KR101368463B1

KR101368463B1 - 2개의 열 블록을 포함하는 ｐｃｒ 장치

Info

Publication number: KR101368463B1
Application number: KR20110037352A
Authority: KR
Inventors: 김성우; 김덕중
Original assignee: 나노바이오시스 주식회사
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2014-03-03
Also published as: RS54641B1; JP5661918B2; US9061285B2; JP2013524808A; US20150247188A1; DK2562247T3; EP2562247A2; HUE027355T2; CN102985527B; US9297040B2; WO2011132977A3; EP2562247B1; ES2563805T3; US20130040377A1; KR20110118572A; EP2562247A4; WO2011132977A2; CN102985527A

Abstract

본 발명에 따르면, 핵산 증폭 반응에 사용되는 2개의 열 블록을 포함하는 PCR 장치가 개시된다. 본 발명의 PCR 장치에 따르면, 핵산 증폭 반응을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

2개의 열 블록을 포함하는 ＰＣＲ 장치{Device for amplify nucleic acid comprising two heating block}

본 발명은 핵산 증폭 반응에 사용되는 열 블록(heating block)을 포함하는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 장치에 관한 것이다.

중합효소 연쇄 반응, 즉 PCR(Polymerase Chain Reaction)은 핵산을 포함하는 샘플 용액을 반복적으로 가열 및 냉각하여 상기 핵산의 특정 염기 서열을 갖는 부위를 연쇄적으로 복제하여 그 특정 염기 서열 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술로써, 생명과학, 유전공학 및 의료 분야 등에서 분석 및 진단 목적으로 널리 사용되고 있다.

최근 상기 PCR을 수행하기 위한 PCR 장치가 다양하게 개발되고 있다. 일 예에 의한 PCR 장치는 하나의 반응 챔버에 핵산을 포함하는 샘플 용액을 포함하는 용기를 장착하고, 상기 용기를 반복적으로 가열 및 냉각하여 PCR 반응을 수행한다. 그러나, 상기 일 예에 의한 PCR 장치는 하나의 반응 챔버를 구비하기 때문에 전체 구조가 복잡하진 않지만, 정확한 온도 제어를 위한 복잡한 회로를 구비해야 하고, 하나의 반응 챔버에 대한 반복적인 가열 및 냉각으로 인해 전체 PCR 반응의 전체 시간이 길어질 수 밖에 없다. 또한, 다른 일 예에 의한 PCR 장치는 PCR 반응을 위한 온도를 갖는 복수 개의 반응 챔버를 장착하고, 이들 반응 챔버를 통과하는 하나의 채널을 통해 핵산을 포함하는 샘플 용액을 흐르게 하여 PCR 반응을 수행한다. 그러나, 상기 다른 일 예에 의한 PCR 장치는 복수 개의 반응 챔버를 이용하기 때문에 정확한 온도 제어를 위한 복잡한 회로가 요구되진 않지만, 고온 및 저온의 반응 챔버를 통과하기 위한 긴 유로가 반드시 필요하므로 전체 구조가 복잡할 수 밖에 없고, 상기 반응 챔버를 통과하는 채널에 흐르는 핵산을 포함하는 샘플 용액의 유속을 제어하기 위한 별도의 제어 장치가 요구된다.

