WO2019117584A1 - 중합효소 연쇄반응 시스템 - Google Patents

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WO2019117584A1
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박한오
김종갑
이양원
박상령
장혜진
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(주)바이오니아
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Definitions

  • the present invention relates to a system structure capable of detecting nucleic acid extraction and amplification reactions and amplified products in real time in an apparatus for implementing a polymerase chain reaction.
  • Point of care (POC) diagnostic technology that accurately and quickly diagnoses a patient's disease regardless of time and place has attracted attention as a very important technology of evidence-based precision medicine. It can be used to identify all pathogens that cause disease symptoms, such as coughs, diarrhea, high fever, and genital anomalies, in one quick test to identify causative pathogens and prescribe optimal antibiotics and treatments Based on-site diagnosis is a key new technology of future medical science and many researches are being added and developed.
  • This field diagnostic technology has advantages such as the pregnancy test kit for confirming the pregnancy and the blood glucose meter which can confirm the blood sugar, and it can be diagnosed quickly and accurately by the non-specialist in the field.
  • molecular diagnostic technology has developed multiple test methods that can simultaneously test various pathogens. By using these techniques, it is possible to know the exact cause of infectious diseases and to make the best prescription, , Which is a key technology of future medicine that reduces the cost of medical care by improving the quality of medical care.
  • PCR polymerase chain reaction
  • This PCR / RT-PCR technique developed as real-time PCR (quantitative PCR) realizes simultaneous detection of PCR results and simplifies the inspection process, greatly reducing the time required for testing and accurately quantifying the number of pathogens And is being used as a standard diagnostic method for monitoring the therapeutic effects of HIV, HCV, HBV, and the like.
  • the gene expression pattern or gene mutation associated with a specific disease can be examined, and thus it is used as the most important technology for diagnosis of diseases.
  • nucleic acid extraction step In order to perform such PCR, a nucleic acid extraction step is required to remove the substances that inhibit the PCR reaction from the biological sample and to extract pure nucleic acid.
  • the nucleic acid extraction process is multistep, requires skilled techniques for biological sample and nucleic acid extraction, and if it is done by hand, there is a contamination problem caused by the mistake of the operator. Usually, molecular diagnosis is performed using automated nucleic acid extraction equipment have.
  • the DNA double helix is heated to 95 ° C and separated into single strands.
  • the reaction solution is cooled to the annealing temperature, and a primer complementary to both ends of the region to be amplified contained in the PCR reaction solution is selectively
  • the DNA polymerase sequentially repeats the nucleotide triphosphates A, G, T, and C complementary to each single strand to form a double helix.
  • PCR reaction solution was heated and cooled repeatedly for 30 to 45 cycles (n) to exponentially amplify a specific DNA double helix by 2 n .
  • the RT-PCR reaction was expanded to a method for detecting RNA by synthesizing cDNA through reverse transcription and then amplifying it by PCR.
  • PCR a substance generating fluorescence in proportion to the amount of DNA is referred to as PCR
  • fluorescence is measured for each cycle to find a cycle in which a critical fluorescence value is detected, and the initial target nucleic acid concentration is quantitatively measured therefrom.
  • the temperature of the reaction solution should be changed rapidly.
  • the primers In order to amplify only the desired target with an accurate PCR reaction, the primers should be designed to be specifically attached to a desired target, and the annealing temperature should be precisely controlled in the PCR temperature cycling reaction.
  • Bioneer Corp. (Daejeon, Republic of Korea) was developed as an early PCR reaction system in which a PCR reactor was repeatedly immersed in a hot water tank and a low-temperature water tank for rapid thermal cycling of a PCR reactor, and a hot water tank and a low- .
  • the PCR apparatus that circulates the reactor in such a different temperature region is a space transfer system, and has an advantage that the PCR reaction can be performed quickly by immersing the reactor in a constant temperature water tank maintained in advance.
  • PCR equipment with a time-diagonal temperature cycling method which changes the temperature with time using a Peltier device or the like in a fixed block due to the necessity of a large number of constant temperature water tanks, have.
  • the PCR method using the micro channel was also developed as the space transfer temperature circulation method and the time difference temperature circulation method.
  • the space-temperature recirculation system can be divided into an open reactor system that continuously flows in a FIFO (First-In-First-Out) system and a closed system that repeatedly moves different temperature zones.
  • FIFO First-In-First-Out
  • Nakano et al. (1994) developed a method in which a capillary tube was wound around a cylindrical block with a different temperature and a PCR solution was continuously flowed through the capillary tube (Biosci. Biotech. Biochem., 58 , 349-352, 1994).
  • the micro-channel type PCR apparatus which repeatedly flows through the high temperature and low temperature sections in 1998 in the form of micro channel was passed 20 cycles of a 4.5-second cycle by Kopp et al. Respectively. (Science 280 1046-1048, 1998)
  • the nucleic acid of the biological sample is extracted via a nucleic acid extraction reagent stored in the inside as disclosed in FIGS. 1 to 23, Or a nucleic acid extraction cartridge (100) forming a template;
  • a temperature control module 300 for injecting and accommodating at least one reaction well containing a PCR mixture dried product containing a probe or a primer probe therein; And a pair of heating blocks 310 and 320 disposed at the upper portion of the PCR plate 200 and capable of rotating and moving up and down by applying different temperatures adjacent to the reaction well W.
  • the PCR reaction system described above is disposed below the PCR plate 200 and includes a scanning module (00) for scanning the concentration of the reactant amplified in the reaction well (W), and a polymerase chain reaction System.
  • the temperature control module 300 has a first pressing surface G1 corresponding to the surface of the reaction well, and a temperature required for denaturation (hereinafter, referred to as a 'first temperature' A first heating block 310 maintained at a predetermined temperature; A second pressing surface G2 corresponding to the surface of the reaction well is provided at a position corresponding to the first heating block 310 and a temperature required for annealing by the heating unit A second heating block 320 maintained at a 'second temperature'); And a driving module 330 for implementing a rotating operation or a vertical movement operation of the first heating block 310 and the second heating block 320.
  • a cooling fan unit (340) for controlling the thermal conduction between the first heating block (310) and the second heating block (320).
  • the second heating block 320 may further include a cooling pattern part 321 formed on the opposite side of the second pressing part G2.
  • the first heating block 310 and the second heating block 320 may include a heating unit and a temperature sensor
  • the present invention can be embodied as a polymerase chain reaction system, which is implemented as a body part of a material.
  • the driving module 330 may rotate the first heating block 310 and the second heating block 320 to rotate the first heating block 310 and the second heating block 320
  • a rotation module including a drive shaft (S) changing to a surface (G1) or a second pressure surface (G2);
  • the driving frame may be structured so as to be inserted into the driving frame, so that when the first heating block 310 and the second heating block 320 are in contact with the surface of the reaction well, 1 < / RTI > elastic member (333).
  • the pair of guide frames 334 are spaced apart from the upper portion of the first heating block 310 and the second heating block 320 in the embodiment of the present invention, A second elasticity for applying a buffer force when the surface of the reaction well is contacted, and a second elasticity for applying a buffering force when the surface of the reaction well is in contact with the reaction well, Member 335.
  • the polymerase chain reaction system may further comprise a < / RTI >
  • the PCR reaction system according to the present invention in the above-described structure is disposed at a lower portion of the PCR plate 200, and the temperature of the PCR plate 200 is maintained at the first temperature or the second temperature And a plate 350, as shown in FIG.
  • the temperature plate 350 may include a first region that is heated to a first temperature and a second region that is heated to a second temperature that is spaced apart from the first region, And a horizontal movement driving module 400 horizontally moving to a lower portion of the display unit 200.
  • the temperature-regulating plate 350 is provided with a spacing portion Ss for separating the first region and the second region, and the first region and the second region are spaced apart from each other, Two regions may be connected.
  • the constant temperature plate 350 may be formed of a structure in which a temperature sensor and a heating element circuit are formed on a PCB substrate and each metal plate corresponding to the first region and the second region is adhered so that the heating element and the temperature sensor are in close contact with each other .
  • the horizontal movement of the temperature plate 350 may be performed in a sliding manner, and may be moved in contact with the sliding tape in contact with the side surface of the temperature plate 350.
  • the first heating block rotates to correspond to the upper surface of the PCR plate
  • the second region is horizontally
  • the second heating block may be rotated to face the upper surface of the PCR plate so as to be operated to correspond to the upper surface of the PCR plate.
  • the first heating block rotates to face the upper surface of the PCR plate 200, and the lower surface of the PCR plate 200 is heated
  • the upper surface of the PCR plate 200 is rotated to face the second heating block, and the lower surface of the PCR plate 200
  • the second area of the thermostatic plate is moved horizontally, and then the second heating block moves downward to be contact-pressed, so that the upper and lower surfaces of the PCR plate 200 can be simultaneously heated and cooled.
  • the temperature plate 350 includes a temperature sensor T1 and a temperature sensor T2 for sensing the temperature of the temperature plate at at least one point and a temperature sensor unit Cp for controlling a change in the set temperature. 351).
  • a scanning module 400 is disposed below the PCR plate 200 and scans the excitation light and the fluorescence of various wavelength ranges of the concentration of the reactant amplified in the reaction well W, And a plurality of light transmitting portions H through which the detection light of the scanning module 400 is guided can be formed in the constant temperature plate 350 in a through structure.
  • nucleic acid extraction from a biological sample, PCR reaction, detection of real-time reaction products by excitation light of various wavelength ranges and corresponding fluorescence scanning can be performed automatically, and various tests can be performed by one operation It is possible to provide a device which is easy to use and can obtain accurate results particularly in a short time.
  • thermo-denaturation step it is possible to precisely perform PCR by making it possible to quickly and accurately apply the temperature required for the PCR process to the reaction object at a precise temperature necessary for bonding with the thermo-denaturation step, Can be maximized.
  • the temperature can not be uniformly increased, which is disadvantageous to the PCR reaction, and the reaction liquid moves and the temperature increases sequentially
  • the temperature uniformity can not be realized at the same time throughout the reactant, so that the problem that the other reaction is likely to occur is solved, the temperature range set in the heating block is maintained at a constant temperature, The temperature increase necessary for the reaction can be implemented very efficiently.
  • the process of changing the temperature from a high temperature to a low temperature also changes the position of the heating block to pressurize in real time, thereby drastically eliminating the problem due to the time delay required in the temperature change process .
  • the PCR plate is inserted into a nucleic acid extraction cartridge, and a nucleic acid extraction cartridge is commonly used.
  • a PCR plate used in various test kits is stored in a small space while a PCR plate suitable for the test is inserted . It is possible to analyze up to 6 fluorescence values in one reaction well provided in the PCR plate and to increase the number of reaction wells of the PCR plate to 8 if necessary, It is possible to amplify and detect all possible pathogens to provide symptom-based multi-molecular diagnostic tests.
  • the constant temperature plate is divided into a region having a gradient of the first temperature and the second temperature, and when the heating block is pressed through the driving module, 1 < / RTI > temperature or the second temperature) corresponding to the area of the PCR plate, so that contact pressure is simultaneously applied to the upper and lower surfaces of the PCR plate, thereby achieving an efficiency twice as high as that of the constant- .
  • the movable type constant temperature plate structure is realized, it is possible to secure the reliability of the structure and movement of the product by using a sliding tape in a structure in which the driving operation is performed, The inspection time can be reduced to half.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a constitutional part of a polymerase chain reaction system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a constitutional part of a polymerase chain reaction system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 through FIG. 7 illustrate the structure of the temperature control module 300 according to the present invention.
  • FIG. 8 shows an embodiment of a PCR plate 200 applied to the present invention.
  • 9 to 12 are conceptual diagrams for explaining the structure and operation of the constant temperature plate and the horizontal movement drive module according to the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a nucleic acid extraction cartridge of the present invention, in which the above-described PCR plate is inserted and bonded.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of Fig.
  • Fig. 15 shows the internal structure of the cartridge lid R1 in the structure of Fig.
  • FIG. 16 is a perspective view showing the combined state of the structure of FIG. 14.
  • FIG. 21 is an enlarged view of the main part of the present invention in FIG. 20, and FIG. 22 is a schematic vertical sectional view of FIG.
  • FIG. 23 is a schematic side cross-sectional view of FIG. 22.
  • FIG. 23 is a schematic side cross-sectional view of FIG. 22.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a polymerase chain reaction system (hereinafter referred to as 'the present invention') according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a polymerase chain reaction system (hereinafter referred to as 'the present invention') according to an embodiment of the present invention.
  • a PCR reaction system according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as 'the present invention') comprises a temperature control process necessary for the PCR process, the PCR reaction plate is contacted with a specific temperature so as to maximize the reliability of the reaction by making it possible to precisely perform the PCR by allowing the precise temperature necessary for annealing to be applied to the reaction object in real time at a time without any time difference, And a temperature control module implemented as a heating block structure.
  • the temperature control module minimizes the time delay required to implement the temperature from the first temperature to the second temperature, which is relatively low temperature or vice versa, from the second temperature to the first temperature, which is relatively high temperature
  • the position of the heating block set at the first temperature and the second temperature is changed to pressurize the PCR reaction plate in real time so that the problem caused by the time delay required for the temperature change process can be drastically eliminated .
  • the present invention it is possible to further include a constant temperature plate structure disposed under the PCR plate and operating in a sliding manner. In this case, it is possible to minimize the time required for applying the temperature change condition to the constant temperature plate structure that maintains the temperature of the PCR plate at the first temperature or the second temperature, thereby maximizing the reaction rate.
  • the present invention relates to a nucleic acid extraction cartridge 100 for extracting a nucleic acid of the biological sample through a nucleic acid extraction reagent stored therein and forming a PCR preliminary mixture or a template, And the PCR preliminary mixture or the template extracted from the nucleic acid extraction cartridge 100 is received and dispersed in at least one reaction well containing a primer / probe or a PCR dried product containing the primer / probe, And a pair of heating blocks 310 and 320 disposed on the PCR plate 200 and adapted to apply different temperatures to the reaction well W.
  • the temperature control module 200 includes a PCR plate 200, (300).
  • the present invention comprises a scanning module 400 disposed below the PCR plate 200 for scanning the concentration of the reactant amplified in the reaction well W.
