WO2022045811A1 - Photonic pcr system using surface plasmonic phenomenon of conductive polymer, and real-time detection of target nucleic acids using same - Google Patents

Photonic pcr system using surface plasmonic phenomenon of conductive polymer, and real-time detection of target nucleic acids using same Download PDF

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리루크
조규진
김성령
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method which manufactures, by means of a roll-to-roll process, a nucleic acid detection device comprising a photonic PCR well based on surface plasmonic of a conductive polymer and detects target nucleic acids in real-time by using the manufactured device, and to a system therefor. When using the present invention, it is possible to detect target nucleic acids (DNA, RNA) present in a sample in real-time, and the nucleic acid detection device of the present invention can be mass-produced at low cost within a short amount of time through the roll-to-roll process.

Description

전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 현상을 이용한 광 PCR 시스템 및 이를 이용한 타겟 핵산의 실시간 검출Photo PCR system using surface plasmonic phenomenon of conductive polymer and real-time detection of target nucleic acid using the same
본 발명은 롤투롤 장치를 이용하여 손쉽게 제조 가능한, 전도성 고분자 극미세 구조제어를 통한 전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 현상을 이용한 광 PCR 플레이트 제조와 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 다목적 광 PCR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-purpose optical PCR system for producing an optical PCR plate using the surface plasmonic phenomenon of a conductive polymer through control of the ultrafine structure of a conductive polymer, which can be easily manufactured using a roll-to-roll device, and for real-time detection of a target nucleic acid.
본 출원은 2020년 08월 31일에 출원된 한국특허출원 제10-2020-0109881호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.This application claims priority based on Korean Patent Application No. 10-2020-0109881 filed on August 31, 2020, and all contents disclosed in the specification and drawings of the application are incorporated herein by reference.
전도성 고분자는 도핑 상태에 따라, 부도체, 반도체 및 도체의 성질을 나타낼 수 있으면서 쉽게 분산액을 제조할 수 있어, 원하는 극미세에서 미세 구조까지 다양한 패턴을 인쇄로 제조할 수 있는 장점이 있으면서 동시에 금속성을 구현할 수 있어 표면 플라즈모닉 현상을 구현하여 광-열 변환을 유도할 수 있는 장점이 있다.Conductive polymers can exhibit properties of non-conductors, semiconductors, and conductors depending on the doping state, and can easily prepare dispersions. Therefore, it has the advantage of being able to print a variety of patterns ranging from microstructures to microstructures desired by printing, while at the same time realizing metallic properties. It has the advantage of inducing light-to-thermal conversion by implementing a surface plasmonic phenomenon.
한편, 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 살아있는 생물체를 이용하지 않으면서 DNA를 효소적으로 복제하기 위한 분자 생물학 기술이다. PCR은 의학과 생물학 연구소에서, 다양한 과제, 예를 들면, 유전 질환의 검출, 유전자 지문(genetic fingerprint)의 확인, 감염 질환의 진단, 유전자 클로닝(cloning), 친자 확인검사 및 DNA 컴퓨팅에 일상적으로 이용되고 있다.On the other hand, polymerase chain reaction (PCR) is a molecular biology technique for enzymatically replicating DNA without using living organisms. PCR is routinely used in medical and biological laboratories for various tasks, for example, detection of genetic diseases, identification of genetic fingerprints, diagnosis of infectious diseases, gene cloning, paternity testing, and DNA computing. there is.
PCR은 우수한 증폭(amplification)과 정밀성(precision capability)으로 인하여, 핵산 검출(nucleic acid detection)을 위한 선택 방법으로서 분자 생물학자들에 의해 인정받고 있다. 전형적으로 PCR 후 DNA 검출은 PCR 반응의 종점(end-point) 또는 고원기(plateau phase)에서 수행되기 때문에, 출발 주형(starting template)을 정량하기 어렵다.PCR is recognized by molecular biologists as the method of choice for nucleic acid detection due to its excellent amplification and precision capability. Since DNA detection after PCR is typically performed at the end-point or plateau phase of a PCR reaction, it is difficult to quantify the starting template.
실시간 PCR 또는 동적 PCR은 반응이 진행됨에 따라 앰플리콘 농도 (amplicon concentration)를 기록함으로써 종점 PCR 분석의 능력을 진전시킨다. 앰플리콘 농도는 증폭된 표적과 연관된 형광 신호 변화(fluorescent signal change)를 통하여 빈번하게 기록된다. 또한, 실시간 PCR은 폐쇄된 시스템(closed system) 내에서 DNA 검출이 수행될 수 있기 때문에 오염이 제한된다는 점에서 종점 검출(end-point detection) PCR 보다 유리하다.Real-time PCR or dynamic PCR advances the capabilities of endpoint PCR assays by recording the amplicon concentration as the reaction progresses. Amplicon concentration is frequently recorded via a fluorescent signal change associated with the amplified target. In addition, real-time PCR is advantageous over end-point detection PCR in that contamination is limited because DNA detection can be performed in a closed system.
