KR102026532B1 - A kit for detecting target materials comprising microchannel and magnets - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트를 이용하면 자기장을 이용하여 표적물질과 결합한 비대칭 응집체를 선택적으로 선별할 수 있고, 표적물질의 존재 여부 및 농도를 간편하게 확인할 수 있다.Using the kit for detecting a target substance according to an embodiment of the present invention, the asymmetric aggregate combined with the target substance can be selectively selected using a magnetic field, and the presence and concentration of the target substance can be easily confirmed.

Description

마이크로채널 및 자성체를 포함하는 표적물질 검출용 키트{A kit for detecting target materials comprising microchannel and magnets}A kit for detecting target materials comprising microchannel and magnets}

본 발명은 마이크로채널, 자성체 및 2 이상의 입자를 포함하는 표적물질 검출용 키트에 관한 것이다.The present invention relates to a kit for detecting a target substance comprising a microchannel, a magnetic substance and two or more particles.

질병 진단, 환경 모니터링, 임상 및 생물 연구에서 항원을 고감도로 정량적으로 검출하는 것은 중요한 과제로 면역분석법(immunoassay)는 높은 특이성으로 인하여 항원 검출에 자주 이용되는 방법이다. 그러나, ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay)와 같은 전통적인 면역분석법은 항체를 단계적으로 표지(labelling)해야 하며, 분석 시간이 오래 걸리고, 복잡한 검출 장비가 필요하다. 최근 미세유체 면역센서(microfluidic immunosensor)에는 광학, 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR) 및 표면-증강 라만 산란(surface-enhanced Raman scattering, SERS)과 같은 검출 방법이 도입되고 있다. 그러나 이러한 방법들은 부피를 많이 차지하고, 비싼 검출기가 필요하며, 인코딩(encoding) 및 디코딩(decoding) 과정이 추가로 필요한 단점이 있다. 또한, 마이크로채널에서 항체 표면을 변형시켜 면역센서의 특이성 및 민감성을 향상시키는 것은 쉽지 않은 과제이다.Highly sensitive and quantitative detection of antigens in disease diagnosis, environmental monitoring, clinical and biological research is an important challenge. Immunoassays are frequently used for antigen detection due to their high specificity. However, traditional immunoassays such as enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) require labeling antibodies in stages, require long assay times, and require complex detection equipment. Recently, microfluidic immunosensors have introduced detection methods such as optics, surface plasmon resonance (SPR) and surface-enhanced Raman scattering (SERS). However, these methods are disadvantageous in that they are bulky, require expensive detectors, and require additional encoding and decoding processes. In addition, it is difficult to improve the specificity and sensitivity of the immune sensor by modifying the surface of the antibody in the microchannel.

최근, 표면의 변형이 용이하여 입자를 이용한 마이크로입자-증강 면역분석법(microbead-enhanced immunoassays)이 주목을 받고 있다. 마이크로입자는 표면-대-부피 비율(surface-to-volume ratio)이 높기 때문에, 마이크로입자-증강 분석법은 빠른 분석을 통해 증폭된 신호 및 낮은 검출 한계(Limit of Detection; LOD)를 가지는 장점이 있다. 자성 입자(magnetic bead)는 자성 메모리 효과(magnetic memory effect) 없이 외부 자기장에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 자석을 이용하면 항체 고정(immobilization) 과정이 단순하고, 자기장(magnetic field)에 의하여 입자를 용이하게 분리할 수 있으며, 분산이 개선됨에 따라 면역결합(immunobinding) 가능성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 자성 입자는 디지털 ELISA의 민감도를 증가시키는 방법, 등자기영동(isomagnetophoresis) 면역분석법, 표면 반응면적 분석(surface coverage assay), 및 저항 펄스 감지(resistive pulse sensing)에 이용될 수 있다. 자성 입자의 상기 특성은 검출 한계가 낮고, 면역신호의 정량 분석을 수행할 수 있는 다양한 분석법을 가능하게 한다.Recently, microbead-enhanced immunoassays using particles have been attracting attention because of easy surface modification. Because microparticles have a high surface-to-volume ratio, microparticle-enhanced assays have the advantage of amplified signals and low limits of detection (LOD) through rapid analysis. . Magnetic particles can be controlled by an external magnetic field without the magnetic memory effect. In addition, the use of magnets simplify the process of antibody immobilization, facilitate the separation of particles by a magnetic field, and increase the potential for immunobinding as dispersion is improved. have. Such magnetic particles can be used for increasing the sensitivity of digital ELISA, isomagnetophoresis immunoassay, surface coverage assay, and resistive pulse sensing. The above characteristics of the magnetic particles have a low detection limit and enable various assays capable of performing quantitative analysis of immune signals.

1. 대한민국 등록특허 제10-0899138호1. Republic of Korea Patent No. 10-0899138

본 발명의 일 목적은 시료가 이동할 수 있는 채널을 구비하는 시료 유동부; 상기 시료 유동부에 자기장이 형성되도록 시료 유동부의 외부에 배치된 자기장 발생부; 상기 시료 유동부의 일 측면과 연결되고, 자기장에 의하여 채널의 일방향으로 슬라이딩(sliding)하는 입자를 확인하는 표적물질 검출부; 및 표적물질의 서로 다른 인식 부위에 특이적으로 결합하는 결합 분자가 연결된 2 이상의 입자를 포함하는 것으로, 상기 2 이상의 입자 중 어느 하나는 자성 입자인 표적물질 검출용 키트를 제공하는 것이다.One object of the present invention is a sample flow unit having a channel through which the sample can move; A magnetic field generator disposed outside the sample flow unit to form a magnetic field in the sample flow unit; A target material detection unit connected to one side of the sample flow unit and identifying a particle sliding in one direction of a channel by a magnetic field; And two or more particles to which a binding molecule that specifically binds to different recognition sites of the target material are connected. One of the two or more particles provides a kit for detecting a target material, which is a magnetic particle.

본 발명의 다른 목적은 상기 키트를 이용한 표적물질 검출 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting a target substance using the kit.

