KR20240069655A - 타깃 분석물 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 타깃 분석물 장치는, 복수의 반응 용기에 광을 조사하며 신호를 검출하는 광 검출 모듈; 복수의 반응 용기를 가열 및 냉각하는 써멀 모듈; 및 써멀 모듈을 수직 이동시키는 리프팅 장치;를 포함한다.

Description

타깃 분석물 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING TARGET ANALYTE}

관련 출원에 대한 상호참조

본 출원은 2022년 11월 11일에 미국 특허청에 출원된 미국 특허출원 제17/985,412호의 우선권을 주장하며, 이의 개시내용은 그 전체가 참조로 본원에 포함되어 있다.

본 발명은 타깃 분석물 검출 장치에 관한 것이다.

현대인의 건강에 대한 관심이 높아지고, 기대 수명이 연장되고 있다. 이에, 병원균의 정확한 분석 및 환자의 유전자 분석 등 핵산 기반의 체외 분자 진단에 대한 중요성이 높아지고 있으며, 그 수요가 증가하고 있는 실정이다.

일반적으로, 핵산 기반의 분자진단은 검체 샘플로부터 핵산을 추출한 후, 추출된 핵산 중 타깃 핵산의 존재 유무를 확인하는 방식으로 이루어진다.

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 연장을 포함하는 반복된 사이클에 의해 PCR 과정이 수행된다(Mullis 등, 미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호; Saiki et al., (1985) Science 230, 1350-1354).

최근 핵산 증폭 반응을 수행하기 위한 핵산 증폭 장치가 다양하게 개발되고 있다. 핵산 증폭 장치의 일 예는 하나의 반응 챔버에 주형 핵산을 포함하는 샘플 용액을 포함하는 용기를 장착하고, 이 용기를 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산 증폭 반응을 수행한다.

DNA의 변성은 약 95℃에서 진행되고, 어닐링 및 프라이머의 연장은 95℃보다 낮은 온도인 55℃ 내지 75℃에서 진행된다. 따라서, 샘플이 수용되는 반응용기 또는 챔버들의 온도를 올렸다 내리는 과정을 반복하여 샘플의 핵산 증폭 반응을 수행한다.

복수의 샘플에 대해 핵산 증폭 반응을 수행하기 위해, 복수의 샘플웰(sample well)이 형성된 열블록(thermal block)이 사용되는 경우가 있다. 복수의 샘플웰에는 샘플을 수용하는 반응용기가 삽입된다. 즉, 열블록의 샘플웰에 반응용기를 삽입하고, 예를 들어 펠티에 소자를 이용하여 열블록을 가열하거나 냉각함으로써, 각 샘플의 핵산 증폭 반응이 동시에 수행된다. 이때, 히트리드(heated lid)는 반응 용기 상부에서 반응 용기를 가열함으로써, 샘플의 증발 또는 응축을 방지하는 데에 사용될 수 있다. 여기서 반응 용기는 멀티웰 샘플 플레이트(multi-well sample plate) 형태를 가질 수 있다.

일반적으로 열블록의 샘플웰은 평면 상에서 행, 열로 배열되며, 샘플웰은 4 X 4의 16웰, 4 X 8의 32웰, 8 X 8의 64웰, 8 X 12의 96웰, 더 크게는 16 X 24의 364웰로 형성된다.

히팅 블록(heatblock)으로도 명명되는 열블록은, 빠른 열전도를 위하여 일반적으로 금속으로 제작된다. 사용자는 반응 용기, 예를 들어, 96-웰 샘플 플레이트를 써멀사이클링 및 분석을 위해 열블록에 로딩(load)한다. 그 다음, 샘플 내의 타깃 분석물을 검출하기 위해, 광원이 구비된 광학 모듈이 사용되며, 광학 모듈은 샘플 플레이트 상에 위치되며, 샘플 플레이트는 열블록과 히트리드 사이에 클램핑(clamp)된다.

시스템 성능을 위해 샘플 플레이트를 기준으로 광학 모듈을 정렬하는 것은 매우 중요하다. 통상적으로, 이동 가능한 커버의 하면에 히트 리드가 부착되어, 커버가 샘플 플레이트 상에서 아래로 내려질 때 히트 리드가 샘플 플레이트에 클램핑되도록 구성된다. 여기서, 히트 리드와 광학 모듈의 정렬은 샘플 플레이트에 들어가고 나가는 광 신호의 정확한 조사(irradiation) 및 검출(detection)에 중요한 역할을 갖는다. 일반적으로, 샘플 플레이트 내의 샘플에 여기광을 제공하는 광학 모듈의 광원과, 샘플의 방출광을 검출하는 광학 모듈의 검출기는, 히트리드 위에 설치되어 위치된다. 바람직하게는, 샘플웰과 광학 모듈이 광학적으로 통할 수 있도록히트 리드에는 샘플 플레이트의 샘플웰에 대응되는 홀(holes)이 형성될 수 있다.

