KR20220023948A - 시료 분석용 칩의 분석 장치, 그리고 분석 장치를 이용한 시료 분석 방법 - Google Patents
시료 분석용 칩의 분석 장치, 그리고 분석 장치를 이용한 시료 분석 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 시료 분석용 칩의 분석 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 시료 분석용 칩에서의 전처리, 유전자증폭 및 분석 과정이 전자동화되는 분석 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 시료 분석용 칩의 분석 장치, 그리고 분석 장치를 이용한 시료 분석 방법에 관한 것이다.
박테리아나 바이러스 질병의 진단을 위해서는 유전자 진단이 필수적이다.
유전자 진단은 시료 채취 단계, 샘플 전처리 단계(DNA 또는 RNA 추출), 유전자 증폭 단계 및 검출단계의 총 4단계의 과정으로 이루어진다.
하지만, 종래에는 각 단계가 별도의 장비 또는 장치에 의해 수행되기 때문에 고가의 분석 장치와 다량의 시료가 필요하고, 분석에 많은 시간이 소요되며, 진단 도중 시료가 오염될 가능성이 높고, 현장에서의 신속한 진단이 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 미세유동(microfluidic)에 기반한 마이크로 칩을 이용한 통합형 유전자 분석 장치가 개발되고 있다. 실험실 환경을 하나의 칩 상에 구현하였다는 의미로, 랩 온 어 칩(lab on a chip)이라고 불리운다.
하지만, 종래의 통합형 유전자 분석 장치도, 복잡한 칩 구조, 금속 전극 패터닝 및 실리콘/유리기판 기반 구조로 인한 고가의 제작 비용, 외부의 유입 펌프 및 다수의 튜브 시스템 필요에 의한 작동의 복잡성, 고집적 칩 구동 장치의 낮은 재현성, 시스템 구동의 자동화 부재 및 소형화 한계로 인한 현장진단의 어려움과 같은 문제점을 가지고 있어서, 개선이 요구되고 있다.
종래 기술로서, 본 발명자가 발명하여 공개된 한국공개특허문헌 제10-2020-0064466호가 사용되어 왔다. 시료 분석용 칩에 관한 것으로, 시료를 주입하면 지그재그(zig-zag) 형태의 포획 통로를 통과하면서 포획 통로에 구비된 비드에 의해 시료에 포함된 분석 대상 물질이 포획되는 원리를 사용한다. 하지만, 비드 사이의 공간이 균일하지 않음으로 인해 시료로부터 분석 대상 물질을 추출하는 효율이 매우 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 오일 로딩부가 구비되고, 오일 로딩부에 저장된 액상의 오일이 반응 챔버 전단에 투입됨으로써, 반응 챔버에 투입된 혼합물의 증발을 막을 수 있는 구성이 제시되나, 오일 로딩부에 수용되어 있는 오일은 액체 상태이어서, 오일 로딩부의 출구를 파라핀 왁스 등의 밀봉부로 밀봉하더라도 시료 분석용 칩 회전 시 오일이 유출(leakage)되는 문제점이 발생하여, 반응 챔버에 시료가 투입되기도 전에 오일에 의해 오염되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 모든 유전자 진단을 하나의 칩에서 구현할 수 있는 통합 마이크로 디바이스를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래의 시료 분석용 칩과 비교하였을 때, 시료에 포함된 분석 대상 물질의 포획 효율이 향상된 칩을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 왁스 저장부에 고체 상태의 왁스가 저장되어 왁스 저장부를 가열하기 이전까지는 외부로 유출되지 않아서, 전처리된 시료가 반응 챔버에 투입되기 이전에 왁스가 유출됨으로써 분석의 정확도가 저하되는 종래 시료 분석용 칩의 문제점을 해결한 칩을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 시료 분석용 칩의 전처리, 유전자 증폭, 분석 과정이 하나의 분석 장치 내에서 전자동화되는 분석 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 시료 저장부(110), 상기 시료 저장부(110)보다 반경 방향으로 외측에 위치하고, 상기 시료 저장부(110)에 투입된 시료가 전처리되는 전처리부 및 상기 전처리부보다 반경 방향으로 외측에 위치하고, 상기 전처리부에 의해 전처리된 시료가 투입되는 반응 챔버(180)를 포함하는 시료 분석용 칩(100)이 설치되어 상기 반응 챔버(180) 내의 물질을 증폭시키고 상기 시료를 분석하는 장치로서, 상기 시료 분석용 칩(100)이 안착되며, 상기 시료 분석용 칩(100)을 회전시키는 모터(322)를 포함하는 칩 설치부(320), 상기 반응 챔버(180)에 대해 상하 정렬된 상태에서 상기 반응 챔버(180)에 가까워지거나 멀어지는 이동이 가능하도록 구성되고, 상기 반응 챔버(180)를 가열하는 제1 히터(331)를 포함하는, 가열부(330) 및 상기 반응 챔버(180)에 대해 상하 정렬되고, 상기 반응 챔버(180)에서 발생하는 형광을 검출 가능한 센서부(350)를 포함하는, 장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 시료 분석용 칩(100)은, 상기 반응 챔버(180)보다 반경 방향으로 내측에 위치하도록 상기 반응 챔버(180)와 연통하며, 내부에 고체 상태의 왁스(wax)가 저장되는 왁스 저장부(190)를 더 포함하며, 상기 가열부(330)는 상기 제1 히터(331)로부터 이격 설치되고, 상기 왁스 저장부(190)와 상하 정렬되어 상기 왁스 저장부(190)를 가열하는 제2 히터(332)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가열부(330)는 상기 제1 히터(331)와 연결 설치되는 펠티어 소자(333)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가열부(330)는 상기 반응 챔버(180)의 상측과 하측에 각각 설치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응 챔버(180)는 복수개 구비되되, 복수 개의 반응 챔버(180)는 상기 시료 분석용 칩(100)의 원주 방향을 따라 형성되고, 상기 제1 히터(331)는 상기 원주 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
상기 제1 히터(331)의 면적은 적어도 상기 복수의 반응 챔버(180) 모두를 커버하도록 구성되고, 상기 제2 히터(332)의 면적은 적어도 상기 왁스 챔버(190)를 커버하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 시료 분석용 칩(100)의 상기 반응 챔버(180)가 형성된 부분의 두께는 다른 부분보다 얇을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 센서부(350)에 의해 검출되는 형광 강도에 기반하여 상기 시료 저장부(110)에 투입된 시료의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 상기 시료의 질병 감염 여부를 판단하는 연산 처리부(360)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 장치를 이용한 분석 방법으로서, (a) 상기 시료 저장부(110)에 시료가 투입되는 단계, (b) 상기 시료 분석용 칩이 기설정된 회전 속도로 기설정된 방향으로 회전하여 상기 (a) 단계에서 투입된 시료가 전처리되고, 전처리된 시료가 상기 반응 챔버(180)에 투입되는 단계, (c) 상기 가열부(330)가 상기 시료 분석용 칩(100)에 가까워지는 방향으로 이동하는 단계, (d) 상기 제2 히터(332)가 기설정된 온도로 가열되고, 상기 왁스 저장부(190)에 저장된 왁스가 융해되는 단계, (e) 상기 시료 분석용 칩(100)이 기설정된 회전 속도로 기설정된 방향으로 회전하여 상기 (d) 단계에서 융해된 왁스가 상기 반응 챔버(180)보다 반경 방향 내측에 위치되는 투입 채널(174)에 투입되고 분주되는 단계, (f) 상기 제1 히터(331)가 기설정된 반응의 온도 사이클을 따르도록 가열되는 단계 및 (g) 상기 센서부(350)가 상기 반응 챔버(180)에서 발생하는 형광을 검출하는 단계를 포함하는, 분석 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 시료가 저장된 카트리지(200)가 상기 시료 분석용 칩(100)에 결합함으로써 상기 시료가 상기 시료 저장부(110)에 투입되는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계 이후 상기 (c) 단계 이전 상기 제2 히터(332)가 상기 왁스 저장부(190)와 상하 정렬되도록 상기 시료 분석용 칩(100)이 회전되는 단계를 더 포함하며, 상기 (f) 단계는 상기 제1 히터(331)가 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR), 역전사 중합효소 연쇄반응(Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction, RT-PCT) 및 등온 증폭 반응(Isothermal Amplification Reaction) 중 하나 이상의 반응의 온도 사이클에 따르도록 가열되어 상기 반응 챔버(180)에 투입된 시료가 증폭되는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계는, 상기 펠티어 소자(333)에 흐르는 전류의 세기와 방향을 제어함으로써 상기 펠티어 소자(333)와 연결된 상기 제1 히터(331)가 기설정된 반응의 온도 사이클을 따르도록 가열되는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계 이후, 상기 (g) 단계 이전, 상기 센서부(350)와 상기 반응 챔버(180)가 상하 정렬되도록 상기 시료 분석용 칩(100)이 회전되는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (g) 단계 이후, (h) 연산 처리부(360)가 상기 (g) 단계에서 검출된 형광 강도에 기반하여 각 반응 챔버(180)에서의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 상기 시료의 질병 감염 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (h) 단계는, 상기 연산 처리부(360)가, 복수의 반응 챔버(180)에 구비된 프라이머들의 종류와, 상기 센서부(350)에서 검출되는 각 반응 챔버(180)의 형광 강도의 조합 경우의 수를 이용하여, 상기 반응 챔버(180)에서의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 상기 시료의 질병 감염 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 반응 챔버(180) 중 적어도 하나의 반응 챔버에는 기준 형광 강도를 갖는 물질이 미리 저장되어 있으며, 상기 (h) 단계는, 상기 연산 처리부(360)가, 상기 센서부(350)에서 검출되는 각 반응 챔버(180)의 형광 강도 중 상기 기준 형광 강도에 매칭되는 반응 챔버(180)를 기준 반응 챔버로 결정하고, 결정된 기준 반응 챔버를 기준으로 다른 반응 챔버(180)의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 모든 유전자 진단을 하나의 칩에서 구현하는 것이 가능하다.