본 발명의 일 양상은 시료가 이동할 수 있는 채널을 구비하는 시료 유동부; 상기 시료 유동부에 자기장이 형성되도록 시료 유동부의 외부에 배치된 자기장 발생부; 상기 시료 유동부의 일 측면과 연결되고, 자기장에 의하여 채널의 일방향으로 슬라이딩(sliding)하는 입자를 확인하는 표적물질 검출부; 및 표적물질의 서로 다른 인식 부위에 특이적으로 결합하는 결합 분자가 연결된 2 이상의 입자를 포함하는 것으로, 상기 2 이상의 입자 중 어느 하나는 자성 입자인 표적물질 검출용 키트를 제공한다.One aspect of the invention is a sample flow section having a channel through which the sample can move; A magnetic field generator disposed outside the sample flow unit to form a magnetic field in the sample flow unit; A target material detection unit connected to one side of the sample flow unit and identifying a particle sliding in one direction of a channel by a magnetic field; And two or more particles connected to binding molecules that specifically bind to different recognition sites of the target material, and any one of the two or more particles provides a kit for detecting a target material which is a magnetic particle.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 키트에 포함되는 자기장 발생부는 자석, 솔레노이드 및 초전도자석으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며 자석인 것이 바람직하다. 상기 자석의 형태는 제한없이 이용할 수 있으며, 원통형 자석(cylindrical magnet)을 이용할 수 있다. 또한, 상기 자석은 입자의 이동 방향과 수직 방향으로 자기장을 인가해 줄 수 있는 위치로 배열될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnetic field generating unit included in the kit may be selected from the group consisting of magnets, solenoids, and superconducting magnets, and is preferably a magnet. The shape of the magnet may be used without limitation, and a cylindrical magnet may be used. In addition, the magnet may be arranged in a position that can apply a magnetic field in a direction perpendicular to the moving direction of the particles.

상기 자기장 발생부는 자기장의 세기(tesla, 테슬라)를 조절할 수 있는 자기장 조절부를 추가로 포함할 수 있다. 자기장의 세기를 조절함으로써 자성 입자-폴리스티렌 입자 응집체, 즉 비대칭 응집체의 슬라이딩 정도를 조절할 수 있으며, 전자석은 전류의 세기를 조절하여 자기장의 세기를 조절할 수 있는 장점이 있다.The magnetic field generating unit may further include a magnetic field adjusting unit capable of adjusting the intensity (tesla, Tesla) of the magnetic field. By controlling the strength of the magnetic field, the magnetic particle-polystyrene particle aggregates, that is, the degree of sliding of the asymmetric aggregates can be controlled, and the electromagnet has the advantage of controlling the strength of the magnetic field by controlling the intensity of the current.

본 명세서에서 사용하는 용어, "자기장(magnetic field)"이란 자석이나 전류, 변화하는 전기장 등의 주위에 자기력이 작용하는 범위를 말하며, "자기장 발생부"란 자석, 전자석 등을 이용하여 일시적 또는 영구적으로 자기장을 생성시키는 구성을 의미한다. 외부 자기장 없이도 자체적인 자기장을 유지하여 자성을 유지하는 물질을 자석(강자성체)이라고 하며, 전자석(electro-magnet)은 전류가 흐르면 자화되는 자석으로 솔레노이드(solenoid), 초전도자석 등이 있다. 상기 자기장은 자성 입자와 다른 입자를 분리하는 역할을 하며, 자성 입자와 다른 입자가 결합하여 응집체를 형성한 경우 응집체 또한 분리할 수 있다.As used herein, the term "magnetic field" refers to a range in which a magnetic force acts around a magnet, an electric current, a changing electric field, and the like, and the term "magnetic field generating unit" is temporarily or permanently used using a magnet, an electromagnet, or the like. This means a configuration that generates a magnetic field. A material that maintains its own magnetic field without maintaining an external magnetic field is called a magnet (ferromagnetic material). An electro-magnet is a magnet that is magnetized when an electric current flows, such as a solenoid or a superconducting magnet. The magnetic field serves to separate the magnetic particles and other particles, and when the magnetic particles and the other particles combine to form an aggregate, the aggregate may also be separated.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 자기장은 표적물질 검출부에서 입자의 진행 방향과 수직으로 형성되는 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, the magnetic field is preferably formed perpendicular to the advancing direction of the particles in the target material detection unit.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 표적물질 검출부는 입자의 슬라이딩을 기록할 수 있는 영상 기록부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 영상 기록부는 입자의 슬라이딩을 영상으로 기록할 수 있으며, 영상을 프레임(frame)으로 분할하고, 픽셀로 입자를 확인함으로써 입자의 단위시간당 이동 거리를 확인할 수 있다. 이때 프레임은 일정 시간 간격으로 분할할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 1/8초 단위로 분할할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the target material detection unit may further include an image recording unit capable of recording sliding of particles. The image recording unit may record the sliding of the particles as an image, and may divide the image into frames and check the moving distance per unit time of the particles by checking the particles with pixels. In this case, the frame may be divided at predetermined time intervals, and according to an embodiment of the present invention, the frame may be divided in units of 1/8 second.

본 명세서에서 사용하는 용어, "슬라이딩(sliding)"은 시료 유동부의 채널 내부를 유동하는 입자(단일 자성 입자, 또는 자성 입자를 포함하는 입자 응집체)가 자기장에 의하여 채널의 일 방향으로 이동하는 현상을 의미한다. 이때 이동하는 방향은 자기장에 의하여 변화될 수 있으며, 표적물질 검출부의 위치에 따라 변화될 수 있다.As used herein, the term “sliding” refers to a phenomenon in which particles (single magnetic particles, or particle aggregates including magnetic particles) flowing in a channel of a sample flow portion move in one direction of a channel by a magnetic field. it means. In this case, the moving direction may be changed by the magnetic field, and may be changed according to the position of the target material detector.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 검출용 키트에서 입자는 금 입자, 은 입자와 같은 금속 입자, 실리카 입자 및 고분자 입자 등 입자의 재질에 상관없이 이용될 수 있으며, 일 예로 폴리스티렌 입자를 이용할 수 있다. 또한, 상기 키트에서 입자의 종류는 2 이상일 수 있으며, 2 종류인 것이 가장 바람직하다. 입자가 2 종류인 경우 입자의 재질이 서로 상이한 것이 바람직하며, 두 입자 중 어느 하나는 자성 입자인 것이 가장 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, the particles in the detection kit may be used regardless of the material of the particles, such as gold particles, metal particles such as silver particles, silica particles and polymer particles, for example, polystyrene particles may be used. . In addition, the kind of particles in the kit may be two or more, it is most preferably two kinds. In the case of two kinds of particles, the materials of the particles are preferably different from each other, and one of the two particles is most preferably a magnetic particle.

또한, 상기 입자는 서로 다른 크기를 갖는 것이 바람직하며, 어느 한 입자의 크기가 나노미터 규모인 경우 다른 입자는 그 이상 크기의 나노미터, 또는 마이크로미터 크기일 수 있다. 또한, 상기 입자 중 크기가 작은 입자가 자성 입자인 것이 바람직하며, 그 크기는 100 ㎚ 내지 3 ㎛의 범위인 것이 바람직하다.In addition, the particles preferably have different sizes, and when the size of one particle is on the nanometer scale, the other particle may be a nanometer, or micrometer size, larger than that. In addition, it is preferable that the particles having small size are magnetic particles, and the size thereof is preferably in the range of 100 nm to 3 μm.

