WO2020027566A1 - 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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김은섭
정송균
변재영
김덕중
김진평
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    • G01N2035/1025—Fluid level sensing

Definitions

  • the present invention relates to a nucleic acid extracting apparatus and a method of operating the same, and more particularly, to a nucleic acid extracting apparatus for extracting a nucleic acid by driving in a rotational manner and a method of operating the same.
  • PCR Polymerase chain reaction
  • Conventional methods for extracting nucleic acids include separating magnetically adsorbed nucleic acids using magnetic beads, eluting the solution using a column, and then applying the air to the column to push the solution out, and the column itself. Centrifugation to elute the solution.
  • the automated nucleic acid extraction equipment using the above-mentioned conventional method has a relatively large size for processing a large number of samples, or the sample processing time is too long.
  • the process of processing a large number of samples can be contaminated by each sample, thereby reducing the processing efficiency, the user inconvenience occurs.
  • a nucleic acid extraction operation was performed on a plurality of samples during one cycle (one cycle), and since a nucleic acid extraction is performed on a plurality of samples, a large amount of washing solution is performed during one cycle. And eluate. When a sufficient amount of washing solution, eluate, and the like were not provided, the nucleic acid extraction operation was stopped during the cycle, and as a result, the nucleic acid extraction operation was not performed for some samples, resulting in a problem that many samples were wasted.
  • An object of the present invention is to provide a nucleic acid extracting apparatus and a method of operating the same, which can be easily and safely extracted from a sample solution by being driven in a rotational manner.
  • a nucleic acid extraction apparatus comprising a container in which the cleaning liquid and the eluent are stored respectively; A level sensor for sensing the capacity of the cleaning liquid and the eluate stored in the container; A tube detection sensor for detecting a sample tube disposed in the sample tube receiving portion; And determining whether the cleaning solution and the eluate required for the nucleic acid extraction operation are provided based on the number of sample tubes sensed by the tube detection sensor, the cleaning solution sensed by the water level sensor, and the volumes of the eluate. It may include wealth.
  • the first rack spaced apart from the plurality of sample tube receiving portion along the circumference;
  • a second rack disposed at a lower end of the first rack and having a plurality of eluting tube receiving parts spaced along a circumference, and having a cleaning liquid receiving part formed between the plurality of eluting tube receiving parts along the circumference;
  • a rotation drive unit for rotating each of the first rack and the second rack, wherein the rotation drive unit moves the sample tube of the first rack onto the cleaning liquid container or the elution tube of the second rack. After positioning, the cleaning operation or the dissolution operation may be performed while rotating the first rack and the second rack.
  • the tube detection sensor may detect whether the sample tube is disposed in each of the sample tube accommodating parts sequentially while rotating the first rack.
  • the nucleic acid extraction operation is performed at least one cycle, and the operation initiation unit may determine whether the cleaning solution and the eluate required for the nucleic acid extraction operation are provided for each cycle.
  • the pressurized nozzle for delivering pressurized air to the sample tube;
  • An elastic support connected to the pressure nozzle through an elastic member;
  • a pressing part including a vertical driving part which vertically moves the elastic support part.
  • the tube detection sensor is implemented as an optical sensor disposed adjacent to the pressing unit, and when the vertical driving unit moves the elastic support unit downward, the pressing nozzle is disposed on the optical path of the optical sensor. You can detect if it exists.
  • a rack cap disposed on the second rack, a plurality of through portions are formed, wherein the plurality of through portions are spaced apart from each other along a circumference, each of the elution tube receiving portion and the The cleaning liquid container may be covered.
  • the elution tube may be further included in the elution tube receiving portion of the second rack, the elution tube having a handle portion protruding outward.
  • a method of operating a nucleic acid extracting apparatus comprises the steps of sensing the volumes of cleaning liquid and eluate stored in a container; Sensing a sample tube disposed in the sample tube receptacle; Determining whether the cleaning solution and the eluate required for the nucleic acid extraction operation are provided based on the number of the sample tubes and the capacity of the cleaning solution and the eluent; And initiating the nucleic acid extraction operation when the washing solution and the eluate are provided.
  • initiating the nucleic acid extraction operation comprises: aligning the first rack and the second rack such that the sample tube housed in the first rack is located on the wash liquor receiving portion of the second rack; A sample solution containing a nucleic acid and impurities is contained in the sample tube, and the nucleic acid is absorbed by a filter member in the sample tube; Performing a cleaning operation while synchronously rotating the first rack and the second rack; Rotationally aligning the first rack and the second rack such that the sample tube received in the first rack is located on an elution tube of the second rack; And performing a dissolution operation while synchronously rotating the first rack and the second rack.
  • the detecting of the sample tube may detect whether the sample tube is disposed in each of the sample tube receivers sequentially while rotating the first rack.
  • the nucleic acid extraction operation may be performed every at least one cycle, and sensing the volumes of the washing liquid and the eluate, and initiating the nucleic acid extraction operation may be performed every cycle.
  • the present invention it is possible to determine whether the nucleic acid extraction operation is possible during the rotation of the rack based on the number of sample tubes, the capacity of the washing liquid, and the eluent, thereby preventing unnecessary waste of resources such as samples.
  • the nucleic acid extract is accommodated in the elution tube, thereby eliminating the inconvenience of having to perform a separate pipetting for nucleic acid storage.
  • FIG. 1A and 1B show a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a pressing unit and a tube detecting sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows a first rack of a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a second rack of the nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a sample tube according to one embodiment of the invention.
  • Figure 6 shows an example of the operation of the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows an example of the operation of the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates a method of operating a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 9 illustrates a method of operating a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A and 1B illustrate a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a pressing unit and a tube detecting sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 illustrates the present invention
  • FIG. 4 illustrates a first rack of a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of FIG. 4, and
  • FIG. 4 illustrates a second rack of a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 5 shows a sample tube according to one embodiment of the invention.
  • the nucleic acid extracting apparatus 100 includes a first rack 110, a second rack 120, a main body 130, a rotation driving unit 140, a container 150, a divider 160, and a pressing unit. 170, a tube detection sensor 180, and an operation initiation unit 190 may be provided.
  • the first rack 110 is for accommodating and fixing the sample tube 200.
  • a plurality of sample tube accommodating parts 112 for accommodating the sample tube 200 may be formed.
  • the plurality of sample tube accommodating parts 112 may be spaced apart from each other, and may be formed in a circular shape along the outer edge of the first rack 110, and each sample tube accommodating part 112 may be formed to accommodate the sample tube 200.
  • an opening may be formed in the lower portion so that the extract liquid from the sample tube 200 may be transferred downward.
  • the spacing between the sample tube receivers 112 not only eliminates contamination or interference between the sample tubes 200, but also as described in more detail below, the sample tube receivers 112 are formed in a circular shape, Only rotation by the rotation driver 140 may perform an operation such as alignment for extracting nucleic acids.
  • the sample tube 200 is for accommodating a sample solution including nucleic acid and impurities, and both ends of the sample tube 200 may be opened, and in particular, the lower end may have a narrower opening than the upper end. Through this, the extract of the sample tube 200 can be stably transferred to the elution tube 300 or the cleaning solution receiving portion 124 of the second rack 120.
