KR20240022694A - 소켓형 pcr 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스 및 소켓형 pcr 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스의 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소켓형 PCR 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스 및 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PCR 카트리지가 인터페이스 모듈이 회전하는 원심력 방향으로 위치하여 DNA 혼합용액이 원심력에 의해 용이하게 주입되고, PCR 카트리지의 형태가 육면체여서 히팅블럭에 밀착될 수 있는 소켓형 PCR 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스 및 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법에 관한 것이다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지는, 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 주입되도록 연결되며, 탈부착이 가능한 카트리지 연결부; 상기 카드리지 연결부와 일측이 연결되며, DNA 혼합용액이 주입된 후 중합효소 연쇄반응을 위해 가열과 냉각이 이루어지는 카트리지 본체부; 및 상기 카트리지 본체부의 상부에 배치되며, 상기 카트리지 본체부에 DNA 혼합용액이 원심력에 의해 주입되면 DNA 혼합용액이 역류되지 않도록 상기 카트리지 본체부를 상기 카트리지 연결부로부터 차단하여 닫아주는 밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지는, 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 주입되도록 연결되며, 탈부착이 가능한 카트리지 연결부; 상기 카드리지 연결부와 일측이 연결되며, DNA 혼합용액이 주입된 후 중합효소 연쇄반응을 위해 가열과 냉각이 이루어지는 카트리지 본체부; 및 상기 카트리지 본체부의 상부에 배치되며, 상기 카트리지 본체부에 DNA 혼합용액이 원심력에 의해 주입되면 DNA 혼합용액이 역류되지 않도록 상기 카트리지 본체부를 상기 카트리지 연결부로부터 차단하여 닫아주는 밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 소켓형 PCR 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스 및 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PCR 카트리지가 인터페이스 모듈이 회전하는 원심력 방향으로 위치하여 DNA 혼합용액이 원심력에 의해 용이하게 주입되고, PCR 카트리지의 형태가 육면체여서 히팅블럭에 밀착될 수 있는 소켓형 PCR 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스 및 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법에 관한 것이다.
PCR(Polymerase Chain Reaction)은 중합효소 연쇄반응으로 DNA 서열 중 타겟하는 영역만을 목적으로 증폭시키는 기술이다. PCR의 과정은 다음과 같이 세 단계로 이루어지게 된다. 해당 과정이 계속 반복하여 진행되면서 원하는 DNA 부분을 증폭시키는 것이 중합효소 연쇄반응의 원리이다. 첫째는 DNA의 변성(denaturation)으로, 94°C로 가열하여 double strand DNA를 single strand DNA로 분리시킨다. 둘째는 프라이머의 결합(Annealing)으로, 변성된 DNA와 프라이머(primer)를 혼합하여 온도를 낮추면 프라이머가 각각 상보적인 주형 DNA에 결합한다. 셋째는 신장(Elongation)으로, DNA 중합효소를 작용시켜 프라이머를 신장시킨다. 현재는 PCR법도 더욱 다양한 응용 기술이 개발되었다. 이러한 응용 기술로는 역전사 효소를 이용해서 RNA를 직접 증폭시키는 역전사 PCR(Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction)이 대표적이며, 이외에도 형광 물질을 붙여서 PCR을 진행하며 관측되는 정량적인 변화를 이용하여 원래 DNA나 RNA의 양을 정확히 측정하는 정량적 PCR(qPCR) 또는 실시간 PCR(Real time PCR), 한번에 수많은 PCR을 동시에 시행하는 대용량 PCR 같은 여러 방법이 있다.
실시간 PCR(Real time PCR)은 PCR 증폭산물의 증가를 실시간으로 모니터링하여 해석하는 기술이다. 엔드 포인트에서 PCR 증폭산물을 확인하는 기존의 PCR법에 비해서 DNA와 RNA의 정확한 정량이 가능하고, 전기영동이 필요없어 신속하고 간편하게 해석할 수 있으며, 오염의 위험성이 적어 현재는 유전자 발현해석과 SNP 측정법 등에 있어 필수적인 기술이 되고 있다. 실시간 PCR에서는 PCR 증폭산물을 리얼타임으로 모니터링하여 증폭이 지수적으로 일어나는 영역에서 정량하기 때문에 기존 기술인 역전사 PCR법과 달리 PCR의 증폭속도 이론을 기초로 정확한 정량이 가능하다.
종래의 기술에 의한 PCR 카트리지는 형상이 원심력과 직각 방향으로 구성되어 있어 원심력 적용시 마이크로 보이드(micro void)가 형성될 가능성이 있다. PCR 카트리지 내부의 보이드(void)는 고온에서 증기압의 팽창으로 유체의 변형 혹은 광의 산란을 유발할 수 있어 PCR 반응 시 좋지 않다. 또한, DNA 증폭을 위해 히팅블럭으로 PCR 카트리지를 가열을 하여야 하는데, 종래의 기술에 의한 PCR 카트리지는 코니칼 튜브(conical tube)의 형태여서 직육면체 형태인 히팅블럭과는 밀착이 되지 않아 열효율이 좋지 않았다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, PCR 카트리지가 인터페이스 모듈이 회전하는 원심력의 방향과 수평한 방향에 위치하여 PCR 카트리지 내부에 마이크로 보이드가 형성되지 않는 소켓형 PCR 카트리지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 PCR 카트리지의 모양을 육면체로 하여 PCR 카트리지가 히팅블럭과 밀착이 되어 접촉 면적이 넓어져 가열시 열효율이 향상된 소켓형 PCR 카트리지를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 소켓형 PCR 카트리지는, 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 주입되도록 연결되며, 웨이스트 모듈 및 인터페이스 모듈의 어느 하나 또는 둘에 탈부착이 가능한 카트리지 연결부; 상기 카드리지 연결부와 일측이 연결되며, DNA 혼합용액이 주입된 후 중합효소 연쇄반응을 위해 가열과 냉각이 이루어지는 카트리지 본체부; 및 상기 카트리지 본체부의 상부에 배치되며, 상기 카트리지 본체부에 DNA 혼합용액이 원심력에 의해 주입되면 DNA 혼합용액이 역류되지 않도록 상기 카트리지 본체부를 상기 카트리지 연결부로부터 차단하여 닫아주는 밸브부;를 포함한다.
