KR102264865B1 - 반응 분석용 형광 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핵산 증폭 기기 및 반응 분석용 형광 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 핵산 증폭 기기는 독립적인 온도 설정으로 다른 반응 온도를 가지는 복수의 블록들을 이용하고 상기 블록들 사이의 이동은 상기 블록들에 형성된 슬라이딩 홈을 따라 실시하여 총 증폭 시간(TAT)를 크게 단축 시켰다. 본 발명의 형광 검출 장치에서는 여기광을 제공하고 방사광을 발생시키는 반응용기에 대하여 광원 및 광 검출기의 위치가 매우 독특하다.

Description

반응 분석용 형광 검출 장치{FLUORESCENCE-DETECTING DEVICE FOR ANALYSIS OF REACTION}
관련출원에 대한 교차참조
본 특허출원은 2016년 06월 30일에 대한민국 특허청에 출원된 대한민국 특허출원 제2016-0083111호, 2016년 9월 26일에 미국 특허상표청에 출원된 미국 가특허출원 제62/399,678호, 및 2016년 11월 14일에 대한민국 특허청에 출원된 대한민국 특허출원 제2016-0151326호에 대하여 우선권을 주장하여, 상기 특허출원들의 개시 사항은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.
기술분야
본 발명은 핵산 분자를 증폭하는 핵산 증폭 기술에 관한 것이다.
중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction: PCR)으로 공지된 가장 많이 사용되는 핵산 증폭 반응은 이중가닥 DNA의 변성, 변성된 DNA 주형에로의 올리고뉴클레오타이드 프라이머의 어닐링 및 DNA 중합효소에 의한 프라이머 연장의 반복된 사이클 과정을 포함한다(Mullis 등, 미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호; Saiki et al., (1985) Science 230, 1350-1354).
최근 핵산 증폭 반응을 수행하기 위한 핵산 증폭 기기가 다양하게 개발되고 있다. 핵산 증폭 기기의 일 예는 하나의 반응 챔버에 주형 핵산을 포함하는 샘플 용액을 포함하는 용기를 장착하고, 이 용기를 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산 증폭 반응을 수행한다.
그러나, 이러한 종래 핵산 증폭 기기는 하나의 반응 챔버를 구비하기 때문에 상기 반응 챔버의 전체 면적에 대한 정확한 온도 제어를 위해 복잡한 구조를 구비해야 하고, 하나의 반응 챔버에 대한 반복적인 가열 및 냉각으로 인해 전체 핵산 증폭 반응 수행 시간이 길어지는 문제점이 있다.
반응 분석용 형광 검출 장치 특히 핵산 증폭반응을 실시간으로 분석하기 위한 다양한 장치 또는 기기가 공지되어 있다.
예를 들어, Biorad 회사의 실시간 PCR(polymerase chain reaction) 기기 CFX96는 두 개의 장치로 이루어져 있는데, 이 기기의 하부에는 핵산 증폭 반응이 발생되는 열사이클러(thermal cycler)가 구비되어 있고 상부에는 증폭 반응을 실시간으로 분석(또는 모니터링) 하는 광학 장치가 구비되어 있다.
CFX96 기기에서, 열사이클러의 본체에 고정된 하나의 열블록(heat block)의 온도 조절을 통해, 열블록 상에 위치한 플레이트 내의 시료의 핵산 증폭반응이 이루어진다. CFX96 기기의 상부에 있는 광학 장치는 6개의 광원과 6개의 검출기가 구비된 광학 셔틀을 포함하며, 상기 광학 셔틀은 X-축 및 Y-축으로 이동하면서 핵산 증폭 반응에서 발생되는 형광을 실시간으로 검출한다(참조: 미국 특허 제8,236,504호). 도 1은 CFX96 기기의 광학 셔틀 즉 광 모듈(10)을 나타낸다. 도 1에서, 반응용기(13)는 열블록(15)에 구비된 시료웰(14)에 위치하며, 반응용기(13)에서 핵산 증폭 반응이 진행된다. 핵산 증폭 반응을 진행 하면서 일정 시간 간격으로 반응용기(13)로부터 발생되는 형광을 측정한다. 형광 측정에서, 광원(11)으로부터 여기광(22)이 발생되고 필터(17) 및 렌즈(18)를 거친 다음, 반응용기(13)에 제공되며, 반응용기(13)의 반응혼합물로부터 나오는 방사광(23)은 빔 스플리터(21)에 의해 광 다이오드(즉, 광 검출기(12))로 안내되고 필터(19)와 렌즈(20)를 거친 다음 광 다이오드(12)에서 검출된다.
상기 CFX96의 광학 셔틀과 같이, 광원이 반응용기의 위쪽에 위치하는 경우에는, 여기광이 비교적 좁은 면적의 반응용기 윗부분을 통과하여야 하기 때문에, 광원의 정교한 포지셔닝이 요구된다. 또한, 종래 기술은 모든 반응용기에 대하여 동일한 광 경로 길이의 여기광을 적용시키는데 어려움이 있을 것으로 판단된다. 한편, 상기 CFX96의 광학 셔틀과 같이, 광 검출기가 반응용기의 위쪽에 위치하는 경우에도 광 검출기의 정교한 포지셔닝이 요구되며, 모든 반응용기로부터 동일한 광 경로 길이의 방사광을 검출하는데 어려움이 있을 것으로 판단된다.
CFX96 기기를 포함하는 대부분의 실시간-핵산 증폭 기기는 정교한 광원과 광 검출기의 정교한 포지셔닝이 요구된다.
또 다른 실시간 핵산 증폭 기기로서 AB7500(모델명, Thermo Fisher Scientific)은 핵산 증폭 반응이 진행되는 플레이트 상부에 5가지의 필터가 원형 디스크 형상으로 위치하고 그 위에서 하나의 광원을 조사하여 발현된 형광을 위에서 광 검출기로 검출하는 장치이다. 그러나, AB7500 기기는 하나의 광원을 플레이트 상부에서 한번 조사하여 발현된 형광을 검출하는 데 있어, 광이 원형으로 퍼지는 현상 때문에 직사각형 형상의 플레이트의 가장 자리 부분에는 그늘이 져서 형광 검출이 고르지 못한 단점이 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명은 열블록들의 온도 제어를 보다 편리하게 수행하고, 전체 핵산 증폭 반응 수행 시간이 보다 짧은 핵산 증폭 기기를 제공한다.
또한, 본 발명은 광원 및 광 검출기를 정교하게 배치하고, 여기광에 의한 반응혼합물의 여기 및 방사광의 형광 검출을 보다 개선된 방식으로 실시하도록 하며, 이에 종래기술의 문제점 및 제한점(예컨대, 여기광 및 방사광 경로 길이의 비균일성, 빔 스플리터의 필요성 및 복잡한 구성)을 해결할 수 형광 검출 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 핵산 증폭 기기를 제공한다: (ⅰ) 본체; (ⅱ) 상기 본체에 위치하고, 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 적어도 두 개의 블록들 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지며 독립적으로 온도 설정이 가능한 적어도 두 개의 블록들; 및 (ⅲ) 상기 반응용기가 상기 적어도 두 개의 블록들에 대하여 상대적으로 상기 슬라이딩 홈을 따라 이동하도록 상기 적어도 두 개의 블록들 및/또는 상기 반응용기를 이동시키는 이동 모듈.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 최소 하나의 광 모듈을 포함하는 반응 분석용 형광 검출 장치를 제공한다: (a) 지지체(support structure); (b) 상기 지지체의 한쪽 면에 형성되어 있고, 반응용기가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있는 구조를 갖는 광 검출기 수용구(an accommodation hole for a photodetector); 그리고 (c) 다음을 포함하는 광 유닛(optical unit): (c-1) 여기광을 제공하는 광원; 및 (c-2) 광 검출기(photodetector); 상기 광 검출기는 상기 반응용기로부터의 방사광 경로(emission light path)에 위치하도록 상기 광 검출기 수용구 내에 위치한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 핵산 증폭용 튜브를 제공한다: (ⅰ) 상부(upper part); 상기 상부는 동공형 실린더 형상 또는 다각형 기둥 형상을 포함하며, 및 (ⅱ) 핵산 증폭용 반응액을 수용하는 하부(lower part); 상기 하부는 상기 상부와 유체적으로 연결(fluidically connected)되어 있으며, 상기 하부는 납작한 (flattened) 형상으로, 평평한 면(flat face)을 포함하는 정면 및 후면, 상기 정면보다 폭이 좁은 양 측면, 및 밑면을 포함하고; 상기 정면 및 후면의 평평한 면은 핵산 증폭용 블록에 열전도적으로(thermoconductively) 접촉하는 면이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 둘 이상의 반응 컨테이너들을 포함하는 핵산 증폭용 반응용기를 제공한다. 반응 컨테이너 각각은 상부와 핵산 증폭용 반응액을 수용하는 하부를 포함한다. 상기 상부는 동공형 실린더 형상 또는 다각형 기둥 형상을 포함한다. 상기 하부는 상기 상부의 아래쪽에 위치하며, 상기 상부와 유체적으로 연결(fluidically connected)되어 있다. 상기 하부는 납작한 (flattened) 형상으로, (ⅰ) 평평한 면(flat face)을 포함하는 정면 및 후면, (ⅱ) 상기 정면보다 폭이 좁은 양 측면, 및 (ⅲ) 밑면을 포함한다. 이때 정면 및 후면의 평평한 면은 핵산 증폭용 블록에 열전도적으로(thermoconductively) 접촉하는 면이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 핵산 증폭 방법을 제공하다: (ⅰ) 제1시간에 반응용기가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 반응액(reaction mixture)을 포함하는 반응용기를 적어도 두 개의 블록들 중 제1온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시키는 단계; 상기 적어도 두 개의 블록들은 상기 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 상기 적어도 두 개의 블록들 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지고; 상기 적어도 두 개의 블록들은 독립적으로 온도 설정이 가능하며; 및 (ⅱ) 제2시간에 상기 반응용기가 제2블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 제2온도를 가지는 상기 제2블록에 위치시키는 단계.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명의 핵산 증폭 기기는 독립적인 온도 설정으로 서로 다른 반응온도에 도달한 복수의 블록을 이용하고, 상기 블록들 사이의 이동은 상기 블록들에 형성된 슬라이딩 홈을 따라서 이루어지기 때문에, 핵산 증폭에 대한 총증폭시간(TAT)이 크게 단축된다.
(b) 본 발명의 형광 검출 장치는 여기광이 제공되고 방사광이 발생되는 반응용기에 대하여, 본 발명에서의 광원 및 광수용구의 위치는 매우 독특하다.
도 1은 종래의 핵산 증폭 기기의 광 모듈을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 사시도이다.
도 3의 (A) 내지 (C)는 본 발명에 이용되는 블록들의 형태들을 도시하고 있다.
도 4 및 도 5는 반응용기가 상기 블록들의 슬라이딩 홈을 따라 이동하는 동작들을 도시하고 있다.
도 6은 도 3의 (c)의 두 개의 블록들이 특정 영역을 사이에 두고 분리된 핵산 증폭 기기의 사시도이다.
도 7은 반응용기는 고정되고 블록들 중 하나가 이동하는 동작들을 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 8d는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 분해 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 분해 단면도이다.
도 10 및 도 11은 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 분해 단면도들이다.
도 12는 두 개의 열블록들 사이에 광 모듈을 포함하는 본 발명의 핵산 증폭 기기의 일 구현예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 핵산 증폭 기기에서, 열블록 및 광 모듈의 배치에 대한 일 구현예를 보여주는 모식도이다.
도 14-16은 반응용기가 열블록들 및 광 모듈의 슬라이딩 홈을 따라 이동하는 동작을 나타낸다.
도 17-20은 이동모듈에 의해 반응용기가 열블록들 및 광 모듈에 대하여 상대적으로 이동하는 것을 도시한다.
도 21은 두 개의 열블록들과 광 모듈의 배치에 대한 일 실시예를 보여준다.
도 22는 두 개의 열블록들과 광 모듈 사이에서의 반응용기의 이동에 대한 일 실시예를 보여준다.
도 23a는 본 발명의 형광 검출 장치의 광 모듈의 일 구현예를 나타낸다.
도 23b는 본 발명의 형광 검출 장치의 광 모듈의 일 구현예를 나타낸다.
도 24는 본 발명에서 이용될 수 있는 반응용기의 한 형태로서 반응 튜브(401)의 모식도이다.
도 25는 본 발명의 일 구현예로서 여기 및 검출을 위한 광 모듈의 배치 (arrangement)를 보여준다.
도 26은 본 발명의 다른 구현예로서 여기 및 검출을 위한 광 모듈의 배치 (arrangement)를 보여준다.
도 27a 및 도 27b는 본 발명의 또 다른 구현예로서 여기 및 검출을 위한 광 모듈의 배치를 보여준다.
도 28a는 슬라이딩 홈이 형성된 지지체를 이용하는 본 발명의 장치의 광 모듈의 일 구현예를 나타낸다.
도 28b는 복수의 슬라이딩 홈이 형성된 지지체를 이용하는 본 발명의 장치의 광 모듈의 일 구현예를 나타낸다. 화살표는 반응용기(401)의 이동 방향을 나타낸다.
도 29는 6개의 광 모듈(B100g)을 포함하는 본 발명의 장치에서 반응용기(600)로부터의 형광을 검출하는 것을 보여주는 모식도이다.
도 30a는 슬라이딩 홈이 형성된 지지체를 포함하는 6개의 광 모듈에 대한 모식도이다. 6개의 광 모듈은 광 모듈 베이스 상에 마운팅 되어 있다.
도 30b는 본 발명의 핵산 증폭 기기에서 광 모듈 및 두 개의 열블록들의 배치의 일 구현예를 나타낸다.
도 31a 내지 도 31c는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 튜브의 측면, 정면 및 평면을 도시한 도면들이다.
도 32a 내지 도 32c는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 튜브의 측면, 정면 및 평면을 도시한 도면들이다.
도 33은 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 반응용기의 단면도이다.
도 34는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 반응용기의 단면도이다.
도 35는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 방법의 흐름도이다.
도 36은 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b), (ⅰ), (ⅱ) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 일 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 사시도이다.
도 2을 참조하면, 일 실시예에 따른 핵산 증폭 기기(100)는 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 핵산을 증폭하는 핵산 증폭 반응을 수행하는 기기를 의미한다. 특히, 온도 제어를 통하여 핵산 증폭 반응을 수행하는 기기를 말한다.
예를 들어, 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 DNA(deoxyribonucleic acid)를 증폭하기 위해 핵산 증폭 기기는 변성 단계(denaturing step), 어닐링 단계(annealing step), 연장 (혹은 증폭) 단계(extension step)를 실시할 수 있다.
변성 단계는 주형 핵산인 이중 가닥의 DNA를 포함하는 시료 및 시약을 포함하는 용액을 특정 온도, 예를 들어 약 95℃로 가열하여 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 단계이다. 어닐링 단계는 증폭하고자 하는 핵산의 뉴클레오타이드 서열과 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프라이머를 제공하고, 분리된 단일 가닥의 DNA와 함께 특정 온도, 예를 들어 60℃로 냉각하여 단일 가닥의 DNA의 특정 뉴클레오타이드 서열에 프라이머를 결합시켜 부분적인 DNA-프라이머 복합체를 형성하는 단계이다. 연장 단계는, 어닐링 단계 이후 상기 용액을 특정 온도, 예를 들어 72℃로 유지하여 DNA 중합효소(polymerase)에 의해 부분적인 DNA-프라이머 복합체의 프라이머를 기초로 이중 가닥의 DNA를 형성하는 단계를 수행한다.
전술한 3 단계들을 예를 들어 10회 내지 50회로 반복함으로써 상기 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭할 수 있다. 경우에 따라, 핵산 증폭 기기(100)는 어닐링 단계와 연장 단계를 동시에 수행할 수 있다. 이 경우 핵산 증폭 기기(100)는 변성 단계와 어닐링/연장 단계로 구성된 2 단계들을 수행함으로써, 제1 순환을 완성할 수도 있다.
도 2를 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 기기(100)는 본체(110), 적어도 두 개의 블록들(120, 130) 및 이동 모듈(140)을 포함할 수 있다.
본체(110)는 핵산 증폭 기기(100)의 몸체를 구성한다. 본체(110)는 영상 및 정보를 표시하는 표시장치(112)와 각종 정보를 입력하는 입력장치(114)를 포함할 수 있다.
블록들(120, 130)는 본체(110)에 위치한다. 본체(110)는 블록들(120, 130)을 수용하는 별도의 공간을 포함할 수 있다. 본체(110)는 블록들(120, 130)을 수용하는 별도의 공간을 개폐할 수 있는 커버(135)를 포함할 수 있다.
용어 “블록”및 “열블록”은 차이가 없으며, 본 명세서에서 혼용된다.
각 블록들(120, 130)은 반응용기(150)가 슬라이딩 홈(122, 132)에 삽입되어 상기 적어도 두 개의 블록들 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈(122, 132)을 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 반응용기의 일부가 상기 슬라이딩 홈에 삽입된다. 블록 상의 슬라이딩 홈에 삽입되는 반응용기의 일부는 반응용기의 하부며, 최소한 핵산 증폭용 반응액을 포함하는 부분이다.
