KR101946339B1

KR101946339B1 - Real-time PCR device for detecting electrochemcial signal comprising heating block of repetitively disposed heater unit, and Real-time PCR using the same

Info

Publication number: KR101946339B1
Application number: KR1020120094676A
Authority: KR
Inventors: 김성우; 박현규; 김덕중; 원병연; 백송이
Original assignee: 주식회사 미코바이오메드; 한국과학기술원
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: KR20140028430A; WO2014035163A1

Abstract

본 발명의 일 실시예는 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록을 포함하는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 실시간 PCR 장치, 및 이를 이용한 실시간 PCR 방법에 관한 것으로서, 이에 따르면 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록 및 판 형상의 PCR 칩을 통해 다수의 샘플을 동시에 초고속으로 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 핵산 증폭 과정에서 발생하는 연속적인 전기화학적 신호를 쉽게 검출할 수 있는 단순한 모듈 구현을 통해 제품의 극-소형화 및 휴대화에 상당히 기여할 수 있다.One embodiment of the present invention relates to a real-time PCR apparatus for detecting an electrochemical signal including a heat block in which a heater unit is repeatedly arranged, and a real-time PCR method using the same. The plate-shaped PCR chip enables simultaneous analysis of a large number of samples at a very high speed, as well as simple module implementation that enables continuous detection of electrochemical signals generated during the nucleic acid amplification process. Can greatly contribute to anger.

Description

TECHNICAL FIELD The present invention relates to a real-time PCR apparatus for detecting an electrochemical signal including a heat block in which a heater unit is repeatedly arranged, and a real-time PCR method using the same, time PCR using the same}

본 발명의 일 실시예는 증폭 핵산에 따른 전기화학적 신호를 실시간으로 검출 및 측정할 수 있는 실시간 PCR 장치 및 이를 이용한 실시간 PCR 방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a real-time PCR apparatus capable of detecting and measuring an electrochemical signal according to an amplified nucleic acid in real time and a real-time PCR method using the same.

중합효소 연쇄 반응, 즉 PCR(Polymerase Chain Reaction)은 주형 핵산의 특정 부위를 반복적으로 가열 및 냉각하여 상기 특정 부위를 연쇄적으로 복제하여 그 특정 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술로써, 생명과학, 유전공학 및 의료 분야 등에서 분석 및 진단 목적으로 널리 사용되고 있다. 최근 상기 PCR을 수행하기 위한 PCR 장치가 다양하게 개발되고 있다. 종래 PCR 장치의 일 예는 하나의 반응 챔버에 주형 핵산을 포함하는 샘플 용액을 포함하는 용기를 장착하고, 상기 용기를 반복적으로 가열 및 냉각하여 PCR 반응을 수행한다. 그러나, 상기 PCR 장치는 하나의 반응 챔버를 구비하기 때문에 전체적인 구조가 복잡하진 않지만, 정확한 온도 제어를 위해 복잡한 회로를 구비해야 하고, 하나의 반응 챔버에 대한 반복적인 가열 및 냉각으로 인해 전체 PCR 수행 시간이 길어지는 문제점이 있다. 또한, 종래 PCR 장치의 다른 예는 PCR 진행 온도를 갖는 복수 개의 반응 챔버를 장착하고, 이들 반응 챔버를 통과하는 하나의 채널을 통해 핵산을 포함하는 샘플 용액을 흐르게 하여 PCR을 수행한다. 그러나, 상기 PCR 장치는 복수 개의 반응 챔버를 이용하기 때문에 정확한 온도 제어를 위한 복잡한 회로가 요구되진 않지만, 고온 및 저온의 반응 챔버를 통과하기 위한 긴 유로가 반드시 필요하므로 전체 구조가 복잡하고, 상기 반응 챔버를 통과하는 채널에 흐르는 핵산을 포함하는 샘플 용액의 유속을 제어하기 위한 별도의 제어 장치가 요구된다. 한편, 최근 PCR 장치는 PCR 수율을 개선하기 위한 노력뿐만 아니라 PCR 진행 과정을 실시간으로 파악하기 위한 효율적인 방법을 개방하기 위한 방향으로 개발되고 있다. 이와 같이 PCR 진행 과정을 실시간으로 파악할 수 있는 기술을 소위 "실시간 PCR(real-time PCR)"이라고 하는데, 실시간 PCR 장치는 PCR 챔버에 형광물질을 투입하여 증폭 산물과의 결합으로 발생하는 광신호를 측정하는 기술이 채용된다. 그러나, 이 경우 상기 실시간 PCR 장치는 형광물질로부터 광신호를 활성화하기 위한 별도의 광원 모듈, 증폭 핵산으로부터 획득된 광신호를 검출하기 위한 광검출 모듈, 및 기타 광 경로를 조절하기 위한 반사경 등 복잡한 구조를 반드시 채용해야 하는바, 기기의 소형화가 어렵고, 휴대용으로 활용하기 어려운 문제점이 있다.Polymerase Chain Reaction (PCR) is a technique for repetitively heating and cooling a specific region of a template nucleic acid to successively replicate the specific region and amplify a nucleic acid having the specific region exponentially, Science, genetic engineering, and medical fields. Recently, a variety of PCR apparatuses for performing the PCR have been developed. One example of a conventional PCR device is one in which a container containing a sample solution containing a template nucleic acid is mounted in one reaction chamber, and the container is repeatedly heated and cooled to perform a PCR reaction. However, since the PCR apparatus has a single reaction chamber, the overall structure is not complicated. However, it is necessary to provide a complicated circuit for accurate temperature control, and the total PCR execution time There is a problem that this becomes longer. Another example of a conventional PCR apparatus is a PCR system in which a plurality of reaction chambers having a PCR progress temperature are mounted and a sample solution containing a nucleic acid is flowed through one channel passing through the reaction chambers. However, since the PCR apparatus uses a plurality of reaction chambers, a complicated circuit for accurate temperature control is not required, but a long channel for passing through a reaction chamber of a high temperature and a low temperature is necessarily required, A separate control device for controlling the flow rate of the sample solution containing the nucleic acid flowing in the channel passing through the chamber is required. Meanwhile, recent PCR apparatuses are being developed in order to open an efficient method for grasping not only an effort to improve the PCR yield, but also a real time PCR process. Real-time PCR is a so-called " real-time PCR " technique in which a PCR process can be grasped in real time. A real-time PCR apparatus includes a fluorescence substance injected into a PCR chamber, A measurement technique is adopted. However, in this case, the real-time PCR apparatus may have a complex structure such as a separate light source module for activating an optical signal from a fluorescent substance, a light detecting module for detecting an optical signal obtained from an amplified nucleic acid, It is difficult to miniaturize the device and it is difficult to use the device as a portable device.

따라서, PCR 시간을 줄임과 동시에 신뢰할 수 있는 PCR 수율을 얻을 수 있고, 더 나아가 제품의 소형화 및 휴대화가 가능한 실시간 PCR 장치의 필요성이 부각되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a need for a real-time PCR device capable of obtaining a reliable PCR yield while reducing the PCR time, and further miniaturizing and porting the product.

위와 같은 배경기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 일 실시예는 PCR 시간 및 수율을 합리적으로 개선하고, 더 나아가 제품의 소형화 및 휴대화가 가능한 실시간 PCR 장치 및 이를 이용한 실시간 PCR 방법을 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the background art as described above, one embodiment of the present invention is to propose a real-time PCR apparatus capable of reasonably improving the PCR time and yield, further miniaturizing and porting the product, and real-

본 발명의 일 실시예는 1 이상의 히터를 구비하는 히터 군, 상기 히터 군을 2 이상 구비하고 상기 2 이상의 히터 군은 상호 열 교환이 일어나지 않도록 이격 배치된 히터 유닛이 2 이상 반복 배치된 것으로서, 적어도 일 면에 시료 및 시약이 수용되는 PCR 칩의 접촉 면을 구비하는 열 블록; 상기 열 블록에 구비된 히터들에 전력을 공급하도록 연결된 열 전극을 구비하는 열 전극부; 양 말단에 유입부 및 유출부가 구현된 1 이상의 반응 채널, 및 상기 반응 채널의 길이 방향으로 그 단면을 가로질러 반복 이격 배치되되 상기 반응 채널 내부의 일 영역에 형성되어 증폭 표적 핵산의 일 영역과 상보적으로 결합할 수 있는 포획 프로브가 표면 처리된 고정 층 및 상기 반응 채널 내부의 다른 일 영역에 형성되어 전기화학적 신호를 검출하도록 구현된 검출 전극을 구비하는 것으로서, 금속 나노입자 및 상기 금속 나노입자에 연결되되 상기 증폭 표적 핵산의 다른 일 영역과 상보적으로 결합할 수 있는 신호 프로브를 구비하는 복합체를 포함하는, 판 형상의 PCR 칩; 상기 PCR 칩이 장착되되 상기 PCR 칩의 검출 전극 말단과 전기적으로 연결되도록 구현된 연결 포트를 구비하는 칩 홀더; 및 상기 칩 홀더의 연결 포트와 전기적으로 연결되어 상기 PCR 칩의 반응 채널 내부에서 발생하는 전기화학적 신호를 실시간으로 측정하도록 구현된 전기화학적 신호 측정 모듈을 포함하는, 실시간 PCR(Polymerase Chain Reaction) 장치를 제공한다.
One embodiment of the present invention is a heater group having at least one heater, at least two heater groups, and two or more heater groups are repeatedly arranged at least two heater units spaced apart from each other so that mutual heat exchange does not occur, A thermal block having a contact surface of the PCR chip on one side containing the sample and the reagent; A column electrode unit having column electrodes connected to supply electric power to the heaters provided in the column block; At least one reaction channel in which an inlet and an outlet are formed at both ends, and a plurality of reaction channels formed in one region inside the reaction channel, the reaction channel being repeatedly disposed across the cross section in the longitudinal direction of the reaction channel, And a detection electrode formed on the other surface of the reaction channel and adapted to detect an electrochemical signal, wherein the metal nanoparticle and the metal nanoparticle A plate-like PCR chip comprising a complex comprising a signal probe connected and complementary to another region of the amplification target nucleic acid; A chip holder having a connection port on which the PCR chip is mounted and is electrically connected to a detection electrode end of the PCR chip; And a electrochemical signal measuring module electrically connected to the connection port of the chip holder to measure an electrochemical signal generated in a reaction channel of the PCR chip in real time, to provide.

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치에 있어서,In the real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention,

상기 금속 나노입자는 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 인듐(In), 금(Au), 및 은(Ag)으로 구성된 군으로부터 1 이상 선택될 수 있다.The metal nanoparticles may be selected from the group consisting of zinc (Zn), cadmium (Cd), lead (Pb), copper (Cu), gallium (Ga), indium (In), gold (Au) Or more.

상기 전기화학적 신호는 상기 증폭 표적 핵산이 상기 포획 프로브 및 상기 복합체의 신호 프로브와 상보적으로 결합함에 따라 발생하는 전류 변화에 기인하는 것일 수 있다.The electrochemical signal may be due to a current change that occurs as the amplification target nucleic acid is complementary to the capture probe and the signal probe of the complex.

상기 검출 전극은 금(Au), 코발트(Co), 백금(Pt), 은(Ag), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 및 탄소(Carbon)로 구성된 군으로부터 1 이상 선택될 수 있다.The detection electrode may be at least one selected from the group consisting of Au, Co, Pt, Ag, carbon nanotube, graphene, and carbon. .

상기 증폭 표적 핵산, 상기 포획 프로브, 및 상기 신호 프로브는 단일 가닥 DNA일 수 있다.The amplification target nucleic acid, the capture probe, and the signal probe may be single stranded DNA.

상기 전극은 산화 또는 환원 반응이 일어나는 지시 전극(working electrode) 및 산화 또는 환원 반응이 일어나지 않는 기준 전극(reference electrode)을 구비하는 2-전극 모듈, 또는 상기 지시 전극, 상기 기준 전극, 및 상기 지시 전극으로부터 발생하는 전자 밸런스를 조절하는 카운터 전극(counter electrode)을 구비하는 3-전극 모듈로 구현되는 것일 수 있다.The electrode includes a working electrode having an oxidation or reduction reaction and a reference electrode having no oxidation or reduction reaction, or a two-electrode module having a reference electrode, a reference electrode, Electrode module having a counter electrode for adjusting the electronic balance generated from the electrode assembly.

상기 전기화학적 신호 측정 모듈은 양극 벗김 전압전류계(anodic stripping voltammetry, ASV), 대시간 전류계 (chronoamperometry, CA), 순환 전압전류계(cyclic voltammetry), 네모파 전압전류계(square wave voltammetry, SWV), 펄스 전압전류계(differential pulse voltammetry, DPV), 및 임피던스계(impedance)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.The electrochemical signal measuring module may be an anodic stripping voltammetry (ASV), a chronoamperometry (CA), a cyclic voltammetry, a square wave voltammetry (SWV) A differential pulse voltammetry (DPV), and an impedance system.

상기 열 블록은 2개 내지 4개의 히터 군을 구비할 수 있다.The thermal block may include two to four heater groups.

상기 열 블록은 2개의 히터 군을 구비하고, 상기 제1 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 어닐링/연장 단계 온도를 유지하거나, 또는 상기 제1 히터 군은 PCR 어닐링/연장 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하는 것일 수 있다.Wherein the thermal block comprises two heater groups, wherein the first heater group maintains the PCR denaturation temperature and the second heater group maintains the PCR annealing / extension temperature, or the first heater group is PCR annealed / Extension stage temperature and the second heater group may be to maintain the PCR denaturation step temperature.

상기 열 블록은 3개의 히터 군을 구비하고, 상기 제1 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 어닐링 단계 온도를 유지하고 상기 제3 히터 군은 PCR 연장 단계 온도를 유지하거나, 또는 상기 제1 히터 군은 PCR 어닐링 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 연장 단계 온도를 유지하고 상기 제3 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하거나, 또는 상기 제1 히터 군은 PCR 연장 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하고 상기 제3 히터 군은 PCR 어닐링 단계 온도를 유지하는 것일 수 있다.Wherein the thermal block includes three heater groups, wherein the first heater group maintains the PCR denaturation temperature, the second heater group maintains the PCR annealing temperature, and the third heater group maintains the PCR extension temperature Or the first heater group maintains the PCR annealing step temperature, the second heater group maintains the PCR extension step temperature, the third heater group maintains the PCR denaturation step temperature, or the first heater group The PCR extension step temperature may be maintained and the second heater group may maintain the PCR denaturation step temperature and the third heater group may maintain the PCR annealing step temperature.

