KR20220160380A - Apparatus for controlling temperature of pcr device using thermoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature control device for a gene amplification device.
중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 DNA의 원하는 부분을 복제, 증폭시키는 분자생물학적인 기술이다. 중합효소 연쇄 반응 단계는 일반적으로 DNA 변성(denaturation), Primer 결합(annealing) 및 DNA 합성(elongation)의 3단계를 거친다. 위 3단계를 반복하여 실험이 실행되며 각각의 단계는 상이한 온도에서 실행된다. Polymerase chain reaction (PCR) is a molecular biological technique that copies and amplifies a desired part of DNA. The polymerase chain reaction generally goes through three steps: DNA denaturation, primer binding (annealing), and DNA synthesis (elongation). The experiment is run by repeating the above three steps, each step being run at a different temperature.
DNA 변성과정은 DNA가닥을 분리하는 과정으로 주로 92℃~95℃에서 이루어 진다. Primer 결합과정은 DNA primer가 DNA에 결합하는 단계로 주로 50~60℃에서 이루어 진다. DNA 합성과정은 DNA polymerase에 의해 DNA복제가 일어나는 단계로 주로 72℃에서 이루어진다.DNA denaturation is a process of separating DNA strands and is mainly performed at 92℃~95℃. The primer binding process is a step in which a DNA primer binds to DNA, and is mainly performed at 50~60℃. The DNA synthesis process is a stage in which DNA replication occurs by DNA polymerase, and is mainly performed at 72℃.
종래에는 설정온도에 도달하기 위해 전류를 흘려주면 한쪽 면은 열을 방출하고 한쪽 면은 열을 흡수하는 펠티어 효과를 이용한 펠티어 소자가 활용되었다. 그러나 단일의 펠티어 소자를 활용하면 단계 별로 온도가 변화할 때 일정 시간이 소요되어, 전체 유전자의 증폭 시간이 증가할 뿐만 아니라, 유전자의 생산수율이 감소하는 문제점을 가지고 있었다.Conventionally, when a current is passed to reach a set temperature, a Peltier element using a Peltier effect in which one side emits heat and the other side absorbs heat has been utilized. However, when a single Peltier device is used, it takes a certain amount of time when the temperature changes for each step, which not only increases the amplification time of all genes, but also has a problem in that the yield of genes decreases.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 PCR 공정 시 단계 별로 온도가 변화할 때 소요되는 시간을 줄일 수 있는 구조를 가진 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.In order to solve the above problem, an object of the present invention is to provide a temperature control device of a gene amplification device having a structure capable of reducing the time required when the temperature is changed in each step during the PCR process.
본 발명의 일 측면에 따른 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치는, 프레임부, 상기 프레임부의 내부에 위치하며, 내부에 시료를 수용하고 외부 열을 상기 시료로 전달하는 반응용기, 상기 프레임부의 일측에 위치하고, 상기 반응용기의 하측에서 이동하며 상기 시료의 온도를 조절하는 온도조절부, 상기 온도조절부와 연결되어, 상기 온도조절부를 이동시키는 구동부 및 상기 프레임부의 타측에 위치하여, 상기 구동부에 의한 상기 온도조절부의 이동을 제어하는 이동제어부를 포함할 수 있다.A temperature control device for a gene amplification device according to an aspect of the present invention includes a frame part, a reaction container located inside the frame part, accommodating a sample therein and transferring external heat to the sample, and located on one side of the frame part. , A temperature control unit that moves from the lower side of the reaction vessel and controls the temperature of the sample, a drive unit connected to the temperature control unit and moving the temperature control unit, and located on the other side of the frame unit, the temperature control unit by the drive unit A movement control unit for controlling the movement of the control unit may be included.
상기 프레임부는, 하부 프레임 및 상기 하부 프레임에 결합되어, 외부로의 열 이동을 막는 단열 프레임을 포함할 수 있다.The frame unit may include a lower frame and an insulating frame coupled to the lower frame to prevent heat transfer to the outside.
상기 온도조절부는, 상기 반응용기를 가열 또는 냉각시키는 복수 개의 열전소자를 포함할 수 있다.The temperature controller may include a plurality of thermoelectric elements for heating or cooling the reaction vessel.
상기 열전소자는 각각 다른 설정온도로 맞춰질 수 있다.The thermoelectric elements may be adjusted to different set temperatures, respectively.
상기 온도조절부는, 상기 열전소자의 일면에 접촉하는 냉각블록을 더 포함할 수 있다.The temperature controller may further include a cooling block contacting one surface of the thermoelectric element.
상기 온도조절부는, 상기 냉각블록의 타면에 접촉하는 냉각팬을 더 포함할 수 있다.The temperature controller may further include a cooling fan contacting the other surface of the cooling block.
