WO2013118990A1 - 초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법 - Google Patents

초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법 Download PDF

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WO2013118990A1
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microfluidic chip
chip
acid extraction
plate
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김덕중
이동훈
김선진
최용해
류호선
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나노바이오시스(주)
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning

Definitions

  • the present invention relates to a device for extracting nucleic acids from biological samples such as sputum, blood, cells, trauma, saliva, tissues.
  • nucleic acid amplification reaction technology a technique for extracting nucleic acids from biological samples such as cells, bacteria, or viruses to diagnose, treat, or prevent diseases at the genetic level.
  • nucleic acid amplification reaction technology In addition to the diagnosis, treatment, or prevention of diseases, there is a need for a technology for extracting nucleic acids from biological samples in various fields such as development of customized new drugs, forensic medicine, and detection of environmental hormones.
  • the conventional nucleic acid extraction technology there is a method of purifying nucleic acid by denatured protein with phenol after solubilizing a sample including cells by treatment with SDS or proteinase K.
  • the phenol extraction method is not only time-consuming because many processing steps have to be performed, but also has a problem in that the nucleic acid extraction efficiency is highly dependent on the researcher's experience and experience, and thus the reliability is greatly reduced.
  • kits using silica or glass fibers that specifically bind to nucleic acids have been used.
  • the silica or glass fiber has a low binding ratio with proteins and cellular metabolites, so that nucleic acids having a relatively high concentration can be obtained.
  • the present invention unlike the existing nucleic acid extraction apparatus and nucleic acid extraction method, can be automated, miniaturized and ultra-fast, sputum, blood, cells, trauma, saliva, tissue
  • the present invention is not limited to such biological samples, and to provide a nucleic acid extraction apparatus capable of minimizing the consumption of a sample solution and maintaining and / or improving a reliable nucleic acid extraction efficiency.
  • the substrate A chip support disposed on an upper surface of the substrate, the chip support including a plate-shaped chip accommodating portion having a horizontal surface such that the lower surface of the nucleic acid extracting microfluidic chip is in intimate contact with each other; And a heater disposed on a horizontal surface of the chip receiver, the heater configured to apply heat to a portion of a lower front surface of the nucleic acid extracting microfluidic chip mounted on the chip receiver. It provides a device for.
  • the heater may be a contact plate-shaped thermal block.
  • an upper portion of the chip support may further include a chip cover having a horizontal surface so that the upper surface of the nucleic acid extracting microfluidic chip mounted on the chip receiving portion is in close contact with each other.
  • the fluid control module 900 is implemented to control the flow of the reaction solution contained in the nucleic acid extracting microfluidic chip mounted on the chip receiver.
  • a heat control module connected to the heater may be further included to control the amount of heat provided to the reaction solution contained in the nucleic acid extraction microfluidic chip mounted on the chip receiver.
  • the inlet A heating part disposed in a first channel region connected to the inlet part and configured to transfer heat obtained from the outside to a biological sample introduced through the inlet part; A first filter disposed in a second channel region connected to the heating unit and capable of passing a material having a size corresponding to the nucleic acid; A nucleic acid separation unit disposed in a third channel region connected to the first filter and having a nucleic acid binding material capable of specifically binding to the nucleic acid; A second filter disposed in a fourth channel region connected to the nucleic acid separator and capable of passing a material having a size corresponding to the nucleic acid; And an outlet connected to the second filter, and further comprising a microfluidic chip for nucleic acid extraction, which is embodied in a plate shape having an upper horizontal plane and a lower horizontal plane.
  • the channel including the first channel region to the fourth channel region of the microfluidic chip for nucleic acid extraction is implemented in fluid communication, the width and depth of the channel (0.001 to 10 millimeters, respectively) mm).
  • first filter and the second filter of the microfluidic chip for nucleic acid extraction is provided with a pore (pore) having a diameter in the range of 0.1 to 0.4 micrometers ( ⁇ m), a thickness in the range of 0.01 to 10 millimeters (mm) Can have.
  • first filter and the second filter of the microfluidic chip for nucleic acid extraction have a pore having a diameter of 0.2 micrometer ( ⁇ m), it may have a thickness of 0.01 to 0.5 millimeters (mm).
  • nucleic acid separation portion of the microfluidic chip for nucleic acid extraction may be provided with a bead (nucleic acid binding functional group) attached to the surface as a nucleic acid binding material.
  • the beads to which the nucleic acid binding functional groups of the nucleic acid extracting microfluidic chip are attached may have a diameter within the range of 0.001 to 20 millimeters (mm).
  • the nucleic acid separation portion of the microfluidic chip for nucleic acid extraction may include beads having a nucleic acid binding functional group attached within a range of 1 microgram ( ⁇ g) to 200 mg (mg).
  • microfluidic chip for nucleic acid extraction may be implemented in a plastic material.
  • the microfluidic chip for nucleic acid extraction comprises a first plate; A second plate disposed on the first plate and having a channel including the first to fourth channel regions; And a third plate disposed on the second plate and having the inlet and the outlet disposed thereon.
  • the first and third plates of the microfluidic chip for nucleic acid extraction are polydimethylsiloxane (PDMS), cycloolefin copolymer (COC), polymethylmethacrylate (PMMA) ), Polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof
  • the second plate of the microfluidic chip for nucleic acid extraction includes polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (COC), and polyamide.
  • polyamide, PA polyethylene
  • PE polypropylene
  • PP polyphenylene ether
  • PPE polystyrene
  • PS Polyoxymethylene
  • PEEK polyetheretherketone
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVC polyvinylchloride
  • PVC polyvinylidene fluoride
  • the inlet portion of the third plate of the nucleic acid extraction microfluidic chip is implemented in the range of 0.1 to 5.0 millimeters (mm) in diameter
  • the outlet portion of the microfluidic chip for nucleic acid extraction is in the range of 0.1 to 5.0 millimeters (mm) in diameter.
  • the thickness of the first plate and the third plate of the microfluidic chip for nucleic acid extraction is implemented in the range of 0.01 to 20 mm (mm)
  • the thickness of the second plate of the microfluidic chip for nucleic acid extraction is 30 It can be implemented within the range of micrometer ( ⁇ m) to 10 millimeters (mm).
  • nucleic acid extraction apparatus in nucleic acid extraction, it is possible to automate, miniaturization and ultra-high speed, and is not limited to biological samples such as sputum, blood, cells, trauma, saliva, tissue, minimizing the consumption of sample solution In addition, it is possible to maintain and / or improve reliable nucleic acid extraction efficiency.
  • FIG. 1 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention having a chip cover.
  • Figure 3 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention having a fluid control module.
  • Figure 4 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention having a thermal control module.