본 명세서에서 사용하는 용어, "결합 분자(binding molecules)"란 상기 입자의 표면에 화학 결합을 통해 연결되어 있으며, 표적물질에 특이적으로 결합할 수 있어 상기 입자와 표적물질의 특이적인 결합을 매개하는 분자를 의미한다.As used herein, the term "binding molecules" is linked to the surface of the particles through chemical bonding, and can specifically bind to the target material, thereby mediating specific binding of the particles and the target material. It means a molecule.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 결합 분자는 표적물질과 특이적으로 결합할 수 있는 분자이면 어떠한 것이든 가능하며, 폴리펩티드, 폴리뉴클레오티드 및 지질로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 상기 결합 분자는 예를 들어, 효소, 항체, 리간드, 앱타머 또는 마이크로 RNA일 수 있다. 바람직하게는, 상기 결합 분자는 항체 또는 앱타머일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the binding molecule may be any molecule capable of specifically binding to a target material, and may be selected from the group consisting of polypeptides, polynucleotides, and lipids, but is not limited thereto. The binding molecule can be, for example, an enzyme, antibody, ligand, aptamer or micro RNA. Preferably, the binding molecule may be an antibody or aptamer.

본 명세서에서 사용되는 용어, "특이적으로 결합(specifically binding)"은 당업자에게 통상적으로 공지되어 있는 의미와 동일한 것으로서, 항원 및 항체가 특이적으로 상호작용하여 면역학적 반응을 하는 것 뿐만 아니라 효소, 앱타머, 리간드 등의 분자가 표적에 높은 친화성과 특이성을 가지면서 결합하는 것을 의미한다. 본 발명의 키트는 크기가 상이한 2종 이상의 입자 및 인식 부위가 서로 상이한 결합 분자를 이용한 것으로, 결합 분자가 표적물질의 서로 다른 부위를 인식하기 때문에 높은 정확도로 표적물질을 검출할 수 있다.As used herein, the term "specifically binding" has the same meaning as is commonly known to those skilled in the art, and the enzyme and the enzyme, This means that molecules such as aptamers and ligands bind to the target with high affinity and specificity. The kit of the present invention uses two or more kinds of particles having different sizes and binding molecules having different recognition sites. Since the binding molecules recognize different sites of the target material, the target material can be detected with high accuracy.

본 표적물질 검출 키트의 단면 구조를 도 1에 나타내었다.The cross-sectional structure of the present target substance detection kit is shown in FIG. 1.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 검출용 키트는 검출 대상이 되는 시료와 키트의 입자가 접촉한 결과물을 주입하는 시료 주입부(120)를 포함할 수 있다. 시료 내에 표적물질이 존재하는 경우 표적물질과 입자 사이에 응집체가 형성되며, 입자의 크기가 서로 다르기 때문에 비대칭 응집체가 형성될 수 있다. 상기 시료 주입부(120)는 시료 유동부(110)로 연결되며, 채널 구조의 시료 유동부는 입자 응집체의 이동 통로 역할을 한다. 시료 유동부의 말단에는 채널을 통과한 시료가 외부로 유출되는 시료 유출부(130)가 형성되어 있다. 또한, 시료 유동부(110)의 외부에는 자기장 발생부(140)이 배치되어 있어 시료 유동부에 자기장을 형성하며, 비대칭 응집체가 슬라이딩할 수 있는 힘을 제공한다. 상기 시료 유동부(110)의 일 측면에는 표적물질 검출부(150)가 형성되어 있어 현미경 등의 광학 장비를 이용하여 입자의 슬라이딩을 확인할 수 있다. 한편, 시료 유입부, 시료 유동부, 시료 유출부, 자기장 발생부 및 표적물질 검출부를 고정시키기 위하여 하우징(housing)을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the detection kit may include a sample injector 120 for injecting a result of the contact of the sample to be detected with the particles of the kit. When the target material is present in the sample, aggregates are formed between the target material and the particles, and asymmetric aggregates may be formed because the particles have different sizes. The sample injection unit 120 is connected to the sample flow unit 110, the sample flow portion of the channel structure serves as a moving passage of the particle aggregates. At the end of the sample flow section, a sample outlet 130 through which a sample passing through the channel flows out is formed. In addition, the magnetic field generating unit 140 is disposed outside the sample flow unit 110 to form a magnetic field in the sample flow unit, and provides a force for sliding the asymmetric aggregate. The target material detection unit 150 is formed on one side of the sample flow unit 110 to check the sliding of the particles using optical equipment such as a microscope. Meanwhile, a housing may be included to fix the sample inlet, the sample flow unit, the sample outlet, the magnetic field generator, and the target material detector.

본 발명의 다른 양상은 표적물질의 존재 여부를 확인하고자 하는 시료와 제1항의 입자를 접촉시키는 단계; 상기 결과물을 자기장이 형성된 시료 유동부에 공급하는 단계; 및 시료 내의 표적물질과 입자가 접촉하여 형성된 비대칭 입자 응집체를 표적물질 검출부에서 확인하는 단계를 포함하는 표적물질 검출 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention comprises the steps of contacting the particle of claim 1 with a sample to determine the presence of a target material; Supplying the resultant to the sample flow section in which the magnetic field is formed; And it provides a target material detection method comprising the step of identifying the asymmetric particle aggregate formed by contacting the target material and particles in the sample in the target material detection unit.

본 발명의 일 실시예에 따르면 비대칭 입자 응집체를 확인하는 단계는 비대칭 입자 응집체의 슬라이딩 여부를 확인함으로써 이루어질 수 있다. 시료에 표적물질이 존재하는 경우 표적물질과 입자가 결합하여 비대칭 응집체를 형성하고, 상기 비대칭 응집체는 자기장에 의하여 시료 유동부의 상단으로 슬라이딩하기 때문에 비대칭 응집체를 간편하게 확인할 수 있다. 이때 자성 입자도 자기장에 의하여 슬라이딩 할 수 있으나, 비대칭 응집체와 크기 및 이동 속도가 다르기 때문에 구분할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of identifying the asymmetric particle aggregates may be performed by checking whether the asymmetric particle aggregates are sliding. When the target material is present in the sample, the target material and the particles combine to form an asymmetric aggregate, and the asymmetric aggregate can be easily identified because the asymmetric aggregate slides to the top of the sample flow part by the magnetic field. In this case, the magnetic particles can also be slid by the magnetic field, but can be distinguished from the asymmetric aggregates because they differ in size and moving speed.

