WO2022234897A1 - Rt-pcr 측정용 인터페이스 모듈 및 이를 포함하는 회전형 rt-pcr 디바이스 - Google Patents

Rt-pcr 측정용 인터페이스 모듈 및 이를 포함하는 회전형 rt-pcr 디바이스 Download PDF

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WO2022234897A1
WO2022234897A1 PCT/KR2021/012385 KR2021012385W WO2022234897A1 WO 2022234897 A1 WO2022234897 A1 WO 2022234897A1 KR 2021012385 W KR2021012385 W KR 2021012385W WO 2022234897 A1 WO2022234897 A1 WO 2022234897A1
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pcr
module
tube
interface module
groove region
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PCT/KR2021/012385
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English (en)
French (fr)
Inventor
마상배
Original Assignee
주식회사 에이아이바이오틱스
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices

Definitions

  • the present invention relates to an interface module for RT-PCR measurement and a rotary RT-PCR device including the same, and more particularly, a heating having a slip ring and an interface module for RT-PCR measurement in which a plurality of barriers are installed in a spiral form.
  • the block module relates to a rotary RT-PCR device.
  • PCR Polymerase Chain Reaction
  • RT-PCR Real time PCR
  • RT-PCR equipment Most of the RT-PCR equipment is operated by a professional inspection institution, and the technology is concentrating on processing a large number of samples at the same time.
  • the difficulty of using the RT-PCR device for on-site diagnosis is that the extraction and fixation of extracting target DNA or RNA from the sample is performed using a separate automated equipment or manual operation is performed by skilled personnel, which is not suitable in the medical field. It cannot be easily performed by an expert.
  • most automated equipment is designed to process many samples at the same time, it is difficult to apply when the number of samples to be processed at one time is small, such as in a primary medical institution.
  • the entire process from DNA extraction process to real-time PCR is carried out in one step and it is required to develop a device that can be executed without the intervention of skilled personnel.
  • the cost is high, the on-site diagnosis is difficult, the measurement time and cost are high, so it is burdensome for general consumers to use it frequently, and it is difficult to confirm the measurement result quickly because the sample must be collected and processed.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2012-0031188
  • an object of the present invention is to provide an interface tube module for RT-PCR that can measure the entire process from sample preparation to measurement in an all-in-one manner, and a rotational RT-PCR device having the same.
  • the interface module for RT-PCR measurement includes a circular plate; a groove region located on the upper surface of the circular plate and having a space to contain droplets; a plurality of barriers formed independently of each other having the same number as the number of PCR tubes formed on the groove region; and an injection hole for a PCR tube located on the upper surface of the circular plate.
  • the outer surface of the circular separator and the respective ends of the plurality of barriers are in contact so that the droplets in the groove region are located in the separated regions.
  • the groove region and the injection hole for the PCR tube are connected by a flow path, and further include a one-way opening/closing valve positioned on the flow path, wherein the one-way opening/closing valve includes an outer tube; an opening/closing valve operably installed at one end of the outer tube; and an inner tube inserted into the outer tube at the other end of the outer tube.
  • the length of the outer tube is defined as L1
  • the length at which the inner tube is inserted into the outer tube is defined as L2
  • the diameter of the on-off valve is defined as r
  • Each of the plurality of barriers may have a spiral shape.
  • a rotary RT-PCR device includes an interface module for RT-PCR measurement.
  • a rotary RT-PCR device includes a cartridge module for DNA extraction; an interface module located under the cartridge module for DNA extraction; PCR tube module located below the interface module; and a heating block module located under the PCR tube module, wherein current is transmitted to the heating block module by a slip ring.
  • the slip ring module includes a rotating part; a slip ring rotatably connected by the rotating shaft of the rotating part; first and second brushes connected to the slip ring; a heat transfer unit heated by the electric current transmitted by the first brush and the second brush; and a control unit for controlling the current.
  • the plastic cartridge and the interface tube module do not include a separate precision device or electric part, so the manufacturing cost is simplified. can be reduced, and the instrument design is simplified. In addition, reliability can be secured by applying the same verified PCR tube.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a rotational RT-PCR device of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a cartridge module and an interface module of the present invention.
  • FIG. 3 shows a top schematic view of an interface module of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram showing the operation of a separator in the interface module of the present invention.
  • FIG 5 shows the flow of droplets from the interface module of the present invention to the PCR tube module.
  • Figure 6 shows a picture when the droplet flows from the interface module of the present invention to the PCR tube module.
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of a one-way on-off valve of the present invention.
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of a one-way on-off valve of the present invention.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of a one-way on-off valve of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a case in which a slip is not used and a case in which a slip ring is used in the heater block module of the present invention.
  • FIG 11 shows a state in which the PCR tube module of the present invention is mounted on the heater block module.
