KR20230088831A

KR20230088831A - 써멀 사이클러

Info

Publication number: KR20230088831A
Application number: KR1020237017280A
Authority: KR
Inventors: 김재영
Original assignee: 주식회사 씨젠
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2023-06-20
Also published as: KR20230088830A; WO2022114816A1; WO2022114814A1

Abstract

본 발명의 일 구현예에 따른 써멀 사이클러는, 샘플이 수용된 샘플 홀더의 일면을 가열하거나 냉각하기 써멀 모듈, 상기 샘플 홀더를 상기 써멀 모듈에 밀착시키는 가압부 및 상기 샘플 홀더의 상기 일면의 대향면을 가열하기 위한 가열부를 포함하는 써멀 푸셔, 및 상기 써멀 모듈과 상기 써멀 푸셔의 사이에 형성되며 상기 샘플 홀더를 하나 이상 위치시킬 수 있는 슬롯 공간을 포함한다.

Description

써멀 사이클러

본 발명은 핵산 반응을 위한 써멀 사이클러에 관한 것이다.

중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction: PCR)은 가장 널리 사용되는 핵산 증폭 반응으로서, 이중가닥 DNA의 변성, DNA 주형에로의 올리고뉴클레오타이드 프라이머의 어닐링 및 DNA 중합효소에 의한 프라이머 연장의 반복된 사이클 과정을 포함한다(Mullis 등, 미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호; Saiki et al., (1985) Science 230, 1350-1354). DNA의 변성은 약 95도에서 진행되고, 어닐링 및 프라이머의 연장은 95도보다 낮은 온도인 55내 내지 75도에서 진행된다.

일반적인 실시간 PCR(real-time polymerase chain reaction) 장치는 반응 용기가 위치하며 상기 반응 용기에 수용된 샘플의 핵산 증폭 반응을 수행하는 써멀 사이클러(thermal cycler) 및 상기 핵산 증폭 반응을 실시간으로 분석(또는 모니터링)하는 광학장치(optics mechanism)로 이루어지며, PCR 장치에는 써멀 사이클러와 광학장치의 동작에 있어서 높은 에너지 효율과 정확하게 타겟 핵산을 검출할 수 있는 광 조사 및 검출 방식이 요구된다.

종래기술에 따른 PCR 장치의 구조를 살펴보면, 반응 용기가 위치된 써멀 사이클러가 장치의 하부에 구비되고 광학장치가 장치의 상부에서 모터 등에 의해 상하로 구동 가능하게 구비되어 반응 용기의 상면으로부터 이격된 상태에서 인접한 상태로 위치된다. 그리고, 써멀 사이클러는 반응 용기의 하측에서 반응 용기를 가열하거나 냉각하며 증폭 반응을 수행하고, 광학장치는 반응 용기의 상면으로 여기광을 조사하는 광원 및 샘플 용액으로부터의 방출광을 검출하는 광 검출기를 포함하여 상기 증폭 반응을 실시간으로 분석한다.

그러나, 상기와 같은 PCR 장치는 대량의 샘플로부터 동시에 핵산을 검출하기 위한 장치로서, 종래 PCR 장치의 써멀 사이클러는 웰-플레이트(well-plate) 형태의 반응 용기에 적합한 구조이며 소량의 샘플로부터 추출 및 핵산 검출을 하나의 카트리지에서 one-step으로 처리하기 위한 POC 시스템에는 적용하기 어려운 문제가 있다.

따라서, POC(Point-of-care) 시스템에 적합한 써멀 사이클러로서, 높은 에너지 효율을 확보하고 외부로부터의 광을 차단하며 타겟 핵산을 정확하게 검출할 수 있는 써멀 사이클러의 개발이 필요하다.

상술한 배경에서, 본 발명은 POC 시스템에 적합한 써멀 사이클러를 제공하기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 샘플이 수용된 샘플 홀더의 일면을 가열하거나 냉각하기 위한 써멀 모듈에 샘플 홀더를 밀착시키는 가압부 및 상기 샘플 홀더의 상기 일면의 대향면을 가열하기 위한 가열부가 구비되는 써멀 푸셔를 포함함으로써, 상기 샘플 홀더의 가열 또는 냉각 시 에너지 효율을 확보할 수 있는 써멀 사이클러를 제공하기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 써멀 푸셔에 상기 가압부 및 가열부를 관통하며 일단이 상기 써멀 모듈의 방향으로 개구되는 광 경로가 형성됨으로써, 상기 샘플 홀더에 수용된 샘플에 정확하게 여기광을 제공할 수 있고 상기 써멀 모듈의 동작 시 실시간으로 샘플에서 방출되는 방출광을 검출할 수 있는 써멀 사이클러를 제공하기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 광경로에 광학장치와 연결되는 하나 이상의 광 섬유를 삽입함으로써, 상기 광학장치를 이동시키기 위한 구동부가 삭제되며 POC 시스템의 구조적 안정성을 향상시키고 제작비용을 절감할 수 있는 써멀 사이클러를 제공하기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 샘플 홀더의 표면 중 상기 써멀 모듈 및 가압부에 커버되지 않는 표면의 적어도 일부를 커버하기 위한 커버부를 포함함으로써, 외부의 광이 상기 샘플 또는 광 경로로 유입되거나 내부의 광이 외부로 투과되는 것을 차단할 수 있는 써멀 사이클러를 제공하기 위한 목적이 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 써멀 사이클러는, 샘플이 수용된 샘플 홀더(sample holder)의 일면을 가열하거나 냉각하기 써멀 모듈(thermal module), 상기 샘플 홀더를 상기 써멀 모듈에 밀착(press-contacting)시키는 가압부(pressure part) 및 상기 샘플 홀더의 상기 일면의 대향면(opposite area)을 가열하기 위한 가열부(heating part)를 포함하는 써멀 푸셔(thermal pusher), 및 상기 써멀 모듈과 상기 써멀 푸셔의 사이에 형성되며 상기 샘플 홀더를 하나 이상 위치시킬 수 있는 슬롯 공간(slot space)을 포함한다.