본 발명에서 반응용기는 반응이 수행되는 닫힌 공간(closed space)을 말한다. 반응용기는 하나 또는 둘 이상의 반응 컨테이너를 포함한다. 반응 컨테이너는 반응물(예를 들어, 반응 용액 또는 반응 혼합물)을 수용할 수 있는 단위체(unit)를 말한다. 테스트 튜브, PCR 튜브, 스트립 튜브, 멀티 웰 PCR 플레이트(multi well PCR plate) 각각은 하나 또는 둘 이상의 반응 컨테이너를 포함한 반응용기의 일 구현예이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 반응용기(150)의 전부 또는 대부분, 또는 일부가 슬라이딩 홈에 삽입되어 이동하도록 할 수 있다. 이 경우, 반응용기(150)의 전부 또는 대부분, 또는 일부가 슬라이딩 홈에 삽입될 수 있도록, 반응용기의 형상 (예를 들어, 반응 컨테이너의 하부뿐 만 아니라, 전부 또는 대부분이 납작한(flatten) 형상) 또는 슬라이딩 홈의 형상을 결정한다.
또한 블록들(120, 130)은 독립적으로 온도 설정이 가능하다.
이동 모듈(140)은 본체(110)에 위치할 수 있다. 이동 모듈(140)은 상기 반응용기(150)가 상기 적어도 두 개의 블록들(120, 130)에 대하여 상대적으로 상기 슬라이딩 홈(122, 132)을 따라 이동하도록 상기 적어도 두 개의 블록들 및/또는 상기 반응용기를 이동시킬 수 있다. 이동 모듈(140)은 본체(110) 내의 공간에서 블록들(120, 130) 또는 반응용기(150)의 측면, 앞면, 뒷면, 윗면, 아랫면 중 최소한 어느 한 면에 위치할 수 있다.
본 발명의 핵산 증폭 기기(100)는 입력된 반응 조건에 따라, 장치내의 구성요소를 제어하여 반응을 수행시키거나, 반응 수행 정도를 표시하도록 하는 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 핵산 증폭 기기(100)는 케이블 또는 무선으로 컴퓨터 장치와 연결될 수 있다.
도 3의 (A) 내지 (C)는 적어도 두 개의 블록들의 형태들을 각각 도시하고 있다.
도 3의 (A) 내지 (C)를 참조하면, 적어도 두 개의 블록들(120, 130)은 서로 물리적으로 연결되어 있거나 물리적으로 분리되어 있을 수 있다.
도 3의 (A)에 도시한 바와 같이 적어도 두 개의 블록들(120, 130)은 물리적으로 서로 연결되어 있지만 열전도적으로 서로 분리되어 있어, 독립적으로 온도 설정이 가능할 수 있다. 예를 들어 두 개의 블록들(120, 130)은 물리적으로 연결되어 있지만 열전도적으로 서로 분리된 두 개의 구획들(120a, 130a)을 포함할 수 있다. 두 개의 블록들(120, 130)이 물리적으로 연결되어 있는 부분은 열전도가 일어나지 않은 단열소재를 포함할 수 있다.
도 3의 (B) 및 (C)에 도시한 바와 같이 적어도 두 개의 블록들(120, 130)은 물리적으로 분리되어 있고 열전도적으로 서로 분리되어 있어, 독립적으로 온도 설정이 가능할 수 있다. 예를 들어 두 개의 블록들(120, 130)은 물리적으로 분리되고 열전도적으로 서로 분리된 두 개의 구획들(120a, 130a)을 포함할 수 있다. 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이 두 개의 블록들(120, 130)의 두 개의 구획들(120a, 130a) 사이에 반응용기(150)이 위치하는 영역(150a)이 존재할 수 있다.
두 개의 구획들(120a, 130a)에 대응하여 각각 독립적으로 열을 공급하거나 열을 흡수하는 열 전달 모듈들(160, 170)이 위치할 수 있다. 열 전달 모듈들(160, 170)에 의해 두 블록(120, 130)은 서로 다른 온도로 세팅되어 있고, 각각의 블록(120, 130)은 둘 이상의 온도로 변환할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 열 전달 모듈들(160, 170)도 서로 물리적으로 연결되어 있거나 분리될 수 있다.
이하에서, 물리적으로 분리되어 있거나 물리적으로 연결되어 있더라도 열전도적으로 서로 분리된 적어도 두 개의 구획들(120a, 130a)을 포함하는 블록들을 적어도 두 개의 블록들(120, 130)로 정의한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 핵산 증폭 기기(100)는 물리적으로 분리되어 있거나 물리적으로 연결되어 있더라도 열전도적으로 서로 분리된 두 개의 구획들을 포함하는 두 개의 블록들(120, 130)을 포함한다. 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 핵산 증폭 기기(100)는 물리적으로 분리되어 있거나 물리적으로 연결되어 있더라도 열전도적으로 서로 분리된 세 개의 구획들을 포함하는 세 개의 블록들을 포함한다.
각각의 블록들(120, 130)은 복수의 슬라이딩 홈을 포함할 수 있다. 복수의 슬라이딩 홈이 형성되므로 대량의 샘플을 동시에 반응시킬 수 있다. 각각의 블록들(120, 130)은 1 이상, 2 이상, 3 이상, 4 이상, 6 이상 또는 8 이상의 슬라이딩 홈을 포함할 수 있다. 각각의 블록들(120, 130)은 30 이하, 25 이하, 20 이하, 15 이하 또는 12 이하의 슬라이딩 홈을 포함할 수 있다. 상기 블록들(120, 130)은 형성된 슬라이딩 홈의 개수 및 간격이 서로 동일할 수 있다. 상기 블록들(120, 130) 내에서 동일한 개수 및 간격을 가지는 동일한 슬라이딩 홈의 형성을 통하여 하나의 블록에서 다른 블록으로 반응용기들이 이동시 상기 반응용기가 삽입된 상태로 이동할 수 있다.
복수개의 블록들(120, 130)에 복수개의 슬라이딩 홈이 형성되는 경우, 하나의 블록에 형성된 복수의 슬라이딩 홈은 열전도적으로 함께 컨트롤 된다. 다시 말해, 하나의 블록에 형성된 복수의 슬라이딩 홈은 하나의 열 전달 모듈(360)에 의하여 온도가 조절되거나, 복수의 열 전달 모듈(360)에 의하여 온도가 조절될 수 있으나, 어떠한 경우라도, 하나의 블록에 형성된 복수의 슬라이딩 홈은 동일한 온도로 설정된다.
복수개의 블록들(120, 130)이 배열될 경우, 양 측면의 마지막 블록에서 반응용기의 이동이 발생하지 않는 면은 슬라이딩 홈이 막혀있도록 제작될 수 있다.
슬라이딩 홈(122)의 폭 및 모양은 삽입되는 반응용기(150) (특히, 하부)를 고려하여 결정할 수 있다. 구체적으로 슬라이딩 홈(122)의 폭(width)은 반응용기(150)의 하부의 측면 폭(W1)을 수용하여 반응용기(150)가 슬라이딩 홈을 따라 이동이 가능하게 하고, 반응용기(150)와 열전도적으로(thermal conductively) 접촉(contact)할 수 있도록 하는 크기로 형성된다. 슬라이딩 홈(122)의 깊이(depth)는 반응용기(150)의 상하 방향 길이의 전체 또는 일부를 수용하여 반응용기(150)의 슬라이딩 홈에 따라 이동이 가능하도록 하는 정도의 크기로 형성된다. 슬라이딩 홈(122)의 모양은 특별히 한정되지 않으나, 반응용기(150)가 슬라이딩 홈을 따라 직선 또는 곡선의 이동이 가능하도록 직선 또는 곡선 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 슬라이딩 홈(122)은 반응용기(150)가 슬라이딩 홈을 따라 직선 이동이 가능하도록 직선 형태로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 슬라이딩 홈(122)의 폭은 상기 슬라이딩 홈(122)의 밑면을 기준으로 1 mm 이상이며, 7 mm 이하 또는 5 mm 이하이다. 구체적으로 슬라이딩 홈(122)의 폭은 밑면을 기준으로 1 mm 이상 및 7 mm 이하이다. 또한 슬라이딩 홈(122)의 깊이는 2 mm 이상 또는 3 mm 이상이며, 15 mm 이하, 10 mm 이하 또는 5 mm 이하이다. 구체적으로 슬라이딩 홈(122)의 깊이는 3-15 mm 또는 3-10 mm 이하이다.
일 실시예에 따르면, 블록은 열 용량 및 열 전도도 등이 우수한 소재를 사용하여 제작된다. 금속 또는 금속 합금 (예를 들어, 철, 구리, 알루미늄, 금, 은 또는 이를 포함하는 합금)으로 제작될 수 있다.
도 4 및 도 5는 반응용기가 블록들의 슬라이딩 홈을 따라 이동하는 동작들을 도시하고 있다.
도 3의 (A) 또는 (B)에 도시한 바와 같이 두 개의 블록들(120, 130)이 인접되어 있는 경우, 핵산 증폭 기기(100)는 도 4에 도시한 바와 같이 반응용기(150)를 두 개의 블록들(120, 130) 중 하나(120)에 위치시킨 후 일정 시간 경과 후에 도 5에 도시한 바와 같이 두 개의 블록들(120, 130) 중 다른 하나(130)에 위치시킨다.
다시 말해, 제1시간에, 반응용기(150)가 제1블록(130)의 슬라이딩 홈(132)에 삽입되도록 반응액을 포함하는 반응용기(150)를 최소 하나의 슬라이딩 홈(122, 132)를 가지는 적어도 두 개의 블록들(120, 130) 중 제1온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시킨다. 제1시간으로부터 일정 시간 경과 후 제2시간에, 반응용기(150)가 다른 블록(120)의 슬라이딩 홈(122)에 삽입되도록 상기 반응용기(150)를 상기 블록들(120, 130) 중 제2온도를 가지는 상기 다른 블록에 위치시킬 수 있다.
또한, 제2시간에, 상기 제1블록(130)은 제3온도로 변화하고, 제3시간에 상기 반응용기(150)가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 제3온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시킬 수 있다.
이때 반응용기(150)가 블록들(120, 130)의 슬라이딩 홈(122, 132)을 따라 이동하여 두 개의 블록들(120, 130) 중 하나로 이동할 수 있다.
도 6은 도 3의 (C)의 두 개의 블록들이 특정 영역을 사이에 두고 분리된 핵산 증폭 기기의 사시도이다. 도 7은 반응용기는 고정되고 블록들 중 하나가 이동하는 동작들을 도시하고 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 핵산 증폭 기기(100)에서 반응용기(150)는 두 개의 블록들(120, 130) 사이에 위치하고, 두 개의 블록들(120, 130)에 대응하여 각각 독립적으로 열을 공급하거나 열을 흡수하는 열 전달 모듈들(160, 170)이 위치할 수 있다. 열 전달 모듈들(160, 170)에 의해 두 블록(120, 130)은 서로 다른 온도로 세팅되어 있고, 각각의 블록(120, 130)은 둘 이상의 온도로 변환할 수 있다.
이때, 상기 반응용기는 고정되고, 상기 반응용기(150)가 상기 두 개의 블록들(120, 130) 중 하나로 상대적으로 이동될 수 있도록 상기 적어도 두 개의 블록들은 이동 모듈에 의해 이동된다. 다시 말해, 상기 이동 모듈은 상기 반응용기가 상기 적어도 두 개의 블록들 중 하나에 위치할 수 있도록 상기 적어도 두 개의 블록들이 상기 삽입된 반응용기를 따라 이동될 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 상기 두 개의 블록(120, 130)은 상기 반응용기(150)가 상기 두 개의 블록들(120, 130) 중 하나에 위치될 수 있도록 삽입된 접촉면(contact surface)을 따라 이동된다. 여기에서, 상기 삽입된 접촉면은 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입될 때 블록과 반응용기 사이에 형성된 접촉면을 의미한다.
반응용기(150)는 블록 수용 공간 내의 최소한 하나의 측면에 고정되어 있는 반응용기 고정부(미도시)와 연결하여 고정시킬 수 있다. 반응용기 고정부에 반응용기(150)를 올리거나 삽입하여 고정시킬 수 있다.
도 4, 5 및 7에서 보는 바와 같이, 반응용기(150)가 두 개의 블록들(120, 130)의 슬라이딩 홈(122, 132)을 따라 이동하여 서로 다른 온도로 설정된 두 개의 블록들(120, 130) 중 하나에 위치하는 것을 반복하므로, 변성 단계와 어닐링 단계, 연장 단계로 구성된 3 단계들 또는 변성 단계와 어닐링/연장 단계로 구성된 2 단계들을 예를 들어 10회 내지 50회로 반복함으로써 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭할 수 있다.
반응용기(150)가 두 개의 블록들(120, 130)의 슬라이딩 홈(122, 132)을 따라 이동하여 서로 다른 온도로 설정된 두 개의 블록들(120, 130) 중 하나에 위치하는 것을 반복하므로, 전체 핵산 증폭 반응 수행 시간이 짧은 효과가 있다.
예를 들어, 하나의 블록만을 사용하는 핵산 증폭 기기에서, 전술한 전체 핵산 증폭 반응을 수행할 경우 해당 블록의 온도를 높였다 낮추는 동작을 반복해야 한다. 그런데 전술한 바와 같이 반응용기(150)가 두 개의 블록들(120, 130)의 슬라이딩 홈(122, 132)을 따라 이동하여 서로 다른 온도로 설정된 두 개의 블록들(120, 130) 중 하나에 위치하는 것을 반복하므로, 특정 블록에서 핵산 증폭 반응 중 특정 단계를 수행할 동안 다른 블록의 온도를 다음 단계에 맞추어 변경할 수 있다. 따라서, 하나의 블록만을 사용하는 핵산 증폭 기기에서, 블록의 온도를 높였다 낮추는데 소모하던 시간을 생략할 수 있는 효과가 있다.
각 블록들(120, 130)은 독립적으로 온도 설정이 가능하며, 열 전달 수단에 의하여 ± 1℃/sec 이상, ± 2℃/sec 이상, ± 3℃/sec 이상, ± 3.5℃/sec 이상, ± 4℃/sec 이상, ± 4.5℃/sec 이상, ± 5℃/sec, ± 6℃/sec, ± 8℃/sec 또는 ± 10℃/sec 이상 온도 변화가 가능하다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 반응용기(150)는 둘 이상의 반응 컨테이너를 포함하며, 둘 이상의 반응 컨테이너들이 서로 결합되어 있거나, 둘 이상으로 분리되어 있거나, 일 열로 배치되어 있다.
일 구현예에 따르면, 반응컨테이너는 튜브(152)(즉, 튜브 형태)일 수 있다. 예를 들어 반응용기(150)는 m x n개(m, n은 1보다 큰 정수)의 튜브들(152)을 포함할 수 있다. 예를 들어 반응용기(150)는 16, 24, 48 또는 96개 이상의 튜브들(152)을 포함할 수 있다. 한편, 두 개의 블록들(120, 130)의 각 슬라이딩 홈(122, 132)에 수용되는 반응용기(150)의 튜브(152)의 개수는 m개 또는 n개일 수 있다. 예를 들어 각 슬라이딩 홈(122, 132)에 수용되는 반응용기의 튜브(152)의 개수는 최소 3개, 5개, 6개 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 각 슬라이딩 홈(122, 132)에 수용되는 반응용기의 튜브(152)의 개수는 최대 20개, 15개, 10개 또는 8개 이하일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 구현예에 따르면, 상기 반응용기의 각 반응 컨테이너는 슬라이딩 홈에 삽입되는 하부에 납작한(flattened) 형상을 가진다. 구체적으로, 상기 반응 컨테이너 각각의 하부의 측면은 바닥면으로 테어퍼져(tapered) 있고, 상기 반응 컨테이너 각각의 하부를 수용하도록 상기 슬라이딩 홈은 바닥면으로 테이퍼져 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 둘 이상의 반응 컨테이너는 다음을 포함하는 튜브 형태를 가진다: (ⅰ) 상부(upper part); 상기 상부는 동공형 실린더 형상 또는 다각형 기둥 형상을 포함하며, 및 (ⅱ) 핵산 증폭용 반응액을 수용하는 하부(lower part); 상기 하부는 상기 상부와 유체적으로 연결(fluidically connected)되어 있으며, 상기 하부는 납작한(flattened) 형상으로, 평평한 면(flat face)을 포함하는 정면 및 후면, 상기 정면보다 폭이 좁은 양 측면, 및 밑면을 포함하고, 상기 정면 및 후면의 평평한 면은 상기 적어도 두 개의 블록에 열전도 적으로(thermoconductively) 접촉하는 면이다.
일 구현예에 따르면, 각 블록들(120, 130)은 독립적으로 상기 반응용기(150)에 포함된 반응 컨테이너들을 모두 수용할 수 있는 상면 면적과 슬라이딩 홈을 가진다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 핵산 증폭 기기에서 반응용기(150)는 제1시간에 일 블록에 위치하며, 상기 제1시간으로부터 일정 시간 경과 후 제2시간에 다른 블록에 위치하므로, 각 블록들(120, 130)의 상면의 크기는 동일한 것일 수 있다. 또한 일 구현예에 따르면, 각 블록들(120, 130)의 상면은 독립적으로 상기 하나의 반응용기(150)에 포함된 반응 컨테이너들을 모두 수용할 수 있는 넓이이며, 각 블록들(120, 130)은 상기 반응용기(150)에 포함된 반응 컨테이너들을 모두 수용할 수 있는 슬라이드 홈(122, 132)이 형성되어 있다. 블록들의 형상은 슬라이딩 홈의 배치에 따라 달라질 수 있으나, 상면이 사각형일 수 있으며, 이 경우 가장 효율적으로 블록간 반응용기(150)의 이동이 가능하다.
하나의 블록의 상면 넓이는 수용하는 반응용기(150)에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 한정되지 아니하나, 예를 들어, 직경이 5 내지 10 ㎜ 인 반응 컨테이너 16, 24, 48 또는 96개 이상을 한번에 수용할 수 있는 넓이 일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 각 블록들(120, 130)의 상면은 직사각형 또는 정사각형의 형태이다. 일 구현예에 따르면, 각 블록들(120, 130)의 상면의 가로 또는 세로는 30 ㎜ 이상, 50 ㎜ 이상 또는 70 ㎜ 이상이고, 250 ㎜ 이하, 200 ㎜ 이하, 170 ㎜ 이하, 150 ㎜ 이하 또는 100 ㎜ 이하이다. 일 구현예에 따르면, 복수의 블록들 간의 그 크기와 형태가 동일하다.
