WO2022240238A1 - 등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 이를 이용한 등온 핵산 증폭 및 검출 방법 - Google Patents

등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 이를 이용한 등온 핵산 증폭 및 검출 방법 Download PDF

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WO2022240238A1
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nucleic acid
acid amplification
isothermal nucleic
led light
light source
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PCT/KR2022/006898
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조규진
호앙트렁
히유 뉴엔둑
충티한
이루크
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성균관대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to an isothermal nucleic acid amplification and detection device and an isothermal nucleic acid amplification and detection method using the same.
  • nucleic acid diagnostic techniques take a sample, perform cell lysis, purify RNA, perform reverse transcription to replicate cDNA, mix the DNA sample with polymerase, heat and The cooling cycle (95 ° C ⁇ 72 ° C ⁇ 60 ° C) is performed more than 30 times to amplify and test DNA. Since such a general nucleic acid test system takes at least 1 hour or more, it was impossible for the general public to perform a nucleic acid test. In order to overcome these problems, first of all, it is necessary to simplify the method of isolating RNA from a sample taken from the oral cavity or nose, reverse transcribing the RNA again to make cDNA, and then testing the nucleic acid through nucleic acid amplification (PCR).
  • PCR nucleic acid amplification
  • Another object of the present invention is to provide an isothermal nucleic acid amplification device and method that allows the isothermal nucleic acid amplification result to be immediately notified to the Centers for Disease Control and Prevention or a competent hospital using a smartphone.
  • One aspect of the present invention relates to an isothermal nucleic acid amplification and detection device.
  • An isothermal nucleic acid amplification and detection apparatus includes a temperature controller, a support member surrounding the temperature controller to accommodate the temperature controller therein, a layer containing metal nanowires laminated on an upper surface of the support member, and a layer containing metal nanowires. It includes a well-containing plate stacked on an upper surface, thin paper covering the well, and an LED light source disposed under the temperature control unit and radiating light to the temperature control unit.
  • Another aspect of the invention relates to isothermal nucleic acid amplification and detection methods.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection method includes using the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention.
  • the present invention provides an isothermal nucleic acid amplification and detection device and method capable of performing cell lysis, RNA purification, reverse transcription and isothermal amplification within a short time.
  • the present invention provides an apparatus and method for isothermal nucleic acid amplification and detection that enables the isothermal nucleic acid amplification result to be immediately notified to the Korea Centers for Disease Control and Prevention or a competent hospital using a smartphone.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention.
  • FIG 3 shows one form of a temperature controller according to the temperature required for isothermal nucleic acid amplification and detection.
  • 5 is a graph showing that the metal nanowire-containing layer absorbs an LED light source and reaches the temperature required for isothermal nucleic acids within 300 seconds.
  • Figure 6 shows the heat release when the layer containing metal nanowires absorbs light from an LED light source.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of roll-to-roll printing of a laminate of a substrate, a metal nanowire-containing layer, and a well-containing plate.
  • FIG. 8 is a diagram showing a form in which the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention is attached to a smartphone.
  • 9 is an actual photograph of the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention attached to a smartphone.
  • FIG. 10 shows isothermal nucleic acid amplification using the LED light source of the smartphone after attaching the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention to a smartphone, and then amplifying nucleic acid of 100 bp using an electrophoretic gel.
  • the inventors of the present invention are disposable isothermal nucleic acids that enable cell lysis, RNA purification, reverse transcription, and isothermal amplification to be performed in a short time, and that isothermal nucleic acid amplification results can be immediately reported to the Korea Centers for Disease Control and Prevention or the competent hospital using a smartphone.
  • An amplification and detection device and an isothermal nucleic acid amplification and detection method using the same are provided.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection apparatus of the present invention includes a temperature controller, a support member surrounding the temperature controller to accommodate the temperature controller therein, a layer containing metal nanowires laminated on an upper surface of the support member, and the metal nanowires. It includes a well-containing plate stacked on an upper surface of the containing layer, thin paper covering the well, and an LED light source unit disposed below the temperature controller and radiating light to the temperature controller.
  • FIGS. 1, 2, and 3 1 is a cross-sectional view of a portion of an isothermal nucleic acid amplification and detection device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a partial perspective view of the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection device includes a support member 10, a temperature controller 30, a metal nanowire-containing layer 40, a well 50, thin paper 60, and an LED light source ( 80) and a substrate 90.
  • the support member 10 is disposed above the temperature controller 30 and includes an empty space therein to surround the temperature controller 30 .
  • the support member 10 may accommodate the temperature controller 30 in the empty space.
  • the support member 10 may support the substrate 90 , the metal nanowire-containing layer 40 , the well 50 and the thin paper 60 stacked thereon.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection device may further include a first fixing member 20 connected to the temperature controller 30 and the support member 10 and having adhesive properties.
  • the first fixing member 20 may include a double-sided adhesive film or a member having a double-sided adhesive film attached to one or both surfaces.
  • the support member 10 may be formed of a material that does not affect the traveling direction of the light and the temperature of the well 50 when the light emitted from the LED light source unit 80 is emitted.
  • the support member 10 may be formed of inorganic or organic polymers as the material, but is not limited thereto.
  • the thickness of the support member 10 may be 0.5 cm to 5 cm, specifically 1 cm to 2 cm. Within this range, the apparatus of the present invention can be supported.
  • the height of the support member 10 is higher than the height of the temperature controller 30 described below, and may be 0.5 cm to 10 cm, specifically 0.5 cm to 5 cm, and more specifically 1 cm to 2 cm. Within this range, the temperature controller can be sufficiently accommodated.