본 발명은 소량의 샘플을 처리하기 위한 POC 시스템에 적합한 써멀 사이클러를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 써멀 푸셔의 가압부에 의해 상기 샘플 홀더의 양면이 각각 상기 써멀 모듈과 상기 써멀 푸셔의 가열부에 밀착됨으로써 상기 샘플 홀더의 가열 또는 냉각 시 열손실을 방지하며 에너지 효율을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 써멀 푸셔에 형성되어 상기 써멀 모듈을 향하는 방향으로 개구되는 광 경로를 통해 상기 샘플 홀더의 샘플에 정확하게 여기광을 제공할 수 있고 상기 샘플에서 방출되는 방출광을 검출할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 광 경로에 삽입된 광 섬유를 통해 상기 샘플에 여기광을 조사하거나 상기 샘플로부터의 방출광을 검출함으로써 상기 광 섬유와 연결된 광학장치를 이동시키기 위한 구동부가 불필요하여 POC 시스템의 구조적 안정성을 향상시키고 제작비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 슬롯 공간에 위치된 샘플 홀더의 표면을 상기 써멀 모듈, 상기 가압부, 그리고 커버부로 커버함으로써 상기 샘플 및 광 경로를 차폐함으로써 타겟 핵산을 정확하게 검출할 수 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 써멀 사이클러의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 써멀 사이클러의 일부에 대한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 써멀 사이클러의 일부에 대한 평면도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 써멀 사이클러의 동작상태를 나타내는 단면도이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업자계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서, 자명할 것이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 용어 “샘플(sample)”은 분석물(analyte)를 포함하거나 포함할 것으로 추정되는 물질을 의미한다.

“샘플”은 생물학적 샘플 (예를 들어, 생물학적 공급원으로부터의 세포, 조직 및 체액) 및 비생물학적 샘플 (예를 들어, 음식, 물 및 토양)을 포함할 수 있다. 상기 생물학적 샘플은 바이러스, 세균, 조직, 세포, 혈액 (예를 들어 전혈, 혈장 및 혈청), 림프, 골수액, 타액, 객담(sputum), 도말(swab), 흡인물(aspiration), 젖, 소변, 분변, 안구액, 타액, 정액, 뇌 추출물, 척수액(SCF), 관절액, 충수, 비장 및 편도 조직 추출물, 흉선액, 기관지 세척액, 복수 및 양막액을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 샘플은 생물학적 공급원으로부터 단리된 자연 핵산 분자 및 합성 핵산 분자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 “샘플”은 샘플의 보존, 처리, 검출 등에 사용되는 물질을 포함할 수 있다. “샘플”은 증폭용 시약, 검출용 시약, 보존제, 물, 탈 이온수, 식염수, pH 완충액, 산성 용액, 염기성 용액과 같은 추가 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 용어 “샘플 처리(processing)”란 일차적으로 상기 샘플로부터 분석대상 물질을 분리하여 검출 반응이 가능한 상태의 물질을 수득하는 일련의 과정을 의미한다. 상기 샘플 처리란 검출 반응이 가능한 상태의 물질로부터 타겟 분석물질을 검출하는 과정을 추가로 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 상기 분석대상 물질은 예를 들어 핵산일 수 있다.

핵산 검출은 신호 발생 반응에 의하여 수행될 수 있다.

본 명세서에서 용어 “신호-발생 반응(signal-generating reaction 반응)”은 시료 내 타겟 분석물질의 특성(properties), 예컨대 활성, 양 또는 존재(또는 부존재), 구체적으로 존재(또는 부존재)에 의존적으로 신호를 발생시키는 반응을 의미한다. 본 발명의 신호-발생 반응은 생물학적 반응 및 화학적 반응을 포함한다. 상기 생물학적 반응은 PCR(Polymerase Chain Reaction), 실시간 PCR, 마이크로어레이 분석 및 인베이더 분석과 같은 유전적 분석 과정, 면역학적 분석 과정 및 박테리아 성장 분석 과정을 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 신호-발생 과정은 유전적 분석 과정이다. 상기 화학적 반응은 화학물질의 생성, 변화 또는 파괴를 분석하는 과정을 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 신호-발생 반응은 신호의 증폭 반응이다.

본 명세서에서 용어 "신호의 증폭 반응"은 상기 신호-발생수단에 의하여 발생되는 신호를 증가 또는 감소시키는 반응을 의미한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 증폭 반응은 타겟 분석물질의 존재에 의존적으로 상기 신호-발생수단에 의하여 발생하는 신호의 증가(또는 증폭) 반응을 의미한다. 이러한 증폭 반응은 타겟 분석물질(예컨대, 핵산분자)의 증폭이 동반되거나 또는 동반되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 있어서 증폭 반응은 타겟 분석물질의 증폭이 동반되는 신호의 증폭 반응을 의미한다.

신호 발생 반응을 이용하여 타겟 핵산의 존재를 나타내는 광학적 신호를 발생시키는 다양한 방법이 알려져 있다. 대표적인 예는 다음을 포함한다: TaqMan^TM 프로브 방법(미국특허 제5,210,015호), 분자 비콘 방법(Tyagi 등, Nature Biotechnology v.14 MARCH 1996), 스콜피온(Scorpion) 방법(Whitcombe 등, Nature Biotechnology 17:804-807(1999)), 선라이즈(Sunrise 또는 Amplifluor) 방법(Nazarenko 등, 2516-2521 Nucleic Acids Research, 25(12):2516-2521(1997), 및 미국특허 제6,117,635호), 럭스(Lux) 방법(미국특허 제7,537,886호), CPT(Duck P, 등. Biotechniques, 9:142-148(1990)), LNA 방법 (미국특허 제6,977,295호), 플렉서(Plexor) 방법(Sherrill CB, 등, Journal of the American Chemical Society, 126:4550-4556(2004)), Hybeacons^TM (D. J. French, et al., Molecular and Cellular Probes (2001) 13, 363-374 및 미국특허 제7,348,141호), 이중표지된 자가-퀀칭된 프로브(Dual-labeled, self-quenched probe; 미국특허 제5,876,930호), 혼성화 프로브(Bernard PS, et al., Clin Chem 2000, 46, 147-148), PTOCE(PTO cleavage and extension) 방법(WO 2012/096523), PCE-SH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Signaling Oligonucleotide Hybridization) 방법(WO 2013/115442), PCE-NH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Non-Hybridization) 방법(PCT/KR2013/012312) 및 CER 방법(WO 2011/037306), 및 동화 프로브 방법(Assimilating probe method) (PCR/US2011/041540).

본 발명의 써멀 사이클러(thermal cycler)를 이용하여 다양한 핵산 증폭 반응을 수행할 수 있다. 예를 들어, 중합효소연쇄반응(the polymerase chain reaction (PCR)), 리가아제 연쇄반응(ligase chain reaction (LCR)) (미국특허 제4,683,195호 및 제4,683,202호; PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications (Innis et al., eds, 1990)), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification (SDA)) (Walker, et al. Nucleic Acids Res. 20(7):1691-6 (1992); Walker PCR Methods Appl 3(1):1-6 (1993)), 전사 매개 증폭(transcription-mediated amplification) (Phyffer, et al., J. Clin. Microbiol. 34:834-841 (1996); Vuorinen, et al., J. Clin. Microbiol. 33:1856-1859 (1995)), 염기순서기반증폭(nucleic acid sequence-based amplification (NASBA)) (Compton, Nature 350(6313):91-2 (1991)), 롤링서클 증폭(rolling circle amplification, RCA) (Lisby, Mol. Biotechnol. 12(1):75-99 (1999); Hatch et al., Genet. Anal. 15(2):35-40 (1999)) 및 Q-beta 레플리카제(Q-Beta Replicase) (Lizardi et al., BiolTechnology 6:1197 (1988))), 루프 매개 등온 증폭(loop-mediated isothermal amplication) (LAMP, Y. Mori, H. Kanda and T. Notomi, J. Infect. Chemother., 2013, 19, 404-411), 및 재조합효소 중합효소 증폭(recombinase polymerase amplication) (RPA, J. Li, J. Macdonald and F. von Stetten, Analyst, 2018, 144, 31-67) 등이 있다.

