KR20230101702A - Cartridge type device for biomarker molecular diagnosis - Google Patents
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Abstract
카트리지형 바이오마커 분자진단 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치는, PCR(Polymerase Chain Reaction)용 샘플이 투입되어 유동하는 카트리지와, 상기 카트리지가 안착되는 본체를 포함하고, 상기 카트리지는, 상기 샘플이 투입되는 투입구; 상기 샘플의 유동을 위한 압력이 유입되도록 배치되는 하나 이상의 압력 유입구; 및 상기 투입구를 통해 투입된 상기 샘플이 반응 광의 조사 시 열을 발생시키는 발열 물질, 프라이머(primer) 및 중합 효소와 혼합된 상태로 유동하거나 머무르는 반응 유로;를 포함하고, 상기 본체에는, 상기 하나 이상의 압력 유입구에 상기 샘플의 유동을 위한 압력을 공급하는 하나 이상의 압력 공급부; 및 상기 반응 유로의 적어도 일부분에 상기 반응 광을 조사하는 반응 광 조사부;가 배치되며, 상기 샘플이 상기 반응 유로의 내부에서 상기 반응 광을 조사받는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시켜 상기 샘플이 가열되고, 상기 반응 광을 조사받지 않는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시키지 않으며 상기 샘플이 냉각될 수 있다.A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device is disclosed. A cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention includes a cartridge into which a polymerase chain reaction (PCR) sample is put and flows, and a main body on which the cartridge is seated, wherein the cartridge has the sample input inlet; one or more pressure inlets arranged to introduce pressure for the flow of the sample; and a reaction passage in which the sample introduced through the inlet flows or stays in a mixed state with a heating material, a primer, and a polymerase that generate heat when irradiated with reaction light, and the main body includes the one or more pressure one or more pressure supply units supplying pressure for the flow of the sample to the inlet; and a reaction light irradiation unit configured to irradiate the reaction light to at least a portion of the reaction passage, and while the sample is irradiated with the reaction light inside the reaction passage, the exothermic material generates heat so that the sample is heated. And, while the reaction light is not irradiated, the exothermic material does not generate heat and the sample can be cooled.
Description
본 발명은 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 등과 같은 바이오마커 분자진단을 수행하는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cartridge-type biomarker molecular diagnosis device, and more particularly, to a cartridge-type biomarker molecular diagnosis device that performs biomarker molecular diagnosis such as PCR (Polymerase Chain Reaction).
코로나 바이러스 감염증(COVID-19)의 팬데믹 상황 속에서 대규모 진단이 요구되고 있다. 질병의 팬데믹 기간 동안에는 증상 또는 무증상 감염자를 최대한 신속하게 많이 식별하여 격리시키는 것이 질병의 전파를 예방하는 데에 가장 효과적이기 때문이다.A large-scale diagnosis is required in the context of the pandemic of the coronavirus infection (COVID-19). During a disease pandemic, identifying and isolating as many symptomatic or asymptomatic infected people as quickly as possible is the most effective way to prevent disease transmission.
면역원성 측면 유동 분석(Immunogenic lateral flow assays)은 검사 장비가 소형이고, 결과가 신속하게 도출되며, 비용 측면에서 효율적이지만 초기 질병 단계에서 바이러스 검출에는 적합하지 않은 문제를 가지고 있다. 이와 비교하여 중합효소연쇄반응(PCR)을 기반으로 하는 핵산 증폭 테스트(Nucleic-acid amplification test, NAAT)는 바이러스 검출에 있어서 높은 분석 정확도(~99%)를 가지고 있다. 이에 따라 역전사 PCR(Reverse Transcription PCR, RT-PCR)이 코로나 바이러스 감염증의 진단에 있어 표준으로 사용되고 있다.Immunogenic lateral flow assays have small test equipment, rapid results, and cost-effectiveness, but have problems that are not suitable for virus detection in early disease stages. In comparison, the polymerase chain reaction (PCR)-based nucleic acid amplification test (NAAT) has high assay accuracy (~99%) in virus detection. Accordingly, reverse transcription PCR (RT-PCR) is used as a standard in the diagnosis of coronavirus infection.
그러나 대부분의 PCR 진단이 실험실에서 수행되기 때문에 샘플의 이송과 보존에 많은 비용이 소용되고, 결과를 얻기까지 최대 수일까지 소요되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 PCR 장비를 현장 중심형(POINT OF CARE, POC)으로 만들고자 하는 시도가 있다. 그러나 종래 현장 중심형 PCR 장비는 이송에 적합하지 않게 부피가 크고, 분석 시간도 1~2시간으로 다소 길어서 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다. 또한, 검사의 정확도가 전통적인 PCR 장비에 비하여 다소 제한적인 것도 문제로 지적되고 있다.However, since most PCR diagnoses are performed in laboratories, there are disadvantages in that a lot of cost is required for transporting and preserving samples, and it takes up to several days to obtain results. In order to overcome these disadvantages, there is an attempt to make the PCR equipment site-oriented (POINT OF CARE, POC). However, conventional on-site PCR equipment is not widely used because it is bulky and unsuitable for transport, and the analysis time is rather long, 1 to 2 hours. In addition, it is pointed out as a problem that the accuracy of the test is somewhat limited compared to traditional PCR equipment.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 PCR을 통한 핵산 검출을 신속하고 효과적으로 수행할 수 있는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cartridge-type biomarker molecular diagnosis device capable of quickly and effectively detecting nucleic acids through PCR.
본 발명의 다른 목적은 복수의 샘플에 대한 바이오마커 분자진단을 효율적으로 수행하는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cartridge-type biomarker molecular diagnosis device that efficiently performs biomarker molecular diagnosis for a plurality of samples.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 측면에 따르면, PCR(Polymerase Chain Reaction)용 샘플이 투입되어 유동하는 카트리지와, 상기 카트리지가 안착되는 본체를 포함하고, 상기 카트리지는, 상기 샘플이 투입되는 투입구; 상기 샘플의 유동을 위한 압력이 유입되도록 배치되는 하나 이상의 압력 유입구; 및 상기 투입구를 통해 투입된 상기 샘플이 반응 광의 조사 시 열을 발생시키는 발열 물질, 프라이머(primer) 및 중합 효소와 혼합된 상태로 유동하거나 머무르는 반응 유로;를 포함하고, 상기 본체에는, 상기 하나 이상의 압력 유입구에 상기 샘플의 유동을 위한 압력을 공급하는 하나 이상의 압력 공급부; 및 상기 반응 유로의 적어도 일부분에 상기 반응 광을 조사하는 반응 광 조사부;가 배치되며, 상기 샘플이 상기 반응 유로의 내부에서 상기 반응 광을 조사받는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시켜 상기 샘플이 가열되고, 상기 반응 광을 조사받지 않는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시키지 않으며 상기 샘플이 냉각되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a cartridge for PCR (Polymerase Chain Reaction) is injected and flows, and a body in which the cartridge is seated, wherein the cartridge includes: an inlet through which the sample is introduced; one or more pressure inlets arranged to introduce pressure for the flow of the sample; and a reaction passage in which the sample introduced through the inlet flows or stays in a mixed state with a heating material, a primer, and a polymerase that generate heat when irradiated with reaction light, and the main body includes the one or more pressure one or more pressure supply units supplying pressure for the flow of the sample to the inlet; and a reaction light irradiation unit configured to irradiate the reaction light to at least a portion of the reaction passage, and while the sample is irradiated with the reaction light inside the reaction passage, the exothermic material generates heat so that the sample is heated. and, while not being irradiated with the reaction light, the exothermic material does not generate heat and the sample is cooled.
이때, 상기 카트리지는 상기 투입구와 상기 반응 유로 사이에 배치되는 제 1 가열 유로를 더 포함하고, 상기 본체에는 상기 샘플이 상기 제 1 가열 유로 내에서 유동하거나 머무르며 제 1 온도로 가열되도록 상기 제 1 가열 유로를 가열하는 제 1 가열부가 더 배치될 수 있다.At this time, the cartridge further includes a first heating passage disposed between the inlet and the reaction passage, and the main body includes the first heating passage so that the sample flows or stays in the first heating passage and is heated to a first temperature. A first heating unit for heating the flow path may be further disposed.
또한, 상기 카트리지는, 상기 투입구와 상기 반응 유로 사이에 배치되고, 상기 샘플을 포집하는 포집체; 및 상기 샘플에 존재하는 불순물을 세척하기 위해 상기 포집체로 공급되는 세척 용액을 저장하는 하나 이상의 세척 용액 리저버;를 더 포함하고, 상기 압력 공급부가 상기 압력 유입구를 통해 공급하는 압력에 의해 상기 세척 용액이 상기 포집체로 이송될 수 있다.In addition, the cartridge is disposed between the inlet and the reaction passage, the collection body for collecting the sample; and at least one washing solution reservoir storing a washing solution supplied to the collecting body to wash impurities present in the sample, wherein the washing solution is discharged by the pressure supplied by the pressure supply unit through the pressure inlet. It can be transferred to the collection body.