상기 1 이상의 반응 채널은 상기 히터 유닛 중 최선 배치된 히터의 상측 대응 부분과 최후 배치된 히터의 상측 대응 부분을 직선 길이 방향으로 통과하도록 연장 배치될 수 있다.The at least one reaction channel may be extended so as to pass the upper corresponding portion of the heater disposed at the best position among the heater units and the upper corresponding portion of the heater disposed at the end disposed in the straight length direction.

상기 PCR 칩은 상기 검출 전극이 구비된 제1 판; 상기 제1 판 상에 배치되되 상기 1 이상의 반응 채널이 구비된 제2 판; 및 상기 제2 판 상에 배치되되 상기 유입부 및 유출부가 구비된 제3 판을 포함할 수 있다.Wherein the PCR chip comprises: a first plate provided with the detection electrode; A second plate disposed on the first plate and having the at least one reaction channel; And a third plate disposed on the second plate and having the inlet and the outlet.

상기 PCR 칩은 상기 칩 홀더에 탈착 가능하게 구현될 수 있다.The PCR chip may be detachably mounted on the chip holder.

상기 열 전극부에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 더 포함할 수 있다.And a power supply unit for supplying power to the column electrode unit.

상기 1 이상의 반응 채널 내에서 유동하는 유체의 유량 및 유속을 제어하기 위해 양압 또는 음압을 제공하도록 배치된 펌프를 더 포함할 수 있다.The pump may further include a pump arranged to provide a positive or negative pressure to control the flow rate and flow rate of the fluid flowing in the at least one reaction channel.

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치에 따르면, 히터 유닛이 반복 배치된 열 블록 및 판 형상의 PCR 칩을 통해 다수의 샘플을 동시에 초고속으로 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 핵산 증폭 과정에서 발생하는 연속적인 전기화학적 신호를 쉽게 검출할 수 있는 단순한 모듈 구현을 통해 제품의 극-소형화 및 휴대화에 상당히 기여할 수 있다.According to the real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention, a plurality of samples can be simultaneously analyzed at a very high speed through a thermal block and a plate-shaped PCR chip in which heater units are repeatedly arranged, Simple module implementation that can easily detect continuous electrochemical signals can contribute significantly to miniaturization and portability of the product.

도 1 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 열 블록 및 열 전극부를 도시한다.
도 6 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 PCR 칩의 반응 챔버 내에서 일어나는 포획 프로브 및 신호 프로브와 증폭 표적 핵산 간의 결합, 및 그에 따른 전기화학적 신호 발생 과정을 도시한다.
도 10 내지 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 PCR 칩의 상세 구성요소를 도시한다.
도 13 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 일 수평 단면을 확대한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 칩 홀더를 도시한다.
도 16은 PCR 칩, 전력 공급부, 및 펌프를 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치에 의한 핵산 증폭 과정, 및 그에 따른 핵산 증폭 신호를 실시간으로 검출 및 측정하는 과정을 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치를 이용하여 핵산 증폭, 및 그에 따른 핵산 증폭 신호를 실시간으로 검출 및 측정하는 일련의 과정을 도시한다.Figures 1 to 5 illustrate a column block and a column electrode portion of a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 6 to 9 show the binding between the capture probe and the amplified target nucleic acid in the reaction chamber of the PCR chip of the real-time PCR device according to an embodiment of the present invention, and the electrochemical signal generation process.
10 to 12 show detailed components of a PCR chip of a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention.
13 to 14 are enlarged horizontal cross-sections of a real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention.
15 shows a chip holder of a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention.
16 shows a real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention, which includes a PCR chip, a power supply, and a pump.
17 shows a nucleic acid amplification process by a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention, and a process of detecting and measuring nucleic acid amplification signals in real time in accordance with the present invention.
FIG. 18 shows a series of procedures for real-time detection and measurement of nucleic acid amplification and nucleic acid amplification signals using a real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 이하 설명은 본 발명에 따른 일 실시예들을 용이하게 이해하기 위한 것일 뿐이며, 보호범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following description is merely intended to facilitate understanding of embodiments of the present invention and is not intended to limit the scope of protection.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치란 특정 염기 서열을 갖는 핵산을 증폭하는 PCR(Polymerase Chain Reaction)에 사용하는 장치를 말한다. 예를 들어, 특정 염기 서열을 갖는 DNA(deoxyribonucleic acid)를 증폭하기 위해 PCR 장치는 주형 핵산인 이중 가닥의 DNA를 포함하는 PCR 시료 및 시약을 포함하는 용액을 특정 온도, 예를 들어 약 95℃로 가열하여 상기 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 변성 단계(denaturing step), 증폭하고자 하는 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 용액을 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. 경우에 따라, 상기 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 발명의 일 구체예에 따른 실시간 PCR 장치(1)는 상기 단계들을 수행하기 위한 모듈들을 포함하는 장치를 말하며, 본 명세서에 기재되지 아니한 세부적인 모듈들은 PCR을 수행하기 위한 종래 기술 중 개시되거나 또는 자명한 범위에서 모두 구비하고 있는 것을 전제로 한다.
A PCR device according to an embodiment of the present invention refers to a device used in PCR (Polymerase Chain Reaction) for amplifying a nucleic acid having a specific base sequence. For example, in order to amplify deoxyribonucleic acid, a PCR apparatus is designed to amplify a solution containing PCR sample and reagent containing double stranded DNA, which is a template nucleic acid, at a specific temperature, for example, about 95 < 0 & A denaturing step of separating the double stranded DNA into single strand DNA by heating, and an oligonucleotide primer having a sequence complementary to the nucleotide sequence to be amplified, wherein the isolated single strand DNA Annealing step (annealing step) of cooling the DNA to a specific temperature, for example, 55 ° C to bind the primer to a specific base sequence of the single strand DNA to form a partial DNA-primer complex, The solution is maintained at an appropriate temperature, for example, 72 ° C, and a primer of the partial DNA-primer complex is prepared by a DNA polymerase (Or amplification) step of forming double stranded DNA as a base, and repeating the above three steps 20 to 40 times, for example, to exponentially amplify the DNA having the specific nucleotide sequence . Optionally, the PCR device may perform the annealing step and the extension (or amplification) step simultaneously, wherein the PCR device performs two steps of the extension step and the annealing and extension (or amplification) step , Thereby completing the first circulation. Accordingly, a real-time PCR apparatus 1 according to an embodiment of the present invention refers to an apparatus including modules for performing the above steps, and detailed modules not described in the present specification are disclosed in the prior art It is presumed that it is included in the scope of the invention.

도 1 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 열 블록 및 열 전극부를 도시한다.Figures 1 to 5 illustrate a column block and a column electrode portion of a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention.

상기 열 블록(100)은 PCR을 수행하기 위해 시료 및 시약에 특정 온도로 열을 공급하도록 구현된 모듈로서, 적어도 일 면에 시료 및 시약이 수용되는 PCR 칩의 접촉 면을 구비하고, 이하 상세하게 설명될 PCR 칩의 일 면에 접촉하여, 1 이상의 반응 채널 내에 존재하는 시료 및 시약에 열을 공급하여 PCR을 수행하도록 한다. 상기 열 블록(100)은 기판을 몸체로 하여 구현될 수 있다. 상기 기판은 상기 기판 내에 배치된 히터의 가열 및 온도 유지로 인해 그 물리적 및/또는 화학적 성질이 변하지 않고, 상기 기판 내에 이격 배치된 2 이상의 히터 사이에서 상호 열 교환이 일어나지 않도록 하는 모든 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 플라스틱, 유리, 실리콘 등의 재질로서, 투명 또는 반투명하게 구현될 수 있다. 상기 열 블록(100)은 전체적으로 판 형상으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열 블록(100)은 1 이상의 히터를 구비하는 히터 군, 상기 히터 군을 2 이상 구비하고 상기 2 이상의 히터 군은 상호 열 교환이 일어나지 않도록 이격 배치된 히터 유닛이 2 이상 반복 배치된다. 또한, 상기 PCR 칩의 접촉 면은 상기 열 블록(100)의 적어도 일 면에 구현되고, 시료 및 시약이 수용된 PCR 칩에 효율적으로 열을 공급하기 위한 다양한 형상, 예를 들어 접촉 면의 표면적을 넓게 하는 평면 형상 또는 필러(pillar) 형상으로 구현될 수 있다.The thermal block 100 is a module implemented to supply heat to a sample and a reagent at a specific temperature in order to perform PCR. The thermal block 100 has a contact surface of a PCR chip in which a sample and a reagent are contained on at least one surface thereof, In contact with one side of the PCR chip to be described, PCR is performed by supplying heat to a sample and a reagent present in at least one reaction channel. The thermal block 100 may be implemented using a substrate as a body. The substrate is implemented with any material that does not change its physical and / or chemical properties due to heating and temperature maintenance of the heater disposed within the substrate and does not cause mutual heat exchange between two or more heaters spaced apart within the substrate . For example, the substrate may be made of plastic, glass, silicon, or the like, and may be transparent or translucent. The thermal block 100 may be implemented in a plate shape as a whole, but is not limited thereto. The heat block 100 includes at least two heaters, at least two heaters, and at least two heaters, which are spaced apart from each other so as not to exchange heat with each other. In addition, the contact surface of the PCR chip is formed on at least one surface of the thermal block 100, and various shapes for efficiently supplying heat to the PCR chip containing the sample and the reagent, for example, And may be implemented in a planar shape or a pillar shape.

상기 히터(111, 112, 121, 122, 131, 132)는 발열 소자로서, 그 내부에 열선(도시되지 않음)이 배치되도록 구현될 수 있다. 상기 열선은 일정 온도를 유지하도록 다양한 열원과 구동가능하게 연결될 수 있고, 상기 열선의 온도를 모니터하기 위한 다양한 온도 센서와 구동가능하게 연결될 수 있다. 상기 열선은 상기 히터의 내부 온도를 전체적으로 일정하게 유지하기 위해 상기 히터의 표면 중심점을 기준으로 상하 및/또는 좌우 방향으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 히터는 그 내부에 박막 히터(thin film heater, 도시되지 않음)가 배치될 수도 있다. 상기 박막 히터는 상기 히터의 내부 온도를 전체적으로 일정하게 유지하기 위해 상기 히터 표면의 중심점을 기준으로 상하 및/또는 좌우 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 히터는 발열 소자로서, 동일한 면적에 대한 고른 열 분포 및 신속한 열 전달을 위한 그 자체로 금속 재질, 예를 들어 크롬, 알루미늄, 구리, 철, 은 등일 수 있다. 또한, 상기 히터는 광 투과성 발열 소자, 예를 들어 산화물 반도체 물질 또는 상기 산화물 반도체 물질에 In, Sb, Al, Ga, C 및 Sn로 구성된 군으로부터 선택된 불순물이 첨가된 물질을 포함하는 도전성 나노 입자, 인듐 주석 산화물, 전도성 고분자 물질, 탄소 나노 튜브, 및 그래핀(graphene)이 포함된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The heaters 111, 112, 121, 122, 131, and 132 are heat generating elements, and heat waves (not shown) may be disposed therein. The hot wire may be drivably connected to various heat sources to maintain a predetermined temperature, and may be drivably connected to various temperature sensors for monitoring the temperature of the hot wire. The heating line may be arranged to be symmetrical in the up and down and / or the left and right directions with respect to the surface center point of the heater in order to maintain the internal temperature of the heater as a whole. Also, a thin film heater (not shown) may be disposed inside the heater. The thin film heater may be disposed at regular intervals in the up and down and / or the left and right directions with respect to the center point of the surface of the heater in order to maintain the internal temperature of the heater as a whole. The heater may also be a heating element, a metal material itself, such as chromium, aluminum, copper, iron, silver, etc., for even heat distribution and rapid heat transfer to the same area. The heater may be a light-transmitting heat generating element, for example, an oxide semiconductor material or a conductive nanoparticle including a substance to which an impurity selected from the group consisting of In, Sb, Al, Ga, C and Sn is added to the oxide semiconductor material, And at least one selected from the group consisting of indium tin oxide, conductive high molecular materials, carbon nanotubes, and graphene.

