WO2023059109A1 - Microfluidic chip for diagnosis, microfluidic chip system for diagnosis, and iot-based gene analysis system including same - Google Patents

Microfluidic chip for diagnosis, microfluidic chip system for diagnosis, and iot-based gene analysis system including same Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a microfluidic chip for diagnosis, a microfluidic chip system for diagnosis, and an IoT-based genetic analysis system including the same. It relates to a microfluidic chip for diagnosis, a microfluidic chip system for diagnosis, and an IoT-based gene analysis system including the same, which can be checked and the results thereof can be transmitted to the outside.
  • the present invention is a microfluidic chip for diagnosis, the dissolution chamber 100 in which the sample is dissolved after being injected; After receiving the solution from the dissolution chamber 100, mixing chamber 200 for mixing with the polymerase; and a reaction chamber 300 in which the amplification reaction is performed after receiving the solution from the mixing chamber and mixing with the primer, wherein the reaction chamber 300 is at least two, and the reaction chamber 300 provides a microfluidic chip for diagnosis, characterized in that the amplification reaction of the solution introduced from the mixing chamber 200 proceeds while being isolated from each other and separated from each other.
  • Viruses influenza A, RSV A and RSV B were analyzed and diagnosed. This eventually shows the effect of the present invention as an IoT-based molecular diagnostic platform implemented in the field, which will be described in more detail below.

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Abstract

Provided is a microfluidic chip capable of IoT-based on-site diagnosis. One embodiment of the present invention provides a microfluidic chip for diagnosis, the microfluidic chip comprising: a dissolution chamber (100) in which a sample is injected and then dissolved; a mixing chamber (200) in which the solution is received from the dissolution chamber (100) and then mixed with a polymerase; and reaction chambers (300) in which the solution is received from the mixing chamber (200) and then mixed with a primer, and then undergoes an amplification reaction, wherein there are at least two of the reaction chambers (300), and the amplification reaction of the solution received from the mixing chamber (200) proceeds in isolation in each of the reaction chambers (300).

Description

진단용 미세유체 칩, 진단용 미세유체 칩 시스템 및 이를 포함하는 IOT 기반 유전자 분석시스템Microfluidic chip for diagnosis, microfluidic chip system for diagnosis, and IOT-based genetic analysis system including the same
본 발명은 진단용 미세유체 칩, 진단용 미세유체 칩 시스템 및 이를 포함하는 IoT 기반 유전자 분석시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전력으로 휴대용 배터리로 현장에서 분석기를 조작, 감염병 유무를 진단하여 이를 모바일 기기로 확인할 수 있고, 그 결과 등을 외부로 전송할 수 있는, 진단용 미세유체 칩, 진단용 미세유체 칩 시스템 및 이를 포함하는 IoT 기반 유전자 분석시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a microfluidic chip for diagnosis, a microfluidic chip system for diagnosis, and an IoT-based genetic analysis system including the same. It relates to a microfluidic chip for diagnosis, a microfluidic chip system for diagnosis, and an IoT-based gene analysis system including the same, which can be checked and the results thereof can be transmitted to the outside.
지난 20년 동안 세계 보건 기구와 전 세계 많은 국가는 코로나바이러스 질병의 확산을 통제하기 위해 노력하고 있다. 표면에 왕관 모양의 스파이크가 있는 양성 감각 단일 가닥 RNA 바이러스인 코로나바이러스는 사람 간에 전염될 수 있으며 일반적으로 가벼운 호흡기 질환을 유발한다(WHO, 2020). Over the past 20 years, the World Health Organization and many countries around the world have been working to control the spread of the coronavirus disease. Coronavirus, a benign sense single-stranded RNA virus with crown-shaped spikes on its surface, can be transmitted from person to person and usually causes mild respiratory illness (WHO, 2020).
2002년 중국 광둥성에서 발생한 최초의 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스(SARS-CoV)는 약 10%의 사망률로 전 세계적으로 8000명 이상의 확인 사례를 초래하였으며(WHO, 2003), 2012년 사우디아라비아 제다에서 중동호흡기증후군(MERS)이 처음 보고됐다.The first severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV), which originated in Guangdong Province, China in 2002, resulted in more than 8,000 confirmed cases worldwide with a mortality rate of approximately 10% (WHO, 2003), and was first identified in Jeddah, Saudi Arabia in 2012 in the Middle East. Respiratory syndrome (MERS) was first reported.
배타 코로나바이러스(MERS-CoV)는 27개국에 퍼져 약 2500명의 확인 사례를 일으켰고 약 34%의 높은 사망률을 보였다(WHO, 2018; Zaki et al., 2012). 2019년 12월, 중국 우한에서 또 다른 신종 코로나바이러스(SARS-CoV-2)의 발병이 보고되었는데, 발병 후 1년 반이 지난 2021년 7월 6일 기준으로 1억 8,300만 건이 넘는 사례와 거의 400만 명이 사망하였다(WHO, 2021).Exclusive coronavirus (MERS-CoV) has spread to 27 countries, causing about 2500 confirmed cases and a high mortality rate of about 34% (WHO, 2018; Zaki et al., 2012). In December 2019, an outbreak of another novel coronavirus (SARS-CoV-2) was reported in Wuhan, China, with over 183 million cases and nearly 4 million people died (WHO, 2021).
일부 국가에서 전염병이 진정될 조짐을 보이기 시작했지만 많은 국가에서는 새로운 SARS-CoV-2 변종 확산으로 계속 어려움을 겪고 있다. 보건 기관과 정부는 증가하는 SARS-CoV-2 테스트를 처리하고, 효과적인 치료법을 찾고, 백신을 개발 및 배포함으로써 전염병을 통제해야 하는 과도한 부담을 안고 있다(Taleghani and Taghipour, 2021). While the pandemic is beginning to show signs of subsiding in some countries, many countries continue to struggle with the spread of new strains of SARS-CoV-2. Health agencies and governments are under heavy pressure to control the epidemic by dealing with increasing SARS-CoV-2 testing, finding effective treatments, and developing and distributing vaccines (Taleghani and Taghipour, 2021).
백신 개발은 알려진 변이체에 대해 긍정적인 결과를 보여주지만 다가오는 SARS-CoV-2 변종에 대해 동일한 면역 효과를 유지한다는 보장은 없으며, 이 대유행을 통제하는 열쇠 중 하나는 휴대형의 신속한 진단 시스템을 개발하고, 감염된 개인을 적절히 초기에 격리하는 것에 있다. Vaccine development shows positive results against known variants, but there is no guarantee that it will retain the same immunity against the upcoming strain of SARS-CoV-2, and one of the keys to controlling this pandemic is developing portable, rapid diagnostic systems, It consists in the proper initial isolation of infected individuals.
다른 형태의 바이러스 감염성 폐렴에 사용되는 것과 유사한 SARS-CoV-2의 기존 검출 방법은 일반적으로 컴퓨터 단층 촬영, 혈청 검사 및 분자 진단을 기반이며, 이들 방법 중 분자진단은 SARS-CoV-2를 검출하는 가장 특이적이고 민감한 방법으로 보고되었다(Kubina and Dziedzic, 2020). Existing detection methods for SARS-CoV-2, similar to those used for other forms of viral infectious pneumonia, are generally based on computed tomography, serological tests, and molecular diagnostics, of which molecular diagnostics are the only ones that detect SARS-CoV-2. It has been reported as the most specific and sensitive method (Kubina and Dziedzic, 2020).
하지만 PCR과 같은 분자 테스트에는 일반적으로 시설과 인력 같이 검사자원이 풍부한 시설, 여러가지 시약과 단계를 필요로 하며, 숙련된 인력 또한 필요하다(Lei et al., 2021). However, molecular tests such as PCR generally require facilities with abundant testing resources such as facilities and personnel, various reagents and steps, and skilled personnel (Lei et al., 2021).
따라서 분자진단을 위한 POC(Point-of-care) 장치의 개선이 필요하며, 세계보건기구(WHO)는 자원이 제한된 환경에서 가장 적절한 POC 진단 테스트를 정의하기 위해 ASSURED 기준(저렴, 민감, 구체, 사용자 친화, 신속 강력, 장비 불필요, 최종 사용자에게 전달가능)이라는 기준을 권장한다(Kosack et al. al., 2017; Mauk et al., 2018).Therefore, it is necessary to improve point-of-care (POC) devices for molecular diagnosis, and the World Health Organization (WHO) has established the ASSURED criteria (cheap, sensitive, specific, User-friendly, fast and powerful, no equipment required, transferable to end users) are recommended (Kosack et al. al., 2017; Mauk et al., 2018).
이러한 ASSURED 기준은 배터리 전원 또는 전기가 필요 없는 진단 장치와 같은 최소 계측 형식과 원격 이동 통신 및 GPS 위치를 위한 스마트폰 활용을 포함하는 POC 진단 개발의 최근 동향을 유도하고 있는데, 이러한 휴대용 장치는 일반적으로 한번 사용하며, 시약이 미리 로링된 플라스틱 미세유체 칩 또는 카트리지를 사용한다. These ASSURED criteria are driving recent trends in POC diagnostic development, including the use of smartphones for remote mobile communications and GPS positioning and minimal instrumentation formats such as battery-powered or electricity-free diagnostic devices, these portable devices typically It uses a single-use, reagent-preloaded plastic microfluidic chip or cartridge.