특히, 본 발명의 써멀 사이클러는 polymerase chain reaction 기반의 핵산 증폭 반응에 유용하게 이용된다. polymerase chain reaction을 기반으로 하는 다양한 핵산 증폭 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 정량 PCR (quantitative PCR), digital PCR, 비대칭 PCR (asymmetric PCR), 역전사 효소 PCR (RT-PCR), 분별 디스플레이 PCR (Differential Display PCR: DD-PCR), 네스티드 PCR (nested PCR), 임의적 프라이밍 PCR(AP-PCR), 멀티플렉스 PCR, SNP 지놈 타이핑 PCR 등을 포함한다.

본 발명에서 용어 “사이클”은 일정한 조건의 변화를 수반한 복수의 측정에 있어, 상기 조건의 변화 단위를 말한다. 상기 일정한 조건의 변화는 예를 들어 온도, 반응시간, 반응횟수, 농도, pH, 측정 대상(예를 들어 핵산)의 복제 횟수 등의 증가 또는 감소를 의미한다. 따라서 사이클은 시간(time) 또는 과정(process) 사이클, 단위 운영(unit operation) 사이클 및 재생산(reproductive) 사이클 일 수 있다.

일예로 기질의 농도에 따른 효소의 기질 분해 능력을 측정하는 경우, 기질 농도를 달리하여 수 차례 효소의 기질 분해 정도를 측정한 후, 이로부터 효소의 기질 분해 능력을 분석한다. 이때 일정한 조건의 변화는 기질 농도의 증가이며, 사용된 기질 농도 증가 단위가 하나의 사이클로 설정된다.

다른 일예로 핵산의 등온증폭 반응(isothermal amplification)의 경우 하나의 시료를 반응시간을 달리하여 수 차례 측정을 할 수 있으며, 이 경우 반응시간이 조건의 변화이며, 반응시간 단위가 하나의 사이클로 설정된다. 예를 들어, 1분, 2분, 3분 등 반응시간을 변화시키며 수 차례 측정될 수 있고 이 경우, 사이클은 시간의 단위를 가지며, 하나의 사이클은 1분의 반응 시간 단위로 설정된다.

보다 구체적으로, 용어 "사이클"은 일정한 과정의 반응을 반복하거나 일정한 시간 간격 기준으로 반응을 반복하는 경우, 반복의 하나의 단위를 의미할 수 있다.

일 예로 중합효소 연쇄 반응(PCR)의 경우 하나의 사이클은 핵산의 변성단계(denaturation), 핵산과 프라이머의 결합 단계(hybridization 또는 annealing) 및 프라이머의 연장 단계(extension)를 포함하는 반응을 의미한다. 이 경우 일정한 조건의 변화는 반응의 반복 횟수의 증가이며, 상기 일련의 단계를 포함하는 반응의 반복 단위가 하나의 사이클로 설정된다.

샘플 홀더(10, sample holder)에는 샘플이 수용되며, 샘플 홀더(10)는 예를 들어 튜브(tube), 베셀(vessel) 또는 큐벳(cuvette)일 수 있다. 샘플 홀더(10)에 수용된 샘플에는 타겟 핵산이 샘플 처리(processing) 과정에 의해 반응하여 검출이 가능한 상태로 포함된다. 샘플 홀더(10)는 샘플이 수용되는 용기부를 포함하며, 추가적으로 열전도부를 더 포함할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 열전도부는 써멀 모듈(110, thermal module)에 열적으로 연결되고, 써멀 모듈(110)은 열전도부를 통해 용기부에 수용된 샘플을 가열하거나 냉각할 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 샘플 홀더는 용기부만을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 용기부, 써멀 모듈(110)에 열적으로 연결되는 열전도부, 및 가열부(121)에 열적으로 연결되는 열전도부를 포함할 수도 있다. 한편, 샘플이 수용되는 샘플공간은 용기부의 일면에서 음각되어 형성되고 열전도부가 샘플공간을 커버하며 용기부의 일면에 결합될 수 있다. 후술할 바와 같이 샘플 홀더(10)는 사각 기둥(square pillar) 형상으로 형성될 수 있는데, 용기부가 사각 기둥 형상으로 형성되고 샘플공간은 상기 사각 기둥의 일면에서 음각되어 형성되며, 열전도부는 상기 일면에서 샘플공간을 커버하며 결합될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 샘플공간에 수용된 샘플이 열전도부와 직접적으로 열적으로 연결될 수 있으며, 따라서 샘플이 보다 빠르게 가열, 냉각될 수 있다. 이러한 샘플 홀더(10)의 열전도부는 금속층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄(aluminum)으로 형성된 금속층일 수 있다. 금속층은 구리(copper) 또는 은(silver)일 수 있으며, 알루미늄-마그네슘(Al-Mg) 합금, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금, 금(gold) 또는 텅스텐(tungsten)일 수 있다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여 살펴본다.

본 발명의 써멀 사이클러(100)는 써멀 모듈(110) 및 써멀 푸셔(120, thermal pusher)를 포함하며, 샘플 홀더(10)는 써멀 모듈(110)과 써멀 푸셔(120)의 사이에 형성된 슬롯 공간(200, slot space)에 하나 이상 위치한다. 슬롯 공간(200)은 써멀 모듈(110)과 써멀 푸셔(120)의 사이에 형성되는 빈공간으로서 샘플 홀더(10)를 위치시키거나 이탈시킬 수 있는 공간이다. 슬롯 공간(200)에는 하나 또는 복수개의 샘플 홀더(10)를 위치시킬 수 있다. 슬롯 공간(200)에 복수의 샘플 홀더(10)가 구비되는 경우, 복수의 샘플 홀더(10)는 각각이 개별적으로 분리되어 있을 수 있으며 또는 일체형으로 결합되어 있을 수 있다. 각 샘플 홀더(10)는 동시에 또는 소정의 순서에 따라 슬롯 공간(200)에 위치되거나 이탈될 수 있다. 도면에는 3개의 샘플 홀더(10)가 슬롯 공간(200)에 위치되는 일구현예가 도시되어 있다. 샘플 홀더(10)는 슬롯 공간(200)의 외측에서 슬롯 공간(200)으로 위치된다. 일구현예에 의하면, 샘플 홀더(10)는 슬롯 공간(200)의 상측으로 삽입되고 이탈될 수 있다.

