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KR20130086894A - Chip for polymerase chain reaction to amplify nucleic acid comprising light transmitting heating block and device comprising the same - Google Patents

Chip for polymerase chain reaction to amplify nucleic acid comprising light transmitting heating block and device comprising the same Download PDF

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KR20130086894A
KR20130086894A KR1020120007999A KR20120007999A KR20130086894A KR 20130086894 A KR20130086894 A KR 20130086894A KR 1020120007999 A KR1020120007999 A KR 1020120007999A KR 20120007999 A KR20120007999 A KR 20120007999A KR 20130086894 A KR20130086894 A KR 20130086894A
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KR
South Korea
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pcr
light
chip
plate
pcr chip
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Withdrawn
Application number
KR1020120007999A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김성우
이동훈
김덕중
류호선
김선진
이세현
Original Assignee
나노바이오시스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE: A polymerase chain reaction (PCR) chip with a light permeable heat block and a PCR device comprising the same are provided to have portability, to quickly perform PCR in real time, and to enhance analysis efficiency with a small size and durability. CONSTITUTION: A PCR chip (1000) comprises: a heat block (100) which contains a transparent heating material and implements light permeability; an electrode part (50) with an electrode which is connected to the heat block to supply electric power to the transparent heating member; and a nucleic acid amplification part (10) which is placed on the heat block for heat exchange with the heat block and has one or more reaction channels (14). The PCR device comprises the PCR chip; a PCR chip-mounted chip holder; and an electric power supply unit for supplying the electric power to the electrode part.

Description

광 투과성 열 블록을 포함하는 ＰＣＲ 칩, 및 이를 포함하는 ＰＣＲ 장치{Chip for polymerase chain reaction to amplify nucleic acid comprising light transmitting heating block and device comprising the same}Chip for polymerase chain reaction to amplify nucleic acid comprising light transmitting heating block and device comprising the same}

본 발명은 중합효소 연쇄 반응에 사용되는 PCR 칩(Polymerase Chain Reaction Chip) 및 이를 포함하는 PCR 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a PCR chip (Polymerase Chain Reaction Chip) used in the polymerase chain reaction and a PCR device including the same.

중합효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction, 이하 PCR이라 한다)은 핵산을 포함하는 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 반복적으로 가열 및 냉각하여 상기 핵산의 특정 염기 서열을 갖는 부위를 연쇄적으로 복제하여 그 특정 염기 서열 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술로써, 생명과학, 유전공학 및 의료 분야 등에서 분석 및 진단 목적으로 널리 사용되고 있다. 따라서, 최근 PCR을 효율적으로 수행하기 위한 장치가 다양하게 개발되고 있다. 상기 PCR 장치는 특정 염기 서열을 갖는 핵산을 증폭하는 PCR을 수행하기 위하여 구현된 장치를 말한다. 일반적으로, PCR 장치는 이중 가닥의 DNA를 포함하는 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 특정 온도, 예를 들어 약 95℃로 가열하여 상기 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 변성 단계(denaturing step), 상기 PCR 대상 시료 및 PCR 시약에 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프라이머를 제공하고, 상기 분리된 단일 가닥의 DNA와 함께 특정 온도, 예를 들어 55℃로 냉각하여 상기 단일 가닥의 DNA의 특정 염기 서열에 상기 프라이머를 결합시켜 부분적인 DNA-프라이머 복합체를 형성하는 어닐링 단계(annealing step), 및 상기 어닐링 단계 이후 상기 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 DNA 중합효소의 활성온도, 예를 들어 72℃로 유지하여 DNA 중합효소(polymerase)에 의해 상기 부분적인 DNA-프라이머 복합체의 프라이머를 기초로 이중 가닥의 DNA를 형성하는 연장(또는 증폭) 단계(extension step)를 수행하고, 상기 연장(또는 증폭) 단계를 예를 들어, 20회 내지 40회로 반복함으로써 상기 특정 염기 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭할 수 있도록 구현된다. 또한, PCR 장치는 상기 어닐링 단계와 상기 연장(또는 증폭) 단계를 동시에 수행할 수 있고, 이 경우 상기 PCR 장치는 상기 변성 단계에 이은 상기 어닐링 및 연장 (또는 증폭) 단계로 구성된 2 단계를 수행함으로써, 제1 순환을 완성할 수도 있다. 종래 PCR 장치는 상기 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장(또는 증폭) 단계를 수행하기 위하여 온도 제어 모듈로서, 탄화규소(SiC) 소재를 이용한 석열 히터, 열 전도성이 높은 금속 소재의 열선을 이용한 세라믹 히터 및 금속 히터 등을 사용하였다. 상기 히터들은 원적외선을 통한 복사 또는 주변 공기의 가열에 의한 열 대류를 통해 약 80 ℃ 이하에서 온도 제어가 가능하다. 그러나, 상기 히터들은 소재 특성상 온도가 크게 상승할 경우 단선의 우려가 높아 온도 제어의 안정성이 떨어지고, 금속 소재의 특성상 산화 및 부식이 빈번하게 발생하여 내구성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점은 PCR 장치의 결과 신뢰성을 크게 떨어뜨리고, 에너지 효율을 감소시키는 결과를 야기하였다. 또한, 최근 맞춤 의학 및 원격 진단 시스템의 도입 추세에 따라, 생화학적 진단기기의 소형화의 필요성이 대두되고 있음에도 불구하고, 상기 히터들을 이용한 PCR 장치는 그 소재의 특성상 소형화가 불가능한 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하고자 소형화 및 휴대화가 가능하고, PCR 진행 시간을 최소화하며, PCR 단계를 실시간으로 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 신뢰할 수 있는 PCR 수율을 얻을 수 있는 PCR 장치를 제안한다.Polymerase Chain Reaction (hereinafter, referred to as PCR) is a method of replicating a specific base sequence of a nucleic acid by repeatedly heating and cooling a PCR target sample containing a nucleic acid and a PCR reagent. As a technique for exponentially amplifying a nucleic acid having a sequence region, it is widely used for analysis and diagnostic purposes in the life sciences, genetic engineering, and medical fields. Therefore, various apparatuses for efficiently performing PCR have recently been developed. The PCR device refers to a device implemented to perform PCR for amplifying a nucleic acid having a specific base sequence. In general, a PCR apparatus is a denaturing step of separating a double-stranded DNA into a single-stranded DNA by heating a PCR target sample and a PCR reagent including the double-stranded DNA to a specific temperature, for example, about 95 ° C. ), An oligonucleotide primer having a sequence complementary to a specific base sequence to be amplified in the PCR target sample and the PCR reagent, and with the separated single-stranded DNA at a specific temperature, for example, 55 ° C. Annealing step of cooling and binding the primers to a specific base sequence of the single strand of DNA to form a partial DNA-primer complex, and after the annealing step, the PCR sample and PCR reagent Based on the primers of the partial DNA-primer complex by means of DNA polymerase at an activation temperature, for example 72 ° C. The DNA having the specific base sequence is exponentially by performing an extension (or amplification) step of forming a heavy strand of DNA and repeating the extension (or amplification) step, for example, 20 to 40 times. It is implemented so that it can be amplified. In addition, the PCR device may perform the annealing step and the extension (or amplification) at the same time, in which case the PCR device performs two steps consisting of the annealing and extension (or amplification) steps following the denaturation step. The first cycle may be completed. Conventional PCR apparatus is a temperature control module for performing the denaturation step, annealing step and extension (or amplification) step, ignition heater using a silicon carbide (SiC) material, a ceramic heater using a hot wire of a high thermal conductivity metal and Metal heaters and the like were used. The heaters are capable of temperature control at about 80 ° C. or less through thermal convection by radiation through far infrared radiation or heating of ambient air. However, the heaters have a problem in that when the temperature rises significantly due to the material property, there is a high possibility of disconnection, and thus the stability of the temperature control is decreased, and the oxidation and corrosion frequently occur due to the nature of the metal material, thereby greatly reducing durability. This problem has greatly reduced the reliability of the result of the PCR apparatus, and resulted in a reduction in energy efficiency. In addition, according to the recent trend of the introduction of personalized medicine and remote diagnosis system, despite the necessity of miniaturization of the biochemical diagnostic device, the PCR device using the heaters has a problem that it is impossible to miniaturize the nature of the material. Accordingly, in order to solve such a problem, a PCR device capable of miniaturization and portability, minimizing PCR progress time, monitoring a PCR step in real time, and obtaining reliable PCR yield is proposed.

본 발명의 일 실시예는 핵산 증폭 반응을 수행함에 있어서, 탁월한 성능 및 편리성을 발휘할 수 있는 PCR 칩 및 이를 포함하는 PCR 장치를 제공하기 위함이다.One embodiment of the present invention is to provide a PCR chip and a PCR device including the same that can exhibit excellent performance and convenience in performing the nucleic acid amplification reaction.

본 발명의 일 실시예는 투명 발열 소재를 구비하고, 광 투과성을 갖도록 구현된 열 블록; 상기 열 블록에 구비된 투명 발열 소재에 전력을 공급하도록 연결된 전극을 구비하는 전극부; 및 상기 열 블록과 열 교환이 가능하도록 상기 열 블록 상에 배치되고, 1 이상의 반응 채널을 구비하는 핵산 증폭 반응부를 포함하는 PCR 칩(Polymerase Chain Reaction chip)을 제공한다.One embodiment of the present invention is a heat block having a transparent heat generating material, and implemented to have a light transmission; An electrode unit having an electrode connected to supply power to the transparent heating material provided in the thermal block; And it provides a PCR chip (Polymerase Chain Reaction chip) disposed on the heat block to enable heat exchange with the heat block, including a nucleic acid amplification reaction unit having one or more reaction channels.

본 발명의 일 실시예에 있어서,In one embodiment of the present invention,

상기 투명 발열 소재는 인듐 주석 산화물(Indum Tin Oxcide, ITO), 전도성 고분자(conducting polymer), 탄소나노튜브(Cabon NanoTube, CNT), 그래핀(graphene), 투명 금속 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO), 및 산화물-금속-산화물 다층 투명 소자로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.The transparent heating material may be indium tin oxide (ITO), a conducting polymer, a carbon nanotube (CNT), graphene, a transparent metal oxide (TCO), And oxide-metal-oxide multilayer transparent elements.

또한, 상기 열 블록은 판 형상으로 구현될 수 있다.In addition, the thermal block may be implemented in a plate shape.

또한, 상기 열 블록의 일 면은 흡광 물질이 포함된 흡광층이 배치되거나, 및/또는 상기 열 블록의 다른 일 면은 광반사 방지 물질이 포함된 광반사 방지층이 배치될 수 있다.In addition, one surface of the thermal block may be disposed a light absorption layer containing a light absorbing material, and / or the other surface of the thermal block may be disposed a light reflection prevention layer containing a light reflection prevention material.

또한, 상기 핵산 증폭 반응부는 판 형상으로 구현되되, 광 투과성을 갖도록 구현될 수 있다.In addition, the nucleic acid amplification reaction unit is implemented in a plate shape, it may be implemented to have a light transmission.

또한, 상기 핵산 증폭 반응부는 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되고, 1 이상의 반응 채널을 구비하는 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되고, 상기 1 이상의 반응 채널의 양 말단과 연결되되 개폐 가능하도록 구현된 유입부 및 유출부를 구비하는 제3 판을 포함할 수 있다.In addition, the nucleic acid amplification reaction unit first plate; A second plate disposed on the first plate and having one or more reaction channels; And a third plate disposed on the second plate and connected to both ends of the one or more reaction channels, the third plate having an inlet and an outlet configured to be opened and closed.

또한, 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 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.
In addition, the first and third plates are polydimethylsiloxane (PDMS), cyclo olefin copolymer (COC), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, PC ), Polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof. The second edition is polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (COC), polyamide (PA), polyethylene (PE), polypropylene (polypropylene, PP), polyphenylene ether (PPE), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), polyether ether ketone (p olyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybutylene terephthalate (PBT), fluorinated ethylene It may comprise a thermoplastic or thermosetting resin material selected from the group consisting of propylene (fluorinated ethylenepropylene, FEP), perfluoralkoxyalkane (PFA), and combinations thereof.

본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩; 상기 PCR 칩이 장착되는 칩 홀더; 및 상기 PCR 칩의 전극부에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 포함하는 PCR 장치를 제공한다.Another embodiment of the present invention is a PCR chip according to an embodiment of the present invention; A chip holder on which the PCR chip is mounted; And it provides a PCR device including a power supply for supplying power to the electrode portion of the PCR chip.

본 발명의 다른 일 실시예에 있어서,In another embodiment of the present invention,

상기 PCR 장치는 상기 PCR 칩에 광을 제공하도록 배치된 광 제공부; 및 상기 PCR 칩으로부터 방출되는 광을 수용하도록 배치된 광 검출부를 더 포함할 수 있다.The PCR device includes a light providing unit disposed to provide light to the PCR chip; And a light detector disposed to receive light emitted from the PCR chip.

