WO2017069563A1 - 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법 - Google Patents

핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법 Download PDF

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nucleic acid
adsorption
chamber
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조윤경
김치주
김태형
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울산과학기술원
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Definitions

  • the present invention relates to a nucleic acid purification apparatus and a nucleic acid purification method integrating the entire nucleic acid purification process for molecular diagnosis.
  • Cell-free DNA refers to nucleic acids that exit the cell and exist in the bloodstream and body fluid through apoptosis, cell necrosis, and secretion.
  • the physical properties of cell-free nucleic acids known to date are short by an average of 200 base pairs due to the action of DNAases present in blood and body fluids, and their half-life is unstable about 4-30 minutes.
  • a disk-shaped chip based on centrifugal force is used to provide a fully automated nucleic acid purification apparatus and nucleic acid purification method in which a whole process of cell-free nucleic acid purification from a large amount of blood and body fluid is integrated.
  • an integrated nucleic acid purification apparatus and nucleic acid purification method capable of performing the whole process of purifying nucleic acids from various biological fluids integrally can be performed.
  • the disk is a centrifugal transfer of fluid
  • a supply unit is provided on the disk for supplying the sample and the reagents required for nucleic acid purification, is installed on the disk and connected to the supply and the nucleic acid adsorption therein
  • the adsorption reaction chamber for accommodating the nucleic acid is adsorbed from the sample, and the adsorption reaction chamber is installed to be connected to the adsorption reaction unit exit side along the disc centrifugal force direction to accommodate the solution discharged through the adsorption reaction chamber by the centrifugal force. It may include a solution receiving portion for discharging.
  • the disk is a centrifugal force transfer of the fluid
  • the supply unit is installed on the disk to supply the sample and reagents
  • the adsorption reaction chamber in which the nucleic acid adsorption is carried out from the sample supplied from the supply unit to accommodate the adsorption medium
  • a washing unit for washing the adsorption reaction chamber
  • a separation unit eluting the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium
  • a solution receiving unit for separating and receiving the solution discharged from the adsorption reaction chamber, and controls the flow of fluid moved according to the centrifugal force of the disk
  • a valve for selectively opening and closing the flow path.
  • the supply part, the adsorption reaction chamber and the solution accommodating part may be sequentially disposed along the centrifugal force direction at the center of rotation of the disk, so that the sample flows along the supply part, the adsorption reaction chamber and the solution accommodating part by the centrifugal force.
  • the supply unit is installed in the disc and the reagent for the nucleic acid adsorption is accommodated therein and the reagent mixing chamber for mixing the sample and the reagent, and the reagent mixing chamber and the adsorption reaction chamber is connected, the reagent mixing unit according to the centrifugal force of the disk
  • the reagent mixture therein may include a first flow path to be transferred to the adsorption reaction chamber, and a first valve to selectively open and close the first flow path.
  • the supply unit may include a separation receiver installed on the disc to separate the non-target material from the sample.
  • the separation receiving portion connects a separation chamber in which a sample is supplied to separate the non-target material by the centrifugal force of the disc, and connects the separation chamber and the reagent mixing chamber, and the separation solution in the separation chamber is transferred to the reagent mixing chamber according to the disc centrifugal force.
  • a second flow path may include a second valve for selectively opening and closing the second flow path.
  • the supply unit may further include an enzyme supply unit installed in the disk and connected to the separation chamber to supply a proteolytic enzyme.
  • the enzyme supply unit is installed in the disk and the enzyme receiving chamber for receiving the proteolytic enzyme, connecting the enzyme receiving chamber and the separation chamber and the third flow path for the proteolytic enzyme is transferred to the separation chamber in accordance with the centrifugal force of the disk, It may include a third valve for selectively opening and closing the third flow path.
  • the supply unit may further include a reinforcement supply unit installed in the disk and connected to the reagent mixing chamber to supply a reinforcing agent for strengthening attraction between the nucleic acid and the adsorption medium.
  • the reinforcing agent supply unit is installed in the disc reinforcement receiving chamber for receiving the reinforcing agent, connecting the reinforcement receiving chamber and the reagent mixing chamber and the fourth flow path, the reinforcement is transferred to the reagent mixing chamber according to the centrifugal force of the disc, the fourth flow path It may include a fourth valve for selectively opening and closing the.
  • the reinforcing agent may comprise isopropanol (IPA).
  • the washing machine may further include a washing unit installed in the disk and connected to the adsorption reaction chamber to supply a washing liquid to the adsorption reaction chamber.
  • the washing unit is installed in the disk and the washing liquid accommodating chamber containing the washing liquid therein, connecting the washing liquid receiving chamber and the adsorption reaction chamber, the fifth flow path for the washing liquid is transferred to the adsorption reaction chamber according to the centrifugal force of the disk, the fifth flow path It may include a fifth valve for selectively opening and closing the.
  • the apparatus may further include a separation unit installed on the disk and connected to an adsorption reaction chamber to elute the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium.
  • the separation unit is installed in the disk and the eluent receiving chamber in which the eluent is contained therein, the eluent receiving chamber and the adsorption reaction chamber is connected between the sixth flow path, the eluent is transferred to the adsorption reaction chamber according to the centrifugal force of the disk, the sixth flow path It may include a sixth valve for selectively opening and closing the.
  • the solution accommodating part is installed in the disc and connected to the adsorption reaction chamber to adsorb the discarding solution accommodating chamber for accommodating the remaining solution in the adsorption reaction chamber after adsorption to the adsorption medium, and connects the adsorption reaction chamber and the discarding solution accommodating chamber and centrifugal force of the disc.
  • the seventh valve for selectively opening and closing the seventh flow path, the nucleic acid solution receiving chamber connected to the adsorption reaction chamber to receive the nucleic acid elution solution separated from the adsorption medium
  • an eighth flow path connecting the adsorption reaction chamber and the nucleic acid solution receiving chamber, the eighth flow path through which the solution is transferred to the nucleic acid solution receiving chamber according to the centrifugal force of the disc, and an eighth valve to selectively open and close the eighth flow path.
  • the valve for opening and closing the flow path of the disc is made of a material having elasticity and is installed on the disc flow path to be elastically deformed to open and close the flow path, the blocking member is disposed outside the pressurizing member by external force It may include a pressing member for selectively opening and closing the flow path, and a support installed on the disk to support the pressing member.
  • the apparatus may further include a drive unit for selectively opening and closing the valve by applying an external force to the pressure member of the valve.
  • the adsorption medium may be at least one selected from beads on the silica surface, columns, posts, and beads on the chitosan surface.
  • the sample may be a biological fluid or blood cells containing blood, lymph, tissue fluid, urine, cells or bacteria including bacteria, viruses or small cells.
  • the reagent may include a proteolytic enzyme for proteolysis, a reinforcing agent for enhancing the nucleic acid adsorption reaction to the adsorption medium, a washing solution for washing the adsorption medium, or an eluent for separating the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium.
  • the disk is formed in the shape of a disk, the adsorption reaction chamber may be arranged in a plurality of intervals along the circumferential direction of the disk.
  • It may further include a solution extraction port formed in the solution receiving portion to extract the solution from the disk to the outside as needed.
  • the heating unit may further include a heating unit installed in the reagent mixing chamber to heat the internal mixture.
  • the heating unit may include a heating element that generates heat by electromagnetic waves irradiated from the outside to apply thermal energy to the mixture.
  • the adsorption reaction chamber may be formed with a slope of the inclined structure so that the width of the adsorption reaction chamber narrows.
  • Nucleic acid purification method of the present embodiment the mounting step of mounting the adsorption medium for adsorption of nucleic acid in the adsorption reaction chamber of the disk, the injection step of injecting the sample into the disk, applying the centrifugal force to the adsorption reaction chamber to mix the sample with the adsorption medium
  • the sample may be injected by mixing a reagent for nucleic acid purification.
  • the step of mounting a reagent for nucleic acid purification on the disk may be further included.
  • the reagent may include a proteolytic enzyme for proteolysis, a reinforcing agent for enhancing the nucleic acid adsorption reaction to the adsorption medium, a washing solution for washing the adsorption medium, or an eluent for separating the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium.
  • the method may further include a mixing step of mixing the sample with the reagent for nucleic acid adsorption contained in the reagent mixing chamber before the adsorption step.
  • the mixing step may include opening a flow path for sample movement, rotating the disc to apply centrifugal force to transfer the sample to the reagent mixing chamber, closing the flow path, and mixing the sample and the reagent by rotating the disc to accelerate and decelerate. It may include.
  • the mixing time according to the disk rotation may be 5 minutes to 10 minutes.
  • the method may further include a separation step of separating the non-target material from the biological material as the sample by applying a centrifugal force to the sample by rotating the disk before the mixing step.
  • the separation step may further comprise a decomposition step of decomposing unnecessary protein by mixing a proteolytic enzyme in the separated solution.
  • the degradation step may include opening a flow path for proteolytic enzyme movement, and transferring the proteolytic enzyme to the separation solution by applying a centrifugal force by rotating the disk.
  • the mixing step may further include a strengthening step of mixing the reinforcing agent for enhancing the attraction of the nucleic acid and the adsorption medium in the mixed solution.
  • the strengthening step may include opening a flow path for transporting the reinforcing agent, rotating the disk to apply a centrifugal force to transfer the reinforcing agent to the reagent mixing chamber, and mixing the reinforcing agent by rotating the disk to accelerate and decelerate.
  • the mixing time according to the disk rotation may be 10 seconds to 60 seconds.
  • the reinforcing agent may comprise isopropanol (IPA).
  • the adsorption step may include opening a flow path for transporting the mixture in the reagent mixing chamber, rotating the disk to apply centrifugal force to transfer the mixture to the adsorption reaction chamber, and rotating the disk to accelerate and decelerate and mixing the adsorbing medium.
  • Opening a flow path for transporting the mixture in the reagent mixing chamber rotating the disk to apply centrifugal force to transfer the mixture to the adsorption reaction chamber, and rotating the disk to accelerate and decelerate and mixing the adsorbing medium.
  • the mixing time according to the disk rotation when mixing with the adsorption medium may be 1 minute to 5 minutes.
  • the removing step may include opening a flow path for transporting the remaining solution after the adsorption in the adsorption reaction chamber, and rotating the disk to exert the centrifugal force to discharge the remaining solution into the waste solution receiving chamber.
  • the removing step may further include a washing step of washing the adsorption medium by injecting a washing solution into the adsorption reaction chamber.
  • the washing step includes opening a flow path for transporting the washing liquid, rotating the disk to apply centrifugal force to transfer the washing liquid to the adsorption reaction chamber, and rotating the disk to apply the centrifugal force to discard the washing liquid passing through the adsorption reaction chamber. It may include the step of discharging.
  • the drying step may include the step of rotating the disk to apply a centrifugal force to the adsorption reaction chamber to discharge the remaining solution to the discard solution receiving chamber.
  • the drying time according to the rotation of the disk during the drying may be 1 minute to 3 minutes.
  • the elution step is to close the flow path between the adsorption reaction chamber and the discarding solution receiving chamber and open the flow path for the eluent transfer, transferring the eluent to the adsorption reaction chamber by applying a centrifugal force by rotating the disk, the disk acceleration and deceleration rotation And mixing the adsorbent with the eluent.
  • the mixing time according to the rotation of the disk when mixing the eluent may be 30 seconds to 5 minutes.
  • the discharging step may include opening a flow path for transferring the nucleic acid elution solution from the adsorption reaction chamber, and rotating the disc to apply the centrifugal force to discharge the nucleic acid elution solution into the nucleic acid solution receiving chamber.
  • the whole process of purifying nucleic acids from various biological fluids can be carried out integrally.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a nucleic acid purification apparatus according to the present embodiment.
  • Figure 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the nucleic acid retention apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing a nucleic acid purification apparatus in which the configuration for cell-free nucleic acid purification is integrated according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the valve configuration of the nucleic acid purification device according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic view for explaining a nucleic acid purification process according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of cell-free nucleic acid purification using the nucleic acid retention apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of cell-free nucleic acid purification and concentration using the nucleic acid purification apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the results of purifying the bacteria-derived nucleic acid using the nucleic acid purification apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the experimental results according to the driving conditions of the nucleic acid purification apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining the concept of the nucleic acid purification device according to the present embodiment
  • Figure 2 shows the operation of the nucleic acid retention device.
  • the nucleic acid purification apparatus 10 of the present embodiment includes a disc 12 generating centrifugal force, a supply unit 16 installed on the disc 12, an adsorption reaction chamber 20, and a solution accommodating unit. (30).
  • the disk 12 may be formed of a circular plate structure.
  • the center of the disk 12 forms a rotation shaft 14, and is rotated about the rotation shaft by a driving force provided from the outside. As the disk rotates, centrifugal force is generated and centrifugal force is applied to the fluid to transfer the fluid.
  • An adsorption reaction chamber 20 is formed in the disk 12.
  • the adsorption reaction chamber 20 may be understood as an empty space formed inside the disk 12.
  • an adsorption medium 21 for adsorbing nucleic acids from a sample is accommodated. Accordingly, the cell-free nucleic acid (hereinafter referred to as nucleic acid) contained in the sample is adsorbed to the adsorption medium 21 while the sample passes through the adsorption reaction chamber 20.
  • the sample may be a biological fluid or blood cells, including blood, lymph, tissue fluids, urine, cells or bacteria including bacteria, viruses.
  • the adsorption medium 21 may be at least one selected from beads on a silica surface, columns, posts, and beads on a chitosan surface.
  • the adsorption reaction chamber 20 may be arranged in a plurality of intervals along the circumferential direction of the disk 12.
  • the adsorption reaction chamber 20 since the sample is moved in the centrifugal force direction by the centrifugal force generated when the disc 12 rotates, the adsorption reaction chamber 20 may be a structure formed extending from the center of the disc 12 toward the outer end along the centrifugal force direction. have.
  • the adsorption reaction chamber 20 may form a slope inclined with respect to the centrifugal force direction, that is, the flow direction of the sample on the inlet or outlet side. As illustrated in FIG.
  • the gradient part may have a structure in which an inner side surface is inclined so that the width thereof becomes narrow toward the entrance side and / or the exit side of the adsorption reaction chamber 20.
  • the gradient part 22 is formed in the adsorption reaction chamber 20, a smooth flow of the solution can be provided in the adsorption reaction chamber 20.
  • the supply part 16 is disposed at the inlet side of the adsorption reaction chamber 20 toward the center of rotation of the disk 12 along the centrifugal force direction of the disk 12 and is connected to the adsorption reaction chamber 20.
  • the solution accommodating part 30 is disposed at the outlet side of the adsorption reaction chamber 20 toward the outer end side of the disc 12 in the opposite direction and is connected to the adsorption reaction chamber 20.
  • the inlet refers to a side into which the fluid flows into the chamber and is close to the center of rotation of the disk 12 along the centrifugal force direction. This means the side closer to the outer end of the disk 12.
  • the supply part 16, the adsorption reaction chamber 20, and the solution accommodating part 30 are sequentially disposed along the centrifugal force direction at the rotational center of the disc 12, and thus the centrifugal force generated when the disc 12 is rotated.