따라서, 전체 구조가 단순하고, 전체 PCR 반응 시간을 최소화할 뿐만 아니라, 신뢰할 수 있는 PCR 반응 수율을 얻을 수 있는 PCR 장치의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 핵산 증폭 반응에서 탁월한 성능을 발휘할 수 있는 PCR 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구체예는 기판 상에 배치된 제1 열 블록; 상기 기판 상에 상기 제1 열 블록과 이격 배치된 제2 열 블록; 및 상기 제1 열 블록 및 제2 열 블록 위로 구동 수단에 의해 좌우 및/또는 상하 이동 가능하고, PCR용 칩이 장착된 칩 홀더를 포함하는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 장치를 제공한다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 열 블록 및 제2 열 블록은 그 내부에 열선이 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 열선은 상기 제1 열 블록 및 제2 열 블록 내부 온도를 전체적으로 일정하게 유지하기 위해 각 열 블록 면의 중심점을 기준으로 상하 및/또는 좌우 방향으로 대칭되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 열 블록 또는 상기 제2 열 블록은 PCR 반응의 변성 단계 온도를 유지하도록 구현될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 변성 단계 온도는 90℃ 내지 100℃일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 열 블록 또는 제2 열 블록은 PCR 반응의 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계 온도를 유지하도록 구현될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계 온도는 55℃ 내지 75℃일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 열 블록과 제2 열 블록은 상호 교체 가능할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 열 블록과 제2 열 블록은 상호 열 교환이 일어나지 않도록 미리 결정된 거리로 이격 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 구동 수단은 좌우 방향으로 연장된 레일, 및 상기 레일을 통해 좌우 방향으로 슬라이딩 이동가능하게 배치되고, 상하 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 연결 부재를 포함하고, 상기 연결 부재의 일 말단은 상기 칩 홀더가 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 PCR용 칩은 상기 칩 홀더에 착탈 가능한 것일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 PCR용 칩은 상기 제1 열 블록 또는 제2 열 블록의 일 면에 접촉되고, 증폭하고자 하는 핵산을 포함하는 샘플 용액을 수용할 수 있도록 구현될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 PCR용 칩은 광투과성 플라스틱 재질일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 PCR용 칩은 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되고, 관통 개구 채널을 구비하는 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되고, 상기 관통 개구 채널 상의 일 영역에 형성된 관통 개구 유입부 및 다른 일 영역에 형성된 관통 개구 유출부를 구비하는 제3 판을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 판 및 제3 판은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고, 상기 제2 판은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제3 판의 관통 개구 유입부는 지름 1.0 mm 내지 3.0 mm에서 선택되고, 상기 관통 개구 유출부는 지름 1.0 mm 내지 1.5 mm에서 선택되고, 상기 제3 판의 두께는 0.1 mm 내지 2 mm에서 선택되고, 상기 제2 판의 두께는 100 ㎛ 내지 200 ㎛에서 선택되고, 상기 관통 개구 채널의 폭은 0.5 mm 내지 3 mm에서 선택되고, 상기 관통 개구 채널의 길이는 20 mm 내지 40 mm에서 선택될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 열 블록과 제2 열 블록 사이에 광원이 더 배치되고, 상기 칩 홀더 위에 상기 광원으로부터 방출되는 광을 검출하기 위한 광 검출부가 더 배치되거나, 또는 상기 제1 열 블록과 제2 열 블록 사이에 광원으로부터 방출되는 광을 검출하기 위한 광 검출부가 더 배치되고, 상기 칩 홀더 위에 광원이 더 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 광 검출부는 상기 구동 수단 위에 배치되고, 상기 구동 수단은 상기 광원으로부터 방출되는 광을 통과시키기 위한 관통부가 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 2개의 열 블록을 포함하는 PCR 장치를 제공함으로써, 핵산 증폭 반응을 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 열 블록을 포함하는 PCR 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 칩 홀더의 이동에 의한 핵산 증폭 반응의 각 단계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 실시간으로 핵산 증폭 반응을 관찰하는 단계를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 칩 홀더에 장착되는 PCR용 칩을 도시한다.
도 5는 양면 접착제 또는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지가 처리된 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 칩 홀더에 장착되는 PCR용 칩의 단면을 도시한다.

이하, 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 열 블록을 포함하는 PCR 장치를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)는 기판(400) 상에 배치된 제1 열 블록(100); 상기 기판(400) 상에 상기 제1 열 블록(100)과 이격 배치된 제2 열 블록(200); 및 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200) 위로 구동 수단(500)에 의해 좌우 및/또는 상하 이동 가능하고, PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 포함한다.

상기 PCR 장치(1)는 특정 염기 서열을 갖는 핵산을 증폭하는 PCR(Polymerase Chain Reaction)에 사용하기 위한 장치이다. 예를 들어, 특정 염기 서열을 갖는 DNA(deoxyribonucleic acid)를 증폭하기 위한 PCR 장치는 이중 가닥의 DNA를 포함하는 샘플 용액을 특정 온도, 예를 들어 약 95℃로 가열하여 상기 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 변성 단계(denaturing step), 상기 샘플 용액에 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프라이머를 제공하고, 상기 분리된 단일 가닥의 DNA와 함께 특정 온도, 예를 들어 55℃로 냉각하여 상기 단일 가닥의 DNA의 특정 염기 서열에 상기 프라이머를 결합시켜 부분적인 DNA-프라이머 복합체를 형성하는 어닐링 단계(annealing step), 및 상기 어닐링 단계 이후 상기 샘플 용액을 적정 온도, 예를 들어 72℃로 유지하여 DNA 중합효소(polymerase)에 의해 상기 부분적인 DNA-프라이머 복합체의 프라이머를 기초로 이중 가닥의 DNA를 형성하는 연장 (혹은 증폭) 단계(extension step)를 수행하고, 상기 3 단계를 예를 들어, 20회 내지 40회로 반복함으로써 상기 특정 염기 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭할 수 있다. 또한, 경우에 따라, PCR 장치는 상기 어닐링 단계와 상기 연장 (혹은 증폭) 단계를 동시에 수행할 수 있고, 이 경우 PCR 장치는 상기 연장 단계와 상기 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계로 구성된 2 단계를 수행함으로써, 제1 순환을 완성할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일 구체예에 따른 PCR 장치(1)는 상기 단계들을 수행하기 위한 모듈들을 포함하는 장치를 말하며, 본 명세서에 기재되지 아니한 세부적인 모듈들은 PCR을 수행하기 위한 종래 기술 중 개시되고 자명한 범위에서 모두 구비하고 있는 것을 전제로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)는 기판(400) 상에 배치된 제1 열 블록(100) 및 상기 기판(400) 상에 상기 제1 열 블록(100)과 이격 배치된 제2 열 블록(200)을 포함한다.