본 발명에 따른 광 투과성 열 블록을 포함하는 PCR 칩 및 이를 포함하는 PCR 장치를 제공함으로써, 휴대가 가능하고, PCR을 효율적이고 신속하게 수행할 수 있으며, PCR의 실시간 측정 및 분석 효율을 높일 수 있고, 내구성 및 상업성이 크게 개선된 PCR 장치를 구현할 수 있다.By providing a PCR chip comprising a light transmitting thermal block and a PCR device including the same according to the present invention, it is portable, can perform PCR efficiently and quickly, and can increase the real-time measurement and analysis efficiency of PCR It is possible to implement a PCR device with greatly improved durability, commercial viability.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록에 관한 것이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 반응부에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치에 관한 것이다.
도 5는 광 제공부 및 광 검출부를 구비하는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치에 관한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 제공부를 상세하게 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 검출부를 상세하게 도시한다.
도 8은 이색성 필터를 구비하는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치에 관한 것이다.
도 9a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 시간에 따른 PCR 결과를 도시하고, 도 9b는 도 9a에 따른 PCR 결과를 타사의 PCR 장치를 이용한 PCR 결과와 비교한 전기영동 사진을 도시한다.
도 10a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 시간에 따른 PCR 결과를 도시하고, 도 10b는 도 10a에 따른 PCR 결과를 타사의 PCR 장치를 이용한 PCR 결과와 비교한 전기영동 사진을 도시한다.1A-1F relate to a thermal block in accordance with one embodiment of the present invention.
2a to 2b relates to a nucleic acid amplification reaction unit according to an embodiment of the present invention.
3 relates to a PCR chip according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 relates to a PCR device according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 relates to a PCR device according to another embodiment of the present invention, having a light providing unit and a light detecting unit.
6 is a detailed view of a light providing unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
7 is a detailed view of a light detector according to another embodiment of the present invention.
8 is a PCR device according to another embodiment of the present invention having a dichroic filter.
Figure 9a shows the PCR results over time using a PCR device according to another embodiment of the present invention, Figure 9b is an electrophoretic picture comparing the PCR results according to Figure 9a with PCR results using other companies' PCR devices To show.
Figure 10a shows a PCR result over time using a PCR device according to another embodiment of the present invention, Figure 10b is an electrophoretic picture comparing the PCR results according to Figure 10a with PCR results using other companies' PCR devices To show.

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.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The description set forth below is only for easily understanding the embodiments of the present invention, and is not intended to limit the protection scope of the present invention from such description.

본 발명의 일 실시예는 투명 발열 소재를 구비하고, 광 투과성을 갖도록 구현된 열 블록; 상기 열 블록에 구비된 투명 발열 소재에 전력을 공급하도록 연결된 전극을 구비하는 전극부; 및 상기 열 블록과 열 교환이 가능하도록 상기 열 블록 상에 배치되고, 1 이상의 반응 채널을 구비하는 핵산 증폭 반응부를 포함하는 PCR 칩(Polymerase Chain Reaction chip)을 제공한다.
One embodiment of the present invention is a heat block having a transparent heat generating material, and implemented to have a light transmission; An electrode unit having an electrode connected to supply power to the transparent heating material provided in the thermal block; And it provides a PCR chip (Polymerase Chain Reaction chip) disposed on the heat block to enable heat exchange with the heat block, including a nucleic acid amplification reaction unit having one or more reaction channels.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록에 관한 것이다.1A-1F relate to a thermal block in accordance with one embodiment of the present invention.

상기 열 블록(100)은 일 면에 PCR 칩의 접촉 면을 구비하되, 상기 PCR 칩이 상기 접촉 면에 접촉하는 경우 PCR 단계를 수행하기 위하여 PCR 칩에 열을 제공하여 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 가열 또는 냉각시키는 모듈을 말한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록은 투명 발열 소재를 구비하고 광 투과성을 갖도록 구현된다.The thermal block 100 is provided with a contact surface of the PCR chip on one side, when the PCR chip is in contact with the contact surface to provide heat to the PCR chip to perform the PCR step to provide the PCR target sample and PCR reagent It refers to a module that heats or cools. The thermal block according to an embodiment of the present invention is implemented to have a transparent heat generating material and to have light transmittance.

도 1a에 따르면, 상기 열 블록(100)은 전체적으로(또는 부분적으로) 광 투과성을 갖도록 구현된다. 상기 투명 발열 소재는 광 투과성을 갖는 재질로서 전력 공급에 의해 발열성을 갖는 모든 물질을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 인듐 주석 산화물(Indum Tin Oxcide, ITO), 전도성 고분자(conducting polymer), 탄소나노튜브(Cabon NanoTube, CNT), 그래핀(graphene), 투명 금속 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO), 및 산화물-금속-산화물 다층 투명 소자로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 인듐 주석 산화물(Indum Tin Oxcide, ITO)은 산화 인듐(In2O3)과 산화 주석(SnO2)이 섞여져 있으며, 일반적으로 90%의 산화 인듐과 10%의 산화 주석으로 구성되며, 투명 전극 또는 ITO로 불리기도 한다. 인듐 주석 산화물은 박막(얇은 층)으로 구현되는 경우 전기 전도율이 생기고, 투명하고 색이 존재하지 않다가 덩어리 상태로 구현되면 노란 회색을 띤다. 인듐 주석 산화물은 전자빔 증착, 증기 증착, 스퍼터링 기술에 의해 다른 물질의 표면에 증착된다, 인듐 주석 산화물은 종래까지 주로 액정 디스플레이, 평판 디스플레이, 플라스마 디스플레이, 터치스크린, 전자 종이, 유기 발광 다이오드, 태양 전지, 정전기 방지 코팅, 전자 방해 차폐물에서 주로 투명한 전도성 코팅을 제조하는데 사용되었다. 전도성 고분자(conducting polymer)는 소위 전기가 통하는 플라스틱으로 불리고, 광 투과율이 우수하고, 가벼우며, 탄성력 및 전기전도성이 우수하고, 가공이 매우 쉽다는 장점이 있다. 전도성 고분자는 폴리아세틸린, 폴리파라레닐렌, 폴리페놀, 폴리아닐린 등의 물질로부터 제조되고, 최근에는 폴리스티렌술폰산 및/또는 PEDOT(poly(3,4--ethylenedioxythiophene))로부터 제조되는 경우도 있다. 탄소나노튜브(Cabon NanoTube, CNT)는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 지름 1 나노미터 크기의 미세한 분자를 말한다. 인장력이 강철보다 강하고 유연성이 뛰어나며, 가볍고, 전기전도성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 한편, 정제된 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotube, SWNT)를 계면활성제를 이용하여 용매 분산하고 진공필터 장치를 이용하여 제작하면, 투명 전도체가 형성되고, 이는 투명성과 전도성을 모두 구비하게 된다. 그래핀(graphene)은 2000년대 초반, 흑연으로부터 분리된 물질로서, 탄소나노튜브, 풀러린(Fullerene)과 같이 원자번호 6번인 탄소로 구성된 나노물질이다. 그래핀은 구리보다 100배 이상 전기 전도성이 높고, 탄성력이 매우 우수한 것으로 알려져 있으며, 최근 투명 전극으로 구현되어 다양한 용도로 사용되고 있다. 투명 금속 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)은 산소와 결합한 각종 금속 산화물 중 투명성을 갖는 물질을 총칭하는 것으로서, ZnO, SnO2, TiO2 등을 포함한다. 투명 금속 산화물은 높은 전도성과 투명도를 갖고, 적은 비용으로 코팅 물질로 사용될 수 있다. 산화물-금속-산화물 다층 투명 소자는 롤투롤 스퍼터 공정으로 제작되고, 금속의 유연성과 낮은 저항성, 산화물의 높은 투과도를 갖도록 구현될 수 있는 것으로서, ITO-Ag(또는 Cu)-ITO, AZO-Ag-AZO, GZO-Ag-GZO, IZO-Ag-IZO, IZTO-Ag-IZTO 등이 있다. 한편, 도 2a에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)은 다양한 형상으로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 판 형상으로 구현된다. 판 형상의 열 블록(100)은 상기 PCR 칩, 바람직하게는 판 형상의 PCR 칩과 접촉하는 표면적이 넓어져 PCR 대상 시료 및 PCR 시약의 혼합액에 열을 고르게 제공할 수 있고, 그에 따라 PCR 단계의 각 사이클별 온도 변화가 신속하게 진행될 수 있다.According to FIG. 1A, the thermal block 100 is implemented to have a light transmission in whole (or in part). The transparent heat-generating material may include any material that has transparency and is exothermic due to power supply, but preferably includes indium tin oxide (ITO), a conducting polymer, a carbon nano- And may be selected from the group consisting of a tube (Cabon NanoTube, CNT), graphene, a transparent conductive oxide (TCO), and an oxide-metal-oxide multilayer transparent element. Indium tin oxide (ITO) is a mixture of indium oxide (In 2 O 3 ) and tin oxide (SnO 2 ), and is generally composed of 90% of indium oxide and 10% of tin oxide, Or ITO. Indium tin oxide, when implemented as a thin layer, has electrical conductivity, is transparent, has no color, and is yellowish when it is embodied in a lump state. Indium tin oxide is deposited on the surface of other materials by electron beam evaporation, vapor deposition, and sputtering techniques. Indium tin oxides are typically used in liquid crystal displays, flat panel displays, plasma displays, touch screens, electronic paper, , Antistatic coatings, and electron blocking coatings. A conducting polymer is called a so-called electrically conductive plastic, and has an advantage of being excellent in light transmittance, light in weight, excellent in elasticity and electric conductivity, and easy to be processed. Conductive polymers are made of materials such as polyacetylenes, polypararylene, polyphenols, polyanilines and the like, and recently, they are sometimes produced from polystyrene sulfonic acid and / or PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)). Cabon NanoTube (CNT) refers to a fine molecule with a diameter of 1 nanometer, which is shaped like a long barrel of carbon atoms connected by hexagonal rings. It is known that tensile strength is stronger than steel, has excellent flexibility, is lightweight, and has high electrical conductivity. On the other hand, when a purified single-walled carbon nanotube (SWNT) is dispersed in a solvent using a surfactant and formed by using a vacuum filter device, a transparent conductor is formed, which has both transparency and conductivity do. Graphene is a nanomaterial composed of carbon, such as carbon nanotubes and fullerene, which is an atomic number 6 carbon, separated from graphite in the early 2000s. Graphene is known to have a high electrical conductivity and superior elasticity, more than 100 times more than copper, and has recently been used as a transparent electrode for various applications. Transparent conductive oxide (TCO) refers to a substance having transparency among various metal oxides combined with oxygen, and includes ZnO, SnO 2 , TiO 2 , and the like. Transparent metal oxides have high conductivity and transparency and can be used as coating materials at low cost. The oxide-metal-oxide multilayer transparent device is manufactured by a roll-to-roll sputtering process, and can be realized with flexibility, low resistance, and high transmittance of oxide of ITO-Ag (or Cu) -ITO, AZO- AZO, GZO-Ag-GZO, IZO-Ag-IZO and IZTO-Ag-IZTO. On the other hand, according to Figure 2a, the thermal block 100 according to an embodiment of the present invention may be implemented in a variety of shapes, preferably in a plate shape. The plate-shaped thermal block 100 has a large surface area in contact with the PCR chip, preferably the plate-shaped PCR chip, thereby providing heat evenly to the mixed solution of the PCR target sample and the PCR reagent, thereby The temperature change for each cycle can proceed rapidly.