슬롯 공간(200)의 형태 및 크기는 샘플 홀더(10)의 형상 및 개수에 따라 다르게 구성될 수 있다. 일구현예에 의하면, 슬롯 공간(200)은 샘플 홀더(10)가 수직 방향(longitudinal positioning)으로 위치될 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 샘플 홀더(10)가 수직 방향으로 위치될 수 있는 형태라 함은 상하 방향 내지는 세로 방향으로 긴 형태로 형성된 샘플 홀더(10)가 수직 방향으로 세워진 형태로 위치될 수 있는 형태이다. 샘플 홀더(10)는 수직 방향으로 세워진 형태로 슬롯 공간(200)에 복수개 위치될 수 있으며, 복수개의 샘플 홀더(10)는 측방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 일구현예에 의하면, 슬롯 공간(200)은 사각 기둥(square pilar) 형상의 샘플 홀더(10)가 위치될 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 슬롯 공간(200)은 사각 기둥 형상의 샘플 홀더(10)가 수직방향으로 위치될 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 사각 기둥 형상의 샘플 홀더(10)는 슬롯 공간(200)에서 수직방향으로 위치될 수 있다. 사각 기둥 형상의 샘플 홀더(10)는 측방향 4면 중 어느 두 개의 대향하는 면이 나머지 두 개의 대향하는 면보다 상대적으로 넓은 면적을 가지게 형성되고, 상기 어느 두 개의 대향하는 면 각각이 써멀 모듈(110) 및 써멀 푸셔(120)을 향하도록 위치될 수 있다. 사각 기둥 형상의 샘플 홀더(10)는 슬롯 공간(200)에 복수개 위치될 수 있으며, 복수개의 샘플 홀더(10)는 상기 나머지 양면이 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

구체적으로, 슬롯 공간(200)은 써멀 모듈(110)의 열전도체(111, thermal conductor)와 써멀 푸셔(120)의 열전도체(123)의 사이에 형성되며, 슬롯 공간(200)에 위치한 샘플 홀더(10)는 써멀 모듈(110)과 써멀 푸셔(120)의 양측 열전도체(111,123)에 열적으로 연결되도록 접촉된다. 열적으로 연결된다 함은 상호 간에 열교환이 가능하게 구비되는 것을 의미하며, 열교환을 매개하는 열전도체를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플 홀더(10)는 써멀 모듈(110)의 열전도체(111) 및 써멀 푸셔(120)의 열전도체(123)에 열접촉(thermal contact)될 수 있다. 슬롯 공간(200)에 복수개의 샘플 홀더(10)가 위치하는 경우, 샘플 홀더(10) 각각이 양측 열전도체(111,123)에 접촉되는 것이 바람직하다.

써멀 푸셔(120)의 지지유닛(125, support unit)이 구동유닛(126, movement unit)에 의해 이동됨에 따라 양측 열전도체(111,123)가 멀어지거나 가까워지며 슬롯 공간(200)의 크기가 증감된다(도 5 및 도 6 참조). 양측 열전도체(111,123)가 멀어진 상태에서 슬롯 공간(200)에 샘플 홀더(10)가 위치하고, 양측 열전도체(111,123)가 가까워지며 샘플 홀더(10)가 양측 열전도체(111,123)에 밀착(press-contacting)될 수 있다. 도면에는 이해의 편의를 위해 양측 열전도체(111,123) 간의 간격이 과장되어 도시되어 있으며, 양측 열전도체(111,123) 간의 간격이 증감하는 폭은 샘플 홀더(10)의 두께보다 작을 수 있다.

또한, 양측 열전도체(111,123)의 사이에 형성된 슬롯 공간(200)은 커버부(130)에 의해 외부공간으로부터 구획될 수 있다. 즉, 슬롯 공간(200)은 양측 열전도체(111,123) 및 커버부(130)에 의해 형성될 수 있다. 커버부(130)는 써멀 모듈(110)에 위치하거나 써멀 푸셔(120)에 위치할 수 있으며, 둘 이상의 구성으로 이루어져 일부는 써멀 모듈(110)에 위치하고 나머지는 써멀 푸셔(120)에 위치할 수 있다. 또는, 커버부(130)는 써멀 모듈(110) 및 써멀 푸셔(120)가 아닌 별도의 구성에 위치할 수 있을 것이다. 일구현예에 의하면, 커버부(130)는 써멀 모듈(110)의 금속블록(113)에 결합되는 제 1 커버(130a) 및 써멀 푸셔(120)의 지지유닛(125)에 결합되는 제 2 커버(130b)를 포함할 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 제 1 커버(130a)는 슬롯 공간(200)의 하방 및 측방에서 구획하고 제 2 커버(130b)는 슬롯 공간(200)의 제 1 커버(130a)와 반대측의 측방으로 구획할 수 있다.

슬롯 공간(200)에 위치한 샘플 홀더(10)는 양측 열전도체(111,123)에 접촉되며 커버부(130)에 지지될 수 있다. 커버부(130)는 슬롯 공간(200)에 위치된 샘플 홀더(10)를 지지하며, 또한 샘플 홀더(10)가 슬롯 공간(200)으로 삽입되는 것을 가이드하거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 커버부(130)는 슬롯 공간(200)에 위치된 샘플 홀더(10)를 외부로부터 열적으로 및 광적으로 차단한다(도 6 참조). 즉, 커버부(130)는 슬롯 공간(200)에 위치하여 써멀 모듈(110)에 밀착된 샘플 홀더(10)의 표면 중 써멀 모듈(110) 및 가압부(124, pressure part)에 커버되지 않는 표면의 적어도 일부를 커버한다. 가압부(124)가 샘플 홀더(10)를 써멀 모듈(110)에 밀착시킴에 따라 샘플 홀더(10)의 일면(11) 및 대향면(12)이 양측 열전도체(111,123)에 각각 커버되고, 샘플 홀더(10)의 나머지 표면인 하면, 상면, 측면의 적어도 일부가 커버부(130)에 의해 커버될 수 있다. 샘플 홀더(10)가 사각 기둥 형상으로 형성되는 경우, 커버부(130)는 사각 기둥의 하면 및 양측면을 커버할 수 있다. 복수개의 샘플 홀더(10)가 나란하게 배치되는 경우, 커버부(130)는 샘플 홀더(10)들의 가장 외측의 측면을 커버할 수 있다. 커버부(130)는 샘플 홀더(10)가 가열될 때 외부로 열이 손실되는 것을 방지하여 에너지 효율을 향상시키며, 또한 광학장치의 여기광 또는 샘플에서의 방출광이 외부로 유출되는 것을 방지하여 검출 정확성을 향상시킨다. 도면에는 슬롯 공간(200)이 상측으로 개구되게 형성됨에 따라 제 1 커버(130a)는 샘플 홀더(10)의 하면 및 측면을 커버하고, 제 2 커버(130b)는 샘플 홀더(10)의 상기 제 1 커버(130a)에 의해 커버되는 측면과 반대측의 측면을 커버하는 일구현예가 도시되어 있다.