  • the sample supplied through the supply unit 16 may sequentially flow through the adsorption reaction chamber 20 to the solution receiving unit 30.
  • the supply unit 16 supplies reagents necessary for sample and nucleic acid purification into the adsorption reaction chamber 20.
  • the supply unit 16 may have a flow path structure in communication with the adsorption reaction chamber 20, and may supply a sample and a reagent separately from the outside of the disk 12 through the entrance end of the adsorption reaction chamber 20.
  • the supply unit 16 may be separately installed in the disk 12. In the case of such a structure, the entire nucleic acid purification process may be integrated in a sample supply. This will be explained later.
  • the reagent is a substance that allows the nucleic acid to be adsorbed to the adsorption medium 21, and may be supplied to the adsorption reaction chamber 20 through the supply unit 16.
  • the reagent may include a protease for proteolysis, a reinforcing agent for enhancing the nucleic acid adsorption reaction to the adsorption medium, a washing solution for washing the adsorption medium, or an eluent for separating the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium.
  • the sample and the sample may be supplied to the adsorption reaction chamber 20 by mixing the sample and the sample, respectively, or the sample and the reagent through the supply unit 16.
  • the solution accommodating part 30 may be understood as an empty space formed inside the disc 12, and is connected to the adsorption reaction chamber 20 exit side.
  • the solution accommodating part 30 may include a solution extracting port 31 for discharging the solution transferred to the outside to the outside of the disk 12. Thus, if necessary, the solution transferred to the solution receiving portion 30 may be discharged to the outside through the solution extraction port 31 for treatment.
  • nucleic acid purification through the nucleic acid stabilization apparatus will be described.
  • the adsorption medium 21 is mounted inside the adsorption reaction chamber 20 of the disk 12 to prepare.
  • a solution in which the sample and the reagent for nucleic acid purification are mixed is supplied into the disk 12 through the supply unit 16.
  • the solution supplied through the supply unit 16 may further be mixed with a reinforcing agent to enhance the proteolytic enzyme or / and nucleic acid adsorption reaction as a reagent.
  • the mixed liquid of the sample and the reagent supplied into the disk 12 is introduced into the adsorption reaction chamber 20.
  • the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the adsorption reaction chamber 20.
  • the sample mixed liquid is mixed with the adsorption medium 21 contained in the adsorption reaction chamber 20 while flowing from the inlet side to the outlet side of the adsorption reaction chamber 20.
  • the nucleic acid contained in the mixed solution is adsorbed to the adsorption medium 21.
  • the mixed liquid flowing along the adsorption reaction chamber 20 is discharged to the solution receiving part 30 connected to the adsorption reaction chamber 20 exit side by the centrifugal force of the disk 12.
  • the sample mixture passed through the adsorption reaction chamber 20 is a residual solution remaining after the nucleic acid is separated by the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium 21, and the remaining solution is discharged to the solution accommodating part 30 to adsorb the reaction chamber. Is removed at 20.
  • the remaining solution discharged to the solution receiving portion 30 is discharged to the outside of the disk 12 through the solution extraction port 31 of the solution receiving portion 30.
  • the nucleic acid is separated and adsorbed in the adsorption reaction chamber 20 and the remaining solution is completely removed, the nucleic acid is separated and extracted from the adsorption medium 21 in the adsorption reaction chamber 20.
  • the washing operation for the adsorption reaction chamber 20 and the adsorption medium 21 may be performed before the nucleic acid separation and extraction.
  • the washing liquid is injected through the supply unit 16 to supply the washing liquid to the adsorption reaction chamber 20.
  • the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the adsorption reaction chamber 20.
  • the washing liquid flows from the inlet side to the outlet side of the adsorption reaction chamber 20 to wash the inside of the adsorption reaction chamber 20 and the surface of the adsorption medium 21 housed therein.
  • the washing liquid is discharged to the solution receiving portion 30 connected to the adsorption reaction chamber 20 exit side by the centrifugal force of the disk 12.
  • the washing solution discharged to the solution receiving portion 30 is discharged to the outside of the disk 12 through the solution extraction port 31 of the solution receiving portion 30.
  • the process for drying the adsorption medium 21 after the washing operation may be further roughened.
  • the disk 12 is rotated and the centrifugal force is applied to the adsorption reaction part after the washing operation is completed.
  • both the washing solution and the remaining solution remaining on the surfaces of the adsorption reaction chamber 20 and the adsorption medium 21 are discharged and removed to the solution accommodating part 30.
  • the solution discharged to the solution receiving portion 30 is discharged to the outside of the disk 12 through the solution extraction port 31.
  • the nucleic acid is separated and extracted from the adsorption medium 21 in the nucleic acid reaction chamber 20.
  • the eluent is injected through the supply unit 16. Eluent supplied into the disk 12 through the supply unit 16 flows into the adsorption reaction chamber 20 inlet. In this state, the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the adsorption reaction chamber 20. By the centrifugal force of the disk 12, the eluent flows from the inlet to the outlet of the adsorption reaction chamber 20, is mixed with the adsorption medium 21, and in this process, the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium 21 is absorbed by the adsorption medium 21 by the eluent. Are separated).
  • the disk 12 When the nucleic acid is separated from the adsorption medium 21, the disk 12 is rotated to discharge the solution in which the nucleic acid is eluted to the solution receiving portion 30.
  • the solution in which the nucleic acid is eluted is discharged to the solution accommodating part 30 connected to the outlet side of the adsorption reaction chamber 20 by the centrifugal force of the disk 12.
  • the nucleic acid can be easily purified from the sample and extracted into the solution accommodating portion 30, which can be utilized for necessary work such as molecular diagnosis.
  • FIG 3 shows a nucleic acid purification apparatus in which a configuration for nucleic acid purification according to the present embodiment is integrated.
  • the nucleic acid purification apparatus of the present embodiment accommodates a disk 12 in which fluid is transferred by centrifugal force, a supply part installed on the disk 12 to supply a sample and a reagent, and an adsorption medium 21.
  • Adsorption reaction chamber 20 in which the nucleic acid adsorption is performed, a washing unit for washing the adsorption reaction chamber 20, a separation unit eluting the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium 21, and a solution discharged from the adsorption reaction chamber 20.
  • a valve for selectively opening and closing the flow path and the flow path for controlling the flow of the fluid moved according to the centrifugal force of the disc 12.
  • the apparatus further includes a drive unit (see 70 of FIG. 4) for opening and closing the flow path by driving the valve. Therefore, when the driving unit applies the external force to the valve to operate the valve, the flow path of the flow path is controlled as each flow path is opened or closed, and the sample is transferred from the supply unit to the adsorption reaction chamber 20 and the solution receiving unit by the centrifugal force of the disk 12. Transported and refined.
  • the drive unit may be variously modified as long as it can apply an external force to the valve.
  • the supply unit may include a reagent mixing chamber 40 installed in the disk 12 and accommodating a reagent for nucleic acid adsorption therein to mix the sample and the reagent.
  • the reagent mixing chamber 40 may be understood as an empty space formed inside the disk 12. An injection hole for injecting a reagent into one side of the reagent mixing chamber 40 may be formed.
  • the reagent mixing chamber 40 and the adsorption reaction chamber 20 are sequentially arranged from the center of rotation of the disk 12 toward the outer end along the direction of the centrifugal force of the disk 12 so that the fluid is transferred from the reagent mixing chamber 40. It flows into the adsorption reaction chamber 20.
  • the reagent mixing chamber 40 is connected to the inlet side of the adsorption reaction chamber 20. Inside the reagent mixing chamber 40, the necessary reagent may be previously received through the inlet. Thus, the sample introduced into the reagent mixing chamber 40 is mixed with the reagent contained in the reagent mixing chamber 40, and then the nucleic acid adsorption is performed in the adsorption reaction chamber 20.
  • the reagent mixing chamber 40 may be further provided with a heating unit for heating the internal solution.
  • the heating unit may include a heating element 41 installed in the reagent mixing chamber 40 to generate heat by electromagnetic waves irradiated from the outside to apply thermal energy to the solution. Therefore, when the electromagnetic wave is irradiated from the outside of the disk 12 as needed, the heating element 41 installed in the reagent mixing chamber 40 generates heat by the electromagnetic wave, thereby applying thermal energy to the internal solution. Therefore, it is possible to increase the temperature by heating the solution in the reagent mixing chamber 40 by the heating element. By increasing the temperature of the solution inside the reagent mixing chamber 40, it is possible to further increase the efficiency of the nucleic acid adsorption reaction in the future, reduce the nucleic acid purification time and simplify the driving device of the nucleic acid purification apparatus.
  • a reagent mixture mixed in the reagent mixing section is transferred to the adsorption reaction chamber 20 (hereinafter, For convenience, a first flow path 51 is formed.
  • a valve (hereinafter referred to as a first valve 61 for convenience of description) for selectively opening and closing the first flow path 51 is provided on the first flow path 51. Accordingly, when the valve is driven, the flow path formed in the disk 12 is opened or closed to control the movement of the fluid through the flow path.
  • the structure of the flow path and the valve will be described later.
  • the first flow path 51 connects the outlet side of the reagent mixing chamber 40 and the inlet side of the adsorption reaction chamber 20, and the fluid is adsorbed in the reagent mixing chamber 40 according to the centrifugal force of the disk 12. 20) to flow. Accordingly, when the first valve 61 is operated to apply the centrifugal force according to the rotation of the disk 12 while the first flow path 51 is opened, the solution in the reagent mixing chamber 40 is separated from the reagent mixing chamber 40. Flows to the adsorption reaction chamber 20 through the first flow path 51.
  • the adsorption reaction chamber 20 is accommodated therein the adsorption medium 21, disposed between the reagent mixing chamber 40 and the solution receiving portion, the entrance side is the sample mixing chamber 40 and the first through the flow path (51)
  • the outlet is connected to the solution receiving portion through a separate flow path.
  • the supply unit is provided in the disc 12, the separation receiving portion for separating the non-target material from the sample supplied to the reagent mixing chamber 40, the disc 12 is provided in the separation receiving portion
  • Enhancer supply unit for supplying a proteolytic enzyme to the reinforcement unit for supplying a reinforcing agent for strengthening the attraction of the nucleic acid and the adsorption medium 21 is connected to the reagent mixing chamber 40 and installed in the disk (12) It may further include.
  • the separation receiving portion connects the separation chamber 42, the separation chamber 42, and the reagent mixing chamber 40, in which the sample is supplied and the non-target material is separated by the centrifugal force of the disk 12.
  • Non-target material means a material other than the target material to be purified. In the present embodiment, it may mean a substance other than cell-free nucleic acid.
  • the sample supplied to the separation chamber 42 is centrifuged and purified by the centrifugal force according to the rotation of the disk 12.
  • the sample is separated into a solution containing a nucleic acid and a solid material, the solid material is pushed toward the outer end of the disk 12 along the centrifugal force direction, and the solution separated from the solid material toward the center of the disk 12 is located.
  • the sample is blood, it is separated into solid blood cells and liquid plasma by centrifugation.
  • the separation chamber 42 may be understood as an empty space formed inside the disk 12. An injection hole for injecting a sample to one side of the separation chamber 42 may be formed.
  • the separation chamber 42 is connected to the inlet side of the reagent mixing chamber 40 through the second flow path 52.
  • the separation chamber 42 may be formed in a tubular shape extending in the centrifugal force direction so that the separation between the solutions in the space is clearly shown.
  • the second flow path 52 may be connected to a boundary point between the solid material separated from the separation chamber 42 and the solution. Thus, the solid material separated from the separation chamber 42 remains in the separation chamber 42 and only the solution containing the nucleic acid may be transferred to the reagent mixing chamber 40 through the second flow path 52.
  • the second flow path 52 is formed such that the fluid flows from the separation chamber 42 to the reagent mixing chamber 40 according to the centrifugal force of the disk 12.
  • a second valve 62 for selectively opening and closing the second flow path 52 is provided on the second flow path 52. Accordingly, when the second valve 62 is driven, the flow of the fluid through the second flow path 52 can be controlled while the second flow path 52 formed in the disc 12 is opened or closed.
  • the enzyme supply unit is installed in the disk 12 to connect the enzyme receiving chamber 43 for receiving the proteolytic enzyme, the enzyme receiving chamber 43 and the separation chamber and the protein hydrolyzate according to the centrifugal force of the disk 12 And a third valve 53 for transferring the enzyme to the separation chamber, and a third valve 63 for selectively opening and closing the third flow path 53.
  • the proteolytic enzymes are mixed in a solution separated from the sample to decompose proteins which are unnecessary in addition to the nucleic acid.
  • the enzyme receiving chamber 43 may be understood as an empty space formed inside the disk 12. An injection port for injecting proteolytic enzymes into one side of the enzyme receiving chamber 43 may be formed. In the enzyme receiving chamber 43, a proteolytic enzyme may be previously received through an injection hole.
  • the enzyme receiving chamber 43 is connected to the separation chamber 42 through the third flow path 53.
  • the third flow path 53 is connected to the outlet of the enzyme receiving chamber 43, and is connected to the space where the separated solution is accommodated in the elongated separation chamber 42, that is, the front end portion of the disk 12 rotation center.
  • the proteolytic enzyme contained in the enzyme receiving chamber 43 by the centrifugal force of the disk 12 can flow along the third flow path 53 to the solution receiving space of the separation chamber 42.
  • the protein gasolyase supplied to the separation chamber 42 is mixed with the solution in the separation chamber 42 to decompose unnecessary protein in the solution.
  • a third valve 63 is installed on the third flow path 53 to selectively open and close the third flow path 53. Accordingly, when the third valve 63 is driven, the third flow path 53 formed in the disk 12 is opened or closed, thereby controlling the movement of the proteolytic enzyme through the third flow path 53.
  • the proteolytic enzyme can be moved to the separation chamber 42 along the third flow path 53 by centrifugal force, and the formation position of the enzyme receiving chamber 43 with respect to the disk 12. Is not specifically limited.
  • the reinforcing agent supply unit is installed in the disc 12 to connect the reinforcing agent receiving chamber 44, the reinforcing agent receiving chamber 44 and the reagent mixing chamber 40 to receive the reinforcing agent and the reinforcing agent according to the centrifugal force of the disc 12 And a fourth flow passage 54 which is transferred to the reagent mixing chamber 40, and a fourth valve 64 which selectively opens and closes the fourth flow passage 54.
  • the reinforcing agent may include isopropanol (IPA).
  • IPA isopropanol
  • the reinforcing agent accommodating chamber 44 may be understood as an empty space formed inside the disc 12.
  • An inlet for injecting a reinforcing agent may be formed at one side of the reinforcing agent receiving chamber 44.
  • the reinforcing agent may be received in advance in the reinforcing agent receiving chamber 44 through an injection hole.
  • the reinforcing agent receiving chamber 44 is connected to the reagent mixing chamber 40 through the fourth flow passage 54.
  • the fourth flow path 54 is connected between the outlet side of the reinforcing agent receiving chamber 44 and the inlet side of the reagent mixing chamber 40 so that the reinforcing agent contained in the reinforcing agent receiving chamber 44 by the centrifugal force of the disk 12 is transferred to the fourth flow path ( 54 may flow along the reagent mixing chamber 40.
