KR20170043376A

KR20170043376A - Pcr 처리 장치

Info

Publication number: KR20170043376A
Application number: KR1020150143066A
Authority: KR
Inventors: 김진오; 박준건; 박남우; 한진석
Original assignee: (주)로봇앤드디자인
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-21
Also published as: KR101757232B1

Abstract

PCR 처리 장치는, 일면에 열원이 배치되는 제1가열 블록과, 상기 열원이 배치된 제1가열 블록의 일면과 마주보는 일면에 열원이 배치되는 제2가열 블록과, 상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 사이에 형성되고 PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁(Pipette Tip)이 삽입되는 삽입홈,을 포함하여 상기 PCR 처리 대상 물질을 가열하는 가열부; 및 상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 간격을 조절하는 간격 조절부를 포함할 수 있다.

Description

PCR 처리 장치{APPARATUS FOR POLYMERASE CHAIN REACTION}

본원은 PCR 처리 장치에 관한 것이다.

DNA 또는 RNA 증폭기술은 생명과학, 유전공학 및 의학 분야 등의 연구개발 및 진단 목적으로 광범위하게 활용되고 있으며, 특히 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction; PCR)에 의한 DNA 증폭기술이 널리 활용되고 있다. 중합효소 연쇄반응은 핵산을 포함하는 샘플용액(PCR 처리 대상 물질)을 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산의 특정 염기 서열을 갖는 부위를 연쇄적으로 복제하여 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술이다.

PCR 처리 장치를 이용한 DNA 증폭 시의 중요한 요소는 DNA 샘플용액을 몇몇의 특정 온도로 균일하게 가열하고, 그 특정 온도를 소정의 시간동안 균일하게 유지하는 것이다. 이와 같이 처리 온도를 변화시키면서 DNA 샘플용액을 가열하는 공정을 수차례 반복하면서 DNA의 합성 및 증폭 현상이 진행된다.

하지만, 기존의 PCR 처리 장치의 경우 단일의 가열부(예를 들어, 히터)를 구비하고 가열부의 온도를 필요한 온도 범위로 변화시키면 DNA 가열 공정을 수행하기 때문에, 가열부의 온도 조정에 시간이 소요되고 수차례 또는 수십차례에 걸쳐 사이클이 반복될 수록 온도 조정 소요 시간이 기하급수적으로 늘어나게 된다. 그에 따라 전체 공정 시간이 길어지는 문제점이 있었다. 또한, 단일의 가열부를 이용하여 온도를 변화시키면서 공정을 진행하기 때문에 정밀한 온도 조절에도 많은 노력이 필요하였다.

또한, 기존의 PCR 처리의 경우 샘플용액이 저장되어 있는 샘플용기로부터 가열처리를 위한 PCR 튜브 또는 PCR Rack 등으로 샘플용액을 옮겨서 가열처리를 수행하였기 때문에, PCR 튜브 또는 PCR Rack 등과 같은 별도의 작업 도구 또는 작업 행위가 필요하였으며, 그에 따라 공정 시간이 길어지고 작업자에게 불편함을 주는 문제점이 있었다.

