KR20220008578A - 서로 다른 온도범위로 구획화된 복수의 챔버를 포함하는 pcr 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 온도 구간을 갖는 복수의 챔버들을 포함하고, 상기 챔버들은 각각 복수의 웰을 포함하는 시료 카트리지가 이동할 수 있는 이송영역을 포함하며, 상기 챔버들 중 가장 낮은 온도 구간의 챔버 하부에는 형광센서가 이동하여 상기 시료 카트리지를 스캐닝할 수 있는 형광센서 이송영역을 포함하는 PCR 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

서로 다른 온도범위로 구획화된 복수의 챔버를 포함하는 PCR 장치{PCR APPARATUS COMPRISING COMPARTMENTALIZATION CHAMBERS HAVING DIFFERENT TEMPERATURE RANGE EACH OTHER}

본 기술은 바이오 장비 분야의 기술로서, 구체적으로는 열사이클링 공정의 효율성을 극대화 시킬 수 있는 PCR 장치에 관한 기술이다.

중합효소 반응(polymerase chain reaction, PCR) 기술은 지속적으로 발전을 거듭하고 있으며, 단일한 PCR 장비에 의하여 열사이클링 공정 및 형광 검출 등 일련의 공정을 간편하게 처리할 수 있는 장비 등, PCR의 요소 기술들의 집약화가 가속화되고 있다. 나아가, 대량의 시료에 대한 연속 공정 및 자동화 공정이 가능한 다양한 바이오 진단 기술들이 개발되고 있다.

최근에는 실시간 PCR, 디지털 PCR(d-PCR)을 뛰어 어넘는 차세대 PCR 방식인 dd-PCR(digital droplet PCR) 이 차세대 PCR 기술로 대두되고 있다. dd-PCR은 20㎕의 PCR 반응을 2만개의 미세방울(droplet)로 쪼개어 증폭시키는 시스템이다.

이렇듯 첨단화되는 PCR의 발전 방향에 비추어 형광검출 및 열사이클링의 단순화, 그리고 대량 처리 및 연속공정에 대한 기술적 니즈가 증폭되고 있는 현실이다.

본 발명은 바이오 시료를 탑재한 시료 카트리지의 이송 만으로 열사이클링이 효율적으로 이루어질 수 있는 PCR 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는 서로 다른 온도 구간을 갖는 복수의 챔버들을 포함하고, 상기 챔버들은 각각 복수의 웰을 포함하는 시료 카트리지가 이동할 수 있는 이송영역을 포함하며, 상기 챔버들 중 가장 낮은 온도 구간의 챔버 하부에는 형광센서가 이동하여 상기 시료 카트리지를 스캐닝할 수 있는 형광센서 이송영역을 포함한다. ,

상기 PCR 장치는 60 내지 80℃의 온도 범위를 갖는 제1 챔버; 및 90 내지 100℃의 온도 범위를 갖는 제2 챔버로 이루어질 수 있다.

상기 형광센서는 상기 제1 챔버 하부에 배치되어 상기 제1 챔버 내의 시료 카트리지를 스캐닝할 수 있다.

상기 복수의 챔버 사이에는 시료 카트리지의 챔버 간 이동을 위한 개폐 수단이 배치되고, 상기 개폐 수단은 단열재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 PCR 장치에 따르면 사이클링 온도에 따른 구획화된 공간 전환 기술을 제공함으로써, 시료의 이송만으로 PCR의 핵심 공정인 사이클링이 간단하게 이루어질 수 있어, 향후 PCR 장치가 집약화 되는 추세에 있어 매우 유용한 기술로 판단된다.

또한, 복수의 웰을 포함하는 시료 카트리지의 이송을 통하여, 대량의 시료에 대한 연속 PCR 공정이 이루어질 수 있고, 따라서 향후 대량 검진 시스템의 자동화 구축에 있어 핵심적인 기술요소로 작용할 수 있을 것이라 기대하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 형광 센서를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 형광 센서가 도입된 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCR 장치를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치용 형광 센서 및 이를 포함하는 PCR 장치의 기술 사상을 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명의 기술사상을 구체화하여 설명하기 위한 예시적인 설명들이며, 본 발명은 아래 설명들로부터 유추될 수 있는 다양한 변형실시예들을 포함할 수 있음은 자명하다. 아울러, 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 해석되고 제한될 수 있을 뿐, 하기 설명들에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 형광 센서를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, PCR 장치용 형광 센서(100)는 하우징(110), 지지체(120), 광원 마운트 부재(130), 광원(50), 광필터(60), 집광렌즈(70), 광센싱 부재(80), 및 발광렌즈(140)를 포함한다. 상기 형광센서(100)의 상부는 투명기판(1350)으로 커버되는 형태를 가지나, 후술하겠으나 실질적으로는 상기 형광센서(100)는 상기 투명기판(1350)을 이동하면서 상기 투명기판(1350) 상부에 배치되는 시료 카트리지의 시료들로부터 여기되는 형광을 검출한다.