  • the sample tube 200 may include a filter support 210.
  • the filter supporter 210 protrudes inwardly in one region of the sample tube 200, in particular, a transition region of which the cross-sectional area is narrow, and the filter member 220 may be disposed on the protruding filter supporter 210.
  • the filter member 220 is for adsorbing nucleic acid, and may include, for example, a porous membrane.
  • the filter fixing part 212 may be additionally disposed on the filter member 220.
  • the filter fixing part 212 may fix the position and arrangement of the filter member 220 on the filter member 220. As such, the filter supporter 210 and the filter fixing unit 212 simultaneously support and fix the filter member 220 at the top and the bottom of the filter member 220, thereby preventing a decrease in filter performance due to the flow of the filter. have.
  • the second rack 120 is for accommodating and fixing the elution tube 300 and at the same time to accommodate the cleaning liquid, for this purpose may include an elution tube receiving portion 122 and the cleaning liquid containing portion 124.
  • the eluting tube receiving part 122 is for accommodating and fixing the eluting tube 300, and the plurality of eluting tube receiving parts 122 may be spaced apart from each other, and may be formed in a circular shape along the outer side of the second rack 120. have.
  • the elution tube receiving portion 122 may perform an operation such as alignment for extracting nucleic acids only by the rotation by the rotation driving unit 140.
  • the elution tube 300 accommodated and fixed in the elution tube receiver 122 is for accommodating the nucleic acid extracted from the first rack 110, thereby separately extracting the nucleic acid extracted from each sample tube 200. By accepting and storing, it is possible to eliminate the inconvenience of transferring the extracted nucleic acid through a separate pipetting or the like.
  • the eluting tube 300 has a handle portion 310 protruding to the outside, thereby facilitating the receiving and discharging to the eluting tube receiving portion 122.
  • the eluting tube accommodation part 122 may have a predetermined groove formed at a position corresponding to the handle part 310 in order to stably mount the handle part 310.
  • the cleaning liquid accommodating part 124 is for accommodating the cleaning liquid, and is formed in the center of the second rack 120, and at least a portion of the cleaning liquid accommodating part 124 protrudes outward to extend the plurality of elution tube accommodating parts 122. It can be formed to alternate with). As described above, the extension part alternates with the plurality of eluting tube accommodating parts 122, and thus, an operation such as alignment for accommodating the cleaning liquid may be performed only by simple rotation by the rotation driving part 140.
  • the cleaning solution collector 126 is located at the bottom of the second rack 120, and the cleaning solution collector 126 collects the cleaning solution contained in the cleaning solution receiver 124 of the second rack 120. 2 may be connected in fluid communication with one end of the cleaning liquid receiving portion 124 of the 120. In more detail, an opening may be formed in one region of the cleaning solution accommodating part 124 of the second rack 120.
  • the cleaning solution collecting unit 126 may be located at the lower end of the second rack 120, and may collect the cleaning solution flowing out through the opening of the cleaning solution accommodating unit 124.
  • the cleaning solution collection unit 126 and the second rack 120 are implemented to be detachably coupled to each other, management of the nucleic acid extraction apparatus 100 including collection and discharge of the cleaning solution and the like through attachment and detachment of the cleaning solution collection unit 126. Can be facilitated.
  • the rack cap 128 is to cover the upper end of the second rack 120, and a plurality of through parts 129 spaced apart from each other may be formed along the circumference. Each through portion 129 may simultaneously cover the elution tube receiving portion 122 and the cleaning liquid receiving portion 124.
  • the rack cap 128 extends the height (or depth) of the elution tube accommodating portion 122 and the cleaning liquid accommodating portion 124 of the second rack 120 by having each of the through portions 129 have a predetermined height. It can have an effect. Through this, for example, it is possible to prevent the by-products of the fluid flowing into the cleaning liquid container 124 to flow into another adjacent elution tube (300).
  • the main body 130 is a frame of the nucleic acid extracting apparatus 100, and the main body 130 includes a first rack 110, a second rack 120, a rotation driving unit 140, a divider 160, and a pressing unit 170. ) May be disposed.
  • the first rack 110 may be located above the second rack 120. Through this, an extract (nucleic acid, etc.) extracted from the sample tube 200 of the first rack 110 may be directly collected into the second rack 120.
  • Each of the first rack 110 and the second rack 120 may be horizontally movable with respect to the body 130.
  • the horizontally movable relative to the main body 130 may include not only the horizontal horizontal movement directly to the main body 130, but also the indirect horizontal movement.
  • the sample tube 200, the elution tube 300, the first rack 110, the second rack 120, etc. may be easily accommodated and removed.
  • At least one of the first rack 110 and the second rack 120 may be detachably coupled to the main body 130. That is, as described above, by implementing at least one of the first rack 110 and the second rack 120 to be removed to the body 130, the use and management of the rack, such as mounting or removing various tubes, discharge of the cleaning liquid Can be facilitated.
  • the rotation driver 140 may be connected to the first rack 110 and the second rack 120, respectively, to rotate the first rack 110 and the second rack 120 simultaneously or separately. Rotation by the rotation drive unit 140, the single rotation of one of the first rack 110 and second rack 120, the alignment rotation of the first rack 110 and the second rack 120, synchronous rotation and the like It may include. Rotation alone is, for example, rotating the first rack 110 or the second rack 120 individually, as will be described later, upon detection of the sample tube 200 housed in the sample tube receptacle 112. Can be performed. Alignment rotation rotates the first rack 110 and the second rack 120 such that the sample tube 200 received in the first rack 110 is positioned on the cleaning liquid receiving portion 124 of the second rack 120.
  • Synchronous rotation means synchronizing the rotation of the first rack 110 and the second rack 120 aligned by the alignment rotation. According to the synchronous rotation, since the first rack 110 and the second rack 120 is rotated at the same time, the relative between the sample tube 200 and the cleaning liquid container 124 or the sample tube 200 and the elution tube 300 The position remains the same. Simultaneously with the synchronous rotation, the cleaning liquid or the eluent may be injected into the sample tube 200 of the first rack 110.
  • the plurality of containers 150 may include at least one cleaning liquid container in which the cleaning liquid is stored and at least one eluent container in which the eluent is stored.
  • Each container 150 is connected to a dispenser 160, and the dispenser 160 may dispense a solution stored in each container 150 into the sample tube 200.
  • a level sensor (not shown) for detecting the level of the fluid stored in the container 150 may be disposed inside each container 150.
  • the volumes of the washing solution and the eluate detected by each level sensor may be delivered to the operation initiation unit 190 and used to determine whether to start the nucleic acid extraction operation.
  • the dispenser 160 may inject a predetermined fluid into the sample tube 200 through the dispense nozzle. Such fluids are required for nucleic acid extraction, and may include washing liquids, eluents, and the like. In one embodiment, the dispenser 160 may include separate dispense nozzles for each fluid to prevent contamination between different fluids. In one embodiment, the divider 160 may include a plurality of dispense nozzles that may operate simultaneously on the plurality of sample tubes 200 to improve the nucleic acid extraction rate.