본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 1205571호에 개시되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PCR 처리에 필요한 온도를 일정하게 유지하고 있는 복수의 열원을 배치함으로써, 열원의 온도 조정시간을 단축하고, 온도 조정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 PCR 처리 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본원은, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 열원을 일직선상에 배치하여 공정간 이동 경로를 최소화함으로써, 결과적으로 PCR 처리 공정 시간을 단축할 수 있는 PCR 처리 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본원은, PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁(Pipette Tip)을 직접 가열함으로써, PCR 튜브 또는 PCR Rack 등의 별도의 작업 도구 또는 작업 공정이 불필요하고, 결과적으로 PCR 처리 공정 시간을 단축하고 작업 용이성을 제공할 수 있는 PCR 처리 장치를 제공하고자 한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 PCR 처리 장치는, 일면에 열원이 배치되는 제1가열 블록과, 상기 열원이 배치된 제1가열 블록의 일면과 마주보는 일면에 열원이 배치되는 제2가열 블록과, 상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 사이에 형성되고 PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁(Pipette Tip)이 삽입되는 삽입홈,을 포함하여 상기 PCR 처리 대상 물질을 가열하는 가열부; 및 상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 간격을 조절하는 간격 조절부를 포함할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 가열부는 복수개이고, 상기 복수의 가열부는 일직선상에 배치되고, 상기 피펫팁이 상기 복수의 가열부로 순차적으로 이동하여 상기 복수의 가열부가 각각 서로 다른 온도로 상기 PCR 처리 대상 물질을 가열할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 가열부는 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부를 포함하고, 상기 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부는 각각 서로 다른 온도로 상기 PCR 처리 대상 물질을 가열할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 제1가열부는 상기 PCR 처리 대상 물질을 95℃로 가열하고, 상기 제2가열부는 상기 PCR 처리 대상 물질을 55℃로 가열하고, 상기 제3가열부는 상기 PCR 처리 대상 물질을 72℃로 가열할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부는 일직선상에 배치되고, 상기 피펫팁이 상기 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부의 순서대로 이동하여 상기 PCR 처리 대상 물질이 가열될 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 PCR 처리 장치는 상기 제1가열부와 상기 제2가열부의 사이에 위치하고, 상기 제1가열부에서 가열된 상기 PCR 처리 대상 물질을 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 PCR 처리 장치는 상기 제1가열부의 상부에 위치하고, 상기 제1가열부에서 가열된 상기 PCR 처리 대상 물질을 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 삽입홈은 복수개일 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 간격 조절부는, 동력을 제공하는 모터; 상기 동력을 전달받아 회전하여 상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 간격을 조절하는 벨트; 상기 동력을 상기 벨트로 전달하는 풀리; 및 상기 모터와 상기 풀리의 사이에 위치하고, 상기 모터와 상기 풀리의 사이의 동력의 전달을 완충하여 상기 삽입홈에 삽입된 상기 피펫팁에 전달되는 상기 제1가열 블록 및 상기 제2가열 블록의 힘을 완충하는 완충부를 포함할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 완충부는, 제1완충 블록; 상기 제1완충 블록과 마주보며 요철 결합하는 제2완충 블록; 및 상기 제1완충 블록과 상기 제2완충 블록 사이에 상기 제1완충 블록 및 상기 제2완층 블록의 회전방향으로 배열된 복수의 스프링,을 포함하고, 상기 스프링은 상기 모터의 회전 토크에 대응하는 압축력에 따라 상기 모터와 상기 풀리의 사이의 동력의 전달을 완충할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 PCR 처리 장치는 상기 피펫팁을 파지하고 상기 복수의 가열부의 사이에서 이동 가능하며, 열처리가 필요한 상기 피펫팁을 상기 삽입홈에 위치시키거나 열처리가 종료된 상기 피펫팁을 상기 삽입홈으로부터 이탈시키는 피펫팁 이송부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 피펫팁에는 상기 피펫팁의 선단으로부터 소정의 높이의 위치까지인 제1영역을 초과하는 높이의 영역부터 상기 PCR 처리 대상 물질이 저장되고, 상기 피펫팁 이송부는 상기 피펫팁의 제1영역이 상기 삽입홈을 통과하고 상기 피펫팁의 상기 PCR 처리 대상 물질이 저장된 제2영역이 상기 삽입홈의 내부에 접촉되도록 상기 피펫팁을 하강시키고, 상기 제1영역은 그 표면에 상기 PCR 처리 대상 물질이 뭍어있는 영역일 수 있다.

본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 PCR 처리 장치는 상기 복수의 가열부 각각의 상기 PCR 처리 대상 물질의 가열 온도를 유지하기 위한 제어 신호를 생성하는 온도 조절부; 및 상기 제어 신호에 기초하여 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하는 전력 조절부,를 더 포함할 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, PCR 처리에 필요한 온도를 일정하게 유지하고 있는 복수의 열원을 배치함으로써, 열원의 온도 조정시간을 단축하고, 온도 조정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 열원을 일직선상에 배치하여 공정간 이동 경로를 최소화함으로써, PCR 처리 공정 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본원의 과제 해결 수단에 의하면, PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁을 직접 가열함으로써, PCR 튜브 또는 PCR Rack 등의 별도의 작업 도구가 불필요하고, PCR 처리 공정 시간을 단축할 수 있다.

