KR20100117922A

KR20100117922A - Ｐｃｒ 장치

Info

Publication number: KR20100117922A
Application number: KR1020090036647A
Authority: KR
Inventors: 김성완
Original assignee: 주식회사 자이벡; 김성완
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-04

Abstract

본 발명의 일 실시예는 추출된 DNA의 양을 증폭하는 시간을 단축하는 PCR 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, 열전소자, 상기 열전소자의 일면에 부착되는 방열기, 및 상기 방열기의 반대측 상기 열전소자의 일면에 부착되어 시료를 수용하는 시료수용블록을 포함한다.

PCR, DNA, 증폭, 방열기, 시료수용블록

Description

ＰＣＲ 장치 {PCR Apparatus Increasing DNA}

본 발명은 PCR 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 추출된 DNA의 양을 증폭하는 시간을 단축하는 PCR 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유전자 진단은 소량의 시료, 예를 들면, 체액, 혈액 또는 체세포에서 디옥시리보핵산(DEOXYRIBONUCLEIC ACID, 이하 "DNA"라 한다)을 추출한 후, DNA 검사를 실시하게 된다. 이때, 대부분 추출된 DNA는 양이 적고 순도가 낮은 상태이다.

유전자 진단의 정확도를 높이기 위하여, 시료로부터 추출된 DNA의 양을 증폭시키거나, 추출된 DNA의 염기서열 중 특정 부분만을 증폭시킬 필요가 있다.

예를 들면, 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, 이하 "PCR"이라 한다)은 유전자 진단 기술을 구사하기 위하여 사전 준비 단계로서, 특정 DNA 및 DNA 내의 특정 염기서열만을 증폭시키는 기술로 알려져 있다.

공지의 PCR 장치 및 방법은 시료로부터 추출한 DNA를 증폭하는데 장시간, 예를 들면, 적어도 2시간을 소요하게 되므로 DNA 검사 시간을 지연시키는 단점을 가진다.

본 발명의 일 실시예는 추출된 DNA를 오염시키지 않고 DNA의 온도를 정확하게 측정하는 PCR 장치에 관한 것이다.

상기 방열기는, 상기 열전소자의 일면에 부착되는 히트싱크와, 상기 히트싱크에 장착되는 방열팬을 포함할 수 있다.

상기 시료수용블록은 열전도도가 높은 금속성 물질로 형성될 수 있다.

상기 시료수용블록은 시료를 담고 있는 시료 튜브를 수용하도록 하나 이상의 튜브 수용구를 가질 수 있다. 상기 튜브 수용구는 적어도 2개로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, 상기 열전소자에 연결되어 전원을 공급하는 파워서플라이, 및 상기 시료수용블록의 온도신호에 따라 상기 파워서플라이를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, 상기 시료수용블록의 일면에 부착되어 상기 제어기에 연결되는 IC써미스터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는, 상기 열전소자를 실장하는 인쇄회로보드를 더 포함할 수 있다.

상기 열전소자는 상기 인쇄회로보드에 전기적으로 연결되고, 상기 IC써미스터는 상기 인쇄회로보드에 커넥터로 연결될 수 있다.

상기 인쇄회로보드는 상기 파워서플라이 및 상기 제어기에 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시료수용블록에 시료를 수용하고, 열전소자로 시료수용블록을 가열 및 냉각하므로 시료의 가열 및 냉각 시간을 단축하는 효과가 있다. 시료, 즉 추출된 DNA의 양을 증폭하는 증폭 시간이 단축된다.

열전소자는 빠른 반응속도를 가지므로 시료의 가열 및 냉각 시, 온도의 정밀 제어를 가능하게 한다. 또한 열전소자와 방열기를 사용하므로 가열 또는 냉각과 같이 능동적 제어가 가능하고, PCR 장치의 소형화가 가능하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이고, 도2는 도1의 분해 사시도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 PCR 장치(100)는 열전소자(10), 방열기(20), 시료수용블록(30), 파워서플라이(40) 및 제어기(50)를 포함한다.

