KR101985415B1 - 팽창형 구조체 및 이를 이용한 스트립 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 팽창형 구조체는 신호 증폭 반응(Signal enhancement reaction)용 액상 버퍼를 흡수하는 버퍼 패드; 상기 버퍼 패드의 상부면에 부착되되, 상기 상부면의 양쪽에 이격 배치되는 팽창부; 상기 버퍼 패드의 하부면에 부착되어 상기 버퍼 패드로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하고, 상부면 중앙에 홈이 형성된 연결 멤브레인; 상기 연결 멤브레인에 형성된 홈에 부착되고, 신호 발생 물질이 저장되는 반응물질 패드; 및 상기 연결 멤브레인의 하부면에 부착되고, 상기 액상 버퍼와 상기 신호 발생 물질을 하부 방향으로 전달하는 접촉 패드;를 포함하고, 상기 팽창부는 상기 버퍼 패드로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하여, 상기 팽창부의 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 팽창형 구조체 및 이를 이용한 스트립 센서에 관한 것이다.
면역 크로마토그래피 분석법은 생물학적 물질 또는 화학적 물질이 서로 특이적으로 부착하는 성질을 이용하여 분석 물질을 단시간에 정성 및 정량적으로 검사할 수 있는 방법이다. 상기 면역 크로마토그래피 분석 기구는 분석 스트립 또는 상기 분석 스트립을 플라스틱 하우징 내부에 장착하여 조립한 형태의 면역 분석 키트가 일반적으로 사용된다.
예를 들어, 면역 크로마토그래피 분석 기구에 사용되는 분석 스트립은 접착성 플라스틱 지지체 상에 검체 패드, 컨쥬게이트 패드, 신호검출 패드 및 흡수 패드를 포함하여 이루어진다. 상기 검체 패드는 액상 검체 또는 분석 시료를 흡수하고 상기 액상 검체의 균일한 유동을 보장한다. 상기 컨쥬게이트 패드는 상기 액상 검체 또는 분석 시료에 포함된 분석 물질과 특이적으로 결합하는 유동성 컨쥬게이트를 포함하고 있다. 상기 검체 패드를 통해 도입된 액상 검체가 상기 컨쥬게이트 패드를 통과하면서 분석 물질과 유동성 컨쥬게이트 사이의 특이적 결합이 이루어진다. 상기 신호검출 패드는 검출 영역과 대조 영역을 포함하며, 상기 검출 영역은 상기 액상 검체에 분석물질이 존재 여부를 확인하기 위한 영역이며, 상기 대조 영역은 액상 검체가 상기 검출 영역을 정상적으로 통과하였는지의 여부를 확인하기 위한 영역이다.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 면역 크로마토그래피 분석 기구는 많은 양의 시료를 필요로 하는 단점이 있으며, 그 검출 감도가 1ng/mL 근방으로, 낮은 감도(low sensitivity)를 나타낸다.
따라서, 측방유동분석(LFA) 센서의 검출 감도 향상이 필요하고, 상기 검출 감도 향상을 위해서는 면역 반응 후의 추가적인 신호 증폭 반응이 필수적이다. 또한, 이를 자동화하여 순차적인 반응이 일어나도록 하기 위한 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 액상 버퍼와 액상 샘플 간의 상호 간섭을 최소화하여 검출 세기 및 감도 향상 효과가 우수하고, 신호 발생 물질의 방출 속도를 증가시킬 수 있는 팽창형 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 팽창형 구조체를 포함하는 스트립 센서를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 팽창형 구조체는 신호 증폭 반응(Signal enhancement reaction)용 액상 버퍼를 흡수하는 버퍼 패드; 상기 버퍼 패드의 상부면에 부착되되, 상기 상부면의 양쪽에 이격 배치되는 팽창부; 상기 버퍼 패드의 하부면에 부착되어 상기 버퍼 패드로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하고, 상부면 중앙에 홈이 형성된 연결 멤브레인; 상기 연결 멤브레인에 형성된 홈에 부착되고, 신호 발생 물질이 저장되는 반응물질 패드; 및 상기 연결 멤브레인의 하부면에 부착되고, 상기 액상 버퍼와 상기 신호 발생 물질을 하부 방향으로 전달하는 접촉 패드;를 포함하고, 상기 팽창부는 상기 버퍼 패드로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하여, 상기 팽창부의 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하는 것을 특징으로 한다.
상기 버퍼 패드는 적어도 2개 이상 적층되어 있는 것일 수 있다.
상기 팽창형 구조체는 상기 연결 멤브레인에 형성된 홈에 부착되되, 상기 반응물질 패드 하부면에 부착되는 비대칭 멤브레인을 더 포함할 수 있다.