본원에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 사시도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 평면도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 측면도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 간격 조절부의 분해도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 부분 단면도이다.
도 6a는 종래의 PCR 처리 장치의 가열부에서의 온도 변화 그래프이다.
도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 가열부에서의 온도 변화 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결", "직접적으로 결합"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결", "간접적으로 연결", "전기적으로 결합", "간접적으로 결합"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" "상부에" "상단에" "하에" "하부에" "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본원을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 사시도이다. 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 평면도이다. 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 측면도이다. 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 간격 조절부의 분해도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치(100)는 가열부(110, 120, 130), 간격 조절부(140), 냉각부(150), 온도 조절부(160) 및 전력 조절부(170)를 포함할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치(100)는 3개의 가열부를 포함하고 있으나, 가열부의 수는 변동 가능하다. 또한, 제1가열부(110), 제2가열부(120), 제3가열부(130)는 제1가이드 플레이트(320) 및 제2가이드 플레이트(330)에 결합되어 PCR 처리 장치(100)의 베이스 플레이트(310) 상에 일직선으로 배치될 수 있다.

또한, 각 가열부(110, 120, 130)는 일면에 열원이 배치되는 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)를 포함한다. 제1가열 블록(111)의 열원이 배치된 일면과 제2가열 블록(112)의 열원이 배치된 일면은 상호 마주하도록 배치될 수 있다. 또한, 각 가열부(110, 120, 130)는 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 사이에 형성되는 삽입홈(113)을 포함할 수 있다. 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 열원이 배치된 일면에는 피펫팁(200)의 형상에 대응하는 원형 기둥 또는 반원형 기둥 형상의 홈이 형성될 수 있다. 즉, 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 일면에는 열원이 내장되고, 열원이 내장되어 있는 일면끼리 마주보게 되며, 원형 기둥 또는 반원형 기둥 형상의 홈에 의하여 상기 마주보는 면과 면의 사이에 피펫팁(200)이 삽입될 수 있는 삽입홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열원은 코일 형태의 열원을 포함하며, 발열 가능한 다른 종류의 열원으로 대체 가능하다.

예를 들어, 도 1 및 도 2에는 각 가열부(110, 120, 130)에 4개씩의 삽입홈(113)이 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 삽입홈(113)의 수는 변동 가능하다.

각 가열부(110, 120, 130)의 삽입홈(113)에는 PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁(200)이 삽입되고, 가열부(110, 120, 130)의 마주보는 양면에 설치되어 있는 열원에 의해 피펫팁(200)과 그 내부의 PCR 처리 대상 물질이 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 PCR 처리 대상 물질은 DNA 또는 RNA를 포함하고 있는 다양한 액체시료일 수 있다.

간격 조절부(140)는 가열부(110, 120, 130)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 조절할 수 있다. 피펫팁(200)의 가열 처리가 끝난 경우에는 간격 조절부(140)가 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)을 이격시켜 피펫팁(200)이 삽입홈(113)으로부터 빠져나갈 수 있도록 하고, 피펫팁(200)의 가열 처리가 필요한 경우에는 간격 조절부(140)가 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 줄여 피펫팁(200)이 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 마주보는 면에 접촉할 수 있도록 한다.

간격 조절부(140)가 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 조절하는 과정은 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일의 간격조절부(140)가 복수의 가열부(110, 120, 130)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 조절할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 각각의 가열부의 가열 블록의 간격을 조절하기 위한 복수의 간격 조절부가 포함될 수도 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치(100)는 간격 조절부(140)(예를 들어, 후술하는 벨트)를 열원으로부터 보호하고, 간격 조절부(140)에 PCR 처리 물질이 낙하하여 오염되는 것을 방지하기 위한 보호 케이스(145)를 더 포함할 수 있다.

냉각부(150)는 가열부(110, 120, 130)에 의해 가열된 PCR 처리 대상 물질 및 피펫팁(200)을 냉각할 수 있다. 냉각부(150)는 각 가열부(110, 120, 130)에 대응하여 복수개 구비될 수 있으며, 가열부의 수보다 적은 수가 구비될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각부(150)는 제 1가열부(110)의 상부에 위치하여 제1가열부(110)에 의해 가열된 PCR 처리 대상 물질 및 피펫팁(200)을 냉각할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 도시되지는 않았으나, 냉각부(150)는 제1가열부(110)와 제2가열부(120)의 사이에 위치하며, 제1가열부(110)로부터 제2가열부(120)로 피펫팁(200)이 이동하는 과정 중에 제1가열부(110)에 의해 가열된 PCR 처리 대상 물질 및 피펫팁(200)을 냉각할 수 있다. 예를 들어, 냉각부(150)는 팬(Fan)을 포함할 수 있다.

