C. for 5 to 60 minutes without a subsequent heating step after being loaded into the digital detection cartridge described above. This digital detection method does not require a heat treatment cycle and can simply check fluorescence detection indicating the presence or absence of a target material at intervals of 10 seconds to 10 minutes.

반면, 일반적인 디지털 PCR 방법은 앞서 설명한 바와 같이, 분석 대상 시료 내의 타겟 물질을 확인하기 위해 드롭플릿(droplet)을 생성하고, 이들을 엔드 포인트 검출 방식으로 타겟 물질의 유무를 분석하기 때문에 실시간 검출과 타겟 물질의 추출은 어려울 수 있다.On the other hand, as described above, in the general digital PCR method, real-time detection and target material are generated because droplets are created to identify the target material in the analyte sample, and the presence or absence of the target material is analyzed using the endpoint detection method. extraction can be difficult.

도 15를 참조하면, 분석 대상 시료는 일반적인 방법으로 채취된 시료샘플로부터 RNA를 추출하고, 추출된 RNA 샘플에 Cas13a 또는 Cas12a 단백질, gRNA, 리포터 물질을 혼합하여 분석 대상 시료를 준비할 수 있다. 혼합된 시료는 앞서 설명한 디지털 검출용 카트리지에 로딩되어 히팅 단계 없이 약 30 내지 70℃ 에서 5 내지 60분 동안 혼합 시료 내의 타겟 물질을 분석할 수 있다. 이러한 디지털 검출 방법은 열처리 사이클을 필요로 하지 아니하고 타겟 물질의 유무를 나타내는 형광 검출을 간단하게 10 초 내지 10 분 간격으로 확인할 수 있다. Referring to FIG. 15 , an analysis target sample may be prepared by extracting RNA from a sample sample collected by a general method, and mixing Cas13a or Cas12a protein, gRNA, and a reporter material with the extracted RNA sample. The mixed sample may be loaded into the aforementioned cartridge for digital detection, and the target material in the mixed sample may be analyzed at about 30 to 70° C. for 5 to 60 minutes without a heating step. Such a digital detection method does not require a heat treatment cycle, and fluorescence detection indicating the presence or absence of a target material can be simply checked at intervals of 10 seconds to 10 minutes.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 대상 시료 채취 단계를 간략하게 설명한 것이다.16 is a schematic diagram of a step of collecting a sample to be analyzed according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 본 발명에서의 시료는 비인후 표본(Nasopharyngeal swab), 구강인두 표본(Oropharyngeal swab), 객담(Sputum) 100 내지 1000 ㎕, 타액(Saliva) 100 내지 1000 ㎕, 혈액 세럼/플라즈마(Blood serum/plasma) 100 내지 1000 ㎕, 소변 100 내지 1000 ㎕, 뇌척수액(CSF) 100 내지 1000 ㎕, 또는 대변(Stool) 100 내지 1000 ㎕ 일 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 타겟 물질이 포함되었는지 분석하고 싶은 물질이라면 어느 것이라도 가능하다. Swab Rod를 이용하여 채취된 시료는 샘플 튜브(Sample Tube)에 포함하고, 튜브 내의 시료 100 ㎕ 내지 3 ㎖ 를 증류수 100 내지 1000 ㎕ 또는 인산완층생리식염수(PBS) 100 내지 1000 ㎕에 희석하여 5 내지 60 초 간 보텍싱(vortexing)을 수행할 수 있다.Referring to Figure 16, the sample in the present invention is a nasopharyngeal sample (Nasopharyngeal swab), an oropharyngeal swab (Oropharyngeal swab), sputum (Sputum) 100 to 1000 μl, saliva (Saliva) 100 to 1000 μl, blood serum / plasma (Blood serum/plasma) 100 to 1000 μl, urine 100 to 1000 μl, cerebrospinal fluid (CSF) 100 to 1000 μl, or stool (Stool) 100 to 1000 μl, but is not limited thereto. Anything you want is possible. The sample collected using the swab rod is included in a sample tube, and 100 μl to 3 ml of the sample in the tube is diluted with 100 to 1000 μl of distilled water or 100 to 1000 μl of phosphate buffered saline (PBS) for 5 to Vortexing can be performed for 60 seconds.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 대상 시료의 준비 단계를 설명한 것이다. 17 illustrates a step of preparing a sample to be analyzed according to an embodiment of the present invention.