상기 팽창형 구조체는 상기 버퍼 패드, 상기 연결 멤브레인 및 상기 접촉 패드 각각의 사이에 형성되는 접합부를 더 포함할 수 있다.
상기 접합부는 복수의 홀이 형성된 양면 테이프이고, 상기 복수의 홀은 상기 액상 버퍼 및 상기 신호 발생 물질의 흐름 통로로 작용할 수 있다.
상기 팽창형 구조체는 상기 버퍼 패드의 상부면에 배치되고, 상기 액상 버퍼가 주입되는 버퍼 주입부를 더 포함할 수 있다.
상기 액상 버퍼는 인산완충생리식염수(Phosphate Buffered Saline, PBS), 트리스 완충액(tris buffer) 및 탄산염 완충액(carbonate buffer) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 신호 발생 물질은 흡광 물질, 형광 물질, 발광 물질 및 전기화학적 신호 발생 물질 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스트립 센서는 상기 제1항 내지 제9항에 기재된 팽창형 구조체; 및 상기 팽창형 구조체의 하부에 배치되는 면역 반응(Immunoassay reaction)용 구조체;를 포함하고, 상기 면역 반응용 구조체는 지지체; 상기 지지체의 상부면에 부착되어 검출하려는 분석 물질을 포함하는 액상 샘플을 흡수하는 샘플 패드; 상기 샘플 패드의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함된 분석 물질과 결합하는 면역 반응(Immunoassay reaction) 물질이 저장되는 컨쥬게이트 패드; 상기 컨쥬게이트 패드의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함되는 분석 물질을 검출하는 반응 멤브레인; 상기 반응 멤브레인의 일단과 부착되고, 상기 검출 반응이 종료된 액상 샘플을 흡수하는 흡수 패드;를 포함하며, 상기 팽창형 구조체에 포함되는 팽창부가 액상 버퍼를 흡수하여 상기 팽창부의 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하면서, 상기 팽창형 구조체와 상기 반응 멤브레인이 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기 면역 반응(Immunoassay reaction) 물질은 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(Petide Nucleic Acid), 압타머(aptamer) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 팽창형 구조체는 액상 버퍼를 흡수하여 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하는 팽창부를 포함한다. 이러한 팽창부의 특성에 의해, 상기 팽창형 구조체의 높이 조절이 용이하고, 비교적 빠른 시간 내에 상기 팽창형 구조체가 반응 멤브레인과 접촉할 수 있다.
또한, 상기 팽창부의 면 방향에 대한 수직 방향으로의 팽창 현상에 의해 팽창형 구조체의 하부 방향으로 압력이 가해지면서, 반응 물질 패드에서 액상 버퍼와 신호 발생 물질의 방출 속도와 균일성이 증가하게 된다.
또한, 반응물질 패드가 반응 멤브레인과 직접 닿지 않으므로, 액상 버퍼와 신호 발생 물질이 지속적으로 균일한 농도로 방출되어 재현성이 증가하는 효과가 있다. 신호 증폭 반응에 따라 다양한 조성의 액상 버퍼를 사용할 수 있으며, 액상 버퍼에 의한 액상 샘플의 영향이 없어 상호 간섭을 최소화할 수 있으며, 분석의 정확도 및 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 팽창형 구조체의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 팽창형 구조체 내에서의 유체의 흐름(접촉 전, 접촉 후)을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서의 작동 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서의 개략적인 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 케이스 상판, 케이스 하판 및 이를 이용하여 조립된 케이스의 사진이다.
도 6은 본 발명의 팽창형 구조체를 포함한 스트립센서를 이용하여 실제 물질을 검출하는 것을 시간에 따라서 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서를 이용하여, 클로르금산(HAuCl4)+히드록실아민(H3NO) 조건에서 실제 사람 혈액내에 존재하는 TnI (Troponin I)라는 심혈관계질환 인자를 검출한 사진(a) 및 그래프(b)이다.
도 8은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서를 이용하여, NBT(nitro blue tetrazolium) + AAP(2-Phospho-L-ascorbic acid trisodium salt) 조건에서 실제 사람 혈액내에 존재하는 TnI (Troponin I)라는 심혈관계질환 인자를 검출한 사진(a) 및 그래프(b)이다.
도 2는 본 발명에 따른 팽창형 구조체 내에서의 유체의 흐름(접촉 전, 접촉 후)을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서의 작동 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서의 개략적인 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 케이스 상판, 케이스 하판 및 이를 이용하여 조립된 케이스의 사진이다.