온도 조절부(160)는 가열부(110, 120, 130) 각각의 PCR 처리 대상 물질의 가열 온도를 설정 및 유지하기 위한 제어 신호를 생성하고, 생성한 제어 신호를 전력 조절부(170)로 전송할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 가열부(110, 120, 130)는 온도 센서를 포함하고, 온도 조절부(160)는 상기 온도 센서의 센싱 결과 신호를 수신할 수 있다. 또한, 온도 조절부(160)는 상기 수신한 온도 센싱 결과 신호에 기초하여 필요한 온도를 설정 및 유지하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.

전력 조절부(170)는 온도 조절부(160)로부터 수신한 제어 신호에 기초하여 가열부(110, 120, 130)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 전력 조절부(170)는 온도 조절부(160)가 요청한 온도를 설정 및 유지하기 위해 필요한 전력을 가열부(110, 120, 130)에 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도 조절부(160) 및 전력 조절부(170)는 가열부(110, 120, 130)의 각각에 대응하도록 구비될 수 있으며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 모든 가열부(110, 120, 130)의 온도를 제어하기 위한 단일의 온도 조절부(160) 및 전력 조절부(170)가 구비될 수도 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 각 가열부(110, 120, 130), 온도 조절부(160) 및 전력 조절부(170)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치(100)를 이용하여 PCR 처리를 수행하는 과정에 대하여 설명한다.

도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치(100)는, 복수의 피펫팁(200)을 파지하여 지정된 위치로 이송하는(X,Y,Z축 이동 가능) 피펫팁 이송부를 더 포함할 수 있다. 상기 피펫팁 이송부는 피펫팁(200)을 파지하고, 복수의 가열부(110, 120, 130)의 사이에서 이동 가능하며, 열처리가 필요한 피펫팁(200)을 삽입홈(113)에 위치시키거나(하강) 열처리가 종료된 피펫팁(200)을 삽입홈(113)으로부터 이탈시킬 수 있다(상승). 상기 피펫팁 이송부는 피펫팁(200)을 파지하고 일직선상에 배치된 복수의 가열부(110, 120, 130)로 순차적으로 이동하여 복수의 가열부(110, 120, 130)가 각각 서로 다른 온도로 PCR 처리 대상 물질을 가열할 수 있도록 한다.

예를 들어, 상기 피펫팁 이송부는 복수의 피펫팁을 파지할 수 있으며, 복수의 피펫팁 각각을 상하 방향으로 개별적으로 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1가열부(110), 제2가열부(120), 제3가열부(130)가 일직선상에 배치된다. 제1가열부(110), 제2가열부(120), 제3가열부(130)는 각각 서로 다른 온도로 설정되어 PCR 처리 대상 물질을 가열할 수 있다. 예를 들어, 제1가열부(110)는 PCR 처리 대상 물질을 95℃로 가열하고, 제2가열부(120)는 PCR 처리 대상 물질을 55℃로 가열하고, 제3가열부(130)는 PCR 처리 대상 물질을 72℃로 가열할 수 있다.

먼저, 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 파지하고 제1가열부(110)의 상부에 위치하고 하강하여, 제1가열부(110)의 삽입홈(113)에 피펫팁(200)을 위치시킨다. 간격 조절부(140)는 제1가열부(110)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 좁혀 피펫팁(200)이 삽입홈(113)에 접촉하여 가열될 수 있도록 한다. 미리 정해진 시간(예를 들어, 약 15초 내지 20초) 동안 제1가열부(110)에 의해 PCR 처리 대상 물질이 95℃로 가열된 후, 간격 조절부(140)는 제1가열부(110)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 넓히고, 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 상승시켜 제1가열부(110)의 삽입홈(113)으로부터 피펫팁(200)을 이탈시킨다.