상기 이동제어부는, 상기 하부 프레임에 결합되어, 입력신호가 입력되는 입력모듈, 상기 입력모듈과 연결되어, 상기 입력신호를 바탕으로 제어신호 및 출력신호를 보내는 제어모듈 및 상기 제어모듈과 연결되어, 상기 출력신호를 출력하는 출력모듈을 포함할 수 있다.The movement control unit is coupled to the lower frame, is connected to an input module to which an input signal is input, is connected to the input module, and is connected to a control module that sends a control signal and an output signal based on the input signal and the control module, An output module outputting the output signal may be included.
상기 구동부는, 상기 제어모듈과 연결되어, 상기 제어신호에 따라 구동되는 구동모터, 상기 구동모터에 연결되어, 상기 열전소자를 이동시키는 열전소자 이동모듈을 포함할 수 있다.The driving unit may include a driving motor connected to the control module and driven according to the control signal, and a thermoelectric element moving module connected to the driving motor to move the thermoelectric element.
상기 열전소자 이동모듈은 상기 구동모터에 연결된, 제1 기어, 상기 하부 프레임에 결합되며, 상기 열전소자의 이동경로를 안내하는 가이드 레일, 상기 가이드레일과 결합되고, 상기 열전소자와 연결되어 상기 가이드 레일을 슬라이딩 하는 가이드 블록 및 상기 가이드 블록에 결합되며, 상기 제1 기어와 맞물리는, 제2 기어를 포함할 수 있다.The thermoelectric element movement module is coupled to a first gear connected to the driving motor, a guide rail coupled to the lower frame, and coupled to a guide rail for guiding a movement path of the thermoelectric element, coupled to the guide rail, and connected to the thermoelectric element to form the guide It may include a guide block sliding on the rail and a second gear coupled to the guide block and meshed with the first gear.
상기 반응용기는, 적어도 하나 이상의 홈이 형성된 웰 블록 및 상기 홈에 끼워지는 상기 시료를 담는 튜브를 포함할 수 있다.The reaction vessel may include a well block having at least one groove formed thereon and a tube containing the sample inserted into the groove.
본 발명의 일 측면에 따른 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치는, 상기 하부 프레임에 결합되며, 제1 방향으로 연장된 높이조절기둥, 상기 높이조절기둥에 결합되어, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 돌출되며 상기 제1 방향으로 높이조절 가능한 상부판 및 상기 상부판에 결합되어, 상기 웰 블록의 상기 홈과 대응되게 형성된 돌출파트를 포함하는 헤드부를 더 포함할 수 있다.In the temperature control device of the gene amplification device according to one aspect of the present invention, a height adjustment column coupled to the lower frame and extending in a first direction, and a second height adjustment column coupled to the height adjustment column and intersecting the first direction The head portion may further include a top plate protruding in a direction and adjustable in height in the first direction, and a protruding part coupled to the top plate and formed to correspond to the groove of the well block.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치는 각 단계별로 온도를 시간의 지연없이 신속하게 변화시킬 수 있다.As described above, the temperature control device of the gene amplification device according to one aspect of the present invention can rapidly change the temperature at each step without time delay.
이에 따라 반응시료의 온도를 안정적으로 제어할 수 있고 전체적인 PCR공정 소요시간을 단축시킬 수 있으며, 정확한 온도제어를 통한 유전자 생산수율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the temperature of the reaction sample can be stably controlled, the overall PCR process time can be shortened, and the gene production yield can be improved through accurate temperature control.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치의 측면 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II'을 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부 및 이동제어부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 중합효소 연쇄 반응의 온도변화 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자가 이동하는 단계의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 구역을 가진 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치의 측면 사시도이다.1 is a side perspective view of a temperature control device of a gene amplification device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II′ of FIG. 1 .
3 is a diagram schematically illustrating a driving unit and a movement control unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a plan view of Figure 3;
5 is a temperature change graph of a polymerase chain reaction.