  • the nucleic acid extraction cartridge through the nucleic acid extraction cartridge, it is possible to provide a convenience of allowing the nucleic acid extraction to be performed freely by injecting a desired sample even if not an expert through the nucleic acid extraction cartridge, and at the same time, Can be controlled by using a heating block structure capable of directly applying a target temperature to a reaction solution in a PCR plate through a thin film and pressing.
  • PCR PCR system
  • FIG. 2 through FIG. 7 illustrate the structure of the temperature control module 300 according to the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate a perspective view of a temperature control module of the present invention.
  • the temperature control module 300 extracts a nucleic acid from a biological sample and mixes the polymerase chain reaction (PCR) premixture or nucleic acid extract with a polymerase to prepare a nucleic acid extraction cartridge And performs a constant temperature control on the PCR plate 200, which is received and received from the PCR plate 200.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the temperature control module 300 has a first pressing surface G1 corresponding to the surface of the reaction well W implemented in the PCR plate 200, and is denaturated by the heating unit. And a first heating block 310 maintained at a temperature set in a range of a temperature required for the first heating block 310 (hereinafter referred to as 'first temperature'). At the same time, a second pressing surface (G2) corresponding to the surface of the reaction well is provided at a position corresponding to the first heating block (310), and the temperature required for annealing And a second heating block 320 maintained at a temperature set in a range of a second temperature (hereinafter referred to as 'second temperature').
  • the structures of the first and the second heating blocks 310 and 320 may be implemented to be capable of rotating and moving up and down.
  • the first heating block 310 and the second heating block 320 are opposed to each other with a mutually opposing structure, and a pressing function of a flat structure is performed on the upper surface as a whole And the upper portion thereof is provided with a three-dimensional structure having a constant curvature.
  • the first heating block 310 and the second heating block 320 are disposed to face each other with their facing surfaces being spaced apart from each other. Each of the first heating block 310 and the second heating block 320 may be maintained at a different set temperature.
  • the first temperature of the first heating block 310 may be set in the range of 94 to 96 DEG C at a temperature applied to a denaturation step for separating double helix DNA (including DNA extracted from a biological sample) .
  • the temperature can be maintained at 95 ⁇ .
  • the second temperature of the second heating block 320 may be set to a temperature ranging from 50 to 65 ° C, which is a temperature required for primer-binding annealing to bond the primer to the separated template DNA.
  • the temperature can be maintained at 55 ⁇ ⁇ .
  • the first heating block 310 and the second heating block 320 may be formed of a metal body having a large heat capacity and a high heat transfer efficiency, It is always possible to maintain the set temperature by the heating unit of the heating unit.
  • the heating unit should be controlled through temperature control so that a constant temperature can be maintained by installing a temperature sensor therein.
  • the first heating block 310 rotates to be adjacent to the surface of the PCR plate 200 when the application of the first temperature is required . That is, since the first pressing surface G1 is a flat plate structure having a flat structure, the whole surface of the PCR plate 200 can be heated at the same temperature and at the same pressing force, .
  • the second heating block 320 is lowered by the rotation operation and the same temperature So that it can be heated by the same pressing force.
  • the first heating block 310 and the second heating block 320 are set at different temperatures so that the second heating block can be always heated by the radiant heat and the conductive heat by the first heating block. It is possible to provide a cooling fan unit 340 capable of realizing a cooling effect in the spacing space between the two structures.
  • the second heating block 320 can maintain a relatively second temperature, such as an annealing temperature of 55 ° C, the heat interference of the first heating block 310 can be minimized, And a divergent cooling pattern that can be diverged by the unit can be provided on the upper portion.
  • the second heating block 320 may further include a cooling pattern portion 321 formed on the upper side opposite to the second pressing surface G2.
  • the cooling pattern portion 321 has a structure in which a plurality of protruding patterns are formed on the upper portion of the cooling pattern portion 321.
  • the cooling pattern portion 321 can enlarge the contact surface area with air to increase the heat dissipation efficiency and advantageously maintain a constant low temperature.
  • the present invention can be applied to a heating block structure So that it is possible to realize accurate transfer of the first temperature and the second temperature.
  • the embodiment of the present invention may further include a constant temperature plate 350 interlocked with the temperature control module.
  • the thermostatic plate 350 is disposed at a lower portion of a heating block structure constituting the thermostatic module.
  • a thermostatic module When the first heating block 310 or the second heating block 320 of the first heating block 300 or the second heating block 320 presses the PCR plate by the rotation operation and the vertical movement operation, the first heating block 310 or the second heating block 320 So that it can be adjusted to have the same temperature as the temperature.
  • the temperature-regulating plate 350 may further include a horizontal movement driving module 400 horizontally moving to a lower portion of the PCR plate 200.
  • the horizontal movement driving module 400 includes a movement bar 420 and a driving motor unit 410 which are coupled to one end of the constant temperature plate 350, And a switching plate 430 for converting the rotational force of the moving bar 420 into a horizontal driving force.
  • the horizontal movement driving module 400 can horizontally move the temperature regulation plate 350 in the lower direction of the temperature regulation module 300 described above.
  • the temperature regulation plate 350 according to the embodiment of the present invention A first region which is heated to a first temperature, and a second region which is heated to a second temperature which is spaced apart from the first region (see the description of FIGS. 21 to 23).
  • the constant temperature plate 350 is divided into regions having a gradient of the first temperature and the second temperature, and when the heating block is pressed through the horizontal movement driving module 400, The substrate is horizontally moved in a sliding manner so as to correspond to a region having a set temperature (first temperature or second temperature) corresponding to the temperature so that the contact pressure is simultaneously applied to the upper and lower surfaces of the PCR plate, Which is twice as high as that of the conventional method.
  • FIGS. 4 and 5 are schematic cross-sectional views of the temperature control module of FIGS. 2 and 3, FIG. 4 is a cross-sectional view of the temperature control module of FIG. And a first temperature is applied.
  • the temperature control module 300 of the present invention includes the driving module 330 for implementing the rotating operation or the up-and-down moving operation of the first heating block 310 and the second heating block 320, Allows the module to automate its operation.
  • the driving module may include a first pressing surface G1 or a second pressing surface G2 contacting the surface of the reaction well by rotating the first heating block 310 and the second heating block 320, And a drive shaft (S) for changing to a second pressing surface (G2).
  • the rotation module performs a function of rotating the first heating block 310 and the second heating block 320 by itself. 4 and 5, in order to implement the up-and-down movement of the first heating block 310 and the second heating block 320, the rotational force of the driving motor M is applied, Allow the heating blocks to be in contact with the surface.
  • the first heating block 310 and the second heating block 320 are spaced apart from the PCR plate 300, and the guide frame 334, as shown in FIG. 5,
  • the driving frame 332 descends and the first pressing surface G1 or the second pressing surface G2 of the second heating block 320 and the first heating block 310 are brought into contact with the surface of the PCR plate .
  • the temperature control module 300 realizes the advantage that the first and second temperatures can be directly applied to the entire PCR plate surface in the PCR plate 200, It is possible to realize an excellent effect in terms of the application speed and the efficiency of the reaction.
  • the structure of the heating block of the temperature control module 300 is structured such that it is located at an upper position where it can always be rotated, and is lowered only when it is pressed against the PCR plate.
  • the first elastic member 333 having a restoring force to be elevated to an upper portion at all times when the structure is arranged to be inserted into the driving frame and is not compressed is included.
  • the present invention further includes a second elastic member (335) for transmitting a pressing force in order to prevent application of an excessive pressing force when pressing is performed in contact with the PCR plate (200).
  • the second elastic member 335 is spaced apart from the upper portion of the first heating block 310 and the second heating block 320 and has a hole larger than the diameter of the guide frame at both ends thereof, 334 of the guide frame, the guide frame is prevented from being separated from the guide frame while the drive frame is moved up and down, and when a pressure is applied to the lower portion of the drive frame, the middle of the second elastic member 335 is pressed So that the elastic member can be slightly pressed while being pressed slightly.
  • the second elastic member 335 is implemented as a leaf spring structure in the illustrated embodiment, so that a certain buffering force is exerted, So that it can be controlled not to be applied.
  • the temperature control module 300 is disposed above the first and second heating blocks 310 and 320.
  • the PCR plate 200 has a shape of a plate-like structure in which reaction wells are formed on the upper surface.
  • the PCR plate 200 is maintained at a constant temperature, for example,
  • the temperature plate 350 may be constructed to further include a constriction plate 350 at a lower portion thereof.
  • the PCR plate 200 may further include a temperature-regulating plate 350 disposed below the PCR plate 200 to maintain the temperature of the PCR plate 200 at the second temperature .
  • the thermostat plate 350 it is also possible to mount the thermostat plate 350 in a fixed manner and to apply the thermostat 350 at a predetermined temperature.
  • the thermostatic plate 350 itself may be divided into a first temperature and a second temperature, It is more preferable to divide the region into a region to which the second temperature is applied and to realize the structure in which the constant temperature plate can move horizontally.
  • FIG. 6 is a view showing a state where the constant temperature plate 350 is horizontally moved to the lower part of the temperature control module through the horizontal movement drive module 400 in FIG. 2.
  • FIG. 7 is a cross- (350) is horizontally moved outward to change the temperature region. 6, when the first heating block is arranged to apply the first temperature, when the first region is horizontally moved to the lower portion of the PCR plate, the first heating block rotates, As shown in FIG. 7, when the second region is horizontally moved to the lower portion of the PCR plate, the second heating block rotates and is operated to face the upper surface of the PCR plate .
  • the horizontal movement of the temperature plate 350 may be realized in a sliding manner, and may be implemented to move in contact with the sliding tape in contact with the side surface of the constant temperature plate 350.
  • the constant temperature plate 350 includes the PCR plate 200 and the lower scanning module 500) of the scanning module 500, and the excitation light emitted from the scanning module is transmitted to the PCR plate 200 and the fluorescence of the scanning module 500 is detected
  • a plurality of guided light transmitting portions h may be provided in a penetrating manner.
  • a nucleic acid extraction, a PCR process, and a detection process can be implemented in a single system using the integrated system equipped with the above-described scanner, and a separate type PCR plate structure can be implemented so as to be applicable to diagnosis of various diseases.
  • FIG. 8 shows an embodiment of a PCR plate 200 applied to the present invention.
  • the PCR plate 200 includes at least one reaction well W1 in which a primer-
  • the body 210 has a body 210 on which the nucleic acid extraction cartridge 100 is mounted and a body 210 on which the nucleic acid extraction cartridge 100 is inserted.
  • the insertion portion 220 having the injection hole h1 into which the PCR primer mixture is injected to be pulled in the nucleic acid extraction cartridge 100 may be implemented.
  • the PCR plate 200 is provided with a connection part 230 having a channel part 231 connected to the injection hole h1 and connected to the plurality of reaction wells. .
  • the PCR plate 200 includes a body 210 in which a plurality of reaction wells W1... Wn are formed.
  • the reaction well although the structure has eight reaction wells in the illustrated structure, the present invention is not limited thereto and may be implemented by a structure having at least one or more numbers. It is also possible to form the concave pattern structure by processing the surface of the body portion 210.
  • a partition wall pattern 215 is formed to protrude from the surface region of the body 210 to define a predetermined region of the reaction well,
  • the polymerase chain reaction (PCR) primer injected from the nucleic acid extraction cartridge can be dispersed and mixed in the reaction well.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the PCR plate 200 may include a cover member (not shown) for sealing the top of the plurality of reaction wells, and the cover member may be formed of a transparent film material having transparency .
  • the cover member When the cover member is brought into close contact with the surface of the reaction well to implement the inside of the reaction well as a cavity, the PCR (polymerase chain reaction) premix injected in the nucleic acid extraction cartridge will push out the air layer existing in the upper cavity, .
  • the flow path portion 231 connected to the reaction well in the body portion 210 can be provided.
  • the flow path portion is formed to extend from the distal end portion 232 to the insertion portion h1 through the body portion 210 at a time point 231 connected to the injection hole h1, So that the reaction hole ends can be connected to each other.
  • a flow path is realized in the direction x1 across the body part from the viewpoint 231 of the flow path, And may be branched from the distal end of the body portion to the right and left to be connected to the inlet of each reaction well.
  • the reason for forming the flow path in this way is that a small amount of air layer exists in the reaction well region sealed with the cover member, and the polymerase chain reaction (PCR) preliminary mixture to be injected has a center line cx of the body portion As a reference, the air layer is raised from the lower region Cb, and the air layer is pushed up to the upper region Ca of the body portion.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the mixture in which the PCR reaction is to be performed is relatively disposed in the lower region Cb of the reaction well, and the region where the heating block of the present invention performs the pressing and the region where the detection of the scanner module is performed, Is performed in the lower region (Cb), so that it is possible to improve both the precision of detection, the efficiency of PCR reaction, and the efficiency of temperature control.
  • the PCR plate 200 is made of a synthetic resin material having high light transmittance. This is for the purpose of increasing the efficiency of detection by using a material having high light transmittance according to the function of the scanner module.
  • These materials include transparent PP. PE, PPA, PMMA, PC, and the like can be applied. However, the present invention is not limited thereto, and any material that can secure a certain light transmittance can be applied.
  • the PCR plate 200 can maintain a constant temperature by a heat source applied from a lower temperature plate, and a PCR (polymerase chain reaction) primer or a nucleic acid solution and a dried primer / probe
  • the thickness of the body 210 may be in the range of 1.0 mm to 3.0 mm for the temperature maintenance efficiency of the temperature control module directly applied to the PCR reaction product including them.
  • the thickness is less than 1.0 mm, the heat of the high temperature setting the first temperature is easily transferred to the lower portion of the body portion, and the thermal interference with the plate is not easily performed. If the thickness exceeds 3.0 mm, Temperature control of the material is easy, but temperature control of the lower temperature plate is not easy, and it is difficult to maintain a constant temperature.
  • the first heating block 310 and the second heating block 320 are rotated by themselves to form the first pressing surface
  • the first pressing surface G1 or the second pressing surface G2 is pressed by a structure contacting the upper surface of the partition pattern 215 and the cover member covering the partition pattern to set the set temperature to the first temperature or the second temperature
  • the temperature of the reactant is controlled.
  • the first heating block rotates to face the upper surface of the PCR plate 200, And the first area of the thermostatic plate is moved horizontally after the first heating block moves downward by the lower surface of the PCR plate.