도 6은 본 발명의 팽창형 구조체를 포함한 스트립센서를 이용하여 실제 물질을 검출하는 것을 시간에 따라서 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서를 이용하여, 클로르금산(HAuCl4)+히드록실아민(H3NO) 조건에서 실제 사람 혈액내에 존재하는 TnI (Troponin I)라는 심혈관계질환 인자를 검출한 사진(a) 및 그래프(b)이다.
도 8은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서를 이용하여, NBT(nitro blue tetrazolium) + AAP(2-Phospho-L-ascorbic acid trisodium salt) 조건에서 실제 사람 혈액내에 존재하는 TnI (Troponin I)라는 심혈관계질환 인자를 검출한 사진(a) 및 그래프(b)이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 팽창형 구조체 및 이를 이용한 스트립 센서에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
기존의 스트립 센서는 샘플 패드와 버퍼 패드, 흡수 패드, 컨쥬게이트 패드가 모두 연결되어 있는 구조로서, 반응물질 패드가 반응 멤브레인과 닿는 시간을 조절하기에 제한적이며, 반응물질 패드가 반응 멤브레인과 직접 닿아 방출되는 신호 반응 물질의 농도 구배가 발생하여 재현성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 액상 샘플에 따라 사용 가능한 액상 버퍼의 조성이 제한적이고, 액상 샘플과 액상 버퍼 간의 상호 간섭에 의해 재현성이 감소하게 된다.
본 발명에서는 팽창형 구조체를 이용하여, 자동화된 신호 증폭 반응을 통한 LFA 센서의 감도를 향상시키고자 한다. 즉, 1차 면역 반응(Immunoassay reaction) 후, 2차 신호 증폭 반응(signal enhancement reaction)을 통한 검출 세기 및 감도 향상 효과를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 팽창형 구조체의 개략적인 모식도이고, 도 4는 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서의 개략적인 모식도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스트립 센서(300)는 팽창형 구조체(100), 및 상기 팽창형 구조체(100)의 하부에 배치되는 면역 반응(Immunoassay reaction)용 구조체(200)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 상기 팽창형 구조체(100)는 면역 반응용 구조체(200)로부터 분리 가능한 구조이며, 액상 샘플의 흐름 경로와 액상 버퍼의 흐름 경로가 달라, 상기 샘플과 액상 버퍼가 섞이지 않는 장점을 지닌다.
또한, 액상 버퍼 주입 시, 액상 버퍼가 버퍼 패드에 대해 수평방향으로 이동하여 흡수된 후, 팽창부가 액상 버퍼를 흡수하여 면 방향에 대하여 수직 방향으로 팽창함에 따라 상기 팽창형 구조체가 하부 방향으로 내려오게 된다. 상기 액상 버퍼를 팽창형 구조체에 주입함으로써, 신호증폭 반응을 유발할 수 있다.
팽창형 구조체(100)
상기 팽창형 구조체(100)는 신호 증폭 반응(Signal enhancement reaction)용 액상 버퍼를 흡수하는 버퍼 패드(10), 상기 버퍼 패드(10)의 상부면에 부착되되, 상기 상부면의 양쪽에 이격 배치되는 팽창부(20), 상기 버퍼 패드(10)의 하부면에 부착되어 상기 버퍼 패드(10)로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하고, 상부면 중앙에 홈이 형성된 연결 멤브레인(30), 상기 연결 멤브레인(30)에 형성된 홈에 부착되고, 신호 발생 물질이 저장되는 반응물질 패드(40), 및 상기 연결 멤브레인(30)의 하부면에 부착되고, 상기 액상 버퍼와 상기 신호 발생 물질을 하부 방향으로 전달하는 접촉 패드(50)를 포함한다. 상기 팽창부(20)는 상기 버퍼 패드(10)로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하여, 상기 팽창부의 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하는 것을 특징으로 한다.
