KR101967236B1 - 핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법 - Google Patents

핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법에 관한 것으로, 샘플로부터 핵산을 추출하는 공정을 간소화하고 현장검사(Point of Care Testing; POCT)에 적용하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 카트리지는 챔버 모듈, 에어 밸브 모듈 및 액체 밸브 모듈을 포함한다. 챔버 모듈은 투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화, 세포 파괴 및 정제가 이루어지는 전처리 챔버를 포함하며, 샘플로부터 핵산을 추출하는 복수의 챔버를 구비한다. 그리고 챔버 모듈의 상부와 하부에 설치된 에어 밸브 모듈과 유체 밸브 모듈은 연동하여 복수의 챔버 간의 유체 이동을 제어한다.

Description

핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법{Pretreatment chamber for nucleic acid extraction, cartridge and nucleic acid extraction method using the same}
본 발명은 핵산 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플을 전처리 하여 핵산을 추출하는 핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법에 관한 것이다.
사람들의 기대 수명의 연장과 건강에 대한 관심이 고조됨에 따라서, 유전자 분석, 체외 진단, 유전자 염기 서열 분석 등의 중요성이 부각되고 있으며, 그 수요 또한 점차 증가하고 있다.
이에 따라, 적은 양의 샘플로도 빠른 시간 내에 많은 양의 검사를 수행할 수 있는 플랫폼 및 시스템이 출시되고 있다. 예를 들어 미세 유체 칩(microfluidics chip)이나 랩 온 어 칩(Lab on a Chip)과 같은 미세 유체 기술을 이용한 미세 유체 소자 플랫폼이 주목을 받고 있다. 미세 유체 소자는 미량의 유체를 제어하고 조작이 가능하도록 설계된 복수의 미세 유로와 미세 챔버를 포함한다. 미세 유체 소자를 이용함으로써, 미세 유체의 반응 시간을 최소화할 수 있으며, 미세 유체의 반응과 그 결과의 측정이 동시에 이루어질 수 있다. 이러한 미세 유체 소자는 다양한 방법으로 제작될 수 있으며, 그 제작 방법에 따라 다양한 재료가 이용되고 있다.
예를 들어 유전자 분석 시, 샘플에서 특정 핵산의 존재 여부 또는 핵산의 양을 정확히 알기 위해서는, 실제 샘플을 정제 및 추출한 후 측정 가능하도록 충분히 증폭하는 과정이 요구된다. 다양한 유전자 증폭 방법 중에서, 중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction; PCR)이 가장 널리 쓰인다. 그리고, PCR을 통해 증폭한 핵산을 검출하기 위한 방법으로 형광 검출법이 주로 이용되고 있다.
PCR 진행을 위해서는 생물학적 샘플로부터 세포를 포획하는 공정, 포획한 세포를 파쇄하는 공정, 파쇄된 세로부터 핵산을 추출(extraction)하는 공정, 추출한 핵산을 PCR 시약과 혼합하는 일련의 공정을 수행하게 된다. 한편 샘플에는 핵산을 추출할 세포 이외에 다양한 불순물이 포함되어 있기 때문에, 샘플로부터 핵산을 추출하기 전에 샘플에 포함되어 불순물을 제거하는 정제 공정을 필요로 한다.
그런데 기존에는 샘플에 대한 정제, 세포 포획, 세포 파괴, 핵산 추출 및 핵산 증폭 공정이 순차적으로 진행되기 때문에 많은 시간이 소요되고 재현성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.
이러한 공정들을 수행하는 장치는 각각의 공정을 진행할 챔버들을 필요로 하기 때문에 구조가 복잡하고, 샘플을 처리하는 과정에서 샘플이 오염되는 문제가 발생될 수 있다.
한편 이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
한국공개특허 제2014-0095342호(2014.08.01)
따라서 본 발명의 목적은 샘플에 대한 전처리를 통하여 핵산 추출 과정을 간소화할 수 있는 핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 샘플 파쇄, 세포 파괴 및 정제를 일괄적으로 수행하는 핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 투입되는 샘플에 대한 전처리를 포함한 핵산 추출 및 핵산 증폭을 일괄적으로 수행하는 핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법을 제공하는 데 있다.
한편 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화 및 세포 파괴가 이루어지는 내부 공간을 가지는 챔버 본체; 및 상기 챔버 본체의 내부 공간의 하부에 설치되며, 상기 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 정제액을 필터링하여 통과시키는 컵 필터;를 포함하는 핵산 추출용 전처리 챔버를 제공한다.
상기 컵 필터는, 상기 챔버 본체의 내부에 결합되는 부분이 아래로 경사지게 형성되어 상기 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 정제액을 필터링하여 통과시키는 필터부; 및 상기 필터부와 연결되며 필터링되고 남은 잔해물이 이동하여 침전되는 컵부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 핵산 추출용 전처리 챔버는 상기 컵 필터 위의 챔버 본체의 내부 공간에 담긴 전처리액, 자석 블록 및 세포 파괴 입자를 포함하는 전처리 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 본체는, 상부에 상기 전처리 부재 및 샘플이 투입되는 투입구가 형성된 상부 본체; 및 상기 상부 본체의 하부와 연결되되, 상기 상부 본체 보다는 작은 내경을 가지며, 하부에 정제액이 배출되는 배출구가 형성되고, 상기 컵 필터가 내부에 결합되는 하부 본체;를 포함할 수 있다.
상기 전처리 부재의 자석 블록은 상기 하부 본체의 내부에 위치할 수 있다.
상기 전처리 부재의 세포 파괴 입자는 글래스 비드일 수 있다.
상기 필터부의 기공 크기는 상기 세포 파괴 입자 보다는 클 수 있다.
상기 컵 필터의 컵부가 상기 챔버 본체의 내부 공간의 중심에 위치할 수 있다. 상기 컵 필터의 필터부가 상기 컵부의 상단부에서 상부로 연장되어 상기 챔버 본체의 내부에 결합되며, 깔때기 형상의 경사진 면으로 형성되며, 정제액을 통과시키는 기공들이 형성되어 있다.
본 발명은 또한, 투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화, 세포 파괴 및 정제가 이루어지는 전처리 챔버를 포함하여 상기 샘플로부터 핵산을 추출하는 복수의 챔버를 구비하는 챔버 모듈; 상기 챔버 모듈의 상부에 설치되며, 상기 복수의 챔버 간의 유체 이동에 필요한 압력의 인가를 개폐하는 에어 밸브 모듈; 및 상기 챔버 모듈의 하부에 설치되며, 상기 복수의 챔버 간의 유체 이동을 개폐하는 액체 밸브 모듈;을 포함하는 핵산 추출용 카트리지를 제공한다.
상기 챔버 모듈의 전처리 챔버는, 전처리액, 자석 블록 및 세포 파괴 입자를 포함하는 전처리 부재를 담고 있으며, 투입되는 샘플에 대한 분쇄 및 세포 파괴 후 핵산이 포함된 1차 정제액을 배출할 수 있다.
상기 챔버 모듈은, 분리 시약을 구비하며, 상기 전처리 챔버로부터 1차 정제액을 공급받고, 열을 이용하여 1차 정제액에 대한 상분리를 수행하여 핵산이 포함된 2차 정제액을 배출하는 분리 챔버; 상기 2차 정제액의 세정에 필요한 세정액을 공급하는 적어도 하나의 세정 챔버; 핵산을 분리하기 위한 용출액을 공급하는 용출 챔버; 바인딩(binding) 시약과 마그네틱 입자를 구비하며, 상기 분리 챔버로부터 2차 정제액이 공급되면, 상기 마그네틱 입자는 상기 2차 정제액에 포함된 핵산을 선택적으로 흡착하고, 상기 적어도 하나의 세정 챔버로부터 세정액을 공급받아 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정하고, 상기 용출 챔버로부터 용출액을 공급받아 마그네틱 입자로부터 핵산을 분리하는 반응 챔버; 핵산 증폭 시약을 구비하며, 상기 반응 챔버로부터 핵산이 포함된 용출액을 공급 받아 상기 핵산 증폭 시약과 혼합하여 핵산 증폭 혼합물을 생성하는 핵산 증폭 시약 챔버; 및 상기 핵산 증폭 시약 챔버로부터 상기 핵산 증폭 혼합물을 공급받아 핵산 증폭 반응을 수행하는 PCR 챔버;를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 모듈은, 상기 반응 챔버에서 사용된 시약과 세정액이 배출되는 웨이스트 챔버;를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 모듈은, 상기 에어 밸브 모듈로 에어 압력을 인가하는 펌프;를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 모듈은, 상기 펌프를 중심으로 둘레에 상기 전처리 챔버, 상기 분리 챔버, 상기 세정 챔버, 상기 반응 챔버 및 상기 용출 챔버가 배치될 수 있다.