따라서, 샘플 플레이트, 히트리드 및 광학 모듈이 서로에 대해 정확하게 정렬되도록 위치시키는 것이 중요하다. 종래 기술에는, 광학 모듈의 광원 및 검출기를 샘플 플레이트 상에 세팅하기 위해, 광원과 검출기는 수직으로 및/또는 수평으로 이동되었다. 그러나, 반복적인 사용과 함께, 광원과 검출기는 자연스럽게 충격, 진동, 및 어긋남에 취약하게 됐다. 이러한 영향은 제품 수명을 단축시키고, 일관되지 않은, 신뢰할 수 없는 검출 결과를 초래할 수 있다.

따라서, 광학 모듈의 이동이 최소화되도록 구성될 뿐만 아니라, 광학 모듈과 샘플 플레이트가 일관되게 정확하게 정렬되도록 구성된 타깃 분석물 검출 장치가 필요하다.

추가로, 클램핑 힘(clamping force)도 써멀 모듈의 램프 레이트(ramp rate)에 영향을 미칠 수 있으며, 클램핑 균일성(clamping uniformity)은 시스템의 효율에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 더 상세하게는, 샘플 플레이트가 열블록의 웰에 삽입되어 동시에 핵산 증폭 반응이 수행된다. 이때, 모든 샘플의 온도제어를 균일하게 수행하는 것이 중요하다.

또한, 열블록에 (96-웰 플레이트가 아닌) 8-스트립이나 복수의 PCR 튜브가 장착되는 경우, 튜브들의 최종 높이의 미세 차이가 있을 수 있으며, 히트 리드(heated lid)에 동일한 힘으로 밀착시킬 필요가 있다. 열블록에 장착되는 반응 용기가 모두 히트 리드에 밀착되지 않을 경우, 핵산 증폭 반응을 수행하는 장치의 성능이 저하될 수 있다. 특히, 이러한 문제는 열블록의 크기가 커질수록 더욱 증대된다.

PCR 반응은, 타깃 핵산 서열에 특이적인 프라이머를 혼성화 시키고, 이를 중합효소에 의해 연장시킨 후, 연장가닥을 분리하는 단계를 반복하여 타깃 핵산 서열을 증폭시키는 반응이다. PCR 반응에서, 반응 혼합물을 지정한 각 온도들에서 정해진 시간 동안 유지함으로써, 이와 같은 일련의 단계들이 효율적으로 수행된다. 따라서, PCR 반응에서 각 단계별로 정확한 온도를 유지하는 것은 매우 중요한 일이다. 단계별로 정확한 온도를 유지하지 못하는 경우, 각 사이클에서의 증폭 효율이 감소할 수 있기 때문이다.

특히, PCR 반응을 이용하여 복수의 샘플에 대하여 동일한 검사를 하는 경우, 웰간 지속적으로 발생하는 온도 편차는 서로 다른 웰에서 증폭반응이 진행된 복수의 샘플마다 상기 증폭반응이 서로 다른 효율로 진행되게 하는 원인이 된다. PCR 반응은 핵산의 증폭반응을 수십 사이클을 반복하며, 이전 사이클에서 생성된 핵산가닥이 다음 사이클의 템플릿(template)이 되므로, 이러한 매 사이클 발생하는 증폭효율의 차이가 분석 결과에 큰 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 복수의 반응용기 간의 온도 편차, 특히, 열블록의 중앙부와 외곽부 간의 온도편차를 최소화하면서, 온도제어를 균일하게 수행하여, 핵산 증폭 반응의 효율 및 장치의 성능을 증가시킬 수 있는 타깃 분석물 검출 장치의 개발이 필요한 실정이다.

US 8,236,504 B2

전술한 배경에서, 본 발명은 광학 모듈의 움직임을 최소화시키고, 온도제어가 균일하게 이루어지도록 향상시킬 수 있는 타깃 분석물 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 실시예에 따라 해결하고자 하는 과제가 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 반응 용기에 광을 조사하고 신호를 검출하는 광 검출 모듈; 상기 반응 용기를 가열하고 냉각하는 써멀 모듈; 및 상기 써멀 모듈을 수직 이동시키는 리프팅 장치;를 포함하는, 타깃 분석물 검출 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 리프팅 장치는, 상기 써멀 모듈을 받쳐주는 높낮이 조절장치 및 상기 높낮이 조절장치에 구동력을 제공하는 모터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 높낮이 조절장치는, 상기 높낮이 조절장치의 상면을 구성하는 승강대 및 상기 승강대에 장착된 복수의 컴플라이언트 범퍼를 포함할 수 있다.

또한, 상기 컴플라이언트 범퍼는 굴곡지게 경사진 측벽을 갖는 원추형 부분을 포함하며, 상기 원추형 부분은 적어도 일부가 탄성 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 컴플라이언트 범퍼는 상기 승강대의 각 모서리로부터 미리 결정된 거리만큼 이격되어 장착될 수 있다.

또한, 상기 높낮이 조절장치는 가위형 리프트 방식으로 작동됨으로써 상기 승강대를 수직 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 높낮이 조절장치는 회전축을 포함하며, 상기 회전축은 상기 모터와 결합되어 상기 모터에 의해 회전될 수 있다.

또한, 상기 모터의 적어도 일부를 감싸는 모터 프레임 및 상기 모터 프레임이 수직으로 슬라이딩 가능하게 결합된 모터 마운트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 광 검출 모듈의 하부에는 가열 플레이트가 구비될 수 있다.