버퍼 패드(10)
버퍼 패드(10)는 버퍼 주입부(80)에 주입된 액상 버퍼를 저장 및 흡수하여 팽창부(20)를 활성화하거나 접촉 패드(50) 방향으로 액상 버퍼의 흐름을 유도하는 역할을 한다. 즉, 버퍼 패드(10)는 신호 향상을 돕는 액상 버퍼, 즉, 신호 증폭 반응(Signal enhancement reaction)용 액상 버퍼를 수용하여 연결 멤브레인(30) 방향으로 전개하는 역할을 수행한다. 상기 액상 버퍼는 액상 샘플을 통해 검출하고자 하는 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 액상 버퍼는 인산완충생리식염수(Phosphate Buffered Saline, PBS), 트리스 완충액(tris buffer) 및 탄산염 완충액(carbonate buffer) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
버퍼 패드(10)는 액상 버퍼를 흡수할 수 있는 재료라면 그 종류가 제한되지 않는다. 상기 액상 버퍼는 샘플 패드(210)로는 이동하지 않으며, 버퍼 패드(10)에 저장 및 흡수되는 액상 버퍼는 연결 멤브레인(30)으로 흡수된다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼 패드(10)는 적어도 2개 이상 적층될 수 있다. 상기 팽창형 구조체(100) 내에서 버퍼 패드(10)를 1개만 사용하는 경우, 1개의 버퍼 패드(10)만으로 팽창부(20) 쪽과 접촉 패드(50) 쪽으로 액상 버퍼를 모두 유도해야 하기 때문에, 팽창부(20)와 접촉 패드(50)로 액상 버퍼가 나누어 전달되면서 경쟁적으로 액상 버퍼를 가져가려고 한다. 이에 따라, 액상 버퍼가 양쪽으로 균일하게 전달되지 않아 재현성이 우수하지 못하다.
따라서, 버퍼 패드(10)를 적어도 2개 이상 적층하여, 팽창부(20)에 인접한 버퍼 패드(10)는 팽창부(20)로 액상 버퍼를 전달하고, 접촉 패드(50)에 인접한 버퍼 패드(10)는 접촉 패드(50)로 액상 버퍼를 전달함으로써, 액상 버퍼가 각각의 버퍼 패드로 균일하게 전달되어 재현성이 향상되는 효과가 있다.
팽창부(20)
팽창부(20)는 상기 버퍼 패드(10)의 상부면에 부착되되, 상기 상부면의 양쪽에 이격 배치된다.
팽창부(20)는 상기 액상 버퍼에 의해, 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하는 테이프(water-swellable tape)으로서, 일정 시간 후 팽창형 구조체(100)를 반응 멤버레인(230)과 접촉시키는 역할을 한다. 버퍼 패드(10)의 상부면의 양쪽에 총 2개의 팽창부(20)가 배치됨에 따라, 팽창부(20)가 팽창될 때 양쪽에서 하부 방향으로 눌러주는 효과가 있다.
팽창부(20)는 상기 액상 버퍼를 흡수하여 팽창할 수 있도록 기공이 형성되고, 팽창되는 재질의 플라스틱으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 팽창부의 부피와 무게가 커질 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 팽창부는 가로 방향으로 수축하면서 세로 방향(면 방향에 대한 수직 방향)으로 팽창하게 된다. 이때, 상기 팽창부는 상측 하우징에 의해 고정되어 위로는 팽창하지 않고, 아래 방향으로 팽창하게 된다. 이에 따라, 상기 팽창형 구조체가 아래쪽으로 이동함에 따라 연결 멤브레인의 아래에 위치한 접촉 패드는 반응 멤브레인과 접촉하게 된다.
본 발명의 스트립 센서는 상기 구성 요소들을 포함하면서, 상기 구성 요소들을 고정시키는 하우징을 포함한다.
하우징은 상측 하우징과 하측 하우징을 포함한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 상측 하우징은 팽창 구조체 상에 점선으로 표시한 공간을 가리킨다. 상측 하우징과 하측 하우징은 서로 위, 아래 방향으로 분리되거나 결합될 수 있다.
상측 하우징은 액상 샘플을 통과시키는 샘플 홀과 액상 버퍼를 통과시키는 버퍼 홀과 반응 멤브레인에 표시되는 분석 물질 검출 결과를 확인할 수 있는 분석 홀을 포함한다. 특히, 샘플 홀과 버퍼 홀은 각각 액상 샘플과 액상 버퍼를 샘플 패드와 버퍼 패드로 이동시키기 위해 Y자 형태로 형성될 수 있다. 상측 하우징은 팽창부와 접촉되어 하우징 내부에 팽창부를 고정시킨다. 따라서, 팽창부가 액상 버퍼를 흡수함에 따라 부피가 커지더라도 팽창부의 상면은 상측 하우징에 의해 고정된다. 하측 하우징은 지지체와 접촉되어 하우징 내부에 지지체를 고정시킨다.
팽창부는 기공이 형성된 수용성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 이러한 수용성 플라스틱은 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴아마이드(PAM), 메틸롤화 요소수지, 메틸롤화 멜라닌수지 및 카복시메틸셀룰로스(CMC) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 버퍼 패드(10)와 맞닿는 팽창부의 일면은 접착성을 가지는 양면 테이프 재질로 형성될 수 있으며, 상기 양면 테이프는 액상 버퍼의 흐름 통로로 작용하기 위한 복수의 홀이 형성된 테이프일 수 있다. 상기 액상 버퍼가 팽창부의 내부 기공에 침투되어 상기 팽창부가 면 방향에 대해 수직방향으로 팽창함에 따라, 접촉 패드가 반응 멤브레인과 접촉될 수 있다.
