KR20220081789A - 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 검체를 카트리지에 넣고 장치를 구동시키는 것만으로 핵산 추출 및 증폭이 가능하며, 바디가 특정 각도로 회전 시 상기 바디에 형성된 유입홈과 연통되는 시약공급부가 달라져 상기 바디 내에 다른 종류의 시약이 유입되게 되어 핵산을 추출하기 위한 다양한 시약을 제때에 정확하게 공급할 수 있고, 바디의 회전과 승하강부의 승하강을 통해 폐 유체의 제거 및 피씨알부에 핵산을 간단히 공급할 수 있어, 분자 진단의 높은 민감도와 특이도를 구현하면서도 편리성을 향상시킬 수 있는 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치에 대한 것이다.

Description

분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치{Molecular Diagnosis Cartridge and Molecular Diagnosis Apparatus using the Same}
본 발명은 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 검체를 카트리지에 넣고 장치를 구동시키는 것만으로 핵산 추출 및 증폭이 가능하며, 바디가 특정 각도로 회전 시 상기 바디에 형성된 유입홈과 연통되는 시약공급부가 달라져 상기 바디 내에 다른 종류의 시약이 유입되게 되어 핵산을 추출하기 위한 다양한 시약을 제때에 정확하게 공급할 수 있고, 바디의 회전과 승하강부의 승하강을 통해 폐 유체의 제거 및 피씨알부에 핵산을 간단히 공급할 수 있어, 분자 진단의 높은 민감도와 특이도를 구현하면서도 편리성을 향상시킬 수 있는 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치에 대한 것이다.
분자 진단은 세포 내에서 일어나는 다양한 분자 수준의 변화를 검출하는 진단 기법으로, 일반적으로 하기의 특허 문헌에 기재된 바와 같이 검체로부터 핵산을 추출하고 중합효소 연쇄 반응(Polymerase chain reaction, PCR)에 의해 핵산을 증폭하여, 감염성 질환 등을 진단한다.
<특허문헌>
특허 제10-1667548호(2016. 10. 13. 등록) "회전 PCR 칩, 회전 RNA 전처리 칩 및 이를 이용한 RNA전처리 방법, 이들을 포함하는 회전 RT-PCR 칩, 이를 이용한 회전 RT-PCR 방법"
하지만, 종래의 분자 진단은 채취된 검체를 각종 추출 시약 및 장비를 이용하여 핵산 추출 과정을 진행하고, 이를 통해 얻어진 핵산을 증폭 시약과 섞는 과정을 거친 후 고가의 대형 Real time PCR 장비에 장착하여 결과를 확인하므로, 분자 진단 과정에서 여러 절차를 거쳐야 하여 불편하고, 고가의 대형 장비를 필요로 하여 경제성이 떨어지며 검출에 환경적 제약이 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 검체를 카트리지에 넣고 장치를 구동시키는 것만으로 핵산 추출 및 증폭이 가능하여, 분자 진단의 높은 민감도와 특이도를 구현하면서도 편리성을 향상시킬 수 있는 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 바디가 특정 각도로 회전 시, 상기 바디에 형성된 유입홈과 연통되는 시약공급부가 달라져, 상기 바디 내에 다른 종류의 시약이 유입되게 되어, 핵산을 추출하기 위한 다양한 시약을 제때에 정확하게 공급할 수 있는 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 바디의 회전과 승하강부의 승하강을 통해 폐 유체의 제거 및 피씨알부에 핵산을 공급할 수 있어, 핵산 추출 및 증폭 과정의 효율성을 향상시킬 수 있는 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 장치의 내부에 위치하여 검체로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 분자 진단 카트리지는 회전 가능하며, 검체 및 검체로부터 핵산을 추출하기 위해 사용되는 시약이 유입되는 바디와; 상기 바디 내에서 승하강하여 유체를 이동시키는 승하강부;를 포함하며, 상기 바디의 회전 각도를 조절함에 따라, 상기 바디 내에 다른 종류의 시약이 유입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 카트리지는 상기 분자 진단 장치의 내부에 고정되며, 상기 바디의 외주면을 따라 서로 일정 간격을 두고 위치하는 복수 개의 시약공급부를 추가로 포함하고, 상기 복수 개의 시약공급부 각각은 다른 시약을 공급하며, 상기 바디는 외측면에 관통 형성된 유입홈을 포함하고, 상기 바디의 회전 각도를 달리하는 경우, 상기 유입홈과 연통되는 시약공급부가 달라지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 카트리지에 있어서 상기 유입홈은 바디의 외면을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성되며, 복수 개의 유입홈 각각은 상하 위치를 달리하고, 상기 바디가 특정 각도로 회전 시, 상기 복수 개의 유입홈 중 어느 하나의 유입홈이 상기 복수 개의 시약공급부 중 어느 하나의 시약공급부과 연통되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 카트리지는 상기 승하강부의 상측에 결합하여 검체로부터 용해된 핵산을 포획하는 포획부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 카트리지는 상기 바디의 외측에 위치하며, PCR 시약을 수용하고, 상기 포획부로부터 용출된 핵산을 공급받아 중합 효소 연쇄 반응이 일어나는 피씨알부를 추가로 포함하며, 상기 승하강부가 상승하여 핵산을 포함하는 유체를 상측으로 밀어내어 상기 피씨알부에 핵산이 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 카트리지에 있어서 상기 피씨알부는 하면이 개방된 수용부와, 상기 수용부의 하면을 덮는 시트부와, 상기 수용부 내부에 위치하는 PCR 시약과, 상기 시트부의 하면의 외측에 형성되어 상기 피씨알부와 상기 바디를 결합시키는 접착부를 포함하며, 상기 포획부는 상면에서 돌출형성되는 돌출부를 포함하고, 상기 승하강부가 상승하여 돌출부가 바디의 중공을 통과해 시트부를 찢음으로써 핵산을 포함하는 유체가 수용부에 