6 is a flowchart of a step of moving a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
7 is a side perspective view of a temperature control device of a gene amplification device having a plurality of zones according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'having' are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, in the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a temperature control device of a gene amplification device according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치의 측면 사시도이다. 도 2는 도 1의 II-II'을 따라 자른 개략적인 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부 및 이동제어부의 측면 사시도이다. 도 4는 도 3의 평면도이다.1 is a side perspective view of a temperature control device of a gene amplification device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II′ of FIG. 1 . 3 is a side perspective view of a driving unit and a movement control unit according to an embodiment of the present invention. Figure 4 is a plan view of Figure 3;
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치(10)는 프레임부(100), 반응용기(300), 이동제어부(400), 헤드부(500), 온도조절부(700) 및 구동부(900)를 포함할 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치(10)에 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.1 to 4, the
본 실시예에 따른 프레임부(100)는 하부 프레임(110), 단열 프레임(120), 반응용기 투입구(130), 반응용기 투입구 덮개(140) 및 상부덮개(150)을 포함할 수 있다. 이외에도 다른 범용적인 구성요소들이 프레임부(100)에 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.The frame unit 100 according to this embodiment may include a
도 1 내지 도 3을 참조하면, 하부 프레임(110)은 후술하는 단열 프레임(120)의 하부에 결합되어, 이동제어부(400), 온도조절부(700) 및 구동부(900)가 내부에 포함할 수 있다. 하부 프레임(110)은 속이 비고 모서리의 일측이 돌출된 평면을 가지는 육면체 형상일 수 있다. 1 to 3, the
하부 프레임(110)의 돌출부분(160)의 외부에 후술하는 입력모듈(410)과 출력모듈(420)이 위치할 수 있다. 하부 프레임(110)의 돌출부분(160)의 내부에는 후술하는 제어모듈(430) 및 전원공급부(440)가 위치할 수 있다. 하부 프레임(110)의 내부에는 온도조절부(700) 및 구동부(900)가 위치할 수 있다. An
하부 프레임(110)은 내부에 수용된 이동제어부(400), 온도조절부(700) 및 구동부(900)를 보관하기에 충분한 강성을 지닌 플라스틱(Plastic)및 강철(Steel)등의 재료로 제작될 수 있다. 다만, 하부 프레임(110)의 형상 및 내부 구조는 이에 한정되지 않고 관련 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위내에서 변경될 수 있다.The
도 1을 참조하면, 단열 프레임(120)은 하부 프레임(110)의 상부에 결합되어, 외부로의 열 이동을 막을 수 있다. 단열 프레임(120)은 하부 프레임(110)의 테두리를 따라 배치되어, 내부에 반응용기(300)가 위치할 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 단열 프레임(120)은 하부 프레임(110)과 이격 없이 결합되어 후술하는 반응용기(300)가 위치하는 내부 공간의 온도를 일정하게 유지하게 할 수 있다. 단열 프레임(120)은 내부 공간의 온도를 일정하게 유지함과 동시에 내부 공간을 외부에서 볼 수 있도록 단열 유리(Insulation glass)로 제작될 수 있다. 다만, 단열 프레임(120)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
반응용기 투입구(130)는 단열 프레임(120)에 형성되어, 반응용기(300)를 단열 프레임(120)으로 둘러싸인 내부 공간에 집어넣는 투입구가 될 수 있다. 반응용기 투입구(130)는 단열 프레임(120)의 측면에 반응용기(300)가 들어갈 수 있을 정도의 사각 홀로 형성될 수 있다. 다만 반응용기 투입구(130)의 형상 및 위치는 이에 한정되지 않고 여러 형상 및 위치를 가질 수 있다.The
반응용기 투입구 덮개(140)는 내부 공간의 온도를 일정하게 유지하기 위해 반응용기 투입구(130)를 덮는 역할을 할 수 있다. 반응용기 투입구 덮개(140)는 반응용기 투입구(130)에 대응되는 사각 판 형태로 형성될 수 있다. 반응용기 투입구 덮개(140)는 단열 프레임(120)과 같은 재질로 제작될 수 있다. 반응용기 투입구 덮개(140)는 용이하게 열고 닫을 수 있도록 반응용기 투입구의 모서리에 힌지를 이용하여 결합될 수 있다. 다만, 반응용기 투입구 덮개(140)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.The reaction
