KR20180028066A

KR20180028066A - 물질의 온도를 변화시키는 방법 및 변화시키기 위한 시스템

Info

Publication number: KR20180028066A
Application number: KR1020187005528A
Authority: KR
Inventors: 게르트 데 보스
Original assignee: 인제니 피씨알 비.브이.
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: JP5876569B2; EP2714276B1; JP2014515271A; KR101991643B1; US20140220579A1; EP2714276A1; CA2837127A1; WO2012161566A1; EP2714276C0; US10076757B2; CN103781551A; CN103781551B; CA2837127C; SG195143A1; KR20140056188A

Abstract

제1 온도 (T1)를 얻고, 제2 온도 (T2)로 변화시키기 위한 물질의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 장치. 상기 시스템은, 제1 히팅 블록 (27(1)) 및 제2 히팅 블록 (29(1)) 및 히팅 장치 (47)을 포함한다. 상기 히팅 장치(47)는, 상기 제1 히팅 블록 (27(1))을 상기 제1 온도 (T1)까지 가열하고, 상기 제2 히팅 블록 (29(1))을 상기 제2 온도 (T2)까지 가열한다. 상기 온도 조절 장치는, 상기 물질을 받아들이도록 배열된 이들 사이의 제1 공간을 정의하고 제1 온도 (T1)을 충분하게 가지는 제1 온도 영역 (27(3))을 정의할 정도로, 상기 제1 히팅 블록 ((27(1))에 대립하는 제1 자재 (27(2); 43(1))을 포함한다. 상기 온도 조절 장치는, 상기 물질을 받아들이도록 배열된 이들 사이의 제 2 공간을 정의하고 제2 온도 (T2)를 충분하게 가지는 제2 온도 영역 (29(3))을 정의할 정도로, 상기 제2 히팅 블록((29(1))에 대립하는 제2 자재 (29(2))를 가지며, 상기 제1 및 제2 공간은 상기 물질이 제1 온도 영역 ((27(3))에서 제2 온도 영역((29(3))으로 이동될 수 있도록 배열된다.

Description

물질의 온도를 변화시키는 방법 및 변화시키기 위한 시스템{System for and method of changing temperatures of substances}

본 발명은 특정 물질의 온도를 빠르게 변화시키는데 이용될 수 있는 시스템에 관한 것이다. 이의 적용들 중에서 하나는 PCR(폴리머라제 사슬 반응)과 같은, 핵산 증폭 기법의 영역 내 있다.

분자 생물학에서, PCR(폴리머라제 사슬 반응)과 같은 핵산 증폭 기법은 RNA 또는 DNA의 짧은 폴리뉴클레오티드 서열(1000개 뉴클레오티드까지 이지만 경우에 따라 10,000개 뉴클레오티드까지, 또는 그 이상인)의 증폭에 사용된다. 상기 PCR 과정은 Kary Mullis 에 의해 1989년에 처음 수행되었다.

전형적으로, 이러한 과정에서, 이중-가닥 DNA의 주형은 DNA가 변성되는, 제1, 변성(denaturating) 온도로 가열된다; 즉 상기 DNA의 이중 나선 구조가 풀리고 이의 폴리뉴클레오티드 가닥들이 분리된다. 이러한 제1 온도는 367 내지 369 캘빈이다. DNA 주형의 서열에 의존하여, 더 낮은 온도 또는 더 높은 온도가 사용될 수 있다.

다음 단계에서, 상기 온도는, 프라이머(짧고, 합성이거나 비-합성의 DNA의 특이적 서열, 보통 20 베이스 길이, 비록 프라이머는 필요하다고 생각되는 만큼 더 길거나 더 짧을 수도 있다)가 변형된, 단일-가닥 주형에 결합할 수 있는, 제2, 결합(annealing) 온도로 낮아진다. 비록 더 낮은 온도뿐 아니라 더 높은 온도가 사용되는 프라이머에 따라 사용될 수 있지만, 보통, 이러한 제2 온도는 321 내지 343 캘빈, 더 바람직하게는 331 내지 335 캘빈의 범위이다.

세 번째 단계에서, 상기 온도는, 비록 더 낮은 온도뿐 아니라 더 높은 온도가 사용될 수 있지만, 폴리머라제 효소, 바람직하게는 열 안정 효소는 단일-가닥 주형의 뉴클레오티드에 상보적인 뉴클레오티드와 함께 프라이머를 신장시킬, 제3, 최적의, 신장(extention) 온도, 보통 345 내지 347 캘빈으로 변화된다.

그런 다음에 상기 과정이 반복되며, 즉, 상기 혼합물은 상기 변성 온도로 되돌아간다. 이러한 과정, 하나는 열적 사이클(thermal cycling)이라고 칭한다. 비록 더 낮은 사이클 수뿐 아니라 더 높은 사이클 수가 사용될 수 있지만, 일반적으로 30 사이클이 PCR-반응을 수행하는데 사용된다.

(본 발명에 동일하게 적용될 수 있는)잘 알려진 실시예들에서, 단계-단축(step-down) PCR 과정이, 미리 정해진 사이클 수 이후의 단계에서 약간 낮아진 상기 결합 온도에서 적용될 수 있다.

(상기 신장 온도에 가까운)높은 용융 온도에서 프라이머를 사용하는 반응에서, 상기 제2, 결합 온도 작용을 생략하여, 두 단계 사이클이 사용될 수 있다: 결합 및 신장이 단일 단계로 합쳐진다. 상기 반응은 보통 "에펜도르프 튜브(eppendorf tube)"라 불리는 반응 용기 내, 또는 96이나 384 웰을 가진 반응 플레이트 내에서 일어난다. 플레이트 및 튜브는 보통 폴리프로필렌으로 제조된다. 다른 플라스틱들이 적합한 것으로 발견될 수 있다. 유리 튜브와 같은 다른 형태도 가능하다.

상기 PCR 과정의 지속시간은 상기 반응의 속도 및 온도 변화의 정확도와 속도(열적 사이클)에 의존한다. 수년에 걸쳐서 열적 사이클을 수행하는 다수의 방법들이 제시되었고 그것들 중의 다수가 실행되어왔다.

- 첫 번째 PCR-반응은, 모든 단계를 시간조절 하면서, 하나의 열 상태의 수조에서 다음의 것으로 상기 반응 튜브를 수동으로 변화시키면서 수행되었다. 이러한 과정은 첫 번째 실험에는 효과적이었지만, 성가시고 시간을 소비한다.

- 최초의 자동화된 열적 사이클은, 반응 튜브가 안착된 알루미늄 블록을 가열하기 위해 가열 구성요소들을 사용하였다. 상기 블록을 냉각시키기 위해서 물이 사용되었다. 이러한 최초 기계는 PCR을 대략 4시간 내 수행하였다.

- 다음 세대는, 상기 블록을 가열하고 냉각 시키기 위해서 펠티어 (Peltier) 구성요소를 사용하였다. 이러한 기계들은 5K/s 이상의 일시적인 온도를 생성한다. 냉각은 더 느리다: 최대 -4.5K/s. PCR은 2시간 및 4시간 사이에서 수행될 수 있다. 더 빠른 기계들(Applied Bio Systems, Stratagene RoboCycler, ThermoFischer PikoCycler)이 존재한다. 상기 로보사이클러(RoboCycler)는 하나의 온도 블록에서 다음의 것으로 로봇 팔을 사용하여 플레이트를 이동시킨다. 상기 Applied Bio Systems 및 피코사이클러(PikoCycler) 는 빠른 온도 경사로(ramping)을 사용한다(5 K/s 및 -4.5 K/s); 상기 피코사이클러는 더 가느다란 웰(평균 150㎛)를 갖는 반응 용기를 사용한다. 이들 전부는 상기 튜브들 내 액체의 온도에서 피복재(the lag)에 의해 속도에서 덜 방해받거나 또는 더 방해받는다.