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 장치는 외형을 형성하는 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하는 분자 진단 카트리지와, 상기 바디를 회전시키는 회전구동부와, 상기 승하강부를 승하강시키는 승하강구동부와, 상기 회전구동부 및 승하강구동부의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 장치에 있어서 상기 카트리지는 상기 하우징의 내부에 고정되며, 상기 시약공급부와 일정 간격을 두고 상기 바디의 외측에 위치하여 바디 내의 폐 유체를 배출하는 배출부를 추가로 포함하고, 상기 바디는 상기 유입홈의 상측에 위치하며 상기 바디의 외측면에 관통형성되어, 상기 바디가 특정 각도로 회전 시 배출부의 말단과 연통되는 배출홈을 추가로 포함하며, 상기 시약공급부는 검체 및 검체를 용해시키는 용해 버퍼를 공급하는 제1공급부와, 포획부를 세정하기 위한 세정 버퍼를 공급하는 제2공급부와, 포획부에 포획된 핵산을 용출하기 위한 용출 버퍼를 공급하는 제3공급부를 포함하고, 상기 유입홈은 검체 및 용해 버퍼가 유입되는 제1홈과, 세정 버퍼가 유입되는 제2홈과, 용출 퍼버가 유입되는 제3홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 장치에 있어서 상기 컨트롤러는, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제1홈과 제1공급부가 연통되도록 하여, 검체 및 용해 버퍼가 바디 내부로 유입되어 반응하여 포획부에 핵산이 포획되도록 한 후, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 배출홈과 배출부가 연통되도록 하고, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 상승시켜 바디 내의 반응 후의 검체 및 용해 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출되도록 하는 용해조절부와, 상기 바디 내의 반응 후의 검체 및 용해 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출된 후, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 하강시키고 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제2홈과 제2공급부가 연통되도록 하여, 세정 버퍼가 바디 내부로 유입되어 포획부에서 불순물이 분리되도록 한 후, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 배출홈과 배출부가 연통되도록 하고, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 상승시켜 바디 내의 불순물 및 세정 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출되도록 하는 세척조절부와, 상기 바디 내의 불순물 및 세정 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출된 후, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 하강시키고 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제3홈과 제3공급부가 연통되도록 하여, 용출 버퍼가 바디 내부로 유입되어 포획부에서 핵산이 용출되도록 한 후, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제1공급부, 제2공급부, 제3공급부 및 배출부가 모두 바디와 연통되지 않도록 한 후, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 상승시켜 핵산을 포함하는 유체가 피씨알부에 공급되도록 하는 용출조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분자 진단 장치는 상기 하우징 내부에 위치하며 중합 효소 연쇄 반응에 의해 핵산이 증폭되도록 피씨알부를 가열하여는 온도모듈과, 상기 피씨알부에 광을 조사하고 촬영하여 특정 핵산의 존재 여부를 검출하는 검출부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 검체를 카트리지에 넣고 장치를 구동시키는 것만으로 핵산 추출 및 증폭이 가능하여, 분자 진단의 높은 민감도와 특이도를 구현하면서도 편리성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 바디가 특정 각도로 회전 시, 상기 바디에 형성된 유입홈과 연통되는 시약공급부가 달라져, 상기 바디 내에 다른 종류의 시약이 유입되게 되어, 핵산을 추출하기 위한 다양한 시약을 제때에 정확하게 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 바디의 회전과 승하강부의 승하강을 통해 폐 유체의 제거 및 피씨알부에 핵산을 공급할 수 있어, 핵산 추출 및 증폭 과정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지를 정면에서 바라본 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지를 배면에서 바라본 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지의 저면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지의 단면도.
도 6 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지를 이용하여 핵산의 추출 및 증폭하는 과정을 설명하기 위한 참고도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분자 진단 장치의 사시도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지가 분자 진단 장치의 하우징 내부에 결합되는 구조의 일 예를 설명하기 위한 참고도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지가 분자 진단 장치의 하우징 내에서 작동하는 과정을 설명하기 위한 참고도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분자 진단 장치의 컨트롤러의 블럭도.