상기 핵산 증폭 시약 챔버 및 상기 핵산 증폭 챔버는 상기 전처리 챔버와 상기 용출 챔버 사이에 배치되되, 다른 복수의 챔버에 대해서 외측으로 돌출될 수 있다.
본 발명은 또한, 샘플, 전처리액, 자석 블록 및 세포 파괴 입자가 담긴 전처리 챔버를 카트리지에 준비하는 단계; 상기 전처리 챔버에 자력을 단속적으로 인가하여 상기 자석 블록을 이동시켜 샘플을 분쇄하여 균질화하고, 상기 자석 블록의 이동에 연동하여 상기 세포 파괴 입자가 이동하여 상기 샘플에 포함된 세포를 파괴하여 핵산이 흘러나오도록 하는 샘플 균질화 및 세포 파괴 단계; 및 상기 전처리액이 상기 전처리 챔버의 하부에 내설된 컵 필터를 통과하도록 압력을 인가하여, 상기 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 1차 정제액을 필터링하는 단계;를 포함하는 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법을 제공한다.
상기 필터링하는 단계 이후에 수행되는, 분리 시약을 구비하는 카트리지의 분리 챔버가 상기 전처리 챔버로부터 1차 정제액을 공급받고, 열을 이용하여 상기 1차 정제액에 대한 상분리를 수행하여 핵산이 포함된 2차 정제액을 배출하는 단계; 바인딩(binding) 시약과 마그네틱 입자를 구비하는 카트리지의 반응 챔버가 상기 전처리 챔버로부터 2차 정제액을 공급 받고, 상기 마그네틱 입자가 상기 2차 정제액에 포함된 핵산을 선택적으로 흡착하는 단계; 상기 반응 챔버가 카트리지의 세정 챔버로부터 세정액을 공급받아 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정하는 단계; 상기 반응 챔버가 카트리지의 용출 챔버로부터 용출액을 공급받아 마그네틱 입자로부터 핵산을 분리하는 단계; 핵산 증폭 시약을 구비하는 카트리지의 핵산 증폭 시약 챔버가 상기 반응 챔버로부터 핵산이 포함된 용출액을 공급받아 상기 핵산 증폭 시약과 혼합하여 핵산 증폭 혼합물을 생성하는 단계; 및 카트리지의 핵산 증폭 챔버가 상기 핵산 증폭 시약 챔버로부터 상기 핵산 증폭 혼합물을 공급받는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 세정하는 단계 이후에 수행되는, 상기 반응 챔버에 자력을 인가하여 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 고정하는 단계; 및 상기 반응 챔버에서 세정액을 카트리지의 웨이스트 챔버로 배출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 핵산을 분리하는 단계는, 상기 반응 챔버가 상기 용출 챔버로부터 용출액을 공급받는 단계; 및 상기 반응 챔버에 작용하는 자력을 차단하여 공급된 용출액으로 마그네틱 입자로부터 핵산을 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 핵산을 분리하는 단계 이후에 수행되는, 상기 반응 챔버에 자력을 인가하여 핵산이 분리된 마그네틱 입자를 고정하는 단계; 및 상기 반응 챔버에서 상기 핵산 증폭 시약 챔버로 핵산이 포함된 용출액을 배출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카트리지는 투입되는 샘플에 대한 분쇄, 세포 파괴, 정제, 핵산 추출 및 핵산 증폭을 일괄적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 카트리지는 핵산 추출 및 증폭을 통하여 핵산 검사를 인라인으로 수행할 수 있는 기초를 제공한다.
본 발명에 따른 카트리지의 전처리 챔버는 투입된 샘플에 대한 분쇄, 세포 파괴 및 정제를 일괄적으로 수행하기 때문에, 샘플에 대한 전처리를 통하여 핵산 추출 공정을 간소화할 수 있다.
본 발명에 따른 카트리지의 전처리 챔버는 챔버 본체의 하부에 컵 필터가 결합된 구조를 가지며, 컵 필터 상부의 챔버 본체에서 샘플에 대한 분쇄 및 세포 파괴가 이루어지고, 컵 필터로 압력을 이용한 필터링 방식으로 정제를 수행하기 때문에, 샘플로부터 추출된 핵산이 포함된 정제액을 신속하게 획득할 수 있다.
챔버 본체에 담겨 있는 자석 블록 및 세포 파괴 입자가 포함된 전처리액에 샘플을 투입한 후, 외부로부터 챔버 본체에 자력을 단속적으로 인가하여 자석 블록을 챔버 본체의 전처리액 내에서 이동할 수 있도록 함으로써, 이동하는 자석 블록에 의해 세포 파괴 입자도 함께 이동하면서 샘플에 대한 분쇄 및 세포 파괴를 동시에 수행할 수 있다.
필터 컵은 깔때기 형상의 경사진 필터부와, 필터부 중심의 컵부를 포함하기 때문에, 샘플로부터 추출된 핵산이 포함된 정제액이 필터부를 통하여 챔버 본체의 배출구로 이동하고, 필터부를 통과하지 못한 잔류물은 경사진 필터부를 따라서 필터부 중심의 컵부로 이동하여 침전된다. 이로 인해 필터부를 통과하지 못한 잔류물이 필터부를 막아 필터링을 방해하는 것을 억제하여, 정제가 원활히 이루어질 수 있도록 한다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 핵산 추출용 카트리지를 이용한 핵산 추출 장치를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 핵산 추출용 카트리지를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 에어 밸브 모듈을 보여주는 평면도이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 액체 밸브 모듈을 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 2의 전처리 챔버를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 핵산 추출용 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법에 따른 흐름도이다.
도 8은 도 7의 전처리 단계에 대한 상세 흐름도이다.
도 9 내지 도 11은 도 7의 전처리 단계에 따른 각 세부 단계를 보여주는 도면들이다.
도 12는 도 7의 2차 정제 단계에 따른 분리 챔버를 보여주는 도면이다.
도 13은 도 7의 3차 정제 단계에 대한 상세 흐름도이다.
도 14는 도 7의 핵산 분리 단계에 대한 상세 흐름도이다.
본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 핵산 추출용 카트리지를 이용한 핵산 추출 장치를 보여주는 개략도이다. 도 2는 도 1의 핵산 추출용 카트리지를 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 핵산 추출 장치(100)는 핵산 추출용 카트리지(10)를 이용하는 분자진단 현장검사(Point of Care Testing; POCT) 기기로서, 카트리지(10)로 투입되는 샘플에 대한 전처리, 핵산 추출/정제 및 핵산 증폭을 일괄적으로 수행한다.
이러한 핵산 추출 장치(100)는 카트리지(10), 자력 인가부(73,75), 펌프 구동부(77) 및 히터부(76,79)를 포함할 수 있다.
카트리지(10)는 샘플이 투입되어 전처리, 세포 파괴, 핵산 추출/정제 및 핵산 증폭이 일괄적으로 수행되며, 1회용으로 사용된다. 샘플은 전처리가 필요한 바이오 샘플로서, 예컨대 대변(stool), 조직, 객담이 될 수 있다. 그 외 샘플로는 혈액, 소변, 타액, 정액, 척수액, 점액 등이 될 수 있다.
카트리지(10)는 챔버 모듈(31), 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)을 포함한다. 챔버 모듈(31)은 투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화, 세포 파괴 및 정제가 이루어지는 전처리 챔버(40)를 포함하여, 샘플로부터 핵산을 추출하는 복수의 챔버를 구비한다. 에어 밸브 모듈(33)은 챔버 모듈(31)의 상부에 설치되며, 복수의 챔버 간의 유체 이동에 필요한 압력의 인가를 개폐한다. 그리고 액체 밸브 모듈(35)은 챔버 모듈(31)의 하부에 설치되며, 복수의 챔버 간의 유체 이동을 개폐한다.
이때 챔버 모듈(31)의 복수의 챔버는 전처리 챔버(40), 분리 챔버(51), 세정 챔버(53), 용출 챔버(57), 반응 챔버(55), 핵산 증폭 시약 챔버(59) 및 핵산 증폭 챔버(61)를 포함한다. 챔버 모듈(31)은 사용된 시약과 잔해물이 버려지는 웨이스트 챔버(58)를 더 포함할 수 있다. 챔버 모듈(31)은 중심 부분에 에어 밸브 모듈(33)의 구동에 필요한 에어 압력을 인가하는 펌프(37)가 설치될 수 있다. 예컨대 챔버 모듈(31)은 펌프(37)를 중심으로, 펌프(37) 둘레에 전처리 챔버(40), 분리 챔버(51), 세정 챔버(53), 반응 챔버(55), 용출 챔버(57), 핵산 증폭 시약 챔버(59) 및 핵산 증폭 챔버(61)가 설치될 수 있다. 핵산 증폭 시약 챔버(59)와 핵산 증폭 챔버(61)는 전처리 챔버(40)와 용출 챔버(57) 사이에 배치되되, 다른 복수의 챔버에 대해서 외측으로 돌출될 수 있다. 웨이스트 챔버(58)는 다른 챔버들과 펌프(37)의 사이에 배치될 수 있다.