  • FIG. 5 shows a microfluidic chip for nucleic acid extraction according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view and a plan view of a nucleic acid extraction microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a state in which the microfluidic chip for nucleic acid extraction according to FIG. 5 is mounted in the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an apparatus for extracting nucleic acids according to an embodiment of the present invention for extracting nucleic acids from a biological sample includes a substrate 500;
  • the chip support 600 is disposed on the upper surface of the substrate 500 and includes a plate-shaped chip accommodating part 650 having a horizontal surface such that the lower surface of the nucleic acid extracting microfluidic chip (not shown) is in close contact. );
  • a heater 700 disposed on a horizontal surface of the chip receiver 650, and configured to apply heat to a part of a lower front surface of the nucleic acid extracting microfluidic chip mounted on the chip receiver 650.
  • the nucleic acid extracting apparatus means a device implemented to perform all the steps for extracting nucleic acids, and although not mentioned herein, may further include various modules required for extracting nucleic acids.
  • the substrate 500 does not change its physical and / or chemical properties due to the heating and temperature maintenance of the heater 700, which will be described in detail below, disposed within the substrate 500. It can be implemented with any material that prevents deformation by heat conduction to the part.
  • the substrate 500 may be formed of a material such as plastic, glass, silicon, or the like, but may be transparent or translucent, but is not limited thereto.
  • the substrate 500 may be implemented in various shapes. However, the substrate 500 may be implemented in a plate shape having a horizontal surface as shown in FIG. 1 for miniaturization of the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention. .
  • the chip support 600 is a portion on which the microfluidic chip for nucleic acid extraction according to the present invention, which will be described in detail below, is mounted and fixed, is disposed on an upper surface of the substrate 500, and the microfluidic chip for nucleic acid extraction is shown ( Of course) can be implemented with a material that can be mounted and fixed stably.
  • the chip support 600 includes a plate-shaped chip receiving portion 650 having a horizontal surface such that the lower surface of the nucleic acid extraction microfluidic chip (not shown) is in close contact with each other.
  • the chip receiving portion 650 is implemented in a plate shape, the bottom surface of the microfluidic chip for nucleic acid extraction is in close contact with each other, thereby increasing the thermal contact area transferred from the heater 700 to be described in detail below.
  • the heat transfer rate is increased, stable fluid control of the reaction solution contained in the microfluidic chip for nucleic acid extraction is possible, and the nucleic acid extraction reaction can be performed even with a small amount of the reaction solution.
  • the heater 700 is a module for supplying heat to a portion of the nucleic acid extraction microfluidic chip when the nucleic acid extraction microfluidic chip (not shown) is mounted on the chip support 600.
  • the heater 700 may be implemented in various ways, but in order to transfer heat to a large surface area of the microfluidic chip for nucleic acid extraction, and to increase the heat transfer rate, a plate-type heating block This is preferable.
  • the heater 700 is disposed on the horizontal surface of the chip receiving portion 600, a portion of the lower front surface of the nucleic acid extracting microfluidic chip mounted on the chip receiving portion 600 Implemented to allow heat.
  • Figure 2 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention having a chip cover.
  • the apparatus for extracting nucleic acids includes a nucleic acid extracting microfluidic chip (not shown) mounted on the chip receiver 650 on the chip support 600.
  • the upper surface may further include a chip cover 800 provided with a horizontal surface to be in close contact.
  • the chip cover 800 supports the stable mounting of the nucleic acid extracting microfluidic chip, and prevents heat from being released from the nucleic acid extracting microfluidic chip so that the rapid nucleic acid extraction reaction in the nucleic acid extracting microfluidic chip is performed. Get up.
  • the chip cover 800 may be implemented in various shapes to achieve the above object, but preferably implemented in a plate shape.
  • Figure 3 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention having a fluid control module.
  • the apparatus for extracting nucleic acids is a fluid control module 900 implemented to control the flow of a reaction solution contained in the nucleic acid extracting microfluidic chip mounted on the chip receiver 650.
  • the fluid control module 900 is connected to an inlet and / or outlet of the nucleic acid extraction microfluidic chip mounted on the chip support 600 to introduce a solution for nucleic acid extraction into the nucleic acid extraction microfluidic chip. And / or to discharge the solution present in the nucleic acid extracting microfluidic chip to the outside and / or to control the movement of the reaction solution within the nucleic acid extracting microfluidic chip.
  • the fluid control module 900 may include various components, for example, a microchannel that is a fluid movement passage, a pneumatic pump that provides a driving force for fluid movement, a valve for controlling opening and closing of fluid movement, and a nucleic acid. It may further include a storage chamber containing a variety of solutions required for nucleic acid extraction, such as binding buffer, elution buffer, silica gel (silica gel), distilled water (DW) and the like.
  • Figure 4 shows a nucleic acid extraction apparatus according to an embodiment of the present invention having a thermal control module.
  • the apparatus for extracting nucleic acids controls the amount of heat provided to the reaction solution accommodated in the nucleic acid extracting microfluidic chip mounted on the chip receiver 650. It may further include a thermal control module 750 connected with.
  • the thermal control module 750 controls the supply of power to the heater 700, thereby controlling the heating or cooling of the heater 700 to extract the nucleic acid by a predetermined temperature and sequence in the nucleic acid extracting microfluidic chip. Let the reaction occur.
  • the nucleic acid extracting apparatus is the heater 700, the cover 800, the fluid control module 900, and the thermal control module 750 It may further include an electronic control module (not shown) for automatically controlling the.
  • the electronic control module can precisely control the respective modules so that the quantitative nucleic acid can be extracted in the nucleic acid extraction microfluidic chip according to a pre-stored program.
  • the prestored program includes, for example, a program relating to a series of steps relating to nucleic acid extraction.
  • FIG. 5 shows a microfluidic chip for nucleic acid extraction according to an embodiment of the present invention.
  • the microfluidic chip 1 for nucleic acid extraction is for extracting nucleic acids from a biological sample, the inlet part 10;
  • a heating unit 20 disposed in a first channel region connected to the inlet unit 10 and configured to transfer heat obtained from the outside to a biological sample introduced through the inlet unit 10;
  • a first filter 30 disposed in a second channel region connected to the heating unit 20 and capable of passing a material having a size corresponding to the nucleic acid;
  • a nucleic acid separator 40 disposed in a third channel region connected to the first filter 30 and having a nucleic acid binding material 45 capable of specifically binding to the nucleic acid;
  • a second filter (50) disposed in a fourth channel region connected to the nucleic acid separation unit (40) and capable of passing a material having a size corresponding to the nucleic acid;
  • an outlet part 60 connected to the second filter 50.
  • the microfluidic chip for nucleic acid extraction is a component for nucleic acid extraction, that is, an inlet, an outlet, a channel connecting the inlet and the outlet, and a first filter.
  • the second filter, etc. refers to a microchip implemented in millimeter (mm) or micrometer ( ⁇ m) units.
  • the biological sample is a biological material including a nucleic acid such as DNA or RNA, and may be, for example, a liquid sample including animal cells, plant cells, pathogens, fungi, bacteria, viruses, and the like, but is not limited thereto.
  • the inlet 10 is a portion into which the biological sample or the solution for nucleic acid extraction is introduced into the microfluidic chip, and the outlet 60 is a nucleic acid obtained from the biological sample, a solution for nucleic acid extraction, Other waste (waste) and the like is discharged to the outside the microfluidic chip.