또한, 종래의 시료 분석용 칩과 비교하였을 때, 시료에 포함된 분석 대상 물질의 포획 효율이 향상된다.
또한, 왁스 저장부에 고체 상태의 왁스가 저장되어 왁스 저장부를 가열하기 이전까지는 외부로 유출되지 않아서, 전처리된 시료가 반응 챔버에 투입되기 이전에 왁스가 유출됨으로써 분석의 정확도가 저하되는 종래 시료 분석용 칩의 문제점을 해결하는 것이 가능하다.
또한, 시료 분석용 칩의 전처리, 유전자 증폭, 분석 과정이 하나의 분석 장치 내에서 전자동화가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 매년 발생하는 인플루엔자 바이러스, 조류 인플루엔자 바이러스, 메르스 사태, 지카 바이러스, 구제역 등 사회적 파장이 큰 병원체 감염 여부를 현장에서 바로 진단할 수 있다.
이를 통해, 바이러스 감염의 사전 차단이 가능하고, 인명 피해와 경제적 손실을 줄이는 것이 가능하다.
현재 대학병원 등 대형 의료기관에서만 수행가능한 유전자 진단을, 소형 의료기관 및 보건소에서도 빠르게 진단할 수 있다는 장점이 달성된다.
이 외에, 식중독균과 같은 식품에 감염된 바이러스/박테리아를 현장에서 진단하는 것이 가능하여, 유치원, 초/중/고에 널리 퍼져있는 식단배급시 발생하는 문제점을 지속적으로 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시료 분석용 칩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 시료 분석용 칩의 단위 공정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 포획 통로와, 포획 통로에 연결된 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1의 시료 분석용 칩에 결합되어 용액을 주입하는 카트리지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 시료 분석용 칩이 설치되어 상기 시료 분석용 칩에 투입된 시료의 전처리, 유전자증폭, 분석 과정을 수행할 수 있는 분석 장치의 도면이다.
도 6은 도 5의 분석 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 시료 분석용 칩의 반응 챔버와 왁스 저장부를 가열하는 가열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 가열부의 제2 히터 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 가열부와 시료 분석용 칩의 반응 챔버 및 왁스 저장부가 상하 정렬되었을 때의 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 시료 분석용 칩의 반응 챔버 및 왁스 저장부와, 분석 장치의 가열부가 상하 정렬되어 히터에 의해 가열이 수행되는 모습을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 11은 시료 분석용 칩의 반응 챔버와, 분석 장치의 센서부가 상하 정렬되어, 센서부에 광학 신호를 검출하는 모습을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 12a 내지 12l은 본 발명에 따른 시료 분석용 칩을 이용하여, 시료 분석용 칩에 투입된 시료의 전처리 및 유전자증폭 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 검증 실험 1에 따른 결과 도면이다.
도 14 및 15는 검증 실험 2에 따른 결과 도면이다.
도 16 내지 20은 검증 실험 3에 따른 결과 도면이다.
도 21 및 22는 검증 실험 4에 따른 결과 도면이다.
도 23은 종래의 시료 분석용 칩의 도면이다.
도 2는 도 1의 시료 분석용 칩의 단위 공정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 포획 통로와, 포획 통로에 연결된 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1의 시료 분석용 칩에 결합되어 용액을 주입하는 카트리지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 시료 분석용 칩이 설치되어 상기 시료 분석용 칩에 투입된 시료의 전처리, 유전자증폭, 분석 과정을 수행할 수 있는 분석 장치의 도면이다.
도 6은 도 5의 분석 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 시료 분석용 칩의 반응 챔버와 왁스 저장부를 가열하는 가열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 가열부의 제2 히터 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 가열부와 시료 분석용 칩의 반응 챔버 및 왁스 저장부가 상하 정렬되었을 때의 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 시료 분석용 칩의 반응 챔버 및 왁스 저장부와, 분석 장치의 가열부가 상하 정렬되어 히터에 의해 가열이 수행되는 모습을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 11은 시료 분석용 칩의 반응 챔버와, 분석 장치의 센서부가 상하 정렬되어, 센서부에 광학 신호를 검출하는 모습을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 12a 내지 12l은 본 발명에 따른 시료 분석용 칩을 이용하여, 시료 분석용 칩에 투입된 시료의 전처리 및 유전자증폭 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 검증 실험 1에 따른 결과 도면이다.
도 14 및 15는 검증 실험 2에 따른 결과 도면이다.
도 16 내지 20은 검증 실험 3에 따른 결과 도면이다.
도 21 및 22는 검증 실험 4에 따른 결과 도면이다.
도 23은 종래의 시료 분석용 칩의 도면이다.
이하에서, 용어 “유전자 증폭”이란 분석하고자 하는 유전자가 증폭되는 것을 의미한다. 유전자 증폭의 예로서, PCR(Polymerase Chain Reaction, 중합효소연쇄반응), Real-time PCR, 등온 증폭 반응(Isothermal Amplification Reaction)이 있을 수 있으며, 분석하고자 하는 유전자를 증폭시키는 반응이면 제한되지 않고 이에 포함되는 것임을 미리 설명하여 둔다.
시료 분석용 칩
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)을 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 시료 분석용 칩(100)은 원판 형태일 수 있으며, 중심에는 제1 통공(H)이 형성된다. 제1 통공(H)은 후술하는 시료 분석용 칩 분석 장치(300)에 결합되어 회전 시 회전축에 해당하는 부분이다. 제1 통공(H)의 반경 방향 외측에는 제2 통공(h)이 형성되는데, 제2 통공(h)에는 후술하는 진동 방지부(400)가 결합되어 시료 분석용 칩(100)을 고속으로 회전시킬 때 시료 분석용 칩(100)이 진동하거나, 카트리지(200)에서 용액이 외부로 유출되는 문제가 해결된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
시료 분석용 칩(100)은 크게 3층으로 구성된다. 즉, 기설정된 두께, 예를 들어 3mm 두께를 갖는 원판 형상의 PMMA의 상면과 하면에 CNC 밀링 머신을 이용해 가공하여 각 구성을 홈 형태로 정해진 패턴을 형성한 후, 상면과 하면에 PSA 필름(PSA Film)을 접착시켜서 제조될 수 있다.
즉, 시료 분석용 칩(100)은 디스크(10), 디스크(10) 상면에 접착되는 제1 필름 층(20) 및 디스크(10) 하면에 접착되는 제3 필름 층(30)을 포함한다. 그리고, 후술하는 구성들은 디스크(10)의 상면 또는 하면에 홈 형태로 패터닝되는데, 패터닝된 각 구성의 상부를 제1 필름 층(20)이 커버하며, 하부를 제2 필름 층(30)이 커버하게 된다.
본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)은 원주 방향을 따라 순차적으로 배치되는 다수의 단위 공정부(100a)를 포함한다. 도 1에는 2개의 단위 공정부가 시료 분석용 칩에 형성되는 실시예가 도시되고, 도 2에는 1개의 단위 공정부를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
단위 공정부(100a)는 디스크(10)에 패턴으로 형성되며, 시료 저장부(110), 포획 통로(120), 세척액 저장부(130), 지연부(140), 칵테일 저장부(150), 용리액 저장부(160), 연결 챔버(170), 폐기액 챔버(171), 수집 챔버(172), 반응 챔버(180) 및 왁스 챔버(190)를 포함한다.
상기한 시료 저장부(110), 세척액 저장부(130), 칵테일 저장부(150) 및 용리액 저장부(160)에는 각각 주입구(111, 131, 151, 161)가 형성되고, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)에 카트리지(200)가 장착되어 각각의 용액을 주입하는 것이 가능하다.
즉, 카트리지(200)에 시료 주입구(211), 세척액 주입구(231), 칵테일 주입구(251) 및 용리액 주입구(261)가 각각 형성되고, 각각의 주입구(211, 231, 251, 261)와 연통하는 공간(210, 230, 250, 260)이 내부에 형성되어, 이 공간에 각각의 용액이 저장되며, 시료 분석용 칩(100) 회전시 카트리지(200)에 저장된 용액들이 시료 저장부(110), 세척액 저장부(130), 칵테일 저장부(150) 및 용리액 저장부(160)에 투입될 수 있다.
시료 저장부(110)는 포획 통로(120)보다 반경 방향 내측으로 위치하여 카트리지(200)로부터 투입된 시료를 포획 통로(120)로 로딩시킨다.