상기 히터 군(110, 120, 130)은 상기 1 이상의 히터를 포함하는 단위로서, PCR 수행을 위한 변성 단계, 어닐링 단계 및/또는 연장 단계를 수행하기 위한 온도를 유지하는 영역이다. 상기 히터 군은 상기 열 블록(100)에 2 이상 배치되고, 상기 2 이상의 히터 군은 상호 열 교환이 일어나지 않도록 이격 배치된다. 상기 히터 군은 상기 열 블록(100)에 2개 내지 4개 포함될 수 있다. 즉, 상기 열 블록은 2개의 히터 군을 구비하고, 상기 제1 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 어닐링/연장 단계 온도를 유지하거나, 또는 상기 제1 히터 군은 PCR 어닐링/연장 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지할 수 있다. 또한, 상기 열 블록은 3개의 히터 군을 구비하고, 상기 제1 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 어닐링 단계 온도를 유지하고 상기 제3 히터 군은 PCR 연장 단계 온도를 유지하거나, 또는 상기 제1 히터 군은 PCR 어닐링 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 연장 단계 온도를 유지하고 상기 제3 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하거나, 또는 상기 제1 히터 군은 PCR 연장 단계 온도를 유지하고 상기 제2 히터 군은 PCR 변성 단계 온도를 유지하고 상기 제3 히터 군은 PCR 어닐링 단계 온도를 유지할 수 있다. 바람직하게는 상기 히터 군은 상기 열 블록(100)에 3회 배치되어 PCR 수행을 위한 3 단계, 즉 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장 단계를 수행하기 위한 온도를 각각 유지할 수 있고, 더 바람직하게는 상기 히터 군은 상기 열 블록(100)에 2회 배치되어 PCR 수행을 위한 2 단계, 즉 변성 단계 및 어닐링/연장 단계를 수행하기 위한 온도를 각각 유지할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 히터 군은 상기 열 블록(100)에 2회 배치되어 PCR 수행을 위한 2 단계, 즉 변성 단계 및 어닐링/연장 단계를 수행할 경우 PCR 수행을 위한 3 단계, 즉 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장 단계를 수행하는 것보다 반응 시간을 줄일 수 있고, 히터의 수를 줄임으로써 구조를 단순화시키는 이점이 있다. 이 경우 PCR 수행을 위한 3 단계에 있어서, 변성 단계를 수행하기 위한 온도는 85℃ 내지 105℃, 바람직하게는 95℃이고, 어닐링 단계를 수행하기 위한 온도는 40℃ 내지 60℃, 바람직하게는 50℃이고, 연장 단계를 수행하기 위한 온도는 50℃ 내지 80℃, 바람직하게는 72℃이고, PCR 수행을 위한 2 단계에 있어서, 변성 단계를 수행하기 위한 온도는 85℃ 내지 105℃, 바람직하게는 95℃이고, 어닐링/연장 단계를 수행하기 위한 온도는 50℃ 내지 80℃, 바람직하게는 72℃이다. 다만, 상기 PCR 수행을 위한 특정된 온도 및 온도 범위는 PCR을 수행함에 있어서 실현 가능한 범위 내에서 조절 가능하다. 한편, 상기 히터 군은 온도 완충 역할을 수행하는 히터를 더 포함할 수 있다.The heaters 110, 120, and 130 are units that include the one or more heaters, and maintain the temperatures for performing the denaturation step, the annealing step, and / or the extension step for performing the PCR. At least two heaters are disposed in the heat block 100, and the two or more heaters are spaced apart from each other such that mutual heat exchange does not occur. The heater group may include two to four heaters in the heat block 100. That is, the heat block includes two heater groups, the first heater group maintains the PCR denaturation step temperature, the second heater group maintains the PCR annealing / extension step temperature, or the first heater group The PCR annealing / extension step temperature can be maintained and the second heater group can maintain the PCR denaturation step temperature. The heat block includes three heater groups, the first heater group maintains the PCR denaturation temperature, the second heater group maintains the PCR annealing temperature, and the third heater group maintains the PCR extension temperature , Or the first heater group maintains the PCR annealing step temperature, the second heater group maintains the PCR extension step temperature, the third heater group maintains the PCR denaturation step temperature, or the first heater group Group can maintain the PCR extension step temperature, the second heater group can maintain the PCR denaturation step temperature, and the third heater group can maintain the PCR annealing step temperature. Preferably, the heater group is disposed three times in the thermal block 100 to maintain the temperature for performing PCR in three stages, i.e., the denaturation step, the annealing step and the extension step, The heater group may be disposed twice in the thermal block 100 to maintain the temperature for performing PCR in two stages, i.e., the denaturation step and the annealing / extension step, but is not limited thereto. When the heater group is disposed in the thermal block 100 twice and performs two steps for performing the PCR, that is, the denaturation step and the annealing / extending step, there are three steps for performing the PCR, namely, the denaturation step, the annealing step, The reaction time can be reduced and the number of heaters can be reduced to simplify the structure. In this case, in the third step for carrying out PCR, the temperature for carrying out the denaturation step is 85 ° C to 105 ° C, preferably 95 ° C, and the temperature for carrying out the annealing step is 40 ° C to 60 ° C, preferably 50 ° C., and the temperature for carrying out the extension step is 50 ° C. to 80 ° C., preferably 72 ° C. In the second step for carrying out the PCR, the temperature for carrying out the denaturation step is 85 ° C. to 105 ° C., 95 < 0 > C, and the temperature for carrying out the annealing / lengthening step is from 50 [deg.] C to 80 [deg.] C, preferably 72 [deg.] C. However, the specified temperature and temperature range for performing the PCR can be adjusted within a range that can be realized in performing PCR. The heater group may further include a heater for performing a temperature buffering function.

상기 히터 유닛(10, 20)은 상기 1 이상의 히터를 포함하는 상기 2 이상의 히터 군을 포함하는 단위로서, PCR 수행을 위한 변성 단계, 어닐링 단계 및/또는 연장 단계를 포함하는 제1 순환이 완료되는 영역이다. 상기 히터 유닛은 상기 열 블록(100)에 2 이상 반복 배치된다. 바람직하게는 상기 히터 유닛은 상기 열 블록(100)에 10회, 20회, 30회 또는 40회로 반복 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Wherein the heater unit (10, 20) is a unit including the at least two heater groups including the at least one heater, wherein the first cycle including the denaturation step, the annealing step and / Area. The heater unit is repeatedly disposed in the heat block 100 at least two times. Preferably, the heater unit may be repeatedly disposed in the heat block 100 10 times, 20 times, 30 times, or 40 times, but the present invention is not limited thereto.

도 1에 따르면, 상기 열 블록(100)은 반복 배치된 히터 유닛(10, 20), 그에 각각 포함된 2개의 히터 군(110, 120), 및 그에 각각 포함된 1개의 히터(111, 121)를 구비함으로써, PCR 수행을 위한 2 단계 온도, 즉 변성 단계의 1 온도 및 어닐링/연장 단계의 1 온도를 순차적으로 반복 제공한다. 예를 들어, 제1 히터(111)는 85℃ 내지 105℃ 범위 중 1 온도, 바람직하게는 95℃를 유지하여 상기 제1 히터 군(110)은 변성 단계를 수행하기 위한 온도를 제공하고, 제2 히터(121)는 50℃ 내지 80℃ 범위 중 1 온도, 바람직하게는 72℃를 유지하여 상기 제2 히터 군(120)은 어닐링/연장 단계를 수행하기 위한 온도를 제공함으로써, 상기 열 블록(100)은 제1 히터 유닛(10) 및 제2 히터 유닛(20)에서 PCR 수행을 위한 2 단계 온도를 순차적으로 반복 제공한다.1, the thermal block 100 includes heater units 10 and 20 which are repeatedly arranged, two heater groups 110 and 120 respectively included therein, and one heater 111 and 121, respectively, Thereby sequentially providing a two-step temperature for performing the PCR, that is, one temperature of the denaturation step and one temperature of the annealing / extending step. For example, the first heater 111 maintains a temperature of 85 ° C to 105 ° C, preferably at 95 ° C, so that the first heater group 110 provides a temperature for performing the denaturation step, 2 heaters 121 are maintained at a temperature of 50 ° C to 80 ° C, preferably at 72 ° C, so that the second heater group 120 provides a temperature for performing the annealing / 100 sequentially provides a second-stage temperature for PCR execution in the first heater unit 10 and the second heater unit 20 in sequence.

도 2에 따르면, 상기 열 블록(100)은 반복 배치된 히터 유닛(10, 20), 그에 각각 포함된 2개의 히터 군(110, 120), 및 그에 각각 포함된 2개의 히터(111, 112, 121, 122)를 구비함으로써, PCR 수행을 위한 2 단계 온도, 즉 변성 단계의 2 온도 및 어닐링/연장 단계의 2 온도를 순차적으로 반복 제공한다. 예를 들어, 제1 히터(111)는 85℃ 내지 105℃ 범위 중 1 온도, 제2 히터(112)는 85℃ 내지 105℃ 범위 중 상기 제1 히터(111)의 온도와 동일한 또는 상이한 1 온도를 유지하여 상기 제1 히터 군(110)은 변성 단계를 수행하기 위한 온도를 제공하고, 제3 히터(121)는 50℃ 내지 80℃ 범위 중 1 온도, 제4 히터(122)는 50℃ 내지 80℃ 범위 중 상기 제3 히터(121)의 온도와 동일한 또는 상이한 1 온도를 유지하여 상기 제2 히터 군(120)은 어닐링/연장 단계를 수행하기 위한 온도를 제공함으로써, 상기 열 블록(100)은 제1 히터 유닛(10) 및 제2 히터 유닛(20)에서 PCR 수행을 위한 2 단계 온도를 순차적으로 반복 제공한다.2, the thermal block 100 includes heater units 10 and 20 which are repeatedly arranged, two heater groups 110 and 120 respectively included therein, and two heaters 111, 112, 121, and 122 to sequentially provide two temperatures for performing PCR, that is, two temperatures of the denaturation step and two annealing / lengthening steps. For example, the temperature of the first heater 111 is set to a temperature of 85 ° C to 105 ° C, and the temperature of the second heater 112 is set to be equal to or different from the temperature of the first heater 111 in the range of 85 ° C to 105 ° C. The third heater 121 provides a temperature of 1 to 50 ° C to 80 ° C, the fourth heater 122 provides a temperature of 50 ° C to 80 ° C, The second heater group 120 maintains a temperature equal to or different from the temperature of the third heater 121 in the range of 80 ° C to provide the temperature for performing the annealing / The temperature of the second heater unit 10 and the temperature of the second heater unit 20 are sequentially repeated.

도 3에 따르면, 상기 열 블록(100)은 반복 배치된 히터 유닛(10, 20), 그에 각각 포함된 3개의 히터 군(110, 120, 130), 및 그에 각각 포함된 1개의 히터(111, 121, 131)를 구비함으로써, PCR 수행을 위한 3 단계 온도, 즉 변성 단계의 1 온도, 어닐링 단계의 1 온도, 및 연장 단계의 1 온도를 순차적으로 반복 제공한다. 예를 들어, 제1 히터(111)는 85℃ 내지 105℃ 범위 중 1 온도, 바람직하게는 95℃를 유지하여 상기 제1 히터 군(110)은 변성 단계를 수행하기 위한 온도를 제공하고, 제2 히터(121)는 40℃ 내지 60℃ 범위 중 1 온도, 바람직하게는 50℃를 유지하여 상기 제2 히터 군(120)은 어닐링 단계를 수행하기 위한 온도를 제공하고, 제3 히터(131)는 50℃ 내지 80℃ 범위 중 1 온도, 바람직하게는 72℃를 유지하여 상기 제3 히터 군(130)은 연장 단계를 수행하기 위한 온도를 제공함으로써, 상기 열 블록(100)은 제1 히터 유닛(10) 및 제2 히터 유닛(20)에서 PCR 수행을 위한 3 단계 온도를 순차적으로 반복 제공한다.3, the thermal block 100 includes heater units 10 and 20 which are repeatedly arranged, three heater groups 110, 120 and 130 respectively included therein, and one heater 111, 121, and 131, thereby providing a three-step temperature for PCR execution, that is, one temperature of the denaturation step, one temperature of the annealing step, and one temperature of the extension step. For example, the first heater 111 maintains a temperature of 85 ° C to 105 ° C, preferably at 95 ° C, so that the first heater group 110 provides a temperature for performing the denaturation step, The second heater 121 maintains a temperature of 40 ° C to 60 ° C at 1 temperature, preferably 50 ° C, so that the second heater group 120 provides a temperature for performing the annealing step, The heat block 100 is maintained at a temperature of 50 ° C to 80 ° C, preferably at 72 ° C, so that the third heater group 130 provides a temperature for performing the extension step, And the three-stage temperature for performing the PCR in the first heater unit 10 and the second heater unit 20 in sequence.

도 4에 따르면, 반복 배치된 히터 유닛(10, 20), 그에 각각 포함된 3개의 히터 군(110, 120, 130), 및 그에 각각 포함된 2개의 히터(111, 112, 121, 122, 131, 132)를 구비함으로써, PCR 수행을 위한 3 단계 온도, 즉 변성 단계의 2 온도, 어닐링 단계의 2 온도, 및 연장 단계의 2 온도를 순차적으로 반복 제공한다. 예를 들어, 제1 히터(111)는 85℃ 내지 105℃ 범위 중 1 온도, 제2 히터(112)는 85℃ 내지 105℃ 범위 중 상기 제1 히터(111)의 온도와 동일한 또는 상이한 1 온도를 유지하여 상기 제1 히터 군(110)은 변성 단계를 수행하기 위한 온도를 제공하고, 제3 히터(121)는 40℃ 내지 60℃ 범위 중 1 온도, 제4 히터(122)는 40℃ 내지 60℃ 범위 중 상기 제3 히터(121)의 온도와 동일한 또는 상이한 1 온도를 유지하여 제2 히터 군(120)은 어닐링 단계를 수행하기 위한 온도를 제공하고, 제5 히터(131)는 50℃ 내지 80℃ 범위 중 1 온도, 제6 히터(132)는 50℃ 내지 80℃ 범위 중 상기 제5 히터(131)의 온도와 동일한 또는 상이한 1 온도를 유지하여 상기 제3 히터 군(130)은 연장 단계를 수행하기 위한 온도를 제공함으로써, 상기 열 블록(100)은 제1 히터 유닛(10) 및 제2 히터 유닛(20)에서 PCR 수행을 위한 3 단계 온도를 순차적으로 반복 제공한다.4, heater units 10 and 20 are repeatedly arranged, three heater groups 110, 120 and 130 respectively included in the heater units 10 and 20, and two heaters 111, 112, 121, 122 and 131 , 132), thereby providing a three-step temperature for PCR execution, that is, two temperatures of the denaturation step, two temperatures of the annealing step, and two temperatures of the extension step, in sequence. For example, the temperature of the first heater 111 is set to a temperature of 85 ° C to 105 ° C, and the temperature of the second heater 112 is set to be equal to or different from the temperature of the first heater 111 in the range of 85 ° C to 105 ° C. The third heater 121 provides a temperature of 1 to 40 deg. C to 60 deg. C, the fourth heater 122 provides a temperature of 40 deg. C to 60 deg. C, The second heater group 120 provides a temperature for performing the annealing step while maintaining a temperature equal to or different from the temperature of the third heater 121 in the range of 60 ° C, The third heater group 130 is maintained at a temperature of 1 to 80 ° C, and the sixth heater 132 maintains the same temperature as the temperature of the fifth heater 131 in the range of 50 ° C to 80 ° C, The thermal block 100 can be operated in three stages for PCR in the first heater unit 10 and the second heater unit 20, And the system temperature is repeatedly provided in sequence.