이러한 미세유체 기술이 가지는 장점으로 인해, 미세유체 칩을 사용하는 통합 POC 진단 시스템은 테스트 시간을 단축하고 시약 소비를 줄이며 사람의 간섭을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또한 IoT 기술과 POCT 시스템이 결합되면 클라우드 서비스에 저장된 진단 데이터를 공유하여 의사와 환자 간의 유비쿼터스 의료 모니터링 또한 가능하다. Due to the advantages of these microfluidic technologies, an integrated POC diagnostic system using a microfluidic chip has the advantage of reducing test time, reducing reagent consumption, and minimizing human interference. In addition, when IoT technology and the POCT system are combined, ubiquitous medical monitoring between doctors and patients is possible by sharing diagnostic data stored in cloud services.
이러한 IoT 기반 플랫폼은 데이터를 분석 및 저장하고 의료 센터와 자동으로 연동되어, 정부가 팬데믹 상황을 신속하고 명확하게 파악하여 더 나은 결정을 내릴 수 있게 한다. 따라서 IoT 기술이 통합된 미래 POC 진단 장치의 개발은 기존 진단 방법에 필적하는 정확도와 감도를 유지하면서 제한된 리소스 환경에서 여러 즉각적인 테스트를 용이하게 하는 데 필수적안 요소로 여겨진다.These IoT-based platforms analyze and store data and automatically connect with medical centers, giving governments a quick and clear picture of the pandemic situation to make better decisions. Therefore, the development of future POC diagnostic devices incorporating IoT technology is seen as essential to facilitate multiple instantaneous tests in limited resource environments while maintaining accuracy and sensitivity comparable to existing diagnostic methods.
칩 기반(On-chip) 분자 진단은 일반적으로 다음과 같은 순차적 단계로 구성된다. On-chip molecular diagnostics usually consists of the following sequential steps:
(1) 세포 또는 바이러스 입자의 용해 (1) Lysis of cells or virus particles
(2) 용해물로부터 DNA 또는 RNA 추출(2) DNA or RNA extraction from lysate
(3) 특정 핵산 표적 서열의 증폭(3) Amplification of a specific nucleic acid target sequence
(4) 광학 또는 전기화학적 기기에 의한 최종 앰플리콘의 종말점 또는 실시간 검출(Nguyen et al., 2019; Taleghani 및 Taghipour, 2021). (4) endpoint or real-time detection of final amplicons by optical or electrochemical instruments (Nguyen et al., 2019; Taleghani and Taghipour, 2021).
분자 진단은 대부분 표적 서열의 효소적 증폭을 위한 중합효소 연쇄 반응(PCR)에 의존하며(Park et al., 2011; Saiki et al., 1988), 증폭을 위한 PCR은 정밀한(±0.5°C) 및 빠른(>10°C/s) 열 순환을 달성하기 위해 상대적으로 비싸고 정교하며 부피가 큰 기기가 필요하다는 단점이 있다. Molecular diagnostics mostly rely on polymerase chain reaction (PCR) for enzymatic amplification of target sequences (Park et al., 2011; Saiki et al., 1988), and PCR for amplification is precise (±0.5 °C). and the need for relatively expensive, sophisticated and bulky instruments to achieve fast (>10 °C/s) thermal cycling.
열적 싸이클링과정과 히팅시스템을 단순화하기 위해 다양한 등온 증폭 방법이 제안되었으며, 이러한 방법은 종래 PCR보다 순도 측면에서 우수하여, POC 진단에 더 적합하다(Taleghani and Taghipour, 2021). recombinase polymerase amplification, helicase 의존 증폭, 핵산 염기서열 기반 증폭, 롤링 서클 증폭, 가닥 치환 증폭 등의 등온 증폭 기술(Oh et al., 2016) 중에서 LAMP(Loop-mediated isothermal amplification)는 가장 유망한 방법 중 하나이다. Various isothermal amplification methods have been proposed to simplify the thermal cycling process and heating system, and these methods are superior to conventional PCR in terms of purity and are more suitable for POC diagnosis (Taleghani and Taghipour, 2021). Among isothermal amplification technologies such as recombinase polymerase amplification, helicase-dependent amplification, nucleic acid sequence-based amplification, rolling circle amplification, and strand displacement amplification (Oh et al., 2016), LAMP (Loop-mediated isothermal amplification) is one of the most promising methods.
LAMP법은, 템플릿과의 엄격한 결합을 위해 4개의 프라이머와 증폭 효율을 높이기 위해 2세트의 루프 프라이머를 사용한다(Inaba et al., 2021; Khan et al., 2018; Singh et al., 2019). 또한 온화한 반응 온도(63~65°C)로 인해 기포 형성 및 증발 문제가 방지되고(Dan Van et al., 2019; Lee et al., 2016; Mauk et al., 2018; Nguyen et al., 2020), LAMP 반응의 Bst 중합효소는 임상 표본에서 일반적으로 발견되는 억제제에 대한 내성이 더 높다(Francois et al., 2011; Kaneko et al., 2007; Nkouawa et al., 2010). The LAMP method uses four primers for strict binding to the template and two sets of loop primers to increase amplification efficiency (Inaba et al., 2021; Khan et al., 2018; Singh et al., 2019). . In addition, the mild reaction temperature (63–65 °C) prevents bubble formation and evaporation problems (Dan Van et al., 2019; Lee et al., 2016; Mauk et al., 2018; Nguyen et al., 2020). ), LAMP-responsive Bst polymerase is more resistant to inhibitors commonly found in clinical specimens (Francois et al., 2011; Kaneko et al., 2007; Nkouawa et al., 2010).
또한, DNA/RNA 정제 없이 세포 용해와 유전적 증폭이 동시에 일어나는 "직접" LAMP 반응이 보고되었으며(Dudley et al., 2020; Gadkar et al., 2018; Lee et al., 2016), 이로써 직접 용해 완충액과 LAMP 반응의 조합을 통해 단순화된 POC 분자 진단 시스템을 구현할 수 있다. In addition, “direct” LAMP reactions in which cell lysis and genetic amplification occur simultaneously without DNA/RNA purification have been reported (Dudley et al., 2020; Gadkar et al., 2018; Lee et al., 2016), thereby leading to direct lysis A simplified POC molecular diagnostic system can be implemented through a combination of buffer and LAMP reaction.
하지만 휴대전화를 이용하는 IoT 기술과 LAMP 기술을 융합하여 정확한 진단과 현장형 신속진단을 동시에 구현하는 효과적 기술은 아직 개시되지 않은 상황이다. However, an effective technology that simultaneously implements accurate diagnosis and field-type rapid diagnosis by converging IoT technology using a mobile phone and LAMP technology has not yet been disclosed.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 IoT 기반 현장진단이 가능한 미세유체 칩과, 이를 활용한 진단시스템을 제공하는 것이다. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a microfluidic chip capable of IoT-based on-site diagnosis and a diagnosis system using the microfluidic chip.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 진단용 미세유체 칩으로, 샘플이 주입된 후 용해되는 용해챔버(100); 상기 용해챔버(100)로부터 용액을 유입받은 후, 중합효소와 혼합하는 혼합챔버(200); 및 상기 혼합챔버로부터의 용액을 유입받은 후 프라이머와 혼합한 후, 증폭반응을 진행하는 반응챔버(300)를 포함하며, 상기 반응챔버(300)는 적어도 2개 이상이며, 상기 반응챔버(300)는 상기 혼합챔버(200)로부터 유입된 용액의 증폭반응이 반응챔버간 서로 격리되어 분리된 채 진행되는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 칩을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a microfluidic chip for diagnosis, the dissolution chamber 100 in which the sample is dissolved after being injected; After receiving the solution from the dissolution chamber 100, mixing chamber 200 for mixing with the polymerase; and a reaction chamber 300 in which the amplification reaction is performed after receiving the solution from the mixing chamber and mixing with the primer, wherein the reaction chamber 300 is at least two, and the reaction chamber 300 provides a microfluidic chip for diagnosis, characterized in that the amplification reaction of the solution introduced from the mixing chamber 200 proceeds while being isolated from each other and separated from each other.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 증폭반응은 직접 RT-LAMP(Direct RT-LAMP) 반응이며, 상기 진단용 미세유체칩은, 상기 증폭반응시 상기 반응챔버 각각의 입구와 출구를 밀봉하는 제 2 왁스밸브(320)을 더 포함하며, 상기 제 2 왁스밸브(320)의 왁스는 상기 증폭반응 온도에서 녹아 상기 반응챔버의 입구와 출구를 밀봉할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the amplification reaction is a direct RT-LAMP (Direct RT-LAMP) reaction, and the diagnostic microfluidic chip includes a second wax for sealing the inlet and outlet of each of the reaction chambers during the amplification reaction. A valve 320 is further included, and the wax of the second wax valve 320 melts at the amplification reaction temperature to seal the inlet and outlet of the reaction chamber.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 진단용 미세유체 칩은, 상기 혼합챔버(200)로부터의 용액을 적어도 2개 이상의 반응챔버(300)를 나눈 후, 상기 반응챔버(300)출구로부터 나오는 채널을 합치는 분취채널구조를 가지며, 상기 분취 채널구조의 입구와 출구에는 각각 제 1 왁스밸브(310)가 구비될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the microfluidic chip for diagnosis divides the solution from the mixing chamber 200 into at least two or more reaction chambers 300, and then merges the channels coming out of the outlet of the reaction chamber 300. has a distribution channel structure, and a first wax valve 310 may be provided at an inlet and an outlet of the distribution channel structure, respectively.