다음으로, 피펫팁 이송부에 의해 제1가열부(110)의 상부로 이동된 피펫팁(200)은 제1가열부(110)의 상부에 위치하는 냉각부(150)에 의해 냉각될 수 있다. 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 냉각부(150)의 전방에 소정 시간 위치시켜 피펫팁(200)이 상기 소정 시간 동안 냉각되거나, 피펫팁 이송부가 제2가열부(120)로 이동하는 과정 중에 피펫팁(200)이 냉각부(150)에 의해 일시적으로 냉각될 수 있다. 이와 같이, 제1가열부(110)로부터 제2가열부(120)로 피펫팁(200)이 이송되는 경로에 냉각부(150)를 배치함으로써, PCR 처리 대상 물질의 온도 하강 속도를 향상시켜 결과적으로 공정 시간이 단축될 수 있다.

다음으로, 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 파지하고 제2가열부(120)의 상부에 위치하고 하강하여, 제2가열부(120)의 삽입홈(113)에 피펫팁(200)을 위치시킨다. 간격 조절부(140)는 제2가열부(120)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 좁혀 피펫팁(200)이 삽입홈(113)에 접촉하여 가열될 수 있도록 한다. 미리 정해진 시간(예를 들어, 약 15초 내지 20초) 동안 제2가열부(120)에 의해 PCR 처리 대상 물질이 55℃로 가열된 후, 간격 조절부(140)는 제2가열부(120)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 넓히고, 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 상승시켜 제2가열부(120)의 삽입홈(113)으로부터 피펫팁(200)을 이탈시킨다.

다음으로, 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 파지하고 제3가열부(130)의 상부에 위치하고 하강하여, 제3가열부(130)의 삽입홈(113)에 피펫팁(200)을 위치시킨다. 간격 조절부(140)는 제3가열부(130)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 좁혀 피펫팁(200)이 삽입홈(113)에 접촉하여 가열될 수 있도록 한다. 미리 정해진 시간(예를 들어, 약 15초 내지 20초) 동안 제3가열부(130)에 의해 PCR 처리 대상 물질이 72℃로 가열된 후, 간격 조절부(140)는 제3가열부(130)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 넓히고, 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 상승시켜 제3가열부(130)의 삽입홈(113)으로부터 피펫팁(200)을 이탈시킨다.

피펫팁 이송부에 의한 피펫팁(200)의 이송, 각 가열부(110, 120, 130)에서의 가열, 냉각부(150)에 의한 냉각, 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격 조절 등은 도시하지 않은 제어부 및 미리 입력된 레시피에 따라 자동으로 순차적으로 수행될 수 있다. 또한, 도시하지 않은 센서 등의 센싱 결과에 따라 피펫팁 이송부의 피펫팁(200)의 이송, 각 가열부(110, 120, 130)에서의 가열, 냉각부(150)에 의한 냉각, 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격 조절 등이 수행될 수도 있다.

다음으로, 피펫팁 이송부가 피펫팁(200)을 파지하고 다시 제1가열부(110)의 상부로 이동하고, 앞서 설명한 바와 같이, 제1가열부(110), 냉각부(150), 제2가열부(120) 및 제3가열부(130)에 의한 PCR 처리 대상 물질의 가열 및 냉각 과정이 반복될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기의 제1가열부(110), 냉각부(150), 제2가열부(120) 및 제3가열부(130)에 의한 PCR 처리 대상 물질의 가열 및 냉각 과정은 약 30회 내지 50회 반복될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 PCR 처리 장치(100)에 따르면, 복수의 가열부(110, 120, 130)를 일직선상에 배치하여 공정간 이동 경로를 최소화할 수 있고, 각각의 가열부(110, 120, 130)가 일정 온도(예를 들어, 95℃, 55℃, 72℃)를 항상 유지하도록 하여 열원의 온도 조정시간을 단축하고, 온도 조정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 단일의 가열부를 구비하였던 종래의 PCR 처리 장치를 사용하는 경우에 비하여, 복수의 가열부를 이용함으로써 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 PCR 처리 장치(100)에 따르면, 피펫팁 이송부가 PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁(200)을 파지하여 직접 가열부(110, 120, 130)로 이동함으로써, PCR 튜브 또는 PCR Rack 등의 별도의 작업 도구 및 작업 공정이 불필요하고, PCR 처리 공정 시간을 단축할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 간격 조절부(140)의 구성 및 동작에 대해서 자세히 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 간격 조절부(140)는 모터(410), 벨트(420), 풀리(430), 완충부(440), 제1지지부(451), 제2지지부(452) 및 결합부(460)를 포함할 수 있다.