도 1b에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)의 상세 단면도를 확인할 수 있다. 상기 기판(110)은 광 투과성 재질의 판재로서, 광 투과성 유리 또는 광 투과성 플라스틱 재질일 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 다양한 형상으로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 판 형상으로 구현된다. 또한, 상기 기판(110)은 상기 발열층(120)을 지지하는 역할을 수행한다. 상기 발열층(120)은 PCR의 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장(또는 증폭) 단계를 수행하기 위한 상기 열 블록(100)의 열원 역할을 수행한다. 상기 발열층(120)은 상기 기판(110) 상에 배치되고, 상기 투명 발열 소재(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 발열층(120)은 상기 투명 발열 소재가 물리적으로 연계(necking)된 성긴 조직(loose texture) 구조를 가질 수 있고, 제조 공정의 열 처리 조건에 따라 치밀한 조직(close-packed texture)을 가질 수 있으며, 또한 완전한 막 상태로 구현될 수도 있다. 또한, 상기 투명 발열 소재는 용매에 분산된 상태로 존재할 수 있고, 상기 기판(110) 상에 용이하게 적층할 수 있기 때문에, 그 적층 수를 조절하여 상기 발열층(120)의 두께 조절을 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 투명 발열 소재를 포함하는 분산액의 농도를 조절함으로써 상기 발열층(120)의 도전성을 용이하게 조절할 수도 있다. 또한, 상기 발열층(120)을 상기 기판(110)에 강하게 고정하기 위하여 상기 기판(110)과 발열층(120) 사이에 접착력 강화층(도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 접착력 강화층은 실리카 또는 폴리머로 형성될 수 있고, 투명 발열 소재를 포함할 수 있어 발열층과 동일한 역할을 또한 수행할 수도 있다. 또한, 상기 발열층(120)은 광 투과성을 갖는다. 예를 들어, 가시광선의 파장은 400 내지 700 nm이고, 상기 투명 발열 소재를 포함하는 발열층(120)을 이러한 파장의 1/4 이하의 두께, 예를 들어 약 100 nm 이하가 되도록 형성하는 경우 광 투과성을 획득할 수 있다. 상기 절연 보호층(130)은 상기 발열층(120)을 물리적 및/또는 전기적으로 보호하기 위한 것으로서, 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 물질은 유전체 산화물, 페릴린, 나노 입자 및 고분자 필름으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 한편, 상기 절연 보호층(130)은 투명할 수 있다. 상기 전극(140)은 상기 발열층(120)과 직접 또는 간접적으로 연결 배치되어 상기 발열층(120)에 전력을 공급하는 것이다. 상기 전극(140)은 전력을 공급할 수 있는 다양한 물질이 사용될 수 있고, 예를 들어 금속 물질, 전도성 에폭시, 전도성 페이스트, 솔더 및 전도성 필름으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 도 2b에 따르면, 상기 전극(140)은 상기 발열층(120)의 양 측면에 연결 배치되지만, 상기 발열층(120)에 전력을 공급할 수 있다면 다양한 위치에 연결 배치될 수 있다. 또한, 상기 전극(140)은 상기 PCR 장치에 포함되거나 또는 외부 배치된 전원과 전기적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 상기 전극(140)은 상기 발열층(120)에 직접 접촉하고, 배선(도시되지 않음)을 통해 외부 회로(도시되지 않음)에 상기 발열층(120)을 연결하며, 상기 배선이 전극(140)에 안정적으로 고정되도록 단자가 배치될 수 있다. 상기 열 블록(100)은 그 상부 면의 적어도 일부 영역에 PCR 칩(도 2b에는 도시되지 않음)이 접촉하는 칩 접촉부(150)를 포함한다. 상기 PCR 칩(10)은 상기 칩 접촉부(150)에 접촉함으로써, 상기 열 블록(100)의 열 공급 또는 회수에 따라 가열 또는 냉각되어 PCR의 각 단계를 수행할 수 있다. 또한, 상기 PCR 칩(10)은 상기 칩 접촉부(150)에 직접 또는 간접적으로 접촉할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는 상기 열 블록을 포함하는 기타 PCR을 수행하기 위한 모듈들을 추가적으로 포함할 수 있고, 본 명세서에 기재되지 아니한 세부적인 모듈들은 종래 기술 중 자명한 범위 안에서 모두 구비하고 있는 것을 전제로 한다. 이와 같이, 상기 광 투과성과 전도성을 동시에 갖는 열 블록(100)을 포함하는 PCR 장치는 종래 기존 석열 히터, 세라믹 히터 또는 금속 히터를 열 블록으로 이용하는 PCR 장치에 비해 많은 장점을 갖는다. 먼저, 열 제공 수단으로서 투명 발열 소재를 이용하기 때문에 단선 우려가 없고, 상기 투명 발열 소재가 직접 가열되기 때문에 높은 열 효율 및 낮은 소비 전력을 획득할 수 있으며(예를 들어, 상기 광투과성 열 블록이 약 2×2 ㎝의 규격일 경우 약 12V의 전압으로 발열이 가능함), 산화, 부식이 거의 일어나지 않아 내구성이 뛰어나다. 또한, 상기 열 블록(100)은 광 투과성을 갖도록 쉽게 구현될 수 있기 때문에, 이하 설명될 광 제공부 및 광 검출부와 함께 구현될 경우 PCR 대상 시료 및 PCR 시약에 포함된 형광 물질에 의한 PCR 진행 단계의 실시간 모니터링이 가능하다. 또한, 상기 투명 발열 소재는 두께 조절이 용이하기 때문에 상기 열 블록(100)의 슬림화가 가능하여 상기 열 블록(100)을 포함하는 PCR 장치의 소형화가 가능하다. 또한, 상기 투명 발열 소재가 상기 열 블록(100)에 균일하게 분포되어 상기 광 투과성 열 블록(100)의 균일한 열 분포 및 신속한 온도 제어가 가능하기 때문에 PCR 결과의 검출 효율이 높고, PCR 결과를 신속하게 얻을 수 있다. 상기 열 블록(100)의 열 분포의 균일성 및 온도 제어의 신속성은 실험을 통해 확인할 수 있다. 기존 PCR 장치에서 열 블록으로 사용된 석열 히터, 세라믹 히터 또는 금속 히터에 전력을 인가하여 온도 분포를 관찰하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)에 전력을 인가하여 온도 분포를 관찰하였다. 그 결과, 기존 히터 상의 온도 분포는 히터 표면 전체에 걸쳐서 균일하지 않지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100) 상의 온도 분포는 전체적으로 균일한 것으로 관찰되었다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 투과성 열 블록(100)에 전력을 인가하여 시간에 따른 열 블록(100)의 온도 변화를 관찰하였다. 도 1c에 따르면, 관찰 결과, 온도 상승 폭은 최대 17 ℃/sec으로 나타났고, 이는 대표적인 기존 히터들(예를 들어, Bio-Rad사의 CFX96)의 온도 상승 폭이 최대 5 ℃/sec인 것에 비해 상당히 높은 수치임을 확인할 수 있다.
According to FIG. 1B, a detailed cross-sectional view of the thermal block 100 according to an embodiment of the present invention can be confirmed. The substrate 110 is a plate of light transmissive material, and may be light transmissive glass or light transmissive plastic material. In addition, the substrate 110 may be implemented in various shapes, but preferably in a plate shape. In addition, the substrate 110 serves to support the heating layer 120. The heating layer 120 serves as a heat source of the thermal block 100 to perform the denaturation step, annealing step and extension (or amplification) step of PCR. The heat generating layer 120 is disposed on the substrate 110 and includes the transparent heat generating material (not shown). The heating layer 120 may have a loose texture structure in which the transparent heating material is physically necked, and may have a close-packed texture according to heat treatment conditions of a manufacturing process. It may also be implemented in a complete film state. In addition, the transparent heating material may be present in a dispersed state in a solvent, and thus may be easily stacked on the substrate 110, and thus, the thickness of the heating layer 120 may be easily adjusted by controlling the number of stacked layers. can do. In addition, the conductivity of the heating layer 120 may be easily adjusted by adjusting the concentration of the dispersion including the transparent heating material. In addition, an adhesion strengthening layer (not shown) may be formed between the substrate 110 and the heating layer 120 to strongly fix the heating layer 120 to the substrate 110. The adhesion reinforcing layer may be formed of silica or a polymer, may include a transparent heating material may also play the same role as the heating layer. In addition, the heat generating layer 120 has a light transmittance. For example, the wavelength of visible light is 400 to 700 nm, and when the heat generating layer 120 including the transparent heat generating material is formed to have a thickness of about 1/4 or less of such wavelength, for example, about 100 nm or less. Permeability can be obtained. The insulating protective layer 130 is for physically and / or electrically protecting the heating layer 120 and may include an insulating material. For example, the insulating material may be selected from the group consisting of dielectric oxides, perylenes, nanoparticles, and polymer films. Meanwhile, the insulation protection layer 130 may be transparent. The electrode 140 is connected to the heating layer 120 directly or indirectly to supply power to the heating layer 120. The electrode 140 may be a variety of materials capable of supplying power, for example, it may be selected from the group consisting of a metal material, a conductive epoxy, a conductive paste, a solder and a conductive film. According to FIG. 2B, the electrodes 140 may be connected to both side surfaces of the heat generating layer 120, but may be connected to various locations as long as it can supply power to the heat generating layer 120. In addition, the electrode 140 may be included in the PCR device or electrically connected to an externally arranged power source. For example, the electrode 140 directly contacts the heating layer 120, connects the heating layer 120 to an external circuit (not shown) through a wiring (not shown), and the wiring is The terminal may be disposed to be stably fixed to the electrode 140. The thermal block 100 includes a chip contact 150 to which a PCR chip (not shown in FIG. 2B) contacts at least a portion of an upper surface thereof. The PCR chip 10 may be heated or cooled according to the heat supply or recovery of the heat block 100 by contacting the chip contact part 150 to perform each step of PCR. In addition, the PCR chip 10 may directly or indirectly contact the chip contact portion 150. On the other hand, the PCR device according to an embodiment of the present invention may further include modules for performing other PCR including the thermal block, the detailed modules not described herein are within the obvious scope of the prior art It is assumed that all are equipped. As such, the PCR apparatus including the thermal block 100 having the light transmittance and the conductivity at the same time has many advantages over the conventional PCR apparatus using the conventional heater, ceramic heater, or metal heater as the thermal block. First, since the transparent heating material is used as the heat providing means, there is no fear of disconnection, and since the transparent heating material is directly heated, high thermal efficiency and low power consumption can be obtained (for example, the light transmitting thermal block is In case of specification of about 2 × 2 ㎝, it is possible to generate heat with voltage of about 12V), oxidation and corrosion hardly occur, so it is excellent in durability. In addition, since the thermal block 100 may be easily implemented to have light transmittance, when the thermal block 100 is implemented together with the light providing unit and the light detecting unit to be described below, PCR proceeds by the fluorescent material included in the PCR target sample and the PCR reagent. Real-time monitoring of is possible. In addition, since the thickness of the transparent heat generating material is easy to control, the thermal block 100 can be made slim, and the PCR device including the thermal block 100 can be miniaturized. In addition, since the transparent heating material is uniformly distributed in the thermal block 100 to enable uniform heat distribution and rapid temperature control of the light transmitting thermal block 100, the detection efficiency of the PCR result is high, and the PCR result is improved. You can get it quickly. The uniformity of the heat distribution of the thermal block 100 and the rapidity of temperature control can be confirmed through experiments. Observe the temperature distribution by applying electric power to the calcite heater, the ceramic heater or the metal heater used as the thermal block in the conventional PCR apparatus, and observe the temperature distribution by applying electric power to the thermal block 100 according to an embodiment of the present invention. It was. As a result, the temperature distribution on the existing heater is not uniform throughout the heater surface, but the temperature distribution on the thermal block 100 according to one embodiment of the present invention was observed to be overall uniform. In addition, by applying power to the light transmitting thermal block 100 according to an embodiment of the present invention, the temperature change of the thermal block 100 over time was observed. According to FIG. 1C, the observation showed that the temperature rise was up to 17 ° C./sec, compared to the maximum temperature rise of typical conventional heaters (eg, Bio-Rad's CFX96) up to 5 ° C./sec. It can be seen that the figure is quite high.

도 1d 내지 도 1f는 흡광층 및/또는 광반사방지층이 구현된 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)을 도시한다. 구체적으로, 도 1d는 기판(110) 하부 면에 흡광층(160)이 접촉 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)을 도시하고, 도 1e는 절연 보호층(130) 상부 면에 광반사방지층(170)이 접촉 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)을 도시하고, 도 1f는 기판(110) 하부 면에 흡광층(160)이 접촉 배치되고, 외부 공기층과 절연보호층(130)의 접촉에 의한 광 반사를 방지하기 위한 광반사방지층(170)이 상기 절연보호층(130)의 상부에 접촉 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)을 도시한다.1D-1F illustrate a thermal block 100 in accordance with one embodiment of the present invention in which an absorbing layer and / or an antireflective layer is implemented. Specifically, FIG. 1D illustrates a thermal block 100 according to an exemplary embodiment in which the light absorbing layer 160 is disposed in contact with a lower surface of the substrate 110, and FIG. 1E illustrates a top surface of the insulating protective layer 130. A heat block 100 according to an embodiment of the present invention in which the light reflection prevention layer 170 is disposed in contact with each other, and FIG. 1F illustrates that the light absorbing layer 160 is disposed in contact with the lower surface of the substrate 110, and the external air layer Thermal block 100 according to an embodiment of the present invention in which a light reflection prevention layer 170 for preventing light reflection due to contact between the insulating protective layer 130 and the upper surface of the insulating protective layer 130 is disposed in contact with the insulating protective layer 130. To show.