이처럼, 상기 팽창부는 폴리비닐알코올(PVA)과 같은 수용성 고분자를 사용함으로써, 값이 저렴하며, 물에 의해서 수평 방향으로 수축하고 수직 방향으로 팽창하게 된다.
연결 멤브레인(30)
연결 멤브레인(30)은 상기 버퍼 패드(10)의 하부면에 부착되어 상기 버퍼 패드(10)로부터 상기 액상 버퍼를 흡수한다. 상기 연결 멤브레인(30)은 일종의 버퍼 패드와 유사한 기능을 하며, 상기 액상 버퍼를 아래쪽의 접촉 패드(50)로 전달하는 기능을 한다.
상기 연결 멤브레인(30)은 상부면 중앙에 홈이 형성되어 있으며, 상기 홈에는 반응물질 패드(40)와 비대칭 멤브레인(60)이 부착되어 있다. 상기 중앙은 상기 버퍼 주입부(80)와 상기 접촉 패드(50)가 배치되는 공간의 일부를 포함하거나, 동일한 위치의 공간을 가리킬 수 있다. 즉, 상기 팽창형 구조체(100)의 중앙에는 버퍼 주입부(80), 반응물질 패드(40), 비대칭 멤브레인(60), 접촉 패드(50)가 배치될 수 있다.
상기 반응물질 패드(40)와 비대칭 멤브레인(60)에 대한 설명은 후술하기로 한다.
반응물질 패드(40)
반응물질 패드(40)는 신호 발생 물질이 저장되는 공간으로서, 상기 연결 멤브레인(30)에 형성된 홈에 부착된다. 상기 신호 발생 물질은 신호를 발생시키는 물질로서, 2차 반응인 신호 증폭 반응에 사용되는 물질이다.
신호 발생 물질로는 흡광 물질, 형광 물질, 발광 물질 및 전기화학적 신호 발생 물질 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, 흡광, 형광, 발광, 전기화학적 신호의 세기를 증폭하는 신호 증폭 물질도 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 루미놀(luminol), 루미겐(lumigen), 루시페린(luciferin)과 같은 화학발광물질, Ruthenium tris-bipyridine (Ru(Bpy)3) 등과 같은 전기화학 발광물질, 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB), 3,3'-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DBA), 2,2'-azinobis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid)(ABTA), 4-chloro-1-naphthol(CN), BCIP(5-bromo-4-chloro-3-indolyl-phosphate)/NBT (nitro blue tetrazolium) 등과 같은 효소 발색기질, 유기형광물질(예, FITC, 로다민 그린, 티아디카르보시아닌, Cy2, Cy3, Cy5, Alexa 488, Alexa 546, Alexa 594 및 Alexa 647), 양자점(Quantum dot) 등과 같은 형광물질, 금속 나노입자, 마그네틱 나노입자, 금속이온, pH 조절 물질 (예, NaOH, HCl, 버퍼) 등이 사용될 수 있다.
상기 반응물질 패드(40)는 수용액 상태의 물질이 흡수 및 건조될 수 있는 모든 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리섬유와 같은 재질로 형성될 수 있다.
접촉 패드(50)
접촉 패드(50)는 상기 연결 멤브레인(30)의 하부면에 부착되고, 상기 액상 버퍼와 상기 신호 발생 물질을 하부 방향으로 전달하는 역할을 한다.
보다 구체적으로, 상기 접촉 패드(50)는 후술할 반응 멤브레인(230)과 접촉하는 패드로서, 상기 접촉 패드(50)를 통해, 상기 액상 버퍼와 신호 발생 물질이 균일하게 섞인 용액이 상기 반응 멤브레인(230)으로 안전하게 전달될 수 있다. 또한, 상기 접촉 패드(50)를 통해, 비교적 빠른 시간 내에 상기 접촉 패드(50)에 저장 및 흡수된 액상 버퍼와 신호 발생 물질을 상기 반응 멤브레인(230)으로 균일하게 이동시킬 수 있는 효과가 있다.
비대칭 멤브레인(60)
비대칭 멤브레인(60)은 상기 연결 멤브레인(30)에 형성된 홈에 부착되며, 상기 반응물질 패드(40) 하부면에 부착된다.