  • a second fixing member for fixing the support member 10 to a portion of the smart phone from which LED light is emitted may be further attached to the lower surface of the support member 10 .
  • the second fixing member may include a double-sided adhesive film or a member having a double-sided adhesive film attached to one or both surfaces.
  • the temperature controller 30 is accommodated in the empty space inside the support member 10 .
  • the temperature control unit 30 is disposed at an intermediate position where the LED light source passes from the LED light source unit 80 and then reaches the metal nanowire-containing layer 40, so that the LED light source reaches the metal nanowire-containing layer 40. By adjusting the degree, the temperature in the well is finally controlled.
  • the temperature control unit 30 controls the extent to which the LED light source reaches the metal nanowire-containing layer 40 by adjusting the height of the temperature control unit 30 as a lens material. Specifically, referring to FIG. 3, the degree of transmission of LED light emitted from the LED light source is adjusted according to the height of the temperature control unit.
  • the temperature controller 30 is disposed between the LED light source and the metal nanowire-containing layer 40 in a path through which the LED light is transmitted from the LED light source to the metal nanowire-containing layer 40, and the temperature controller 30 ) by adjusting the height of the metal nanowire-containing layer 40 and the LED light source unit 80 to adjust the actual distance that the LED light travels, thereby increasing the temperature in the well required for lysis of cells, reverse transcription, and amplification of isothermal nucleic acids.
  • the temperature controller may include one or more of a plurality of lenses having different heights.
  • the temperature controller is commonly known as a lens material and may be formed of a material that does not affect light transmission from the LED light source.
  • (A) has a relatively low height of the temperature control unit compared to (B) and (C), and thus has the lowest effect on LED light transmission. Accordingly, when the temperature controller in the form of (A) is applied as the temperature controller, the temperature in the well can be adjusted to 90° C. required for lysis of cells in the body fluid in isothermal nucleic acid amplification and detection. To this end, when the LED light source irradiates white LED light with an intensity of 100 mW, the height of the temperature controller (A) may be approximately 0.5 cm to 5 cm.
  • (B) has a higher height than (A) and a relatively low effect on LED light transmission compared to (C), and is intermediate to that of (A) and (C). Therefore, when the temperature controller of type (B) is applied as the temperature controller, the temperature in the well can be adjusted to 50° C. required for reverse transcription in isothermal nucleic acid amplification and detection. To this end, when the LED light source irradiates light of a White LED wavelength with an intensity of 100 mV, the height of the temperature control unit (B) may be higher than that of the temperature control unit (A) and may be approximately 0.5 cm to 5 cm.
  • (C) has a relatively high height of the temperature control unit compared to (A) and (B), so that the effect on LED light transmission is relatively high compared to (A) and (B). Therefore, when the temperature controller of the type (C) is applied as the temperature controller, the temperature in the well can be adjusted to 45° C. required for isothermal nucleic acid amplification and detection in isothermal nucleic acid amplification and detection. To this end, when the LED light source irradiates light of a White LED wavelength with an intensity of 100 mV, the height of the temperature control unit (C) is higher than the heights of the temperature control units (A) and (B) and is approximately 0.5 cm to 5 cm. can be
  • the temperature control unit 30 controls the temperature required for each of the processes of cell lysis, reverse transcription, and isothermal nucleic acid amplification in (A), (B), and (C) can be manually replaced in the form of
  • the temperature control unit 30 may be designed to automatically adjust the height of the temperature control unit 30 .
  • the corresponding temperature control unit may be largely composed of three parts (A), (B), and (C), and may be composed of five or more parts for detailed temperature control. It can be composed of a lens type that can adjust the distance by assembling the next part in order of the part (B) and part (C) to the lowermost circle part (A) and adjusting the height of the assembly according to the desired temperature.
  • the temperature control part composed of three parts is in the form of manually adjusting the temperature according to the ability to adjust the light intensity of the smartphone by adjusting the distance.
  • a substrate 90 , a layer 40 containing metal nanowires, and a plate 50 containing wells 70 are sequentially stacked on the upper surface of the support member 10 .
  • the substrate 90 serves to form the metal nanowire-containing layer 40 or support the metal nanowire-containing layer 40 in an isothermal nucleic acid amplification and detection device.
  • the substrate 90 may be formed of a material that does not affect the emission direction and degree of light transmitted through the LED light source unit 80, the temperature control unit 30, and the support member 10.
  • the substrate 90 may include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly(methyl methacrylate), polyethylene, or polypropylene. , polycarbonate, polyimide, polyethersulfone, polyester, polystyrene, polydimethylsiloxane, paper, metal thin films, and combinations thereof It may be formed of one or more selected from.
  • the thickness of the substrate 90 may be 0.2 cm to 2 cm, specifically 0.5 cm to 1 cm. Within this range, the metal nanowire-containing layer and the well-containing plate of the present invention can be supported.
  • the metal nanowire-containing layer 40 serves to regulate the temperature inside the wells in the well-containing plate. That is, when LED light incident from the LED light source unit 80 is incident, the metal nanowire-containing layer 40 generates surface plasmonic resonance to convert the LED light into heat, thereby controlling the temperature inside the well.
  • the metal nanowires were selected because they can easily reach respective temperatures required for cell lysis, reverse transcription, and isothermal nucleic acid amplification in the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention.
  • FIG. 5 and 6 show the temperature change in the well according to the irradiation time when the metal nanowire-containing layer 40 of the present invention is irradiated with an LED light source.
  • FIG. 5 it is a graph showing that 45° C. and 50° C., which are temperatures necessary for isothermal nucleic acid amplification, are reached within 30 to 300 seconds.