모터(410)는 간격 조절부(140)를 구동하기 위한 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 모터(410)는 스핀 모터, 스텝 모터 등을 포함할 수 있다.

벨트(420)는 모터(410)가 생성한 동력을 전달받아 회전하여 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격을 조절할 수 있다. 벨트(420)는 모터(410)와 연결된 풀리(430)에 감겨져 있다. 또한, 벨트(420)는 베이스 플레이트(310) 상에 설치되어 있는 제1가이드 플레이트(320) 및 제1연결부(340)와 연결되어 있고, 제1가이드 플레이트(320)와 제1연결부(340)는 상호 연결되어 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1연결부(340)는 벨트(420)의 상부 영역에 연결될 수 있다. 또한, 가열부(110, 120, 130)의 제1가열 블록(111)은 제1가이드 플레이트(320)에 연결되어 있다.

또한, 벨트(420)는 베이스 플레이트(310) 상에 설치되어 있는 제2가이드 플레이트(330) 및 제2연결부(350)와 연결되어 있고, 제2가이드 플레이트(330)와 제2연결부(350)는 상호 연결되어 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2연결부(350)는 벨트(420)의 하부 영역에 연결될 수 있다. 또한, 가열부(110, 120, 130)의 제2가열 블록(112)은 제2가이드 플레이트(330)에 연결되어 있다.

이러한 구성에 따르면, 모터(410)의 동력에 의해 풀리(430)가 회전하면 벨트(420)가 회전한다. 또한, 벨트(420)가 회전함에 따라, 벨트(420)에 연결된 제1연결부(340)와 제2연결부(350)가 움직이게 되고, 그에 따라 제1가이드 플레이트(320)와 제2가이드 플레이트(330)가 움직이게 되어(도 1 및 도 3의 X방향으로 움직임) 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)이 좌우로 움직인다. 예를 들어, 벨트(420)가 시계 방향으로 회전하는 경우 제1연결부(340) 및 제1가이드 플레이트(320)는 오른쪽으로 이동하고, 제2연결부(350) 및 제2가이드 플레이트(330)는 왼쪽으로 이동하여 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격이 멀어질 수 있다. 반대로, 벨트(420)가 반시계 방향으로 회전하는 경우 제1연결부(340) 및 제1가이드 플레이트(320)는 왼쪽으로 이동하고, 제2연결부(350) 및 제2가이드 플레이트(330)는 오른쪽으로 이동하여 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격이 가까워질 수 있다.

풀리(430)에는 벨트(420)가 감겨질 수 있으며, 모터(410)가 생성한 동력을 벨트(420)로 전달할 수 있다.

완충부(440)는 모터(410)와 풀리(430)의 사이에 위치하고, 모터(410)와 풀리(430)의 사이의 동력의 전달을 완충하여 가열부(110, 120, 130)의 삽입홈(113)에 삽입된 피펫팁(200)에 전달되는 제1가열 블록(111) 및 제2가열 블록(112)의 힘(압력)을 완충할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 완충부(440)는 제1완충 블록(441), 제1완충 블록(441)과 마주보며 요철 결합하는 제2완충 블록(442) 및 제1완충 블록(441)과 제2완충 블록(442)의 사이에 삽입되는 복수의 스프링(443)을 포함할 수 있다. 스프링(443)은 제1완충 블록(441)과 제2완충 블록(442)의 회전 방향(원주 방향)으로 배열될 수 있다.

스프링(443)은 제1완충 블록(441)과 제2완충 블록(442)이 맞물려서 회전할 때에, 모터(410)의 회전 토크에 대응하는 스프링(443)의 압축력에 따라 모터(410)와 풀리(430)의 사이의 동력의 전달을 완충할 수 있다. 예를 들어, 가열부(110, 120, 130)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격이 커지는 방향으로 완충부(440)가 회전하는 경우, 스프링(443)의 영향을 받지 않고 제1완충 블록(441)과 제2완충 블록(442)이 맞물려서 회전한다. 반대로, 가열부(110, 120, 130)의 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 간격이 작아지는 방향으로 완충부(440)가 회전하는 경우, 스프링(443)의 작용에 의해 스프링(443)의 최대 압축력 이하의 크기를 가지는 모터 회전력(회전 토크)만이 풀리(430)에 전달된다. 이에 따라, 스프링(443)의 최대 압축력을 초과하는 모터 동력에 의해 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 사이에서 피펫팁(200)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

제1지지부(451), 제2지지부(452) 및 결합부(460)는 앞서 설명한 모터(410), 벨트(420), 풀리(430) 및 완충부(440)가 고정 및 결합될 수 있도록 상호간에 결합될 수 있다.