또한, 상기 반응 용기는 상기 써멀 모듈 상에 안착되고, 상기 리프팅 장치에 의해 상기 써멀 모듈이 상승 이동하면, 상기 반응 용기는 상기 가열 플레이트와 가까워지고, 상기 리프팅 장치에 의해 상기 써멀 모듈이 하강 이동하면, 상기 반응 용기는 상기 가열 플레이트와 멀어질 수 있다.

또한, 상기 써멀 모듈이 하강 이동하면, 상기 광 검출 모듈과 상기 써멀 모듈은 수평 방향으로 서로 멀어지도록 이동될 수 있다.

또한, 상기 광 검출 모듈은 슬라이딩 가능한 상부 프레임에 장착되고, 리니어 모터와 결합되어, 상기 리니어 모터에 의해 수평 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있다.

또한, 상기 광 검출 모듈은 복수의 광 섬유가 결합된 필터휠을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 써멀 모듈을 수직 이동시키는 리프팅 장치를 제공함으로써, 광학 모듈의 움직임을 최소화할 수 있어, 제품 수명 및 오정렬을 개선할 수 있어, 보다 신뢰성 있고 일관된 검출 결과를 얻을 수 있다.

또한, 써멀 모듈의 위치가 편리하게 조절될 수 있다. 특히, 리프팅 장치를 사용하여 히트 리드에 대해 써멀 모듈의 수평을 맞추게 되므로, 반응 용기의 균일한 온도제어가 가능하다.

이에 따라, 일관된 정렬이 가능하고, 불필요한 충격 및 진동으로부터 광학 모듈을 보호함으로써 타깃 분석물 검출 장치의 제품 수명과 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 샘플들 간의 온도 변화율 및 온도 유지구간의 차이를 최소화하여 핵산 증폭 반응의 효율 및 장치의 성능을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 사시도로서, 리프팅 장치가 상승 상태에 있는 모습을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 사시도로서, 리프팅 장치가 하강 상태에 있으며, 써멀 모듈은 개방 상태인 모습을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프팅 장치 및 하부 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 측면도로서, 리프팅 장치가 상승 상태에 있는 모습을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 측면도로서, 리프팅 장치가 하강 상태에 있으며, 써멀 모듈은 폐쇄 상태인 모습을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 측면도로서, 리프팅 장치가 하강 상태에 있으며, 써멀 모듈은 개방 상태인 모습을 도시한다.

이하, 본 발명을 실시예와 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

또한, 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 설명을 생략한다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b), (ⅰ), (ⅱ) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "샘플 가열 장치"는 열블록 및 가열 수단을 포함하는 장치로서, 샘플의 온도를 균일하게 제어하는 데에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 "샘플"은 생물학적 샘플 (예를 들어, 세포, 조직 및 생물학적 소스에서 나온 유체) 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), 스왑(swab), 흡인액(aspiration), 젖, 소변, 분변, 안구액, 정액, 뇌 추출물, 척수액, 관절액, 흉선액, 기관지 세척액, 복수 및 양막액일 수 있다. 또한, 샘플은 생물학적 공급원으로부터 단리된 자연 핵산 분자 및 합성 핵산 분자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 샘플은 물, 탈 이온수, 식염수, pH 완충액, 산성 용액, 염기성 용액과 같은 추가 물질을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "써멀 모듈"은 핵산 증폭 반응을 수행하기 위해 반응 용기를 효율적으로 가열 및 냉각하는 데에 필요한 열블록, 펠티에 소자와 같은 열전 소자, 방열판, 방열팬, 등의 구성요소를 포함하는 유닛으로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "반응 용기"는 반응물(예를 들어, 반응 용액 또는 반응 혼합물)을 담을 수 있는 유닛을 지칭한다. 테스트 튜브, PCR 튜브, 스트립 튜브, 바이알(vial), 멀티웰 PCR 플레이트(multi-well PCR plate), 마이크로타이터 플레이트(microtiter plate), 모세관(capillary tube)은 모두 반응 용기의 예시이다. 본 발명에 따른 타깃 분석물 검출 장치에는 하나 이상의 반응 용기가 사용될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어 "열블록(thermal block)"은 열블록에 형성된 복수의 샘플웰에 맞게 형성된 반응용기를 수용하는 수용 몸체로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 열블록은 열 전도도 등이 우수한 소재를 사용하여 제작될 수 있다. 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 철, 구리, 알루미늄, 금, 은 또는 이를 포함하는 합금)으로 제작될 수 있다. 열블록은 하나의 단단한 금속 조각으로 가공되거나, 여러 개의 금속 조각을 연결하여 형성될 수 있다.

본 발명의 열블록은 복수의 반응을 수행하기 위한 열블록이다. 상기 반응은 적어도 하나의 화학적 또는 생물학적 물질(예를 들어, 용액, 용매, 효소)이 관여한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 변환(transformation)을 의미한다. 본 발명에서 상기 반응은 바람직하게는 반응계의 열적 변화에 의하여 개시, 중단, 촉진 또는 저해되는 반응일 수 있다. 예를 들어, 상기 반응은 온도 변화에 따라 생물학적 또는 화학적 물질의 분해 또는 결합이 진행되거나, 온도 변화에 따라 생물학적 또는 화학적 물질의 생산 또는 분해를 수행하는 효소의 활성이 촉진 또는 저해되는 반응일 수 있다.