로딩된 시료는 시료 분석용 칩(100) 회전시 원심력에 의해 포획 통로(120)와 연결 챔버(170)를 지나 폐기액 챔버(171)로 흐르게 된다. 보다 구체적으로, 카트리지(200)로부터 시료 주입구(111)로 투입된 시료는 투입부(112)와 시료 투입 채널(113)을 차례로 통과하면서 포획 통로(120)로 투입된다. 투입부(112)와 시료 투입 채널(113)의 연결 지점, 그리고 시료 투입 채널(113)과 포획 통로(120)의 연결 지점에는 제1 필름 층(20)에 의해 커버되지 않는 부분(114, 121)이 존재하며, 다시 말하면 상기 부분(114, 121)을 통해 외기가 유입되어 시료 저장부(110)에 투입된 시료가 더욱 신속하게 포획 통로(120)로 이동할 수 있게 된다. 따라서, 시료가 포획 통로(120)에 도달되기 이전에 세척액 저장부(130)에 투입된 세척액이 포획 통로(120)로 도달하거나, 모든 시료가 포획 통로(120)를 통과하기 이전에 세척액 저장부(130)에 투입된 세척액이 포획 통로(120)로 도달되는 문제점이 예방될 수 있다.
포획 통로(120)는 시료 저장부(110)를 통해 로딩된 시료로부터 분석 대상 물질을 포획한다. 포획 통로(120)의 양단에는 각각 입구(122)와 출구(123)가 구비된다. 포획 통로(120)의 입구(122)는 포획 통로(120)보다 반경 방향으로 내측에 위치하는 시료 저장부(110), 세척액 저장부(130) 및 용리액 저장부(160)와 연통하며, 포획 통로(120)의 출구(123)는 포획 통로(120)로부터 반경 방향으로 외측에 위치하는 연결 챔버(170)와 연통한다. 따라서, 시료 분석용 칩(100)의 회전에 따라 시료, 세척액 및 용리액이 연결 챔버(170)로 흐를 수 있다.
한편, 포획 통로(120)의 입구(122)와 연통하는 시료 저장부(110), 세척액 저장부(130) 및 용리액 저장부(160)의 구성들은 디스크(10)의 상부면에 홈 형태로 구비되고, 포획 통로(120)의 출구(123)와 연통하는 연결 챔버(170), 폐기액 챔버(171), 수집 챔버(172), 투입 채널(174), 반응 챔버(180) 및 왁스 저장부(190)의 구성들은 디스크(10)의 하부면에 홈 형태로 구비된다. 그리고, 포획 통로(120)는 디스크(10)의 상부면에 홈 형태로 구비되는 구성들과, 디스크(10)의 하부면에 홈 형태로 구비되는 구성들의 연통을 위해 디스크(10)의 상하 방향으로 연장되는 홈 형태로 구비된다(도 3 참조).
포획 통로(120) 상에는 분석 대상 물질의 포획을 위한 멤브레인(f)이 구비된다. 본 발명에 따른 멤브레인(f)는 글래스 필터(glass filter)일 수 있으며, 상기 글래스 필터는 복수의 실리카 비드가 막 형태로 구비되는 형태일 수 있다. 구체적으로 하나 이상의 글래스 필터가 포획 통로(120) 상에 설치될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 복수의 실리카 비드가 3중층으로 이루어진 글래스 필터가 포획 통로(120) 상에 설치되어, 시료로부터 분석 대상 물질을 높은 효율로 포획할 수 있게 된다(도 14 및 15 참조). 글래스 필터의 실리카 비드는 음전하를 띄고, 여기에 양전하를 띄는 염(salt), 예를 들어 구아니딘염을 포함하도록 글래스 필터를 구성하면, 실리카 비드 - 구아니딘염 - 음전하를 띄는 분석 대상 물질(DNA 등)의 결합을 통해 글래스 필터에서 DNA와 같은 분석 대상 물질을 포획할 수 있다.
세척액 저장부(130)는 챔버 형태로서, 포획 통로(120)에 포획된 분석 대상 물질을 제외한 나머지 물질을 세척(제거)하기 위한 세척액이 저장된다. 세척액 저장부(130)는 포획 통로(120)보다 반경 방향으로 내측에 위치하고, 포획 통로(120)의 입구(122)와 연결된다. 따라서, 시료 분석용 칩(100) 회전에 따라 세척액 저장부(130)에 저장된 세척액이 포획 통로(120)로 흐르도록 하여 포획 통로(120)에 포획된 분석 대상 물질을 제외한 나머지 물질을 세척(제거)할 수 있다.
세척액 저장부(130)와 포획 통로(120) 사이에는 지연부(140)가 구비될 수 있다. 지연부(140)는 세척액 저장부(130)에서 나오는 세척액을 시료보다 나중에 포획 통로(120)에 도달시키기 위해 세척액의 통과를 지연시키도록 구성된다.
지연부(140)는 유입 채널(141), 제1 지연 챔버(142) 및 지연 채널(143)을 포함한다.
유입 채널(141)은 세척액 저장부(130)와 제1 지연 챔버(142)를 연결하고, 세척액 저장부(130)에 투입된 세척액이 제1 지연 챔버(142)로 유입되도록 한다. 유입 채널(141)은 세척액 저장부(130)의 출구(132)로부터 제1 원주 방향으로 제1 지연 챔버(142)에서 멀어지게 연장되는 제1 통로(141a) 및 제1 통로(141a)로부터 상기 제1 원주 방향과 반대 방향인 제2 원주 방향으로 제1 지연 챔버(142)에 가까워지게 연장되는 제2 통로(141b)를 포함한다.
제1 지연 챔버(142)는 세척액 저장부(130)에서 포획 통로(120)로 향하는 세척액이 저장된다.
지연 채널(143)은 제1 지연 챔버(142)와 포획 통로(120) 사이에 구비되어 세척액의 통과를 지연시킨다. 이를 위해, 지연 채널(143)은 반경 방향 내측으로 연장되는 제1 지연 통로(143a) 및 상기 제1 지연 통로(143a)와 연결되고 반경 방향 외측으로 연장되는 제2 지연 통로(143b)를 포함한다. 따라서, 제1 지연 챔버(142)에 저장된 세척액이 미리 설정된 양에 도달되기 이전까지는 지연 채널(143)을 통과하여 세척액이 포획 통로(120)로 투입되지 않기 때문에, 세척액이 시료보다 포획 통로(120)에 지연 도달된다. 따라서, 분서 대상 물질이 포획되기 전에 세척액이 포획 통로(120)에 유입되는 문제를 방지할 수 있다.
칵테일 저장부(150)는 내부에 칵테일이 투입된다. 여기서, 칵테일이란 유전자 증폭 효소(예를 들어, DNA 중합 효소)나 MgCl2 염과 같이 PCR 또는 RT-PCR에 필요한 물질을 포함할 수 있다.
칵테일 저장부(150)는 칵테일 도입 채널(153)에 의해 연결 챔버(170)와 연결된다.
칵테일 도입 채널(153)은 반경 방향 내측을 향해 연장되는 제3 통로(153a) 및 상기 제3 통로(153a)와 연결되고 반경 방향 외측을 향해 연장되는 제4 통로(153b)를 포함한다. 따라서, 시료 분석용 칩(100)이 회전할 때는 칵테일이 연결 챔버(170)로 유입되지 않다가 시료 분석용 칩(100)이 정지할 때 연결 챔버(170)로 유입되도록 할 수 있다. 따라서, 시료와 세척액이 포획 통로(120)로 모두 유입되고 난 이후에 칵테일이 순차적으로 연결 챔버(170)로 유입될 수 있다. 전술한 칵테일 도입 채널(153)은 친수성 코팅(hydrophilic coating)된 구조일 수 있다.
용리액 저장부(160)는 포획 통로(120)에 포획된 분석 대상 물질을 분리하기 위한 용리액이 투입된다. 용리액 저장부(160)는 포획 통로(120)보다 반경 방향 내측에 위치하여 포획 통로(120)와 연통한다. 따라서, 시료 분석용 칩(100)의 회전에 따라 용리액 저장부(160)에 저장된 용리액이 포획 통로(120)로 흐르도록 하여 포획 통로(120)에 포획된 분석 대상 물질을 멤브레인(f)으로부터 분리할 수 있다.
용리액 저장부(160)는 포획 통로(120)와 용리액 도입 채널(163)에 의해 연결된다.
용리액 도입 채널(163)은 반경 방향 내측을 향해 연장되는 제5 통로(163a) 및 상기 제5 통로(163a)와 연결되고 반경 방향 외측을 향해 연장되는 제6 통로(163b)를 포함한다. 따라서, 시료 분석용 칩(100)이 회전할 때는 용리액이 포획 통로(120)로 유입되지 않다가 시료 분석용 칩(100)이 정지할 때 포획 통로(120)로 용리액이 유입될 수 있다. 따라서, 시료와 세척액이 포획 통로(120)로 모두 유입되고 난 이후에 용리액이 순차적으로 포획 통로(120)로 유입될 수 있다. 전술한 용리액 도입 채널(163)은 친수성 코팅된 구조일 수 있다.