PCR을 수행함과 동시에 형광물질을 이용하여 PCR 산물의 발생 유무 및 정도를 실시간으로 측정 및 분석할 수 있다. 이와 같은 PCR을 소위 실시간 중합효소 연쇄반응(Real time PCR)이라고 한다. 상기 반응은 PCR 칩에 PCR 반응에 필요한 시약뿐만 아니라 형광물질이 첨가되고, PCR 산물의 생성에 따라 상기 형광물질이 특정 파장의 광에 의해 발광함으로써 측정 및 분석 가능한 광 신호를 유발하게 된다. 따라서, 실시간으로 PCR 산물을 정확하게 모니터링하기 위해서는 상기 광 신호의 센싱 효율을 가능한 높일 필요가 있다. 상기 광 투과성 열 블록(100)은 전체적으로 광 투과성을 갖기 때문에 광원으로부터 유래된 여기 광을 대부분 그대로 투과시켜 상기 광 신호의 센싱 효율을 높일 수 있다. 그러나, 상기 여기 광의 일부는 상기 광 투과성 열 블록(100) 상에서 반사되거나 또는 상기 광 투과성 열 블록(100)을 통과한 후 반사되어 광 신호의 노이즈(noise)로서 작용할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 상기 광 투과성 열 블록(100)의 하부 면에 흡광 물질을 처리하여 센싱 효율을 더욱 높일 수 있다. 도 1ㅇ에 따르면, 흡광층(160)이 상기 기판(110)의 하부 면에 접촉 배치되고, 상기 흡광층(160)은 흡광 물질을 포함한다. 상기 흡광 물질은 예를 들어, 운모(mica)일 수 있으나, 광을 흡수하는 성질을 갖는 물질이라면 제한되지 않는다. 따라서, 광원으로부터 유래된 광의 일부를 상기 흡광층(160)이 흡수하여, 광 신호의 노이즈로 작용하는 반사 광의 발생을 최대한 억제할 수 있다. 또한, 대안적으로, 상기 광 투과성 열 블록(100)의 상부 면에 광반사방지 물질을 처리하여 센싱 효율을 더욱 높일 수 있다. 도 1e에 따르면, 광반사방지층(170)이 상기 절연 보호층(130)의 상부 면에 접촉 배치되고, 상기 광반사방지층(170)은 절연보호층(130)과 조합하여 절연보호 기능 및 광반사방지 기능을 수행하며, 광반사방지 물질을 포함한다. 상기 광반사방지 물질은 예를 들어, MgF2와 같은 불화물, SiO2, Al2O3와 같은 산화물일 수 있으나, 광반사를 방지할 수 있는 성질을 갖는 물질이라면 제한되지 않는다. 또한, 더 바람직하게는, 상기 광 투과성 열 블록(100)의 하부 면에 흡광 물질을 처리하고, 동시에 상기 광 투과성 열 블록(100)의 상부 면에 광반사방지 물질을 처리하여 센싱 효율을 더욱 높일 수있다. 즉, 효과적인 실시간 PCR의 모니터링을 위하여 상기 노이즈 대비 광 신호 비율은 가능한 최대값을 가져야 하고, 상기 노이즈 대비 광 신호 비율은 상기 PCR 칩으로부터 여기 광의 반사율이 낮을수록 향상될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 금속성 재질의 기존 히터들의 여기 광의 반사율은 약 20 내지 80 %이지만, 상기 도 1d 또는 도 1e에 따른 흡광층(160) 또는 광반사방지층(170)을 포함하는 본 발명에 따른 광 투과성 열 블록(100)을 사용하는 경우 광 반사율을 0.2% 내지 4% 이내로 줄일 수 있고, 상기 도 1f에 따른 흡광층(60) 및 광반사방지층(70)을 포함하는 본 발명에 따른 광 투과성 열 블록(100)을 사용하는 경우 광 반사율을 0.2% 이하로 줄일 수 있다.
Simultaneously with PCR, fluorescent materials can be used to measure and analyze the occurrence and extent of PCR products in real time. Such PCR is called real time PCR. In the reaction, a fluorescent material as well as a reagent required for a PCR reaction is added to a PCR chip, and the fluorescent material emits light by light of a specific wavelength according to the generation of a PCR product, thereby inducing a measurable optical signal. Therefore, in order to accurately monitor the PCR product in real time, it is necessary to increase the sensing efficiency of the optical signal as much as possible. Since the light transmissive thermal block 100 has a light transmittance as a whole, it is possible to transmit most of the excitation light derived from the light source as it is to increase the sensing efficiency of the optical signal. However, some of the excitation light may be reflected on the light transmissive heat block 100 or reflected after passing through the light transmissive heat block 100 to act as noise of an optical signal. Therefore, preferably, the light absorbing material may be treated on the lower surface of the light transmitting thermal block 100 to further increase the sensing efficiency. According to FIG. 1, a light absorbing layer 160 is disposed in contact with a lower surface of the substrate 110, and the light absorbing layer 160 includes a light absorbing material. The light absorbing substance may be, for example, mica, but is not limited as long as it is a substance having a property of absorbing light. Therefore, the light absorbing layer 160 absorbs a part of the light derived from the light source, and the generation of reflected light acting as noise of the optical signal can be suppressed as much as possible. Alternatively, the light reflection preventing material may be treated on the upper surface of the light transmissive thermal block 100 to further increase the sensing efficiency. According to FIG. 1E, the light reflection prevention layer 170 is disposed in contact with the upper surface of the insulation protection layer 130, and the light reflection prevention layer 170 is combined with the insulation protection layer 130 to provide insulation protection and light reflection. Performs a protective function and includes an antireflective material. The anti-reflective material may be, for example, a fluoride such as MgF 2 or an oxide such as SiO 2 or Al 2 O 3 , but is not limited as long as it has a property of preventing light reflection. Further, more preferably, the light absorbing material is treated on the lower surface of the light transmissive thermal block 100, and at the same time, the light reflection preventing material is treated on the upper surface of the light transmissive thermal block 100 to further increase the sensing efficiency. Can be. That is, for effective real-time PCR monitoring, the ratio of the optical signal to the noise should have the maximum possible value, and the ratio of the optical signal to the noise may be improved as the reflectance of the excitation light from the PCR chip is lower. For example, although the reflectance of the excitation light of conventional heaters of a general metallic material is about 20 to 80%, the light according to the present invention including the light absorbing layer 160 or the antireflective layer 170 according to FIG. 1D or 1E. In the case of using the transmissive heat block 100, the light reflectance can be reduced to within 0.2% to 4%, and the light transmissive heat according to the present invention includes the light absorbing layer 60 and the antireflective layer 70 according to FIG. 1F. When the block 100 is used, the light reflectance can be reduced to 0.2% or less.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 반응부에 관한 것이다.2a to 2b relates to a nucleic acid amplification reaction unit according to an embodiment of the present invention.

상기 핵산 증폭 반응부(10)는 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 수용되는 것으로서, 상기 열 블록(100)과 접촉하여 가열 또는 냉각되어 PCR이 수행되는 것을 말한다. 상기 PCR 대상 시료는 검출하고자 하는 대상 개체의 시료를 말하고, 배양된 세포, 혈액, 타액 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 구제역 감염이 의심되는 대상 시료는 구제역 바이러스의 검출이 요구된다. 구제역 바이러스는 RNA를 게놈으로 하기 때문에 대상 시료의 RNA로부터 cDNA를 합성하는 단계가 전제될 수 있다. 즉, PCR 수행에 필요한 주형 DNA를 수득하기 위해, 구제역 바이러스의 게놈 RNA로부터 역전사를 수행하고, 이로부터 cDNA를 합성한다. 역전사 반응은 알려진 다양한 종류의 역전사 효소, 예를 들어 Invtrogen 사의 SuperScript 시리즈 및 이를 포함하는 키트를 통해 수행될 수 있다. 그 후, 상기 합성된 cDNA를 PCR 칩에 도입하여 PCR을 수행한다. 따라서, 상기 PCR 결과로부터 상기 대상 시료 중에 구제역 바이러스의 존재 유무를 확인할 수 있다. 또한, 상기 PCR 시약은 PCR을 수행하기 위해 요구되는 물질들을 포함하는 용액을 말한다. 예를 들어, 상기 PCR 시약은 주형 DNA의 표적 부위를 증폭하기 위해 요구되는 정방향 및 역방향 프라이머를 포함하는 프라이머 세트, 삼인산화데옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide triphosphates, dNTP), 구체적으로 dATP, dCTP, dGTP, 및 dTTP를 포함하는 혼합물, DNA 중합효소, 검출 가능한 표지, 및 PCR 완충액(PCR buffer)를 더 포함할 수 있다. 상기 DNA 중합 효소는 예를 들어, Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis 또는 Pyrococcus furiosus (Pfu)로부터 수득한 열 안정성 DNA 중합 효소일 수 있다. 상기 검출 가능한 표지는 Alexa Fluor 350, Alexa Fluor 430, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 568, Alexa Fluor 594, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 647, Alexa Fluor 660, Alexa Fluor 680, Cy2, Cy3.18, Cy3.5, Cy3, Cy5.18, Cy5.5, Cy5, Cy7, Oregon Green, Oregon Green 488-X, Oregon Green, Oregon Green 488, Oregon Green 500, Oregon Green 514, SYTO 11, SYTO 12, SYTO 13, SYTO 14, SYTO 15, SYTO 16, SYTO 17, SYTO 18, SYTO 20, SYTO 21, SYTO 22, SYTO 23, SYTO 24, SYTO 25, SYTO 40, SYTO 41, SYTO 42, SYTO 43, SYTO 44, SYTO 45, SYTO 59, SYTO 60, SYTO 61, SYTO 62, SYTO 63, SYTO 64, SYTO 80, SYTO 81, SYTO 82, SYTO 83, SYTO 84, SYTO 85, SYTOX Blue, SYTOX Green, SYTOX Orange, SYBR Green, YO-PRO-1, YO-PRO-3, YOYO-1, YOYO-3 및 티아졸 오렌지(thiazole orange)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 PCR 완충액은 증폭 반응의 pH를 조절함으로써 증폭 반응의 하나 이상의 구성 요소의 안정성, 활성, 및/또는 수명을 변형시키는 증폭 반응에 첨가되는 화합물로서, 이러한 완충액들은 알려져 있으며, 예를 들어, Tris, Tricine, MOPS, 또는 HEPES일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 반응부(10)의 형상은 다양하게 구현될 수 있으나, 바람직하게는 판 형상으로 구현될 수 있다. 판 형상의 핵산 증폭 반응부(10)은 그 내부에 수용된 PCR 대상 시료 및 PCR 시약의 혼합액이 넓게 분포되어 열을 제공받는 표면적이 넓어져, 바람직하게는 판 형상의 열 블록(100)으로부터 열을 고르게 제공받을 수 있기 때문에 PCR 단계의 각 사이클별 온도 변화가 신속하게 진행될 수 있다.
The nucleic acid amplification reaction unit 10 accommodates a PCR target sample and a PCR reagent, and means that the PCR is performed by being heated or cooled in contact with the heat block 100. The PCR subject sample refers to a sample of the subject to be detected, and includes, but is not limited to, cultured cells, blood, saliva, and the like. For example, samples of suspected foot and mouth infections require detection of foot and mouth virus. Because foot-and-mouth disease viruses use RNA as a genome, the step of synthesizing cDNA from the RNA of the target sample may be assumed. That is, in order to obtain the template DNA necessary for performing the PCR, reverse transcription is performed from the genomic RNA of foot-and-mouth virus, and cDNA is synthesized therefrom. Reverse transcription reactions can be carried out through a variety of known reverse transcriptase enzymes, such as the SuperScript series from Invtrogen, and kits including the same. Thereafter, the synthesized cDNA is introduced into a PCR chip to perform PCR. Therefore, the presence or absence of foot-and-mouth virus in the target sample can be confirmed from the PCR result. In addition, the PCR reagent refers to a solution containing the materials required to perform PCR. For example, the PCR reagent may be a primer set comprising forward and reverse primers required for amplifying target sites of template DNA, deoxyribonucleotide triphosphates (dNTP), specifically dATP, dCTP, dGTP, And a mixture comprising dTTP, a DNA polymerase, a detectable label, and a PCR buffer. The DNA polymerase is for example Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis , Thermis flavus , Thermococcus heat stable DNA polymerase obtained from literalis or Pyrococcus furiosus (Pfu). The detectable label is Alexa Fluor 350, Alexa Fluor 430, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 568, Alexa Fluor 594, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 647, Alexa Fluor 660, Alexa Fluor 680, Cy2 , Cy3.18, Cy3.5, Cy3, Cy5.18, Cy5.5, Cy5, Cy7, Oregon Green, Oregon Green 488-X, Oregon Green, Oregon Green 488, Oregon Green 500, Oregon Green 514, SYTO 11, SYTO 12, SYTO 13, SYTO 14, SYTO 15, SYTO 16, SYTO 17, SYTO 18, SYTO 20, SYTO 21, SYTO 22, SYTO 23, SYTO 24, SYTO 25, SYTO 40, SYTO 41, SYTO 42, SYTO 43 , SYTO 44, SYTO 45, SYTO 59, SYTO 60, SYTO 61, SYTO 62, SYTO 63, SYTO 64, SYTO 80, SYTO 81, SYTO 82, SYTO 83, SYTO 84, SYTO 85, SYTOX Blue, SYTOX Green, SYTOX Orange, SYBR Green, YO-PRO-1, YO-PRO-3, YOYO-1, YOYO-3, and thiazole orange. The PCR buffer is a compound that is added to an amplification reaction that modifies the stability, activity, and / or lifetime of one or more components of the amplification reaction by adjusting the pH of the amplification reaction. Such buffers are known, for example Tris, Tricine, MOPS, or HEPES, but is not limited thereto. In addition, the shape of the nucleic acid amplification reaction unit 10 according to an embodiment of the present invention may be implemented in various ways, preferably may be implemented in a plate shape. The plate-shaped nucleic acid amplification reaction unit 10 has a wide distribution of the mixture of the PCR target sample and the PCR reagent contained therein to provide heat, and preferably heats the heat from the plate-shaped heat block 100. Since it can be provided evenly, the temperature change of each cycle of the PCR step can proceed rapidly.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 반응부(10)는 전체적으로 또는 부분적으로 광 투과성을 갖도록 구현될 수 있다. 이 경우 부분적으로 광 투과성을 갖도록 구현된다는 것은 핵산 증폭 반응부(10) 중 PCR 대상 시료 및 PCR 시약이 수용된 공간, 즉 반응 채널(또는 챔버) 부분만 광 투과성으로 구현될 수 있음을 말한다. 상기 핵산 증폭 반응부(10)가 광 투과성을 갖도록 구현되는 경우 실시간 PCR을 수행함에 있어서, 상기 핵산 증폭 반응부(10) 내부 공간에서 수행되는 PCR 진행 과정을 임의의 시점에 광학 시스템을 통해 확인할 수 있기 때문에 매우 효과적이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 반응부(10)는 상기 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 도입하기 위한 유입부(15), PCR 산물을 배출하기 위한 유출부(16) 및 PCR 대상 시료 및 PCR 시약이 수용된 1 이상의 반응 채널(또는 챔버)(14)을 포함할 수 있다. 상기 열 블록(100)에서 발생하는 열은 상기 핵산 증폭 반응부(10)에 전달되고, 상기 핵산 증폭 반응부(10)의 반응 채널(14)에 포함된 혼합 용액은 가열되거나 냉각되어 일정 온도가 유지될 수 있다. 또한, 상기 핵산 증폭 반응부(10)는 플라스틱 재질로 구현될 수 있다. 상기 핵산 증폭 반응부(10)는 플라스틱 재질, 바람직하게는 광 투과성 플라스틱 재질을 사용하여, 플라스틱 두께 조절만으로 열 전달 효율을 증대시킬 수 있고, 제작 공정이 단순하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
In addition, the nucleic acid amplification reaction unit 10 according to an embodiment of the present invention may be implemented to have a light transmission in whole or in part. In this case, partially implemented to have light transmittance means that only a portion of the nucleic acid amplification reaction unit 10 containing a PCR target sample and a PCR reagent, that is, a reaction channel (or chamber) portion, may be implemented to be light transmissive. When performing the real-time PCR when the nucleic acid amplification reaction unit 10 is implemented to have a light transmittance, the PCR process performed in the inner space of the nucleic acid amplification reaction unit 10 can be confirmed through an optical system at any point in time. Because it is very effective. In addition, the nucleic acid amplification reaction unit 10 according to an embodiment of the present invention is the inlet 15 for introducing the PCR target sample and the PCR reagent, the outlet 16 for discharging the PCR product and the PCR target sample And one or more reaction channels (or chambers) 14 containing the PCR reagents. Heat generated in the heat block 100 is transferred to the nucleic acid amplification reaction unit 10, the mixed solution contained in the reaction channel 14 of the nucleic acid amplification reaction unit 10 is heated or cooled to a certain temperature Can be maintained. In addition, the nucleic acid amplification reaction unit 10 may be implemented with a plastic material. The nucleic acid amplification reaction unit 10 may use a plastic material, preferably a light transmissive plastic material, to increase the heat transfer efficiency only by adjusting the thickness of the plastic, and the manufacturing process may be simplified to reduce the manufacturing cost.