열전소자(10)는 열과 전기의 상호 작용으로 인한 각종 효과들을 이용할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 열전소자(10)는 전류의 방향에 따라 열을 흡수 또는 방출하는 펠티에 효과를 이용할 수 있다.

방열기(20)는 열전소자(10)의 일면에 부착되고, 시료수용블록(30)은 열전소자(10)의 다른 일면에 부착된다. 즉 방열기(20)와 시료수용블록(30)은 열전소자(10)를 사이에 두고, 열전소자(10)의 양면에 각각 긴밀한 접촉 상태로 부착된다. 이와 같은 긴밀 접촉 구조는 서로의 사이에서 효과적인 열전달을 가능하게 한다.

열전소자(10)의 구동으로 방열기(20)를 통하여 흡수되는 열은 시료수용블록(30)으로 전달되어 시료수용블록(30)을 신속하게 가열한다. 또한 열전소자(10)의 반대 구동으로 방열기(20)를 통하여 방출되는 열은 시료수용블록(30)으로부터 흡수되어 시료수용블록(30)을 신속하게 냉각한다.

일례를 들면, 방열기(20)는 히트싱크(21)와 방열팬(22)으로 구성될 수 있다. 히트싱크(21)는 열전소자(10)의 일면에 긴밀하게 부착되어 열전소자(10)와 직접 열전달 작용한다.

방열팬(22)은 히트싱크(21)에 장착되어 히트싱크(21) 주위에 기류를 형성하여 히트싱크(21)를 통하여 열 흡수 및 방출 작용을 도움으로써, 열전소자(10)에 의 한 시료수용블록(30)의 보다 신속한 가열 및 방열을 가능하게 한다.

시료수용블록(30)은 열전소자(10)와의 신속한 열전달을 위하여 열전도 성능이 우수한 금속으로 형성될 수 있다. 열전소자(10)의 빠른 반응속도와 시료수용블록(30)의 신속한 열전달은 DNA 증폭 시간을 단축시키고, 시료수용블록(30) 가열시, 오버 슈팅을 최소화시키며, 시료수용블록(30) 냉각시 언더 슈팅을 최소화시킬 수 있다. 즉 온도의 정밀제어가 가능해진다.

또한 시료수용블록(30)은 시료, 즉 추출된 DNA를 담고 있는 시료 튜브(ST)를 수용하도록 하나 이상의 튜브 수용구(31)를 가진다. 일례를 들면, 튜브 수용구(31)는 적어도 2개로 형성된다.

복수의 튜브 수용구(31) 중 1개에는 정상 시료를 가지는 시료 튜브(ST)가 수용되고, 다른 1개에는 검사 대상인 DNA를 가지는 시료 튜브(ST)가 수용되므로, 검사 결과에 대한 신뢰도가 높아진다.

파워서플라이(40)는 열전소자(10)에 전기적으로 연결되어 열전소자(10)의 구동 전원을 공급한다. 제어기(50)는 파워서플라이(40)를 제어하여 열전소자(10)에 공급되는 전원을 제어한다.

또한, 제어기(50)에 온도센서(T1)가 연결된다. 온도센서(T1)는 시료수용블록(30)에서 DNA의 온도를 직접 측정하여 그 온도신호를 제어기(50)에 인가한다. 예를 들면, 제어기(50)는 온도신호에 따라 파워서플라이(40)를 제어하여, 열전소자(10)에 공급되는 직류 전류의 극성을 제어하여 시료수용블록(30)을 가열 또는 냉각시킨다.

본 실시예의 PCR 장치에 의한 DNA 증폭 공정은 복수의 사이클을 포함하며, 각 사이클은 가장 높은 온도의 변성 단계(D), 가장 낮은 온도의 어닐링 단계(A) 및 중간 온도의 확장 단계(E)를 포함한다.