  • the fourth valve 64 is installed on the fourth flow passage 54 to selectively open and close the fourth flow passage 54. Accordingly, when the fourth valve 64 is driven, the movement of the reinforcing agent through the fourth flow passage 54 may be controlled while the fourth flow passage 54 formed in the disk 12 is opened or closed.
  • the reinforcing agent can be moved to the reagent mixing chamber 40 along the fourth flow path 54 by centrifugal force, and the formation position of the reinforcing agent chamber 44 with respect to the disk 12 is particularly It is not limited.
  • the washing unit is for washing the adsorption medium 21 and the inside of the adsorption reaction chamber 20 after the nucleic acid is adsorbed to the adsorption medium 21 in the adsorption reaction chamber 20, which is installed in the disc 12 and is disposed therein.
  • a fifth connection between the washing liquid accommodating chamber 45 containing the washing liquid, the washing liquid accommodating chamber 45 and the adsorption reaction chamber 20, and the washing liquid is transferred to the adsorption reaction chamber 20 according to the centrifugal force of the disk 12.
  • a flow path 55 and a fifth valve 65 for selectively opening and closing the fifth flow path 55 are included.
  • the washing liquid is removed by washing the reagent remaining on the inner surface of the adsorption reaction chamber 20 or the surface of the adsorption medium 21.
  • the washing liquid receiving chamber 45 may be understood as an empty space formed inside the disk 12. An injection hole for injecting the washing liquid into one side of the washing liquid receiving chamber 45 may be formed. The cleaning solution may be previously received through the injection hole in the cleaning solution accommodating chamber 45. In this embodiment, the washing liquid receiving chamber 45 may be provided in plurality. Thus, the inside of the adsorption reaction chamber 20 can be washed several times.
  • the washing solution accommodating chamber 45 is connected to the adsorption reaction chamber 20 through the fifth flow path 55.
  • the fifth flow path 55 connects between the outlet side of the washing liquid receiving chamber 45 and the inlet side of the adsorption reaction chamber 20.
  • the washing liquid contained in the washing liquid accommodating chamber 45 by the centrifugal force of the disk 12 may flow into the adsorption reaction chamber 20 along the fifth flow path 55.
  • the washing solution supplied to the adsorption reaction chamber 20 is washed with the adsorption reaction chamber 20 and then discharged to the solution receiving portion through a flow path connected to the outlet side of the adsorption reaction chamber 20.
  • the fifth valve 65 is installed on the fifth flow path 55 to selectively open and close the fifth flow path 55.
  • the fifth valve 65 is driven, the fifth flow path 55 formed in the disc 12 is opened or closed, thereby controlling the movement of the washing liquid through the fifth flow path 55.
  • a separate passage and a valve for opening / closing a passage are installed between each washing liquid accommodating chamber 45 and the fifth flow passage 55. Can be.
  • the washing liquid can be moved to the adsorption reaction chamber 20 along the fifth flow path 55 by the centrifugal force, and the position of forming the washing liquid receiving chamber 45 for the disk 12 is particularly It is not limited.
  • the separation unit is connected to the eluent receiving chamber 46, the eluent receiving chamber 46, the eluent receiving chamber 46 and the adsorption reaction chamber 20 in which the eluent is accommodated therein, and the eluent is installed according to the centrifugal force of the disc 12. And a sixth flow path 56 which is transferred to the adsorption reaction chamber 20, and a sixth valve 66 which selectively opens and closes the sixth flow path 56.
  • the eluate is separated from the adsorption medium 21 by eluting the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium 21.
  • the eluent receiving chamber 46 may be understood as an empty space formed inside the disk 12. An inlet for injecting an eluent may be formed at one side of the eluent receiving chamber 46. The eluent may be previously contained in the eluent receiving chamber 46 through an injection hole. In the present embodiment, the eluent receiving chamber 46 is connected to the adsorption reaction chamber 20 through the sixth flow path 56. The sixth flow path 56 connects the outlet side of the eluent receiving chamber 46 and the inlet side of the adsorption reaction chamber 20. Thus, the eluent contained in the eluent receiving chamber 46 by the centrifugal force of the disk 12 may flow into the adsorption reaction chamber 20 along the sixth flow path 56.
  • the eluent supplied to the adsorption reaction chamber 20 is mixed with the adsorption medium 21 inside the adsorption reaction chamber 20 and in this process the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium 21 is eluted and separated from the adsorption medium 21. do.
  • the nucleic acid separated from the adsorption medium 21 is discharged to the solution receiving portion through a flow path connected to the outlet side of the adsorption reaction chamber 20 together with the eluent.
  • the sixth valve 66 is installed on the sixth flow path 56 to selectively open and close the sixth flow path 56.
  • the sixth valve 66 is driven, the sixth flow path 56 formed in the disk 12 is opened or closed, thereby controlling the movement of the eluent through the sixth flow path 56.
  • the eluent can be moved to the adsorption reaction chamber 20 along the sixth flow path 56 by centrifugal force, and the formation position of the eluent receiving chamber 46 for the disk 12 is particularly It is not limited.
  • the solution accommodating part is installed in the disk 12 and connected to the adsorption reaction chamber 20 so that the nucleic acid is adsorbed on the adsorption medium 21, and then the discard solution accommodating chamber for accommodating the remaining solution in the adsorption reaction chamber 20 ( 47), the seventh flow path (57) connecting the adsorption reaction chamber (20) and the waste solution receiving chamber (47), and the solution is transferred to the waste solution receiving chamber (47) according to the centrifugal force of the disk (12).
  • a seventh valve 67 selectively opening and closing the seven flow paths 57, a nucleic acid solution receiving chamber 48 connected to the adsorption reaction chamber 20 to receive the nucleic acid elution solution separated from the adsorption medium 21, and
  • the eighth flow path 58 which connects the adsorption reaction chamber 20 and the nucleic acid solution accommodation chamber 48, and the solution is transferred to the nucleic acid solution accommodation chamber according to the centrifugal force of the disk 12, and the eighth flow path 58 And an eighth valve 68 to selectively open and close.
  • the solution receiving part includes two chambers, and is divided into a nucleic acid solution receiving chamber 48 containing a solution containing purified nucleic acid and a discarding solution receiving chamber 47 containing another discarded solution.
  • the discarding solution refers to a solution containing no nucleic acid as a target substance such as the remaining solution or washing solution remaining after the nucleic acid is adsorbed onto the nucleic acid medium 21, and the nucleic acid solution is eluted by the eluent to contain the target nucleic acid. Means.
  • the discarding solution receiving chamber 47 and the nucleic acid solution receiving chamber 48 may be separated from each other to be understood as empty spaces formed in the disk 12.
  • the discarding solution accommodating chamber 47 contains a discarded solution such as a remaining solution or a washing solution in the adsorption reaction chamber 20.
  • the waste solution accommodation chamber 47 is connected to the adsorption reaction chamber 20 through the seventh flow path 57.
  • the seventh flow path 57 connects between the adsorption reaction chamber 20 exit side and the discarding solution receiving chamber 47 inlet side. Accordingly, the remaining solution or the washing liquid discharged from the adsorption reaction chamber 20 by the centrifugal force of the disk 12 is discharged to the discarding solution receiving chamber 47 along the seventh flow path 57.
  • a seventh valve 67 is installed on the seventh flow path 57 to selectively open and close the seventh flow path 57. Accordingly, when the seventh valve 67 is driven, the movement of the solution discharged through the seventh flow path 57 may be controlled while the seventh flow path 57 formed on the disc 12 is opened or closed. In this embodiment, it is sufficient that the solution can be moved to the waste solution receiving chamber 47 along the seventh flow path 57 by the centrifugal force, and the formation position of the waste solution receiving chamber 47 with respect to the disk 12. Is not specifically limited.
  • the nucleic acid solution receiving chamber 48 contains a solution containing nucleic acid separated from the adsorption medium 21 of the adsorption reaction chamber 20.
  • the nucleic acid solution receiving chamber 48 is connected to the adsorption reaction chamber 20 through an eighth flow path 58.
  • the eighth flow path 58 connects the adsorption reaction chamber 20 exit side and the nucleic acid solution receiving chamber 48 entrance side.
  • An eighth valve 68 is provided on the eighth flow path 58 to selectively open and close the eighth flow path 58.
  • the eighth valve 68 is driven, the movement of the solution discharged through the eighth flow path 58 may be controlled while the eighth flow path 58 formed on the disc 12 is opened or closed.
  • FIG 4 shows the structure of a flow path and a valve formed in the disk 12 according to the present embodiment.
  • first flow path 51 to the eighth flow path 58 are the same as serving as a conduit for transporting the fluid, differing only in size, length and formation position thereof.
  • first flow paths 51 to 8th flow path 58 will be described below as flow paths 50.
  • the first valve 61 to the eighth valve 68 are also described below by the same valve 60 as the same structure.
  • the valve for opening and closing the flow path formed in the disk 12 is made of a material having elasticity and installed on the disk 12 flow path and is elastically deformed to block the opening and closing member 602.
  • Supporting support 606 may be included.
  • the support 606 may support the pressing member 604 to fix the pressing member 604 in a pressed state by an external force or to fix the pressing member 604 to its original position by an external force.
  • the pressing member 604 when the pressing member 604 is pressed by an external force, the pressing member 604 is moved to press the blocking member 602. Therefore, the blocking member 602 is elastically deformed to block the flow path to block the movement of the fluid.
  • the pressing member 604 is moved in the opposite direction by an external force, the pressing force by the pressing member 604 is released and the blocking member 602 is returned to its original state by its elastic force. Accordingly, the flow path blocked by the blocking member 602 is opened to allow the fluid to move.
  • the valve may be a push switch method in which the pressure member 604 is pressed when an external force is applied to the pressure member 604, and the pressure member 604 returns to its original position when the external force is applied to the pressure member 604 once again.
  • the operation of the valve may be variously modified, and the pressing member 604 may be pressed by an external force to press the blocking member 602, or the pressing member 604 may be repositioned to release the pressing force on the blocking member 602. Any structure that can be applied is applicable.
  • the valve is opened and closed by the operation of the drive unit 70 disposed outside the disk 12.
  • the driving unit 70 is moved to the valve position of each flow path in accordance with the operation process to drive the valve of the flow path.
  • the reagents necessary for nucleic acid purification are loaded onto the disk 12 and prepared.
  • the reagent, the adsorption medium 21, the proteolytic enzyme, the reagent, the reinforcing agent, the washing liquid, and the eluent were respectively absorbed into the adsorption reaction chamber 20, the enzyme receiving chamber 43, the reagent mixing chamber 40, and the reinforcing agent receiving chamber 44.
  • the washing liquid accommodating chamber 45 and the eluent accommodating chamber 46 In the ready state, the valves provided in the respective flow paths of the disc 12 are closed to keep each flow path closed.
  • the sample is injected into the separation chamber 42 of the disk 12.
  • the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the separation chamber 42.
  • the sample injected into the separation chamber 42 is centrifuged by the centrifugal force of the disk 12.
  • the third flow path 53 is opened by opening the third valve 63 of the disk 12 through the driving unit (see 70 of FIG. 4).
  • the third flow path 53 is opened and the disk 12 is rotated to apply a centrifugal force to the enzyme receiving chamber 43.
  • the proteolytic enzyme contained in the enzyme receiving chamber 43 by the centrifugal force of the disk 12 flows out through the third flow path 53 and is transferred to the separation chamber 42 for mixing (see FIG. 5A).
  • the second valve 62 is opened by the drive unit to open the second flow path 52.
  • the second flow path 52 is opened and the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the separation chamber 42.
  • the centrifugal force of the disk 12 the mixed solution of the separated solution and the proteolytic enzyme in the separation chamber 42 flows out through the second flow path 52 and is transferred to the reagent mixing chamber 40.
  • the second valve 62 is driven to close the second flow path 52.
  • the disk 12 is repeatedly reversed and rotated at an acceleration and deceleration to mix the mixed solution and the reagent in the reagent mixing chamber 40 (see FIG. 5B).
  • the sample and reagent mixing time in the reagent mixing chamber 40 may be performed for 5 minutes to 10 minutes. If the mixing time is less than 5 minutes, the mixing is not performed properly, so the adsorption efficiency of the nucleic acid is lowered later, if the mixing time is more than 10 minutes, the purification time is longer and there is no increase in the effect and the sample may be damaged. .
  • the fourth valve 64 is operated by the driving unit to open the fourth flow path 54.
  • the fourth flow path 54 is opened and the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the reinforcing agent receiving chamber 44.
  • the reinforcing agent in the reinforcing agent accommodating chamber 44 flows out through the fourth flow path 54 and is transferred to the reagent mixing chamber 40.
  • the disk 12 is repeatedly rotated forward and backward at acceleration and deceleration to mix the reinforcing agent in the solution in the reagent mixing chamber 40 (see FIG. 5C).
  • the reinforcing agent mixing time in the reagent mixing chamber 40 may be performed for 10 seconds to 60 seconds. If the mixing time is less than 10 seconds, the mixing is not performed properly, so that the adsorption efficiency of the nucleic acid is lowered later, if more than 60 seconds does not appear to increase the effect any more, rather there is a risk that the sample is damaged.
  • the 1st valve 61 When all mixing reaction is completed, the 1st valve 61 is operated by a drive part, and the 1st flow path 51 is opened.
  • the first flow path 51 is opened and the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the reagent mixing chamber 40.
  • the solution in the reagent mixing chamber 40 flows out through the first flow path 51 and is transferred to the adsorption reaction chamber 20.
  • the disk 12 After the solution is transferred to the adsorption reaction chamber 20, the disk 12 is repeatedly rotated forward and backward with acceleration and deceleration to mix the adsorption medium 21 and the solution accommodated in the adsorption reaction chamber 20 together.
  • the nucleic acid is adsorbed to the adsorption medium 21 in the solution, and the remaining solution such as the reagent remaining after the nucleic acid is adsorbed in the adsorption reaction chamber 20 remains.
  • the mixing time in the adsorption reaction chamber 20 may be performed for 1 minute to 5 minutes. If the mixing time is less than 1 minute, the adsorption of the nucleic acid is not made properly, if more than 5 minutes there is no increase in the effect is more likely to be damaged rather than the sample.
  • the first valve 61 is driven by the operation of the driving unit to close the first flow path 51, and the seventh valve 67 is driven to open the seventh flow path 57.
  • the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the adsorption reaction chamber 20.
  • the remaining solution in the adsorption reaction chamber 20 flows out through the seventh flow path 57 and is discharged into the waste solution receiving chamber 47.
  • the process may be repeated a plurality of times. In this embodiment, the above process is repeated three times to discharge the remaining solution after nucleic acid adsorption (see FIG. 5D).
  • the sample or the like remaining in the adsorption reaction chamber 20 is washed and removed.
  • the fifth valve 65 is operated to open the fifth flow path 55.
  • the fifth flow path 55 is opened and the disc 12 is rotated to apply centrifugal force to the washing liquid accommodating chamber 45.
  • the washing liquid in the washing liquid accommodating chamber 45 flows out through the fifth flow path 55 and is transferred to the adsorption reaction chamber 20.