써멀 모듈(110)은 샘플 홀더(10)를 가열하거나 냉각함으로써 샘플 홀더(10)에 수용된 샘플에 포함된 타겟 핵산의 증폭 반응을 수행한다. 보다 구체적으로, 써멀 모듈(110)은 샘플 홀더(10)의 일면(11)을 가열하거나 냉각한다. 써멀 모듈(110)은 샘플 홀더(10)의 일면(11)과 접촉되는 열전도체(111)를 포함하며, 샘플 홀더(10)의 가열 또는 냉각은 열전도체(111)를 매개로 간접적으로 이루어질 수 있다. 일 구현예에 의하면, 써멀 모듈(110)은 열전도체(111)와 열적으로 연결되어 샘플 홀더(10)를 가열하기 위한 가열 동작을 수행하는 가열소자(112, heating element) 및 열전도체(111)와 열적으로 연결되어 샘플 홀더(10)를 냉각하기 위한 냉각 동작을 수행하는 열전소자(310)를 포함할 수 있다(도 3 참조). 본 발명의 써멀 사이클러(100)는 써멀 모듈(110)의 가열소자(112)와 열전소자(310)를 제어하기 위한 제어모듈을 포함할 수 있다. 상기 제어모듈은 추가적으로 써멀 푸셔(120)의 가열소자(122)와 구동유닛(126)을 제어할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 상기 제어모듈은 PCB 기판으로 구현될 수 있다(도면번호 160a,160b 참조).

한편, 써멀 모듈(110)의 가열소자(112)는 저항 가열 모듈(resistance heating module)일 수 있으며, 예를 들어 12V 30W의 저항 가열 모듈일 수 있다. 써멀 모듈(110)의 가열소자(112)는 12V/24V, 그리고 10W/20W/30W/40W/50W/60W 중에서 적절히 선택될 수 있다. 열전소자(310)는 펠티어(peltier) 소자 또는 열전 냉각기(TEC, thermoelectric cooler)일 수 있다. 열전소자(310)는 히트싱크(114)에 열적으로 연결될 수 있으며, 금속블록(113)을 매개로 히트싱크(114)에 열적으로 연결될 수 있다. 도 5 및 도 6에서는 열전소자(310)가 금속블록(113)을 매개로 히트싱크(114)에 연결되는 일구현예가 도시되어 있다. 히트싱크(114)에는 송풍팬이 결합될 수 있다. 한편, 써멀 모듈(110)에는 샘플 홀더(10) 및/또는 열전도체(111)의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 구비되어 샘플 홀더(10)가 적절한 온도로 가열되거나 냉각되었는지 센싱할 수 있다. 상기 온도센서는 써멀 푸셔(120)에 구비될 수도 있다.

또한, 써멀 모듈(110)의 열전도체(111)는 금속층으로 형성될 수 있으며, 따라서 써멀 모듈(110)에 의한 샘플 홀더(10)의 가열 또는 냉각이 신속하게 수행될 수 있다. 열전도체(111)는 낮은 열용량(heat capacity) 및 넓은 표면적을 가지는 금속층으로 형성되어 써멀 모듈(110)의 가열소자(112)에 의한 가열 동작 및 열전소자(310)에 의한 냉각 동작이 신속하게 수행될 수 있다. 이러한 금속층은 높은 열 전도도를 가지는 금속으로 형성되며, 예를 들어 알루미늄(aluminum), 구리(copper) 또는 은(silver)일 수 있으며, 또는 알루미늄-마그네슘(Al-Mg) 합금, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금, 금(gold), 텅스텐(tungsten)일 수 있다.

이어서, 써멀 푸셔(120)는 샘플 홀더(10)를 써멀 모듈(110)에 밀착(press-contacting)시키는 가압부(124, pressure part) 및 샘플 홀더(10)의 일면(11)의 대향면(12, opposite area)을 가열하기 위한 가열부(121, heating part)를 포함한다.

가압부(124)에 의해 샘플 홀더(10)가 써멀 모듈(110)에 밀착되며, 그에 따라 지지유닛(125)의 써멀 모듈(110)을 향하는 면에 결합되는 가열부(121)도 샘플 홀더(10)에 밀착된다. 구체적으로, 샘플 홀더(10)는 가압부(124)에 의해 써멀 모듈(110)의 열전도체(111) 및 가열부(121)의 열전도체(123)에 밀착된다. 가압부(124)는 샘플 홀더(10)를 지지하여 써멀 모듈(110)에 밀착시키기 위한 지지유닛(125, support unit) 및 지지유닛(125)을 써멀 모듈(110)을 향하는 방향으로 이동시키기 위한 구동유닛(126, movement unit)을 포함한다. 구동유닛(126)이 지지유닛(125)을 써멀 모듈(110)을 향하는 방향으로 이동시킴에 따라 슬롯 공간(200)의 폭이 좁아지고, 양측 열전도체(111,123)가 가까워지며 샘플 홀더(10)가 양측 열전도체(111,123)에 밀착된다. 샘플 홀더(10)가 양측 열전도체(111,123)에 밀착됨에 따라 샘플 홀더(10)의 가열 또는 냉각이 신속하게 수행되고 외부로의 열손실이 방지된다.

지지유닛(125)은 하부가 구동유닛(126)과 결합되고, 상부는 샘플 홀더(10)와 대향되게 형성될 수 있다. 가열부(121)는 지지유닛(125) 상부의 써멀 모듈(110)을 향하는 면에 결합되고, 가압부(124)에 의해 샘플 홀더(10)의 대향면(12)에 밀착될 수 있다. 지지유닛(125)의 하부는 구동유닛(126)의 볼트스크류(412)와 나사결합될 수 있으며, 지지유닛(125)의 하부에는 볼트스크류(412)와 나사결합되는 너트스크류가 구비될 수 있다. 도면에는 지지유닛(125)의 써멀 모듈(110)을 향하는 면이 평평한 면으로서 도시되어 있으나, 지지유닛(125)의 형상은 이에 한정되지 않으며 샘플 홀더(10)의 형상이나 개수에 대응되게 형성될 수 있다. 즉, 지지유닛(125)은 구동유닛(126)에 의해 이동되며 샘플 홀더(10)를 양측 열전도체(111,123)에 밀착시킬 수 있는 형상으로 족하며, 샘플 홀더(10)의 형상이나 개수에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