  • the upper surface of the PCR plate 200 is rotated to face the second heating block 200 and the second area of the temperature plate is horizontally moved
  • the second heating block moves downward to be contact-pressurized so that the upper and lower surfaces of the PCR plate 200 are simultaneously heated and cooled.
  • 9 to 12 are views for explaining the structure and operation of the thermostat plate and the horizontal movement drive module in detail.
  • FIG. 9 shows the structure in which the constant temperature plate 350 is seated in FIGS. 2 and 3
  • FIG. 10 shows the structure in which only the constant temperature plate structure is separated.
  • the constant temperature plate 350 is disposed at a lower portion of a heating block structure constituting the temperature control module shown in FIGS. 2 and 3,
  • the first heating block 310 or the second heating block 320 of the temperature regulation module 300 presses the PCR plate by the rotation operation and the vertical movement operation, (310) or the second heating block (320).
  • the constant temperature plate 350 includes a separating portion SS for separating the first region a1 maintaining the first temperature and the second region a2 maintaining the second temperature, And the first region a1 and the second region a2 are connected to each other at the both ends a3 and a4 of the spacing Ss.
  • a connector structure Ca or Cb is mounted on one end of the temperature-controlled plate 350 to transmit power or control signals.
  • the horizontal movement of the temperature-controlled plate 350 is implemented in a sliding manner, and it is implemented to move in contact with the sliding tape contacting the side surface of the temperature-controlled plate 350, thereby simplifying the structure, .
  • a transmission hole H may be provided in the second region a2 to transmit the detection light of the scanning module 500 that scans the concentration of the amplified reactant.
  • Temperature sensors Sa and Sb may be provided in the first region a1 and the second region a2 to measure and control the temperature of the corresponding region.
  • connection connectors Cc and Cd for applying a control signal and a power supply are provided, and temperature sensors Sa and Sb are provided, Maintenance can be implemented.
  • various means such as various heating means, heating wires or heating resistors may be mounted in the inside of the plate.
  • the electrode and the temperature sensor circuit are implemented in the circuit, the heating paint is applied between the electrodes, and the metal plate corresponding to the first area and the second area is adhered to each of the temperature sensors and the heating paint so as to be able to realize this effect .
  • Fig. 12 is a conceptual diagram of an upper plan view for explaining the operation method described above in Fig. 6 and Fig. 7 in more detail.
  • the present invention may further comprise a horizontal movement driving module 400 for horizontally moving the constant temperature plate 350 below the PCR plate 200.
  • the horizontal movement driving module 400 includes a movement bar 420 and a driving motor unit 410 which are coupled to one end of the constant temperature plate 350, And a switching plate 430 for converting the rotational force of the moving bar 420 into a horizontal driving force.
  • the nucleic acid extracting cartridge 100 is inserted into the nucleic acid extracting cartridge and connected to the flow path.
  • the nucleic acid solution extracted from the nucleic acid extracting cartridge 100 is injected into the injection hole h1,
  • the solution is then transferred to the PCR plate 200, which is injected into at least one or more reaction wells containing a primer or a primer / probe or primer probe and containing the PCR mixture dried.
  • the temperature regulation module of the present invention for rotating the PCR plate 200 to form the first temperature or the second temperature is rotated and descended.
  • the horizontal movement driving module 400 horizontally moves the temperature regulation plate 350 in the lower direction of the temperature regulation module 300, and the PCR plate is moved through the heating block through the horizontal movement driving module 400 (First temperature or second temperature) corresponding to the temperature of the heating block at the time of pressurization.
  • the first heating block (FIG. 2, 310) rotates to face the upper surface of the PCR plate And then the heating block is lowered to come into contact with the upper surface of the PCR plate.
  • the second heating block eh2 320 rotates to correspond to the upper surface of the PCR plate, The heating block then descends and comes into contact with the upper surface of the PCR plate.
  • the first heating block In order to raise the temperature to the first temperature, the first heating block rotates so as to face the upper surface of the PCR plate, and the lower surface of the PCR plate is moved horizontally After the movement, the first heating block moves downward to drive the contact block.
  • the upper surface of the PCR plate 200 is rotated to face the second heating block, and the second area of the temperature plate is horizontally moved
  • the second heating block moves downward and is pressed against the upper and lower surfaces of the PCR plate 200 to be simultaneously heated and cooled.
  • FIG. 13 a nucleic acid extraction cartridge 100 for implementing a PCR (polymerase chain reaction) preliminary mixture containing a nucleic acid extract on the PCR plate of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 19.
  • FIG. 13 a nucleic acid extraction cartridge 100 for implementing a PCR (polymerase chain reaction) preliminary mixture containing a nucleic acid extract on the PCR plate of the present invention
  • FIG. 13 is a perspective view showing a nucleic acid extraction cartridge of the present invention, in which the above-described PCR plate is inserted and bonded.
  • Fig. 10 is an exploded perspective view of Fig. 9, and Fig. 11 shows the internal structure of the cartridge lid R1 in the structure of Fig. (In the present embodiment, a structure in which two reaction wells of a gene amplification plate are two-phase structures will be described.)
  • a nucleic acid extracting cartridge 100 includes a cartridge 100 having a plurality of compartment receiving portions 22, 23, 24, 25, And a cartridge main body R2 coupled with the cover R1 and the cover R1 in an insertion structure and provided with a reaction accommodating portion 11 for reacting or cleaning the solution drawn in the accommodating portions with the sample .
  • the PCR preliminary mixture purified in the reaction container 11 is injected into the injection hole h1 of the PCR plate 200, which is inserted into the cartridge body R2, ).
  • FIG. 16 shows a transparent perspective view of FIG. 13 and shows the internal structure after coupling.
  • the nucleic acid extracting cartridge of the present invention is equipped with a rotary valve 19 having a flow path 19-1 formed therein on the bottom surface of the main body R2 so that when the rotary valve is rotated, It is possible to connect the space of the rotary valves 19, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 with the flow path of the rotary valve 19.
  • the passage is connected to a specific accommodating portion and then the piston 18 is operated to take the solution contained in the accommodating portion and transfer the substance to the other accommodating portion or the PCR plate 200.
  • accommodating portions 22, 23, 24, 25 and 26 containing respective solutions necessary for DNA extraction are formed in the cartridge lid R1
  • the bottom surface is sealed with a film or the like and is designed to be easily pierced by the penetration needle (10-1 configuration in FIG. 12) of the main body accommodating portion.
  • five holes 21-1, 21-2, 27, 28, 29 are formed.
  • a first washing buffer is stored in the second storage portion 23
  • a second washing buffer is stored in the third storage portion 24
  • a fourth storage portion 25 is provided in the third storage portion 24
  • the third washing buffer, and the fifth receiving part 26 contain the elution buffer.
  • the PCR plate 200 is covered with a film of a transparent plastic material such as polyethylene, polypropylene, PET, etc., and a PCR primer / probe or a PCR mixture containing the dried PCR primer / probe is contained in the reaction well.
  • a transparent plastic material such as polyethylene, polypropylene, PET, etc.
  • nucleic acid extraction cartridge of the present invention can be carried out in the following order.
  • the rotation of the rotary valve 19 disposed at the lower portion of the cartridge main body R2 and the operation of the piston 18 cause the binding buffer of the first receiving portion 22 to move Is introduced into the reaction container 11 and mixed with the biological sample and the beads of the magnetic tablet MT (silica-coated magnetic beads).
  • the magnetic tablet MT used in the present invention is characterized in that a magnetic tablet MT is attached to a distal end portion of a through channel extending into the reaction accommodating portion 11 of the cartridge main body portion R2,
  • the extracted nucleic acid functions to bind the nucleic acid to the surface of the magnetic beads in which the magnetic tablet is dissolved and dispersed.
  • the magnetic beads may be suspended in a binding buffer instead of the magnetic tablet.
  • a washing buffer of the second accommodating portion 23 is inserted into the reaction accommodating portion 11 through the rotation of the rotary valve of the cartridge body R2 shown in FIG. 16 and the action of the piston, Mixed beads.
  • the magnetic bar is inserted into the third hole 27 to fix the bead to the wall of the reaction accommodating portion and the primary washer fluid is transferred to the second accommodating portion 23 through the rotation of the rotary valve and the action of the piston.
  • the second washing buffer of the third accommodating portion 24 is inserted into the reaction accommodating portion 11 through the rotation of the rotary valve of the cartridge body R2 shown in Fig. 16 and the operation of the piston, Mixed beads.
  • a magnetic bar is inserted into the third hole 27 to fix the bead to the wall of the reaction accommodating portion and the secondary washing liquid is transferred to the third accommodating portion 24 through rotation of the rotary valve and action of the piston.
  • a third washing buffer of the fourth receiving portion 25 is inserted into the reaction accommodating portion 11 through the rotation of the rotary valve of the cartridge body R2 shown in FIG. 16 and the action of the piston, Mixed beads.
  • the magnetic bar is inserted into the third hole 27 to fix the bead to the wall of the reaction accommodating portion and the tertiary cleaning liquid is transferred to the fourth accommodating portion 25 through the rotation of the rotary valve and the action of the piston.
  • the elution buffer of the fifth accommodating portion 26 is inserted into the reaction accommodating portion 11 through the rotation of the rotary valve of the cartridge body R2 shown in Fig. 16 and the action of the piston, ≪ / RTI >
  • a magnetic bar is inserted into the third hole 27 to fix the bead to the wall surface of the reaction accommodating portion and the rotation of the rotary valve and the small piston are selected and the elution buffer in which the nucleic acid is dissolved is introduced into the sixth accommodating portion 17 , And mixed with the PCR material (mixture of polymerase, dNTP, etc.) contained in the sixth housing part, and thus a PCR preliminary mixture is produced.
  • the 'PCR primer mixture' used in the present invention is defined as being implemented with the above-mentioned materials. The above procedure is omitted when the PCR reaction containing the primer / probe is dried in each well of the PCR plate, and the nucleic acid eluate is immediately injected into the PCR plate as follows.
  • the PCR preliminary mixture generated in the sixth receiving portion through the rotation of the rotary valve of the cartridge body portion R2 shown in Fig. 16 and the action of the piston is put into the PCR plate 200, and the primer / Mix with probe.
  • the injection process is performed by moving the flow path Y of the rotary valve by the pressure of the piston 18 and injected into the injection port h1.
  • a heating rod is inserted into the fourth hole 29 to pressurize and heat the cover film at the inlet of the PCR reaction plate, thereby sealing the PCR reaction plate.
  • nucleic acid extracted from the biological sample, polymerase, dNTP, primer / probe and other buffer solution are contained in the PCR plate 200.
  • the PCR reaction is performed by applying the pressurized heat through the temperature control module of the present invention to the PCR plate 200.
  • the PCR plate 200 described above is placed on the side.
  • the portion of the PCR plate 200 where the reaction well corresponding to the body is exposed is exposed to the outside, and the temperature control module 300 is disposed on the exposed portion.
  • FIG. 21 is an enlarged view of the coupling arrangement of the main part of the present invention in FIG. 20, and FIG. 22 is a schematic vertical sectional view of FIG.
  • FIG. 23 is a schematic side cross-sectional view of FIG. 22.
  • the PCR primer mixture containing the nucleic acid extracted from the nucleic acid extraction cartridge 100 according to the present invention is injected into the PCR plate 200 in which the reaction well is implemented.
  • a first pressing surface G1 corresponding to the surface of the reaction well is formed on the upper portion of the PCR plate 200 and a first heating block 310 maintained at a temperature necessary for denaturation by a heating unit And a second heating block 320, which can be realized by a structure in which the region pressed by the rotation is changed,
  • the PCR primer injected into the reaction well is directly heated by the heating block in accordance with a first temperature (95 ° C) required for thermal deformation or a second temperature (55 ° C) required for annealing.
  • a constant temperature plate 350 is disposed under the PCR plate 200 to maintain the temperature of the PCR plate 200 at a constant temperature level.
  • the scanning module 500 is disposed below the temperature-regulating plate 350 so that the light L irradiated by the light irradiating unit E1 passes through the light transmitting portion H of the temperature- 200) and fluorescence detection is performed.
  • the temperature of the internal amplification reaction can be controlled much more easily if the PCR plate 200 is maintained in a constant temperature range. Therefore, the temperature of the constant temperature plate is kept constant at the second temperature
  • the temperature of the PCR plate is increased by increasing the heat transfer rate by bringing the first temperature block and the first constant temperature zone into close contact with each other. It can quickly reach 95 ° C within 2-3 seconds.
  • RNA targets If performing RT / PCR to detect RNA targets, use a PCR primer or PCR plate containing the RT-PCR reaction construct.
  • the low temperature block is adjusted to the RT reaction temperature and is closely contacted to the PCR reaction plate and maintained for RT reaction time to perform the reverse transcription reaction and then perform the PCR reaction.
  • the presence or absence of the amplified nucleic acid or the concentration of the amplified nucleic acid can be determined by the above PCR reaction, and the information can be used for the diagnosis.
  • the presence or concentration of the amplified nucleic acid can be achieved by using a conventional nucleic acid detection method have.
  • SYBR green a DNA miner- girre intercalation fluorescent dye that is a DNA intercalation dye, a method of excitation light of various wavelength ranges and a corresponding fluorescence scanning method using probes with various fluorescence and quencher, etc. May be used, but is not limited thereto.

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Abstract

본 발명은 생체시료로부터 핵산의 추출, PCR 반응 및 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광 스캐닝을 통한 실시간 반응산물검출을 자동화하여 수행할 수 있으며, 한 번의 작동으로 여러 가지 검사가 가능하고, 사용이 간편하며, 특히 빠른 시간에 정확한 결과를 얻을 수 있는 장치에 대한 것이다.

Description

중합효소 연쇄반응 시스템
본 발명은 중합효소 연쇄반응을 구현하는 장치 내에서 핵산의 추출과 증폭반응 및 증폭된 결과물을 실시간으로 검출할 수 있는 시스템 구조에 대한 것이다.