상부덮개(150)는 단열 프레임(120)의 상부에 위치하여 오픈된 상부를 덮는 역할을 할 수 있다. 상부덮개(150)는 단열 프레임(120)을 위에서 봤을 때의 사각평면에 대응되는 사각판의 형태로 형성될 수 있다. 상부덮개(150)는 단열 프레임(120)에 이격없이 결합될 수 있다. 상부덮개(150)는 단열 프레임(120)과 마찬가지로 내부 공간의 온도를 일정하게 유지하기 위해 단열 유리(Insulation glass)로 제작될 수 있다. 상부덮개(150)는 반응용기 투입구 덮개(140)외에 외부에서 내부 공간으로 통하는 상부통로 역할을 할 수 있다. 다만, 상부덮개(150)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 관련 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위내에서 변경될 수 있다. The
반응용기(300)는 프레임부(100) 내부에 위치하며, 내부에 시료를 수용하고 외부 열을 시료로 전달할 수 있다. 반응용기(300)는 적어도 하나 이상의 홈이 형성된 웰 블록(310) 및홈에 끼워지는 상기 시료를 담는 튜브(320)를 포함할 수 있다. 다만, 반응용기(300)의 구성은 이에 한정되지 않고 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.The reaction vessel 300 is located inside the frame unit 100, and can accommodate a sample therein and transfer external heat to the sample. The reaction vessel 300 may include a well block 310 in which at least one groove is formed and a
웰 블록(310)은 적어도 하나 이상의 홈이 형성되어, 후술하는 튜브(320)를 수용할 수 있다. 웰 블록(310)은 복수 개의 행과 열로 이루어진 홈을 포함한 사각블록 형태일 수 있다. 웰 블록(310)은 하단에 위치한 온도조절부(700)의 열을 시료에 전달하기 위해 열전도성 플라스틱과 같은 재료로 제작될 수 있다. 다만 웰 블록(310)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.The well block 310 may have at least one groove formed therein to accommodate a
튜브(320)는 웰 블록(310)의 홈에 끼워지며 시료를 담을 수 있다. 튜브(320)는 하부는 모서리 가 만곡되며 상부는 오픈된 원기둥 형상일 수 있다. 튜브(320)는 담겨진 시료의 상태를 외부에서도 확인할 수 있도록 유리(Glass) 및 플라스틱(Plastic)으로 제작될 수 있다. 이외에도 튜브(320)는 시료를 담을 수 있는 다양한 형상 및 재질이 가능할 수 있다.The
도 3 및 도 4를 참조하면, 이동제어부(400)는 프레임부(100)의 타측에 위치하여, 후술하는 구동부(900)에 의한 후술하는 온도조절부(700)의 이동을 제어할 수 있다. 이동제어부(400)는 입력모듈(410), 출력모듈(420), 제어모듈(430), 전원공급부(440) 및 온도센서(450)를 포함할 수 있다. 다만, 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 이동제어부(400)에 더 포함될 수 있음을 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4 , the movement control unit 400 is located on the other side of the frame unit 100 and can control the movement of the temperature control unit 700 to be described later by the driving unit 900 to be described later. The movement controller 400 may include an
도 1 및 도 3을 참조하면, 입력모듈(410)은 하부 프레임(110)에 결합되어 입력신호가 입력될 수 있다. 입력모듈(410)은 입력신호가 입력될 수 있는 어떠한 구조도 가능하다. 예를 들어, 시료의 온도를 설정하기 위한 숫자 키패드가 활용될 수 있으며, 터치패드가 활용될 수 있다. 입력모듈(410)에는 설정온도 및 지속시간 등의 입력신호가 입력되어 입력신호를 후술하는 제어모듈에 전달할 수 있다. 이외에도 여러가지 형상 및 구조의 입력모듈(410)이 가능할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 3 , the
도 5는 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)의 온도변화 그래프이다. 중합효소 연쇄 반응은 일반적으로 DNA 변성(denaturation), Primer 결합(annealing) 및 DNA 합성(elongation)의 3단계를 거친다. 도 5와 같이 3단계를 반복 실행하여 미량의 DNA 용액에서 특정 DNA 단편만을 선택적으로 증폭시킬 수 있다. 일반적으로 DNA 변성 단계는 94 ℃, Primer 결합 단계는 72 ℃, DNA 합성 단계는 50~60 ℃가 적정온도로 알려져 있다.5 is a temperature change graph of a polymerase chain reaction (PCR). The polymerase chain reaction generally goes through three steps: DNA denaturation, primer binding (annealing), and DNA synthesis (elongation). As shown in FIG. 5, it is possible to selectively amplify only a specific DNA fragment in a small amount of DNA solution by repeatedly executing the three steps. In general, 94 ℃ for the DNA denaturation step, 72 ℃ for the primer binding step, and 50 ~ 60 ℃ for the DNA synthesis step are known to be suitable temperatures.
제어모듈(430)은 입력모듈(410)과 연결되어, 입력신호를 바탕으로 제어신호 및 출력신호를 보낼 수 있다. 제어모듈(430)은 후술하는 온도센서(450)에서 측정한 온도와 입력신호를 바탕으로 제어신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어모듈(430)은 DNA변성 단계의 적정온도는 94 ℃인데 시료의 온도가 60 ℃인 경우, 후술하는 열전소자 중 94 ℃로 설정된 열전소자가 반응용기(300) 하부에 위치하도록 하는 제어신호를 결정할 수 있다. The