또한, 도 2a에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵산 증폭 반응부(10)는 제1 판(11); 상기 제1 판(11) 상에 배치되고, 1 이상의 반응 채널(14)을 구비하는 제2 판(12); 및 상기 제2 판(12) 상에 배치되고, 상기 1 이상의 반응 채널(14)의 양 말단과 연결되되 개폐 가능하도록 구현된 유입부(15) 및 유출부(16)를 구비하는 제3 판(13)을 포함할 수 있다. 상기 제1 판(11)은 상기 제2 판(12) 하부 면에 배치된다. 상기 제1 판(11)이 상기 제2 판(920)의 하부 면에 접착 배치됨으로써 상기 1 이상의 반응 채널(14)은 일종의 PCR이 수행되는 반응 챔버를 형성한다. 또한, 상기 제1 판(11)은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 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 재질일 수 있다. 또한, 상기 제1 판(11)의 상단 면은 친수성 물질(17)이 처리되어 PCR을 원활하게 수행할 수 있다. 상기 친수성 물질(17)의 처리에 의해 상기 제1 판(11) 상에 친수성 물질(17)을 포함하는 단일 층이 형성될 수 있다. 상기 친수성 물질은 다양한 물질일 수 있으나, 바람직하게는 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 히드록시기(-OH), 및 술폰기(-SH)로 구성된 군으로부터 선택되는 것일 수 있고, 상기 친수성 물질의 처리는 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행할 수 있다. 상기 제2 판(12)은 상기 제1 판(11) 상부 면에 배치된다. 상기 제2 판(920)은 1 이상의 반응 채널(14)을 포함한다. 상기 반응 채널(14)은 상기 제3 판(13)에 형성된 유입부(15)과 유출부(16)에 대응되는 부분과 연결되어 일종의 PCR 반응 챔버를 형성한다. 따라서, 상기 반응 채널(921)에 증폭하고자 하는 PCR 대상 시료 및 PCR 시약이 도입된 후 PCR이 진행된다. 또한, 상기 반응 채널(14)은 PCR 장치의 사용 목적 및 범위에 따라 2 이상 존재할 수 있고, 도 2a에 따르면, 6개의 반응 채널(14)이 예시되고 있다. 또한, 상기 제2 판(12)은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 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 재질일 수 있다. 또한, 상기 제2 판(12)의 두께는 다양할 수 있으나, 100 ㎛ 내지 200 ㎛에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 반응 채널(14)의 폭과 길이는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 상기 반응 채널(14)의 폭은 0.5 mm 내지 3 mm에서 선택되고, 상기 관통 개구 채널(14)의 길이는 20 mm 내지 40 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 제2 판(12) 내벽은 DNA, 단백질(protein) 흡착을 방지하기 위해 실란(silane) 계열, 보바인 시럼 알부민(Bovine Serum Albumin, BSA) 등의 물질로 코팅할 수 있고, 상기 물질의 처리는 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 상기 제3 판(13)은 상기 제2 판(12) 상에 배치된다. 상기 제3 판(13)은 상기 제2 판(12)에 형성된 1 이상의 반응 채널(921)의 일 영역에 형성된 유입부(15) 및 다른 일 영역에 형성된 유출부(16)를 구비한다. 상기 유입부(15)는 증폭하고자 하는 핵산을 포함하는 PCR 대상 시료 및 PCR 시약 등이 유입되는 부분이다. 상기 유출부(16)는 PCR이 종료된 후 PCR 대상 시료 및 PCR 시약 등이 유출되는 부분이다. 따라서, 상기 제3 판(13)은 이하 설명될 제2 판(12)에 형성된 1 이상의 반응 채널(14)을 커버하되, 상기 유입부(15) 및 유출부(16)는 상기 반응 채널(14)의 유입부 및 유출부 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 제3 판(13)은 다양한 재질로 구현될 수 있지만, 바람직하게는 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 재질일 수 있다. 또한, 상기 유입부(15)은 다양한 크기를 구비할 수 있으나, 바람직하게는 지름 1.0 mm 내지 3.0 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 유출부(16)는 다양한 크기를 구비할 수 있으나, 바람직하게는 지름 1.0 mm 내지 1.5 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 유입부(15) 및 유출부(16)는 별도의 커버 수단(도시되지 않음)을 구비하여, 상기 반응 채널(14) 내에서 PCR 대상 시료 및 PCR 시약에 대한 PCR이 진행될 때 PCR 대상 시료 및 PCR 시약이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 커버 수단은 다양한 형상, 크기 또는 재질로서 구현될 수 있다. 또한, 상기 제3 판의 두께는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 0.1 mm 내지 2.0 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 유입부(15) 및 유출부(16)는 2 이상 존재할 수 있다.
In addition, according to Figure 2a, the nucleic acid amplification reaction unit 10 according to an embodiment of the present invention comprises a first plate (11); A second plate (12) disposed on the first plate (11) and having one or more reaction channels (14); And a third plate disposed on the second plate 12 and having an inlet portion 15 and an outlet portion 16 connected to both ends of the one or more reaction channels 14 to be opened and closed. 13) may be included. The first plate 11 is disposed on the bottom surface of the second plate 12. The first plate 11 is bonded to the lower surface of the second plate 920 so that the one or more reaction channels 14 form a reaction chamber in which a kind of PCR is performed. In addition, the first plate 11 may be made of various materials, but preferably, polydimethylsiloxane (PDMS), cycloolefin copolymer (CCO), polymethylmethacrylate (polymethylmetharcylate) , PMMA), polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof It may be a material selected from. In addition, the upper surface of the first plate 11 is treated with a hydrophilic material 17 can perform the PCR smoothly. By treatment of the hydrophilic material 17, a single layer comprising hydrophilic material 17 may be formed on the first plate 11. The hydrophilic material may be a variety of materials, but preferably may be selected from the group consisting of carboxyl group (-COOH), amine group (-NH2), hydroxy group (-OH), and sulfone group (-SH), Treatment of the hydrophilic material can be carried out according to methods known in the art. The second plate 12 is disposed on an upper surface of the first plate 11. The second plate 920 includes one or more reaction channels 14. The reaction channel 14 is connected to portions corresponding to the inlet 15 and the outlet 16 formed in the third plate 13 to form a kind of PCR reaction chamber. Therefore, PCR is performed after the PCR target sample and the PCR reagent to be amplified are introduced into the reaction channel 921. In addition, the reaction channel 14 may be present in two or more, depending on the purpose and range of use of the PCR device, according to Figure 2a, six reaction channels 14 are illustrated. In addition, the second plate 12 may be made of various materials, but preferably, polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (cycloolefin copolymer, COC) , Polyamide (PA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyphenylene ether (PPE), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM) Polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybutylene terephthalate (polybutylene terephthalate , PBT), fluorinated ethylenepropylene (FEP), perfluoroalkoxyalkane (PFA), and combinations thereof It is chosen or a thermoplastic resin may be a thermosetting resin material. In addition, the thickness of the second plate 12 may vary, but may be selected from 100 μm to 200 μm. In addition, the width and length of the reaction channel 14 may vary, but preferably the width of the reaction channel 14 is selected from 0.5 mm to 3 mm, the length of the through-opening channel 14 is 20 may be selected from mm to 40 mm. In addition, the inner wall of the second plate 12 may be coated with a material such as silane-based and Bovine Serum Albumin (BSA) to prevent DNA and protein adsorption. The treatment of can be carried out according to methods known in the art. The third plate 13 is disposed on the second plate 12. The third plate 13 includes an inlet 15 formed in one region of one or more reaction channels 921 formed in the second plate 12 and an outlet portion 16 formed in the other region. The inlet 15 is a portion into which the PCR target sample and the PCR reagent including the nucleic acid to be amplified are introduced. The outlet portion 16 is a portion in which the PCR target sample and the PCR reagent flow out after the PCR is completed. Thus, the third plate 13 covers one or more reaction channels 14 formed in the second plate 12, which will be described below, wherein the inlet 15 and outlet 16 are the reaction channels 14. ) Will serve as the inlet and outlet of the unit. In addition, the third plate 13 may be formed of various materials, but preferably, polydimethylsiloxane (PDMS), cycloolefin copolymer (CCO), polymethylmethacrylate (polymethylmetharcylate) , PMMA), polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof It may be a material selected from. In addition, the inlet 15 may have various sizes, but preferably may be selected from 1.0 mm to 3.0 mm in diameter. In addition, the outlet portion 16 may have various sizes, but preferably may be selected from 1.0 mm to 1.5 mm in diameter. In addition, the inlet portion 15 and the outlet portion 16 are provided with separate cover means (not shown), the PCR target when the PCR target sample and PCR reagent in the reaction channel 14 proceeds The leakage of the sample and the PCR reagent can be prevented. The cover means may be implemented in various shapes, sizes or materials. In addition, the thickness of the third plate may vary, but preferably may be selected from 0.1 mm to 2.0 mm. In addition, the inlet 15 and the outlet 16 may be present at least two.