본 발명의 또 다른 실시예는 상술한 진단용 미세유체 칩; 및 상기 진단용 미세유체 칩에 열을 인가하기 위한 히터를 포함하며, 여기에서 상기 히터는, 상기 용해챔버에 열을 인가하기 위한 용해히터; 상기 제 1 왁스밸브에 열을 인가하여 왁스를 녹이기 위한 왁스히터; 및 상기 반응챔버에 열을 인가하기 위한 반응히터를 포함하는 진단용 미세유체 시스템을 제공할 수 있다. Another embodiment of the present invention is the above-described microfluidic chip for diagnosis; and a heater for applying heat to the diagnostic microfluidic chip, wherein the heater includes: a dissolution heater for applying heat to the dissolution chamber; a wax heater for melting wax by applying heat to the first wax valve; and a reaction heater for applying heat to the reaction chamber.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응히터에 의하여 상기 제 2 왁스밸브의 왁스는 녹아 상기 반응챔버의 입구와 출구를 밀봉하며, 상기 시스템은, 상기 용해챔버와 물리적으로 접촉하여 상기 용해챔버에 진동을 인가하기 위한 진동수단을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the wax of the second wax valve melts by the reaction heater to seal the inlet and outlet of the reaction chamber, and the system physically contacts the dissolution chamber to vibrate the dissolution chamber. A vibration means for applying may be further included.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 진동수단 및 상기 히터는 휴대용 배터리에 의하여 전력을 공급받을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the vibrating unit and the heater may be powered by a portable battery.
본 발명의 또 다른 실시예는 상술한 진단용 미세유체 시스템을 포함하는 IoT 기반 유전자 분석시스템으로, 상술한 진단용 미세유체 시스템; 상기 미세유체 시스템에 전력을 공급하기 위한 휴대용 배터리; 상기 미세유체 시스템의 진단결과를 확인하는 영상시스템; 및 상기 미세유체 시스템을 조작하고 상기 영상시스템으로부터 진단결과를 수신하여 표시하는 모바일 기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템을 제공한다. Another embodiment of the present invention is an IoT-based gene analysis system including the above-described microfluidic system for diagnosis, the above-described microfluidic system for diagnosis; a portable battery for supplying power to the microfluidic system; an imaging system confirming a diagnosis result of the microfluidic system; And it provides an IoT-based genetic analysis system comprising a mobile device that manipulates the microfluidic system and receives and displays diagnosis results from the imaging system.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 IoT 기반 유전자 분석시스템은, 상기 모바일 기기를 통하여 상기 진단결과를 외부로 전송하며, 상기 모바일 기기는 적어도 둘 이상의 반응챔버에서의 진단결과를 구분하여 표시할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the IoT-based genetic analysis system transmits the diagnosis result to the outside through the mobile device, and the mobile device can distinguish and display the diagnosis result in at least two or more reaction chambers. .
본 발명의 일 실시예에서, 상기 영상시스템은, 실시간 형광 검출용 CMOS 센서로 상기 반응 챔버에서 방출된 빛을 포착할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the imaging system may capture light emitted from the reaction chamber with a CMOS sensor for real-time fluorescence detection.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 모바일 기기는 휴대전화이며, 상기 진단결과를 외부통신망을 통하여 외부로 송신 가능하며, 상기 영상시스템은 상기 모바일 기기의 카메라를 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mobile device is a mobile phone, the diagnosis result can be transmitted to the outside through an external communication network, and the imaging system can use the camera of the mobile device.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 휴대용 배터리는 상기 미세유체 시스템의 히터, 진동수단 및 영상시스템에 에너지를 공급할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the portable battery may supply energy to the heater, vibrator, and imaging system of the microfluidic system.
본 발명의 일 측면에 따른 통합 미세유체 칩과 현장진단(POC) 장치 통합 시스템은 샘플에 대한 측정 방식으로 SARS-CoV-2 등과 같은 감염병 진단이 가능하며, 특히 손바닥 크기의 IoT 기반 유전자 분석 시스템을 제공하며, 본 발명에 따른 플랫폼은 저전력으로 구동되므로 휴대용 배터리로 작동할 수 있다. An integrated microfluidic chip and point-of-care (POC) device integration system according to an aspect of the present invention can diagnose infectious diseases such as SARS-CoV-2 by measuring a sample, and in particular, a palm-sized IoT-based genetic analysis system. Since the platform according to the present invention is driven with low power, it can operate with a portable battery.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, RT-LAMP 온도 제어, 진동 기능, 데이터 표시 등을 모바일 기기로 조작할 수 있으며, 바이러스 용해, 직접 RT-LAMP 반응 및 실시간 형광 검출과 같은 전체 프로세스를 미세 유체 칩에서 자동으로 수행할 수 있다. 더 나아가, SARS-CoV-2의 다중 유전자를 동시에 분석하여 낮은 LOD로 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다. In addition, according to another aspect of the present invention, the RT-LAMP temperature control, vibration function, data display, etc. can be manipulated with a mobile device, and the entire process such as virus lysis, direct RT-LAMP reaction, and real-time fluorescence detection is performed on a microfluidic chip. can be done automatically. Furthermore, by simultaneously analyzing multiple genes of SARS-CoV-2, the accuracy of judgment can be improved with a low LOD.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩의 레이아웃에 대한 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a layout of a microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩에서의 반응 단계를 설명하는 도면이다. 2 is a diagram explaining a reaction step in a microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 시스템에 구비된 전극 히터와 시스템간 대응 모식도이다. 3 is a schematic diagram showing correspondence between an electrode heater provided in the system of the present invention and the system.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해히터, 왁스 밀봉 히터 및 RT-LAMP 반응히터의 가열 프로파일이다.4 is a heating profile of a melting heater, a wax seal heater, and an RT-LAMP reaction heater according to an embodiment of the present invention.
도 5a는 진동효과를 이용한 생성된 기포의 제거를 보여주는 도면이다.Figure 5a is a view showing the removal of the generated air bubbles using the vibration effect.
도 5b는 진동 유무에 따른 용해 샘플의 증폭 곡선이다.Figure 5b is the amplification curve of the dissolution sample with and without vibration.
도 5c는 진동 유무에 따른 샘플의 용해 효율을 나타내는 도면이다. Figure 5c is a diagram showing the dissolution efficiency of the sample according to the presence or absence of vibration.
도 6a는 반응 챔버 C1 및 C3에서 사전 건조된 A1se 유전자의 프라이머 세트가 있는 칩의 증폭 프로파일이다. Figure 6a is the amplification profile of the chip with primer sets of A1se gene pre-dried in reaction chambers C1 and C3.
도 6b는 반응 챔버 C2 및 C4에서 사전 건조된 SARS-CoV-2의 A1se 유전자 프라이머 세트를 갖는 칩의 증폭 프로파일이다. Figure 6b is the amplification profile of the chip with the A1se gene primer set of SARS-CoV-2 pre-dried in reaction chambers C2 and C4.
도 7a는 바이러스 농도에 따른 SARS-CoV-2의 3개 유전자(As1e, N 및 E 유전자)의 증폭 프로파일이다. 7a is an amplification profile of three genes (As1e, N and E genes) of SARS-CoV-2 according to virus concentration.
도 7b는 SARS-CoV-2의 3개 유전자에 대한 해당 임계값 시간에 대한 결과이다. Figure 7b is the result of the corresponding threshold time for the three genes of SARS-CoV-2.
도 8a는 임상시료에 대한 분석결과로, 상용 qPCR 기계를 사용하여 테스트한 각 바이러스에 대한 양성 결과(증폭 프로파일)를 나타낸 것이다. Figure 8a shows the analysis results for clinical samples, showing positive results (amplification profiles) for each virus tested using a commercial qPCR machine.
도 8b는 본 발명에 따른 플랫폼의 임상 샘플 분석결과로, (1) SARS-CoV-2, (2) 인플루엔자 A, (3) RSV A, (4) RSV B의 바이러스 샘플에 대한 진단 분석 결과(증폭 프로파일)이다. 8B is a clinical sample analysis result of the platform according to the present invention, diagnostic analysis results for virus samples of (1) SARS-CoV-2, (2) influenza A, (3) RSV A, and (4) RSV B ( amplification profile).
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이동형 현장진단시스템에서, 마이크로칩이 내장되며, 휴대용 배터리로 구동되며 Wi-Fi 연결을 통해 스마트폰으로 제어되는 휴대용 유전자 분석기이다.Figure 9a is a mobile point-of-care diagnostic system manufactured according to an embodiment of the present invention, a portable gene analyzer with a built-in microchip, powered by a portable battery, and controlled by a smart phone through a Wi-Fi connection.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이동형 현장진단시스템의 POC 유전자 분석기 내부 구조의 3D 모델이다.9B is a 3D model of the internal structure of the POC gene analyzer of the mobile point-of-care diagnostic system manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이동형 현장진단시스템의 제작된 POC 유전자 분석기의 전면 및 후면 디지털 이미지이다.9c is a front and rear digital image of the POC gene analyzer of the mobile point-of-care diagnostic system manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다.Before explaining the present invention in detail, the terms or words used in this specification should not be construed unconditionally in a conventional or dictionary sense, and in order for the inventor of the present invention to explain his/her invention in the best way Concepts of various terms can be appropriately defined and used.