  • the metal nanowire-containing layer 40 is a nanowire of a metal material, and may include, for example, nanowires formed of silver, gold, copper, nickel, or an alloy thereof.
  • the metal nanowire may have a length of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, specifically 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, and a diameter of 10 nm to 100 nm, specifically 20 nm to 50 nm. Within this range, light-to-heat conversion by light absorption and plasmonic resonance may be achieved from the LED light source unit of the present invention.
  • Metal nanowires may be made of metal nanoparticles, but are not limited thereto.
  • the metal nanowire-containing layer 40 may include only metal nanowires, but may further include a support material made of a polymer material to stably include the metal nanowires.
  • the metal nanowire-containing layer 40 may further include at least one of carbon black, graphene, and carbon nanotubes (at least one of multi-walled carbon nanotubes and single-walled carbon nanotubes).
  • the metal nanowire-containing layer 40 may have a thickness of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, specifically 50 ⁇ m to 150 ⁇ m. Within the above range, the effect implementation of the present invention may be more easily achieved.
  • the plate 50 containing the wells 70 is stacked on the upper surface of the metal nanowire-containing layer 40 so that cell lysis, reverse transcription, and isothermal nucleic acid amplification are achieved by heat generated from the metal nanowire-containing layer 40. can do.
  • the size of the well 70 may be adjusted considering the volume of the tester's bodily fluid, etc., since the isothermal nucleic acid and amplification detection device of the present invention is disposable.
  • the size of the well 70 may be 3 mm to 5 mm in radius and 1 mm to 2 mm in depth.
  • the plate 50 containing the wells 70 is not particularly limited, but may be formed of polydimethylsiloxane (PDMS).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • each enzyme, each component, etc. necessary for cell lysis, RNA purification, reverse transcription, and isothermal nucleic acid amplification may be included in the well 70.
  • Each enzyme and component are as known to those skilled in the art.
  • the laminate of the substrate 90, the metal nanowire-containing layer 40, and the well-containing plate 50 may be manufactured through roll-to-roll printing. That is, after coating the metal nanowire-containing layer 40 on the substrate 90 to a predetermined thickness, PDMS is coated on the metal nanowire-containing layer 40 to a predetermined thickness, and a well is formed by an imprinting process. do. Then, it can be prepared by coating the inside of the well with a mixture of each enzyme and each component necessary for cell lysis, RNA purification, reverse transcription, and isothermal nucleic acid amplification.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a manufacturing process by the roll-to-roll printing.
  • a mixture containing metal nanowires is printed using a flexible substrate (PET, polyethylene terephthalate) through a roll-to-roll gravure equipment 401, and then polydimethylsiloxane is introduced and roll-to-roll imprinting
  • a well is formed by giving an intaglio pattern through 402.
  • drying is performed in real time through a UV-lamp 403 during the process.
  • the solution is added through the dispenser 404, and plasma treatment 405 is performed to seal the well to prevent evaporation and contamination of the PCR solution.
  • the thin paper 60 covers the well 70 to protect the well 70 from the external environment.
  • a tester's bodily fluid for example, a needle
  • the needle enters the well 70.
  • the thickness of the thin paper 60 can be adjusted to perform the above two functions.
  • the thickness of the thin paper 60 may be 100 ⁇ m to 2 cm, specifically 500 ⁇ m to 1 cm. Within this range, it may be advantageous to perform the above two functions.
  • the LED light source unit 80 may include an LED light source unit that emits white LED light.
  • the LED light source unit 80 may emit light having a wavelength of 625 nm to 780 nm, a wavelength of 500 nm to 565 nm, and a wavelength of 450 nm to 485 nm in the visible light region, for example, red, green, and blue light.
  • a wavelength of 625 nm to 780 nm a wavelength of 500 nm to 565 nm
  • a wavelength of 450 nm to 485 nm in the visible light region, for example, red, green, and blue light.
  • the LED light source unit 80 may be an LED light source unit of a smart phone.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention uses a smartphone LED light source as an LED light source, so that a tester can easily amplify and detect nucleic acids by being disposable.
  • FIG. 8 shows a form in which the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention is attached to a smartphone 100, and FIG.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention is attached to the smartphone 100 using the LED light source unit built into the smartphone 100 as the light source of the present invention.
  • an app capable of notifying information by isothermal nucleic acid amplification and detection to the Centers for Disease Control and Prevention or a competent hospital is installed, so that the effect of the present invention can be further obtained by transmitting infection information wirelessly.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention may further include a temperature detector for checking the temperature in the well.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection apparatus of the present invention may further include a laser irradiator for confirming the presence or absence of amplified nucleic acid.
  • a laser with a wavelength of 530 nm is irradiated through a filter to activate CYBER Green, and then fluorescence with a wavelength of 460 nm is irradiated through a filter to detect a smartphone camera. It can be used to quantitatively monitor the amplification of target DNA. In addition, it can be confirmed whether non-specific amplification has occurred through the electrophoresis gel.
  • the isothermal nucleic acid amplification and detection method of the present invention includes a step of using the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention.
  • Dissolving the cells in the sample by turning on the LED light source and first adjusting the height of the temperature controller to maintain the temperature in the well at 90° C. for 2 seconds;
  • FIG. 10 shows isothermal nucleic acid amplification using the LED light source of the smartphone after attaching the isothermal nucleic acid amplification and detection device of the present invention to a smartphone, and then amplifying nucleic acid of 100 bp using an electrophoretic gel.