본 발명자들은 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환을 이용하여 핵산 증폭반응을 유도하는 전도성 고분자 기반 광 PCR 장치를 롤투롤(roll-to-roll) 장치로 제조하면서, 동시에 제조된 광 PCR 장치를 이용하여 타겟 핵산을 순차적으로 실시간 검출할 수 있는 다목적의 광 PCR 시스템을 개발함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present inventors manufactured a conductive polymer-based optical PCR device that induces a nucleic acid amplification reaction using photo-thermal conversion by the surface plasmon phenomenon of the conductive polymer as a roll-to-roll device, while simultaneously manufacturing optical PCR The present invention was completed by developing a multi-purpose optical PCR system capable of sequentially and real-time detection of target nucleic acids using the device.
따라서, 본 발명의 목적은 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical PCR system for manufacturing a conductive polymer-based optical PCR plate using a roll-to-roll device and for real-time detection of a target nucleic acid.
본 발명의 다른 목적은 롤투롤 장치로 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 제조하면서, 제조된 광 PCR 플레이트를 사용하여 타겟 핵산을 실시간으로 검출하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting a target nucleic acid in real time using the prepared optical PCR plate while manufacturing a conductive polymer-based optical PCR plate with a roll-to-roll device.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned tasks, and other tasks not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 빛 조사에 따른 미세구조를 지닌 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간을 구비하는 전도성 고분자 기반 광 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction) 플레이트를 제조하는 롤투롤(roll-to-roll) 장치; 상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 미세구조에 의한 광-열 변환 소자 및 이를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트에 핵산 증폭반응 유도를 위한 빛을 조사하는 광원(light source); 및 상기 반응 공간에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출하기 위한 광 검출기를 포함하고, 상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트는 롤투롤 장치에서부터 광원 방향으로 이송되고, 이송 과정에서 광원으로부터 반응 공간으로 빛이 조사되며, 상기 롤투롤 장치는, 전도성 고분자의 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 임프린팅 유닛; 및 상기 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션(lamination) 하는 라미네이팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a conductive polymer-based light having a plurality of reaction spaces in which a nucleic acid amplification reaction occurs by light-to-thermal conversion by the surface plasmon phenomenon of a conductive polymer having a microstructure according to light irradiation. A roll-to-roll device for preparing a PCR (Photonic Polymerase Chain Reaction) plate; a light source for irradiating light for inducing a nucleic acid amplification reaction to a light-to-thermal conversion element using the conductive polymer microstructure manufactured in the roll-to-roll device and a conductive polymer-based optical PCR plate using the same; and a photodetector for detecting the nucleic acid amplification reaction in the reaction space in real time, wherein the conductive polymer-based optical PCR plate prepared in the roll-to-roll device is transferred from the roll-to-roll device to the light source, and from the light source in the transport process Light is irradiated into the reaction space, and the roll-to-roll device forms a reaction space including a plasmonic thin film for plasmonic photothermal light-to-heat conversion of a conductive polymer into a microwell. an imprinting unit for imprinting on a substrate in an nxm array in the form; And it provides an optical PCR system for producing a conductive polymer-based optical PCR plate using a roll-to-roll device and real-time detection of a target nucleic acid using a roll-to-roll device, characterized in that it comprises a laminating unit for laminating an upper portion of the reaction space with a film.
또한, 본 발명은 (a) 빛 조사에 따른 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간을 구비하는 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 롤투롤 장치를 이용하여 제조하는 단계; (b) 상기 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 광원으로 이송시키고, 반응 공간으로 빛을 조사하는 단계; 및 (c) 광 검출기로 상기 반응 공간에서의 핵산 증폭반응을 실시간 검출하는 단계를 포함하고, 상기 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 롤투롤 장치를 이용하여 제조하는 단계는, (a-1) 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 플라즈모닉 전도성 고분자 박막을 구비하는 반응 공간을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 단계; (a-2) 상기 반응 공간에 생물학적 시료 및 상기 생물학적 시료 내 타겟 핵산의 증폭반응을 위한 시약을 주입하는 단계; 및 (a-3) 상기 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션(lamination) 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 장치로 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 제조하면서, 제조된 광 PCR 플레이트를 사용하여 타겟 핵산을 실시간으로 검출하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention uses a roll-to-roll device for (a) a conductive polymer-based optical PCR plate having a plurality of reaction spaces in which a nucleic acid amplification reaction occurs by photo-thermal conversion due to the surface plasmon phenomenon of the conductive polymer according to light irradiation. to manufacture; (b) transferring the prepared conductive polymer-based optical PCR plate to a light source and irradiating light into the reaction space; and (c) detecting the nucleic acid amplification reaction in the reaction space in real time with a photodetector, wherein the manufacturing of the conductive polymer-based photoPCR plate using a roll-to-roll device comprises: (a-1) plasmonic Imprinting a reaction space including a plasmonic conductive polymer thin film for plasmonic photothermal light-to-heat conversion on a substrate in an nxm array in the form of microwells; (a-2) injecting a biological sample and a reagent for amplification of a target nucleic acid in the biological sample into the reaction space; And (a-3) while preparing a conductive polymer-based optical PCR plate with a roll-to-roll device, characterized in that it comprises the step of laminating the upper portion of the reaction space with a film, using the prepared optical PCR plate A method for detecting nucleic acids in real time is provided.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 기판은 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PES(Polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester), PS(Polystyrene), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEO(Polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the substrate is PVDF (Polyvinylidene fluoride), PET (Polyethylene terephthalate), PEN (Polyethylene naphthalate), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PC (Polycarbonate), PI (Polyimide), PES (Polyethersulfone), polyester (Polyester), PS (Polystyrene), PDMS (Polydimethylsiloxane), PEO (Polyethylene oxide), and may be selected from the group consisting of a combination thereof.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS(Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY(Polypyrrole), PAN(Polyaniline), PA(Polyacetylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the conductive polymer may be selected from the group consisting of PEDOT-PSS (Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY (Polypyrrole), PAN (Polyaniline), PA (Polyacetylene), and combinations thereof. .