  • the divider 160 may move vertically for alignment with the sample tube 200. Specifically, by rotating by the rotation drive unit 140 to narrow the distance to the sample tube 200 located below the divider 160, it can be moved up and down in close contact with the sample tube 200.
  • the divider 160 may move horizontally. Specifically, to move to the sample tube 200 for dispensing, or to move horizontally away from the sample tube 200, in the latter case to move to another sample tube 200, or for pressurizing the pressing unit 170 And may deviate from the sample tube 200.
  • each divider 160 may be synchronized to move horizontally and / or vertically, or to separately move horizontally and / or vertically.
  • the pressing unit 170 may pressurize the inside of the sample tube 200, and the pressing unit 170 may include a pressing nozzle 172, an elastic support 174, and a vertical driving unit 176.
  • the pressurized nozzle 172 may inject pressurized air into the sample tube 200 while contacting the sample tube 200. Pressurized air is injected into the sample tube 200 by the pressurized nozzle 172, so that the inside of the sample tube 200 is pressurized, so that at least a part of the fluid in the sample tube 200 passes through the filter member in the sample tube 200. Pass through the second rack 120 may be extracted.
  • the elastic support part 174 connects the lower pressure nozzle 172 and the upper vertical drive part 176 to transmit the driving force of the vertical drive part 176 to the pressure nozzle 172.
  • the elastic support 174 is implemented by an elastic member such as a spring, thereby generating an elastic force toward the pressure nozzle 172, it is possible to make the pressure nozzle 172 more in close contact with the sample tube 200. Through such tight adhesion, when pressurized air is injected into the sample tube 200, it is possible to prevent the sample solution, the cleaning solution, the eluate, and the like from flowing out of the sample tube 200 by pressurization.
  • the vertical driver 176 may be connected to the elastic support 174 to vertically move the elastic support 174.
  • the pressure nozzle 172 may be moved in the vertical direction through the movement of the elastic support 174.
  • the pressurizing unit 170 may include a plurality of pressurizing nozzles 172 that may operate simultaneously on the plurality of sample tubes 200 to improve the nucleic acid extraction rate.
  • the pressing unit 170 may horizontally move. Specifically, to move to the sample tube 200 for pressurization, or to move horizontally away from the sample tube furnace 200, in the latter case to move to another sample tube 200, or dispensing the dispenser 160 And may deviate from the sample tube 200 for this purpose.
  • each pressing unit 170 may be synchronized with each other to perform horizontal and / or vertical movement, or individually to perform horizontal and / or vertical movement.
  • the tube sensor 180 may detect the number of sample tubes 200 disposed in the first rack 110 by sensing the sample tubes 200 disposed in the sample tube accommodating part 112.
  • the tube detection sensor 180 may be implemented as, for example, an optical sensor, and disposed adjacent to the elastic support 174, the pressurizing nozzle 172, and the like, and move in cooperation with the vertical driver 176.
  • the tube sensor 180 may detect whether the pressure nozzle 172 is present on the optical path.
  • the vertical driver 176 moves the elastic support 174 downward, the sample tube 200 is disposed at the bottom thereof. If not present, the pressure nozzle 172 does not exist on the optical path (see FIG. 2A), and if the sample tube 200 is present at the bottom, the downward movement of the pressure nozzle 172 by the sample tube 200. Because of this, the pressure nozzle 172 is present on the optical path (see FIG. 2B).
  • the tube detection sensor 180 may detect whether the sample tube 200 exists in the lower side in connection with the vertical movement of the vertical driver 176 and the movement of the pressure nozzle 172.
  • the rotation driving unit 140 may perform the sensing operation as described above while rotating the first rack 110.
  • the operation initiation unit 190 may determine whether to start the nucleic acid extraction operation. When the start is determined by the operation initiation unit 190, a full-scale nucleic acid extraction operation may be performed.
  • the operation initiation unit 190 may include a cleaning liquid required for the nucleic acid extraction operation based on the number of sample tubes 200 detected by the tube detection sensor 180 and the capacities of the cleaning liquid and the eluate detected by the water level sensor. It can be determined whether the eluate is provided. Nucleic acid extraction can be initiated if a sufficient amount of rinse and eluate have been provided.
  • the nucleic acid extraction operation may be performed every at least one cycle.
  • the operation initiation unit 190 may determine whether the cleaning liquid and the eluate required for the nucleic acid extraction operation are provided for each cycle, and thus, the rotation of the first rack 110 by the rotation driving unit 140, respectively, is accompanied by rotation.
  • the vertical movement of the pressing unit 170 relative to the sample tube 200 and the detection of the tube detection sensor 180 may be performed for each cycle.
  • Figure 6 shows an example of the operation of the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the rotation drive unit 140 moves the first rack 110 and the second rack 120 so that the sample tube 200 of the first rack 110 is positioned on the cleaning liquid container 124 of the second rack 120. You can arrange the rotation. Subsequently, the rotation driving unit 140 rotates the first rack 110 and the second rack 120 synchronously, such that the cleaning solution accommodating part of the sample tube 200 and the second rack 120 of the first rack 110. The relative position between the 124 can be kept the same. Simultaneously with this synchronous rotation, the dispenser 160 may inject a cleaning solution into the sample tube 200 and the pressurizing unit 170 may pressurize the inside of the sample tube 200. Through this, cleaning operations may be sequentially performed on each sample tube 200 disposed in the first rack 110.
  • the injection and pressurization of the cleaning liquid for the plurality of samples can be continuously performed through synchronous rotation.
  • Figure 7 shows an example of the operation of the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the rotary drive 140 rotates the first rack 110 and the second rack 120 so that the sample tube 200 of the first rack 110 is located on the elution tube 300 of the second rack 120. You can sort. Subsequently, the rotation driving unit 140 rotates the first rack 110 and the second rack 120 synchronously, so that the elution tube (the sample tube 200 of the first rack 110 and the second rack 120 ( The relative position between the 300) can be kept the same. Simultaneously with the synchronous rotation, the dispenser 160 may inject the eluent into the sample tube 200 and the pressurizing unit 170 may pressurize the inside of the sample tube 200. Through this, the dissolution operation may be sequentially performed on each sample tube 200 disposed in the first rack 110.
  • the injection and pressurization of the eluate for the plurality of samples can be continuously performed through synchronous rotation.
  • FIG. 8 illustrates a method of operating a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the method 700 is a pre-operation prior to the start of the nucleic acid extraction operation, to determine whether sufficient resources (cleaning solution, eluate, etc.) are provided to perform the nucleic acid extraction operation.
  • Step S710 the capacity of the washing liquid and the eluate stored in the container 150 can be detected.
  • Step S710 may be performed by the water level sensor disposed in each container 150, but is not limited thereto, and may be any value input by a user.
  • Step S720 the sample tube 200 disposed on the sample tube accommodating part 112 may be sensed.
