KR-102961294-B1 - 핵산 반응 챔버, 이를 이용한 핵산 반응 방법 및 이를 포함하는 샘플 처리용 카트리지

Abstract

본 발명은 핵산 반응 챔버에 관한 것으로서, 제 1 유로, 제 2 유로를 포함하는 유로 및 샘플영역을 포함한 몸체부를 포함하며, 상기 샘플영역은 상기 제 1 유로와 제 2 유로의 하부와 개별적으로 연결되며, 상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로는 각각 외부와 연통된 핵산 반응 챔버를 제공한다. 본 발명에 의하면 샘플용액의 적은 용량 및 반응혼합물의 점성에도 불구하고 샘플용액 및 반응혼합물의 혼합을 균일하게 수행할 수 있고 검출결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Inventors

• 김재영

Assignees

• 주식회사 씨젠

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20210928

Priority Date

20200929

Claims (20)

1. 제 1 유로, 제 2 유로를 포함하는 유로 및 샘플영역을 포함한 몸체부를 포함하며, 상기 샘플영역은 상기 제 1 유로와 제 2 유로의 하부와 개별적으로 연결되며, 상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로는 각각 외부와 연통되며, 상기 몸체부에는 상기 유로와 연통되도록 구성된 최소 하나의 수용부가 구비되며, 상기 수용부에는 수불혼화성 물질(water-immiscible material) 이 구비된 핵산 반응 챔버.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 수용부는, 상기 제 1 유로와 연통된 제 1 수용부 및 상기 제 2 유로와 연통된 제 2 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 수용부 및 제 2 수용부는 상기 샘플영역보다 상류에서 상기 제 1 유로 및 제 2 유로와 각각 연통되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 수불혼화성 물질은 상기 수용부에 고체 상태로 구비되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체부에는 상기 수용부에 위치하는 물질의 이동을 제한하는 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 샘플영역에는 핵산 반응을 위한 반응혼합물이 구비되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
9. 제 1 유로, 제 2 유로를 포함하는 유로 및 샘플영역을 포함한 몸체부를 포함하며, 상기 샘플영역은 상기 제 1 유로와 제 2 유로의 하부와 개별적으로 연결되며, 상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로는 각각 외부와 연통되며, 상기 샘플영역을 길이방향으로 제 1 샘플영역과 제 2 샘플영역으로 구획하는 구획부를 추가로 포함하며, 상기 구획부의 하단과 상기 샘플영역의 하면이 이격되며 상기 제 1 샘플영역과 제 2 샘플영역이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 구획부는 상기 제 1 샘플영역이 상기 제 2 샘플영역보다 크게 구획되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 구획부는 상기 샘플영역의 중심부를 벗어나게 위치하는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 유로는 상기 제 1 샘플영역의 상측에 구비되는 제 1 보조샘플영역을 포함하고, 상기 제 2 유로는 상기 제 2 샘플영역의 상측에 구비되는 제 2 보조샘플영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 보조샘플영역은 상기 제 2 샘플영역보다 부피가 더 큰 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 보조샘플영역은 상기 제 1 보조샘플영역과 부피가 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체부의 상측에 마련되며, 상기 제 1 유로가 연통되는 제 1 개구 및 상기 제 2 유로가 연통되는 제 2 개구가 상면에 구비되는 포트(port)부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 몸체부의 내부에는, 상기 제 1 유로의 상부를 제 1 개구에 연결하는 제 1 통로 및 상기 제 2 유로의 상부를 제 2 개구에 연결하는 제 2 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 개구의 둘레를 따라 함몰형성된 적어도 하나의 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 유로 및 샘플영역은 상기 몸체부의 일면에 음각되어 형성되고, 상기 몸체부의 상기 음각된 면에는 상기 유로 및 샘플영역을 커버하는 배리어층이 부착되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 배리어층은 열전도성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체부는 투명 또는 반투명한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 핵산 반응 챔버.