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Abstract

온도 조절부, 상기 온도 조절부를 내부에 수용하도록 상기 온도 조절부를 둘러싸는 고정 부재, 상기 고정 부재의 상부면에 적층된 금속 나노와이어 함유 층, 상기 금속 나노와이어 함유 층의 상부면에 적층된 웰, 상기 웰을 덮는 박형의 종이 및 상기 온도 조절부의 하부에 배치되고 상기 온도 조절부로 광을 조사하는 LED 광원부를 포함하는 것인, 등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 이를 이용한 등온 핵산 증폭 및 검출 방법이 제공된다.

Description

등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 이를 이용한 등온 핵산 증폭 및 검출 방법
본 발명은 등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 이를 이용한 등온 핵산 증폭 및 검출 방법에 관한 것이다.
전세계가 코로나 전염병으로 일상의 생활 활동이 제한되고 있다. 많은 사람들이 모이는 쇼핑 센터, 학교, 교회, 버스 터미널, 기차역, 공항 등에서 각각 개인별로 검사를 수행하여 한 사람당 5분 이내에 코로나 바이러스 검사를 수행하는 초 신속 핵산 검출 시스템 확보는 국민의 생명과 건강 및 국민의 정상적인 삶을 유지하는데 매우 중요하다. 아직은 전 세계적으로 개인이 휴대하면서 스마트폰을 이용해 샘플 채취에서부터 검사까지 5분내에 이루어지는 개인 휴대용 바이러스 검사 시스템은 개발되지 않았다.
기존에 알려진 핵산 진단 기술들은 시료를 채취하여 세포 용해(Lysis)를 수행한 후, RNA를 정제하고 역 전사(Reverse Transcription)를 수행하여 cDNA를 복제한 후에 DNA샘플을 Polymerase 중합 효소와 혼합하여 가열과 냉각 사이클(95℃ → 72℃ → 60℃)을 30회 이상 수행하여 DNA를 증폭하여 검사하는 것이다. 이러한 일반적인 핵산 검사 시스템은 최소 1시간 이상이 걸리기 때문에, 일반인들이 핵산 검사를 수행하는 것은 불가능하였다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 최우선적으로 구강이나 코에서 채취한 샘플에서 RNA를 분리하고 다시 RNA를 역 전사하여 cDNA로 만든 후에 핵산 증폭(PCR)을 통해서 핵산을 검사하는 방법을 단순화해야 한다.
이를 위해 PCR을 대체 하기 위한 등온 증폭(Isothermal amplification) 방법이 연구 개발되고 있다. 동시에 샘플 채취 후, 빠른 세포 용해를 통해 별도의 RNA분리와 역 전사 과정 없이 등온 증폭을 통해 핵산을 검출하는 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 또한, 개인이 휴대하는 스마트폰을 이용하여 5분 이내에 샘플 채취 후 검사까지 완료하여 질병관리본부나 관할 병원에 곧바로 검사 결과를 통보하는 개인 스마트폰을 이용한 핵산 검출 기술에 대한 수요는 더욱더 증가하고 있다.
본 발명의 배경 기술은 한국등록특허 제10-1768146호 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 세포 용해, RNA 정제, 역 전사 및 등온 증폭(Isothermal amplification)을 짧은 시간 내에 수행할 수 있게 하는 등온 핵산 증폭 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 등온 핵산 증폭 결과를 스마트폰을 이용해 곧바로 질병관리본부 또는 관할 병원에 통보할 수 있게 하는 등온 핵산 증폭 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점은 등온 핵산 증폭 및 검출 장치에 관한 것이다.
등온 핵산 증폭 및 검출 장치는 온도 조절부, 상기 온도 조절부를 내부에 수용하도록 상기 온도 조절부를 둘러싸는 지지 부재, 상기 지지 부재의 상부면에 적층된 금속 나노와이어 함유 층, 상기 금속 나노와이어 함유 층의 상부면에 적층된 웰 함유 플레이트, 상기 웰을 덮는 박형의 종이 및 상기 온도 조절부의 하부에 배치되고 상기 온도 조절부로 광을 조사하는 LED 광원부를 포함한다.
본 발명의 다른 관점은 등온 핵산 증폭 및 검출 방법에 관한 것이다.
등온 핵산 증폭 및 검출 방법은 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명은 세포 용해, RNA 정제, 역 전사 및 등온 증폭을 짧은 시간 내에 수행할 수 있게 하는 등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 방법을 제공하였다.
본 발명은 등온 핵산 증폭 결과를 스마트폰을 이용해 곧바로 질병관리본부 또는 관할 병원에 통보할 수 있게 하는 등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 방법을 제공하였다.
도 1은 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치의 일부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치의 일부 사시도이다.
도 3 은 등온 핵산 증폭 및 검출시 필요한 온도에 따른, 온도 조절부의 일 형태를 나타낸 것이다.
도 4는 등온 핵산 증폭 및 검출 시 필요한 온도에 따른, 온도 조절부의 다른 형태를 나타낸 것이다.
도 5는 금속 나노와이어 함유 층이 LED 광원을 흡수하여 300초 내에 등온 핵산에 필요한 온도에 도달하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 6은 금속 나노와이어 함유 층이 LED 광원으로부터의 광을 흡수하였을 때의 열 방출을 나타내는 것이다.
도 7은 기판, 금속 나노와이어 함유 층 및 웰 함유 플레이트의 적층체의 롤 투 롤 인쇄의 일 모식도이다.
도 8은 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치가 스마트폰에 부착된 형태를 나타낸 그림이다.
도 9는 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치가 스마트폰에 부착된 형태의 실제 사진이다.