  • Step S720 is to determine the number of sample tubes 200 disposed in the first rack 110, the tube detection sensor 180 implemented as an optical sensor is disposed adjacent to the elastic support 174, the vertical drive unit 176 ) May be performed by detecting whether the pressing nozzle 172 is present on the optical path of the optical sensor when the elastic support 174 moves downward.
  • step S720 may be performed on each sample tube 200 while the rotation driving unit 140 rotates the first rack 110.
  • step S730 it may be determined whether the cleaning solution and the eluate required for the nucleic acid extraction operation is provided. Operation S730 may be performed by the operation initiation unit 190, and may be performed based on the volume of the cleaning solution / eluate detected in operation S710 and the number of sample tubes 200 detected in operation S720.
  • the nucleic acid extraction operation can be started in step S740.
  • the nucleic acid extraction operation is performed every at least one cycle, and thus, as a whole process of the nucleic acid extraction operation, the method 700 may also be performed every one cycle.
  • FIG 9 illustrates a method of operating a nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • step S810 the first rack 110 and the second rack 120 may be rotationally aligned.
  • Step S810 is to align the positions of the first rack 110 and the second rack 120 to perform the cleaning operation on the sample solution, specifically, the sample tube 200 accommodated in the first rack 110 is
  • the rotation driving unit 140 may be performed by rotating at least one of the first rack 110 and the second rack 120 so as to be positioned on the cleaning liquid receiver 124 of the second rack 120 (see FIG. 6). ).
  • step S820 the synchronous rotation of the first rack 110 and the second rack 120 may be performed.
  • step S820 while the rotation drive unit 140 rotates the first rack 110 and the second rack 120 synchronously, the dispenser 160 injects the cleaning solution into the sample tube 200, and the pressurizing unit 170 This may be done by pressurizing the sample tube 200.
  • the nucleic acid absorbed into the filter member through step S820 is not released to the cleaning liquid, and impurities may be released from the filter member to the cleaning liquid, whereby impurities may be removed into the sample.
  • Step S830 is to align the position of the first rack 110 and the second rack 120 to perform the dissolution operation, specifically, the sample tube 200 accommodated in the first rack 110 is a second rack ( The rotation driver 140 may be performed by rotating at least one of the first rack 110 and the second rack 120 to be positioned on the elution tube 300 of the 120 (see FIG. 7).
  • Step S840 the dissolution operation may be performed.
  • Step S840 is performed by injecting eluents into the plurality of sample tubes 200 while synchronously rotating the first rack 110 and the second rack 120, and the pressing unit 170 pressurizes the inside of the sample tube 200. Can be.
  • the eluate may release the nucleic acid absorbed by the filter member into the elution tube 300, through which the extracted nucleic acid may be accommodated in the elution tube 300.
  • steps S820 and S840 may be performed a plurality of times, and different washing or different eluents may be used in each step.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법이 개시된다. 상기 장치는 세정액 및 용출액이 각각 저장되는 컨테이너; 상기 컨테이너에 저장된 상기 세정액 및 상기 용출액의 용량을 감지하는 수위 센서; 샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 튜브 감지 센서; 및 상기 튜브 감지 센서에 의해 감지된 샘플 튜브의 개수와 상기 수위 센서에 의해 감지된 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 동작 개시부를 포함할 수 있다.

Description

핵산 추출 장치 및 그 동작 방법
본 발명은 2018년 8월 1일에 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2018-0090066호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 회전 방식으로 구동하여 핵산을 추출하는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
생물학적 연구분야에서 필수적인 단계로 요구되는 DNA 증폭을 위한 중합 효소 연쇄 반응(PCR)은 다량의 정제된 핵산을 필요로 하게 되었다. 그로 인해 대학의 실험실이나 기업의 연구소에서 연구원의 수작업으로 생물학적 물질 또는 핵산을 분리하는 데에는 한계가 발생하였다. 그러한 한계를 극복하기 위해 생물학적 시료로부터 생물학적 물질 또는 핵산을 추출하기 위한 자동화 장치가 제조되어 사용되고 있다.
핵산을 추출하기 위한 종래의 방법으로서, 마그네틱 비드를 사용하여 자석으로 흡착된 핵산을 분리해내는 방법, 컬럼을 이용해서 용액을 용출하는 방법으로 컬럼에 공기를 가하여 용액을 밀어내는 방법, 컬럼 자체를 원심 분리하여 용액을 용출하는 방법 등이 있다.
그러나 상기 언급된 종래 방법을 이용한 자동화된 핵산 추출 장비는 많은 시료를 처리하기 위해 상대적으로 큰 크기를 가지거나, 시료 처리 시간이 지나치게 길어지는 문제점이 있었다. 또한, 많은 시료를 처리하는 과정에서 각각의 시료로 인한 오염이 발생할 수 있었으며, 이로 인해 처리 효율을 감소하고, 사용자의 불편이 발생하였다.
또한, 종래에는 핵산 추출의 효율을 개선하기 위해 1사이클(1순환) 동안 다수의 샘플에 대해 핵산 추출 동작을 수행하였는데, 다수의 샘플에 대해 핵산 추출이 이루어진다는 점에서, 1사이클 동안 다량의 세정액, 용출액 등이 필요하였다. 충분한 양의 세정액, 용출액 등이 구비되지 않은 경우, 사이클 중에 핵산 추출 동작이 중단되어, 결과적으로 일부 샘플에 대해 핵산 추출 동작이 수행되지 않아, 적지 않은 샘플이 낭비되는 문제가 발생하였다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법이 요구된다.