상기 기판(400)은 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)의 가열 및 온도 유지로 인해 그 물리적 및/또는 화학적 성질이 변하지 않고, 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200) 사이에서 상호 열 교환이 일어나지 않도록 하는 재질을 갖는 모든 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 기판(400)은 플라스틱 등의 재질을 포함하거나 그러한 재질로 구성될 수 있다.

상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)은 핵산을 증폭하기 위한 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행하기 위한 온도를 유지하기 위한 것이다. 따라서 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)은 상기 각 단계들에 요구되는 필요한 온도를 제공하고, 이를 유지하기 위한 다양한 모듈을 포함하거나 또는 그러한 모듈과 구동가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)가 상기 각 열 블록(100, 200)의 일 면에 접촉되는 경우 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)은 상기 PCR용 칩(900)과의 접촉면을 전체적으로 가열 및 온도 유지할 수 있어서, PCR용 칩(900) 내의 샘플 용액을 균일하게 가열 및 온도 유지할 수 있다. 종래 단일 열 블록을 사용하는 PCR 장치는 상기 단일 열 블록에서의 온도 변화율이 초당 3 내지 7℃ 범위 내에서 이루어지는데 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 열 블록을 포함하는 PCR 장치(1)는 각각의 열 블록(100, 200)에서의 온도 변화율이 초당 20 내지 40℃ 범위 내에서 이루어져 PCR 반응 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)은 그 내부에 열선(도시되지 않음)이 배치될 수 있다. 상기 열선은 상기 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행하기 위한 온도를 유지하도록 다양한 열원과 구동가능하게 연결될 수 있고, 상기 열선의 온도를 모니터링하기 위한 다양한 온도 센서와 구동가능하게 연결될 수 있다. 상기 열선은 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200) 내부 온도를 전체적으로 일정하게 유지하기 위해 각각의 열 블록(100, 200) 면의 중심점을 기준으로 상하 및/또는 좌우 방향으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 상기 상하 및/또는 좌우 방향으로 대칭된 열선의 배치는 다양할 수 있다. 또한, 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)은 그 내부에 박막 히터(thin film heater, 도시되지 않음)가 배치될 수도 있다. 상기 박막 히터는 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200) 내부 온도를 전체적으로 일정하게 유지하기 위해 각각의 열 블록(100, 200) 면의 중심점을 기준으로 상하 및/또는 좌우 방향으로 일정한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 상기 상하 및/또는 좌우 방향으로 일정한 박막 히터의 배치는 다양할 수 있다.

상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)은 동일한 면적에 대한 고른 열 분포 및 신속한 열 전달을 위해 금속 재질, 예를 들어 알루미늄 재질을 포함하거나 또는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다.

상기 제1 열 블록(100)은 상기 변성 단계, 또는 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행하기 위한 적정 온도를 유지하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)의 제1 열 블록(100)은 50℃ 내지 100℃를 유지할 수 있고, 바람직하게는 상기 제1 열 블록에서 상기 변성 단계를 수행하는 경우 90℃ 내지 100℃를 유지할 수 있고, 바람직하게는 95℃를 유지할 수 있으며, 상기 제1 열 블록에서 상기 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행하는 경우에는 55℃ 내지 75℃를 유지할 수 있고, 바람직하게는 72℃를 유지할 수 있다. 다만, 상기 변성 단계, 또는 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행할 수 있는 온도라면 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제2 열 블록(200)은 상기 변성 단계, 또는 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행하기 위한 적정 온도를 유지하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)의 제2 열 블록(200)은 상기 제2 열 블록에서 상기 변성 단계를 수행하는 경우 90℃ 내지 100℃를 유지할 수 있고, 바람직하게는 95℃를 유지할 수 있으며, 상기 제2 열 블록에서 상기 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행하는 경우에는 55℃ 내지 75℃를 유지할 수 있고, 바람직하게는 72℃를 유지할 수 있다. 다만, 상기 변성 단계, 또는 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행할 수 있는 온도라면 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 열 블록(100)은 PCR 반응의 변성 단계 온도 (denaturing temperature)를 유지할 수 있으며, 변성 단계 온도가 90℃보다 낮으면 PCR 반응의 주형이 되는 핵산의 변성이 일어나 효율이 떨어져 PCR 반응 효율이 떨어지거나 반응이 일어나지 않을 수 있고, 변성 단계 온도가 100℃보다 높아지면 PCR 반응에 이용되는 효소가 활성을 잃게 되므로, 상기 변성 단계 온도는 90℃ 내지 100℃일 수 있고, 바람직하게는 95℃일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 열 블록(200)은 PCR 반응의 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계 온도(annealing/extension temperature)를 유지할 수 있다. 연장 (혹은 증폭) 단계 온도가 55℃보다 낮으면 PCR 반응 산물의 특이성(specificity)이 떨어질 수 있고, 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계 온도가 74℃보다 높으면 프라이머에 의한 연장이 일어나지 않을 수 있기 때문에 PCR 반응 효율이 떨어지게 되므로 상기 어니링 및 연장 (혹은 증폭) 단계 온도는 55℃ 내지 75℃일 수 있고, 바람직하게는 72℃일 수 있다.

