KR101296168B1 - 바이오 진단 시스템, 장치 및 키트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오 진단 시스템, 장치 및 키트에 관한 것이다. 개시된 기술의 일측면은 복수의 종류의 바이오 물질들, 및 이들에 대응하는 복수의 종류의 형광체들을 구비하는 단일 스팟을 포함하는 대상 스팟; 상기 복수의 종류의 형광체들을 여기시킬 수 있는 광을 상기 대상 스팟에 제공하는 광원; 복수의 필터 영역들을 포함하며, 상기 복수의 필터 영역들 중 각 필터 영역은 상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 각 필터 영역에 대응하는 종류의 형광체들로부터 제공되는 광을 선택적으로 통과시키는 광학 플라즈모닉 필터; 및 복수의 센서 영역들을 포함하며, 상기 복수의 센서 영역들 중 각 센서 영역은 상기 복수의 필터 영역들 중에서 상기 각 센서 영역에 대응하는 필터 영역을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공하는 광 센서를 구비하는 바이오 진단 시스템을 제공하는 데 있다.
Description
본 발명은 바이오 진단 시스템, 장치 및 키트에 관한 것이다.
도 8은 종래기술에 의한 바이오 진단 시스템에 사용되는 멀티 스팟 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 기판(820) 위에 멀티 스팟들(810a, 810b, 810c, 810d)이 배치되어 있다. 멀티 스팟들 중에서 제1 스팟(810a)은 기판(820)에 고정된 제1 수용체들(811a), 제1 수용체들(811a)과 결합된 제1 바이오 물질들(812a), 및 제1 바이오 물질들(812a)과 결합된 형광체들(813)을 구비한다. 같은 방식으로 제2, 제3 및 제4 스팟들(810b, 810c, 810d)은 각각 제2, 제3 및 제4 수용체들(811b, 811c, 811d), 제2, 제3 및 제4 바이오 물질들(812b, 812c, 812d), 및 형광체들(813)을 구비한다. 따라서 멀티 스팟들(810a, 810b, 810c, 810d)의 개수는 측정하고자 하는 바이오 물질들(812a, 812b, 812c, 812d)의 개수와 일치한다. 제1 바이오 물질들(812a)의 존재 유무 또는 농도를 측정하기 위해서는 제1 스팟(810a)에 포함된 형광체들(813)이 방출하는 광을 측정한다. 같은 방식으로 제2, 제3 및 제4 바이오 물질들(812b, 812c, 812d)의 존재 유무 또는 농도를 측정하기 위해서는 각각 제2, 제3 및 제4 스팟(810b, 810c, 810d)에 포함된 형광체(813)이 방출하는 광을 측정한다.
상술한 종래기술에 의한 바이오 진단 시스템은 개선의 여지가 있다. 첫째, 멀티 스팟 방식에 의할 경우, 각 스팟에 포함된 수용체들의 개수를 정확히 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 이는 정량 분석을 어렵게 한다. 보다 구체적으로, 측정 대상이 되는 바이오 물질들의 개수가 동일하더라도, 수용체들의 개수가 증가하면 측정되는 광의 세기가 증가할 수 있으며, 수용체들의 개수가 감소하면 측정되는 광의 세기가 감소할 수 있다. 따라서 광의 세기만으로 바이오 물질의 농도를 계산할 수 없게 된다. 멀티 스팟 방식에 의할 경우, 제1 스팟에 포함된 수용체들과 제2 스팟에 포함된 수용체들은 별도의 과정을 통하여 형성되므로, 제1 스팟에 포함된 수용체들의 개수와 제2 스팟에 포함된 수용체들의 개수를 동일하게 만드는 것 또한 용이하지 아니하다. 이는 제1 스팟으로부터 방출되는 광의 세기 및 제2 스팟으로부터 방출되는 광의 세기를 측정하더라도 제1 바이오 물질들의 농도 및 제2 바이오 물질들의 농도의 비율을 정확히 계산하는 것을 어렵게 만든다. 둘째, 멀티 스팟 방식에 의할 경우, 여러 스팟들을 형성하여야 하고, 여러 스팟들로부터 방출되는 광들을 측정하여야 하므로, 바이오 진단에 소요되는 시료의 양, 시간 및 비용 등을 증가시킨다는 문제점을 가진다.