도 17을 참조하면, 도 16을 참조하여 준비된 시료로부터 취한 1 내지 100 ㎕ 의 시료를 PCR 튜브에 첨가하고, 1 내지 15 분 동안 60 내지 100℃로 열을 가할 수 있으며, 이는 PCR 튜브에 첨가된 시료의 혼합, CRISPR-Cas 단백질의 활성화 및 리포터 물질의 절단을 촉진시키기 위한 단계로 PCR 을 수행하는 것과는 구별된다. 또한, 상기 분석 대상 시료의 준비 단계(heating process)는 선택적으로 수행될 수 있다. Referring to FIG. 17, 1 to 100 μl of a sample taken from the sample prepared with reference to FIG. 16 may be added to a PCR tube, and heat may be applied to 60 to 100° C. for 1 to 15 minutes, which is added to the PCR tube It is a step for promoting sample mixing, activation of CRISPR-Cas protein, and cleavage of a reporter substance, which is distinct from performing PCR. In addition, the preparing step (heating process) of the sample to be analyzed may be selectively performed.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합된 시료 내에서의 타겟 물질의 디지털 검출을 위한 단계를 설명한 것이다.18 illustrates steps for digital detection of a target substance in a mixed sample according to an embodiment of the present invention.

도 18을 참조하면, 도 16 및 도 17을 참조하여 혼합된 시료 약 30 ㎕ 을 도 6 내지 도 8을 참조하여 상술한 디지털 검출용 카트리지에 주입할 수 있다. 혼합 시료가 주입된 디지털 검출용 카트리지는 디지털 PCR 시스템과 같은 디지털 검출 시스템을 이용하여 혼합 시료 내의 타겟 물질을 검출할 수 있다. 이 경우, 일반적인 CRISPR-Cas 단백질을 이용하는 타겟 물질의 검출 방법에 비하여 훨씬 적은 양의 시료로부터 타겟 물질을 실시간으로 검출할 수 있으며, PCR 을 이용하지 아니하므로 PCR 저해요인(inhibitor)에 의하여 영향을 받지 아니할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 검출 방법은 마이크로 웰 내에 싱글 카피의 타겟 물질이 포함되는 경우에도 검출이 가능한 높은 민감도를 가질 수 있다.Referring to FIG. 18 , about 30 μl of the sample mixed with reference to FIGS. 16 and 17 may be injected into the cartridge for digital detection described above with reference to FIGS. 6 to 8 . The cartridge for digital detection into which the mixed sample is injected may detect a target material in the mixed sample using a digital detection system such as a digital PCR system. In this case, the target material can be detected in real time from a much smaller amount of sample compared to the detection method of the target material using the general CRISPR-Cas protein, and since PCR is not used, it is not affected by the PCR inhibitor. it can't be Accordingly, the digital detection method according to an embodiment of the present invention may have high sensitivity capable of detecting even when a single copy of the target material is included in the microwell.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 대상 시료를 준비하기 위한 장치를 나타내는 것이고, 도 20a 내지 도 20c는 상기 장치를 이용하여 진단 대상 시료를 준비하기 위한 방법을 나타내는 것이다. 19 is a diagram illustrating an apparatus for preparing an analysis target sample according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 20A to 20C are diagrams illustrating a method for preparing a diagnostic target sample using the device.

도 19는 분석 대상 시료 준비 장치는 플런저(10), 벤트 홀(vent hole, 20), PCR 튜브(30a, 30b), 파라핀 플러그(Paraffin plug, 40), 바디부(50), 상부 커버(60), 및 마이크로 채널층(70)를 포함할 수 있다.19 is a sample preparation device for analysis is a plunger (10), a vent hole (vent hole, 20), PCR tubes (30a, 30b), a paraffin plug (Paraffin plug, 40), a body portion (50), the upper cover (60) ), and a microchannel layer 70 .

플런저(10)는 일단이 PCR 튜브 중 하나(30b)와 연결될 수 있으며, 플런저(10)의 실린더 측벽에는 벤트 홀(20)이 형성될 수 있다. 플런저(10)와 연결된 PCR 튜브(30b)는 마이크로 채널층(70)의 일단과 연결될 수 있다. 마이크로 채널층(70)은 미세유체가 이동할 수 있는 유체 통로일 수 있다. 상기 마이크로 채널층(70)의 내부에는 반응액(80)이 로딩될 수 있으며, 반응액(80)은 PCR 튜브(30a)에 포함된 시료와 반응할 수 있는 물질이면 어느 종류여도 무방하다. One end of the plunger 10 may be connected to one 30b of the PCR tube, and a vent hole 20 may be formed in the cylinder sidewall of the plunger 10 . The PCR tube 30b connected to the plunger 10 may be connected to one end of the microchannel layer 70 . The microchannel layer 70 may be a fluid passage through which the microfluid may move. A reaction solution 80 may be loaded into the microchannel layer 70 , and the reaction solution 80 may be of any kind as long as it is a material capable of reacting with the sample contained in the PCR tube 30a.