또한, 상기 표적물질 검출 방법은 비대칭 입자 응집체의 이동 속도를 확인하여 표적물질의 농도를 산출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 비대칭 입자 응집체의 이동 속도를 측정하고, 표적물질 검출부를 단위시간당 통과하는 비대칭 입자 응집체의 수를 확인하여 표적물질의 농도를 산출할 수 있다.In addition, the target material detection method may further include the step of calculating the concentration of the target material by checking the moving speed of the asymmetric particle aggregates. For example, the concentration of the target material may be calculated by measuring the moving speed of the asymmetric particle aggregate and confirming the number of the asymmetric particle aggregates passing through the target material detection unit per unit time.

본 명세서에 개시된 표적물질 검출 키트를 이용하면 병행 방식(parallel fashion)으로 복수개의 AIB를 모니터 할 수 있으며, 고속 광학(high speed optics) 기술 없이 빠르게 정량 분석을 할 수 있다. 또한, 상기 키트는 단일-단계 몰딩 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 다양한 기능성 구조(compartment)와 통합될 수 있다. 예를 들어, 현미경을 이용하지 않는 경우 CMOS 이미지 센서(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)를 하나의 대안으로 이용할 수 있다. 본 발명의 표적물질 검출 키트에 사용된 현미경의 배율(x100배)이 높지 않고, 정교한 픽셀 카운팅을 요구하지 않기 때문이다.The target material detection kit disclosed herein can monitor a plurality of AIBs in a parallel fashion, and can quickly perform quantitative analysis without high speed optics technology. In addition, the kit can be prepared by a single-step molding method and can be integrated with various functional compartments. For example, when not using a microscope, a complementary metal oxide semiconductor image sensor may be used as an alternative. This is because the magnification (x100 times) of the microscope used in the target material detection kit of the present invention is not high and does not require sophisticated pixel counting.

본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트를 이용하면 자기장을 이용하여 표적물질과 결합한 비대칭 응집체를 선택적으로 선별할 수 있고, 표적물질의 존재 여부 및 농도를 간편하게 확인할 수 있다.Using the kit for detecting a target substance according to an embodiment of the present invention, the asymmetric aggregate combined with the target substance can be selectively selected using a magnetic field, and the presence and concentration of the target substance can be easily confirmed.

도 1은 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트의 구조를 개략적으로 보여주는 도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트의 원리를 개략적으로 보여주는 도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트에서 마이크로채널과 감지 영역(sensing area)의 구조를 보여주는 도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트의 실제 형태를 개략적으로 보여주는 도이다.
도 5는 표면이 항체로 코팅된 자성 입자(magnetic bead) 및 폴리스티렌 입자(polystyrene bead)가 표적물질과 결합하여 비대칭 응집체(asymmetric immunoaggregated beads, AIB)를 형성하는 과정을 보여주는 도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트의 마이크로채널에서 비대칭 응집체가 받는 힘을 보여주는 도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트에서 마이크로채널을 통과하는 입자 및 입자 응집체의 크기를 이미지 분석으로 확인한 결과를 보여주는 도이다.
도 8은 표적물질 농도에 따른 비대칭 응집체의 형성 비율을 보여주는 도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 키트에서 감지 영역 내로 들어온 비대칭 응집체의 이미지, 출현 확률(appearance probability) 및 슬라이딩(sliding)하는 비대칭 응집체의 수를 확인한 결과를 보여주는 도이다.
도 10은 감지 영역에서 확인되는 비대칭 응집체의 유형, 이들의 이동 속도, 슬라이딩 거리 및 슬라이딩 속도(sliding velocity)를 보여주는 도이다.
도 11은 서로 다른 표적물질 농도에서 비대칭 응집체의 형성 정도를 확인한 결과를 보여주는 도이다.
도 12는 표적물질 농도에 따른 비대칭 응집체의 수, 슬라이딩 속도 및 평균 슬라이딩 속도를 측정한 결과를 보여주는 도이다.
도 13은 서로 다른 표적물질 농도에서 감지 영역을 통과하는 비대칭 응집체의 수를 6분 동안 측정한 결과를 보여주는 도이다.
1 is a view schematically showing the structure of a kit for detecting a target material according to an embodiment.
2 is a view schematically showing the principle of the kit for detecting a target material according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a structure of a microchannel and a sensing area in a kit for detecting a target material according to an exemplary embodiment.
4 is a view schematically showing the actual form of the kit for detecting a target material according to an embodiment.
FIG. 5 is a view illustrating a process in which magnetic particles and polystyrene beads coated with an antibody are combined with a target material to form asymmetric immunoaggregated beads (AIB).
6 is a view showing the force received by the asymmetric aggregates in the microchannel of the target material detection kit according to an embodiment.
7 is a view showing the results confirmed by the image analysis the size of particles and particle aggregates passing through the microchannel in the kit for detecting a target material according to an embodiment.
8 is a view showing the formation rate of the asymmetric aggregates according to the target material concentration.
FIG. 9 is a diagram illustrating a result of confirming an image, appearance probability, and sliding number of asymmetric aggregates entering into a sensing region in a target material detection kit according to an embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing the types of asymmetric aggregates identified in the sensing region, their moving speed, sliding distance and sliding velocity.
11 is a view showing the results of confirming the degree of formation of asymmetric aggregates at different target material concentrations.
12 is a view showing the results of measuring the number, sliding speed and average sliding speed of the asymmetric aggregates according to the target material concentration.
FIG. 13 shows the results of measuring the number of asymmetric aggregates passing through the sensing region at different target concentrations for 6 minutes.