구체적으로 상기 반응은 증폭 반응을 의미할 수 있다. 상기 증폭 반응은 타깃 분석물질(예를 들어, 핵산) 자체를 증가시키는 반응일 수 있으며, 또는 상기 타깃 분석물질의 존재에 의존적으로 발생되는 신호를 증가 또는 감소시키는 반응일 수 있다. 상기 타깃 분석물질의 존재에 의존적으로 발생되는 신호를 증가 또는 감소시키는 반응은 타깃 분석물질의 증가가 동반되거나 또는 동반되지 않을 수 있다. 구체적으로 상기 타깃 분석물질은 핵산 분자이며, 상기 반응은 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction; PCR) 또는 실시간 PCR일 수 있다.

일반적으로 중합효소 연쇄반응(PCR)은 핵산의 변성단계(denaturation), 핵산과 프라이머의 결합 단계(hybridization 또는 annealing) 및 프라이머의 연장 단계(extension)를 포함하는 반응을 포함하는 사이클을 반복하여 수행된다. 본 명세서에서 사용된 용어 "사이클"은 일정한 조건 변화를 수반하는 복수의 측정에서 조건 변화의 단위, 또는 조건 변화의 반복 단위를 의미한다. 일정한 조건 변화, 또는 조건 변화의 반복에는, 예를 들어 온도, 반응 시간, 반응 횟수, 농도, pH, 측정 대상의 복사본 수(예를 들어, 타깃 핵산 분자)의 변화 또는 반복이 포함된다. 이 경우, 일정한 조건의 변화는 반응의 반복 횟수의 증가이며, 상기 일련의 단계를 포함하는 반응의 반복 단위가 하나의 사이클로 설정된다.

본 발명의 샘플 가열 장치를 이용하여 다양한 핵산 증폭 반응을 수행할 수 있다. 예를 들어, 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction; PCR), 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction; LCR, 참조 Wiedmann M, 등, "Ligase chain reaction (LCR)- overview and applications." PCR Methods and Applications 1994 Feb;3(4):S51-64), 갭 필링 LCR(gap filling LCR; GLCR, 참조 WO 90/01069, 유럽 특허 제439162호 및 WO 93/00447), Q-베타 리플리카제 증폭(Q-beta replicase amplification; Q-beta, 참조 Cahill P, 등, Clin Chem., 37(9): 1462-5(1991), 미국 특허 제5556751호), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification; SDA, 참조 G T Walker 등, Nucleic Acids Res. 20(7):16911696(1992), 유럽 특허 제497272호), 핵산 서열-기반 증폭(nucleic acid sequence-based amplification; NASBA, 참조 Compton, J. Nature 350(6313):912(1991)), 전사 매개 증폭(Transcription-Mediated Amplification; TMA, 참조 Hofmann WP 등, J Clin Virol. 32(4):269-93(2005); 미국 특허 제5666779호) 또는 롤링 서클 증폭(Rolling Circle Amplification; RCA, 참조 Hutchison C.A. 등, Proc. Natl Acad. Sci. USA. 102:1733217336(2005))에 의해 실시된다.

특히, 본 발명의 타깃 분석물 검출 장치는 PCR 기반의 핵산 증폭 반응에 유용하게 이용된다. PCR을 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), 중첩 PCR (nested PCR), 멀티플렉스 PCR, SNP 지놈 타이핑 PCR 등을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치는 온도의 변화를 수반하면서 핵산 증폭 반응 및 핵산의 존재에 의존적으로 광학 신호를 발생시키는 반응을 수행하고 발생되는 광학 신호를 검출하는 장치일 수 있다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치의 주요 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 사시도로서, 리프팅 장치(300)가 상승 상태에 있는 모습을 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치는 광 검출 모듈(100), 써멀 모듈(200), 리프팅 장치(300), 및 수평 이동 구조체(400)를 포함한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응 용기(10)는 광 검출 모듈(100)과 써멀 모듈(200) 사이에 배치될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 광 검출 모듈(100) 및 써멀 모듈(200)은 간단하게 박스 형태로 도시된다. 그러나, 광 검출 모듈(100)은 반응 용기(10)에 여기 광을 조사하고, 그로부터 방출되는 방출 광을 검출하는 데에 필요한 모든 구성 요소를 포함한다는 점이 이해되어야 할 것이다. 또한, 써멀 모듈은 PCR 기반 증폭 반응을 위한 써멀 사이클링에 필요한 모든 구성 요소를 포함한다는 점도 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈(100)은 여기 광을 생성하는 광원과, 방출 광을 검출하는 검출 유닛을 포함할 수 있다. 여기 광과 방출 광은 회전형 필터휠에 배치된 각각의 필터를 통과할 수 있다. 즉, 광 검출 모듈(100)은 반응 용기(10)에 광을 조사하여 신호를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 써멀 모듈(200)은, 핵산 반응을 수행하기 위해 써멀 모듈(200)에 배치되는 반응 용기(10) 내의 반응물의 온도를 제어할 수 있다. 써멀 모듈(200)은, 핵산 증폭 반응을 수행하기 위해 효율적으로 반응 용기(10)를 가열 및 냉각시키는 데에 필요한 구성 요소로서, 반응 용기(10)를 수용하는 복수의 수용부를 갖는 열블록, 펠티에 소자와 같은 열전 소자, 방열판, 방열팬, 등의 구성 요소를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 리프팅 장치(300)는 써멀 모듈(200)을 미리 정해진 높이로 수직으로 이동시킬 수 있다. 반응 용기(10)는 써멀 모듈(200) 상에 배치될 수 있으며, 써멀 모듈(200)은 상승(도 1 내지 도 3에 도시된 z-축 방향) 이동되어, 광 검출 모듈(100) 측으로 이동될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 리프팅 장치(300)는 써멀 모듈(200)의 무게를 받쳐주고 들어올리기 위한 높낮이 조절장치(310)와, 높낮이 조절장치(310)를 구동시키기 위해 이에 연결된 구동부(320)를 포함할 수 있다. 구동부(320)는 높낮이 조절장치(310)에 구동력을 제공하는 모터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수평 이동 구조체(400)는 광 검출 모듈(100)을 수평 방향(도 1 내지 도 3에 도시된 x-축 방향)으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 광 검출 모듈(100)은, 써멀 모듈(200)의 상면을 커버하도록 장치의 정면 방향((+)x-축 방향)으로 이동될 수 있으며, 반응 용기(10)를 배치 또는 제거하기 위해 써멀 모듈(200)의 상면을 개방하도록 장치의 후면 방향((-)x-축 방향)으로 이동될 수 있다. 수평 이동 구조체(400)는 상부 프레임(410) 및 하부 프레임(420)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 프레임(410)은 측벽(411) 및 측벽(411)에 고정된 레일(412)을 포함할 수 있다. 광 검출 모듈(100)은 레일(412)을 따라 슬라이딩 가능한 가이드가 양측에 구비된 하우징을 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 써멀 모듈(200)은 리프팅 장치(300)에 의해 하강할 수 있으며, 광 검출 모듈(100)은 수평 이동 구조체(400)에 의해 뒤로 보내질(retract) 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 사시도로서, 리프팅 장치(300)가 하강 상태에 있으며, 써멀 모듈(200)은 개방 상태인 모습을 도시한다.