본 발명은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전 방식으로 구동되어 샘플 용액에서 용이하고 안전하게 핵산을 추출할 수 있는 핵산 추출 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치가 개시된다. 상기 장치는 세정액 및 용출액이 각각 저장되는 컨테이너; 상기 컨테이너에 저장된 상기 세정액 및 상기 용출액의 용량을 감지하는 수위 센서; 샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 튜브 감지 센서; 및 상기 튜브 감지 센서에 의해 감지된 샘플 튜브의 개수와 상기 수위 센서에 의해 감지된 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 동작 개시부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 둘레를 따라 복수의 상기 샘플 튜브 수용부가 이격 형성되는 제 1 랙(rack); 상기 제 1 랙의 하단에 배치되고, 복수의 용출 튜브 수용부가 둘레를 따라 이격 형성되고, 상기 둘레를 따라 상기 복수의 용출 튜브 수용부 사이에 세정액 수용부가 형성되는 제 2 랙; 및 기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙 각각을 회전시키기 위한 회전 구동부를 더 포함하고, 상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브를 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 또는 상기 용출 튜브 상에 위치시킨 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전시키면서 상기 세정 동작 또는 상기 용출 동작을 수행할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 튜브 감지 센서는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클 마다 수행되고, 상기 동작 개시부는 각 사이클마다 상기 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 샘플 튜브에 가압 공기를 전달하는 가압 노즐; 상기 가압 노즐과 탄성 부재를 통해 연결되는 탄성 지지부; 및 상기 탄성 지지부를 수직 이동시키는 수직 구동부를 포함하는 가압부를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 튜브 감지 센서는 상기 가압부에 인접 배치되는 광 센서로 구현되고, 상기 수직 구동부가 상기 탄성 지지부를 하측으로 이동시킬 때, 상기 광 센서의 광 경로 상에 상기 가압 노즐이 존재하는지를 감지할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2 랙 상에 배치되고, 복수의 관통부가 형성되는 랙 캡을 더 포함하고, 상기 복수의 관통부는 둘레를 따라 서로 이격 배치되고, 각각은 상기 용출 튜브 수용부 및 상기 세정액 수용부를 커버할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 수용부에 수용되고, 외측으로 돌출되는 손잡이부를 구비한 복수의 용출 튜브(elution tube)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵산 추출 장치의 동작 방법이 개시된다. 상기 방법은, 컨테이너에 저장된 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계; 샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 단계; 상기 샘플 튜브의 개수와 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 단계; 및 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되면 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는, 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 제 2 랙의 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계 ― 상기 샘플 튜브에는 핵산과 불순물을 포함하는 샘플 용액이 수용되며, 샘플 튜브 내의 필터 부재에 상기 핵산이 흡수됨; 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행하는 단계; 상기 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계; 및 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 용출 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 샘플 튜브를 감지하는 단계는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고, 상기 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계 내지 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는 각 사이클마다 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 랙(rack)을 회전 방식으로 구동함으로써, 핵산 추출에 수반되는 모션 구성의 간소화하여, 처리 속도를 향상시키고, 제품 원가 감소 및 소형화 설계를 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 샘플 튜브가 배치된 랙을 회전시키면서, 각각의 샘플 튜브를 감지하여 샘플 튜브의 전체 개수를 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 샘플 튜브의 개수와 세정액, 용출액의 용량에 기초하여 랙의 회전 동안 핵산 추출 동작이 가능한지 판단하여, 샘플 등의 자원이 불필요하게 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 랙의 정렬 회전 및 동기 회전을 통해 용출액 및/또는 세정액으로 인한 각 용출 튜브 수용부 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 핵산 추출물이 용출 튜브에 수용됨으로써, 핵산 보관을 위해 별도의 피펫팅을 수행해야 하는 불편을 해소할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압부 및 튜브 감지 센서를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 1 랙을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 2 랙을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 튜브를 도시한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 도시하고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압부 및 튜브 감지 센서를 도시하고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 1 랙을 도시하며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 제 2 랙을 도시한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 튜브를 도시한다.
도시되는 바와 같이, 핵산 추출 장치(100)는 제 1 랙(110), 제 2 랙(120), 본체(130), 회전 구동부(140), 컨테이너(150), 분주기(160), 가압부(170), 튜브 감지 센서(180) 및 동작 개시부(190)를 구비할 수 있다.
제 1 랙(110)은 샘플 튜브(200)를 수용 및 고정하기 위한 것으로서, 이를 위해 샘플 튜브(200)를 수용하기 위한 복수의 샘플 튜브 수용부(112)가 형성될 수 있다. 복수의 샘플 튜브 수용부(112)는 서로 이격하되, 제 1 랙(110)의 외곽을 따라 원형으로 형성될 수 있으며, 각각의 샘플 튜브 수용부(112)는 샘플 튜브(200)를 수용하도록 형성되되, 샘플 튜브(200)로부터의 추출액이 하부로 전달될 수 있도록 하부에 개구부가 형성될 수 있다. 샘플 튜브 수용부(112) 간의 이격을 통해, 샘플 튜브(200) 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 하기 더 상세히 설명할 바와 같이, 샘플 튜브 수용부(112)는 원형으로 형성됨으로써, 회전 구동부(140)에 의한 회전만으로 핵산 추출을 위한 정렬 등의 동작을 수행하게 할 수 있다.
샘플 튜브(200)는 핵산 및 불순물을 포함하는 샘플 용액 등을 수용하기 위한 것으로서, 샘플 튜브(200)의 양 단부가 개방될 수 있으며, 특히 하부 단부가 상부 단부에 비해 좁은 개구부를 가질 수 있다. 이를 통해 샘플 튜브(200)의 추출물이 안정적으로 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 또는 세정액 수용부(124)로 이송되도록 할 수 있다. 또한, 샘플 튜브(200)는 필터 지지부(210)를 포함할 수 있다.
필터 지지부(210)는 샘플 튜브(200) 내부의 일 영역, 특히, 단면적이 좁아지는 천이 영역에 내측으로 돌출 형성되는 것으로서, 돌출 형성된 필터 지지부(210) 상으로 필터 부재(220)가 배치될 수 있다. 여기서 필터 부재(220)는 핵산을 흡착하기 위한 것으로서, 예를 들어, 다공성 멤브레인 등을 포함할 수 있다. 이와 더불어, 필터 부재(220)의 상부에 필터 고정부(212)가 추가적으로 배치될 수 있다. 필터 고정부(212)는 필터 부재(220)의 상부에서 필터 부재(220)의 위치, 배치를 고정할 수 있다. 이와 같이, 필터 지지부(210)와 필터 고정부(212)가 필터 부재(220)의 상부 및 하부에서 동시에 필터 부재(220)를 지지 및 고정함으로써 필터의 유동 등으로 인한 필터 성능 감소를 방지할 수 있다.
제 2 랙(120)은 용출 튜브(300)를 수용 및 고정함과 동시에 세정액을 수용하기 위한 것으로서, 이를 위해 용출 튜브 수용부(122) 및 세정액 수용부(124)를 포함할 수 있다.
용출 튜브 수용부(122)는 용출 튜브(300)를 수용 및 고정하기 위한 것으로서, 복수의 용출 튜브 수용부(122)가 서로 이격하되, 제 2 랙(120)의 외곽을 따라 원형으로 형성될 수 있다. 이와 같은 용출 튜브 수용부(122) 간의 이격을 통해, 샘플 튜브(200)로부터의 추출물로 인한 각 용출 튜브 수용부(122) 간의 오염이나 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 하기 더 상세히 설명할 바와 같이, 용출 튜브 수용부(122)는 회전 구동부(140)에 의한 회전만으로 핵산 추출을 위한 정렬 등의 동작을 수행하게 할 수 있다. 용출 튜브 수용부(122)에 수용 및 고정되는 용출 튜브(300)는 제 1 랙(110)으로부터 추출된 핵산을 수용하기 위한 것으로서, 이를 통해 각각의 샘플 튜브(200)로부터 추출되는 핵산을 개별적으로 수용하여 보관할 수 있게 함으로써, 추출된 핵산을 별도의 피펫팅(pipetting) 등을 통해 이송해야 하는 불편을 제거할 수 있다. 특히, 용출 튜브(300)는 각각이 외측으로 돌출되는 손잡이부(310)를 구비함으로써, 용출 튜브 수용부(122)로의 수용 및 배출을 용이하게 할 수 있다. 용출 튜브 수용부(122)는 손잡이부(310)의 안정적인 거치를 위해 손잡이부(310)에 대응하는 위치에 소정의 홈이 형성될 수 있다.