마이크로 채널층(70)은 플런저(10)와 연결된 PCR 튜브(30b)와 일단이 연결되며, 타단은 파라핀 플러그(40)와 결합될 수 있다. 파라핀 플러그(40)는 플런저(10)와 연결되지 아니한 PCR 튜브(30a)와 결합될 수 있다. 플런저(10), PCR 튜브(30a, 30b), 및 파라핀 플러그(40)는 바디부(50)에서 서로 체결될 수 있다. 바디부(50)는 상부 커버(60)가 상측에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로 채널층(70)은 바디부(50)에 몰딩되어 형성되거나, 또는, 별도의 층으로 형성될 수 있다.One end of the microchannel layer 70 is connected to the PCR tube 30b connected to the plunger 10 , and the other end may be combined with the paraffin plug 40 . The paraffin plug 40 may be combined with the PCR tube 30a not connected to the plunger 10 . The plunger 10 , the PCR tubes 30a and 30b , and the paraffin plug 40 may be fastened to each other in the body portion 50 . The body portion 50 may have an upper cover 60 formed on the upper side. In one embodiment, the microchannel layer 70 may be formed by molding the body portion 50, or may be formed as a separate layer.

도 20a 내지 도 20c를 참조하면, 먼저 파라핀 플러그(40)와 연결된 PCR 튜브(30a)를 분리하고 채취한 시료를 PCR 튜브(30a)에 채운다(도 20a). 이후, 시료를 채운 PCR 튜브(30a)를 다시 바디부(50)에 결합시키고, PCR 튜브(30a)에 약 2분간 열을 가하면 PCR 튜브(30a) 내의 파라핀 플러그(40)의 파라핀이 녹을 수 있다(도 20b).Referring to FIGS. 20A to 20C , first, the PCR tube 30a connected to the paraffin plug 40 is separated and the collected sample is filled in the PCR tube 30a ( FIG. 20A ). After that, the PCR tube 30a filled with the sample is coupled to the body part 50 again, and when heat is applied to the PCR tube 30a for about 2 minutes, the paraffin of the paraffin plug 40 in the PCR tube 30a can be melted. (Fig. 20b).

파라핀이 녹는 경우, 파라핀 플러그(40)는 유체의 통로로서 PCR 튜브(30a) 내의 시료를 이동시킬 수 있다. 플런지(10)의 피스톤을 잡아당기면 플런지(10) 내부에 진공에 의한 음압이 형성되며, 형성된 음압에 의하여 PCR 튜브(30a) 내의 시료가 파라핀 플러그(40)를 통해 마이크로 채널층(70)으로 이동하며, 마이크로 채널층(70) 내의 반응액(80)이 플런지(10)와 연결된 PCR 튜브(30b)로 흘러 들어간 후, 마이크로 채널층(70)으로 이동한 시료도 플런지(10)와 연결된 PCR 튜브(30b)로 흘러 들어갈 수 있다.When paraffin is melted, the paraffin plug 40 may move the sample in the PCR tube 30a as a passage for the fluid. When the piston of the plunger 10 is pulled, a negative pressure by vacuum is formed inside the plunger 10, and the sample in the PCR tube 30a is transferred through the paraffin plug 40 by the formed negative pressure to the microchannel layer 70 After the reaction solution 80 in the microchannel layer 70 flows into the PCR tube 30b connected to the plunger 10, the sample that has moved to the microchannel layer 70 is also plunged (10). It can flow into the PCR tube (30b) connected to.

이 경우, PCR 튜브(30b)로 흘러 들어가는 시료 용액의 부피는 플런지(10)의 측벽에 형성되는 벤트 홀(20)의 위치에 의하여 제어될 수 있다. 이후, 시료 및 반응액이 포함된 PCR 튜브(30b)를 분리하여 PCR 반응을 수행할 수 있다. 그러나, 이와 같이 준비된 PCR 튜브(30b) 내의 분석 대상 시료는 PCR 반응이 아닌 타겟 물질의 검출을 위한 다양한 반응을 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 채널층(70)에 미리 로딩된 반응액(80)이 CRISPR-Cas 단백질 및 활성화된 CRISPR-Cas 단백질에 의하여 절단되는 형광 물질을 포함하는 리포터인 경우에는 PCR 튜브(30b)는 PCR 수행을 위해 이용되는 것이 아니라, 디지털 검출용 카트리지를 이용하여 실시간 디지털 검출을 수행할 수 있다. In this case, the volume of the sample solution flowing into the PCR tube 30b may be controlled by the position of the vent hole 20 formed in the sidewall of the plunger 10 . Thereafter, the PCR reaction may be performed by separating the PCR tube 30b containing the sample and the reaction solution. However, the sample to be analyzed in the PCR tube 30b prepared as described above may be used for various reactions for detecting a target material, not a PCR reaction. For example, when the reaction solution 80 preloaded on the microchannel layer 70 is a reporter containing a CRISPR-Cas protein and a fluorescent material cut by the activated CRISPR-Cas protein, the PCR tube 30b is It is not used to perform PCR, but real-time digital detection can be performed using a cartridge for digital detection.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It is common in the art to which the present invention pertains that the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have knowledge.