더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Furthermore, it should be noted that these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다.That is, the terms used in this specification are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not intended to specifically limit the contents of the present invention.
이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.It should be noted that these terms are terms defined in consideration of various possibilities of the present invention.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Also, in this specification, a singular expression may include a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise.
또한, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, it should be noted that similarly, even if expressed in a plurality, it may include a singular meaning.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Throughout this specification, when a component is described as "including" another component, it does not exclude any other component, but further includes any other component, unless otherwise stated. It can mean you can do it.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있다.Furthermore, when a component is described as "existing inside or connected to and installed" of another component, this component may be directly connected to or installed in contact with the other component.
또한, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있다.In addition, it may be installed at a certain distance, and in the case of being installed at a certain distance, a third component or means for fixing or connecting the corresponding component to another component may exist. .
한편, 상기 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Meanwhile, it should be noted that the description of the third component or means may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" to another element, or is "directly connected", it should be understood that no third element or means exists.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Similarly, other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "directly between", or "adjacent to" and "directly adjacent to" have the same meaning. should be interpreted as
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용된다.In addition, in the present specification, terms such as "one side", "the other side", "one side", "the other side", "first", and "second" refer to one component with respect to another component. It is used to make it clearly distinguishable from the elements.
하지만, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.However, it should be noted that the meaning of a corresponding component is not limitedly used by such a term.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 한다.In addition, in this specification, terms related to positions such as “upper”, “lower”, “left”, “right”, etc., if used, are to be understood as indicating relative positions of corresponding components in the drawing.
또한, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니 된다.In addition, unless an absolute location is specified for these locations, these location-related terms should not be understood as referring to an absolute location.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다.Moreover, in the specification of the present invention, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "device", if used, mean a unit capable of processing one or more functions or operations.
이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.It should be noted that this may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings accompanying this specification, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention is partially exaggerated, reduced, or omitted in order to sufficiently clearly convey the spirit of the present invention or for convenience of explanation. may be described, and therefore the proportions or scale may not be exact.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following description of the present invention, a detailed description of a configuration that is determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, a known technology including the prior art, may be omitted.
본 발명은 COVID-19 전염병에 대처하기 위해 신속 SARS-CoV-2 진단 플랫폼을 개발하였다. 특히, SARS-CoV-2를 진단하기 위한 실시간 RT-LAMP 기반 첨단 IoT 기반 POC 장치를 제공하며, 특히 본 발명에 따른 진단장치는 휴대용 배터리로 구동될 수 있는 저전력이며, 통합 미세유체 칩에서 바이러스 용해(Lysis) 및 RT-LAMP 반응을 동시에 수행할 수 있다. The present invention has developed a rapid SARS-CoV-2 diagnostic platform to cope with the COVID-19 epidemic. In particular, a real-time RT-LAMP-based advanced IoT-based POC device for diagnosing SARS-CoV-2 is provided. In particular, the diagnosis device according to the present invention is a low-power device that can be driven by a portable battery and dissolves the virus in an integrated microfluidic chip. (Lysis) and RT-LAMP reactions can be performed simultaneously.
또한, 본 발명에 따른 진단 플랫폼은, 반응 중 각 반응 챔버의 형광 신호를 병렬로 자동측정, 처리하여 Wi-Fi 네트워크를 통해 실시간으로 스마트폰으로 전송한다. In addition, the diagnostic platform according to the present invention automatically measures and processes the fluorescence signal of each reaction chamber in parallel during the reaction and transmits it to a smartphone in real time through a Wi-Fi network.
본 발명의 일 실시예에서는 SARS-CoV-2의 3가지 표적 유전자(As1e, N, E 유전자)를 분석, 위양성 결과를 방지하는 효과를 보여주었으며, 더 나아가 SARS-CoV-2 바이러스를 또한 다른 호흡기 바이러스(인플루엔자 A, RSV A 및 RSV B)와 함께 분석, 진단하였다. 이것은 결국 현장에서 구현되는 IoT 기반 분자 진단 플랫폼으로서의 본 발명의 효과를 나타내는데, 이는 이하 보다 상세히 설명한다. In one embodiment of the present invention, three target genes (As1e, N, and E genes) of SARS-CoV-2 were analyzed, and the effect of preventing false positive results was shown. Viruses (influenza A, RSV A and RSV B) were analyzed and diagnosed. This eventually shows the effect of the present invention as an IoT-based molecular diagnostic platform implemented in the field, which will be described in more detail below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩 레이아웃에 대한 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a microfluidic chip layout according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩은 샘플이 주입된 후 용해되는 용해챔버(100), 상기 용해챔버로부터의 유체와 중합효소를 혼합하는 혼합챔버(200), 및 상기 혼합챔버로부터 중합효소와 유체를 프라이머와 혼합한 후, 증폭반응을 진행하는 반응챔버(300)를 포함한다. 도 1에서는 총 4개의 반응챔버가 개시되나 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 반응챔버(300)는 적어도 2개 이상이며, 상기 반응챔버(300)는 상기 혼합챔버(200)로부터 유입된 RT-LAMP 액의 RT-LAMP 반응이 챔버간 상호 격리되어 분리된 채 진행된다. Referring to FIG. 1, the microfluidic chip according to an embodiment of the present invention includes a dissolution chamber 100 in which a sample is injected and then dissolved, a mixing chamber 200 for mixing the fluid from the dissolution chamber and a polymerase, and and a reaction chamber 300 in which an amplification reaction is performed after mixing the polymerase and the fluid with the primer from the mixing chamber. In Figure 1, a total of four reaction chambers are disclosed, but the scope of the present invention is not limited thereto. There are at least two reaction chambers 300 according to the present invention, and in the reaction chamber 300, the RT-LAMP reaction of the RT-LAMP liquid introduced from the mixing chamber 200 is isolated from each other and separated from each other. It goes on.
본 발명은 이를 위하여 용해챔버(100)-혼합챔버(200) 사이, 상기 혼합챔버(200)와 반응챔버(300), 그리고 상기 반응챔버(300)와 외부로 시료가 배출되는 연결포트(400) 사이에는, “패시브 밸브((Passive valve)"가 구비되는데, 여기에서 패시브 밸브는 소수성으로 코팅된 채널 구간으로 외부 주사기 등에 의한 흡인력이 인가되지 않는 경우 채널로 친수성 용액이 흐르지 않는 구간을 말한다. To this end, the present invention provides a connection port 400 through which the sample is discharged to the outside between the dissolution chamber 100 and the mixing chamber 200, the mixing chamber 200 and the reaction chamber 300, and the reaction chamber 300. In between, a “passive valve” is provided, where the passive valve is a hydrophobic coated channel section, and a section in which the hydrophilic solution does not flow into the channel when the suction force by an external syringe or the like is not applied.
본 발명은 증발, 챔버간 의도하지 않는 혼합 등에 의한 오염 등을 방지하기 위하여 온도에 따라 점성이 바뀌어 채널을 채우게 되는 제 2 왁스 밀봉 밸브(320)를 상기 반응챔버 각각의 유입과 출구에 구비한다. 또한 반응챔버로 나누어 흐른 후 반응 후 합쳐지는 채널 구조인 분취(aliquot)채널에는 분취 구조의 입구와 출구에 분취구조를 밀봉하게 되는 제 1 왁스 밀봉 밸브(310)가 구비되며, 상기 제 1 왁스 밀봉 밸브(310)는 별도의 히터로 채널을 채워 RT-LAMP 반응챔버로부터의 증발문제를 원천적으로 방지한다. In the present invention, in order to prevent evaporation, contamination by unintentional mixing between chambers, etc., a second wax sealing valve 320 is provided at the inlet and outlet of each reaction chamber to fill the channel by changing viscosity according to temperature. In addition, an aliquot channel, which is a channel structure in which the flow is divided into the reaction chamber and then combined after the reaction, is provided with a first wax seal valve 310 at the inlet and outlet of the aliquot structure to seal the aliquot structure, and the first wax seal The valve 310 fundamentally prevents evaporation from the RT-LAMP reaction chamber by filling the channel with a separate heater.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩에서의 반응 단계를 설명하는 도면이다. 2 is a diagram explaining a reaction step in a microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체 칩을 이용한 공정 방법은 6단계로 구성된다. Referring to Figure 2, the process method using the microfluidic chip according to the present invention consists of six steps.
도 2를 참조하면, 각 단계별 공정방법은 다음과 같으나, 하기 설명되는 구체적인 실시예의 조건 등에 의하여 본 발명의 범위는 제한되지 않는다. Referring to FIG. 2, the process method for each step is as follows, but the scope of the present invention is not limited by conditions of specific embodiments described below.
(1) 샘플 로딩 단계(1) Sample loading step
본 발명의 일 실시예에서 먼저 2.0 μL의 바이러스 샘플을 58 μL의 RT-LAMP 용액이 미리 로드된 미세유체 칩의 용해챔버(도 1의 100)에 로딩하였다. In one embodiment of the present invention, 2.0 μL of the virus sample was first loaded into the dissolution chamber (100 in FIG. 1) of the microfluidic chip preloaded with 58 μL of the RT-LAMP solution.