본 발명에 따른 분자 진단 카트리지 및 이를 이용하는 분자 진단 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분자 진단 장치의 내부에 위치하여 검체로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 카트리지를 도 1 내지 14를 참조하여 설명하면, 상기 분자 진단 카트리지(1)는 회전 가능하며, 검체 및 검체로부터 핵산을 추출하기 위해 사용되는 시약이 유입되는 바디(11)와; 상기 바디(11) 내에서 승하강하여 유체를 이동시키는 승하강부(12)와; 상기 승하강부(12)의 상측에 결합하여 검체로부터 용해된 핵산을 포획하는 포획부(13)와; 상기 바디(11)의 외측에 위치하며, PCR 시약을 수용하고, 상기 포획부(13)로부터 용출된 핵산을 공급받아 중합 효소 연쇄 반응이 일어나는 피씨알부(14)와; 상기 분자 진단 장치의 내부에 고정되며, 상기 바디(11)의 외주면을 따라 서로 일정 간격을 두고 위치하는 복수 개의 시약공급부(15)와; 상기 시약공급부(15)와 일정 간격을 두고 상기 바디(11)의 외측에 위치하여 바디(11) 내의 폐 유체를 배출하는 배출부(16);를 포함하며, 상기 바디(11)의 회전 각도를 조절함에 따라, 상기 바디(11) 내에 다른 종류의 시약이 유입되는 것을 특징으로 한다. 상기 카트리지(1)의 구체적인 설명에 앞서, 상기 카트리지(1)가 상기 분자 진단 장치 내에 결합되는 구조를 살펴보면, 공지의 다양한 방법에 의해, 상기 카트리지(1)의 바디(11)는 상기 분자 진단 장치의 하우징(2) 내부에 회전 가능하게 결합하고, 상기 복수 개의 시약공급부(15)와, 배출부(16)는 상기 하우징(2) 내부에 고정되어 상기 바디(11)의 외주면을 따라 서로 일정 간격을 두고 인접하여 위치할 수 있는데, 일 예로 덮개부(22)가 제거된 분자 진단 장치를 상면에서 바라본 도 12에 도시된 바와 같이 링 모양의 가이드부(231)와, 상기 가이드부(231)의 외면과 하우징(2)의 내면을 연결하는 연결지지부(232)를 포함하는 지지프레임(23)을 이용하여 상기 카트리지(1)를 하우징 내부에 위치시킬 수 있으며, 구체적으로 상기 바디(11)는 가이드부(231)의 내부에 삽입되어 회전이 가이드되고, 상기 가이드부(231)의 내측면에는 길이 방향으로 함입홈(231a)이 형성되어 복수 개의 시약공급부(15), 배출부(16) 각각이 끼워져 상기 바디(11)의 외주면을 따라 서로 일정 간격을 두고 인접 위치하게 된다.
상기 바디(11)는 회전 가능하며, 검체 및 검체로부터 핵산을 추출하기 위해 사용되는 시약이 유입되는 구성으로, 상기 바디(11)는 분자 진단 장치의 하우징(2) 내부에 회전 가능하게 결합되고 상기 바디(11)의 외측면에는 바디(11)의 외주면을 따라 서로 일정 간격을 두고 복수 개의 시약공급부(15)와, 배출부(16)가 인접하여 위치하게 된다.
상기 바디(11)는 일정 형상을 가지나 바람직하게는 하면이 개방된 원통의 형상을 가지며, 상면에서 상하 관통형성된 중공(11a)과, 바디(11)의 외측면에 관통 형성된 복수 개의 유입홈(111)과, 상기 유입홈(111)의 상측에 위치하며 바디(11)의 외측면에 관통형성된 배출홈(112)을 포함한다.
상기 유입홈(111)은 바디(11)의 외면을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성되며, 복수 개의 유입홈(111) 각각은 상하 위치를 달리하고, 검체 및 용해 버퍼가 유입되는 제1홈(111a)과, 상기 제1홈(111a)의 상측에 위치하며 세정 버퍼가 유입되는 제2홈(111b)과, 상기 제2홈(111b)의 상측에 위치하며 용출 퍼버가 유입되는 제3홈(111c)을 포함한다.
상기 검체는 분석하고자 하는 핵산을 포함하는 것으로 의심되는 물질을 의미하며, 샘플, 시료로도 지칭될 수 있다. 상기 용해 버퍼(Lysis buffer)는 검체를 용해시키기 위해 사용되며, 공지의 다양한 용해 버퍼가 사용될 수 있으며, 예컨대 구아니딘 염 등의 카오트로픽제, 에틸렌디아민사아세테이스산 등의 킬레이트제, 트리하이드록시메틸아미노메탄 등의 완충염 등을 포함할 수 있다. 상기 세정 버퍼(Washing buffer)는 핵산이 포획된 포획부(13)를 세정하기 위해 사용되며, 공지의 다양한 세정 버퍼가 사용될 수 있으며, 예컨대 에탄올, 이소프로판올 등을 포함할 수 있다. 상기 용출 버퍼(Elution buffer)는 포획부(13)에 포획된 핵산을 용출하기 위해 사용되며, 공지의 다양한 용출 버퍼가 사용될 수 있으며, 예컨대 물 또는 TE(Tris-EDTA) 버퍼 등이 사용될 수 있다.