시간과 장소에 구애받지 않고 환자의 질병을 정확하고 빠르게 진단하는 POC(Point of care) 진단 기술은 증거 기반 정밀의학의 매우 중요한 기술로 주목받고 있다. 기침, 설사, 고열, 생식기 이상 등의 질병증상을 기준으로 질병증상의 원인이 되는 모든 감염병원체를 한 번의 검사를 통해, 빠른 시간에 검사하여 원인 병원체를 확인하고 최적의 항생제와 치료제를 처방하는 증상기반의 현장진단은 미래 정밀의학의 핵심적인 신기술로 많은 연구들이 더해져 발전해 나가고 있다. 이러한 현장진단기술은 기존에 임신을 확인하기 위한 임신테스트키트, 혈당을 확인할 수 있는 혈당측정기와 같이 현장에서 비전문가에 의해서도 빠르고 정확하게 진단을 하는데 그 장점이 있다. 현재 분자진단기술은 다양한 병원체들을 동시에 검사할 수 있는 다중검사법들이 개발되어 있으며 이러한 기술들을 활용하여 감염 질병에서 정확한 원인을 알고 최적의 처방을 가능하게 함으로서 조기에 질병을 치료하여 환자의 회복기간을 획기적으로 단축하여 의료의 질을 높이고 의료비용을 절감하는 미래의학의 핵심적인 기술로 주목을 받고 있다.
그러나 현재의 분자진단 시스템은 결과 확인까지 3시간 이상 소요되고 숙련된 전문가들이 사용해야 하기 때문에, 현장에서 요구되는 POC 분자진단을 위해서는 복잡한 핵산추출과정과 실시간 유전자증폭검사를 전자동으로 수행할 수 있는 자동화된 소형장치의 개발이 필수적이며, 전문인력이 아니더라도 손쉽게 작동할 수 있어야 한다.
대표적인 분자진단방법으로는 중합효소 연쇄반응(PCR(polymerase chain reaction), 이하, 'PCR'이라 한다.)을 이용하는 방법이 있다. 중합효소연쇄반응(PCR)은 1985년 Kary Mullis 에 의해 발명된 이후 특정 DNA를 빠르고 쉽게 증폭할 수 있어 분자생물학과 분자진단 등에 하는 광범위하게 사용되고 있다. PCR/RT-PCR을 이용하면 생체시료 내에 특정한 DNA/RNA가 존재하는지 여부를 확인할 수 있어 바이러스 등 병원성 미생물 감염을 진단하는데 많이 이용되고 있다. 이 PCR/RT-PCR 기술은 실시간 정량 PCR(RealtimePCR, quantitative PCR)로 발전하면서 PCR 종료와 동시에 결과를 알 수 있어, 검사과정을 간소화하여 검사시간을 대폭 줄였을 뿐만아니라, 병원체의 수를 정확하게 정량할 수 있어 HIV, HCV, HBV 바이러스 등의 치료효과를 모니터링하는 표준진단법으로 사용되고 있다. 또한, 특정 질병과 관련된 유전자 발현양상이나 유전자 변이를 검사할 수 있어 질병을 진단하는데 가장 중요한 기술로 이용되고 있다.
이러한 PCR을 수행하기 위해서는 생체시료로부터 PCR 반응을 저해하는 물질들을 제거하고 순수한 핵산을 추출하는 핵산추출단계가 필요하다. 핵산추출과정은 다단계로 이루어져 있고 생체시료 및 핵산추출 조작에 숙련된 기술이 필요하며 수작업으로 이루어질 경우 작업자의 실수로 인한 오염문제 등이 있어서, 대부분 자동화된 핵산추출장비를 사용하여 분자진단이 이루어지고 있다.
PCR 반응 및 반응산물의 검출을 위해서는 실시간 정량 PCR장치가 구비되어 있어야 하므로, 기존에는 주로 대형병원이나 임상검사 전문기관에서 분자진단이 이루어졌다.
최근 연구개발을 통해 핵산의 추출, PCR 반응 및 반응산물검출의 전 과정을 자동화하여 전문적인 기술이 없더라도 손쉽게 PCR을 이용할 수 있는 다양한 자동화 시스템 및 이를 이용하는 장치들이 개발된 바 있다.
하지만, 기존의 장치들은 너무 고가이거나 처리시간이 많이 소요되고 한 번에 다양한 검사가 이루어지기 어려운 문제점이 있다.
PCR의 기본원리를 설명하면 DNA 이중나선을 95도 가열하여 단일가닥으로 분리시킨 다음, 반응용액을 어넬링 온도로 냉각시켜 PCR 반응용액에 들어 있는 증폭하려는 부위의 양말단에 상보적인 프라이머가 선택적으로 혼성화가 되게 하면, DNA 중합효소가 각각의 단일가닥에 상보적인 A,G,T,C 4종의 nucleotide triphosphate를 순차적으로 연결하여 2중 나선으로 만드는 반응을 반복적으로 수행하는 것이다. 실험적으로 PCR 반응용액을 가온, 냉각하는 것을 반복적으로 30 내지 45 사이클(n)을 수행하여, 특정 DNA 이중나선을 2n개 만큼 기하급수적으로 증폭시키는 반응이다.
RT-PCR 반응은 역전사 반응을 통해 cDNA를 합성한 다음 PCR 을 통해 증폭할 수 있게 됨으로써 RNA를 검출하기 위한 방법으로 확장되었다.
PCR이 분자진단에 본격적으로 활용되기 위해, 새롭게 개발된 실시간 정량PCR 의 원리를 설명하면, PCR 반응을 이용하여 증폭되는 DNA의 정량분석을 위해, DNA의 양에 비례해서 형광이 발생되는 물질을 PCR 반응액에 첨가한 후, 각 사이클 마다 형광을 측정하여 임계 형광값이 검출되는 사이클을 찾아내어 이로부터 초기의 타겟 핵산의 농도를 정량적으로 측정하는 방법이다.
PCR이 발명된 이후 다양한 응용기술들이 개발되는 동안, 게놈프로젝트를 통해 수많은 병원체와 질병관련 유전자염기서열들이 알려지고 이러한 질병관련 DNA/RNA 염기서열을 증폭하여 정성, 정량으로 진단하는 분자진단이 빠르게 발전해 왔다. 기존의 PCR은 온도를 순환하는 데 있어서 2시간 내외의 시간이 걸리기 때문에, 현장진단을 위해, 더욱 빠르고 정확하게 PCR을 수행할 수 있는 방법들이 지속적으로 개발되어 왔다. (Lab Chip, 2016, 16, 3866-3884)
빠른 시간에 PCR 반응을 수행하기 위해서는 반응용액의 온도를 빠르게 변화시켜 주어야 한다. 또한, 정확한 PCR 반응으로 원하는 타겟만을 증폭하기 위해서는 프라이머들이 원하는 타겟에 특이적으로 붙도록 디자인 되어야 하며, PCR 온도순환 반응에서 어넬링 온도를 정확하게 조절을 해주어야 한다.
이를 위해서는 기존에 실험실에서 일반적으로 사용되고 있는 0.5, 0.2ml 반응기보다. 가능한 한 열용량이 작고 열전달이 잘되는 미세 PCR 반응용기들이 개발되었다. 이러한 미세 반응기들은 반응용액을 적게 사용하고 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에 빠르게 열전달이 되어서 빠른 가열과 냉각이 가능하다. 실리콘 웨이퍼에 17 X 15 mm의 크기로 40-80 um의 얇은 반응 홈에 PCR 용액 10 ul를 넣고 유리판으로 덮어서 표면적이 높게 유지해 주었으나 (>100 mm2/10ul) 기존의 펠티어(Peltier) 방식의 열블록(thermal block)을 사용하여 한 사이클이 약 3분으로 시간을 단축시키는 것은 보여주지 못하였다.(Clin. Chem. 40/9, 1815-1818 (1994))
PCR 반응기를 빠르게 열순환을 시키기 위해 고온수조와 저온수조에 PCR 반응기를 반복적으로 담구고, 고온수조와 저온수조를 옮겨다니는 방식이 초기의 PCR 반응장치로 개발되었다.(Turbo Thermalcycler. Bioneer Corp. Daejeon). 이렇게 온도가 다른 구역에 반응기를 순환시키는 PCR 장비는 공간이동방식으로서 미리 정확하게 온도가 유지되고 있는 항온수조에 반응기를 담굼으로서 빠르게 정확하게 PCR 반응을 시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 여러 개의 항온 수조가 필요하여 장비가 크고 유지관리가 손이 많이 가서 고정된 블록에서 펠티어(Peltier) 소자 등을 이용하여 시간에 따라 온도를 바꾸어주는 시간차 온도순환방식을 채택한 PCR 장비가 주종을 이루고 있다.
미세유로를 이용한 PCR 방식도 공간이동 온도순환방식과 시간차 온도순환방식으로 개발이 되었다. 공간이동 온도순환방식은 크게 FIFO(First-In-First-Out) 방식으로 연속적으로 흘러나가는 개방된 반응기방식과 다른 온도구간을 반복적으로 이동하는 폐쇄형 방식으로 나누어 볼 수 있다.
개방형 방식으로는 1994년에 Nakano 등이 온도가 다른 구획을 가지는 원통형 블록에 모세관을 감아서 여기에 연속적으로 PCR 용액을 흘려보내는 방식으로 개발이 되었다.(Biosci. Biotech. Biochem., 58(2), 349-352, 1994) 이것을 미세유로형태로 1998년 고온과 저온구간을 반복해서 흘러 통과하는 미세유로방식의 PCR 장비가 Kopp 등에 의해 10 ul의 용액을 4.5초의 사이클로 20 사이클 통과시켜 PCR 이 진행되는 것을 확인하였다. (Science 280 1046-1048, 1998)
따라서 본 발명의 주된 목적은 생체시료로부터 핵산의 추출, PCR 반응 및 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광을 스캐닝을 통해 전자동으로 타겟 핵산 검출을 수행할 수 있으며, 한 번의 작동으로 다수의 타겟을 검사할 수 있고, 사용이 간편하며, 특히 빠른 시간에 정확한 결과를 얻을 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.
나아가, 본 발명의 다른 목적은 PCR 과정에 필요한 온도 조절과정을 열변성 과정에 필요한 온도와 결합과정에 필요한 정확한 온도를 반응 대상물에 빠르게 반복적으로 인가 가능하도록 하여 신속하고 정확한 PCR이 가능하도록 하여, 반응의 신뢰성을 극대화할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예들에서는, 도 1 내지 도 23에 게시된 것과 같이, 내부에 저장된 핵산추출시약을 매개로 상기 생체시료의 핵산을 추출하고, PCR 예비 혼합물 또는 주형물을 형성하는 핵산 추출 카트리지(100); 상기 핵산 추출 카트리지에 삽입되어 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지에 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 추출된 핵산용액을 인가받아, 프라이머 또는 프라이머/프로브 또는 프라이머프로브가 포함된 PCR혼합물 건조물이 수용된 적어도 1 이상의 반응웰에 주입시켜 수용하는 PCR 플레이트(200); 및 상기 PCR 플레이트(200)의 상부에 배치되며, 상기 반응웰(W)에 인접하여 서로 다른 온도를 인가하며, 회전동작 및 상하 이동동작이 가능한 한 쌍의 히팅블럭(310, 320)을 포함하는 온도제어모듈(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 상술한 중합효소 연쇄반응 시스템은 상기 PCR 플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 반응웰(W)에서 증폭된 반응물의 농도를 스케닝하는 스케닝모듈(00);을 포함하는 중합효소 연쇄반응 시스템으로 구현할 수 있다.
이 경우, 상기 온도제어모듈(300)은, 상기 반응웰 표면에 대응하는 제1가압면(G1)이 구현되며, 가열유닛에 의해 열변성(denaturation)에 필요한 온도(이하, '제1온도')로 유지되는 제1히팅블럭(310); 상기 제1히팅블럭(310)과 대응되는 위치에 이격되어 배치되며, 상기 반응웰 표면에 대응하는 제2가압면(G2)이 마련되며, 가열유닛에 의해 결합(annealing)에 필요한 온도(이하, '제2온도')로 유지되는 제2히팅블럭(320); 및 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 회전동작 또는 상하 이동 동작을 구현하는 구동모듈(330)을 포함하는, 중합효소 연쇄반응 시스템으로 구현할 수 있다.
나아가, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 이격공간 사이의 열복사 전도를 제어하는 냉각팬유닛(340);을 더 포함하는, 구조의 중합효소 연쇄반응 시스템을 구현하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제2히팅블럭(320)은, 상기 제2가압변(G2)의 반대측 상부에 구현되는 냉각 패턴부(321)를 더 포함하는, 중합효소 연쇄반응 시스템으로 구현할 수 있다.
나아가, 상술한 구조에서 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은, 내부에 가열유닛과 온도센서를 수용하여 상기 제1온도 또는 제2온도로 설정온도를 유지하도록 금속재질의 몸체부로 구현되는, 중합효소 연쇄반응 시스템으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상술한 상기 구동모듈(330)은, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 자체 회전시켜 상기 반응웰의 표면에 접하는 상기 제1가압면(G1) 또는 제2가압면(G2)으로 변경시키는 구동축(S)을 포함하는 회전모듈; 상기 구동축(S)과 직교하는 방향으로의 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상하 이동을 구현하는 구동프레임(332)과 상기 구동프레임이 관통하는 구조로 배치되는 가이드프레임(334)을 포함하는, 중합효소 연쇄반응 시스템으로 구현할 수 있다.
또한, 상기 구동프레임 내부에 내삽되는 구조 배치되어, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)과 상기 반응웰의 표면의 접촉시 구동프레임이 상방향으로 복원력을 인가하는 제1탄성부재(333)를 더 포함하는 중합효소 연쇄반응 시스템으로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서의 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상부에 이격 배치되며, 양단에 가이드프레임 직경보다 크게 홀을 구비하여 한 쌍의 가이드 프레임(334) 에 삽입된 후 가이드프레임에 구비된 핀에 의해 가이드프레임으로부터 이탈을 방지하면서 구동프레임의 상하이동이 가능하게 하고 하방향으로 압력을 가할 시, 상기 반응웰의 표면의 접촉시 완충력을 인가하는 제2탄성부재(335);를 더 포함하는, 중합효소 연쇄반응 시스템을 구현할 수도 있다.