출력모듈(420)은 제어모듈(430)과 연결되어, 출력신호를 출력할 수 있다. 출력모듈(420)은 출력신호가 출력될 수 있는 어떠한 구조도 가능하다. 예를 들어, 출력모듈(420)은 LCD(Liquid Crystal Display)판 형태로 구성되어, 현재 시료의 온도, 설정온도 및 현재 해당하는 공정 단계 등의 출력신호를 LCD판에 출력할 수 있다. 이외에도 출력모듈(420)은 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.The
전원공급부(440)는 하부 프레임(110)에 결합되어 이동제어부(400), 구동부(900) 및 온도조절부(700)에 전원을 공급할 수 있다. 전원공급부(440)와 이동제어부(400), 구동부(900) 및 온도조절부(700) 간에는 전선으로 연결될 수 있다. 전원공급부(440)는 이동제어부(400), 구동부(900) 및 온도조절부(700)에 전원을 공급할 수 있는 어떠한 구성도 가능하다.The
온도센서(450)는 반응용기(300)에 결합되어, 시료의 온도를 측정할 수 있다(도 1 참조). 온도센서(450)는 웰 블록(310)의 일측에 부착되어, 튜브(320)에 담긴 시료의 온도를 측정할 수 있다. 온도센서(450)는 제어모듈(430)에 연결되어 현 시료의 온도를 제공하여 제어신호를 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 온도센서(450)는 적외선 센서와 같은 비접촉 온도센서가 활용될 수 있다. 다만, 온도센서(450)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않고 다양한 위치 및 종류를 가질 수 있다.The
도 1을 참조하면, 헤드부(500)는 하부 프레임(110)에 결합되어 반응용기(300)에 시료를 넣거나 시약을 주입할 수 있다. 헤드부(500)는 높이조절기둥(510), 상부판(520) 및 돌출파트(530)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 헤드부(500)에 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
높이조절기둥(510)은 하부 프레임(110)에 결합되어, 제1 방향으로 연장되어 후술하는 상부판(520)이 고정되도록 하는 기둥역할을 할 수 있다. 여기서, 제1 방향은 하부 프레임(110)의 상부에 수직한 방향일 수 있다. 높이조절기둥(510)은 후술하는 상부판(520)의 일부가 끼워질 수 있도록 속이 빈 사각기둥 형태일 수 있다. 높이조절기둥(510)은 상부판(520)이 고정될 수 있을 정도로 충분한 강성을 지닌 강철(Steel)과 같은 재료로 제작될 수 있다. 다만, 높이조절기둥(510)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.The
상부판(520)은 높이조절기둥(510)에 결합되어, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 돌출되며 제1 방향으로 높이조절이 가능할 수 있다. 여기서, 제2 방향은 제1 방향과 수직으로 교차하여, 하부 프레임(110)의 상부에 수평 방향일 수 있다. 상부판(520)은 높이조절기둥(510)의 빈공간에 끼워질 수 있는 돌출된 부분이 있는 사각 판 형태일 수 있다. 상부판(520)의 돌출된 부분이 높이조절기둥(510)에 끼워져 수직 상하방으로 슬라이딩 할 수 있다. 다만, 상부판(520)의 형상 및 결합관계는 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 위치를 가질 수 있다.The
돌출파트(530)는 상부판(520)에 결합되어, 웰 블록(310)의 홈과 대응되게 형성되어 시료를 넣거나 시약을 주입할 수 있다. 돌출파트(530)는 상부판(520)이 하부 프레임(110)과 마주보는 면에 복수 개 형성될 수 있다. 돌출파트(530)는 돌출파트(530)가 상부판(520)과 함께 하방으로 이동하였을 때, 튜브(320) 내부로 삽입될 수 있도록 튜브(320)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 다만, 돌출파트(530)의 형상은 이에 한정되지 않고, 다양한 형상을 가질 수 있다.The protruding
도 2내지 도 4를 참조하면, 온도조절부(700)는 프레임부(100)의 일측에 위치하여, 반응용기(300)의 하측에서 이동하며 시료의 온도를 조절할 수 있다. 온도조절부(700)는 열전소자(710), 냉각블록(720), 냉각팬(730), 공기덕트(740) 및 열전도판(750)을 포함할 수 있다. 다만, 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 4 , the temperature control unit 700 is located on one side of the frame unit 100 and moves from the lower side of the reaction vessel 300 to control the temperature of the sample. The temperature controller 700 may include a
열전소자(710)는 후술하는 가이드 블록(930b)과 후술하는 연결프레임(940)에 의해 결합되어, 반응용기(300)를 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 열전소자(710)는 전류를 가하면 일면은 열을 흡수하고 타면은 열을 방출하는 펠티어 소자일 수 있다. 열전소자(710)는 복수 개 형성되어 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)의 단계 별 설정온도로 맞춰질 수 있다. 열전소자(710)는 각각 다른 설정온도로 맞춰져, 중합효소 연쇄 반응에서 다음 단계로 진행할 때 열전소자(710)의 온도를 변화시킬 필요 없이, 해당 단계의 설정온도로 맞춰진 열전소자(710)를 반응용기(300) 하부에 위치시켜 온도를 조절할 수 있다. 열전소자(710)의 개수를 복수 개로 하고 단계별로 적절한 열전소자를 위치시켜 열전소자(710)의 온도조절에 소요되는 시간을 줄일 수 있다(도 6 참조). 다만, 열전소자(710)의 개수 및 연결관계는 필요에 따라 변경될 수 있다.The