상기 카트리지 본체부는, 상기 카트리지 연결부와 연결되는 통로인 관로부, 상기 관로부와 연결되며, 상기 밸브부가 하부로 이동하여 DNA 혼합용액이 상기 카트리지 연결부로의 역류를 차단할 수 있는 공간인 차단부 및 상기 차단부와 연결되며, DNA 혼합용액이 주입되어 히팅블럭에 의해 가열이 이루어지는 반응부를 포함한다.
상기 카트리지 연결부의 관로 및 카트리지 본체부의 관로는 동일한 직선 상에 위치하고 상기 카트리지 연결부의 관로 및 카트리지 본체부의 관로는 DNA 혼합용액이 주입되는 원심력의 방향과 수평한 방향에 위치한다.
상기 반응부를 구성하는 카트리지 본체부는 히팅블럭의 히팅보조블럭과의 밀착을 위해 역사다리꼴의 육면체 형태를 갖는다.
상기 카트리지 연결부 및 카트리지 본체부의 소재는 폴리에틸렌을 사용하고, 상기 밸브부의 소재는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 사용한다.
본 발명의 회전형 실시간 PCR 디바이스는, DNA 추출용 카트리지 모듈, 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈의 하부에 위치한 웨이스트 모듈, 상기 웨이스트 모듈의 하부에 위치한 인터페이스 모듈, 상기 웨이스트 모듈 및 인터페이스 모듈의 각각의 측면과 연결된 PCR 카트리지, 상기 PCR 카트리지의 하부에 위치한 히팅블럭을 포함한다.
본 발명의 회전형 실시간 PCR 디바이스는, DNA 추출용 카트리지 모듈, 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈의 하부에 위치한 인터페이스 모듈, 상기 인터페이스 모듈의 측면과 연결된 PCR 카트리지, 상기 PCR 카트리지의 하부에 위치한 히팅블럭을 포함한다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법은, 상기 카트리지 연결부와 카트리지 본체부를 연결하여 복수의 상기 PCR 카트리지가 준비되는 제1 단계; 상기 복수의 PCR 카트리지가 상기 웨이스트 모듈 및 인터페이스 모듈에 장착되는 제2 단계; 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈에서 분리된 DNA가 상기 인터페이스 모듈에서 회전하면서 원심력에 의해 교반된 DNA 혼합용액이 상기 PCR 카트리지로 주입되는 제3 단계; 상기 인터페이스 모듈의 회전이 끝나면 상기 PCR 카트리지의 밸브부가 닫히는 제4 단계; 및 상기 PCR 카트리지의 반응부가 히팅보조블럭에 안착되고, 상기 반응부를 가열과 냉각을 반복하여 DNA를 증폭시켜 타겟 DNA가 검사되는 제5 단계;를 포함한다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법은, 상기 카트리지 연결부와 카트리지 본체부를 연결하여 복수의 상기 PCR 카트리지가 준비되는 제1 단계; 상기 복수의 PCR 카트리지가 상기 인터페이스 모듈에 장착되는 제2 단계; 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈에서 분리된 DNA가 상기 인터페이스 모듈에서 회전하면서 원심력에 의해 교반된 DNA 혼합용액이 상기 PCR 카트리지로 주입되는 제3 단계; 상기 인터페이스 모듈의 회전이 끝나면 상기 PCR 카트리지의 밸브부가 닫히는 제4 단계; 및 상기 PCR 카트리지의 반응부가 히팅보조블럭에 안착되고, 상기 반응부를 가열과 냉각을 반복하여 DNA를 증폭시켜 타겟 DNA가 검사되는 제5 단계;를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 PCR 카트리지의 방향이 인터페이스 모듈의 회전에 의한 원심력의 방향과 수직이 아닌 수평의 방향이기 때문에 마이크로 보이드가 생성되지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 PCR 카트리지의 형태가 육면체여서 히팅블럭에 밀착되어 접촉 면적이 넓어 열전달 효율을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 PCR 카트리지가 카트리지 연결부와 카트리지 본체부로 분리될 수 있기 때문에 PCR의 반응량에 따라 다양한 사이즈의 카트리지 본체부를 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 회전형 실시간 PCR 디바이스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 회전형 실시간 PCR 디바이스의 분해도이다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 의해 DNA 용액이 인터페이스 모듈로 주입되는 것을 나타내며, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 의해 DNA 용액의 버려지는 용액이 웨이스트 모듈로 저장되는 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 히팅블럭의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 PCR 카트리지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부의 단면도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 소켓형 PCR 카트리지의 개략도이며, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예의 의한 카트리지 연결부를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 PCR 카트리지의 분해도이다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부가 히팅보조블럭에 안착된 모습을 나타내는 도면이며, 도 9(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 카트리지 본체부가 히팅보조블럭에 안착된 모습을 나타내는 도면이다.
도 10(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 반응부의 단면도이며, 도 10(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 반응부의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 의한 소켓형 PCR 카트리지의 관로를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부 및 밸브부를 분해한 분해도이다.
도 13(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부가 열린 모습을 나타내는 단면도이며, 도 13(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부가 닫힌 모습을 나타내는 단면도이다.