(2) 바이러스 용해 단계(2) virus lysis step
시스템에 구비된 용해히터를 섭씨 95도까지 10분 동안 가열하고 진동기가 1분마다 용액을 30초 동안 진동시켜 바이러스를 용해(Lysis)시켰다. The dissolution heater provided in the system was heated to 95 degrees Celsius for 10 minutes, and the vibrator vibrated the solution for 30 seconds every minute to lyse the virus.
(3) 효소 혼합 단계(3) enzyme mixing step
연결포트(connection port)에 연결된 주사기를 이용, 흡인(70μL)하여 용해챔버(100)에서 용해된 시료(60μL)를 도 1의 혼합챔버(200)로 옮겼다. 상기 혼합챔버에는 EM(Bst DNA 중합효소 및 역전사효소)이 사전 건조된 상태로 구비되어 있으며, EM과 RT-LAMP 용액 사이의 효율적인 혼합을 위해 진동 효과 등을 이용할 수 있다. The sample (60 μL) dissolved in the dissolution chamber 100 was transferred to the mixing chamber 200 of FIG. 1 by suction (70 μL) using a syringe connected to the connection port. The mixing chamber is provided with EM (Bst DNA polymerase and reverse transcriptase) in a pre-dried state, and a vibration effect or the like can be used for efficient mixing between the EM and the RT-LAMP solution.
(4) 분취 단계(4) preparative step
효소 혼합 단계 후, RT-LAMP 혼합물(60 μL)을 분취채널(반응챔버로 RT-LAMP 용액이 나뉘어 흘러가는 채널 구조)로 천천히 주사기 등을 사용하여 흡인/유동시켰다. 마지막 분취 구조 말단에 있는 패시브 밸브는 소수성 시약으로 코팅되어 RT-LAMP 혼합물이 모든 반응챔버를 부드럽게 채울 수 있었다. After the enzyme mixing step, the RT-LAMP mixture (60 μL) was slowly aspirated/flowed into the collection channel (channel structure through which the RT-LAMP solution is divided and flowed into the reaction chamber) using a syringe or the like. The passive valve at the end of the last preparative structure was coated with a hydrophobic reagent so that the RT-LAMP mixture could gently fill all reaction chambers.
(5) 왁스 밀봉 단계(5) wax sealing step
반응챔버(300)가 RT-LAMP 용액 혼합물(RNA, 중합효소 등)로 채워진 후, 왁스 밀봉 히터의 온도를 2분 동안 섭씨 75도로 상승시켰다. 그 결과, 두 개의 제 1 왁스 밸브(310)에 있는 왁스가 녹아서 연결된 마이크로 채널로 흘러들어가 분취 구조의 입구와 출구를 차단하였다. 도 2B(빨간색 점선 상자)의 단계 (5)는 인접한 마이크로채널로의 왁스 방출과 왁스로 인한 마이크로채널의 녹색 용액 분리를 보여준다. 왁스 밀봉 공정은 특히 RT-LAMP 반응 중에 RT-LAMP 혼합물이 증발하는 것을 방지하는 데 중요한 역할을 하게 된다. After the reaction chamber 300 was filled with the RT-LAMP solution mixture (RNA, polymerase, etc.), the temperature of the wax sealed heater was raised to 75 degrees Celsius for 2 minutes. As a result, the wax in the two first wax valves 310 melted and flowed into the connected microchannels, blocking the inlet and outlet of the collection structure. Step (5) in Fig. 2B (red dotted box) shows the release of wax into adjacent microchannels and separation of the green solution in the microchannels due to the wax. The wax sealing process plays an important role in preventing evaporation of the RT-LAMP mixture, especially during the RT-LAMP reaction.
(6) RT-LAMP 반응 단계(6) RT-LAMP reaction step
반응히터의 온도를 상승시킨 후, 혼합물을 섭씨 65도에서 60분 동안 인큐베이션하여 1단계 RT-LAMP 반응을 수행한다. 이 온도에서 반응 챔버 입구와 출구 라인에 각각 있는 8개의 왁스 밸브(제 2 왁스 밸브, 320) 내부의 왁스가 녹아서 마이크로 채널로 흘러 반응 챔버가 격리된다. 즉, 본 발명에 따른 제 2 왁스 밸브(320)는 각 반응챔버 각각의 입구와 출구에 구비되며, RT-LAMP 반응온도에서 녹아 각 반응챔버를 분리하여 증발을 차단할 뿐만 아니라 반응 챔버 간의 교차 오염을 방지한다. 이후 인큐베이션 시간 동안 각 반응 챔버의 형광 이미지가 1분마다 기록된다. After raising the temperature of the reaction heater, the mixture is incubated at 65 degrees Celsius for 60 minutes to perform a one-step RT-LAMP reaction. At this temperature, the wax inside the eight wax valves (second wax valves, 320) respectively located in the inlet and outlet lines of the reaction chamber melts and flows into the microchannel to isolate the reaction chamber. That is, the second wax valve 320 according to the present invention is provided at the inlet and outlet of each reaction chamber, melts at the RT-LAMP reaction temperature, and separates each reaction chamber to block evaporation as well as to prevent cross-contamination between the reaction chambers. prevent. During the subsequent incubation time, fluorescence images of each reaction chamber are recorded every minute.
도 3은 본 발명의 시스템에 구비된 전극 히터와 시스템간 대응 모식도이다. 3 is a schematic diagram showing correspondence between an electrode heater provided in the system of the present invention and the system.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 히터는 용해챔버에 대응하는 용해히터(Lysis Heater), 분취채널구조를 밀봉하는 위치에 대응하는 제 1 왁스 밀봉 히터(Wax Sealing Heater), 그리고 RT-LAMP 반응을 위한 반응히터(Reaction Heater)로 구성되며, 각 히터는 대응하는 챔버 또는 왁스밸브에 근접하는 위치로 구성된다. Referring to FIG. 3, the heater of the system according to an embodiment of the present invention includes a lysis heater corresponding to the dissolution chamber and a first wax sealing heater corresponding to the sealing position of the distribution channel structure. , and a reaction heater for the RT-LAMP reaction, and each heater is composed of a position close to the corresponding chamber or wax valve.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해히터, 왁스 밀봉 히터 및 RT-LAMP 반응히터의 가열 프로파일이다.4 is a heating profile of a melting heater, a wax seal heater, and an RT-LAMP reaction heater according to an embodiment of the present invention.
진동에 따른 증폭반응 촉진 효과 Amplification reaction accelerating effect according to vibration
본 발명은 상술한 바와 같이 용해 시간 단축과 효율을 향상시키기 위하여 온도만 아니라 진동효과를 이용하였다. 즉, 본 발명은 신속한 on-chip 바이러스 검출을 위해 용해(lysis) 시간을 15분에서 10분으로 단축하고 1분마다 30초 동안 고주파 진동기(10000 RPM)로 용해 효율을 높였다. 본 발명의 일 실시예에서는 2 × 105 copies/μL 농도의 SARS-CoV-2 샘플을 사용하여 As1e 프라이머 세트로 수정된 용해 프로토콜을 검증하였다. As described above, the present invention uses the vibration effect as well as the temperature in order to shorten the dissolution time and improve the efficiency. That is, the present invention shortened the lysis time from 15 minutes to 10 minutes for rapid on-chip virus detection and increased the lysis efficiency by using a high-frequency vibrator (10000 RPM) for 30 seconds every minute. In one embodiment of the present invention, a lysis protocol modified with the As1e primer set was verified using a SARS-CoV-2 sample at a concentration of 2 × 10 5 copies/μL.
도 5a는 진동효과를 이용한 생성된 기포의 제거를 보여주는 도면이다. 도 5b는 진동 유무에 따른 용해 샘플의 증폭 곡선이다. 도 5c는 진동 유무에 따른 샘플의 용해 효율을 나타내는 도면이다. Figure 5a is a view showing the removal of the generated air bubbles using the vibration effect. Figure 5b is the amplification curve of the dissolution sample with and without vibration. Figure 5c is a diagram showing the dissolution efficiency of the sample according to the presence or absence of vibration.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용된 진동은 가열 동안 용해 챔버 내부에서 생성된 기포를 제거하는 데 유용하였다. 가열 외에도 용해 챔버의 진동도 칩 상에서의 샘플 용해 효율을 크게 증가시켰으며, 진동으로 용해된 샘플은 진동이 없는 샘플보다 빠르게 증폭되었다(도 5b 참조). 임계값 시간은 30.2분에서 12.8분으로 크게 감소하여 가열 및 진동 기능을 결합하여 우수한 온칩 용해 성능을 확인하였다(도 5c 참조).As shown in Figure 5a, the vibration used in the present invention was useful in removing air bubbles generated inside the dissolution chamber during heating. In addition to heating, the vibration of the dissolution chamber also greatly increased the sample dissolution efficiency on the chip, and samples dissolved with vibration amplified faster than samples without vibration (see Fig. 5b). The threshold time significantly decreased from 30.2 min to 12.8 min, confirming excellent on-chip dissolution performance by combining heating and vibration functions (see Fig. 5c).
교차 오염 테스트cross contamination test
본 발명에 따른 칩 설계는 표적 유전자의 다중 분석을 위한 4개의 반응 챔버를 포함하므로 RT-LAMP 반응에서 교차 오염이 없는지 확인하여야 한다. Since the chip design according to the present invention includes four reaction chambers for multiple analysis of target genes, cross-contamination in the RT-LAMP reaction should be checked.