또한, 전술한 예에서 블록들이 두 개인 것으로 설명하였으나, 블록들이 세 개 또는 세 개 이상일 수 있다. 예를 들어 블록들이 세 개이고 반응용기가 서로 다른 온도들로 설정된 세 개의 블록들의 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수도 있다.
이상, 일 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 전체적인 구성 및 블록들과 반응용기의 상대적인 이동을 설명하였다. 이하, 핵산 증폭 기기의 블록들과 반응용기의 상대적인 이동 매카니즘을 설명한다.
도 8a 내지 도 8d는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 분해 사시도이다. 도 8a 내지 도 8d는 도 4, 5 및 7의 핵산 증폭 기기에서 블록들과 반응용기, 이동 모듈의 세부적인 구성들을 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기(200)는 적어도 두 개의 블록들(220, 230) 및 이동 모듈(240)을 포함할 수 있다.
각 블록들(220, 230)은 반응용기(250)가 삽입되어 상기 적어도 두 개의 블록들 사이를 이동 가능하도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈(222, 232)을 가진다.
이동 모듈(240)은 상기 반응용기(250)가 상기 적어도 두 개의 블록들(220, 230)에 대하여 상대적으로 상기 슬라이딩 홈(222, 232)을 따라 이동하도록 상기 적어도 두 개의 블록들 및/또는 상기 반응용기를 이동시킬 수 있다.
이동 모듈(240)은 동력을 제공하는 동력부(242), 블록들(220, 230) 및/또는 반응용기(250) 중 하나와 결합되어 있고, 동력을 이용하여 블록들(220, 230) 및/또는 반응용기(250) 중 하나를 이동시키는 동력전달 구동부(244)를 포함한다.
상기 이동 모듈(240)의 동력전달 구동부(244)가 상기 적어도 두 개의 블록들(220, 230) 및/또는 상기 반응용기(250)와 결합되어 있는 경우, 상기 이동 모듈(240)의 동력전달 구동부(244)는 상기 적어도 두 개의 블록들(220, 230) 및/또는 상기 반응용기(250)와 물리적으로 직접적으로 결합될 수 있다. 또한, 상기 동력전달 구동부(244)는 상기 적어도 두 개의 블록들(220, 230) 및/또는 상기 반응용기(250)와 연결 수단 (예컨대, 반응용기 홀더(280))을 통하여 물리적으로 간접적으로 결합될 수 있다.
동력부(242)는 일반적으로 동력을 제공하는 공지의 장치, 예를 들어 전기 모터나 엔진, 전자석 장치 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 동력전달 구동부(244)는 동력부(242)에서 제공되는 동력을 이용하여 대상체의 이동을 전달하는 공지의 부품이나 장치, 예를 들어 다양한 종류의 벨트, 동력전달 바, 체인, 나사산(screw threads) 또는 기어일 수 있다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 동력전달 구동부(244)는 반응용기(250)와 결합되어 있고 동력부(242)가 제공하는 동력을 이용하여 반응용기(250)을 이동시킨다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 핵산 증폭 기기(200)는 반응용기(250)를 수용하는 반응용기 홀더(280)를 추가적으로 포함하고, 상기 기기(200)는 동력을 제공하는 동력부 및 동력전달 구동부를 포함하는 이동 모듈을 포함한다. 상기 동력전달 구동부(244)는 상기 반응용기 홀더(280)와 결합되어 있고, 상기 동력부에 의해 제공되는 동력을 이용하여 상기 반응용기 홀더(280)를 이동시킬 수 있다. 동력전달 구동부(244)가 반응용기 홀더(280)를 이동시키므로 반응용기 홀더(280)에 수용된 반응용기(250)도 함께 이동하게 된다.
도 8c 및 도 8d에 도시한 바와 같이, 동력전달 구동부(244)는 블록들(220, 230)과 결합되어 있고, 블록들(220 230) 중 하나를 이동시킬 수 있다.
도 8c에 도시한 바와 같이 동력전달 구동부(244)는 벨트로 두 개의 블록들(220, 230)의 하단과 결합되어 동력부(242)의 동력을 이용하여 일 방향과 반대 방향으로 블록들(220, 230) 중 하나를 이동시킬 수 있다.
도 8d에 도시한 바와 같이 동력전달 구동부(244)는 연결 바로 두 개의 블록들(220, 230)의 일부를 관통하여 결합되어 동력부(242)의 동력을 이용하여 일 방향과 반대 방향으로 블록들(220, 230) 중 하나 또는 블록들 모두를 이동시킬 수 있다.
도 8c 및 도 8d을 참조하여 설명한 바와 같이 동력전달 구동부(244)는 블록들(220, 230)과 결합되어 있고, 블록들(220 230) 중 하나를 이동시킬 수도 있으나, 블록들(220, 230)을 동시에 이동시킬 수도 있다.
또 다른 실시예에 따르면 동력부(242)는 2개 이상 존재할 수 있다. 예들 들어, 이동 방향의 양 측면에 별도의 동력부(242)가 존재할 수 있다.
반응용기, 반응용기 홀더 또는 블록들(220, 230)에 연결된 동력전달 구동부(244)는 2개 이상의 동력부(242)와 연결되어 작동할 수 있다.
또한, 블록들(220, 230)은 별개의 연결 모듈에 각각 연결되어 있고, 서로 독립적으로 이동이 제어될 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기의 분해 단면도이다.
또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기(300)는 각 블록(320)에 열을 공급하거나 각 블록(320)로부터 열을 흡수하는 열 전달 모듈(360)을 추가적으로 포함할 수 있다. 열 전달 모듈(360)은 각 블록(320)을 서로 다른 온도로 세팅하고 각 블록(320)을 둘 이상의 온도로 변환한다.
열 전달 모듈(360)는 히팅과 쿨링이 모두 가능한 장치일 수 있다. 열 전달 모듈(360)은 열을 공급하는 열 공급 수단과 열을 흡수하는 열 흡수 수단을 별도로 구비할 수도 있다.
냉각은 유체, 기체 등의 흐름을 이용하여 실시할 수 있다.
열 전달 모듈(360)은 열을 공급하는 열 공급 수단을 구비하고 냉각 수단을 별도로 구비하지 않을 수 있다.
열 전달 모듈(360)은 상기 적어도 두 개의 블록들(320)의 하부 또는 상기 적어도 두 개의 블록들(320)의 슬라이딩 홈(322)의 측면 상에 또는 내에 위치할 수 있다.
상기 슬라이딩 홈(322)은 상기 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 측면에 위치한 홈 가이드(323)을 포함할 수 있다. 상기 열 전달 모듈(360)은 상기 적어도 두 개의 블록들(320)의 슬라이딩 홈(322)의 상기 홈 가이드(323)에 위치할 수 있다.
예를 들어, 열 전달 모듈(360)은 열전 소자(362)를 포함할 수 있다. 열전 소자(362)는 예를 들어 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 펠티어 소자(peltier element)일 수 있다. 열전 소자(362)는 전기 에너지를 제공받으면 열을 공급하는 히팅 소자의 역할을 할 수도 있고, 열을 흡수하는 쿨링 소자의 역할을 할 수도 있다. 이에 따라 열전 소자(362)의 히팅과 쿨링에 따라 블록들(320, 330)은 반응용기(350)로 열을 전달할 수도 있고, 반응용기(350)로부터 열을 흡수할 수도 있다.
열전 소자(362)는 블록들(320, 330)에 열 공급 및 열 흡수를 모두 할 수 있는 펠티어 소자로 블록들(320, 330)의 하단에 판 형태로 위치할 수 있다.
열 전달 모듈(360)은 열전 소자(362)의 열 흡수 성능을 보완하기 위해 냉각 장치, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이 냉매 관로(364) 또는 열 흡수 수단을 추가적으로 포함할 수 있다.
전술한 예에서, 열 전달 모듈(360)이 블록(320)의 하단에 위치하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 열 전달 모듈(360)은 블록(320)의 슬라이딩 홈(322) 내측면 상 또는 내에, 또는 블록(320)의 홈 가이드(323)상에 위치할 수도 있다. 또한 열 전달 모듈(360)은 판 형태인 것으로 설명하였으나 바 형태 등 다양한 형태일 수 있다. 예를 들어 열 전달 모듈(360)은 블록(320)의 하단에 둘 이상의 바들로 구현할 수도 있고, 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 내측면의 홈 가이드(320) 각각에 바 형태로 구현될 수도 있다. 또는, 반응용기(350) 내 각각의 반응 컨테이너와 블록과의 최소 일 접촉면에 개별적으로 조절되는 열 전달 소자가 존재하도록 구현할 수 있다.
도 9를 다시 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기(300)는 반응용기(350)의 상면에서 압력을 제공하거나 감소시키는 압력 조절 모듈(390)을 추가적으로 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 핵산 증폭 기기(300)는 반응용기(350)의 측면에서 압력을 제공하거나 감소시키는 압력 조절 모듈(미도시)를 추가적으로 포함할 수 있다.
압력 조절 모듈(390)은 기능상으로 열 전달 반응 시, 반응용기(350)에 압력을 가하여 반응용기(350)와 블록(320)을 최대한 밀착시켜 열전도도를 높이고 시료의 증발을 방지하거나 반응용기(350)에 캡이 있는 경우 캡이 열리지 않도록 할 수 있다. 또한 압력 조절 모듈(390)은 이동 시, 반응용기(350)에 가해진 압력을 감소시켜 반응용기(350)와 블록(320) 사이 접촉 면의 마찰을 줄여 슬라이딩 또는 이동, 미끄러짐을 용이하게 할 수 있다.
압력 조절 모듈(390)은 예를 들어 반응용기(350)의 상면을 덮는 덮개를 포함할 수 있다.
한편, 반응용기 홀더(380)가 도 9에 도시한 바와 같이 반응용기(350)의 상부 및 하부를 전체적으로 감싸는 형태일 수 있다. 다시 말해 반응용기 홀더(380)는 반응용기(350)의 형상과 동일한 형상을 가지며 내측에 반응용기(350)을 수용할 수 있다. 이 경우에 반응용기(350)를 수용한 반응용기 홀더(380)가 각 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 내측면에 삽입될 수 있다. 이때 열 전달 모듈(360)의 열공급 또는 열흡수는 각 블록(320)으로부터 반응용기 홀더(380), 반응용기(350)의 경로를 거치게 된다. 또 다른 실시예에 따르면, 반응용기 홀더(380)는 반응용기(350)의 중 일부 (상부 또는 하부)를 잡아주는 형태일 수 있다.
한편 반응용기(350) 또는 각 블록(320)이 상대적으로 이동할 때 반응용기 홀더(380)와 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 내측면이 접촉하게 된다. 따라서, 반응용기 홀더(380)는 열 전도도가 높고 마모성이 낮은 재료, 예를 들어 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 철, 구리, 알루미늄, 금, 은 또는 이를 포함하는 합금) 일 수 있으나 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어 반응용기 홀더(380)는 열 전도 특성이 부여된 플라스틱이나 다양한 신소재일 수도 있다.
또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기(300)는 상기 슬라이딩 홈을 따라 반응용기(350)의 이동 시에 발생하는 마찰을 감소시키기 위한 이동 조력 수단을 추가적으로 포함할 수 있다.
이동 조력 수단은 이동 조력 모듈을 포함한다.
예를 들어 반응용기 이동 조력 모듈(375)는 도 9에 도시한 바와 같이 베어링(379)과 완충용 스프링(377)을 포함할 수 있다. 베어링(379)은 각 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)으로 일부 돌출되어 있고 바닥면(322a)에 일부 삽입되어 있다. 완충용 스프링(377)은 베어링(379)의 하부에 베어링(379)과 접촉하고 있다.
완충용 스프링(377)은 베어링(379) 위쪽에 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)가 위치하지 않거나 압력 조절 모듈(390)이 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)를 가압하지 않으면 전술한 바와 같이 베어링(379)의 일부가 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)으로 일부 돌출되도록 탄성력을 제공한다.
상기 베어링(379)의 일부가 돌출된 상태에서 반응용기(350)를 이동시키면, 슬라이딩 홈(322)의 바닥면(322a)과 반응용기(350)의 마찰을 감소시킬 수 있다. 나아가, 베어링(379)은 반응용기(350)의 이동 시에 회전할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 통하여 반응용기(350) 이동 시에 마찰을 보다 더 감소시킬 수 있다.
한편, 베어링(379) 위쪽에 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)가 위치하고 압력 조절 모듈(390)이 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)를 가압하면 베어링(379)이 전체적으로 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)으로 삽입되고 이 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)가 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)에 접촉하게 된다.
상기 베어링(379)이 전체적으로 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)으로 삽입된 상태에서 핵산 증폭 반응을 수행하면, 반응용기(350)와 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)과의 접촉을 증가시킬 수 있고, 보다 효율적으로 열 전달이 가능하도록 한다.
또 다른 실시예에 따르면, 도 9는 동력전달 구동부(344)가 슬라이딩 홈(322)의 양쪽 홈 가이드(323) 윗면에 위치하고 반응용기 홀더(380)와 연결되어 있는 예를 보여준다. 동력전달 구동부(344)는 두 개 이상의 슬라이딩 홈(322)의 양쪽 홈 가이드(323) 윗면에 위치할 수 있으며, 반응용기(350), 반응용기 홀더(380) 또는 블록(320)과 연결될 수 있다. 보다 많은 수의 동력전달 구동부(344)를 연결하여, 보다 용이하게 반응용기(350)를 이동시킬 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 이동 조력 수단은 열 그리즈(thermal grease)일 수 있다.
반응용기(350), 반응용기 홀더(380), 및 각 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 내측면 중 적어도 하나에 열 그리즈(398)가 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이 열 그리즈(398)가 각 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 내측면에 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기(300)는 반응용기(350)의 상면에 제공되는 압력이 감소되는 경우, 반응용기(350)를 리프팅시키는 반응용기 리프팅 모듈(395)을 추가적으로 포함할 수 있다.
예를 들어 반응용기 리프팅 모듈(395)은 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 리프팅 스프링(395)을 포함할 수 있다. 리프팅 모듈(395)은 슬라이딩 홈(322)의 홈 가이드(323) 윗면과 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)의 아랫면 사이에 위치할 수 있다.
도 10에서 압력 조절 모듈(390)이 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)를 가압하면 리프팅 스프링(395)이 수축되며, 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)와 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)이 밀착하게 된다.
한편, 도 11에서 리프팅 스프링(395)은 압력 조절 모듈(390)이 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)를 가압하지 않으면, 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)와 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)이 떨어지도록 탄성력을 제공한다.
리프팅 모듈(395)은 이동 조력 수단으로 사용될 수 있다. 즉, 반응용기(350)의 이동 시에 반응용기(350)를 상기 슬라이딩 홈(322)의 내측 바닥면(322a)과 떨어지도록 하여 보다 용이하게 반응용기(350)가 이동할 수 있도록 한다. 특히, 반응용기(350)의 하부가 바닥면으로 테이퍼지고, 상기 슬라이딩 홈(322)은 바닥면(322a)으로 테이퍼져 상기 반응용기(350)의 하부를 수용하는 블록(320)을 사용하는 경우, 보다 효율적으로 반응용기(350)를 이동시킬 수 있다. 도 11에서와 같이, 리프팅 모듈(395)을 통하여, 하부가 테이퍼진 반응용기(350)를 리프팅하면, 반응용기(350)와 슬라이딩 홈(322)과의 접촉면이 모두 떨어질 수 있고, 마찰력을 최소화한 상태에서 반응용기를 이동시킬 수 있다.
도 9의 완충용 스프링(377)도 리프팅 모듈의 일 예가 될 수 있다.
리프팅 모듈(395)은 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 바닥면(322a) 또는 블록(320)의 상면에 위치할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
이동 시에 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)을 리프팅시키기 위한 별도의 반응용기 리프팅 모듈을 포함하지 않고 반응용기(350) 또는 반응용기 홀더(380)의 형상 및 재질, 각 블록(320)의 슬라이딩 홈(322)의 상대적인 폭을 적절하게 설계하여 동일한 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기기는 다음을 포함하는 최소 하나의 광 모듈을 포함하는 반응 분석용 형광 검출 장치를 추가적으로 포함한다: (a) 지지체(support structure); (b) 상기 지지체의 한쪽 면에 형성되어 있고, 반응용기가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있는 구조를 갖는 광 검출기 수용구(an accommodation hole for a photodetector); 그리고 (c) 다음을 포함하는 광 유닛(optical unit): (c-1) 여기광을 제공하는 광원; 및 (c-2) 광 검출기(photodetector); 상기 광 검출기는 상기 반응용기로부터의 방사광 경로(emission light path)에 위치하도록 상기 광 검출기 수용구 내에 위치한다.
한편, 본 발명의 핵산 증폭 기기는 검출장치로서 종래의 검출장치(또는 시그널 검출 모듈)를 포함시켜 구성할 수 있다. 예를 들어, 검출장치가 열블록에 인접하여 위치하지 않고, 광원과 광 검출기가 열블록 위 또는 아래에 위치한 종래의 검출장치의 구성을 채택할 수 있다.
도 12는 본 발명의 핵산 증폭 기기의 일 구현예를 나타낸다.
도 12에서, 핵산 증폭 기기(100)는 본체(110), 두 개의 열블록들(120, 130), 광모듈(B100h)을 포함하는 검출장치 및 이동 모듈(140)을 포함한다. 블록들(120, 130) 및 광모듈(B100h)은 본체(110)에 위치한다.