- 더 빠른 기계들(Roche light cycler, Idaho Technology)는 유리 튜브 내 PCR 혼합물의 온도를 조절하기 위해 자동 온도 조절된 공기를 사용한다. 17 K/s의 일시적인 온도는 가열하는 동안에 도달할 수 있지만 냉각은 주위의 온도에 의존한다. PCR은 30분 내에, 몇 가지 경우에는 20분 내에, 수행될 수 있다. 보통 반응은 대략 1시간 소요된다.

- 시도들은, 상기 테스트 튜브 내 혼합물 안으로 온도 기울기를 일으키는 것에 의해 온도를 변화시키도록 만들어왔다. 그런 다음에 대류가 자동적으로 연속적인 온도 단계를 통한 이의 기울기를 갖고, 상기 혼합물을 받아들인다. 이러한 시스템은 최근에, 더 좋은 대류를 발생시키기 위하여, 경사면 아래에 온도 기울기를 창출하여 개선되었다.

- 펌프 시스템은 상기 다른 온도 영역을 통하여 상기 혼합물을 펌프하도록 디자인되어, 예를 들면 PTFE와 같은 것으로부터 만들어진 튜브 내부, 공간으로 분리된다.

- 칩 상에서 PCR은 혼합물의 매우 적은 양, 즉 몇 나노 리터보다 크지 않은 방울들을, 창출된 온도 영역을 통과하여 이동시키는 것에 의존한다. 만약 상기 DNA가 자기장적 비드들로 표지되어 있다면, 이동시키는 것은 펌핑에 의하거나 또는 자기장에 의해서 행하여질 수 있다.

또 다른 시스템은 특별히-구조화된 큐벳 내에서, 적합한 온도의 기체를 고압 하에서 상기 큐벳을 통하여 불어넣은 것에 의해, 상기 온도들을 변화시킨다.

본 발명의 목적은 당해 기술 분야로부터 알려진 것들 보다 더 빠른 방법으로 물질의 온도를 변화시키는데 사용될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

그러한 효과를 위하여 본 발명은 청구항 1에서 청구된 바와 같은 온도 조절 장치를 제공한다. 이러한 장치의 실시예들은 종속항 2 내지 12에서 청구된다.

상기 장치를 포함하는 시스템은 청구항 13에서 청구된다. 상기 시스템의 실시예들은 종속항 14 내지 18에서 청구된다.

본 발명과 일치하는 방법들은 청구항 19 내지 20에서 청구된다.

본 발명은 본 발명의 실시예를 나타내도록 의도된 일부 도면을 참조하여 자세하게 설명될 것이며, 그 범위를 한정하지는 않는다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이의 기술적 균등물에 의해 정의된다.
도 1A 내지 1C는, 하나의 온도에서 다른 온도로 변화시키도록, 물질로 가득찬 주머니들 17(i)를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 2A, 2B, 3, 4, 5, 6, 7은 본 발명에 따른 온도 조절 장치의 실시예를 나타낸다.

여기 시스템은 물질, 바람직하게는 반응 혼합물, 더욱 바람직하게는 핵산 증폭 반응 혼합물, 훨씬 더 바람직하게는 PCR-반응 혼합물, 가장 바람직하게는 액체 PCR-반응 혼합물 내 온도를 좋은 속도 및 정확도로 변화시키기 위하여 제시된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PCR 반응에 적용할 수 있으며, 봉입체들(enclosures)은 PCR 반응 혼합물로 채워져서 생산된다. 상기 PCR 반응 혼합물은 물, DNA-주형, DNA 폴리머라제, 뉴클레오티드, 프라이머, 버퍼, MgCl₂ 및 PCR 인핸서 및 PCR 반응을 도울 수 있는 다른 물질들을 포함한다.

봉입체들의 모양이 재료의 경도에 의존하지 않기 때문에, 봉입체들은 매우 얇은 재료로 제조될 수 있다. 이의 모양도 고정될 필요가 없다. 상기 봉입체는 0.01 mm 아래이거나 또는 더 얇은 벽을 가질 수 있으며, 봉입체가 만들어지는 재료의 다른 특성들 및 강도에 의존한다. 이러한 얇은 벽들은 이후에 더 자세하게 설명될 바와 같이, 급격한 온도 경사를 발생시키는데 도움을 준다. 상기 높은 온도 경사도를 얻기 위하여, 하나의 봉입체의 부피는 유리하게는 5 내지 100㎕의 범위, 바람직하게는 10 내지 50㎕의 범위, 가장 바람직하게는 10 내지 20㎕의 범위일 수 있다.

상기 봉입체는 적합하게는, 심지어 상기 혼합물이 추가되고 따라서 수분이 실링의 면에 존재할 수 있는 후에도, 상기 PCR 반응을 방해하지 않고, 모든 측면에 가까울 수 있는, 온도 저항 플라스틱으로 구성된다.

상기 봉입체의 예시는 주머니(bag)이며, 이는 도 1A 내지 1C를 참조하여 설명되는 방법으로 제공될 수 있다. 도 1A는 주머니들의 형태 내에 상기 봉입체를 제공하기 위한 장치 1을 나타낸다.

도 1A는 제1 플레이트 (3) 및 제2 플레이트 (5)를 갖는, 상기 장치 (1)을 횡단면도로 나타낸다. 상기 제1 플레이트 (3)은 하나 또는 그 이상의 신장들(extensions) (7(i))를 갖는다. 이러한 신장들은 보이는 바와 같이 속이 빈 것일 수 있다. 하지만, 이들은 또한 고체일 수 있다. 이들은 제1 플레이트 (3)의 최상부 표면에 평행한 제1 시야에서 원형 횡단면을 가질 수 있다. 이들은 제1 시야에 수직인 제2 시야에서 타원형 횡단면을 가질 수 있다. 하지만 본 발명은 이러한 모양들에 제한적이지는 않다. 예를 들면, 제1 플레이트 (3)의 표면에 평행한 상기 횡단면은 직사각형일 수 있거나 또는 어느 다른 적합한 횡단면 모양을 가질 수 있다.

제2 플레이트 (5)는, 각각의 개구부 (9(i))가 제1 플레이트의 상응하는 신장들(7(i))을 받을 수 있는 모양이고, 그렇게 배열된, 하나 또는 그 이상의 개구부 (9(i))를 갖는다. 바람직하게는 신장들 (7(i))의 외부 모양은 개구부 (9(i))의 내부 모양에 상당히 상응한다.

하나 또는 그 이상의 주머니를 형성하기 위하여 플라스틱 호일(plastic foil) (11)이 제1 플레이트 (3) 및 제2 플레이트 (5) 사이에 배열된다. 제1 플레이트 (3) 및 제2 플레이트 (5) 둘 모두는 미리 정해진 온도로 가열된다. 이들 온도들은 동일할 수 있으며, 플라스틱 호일 (11)에 접촉할 때 플라스틱 호일 (11)을 부드럽게 할 정도로 선택된다. 화살표 (A(1))에 의해 지시된 바와 같이, 제1 및 제2 플레이트는 각각의 신장들 (7(i))이 상응하는 개구부 (9(i))에 받아들여지도록 서로를 향하여 이동된다. 부드러워진 플라스틱 호일은, 주머니들 (17(i))을 형성할 정도로 신장들 (7(i))에 의하여 개구부 (9(i)) 안으로 밀린다(도 1B). 많은 주머니들 (17(i))은 신장들 (7(i)) 및 개구부들 (9(i))이 있는 것처럼 형성될 것이다. 이들 주머니들 (17(i))은, 개구부 (9(i)) 안으로 밀리지 않은 플라스틱 호일 (11)의 일부에 의해 서로 연결된다.