이를 위해 반응 챔버를 둘러싸는 왁스 밸브를 사용하고 섭씨 65도의 온도에서 반응 챔버를 격리하기 위하여, 마이크로 채널에 녹은 왁스를 채웠다. 상술한 바와 같이 상기 반응챔버 입구 및 출구에 각각 구비된 왁스밸브는 도 3 및 4의 왁스 밀봉 히터가 아닌 반응 히터에 의하여 녹게 된다. To this end, a wax valve was used to surround the reaction chamber, and molten wax was filled in the microchannel to isolate the reaction chamber at a temperature of 65 degrees Celsius. As described above, the wax valves provided at the inlet and outlet of the reaction chamber are melted by the reaction heater instead of the wax sealing heater of FIGS. 3 and 4 .
인접한 반응챔버 사이에 교차 오염이 발생하는지 확인하기 위해 SARS-CoV-2에 대한 As1e 유전자의 프라이머 세트를 반응실 C1과 C3 또는 C2와 C4에서 사전 건조시켰다. To check whether cross-contamination occurs between adjacent reaction chambers, primer sets for the As1e gene for SARS-CoV-2 were pre-dried in reaction chambers C1 and C3 or C2 and C4.
이후 ARS-CoV-2의 농도가 2 × 102copy/μL인 샘플을 추가하고 전체 프로세스를 본 발명에 따른 미세 유체 칩에서 상술한 프로토콜에 따라 수행하였으며, LAMP 반응 동안 모든 반응 챔버의 형광 강도는 CMOS 센서에 의해 모니터링되었다. Then, a sample with a concentration of ARS-CoV-2 of 2 × 10 2 copies/μL was added and the entire process was performed according to the protocol described above in the microfluidic chip according to the present invention. During the LAMP reaction, the fluorescence intensity of all reaction chambers was monitored by a CMOS sensor.
도 6a는 반응 챔버 C1 및 C3에서 사전 건조된 A1se 유전자의 프라이머 세트가 있는 칩의 증폭 프로파일이다. 도 6b는 반응 챔버 C2 및 C4에서 사전 건조된 SARS-CoV-2의 A1se 유전자 프라이머 세트를 갖는 칩의 증폭 프로파일이다. Figure 6a is the amplification profile of the chip with primer sets of A1se gene pre-dried in reaction chambers C1 and C3. Figure 6b is the amplification profile of the chip with the A1se gene primer set of SARS-CoV-2 pre-dried in reaction chambers C2 and C4.
도 6a를 참조하면, As1e 프라이머가 미리 건조된 반응챔버 C1과 C3에서만 형광강도가 점차 증가하였다. 유사하게, 도 6b를 참조하면 반응 챔버 C2 및 C4만이 증폭 프로파일을 나타내며, 여기서 As1e 프라이머는 챔버 C2 및 C4에서만 사전 건조되어 구비된 상태였다. 따라서 본 발명에 따라 칩에 RT-LAMP 반응에 따라 녹아서 채널을 밀봉할 수 있는 왁스밸브를 반응챔버에 통합하면 반응챔버간 교차 오염 문제가 제거되어 다중 표적 유전자 검출을 위한 신뢰할 수 있는 데이터를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 6A, the fluorescence intensity gradually increased only in reaction chambers C1 and C3 in which As1e primers were previously dried. Similarly, referring to FIG. 6B , only reaction chambers C2 and C4 show an amplification profile, where As1e primers were pre-dried and provided only in chambers C2 and C4. Therefore, according to the present invention, if the chip is melted according to the RT-LAMP reaction and a wax valve that can seal the channel is integrated into the reaction chamber, the problem of cross-contamination between reaction chambers is eliminated, and reliable data for detecting multiple target genes can be obtained. there is.
검출 한계 테스트detection limit test
SARS-CoV-2의 바이러스 소수 입자가 사람의 호흡기를 감염시킬 수 있다는 점을 고려하면 검출 한계(LOD)가 진단 방법에 중요하다. 따라서 본 발명에 따른 진단 플랫폼의 감지 민감도 평가를 본 실험예에서 진행하였다. Limit of detection (LOD) is important for diagnostic methods, given that small viral particles of SARS-CoV-2 can infect the human respiratory tract. Therefore, evaluation of the detection sensitivity of the diagnostic platform according to the present invention was conducted in this experimental example.
이를 위해 열불활성화된 SARS-CoV-2 샘플을 연속 희석하여 다양한 농도를 준비하였다(2 × 105, 2 × 104, 2 × 103, 2 × 102, 2 × 101 genomic copy number/μL). 이후 각 농도별 LOD 테스트를 수행하였다. To this end, heat-inactivated SARS-CoV-2 samples were serially diluted to prepare various concentrations (2 × 10 5 , 2 × 10 4 , 2 × 10 3 , 2 × 10 2 , 2 × 10 1 genomic copy number/μL ). Afterwards, LOD tests were performed for each concentration.
도 7a는 바이러스 농도에 따른 SARS-CoV-2의 3개 유전자(As1e, N 및 E 유전자)의 증폭 프로파일이다. 도 7b는 SARS-CoV-2의 3개 유전자에 대한 해당 임계값 시간에 대한 결과이다. 7a is an amplification profile of three genes (As1e, N and E genes) of SARS-CoV-2 according to virus concentration. Figure 7b is the result of the corresponding threshold time for the three genes of SARS-CoV-2.
도 7a를 참조하면, SARS-CoV-2의 3개 유전자의 증폭 곡선이 농도에 따라 도시되었다. SARS-CoV-2 샘플의 유전자 대부분은 반응 시간 13분에서 51분 사이에 성공적으로 검출되었다. As1e와 N 유전자의 증폭 효율은 비슷해 보이지만 E 유전자의 증폭 효율은 더 느리며, 가장 낮은 농도인 2 × 101 copy/μL에서 증폭은 재현할 수 없었다. Referring to Figure 7a, the amplification curves of the three genes of SARS-CoV-2 are shown according to the concentration. Most of the genes in the SARS-CoV-2 samples were successfully detected between reaction times of 13 and 51 minutes. Although the amplification efficiencies of As1e and N genes are similar, the amplification efficiency of E gene is slower, and the amplification was not reproducible at the lowest concentration, 2 × 10 1 copy/μL.
형광 강도의 임계값(Threshold)을 100(흰색 선)으로 설정하여 임계 시간을 결정하였다. 3개의 유전자의 역치 시간은 도 7b에 도시되어 있다. 모든 실험은 3회 이상 반복하였으며, 계산된 표준편차는 오차 막대로 표시하였다. E 유전자의 역치 시간은 As1e 및 N 유전자의 역치 시간보다 훨씬 컸지만 As1e 및 N 유전자의 역치 시간은 상당히 동일하였다. 도 7a의 파란색 선에서 볼 수 있듯이 음성 대조군 실험에서는 항상 형광 신호가 나타나지 않았다. 따라서 3개의 유전자(As1e, N 및 E 유전자)를 사용하여 SARS-CoV-2를 높은 신뢰도로 식별하려면 LOD는 2 × 102 copy/μL이었으며, 만약 두 개의 유전자(As1e 및 N 유전자)를 사용하는 경우라면 LOD는 10배, 즉 2 × 101 copy/μL까지 향상될 수 있다. The threshold time was determined by setting the threshold of fluorescence intensity to 100 (white line). Threshold times of the three genes are shown in Figure 7b. All experiments were repeated at least three times, and the calculated standard deviation is indicated by an error bar. The threshold times of the E gene were much greater than those of the Asle and N genes, but the threshold times of the Asle and N genes were quite the same. As can be seen from the blue line in Fig. 7a, the negative control experiment always showed no fluorescence signal. Therefore, to identify SARS-CoV-2 with high confidence using three genes (As1e, N and E genes), the LOD was 2 × 10 2 copies/μL, and if using two genes (As1e and N genes) If this is the case, the LOD can be improved by a factor of 10, i.e. up to 2 × 10 1 copies/μL.
임상 샘플 테스트clinical sample test
임상 시료 분석을 위한 현장진단 분자 진단 플랫폼의 실제 적용 가능성을 입증하기 위해 경희대학교 병원에서 4가지 임상 호흡기 바이러스 시료(SARS-CoV-2, Influenza A, RSV A, RSV B)를 입수하여 테스트하였다. 먼저 시판되는 Real-Time PCR 기계를 이용하여 임상 시료를 분석하고, SARS-CoV-2의 As1e, N, E 유전자, Influenza A의 Neuraminidase 유전자, RSV A 및 RSV B에 대한 융합 당단백질 유전자를 분석하였다. To demonstrate the practical applicability of the point-of-care molecular diagnosis platform for clinical sample analysis, four clinical respiratory virus samples (SARS-CoV-2, Influenza A, RSV A, and RSV B) were obtained and tested at Kyung Hee University Hospital. First, clinical samples were analyzed using a commercially available real-time PCR machine, and As1e, N, and E genes of SARS-CoV-2, Neuraminidase genes of Influenza A, and fusion glycoprotein genes for RSV A and RSV B were analyzed. .