따라서, 개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 종래기술의 문제점들을 해결하여, 보다 정확한 정량 분석을 가능하게 하고, 동시 다중 분석을 가능하게 하고, 바이오 진단에 소요되는 시료의 양, 시간 및 비용 등을 감소시킬 수 있는 바이오 진단 시스템, 장치 및 키트를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 개시된 기술의 일측면은 복수의 종류의 바이오 물질들, 및 이들에 대응하는 복수의 종류의 형광체들을 구비하는 단일 스팟을 포함하는 대상 스팟; 상기 복수의 종류의 형광체들을 여기시킬 수 있는 광을 상기 대상 스팟에 제공하는 광원; 복수의 필터 영역들을 포함하며, 상기 복수의 필터 영역들 중 각 필터 영역은 상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 각 필터 영역에 대응하는 종류의 형광체들로부터 제공되는 광을 선택적으로 통과시키는 광학 플라즈모닉 필터; 및 복수의 센서 영역들을 포함하며, 상기 복수의 센서 영역들 중 각 센서 영역은 상기 복수의 필터 영역들 중에서 상기 각 센서 영역에 대응하는 필터 영역을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공하는 광 센서를 구비하는 바이오 진단 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 개시된 기술의 일측면은 복수의 종류의 바이오 물질들, 및 이들에 대응하는 복수의 종류의 형광체들을 구비하는 단일 스팟이 투입될 수 있는 바이오 진단 장치에 있어서, 상기 복수의 종류의 형광체들을 여기시킬 수 있는 광을 상기 단일 스팟에 제공하는 광원; 복수의 필터 영역들을 포함하며, 상기 복수의 필터 영역들 중 각 필터 영역은 상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 각 필터 영역에 대응하는 종류의 형광체들로부터 제공되는 광을 선택적으로 통과시키는 광학 필터; 및 복수의 센서 영역들을 포함하며, 상기 복수의 센서 영역들 중 각 센서 영역은 상기 복수의 필터 영역들 중에서 상기 각 센서 영역에 대응하는 필터 영역을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공하는 광 센서를 구비하는 바이오 진단 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 개시된 기술의 일측면은 시료 패드, 콘주게이트 패드, 신호발생 패드 및 흡수 패드를 구비하는 바이오 진단 키트에 있어서, 상기 신호발생 패드에는 측정 대상이 되는 복수의 종류의 바이오 물질들과 결합할 수 있는 복수의 종류의 수용체들이 단일 스팟 방식으로 고정되어 있으며, 상기 콘주게이트 패드에는 상기 복수의 종류의 바이오 물질들과 결합될 수 있는 복수의 종류의 형광체들이 제공되어 있는 바이오 진단 키트를 제공하는 데 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시 예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
일 실시 예에 따른 바이오 진단 시스템, 장치 및 키트는 보다 정확한 정량분석을 가능하게 하고, 동시 다중 분석을 가능하게 하고, 바이오 진단에 소요되는 시료의 양, 시간 및 비용 등을 감소시킬 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 일 실시 예에 따른 바이오 진단 시스템 및 장치는 복수의 LED들로부터 제공되는 광들은 통과시키지 아니하고, 복수의 종류의 형광체들로부터 방출되는 광들을 선택적으로 통과시킴으로써, 광원이 광을 제공하는 것과 광센서가 측정하는 것이 동시에 수행될 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 일 실시 예에 따른 바이오 진단 시스템 및 장치는, 광학 플라즈모닉 필터를 사용함으로써, 기존의 염료 또는 안료를 사용한 광학 필터에 비하여 투과율과 선택도를 증가시키고, 보다 정확한 측정을 가능하게 한다는 장점을 가진다.
또한, 일 실시 예에 따른 바이오 진단 시스템 및 장치는, 광학 플라즈모닉 필터가 복수의 셀들을 가지고, 각 셀이 서로 다른 파장의 광을 선택적으로 통과시키는 복수의 필터 영역들을 가짐으로써, 보다 균일한 측정을 가능하도록 한다는 장점을 가진다.
도 1은 일 실시 예에 따른 바이오 진단 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 5는 도 1에 도시된 대상 스팟(110)을 형성하는 과정의 일례 특허 신속진단키트 방식으로 대상 스팟(110)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 수용체, 바이오 물질 및 형광체의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 광학 플라즈모닉 필터(130)에 적용될 수 있는 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)의 배치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래기술에 의한 바이오 진단 시스템에 사용되는 멀티 스팟 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 5는 도 1에 도시된 대상 스팟(110)을 형성하는 과정의 일례 특허 신속진단키트 방식으로 대상 스팟(110)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 수용체, 바이오 물질 및 형광체의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 광학 플라즈모닉 필터(130)에 적용될 수 있는 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)의 배치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래기술에 의한 바이오 진단 시스템에 사용되는 멀티 스팟 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 바이오 진단 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 바이오 진단 시스템은 대상 스팟(110) 및 바이오 진단 장치를 구비한다. 바이오 진단 장치는 광원(120), 광학 플라즈모닉 필터(130), 광 센서(140), 연산 장치(150) 및 하우징(160)을 구비한다.
대상 스팟(110)은 단일 스팟임에도 불구하고 복수의 종류의 수용체들(111a, 111b, 111c), 복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c), 복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)을 구비한다. 복수의 종류의 수용체들(111a, 111b, 111c)은 기판(114)에 고정되어 있다. 도면에는 세 종류의 수용체들(111a, 111b, 111c)이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 아니하며 수용체들의 종류의 개수는 2 이상일 수 있다. 기판(114)은 예로서 유리, 플라스틱, 실리콘 재질일 수 있다.