펌프(37)는 챔버 모듈(31)의 중심 부분에 설치되며, 펌프 구동부(77)에 의해 상하로 이동하면서 복수의 챔버로 필요한 압력을 공급한다. 챔버 모듈(31)은 중심 부분에 펌프(37)가 상하로 이동하면서 복수의 챔버로 필요한 압력을 전달할 수 있는 펌프 구멍(39)이 형성되어 있다. 본 실시 예의 경우, 펌프(37)의 상승에 의해 에어 압력이 복수의 챔버로 전달될 수 있다.
자력 인가부(73,75)는 제1 자력 인가부(73)와 제2 자력 인가부(75)를 포함한다.
제1 자력 인가부(73)는 전처리 챔버(40)의 외측에 설치되어 전처리 챔버(40)로 자력을 단속적으로 인가하여 전처리 챔버(40)에 담긴 자석 블록을 이동시켜 전처리 챔버(40)로 투입되는 샘플에 대한 전처리 공정이 원활히 이루어질 수 있도록 한다. 제1 자력 인가부(73)는 전처리 챔버(40)에 담긴 자석 블록을 전처리 챔버(40) 내에서 원활히 이동시키기 위해서, 위치를 달리하여 복수 개가 설치될 수 있다. 예컨대 제1 자력 인가부(73)는 제1-1 자력 인가부(73a)와 제1-2 자력 인가부(73b)를 포함할 수 있다.
제2 자력 인가부(75)는 반응 챔버(55)의 외측에 설치되어 반응 챔버(55)로 자력을 인가하여 반응 챔버(55)에 담긴 마그네틱 입자를 고정하거나 고정 상태를 해제하여 세정 및 핵산 용출 공정을 원활히 이루어질 수 있도록 한다.
히터부(76,79)는 제1 히터부(76)와 제2 히터부(79)를 포함한다.
제1 히터부(76)는 분리 챔버(51)의 외측에 설치되며, 분리 챔버(51)로 열을 인가하여 전처리 챔버(40)에서 공급된 1차 정제액에 대한 분리 공정이 원활히 이루어질 수 있도록 한다.
제2 히터부(79)는 핵산 증폭 챔버(61)의 외측에 설치되며, 핵산 증폭 챔버(61)로 열을 인가하여 핵산 증폭 반응이 원활히 이루어질 수 있도록 한다.
그리고 펌프 구동부(77)는 펌프(37)를 구동시켜 카트리지(10)의 에어 밸브 모듈(33)로 에어 압력을 인가한다. 펌프 구동부(77)로는 스테핑 모터가 사용될 수 있다.
이와 같은 본 실시 예에 따른 카트리지(10)에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 2의 에어 밸브 모듈(33)을 보여주는 평면도이다. 도 4 및 도 5는 도 2의 액체 밸브 모듈(35)을 보여주는 평면도이다. 그리고 도 6은 도 2의 전처리 챔버(40)를 보여주는 도면이다.
카트리지(10)는, 전술한 바와 같이, 챔버 모듈(31), 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(37)을 포함한다.
챔버 모듈(31)은 전처리 챔버(40), 분리 챔버(51), 세정 챔버(53), 용출 챔버(57), 반응 챔버(55), 핵산 증폭 시약 챔버(59), 핵산 증폭 챔버(61) 및 웨이스트 챔버(58)를 포함할 수 있다. 펌프(37)를 중심으로 펌프(37) 둘레에 전처리 챔버(40), 분리 챔버(51), 세정 챔버(53), 반응 챔버(55), 용출 챔버(57)가 순차적으로 배치될 수 있다. 웨이스트 챔버(58)는 다른 챔버들과 펌프(37)의 사이에 배치될 수 있다.
전처리 챔버(40)는 전처리액(49a), 자석 블록(49b) 및 세포 파괴 입자(49c)를 포함하는 전처리 부재(49)를 담고 있으며, 투입되는 샘플에 대한 분쇄 및 세포 파괴 후 핵산이 포함된 1차 정제액을 분리 챔버(51)로 배출한다.
이러한 전처리 챔버(40)는 챔버 본체(41)와 컵 필터(45)를 포함하며, 컵 필터(45) 위의 챔버 본체(41)의 내부에 전처리 부재(49)를 담고 있을 수 있다. 챔버 본체(41)는 투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화 및 세포 파괴가 이루어지는 내부 공간(44)을 갖는다. 컵 필터(45)는 챔버 본체(41)의 내부 공간(44)의 하부에 설치되며, 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 1차 정제액을 필터링하여 통과시킨다.
이러한 챔버 본체(41)는 상부 본체(41a)와 하부 본체(41b)를 포함한다. 상부 본체(41a)는 상부에 전처리 부재(49) 및 샘플이 투입되는 투입구(42)가 형성되어 있다. 하부 본체(41b)는 상부 본체(41a)의 하부와 연결되되, 상부 본체(41a) 보다는 작은 내경을 갖는다. 하부 본체(41b)는 하부에 1차 정제액이 배출되는 배출구(43)가 형성되고, 컵 필터(45)가 내부에 결합된다.
상부 본체(41a)의 내경을 하부 본체(41b)의 내경보다 크게 형성한 이유는, 투입구(42)를 통한 전처리 부재(49) 및 샘플의 투입을 쉽게 진행할 수 있도록 하기 위해서이다.
전처리 부재(49)는 전술된 바와 같이 전처리액(49a), 자석 블록(49b) 및 세포 파괴 입자(49c)를 포함한다
전처리액(49a)은 분자진단에 사용하는 일반적인 전처리액이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 전처리액(49a)에 샘플 투입 시, 전처리액(49a) 100 중량부에 대하여 샘플 0.01 내지 0.1 중량부 투입될 수 있다. 샘플이 0.01 중량부 미만으로 투입되면, 수율이 너무 낮아 비효율적일 수 있다. 샘플이 0.1 중량부를 초과하여 투입되면, 균질화가 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 전처리액(49a)과 샘플의 양을 조절할 수 있다.
세포 파괴 입자(49c)는 비자성체로서 글래스 비드가 사용될 수 있다. 그 외 세포 파괴 입자(49c)의 소재로는 실리카, 라텍스, 중합체성 물질이 사용될 수 있다.
자석 블록(49b)과 세포 파괴 입자(49c)는 단속적으로 인가되는 자력에 의해 전처리액(49a) 내에서 이동하면서 샘플을 분쇄하여 균질화한다. 더욱이 세포 파괴 입자(49c)는 자석 블록(49b)의 이동에 연동하여 이동하면서 샘플에 포함된 세포를 파괴하여 핵산이 흘러나오도록 한다.
세포 파괴 입자(49c)는 1차 정제 과정에서 컵 필터(45)를 통과하지 못하도록 컵 필터(45)에 형성된 기공 보다는 큰 입자가 사용된다. 예컨대 세포 파괴 입자(49c)의 입자 크기는 50㎛ 이상일 수 있다.
자석 블록(49b)은 하부 본체(41b)의 내부에 위치할 수 있는 크기를 가질 수 있다.
컵 필터(45) 위의 챔버 본체(41)의 내부 공간(44)에 전처리 부재(49)가 담긴다. 이러한 컵 필터(45)는 필터부(46)와 컵부(47)를 포함한다. 필터부(46)는 챔버 본체(41)의 내부에 결합되는 부분이 아래로 경사지게 형성되어 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 1차 정제액을 필터링하여 통과시킨다. 컵부(47)는 필터부(46)와 연결되며 필터링되고 남은 잔해물이 이동하여 침전된다.
이때 컵부(47)는 챔버 본체(41)의 내부 공간(44)의 중심에 위치할 수 있다. 필터부(46)는 컵부(47)의 상단부에서 상부로 연장되어 챔버 본체(41)의 내부에 결합된다. 필터부(46)는 깔때기 형상의 경사진 면으로 형성되며, 1차 정제액을 통과시키는 기공들이 형성되어 있다.