상기 비대칭 멤브레인(60)은 평균 입경이 서로 다른 기공(제1기공(61) 및 제2기공(62))을 포함하는 멤브레인으로서, 신호 발생 물질이 상기 액상 버퍼에 의해 균일하게 녹아 나오도록 하는 역할을 한다. 상기 비대칭 멤브레인(60)의 종류에 따라 기공의 평균 입경은 조절될 수 있으며, 하나의 멤브레인 안에서 평균 입경의 구배가 있을 수 있다.
상기 제1기공(61) 및 상기 제2기공(62)을 포함하는 상기 비대칭 멤브레인(asymmetric membrane, ASPM)(60)은 수용액 액체가 평균 입경이 큰 기공으로부터 작은 기공 쪽으로 흐르거나, 평균 입경이 작은 기공으로부터 큰 기공 쪽으로도 흐르도록 할 수 있다. 상기 비대칭 멤브레인(60)은 주로 재현성이 높게 나오도록 방향을 선택하여 위치시키는 것이 바람직하며, 상기 비대칭 멤브레인(60)에 의해 신호 반응 물질과 액상 버퍼가 균일하게 이동할 수 있다.
접합부(70)
상기 팽창형 구조체(100)는 상기 버퍼 패드(10), 상기 연결 멤브레인(30) 및 상기 접촉 패드(50) 각각의 사이에 형성되는 접합부(70)를 더 포함할 수 있다.
상기 접합부(70)는 패드와 멤브레인을 서로 연결시키고, 상기 팽창형 구조체(100) 내에서 용액의 흐름을 제어하는 역할을 하는 접착층으로서, 복수의 홀이 형성된 양면 테이프일 수 있다.
상기 복수의 홀은 상기 액상 버퍼 및 상기 신호 발생 물질의 흐름 통로로 작용할 수 있다.
버퍼 주입부(80)
상기 버퍼 주입부(80)는 신호 증폭 반응 개시를 위해 사용되는 액상 버퍼를 주입하는 부분을 가리킨다.
상기 버퍼 주입부(80)는 상기 버퍼 패드(10)의 상부면의 중심 부분에 배치되되, 팽창부가 배치된 공간을 제외한 중심 부분에 배치될 수 있다.
면역 반응용 구조체(200)
상기 면역 반응용 구조체(200)는 지지체(미도시), 상기 지지체의 상부면에 부착되어 검출하려는 분석 물질을 포함하는 액상 샘플을 흡수하는 샘플 패드(210), 상기 샘플 패드(210)의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함된 분석 물질과 결합하는 면역 반응(Immunoassay reaction) 물질이 저장되는 컨쥬게이트 패드(220), 상기 컨쥬게이트 패드(220)의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함되는 분석 물질을 검출하는 반응 멤브레인(230), 상기 반응 멤브레인(230)의 일단과 부착되고, 상기 검출 반응이 종료된 액상 샘플을 흡수하는 흡수 패드(240)를 포함한다.
상기 팽창형 구조체(100)에 포함되는 팽창부(20)가 액상 버퍼를 흡수하여 상기 팽창부(20)의 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하면서, 상기 팽창형 구조체(100)와 상기 반응 멤브레인(230)이 접촉하는 것을 특징으로 한다.
지지체는 멤브레인 스트립 센서를 지지하는 역할을 수행하며, 접착성 플라스틱이 사용될 수 있다.
샘플 패드(210)
샘플 패드는 상기 지지체의 상부면에 부착되어 검출하려는 분석 물질을 포함하는 액상 샘플을 흡수하여, 반응 멤브레인(230) 방향으로 전개하는 역할을 수행한다. 전혈, 혈장, 혈청, 눈물, 침, 소변, 콧물, 체액 등의 액상 샘플이 사용될 수 있다. 샘플 패드는 액상 샘플을 흡수할 수 있는 재료라면 그 종류가 제한되지 않으나, 바람직하게는 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리 섬유와 같은 재질로 형성될 수 있다.
컨쥬게이트 패드(220)
상기 컨쥬게이트 패드(220)는 상기 샘플 패드(210)의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함된 분석 물질과 결합하는 면역 반응(Immunoassay reaction) 물질이 저장되는 패드이다.