상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200)은 상호 열 교환이 일어나지 않도록 미리 결정된 거리로 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200) 사이에서 열 교환이 일어나지 않기 때문에, 미세한 온도 변화에 의해서도 중대한 영향을 받을 수 있는 핵산 증폭 반응에 있어서, 상기 변성 단계와 상기 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계의 정확한 온도 제어가 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)는 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200) 위로 구동 수단(500)에 의해 좌우 및/또는 상하 이동 가능하고, PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 포함한다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)은 상기 제1 열 블록(100) 또는 제2 열 블록(200)의 일 면에 접촉되고, 증폭하고자 하는 핵산을 포함하는 샘플 용액을 수용할 수 있도록 구현될 수 있다.

상기 PCR용 칩(900)은 핵산, 예를 들어 이중 가닥 DNA, 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드 프라이머, DNA 중합효소, 삼인산화데옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide triphosphates, dNTP), PCR 반응 완충액 (PCR reaction buffer)을 포함하는 샘플 용액을 포함할 수 있다. 상기 PCR용 칩(900)은 상기 샘플 용액을 도입하기 위한 유입부(도시되지 않음), 핵산 증폭 반응을 완료한 샘플 용액을 배출하기 위한 유출부(도시되지 않음) 및 상기 샘플 용액의 핵산 증폭 반응이 수행되는 반응 챔버(또는 채널)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 PCR용 칩(900)이 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)에 접촉하는 경우 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200)의 열은 상기 PCR용 칩(900)에 전달되고, 상기 PCR용 칩(900)의 반응 챔버(또는 채널)에 포함된 샘플 용액은 가열 및 온도 유지될 수 있다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)은 전체적으로 평면 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)의 외벽은 상기 PCR 장치(1)에 의해 핵산 증폭 반응이 수행되는 경우 상기 PCR용 칩(900)이 상기 칩 홀더(300)로부터 이탈하지 않도록 상기 칩 홀더(300)의 내부 공간에 고정 장착되기 위한 형상 및 구조를 가질 수 있다. 상기 PCR용 칩(900)의 상세한 사항은 이하, 도 4 및 도 5에서 설명한다.

상기 칩 홀더(300)는 PCR용 칩(900)이 상기 PCR 장치(1)에 장착되는 모듈이다. 상기 칩 홀더(300)의 내벽은 상기 PCR 장치(1)에 의해 핵산 증폭 반응이 수행되는 경우 상기 PCR용 칩(900)이 상기 칩 홀더(300)로부터 이탈하지 않도록 상기 PCR용 칩(900)의 외벽과 고정 장착되기 위한 형상 및 구조를 가질 수 있다. 상기 칩 홀더(300)는 상기 구동 수단(500)에 구동가능하게 연결된다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)은 상기 칩 홀더(300)에 착탈 가능할 수 있다.

상기 구동 수단(500)은 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200) 위로 좌우 및/또는 상하 이동 가능하게 하는 모든 수단을 포함한다. 상기 구동 수단(500)의 좌우 이동에 의해, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)는 상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200) 사이에서 왕복 운동이 가능하고, 상기 구동 수단(500)의 상하 이동에 의해, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)는 상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200)에 접촉 및 분리될 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)의 구동 수단(500)은 좌우 방향으로 연장된 레일(510), 및 상기 레일(510)을 통해 좌우 방향으로 슬라이딩 이동가능하게 배치되고, 상하 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 연결 부재(520)를 포함하고, 상기 연결 부재(520)의 일 말단은 상기 칩 홀더가 배치된다. 상기 구동 수단(500)의 좌우 및/또는 상하 이동은 상기 PCR 장치(1)의 내부 또는 외부에 구동가능하게 배치된 제어 수단(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있고, 상기 제어 수단은 PCR의 변성 단계와 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 위한 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)와 상기 제1 열 블록(100) 및 제2 열 블록(200) 사이의 접촉 및 분리를 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 칩 홀더의 이동에 의한 핵산 증폭 반응의 각 단계를 도시한다.

본 발명에 따른 PCR 장치에 의한 핵산 증폭 반응은 하기 단계에 의한다. 먼저, 상기 PCR용 칩(900)에 핵산, 예를 들어 이중 가닥 DNA, 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드 프라이머, DNA 중합효소, 삼인산화데옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide triphosphates, dNTP), PCR 반응 완충액(PCR reaction buffer)를 포함하는 샘플 용액을 도입하고, 상기 PCR용 칩(900)을 상기 칩 홀더(300)에 장착하는 단계를 수행한다. 그 후 또는 이와 동시에 상기 제1 열 블록(100)을 변성 단계를 위한 온도, 예를 들어, 90℃ 내지 100℃로 가열 및 유지하고, 바람직하게는 95℃로 가열 및 유지하는 단계를 수행한다. 상기 제2 열 블록(200)을 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 위한 온도, 예를 들어, 55℃ 내지 75℃로 가열 및 유지하고, 바람직하게는 72℃로 가열 및 유지하는 단계를 수행한다.

그 후, 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 하향 이동시켜, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 상기 제1 열 블록(100)에 접촉시켜 PCR의 제1 변성 단계를 수행한다(x 단계).