플레이트 (3, 5) 중 하나는 고정된 위치에 남을 수 있고, 다른 하나는 화살표 (A(1))에 의해 지시되는 바와 같은 움직임을 발생시키기 위하여 이동될 필요가 있다고 보인다. 플레이트 (3, 5)는, 충분하게 높은 용융 온도와 충분하게 높은 열 전도율을 갖는 알루미늄, 철(steel), 또는 다른 어떤 물질로 구성될 수 있다. 사용에 있어서, 상기 플라스틱 호일이 프로필렌인 경우에, 이들 온도는 323K 및 573K 사이, 더 바람직하게는 323K 및 473K 사이, 더 바람직하게는 373K 및 443K 사이의 범위에 있을 수 있다. 상기 플라스틱은 폴리프로필렌일 수 있다. 하지만 어떠한 다른 적합한 물질, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리에텐, PMMA(=폴리메틸메타아크릴레이트), POM(=폴리옥시메틸렌), 기타 등등과 같은 것들, 대신에 사용될 수 있다.

플레이트 (3, 5)는 서로로부터 제거되고, 주머니들 (17(i))를 갖는 플라스틱 호일 (11)이 장치 (1)로부터 제거된다. 그런 다음에, 주머니들 (17(i))를 갖는 플라스틱 호일 (11)은, 주머니들 (17(i))이 제3 플레이트 (13)내 상응하는 개구부 (15(i)) 안으로 삽입되도록 배열된다. 상기 제3 플레이트 (13)은 가열되지 않고(그래서 상온이며), 유리, 적합한 금속 또는 적합한 폴리머로 구성될 수 있다.

개구부 (15(i))내 삽입될 때 상기 주머니들은, 도 1B에서 화살표 (A(2))로 지시되는 바와 같이, 미리 정해진 PCR 반응 혼합물로 채워진다.

다른 플라스틱 호일 (19)이 플라스틱 호일의 (11) 최상부 상에 제공된다. 화살표 (A(3))로 지시되는 바와 같이, 이러한 다른 플라스틱 호일 (19)는 플라스틱 호일 (11) 상에 놓여진다. 도 1C를 보면, 위치 (23)에, 상기 다른 플라스틱 호일은 플라스틱 호일 (11)에 실링된다(sealed). 위치 (23)은, 주머니들 (17(i)) 사이에 위치되고, 다른 플라스틱 호일 (19)이 플리스틱 (11)에 접촉하는 장소이다. 풀칠, 가열, 초음파 등등을 적용하는 것과 같은, 실링(sealing) 을 위한 어느 적합한 수단 및 방법들이 사용될 수 있다.

신장들 (7(i)) 및 개구부들(9(i))은 매트릭스 배열로 배열될 수 있다. 그러면, 주머니들 (17(i)) 또한 매트릭스 배열로 배열될 것이다. 주머니가 몇 개이든(예를 들면 96) 분리된 선들에 평행하게 위치되거나, 또는 연결될 수 있다. 주머니들은 또한, 주머니들의 매트릭스를 연속적으로 창출하기 위해 도입될 수 있다. 대안적으로, 폴리프로필렌의 시트는 주머니 (17(i))의 열 및 행(예를 들면, 8 또는 12 행 안에 하나의 열, 또는 8개 행 안에 12개의 열)을 내포하도록 제공될 수 있다. 주머니들 (17(i))는 원형, 직사각형이 될 수 있고, 또는 어떤 다른 적합한 횡단면 모양을 가질 수 있다. 숫자들은 예시로서만 의미를 갖는다.

도 2A, 2B, 3, 4, 및 5 는, 미리 정해진 온도로 주머니들 (17(i))을 가열하고 냉각하는데 사용되는 온도 조절 장치의 실시예를 나타낸다.

도 2A는 온도 조절 장치 (25)를 나타낸다. 온도 조절 장치 (25)는 히팅 블록의 세트 3개, 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2)), 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2)), 및 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))와 함께 제공된다. 히팅 블록의 이들 세트들은 알루미늄으로 구성될 수 있다. 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2))는, 예를 들면 POM(=폴리옥시메틸렌)과 같은 것으로 제조된 열 차단 블록(heat separation blocks)의 세트 (43(1)/43(2))와 같은, 제1 단열 자재(temperature isolating material)에 의하여 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))로부터 분리된다. 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))는, 예를 들면 POM으로부터, 제조된 열 차단 블록의 세트 (45(1)/45(2))와 같은, 제2 단열 자재에 의하여 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))로부터 분리된다.

상기 히팅 블록의 각각은, 적합하고 오직 도식적으로 지시된 히팅 장치 (47)에 의하여 미리 정해진 온도가 될 수 있도록 가열된다. PCR 사이클의 경우에, 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2))는 367 내지 369 캘빈 사이의 제1 온도로, 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))는 321 내지 343 캘빈 사이의, 더 바람직하게는 331 내지 335 캘빈 사이의 제2 온도로, 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))는 345 내지 347 캘빈 사이의 제3 온도로 가열된다. 물론, 다른 적용들에서 다른 온도들이 적용될 수 있다. 상기 히팅 장치 (47)는, 3개의 개별적인 히팅 유닛들, 히팅 블록의 세트들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2)) 각각 하나씩으로 배열된다. 하지만 이는 또한 상기 히팅 블록의 세트들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2)) 각각 하나의 온도를 조절하기 위해 배열된 단일 히팅 유닛으로 구성될 수도 있다. 다른 배열들도 가능하다. 예를 들면, 상기 히팅 블록들이 10개: 367K 의 온도에서 2개, 345K 온도에서 2개, 333K 온도에서 2개, 331K 온도에서 2개 및 329K 온도에서 2개 있을 수 있다.

알루미늄 대신에 다른 어떤 금속, 합금 또는 플라스틱 또는 높은 열 용량과 열 전도율(heat transmission coefficient)을 갖는 다른 자재가 사용될 수 있다. POM 대신에 충분하게 낮은 열 전도율을 갖는 어떤 다른 자재 또는 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 히팅 블록들은, 물과 같은 액체로 채워진, 히팅 주머니들로서 제조될 수 있다. 이들은, 내부 대류에 의해 지원받아 더 높은 열 용량 및 열 전도를 가질 것이다. 가열된 기체를 갖는 히팅 주머니 또한 사용될 수 있다. 알루미늄 및 POM은 단지 예시로서만 의미를 갖는다. 또한 기체는 차단 자재로서 사용될 수 있다.

상기 시스템은, 예를 들면 주머니 (17(i)) 내부의 상기 반응 혼합물이 상기 바람직한 온도로 가열되고/냉각될 때, 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))은 여전히 대안적으로 동일한 온도로 남는, 그런 방법으로 설치되어야 한다. 이는, 상기 온도가 조절되어야 하는 물질의 열 용량에 적어도 10배의 열 용량을 갖는, 히팅 블록의 세트들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2)) 각각을 제공하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 하지만, 가열되어야 하는 물질과 히팅 블록들의 열 용량 사이의 비율이 더 클수록, 예를 들면 50 보다 많은 것이, 바람직하다.