도 4를 참고하여 살펴보면, 구동유닛(126)은 지지유닛(125)의 하부에 결합되며 샘플 홀더(10)를 향하는 방향으로 지지유닛(125)을 이동시킨다. 일구현예에 의하면, 구동유닛(126)은 지지유닛(125)에 이동경로를 제공하기 위한 레일(413), 지지유닛(125)과 볼트스크류(412), 볼트스크류(412)를 회전시키기 위한 모터(415)와 기어부(414), 및 상기 레일(413), 볼트스크류(412), 모터(415)와 기어부(414)를 지지하기 위한 베이스(411)를 포함한다. 레일(413)은 지지유닛(125)의 하부를 관통하며 양단이 베이스(411)에 결합된다. 레일(413)은 볼트스크류(412)를 사이에 두고 한 쌍으로 구비되어 지지유닛(125)의 하부 양측에 결합될 수 있다. 볼트스크류(412)는 지지유닛(125)의 하부를 관통하며 나사결합되며, 양단이 베이스(411)에 회전가능하게 결합된다. 예를 들어, 볼트스크류(412)의 양단은 베어링에 의해 베이스(411)에 결합될 수 있다. 모터(415)가 기어부(414)를 통해 볼트스크류(412)를 회전시킴에 따라, 지지유닛(125)과 볼트스크류(412)의 나사결합에 의해 지지유닛(125)이 이동된다. 구동유닛(126)은 지지유닛(125)을 이동시킬 수 있는 수단으로 구성되면 족하며, 캠, 실린더, 리니어 액추에이터 등을 포함하여 구성될 수 있다.

가열부(121)는 써멀 모듈(110)과 함께 샘플 홀더(10)를 가열할 수 있다. 즉, 써멀 모듈(110)은 샘플 홀더(10)의 일면(11)을 가열하고 가열부(121)는 샘플 홀더(10)의 대향면(12)을 가열하며, 써멀 모듈(110)의 가열 동작과 가열부(121)의 가열 동작은 동시에 수행될 수 있다. 가열부(121)의 가열소자(123)는, 적어도 두 개의 목표 온도(temperature point) 중 어느 하나로 샘플 홀더(10)를 가열하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 변성 단계를 진행하기 위해, 써멀 모듈(110)의 가열 동작과 가열부(121)의 가열 동작이 동시에 수행될 수 있다. 가열부(121)의 가열 동작에 의한 샘플 홀더(10)의 가열은, 써멀 모듈(110)의 가열 동작에 의한 샘플 홀더(10)의 가열에 대해 보조적으로 수행될 수 있다. 즉, 써멀 모듈(110)이 샘플 홀더(10)의 주가열부로서 동작하고, 가열부(121)는 샘플 홀더(10)의 보조가열부로서 동작할 수 있다.

또한, 써멀 모듈(110)의 냉각 동작 시, 가열부(121)는 가열 동작에서 샘플 홀더(10)를 가열하는 온도보다 낮은 온도로 샘플 홀더(10)를 가열할 수 있다. 즉, 가열부(121)는 써멀 모듈(110)의 가열 동작과 동시에 가열 동작을 수행하여 샘플 홀더(10)를 가열할 수 있으며, 써멀 모듈(110)의 냉각 동작 시에도 샘플 홀더(10)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 변성 단계를 진행한 후 프라이머의 결합 단계 및 연장 단계를 진행하기 위해 써멀 모듈(110)이 샘플 홀더(10)를 냉각하기 위한 냉각 동작을 수행하는 경우, 가열부(121)는 변성 단계에서 써멀 모듈(110)의 가열 동작과 동시에 수행하는 가열 동작에서 샘플 홀더(10)를 가열하는 온도보다 낮은 온도로 샘플 홀더(10)를 가열할 수 있다. 변성 단계는 약 95℃에서 수행되고 결합 및 연장 단계는 약 55℃ 내지 75℃에서 수행되므로, 써멀 모듈(110)에 의해 샘플 홀더(10)가 냉각될 때 가열부(121)는 샘플 홀더(10)가 결합 및 연장 단계를 진행하기 위한 온도를 유지하도록 샘플 홀더(10)를 가열할 수 있다.

도 3을 참고하여 살펴보면, 가열부(121)는 지지유닛(125)의 써멀 모듈(110)을 향하는 면에 결합되어 가압부(124)에 의해 샘플 홀더(10)에 밀착된다. 구체적으로, 가열부(121)는 지지유닛(125)의 상부에 결합될 수 있다.

가열부(121)는 샘플 홀더(10)에 접촉되는 열전도체(123) 및 열전도체(123)를 가열하기 위한 가열소자(122)를 포함한다. 가열부(121)의 가열소자(122)는 써멀 모듈(110)의 가열소자(112)와 마찬가지로 샘플 홀더(10)를 가열하는 가열 동작을 수행하는 구성으로서, 가열부(121)의 가열소자(122)는 저항 가열 모듈일 수 있으며, 예를 들어 12V 10W의 저항 가열 모듈일 수 있다. 가열소자(122)는 12V/24V, 그리고 10W/20W/30W/40W/50W/60W 중에서 적절히 선택될 수 있다. 가열부(121)의 열전도체(123)에는 샘플 홀더(10) 및 가열소자(122)가 각각 열적으로 연결된다. 예를 들어, 가열소자(122)는 열전도체(123)에 열접촉(thermal contact)될 수 있다. 가열소자(122)에 의한 샘플 홀더(10)의 가열은 열전도체(123)를 매개로 간접적으로 이루어진다. 즉, 가열소자(122)는 샘플 홀더(10)와 열적으로 직접 연결되지 않고 열전도체(123)를 매개로 열적으로 간접 연결된다. 가열부(121)의 열전도체(123)는 금속층으로 형성될 수 있으며, 따라서 샘플 홀더(10)와 가열소자(122) 간의 열교환이 신속하게 수행될 수 있다. 열전도체(123)는 낮은 열용량(heat capacity) 및 넓은 표면적을 가지는 금속층으로 형성되어, 가열소자(122)에 의한 가열 동작 시 샘플 홀더(10)의 가열이 신속하게 수행될 수 있다. 이러한 금속층은 높은 열 전도도를 가지는 금속으로 형성되며, 예를 들어 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 은(Ag)일 수 있으며, 이들을 조합하는 합금일 수 있으며, 또는 알루미늄-마그네슘(Al-Mg) 합금, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금, 금(Au), 텅스텐(W)일 수 있다.