이동 모듈(140)은 본체(110)에 위치할 수 있다. 이동 모듈(140)은 상기 반응용기(150)가 두 개의 블록들(120, 130) 및 광 모듈(B100h)에 대하여 상대적으로 슬라이딩 홈(122, 132)을 따라 이동할 수 있도록 두 개의 블록들(120, 130), 광 모듈(B100h) 및 반응용기(150) 중 최소 하나를 이동시킬 수 있다. 이동 모듈(140)은 블록들(120, B130), 광 모듈(B100h), 또는 반응용기(150)의 측면, 앞면, 뒷면, 윗면, 아랫면 중 최소한 어느 한 면에 위치할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 형광 검출 장치(B100)의 지지체(B101, B101s)는 반응용기(150)가 슬라이딩 홈에 삽입되어 상기 지지체 및 적어도 두 개의 블록들(120, 130) 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈(B111)을 가진다. 이러한 구성(arrangement)에서, 반응용기는 지지체 및 적어도 두 개의 열블록들 사이를 왕복이동할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 지지체(B101, B101s)의 최소 하나의 슬라이딩 홈(B111)은 반응용기(150)가 슬라이딩 홈에 삽입되어 지지체(B101, B101s) 및 적어도 두 개의 블록들(120, 130) 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 반응용기의 이동과 관련하여 적어도 두 개의 블록들(120, 130)의 최소 하나의 슬라이딩 홈(122, 132)에 연결되어 있다.
슬라이딩 홈(122, 132, B111)의 모양은 특별히 한정되지 않으나, 반응용기(150)가 슬라이딩 홈(122, 132, B111)을 따라 직선 또는 곡선의 이동이 가능하도록 직선 또는 곡선 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 슬라이딩 홈(122, 132, B111)은 반응용기(150)가 슬라이딩 홈(122, 132, B111)을 따라 직선 이동이 가능하도록 직선 형태를 가질 수 있다.
도 30a는 슬라이딩 홈이 형성된 지지체를 포함하는 6개의 광 모듈에 대한 모식도이다. 6개의 광 모듈은 광 모듈 베이스 상에 마운팅 되어 있다. 광 모듈 베이스(B501) 상에 마운팅 되어 있는 6개의 광 모듈(B100h)이 본체(110) 내 열블록(120, 130)이 위치하는 공간에 배치될 수 있다. 6개의 광 모듈(B100h)의 지지체에는 복수의 슬라이딩 홈(B111)이 형성되어 있으며, 이는 열블록(120, 130)의 복수의 슬라이딩 홈(122, 132)과 연결되어 있다.
도 30b는 본 발명의 핵산 증폭 기기에서 도 30a의 광 모듈 및 두 개의 열블록들의 배치의 일 구현예를 나타낸다.
열블록들(120, 130)에는 반응용기(150)의 반응튜브(152)가 슬라이딩 홈(122, 132)에 삽입되어 반응용기가 열블록들(120, 130) 사이를 슬라이딩 홈(122, 132)을 따라 이동할 수 있도록 복수의 슬라이딩 홈(122, 132)이 형성되어 있고, 대응하는 슬라이딩 홈들(B111)은 반응용기(150)가 열블록들(120, 130) 및 6개의 광 모듈(B100h) 사이를 직선이동 할 수 있도록 일직선 상에 형성되어 있다. 두 열블록(120, 130) 사이에 검출 장치의 광 모듈(B100h)이 위치한다. 반응튜브(152) 내의 반응혼합물의 반응을 진행시키기 위하여, 반응용기(150)의 반응튜브(152)를 우측 열블록의 슬라이딩 홈에 옆으로 삽입시킨다. 그리고, 슬라이딩 방식으로 반응용기(150)를 좌측으로 이동시켜 반응용기(150)의 반응튜브(152) 모두가 우측 열블록에 위치하도록 한다. 일정 시간 반응이 진행된 후, 반응용기(150)를 광 모듈(B100h)로 이동시키고 반응용기(150)로부터 나오는 형광을 측정한다.
형광의 측정은, 광 모듈(B100h)에서 반응용기(150)의 연속적 이동 (continuous movement) 방식 또는 끊기는 이동(interrupted movement) 방식으로 실시할 수 있다. 상세하게는, 형광의 측정은 반응용기(150)가 광 모듈(B100h)에서 연속적으로 이동하는(continuous movement) 과정 중에 실시할 수 있다. 예를 들어, 하기에 기재된 하부가 테이퍼진 반응용기를 슬라이딩 홈을 따라 이동시키는 경우, 반응용기를 조금 리프팅 하면 반응용기와 슬라이딩 홈과의 접촉면이 모두 떨어질 수 있고, 마찰력을 최소화한 상태에서 반응용기를 이동시킬 수 있으며, 이러한 방식으로 광 모듈의 슬라이딩 홈을 따라 연속적으로 이동하면서 형광이 측정될 수 있다. 택일적으로, 형광의 측정은 광 모듈(B100h)에서 형광의 검출을 위한 반응용기(150)의 정치(pause) 과정이 포함되는 끊기는 이동(interrupted movement) 과정 중에 실시할 수 있다. 예를 들어, 하기에 기재된 하부가 테이퍼진 반응용기를 조금 리프팅 하여 슬라이딩 홈을 따라 이동시키고 반응용기가 광 모듈에 의해 형광이 측정될 수 있는 위치에 위치하면 반응용기를 정치시키고 조금 눌러 주고, 이어 형광을 측정한다.
반응용기(150)는 좌측으로 더 이동하여, 좌측의 열블록(120)에 위치하고, 일정 시간 반응이 진행된 후 다시 검출장치(B100)로 이동되고 이어 우측의 열블록(130)으로 이동한다. 이러한 방식으로, 반응용기(150)는 이동하고, 좌우측의 열블록(120, 130) 및 반응장치(100)에 위치하며, 반응 및 검출이 이루어진다.
형광 검출 장치는 열블록을 기준으로 하여 다양한 위치에 배치 될 수 있다. 예컨대, 형광 검출 장치는 열블록들의 우측 또는 좌측에 배열될 수 있다. 또는, 형광 검출 장치는 열블록들 사이에 배열된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 형광 검출 장치는 적어도 두 개의 열블록들 사이에 위치한다. 구체적으로, 형광 검출 장치는 두 개의 열블록들 사이에 위치한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열블록과 형광 검출 장치의 배열에서, 열블록의 열이 형광 검출 장치에 전달되지 않도록 열블록과 형광 검출 장치는 열전도적으로(구체적으로, 공간적으로) 분리되어 있다. 형광 검출 장치의 광원 및 광 검출기는 대체적으로 열에 민감하며, 열에 장시간 노출된 경우 그 기능이 저하된다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 형광 검출 장치, 특히 지지체 또는 광 모듈 베이스는 열전도율이 낮은 물질로 제조된 것이다.
도 13은 열블록과 형광 검출 장치의 배열을 예시한다. 도 13의 (A) 및 (B)에서, 광 모듈 베이스(B501) 상의 광 모듈(B101)을 포함하는 형광 검출 장치는 두 개의 열블록(120, 130)의 좌측 및 우측에 위치한다. 도 13의 (C)에서, 광 모듈 베이스(B501) 상의 광 모듈(B101)을 포함하는 형광 검출 장치는 두 개의 열블록(120, 130) 사이에 위치한다.
도 14-16은 반응용기가 열블록(120, 130) 및 광 모듈(B100h)의 슬라이딩 홈(122, 132, B111)을 따라 이동하는 동작을 나타낸다. 열블록(120, 130) 및 광 모듈(B100h)의 슬라이딩 홈(122, 132, B111)은 일직선에 놓여 있으며, 반응용기(150)는 상기 일직선을 형성하는 슬라이딩 홈(122, 132, B111)을 따라 직선 왕복이동을 한다. 핵산 증폭 기기(100)는 반응을 위해 반응용기(150)를 두 개의 열블록들(120, 130) 중 하나(130)에 위치시킨 후 일정 시간 경과 후에 검출을 위해 광모듈(B100h)에 위치시킨다. 이어, 반응을 위해 반응용기(150)는 다른 열블록(120)에 위치되고 일정 시간 경과 후에 검출을 위해 광모듈(B100h)에 위치시킨다. 이러한 왕복 직선 운동을 통하여, 반응용기(150) 내의 반응혼합물에서 반응이 진행되도록 온도와 시간 조건이 두 개의 열블록들(120, 130)에 의해 제공되고, 반응혼합물로부터의 형광이 광 모듈에서 실시간으로 검출된다. 즉, 핵산 증폭 기기(B100)는 반응 진행 과정에서 실시간으로 반응 진행 정도를 모니터링 할 수 있다. 두 개의 열블록들(120, 130)의 온도는, 열 전달 모듈들(160, 170)에 의해 조절된다.
변성-어닐링-연장 반응의 사이클을 포함하는 반응에서 실시간으로 형광을 검출하는 기술, 예컨대 TaqMan 방법(U.S. Pat Nos 5,210,015 and 5,538,848)에 따라 반응을 진행하고 형광을 검출하는 경우, 본 발명의 기기는 다음과 같이 동작될 수 있다: 설명의 편의상, 이하의 설명은 변성-어닐링-연장 반응-검출의 순환 반응에 기초하여 이루어진다.
제1온도(변성 온도 예컨대 95℃)로 세팅된 제1열블록에 반응용기를 위치시키고 일정시간을 정치하여 변성 단계를 실시하고, 이어 열블록과 광 모듈의 슬라이딩 홈을 따라 제2온도(어닐링 온도 예컨대 65℃)로 세팅된 제2열블록에 반응용기를 위치시키고 일정시간을 정치하여 어닐링 단계를 실시한다. 이어, 반응용기를 열블록과 광 모듈의 슬라이딩 홈을 따라 제3온도(연장 온도 예컨대 72℃)로 세팅된 제1열블록에 반응용기를 위치시키고 일정시간을 정치하여 연장 단계를 실시하고, 이어 광 모듈을 거쳐 제1온도로 세팅된 제2열블록으로 이동시키는 과정에서 반응용기가 광 모듈에 위치해 있는 시점에서 형광을 검출한다. 이러한 과정을 반복하면, 반응의 진행과 형광 검출을 실시간으로 실시할 수 있다.
기존의 핵산 증폭 기기와는 다르게, 본 발명의 기기는 소망하는 온도를 갖도록 미리 세팅된 복수의 열블록을 왕복이동하면서 반응이 진행되고 이 왕복이동 과정에서 형광을 실시간으로 검출하기 때문에, 종래기술의 문제점인 램핑 시간(ramping time)의 제약 없이 실시간-핵산 증폭을 매우 빠르게 구현할 수 있다.
본 발명의 기기에서, 이동 모듈은 상기 반응 용기를 상기 열블록 및 상기 검출장치의 지지체에 대하여 상대적으로 슬라이딩 홈을 따라 이동시킨다. 보다 구체적으로, 본 발명의 기기에서, 이동 모듈은 반응용기를 이동시킨다.
도 17-20은 이동모듈에 의한 반응용기의 상대적 이동을 도시한다.
열블록들(220, 230) 및 광 모듈(B100h)은 각각 반응용기(250)의 일부가 슬라이딩 홈(222, 232, B111)에 삽입되어 슬라이딩 홈을 따라 이동 가능하도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈(222, 232, B111)을 가진다. 이동 모듈(240)은 슬라이딩 홈(222, 232, B111)을 따라 열블록들(220, 230), 광 모듈(B100h) 및 반응용기(250) 중 적어도 하나를 상대적으로 이동시킬 수 있다.
이동 모듈(240)은, 동력을 제공하는 동력부(242), 및 열블록들(220, 230)과 광 모듈(B100h) 및 반응용기(250) 중 하나와 결합되어 있고, 동력을 이용하여 열블록들(220, 230), 광 모듈(B100h) 또는 반응용기(250)를 이동시키는 동력전달 구동부(244)를 포함한다.
이동 모듈(240)은 동력전달 구동부(244)가 동력을 이용하여 블록들(220, 230), 광 모듈(B100h) 및/또는 반응용기(250) 중 하나를 이동시키도록 동력을 제공하는 동력부(242), 블록들(220, 230), 광 모듈(B100h) 및/또는 반응용기(250) 중 하나와 결합되어 있는 동력전달 구동부(244)를 포함한다.
이동 모듈(240)의 동력전달 구동부(244)가 열블록들(220, 230), 광 모듈(B100h) 및 반응용기(250) 중 하나와 결합되어 있는 경우, 동력전달 구동부(244)는 상기 블록들(220, 230), 광 모듈(B100h) 및 반응용기(250) 중 하나와 물리적으로 직접적으로 결합될 수 있다. 또한, 동력전달 구동부(244)는 블록들(220, 230), 광 모듈(B100h) 및 반응용기(250) 중 하나와 연결 수단 (예컨대, 반응용기 홀더(280))을 통하여 물리적으로 간접적으로 결합될 수 있다.
도 17에 도시한 바와 같이, 동력전달 구동부(244)는 반응용기(250)와 결합되어 있고, 동력부(242)가 제공하는 동력을 이용하여 반응용기(250)을 이동시킨다.
도 18에 도시한 바와 같이, 핵산 증폭 기기(200)는 반응용기(250)를 수용하는 반응용기 홀더(280)를 추가적으로 포함한다. 동력전달 구동부(244)는 반응용기 홀더(280)와 결합되어 있고, 반응용기 홀더(280)를 이동시킬 수 있다. 동력전달 구동부(244)가 반응용기 홀더(280)를 이동시키므로 반응용기 홀더(280)에 수용된 반응용기(250)도 함께 이동하게 된다.
도 19 및 도 20에 도시한 바와 같이, 동력전달 구동부(244)는 열블록들(220, 230) 및 광 모듈(B100h)(구체적으로, 지지체 B101)과 결합되어 있고, 이를 이동시킬 수 있다. 도 19에 도시한 바와 같이 동력전달 구동부(244)는 밸트로 열블록들(220, 230) 및 광 모듈(B100h)의 하단과 결합되어 동력부(242)의 동력을 이용하여 열블록들(220, 230) 및 광 모듈(B100h)을 이동시킬 수 있다. 도 20에 도시한 바와 같이 동력전달 구동부(244)는 연결 바로 두 개의 열블록들(220, 230) 및 광 모듈(B100h)의 일부를 관통하여 결합되어 동력부(242)의 동력을 이용하여 열블록들(220, 230) 및 광 모듈(B100h)을 이동시킬 수 있다.
반응용기(250), 반응용기 홀더(280), 또는 블록들(220, 230)과 광 모듈(B100h)에 연결된 동력전달 구동부(244)는 2개 이상의 동력부(242)와 연결되어 작동할 수 있다. 또한, 블록들(220, 230)과 광 모듈(B100h)은 별개의 연결 모듈에 각각 연결되어 있고, 서로 독립적으로 이동이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열블록의 횡 말단은 트리밍 된 모서리를 갖는다. 열블록에 반응용기를 위치시키는 것은, 일반적으로 열블록의 횡 말단을 통하여 슬라이딩 홈에 반응용기를 삽입시키고 이동시켜 이루어진다. 이 경우, 횡 말단의 모서리가 트리밍 되어 있으면(예컨대, 커팅된 또는 라운딩된 모서리), 반응용기를 보다 용이하게 열블록의 슬라이딩 홈에 삽입시키고 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 열블록의 횡 말단 및 검출장치의 지지체는 트리밍 된 모서리를 갖는다. 구체적으로, 반응용기가 들어오는 방향의 열블록의 횡 말단은 트리밍 된 모서리를 갖는다.
도 21-22는 본 발명의 기기에서의 열블록과 광 모듈의 배치 및 반응용기의 이동에 대한 일 실시예를 보여준다. 도면에서, 열블록(220', 230’)의 횡 말단은 트리밍 된 모서리를 갖는다. 6개의 광 모듈(B100h)은 슬라이딩 홈(B111)이 형성된 지지체(B101)를 포함한다. 반응용기(250)가 우측 열블록(230’)의 횡 말단을 통해 슬라이딩 홈(232’)에 삽입되고 이어 이동한다.
도 13-16을 참조하면, 두 개의 열블록들(120, 130)에 대응하여 각각 독립적으로 열을 공급하거나 열을 흡수하는 열 전달 모듈들(160, 170)이 두 개의 열블록들(120, 130) 아래에 위치한다. 열 전달 모듈들(160, 170)에 의해 두 열블록(120, 130)은 서로 다른 온도로 세팅되고, 각각의 열블록(120, 130)은 둘 이상의 온도로 변환할 수 있다.
핵산 증폭 기기에서의 형광 검출 장치의 상세한 설명은 하기와 같은 본 발명의 반응 분석 용 형광 검출 장치에 대한 설명을 참조한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 최소 하나의 광 모듈을 포함하는 반응 분석용 형광 검출 장치를 제공한다: (a) 지지체(support structure); (b) 상기 지지체의 한쪽 면에 형성되어 있고, 반응용기가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있는 구조를 갖는 광 검출기 수용구(an accommodation hole for a photodetector); 그리고 (c) 다음을 포함하는 광 유닛(optical unit): (c-1) 여기광을 제공하는 광원; 및 (c-2) 광 검출기(photodetector); 상기 광 검출기는 상기 반응용기로부터의 방사광 경로(emission light path)에 위치하도록 상기 광 검출기 수용구 내에 위치한다.