또한, 상기 카트리지는, 상기 투입구 및 상기 하나 이상의 세척 용액 리저버를 상기 포집체와 연결하는 연결 유로; 및 상기 연결 유로를 상기 투입구 및 상기 하나 이상의 세척 용액 리저버 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치되는 제 1 밸브;를 더 포함하고, 상기 본체에는 상기 제 1 밸브를 구동하는 제 1 밸브 구동부가 더 배치될 수 있다.In addition, the cartridge may include a connection passage connecting the inlet and the one or more washing solution reservoirs to the collecting body; and a first valve disposed to selectively connect the connection passage to any one of the inlet and the one or more washing solution reservoirs, wherein a first valve driving unit for driving the first valve is further disposed in the main body. It can be.
또한, 상기 카트리지는 상기 연결 유로를 상기 포집체 및 상기 반응 유로 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치되는 제 2 밸브를 더 포함하고, 상기 본체에는 상기 제 2 밸브를 구동하는 제 2 밸브 구동부가 더 배치될 수 있다.In addition, the cartridge further includes a second valve disposed to selectively connect the connection passage to any one of the collection body and the reaction passage, and the main body further includes a second valve driving unit for driving the second valve. can be placed.
또한, 상기 카트리지는 상기 샘플의 세척 후 상기 포집체에서 배출되는 배출 용액을 저장하는 배출 용액 리저버를 더 포함하고, 상기 압력 공급부가 상기 압력 유입구를 통해 공급하는 압력에 의해 상기 배출 용액이 상기 배출 용액 리저버로 이송될 수 있다.In addition, the cartridge further includes a discharged solution reservoir for storing the discharged solution discharged from the collecting body after washing the sample, and the discharged solution is discharged by the pressure supplied by the pressure supply unit through the pressure inlet. can be transferred to the reservoir.
또한, 상기 카트리지는 상기 제 1 밸브에 의해 상기 연결 유로와 연통될 수 있도록 배치되고, 상기 발열 물질, 상기 프라이머(primer) 및 상기 중합 효소를 포함하는 혼합액을 저장하는 혼합액 리저버를 더 포함할 수 있다.The cartridge may further include a mixed solution reservoir configured to communicate with the connection flow path by the first valve and to store a mixed solution including the exothermic material, the primer, and the polymerase. .
또한, 상기 카트리지는 세척 후 상기 포집체에 농축된 샘플을 상기 혼합액 리저버로 이송시키는 이송액을 저장하는 이송액 리저버를 더 포함하고, 상기 압력 공급부가 상기 압력 유입구를 통해 공급하는 압력에 의해 상기 이송액이 상기 샘플을 상기 혼합액 리저버로 이송할 수 있다.In addition, the cartridge further includes a transfer liquid reservoir for storing a transfer liquid for transferring the sample concentrated in the collecting body to the mixed liquid reservoir after washing, and the transfer by the pressure supplied by the pressure supply unit through the pressure inlet. The liquid may transfer the sample to the mixed liquid reservoir.
또한, 상기 카트리지는 상기 포집체를 상기 배출 용액 리저버 및 상기 이송액 리저버 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치되는 제 3 밸브를 더 포함하고, 상기 본체에는 상기 제 3 밸브를 구동하는 제 3 밸브 구동부가 더 배치될 수 있다.In addition, the cartridge further includes a third valve disposed to selectively connect the collection body with any one of the discharged solution reservoir and the transfer liquid reservoir, and the main body includes a third valve driving unit for driving the third valve. may be further placed.
또한, 상기 카트리지는 상기 반응 유로의 후단에 연결된 검출 유로를 더 포함하고, 상기 본체에는, 상기 반응 유로에서 이송된 상기 샘플 내부에 검출 대상 핵산이 존재하는지 여부를 검출하기 위하여 상기 검출 유로에 검출 광을 조사하는 검출광 조사부; 및 상기 검출 광에 의해 발생되는 형광을 검출하는 검출부;가 더 배치될 수 있다.In addition, the cartridge further includes a detection passage connected to a rear end of the reaction passage, and in the main body, a detection light is emitted into the detection passage to detect whether or not a nucleic acid to be detected is present in the sample transferred from the reaction passage. a detection light irradiation unit for irradiating; and a detector configured to detect fluorescence generated by the detection light.
또한, 상기 발열 물질은 자성을 가지고, 상기 카트리지는 상기 반응 유로와 상기 검출 유로 사이에 배치되는 분리 유로를 더 포함하고, 상기 본체에는 상기 샘플이 상기 분리 유로에서 상기 검출 유로로 유동할 때 상기 발열 물질이 상기 샘플에서 분리되어 상기 분리 유로에 잔존하도록 자력을 제공하는 자성 분리부가 더 배치될 수 있다.In addition, the exothermic material has magnetism, the cartridge further includes a separation passage disposed between the reaction passage and the detection passage, and the main body generates heat when the sample flows from the separation passage to the detection passage. A magnetic separation unit providing a magnetic force so that the material is separated from the sample and remains in the separation passage may be further disposed.
또한, 상기 카트리지는 상기 투입구와 상기 반응 유로 사이에 배치되는 제 2 가열 유로를 더 포함하고, 상기 본체에는 상기 샘플이 상기 제 2 가열 유로 내에서 제 2 온도로 가열되도록 상기 제 2 가열 유로를 가열하는 제 2 가열부가 더 배치될 수 있다.The cartridge further includes a second heating passage disposed between the inlet and the reaction passage, and the main body heats the second heating passage so that the sample is heated to a second temperature in the second heating passage. A second heating unit that does may be further disposed.
상기의 구성에 따라 본 발명의 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치는 발열 물질과 혼합된 샘플이 카트리지의 반응 유로에서 승온과 냉각을 반복하도록 함으로써 PCR이 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있게 해준다.According to the configuration described above, the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device of the present invention enables PCR to be performed quickly and efficiently by repeatedly heating and cooling the sample mixed with the pyrogen in the reaction passage of the cartridge.
본 발명의 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치는 본체에 탈착가능한 카트리지에 바이오마커 분자진단의 대상이 되는 샘플이 배치되는 구조를 가지고 있어 복수의 샘플에 대한 바이오마커 분자진단이 카트리지의 교체를 통해 효율적으로 수행될 수 있게 해준다.The cartridge-type biomarker molecular diagnosis device of the present invention has a structure in which samples to be subjected to biomarker molecular diagnosis are placed in a cartridge detachable from the main body, so that biomarker molecular diagnosis for a plurality of samples can be efficiently performed by replacing the cartridge. allow it to be performed
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 상측을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 하측을 커버 부재가 분리된 상태로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 상측을 카트리지 몸체의 상당 부분을 제거한 상태로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 하측을 카트리지 몸체의 상당 부분을 제거한 상태로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 하측을 카트리지 몸체의 상당 부분을 제거한 상태로 나타내되 제 1 내지 3 밸브를 절단된 상태로 나타낸 도면이다.
도 7은 자기플라즈몬 나노입자(Magneto-plasmonic nanoparticle, MPN)의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 반응 유로에서 PCR 주기를 반복하는 샘플의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 본체의 일부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 제 1 내지 3 밸브 구동부를 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치에서 PCR이 진행되는 과정을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the upper side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the lower side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention in a state in which the cover member is separated.
4 is a view showing the upper side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention in a state in which a significant portion of the cartridge body is removed.
5 is a view showing the lower side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention in a state in which a significant portion of the cartridge body is removed.
6 is a view showing the lower side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention with a significant portion of the cartridge body removed, but with the first to third valves cut off.
7 is a cross-sectional view of a magneto-plasmonic nanoparticle (MPN).