필터부(46)가 컵부(47)를 향하여 경사면으로 형성되기 때문에, 필터부(46)를 통과하지 못한 잔해물은 필터부(46)의 경사면을 타고 컵부(47) 안으로 이동하여 침전된다. 이로 인해 1차 정제하는 과정에서, 필터부(46)를 통과하지 못한 잔해물이 필터부(46)의 기공을 막아 1차 정제를 지연시키거나 막는 것을 억제할 수 있다.
한편 1차 정제를 통해서 핵산만 필터링하면 좋겠지만, 필터부(46)를 통과하는 잔해물도 일부 존재한다. 따라서 1차 정제액에는 핵산, 전처리액(49a) 및 잔해물이 포함되어 있다.
분리 챔버(51)는 전처리 챔버(40)로부터 1차 정제액을 공급받아 열을 이용하여 2차 정제를 수행한다. 이러한 분리 챔버(51)는 전처리 챔버(40)에 이웃하게 배치되며, 분리 시약을 담고 있다. 분리 챔버(51)는 전처리 챔버(40)로부터 1차 정제액을 공급받고, 제1 히터부(76)에서 인가되는 열을 이용하여 1차 정제액에 대한 상분리를 수행한다. 분리 챔버(51)는 상분리에 의해 핵산이 포함된 2차 정제액을 반응 챔버(55)로 배출한다.
분리 시약은 열이 인가되면 단백질을 응집시킨다. 따라서 분리 시약이 담긴 분리 챔버(51)에 1차 정제액이 공급된 후 열을 인가하면, 단백질 성분을 포함하는 잔해물이 응집하여 위로 뜨고 2차 정제액은 아래에 위치하게 된다.
분리 챔버(51)는 응집된 잔해물 아래에 위치하는 2차 정제액 중 일부를 반응 챔버(55)로 배출한다.
세정 챔버(53)는 분리 챔버(51)와 반응 챔버(55) 사이에 배치되며, 2차 정제액의 세정에 필요한 세정액을 담고 있으며, 세정액을 반응 챔버(55)로 공급하여 3차 정제가 수행될 수 있도록 한다. 예컨대 세정 챔버(53)는 제1 세정액을 담고 있는 제1 세정 챔버(53a)와, 제2 세정액을 담고 있는 제2 세정 챔버(53b)를 포함할 수 있다. 제1 세정액은 에탄올과 물을 포함할 수 있다. 제2 세정액은 에탄올일 수 있다.
3차 정제는 제1 세정액에 의한 1차 세정과, 제2 세정액에 의한 2차 세정으로 수행될 수 있다. 복수의 단계로 세정을 수행하는 이유는, 2차 정제액에서 핵산만 남기고 나머지 잔해물이나 시약을 제거하기 위해서이다.
제1 세정액에 에탄올과 함께 물을 사용한 이유는 다음과 같다. 2차 정제액이 반응 챔버(55)에 공급되면, 반응 챔버(55)에 담긴 마그네틱 입자에 2차 정제액에 포함된 핵산이 흡착된다. 핵산 흡착 과정에서 마그네틱 입자에 핵산과 함께 잔해물이 흡착되거나, 흡착 강도가 약하게 흡착되는 핵산이 존재할 수 있다. 물은 마그네틱 입자에 흡착된 물질을 마그네틱 입자로부터 분리하는 특성을 가지고 있다. 따라서 제1 세정액으로 에탄올과 함께 일부 물을 첨가하여 사용함으로써, 마그네틱 입자에 흡착된 잔해물이나 흡착 강도가 약하게 흡착된 핵산을 분리할 수 있다.
그리고 제1 세정액으로 세정한 이후에 제2 세정액으로 다시 세정함으로써, 2차 정제액으로부터 핵산을 분리할 수 있다. 분리된 핵산은 마그네틱 입자에 흡착된다.
용출 챔버(57)는 반응 챔버(55)와 전처리 챔버(40) 사이에 배치되며, 용출액을 담고 있다. 용출 챔버(57)는 반응 챔버(55)로 용출액을 공급한다. 용출액으로는 물이 사용될 수 있다. 용출액은 마그네틱 입자에 흡착된 핵산을 분리한다.
반응 챔버(55)는 세정 챔버(53)와 용출 챔버(57) 사이에 배치되며, 3차 정제와 핵산 분리(추출)를 수행한다. 이러한 반응 챔버(55)는 바인딩(binding) 시약과 마그네틱 입자를 담고 있다.
먼저 반응 챔버(55)에는 분리 챔버(51)로부터 공급받은 2차 정제액에 대한 2차 정제를 수행한다. 즉 분리 챔버(51)로부터 2차 정제액이 반응 챔버(55)로 공급되면, 마그네틱 입자는 2차 정제액에 포함된 핵산을 선택적으로 흡착한다. 반응 챔버(55)는 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 제외하고 바인딩 시약과 2차 정제액을 웨이스트 챔버(58)로 배출한다. 반응 챔버(55)는 세정 챔버(53)로부터 세정액을 공급받아 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정한 후 웨이스트 챔버(58)로 배출한다. 이때 반응 챔버(55)의 용액을 웨이스트 챔버(58)로 배출하기 전에, 제2 자력 인가부(75)는 반응 챔버(55)로 자력을 인가하여 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 고정한다.
반응 챔버(55)는 용출 챔버(57)로부터 용출액을 공급받아 마그네틱 입자로부터 핵산을 분리한 후, 핵산이 포함된 용출액을 핵산 증폭 시약 챔버(59)로 배출한다. 이때 핵산이 포함된 용출액을 핵산 증폭 시약 챔버(59)로 배출하기 전에, 제2 자력 인가부(75)는 반응 챔버(55)로 자력을 인가하여 핵산이 분리된 마그네틱 입자를 고정한다.
핵산 증폭 시약 챔버(59)는 핵산 증폭 시약을 담고 있다. 핵산 증폭 시약 챔버(59)는 반응 챔버(55)로부터 핵산이 포함된 용출액을 공급받아 핵산 증폭 시약과 혼합하여 핵산 증폭 혼합물을 생성한다. 핵산 증폭 시약 챔버(59)는 생성한 핵산 증폭 혼합물을 핵산 증폭 챔버(61)로 배출한다. 핵산 증폭 시약은 동결 건조된 형태로 핵산 증폭 시약 챔버(59)에 구비될 수 있다. 핵산 증폭 시약 챔버(59)는 복수 개 마련될 수 있다. 예컨대 핵산 증폭 시약 챔버(59)는 제1 내지 제4 핵산 증폭 시약 챔버(59a,59b,59c,59d)를 포함할 수 있다.
그리고 핵산 증폭 챔버(61)는 핵산 증폭 시약 챔버(59)로부터 핵산 증폭 혼합물을 공급받은 후, 제2 히터부(79)에서 인가되는 열을 이용하여 핵산 증폭 반응을 수행한다. 핵산 증폭 챔버(61)는 복수 개가 마련될 수 있다. 복수 개의 핵산 증폭 챔버(61)가 핵산 증폭 모듈(63)을 형성한다. 예컨대 핵산 증폭 챔버(61)는 제1 내지 제4 핵산 증폭 챔버(61a,61b,61c,61d)를 포함할 수 있다.
에어 밸브 모듈(33)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 챔버 간의 유체 이동에 필요한 에어 압력의 인가를 개폐한다. 이러한 에어 밸브 모듈(33)은 에어 압력의 인가를 개폐하는 복수의 밸브(1~12)와, 복수의 밸브(1~12)와 펌프(37)를 연결하는 에어 유로를 포함한다. 이때 복수의 밸브(1~12)는 전자석 밸브일 수 있다.
이러한 에어 밸브 모듈(33)은 제1 내지 제12 밸브(1~12)를 포함할 수 있다.
제1 밸브(1)는 전처리 챔버(40)로의 에어 압력의 인가를 개폐한다.
제2 및 제8 밸브(2,8)는 분리 챔버(51)로의 에어 압력의 인가를 개폐한다.
제3 및 제9 밸브(3,9)는 제1 세정 챔버(53a)로의 에어 압력의 인가를 개폐한다.
제4 및 제10 밸브(4,10)는 제2 세정 챔버(53b)로의 에어 압력의 인가를 개폐한다.
제5 및 제11 밸브(5,11)는 반응 챔버(55)로의 에어 압력의 인가를 개폐한다.
제6 및 제12 밸브(6,12)는 용출 챔버(57)로의 에어 압력의 인가를 개폐한다.
제7 밸브(7)는 핵산 증폭 시약 챔버(59)로의 에어 압력의 인가를 개폐한다.