본 발명의 반응 분석용 형광 검출 장치는 본 발명의 증폭 기기에 잘 채택된다. 따라서, 이들 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
본 발명의 장치는 지지체(support structure)를 포함한다. 도 23a-도 23b 및 도 25-28b는 본 발명의 장치에서 지지체(B101, B101s)를 예시한다. 지지체(B101, B101s)는 광 검출기 수용구(B201)가 형성될 수 있고 광 검출기(B202)가 마운팅 될 수 있는 한, 어떠한 물질 및 어떠한 구조로도 제공될 수 있다. 예를 들어, 지지체(B101, B101s)는 금속, 폴리머(또는 플라스틱), 또는 실리콘으로 제작될 수 있다. 지지체(B101, B101s)는 다양한 형상 및 구조로 제공될 수 있다. 예를 들어, 지지체는 플레이트 형상, 홈이 형성된 플레이트 형상, 육면체, 장축을 갖는 육면체 또는 홈이 형성된 장축을 갖는 육면체의 형상을 가질 수 있다.
도 23a 및 도 26에서 지지체(B101)에 광 검출기 수용구(B201)가 형성되어 있다. 도 23b, 25 및 도 28a-28b에서 지지체(B101, B101s)는 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301)가 형성되어 있다. 도면에서, 광원 수용구(B301)가 광 검출기 수용구(B201)보다 위쪽에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 그 반대로 배치(arrangement)될 수도 있으며, 광원 수용구(B301) 및 광 검출기 수용구(B201)가 양 옆으로 나란히 형성될 수도 있다. 한편, 도 27a-27b에서 지지체(B101)의 좌측에는 광 검출기 수용구(B201), 지지체(B101)의 우측에는 광원 수용구(B301)가 형성되어 있다. 도 27a-27b에서 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301)의 배치를 반대로 할 수도 있다. 또한, 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301) 중 하나는 지지체의 하부 면에 형성될 수 있고 다른 하나는 측면에 형성될 수 있으며, 또는 그 반대로 형성될 수 있다(미도시). 도 23a-도 23b 및 도 25-27b에서, 지지체(101)는 도식적으로(schematically) 도시되어 있으며, 구체적으로 지지체(101)는 외부의 다른 광이 반응용기로부터의 방사광을 간섭하지 않도록 닫혀 있는 구조를 가질 수 있다(참조: 도 28a-28b).
도 23a-23b 및 도 25-28b는 지지체(B101, B101s)에 형성된 광 검출기 수용구(B201)를 예시한다. 광 검출기 수용구(B201)는 광 검출기(B202)가 마운팅 되는 부위로서, 지지체(B101, B101s)의 한쪽 면(a plane of the support structure)에 형성되어 있다. 구체적으로, 광 검출기 수용구(B201)는 지지체(B101, B101s)의 상부면(top plane)에 형성되지 않으며, 옆면(lateral plane) 또는 바닥면(bottom plane)에 형성된다(참조: 도 23b 및 도 25-28b). 보다 구체적으로, 광 검출기 수용구(B201)는 검출 대상의 반응혼합물(reaction mixture)을 포함하는 반응용기(401)가 자리하는(placed) 위치를 바라보는(facing) 지지체(B101, B101s)의 옆면에 형성된다(참조: 도 25-28b). 보다 더 구체적으로, 광 검출기 수용구(B201)는 반응용기(401)가 자리하는(placed) 위치를 바라보는 지지체(B101, B101s)의 옆면에 형성되며, 수용하는 광 검출기(B202)가 반응용기(401)로부터의 방사광 경로(EmL)에 위치할 수 있도록 지지체(B101, B101s)의 옆면에 형성된다(참조: 도 25, 26 및 27a-27b). 또한, 광 검출기 수용구(B201)는 수용하는 광검출기(B202)가 반응용기(401)로부터의 방사광 경로(EmL)에 위치할 수 있도록 지지체(B101, B101s)의 바닥면에 형성된다(미도시).
광 검출기 수용구(B201)는 반응용기(401)가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있고 상기 방향과 다른 방향은 광학적으로 닫혀 있는 구조를 갖는다. 광 검출기 수용구(B201)는, 광 검출기(B202)를 물리적으로 수용하는 공간이며 또한 광 검출기(B202)에 의해 검출되는 반응용기(401)로부터의 방사광이 간섭(interference) 되지 않도록 형성된다(참조: 도 25-28b).
광 검출기 수용구(B201)는 반응용기(401)로부터의 방사광이 광 검출기(B202)에 전달될 수 있도록 광 경로를 제공하기 위하여, 반응용기(401)가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있다(참조: 도 25-28b). 광 검출기 수용구(B201)의 한 방향이 광학적으로 열려 있다는 것은, 수용된 광 검출기(B202)가 반응용기(401)로부터의 방사광을 받아들일 수 있도록 방사광에 대하여 열려 있는 구조를 갖는다는 것을 의미한다. 광 검출기 수용구(B201)의 어느 방향이 광학적으로 닫혀 있다는 것은, 광 검출기(B202)로 전달되는 반응용기(401)로부터의 방사광이 다른 외부의 광에 의해 간섭되지 않도록 하는 닫혀 있는 구조를 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 광 검출기 수용구(B201)는 반응용기(401)가 위치하는 방향 이외의 다른 방향은 물리적으로 닫혀 있는 구조를 가질 수 있다. 광 검출기 수용구(B201)에는 광 검출기(B202)가 마운팅 되며, 광 검출기(B202)에 의해 검출된 신호는 케이블(cable)을 통하여 신호 프로세서(signal processor)로 전달될 수 있다. 광 검출기(B202)와 신호 프로세서 사이의 연결을 위하여, 광 검출기(B202)가 마운팅 되는 광 검출기 수용구(201)의 위치에서 물리적으로 열려 있는 구조를 가질 수 있다. 이 경우에도, 이러한 물리적인 열림은 최소화 하여, 반응용기(401)가 위치하는 광 검출기 수용구(B201)의 방향 이외의 다른 방향은 광학적으로 닫혀 있는 구조를 가지도록 할 수 있다.
광 검출기 수용구(B201)는 지지체(B101, B101s)의 옆면의 다양한 위치, 예컨대 상부(upper part), 하부(lower part) 또는 중앙에 위치할 수 있다. 광 검출기 수용구(B201)는 1개 이상으로 형성될 수 있다.
본 발명에서의 광 유닛은 여기광을 발생시키는 광원 및 광 검출기를 포함한다. 도 23a-도 23b 및 도 25-28b는 광 유닛을 예시한다.
본 발명에 이용되는 광원(B302)은 반응용기(401) 내의 형광물질을 여기시킬 수 있는 한, 다양한 위치에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 광원(B302)은 여기광이 반응용기(401)로 전달되어 반응용기(401) 내의 형광물질을 여기시키도록 반응용기(401)의 위쪽에 위치한다. 보다 구체적으로, 광원(B302)은 반응용기(401)의 위쪽의 반응용기(401)의 장축의 어느 한 지점에 위치할 수 있다(참조: 도 23a 및 도 26). 이 경우, 광원(B302)은 지지체(B101)와 물리적으로 분리되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 광원은 열블록(heat block)이 위치하는 본체가 아닌, 리드(lid) 또는 커버(도 12의 135) 내의 상부에 부착되어 위치할 수 있다.
택일적으로, 광원(B302)은 여기광이 반응용기(401)로 전달되어 반응용기(401) 내의 형광물질을 여기시키도록 반응용기(401)의 옆에 위치할 수 있다(참조: 도 23b 및 도 25-28b). 구체적으로, 광원(B302)은 여기광이 반응용기(401)로 전달되어 반응용기(401) 내의 형광물질을 여기시키도록 반응용기(401)의 정면 또는 후면을 바라보는(facing) 면에 위치할 수 있다(참조: 도 23b 및 도 25-28b).
본 명세서에서 용어 “반응용기의 옆”은 반응용기의 윗쪽 및 아래쪽을 제외한 반응용기에 대한 방향(directions relative to a reaction vessel)을 나타내며, 구체적으로 반응용기의 위쪽 및 아래쪽 그리고 반응용기의 이동 방향을 제외한 반응용기에 대한 방향을 나타낸다. 예를 들어, 반응용기(401)로서 아래에 기재된 본 발명의 튜브(하부가 납작한 형상의 평평한 면을 갖는 반응 튜브)를 이용하는 경우, 반응용기(401)의 옆은 상기 반응용기(401)의 정면 또는 후면을 바라보는(facing) 면을 나타낸다.
반응용기(401)에 대한 이러한 광원(B302)의 위치 즉 반응용기(401)에 대한 여기광의 경로는, 종래에 공지된 기술(예컨대, 미국 특허 제8,137,616호 및 제8,236,504호)과 비교하여 독특한 접근이다. 종래 기술에 따르면, 광원(B302)은 반응용기(401)의 위쪽에 위치하여 여기광이 반응용기(401)의 위쪽에서 아래쪽으로 전달되도록 한다. 이와는 다르게, 본 발명의 일 구현예는 반응혼합물이 포함된 반응용기(401)의 정면 또는 후면을 바라보는(facing) 면에 광원이 위치하여, 여기광이 반응혼합물에 포함된 형광물질을 여기시킨다. 종래 기술은 여기광이 비교적 좁은 면적의 반응용기(401) 윗부분을 통과하여야 하기 때문에, 광원(B302)의 정교한 포지셔닝이 요구된다. 또한, 종래 기술은 모든 반응용기(401)에 대하여 동일한 광 경로 길이의 여기광을 적용시키는데 어려움이 있다. 이러한 종래 기술의 단점은 웰-투-웰 편차를 유발한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 반응혼합물이 포함된 반응용기(401)의 정면 또는 후면을 바라보는(facing) 면에 광원(302)이 위치하여, 여기광이 반응혼합물의 형광물질에 전달됨으로써, 광원(B302)의 정교한 포지셔닝 없이도 모든 반응용기(401)에 대하여 동일한 광 경로 길이의 여기광을 적용시킬 수 있으며, 이에 웰-투-웰 편차를 크게 줄일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 광원은 여기광이 반응용기에 전달되어 반응용기 내의 형광물질이 여기될 수 있도록 반응용기의 아래에 배치될 수 있다(미도시).
본 발명의 일 구현예에 따르면, 광원(B302)은 지지체(B101, B101s)의 한쪽 면에 형성되어 있는 광원 수용구(B301)에 설치되어 있고, 광원 수용구(B301)는 반응용기(401)가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있고 상기 방향과 다른 방향은 광학적으로 닫혀 있는 구조를 갖는다(참조: 도 23b, 25 및 27a-28b). 구체적으로, 광원 수용구(B301)는 지지체(B101, B101s)의 옆면에 형성된다(참조: 도 23b, 25, 27a 및 28b). 또한, 광원 수용구(B301)는 지지체(B101, B101s)의 바닥면(bottom plane)에 형성된다(미도시). 보다 구체적으로, 광원 수용구(B301)는 검출 대상의 반응혼합물을 포함하는 반응용기(401)가 자리하는 위치를 바라보는 지지체(B101, B101s)의 옆면에 형성된다(참조: 도 25, 27a 및 28b). 또한, 광원 수용구(B301)는 위치된 반응용기(401)의 바닥면(bottom plane)을 바라보는 지지체(B101, B101s)의 바닥면(bottom plane)에 형성된다(미도시). 보다 더 구체적으로, 광원 수용구(B301)는 반응용기(401)가 자리하는 위치를 바라보는 지지체(B101, B101s)의 옆면에 형성되며, 수용하는 광원(B302)이 반응용기(401)에 여기광을 전달할 수 있도록 한다.
광원 수용구(B301)는 반응용기(401)가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있고 상기 방향과 다른 방향은 광학적으로 닫혀 있는 구조를 갖는다. 광원 수용구(B301)는, 광원(B302)을 물리적으로 수용하는 공간이며 또한 광원(B302)이 반응용기(401)에 여기광을 전달할 수 있도록 형성된다.
광원 수용구(B301)는 광원(B302)으로부터의 여기광이 반응용기(401)에 전달될 수 있는 광 경로를 제공하기 위하여, 반응용기(401)가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있다. 광원 수용구(B301)의 한 방향이 광학적으로 열려 있다는 것은, 수용된 광원(B302)이 여기광을 반응용기(401)에 전달할 수 있도록 반응용기(401)에 대하여 열려 있는 구조를 갖는다는 것을 의미한다. 광원 수용구(B301)의 어느 방향이 광학적으로 닫혀 있다는 것은, 광원(B302)으로부터의 여기광이 반응용기가 위치하는 방향 이외에 다른 방향으로 전달되지 않도록 닫혀 있는 구조를 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 광원 수용구(B301)는 반응용기(401)가 위치하는 방향 이외의 다른 방향은 물리적으로 닫혀 있는 구조를 가질 수 있다. 광원 수용구(B301)에는 광원(B302)이 마운팅 되며, 광원(B302)을 활성화 및 비활성화(deactivating) 하는 신호를 커뮤니케이팅 하는 프로세서와 케이블을 통하여 연결될 수 있다. 광원(B302)과 프로세서 사이의 연결을 위하여, 광원(B302)이 마운팅 되는 광원 수용구(B301)의 위치에서 광원 수용구(B301)는 물리적으로 열려 있는 구조를 가질 수 있다. 이 경우에도, 이러한 물리적인 열림을 최소화 하여, 반응용기(401)가 위치하는 광원 수용구(302)의 방향 이외의 다른 방향은 광학적으로 닫혀 있는 구조를 가지도록 할 수 있다.
광원 수용구(B301)는 지지체(B101, B101s)의 옆면의 다양한 위치, 예컨대 상부(upper part), 하부(lower part) 또는 중앙에 위치할 수 있다. 광원 수용구(B301)는 1개 이상으로 형성될 수 있다.
광원 수용구(B301)는 광 검출기 수용구(B201)가 형성된 지지체(B101, B101s)의 면과 동일한 면(참조: 도 23b, 25, 28a 및 28b) 또는 마주보는 면(참조: 도 27a-27b)에 형성될 수 있다. 또한, 광원 수용구(B301)는 지지체(B101, B101s)의 옆면(lateral plane)에 형성될 수 있고, 광 검출기 수용구(B201)는 지지체(B101, B101s)의 바닥면(bottom plane)에 형성될 수 있다.
광원 수용구(B301)가 광 검출기 수용구(B201)가 형성된 지지체(B101, B101s)의 면과 동일한 면에 형성되는 경우, 광원(B302) 및/또는 광원 수용구(B301)는 여기광이 반응용기의 장축에 대하여 10-80o, 구체적으로 20-70o, 30-60o 또는 30-50o의 입사각으로 반응용기에 도달하도록 형성될 수 있다(참조: 도 25).
광원 수용구(B301)가 광 검출기 수용구(B201)가 형성된 지지체의 면과 동일한 면에 형성되는 경우, 광원 수용구(B301)는 광 검출기 수용구(B201)의 위쪽, 아래쪽 또는 옆쪽에 위치할 수 있다.
광원 수용구(B301)가 광 검출기 수용구(B201)가 형성된 지지체(B101)의 면과 다른 면에 형성되는 경우, 광원 수용구(B301)는 광 검출기 수용구(B201)가 형성된 지지체(B101)의 면의 마주보는 면에 형성될 수 있다(참조: 도 27a-27b). 이 경우, 광원(B302)과 광 검출기(B202)는 반응용기(401)를 기준으로 하여 서로 마주 보는 위치에 형성된다(참조: 도 27a-27b). 이러한 배치의 경우, 광 검출기(B202) 및 광원(B302)은 상기 광원(B302)으로부터의 여기광 경로(ExL)와 상기 반응용기(401)로부터의 방사광 경로(EmL)가 일직선에 놓이도록 위치할 수 있다(참조: 도 27a). 예를 들어, 광원(B302)과 광 검출기(B202)는 반응용기(401)의 장축에 대하여 수직 방향으로 설치될 수 있다(참조: 도 27a). 택일적으로, 광 검출기(B202) 및 광원(B302)은 상기 광원(B302)으로부터의 여기광 경로(ExL)와 상기 반응용기(401)로부터의 방사광 경로(EmL)가 일직선에 놓이지 않게 위치할 수 있다(참조: 도 27b). 예를 들어, 광원(B302)과 광 검출기(B202)는 반응용기(401)의 장축에 대하여 예각을 이루도록 설치될 수 있다(참조: 도 27b).
광원 수용구(B301)가 광 검출기 수용구(B201)가 형성된 지지체(B101)의 면과 다른 면에 형성되는 경우, 광원 수용구(B301)는 지지체(B101, B101s)의 옆면에 형성될 수 있고, 광 검출기 수용구(B201)는 지지체(B101, B101s)의 바닥면에 형성될 수 있다(미도시). 이 경우, 광원(B302)은 광 검출기(B202)에 수직하는 방향에 형성될 수 있다(미도시). 이러한 배치의 경우, 광 검출기(B202) 및 광원(B302)은 상기 광원(B302)으로부터의 여기광 경로(ExL)와 상기 반응용기(401)로부터의 방사광 경로(EmL)가 수직선에 놓이도록 위치할 수 있다(미도시).
광원(B302)으로서, 모노크로마틱 여기광 또는 폴리크로마틱 여기광을 발생시키는 광원을 이용할 수 있다. 모노크로마틱 여기와 관련하여, 모노크로마틱 LED(light emitting diode)(예컨대, 470 nm 청색 LED) 또는 모노크로마틱 레이저를 이용할 수 있다. 폴리크로마틱 여기와 관련하여, 백색 LED, 할로겐 램프, 제논 램프, 텅스텐-할로겐 램프 또는 석영 텅스텐-할로겐 램프를 이용할 수 있다. 폴리크로마틱 여기광을 발생시키는 광원(302)을 이용하는 경우, 적합한 필터(303)를 이용하여 소망하는 여기파장의 광이 제공되도록 할 수 있다(참조: 도 23b 및 25-28a).