8 is a graph showing the temperature change of a sample repeating PCR cycles in a reaction flow path of a cartridge-type biomarker molecular diagnostic device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a part of the main body of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing first to third valve driving units of a cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
11 to 19 are diagrams showing the process of PCR in the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted in the drawings, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.Words and terms used in this specification and claims are not construed as limited in their ordinary or dictionary meanings, but in accordance with the principle that the inventors can define terms and concepts in order to best describe their inventions. It should be interpreted as a meaning and concept that corresponds to the technical idea. Since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings correspond to a preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, the corresponding configurations are various equivalents to replace them at the time of filing of the present invention. There may be water and variations.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to describe the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations 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.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.A component being in the "front", "rear", "above" or "below" of another component means that it is in direct contact with another component, unless there are special circumstances, and is "in front", "rear", "above" or "below". It includes not only those disposed at the lower part, but also cases in which another component is disposed in the middle. In addition, the fact that certain components are “connected” to other components includes cases where they are not only directly connected to each other but also indirectly connected to each other unless there are special circumstances.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 구성을 도시한다.1 shows the configuration of a cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치(1)는 카트리지(100)와 본체(300)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치(1)는 본체(300)에 탈착가능한 카트리지(100)에 바이오마커 분자진단의 대상이 되는 샘플이 배치되는 구조를 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치(1)에 의하면, 발열 물질과 혼합된 샘플이 카트리지(100)의 내부에서 유동할 수 있으며, 승온과 냉각을 주기의 반복을 통해 PCR(Polymerase Chain Reaction)이 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1 , a cartridge-type biomarker
카트리지(100)는 샘플이 투입되어 유동하도록 제공된다. 예를 들면, 샘플은 PCR(Polymerase Chain Reaction)용 샘플이 될 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 샘플은 PCR을 통한 핵산 검출의 대상이 되며, 피검자의 타액에서 RNA 또는 DNA를 정제하여 제조된 것일 수 있다. 이때, 검출 대상 핵산은 SARS-CoV-2 바이러스 검출을 위한 N1 및 N2 유전자와, 인간의 샘플임을 확인하기 위한 인간 RPP30 유전자가 될 수 있다. 물론, 이것은 하나의 예에 불과하며 진단하고자 하는 감염증의 종류에 따라 검출 대상 핵산은 달라질 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 상측을 도시하고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 하측을 커버 부재가 분리된 상태로 도시한다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 상측을 카트리지 몸체의 상당 부분을 제거한 상태로 도시하고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 하측을 카트리지 몸체의 상당 부분을 제거한 상태로 도시한다. 한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 카트리지의 하측을 카트리지 몸체의 상당 부분이 제거된 상태에서 제 1 내지 3 밸브의 절단면을 도시한다.2 shows the upper side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 covers the lower side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention. The member is shown in a separated state. 4 shows the upper side of the cartridge of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention with a significant portion of the cartridge body removed, and FIG. 5 is a cartridge-type device according to an embodiment of the present invention. The lower side of the cartridge of the biomarker molecular diagnosis device is shown with a significant portion of the cartridge body removed. Meanwhile, FIG. 6 shows a cutaway view of the first to third valves of the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention in a state in which a significant portion of the cartridge body is removed from the lower side of the cartridge.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 카트리지(100)는 카트리지 몸체(101), 투입구(102), 제 1 가열 유로(103), 포집체(104), 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c), 연결 유로(106), 제 1 밸브(107), 제 2 밸브(108), 배출 용액 리저버(109), 혼합액 리저버(110), 이송액 리저버(111), 제 3 밸브(112), 제 2 가열 유로(113), 반응 유로(114), 분리 유로(115) 및 검출 유로(116) 및 하나 이상의 압력 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 포함할 수 있다.2 to 6, the
카트리지 몸체(101)는 본체(300)에 안착될 수 있도록 구비된다. 본 발명의 일 실시예에서, 카트리지 몸체(101)는 전체적으로 사각의 박스 형상을 가질 수 있다. 카트리지 몸체(101)의 형상은 카트리지(100)의 구성들과 본체(300)의 구성들의 배치 및 작동을 고려하여 결정될 수 있다. 이에 따라 카트리지 몸체(101)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.The
투입구(102)는 샘플이 투입되도록 카트리지 몸체(101)에 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 투입구(102)는 제 1 가열 유로(103)와 연결되어 있으며, 투입구(102)를 통해 투입된 샘플은 제 1 가열 유로(103) 측으로 유동할 수 있다.The
제 1 가열 유로(103)는 투입구(102)와 연결되어 카트리지 몸체(101)에 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 가열 유로(103)는 샘플의 진행 경로 상에서 투입구(102)와 반응 유로(114) 사이에 배치된다. 샘플은 제 1 가열 유로(103) 내에서 유동하거나 머무르며 제 1 온도로 가열될 수 있다.The
예를 들면, 제 1 가열 유로(103)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역에 음각으로 형성되고, 제 1 커버부재(C1)에 의해 커버된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 커버부재(C1)는 필름 등으로 이루어질 수 있다.For example, the
본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치(1)를 통해 검출 대상 핵산의 검출을 위한 PCR이 수행될 경우, 제 1 온도는 90~100℃에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 제 1 가열 유로(103)의 내부에서 샘플을 95℃로 가열될 수 있다. 샘플이 제 1 온도로 가열되면, 샘플에서 바이러스가 용해(lysis)되고, 검출 대상 핵산이 추출될 수 있다.When PCR for detecting a nucleic acid to be detected is performed using the cartridge-type biomarker
포집체(104)는 샘플을 포집한다. 포집체(104)에 샘플이 점착된 상태에서 샘플의 세척을 통한 샘플의 농축이 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 포집체(104)는 샘플의 진행 경로 상에서 투입구(102)와 반응 유로(114) 사이에 배치된다. 예를 들면, 포집체(104)는 레진(resin)으로 구성될 수 있다.
하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c)는 샘플에 존재하는 불순물을 세척하기 위해 포집체(104)로 공급되는 세척 용액을 저장한다. 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c)는 카트리지 몸체(101)의 소정 영역에 배치될 수 있다. 한편, 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c)에 저장된 세척 용액은 본체(300)에서 공급되는 압력에 의하여 포집체(104)로 공급될 수 있다.One or more
본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c)는 제 1 세척 용액이 저장되는 제 1 세척 용액 리저버(105a), 제 2 세척 용액이 저장되는 제 2 세척 용액 리저버(105b), 제 3 세척 용액이 저장되는 제 3 세척 용액 리저버(105c)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 세척 용액은 에탄올(ethanol)이고, 제 2 세척 용액은 워시 버퍼(wash buffer)이고, 제 3 세척 용액은 미네랄 오일(mineral oil)일 될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the one or more
연결 유로(106)는 투입구(102) 및 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c)를 포집체(104)와 연결한다. 본 발명의 일 실시예에서, 연결 유로(106)는 제 1 세척 용액 리저버(105a)에서 배출되는 제 1 세척 용액, 제 2 세척 용액 리저버(105b)에서 배출되는 제 2 세척 용액, 제 3 세척 용액 리저버(105c)에서 배출되는 제 3 세척 용액이 각각 포집체(104)로 제공될 수 있도록 형성된다. 더욱 상세하게, 제 1 내지 3 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c) 각각의 배출 유로가 포집체(104)를 향해 수렴하는 형태로 형성될 수 있다.The
예를 들면, 연결 유로(106)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역에 음각으로 형성되고, 제 2 커버부재(C2)에 의해 커버된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 2 커버부재(C2)는 필름 등으로 이루어질 수 있다.For example, the
한편, 연결 유로(106)는 후술되는 혼합액 리저버(110)와 포집체(104)를 연결할 수도 있다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에서, 연결 유로(106)는 투입구(102), 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c) 및 혼합액 리저버(110)를 포집체(104)와 연결할 수 있다.Meanwhile, the
제 1 밸브(107)는 연결 유로(106)를 투입구(102) 및 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c) 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치된다. 제 1 밸브(107)는 카트리지 몸체(101)의 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제 1 밸브(107)는 실린더형으로 이루어진 제 1 밸브 몸체(107a)와, 제 1 밸브 몸체(107a)를 횡방향으로 관통하며 형성된 제 1 밸브 유로(107b)를 포함할 수 있다.The
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 연결 유로(106)는 혼합액 리저버(110)와도 연결되어 있다. 이와 관련하여, 제 1 밸브(107)는 혼합액 리저버(110)를 연결 유로(106)와 연통시킬 수도 있다. 즉, 제 1 밸브(107)는 연결 유로(106)를 투입구(102), 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c) 및 혼합액 리저버(110) 중 어느 하나와 선택적으로 연결할 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
제 2 밸브(108)는 연결 유로(106)를 포집체(104) 및 반응 유로(114) 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치된다. 제 2 밸브(108)는 카트리지 몸체(101)의 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제 2 밸브(108)는 실린더형으로 이루어진 제 2 밸브 몸체(108a)와, 제 2 밸브 몸체(108a)를 T자형으로 관통하며 형성된 제 2 밸브 유로(108b)를 포함할 수 있다.The
배출 용액 리저버(109)는 샘플의 세척 후 포집체(104)에서 배출되는 배출 용액을 저장한다. 배출 용액 리저버(109)는 카트리지 몸체(101)의 소정 영역에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 내지 3 세척 용액은 포집체(104)에 부착된 샘플을 세척한 후 배출 용액 리저버(109)로 이송될 수 있다. 이때, 배출 용액 리저버(109)로의 이송력은 본체(300)에서 공급되는 압력에 의해 형성될 수 있다.The discharged
본 발명의 일 실시예에서, 배출 용액 리저버(109)는 카트리지 몸체(101)의 일면에 음각으로 형성되고, 제 3 커버부재(C3)에 의해 커버된 형태를 가질 수 있다. 이때, 제 3 커버부재(C3)는 필름 등으로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the discharged
혼합액 리저버(110)는 제 1 밸브(107)에 의해 연결 유로(106)와 연통될 수 있도록 배치되고, 발열 물질, 프라이머(primer) 및 중합 효소를 포함하는 혼합액을 저장한다. 상기 발열 물질은 샘플의 가열을 위해 사용되고, 상기 프라이머 및 상기 중합 효소는 샘플 내부의 검출 대상 핵산의 역전사 또는 PCR 등을 위해 사용된다. 혼합액 리저버(110)는 카트리지 몸체(101)의 소정 영역에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 혼합액 리저버(110)는 제 1 내지 3 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c)와 인접하여 배치될 수 있다.The
예를 들어, 상기 발열 입자는 자기플라즈몬 나노입자(Magneto-plasmonic nanoparticle, MPN)이 될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7에는 자기플라즈몬 나노입자(10)의 단면도가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 자기플라즈몬 나노입자(10)는 코어(11)와, 코어(11)를 둘러싸는 쉘(12)을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게, 코어(11)는 자성을 가질 수 있다. 코어(11)는 Fe3O4, Zn0.4Fe2.6O4, FexOy, ZnxFeyOz 및 MnxFeyOz 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 쉘(12)은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.For example, the exothermic particle may be a magneto-plasmonic nanoparticle (MPN). In this regard, FIG. 7 shows a cross-sectional view of the
자기플라즈몬 나노입자(10)는 나노 스케일의 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 코어(11)의 직경은 5~100㎚, 쉘(12)의 두께는 1~20㎚가 될 수 있다.