상기 승하강부(12)는 상기 바디(11) 내에서 승하강하여 유체를 이동시키는 구성으로, 일정 형상을 가지나 바람직하게는 원기둥의 형상을 가지며, 상기 승하강부(12)의 상면에는 후술할 포획부(13)가 위치하게 된다.
상기 포획부(13)는 상기 승하강부(12)의 상측에 결합하여 검체로부터 용해된 핵산을 포획하는 구성으로, 핵산을 포획할 수 있는 공지의 수단이 사용될 수 있으며, 예컨대 음전하를 가지는 핵산을 포획할 수 있도록 양전하를 가지는 실리카 멤브레인, 유리 섬유로 이루어진 다공성 물질 등이 사용될 수 있다. 상기 포획부(13)는 상면에서 돌출형성되는 돌출부(131)를 포함하며, 상기 돌출부(131)는 상측으로 갈수로 폭이 좁아지는 형태를 가지는 것이 바람직하다.
상기 피씨알부(14)는 상기 바디(11)의 외측에 위치하며, PCR 시약을 수용하고, 상기 포획부(13)로부터 용출된 핵산을 공급받아 중합 효소 연쇄 반응이 일어나는 구성으로, 하면이 개방된 수용부(141)와, 상기 수용부(141)의 하면을 덮는 시트부(142)와, 상기 수용부(141) 내부에 위치하는 PCR 시약(143)과, 상기 시트부(142)의 하면의 외측에 형성되어 상기 피씨알부(14)와 상기 바디(11)를 결합시키는 접착부(144) 등을 포함한다. 상기 수용부(141)는 다양한 소재로 이루어질 수 있으나, 예컨대 열에 의해 변형되지 않는 투명한 소재로 이루어질 수 있고, 상기 시트부(142)는 다양한 소재로 이루어질 수 있으나, 예컨대 뾰족한 물건에 의해 쉽게 찢어지는 합성 수지 등이 사용될 수 있으며, 상기 PCR 시약(143)은 핵산과 혼합되어 온도 조절에 따라 중합 효소 연쇄 반응이 이루어지도록 하는 구성으로, 공지의 다양한 PCR 시약이 사용될 수 있으며, 예컨대 Primer, DNA polymerase, dNTP 등을 포함할 수 있다. 상기 승하강부(12)가 상승하여 돌출부(131)가 바디(11)의 중공(11a)을 통과해 시트부(142)를 찢음으로써 핵산을 포함하는 유체가 수용부(141)에 공급되고, 이후 온도모듈(미도시)을 통해 변성, 어닐링, 신장 과정 등이 이루어질 수 있도록 피씨알부(14)를 가열하는 경우, 중합 효소 연쇄 반응이 이루어져 핵산이 증폭되게 되는데, 상기 피씨알부(14)는 접착부(144)에 의해 상기 바디(11)의 상면에 결합하므로, 중합 효소 연쇄 반응이 이루어져 분석이 끝난 후에는 상기 피씨알부(14)를 잡아 당기는 방법 등을 통해 용이하게 제거할 수 있으며, 사용되지 않은 피씨알부(14)는 바디(11)의 상면에 접착시켜 용이하게 결합시킬 수 있다. 즉, 상기 피씨알부(14)는 착탈식으로 상기 바디(11)의 상면에 결합하게 된다.
상기 시약공급부(15)는 진단 장치의 내부에 고정되며, 상기 바디(11)의 외주면을 따라 서로 일정 간격을 두고 복수 개가 위치하는 구성으로, 상기 복수 개의 시약공급부(15) 각각은 다른 시약을 공급한다.