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 기판은 반투명 또는 투명한 재질일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the substrate may be made of a translucent or transparent material.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 광원은 LED, 다이오드 레이저(diode lasers), 다이오드 레이저 어레이(diode laser array), 양자 웰(수직)-공동 레이저(quantum well(vertical)-cavity laser) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the light source includes LEDs, diode lasers, diode laser arrays, quantum well (vertical)-cavity lasers, and It may be selected from the group consisting of combinations thereof.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 광 검출기는 포토다이오드(photodiode) 또는 분광 광도계를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the photo detector may include a photodiode or a spectrophotometer.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된(hybridized) 형광 라벨 올리고뉴클레오티드 프로브(oligonucleotide probe)로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the photodiode or spectrophotometer may be configured to detect light emitted from a fluorescent label oligonucleotide probe hybridized to a nucleic acid amplicon.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 프라이머 신장(primer extension) 산물로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the photodiode or spectrophotometer may be configured to detect light emitted from a fluorescent label primer extension product hybridized to a nucleic acid amplicon.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 반응 공간에는 핵산 증폭반응을 위한, 시료 내 타겟 핵산에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머, 형광 다이, dNTP 분자 및 중합효소가 놓여질 수 있다.In another embodiment of the present invention, a primer having a nucleotide sequence complementary to a target nucleic acid in a sample, a fluorescent die, a dNTP molecule, and a polymerase for the nucleic acid amplification reaction may be placed in the reaction space.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 플라즈모닉 박막은 전도성 고분자(CP), QD(quantum dot), QP(quantum particle), CQ(carbon quantum dot), GQ(graphene quantum dot), GNP(gold nanoparticle), SNP(silica nanoparticle), MNP(magnetic nanoparticle), ANP(silver nanoparticle), SiO2, 금속 나노입자, 그래핀 나노입자 및 이들의 조합으로 제조된 나노입자 박막일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the plasmonic thin film is a conductive polymer (CP), QD (quantum dot), QP (quantum particle), CQ (carbon quantum dot), GQ (graphene quantum dot), GNP (gold) nanoparticle), SNP (silica nanoparticle), MNP (magnetic nanoparticle), ANP (silver nanoparticle), SiO 2 , metal nanoparticles, graphene nanoparticles, and combinations thereof may be a nanoparticle thin film.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 롤투롤 장치에서 제조되어 나온 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트는 광원 방향으로 이송되며, 이송되는 과정에서 광원으로부터 반응 공간으로 빛이 조사됨에 따라 반응 공간에서 핵산 증폭반응이 유도되되, 상기 광 PCR 플레이트의 n번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 완료된 후에 n+1번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 순차적으로 이루어질 수 있다.In another embodiment of the present invention, the conductive polymer-based optical PCR plate produced in the roll-to-roll device is transferred in the direction of the light source, and as light is irradiated from the light source to the reaction space in the process of being transferred, nucleic acid amplification in the reaction space The reaction is induced, and after induction and detection of the nucleic acid amplification reaction in the reaction space of the nth column of the optical PCR plate is completed, the induction and detection of the nucleic acid amplification reaction in the reaction space of the n+1st column can be sequentially performed.
본 발명은 전도성 고분자에서 구현되는 표면 플라즈모닉 기반 광 PCR 웰을 구비하는 핵산 검출장치를 롤투롤 공정으로 제조하고, 제조된 장치를 이용하여 타겟 핵산을 실시간 검출하는 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명을 사용하면 시료에 존재하는 타겟 핵산(DNA, RNA)을 실시간으로 검출할 수 있으며, 본 발명의 핵산 검출장치는 롤투롤 공정을 통하여 단시간 내에 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하다.The present invention relates to a method and a system for real-time detection of a target nucleic acid using a roll-to-roll process of manufacturing a nucleic acid detection device having a surface plasmonic-based optical PCR well implemented in a conductive polymer, and using the manufactured device, By using the present invention, target nucleic acids (DNA, RNA) present in a sample can be detected in real time, and the nucleic acid detection device of the present invention can be mass-produced at low cost within a short time through a roll-to-roll process.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도이다.1 is a diagram schematically illustrating components of an optical PCR system for manufacturing a conductive polymer-based optical PCR plate using a roll-to-roll device and for real-time detection of a target nucleic acid, according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광 PCR 시스템에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 순차적으로 이루어지는 과정을 보여주며, 상단은 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 나타내며, 초록색 표시는 광 검출기에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 완료되었음을 나타내며, 빨간색 표시는 아직 검출과정이 진행되지 않은 상태임을 나타낸다.Figure 2 shows a process in which the detection of nucleic acid amplification products is sequentially performed by the optical PCR system according to an embodiment of the present invention, the upper part shows a conductive polymer-based optical PCR plate, and the green mark is nucleic acid amplification by the optical detector It indicates that the detection of the product has been completed, and the red mark indicates that the detection process has not yet been performed.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This example is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes of elements in the drawings are exaggerated in some cases to emphasize a clearer description. In addition, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
도면을 참조하여 설명할 때 동일 하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.When describing with reference to the drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도이다.1 is a diagram schematically illustrating components of an optical PCR system for manufacturing a conductive polymer-based optical PCR plate using a roll-to-roll device and for real-time detection of a target nucleic acid, according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 기반 광 PCR 시스템(100)은 빛 조사에 따른 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간(S)을 구비하는 광 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction) 플레이트(10)를 제조하는 롤투롤 장치, 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)에 핵산 증폭반응 유도를 위한 빛을 조사하는 광원(20) 및 반응 공간(S)에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출하기 위한 광 검출기(30)를 포함한다.1, the conductive polymer-based optical PCR system 100 according to an embodiment of the present invention is a plurality of reaction spaces (S) in which a nucleic acid amplification reaction occurs by light-to-thermal conversion by a surface plasmon phenomenon according to light irradiation. ) A light source irradiating light for inducing a nucleic acid amplification reaction to a roll-to-roll device for manufacturing a photonic polymerase chain reaction (PCR) plate 10, and a conductive polymer-based optical PCR plate 10 manufactured in a roll-to-roll device (20) and a photodetector 30 for detecting the nucleic acid amplification reaction in the reaction space (S) in real time.