  • the inlet 10 and the outlet 60 may serve as outlets and inlets, respectively.
  • the solution for nucleic acid extraction includes all the solutions required for nucleic acid extraction, and may be, for example, distilled water, a nucleic acid binding buffer, an elution buffer, or the like.
  • the inlet 10 and the outlet 60 is connected in fluid communication by the channel 70, the heating unit 20, the first filter 30, the nucleic acid separation unit will be described in detail below
  • Components 40, the second filter 50, and the like are arranged to be driven in the channel 70 to perform each function.
  • the channel 70 may be implemented in various standards, but the width and depth of the channel are preferably implemented in a range of 0.001 to 10 millimeters (mm), respectively.
  • the first, second, third, and fourth channel regions to be described below mean a sequential arrangement from the inlet portion 10 to the outlet portion 60 and are limited to a specific position in the channel 70. It is not.
  • the heating part 20 is a portion in which heat obtained from the outside is applied to a solution (including a biological sample) introduced through the inlet part 10, and is disposed in a first channel region connected to the inlet part 10.
  • a solution including a biological sample
  • the heating unit 20 receives heat from the heater 70 of the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention in a contact manner.
  • the first filter 30 is a structure having a pore of a predetermined size, and serves to distinguish the passing material and the non-passing material by size through the pore in the fluid flow direction.
  • the first filter 30 is disposed in the second channel region connected to the heating unit 20, it is implemented to pass a material of a size corresponding to the nucleic acid.
  • the first filter 30 collects a material having a size larger than that of the nucleic acid in the dissolution product generated by the heating in the heating unit 20 in the heating unit 20, the nucleic acid and the material having a corresponding size is filtered It is moved to the nucleic acid separation unit 40 to be described below.
  • the first filter 30 may be implemented in various standards, but having a pore having a diameter in the range of 0.1 to 0.4 micrometers ( ⁇ m), but having a thickness in the range of 0.01 to 10 millimeters (mm). desirable. More preferably, the first filter 30 has a pore having a diameter of 0.2 micrometer ( ⁇ m), but preferably has a thickness of 0.01 to 0.5 millimeters (mm).
  • the nucleic acid separation unit 40 is for selectively separating the nucleic acid from a nucleic acid or a substance having a size corresponding thereto. According to FIG. 5, the nucleic acid separation unit 40 is a space between the first filter 30 and the second filter 50 to be described below, and the nucleic acid binding material 45 capable of specifically binding to the nucleic acid. ) Is provided.
  • the nucleic acid binding material 45 includes all materials capable of specifically binding to nucleic acids.
  • the nucleic acid binding material 45 has a nucleic acid binding functional group attached thereto, and may be, for example, silica (SiO 2) beads, biotin, or strptavidin attachment beads.
  • the bead to which the nucleic acid binding functional group is attached may be implemented in various standards, but preferably has a diameter within the range of 0.001 to 20 millimeters (mm).
  • the nucleic acid separation unit 40 may include a bead having the nucleic acid binding functional group attached thereto in various contents, but preferably includes within a range of 1 microgram ( ⁇ g) to 200 mg (mg).
  • the second filter 50 is a structure having a pore of a constant size, and passes through the non-pass material by size through the pore in the direction of fluid flow. It plays a role of distinguishing.
  • the second filter 50 is disposed in the fourth channel region connected to the nucleic acid separation unit 40, it is implemented to pass a material of a size corresponding to the nucleic acid.
  • the second filter 50 collects the nucleic acid binding material 45 in the nucleic acid separation unit 40, and filters the nucleic acid separated from the nucleic acid binding material 45 to the outlet 60. .
  • the second filter 50 may be implemented in various standards, but having a pore having a diameter in the range of 0.1 to 0.4 micrometers ( ⁇ m), but having a thickness in the range of 0.01 to 0.5 millimeters (mm). desirable. More preferably, the second filter 50 has a pore having a diameter of 0.2 micrometer ( ⁇ m), but preferably has a thickness of 0.3 millimeter (mm).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view and a plan view of a nucleic acid extraction microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
  • the microfluidic chip 1 for extracting nucleic acids comprises: a silver first plate 100; A second plate (200) disposed on the first plate and having a channel (70) including the first to fourth channel regions; And a third plate 300 disposed on the second plate 200 and having the inlet 10 and the outlet 60 disposed thereon.
  • Nucleic acid extraction microfluidic chip according to an embodiment of the present invention may be implemented in a variety of materials, preferably may be implemented in a plastic material. As such, when the plastic material is used, the heat transfer efficiency may be increased only by adjusting the thickness of the plastic, and the manufacturing process may be simplified, thereby greatly reducing the manufacturing cost.
  • the first plate 100 and the third plate 300 may include polydimethylsiloxane (PDMS), cyclo olefin copolymer (COC), polymethyl methacrylate (PMMA), Material selected from the group consisting of polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof
  • the second plate 200 includes polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (COC), polyamide (PA), Polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyphenylene ether (PPE), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), polyether Polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybutylene terephthalate (PBT) It may include a thermoplastic resin or
  • the inlet portion of the third plate is implemented in the range of 0.1 to 5.0 millimeters (mm) in diameter
  • the outlet portion is implemented in the range of 0.1 to 5.0 millimeters (mm) in diameter
  • the thickness of the first plate and the third plate Is implemented within the range of 0.01 to 20 millimeters (mm)
  • the thickness of the second plate may be implemented within the range of 30 micrometers ( ⁇ m) to 10 millimeters (mm).
  • the microfluidic chip for nucleic acid extraction may be implemented as two or more inlets, outlets, and channels connecting them, if necessary, in this case from two or more biological samples on one chip Nucleic acid can be extracted, and nucleic acid can be extracted quickly and efficiently.
  • FIG. 7 illustrates a state in which the microfluidic chip for nucleic acid extraction according to FIG. 5 is mounted in the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the nucleic acid extraction reaction may be performed while the plate-shaped nucleic acid extracting microfluidic chip 1 is closely attached to the chip receiver 650 of the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the method for extracting nucleic acids from a biological sample using the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention provides a microfluidic chip for nucleic acid extraction (1) according to an embodiment of the present invention (microfluidic flow) Chip providing step); Introducing a biological sample such as sputum, blood, cells, trauma, saliva, tissue through an inlet of the microfluidic chip 1 (biological sample introduction step); Dissolving the biological sample by moving the introduced biological sample to the heating part of the microfluidic chip 1 and then applying heat to the heating part of the microfluidic chip 1 through the heater 700.
  • a biological sample such as sputum, blood, cells, trauma, saliva, tissue
  • Bio sample dissolution step The material obtained from the dissolving step is transferred to the first filter of the microfluidic chip 1 and then passed through the first filter, and the material not passing through the first filter is removed (the first filter is Filtration through); After moving the material passing through the first filter to the nucleic acid separation unit of the microfluidic chip 1, the nucleic acid of the material passed through the first filter is bound to the nucleic acid binding material, and not bound to the nucleic acid binding material.