도 8a는 임상시료에 대한 분석결과로, 상용 qPCR 기계를 사용하여 테스트한 각 바이러스에 대한 양성 결과(증폭 프로파일)를 나타낸 것이다. 도 8b는 본 발명에 따른 플랫폼의 임상 샘플 분석결과로, (1) SARS-CoV-2, (2) 인플루엔자 A, (3) RSV A, (4) RSV B의 바이러스 샘플에 대한 진단 분석 결과(증폭 프로파일)이다. Figure 8a shows the analysis results for clinical samples, showing positive results (amplification profiles) for each virus tested using a commercial qPCR machine. 8B is a clinical sample analysis result of the platform according to the present invention, diagnostic analysis results for virus samples of (1) SARS-CoV-2, (2) influenza A, (3) RSV A, and (4) RSV B ( amplification profile).
도 8a를 참조하면, 네 가지 임상 샘플 모두 양성 결과를 알 수 있다. 이후 반응 챔버 C2, C3 및 C4를 각각 As1e, N 및 E 유전자를 표적으로 하는 프라이머 세트로 반응챔버를 코팅하고 챔버 C1에는 교차 오염을 확인하기 위해 음성 대조군으로 프라이머가 코팅하지 않았다. 3개의 반응 챔버(C2, C3, C4)의 증폭 곡선은 SARS-CoV-2의 임상 샘플이 로드되었을 때만 감지할 수 있었다(도 8b(1)). 다른 호흡기 바이러스(인플루엔자 A의 경우 도 8b(2), RSV A의 경우 도 8b(3), RSV B의 경우 도 8b(4))는 형광 신호를 생성하지 않았다. 이러한 결과는 SARS-CoV-2용 RT-LAMP 프라이머가 높은 특이도로 설계되었으며 본 발명에 따른 마이크로 칩을 활용한 휴대용 유전자 분석기가 SARS-CoV-2의 임상 샘플을 높은 정확도로 정확하고 동시에 동시에 검출할 수 있음을 나타낸다. Referring to FIG. 8A , positive results can be seen in all four clinical samples. Thereafter, reaction chambers C2, C3, and C4 were coated with primer sets targeting As1e, N, and E genes, respectively, and chamber C1 was not coated with primers as a negative control to confirm cross-contamination. The amplification curves of the three reaction chambers (C2, C3, and C4) were detectable only when clinical samples of SARS-CoV-2 were loaded (Fig. 8b(1)). Other respiratory viruses (FIG. 8b(2) for influenza A, FIG. 8b(3) for RSV A, and FIG. 8b(4) for RSV B) did not produce fluorescent signals. These results show that the RT-LAMP primer for SARS-CoV-2 is designed with high specificity, and the portable genetic analyzer using the microchip according to the present invention can accurately and simultaneously detect clinical samples of SARS-CoV-2 with high accuracy. indicates that it can
이동형 현장진단시스템 Mobile on-site diagnosis system
본 발명은 상술한 마이크류 유체칩을, 이동형 장치로부터 전력을 공급받아 진동, 히팅 등을 현장에서 수행하고, 모바일 기기(휴대전화 등)로 시스템을 조작, 결과를 확인하고 필요한 경우 이를 외부로 전송하는 일체형 진단 시스템을 제공한다. In the present invention, the above-mentioned microfluidic chip receives power from a mobile device to perform vibration and heating in the field, operate the system with a mobile device (cell phone, etc.), check the result, and transmit it to the outside if necessary. It provides an all-in-one diagnostic system that
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이동형 현장진단시스템에서, 마이크로칩이 내장되며, 휴대용 배터리로 구동되며 Wi-Fi 연결을 통해 스마트폰으로 제어되는 휴대용 유전자 분석기이다. 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이동형 현장진단시스템의 POC 유전자 분석기 내부 구조의 3D 모델이다. 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이동형 현장진단시스템의 제작된 POC 유전자 분석기의 전면 및 후면 디지털 이미지이다.Figure 9a is a mobile point-of-care diagnostic system manufactured according to an embodiment of the present invention, a portable gene analyzer with a built-in microchip, powered by a portable battery, and controlled by a smart phone through a Wi-Fi connection. 9B is a 3D model of the internal structure of the POC gene analyzer of the mobile point-of-care diagnostic system manufactured according to an embodiment of the present invention. 9c is a front and rear digital image of the POC gene analyzer of the mobile point-of-care diagnostic system manufactured according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 IoT 기반 유전자 분석시스템은, 미세유체 칩, 히터, 진동수단을 포함하는 진단용 미세유체 시스템과, 상기 미세유체 시스템에 전력을 공급하기 위한 휴대용 배터리; 상기 미세유체 시스템의 진단결과를 확인하는 영상시스템; 및 상기 미세유체 시스템을 조작하고 상기 영상시스템으로부터 진단결과를 수신하기 위한 모바일 기기를 포함한다. The IoT-based genetic analysis system according to the present invention includes a microfluidic system for diagnosis including a microfluidic chip, a heater, and a vibrating means, and a portable battery for supplying power to the microfluidic system; an imaging system confirming a diagnosis result of the microfluidic system; and a mobile device for manipulating the microfluidic system and receiving a diagnosis result from the imaging system.
본 발명에 따른 시스템의 유체제어 서브시스템은 3mL 주사기를 당기거나 밀기 위해 기어 세트를 작동하는 고토크 서보(TowerPro, MG996R)를 포함한다. 즉, 주사기의 흡입을 위해 서보는 시계 반대 방향으로 회전하고, 밀기를 위해서는 시계 방향으로 회전한다. 따라서, 상술한 통합 미세유체 칩이 휴대용 유전자 분석기에 삽입되면(도 9a의 삽입이미지), 실리콘 튜브(직경 2mm)를 통해 주사기와 연결된 어댑터로 칩의 바닥이 자동으로 클릭된다. 따라서, 미세유체 칩 내부의 용액의 이동은 주사기를 밀거나 당겨서 조작할 수 있다. The fluid control subsystem of the system according to the present invention includes a high torque servo (TowerPro, MG996R) that operates a set of gears to pull or push the 3 mL syringe. That is, the servo rotates counterclockwise for aspiration of the syringe and clockwise for pushing. Therefore, when the integrated microfluidic chip described above is inserted into a portable gene analyzer (inset image of FIG. 9a), the bottom of the chip is automatically clicked with an adapter connected to a syringe through a silicon tube (2 mm in diameter). Thus, the movement of the solution inside the microfluidic chip can be manipulated by pushing or pulling the syringe.
본 발명에 따른 플랫폼의 온도 제어를 위한 서브 시스템은 3개의 독립적인 히터로 구성되며, 이는 상술한 바와 같다, 각각은 칩의 3개 영역(용해 챔버, 왁스 밸브 및 반응 챔버)의 온도를 조정하도록 설계되며, 본 발명에 따른 맞춤형 히터는 0.3mm 엔드밀이 있는 CNC 기계로 1.6mm 두께의 동박 적층판(동박 두께: 18μm)으로 제작되었다. 용해, 왁스 밀봉 및 LAMP 반응을 위해 제작된 히터의 저항은 각각 2.4, 1.6, 2.4옴이었다. The subsystem for temperature control of the platform according to the present invention consists of three independent heaters, as described above, each to adjust the temperature of the three areas of the chip (melting chamber, wax valve and reaction chamber). designed, and the customized heater according to the present invention was manufactured with a 1.6 mm thick copper clad laminate (copper foil thickness: 18 μm) with a CNC machine with a 0.3 mm end mill. The resistances of the heaters fabricated for melting, wax sealing and LAMP reactions were 2.4, 1.6 and 2.4 ohms, respectively.
본 발명에 따른 플랫폼의 바이러스 용해를 위한 하위 시스템은, 상기 용해챔버와 물리적으로 접촉하여 상기 용해챔버에 진동을 인가하기 위한 진동수단을 포함하는데, 이를 위하여 본 발명은 용해 챔버 뒷면에 접촉하여 이를 진동시키기 위한 작은 진동 모터(직경 2.7mm, 3.5V, 10000RPM)를 포함한다. 상기 진동수단은 바이러스 입자의 용해 효율을 가속화하기 위해 용해 단계 동안 샘플 용액을 진동시키는 역할을 수행한다. The subsystem for virus dissolution of the platform according to the present invention includes a vibration means for physically contacting the dissolution chamber and applying vibration to the dissolution chamber. It includes a small vibration motor (diameter 2.7mm, 3.5V, 10000RPM) for vibration. The vibrating means serves to vibrate the sample solution during the dissolution step to accelerate the dissolution efficiency of the virus particles.