이하 하나 이상의 실시예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 실시예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, one or more embodiments will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are intended to illustrate one or more embodiments by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

실험방법Experiment method

1. 표적물질 검출용 미세유체 장치 제작1. Fabrication of microfluidic device for detection of target substance

표적물질 검출용 미세유체 장치는 싱글-마스크 소프트 리소그래피(single-mask soft lithography) 방법으로 제작하였다. 먼저, SU8 3050 (MicroChem Corp.)을 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)의 상부에 스핀-코팅(spin coating)하고, 마이크로채널(microchannel)의 몰드(mold)를 만들기 위하여 포토리소그래피 (photolithography)를 수행하였다. 즉, 몰드의 두께는 마이크로채널의 높이가 된다. 다음으로, PDMS(polydimethylsiloxane; Sylgard 184, Dow Corning)를 가교제(crosslinker)와 10:1의 비율로 혼합하여 진공 챔버에서 디가스(degass)하였다. PDMS와 가교제의 혼합물을 SU8 몰드에 부어 65℃ 오븐에서 4시간 동안 경화(cure)시킨 후 경화된 PDMS에서 몰드를 제거하였다. 몰드를 제거한 PDMS의 양 말단에 바이옵시 펀치(biopsy punch)로 1 ㎜ 크기의 구멍을 뚫어 샘플 유입부(inlet) 및 유출부(outlet)를 제작하였다. PDMS를 에탄올로 세척한 후 80℃ 드라이 오븐에서 건조시켰다. 마지막으로, 에어 플라즈마(air plasma; BD-20 V, ETP, USA)를 1분 동안 처리하여 PDMS를 슬라이드 글라스 위에 결합시켰다. 제작된 마이크로채널은 폭 1 ㎜, 전체 길이 20 ㎜ 및 높이 75±0.5 ㎛이다.The microfluidic device for detecting target material was manufactured by single-mask soft lithography. First, SU8 3050 (MicroChem Corp.) was spin-coated on top of a silicon wafer, and photolithography was performed to make a mold of a microchannel. In other words, the thickness of the mold is the height of the microchannel. Next, PDMS (polydimethylsiloxane; Sylgard 184, Dow Corning) was mixed with a crosslinker in a ratio of 10: 1 and degassed in a vacuum chamber. The mixture of PDMS and crosslinker was poured into a SU8 mold and cured in an oven at 65 ° C. for 4 hours before removing the mold from the cured PDMS. Sample inlets and outlets were made by punching holes of 1 mm in a biopsy punch at both ends of the PDMS from which the mold was removed. PDMS was washed with ethanol and dried in an 80 ° C. dry oven. Finally, air plasma (BD-20 V, ETP, USA) was treated for 1 minute to bind PDMS onto the slide glass. The fabricated microchannels were 1 mm wide, 20 mm long and 75 ± 0.5 μm in height.

1180 ㎛ x 944 ㎛ 크기의 감지 영역(sensing area)은 외부 자석의 측면으로부터 1 ㎜ 떨어진 곳에 위치해 있으며, 마이크로채널 위의 PDMS는 3 ㎜ 두께이다. 0.35 T의 표면 유도(surface induction)를 가지는 4 ㎜ 직경의 원통형 네오디뮴 자석(cylindrical neodymium magnet; 직경 자화됨 (diametrically magnetized), Grade N40, JJtool, 대한민국)은 마이크로채널 위에 위치해 있다. 자석의 N극과 S극이 마이크로채널과 평행하게 배열되기 때문에 자기장 방향(magnetic field orientation)에 의한 비대칭 응집체(asymmetric immunoaggregated beads; 이하, AIB로 기재함)의 표면 흡착(surface adsorption)을 최소화할 수 있다. 마이크로채널 및 감지 영역의 위치를 고정하기 위하여 PLA 하우징(polylactic acid housing; DP200, Sindoh, South Korea)을 마이크로채널에 연결시켰다.A sensing area measuring 1180 μm × 944 μm is located 1 mm away from the side of the outer magnet and the PDMS over the microchannel is 3 mm thick. A 4 mm diameter cylindrical neodymium magnet (diametrically magnetized, Grade N40, JJtool, South Korea) with a surface induction of 0.35 T is located above the microchannel. Since the N and S poles of the magnet are arranged in parallel with the microchannel, surface adsorption of asymmetric immunoaggregated beads (hereinafter referred to as AIB) due to magnetic field orientation can be minimized. have. The PLA housing (polylactic acid housing; DP200, Sindoh, South Korea) was connected to the microchannel to fix the location of the microchannel and sensing area.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질 검출용 미세유체 장치의 원리를 개략적으로 보여주는 것이다. 도 2A는 선형 마이크로채널을 따라 감지 영역(붉은색 점선으로 표시된 사각형)을 통과하는 AIB 샘플을 보여주는 것이고, 도 2B는 PDMS 마이크로채널의 단면을 보여주는 것이다. 도 2C는 단일 입자와 AIB의 유동 속도를 상대적으로 비교한 것으로, AIB의 유동 속도가 느린 것을 확인할 수 있다.Figure 2 schematically shows the principle of the microfluidic device for detecting a target material according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A shows an AIB sample passing through a sensing region (squares indicated by red dotted lines) along a linear microchannel, and FIG. 2B shows a cross section of a PDMS microchannel. Figure 2C is a comparative comparison of the flow rate of a single particle and AIB, it can be seen that the flow rate of the AIB is slow.

도 3은 표적물질 검출용 미세유체 장치에서 마이크로채널과 감지 영역의 구조 및 자석의 위치를 보여주는 것이다.Figure 3 shows the structure of the microchannel and the sensing region and the position of the magnet in the microfluidic device for detecting a target substance.

도 4는 표적물질 검출용 미세유체 장치의 전체 형태를 개략적으로 보여주는 것이다.Figure 4 schematically shows the overall form of the microfluidic device for detecting a target substance.

2. 항체-입자 복합체 및 비대칭 응집체(asymmetric 2. antibody-particle complexes and asymmetric aggregates immunoaggregatedimmunoaggregated beads, AIB) 제작 beads, AIB) production

다른 언급이 없는 한 모든 화합물은 Sigma-Aldrich(USA)에서 구입하였다. 표적물질인 인플루엔자 타입 A H1N1 핵단백질(influenza type A H1N1 nucleoprotein;이하, NP로 기재함), NP에 대한 다중클론항체 및 단일클론항체는 항국생명공학연구원(Korea Research Institute of Bioscience & Biotechnology, KRIBB; 대전, 대한민국)으로부터 제공받았다.All compounds were purchased from Sigma-Aldrich (USA) unless otherwise noted. Targeted influenza type A H1N1 nucleoprotein (hereinafter referred to as NP), polyclonal antibodies and monoclonal antibodies against NP are the Korea Research Institute of Bioscience & Biotechnology, KRIBB; Daejeon, Korea).