즉, 리프팅 장치(300)가 하강 상태에 있고, 써멀 모듈(200)은 개방 상태일 때, 반응 용기(10)는 용이하게 배치 및 제거될 수 있다. 이는 써멀 사이클링과 신호 검출 프로세스에서 쉬운 셋업이 가능하게 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 리프팅 장치(300)만 z-축 방향으로 이동되기 때문에, 광 검출 모듈(100)과 가열 플레이트(20)에 최소한의 충격으로 셋업이 가능하여, 제품 수명과 오정렬을 개선하고, 보다 신뢰성 있고 일관된 검출 결과를 얻을 수 있다.

일부 실시예에서, 수평 이동 구조체(400)는, 광 검출 모듈(100)이 정지된 상태에서 리프팅 장치(300)와 써멀 모듈(200)이 함께 수평 방향으로 이동할 수 있도록 형성될 수 있다. 이 경우, 측벽(411)과 레일(412)은 수평 이동 구조체(400)의 하부 프레임(420)에 구비될 수 있다. 따라서, 리프팅 장치(300)는 장치의 정면 측으로 이동되어 반응 용기(10)의 배치 또는 제거를 위해 써멀 모듈(200)이 개방되도록 할 수 있으며, 장치의 후면 측으로 이동되어 써멀 모듈(200)의 상면을 커버하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치의 구성은 도 3을 더 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프팅 장치(300) 및 하부 프레임(420)을 나타내는 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 리프팅 장치(300)의 높낮이 조절 장치(310)는, 높낮이 조절장치(310)의 상면을 구성하는 승강대(311) 및 승강대(311)에 장착된 복수의 컴플라이언트 범퍼(compliant bumper)(312)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 높낮이 조절장치(310)는 승강대(311)를 수직 이동시키기 위해 가위형 리프트 방식(scissor-lift mechanism)을 이용할 수 있다. 즉, 높낮이 조절장치(310)는 높낮이 조절장치(310)의 하면을 형성하는 베이스(315)를 포함할 수 있으며, 복수의 아암(arms)(313)이 서로 링크되고 승강대(311)와 베이스(315) 사이에 배치될 수 있어, 이들 사이 거리가 조절되도록 복수의 아암(313)이 이동될 수 있다.

본 발명에서, 컴플라이언트 범퍼(312)는 각각 굴곡지게 경사진 측벽을 갖는 원추형 부분을 포함할 수 있으며, 원추형 부분은 적어도 일부가 탄성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 원추형 부분은 고무와 같은 재질 또는 실리콘으로 형성되거나, 미리 정해진 두께의 고무 또는 실리콘으로 커버된 스테인리스 스틸 몸체를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 컴플라이언트 범퍼(312)는 다른 형태를 가질 수 있으며, 탄성 재질로서 스프링을 포함할 수도 있다. 각각의 컴플라이언트 범퍼(312)는 승강대(311)의 각 모서리로부터 미리 결정된 거리만큼 이격되게 배치되어 장착될 수 있다.