도 14(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 밸브부가 닫힌 모습을 나타내는 단면도이며, 도 14(b)는 본 발명의 일 실시예의 의한 밸브부가 닫힌 모습을 밸브부 상부에서 본 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부와 차단부를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 회전형 실시간 PCR 디바이스의 분해도이다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 의해 DNA 용액이 인터페이스 모듈로 주입되는 것을 나타내며, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 의해 DNA 용액의 버려지는 용액이 웨이스트 모듈로 저장되는 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 히팅블럭의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 PCR 카트리지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부의 단면도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 소켓형 PCR 카트리지의 개략도이며, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예의 의한 카트리지 연결부를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 PCR 카트리지의 분해도이다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부가 히팅보조블럭에 안착된 모습을 나타내는 도면이며, 도 9(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 카트리지 본체부가 히팅보조블럭에 안착된 모습을 나타내는 도면이다.
도 10(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 반응부의 단면도이며, 도 10(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 반응부의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 의한 소켓형 PCR 카트리지의 관로를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부 및 밸브부를 분해한 분해도이다.
도 13(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부가 열린 모습을 나타내는 단면도이며, 도 13(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부가 닫힌 모습을 나타내는 단면도이다.
도 14(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 밸브부가 닫힌 모습을 나타내는 단면도이며, 도 14(b)는 본 발명의 일 실시예의 의한 밸브부가 닫힌 모습을 밸브부 상부에서 본 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부와 차단부를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 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 출원에서, "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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(30)를 복수로 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 회전형 실시간 PCR 디바이스의 개략도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 회전형 실시간 PCR 디바이스의 분해도이다. 도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 회전형 실시간 PCR 디바이스는 DNA 추출용 카트리지 모듈(10), 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈(10)의 하부에 위치한 웨이스트 모듈(20), 상기 웨이스트 모듈(20)의 하부에 위치한 인터페이스 모듈(30), 상기 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)의 각각의 측면과 연결된 PCR 카트리지(40), 상기 PCR 카트리지(40)의 하부에 위치한 히팅블럭(50)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태인 회전형 실시간 PCR 디바이스는, DNA 추출용 카트리지 모듈, 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈의 하부에 위치한 인터페이스 모듈, 상기 인터페이스 모듈의 측면과 연결된 PCR 카트리지, 상기 PCR 카트리지의 하부에 위치한 히팅블럭을 포함하여 구성될 수 있다.
DNA 추출용 카트리지 모듈(10)은 세포로부터 DNA의 추출 작업을 진행한다. DNA 카트리지 모듈의 추출 튜브에는 라이시스 버퍼용 튜브, 마그네틱 비드용 튜브, 세정용 튜브, 용리 튜브를 포함할 수 있다. 여기서, 라이시스 버퍼용(Lysis Buffer) 튜브는 세포벽을 녹이는 물질을 포함하는 용액으로 처리될 수 있고, 마그네틱 비드용(Magnetic Bead) 튜브는 자성을 띠는 고밀도의 입자로 화학적으로 세포벽이 깨어지지 않는 두터운 세포벽을 깨는 역할을 하는 자성물질을 사용한다. 세정용(Wash Buffer) 튜브는 라이시스 버퍼용(Lysis Buffer) 튜브 및 마그네틱 비드용(Magnetic Bead) 튜브를 거친 후, 세포 내부의 DNA 사슬을 마그네틱 비드에 뭍인 채로 증류수로 세정하여 단백질 등의 이물질을 제거할 수 있다. 용리(Elution) 튜브는 자성을 제거하여 DNA가 비드에서 분리되어 용액에 자유입자로 분리되게 할 수 있다. 도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 의해 DNA 용액이 인터페이스 모듈(30)로 주입되는 것을 나타내며, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 의해 DNA 용액의 버려지는 용액이 웨이스트 모듈(20)로 저장되는 것을 나타낸다. 도 3(a) 또는 또 3(b)에 도시된 바와 같이, DNA 추출용 카트리지 모듈(10)의 불순물은 웨이스트 모듈(20)로 이동하고, 추출된 DNA 용액은 인터페이스 모듈(30)로 이동한다. 예를 들어, DNA 추출용 카트리지 모듈(10)의 라이시스 버퍼용 튜브, 마그네틱 비드용 튜브, 세정용 튜브와 연결되는 웨이스트 모듈(20)에는 용액은 인터페이스 모듈로 흘러들어가지 않고, DNA 추출용 카트리지 모듈(10)의 용리 튜브와 연결되는 웨이스트 모듈(20)에는 인터페이스 모듈(30)과 연결되는 관로가 구비되어 DNA 용액은 인터페이스 모듈(30)을 통하여 PCR 카트리지(40)로 흘러들어가게 된다. 인터페이스 모듈(30)에서 마스터 믹스(master mix)와 미네럴 오일과 교반된 DNA 용액은 세퍼레이션 로드를 통해 복수의 채널로 나뉘어지고 원심력을 통해 개별의 PCR 카트리지(40)로 주입이 된다. 종래의 기술에 의한 PCR 카트리지(40)는 인터페이스 모듈(30)이 회전하면서 생기는 원심력의 방향과 수직 방향에 위치하여, 인터페이스 모듈(30)이 회전하면서 생기는 원심력에 의해 내부에 용액이 모두 채워지지 않는 마이크로 보이드(micro void)가 생성될 수 있다. PCR 카트리지(40) 내부에 생성되는 마이크로 보이드는 고온에서 증기압의 팽창으로 유체의 변형 혹은 광의 산란을 유발할 수 있어 반드시 PCR 로딩 전에 원심분리기에 넣어 스핀다운(spin down) 공정을 진행해야 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 히팅블럭의 개략도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 히팅블럭(50)의 상부에 히팅보조블럭(50A)가 위치하며, 히팅블럭(50)이 가열되면 열이 히팅보조블럭(40A)으로 전달된다. 히팅보조블럭(40A)은 히팅블럭(50)에서 돌출되어 형성되며, 카트리지 본체부(200)가 삽입될 수 있도록 내부에 공간을 형성한다. 예를 들어, 히팅보조블럭(40A)은 히팅블럭(50)과 접하는 블럭부(50a), 상기 블럭부(50a) 상부에 위치하며 서로 이격되어 형성된 한쌍의 블럭장벽부(50b,50c)를 포함할 수 있고, 카트리지 본체부(200)는 블럭부(50a) 및 블럭장벽부(50b,50c)와 접하여 가열될 수 있어 카트리지 본체부(200)의 접촉면적은 커져서 가열 효율은 향상된다.