복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c)은 복수의 종류의 수용체들(111a, 111b, 111c)과 결합되어 있다. 예로서 복수의 종류의 수용체들(111a, 111b, 111c) 중 각 종류의 수용체들은 복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c) 중에서 각 종류의 수용체들에 대응하는 종류의 바이오 물질들과 결합된다. 그 예로서 제1 종류의 바이오 물질들(112a)는 제1 종류의 수용체들(111a)와 결합되어 있으며, 제2 종류의 바이오 물질들(112b)는 제2 종류의 수용체들(111b)와 결합되어 있으며, 제3 종류의 바이오 물질들(112c)는 제3 종류의 수용체들(111c)와 결합되어 있다. 예로서 복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c)과 복수의 종류의 수용체들(111a, 111b, 111c) 사이의 결합은 생화학적 반응에 의하여 형성될 수 있으며, 생화학적 반응의 예로서 핵산 염기간의 상보적인 결합, 압타머와 타겟물질 간의 결합 및 항원-항체 반응 등이 있다.
복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c)은 복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)과 결합되어 있다. 예로서 복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c) 중 각 종류의 형광체들은 복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c) 중에서 각 종류의 형광체들에 대응하는 종류의 바이오 물질들과 결합된다. 그 예로서 제1 종류의 바이오 물질들(112a)는 제1 종류의 형광체들(113a)와 결합되어 있으며, 제2 종류의 바이오 물질들(112b)는 제2 종류의 형광체들(113b)와 결합되어 있으며, 제3 종류의 바이오 물질들(112c)는 제3 종류의 형광체들(113c)와 결합되어 있다. 예로서 복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c)과 복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c) 사이의 결합 또한 생화학적 반응에 의하여 형성될 수 있다.
복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)은 예로서 AMCA, FITC, Cy3, Rhodamine, PE, Cy5들 중에서 선택된 형광체들일 수 있으며, 이에 한정되지 아니한다. 예로서 제1, 제2 및 제3 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)은 각각 제1, 제2 및 제3 파장(λea, λeb, λec)의 광원에 의하여 여기되며, 각각 제4, 제5 및 제6 파장(λfa, λfb, λfc)의 광을 방출한다. 제4, 제5 및 제6 파장(λfa, λfb, λfc)은 서로 다른 파장이며, 제1, 제2 및 제3 파장(λea, λeb, λec)은 서로 동일한 파장이여도 무방하다.
도면에는 모든 수용체들(111a, 111b, 111c)에 바이오 물질들(112a, 112b, 112c)이 결합된 예가 도시되어 있으나, 제공되는 시료(측정대상이 되는 바이오 물질들(112a, 112b, 112c)을 포함한 용액)에 따라 일부의 수용체들에만 바이오 물질들이 결합되어 있거나, 모든 수용체들에 바이오 물질이 결합되지 아니할 수도 있다. 도면에는 6개의 수용체들(111a, 111b, 111c)이 도시되어 있으나, 실제 수용체들의 개수는 이보다 훨씬 많은 경우가 흔하다.
광원(120)은 복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)을 여기시킬 수 있는 광을 대상 스팟(110)에 제공한다. 광원(120)은 예로서 제1 종류의 형광체들(113a)을 여기시키는 제1 파장(λea)의 광을 제공하는 제1 LED(121a), 제2 종류의 형광체들(113b)을 여기시키는 제2 파장(λeb)의 광을 제공하는 제2 LED(121b), 제3 종류의 형광체들(113c)을 여기시키는 제3 파장(λec)의 광을 제공하는 제3 LED(121c)를 구비할 수 있다. 파장에 대한 선택도를 높이기 위하여, 제1, 제2 및 제3 LED들(121a, 121b, 121c) 각각은 레이저 다이오드일 수 있다. 도면에는 광원(120)이 기판(114)의 위 즉 기판(114)의 양면들 중에서 대상 스팟(110)이 위치한 면의 위에 위치한 예가 도시되어 있으나, 기판(114)이 투명 기판인 경우에는 도면과 달리 광원(120)이 기판(114)의 아래에 위치할 수도 있다.
광학 플라즈모닉 필터(130)는 복수의 필터 영역(131a, 131b, 131c)를 구비한다. 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c) 중 각 필터 영역은 복수의 종류의 형광물질들(113a, 113b, 113c) 중에서 각 필터 영역에 대응하는 종류의 형광물질들로부터 제공되는 광을 선택적으로 통과시킨다. 예로서, 제1 필터 영역(131a)은 제1 형광체들(113a)에 의하여 방출되는 제4 파장(λfa)의 광을 선택적으로 통과시키며, 제2 필터 영역(131b)은 제2 형광체들(113b)에 의하여 방출되는 제5 파장(λfb)의 광을 선택적으로 통과시키며, 제3 필터 영역(131c)은 제3 형광체들(113c)에 의하여 방출되는 제6 파장(λfc)의 광을 선택적으로 통과시킨다.