  • the present invention relates to an interface tube module for RT-PCR and a rotating RT-PCR device having the same. It will also be described below with reference to the drawings.
  • the interface module means an interface module for RT-PCR measurement.
  • the rotary RT-PCR device may include a cartridge module 20 for DNA extraction, an interface module 30 , a PCR tube module 40 and a heating block module 50 .
  • the cartridge module 20 for DNA extraction may be rotatably operated.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the cartridge module 20 and the interface module 30 for DNA extraction of the present invention.
  • the cartridge module 20 for DNA extraction and the PCR tube module 40 are composed of a combination of six tubes.
  • the cartridge module 20 for DNA extraction and the PCR tube module 40 may be composed of a combination of eight tubes.
  • the extraction tube of the cartridge module of the present invention may include a tube for lysis buffer, a tube for magnetic beads, a cleaning tube, and an elution tube.
  • the Lysis Buffer tube can be treated with a solution containing a substance that dissolves the cell wall
  • the Magnetic Bead tube is a thick, magnetic, high-density particle that does not chemically break the cell wall. It uses a magnetic substance that breaks the cell wall.
  • Wash Buffer tube goes through Lysis Buffer tube and Magnetic Bead tube, and then washes with distilled water with the DNA chain inside the cell attached to the magnetic bead to remove foreign substances such as protein. can be removed
  • the elution tube can be demagnetized so that the DNA can be separated from the beads and separated into free particles in the solution.
  • the interface module 30 includes a circular plate 31 ; a groove region 32 positioned on the upper surface of the circular plate 31 and having a space to contain the droplet 38; a plurality of barriers 34 formed independently of each other having the same number as the number of PCR tubes formed on the groove region 32; an injection hole 35 for PCR tube located on the upper surface of the circular plate 31; A plurality of flow paths connecting the groove region 32 and the injection hole 35 for the PCR tube; and a circular separator 36 that is detachably disposed.
  • the groove region 32 of the present invention is located in the center of the upper surface of the circular plate 31 and has a predetermined depth with respect to the upper surface of the circular plate 31 to contain the droplets 38. A recess is formed.
  • the groove region 32 is formed to become deeper toward the center so that the droplet 38 is located in the center.
  • the groove region 32 preferably has a circular shape, and contains the droplet 38 so that the droplet 38 of the groove region 32 flows outwardly by centrifugal force by the rotation of the rotary RT-PCR device.
  • a plurality of barriers 34 of the present invention are formed on the groove region 32, and form a partition to individually move the droplets 38 staying in the groove region 32 to the PCR tube.
  • the number of the plurality of barriers 34 may have the same number as the number of PCR tubes, and the plurality of barriers 34 are formed in regions independent of each other.
  • the plurality of barriers 34 are in a straight shape, they form perpendicular to the direction of centrifugal force, so that the flow of the droplets 38 is difficult to be injected into the injection hole 35 for the PCR tube.
  • the circular separator 36 of the present invention is detachably disposed in the center of the groove region 32 .
  • the circular separator 36 does not contact the groove region 32 so that the droplet 38 is uniformly positioned in the groove region 32, and then As a result, the circular separator 36 is brought into contact with the groove region 32 by a moving means (not shown) of the circular separator 36 so that the droplets 38 in the groove region 32 are formed by the plurality of barriers 34 . ) and the circular separator 36 may be positioned in a separated area.
  • the circular separator 36 may be of a shape having an empty space in the middle, a rotation shaft 37 is provided in the center space of the circular separator 36, and the outer surface of the circular separator 36 has a plurality of The barrier 34 comes into contact with the end in the direction toward the injection hole 35 for the PCR tube.
  • the droplet 38 in the groove region 32 is located in the separated region.
  • Fig. 4 (a) shows a state in which the droplet 38 is not dropped in the groove region 32
  • Fig. 4 (b) shows a state in which the droplet 38 is dropped in the groove region 32
  • 4(c) shows that, in a state in which the droplet 38 is dropped into the groove area 32, the outer surface of the circular separator 36 and the respective ends of the plurality of barriers 34 are in contact with the groove area 32 ) in the droplet 38 is placed in a separate area.
  • the droplet 38 may be moved from the interface module 30 to the PCR tube module 40 .
  • Fig. 5 (a) shows a state in which the droplet 38 is dropped into the groove region 32
  • Fig. 5 (b) shows a state in which the droplet 38 is rotated in the dropped state
  • Fig. 5 (c) shows a state in which the droplet 38 is dropped.
  • the droplet 38 shows a state in which it flows into the injection hole 35 for a PCR tube by centrifugal force
  • FIG. 5( d ) shows a state in which the droplet 38 is injected into the PCR tube.
  • the interface module 30 of the present invention may be formed integrally with the PCR tube module 40 .
  • the interface module 30 is rotatable at a speed of 300 rpm to 500 rpm.