나아가, 전술한 구조에서의 본 발명에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템은 상기 PCR 플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 PCR 플레이트(200)의 온도를 상기 제1온도 또는 제2온도로 유지하는 항온플레이트(350);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 항온플레이트(350)는, 제1온도로 가온되는 제1영역과, 상기 제1영역과 이격되는 제2온도로 가온되는 제2영역을 포함하며 상기 항온플레이트(350)를 상기 PCR 플레이트(200)의 하부로 수평이동하는 수평이동 구동모듈(400)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 항온플레이트(350)는, 상기 제1영역과 상기 제2영역을 구획하는 이격부(Ss)가 마련되며, 상기 이격부(Ss) 양측단을 기준으로 상기 제1영역과 상기 제2영역이 연결되는 구조로 구현될 수 있다.
또한, 상기 항온플레이트(350)는, PCB 기판에 온도센서와 발열소자회로를 형성하고 발열소자와 온도센서가 밀착되게 제1영역과 제2영역에 해당하는 각각의 금속판을 접착하는 구조로 구현될 수 있다.
나아가, 상기 항온플레이트(350)의 수평 이동 동작은 슬라이딩 방식으로 구현되되, 상기 항온플레이트(350)의 측면부와 접촉하는 슬라이딩 테이프와 접촉하여 이동되도록 할 수 있다.
특히, 상기 제1영역이 PCR 플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제1히팅블럭이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되며, 상기 제2영역이 PCR 플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제2히팅블럭이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되도록 작동되도록 할 수 있다.
즉, 상기 PCR 플레이트(200)에 대해 온도순환을 시키는 경우, 제1온도로 올리기 위해서는 제1히팅블럭이 PCR 플레이트 상부면과 마주 보게 회전운동하고 PCR 플레이트 하부면은 상기 항온플레이트의 제1영역이 수평이동한 후 제1히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉 가압되며, 제2온도로 내리기 위해서는 상기 PCR 플레이트(200)의 상부면이 상기 제2히팅블럭과 마주보게 회전운동하고 PCR 플레이트(200)의 하부면에서는, 상기 항온플레이트의 제2영역이 수평이동한 후 제2히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되어, 상기 PCR 플레이트(200)의 상하면에 동시 가온과 냉각이 이루어지도록 구동될 수 있다.
또한, 상기 항온플레이트(350)는, 적어도 하나 이상의 개소에서 상기 항온플레이트의 온도를 센싱하는 온도센서(T1, T2)와 설정온도의 변화를 제어하는 제어모듈(Cp)을 포함하는 온도센서부(351)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 PCR 플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 반응웰에(W)서 증폭된 반응물의 농도를 다양한 파장대의 여기광과 해당형광을 스캐닝하는 스캐닝모듈(400)을 포함하며, 상기 항온플레이트(350)에 상기 스캐닝모듈(400)의 검출광이 유도되는 광투과부(H)가 관통구조로 다수 마련되도록 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 생체시료로부터 핵산의 추출, PCR 반응 및 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광 스캐닝을 통한 실시간 반응산물검출을 자동화하여 수행할 수 있으며, 한 번의 작동으로 여러 가지 검사가 가능하고, 사용이 간편하며, 특히 빠른 시간에 정확한 결과를 얻을 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, PCR 과정에 필요한 온도 조절을 열변성 단계와 결합에 필요한 정확한 온도를 반응 대상물에 빠르게 실시간으로 한 번에 인가 가능하도록 하여 정확한 PCR이 가능하도록 함으로써, 반응의 신뢰성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
즉, 종래의 반응액을 이동시키며 온도를 상승시키는 온도 제어 방식의 경우, 온도의 균일한 증가를 가할 수 없어서 PCR 반응에 불리하게 되며, 반응액이 이동하며 순차적인 온도증가를 가져오게 되는 방식으로 반응물 전체에 동시에 온도 균일화를 구현할 수 없어 다른 반응이 일어날 소지가 높게 되는 문제를 일소하여, 히팅블럭에 설정된 온도 범위를 항온 상태로 유지하며, 반응액 전체에 직접 가압하여 온도를 증가시키는 방식으로 PCR 반응에 필요한 온도 증가를 매우 효율적으로 구현할 수 있다.
나아가, 온도를 고온에서 저온으로 변화시키는 과정 역시 시간지연을 최소화하기 위해, 히팅블럭의 위치를 변경하여 실시간으로 가압이 이루어지게 하는바, 온도 변화과정에서 필요한 시간 지연으로 인한 문제를 획기적으로 해소할 수 있게 된다.
나아가, PCR 플레이트를 핵산 추출 카트리지에 삽입형 구조로 구현하여, 핵산추출카트리지는 공통으로 사용하고 다양한 검사키트에 사용되는 PCR 플레이트를 적은 공간에 보관하면서 검사시에 적합한 PCR 플레이트를 필요에 따라 삽입하여 사용할 수 있다. PCR 플레이트 내에 구비되는 한 개의 반응웰에서 최대 6개의 형광값을 분석할 수 있도록 하고, 필요에 따라 PCR 플레이트의 반응웰을 8개까지 증가시킬 수 있어서, 증상과 관련된 환자의 생체시료에 포함되어 있을 가능성이 있는 모든 병원균들을 증폭하여 검출할 수 있어 증상기반의 다중 분자진단 검사를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 항온플레이트를 제1온도와 제2온도의 구배를 가지는 영역으로 분획하고, 구동모듈을 통해 히팅블럭의 가압시 상기 히팅블럭의 온도에 대응되는 설정온도(제1온도 또는 제2온도)를 가지는 영역이 대응되도록 이동하여, PCR 플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현할 수 있는 효과도 있다.
또한, 이동형 항온플레이트 구조를 구현함에, 구동 동작을 진행하는 구성으로 슬라이딩 테이프를 사용하여 제품의 구성과 이동의 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며, 타겟 내에 들어 있는 플레이트의 가열시간을 상하면 동시에 구현되는 방식을 취하므로, 검사시간을 1/2로 줄일 수 있는 장점도 구현된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템을 구성하는 요부 구성을 도시한 블럭 구성도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에서의 온도조절모듈(300)의 구조를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 PCR 플레이트(200)의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 적용되는 항온플레이트와 수평이동 구동모듈의 구조 및 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 핵산 추출 카트리지의 사시개념도로, 상술한 PCR 플레이트가 삽입 결합된 구조를 도시한 것이다.
도 14은 도 13의 분리사시도이다.
도 15는 도 14의 구조에서 카트리지 덮개부(R1)의 내부 구조를 도시한 것이다.
도 16은 도 14의 구조의 결합상태를 투시도로 도시한 것이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 카트리지구조의 하부 작동 상태를 도시한 것이다.
도 20은 상술한 본 발명인 중합효소 연쇄반응 시스템을 구성하는 장치 전체적인 구조와 배치 구성을 도시한 것이다.
도 21은 도 20에서 본 발명의 주요부의 결합배치도를 확대한 것이며, 도 22는 도 21 부분의 수직단면 개념도를 도시하여 요부 구성의 배치를 제시한 것이다.
도 23은 도 22의 측면사시 단면개념도를 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템(이하, '본 발명'이라 한다.)을 구성하는 요부 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템(이하, '본 발명'이라 한다.)은 PCR 과정에 필요한 온도 조절과정을 열변성(denaturation) 과정에 필요한 온도와 결합과정(annealing)에 필요한 정확한 온도를 반응 대상물에 시간적인 차이 없이 실시간으로 한 번에 인가 가능하도록 하여 정확한 PCR이 가능하도록 하며, 반응의 신뢰성을 극대화할 수 있도록, PCR 반응 플레이트에 접촉하여 특정 온도를 인가하는 히팅블럭 구조물로 구현되는 온도조절모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따른 온도조절모듈은, 온도를 제1온도에서 상대적으로 저온인 제2온도 또는 이 역의 과정으로 제2온도에서 상대적으로 고온인 제1온도로 구현하는데 소요되는, 시간지연을 최소화하도록, 제1온도와 제2온도로 각각 설정된 히팅블럭의 위치를 변경하여 실시간으로 PCR 반응 플레이트에 가압이 이루어지게 하는바, 온도 변화과정에서 필요한 시간 지연으로 인한 문제를 획기적으로 해소할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명에서는 PCR 플레이트의 하부에 배치되며, 슬라이딩 방식으로 수평이동하는 구조로 동작하는 항온플레이트 구조물을 더 구비하도록 구현할 수 있다. 이 경우, 상기 PCR 플레이트의 온도를 제1온도 또는 제2온도로 유지하는 항온플레이트 구조물로 온도 변화 조건의 인가에 필요한 소요시간을 최소화하여 반응속도를 극대화할 수 있도록 한다.
구체적으로, 본 발명은, 내부에 저장된 핵산추출시약을 매개로 상기 생체시료의 핵산을 추출하고, PCR 예비 혼합물 또는 주형물을 형성하는 핵산 추출 카트리지(100), 상기 핵산 추출 카트리지에 삽입되어 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 추출된 PCR 예비 혼합물 또는 주형물을 인가받아, 프라이머/프로브 또는 프라이머/프로브가 포함된 PCR 건조물이 수용된 적어도 한개 이상의 반응웰에 분산시켜 수용하는 PCR 플레이트(200), 상기 PCR 플레이트(200)의 상부에 배치되며, 상기 반응웰(W)에 인접하여 서로 다른 온도를 인가하는 한 쌍의 히팅블럭(310, 320)을 포함하는 온도제어모듈(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 본 발명은 상기 PCR 플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 반응웰(W)에서 증폭된 반응물의 농도를 스케닝하는 스케닝모듈(400)을 포함하여 구성된다.
본 발명은 상술한 구성을 통해, 핵산 추출 카트리지를 통해 전문가가 아니라도 원하는 시료를 투입하여 자유롭게 핵산추출이 이루어질 수 있도록 하는 편의성을 제공하는 동시에, PCR 플레이트(200)에 가해지는 증폭에 필요한 온도 순환을 얇은 필름과 압착을 통해 PCR 플레이트 내의 반응용액에 직접 목표온도를 인가할 수 있는 히팅블럭 구조물을 이용하여 빠르고 정밀한 온도 제어가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 스캐닝 모듈을 통해, 실시간으로 PCR 플레이트 하부에서 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광 스캐닝을 통해 반응물에 대한 검출작업이 이루어질 수 있도록 하나의 시스템으로 구현된 중합효소 연쇄반응(이하, 'PCR'이라 한다.) 장치를 제공할 수 있도록 할 수 있다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에서의 온도조절모듈(300)의 구조를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 온도조절모듈의 사시개념도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 온도조절모듈(300)은 생체시료의 핵산을 추출하고, 중합효소와 혼합하여 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물 또는 핵산추출물을 핵산추출 카트리지(도 1, 100)로부터 주입받아 수용하는 PCR 플레이트 (200)에 대해 일정한 온도 제어를 수행하는 기능을 수행한다.
구체적으로는, 상기 온도제어모듈(300)은, PCR 플레이트 (200)에 구현되는 반응웰(W) 표면에 대응하는 제1가압면(G1)이 구현되며, 가열유닛에 의해 열변성(denaturation)에 필요한 온도(이하, '제1온도')의 범위로 설정된 온도로 유지되는 제1히팅블럭 (310)을 구비한다. 동시에, 상기 제1히팅블럭(310)과 대응되는 위치에 이격되어 배치되며, 상기 반응웰 표면에 대응하는 제2가압면(G2)이 마련되며, 가열유닛에 의해 결합(annealing)에 필요한 온도(이하, '제2온도')의 범위로 설정된 온도로 유지되는 제2히팅블럭(320)을 구비하여 구성된다. 특히, 상기 제1히팅블럭(310)과, 상기 제2히팅블럭(320)의 구조물은 회전동작 및 상하 이동동작이 가능하도록 구현될 수 있도록 한다.
상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상호 마주보는 구조로 대향 배치되며, 전체적으로 상부면에는 평평한 구조의 가압기능을 수행하기 위한 구조로 구현되며, 그 위 부분은 일정한 곡률을 가지는 입체형 구조로 구비된다.
상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 상호 대향하여 배치되되, 마주보는 면은 상호 이격되는 구조로 구현되며, 각각이 서로 다른 설정온도를 구비하도록 유지될 수 있다.
이를테면, 제1히팅블럭(310)의 상기 제1온도는 이중나선 DNA(생체시료에서 추출된 DNA 포함)를 분리시키는 열변성 단계(denaturation)에 적용하는 온도로 94 ~ 96℃의 범위에서 설정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일예에서는, 95℃로 유지되도록 할 수 있다.
나아가, 제2히팅블럭(320)의 상기 제2온도는, 분리된 주형 DNA에 프라이머가 결합되도록 하는 프라이머 결합 단계(annealing)에 필요한 온도로, 50 ~ 65℃의 범위에서 설정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일예에서는, 55℃로 유지되도록 할 수 있다.
상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 내부에 물이나 열전달유체를 수용하는 방식이 아니라 열용량이 크고 열전달효율이 좋은 금속재질의 몸체를 구비하는 구조로 구현되어, 내부의 가열유닛에 의해 설정온도로 상시 유지가 가능하다. 이를 위해 내부에 온도센서를 장착하여 일정한 온도 유지를 할 수 있도록 가열유닛은 온도조절을 통해 제어되어야 한다.
즉, 상기 PCR 플레이트 (200)에 PCR 예비 혼합물이 주입되는 경우, 상기 제1온도의 적용이 필요한 시기에는 상기 제1히팅블럭(310)이 회전하여 상기 PCR 플레이트 (200)의 표면에 인접하게 된다. 즉, 제1가압면(G1)은 평평한 구조의 평판 구조인 바, PCR 플레이트 (200)의 전체 표면에 동시에 동일한 온도로 동일한 가압력으로 가열이 가능하게 되는바, 전체 시료에 균일한 온도전달이 가능하게 된다.
또한, 결합단계에 필요한 상기 제2온도의 적용이 필요한 시기에는 회전동작에 의해 상부에 배치되는 제2히팅블럭(320)의 하부로 내려오게 되며, PCR 플레이트 (200)의 전표면에 동시에 동일한 온도로 동일한 가압력으로 가열 가능하도록 한다.