그러므로, 경우에 따라서, 상기 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))은 PCR 과정에 사용될 것이며, 부피 5 와 100㎕ 사이를 갖는 PCR 혼합물 부피의 온도 변화를 조절할 것이다. 예를 들면, 30 사이클 안에서, 상기 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))의 각각은 알루미늄으로 제조될 수 있으며, 40과 500 그램 사이의 무게를 가질 수 있다.

이러한 구조에서, 히팅 블록의 세트들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))은 POM 블록들 (43(1)/43(2), 45(1)/45(2))에 의해 연속적으로 분리되며, 이는 히팅 블록의 세트들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))을 서로로부터 다른 온도로 격리시킨다. 더 많은 온도 영역들이 요구될 때 더 많은 히팅 블록들/ POM 블록들이 추가될 수 있으며, 더 적은 온도 영역들이 요구될 때 더 적은 히팅 블록들/ POM 블록들이 사용될 수 있다.

히팅 블록들의 각각의 세트 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))는, 물질 또는 혼합물, 바람직하게는 반응 혼합물, 더욱 바람직하게는 핵산 증폭 반응 혼합물, 훨씬 더 바람직하게는 PCR-반응 혼합물, 가장 바람직하게는 PCR-반응 혼합물을 포함하는 주머니 17(i)가 위치되는, 이들 사이의 공간을 창출하도록 합류된다.

히팅 장치 (47)는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 휴대용 가열 소자 (pocket heating elements), 펠티에 소자 (peltier elements), 액체 스트림 (liquid streams), 기체 스트림 (gas streams), 액체의 증발 (evaporation of liquids), 가압된 증발-응축 사이클 (pressurised evaporation-condensation cycling), 등등과 같은, 가열/냉각에 적합한 당해 기술 분야의 숙련된 자에게 알려진 어떤 장치도 될 수 있다.

바람직하게는 히팅 조절 장치 (25)는, 히팅 블록의 단일 세트 하나로부터 히팅 블록들을 앞뒤 방향으로 및 다른 하나로부터 멀리 옮기기 위한, 모터 (39)와 같은, 구동 장치를 포함한다. 모터 (39)는, 히팅 블록들의 각각의 세트 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))의 히팅 블록들 (27(2), 29(2), 31(2))의 하나씩에 연결되어, 상기 세트의 다른 하나에 관련하여 이러한 움직임을 이들에 제공하도록, 지시된다. 물론, 다른 배열들은, 히팅 블록 세트 하나의 히팅 블록들 사이에서 상기 관련된 움직임을 제공하는데 사용될 수도 있다.

히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2)) 사이에 제1 온도 영역 (27(3))이 있으며, 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2)) 사이에 제2 온도 영역(a second heating zone) (29(3))이 있으며, 및 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2)) 사이에 제3 온도 영역(a third heating zone) (31(3))이 있다. 제1 온도 영역 (27(3))이 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2))인 제1 온도 T1과 상당히 동등하고, 제2 온도 영역 (29(3))이 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))인 제2 온도 T2와 상당히 동등하고, 및 제3 온도 영역 (31(3))이 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))인 제3 온도 T3와 상당히 동등하도록, 히팅 블록의 세트들 ((27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))의 상기 개별적인 히팅 블록들 사이의 공간들이 만들어 진다. 연속적인 화살표들 (41(1) 내지 41(4))로 지시되는 바와 같이, 상기 주머니 (17(i))를 하나의 온도 영역에서 다음의 것으로 이동시키는 것에 의하여, 주머니 (17(i))의 온도 및 이의 내용물은 빠르게 변화될 수 있다. 상기 주머니들은 수동으로 이동되거나 적절한 모터에 의해 이동될 수 있다. 만약 히팅 블록들 ((27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2)) 의 열 용량이 주머니 (17(i))과 이의 내용물의 열 용량 보다 상당히 더 크다면, 상기 주머니 (17(i)) 내부 물질/혼합물의 500K/s 및 그 이상의 온도 과도 현상(Temperature transients)이 가능하다. 더 많은 온도 영역들이 요구될 때 블록들의 세트가 더 많이 추가될 수 있다. 온도 영역들은 주머니 (17(i))의 대다수를 수용하기에 충분히 클 수 있다. 예를 들면, 주머니들 (17(i))의 매트릭스를 갖는 카세트가 상기 온도 영역들 (17(i)) 각각 하나씩 내에 위치될 수 있다.

주머니 (17(i))의 한 측면으로 모든 혼합물이 밀집하는 것을 개선하기 위해서, 상기 구조는 수직으로 위치될 수 있으며, 즉, 사용에 있어서, 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2))는 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2)) 위에 있고, 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))는 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2)) 위에 있을 수 있다. 그렇게 함으로써, 상기 혼합물은 중력의 영향 하에서 주머니 (17(i))의 더 낮은 부분으로 밀집될 것이다.

모터(39)는, 주머니 (17(i))와 이의 내용물을 파괴하지 않을 정도의 힘으로 주머니 (17(i))를 밀어낼 정도로, 한 세트의 개별적인 히팅 블록을 다른 하나로 이동시키도록 배열된다. 예를 들면, 이러한 힘은 1 내지 10N, 바람직하게는 3 내지 8N 사이, 더 바람직하게는, 5N 과 같은, 4 내지 6N 사이의 범위에 있을 수 있다. 온도 영역 (27(3), 29(3), 31(3))내 히팅 블록 세트 하나의 히팅 블록들을 압박하는 것에 의해서, 주머니 (17(i))의 내용물은 새로운 모양을 취하도록 힘 받을 것이다. 그러므로, 예를 들면, 만약 상기 내용물들이 어떤 화학적/생물학적 반응의 액체 내 반응물일 경우에, 상기 액체 내부의 이러한 반응물들은 압박에 의해 혼합될 것이고, 유동체에 더 빠르게 열 전달을 유발한다. 대안적으로 주머니 (17(i)), 전체 시스템 또는 시스템의 일부가 유동체를 혼합하기 위해 흔들어질 수 있고, 유동체에 빠른 열 전달을 유발한다. 이러한 방법은 또한 여기 설명된 하나 보다는 열적 사이클의 다른 디자인들에도 적용될 수 있다. 압박하는 것은 또한 주머니 (17(i)) 및 히팅 블록 ((27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2)) 사이의 물리적 접촉 면적을 증가시키는 수단으로 쓰일 수 있으며, 따라서, 상기 액체로 또는 액체로부터의 열 전달을 향상시킨다.

본 발명의 발명자에 의해 수행된 테스트들은, 30 사이클 PCR 과정인 경우에도 수동으로 수행되고(즉, 주머니들 (17(i))가 하나의 온도 영역 (27(3), 29(3), 31(3))에서 다음으로 수동으로 옮겨진다), 이는 가능한 빠른 7분 내에 이루어질 수 있다는 것을 보여주었다.