  • the rotation time may be 3 seconds to 6 seconds, and the acceleration or deceleration time may be 0.1 seconds to 0.5 seconds.
  • FIG. 6 shows a picture when the droplet 38 flows from the interface module 30 of the present invention to the PCR tube module 40. As shown in FIG. 6 , the droplet 38 stays in the groove region 32 and the droplet 38 is injected into the PCR tube by rotation of the RT-PCR device for rotation.
  • the one-way on/off valve 33 includes an outer tube 33a and an inner tube 33b, and one end of the outer tube 33a has an on/off valve 33c.
  • FIG. 8 (a) shows a state in which the inner tube 33b is inserted into the outer tube 33a in the one-way on/off valve 33
  • FIG. 8(b) shows the inner tube 33b in the one-way on/off valve 33 ) when the droplet 38 is injected into the inside of the inner tube 33b in a state in which the outer tube 33a is inserted, the on-off valve 33c provided at one end of the outer tube 33a is opened. indicates.
  • Figure 9 (a) shows a cross-sectional view of a state in which the inner tube (33b) is inserted into the inside of the outer tube (33a) in the one-way on-off valve (33),
  • Fig. 9 (b) is the inner tube in the one-way on-off valve (33)
  • the droplet 38 is injected into the inner tube 33b in a state in which 33b is inserted into the outer tube 33a
  • the on-off valve 33c provided at one end of the outer tube 33a is opened.
  • FIG. 9( c ) shows a right side view of the one-way on-off valve 33 .
  • the outer tube 33a of the present invention When the diameter of the outer tube 33a is defined as R1, the diameter of the inner tube 33b is defined as R2, and the diameter of the on-off valve 33c is defined as r, the outer tube 33a of the present invention, the inner It is preferable for the tube 33b and the on/off valve 33c to have the following relational expression for smooth flow of the droplet 38 in one direction.
  • the on-off valve 33c is smaller than R2, which is the diameter of the inner tube 33b, the on-off valve 33c may open and close to the inside of the one-way on-off valve 33, which is not preferable.
  • the length of the outer tube 33a is defined as L1
  • the length at which the inner tube 33b is inserted into the outer tube 33a is defined as L2
  • the diameter of the on-off valve 33c is defined as r.
  • L1-L2 is preferably smaller than r/2
  • L1-L2 is more preferably smaller than r/4
  • L1-L2 is most preferably smaller than r/8. Outside the above range, the on/off valve 33c of the one-way on/off valve 33c may face inward instead of outward of the outer tube 33a, so that a reverse flow of the droplet 38 may occur.
  • the rotary RT-PCR device of the present invention includes a cartridge module 20 for DNA extraction; an interface module 30 positioned under the cartridge module 20 for DNA extraction; PCR tube module 40 located below the interface module 30; and a heating block module 50 located below the PCR tube module 40.
  • the heating block module 50 may use a current transmitted by the slip rings 51a and 52b.
  • Fig. 10 (a) shows a state in which the electric current flowing by rotation is wound around the rotation shaft 37
  • Fig. 10 (b) is the electric wire flowing current by the slip rings 51a and 52b even by rotation is affected. Indicates the state in which it is not received.
  • the heat transfer unit provided in the hit block module should be designed so as not to be affected by rotation while receiving current.
  • the heating block module 50 includes a rotating unit 53; a first slip ring (51a) and a second slip ring (52b) rotatably connected by the rotation shaft (37) of the rotating part (53); a first brush (52a) and a second brush (52b) connected to the first slip ring (51a) and the second slip ring (52b); a heat transfer unit heated by the current transmitted by the first brush (52a) and the second brush (52b); and a control unit 54 for controlling the current.
  • the rotation type RT-PCR It can be heated by the heat transfer unit stably without being affected by the rotation of the device.
  • the heat block module since the heat block module operates in the mounted state of the PCR tube module 40, the slip rings 51a and 52b can be used when rotating.
  • the heating block module 50 includes a heater, a thermistor sensor, and a Peltier element, and each power source and signal line must be connected.
  • the control unit 54 supplies power or transmits a signal, and the control board may be installed in the rotary RT-PCR device.
  • the heat control of the present invention is designed to solve the non-uniformity of the temperature of the middle and outer parts caused by using the existing flat plate-type heat block, and the heat flux can be equally applied by using the donut-type heat block module. Accuracy is improved.
  • the lower part of the heat block module can use a heating coil, polyimide film, and Peltier heat control.

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Abstract

본 발명은 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈 및 이를 포함하는 회전형 RT-PCR 디바이스에 관한 것이며, 보다 상세하게는 복수의 베리어가 스파이럴 형태로 설치된 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈 및 슬립링을 구비하는 히팅 블럭 모듈은 회전형 RT-PCR 디바이스에 관한 것이다.