  • the washing liquid transferred to the adsorption reaction chamber 20 passes through the adsorption reaction chamber 20 by the centrifugal force of the disk 12 and is discharged to the waste solution accommodation chamber 47 through the seventh flow path 57.
  • the washing liquid passes through the adsorption reaction chamber 20 to clean the surface of the adsorption medium 21 and the inner surface of the adsorption reaction chamber 20.
  • the fifth valve 65 connected to each washing liquid accommodating chamber 45 is sequentially operated to sequentially open the fifth flow passages 55 to perform the washing operation a plurality of times. (See FIG. 5 (e) to (f).)
  • the disk 12 is rotated to dry the adsorption medium 21.
  • the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the adsorption reaction chamber 20.
  • all of the remaining solution such as the reagent remaining in the adsorption reaction chamber 20 flows out into the waste solution receiving chamber 47 and is removed.
  • the drying time may be performed for 1 minute to 3 minutes. If the drying time is less than 1 minute does not dry properly, if more than 3 minutes does not increase the drying effect any more, there is a problem that the entire nucleic acid purification time is delayed.
  • the seventh valve 67 is operated to close the seventh flow path 57.
  • the sixth valve 66 is operated to open the sixth flow path 56.
  • the sixth flow path 56 is opened and the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the eluent receiving chamber 46.
  • the eluent in the eluent receiving chamber 46 flows out through the sixth flow path 56 and is transferred to the adsorption reaction chamber 20.
  • the disk 12 is repeatedly rotated forward and backward with acceleration and deceleration to mix the eluent and the adsorption medium 21.
  • the nucleic acid adsorbed on the adsorption medium 21 is eluted and separated from the adsorption medium 21. (See FIG. 5 (g) to (h))
  • the eluent mixing time in the adsorption reaction chamber 20 may be performed for 30 seconds to 5 minutes. If the mixing time is less than 30 seconds, the nucleic acid is not separated properly, and if the mixing time is more than 5 minutes, no increase in effect is seen.
  • the eighth valve 68 is finally operated to open the eighth flow path 58.
  • the eighth flow path 58 is opened and the disk 12 is rotated to apply centrifugal force to the adsorption reaction chamber 20.
  • the entire process of purifying and extracting nucleic acids from a sample can be automated to be performed integrally within a single disc 12.
  • FIG 6 shows the results of cell-free nucleic acid purification using the nucleic acid purification apparatus according to the present embodiment.
  • the experiment was carried out by performing nucleic acid purification using the nucleic acid purification apparatus of the present example by spiked 100 bp-1000 bp DNA ladder, which is a size category of cell-free nucleic acid, in 350 ⁇ L of DNase-free water at a concentration of 1 ng / ⁇ l.
  • the total purification time according to the experiment was within 20 minutes, and silica beads having a diameter of 100 ⁇ m were used as the adsorption medium.
  • FIG 7 shows the results of cell-free nucleic acid purification and concentration using the nucleic acid purification apparatus according to the present embodiment.
  • E1 First elution
  • E2 Second elution
  • E3 Third elution represent the nucleic acid elution sequence.
  • the experiment actually spiked the 100bp-1000bp DNA ladder, which is a size category of cell-free nucleic acid, to 350 ⁇ L of dnase free water at a concentration of 1.5 ng / ⁇ L (input concentration in the graph of FIG. 7), to prepare the nucleic acid purification apparatus of this example.
  • the total purification time according to the experiment was within 20 minutes, and silica beads having a diameter of 100 ⁇ m were used as the adsorption medium.
  • the nucleic acid purified in the first elution (E1) was concentrated than the first input concentration, and the remaining nucleic acid on the adsorption medium was eluted in the second (E2) and third (E3) elution.
  • the total amount of nucleic acid purified through the three elution was higher than the commercialized product as shown in Figure 6, using the apparatus of the present embodiment to perform the purification of the concentrated form according to the application in a form suitable for each assay later It can be confirmed that it can be used for molecular diagnosis.
  • FIG. 8 shows an experimental result of purifying bacterial DNA (E. coli) derived from the nucleic acid purification apparatus according to the present embodiment.
  • the experiment was performed by extracting and purifying the bacteria-derived nucleic acid through the nucleic acid purification device of the present embodiment by spiked the bacteria (E coli) in 200 ⁇ L Phosphate-buffered saline (PBS) at various concentrations.
  • PBS Phosphate-buffered saline
  • Total purification time according to the experiment was within 1 hour, and extracted and purified bacteria-derived DNA was quantified using RT-PCR.
  • the nucleic acid extracted and purified using the apparatus of the present embodiment may be useful for various assays for molecular diagnosis later.
  • the cell-free nucleic acid has been purified, but also the bacterial-derived nucleic acid can be extracted and purified, thereby confirming that the apparatus can be utilized for various targets.
  • the experiment was performed by spiked 300 bp DNA within the size range of the cell-free nucleic acid into 300 ⁇ L of human serum, and performing purification under various driving conditions through the nucleic acid purification apparatus of this example.
  • the mixing speed means the frequency of repetitive acceleration and deceleration (Hz), which is made during the mixing reaction, for example, the frequency of repetitive acceleration and deceleration made when mixing the solution containing the adsorption medium and the nucleic acid.

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Abstract

원심력을 기반으로 하는 디스크 모양의 칩을 활용하여, 다량의 혈액 및 체액으로부터 세포-자유 핵산 정제 전 과정이 일체화될 수 있도록, 회전가능하게 설치되어 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크, 상기 디스크에 설치되어 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급하기 위한 공급부, 상기 디스크에 설치되고 상기 공급부와 연결되며 내부에는 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체가 수용되어 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 및 디스크의 원심력 방향을 따라 상기 흡착 반응부 출측에 연결 설치되어 원심력에 의해 흡착 반응챔버를 통과하여 배출되는 용액을 수용하며 외부로 배출하는 용액 수용부를 포함하는 핵산 정제 장치를 제공하고자 한다.

Description

핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법
분자진단을 위한 핵산 정제(DNA purification) 전 과정을 일체화한 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법에 관한 것이다.
신속하고 정확한 핵산 정제 기술이 필요한 분야의 일 예는 세포-자유 핵산을 활용한 분자 진단 분야이다. 세포-자유 핵산(cell-free DNA)이라 함은 세포 자살(apoptosis), 세포 괴사(necrosis), 분비(secretion)을 통하여 세포 밖으로 나와 혈류 및 체액 내에 존재하는 핵산을 말한다. 현재까지 알려진 세포-자유 핵산의 물리적 특성은, 혈액 및 체액 내에 존재하는 DNA 분해효소 (DNase) 작용에 의해 그 길이가 평균 200 base pair로 짧고, 반감기가 4분~30분 정도로 불안정하다.
최근 차세대 염기서열 분석(next generation sequencing) 및 디지털 Polymer chain reaction(PCR) 등, 분자진단 기술의 발전으로 인하여 세포-자유 핵산을 활용한 임상학적 연구가 대두되고 있다. 특히, 태아가 태어나기 전 질병 유무를 판단하고 진단하는 산전 진단 분야에서 비 침습적 검체 수집(혈액 채취)으로써, 산모의 혈액에서 태아 유래 세포-자유 핵산을 정제하고 분석하여 진단하는 진단법이 널리 이용되고 있으며, 암 진단 분야에서도, 암 환자의 혈액으로부터 세포-자유 핵산을 정제하고 이를 이용하여 임상학적인 의미를 찾는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
기존의 세포-자유 핵산 정제를 위한 방법은, 혈액 및 체액을 일정량 채취하여, 상용화된 키트를 이용, 숙련된 전문가가 수작업(manual)으로 핵산을 정제하는 방법이었다. 하지만 이 방법은 혈액 채취부터 핵산 정제까지, 4시간이상의 시간과 전문 인력을 필요로 하므로 분자진단을 위한 고 순도의 세포-자유 핵산을 정제하기에는 부적합한 기술이다.
많은 연구자들이 실험실에서 행해지는 각종 기능들을 자동화 및 소형화시킨 랩온어칩을 활용하여 핵산 정제를 자동화시키기 위한 노력을 해왔다. 하지만, 미세 유체 칩 내에서 유체를 조절 할 수 있는 밸브 기술 및 칩 조립 기술 등의 부재로 인해, 세포-자유 핵산 정제를 위해 필수적으로 요구되는 다량의 샘플 처리 모듈을 일체화시키지 못하고, 일부만을 자동화 한 연구 결과가 대부분이다.
원심력을 기반으로 하는 디스크 모양의 칩을 활용하여, 다량의 혈액 및 체액으로부터 세포-자유 핵산 정제 전 과정이 일체화되어 있는 전 자동화된 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법을 제공하고자 한다.
원심력 기반의 미세유동시스템을 활용하여, 각종 생체 유체로부터 핵산을 정제하는 전 과정을 일체적으로 동반하여 수행하는 것이 가능한 일체형 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법을 제공하고자 한다.
본 구현예의 핵산 정제 장치는, 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크, 상기 디스크에 설치되어 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급하기 위한 공급부, 상기 디스크에 설치되고 상기 공급부와 연결되며 내부에는 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체가 수용되어 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 및 디스크의 원심력 방향을 따라 상기 흡착 반응부 출측에 연결 설치되어 원심력에 의해 흡착 반응챔버를 통과하여 배출되는 용액을 수용하며 외부로 배출하는 용액 수용부를 포함할 수 있다.
본 구현예의 핵산 정제 장치는, 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크, 디스크에 설치되어 시료 및 시약을 공급하는 공급부, 흡착 매개체를 수용하여 상기 공급부에서 공급된 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 흡착 반응챔버를 세척하기 위한 세척부, 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부, 흡착 반응챔버에서 배출되는 용액을 분리 수용하는 용액 수용부, 및 디스크의 원심력에 따라 이동되는 유체의 흐름을 제어하기 위한 유로와 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브를 포함한다.
상기 디스크의 회전 중심에서 원심력 방향을 따라 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부가 순차적으로 배치되어, 시료가 원심력에 의해 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부를 따라 흐르는 구조일 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되고 내부에 핵산 흡착을 위한 시약이 수용되어 시료와 시약을 혼합하는 시약 혼합챔버와, 상기 시약 혼합챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며, 디스크의 원심력에 따라 시약 혼합부 내의 시약 혼합물이 흡착 반응챔버로 이송되는 제1 유로, 상기 제1 유로를 선택적으로 개폐하는 제1 밸브를 포함할 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되어 시료로부터 비표적물질을 분리하는 분리 수용부를 포함할 수 있다.
상기 분리 수용부는 시료가 공급되어 디스크의 원심력에 의해 비표적물질의 분리가 이루어지는 분리챔버, 분리챔버와 상기 시약 혼합챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 분리챔버 내의 분리 용액이 시약 혼합챔버로 이송되는 제2 유로, 상기 제2 유로를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브를 포함할 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 분리챔버에 연결되어 단백질 가수 분해 효소를 공급하는 효소 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 효소 공급부는 디스크에 설치되어 단백질 가수 분해 효소를 수용하는 효소 수용챔버, 상기 효소 수용챔버와 상기 분리챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버로 이송되는 제3 유로, 상기 제3 유로를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브를 포함할 수 있다.
상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 시약 혼합챔버에 연결되어 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 공급하는 강화제 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 강화제 공급부는 디스크에 설치되어 강화제를 수용하는 강화제 수용챔버, 상기 강화제 수용챔버와 상기 시약 혼합챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 강화제가 시약 혼합챔버로 이송되는 제4 유로, 상기 제4 유로를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브를 포함할 수 있다.
상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함할 수 있다.
상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 반응챔버로 세척액을 공급하기 위한 세척부를 더 포함할 수 있다.
상기 세척부는 디스크에 설치되고 내부에 세척액이 수용된 세척액 수용챔버, 상기 세척액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 세척액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제5 유로, 상기 제5 유로를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브를 포함할 수 있다.
상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부를 더 포함할 수 있다.
상기 분리부는 디스크에 설치되고 내부에 용리액이 수용된 용리액 수용챔버, 상기 용리액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용리액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제6 유로, 상기 제6 유로를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브를 포함할 수 있다.
상기 용액 수용부는 디스크에 설치되고 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착 후 흡착 반응챔버에 잔존하는 용액을 수용하는 버림용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 버림용액 수용챔버로 이송되는 제7 유로, 상기 제7 유로를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브, 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에서 분리된 핵산 용리 용액을 수용하는 핵산용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 핵산용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 핵산액 수용챔버로 이송되는 제8 유로, 및 상기 제8 유로를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브를 포함할 수 있다.
상기 디스크의 유로를 개폐하기 위한 밸브는 디스크 유로 상에 설치되고 탄성을 갖는 재질로 이루어져 탄성적으로 변형되어 유로를 개폐하는 차단부재, 상기 차단부재 외측에 배치되어 외력에 의해 상기 차단부재를 가압하여 유로를 선택적으로 개폐하는 가압부재, 및 상기 디스크에 설치되어 가압부재를 지지하는 지지체를 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 밸브의 가압부재에 외력을 가하여 밸브를 선택적으로 개폐하는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 흡착 매개체는 실리카 표면의 비드, 칼럼, 포스트, 키토산 표면의 비드에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 시료는 혈액, 림프액, 조직액, 오줌을 포함하는 생체 유체 또는 체세포, 박테리아, 바이러스를 포함하는 세포 또는 소세포일 수 있다.
상기 시약은 단백질 분해를 위한 단백질 분해 효소, 흡착 매개체에 대한 핵산 흡착 반응을 강화하시키기 위한 강화제, 흡착 매개체를 세척하기 위한 세척액 또는 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 분리시키기 위한 용리액을 포함할 수 있다.
상기 디스크는 원판 형태로 이루어지고, 상기 흡착 반응챔버는 디스크의 원주방향을 따라 복수개가 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 용액 수용부에 형성되어 필요에 따라 용액을 디스크에서 외부로 추출할 수 있는 용액 추출구를 더 포함 할 수 있다.
상기 시약 혼합챔버에 설치되어 내부 혼합물을 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기 가열부는 외부에서 조사되는 전자기파에 의해 발열되어 혼합물에 열 에너지를 가하는 발열체를 포함할 수 있다.
상기 흡착 반응챔버는 입측 또는 출측에 폭이 좁아지도록 경사진 구조의 구배부가 형성될 수 있다.
본 구현예의 핵산 정제 방법은, 디스크의 흡착 반응챔버에 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체를 탑재하는 탑재 단계, 디스크에 시료를 주입하는 주입 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 시료를 흡착 매개체에 혼합하여 핵산을 흡착시키는 흡착 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산 흡착 후 흡착 반응챔버에서 잔존하는 용액을 제거하는 제거 단계, 흡착 반응챔버에 용리액을 주입하는 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 용리액과 흡착 매개체를 혼합하여 흡착 매개체에서 핵산을 분리시키는 용리 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산이 용리된 용액을 흡착 반응챔버에서 배출시키는 배출 단계를 포함할 수 있다.
상기 주입 단계에서, 시료에 핵산 정제를 위한 시약을 혼합하여 주입할 수 있다.
상기 탑재 단계에서, 디스크에 핵산 정제를 위한 시약을 탑재하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시약은 단백질 분해를 위한 단백질 분해 효소, 흡착 매개체에 대한 핵산 흡착 반응을 강화하시키기 위한 강화제, 흡착 매개체를 세척하기 위한 세척액 또는 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 분리시키기 위한 용리액을 포함할 수 있다.