상기 롤투롤 장치는 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 전도성 고분자 기반 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간(S)을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 임프린팅 유닛(11) 및 상기 반응 공간(S)의 상부를 필름으로 라미네이션 하는 라미네이팅 유닛(12)을 포함한다.The roll-to-roll device forms a reaction space (S) including a conductive polymer-based plasmonic thin film for plasmonic photothermal light-to-heat conversion in an nxm array in the form of microwells. It includes an imprinting unit 11 for imprinting on the surface and a laminating unit 12 for laminating an upper portion of the reaction space S with a film.
상기 롤투롤 장치는 롤(roll) 형태의 필름(film) 또는 웹(web)에 다양한 종류의 공정을 수행하는 장치로서, 롤 형태로 권취된 필름을 풀어주는 언와인더(unwinder), 필름에 인쇄 공정 등 다양한 공정을 수행하는 공정 유닛들, 필름을 다시 롤 형태로 감아주는 리와인더(rewinder)를 포함하며, 이들 사이에서 필름을 이송하기 위한 다양한 이송 유닛들을 구비할 수 있다.The roll-to-roll device is a device for performing various types of processes on a roll-type film or web, and an unwinder for unwinding a film wound in a roll shape, and printing on a film It includes process units for performing various processes, such as a process, and a rewinder for rewinding the film in a roll form, and may include various transfer units for transferring the film therebetween.
상기 광 PCR 플레이트(10)의 기판의 재질은 크게 제한되지 않으며, 바이오센서, 바이오칩, 미세유체칩 등 생체분자의 검출을 위한 장치 제조에 통상적으로 사용되는 소재(예컨대, 플라스틱, 유리 등)를 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 기판은 외부에서 조사된 빛이 반응 공간(S) 내의 플라즈모닉 박막에 도달할 수 있도록 반투명 또는 투명한 소재(예컨대, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA))로 제조될 수 있다.The material of the substrate of the photo-PCR plate 10 is not particularly limited, and materials (eg, plastic, glass, etc.) commonly used for manufacturing devices for detecting biomolecules such as biosensors, biochips, and microfluidic chips are limited. can be used without The substrate may be made of a translucent or transparent material (eg, polymethyl methacrylate (PMMA)) so that light irradiated from the outside can reach the plasmonic thin film in the reaction space S.
예를 들어, 본 발명의 광 PCR 플레이트(10)는 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PES(Polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester), PS(Polystyrene), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEO(Polyethylene oxide) 또는 이들을 조합을 기판의 소재로 사용하여 제조될 수 있다.For example, the optical PCR plate 10 of the present invention is PVDF (Polyvinylidene fluoride), PET (Polyethylene terephthalate), PEN (Polyethylene naphthalate), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), PE (Polyethylene), PP (Polypropylene) , PC (Polycarbonate), PI (Polyimide), PES (Polyethersulfone), polyester (Polyester), PS (Polystyrene), PDMS (Polydimethylsiloxane), PEO (Polyethylene oxide), or a combination thereof can be manufactured using as a material for the substrate. there is.
또한, 상기 플라즈모닉 광-열 변환을 발생시키는 전도성 고분자 미세 구조는 PEDOT-PSS(Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY(Polypyrrole), PAN(Polyaniline), PA(Polyacetylene) 또는 이들의 조합을 사용하여 제조될 수 있다.In addition, the conductive polymer microstructure that generates the plasmonic light-to-thermal conversion is prepared using PEDOT-PSS (Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY (Polypyrrole), PAN (Polyaniline), PA (Polyacetylene), or a combination thereof. can be
상기 반응 공간(S)은 플라즈모닉 광열 광-열 변환을 위한 플라즈모닉 박막을 구비하는 미세 우물(microwell) 형태의 플라즈모닉 웰(plasmonic well)로서, 시료 내에 존재하는 목적하는 생물학적 분자를 검출하기 위한 중합효소 연쇄반응(핵산 증폭반응)이 일어나는 공간이다. 상기 반응 공간(S)에 놓인 핵산 시료는 플라즈모닉 웰에 조사된 빛에 의한 플라즈모닉 현상을 통해 열이 발생하여, 91℃(히팅)와 60℃(쿨링)를 짧은 시간(<3분) 내에 30 사이클 수행하여 광 PCR을 통하여 핵산 증폭이 이루어질 수 있다.The reaction space S is a plasmonic well in the form of a microwell having a plasmonic thin film for plasmonic light-to-thermal light-to-thermal conversion. This is the space where the polymerase chain reaction (nucleic acid amplification reaction) takes place. The nucleic acid sample placed in the reaction space (S) generates heat through a plasmonic phenomenon by light irradiated to the plasmonic well, and 91°C (heating) and 60°C (cooling) are performed within a short time (<3 minutes). By performing 30 cycles, nucleic acid amplification can be achieved through photo-PCR.