Description

RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈 및 이를 포함하는 회전형 RT-PCR 디바이스
본 발명은 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈 및 이를 포함하는 회전형 RT-PCR 디바이스에 관한 것이며, 보다 상세하게는 복수의 베리어가 스파이럴 형태로 설치된 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈 및 슬립링을 구비하는 히팅 블럭 모듈은 회전형 RT-PCR 디바이스에 관한 것이다.
중합효소 연쇄 반응 (Polymerase Chain Reaction,　PCR) 은　DNA의 원하는 부분을 복제·증폭시키는　분자 생물학적인 기술이다. 이 기술은 샘플 내에서 원하는 특정 DNA 단편 만을 선택적으로 증폭시킬 수 있다. 또한, 증폭에 필요한 시간이 짧으며, 정확도가 높고 작은 양의 DNA도 측정해낼 수 있기 때문에, 분자생물학, 의료, 범죄 수사, 생물의 분류 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 담당하고 있다.
한편, 감염병을 확진하는 도구로서 RT-PCR(Real time PCR)은 보편적인 기술로 자리잡고 있다. 검진 장비로서 RT-PCR 장치는 바이오 관련 기술의 발달과 최적화를 통해 기술 수준이 정체되어 있으며 후발주자들의 장비 개발도 이어지고 있다.
대부분의 RT-PCR 장비는 전문 검사 기관에서 운용되고 있으며 대량의 샘플을 동시에 처리하는데 기술력을 집중하고 있다.
그러나, 현장 진단에서 RT-PCR 장치가 활용되기 어려운 점은 검체로부터 Target DNA 혹은 RNA를 추출하는 추출(Extraction) 고정을 별도의 자동화 장비를 사용하거나, 숙련자가 메뉴얼 작업으로 진행하고 있어 의료 현장에서 비숙련자가 쉽게 수행할수 없다. 또한 대부분의 자동화 장비가 동시에 많은 샘플을 처리하도록 만들어져 있어 1차 의료기관처럼 한번에 진행할 샘플 갯수가 작은 경우 적용하기가 어렵다.
따라서, DNA 추출 공정부터 실시간 PCR까지의 전체 공정을 one step으로 진행하고 숙련자의 개입 없이도 실행 가능한 장치의 개발이 요구되고 있으나, RT-PCR 장비는 대량의 샘플을 동시에 검사하도록 개발되어 있어 장비의 초기비용이 비싸고 현장진단이 어렵고, 측정 시간 및 비용이 높아 일반 소비자들이 자주 이용하기에는 부담되며, 샘플을 모아서 진행 해야하기 때문에 측정 결과 확인이 신속하게 이루어지기 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
이에 DNA 추출 공정부터 실시간 PCR까지의 전체 공정을 효율적으로 진행하기 위한 인터페이스 모듈의 연구 개발이 필요한 실정이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 한국특허공개공보 제10-2012-0031188호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로서, RT-PCR용 인터페이스 튜브 모듈에 서로 다른 베리어로 둘러싸인 액적을 일방향 개폐 밸브를 통하여 PCR 튜브로 흘러들게 함으로써, 진단 효율성을 높이고, 샘플 측정에 따른 오염을 줄이고, 진단의 편의성을 증대할 수 있다. 또한, 샘플 준비부터 측정까지 전공정을 올인원(All-in-one)으로 측정 가능한 RT-PCR용 인터페이스 튜브 모듈 및 이를 구비한 회전용 RT-PCR 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시형태인 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈은 원형 플레이트; 상기 원형 플레이트의 상부면에 위치하며 액적을 담을 수 있는 공간을 갖는 홈부 영역; 상기 홈부 영역 상에 형성된 PCR 튜브 갯수와 동일한 갯수를 갖는 서로 독립되게 형성된 복수의 베리어; 및 상기 원형 플레이트의 상부면에 위치하는 PCR 튜브용 주입홀;을 포함한다.
상기 홈부 영역의 중앙에 착탈가능하게 배치되는 원형의 세퍼레이터를 더욱 포함하며, 상기 홈부 영역 내의 액적은 상기 복수의 베리어 및 상기 원형의 세퍼레이터에 의하여 분리된 영역에 위치한다.
상기 원형의 세퍼레이터의 외측면과 상기 복수의 베리어의 각각의 끝단은 접촉되어서 상기 홈부 영역 내의 액적은 분리된 영역에 위치한다.
상기 홈부 영역과 상기 PCR 튜브용 주입홀은 유로에 의하여 연결되며, 상기 유로 상에 위치하는 일방향 개폐 밸브를 더욱 포함하며, 상기 일방향 개폐 밸브는 외측 튜브; 상기 외측 튜브의 일단에 개폐가능하게 설치된 개폐 밸브; 상기 외측 튜브의 타단에서 상기 외측 튜브의 내부로 삽입된 내측 튜브를 구비한다.