또한, 도 2b에 따르면, 상기 핵산 증폭 반응부(10)는 기계적 가공을 통해 유입부(15) 및 유출부(16)를 형성하여 제3 판(13)을 제공하는 단계; 상기 제3 판(13)의 하부면과 대응되는 크기를 갖는 판재에 상기 제3 판(13)의 유입부(15)와 대응되는 부분으로부터 상기 제3 판(13)의 유출부(16)에 대응되는 부분까지 기계적 가공을 통해 1 이상의 반응 채널(14)을 형성하여 제2 판(12)을 제공하는 단계; 상기 제2 판(12)의 하부면과 대응되는 크기를 갖는 판재의 상부 면에 표면 처리 가공을 통해 친수성 물질(17)로 구현된 표면을 형성하여 제1 판(11)을 제공하는 단계; 및 상기 제3 판(13)의 하부 면을 상기 제2 판(12)의 상부 면에 접합 공정을 통해 접합하고, 상기 제2 판(12)의 하부 면을 상기 제1 판(11)의 상부 면에 접합 공정을 통해 접합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 상기 제3 판(13)의 유입부(15) 및 유출부(16), 및 상기 제2 판(12)의 반응 채널(14)은 사출성형, 핫-엠보싱(hot-embossing), 캐스팅(casting), 및 레이저 어블레이션(laser ablation)으로 구성된 군으로부터 선택되는 가공 방법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 판(11) 표면의 친수성 물질(17)은 산소 및 아르곤 플라즈마 처리, 코로나 방전 처리, 및 계면 활성제 도포로 구성된 군으로부터 선택되는 방법에 의해 처리될 수 있고 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 또한, 상기 제3 판(13)의 하부 면과 상기 제2 판(12)의 상부 면, 및 상기 제2 판(12)의 하부 면과 상기 제1 판(11)의 상부 면은 열 접합, 초음파 융착, 용매 접합 공정에 의해 접착될 수 있고 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 상기 제3 판(13)과 제2 판(12) 사이 및 상기 제2 판(12)과 제3 판(13) 사이에는 양면 접착제 또는 열가소성 수지 또는 열 경화성 수지(18)가 처리될 수 있다.
In addition, according to FIG. 2B, the nucleic acid amplification reaction unit 10 may include forming an inlet 15 and an outlet 16 through mechanical processing to provide a third plate 13; From the portion corresponding to the inlet portion 15 of the third plate 13 in the plate material having a size corresponding to the lower surface of the third plate 13 to the outlet portion 16 of the third plate 13 Mechanically forming one or more reaction channels 14 to a corresponding portion to provide a second plate 12; Providing a first plate (11) by forming a surface formed of a hydrophilic material (17) through surface treatment on an upper surface of a plate having a size corresponding to a lower surface of the second plate (12); And bonding a lower surface of the third plate 13 to an upper surface of the second plate 12 through a bonding process, and attaching a lower surface of the second plate 12 to an upper portion of the first plate 11. It can be easily produced by a method comprising the step of bonding to the surface through a bonding process. The inlet 15 and outlet 16 of the third plate 13 and the reaction channel 14 of the second plate 12 are injection molded, hot-embossing and casting. ), And a processing method selected from the group consisting of laser ablation. In addition, the hydrophilic material 17 on the surface of the first plate 11 may be treated by a method selected from the group consisting of oxygen and argon plasma treatment, corona discharge treatment, and surfactant application and are known in the art. Can be performed according to. In addition, the lower surface of the third plate 13 and the upper surface of the second plate 12, and the lower surface of the second plate 12 and the upper surface of the first plate 11 are thermally bonded, It can be adhered by ultrasonic fusion, solvent bonding processes and can be carried out according to methods known in the art. A double-sided adhesive or a thermoplastic or thermosetting resin 18 may be treated between the third plate 13 and the second plate 12 and between the second plate 12 and the third plate 13.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩에 관한 것이다.3 relates to a PCR chip according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩(1000)은 투명 발열 소재를 구비하고, 광 투과성을 갖도록 구현된 열 블록(100); 상기 열 블록(100)에 구비된 투명 발열 소재에 전력을 공급하도록 연결된 전극을 구비하는 전극부(50); 및 상기 열 블록(100)과 열 교환이 가능하도록 상기 열 블록(100) 상에 배치되고, 1 이상의 반응 채널(14)을 구비하는 핵산 증폭 반응부(10)를 포함한다. According to FIG. 3, a PCR chip 1000 according to an embodiment of the present invention may include a heat block 100 including a transparent heating material and implemented to have light transmission; An electrode unit 50 having an electrode connected to supply power to the transparent heating material provided in the thermal block 100; And a nucleic acid amplification reaction unit 10 disposed on the heat block 100 to enable heat exchange with the heat block 100 and having one or more reaction channels 14.

상기 열 블록(100) 및 상기 핵산 증폭 반응부(10)는 이미 설명된 바와 같다.The thermal block 100 and the nucleic acid amplification reaction unit 10 are as described above.

상기 전극부(50)는 전력 공급부(도시되지 않음)와 연결되어 이로부터 전력을 공급받아 상기 열 블록(100)이 발열되도록 전력을 공급하는 모듈로서, 상기 열 블록(100)에 구비된 투명 발열 소재에 전력을 공급하도록 연결된 1 이상의 전극을 포함할 수 있다. 도 3에 따르면, 상기 열 블록(100)의 상기 제1 전극은 상기 열 블록(100)의 좌측 말단에, 상기 제2 전극은 상기 열 블록(100)의 우측 말단에 배치되나, 이에 제한되지 않고 상기 열 블록(100)과 구동가능한 다른 위치에 배치될 수도 있다. 즉, 상기 열 블록(100)은 PCR 변성 단계 온도(예를 들어 85℃ 내지 105℃), PCR 어닐링/연장 단계 온도(예를 들어 50℃ 내지 80℃)를 유지하기 위해 전력 공급부(도시되지 않음)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 상기 전극부(50)에 포함된 1 이상의 전극은 금, 은, 구리 등 전도성 재질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The electrode unit 50 is a module that is connected to a power supply unit (not shown) and receives power therefrom to supply power to heat the heat block 100. The transparent heat generation unit provided in the heat block 100 is provided. It may include one or more electrodes connected to power the workpiece. According to FIG. 3, the first electrode of the column block 100 is disposed at the left end of the column block 100 and the second electrode is disposed at the right end of the column block 100, but is not limited thereto. It may be arranged in another position that can be driven with the thermal block 100. That is, the thermal block 100 is a power supply (not shown) to maintain the PCR denaturation step temperature (for example 85 ℃ to 105 ℃), PCR annealing / extension step temperature (for example 50 ℃ to 80 ℃) ) Can be powered. At least one electrode included in the electrode unit 50 may be a conductive material such as gold, silver, copper, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩; 상기 PCR 칩이 장착되는 칩 홀더; 및 상기 PCR 칩의 전극부에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 포함하는 PCR 장치를 제공한다.
Another embodiment of the present invention is a PCR chip according to an embodiment of the present invention; A chip holder on which the PCR chip is mounted; And it provides a PCR device including a power supply for supplying power to the electrode portion of the PCR chip.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치에 관한 것이다.Figure 4 relates to a PCR device according to another embodiment of the present invention.

상기 PCR 장치는 특정 염기 서열을 갖는 핵산을 증폭하는 PCR(Polymerase Chain Reaction)에 사용하기 위한 장치를 말한다. 예를 들어, 특정 염기 서열을 갖는 DNA(deoxyribonucleic acid)를 증폭하기 위한 PCR 장치는 이중 가닥의 DNA를 포함하는 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 특정 온도, 예를 들어 약 95℃로 가열하여 상기 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 변성 단계(denaturing step), 상기 PCR 대상 시료 및 PCR 시약에 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프라이머를 제공하고, 상기 분리된 단일 가닥의 DNA와 함께 특정 온도, 예를 들어 55℃로 냉각하여 상기 단일 가닥의 DNA의 특정 염기 서열에 상기 프라이머를 결합시켜 부분적인 DNA-프라이머 복합체를 형성하는 어닐링 단계(annealing step), 및 상기 어닐링 단계 이후 상기 PCR 대상 시료 및 PCR 시약을 적정 온도, 예를 들어 72℃로 유지하여 DNA 중합효소(polymerase)에 의해 상기 부분적인 DNA-프라이머 복합체의 프라이머를 기초로 이중 가닥의 DNA를 형성하는 연장 (혹은 증폭) 단계(extension step)를 수행하고, 상기 3 단계를 예를 들어, 20회 내지 40회로 반복함으로써 상기 특정 염기 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭할 수 있다. 또한, 경우에 따라, PCR 장치는 상기 어닐링 단계와 상기 연장 (혹은 증폭) 단계를 동시에 수행할 수 있고, 이 경우 PCR 장치는 상기 연장 단계와 상기 어닐링 및 연장 (혹은 증폭) 단계로 구성된 2 단계를 수행함으로써, 제1 순환을 완성할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서, PCR 장치는 상기 단계들을 수행하기 위한 모듈들을 포함하는 장치를 말하며, 본 명세서에 기재되지 아니한 세부적인 모듈들은 PCR을 수행하기 위한 종래 기술 중 개시되고 자명한 범위에서 모두 구비하고 있는 것을 전제로 한다.The PCR device refers to a device for use in PCR (Polymerase Chain Reaction) for amplifying a nucleic acid having a specific base sequence. For example, a PCR apparatus for amplifying deoxyribonucleic acid (DNA) having a specific nucleotide sequence may be used to heat a PCR target sample containing a double strand of DNA and a PCR reagent to a specific temperature, for example, about 95 ° C. A denaturing step of separating DNA of a single strand into DNA, and providing an oligonucleotide primer having a sequence complementary to a specific base sequence to be amplified in the PCR target sample and the PCR reagent, An annealing step in which the primer is coupled to a specific nucleotide sequence of the single strand of DNA with a single strand of DNA to cool to a specific temperature, for example 55 ° C., to form a partial DNA-primer complex, and the After the annealing step, the PCR target sample and the PCR reagent are maintained at an appropriate temperature, for example, 72 ° C., so that the partial Based on the primers of the DNA-primer complex, an extension (or amplification) step of forming double-stranded DNA is performed, and the specific nucleotide sequence is repeated by repeating the three steps, for example, 20 to 40 times. DNA can be amplified exponentially. Also, in some cases, the PCR device may simultaneously perform the annealing step and the extension (or amplification) step, and in this case, the PCR device may perform two steps including the extension step and the annealing and extension (or amplification) step. By performing, the first circulation may be completed. Therefore, in the present specification, the PCR device refers to an apparatus including modules for performing the above steps, and detailed modules not described herein are all provided in the scope of the related art disclosed and obvious for performing PCR. It is assumed that you are doing.

상기 PCR 칩(1000) 및 이에 포함된 구성요소는 이미 설명된 바와 같다.The PCR chip 1000 and the components included therein are as described above.

상기 칩 홀더(2000)는 상기 PCR 칩(1000)이 장착되는 공간을 갖는 모듈을 말한다. 상기 칩 홀더(2000)는 상기 PCR 칩(1000)이 탈착 가능하도록 안정적으로 장착되고, 이하 설명될 전력 공급부(3000)로부터 원활하게 전력을 공급받을 수 있다면 다양한 형상 및 구조로 구현될 수 있다.The chip holder 2000 refers to a module having a space in which the PCR chip 1000 is mounted. The chip holder 2000 may be implemented in various shapes and structures as long as the PCR chip 1000 is stably mounted so that the PCR chip 1000 can be detached and can be smoothly supplied with power from the power supply unit 3000 to be described below.

상기 전력 공급부(3000)는 상기 칩 홀더(2000)에 장착된 상기 PCR 칩(1000)의 전극부(50)에 전력을 공급하기 위한 모듈이다. 상기 전력 공급부(3000)는 PCR 단계의 온도 변화에 따라 전력을 순차적으로 공급하기 위해 프로그램화된 컴퓨터 시스템과 연계될 수 있고, 온도 제어를 위한 전력 공급 프로그램은 사용자에 의해 제어될 수 있음은 물론이다.
The power supply unit 3000 is a module for supplying power to the electrode unit 50 of the PCR chip 1000 mounted on the chip holder 2000. The power supply 3000 may be associated with a computer system programmed to sequentially supply power according to the temperature change of the PCR step, and the power supply program for temperature control may be controlled by a user. .

도 5는 광 제공부 및 광 검출부를 구비하는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치에 관한 것이다.Figure 5 relates to a PCR device according to another embodiment of the present invention, having a light providing unit and a light detecting unit.