연결 챔버(170)는 포획 통로(120)와 칵테일 저장부(150)보다 반경 방향 외측에 위치하고, 포획 통로(120)와 칵테일 저장부(150)와 연결된다.
연결 챔버(170)의 반경 방향 외측에는 폐기액 챔버(171)와 수집 챔버(172)가 위치한다.
포획 통로(120)를 지나온 시료와 세척액은 폐기액 챔버(171)로 흐르고, 포획 통로(120)를 지나온 용리액과, 연결 챔버(170)에 투입된 칵테일은 수집 챔버(172)로 흐른다.
연결 챔버(170)는 연결 채널에 의해 폐기액 챔버(171)와 연결된다. 연결 채널에는 하나 이상의 모세관 밸브(170a)가 구비될 수 있으며, 모세관 밸브(170a)는 폐기액 챔버(171)에 저장된 용액이 연결 채널을 통해 다시 연결 챔버(170)로 투입되는 것을 방지한다. 전술한 연결 챔버(170)와 모세관 밸브(170a)는 소수성 코팅(hydrophobic coating)된 구조일 수 있다.
폐기액 챔버(171)는 포획 통로(120)를 통과한 시료와 세척액이 저장된다. 분석 대상 물질을 제외한 불필요한 물질들이 저장될 수 있으며, 내부에는 포획 통로(120)를 통과한 시료를 흡수하는 고흡수성수지(Super Absorbent Polymer)가 부착될 수 있다.
수집 챔버(172)는 분석 대상 물질이 포함된 용리액과 칵테일이 저장 및 혼합된다.
수집 챔버(172)의 반경 방향 외측으로는 분배부가 형성된다. 분배부에 용리액과 마스터 믹스의 혼합 용액이 투입될 수 있다.
수집 챔버(172)와 분배부 사이에는 혼합물 도입 채널(173)이 형성되는데, 혼합물 도입 채널(173)은 반경 방향 내측을 향해 연장되는 제7 통로(173a) 및 상기 제7 통로(173a)와 연결되고 반경 방향 외측을 향해 연장되는 제8 통로(173b)를 포함한다. 따라서, 시료 분석용 칩(100)이 회전할 때는 혼합물이 분배부로 유입되지 않다가 시료 분석용 칩(100)이 정지할 때 분배부로 유입될 수 있다. 전술한 혼합물 도입 채널(173)은 친수성 코팅된 구조일 수 있다.
분배부는 투입 채널(174), 연결 채널(175), 반응 챔버(180)를 포함한다.
투입 채널(174)은 혼합물 도입 채널(173)에 의해 수집 챔버(172)와 연결되고, 수집 챔버(172)를 지나온 혼합물을 적어도 하나 이상의 반응 챔버(180)로 각각 분배한다. 이를 위해, 투입 채널(174)은 원주 방향을 따라 소정 길이만큼 연장되며, 분주 구조(Aliquoting structure)를 가진다.
투입 채널(174)에 형성된 투입 출구는 반응 챔버(180)와 연결 채널(175)에 의해 각각 연결된다. 연결 채널(175)은 투입 채널(174)에 형성된 각각의 투입 출구로부터 각각의 반응 챔버(180)로 연장되며, 투입 채널(174)에 형성된 투입 출구의 폭보다 좁게 형성된다. 또한, 각각의 연결 채널(175)의 길이는 수집 챔버(172)로부터 원주 방향으로 멀리 위치할수록 더 짧게 형성될 수 있다.
반응 챔버(180)는 연결 채널(175)보다 반경 방향 외측에 위치하고, 투입 채널(174)에 형성된 투입 출구와 각각 대응된다. 반응 챔버(180)는 투입 채널(174)을 통해 분배된 혼합물을 수용하고, 분석 대상 물질에 따라 분배된 혼합물에 대한 PCR 또는 RT-PCR이 수행된다. 반응 챔버(180)에는 분배된 혼합물에 포함된 분석 대상 물질을 검출하기 위해 서로 상이한 프라이머가 각각 저장된다. 또한, 복수의 반응 챔버(180) 중 하나 이상의 반응 챔버에는 기준 형광 강도를 갖는 물질이 저장될 수 있으며, 상기 기준 형광 강도의 정보는 후술하는 분석 장치(300)에 미리 저장되어, 추후 연산 처리부(360)에 의한 연산 시 기준 형광 강도를 나타내는 반응 챔버를 기준 반응 챔버로 결정함으로써, 다른 반응 챔버의 위치를 특정할 수 있게 된다.
왁스 챔버(190)는 분배부보다 반경 방향 내측에 위치하고, 왁스 도입 채널(191)에 의해 투입 채널(175)과 연결된다. 왁스 챔버(190)에는 고체 상태의 왁스가 저장되며, 혼합물이 반응 챔버(180)로 분배되고 난 후 혼합물의 증발을 막기 위해 투입된다. 혼합물이 반응 챔버(180)에 유입되고 난 이후에 외부로부터 기 설정된 온도 이상의 열이 가해지면 융해된 왁스(오일)이 투입 채널(174)과 연결 채널(175)에 투입되어 반응 챔버(180)에 투입된 혼합물의 증발을 막을 수 있다.
한편, 왁스 챔버(190)에는 고체 상태의 왁스가 저장되기 때문에, 왁스 챔버(190)가 가열되지 않는 이상, 시료 분석용 칩(100)이 회전하거나 회전 후 정지하더라도 투입 채널(175)로 투입되지 않으며, 따라서 종래의 시료 분석용 칩에서 액체 상태의 오일이 저장됨으로써 시료 분석용 칩 회전 시 오일이 유출됨으로써 혼합물과 섞이는 문제점이 예방된다.
진동 방지부(400)는 전술한 바와 같이, 시료 분석용 칩(100)의 제2 통공(h)에 결합하도록 구성된다. 이를 위해, 진동 방지부(400)의 하부에는 제2 통공(h)에 결합하는 결합 돌기(401)가 돌출 형성된다.
진동 방지부(400)는 카트리지(200)가 시료 분석용 칩(100)에 결합하고 난 후에 시료 분석용 칩(100)에 결합하게 된다. 진동 방지부(400)는 시료 분석용 칩(100)에 결합되어 있는 카트리지(200)를 모두 커버할 수 있을 정도의 면적을 가지며, 이를 통해 시료 분석용 칩(100) 회전 시 카트리지(200)에 진동이 발생하여 내부의 용액이 외부로 유출되는 문제가 방지된다.
시료 분석 방법
도 12a 내지 12l을 참조하여, 본 발명에 따른 시료 분석 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 시료의 분석을 위해, 카트리지(200)의 각각의 주입구를 시료 분석용 칩(100)의 시료 저장부(110), 세척액 저장부(130), 칵테일 저장부(150) 및 용리액 저장부(160)에 결합시킨다(도 12b). 이에 따라, 카트리지(200)의 각각의 용액 저장부에 저장된 용액이 시료 분석용 칩(100)의 저장부로 주입되며, 시료는 시료 저장부(110)로 투입된다.
다음, 시료 분석용 칩(100)이, 제1 방향으로 제1 회전 속도(W1)(예를 들어, 5000rpm)로 기설정된 시간(예를 들어, 90초) 동안 회전한다. 회전에 따라, 시료 저장부(110)에 주입된 시료는 포획 통로(120)를 지나게 되며, 시료에 포함된 분석 대상 물질은 멤브레인(f)에 의해 포획되고, 포획되지 않은 나머지 물질이 연결 챔버(170)를 통과하여 폐기액 챔버(171)로 투입된다.