냉각블록(720)은 열전소자(710)의 일면에 접촉하여, 열전소자(710)의 과열을 방지할 수 있다. 냉각블록(720)은 열전소자(710)에서 발생한 열을 외부로 전달하여 신속한 냉각이 이루어지도록 할 수 있다. 냉각블록(720)은 열전도성이 높은 알루미늄(Aluminum)이나 구리(Copper)로 제조될 수 있다. 냉각블록(720)은 자연적인 대류효과로 인한 냉각 효과를 기대할 수 있다. 냉각블록(720)은 표면적을 넓혀 냉각효과를 극대화하기 위해 다수의 돌출파트가 있는 사각 판 형태일 수 있다(도 2 참조). 냉각블록(720)은 도시된 구조 외에도 히트 파이트(heat pipe)와 같은 구조를 가질 수 있다. 다만, 냉각블록(720)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고, 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.The
냉각팬(730)은 냉각블록의 타면에 접촉하여, 공기를 송풍시켜 열전소자(710)의 과열을 방지할 수 있다. 냉각팬(730)은 외부 공기가 유입되어 후술하는 공기덕트(740)를 통해 공기가 유동하도록 할 수 있다. 냉각팬(730)은 공기를 유동시킬 수 있는 다양한 팬(Fan)의 형상을 가질 수 있다.The cooling
공기덕트(740)는 냉각팬(730)에 결합되어 외부 공기와의 대류를 위한 통로 역할을 할 수 있다. 공기덕트(740)는 양단이 관통되며 수직으로 절곡된 원기둥 형태일 수 있다. 일단은 냉각팬(730)에 이격 없이 결합되고 타단은 하부 프레임(110)에. 홀(Hole)의 형태로 형성될 수 있다. 다만 공기덕트(740)의 형상 및 위치는 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 위치를 가질 수 있다.The
열전도판(750)은 하부 프레임(110)의 상단에 결합되어, 열전소자(710)에서 발생한 열을 반응용기(300)에 전달할 수 있다. 열전도판(750)의 상단에 반응용기(300)가 놓여질 수 있다. 열전도판(750)은 반응용기(300)의 평면보다 크기가 큰 사각판 형태일 수 있다. 열전도판(750)은 반응용기(300)에 균일한 열을 제공하기 위해 열전도성이 높은 알루미늄(Aluminum)이나 구리(Copper)로 제작될 수 있다. 다만, 열전도판(750)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 관련 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위내에서 변경될 수 있다.The
구동부(900)는 온도조절부(700)와 연결되어 온도조절부(700)를 이동시킬 수 있다. 구동부(900)는 구동모터(910), 구동축(920), 열전소자 이동모듈(930) 및 연결프레임(940)을 포함할 수 있다. 다만, 도 3 내지 도 4에 도시되어 있는 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.The driving unit 900 may be connected to the temperature controller 700 to move the temperature controller 700 . The driving unit 900 may include a driving
구동모터(910)는 제어모듈(430)과 연결되어 제어신호에 따라 구동될 수 있다. 구동모터(910)는 열전소자(710)의 이동을 위한 동력을 제공하는 역할을 할 수 있다. 구동모터(910)에는 구동축(920)이 결합되어 구동축(920)을 회전축으로 하여 토크를 발생시킬 수 있다. 구동모터(910)는 동력을 제공하기 위한 어떠한 종류의 모터도 상관없다.The driving
열전소자 이동모듈(930)은 구동모터(910)에 연결되어 열전소자를 이동시킬 수 있다(도 3 참조). 열전소자 이동모듈(930)은 가이드 레일(930a), 가이드 블록(930b), 제1 기어(930c) 및 제2 기어(930d)를 포함할 수 있다. 다만, 도 3에 도시되어 있는 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.The thermoelectric element movement module 930 may be connected to the driving
가이드 레일(930a)은 하부 프레임(110)에 결합되며, 열전소자(710)의 이동경로를 안내할 수 있다. 가이드 레일(930a)은 열전소자(710)의 이동경로를 따라 직선부재이나 상단에 후술하는 가이드 블록(930b)과의 결합을 위해 돌출된 부분이 형성될 수 있다. 가이드 레일(930a)은 LM 가이드(Linear motion)가 활용될 수 있다. 다만 가이드 레일(930a)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.The
가이드 블록(930b)은 가이드 레일(930a)과 결합되고, 열전소자(710)와 연결되어 가이드 레일(930a)을 슬라이딩 할 수 있다. 가이드 블록(930b)은 복수 개의 열전소자(710)가 일정한 간격을 두고 연결될 수 있도록 충분한 길이를 가진 블록형상 일 수 있다. 가이드 블록(930b)은 내부에 가이드 레일(930a)의 돌출된 부분과 끼움 결합될 수 있도록 홈이 형성될 수 있다. 가이드 블록(930b)은 LM 가이드 블록이 활용될 수 있다. 다만, 가이드 블록(930b)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.The
제1 기어(930c)는 구동모터(910)에 연결되어, 구동모터(910)의 동력을 전달할 수 있다. 제1 기어(930c)는 원판모양의 회전체에 일정한 간격의 돌기(기어의 이)가 형성된 모양일 수 있다. 제1 기어(930c)의 중심이 구동축(920)과 연결되어 구동축(920)을 회전축으로 하여 회전운동 할 수 있다. 제1 기어(930c)는 후술하는 제2 기어(930d)와 맞물려 랙기어(Rack gear)와 피니언 기어(Pinion) 중 피니언 기어의 역할을 할 수 있다. 다만, 제1 기어(930c)의 형상은 이에 한정되지 않고 동력을 전달할 수 있는 어떠한 형상도 가능하다. The