예로서 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)이 서로 다른 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위하여, 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)은 서로 다른 주기적인 금속 패턴을 가진다. 서로 다른 주기적인 금속 패턴을 가짐으로써 서로 다른 파장의 광을 통과시키는 기술의 예는 대한민국공개특허 제2011-0075539호 등에 개시되어 있다. 다른 예로서 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)은 서로 동일한 주기적인 금속 패턴을 가지나, 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)에 서로 다른 전압이 인가됨에 따라, 서로 다른 파장의 광을 선택적으로 통과시킨다. 이러한 기술의 예는 미국공개특허 제2010/0046060호에 개시되어 있다.
복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)은 서로 동일한 면적을 가질 수도 있으며, 서로 다른 면적을 가질 수도 있다. 예로서, 요구되는 감도가 더 높을수록 더 넓은 면적의 필터 영역이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 종류의 바이오 물질들(112a)에 대하여 요구되는 감도가 가장 높고, 제2 및 제3 바이오 물질들(112b, 112c)로 갈수록 점점 더 낮은 감도가 요구되는 경우에, 제1 필터 영역(131a)가 가장 넓은 영역을 차지하고, 제2 및 제3 필터 영역(131b, 131c)로 갈수록 점점 더 좁은 영역을 차지한다.
광센서(140)는 복수의 센서 영역들(141a, 141b, 141c)을 포함한다. 복수의 센서 영역들(141a, 141b, 141c) 중 각 센서 영역은 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c) 중에서 각 센서 영역에 대응하는 필터 영역을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 연산장치(150)에 제공한다. 예로서, 제1 센서 영역(141a)은 제1 필터 영역(131a)을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공하며, 제2 센서 영역(141b)은 제2 필터 영역(131b)을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공하며, 제3 센서 영역(141c)은 제3 필터 영역(131c)을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공한다. 광센서(140)는 예로서 씨모스 이미지 센서일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 전기적 신호는 예로서 전류 또는 전압일 수 있다.
도면에는 광학 플라즈모닉 필터(130) 및 광센서(140)가 기판(114)의 위 즉 기판(114)의 양면들 중에서 대상 스팟(110)이 위치한 면의 위에 위치한 예가 도시되어 있으나, 기판(114)이 투명 기판인 경우에는 도면과 달리 광학 플라즈모닉 필터(130) 및 광센서(140)가 기판(114)의 아래에 위치할 수도 있다. 도면에는 광학 플라즈모닉 필터(130) 및 광센서(140)가 별도로 제작되어 결합된 예가 도시되어 있으나, 광학 플라즈모닉 필터(130) 및 광센서(140)는 하나의 반도체 기판에 집적될 수도 있다.
복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)가 방출하는 제4, 제5 및 제6 파장(λfa, λfb, λfc)이 광원(120)에서 제공되는 제1, 제2 및 제3 파장(λea, λeb, λec)과 다른 경우에는, 광원(120)이 복수의 종류의 형광물질(113a, 113b, 113c)에 광을 제공하는 것과 광센서(140)가 광학 플라즈모닉 필터(130)를 통과한 광을 측정하는 것이 동시에 수행될 수 있다. 이는 광원(120)에서 제공되는 제1, 제2 및 제3 파장(λea, λeb, λec)의 광은 광학 플라즈모닉 필터(130)를 통과하지 못하고 광센서(140)에 영향을 끼치지 못할 것이기 때문이다.
연산 장치(150)는 복수의 센서 영역들(141a, 141b, 141c)로부터 제공되는 복수의 전기적 신호들로부터 복수의 종류의 바이오 물질들(112a, 112b, 112c) 중 적어도 한 종류의 바이오 물질들의 존재 여부 또는 농도에 대응하는 신호를 제공한다. 존재 여부 또는 농도에 대응하는 신호는 바이오 진단 장치에 부착된 표시 장치(미도시)에 제공되고 표시될 수 있다. 또한, 존재 여부 또는 농도에 대응하는 신호는 전자 기기(미도시) 예로서 스마트폰과 같은 무선 단말기 또는 PC 등에 전달될 수 있다. 전자 기기는 전달된 신호에 대응하는 정보를 전자 기기에 연결된 표시장치에 표시할 수 있다. 또한, 전자 기기는 전달된 신호에 대응하는 정보를 관련 서버로 전달할 수 있다.