도 10은 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치를 스마트폰에 부착한 다음 스마트폰의 LED 광원을 사용하여 등온 핵산 증폭을 수행한 후 전기 영동 젤을 사용하여 증폭한 100bp의 핵산을 나타낸 것이다.
첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 도면에서 각 구성 요소의 길이, 크기는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명이 도면에 기재된 각 구성 요소의 길이, 크기에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 "상부"와 "하부"는 도면을 기준으로 정의한 것으로서, 시 관점에 따라 "상부"가 "하부"로 "하부"가 "상부"로 변경될 수 있고, "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 구조를 개재한 경우도 포함할 수 있다. 반면, "직접 위(directly on)", "바로 위" 또는 "직접적으로 형성" 또는 "직접적으로 접하여 형성"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구조를 개재하지 않은 것을 의미한다.
본 발명자는 일회용으로서 세포 용해, RNA 정제, 역 전사 및 등온 증폭을 짧은 시간 내에 수행할 수 있게 하고, 등온 핵산 증폭 결과를 스마트폰을 이용해 곧바로 질병관리본부 또는 관할 병원에 통보할 수 있게 하는 등온 핵산 증폭 및 검출 장치 및 이를 이용한 등온 핵산 증폭 및 검출 방법을 제공하였다.
본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치는 온도 조절부, 상기 온도 조절부를 내부에 수용하도록 상기 온도 조절부를 둘러싸는 지지 부재, 상기 지지 부재의 상부면에 적층된 금속 나노와이어 함유 층, 상기 금속 나노와이어 함유 층의 상부면에 적층된 웰 함유 플레이트, 및 상기 웰을 덮는 박형의 종이 및 상기 온도 조절부의 하부에 배치되고 상기 온도 조절부로 광을 조사하는 LED 광원부를 포함한다.
이하, 도 1, 도 2, 도 3을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 등온 핵산 증폭 및 검출 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 등온 핵산 증폭 및 검출 장치의 일 부분의 일 단면도이다. 도 2는 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치의 일부 사시도이다.
도 1을 참고하면, 등온 핵산 증폭 및 검출 장치는 지지 부재(10), 온도 조절부(30), 금속 나노와이어 함유 층(40), 웰(50), 박형의 종이(60), LED 광원(80) 및 기판(90)을 포함한다.
지지 부재(10)는 온도 조절부(30)의 상부에 배치되며, 온도 조절부(30)를 둘러싸도록 내부에 빈 공간을 포함하는 부재이다. 지지 부재(10)는 상기 빈 공간에 온도 조절부(30)를 수용할 수 있다. 지지 부재(10)는 상부에 적층된 기판(90), 금속 나노와이어 함유 층(40), 웰(50) 및 박형의 종이(60)를 지지할 수 있다.
지지 부재(10)는 도 1에서 도시되지 않았지만, 스마트폰 중 LED 광이 나오는 부분에 고정될 수 있다. 이를 위해, 등온 핵산 증폭 및 검출 장치는 온도 조절부(30) 및 지지 부재(10)에 각각 연결되며 점착성을 갖는 제1고정 부재(20)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1고정 부재(20)는 양면 점착 필름 또는 일면 또는 양면에 양면 점착 필름이 부착된 부재를 포함할 수 있다.
지지 부재(10)는 LED 광원부(80)로부터 출사된 광이 출사될 때 광의 진행 방향 및 웰(50)의 온도에 영향을 주지 않는 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 지지 부재(10)는 상기 소재로서 무기 또는 유기 소재의 고분자 등으로 형성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
지지 부재(10)의 두께는 0.5 cm 내지 5 cm, 구체적으로 1cm 내지 2 cm이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 장치를 지지할 수 있다. 지지 부재(10)의 높이는 하기 온도 조절부(30)의 높이보다는 높고, 0.5 cm 내지 10 cm, 구체적으로 0.5 cm 내지 5 cm, 더 구체적으로 1 cm 내지 2 cm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 온도 조절부를 충분히 수용할 수 있다.
도 1에서 도시되지 않았지만, 지지 부재(10)의 하부면에는 스마트폰 중 LED 광이 나오는 부분에 지지 부재(10)를 고정시키기 위한 제2 고정 부재가 더 부착될 수 있다. 제2 고정 부재는 양면 점착 필름 또는 일면 또는 양면에 양면 점착 필름이 부착된 부재를 포함할 수 있다.
지지 부재(10)의 내부 빈 공간에는 온도 조절부(30)가 수용되어 있다.
온도 조절부(30)는 LED 광원부(80)로부터 LED 광원이 투과된 다음 금속 나노와이어 함유 층(40)에 도달하는 중간 위치에 배치되어, LED 광원이 금속 나노와이어 함유 층(40)에 도달하는 정도를 조절함으로써 최종적으로는 웰 내의 온도를 조절하게 한다.
온도 조절부(30)는 렌즈 소재로서 온도 조절부(30)의 높이를 조절함으로써 LED 광원이 금속 나노와이어 함유 층(40)에 도달하는 정도를 조절한다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 온도 조절부는 높이에 따라 LED 광원으로부터 나온 LED 광이 투과되는 정도가 조절된다.
본 발명에서는 LED 광원과 금속 나노와이어 함유 층(40) 사이에 LED 광이 LED 광원으로부터 금속 나노와이어 함유 층(40)으로 투과되는 경로 중에 온도 조절부(30)를 배치하고, 온도 조절부(30)의 높이를 조절함으로써, 결국 금속 나노와이어 함유 층(40)과 LED 광원부(80) 간의 실질적인 LED 광이 이동하는 거리를 조절함으로써, 세포의 용해, 역전사 및 등온 핵산의 증폭에 필요한 웰 내의 온도를 만들 수 있다.