세정액 수용부(124)는 세정액을 수용하기 위한 것으로서, 제 2 랙(120)의 중앙에 형성되되, 세정액 수용부(124)의 적어도 일부가 외측으로 돌출 연장하여, 복수의 용출 튜브 수용부(122)와 교번하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 연장부가 복수의 용출 튜브 수용부(122)와 교번함으로써, 회전 구동부(140)에 의한 간단한 회전만으로 세정액의 수용을 위한 정렬 등의 동작을 수행할 수 있다.
세정액 수집부(126)는 제 2 랙(120)의 하단에 위치하며, 세정액 수집부(126)는 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 내에 수용되는 세정액을 수집하기 위한 것으로서, 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124)의 일 단부와 유체 연통 가능하게 연결될 수 있다. 더 구체적으로, 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124)는 일 영역에 개구부가 형성될 수 있으며, 세정액 수용부(124)로 수용된 세정액 등은 개구부를 통해 외부로 유출될 수 있다. 세정액 수집부(126)는 제 2 랙(120)의 하단에 위치할 수 있으며, 세정액 수용부(124)의 개구부를 통해 유출되는 세정액 등을 수집할 수 있다. 세정액 수집부(126) 및 제 2 랙(120)은 탈착 가능하게 결합하도록 구현함으로써, 세정액 수집부(126)의 착탈을 통해 세정액 등의 수집 및 배출 등을 포함하는 핵산 추출 장치(100)의 관리를 용이하게 할 수 있다.
랙 캡(128)은 제 2 랙(120)의 상단을 커버하기 위한 것으로서, 둘레를 따라 서로 이격하는 복수의 관통부(129)가 형성될 수 있다. 각각의 관통부(129)는 용출 튜브 수용부(122) 및 세정액 수용부(124)를 동시에 커버할 수 있다. 랙 캡(128)은 각 관통부(129)가 소정의 높이를 가짐으로써, 제 2 랙(120)의 용출 튜브 수용부(122) 및 세정액 수용부(124)의 높이(또는 깊이)를 연장하는 효과를 가질 수 있다. 이를 통해, 예를 들어, 세정액 수용부(124)로 유입되는 유체의 비산물이 인접한 다른 용출 튜브(300)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본체(130)는 핵산 추출 장치(100)의 프레임으로서, 본체(130)에는 제 1 랙(110), 제 2 랙(120), 회전 구동부(140), 분주기(160), 가압부(170) 등이 배치될 수 있다. 특히, 본체(130) 상에서, 제 1 랙(110)은 제 2 랙(120)의 상부에 위치할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)로부터 추출되는 추출물(핵산 등)이 제 2 랙(120)으로 바로 수집되도록 할 수 있다.
제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 각각은 본체(130)에 대해 수평으로 이동 가능할 수 있다. 여기서 본체(130)에 대해 수평으로 이동 가능한 것은 본체(130)에 직접적으로 수평 이동 가능한 것뿐만 아니라, 간접적으로 수평 이동 가능한 것을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 수평으로 이동 가능하게 함으로써, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 용이하게 유지, 관리할 수 있을 뿐만 아니라, 핵산 추출을 위해 샘플 튜브(200), 용출 튜브(300), 제 1 랙(110), 제 2 랙(120) 등의 수용 및 탈거를 용이하게 할 수 있다.
실시예에 따라, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나는 본체(130)와 착탈 가능하게 결합할 수 있다. 즉, 이와 같이, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 본체(130)에 대해 제거 가능하게 구현함으로써, 각종 튜브의 장착이나 탈거, 세정액의 배출 등 랙의 사용 및 관리를 용이하게 할 수 있다.
회전 구동부(140)는 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)에 각각 연결되어 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동시에 또는 개별적으로 회전시킬 수 있다. 회전 구동부(140)에 의한 회전은, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 하나의 단독 회전, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 정렬 회전, 동기 회전 등을 포함할 수 있다. 단독 회전은 예를 들어, 제 1 랙(110) 또는 제 2 랙(120)을 개별적으로 회전시키는 것으로서, 하기 설명할 바와 같이, 샘플 튜브 수용부(112)에 수용된 샘플 튜브(200)의 감지 시에 수행될 수 있다. 정렬 회전은 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)을 회전 정렬하거나, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)을 회전 정렬하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 정렬은 세정액 또는 용출액의 사용에 따라 추출물의 수용부를 달리하기 위한 것이다. 동기 회전은 정렬 회전에 의해 정렬된 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)의 회전을 동기화하는 것을 의미한다. 동기 회전에 따르면, 제 1 랙(110)과 제 2 랙(120)이 동시에 회전하기 때문에, 샘플 튜브(200)와 세정액 수용부(124) 또는 샘플 튜브(200)와 용출 튜브(300) 간의 상대적인 위치가 동일하게 유지된다. 동기 회전과 동시에, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)에 세정액 또는 용출액이 주입될 수 있다.
복수의 컨테이너(150)는 세정액이 저장되는 적어도 하나의 세정액 컨테이너 및 용출액이 저장되는 적어도 하나의 용출액 컨테이너를 포함할 수 있다.
각각의 컨테이너(150)는 분주기(160)로 연결되며, 분주기(160)는 각 컨테이너(150)에 저장된 용액을 샘플 튜브(200) 내로 분주할 수 있다.
각 컨테이너(150)의 내측에는 컨테이너(150) 내에 저장된 유체의 수위를 감지하는 수위 센서(도시되지 않음)가 배치될 수 있다. 각 수위 센서에 의해 감지된 세정액 및 용출액의 용량은 동작 개시부(190)로 전달되어 핵산 추출 동작의 개시 여부를 결정하는데 이용될 수 있다.
세 개의 컨테이너(150)가 도시되지만, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 컨테이너의 개수 및 저장되는 유체의 종류는 다양할 수 있다.
분주기(160)는 분주 노즐을 통해 샘플 튜브(200) 내로 소정의 유체를 주입할 수 있다. 이러한 유체는 핵산 추출에 요구되는 것으로서, 세정액, 용출액 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분주기(160)는 상이한 유체 간의 오염을 방지하기 위해 유체 별로 별도의 분주 노즐을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분주기(160)는 복수의 샘플 튜브(200)에 대해 동시에 동작할 수 있는 복수의 분주 노즐을 포함하여 핵산 추출 속도를 개선할 수 있다.
분주기(160)는 샘플 튜브(200)와의 위치 정렬을 위해 수직 운동할 수 있다. 구체적으로, 회전 구동부(140)에 의해 회전하여 분주기(160) 하측에 위치한 샘플 튜브(200)와의 거리를 좁히고, 샘플 튜브(200)에 밀착하기 위해 상하 이동할 수 있다. 또한, 분주기(160)는 수평 운동할 수 있다. 구체적으로, 분주를 위해 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 샘플 튜브(200)로부터 멀어지도록 수평 이동할 수 있는데, 후자의 경우 다른 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 가압부(170)의 가압을 위해 해당 샘플 튜브(200)로부터 벗어나는 것을 포함할 수 있다. 분주기(160)가 복수개로 구현되는 경우, 각 분주기(160)가 동기화되어 수평 및/또는 수직 운동하거나, 개별적으로 수평 및/또는 수직 운동할 수 있다.