예로서 연산 장치(150)는 제1 센서 영역(141a)으로부터 제공되는 전기적 신호로부터 제1 종류의 바이오 물질들(112a)의 농도를 계산하고 제공할 수 있다. 또한, 연산 장치(150)는 제2 센서 영역(141b)으로부터 제공되는 전기적 신호로부터 제2 종류의 바이오 물질들(112b)의 농도를 계산하고 제공할 수 있다. 또한, 연산 장치(150)는 제3 센서 영역(141c)으로부터 제공되는 전기적 신호로부터 제3 종류의 바이오 물질들(112c)의 농도를 계산하고 제공할 수 있다.
다른 예로서 제1 종류의 바이오 물질들(112a)은 알려진 농도를 가지는 기준 바이오 물질들에 해당하고, 제2 및 제3 종류의 바이오 물질들(112b, 112c)은 측정하고자 하는 바이오 물질들일 수 있다. 이 경우, 제2 종류의 바이오 물질들(112b)의 농도는 제1 센서 영역(141a)으로부터 제공되는 전기적 신호 및 제2 센서 영역(141b)으로부터 제공되는 전기적 신호에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 제3 종류의 바이오 물질들(112c)의 농도는 제1 센서 영역(141a)으로부터 제공되는 전기적 신호 및 제3 센서 영역(141c)으로부터 제공되는 전기적 신호에 기초하여 결정될 수 있다. 형광체들이 방출하는 광의 세기가 바이오 물질들의 농도에만 함수 관계를 가지면 이상적일 것이나, 실제로는 형광체들이 방출하는 광의 세기는 대상 스팟(110)의 면적, 대상 스팟(110)에 고정된 수용체들의 개수 등으로부터 영향을 받을 수 있다. 따라서 이미 농도를 알고 있는 기준 바이오 물질들에 대응하는 전기적 신호와 측정 대상에 해당하는 바이오 물질들에 대응하는 전기적 신호를 이용하여 측정 대상 바이오 물질들의 농도를 계산하면 측정 대상 바이오 물질들의 보다 정확한 농도가 구해질 수 있다.
일례로 기준 바이오 물질들의 농도를 아는 경우에 측정 대상이 되는 대상 바이오 물질들의 농도는 Ct = K * (St/Sr) * Cr에 의하여 구해질 수 있다.
상기 수학식에서 Ct는 대상 바이오 물질들의 농도, Cr은 기준 바이오 물질의 농도를 의미한다. K는 상수이며, 실험을 통하여 구해질 수 있다. St는 대상 바이오 물질들에 부착된 형광체들이 방출하는 광의 세기이며, 대응하는 전기적 신호(예: 전류 또는 전압)의 세기에 비례한다. Sr는 기준 바이오 물질들에 부착된 형광체들이 방출하는 광의 세기이며, 대응하는 전기적 신호(예: 전류 또는 전압)의 세기에 비례한다. 상기 수학식은 이상적인 경우에 해당하며, 실제로는 배경 노이즈 등 다양한 노이즈 소스에 의하여 상기 수학식과 다른 결과가 얻어질 수 있다.
하우징(160)은 대상 스팟(110), 광원(120), 광학 플라즈모닉 필터(130) 및 광 센서(140)를 외부의 광으로부터 차단한다. 외부로부터 제공되는 광은 복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)이 방출하는 광과 동일한 파장을 가지는 광을 포함할 수 있고, 이는 광학 플라즈모닉 필터(130)를 통과하여 광센서(140)에 제공됨으로써 노이즈로 작용할 수 있다. 따라서 외부의 광이 차단되어야 바이오 진단 장치가 보다 정확한 측정을 할 수 있다. 하우징(160)은 대상 스팟(110)의 출입을 위한 문(미도시)을 구비할 수 있다.
대상 스팟(110)이 광센서(140)보다 넓은 경우에, 바이오 진단 시스템은 광학 렌즈(미도시)를 더 구비할 수 있다. 광학 렌즈는 대상 스팟(110)과 광학 플라즈모닉 필터(130) 사이에 위치하거나, 광학 플라즈모닉 필터(130)와 광센서(140) 사이에 위치하여, 입사되는 광을 모으는 기능을 수행한다.
복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c) 중에서 대상 스팟(110)의 중심부에 위치한 필터 영역(131b)은 상대적으로 더 많은 광을 받고, 대상 스팟(110)의 주변부에 위치한 필터 영역들(131a, 131c)은 상대적으로 더 적은 광을 받을 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여, 바이오 진단 시스템은 대상 스팟(110)과 광학 플라즈모닉 필터(130) 사이에 위치하는 디퓨저(diffuser, 미도시)를 더 구비할 수 있다. 디퓨저는 입사되는 광을 분산시킴으로써, 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)이 받는 광의 균일성을 높이는 기능을 수행한다.