온도 조절부는 서로 다른 높이를 갖는, 복수 개의 렌즈 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 온도 조절부는 렌즈 소재로 통상적으로 알려져 있으며 LED 광원으로부터 광 투과에 영향을 주지 않은 소재로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, (A)는 온도 조절부의 높이가 (B), (C) 대비 상대적으로 낮아 LED 광 투과에 대한 영향이 가장 낮다. 따라서, 온도 조절부로 (A) 형태의 온도 조절부를 적용하는 경우 웰 내의 온도는 등온 핵산 증폭 및 검출에 있어서 체액 중 세포의 용해에 필요한 90℃로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 광원이 White LED광으로 100 mW의 세기로 조사하는 경우, 온도 조절부 (A)의 높이는 대략 0.5 cm 내지 5 cm가 될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, (B)는 온도 조절부의 높이가 (A)보다는 높고 (C) 대비 상대적으로 낮아 LED 광 투과에 대한 영향이 (A), (C)에 의한 영향의 중간 정도이다. 따라서, 온도 조절부로 (B) 형태의 온도 조절부를 적용하는 경우 웰 내의 온도는 등온 핵산 증폭 및 검출에 있어서 역전사에 필요한 50℃로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 광원이 White LED 파장의 광을 100 mV의 세기로 조사하는 경우, 온도 조절부 (B)의 높이는 온도 조절부 (A)의 높이보다는 높고 대략 0.5 cm 내지 5 cm가 될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, (C)는 온도 조절부의 높이가 (A), (B) 대비 상대적으로 높아 LED 광 투과에 대한 영향이 (A), (B) 대시 상대적으로 높다. 따라서, 온도 조절부로 (C) 형태의 온도 조절부를 적용하는 경우 웰 내의 온도는 등온 핵산 증폭 및 검출에 있어서 등온 핵산의 증폭에 필요한 45℃로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 광원이 White LED 파장의 광을 100 mV의 세기로 조사하는 경우, 온도 조절부 (C)의 높이는 온도 조절부 (A), (B)의 높이보다 더 높고 대략 0.5 cm 내지 5 cm가 될 수 있다.
온도 조절부(30)는 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치를 사용할 때, 세포의 용해, 역 전사 및 등온 핵산 증폭 각각의 과정에서 필요한 온도를 위해 상기 (A), (B), (C)의 형태로 수동으로 교체될 수 있다.
다른 구체예에서, 도 4를 참조하면, 온도 조절부(30)는 자동으로 온도 조절부(30)의 높이가 조절되도록 고안될 수 있다. 예를 들면, 자바라 방식으로 고안될 수 있다. 도 4에서 제시한 것처럼, 해당 온도 조절부는 크게 3가지 파트 (A), (B), (C)로 구성될 수 있으며 세부 온도 조절을 위해서는 5개 이상의 부품으로 구성될 수도 수 있다. 가장 아래 원 부품 (A)에 부품 (B), 부품 (C)를 차례대로 그 다음 파트를 조립하고, 원하는 온도에 따라 조립체에서의 높이를 조절함으로 거리 조절이 가능한 렌즈 형으로 구성될 수 있다. 3가지 파트로 구성된 온도 조절부는 거리를 조절함으로써 스마트폰의 빛의 세기를 조절할 수 있음에 따라 온도를 수동으로 조절 하는 형태이다.
지지 부재(10)의 상부면에는 기판(90), 금속 나노와이어 함유 층(40) 및 웰(70) 함유 플레이트(50)가 순차적으로 적층되어 있다.
기판(90)은 금속 나노와이어 함유 층(40)을 형성하거나 등온 핵산 증폭 및 검출 장치에서 금속 나노와이어 함유 층(40)을 지지하는 역할을 한다.
기판(90)은 LED 광원부(80), 온도 조절부(30) 및 지지 부재(10)를 투과한 광이 출사 방향 및 출사 정도에 영향을 주지 않는 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(90)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(Poly(methyl methacrylate)), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester), 폴리스티렌술폰(Polystyrene), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 종이, 금속 박막 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
기판(90)의 두께는 0.2 cm 내지 2 cm, 구체적으로 0.5 cm 내지 1 cm이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 금속 나노와이어 함유 층과 웰 함유 플레이트를 지지할 수 있다.
금속 나노와이어 함유 층(40)은 웰 함유 플레이트 내 웰 내부의 온도를 조절하는 역할을 한다. 즉, 금속 나노와이어 함유 층(40)은 LED 광원부(80)로부터 입사된 LED 광이 입사되면 표면 플라즈모닉 공명을 발생시켜 LED 광을 열로 변환시킴으로써 웰 내부의 온도를 조절할 수 있다. 금속 나노와이어 함유 층(40) 중 금속 나노와이어는 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치에서 세포의 용해, 역전사 및 등온 핵산 증폭을 위해 필요한 각각의 온도에 용이하게 도달될 수 있어 선택되었다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 금속 나노와이어 함유 층(40)에 LED 광원을 조사하였을 때 조사 시간에 따른 웰 내의 온도 변화를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 30초 내지 300초 내에 등온 핵산 증폭에 필요한 온도인 45℃, 50℃에 도달된 것을 보여주는 그래프이다.