그 후, 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 상향 이동시켜, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 상기 제1 열 블록(100)으로부터 분리시켜 PCR의 제1 변성 단계를 종료하고, 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 제2 열 블록(200)의 위로 이동시키는 단계를 수행한다(y 단계).

그 후, 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 하향 이동시켜, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 상기 제2 열 블록(100)에 접촉시켜 PCR의 제1 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행한다(z 단계).

마지막으로, 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 상향 이동시켜, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 상기 제2 열 블록(100)으로부터 분리시켜 PCR의 제1 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 종료하고, 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 제1 열 블록(200)의 위로 이동시킨 후 상기 x, y, z 단계를 반복함으로써, 핵산 증폭 반응을 수행한다(순환 단계).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 실시간으로 핵산 증폭 반응을 관찰하는 단계를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)는 상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200) 사이에 광원(700)이 더 배치되고, 상기 칩 홀더(300) 위에 상기 광원(700)으로부터 방출되는 광을 검출하기 위한 광 검출부(800)가 더 배치되거나, 또는 상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200) 사이에 광원(700)으로부터 방출되는 광을 검출하기 위한 광 검출부(800)가 더 배치되고, 상기 칩 홀더(300) 위에 광원(700)이 더 배치될 수 있다. 또한, 상기 광 검출부(800)는 상기 구동 수단(500) 위에 배치되고, 상기 구동 수단(900)은 상기 광원(700)으로부터 방출되는 광을 통과시키기 위한 관통부(530)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)은 광투과성 재질, 구체적으로 광투과성 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 PCR용 칩(900)의 상세한 사항은 이하, 도 4 및 도 5에서 설명한다.

상기 광원(700) 및 광 검출부(800)의 배치에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)에 의한 핵산 증폭 반응시 상기 PCR용 칩(900) 내에서 핵산이 증폭되는 정도를 실시간으로 검출할 수 있도록 한다. 상기 PCR용 칩(900) 내에서 핵산이 증폭되는 정도를 검출하기 위해서는 상기 PCR용 칩(900)에 도입되는 샘플 용액에 별도의 형광 물질을 더 첨가할 수 있다. 상기 광원(700)은 상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200) 사이의 이격된 공간에 가능한 넓게 분포하도록 배치되고, 가능한 동일한 광을 방출하도록 배치된다. 상기 광원(700)은 상기 광원(700)으로부터 방출되는 광을 포집하는 렌즈(도시되지 않음) 및 특정 파장대의 광을 여과하는 광 필터(도시되지 않음)와 구동가능하게 연결 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)에 의한 핵산 증폭 반응시 상기 PCR용 칩(900) 내에서 핵산이 증폭되는 정도를 실시간으로 검출하는 단계는 하기 단계에 의한다. 상기 PCR의 제1 변성 단계의 종료 후 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 제1 열 블록(100)의 위로부터 제2 열 블록(200)의 위로 이동시키거나, 또는 상기 PCR의 제1 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계의 종료 후 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 PCR용 칩(900)을 제2 열 블록(200)의 위로부터 제1 열 블록(200)의 위로 이동시키는 경우, 상기 PCR용 칩(900)이 장착된 칩 홀더(300)를 상기 구동 수단(500)의 연결 부재(520)를 제어하여 상기 제1 열 블록(100)과 제2 열 블록(200) 사이의 이격된 공간 상에 정지시키는 단계를 수행한다. 그 후, 상기 광원(700)으로부터 광을 방출시키고, 상기 방출된 광은 상기 광투명한 PCR용 칩(900), 구체적으로 상기 PCR용 칩(900)의 반응 챔버(또는 채널)를 통과하고, 이 경우 상기 반응 챔버(또는 채널) 내의 핵산의 증폭에 의해 발생하는 광 신호를 상기 광 검출부(800)가 검출한다. 이 경우 상기 광투명한 PCR용 칩(900)을 통과한 광은 상기 구동 수단(500), 구체적으로 상기 레일(510)에 배치된 관통부(530)를 통과하여 상기 광출부(800)에 도달할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)에 따르면, 상기 PCR 반응의 각 순환 단계가 진행되는 동안 상기 반응 챔버(또는 채널) 내에서 (형광 물질이 결합된) 핵산의 증폭에 의한 반응 결과를 실시간으로 모니터링함으로써 초기 반응 샘플에 포함되어 있는 표적 핵산의 양을 실시간으로 측정 및 분석할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 칩 홀더에 장착되는 PCR용 칩을 도시한다.