도 3은 히팅 블록 (27(1)/27(2))의 각각이, 열 변환 (heat transduction)을 개선시키도록 슬롯 (28(1)/28(2))으로 윤곽이 그려진 실시예를 나타낸다. 상기 슬롯 (28(1)/28(2))은 주머니 (17(i))의 모양을 정확하게 고정할 수 있는 터널을 창출하도록 다른 하나에 마주하고 있다. 일 실시예에서, 사용에 있어서, 둘 또는 그 이상의 주머니 (17(i))은 히팅 블록 (27(1)/27(2)) 사이의 공간에 평행하게 위치된다. 이런 경우에, 슬롯들의 대다수는, 주머니들 (17(i))의 대다수를 위해 몇몇의 평행 터널을 창출하도록, 히팅 블록 (27(1)/27(2))의 반대 측면으로 장착될 수 있다. 비록 도 3은 히팅 블록 (27(1)/(27(2))을 위한 슬롯들을 나타내지만, 상기 슬롯들이 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))의 어느 하나에 제공될 수 있다는 것은 분명할 것이다. 슬롯 (28(1),28(2))는 주머니들 (17(i))의 모양에 정확하게 일치하지는 않을 수 있어서, 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))이 함께 압박될 때 상기 내용물들은 혼합된다. 상기 슬롯들은, 반원, 다각형의 일부, 타원의 일부, 등등과 같은, 어느 적합한 횡단면 모양을 가질 수 있다.

상기 주머니들 (17(i))은, 적합한 모터(나타내지 않은)에 의해 작동되는, 슬라이드에 의해, 하나의 영역 27(3), 29(3), 31(3)으로부터 다음으로 이동될 수 있다. 일차 또는 다차원의 공간 내 물체를 이동시키도록 디자인된 어느 다른 장치도 사용될 수 있다. 방법들 및 장치들이 당해 기술분야의 어느 숙련된 자에게 알려질 것이다.

다른 대안적인 배열들이 도 4 및 5에서 나타난다. 도 4는 히팅 조절 장치의 원형 배열을 나타내며, 즉 히팅 블록 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))의 세트는 원형으로 배열된다. 도 4의 배열에서, 모든 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))은 단일 원형의 중심으로부터 동일하게 간격을 두어 떨어져있다. 도 5의 배열에서, 주머니 (17(i))의 원형 궤도가 각각의 히팅 블록 세트의 제1 및 제2의 것들 사이에 위치되도록, 제1 히팅 블록 세트 (27(1), 29(1), 31(1))는 원형의 중심으로부터 제1 거리에 위치되는 반면, 상기 제2 히팅 블록 세트는 저 원형으로부터 제2 거리에 위치된다. 물론 도 5에서 지시되는 바와 같이, 히팅 블록 세트들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))의 한 세트 이상이 단일 원형 상에 배열될 수 있다. 각각의 세트는 PCR 과정의 30 사이클의 한 사이클을 제공하도록 배열된다. 이런 방법으로, 단일 원형 궤적을 따라서 상기 주머니 (17(i))을 이동시키는 것에 의해 30 사이클의 전체 과정이 더 가속화될 수 있다.

다른 대안적인 것에 따르면, 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2))의 각각 쌍의 히팅 블록 2개는 다른 하나의 위에 위치될 수 있어서, 원형의 중심으로부터 동등하게 간격을 두어 떨어지고, 그 원의 평면은 각각 쌍의 대립하는(opposing) 둘 사이에 위치된다. 그 다음에 상기 주머니들 (17(i))는 상기 히팅 블록들 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2), 31(1)/31(2)) 사이의 원의 평면 내에서 이동될 수 있다.

대안적으로, 도 6에서 나타낸 바와 같이, 상기 원형 구조는 두 개의 (또는 그 이상의) 동심의, 원통형 모양의 히팅 블록들로 만들어 질 수 있다. 도 6은, 제1 원형의 외부 측면 상에 위치한 제1 히팅 블록 (27(1)), 제1 원형보다 더 작은 반지름의 제2 원형의 외부 측면 상과 제1 원형 내부에 위치한 제2 히팅 블록 (29(1)), 및 제2 원형보다 더 작은 반지름의 제3 원형의 외부 측면 상과 제1 원형 내부에 위치한 제3 히팅 블록 (31(1))을 나타낸다. 제1 히팅 블록 (27(1)) 및 제2 히팅 블록 (29(1))은 제1 원형의 내부에 위치한 제1 단열체(isolator) (43(1))에 의해 분리된다. 제2 히팅 블록 (29(1)) 및 제3 히팅 블록 (31(1))은 제2 원형의 내부 상에 위치한 제2 단열체 (45(1))에 의해 분리된다. 게다가, 제3 단열체 (47(1))은 제3 원형의 내부 상에 위치된다. 이런 방법으로, 제1 온도 T1인 제1 온도 영역 (27(3))은, 적절한 온도로 제1 히팅 블록 (27(1))을 가열하는 것에 의하여 제1 히팅 블록 (27(1))과 제1 단열체 (43(1)) 사이에 발생될 수 있다. 제2 온도 T2인 제2 온도 영역 (29(3))은, 적절한 온도로 제2 히팅 블록 (29(1))을 가열하는 것에 의하여, 제2 히팅 블록 (29(1))과 제2 단열체 (45(1)) 사이에 발생될 수 있다. 제3 온도 T3 인 제3 온도 영역 (29(3))은, 적절한 온도로 제3 히팅 블록 (31(1))을 가열하는 것에 의하여, 제3 히팅 블록 (31(1))과 제3 단열체 (47(1)) 사이에 발생될 수 있다. 주머니들 (17(i))은, 온도 T1, T2 및 T3 로 연속적으로 가열될 수 있도록, 동심의 원형을 따라서 이동될 수 있다. 이러한 실시예의 모든 자재들은 다른 실시예에서 처럼 동일한 것일 수 있다.

다른 실시예에서, 내부적 온도 기울기를 갖는 적어도 하나의 히팅 블록이 사용된다. 일 실시예를 도 7에 나타낸다. 도 7의 실시예는 동심원으로 위치된 2개의 히팅 블록 (34(1), 34(2))를 포함한다. 동심의 히팅 블록 (34(1), 34(2)) 둘 모두의 제1 말단은 제1 온도 T1까지 가열되고, 제2 말단은 제3 온도 T3까지 가열된다. 따라서, 주머니들 (17(i))이 제1 말단으로부터 제2 말단으로 동심의 히팅 블록들 사이의 궤적을 따라 이동되는 동안에, 이들은 제1 온도 T1인 제1 온도 영역 (27(3))으로부터 제3 온도 T3인 제3 온도 영역 (31(3))까지 이동될 것이다. 그러므로 이들 내용물의 온도는 T1에서 T3까지 변화할 것이다. T1과 T3 사이의, 온도 T2인 제2 온도 (29(3))가 있는 위치는, 제1 및 제2 온도 영역들 사이에 있을 것이다. 주머니들 (17(i))의 움직임은, PCR 과정과 같은, 요구되는 과정이 그들 내부에서 일어나도록 유발하기 위해 온도 영역 (27(3), 29(3), 31(3)) 내에 충분히 오래 머물게 조절될 것이다. 움직임은 수동으로 이루어질 수 있고, 또는 위의 실시예로 참조로 설명된 바와 같은, 어떠한 적합한 구동 장치에 의해 이루어질 수 있다.

제2 히팅 블록 (34(2))를 배열하는 대신에, 어느 적합한 형태 또는 자재의 온도 단열재가 3개의 온도 영역 (27(3), 29(3), 및 31(3))이 창출되도록 배열될 수 있다.

도 7에서 나타낸 바와 같은 배열은 동심의 유닛들로 실행될 필요는 없다. 직사각형의 블록 모양인 유닛들 또는 다른 어떠한 적합한 형태로도 마찬가지로 충분히 제조될 수 있다.