즉, 설정온도 반응을 준비하는 시간이 별도로 필요하지 않으며, 간단한 회전 동작에 의해 PCR 플레이트(200)의 전체 표면에 동시에 동일한 온도로 동일한 가압력으로 가열 가능한 방식으로 구동하게 되는바, 기존의 설정온도를 제어하기 위한 방식에 비해 신속하고 정밀한 PCR 반응을 도출해 낼 수 있게 된다.
또한, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 서로 다른 온도로 설정되어 있어서 상시적으로 제1히팅블럭에 의해 제2히팅블럭이 복사열, 전도열에 의해 가열될 수 있음을 감안하여, 두 구조물 사이의 이격 공간에 냉각효과를 구현할 수 있는 냉각팬유닛(340)을 구비할 수 있도록 한다.
상기 제2히팅블럭(320)은 상대적으로 제2온도, 이를테면, 55℃의 어닐링 온도를 유지할 수 있도록 하는 것이 중요하므로, 제1히팅블럭(310)의 열 간섭을 최소화하고 넘치는 열을 쉽게 냉각팬유닛에 의해 발산할 수 있는 발산형 냉각패턴을 상부에 구비할 수 있다. 이러한 일 예로, 본 발명에서는, 상기 제2히팅블럭(320)에 제2가압면(G2)의 반대측 상부에 구현되는 냉각 패턴부(321)를 더 포함하도록 할 수 있다. 상기 냉각 패턴부(321)은 상부에 돌출형 패턴이 다수 구현되는 구조로, 공기와의 접촉 표면적을 넓혀 열 발산 효율을 높일 수 있어, 일정한 저온을 유지하는데 유리하게 한다.
상술한 본 발명은 PCR 반응을 구현하는 반응시료를 이동하거나 시간설정을 통해 다른 가열영역으로 이동시키는 방식과는 달리, 반응시료를 고정한 상태에서 상부에서 전체적으로 동시에 균일한 온도를 높일 수 있도록 히팅블럭 구조를 적용하여, 제1온도 및 제2온도의 정확한 전달을 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 상술한 온도조절모듈과 연동하는 항온플레이트(350)를 더 포함하여 구비할 수 있도록 한다.
상기 항온플레이트(350)는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 온도조절모듈을 구성하는 히팅블럭 구조물의 하부에 배치되며, PCR 플레이트(200)가 진입하고 난 후, 상부에서 온도조절모듈(300)의 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)이 회전동작과 상하 이동동작에 의해 PCR 플레이트를 가압하는 경우, 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)의 온도와 동일한 온도를 가지도록 조절할 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 항온플레이트(350)는, 상기 PCR 플레이트(200)의 하부로 수평이동하는 수평이동 구동모듈(400)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.
상기 수평이동 구동모듈(400)은, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 항온플레이트(350)의 일단에 결합하는 이동바(420)와 구동모터부(410), 그리고 상기 구동모터부(410)의 회전력을 상기 이동바(420)의 수평이동력으로 전환하는 전환플레이트(430)을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 수평이동 구동모듈(400)은 상기 항온플레이트(350)를 상술한 온도조절모듈(300)의 하부 방향으로 수평이동할 수 있도록 하며, 특히, 본 발명의 실시예에 따른 상기 항온프레이트(350)는, 제1온도로 가온되는 제1영역과, 상기 제1영역과 이격되는 제2온도로 가온되는 제2영역으로 구획되는 구조로 구현될 수 있다.(도 21 내지 도 23 부분의 설명 참조)
즉, 본 발명의 실시예에서는, 상기 항온플레이트(350)를 제1온도와 제2온도의 구배를 가지는 영역으로 분획하고, 수평이동 구동모듈(400)을 통해 히팅블럭의 가압시 상기 히팅블럭의 온도에 대응되는 설정온도(제1온도 또는 제2온도)를 가지는 영역이 대응되도록 슬라이딩 구조로 수평 이동하여, PCR 플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현하게 된다.
도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3의 온도조절모듈의 횡단면 개념도로, 도 4는 제1히팅블럭의 하부로 내려온 이후, 도 5와 같이 하부로 하강하여 PCR 플레이트(200)의 표면에 밀착하여 제1온도를 인가하는 과정을 도시한 것이다.
이와 같이, 본 발명의 온도조절모듈(300)은 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 회전동작 또는 상하 이동 동작을 구현하는 구동모듈(330)을 구비하여 이러한 히팅모듈의 동작을 자동화할 수 있도록 한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 구동모듈은, 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 자체 회전시켜 상기 반응웰의 표면에 접하는 상기 제1가압면(G1) 또는 제2가압면(G2)으로 변경시키는 구동축(S)을 포함하는 회전모듈을 구비한다.
즉, 상기 회전모듈은 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 자체 회전시키는 기능을 수행한다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상하 이동을 구현하기 위해서는, 구동모터(M)의 회전력을 인가받아 PCR 플레이트 표면과 접촉할 히팅블럭을 맞출 수 있도록 한다.
또한, 상하이동을 구현하기 위해, 상기 구동축(S)과 직교하는 방향으로의 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상하 이동을 구현하는 구동프레임(332)과 상기 구동프레임이 관통하는 구조로 배치되는 가이드프레임(334)을 포함하는 상하이동 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 도 4에서와 같이 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)이 PCR 플레이트(300)과 이격(m)되어 있으며, 이후 도 5에 도시된 것과 같이 가이드 프레임(334)을 따라 구동프레임(332)가 하강하여 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상기 제1가압면(G1) 또는 제2가압면(G2)이 PCR 플레이트 표면과 접촉할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서의 온도제어모듈(300)은 PCR 플레이트(200) 내의 PCR 대상물 전체에, 제1온도와 제2온도를 PCR 플레이트 표면 전체에 바로 인가할 수 있게 되는 장점이 구현되며, 인가 속도 측면 및 반응의 효율성 측면에서 탁월한 효과를 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기 온도제어모듈(300)의 히팅블럭의 구조물은 상시 회전이 가능한 상부에 위치하도록 하고 PCR 플레이트와 압착할 경우에만 하부로 내려오는 구조이다. 이런 구조를 구현하기 위해 상기 구동프레임 내부에 내삽되는 구조 배치되어 압착하지 않는 경우 상시 상부로 상승하게 하는 복원력을 가진 제1탄성부재(333)를 포함할 수 있도록 한다.
본 발명에서는, 또한 상기 PCR 플레이트(200)에 접하여 가압을 구현하는 경우, 지나친 가압력을 인가하는 것을 방지하기 위해 가압하는 힘을 전달하는 제2탄성부재(335)를 구비하였다.
상기 제2탄성부재(335)는 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상부에 이격 배치되며, 양단에 가이드프레임 직경보다 크게 홀을 구비하여 한 쌍의 가이드 프레임(334) 에 삽입된 후 가이드프레임에 구비된 핀에 의해 가이드프레임으로부터 이탈을 방지하면서 구동프레임의 상하이동이 가능하게 하고, 하부로 압력을 가할 시, 제2탄성부재(335)의 중간을 눌러서 제2탄성부재가 약간 휘면서 일정한 가압을 할 수 있도록 하였다.
나아가, 상기 제2탄성부재(335)은 도시된 실시예에서는 판스프링 구조물로 구현되어, 하부 방향으로의 제1 및 제2히팅블럭이 가압되는 경우에 일정한 완충력을 발휘하여 지나친 가압력이 PCR 플레이트 표면에 인가되지 않도록 제어할 수 있게 된다.
본 발명의 상기 온도제어모듈(300)의 경우, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상부에 이격 배치된다.
또한, 본 발명의 시스템 구조에서 PCR 플레이트(200)는 상면에 반응웰이 구현되는 판상형 구조물의 형태를 구비하는데, 이 경우 상기 PCR 플레이트(200)는 일정한 온도, 이를테면 제2온도(ex: 55℃)의 범위를 유지할 수 있도록 하부에 항온플레이트(350) 구조물을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.
이는, 본 발명의 온도제어모듈(300)에 의해 제1온도((ex: 95℃)의 제1히팅블럭을 밀착하여 온도를 상승시키는 경우나, 제2온도(ex: 55℃)의 제2히팅블럭을 밀착하는 경우, PCR 플레이트(200)가 목표 온도로 빠르게 도달해야만 내부 증폭 효율이 훨씬 좋아지기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 PCR 플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 PCR 플레이트(200)의 온도를 상기 제2온도로 유지하는 항온플레이트(350)를 더 포함하여 구성될 수 있도록 함이 바람직하다.
특히, 상기 항온프레이트(350) 구조물을 구비하는 것은 고정형으로 장착하고, 일정하게 설정된 온도를 인가하는 방식으로 구현하는 것도 좋지만, 상술한 것과 같이, 항온플레이트(350) 자체를 구획하여 제1온도 및 제2온도를 인가하는 영역으로 구분하고, 항온플레이트를 수평이동 할 수 있는 구조로 구현될 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.
도 6은 도 2의 구조에서 항온플레이트(350)를 수평이동 구동모듈(400)을 통해 온도조절모듈 하부로 수평이동 시켜 진입시킨 모습을 도시한 도면이며, 도 7은 도 6의 동작에서 항온플레이트(350)를 바깥쪽으로 수평이동시켜 온도 영역에 변경을 준 모습을 도시한 것이다. 즉, 도 6의 구조에서는, 제1히팅블럭이 제1온도를 인가하도록 배치되면, 상기 제1영역이 PCR 플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제1히팅블럭이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응된다. 이후, 도 7과 같이, 상기 제2영역이 PCR 플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제2히팅블럭이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되도록 작동되는 모습을 도시한 것이다.
상기 항온플레이트(350)의 수평 이동 동작은 슬라이딩 방식으로 구현되되, 상기 항온플레이트(350)의 측면부와 접촉하는 슬라이딩 테이프와 접촉하여 이동하도록 구현할 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 이는 본 발명에 따른 온도제어모듈의 저면을 도시한 개념도로, 도시된 것과 같이, 항온 플레이트(350)는 상기 PCR 플레이트 (200)와 하부의 스캐닝모듈(미도시: 도 1의 부호 500) 사이에 배치되도록 하며, 상기 스캐닝모듈에서 조사되는 여기광이 조사하여 상기 PCR 플레이트(200)에 전달되고 형광이 검출될 수 있도록 상기 스케닝모듈(500)의 광이 유도되는 광투과부(h)가 관통구조로 다수 마련될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 상술한 스캐너를 장착한 일체형 시스템으로 핵산추출, PCR 과정과 검출과정을 하나의 시스템 속에서 구현할 수 있으며, 다양한 질병진단에 적용 가능하도록 분리형 PCR 플레이트 구조물을 구현할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명에 적용되는 PCR 플레이트(200)의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 8을 참조하고, 상술한 도 2 및 도 3의 개념도를 참고하면, 본 발명에서 따른 상기 PCR 플레이트(200)는, 플레이트 형상의 표면에 프라이머 건조물이 수용되는 적어도 1 이상의 반응웰(W1....Wn)이 구현되는 몸체부(210)와, 상기 몸체부(210)의 일단에서 연장되며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에 내삽되는 구조로 결합한다.
특히, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 인입되도록 상기 PCR 예비 혼합물이 주입되는 주입홀(h1)을 구비하는 삽입부(220)가 구현되는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 상기 PCR 플레이트(200)는 상기 주입홀(h1)과 연결되어 상기 다수의 반응웰로 연결되도록 상기 몸체부 표면에 마련되는 유로부(231)를 구비하는 연결부(230)가 마련되는 구조로 구현될 수 있도록 한다.
구체적으로 상기 PCR 플레이트(200)는, 도 8에 도시된 것과 같이, 다수의 반응웰(W1....Wn)이 구현되는 몸체부(210)를 구비한다. 이 경우 상기 반응웰의 경우, 도시된 구조에서는 8개의 반응웰을 구비하는 구조로 구현되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 1개 이상의 개수를 구비하는 구조로 구현할 수 있음은 물론이며, 반응웰의 구조 역시 몸체부(210)의 표면을 가공하여 오목한 패턴 구조로 구현하는 것도 가능하다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예로는, 도 8과 같이 몸체부(210)의 표면영역에 일정한 상기 반응웰의 영역을 구획하는 격벽패턴(215)이 돌출되는 구조로 마련되도록 하며, 상기 반응웰 내에 건조된 상태로 구비되는 프라이머와 핵산 추출카트리지에서 주입되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물이 반응웰 내에서 분산되어 혼합될 수 있도록 한다.
또한, 상기 PCR 플레이트(200)는, 상기 다수의 반응웰의 상부를 밀봉하는 커버부재(미도시)를 포함하여 구성되며, 상기 커버부재는 광투과성이 있는 투명한 재질의 필름소재를 적용할 수 있다.
상기 커버부재가 반응웰의 표면에 밀착하여 반응웰 내부를 공동부로 구현하게 되면, 추후 핵산 추출카트리지에서 주입되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물은 위 공동부에 존재하는 공기층을 밀어내며 반응웰 내부로 주입되게 된다.
특히, 본 발명에서는, 도 8의 구조와 같이, 상기 몸체부(210) 내의 반응웰과 연결되는 유로부(231)가 구비될 수 있도록 한다. 상기 유로부는, 주입홀(h1)과 연결되는 시점(231)에서 상기 몸체부(210)을 경유하여 상기 몸체부의 말단부(232)까지 연장도록 구현되되, 상기 말단부(232)에서 상기 삽입부와 반대되는 방향의 상기 다수의 반응홀 단부와 각각 연결되도록 구현될 수 있도록 한다.
즉, 도 2에서와 같이, 삽입부 하부에 마련되는 주입구(h1)를 통해서 핵산추출카트리지가 주입되게 되는 경우, 유로의 시점(231)에서 몸체부를 가로지르는 방향(x1)으로 유로가 구현되고, 몸체부의 말단 지점에서 좌우로 분지되어 각각의 반응웰에 입구와 연결되도록 구현할 수 있다. 이렇게 유로를 형성하는 이유는, 커버부재로 밀봉되는 반응웰 영역에는 내부에 공기층이 미량 존재하게 되어, 주입되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물이 도 8의 구조와 같이 몸체부의 중심선(cx)를 기준으로, 하부영역(Cb)에서부터 차오르게 되며, 공기층은 몸체부의 상부영역(Ca)로 밀려 올라가게 된다.