상기 PCR용 칩(900)은 핵산, 예를 들어 이중 가닥 DNA, 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드 프라이머, DNA 중합효소, 삼인산화데옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide triphosphates, dNTP), PCR 반응 완충액 (PCR reaction buffer)를 포함하는 샘플 용액을 포함할 수 있다. 상기 PCR용 칩(900)은 상기 샘플 용액을 도입하기 위한 유입부(931), 핵산 증폭 반응을 완료한 샘플 용액을 배출하기 위한 유출부(932) 및 증폭하고자 하는 핵산을 포함하는 샘플 용액이 수용된 하나 이상의 PCR 반응 챔버(또는 채널)(921)를 포함할 수 있다. 상기 PCR용 칩(900)이 상기 제1 또는 제2 열 블록(100, 200)에 접촉하는 경우 상기 열 블록들(100, 200)의 열은 상기 PCR용 칩(900)에 전달되고, 상기 PCR용 칩(900)의 PCR 반응 챔버(또는 채널)(921)에 포함된 샘플 용액은 가열되거나 냉각되어 일정 온도가 유지될 수 있다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)은 전체적으로 평면 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)은 상기 칩 홀더(300)에 장착된 상태로 상기 제1 또는 제2 열 블록(100, 200)에 접촉 배치될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 PCR용 칩(900)이 상기 제1 또는 제2 열 블록(100, 200)의 일 면에 배치된다는 것은 상기 PCR용 칩(900)이 상기 칩 홀더(300)에 장착된 상태로 상기 제1 또는 제2 열 블록(100, 200)에 접촉 배치되는 것을 포함한다. 또한, 상기 PCR용 칩(900)은 광 투과성 재질로 구현될 수 있고, 바람직하게는 광 투과성 플라스틱 재질을 포함한다. 상기 PCR용 칩(900)은 플라스틱 재질을 사용하여, 플라스틱 두께 조절만으로 열 전달 효율을 증대시킬 수 있고, 제작 공정이 단순하여 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한 상기 PCR용 칩(900)은 전체적으로 광 투과적인 성질을 구비할 수 있기 때문에 상기 제1 또는 제2 열 블록(100, 200)의 일 면에 배치된 상태에서 직접적으로 광 조사가 가능하여 실시간으로 핵산 증폭 여부 및 증폭 정도를 측정 및 분석할 수 있다.

상기 제1 판(910)은 상기 제2 판(920) 상에 배치된다. 상기 제1 판(910)이 상기 제2 판(920)의 하부 면에 접착 배치됨으로써 상기 관통 개구 채널(921)은 일종의 PCR 반응 챔버를 형성한다. 또한, 상기 제1 판(910)은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질일 수 있다. 또한, 상기 제1 판(910)의 상단 면은 친수성 물질(922)이 처리되어 PCR을 원활하게 수행할 수 있다. 상기 친수성 물질(922)의 처리에 의해 상기 제1 판(910) 상에 친수성 물질(922)을 포함하는 단일 층이 형성될 수 있다. 상기 친수성 물질은 다양한 물질일 수 있으나, 바람직하게는 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 히드록시기(-OH), 및 술폰기(-SH)로 구성된 군으로부터 선택되는 것일 수 있고, 상기 친수성 물질의 처리는 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행할 수 있다.

상기 제2 판(920)은 상기 제1 판(910) 상에 배치된다. 상기 제2 판(920)은 관통 개구 채널(921)을 포함한다. 상기 관통 개구 채널(921)은 상기 제3 판(910)에 형성된 관통 개구 유입부(931)과 관통 개구 유출부(932)에 대응되는 부분과 연결되어 일종의 PCR 반응 챔버를 형성한다. 따라서, 상기 관통 개구 채널(921)에 증폭하고자 하는 샘플 용액이 도입된 후 PCR 반응이 진행된다. 또한, 상기 관통 개구 채널(921)은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치(1)의 사용 목적 및 범위에 따라 2 이상 존재할 수 있고, 도 4에 따르면, 6개의 관통 개구 채널(921)이 예시되고 있다. 또한, 상기 제2 판(920)은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질일 수 있다. 또한, 상기 제2 판(920)의 두께는 다양할 수 있으나, 100 ㎛ 내지 200 ㎛에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 관통 개구 채널(921)의 폭과 길이는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 상기 관통 개구 채널(921)의 폭은 0.5 mm 내지 3 mm에서 선택되고, 상기 관통 개구 채널(921)의 길이는 20 mm 내지 40 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 제2 판(920) 내벽은 DNA, 단백질(protein) 흡착을 방지하기 위해 실란(silane) 계열, 보바인 시럼 알부민(Bovine Serum Albumin, BSA) 등의 물질로 코팅할 수 있고, 상기 물질의 처리는 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다.