상기 시약공급부(15)는 검체 및 검체를 용해시키는 용해 버퍼를 공급하는 제1공급부(151)와, 상기 포획부(13)를 세정하기 위한 세정 버퍼를 공급하는 제2공급부(152)와, 상기 포획부(13)에 포획된 핵산을 용출하기 위한 용출 버퍼를 공급하는 제3공급부(153)를 포함한다. 상기 제1공급부(151)는 외측면의 하측에 관통 형성되어 상단에서 유입된 검체 및 용해 버퍼를 배출하는 제1공급홈(151a)을 포함하고, 상기 제2공급부(152)는 외측면 하측에 관통 형성되어 상단에서 유입된 세정 버퍼를 배출하는 제2공급홈(152a)을 포함하고, 상기 제3공급부(153)는 외측면의 하측에 관통 형성되어 상단에서 유입된 용출 퍼버를 배출하는 제3공급홈(153a)을 포함한다. 상기 제1홈(111a)과 제1공급홈(151a)은 바디의 하면으로부터 동일 높이에 형성되고, 상기 제2홈(111b)과 제2공급홈(152a)은 바디의 하면으로부터 동일 높이에 형성되며, 상기 제3홈(111c)과 제3공급홈(153a)은 바디의 하면으로부터 동일 높이에 형성되고, 상기 제3홈(111c) 및 제3공급홈(153a)은 상기 제2홈(111b) 및 제2공급홈(152a)보다 상측에 위치하고, 상기 제2홈(111b) 및 제2공급홈(152a)은 상기 제1홈(111a) 및 제1공급홈(151a)보다 상측에 위치하며, 상기 제1홈(111a), 제2홈(111b) 및 제3홈(111c) 서로 간의 간격은 제1공급홈(151a), 제2공급홈(152a) 및 제3공급홈(153a) 서로 간의 간격과 차이가 나므로, 바디(11)를 회전시켜 제1홈(111a)과 제1공급홈(151a)을 연통시키는 경우, 제2공급홈(152a) 및 제3공급홈(153a)은 바디(11)에 의해 막혀지고, 이후 바디(11)를 회전시켜 제2홈(111b)과 제2공급홈(152a)을 연통시키는 경우, 제1공급홈(151a) 및 제3공급홈(153a)은 바디(11)에 의해 막혀지고, 이후 바디(11)를 회전시켜 제3홈(111a)과 제3공급홈(153a)을 연통시키는 경우, 제1공급홈(151a) 및 제2공급홈(152a)은 바디(11)에 의해 막혀지게 된다. 따라서, 바디가 특정 각도로 회전 시, 상기 복수 개의 유입홈 중 어느 하나의 유입홈이 상기 복수 개의 시약공급부 중 어느 하나의 시약공급부와 연통되게 되며, 즉 상기 바디의 회전 각도를 달리하는 경우, 상기 유입홈과 연통되는 시약공급부가 달라져, 상기 바디 내에 다른 종류의 시약이 유입되게 된다. 한편, 도시하지는 않았지만, 상기 시약공급부(15)는 내부를 개폐하는 밸브와, 바디에 결합하여 제1, 2, 3공급홈의 외측을 에워싸는 오링과 같은 수밀부재를 추가로 포함할 수 있다.
상기 배출부(16)는 상기 하우징(2)의 내부에 고정되며, 상기 시약공급부(15)와 일정 간격을 두고 상기 바디(11)의 외측에 위치하여 바디(11) 내의 폐 유체를 배출하는 구성이다. 상기 배출부(16)는 외측면의 상측에 관통 형성되어 바디(11)로부터 배출된 폐 유체가 유입되는 배출부홈(161)을 포함한다.
상기 배출홈(112)과 배출부홈(161)은 바디(11)의 하면으로부터 동일 높이에 형성되며, 상기 배출홈(112) 및 배출부홈(161)은 상기 제3홈(111c) 및 제3공급홈(153a)보다 상측에 위치하고, 바디(11)를 회전시켜 배출홈(112)과 배출부홈(161)을 연통시키는 경우, 제1공급홈(151a), 제2공급홈(152a) 및 제3공급홈(153a)은 바디(11)에 의해 막혀지게 되어, 상기 바디(11)가 특정 각도로 회전 시, 상기 배출홈(112)과 배출부홈(161)은 연통되어 폐 유체를 외부로 배출할 수 있게 된다. 한편, 도시하지는 않았지만, 상기 배출부(15)는 내부를 개폐하는 밸브와, 바디에 결합하여 배출부홈의 외측을 에워싸는 오링과 같은 수밀부재를 추가로 포함할 수 있다. 상기 배출부(16)의 하단은 개방되거나, 폐쇄되는 형태를 가질 수 있으며, 하단이 개방되는 형태를 가지는 경우 폐 유체는 배출부(16)의 외부로 배출되게 되며, 하단이 폐쇄되는 형태를 가지는 경우 폐 유체는 배출부(16) 내에 위치하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분자 진단 장치를 도 1 내지 14를 참조하여 설명하면, 상기 분자 진단 장치는 카트리지(1), 하우징(2), 회전구동부(3), 승하강구동부(4), 온도모듈(미도시), 검출모듈(미도시), 디스플레이(5), 컨트롤러(6) 등을 포함한다. 상기 카트리지(1)는 앞서 설명한 카트리지(1)가 사용되므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 하우징(2)은 분자 진단 장치의 외형을 형성하며 분자 진단 장치를 구성하는 부품을 수용하는 구성으로, 상면이 개방된 몸체부(21)와, 탈착식으로 몸체부(21)의 상면을 덮는 덮개부(22)와, 상기 몸체부(21) 내부에 형성되어 상기 카트리지(1)를 상기 몸체부(21) 내부에 결합시키는 지지프레임(23) 등을 포함한다. 상기 몸체부(21)의 전면에는 분석 결과를 표시하는 디스플레이(5)가 위치하게 된다. 상기 지지프레임(23)은 앞서 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 회전구동부(3)는 상기 바디(11)를 회전시키는 구성으로, 상기 바디(11)를 회전시킬 수 있는 종래의 다양한 수단이 이용될 수 있으며, 예컨대, 몸체부(21)의 내측 하면에 결합하는 구동모터(31)와, 상기 구동모터(31)의 축에 결합하여 회전하는 회전판(32)과, 상기 회전판(32)과 바디(11)의 외면 하측을 연결하는 회전연결부(33)를 포함하여, 구동모터(31)를 작동시키는 경우 회전판(31)이 회전하여 바디(11)가 회전하게 된다.