상기 외측 튜브의 길이를 L1으로 정의하고, 상기 내측 튜브가 상기 외측 튜브에 삽입된 길이를 L2로 정의하고, 상기 개폐 밸브의 직경을 r로 정의 할때, 하기 범위를 만족한다.
L1-L2 < r/4
상기 복수의 베리어는 각각 스파이럴 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태인 회전형 RT-PCR 디바이스는 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태인 회전형 RT-PCR 디바이스는, DNA 추출용 카트리지 모듈; 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈 하부에 위치하는 인터페이스 모듈; 상기 인터페이스 모듈 하부에 위치하는 PCR 튜브 모듈; 및 상기 PCR 튜브 모듈 하부에 위치하는 히팅 블럭 모듈;을 포함하며, 상기 히팅 블럭 모듈은 슬립링에 의하여 전류가 전송된다.
상기 슬립링 모듈은 회전부; 상기 회전부의 회전축에 의하여 회전하게 연결된 슬립링; 상기 슬립링에 연결된 제1 브러쉬 및 제2 브러쉬; 상기 제1 브러쉬 및 제2 브러쉬에 의하여 전달된 전류에 의하여 가열되는 전열부; 및 상기 전류를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 RT-PCR용 인터페이스 튜브 모듈 및 이를 구비한 회전용 RT-PCR 디바이스에 의하면, 플라스틱 카트리지(Plastic Cartridge) 및 인터페이스 튜브 모듈은 별도의 정밀장치나 전기 부품을 포함하고 있지 않아 단순화되어 제조 비용을 감소시킬 수 있고, 기구 설계가 간편하여 진다. 또한, 검증된 PCR 튜브를 동일 적용함으로 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 회전용 RT-PCR 디바이스의 개요도를 나타낸다.
도 2은 본 발명의 카트리지 모듈 및 인터페이스 모듈의 개요도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 인터페이스 모듈의 상부 개요도를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 인터페이스 모듈에서 세러레이터의 구동을 나타낸다.
도 5 은 본 발명의 인터페이스 모듈에서 PCR 튜브 모듈로 액적의 흐름을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 인터페이스 모듈에서 PCR 튜브 모듈로 액적이 흘렀을 때의 사진을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일방향 개폐 밸브의 개요도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일방향 개폐 밸브의 개요도를 나타낸다.
도 9은 본 발명의 일방향 개폐 밸브의 개요도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 히터 블럭 모듈에서 슬립을 사용하지 않는 경우와 슬립링을 사용하는 경우의 개요도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 PCR 튜브 모듈이 히터 블럭 모듈에 장착된 상태를 나타낸다.
이하의 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
본 발명은 RT-PCR용 인터페이스 튜브 모듈 및 이를 구비한 회전용 RT-PCR 디바이스에 관한 것이다. 하기에도 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에서 인터페이스 모듈은 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈을 의미한다.
도 1은 본 발명의 회전용 RT-PCR 디바이스의 개요도를 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 회전형 RT-PCR 디바이스는 DNA 추출용 카트리지 모듈(20), 인터페이스 모듈(30), PCR 튜브 모듈(40) 및 히팅 블럭 모듈(50)을 구비할 수 있다. DNA 추출용 카트리지 모듈(20)에 추출 작업을 진행하기 위해서 지지대(10)에 의하여 제어되는 마그넷의 이동에 대하여 DNA 추출용 카트리지 모듈(20)은 회전가능하게 동작할 수 있다.
도 2는 본 발명의 DNA 추출용 카트리지 모듈(20) 및 인터페이스 모듈(30)의 개요도를 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, DNA 추출용 카트리지 모듈(20) 및 PCR 튜브 모듈(40)은 6개의 튜브의 조합으로 구성되어 있다. 한편, DNA 추출용 카트리지 모듈(20) 및 PCR 튜브 모듈(40)은 8개의 튜브의 조합으로 구성될 수도 있다.