도 1 내지 4와 같이, 일정 온도를 유지하는 2 이상의 히터를 반복 배치함으로써 온도 변화율을 상당히 개선할 수 있다. 예를 들어, 종래 하나의 히터만을 채택하는 단일 히터 방식에 의하면, 온도 변화율이 초당 3℃ 내지 7℃ 범위 내에서 이루어지는 데 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 반복 히터 배치 방식에 의하면, 상기 히터들 간의 온도 변화율이 초당 20℃ 내지 40℃ 범위 내에서 이루어져 반응 시간을 크게 단축할 수 있다. 상기 히터들은 상호 열 교환이 일어나지 않도록 이격 배치되어 있고, 그 결과, 미세한 온도 변화에 의해서도 큰 영향을 받을 수 있는 핵산 증폭 반응에 있어서, 상기 변성 단계, 어닐링 단계 및 연장 단계(또는 상기 변성 단계 및 어닐링/변성 단계)의 정확한 온도 제어가 가능하고, 상기 히터들로부터 열을 공급받는 부위에서만 원하는 온도 또는 온도 범위를 유지하는 것이 가능하다. 또한, 상기 열 블록(100)에는 상기 히터 유닛이 2 이상 반복 배치되어 있고, 상기 히터 유닛(10, 20)의 반복 배치 수는 PCR을 수행하고자 하는 사용자 또는 시료 및 시약의 종류에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 순환 주기 10회로 하는 PCR에 적용하고자 하는 경우 상기 히터 유닛을 10회 반복 배치할 수 있다. 즉, PCR을 수행하고자 하는 사용자 또는 시료 및 시약의 종류에 따라 PCR 순환 주기를 고려하여 상기 히터 유닛을 10회, 20회, 30회, 40회, 50회 등으로 반복 배치할 수 있고, 이는 특별히 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 히터 유닛을 미리 결정된 PCR 순환 주기의 절반의 수로 반복 배치할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치를 순환 주기 20회로 하는 PCR에 적용하고자 하는 경우 상기 히터 유닛을 10회 반복 배치할 수 있다. 이 경우 시료 및 시약 용액은 이하 상세하게 설명될 1 이상의 반응 채널 내에서 유입부로부터 유출부 방향으로 PCR 순환 주기를 10회 반복 실행하되, 뒤이어 반대로 유출부로부터 유입부 방향으로 PCR 순환 주기를 10회 반복 실행할 수 있다.As shown in Figs. 1 to 4, by repeatedly arranging two or more heaters that maintain a constant temperature, the rate of temperature change can be significantly improved. For example, according to the conventional single heater method adopting only one heater, the rate of temperature change is within the range of 3 ° C. to 7 ° C. per second, whereas according to the repetition heater arrangement method according to the embodiment of the present invention, The temperature change rate between the electrodes is within the range of 20 ° C to 40 ° C per second, so that the reaction time can be greatly shortened. In the nucleic acid amplification reaction in which the heaters are spaced apart from each other so that mutual heat exchange does not occur and as a result, they can be greatly affected even by a minute temperature change, the denaturation step, the annealing step and the extension step (or the denaturation step and annealing / Denaturation step), and it is possible to maintain a desired temperature or a temperature range only at a position where heat is supplied from the heaters. The number of repetitive arrangements of the heater units 10 and 20 may vary depending on the type of the user or sample and the reagent to be subjected to the PCR. have. For example, in a case where the PCR apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to PCR in which the circulation cycle is 10 cycles, the heater unit can be repeatedly arranged 10 times. That is, the heater unit can be repeatedly arranged 10 times, 20 times, 30 times, 40 times, 50 times, or the like depending on the type of user or sample and reagent to perform PCR, But is not limited to. On the other hand, the heater unit may be repeatedly arranged with a half number of a predetermined PCR cycle period. For example, when the PCR apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to PCR in which the circulation cycle is 20 cycles, the heater unit can be repeatedly arranged 10 times. In this case, the sample and reagent solution is subjected to a PCR cycle of 10 times in the direction from the inlet to the outlet in one or more reaction channels, which will be described in detail below, followed by 10 cycles of the PCR cycle from the outlet to the inlet Can be repeatedly executed.

도 5는 PCR 칩(900)과 열 접촉하는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 열 블록(100) 및 상기 열 블록(100)에 구비된 히터들에 전력을 공급하도록 연결된 열 전극(210, 220)을 구비하는 열 전극부(200)를 도시한다. 구체적으로, 상기 PCR 칩(900)과 열 접촉하는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 블록(100)에 있어서, 도 5의 상단은 상기 열 블록(100)의 수직 단면도를 도시하고, 도 2의 하단은 상기 열 블록(100)의 평면도를 도시한다. 도 5에 따르면, 상기 열 블록(100)은 10회 반복 배치된 히터 유닛을 포함하고, 상기 히터 유닛은 제1 히터 군 및 제2 히터 군을 포함하며, 상기 제1 히터 군 및 제2 히터 군은 각각 1개의 히터, 즉 제1 히터(110) 및 제2 히터(120)를 포함한다. 도 5에 따른 히터, 히터 군, 히터 유닛 및 열 블록에 관해서는 상기 설명된 것과 같다. 상기 열 전극부(200)는 전력 공급부(도시되지 않음)로부터 상기 열 블록(100)에 전력을 공급하여 상기 열 블록(100)을 가열하는 모듈로서, 상기 열 블록(100)에 구비된 히터들에 전력을 공급하도록 연결된 열 전극(210, 220)을 포함한다. 도 5에 따르면, 상기 열 블록(100)의 상기 제1 열 전극(210)은 상기 제1 히터(110)에 전력을 공급하도록 연결되고, 상기 제2 열 전극(220)은 상기 제2 히터(120)에 전력을 공급하도록 연결되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 만약 상기 제1 히터(110)가 PCR 변성 단계 온도, 예를 들어 85℃ 내지 105℃를 유지하고 상기 제2 히터(120)가 PCR 어닐링/연장 단계 온도, 예를 들어 50℃ 내지 80℃를 유지하는 경우 상기 제1 열 전극(210)은 전력 공급부로부터 PCR 변성 단계 온도 유지를 위한 전력을 공급받고, 상기 제2 열 전극(220)은 전력 공급부로부터 PCR 어닐링/연장 단계 온도 유지를 위한 전력을 공급받을 수 있다. 도 5에 따르면, 상기 제1 열 전극(210) 및 상기 제2 열 전극(220)은 상기 열 블록(100)에 반복 배치된 제1 히터(110) 및 2 이상의 제2 히터(120)에 각각 연결될 수 있다. 상기 제1 열 전극(210) 및 상기 제2 열 전극(220)은 금, 은, 구리 등 전도성 재질일 수 있고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 PCR 칩(900)에 대해서는 후술한다.
5 illustrates a thermal block 100 of a PCR device according to an embodiment of the present invention in thermal contact with a PCR chip 900 and a column electrode 210 connected to supply power to the heaters provided in the thermal block 100 And 220, respectively. 5 is a vertical cross-sectional view of the thermal block 100, and FIG. 2 (b) is a vertical cross-sectional view of the thermal block 100. In the thermal block 100, The bottom shows a top view of the thermal block 100. Referring to FIG. 5, the thermal block 100 includes a heater unit disposed repeatedly 10 times, and the heater unit includes a first heater group and a second heater group, and the first heater group and the second heater group I.e., a first heater 110 and a second heater 120, respectively. The heater, the heater group, the heater unit and the heat block according to Fig. 5 are as described above. The column electrode unit 200 is a module for heating the thermal block 100 by supplying electric power to the thermal block 100 from a power supply unit And column electrodes 210 and 220 connected to supply power. 5, the first column electrode 210 of the thermal block 100 is connected to supply power to the first heater 110, and the second column electrode 220 is connected to the second heater 120, but is not limited thereto. If the temperature of the first heater 110 is maintained at a PCR denaturation temperature, for example, 85 ° C to 105 ° C, and the temperature of the second heater 120 is maintained at a PCR annealing / The first column electrode 210 is supplied with power for maintaining the PCR denaturation step temperature from the power supply unit and the second column electrode 220 supplies power for maintaining the PCR annealing / Can receive. 5, the first column electrode 210 and the second column electrode 220 are connected to the first heater 110 and the second heater 120 repeatedly disposed in the column block 100, Can be connected. The first column electrode 210 and the second column electrode 220 may be made of a conductive material such as gold, silver, or copper, and are not particularly limited. The PCR chip 900 will be described later.

도 6 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 PCR 칩의 반응 챔버 내부에서 일어나는 포획 프로브 및 신호 프로브와 증폭 표적 핵산 간의 결합, 및 그에 따른 전기화학적 신호 발생 과정을 도시한다.FIGS. 6 to 9 show the binding between the capture probe and the amplified target nucleic acid within the reaction chamber of the PCR chip of the real-time PCR device according to an embodiment of the present invention, and the electrochemical signal generation process.

도 6에 따르면, 상기 PCR 칩(900)은 핵산, 예를 들어 PCR 시료인 주형 핵산 이중 가닥 DNA, PCR 시약인 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드 프라이머, DNA 중합효소, 삼인산화데옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide triphosphates, dNTP), PCR 완충액 (PCR reaction buffer)을 포함하는 용액을 수용할 수 있다. 상기 PCR 칩(900)은 상기 시료 및 시약을 도입하기 위한 유입부(931), 핵산 증폭 반응을 완료한 용액을 배출하기 위한 유출부(932) 및 상기 시료 및 시약의 핵산 증폭 반응이 수행되는 반응 채널(921)을 구비한다. 도 6에 따르면, 상기 반응 채널(921)은 상기 제1 히터의 상측 대응 부분 및 상기 제2 히터의 상측 대응 부분을 길이 방향으로 통과하도록 연장 배치된다. 상기 PCR 칩(900)의 외부 표면이 상기 열 블록(100)에 열 접촉하면, 상기 열 블록(100)으로부터 열을 제공받고, 상기 PCR 칩(900)의 반응 채널(921)에 포함된 PCR 시료 및 시약은 가열 및 유지될 수 있다. 또한, 상기 PCR 칩(900)은 열 전도율을 높이고 2 이상의 반응 채널(921)을 구비할 수 있도록 전체적으로 판 형상으로 구현된다. 또한, 상기 PCR 칩(900)의 외부 구조는 후술할 칩 홀더(300)로부터 이탈되지 않도록 상기 칩 홀더(300)의 내부 공간에 고정 장착되도록 구현된다. 또한, 상기 PCR 칩(900)은 투명 또는 불투명 재질의 플라스틱 재질로 구현될 수 있는데, 플라스틱 재질의 특성상 두께 조절이 용이하여 두께 조절만으로 열 전달 효율을 증대시킬 수 있고, 제작 공정이 단순하여 칩 제조 비용을 절감할 수 있다.6, the PCR chip 900 may include a nucleic acid, for example, a template nucleic acid double-stranded DNA as a PCR sample, an oligonucleotide primer having a sequence complementary to a specific nucleotide sequence to be amplified as a PCR reagent, a DNA polymerase, A solution containing deoxyribonucleotide triphosphates (dNTP), a PCR reaction buffer, and the like. The PCR chip 900 includes an inlet 931 for introducing the sample and the reagent, an outlet 932 for discharging the nucleic acid amplification-completed solution, and a reaction in which the nucleic acid amplification reaction of the sample and the reagent is performed And a channel 921. According to FIG. 6, the reaction channel 921 is extended so as to pass through the upper side corresponding portion of the first heater and the upper side corresponding portion of the second heater in the longitudinal direction. When the outer surface of the PCR chip 900 is thermally contacted with the thermal block 100, the thermal block 100 receives heat from the thermal block 100 and the PCR sample 900 included in the reaction channel 921 of the PCR chip 900, And reagents can be heated and maintained. In addition, the PCR chip 900 is implemented in a plate shape so as to increase the thermal conductivity and to have two or more reaction channels 921. The outer structure of the PCR chip 900 is fixedly mounted in the inner space of the chip holder 300 so as not to be separated from the chip holder 300 to be described later. The PCR chip 900 may be made of a transparent or opaque plastic material. Since the thickness of the PCR chip 900 can be easily controlled by the characteristics of the plastic material, heat transfer efficiency can be increased only by controlling the thickness. The cost can be reduced.

도 7에 따르면, 상기 반응 챔버(921)는 PCR 시료 및 시약에 의해 PCR이 수행되는 공간으로서, 상기 PCR 칩(900) 내부에 형성된다. 상기 반응 챔버(921)는 빈 원기둥 형상, 바(bar) 형상, 사각기둥 형상 등 다양한 형상 및 구조로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 PCR 칩(900)의 반응 챔버(921) 및 이에 수용된 복합체(29)에 관한 상세도이다. 상기 반응 챔버(921)는 그 내부의 일 영역에 배치되되 증폭 표적 핵산의 일 영역과 상보적으로 결합할 수 있는 포획 프로브(24)가 표면 처리된 고정 층(940), 및 그 내부의 다른 일 영역에 배치되되 전기화학적 신호를 검출하도록 구현된 검출 전극(950)을 구비하는데, 상기 고정 층(940)과 상기 검출 전극(950)은 상기 반응 챔버(921) 내부에서 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 도 7과 같이 서로 상하 또는 좌우로 마주보도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반응 챔버(921)는 그 내부에 금속 나노입자(27) 및 상기 금속 나노입자(27)에 연결되되 상기 증폭 표적 핵산의 다른 일 영역과 상보적으로 결합할 수 있는 신호 프로브(28)를 구비하는 복합체(29)를 수용한다. 이 경우 상기 복합체(29)는 주형 핵산 등을 포함하는 PCR 시료 도입 전 상기 반응 챔버(921)에 미리 수용될 수 있고, 프라이머, 중합효소 등을 포함하는 PCR 시약에 포함된 상태로 상기 반응 챔버(23)에 함께 도입될 수도 있다. 상기 고정 층(940)은 그 일 면에 포획 프로브(24)가 증착되어 노출될 수 있도록 다양한 재질, 예를 들어 실리콘, 플라스틱, 유리, 금속 재질 등으로 구현된다. 이 경우 상기 고정 층(940)의 표면은 예를 들어, 포획 프로브(24) 증착 전 아민 NH₃ ⁺, 알데하이드 COH, 카르복실기 COOH 등과 같은 물질이 먼저 표면 처리될 수 있다. 상기 포획 프로브(24)는 상기 증폭 표적 핵산의 일 부위(영역)와 상보적으로 결합할 수 있도록 구현되고, 금속 나노입자(27)와 결합하여 복합체(29)를 형성한다. 상기 금속 나노입자(27)는 다양할 수 있으나, 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 인듐(In), 금(Au), 및 은(Ag)으로 구성된 군으로부터 1 이상 선택될 수 있다. 상기 신호 프로브(28)는 상기 증폭 표적 핵산의 일 영역과 상보적으로 결합할 수 있도록 구현되는데, 이 경우 상기 증폭 표적 핵산에 있어서, 상기 신호 프로브(28)의 상보적 결합 영역은 상기 포획 프로브(24)의 상보적 결합 영역과 상이하다. 따라서, 상기 포획 프로브(24) 및 신호 프로브(28)는 증폭 표적 핵산에 함께 상보적으로 결합할 수 있다(도 8 참조). 도 8을 참조하면, 좌측 그림은 PCR 수행 전, 즉 증폭 표적 핵산이 존재하지 않는 경우이고, 우측 그림은 PCR 수행 후, 즉 증폭 표적 핵산이 존재하는 경우인데, PCR이 진행되면서 상기 반응 챔버(921) 내부에서 표적 핵산이 증폭되면 상기 우측 그림과 같이 증폭 표적 핵산(2)은 상기 고정 층(940)에 표면 처리된 포획 프로브(24)와 상보적으로 결합하고, 아울러 금속 나노입자(27)에 연결된 신호 프로브(28)와 상보적으로 결합하여 상기 금속 나노입자(27)를 상기 고정 층(940)에 근접한 영역에 집중시킨다. 그 결과, 상기 금속 나노입자(27)는 상기 검출 전극(26)에 도달하지 못하게 되어 상기 금속 나노입자(27)와 상기 검출 전극(26) 간의 전류 변화(감소)를 야기하여 표적 핵산(2)의 증폭에 따른 검출 가능한 전기화학적 신호가 발생하게 된다. 한편, 상기 증폭 표적 핵산(2), 상기 포획 프로브(24), 및 상기 신호 프로브(28)는 단일 가닥 DNA일 수 있다.Referring to FIG. 7, the reaction chamber 921 is formed in the PCR chip 900 as a space in which PCR is performed by a PCR sample and a reagent. The reaction chamber 921 may be embodied in various shapes and structures such as an empty columnar shape, a bar shape, and a square columnar shape. 7 is a detailed view of the reaction chamber 921 of the PCR chip 900 of the real-time PCR apparatus and the complex 29 accommodated therein according to an embodiment of the present invention. The reaction chamber 921 includes a fixed layer 940 disposed on one surface of the reaction chamber 921 and surface-treated with a capture probe 24 capable of complementarily binding with one region of the amplified target nucleic acid, And a detection electrode 950 disposed in the reaction chamber 921 and configured to detect an electrochemical signal. The fixed layer 940 and the detection electrode 950 may be disposed at various positions within the reaction chamber 921 , As shown in Fig. 7, are preferably arranged so as to face each other up and down or right and left. The reaction chamber 921 includes metal nanoparticles 27 and a signal probe 28 connected to the metal nanoparticles 27 and capable of complementarily binding with another region of the amplification target nucleic acid, (29). In this case, the complex 29 may be accommodated in the reaction chamber 921 before the introduction of the PCR sample including the template nucleic acid, and may be contained in the reaction chamber (PCR) containing the PCR reagent including the primer, 23). The fixed layer 940 may be formed of various materials such as silicon, plastic, glass, and metal so that the capture probes 24 may be deposited on one surface thereof. In this case, the surface of the fixed layer 940 may be surface-treated with a substance such as an amine NH ₃ ⁺ , an aldehyde COH, a carboxyl group COOH, or the like before the capture probe 24 is deposited. The capture probe 24 is designed to be complementary to a site (region) of the amplification target nucleic acid and binds to the metal nanoparticles 27 to form a complex 29. The metal nanoparticles 27 may be various but may be selected from the group consisting of Zn, Cd, Pb, Cu, Ga, In, Au, (Ag). In this case, in the amplification target nucleic acid, the complementary binding region of the signal probe 28 is connected to the capture probe 28 24). &Lt; / RTI > Thus, the capture probe 24 and the signal probe 28 may be complementarily coupled to an amplification target nucleic acid (see FIG. 8). Referring to FIG. 8, the left side shows the case where the amplified target nucleic acid is not present before the PCR, and the right side shows the case where the amplified target nucleic acid is present after the PCR, The amplified target nucleic acid 2 is complementarily bound to the capture probe 24 surface-treated on the immobilization layer 940, and the amplified target nucleic acid 2 is immobilized on the metal nanoparticles 27 And combines with the connected signal probe 28 to concentrate the metal nanoparticles 27 in a region close to the fixed layer 940. As a result, the metal nanoparticles 27 do not reach the detection electrode 26, causing a change (reduction) in current between the metal nanoparticles 27 and the detection electrode 26, A detectable electrochemical signal due to the amplification is generated. Meanwhile, the amplification target nucleic acid 2, the capture probe 24, and the signal probe 28 may be single-stranded DNA.