액체 밸브 모듈(35)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 챔버 간의 유체 이동을 개폐한다. 액체 밸브 모듈(35)은 복수의 챔버 간의 유체 이동을 개폐하는 복수의 밸브(13~28)와, 복수의 챔버 간의 유체 이동을 안내하는 액체 유로를 포함한다. 이때 복수의 밸브(13~28)는 전자석 밸브일 수 있다.
이러한 액체 밸브 모듈(35)은 제13 내지 제28 밸브(13~28)를 포함할 수 있다.
제13 밸브(13)는 전처리 챔버(40)에 설치된다.
제14 밸브(14)는 분리 챔버(51)에 설치된다.
제15 밸브(15)는 제1 세정 챔버(53a)에 설치된다.
제16 밸브(16)는 제2 세정 챔버(53b)에 설치된다.
제17 밸브(17)는 반응 챔버(55)와 웨이스트 챔버(58) 간의 유체 유로에 설치된다.
제18 밸브(18)는 반응 챔버(55)에 설치된다.
제19 밸브(19)는 반응 챔버(55)와 핵산 증폭 시약 챔버(59) 간의 액체 유로 설치된다.
제20 밸브(20)는 용출 챔버(57)에 설치된다.
그리고 제21 내지 제28 밸브(21~28)는 복수의 핵산 증폭 시약 챔버(59a,59b,59c,59d)에 설치된다. 이때 핵산 증폭 시약 챔버(59)는 4개이며, 각각 2개의 밸브(21~28)가 연결되게 설치된다.
핵산 추출 공정에 따른 복수의 챔버 간의 유체 이동은 에어 밸브 모듈(33)과 액체 밸브 모듈(35)의 연동에 의해 이루어진다. 상세한 설명은 핵산 추출 방법에서 하도록 하겠다.
이와 같은 본 실시 예에 따른 핵산 추출용 카트리지(10)를 이용한 핵산 추출 방법에 대해서 도 7 내지 도 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 핵산 추출용 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법에 따른 흐름도이다.
본 실시 예에 따른 핵산 추출 방법은 샘플에 대한 분쇄, 세포 파괴 및 1차 정제를 포함한 전처리 단계(S10), 열에 의한 상분리를 이용한 2차 정제 단계(S20), 세정액과 마그네틱 입자를 이용한 3차 정제 단계(S30), 용출액과 마그네틱 입자를 이용한 핵산 분리 단계(S50), 핵산 증폭 혼합물 생성 단계(S60), 핵산 증폭 챔버 주입 단계(S70) 및 핵산 증폭 반응 단계(S80)를 포함한다.
[1차 정제를 포함한 전처리]
먼저 S10단계에서 샘플이 전처리 챔버에 투입되면, 전처리 챔버에서 샘플에 대한 분쇄, 세포 파괴 및 1차 정제를 포함한 전처리 공정이 일괄적으로 수행되고, 1차 정제액은 분리 챔버로 배출된다.
S10단계에 따른 전처리 단계에 대해서 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 8은 도 7의 전처리 단계에 대한 상세 흐름도이다. 도 9 내지 도 11은 도 7의 전처리 단계에 따른 각 세부 단계를 보여주는 도면들이다.
먼저 도 9에 도시된 바와 같이, S11단계에서 샘플(81)과 전처리 부재(49)가 담긴 전처리 챔버(40)를 준비한다. 예컨대 전처리 챔버(40)에 전처리 부재(49)를 담은 후 샘플(81)을 투입할 수 있다. 또는 전처리 챔버(40)에 샘플(81)을 투입한 후 전처리 부재(49)를 투입할 수 있다. 또는 전처리 챔버(40)에 샘플(81)과 전처리 부재(49)를 동시에 투입할 수도 있다.
다음으로 도 10에 도시된 바와 같이, S13단계에서 샘플에 대한 균질화 및 세포 파괴를 수행한다. 즉 제1-1 자력 인가부(73a)와 제1-2 자력 인가부(73b)는 전처리 챔버(40)에 자력을 단속적으로 인가하여 자석 블록(49b)을 이동시켜 샘플을 분쇄하여 균질화한다. 제1-1 자력 인가부(73a)와 제1-2 자력 인가부(73b)에 인가되는 자력을 스위칭하여 자석 블록(49b)을 전처리액(49a) 내에서 이동시킨다. 아울러 자석 블록(49b)의 이동에 연동하여 세포 파괴 입자(49c)가 이동하여 샘플에 포함된 세포를 파괴하여 핵산이 흘러나오도록 한다.
한편 샘플에 대한 균질화 및 세포 파괴가 보다 신속히 수행될 수 있도록 추가적으로 열을 인가할 수도 있다.
그리고 도 11에 도시된 바와 같이, S15단계에서 1차 정제액(83)을 필터링하여 분리 챔버로 배출한다. 전처리액이 전처리 챔버(40)의 하부에 내설된 컵 필터(45)를 통과하도록 펌프(37)를 통하여 압력을 인가하여, 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 1차 정제액(83)을 필터링한다.
컵 필터(45)의 필터부(46)을 통과하지 못한 잔해물은 필터부(46)의 경사면을 타고 컵부(47)로 이동하여 침전된다. 도면부호 85는 컵부(47)로 이동한 잔해물로 형성된 침전물을 나타낸다.
여기서 전처리 챔버(40)에서 분리 챔버로 1차 정제액(83)을 이동시키기 위한 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)의 동작은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
먼저 제1 밸브(1), 제8 밸브(8) 및 제13 밸브(13)를 순차적으로 개방한다. 다음으로 펌프(37)를 동작시켜 전처리 챔버(40)로 압력을 인가하여 1차 정제액을 분리 챔버(51)로 이동시킨다. 1차 정제액의 이동이 완료되면, 제1 밸브(1), 제8 밸브(8) 및 제13 밸브(13)를 순차적으로 닫는다. 그리고 펌프(37)의 동작을 오프하고 벤트를 수행한다.
[2차 정제]
다음으로 S20단계에서 전처리된 1차 정제액이 분리 챔버(51)로 투입되면, 도 12에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(51)에서 열에 의한 상분리를 이용한 2차 정제를 수행하고, 2차 정제액(86)은 반응 챔버로 배출된다. 여기서 도 12는 도 7의 2차 정제 단계에 따른 분리 챔버(51)를 보여주는 도면이다.
이때 제1 히터부(76)는 분리 챔버(51)로 50 내지 80℃의 열을 3분 내지 30분 동안 인가할 수 있다. 분리 챔버(51)로 인가되는 열에 의해 1차 정제액에 포함된 잔해물은 응집되어 부유물(87) 형태로 위로 뜨게 되고, 상대적으로 깨끗한 2차 정제액(86)은 부유물(87) 아래에 위치하게 된다.
여기서 분리 챔버(51)에서 반응 챔버로 2차 정제액을 이동시키기 위한 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)의 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
먼저 제2 밸브(2), 제18 밸브(18), 제11 밸브(11) 및 제14 밸브(14)를 순차적으로 개방한다. 다음으로 펌프(37)를 동작시켜 분리 챔버(51)로 압력을 인가하여 2차 정제액을 반응 챔버(55)로 이동시킨다. 다음으로 제2 밸브(2), 제18 밸브(18) 및 제11 밸브(11)를 순차적으로 닫는다. 제2 밸브(2), 제14 밸브(14) 및 제17 밸브(17)를 개방하여 분리 챔버(51)와, 분리 챔버(51) 및 반응 챔버(55)를 연결하는 액체 유로에 남아 있는 2차 정제액을 웨이스트 챔버(58)로 배출한다. 다음으로 펌프(37)의 동작을 오프하고 벤트를 수행한다. 그리고 제2 밸브(2), 제14 밸브(14) 및 제17 밸브(17)를 닫는다.
[3차 정제]
다음으로 S30단계에서 2차 정제액이 반응 챔버에 투입되면, 반응 챔버에서 세정액과 마그네틱 입자를 이용한 3차 정제가 수행된다. 3차 정제에 따른 세정은 복수회 수행될 수 있다. 본 실시 예에서는 2회 세정을 수행하는 예를 개시하였다.
S30단계에 따른 3차 정제에 대해서 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 13은 도 7의 3차 정제 단계에 대한 상세 흐름도이다.
S31단계에서 2차 정제액이 분리 챔버에서 반응 챔버로 공급된다.
다음으로 S33단계에서 반응 챔버에 담긴 마그네틱 입자는 2차 정제액에 포함된 핵산을 선택적으로 흡착한다. 마그네틱 입자가 핵산을 보다 효과적으로 흡착할 수 있도록 반응 챔버에 자력을 스위칭하여 인가할 수 있다. 마그네틱 입자에 핵산을 흡착하는 공정 이후에, 반응 챔버에 자력을 인가하여 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 고정한다. 그리고 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 제외한 나머지 용액은 반응 챔버에서 웨이스트 챔버로 배출될 수 있다. 반응 챔버로의 자력 인가는 제2 자력 인가부에 의해 이루어진다.