Claims (9)

분석 대상 시료에 타겟 물질에 특이적으로 결합하는 CRISPR-Cas 단백질 및 상기 CRISPR-Cas 단백질이 활성화되는지 여부를 확인할 수 있는 리포터를 혼합하는 단계;
상기 혼합된 시료를 디지털 검출용 카트리지의 복수 개의 마이크로 웰을 포함하는 웰 어레이에 로딩하는 단계; 및
상기 디지털 검출용 카트리지를 이용하여 상기 각 마이크로 웰 내의 리포터의 변화를 감지함으로써 상기 혼합된 시료 내의 상기 타겟 물질을 검출하는 단계를 포함하는 디지털 검출 방법.
mixing a CRISPR-Cas protein that specifically binds to a target material and a reporter capable of confirming whether the CRISPR-Cas protein is activated in a sample to be analyzed;
loading the mixed sample into a well array including a plurality of micro-wells of a cartridge for digital detection; and
and detecting the target substance in the mixed sample by detecting a change in the reporter in each micro-well using the digital detection cartridge.
제 1 항에 있어서,
상기 CRISPR-Cas 단백질은 Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9), Streptococcus thermophilus Cas9 (StCas9), Streptococcus pasteurianus (SpaCas9), Campylobacter jejuni Cas9 (CjCas9), Staphylococcus aureus (SaCas9), Francisella novicida Cas9 (FnCas9), Neisseria cinerea Cas9 (NcCas9), Neisseria meningitis Cas9 (NmCas9) Prevotella 및 Francisella 1(Cpf1) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
The method of claim 1,
The CRISPR-Cas protein is Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9), Streptococcus thermophilus Cas9 (StCas9), Streptococcus pasteurianus (SpaCas9), Campylobacter jejuni Cas9 (CjCas9), Staphylococcus aureus, Francisella novicida Cas9 (FnCaureus, Francisella Casiss9) (SaCas9) NcCas9), Neisseria meningitis Cas9 (NmCas9) Digital detection method, characterized in that any one or more of Prevotella and Francisella 1 (Cpf1).
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로 웰들의 피치는 150um 미만인 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
The method of claim 1,
The digital detection method, characterized in that the pitch of the micro-wells is less than 150um.
제 1 항에 있어서,
상기 디지털 검출용 카트리지가 리더시스템에 장착됨으로써 상기 혼합된 시료 내의 상기 타겟 유전자를 정량할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
The method of claim 1,
The digital detection method, characterized in that the target gene in the mixed sample can be quantified by mounting the digital detection cartridge to a reader system.
제 1 항에 있어서,
상기 리포터는 형광 물질을 포함하고, 상기 활성화된 CRISPR-Cas 단백질에 의하여 절단됨으로써 상기 형광 물질이 나타내는 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
The method of claim 1,
The reporter includes a fluorescent material, and the digital detection method, characterized in that the fluorescent material is displayed by being cleaved by the activated CRISPR-Cas protein.
제 5 항에 있어서,
상기 타겟 유전자를 검출하는 단계는 각 웰에서 나타내는 형광을 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
6. The method of claim 5,
The step of detecting the target gene is a digital detection method, characterized in that the fluorescence displayed in each well is measured in real time.
제 1 항에 있어서,
상기 디지털 검출 방법은 중합 효소 연쇄 반응(PCR)을 포함하는 시료의 증폭 단계를 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
The method of claim 1,
The digital detection method, characterized in that it does not require the step of amplifying the sample including the polymerase chain reaction (PCR).
제 1 항에 있어서,
상기 진단 대상 시료는 가열 없이 채취된 샘플로부터 핵산을 추출하는 단계만을 수행하여 획득된 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
The method of claim 1,
The diagnostic target sample is a digital detection method, characterized in that obtained by performing only the step of extracting the nucleic acid from the sample collected without heating.
제 1 항에 있어서,
상기 진단 대상 시료는 가열 및 핵산 추출단계를 수행하지 아니하고 채취된 샘플 자체인 것을 특징으로 하는 디지털 검출 방법.
The method of claim 1,
The diagnostic target sample is a digital detection method, characterized in that the sample itself is collected without performing heating and nucleic acid extraction steps.
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