상기 검출 전극(950)은 상기 반응 챔버(921)의 적어도 일 영역에 배치되되 상기 반응 챔버(921) 내부에서 발생하는 전기화학적 신호를 검출하도록 구현된다. 상기 검출 전극(950)은 위와 같은 기능을 수행하기 위하여 다양한 재질로 구현될 수 있지만, 예를 들어 금(Au), 코발트(Co), 백금(Pt), 은(Ag), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 및 탄소(Carbon)로 구성된 군으로부터 1 이상 선택될 수 있다. 또한, 상기 검출 전극(950)은 상기 반응 챔버(921) 내부에서 발생하는 전기화학적 신호를 효율적으로 검출하기 위해 다양한 형상 및 구조로 구현될 수 있지만, 예를 들어 도 7과 같이 상기 반응 챔버(921) 내부 표면에 따라 배치되는 금속 재질의 판 형상으로 구현될 수 있다. 한편, 상기 전기화학적 신호는 후술할 전기화학적 신호 측정 모듈에 의해 측정되는데, 상기 전기화학적 신호 측정 모듈은 다양할 수 있으나, 양극 벗김 전압전류계(anodic stripping voltammetry, ASV), 대시간 전류계 (chronoamperometry, CA), 순환 전압전류계(cyclic voltammetry), 네모파 전압전류계(square wave voltammetry, SWV), 펄스 전압전류계(differential pulse voltammetry, DPV), 및 임피던스계(impedance)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 전기화학적 신호는 상기 증폭 표적 핵산이 상기 포획 프로브(24) 및 신호 프로브(28)와 상보적으로 결합함에 따라 발생하는 전류 변화에 기인할 수 있다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 전기화학적 신호 발생 과정을 도시한다. 도 9에 따르면, S1 단계는 PCR 개시 전으로서, 고정 층(25, Gold matrix)에 표면 처리된 포획 프로브(24, Capture probe)과 신호 프로브(28) 및 금속 나노입자(27)를 포함하는 복합체(29, Signaling probe-AuNP)의 원 상태를 나타내고, S2 단계는 상기 검출 전극(950, GC electrode)과 금속 나노입자(27, 노란색 입자) 간의 환원 또는 산화에 의해 발생하는 전류 변화(신호, Signal)를 나타내고, S3 단계는 PCR 개시 후로서, 증폭 표적 핵산(2, H1N1 DNA)이 상기 포획 프로브(24, Capture probe) 및 상기 복합체(29, Signaling probe-AuNP)의 신호 프로브(28, Signaling probe)와 결합하여 전류 변화의 감소(신호 감소)를 야기하는 과정을 나타낸다. 구체적으로, 상기 복합체(29, Signaling probe-AuNP)의 금속 나노입자(27, AuNP)에 환원 전압이 가해지면, 상기 금속 나노입자(27, AuNP)는 상기 검출 전극(950, GC electrode)의 근접 표면에 모여 축적 층을 형성하면서 환원되고(Accumulation of AuNP), 뒤이어 상기 검출 전극(950, GC electrode)에 전압을 인가하면 상기 환원 금속 나노입자(27, AuNP)가 산화되면서(Stripping) 전류 변화, 즉 신호가 발생하고(Signal), 상기 전류 변화는 산화 전류 피크가 나타내는 전압 값으로 쉽게 측정할 수 있다(S2). 이 경우 상기 반응 챔버(921) 내부에서 전류 변화값, 즉 전기화학적 신호는 최대값을 나타낸다. 또한, 상기 전류 변화는 금속 나노입자(27, AuNP)의 종류마다 상이하기 때문에 2 이상의 금속 나노입자(27, AuNP)를 사용하는 경우 2 이상의 시료에 대한 동시 신호 검출도 가능하다. 그 후 PCR이 진행되면, 주형 핵산으로부터 표적 핵산(2, H1N1 DNA)이 증폭되고, 상기 증폭 표적 핵산(2, H1N1 DNA)은 상기 포획 프로브(24, Capture probe) 및 상기 복합체(29, Signaling probe-AuNP)의 신호 프로브(28, Signaling probe)와 상보적으로 결합(Hybridized target DNA)함으로써 위와 같이 상기 복합체(29, Signaling probe-AuNP)의 금속 나노입자(27, AuNP)의 전극 표면 축적(Accumulation of AuNP)을 방해하고, 상기 전류 값을 감소시키고, 더 나아가 PCR 주기가 진행될수록 증폭 표적 핵산(2, H1N1 DNA)의 양이 증가하면서 상기 포획 프로브(24, Capture probe) 및 상기 복합체(29, Signaling probe-AuNP)의 신호 프로브(28, Signaling probe)와의 상보적으로 결합(Hybridized target DNA) 또한 증가하여 상기 전류 값(신호)은 더욱 감소한다. 따라서, 위와 같은 전류 감소 현상, 즉 전기화학적 신호를 검출 및 측정함으로써 실시간 PCR 구현이 가능하다.
The detection electrode 950 is disposed in at least one region of the reaction chamber 921 and is configured to detect an electrochemical signal generated inside the reaction chamber 921. The detection electrode 950 may be formed of various materials to perform the functions as described above. For example, the detection electrode 950 may be formed of gold (Au), cobalt (Co), platinum (Pt), silver (Ag) nanotube, graphene, and carbon. The detection electrode 950 may be formed in various shapes and structures to efficiently detect an electrochemical signal generated in the reaction chamber 921. For example, as shown in FIG. 7, the detection electrode 950 may be formed in the reaction chamber 921 Or a metal plate disposed along the inner surface. The electrochemical signals may be measured by an electrochemical signal measuring module to be described later. The electrochemical signal measuring module may be various, but an anodic stripping voltammetry (ASV), a chronoamperometry (CA) And may be selected from the group consisting of a pulse voltage meter, a cyclic voltammetry, a square wave voltammetry (SWV), a differential pulse voltammetry (DPV), and an impedance. The electrochemical signal may be due to a current change that occurs as the amplification target nucleic acid is complementarily coupled with the capture probe 24 and the signal probe 28. FIG. 9 shows a process of generating an electrochemical signal in a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention. According to Fig. 9, the step S1 is a step in which, before the start of the PCR, a complex comprising the capturing probe (24), the signal probe 28 and the metal nanoparticles 27 surface-treated to the fixed layer 25 (Signal, signal) generated by the reduction or oxidation between the detection electrode 950 (GC electrode) and the metal nanoparticles 27 (yellow particles) Amplification target nucleic acid 2 (H1N1 DNA) is added to the capture probe 24 and the signaling probe 28 (Signaling probe-AuNP) ) To cause a decrease in current change (signal decrease). Specifically, when a reduction voltage is applied to the metal nano-particles 27 (AuNP) of the complex 29, the metal nano-particles 27 (AuNP) (NiNP) is oxidized (Stripping) when a voltage is applied to the sensing electrode 950 (Accumulation of AuNP) while being accumulated on the surface of the sensing electrode 950 to form an accumulation layer. That is, a signal is generated (Signal), and the current change can be easily measured as a voltage value represented by the oxidation current peak (S2). In this case, the current change value in the reaction chamber 921, that is, the electrochemical signal, shows the maximum value. Also, since the current change is different for each kind of metal nanoparticles (27, AuNP), simultaneous signal detection for two or more samples is possible when two or more metal nanoparticles (27, AuNP) are used. (2, H1N1 DNA) is amplified from the template nucleic acid (2, H1N1 DNA) by the capture probe (24, Signaling probe (AuNP) of the complex 29 as described above by complementarily binding (Hybridized target DNA) with the signal probe 28 of the probe 29 (AuNP) of the capture probe 24 and the complex 29, while increasing the amount of amplified target nucleic acid (2, H1N1 DNA) as the PCR cycle progresses, The hybridized target DNA is also increased with the signaling probe 28 of the signaling probe-AuNP to further reduce the current value (signal). Therefore, real-time PCR can be realized by detecting and measuring the above-described current reduction phenomenon, that is, an electrochemical signal.

도 10 내지 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 PCR 칩의 상세 구성요소를 도시한다.10 to 12 show detailed components of a PCR chip of a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention.

상기 PCR 칩(900)은 양 말단에 유입부(931) 및 유출부(932)가 구현된 1 이상의 반응 채널(921), 및 상기 반응 채널(921)의 길이 방향으로 그 단면을 가로질러 반복 이격 배치되되 상기 반응 채널(921) 내부의 일 영역에 형성되어 증폭 표적 핵산의 일 영역과 상보적으로 결합할 수 있는 포획 프로브가 표면 처리된 고정 층(940) 및 상기 반응 채널(921) 내부의 다른 일 영역에 형성되어 전기화학적 신호를 검출하도록 구현된 검출 전극(950)을 구비한다.The PCR chip 900 is provided with at least one reaction channel 921 at both ends of which an inlet 931 and an outlet 932 are implemented and a plurality of reaction channels 921 which are repeatedly spaced across the cross section in the longitudinal direction of the reaction channel 921 A fixed layer 940 formed on one surface of the reaction channel 921 and capable of complementarily binding with one region of the amplification target nucleic acid, And a detection electrode 950 formed in one region and configured to detect an electrochemical signal.

도 10 내지 12에 따르면, 상기 고정 층(940) 및 상기 검출 전극(950)은 상기 반응 채널(921)의 길이 방향으로 그 단면을 가로질러 반복 이격 배치되되 상기 열 블록(100)과의 열 접촉시 상기 고정 층(940) 및 상기 검출 전극(950)은 상기 2 이상의 히터 군(110, 120, 130) 사이에 배치되도록 구현된다. 상기 PCR 칩(900)의 평면도를 도시하는 도 10에 따르면, 상기 고정 층(940) 및 검출 전극(950)은 상기 유입부(931)로부터 유출부(932)까지의 반응 채널(921) 영역에 일정한 간격으로 반복적으로 이격 배치되어 있는데, 이와 같은 구조를 통해 상기 반응 채널(921)을 길이 방향으로 통과하면서 순차적으로 증폭되는 핵산으로부터 반복적으로 전기화학적 신호를 검출할 수 있다. 아울러, 상기 PCR 칩(900)의 수직 단면도를 도시하는 도 11 내지 12에 따르면, 상기 고정 층(940) 및 검출 전극(950)은 상기 반응 채널(921)의 단면에 서로 마주 보며 배치된 것을 확인할 수 있는데, 상기 고정 층(940) 및 검출 전극(950)의 위치는 상하 변동될 수 있다.10-12, the fixed layer 940 and the detection electrode 950 are repeatedly disposed across the cross section in the longitudinal direction of the reaction channel 921, and the thermal contact with the thermal block 100 The fixed layer 940 and the detection electrode 950 are arranged to be disposed between the at least two heater groups 110, 10 showing a plan view of the PCR chip 900, the fixed layer 940 and the detection electrode 950 are formed in the reaction channel 921 region from the inflow portion 931 to the outflow portion 932 And thus the electrochemical signal can be repeatedly detected from nucleic acids sequentially amplified while passing through the reaction channel 921 in the longitudinal direction through such a structure. 11 to 12 showing vertical cross-sectional views of the PCR chip 900, it is confirmed that the fixed layer 940 and the detection electrode 950 are disposed opposite to each other in the cross section of the reaction channel 921 The position of the fixed layer 940 and the detection electrode 950 may be varied up and down.