이송액 리저버(111)는 세척 후 포집체(104)에 농축된 샘플을 혼합액 리저버(110)로 이송시키는 이송액을 저장한다. 이송액 리저버(111)는 카트리지 몸체(101)의 소정 영역에 배치될 수 있다. 이송액 리저버(111)에 저장된 이송액은 본체(300)로부터 제공되는 압력에 의해 포집체(104)에 농축된 샘플을 혼합액 리저버(110)로 이송한다. 예를 들면, 이송액은 물이 될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에서, 이송액 리저버(111)에 저장된 이송액은 후술되는 제 3 밸브(112)가 포집체(104)와 이송액 리저버(111)를 연결하도록 배치되고, 제 2 밸브(108)가 포집체(104)를 연결 유로(106)와 연결하도록 배치되고, 제 1 밸브(107)가 연결 유로(106)를 혼합액 리저버(110)와 연결하도록 배치된 상태에서 포집체(104)에 농축된 샘플을 혼합액 리저버(110)로 이송할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transfer liquid stored in the
제 3 밸브(112)는 포집체(104)를 배출 용액 리저버(109) 및 이송액 리저버(111) 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치된다. 제 3 밸브(112)는 카트리지 몸체(101)의 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제 3 밸브(112)는 실린더형으로 이루어진 제 3 밸브 몸체(112a)와, 제 3 밸브 몸체(112a)를 L자형으로 관통하며 형성된 제 3 밸브 유로(112b)를 포함할 수 있다.The
제 2 가열 유로(113)는 혼합액과 혼합된 샘플이 이송되어 제 2 온도로 가열되도록 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 2 가열 유로(113)는 샘플의 진행 경로 상에서 투입구(102)와 반응 유로(114) 사이에 배치된다. 더욱 상세하게, 제 2 가열 유로(113)는 샘플의 진행 경로 상에서 혼합액 리저버(110)와 반응 유로(114) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 샘플은 혼합액 리저버(110)에서 발열 물질, 프라이머(primer) 및 중합 효소와 혼합된 뒤 제 2 가열 유로(113)로 유동할 수 있다.The
샘플은 제 2 가열 유로(113) 내에서 유동하거나 머무르며 제 2 온도로 가열될 수 있다. 예를 들면, 제 2 가열 유로(113)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역에 음각으로 형성되고, 제 1 커버부재(C1)에 의해 커버된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 커버부재(C1)는 필름 등으로 이루어질 수 있다.The sample may be heated to a second temperature while flowing or staying in the
본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치(1)를 통해 검출 대상 핵산의 검출을 위한 PCR이 수행될 경우, 제 2 온도는 45~55℃에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 제 2 가열 유로(113)의 내부에서 샘플은 52℃로 가열될 수 있다. 상기 샘플이 제 2 온도로 가열되면, 샘플에서 RNA의 역전사가 진행될 수 있다. 상기 검출 대상 핵산이 RNA인 경우 반응 유로(114)에서 PCR의 진행되기 전에 RNA의 역전사가 요구되는데, 제 2 가열 유로(113)의 내부에서 역전사가 수행될 수 있다.When PCR for detecting a nucleic acid to be detected is performed using the cartridge-type biomarker
한편, 샘플 내에 포함된 검출 대상 핵산이 DNA인 경우 역전사는 요구되지 않는다. 따라서 샘플 내에서 검출하고자 하는 검출 대상 핵산이 DNA인 경우 제 2 가열 유로(113)는 생략될 수 있다.On the other hand, when the nucleic acid to be detected in the sample is DNA, reverse transcription is not required. Accordingly, when the target nucleic acid to be detected in the sample is DNA, the
반응 유로(114)는 투입구(102)를 통해 투입된 샘플이 반응 광의 조사 시 열을 발생시키는 발열 물질, 상기 프라이머 및 상기 중합 효소와 혼합된 상태로 유동하거나 머무르도록 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 반응 유로(114)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역에 음각으로 형성되고, 제 1 커버부재(C1)에 의해 커버된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 커버부재(C1)는 필름 등으로 이루어질 수 있다.The
상기 샘플이 반응 유로(114)의 내부에서 반응 광을 조사받는 동안에는 상기 샘플에 혼합된 발열 물질이 열을 발생시켜 상기 샘플이 가열되고, 상기 반응 광을 조사받지 않는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시키지 않으며 상기 샘플이 냉각된다. 전술한 바와 같이, 상기 발열 입자가 자기플라즈몬 나노입자(10)고, 쉘(12)이 12nm 두께의 금(Au)으로 이루어질 때, 535nm의 파장을 가지는 광에 대해 플라즈몬 공명을 보이는 것으로 확인되었다. 이 경우 상기 샘플의 효율적 가열을 위해 상기 제 1 광의 피크 파장은 530~540nm(예를 들면, 535nm)가 될 수 있다. 다시 말하면, 반응 광은 530~540nm 피크 파장을 가지는 레이저 광이 될 수 있다. 물론, 상기 발열 물질로 다른 종류의 입자가 사용되었을 때, 플라즈몬 공명이 발생하는 파장은 달라질 수 있다.While the sample is irradiated with the reaction light inside the
반응 유로(114)에서는 상기 샘플의 PCR이 진행될 수 있다. PCR은 변성(denaturation), 결합(annealing) 및 신장(elongation) 3단계로 이루어진다. 일반적으로 변성은 94~98의 온도에서 진행되고, 결합은 50~65의 온도에서 진행되며, 신장은 75~80의 온도에서 진행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의할 경우, 상기 샘플에 혼합된 발열 물질은 반응 광의 조사 시 열을 발생시켜 샘플을 가열하며, 반응 광을 조사받지 않는 동안에는 발열 물질이 열을 발생시키지 않으며 샘플이 냉각된다. 이에 따라 도 8에 나타난 바와 같은 샘플의 온도 변화 주기가 반복되도록 할 수 있다. 그 결과 변성, 결합 및 신장이 반복되면서 PCR이 수행될 수 있다.PCR of the sample may be performed in the
반응 유로(114)내에서의 샘플의 유동 여부 및 반응 광의 조사와 관련하여 다양한 방식이 고려될 수 있다.Various methods may be considered regarding the flow of the sample in the
우선, 반응 유로(114)의 일정 영역에 지속적으로 반응 광이 조사되고, 샘플은 반응 유로(114) 내에서 반응 광이 조사되는 영역과 조사되지 않는 영역을 번갈아 진행하는 것이 고려될 수 있다. 예를 들면, 반응 유로(114) 내에 반응 광이 조사되는 영역의 전후로 반응 광이 조사되지 않는 영역이 존재할 때, 샘플은 반응 광이 조사되는 영역을 복수회 통과하도록 반응 광이 조사되는 영역과 그 전후의 반응 광이 조사되지 않는 영역을 왕복하며 유동할 수 있다. 이때, 샘플의 유동은 본체(300)에서 공급되는 압력에 의해 이루어질 수 있다.First, it may be considered that the reaction light is continuously irradiated to a certain area of the
다음으로, 반응 유로(114)의 내부에 샘플이 머무르고, 반응 광이 단속적으로 조사되는 방식도 고려될 수 있다. 즉, 반응 유로(114)의 내부에 샘플이 머무르고 있는 상태에서 반응 광이 소정 시간 조사 후 소등되고, 일정 시간 경과 후 다시 조사되는 것이 반복됨으로써 상기 발열 물질의 발열과 냉각이 반복적으로 이루어질 수 있다.Next, a method in which the sample stays inside the
분리 유로(115)는 반응 유로(114)와 연결되어 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 분리 유로(115)는 반응 유로(114)와 검출 유로(116) 사이에 배치된다. 분리 유로(115)의 내부에서 성가 샘플과 상기 발열 물질이 분리될 수 있다. 예를 들면, 분리 유로(115)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역에 음각으로 형성되고, 제 1 커버부재(C1)에 의해 커버된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 커버부재(C1)는 필름 등으로 이루어질 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치(1)가 PCR을 위해 사용될 때, 상기 발열 물질은 샘플 내에서 샘플을 직접적으로 가열함으로써 PCR 반응을 효율적으로 유도하지만, PCR의 완료 후 검출 대상 핵산의 검출 과정에서는 검출에 장애 요인이 될 수 있다. 예를 들면, 상기 발열 물질은 검출 시 사용되는 검출 광을 흡수 또는 반사(발광)하여 검출 대상 핵산의 검출을 방해할 수 있다. 따라서 상기 발열 물질은 검출 대상 핵산의 검출 전 샘플로부터 제거되는 것이 바람직하다.When the cartridge-type biomarker