열적 사이클 동안 PCR-반응에서 제조된 DNA-조각들은, 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게 잘 알려진 표지 유닛들(labeling units)에 의해 표지될 수 있으며, 주머니들 (17(i))의 내용물들을 실링하기에 앞서 추가된다. 상기 표지 유닛들의 예시는 Invitrogen?s Sybr Green이며, 오직 이중 가닥의 DNA에 결합될 때만, 미리 정해진 광선의 파장을 갖는 자극 후에 광자를 방출한다. 표지 유닛의 또 다른 예시는 Applied Biosystems TaqMan 프로브이다. TaqMan 프로브는 올리고뉴클레오티드 프로브의 5'-말단에 공유적으로 부착된 형광단(fluorophore) 및 3'-말단에 퀀처(quencher)로 구성된다. 상기 형광단 및 퀀처가 근접해 있는 한, 퀀칭(quenching)은 어떠한 형광 신호도 저해한다. TaqMan 프로브는 프라이머의 특이적인 세트에 의해 증폭된 DNA 지역 내에 결합되도록 디자인된다. Taq 폴리머라제가 프라이머를 연장시키고, 초기의 가닥을 합성함에 따라, 상기 폴리머라제의 5' to 3' 엑소뉴클레아제의 활성(the 5' to 3' exonuclease activity of the polymerase)은 주형에 결합된 프로브를 분해한다. 상기 프로브의 분해는 이로부터 형광단을 방출하고, 퀀처에 가까운 근접성을 깨므로, 퀀처 효과를 줄이고 형광단의 형광을 허용한다. 따라서, 실시간 PCR 열적 사이클러 내에서 관찰되는 형광은, PCR 내 존재하는 DNA 주형의 양 및 방출된 형광단에 직접적으로 정비례한다.

광학적 신호를 발생시키는, 다른 적합한 표지 방법이 사용될 수 있다. 광학적 신호를 사용하는 것이 예시로 쓰인다. 이중 가닥 DNA에 연결될 때, 예를 들면, 자기 공명, 강한 자기장 내에서 움직임을 바꾸는 것과 같은, 다른 신호를 발생시키는 표지가 사용될 수 있다. 해당 기술분야 내 숙련된 자들은, 다른 방법들이 사용될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

PCR 과정 마지막에, DNA의 생성된 양을 검출하기 위하여, 원칙적으로, 두 가지 다른 접근이 사용될 수 있다.

첫 번째는 PCR 과정 마지막, 즉, 제3, 신장 온도의 적용 후에, 생성물을 검출하는 것이다. 이러한 배치(setup)은, 위에 설명된 바와 같은 PCR 과정으로부터 완전히 독립적으로 사용될 수 있다. 이러한 검출은 상기 반응 동안 생성된 생성물의 양을 제공한다. 이를 위하여 작은 스캐너가 사용될 수 있다. 상기 스캐너는, 열적 사이클이 수행된 후에 주머니들 (17(i))을 위치시킬 수 있는, 예를 들면 유리로 만들어진, 플레이트로 구성될 수 있다. 유리 대신에 다른 적합한 자재가 사용될 수 있다. 이러한 자재들은 당해 기술분야의 숙련된 자들에게 알려진 것일 수 있다. 주머니들 (17(i))은, 두 개의 대립하는, 상당히 편평한 주머니들 (17(i)) 표면이 미리 정해진 거리에 창출되도록, 플레이트 상에서 압박될 수 있다. 이는 명확한 스캐닝 과정을 지원한다.

상기 유리의 반대쪽에, 자극을 위한 적합한 램프가 사용될 수 있다. 광선 자극은 적용되는 표지에 의존한다. 적합한 램프는 크세논-램프일 수 있다. 다른 적합한 광원이 당해 기술분야의 숙련된 자들에게 알려져 있을 수 있다. 필터링은, 상기 표지를 흥분시킬 정도인 것으로 선택된, 미리 정해진 광선 자극을 상기 표지에 전달하는데 사용될 수 있다. 적합한 필터들의 예시들은 채색된 유리 또는 플라스틱 시트나 그리드(grids)들이 있다. 다중 필터들의 조합이 사용될 수 있다. 주머니들 (17(i))의 반대쪽에, 고정되어 있거나 또는 움직이는 검출기, 예를 들면 CCD-칩이 신호를 창출하기 위해 사용될 수 있다. 상기 CCD-칩은 카메라를 형성하는 렌즈와 결합될 수 있다. 필터는, 다른 파장으로부터 다른 표지로부터의 방출 신호를 차단시키도록, 주머니들 (17(i)) 및 CCD-칩 사이에 적용될 수 있다. 예를 들면 적합한 필터들은 채색된 유리 또는 플라스틱 시트 또는 그리드이다. 다중 필터들의 조합이 사용될 수 있다. 상기 스캐너는, 당해 기술분야의 숙련된 자들에게 알려진 수단들, 예를 들면 USB를 통하여, 컴퓨터에 연결될 수 있다. 주머니 (17(i)) 내 생성된 생성물 당 용융 곡선을 생성할 수 있도록, 상기 스캐너는 주머니 (17(i)) 내 액체의 온도를 조절할 수 있게 구조화될 수 있다. 하나의 온도 T1에서 다음 온도 T2로 액체의 온도를 경사지게 하는 것으로, 여기에서 T2는 T1보다 높고, T1은 모든 생성물들이 이중가닥 DNA가 되며 형성될 수 있게 충분히 낮고, T2는 모든 생성물들이 단일가닥 DNA (용융된)으로 존재하며 형성될 수 있게 충분히 높다. 이러한 과정 동안에 각 온도에서 생성물에 특이적인 속도론(kenetics)으로, 모든 생성물들은 이들의 이중 가닥 형태에서 단일 가닥 형태로 전환될 것이다. 이중가닥 형태에서 단일가닥 형태로 갈 때, 표지(예를 들면 SYBR Green)은 생성물로부터 떨어지고, 방출하는 신호를 포착할 것이다. 이런 방법으로, 주머니 (17(i)) 내 생성물들 각각의 용융 온도가 측정될 수 있다. 이는 또한, 하나의 봉입체 내부에서 다른 용융 온도와 속도론을 갖는 생성물의 수를 계산하게 한다.

대안적으로 상기 스캐너는, 위에 기술된 바와 같은, 열적 사이클에 적용된, 블록의 구조화를 내부에 고정시키도록 구조화 될 수 있다. 이는 도 2B 에 나타낸다. 그렇게 하기 위하여, 상기 스캐너는 히팅 블록의 제2 세트(29(1)/29(2)) 내 통합된다. 그런 목적으로 히팅 블록의 제2 세트(29(1)/29(2))의 각각은 2개의 히팅 서브블록 (29(1,1)/29(1,2) 및 29(2,1)/29(2,2))로 갈라진다. 히팅 서브블록 (29(1,1)/29(1,2))은, 렌즈로 사용될 수 있는 자재의 제1 층 (30(1))에 의해 분리된다. 히팅 서브블록 (29(2,1)/29(2,2))은, 렌즈 및 필터 중 적어도 어느 하나로 사용될 수 있는 자재의 제2 층 (30(2))에 의해 분리된다. 제1 및 제2 층 (30(1), 30(2)) 둘 모두는 적합한 폴리머 또는 유리의 시트로 만들어질 수 있다. 광원 (32)는, 반응 혼합물을 담고 있는 주머니 (17(i))로 미리 정해진 파장 λ1의 광선을 제공하도록 배열되어, 반응 혼합물 내 표지는, 흥분되고 상기 자극에 의해 유발되는 λ2의 파장을 갖는 광선을 방출시킨다. CCD-칩과 같은 검출기 (34)는 파장 λ2를 갖는 광선을 받을 수 있게 배열된다. 검출 유닛 (34)는, 검출기 (34)로부터 출력 신호를 받고, 이를 분석하며, 상기 출력 신호에 기초하여 주머니 (17(i)) 내 혼합물의 내용물에 관한 데이터를 제공하도록, 배열된 적합한 프로세서 (36)에 연결된다.