시료 분석용 칩(100)이 계속 회전함에 따라, 제1 지연 챔버(142)로 흘러들어와 저장된 세척액은 포획 통로(220)를 지나면서 멤브레인(f)에 의해 포획되었지만, 분석 대상 물질이 아닌 물질을 세척하게 되고, 세척된 물질과 세척액이 연결 챔버(170)를 통과하여 폐기액 챔버(171)로 투입된다(도 12c).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 기설정된 시간(예를 들어, 10초) 동안 정지하고, 시료 분석용 칩(100)이 정지하는 경우 회전에 따른 원심력이 없어지므로 모세관 힘에 의해 칵테일 저장부(150)에 저장된 칵테일과 용리액 저장부(160)에 저장된 용리액이 각각 칵테일 도입 채널(153)과 용리액 도입 채널(163)을 지나간다(도 12d).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 제1 통공(H)을 중심으로 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 제1 회전 속도(W1)로 기설정된 시간(예를 들어, 30초) 동안 회전한다. 회전에 따라, 칵테일 도입 채널(153)을 지나온 칵테일이 연결 챔버(170)로 주입되고, 용리액 도입 채널(163)을 지나온 용리액이 포획 통로(120)를 통과하면서 멤브레인(f)에 포획되어 있는 분석 대상 물질을 멤브레인(f)으로부터 분리하게 되고, 분석 대상 물질을 포함하는 용리액이 연결 챔버(170)를 통과하여 수집 챔버(172)로 투입된다(도 12e).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 제1 방향과 제2 방향을 번갈아가면서 제2 회전 속도(W2)(예를 들어, 2000rpm)의 속도로 기설정된 시간(예를 들어, 10초)동안 반복 회전한다. 회전에 따라, 수집 챔버(172)에 주입된 분석 대상 물질이 포함된 용리액과 칵테일이 서로 혼합되어, 혼합물이 생성된다(도 12f).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 기설정된 시간(예를 들어, 35초) 동안 정지하고, 시료 분석용 칩(100)이 정지하면 회전에 따른 원심력이 없어지므로 모세관 힘에 의해 수집 챔버(172)에서 생성된 혼합물이 혼합물 도입 채널(173)을 지나간다(도 12g).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 제2 방향으로 제3 회전 속도(W3)(예를 들어, 1000rpm)의 속도로 기설정된 시간(예를 들어, 35초) 동안 회전한다. 회전에 따라, 혼합물은 원주 방향을 따라 소정 길이만큼 이동하며, 분주 구조를 갖는 투입 채널(174)의 외측에 형성된 투입 출구로 각각 주입된다. 즉, 혼합물은 수집 챔버(172)와 투입 채널(174)이 연결된 지점부터 원주 방향을 따라 순차적으로 투입 채널(174)의 투입 출구로 주입된다. 또한, 투입 채널(174)의 투입 출구로 주입되지 못한 잉여 혼합물은 잉여 혼합물 저장 챔버(176)로 주입된다(도 12h).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 제2 방향으로 제1 회전 속도(W1)(예를 들어, 5000rpm)의 속도로 기설정된 시간(예를 들어, 10초) 동안 회전한다. 회전에 따라, 투입 채널(174)의 각각의 투입 출구로 주입되었던 혼합물은 연결 채널(175)을 지나 각각의 반응 챔버(180)로 주입된다(도 12i).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 기설정된 시간(예를 들어, 180초) 동안 정지하고, 왁스 저장부(190)가 가열되어 왁스 저장부(190)에 저장된 왁스가 융해된다(도 12j).
다음, 시료 분석용 칩(100)이 제2 방향으로 제2 회전 속도(예를 들어, 2000rpm)로 기설정된 시간(예를 들어, 30초) 동안 회전한다. 회전에 따라, 융해된 왁스가 왁스 도입 채널(191)을 통해 투입 채널(174)에 투입된다. 융해된 왁스가 투입 채널(174)에 투입됨에 따라, 반응 챔버(180)에 도입된 혼합물의 증발이 이루어지지 않는다(도 12k).
다음, 반응 챔버(180)의 온도가 기설정된 반응 사이클의 온도에 따르도록 상기 반응 챔버(180)가 가열되거나 냉각된다. 예를 들어, PCR 사이클에 적합한 온도에 따르도록 반응 챔버(180)가 가열되거나 냉각될 수 있으며, 이를 통해 반응 챔버(180)에 도입된 분석 대상 물질의 증폭이 이루어질 수 있다(도 12l).
시료 분석용 칩의 분석 장치
도 5 내지 11을 참조하여, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)의 분석 장치(300)를 보다 상세히 설명한다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명에 따른 분석 장치(300)는, 하우징(310), 칩 설치부(320), 가열부(330), 구동부(340), 센서부(350), 연산 처리부(360) 및 출력부(370)를 포함한다.
하우징(310)은 분석 장치(310)의 외관을 이루며, 하우징(310)의 내부 공간에 상기한 칩 설치부(320), 가열부(330), 구동부(340), 센서부(350), 연산 처리부(360) 및 출력부(370)가 설치된다.
칩 설치부(320)는 시료 분석용 칩(100)이 안착되도록 구성된다. 구체적으로, 칩 설치부(320)는 하우징(310)에 수납될 수 있으며, 시료 분석용 칩(100)의 설치를 위해 외부로 노출되는 것도 가능하다. 즉, 칩 설치부(320)는 하우징(310)에 대해 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동이 가능하며(지면에 대해 수평 또는 수직하게 이동이 가능함), 하우징(310)의 내부에는 칩 설치부(320)를 이동시키는 칩 설치부 구동부(미도시)가 설치된다. 칩 설치부 구동부(미도시)는 예를 들어, 스텝 모터일 수 있으며, 스텝 모터의 스텝 각 제어를 통해 칩 설치부(320)가 하우징(310)에 수납되거나 외부로 노출되는 위치 사이에서 이동이 가능하다.
칩 설치부(320)는 시료 분석용 칩(100)이 안착되는 안착 트레이(321)를 포함한다.
안착 트레이(321)에는 시료 분석용 칩(100)을 회전시키기 위한 모터(322)가 설치되는데, 안착 트레이(321)의 상면에는 시료 분석용 칩(100)의 제1 통공(H)과 제2 통공(h)에 결합하는 돌기(321a, 321b)가 형성되며, 안착 트레이(321)의 하부에는 안착 트레이(321)를 회전시키는 모터(322)가 설치된다. 따라서 모터(322)가 회전함에 따라 시료 분석용 칩(100)이 안착 트레이(321)와 함께 회전하게 된다.
가열부(330)는 시료 분석용 칩(100)의 가열을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 가열부(330)는 제1 히터(331), 제2 히터(332), 펠티어 소자(333), 히트 싱크(334), 팬(335), 바디(336), 제1 설치 기둥(337) 및 제2 설치 기둥(338)을 포함한다.
제1 히터(331)는 시료 분석용 칩(100)의 반응 챔버(180)를 가열하는 역할을 수행한다. 반응 챔버(180)에는 분석 대상 물질이 포함된 용리액과 칵테일의 혼합물이 저장되어 있는데, 일반적으로 시료 저장부(110)에 투입된 시료의 양은 극소량이므로, 시료에 포함된 분석 대상 물질의 양도 극소량이다. 따라서, 반응 챔버(180)에 분석 대상 물질의 존재 여부를 검출하기 위해서는, 이를 증폭하는 것이 필요하다. 반응 챔버(180)에는 분석 대상 물질의 증폭을 위한 서로 다른 프라이머들이 이미 투입되어 있으며, 상기 프라이머와 분석 대상 물질을 이용하여 이른바 유전자 증폭 과정을 수행하는 것이 필요하다.
상기 유전자 증폭 과정은 일 예로, 중합효소연쇄반응(PCR)일 수 있으며, 일반적으로 약 95°C 의 온도로 가열하여 이중 나선 구조로 이루어진 DNA를 단일 가닥으로 분리시키는 변성(denaturation) 단계, 이후 약 56°C의 온도로 가열하여 프라이머와 단일 가닥의 DNA를 결합시키는 결합(annealing) 단계 및 이후 약 72°C의 온도로 가열하여 중합효소가 프라이머로부터 가닥을 확장시키는 확장(extension) 단계로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 유전자 증폭 과정은 역전사-중합효소연쇄반응(RT-PCR) 또는 등온 증폭 반응일 수 있으며, 분석하고자 하는 유전자를 증폭하는 반응이면 특별히 이에 제한되지 않고 모두 포함된다.
즉, 제1 히터(331)는 중합효소연쇄반응을 위해 요구되는 온도로 순차적으로 가열되면서 반응 챔버(180) 내의 분석 대상 물질을 증폭시키는 역할을 수행한다.
본 발명에 따른 제1 히터(331)는, 제1 히터(331) 자체가 직접 가열되는 방식이 적용될 수도 있으나, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 히터(331)와 연결 설치되는 펠티어 소자(333)의 가열/냉각에 의해 펠티어 소자(333)로부터 열이 전도되어 제1 히터(331)가 가열/냉각되는 간접 가열 방식이 적용되는 것도 가능하다. 펠티어 소자(333)는 펠티어 효과를 이용한 소자로서, 펠티어 소자(333)에 흐르는 전류의 세기와 방향에 따라 반도체에 접하는 면이 가열되거나 냉각될 수 있는 소자이다. 펠티어 소자는 이미 널리 알려진 소자이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. 펠티어 소자(333)에 흐르는 전류의 세기와 방향에 따라, 제1 히터(331)와 접촉하는 펠티어 소자(333)의 면이 가열되거나 냉각될 수 있으며, 이를 통해 제1 히터(331)를 가열/냉각시키는 것이 가능하다. 즉, 펠티어 소자(333)와 연결되어 있는 제1 전선(333a)과 제2 전선(333b)에 흐르는 전류의 세기와 방향을 달리하면서 제1 히터(331)의 온도를 제어할 수 있다.
제1 히터(331)는 시료 분석용 칩(100)에서 원주 방향을 따라 연장되는 복수의 반응 챔버(180) 모두를 가열하는 것이 가능하도록, 곡선 형태를 가질 수 있다. 즉, 제1 히터(331) 역시 시료 분석용 칩(100)의 원주 방향을 따라 연장되는 형태를 가질 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 호(arc) 형상을 포함하여 반응 챔버(180)만을 선택적으로 가열/냉각할 수 있다.
제2 히터(332)는 시료 분석용 칩(100)의 왁스 챔버(190)를 가열하는 역할을 수행한다. 왁스 챔버(190)에 저장되어 있는 왁스는 고체 상태이므로, 이를 액체 상태로 융해시키는 과정이 필요하다. 제2 히터(332)가 가열됨으로써, 왁스 챔버(190)의 왁스가 융해되어 투입 채널(174)로 투입되며, 시료 분석용 칩(100)의 회전에 따라 투입 채널(174)의 투입 출구에 분주된다. 왁스가 융해되면 액체 상태의 오일로 변화되어, 반응 챔버(180)에 투입된 혼합물의 증발을 방지하게 된다.