  • nucleic acid separation step Separating the nucleic acid from the nucleic acid binding material, passing the separated nucleic acid to the second filter and passing it through a second filter (filtration through a second filter); And extracting the nucleic acid through the outlet part after moving the material passing through the second filter to the outlet part (nucleic acid extraction step). Therefore, by using the apparatus for extracting nucleic acids according to the present invention, in the nucleic acid extraction reaction, automation, miniaturization and ultra-high speed are possible, and the sample is not limited to biological samples such as sputum, blood, cells, trauma, saliva, tissue, and the like. It is possible to minimize the consumption of the solution and to maintain and / or improve reliable nucleic acid extraction efficiency.
  • DNA is extracted using a nucleic acid extracting apparatus using a general tube (tube) for a tuberculosis strain cell and a nucleic acid extracting apparatus using a microfluidic chip for nucleic acid extraction according to an embodiment of the present invention, and then the yield And progress time was confirmed.
  • a nucleic acid extracting apparatus using a general tube (tube) for a tuberculosis strain cell and a nucleic acid extracting apparatus using a microfluidic chip for nucleic acid extraction according to an embodiment of the present invention, and then the yield And progress time was confirmed.
  • Typical nucleic acid extraction steps are as follows. Tuberculosis strain cells were prepared, and the tuberculosis strain cells were mixed with 6% NaOH and 4% NaLC in a 1: 1: 1 ratio to prepare a sample solution. The sample solution was then centrifuged to remove supernatant (20 minutes, 4300 rpm, 4 ° C.). Thereafter, 1 ml of distilled water (DW) was added to the sample solution, and after vortexing, the sample solution was transferred to another tube. Thereafter, the sample solution was centrifuged again and the supernatant was removed (3 minutes, 12000 rpm, room temperature). Then, 1 ml of distilled water (DW) was added to the sample solution, and vortexed.
  • DW distilled water
  • the nucleic acid was extracted from the same tuberculosis strain cells using the nucleic acid extracting microfluidic chip 1 and the nucleic acid extracting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Tuberculosis strain cells were prepared, and the tuberculosis strain cells were mixed with 6% NaOH and 4% NaLC in a 1: 1: 1 ratio to prepare a sample solution.
  • the sample solution was introduced using a syringe at the inlet of the nucleic acid extraction microfluidic chip ⁇ 25 ⁇ 72 ⁇ 2 mm, silica beads (OPS Diagnostics, LLC), filter (Whatman) according to FIG. 1 (about 1 minute).
  • the amount of the nucleic acid extraction product can be maintained as it is, unlike the conventional nucleic acid extraction method, the total time required can be greatly shortened. You can see that there is.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 핵산 추출 장치에 관한 것으로서, 이에 따르면 핵산 추출에 있어서, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있다.

Description

초고속 핵산 추출 장치, 및 이를 이용하는 핵산 추출 방법
본 발명은 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근 유전자 수준에서 질병을 진단, 치료, 또는 예방하기 위하여 세포, 박테리아, 또는 바이러스와 같은 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하는 기술이 핵산 증폭 반응 기술과 연계되어 널리 활용되고 있다. 또한, 질병의 진단, 치료, 또는 예방 이외에도 맞춤형 신약 개발, 법 의학, 환경 호르몬 검출 등 다양한 분야에서 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
종래 핵산 추출 기술의 일 예로서는 세포를 포함하는 시료를 SDS나 프로테이나아제(proteinase) K로 처리하여 가용화한 후 페놀로 단백질을 변성 제거하여 핵산을 정제하는 방법이 있었다. 그러나, 페놀 추출법은 많은 처리 단계를 수행해야 하기 때문에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 핵산 추출 효율이 연구자의 경험과 노련성에 의해 크게 좌우되어 신뢰성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 최근에는 이러한 문제를 해소하기 위해 핵산과 특이적으로 결합하는 실리카나 유리섬유를 이용하는 키트가 사용되기도 한다. 상기 실리카나 유리섬유는 단백질, 세포 대사 물질들과 결합 비율이 낮으므로 상대적으로 높은 농도의 핵산을 얻을 수 있다. 이와 같은 방법은 페놀법과 비교했을 때 간편하다는 장점은 있지만, 중합효소 연쇄 반응(PCR) 등의 효소 반응을 강하게 저해시키는 카오트로픽 시약이나 에탄올을 이용하기 때문에 이들 물질을 완전히 제거해야 하며, 이를 이유로 조작이 매우 번거롭고 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 최근 필터를 사용하여 핵산을 직접 정제하는 방법이 국제 공개특허 제00/21973호에 개시되었는데, 이 방법은 시료를 필터에 통과시켜 세포를 필터에 흡착시킨 후 필터에 흡착된 세포를 용해시키고 필터로 여과시킨 후 필터에 흡착된 핵산을 세척 및 용출시키는 것이다. 그러나 세포를 필터에 흡착시킨 후 핵산을 용출시키기 위해서는 세포의 종류에 따라 필터를 선택해야만 한다는 문제가 있고, 사용 장치들이 대형이고 복잡하여 연구자가 용이하게 사용할 수 없는 단점이 있다.
상기와 같은 종래 핵산 추출 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 기존의 핵산 추출 장치 및 핵산 추출 방법과는 달리, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있는 핵산 추출 장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예는 기판; 상기 기판 상부 면에 배치되고, 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부를 포함하는 칩 지지체; 및 상기 칩 수용부의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된 히터를 포함하는, 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서,
상기 히터는 접촉식 판 형상의 열 블록일 수 있다.
또한, 상기 칩 지지체의 상부에는 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상부 면이 밀착 접착되도록 수평 면이 구비된 칩 커버가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액의 흐름을 제어하도록 구현된 유체 제어 모듈(900)이 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액에 제공되는 열량을 제어하도록 상기 히터와 연결된 열 제어 모듈이 더 포함될 수 있다.
또한, 유입부; 상기 유입부와 연결된 제1 채널 영역에 배치되되, 상기 유입부를 통해 도입되는 생물학적 시료에 외부로부터 얻어진 열을 전달할 수 있도록 구현된 가열부; 상기 가열부와 연결된 제2 채널 영역에 배치되되, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제1 필터; 상기 제1 필터와 연결된 제3 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질이 구비되어 있는 핵산 분리부; 상기 핵산 분리부와 연결된 제4 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제2 필터; 및 상기 제2 필터와 연결된 유출부를 포함하는 것으로서, 상부 수평 면 및 하부 수평 면을 구비하는 판 형상으로 구현된, 핵산 추출용 미세유동 칩을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널은 유체 소통 가능하게 구현되되, 상기 채널의 폭(width) 및 깊이(depth)는 각각 0.001 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현될 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 10 밀리미터(mm) 범위의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm)의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 핵산 결합 물질로서 그 표면에 핵산 결합 작용기가 부착된 비드(bead)가 구비되어 있을 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 결합 작용기가 부착된 비드는 0.001 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내의 직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 1 마이크로그램(㎍) 내지 200 밀리그램(mg) 범위 내에서 핵산 결합 작용기가 부착된 비드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 플라스틱 재질로 구현될 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되되 상기 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널이 배치된 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되되 상기 유입부 및 상기 유출부가 배치된 제3 판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상기 제1 판 및 제3 판은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제3 판의 유입부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 유출부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1판 및 제3 판의 두께는 0.01 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되며, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판의 두께는 30 마이크로미터(㎛) 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 핵산 추출 장치에 따르면, 핵산 추출에 있어서, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 2는 칩 커버를 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 3은 유체 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 4는 열 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 7은 도 5에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩이 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치에 장착된 상태를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 이하 기술된 설명은 본 발명의 일 실시예들을 쉽게 이해하기 위한 것일 뿐이며, 그러한 설명으로부터 본 발명의 보호범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 1에 따르면, 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 기판(500); 상기 기판(500) 상부 면에 배치되고, 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부(650)를 포함하는 칩 지지체(600); 및 상기 칩 수용부(650)의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된 히터(700)를 포함한다.