상기 하우징(110)의 하부는 상기 광센싱 부재(80)를 마운트하기 위한 광다이오드 마운트 기판(112)으로 이루어진다. 상기 하우징(110)은 상부는 개방된 형태를 가지며 각종 구성 요소들을 보호하고 외부로 광원의 누출을 방지하기 위한 구조체이다.

상기 지지체(120)는 전술한, 각종 광원(50), 광필터(60), 집광렌즈(70) 등을 탑재하기 위한 구조체이다. 상기 지지체(120)는 상기 하우징(110) 외벽으로부터 경사지도록 연장되고 상기 하우징(110) 내벽의 양쪽에 대칭으로 배치되어 있는 경사체(124)를 포함한다. 경사체(124)는 상기 투명기판(1350)에 광원(50)이 수직 입사되지 않고 양 쪽의 광원(50)이 모두 집광 될 수 있는 방향으로 방사될 수 있도록 경사진 구조를 갖는다.

상기 경사체(124) 상에는 광원(50)을 탑재하기 위한 광원 마운트 부재(130)를 포함한다. 상기 광원 마운트 부재(130)에는 서로 다른 복수의 파장을 갖는 발광체(51, 52, 53, 54)들을 포함한다. 본 실시예에서 상기 발광체(51~54)로서는 LED 칩을 포함한다. 예를 들어, 한 쪽의 광원 마운트 부재(130)에는 서로 다른 파장을 갖는 복수의 LED 칩(51, 52)들이 탑재되어 있으며, 다른 한 쪽의 광원 마운트 부재(130)에도 서로 다른 파장을 갖는 복수의 LED 칩들(53, 54)이 탑재되어 있다. 본 실시예에서는, 각각의 광원 마운트 부재(130)에 2종의 LED 칩들(51~54)을 포함하여 총 4종의 LED 칩들(51~54)들이 탑재되어 있다. 그러나 하기 LED 칩들(51~54)의 종류 및 개수는 PCR 검출 대상 시료의 종류나 특성에 따라 변경될 수 있다.

각각의 LED 칩들(51~54)은 투명기판(1350) 방향으로 경사지도록 발광 되며, 발광 효율을 극대화 하기 위하여, 상기 발광 경로 상에 렌즈를 포함하는 발광 렌즈(140)가 배치된다.

상기 지지체(120)의 중앙 영역에는 복수의 관통공(122)들이 형성되어 있다. 상기 관통공(122)은 위에서 보았을 때 복수의 라인형상의 스트립(122) 형상을 갖는다.

첨부된 도면에서, 형광 센서(100)의 단면을 표시하였으나, 실질적으로 본 형광센서는 지면 아래 방향을 따라 복수의 광원 어레이를 갖는 일종의 면광원으로서 기능하며, 나아가 광필터(60) 및 집광렌즈(70) 등도 스트립 형상을 갖는다. 마찬가지로 광센서(80)도 복수의 칩들이 일렬로 배열된 스트립 형상을 갖는다.

상기 관통공(122)에는 상기 LED 칩의 종류에 대응하여 4개의 관통공(122)들이 형성되어 있으며, 각각의 관통공(122) 내부의 적어도 일 영역에는 로드 형상의 집광 렌즈(70)가 배치되어 있다. 또한, 관통공(122)의 최상부에는, 각가 서로 다른 4종의 여기된 형광을 흡수하기 위한 4종의 광필터(61, 62, 63, 64)들이 배치되어 있다. 아울러, 관통공(122)의 하부 광다이오드 마운트 기판(112) 상에는 4종의 여기광을 검출하기 위한 광센서(81, 82, 83, 84)들이 배치되어 있다.

이와 같이, LED 칩(51~54)의 파장 종류, 광필터(61~64)의 종류 및 광센서(81~84)의 종류는 서류 인과 관계를 갖도록 연동하는 구성 요소들이다.

상기 형광센서(100)는 이처럼 복수의 형광물질로 표지된 복수 종의 시료에 대한 여기 형광을 동시에 검출할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2는 도 1의 형광 센서가 도입된 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, PCR 장치(1000)는 시료 이송영역(A) 및 형광센서 스캔영역(B)로 구획되어 있는 하우징 유닛(1200)을 포함한다. 상기 하우징 유닛(1200)은 전술한 투명기판(1350)에 의하여 공간적으로 구획된다. 상기 투명기판(1350)으로는 스캐닝 효율을 위하여 투명성이 우수한 유리기판이 사용될 수 있다.