빛이 조사되면 전도성 고분자의 폴라론(polaron)과 다이폴라론의 광열 변환(light-to-heat conversion)에 의하여 열이 발생하여 반응 공간(S)에 위치하는 핵산 및 PCR 시료 용액의 히팅과 쿨링이 빠른 사이클로 일어나게 되어 핵산 증폭반응이 신속하게 일어나게 된다. 이때 핵산 증폭을 위한 온도 조절은 광원(20)에 의한 빛의 조사를 조절하여 이루어질 수 있다.When light is irradiated, heat is generated by light-to-heat conversion of polaron and dipolaron of the conductive polymer, heating and cooling the nucleic acid and PCR sample solution located in the reaction space (S) As this rapid cycle occurs, the nucleic acid amplification reaction occurs rapidly. In this case, temperature control for nucleic acid amplification may be performed by controlling light irradiation by the light source 20 .
상기 핵산 증폭반응을 위하여, 반응 공간(S)에는 시료 내 타겟 핵산에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머, 프로브, 형광 다이, dNTP 분자 및 중합효소 등의 PCR을 위한 시료 용액이 놓여질 수 있다.For the nucleic acid amplification reaction, a sample solution for PCR such as a primer, a probe, a fluorescent die, a dNTP molecule, and a polymerase having a base sequence complementary to a target nucleic acid in the sample may be placed in the reaction space (S).
상기 임프린팅 유닛(11)에서 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간(S)이 광 PCR 플레이트(10)의 기판에 형성된다. 상기 플라즈모닉 박막은 전도성 고분자(CP), QD(quantum dot), QP(quantum particle), CQ(carbon quantum dot), GQ(graphene quantum dot), GNP(gold nanoparticle), SNP(silica nanoparticle), MNP(magnetic nanoparticle), ANP(silver nanoparticle), SiO2, 금속 나노입자, 그래핀 나노입자 또는 이들의 조합을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 전도성 고분자, 금 또는 은 나노입자 기반 전도성 잉크를 R2R 그라비아 또는 옵셋을 이용하여 금속 미세 우물을 기판 상에 인쇄할 수 있다. 이때 전도성 고분자, 금 또는 은의 미세 우물은 직경이 수백 나노미터에서 수 마이크론까지, 그리고 깊이는 수 마이크론까지 인쇄할 수 있다.In the imprinting unit 11 , a reaction space S having a plasmonic thin film is formed on the substrate of the optical PCR plate 10 . The plasmonic thin film is a conductive polymer (CP), QD (quantum dot), QP (quantum particle), CQ (carbon quantum dot), GQ (graphene quantum dot), GNP (gold nanoparticle), SNP (silica nanoparticle), MNP (magnetic nanoparticles), ANP (silver nanoparticles), SiO 2 , metal nanoparticles, graphene nanoparticles, or a combination thereof may be used. For example, metal microwells can be printed on a substrate using conductive polymers, gold or silver nanoparticles-based conductive inks using R2R gravure or offset. In this case, microwells of conductive polymer, gold or silver can be printed from several hundred nanometers to several microns in diameter and to several microns in depth.
상기 임프린팅 유닛(11)에 의하여 반응 공간(S)이 형성된 기판을 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션 하여 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)가 제조되고, 제조된 광 PCR 플레이트(10)는 광원(20) 방향으로 이송된다. 이후의 핵산 증폭 및 타겟 핵산의 검출을 위하여, 상기 라미네이션 과정 전 반응 공간(S)에 생물학적 시료 및 상기 생물학적 시료 내 타겟 핵산의 증폭반응을 위한 시약이 주입될 수 있다.A conductive polymer-based optical PCR plate 10 is manufactured by laminating the substrate on which the reaction space S is formed by the imprinting unit 11 with a film on the upper part of the reaction space, and the manufactured optical PCR plate 10 is a light source (20) is transferred in the direction. For subsequent nucleic acid amplification and detection of the target nucleic acid, a biological sample and a reagent for amplification of the target nucleic acid in the biological sample may be injected into the reaction space S before the lamination process.
상기 광원(20)은 LED, 다이오드 레이저(Diode lasers), 다이오드 레이저 어레이(Diode laser array), 양자 웰(수직)-공동 레이저(Quantum well(vertical)-cavity laser) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 광원(20)의 방출 파장은 자외선(UV), 가시광선 또는 적외선(IR) 등 일 수 있다.The light source 20 may be implemented as an LED, diode lasers, diode laser array, quantum well (vertical)-cavity laser, and the like. In addition, the emission wavelength of the light source 20 may be ultraviolet (UV) light, visible light or infrared (IR) light.