가압부(170)는 샘플 튜브(200) 내부를 가압할 수 있으며, 이를 위해 가압부(170)는, 가압 노즐(172), 탄성 지지부(174) 및 수직 구동부(176)를 포함할 수 있다.
가압 노즐(172)은, 샘플 튜브(200)와 접하면서 가압 공기(pressurized air)를 샘플 튜브(200) 내로 주입할 수 있다. 가압 노즐(172)에 의해 가압 공기가 샘플 튜브(200) 내부로 주입됨으로써, 샘플 튜브(200) 내부가 가압되어, 샘플 튜브(200) 내의 유체 중 적어도 일부가 샘플 튜브(200) 내의 필터 부재를 통과하여 제 2 랙(120)으로 추출될 수 있다.
탄성 지지부(174)는, 하측의 가압 노즐(172)과 상측의 수직 구동부(176)를 연결하여, 수직 구동부(176)의 구동력을 가압 노즐(172)에 전달할 수 있다. 이때 탄성 지지부(174)는 스프링 등의 탄성 부재로 구현되어, 가압 노즐(172)을 향하여 탄성력을 발생시킴으로써, 가압 노즐(172)이 샘플 튜브(200)에 보다 긴밀하게 밀착하게 할 수 있다. 이러한 견고한 밀착을 통해 가압 공기가 샘플 튜브(200) 내부로 주입될 때, 샘플 튜브(200) 내의 샘플 용액, 세정액, 용출액 등이 가압에 의해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
수직 구동부(176)는, 탄성 지지부(174)와 연결되어, 탄성 지지부(174)를 수직 이동시킬 수 있다. 탄성 지지부(174)의 이동을 통해 가압 노즐(172)을 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
일 실시예에서, 가압부(170)는 복수의 샘플 튜브(200)에 대해 동시에 동작할 수 있는 복수의 가압 노즐(172)을 포함하여 핵산 추출 속도를 개선할 수 있다.
이와 같은 수직 운동에 부가적으로 가압부(170)는 수평 운동할 수 있다. 구체적으로, 가압을 위해 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 샘플 튜브로(200)로 부터 멀어지도록 수평 이동할 수 있는데, 후자의 경우 다른 샘플 튜브(200)로 이동하거나, 분주기(160)의 분주를 위해 해당 샘플 튜브(200)로부터 벗어나는 것을 포함할 수 있다. 가압부(170)가 복수 개로 구현되는 경우, 각 가압부(170)가 동기화되어 수평 및/또는 수직 운동하거나, 개별적으로 수평 및/또는 수직 운동할 수 있다.
튜브 감지 센서(180)는 샘플 튜브 수용부(112)에 배치된 샘플 튜브(200)를 감지하여, 제 1 랙(110)에 배치된 샘플 튜브(200)의 개수를 파악할 수 있다. 튜브 감지 센서(180)는 예를 들어, 광 센서 등으로 구현될 수 있으며, 탄성 지지부(174), 가압 노즐(172) 등에 인접 배치되되, 수직 구동부(176)와 연동하여 이동할 수 있다. 튜브 감지 센서(180)는 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하는지를 감지할 수 있는데, 수직 구동부(176)가 탄성 지지부(174)를 하측으로 이동시키는 경우, 하단에 샘플 튜브(200)가 존재하지 않으면, 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하지 않으며(도 2a 참조), 하단에 샘플 튜브(200)가 존재하는 경우, 샘플 튜브(200)에 의해 가압 노즐(172)의 하방 이동이 저지되므로, 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하게 된다(도 2b 참조).
이와 같이, 튜브 감지 센서(180)는, 수직 구동부(176)의 수직 이동 및 가압 노즐(172)의 움직임과 연계하여, 하측에 샘플 튜브(200)가 존재하는지를 감지할 수 있다. 특히 제 1 랙(110)에 배치된 샘플 튜브(200) 전체의 개수를 감지하기 위해, 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110)을 회전시키면서 상기와 같은 감지 동작을 수행할 수 있다.
동작 개시부(190)는, 핵산 추출 동작의 개시 여부를 결정할 수 있다. 동작 개시부(190)에 의해 개시가 결정되면, 본격적인 핵산 추출 동작이 수행될 수 있다. 구체적으로, 동작 개시부(190)는, 튜브 감지 센서(180)에 의해 감지된 샘플 튜브(200)의 개수와 수위 센서에 의해 감지된 세정액 및 용출액의 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 세정액 및 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있다. 충분한 양의 세정액 및 용출액이 구비되었다면 핵산 추출 동작을 개시할 수 있다.
본 발명에서, 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행될 수 있다. 이를 위해 동작 개시부(190)는 각 사이클마다 핵산 추출 동작에 필요한 세정액 및 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있으며, 따라서 회전 구동부(140)에 의한 제 1 랙(110)의 회전, 이에 수반되는 각각의 샘플 튜브(200)에 대한 가압부(170)의 수직 이동 및 튜브 감지 센서(180)의 감지가 각 사이클 마다 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
회전 구동부(140)는 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. 이후에, 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시킴으로써, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)와 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 간의 상대적인 위치를 동일하게 유지할 수 있다. 이러한 동기 회전과 동시에, 분주기(160)는 샘플 튜브(200)에 세정액을 주입하고 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)에 배치된 각각의 샘플 튜브(200)에 대해 순차적으로 세정 동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 회전 정렬 후, 복수의 샘플에 대해 세정액의 주입 및 가압을 동기 회전을 통해 지속적으로 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 예시를 도시한다.
회전 구동부(140)는 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. 이후에, 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시킴으로써, 제 1 랙(110)의 샘플 튜브(200)와 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 간의 상대적인 위치를 동일하게 유지할 수 있다. 동기 회전과 동시에, 분주기(160)는 샘플 튜브(200)에 용출액을 주입하고 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압할 수 있다. 이를 통해, 제 1 랙(110)에 배치된 각각의 샘플 튜브(200)에 대해 순차적으로 용출 동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 회전 정렬 후, 복수의 샘플에 대해 용출액의 주입 및 가압을 동기 회전을 통해 지속적으로 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
방법(700)은 핵산 추출 동작의 개시에 앞선 전 동작으로서, 핵산 추출 동작을 수행하기에 충분한 자원(세정액, 용출액 등)이 구비되었는지를 판단하기 위한 것이다.
먼저, S710 단계에서, 컨테이너(150)에 저장된 세정액 및 용출액의 용량을 감지할 수 있다. S710 단계는 각 컨테이너(150)에 배치된 수위 센서에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자에게 의해 입력된 임의의 값일 수 있다.
S720 단계에서, 샘플 튜브 수용부(112)에 배치된 샘플 튜브(200)를 감지할 수 있다. S720 단계는 제 1 랙(110)에 배치된 샘플 튜브(200)의 개수를 파악하기 위한 것으로서, 광 센서로 구현된 튜브 감지 센서(180)가 탄성 지지부(174)에 인접 배치되어 수직 구동부(176)가 탄성 지지부(174)를 하측으로 이동시킬 때, 광 센서의 광 경로 상에 가압 노즐(172)이 존재하는지를 감지함으로써 수행될 수 있다. 또한, S720 단계는 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110)을 회전시키는 동안, 각각의 샘플 튜브(200)에 수행될 수 있다.