도 5 및 도 6을 참고하여 살펴보면, 써멀 푸셔(120)에는 가압부(124)와 가열부(121)를 관통하며 일단이 써멀 모듈(110)의 방향으로 개구되는 광 경로(140, optic path)가 형성된다. 광 경로(140)는 샘플 홀더(10)의 샘플에 조사되는 여기광 및 샘플에서 방출되는 방출광이 송수신되는 광 경로를 제공한다. 광 경로(140)는 지지유닛(125)의 상부, 가열소자(122) 및 열전도체(123)를 관통하며 써멀 모듈(110)을 향하는 방향으로 개구된다. 따라서, 가압부(124)에 의해 샘플 홀더(10)가 양측 열전도체(111,123)에 밀착됨에 따라 광 경로(140)의 일단이 샘플 홀더(10)의 대향면(12)에 밀착된다. 보다 구체적으로, 광 경로(140)는 일단이 샘플 홀더(10)의 내부에 샘플이 위치하는 위치에 밀착되도록 형성되어, 샘플 홀더에 수용된 샘플에 여기광이 정확하게 제공될 수 있으며 증폭 반응 시 샘플에서 방출되는 방출광을 실시간으로 검출할 수 있다.

써멀 모듈(110)의 방향으로 개구되는 광 경로(140)의 일단을 통해, 광학장치(미도시)가 조사하는 여기광이 샘플 홀더(10)의 대향면(12)을 통과하여 샘플에 조사되며 샘플에서 방출되는 방출광이 샘플 홀더(10)의 대향면(12)을 통과하여 광학장치에 의해 검출된다. 즉, 광 경로(140)에는 하나 이상의 광 섬유(150, optic fiber)가 삽입되고, 광학장치는 광 섬유(150)를 통해 샘플에 여기광을 조사하거나 샘플이 방출하는 방출광을 검출할 수 있다. 다만, 광 섬유(150)의 일단은 광 경로(140)의 일단에서 돌출되지 않는 것이 바람직하다. 광 경로(140)에 삽입되는 광 섬유(150)는 광 섬유 다발로서 삽입될 수 있다. 광학장치가 조사하는 여기광은 하나 이상의 파장을 포함하고 방출광도 여기광에 대응되는 하나 이상의 파장을 포함할 수 있으며, 따라서 광 섬유(150)는 하나 이상의 파장을 포함하는 여기광 및 방출광을 송수신할 수 있도록 하나 또는 복수개로 구성될 수 있다. 광 경로(140)의 써멀 모듈(110)을 향하는 개구에는 렌즈가 구비될 수 있으며, 상기 여기광 및 방출광은 렌즈를 통해 샘플에 조사되거나 광학장치에 의해 검출될 수 있다.

광 경로(140)에 삽입된 광 섬유(150)는 지지유닛(125)이 구동유닛(126)에 의해 이동될 때 함께 이동된다. 광학장치가 광 경로(140)에 삽입된 광 섬유(150)를 통해 광을 조사하거나 검출함에 따라, 광학장치를 이동시킬 필요가 없어 구조적 안정성이 향상되고 광학장치를 이동시키기 위한 구동부가 지지유닛(125)을 이동시키는 구동유닛(126)으로 간소화되며 제작비용이 절감될 수 있다.

또한, 광 경로(140)는 샘플 홀더(10) 각각에 대응되는 위치에 각각 형성될 수 있다. 즉, 슬롯 공간(200)이 복수개의 샘플 홀더(10)가 위치되도록 형성된 경우, 광 경로(140)는 복수개의 샘플 홀더(10) 각각에 대응되는 위치에 형성된다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 슬롯 공간(200)에 3개의 샘플 홀더(10)가 위치되는 경우, 3개의 광 경로(140)가 각 샘플 홀더(10)에 대응되는 위치에 각각 형성된다.

광 경로(140)의 타단은 가압부(124)의 후면, 상면, 저면, 좌측면 또는 우측면 중 어느 하나로 개구될 수 있다. 즉, 광 경로(140)의 타단은 지지유닛(125)의 후면, 상면, 저면, 좌측면 또는 우측면 중 어느 하나로 개구될 수 있다. 광 섬유(150)는 광 경로(140)의 타단으로 삽입되며 끝단이 광 경로(140)의 일단에 위치될 수 있다. 도면에는 광 경로(140)의 타단이 지지유닛(125)의 후면으로 개구되는 구현예가 도시되어 있다.

이하, 본 발명의 써멀 사이클러의 동작방법에 대해 살펴본다. 본 발명의 써멀 사이클러의 동작방법은 샘플 홀더(10)를 가열하거나 냉각하여 샘플에 포함된 타겟 핵산의 증폭 반응을 수행하기 위한 동작방법이다.

본 발명의 써멀 사이클러의 동작방법은, 샘플이 수용된 샘플 홀더(10)의 일면(11)을 가열하거나 냉각하기 위한 써멀 모듈(110), 샘플 홀더(10)를 써멀 모듈(110)에 밀착시키는 가압부(124)와 샘플 홀더(10)의 대향면(12)을 가열하는 가열부(121)를 포함하는 써멀 푸셔(120), 및 써멀 모듈(110)과 써멀 푸셔(120)의 사이에 형성되며 샘플 홀더(10)를 하나 이상 위치시킬 수 있는 슬롯 공간(200)을 포함하는 써멀 사이클러(100)의 동작방법으로서, 슬롯 공간(200)에 샘플 홀더(10)를 위치시키는 위치 단계, 샘플 홀더(10)를 써멀 모듈(110)에 밀착시키는 밀착 단계, 샘플 홀더(10)를 가열하는 가열 단계, 및 샘플 홀더(10)를 냉각하는 냉각 단계를 포함한다.

위치 단계에서는 샘플 홀더(10)는 슬롯 공간(200)에 위치된다. 슬롯 공간(200)에는 하나 이상의 샘플 홀더(10)가 위치될 수 있다.

밀착 단계에서는 샘플 홀더(10)가 써멀 모듈(110)에 밀착된다. 즉, 써멀 푸셔(120)에 의해 슬롯 공간(200)에 위치된 샘플 홀더(10)가 써멀 모듈(110)에 밀착된다. 가압부(124)의 구동유닛(126)에 의해 지지유닛(125)이 써멀 모듈(110)을 향하는 방향으로 이동함에 따라 우선 가열부(121)가 샘플 홀더(10)의 대향면(12)에 밀착되고, 지지유닛(125)이 계속해서 이동됨에 따라샘플 홀더(10)의 일면(11)이 써멀 모듈(110)에 밀착된다. 구체적으로, 가열부(121)의 열전도체(123)가 샘플 홀더(10)의 대향면(12)에 밀착되며 열적으로 연결되며, 샘플 홀더(10)의 일면(11)이 써멀 모듈(110)의 열전도체(111)에 밀착되며 열적으로 연결된다. 따라서, 샘플 홀더(10)의 일면(11) 및 대향면(12)이 양측 열전도체(111,123)에 열적으로 연결된다.