상기 제3 판(930)은 상기 제2 판(920) 상에 배치된다. 상기 제3 판(930)은 상기 제2 판(920)에 형성된 관통 개구 채널(921) 상의 일 영역에 형성된 관통 개구 유입부(931) 및 다른 일 영역에 형성된 관통 개구 유출부(932)를 구비한다. 상기 관통 개구 유입부(931)는 증폭하고자 하는 핵산을 포함하는 샘플 용액이 유입되는 부분이다. 상기 관통 개구 유출부(932)는 PCR 반응이 종료된 후 상기 샘플 용액(932)이 유출되는 부분이다. 따라서, 상기 제3 판(930)은 이하 언급할 제2 판(920)에 형성된 관통 개구 채널(921)을 커버하되, 상기 관통 개구 유입부(931) 및 관통 개구 유출부(932)는 상기 관통 개구 채널(921)의 유입부 및 유출부 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 제3 판(930)은 다양한 재질로 구현될 수 있지만, 바람직하게는 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질일 수 있다. 또한, 상기 관통 개구 유입부(931)은 다양한 크기를 구비할 수 있으나, 바람직하게는 지름 1.0 mm 내지 3.0 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 관통 개구 유출부(932)는 다양한 크기를 구비할 수 있으나, 바람직하게는 지름 1.0 mm 내지 1.5 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 관통 개구 유입부(931) 및 관통 개구 유출부(932)는 별도의 커버 수단(도시되지 않음)을 구비하여, 상기 관통 개구 채널(921) 내에서 샘플 용액에 대한 PCR 반응이 진행될 때 샘플 용액이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 커버 수단은 다양한 형상, 크기 또는 재질로서 구현될 수 있다. 또한, 상기 제3 판의 두께는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 0.1 mm 내지 2.0 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 관통 개구 유입부(931) 및 관통 개구 유출부(932)는 2 이상 존재할 수 있다.

도 5는 양면 접착제 또는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지가 처리된 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 칩 홀더에 장착되는 PCR용 칩의 단면을 도시한다.

상기 PCR용 칩(900)은 기계적 가공을 통해 관통 개구 유입부(931) 및 관통 개구 유출부(932)를 형성하여 제3 판(930)을 제공하는 단계; 상기 제3 판(930)의 하부면과 대응되는 크기를 갖는 판재에 상기 제3 판(930)의 관통 개구 유입부(931)와 대응되는 부분으로부터 상기 제3 판(930)의 관통 개구 유출부(932)에 대응되는 부분까지 기계적 가공을 통해 관통 개구 채널(921)을 형성하여 제2 판(920)을 제공하는 단계; 상기 제2 판(920)의 하부면과 대응되는 크기를 갖는 판재의 상부면에 표면 처리 가공을 통해 친수성 물질(922)로 구현된 표면을 형성하여 제1 판(910)을 제공하는 단계; 및 상기 제3 판(930)의 하부면을 상기 제2 판(920)의 상부면에 접합 공정을 통해 접합하고, 상기 제2 판(920)의 하부면을 상기 제1 판(910)의 상부면에 접합 공정을 통해 접합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다.

상기 제3 판(930)의 관통 개구 유입부(931) 및 관통 개구 유출부(932), 및 상기 제2 판(920)의 관통 개구 채널(921)은 사출성형, 핫-엠보싱(hot-embossing), 캐스팅(casting), 및 레이저 어블레이션(laser ablation)으로 구성된 군으로부터 선택되는 가공 방법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 판(910) 표면의 친수성 물질(922)은 산소 및 아르곤 플라즈마 처리, 코로나 방전 처리, 및 계면 활성제 도포로 구성된 군으로부터 선택되는 방법에 의해 처리될 수 있고 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 또한, 상기 제3 판(930)의 하부 면과 상기 제2 판(920)의 상부면, 및 상기 제2 판(920)의 하부 면과 상기 제1 판(910)의 상부면은 열 접합, 초음파 융착, 용매 접합 공정에 의해 접착될 수 있고 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 상기 제3 판(930)과 제2 판(920) 사이 및 상기 제2 판(920)과 제3 판(910) 사이에는 양면 접착제 또는 열가소성 수지 또는 열 경화성 수지(500)가 처리될 수 있다.

실시예

현재 상용화된 타사 PCR 장치와 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 각각 사용하여 핵산 증폭 반응을 수행한 결과를 비교 분석하였다. 타사 PCR 장치는 단일 열 블록으로 구성된 로슈(ROCHE)사의 라이트사이클러 1.5(LightCycler 1.5)를 사용하였다.

핵산 증폭 반응의 결과의 신뢰성을 위해 양성 대조군(positive control)의 샘플 용액 및 음성 대조군(negative control)의 샘플 용액을 각각 준비하였다. 상기 양성 대조군으로써, 2X SYBR 그린 버퍼(green buffer) 30㎕, 이중 가닥 주형 cDNA(template cDNA) 4.4㎕(50ng/20㎕), 특정 염기 서열에 상보적으로 결합하는 프라이머 쌍, 구체적으로 포워드 프라이머(forward primer, 6㎕, 1pmole), 리버스 프라이머(reverse primer, 6㎕, 1pmole), 및 증류수(Distill water, 13.6㎕)를 포함하는 약 60㎕의 샘플 용액을 준비하고, 상기 음성 대조군으로써, 2X SYBR 그린 버퍼(green buffer) 30㎕ 및 증류수(Distill water, 30㎕)를 포함하는 약 60㎕의 샘플 용액을 준비하였다. 상기 타사 PCR 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 규격 및 크기 차이를 고려하여, 타사 PCR 장치에 장착되는 PCR용 칩에는 약 30㎕의 샘플 용액을 도입하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치에 장착되는 PCR용 칩에는 약 5㎕의 샘플 용액을 도입하였다.