Description

핵산 반응 챔버, 이를 이용한 핵산 반응 방법 및 이를 포함하는 샘플 처리용 카트리지 본 발명은 핵산 반응 챔버, 이를 이용한 핵산 반응 방법 및 이를 포함하는 샘플 처리용 카트리지에 관한 것이다. 현대인의 건강에 대한 관심이 높아지고, 기대 수명이 연장되면서, 병원균의 정확한 분석 및 환자의 유전자 분석 등 핵산 기반의 체외 분자 진단에 대한 중요성이 높아지고 있으며, 그 수요가 증가하고 있는 실정이다. 핵산 기반의 분자진단은 검체 샘플로부터 핵산을 추출 한 후, 추출된 핵산 중 타겟 핵산의 존재 유부를 확인하는 방식으로 이루어진다. 샘플로부터 핵산을 추출하는 샘플 처리 공정은 샘플과 각종 시약의 순차적 혼합, 핵산을 제외한 잔여물을 제거하는 과정을 포함한다. 이와 같은 샘플 처리 공정은 소량의 용액을 정교하게 처리하여야 하므로 대부분 실험자에 의하여 수동으로 진행되거나, 정교한 컨트롤이 가능한 Liquid handling 장비에 의하여 이루어졌다. 기존의 Liquid handling 장비는 장치 자체의 비용이 높고, 전문 인력이 필요한 문제점이 있다. 또한 대량의 샘플을 동시에 처리하는 시스템이므로 시간당 샘플 발생수가 적은 경우 샘플 채취에서 검사 결과가 확정까지 오랜 시간이 소요되므로, 처리해야 할 샘플의 수가 적은 지역 병원, 의원 등에서 사용하기에는 부적절하다. 핵산 검출용 POC시스템은 샘플로부터 추출 및 핵산 검출을 하나의 카트리지에서 one-step으로 처리한다. POC 시스템은 샘플의 채취 즉시 샘플 처리 프로세스를 진행할 수 있게 디자인되므로, 지역 의료 현장에서 강점을 가진다. 이러한 POC기반의 추출 공정 및 핵산 검출 공정은 복수의 샘플 처리 챔버 및 핵산 반응 챔버에 샘플이 차례로 이동하며 이루어진다. 챔버 간 샘플 또는 이의 처리물의 이동은 챔버 간 유로를 형성하고 밸브로 제어하는 방식 및 이액수단에 의하여 챔버 간 용액을 이동시키는 방식이 있다. 핵산 검출용 POC 시스템에 사용되는 카트리지는 핵산을 추출하는 샘플 처리 공정을 수행하기 위한 추출 챔버뿐만 아니라 추출된 핵산의 증폭 반응 및 타겟 핵산을 검출하는 광학 측정이 수행되는 핵산 반응 챔버를 포함한다. 중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction: PCR)으로 공지된 핵산 증폭 반응은 이중가닥 DNA의 변성, 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). 추출된 핵산이 포함된 샘플 용액은 증폭 반응의 수행을 위해 dNTP 등을 포함하는 반응혼합물과 혼합되며, 혼합된 용액은 소정의 시퀀스에 따라 온도가 변화되며 증폭 반응이 수행된다. DNA의 변성은 약 95℃에서 진행되고, 프라이머의 어닐링 및 연장은 95℃보다 낮은 온도인 55℃ 내지 75℃에서 진행된다. 이때 변성, 어닐링, 연장의 각 단계를 위한 온도 및 반응 시간은 각 샘플, 분석 대상 핵산 및 분석을 위하여 사용되는 프라이머, 프로브 등 올리고의 서열 등에 따라 각각 다르게 설정하여야 한다. 이러한 방식에서는 샘플용액 및 반응혼합물이 dNTP, 효소, 버퍼 등 여러가지 물질을 포함하여 점성이 있으며, 특히 소량의 용액으로 증폭 반응을 수행하는 POC 시스템의 특성상 샘플용액과 반응혼합물이 균일하게 혼합되기 어렵고, 샘플용액 및 반응혼합물이 균일하게 혼합되지 않으면 증폭반응에 의해 타겟 핵산을 검출하기 어려운 문제가 있다. 또한, 소량의 용액으로 증폭반응을 수행하므로 혼합용액의 증발이 조금이라도 발생하는 경우 검출 결과에 치명적인 오류를 야기하는 문제가 있다. 따라서, 샘플용액과 반응혼합물을 균일하게 혼합할 수 있고 증폭반응 중 혼합용액의 증발을 방지할 수 있는 핵산 반응 챔버 및 핵산 반응 방법의 개발이 필요하다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 핵산 반응 챔버의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 핵산 반응 챔버의 정면도이다. 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 핵산 반응 챔버의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 핵산 반응 단계에 따른 핵산 반응 챔버의 정면도이다. 