한편, 광원(B302)을 “광원-광섬유” 방식으로 이용할 수 있다. 이 경우, 광섬유는 광원 수용구(B301)에 설치되고 광원(B302)은 광원(302)과 광섬유가 광학적으로 연결되도록 지지체의 다른 부위에 설치된다. 본 명세서 “광원 수용구에서의 설치”와 관련되어, 광원은 본 명세서에서 광원-광섬유를 포괄하는 것으로 고려된다. 즉, 광원이 광원 수용구에 설치되어 있다는 것은, 광원과 연결된 광 섬유가 광원 수용구에 설치된 것을 포괄한다.
광원(B302)에 의해 제공되는 여기 파장은, 예를 들어, 450-490 nm(for FAM 또는 SYBR Green I), 515-535 nm(for Hex, Vic, Tet 또는 Cal Gold 540), 560-590 nm(for Rox, Texas Red 또는 Cal Red 610), 620-650 nm(for Cy5 또는 Quasar 670) 및 672-684 nm(for Quasar 705)을 포함한다.
광원(B302)으로부터의 여기광이 반응용기(401)의 반응혼합물에 포커싱 되도록 광원(B302)과 반응용기(401) 사이에 렌즈(B304)를 추가적으로 설치할 수 있다(참조: 도 23b 및 도 25-28a). 또는, 렌즈(B304)는 광원-필터-렌즈-반응용기 순서로 설치될 수 있다(참조: 도 23b 및 도 25-28a).
본 발명에서 이용되는 광 유닛은 광 검출기를 포함한다. 도 23a-도 23b 및 도 25-28b는 광 검출기(B202)를 예시한다.
도 24에서, 반응용기(401)는 반응혼합물(형광물질 포함)이 위치하여 반응(예컨대, 핵산 증폭반응)이 진행되는 반응영역과 반응혼합물이 차지하지 않는 보이드 영역으로 나눌 수 있다. 광원(B302)의 여기광에 의해 반응용기(401) 내의 형광물질로부터 방사광이 발생되며, 이 방사광은 다양한 방향으로 방사된다. 본 발명의 일 구현예에서, 광 검출기(B202)는 반응용기(401)에서 반응혼합물이 차지하는 반응영역(reaction zone)을 통과하고 반응혼합물이 차지하지 않는 보이드 영역(void zone)을 통과하지 않은 방사광의 방사광 경로에 위치한다(참조: 도 24-27b). 이러한 광 검출기의 위치화(localization)는 본 발명의 특징 중 하나이다.
이러한 방식의 광 검출기(B202) 위치화는 대체적으로 광 검출기(B202)가 광원(B302)의 여기광 경로(ExL)에 대하여 측방향의 방사광(EmL)을 검출하도록 위치시킨다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 검출기(B202)는 광원(B302)의 여기광 경로(ExL)에 대하여 측방향(sideward)의 방사광(EmL)을 검출하도록 위치한다. 여기광 경로(ExL)에 대하여 측방향의 방사광은 반응영역(401)으로부터 측방향으로 방사되는 방사광일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 검출기(B202)는 반응영역(401)으로부터 측방향으로 방사되는 방사광을 검출하도록 위치한다. 일 구현예에 따르면, 광 검출기(B202)는 반응용기(401)의 아래, 또는 반응용기의 정면 또는 후면을 바라보는 면에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 검출기(B202)는 광원(B302)이 설치된 지지체(B101, B101s)의 면과 동일한 면에 형성될 수 있다.
광원 수용구(B301) 및 광 검출기 수용구(B201)가 지지체(B101, B101s)의 동일한 면에 형성되는 경우(참조: 도 23b, 25 및 28a-28b), 광 검출기(B202) 및/또는 광 검출기 수용구(B201)는 반응용기(401)로부터의 방사광이 반응용기(401)의 장축에 대하여 10-80o, 구체적으로 20-70o, 30-60o 또는 30-50o의 각으로 광 검출기(B202)에 도달하도록 형성될 수 있다. 광원 수용구(B301) 및 광 검출기 수용구(B201)가 지지체(B101, B101s)의 동일한 면에 형성되는 경우(참조: 도 23b, 25 및 28a-28b), 광원(302)에서 반응용기(401)로 향하는 여기광의 방향(direction) 및 반응용기(401)로부터 광 검출기(B202)로 향하는 방사광의 방향(direction)은 30-160o, 구체적으로 40-130o, 40-110o, 50-100o, 60-90o 또는 70-90o의 각(예컨대, 90o)을 이룰 수 있다.
광 검출기 수용구(B201)가 광원 수용구(B301)가 형성된 지지체(B101)의 면과 다른 면에 형성되는 경우, 광 검출기 수용구(B201)는 광원 수용구(B301)가 형성된 지지체(B101)의 면을 바라보는 면에 형성될 수 있다(참조: 도 27a 및 27b). 이 경우, 광원(B302) 및 광 검출기(B202)는 반응용기(401)에 대하여 서로 마주보는 위치에 형성된다(참조: 도 27a 및 27b). 이러한 배치의 경우, 광 검출기(B202)는 반응용기(401)를 기준으로 하여 광원(B302)의 반대 쪽에 위치할 수 있다(참조: 도 27a-27b). 일 구현예에 따르면, 광 검출기는 반응용기의 정면 또는 후면을 바라보는 면에 위치한다.
광 검출기 수용구(B201)가 광원 수용구(B301)가 형성된 지지체(B101)의 면과 다른 면에 형성되는 경우, 광 검출기 수용구(B201)는 지지체(B101, B101s)의 옆면에 그리고 광원 수용구(B301)는 바닥면에 형성된다(미도시). 일 구현예에 따르면, 광 검출기는 반응용기의 아래 또는 반응용기의 정면 또는 후면을 바라보는 면에 위치한다. 종래의 공지된 기술(예컨대, 미국 특허 제8,236,504호)에 따르면, 광 검출기는 반응용기의 위쪽에 위치하기 때문에, 광 검출기는 반응용기의 보이드 영역을 통과한 방사광을 검출한다. 그리고 대부분의 종래기술은 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 방사광을 굴절시켜 방사광이 광 검출기에 도달하도록 한다. 이와는 다르게, 본 발명의 일 구현예에서, 광 검출기(B202)는 반응용기(401)에서 반응혼합물이 차지하는 반응영역을 통과하고 반응혼합물이 차지하지 않는 보이드 영역을 통과하지 않은 방사광의 방사광 경로에 위치하거나 또는 반응영역으로부터 측방향 또는 아래방향으로 방사되는 방사광을 검출하도록 위치한다(참조: 도 25 및 도 27a-27b). 즉, 본 발명의 일 구현예에서, 광 검출기(B202)는 반응용기(401)의 아래 또는 반응용기(401)의 정면 또는 후면을 바라보는 면에 위치하여, 방사광을 검출할 수 있다.
종래 기술에 따르면, 비교적 좁은 면적의 반응용기 윗부분을 통과한 방사광을 검출하기 때문에, 광 검출기의 정교한 포지셔닝이 요구된다. 또한, 종래 기술은 모든 반응용기로부터 동일한 광 경로 길이의 방사광을 검출하는데 어려움이 있다. 이러한 종래 기술의 단점은 웰-투-웰 편차를 유발한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 반응용기의 정면 또는 후면을 바라보는 면(즉, 반응용기의 옆)에 광 검출기가 위치하여, 방사광을 검출함으로써, 광 검출기의 정교한 포지셔닝 없이도 모든 반응용기에 대하여 동일한 광 경로 길이의 방사광을 검출할 수 있으며, 이에 웰-투-웰 편차를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에서 이용되는 광 검출기(B202)는 종래의 빔 스플리터를 요구하지 않는다.
본 발명에 이용되는 광 검출기(B202)는 당업계에 공지된 다양한 광 검출기를 포함한다. 예를 들어, 광 검출기(B202)는 복수의 광다이오드가 포함되도록 제작될 수 있으며, 상기 복수의 광다이오드 각각은 특정 파장의 형광을 검출한다. 광 검출기(B202)는 1-6 채널을 갖도록 제작될 수 있다. 채널들은 500-800 nm(구체적으로, 520-730 nm)의 최대 검출파장을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 채널들은 530 nm, 560 nm, 580 nm, 610 nm, 640 nm, 670 nm 또는 710 nm의 최대 검출파장을 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 방사광이 광 검출기(B202)에 도달하기 전에 특정 파장의 방사광이 광 검출기(B202)에 도달되도록 필터(B204)를 이용함으로써, 검출 채널을 특정(define)할 수 있다(참조: 도 23a-23b 및 도 25-28a). 검출 채널의 최대 검출파장은 형광다이(fluorescent dye)의 최대 방사파장에 따라 결정될 수 있으며, 이 두 파장이 서로 다른 경우 ±10 nm 범위의 차이일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 이웃하는 채널에서 검출되는 형광단(fluorophore)의 크로스토크는 50% 이하, 보다 구체적으로 30% 이하이다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 크로스토크를 최소화 하기 위하여, 광 검출기(B202)의 채널은 25 nm 이상의 최대 검출파장 차이를 나타낸다.
광검출기(B202)로는 광다이오드, 광멀티플라이어(photomultiplier), CCD(charge-coupled device), 아발란치 광다이오드(avalanche photodiode), 광레지스터(photoresistors), 볼로미터(bolometer) 또는 CMOS 이미지 센서가 이용될 수 있다.
한편, 광 검출기(B202)를 “광섬유-광 검출기” 방식으로 이용할 수 있다. 이 경우, 광섬유는 광 검출기 수용구(B201)에 설치되고 광 검출기(B202)는 광 검출기(202)와 광섬유가 광학적으로 연결되도록 지지체의 다른 부위에 설치된다. 본 명세서 “광 검출기 수용구에서의 설치”와 관련되어, 광 검출기는 본 명세서에서 광섬유-광 검출기를 포괄하는 것으로 고려된다. 즉, 광 검출기가 광 검출기 수용구에 설치되어 있다는 것은, 광 검출기와 연결된 광 섬유가 광 검출기 수용구에 설치된 것을 포괄한다.
반응혼합물의 형광물질로부터의 방사광이 광 검출기(B202)에 포커싱 되도록 반응용기(401)와 광 검출기(B202) 사이에 렌즈(B203)를 추가적으로 설치할 수 있다(참조: 도 23a-23b 및 도 25-28a).
본 발명의 일 구현예에 따르면, 광원(B302)으로부터의 여기광이 광 검출기(B202)로 들어가지 않도록 광원(B302), 광원 수용구(B301), 광 검출기(B202) 및/또는 광 검출기 수용구(B201)가 설치되어 있다. 광원 수용구(B301) 및 광 검출기 수용구(B201)는 모두 구(hole) 구조를 가지며, 이 구조는 광원(B302)으로부터의 여기광이 광 검출기(B202)로 들어가는 것을 막는다. 또한, 광원(B302)으로부터의 여기광에 대하여 한정된 광 경로(light path)를 만들어, 여기광이 이 광 경로를 따라서 반응용기(401)에 도달하도록 함으로써, 여기광이 광 검출기(B202)로 들어가지 않도록 할 수 있다. 광원(B302) 앞에 추가적으로 설치될 수 있는 렌즈(B304)도 여기광이 광 검출기(B202)로 들어가는 것을 막는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 모듈은 복수의 광 유닛을 포함하며, 복수의 광 유닛은 서로 다른 파장의 여기광을 반응용기에 제공하며 서로 다른 파장의 방사광을 검출한다. 예를 들어, 본 발명의 장치는 복수의 광원 및 복수의 광 검출기를 포함하는 복수의 광 유닛을 갖는 광 모듈로서 제작할 수 있다. 서로 다른 파장의 여기광을 반응용기에 제공하는 복수의 광원 각각은 이와 대응되는 복수의 광 검출기 각각의 광 검출기와 하나의 페어(pair)로 이용된다.
도 28a는 본 발명의 광 모듈의 일 구현예를 나타낸다. 광 모듈(B100e)은 홈(B111) 구조가 있는 지지체(B101s)에 광원(B302)과 광 검출기(B202)가 설치되어 있고, 홈(B111)은 반응용기를 수용하는 공간을 제공한다.
홈(B111)은 반응용기의 이동을 안내하는 가이드 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 가로 방향의 홈이 형성된 가로(horizontal)의 지지체에서, 지지체의 한쪽 면에 복수의 광 검출기를 설치하고 동일한 면의 적합한 위치에 복수의 광원을 설치하여 복수의 광 유닛을 제작할 수 있다. 복수의 광 유닛이 설치된 지지체를 하나의 지지체로 고려(consider)할 수 있다. 택일적으로, 광원과 광 검출기의 하나의 페어를 포함하는 각각의 광 유닛이 설치된 지지체의 한 부분(a part)을 하나의 지지체로 고려할 수 있다. 이 경우 복수의 지지체는 하나의 몸체로 합쳐진 것 또는 조립(assemble)할 수 있는 지지체들의 조립체(assembly)로 제공될 수 있다.
본 구현예에서, 복수의 광원은 서로 다른 종류의 광원일 수 있다. 택일적으로, 상기 복수의 광원은 동일 종류의 광원이고 서로 다른 필터를 이용하여 서로 다른 파장의 여기광을 반응용기에 제공할 수 있다. 상기 복수의 광 검출기는 동일 종류의 광 검출기일 수 있으며, 복수의 광 검출기는 서로 다른 필터를 이용하여 서로 다른 파장의 방사광을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 최소 하나의 광 모듈은 병렬로(구체적으로 수직 병렬로) 배열되어 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈을 포함하고, 상기 2 이상의 광 모듈 각각은 하나의 광원 및 하나의 광 검출기를 포함하며, 상기 2 이상의 광 모듈은 서로 동일한 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 동일한 파장의 방사광을 검출한다(참조: 도 28b). 구체적으로, 상기 하나의 채널을 제공하는 광 모듈의 개수는 최소 2개, 최소 4개, 최소 6개, 최소 8개, 최소 10개 또는 최소 12개이다. 도 28b는 본 발명의 광 모듈(B100f)의 다른 구현예를 나타낸다. 도 28b는 세로 방향의(longitudinal) 지지체를 보여준다. 가로 방향의 복수의 홈(B111)이 형성된 세로(longitudinal)의 지지체(B101s)에서, 지지체(B101s)의 동일한 면에 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301)가 형성되어 있고 각각 광 검출기 및 광원이 설치된다. 반응용기(401)는 홈(B111)에 삽입되고 화살표 방향으로 이동을 한다. 본 발명의 구현예에서, 본 발명의 장치를 복수의 광 유닛을 포함하는 2 이상의 광 모듈(B100f)로 제작하고, 이는 하나의 채널을 제공하는 카트리지(또는 카세트) 형태로 제작할 수 있다(참조: 도 28b). 필요에 따라, 소망하는 채널을 제공하는 광 모듈을 추가함으로써, 다양한 채널을 갖는 검출장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 최소 하나의 광 모듈은 직렬로 배열되어 복수의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈을 포함하고, 상기 복수의 채널 각각은 1개의 광 모듈을 포함하며 상기 복수의 채널 각각에 포함된 1개의 광 모듈은 하나의 광원 및 하나의 광 검출기를 포함하며, 상기 2 이상의 광 모듈은 서로 다른 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 다른 파장의 방사광을 검출한다. 예를 들어, 가로 방향의 홈이 형성된 가로의 지지체에서, 지지체의 한쪽 면에 서로 다른 채널을 제공하는 복수의 광 검출기-광원 페어를 설치할 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 채널을 제공하는 광 모듈의 개수는 최소 2개, 최소 4개 또는 최소 6개이다. 다른 구현예로서, 상기 서로 다른 채널을 제공하는 복수의 광 검출기-광원 페어를 일 단위로 하여 반응 용기의 개수에 따라 복수개 설치 할 수 있다. 구체적으로, 서로 다른 채널을 제공하는 광 검출기-광원 페어의 개수는 최소 2개, 최소 4개, 최소 6개, 최소 8개, 최소 10개 또는 최소 12개이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 최소 하나의 광 모듈은 병렬로 배열되어 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈을 포함하고, 상기 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광모듈의 복수개는 직렬로 배열되어 복수의 채널을 제공하며, 상기 복수의 채널 각각에 포함된 2 이상의 광 모듈 각각은 하나의 광원 및 하나의 광 검출기를 포함하며, 상기 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈은 서로 동일한 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 동일한 파장의 방사광을 검출하고, 상기 복수의 채널을 제공하는 2이상의 광모듈은 서로 다른 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 다른 파장의 방사광을 검출한다. 구체적으로, 상기 복수의 채널을 제공하는 광 모듈의 개수는 최소 2개, 최소 4개 또는 최소 6개이며, 상기 복수의 채널 각각에 포함된 2 이상의 광 모듈의 개수는 최소 2개, 최소 4개, 최소 6개, 최소 8개, 최소 10개 또는 최소 12개이다. 본 발명의 장치를 복수의 광 유닛을 포함하는 복수의 광 모듈로 제작할 수 있으며, 복수의 광 모듈은 서로 다른 채널을 제공한다. 예를 들어, 도 28b의 광 모듈(B100f)이 복수 개 있는 형태가 본 구현예에 해당될 수 있다(참조: 도 30a). 예를 들어, 가로 방향의 복수의 홈이 형성된 직육면체의 지지체에서, 연속적으로 세로 방향의 제1 내지 제6 광 모듈이 설치되도록 하여 본 구현예의 광 모듈을 제공할 수 있다. 이 경우, 하나의 채널을 제공하는 각각의 광 모듈에 포함된 복수의 광원은 서로 동일한 파장의 여기광을 반응용기에 제공하며 복수의 광 검출기는 서로 동일한 파장의 방사광을 검출하고, 복수의 채널을 제공하는 제1 내지 제6 광 모듈은 서로 다른 파장의 여기광을 반응용기에 제공하고 서로 다른 파장의 방사광을 검출한다.