도 5에 따르면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치는 상기 PCR 칩(10)에 광을 제공하도록 구동가능하게 배치된 광 제공부(200) 및 상기 PCR 칩(10)으로부터 방출되는 광을 수용하도록 구동가능하게 배치된 광 검출부(300)를 더 포함한다. 상기 광 제공부(200)는 상기 PCR 칩(10)에 광을 제공하기 위한 모듈이고, 상기 광 검출부(300)는 상기 PCR 칩(10)으로부터 방출되는 광을 수용하여 상기 PCR 칩(10)에서 수행되는 PCR 단계를 측정하기 위한 모듈이다. 상기 광 제공부(200)로부터 광이 방출되고, 상기 방출된 광은 상기 PCR 칩(10), 구체적으로 상기 PCR 칩(10)의 반응 채널(14)을 통과하거나 반사하고, 이 경우 상기 반응 채널(14) 내의 핵산 증폭에 의해 발생하는 광 신호를 상기 광 검출부(300)가 검출한다. 따라서, 상기 PCR 칩(10)에서 상기 PCR의 각 순환 단계가 진행되는 동안 상기 반응 채널(14) 내에서 (형광 물질이 결합된) 핵산의 증폭에 의한 결과를 실시간으로 모니터함으로써 초기 PCR 대상 시료 및 PCR 시약에 포함되어 있는 표적 핵산의 증폭 여부 및 증폭 정도를 실시간으로 측정 및 분석할 수 있다. 또한, 상기 광 제공부(200) 및 광 검출부(300)는 상기 광 투과성 열 블록(100)을 중심으로 위 또는 아래에 모두 배치되거나 각각 배치될 수 있다. 다만, 상기 광 제공부(200) 및 광 검출부(300)의 배치는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치의 최적 구현을 위하여 다른 모듈과의 배치 관계를 고려하여 다양할 수 있으며, 바람직하게는 도 5에 따라, 상기 광 제공부(200) 및 광 검출부(300)은 상기 PCR 칩(10)의 상부에 배치될 수 있다.
Referring to FIG. 5, a PCR device according to another embodiment of the present invention includes a light providing unit 200 and a light emitted from the PCR chip 10 that are operably arranged to provide light to the PCR chip 10. The apparatus further includes a light detector 300 operatively arranged to receive the light. The light providing unit 200 is a module for providing light to the PCR chip 10, the light detector 300 receives the light emitted from the PCR chip 10 in the PCR chip 10 Module for measuring the PCR step performed. Light is emitted from the light providing unit 200, and the emitted light passes or reflects through the PCR chip 10, specifically, the reaction channel 14 of the PCR chip 10, in this case, the reaction channel. The light detector 300 detects an optical signal generated by nucleic acid amplification in (14). Therefore, the initial PCR target sample by monitoring the result of the amplification of nucleic acid (fluorescent material bound) in the reaction channel 14 in real time during each cycle of the PCR in the PCR chip 10 and Amplification and the degree of amplification of the target nucleic acid contained in the PCR reagent can be measured and analyzed in real time. In addition, the light providing unit 200 and the light detecting unit 300 may be all disposed above or below the light transmitting thermal block 100, or may be disposed respectively. However, the arrangement of the light providing unit 200 and the light detecting unit 300 may vary in consideration of the arrangement relationship with other modules for optimal implementation of the PCR device according to another embodiment of the present invention. 5, the light providing unit 200 and the light detecting unit 300 may be disposed above the PCR chip 10.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 제공부(200)를 상세하게 도시한다.6 is a detailed view of a light providing unit 200 according to another embodiment of the present invention.

도 6에 따르면, 상기 광 제공부(200)는 LED(Light Emitting Diode) 광원 또는 레이저 광원(210), 상기 광원(210)으로부터 방출되는 광에서 미리 결정된 파장을 갖는 광을 선택하는 제1 광 여과기(230), 및 상기 제1 광 여과기(230)로부터 방출되는 광을 포집하는 제1 광 렌즈(240)를 포함하고, 상기 광원(210)과 상기 제1 광 여과기(230) 사이에 빛을 퍼지게 하도록 배치된 제1 비구면 렌즈(220)를 더 포함한다. 상기 광원(210)은 광을 방출할 수 있는 모든 광원을 포함하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, LED(Light Emitting Diode) 광원 또는 레이저 광원을 포함한다. 상기 제1 광 여과기(230)는 다양한 파장대를 갖는 입사광 중 특정 파장의 광을 선택하여 방출하는 것으로, 미리 결정된 상기 광원(210)에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 광 여과기(230)는 상기 광원(210)으로부터 방출되는 광 중 500 nm 이하 파장대의 광만을 통과시킬 수 있다. 상기 제1 광 렌즈(240)는 그 입사광을 포집하여 그 방출광의 강도를 증가시키는 역할을 수행하는 것으로, 상기 광 투과성 열 블록(100)을 통해 PCR 칩(1000)에 조사되는 광의 강도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 광 제공부(200)은 상기 광원(210)과 상기 제1 광 여과기(230) 사이에 빛을 퍼지게 하도록 배치된 제1 비구면 렌즈(220)를 더 포함한다. 상기 제1 비구면 렌즈(220)의 배치 방향을 조정함으로써, 상기 광원(210)으로부터 방출되는 광 범위를 확장하여 측정 가능한 영역에 도달하게 한다.
According to FIG. 6, the light providing unit 200 may include a first light filter for selecting light having a predetermined wavelength from a light emitting diode (LED) light source or a laser light source 210 and light emitted from the light source 210. 230, and a first optical lens 240 for collecting light emitted from the first light filter 230, to spread light between the light source 210 and the first light filter 230. It further comprises a first aspherical lens 220 disposed to. The light source 210 includes all light sources capable of emitting light, and according to an embodiment of the present invention, includes a light emitting diode (LED) light source or a laser light source. The first light filter 230 selects and emits light having a specific wavelength among incident light having various wavelength bands, and may be variously selected according to the predetermined light source 210. For example, the first light filter 230 may pass only light having a wavelength of 500 nm or less among the light emitted from the light source 210. The first optical lens 240 collects the incident light and increases the intensity of the emitted light. The first optical lens 240 increases the intensity of light irradiated to the PCR chip 1000 through the light transmitting thermal block 100. Can be. In addition, the light providing unit 200 further includes a first aspherical lens 220 disposed to spread light between the light source 210 and the first light filter 230. By adjusting the arrangement direction of the first aspherical lens 220, the light range emitted from the light source 210 is extended to reach the measurable area.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 검출부(300)를 상세하게 도시한다.7 illustrates a light detector 300 in detail according to another embodiment of the present invention.

도 7에 따르면, 상기 광 검출부(300)는 상기 PCR 칩(1000)으로부터 방출되는 광을 포집하는 제2 광 렌즈(310), 상기 제2 광 렌즈(310)로부터 방출되는 광에서 미리 결정된 파장을 갖는 광을 선택하는 제2 광 여과기(320), 및 상기 제2 광 여과기(320)로부터 방출되는 광으로부터 광 신호를 검출하는 광 분석기(350)를 포함하고, 상기 제2 광 여과기(320)와 상기 광 분석기(350) 사이에 상기 제2 광 여과기(320)로부터 방출되는 광을 집적하도록 배치된 제2 비구면 렌즈(330)를 더 포함하며, 상기 제2 비구면 렌즈(330)와 상기 광 분석기(350) 사이에 상기 제2 비구면 렌즈(330)로부터 방출되는 광의 노이즈(noise)를 제거하고 상기 제2 비구면 렌즈로(330)부터 방출되는 광을 증폭하도록 배치된 광다이오드 집적소자(photodiode integrated circuit, PDIC)(340)를 더 포함한다. 상기 제2 광 렌즈(310)는 그 입사광을 포집하여 그 방출광의 강도를 증가시키는 역할을 수행하는 것으로, 상기 광 투과성 열 블록(100)을 통해 PCR 칩(1000)으로부터 방출되는 광의 강도를 증가시켜 광신호 검출을 용이하게 한다. 상기 제2 광 여과기(320)는 다양한 파장 대를 갖는 입사광 중 특정 파장의 광을 선택하여 방출하는 것으로, 상기 광 투과성 열 블록(100)을 통해 PCR 칩(1000)으로부터 방출되는 미리 결정된 광의 파장에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 광 여과기(320)는 상기 광 투과성 열 블록(100)을 통해 PCR 칩(1000)으로부터 방출되는 미리 결정된 광 중 500 nm 이하 파장대의 광만을 통과시킬 수 있다. 상기 광 분석기(350)는 상기 제2 광 여과기(320)로부터 방출되는 광으로부터 광 신호를 검출하는 모듈로서, PCR 대상 시료 및 PCR 시약으로부터 발현 형광된 광을 전기 신호로 전환하여 정성 및 정략적인 측정이 가능하도록 한다. 또한, 상기 광 검출부(300)는 상기 제2 광 여과기(320)와 상기 광 분석기(350) 사이에 상기 제2 광 여과기(320)로부터 방출되는 광을 집적하도록 배치된 제2 비구면 렌즈(330)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 비구면 렌즈(330)의 배치 방향을 조정함으로써, 상기 제2 광 여과기(320)로부터 방출되는 광 범위를 확장하여 측정 가능한 영역에 도달하게 한다. 또한, 상기 광 검출부(300)는 상기 제2 비구면 렌즈(330)와 상기 광 분석기(350) 사이에 상기 제2 비구면 렌즈(330)로부터 방출되는 광의 노이즈(noise)를 제거하고, 상기 제2 비구면 렌즈(330)로부터 방출되는 광을 증폭하도록 배치된 광다이오드 집적소자(photodiode integrated circuit, PDIC)(340)를 더 포함할 수 있다. 상기 광다이오드 집적소자(340)를 사용함으로써, 상기 PCR 장치의 소형화가 더욱 가능하고, 노이즈를 최소화하여 신뢰 가능한 광 신호를 측정할 수 있다.
According to FIG. 7, the light detector 300 may determine a predetermined wavelength from the light emitted from the second optical lens 310 and the second optical lens 310 to collect light emitted from the PCR chip 1000. A second light filter 320 for selecting light to have, and an optical analyzer 350 for detecting an optical signal from the light emitted from the second light filter 320, and the second light filter 320. And further comprising a second aspherical lens 330 disposed between the optical analyzer 350 to accumulate the light emitted from the second light filter 320, wherein the second aspherical lens 330 and the optical analyzer ( A photodiode integrated circuit arranged to remove noise of light emitted from the second aspherical lens 330 and to amplify the light emitted from the second aspherical lens 330 between 350; PDIC) 340 further. The second optical lens 310 collects the incident light and increases the intensity of the emitted light. The second optical lens 310 increases the intensity of the light emitted from the PCR chip 1000 through the light transmitting thermal block 100. It facilitates optical signal detection. The second light filter 320 selects and emits light having a specific wavelength among incident light having various wavelength bands, and transmits light to a predetermined wavelength of light emitted from the PCR chip 1000 through the light transmitting thermal block 100. It can be selected in various ways. For example, the second light filter 320 may pass only light having a wavelength of 500 nm or less among predetermined light emitted from the PCR chip 1000 through the light transmitting thermal block 100. The optical analyzer 350 is a module for detecting an optical signal from the light emitted from the second light filter 320, qualitative and quantitative measurement by converting the fluorescent light expressed from the PCR target sample and the PCR reagent into an electrical signal Make this possible. In addition, the light detector 300 includes a second aspherical lens 330 disposed between the second light filter 320 and the light analyzer 350 to integrate light emitted from the second light filter 320. It may further include. By adjusting the arrangement direction of the second aspherical lens 330, the light range emitted from the second light filter 320 is extended to reach the measurable area. In addition, the light detector 300 removes noise of light emitted from the second aspherical lens 330 between the second aspherical lens 330 and the optical analyzer 350, and removes the second aspherical surface. The device may further include a photodiode integrated circuit (PDIC) 340 disposed to amplify the light emitted from the lens 330. By using the photodiode integrated device 340, the PCR device can be further miniaturized, and noise can be measured to minimize a noise and to measure a reliable optical signal.

도 8은 이색성 필터(750)를 구비하는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치에 관한 것이다.8 relates to a PCR device according to another embodiment of the present invention having a dichroic filter 750.

도 8에 따르면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치는 상기 광 제공부(200)로부터 방출된 광이 광 검출부(300)까지 도달할 수 있도록 광의 진행 방향을 조절하고, 미리 결정된 파장을 갖는 광을 분리하기 위한 하나 이상의 이색성 필터(400)를 더 포함한다. 상기 이색성 필터(dichroic filter)(400)는 광을 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 선택적으로 조절된 각도로 반사시키는 모듈이다. 도 7에 따르면, 이색성 필터(400a)는 광 제공부(200)으로부터 방출되는 광의 광축에 대하여 약 45도 각도로 경사지게 배치되고, 상기 광을 그 파장에 따라 선택적으로 단파장 성분을 투과시키고 장파장 성분을 직각으로 반사시켜 상기 PCR 칩(1000)에 도달하게 한다. 또한, 이색성 필터(400b)는 상기 PCR 칩(1000)으로부터 반사된 광의 광축에 대하여 약 45도 각도로 경사지게 배치되고, 상기 광을 그 파장에 따라 선택적으로 단파장 성분을 투과시키고 장파장 성분을 직각으로 반사시켜 상기 광 검출부(300)에 도달하게 한다. 상기 광 검출부(300)에 도달한 광은 광 분석기에서 전기 신호로 전환되어 핵산 증폭 여부 및 증폭 정도를 나타내게 된다.
According to FIG. 8, the PCR device according to another embodiment of the present invention adjusts the traveling direction of light so that the light emitted from the light providing unit 200 reaches the light detecting unit 300, and adjusts a predetermined wavelength. It further includes one or more dichroic filters 400 for separating light having. The dichroic filter 400 is a module that reflects light at an angle that is selectively transmitted or selectively adjusted according to the wavelength. According to FIG. 7, the dichroic filter 400a is disposed to be inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of the light emitted from the light providing unit 200, and selectively transmits the light according to its wavelength and transmits the short wavelength component. Is reflected at right angles to reach the PCR chip (1000). In addition, the dichroic filter 400b is disposed to be inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of the light reflected from the PCR chip 1000, and selectively transmits the light according to its wavelength and transmits the short wavelength component at right angles. By reflecting to reach the light detector 300. The light reaching the light detector 300 is converted into an electric signal in the optical analyzer to indicate whether the nucleic acid is amplified and the degree of amplification.