또한 상기 PCR 장치(1000)은 복수의 시료가 배치된 복수의 웰(520)을 포함하는 시료 카트리지(500)의 왕복 이송(지면에 수직한 방향)을 위한 카트리지 이송 유닛(1300) 및 상기 이송 유닛(1300)의 이송로를 제공하기 위한 이송 레일(1310)을 포함한다. 상기 이송 유닛(1300)은 시료 카트리지(500)의 보호 기능도 아울러 수행한다.

한편, 상기 하우징 유닛(1200)의 양 단에는 스캐닝을 완료한 형광센서(100)의 수용을 위한 형광 센서수용부(1400)를 포함한다.

형광센서(100)은 형광센서 이송영역(B)를 왕복 이동하면서 광원을 방사하고 이에 따라 여기된 형광을 실시간으로 검출할 수 있다. 앞서도 설명한 바와 같이, 상기 형광센서(100)은 실질적으로 지면 방향에 수직한 방향으로 긴 막대 형상을 갖도록 설계되며, 이에 대응한 형광센서 수용부(1400)도 이에 대응한 구조로 설계된다. 형광센서(100)의 왕복을 통한 스캐닝이 이루어지는 동안에도, 시료 카트리지(500) 역시 연속적인 이송이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 형광센서(100)는 형광센서 이송영역(B)을 1회 왕복하여 스캐닝함으로써 상기 시료 카트리지(500) 내의 모든 시료에 대하여 발생한 형광을 동시에 검출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCR 장치를 설명하기 위하여 개념적으로 도시한 단면도이다.

본 실시예에 따른 PCR 장치(2000)는 인접하고 연속적으로 형성된 복수의 챔버 유닛(2100)들을 포함한다. 상기 챔버 유닛(2100, 2200)은 전술한 도 2의 PCR 장치에 준하는 스케일의 장치들이다. 상기 PCR 장치(2000)은 제1 온도 구간의 열처리를 수행하는 제1 챔버(2100) 및 제2 온도 구간의 열처리를 수행하는 제2 챔버(2200)를 포함한다.

상기 제1 온도 범위는 90 내지 100℃의 고온 구간이며, 상기 제 2 온도 범위는 60 내지 80℃의 상대적 저온 구간이다. 상기 시료 카트리지(500)는 별도의 카트리지 지지체(300)에 의하여 지지되면서, 이송 레일(1310)을 따라 저온 구간의 제2 챔버(2200) 및 고온 구간의 제1 챔버(2100)을 왕복하면서 열사이클링이 이루어진다. 상기 시료 카트리지는 수십회 왕복 운동 하면서, 실시간으로 형광센서(100)의 스캐닝에 의하여 여기 형광을 검출하고 검출 결과를 실시간 모니터링 할 수 있다. 형광센서(100)는 저온 구간인 제2 챔버(2200)에만 설치되어 형광을 검출한다.

시료 카트리지의 입구 영역에 및 상기 각 챔버(2100, 2200)의 경계에는 각각 제1 단열 개폐 수단(2310) 및 제2 단열 개폐 수단(2320)이 설치되어 있다. 상기 단열 개폐 수단(2310, 2320)은 시료 카트리지(500)의 챔버 이동을 위하여 개패되는 수단이며, 시료 카트리지(500)가 열처리되는 동안에는 각 챔버(2100, 2200) 간 또는 외부와의 열평형을 막기 위하여 단열 효과를 발휘할 수 있는 재질로 이루어진다.

형광센서(100)의 이송 영역에는 형광센서를 보호하고 광 누출을 방지하기 위하여 형광센서(100) 하우징(2250)이 별도로 마련될 수 있다.

이상을 종합할 때, 본 발명에 따른 PCR 장치는 복수종의 대량 시료에 대한 다양한 형광을 동시에 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 온도에 따라 구획된 별도의 챔버를 시료가 이송할 수 있도록 하여 열사이클링의 단순화를 도모할 수 있다.

Claims (4)

1. 서로 다른 온도 구간을 갖는 복수의 챔버들을 포함하고,
   상기 챔버들은 각각 복수의 웰을 포함하는 시료 카트리지가 이동할 수 있는 이송영역을 포함하며,
   상기 챔버들 중 가장 낮은 온도 구간의 챔버 하부에는 형광센서가 이동하여 상기 시료 카트리지를 스캐닝할 수 있는 형광센서 이송영역을 포함하는 PCR 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   60 내지 80℃의 온도 범위를 갖는 제1 챔버; 및
   90 내지 100℃의 온도 범위를 갖는 제2 챔버로 이루어진 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 형광센서는 상기 제1 챔버 하부에 배치되어 상기 제1 챔버 내의 시료 카트리지를 스캐닝 하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 챔버 사이에는 시료 카트리지의 챔버 간 이동을 위한 개폐 수단을 포함하고, 상기 개폐 수단은 단열재로 이루어진 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
   
   
   
   
   
   

Images