하나의 광원만으로도 복수의 광 모듈 또는 광 유닛이 제공 될 수 있으며, 복수의 광 검출기 각각은 지지체에 형성된 광 검출기 수용구에 설치 될 수 있다.
복수의 광 모듈 또는 광 유닛을 이용하는 경우, 복수의 광원은 광원-광섬유 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 28b에서 하나의 광원을 지지체의 하부에 설치하고 이 광원에 복수의 광 섬유를 연결하고 복수의 광 섬유를 광원 수용구에 설치할 수 있다. 또한, 하나의 광 검출기를 지지체의 하부에 설치하고 이 광 검출기에 복수의 광 섬유를 연결하고 복수의 광 섬유를 광 검출기 수용구에 설치할 수 있다.
도 29는 6개의 광 모듈(B100g)을 포함하는 본 발명의 장치에서 반응용기(600)로부터의 형광을 검출하는 것을 보여주는 모식도이다. 반응용기(600)가 이동하면서, 각각의 반응튜브에 대한 형광 검출이 실시된다. 반응용기(600)의 이동이 반응튜브를 6개의 광 모듈(B100g) 각각에 위치시키면(positioning), 반응용기(600)의 정면 또는 후면을 바라보는 광 모듈(B100g)의 광원으로부터 여기광이 반응용기(600)의 반응튜브에 제공되고 반응튜브의 반응혼합물로부터 발생되는 여기광이 반응용기(600)의 정면 또는 후면을 바라보는 광 검출기에서 검출된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 유닛 또는 광 검출기는 지지체에 빌트-인 방식으로 마운팅 되어 있다. 예를 들어, 광원, 광 검출기, 케이블 및 프로세서가 지지체에 포함되어 제작된 광 모듈을 제공할 수 있다. 택일적으로, 광 유닛 또는 광 검출기는 지지체와 별도로 형성되어 지지체에 결합되어 있다. 예를 들어, 광원 및 광 검출기는 지지체에 연결수단을 통하여 지지체에 탈착 방식으로 결합될(detachably attached) 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 장치는 광원의 세기를 조절하고 광 검출기의 감도(sensitivity)를 조절하는 컨트롤러(controller)를 추가적으로 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 장치는 광원의 활성화 및 비활성화 하는 신호를 광원과 커뮤니케이팅 하는 프로세서 및 광 검출기에 의해 검출된 신호를 프로세싱 하는 신호 프로세서를 추가적으로 포함한다. 상기 컨트롤러 및 프로세서는 기능적으로 연결되어 있을 수 있다. 본 발명의 장치의 작동을 조절하는 구성요소(components), 예컨대, 컨트롤러 및 프로세서는 PCB(process control block) 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 광 유닛이 마운팅된 지지체를 포함하는 광 모듈의 하단부(예컨대, 도 28b의 광 모듈의 하단부)에 상기의 컨트롤러 및 프로세서를 설치할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 장치는 광 모듈 베이스(base)(B501)를 추가적으로 포함하며 상기 광 모듈(B100h)은 상기 광 모듈 베이스(B501)에 착탈식 방식으로 결합된다(참조: 도 30a). 예를 들어, 광 유닛이 마운팅된 지지체(B101s)를 포함하는 광 모듈(B100h)의 저부(bottom)에 광 모듈 베이스(B501)와 착탈식 방식으로 결합될 수 있는 결합수단을 설치할 수 있다. 예컨대, 광 모듈 베이스(B501)에 홈을 형성시키고 광 모듈(B100h)의 저부에 상기 홈에 인서트-인(insert-in)할 수 있는 구조를 형성시켜 광 모듈(B100h)이 광 모듈 베이스(B501)에 착탈식 방식으로 결합될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 지지체(B101s)는 반응용기(401, 150, 250)가 슬라이딩 홈에 삽입되어 슬라이딩 홈을 따라 상기 지지체에 대하여 상대적으로 이동 가능하도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈(111)을 가진다(참조: 도 12-22. 28a-28b 및 도 30a-30b). 본 발명의 일 구현예에 따르면, 지지체(B101s)에 형성된 슬라이딩 홈(B111)의 개수는 최소 2개, 최소 4개, 최소 6개, 최소 8개, 최소 10개 또는 최소 12개이다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 검출기 수용구(B201)가 형성된 상기 지지체(B101s)의 한쪽 면은 상기 최소 하나의 슬라이딩 홈(111)의 측면이다.
본 명세서에서, 상기 슬라이딩 홈이 형성된 지지체는 “슬라이딩 지지체”, 상기 슬라이딩 지지체를 포함하는 광 모듈은 “슬라이딩 광 모듈”이라 명명된다. 본 발명의 슬라이딩 지지체(B101s)에서 홈(B111) 구조는 반응용기를 수용하는 공간을 제공하고 반응용기의 이동을 안내하는 가이드 역할을 한다. 또한, 슬라이딩 홈(B111)의 측면은 광 유닛이 마운팅 되는 공간을 제공한다. 즉, 슬라이딩 홈(B111)의 측면에 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301)가 형성되고, 각각 광 검출기 및 광원이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 슬라이딩 지지체(B101s)에 형성된 슬라이딩 홈(B111)은 지지체(B101s)의 두 돌출부 사이에 있는 함몰부이며, 상기 함몰부는 반응용기의 이동을 위한 가이드이다(참조: 도 12-22, 28a-28b, 및 도 30a-30b).
본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 검출기 수용구(B201)는 슬라이딩 홈(B111)의 측면(즉, 돌출부의 내측 벽)에 형성되어 있다(참조: 도 28a-28b). 본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301)는 슬라이딩 홈(B111)의 측면(즉, 돌출부의 내측 벽)에 형성되어 있다(참조: 도 28a-28b). 본 발명의 일 구현예에 따르면, 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301)는 슬라이딩 홈(B111)의 하나의 동일한 측면(즉, 돌출부의 내측 벽)에 형성되어 있다(참조: 도 28a-28b). 택일적으로, 광 검출기 수용구(B201) 및 광원 수용구(B301)는 슬라이딩 홈(B111)의 서로 마주보는 두 측면(즉, 돌출부의 내측 벽)에 각각 형성되어 있다. 일 구현예에 따르면, 슬라이딩 홈(B111)은 지지체(B101s)의 바닥면으로 테이퍼져 있다(참조: 도 28a-28b).
도 30a에서, 본 발명의 장치는 6개의 광 모듈(B100h)을 포함하며 이는 광 모듈 베이스(B501)에 착탈식 방식으로 마운팅 되어 있다. 6개의 광 모듈(B100)은 슬라이딩 홈(B111)이 형성된 지지체(B101s)를 포함한다. 도면에서, 세로 방향의 지지체(B101s)에서 원(circle)안의 숫자는 6개의 광 모듈을 나타내고, 각각의 광 모듈의 지지체에 형성된 슬라이딩 홈(B111)은 서로 연결되어 반응용기가 슬라이딩 홈(B111)을 따라 이동할 수 있도록 한다. 도 30a의 6개의 광 모듈(B100h)은 도 28b에 도시된 하나의 채널을 제공하는 광 모듈(B100f)이 6개 인접하여 배치된 것일 수 있으며, 여기서 6개의 인접한 광 모듈(B100h)은 6개의 서로 다른 채널을 제공하며, 서로 다른 파장의 여기광을 반응용기에 제공하고 서로 다른 파장의 방사광을 검출한다. 6개의 광 모듈(B100h) 각각은 최소 2개, 최소 4개, 최소 6개, 최소 8개, 최소 10개 또는 최소 12개의 광 유닛을 포함할 수 있으며, 6개의 광 모듈(B100h) 각각이 총 12개의 광 유닛(미도시)을 포함하는 경우, 상기 12개 광 유닛은 12개의 광원(미도시) 및 12개의 광 검출기(미도시)를 포함하며, 상기 12개 광원은 서로 동일한 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 상기 12개 광 검출기는 서로 동일한 파장의 방사광을 검출한다. 각 광 유닛은 도 28a에 도시된 광 유닛과 같은 배치를 가질 수 있다.
본 발명의 장치는 반응의 진행에 따라 형광신호가 변화되는 모든 반응에 이용될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 장치는 핵산 증폭 반응을 분석하기 위한 장치이며, 구체적으로 실시간 PCR 장치이다. 예를 들어, 본 발명의 장치는 핵산 증폭과 관련하여 형광신화가 변화되는 하기의 반응을 실시간으로 분석하는데 이용될 수 있다: PTOCE(PTO cleavage AND extension) method (WO 2012/096523), PCE-SH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Signaling Oligonucleotide Hybridization) 방법(WO 2013/115442), PCE-NH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Non-Hybridization) 방법(WO 2014/104818), PCEC(PTO Cleavage and Extension-Dependent Cleavage) 방법(WO 2012/134195)), POCH(PO Cleavage and Hybridization) 방법 (WO2012-150835), TaqMan 방법(U.S. Pat Nos 5,210,015 and 5,538,848), 분자 비콘 방법(Tyagi 등, Nature Biotechnology, 14:303(1996)), 스콜피온(Scorpion) 방법(Whitcombe 등, Nature Biotechnology 17:804-807(1999)), 선라이즈(Sunrise 또는 Amplifluor) 방법[(Nazarenko 등, 2516-2521 Nucleic Acids Research, 25(12):2516-2521(1997); 및 미국특허 제6,117,635호], 럭스(Lux) 방법(미국특허 제7,537,886호), CPT(Duck P, 등. Biotechniques, 9:142-148(1990)), LNA 방법(미국특허 제6,977,295호), 플렉서(Plexor) 방법(Sherrill CB, 등, Journal of the American Chemical Society, 126:4550-4556(2004)), Hybeacons 방법(D. J. French, et al., Molecular and Cellular Probes (2001) 13, 363-374 및 미국특허 제7,348,141호), 이중표지된 자가-퀀칭 프로브를 이용한 방법(Dual-labeled, self-quenched probe; 미국특허 제5,876,930호) 및 혼성화 프로브를 이용한 방법(Bernard PS, et al., Clin Chem 2000, 46, 147-148).
도 31a 내지 도 31c는 또 다른 실시예에 따른 튜브의 측면, 정면 및 평면을 도시한 도면들이다.
도 31a 내지 도 31c을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 튜브(400)는 핵산 증폭 기기에 사용되는 핵산 증폭용 튜브일 수 있다. 핵산 증폭용 튜브(400)는 전술한 반응용기(150, 250, 350)를 구성하는 단위 반응 컨테이너일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
핵산 증폭용 튜브(400)는 상부(upper part, 414) 및 핵산 증폭용 반응액을 수용하는 하부(lower part, 416)을 포함한다.
핵산 증폭용 튜브(400)는 상부(414)에 연결된 테두리부(420)을 포함할 수 있다. 이 테두리부(420)는 도 31a 내지 도 31c에 도시한 바와 같이 튜브(400)의 테두리를 따라 외측으로 돌출될 수 있으나 이에 제한되지 않고 외측으로 돌출되지 않거나 내측으로 들어간 형상일 수도 있다.
상부(414)는 동공형 실린더 형상 또는 다각형 기둥 형상을 포함하나 이에 제한되지 않고 다른 형상일 수 있다. 도 31a 내지 도 31c에 도시한 바와 같이 하부(416)는 상부(414)의 아래쪽에 위치하며, 상부(414)와 유체적으로 연결(fluidically connected)되어 있다. 하부(416)는 납작한 (flattened) 형상으로, (i) 평평한 면(flat)을 포함하는 정면 및 후면, (ii) 상기 정면보다 폭이 좁은 양 측면, 및 (iii) 밑면을 포함한다. 상기 정면 및 후면의 평평한 면은 하부(416)에 위치하는 핵산 증폭용 블록에 열전도적으로(thermoconductively) 접촉하는 면이다.
핵산 증폭용 튜브(400)는 1500 ㎕ 이하, 1000 ㎕ 이하, 800 ㎕ 이하, 700 ㎕ 이하, 500 ㎕ 이하, 400 ㎕ 이하, 300 ㎕ 이하, 200 ㎕ 이하 또는 100 ㎕ 이하의 상기 핵산 증폭용 반응액을 수용할 수 있는 부피를 갖는다.
또한 핵산 증폭용 튜브(400)의 하부(416)는 1 ㎕ 이상, 3 ㎕ 이상 또는 5 ㎕ 이상의 상기 핵산 증폭용 반응액을 수용할 수 있는 부피를 가지며, 100 ㎕ 이하, 50 ㎕ 이하, 40 ㎕ 이하, 30 ㎕ 이하, 20 ㎕ 이하 또는 10 ㎕ 이하의 상기 핵산 증폭용 반응액을 수용할 수 있는 부피를 갖는다.
핵산 증폭용 튜브(400)의 하부(416)는 정면 및 후면 전부가 평평한 면이거나 최소한 핵산 증폭용 반응액이 수용되는 부분에 평평한 면을 포함한다.
핵산 증폭용 튜브(400) 하부(416)의 측면은 하부(416)의 정면보다 폭이 좁다. 구체적으로 핵산 증폭용 튜브(400) 하부(416)의 측면의 폭(W1)은 하부(416)의 정면의 폭(W2)의 80% 이하, 70% 이하, 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하이다.
하부(416)의 정면의 폭 및 높이는 각각 독립적으로 2 ㎜ 이상 또는 3 ㎜ 이상이며, 15 mm 이하, 10 mm 이하 또는 5 mm 이하이다. 구체적으로 하부(416) 정면의 폭 및 높이는 각각 독립적으로 3 mm 이상, 15 mm 이하 또는 3 mm 이상, 10 mm 이하이다.
하부(416)의 측면의 폭은 1 mm 이상, 2 mm 이상 또는 3 mm 이상이며, 10 mm 이하, 7 mm 이하 또는 5 mm 이하이다. 구체적으로 1 mm 이상, 7 mm 이하이다.
하부(416)의 정면의 높이는 하부(416)의 정면의 폭의 300% 이하, 200% 이하, 150% 이하, 100% 이하, 50% 이하 또는 30% 이하이다.
이때 핵산 증폭용 튜브(400)는 하부(416)가 납작하므로, 하부(416)의 측면으로 전술한 블록(120, 130, 220, 320) (구체적으로, 전술한 블록(120, 130, 220, 320 등) 및 광모듈 (B100h)) 의 슬라이딩 홈(122, 132, 222, 322)에 삽입되고 하부(416)의 정면이 슬라이딩 홈(122, 132, 222, 322)의 내측면과 접촉하게 된다.
결과적으로 슬라이딩 홈(122, 132, 222, 322 등)의 내측면과 접촉하지 않은 하부(416)의 측면의 제1폭(W1)을 최소화하여 비접촉면을 극소화하고, 슬라이딩 홈(122, 132, 222, 322 등)의 내측면과 접촉하는 하부(416)의 정면의 제2폭(W2)을 최대화하여 접촉면을 극대화하는 효과가 있다. 이에 따라 히팅 속도나 쿨링 속도를 향상시킬 수 있다.
하부(416)은 도 31a 내지 도 31c에 도시한 바와 같이 사각기둥 형상일 수 있으나, 하부(416)의 정면의 폭(W2)이 바닥면으로 좁아지거나 넓어질 수도 있다. 또한, 하부(416)의 정면의 폭(W2)이 좁아지거나 넓어지거나 좁아졌다 넓어지거나 넓어졌다 좁아질 수도 있다.
하부의 측면, 정면, 후면 또는 밑면을 이루는 면 중 면의 최소한 일부는 둥근 모양을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 측면, 정면, 후면 또는 밑면을 이루는 면은 볼록 또는 오목한 형상을 포함할 수 있다.
핵산 증폭용 튜브(400)는 외부로부터 조사된 광이 투과 가능하도록 투명한 재질로 제작될 수 있다. 핵산 증폭용 튜브(400)는 오토클레이브(autoclave) 가능하거나 전달 효율이 높은 소재로 제작될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 또는 폴리프로필렌(polypropylene)를 이용한다.
핵산 증폭용 튜브(400)는 신호 검출을 위하여 조사되는 광 및 표지로부터 방출되는 형광 이외의 광 또는 형광이 반응 튜브(400)를 임의로 투과하는 것(빛 샘(light leakage) 현상)을 방지하기 위하여 튜브의 상부(414) 또는 하부(416)의 정면, 측면, 하면 중 최소 한 면은 두껍게 제작될 수 있다. 구체적으로 튜브(400)는 적어도 측면이 두껍게 제작될 수 있다. 이러한 두꺼운 구조는 튜브(400)의 형상을 유지하기 위한 프레임(frame)으로서의 역할을 할 수 도 있다.
핵산 증폭용 튜브(400)는 신호 검출을 위하여 조사되는 광 및 표지로부터 방출되는 형광 이외의 광 또는 형광이 반응 튜브(400)를 임의로 투과하는 것(빛 샘(light leakage) 현상)을 방지하기 위하여 튜브의 상부(414) 또는 하부(416)의 정면, 측면, 하면 중 적어도 한 면은 불투명하게 제작될 수 있다. 구체적으로 튜브는 적어도 측면이 불투명하게 제작될 수 있다. 측면이 투명할 경우 옆 튜브에서 발생한 형광이 임의로 투과 되어 결과 측정에 영향을 줄 수 있다. 또는 반응액이 주입되는 튜브의 상면을 제외한 모든 면이 불투명하게 제작될 수 있다.
도 32a 내지 도 32c는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 튜브의 측면, 정면 및 평면을 도시한 도면들이다.
도 32a 내지 도 32c를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 튜브(500)는 하부(516)의 측면이 바닥면으로 테이퍼지고, 슬라이딩 홈(122, 132, 222, 322 등)은 바닥면으로 테이퍼져 하부(516)을 수용할 수 있다.