또한, 본 발명에 따른 플랫폼은 반응챔버에서의 진단결과를 영상으로 확인하기 위한 영상진단 시스템을 더 포함하는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 형광 검출용 서브시스템은 여기 파장이 488nm(488T-60 DS5, 중국)인 고강도(60mW) 발광 다이오드(LED)와 Sony IMX219 8메가픽셀 CMOS 센서로 구성되며, LED는 반응 챔버를 조명하기 위해 45°로 기울어진 각도로 미세 유체 칩 표면에서 3cm 떨어진 곳에 배치되며, 밴드패스 필터(525 nm CWL, Dia. 25 mm, 70 nm bandwidth, Edmund Optics, USA)로 덮인 CMOS 센서는 반응 챔버에서 방출된 빛을 포착하기 위해 미세 유체 칩의 전면에서 3.5 cm 떨어진 곳에 배치된다.In addition, the platform according to the present invention further includes an image diagnosis system for confirming the diagnosis result in the reaction chamber with an image. 60 DS5, China), a high-intensity (60 mW) light emitting diode (LED) and a Sony IMX219 8 megapixel CMOS sensor. Placed, a CMOS sensor covered with a bandpass filter (525 nm CWL, Dia. 25 mm, 70 nm bandwidth, Edmund Optics, USA) is placed 3.5 cm away from the front side of the microfluidic chip to capture the light emitted from the reaction chamber. are placed
이상 설명한 본 발명은 COVID-19의 현장진단 분자 진단을 위한 손바닥 크기의 IoT 기반 유전자 분석 시스템을 제공하며, 본 발명에 따른 플랫폼은 저전력으로 구동되므로 휴대용 배터리로 작동할 수 있다. 특히 RT-LAMP의 유체 제어, 온도 제어, 진동 기능, 데이터 표시 등을 상기 휴대용 배터리로 공급받아, 모바일 기기로 조작하며, 그 결과를 외부통신망을 이용 수신 또는 송신할 수 있다. 따라서, 바이러스 용해, 직접 RT-LAMP 반응 및 실시간 형광 검출과 같은 전체 프로세스를 미세 유체 칩에서 자동으로 수행할 수 있으며, SARS-CoV-2의 다중 유전자를 동시에 분석하여 낮은 LOD로 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다. The present invention described above provides a palm-sized IoT-based genetic analysis system for point-of-care molecular diagnosis of COVID-19, and since the platform according to the present invention is driven with low power, it can operate with a portable battery. In particular, fluid control, temperature control, vibration function, data display, etc. of the RT-LAMP can be supplied by the portable battery, operated by a mobile device, and the result can be received or transmitted using an external communication network. Therefore, the entire process such as virus lysis, direct RT-LAMP reaction, and real-time fluorescence detection can be performed automatically on the microfluidic chip, and multiple genes of SARS-CoV-2 can be analyzed simultaneously to improve the accuracy of judgment with low LOD. can make it
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited by the foregoing embodiments and accompanying drawings. It will be clear to those skilled in the art that the components according to the present invention can be substituted, modified, and changed without departing from the technical spirit of the present invention.

Claims (15)

  1. 샘플이 주입된 후 용해되는 용해챔버(100);A dissolution chamber 100 in which the sample is dissolved after being injected;
    상기 용해챔버(100)로부터 용액을 유입받은 후, 중합효소와 혼합하는 혼합챔버(200); 및After receiving the solution from the dissolution chamber 100, mixing chamber 200 for mixing with the polymerase; and
    상기 혼합챔버로부터의 용액을 유입받은 후 프라이머와 혼합한 후, 증폭반응을 진행하는 반응챔버(300)를 포함하며, A reaction chamber 300 for receiving the solution from the mixing chamber, mixing with the primer, and then performing an amplification reaction;
    상기 반응챔버(300)는 적어도 2개 이상이며, 상기 반응챔버(300)는 상기 혼합챔버(200)로부터 유입된 용액의 증폭반응이 반응챔버간 서로 격리되어 분리된 채 진행되는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 칩.The reaction chamber 300 is at least two, and the reaction chamber 300 is for diagnosis, characterized in that the amplification reaction of the solution introduced from the mixing chamber 200 proceeds while being isolated from each other and separated from each other. microfluidic chip.
  2. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 증폭반응은 직접 RT-LAMP(Direct RT-LAMP) 반응인 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 칩.The amplification reaction is a diagnostic microfluidic chip, characterized in that the direct RT-LAMP (Direct RT-LAMP) reaction.
  3. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 진단용 미세유체칩은, 상기 증폭반응시 상기 반응챔버 각각의 입구와 출구를 밀봉하는 제 2 왁스밸브(320)를 더 포함하며, 상기 제 2 왁스밸브(320)의 왁스는 상기 증폭반응 온도에서 녹아 상기 반응챔버의 입구와 출구를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 칩.The diagnostic microfluidic chip further includes a second wax valve 320 for sealing the inlet and outlet of each of the reaction chambers during the amplification reaction, and the wax of the second wax valve 320 is at the amplification reaction temperature. A microfluidic chip for diagnosis, characterized in that melted to seal the inlet and outlet of the reaction chamber.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 진단용 미세유체 칩은, The method of claim 3, wherein the diagnostic microfluidic chip,
    상기 혼합챔버(200)로부터의 용액을 적어도 2개 이상의 반응챔버(300)를 나눈 후, 상기 반응챔버(300)의 출구로부터 나오는 채널을 합치는 분취채널구조를 가지며, 상기 분취채널구조의 입구와 출구에는 각각 제 1 왁스밸브(310)가 구비되는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 칩.After dividing the solution from the mixing chamber 200 into at least two or more reaction chambers 300, it has a distribution channel structure in which channels coming out of the outlet of the reaction chamber 300 are combined, and the inlet and A microfluidic chip for diagnosis, characterized in that a first wax valve 310 is provided at each outlet.
  5. 제 4항에 따른 진단용 미세유체 칩; 및The microfluidic chip for diagnosis according to claim 4; and
    상기 진단용 미세유체 칩에 열을 인가하기 위한 히터를 포함하며, A heater for applying heat to the microfluidic chip for diagnosis,
    상기 히터는, the heater,
    상기 용해챔버에 열을 인가하기 위한 용해히터; a dissolution heater for applying heat to the dissolution chamber;
    상기 제 1 왁스밸브에 열을 인가하여 왁스를 녹이기 위한 왁스히터; 및 a wax heater for melting wax by applying heat to the first wax valve; and
    상기 반응챔버에 열을 인가하기 위한 반응히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 시스템. A diagnostic microfluidic system comprising a reaction heater for applying heat to the reaction chamber.
  6. 제 5항에 있어서, According to claim 5,
    상기 반응히터에 의하여 상기 제 2 왁스밸브의 왁스는 녹아 상기 반응챔버의 입구와 출구를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 시스템. The microfluidic system for diagnosis, characterized in that the wax of the second wax valve melts by the reaction heater to seal the inlet and outlet of the reaction chamber.
  7. 제 5항에 있어서, According to claim 5,
    상기 진단용 미세유체 시스템은, 상기 용해챔버와 물리적으로 접촉하여 상기 용해챔버에 진동을 인가하기 위한 진동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 시스템.The diagnostic microfluidic system further comprises a vibration means for physically contacting the dissolution chamber and applying vibration to the dissolution chamber.
  8. 제 7항에 있어서, According to claim 7,
    상기 진동수단 및 상기 히터는 휴대용 배터리에 의하여 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 진단용 미세유체 시스템.The vibrating means and the heater are microfluidic systems for diagnosis, characterized in that powered by a portable battery.
  9. 제 7항에 따른 진단용 미세유체 시스템; a diagnostic microfluidic system according to claim 7;
    상기 미세유체 시스템에 전력을 공급하기 위한 휴대용 배터리;a portable battery for supplying power to the microfluidic system;
    상기 미세유체 시스템의 진단결과를 확인하는 영상시스템; 및 an imaging system confirming a diagnosis result of the microfluidic system; and
    상기 미세유체 시스템을 조작하고 상기 영상시스템으로부터 진단결과를 수신하여 표시하는 모바일 기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템.IoT-based genetic analysis system comprising a mobile device that manipulates the microfluidic system and receives and displays diagnosis results from the imaging system.
  10. 제 9항에 있어서, According to claim 9,
    상기 IoT 기반 유전자 분석시스템은, 상기 모바일 기기를 통하여 상기 진단결과를 외부로 전송하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템.The IoT-based gene analysis system, characterized in that for transmitting the diagnosis result to the outside through the mobile device.
  11. 제 9항에 있어서, According to claim 9,
    상기 모바일 기기는 적어도 둘 이상의 반응챔버에서의 진단결과를 구분하여 표시하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템.The mobile device is an IoT-based genetic analysis system, characterized in that for displaying the diagnostic results in at least two or more reaction chambers.
  12. 제 9항에 있어서, According to claim 9,
    상기 영상시스템은, 실시간 형광 검출용 CMOS 센서로 상기 반응 챔버에서 방출된 빛을 포착하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템.The imaging system is an IoT-based genetic analysis system, characterized in that for capturing the light emitted from the reaction chamber with a CMOS sensor for real-time fluorescence detection.
  13. 제 9항에 있어서, According to claim 9,
    상기 모바일 기기는 휴대전화이며, 상기 진단결과를 외부통신망을 통하여 외부로 송신 가능한 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템.The mobile device is a mobile phone, and the IoT-based genetic analysis system, characterized in that the diagnosis result can be transmitted to the outside through an external communication network.
  14. 제 9항에 있어서, According to claim 9,
    상기 영상시스템은 상기 모바일 기기의 카메라를 사용하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템.The imaging system is an IoT-based genetic analysis system, characterized in that using the camera of the mobile device.
  15. 제 9항에 있어서, According to claim 9,
    상기 휴대용 배터리는 상기 미세유체 시스템의 히터, 진동수단 및 영상시스템에 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 유전자 분석시스템.The portable battery is an IoT-based genetic analysis system, characterized in that for supplying energy to the heater, vibration means and imaging system of the microfluidic system.
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