도 2 내지 5는 도 1에 도시된 대상 스팟(110)을 형성하는 과정의 일례 특허 신속진단키트 방식으로 대상 스팟(110)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 시료 패드(210), 콘주게이트 패드(220), 신호발생 패드(230) 및 흡수 패드(240)을 구비한 신속진단키트를 준비한다. 콘주게이트 패드(220)에는 바이오 물질들에 선택적으로 부착될 수 있도록 처리된 복수의 종류의 형광체들(113a, 113b, 113c)들이 제공된다. 신호발생 패드(230)에는 복수의 종류의 수용체들(111a, 111b, 111c)들이 고정되어 있다. 수용체들(111a, 111b, 111c)은 서로 혼합되어 신호발생 패드(230) 위에 임의로 배치된다. 도 3을 참조하면, 측정 대상이 되는 바이오 물질들(112a, 112b) 및 완충용액을 포함하는 시료가 시료 패드(210)에 제공된다. 시료는 모세관 형상 및 흡수 패드(240)의 흡수력 등에 의하여 시료 패드(210)로부터 흡수 패드(240)로 이동한다. 도 4를 참조하면, 시료가 콘주게이트 패드(220)으로 이동함에 따라, 시료에 포함된 바이오 물질들(112a, 112b)은 콘주게이트 패드(220)에 제공된 형광체들(113a, 113b)과 결합한다. 도 5를 참조하면, 형광체들(113a, 113b)과 결합된 바이오 물질들(112a, 112b)는 신호발생 패드(230)에 고정된 수용체들(111a, 111b)와 결합한다. 잔여 형광체들과 잔여 바이오 물질들은 완충용액과 함께 흡수 패드(240)로 이동한다.
도 5의 신호발생 패드(230)가 도 1의 기판(114)에 대응한다. 또한, 도 5의 신호발생 패드(230)에 부착된 복수의 종류의 수용체들, 복수의 종류의 바이오 물질들 및 복수의 종류의 형광체들이 도 1의 대상 스팟(110)에 대응한다. 하나의 스팟에 복수의 종류의 수용체들을 형성하는 단일 스팟 방식은 복수의 종류의 수용체들의 혼합물을 이용하여 하나의 스팟만을 형성하면 되므로, 수용체들의 종류에 따라 별도의 스팟을 형성하는 멀티 스팟 방식에 비하여, 제조 공정이 단순화되고 제조 비용이 절감된다는 장점을 가진다. 멀티 스팟 방식에 의할 경우, 각 스팟에 존재하는 수용체의 개수를 동일하게 유지하기가 쉽지 아니하다. 이에 비하여 단일 스팟 방식에 의한 경우, 단일 스팟 내에 존재하는 각 종류의 수용체들의 개수를 대체로 동일하게 유지할 수 있다. 이는 농도를 아는 기준 바이오 물질에 대응하는 전기적 신호와 측정 대상이 되는 바이오 물질에 대응하는 전기적 신호에 기반하여 측정 대상이 되는 바이오 물질의 농도를 계산하는 것을 가능하게 한다.
도 6은 도 1에 도시된 수용체, 바이오 물질 및 형광체의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 도 1의 바이오 물질은 항원(620)에 대응하며, 도 1의 수용체는 항원(620)에 결합되는 제1 항체(610)에 대응한다. 도 1의 형광체는 IgG 항체(660)에 부착된 형광체(630)에 대응한다. 형광체(630)는 IgG 항체(660)를 통하여 나노 입자(640)에 결합된다. 나노 입자(640)는 예로서 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), 유기화합물, 무기 소재 또는 실리카 소재일 수 있다. 나노 입자(640)로서 금속 소재가 사용되는 경우 표면 플라즈몬 공명으로 인하여 발광형상이 발생할 수 있으므로 금속 소재를 사용하지 아니함이 바람직하다. 나노 입자(640)는 제2 항체(650)을 통하여 대응하는 항원(620)에 선택적으로 결합된다. 나노 입자(640)에는 3개의 IgG 항체들(660)이 결합되고, 각 IgG 항체(660)에는 형광체(630)가 결합되므로, 단일 항원(620)에 결합되는 형광체(630)의 개수가 증가한다. 이는 측정의 정확성을 증가시킨다. 나노 입자(640)의 표면에는 비특이적 결합을 최소화하기 위한 차단 시약(blocking reagent, 670)이 코팅된다.