다음으로 본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40)에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 PCR 카트리지(40)의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부의 단면도이며, 도 7(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 소켓형 PCR 카트리지(40)의 개략도이며, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예의 의한 카트리지 연결부(100)를 나타내는 도면이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40)는 카트리지 연결부(100), 카트리지 본체부(200) 및 밸브부(300)로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 PCR 카트리지의 분해도이다. 본 발명의 PCR 카트리지(40)는 다른 실시형태에 의하면 도 8과 같이 밸브부(300), 상부 카트리지(400) 및 하부 카트리지(500)로 구성될 수도 있다. 본 발명의 PCR 카트리지(40)는 상부 카트리지(400) 및 상기 상부 카트리지(400)의 하부에 탈착 가능하게 형성된 하부 카트리지(500), 상기 상부 카트리지(400)에 삽입 가능하게 형성되는 밸브부(300)를 구비한다. 상부 카트리지(400)는 카트리지 연결부의 상부, 카트리지 본체부의 상부를 구비하고, 하부 카트리지(500)는 카트리지 연결부의 하부, 카트리지 본체부의 하부를 구비한다. 여기서, 카트리지 연결부는 카트리지 연결부의 상부 및 카트리지 연결부의 하부의 결합으로 형성되고, 카트리지 본체부는 카트리지 본체부의 상부 및 카트리지 본체부의 하부의 결합으로 형성된다. PCR 카트리지(40)는 조립되는 파트의 이음새 부분의 연결성, 연결 후의 기밀성 유지, PCR 카트리지(40)의 측면의 두께 안정성, PCR 카트리지(40)의 카트리지 본체부(200)의 전면의 광학 특성 등을 고려하여 파트 제작과 조립의 방법을 결정할 수 있다.
본 발명의 카트리지 연결부(100)는 인터페이스 모듈(30)의 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 주입되도록 상부는 웨이스트 모듈(20)과 연결되고 하부는 인터페이스 모듈(30)과 연결되며, 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)로부터 탈부착이 가능한 소켓의 형태이다. 카트리지 연결부(100)가 소켓의 형태이기 때문에, 사용이 끝난 PCR 카트리지(40)는 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)에서 분리하여 제거하고 새로운 PCR 카트리지(40)를 부착할 수 있다. 본 발명의 카트리지 연결부(100)는 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)과 탈부착되는 소켓 형태의 탈부착부(110), 상기 탈부착부(110)와 연결되며 상기 카트리지 본체부(200)와 관로가 연결되는 연결 관로부(120)를 포함할 수 있다. 탈부착부(110)는 충분한 탄성을 가지고 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)에 탈부착되어야 한다. 탈부착부(110)는 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(20)에 완전히 밀폐되게 연결되어 DNA 혼합용액이 유출되지 않도록 해야한다. 한편, 연결 관로부(120)는 깔대기 모양의 관로를 구비하는데, 인터페이스 모듈(30) 방향의 연결 관로부(120)는 넓은 입구를 가지고 있어 원심력에 의해 주입되는 DNA 혼합용액이 넓은 입구로 모일 수 있게 한다. 연결 관로부(120)는 카트리지 본체부(200) 방향으로 갈수록 관로의 입구가 좁아지고 가속이 생기게 하여 좁은 관로를 통해 DNA 혼합용액이 카트리지 본체부(200)로 이동할 수 있게 한다.
본 발명의 카트리지 본체부(200)는 카트리지 연결부(100)와 일측이 연결되어 인터페이스 모듈(20)의 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 주입되며, 주입된 DNA 혼합용액의 중합효소 연쇄반응을 위해 히팅블럭(50)에 의해 가열 또는 냉각된다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 카트리지 본체부(200)는 카트리지 연결부(100)와 연결되는 통로인 관로부(210), 관로부(210)와 연결되며 밸브부(300)가 하부로 이동하여 DNA 혼합용액이 카트리지 연결부(100)로의 역류를 차단할 수 있는 공간인 차단부(220) 및 차단부(220)와 연결되며 DNA 혼합용액이 주입되어 히팅블럭(50)에 의해 가열이 이루어지는 반응부(230)를 구비한다. 연결 관로부(120)를 통해 주입된 DNA 혼합용액은 관로부(210)를 통과하고 차단부(220)를 거쳐 반응부(230)에 주입된다. 반응부(230)에 DNA 혼합용액의 주입이 완료되면, 차단부(220)를 밸브부(300)로 닫아 DNA 혼합용액이 역류하여 관로부(210) 및 연결 관로부(120)로 흐르지 않도록 한다.