금속 나노와이어 함유 층(40)은 금속 소재의 나노와이어로서 예를 들면 은, 금, 구리, 니켈 등 또는 이의 합금으로 형성된 나노와이어를 포함할 수 있다. 금속 나노와이어는 길이가 10㎛ 내지 100㎛, 구체적으로 20㎛ 내지 50㎛가 될 수 있고, 직경이 10 nm 내지 100 nm, 구체적으로 20 nm 내지 50 nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 LED 광원부로부터 광의 흡수 및 플라즈모닉 공명에 의한 광열 전환이 이루어질 수 있다. 금속 나노와이어는 금속 나노 입자로 제조될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
금속 나노와이어 함유 층(40)은 금속 나노와이어만 포함할 수도 있지만, 금속 나노와이어를 안정적으로 포함시키도록 하기 위해 고분자 소재의 지지 재료를 더 포함할 수도 있다.
금속 나노와이어 함유 층(40)은 카본 블랙, 그래핀, 탄소나노튜브(다중벽 탄소나노튜브, 단일벽 탄소나노튜브 중 1종 이상) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
금속 나노와이어 함유 층(40)의 두께는 10 μm 내지 200 μm, 구체적으로 50 μm 내지 150 μm이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 효과 구현이 보다 용이할 수 있다.
웰(70) 함유 플레이트(50)는 금속 나노와이어 함유 층(40)의 상부면에 적층되어 금속 나노와이어 함유 층(40)로부터 발생된 열에 의해 세포의 용해, 역 전사 및 등온 핵산 증폭이 이루어지도록 할 수 있다.
웰(70)의 크기는 본 발명의 등온 핵산 및 증폭 검출 장치가 일회용이며 시험자의 체액의 부피 등을 고려하여 조절될 수 있다. 예를 들면, 웰(70)의 크기는 반지름이 3mm 내지 5mm이고, 깊이는 1mm 내지 2mm가 될 수 있다.
웰(70) 함유 플레이트(50)는 특별히 제한되지 않지만, 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성될 수 있다.
웰(70) 함유 플레이트(50)의 내부에는 세포의 용해, RNA 정제, 역전사, 및 등온 핵산 증폭시 필요한 각각의 효소, 각각의 성분 등이 웰(70)에 포함될 수 있다. 각각의 효소, 성분은 당업자에게 알려진 바에 따른다.
기판(90), 금속 나노와이어 함유 층(40) 및 웰 함유 플레이트(50)의 적층체는 롤 투 롤 인쇄를 통해 제조될 수 있다. 즉, 기판(90) 상에 금속 나노와이어 함유 층(40)을 소정의 두께로 코팅한 다음, 금속 나노와이어 함유 층(40)에 PDMS를 소정의 두께로 코팅하고 임프린팅 공정에 의해 웰을 형성한다. 그런 다음, 웰 내부에 세포의 용해, RNA 정제, 역전사, 및 등온 핵산 증폭시 필요한 각각의 효소, 각각의 성분의 혼합물을 코팅함으로써 제조될 수 있다.
도 7은 상기 롤 투 롤 인쇄에 의한 제조 과정의 일 모식도이다. 도 7을 참조하면, 우선 롤투롤 그라비아 장비(401)를 통하여 금속 나노와이어를 포함하는 혼합물을 유연기판 (PET, Polyethylene terephthalate)을 이용하여 인쇄를 진행한 후 폴리디메틸실록산을 투입하고 롤투롤 임프린팅(402)을 통하여 음각 패턴을 줌으로써 웰을 형성하게 된다. 이때 롤루톨 임프린팅의 음각 패턴의 형상을 유지하기 위해서 진행중에 있어서 UV-lamp(403)를 통하여 실시간으로 건조를 진행한다. 디스펜서(404)를 통하여 용액을 추가하고, 플라즈마 처리(405)를 하여 웰을 실링하여 PCR용액의 증발 및 오염을 방지한다.
박형의 종이(60)는 웰(70)을 덮어 웰(70)을 외부 환경으로부터 보호한다. 또한, 박형의 종이(60)는 본 발명의 등온 핵산 및 증폭 검출 장치를 사용할 때 시험자의 체액 예를 들면 침을 박형의 종이(60)에 적하시키면 침이 웰(70) 내부로 들어오게 된다.
박형의 종이(60)는 상술 2개의 기능을 수행할 수 있도록 두께가 조절될 수 있다. 예를 들면, 박형의 종이(60)의 두께는 100㎛ 내지 2 cm, 구체적으로 500㎛ 내지 1 cm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 상술 2개의 기능을 수행하는데 유리할 수 있다.
LED 광원부(80)는 백색 LED 광을 출사시키는, LED 광원부를 포함할 수 있다. LED 광원부(80)는 예를 들면 가시 광선 영역 예를 들면 레드, 그린, 및 블루 광으로 파장 625 nm 내지 780 nm, 파장 500 nm 내지 565 nm, 파장 450nm 내지 485nm의 광을 출사시킬 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 세포 용해, 역 전사, 및 등온 핵산 증폭에 필요한 광을 낼 수 있다.
LED 광원부(80)는 스마트폰 중 LED 광원부일 수 있다. 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치는 LED 광원부로 스마트폰 LED 광원부를 사용함으로써, 일회용으로 사용되어 시험자가 손쉽게 핵산의 증폭 및 검출을 수행할 수 있게 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치가 스마트폰(100)에 부착된 형태를 나타낸 것이고, 도 9는 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치가 스마트폰에 부착된 형태의 실제 사진이다.
도 9를 참조하면, 스마트폰(100) 내에 내장된 LED 광원부를 본 발명의 광원으로 사용하여 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치가 스마트폰(100)에 부착된 형태를 나타낸 것이다.