먼저, PS 입자 1 ㎕(4.18x109 입자/㎖)를 탈이온화수(deionized water, 이하, DIW로 기재함; Milli-Q®) 50 ㎕에 희석하고, 3번 세척한 후 2000 g에서 원심분리하였다. MS 입자 1.5 ㎕(1.19x1010 입자/㎖)를 DIW에 희석하고, 자석으로 2분 동안 입자를 회수하여 3번 세척하였다. 입자를 15 mM MES (2-(N-morpholino) ethanesulfonic acid; pH 6.0) 버퍼에 각각 재현탁시켰다. 이후, MES 버퍼 1 ㎖에 EDC 10 ㎎ 및 NHS 15 ㎎을 용해시켜 EDC-NHS 버퍼를 제조하였다. 표적물질을 포획하도록 입자를 활성화시키기 위하여 EDC-NHS 버퍼 50 ㎕에 입자를 재현탁시킨 후, 실온에 30분 동안 방치하였다. 이후, 원심분리 및 자석으로 상등액을 제거하고, MES 버퍼 50 ㎕로 각 입자를 2회 세척하였다.First, 1 ㎕ PS particles (4.18x10 9 particles / ㎖) deionized water to (deionized water, hereinafter described in DIW; Milli-Q ®) was diluted to 50 ㎕, washed three times by centrifugation at 2000 g It was. 1.5 μl of MS particles (1.19 × 10 10 particles / ml) were diluted in DIW, and the particles were collected for 2 minutes with a magnet and washed three times. Particles were resuspended in 15 mM MES (2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid; pH 6.0) buffer, respectively. Thereafter, EDC-NHS buffer was prepared by dissolving 10 mg of EDC and 15 mg of NHS in 1 ml of MES buffer. The particles were resuspended in 50 μl of EDC-NHS buffer to activate the particles to capture the target material and then left at room temperature for 30 minutes. The supernatant was then removed by centrifugation and magnet, and each particle was washed twice with 50 μl of MES buffer.

다음으로 다중클론 항체(0. 15 ㎎/㎖) 50 ㎕와 2.8 ㎛ 폴리스티렌 입자(polystyrene carboxyl beads, 이하 PS 입자로 기재함; Spherotech, USA)를 결합시키고, 단일클론항체는 EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) 및 sulfo-NHS (sulfo-Nhydroxysuccinimide)를 이용하여 1.05 ㎛ 초상자성 카르복실 입자(superparamagnetic carboxyl beads; 이하, MS 입자로 기재함; Dynabeads MyOne carboxylic acid, Thermo Fisher Scientific, USA)와 결합시켰다. 구체적으로, 다중클론항체 또는 동일한 양과 농도의 단일클론항체를 상응하는 입자와 각각 혼합하고, 오비탈 쉐이커에서 100 rpm으로 2시간 동안 항체와 입자를 반응시켰다. 0.1%(w/v) BSA(bovine serum albumin)를 포함하는 1X PBS(phosphate buffered saline, pH 7.4)로 각각의 입자를 3회 세척하고, 부피가 320 ㎕가 되도록 동일한 용액에 현탁시켰다. 항체-입자 복합체 용액 각각을 50 ㎕씩 혼합하여 입자 프로브(bead probe) 100 ㎕를 제조하였다. 표적물질의 최종 농도가 0 내지 54 ng/㎖이 되도록 NP 용액 50 ㎕를 입자 프로브에 첨가하여 비대칭 응집체(asymmetric immunoaggregated beads; 이하, AIB로 기재함) 형성을 유도하였다. 실온에서 30분 동안 반응시킨 후 확인한 결과, 최종 입자 농도는 PS 입자 4.36x106 입자/㎖이고, MS 입자는 1.86x107 입자/㎖인 것을 알 수 있었다(1 : 4.27 비율 혼합물). 상기 혼합 비율은 PS 입자와 MG 입자의 비율을 1:1 내지 1:10으로 혼합하여 실험한 후 결정하였다. 혼합비가 1:4인 경우 마이크로채널에서 슬라이딩 AIB를 간섭하는 MG 입자가 상대적으로 적고, 응집 정도를 확인하기에 충분하였다.Next, 50 μl of a polyclonal antibody (0.15 mg / ml) and 2.8 μm polystyrene particles (hereinafter referred to as PS particles; Spherotech, USA) were combined, and the monoclonal antibody was EDC (1-ethyl-). 1.05 μm superparamagnetic carboxyl beads (hereinafter referred to as MS particles) using 3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) and sulfo-NHS (sulfo-Nhydroxysuccinimide); Dynabeads MyOne carboxylic acid, Thermo Fisher Scientific, USA). Specifically, polyclonal antibodies or monoclonal antibodies of the same amount and concentration were mixed with the corresponding particles, respectively, and the antibodies and particles were reacted for 2 hours at 100 rpm in an orbital shaker. Each particle was washed three times with IX PBS (phosphate buffered saline, pH 7.4) containing 0.1% (w / v) BSA (bovine serum albumin) and suspended in the same solution to a volume of 320 μl. 50 μl of each antibody-particle complex solution was mixed to prepare 100 μl of particle probe. 50 μl of NP solution was added to the particle probe such that the final concentration of the target was 0-54 ng / ml to induce the formation of asymmetric immunoaggregated beads (hereinafter referred to as AIB). After 30 minutes of reaction at room temperature, the final particle concentration was found to be 4.36x10 6 particles / ml PS particles, and 1.86x10 7 particles / ml MS particles (1: 4.27 ratio mixture). The mixing ratio was determined after experimenting by mixing the ratio of PS particles and MG particles in a ratio of 1: 1 to 1:10. When the mixing ratio is 1: 4, there are relatively few MG particles interfering with the sliding AIB in the microchannel, and sufficient to confirm the degree of aggregation.

이하에서는 혼동을 피하기 위하여, 단일 PS 입자와 단일 MS 입자가 결합하여 형성된 비대칭 응집체는 single-AIB로 기재하고, 복수의 결합에 의하여 형성된 비대칭 응집체는 multi-AIB로 기재한다. AIB는 single-AIB와 multi-AIB를 포함하는 것으로 기재한다.Hereinafter, to avoid confusion, asymmetric aggregates formed by combining single PS particles and single MS particles are described as single-AIB, and asymmetric aggregates formed by a plurality of bonds are described as multi-AIB. AIB is described as including single-AIB and multi-AIB.

도 5는 비대칭 응집체의 형성 과정을 보여주는 것으로 서로 다른 항체로 표면이 코팅된 MS 입자와 PS 입자가 NP와 결합하여 모양이 비대칭인 응집체를 형성하는 것을 알 수 있다.Figure 5 shows the formation of asymmetric aggregates, it can be seen that the MS particles and PS particles coated with different antibodies to form asymmetric aggregates combined with NP.