따라서 상대적으로 반응웰의 하부영역(Cb)에 PCR 반응이 이루어질 혼합물이 배치되게 되며, 이는 본 발명의 히팅블럭이 가압을 수행하는 영역과 스캐너모듈의 검출을 수행하는 영역이 장비의 특성상 도 8과 같이 하부영역(Cb)에서 이루어지게 되어, 검출의 정밀도나 PCR 반응의 효율성, 온도제어의 효율성 모두를 높일 수 있게 할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 PCR 플레이트(200)는 광투과성이 높은 합성수지재로 구현되도록 함이 바람직하다. 이는 상술한 스캐너모듈의 기능에 따라 광투과성이 높은 재질로 구성하여 검출의 효율성을 높일 수 있게 하기 위함이다.
이러한 재질로는 투명 PP. PE, PPA, PMMA, PC 등 다양한 합성수지재를 적용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 일정한 광투과성을 확보할 수 있는 재질이면 적용이 가능하다 할 것이다.
다만, 상기 PCR 플레이트(200)는 하부의 항온플레이트에서 인가되는 열원에 의해 일정한 온도를 유지할 수 있게 되며, 반응웰 내에 충진되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물 또는 핵산용액과 건조된 프라이머/프로브 또는 이들을 포함하는 PCR반응물에 직접 인가되는 온도제어모듈의 온도유지의 효율성을 위해, 상기 몸체부(210)의 두께는 1.0mm~3.0mm의 범위에서 구현될 수 있도록 한다. 1.0mm 미만의 두께에서는, 제1온도를 설정하는 고온의 열이 몸체부 하부까지 쉽게 전달되어 항온플레이트와의 열간섭이 이루어져 온도제어가 용이하지 않으며, 3.0mm를 초과하는 경우에는 반응웰에 수용되는 물질에 대한 온도제어는 용이하나, 하부의 항온플레이트의 온도제어가 용이하지 않게 되어 일정한 온도 유지가 어려운 단점이 발생하게 된다.
즉, 본 발명에서는, 도 4 및 도 5에서 상술한 것과 같이, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 자체 회전시켜 상기 반응웰의 표면에 접하는 상기 제1가압면(G1) 또는 제2가압면(G2)은, 상기 격벽패턴(215)의 상부면과 상기 격벽패턴을 커버하는 커버부재와 접촉하는 구조로 가압하여 설정 온도를 제1온도나 제2온도로 하여 반응물의 온도를 제어하게 된다.
또한, 상기 PCR 플레이트(200)에 대해 온도순환을 시키는 경우, 도 2 및 도 3의 구조에 따른 온도조절모듈에서, 제1온도로 올리기 위해서는 제1히팅블럭이 PCR 플레이트 상부면과 마주보게 회전운동하고 PCR 플레이트 하부면은 상기 항온플레이트의 제1영역이 수평이동한 후 제1히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압된다.
또한, 제2온도로 내리기 위해서는 상기 PCR 플레이트(200)의 상부면이 상기 제2히팅블럭과 마주보게 회전운동하고 PCR 플레이트(200)의 하부면에서는, 상기 항온플레이트의 제2영역이 수평이동한 후 제2히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되어, 상기 PCR 플레이트(200)의 상하면에 동시 가온과 냉각이 이루어지도록 구동되게 된다.
이러한 동작으로 인해, PCR 플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현할 수 있으므로, 타겟 내에 들어 있는 플레이트의 가열시간을 상하면 동시에 구현되는 방식을 취하므로, 검사시간을 1/2로 줄일 수 있는 장점이 구현된다.
도 9 내지 도 12는 이러한 항온프레이트와 수평이동 구동모듈의 구조 및 작동 방식을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2 및 도 3에서 항온플레이트(350)가 안착된 구조를 도시한 것이고, 도 10은 항온플레이트 구조만을 분리한 구조를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 항온플레이트(350)는 도 2 및 도 3에 도시된 온도조절모듈을 구성하는 히팅 블럭 구조물의 하부에 배치되며, PCR 플레이트(200)가 배치되고 난 후, 상부에서 온도조절모듈(300)의 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)이 회전동작과 상하 이동동작에 의해 PCR 플레이트를 가압하는 경우, 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)의 온도와 동일한 온도를 가지도록 기능할 수 있도록 한다.
상기 항온플레이트(350)는, 도 9에 도시된 것과 같이, 제1온도를 유지하는 상기 제1영역(a1)과 제2온도를 유지하는 상기 제2영역(a2)을 구획하는 이격부(SS)가 마련되며, 상기 이격부(Ss) 양측단(a3, a4)을 기준으로 상기 제1영역과(a1) 상기 제2영역(a2)이 연결되는 구조로 구현된다.
상기 항온플레이트(350)의 일단에는 커넥터 구조물(Ca, Cb)이 장착되어 전원 인가 또는 제어신호를 전달할 수 있도록 한다.
특히, 상기 항온플레이트(350)의 수평 이동 동작은 슬라이딩 방식으로 구현되되, 상기 항온플레이트(350)의 측면부와 접촉하는 슬라이딩 테이프와 접촉하여 이동되도록 구현하여 구조의 간소화를 구현함은 물론, 이동성을 증진할 수 있게 한다.
이 경우, 제2영역(a2) 부분에는 투과홀(H)을 두어 증폭된 반응물의 농도를 스케닝하는 스케닝모듈(500)의 검출광을 투과할 수 있도록 구현할 수도 있다.
상기 제1영역과(a1) 상기 제2영역(a2)에는 온도센서(Sa, Sb)를 두어 해당 영역의 온도를 측정하고 제어관리할 수 있도록 할 수 있다.
도 11은 도 10의 하부면을 도시한 것으로, 제어신호와 전원을 인가하는 접속커넥터부(Cc, Cd)가 마련되며, 온도센서(Sa, Sb)를 두어 제1온도 및 제2온도의 항온유지를 구현할 수 있도록 한다.
항온플레이트의 제1영역이나 제2영역의 온도 유지는, 다양한 가열수단, 열선이나 가열 저항체 등의 다양한 수단을 플레이트 내부에 장착하는 방식을 사용할 수도 있으나, 본 발명의 바림직한 실시예에서는, 에폭시 인쇄회로에 전극과 온도센서 회로를 구현하고 전극 사이에 발열페인트를 도포한 후 제1영역과 제2영역에 해당하는 금속판을 각각의 온도센서와 발열페인트에 밀착하도록 접착하여 이러한 효과를 구현할 수 있도록 한다.
도 12는, 도 6 및 도 7에서 상술한 작동 방식을 더욱 구체적으로 설명하기 이한 상부 평면 개념도이다.
본 발명에서는, 상기 PCR 플레이트(200)의 하부로 상기 항온플레이트(350)를, 수평이동하는 수평이동 구동모듈(400)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.
상기 수평이동 구동모듈(400)은, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 항온플레이트(350)의 일단에 결합하는 이동바(420)와 구동모터부(410), 그리고 상기 구동모터부(410)의 회전력을 상기 이동바(420)의 수평이동력으로 전환하는 전환플레이트(430)을 포함하여 구성될 수 있음은 상술한바 있다.
도 12에 도시된 것과 같이, 핵산 추출 카트리지에 삽입되어 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 추출된 핵산용액은 주입홀(h1)으로 주입되게 되고, 주입된 추출 핵산용액은 이후, 프라이머 또는 프라이머/프로브 또는 프라이머프로브가 포함된 PCR혼합물 건조물이 수용된 적어도 1 이상의 반응웰에 주입시켜 수용하는 PCR 플레이트(200)로 이동하게 된다.
이후에, 상기 PCR 플레이트(200)의 반응웰 부분에 제1온도 또는 제2온도를 형성하기 위한 본 발명의 온도조절모듈이 회전하여 하강하게 된다.
이 경우, 수평이동 구동모듈(400)은 상기 항온플레이트(350)를 온도조절모듈(300)의 하부 방향으로 수평이동할 수 있도록 하며, 수평이동 구동모듈(400)을 통해 히팅블럭을 통해 PCR 플레이트를 가압시 상기 히팅블럭의 온도에 대응되는 설정온도(제1온도 또는 제2온도)를 가지는 영역이 대응되도록 슬라이딩 구조로 수평이동하게 된다.
이 경우, 상기 제1영역(a1)이 PCR 플레이트(200)의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제1히팅블럭(도 2, 310)이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되며, 이후 히팅블럭이 하강하여 PCR 플레이트의 상부면과 접촉하게 된다.
또한, 상기 제2영역(a2)이 PCR 플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제2히팅블럭(eh 2, 320)이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되도록 작동하며, 이후 히팅블럭이 하강하여 PCR 플레이트의 상부면과 접촉하게 된다.
요컨데, PCR 플레이트(200)에 대해 온도순환을 시키는 경우, 제1온도로 올리기 위해서는 제1히팅블럭이 PCR 플레이트 상부면과 마주 보게 회전운동하고 PCR 플레이트 하부면은 상기 항온플레이트의 제1영역이 수평이동한 후 제1히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되게 구동한다.
또한, 다시 제2온도로 내리기 위해서는 상기 PCR 플레이트(200)의 상부면이 상기 제2히팅블럭과 마주보게 회전운동하고 PCR 플레이트(200)의 하부면에서는, 상기 항온플레이트의 제2영역이 수평이동한 후 제2히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되어, 상기 PCR 플레이트(200)의 상하면에 동시 가온과 냉각이 이루어지도록 구동하게 된다.
이와 같이, PCR 플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현하게 된다.
이하에서는, 상술한 본 발명에서의 PCR 플레이트에 핵산추출물을 포함하는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물을 구현하는 핵산 추출 카트리지(100)를 도 13 내지 도 19를 참조하여 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 핵산 추출 카트리지의 사시개념도로, 상술한 PCR 플레이트가 삽입 결합된 구조를 도시한 것이다. 도 10은 도 9의 분리사시도이며, 도 11은 도 10의 구조에서 카트리지 덮개부(R1)의 내부 구조를 도시한 것이다. (본 실시예에서는, 유전자 증폭 프레이트의 반응웰이 2개인 구조를 들어 설명하기로 한다.)
도 13 내지 도 15을 참조하면, 본 발명에 따른 핵산 추출 카트리지(100)는, DNA 추출에 필요한 용액이 담긴 다수의 격벽구조의 수용부(22, 23, 24, 25, 26)를 구비하는 카트리지 덮개부(R1) 및 상기 덮개부(R1)과 삽입구조로 결합하며, 상기 수용부들에서 인입되는 용액을 시료와 반응 또는 세정하는 반응수용부(11)가 마련되는 카트리지 본체부(R2)를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 반응수용부(11)에서 정제된 PCR 예비혼합물을 상기 카트리지 본체부(R2)로 내삽되는 구조로 결합되는 상기 PCR 플레이트(200)의 주입홀(h1)로 주사하는 피스톤부(18)를 구비하여 구성된다.
이러한 본 발명의 작용을 핵산 추출 카트리지 도 14 및 도 15, 도 17을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 16는 도 13의 투명 사시도를 도시하여 결합 후 내부 구조를 나타낸 것이다.
본 발명의 핵산 추출 카트리지는 본체부(R2)의 바닥면에 내부에 유로(19-1)가 형성된 로터리밸브(19)가 장착되어 있어, 이 로터리밸브를 회전시키면 카트리지 본체(R2)의 각 수용부(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17)의 공간과 상기 로터리밸브(19)의 유로를 연결시킬 수 있다. 특정 수용부에 유로를 연결시킨 다음 피스톤(18)을 작동시켜 수용부에 담긴 용액을 취하고 다른 수용부 혹은 PCR 플레이트(200)로 물질을 옮길 수 있도록 설계되었다.
도 14 및 도 15에 도시된 것과 같이, 상기 카트리지 덮개부(R1) 내부에는 DNA 추출에 필요한 각각의 용액이 담긴 수용부(22, 23, 24, 25, 26)가 형성되어 있고, 이 수용부의 바닥면은 필름 등으로 밀봉되어 있어 본체 수용부의 관통침(도 12의 10-1 구성)에 의해 쉽게 뚫릴 수 있도록 설계되었다. 또한, 다섯 개의 구멍(21-1, 21-2, 27, 28, 29)이 형성되어 있다.
상기 카트리지 덮개부(R1)의 제1수용부(22)에는 Binding buffer, 제2수용부(23)에는 1st Washing buffer, 제3수용부(24)에는 2nd Washing buffer, 제4수용부(25)에는 3rd Washing buffer, 제5수용부(26)에는 Elution buffer가 담겨 있다.
PCR 플레이트(200)는 투명한 플라스틱 재질[polyethylene, polypropylene, PET 등]의 필름으로 덮여 있고, 반응웰 내부에는 건조된 PCR 프라이머/프로브 또는 이들을 포함한 PCR혼합물이 담겨 있는 구조이며, 이는 상술한 도 8에서 상술한 구조와 같다.
본 발명의 핵산추출카트리지의 작용은 다음과 같은 순서로 진행될 수 있다.
1. 생체시료투입
카트리지 본체부(R2), 카트리지 덮개부(R1) 및 PCR 플레이트(200)가 결합된 상태로 후술하는 자동화 장비에 장착되고, 도 14의 도시된 제1구멍(21-1)에 생체시료(혈액)가 투입된다.
2. 세포로부터 핵산의 유출 및 비드와의 결합
도 17에 도시된 것과 같이, 카트리지 본체부(R2)의 하부에 배치된 로터리밸브(19)의 회전 및 피스톤(18)의 작용을 통해 제1수용부(22)의 바인딩 버퍼(Binding buffer)가 반응수용부(11)에 투입되어 생체시료 및 마그네틱 타블렛(MT)의 비드(실리카가 코팅된 마그네틱 비드)와 섞인다.
본 발명에서 사용되는 마그네틱 타블렛(MT)은 카트리지 본체부(R2)의 상기 반응수용부(11)의 내부로 연장되는 관통관로의 말단부에 마그네틱타블렛(MT) 장착되어, 생체시료에 함유된 세포에서 추출되는 핵산이 상기 마그네틱타블렛이 용해되어 분산된 마그네틱비드의 표면과 핵산이 결합하도록 하는 기능을 수행한다.
이때 상기의 마그네틱 타블렛 대신에 바인딩 버퍼(Binding buffer)에 상기 마그네틱 비드를 현탁시켜 사용하여도 된다.