도 7은 도 1의 광학 플라즈모닉 필터(130)에 적용될 수 있는 복수의 필터 영역들(131a, 131b, 131c)의 배치의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 광학 플라즈모닉 필터(130)는 복수의 필터 셀들(710)을 구비한다. 각 필터 셀(710)은 제1 필터 영역(711a), 제2 필터 영역(711b) 및 제3 필터 영역(711c)를 구비한다. 제1 필터 영역(711a)는 도 1의 제1 필터 영역(131a)에 대응하며, 제2 필터 영역(711b)는 도 1의 제2 필터 영역(131b)에 대응하며, 제3 필터 영역(711c)는 도 1의 제3 필터 영역(131c)에 대응한다. 도 7과 같이 전체 영역을 복수의 필터 셀들(710)로 나누고, 각 필터 셀들(710)이 복수의 필터 영역들(711a, 711b, 711c)을 구비하도록 하면, 측정의 정확성을 보다 증가시킨다. 만일 전체 영역을 크게 3개의 필터 영역들로 나누면, 가운데 있는 필터 영역은 대상 스팟의 중심부에 위치하게 되므로 좀 더 많은 광을 받게 되고, 양 끝에 있는 필터 영역들은 대상 스팟의 주변부에 위치하게 되므로 좀 더 적은 광을 받게 된다. 따라서, 이와 같은 배치를 가질 경우, 측정의 정확도가 낮아진다.
광학 플라즈모닉 필터(130)가 도 7과 같은 배치를 가지는 경우, 광 센서(140) 또한 도 7과 같은 배치를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 광 센서(140)는 복수의 센서 셀들(710)을 구비하고, 각 센서 셀(710)은 제1 센서 영역(711a), 제2 센서 영역(711b) 및 제3 센서 영역(711c)을 구비할 구 있다. 이 경우, 도 7의 제1 센서 영역(711a), 제2 센서 영역(711b) 및 제3 센서 영역(711c)은 각각 도 1의 제1 센서 영역(141a), 제2 센서 영역(141b) 및 제3 센서 영역(141c)에 대응한다.
Claims (26)
- 복수의 종류의 바이오 물질들, 및 이들에 대응하는 제1 형광체들 및 제2 형광체들을 포함하는 복수의 종류의 형광체들을 구비하는 단일 스팟을 포함하는 대상 스팟;
상기 복수의 종류의 형광체들을 여기시키는 광을 상기 대상 스팟에 제공하는 광원;
복수의 필터 영역들을 포함하며, 상기 복수의 필터 영역들 중 각 필터 영역은 상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 각 필터 영역에 대응하는 종류의 형광체들로부터 제공되는 광을 선택적으로 통과시키는 광학 플라즈모닉 필터; 및
복수의 센서 영역들을 포함하며, 상기 복수의 센서 영역들 중 각 센서 영역은 상기 복수의 필터 영역들 중에서 상기 각 센서 영역에 대응하는 필터 영역을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공하는 광 센서를 구비하는 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 대상 스팟은
기판에 고정된 복수의 종류의 수용체들;
상기 복수의 종류의 수용체들에 결합된 상기 복수의 종류의 바이오 물질들; 및
상기 복수의 종류의 바이오 물질들에 결합된 상기 복수의 종류의 형광체들을 구비하며,
상기 복수의 종류의 수용체들 중 각 종류의 수용체들은 상기 복수의 종류의 바이오 물질들 중에서 상기 각 종류의 수용체들에 대응하는 종류의 바이오 물질들과 결합되며,
상기 복수의 종류의 형광체들 중 각 종류의 형광체들은 상기 복수의 종류의 바이오 물질들 중에서 상기 각 종류의 형광체들에 대응하는 종류의 바이오 물질들과 결합된 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 광원은
상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 제1 형광체들을 여기시키는 제1 파장의 광을 제공하는 제1 LED; 및
상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 제2 형광체들을 여기시키는 제2 파장의 광을 제공하는 제2 LED를 구비하는 바이오 진단 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 제1 LED 및 제2 LED 각각은 레이저 다이오드인 바이오 진단 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 광원이 상기 복수의 종류의 형광체에 광을 제공하는 것과, 상기 광 센서가 상기 복수의 필터 영역들을 통과한 광을 측정하는 것이 동시에 수행되는 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 필터 영역들은 서로 다른 주기적인 금속 패턴을 가짐으로써 서로 다른 파장의 광을 선택적으로 통과시키는 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 필터 영역들은 서로 동일한 주기적인 금속 패턴을 가지나, 상기 복수의 필터 영역들에 서로 다른 전압이 인가됨에 따라, 서로 다른 파장의 광을 선택적으로 통과시키는 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 필터 영역들에서 각 필터 영역의 면적은 각 필터의 감도에 비례하는 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 광학 플라즈모닉 필터는 복수의 필터 셀들을 포함하며, 상기 복수의 필터 셀들 중 각 필터 셀은 상기 복수의 필터 영역들을 포함하는 바이오 진단 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 광 센서는 복수의 센서 셀들을 포함하며, 상기 복수의 센서 셀들 중 각 센서 셀은 상기 복수의 센서 영역들을 포함하는 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 광 센서는 씨모스 이미지 센서인 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 센서 영역들로부터 제공되는 복수의 전기적 신호들에 따라 상기 복수의 종류의 바이오 물질들 중 적어도 한 종류의 바이오 물질들의 존재 여부 또는 농도에 대응하는 신호를 제공하는 연산 장치를 더 구비하는 바이오 진단 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 복수의 종류의 바이오 물질들은 알려진 농도를 가지는 기준 바이오 물질들을 포함하고 있으며, 상기 복수의 종류의 바이오 물질들 중 한 종류의 바이오 물질들의 농도는 상기 복수의 전기적 신호들 중에서 상기 기준 바이오 물질들에 대응하는 전기적 신호 및 상기 한 종류의 바이오 물질들에 대응하는 전기적 신호에 기초하여 결정되는 바이오 진단 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 대상 스팟, 상기 광원, 상기 광학 플라즈모닉 필터 및 상기 광 센서를 외부의 광으로부터 차단하는 하우징을 더 구비하는 바이오 진단 장치.