제1 히터(331)와 제2 히터(332)는 가열부(300) 내에서 서로 이격되어 설치된다. 이는, 제1 히터(331)와 제2 히터(332) 각각의 가열에 의해 가열이 수행되어야 하는 구성 이외의 다른 구성이 가열되는 것을 방지하기 위함이다. 제1 히터(331)는 반응 챔버(180)를 가열시키기 위한 구성이고, 제2 히터(332)는 왁스 챔버(190)를 가열시키기 위한 구성인데, 어느 히터가 가열됨으로써 다른 히터에 영향을 준다면, 부정확한 검출 결과를 초래하게 되므로 제1 히터(331)와 제2 히터(332)는 서로 이격되어 설치된다. 즉, 제1 히터(331)는 시료 분석용 칩(100)에 구비된 반응 챔버(180) 모두를 커버하도록 형성될 수 있으며, 제2 히터(332)는 시료 분석용 칩(100)에 구비된 왁스 챔버(190)를 커버하도록 형성되되, 그 이격 거리는 적어도 연결 채널(175)의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 제2 히터(332)는 도 7에 도시된 바와 같이, 사각 플레이트 형태를 가질 수 있으며, 제2 히터(332)는 제1 히터(331)와 다르게 정밀한 온도 제어는 요구되지 않으므로, 펠티어 소자(333)와는 연결되지 않고, 별도의 가열 소자(332a)의 가열에 의해 제2 히터(332) 자체가 가열되어 왁스 챔버(190)를 가열할 수 있다.
제1 히터(331)와 제2 히터(332) 모두에는 온도 센서(t)가 설치될 수 있으며, 온도 센서(t)에서 출력되는 정보를 이용하여 각 히터의 가열 온도를 실시간으로 모니터링하는 것이 가능하다.
가열부(330)는 제1 히터(331), 제2 히터(332) 및 펠티어 소자(333)의 열을 방출시키기 위해 히트 싱크(334)와, 팬(335)을 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(334)는 제1 히터(331), 제2 히터(332) 및 펠티어 소자(333)의 하부에 설치될 수 있으며, 팬(335)은 히트 싱크(334)의 일측면에 위치되도록 설치되어 히트 싱크(334)의 열을 신속하게 외부로 배출하는 것이 가능하다.
바디(336)는 전술한 제1 히터(331), 제2 히터(332) 및 펠티어 소자(333)가 설치되는 구성으로, 가열부(330)의 외관을 이룬다. 바디(336)는 제1 히터(331), 제2 히터(332) 및 펠티어 소자(333)가 설치되는 상부 바디(336a)와, 상기 상부 바디(336a)와 마주하게 배치되고, 후술하는 구동부(340)와 연결되어 있는 하부 바디(336b)를 포함한다.
상부 바디(336a)와 하부 바디(336b)는 제1 설치 기둥(337)과 제2 설치 기둥(338)에 의해 서로 연결될 수 있는데, 각각의 설치 기둥(337, 338)의 외측에는 스프링(337a, 338a)이 설치된다. 구동부(340)가 동작하면 가열부(330)는 시료 분석용 칩(100)에 가까워지면서, 제1 히터(331) 또는 제2 히터(332)가 시료 분석용 칩(100)과 접촉하게 되는데, 이 상태에서 구동부(340)가 가열부(330)를 시료 분석용 칩(100) 방향으로 힘을 더 인가하게 되면 스프링(337a, 338a)이 수축하면서(즉, 상부 바디와 하부 바디가 더 가까워짐) 제1 히터(331)와 제2 히터(332)가 시료 분석용 칩(100)에 완전히 밀착될 수 있다. 따라서, 각각의 히터에서 발생하는 열을 온전히 시료 분석용 칩(100)에 인가할 수 있게 된다.
구동부(340)는 가열부(330)와 연결되어, 가열부(330)를 이동시키게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 시료 분석용 칩(100)에는 2개의 단위 공정부(100a)를 포함하고, 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 분석 장치(300)에는 4개의 가열부(330)를 포함할 수 있다.
하나의 단위 공정부(100a) 당 2개의 가열부(330)가 서로 상하 정렬될 수 있다. 즉, 단위 공정부(100a)를 중심하고, 각각의 가열부(330)가 서로 마주보는 형태이다.
시료 저장부(110)에 시료를 투입한 후, 상기한 시료 분석 방법에 따라 혼합물이 반응 챔버(180)에 투입되기까지는, 가열부(330)에 의한 가열이 요구되지 않는다. 반응 챔버(180)에 혼합물이 투입되면, 이후 왁스 저장부(190)에 저장된 왁스의 융해 과정, 그리고 반응 챔버(180)의 유전자 증폭 과정이 필요한데, 이 때 구동부(340)는 가열부(330)가 시료 분석용 칩(100)에 접촉하도록 가열부(330)를 이동시키게 된다.
즉, 구동부(340)는 가열부(330)가 시료 분석용 칩(100)에 가까워지는 하측 또는 상측 방향, 그리고 가열부(330)가 시료 분석용 칩(100)에 멀어지는 하측 또는 상측 방향으로 이동하도록 가열부(330)를 이동시키게 된다. 본 발명에 따른 분석 장치(300)에서 구동부(340)는 2개 구비되어, 1개의 구동부(340)는 상측에 위치한 가열부(330)를 이동시키게 되고, 다른 1개의 구동부(340)는 하측에 위치한 가열부(330)를 이동시키는데 사용될 수 있다.
센서부(350)는 시료 분석용 칩(100)의 상측 또는 하측에 설치될 수 있으며, 반응 챔버(180)에서 발생하는 형광을 검출하도록 구성된다. 반응 챔버(180)에 구비된 분석 대상 물질은 증폭 과정을 거침에 따라, 형광 강도가 강해지게 되는데 각 반응 챔버(180)에 특정 파장의 빛을 쪼여주게 되면, 반응 챔버(180)의 형광 물질이 상기 특정 파장의 빛을 흡수하여 여기 상태가 되고, 기저 상태로 되돌아오면서 다른 파장의 빛을 방출하게 된다. 즉, 센서부(350)는 반응 챔버(180)에 특정 파장의 빛을 조사하는 조사부 및 반응 챔버(180)에서 발생하는 특정 파장의 빛을 검출하는 검출기를 포함하며, 검출기에 의해 검출된 특정 파장의 빛의 유무, 강도에 기반하여 시료의 분석 대상 물질 포함 여부, 그리고 시료의 질병 감염 여부를 판단할 수 있게 된다.
센서부(350)의 측정 방식으로, 센서부(350)가 각 반응 챔버(180)마다 상하 정렬되면서, 정렬될때마다 반응 챔버(180)에 특정 파장의 빛을 조사하고 검출하는 방식의 Point by point 방법, 그리고 시료 분석용 칩(100)이 회전하는 과정에서 센서부(350)가 연속적으로 특정 파장의 빛을 조사하고 검출하는 방식의 Moving scanning 방법이 이용될 수 있다.
또한, 일 예로 반응 챔버(180) 중 수집 챔버(172)와 가장 가까운 반응 챔버(180)에 강한 형광을 발생시키는 물질이 수용되도록 제조한 후, 센서부(350)를 통해 이를 검출함으로써 해당 반응 챔버(180)를 기준으로 다른 반응 챔버(180)의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 다시 말하면, 강한 형광 강도가 검출되는 반응 챔버(180)가 미리 결정되어 있으므로, 해당 반응 챔버(180)를 기준으로 다른 반응 챔버(180)의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 후술하는 연산 처리부(360)는 상기한 방법을 통해, 어떠한 반응 챔버(180)에서 형광이 검출되었는지, 또한 어느 강도의 형광이 검출되었는지를 연산하는 것이 가능하다.
연산 처리부(360)는 센서부(350)의 검출기에 의해 검출된 정보에 기반한 시료의 분석 대상 물질 포함 여부, 그리고 시료의 질병 감염 여부를 판단하도록 구성된다.
예를 들어, 임의의 반응 챔버(180)에서 형광이 검출되는 경우, 해당 반응 챔버(180)에 수용되어 있었던 프라이머(프라이머는 분석 대상 물질의 종류에 따라 특이적으로 결합하여 유전자증폭반응을 수행하는 역할을 함)에 상응하는 분석 대상 물질이 시료에 포함된 것으로 판단할 수 있다. 소정 강도의 형광이 검출되었다는 것은, 반응 챔버(180)에 수용되어 있었던 프라이머와 반응하여 유전자증폭반응이 수행되었다는 것을 의미하기 때문이다.
또한, 임의의 반응 챔버(180)에서 소정 강도 이상의 형광이 검출되는 경우, 해당 반응 챔버(180)에 수용되어 있었던 프라이머에 상응하는 분석 대상 물질에 의한 질병이 감염된 것으로 판단할 수 있다. 시료가 분석 대상 물질을 포함하는 것만으로는 질병에 감염된 것으로 볼 수 없는 질병군이 존재하기 때문에, 소정 강도 이상(즉, 시료에 포함된 분석 대상 물질이 많다는 것을 의미)의 형광이 검출되었을 때 해당 분석 대상 물질에 의한 질병의 감염이 있는 것으로 판단할 수 있다.