본 발명의 반응부(230)를 구성하는 카트리지 본체부(200)는 히팅블럭(50)의 히팅보조블럭(50A)과의 밀착을 위해 육면체 형태인 것이 바람직하다. 도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부(200)가 히팅보조블럭(50A)에 안착된 모습을 나타내는 도면이며, 도 9(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 카트리지 본체부(200)가 히팅보조블럭(50A)에 안착된 모습을 나타내는 도면이다. 도 9(a) 또는 도 9(b)를 참조하면, 카트리지 본체부(200) 하면 일변의 길이를 L이라고 하고, 카트리지 본체부(200) 상면 일변의 길이를 L'라고 가정하며, L < L'인 것이 바람직하다. 카트리지 본체부(200)가 히팅블럭(50)에 의해 가열되기 위해서는 히팅보조블럭(50A)에 밀착되어 안착되어야 하는데, 이를 위해 본 발명의 카트리지 본체부(200)는 육면체 형태이며, 바람직하게는 윗변이 길고 아랫변이 짧은 역사다리꼴의 형태를 가질 수 있다. 히팅보조블럭(50A)은 내부가 직육면체 형태이기 때문에 직육면체 형태인 히팅보조블럭(50A)에 카트리지 본체부(200)가 안착되기 위해서는 카트리지 본체부(200)가 역사다리꼴 형태의 육면체인 것이 바람직하다. 카트리지 본체부(200)의 형태가 직육면체의 형태가 아니고 역사다리꼴 형태의 육면체인 이유는 카트리지 본체부(200)의 하부 일변의 길이를 상부 일변의 길이보다 짧게 하여 카트리지 본체부(200)의 히팅보조블럭(50A)에의 삽입을 용이하게 할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 카트리지 본체부(200)의 형태가 카트리지 본체부(200)의 상부 일변의 길이와 카트리지 본체부(200)의 하부 일변의 길이가 동일한 직육면체라면, 카트리지 본체부(200)의 위치가 히팅보조블럭(40A)과 약간 어긋날 때 카트리지 본체부(200)를 히팅보조블럭(50A)에 삽입하고 안착시키기 어려울 경우가 생길 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해여 카트리지 본체부(200)의 상면 일변의 길이를 카트리지 본체부(200)의 하면 일변의 길이보다 길게하여 카트리지 본체부(200)를 히팅보조블럭(50A)에 용이하게 삽입하고 안착시킬 수 있다.
본 발명의 카트리지 연결부(100)와 카트리지 본체부(200)는 연결과 분리가 가능하며, PCR의 반응량의 변경을 위해 카트리지 본체부(200)의 용량을 변경할 수 있다. 도 10(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 반응부(230)의 단면도이며, 도 10(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 반응부(230)의 단면도이다. 도 10(a) 또는 도 10(b)를 참조하면, 카트리지 연결부(100)와 카트리지 본체부(200)는 연결 및 분리가 가능하며, 카트리지 본체부(200)는 PCR의 반응량의 변경을 위해 DNA 혼합용액이 주입되는 반응부(230)의 공간이 크거나 작은 카트리지 본체부(200)로 교체하여 카트리지 연결부(100)와 연결하여 사용할 수 있다. 도 10(a)는 표준 용량의 카트리지 반응부(230)를 구비하는 카트리지 본체부(200)이며, 도 10((b)는 대용량의 카트리지 반응부(230)를 구비하는 카트리지 본체부(200)이다. 이와 같이 PCR 반응량에 맞춰 다양한 사이즈의 카트리지 본체부(200)의 사용이 가능한 것이 본 발명의 장점이다.
본 발명의 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)의 관로는 같은 선상에 위치하고, 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)의 관로는 DNA 혼합용액이 주입되는 원심력의 방향과 수평한 방향에 위치한다. 도 11은 본 발명의 일 실시예의 의한 PCR 카트리지(40)의 관로를 나타내는 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, DNA 혼합용액이 이동하는 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)의 관로는 같은 선상에 위치해야 DNA 혼합용액이 이동에 지장을 받지 않고 이동할 수 있다. 또한, 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)의 관로는 DNA 혼합용액이 주입되는 원심력의 방향과 같은 수평한 방향에 위치해야, 인터페이스 모듈(30)의 회전에 의해 발생한 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 용이하게 PCR 카트리지(40)로 주입될 수 있다. 상기와 같이 원심력에 의해 PCR 카트리지(40)로 주입된 DNA 혼합용액은 원심력에 의해 강한 힘과 속도로 반응부(230)에 채워질 수 있고, PCR 카트리지(40)가 원심력 방향과 수직 방향으로 위치할 때 PCR 카트리지(40)에 생길 수 있는 마이크로 보이드가 생성되지 않는다. 본 발명은 PCR 카트리지(40)가 인터페이스 모듈(30)이 회전하여 발생하는 원심력의 방향과 수평한 방향에 위치하여 원심력에 의해 PCR 카트리지(40)에 DNA 혼합용액이 채워지기 때문에 마이크로 보이드가 생성되지 않는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 PCR 카트리지(40)는 별도의 마이크로 보이드를 제거하는 스핀다운 공정이 필요하지 않다.
본 발명의 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)는 폴리에틸렌 수지로 제작되는 것이 바람직하다. 본 발명의 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)는 투명하고 부드러운 저밀도 폴리에틸렌보다는 반투명하고 밀도가 높은 고밀도 폴리에틸렌을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 특히, 카메라에 의해 빛을 측정해야 하는 반응부(230)의 외부면은 면을 고르게 하여 빛이 왜곡되지 않게 해야 하기 때문에 폴리에틸렌으로 제작시 새심한 주의를 기울여야 한다.