3. 테스트 실험3. Test Experiment

PBS 버퍼(1%(w/v) BSA 포함)를 PDMS 마이크로채널에 주입하고, 실온에서 24시간 동안 반응시켜 마이크로채널의 내부 표면을 BSA로 코팅하였다. 이 과정은 입자가 슬라이딩(sliding)하는 동안 채널 표면에 AIB가 흡착(adsorption)하는 것을 최소화하기 위한 것이다. 실험 시작 직전, 1% PBST(트윈-20 포함) 600 ㎕로 AIB 샘플을 4배 희석하여 시린지(Hamilton, USA)에 로딩하고, 샘플 유입부 및 유출부에 테플론 튜브(teflon tube)가 장착된 마이크로채널에 AIB 샘플을 주입하였다. 모든 실험에서 시린지 펌프(KDS Pico syringe pump, KD scientific, USA)를 이용하여 유속(flow rate)을 1 ㎕/min으로 고정하였다. 이 수치는 채널의 규모(dimension)를 고려할 때 222 ㎛/s의 평균 유속에 상응하는 값이다.PBS buffer (containing 1% (w / v) BSA) was injected into the PDMS microchannels and allowed to react for 24 hours at room temperature to coat the inner surface of the microchannels with BSA. This process is intended to minimize the adsorption of AIB to the channel surface while the particles are sliding. Immediately before the start of the experiment, a 4-fold dilution of the AIB sample with 600 μl of 1% PBST (including Twin-20) was loaded into a syringe (Hamilton, USA), and a micro-teflon tube mounted at the sample inlet and outlet. AIB samples were injected into the channel. In all experiments, the flow rate was fixed at 1 μl / min using a syringe pump (KDS Pico syringe pump, KD scientific, USA). This value corresponds to an average flow rate of 222 μm / s, taking into account the channel dimensions.

실험이 진행되는 동안 자석, 마이크로채널 및 감지 영역의 위치를 고정하기 위하여 PLA 하우징(polylactic acid housing; DP200, Sindoh, South Korea)을 마이크로채널에 연결시켰다. 감지 영역은 매 실험마다 최소 6분 동안 현미경(Nikon Eclipse Ti, 일본)으로 모니터하고, 측정하는 동안 마이크로채널의 상부 표면에 현미경의 초점을 맞추었다. 현미경의 셔터 노출 시간은 1 ms로 설정하였고, 입자 및 입자 응집체를 명확히 구분하기 위하여 밝기는 조정하였다. 감지 영역을 통과하는 대부분의 AIB를 명확하게 구분하기 위하여 마이크로채널의 전체 폭(1 ㎜)보다 좁은 감지 영역(944 ㎛)을 선택하였다. 마이크로채널의 높이는 AIB의 명확한 식별과 우수한 이미지 품질을 위해 최적화하였다. 마이크로채널의 높이가 낮으면, AIB가 많이 움직일수록 채널의 상부 표면 부근에 큰 속도 구배(large velocity gradient)를 유도할 수 있다. 그러나 높이가 너무 낮으면, 현미경 심도(microscopic depth of field)를 통과하는 PS 입자의 이미지가 AIB 카운팅을 방해할 수 있다.The PLA housing (polylactic acid housing; DP200, Sindoh, South Korea) was connected to the microchannel to fix the position of the magnet, microchannel and sensing area during the experiment. The detection area was monitored under a microscope (Nikon Eclipse Ti, Japan) for at least 6 minutes per experiment and the microscope was focused on the top surface of the microchannels during the measurement. The shutter exposure time of the microscope was set to 1 ms, and the brightness was adjusted to clearly distinguish particles and particle aggregates. In order to clearly distinguish most of the AIBs passing through the sensing area, a sensing area (944 μm) narrower than the total width of the microchannel (1 mm) was chosen. The height of the microchannels has been optimized for clear identification of AIBs and good image quality. The lower the height of the microchannel, the more moving the AIB can induce a large velocity gradient near the top surface of the channel. However, if the height is too low, an image of the PS particles passing through the microscopic depth of field may interfere with AIB counting.

4. 4. AIBAIB 카운팅Counting (counting): 비디오 프레임 분석(video frame analysis)counting: video frame analysis

감지 영역을 슬라이딩하는 AIB는 현미경을 이용하여 비디오로 녹화하였고, 주문 제작한(custom-built) 소프트웨어 (MATLAB R2016b, Mathworks®)로 분석하였다. 비디오는 초당 24 프레임 및 840 x 672 픽셀 (픽셀당 1.40 ㎛) 크기로 기록하였으며, 프레임으로 분할한 후 그레이 스케일 이미지로 변환하였다. 이미지에 포함된 입자 및 입자 응집체는 그레이 스케일 값(gray scale value)으로 구분하였다. 각 프레임을 1/8초 후의 후속 프레임과 비교하여 AIB의 이동 거리를 계산하고, 슬라이딩하는 AIB의 수와 AIB 각각의 속도를 계산하였다.The AIB sliding the detection area was recorded in video using a microscope and analyzed with custom-built software (MATLAB R2016b, Mathworks ® ). The video was recorded at 24 frames per second and 840 x 672 pixels (1.40 μm per pixel) and was divided into frames and converted to gray scale images. Particles and particle aggregates included in the image were divided by gray scale values. Each frame was compared to the next frame after 1/8 second to calculate the moving distance of the AIB, and the number of sliding AIBs and the speed of each of the AIBs.

단일 PS 입자의 크기는 2.8 ㎛(해당 영역의 면적은 6.15 ㎛2)이므로 이미지 프레임에서 3 내지 5 픽셀(pixel)을 차지한다. 따라서, 1.05 ㎛ 및 2.8 ㎛ 크기의 입자가 결합된 AIB는 슬라이딩 방향, 입자의 결합 정도, 및 채널 내부 표면에 대한 현미경의 초점 오류를 고려할 때 약 4 내지 18 픽셀을 차지한다. 20 픽셀을 초과하는 것은 비특이적 복합체 또는 불순물로 간주하여 무시하고, 3 픽셀 이하는 단일 MG 입자로 판단하여 배제하였다. 비운동성 AIB는 채널 표면에 흡착된 AIB로 간주하고, AIB 카운팅에 고려하지 않았다. 감지 영역에서의 입자 흡착은 모든 샘플에서 분당 평균 1 내지 3회에 발생하였다. 또한, AIB는 빠르게 이동할 수 없기 때문에 평균 유속의 절반 이상 속도를 가지는 입자 또는 입자 응집체는 무시하였다.The size of a single PS particle is 2.8 μm (the area of the area is 6.15 μm 2 ) and thus occupies 3 to 5 pixels in the image frame. Thus, AIB combined with particles of 1.05 μm and 2.8 μm occupy about 4 to 18 pixels considering the sliding direction, the degree of bonding of the particles, and the focal error of the microscope to the channel inner surface. More than 20 pixels were ignored as nonspecific complexes or impurities, and 3 pixels or less were considered as single MG particles and excluded. Non-kinetic AIBs were considered AIBs adsorbed on the channel surface and were not considered for AIB counting. Particle adsorption in the sensing zone occurred on average 1 to 3 times per minute in all samples. In addition, since AIB cannot move rapidly, particles or particle aggregates having a velocity of more than half the average flow rate are ignored.