분석 장치에 의한 시료 분석 방법
먼저, 칩 설치부 구동부(미도시)의 구동에 의해 칩 설치부(320)가 하우징(310) 외부로 돌출되며, 시료 분석용 칩(100)의 제1 통공(H)과 제2 통공(h)이 안착 트레이(321)의 돌기(321a, 321b)에 결합함으로써, 시료 분석용 칩(100)이 안착 트레이(32)에 고정된다.
다음, 칩 설치부 구동부(미도시)의 구동에 의해 칩 설치부(320)가 하우징(310) 내부에 수납된다.
다음, 전술한 “시료 분석 방법”을 따르도록, 안착부(321)의 모터(322)가 회전하며, 분석 대상 물질을 포함하는 용리액과, 칵테일의 혼합물이 반응 챔버(180)에 투입된다.
다음, 시료 분석용 칩(100)이 회전하여 제2 히터(332)가 왁스 챔버(190)와 상하 정렬된다.
다음, 구동부(340)에 의해 가열부(330)가 시료 분석용 칩(100)에 가까워지는 방향으로 이동하며, 최종적으로 제2 히터(332)가 왁스 챔버(190)가 형성된 부분에 접촉하게 된다.
다음, 제2 히터(332)가 가열되고, 왁스 챔버(190)에 저장된 고체 상태의 왁스가 융해된다.
다음, 구동부(340)에 의해 가열부(330)가 시료 분석용 칩(100)에 멀어지는 방향으로 이동한다.
다음, 시료 분석용 칩(100)이 회전하여 융해된 왁스(오일)이 투입 채널(174)에 분주된다.
다음, 구동부(340)에 의해 가열부(330)가 시료 분석용 칩(100)에 가까워지는 방향으로 이동하며, 최종적으로 제1 히터(331)가 반응 챔버(180)가 형성된 부분에 접촉하게 된다.
다음, 제1 히터(331)가 기설정된 온도 사이클에 따르도록, 예를 들어 PCR 온도 사이클인 95°C -> 56°C -> 72°C의 온도로 가열되면서 반응 챔버(180)의 분석 대상 물질을 증폭시킨다. 여기에서, 제1 히터(331)의 온도 제어는, 제1 히터(331)와 연결된 펠티어 소자(333)에 공급되는 전류의 방향과 세기를 달리하면서 수행될 수 있다.
다음, 구동부(340)에 의해 가열부(330)가 시료 분석용 칩(100)에 멀어지는 방향으로 이동하며, 시료 분석용 칩(100)이 회전하여 반응 챔버(180)와 센서부(350)가 상하 정렬된다.
다음, 센서부(350)가 반응 챔버(180)를 향해 특정 파장의 광을 조사하고, 반응 챔버(180)에서 방출되는 특정 파장의 광(형광)을 검출하게 된다. 여기에서, 센서부(350)에 의한 광 검출 방식은 전술한 Point by point 또는 Moving scanning 방식이 이용될 수 있다.
다음, 연산 처리부(360)가 센서부(350)에서 검출된 형광 강도를 이용하여 각 반응 챔버(180)에서의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 시료의 질병 감염 여부를 판단하게 된다. 각 반응 챔버(180)에 저장된 서로 상이한 프라이머의 정보는 미리 연산 처리부(360)에 저장되어 있으며, 연산 처리부(360)는 예를 들어 기준 형광 강도를 갖는 반응 챔버(180)를 기준 반응 챔버로 결정하고, 결정된 기준 반응 챔버를 기준으로 다른 반응 챔버들을 결정함으로써 각 반응 챔버에서의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 시료의 질병 감염 여부를 판단할 수 있다.
제1 히터(331)에 의한 반응 챔버(180) 가열 과정과, 센서부(350)에 의한 광 검출 과정은 번갈아가며 수행될 수 있는데, 일 예로 제1 히터(331)가 한번의 PCR 온도 사이클에 따르도록 반응 챔버(180)를 가열시킨 후, 센서부(350)에 의한 광 검출 과정이 수행될 수 있으며, 다시 제1 히터(331)에 의한 가열 과정, 이후 센서부(350)에 의한 광 검출 과정이 번갈아가며 수행될 수 있다. 이를 통해, PCR 사이클이 진행됨에 따라 각 반응 챔버(180)의 형광 강도가 어떻게 변화하는지를 측정 가능하다. 이를 통해, 연산 처리부(360)가 시료의 질병 감염 여부를 손쉽게 판단하는 것이 가능하다. 질병마다, 기준 PCR 사이클 횟수에 따라 결정된 기준 감염 형광 강도가 설정되어 있으므로, PCR 사이클 수행시마다 반응 챔버(180)에서 검출되는 형광 강도 정보를 이용하여 시료의 질병 감염 여부를 판단할 수 있게 되는 것이다.
검증 실험 1
본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)의 우수성을 입증하기 위해 실험을 실시하였다.
시료 저장부(110)와, 세척액 저장부(130)에 노란색을 띄는 용액을 주입하고, 칵테일 저장부(150)와 용리액 저장부(160)에는 보라색을 띄는 용액을 주입하여, 도 10에 따른 과정을 통해 시료 분석용 칩(100)을 회전 및 정지를 반복하여 실험을 수행하였다.
실험 결과, 반응 챔버(180)에 보라색을 띄는 용액만이 투입되었으며, 폐기액 챔버(171)에 노란색을 띄는 용액만이 투입됨을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)은 각각의 용액이 목표하고자 하는 구성(폐기액 챔버 또는 반응 챔버)으로만 투입됨을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 분석하고자 하는 혼합물(용리액 + 분석 대상 물질 + 칵테일)만이 반응 챔버(180)에 도입됨을 확인할 수 있었다(도 13 참조).
검증 실험 2
종래 사용되었던 시료 분석용 칩과의 분석 대상 물질 포획 효율을 비교하기 위해 실험을 수행하였다.
도 23에 도시된 시료 분석용 칩과, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)에 동일한 양의 시료를 투입하고, 도 12a 내지 12l에 따른 과정을 통해 반응 챔버(180)에 투입된 혼합물의 PCR을 수행하였다. 그리고 카이젠 키트(Qiagen kit)에도 동일한 양의 시료를 투입하고, 추출 용액에 대한 PCR을 수행하였다.
또한, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)의 포획 통로(120)에 설치되는 글래스 필터를 이루는 실리카 비드의 층을 달리하면서(2중층, 3중층, 5중층) 각각의 포획 효율을 확인하였다.
실험 결과, 도 23에 도시된 종래의 시료 분석용 칩은 약 82.01%의 포획 효율을 보이고, 카이젠 키트의 경우 94.47%의 포획 효율을 보인 반면, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)은 90%를 상회하는, 특히 3중층의 실리카 비드로 이루어진 글래스 필터를 적용할 경우 99.94%에 이르는 포획 효율이 달성됨을 확인하였다. 카이젠 키트의 경우 시료 투입, 세척액 투입 등의 과정이 모두 수작업으로 이루어져야 한다는 점을 고려하면, 본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)은 편의성뿐만 아니라, 우수한 분석 대상 물질의 포획 효율이 달성됨을 확인할 수 있었다(도 14 및 15 참조).
검증 실험 3
본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)의 분석 장치(300)의 우수성을 검증하기 위해 검증 실험을 실시하였다.
먼저, 시료 분석용 칩(100)의 두께가 반경 방향 전체에 걸쳐 일정한 실시예(Thick disc)와, 반응 챔버(180)가 위치한 부분의 두께가 다른 부분보다 얇은 실시예(Thin disc)를 비교하여, 목표했던 온도 사이클대로 실제 반응 챔버(180)의 온도 제어가 수행될 수 있는지에 대한 검증 실험을 수행하였다.
검증 실험은 도 16에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(180)에 온도 센서를 삽입하여 반응 챔버(180)에 투입된 혼합물의 온도를 직접 측정하는 방식으로 수행되었다.
또한, 도 17에 도시된 바와 같이, Thick disc와 Thin disc 각각에 대해 구동부(340)를 서로 달리 제어하여 시료 분석용 칩(100)의 상부와 하부 모두가 제1 히터(331)와 접촉하여 가열되는 실시예(Top & Bottom), 시료 분석용 칩(100)의 하부만이 제1 히터(331)와 접촉하여 가열되는 실시예(Bottom), 시료 분석용 칩(100)의 상부만이 제1 히터(331)와 접촉하여 가열되는 실시예(Top)를 비교하여 반응 챔버(180)의 온도를 측정해보았다.
실험 결과, 도 18 내지 20에 도시된 바와 같이, 시료 분석용 칩(100)의 상부 또는 하부 어느 한 부분만을 가열하는 것보다는, 상부와 하부 모두를 가열하는 실시예(Top & Bottom)가 목표했던 온도 사이클(PCR 온도 사이클)과 유사한 온도로 반응 챔버(180)가 가열됨을 확인할 수 있었다. 그리고, 큰 차이는 없었지만 Thick disc보다는 Thin disc가 목표했던 온도 사이클과 유사한 온도로 반응 챔버(180)가 가열됨을 확인할 수 있었다.