본 발명의 일 실시예에서, 분리 유로(115)는 상기 발열 물질이 전술한 자기플라즈몬 나노입자(10) 등과 같이 자성을 가짐을 전제로 형성될 수 있다. 이 경우 본체(300)에서 제공되는 자력에 의해 상기 발열 물질이 상기 분리 유로의 내부에 고정되며, 상기 샘플은 상기 발열 물질과 분리되어 검출 유로(116) 측으로 유동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
한편, 상기 발열 물질이 자성을 가지지 않거나 검출 대상 핵산의 검출 과정에서 장애 요인으로 작용하지 않는 경우 분리 유로(115)는 생략될 수 있다.Meanwhile, when the heating material does not have magnetism or does not act as an obstacle in the detection process of the nucleic acid to be detected, the
검출 유로(116)는 반응 유로(114)의 후단에 연결되어 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 검출 유로(116)에 샘플이 머무르는 상태에서 검출 광의 조사 및 형광 검출이 수행될 수 있다. 예를 들면, 검출 유로(116)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역에 음각으로 형성되고, 제 1 커버부재(C1)에 의해 커버된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 커버부재(C1)는 필름 등으로 이루어질 수 있다.The
하나 이상의 압력 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)는 샘플의 유동을 위한 압력이 유입되도록 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 카트리지(100)는 카트리지 몸체(101)에 제 1 내지 4 압력 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 구비한다.One or
제 1 압력 유입구(117a)는 배출 용액 리저버(109) 측에 형성된다. 제 1 압력 유입구(117a)를 통해 유입되는 음압을 통해 투입구(102)에서 투입된 샘플이 제 1 가열 유로(103) 및 포집체(104) 측으로 유동할 수 있다. 또한, 제 1 압력 유입구(117a)를 통해 유입된 음압을 통해 하나 이상의 세척 용액 리저버(105a, 105b, 105c)에 저장된 세척액이 포집체(104)로 이송될 수 있다.The first pressure inlet (117a) is formed on the discharged solution reservoir (109) side. The sample introduced from the
제 2 압력 유입구(117b)는 이송액 리저버(111) 측에 형성된다. 제 2 압력 유입구(117b)를 통해 유입되는 양압을 통해 이송액이 이송액 리저버(111)에서 포집체(104)를 거쳐 혼합액 리저버(110)로 이송될 수 있다. 포집체(104)에 농축된 샘플은 상기 이송액에 의해 혼합액 리저버(110)로 이송될 수 있다.The
제 3 압력 유입구(117c)는 포집체(104) 측에 형성된다. 제 3 압력 유입구(117c)를 통해 유입되는 음압은 이송액 리저버(111)에 저장된 이송액이 포집체(104) 측으로 이송할 수 있도록 유도한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 2 압력 유입구(117b)를 통해 유입되는 양압이 충분한 경우 제 3 압력 유입구(117c)는 생략될 수 있다.The third pressure inlet (117c) is formed on the collecting body (104) side. The negative pressure introduced through the
제 4 압력 유입구(117d)는 검출 유로(116)의 후단에 검출 유로(116)와 연통되어 형성된다. 혼합액 리저버(110)에서 혼합액 등과 혼합된 샘플은 제 4 압력 유입구(117d)를 통해 유입되는 음압을 통해 제 2 가열 유로(113) 측으로 유동할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예서, 제 1 가열 유로(103), 제 2 가열 유로(113), 반응 유로(114), 분리 유로(115) 및 검출 유로(116)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 역에 형성되고, 제 1 커버부재(C1)에 의해 커버될 수 있다. 또한, 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역의 일측에 연결 유로(106)가 형성되고, 연결 유로(106)는 제 2 커버부재(C2)에 의해 커버될 수 있다. 또한, 배출 용액 리저버(109)는 카트리지 몸체(101)의 일면의 소정 영역과 인접한 영역에 배치되며, 제 3 커버부재(C3)에 의해 커버될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
본체(300)는 카트리지(100)가 안착되도록 제공된다. 본체(300) 프레임 형태로 이루어질 수 있다. 본체(300)는 카트리지(100)가 안착되는 안착부(301)를 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치(1)는 카트리지(100)가 본체(300)의 안착부(301)에 안착된 상태에서 카트리지(100)에 투입된 샘플의 PCR이 수행될 수 있다. 더욱 상세하게, 안착부(301)는 카트리지(100)가 안착되는 안착홈(301a)과, 안착홈(301a)에 안착된 카트리지(100)의 적어도 일부분을 커버하며 배치되는 안착 커버(301b)를 포함할 수 있다.The
본체(300)에는 카트리지(100)에 투입된 샘플의 바이오마커 분자진단(예를 들면, PCR)을 위한 다양한 구성들이 배치될 수 있다. 도 1과 함께, 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 본체의 일부를 도시하고 있는 도 9를 참조하면, 본체(300)에는 제 1 가열부(310), 제 1 밸브 구동부(320a), 제 2 밸브 구동부(320b), 제 3 밸브 구동부(320c), 제 2 가열부(330), 반응 광 조사부(340), 자성 분리부(350), 검출 광 조사부(360), 검출부(370) 및 압력 공급부(380)가 배치될 수 있다.Various components for biomarker molecular diagnosis (eg, PCR) of the sample put into the
제 1 가열부(310)는 상기 샘플이 제 1 가열 유로(103) 내에서 유동하거나 머무르며 제 1 온도로 가열되도록 제 1 가열 유로(103)를 가열한다. 예를 들면, 제 1 가열부(310)는 제 1 가열 유로(103)와 접하여 배치되는 히터 블록을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 검출 대상 핵산의 검출을 위한 PCR이 수행될 경우, 제 1 온도는 90~100℃에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 제 1 가열 유로(103)의 내부에서 샘플을 95℃로 가열될 수 있다. 이에 따라 샘플에서 바이러스가 용해(lysis)되고, 검출 대상 핵산이 추출될 수 있다.The
제 1 밸브 구동부(320a), 제 2 밸브 구동부(320b) 및 제 3 밸브 구동부(320c)는 제 1 밸브(107), 제 2 밸브(108) 및 제 3 밸브(112)를 각각 구동한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치의 제 1 내지 3 밸브 구동부를 도시한다. 도 10을 참조하면, 제 1 밸브 구동부(320a), 제 2 밸브 구동부(320b) 및 제 3 밸브 구동부(320c)는 구동력을 생성하는 제 1 모터(321a), 제 2 모터(321b) 및 제 3 모터(321c)를 각각 포함하고, 모터에서 생성된 구동력을 전달하는 제 1 구동력 전달 수단(322a), 제 2 구동력 전달 수단(322b) 및 제 3 구동력 전달 수단(322c)을 각각 포함할 수 있다. 제 1 내지 3 구동력 전달 수단(322a, 322b, 322c)은 각각 제 1 모터(321a), 제 2 모터(321b) 및 제 3 모터(321c)의 회전력을 전달받는 풀리 구조를 포함할 수 있으며, 각각 제 1 내지 3 밸브(107, 108, 112)의 하측에 체결되어 회전 구동력을 전달할 수 있다.The
제 2 가열부(330)는 상기 샘플이 제 2 가열 유로(113) 내에서 제 2 온도로 가열되도록 제 2 가열 유로(113)를 가열한다. 예를 들면, 제 2 가열부(330)는 제 2 가열 유로(113)와 접하여 배치되는 히터 블록을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 가열부(310)와 제 2 가열부(330)는 일체로 형성될 수 있다.The
전술한 바와 같이, 검출 대상 핵산이 RNA인 PCR이 수행될 경우, 제 2 온도는 45~55℃에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 제 2 가열 유로(113)의 내부에서 샘플은 52℃로 가열될 수 있다. 상기 샘플이 제 2 온도로 가열되면, 샘플에서 RNA의 역전사가 진행될 수 있다. 한편, 샘플 내에 포함된 검출 대상 핵산이 DNA인 경우 역전사는 요구되지 않는다. 즉, 샘플 내에 포함된 검출 대상 핵산이 DNA인 경우 제 2 가열부(330)는 생략될 수 있다.As described above, when PCR is performed in which the nucleic acid to be detected is RNA, the second temperature may be selected from 45 to 55°C. For example, the sample may be heated to 52° C. in the
반응 광 조사부(340)는 반응 유로(114)의 적어도 일부분에 반응 광을 조사한다. 예를 들면, 반응 광 조사부(340)는 설정된 파장대의 레이저 광을 조사할 수 있다. 상기 반응 광은 상기 발열 물질을 발열시키는 파장을 가진다. 발열 물질의 종류에 따라 상이한 파장대의 광에 의해 열이 발생될 수 있으며, 상기 반응 광은 상기 발열 물질의 종류에 따라 그 파장대가 달라질 수 있다. 예를 들면, 반응 광의 피크 파장은 400~800nm에서 선택된 임의의 범위를 가질 수 있다.The