상기 핵산 추출 장치는 핵산 추출을 위한 모든 단계를 수행할 수 있도록 구현된 장치를 의미하고, 본 명세서에서 언급되지 아니한 것이라도 핵산을 추출하기 위해 요구되는 다양한 모듈을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
상기 기판(500)은 상기 기판(500) 내에 배치된 이하 상세하게 설명될 히터(700)의 가열 및 온도 유지로 인해 그 물리적 및/또는 화학적 성질이 변하지 않고, 상기 기판(500) 내에 히터 이외의 부분에 열 전도에 의해 변형이 이루어지지 않게 하는 모든 재질로 구현될 수 있다. 상기 기판(500)은 플라스틱, 유리, 실리콘 등의 재질로서, 투명 또는 반투명하게 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기판(500)은 다양한 형상으로 구현될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 소형화를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 수평한 면을 구비하는 판 형상으로 구현되는 것이 바람직하다.
상기 칩 지지체(600)는 이하 상세하게 설명될 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩이 장착 및 고정되는 부분으로서, 상기 기판(500) 상부 면에 배치되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)이 안정적으로 장착 및 고정될 수 있도록 하는 재질로 구현될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 칩 지지체(600)는 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부(650)를 구비한다. 상기 칩 수용부(650)가 판 형상으로 구현됨으로써, 이와 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 면이 밀착 접촉되고, 그에 따라 이하 상세하게 설명될 히터(700)로부터 전달되는 열 접촉 면적이 넓어지고, 열 전달 속도가 증가하며, 핵산 추출용 미세유동 칩 내부에 수용되는 반응 용액의 안정적인 유체 제어가 가능하고, 소량의 반응 용액으로도 핵산 추출 반응을 수행할 수 있게 된다.
상기 히터(700)는 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)이 상기 칩 지지체(600)에 장착되었을 때 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 일 부분에 열을 공급하기 위한 모듈이다. 상기 히터(700)는 다양하게 구현될 수 있으나, 핵산 추출용 미세유동 칩의 가능한 넓은 표면적에 열을 전달하고, 열 전달 속도를 증가시키기 위해 접촉식 판 형상의 열 블록(plate-type heating block)이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 히터(700)는 상기 칩 수용부(600)의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부(600)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된다.
도 2는 칩 커버를 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 2에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 칩 지지체(600)의 상부에 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩(도시되지 않음)의 상부 면이 밀착 접착되도록 수평 면이 구비된 칩 커버(800)를 더 포함할 수 있다. 상기 칩 커버(800)는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 안정적인 장착을 지지하고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩으로부터 열이 방출되는 것을 차단하여 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내에서 신속한 핵산 추출 반응이 일어나도록 한다. 상기 칩 커버(800)는 위와 같은 목적을 달성하기 위해 다양한 형상으로 구현될 수 있으나, 판 형상으로 구현되는 것이 바람직하다.
도 3은 유체 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 3에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액의 흐름을 제어하도록 구현된 유체 제어 모듈(900)을 더 포함할 수 있다. 상기 유체 제어 모듈(900)은 상기 칩 지지체(600)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩의 유입부 및/또는 유출부와 연결되어 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내부로 핵산 추출을 위한 용액을 도입하거나 및/또는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내부에 존재하는 용액을 외부로 배출할 수 있도록 구현되거나 및/또는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내부에서 반응 용액의 이동을 제어하도록 구현될 수 있다. 상기 유체 제어 모듈(900)은 다양한 구성요소를 포함할 수 있는데, 예를 들어 유체 이동 통로인 미세 채널, 유체 이동의 구동력을 제공하는 공압 펌프, 유체 이동의 개폐를 제어할 수 있는 밸브, 및 핵산 결합 버퍼, 용출 버퍼, 실리카 겔(silica gel), 증류수(DW) 등 핵산 추출을 위해 요구되는 다양한 용액을 포함하는 저장 챔버 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
도 4는 열 제어 모듈을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치를 도시한다.
도 4에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 칩 수용부(650)에 장착되는 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액에 제공되는 열량을 제어하도록 상기 히터(700)와 연결된 열 제어 모듈(750)을 더 포함할 수 있다. 상기 열 제어 모듈(750)은 상기 히터(700)에 전력 공급을 제어함으로써, 상기 히터(700)의 발열 또는 냉각을 제어하여 상기 핵산 추출용 미세유동 칩 내에서 미리 결정된 온도 및 순서에 의해 핵산 추출 반응이 일어나도록 한다. 한편, 도 4에는 도시되지 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치는 상기 히터(700), 상기 커버(800), 상기 유체 제어 모듈(900), 및 상기 열 제어 모듈(750)을 자동으로 제어하기 위한 전자 제어 모듈(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 제어 모듈은 미리 저장된 프로그램에 따라 핵산 추출용 미세유동 칩 내에서 정량의 핵산이 추출될 수 있도록 상기 각 모듈들을 정밀하게 제어할 수 있다. 상기 미리 저장된 프로그램이라 함은 예를 들어, 핵산 추출에 관한 일련의 단계들에 관한 프로그램을 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩을 도시한다.
도 5에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1)은 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 것으로서, 유입부(10); 상기 유입부(10)와 연결된 제1 채널 영역에 배치되되, 상기 유입부(10)를 통해 도입되는 생물학적 시료에 외부로부터 얻어진 열을 전달할 수 있도록 구현된 가열부(20); 상기 가열부(20)와 연결된 제2 채널 영역에 배치되되, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제1 필터(30); 상기 제1 필터(30)와 연결된 제3 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질(45)이 구비되어 있는 핵산 분리부(40); 상기 핵산 분리부(40)와 연결된 제4 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제2 필터(50); 및 상기 제2 필터(50)와 연결된 유출부(60)를 포함한다.
상기 핵산 추출용 미세유동 칩(microfluidic chip)이라 함은 핵산 추출을 위한 구성요소, 즉 유입부(inlet), 유출부(outlet), 상기 유입부 및 유출부를 연결하는 채널(channel), 제1 필터, 및 제2 필터 등의 규격이 밀리미터(mm) 또는 마이크로미터(㎛) 단위에서 구현되는 초소형 칩(chip)을 말한다.