실험 및 Experiment and 비교예Comparative example 1 One

도 9a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 시간에 따른 PCR 결과를 도시하고, 도 9b는 도 9a에 따른 PCR 결과를 타사의 PCR 장치를 이용한 PCR 결과와 비교한 전기영동 사진을 도시한다.Figure 9a shows the PCR results over time using a PCR device according to another embodiment of the present invention, Figure 9b is an electrophoretic picture comparing the PCR results according to Figure 9a with PCR results using other companies' PCR devices To show.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 PCR을 수행하고, 상기 PCR 진행 과정 중에 실시간으로 PCR 결과를 확인하였다. 상기 PCR은 2X TaKaRa SYBR Green Kit 및 Primer Forward, Primer Reverse(Final Concentration: 1 pmole), BSA 1ug/1ul, Hot start taq polymerase(2.8U)을 포함하는 PCR 용액을 사용하여 수행하였다. 또한, 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여 2종의 식중독균을 샘플로 사용하였다(E.coli O157:H7 및 Salmonella enterica Typhimurium). 상기 PCR 칩에 약 8ul의 PCR 용액 및 샘플 용액을 도입하고, 상기 PCR 장치에서 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장(또는 증폭) 단계를 30 회(cycle) 진행하였다. 도 6a에 도시된 그래프는 시간 대비 상기 PCR 결과를 나타낸다. X축은 분과 초 단위로 시간을 나타내고, Y축은 형광 강도를 나타낸다. 도 9a에 따르면, 약 25분이 경과한 후 PCR을 종료하였고, 시간에 따른 형광 정도가 예상되는 PCR 결과와 유사한 패턴을 나타낸다. x곡선은 E.coli O157:H7에 관한 결과이고, y곡선 및 z곡선은 Salmonella enterica Typhimurium에 관한 결과이다. 또한, 동일한 2종의 식중독균 샘플을 Roche사의 capillary tube에 약 25ul를 도입하고, Roche사의 LightCycler 1.5 PCR 장치를 이용하여 상기 PCR 장치에서 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장(또는 증폭) 단계를 30 회(cycle) 진행하였다. 도 9b는 Roche사의 PCR 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 PCR을 수행한 결과를 나타내는 전기영동 사진이다(Gel Loading량은 약 2 ul임). 사진의 좌측 Roche사의 결과에서 약칭 N.C는 음성 대조군으로서, 2X TaKaRa SYBR Green Kit의 SYBR Green Mixture만을 사용한 결과이고, 약칭 S.E는 Salmonella enterica Typhimurium에 관한 결과이며, 약칭 E.C는 E.coli O157:H7에 관한 결과이다. 한편, 사진의 우측 자사의 결과에서 약칭 S.E는 Salmonella enterica Typhimurium에 관한 결과이며, 약칭 E.C는 E.coli O157:H7에 관한 결과이다(결과의 신뢰성을 위해 S.E는 두 번 수행함). 확인 결과, 상용되는 타사의 PCR 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 PCR 결과는 실질적으로 동일하거나 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
PCR was performed using a PCR device according to another embodiment of the present invention, and the PCR result was confirmed in real time during the PCR process. The PCR was performed using a PCR solution containing 2X TaKaRa SYBR Green Kit and Primer Forward, Primer Reverse (Final Concentration: 1 pmole), BSA 1ug / 1ul, Hot start taq polymerase (2.8U). In addition, two food poisoning bacteria were used as samples to ensure the reliability of the results (E. coli 0157: H7 and Salmonella enterica Typhimurium). About 8ul of PCR solution and sample solution were introduced into the PCR chip, and the denaturation step, annealing step and extension (or amplification) step were performed 30 times in the PCR device. The graph shown in Figure 6a shows the PCR results over time. The X axis represents time in minutes and seconds, and the Y axis represents fluorescence intensity. According to FIG. 9A, PCR was terminated after about 25 minutes, and the fluorescence degree over time showed a pattern similar to the expected PCR result. The x curve is for E. coli 0157: H7, and the y and z curves are for Salmonella enterica Typhimurium. In addition, about 25ul of the same two food poisoning bacteria samples were introduced into a Roche capillary tube, and the denaturation step, annealing step and extension (or amplification) step were performed 30 times in the PCR device using Roche's LightCycler 1.5 PCR device. ) Proceeded. Figure 9b is an electrophoresis picture showing the results of performing the PCR using a PCR device according to the Roche PCR device and an embodiment of the present invention (Gel Loading amount is about 2 ul). In the results of Roche, left abbreviated NC is a negative control, using only the SYBR Green Mixture of 2X TaKaRa SYBR Green Kit, abbreviated SE for Salmonella enterica Typhimurium, abbreviated EC for E. coli O157: H7 The result is. On the other hand, the abbreviated SE in the results of the company on the right of the picture is the result for Salmonella enterica Typhimurium, and the abbreviated EC for the E. coli O157: H7 (SE is performed twice for reliability). As a result, it can be seen that the PCR results of the commercially available PCR device of the third party and the PCR device according to an embodiment of the present invention are substantially the same or do not have a large difference.

실험 및 Experiment and 비교예Comparative example 2 2

도 10a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 시간에 따른 PCR 결과를 도시하고, 도 10b는 도 10a에 따른 PCR 결과를 타사의 PCR 장치를 이용한 PCR 결과와 비교한 전기영동 사진을 도시한다.Figure 10a shows a PCR result over time using a PCR device according to another embodiment of the present invention, Figure 10b is an electrophoretic picture comparing the PCR results according to Figure 10a with PCR results using other companies' PCR devices To show.

결과의 신뢰성을 위해 상기 실시 및 비교예 1과 동일한 방법으로 샘플을 달리하여 PCR 결과를 확인하였다. 실험 및 비교예 2에서는 2종의 식중독균을 샘플로 사용하였다(Listeria monocytogenes 및 Staphyloccus aureus). 도 10a에 따르면, 약 25분이 경과한 후 PCR을 종료하였고, 시간에 따른 형광 정도가 예상되는 PCR 결과와 유사한 패턴을 나타낸다. x'곡선 및 y'곡선은 Listeria monocytogenes에 관한 결과이고, z'곡선은 Staphyloccus aureus에 관한 결과이다. 또한, 동일한 2종의 식중독균 샘플을 Roche사의 capillary tube에 약 25ul를 도입하고, Roche사의 LightCycler 1.5 PCR 장치를 이용하여 상기 PCR 장치에서 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장(또는 증폭) 단계를 30 회(cycle) 진행하였다. 도 10b는 Roche사의 PCR 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 이용하여 PCR을 수행한 결과를 나타내는 전기영동 사진이다(Gel Loading량은 약 2 ul임). 사진의 좌측 Roche사의 결과에서 약칭 N.C는 음성 대조군으로서, 2X TaKaRa SYBR Green Kit의 SYBR Green Mixture만을 사용한 결과이고, 약칭 Listeria는 Listeria monocytogenes에 관한 결과이며, 약칭 S.A는 E.coli O157:H7에 관한 결과이다. 한편, 사진의 우측 자사의 결과에서 약칭 S.E는 Staphyloccus aureus에 관한 결과이며, 약칭 Listeria는 Listeria monocytogenes에 관한 결과이다(결과의 신뢰성을 위해 Listeria는 두 번 수행함). 확인 결과, 상용되는 타사의 PCR 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 PCR 결과는 실질적으로 동일하거나 큰 차이가 없음을 알 수 있다.PCR reliability was confirmed by varying the samples in the same manner as in Example and Comparative Example 1 for the reliability of the results. In Experiment and Comparative Example 2, two kinds of food poisoning bacteria were used as samples (Listeria monocytogenes and Staphyloccus aureus). According to FIG. 10a, PCR was terminated after about 25 minutes had elapsed, and the fluorescence degree over time showed a pattern similar to the expected PCR result. The x 'and y' curves are for Listeria monocytogenes, and the z 'curves are for Staphyloccus aureus. In addition, about 25ul of the same two food poisoning bacteria samples were introduced into a Roche capillary tube, and the denaturation step, annealing step and extension (or amplification) step were performed 30 times in the PCR device using Roche's LightCycler 1.5 PCR device. ) Proceeded. Figure 10b is an electrophoresis picture showing the results of performing the PCR using the PCR device according to the Roche PCR device and an embodiment of the present invention (Gel Loading amount is about 2 ul). In the results of Roche, the abbreviated NC is a negative control, using only the SYBR Green Mixture of 2X TaKaRa SYBR Green Kit, abbreviated Listeria for the Listeria monocytogenes, and abbreviated SA for the E. coli O157: H7. to be. On the other hand, in its results on the right, the abbreviation S.E is for Staphyloccus aureus and the abbreviation Listeria is for Listeria monocytogenes (Listeria is performed twice for reliability). As a result, it can be seen that the PCR results of the commercially available PCR device of the third party and the PCR device according to an embodiment of the present invention are substantially the same or do not have a large difference.

Claims (9)

투명 발열 소재를 구비하고, 광 투과성을 갖도록 구현된 열 블록;
상기 열 블록에 구비된 투명 발열 소재에 전력을 공급하도록 연결된 전극을 구비하는 전극부; 및
상기 열 블록과 열 교환이 가능하도록 상기 열 블록 상에 배치되고, 1 이상의 반응 채널을 구비하는 핵산 증폭 반응부;
를 포함하는 PCR 칩(Polymerase Chain Reaction chip).A heat block having a transparent heating material and implemented to have light transmittance;
An electrode unit having an electrode connected to supply power to the transparent heating material provided in the thermal block; And
A nucleic acid amplification reaction unit disposed on the heat block to allow heat exchange with the heat block and having one or more reaction channels;
PCR chip comprising a (Polymerase Chain Reaction chip). 제1 항에 있어서,
상기 투명 발열 소재는 인듐 주석 산화물(Indum Tin Oxcide, ITO), 전도성 고분자(conducting polymer), 탄소나노튜브(Cabon NanoTube, CNT), 그래핀(graphene), 투명 금속 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO), 및 산화물-금속-산화물 다층 투명 소자로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 PCR 칩.The method according to claim 1,
The transparent heating material may be indium tin oxide (ITO), a conducting polymer, a carbon nanotube (CNT), graphene, a transparent metal oxide (TCO), And an oxide-metal-oxide multilayer transparent element. 제1 항에 있어서,
상기 열 블록은 판 형상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 PCR 칩.The method according to claim 1,
PCR chip, characterized in that the thermal block is implemented in a plate shape. 제1 항에 있어서,
상기 열 블록의 일 면은 흡광 물질이 포함된 흡광층이 배치되고, 상기 열 블록의 다른 일 면은 광반사 방지 물질이 포함된 광반사 방지층이 배치된 것을 특징으로 하는 PCR 칩.The method according to claim 1,
One side of the heat block is a PCR chip, characterized in that the light absorbing layer containing a light absorbing material is disposed, the other side of the heat block is disposed a light reflection prevention layer containing a light reflection prevention material. 제1 항에 있어서,
상기 핵산 증폭 반응부는 판 형상으로 구현되되, 광 투과성을 갖도록 구현된 것을 특징으로 하는 PCR 칩.The method according to claim 1,
The nucleic acid amplification reaction portion is implemented in a plate shape, PCR chip, characterized in that implemented to have a light transmission. 제1 항에 있어서, 상기 핵산 증폭 반응부는
제1 판;
상기 제1 판 상에 배치되고, 1 이상의 반응 채널을 구비하는 제2 판; 및
상기 제2 판 상에 배치되고, 상기 1 이상의 반응 채널의 양 말단과 연결되되 개폐 가능하도록 구현된 유입부 및 유출부를 구비하는 제3 판;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCR 칩.The method of claim 1, wherein the nucleic acid amplification reaction unit
First edition;
A second plate disposed on the first plate and having one or more reaction channels; And
A third plate disposed on the second plate, the third plate having an inlet and an outlet configured to be connected to both ends of the one or more reaction channels and to be opened and closed;
PCR chip comprising a. 제5 항에 있어서,
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 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 PCR 칩.6. The method of claim 5,
The first and third plates may be formed of a material selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), cycle olefin copolymer (COC), polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) A material selected from the group consisting of polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof,
The second plate may be formed of a material selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (COC), polyamide (PA), polyethylene (PE) Polypropylene (PP), polyphenylene ether (PPE), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybutyleneterephthalate (PBT), fluorinated ethylenepropylene (FEP) A thermoplastic resin or a thermosetting resin material selected from the group consisting of perfluoroalkoxyalkane (PFA), and combinations thereof And a PCR chip. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 PCR 칩;
상기 PCR 칩이 장착되는 칩 홀더; 및
상기 PCR 칩의 전극부에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부;
를 포함하는 PCR 장치.A PCR chip according to any one of claims 1 to 7;
A chip holder on which the PCR chip is mounted; And
A power supply for supplying power to the electrode of the PCR chip;
Lt; / RTI > 제7 항에 있어서, 상기 PCR 장치는
상기 PCR 칩에 광을 제공하도록 배치된 광 제공부; 및
상기 PCR 칩으로부터 방출되는 광을 수용하도록 배치된 광 검출부;
를 더 포함하는 PCR 장치.The method of claim 7, wherein the PCR device
A light providing unit disposed to provide light to the PCR chip; And
A light detector arranged to receive light emitted from the PCR chip;
PCR device further comprising.
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