도 11 내지 12에 따르면, 상기 PCR 칩(900)은 수직 단면도를 기준으로 크게 3개의 층(layer)으로 구분될 수 있다. 도 11 내지 12에 따르면, 상기 PCR 칩(900)은 상기 검출 전극(950)이 구비된 제1 판(910); 상기 제1 판(910) 상에 배치되되 상기 1 이상의 반응 채널(921)이 구비된 제2 판(920); 및 상기 제2 판(920) 상에 배치되되 상기 고정 층(940), 상기 유입부(931), 및 상기 유출부(932)가 구비된 제3 판(930)을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 검출 전극(950)이 상기 제3 판(930)에 배치되고, 상기 고정 층(940)이 상기 제1 판(910)에 배치될 수도 있음은 물론이다. 11 to 12, the PCR chip 900 may be divided into three layers based on vertical cross-sectional views. 11 and 12, the PCR chip 900 includes a first plate 910 having the detection electrode 950; A second plate (920) disposed on the first plate (910) and having the at least one reaction channel (921); And a third plate 930 disposed on the second plate 920 and having the fixed layer 940, the inlet 931, and the outlet 932. In this case, the detection electrode 950 may be disposed on the third plate 930, and the fixed layer 940 may be disposed on the first plate 910.

상기 검출 전극(950)이 구비된 제1 판(910)의 상부 면은 상기 제2 판(920)의 하부 면에 접착 배치된다. 상기 제1 판(910)이 상기 반응 채널(921)을 구비하는 제2 판(920)에 접착 배치됨으로써 상기 반응 채널(921)에 관한 공간이 확보되고, 더 나아가 상기 반응 채널(921)의 적어도 일 영역(표면)에 상기 검출 전극(950)이 배치된다. 한편, 상기 제1 판(910)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(910)의 상부 면은 친수성 물질(도시되지 않음)이 처리되어 PCR을 원활하게 수행할 수 있다. 상기 친수성 물질 처리에 의해 상기 제1 판(910) 상에 친수성 물질을 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. The upper surface of the first plate 910 provided with the detection electrode 950 is adhered to the lower surface of the second plate 920. The first plate 910 is adhered to the second plate 920 having the reaction channel 921 so that a space for the reaction channel 921 is ensured and at least a space for the reaction channel 921 is secured The detection electrode 950 is disposed in one region (surface). The first plate 910 may be formed of a variety of materials, but preferably includes polydimethylsiloxane (PDMS), cycle olefin copolymer (COC), polymethylmethacrylate , PMMA), polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET) And the like. In addition, a hydrophilic material (not shown) may be processed on the upper surface of the first plate 910 to facilitate PCR. A single layer containing a hydrophilic substance may be formed on the first plate 910 by the treatment of the hydrophilic substance. The hydrophilic material may be a variety of materials but is preferably selected from the group consisting of a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH2), a hydroxyl group (-OH), and a sulfone group (-SH) The treatment of the hydrophilic material can be carried out according to methods known in the art.

상기 제2 판(920)의 상부 면은 상기 제3 판(930)의 하부 면과 접촉 배치된다. 상기 제2 판(920)은 상기 반응 채널(921)을 포함한다. 상기 반응 채널(921)은 상기 제3 판(910)에 형성된 유입부(931)와 유출부(932)에 대응되는 부분과 연결되어 양 말단에 유입부(931) 및 유출부(932)가 구현된 1 이상의 반응 채널(921)을 완성한다. 따라서, 상기 반응 채널(921)에 PCR 시료 및 시약이 도입된 후 PCR이 진행된다. 또한, 상기 반응 채널(921)은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치의 사용 목적 및 범위에 따라 2 이상 존재할 수 있다. 또한, 상기 제2 판(920)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(920)의 두께는 다양할 수 있으나, 100 ㎛ 내지 200 ㎛에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 반응 채널(921)의 폭과 길이는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 상기 반응 채널(921)의 폭은 0.5 mm 내지 3 mm에서 선택되고, 상기 반응 채널(921)의 길이는 20 mm 내지 40 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 제2 판(920) 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.The upper surface of the second plate 920 is disposed in contact with the lower surface of the third plate 930. The second plate 920 includes the reaction channel 921. The reaction channel 921 is connected to a portion corresponding to the inlet 931 and the outlet 932 formed in the third plate 910 so that the inlet 931 and the outlet 932 are implemented at both ends Thereby completing at least one reaction channel 921. Therefore, after the PCR sample and the reagent are introduced into the reaction channel 921, the PCR proceeds. In addition, the reaction channel 921 may exist in two or more depending on the purpose and scope of the PCR apparatus according to an embodiment of the present invention. The second plate 920 may be made of various materials, but preferably includes polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (COC) Polypropylene (PP), polyphenylene ether (PPE), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), polyetherimide (POM) , Polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybutyleneterephthalate , PBT), fluorinated ethylenepropylene (FEP), perfluoralkoxyalkane (PFA), and combinations thereof. It is chosen or a thermoplastic resin may be a thermosetting resin material. The thickness of the second plate 920 may vary, but may be selected from 100 μm to 200 μm. The width and length of the reaction channel 921 may vary but preferably the width of the reaction channel 921 is selected from 0.5 mm to 3 mm and the length of the reaction channel 921 is 20 mm To 40 mm. The inner wall of the second plate 920 may be coated with a material such as silane series or bovine serum albumin (BSA) to prevent adsorption of DNA and protein, Can be carried out according to methods known in the art.

상기 제3 판(930)의 하부 면은 상기 제2 판(920)의 상부 면에 배치된다. 상기 제3 판(930)은 상기 제2 판(920)에 형성된 반응 채널(921) 상에 형성된 고정 층(940), 유입부(931), 및 유출부(932)를 구비한다. 상기 유입부(931)는 PCR 시료 및 시약이 유입되는 부분이다. 상기 유출부(932)는 PCR이 종료된 후 PCR 산물이 유출되는 부분이다. 따라서, 상기 제3 판(930)은 상기 제2 판(920)에 형성된 반응 채널(921)을 커버하되 상기 유입부(931) 및 유출부(932)는 상기 반응 채널(921)의 유입부 및 유출부 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 제3 판(930)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(931)은 다양한 크기를 구비할 수 있으나, 바람직하게는 지름 1.0 mm 내지 3.0 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 유출부(932)는 다양한 크기를 구비할 수 있으나, 바람직하게는 지름 1.0 mm 내지 1.5 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 유입부(931) 및 유출부(932)는 별도의 커버 수단(도시되지 않음)을 구비하여, 상기 반응 채널(921) 내에서 PCR 시료 및 시약에 대한 PCR이 진행될 때 용액이 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(931) 및 상기 유출부(932)는 2 이상 존재할 수 있다.The lower surface of the third plate 930 is disposed on the upper surface of the second plate 920. The third plate 930 includes a fixed layer 940 formed on a reaction channel 921 formed in the second plate 920, an inlet 931 and an outlet 932. The inlet 931 is a portion into which the PCR sample and the reagent are introduced. The outflow portion 932 is a portion where the PCR product flows out after the completion of the PCR. The third plate 930 covers the reaction channel 921 formed in the second plate 920 and the inlet 931 and the outlet 932 are connected to the inlet and outlet of the reaction channel 921, And serves as an outlet. The third plate 930 may be made of various materials, but it is preferably made of polydimethylsiloxane (PDMS), cycle olefin copolymer (COC), polymethylmethacrylate , PMMA), polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET) And the like. In addition, the inlet 931 may have various sizes, but may preferably be selected from 1.0 mm to 3.0 mm in diameter. In addition, the outlet 932 may have various sizes, but may preferably be selected from 1.0 mm to 1.5 mm in diameter. The inlet 931 and the outlet 932 are provided with separate cover means (not shown) to prevent the solution from leaking when the PCR for the PCR sample and the reagent proceeds in the reaction channel 921 Can be prevented. The cover means may be embodied in various shapes, sizes or materials. In addition, the thickness of the third plate may vary, but may be selected preferably from 0.1 mm to 2.0 mm. In addition, there may be two or more of the inlet 931 and the outlet 932.

한편, 상기 PCR 칩(900)은 기계적 가공을 통해 유입부(931) 및 유출부(932)를 형성하여 제3 판(930)을 제공하는 단계; 상기 제3 판(930)의 하부 면과 대응되는 크기를 갖는 판재에 상기 제3 판(930)의 유입부(931)와 대응되는 부분으로부터 상기 제3 판(930)의 유출부(932)에 대응되는 부분까지 기계적 가공을 통해 반응 채널(921)을 형성하여 제2 판(920)을 제공하는 단계; 상기 제2 판(920)의 하부 면과 대응되는 크기를 갖는 판재의 상부 면에 표면 처리 가공을 통해 친수성 물질(922)로 구현된 표면을 형성하여 제1 판(910)을 제공하는 단계; 및 상기 제3 판(930)의 하부 면을 상기 제2 판(920)의 상부 면에 접합 공정을 통해 접합하고, 상기 제2 판(920)의 하부 면을 상기 제1 판(910)의 상부 면에 접합 공정을 통해 접합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 상기 제3 판(930)의 유입부(931) 및 유출부(932), 및 상기 제2 판(920)의 반응 채널(921)은 사출성형, 핫-엠보싱(hot-embossing), 캐스팅(casting), 및 레이저 어블레이션(laser ablation)으로 구성된 군으로부터 선택되는 가공 방법에 의해 제조될 수 있다. 또한, 상기 제1 판(910) 표면의 친수성 물질(922)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(930)의 하부 면과 상기 제2 판(920)의 상부 면, 및 상기 제2 판(920)의 하부 면과 상기 제1 판(910)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(930)과 제2 판(920) 사이 및 상기 제2 판(920)과 제3 판(910) 사이에는 양면 접착제 또는 열가소성 수지 또는 열 경화성 수지(500)가 처리될 수 있다.Meanwhile, the PCR chip 900 may be mechanically processed to form an inlet 931 and an outlet 932 to provide a third plate 930; A portion of the third plate 930 corresponding to the inlet 931 of the third plate 930 is connected to the outlet 932 of the third plate 930, Forming a reaction channel (921) through mechanical processing to a corresponding portion to provide a second plate (920); Providing a first plate (910) by forming a surface of a hydrophilic material (922) on the upper surface of the plate material having a size corresponding to the lower surface of the second plate (920) through surface treatment; And the lower surface of the third plate 930 are joined to the upper surface of the second plate 920 through a joining process and the lower surface of the second plate 920 is joined to the upper surface of the first plate 910 And a step of joining to the surface through a bonding step. The inlet 931 and the outlet 932 of the third plate 930 and the reaction channel 921 of the second plate 920 are formed by injection molding, hot-embossing, casting ), And laser ablation. &Lt; IMAGE > In addition, the hydrophilic material 922 on the surface of the first plate 910 can be treated by a method selected from the group consisting of oxygen and argon plasma treatment, corona discharge treatment, and surfactant application, . &Lt; / RTI > The lower surface of the third plate 930 and the upper surface of the second plate 920 and the lower surface of the second plate 920 and the upper surface of the first plate 910 are thermally bonded, Ultrasonic welding, solvent bonding, and may be performed according to methods known in the art. A double-sided adhesive, a thermoplastic resin or a thermosetting resin 500 may be applied between the third plate 930 and the second plate 920 and between the second plate 920 and the third plate 910.

한편, 도 10의 "a" 부분을 확대한 도 13 내지 14에 따르면, 상기 검출 전극(950)은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 13과 같이 산화 또는 환원 반응이 일어나는 지시 전극(working electrode)(950a) 및 산화 또는 환원 반응이 일어나지 않는 기준 전극(reference electrode)(950b)을 구비하는 2-전극 모듈, 또는 도 14과 같이 상기 지시 전극(950a), 상기 기준 전극(950b), 및 상기 지시 전극으로부터 발생하는 전자 밸런스를 조절하는 카운터 전극(counter electrode)(950c)을 구비하는 3-전극 모듈로 구현될 수 있다. 이와 같이, 상기 검출 전극(950)의 구조가 도 13 내지 14와 같이 다-전극 모듈 방식으로 구현되면, 상기 반응 채널(921) 내부에서 발생하는 전기화학적 신호의 감도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 발생 신호의 검출 및 측정을 용이하게 수행할 수 있다.
On the other hand, according to Figs. 13 to 14 in which the portion " a " of Fig. 10 is enlarged, the detection electrode 950 can be variously implemented. For example, a two-electrode module having a working electrode 950a where an oxidation or reduction reaction takes place as shown in FIG. 13 and a reference electrode 950b where no oxidation or reduction reaction takes place, Electrode module including a counter electrode 950c for adjusting the electronic balance generated from the indicating electrode 950a, the reference electrode 950b, and the indicating electrode as shown in FIG. 14 . When the structure of the detection electrode 950 is realized in the multi-electrode module type as shown in FIGS. 13 to 14, the sensitivity of the electrochemical signal generated in the reaction channel 921 can be increased, The detection and measurement of the signal can be easily performed.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치의 칩 홀더를 도시한다.15 shows a chip holder of a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention.

도 15에 따르면, 상기 칩 홀더(300)는 상기 PCR 칩(900)이 장착되되 상기 PCR 칩(900)의 검출 전극(950) 말단과 전기적으로 연결되도록 구현된 연결 포트(310)를 구비한다. 상기 칩 홀더(300)는 상기 PCR 칩(900)이 상기 PCR 장치에 장착되는 부분이다. 상기 칩 홀더(300)의 내벽은 판 형상을 갖는 PCR 칩(900)이 상기 칩 홀더(300)로부터 이탈하지 않도록 상기 PCR 칩(900)의 외벽과 고정 장착되기 위한 형상 및 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 PCR 칩(900)이 상기 칩 홀더(300)에 장착되는 경우 상기 PCR 칩(900)의 검출 전극(950) 말단은 상기 칩 홀더(300)의 연결 포트(310)와 전기적으로 연결되어 상기 PCR 칩(900)의 반응 채널(921) 내부에서 발생하는 전기화학적 신호가 후술할 전기화학적 신호 측정 모듈(800)로 전달된다. 한편, 상기 PCR 칩(900)은 상기 칩 홀더(300)와 탈착 가능하다. 또한, 상기 칩 홀더(300)는 임의의 구동 수단(도시되지 않음)에 연결되어 상기 실시간 PCR 장치 내부에서 상하 또는 좌우로 이동할 수 있음은 물론이다.
15, the chip holder 300 includes a connection port 310 to which the PCR chip 900 is mounted and is electrically connected to the end of the detection electrode 950 of the PCR chip 900. The chip holder 300 is a part where the PCR chip 900 is mounted in the PCR device. The inner wall of the chip holder 300 may have a shape and a structure to be fixedly mounted on the outer wall of the PCR chip 900 so that the plate-shaped PCR chip 900 does not separate from the chip holder 300. That is, when the PCR chip 900 is mounted on the chip holder 300, the end of the detection electrode 950 of the PCR chip 900 is electrically connected to the connection port 310 of the chip holder 300 An electrochemical signal generated in the reaction channel 921 of the PCR chip 900 is transmitted to an electrochemical signal measurement module 800 to be described later. Meanwhile, the PCR chip 900 is detachable from the chip holder 300. It should be noted that the chip holder 300 may be connected to any driving means (not shown) to move vertically or horizontally within the real-time PCR device.