그리고 S35단계 내지 제S45단계에서 반응 챔버는 세정 챔버로부터 세정액을 공급받아 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정한 후 웨이스트 챔버로 배출하는 공정을 반복하여 수행한다. 본 실시 예에서는 2회 세정을 수행하는 예를 개시하였다.
즉 S35단계에서 반응 챔버에 제1 세정액을 투입한 후 자력을 스위칭하여 1차 세정한다. 다음으로 S37단계에서 반응 챔버에 자력을 인가하여 1차 세정된 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 고정한다. 그리고 S39단계에서 반응 챔버에서 1차 세정된 세정액을 웨이스트 챔버로 배출함으로써 1차 세정이 완료된다.
다음으로 S41단계에서 반응 챔버에 제2 세정액을 투입한 후 자력을 스위칭하여 2차 세정한다. 다음으로 S43단계에서 반응 챔버에 자력을 인가하여 2차 세정된 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 고정한다. 그리고 S39단계에서 반응 챔버에서 2차 세정된 세정액을 웨이스트 챔버로 배출함으로써 2차 세정이 완료된다.
여기서 S35단계에 따른 반응 챔버(55)에서 마그네틱 입자가 핵산을 흡착하기 위한 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)의 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
먼저 제2 자력 인가부를 통하여 반응 챔버(55)에 자력을 스위칭하여 인가하여 2차 정제액에 포함된 핵산이 마그네틱 입자에 흡착되도록 한다. 스위칭되는 자력에 의해 마그네틱 입자가 2차 정제액과 바인딩 시약의 혼합액 내에서 이동하면서 핵산을 흡착한다.
다음으로 마그네틱 입자에 핵산의 흡착이 이루어지면, 반응 챔버(55)에 자력을 인가하여 마그네틱 입자를 고정한다.
다음으로 제5 밸브(5), 제18 밸브(18) 및 제17 밸브(17)를 개방한 후 펌프(37)를 동작시켜 반응 챔버(55)에 남아 있는 용액을 웨이스트 챔버(58)로 배출한다.
이어서 제17 밸브(17)를 닫고 펌프(37)를 오프시킨다.
그리고 제5 밸브(5) 및 제18 밸브(18)를 순차적으로 닫음으로써, S35단계를 완료한다.
S37 내지 S39단계에 따른 1차 세정하는 단계에서의 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(37)의 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
먼저 핵산이 흡착된 마그네틱 입자는 제2 자력 인가부에 의해 인가되는 자력에 의해 고정되어 있다.
제3 밸브(3), 제18 밸브(18), 제11 밸브(11) 및 제15 밸브(15)를 순차적으로 개방한다. 다음으로 펌프(37)를 구동시켜, 제1 세정 챔버(53a)의 제1 세정액을 반응 챔버(55)로 공급한다.
다음으로 제15 밸브(15), 제11 밸브(11), 제18 밸브(18) 및 제3 밸브(3)를 순차적으로 닫는다. 이어서 펌프(37)의 동작을 오프하고 벤트를 수행한다.
다음으로 제2 자력 인가부를 통하여 반응 챔버(55)에 자력을 스위칭하여 인가하여 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정한다. 스위칭되는 자력에 의해 마그네틱 입자가 제1 세정액 내에서 이동하면서 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 1차 세정한다.
다음으로 핵산이 흡착된 마그네틱 입자에 대한 1차 세정이 이루어지면, 반응 챔버(55)에 자력을 인가하여 마그네틱 입자를 고정한다.
다음으로 제5 밸브(5), 제18 밸브(18) 및 제17 밸브(17)를 개방한 후 펌프(37)를 동작시켜 반응 챔버(55)에 남아 있는 제1 세정액을 웨이스트 챔버(58)로 배출한다.
이어서 제17 밸브(17)를 닫고 펌프(37)를 오프시킨다.
그리고 제5 밸브(5) 및 제18 밸브(18)를 순차적으로 닫음으로써, 1차 세정을 완료한다.
S41단계 내지 S45단계에 따른 2차 세정하는 단계에서의 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)의 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다. 2차 세정은 1차 세정과 같은 방식으로 수행된다. 2차 세정의 경우, 제2 세정 챔버(53b)에서 제2 세정액이 반응 챔버(55)로 공급되어 2차 세정이 이루어진다는 점에서 차이가 있다.
먼저 1차 세정에 의해 핵산이 흡착된 마그네틱 입자는 제2 자력 인가부에 의해 인가되는 자력에 의해 고정되어 있다.
제4 밸브(4), 제18 밸브(18), 제11 밸브(11) 및 제16 밸브(16)를 순차적으로 개방한다. 다음으로 펌프(37)를 구동시켜, 제2 세정 챔버(53b)의 제2 세정액을 반응 챔버(55)로 공급한다.
다음으로 제16 밸브(16), 제11 밸브(11), 제18 밸브(18) 및 제4 밸브(4)를 순차적으로 닫는다. 이어서 펌프(37)의 동작을 오프하고 벤트를 수행한다.
다음으로 제2 자력 인가부를 통하여 반응 챔버(55)에 자력을 스위칭하여 인가하여 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정한다. 스위칭되는 자력에 의해 마그네틱 입자가 제2 세정액 내에서 이동하면서 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 2차 세정한다.
다음으로 핵산이 흡착된 마그네틱 입자에 대한 2차 세정이 이루어지면, 반응 챔버(55)에 자력을 인가하여 마그네틱 입자를 고정한다.
다음으로 제5 밸브(5), 제18 밸브(18) 및 제17 밸브(17)를 개방한 후 펌프(37)를 동작시켜 반응 챔버(55)에 남아 있는 제2 세정액을 웨이스트 챔버(58)로 배출한다.
이어서 제17 밸브(17)를 닫고 펌프(37)를 오프시킨다.
그리고 제5 밸브(5) 및 제18 밸브(18)를 순차적으로 닫음으로써, 2차 세정을 완료한다.
[핵산 분리]
다음으로 S50단계에서 용출액과 마그네틱 입자를 이용한 핵산 분리가 반응 챔버에서 수행된다. 분리된 핵산이 포함된 용출액은 반응 챔버(55)에서 핵산 증폭 시약 챔버(59)로 배출된다.
S50단계에서 핵산 분리 단계에 대해서 도 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 14는 도 7의 핵산 분리 단계에 대한 상세 흐름도이다.
먼저 S51단계에서 용출 챔버(57)에서 반응 챔버(55)로 용출액이 공급된다.
이어서 S53단계에서 제2 자력 인가부(75)를 통하여 반응 챔버(55)에 자력을 스위칭하여 인가하여 핵산이 흡착된 마그네틱 입자에서 핵산을 분리한다. 스위칭되는 자력에 의해 마그네틱 입자가 용출액 내에서 이동하면서 핵산이 마그네틱 입자에서 분리된다.
그리고 핵산이 마그네틱 입자에서 분리되면, S55단계에서 반응 챔버(55)에 자력을 인가하여 마그네틱 입자를 고정한다. 이때 마그네틱 입자에서 분리된 핵산은 용출액에 분포하게 된다.
여기서 S50단계에 따른 핵산 분리를 위한 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)의 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
먼저 2차 세정에 의해 핵산이 흡착된 마그네틱 입자는 제2 자력 인가부에 의해 인가되는 자력에 의해 고정되어 있다.
다음으로 제6 밸브(6), 제18 밸브(18), 제11 밸브(11) 및 제20 밸브(20)를 순차적으로 개방한다.
다음으로 펌프(37)를 동작시켜, 용출 챔버(57)의 용출액을 반응 챔버(55)로 공급한다.
다음으로 제20 밸브(20), 제11 밸브(11), 제18 밸브(18) 및 제6 밸브(6)를 순차적으로 닫는다. 이어서 펌프(37)의 동작을 오프하고 벤트를 수행한다.
이어서 반응 챔버(55)에 자력을 스위칭하여 마그네틱 입자로부터 핵산을 용출액으로 분리한다.
그리고 핵산 분리가 이루어지면, 반응 챔버(55)에 자력을 인가하여 마그네틱 입자를 고정한다.
[핵산 증폭 혼합물 생성]
다음으로 S60단계에서 반응 챔버(55)로부터 핵산이 포함된 용출액을 리 핵산 증폭 시약 챔버(59)에 주입하면, 핵산 증폭 시약 챔버(59)에서 핵산 증폭 시약과 혼합하여 핵산 증폭 혼합물을 생성한다.