이후, 카트리지 본체부(R2) 밀폐된 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)가 투입되어 초음파가 가해지면, 플라스틱을 통해 초음파가 전달되어 생체시료, 타블렛 및 바인딩 버퍼(Binding buffer)가 혼합되어 반응액이 균질화되며, 이때 생체시료에 함유된 생체조직들도 파쇄되어 핵산이 유출되고 유출된 핵산은 비드의 표면에 결합된다.
카트리지 본체부(R2) 제3구멍(27)에 마그네틱바(magnetic bar)가 투입되면 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 나머지 반응액이 제1수용부로 옮겨진다.
3. 1차 세척
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제2수용부(23)의 1st 워싱 버퍼(Washing buffer)가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)에 초음파가 가해지면 1차 세척이 이루어진다. 이 1차 세척으로 인해 핵산 이외에 비드에 비특이적으로 결합된 물질들이 세척된다.
제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 1차 세척액이 제2수용부(23)로 옮겨진다.
4. 2차 세척
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제3수용부(24)의 2nd 워싱버퍼(Washing buffer)가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)에 초음파가 가해지면 2차 세척이 이루어진다. 이 2차 세척으로 인해 핵산 이외에 비드에 비특이적으로 결합된 물질들이 세척된다.
상기 제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 2차 세척액이 제3수용부(24)로 옮겨진다.
5. 3차 세척
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제4수용부(25)의 3rd 워싱버퍼(Washing buffer)가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)에 초음파가 가해지면 3차 세척이 이루어진다. 이 3차 세척으로 인해 핵산 이외에 비드에 비특이적으로 결합된 물질들이 세척된다.
상기 제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 3차 세척액이 제4수용부(25)로 옮겨진다.
6. 핵산 용출
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2) 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제5수용부(26)의 용출 버퍼(Elution buffer)가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)가 투입되어 초음파가 가해지면 비드 표면에 결합되어 있던 핵산이 용출 버퍼(Elution buffer)에 용해된다.
7. PCR 예비혼합물 생성
제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 작은 피스톤을 선택하여 이를 이용하여 핵산이 용해된 Elution buffer가 제6수용부(17)에 투입되어, 제6수용부에 담긴 PCR 재료[중합효소(polymerase), dNTP 등의 혼합물]와 섞이고, 이에 따라 PCR 예비혼합물이 생성된다. 본 발명에서 사용되는 'PCR 예비혼합물'은 이상의 물질로 구현되는 것으로 정의하여 사용한다. 상기 과정은 프라이머/프로브를 포함하고 있는 PCR 반응물이 PCR 플레이트의 각 웰에 건조되어 있는 경우 생략되고 핵산용출액을 아래와 같이 바로 PCR 플레이트로 주입한다.
8. PCR 플레이트로의 전달
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제6수용부에 생성된 PCR 예비혼합물이 PCR 플레이트(200)에 투입되어, PCR 플레이트(200)에 담긴 프라이머/프로브와 섞인다. 이러한 투입과정은 도 19에 도시된 것과 같이, 피스톤(18)의 가압에 의해 로터리밸브의 유로(Y)를 타라 이동하여 주입구(h1)로 주입되게 된다.
이후, 제4구멍(29)에 가열봉이 투입되어 PCR 반응 플레이트 입구 부분의 덮개필름이 가압 가열되고, 이에 따라 PCR 반응 플레이트가 밀봉된다.
9. PCR 반응
최종적으로 PCR 플레이트(200)에는 생체시료에서 추출된 핵산, 중합효소(polymerase), dNTP, 프라이머/프로브 및 기타 완충액이 함유된 상태가 된다.
따라서 이 PCR 플레이트(200)에 전술한 본 발명의 온도제어모듈을 통한 가압식 열 인가를 통해 PCR 반응이 이루어지도록 한다.
도 20 내지 도 23은 상술한 본 발명인 중합효소 연쇄반응 시스템을 구성하는 장치 전체적인 구조와 배치 구성을 도시한 것이다.
도 20과 같이, 본 발명에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템에 핵산추출카트리지(100)이 내부에 장착되면, 측면에는 상술한 PCR 플레이트(200)이 안착하게 된다. 상기 PCR 플레이트(200)의 몸체부에 해당하는 반응웰이 존재하는 부분은 외부로 노출되며, 그 상부에 상술한 온도제어모듈(300)이 배치되게 된다.
도 21은 도 20에서 본 발명의 주요부의 결합배치도를 확대한 것이며, 도 22은 도 21 부분의 수직단면 개념도를 도시하여 요부 구성의 배치를 제시한 것이다. 도 23은 도 22의 측면사시 단면개념도를 도시한 것이다.
도 21 내지 도 23에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 핵산추출카트리지(100) 내부에서 추출된 핵산을 포함하는 PCR 예비 혼합물은 반응웰이 구현된 PCR 플레이트(200)로 주입되게 된다. 상기 PCR 플레이트(200)의 상부에는 상기 반응웰 표면에 대응하는 제1가압면(G1)이 구현되며, 가열유닛에 의해 열변성(denaturation)에 필요한 온도로 유지되는 제1히팅블럭(310)이 배치되며, 이와 결합되어 축(S)을 기준으로 회전에 의해 가압되는 영역이 변경되는 구조로 구현할 수 있는 제2히팅블럭(320)이 대향하여 배치된다. 이에 따라 반응웰에 주입된 PCR 예비 혼합물은 열변성에 필요한 제1온도(95℃)나, 결합(annealing)에 필요한 제2온도(55℃)에 부합하게 히팅블럭에 의해 직접 가열되게 된다.
아울러, 도 22 및 도 23에 도시된 것과 같이, PCR 플레이트(200)의 하부에는 항온플레이트(350)이 배치되어, PCR 플레이트(200)의 온도를 일정한 온도 수준에서 유지되게 한다.
상기 항온플레이트(350)의 하부에는 스캐닝모듈(500)이 배치되어, 광조사부(E1)에 의해 조사되는 광(L)이, 항온플레이트(350)의 광투과부(H)를 경유하여 PCR 플레이트(200)에 도달하게 되어 형광검출이 이루어지게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 상술한 것과 같이, 온도제어모듈에 의해 제1온도((ex: 95℃)의 제1히팅블럭을 밀착하여 온도를 상승시키는 경우나, 제2온도(ex: 55℃)의 제2히팅블럭을 밀착하는 경우, PCR 플레이트(200)가 일정한 온도 범위로 유지되는 상태라면 내부 증폭 반응물의 온도 제어가 훨씬 용이하게 되기 때문에 상술한 항온플레이트의 온도를 제2온도로 일정하게 유지하는 것이 반응의 신뢰성을 높이기 위한 매우 중요한 요인으로 작용하게 된다. PCR 플레이트의 온도를 95 ℃ 도로 올리는 경우, 제1온도 블럭과 제1항온구역을 밀착시켜서 열전달 속도를 증가시켜 PCR 플레이트의 온도를 2-3초내로 빠르게 95℃에 도달시킬 수 있다.
RNA 타겟을 검출하는 RT/PCR을 수행하는 경우 RT-PCR 반응 건조물이 들어있는 PCR 예비혼합물이나 PCR 플레이트를 사용한다. 저온블럭을 RT 반응온도로 조절하여 PCR반응플레이트에 밀착한 후 RT 반응 시간만큼 유지하여, 역전사반응을 수행한 후 상기 PCR 반응을 수행할 수 있다.
상기 PCR 반응을 통해 증폭된 핵산의 존재유무 혹은 증폭된 핵산의 농도를 결정하여 이 정보를 진단에 이용할 수 있는데, 이때 증폭된 핵산의 존재유무 혹은 농도는 통상의 핵산 검출방법을 이용하여 달성할 수 있다.
예를 들어, DNA 삽입(intercalation) 염료인 DNA 마이너그로브 삽입 형광염료인 SYBR green을 사용하는 방법, 다양한 형광과 소광체가 부착된 프로브를 사용하여 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광 스캐닝 하는 방법, 등이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (17)

  1. 핵산추출시약을 매개로 생체시료의 핵산을 추출하는, 핵산 추출 카트리지(100);
    상기 핵산 추출 카트리지에 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 추출된 핵산용액을 인가받아, 프라이머 또는 프라이머/프로브 또는 프라이머프로브가 포함된 PCR 혼합물 건조물이 수용된 적어도 1 이상의 반응웰에 수용하는 PCR 플레이트(200); 및
    상기 PCR 플레이트(200)의 상부에 배치되며, 상기 반응웰(W)에 인접하여 서로 다른 온도를 인가하며, 회전동작 및 상하 이동동작이 가능한 한 쌍의 히팅블럭(310, 320)을 포함하는 온도제어모듈(300)
    을 포함하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도제어모듈(300)은,
    상기 반응웰 표면에 대응하는 제1가압면(G1)이 구현되며, 열변성(denaturation)에 필요한 제1온도로 유지되는 제1히팅블럭(310);
    상기 제1히팅블럭(310)과 대응되는 위치에 이격되어 배치되며, 상기 반응웰 표면에 대응하는 제2가압면(G2)이 마련되며, 결합(annealing)에 필요한 제2온도로 유지되는 제2히팅블럭(320); 및
    상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 회전동작 또는 상하 이동 동작을 구현하는 구동모듈(330); 을 포함하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320) 사이의 열복사 전도를 제어하는 냉각팬유닛(340);을 더 포함하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2히팅블럭(320)은,
    상기 제2가압면(G2)의 반대측 상부에 구현되는 냉각 패턴부(321)를 더 포함하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은,
    온도센서와 가열유닛을 통해 상기 제1온도 또는 상기 제2온도로 설정온도를 유지하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동모듈(330)은,
    상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 자체 회전시켜 상기 반응웰의 표면에 접하는 상기 제1가압면(G1) 또는 제2가압면(G2)으로 변경시키는 구동축(S)을 포함하는 회전모듈;과
    상기 구동축(S)과 직교하는 방향으로의 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상하 이동을 구현하는 구동프레임(332)과 상기 구동프레임이 관통하는 구조로 배치되는 가이드프레임(334)을 포함하는 상하이동모듈;을 포함하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 구동프레임 내부에 내삽되는 구조 배치되어, 상기 제1히팅블럭(310) 또는 상기 제2히팅블럭(320)과 상기 반응웰 표면의 접촉시 상기 구동프레임이 상방향으로 복원력을 인가하는 제1탄성부재(333);를 더 포함하는
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 상부에 이격 배치되며, 양단에 가이드프레임 직경보다 크게 홀을 구비하여 한 쌍의 가이드 프레임(334) 에 삽입된 후 가이드프레임에 구비된 핀에 의해 가이드프레임으로부터 이탈을 방지하면서 구동프레임의 상하이동이 가능하게 하고 하방향으로 압력을 가할 시, 상기 반응웰 표면의 접촉시 완충력을 인가하는 제2탄성부재(335);를 더 포함하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  9. 핵산용액을 인가받아, 프라이머 또는 프라이머/프로브 또는 프라이머/프로브가 포함된 PCR혼합물 건조물이 수용된 PCR 플레이트(200)의 상부에 서로 다른 제1온도 및 제2온도를 인가하도록, 회전동작 및 상하 이동동작이 가능한 한 쌍의 히팅블럭(310, 320)을 포함하는 온도제어모듈(300) 및
    상기 PCR 플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 PCR 플레이트(200)의 온도를 상기 제1온도 또는 상기 제2온도로 유지하는 항온플레이트(350);를 더 포함하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 항온플레이트(350)는,
    제1온도로 가온되는 제1영역과, 상기 제1영역과 이격되는 제2온도로 가온되는 제2영역을 포함하며
    상기 항온플레이트(350)를 상기 PCR 플레이트(200)의 하부로 수평이동하는 수평이동 구동모듈을 더 포함하는,
    중합효소 연쇄반응시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 항온플레이트(350)는,
    상기 제1영역과 상기 제2영역을 구획하는 이격부(Ss)가 마련되며,
    상기 이격부(Ss) 양측단을 기준으로 상기 제1영역과 상기 제2영역이 연결되는 구조인,
    중합효소 연쇄반응시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 항온플레이트(350)는,
    PCB 기판에 온도센서와 발열소자회로를 형성하고 발열소자와 온도센서가 밀착되게 제1영역과 제2영역에 해당하는 각각의 금속판을 접착하는 것을 특징으로 하는,
    중합효소 연쇄반응시스템.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 항온플레이트(350)의 수평 이동 동작은 슬라이딩 방식으로 구현되되,
    상기 항온플레이트(350)의 측면부와 접촉하는 슬라이딩 테이프와 접촉하여 이동되는,
    중합효소 연쇄반응시스템.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1영역이 PCR 플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제1히팅블럭이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되며,
    상기 제2영역이 PCR 플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제2히팅블럭이 회전하여 상기 PCR 플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되도록 작동되는,
    중합효소 연쇄반응시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 PCR 플레이트(200)에 대해 온도순환을 시키는 경우,
    제1온도로 올리기 위해서는 제1히팅블럭이 PCR 플레이트 상부면과 마주 보게 회전운동하고 PCR 플레이트 하부면은 상기 항온플레이트의 제1영역이 수평이동한 후 제1히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉 가압되며,
    제2온도로 내리기 위해서는 상기 PCR 플레이트(200)의 상부면이 상기 제2히팅블럭과 마주보게 회전운동하고 PCR 플레이트(200)의 하부면에서는, 상기 항온플레이트의 제2영역이 수평이동한 후 제2히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되어,
    상기 PCR 플레이트(200)의 상하면에 동시 가온과 냉각이 이루어지도록 구동되는,
    중합효소 연쇄반응시스템.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 항온플레이트(350)는,
    적어도 하나 이상의 개소에서 상기 항온플레이트의 온도를 센싱하는 온도센서(T1, T2)와 설정온도의 변화를 제어하는 제어모듈(Cp)을 포함하는 온도센서부(351);를 더 포함하는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 PCR 플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 반응웰에(W)서 증폭된 반응물의 농도를 다양한 파장대의 여기광과 해당형광을 스캐닝하는 스캐닝모듈(500)을 포함하며,
    상기 항온플레이트(350)에 상기 스캐닝모듈(500)의 검출광이 유도되는 광투과부(H)가 관통구조로 다수 마련되는,
    중합효소 연쇄반응 시스템.
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