도 16은 PCR 칩(900), 전력 공급부(400), 및 펌프(500)를 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치를 도시한다.16 shows a real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention, which includes a PCR chip 900, a power supply unit 400, and a pump 500.

도 16에 따르면, 상기 PCR 칩(900)은 상기 열 블록 상에 접촉 배치되어 있고, 구체적으로 상기 검출 전극(950)은 상기 열 블록(100) 상의 반복 배치된 제1 히터 및 제2 히터 사이에 반복 배치되어 있다. 상기 PCR 칩(900) 및 이에 포함된 구성요소에 관해서는 상술한 바와 같다. 16, the PCR chip 900 is disposed in contact with the thermal block. Specifically, the detection electrode 950 is disposed between the first heater and the second heater which are repeatedly disposed on the thermal block 100 Are repeatedly arranged. The PCR chip 900 and its constituent elements are as described above.

상기 전력 공급부(400)는 상기 열 전극부(200)에 전력을 공급하기 위한 모듈로서, 상기 열 전극부(200)의 제1 열 전극(210) 및 제2 열 전극(220)과 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 PCR 칩(900)이 PCR 수행을 위해 상기 열 블록(100) 상에 접촉 배치되면, 상기 전력 공급부(400)의 제1 전력 포트(도시되지 않음)는 상기 제1 열 전극(210)과 전기적으로 연결되고, 상기 전력 공급부(400)의 제2 전력 포트(도시되지 않음)는 상기 제2 열 전극(220)과 전기적으로 연결된다. 뒤이어, PCR 수행을 위한 사용자 지시가 있는 경우 상기 전력 공급부(400)는 상기 제1 열 전극(210) 및 상기 제2 열 전극(220)에 각각 전력을 공급하여 상기 열 블록(100)의 제1 히터(110) 및 제2 히터(120)를 신속히 가열할 수 있고, 각 히터들(110, 120)이 미리 결정된 온도에 도달하게 되면 전력 공급량을 제어하여 상기 미리 결정된 온도를 유지하도록 한다. 예를 들어, 상기 미리 결정된 온도는 상기 제1 히터(110)에서는 PCR 변성 단계 온도(85℃ 내지 105℃, 바람직하게는 95℃) 및 상기 제2 히터(120)에서는 PCR 어닐링/연장 단계 온도(50℃ 내지 80℃, 바람직하게는 72℃)이거나, 또는 상기 제1 히터(110)에서는 PCR 어닐링/연장 단계 온도(50℃ 내지 80℃, 바람직하게는 72℃ 또는 60℃) 및 상기 제2 히터(120)에서는 PCR 변성 단계 온도(85℃ 내지 105℃, 바람직하게는 95℃)일 수 있다.The power supply unit 400 is a module for supplying power to the column electrode unit 200 and may be connected to the first column electrode 210 and the second column electrode 220 of the column electrode unit 200, have. For example, when the PCR chip 900 is placed on the thermal block 100 for PCR, a first power port (not shown) of the power supply 400 is connected to the first column electrode And a second power port (not shown) of the power supply 400 is electrically connected to the second column electrode 220. The second power port (not shown) When there is a user instruction to perform the PCR, the power supply unit 400 supplies power to the first column electrode 210 and the second column electrode 220, respectively, The heater 110 and the second heater 120 can be rapidly heated and when the respective heaters 110 and 120 reach the predetermined temperature, the power supply amount is controlled to maintain the predetermined temperature. For example, the predetermined temperature may be a PCR denaturation temperature (85 ° C. to 105 ° C., preferably 95 ° C.) in the first heater 110 and a PCR annealing / extension temperature (in the second heater 120) 50 ° C to 80 ° C, preferably 72 ° C), or the PCR annealing / extension step temperature (50 ° C to 80 ° C, preferably 72 ° C or 60 ° C) in the first heater 110 and the PCR annealing / (85 deg. C to 105 deg. C, preferably 95 deg. C) in the PCR denaturation step (120).

상기 펌프(500)는 상기 PCR 칩(900)의 1 이상의 반응 채널(921) 내에서 유동하는 유체의 유량 및 유속을 제어하기 위한 모듈로서, 양압 펌프 또는 음압 펌프일 수 있고, 예를 들어 실린지(syringe) 펌프일 수 있다. 상기 펌프(500)는 상기 반응 채널(921)의 일 부분에 구동가능하게 배치될 수 있으나, 바람직하게는 상기 반응 채널(921)의 양 말단에 형성된 유입부(931) 및/또는 유출부(932)에 연결 배치된다. 상기 펌프(500)가 상기 유입부(931) 및/또는 유출부(932)에 연결 배치된 경우 펌프 역할을 수행할 뿐만 아니라 상기 유입부(931) 및/또는 유출부(932)를 통해 시료 및 시약 용액이 새어 나오는 것을 방지하는 마개 역할을 수행할 수도 있다. 또한, 상기 반응 채널(921) 내에서 유동하는 유체, 즉 시료 및 시약 용액의 유량 및 유속을 일 방향으로 제어하고자 하는 경우 상기 펌프(500)는 상기 유입부(931) 및 상기 유출부(932) 중 어느 하나에만 연결 배치되고, 남은 하나에는 일반적인 마개가 밀봉 연결될 수 있고, 상기 반응 채널(921) 내에서 유동하는 유체, 즉 시료 및 시약 용액의 유량 및 유속을 양 방향으로 제어하고자 하는 경우에는 상기 펌프(500)는 상기 유입부(931) 및 상기 유출부(932) 모두에 연결 배치될 수 있다.The pump 500 is a module for controlling the flow rate and flow rate of fluid flowing in at least one reaction channel 921 of the PCR chip 900 and may be a positive pressure pump or a negative pressure pump, a syringe pump. The pump 500 may be drivably disposed on a portion of the reaction channel 921 but preferably includes an inlet 931 and / or an outlet 932 formed at both ends of the reaction channel 921 ). The pump 500 acts not only as a pump when the pump 500 is connected to the inlet 931 and / or the outlet 932 but also through the inlet 931 and / or the outlet 932, It may also serve as a stopper to prevent reagent solution from escaping. In order to control the flow rate and the flow rate of the fluid flowing in the reaction channel 921 in one direction, the pump 500 is connected to the inlet 931 and the outlet 932, And a common stopper may be hermetically connected to the remaining one, and when it is desired to control the flow rate and the flow rate of the fluid flowing in the reaction channel 921, that is, the sample and reagent solution, in both directions, The pump 500 may be connected to both the inlet 931 and the outlet 932.

상기 PCR 칩(900), 상기 전력 공급부(400) 및 상기 펌프(500)를 포함하는 PCR 장치 내에서 시료 및 시약의 핵산 증폭 반응은 일 실시예로서, 아래와 같은 단계를 통해 수행될 수 있다.The nucleic acid amplification reaction of the sample and the reagent in the PCR apparatus including the PCR chip 900, the power supply unit 400 and the pump 500 may be performed through the following steps as an embodiment.

1. 원하는 이중 가닥 표적 DNA, 증폭하고자 하는 특정 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드 프라이머, DNA 중합효소, 삼인산화데옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide triphosphates, dNTP), PCR 반응 완충액(PCR reaction buffer)를 포함하는 시료 및 시약 용액을 준비한다.1. The desired double-stranded target DNA, an oligonucleotide primer having a sequence complementary to the specific nucleotide sequence to be amplified, DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphates (dNTP), PCR reaction buffer Prepare the sample and reagent solution.

2. 상기 시료 및 시약 용액을 PCR 칩(100)에 도입한다. 이 경우 상기 시료 및 시약 용액은 상기 유입부(931)를 통해 PCR 칩(900) 내부의 반응 채널(921)에 배치된다.2. The sample and reagent solution is introduced into the PCR chip 100. In this case, the sample and the reagent solution are placed in the reaction channel 921 inside the PCR chip 900 through the inlet 931.

3. 상기 열 전극부(200), 구체적으로 제1 열 전극(210) 및 제2 열 전극(220)이 상기 전력 공급부(400)과 각각 연결되도록 하고, 상기 PCR 칩(900)의 상기 유입부(931) 및 상기 유출부(932)를 펌프(500)와 밀봉 연결한다. 3. The column electrode unit 200 and the first column electrode 210 and the second column electrode 220 are connected to the power supply unit 400, (931) and the outlet (932) to the pump (500).

4. 상기 전력 공급부(400)에 전력 공급 지시를 하여 상기 제1 열 전극(210) 및 상기 제2 열 전극(220)을 통해 상기 제1 히터(110) 및 상기 제2 히터(120)를 발열시키고, 특정 온도, 예를 들어 제1 히터(110)의 경우 PCR 변성 단계 온도(95℃) 및 제2 히터(120)의 경우 PCR 어닐링/연장 단계 온도(72℃)를 유지한다.4. An electric power supply unit 400 for supplying power to the first heater 110 and the second heater 120 through the first column electrode 210 and the second column electrode 220, And maintains the PCR denaturation step temperature (95 캜) for a specific temperature, for example, the first heater 110, and the PCR annealing / elongating step temperature 72 캜 for the second heater 120.

5. 상기 유입부(931)와 연결된 펌프(500)에 의해 양압이 제공되거나 또는 상기 유출부(932)와 연결된 펌프(500)에 의해 음압이 제공되면 상기 시료 및 시약 용액은 상기 반응 채널(921) 내부에서 수평 방향으로 유동하도록 한다. 이 경우 상기 시료 및 시약 용액의 유량 및 유속은 상기 펌프(500)에 의해 제공되는 양압 또는 음압의 세기를 조절하여 제어될 수 있다.
5. If a positive pressure is provided by the pump 500 connected to the inlet 931 or a negative pressure is provided by the pump 500 connected to the outlet 932, the sample and reagent solution may flow into the reaction channel 921 In the horizontal direction. In this case, the flow rate and the flow rate of the sample and the reagent solution can be controlled by adjusting the intensity of the positive pressure or the negative pressure provided by the pump 500.

상기 단계들을 수행함으로써, 상기 시료 및 시약 용액은 상기 반응 채널(921)의 유입부(931) 말단으로부터 유출부(932) 말단까지 상기 제1 히터(110)의 상측 대응 부분(301) 및 상기 제2 히터(120)의 상측 대응 부분(302)을 길이 방향으로 이동하면서 PCR을 수행한다. 도 16에 따르면, 상기 시료 및 시약 용액은 상기 제1 히터(110) 및 상기 제2 히터(120)를 포함하는 히터 유닛이 10회 반복 배치된 열 블록(100)으로부터 열을 공급받아 상기 제1 히터(110)의 상측 대응 부분(301)에서 PCR 변성 단계 및 상기 제2 히터(120)의 상측 대응 부분(302)에서 PCR 어닐링/연장 단계를 거치면서 10회 PCR 순환 주기를 완료하게 된다. 뒤이어, 선택적으로, 상기 시료 및 시약 용액은 상기 반응 채널(921)의 유출부(931) 말단으로부터 유입부(932) 말단까지 상기 제1 히터(110)의 상측 대응 부분 및 상기 제2 히터(120)의 상측 대응 부분을 길이 방향으로 역 이동하면서 PCR을 재수행할 수 있다.
By performing the above steps, the sample and reagent solution is supplied to the upper portion 301 of the first heater 110 from the end of the inlet 931 of the reaction channel 921 to the end of the outlet 932, 2 heater while moving the upper corresponding portion 302 of the heater 120 in the longitudinal direction. Referring to FIG. 16, the sample and reagent solution is supplied with heat from the heat block 100 in which the heater unit including the first heater 110 and the second heater 120 is repeatedly arranged ten times, The PCR cycle is completed through the PCR denaturation step at the upper part 301 of the heater 110 and the PCR annealing / extension step at the upper part 302 corresponding to the second heater 120. Optionally, the sample and reagent solution is supplied to the upper portion of the first heater 110 from the end of the outlet 931 of the reaction channel 921 to the end of the inlet 932, ) Can be re-executed while shifting the corresponding portion on the upper side in the longitudinal direction.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치에 의한 핵산 증폭 과정, 및 그에 따른 핵산 증폭 신호를 실시간으로 검출 및 측정하는 과정을 도시한다.17 shows a nucleic acid amplification process by a real-time PCR device according to an embodiment of the present invention, and a process of detecting and measuring nucleic acid amplification signals in real time in accordance with the present invention.