반응 광 조사부(340)는 반응 유로(114)의 일정 영역에 반응 광을 지속적으로 조사할 수도 있고, 반응 유로(114)의 적어도 일부분에 반응 광을 단속적으로 조사할 수도 있다. 반응 광 조사부(340)가 반응 광을 조사하는 동안에는 반응 유로(114)의 내부에서 반응 광을 조사받는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시켜 상기 샘플이 가열되고, 상기 반응 광을 조사받지 않는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시키지 않으며 상기 샘플이 냉각된다.The
전술한 바와 같이, 상기 발열 입자가 자기플라즈몬 나노입자(10)고, 쉘(12)이 12nm 두께의 금(Au)으로 이루어질 때, 535nm의 파장을 가지는 광에 대해 플라즈몬 공명을 보이는 것으로 확인되었다. 이 경우 상기 샘플의 효율적 가열을 위해 상기 제 1 광의 피크 파장은 530~540nm(예를 들면, 535nm)가 될 수 있다. 다시 말하면, 반응 광 조사부(340)는 반응 530~540nm 피크 파장을 가지는 레이저 광을 반응 광으로 조사할 수 있다.As described above, when the exothermic particles are
자성 분리부(350)는 상기 샘플이 분리 유로(115)에서 검출 유로(116)로 유동할 때 자성을 가지는 발열 물질이 상기 샘플과 분리되어 분리 유로(115)에 잔존하도록 자력을 제공한다. 자성 분리부(350)는 마그넷을 포함하며, 마그넷의 이송을 위한 이송 수단을 더 포함할 수도 있다.The
검출 광 조사부(360)는 반응 유로(114)에서 이송된 샘플 내부에 검출 대상 핵산이 존재하는지 여부를 검출하기 위하여 검출 유로(116)에 검출 광을 조사한다. 상기 검출 광은 상기 검출 대상 핵산의 형광 여기를 유도하는 파장을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 검출 광은 100~350nm에서 선택된 범위의 파장을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 검출광 조사부(360)는 서로 상이한 파장대의 검출 광을 조사하는 제 1 검출 광원(361), 제 2 검출 광원(362) 및 제 3 검출 광원(363)을 포함할 수 있다. 즉, 검출하고자는 검출 대상 핵산의 종류에 따라 제 1 검출 광원(361), 제 2 검출 광원(362) 및 제 3 검출 광원(363) 중 어느 하나가 검출 광을 조사할 수 있다.The detection
검출부(370)는 상기 검출 광에 의해 발생되는 형광을 검출한다. 검출부(370)에 의해 검출된 형광은 별도의 디스플레이 장치에 의해 디스플레이될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 검출부(370)는 안착 커버(301b) 상에 배치될 수 있다.The
하나 이상의 압력 공급부(380a, 380b)는 하나 이상의 압력 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)에 상기 샘플의 유동을 위한 압력을 공급한다. 또한, 압력 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 통해 공급되는 압력을 통해 세척 용액, 이송액 등의 이송이 이루어질 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 안착 커버(301b)는 하나 이상의 압력 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)에 대응되는 위치에 안착 커버 압력 유입구를 구비하고, 하나 이상의 압력 공급부(380a, 380b)는 안착 커버 압력 유입구를 통해 하나 이상의 압력 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)로 압력(음압 또는 양압)을 공급할 수 있다.One or more pressure supply units 380a and 380b supply pressure for the flow of the sample to one or
본 발명의 일 실시예에서, 본체(300)에는 제 1 압력 유입구(117a)에 음압을 공급하는 제 1 압력 공급부(380a)와, 제 2 내지 4 압력 유입구(117b, 117c, 117d)에 압력을 공급하는 제 2 압력 공급부(380b)가 배치된다.In one embodiment of the present invention, the
제 1 압력 공급부(380a)는 상대적으로 큰 음압을 제공하는 펌프를 포함할 수 있으며, 제 1 압력 유입구(117a)와 튜브(미도시)를 통해 연결될 수 있다. 또한, 제 2 압력 공급부(380b)는 압력을 생성하는 실린더 펌프(381b)와, 실린더 펌프(381b)에서 생성된 압력의 공급을 제어하는 하나 이상의 밸브 블록(382b)을 포함하고, 밸브 블록(382b)과 제 2 내지 4 압력 유입구(117b, 117c, 117d)는 튜브(미도시)를 통해 연결될 수 있다.The first pressure supply unit 380a may include a pump providing a relatively large negative pressure, and may be connected to the
한편, 본체(300)에는 제 1 가열부(310), 제 1 밸브 구동부(320a), 제 2 밸브 구동부(320b), 제 3 밸브 구동부(320c), 제 2 가열부(330), 반응 광 조사부(340), 자성 분리부(350), 검출 광 조사부(360), 검출부(370) 및 압력 공급부(380) 중 어느 하나 이상의 제어를 수행하는 제어부(390)가 배치될 수 있다. 제어부(390)는 바이오마커 분자진단의 자동 수행을 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터가 될 수 있다. 다시 말하면, 카트리지(100)에 샘플의 투입이 이루어지고, 카트리지(100)가 본체(300)에 안착된 이후 바이오마커 분자진단(예를 들면, PCR)은 제어부(390)에 의한 제어에 따라 자동적으로 수행될 수 있다.Meanwhile, the
도 11 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치에서 PCR이 진행되는 과정을 도시한다. 이하에서는, 도 11 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치에서 PCR이 진행되는 과정을 설명한다. 이때, 검출 대상 핵산은 RNA가 될 수 있다.11 to 19 show the process of PCR in the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the process of PCR in the cartridge-type biomarker molecular diagnosis device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 19. At this time, the nucleic acid to be detected may be RNA.
투입구를 통해 투입된 샘플(S)은 제 1 가열 유로(103) 상에서 제 1 온도로 가열된다(도 11 참조). 샘플(S)은 제 1 가열 유로(103)에 배치된 상태에서 제 1 가열부(310)에 의해 가열될 수 있다. 제 1 가열 유로(103)앞서 살펴본 바와 같이 제 1 온도는 90~100℃에서 선택될 수 있다. 샘플(S)이 제 1 온도로 가열되면, 샘플(S)에서 바이러스가 용해(lysis)되고, 검출 대상 핵산이 추출될 수 있다.The sample S introduced through the inlet is heated to a first temperature on the first heating passage 103 (see FIG. 11). The sample S may be heated by the
이때, 제 1 밸브(107), 제 2 밸브(108) 및 제 3 밸브(112)는 제 1 압력 유입구(117a)가 제 1 가열 유로(103)와 연통되도록 배치되고, 샘플(S)은 제 1 압력 유입구(117a)를 통해 유입되는 음압에 의해 유동할 수 있다. 제 1 가열 유로(103)에서 가열된 샘플(S)은 제 1 밸브(107) 및 제 2 밸브(108)를 거쳐 포집체(104)로 진행하고, 포집체(104)에 포집될 수 있다.At this time, the
다음으로, 포집체(104)에 제 1 세척 용액(S1)이 공급된다(도 12 참조). 제 1 밸브(107)는 제 1 세척 용액 리저버(105a)와 연결 유로(106)를 연결하며 배치되고, 제 2 밸브(108)는 연결 유로(106)와 포집체(104)를 연결하며 배치되고, 제 3 밸브(112)는 포집체(104)와 배출 용액 리저버(109)를 연결하도록 배치된 상태에서, 제 1 세척 용액 리저버(105a)에 저장된 제 1 세척 용액(S1)이 포집체(104)로 제공될 수 있다.Next, the first cleaning solution (S1) is supplied to the collector 104 (see FIG. 12). The
이때, 제 1 세척 용액(S1)은 제 1 압력 유입구(117a)를 통해 유입되는 음압에 의해 이송될 수 있으며, 포집체(104)에서 샘플(S)을 세척한 후 배출 용액 리저버(109)로 배출된다. 전술한 바와 같이, 제 1 세척 용액(S1)은 에탄올(ethanol)이 될 수 있다.At this time, the first washing solution (S1) may be transported by negative pressure introduced through the first pressure inlet (117a), and after washing the sample (S) in the collection body (104) to the discharge solution reservoir (109) It is discharged. As described above, the first cleaning solution S1 may be ethanol.