상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)는 롤투롤 장치에서 광원(20) 방향으로 이송되고, 광 PCR 플레이트(10)가 광원(20)을 지나가게 됨에 따라 반응 공간(S)으로 빛이 조사되고, 조사된 빛에 의한 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 따라 핵산 증폭반응이 일어난다. 이러한 핵산 증폭반응을 광 PCR 또는 포토닉 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction)이라고 한다.The conductive polymer-based optical PCR plate 10 manufactured in the roll-to-roll device is transferred in the direction of the light source 20 in the roll-to-roll device, and as the optical PCR plate 10 passes the light source 20, the reaction space (S) ), and the nucleic acid amplification reaction occurs according to the light-to-heat conversion by the surface plasmon phenomenon by the irradiated light. This nucleic acid amplification reaction is called photo PCR or photonic polymerase chain reaction (PCR).
상기 광 검출기(30)는 반응 공간(S)에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출한다. 광 검출기(30)는 반응 공간(S)에서 방출되는 광의 세기에 기반하여 방출된 광의 세기를 검출하고, 이를 전자 신호로 변환할 수 있다. 광 검출기(30)는 형광 신호를 실시간으로 검출하는 디지털 카메라, 포토다이오드(photodiode), 분광 광도계(spectrophotometer) 또는 유사한 촬상 장치로 구현될 수 있다.The photodetector 30 detects a nucleic acid amplification reaction in the reaction space S in real time. The photodetector 30 may detect the intensity of the emitted light based on the intensity of the light emitted from the reaction space S, and convert it into an electronic signal. The photodetector 30 may be implemented as a digital camera, a photodiode, a spectrophotometer, or a similar imaging device that detects a fluorescence signal in real time.
일 특정예에서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 올리고뉴클레오티드 프로브로부터 방출된 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 다른 특정예에서, 상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 프라이머 신장 산물로부터 방출된 광을 검출하도록 구성될 수 있다.In one specific example, the photodiode or spectrophotometer may be configured to detect light emitted from a fluorescently labeled oligonucleotide probe hybridized to a nucleic acid amplicon. In another specific example, the photodiode or spectrophotometer may be configured to detect light emitted from a fluorescent label primer extension product hybridized to a nucleic acid amplicon.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 고분자 기반 광 PCR 시스템에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 순차적으로 이루어지는 과정을 보여주며, 상단은 광 PCR 플레이트를 나타내며, 초록색 표시는 광 검출기에 의하여 핵산 증폭산물의 검출이 완료되었음을 나타내며, 빨간색 표시는 아직 검출과정이 진행되지 않은 상태임을 나타낸다.2 shows a process in which nucleic acid amplification products are sequentially detected by the conductive polymer-based optical PCR system according to an embodiment of the present invention, the upper part shows the optical PCR plate, and the green mark is the nucleic acid amplification by the optical detector It indicates that the detection of the product has been completed, and the red mark indicates that the detection process has not yet been performed.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 PCR 시스템(100)이 구동됨에 따라, 롤투롤 장치에서 제조되어 나온 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트(10)의 n번째 열의 반응 공간(S)에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 완료된 후에 n+1번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 순차적으로 이루어진다.Referring to Figure 2, as the optical PCR system 100 according to an embodiment of the present invention is driven, the reaction space (S) of the nth column of the conductive polymer-based optical PCR plate 10 manufactured in the roll-to-roll device After the induction and detection of the nucleic acid amplification reaction in , the induction and detection of the nucleic acid amplification reaction in the reaction space of the n+1th column are sequentially performed.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 PCR 시스템은 핵산 증폭을 위한 PCR 시료 용액의 온도를 모니터링 하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 센서는 시료의 온도를 측정하는 플랫폼에 결합되거나 플랫폼을 향할 수 있다. 이러한 온도 센서는 플랫폼을 향하는 열전대(thermocouple) 또는 카메라(예를 들어, IR 카메라)와 같이 다수의 센서 타입을 포함할 수 있다.The optical PCR system according to an embodiment of the present invention may further include a temperature sensor for monitoring the temperature of the PCR sample solution for nucleic acid amplification. The temperature sensor may be coupled to or face the platform for measuring the temperature of the sample. Such temperature sensors may include multiple sensor types, such as thermocouples or cameras (eg, IR cameras) facing the platform.