컨쥬게이트 패드는 분석 물질에 선택적으로 결합할 수 있는 면역 반응 물질(1차 반응 물질)이 도포된 후 건조되어 있는 패드일 수 있다. 상기 면역 반응 물질은 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(Petide Nucleic Acid), 압타머(aptamer) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 1차 반응 물질이 효소, 효소 기질 또는 효소반응 생성물질일 경우에는 리셉터와 분석 대상 물질의 선택적인 반응에 의해 분석 대상 물질 또는 리셉터와 상기 효소, 효소 기질 또는 효소반응 생성물질이 반응하여 산화환원반응 등과 같은 효소 반응을 일으키게 된다. 이때, 상기 효소 반응에 의한 생성물의 흡광, 형광, 발광 등을 측정함으로써 분석 대상 물질을 검출할 수 있다. 이러한 효소는, 예를 들어, 글루코스 옥시다아제, 글루코스 탈수소효소, 알칼리 포스파타제, 퍼옥시다제 등 일 수 있으며, 효소 기질은 예를 들어 글루코스, 과산화수소 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
컨쥬게이트 패드로는 1차 반응 물질을 도포하여 건조한 후, 컨쥬게이트 패드가 액상 시료에 의해 젖을 경우 반응 물질이 컨쥬게이트 패드로부터 쉽게 떨어지는 물질이면 모두 사용할 수 있으며, 면역 크로마토그래피 분석 스트립에서 일반적으로 사용되는 컨쥬게이트 패드라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리섬유와 같은 재질 뿐만 아니라, 니트로 셀룰로오스, 나일론, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 또는 PVDF(Polyvinylidenefluoride)와 같은 멤브레인 재질 모두 사용될 수 있다.
반응 멤브레인(230)
반응 멤브레인(230)은 상기 컨쥬게이트 패드(220)의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함되는 분석 물질을 검출하는 역할을 한다.
상기 반응 멤브레인은 액상 시료가 이송되는 통로 역할을 수행함과 동시에 원하는 화학, 생물학적 반응 결과를 확인할 수 있는 수평 흐름이 가능한 멤브레인 형태의 모든 재질을 포함한다.
예를 들어, 니트로셀룰로오스, 나일론, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 및 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중에서 선택된 재질의 멤브레인을 사용하는 것이 좋으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 액체 시료의 수평 흐름이 가능한 재질 중에서 적절히 선택될 수 있다.
흡수 패드(240)
흡수 패드(240)는 상기 반응 멤브레인(230)의 일단과 부착되고, 상기 검출 반응이 종료된 액상 샘플을 흡수하는 역할을 한다.
흡수 패드는 액상 샘플을 흡수할 수 있는 재료라면 그 종류가 제한되지 않으나, 바람직하게는 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리 섬유와 같은 재질로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 액상 버퍼가 버퍼 패드(10)에 흡수되면서, 중력과 모세관 현상에 의해 수직 방향으로 이동하게 된다. 이어서, 양쪽에 배치된 팽창부(20)가 버퍼 패드(10)에 흡수된 액상 버퍼를 흡수하면서 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하게 된다. 이어서, 상기 팽창에 의해 하부 방향으로 압력이 가해지면서 접촉 패드(50)가 반응 멤브레인(230)과 접촉하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 케이스 상판, 케이스 하판 및 이를 이용하여 조립된 케이스의 사진이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 팽창형 구조체를 포함하는 케이스 상판과 면역 반응용 구조체를 포함하는 케이스 하판을 조립하여, 측방유동분석(lateral flow assay, LFA)용 진단 센서 케이스를 제작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 팽창형 구조체를 포함한 스트립센서를 이용하여 실제 물질을 검출하는 것을 시간에 따라서 나타낸 사진이다.
도 6의 팽창형 구조체는 버퍼 패드 2개가 적층된 구조이다. 도 6을 참조하면, 액상 샘플과 액상 버퍼 주입 후 1차 면역 반응이 일어나고 일정 시간 이후에 자동으로 2차 신호 증폭 반응이 일어나는 것을 확인할 수 있다.
즉, 기존 면역 반응으로만 검출하는 스트립 센서보다 고감도로 검출이 가능한 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서를 이용하여, 클로르금산(HAuCl4)+히드록실아민(H3NO) 조건에서 실제 사람 혈액내에 존재하는 TnI(Troponin I)라는 심혈관계질환 인자를 검출한 사진(a) 및 그래프(b)이다.
도 8은 본 발명에 따른 팽창형 구조체를 포함한 스트립 센서를 이용하여, NBT(nitro blue tetrazolium) + AAP(2-Phospho-L-ascorbic acid trisodium salt) 조건에서 실제 사람 혈액내에 존재하는 TnI (Troponin I)라는 심혈관계질환 인자를 검출한 사진(a) 및 그래프(b)이다.