본 발명의 카트리지 모듈의 추출 튜브에는 라이시스 버퍼용 튜브, 마그네틱 비드용 튜브, 세정용 튜브, 용리(elution) 튜브를 포함할 수 있다. 여기서, 라이시스 버퍼용 (Lysis Buffer) 튜브는 세포벽을 녹이는 물질을 포함하는 용액으로 처리될 수 있고, 마그네틱 비드용 (Magnetic Bead) 튜브는 자성을 띄는 고밀도의 입자로 화학적으로 세포벽이 깨어지지 않는 두터운 세포벽을 깨는 역할을 하는 자성물질을 사용한다. 세정용 (Wash Buffer) 튜브는 라이시스 버퍼용 (Lysis Buffer) 튜브 및 마그네틱 비드용 (Magnetic Bead) 튜브를 거친 후, 세포내부의 DNA 사슬을 마그네틱 비드에 뭍인 채로 증류수로 세정하여 단백질 등의 이물질을 제거할 수 있다. 용리(elution) 튜브는 자성을 제거하여 DNA가 Bead 에서 분리되어 용액에 자유입자로 분리되게 할 수 있다. 추가로 액적(38)을 혼합하는 튜브 및 젤라틴을 사용하는 튜브도 가질 수 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 인터페이스 모듈(30)을 나타내는 개요도이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 인터페이스 모듈(30)은 원형 플레이트(31); 상기 원형 플레이트(31)의 상부면에 위치하며 액적(38)(液滴)을 담을 수 있는 공간을 갖는 홈부 영역(32); 상기 홈부 영역(32) 상에 형성된 PCR 튜브 갯수와 동일한 갯수를 갖는 서로 독립되게 형성된 복수의 베리어(34); 상기 원형 플레이트(31)의 상부면에 위치하는 PCR 튜브용 주입홀(35); 상기 홈부 영역(32) 및 상기 PCR 튜브용 주입홀(35) 사이를 연결하는 복수의 유로;상기 복수의 유로 상에 위치하는 복수의 일방향 개폐 밸브(33), 상기 홈부 영역(32)의 중앙에 착탈가능하게 배치되는 원형의 세퍼레이터(36);를 포함한다.
본 발명의 홈부 영역(32)은 상기 원형 플레이트(31)의 상부면의 중앙에 위치하며 액적(38)(液滴)을 담을 수 있게 상기 원형 플레이트(31)의 상부면에 대하여 일정 깊이를 가지고 오목부가 형성된다. 여기서, 액적(38)을 중앙에 위치하게 홈부 영역(32)은 중앙으로 갈수록 깊어지게 형성된다. 홈부 영역(32)은 원형을 가지는 것이 바람직하고, 액적(38)을 담고 있어 회전형 RT-PCR 디바이스의 회전에 의하여 홈부 영역(32)의 액적(38)은 원심력에 의하여 외곽 방향으로 흐르게 된다.
본 발명의 복수의 베리어(34)는 상기 홈부 영역(32) 상에 형성되며, 상기 홈부 영역(32)에 머무는 액적(38)을 PCR 튜브에 개별적으로 이동하기 위하여 격벽을 형성한다. 복수의 베리어(34)의 갯수는 PCR 튜브 갯수와 동일한 갯수를 갖을 수 있고, 복수의 베리어(34)는 서로 독립된 영역에 형성되어 있다. 여기서, 복수의 베리어(34)는 각각 스파이럴 형태인 것이 액적(38)의 흐름에 바람직하다. 복수의 베리어(34)가 직선 형태로 되면 원심력의 방향과 수직을 형성하게 되어 액적(38)의 흐름은 PCR 튜브용 주입홀(35)에 주입되기 어렵다.
본 발명의 원형의 세퍼레이터(36)는 상기 홈부 영역(32)의 중앙에 착탈가능하게 배치된다. 처음에 액적(38)이 홈부 영역(32)으로 이동할 때에는 원형의 세퍼레이터(36)는 홈부 영역(32)에 접촉하지 않게 하여 홈부 영역(32)에 액적(38)이 균일하게 위치하게 하며, 다음으로 원형의 세퍼레이터(36)의 이동 수단(미도시)에 의하여 원형의 세퍼레이터(36)는 홈부 영역(32)에 접촉하게 하여 상기 홈부 영역(32) 내의 액적(38)은 상기 복수의 베리어(34) 및 상기 원형의 세퍼레이터(36)에 의하여 분리된 영역에 위치하게 할 수 있다. 상기 원형의 세퍼레이터(36)는 가운데가 빈 공간을 갖는 형태일 수 있고, 상기 원형의 세퍼레이터(36)의 가운데 공간에는 회전축(37)을 갖고, 상기 원형의 세퍼레이터(36)의 외측면은 복수의 베리어(34)가 PCR 튜브용 주입홀(35)을 향하는 방향의 끝단에 접촉하게 된다.
도 4에 나타난 것처럼, 상기 홈부 영역(32) 내의 액적(38)은 분리된 영역에 위치하게 한다. 도 4(a)는 홈부 영역(32)에 액적(38)을 드랍(drop)하지 않은 상태를 나타내며, 도 4(b)는 홈부 영역(32)에 액적(38)을 드랍한 상태를 나타내며, 도 4(c)는 홈부 영역(32)에 액적(38)을 드랍한 상태로 원형의 세퍼레이터(36)의 외측면과 상기 복수의 베리어(34)의 각각의 끝단은 접촉되어서 상기 홈부 영역(32) 내의 액적(38)은 분리된 영역에 위치하게 한다.