제2 기어(930d)는 가이드 블록(930b)에 결합되며 제1 기어(930c)와 맞물려 제1 기어(930c)의 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 제2 기어(930d)는 가이드 블록(930b)의 상부에 결합되어 일변이 타변보다 긴 직사각형모양에 일정한 간격의 돌기(기어의 이)가 형성된 모양일 수 있다. 제2 기어(930d)는 제1 기어(930c) 맞물려 랙 기어와 피니언 기어 중 피니언 기어의 역할을 할 수 있다. 제2 기어(930d)는 제1 기어(930c)와 맞물려 열전소자(710)를 가이드 레일(930a)과 평행한 방향으로 이동시킬 수 있다. 다만, 제2 기어(930d)의 형상은 이에 한정되지 않고 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있는 어떠한 형상도 가능하다.The
연결프레임(940)은 가이드 블록(930b)에 결합되어 열전소자(710)와 가이드 블록(930b)을 연결하는 역할을 할 수 있다. 연결프레임(940)은 열전소자(710)와 가이드 블록(930b) 사이에 긴 막대형상 일 수 있다. 연결프레임(940)은 열전소자(710)의 무게를 지지하고 열전소자(710)의 이동에도 고정될 수 있도록 강철(Steel)과 같이 충분한 강성을 지닌 재료로 제작될 수 있다. 다만 연결프레임(940)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자가 이동하는 단계의 흐름도이다.6 is a flowchart of a step of moving a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면 열전소자(710)는 중합효소 연쇄 반응(PCR)의 각 단계별 설정온도에 따라 적절한 위치로 이동될 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 우측 열전소자(710a)는 94℃(DNA 변성과정의 적정온도), 중간 열전소자(710b)(Primer 결합과정의 적정온도)는 60℃, 좌측 열전소자(710c)(DNA 합성과정의 적정온도)는 72℃로 맞춰질 수 있다. 이후에 DNA 변성과정 이후 Primer 결합과정으로 진행될 때 열전소자(710)를 94℃에서 72℃까지 낮출 필요 없이 도 6과 같이 72℃로 맞춰진 열전소자(710)를 열전도판(750) 하부로 위치시킬 수 있다. 이에 따라, 각 단계로 진행될 때 열전소자(710)의 온도가 서서히 변화되는 것이 아니라 즉각 설정온도로 변화시킬 수 있다. 이와 같이 중합효소 연쇄반응을 진행하여 열전소자(710)의 온도변화에 따라 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 정확한 온도제어를 통해 유전자 생산수율을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 구역을 가진 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치(10)의 측면 사시도이다.7 is a side perspective view of a
도 7을 참조하면, 단열 프레임(120)의 내부공간이 복수 개의 구역(200)으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 단열 프레임(120)의 내부공간이 제1 구역(210), 제2 구역(220) 및 제3 구역(230)으로 구획될 수 있다. 각 구역(200)마다 하나의 이동제어부(400), 헤드부(500), 반응용기(300), 온도조절부(700) 및 구동부(900)를 가질 수 있다. 이로 인해, 각 구역마다 다른 조건의 중합효소 연쇄 반응(PCR)이 가능하다.Referring to FIG. 7 , the inner space of the insulating
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, those skilled in the art can add, change, delete, or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention can be variously modified and changed by the like, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.
10 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치
100 프레임부
200 구역
300 반응용기
400 이동제어부
500 헤드부
700 온도조절부
900 구동부10 Temperature control device of gene amplification device
100 frame part
200 zone
300 reaction vessel
400 movement control unit
500 head
700 temperature controller
900 driving unit
Claims (11)
상기 프레임부의 내부에 위치하며, 내부에 시료를 수용하고 외부 열을 상기 시료로 전달하는 반응용기;
상기 프레임부의 일측에 위치하고, 상기 반응용기의 하측에서 이동하며 상기 시료의 온도를 조절하는 온도조절부;
상기 온도조절부와 연결되어, 상기 온도조절부를 이동시키는 구동부; 및
상기 프레임부의 타측에 위치하여, 상기 구동부에 의한 상기 온도조절부의 이동을 제어하는 이동제어부를 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.frame part;
a reaction vessel located inside the frame unit, accommodating a sample therein and transferring external heat to the sample;
a temperature control unit located at one side of the frame unit and moving from the lower side of the reaction vessel to control the temperature of the sample;
a driving unit connected to the temperature controller and moving the temperature controller; and
A temperature control device of a gene amplification device comprising a movement control unit located on the other side of the frame unit and controlling movement of the temperature controller by the driving unit.