도 7 및 도 8의 팽창형 구조체는 버퍼 패드 2개가 적층된 구조이다. 도 7을 참조하면, 신호 증폭 반응 후(enhancement 후), 0.01ng/mL~10ng/mL까지 검출 인자를 검출할 수 있고, 도 8을 참조하면, 신호 증폭 반응 후, 0.001ng/mL~10ng/mL까지 검출 인자를 검출할 수 있는 바, 1차 면역 반응 후, 2차 신호 증폭 반응을 통한 검출 세기 및 감도가 향상됨을 보여준다.
따라서, 본 발명의 신호 증폭 반응에 의해 기존 스트립센서에서 검출할 수 있던 검출인자의 농도보다 낮은 농도까지 확인이 가능함을 확인하였다.
따라서, 본 발명에서는 팽창 구조체와 면역 반응용 구조체 사이의 높이 조절을 통해, 팽창 구조체가 반응 멤브레인에 닿는 시간을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 양쪽에 위치한 2개의 팽창부에 의해 하부 방향으로 압력이 가해지므로, 액상 버퍼와 신호 발생 물질의 방출 속도에 대해 균일성이 증가하고, 반응물질 패드와 반응 멤브레인이 직접 닿지 않으므로, 지속적으로 균일한 농도의 물질이 방출되어 재현성이 증가하는 특징이 있다.
또한, 1차 반응인 면역 반응에서 액상 버퍼에 의한 액상 샘플의 영향이 없어, 상호 간섭을 최소화하여 면역 반응의 정확도가 증가하는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (10)
- 신호 증폭 반응(Signal enhancement reaction)용 액상 버퍼를 흡수하는 버퍼 패드;
상기 버퍼 패드의 상부면에 부착되되, 상기 상부면의 양쪽에 이격 배치되는 팽창부;
상기 버퍼 패드의 하부면에 부착되어 상기 버퍼 패드로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하고, 상부면 중앙에 홈이 형성된 연결 멤브레인;
상기 연결 멤브레인에 형성된 홈에 부착되고, 신호 발생 물질이 저장되는 반응물질 패드; 및
상기 연결 멤브레인의 하부면에 부착되고, 상기 액상 버퍼와 상기 신호 발생 물질을 하부 방향으로 전달하는 접촉 패드;를 포함하고,
상기 팽창부는 상기 버퍼 패드로부터 상기 액상 버퍼를 흡수하여, 상기 팽창부의 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 버퍼 패드는 적어도 2개 이상 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 팽창형 구조체는
상기 연결 멤브레인에 형성된 홈에 부착되되, 상기 반응물질 패드 하부면에 부착되는 비대칭 멤브레인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 팽창형 구조체는
상기 버퍼 패드, 상기 연결 멤브레인 및 상기 접촉 패드 각각의 사이에 형성되는 접합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 제4항에 있어서,
상기 접합부는 복수의 홀이 형성된 양면 테이프이고,
상기 복수의 홀은 상기 액상 버퍼 및 상기 신호 발생 물질의 흐름 통로로 작용하는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 팽창형 구조체는
상기 버퍼 패드의 상부면에 배치되고, 상기 액상 버퍼가 주입되는 버퍼 주입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 액상 버퍼는 인산완충생리식염수(Phosphate Buffered Saline, PBS), 트리스 완충액(tris buffer) 및 탄산염 완충액(carbonate buffer) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 신호 발생 물질은 흡광 물질, 형광 물질, 발광 물질 및 전기화학적 신호 발생 물질 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창형 구조체.
- 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 팽창형 구조체; 및
상기 팽창형 구조체의 하부에 배치되는 면역 반응(Immunoassay reaction)용 구조체;를 포함하고,
상기 면역 반응용 구조체는
지지체; 상기 지지체의 상부면에 부착되어 검출하려는 분석 물질을 포함하는 액상 샘플을 흡수하는 샘플 패드; 상기 샘플 패드의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함된 분석 물질과 결합하는 면역 반응(Immunoassay reaction) 물질이 저장되는 컨쥬게이트 패드; 상기 컨쥬게이트 패드의 일단과 부착되고, 상기 액상 샘플에 포함되는 분석 물질을 검출하는 반응 멤브레인; 상기 반응 멤브레인의 일단과 부착되고, 상기 검출 반응이 종료된 액상 샘플을 흡수하는 흡수 패드;를 포함하며,
상기 팽창형 구조체에 포함되는 팽창부가 액상 버퍼를 흡수하여 상기 팽창부의 면 방향에 수직하는 방향으로 팽창하면서, 상기 팽창형 구조체와 상기 반응 멤브레인이 접촉하는 것을 특징으로 하는 스트립 센서.
- 제9항에 있어서,
상기 면역 반응(Immunoassay reaction) 물질은 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(Petide Nucleic Acid), 압타머(aptamer) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립 센서.
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