핵산 증폭용 튜브(500)는 상부(514)으로부터 하부(516)로 분주용 팁의 삽입을 가이드 하는 팁 가이드(518)를 포함할 수 있다. 핵산 증폭용 튜브(500)에 분주용 팁, 예를 들어 분주기로 시료를 분주할 때 분주용 팁을 팁 가이드(518)에 삽입한 후 시료를 하부(516)에 용이하게 분주할 수 있다.
팁 가이드(518)는 상부(514)로부터 하부(516)의 일정 위치까지 연장되어 있다. 평면으로 상부(514)가 원형 또는 타원형이고 팁 가이드(518)가 원형 또는 타원형일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
하부(516)의 측면에서 바라본 정면의 두께(t1)와 바닥면의 두께(t2)는 도 32a 및 도 32b에 도시한 바와 같이 실질적으로 동일할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이를 통해 하부(516)의 정면과 바닥면이 동시에 슬라이딩 홈(122, 132, 222, 322 등)의 내측면과 접촉하여 열 교환할 수 있다.
하부(516)의 정면의 두께(t1)는 바닥면의 두께(t3) 보다 두껍게 제작될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 33은 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 반응용기의 단면도이다.
도 33을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 기기에 사용되는 핵산 증폭용 반응용기(600)는 둘 이상의 반응 컨테이너들을 포함할 수 있다. 반응용기가 둘 이상의 반응 컨테이너를 포함하는 것은 둘 이상의 반응 컨테이너가 물리적으로 직접 연결되어 있는 것뿐만 아니라, 연결수단(예를 들어 홀더)을 통하여 간접적으로 연결된 것도 포함한다. 복수의 PCR 튜브 또는 복수의 스트립 튜브가 홀더에 결합된 것은 둘 이상의 반응 컨테이너가 간접적으로 연결된 반응용기의 일 구현예이다. 반응 컨테이너는 도 31a 내지 31c 또는 도 32a 내지 32c에 도시한 튜브(400) 또는 튜브(500)일 수 있다. 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 반응용기(600)는 둘 이상의 반응 컨테이너들(500)이 서로 결합되어 있거나, 둘 이상으로 분리되어 있거나, 일열로 배치되어 있을 수 있다.
각 반응 컨테이너(500)는, 상부(upper part, 514) 및 핵산 증폭용 반응액을 수용하는 하부(lower part, 516)을 포함한다. 둘 이상의 반응 컨테이너들(500)은 순차적으로 연결되어 있으며 이동에 있어서 일체를 이룰 수 있다. 또한 둘 이상의 반응 컨테이너(500)는 상기 반응용기 상의 규칙적 배열로 형성되어 있으며 이동에 있어서 일체를 이룰 수 있다.
둘 이상의 반응 컨테이너(500)는 도 33에 도시한 바와 같이 테두리부(520), 상부(514) 또는 하부(516) 중 적어도 하나가 연결되어 있을 수 있다.
측면에서 바라본 연결 부위(519)의 폭은 외력에 의해 분리되지 않도록 충분히 두껍게 제작될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 34는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 튜브의 단면도이다.
도 34를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭용 튜브(700, 700a)는 도 32a 내지 32c에 도시한 핵산 증폭용 튜브(500)과 동일하게 내측에 위치하는 서로 연결된 상부(514)과 하부(516), 상부(514)으로부터 하부(516)로 연장된 팁 가이드(518), 상부(514)와 일체로 연결된 테두리부(520)을 포함한다.
또 다른 실시예에 따른 튜브(700)는 튜브(700)를 다른 튜브(700a)와 연결하는 연결부(530)를 추가적으로 포함할 수 있다.
연결부(530)는 상부(514) 및 하부(516), 테두리부(520) 중 어느 일부분에 위치할 수 있다.
예를 들어, 도 34에 도시한 바와 같이 연결부(530)는 하부(516)와 테두리부(520)에 각각 위치할 수 있다.
각 연결부(530)는 요부(532)와 철부(534)를 포함할 수 있다. 이 요부(532)와 철부(534)는 하나의 튜브(700)의 철부(534)와 다른 튜브(700a)의 요부(532a)와의 요철 결합 또는 암수 결합을 통해, 하나의 튜브(700)와 다른 튜브(700a)가 서로 연결될 수 있다.
도 34에 도시한 연결부(530)는 하나의 튜브(700)에 요부(532)와 철부(534)를 모두 포함하는 것으로 설명하였으나, 하나의 튜브(700)의 연결부(530)는 요부만을 포함하고 다른 튜브(700a)의 연결부(530a)는 철부만 포함할 수 있다. 또한 연결부(530)은 한쪽 방향에 요부(532)만 위치하고 다른 쪽 방향에 철부(534)만 위치하는 것으로 설명하였으나 특정 방향에 요부와 철부가 위치할 수도 있다. 연결부(530)는 다양항 형태를 가질 수 있으며, 끼우는 방식, 걸치는 방식 등 다양한 방식으로 연결될 수 있다.
도 35는 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 방법의 흐름도이다.
도 35를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 방법(800)은 다음의 단계를 포함한다: (ⅰ) 제1시간에 반응용기가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 반응액(reaction mixture)을 포함하는 반응용기를 적어도 두 개의 블록들 중 제1온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시키는 단계; 상기 적어도 두 개의 블록들은 상기 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 상기 적어도 두 개의 블록들 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지고; 상기 적어도 두 개의 블록들은 독립적으로 온도 설정이 가능하며; 및 (ⅱ) 제2시간에 상기 반응용기가 제2블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 제2온도를 가지는 상기 제2블록에 위치시키는 단계.
일 구현예에 따르면, 상기 방법은 상기 단계 (i) 및 (ii)를 반복하여 실시된다. 예를 들어, 단계 (i) 및 (ii)의 반복 횟수는 2-100번, 2-80번, 2-60번, 2-50번, 2-40번, 5-100번, 5-80번, 5-60번, 5-50번, 5-40번, 10-100번, 10-80번, 10-60번, 10-50번, 10-40번, 20-100번, 20-80번, 20-60번, 20-50번 또는 20-40번 일 수 있다.
단계 (ⅰ) (S810) 및 단계 (ⅱ)(S820)에서, 반응용기가 제1블록 및 제2블록의 슬라이딩 홈을 따라 제1블록 및 제2블록 사이를 이동하여 제1블록 및 제2블록 중 하나에 위치할 수 있다.
단계 (ⅰ) (S810) 및 단계 (ⅱ)(S820)에서, 제1블록 및 제2블록 중 하나는 삽입된 반응용기를 따라 이동하여 반응용기가 제1블록 및 제2블록 중 하나에 위치할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1블록의 온도는 제2시간에 제3온도로 변화하고, 상기 방법은 제3시간에 상기 반응용기가 상기 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 제3온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시키는 단계를 추가적으로 포함한다.
도 36은 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 방법의 흐름도이다.
도 36을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵산 증폭 방법(900)은 다음을 포함한다: (ⅰ) 제1시간에 반응용기가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 반응액(reaction mixture)을 포함하는 반응용기를 적어도 두 개의 블록들 중 제1온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시키는 단계; 상기 적어도 두 개의 블록들은 상기 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 상기 적어도 두 개의 블록들 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지고; 상기 적어도 두 개의 블록들은 독립적으로 온도 설정이 가능하며; 및 (ⅱ) 제2시간에 상기 반응용기가 제2블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 제2온도를 가지는 상기 제2블록에 위치시키는 단계; 상기 제1블록의 온도는 제2시간에 제3온도로 변화하고; 및 (ⅲ) 제3시간에 반응용기가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 제3온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시키는 단계.
일 구현예에 따르면, 상기 방법은 상기 단계 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)을 반복하여 실시된다. 예를 들어, 단계 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 반복 횟수는 2-100번, 2-80번, 2-60번, 2-50번, 2-40번, 5-100번, 5-80번, 5-60번, 5-50번, 5-40번, 10-100번, 10-80번, 10-60번, 10-50번, 10-40번, 20-100번, 20-80번, 20-60번, 20-50번 또는 20-40번 일 수 있다.
단계 (ⅰ)(S910), 단계 (ⅱ)(S920), 및 단계 (ⅲ)(S930)에서, 반응용기가 제1블록 및 제2블록의 슬라이딩 홈을 따라 제1블록 및 제2블록 사이를 이동하여 제1블록 및 제2블록 중 하나에 위치할 수 있다.
단계 (ⅰ)(S910), 단계 (ⅱ)(S920), 및 단계 (ⅲ)(S930)에서, 제1블록 및 제2블록 중 하나는 삽입된 반응용기를 따라 이동하여 반응용기가 제1블록 및 제2블록 중 하나에 위치할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
예를 들어 블록들은 세 개이며, 세 개의 블록들이 인접하여 위치할 수 있다. 이때 반응용기가 블록들의 슬라이딩 홈을 따라 이동하여 세 개의 블록들로 이동할 수 있다.
즉, 제1시간에, 반응용기가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 시료를 포함하는 반응용기를 제1온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시킬 수 있고; 상기 3개의 블록들은 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 한 방향으로 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지고, 독립적으로 온도 설정이 가능하다.
제2시간에, 상기 반응용기가 제2블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 블록들 중 제2온도를 가지는 상기 제2블록에 위치시킬 수 있다.
제3시간에, 상기 반응용기가 제3블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 블록들 중 제3온도를 가지는 상기 제3블록에 위치시킬 수 있다.
제1단계, 제2단계, 및 제3단계는, 반응용기가 제1블록 내지 제3블록의 슬라이딩 홈을 따라 이동하여 제1블록 내지 제3블록 중 하나로 이동할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정확한 온도 제어를 위한 구조가 단순하고, 전체 핵산 증폭 반응 수행 시간이 짧은 효과가 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명은 반응용기가 형광 검출 장치의 지지체의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 상기 형광 검출 장치에 위치시켜 상기 반응용기로부터 방사광을 검출하는 단계를 추가적으로 포함한다.
일 구현예에 따르면, 상기 형광 검출 장치는 다음을 포함하는 최소 하나의 광 모듈을 포함한다: (a) 지지체(support structure); (b) 상기 지지체의 한쪽 면에 형성되어 있고, 반응용기가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있는 구조를 갖는 광 검출기 수용구(an accommodation hole for a photodetector); 그리고 (c) 다음을 포함하는 광 유닛(optical unit): (c-1) 여기광을 제공하는 광원; 및 (c-2) 광 검출기(photodetector); 상기 광 검출기는 상기 반응용기로부터의 방사광 경로(emission light path)에 위치하도록 상기 광 검출기 수용구 내에 위치한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 핵산 증폭 방법을 실행하기 위한 프로세서를 구현하는 지시를 포함하는 컴퓨터 해독가능한 기록매체로서, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: (ⅰ) 제1시간에 반응용기가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 반응액(reaction mixture)을 포함하는 반응용기를 적어도 두 개의 블록들 중 제1온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시키는 단계; 상기 적어도 두 개의 블록들은 상기 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 상기 적어도 두 개의 블록들 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지고; 상기 적어도 두 개의 블록들은 독립적으로 온도 설정이 가능하며; 및 (ⅱ) 제2시간에 상기 반응용기가 제2블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 제2온도를 가지는 상기 제2블록에 위치시키는 단계.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 핵산 증폭 방법을 실행하기 위한 프로세서를 구현하는, 컴퓨터 해독가능한 기록매체에 저장되는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: (ⅰ) 제1시간에 반응용기가 제1블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 반응액(reaction mixture)을 포함하는 반응용기를 적어도 두 개의 블록들 중 제1온도를 가지는 상기 제1블록에 위치시키는 단계; 상기 적어도 두 개의 블록들은 상기 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 상기 적어도 두 개의 블록들 사이를 슬라이딩 홈을 따라 이동할 수 있도록 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지고; 상기 적어도 두 개의 블록들은 독립적으로 온도 설정이 가능하며; 및 (ⅱ) 제2시간에 상기 반응용기가 제2블록의 슬라이딩 홈에 삽입되도록 상기 반응용기를 제2온도를 가지는 상기 제2블록에 위치시키는 단계.
본 발명의 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램은 상술한 본 발명의 기기를 이용하는 핵산 증폭 방법에 관한 것으로서, 이들 사이에 공통된 내용은 반복 기재에 의한 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.
본 발명의 방법은 프로세서에서 실행되며, 상기 프로세서는 독립 실행형 컴퓨터(stand alone computer), 네트워크 부착 컴퓨터 또는 실시간 PCR 장치와 같은 데이터 수득 장치에 있는 프로세서일 수 있다.
컴퓨터 해독가능한 기록매체는 당업계에 공지된 다양한 저장 매체, 예컨대, CD-R, CD-ROM, DVD, 플래쉬 메모리, 플로피 디스크, 하드 드라이브, 포터블 HDD, USB, 마그네틱 테이프, MINIDISC, 비휘발성 메모리 카드, EEPROM, 광학 디스크, 광학 저장매체, RAM, ROM, 시스템 메모리 및 웹 서버를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 실행하는 프로세서를 구현하는 지시들은 로직 시스템에 포함될 수 있다. 상기 지시는 비록 소프트웨어 기록 매체(예컨대, 포터블 HDD, USB, 플로피 디스크, CD 및 DVD)로 제공될 수 있지만, 다운로드 가능하고 메모리 모듈(예컨대, 하드 드라이브 또는 로컬 또는 부착 RAM 또는 ROM과 같은 다른 메모리)에 저장될 수 있다. 본 발명을 실행하는 컴퓨터 코드는, C, C++, Java, Visual Basic, VBScript, JavaScript, Perl 및 XML과 같은 다양한 코딩 언어로 실행될 수 있다. 또한, 다양한 언어 및 프로토콜은 본 발명에 따른 신호와 명령의 외부 및 내부 저장과 전달에 이용될 수 있다.
컴퓨터 프로세서는 하나의 프로세서가 상술한 퍼포먼스를 모두 실행하도록 구축될 수 있다. 택일적으로, 프로세서 유닛은 여러 개의 프로세서가 각각의 퍼포먼스를 실행하도록 구축할 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 다음을 포함하는 최소 하나의 광 모듈을 포함하는 반응 분석용 형광 검출 장치:
    (a) 지지체(support structure); 상기 지지체는 반응용기가 슬라이딩 홈에 삽입되어 상기 지지체에 대하여 상대적으로 슬라이딩 홈을 따라 직선 이동할 수 있도록 직선 형태로 형성된 최소 하나의 슬라이딩 홈을 가지며,
    (b) 상기 지지체의 한쪽 면에 형성되어 있고, 상기 반응용기가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있는 구조를 갖는 광 검출기 수용구(an accommodation hole for a photodetector); 그리고
    (c) 다음을 포함하는 광 유닛(optical unit):
    (c-1) 여기광을 제공하는 광원; 및
    (c-2) 광 검출기(photodetector); 상기 광 검출기는 상기 반응용기로부터의 방사광 경로(emission light path)에 위치하도록 상기 광 검출기 수용구 내에 위치한다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 여기광이 상기 반응용기로 전달되어 반응용기 내의 형광물질을 여기시키도록 상기 반응용기의 위쪽 또는 아래쪽에 위치하거나, 상기 반응용기의 정면 또는 후면을 바라보는(facing) 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 지지체의 한쪽 면에 형성되어 있는 광원 수용구에 설치되어 있고, 상기 광원 수용구는 반응용기가 위치하는 방향 쪽으로 광학적으로 열려 있고 상기 방향과 다른 방향은 광학적으로 닫혀있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 반응용기에서 반응 혼합물(reaction mixture)이 차지하는 반응영역(reaction zone)을 통과하고 상기 반응 혼합물이 차지하지 않는 보이드 영역(void zone)을 통과하지 않은 방사광의 방사광 경로에 위치하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광 검출기는 광원의 여기광 경로(excitation light path)에 대하여 측방향(sideward)의 방사광을 검출하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 반응용기의 아래쪽에 위치하거나, 상기 반응용기의 정면 또는 후면을 바라보는(facing) 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 반응용기를 기준으로 하여 상기 광원의 반대쪽에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 광 검출기 및 광원은 상기 광원으로부터의 여기광 경로와 상기 반응용기로부터의 방사광 경로가 일직선에 놓이지 않게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광 모듈은 복수의 광 유닛을 포함하며, 상기 복수의 광 유닛은 서로 다른 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 다른 파장의 방사광을 검출하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 하나의 광 모듈은 병렬로 배열되어 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈을 포함하고, 상기 2 이상의 광 모듈 각각은 하나의 광원 및 하나의 광 검출기를 포함하며, 상기 2 이상의 광 모듈은 서로 동일한 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 동일한 파장의 방사광을 검출하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 하나의 광 모듈은 직렬로 배열되어 복수의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈이고, 상기 복수의 채널 각각은 1개의 광 모듈을 포함하며 상기 복수의 채널 각각에 포함된 1개의 광 모듈은 하나의 광원 및 하나의 광 검출기를 포함하며, 상기 2 이상의 광 모듈은 서로 다른 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 다른 파장의 방사광을 검출하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 하나의 광 모듈은 병렬로 배열되어 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈을 포함하고, 상기 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광모듈의 복수개는 직렬로 배열되어 복수의 채널을 제공하며, 상기 복수의 채널 각각에 포함된 2 이상의 광 모듈 각각은 하나의 광원 및 하나의 광 검출기를 포함하며, 상기 하나의 채널을 제공하는 2 이상의 광 모듈은 서로 동일한 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 동일한 파장의 방사광을 검출하고, 상기 복수의 채널을 제공하는 2이상의 광모듈은 서로 다른 파장의 여기광을 상기 반응용기에 제공하며 서로 다른 파장의 방사광을 검출하는 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 광 검출기 수용구가 형성된 상기 지지체의 한쪽 면은 상기 지지체의 최소 하나의 슬라이딩 홈의 측면 또는 바닥면인 것을 특징으로 하는 반응 분석용 형광 검출 장치.
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