상기 프레임부는,
하부 프레임 및
상기 하부 프레임에 결합되어, 외부로의 열 이동을 막는 단열 프레임을 포함하는 유전자 증폭장치의 온도제어장치.According to claim 1,
the frame part,
lower frame and
A temperature control device of a gene amplification device comprising an insulating frame coupled to the lower frame to prevent heat transfer to the outside.
상기 온도조절부는,
상기 반응용기를 가열 또는 냉각시키는 복수 개의 열전소자를 포함하는, 유전자 증폭장치의 온도제어장치.According to claim 2,
The temperature controller,
A temperature control device for a gene amplification device comprising a plurality of thermoelectric elements for heating or cooling the reaction vessel.
상기 열전소자는 각각 다른 설정온도로 맞춰진 유전자 증폭장치의 온도제어장치.According to claim 3,
The thermoelectric element is a temperature control device of a gene amplification device set to a different set temperature.
상기 온도조절부는,
상기 열전소자의 일면에 접촉하는 냉각블록을 더 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.According to claim 4,
The temperature controller,
The temperature control device of the gene amplification device further comprising a cooling block in contact with one surface of the thermoelectric element.
상기 온도조절부는,
상기 냉각블록의 타면에 접촉하는 냉각팬을 더 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.According to claim 5,
The temperature controller,
The temperature control device of the gene amplification device further comprising a cooling fan in contact with the other surface of the cooling block.
상기 이동제어부는,
상기 하부 프레임에 결합되어, 입력신호가 입력되는 입력모듈;
상기 입력모듈과 연결되어, 상기 입력신호를 바탕으로 제어신호 및 출력신호를 보내는 제어모듈; 및
상기 제어모듈과 연결되어, 상기 출력신호를 출력하는 출력모듈을 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.According to claim 4,
The movement control unit,
an input module coupled to the lower frame and inputting an input signal;
a control module connected to the input module and sending a control signal and an output signal based on the input signal; and
A temperature control device of a gene amplifying device comprising an output module connected to the control module and outputting the output signal.
상기 구동부는,
상기 제어모듈과 연결되어, 상기 제어신호에 따라 구동되는 구동모터 및
상기 구동모터에 연결되어, 상기 열전소자를 이동시키는 열전소자 이동모듈을 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.According to claim 7,
the driving unit,
A drive motor connected to the control module and driven according to the control signal; and
A temperature control device of a gene amplification device comprising a thermoelectric element movement module connected to the driving motor and moving the thermoelectric element.
상기 열전소자 이동모듈은
상기 구동모터에 연결된, 제1 기어;
상기 하부 프레임에 결합되며, 상기 열전소자의 이동경로를 안내하는 가이드 레일;
상기 가이드레일과 결합되고, 상기 열전소자와 연결되어 상기 가이드 레일을 슬라이딩 하는 가이드 블록; 및
상기 가이드 블록에 결합되며, 상기 제1 기어와 맞물리는, 제2 기어를 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.According to claim 8,
The thermoelectric element movement module
a first gear connected to the driving motor;
a guide rail coupled to the lower frame and guiding a movement path of the thermoelectric element;
a guide block coupled to the guide rail and connected to the thermoelectric element to slide the guide rail; and
A temperature control device of a gene amplification device including a second gear coupled to the guide block and meshed with the first gear.
상기 반응용기는,
적어도 하나 이상의 홈이 형성된 웰 블록 및
상기 홈에 끼워지는 상기 시료를 담는 튜브를 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.According to claim 2,
The reaction vessel,
A well block having at least one groove formed thereon; and
A temperature control device of a gene amplification device comprising a tube containing the sample fitted into the groove.
상기 하부 프레임에 결합되며, 제1 방향으로 연장된 높이조절기둥;
상기 높이조절기둥에 결합되어, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 돌출되며 상기 제1 방향으로 높이조절 가능한 상부판; 및
상기 상부판에 결합되어, 상기 웰 블록의 상기 홈과 대응되게 형성된 돌출파트를 포함하는 헤드부를 더 포함하는 유전자 증폭장치의 온도 제어 장치.According to claim 10,
a height adjustment pillar coupled to the lower frame and extending in a first direction;
an upper plate coupled to the height-adjusting pillar, protruding in a second direction crossing the first direction, and adjustable in height in the first direction; and
The temperature control device of the gene amplification device further comprises a head coupled to the upper plate and including a protruding part formed to correspond to the groove of the well block.
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