제어기(50)는 온도센서(T1)의 온도신호에 따라 파워서플라이(40)를 제어하여, 시료수용블록(30)에 수용된 시료 튜브(ST) 내의 DNA를 대상으로 변성 단계(D), 어닐링 단계(A) 및 확장 단계(E)를 반복적으로 수행한다.

이하에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하며, 제1 실시예와 비교하여 서로 동일한 구성에 대하여 구체적인 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.

도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다. 도3을 참조하면, 제1 실시예의 PCR 장치(100)는 온도센서(T1)를 시료 튜브(ST) 내의 DNA 온도를 직접 측정하여 DNA의 온도를 감지하므로 DNA를 오염시킬 수 있으나, 제2 실시예의 PCR 장치(200)는 DNA를 오염시키지 않도록 구성된다.

제1 실시예는 온도센서(T1)를 사용하는 데 비하여, 제2 실시예는 IC써미스터(T2)를 사용한다. IC써미스터(T2)는 시료수용블록(30)의 일면에 부착되어 제어기(50)에 연결된다.

즉 IC써미스터(T2)는 시료수용블록(30)에 부착되어, 시료수용블록(30)을 통하여 DNA의 온도를 간접적으로 감지한다. 도6을 보면, IC써미스터(T2)로 간접 측정한 값(L1)과 시료, 즉 DNA에서 직접 측정한 값(L2)은 시차를 가지면서 서로 유사 내지 동일하게 나타나는 것을 알 수 있다.

제1 실시예와 같이, 온도센서(T1)로 직접 측정한 값(L2)과 IC써미스터(T2)로 간접 측정한 값(L1) 사이에 발생되는 시차는 시료수용블록(30)과 시료 튜브(ST) 및 시료 용액이 가지는 열용량에 기인한 것으로써, DNA 검사에 있어서 특이한 문제를 발생시키지 못한다.

도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 PCR 장치의 분해 사시도이고, 도5는 도4의 부분 단면도이다. 도4 및 도5를 참조하면, 제3 실시예의 PCR 장치(300)는 열전소자(10)를 실장하는 인쇄회로보드(60)를 더 포함한다.

제1, 제2 실시예에서 열전소자(10)는 방열기(20)와 시료수용블록(30) 사이에 직접 개재되는 데 비하여, 제3 실시예에서 열전소자(10)는 인쇄회로보드(60)에 실장 상태로 방열기(20)와 시료수용블록(30) 사이에 개재된다.

인쇄회로보드(60)는 열전소자(10)를 복수로 사용하는 경우(도면에서는 1개로 예시), 열전소자(10)를 실장함으로써, 복수의 열전소자들(10)이 방열기(20)와 시료수용블록(30)에 긴밀하게 접촉될 수 있게 한다.

열전소자(10)는 인쇄회로보드(60)에 형성되는 인쇄회로패턴(미도시)을 통하여 전기적으로 연결된다. 따라서 인쇄회로보드(60)는 복수의 열전소자(10)를 사용하는 경우, 열전소자들(10)의 전기적인 연결을 용이하게 하고, 또한 시료수용블록(30)의 전체 면적에 대하여 균등한 온도 분포를 가질 수 있게 한다. 시료수용블록(30)에 부착되는 IC써미스터(T2)는 인쇄회로보드(60)에 커넥터(C1, C2)로 연결된다.

인쇄회로보드(60)는 전기적인 연결을 통하여 파워서플라이(40) 및 제어 기(50)에 연결된다. 따라서 인쇄회로보드(60)는 열전소자들(10)의 접촉을 긴밀하게 형성하면서, 또한 열전소자들(10)과 파워서플라이(40)의 전기적인 연결 및 IC써미스터(T2)와 제어기(50)의 전기적인 연결을 간략하게 한다. 즉 인쇄회로보드(60)는 단자(61)에 연결되는 케이블(62)을 통하여 파워서플라이(40) 및 제어기(50)에 연결된다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 IC써미스터로 측정한 값과 시료인 DNA에서 직접 측정한 값으로 시간에 대한 온도변화를 나타내는 그래프이다.