상기 승하강구동부(4)는 상기 승하강부(12)를 승하강시키는 구성으로, 상기 바디(11)의 회전과 간섭없이 상기 승하강부(12)를 승하강시킬 수 있는 종래의 다양한 수단이 이용될 수 있으며, 예컨대, 회전판(31)의 상면에 결합하여 승하강부(12)의 하면을 밀고 당겨 승하강부(12)를 승하강시킬 수 있는 리니어 모터, 유압 실린더 등이 사용될 수 있다.
상기 온도모듈(미도시)은 피씨알부(14)의 상측에 위치하며, 상기 컨트롤러(6)에 의해 제어되어, 피씨알부(14)에서 중합 효소 연쇄 반응에 의해 핵산이 증폭되도록, 상기 피씨알부(14)가 변성(90 ~ 96℃), 어닐링(50 ~ 65℃), 신장(68 ~ 74℃) 과정에 필요한 온도를 가지도록 열을 공급하는 구성이다. 상기 온도모듈은 상기 피씨알부를 특정 온도로 가열할 수 있는 종래의 다양한 수단이 사용될 수 있으며, 예컨대 히팅 플레이트가 사용될 수 있다.
상기 검출부(미도시)는 상기 온도모듈과 일정 간격 이격되어 위치하며, PCR을 수행한 후 상기 피씨알부(14)에 광을 조사하고 촬영하여 특정 핵산의 존재 여부를 검출하는 구성이다. 상기 검출부가 촬영된 영상을 분석하여 핵산의 존재 여부를 판단하는 방법은 공지의 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 컨트롤러(6)는 상기 분자 진단 장치의 작동을 제어하는 구성으로, 상기 바디(11) 내에 검체 및 용해 버퍼가 유입되어 반응하여 핵산이 용출되고 용출된 핵산이 포획부(13)에 포획되도록 회전구동부(3) 및 승하강부(4)를 제어하는 용해조절부(61)와, 상기 바디(11) 내에 세정 용액이 유입되어 포획부(13)에서 불순물이 제거되도록 회전구동부(3) 및 승하강부(4)를 제어하는 세척조절부(61)와, 상기 바디(11) 내에 용출 버퍼가 유입되어 포획부(13)에서 핵산이 용출되도록 한 후 핵산을 포함하는 유체가 피씨알부(14)에 공급되도록 회전구동부(3) 및 승하강부(4)를 제어하는 용출조절부(63)와, 핵산이 피씨알부(14)에 공급된 후 상기 피씨알부(14)에서 중합 효소 연쇄 반응이 이루어져 핵산이 증폭될 수 있도록 상기 온도모듈을 제어하는 온도조절부(64)와, 핵산 증폭 과정이 수행된 후 상기 검출부를 제어하여 피씨알부(14)에 광을 조사하고 촬영되도록 한 후, 촬영 영상을 분석하여 특정 핵산의 존재 여부를 판단하여 그 결과를 디스플레이(5)에 표시하는 검출조절부(65)와, 상기 분석 진단 장치의 작동에 필요한 정보 및 상기 장치에서 생성되는 정보를 저장하는 저장부(66)와, 상기 컨트롤러(6)의 전체적인 작동을 제어하는 제어부(67) 등을 포함한다.
상기와 같은 분자 진단 장치에서 진단을 수행하는 과정을 살펴보면, 제1공급홈(151a), 제2공급홈(152a) 및 제3공급홈(153a)이 바디(11)에 의해 막혀 있고 승하강부(12)가 하측에 있는 상태에서, 제1공급부(151)의 상단을 통해 검체와 용해 퍼버를 투입하고, 제2공급부(152)의 상단을 통해 세정 용액을 투입하고, 제3공급부(153)의 상단을 통해 용출 용액을 공급하고, 상기 분자 진단 장치를 작동시키면, 상기 용해조절부(61)가 상기 회전구동부(3)를 제어하여 상기 바디(11)를 회전시켜 도 6에 도시된 바와 같이 제1홈(111a)과 제1공급홈(151a)이 연통되도록 하면, 제1공급부(151) 내부에 있던 검체와 용해 버퍼가 제1공급홈(151a) 및 제1홈(111a)을 차례로 통과하여 바디(11) 내부에 유입되어 상기 포획부(13)의 상측에 위치하고, 반응하여 용출된 핵산이 상기 포획부(13)에 포획되게 된다. 이후, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 용해조절부(61)가, 상기 회전구동부(3)를 제어하여 상기 바디(11)를 회전시켜 배출홈(112)과 배출부홈(161)이 연통되도록 하고, 상기 승하강구동부(4)를 제어하여 상기 승하강부(12)를 상승시키면, 바디(11) 내의 반응 후의 검체 및 용해 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출홈(112) 및 배출부홈(161)을 차례로 통과하여 바디(11) 외부로 배출되게 된다.