상기 생물학적 시료는 DNA 또는 RNA 등과 같은 핵산을 포함하는 생물학적 물질로서, 예를 들어, 동물 세포, 식물 세포, 병원균, 곰팡이, 박테리아, 바이러스 등을 포함하는 액체 시료일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유입부(10)는 상기 생물학적 시료 또는 핵산 추출을 위한 용액 등이 상기 미세유체 칩 내부로 도입되는 부분이고, 상기 유출부(60)는 상기 생물학적 시료로부터 획득된 핵산, 핵산 추출을 위한 용액, 기타 폐기물(waste) 등이 상기 미세유체 칩 외부로 배출되는 부분이다. 이 경우 필요에 따라 유입부(10)과 유출부(60)은 각각 유출부 및 유입부의 역할을 수행할 수 있다. 상기 핵산 추출을 위한 용액은 핵산 추출 시 요구되는 모든 용액을 포함하고, 예를 들어 증류수, 핵산 결합 버퍼(binding buffer), 용출 버퍼(elution buffer) 등일 수 있다. 한편, 상기 유입부(10) 및 상기 유출부(60)는 채널(70)에 의해 유체 소통 가능하게 연결되고, 이하 상세하게 설명될 가열부(20), 제1 필터(30), 핵산 분리부(40), 제2 필터(50) 등의 구성요소는 상기 채널(70)에 구동가능하도록 배치되어 각 기능을 수행하게 된다. 상기 채널(70)은 다양한 규격으로 구현될 수 있지만, 상기 채널의 폭(width) 및 깊이(depth)는 각각 0.001 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되는 것이 바람직하다. 이하 설명될 제1, 제2, 제3, 제4 채널 영역은 상기 유입부(10)으로부터 상기 유출부(60)까지의 순차적 배치를 의미할 뿐, 상기 채널(70) 내의 특정 위치로 제한되는 것은 아니다.
상기 가열부(20)는 상기 유입부(10)를 통해 도입된 용액(생물학적 시료 포함)에 외부로부터 얻어진 열이 가해지는 부분으로서, 상기 유입부(10)와 연결된 제1 채널 영역에 배치된다. 예를 들어, 상기 유입부(10)를 통해 세포, 박테리아, 또는 바이러스를 포함하는 시료가 도입되는 경우 상기 세포, 박테리아, 또는 바이러스가 상기 가열부(20)에 도달하면 순간적으로 약 80 내지 100도(℃)로 가열되기 때문에 상기 세포, 박테리아, 또는 바이러스의 외벽이 파괴되고 그 세포 내 물질이 외부로 방출되게 된다(cell lysis). 상기 가열부(20)는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 히터(70)로부터 접촉 방식으로 열을 공급받는다.
상기 제1 필터(30)는 일정한 크기의 포어(pore)를 갖는 구조체로서, 유체 흐름 방향으로 상기 포어를 통해 크기별로 통과 물질과 비-통과 물질을 구별해 주는 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 필터(30)는 상기 가열부(20)와 연결된 제2 채널 영역에 배치되고, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있도록 구현된다. 상기 제1 필터(30)는 상기 가열부(20)에서 가열에 의해 생긴 용해 산물 중 핵산보다 큰 크기의 물질을 상기 가열부(20)에 포집하되, 핵산 및 그에 상응하는 크기를 갖는 물질은 여과하여 이하 설명될 핵산 분리부(40)로 이동시킨다. 상기 제1 필터(30)는 다양한 규격으로 구현될 수 있으나, 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 10 밀리미터(mm) 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 제1 필터(30)는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm)의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 핵산 분리부(40)는 핵산 또는 이에 상응하는 크기를 갖는 물질 중에서 상기 핵산을 선택적으로 분리하기 위한 것이다. 도 5에 따르면, 상기 핵산 분리부(40)는 상기 제1 필터(30)와 이하 설명될 제2 필터(50) 사이의 공간으로서, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질(45)이 구비되어 있다. 상기 핵산 결합 물질(45)은 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 모든 물질을 포함한다. 상기 핵산 결합 물질(45)은 핵산 결합 작용기가 부착된 것으로서, 예를 들어, 실리카(SiO2) 비드, 바이오틴(biotin) 또는 스트렙타비딘(strptavidin) 부착 비드일 수 있다. 상기 핵산 결합 작용기가 부착된 비드는 다양한 규격으로 구현될 수 있으나, 0.001 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 핵산 분리부(40)는 상기 핵산 결합 작용기가 부착된 비드를 다양한 함량으로 포함할 수 있으나, 1 마이크로그램(㎍) 내지 200 밀리그램(mg) 범위 내에서 포함하는 것이 바람직하다. 상기 핵산 결합 물질(45)에 핵산이 특이적으로 결합된 후 상기 핵산 분리부(40)의 내부를 세척하여 이물질을 제거하면 상기 핵산 결합부(40)에는 표적 핵산-핵산 결합 물질(45)의 복합체(complex)만 남아 있게 된다. 그 후 상기 핵산 분리부(40)에 용출 버퍼(elution buffer)가 제공되면 상기 표적 핵산이 상기 복합체로부터 분리된다.
상기 제2 필터(50)는 이미 설명된 제1 필터(30)과 같이, 일정한 크기의 포어(pore)를 갖는 구조체로서, 유체 흐름 방향으로 상기 포어를 통해 크기별로 통과 물질과 비-통과 물질을 구별해 주는 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 필터(50)는 상기 핵산 분리부(40)와 연결된 제4 채널 영역에 배치되고, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있도록 구현된다. 상기 제2 필터(50)는 상기 핵산 분리부(40)에서 상기 핵산 결합 물질(45)은 포집하되, 상기 핵산 결합 물질(45)로부터 분리된 핵산은 여과하여 상기 유출부(60)로 이동시킨다. 상기 제2 필터(50)는 다양한 규격으로 구현될 수 있으나, 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm) 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 제2 필터(50)는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.3 밀리미터(mm)의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 6에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1)은 은 제1 판(100); 상기 제1 판 상에 배치되되 상기 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널(70)이 배치된 제2 판(200); 및 상기 제2 판(200) 상에 배치되되 상기 유입부(10) 및 상기 유출부(60)가 배치된 제3 판(300)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 플라스틱 재질로 구현될 수 있다. 이와 같이, 플라스틱 재질을 사용하는 경우 플라스틱 두께 조절만으로 열 전달 효율을 증대시킬 수 있고, 제작 공정이 단순하여 제조 비용을 크게 절감시킬 수 있다. 한편, 상기 제1 판(100) 및 제3 판(300)은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고, 상기 제2 판(200)은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 판의 유입부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 유출부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 제1판 및 제3 판의 두께는 0.01 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되며, 상기 제2 판의 두께는 30 마이크로미터(㎛) 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩은 필요에 따라 2 이상의 유입부, 유출부, 및 이를 연결하는 채널로 구현될 수 있고, 이 경우 하나의 칩 상에서 2 이상의 생물학적 시료로부터 핵산을 추출할 수 있어서 신속하고 효율적으로 핵산을 추출할 수 있다.