다음으로, 포집체(104)에 제 2 세척 용액(S2)이 공급된다(도 13 참조). 제 1 밸브(107)는 제 2 세척 용액 리저버(105b)와 연결 유로(106)를 연결하며 배치되고, 제 2 밸브(108)는 연결 유로(106)와 포집체(104)를 연결하며 배치되고, 제 3 밸브(112)는 포집체(104)와 배출 용액 리저버(109)를 연결하며 배치된 상태에서, 제 2 세척 용액 리저버(105b)에 저장된 제 2 세척 용액(S2)이 포집체(104)로 제공될 수 있다.Next, the second cleaning solution (S2) is supplied to the collector 104 (see FIG. 13). The
이때, 제 2 세척 용액(S2)은 제 1 압력 유입구(117a)를 통해 유입되는 음압에 의해 이송될 수 있으며, 포집체(104)에서 샘플(S)을 세척한 후 배출 용액 리저버(109)로 배출된다. 전술한 바와 같이, 제 2 세척 용액(S2)은 워시 버퍼(wash buffer)가 될 수 있다.At this time, the second washing solution (S2) may be transported by negative pressure introduced through the first pressure inlet (117a), and after washing the sample (S) in the collection body (104) to the discharge solution reservoir (109). It is discharged. As described above, the second washing solution S2 may be a wash buffer.
다음으로, 포집체(104)에 제 3 세척 용액(S3)이 공급된다(도 14 참조). 제 1 밸브(107)는 제 3 세척 용액 리저버(105c)와 연결 유로(106)를 연결하며 배치되고, 제 2 밸브(108)는 연결 유로(106)와 포집체(104)를 연결하며 배치되고, 제 3 밸브(112)는 포집체(104)와 배출 용액 리저버(109)를 연결하며 배치된 상태에서, 제 3 세척 용액 리저버(105c)에 저장된 제 3 세척 용액(S3)이 포집체(104)로 제공될 수 있다.Next, the third washing solution (S3) is supplied to the collector 104 (see FIG. 14). The
이때, 제 3 세척 용액(S3)은 제 1 압력 유입구(117a)를 통해 유입되는 음압에 의해 이송될 수 있으며, 포집체(104)에서 샘플(S)을 세척한 후 배출 용액 리저버(109)로 배출된다. 전술한 바와 같이, 제 3 세척 용액(S3)은 제 3 세척 용액은 미네랄 오일(mineral oil)일 될 수 있다.At this time, the third washing solution (S3) may be transported by negative pressure introduced through the first pressure inlet (117a), and after washing the sample (S) in the collecting body (104) to the discharge solution reservoir (109). It is discharged. As described above, the third cleaning solution S3 may be mineral oil.
다음으로, 세척 후 포집체(104)에 농축된 샘플(S)이 이송액(W)에 의하여 혼합액 리저버(110)로 이송되어 혼합액(M)과 혼합된다(도 15 참조). 제 3 밸브(112)는 이송액 리저버(111)와 포집체(104)를 연결하며 배치되고, 제 2 밸브(108)는 포집체(104)와 연결 유로(106)를 연결하며 배치되고, 제 1 밸브(107)는 연결 유로(106)와 혼합액 리저버(110)를 연결하며 배치된 상태에서, 이송액(W)이 포집체(104)에 농축된 샘플을 혼합액 리저버(110)로 이송할 수 있다.Next, the sample (S) concentrated in the collecting
이송액(W)은 제 2 압력 유입구(117b)를 통해 유입되는 양압에 의해 이송될 수 있다. 이때, 제 3 압력 유입구(117c)를 통해 유입되는 음압이 이송액(W)의 이송에 보조적으로 활용될 수 있다. 한편, 혼합액(M)은 발열 물질, 프라이머(primer) 및 중합 효소를 포함한다. 상기 발열 물질, 상기 프라이머 및 상기 중합 효소에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.The transfer liquid W may be transferred by positive pressure introduced through the
다음으로, 혼합액(M)과 혼합된 샘플(S)은 제 2 가열 유로(113) 상에서 제 2 온도로 가열된다(도 16 참조). 샘플(S)은 제 2 가열 유로(113)에 배치된 상태에서 제 2 가열부(330)에 의해 가열될 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이 제 2 온도는 45~55℃에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 제 2 가열 유로(113)의 내부에서 샘플은 52℃로 가열될 수 있다. 샘플(S)이 제 2 온도로 가열되면, 검출 대상 핵산의 역전사가 이루어질 수 있다.Next, the mixed liquid M and the mixed sample S are heated to a second temperature on the second heating passage 113 (see FIG. 16). The sample S may be heated by the
한편, 혼합액(M)과 혼합된 샘플(S)은 제 1 밸브(107)가 혼합액 리저버(110)와 연결 유로(106)를 연결하며 배치되고, 제 2 밸브(108)가 연결 유로(106)와 제 2 가열 유로(113)를 연결하며 배치된 상태에서, 연결 유로(106)를 거쳐 제 2 가열 유로(113)로 유동할 수 있다. 또한, 샘플(S)은 제 4 압력 유입구(117d)를 통해 유입되는 음압에 의해 유동할 수 있다.On the other hand, in the sample S mixed with the mixture M, the
다음으로, 샘플(S)은 반응 유로(114)로 이송되고, 반응 유로(114) 내에서 PCR이 진행될 수 있다(도 17 참조). 샘플(S)이 반응 유로(114) 내에 배치된 상태에서 반응 광 조사부(340)는 반응 유로(114)의 적어도 일부분에 반응 광을 조사한다. 앞서 살펴본 바와 같이, 반응 광은 반응 유로(114)의 일정 영역에 지속적으로 조사되거나 반응 유로(114)의 적어도 일부분에 단속적으로 조사될 수 있다.Next, the sample S is transferred to the
샘플(S)에 혼합된 발열 물질은 반응 광의 조사 시 열을 발생시켜 샘플(S)을 가열하며, 반응 광을 조사받지 않는 동안에는 발열 물질이 열을 발생시키지 않으며 샘플(S)이 냉각된다. 이에 따라 도 8에 나타난 바와 같은 샘플의 온도 변화 주기가 반복되며, 변성, 결합 및 신장이 반복되면서 PCR이 수행될 수 있다. 한편, 샘플(S)은 제 4 압력 유입구(117d)를 통해 유입되는 음압에 의해 유동할 수 있다. 또한, 샘플(S)이 반응 유로(114) 중 반응 광이 조사되는 영역을 반복하여 통과하기 위해 제 4 압력 유입구(117d)로 음압과 양압이 교번하여 제공될 수도 있다.The exothermic material mixed in the sample (S) generates heat when the reaction light is irradiated to heat the sample (S), and while the reaction light is not irradiated, the exothermic material does not generate heat and the sample (S) is cooled. Accordingly, the temperature change cycle of the sample as shown in FIG. 8 is repeated, and PCR may be performed while denaturation, conjugation, and elongation are repeated. Meanwhile, the sample S may flow due to negative pressure introduced through the
다음으로, 샘플(S)은 분리 유로(115)로 이송되고, 분리 유로(115) 내에서 자성을 가진 발열 물질의 분리가 진행될 수 있다(도 18 참조). 전술한 바와 같이, 샘플(S)에 혼합된 발열 물질은 자성 분리부(350)가 제공하는 자력에 의해 분리 유로(115)에 정착되고, 샘플(S)은 검출 유로(116)로 유동할 수 있다. 이때, 샘플(S)은 제 4 압력 유입구(117d)를 통해 유입되는 음압에 의해 유동할 수 있다.Next, the sample S is transferred to the
마지막으로, 샘플(S)은 검출 유로(116)로 이송되고, 검출 유로(116) 내에서 검출 광을 통한 검출 대상 핵산의 검출이 수행된다(도 19 참조). 검출 광 조사부(360)는 샘플(S)에 검출 광을 조사하고, 검출부(370)는 검출 광에 의해 발생되는 형광을 검출한다. 한편, 샘플(S)은 제 4 압력 유입구(117d)를 통해 유입되는 음압에 의해 분리 유로(115)에서 검출 유로(116)로 유동할 수 있다.Finally, the sample S is transferred to the
본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described, the spirit of the present invention is not limited by the embodiments presented herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add or change components within the scope of the same spirit. Other embodiments can be easily proposed by adding, deleting, adding, etc., but this will also be said to be within the scope of the present invention.