이후, 상기 세척조절부(62)가 상기 승하강구동부(4)를 제어하여 상기 승하강부(12)를 하강시키고 상기 회전구동부(3)를 제어하여 상기 바디(1)를 회전시켜 도 8에 도시된 바와 같이 제2홈(111b)과 제2공급홈(152a)을 연통시키면, 제2공급부(152) 내부에 있던 세정 버퍼가 제2공급홈(152a) 및 제2홈(111b)을 차례로 통과하여 바디(11) 내부에 유입되어 포획부(13)에서 불순물이 분리되게 된다. 이후, 상기 세척조절부(62)가 상기 회전구동부(3)를 제어하여 상기 바디(11)를 회전시켜 배출홈(112)과 배출부홈(161)이 연통되도록 하고, 상기 승하강구동부(4)를 제어하여 상기 승하강부(12)를 상승시키면, 바디(11) 내의 불순물 및 세정 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출홈(112) 및 배출부홈(161)을 차례로 통과하여 바디(11) 외부로 배출되게 된다.
이후, 상기 용출조절부(63)가 상기 승하강구동부(4)를 제어하여 상기 승하강부(12)를 하강시키고 상기 회전구동부(3)를 제어하여 상기 바디(1)를 회전시켜 도 9에 도시된 바와 같이 제3홈(111c)와 제3공급홈(153a)를 연통시키면, 제3공급부(153) 내부에 있던 용출 버퍼가 제3공급홈(153a) 및 제3홈(111c)을 차례로 통과하여 바디(11) 내부에 유입되어 포획부(13)에서 핵산 용출되게 된다. 이후, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 용출조절부(63)가 상기 회전구동부(3)를 제어하여 상기 바디(11)를 회전시켜 제1공급홈(151a), 제2공급홈(152a), 제3공급홈(153a) 및 배출부홈(161)이 모두 바디(11)에 의해 막혀지도록 한 후, 상기 용출조절부(63)가 상기 승하강구동부(4)를 제어하여 상기 승하강부(12)를 상승시켜 돌출부(131)가 바디(11)의 중공(11a)을 통과해 시트부(142)를 찢음으로써 핵산을 포함하는 유체가 수용부(141)에 공급되게 된다.
이후, 상기 온도조절부(64)가 온도모듈을 제어하여 상기 피씨알부(14)에서 중합 효소 연쇄 반응이 이루어져 핵산이 증폭되도록 한 후, 상기 검출조절부(65)가 검출부를 제어하여 피씨알부(14)에 광을 조사하고 촬영되도록 하고, 촬영 영상을 분석하여 특정 핵산의 존재 여부를 판단하여 그 결과를 디스플레이(5)에 표시하게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 카트리지 2: 하우징 3: 회전구동부
4: 승하강구동부 5: 디스플레이 6: 컨트롤러
11: 바디 12: 승하강부 13: 포획부
14: 피씨알부 15: 시약공급부 16: 배출부
21: 몸체부 22: 덮개부 23: 지지프레임
31: 구동모터 32: 회전판 33: 회전연결부
61: 용해조절부 62: 세척조절부 63: 용출조절부
64: 온도조절부 65: 검출조절부 66: 저장부
67: 제어부 11a: 중공 111: 유입홈
112: 배출홈 131: 돌출부 141: 수용부
142: 시트부 143: PCR 시약 144: 접착부
151: 제1공급부 152: 제2공급부 153: 제3공급부
161: 배출부홈 231: 가이드부 232: 연결지지부
111a: 제1홈 111b: 제2홈 111c: 제3홈
151a: 제1공급홈 152a: 제2공급홈 153a: 제3공급홈
231a: 함입홈

Claims (10)

  1. 분자 진단 장치의 내부에 위치하여 검체로부터 핵산을 추출 및 증폭하는 카트리지에 있어서,
    상기 카트리지는 회전 가능하며, 검체 및 검체로부터 핵산을 추출하기 위해 사용되는 시약이 유입되는 바디와; 상기 바디 내에서 승하강하여 유체를 이동시키는 승하강부;를 포함하며,
    상기 바디의 회전 각도를 조절함에 따라, 상기 바디 내에 다른 종류의 시약이 유입되는 것을 특징으로 하는 분자 진단 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분자 진단 카트리지는 상기 분자 진단 장치의 내부에 고정되며, 상기 바디의 외주면을 따라 서로 일정 간격을 두고 위치하는 복수 개의 시약공급부를 추가로 포함하고, 상기 복수 개의 시약공급부 각각은 다른 시약을 공급하며,
    상기 바디는 외측면에 관통 형성된 유입홈을 포함하고,
    상기 바디의 회전 각도를 달리하는 경우, 상기 유입홈과 연통되는 시약공급부가 달라지는 것을 특징으로 하는 분자 진단 카트리지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입홈은 바디의 외면을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성되며, 복수 개의 유입홈 각각은 상하 위치를 달리하고,
    상기 바디가 특정 각도로 회전 시, 상기 복수 개의 유입홈 중 어느 하나의 유입홈이 상기 복수 개의 시약공급부 중 어느 하나의 시약공급부과 연통되는 것을 특징으로 하는 분자 진단 카트리지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분자 진단 카트리지는 상기 승하강부의 상측에 결합하여 검체로부터 용해된 핵산을 포획하는 포획부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 분자 진단 카트리지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분자 진단 카트리지는 상기 바디의 외측에 위치하며, PCR 시약을 수용하고, 상기 포획부로부터 용출된 핵산을 공급받아 중합 효소 연쇄 반응이 일어나는 피씨알부를 추가로 포함하며,