가열 단계에서는 써멀 모듈(110)이 샘플 홀더(10)의 일면(11)을 가열한다. 써멀 모듈(110)의 열전도체(111)에 열적으로 연결된 가열소자(112)가 열전도체(111)를 가열함으로써 간접적으로 샘플 홀더(10)의 일면(11)을 가열할 수 있다. 또한, 가열 단계에서는 써멀 푸셔(120)의 가열부(121)가 샘플 홀더(10)의 대향면(12)을 가열할 수 있다. 가열부(121)의 열전도체(123)에 열적으로 연결된 가열소자(122)가 열전도체(123)를 가열함으로써 간접적으로 샘플 홀더(10)의 대향면(12)을 가열할 수 있다.

냉각 단계에서는 써멀 모듈(110)이 샘플 홀더(10)의 일면(11)을 냉각한다. 써멀 모듈(110)의 열전도체(111)에 열적으로 연결된 열전소자(310)가 열전도체(111)를 냉각함으로써 간접적으로 샘플 홀더(10)의 일면(11)을 냉각할 수 있다. 또한, 냉각단계에서는 가열부(121)가 가열 단계에서 샘플 홀더(10)를 가열하는 온도보다 낮은 온도로 샘플 홀더(10)의 대향면(12)을 가열할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 가열부의 동작은 가열 단계와 냉각 단계의 사이클 횟수에 따라 복수회 반복하여 수행될 수 있다. 즉, 핵산 증폭 과정의 각 단계인 변성 단계, 프라이머의 결합 단계 및 연장 단계를 수행하는 하나의 사이클(cycle)은 가열 단계와 냉각 단계를 포함한다. 결국, 복수의 사이클 수행동작에 의해 핵산 증폭 과정이 진행되므로, 써멀 모듈은 가열 단계와 냉각 단계를 복수회 반복할 수 있다.

10: 샘플 홀더 100: 써멀 사이클러
110: 써멀 모듈 111: 열전도체
112: 가열소자 113: 금속블록
114: 히트싱크 120: 써멀 푸셔
121: 가열부 122: 가열소자
123: 열전도체 124: 가압부
125: 지지유닛 126: 구동유닛
130: 커버부 140: 광 경로
150: 광 섬유 200: 슬롯 공간

Claims

샘플이 수용된 샘플 홀더의 일면을 가열하거나 냉각하기 위한 써멀 모듈;
상기 샘플 홀더를 상기 써멀 모듈에 밀착시키는 가압부 및 상기 샘플 홀더의 상기 일면의 대향면을 가열하기 위한 가열부를 포함하는 써멀 푸셔; 및
상기 써멀 모듈과 상기 써멀 푸셔의 사이에 형성되며 상기 샘플 홀더를 하나 이상 위치시킬 수 있는 슬롯 공간;
을 포함하는 써멀 사이클러.
제 1 항에 있어서,
상기 가압부는,
상기 샘플 홀더를 지지하여 상기 써멀 모듈에 밀착시키기 위한 지지유닛; 및
상기 지지유닛을 상기 써멀 모듈을 향하는 방향으로 이동시키기 위한 구동유닛;
을 포함하며,
상기 가열부는,
상기 지지유닛의 상기 써멀 모듈을 향하는 면에 결합되어 상기 가압부에 의해 상기 샘플 홀더에 밀착되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 1 항에 있어서,
상기 가열부는,
상기 샘플 홀더에 접촉되는 열전도체; 및
상기 열전도체를 가열하기 위한 가열소자
를 포함하는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 3 항에 있어서,
상기 열전도체는, 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 3 항에 있어서,
상기 가열소자는, 적어도 두 개의 목표 온도 중 어느 하나로 상기 샘플 홀더를 가열하게 제어되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 3 항에 있어서,
상기 가열소자는, 저항 가열 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 1 항에 있어서,
상기 슬롯 공간은, 상기 샘플 홀더가 수직 방향으로 위치될 수 있는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 1 항에 있어서,
상기 슬롯 공간은, 사각 기둥 형상의 샘플 홀더가 위치될 수 있는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 1 항에 있어서,
상기 써멀 푸셔는, 상기 가압부와 상기 가열부를 관통하며 일단이 상기 써멀 모듈을 향하는 방향으로 개구되는 광 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 9 항에 있어서,
상기 광 경로에는, 하나 이상의 광 섬유가 삽입되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 9 항에 있어서,
상기 광 경로는, 상기 샘플 홀더 각각에 대응되는 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 9 항에 있어서,
상기 광 경로의 상기 써멀 모듈을 향하는 개구에는 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 9 항에 있어서,
상기 광 경로의 타단은 상기 가압부의 후면, 상면, 저면, 좌측면 또는 우측면 중 어느 하나로 개구되는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
제 1 항에 있어서,
상기 슬롯 공간에 위치하여 상기 써멀 모듈에 밀착된 샘플 홀더의 표면 중 상기 써멀 모듈 및 가압부에 커버되지 않는 표면의 적어도 일부를 커버하기 위한 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써멀 사이클러.
샘플이 수용된 샘플 홀더의 일면을 가열하거나 냉각하기 위한 써멀 모듈, 상기 샘플 홀더를 상기 써멀 모듈에 밀착시키는 가압부와 상기 샘플 홀더의 상기 일면의 대향면을 가열하는 가열부를 포함하는 써멀 푸셔, 및 상기 써멀 모듈과 상기 써멀 푸셔의 사이에 형성되며 상기 샘플 홀더를 하나 이상 위치시킬 수 있는 슬롯 공간을 포함하는 써멀 사이클러의 동작방법으로서,
상기 슬롯 공간에 상기 샘플 홀더를 위치시키는 위치 단계;
상기 써멀 모듈에 상기 샘플 홀더를 밀착시키는 밀착 단계;
상기 샘플 홀더를 가열하는 가열 단계; 및
상기 샘플 홀더를 냉각하는 냉각 단계;
를 포함하는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 15 항에 있어서,
상기 밀착 단계에서,
상기 가열부가 상기 샘플 홀더의 대향면에 밀착되는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 16 항에 있어서,
상기 샘플 홀더의 일면이 상기 써멀 모듈의 열전도체에 밀착되는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 16 항에 있어서,
상기 가열부의 열전도체가 상기 샘플 홀더의 대향면에 밀착되는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 15 항에 있어서,
상기 가열 단계에서,
상기 써멀 모듈은 상기 샘플 홀더의 일면을 가열하는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 15 항에 있어서,
상기 냉각 단계에서,
상기 써멀 모듈은 상기 샘플 홀더의 일면을 냉각하는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 15 항에 있어서,
상기 가열 단계에서,
상기 가열부는 상기 샘플 홀더의 대향면을 가열하는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 21 항에 있어서,
상기 냉각 단계에서,
상기 가열부는 상기 가열 단계에서 상기 샘플 홀더를 가열하는 온도보다 낮은 온도로 상기 샘플 홀더의 대향면을 가열하는 써멀 사이클러의 동작방법.
제 15 항에 있어서,
상기 가열 단계와 냉각 단계는 각각 복수회 반복하여 수행되는 써멀 사이클러의 동작방법.