상기 흡착 단계 전에 시약 혼합챔버에 수용된 핵산 흡착을 위한 시약에 시료를 혼합하는 혼합 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 혼합 단계는 시료 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 시료를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 유로를 폐쇄하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 시료와 시약을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시료와 시약 혼합 단계에서 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 5 분 내지 10분일 수 있다.
상기 혼합 단계 전에 디스크를 회전시켜 시료에 원심력을 가하여 시료인 생체물질로부터 비 표적물질을 분리하는 분리 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분리 단계 후에 분리된 용액에 단백질 분해 효소를 혼합하여 불필요한 단백질을 분해하는 분해 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분해 단계는 단백질 분해 효소 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 단백질 분해 효소를 분리용액으로 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 혼합 단계를 거친 혼합액에 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 혼합하는 강화 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 강화 단계는 강화제 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 강화제를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 강화제를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 강화제 혼합 시 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 10초 내지 60초 일 수 있다.
상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함할 수 있다.
상기 흡착 단계는 시약 혼합챔버 내의 혼합물 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 혼합물을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 흡착 매개체와 혼합시 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 1분 내지 5분일 수 있다.
상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에서 흡착 후 잔존하는 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에 세척액을 주입하여 흡착 매개체를 세척하는 세척 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세척 단계는 세척액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 세척액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 흡착 반응챔버를 거친 세척액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제거 단계는 흡착 반응챔버 및 흡착 매개체를 건조시키기 위한 건조 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조 단계는 디스크를 회전시켜 흡착 반응챔버에 원심력을 가하여 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 건조 시 디스크의 회전에 따른 건조 시간은 1분 내지 3분일 수 있다.
상기 용리 단계는 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버 사이의 유로를 폐쇄하고 용리액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 용리액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 용리액을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 용리액 혼합 시 디스크의 회전에 따른 혼합 시간은 30초 내지 5분일 수 있다.
상기 배출 단계는 흡착 반응챔버에서 핵산 용리 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 핵산 용리 용액을 핵산액 수용 챔버로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 의하면, 각종 생체 유체로부터 핵산을 정제하는 전 과정을 일체적으로 동반하여 수행하는 것이 가능하다.
핵산 정제에 소요되는 시간과 노력을 최소화하여 경제성을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 핵산 정체 장치의 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따라 세포-자유 핵산 정제를 위한 구성이 일체화되어 있는 핵산 정제 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 밸브 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 핵산 정제 과정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 핵산 정체 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제를 수행 한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제 및 농축을 수행 한 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 박테리아 유래 핵산을 정제한 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 구동 조건에 따른 실험 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 개념을 설명하기 위한 모식도이고, 도 2는 핵산 정체 장치의 작용을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 핵산 정제 장치(10)는, 원심력을 발생하는 디스크(12), 디스크(12)에 설치되는 공급부(16), 흡착 반응챔버(20), 용액 수용부(30)를 포함한다.
상기 디스크(12)는 원형의 판 구조물로 이루어질 수 있다. 디스크(12)의 중심은 회전축(14)을 이루어, 외부로부터 제공되는 구동력에 의해 회전축을 중심으로 회전된다. 디스크의 회전에 따라 원심력이 발생되고 내부 유체에 원심력을 가하여 유체를 이송한다.
상기 디스크(12) 내에 흡착 반응챔버(20)가 형성된다. 흡착 반응챔버(20)는 디스크(12)에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 상기 흡착 반응챔버(20) 내부에는 시료에서 핵산을 흡착하기 위한 흡착 매개체(21)가 수용된다. 이에, 시료가 흡착 반응챔버(20)를 지나는 과정에서 시료에 포함되어 있는 세포-자유 핵산(cell-free DNA; 이하, 핵산이라 한다)이 흡착 매개체(21)에 흡착된다.
본 실시예에서, 상기 시료는 혈액, 림프액, 조직액, 오줌을 포함하는 생체 유체 또는 체세포, 박테리아, 바이러스를 포함하는 세포 또는 소세포일 수 있다. 또한, 상기 흡착 매개체(21)는 실리카 표면의 비드, 칼럼, 포스트, 키토산 표면의 비드에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 흡착 반응챔버(20)는 디스크(12) 원주방향을 따라 복수개가 간격을 두고 배열 설치될 수 있다. 또한, 디스크(12) 회전시 발생되는 원심력에 의해 시료가 원심력 방향으로 이동되므로, 상기 흡착 반응챔버(20)는 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 중심에서 외측 선단을 향해 길게 연장 형성된 구조일 수 있다. 또한, 상기 흡착 반응챔버(20)는 입측 또는 출측에 원심력 방향 즉, 시료의 흐름 방향에 대해 경사진 구배부를 형성할 수 있다. 상기 구배부는 도 1에 도시된 바와 같이, 흡착 반응챔버(20) 입측 또는/및 출측을 향해 폭이 좁아지도록 내측면이 경사진 구조일 수 있다. 이와 같이 흡착 반응챔버(20)에 상기 구배부(22)가 형성됨에 따라 흡착 반응챔버(20) 내에서 용액의 원활한 흐름을 제공할 수 있게 된다.
상기 디스크(12)의 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 회전 중심 쪽을 향하는 흡착 반응챔버(20)의 입측에 상기 공급부(16)가 배치되어 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 반대 방향인 디스크(12)의 외측 선단 쪽을 향하는 흡착 반응챔버(20)의 출측에 상기 용액 수용부(30)가 배치되어 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 이하 설명에서 입측이라 함은 해당 챔버에 유체가 유입되는 부분으로 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 회전 중심에 근접한 쪽을 의미하고, 출측이라 함은 해당 챔버에서 유체가 유출되는 부분으로 원심력 방향을 따라 디스크(12)의 외측 선단에 근접한 쪽을 의미한다.
이와 같이, 상기 디스크(12)의 회전 중심에서 원심력 방향을 따라 공급부(16)와 흡착 반응챔버(20) 및 용액 수용부(30)가 순차적으로 배치되어, 디스크(12) 회전시 발생되는 원심력에 의해 공급부(16)를 통해 공급된 시료가 순차적으로 흡착 반응챔버(20)를 거쳐 용액 수용부(30)로 흐를 수 있게 된다.
상기 공급부(16)는 흡착 반응챔버(20) 내부로 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급한다. 상기 공급부(16)는 흡착 반응챔버(20)에 연통되는 유로 구조로, 흡착 반응챔버(20) 입측 선단을 통해 디스크(12) 외부에서 별도로 시료 및 시약을 공급하는 구조일 수 있다. 상기한 구조 외에 상기 공급부(16)가 디스크(12) 내에 별도로 설치될 수 있다. 이러한 구조의 경우 시료 공급에서 핵산 정제 전 과정을 일체화하여 일괄적으로 수행할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하도록 한다.
상기 시약은 흡착 매개체(21)에 핵산이 흡착될 수 있도록 하는 물질로, 상기 공급부(16)를 통해 흡착 반응챔버(20)로 공급될 수 있다.
또한, 상기 시약은 단백질 분해를 위한 단백질 분해 효소, 흡착 매개체에 대한 핵산 흡착 반응을 강화시키기 위한 강화제, 흡착 매개체를 세척하기 위한 세척액 또는 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 분리시키기 위한 용리액을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 공급부(16)를 통해 시료 및 시료를 각각 또는 시료와 시약을 혼합하여 흡착 반응챔버(20)로 공급할 수 있다.
상기 용액 수용부(30)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있으며, 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된다. 상기 용액 수용부(30)는 내부로 이송된 용액을 디스크(12) 외부로 배출하기 위한 용액 추출구(31)를 구비할 수 있다. 이에, 필요시 용액 수용부(30)로 이송된 용액을 용액 추출구(31)를 통해 외부로 배출시켜 처리할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 상기 핵산 정체 장치를 통한 핵산 정제 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 디스크(12)의 흡착 반응챔버(20) 내부에 흡착 매개체(21)를 탑재하여 준비한다. 준비가 완료되면 시료와 핵산 정제를 위한 시약을 혼합한 용액을 공급부(16)를 통해 디스크(12) 내부로 공급한다. 공급부(16)를 통해 공급되는 용액에는 시약으로써 단백질 분해 효소 또는/및 핵산 흡착 반응을 강화시키기 위한 강화제가 더 혼합될 수 있다.
디스크(12) 내부로 공급된 시료와 시약의 혼합액은 흡착 반응챔버(20) 입측으로 유입된다. 이 상태에서 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 상기 시료 혼합액은 흡착 반응챔버(20) 입측에서 출측으로 흐르면서 흡착 반응챔버(20) 내부에 수용되어 있는 흡착 매개체(21)와 혼합된다. 이 과정에서 혼합액에 함유되어 있는 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착된다.
흡착 반응챔버(20)를 따라 흐르는 혼합액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된 용액 수용부(30)로 배출된다. 상기 흡착 반응챔버(20)를 통과한 시료 혼합액은 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착된 상태로 핵산이 분리되고 남은 잔존 용액으로써, 이 잔존 용액은 용액 수용부(30)로 배출되어 흡착 반응챔버(20)에서 제거된다. 용액 수용부(30)로 배출된 잔존 용액은 용액 수용부(30)의 용액 추출구(31)를 통해 디스크(12) 외부로 배출 처리한다.
흡착 반응챔버(20)에서 핵산이 분리 흡착되고 남은 잔존 용액이 완전히 제거되면, 흡착 반응챔버(20) 내의 흡착 매개체(21)로부터 핵산을 분리하여 추출한다.
본 실시예에서, 상기 핵산 분리 추출 전에 흡착 반응챔버(20) 및 흡착 매개체(21)에 대한 세척 작업을 수행할 수 있다.
세척 작업을 위해, 공급부(16)를 통해 세척액을 주입하여 흡착 반응챔버(20)로 세척액을 공급한다. 이 상태에서 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 세척액은 흡착 반응챔버(20) 입측에서 출측으로 흐르면서 흡착 반응챔버(20) 내부 및 수용되어 있는 흡착 매개체(21) 표면을 세척한다. 세척액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된 용액 수용부(30)로 배출된다. 용액 수용부(30)로 배출된 세척액은 용액 수용부(30)의 용액 추출구(31)를 통해 디스크(12) 외부로 배출 처리한다.
또한, 본 실시예에서, 상기 세척 작업 후 흡착 매개체(21)를 건조하기 위한 과정을 더 거칠 수 있다. 핵산이 흡착된 흡착 매개체(21)를 건조하기 위해 세척 작업 완료 후 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응부에 원심력을 가한다. 이에, 세척 후에도 흡착 반응챔버(20) 및 흡착 매개체(21) 표면에 잔존하는 세척액 및 잔존 용액이 모두 용액 수용부(30)로 배출되어 제거된다. 용액 수용부(30)로 배출된 용액은 용액 추출구(31)를 통해 디스크(12) 외부로 배출 처리한다.
상기한 작업 후 핵산 반응챔버(20) 내의 흡착 매개체(21)로부터 핵산을 분리하여 추출한다. 최종적으로 공급부(16)를 통해 용리액을 주입한다. 공급부(16)를 통해 디스크(12) 내부로 공급된 용리액은 흡착 반응챔버(20) 입측으로 유입된다. 이 상태에서 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 용리액은 흡착 반응챔버(20) 입측에서 출측으로 흐르면서 흡착 매개체(21)와 혼합되고 이 과정에서 흡착 매개체(21)에 흡착되어 있는 핵산이 용리액에 의해 흡착 매개체(21)에서 분리된다.
흡착 매개체(21)로부터 핵산이 분리되면 디스크(12)를 회전시켜 핵산이 용리된 용액을 용액 수용부(30)로 배출시킨다. 핵산이 용리된 용액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 출측에 연결된 용액 수용부(30)로 배출된다.
이와 같이, 시료로부터 핵산을 용이하게 정제하여 용액 수용부(30)로 추출할 수 있어, 분자 진단 등 필요한 작업에 활용할 수 있다.
이하, 또 다른 실시예로, 핵산 정제 전 과정을 일체로 수행할 수 있는 자동화된 핵산 정제 장치에 대해 설명한다. 이하, 위에서 설명된 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 실시예에 따라 핵산 정제를 위한 구성이 일체화되어 있는 핵산 정제 장치를 도시하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 핵산 정제 장치는 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크(12), 디스크(12)에 설치되어 시료 및 시약을 공급하는 공급부, 흡착 매개체(21)를 수용하여 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버(20), 흡착 반응챔버(20)를 세척하기 위한 세척부, 흡착 매개체(21)에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부, 흡착 반응챔버(20)에서 배출되는 용액을 분리 수용하는 용액 수용부, 및 디스크(12)의 원심력에 따라 이동되는 유체의 흐름을 제어하기 위한 유로와 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브를 포함한다.
또한, 본 장치는 상기 밸브를 구동하여 유로를 개폐하기 위한 구동부(도 4의 70 참조)를 더 포함한다. 이에, 구동부가 밸브에 외력을 가하여 밸브를 작동시키게 되면 각 유로가 개방 또는 폐쇄되면서 유로의 흐름이 제어되고, 시료는 디스크(12)의 원심력에 의해 공급부에서 흡착 반응챔버(20) 및 용액 수용부로 이송되어 정제 처리된다. 상기 구동부는 밸브에 외력을 가할 수 있으면 다양하게 변형 가능하다.
상기 공급부는 디스크(12)에 설치되고 내부에 핵산 흡착을 위한 시약이 수용되어 시료와 시약을 혼합하는 시약 혼합챔버(40)를 포함할 수 있다. 상기 시약 혼합챔버(40)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 시약 혼합챔버(40) 일측에 시약을 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 상기 디스크(12)의 원심력 방향을 따라 디스크(12) 회전 중심에서 외측 선단을 향해 상기 시약 혼합챔버(40)와 흡착 반응챔버(20)가 순차적으로 배치되어, 유체가 시약 혼합챔버(40)에서 흡착 반응챔버(20)로 흐르게 된다.
상기 시약 혼합챔버(40)는 흡착 반응챔버(20)의 입측에 연결된다. 시약 혼합챔버(40)의 내부에는 주입구를 통해 필요한 시약이 미리 수용될 수 있다. 이에, 시약 혼합챔버(40)로 유입된 시료는 시약 혼합챔버(40)에 수용된 시약과 혼합되어 이후 흡착 반응챔버(20)에서 핵산 흡착이 이루어지게 된다.
본 실시예에서, 상기 시약 혼합챔버(40)에는 내부 용액을 가열하는 가열부가 더 구비될 수 있다. 상기 가열부는 시약 혼합챔버(40)에 설치되고 외부에서 조사되는 전자기파에 의해 발열되어 용액에 열 에너지를 가하는 발열체(41)를 포함할 수 있다. 이에, 필요시 디스크(12) 외부에서 전자기파를 조사하게 되면 시약 혼합챔버(40)에 설치된 발열체(41)가 전자기파에 의해 발열되어 내부의 용액에 열 에너지를 가하게 된다. 따라서, 발열체에 의해 시약 혼합챔버(40) 내의 용액을 가열하여 온도를 높일 수 있게 된다. 시약 혼합챔버(40) 내부 용액의 온도를 높임으로써, 추후 핵산 흡착 반응 효율을 보다 증대시킬 수 있고, 핵산 정제 시간을 줄일 수 있으며 핵산 정제 장치의 구동 장치를 보다 간소화할 수 있게 된다.