도 5에 나타난 것처럼, 인터페이스 모듈(30)에서 PCR 튜브 모듈(40)로 액적(38)을 이동시킬 수 있다. 도 5(a)는 홈부 영역(32)에 액적(38)을 드랍한 상태를 나타내며, 도 5(b)는 액적(38)을 드랍한 상태에서 회전하는 상태를 나타내며, 도 5(c)는 액적(38)은 원심력에 의하여 PCR 튜브용 주입홀(35)에 흘려보내는 상태를 나타내며, 도 5(d)는 액적(38)의 PCR 튜브에 주입된 상태를 나타낸다.
본 발명의 인터페이스 모듈(30)은 PCR 튜브 모듈(40)과 일체형으로 형성될 수 있다. 인터페이스 모듈(30)은 300rpm 내지 500rpm의 속도로 회전가능하다. 회전 시간은 3초 내지 6초를 사용할 수 있고, 가속 또는 감속 시간은 0.1초 내지 0.5초를 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 인터페이스 모듈(30)에서 PCR 튜브 모듈(40)로 액적(38)이 흘렀을 때의 사진을 나타낸다. 도 6에 나타난 것처럼, 홈부 영역(32)에 액적(38)은 머물러 있다가 회전용 RT-PCR 디바이스의 회전에 의하여 액적(38)은 PCR 튜브에 주입되어 진다.
도 7은 일방향 개폐 밸브(33)의 개요도를 나타낸다. 도 7에 나타난 것처럼, 일방향 개폐 밸브(33)는 외측 튜브(33a) 및 내측 튜브(33b)를 구비하며, 상기 외측 튜브(33a)의 일단에는 개폐 밸브(33c)를 구비한다.
도 8(a)은 일방향 개폐 밸브(33)에서 내측 튜브(33b)가 외측 튜브(33a)의 내부에 삽입된 상태를 나타내며, 도 8(b)은 일방향 개폐 밸브(33)에서 내측 튜브(33b)가 외측 튜브(33a)의 내부에 삽입된 상태에서 내측 튜브(33b)의 내부로 액적(38)이 주입될 때, 외측 튜브(33a)의 일단에 구비된 개폐 밸브(33c)가 열린 상태를 나타낸다.
도 9(a)은 일방향 개폐 밸브(33)에서 내측 튜브(33b)가 외측 튜브(33a)의 내부에 삽입된 상태의 단면도를 나타내며, 도 9(b)은 일방향 개폐 밸브(33)에서 내측 튜브(33b)가 외측 튜브(33a)의 내부에 삽입된 상태에서 내측 튜브(33b)의 내부로 액적(38)이 주입될 때, 외측 튜브(33a)의 일단에 구비된 개폐 밸브(33c)가 열린 상태의 단면도를 나타내며, 도 9(c)는 일방향 개폐 밸브(33)의 우측면도를 나타낸다.
외측 튜브(33a)의 직경을 R1으로 정의하고, 내측 튜브(33b)의 직경을 R2로 정의하고, 개폐 밸브(33c)의 직경을 r로 정의할 때, 본 발명의 외측 튜브(33a), 내측 튜브(33b), 개폐 밸브(33c)는 하기의 관계식을 갖는 것이 일방향으로 액적(38)의 원활한 흐름에 바람직하다. 개폐 밸브(33c)가 내측 튜브(33b)의 직경인 R2보다 작은 경우, 개폐 밸브(33c)는 일방향 개폐 밸브(33)의 내측으로도 개폐 될 수 있어 바람직하지 않다.
R2 < r < R1
또한, 상기 외측 튜브(33a)의 길이를 L1으로 정의하고, 상기 내측 튜브(33b)가 상기 외측 튜브(33a)에 삽입된 길이를 L2로 정의하고, 상기 개폐 밸브(33c)의 직경을 r로 정의 할때, L1-L2은 r/2보다 작은 것이 바람직하고, L1-L2은 r/4보다 작은 것이 더욱 바람직하고, L1-L2은 r/8보다 작은 것이 가장 바람직하다. 상기 범위 외에서 일방향 개폐 밸브(33c)의 개폐 밸브(33c)가 상기 외측 튜브(33a)의 바깥쪽을 향하지 않고 안쪽을 향할 수 있어 액적(38)의 역류가 일어날 수 있다.
본 발명의 회전형 RT-PCR 디바이스는 DNA 추출용 카트리지 모듈(20); 상기 DNA 추출용 카트리지 모듈(20) 하부에 위치하는 인터페이스 모듈(30); 상기 인터페이스 모듈(30) 하부에 위치하는 PCR 튜브 모듈(40); 및 상기 PCR 튜브 모듈(40) 하부에 위치하는 히팅 블럭 모듈(50);을 포함한다.