S730 단계에서, 핵산 추출 동작에 필요한 세정액 및 용출액이 구비되어 있는지 판단할 수 있다. S730 단계는 동작 개시부(190)에 의한 것으로서, S710 단계에서 감지된 세정액/용출액의 용량 및 S720 단계에서 감지된 샘플 튜브(200)의 개수에 기초하여 수행될 수 있다.
S730 단계에서 충분한 양의 세정액 및 용출액이 구비된 것으로 판단되면, S740 단계에서 핵산 추출 동작을 개시할 수 있다. 본 발명에서, 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고, 따라서 핵산 추출 동작의 전 공정으로서, 방법(700) 또한 하나의 사이클 마다 수행될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 동작 방법을 도시한다.
도 9의 방법(800)은 도 8의 방법(700) 중 S740 단계에 따라 수행되는 것으로서, 먼저, S810 단계에서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. S810 단계는 샘플 용액에 대해 세정 동작을 수행하기 위해 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 위치를 정렬하는 것으로서, 구체적으로, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 세정액 수용부(124) 상에 위치하도록 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 회전함으로써 수행될 수 있다(도 6 참조).
S820 단계에서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행할 수 있다. S820 단계는 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 분주기(160)가 샘플 튜브(200)에 세정액을 주입하고, 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압함으로써 수행될 수 있다. S820 단계를 통해 필터 부재에 흡수된 핵산은 세정액으로 릴리즈(release)되지 않으며, 불순물은 필터 부재로부터 세정액으로 릴리즈됨으로써, 불순물이 샘플로 제거될 수 있다.
S830 단계에서, 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 회전 정렬할 수 있다. S830 단계는 용출 동작을 수행하기 위해 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)의 위치를 정렬하는 것으로서, 구체적으로, 제 1 랙(110)에 수용된 샘플 튜브(200)가 제 2 랙(120)의 용출 튜브(300) 상에 위치하도록 회전 구동부(140)가 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120) 중 적어도 하나를 회전함으로써 수행될 수 있다(도 7 참조).
마지막으로, S840 단계에서, 용출 동작을 수행할 수 있다. S840 단계는 제 1 랙(110) 및 제 2 랙(120)을 동기 회전시키면서, 복수의 샘플 튜브(200)에 용출액을 주입하고, 가압부(170)가 샘플 튜브(200) 내를 가압함으로써 수행될 수 있다. 이때, 용출액은 필터 부재에 흡수된 핵산을 용출 튜브(300)로 릴리즈할 수 있으며, 이를 통해, 추출된 핵산은 용출 튜브(300)에 수용될 수 있다.
실시예에 따라, S820 단계 및 S840 단계 중 적어도 하나는 복수 회 수행될 수 있으며, 또한 각 단계에서 상이한 세정액 또는 상이한 용출액이 이용될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 핵산 추출 장치로서,
    세정액 및 용출액이 각각 저장되는 컨테이너;
    상기 컨테이너에 저장된 상기 세정액 및 상기 용출액의 용량을 감지하는 수위 센서;
    샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 튜브 감지 센서; 및
    상기 튜브 감지 센서에 의해 감지된 샘플 튜브의 개수와 상기 수위 센서에 의해 감지된 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 동작 개시부를 포함하는, 핵산 추출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    둘레를 따라 복수의 상기 샘플 튜브 수용부가 이격 형성되는 제 1 랙(rack);
    상기 제 1 랙의 하단에 배치되고, 복수의 용출 튜브 수용부가 둘레를 따라 이격 형성되고, 상기 둘레를 따라 상기 복수의 용출 튜브 수용부 사이에 세정액 수용부가 형성되는 제 2 랙; 및
    상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙 각각을 회전시키기 위한 회전 구동부를 더 포함하고, 상기 회전 구동부가 상기 제 1 랙의 상기 샘플 튜브를 상기 제 2 랙의 상기 세정액 수용부 또는 상기 용출 튜브 상에 위치시킨 후, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 회전시키면서 상기 세정 동작 또는 상기 용출 동작을 수행하는, 핵산 추출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브 감지 센서는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지하는, 핵산 추출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고,
    상기 동작 개시부는 각 사이클마다 상기 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는, 핵산 추출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플 튜브에 가압 공기를 전달하는 가압 노즐; 상기 가압 노즐과 탄성 부재를 통해 연결되는 탄성 지지부; 및 상기 탄성 지지부를 수직 이동시키는 수직 구동부를 포함하는 가압부를 더 포함하는, 핵산 추출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 튜브 감지 센서는 상기 가압부에 인접 배치되는 광 센서로 구현되고, 상기 수직 구동부가 상기 탄성 지지부를 하측으로 이동시킬 때, 상기 광 센서의 광경로 상에 상기 가압 노즐이 존재하는지를 감지하는, 핵산 추출 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 랙 상에 배치되고, 복수의 관통부가 형성되는 랙 캡을 더 포함하고,
    상기 복수의 관통부는 둘레를 따라 서로 이격 배치되고, 각각은 상기 용출 튜브 수용부 및 상기 세정액 수용부를 커버하는, 핵산 추출 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 랙의 상기 용출 튜브 수용부에 수용되고, 외측으로 돌출되는 손잡이부를 구비한 복수의 용출 튜브(elution tube)를 더 포함하는, 핵산 추출 장치.
  9. 핵산 추출 장치의 동작 방법으로서,
    컨테이너에 저장된 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계;
    샘플 튜브 수용부에 배치된 샘플 튜브를 감지하는 단계;
    상기 샘플 튜브의 개수와 상기 세정액 및 상기 용출액의 상기 용량에 기초하여 핵산 추출 동작에 필요한 상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되어 있는지 판단하는 단계; 및
    상기 세정액 및 상기 용출액이 구비되면 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계를 포함하는, 핵산 추출 장치의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는,
    제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 제 2 랙의 세정액 수용부 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계 ― 상기 샘플 튜브에는 핵산과 불순물을 포함하는 샘플 용액이 수용되며, 샘플 튜브 내의 필터 부재에 상기핵산이 흡수됨 ― ; 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 세정 동작을 수행하는 단계; 상기 제 1 랙에 수용된 상기 샘플 튜브가 상기 제 2 랙의 용출 튜브 상에 위치하도록 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 회전 정렬하는 단계; 및 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙을 동기 회전시키면서, 용출 동작을 수행하는 단계를 포함하는, 핵산 추출 장치의 동작 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 샘플 튜브를 감지하는 단계는 상기 제 1 랙을 회전시키면서 순차적으로 상기 샘플 튜브 수용부 각각에 상기 샘플 튜브가 배치되는지를 감지하는, 핵산 추출 장치의 동작 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 핵산 추출 동작은 적어도 하나의 사이클마다 수행되고,
    상기 세정액 및 용출액의 용량을 감지하는 단계 내지 상기 핵산 추출 동작을 개시하는 단계는 각 사이클마다 수행되는, 핵산 추출 장치의 동작 방법.
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