- 복수의 종류의 바이오 물질들, 및 이들에 대응하는 제1 및 제2 형광체들을 포함하는 복수의 종류의 형광체들을 구비하는 단일 스팟이 투입되는 바이오 진단 장치에 있어서,
상기 복수의 종류의 형광체들을 여기시키는 광을 상기 단일 스팟에 제공하는 광원;
복수의 필터 영역들을 포함하며, 상기 복수의 필터 영역들 중 각 필터 영역은 상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 각 필터 영역에 대응하는 종류의 형광체들로부터 제공되는 광을 선택적으로 통과시키는 광학 필터; 및
복수의 센서 영역들을 포함하며, 상기 복수의 센서 영역들 중 각 센서 영역은 상기 복수의 필터 영역들 중에서 상기 각 센서 영역에 대응하는 필터 영역을 통과한 광에 대응하는 전기적 신호를 제공하는 광 센서를 구비하는 바이오 진단 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 광원은
상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 제1 형광체들을 여기시키는 제1 파장의 광을 제공하는 제1 LED; 및
상기 복수의 종류의 형광체들 중에서 상기 제2 형광체들을 여기시키는 제2 파장의 광을 제공하는 제2 LED를 구비하는 바이오 진단 장치. - 제16 항에 있어서,
상기 광원이 상기 복수의 종류의 형광체에 광을 제공하는 것과, 상기 광 센서가 상기 복수의 필터 영역들을 통과한 광을 측정하는 것이 동시에 수행되는 바이오 진단 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 광학 필터는 광학 플라즈모닉 필터를 포함하는 바이오 진단 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 복수의 필터 영역들에서 각 필터 영역의 면적은 각 필터의 감도에 비례하는 바이오 진단 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 광학 필터는 복수의 필터 셀들을 포함하며, 상기 복수의 필터 셀들 중 각 필터 셀은 상기 복수의 필터 영역들을 포함하는 바이오 진단 장치. - 제20 항에 있어서,
상기 광 센서는 복수의 센서 셀들을 포함하며, 상기 복수의 센서 셀들 중 각 센서 셀은 상기 복수의 센서 영역들을 포함하는 바이오 진단 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 복수의 센서 영역들로부터 제공되는 복수의 전기적 신호들에 따라 상기 복수의 종류의 바이오 물질들 중 적어도 한 종류의 바이오 물질들의 존재 여부 또는 농도에 대응하는 신호를 제공하는 연산 장치를 더 구비하는 바이오 진단 장치. - 제22 항에 있어서,
상기 복수의 종류의 바이오 물질들은 알려진 농도를 가지는 기준 바이오 물질들을 포함하고 있으며, 상기 복수의 종류의 바이오 물질들 중 한 종류의 바이오 물질들의 농도는 상기 복수의 전기적 신호들 중에서 상기 기준 바이오 물질들에 대응하는 전기적 신호 및 상기 한 종류의 바이오 물질들에 대응하는 전기적 신호에 기초하여 결정되는 바이오 진단 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 단일 스팟, 상기 광원, 상기 광학 필터 및 상기 광 센서를 외부의 광으로부터 차단하는 하우징을 더 구비하는 바이오 진단 장치.
- 시료 패드, 콘주게이트 패드, 신호발생 패드 및 흡수 패드를 구비하는 바이오 진단 키트에 있어서,
상기 신호발생 패드에는 측정 대상이 되는 복수의 종류의 바이오 물질들과 결합하는 복수의 종류의 수용체들이 단일 스팟 방식으로 고정되어 있으며,
상기 콘주게이트 패드에는 상기 복수의 종류의 바이오 물질들과 결합되는 복수의 종류의 형광체들이 제공되어 있는 바이오 진단 키트. - 제25 항에 있어서,
상기 시료 패드에는 시료가 제공될 수 있으며,
상기 흡수 패드는 상기 시료에 포함된 완충용액을 흡수함으로써, 상기 시료가 상기 콘주게이트 패드, 상기 신호발생 패드를 경유하여 상기 흡수 패드로 이동하도록 하는 이동력을 제공하는 바이오 진단 키트.
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