상기 시약 혼합챔버(40)와 상기 흡착 반응챔버(20) 사이에는 디스크(12)의 원심력에 따라 시약 혼합부 내에서 혼합된 시약 혼합물이 흡착 반응챔버(20)로 이송되는 유로(이하, 설명의 편의를 위해 제1 유로(51)라 한다)가 형성된다. 상기 제1 유로(51) 상에는 제1 유로(51)를 선택적으로 개폐하는 밸브(이하, 설명의 편의를 위해 제1 밸브(61)라 한다)가 설치된다. 이에, 밸브가 구동되면 디스크(12)에 형성된 유로가 개방되거나 폐쇄되면서 유로를 통한 유체의 이동을 제어할 수 있게 된다. 상기 유로와 밸브의 구조에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
상기 제1 유로(51)는 시약 혼합챔버(40)의 출측과 흡착 반응챔버(20)의 입측을 연결하며, 디스크(12)의 원심력에 따라 유체가 시약 혼합챔버(40)에서 흡착 반응챔버(20)로 흐르도록 형성된다. 이에, 제1 밸브(61)가 작동되어 제1 유로(51)가 개방된 상태에서 디스크(12)의 회전에 따라 원심력이 가해지게 되면 시약 혼합챔버(40) 내의 용액은 시약 혼합챔버(40)에서 제1 유로(51)를 통해 흡착 반응챔버(20)로 흘러 이송된다.
상기 흡착 반응챔버(20)는 내부에 흡착 매개체(21)가 수용되며, 시약 혼합챔버(40)와 용액 수용부 사이에 배치되어 입측은 제1 유로(51)를 통해 시료 혼합챔버(40)와 연결되고, 출측은 별도의 유로를 통해 용액 수용부와 연결된다.
또한, 본 실시예에서 상기 공급부는 디스크(12)에 설치되어 시약 혼합챔버(40)로 공급되는 시료에서 비표적물질을 분리해 내기 위한 분리 수용부, 디스크(12)에 설치되고 상기 분리 수용부에 단백질 가수 분해 효소를 공급하기 위한 효소 공급부, 또는 디스크(12)에 설치되고 상기 시약 혼합챔버(40)에 연결되어 핵산과 흡착 매개체(21)와의 인력 강화를 위한 강화제를 공급하기 위한 강화제 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 분리 수용부는 시료가 공급되어 디스크(12)의 원심력에 의해 비표적물질의 분리가 이루어지는 분리챔버(42), 분리챔버(42)와 상기 시약 혼합챔버(40)를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 분리챔버(42) 내의 분리된 용액이 시약 혼합챔버(40)로 이송되는 제2 유로(52), 상기 제2 유로(52)를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브(62)를 포함한다. 비표적물질이란 정제 대상인 표적물질 이외의 물질을 의미한다. 본 실시예에서는 세포-자유 핵산 이외의 물질을 의미할 수 있다.
상기 분리챔버(42)로 공급된 시료는 디스크(12)의 회전에 따른 원심력에 의해 원심분리되어 정제된다. 이에 시료는 핵산이 포함된 용액과 고상물질로 분리되고, 원심력방향을 따라 고상물질은 디스크(12) 외측 선단쪽으로 밀려나고 디스크(12) 중심쪽으로 고상물질과 분리된 용액이 위치한다. 예를 들어, 시료가 혈액인 경우 원심분리에 의해 고체성분인 혈구와 액체 성분인 혈장으로 분리된다.
상기 분리챔버(42)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 분리챔버(42) 일측에 시료를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 상기 분리챔버(42)는 제2 유로(52)를 통해 시약 혼합챔버(40)의 입측에 연결된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분리챔버(42)는 공간 내에서 용액간의 분리가 명확히 나타나도록 원심력 방향을 따라 길게 연장된 관 형태로 이루어질 수 있다. 상기 제2 유로(52)는 분리챔버(42)에서 분리된 고상물질과 용액간 경계지점에 연결될 수 있다. 이에, 분리챔버(42)에서 분리된 고상물질은 분리챔버(42)에 그대로 남고 핵산이 포함된 용액만이 제2 유로(52)를 통해 시약 혼합챔버(40)로 이송될 수 있다.
상기 제2 유로(52)는 디스크(12)의 원심력에 따라 유체가 분리챔버(42)에서 시약 혼합챔버(40)로 흐르도록 형성된다. 상기 제2 유로(52) 상에는 제2 유로(52)를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브(62)가 설치된다. 이에, 제2 밸브(62)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제2 유로(52)가 개방되거나 폐쇄되면서 제2 유로(52)를 통한 유체의 이동을 제어할 수 있게 된다.
따라서, 제2 밸브(62)가 작동되어 제2 유로(52)가 개방된 상태에서 디스크(12)의 회전에 따라 원심력이 가해지게 되면 분리챔버(42)에서 분리된 용액이 제2 유로(52)를 통해 시약 혼합챔버(40)로 흘러 이송된다.
상기 효소 공급부는 디스크(12)에 설치되어 단백질 가수 분해 효소를 수용하는 효소 수용챔버(43), 상기 효소 수용챔버(43)와 상기 분리챔버 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버로 이송되는 제3 유로(53), 상기 제3 유로(53)를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브(63)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 단백질 가수 분해 효소는 시료에서 분리된 용액 내에 혼합되어 핵산 외에 불필요하게 존재하는 단백질을 분해하게 된다.
상기 효소 수용챔버(43)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 효소 수용챔버(43) 일측에 단백질 가수 분해 효소를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 효소 수용챔버(43) 내부에는 주입구를 통해 단백질 가수 분해 효소가 미리 수용될 수 있다. 상기 효소 수용챔버(43)는 제3 유로(53)를 통해 분리챔버(42)와 연결된다. 제3 유로(53)는 효소 수용챔버(43)의 출측과 연결되며, 길게 연장된 분리챔버(42)에서 분리된 용액이 수용되는 공간즉, 디스크(12) 회전중심쪽 선단부에 연결된다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 효소 수용챔버(43) 내에 수용된 단백질 가수 분해 효소가 제3 유로(53)를 따라 분리챔버(42)의 용액 수용 공간으로 흐를 수 있게 된다. 분리챔버(42)로 공급된 단백질 가스 분해 효소는 분리챔버(42) 내 용액과 혼합되어 용액 내 불필요한 단백질을 분해하게 된다.
상기 제3 유로(53) 상에는 제3 유로(53)를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브(63)가 설치된다. 이에, 제3 밸브(63)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제3 유로(53)가 개방되거나 폐쇄되면서 제3 유로(53)를 통한 단백질 가수 분해 효소의 이동을 제어할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제3 유로(53)를 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버(42)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 효소 수용챔버(43)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 강화제 공급부는 디스크(12)에 설치되어 강화제를 수용하는 강화제 수용챔버(44), 상기 강화제 수용챔버(44)와 상기 시약 혼합챔버(40) 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 강화제가 시약 혼합챔버(40)로 이송되는 제4 유로(54), 상기 제4 유로(54)를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브(64)를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함할 수 있다. 상기 강화제는 시약 혼합챔버(40)로 이송되어 시약과 혼합된 용액에 혼합되어 핵산과 흡착 매개체(21) 흡착 표면과의 인력을 강화시키게 된다.
상기 강화제 수용챔버(44)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 강화제 수용챔버(44) 일측에 강화제를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 강화제 수용챔버(44) 내부에는 주입구를 통해 강화제가 미리 수용될 수 있다. 상기 강화제 수용챔버(44)는 제4 유로(54)를 통해 시약 혼합챔버(40)와 연결된다. 제4 유로(54)는 강화제 수용챔버(44)의 출측과 시약 혼합챔버(40) 입측 사이를 연결하여, 디스크(12)의 원심력에 의해 강화제 수용챔버(44) 내에 수용된 강화제가 제4 유로(54)를 따라 시약 혼합챔버(40)로 흐를 수 있게 된다.
상기 제4 유로(54) 상에는 제4 유로(54)를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브(64)가 설치된다. 이에, 제4 밸브(64)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제4 유로(54)가 개방되거나 폐쇄되면서 제4 유로(54)를 통한 강화제의 이동을 제어할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제4 유로(54)를 따라 강화제가 시약 혼합챔버(40)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 강화제 수용챔버(44)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 세척부는 흡착 반응챔버(20) 내에서 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착된 후 흡착 매개체(21) 및 흡착 반응챔버(20) 내부를 세척하기 위한 것으로, 디스크(12)에 설치되고 내부에 세척액이 수용된 세척액 수용챔버(45), 상기 세척액 수용챔버(45)와 상기 흡착 반응챔버(20) 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 세척액이 흡착 반응챔버(20)로 이송되는 제5 유로(55), 상기 제5 유로(55)를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브(65)를 포함한다. 상기 세척액은 흡착 반응챔버(20) 내면이나 흡착 매개체(21) 표면에 잔존하고 있는 시약 등을 세척하여 제거하게 된다.
상기 세척액 수용챔버(45)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 세척액 수용챔버(45) 일측에 세척액을 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 세척액 수용챔버(45) 내부에는 주입구를 통해 세척액이 미리 수용될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 세척액 수용챔버(45)는 복수개로 구비될 수 있다. 이에, 복수회에 걸쳐 흡착 반응챔버(20) 내부를 세척할 수 있다. 상기 세척액 수용챔버(45)는 제5 유로(55)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제5 유로(55)는 세척액 수용챔버(45)의 출측과 흡착 반응챔버(20) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 세척액 수용챔버(45) 내에 수용된 세척액이 제5 유로(55)를 따라 흡착 반응챔버(20) 내부로 흐를 수 있게 된다. 흡착 반응챔버(20)로 공급된 세척액은 흡착 반응챔버(20) 내부를 세척한 후 흡착 반응챔버(20)의 출측에 연결된 유로를 통해 용액 수용부로 배출된다.
상기 제5 유로(55) 상에는 제5 유로(55)를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브(65)가 설치된다. 이에, 제5 밸브(65)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제5 유로(55)가 개방되거나 폐쇄되면서 제5 유로(55)를 통한 세척액의 이동을 제어할 수 있게 된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 세척액 수용챔버(45)가 복수개 구비된 경우, 각 세척액 수용챔버(45)와 제5 유로(55) 사이에 각각 별도의 유로와 유로 개폐를 위한 밸브가 설치될 수 있다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제5 유로(55)를 따라 세척액이 흡착 반응챔버(20)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 세척액 수용챔버(45)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 분리부는 디스크(12)에 설치되고 내부에 용리액이 수용된 용리액 수용챔버(46), 상기 용리액 수용챔버(46)와 상기 흡착 반응챔버(20) 사이를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 용리액이 흡착 반응챔버(20)로 이송되는 제6 유로(56), 상기 제6 유로(56)를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브(66)를 포함한다. 상기 용리액은 흡착 매개체(21)에 흡착된 핵산을 용리시켜 흡착 매개체(21)에서 분리시키게 된다.
상기 용리액 수용챔버(46)는 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 용리액 수용챔버(46) 일측에 용리액을 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있다. 용리액 수용챔버(46) 내부에는 주입구를 통해 용리액이 미리 수용될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 용리액 수용챔버(46)는 제6 유로(56)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제6 유로(56)는 용리액 수용챔버(46)의 출측과 흡착 반응챔버(20) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 용리액 수용챔버(46) 내에 수용된 용리액이 제6 유로(56)를 따라 흡착 반응챔버(20) 내부로 흐를 수 있게 된다. 흡착 반응챔버(20)로 공급된 용리액은 흡착 반응챔버(20) 내부의 흡착 매개체(21)와 혼합되고 이 과정에서 흡착 매개체(21)에 흡착되어 있던 핵산이 용리되어 흡착매개체(21)에서 분리된다. 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산은 용리액과 함께 흡착 반응챔버(20)의 출측에 연결된 유로를 통해 용액 수용부로 배출된다.
상기 제6 유로(56) 상에는 제6 유로(56)를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브(66)가 설치된다. 이에, 제6 밸브(66)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제6 유로(56)가 개방되거나 폐쇄되면서 제6 유로(56)를 통한 용리액의 이동을 제어할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 원심력에 의해 제6 유로(56)를 따라 용리액이 흡착 반응챔버(20)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 용리액 수용챔버(46)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 용액 수용부는 디스크(12)에 설치되고 상기 흡착 반응챔버(20)에 연결되어 흡착 매개체(21)에 핵산이 흡착된 후 흡착 반응챔버(20)에 잔존하는 용액을 수용하는 버림용액 수용챔버(47), 상기 흡착 반응챔버(20)와 버림용액 수용챔버(47)를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 용액이 버림용액 수용챔버(47)로 이송되는 제7 유로(57), 상기 제7 유로(57)를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브(67), 상기 흡착 반응챔버(20)에 연결되어 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산 용리 용액을 수용하는 핵산용액 수용챔버(48), 상기 흡착 반응챔버(20)와 핵산용액 수용챔버(48)를 연결하며 디스크(12)의 원심력에 따라 용액이 핵산액 수용챔버로 이송되는 제8 유로(58), 및 상기 제8 유로(58)를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브(68)를 포함한다.
상기 용액 수용부는 두 개의 챔버를 구비하여, 정제된 핵산이 포함된 용액이 수용되는 핵산용액 수용챔버(48)와 그 외 버려지는 용액이 수용되는 버림용액 수용챔버(47)로 구분된다. 이에, 최종적으로 정제된 핵산을 핵산용액 수용챔버(48)를 통해 별도로 분리하여 추출할 수 있게 된다. 버림용액이라 함은 핵산이 핵산 매개체(21)에 흡착되고 남은 잔존용액 또는 세척액 등 표적물질인 핵산이 포함되지 않은 용액을 의미하며, 핵산용액은 용리액에 의해 용리되어 표적물질인 핵산이 함유된 용액을 의미한다.
상기 버림용액 수용챔버(47)와 핵산용액 수용챔버(48)는 각각 분리되어 디스크(12) 내에 형성되는 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 버림용액 수용챔버(47)에는 흡착 반응챔버(20) 내의 잔존 용액이나 세척액 등 버려지는 용액이 수용된다. 상기 버림용액 수용챔버(47)는 제7 유로(57)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제7 유로(57)는 흡착 반응챔버(20) 출측과 버림용액 수용챔버(47) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)에서 배출되는 잔존용액이나 세척액은 제7 유로(57)를 따라 버림용액 수용챔버(47)로 배출된다.