특히, 써멀 모듈(200)의 열블록에 (96-웰 플레이트가 아닌) 8-스트립이나 복수의 PCR 튜브와 같은 반응 용기(10)가 장착되는 경우, 튜브들의 최종 높이의 미세 차이가 있을 수 있으며, 가열 플레이트(20)(예를 들어, 히트 리드)에 동일한 힘으로 밀착시킬 필요가 있다. 컴플라이언트 범퍼(312)는 써멀 모듈(200)에 힘을 균등하게 분배하도록 형성되어, 이러한 경우에서도 가열 플레이트(20)가 반응 용기(10)에 밀착할 수 있게 한다. 즉, 컴플라이언트 범퍼(312)는 리프팅 장치(300)가 써멀 모듈(200)을 들어올릴 때 반응 용기(10)에 대해 힘을 균등하게 분배할 수 있는 구성 요소이다.

높낮이 조절장치(310)는 승강대(311)를 상승 및 하강 이동시키는 모터(321)를 포함하는 구동부(320)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 승강대(311)의 높낮이는 모터(321)의 모터 축(motor shaft) 회전으로 설정될 수 있다.

구동부(320)는 추가로 모터(321)와 연결된 모터 프레임(322)과, 모터 프레임(322)이 상하로 슬라이딩할 수 있는 모터 마운트(323)를 포함할 수 있다. 따라서, 높낮이 조절장치(310)가 이동하도록 모터(321)가 구동되면, 모터(321)와 높낮이 조절장치(310) 사이에 연결된 부분, 예를 들어, 회전축(314)(도 5 참조) 및 모터 축(324)(도 4 참조)은 이에 따라 이동할 수 있다. 즉, 승강대(311)와 아암(313)이 이동하면서 높낮이 조절장치(310)의 회전축(314)이 수직으로 이동할 때, 회전축(314)에 연결된 모터 축(324)은 이에 따라 모터 마운트(323)를 따라 모터(321) 및 모터 프레임(322)과 함께 이동할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 수평 이동 구조체(400)의 하부 프레임(420)은, 높낮이 조절장치(310)가 이에 고정될 수 있도록 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 하부 프레임(420)은 예시적인 실시예로서, 디자인이 이에 한정되지 않는다. 높낮이 조절장치(310)가 하부 프레임(420)에 고정된 경우, 높낮이 조절장치(310)는 써멀 모듈(200)을 안정적으로 상하로 이동시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서 리프팅 장치(300)가 써멀 모듈(200)과 함께 수평 방향으로 이동하도록 수평 이동 구조체(400)가 형성될 수 있으며, 하부 프레임(420)은 서랍형 특징을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(420)은, 리프팅 장치(300)가 고정되는 바닥부, 바닥부가 그에 따라 슬라이딩되는 슬라이딩 가이드, 및 바닥부를 구동시키는 모터부를 포함할 수 있다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(320)를 더 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(320)를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 전술한 바와 같이, 구동부(320)는 승강대(311)를 상하로 이동시키기 위한 모터(321), 모터(321)에 연결된 모터 프레임(322), 및 모터 프레임(322)이 그에 상하로 슬라이딩될 수 있는 모터 마운트(323)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터(321)의 모터 축(324)은 높낮이 조절장치(310)의 회전축(314)에 연결된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 구동부(320)는 모터 커플러(325)를 더 포함할 수 있으며, 모터 축(324)은 모터 커플러(325)를 통해 회전축(314)에 결합될 수 있다. 모터 커플러(325)에 의해, 모터 축(324)과 회전축(314) 사이의 연결이 효과적으로 안정화될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터 마운트(323)에는 레일(327)이 구비될 수 있으며, 모터 프레임(322)에는 레일 가이드(326)가 구비될 수 있다. 모터 프레임(322)에 고정된 레일 가이드(326)는, 모터(321)가 모터 마운트(323)의 레일(327)을 따라 수직으로 안정적인 방식으로 이동할 수 있도록 한다.

즉, 회전축(314)과 모터 축(324)은 승강대(311)와 아암(313)이 이동하면서 수직으로 이동할 수 있으며, 모터(321)와 모터 프레임(322)도 마찬가지로, 모터 마운트(323)의 레일(327)을 따라 이동할 수 있다.

도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 측면도로서, 리프팅 장치(300)가 상승 상태(elevated state)에 있는 모습을 도시한다.

도 5에서, 리프팅 장치(300)는 상승 상태로 세팅되며, 여기서 반응 용기(10)가 가열 플레이트(20)에 대해 가압되도록 써멀 모듈(200)은 상승한다. 가열 플레이트(20)는 광 검출 모듈(100)의 하부에 구비될 수 있다. 이 경우에, 광 검출 모듈(100)이 상부 프레임(410)의 레일(412)을 따라 이동할 때, 가열 플레이트(20)도 함께 이동한다. 이 방법으로, 광 검출 모듈(100)에 대한 가열 플레이트(20)의 위치 및 정렬이 일관되게 유지될 수 있다.

일부 실시예에서, 가열 플레이트(20)가 직접 광 검출 모듈(100)에 영향을 미치지 않도록, 가열 플레이트(20)는 상부 프레임(410)의 일부에 고정될 수 있다. 일부 다른 실시예에서 가열 플레이트(20)는 광 검출 모듈(100)로부터 이격된 다른 프레임 상에 고정되되, 수평 이동 구조체(400)를 따라 함께 이동할 수 있도록 광 검출 모듈(100)에 연결될 수 있다.