도 7은 도 5에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩이 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 장치에 장착된 상태를 도시한다.
도 7에 따르면, 판 형상의 핵산 추출용 미세유동 칩(1)이 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치의 상기 칩 수용부(650)에 밀착 장착된 상태에서 핵산 추출 반응이 진행될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출 장치를 이용하여 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하는 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1)을 제공하는 단계(미세유동 칩 제공 단계); 상기 미세유동 칩(1)의 유입부를 통해 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료를 도입하는 단계(생물학적 시료 도입 단계); 상기 도입된 생물학적 시료를 상기 미세유동 칩(1)의 가열부로 이동시킨 후 상기 히터(700)를 통해 상기 미세유동 칩(1)의 가열부에 열을 가하여 상기 생물학적 시료를 용해(lysis)시키는 단계(생물학적 시료 용해 단계); 상기 용해 단계로부터 획득된 물질을 상기 미세유동 칩(1)의 제1 필터로 이동시킨 후 상기 제1 필터를 통해 통과시키고, 상기 제1 필터를 통과하지 아니한 물질을 제거하는 단계(제1 필터를 통한 여과 단계); 상기 제1 필터를 통과한 물질을 상기 미세유동 칩(1)의 핵산 분리부로 이동시킨 후 상기 제1 필터를 통과한 물질 중 핵산을 상기 핵산 결합 물질에 결합시키고, 상기 핵산 결합 물질에 결합되지 아니한 물질을 제거하는 단계(핵산 분리 단계); 상기 핵산 결합 물질로부터 상기 핵산을 분리시키고, 상기 분리된 핵산을 상기 제2 필터로 이동시킨 후 제2 필터를 통해 통과시키는 단계(제2 필터를 통한 여과 단계); 및 상기 제2 필터를 통과한 물질을 상기 유출부로 이동시킨 후 상기 유출부를 통해 상기 핵산을 추출하는 단계(핵산 추출 단계)를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 핵산 추출용 장치를 이용하면, 핵산 추출 반응에 있어서, 자동화, 초소형화 및 초고속화가 가능하고, 객담, 혈액, 세포, 유린, 침, 조직 등 생물학적 시료에 제한되지 않고, 샘플 용액의 소모량을 최소화하고, 아울러 신뢰성 있는 핵산 추출 효율을 유지 및/또는 개선할 수 있다.
실험예. 핵산 추출의 산출량 및 진행시간 확인
먼저, 결핵균주 세포를 대상으로 일반적인 튜브(tube)를 사용하는 핵산 추출 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩을 사용하는 핵산 추출 장치를 각각 이용하여 DNA를 추출한 후 그 산출량 및 진행시간을 확인하였다.
일반적인 핵산 추출 단계는 아래와 같다. 결핵균주 세포를 준비하고, 상기 결핵균주 세포를 6% NaOH 및 4% NaLC와 1:1:1 비율로 혼합하여 샘플 용액으로 제조하였다. 그 후, 상기 샘플 용액을 원심분리하여 상층액을 제거하였다(20분, 4300 rpm, 4℃). 그 후, 샘플 용액에 증류수(DW) 1 ㎖를 첨가하고, 볼텍싱(vortexing)한 후 상기 샘플 용액을 다른 튜브에 옮겼다. 그 후, 상기 샘플 용액을 재차 원심분리 후 상층액을 제거하였다(3분, 12000 rpm, 상온). 그 후, 상기 샘플 용액에 증류수(DW) 1 ㎖를 첨가하고, 볼텍싱(vortexing)하였다. 그 후, 상기 샘플 용액에 증류수(DW) 500 ㎕를 첨가하고, 유전체 DNA를 획득하였다(이 경우 상업적으로 이용가능한 QIAamp DNA Kit를 사용함). 그 결과, 최종 DNA 산물은 약 100 ㎕가 획득되었고, 최종 DNA 산물을 획득하는데 약 1시간 이상이 소요되었다.
뒤이어, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩(1) 및 핵산 추출 장치를 이용하여 동일한 결핵균주 세포로부터 핵산을 추출하였는데, 상세 과정은 아래와 같다. 결핵균주 세포를 준비하고, 상기 결핵균주 세포를 6% NaOH 및 4% NaLC와 1:1:1 비율로 혼합하여 샘플 용액으로 제조하였다. 그 후, 도 1에 따른 핵산 추출용 미세유동 칩{25×72×2mm, 실리카 비드(OPS Diagnostics, LLC), 필터(Whatman)}의 유입부에 실린지를 이용하여 상기 샘플 용액을 도입하였다(약 1분 소요). 그 후, 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 유입부에 실리카 겔(silica gel) 및 1X DNA 결합 버퍼(binding buffer) 300 ㎕을 도입한 후 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 가열부를 95℃로 급속 가열하였다(약 1분 30초 소요). 그 후, 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 유입부를 통해 샘플 용액 중 폐기물을 제거하고 용출 버퍼(elution buffer) 100 ㎕를 도입하였다(약 30초 소요). 그 후, 본 발명의 일시예에 따른 미세유동 칩의 유출부를 통해 최종 산물을 획득하고, 확인한 결과 최종 DNA 산물은 약 100 ㎕가 획득되었고, 최종 DNA 산물을 획득하는데 전체 약 7분 정도가 소요되었다. 이 경우 상기 실험을 수작업이 아닌 자동화 핵산 추출 장치로 진행했을 경우 그 소요시간은 약 5분 이내로 감소할 것임은 자명하다.