본 발명의 밸브부(300)는 카트리지 본체부(200)의 상부에 배치되며, 카트리지 본체부(200)에 DNA 혼합용액이 원심력에 의해 주입되면 DNA 혼합용액이 역류되지 않도록 카트리지 본체부(200)를 카트리지 연결부(100)로부터 차단하여 닫아준다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지 본체부 및 밸브부를 분해한 분해도이고, 도 13(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부가 열린 모습을 나타내는 단면도이며, 도 13(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부가 닫힌 모습을 나타내는 단면도이고, 도 14(a)는 본 발명의 일 실시예의 의한 밸브부가 닫힌 모습을 나타내는 단면도이며, 도 14(b)는 본 발명의 일 실시예의 의한 밸브부가 닫힌 모습을 밸브부 상부에서 본 도면이다. 도 12 내지 14를 참조하면, 본 발명의 카트리지 본체부(200)는 상부에 상기 밸브부(300)가 삽입되기 위한 밸브홀(240)을 구비하고, 상기 카트리지 본체부(200)는 상기 밸브홀(240) 내부로 돌출된 돌출부(250)를 구비한다. 상기 돌출부(250)는 돌출된 면의 수평면인 수평돌출면(251) 및 돌출된 면의 경사면인 경사돌출면(252)이 접하여 형성된다. 밸브부(300)는 밸브홀(240) 내부로 삽입가능하며, 상기 밸브부(300)는 측면 내부에 제1 홈부(310) 및 상기 제1 홈부(310) 상부에 위치하는 제2 홈부(320)를 구비한다. 상기 제1 홈부(310)는 내부로 들어간 면의 수평면인 제1 수평홈면(311) 및 내부로 들어간 면의 경사면인 제1 경사홈면(312)이 접하여 형성된다. 또한, 상기 제2 홈부(320)는 내부로 들어간 면의 수평면인 제2 수평홈면(321) 및 내부로 들어간 면의 경사면인 제2 경사홈면(322)이 접하여 형성된다. 상기 돌출부(250)의 수평돌출면(251)과 제1 홈부(310)의 제1 수평홈면(311) 또는 제2 홈부(320)의 제2 수평홈면(321)이 접하고, 상기 돌출부(250)의 경사돌출면(252)과 제1 홈부(310)의 제1 경사홈면(312) 또는 제2 홈부(320)의 제2 경사홈면(322)이 접하며, 밸브부(300)는 이렇게 카트리지 본체부(200)에 고정된다. 도 13(a)를 참조하면, 카트리지 본체부(200)의 차단부가 밸브부(300)로부터 개방된 상태에서는, 상기 밸브부(300)의 제1 홈부(310)에 상기 카트리지 본체부(200)의 돌출부(250)가 결합되어, 상기 카트리지 본체부(200)에 상기 밸브부(300)가 열린 상태로 고정된다. 이 때, 돌출부(250)의 수평 돌출면(251)과 제1 홈부(310)의 제1 수평홈면(311)이 접하고, 돌출부(250)의 경사돌출면(252)과 제1 홈부(310)의 제1 경사홈면(312)이 접한다. 도 13(b)를 참조하면, 카트리지 본체부(200)의 차단부가 밸브부(300)에 의하여 폐쇄된 상태에서는, 상기 밸브부(300)의 제2 홈부(320)에 상기 카트리지 본체부(200)의 돌출부(250)가 결합되어, 상기 카트리지 본체부(200)에 상기 밸브부(300)가 닫힌 상태로 고정된다. 이 때, 돌출부(250)의 수평 돌출면(251)과 제2 홈부(320)의 제2 수평홈면(321)이 접하고, 돌출부(250)의 경사돌출면(252)과 제2 홈부(320)의 제2 경사홈면(322)이 접한다. 본 발명의 밸브부(300)의 상부에는 밸브부(300)를 작동시키는 밸브 작동부(미도시)가 위치한다. 밸브 작동부는 구동 모터와 기어의 작동에 의해 상하 운동을 구현할 수 있는 장치로, 밸브부(300)를 닫을 때는 구동 모터를 작동시켜 밸브부(300)에 하부로 압력을 주어 밸브부(300)가 닫히게 한다. 인터페이스 모듈(30)이 회전하여 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 PCR 카트리지(40)에 주입되고 있을 때는 밸브부(300)를 작동시키지 않고, 인터페이스 모듈(30)의 회전이 끝나면 반응부(230)로 주입된 DNA 혼합용액이 역류하지 않게 밸브 작동부를 작동시켜 밸브부(300)를 닫아준다. 중합효소 연쇄반응을 위해 카트리지 본체부(200)가 가열되고 냉각될 때에도 밸브부(300)를 닫아둔다. 본 발명의 밸브부(300)의 소재는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 사용하는 것을 바람직하다. 폴리디메틸실록산의 불활성 특성과 저온에서의 고무와 같은 특성으로 본 발명의 밸브부(300)에 사용하기에 적합하다. 즉, 밸브부(300)는 DNA 혼합용액과 반응해서는 안 되며 탄성이 있어서 차단부(220)를 닫고 여는데 적합한 특성을 지녀야 하기 때문에 폴리디메틸실록산의 사용하여 제작되는 것이 바람직하다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브부와 차단부를 나타낸다. 도 15를 참조하면, 밸브부(300)의 밸브의 직경을 A라고 하고, 밸브홀(240)의 직경을 B라고 하면, A > B일 수 있고, 보다 바람직하게는 A는 B보다 0.1~0.15mm 클 수 있다. 밸브부(300)는 탄성이 있는 폴리디메틸실록산으로 제작되기 때문에 밸브홀(240)보다 크더라도 탄성에 의해 밸브홀(240)에 삽입이 가능하고, 밸브의 직경이 밸브홀(240)보다 커서 기밀성을 유지하며 차단부(220)를 차단하여 DNA 혼합용액이 역류하지 않도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40)를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 소켓형 PCR 카트리지(40)를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 순서도이다. 도 16을 참조하면, 본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40)를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법은 하기의 5 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 단계(S10) : 카트리지 연결부(100)와 카트리지 본체부(200)를 연결하여 복수의 PCR 카트리지(40)가 준비되는 단계