    상기 승하강부가 상승하여 핵산을 포함하는 유체를 상측으로 밀어내어 상기 피씨알부에 핵산이 공급되는 것을 특징으로 하는 분자 진단 카트리지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피씨알부는 하면이 개방된 수용부와, 상기 수용부의 하면을 덮는 시트부와, 상기 수용부 내부에 위치하는 PCR 시약과, 상기 시트부의 하면의 외측에 형성되어 상기 피씨알부와 상기 바디를 결합시키는 접착부를 포함하며,
    상기 포획부는 상면에서 돌출형성되는 돌출부를 포함하고,
    상기 승하강부가 상승하여 돌출부가 바디의 중공을 통과해 시트부를 찢음으로써 핵산을 포함하는 유체가 수용부에 공급되는 것을 특징으로 하는 분자 진단 카트리지.
  7. 외형을 형성하는 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하는 제6항의 분자 진단 카트리지와, 상기 바디를 회전시키는 회전구동부와, 상기 승하강부를 승하강시키는 승하강구동부와, 상기 회전구동부 및 승하강구동부의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 분자 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 하우징의 내부에 고정되며, 상기 시약공급부와 일정 간격을 두고 상기 바디의 외측에 위치하여 바디 내의 폐 유체를 배출하는 배출부를 추가로 포함하고,
    상기 바디는 상기 유입홈의 상측에 위치하며 상기 바디의 외측면에 관통형성되어, 상기 바디가 특정 각도로 회전 시 배출부의 말단과 연통되는 배출홈을 추가로 포함하며,
    상기 시약공급부는 검체 및 검체를 용해시키는 용해 버퍼를 공급하는 제1공급부와, 포획부를 세정하기 위한 세정 버퍼를 공급하는 제2공급부와, 포획부에 포획된 핵산을 용출하기 위한 용출 버퍼를 공급하는 제3공급부를 포함하고,
    상기 유입홈은 검체 및 용해 버퍼가 유입되는 제1홈과, 세정 버퍼가 유입되는 제2홈과, 용출 퍼버가 유입되는 제3홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 분자 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제1홈과 제1공급부가 연통되도록 하여, 검체 및 용해 버퍼가 바디 내부로 유입되어 반응하여 포획부에 핵산이 포획되도록 한 후, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 배출홈과 배출부가 연통되도록 하고, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 상승시켜 바디 내의 반응 후의 검체 및 용해 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출되도록 하는 용해조절부와,
    상기 바디 내의 반응 후의 검체 및 용해 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출된 후, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 하강시키고 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제2홈과 제2공급부가 연통되도록 하여, 세정 버퍼가 바디 내부로 유입되어 포획부에서 불순물이 분리되도록 한 후, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 배출홈과 배출부가 연통되도록 하고, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 상승시켜 바디 내의 불순물 및 세정 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출되도록 하는 세척조절부와,
    상기 바디 내의 불순물 및 세정 버퍼를 포함하는 폐 유체가 배출된 후, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 하강시키고 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제3홈과 제3공급부가 연통되도록 하여, 용출 버퍼가 바디 내부로 유입되어 포획부에서 핵산이 용출되도록 한 후, 상기 회전구동부를 제어하여 상기 바디를 회전시켜 제1공급부, 제2공급부, 제3공급부 및 배출부가 모두 바디와 연통되지 않도록 한 후, 상기 승하강구동부를 제어하여 상기 승하강부를 상승시켜 핵산을 포함하는 유체가 피씨알부에 공급되도록 하는 용출조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분자 진단 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분자 진단 장치는 상기 하우징 내부에 위치하며 중합 효소 연쇄 반응에 의해 핵산이 증폭되도록 피씨알부를 가열하여는 온도모듈과, 상기 피씨알부에 광을 조사하고 촬영하여 특정 핵산의 존재 여부를 검출하는 검출부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 분자 진단 장치.
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