검증 실험 4
본 발명에 따른 시료 분석용 칩(100)을 이용하여, 센서부(350)에서 검출되는 형광 강도를 이용하여 복수의 반응 챔버(180) 각각을 구분할 수 있는지에 대한 검증 실험을 수행하였다.
각각의 반응 챔버(Aref, A1 내지 A11)에 서로 다른 형광 강도를 갖는 물질들을 미리 수용시킨 후, 시료 분석용 칩(100)을 서로 다른 속도로 회전시키면서 센서부(350)에서 특정 파장의 빛을 반응 챔버(180)에 조사하고, 이로부터 발생하는 형광 신호를 측정하였다.
실험 결과, 시료 분석용 칩(100)의 회전 속도를 불문하고 예상했던 신호의 크기대로, 센서부(350)에서 각 반응 챔버(180)에서 발생하는 형광 신호를 검출할 수 있음을 입증하였으며, 복수의 반응 챔버(180)에서 발생하는 형광 신호를 구분할 수 있음을 입증하였다(도 21 및 22 참조).
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 시료 분석용 칩
110: 시료 저장부
120: 포획 통로
130: 세척액 저장부
140: 지연부
150: 칵테일 저장부
160: 용리액 저장부
170: 연결 챔버
171: 폐기액 챔버
172: 수집 챔버
174: 투입 채널
180: 반응 챔버
190: 왁스 저장부
200: 카트리지
300: 분석 장치
310: 하우징
320: 칩 설치부
330: 가열부
340: 구동부
350: 센서부
360: 연산 처리부
370: 출력부
400: 진동 방지부
110: 시료 저장부
120: 포획 통로
130: 세척액 저장부
140: 지연부
150: 칵테일 저장부
160: 용리액 저장부
170: 연결 챔버
171: 폐기액 챔버
172: 수집 챔버
174: 투입 채널
180: 반응 챔버
190: 왁스 저장부
200: 카트리지
300: 분석 장치
310: 하우징
320: 칩 설치부
330: 가열부
340: 구동부
350: 센서부
360: 연산 처리부
370: 출력부
400: 진동 방지부
Claims (15)
- 시료 저장부(110);
상기 시료 저장부(110)보다 반경 방향으로 외측에 위치하고, 상기 시료 저장부(110)에 투입된 시료가 전처리되는 전처리부; 및
상기 전처리부보다 반경 방향으로 외측에 위치하고, 상기 전처리부에 의해 전처리된 시료가 투입되는 반응 챔버(180)를 포함하는 시료 분석용 칩(100)이 설치되어 상기 반응 챔버(180) 내의 물질을 증폭시키고 상기 시료를 분석하는 장치로서,
상기 시료 분석용 칩(100)이 안착되며, 상기 시료 분석용 칩(100)을 회전시키는 모터(322)를 포함하는 칩 설치부(320);
상기 반응 챔버(180)에 대해 상하 정렬된 상태에서 상기 반응 챔버(180)에 가까워지거나 멀어지는 이동이 가능하도록 구성되고, 상기 반응 챔버(180)를 가열하는 제1 히터(331)를 포함하는, 가열부(330); 및
상기 반응 챔버(180)에 대해 상하 정렬되고, 상기 반응 챔버(180)에서 발생하는 형광을 검출 가능한 센서부(350);를 포함하는,
장치.
- 제1항에 있어서,
상기 시료 분석용 칩(100)은,
상기 반응 챔버(180)보다 반경 방향으로 내측에 위치하도록 상기 반응 챔버(180)와 연통하며, 내부에 고체 상태의 왁스(wax)가 저장되는 왁스 저장부(190)를 더 포함하며,
상기 가열부(330)는 상기 제1 히터(331)로부터 이격 설치되고, 상기 왁스 저장부(190)와 상하 정렬되어 상기 왁스 저장부(190)를 가열하는 제2 히터(332)를 더 포함하는,
장치.
- 제2항에 있어서,
상기 가열부(330)는 상기 제1 히터(331)와 연결 설치되는 펠티어 소자(333)를 더 포함하는,
장치.
- 제2항에 있어서,
상기 가열부(330)는 상기 반응 챔버(180)의 상측과 하측에 각각 설치되는,
장치.
- 제2항에 있어서,
상기 반응 챔버(180)는 복수개 구비되되, 복수 개의 반응 챔버(180)는 상기 시료 분석용 칩(100)의 원주 방향을 따라 형성되고,
상기 제1 히터(331)는 상기 원주 방향을 따라 연장 형성되는,
장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 히터(331)의 면적은 적어도 상기 복수의 반응 챔버(180) 모두를 커버하도록 구성되고,
상기 제2 히터(332)의 면적은 적어도 상기 왁스 챔버(190)를 커버하도록 구성되는,
장치.
- 제5항에 있어서,
상기 시료 분석용 칩(100)의 상기 반응 챔버(180)가 형성된 부분의 두께는 다른 부분보다 얇은,
장치.
- 제1항에 있어서,
상기 센서부(350)에 의해 검출되는 형광 강도에 기반하여 상기 시료 저장부(110)에 투입된 시료의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 상기 시료의 질병 감염 여부를 판단하는 연산 처리부(360);를 더 포함하는,
장치.
- 제3항에 따른 장치를 이용한 분석 방법으로서,
(a) 상기 시료 저장부(110)에 시료가 투입되는 단계;
(b) 상기 시료 분석용 칩이 기설정된 회전 속도로 기설정된 방향으로 회전하여 상기 (a) 단계에서 투입된 시료가 전처리되고, 전처리된 시료가 상기 반응 챔버(180)에 투입되는 단계;
(c) 상기 가열부(330)가 상기 시료 분석용 칩(100)에 가까워지는 방향으로 이동하는 단계;
(d) 상기 제2 히터(332)가 기설정된 온도로 가열되고, 상기 왁스 저장부(190)에 저장된 왁스가 융해되는 단계;
(e) 상기 시료 분석용 칩(100)이 기설정된 회전 속도로 기설정된 방향으로 회전하여 상기 (d) 단계에서 융해된 왁스가 상기 반응 챔버(180)보다 반경 방향 내측에 위치되는 투입 채널(174)에 투입되고 분주되는 단계;
(f) 상기 제1 히터(331)가 기설정된 반응의 온도 사이클을 따르도록 가열되는 단계; 및
(g) 상기 센서부(350)가 상기 반응 챔버(180)에서 발생하는 형광을 검출하는 단계;를 포함하는,
분석 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 (a) 단계는 상기 시료가 저장된 카트리지(200)가 상기 시료 분석용 칩(100)에 결합함으로써 상기 시료가 상기 시료 저장부(110)에 투입되는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계 이후 상기 (c) 단계 이전 상기 제2 히터(332)가 상기 왁스 저장부(190)와 상하 정렬되도록 상기 시료 분석용 칩(100)이 회전되는 단계를 더 포함하며,
상기 (f) 단계는 상기 제1 히터(331)가 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR), 역전사 중합효소 연쇄반응(Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction, RT-PCT) 및 등온 증폭 반응(Isothermal Amplification Reaction) 중 하나 이상의 반응의 온도 사이클에 따르도록 가열되어 상기 반응 챔버(180)에 투입된 시료가 증폭되는 단계를 더 포함하는,
분석 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 (f) 단계는,
상기 펠티어 소자(333)에 흐르는 전류의 세기와 방향을 제어함으로써 상기 펠티어 소자(333)와 연결된 상기 제1 히터(331)가 기설정된 반응의 온도 사이클을 따르도록 가열되는 단계를 더 포함하는,
분석 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 (f) 단계 이후, 상기 (g) 단계 이전,
상기 센서부(350)와 상기 반응 챔버(180)가 상하 정렬되도록 상기 시료 분석용 칩(100)이 회전되는 단계;를 더 포함하는,
분석 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 (g) 단계 이후,
(h) 연산 처리부(360)가 상기 (g) 단계에서 검출된 형광 강도에 기반하여 각 반응 챔버(180)에서의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 상기 시료의 질병 감염 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는,
분석 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (h) 단계는,
상기 연산 처리부(360)가, 복수의 반응 챔버(180)에 구비된 프라이머들의 종류와, 상기 센서부(350)에서 검출되는 각 반응 챔버(180)의 형광 강도의 조합 경우의 수를 이용하여, 상기 반응 챔버(180)에서의 분석 대상 물질 존재 여부 또는 상기 시료의 질병 감염 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는,
분석 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 복수의 반응 챔버(180) 중 적어도 하나의 반응 챔버에는 기준 형광 강도를 갖는 물질이 미리 저장되어 있으며,
상기 (h) 단계는,
상기 연산 처리부(360)가, 상기 센서부(350)에서 검출되는 각 반응 챔버(180)의 형광 강도 중 상기 기준 형광 강도에 매칭되는 반응 챔버(180)를 기준 반응 챔버로 결정하고, 결정된 기준 반응 챔버를 기준으로 다른 반응 챔버(180)의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는,
분석 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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