상기 제7 유로(57) 상에는 제7 유로(57)를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브(67)가 설치된다. 이에, 제7 밸브(67)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제7 유로(57)가 개방되거나 폐쇄되면서 제7 유로(57)를 통해 배출되는 용액의 이동을 제어할 수 있게 된다. 본 실시예에서, 원심력에 의해 제7 유로(57)를 따라 용액이 버림용액 수용챔버(47)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 버림용액 수용챔버(47)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 핵산용액 수용챔버(48)에는 흡착 반응챔버(20)의 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산이 함유된 용액이 수용된다. 상기 핵산용액 수용챔버(48)는 제8 유로(58)를 통해 흡착 반응챔버(20)와 연결된다. 제8 유로(58)는 흡착 반응챔버(20) 출측과 핵산용액 수용챔버(48) 입측 사이를 연결한다. 이에, 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)에서 배출되는 핵산이 함유된 용액은 제8 유로(58)를 따라 핵산용액 수용챔버(48)로 배출된다.
상기 제8 유로(58) 상에는 제8 유로(58)를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브(68)가 설치된다. 이에, 제8 밸브(68)가 구동되면 디스크(12)에 형성된 제8 유로(58)가 개방되거나 폐쇄되면서 제8 유로(58)를 통해 배출되는 용액의 이동을 제어할 수 있게 된다. 본 실시예에서, 원심력에 의해 제8 유로(58)를 따라 용액이 핵산용액 수용챔버(48)로 이동될 수 있으면 충분하며, 상기 디스크(12)에 대한 핵산용액 수용챔버(48)의 형성 위치는 특별히 한정되지 않는다.
도 4는 본 실시예에 따른 디스크(12)에 형성되는 유로와 밸브의 구조에 대해 도시하고 있다.
이하 설명에서, 제1 유로(51) 내지 제8 유로(58)는 그 크기나 길이 및 형성 위치만 상이할 뿐 유체를 이송하기 위한 관로 역할을 하는 것으로 동일하다. 이에, 제1 유로(51) 내지 제8 유로(58)에 대해 이하 유로(50)라 칭하여 설명한다. 상기 제1 밸브(61) 내지 제8 밸브(68) 역시 동일한 구조로 이하 밸브(60)로 칭하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 디스크(12)에 형성된 유로를 개폐하기 위한 밸브는 디스크(12) 유로 상에 설치되고 탄성을 갖는 재질로 이루어져 탄성적으로 변형되어 유로를 개폐하는 차단부재(602), 상기 차단부재(602) 외측에 배치되어 외력에 의해 상기 차단부재(602)를 가압하여 유로를 선택적으로 개폐하는 가압부재(604), 상기 디스크(12)에 설치되어 가압부재(604)를 지지하는 지지체(606)를 포함할 수 있다.
상기 지지체(606)는 가압부재(604)를 지지하여 외력에 의해 가압부재(604)가 눌려진 상태로 고정하거나 외력에 의해 가압부재(604)가 원위치된 상태로 고정할 수 있다.
이에, 예를 들어 외력에 의해 상기 가압부재(604)가 눌려지면 가압부재(604)가 이동되어 차단부재(602)를 가압하게 된다. 따라서 차단부재(602)가 탄성적으로 변형되어 유로를 막아 유체의 이동을 차단하게 된다. 외력에 의해 상기 가압부재(604)가 반대 방향으로 이동하게 되면 가압부재(604)에 의한 가압력이 해제되어 차단부재(602)는 자체 탄성력에 의해 원상태로 복귀된다. 이에, 차단부재(602)에 의해 막혀져 있던 유로가 개방되어 유체의 이동이 가능하게 된다.
상기 밸브는 가압부재(604)에 외력을 가했을 때 가압부재(604)가 눌려지고, 다시 한번 가압부재(604)에 외력을 가했을 때 가압부재(604)가 원위치로 복귀되는 누름 스위치 방식일 수 있다. 상기 밸브의 작동 방식은 다양하게 변형가능하며, 외력에 의해 가압부재(604)가 눌려져 차단부재(602)를 가압하거나, 가압부재(604)가 원위치되어 차단부재(602)에 대한 가압력이 해제될 수 있는 구조면 모두 적용가능하다.
상기 밸브는 디스크(12) 외부에 배치된 구동부(70)의 작동에 의해 개폐된다. 구동부(70)는 작동 과정에 따라 각 유로의 밸브 위치로 이동되어 해당 유로의 밸브를 구동한다.
이하, 도 3과 도 5를 참조하여 상기 핵산 정체 장치를 통한 핵산 정제 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 디스크(12)에 핵산 정제를 위해 필요한 시약을 탑재하여 준비한다. 시약으로, 흡착 매개체(21), 단백질 가수 분해 효소, 시약, 강화제, 세척액 및 용리액을 각각 흡착 반응챔버(20), 효소 수용챔버(43), 시약 혼합챔버(40), 강화제 수용챔버(44), 세척액 수용챔버(45) 및 용리액 수용챔버(46)에 탑재할 수 있다. 준비 상태에서 디스크(12)의 각 유로에 설치된 밸브는 폐쇄 작동되어 각 유로는 닫혀진 상태를 유지한다.
준비가 완료되면 디스크(12)의 분리챔버(42)에 시료를 주입한다. 분리챔버(42)에 시료가 주입되면 디스크(12)를 회전시켜 분리챔버(42)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 분리챔버(42) 내에 주입된 시료가 원심 분리된다.
시료 원심 분리가 완료되면 구동부(이하 도 4의 70 참조)를 통해 디스크(12)의 제3 밸브(63)를 개방 작동하여 제3 유로(53)를 개방한다. 제3 유로(53)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 효소 수용챔버(43)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 효소 수용챔버(43) 내에 수용된 단백질 가수 분해 효소가 제3 유로(53)를 통해 흘러나가 분리챔버(42)로 이송되어 혼합된다.(도 5의 (a) 참조)
다음으로, 구동부에 의해 제2 밸브(62)가 개방 작동하여 제2 유로(52)를 개방한다. 제2 유로(52)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 분리챔버(42)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 분리챔버(42) 내의 분리된 용액과 단백질 가수 분해 효소의 혼합액이 제2 유로(52)를 통해 흘러나가 시약 혼합챔버(40)로 이송된다. 상기 혼합액이 시약 혼합챔버(40)로 모두 이송되면 제2 밸브(62)를 구동하여 제2 유로(52)를 폐쇄한다. 그리고 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 시약 혼합챔버(40) 내에서 상기 혼합액과 시약을 혼합한다.(도 5의 (b) 참조)
본 실시예에서 상기 시약 혼합챔버(40) 내에서의 시료와 시약 혼합 시간은 5분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 5분 보다 작은 경우에는 제대로 혼합이 이루어지지 않아 추후 핵산의 흡착 효율이 저하되며, 10분을 넘는 경우에는 정제 시간만 길어지고 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않으며 오히려 시료가 손상될 우려가 있다.
시약 혼합이 완료되면 구동부에 의해 제4 밸브(64)를 작동하여 제4 유로(54)를 개방한다. 제4 유로(54)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 강화제 수용챔버(44)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 강화제 수용챔버(44) 내의 강화제가 제4 유로(54)를 통해 흘러나가 시약 혼합챔버(40)로 이송된다. 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 시약 혼합챔버(40) 내의 용액에 강화제를 혼합한다.(도 5의 (c) 참조)
본 실시예에서 상기 시약 혼합챔버(40) 내에서의 강화제 혼합 시간은 10초 내지 60초 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 10초보다 작은 경우에는 제대로 혼합이 이루어지지 않아 추후 핵산의 흡착 효율이 저하되며, 60초를 넘는 경우에는 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않고 오히려 시료가 손상될 우려가 있다.
모든 혼합 반응이 완료되면 구동부에 의해 제1 밸브(61)를 작동하여 제1 유로(51)를 개방한다. 제1 유로(51)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 시약 혼합챔버(40)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 시약 혼합챔버(40) 내의 용액이 제1 유로(51)를 통해 흘러나가 흡착 반응챔버(20)로 이송된다. 흡착 반응챔버(20)로 용액을 이송한 후 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 수용된 흡착 매개체(21)와 용액을 함께 혼합한다. 흡착 매개체(21)와 용액이 함께 혼합되는 과정에서 용액 내에 핵산이 흡착 매개체(21)에 흡착되고 흡착 반응챔버(20) 내에는 핵산이 흡착되고 남은 시약 등 잔존 용액이 남게 된다.
본 실시예에서 상기 흡착 반응챔버(20) 내에서의 혼합 시간은 1분 내지 5분 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 1분보다 작은 경우에는 핵산의 흡착이 제대로 이루어지지 않으며, 5분을 넘는 경우에는 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않고 오히려 시료가 손상될 우려가 있다.
혼합이 완료되면 구동부의 작동에 의해 상기 제1 밸브(61)를 구동하여 제1 유로(51)를 폐쇄하고 제7 밸브(67)를 구동하여 제7 유로(57)를 개방한다. 그리고 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 내의 잔존 용액이 제7 유로(57)를 통해 흘러나가 버림용액 수용챔버(47)로 배출된다. 상기 과정은 복수회 반복될 수 있다. 본 실시예의 경우 상기 과정을 3회 반복하여 핵산 흡착 후 잔존 용액을 배출 처리한다.(도 5의 (d) 참조)
다음으로, 흡착 반응챔버(20) 내에 잔존하는 시료 등을 세척하여 제거한다. 잔존 용액을 제거한 상태에서 제5 밸브(65)를 작동하여 제5 유로(55)를 개방한다. 제5 유로(55)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 세척액 수용챔버(45)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 세척액 수용챔버(45) 내의 세척액이 제5 유로(55)를 통해 흘러나가 흡착 반응챔버(20)로 이송된다. 흡착 반응챔버(20)로 이송된 세척액은 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)를 통과하여 제7 유로(57)를 통해 버림용액 수용챔버(47)로 배출된다. 이 과정에서 세척액이 흡착 반응챔버(20)를 지나면서 흡착 매개체(21) 표면과 흡착 반응챔버(20) 내면을 세척하게 된다. 세척액 수용챔버(45)가 복수개 구비된 경우 각각의 세척액 수용챔버(45)에 연결된 제5 밸브(65)를 차례로 작동하여 각각의 제5 유로(55)를 순차적으로 개방하여 세척작업을 복수회 수행한다.(도 5의 (e) 내지 (f) 참조)
세척 작업 후 디스크(12)를 회전시켜 흡착 매개체(21)를 건조한다. 디스크(12)가 회전되어 흡착 반응챔버(20)에 원심력이 가해진다. 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20)에 잔존하는 시약 등 잔존 용액이 모두 버림용액 수용챔버(47)로 흘러나가 제거된다.
본 실시예에서 상기 건조 시간은 1분 내지 3분 동안 수행될 수 있다. 건조 시간이 1분보다 작은 경우에는 건조가 제대로 이루어지지 않으며, 3분을 넘는 경우에는 더 이상의 건조 효과 증대는 나타나지 않으며, 전체 핵산 정제 시간이 지연되는 문제가 발생된다.
건조가 완료되면, 제7 밸브(67)를 작동하여 제7 유로(57)를 폐쇄한다. 그리고 제6 밸브(66)를 작동하여 제6 유로(56)를 개방한다. 제6 유로(56)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 용리액 수용챔버(46)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 용리액 수용챔버(46) 내의 용리액이 제6 유로(56)를 통해 흘러나가 흡착 반응챔버(20)로 이송된다. 용리액이 흡착 반응챔버(20)로 이송된 후 디스크(12)를 가감속으로 반복적으로 정역회전시켜 용리액과 흡착 매개체(21)를 혼합한다. 흡착 매개체(21)와 용리액이 함께 혼합되는 과정에서 흡착 매개체(21)에 흡착되어 있던 핵산이 용리되어 흡착 매개체(21)로부터 분리된다. (도 5의 (g) 내지 (h) 참조)
본 실시예에서 상기 흡착 반응챔버(20) 내에서의 용리액 혼합 시간은 30초 내지 5분 동안 수행될 수 있다. 혼합 시간이 30초보다 작은 경우에는 핵산의 분리가 제대로 이루어지지 않으며, 5분을 넘는 경우에는 더 이상의 효과 증대는 나타나지 않는다.
용리액에 의한 핵산 분리가 완료되면, 최종적으로 제8 밸브(68)를 작동하여 제8 유로(58)를 개방한다. 제8 유로(58)가 개방되고 디스크(12)를 회전시켜 흡착 반응챔버(20)에 원심력을 가한다. 디스크(12)의 원심력에 의해 흡착 반응챔버(20) 내의 용액 즉, 흡착 매개체(21)에서 분리된 핵산을 함유한 용액은 제8 유로(58)를 통해 흘러나가 핵산용액 수용챔버(48)로 이송된다.(도 5의 (i) 참조)
이와 같이, 시료로부터 핵산을 정제하여 추출하는 전 과정을 자동화하여 단일 디스크(12) 내에서 일체로 수행할 수 있게 된다.
[실험예]
도 6은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제를 수행 한 결과를 나타내고 있다.
실험은 실제로 세포-자유 핵산의 크기 범주인 100bp-1000bp DNA ladder를, 1ng/μl의 농도로 350 μL의 DNase-free water에 스파이크 하여 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 핵산 정제를 수행하여 이루어졌다.
실험에 따른 총 정제 시간은 20분 이내이고, 흡착 매개체로는 100 μm의 지름을 가지는 실리카 비드를 사용하였다.
실험 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 핵산 정제 장치를 활용하여 핵산 정제를 자동화한 경우, 핵산 정제 효율이 수작업으로 정제했을 때뿐만 아니라, 기존 상용화된 키트로 정제했을 때 보다 향상됨을 확인하였다.
도 7은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 세포-자유 핵산 정제 및 농축을 수행 한 결과를 나타내고 있다.
도 7의 그래프에서 E1: First elution, E2: Second elution, E3: Third elution는 핵산 용리 순번을 나타낸다.
실험은 실제로 세포-자유 핵산의 크기 범주인 100bp-1000bp DNA ladder를, 1.5 ng/μL의 농도(도 7 그래프의 input 농도)로 350 μL의 Dnase free water에 스파이크하여, 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 정제를 수행하여 이루어졌다. 실험에 따른 총 정제 시간은 20분 이내이고, 흡착 매개체로는 100 μm의 크기의 지름을 가지는 실리카 비드를 사용하였다.
실험 시 핵산의 용리는 세 번에 걸쳐 E1, E2, E3 차례로 수행하였다.
실험 결과, 첫번째 용리(E1)에서 정제된 핵산이, 처음 input 농도보다 농축되었고, 두번째(E2), 세번째(E3) 용리에서 흡착매개체에 남은 핵산이 용리 되었음을 보여준다.
세번의 용리를 통해 정제 되는 핵산의 총 량은 도 6에서 보는 바와 같이 상용화된 제품 보다 더 높았으며, 본 실시예의 장치을 활용하여 용도에 따라 농축 된 형태의 정제를 수행하여 각 분석법에 적합한 형태로 추후 분자 진단에 활용 할 수 있음을 확인 할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치를 활용하여 박테리아 유래 핵산(bacterial DNA(E. coli))를 정제한 실험 결과를 나타내고 있다.
실험은 박테리아(E coli)를 다양한 농도로 200μL의 PBS(Phosphate-buffered saline)에 스파이크하여 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 박테리아 유래 핵산을 추출 및 정제하여 이루어졌다.
실험에 따른 총 정제 시간은 1시간 이내이고, 추출 및 정제한 박테리아 유래 DNA는 RT-PCR을 활용하여 정량하였다.