제2 단계(S20) : 복수의 PCR 카트리지(40)가 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)에 장착되는 단계
제3 단계(S30) : DNA 추출용 카트리지 모듈(10)에서 분리된 DNA가 인터페이스 모듈(30)에서 회전하면서 원심력에 의해 교반된 DNA 혼합용액이 PCR 카트리지(40)로 주입되는 단계
제4 단계(S40) : 인터페이스 모듈(30)의 회전이 끝나면 PCR 카트리지(40)의 밸브부(300)가 닫히는 단계
제5 단계(S50) : PCR 카트리지(40)의 반응부(230)가 히팅보조블럭(50A)에 안착되고, 반응부(230)를 가열과 냉각을 반복하여 DNA를 증폭시켜 타겟 DNA가 검사되는 단계
또한, 본 발명의 다른 실시형태인 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법은, 상기 카트리지 연결부와 카트리지 본체부를 연결하여 복수의 상기 PCR 카트리지가 준비되는 제1 단계; 상기 복수의 PCR 카트리지가 상기 인터페이스 모듈에 장착되는 제2 단계; 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈에서 분리된 DNA가 상기 인터페이스 모듈에서 회전하면서 원심력에 의해 교반된 DNA 혼합용액이 상기 PCR 카트리지로 주입되는 제3 단계; 상기 인터페이스 모듈의 회전이 끝나면 상기 PCR 카트리지의 밸브부가 닫히는 제4 단계; 및 상기 PCR 카트리지의 반응부가 히팅보조블럭에 안착되고, 상기 반응부를 가열과 냉각을 반복하여 DNA를 증폭시켜 타겟 DNA가 검사되는 제5 단계;를 포함한다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40) 구비하는 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 제1 단계는 카트리지 연결부(100)와 카트리지 본체부(200)를 연결하여 복수의 PCR 카트리지(40)를 준비시키는 단계이다. 일반적으로는 8개의 PCR 카트리지(40)가 준비될 수 있다. PCR의 반응량에 따라 다양한 용량을 가지는 카트리지 본체부(200)를 사용할 수 있고, 카트리지 연결부(100)와 카트리지 본체부(200)를 조립하여 복수의 PCR 카트리지(40)를 준비한다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40) 구비하는 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 제2 단계는 복수의 PCR 카트리지(40)가 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)에 장착되는 단계이다. 카트리지 연결부(100)는 소켓의 형태이기 때문에 PCR 카트리지(40)를 웨이스트 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)에 용이하게 장착할 수 있다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40) 구비하는 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 제3 단계는 DNA 추출용 카트리지 모듈(10)에서 분리된 DNA가 인터페이스 모듈(20)에서 회전하면서 원심력에 의해 교반된 DNA 혼합용액이 PCR 카트리지(40)로 주입되는 단계이다. DNA 추출용 카트리지 모듈(10)에서 준비된 세포를 라이시스 버퍼용 튜브로 세포벽을 녹이는 물질을 포함하는 용액으로 세포를 처리하고, 마그네틱 비드용 튜브는 자성을 띠는 고밀도의 입자로 세포벽을 깨고, 세정용 튜브는 라이시스 버퍼용 튜브 및 마그네틱 비드용 튜브를 거친 후, 세포 내부의 DNA 사슬을 마그네틱 비드에 뭍인 채로 증류수로 세정하여 단백질 등의 이물질을 제거할 수 있다. 그 후에 용리 튜브는 자성을 제거하여 DNA가 비드에서 분리되어 용액에 자유입자로 분리되게 할 수 있다. DNA 추출용 카트리지 모듈(10)의 불순물은 웨이스트 모듈(20)로 이동하고, 추출된 DNA 용액은 인터페이스 모듈(30)로 이동한다. 마스터 믹스와 미네럴 오일과 교반된 DNA 용액은 세퍼레이션 로드를 통해 복수의 채널로 나뉘어지고 원심력을 통해 개별의 PCR 카트리지(40)로 주입이 된다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40) 구비하는 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 제4 단계는 인터페이스 모듈(30)의 회전이 끝나고 반응부(230)에 주입된 DNA 혼합용액이 인터페이스 모듈(30) 방향으로 역류하지 않도록 PCR 카트리지(40)의 밸브부(300)를 닫는 단계이다. 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)의 관로는 인터페이스 모듈(30)의 회전에 의한 원심력의 방향과 수평한 방향에 위치하기 때문에, 카트리지 연결부(100) 및 카트리지 본체부(200)의 관로를 통해 DNA 혼합용액이 역류할 수 있다. 이를 방지하기 위해 밸브부(300)를 두어 인터페이스 모듈(30)의 회전이 끝나면 밸브부(300)를 닫아 주입된 DNA 혼합용액이 반응부(230)에서 저장될 수 있도록 한다.