상기 실험 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동 칩 및 핵산 추출 장치를 이용하면, 핵산 추출 산물의 양은 그대로 유지될 수 있는데 반해, 기존 핵산 추출 방법과는 달리 총 소요시간은 크게 단축시킬 수 있다는 점을 확인할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상부 면에 배치되고, 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 면이 밀착 접촉되도록 수평 면이 구비된 판 형상의 칩 수용부를 포함하는 칩 지지체; 및
    상기 칩 수용부의 수평 면에 배치되되, 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 하부 전면 중 일부에 열을 가할 수 있도록 구현된 히터;
    를 포함하는, 생물학적 시료로부터 핵산을 추출하기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 히터는 접촉식 판 형상의 열 블록인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 칩 지지체의 상부에는 상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상부 면이 밀착 접착되도록 수평 면이 구비된 칩 커버가 더 포함된 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액의 흐름을 제어하도록 구현된 유체 제어 모듈이 더 포함된 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 칩 수용부에 장착되는 상기 핵산 추출용 미세유동 칩에 수용된 반응 용액에 제공되는 열량을 제어하도록 상기 히터와 연결된 열 제어 모듈이 더 포함된 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    유입부;
    상기 유입부와 연결된 제1 채널 영역에 배치되되, 상기 유입부를 통해 도입되는 생물학적 시료에 외부로부터 얻어진 열을 전달할 수 있도록 구현된 가열부;
    상기 가열부와 연결된 제2 채널 영역에 배치되되, 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제1 필터;
    상기 제1 필터와 연결된 제3 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산과 특이적으로 결합할 수 있는 핵산 결합 물질이 구비되어 있는 핵산 분리부;
    상기 핵산 분리부와 연결된 제4 채널 영역에 배치되되, 상기 핵산에 상응하는 크기의 물질을 통과시킬 수 있는 제2 필터; 및
    상기 제2 필터와 연결된 유출부;
    를 포함하는 것으로서, 상부 수평 면 및 하부 수평 면을 구비하는 판 형상으로 구현된,
    핵산 추출용 미세유동 칩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널은 유체 소통 가능하게 구현되되, 상기 채널의 폭(width) 및 깊이(depth)는 각각 0.001 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.1 내지 0.4 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 포어(pore)를 구비하되, 0.01 내지 10 밀리미터(mm) 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1 필터 및 제2 필터는 0.2 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖는 포어를 구비하되, 0.01 내지 0.5 밀리미터(mm)의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 핵산 결합 물질로서 그 표면에 핵산 결합 작용기가 부착된 비드(bead)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 결합 작용기가 부착된 비드는 0.001 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 핵산 분리부는 1 마이크로그램(㎍) 내지 200 밀리그램(mg) 범위 내에서 핵산 결합 작용기가 부착된 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 플라스틱 재질로 구현된 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제6 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩은 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되되 상기 제1 채널 영역 내지 제4 채널 영역을 포함하는 채널이 배치된 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되되 상기 유입부 및 상기 유출부가 배치된 제3 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 상기 제1 판 및 제3 판은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함하고,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제3 판의 유입부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 유출부는 직경 0.1 내지 5.0 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되고, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제1판 및 제3 판의 두께는 0.01 내지 20 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되며, 상기 핵산 추출용 미세유동 칩의 제2 판의 두께는 30 마이크로미터(㎛) 내지 10 밀리미터(mm) 범위 내에서 구현되는 것을 특징으로 하는 장치.
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ES13745997.0T ES2615644T3 (es) 2012-02-07 2013-01-25 Aparato de extracción de ácido nucleico a velocidad ultra-alta y procedimiento de extracción de ácido nucleico usando el mismo
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109564231B (zh) * 2016-06-08 2023-01-06 加利福尼亚大学董事会 用于处理组织和细胞的方法和装置
CN110199859B (zh) * 2019-06-15 2021-02-23 浙江大学 用于研究根际微域的方法及所用的微流控芯片装置
KR20230155183A (ko) * 2022-05-03 2023-11-10 경북대학교 산학협력단 혈액 내 핵산 분리를 위한 휴대 가능 장치

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000021973A1 (en) 1998-10-09 2000-04-20 Whatman Bioscience Limited Isolation method for nucleic acid and apparatus
KR100441893B1 (ko) * 2002-08-03 2004-07-27 학교법인 포항공과대학교 Ｍｅｍｓ소자를 이용한 핵산분리장치
US20080257071A1 (en) * 2005-11-25 2008-10-23 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Microfluidic Device with Porous Membrane and an Unbranched Channel
JP2009125033A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 核酸単離方法、核酸抽出装置、及びそれらを用いた細胞種の同定方法及び遺伝子検出方法
KR20090124311A (ko) * 2008-05-29 2009-12-03 한양대학교 산학협력단 시료 전처리용 마이크로 바이오칩 및 이를 이용한 ｄｎａ추출방법
KR20110035476A (ko) * 2009-09-30 2011-04-06 삼성전자주식회사 핵산 분리 방법 및 장치
KR101082348B1 (ko) * 2009-07-03 2011-11-10 서울대학교산학협력단 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩
JP2012018039A (ja) * 2010-07-07 2012-01-26 Sony Corp マイクロ流路と核酸ハイブリダイゼーションのためのマイクロチップとカラム及び装置並びに方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6953676B1 (en) * 1992-05-01 2005-10-11 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale polynucleotide amplification device and method
US7914994B2 (en) * 1998-12-24 2011-03-29 Cepheid Method for separating an analyte from a sample
US8986944B2 (en) * 2001-10-11 2015-03-24 Aviva Biosciences Corporation Methods and compositions for separating rare cells from fluid samples
AU2003299541A1 (en) * 2002-10-02 2004-05-25 California Institute Of Technology Microfluidic nucleic acid analysis
JP4996248B2 (ja) * 2003-07-31 2012-08-08 ハンディーラブ インコーポレイテッド 粒子含有サンプルの処理
CN1867831A (zh) * 2003-09-12 2006-11-22 日本电气株式会社 芯片、使用该芯片的设备、以及使用该设备的方法
GB2416030B (en) * 2004-01-28 2008-07-23 Norchip As A diagnostic system for carrying out a nucleic acid sequence amplification and detection process
WO2008061129A2 (en) * 2006-11-14 2008-05-22 University Of Utah Research Foundation Methods and compositions related to continuous flow thermal gradient pcr
US8157434B2 (en) * 2007-01-19 2012-04-17 Fluidigm Corporation High efficiency and high precision microfluidic devices and methods
GB0710957D0 (en) 2007-06-07 2007-07-18 Norchip As A device for carrying out cell lysis and nucleic acid extraction
WO2010009415A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Methods and systems for microfluidic dna sample preparation
JP5729904B2 (ja) * 2009-06-02 2015-06-03 キヤノン株式会社 細胞から蛋白質、ｄｎａ、ｒｎａを調製する方法
WO2010147654A2 (en) * 2009-06-15 2010-12-23 Netbio Inc. Improved methods for forensic dna quantitation
WO2011066588A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-03 Fluidigm Corporation Microfluidic device regeneration
TWI421340B (zh) * 2010-03-16 2014-01-01 Nat Univ Tsing Hua 微流道晶片及其使用方法
EP2646564A4 (en) * 2010-12-03 2014-05-07 Blood Cell Storage Inc METHODS FOR ISOLATING MICROORGANISMS

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000021973A1 (en) 1998-10-09 2000-04-20 Whatman Bioscience Limited Isolation method for nucleic acid and apparatus
KR100441893B1 (ko) * 2002-08-03 2004-07-27 학교법인 포항공과대학교 Ｍｅｍｓ소자를 이용한 핵산분리장치
US20080257071A1 (en) * 2005-11-25 2008-10-23 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Microfluidic Device with Porous Membrane and an Unbranched Channel
JP2009125033A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 核酸単離方法、核酸抽出装置、及びそれらを用いた細胞種の同定方法及び遺伝子検出方法
KR20090124311A (ko) * 2008-05-29 2009-12-03 한양대학교 산학협력단 시료 전처리용 마이크로 바이오칩 및 이를 이용한 ｄｎａ추출방법
KR101082348B1 (ko) * 2009-07-03 2011-11-10 서울대학교산학협력단 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩
KR20110035476A (ko) * 2009-09-30 2011-04-06 삼성전자주식회사 핵산 분리 방법 및 장치
JP2012018039A (ja) * 2010-07-07 2012-01-26 Sony Corp マイクロ流路と核酸ハイブリダイゼーションのためのマイクロチップとカラム及び装置並びに方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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