1: 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치
100: 카트리지
300: 본체1: Cartridge type biomarker molecular diagnosis device
100: cartridge
300: body
Claims (12)
상기 카트리지는,
상기 샘플이 투입되는 투입구;
상기 샘플의 유동을 위한 압력이 유입되도록 배치되는 하나 이상의 압력 유입구; 및
상기 투입구를 통해 투입된 상기 샘플이 반응 광의 조사 시 열을 발생시키는 발열 물질, 프라이머(primer) 및 중합 효소와 혼합된 상태로 유동하거나 머무르는 반응 유로;를 포함하고,
상기 본체에는,
상기 하나 이상의 압력 유입구에 상기 샘플의 유동을 위한 압력을 공급하는 하나 이상의 압력 공급부; 및
상기 반응 유로의 적어도 일부분에 상기 반응 광을 조사하는 반응 광 조사부;가 배치되며,
상기 샘플이 상기 반응 유로의 내부에서 상기 반응 광을 조사받는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시켜 상기 샘플이 가열되고, 상기 반응 광을 조사받지 않는 동안에는 상기 발열 물질이 열을 발생시키지 않으며 상기 샘플이 냉각되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.A cartridge for PCR (Polymerase Chain Reaction) sample is injected and flows, and a main body on which the cartridge is seated,
the cartridge,
an inlet through which the sample is injected;
one or more pressure inlets arranged to introduce pressure for the flow of the sample; and
A reaction passage in which the sample introduced through the inlet flows or stays in a mixed state with a heating material, a primer, and a polymerase that generate heat when irradiated with reaction light;
In the body,
one or more pressure supply units supplying pressure for the flow of the sample to the one or more pressure inlets; and
A reaction light irradiator for irradiating the reaction light to at least a portion of the reaction passage is disposed,
While the sample is irradiated with the reaction light inside the reaction passage, the exothermic material generates heat and the sample is heated, and while the sample is not irradiated with the reaction light, the exothermic material does not generate heat and the sample is A cooling cartridge-type biomarker molecular diagnostic device.
상기 카트리지는 상기 투입구와 상기 반응 유로 사이에 배치되는 제 1 가열 유로를 더 포함하고,
상기 본체에는 상기 샘플이 상기 제 1 가열 유로 내에서 유동하거나 머무르며 제 1 온도로 가열되도록 상기 제 1 가열 유로를 가열하는 제 1 가열부가 더 배치되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 1,
The cartridge further includes a first heating passage disposed between the inlet and the reaction passage,
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device further disposed on the main body, wherein a first heating unit for heating the first heating channel so that the sample flows or stays in the first heating channel and is heated to a first temperature.
상기 카트리지는,
상기 투입구와 상기 반응 유로 사이에 배치되고, 상기 샘플을 포집하는 포집체; 및
상기 샘플에 존재하는 불순물을 세척하기 위해 상기 포집체로 공급되는 세척 용액을 저장하는 하나 이상의 세척 용액 리저버;를 더 포함하고,
상기 압력 공급부가 상기 압력 유입구를 통해 공급하는 압력에 의해 상기 세척 용액이 상기 포집체로 이송되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 1,
the cartridge,
a collecting body disposed between the inlet and the reaction passage and collecting the sample; and
Further comprising; one or more washing solution reservoirs for storing a washing solution supplied to the collecting body to wash impurities present in the sample;
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device in which the washing solution is transferred to the collection body by the pressure supplied by the pressure supply unit through the pressure inlet.
상기 카트리지는,
상기 투입구 및 상기 하나 이상의 세척 용액 리저버를 상기 포집체와 연결하는 연결 유로; 및
상기 연결 유로를 상기 투입구 및 상기 하나 이상의 세척 용액 리저버 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치되는 제 1 밸브;를 더 포함하고,
상기 본체에는 상기 제 1 밸브를 구동하는 제 1 밸브 구동부가 더 배치되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 3,
the cartridge,
a connection passage connecting the inlet and the one or more washing solution reservoirs to the collecting body; and
A first valve disposed to selectively connect the connection flow path to any one of the inlet and the one or more washing solution reservoirs; further comprising,
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device further disposed in the main body with a first valve driving unit for driving the first valve.
상기 카트리지는 상기 연결 유로를 상기 포집체 및 상기 반응 유로 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치되는 제 2 밸브를 더 포함하고,
상기 본체에는 상기 제 2 밸브를 구동하는 제 2 밸브 구동부가 더 배치되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 4,
The cartridge further includes a second valve disposed to selectively connect the connection passage to any one of the collecting body and the reaction passage,
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device further disposed on the main body with a second valve driving unit for driving the second valve.
상기 카트리지는 상기 샘플의 세척 후 상기 포집체에서 배출되는 배출 용액을 저장하는 배출 용액 리저버를 더 포함하고,
상기 압력 공급부가 상기 압력 유입구를 통해 공급하는 압력에 의해 상기 배출 용액이 상기 배출 용액 리저버로 이송되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 4,
The cartridge further comprises a discharge solution reservoir for storing the discharge solution discharged from the collection body after washing the sample,
The cartridge-type biomarker molecular diagnosis device in which the discharged solution is transferred to the discharged solution reservoir by the pressure supplied by the pressure supply unit through the pressure inlet.
상기 카트리지는 상기 제 1 밸브에 의해 상기 연결 유로와 연통될 수 있도록 배치되고, 상기 발열 물질, 상기 프라이머(primer) 및 상기 중합 효소를 포함하는 혼합액을 저장하는 혼합액 리저버를 더 포함하는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 6,
The cartridge is disposed to be in communication with the connection flow path by the first valve, and further includes a mixed solution reservoir for storing a mixed solution including the heating material, the primer, and the polymerase. Molecular diagnostic device.
상기 카트리지는 세척 후 상기 포집체에 농축된 샘플을 상기 혼합액 리저버로 이송시키는 이송액을 저장하는 이송액 리저버를 더 포함하고,
상기 압력 공급부가 상기 압력 유입구를 통해 공급하는 압력에 의해 상기 이송액이 상기 샘플을 상기 혼합액 리저버로 이송하는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 7,
The cartridge further includes a transfer liquid reservoir for storing a transfer liquid for transferring the sample concentrated in the collection body to the mixed liquid reservoir after washing,
The cartridge-type biomarker molecular diagnosis device in which the transfer liquid transfers the sample to the mixed liquid reservoir by the pressure supplied by the pressure supply unit through the pressure inlet.
상기 카트리지는 상기 포집체를 상기 배출 용액 리저버 및 상기 이송액 리저버 중 어느 하나와 선택적으로 연결하도록 배치되는 제 3 밸브를 더 포함하고,
상기 본체에는 상기 제 3 밸브를 구동하는 제 3 밸브 구동부가 더 배치되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 8,
The cartridge further includes a third valve disposed to selectively connect the collection body with any one of the discharged solution reservoir and the transported liquid reservoir,
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device further disposed in the main body with a third valve driving unit for driving the third valve.
상기 카트리지는 상기 반응 유로의 후단에 연결된 검출 유로를 더 포함하고,
상기 본체에는,
상기 반응 유로에서 이송된 상기 샘플 내부에 검출 대상 핵산이 존재하는지 여부를 검출하기 위하여 상기 검출 유로에 검출 광을 조사하는 검출광 조사부; 및
상기 검출 광에 의해 발생되는 형광을 검출하는 검출부;가 더 배치되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 1,
The cartridge further includes a detection passage connected to a rear end of the reaction passage,
In the body,
a detection light irradiation unit for radiating detection light to the detection passage in order to detect whether a nucleic acid to be detected is present in the sample transferred from the reaction passage; and
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device further disposed; a detection unit for detecting fluorescence generated by the detection light.
상기 발열 물질은 자성을 가지고,
상기 카트리지는 상기 반응 유로와 상기 검출 유로 사이에 배치되는 분리 유로를 더 포함하고,
상기 본체에는 상기 샘플이 상기 분리 유로에서 상기 검출 유로로 유동할 때 상기 발열 물질이 상기 샘플에서 분리되어 상기 분리 유로에 잔존하도록 자력을 제공하는 자성 분리부가 더 배치되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 10,
The exothermic material has magnetism,
The cartridge further includes a separation passage disposed between the reaction passage and the detection passage;
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device further disposed on the main body to provide a magnetic force so that the exothermic substance is separated from the sample and remains in the separation passage when the sample flows from the separation passage to the detection passage.
상기 카트리지는 상기 투입구와 상기 반응 유로 사이에 배치되는 제 2 가열 유로를 더 포함하고,
상기 본체에는 상기 샘플이 상기 제 2 가열 유로 내에서 제 2 온도로 가열되도록 상기 제 2 가열 유로를 가열하는 제 2 가열부가 더 배치되는 카트리지형 바이오마커 분자진단 장치.According to claim 1,
The cartridge further includes a second heating passage disposed between the inlet and the reaction passage,
A cartridge-type biomarker molecular diagnostic device further disposed on the main body, a second heating unit for heating the second heating channel so that the sample is heated to a second temperature in the second heating channel.
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