여기서 S60단계에 따른 핵산 증폭 혼합물을 생성하기 위한 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)의 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
먼저 핵산이 분리된 마그네틱 입자는 제2 자력 인가부에 의해 인가되는 자력에 의해 반응 챔버(55)에 고정되어 있다.
다음으로 제5 밸브(5), 제18 밸브(18), 제19 밸브(19)를 순차적으로 개방한다. 이어서 제25 내지 제28 밸브(25,26,27,28)를 개방한다.
그리고 제21 내지 제24 밸브(21,22,23,24)를 순차적으로 온/오프 시키면서 제1 내지 제4 핵산 증폭 시약 챔버(59a,59b,59c,59d)로 핵산이 포함된 용출액을 순차적으로 공급하여 핵산 증폭 혼합물을 생성한다.
즉 제24 밸브(24)를 개방한 후 펌프(37)를 동작시켜, 제1 핵산 증폭 시약 챔버(59a)로 핵산이 포함된 용출액을 공급한다. 제1 핵산 증폭 시약 챔버(59a)에 핵산이 포함된 용출액이 충전되면, 펌프(37) 동작을 오프시키고 제24 밸브(24) 및 제28 밸브(28)를 닫는다. 제1 핵산 증폭 시약 챔버(59a)로의 핵산이 포함된 용출액의 충전 여부는 적외선 센서를 이용하여 감지할 수 있다.
다음으로 제23 밸브(23)를 개방한 후 펌프(37)를 동작시켜, 제2 핵산 증폭 시약 챔버(59b)로 핵산이 포함된 용출액을 공급한다. 제2 핵산 증폭 시약 챔버(59b)에 핵산이 포함된 용출액이 충전되면, 펌프(37) 동작을 오프시키고 제23 밸브(23) 및 제27 밸브(27)를 닫는다.
다음으로 제22 밸브(22)를 개방한 후 펌프(37)를 동작시켜, 제3 핵산 증폭 시약 챔버(59c)로 핵산이 포함된 용출액을 공급한다. 제3 핵산 증폭 시약 챔버(59c)에 핵산이 포함된 용출액이 충전되면, 펌프(37) 동작을 오프시키고 제22 밸브(22) 및 제26 밸브(26)를 닫는다.
그리고 제21 밸브(21)를 개방한 후 펌프(37)를 동작시켜, 제4 핵산 증폭 시약 챔버(59d)로 핵산이 포함된 용출액을 공급한다. 제4 핵산 증폭 시약 챔버(59d)에 핵산이 포함된 용출액이 충전되면, 펌프(37) 동작을 오프시키고 제21 밸브(21) 및 제25 밸브(25)를 닫는다.
제1 내지 제4 핵산 증폭 시약 챔버(59a,59b,59c,59d)에 공급된 핵산은 핵산 증폭 시약과 혼합되어 핵산 증폭 혼합물을 형성한다.
[핵산 증폭 챔버 주입]
다음으로 S70단계에서 핵산 증폭 챔버(61)는 핵산 증폭 시약 챔버(59)로부터 핵산 증폭 혼합물을 공급받는다.
여기서 S70단계에 따른 핵산 증폭 챔버(61)에 핵산 증폭 혼합물을 주입하기 위한 에어 밸브 모듈(33) 및 액체 밸브 모듈(35)의 동작은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
먼저 제7 밸브(7)를 개방한 후 펌프(37)를 구동시킨다.
다음으로 제24 밸브(24) 및 제28 밸브(28)를 개방하여 제1 핵산 증폭 챔버(61a)로 제1 핵산 증폭 시약 챔버(59a)의 핵산 증폭 혼합물을 공급하여 충전한다. 이때 제1 핵산 증폭 챔버(61a)로의 핵산 증폭 혼합물의 충전 여부는 적외선 센서를 이용하여 감지할 수 있다.
같은 방식으로 제2 내지 제4 핵산 증폭 챔버(61b,61c,61d)에 제2 내지 제4 핵산 증폭 시약 챔버(59b,59c,59d)의 핵산 증폭 혼합물을 공급하여 충전한다.
즉 다음으로 제23 밸브(23) 및 제27 밸브(27)를 개방하여 제2 핵산 증폭 챔버(61b)로 제2 핵산 증폭 시약 챔버(59b)의 핵산 증폭 혼합물을 공급하여 충전한다.
다음으로 제22 밸브(22) 및 제26 밸브(26)를 개방하여 제3 핵산 증폭 챔버(61c)로 제3 핵산 증폭 시약 챔버(59c)의 핵산 증폭 혼합물을 공급하여 충전한다.
이어서 제21 밸브(21) 및 제25 밸브(25)를 개방하여 제4 핵산 증폭 챔버(61d)로 제4 핵산 증폭 시약 챔버(59d)의 핵산 증폭 혼합물을 공급하여 충전한다.
그리고 펌프(37) 동작을 오프시킴으로써, 제1 내지 제4 핵산 증폭 챔버(61a,61b,61c,61d)에 각각 핵산 증폭 혼합물이 충전된 핵산 증폭 모듈(63)을 얻을 수 있다.
[핵산 증폭 반응]
그리고 S80단계에서 핵산 증폭 챔버(61)로 인가되는 열을 이용하여 핵산 증폭 반응을 수행한다. 열은 제2 히터부가 핵산 증폭 챔버(61)로 인가한다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
본 발명은 핵산 추출용 전처리 챔버, 그를 이용한 카트리지 및 핵산 추출 방법에 관한 것으로, 분자진단 현장검사 기기에 사용된다. 카트리지는 전처리 챔버를 포함하며, 투입되는 샘플에 대한 분쇄, 세포 파괴, 정제, 핵산 추출 및 핵산 증폭을 일괄적으로 수행한다.
카트리지의 전처리 챔버는 투입된 샘플에 대한 분쇄, 세포 파괴 및 정제를 일괄적으로 수행하기 때문에, 샘플에 대한 전처리를 통하여 핵산 추출 공정을 간소화할 수 있는 이점이 있다.
그리고 본 발명에 따른 카트리지는 핵산 추출 및 증폭을 통하여 핵산 검사를 인라인으로 수행할 수 있는 기초를 제공한다.
더불어, 본 발명은 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
10 : 카트리지 31 : 챔버 모듈 33 : 에어 밸브 모듈
35 : 액체 밸브 모듈 37 : 펌프 39 : 펌프 구멍
40 : 전처리 챔버 41 : 챔버 본체 41a : 상부 본체
41b : 하부 본체 42 : 투입구 43 : 배출구
44 : 내부 공간 45 : 컵 필터 46 : 필터부
47 : 컵부 49 : 샘플 전처리 부재 49a : 전처리액
49b : 자석 블록 49c : 세포 파괴 입자 51 : 분리 챔버
53 : 세정 챔버 53a : 제1 세정 챔버 53b : 제2 세정 챔버
55 : 반응 챔버 57 : 용출 챔버 58 : 웨이스트 챔버
59 : 핵산 증폭 시약 챔버 61 : 핵산 증폭 챔버 63 : 핵산 증폭 칩
73 : 제1 자력 인가부 73a : 제1-1 자력 인가부
73b : 제1-2 자력 인가부 75 : 제2 자력 인가부
76 : 제1 히터부 77 : 펌프 구동부 79 : 제2 히터부
81 : 샘플 83 : 1차 정제액 85 : 침전물
86 : 2차 정제액 87 : 부유물
100 : 핵산 추출 장치

Claims (20)

  1. 투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화 및 세포 파괴가 이루어지는 내부 공간을 가지는 챔버 본체; 및
    상기 챔버 본체의 내부 공간의 하부에 설치되며, 상기 챔버 본체의 내부에 결합되는 측면 부분에 형성되는 필터부를 포함하고, 상기 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 정제액을 상기 필터부에서 필터링하여 통과시키는 컵 필터;
    를 포함하는 핵산 추출용 전처리 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터부는 상기 챔버 본체의 내부에 결합되는 부분이 아래로 경사지게 형성되고,
    상기 컵 필터는,
    상기 필터부와 연결되며 필터링되고 남은 잔해물이 이동하여 침전되는 컵부;
    를 더 포함하는 핵산 추출용 전처리 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컵 필터 위의 챔버 본체의 내부 공간에 담긴 전처리액, 자석 블록 및 세포 파괴 입자를 포함하는 전처리 부재;
    를 더 포함하는 핵산 추출용 전처리 챔버.