여기서, 히팅 블럭 모듈(50)은 슬립링(51a,52b)에 의하여 전류가 전송되는 것을 사용할 수 있다. 도 10(a)는 회전에 의하여 전류를 흐르는 전선은 회전축(37)에 감겨지는 상태를 나타내고, 도 10(b)는 회전에 의하여도 슬립링(51a,52b)에 의하여 전류를 흐르는 전선은 영향을 받지 않는 상태를 나타낸다.
본 발명의 회전형 RT-PCR 디바이스는 회전에 의하여 동작하기 때문에 히틀 블럭 모듈에 구비된 전열부는 전류를 공급받으면서도 회전에 의한 영향을 받지 않도록 설계되어야 한다.
도 11은 본 발명의 PCR 튜브 모듈(40)이 히팅 블럭 모듈(50)에 장착된 상태를 나타낸다. 도 11에 나타난 바와 같이, 히팅 블럭 모듈(50)은 회전부(53); 상기 회전부(53)의 회전축(37)에 의하여 회전하게 연결된 제1 슬립링(51a) 및 제2 슬립링(52b); 상기 제1 슬립링(51a) 및 제2 슬립링(52b)에 연결된 제1 브러쉬(52a) 및 제2 브러쉬(52b); 상기 제1 브러쉬(52a) 및 제2 브러쉬(52b)에 의하여 전달된 전류에 의하여 가열되는 전열부; 및 상기 전류를 제어하는 제어부(54);를 포함한다. 회전부(53)의 회전에 의하여도 제1 슬립링(51a) 및 제2 슬립링(52b)과 연결된 제1 브러쉬(52a) 및 제2 브러쉬(52b)에 의하여 전류가 전송되므로 회전형 RT-PCR 디바이스의 회전에 영향을 받지 않고 안정적으로 전열부에 의하여 가열 가능하다. 특히, 히트 블럭 모듈은 PCR 튜브 모듈(40)의 장착된 상태에서 동작을 하기 때문에 회전할 때 슬립링(51a,52b)을 사용할 수 있다. 히팅 블럭 모듈(50)은 히터, 서미스터 센서, 펠티어 소자를 구비하며, 각 전원과 신호선은 연결되어 있어야 한다. 제어부(54)는 전원을 공급하거나 신호를 전송하며, 제어보드는 회전형 RT-PCR 디바이스 내에 설치될 수 있다.
본 발명의 열 제어는 기존의 평판 형태의 히트 블럭을 사용함으로써 발생하는 가운데와 외곽 부분의 온도의 불균일성을 해소할 수 있게 설계되며, 도넛 형태의 히트 블럭 모듈을 사용하여 열유속을 동일하게 적용될 수 있어 정확도가 향상된다. 히트 블럭 모듈의 하부는 히팅 코일, 폴리이미드의 필름, 펠티어 열제어를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (7)

  1. 원형 플레이트;
    상기 원형 플레이트의 상부면에 위치하며 액적을 담을 수 있는 공간을 갖는 홈부 영역;
    상기 홈부 영역 상에 형성된 PCR 튜브 갯수와 동일한 갯수를 갖는 서로 독립되게 형성된 복수의 베리어;
    상기 원형 플레이트의 상부면에 위치하는 PCR 튜브용 주입홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈부 영역의 중앙에 착탈가능하게 배치되는 원형의 세퍼레이터를 더욱 포함하며, 상기 홈부 영역 내의 액적은 상기 복수의 베리어 및 상기 원형의 세퍼레이터에 의하여 분리된 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 원형의 세퍼레이터의 외측면과 상기 복수의 베리어의 각각의 끝단은 접촉되어서 상기 홈부 영역 내의 액적은 분리된 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈부 영역과 상기 PCR 튜브용 주입홀은 유로에 의하여 연결되며, 상기 유로 상에 위치하는 일방향 개폐 밸브를 더욱 포함하며,
    상기 일방향 개폐 밸브는 외측 튜브; 상기 외측 튜브의 일단에 개폐가능하게 설치된 개폐 밸브; 상기 외측 튜브의 타단에서 상기 외측 튜브의 내부로 삽입된 내측 튜브를 구비하는 것을 특징으로 하는 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 베리어는 각각 스파이럴 형태인 것을 특징으로 하는 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈.
  6. 청구항 1 내지 5의 어느 한 항의 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 RT-PCR 디바이스.
  7. DNA 추출용 카트리지 모듈;
    상기 DNA 추출용 카트리지 모듈 하부에 위치하는 청구항 1 내지 5의 어느 한 항의 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈;
    상기 RT-PCR 측정용 인터페이스 모듈 하부에 위치하는 PCR 튜브 모듈; 및
    상기 PCR 튜브 모듈 하부에 위치하는 히팅 블럭 모듈;을 포함하며,
    상기 히팅 블럭 모듈은 슬립링에 의하여 전류가 전송되는 것을 특징으로 하는 회전형 RT-PCR 디바이스.
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