도6을 참조하면, DNA 증폭 공정은 변성 단계(denaturation)(D), 어닐링 단계(annealing)(A), 및 확장 단계(extention)(E)를 반복적으로 수행하면서 진행된다.

본 실시예에 따르면, 제1 사이클의 DNA 증폭 공정 시작부터 변성 단계(D)에 이르는 온도 변화선, 변성 단계(D)에서 어닐링 단계(A)에 이르는 온도 변화선, 및 제1 사이클의 확장 단계(E)에서 제2 사이클의 변성 단계(D)에 이르는 온도 변화선의 기울기가 급하게 형성되는 것을 확인할 수 있다.

즉 온도 변화선들의 기울기가 급하게 형성될수록 DNA 증폭 공정에 소요되는 시간이 단축될 수 있다. 이와 같은 온도 변화선들은 DNA 증폭 공정이 기존의 2 내지 3시간 소요되는 것을 30분 이내로 단축하는 것을 의미한다.

또한, 열전소자(10)에 의한 온도의 정밀한 제어로 인하여, 변성 단계(D) 초반, 확장 단계(E) 초반에 각각 온도의 오버 슈팅이 최소화되고, 어닐링 단계(A) 초반에 온도의 언더 슈팅이 최소화될 수 있다. 따라서 DNA 증폭 공정이 안정적으로 진행될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다.

도2는 도1의 분해 사시도이다.

도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 PCR 장치의 구성도이다.

도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 PCR 장치의 분해 사시도이다.

도5는 도4의 부분 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200, 300 : PCR 장치 10 : 열전소자

20 : 방열기 30 : 시료수용블록

40 : 파워서플라이 50 : 제어기

60 : 인쇄회로보드 21 : 히트싱크

22 : 방열팬 31 : 튜브 수용구

L1 : IC써미스터로 측정한 값 L2 : 직접 측정한 값

ST : 시료 튜브 T1 : 온도센서

T2 : IC써미스터 C1, C2 : 커넥터

D, A, E : 변성, 어닐링, 확장 단계

Claims

열전소자;

상기 열전소자의 일면에 부착되는 방열기; 및

상기 방열기의 반대측 상기 열전소자의 일면에 부착되어 시료를 수용하는 시료수용블록을 포함하는 PCR 장치.
제1 항에 있어서,

상기 방열기는,

상기 열전소자의 일면에 부착되는 히트싱크와,

상기 히트싱크에 장착되는 방열팬을 포함하는 PCR 장치.
제1 항에 있어서

상기 시료수용블록은 열전도도가 높은 금속성 물질로 형성되는 PCR 장치.
제1 항에 있어서

상기 시료수용블록은 시료를 담고 있는 시료 튜브를 수용하도록 하나 이상의 튜브 수용구를 가지는 PCR 장치.
제4 항에 있어서

상기 튜브 수용구는 적어도 2개로 형성되는 PCR 장치.
제1 항에 있어서

상기 열전소자에 연결되어 전원을 공급하는 파워서플라이; 및

상기 시료수용블록의 온도신호에 따라 상기 파워서플라이를 제어하는 제어기를 더 포함하는 PCR 장치.
제6 항에 있어서

상기 시료수용블록의 일면에 부착되어 상기 제어기에 연결되는 IC써미스터를 더 포함하는 PCR 장치.
제7 항에 있어서

상기 열전소자를 실장하는 인쇄회로보드를 더 포함하는 PCR 장치.
제8 항에 있어서

상기 열전소자는 상기 인쇄회로보드에 전기적으로 연결되고,

상기 IC써미스터는 상기 인쇄회로보드에 커넥터로 연결되는 PCR 장치.
제9 항에 있어서

상기 인쇄회로보드는 상기 파워서플라이 및 상기 제어기에 전기적으로 연결 되는 PCR 장치.