도 5는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 부분 단면도이다. 도 5는 PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁(510)이 제1가열 블록(111)과 제2가열 블록(112)의 사이의 삽입홈(113)에 삽입되어 있는 상태를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 피펫팁(510)에는 피펫팁(510)의 선단으로부터 소정의 높이의 위치까지의 영역인 제1영역(520)을 초과하는 높이의 영역부터 PCR 처리 대상 물질이 저장될 수 있다. 상기 제1영역(520)의 표면에는 PCR 처리 대상 물질(540)이 뭍어 있다. PCR 처리 대상 물질을 PCR 처리 대상 물질의 보관 용기로부터 피펫팁(510)으로 이송 저장하기 위하여, 피펫팁(510)의 선단부터 제1영역(520)까지 PCR 처리 대상 물질의 보관 용기내의 PCR 처리 대상 물질에 딥핑(dipping)되고, 그에 따라 제1영역(520)의 표면에 PCR 처리 물질이 뭍게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치에 따르면, 표면에 PCR 처리 대상 물질이 뭍어 있는 피펫팁(510)의 제1영역(520)은 삽입홈(113)을 통과하고, 피펫팁(510)의 PCR 처리 대상 물질이 저장된 제2영역(530)이 삽입홈(113)의 내부에 접촉되어 가열될 수 있다. 예를 들어, 피펫팁 이송부는 피펫팁(510)의 PCR 처리 대상 물질이 저장된 영역(530)이 삽입홈(113)의 내부에 접촉되어 가열되도록 피펫팁(510)을 삽입홈(113) 내에서 하강시킬 수 있다.

이와 같이, 표면에 PCR 처리 대상 물질이 뭍어 있는 피펫팁(510)의 제1영역(520)에 대해서는 가열처리를 하지 않음으로써, 피펫팁(510)의 표면에 뭍어있는 PCR 처리 대상 물질의 직접적인 가열을 방지하고, 가열에 따른 냄새, 오염 등을 방지할 수 있다.

도 6a는 종래의 PCR 처리 장치의 가열부에서의 온도 변화 그래프이다. 또한, 도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치의 가열부에서의 온도 변화 그래프이다.

종래의 PCR 처리 장치는 단일의 가열부를 구비하고 있다. 이 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 가열부의 온도를 필요한 온도로 한번에 직접적으로 설정하는 것은 매우 어려우며, 가열부의 온도를 필요한 온도로 설정하기 위해서는 해당 온도로 접근하기 위한 온도 조절 시간이 소요되었다. (도 6a의 점선의 원 부분 참조)

이와 달리, 도 6b에 도시된 바와 같이, 본원의 일 실시예에 따른 PCR 처리 장치에 따르면, 필요한 단일 온도를 유지하는 가열부를 복수개 구비한다. 예를 들어, 제1가열부(110)는 95℃를 유지하고(610), 제2가열부(120)는 55℃를 유지하고(620), 제3가열부(130)는 72℃를 유지할 수 있다(630). 이에 따라, 가열부에서 온도 조절 과정이 필요하지 않게 되었으며, 그에 따라 온도 조절 시간도 소요되지 않게 되어 PCR 처리 공정 시간이 단축될 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 겹합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: PCR 처리 장치
110: 제1가열부
111: 제1가열 블록
112: 제2가열 블록
113: 삽입홈
120: 제2가열부
130: 제3가열부
140: 간격 조절부
145: 보호 케이스
150: 냉각부
160: 온도 조절부
170: 전력 조절부
200: 피펫팁
310: 베이스 플레이트
320: 제1가이드 플레이트
330: 제2가이드 플레이트
340: 제1연결부
350: 제2연결부
410: 모터
420: 벨트
430: 풀리
440: 완충부
441: 제1완충 블록
442: 제2완충 블록
443: 스프링
451: 제1지지부
452: 제2지지부
460: 결합부