가열 플레이트(20)는 반응 용기(10)를 가열할 수 있다. 즉, 가열 플레이트(20)는 반응 용기(10) 내의 샘플의 증발 또는 응축을 방지하기 위한 히트리드(heated lid)로서 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 써멀 모듈(200)을 수직으로 이동시키기 위한 리프팅 장치(300)를 제공함으로써, 써멀 모듈(200)의 위치는 편리하게 조절될 수 있다. 특히, 써멀 모듈(200)이 가열 플레이트(20)에 대해 수평이 맞춰지도록 리프팅 장치(300)가 사용되므로, 반응 용기(10)의 균일한 온도 제어가 가능하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 반응 용기(10)는 써멀 모듈(200)에 안착될 수 있으며, 써멀 모듈(200)이 리프팅 장치(300)에 의해 상승 이동되면, 반응 용기(10)가 가열 플레이트(20)와 더 가까워지도록 이동된다. 한편으로, 써멀 모듈(200)이 리프팅 장치(300)에 의해 하강 이동되면, 반응 용기(10)가 가열 플레이트(20)와 더 멀어지도록 이동된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 회전축(314)은 모터 축(314)에 의해 구동부(320)의 모터(321)에 결합될 수 있다. 따라서, 모터 축(324)과 회전축(314)의 회전에 따라, 복수의 아암(313)은 승강대(311)와 베이스(315)가 서로 멀어지도록 펼쳐지거나, 가까워지도록 당긴다. 모터 축(324)이 회전하는 방향이 승강대(311)와 베이스(315) 사이의 거리를 결정할 수 있으며, 결국 써멀 모듈(200)의 높낮이 위치를 결정한다.

수평 이동 구조체(400)는 광 검출 모듈(100)을 수평 방향으로 써멀 모듈(200)로부터 멀어지도록 구동하기 위한 리니어 구동부(430)를 포함할 수 있다. 광 검출 모듈(100)은 상부 프레임(410)에 슬라이딩 가능하도록 장착될 수 있으며, 리니어 모터(431)와 결합될 수 있다. 즉, 광 검출 모듈(100)은 리니어 모터(431)를 사용하여 수평으로 슬라이딩할 수 있다.

더 상세하게는, 리니어 구동부(430)는 리니어 모터(431)에 연결된 리니어 모터 축(432)과, 리니어 모터 축(432)이 그에 삽입되는 축 고정부(433)를 포함할 수 있다. 축 고정부(433)는 광 검출 모듈(100)의 하부에 고정될 수 있으며, 리니어 모터(431)가 리니어 모터 축(432)을 회전시킬 때, 리니어 모터 축(432)을 따라 수평으로 이동할 수 있다. 광 검출 모듈(100)이 이동하는 방향은 리니어 모터(431)의 회전 방향에 따라 결정될 수 있다.

이러한 구조에 의해, 광 검출 모듈(100)과 써멀 모듈(200)이 서로로부터 수평으로 멀어지게 이동될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 수평 이동 구조체(400)는 광 검출 모듈(100) 대신에, 써멀 모듈(200)과 리프팅 장치(300)를 수평으로 이동하도록 구성될 수 있다. 이런 방법으로, 다양한 종류의 광 검출 모듈(100)이 본 발명에 따르는 타깃 분석물 검출 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, 광 검출 모듈(100)은 복수의 광섬유가 결합된 필터휠을 포함할 수 있다.

이 경우에, 복수의 광섬유는 광 검출 모듈(100)과 반응 용기(10) 사이에 광과 신호를 전달하는 데에 사용될 수 있다. 광 검출 모듈(100)이 수직으로 이동되도록 구성되지 않음으로써, 광섬유의 위치 변화나, 의도치 않은 휘어짐이 방지될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 타깃 분석물 검출 장치의 구조는, 가열 플레이트(20)가 반응 용기(10)에 가압될 때, 광 검출 모듈(100)에 최소한의 영향을 주는 데에 이점이 있다.

도 6 및 도 7을 더 참조하여, 광 검출 모듈(100), 써멀 모듈(200) 및 리프팅 장치(300)의 상대적인 이동을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 측면도로서, 리프팅 장치(300)가 하강 상태에 있으며, 써멀 모듈(200)은 폐쇄 상태인 모습을 도시한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치를 설명하기 위한 측면도로서, 리프팅 장치(300)가 하강 상태에 있으며, 써멀 모듈(200)은 개방 상태인 모습을 도시한다.

전술한 바와 같이, 리프팅 장치(300)의 높낮이 조절장치(310)는, 높낮이 조절장치(310)의 상면을 형성하는 승강대(311)와, 승강대(311)에 장착된 복수의 컴플라이언트 범퍼(312)를 포함할 수 있다. 다만, 도 6 및 도 7에서 높낮이 조절장치(310)는 설명의 명확성과 편의성을 위해 간략하게 도시된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 승강대(311)가 하강 상태로 써멀 모듈(200)이 하강 이동되면, 광 검출 모듈(100)과 써멀 모듈(200) 사이의 수직 거리가 증가한다. 즉, 반응 용기(10)와 가열 플레이트(20) 사이에 간격이 생긴다. 이 상태에서, 광 검출 모듈(100)과 써멀 모듈(200)은 수평 방향으로 서로로부터 멀어지게 이동될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 반응 용기(10)와 가열 플레이트(20) 사이에 간격이 생성된 다음에, 리니어 구동부(430)는 광 검출 모듈(100)을 타깃 분석물 검출 장치의 후면을 향해 광 검출 모듈(100)을 구동시킬 수 있다. 즉, 광 검출 모듈(100)은 써멀 모듈(200)이 개방된 상태가 되도록 뒤로 보내질 수 있다. 이 방법으로, 반응 용기(10)는 쉽게 배치, 제거, 또는 교체될 수 있다.