상기 센서 및 광원은 센서 데이터의 획득 및 광원의 제어를 위한 컴퓨팅 장치(computing unit)에 결합할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨팅 장치는 프로세서 및 광원을 구동하기 위한(예를 들어, LED 타이밍, 강도/주입 전류 등을 제어하기 위한) 프로세서로 실행 가능한 어플리케이션 소프트웨어에 저장되는 메모리를 포함하여, 센서로부터 데이터를 획득하고 및/또는 핵산 및/또는 샘플 용액의 형광 신호의 디지털 카메라 실시간 검출과 같이 진단 장치로부터 데이터를 처리할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 별개의 컴퓨터 또는 장치를 포함할 수 있거나, 나머지 구성 요소들을 가지는 마이크로컨트롤러 모듈(Microcontroller module)에 통합될 수 있다.The sensor and light source may be coupled to a computing unit for obtaining sensor data and controlling the light source. In general, a computing device obtains data from a sensor, including a processor and a memory stored in application software executable by the processor to drive the light source (eg, to control LED timing, intensity/injection current, etc.) and/or process data from the diagnostic device, such as digital camera real-time detection of fluorescent signals of nucleic acids and/or sample solutions. The computing device may include a separate computer or device, or may be integrated into a microcontroller module having the remaining components.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
[부호의 설명][Explanation of code]
10: 광 PCR 플레이트10: light PCR plate
11: 임프린팅 유닛11: Imprinting unit
12: 라미네이팅 유닛12: laminating unit
20: 광원20: light source
30: 광 검출기30: photo detector
S: 반응 공간S: reaction space
100: 전도성 고분자 기반 광 PCR 시스템100: conductive polymer-based optical PCR system
본 발명의 전도성 고분자의 표면 플라즈모닉 기반 광 PCR 웰을 구비하는 핵산 검출장치는 롤투롤 공정을 이용하여 제조되며, 제조된 장치 및 이를 이용한 광 PCR 시스템은 시료에 존재하는 타겟 핵산(DNA, RNA)을 실시간으로 검출하는 데 유용하게 이용될 것으로 기대된다.A nucleic acid detection device having a surface plasmonic-based optical PCR well of a conductive polymer of the present invention is manufactured using a roll-to-roll process, and the manufactured device and an optical PCR system using the same are target nucleic acids (DNA, RNA) present in the sample. It is expected to be usefully used to detect in real time.

Claims (12)

  1. 빛 조사에 따른 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간을 구비하는 전도성 고분자 기반 광 PCR(Photonic Polymerase Chain Reaction) 플레이트를 제조하는 롤투롤(roll-to-roll) 장치;Roll-to-roll manufacturing a conductive polymer-based photonic polymerase chain reaction (PCR) plate having a plurality of reaction spaces in which nucleic acid amplification reaction occurs by light-to-thermal conversion by the surface plasmon phenomenon of the conductive polymer according to light irradiation to-roll) device;
    상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트에 핵산 증폭반응 유도를 위한 빛을 조사하는 광원(light source); 및a light source irradiating light for inducing a nucleic acid amplification reaction to the conductive polymer-based optical PCR plate manufactured in the roll-to-roll device; and
    상기 반응 공간에서의 핵산 증폭반응을 실시간으로 검출하기 위한 광 검출기를 포함하고,A photodetector for detecting the nucleic acid amplification reaction in the reaction space in real time,
    상기 롤투롤 장치에서 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트는 롤투롤 장치에서부터 광원 방향으로 이송되고, 이송 과정에서 광원으로부터 반응 공간으로 빛이 조사되며,The conductive polymer-based optical PCR plate manufactured in the roll-to-roll device is transferred from the roll-to-roll device toward the light source, and light is irradiated from the light source to the reaction space during the transport process,
    상기 롤투롤 장치는, 전도성 고분자의 플라즈모닉 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 위한 플라즈모닉 박막을 구비하는 반응 공간을 미세 우물(microwell) 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 임프린팅 유닛; 및In the roll-to-roll device, a reaction space including a plasmonic thin film for plasmonic photothermal light-to-heat conversion of a conductive polymer is placed on a substrate in an nxm arrangement in the form of a microwell. Imprinting unit for printing; and
    상기 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션(lamination) 하는 라미네이팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 장치를 이용한 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트 제조 및 타겟 핵산의 실시간 검출을 위한 광 PCR 시스템.An optical PCR system for manufacturing a conductive polymer-based optical PCR plate using a roll-to-roll device and real-time detection of a target nucleic acid, characterized in that it comprises a laminating unit for laminating an upper portion of the reaction space with a film.
  2. 제1항 있어서,The method of claim 1,
    상기 기판은 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), PES(Polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester), PS(Polystyrene), PDMS(Polydimethylsiloxane), PEO(Polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.The substrate is PVDF (Polyvinylidene fluoride), PET (Polyethylene terephthalate), PEN (Polyethylene naphthalate), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PC (Polycarbonate), PI (Polyimide), PES (Polyethersulfone), polyester (Polyester), PS (Polystyrene), PDMS (Polydimethylsiloxane), PEO (Polyethylene oxide), characterized in that selected from the group consisting of, and combinations thereof, optical PCR system.
  3. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 기판은 반투명 또는 투명인 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.The optical PCR system, characterized in that the substrate is translucent or transparent.
  4. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS(Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY(Polypyrrole), PAN(Polyaniline), PA(Polyacetylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.The conductive polymer is PEDOT-PSS (Polyethylenedioxythiophene-Polystyrene sulfonic acid), PPY (Polypyrrole), PAN (Polyaniline), PA (Polyacetylene), characterized in that selected from the group consisting of, and combinations thereof, an optical PCR system.
  5. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 광원은 LED, 다이오드 레이저(diode lasers), 다이오드 레이저 어레이(diode laser array), 양자 웰(수직)-공동 레이저(quantum well(vertical)-cavity laser) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.The light source is selected from the group consisting of LEDs, diode lasers, diode laser arrays, quantum well (vertical)-cavity lasers, and combinations thereof. , an optical PCR system.
  6. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 광 검출기는 포토다이오드(photodiode) 또는 분광 광도계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.An optical PCR system, characterized in that the photodetector comprises a photodiode or a spectrophotometer.