히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))는 제3 온도 영역 (31(3)) 내를 측정하는 유사한 스캐너를 제공할 수 있도록 같은 방법으로 갈라질 수 있다.

제1 및 제2 층 (30(1), 30(2))은, 히팅 블록 세트들의 히팅 블록들로서, 상기 동일한 방법으로 모터 (39)에 의해 다른 하나 쪽으로 이동될 수 있도록 배열된다. 이러한 방법으로, 파장 λ1을 갖는 광선으로 스캐닝 하는 동안에 주머니 (17(i))들은, 상기 히팅 블록 제2 세트 (29(1), 29(2))의 히팅 블록들 사이의 거리에 의해 정해진 미리 정해진 거리에서, 두 개의 대립하는, 상당히 편평한 측면들을 가질 정도로, 함께 압박된다. 따라서, 각각의 주머니 (17(i)) 내부의 DNA 양은 상기 동일한 방법으로 언제나 측정되며, 그 결과 더욱 신뢰할 수 있는 측정 데이터를 초래한다. 상기 주머니 (17(i))은, 들어오고 나가는 광선을 현저히 흡수하지 않거나 오직 매우 적은 양을 흡수하는 매우 얇은 투명한 자재로 제조될 수 있다.

도 2b 에 나타낸 바와 같은 구조화를 사용하는 대신에, 파장 λ1을 갖는 광선은, 대안적으로, 그림 표면의 수직 방향으로부터 히팅 블록들 사이의 공간으로 전달 시킬 수 있다. 하지만, 그 다음에, 만약 다른 하나에 인접한 몇몇의 주머니들 (17(i))가 상기 동일한 방향 내에 있다면, 모든 주머니 (17(i))는 다른 양의 광선을 받을 것이다. 그러면, 하나는 이러한 효과를 보완해야 한다.

특별한 버전에서 신장 온도까지 주머니 (17(i)) 내부의 혼합물을 가열하기 위해 상기 히팅 블록 (31(2))은 동일한 온도에서 렌즈로 교체될 수 있다.

본 발명은 첨부된 청구범위 및 이의 기술적 균등물에 의해 오직 제한되고 이해되어야 한다. 본 명세서 및 이의 청구범위 내에서, 동사 "포함하는" 및 이의 활용은, 다음의 단어가 포함되는 물품을 의미하고, 특별한 언급이 없는 한 물품들을 제외하지 않는, 이들의 비-제한적인 관념으로 사용된다. 추가적으로, 불명확한 관사 "하나 (a 또는 an)" 에 의한 구성요소의 언급은, 상기 문맥이 구성요소가 오직 하나 및 하나 존재한다는 것을 명확하게 요구하지 않는 이상, 구성요소 하나 이상이 존재할가능성을 배제하지 않는다. 따라서 상기 불명확한 관사 "하나 (a 또는 an)"는 일반적으로 "적어도 하나"를 의미한다.

예를 들면, 본 명세서에서, "히팅 블록의 세트" 라는 단어는, 물질을 받고, 미리 정해진 온도, 즉 히팅 블록의 온도까지 상기 물질을 가열하기 위한 공간을 정하는데 사용되는 히팅 블록들을 정의하는데 사용된다. 도면들은 두 개의 히팅 블록들을 갖는 상기 세트들을 나타낸다. 하지만 상기 세트들은 3개 또는 그 이상의 히팅 블록들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims

온도 조절장치와,
표면으로부터 연장하는 복수의 주머니들 (17(i))을 갖고 상기 주머니들을 둘러싸고 상기 표면 내에 위치된 표면 위치들에서 제1 호일부들 (23)을 갖는 제1 플라스틱 호일 (11) - 상기 주머니들의 각각은 반응 혼합물(reaction mix)을 함유하고, 상기 반응 혼합물은 폴리머라제 사슬 반응(PCR) 혼합물을 포함함 - 및 상기 제1 플라스틱 호일과는 구분되고, 상기 제1 플라스틱 호일 (11)의 상단에(on the top of) 위치되어, 상기 제1 호일부들 (23)에서 상기 제1 플라스틱 호일에 시일되는(sealed) 제2 플라스틱 호일 (19)을 갖는 유닛을 포함하고,
상기 주머니들 (17(i))은 5 에서 100㎕ 사이의 부피를 가지는 것이고, 1 내지 10N 사이의 범위 내의 힘이 상기 주머니들 (17(i))에 가해질 때 상기 힘에 의해 상기 주머니들 (17(i))이 파괴되지 않고 상기 주머니들 (17(i))의 내용물이 새로운 모양을 취하도록 배열되고,
상기 온도 조절 장치는 제1 온도 (T1)를 얻고, 제2 온도 (T2)로 변화시키기 위해 상기 PCR 혼합물의 온도를 조절하도록 배열되고,
히팅 장치 (47)뿐 아니라 적어도 제1 히팅 블록 (27(1); 34(1)) 및 제2 히팅 블록 (29(1); 34(1))을 포함하며,
상기 히팅 장치(47)는, 상기 제1 히팅 블록 (27(1); 34(1))을 상기 제1 온도 (T1)까지 가열하도록 및 상기 제2 히팅 블록 (29(1); 34(1))을 상기 제2 온도 (T2)까지 가열하도록 배열되며,
상기 온도 조절 장치는, 상기 유닛을 받아들이도록 배열된 이들 사이의 제1 공간을 정의하고 제1 온도 (T1)을 가지는 제1 온도 영역 (27(3))을 정의하도록 상기 제1 히팅 블록 (27(1))에 대립하는 제1 자재 (27(2); 43(1))을 포함하며,
상기 온도 조절 장치는, 상기 유닛을 받아들이도록 배열된 이들 사이의 제 2 공간을 정의하고 제2 온도 (T2)를 가지는 제2 온도 영역 (29(3))을 정의하도록, 상기 제2 히팅 블록(29(1))에 대립하는 제2 자재 (29(2); 45(1))를 가지며,
상기 제1 및 제2 공간은 상기 유닛이 제1 온도 영역 (27(3))에서 제2 온도 영역 (29(3))으로 이동될 수 있도록 배열되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 온도 조절 장치는, 적어도 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2)) 및 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))를 포함하고,
상기 히팅 장치 (47)는, 상기 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2))를 상기 제1 온도 (T1)까지 가열하고, 상기 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))를 상기 제2 온도 (T2)까지 가열하도록 배열되며,
상기 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2))는, 단열 자재 (43(1)/43(2))에 의하여 상기 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))로부터 분리되며,
상기 히팅 블록의 제1 세트 (27(1)/27(2))는 이들 사이의 상기 제1 공간을 정의하고, 상기 히팅 블록의 제2 세트 (29(1)/29(2))는 이들 사이의 상기 제2 공간을 정의하는 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 단열 자재 (43(1)/43(2))는 POM으로 제조되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 히팅 블록 (27(1)/27(2), 29(1)/29(2))은 금속, 또는, 액체 또는 기체로 채워진 주머니로 제조되는 것인, 시스템.
제4항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄인, 시스템.
제4항에 있어서,
상기 액체는 물인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 온도 조절 장치는, 상기 주머니들 (17(i))을 밀어낼 정도로, 상기 제1 히팅 블록 및 상기 제1 자재를 서로에 대하여 이동시키고, 상기 제2 히팅 블록 및 상기 제2 자재를 서로에 대하여 이동시키도록 배열된, 모터 (39)와 같은, 구동 장치를 포함하는 것인, 시스템.
제7항에 있어서,
상기 구동 장치 (39)는, 1 내지 10N 사이의 범위 내 힘으로 상기 주머니를 (17(i))을 밀어내도록 배열되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 장치는 스캐너를 포함하고,
상기 스캐너는, 제1 파장 (λ1)으로 광선을 생산하기 위한 광원 (32); 상기 주머니들로 상기 광선을 인도하기 위한 제1 렌즈 (30(1)); 상기 주머니들로부터 제2 파장 (λ2)으로 방출된 광선을 받기 위한 검출기 (34); 및 상기 검출기 (34)로부터 출력 신호를 받고, 상기 받은 출력 신호에 기초하여 상기 주머니들 내의 PCR 혼합물의 분석을 위해 상기 검출기 (34)에 연결된 프로세서 (36);를 포함하는 것인, 시스템.
제9항에 있어서,
상기 히팅 블록의 제2 세트의 첫 번째 하나는, 히팅 블록 (29(1,1)/29(1,2))의 제1 서브세트를 포함하고,
상기 제1 렌즈 (30(1))는 상기 히팅 블록 (29(1,1)/29(1,2))의 제1 서브세트 중 적어도 하나의 개개의 것들 사이에 배열되는 것인, 시스템.
제10항에 있어서,
상기 히팅 블록의 제2 세트의 두 번째 하나는, 히팅 블록 (29(2,1)/29(2,2))의 제2 서브세트를 포함하고,
상기 스캐너는, 상기 주머니들 내의 PCR 혼합물로부터 상기 제2 파장 (λ2)으로 방출된 상기 광선을 받고 이를 상기 검출기 (34)로 전달하기 위하여, 상기 히팅 블록 (29(2,1)/29(2,2))의 제2 서브세트의 개개의 것들 사이에 배열된 제2 렌즈 (30(2))를 포함하는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
적어도 상기 제1 히팅 블록 (27(1))은 서로 대립하는 표면에 슬롯 (28(1); 28(2))를 포함하는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
히팅 블록들의 모든 세트들은, 모든 상기 온도 영역들이 원형 상에 위치되도록, 상기 원형 상에 배치되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 히팅 블록은 제1 및 제2 단부들을 갖는 제3 히팅 블록의 일체 부품(integral parts)이고, 상기 제1 히팅 블록은 상기 제1 단부에 의해 형성되고, 상기 제2 히팅 블록은 상기 제1 및 제2 단부들의 사이의 부분에 의해 형성되는, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 히팅 장치 (47)는, 상기 주머니들 (17(i)) 내부에서 PCR 과정을 수행시킬 정도로, 상기 제1 히팅 블록 (27(1))은 상기 제1 온도 상에 있게 하고, 및 상기 제2 히팅 블록 (29(1))은 상기 제2 온도 상에 있게 하도록 조절하기 위해 배열되는 것인, 시스템.
제15항에 있어서,
상기 온도 조절 장치는 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))를 포함하고,
상기 히팅 장치 (47)는 상기 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))를 제3 온도 (T3)까지 가열시키도록 배열되며,
상기 제1 온도 (T1)는 367 내지 369K의 범위 내 이고, 상기 제2 온도 (T2)는 321 내지 343K의 범위 내 이고, 상기 제3 온도 (T3)은 345 내지 347 K의 범위 내 인, 시스템.
제15항에 있어서,
상기 온도 조절 장치는 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))를 포함하고,
상기 히팅 장치 (47)는 상기 히팅 블록의 제3 세트 (31(1)/31(2))를 제3 온도 (T3)까지 가열시키도록 배열되며,
상기 제1 온도 (T1)는 367 내지 369K의 범위 내 이고, 상기 제2 온도 (T2)는 331 내지 335K의 범위 내 이고, 상기 제3 온도 (T3)은 345 내지 347 K의 범위 내 인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 주머니들 (17(i))은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에텐, PMMA, 폴리카르보네이트 및 다른 투명한 자재들 중 어느 하나로 제조되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 주머니들 (17(i))은 10에서 50㎕ 사이의 부피를 가지는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 주머니들 (17(i))은 20㎕의 부피를 가지는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 히팅 블록들의 각각 개별적인 하나는, 80에서 1000 J/K 사이의 열 용량을 갖는 것인, 시스템.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용하는 방법으로서:
복수의 신장들 (7(i))을 갖는 제1 플레이트 (3) 및 복수의 개구부들 (9(i)) - 각 개구부 (9(i))는 상기 제1 플레이트 (3)의 신장 (7(i))을 받아들일 수 있도록 하는 형상으로 배열됨 -을 갖는 제2 플레이트(5)를 제공하는 단계;
상기 제1 플레이트 (3)와 상기 제2 플레이트 (5) 사이에 제1 플라스틱 호일 (11)을 배치하는 단계;
상기 제1 플라스틱 호일 (11)이 부드러워지도록 상기 제1 플레이트 (3)과 상기 제2 플레이트 (5)를 미리 정해진 온도로 가열하는 단계;
상기 개구부들 (9(i))이 상기 신장들 (7(i))을 받아들이고, 5에서 100㎕의 범위 내의 부피를 가지는 주머니들 (17(i))을 상기 제1 플라스틱 호일에 형성하도록 상기 제1 플레이트 (3)와 상기 제2 플레이트 (5)를 서로에 대해 이동시키는 단계;
하나의 프라이머 및 상당량의 이중-가닥 DNA를 상기 주머니들 (17(i)) 내에 제공하는 단계;
상기 제1 플라스틱 호일의 상단에서 상기 주머니들 (17(i)) 사이의 위치들 (23)에서 제2 플라스틱 호일 (19)을 시일하는 단계;
상기 DNA상에 변성 작용을 수행하고 변성된 DNA가 되도록 상기 주머니들 (17(i))을 상기 제1 온도 영역으로 이동시키는 단계;
상기 변성된 DNA 상에서 상기 프라이머와 결합(annealing) 작용을 수행하도록 상기 변성된 DNA를 상기 제2 온도 영역으로 이동시키는 단계;
신장 작용을 수행하도록 상기 변성 및 결합된(annealed) DNA를 상기 제3 온도 영역으로 이동시키는 단계;를 특징으로 하며,
상기 결합 및 신장 작용은 하나의 단일 온도 영역에서 하나의 단일 작용으로 수행되는 것인, 방법.
제22항에 따른 시스템을 사용하는 방법으로서:
상기 제2 플레이트 (5)로부터 상기 주머니들 (17(i))을 갖는 플라스틱 호일 (11)을 제거하고 상기 주머니들 (17(i))이 제3 플레이트(13)의 상응하는 개구부들(15i) 안으로 삽입되도록 상기 주머니들 (17(i))을 갖는 플라스틱 호일 (11)을 배치하는 단계
의 작업을 포함하고,
상기 작업 후에,
상기 개구부들 (9(i))이 상기 신장들 (7(i))을 받아들이고, 5에서 100㎕의 범위 내의 부피를 가지는 주머니들 (17(i))을 상기 제1 플라스틱 호일에 형성하도록 상기 제1 플레이트 (3)와 상기 제2 플레이트 (5)를 서로에 대해 이동시키는 단계가 수행되고,
상기 작업 전에,
하나의 프라이머 및 상당량의 이중-가닥 DNA를 상기 주머니들 (17(i)) 내에 제공하는 단계
가 수행되는, 방법.