반응 용기(10)가 배치, 제거, 또는 교체되면, 광 검출 모듈(100)은 다시 도 6에 도시된 상태로 전진할 수 있다. 써멀 모듈(200)은 써멀 사이클링에 사용되는 지의 여부에 따라 높낮이 조절장치(310)에 의해 들어올려질 수 있다. 써멀 모듈(200) 상에 배치된 반응 용기(10)에 수용된 샘플이 써멀 사이클링의 대상일 경우, 높낮이 조절장치(310)는 써멀 모듈(200)을 도 5에 도시된 상태로 들어올릴 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반응 용기(10)와 같은 반응 용기에 수용된 샘플들 간의 온도 변화율 및 온도 유지구간의 차이를 최소화함으로써, 핵산 증폭 반응의 효율과 타깃 분석물 검출 장치의 성능을 높일 수 있다.

10: 반응 용기
20: 가열 플레이트
100: 광 검출 모듈
200: 써멀 모듈
300: 리프팅 장치
310: 높낮이 조절장치
311: 승강대
312: 컴플라이언트 범퍼
313: 아암
314: 회전축
315: 베이스
320: 구동부
321: 모터
322: 모터 프레임부
323: 모터 마운트
324: 모터 축
325: 모터 커플러
326: 레일 가이드
327: 레일
400: 수평 이동 구조체
410: 상부 프레임
411: 측벽
412: 레일
420: 하부 프레임
430: 리니어 구동부
431: 리니어 모터
432: 리니어 모터 축
433: 축 고정부

Claims (15)

1. 반응 용기에 광을 조사하며 신호를 검출하는 광 검출 모듈;
   상기 반응 용기를 가열 및 냉각하는 써멀 모듈; 및
   상기 써멀 모듈을 수직 이동시키는 리프팅 장치;를 포함하는, 타깃 분석물 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 리프팅 장치는,
   상기 써멀 모듈을 받쳐주는 높낮이 조절장치 및 상기 높낮이 조절장치에 구동력을 제공하는 모터를 포함하는, 타깃 분석물 검출 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 높낮이 조절장치는,
   상기 높낮이 조절장치의 상면을 구성하는 승강대 및 상기 승강대에 장착된 복수의 컴플라이언트 범퍼를 포함하는, 타깃 분석물 검출 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 컴플라이언트 범퍼는 굴곡지게 경사진 측벽을 갖는 원추형 부분을 포함하며, 상기 원추형 부분은 적어도 일부가 탄성 재질로 형성된, 타깃 분석물 검출 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 컴플라이언트 범퍼는 상기 승강대의 각 모서리로부터 미리 결정된 거리만큼 이격되어 장착되는, 타깃 분석물 검출 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 높낮이 조절장치는 가위형 리프트 방식으로 작동됨으로써 상기 승강대를 수직 이동시키는, 타깃 분석물 검출 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 높낮이 조절장치는 회전축을 포함하며, 상기 회전축은 상기 모터와 축결합되어 상기 모터에 의해 회전되는, 타깃 분석물 검출 장치.
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 모터의 적어도 일부를 감싸는 모터 프레임부 및 상기 모터 프레임부가 수직으로 슬라이딩 가능하게 결합된 모터 마운트를 더 포함하는, 타깃 분석물 검출 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 광 검출 모듈의 하부에는 가열 플레이트가 구비된, 타깃 분석물 검출 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응 용기는 상기 써멀 모듈 상에 안착되고,
    상기 리프팅 장치에 의해 상기 써멀 모듈이 상승 이동하면, 상기 반응 용기는 상기 가열 플레이트와 가까워지고,
    상기 리프팅 장치에 의해 상기 써멀 모듈이 하강 이동하면, 상기 반응 용기는 상기 가열 플레이트와 멀어지는, 타깃 분석물 검출 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 써멀 모듈이 하강 이동하면, 상기 광 검출 모듈과 상기 써멀 모듈은 수평 방향으로 서로 멀어지도록 이동 가능한, 타깃 분석물 검출 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 검출 모듈은 슬라이딩 가능하게 상부 프레임에 장착되는, 타깃 분석물 검출 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 검출 모듈은 리니어 모터와 결합되어, 상기 리니어 모터에 의해 수평 방향으로 슬라이딩 이동하는, 타깃 분석물 검출 장치.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 검출 모듈은 복수의 광섬유가 결합된 필터휠을 포함하는, 타깃 분석물 검출 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 광섬유는 상기 광 검출 모듈과 상기 반응 용기 사이에 광 및 신호를 전달하는 데에 사용되는, 타깃 분석물 검출 장치.