  4. 제3항에 있어서, 상기 챔버 본체는,
    상부에 상기 전처리 부재 및 샘플이 투입되는 투입구가 형성된 상부 본체; 및
    상기 상부 본체의 하부와 연결되되, 상기 상부 본체 보다는 작은 내경을 가지며, 하부에 정제액이 배출되는 배출구가 형성되고, 상기 컵 필터가 내부에 결합되는 하부 본체;
    를 포함하는 핵산 추출용 전처리 챔버.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전처리 부재의 자석 블록은 상기 하부 본체의 내부에 위치하는 핵산 추출용 전처리 챔버.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전처리 부재의 세포 파괴 입자는 글래스 비드인 핵산 추출용 전처리 챔버.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 필터부의 기공 크기는 상기 세포 파괴 입자 보다는 큰 핵산 추출용 전처리 챔버.
  8. 제3항에 있어서, 상기 컵 필터는
    상기 컵부가 상기 챔버 본체의 내부 공간의 중심에 위치하고,
    상기 필터부가 상기 컵부의 상단부에서 상부로 연장되어 상기 챔버 본체의 내부에 결합되며, 깔때기 형상의 경사진 면으로 형성되며, 정제액을 통과시키는 기공들이 형성되어 있는 핵산 추출용 전처리 챔버.
  9. 투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화, 세포 파괴 및 정제가 이루어지는 전처리 챔버를 포함하여 상기 샘플로부터 핵산을 추출하는 복수의 챔버를 구비하는 챔버 모듈;
    상기 챔버 모듈의 상부에 설치되며, 상기 복수의 챔버 간의 유체 이동에 필요한 압력의 인가를 개폐하는 에어 밸브 모듈; 및
    상기 챔버 모듈의 하부에 설치되며, 상기 복수의 챔버 간의 유체 이동을 개폐하는 액체 밸브 모듈;을 포함하고,
    상기 전처리 챔버는,
    투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화 및 세포 파괴가 이루어지는 내부 공간을 가지는 챔버 본체; 및
    상기 챔버 본체의 내부 공간의 하부에 설치되며, 상기 챔버 본체의 내부에 결합되는 측면 부분에 형성되는 필터부를 포함하고, 상기 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 정제액을 상기 필터부에서 필터링하여 통과시키는 컵 필터;
    를 포함하는 핵산 추출용 카트리지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 챔버 모듈의 전처리 챔버는,
    전처리액, 자석 블록 및 세포 파괴 입자를 포함하는 전처리 부재를 담고 있으며, 투입되는 샘플에 대한 분쇄 및 세포 파괴 후 핵산이 포함된 1차 정제액을 배출하는 핵산 추출용 카트리지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 챔버 모듈은,
    분리 시약을 구비하며, 상기 전처리 챔버로부터 1차 정제액을 공급받고, 열을 이용하여 1차 정제액에 대한 상분리를 수행하여 핵산이 포함된 2차 정제액을 배출하는 분리 챔버;
    상기 2차 정제액의 세정에 필요한 세정액을 공급하는 적어도 하나의 세정 챔버;
    핵산을 분리하기 위한 용출액을 공급하는 용출 챔버;
    바인딩(binding) 시약과 마그네틱 입자를 구비하며, 상기 분리 챔버로부터 2차 정제액이 공급되면, 상기 마그네틱 입자는 상기 2차 정제액에 포함된 핵산을 선택적으로 흡착하고, 상기 적어도 하나의 세정 챔버로부터 세정액을 공급받아 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정하고, 상기 용출 챔버로부터 용출액을 공급받아 마그네틱 입자로부터 핵산을 분리하는 반응 챔버;
    핵산 증폭 시약을 구비하며, 상기 반응 챔버로부터 핵산이 포함된 용출액을 공급 받아 상기 핵산 증폭 시약과 혼합하여 핵산 증폭 혼합물을 생성하는 핵산 증폭 시약 챔버; 및
    상기 핵산 증폭 시약 챔버로부터 상기 핵산 증폭 혼합물을 공급받아 핵산 증폭 반응을 수행하는 핵산 증폭 챔버;
    를 더 포함하는 핵산 추출용 카트리지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 챔버 모듈은,
    상기 반응 챔버에서 사용된 시약과 세정액이 배출되는 웨이스트 챔버;
    를 더 포함하는 핵산 추출용 카트리지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 챔버 모듈은,
    상기 에어 밸브 모듈로 에어 압력을 인가하는 펌프;
    를 더 포함하는 핵산 추출용 카트리지.
  14. 제13항에 있어서, 상기 챔버 모듈은,
    상기 펌프를 중심으로 둘레에 상기 전처리 챔버, 상기 분리 챔버, 상기 세정 챔버, 상기 반응 챔버 및 상기 용출 챔버가 배치된 핵산 추출용 카트리지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 핵산 증폭 시약 챔버 및 상기 핵산 증폭 챔버는 상기 전처리 챔버와 상기 용출 챔버 사이에 배치되되, 다른 복수의 챔버에 대해서 외측으로 돌출되어 있는 핵산 추출용 카트리지.
  16. 샘플, 전처리액, 자석 블록 및 세포 파괴 입자가 담긴 전처리 챔버를 카트리지에 준비하는 단계;
    상기 전처리 챔버에 자력을 단속적으로 인가하여 상기 자석 블록을 이동시켜 샘플을 분쇄하여 균질화하고, 상기 자석 블록의 이동에 연동하여 상기 세포 파괴 입자가 이동하여 상기 샘플에 포함된 세포를 파괴하여 핵산이 흘러나오도록 하는 샘플 균질화 및 세포 파괴 단계; 및
    상기 전처리액이 상기 전처리 챔버의 하부에 내설된 컵 필터를 통과하도록 압력을 인가하여, 상기 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 1차 정제액을 필터링하는 단계;를 포함하고,
    상기 전처리 챔버는,
    투입되는 샘플에 대한 분쇄에 의한 균질화 및 세포 파괴가 이루어지는 내부 공간을 가지는 챔버 본체; 및
    상기 챔버 본체의 내부 공간의 하부에 설치되며, 상기 챔버 본체의 내부에 결합되는 측면 부분에 형성되는 필터부를 포함하고, 상기 샘플의 세포 파괴에 의해 세포에서 흘러나온 핵산이 포함된 정제액을 상기 필터부에서 필터링하여 통과시키는 컵 필터;
    를 포함하는 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 필터링하는 단계 이후에 수행되는,
    분리 시약을 구비하는 카트리지의 분리 챔버가 상기 전처리 챔버로부터 1차 정제액을 공급받고, 열을 이용하여 상기 1차 정제액에 대한 상분리를 수행하여 핵산이 포함된 2차 정제액을 배출하는 단계;
    바인딩(binding) 시약과 마그네틱 입자를 구비하는 카트리지의 반응 챔버가 상기 전처리 챔버로부터 2차 정제액을 공급 받고, 상기 마그네틱 입자가 상기 2차 정제액에 포함된 핵산을 선택적으로 흡착하는 단계;
    상기 반응 챔버가 카트리지의 세정 챔버로부터 세정액을 공급받아 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 세정하는 단계;
    상기 반응 챔버가 카트리지의 용출 챔버로부터 용출액을 공급받아 마그네틱 입자로부터 핵산을 분리하는 단계;
    핵산 증폭 시약을 구비하는 카트리지의 핵산 증폭 시약 챔버가 상기 반응 챔버로부터 핵산이 포함된 용출액을 공급받아 상기 핵산 증폭 시약과 혼합하여 핵산 증폭 혼합물을 생성하는 단계; 및
    카트리지의 핵산 증폭 챔버가 상기 핵산 증폭 시약 챔버로부터 상기 핵산 증폭 혼합물을 공급받는 단계;
    를 더 포함하는 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 세정하는 단계 이후에 수행되는,
    상기 반응 챔버에 자력을 인가하여 핵산이 흡착된 마그네틱 입자를 고정하는 단계; 및
    상기 반응 챔버에서 세정액을 카트리지의 웨이스트 챔버로 배출하는 단계;
    를 더 포함하는 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 핵산을 분리하는 단계는,
    상기 반응 챔버가 상기 용출 챔버로부터 용출액을 공급받는 단계; 및
    상기 반응 챔버에 작용하는 자력을 차단하여 공급된 용출액으로 마그네틱 입자로부터 핵산을 분리하는 단계;
    를 포함하는 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 핵산을 분리하는 단계 이후에 수행되는,
    상기 반응 챔버에 자력을 인가하여 핵산이 분리된 마그네틱 입자를 고정하는 단계; 및
    상기 반응 챔버에서 상기 핵산 증폭 시약 챔버로 핵산이 포함된 용출액을 배출하는 단계;
    를 더 포함하는 카트리지를 이용한 핵산 추출 방법.
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