실험 결과, 도 8에 나타난 바와 같이 본 실시예의 경우 상용화 제품보다 정제 효율이 더 높게 나타남을 확인하였다. 따라서, 본 실시예의 장치를 활용하여 추출 및 정제한 핵산이 추후 분자 진단을 위한 다양한 분석법에 유용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
또한, 언급한 바와 같이 세포-자유 핵산을 정제하였을 뿐만 아니라 박테리아 유래 핵산도 추출 및 정제함으로써, 본 장치가 다양한 타겟에 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 핵산 정제 장치의 효율 향상을 위한 구동 조건을 최적화한 다양한 실험 결과 중 일 예로서 흡착과정에서의 구동 조건을 나타내고 있다.
실험은 세포-자유 핵산의 크기 범주 내에 있는 300 bp DNA를 300μL의 인체유래물(serum)에 스파이크하여 본 실시예의 핵산 정제 장치를 통해 다양한 구동 조건에서 정제를 수행하여 이루어졌다.
실험 결과, 도 9의 (a), (b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 핵산 흡착 매개체인 실리카 비드(silica beads)의 양과 혼합 시간(bindig time) 및 혼합 속도(agitation frequency)에 대해 최적의 정제 효율 조건을 얻을 수 있었다. 여기서 혼합 속도(agitation frequency)는 혼합 반응시에 이루어지는 반복적인 가감속의 진동수(Hz), 예를 들어, 흡착 매개체와 핵산이 포함된 용액 혼합 시에 이루어지는 반복적인 가감속의 진동수를 의미한다.
도 9의 (d)는 실험결과에 따라 최적화된 구동조건으로 본 실시예의 핵산 정제 장치를 구동하여 300μL의 인체유래물(serum)에서 스파이크하여 300 bp의 DNA를 정제하고 그 효율을 상용화한 제품과 비교한 결과를 나타내고 있다.
도 9의 (d)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 경우 기존 상용화 제품보다 정제 효율이 좋게 나타남을 확인할 수 있다. 상기 실험 결과와 같이, 본 실시예를 이용하여 실제 인체유래물에서 핵산을 정제하고 정량하여 분석할 수 있음을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (45)

  1. 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크,
    상기 디스크에 설치되어 시료 및 핵산 정제에 필요한 시약을 공급하기 위한 공급부,
    상기 디스크에 설치되고 상기 공급부와 연결되며 내부에는 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체가 수용되어 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버, 및
    디스크의 원심력 방향을 따라 상기 흡착 반응부 출측에 연결 설치되어 원심력에 의해 흡착 반응챔버를 통과하여 배출되는 용액을 수용하며 외부로 배출하는 용액 수용부
    를 포함하는 핵산 정제 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스크에 설치되고 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 반응챔버로 세척액을 공급하기 위한 세척부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  4. 원심력에 의한 유체의 이송이 이루어지는 디스크,
    상기 디스크에 설치되어 시료 및 시약을 공급하는 공급부,
    상기 디스크에 설치되어 흡착 매개체를 수용하며 상기 공급부에서 공급된 시료로부터 핵산 흡착이 이루어지는 흡착 반응챔버,
    상기 디스크에 설치되어 상기 흡착 반응챔버를 세척하기 위한 세척부,
    상기 디스크에 설치되어 상기 흡착 매개체에 흡착된 핵산을 용리시키는 분리부,
    상기 디스크에 설치되어 상기 흡착 반응챔버에서 배출되는 용액을 분리 수용하는 용액 수용부, 및
    상기 디스크에 설치되어 상기 디스크의 원심력에 따라 이동되는 유체의 흐름을 제어하기 위한 유로와 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브
    를 포함하는 핵산 정제 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디스크의 유로를 개폐하기 위한 밸브는 디스크 유로 상에 설치되고 탄성을 갖는 재질로 이루어져 탄성적으로 변형되어 유로를 개폐하는 차단부재, 상기 차단부재 외측에 배치되어 외력에 의해 상기 차단부재를 가압하여 유로를 선택적으로 개폐하는 가압부재, 및 상기 디스크에 설치되어 가압부재를 지지하는 지지체를 포함하는 핵산 정제 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브의 가압부재에 외력을 가하여 밸브를 선택적으로 개폐하는 구동부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리부는 디스크에 설치되고 내부에 용리액이 수용된 용리액 수용챔버, 상기 용리액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용리액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제6 유로, 및 상기 제6 유로를 선택적으로 개폐하는 제6 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 세척부는 디스크에 설치되고 내부에 세척액이 수용된 세척액 수용챔버, 상기 세척액 수용챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 세척액이 흡착 반응챔버로 이송되는 제5 유로, 상기 제5 유로를 선택적으로 개폐하는 제5 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 용액 수용부는 디스크에 설치되고 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에 흡착 후 흡착 반응챔버에 잔존하는 용액을 수용하는 버림용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 버림용액 수용챔버로 이송되는 제7 유로, 상기 제7 유로를 선택적으로 개폐하는 제7 밸브, 상기 흡착 반응챔버에 연결되어 흡착 매개체에서 분리된 핵산 용리 용액을 수용하는 핵산용액 수용챔버, 상기 흡착 반응챔버와 핵산용액 수용챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 용액이 핵산액 수용챔버로 이송되는 제8 유로, 및 상기 제8 유로를 선택적으로 개폐하는 제8 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되고 내부에 핵산 흡착을 위한 시약이 수용되어 시료와 시약을 혼합하는 시약 혼합챔버, 상기 시약 혼합챔버와 상기 흡착 반응챔버 사이를 연결하며, 디스크의 원심력에 따라 시약 혼합부 내의 시약 혼합물이 흡착 반응챔버로 이송되는 제1 유로, 및 상기 제1 유로를 선택적으로 개폐하는 제1 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되어 시료로부터 비표적물질을 분리하는 분리 수용부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리 수용부는 시료가 공급되어 디스크의 원심력에 의해 비표적물질의 분리가 이루어지는 분리챔버, 분리챔버와 상기 시약 혼합챔버를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 분리챔버 내의 분리 용액이 시약 혼합챔버로 이송되는 제2 유로, 상기 제2 유로를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 분리챔버에 연결되어 단백질 가수 분해 효소를 공급하는 효소 공급부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 효소 공급부는 디스크에 설치되어 단백질 가수 분해 효소를 수용하는 효소 수용챔버, 상기 효소 수용챔버와 상기 분리챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 단백질 가수 분해 효소가 분리챔버로 이송되는 제3 유로, 및 상기 제3 유로를 선택적으로 개폐하는 제3 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 공급부는 디스크에 설치되고 상기 시약 혼합챔버에 연결되어 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 공급하는 강화제 공급부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 강화제 공급부는 디스크에 설치되어 강화제를 수용하는 강화제 수용챔버, 상기 강화제 수용챔버와 상기 시약 혼합챔버 사이를 연결하며 디스크의 원심력에 따라 강화제가 시약 혼합챔버로 이송되는 제4 유로, 및 상기 제4 유로를 선택적으로 개폐하는 제4 밸브를 포함하는 핵산 정제 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 강화제는 이소프로판올(IPA)을 포함하는 핵산 정제 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 디스크의 회전 중심에서 원심력 방향을 따라 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부가 순차적으로 배치되어, 시료가 원심력에 의해 공급부와 흡착 반응챔버 및 용액 수용부를 따라 흐르는 구조의 핵산 정제 장치.
  19. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 흡착 매개체는 실리카 표면의 비드, 칼럼, 포스트, 키토산 표면의 비드에서 선택되는 적어도 하나인 핵산 정제 장치.
  20. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 시료는 혈액, 림프액, 조직액, 오줌을 포함하는 생체 유체 또는 체세포, 박테리아, 바이러스를 포함하는 세포 또는 소세포인 핵산 정제 장치.
  21. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 흡착 반응챔버는 입측 또는 출측에 폭이 좁아지도록 경사진 구조의 구배부가 형성된 핵산 정제 장치.
  22. 제 10 항에 있어서,
    상기 시약 혼합챔버에 설치되어 내부 혼합물을 가열하는 가열부를 더 포함하는 핵산 정제 장치.
  23. 디스크의 흡착 반응챔버에 핵산 흡착을 위한 흡착 매개체를 탑재하는 탑재 단계,
    디스크에 시료를 주입하는 주입 단계,
    흡착 반응챔버에 원심력을 가해 시료를 흡착 매개체에 혼합하여 핵산을 흡착시키는 흡착 단계,
    흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산 흡착 후 흡착 반응챔버에서 잔존하는 용액을 제거하는 제거 단계,
    흡착 반응챔버에 용리액을 주입하는 단계, 흡착 반응챔버에 원심력을 가해 용리액과 흡착 매개체를 혼합하여 흡착 매개체에서 핵산을 분리시키는 용리 단계, 및
    흡착 반응챔버에 원심력을 가해 핵산이 용리된 용액을 흡착 반응챔버에서 배출시키는 배출 단계
    를 포함하는 핵산 정제 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 탑재 단계에서, 디스크에 핵산 정제를 위한 시약을 탑재하는 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 주입 단계에서, 시료에 핵산 정제를 위한 시약을 혼합하여 주입하는 핵산 정제 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 흡착 단계는 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 혼합물을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 흡착 매개체와 혼합하는 단계에서, 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 1분 내지 5분인 핵산 정제 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에서 흡착 후 잔존하는 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 용리 단계는 흡착 반응챔버와 버림용액 수용챔버 사이의 유로를 폐쇄하고 용리액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 용리액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 가감속 회전시켜 흡착 매개체와 용리액을 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 용리액 혼합하는 단계에서, 디스크의 회전에 따른 혼합 시간은 30초 내지 5분인 핵산 정제 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 배출 단계는 흡착 반응챔버에서 핵산 용리 용액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 핵산 용리 용액을 핵산액 수용 챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제거 단계는 흡착 반응챔버에 세척액을 주입하여 흡착 매개체를 세척하는 세척 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 세척 단계는 세척액 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 세척액을 흡착 반응챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 흡착 반응챔버를 거친 세척액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 제거 단계는 흡착 반응챔버 및 흡착 매개체를 건조시키기 위한 건조 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 건조 단계는 디스크를 회전시켜 흡착 반응챔버에 원심력을 가하여 잔존 용액을 버림용액 수용챔버로 배출하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 건조 단계에서, 디스크의 회전에 따른 건조 시간은 1분 내지 3분인 핵산 정제 방법.
  37. 제 23 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착 단계 전에 시약 혼합챔버에 수용된 핵산 흡착을 위한 시약에 시료를 혼합하는 혼합 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 혼합 단계는 시료 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 시료를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 유로를 폐쇄하는 단계, 및 디스크를 가감속 회전시켜 시료와 시약을 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 시료와 시약을 혼합하는 단계에서, 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 5 분 내지 10분인 핵산 정제 방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 혼합 단계 전에 디스크를 회전시켜 시료에 원심력을 가하여 시료인 생체물질로부터 비 표적물질을 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 분리 단계 후에 분리된 용액에 단백질 분해 효소를 혼합하여 불필요한 단백질을 분해하는 분해 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 분해 단계는 단백질 분해 효소 이동을 위한 유로를 개방하는 단계, 및 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 단백질 분해 효소를 분리용액으로 이송하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 혼합 단계를 거친 혼합액에 핵산과 흡착 매개체와의 인력 강화를 위한 강화제를 혼합하는 강화 단계를 더 포함하는 핵산 정제 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 강화 단계는 강화제 이송을 위한 유로를 개방하는 단계, 디스크를 회전시켜 원심력을 가해 강화제를 시약 혼합챔버로 이송하는 단계, 및 디스크를 가감속 회전시켜 강화제를 혼합하는 단계를 포함하는 핵산 정제 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 강화제 혼합 단계에서, 디스크 회전에 따른 혼합 시간은 10초 내지 60초인 핵산 정제 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108728435A (zh) * 2018-08-14 2018-11-02 苏州博睿义达生物科技有限公司 一种毛干样本裂解和dna提取纯化方法及系统
CN110616143A (zh) * 2018-06-28 2019-12-27 北京中科生仪科技有限公司 一种用于核酸快速检测的微流控芯片及其使用方法
CN108342301B (zh) * 2018-05-18 2023-11-28 西安天隆科技有限公司 一种核酸提取纯化装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101965963B1 (ko) * 2017-08-24 2019-08-13 경희대학교 산학협력단 시료 분석용 칩, 이를 포함하는 시료 분석용 디바이스, 그리고 시료 분석용 칩에 장착되는 카트리지
KR101997837B1 (ko) * 2017-10-27 2019-07-08 울산과학기술원 미세 유동 장치 및 미세 유동 장치의 제어설비
KR101986464B1 (ko) * 2018-11-26 2019-06-05 경희대학교 산학협력단 시료 분석용 칩, 이를 포함하는 시료 분석용 디바이스, 그리고 시료 분석용 칩에 장착되는 카트리지
CN111925925B (zh) * 2020-08-17 2024-02-27 鄂州康芯医疗科技有限公司 一体化诊断试剂盒及其应用
KR102507881B1 (ko) * 2021-01-11 2023-03-07 전남대학교산학협력단 3차원 미세유체 시스템 및 이를 이용한 생체조절단백질의 분석방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010050622A (ko) * 1999-10-02 2001-06-15 박한오 자동핵산정제장치
KR20040003004A (ko) * 2001-05-25 2004-01-07 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법
JP2004012290A (ja) * 2002-06-06 2004-01-15 Hitachi High-Technologies Corp 遺伝子診断装置
JP2006238854A (ja) * 2004-03-26 2006-09-14 Fuji Photo Film Co Ltd 核酸の分離精製方法
KR20080022027A (ko) * 2006-09-05 2008-03-10 삼성전자주식회사 원심력 기반의 단백질 검출용 미세유동 장치 및 이를포함하는 미세유동 시스템

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101347373B1 (ko) * 2012-07-17 2014-01-06 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 밸브를 갖는 미세 유동 장치, 및 미세 유동 장치의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010050622A (ko) * 1999-10-02 2001-06-15 박한오 자동핵산정제장치
KR20040003004A (ko) * 2001-05-25 2004-01-07 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 핵산 정제 장치 및 핵산 정제 방법
JP2004012290A (ja) * 2002-06-06 2004-01-15 Hitachi High-Technologies Corp 遺伝子診断装置
JP2006238854A (ja) * 2004-03-26 2006-09-14 Fuji Photo Film Co Ltd 核酸の分離精製方法
KR20080022027A (ko) * 2006-09-05 2008-03-10 삼성전자주식회사 원심력 기반의 단백질 검출용 미세유동 장치 및 이를포함하는 미세유동 시스템

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108342301B (zh) * 2018-05-18 2023-11-28 西安天隆科技有限公司 一种核酸提取纯化装置
CN110616143A (zh) * 2018-06-28 2019-12-27 北京中科生仪科技有限公司 一种用于核酸快速检测的微流控芯片及其使用方法
CN110616143B (zh) * 2018-06-28 2022-05-27 北京中科生仪科技有限公司 一种用于核酸快速检测的微流控芯片及其使用方法
CN108728435A (zh) * 2018-08-14 2018-11-02 苏州博睿义达生物科技有限公司 一种毛干样本裂解和dna提取纯化方法及系统

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