  7. 제6항에 있어서,7. The method of claim 6,
    상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘(amplicon)에 혼성화된(hybridized) 형광 라벨 올리고뉴클레오티드 프로브(oligonucleotide probe)로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.The photodiode or spectrophotometer is characterized in that it is configured to detect light emitted from a fluorescent label oligonucleotide probe hybridized to a nucleic acid amplicon.
  8. 제6항에 있어서,7. The method of claim 6,
    상기 포토다이오드 또는 분광 광도계는 핵산 앰플리콘에 혼성화된 형광 라벨 프라이머 신장(primer extension) 산물로부터 방출된 광을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.wherein the photodiode or spectrophotometer is configured to detect light emitted from a fluorescent label primer extension product hybridized to a nucleic acid amplicon.
  9. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 반응 공간에는 핵산 증폭반응을 위한, 시료 내 타겟 핵산에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머, 형광 다이, dNTP 분자 및 중합효소가 놓여지는 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.In the reaction space, a primer, a fluorescent die, a dNTP molecule, and a polymerase having a base sequence complementary to a target nucleic acid in the sample are placed for the nucleic acid amplification reaction, the optical PCR system.
  10. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 플라즈모닉 박막은 전도성 고분자(CP), QD(quantum dot), QP(quantum particle), CQ(carbon quantum dot), GQ(graphene quantum dot), GNP(gold nanoparticle), SNP(silica nanoparticle), MNP(magnetic nanoparticle), ANP(silver nanoparticle), SiO2, 금속 나노입자, 그래핀 나노입자 및 이들의 조합으로 제조된 나노입자 박막인 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.The plasmonic thin film is a conductive polymer (CP), QD (quantum dot), QP (quantum particle), CQ (carbon quantum dot), GQ (graphene quantum dot), GNP (gold nanoparticle), SNP (silica nanoparticle), MNP (magnetic nanoparticle), ANP (silver nanoparticle), SiO 2 , Metal nanoparticles, graphene nanoparticles and nanoparticle thin films made of a combination thereof, characterized in that the optical PCR system.
  11. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 롤투롤 장치에서 제조되어 나온 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트가 광원 방향으로 이송되는 과정에서 광원으로부터 반응 공간으로 빛이 조사됨에 따라 반응 공간에서 핵산 증폭반응이 유도되되, 상기 광 PCR 플레이트의 n번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 완료된 후에 n+1번째 열의 반응 공간에서의 핵산 증폭반응의 유도 및 검출이 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 PCR 시스템.As light is irradiated from the light source to the reaction space while the conductive polymer-based optical PCR plate produced in the roll-to-roll device is transported in the direction of the light source, a nucleic acid amplification reaction is induced in the reaction space, the nth column of the optical PCR plate An optical PCR system, characterized in that induction and detection of a nucleic acid amplification reaction in the reaction space of the n+1th column are sequentially performed after induction and detection of the nucleic acid amplification reaction in the reaction space is completed.
  12. (a) 빛 조사에 따른 전도성 고분자의 표면 플라즈몬 현상에 의한 광-열 변환에 의하여 핵산 증폭반응이 일어나는 복수 개의 반응 공간을 구비하는 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 롤투롤 장치를 이용하여 제조하는 단계;(a) manufacturing a conductive polymer-based optical PCR plate having a plurality of reaction spaces in which a nucleic acid amplification reaction occurs by light-to-thermal conversion by a surface plasmon phenomenon of a conductive polymer according to light irradiation using a roll-to-roll device;
    (b) 상기 제조된 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 광원으로 이송시키고, 반응 공간으로 빛을 조사하는 단계; 및(b) transferring the prepared conductive polymer-based optical PCR plate to a light source and irradiating light into the reaction space; and
    (c) 광 검출기로 상기 반응 공간에서의 핵산 증폭반응을 실시간 검출하는 단계를 포함하고,(c) detecting the nucleic acid amplification reaction in the reaction space in real time with a photodetector,
    상기 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 롤투롤 장치를 이용하여 제조하는 단계는,The step of manufacturing the conductive polymer-based optical PCR plate using a roll-to-roll device,
    (a-1) 플라즈모닉 광열 광-열 변환을 위한 플라즈모닉 전도성 고분자 박막을 구비하는 반응 공간을 미세 우물 형태로 n x m 배열로 기판에 임프린팅 하는 단계;(a-1) imprinting a reaction space including a plasmonic conductive polymer thin film for plasmonic photothermal light-to-thermal conversion on a substrate in an n x m array in the form of a fine well;
    (a-2) 상기 반응 공간에 생물학적 시료 및 상기 생물학적 시료 내 타겟 핵산의 증폭반응을 위한 시약을 주입하는 단계; 및(a-2) injecting a biological sample and a reagent for amplification of a target nucleic acid in the biological sample into the reaction space; and
    (a-3) 상기 반응 공간의 상부를 필름으로 라미네이션 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 장치로 전도성 고분자 기반 광 PCR 플레이트를 제조하면서, 제조된 광 PCR 플레이트를 사용하여 타겟 핵산을 실시간으로 검출하는 방법.(a-3) while preparing a conductive polymer-based optical PCR plate with a roll-to-roll device, characterized in that it comprises the step of laminating the upper portion of the reaction space with a film, using the prepared optical PCR plate to perform real-time how to detect it.
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