Claims

PCR(Polymerase Chain Reaction) 처리 장치에 있어서,
일면에 열원이 배치되는 제1가열 블록과, 상기 열원이 배치된 제1가열 블록의 일면과 마주보는 일면에 열원이 배치되는 제2가열 블록과, 상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 사이에 형성되고 PCR 처리 대상 물질을 저장하고 있는 피펫팁(Pipette Tip)이 삽입되는 삽입홈,을 포함하여 상기 PCR 처리 대상 물질을 가열하는 가열부; 및
상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 간격을 조절하는 간격 조절부,
를 포함하는 PCR 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가열부는 복수개이고, 상기 복수의 가열부는 일직선상에 배치되고,
상기 피펫팁이 상기 복수의 가열부로 순차적으로 이동하여 상기 복수의 가열부가 각각 서로 다른 온도로 상기 PCR 처리 대상 물질을 가열하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가열부는 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부를 포함하고, 상기 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부는 각각 서로 다른 온도로 상기 PCR 처리 대상 물질을 가열하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제1가열부는 상기 PCR 처리 대상 물질을 95℃로 가열하고, 상기 제2가열부는 상기 PCR 처리 대상 물질을 55℃로 가열하고, 상기 제3가열부는 상기 PCR 처리 대상 물질을 72℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부는 일직선상에 배치되고,
상기 피펫팁이 상기 제1가열부, 제2가열부 및 제3가열부의 순서대로 이동하여 상기 PCR 처리 대상 물질이 가열되는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1가열부와 상기 제2가열부의 사이에 위치하고, 상기 제1가열부에서 가열된 상기 PCR 처리 대상 물질을 냉각하는 냉각부,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제1가열부의 상부에 위치하고, 상기 제1가열부에서 가열된 상기 PCR 처리 대상 물질을 냉각하는 냉각부,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 삽입홈은 복수개인 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 간격 조절부는,
동력을 제공하는 모터;
상기 동력을 전달받아 회전하여 상기 제1가열 블록과 상기 제2가열 블록의 간격을 조절하는 벨트;
상기 동력을 상기 벨트로 전달하는 풀리; 및
상기 모터와 상기 풀리의 사이에 위치하고, 상기 모터와 상기 풀리의 사이의 동력의 전달을 완충하여 상기 삽입홈에 삽입된 상기 피펫팁에 전달되는 상기 제1가열 블록 및 상기 제2가열 블록의 힘을 완충하는 완충부,
를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 완충부는,
제1완충 블록;
상기 제1완충 블록과 마주보며 요철 결합하는 제2완충 블록; 및
상기 제1완충 블록과 상기 제2완충 블록 사이에 상기 제1완충 블록 및 상기 제2완층 블록의 회전방향으로 배열된 복수의 스프링,
을 포함하고,
상기 스프링은 상기 모터의 회전 토크에 대응하는 압축력에 따라 상기 모터와 상기 풀리의 사이의 동력의 전달을 완충하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 피펫팁을 파지하고 상기 복수의 가열부의 사이에서 이동 가능하며, 열처리가 필요한 상기 피펫팁을 상기 삽입홈에 위치시키거나 열처리가 종료된 상기 피펫팁을 상기 삽입홈으로부터 이탈시키는 피펫팁 이송부,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 피펫팁에는 상기 피펫팁의 선단으로부터 소정의 높이의 위치까지인 제1영역을 초과하는 높이의 영역부터 상기 PCR 처리 대상 물질이 저장되고,
상기 피펫팁 이송부는 상기 피펫팁의 제1영역이 상기 삽입홈을 통과하고 상기 피펫팁의 상기 PCR 처리 대상 물질이 저장된 제2영역이 상기 삽입홈의 내부에 접촉되도록 상기 피펫팁을 하강시키고,
상기 제1영역은 그 표면에 상기 PCR 처리 대상 물질이 뭍어있는 영역인 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 가열부 각각의 상기 PCR 처리 대상 물질의 가열 온도를 유지하기 위한 제어 신호를 생성하는 온도 조절부; 및
상기 제어 신호에 기초하여 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하는 전력 조절부,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 처리 장치.