스마트폰(100) 내에는 등온 핵산 증폭 및 검출에 의한 정보를 질병관리본부 또는 관할 병원에 통보할 수 있는 앱(app)이 설치됨으로써 감염 정보를 무선으로 전달함으로써 본 발명의 효과를 더 얻을 수 있다.
본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치는 웰 내의 온도를 확인하기 위한 온도 검출기를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치는 증폭된 핵산의 유무를 확인하기 위한 레이저 조사기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치에 의해 등온 핵산 증폭이 완료되면, 파장 530nm의 레이저를 필터를 통해 조사하여 CYBER Green을 활성화시킨 다음 곧바로 파장 460nm의 형광을 필터를 통해 조사하여 스마트폰의 카메라를 사용하여 정량적으로 타겟 DNA의 증폭을 모니터링 할 수 있다. 또한, 전기 영동 겔을 통해 비 특이적인 증폭이 일어났는지 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예의 등온 핵산 증폭 및 검출 방법을 설명한다.
본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 방법은 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치를 사용하는 단계를 포함한다.
침으로 구성된 샘플을 본 발명의 장치 중 박형의 종이 위에 적하시키는 단계;
적하된 샘플 중 일부가 상기 박형의 종이를 투과하면서 웰 함유 플레이트 중 웰에 투입하는 단계;
LED 광원을 켜고 온도 조절부의 높이를 1차 조절하여 웰 내의 온도를 90℃로 유지시켜 2초 동안 유지함으로써 상기 샘플 중 세포를 용해시키는 단계;
온도 조절부의 높이를 2차 조절하여 웰 내의 온도를 50℃로 유지시켜 2분 내지 3분 동안 유지함으로써 상기 샘플 중 핵산의 역 전사를 수행하는 단계;
온도 조절부의 높이를 3차 조절하여 웰 내의 온도를 45℃로 유지시켜 3분 내지 5분 동안 유지함으로써 상기 핵산의 등온 핵산 증폭을 수행하는 단계를 포함한다.
도 10은 본 발명의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치를 스마트폰에 부착한 다음 스마트폰의 LED 광원을 사용하여 등온 핵산 증폭을 수행한 후 전기 영동 젤을 사용하여 증폭한 100bp의 핵산을 나타낸 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

  1. 온도 조절부,
    상기 온도 조절부를 내부에 수용하도록 상기 온도 조절부를 둘러싸는 지지 부재,
    상기 지지 부재의 상부면에 적층된 금속 나노와이어 함유 층,
    상기 금속 나노와이어 함유 층의 상부면에 적층된 웰 함유 플레이트,
    상기 웰을 덮는 박형의 종이; 및
    상기 온도 조절부의 하부에 배치되고 상기 온도 조절부로 광을 조사하는 LED 광원부를 포함하는 것인, 등온 핵산 증폭 및 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED 광원부는 스마트폰의 LED 광원부인 것인, 등온 핵산 증폭 및 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도 조절부는 서로 다른 높이를 갖는, 복수 개의 렌즈 중 1종 이상을 포함하는 것인, 등온 핵산 증폭 및 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 웰 내의 온도는 상기 온도 조절부에 의해 90℃, 50℃ 및 45℃의 순서로 조절되는 것인, 등온 핵산 증폭 및 검출 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 등온 핵산 증폭 및 검출 장치를 사용하는 단계를 포함하는, 등온 핵산 증폭 및 검출 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170106995A (ko) * 2015-01-16 2017-09-22 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 핵산 증폭용 led 구동 플라즈몬 가열 장치
KR20190048733A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 전자부품연구원 모바일 기기를 이용한 부착형 광학계를 구비하는 체외 진단 시스템
US20190169677A1 (en) * 2017-11-09 2019-06-06 Click Diagnostics, Inc. Portable molecular diagnostic device and methods for the detection of target viruses

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018195528A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Essenlix Corporation Molecular manipulation and assay with controlled temperature (ii)
US20200306757A1 (en) * 2017-11-01 2020-10-01 National University Of Singapore Quantum plasmonic resonant energy transfer and ultrafast photonic pcr
WO2019187415A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 富士フイルム株式会社 反応装置および温度制御方法
EP3789117A1 (en) * 2019-09-09 2021-03-10 F. Hoffmann-La Roche AG Smartphone pcr device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170106995A (ko) * 2015-01-16 2017-09-22 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 핵산 증폭용 led 구동 플라즈몬 가열 장치
KR20190048733A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 전자부품연구원 모바일 기기를 이용한 부착형 광학계를 구비하는 체외 진단 시스템
US20190169677A1 (en) * 2017-11-09 2019-06-06 Click Diagnostics, Inc. Portable molecular diagnostic device and methods for the detection of target viruses

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AASHISH PRIYE, SARA W. BIRD, YOOLI K. LIGHT, CAMERON S. BALL, OSCAR A. NEGRETE, ROBERT J. MEAGHER: "A smartphone-based diagnostic platform for rapid detection of Zika, chikungunya, and dengue viruses", SCIENTIFIC REPORTS, vol. 7, pages 44778, XP055488108, DOI: 10.1038/srep44778 *
GANGULI A.; ORNOB A.; YU H.; DAMHORST G. L.; CHEN W.; SUN F.; BHUIYA A.; CUNNINGHAM B. T.; BASHIR R.: "Hands-free smartphone-based diagnostics for simultaneous detection of Zika, Chikungunya, and Dengue at point-of-care", BIOMEDICAL MICRODEVICES, SPRINGER US, NEW YORK, vol. 19, no. 4, 22 August 2017 (2017-08-22), New York, XP037914533, ISSN: 1387-2176, DOI: 10.1007/s10544-017-0209-9 *

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