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 핵산 반응 챔버의 일부에 대한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 샘플 분석용 카트리지의 측면도이다. 도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 핵산 반응 방법의 순서도이다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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) 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. 본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 제 1 유로, 제 2 유로를 포함하는 유로 및 샘플영역을 포함한 몸체부를 포함하며, 상기 샘플영역은 상기 제 1 유로와 제 2 유로의 하부와 개별적으로 연결되며, 상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로는 각각 외부와 연통된 핵산 반응 챔버를 제공한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 핵산 반응 챔버의 정면도이다. 본 명세서에서 용어 샘플은 생물학적 샘플 (예를 들어, 세포, 조직 및 생물학적 소스에서 나온 유체) 및 비생물학적 샘플 (예를 들어, 음식, 물 및 토양)을 포함할 수 있다. 상기 생물학적 샘플은 바이러스, 세균, 조직, 세포, 혈액 (예를 들어 전혈, 혈장 및 혈청), 림프, 골수액, 타액, 객담(sputum), 스왑(swab), 흡인액(aspiration), 젖, 소변, 분변, 안구액, 정액, 뇌 추출물, 척수액, 관절액, 흉선액, 기관지 세척액, 복수 및 양막액일 수 있다. 또한, 샘플은 생물학적 공급원으로부터 단리된 자연 핵산 분자 및 합성 핵산 분자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 샘플은 물, 탈 이온수, 식염수, pH 완충액, 산성 용액, 염기성 용액과 같은 추가 물질을 포함할 수 있다. 샘플 처리(processing)란 일차적으로 상기 샘플로부터 분석대상 물질을 분리하여 검출 반응이 가능한 상태의 물질을 수득하는 일련의 과정을 의미한다. 상기 샘플 처리란 검출 반응이 가능한 상태의 물질로부터 타겟 분석물질을 검출하는 과정을 추가로 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 상기 분석대상 물질은 예를 들어 핵산일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 샘플 처리는 핵산 추출 과정일 수 있다. 핵산 반응은 샘플 내 특정 서열의 핵산의 존재여부 또는 그 양에 의존적으로 신호를 발생시키는 일련의 물리적, 화학적 반응을 의미한다. 상기 핵산 반응은 샘플 내 특정 서열의 핵산과 다른 핵산 또는 물질과의 결합, 상기 샘플 내 특정 서열의 핵산의 복제, 절단 또는 분해를 포함하는 반응일 수 있다. 상기 핵산 반응은 핵산 증폭 반응을 수반하는 반응일 수 있다. 상기 핵산 증폭 반응은 타겟 핵산의 증폭을 포함할 수 있다. 상기 핵산 증폭 반응은 타겟 핵산을 특이적으로 증폭하는 반응일 수 있다. 상기 핵산 반응은 샘플 내 타겟 핵산의 존재/부존재 또는 양에 의존적으로 신호를 발생시킬 수 있는 반응인 신호-발생 반응일 수 있다. 이러한 신호-발생 반응은 PCR, 실시간 PCR, 마이크로어레이와 같은 유전적 분석 과정일 수 있다. 핵산 반응을 이용하여 타겟 핵산의 존재를 나타내는 광학적 신호를 발생시키는 다양한 방법이 알려져 있다. 대표적인 예는 다음을 포함한다: TaqManTM 프로브 방법(미국특허 제5,210,015호), 분자 비콘 방법(Tyagi 등, Nature Biotechnology v.14 MARCH 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)), HybeaconsTM (D. J. French, et al., Molecular and Cellular Probes (2001) 13, 363-374 및 미국특허 제7,348,141호), 이중표지된 자가-퀀칭된 프로브(Dual-labeled, self-quenched probe; 미국특허 제5,876,930호), 혼성화 프로브(Bernard PS, et al., Clin Chem 2000, 46, 147-148), PTOCE(PTO cleavage and extension) 방법(WO