본 발명의 소켓형 PCR 카트리지(40) 구비하는 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법의 제5 단계는 PCR 카트리지(40)의 반응부(230)을 히팅보조블럭(50A)에 안착시키고, 반응부(230)를 가열과 냉각을 반복하여 DNA를 증폭시켜 타겟 DNA를 검사하는 단계이다. 이 단계에서는 반응부(230)를 92℃~95℃로 가열하여 이중가닥의 DNA를 단일가닥의 DNA로 분리시킨다. 그 후에는 프라이머를 자신의 염기서열과 상보적인 염기서열를 갖고 있는 DNA에 결합시키고, DNA의 원하는 부분을 증폭시켜 타겟 DNA를 검출한다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : DNA 추출용 카트리지 모듈
20 : 웨이스트 모듈
30 : 인터페이스 모듈
40 : PCR 카트리지
50 : 히팅블럭
50A : 히팅보조블럭
100 : 카트리지 연결부
110 : 탈부착부
120 : 연결 관로부
200 : 카트리지 본체부
210 : 관로부
220 ; 차단부
230 : 반응부
240 ; 밸브홀
250 : 돌출부
251 : 수평돌출면
252 : 경사돌출면
300 : 밸브부
310 : 제1 홈부
311 : 제1 수평홈면
312 : 제1 경사홈면
320 : 제2 홈부
321 : 제2 수평홈면
322 : 제2 경사홈면
400 : 상부 카트리지
500 : 하부 카트리지
20 : 웨이스트 모듈
30 : 인터페이스 모듈
40 : PCR 카트리지
50 : 히팅블럭
50A : 히팅보조블럭
100 : 카트리지 연결부
110 : 탈부착부
120 : 연결 관로부
200 : 카트리지 본체부
210 : 관로부
220 ; 차단부
230 : 반응부
240 ; 밸브홀
250 : 돌출부
251 : 수평돌출면
252 : 경사돌출면
300 : 밸브부
310 : 제1 홈부
311 : 제1 수평홈면
312 : 제1 경사홈면
320 : 제2 홈부
321 : 제2 수평홈면
322 : 제2 경사홈면
400 : 상부 카트리지
500 : 하부 카트리지
Claims (7)
- 원심력에 의해 DNA 혼합용액이 주입되도록 연결되며, 탈부착이 가능한 카트리지 연결부;
상기 카드리지 연결부와 일측이 연결되며, DNA 혼합용액이 주입된 후 중합효소 연쇄반응을 위해 가열과 냉각이 이루어지는 카트리지 본체부; 및
상기 카트리지 본체부의 상부에 배치되며, 상기 카트리지 본체부에 DNA 혼합용액이 원심력에 의해 주입되면 DNA 혼합용액이 역류되지 않도록 상기 카트리지 본체부를 상기 카트리지 연결부로부터 차단하여 닫아주는 밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소켓형 PCR 카트리지. - 청구항 1에 있어서,
상기 카트리지 본체부는, 상기 카트리지 연결부와 연결되는 통로인 관로부, 상기 관로부와 연결되며, 상기 밸브부가 하부로 이동하여 DNA 혼합용액이 상기 카트리지 연결부로의 역류를 차단할 수 있는 공간인 차단부 및 상기 차단부와 연결되며, DNA 혼합용액이 주입되어 히팅블럭에 의해 가열이 이루어지는 반응부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소켓형 PCR 카트리지. - 청구항 1에 있어서,
상기 카트리지 연결부의 관로 및 카트리지 본체부의 관로는 동일한 직선 상에 위치하고 상기 카트리지 연결부의 관로 및 카트리지 본체부의 관로는 DNA 혼합용액이 주입되는 원심력의 방향과 수평한 방향에 위치하는 것을 특징으로 하는 소켓형 PCR 카트리지. - 청구항 1에 있어서,
상기 반응부를 구성하는 카트리지 본체부는 히팅블럭의 히팅보조블럭과의 밀착을 위해 역사다리꼴의 육면체 형태인 것을 특징으로 하는 소켓형 PCR 카트리지. - 청구항 1에 있어서,
상기 카트리지 연결부 및 카트리지 본체부의 소재는 폴리에틸렌을 사용하고, 상기 밸브부의 소재는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 사용하는 것을 특징으로 하는 소켓형 PCR 카트리지. - 청구항 1 내지 청구항 5의 어느 한 항의 소켓형 PCR 카트리지를 복수로 구비하는 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스이며,
DNA 추출용 카트리지 모듈, 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈의 하부에 위치한 웨이스트 모듈, 상기 웨이스트 모듈의 하부에 위치한 인터페이스 모듈, 상기 웨이스트 모듈 및 인터페이스 모듈의 각각의 측면과 연결된 PCR 카트리지, 상기 PCR 카트리지의 하부에 위치한 히팅블럭을 포함하는 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스. - 청구항 6의 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법에 있어서,
상기 카트리지 연결부와 카트리지 본체부를 연결하여 복수의 상기 PCR 카트리지가 준비되는 제1 단계;
상기 복수의 PCR 카트리지가 상기 웨이스트 모듈 및 인터페이스 모듈에 장착되는 제2 단계;
상기 DNA 추출용 카트리지 모듈에서 분리된 DNA가 상기 인터페이스 모듈에서 회전하면서 원심력에 의해 교반된 DNA 혼합용액이 상기 PCR 카트리지로 주입되는 제3 단계;
상기 인터페이스 모듈의 회전이 끝나면 상기 PCR 카트리지의 밸브부가 닫히는 제4 단계; 및
상기 PCR 카트리지의 반응부가 히팅보조블럭에 안착되고, 상기 반응부를 가열과 냉각을 반복하여 DNA를 증폭시켜 타겟 DNA가 검사되는 제5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소켓형 PCR 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 PCR 디바이스의 작동 방법.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| KR1020220101060A KR20240022694A (ko) | 2022-08-12 | 2022-08-12 | 소켓형 pcr 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스 및 소켓형 pcr 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스의 작동 방법 |
| PCT/KR2023/001105 WO2024034756A1 (ko) | 2022-08-12 | 2023-01-25 | 소켓형 pcr 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스 및 소켓형 pcr 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스의 작동 방법 |
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| KR1020220101060A KR20240022694A (ko) | 2022-08-12 | 2022-08-12 | 소켓형 pcr 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스 및 소켓형 pcr 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스의 작동 방법 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220101060A KR20240022694A (ko) | 2022-08-12 | 2022-08-12 | 소켓형 pcr 카트리지, 이를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스 및 소켓형 pcr 카트리지를 구비하는 회전형 실시간 pcr 디바이스의 작동 방법 |
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| CN105378103B (zh) * | 2012-12-27 | 2018-01-16 | 成均馆大学校产学协力团 | 利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法 |
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| KR102403439B1 (ko) | 2020-07-16 | 2022-06-02 | 주식회사 에이아이바이오틱스 | 올인원 rt-pcr 장치 |
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| WO2024034756A1 (ko) | 2024-02-15 |
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