도 17에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치는 제1 히터(110) 및 제2 히터(120)가 수평 방향으로 반복 배치된 열 블록(100), 상기 제1 히터(110) 및 제2 히터(120) 사이 공간에 고정 층(940) 및 검출 전극(950)이 대응하도록 반복 배치된 PCR 칩(900)을 포함하되, 상기 칩 홀더(도시되지 않음)의 연결 포트(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되어 상기 PCR 칩(900)의 반응 채널(921) 내부에서 발생하는 전기화학적 신호를 실시간으로 측정하도록 구현된 전기화학적 신호 측정 모듈(800), 기타 비록 도시되지는 않았지만, 전력 공급부, 펌프 등을 포함한다. 상기 전기화학적 신호 측정 모듈(800)은 상기 칩 홀더의 연결 포트와 전기적 연결 수단(700), 예를 들어 리드 전선을 통해 전기 소통가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 상기 PCR 칩(900)의 반응 채널(921) 내부에서 순차적인 핵산 증폭에 의해 반복적으로 발생하는 전기화학적 신호는 상기 PCR 칩(900)의 검출 전극(950)을 통해 순차적으로 검출되고, 상기 검출된 신호는 상기 칩 홀더의 연결 포트와 상기 전기적 연결 수단(700)을 경유하여 상기 전기화학적 신호 측정 모듈(800)에서 측정되고 더 나아가 가공 또는 분석될 수 있다. 상기 전기화학적 신호 측정 모듈(800)은 다양할 수 있으나, 양극 벗김 전압전류계(anodic stripping voltammetry, ASV), 대시간 전류계 (chronoamperometry, CA), 순환 전압전류계(cyclic voltammetry), 네모파 전압전류계(square wave voltammetry, SWV), 펄스 전압전류계(differential pulse voltammetry, DPV), 및 임피던스계(impedance)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 따라서, 도 17에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 장치에 의하면, PCR 수행시 핵산 증폭 과정을 실시간(real-time)으로 측정 및 분석할 수 있다. 이 경우 상기 시료 및 시약 용액은 종래 실시간 PCR 장치와는 달리 별도의 형광 물질이 첨가될 수 필요가 없다. 아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치에 의해 핵산 증폭 반응이 실시간(real-time)으로 측정되는 단계를 확인할 수 있다. 예를 들어, 시료 및 시약 용액은 상기 반응 채널(921) 내에서 상기 제1 히터(110)의 상측 대응 부분(301) 및 상기 제2 히터(120)의 상측 대응 부분(302)을 연이어 통과하면서 PCR 변성 단계 및 PCR 어닐링/연장 단계를 수행하는데, 이 경우 시료 및 시약 용액은 상기 제1 히터(110)와 상기 제2 히터(120) 사이, 및 상기 제1 히터(110)와 상기 제2 히터(120)를 포함하는 히터 유닛 사이에서 반복 배치된 상기 검출 전극(950) 영역을 통과하게 된다. 상기 시료 및 시약 용액이 상기 검출 전극(950)의 상측 대응 부분을 통과할 때 유체 제어를 통해 상기 시료 및 시약 용액의 유속을 느리게 하거나 잠시 정지 상태로 유지한 후 증폭 표적 핵산과 상기 포획 프로브 및 상기 복합체의 신호 프로브와의 상보적 결합으로 인해 발생하는 전기화학적 신호(전류 변화)를 상기 검출 전극(950)을 통해 순차적으로 실시간으로 검출 및 측정할 수 있다. 따라서, PCR 각 순환 주기가 진행되는 동안 상기 반응 채널(921) 내에서 (형광 물질 및 광 검출 시스템 없이) 핵산의 증폭에 의한 반응 결과를 실시간(real-time)으로 모니터링함으로써 표적 핵산의 양을 실시간(real-time)으로 검출 및 측정할 수 있다.
17, a PCR apparatus according to an embodiment of the present invention includes a thermal block 100 in which a first heater 110 and a second heater 120 are repeatedly arranged in a horizontal direction, a first heater 110, And a PCR chip 900 repeatedly arranged so that a fixed layer 940 and a detection electrode 950 correspond to a space between the first and second heaters 120. The connection port of the chip holder (not shown) An electrochemical signal measuring module 800 electrically connected to the reaction channel 921 of the PCR chip 900 to measure an electrochemical signal generated in the reaction channel 921 of the PCR chip 900 in real time, , A pump, and the like. The electrochemical signal measurement module 800 may be electrically connected to the connection port of the chip holder through an electrical connection means 700, for example, a lead wire. Therefore, an electrochemical signal repeatedly generated by the sequential nucleic acid amplification in the reaction channel 921 of the PCR chip 900 is sequentially detected through the detection electrode 950 of the PCR chip 900, The detected signal may be measured in the electrochemical signal measurement module 800 via the connection port of the chip holder and the electrical connection means 700 and further processed or analyzed. The electrochemical signal measuring module 800 may be various but may be an anodic stripping voltammetry (ASV), a chronoamperometry (CA), a cyclic voltammetry, a square voltage ammeter wave voltammetry (SWV), differential pulse voltammetry (DPV), and impedance (Impedance). Therefore, according to the PCR apparatus of the embodiment of FIG. 17, the nucleic acid amplification process can be measured and analyzed in real time during PCR. In this case, unlike the conventional real-time PCR apparatus, the sample and the reagent solution do not need separate fluorescent materials. In addition, it can be confirmed that the nucleic acid amplification reaction is measured in real-time by the real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention. For example, the sample and reagent solution may be passed through the reaction channel 921 in succession to the upper corresponding portion 301 of the first heater 110 and the upper corresponding portion 302 of the second heater 120 PCR denaturation step and PCR annealing / lengthening step. In this case, the sample and reagent solution is transferred between the first heater 110 and the second heater 120, and between the first heater 110 and the second heater 120, Passes through the detection electrode 950 region repeatedly disposed between the heater unit including the heater 120. When the sample and reagent solution passes through the corresponding portion of the detection electrode 950 on the upper side, the flow rate of the sample and the reagent solution is slowed or temporarily held in a stopped state through fluid control, and then the amplified target nucleic acid, The electrochemical signal (current change) due to the complementary combination of the signal probe of the complex can be sequentially detected and measured through the detection electrode 950 in real time. Therefore, by monitoring the reaction result by amplification of the nucleic acid (without the fluorescent material and the optical detection system) in the reaction channel 921 during real-time during each cycle of the PCR, and can be detected and measured in real-time.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치를 이용하여 핵산 증폭, 및 그에 따른 핵산 증폭 신호를 실시간으로 검출 및 측정하는 일련의 과정을 도시한다.FIG. 18 shows a series of procedures for real-time detection and measurement of nucleic acid amplification and nucleic acid amplification signals using a real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 18에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 장치를 이용한 실시간 PCR 방법은 상술한 실시간 PCR 장치를 제공하는 단계; 주형 핵산을 포함하는 PCR 시료 및 상기 금속 나노입자-신호 프로브 복합체를 포함하는 PCR 시약을 상기 PCR 칩(900)의 반응 채널(921)에 주입하는 단계; 상기 PCR 칩(900)의 전극(950) 말단이 상기 연결 포트(310)에 전기적으로 연결되도록 상기 PCR 시료 및 PCR 시약이 주입된 PCR 칩(900)을 상기 칩 홀더(300)에 장착하는 단계; 상기 PCR 시료 및 PCR 시약을 상기 반응 채널(921)을 길이 방향으로 이동하게 하면서 PCR의 변성 단계 온도 및 PCR의 어닐링 및 연장(혹은 증폭) 단계 온도를 각각 유지하는 제1 히터 및 제2 히터에 순차적이고 반복적으로 열 접촉하여 PCR을 수행하는 단계; 및 상기 PCR 수행 중 상기 PCR 칩(900) 내부에서 증폭 표적 핵산과 상기 포획 프로브 및 상기 복합체의 신호 프로브와의 상보적 결합으로 인해 발생하는 전기화학적 신호(전류 변화)를 실시간으로 검출 및 측정하는 단계를 포함한다.18, a real-time PCR method using a real-time PCR apparatus according to an embodiment of the present invention includes the steps of: providing the real-time PCR apparatus; Injecting a PCR sample containing a template nucleic acid and a PCR reagent including the metal nanoparticle-signal probe complex into a reaction channel 921 of the PCR chip 900; Mounting the PCR chip 900 into which the PCR sample and the PCR reagent are injected to the chip holder 300 so that the terminal of the electrode 950 of the PCR chip 900 is electrically connected to the connection port 310; The PCR and the PCR reagent are sequentially transferred to the first heater and the second heater which maintain the denaturation temperature of the PCR and the annealing and the extension (or amplification) of the PCR, respectively, while moving the reaction channel 921 in the longitudinal direction And performing PCR by repeated thermal contact; And detecting and measuring in real time an electrochemical signal (current change) due to complementary binding between the amplified target nucleic acid and the capture probe and the signal probe of the complex in the PCR chip 900 during the PCR .

실시간 PCR 장치 제공 단계(S1)는 상술한 실시간 PCR 장치를 준비하는 단계이다. 따라서, 이하 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 PCR 방법은 상기 실시간 PCR 장치의 구동을 전제로 한다. The real-time PCR device providing step S1 is a step of preparing the above-mentioned real-time PCR device. Therefore, the real-time PCR method according to an embodiment of the present invention is based on the premise of driving the real-time PCR apparatus.

시료 및 시약 주입 단계(S2)는 상기 PCR 칩(900)에 PCR 시료 및 시약, 아울러 증폭하고자 하는 주형 핵산과 화학적 반응(결합)을 통해 전기적 신호를 발생시킬 수 있는 물질, 예를 들어 금속 나노입자-신호 프로브 복합체를 주입하는 단계이다.The sample and reagent injecting step S2 is a step of injecting a PCR sample and a reagent into the PCR chip 900 and a substance capable of generating an electrical signal through a chemical reaction (binding) with the template nucleic acid to be amplified, for example, a metal nanoparticle - < / RTI > signal probe complex.

PCR 칩 장착 단계(S3)는 상기 PCR 시료 및 시약이 수용된 PCR 칩(900)을 상기 실시간 PCR 장치(1)의 칩 홀더(300)에 장착하는 단계이다. 이 경우 전기화학적 신호 검출을 위해 상기 PCR 칩(900)의 전극(950)이 상기 칩 홀더(300)의 연결 포트(310)와 전기적으로 연결되어야 한다.The PCR chip mounting step (S3) is a step of mounting the PCR chip (900) containing the PCR sample and the reagent to the chip holder (300) of the real time PCR device (1). In this case, the electrode 950 of the PCR chip 900 should be electrically connected to the connection port 310 of the chip holder 300 for electrochemical signal detection.

PCR 단계(S4)는 상기 열 블록(100)의 제1 히터(110) 및 제2 히터(120)의 온도를 가열 유지하고, 상기 PCR 칩(900)의 반응 채널(921)에서 시료 및 시약이 길이 방향으로 이동하면서 PCR이 수행되는 단계이다. 이 경우 상기 반응 채널(921) 내부를 이동하는 시료 및 시약 중에 주형 핵산을 기초로 표적 핵산 부위가 순차적으로 증폭되고, 표적 핵산 부위의 연속적인 증폭에 따라 상기 포획 프로브 및 상기 복합체의 신호 프로브와의 상보적 결합으로 인해 전기화학적 신호가 발생한다.The PCR step S4 heats and maintains the temperatures of the first heater 110 and the second heater 120 of the thermal block 100 and the sample and the reagent are supplied to the reaction channel 921 of the PCR chip 900 And the PCR is performed while moving in the longitudinal direction. In this case, the target nucleic acid sites are sequentially amplified on the basis of the template nucleic acid in the sample and the reagent moving in the reaction channel 921, and the target nucleic acid sequence is amplified by successive amplification of the target nucleic acid site and the capture probe and the signal probe of the complex Electrochemical signals are generated due to complementary coupling.

전기화학적 신호 검출 및 측정 단계(S5)는 상기 S4 단계에서 핵산의 연속적인 증폭에 의해 발생한 전기화학적 신호(전류값 변화)를 상기 PCR 칩(900)의 전극(950), 상기 칩 홀더(300)의 연결 포트(310), 상기 전기적 연결 수단(700), 및 상기 전기화학적 신호 측정 모듈(800)을 통해 검출 및 측정하는 단계이다.The electrochemical signal detection and measurement step S5 may be performed in the same manner as the electrochemical signal detection and measurement step S5 in which the electrochemical signal (change in current value) generated by the continuous amplification of the nucleic acid in the step S4 is inputted to the electrode 950 of the PCR chip 900, And the electrochemical signal measuring module 800. The electrochemical signal measuring module 800 is connected to the electrochemical signal measuring module 800,

Claims

A heater group having at least one heater and at least two heater groups, wherein the at least two heater groups are repeatedly arranged at least two heater units spaced apart from each other so that mutual heat exchange does not occur, A thermal block having a contact surface of the received PCR chip;
A column electrode unit having column electrodes connected to supply electric power to the heaters provided in the column block;
At least one reaction channel in which an inlet and an outlet are formed at both ends, and a plurality of reaction channels formed in one region inside the reaction channel, the reaction channel being repeatedly disposed across the cross section in the longitudinal direction of the reaction channel, And a detection electrode formed on the other surface of the reaction channel and adapted to detect an electrochemical signal, wherein the metal nanoparticle and the metal nanoparticle A plate-like PCR chip comprising a complex comprising a signal probe connected and complementary to another region of the amplification target nucleic acid;
A chip holder having a connection port on which the PCR chip is mounted and is electrically connected to a detection electrode end of the PCR chip; And
An electrochemical signal measuring module electrically connected to the connection port of the chip holder to measure an electrochemical signal generated in a reaction channel of the PCR chip in real time;
(Polymerase Chain Reaction) device.

The method according to claim 1,
The metal nanoparticles may be selected from the group consisting of zinc (Zn), cadmium (Cd), lead (Pb), copper (Cu), gallium (Ga), indium (In), gold (Au) Or more is selected.

The method according to claim 1,
Wherein the electrochemical signal is due to a change in current that occurs as the amplification target nucleic acid is complementarily bound to the capture probe and the signal probe of the complex.

The method according to claim 1,
The detection electrode may be at least one selected from the group consisting of Au, Co, Pt, Ag, carbon nanotube, graphene, and carbon. Time PCR device.

The method according to claim 1,
Wherein the amplification target nucleic acid, the capture probe, and the signal probe are single stranded DNA.

The method according to claim 1,
The electrode includes a working electrode having an oxidation or reduction reaction and a reference electrode having no oxidation or reduction reaction, or a two-electrode module having a reference electrode, a reference electrode, Electrode module having a counter electrode for adjusting the electron balance generated from the electrode.

The method according to claim 1,
The electrochemical signal measuring module may be an anodic stripping voltammetry (ASV), a chronoamperometry (CA), a cyclic voltammetry, a square wave voltammetry (SWV) A differential pulse voltammetry (DPV), and an impedance system.

The method according to claim 1,
Wherein the thermal block comprises two to four heater groups.

The method according to claim 1,
Wherein the thermal block comprises two heater groups, wherein the first heater group maintains the PCR denaturation temperature and the second heater group maintains the PCR annealing / extension temperature, or the first heater group is PCR annealed / Extension step temperature and the second heater group maintains PCR denaturation step temperature.

The method according to claim 1,
Wherein the thermal block includes three heater groups, wherein the first heater group maintains the PCR denaturation temperature, the second heater group maintains the PCR annealing temperature, and the third heater group maintains the PCR extension temperature Or the first heater group maintains the PCR annealing step temperature, the second heater group maintains the PCR extension step temperature, the third heater group maintains the PCR denaturation step temperature, or the first heater group Wherein the PCR extension step temperature is maintained and the second heater group maintains the PCR denaturation step temperature and the third heater group maintains the PCR annealing step temperature.

The method according to claim 1,
Wherein the at least one reaction channel is extended so as to pass the upper corresponding portion of the heater disposed at the best position among the heater units and the upper corresponding portion of the heater disposed at the last position in the straight length direction.

The method according to claim 1,
Wherein the PCR chip comprises: a first plate provided with the detection electrode; A second plate disposed on the first plate and having the at least one reaction channel; And a third plate disposed on the second plate, the third plate having the inlet and the outlet.

The method according to claim 1,
Wherein the PCR chip is detachably mounted on the chip holder.

The method according to claim 1,
And a power supply unit for supplying power to the column electrode unit.

The method according to claim 1,
Further comprising a pump arranged to provide a positive or negative pressure to control the flow rate and flow rate of the fluid flowing in the at least one reaction channel.