상기 실험 조건을 전제로, 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 20 순환(cycle)의 PCR 반응을 수행하였다. 제1 열 블록을 95℃, 즉 허용 온도 범위는 90℃ 내지 100℃로 가열 및 온도 유지하고, 제2 열 블록을 72℃, 즉 허용 온도 범위는 55℃ 내지 75℃로 가열 및 온도 유지하였다. 상기 양성 대조군 및 음성 대조군의 샘플 용액을 PCR용 칩에 도입하고, 상기 PCR 장치의 칩 홀더에 장착하였다. 그 후 상기 PCR 장치를 구동하였다. 약 10초 동안 변성 단계를 수행하고, 연속적으로 10초 동안 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계를 수행하고, 각각의 1 순환 단계마다 핵산 증폭에 따른 형광 검출값을 측정하였다. 그 결과, 상기 PCR 장치의 구동시점부터 5분이 경과하여 형광 검출값이 상승 유지 곡선을 나타냈다.

또한, 상기 실험 조건을 전제로, 상기 타사 PCR 장치를 이용하여 20 순환의 PCR 반응을 수행하였다. 그 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용한 핵산 증폭 반응과 동일한 형광 검출값에 도달하는 시간이 30분 이상 소요되었다.

Claims

기판 상에 배치된 제1 열 블록;
상기 기판 상에 상기 제1 열 블록과 이격 배치된 제2 열 블록; 및
상기 제1 열 블록 및 제2 열 블록 위로 구동 수단에 의해 좌우 및/또는 상하 이동 가능하고, PCR용 칩이 장착된 칩 홀더를 포함하되,
상기 제1 열 블록과 상기 제2 열 블록은 서로 상이한 온도를 유지하며,
상기 PCR용 칩이 상기 칩 홀더의 상기 이동에 의해, 상기 제1 열 블록과 상기 제2 열 블록 사이를 왕복하여 접촉함으로써, PCR이 수행되는 것을 특징으로 하는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 열 블록 및 제2 열 블록은 그 내부에 열선이 배치된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제2항에 있어서, 상기 열선은 상기 제1 열 블록 및 제2 열 블록 내부 온도를 전체적으로 일정하게 유지하기 위해 각 열 블록 면의 중심점을 기준으로 상하 및/또는 좌우 방향으로 대칭되도록 배치된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 열 블록 또는 상기 제2 열 블록은 PCR 반응의 변성 단계 온도를 유지하도록 구현된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제4항에 있어서, 상기 변성 단계 온도는 90℃ 내지 100℃인 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 열 블록 또는 제2 열 블록은 PCR 반응의 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계 온도를 유지하도록 구현된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제6항에 있어서, 상기 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계 온도는 55℃ 내지 75℃인 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 열 블록과 제2 열 블록은 상호 열 교환이 일어나지 않도록 미리 결정된 거리로 이격 배치된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제1항에 있어서, 상기 구동 수단은 좌우 방향으로 연장된 레일, 및 상기 레일을 통해 좌우 방향으로 슬라이딩 이동가능하게 배치되고, 상하 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 연결 부재를 포함하고, 상기 연결 부재의 일 말단은 상기 칩 홀더가 배치된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제1항에 있어서, 상기 PCR용 칩은 상기 칩 홀더에 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제10항에 있어서, 상기 PCR용 칩은 상기 제1 열 블록 또는 제2 열 블록의 일 면에 접촉되고, 증폭하고자 하는 핵산을 포함하는 샘플 용액을 수용할 수 있도록 구현된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제1항에 있어서, 상기 PCR용 칩은 광투과성 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제1항에 있어서, 상기 PCR용 칩은 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되고, 관통 개구 채널을 구비하는 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되고, 상기 관통 개구 채널 상의 일 영역에 형성된 관통 개구 유입부 및 다른 일 영역에 형성된 관통 개구 유출부를 구비하는 제3 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 판 및 제3 판은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고, 상기 제2 판은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제13항에 있어서, 상기 제3 판의 관통 개구 유입부는 지름 1.0 mm 내지 3.0 mm에서 선택되고, 상기 관통 개구 유출부는 지름 1.0 mm 내지 1.5 mm에서 선택되고, 상기 제3 판의 두께는 0.1 mm 내지 2 mm에서 선택되고, 상기 제2 판의 두께는 100 ㎛ 내지 200 ㎛에서 선택되고, 상기 관통 개구 채널의 폭은 0.5 mm 내지 3 mm에서 선택되고, 상기 관통 개구 채널의 길이는 20 mm 내지 40 mm에서 선택되는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 열 블록과 제2 열 블록 사이에 광원이 더 배치되고, 상기 칩 홀더 위에 상기 광원으로부터 방출되는 광을 검출하기 위한 광 검출부가 더 배치되거나, 또는 상기 제1 열 블록과 제2 열 블록 사이에 광원으로부터 방출되는 광을 검출하기 위한 광 검출부가 더 배치되고, 상기 칩 홀더 위에 광원이 더 배치되는 것을 특징으로 하는 PCR 장치.
상기 제16항에 있어서, 상기 광 검출부는 상기 구동 수단 위에 배치되고, 상기 구동 수단은 상기 광원으로부터 방출되는 광을 통과시키기 위한 관통부가 배치된 것을 특징으로 하는 PCR 장치.