5. 5. AIB의Of AIB 이동 속도 및 이동 거리 계산 Calculate travel speed and travel distance

AIB가 마이크로채널의 표면에 흡착하지 않고 적절히 슬라이드하기 위해서는 자석의 강도, 크기 및 위치가 정확하게 조정되어야 한다. 이를 달성하기 위하여, 외부 자기장 및 구동된 유동 조건에 의하여 AIB에 가해지는 힘에 기초하여 이론적으로 AIB의 슬라이딩 속도를 측정하였다. AIB가 마이크로채널의 상단(upper) 표면을 슬라이드하면, (1) 유동 방향으로의 자기력(magnetic force), (2) 자기력의 수직 성분(vertical component)에 의해 유도되는 마찰력(friction force) 및 (3) 유동에 의한 스톡스 항력(Stokes drag force)이 작용한다. AIB의 속도는 상기 세 힘의 균형을 이용하여 계산될 수 있으며, 먼저, AIB에 작용하는 유동 방향으로의 자기력은 하기 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.In order for the AIB to slide properly without adsorption on the surface of the microchannel, the strength, size and position of the magnet must be accurately adjusted. To achieve this, the sliding speed of the AIB was theoretically measured based on the force exerted on the AIB by an external magnetic field and driven flow conditions. When the AIB slides the upper surface of the microchannel, (1) magnetic force in the flow direction, (2) friction force induced by the vertical component of the magnetic force, and (3 Stokes drag force due to flow. The speed of the AIB can be calculated using the balance of the three forces, first, the magnetic force in the flow direction acting on the AIB can be calculated using Equation 1 below.

Figure 112017104665947-pat00001
Figure 112017104665947-pat00001

상기 수학식 1에서 μ0는 자기 투과 상수(magnetic permeability constant)인 1.26x10-6 N/A2이고; V는 1.05 ㎛의 평균 직경을 가지는 초상자성 마이크로입자의 부피이며; χ는 다른 연구에서 0.3으로 측정된 유효 자기 감수율(effective magnetic susceptibility)이고; H는 자기장이며; (Hㆍ▽)H는 원통 형태의 자석을 이용하여 계산하였다. 상기 수학식 1을 원통형 자석 모델에 적용하면, AIB에 가해지는 유동 방향으로의 자기력은 하기 수학식 2에 따라 계산할 수 있다.Μ 0 in Equation 1 is 1.26 × 10 −6 N / A 2 , which is a magnetic permeability constant; V is the volume of the superparamagnetic microparticles having an average diameter of 1.05 μm; χ is the effective magnetic susceptibility measured at 0.3 in other studies; H is a magnetic field; (H and ▽) H is calculated using a magnet of cylindrical shape. Applying Equation 1 to the cylindrical magnet model, the magnetic force in the flow direction applied to the AIB can be calculated according to Equation 2 below.

Figure 112017104665947-pat00002
Figure 112017104665947-pat00002

상기 수학식 2에서 M s는 자화 수준(magnetized level)인 1.11x106 A/m이고, Rmag는 원통형 자석의 반지름인 2.0 ㎜이다. 또한, z d 및 xd는 자석과 AIB 사이의 수직 및 수직 거리를 의미하며, 각각 5.0 ㎜및 3.6 ㎜이다. 다만, χd는 감지 영역에서의 평균 거리를 고려하여 측정하였다. 단일 MS 입자를 포함하는 AIB의 경우 감지 영역에서 미끄러질 때 받는 자기력(magnetic force; F mag, χ)은 0.15 pN으로 계산되었다.In Equation 2, M s is 1.11 × 10 6 A / m, which is the magnetized level, and R mag is 2.0 mm, the radius of the cylindrical magnet. In addition, z d and x d mean the vertical and vertical distance between the magnet and the AIB, and 5.0 mm and 3.6 mm, respectively. However, χ d was measured in consideration of the average distance in the sensing area. For an AIB containing a single MS particle, the magnetic force ( F mag, χ ) received when sliding in the sensing region was calculated to be 0.15 pN.

또한, 상기 (2)의 마이크로채널에 수직 방향인 자기력(자기 수직력)은 하기 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다.In addition, the magnetic force (magnetic vertical force) perpendicular to the microchannel of (2) can be calculated using Equation 3 below.

Figure 112017104665947-pat00003
Figure 112017104665947-pat00003

상기 수학식 3에서 자기 수직력(magnetic normal force; F mag,z)은 0.2 pN으로 측정되며, AIB가 감지 영역으로 들어가기 전에 마이크로채널의 상단 표면에 도달할 수 있게 한다. AIB가 마이크로채널의 표면에 도달하는 궤적은 이론적으로 계산하였다. AIB와 BSA-PDMS 표면 사이의 운동 마찰계수(kinetic friction coefficient; μ k )는 항체-접합 입자(antibody-grafted particle)와 친수성 표면 사이의 마찰력을 고려하여 0.7 내지 1.0의 범위인 것으로 가정하였다. 본 명세서에서는 마찰력이 ~0.15 pN(F friction=μ k F mag,z)일 것으로 추산하였으며, 다만 외부 자기장에 의하여 유도된 샘플 유동 방향으로 AIB에 작용하는 합력(net force)은 마찰력에 의하여 거의 상쇄된다는 것을 유념해야 한다. 이것은 χdμ k zd와 동일한 측면 이격거리(lateral distance)를 선택함으로써 달성되며, 결과적으로 AIB가 주로 유동 항력(flow drag)에 의해 슬라이드되도록 한다. 이중 또는 다수의 MS 입자를 포함하는 AIB의 경우, 각 힘은 AIB에 포함된 MS 입자의 수에 비례하여 증가하였으며, 서로 상쇄되었다.In Equation 3, the magnetic normal force ( F mag, z ) is measured at 0.2 pN, allowing the AIB to reach the top surface of the microchannel before entering the sensing region. The trajectory of the AIB reaching the surface of the microchannel was theoretically calculated. The kinetic friction coefficient ( μ k ) between the AIB and the BSA-PDMS surface was assumed to be in the range of 0.7 to 1.0 in consideration of the friction force between the antibody-grafted particles and the hydrophilic surface. In this specification, the friction force is estimated to be ~ 0.15 pN ( F friction = μ k F mag, z ), except that the net force acting on the AIB in the sample flow direction induced by the external magnetic field is almost canceled by the friction force. Keep in mind that This is achieved by selecting χ d equal to the lateral distance equal to μ k z d, and consequently causing the AIB to slide primarily by flow drag. For AIBs containing double or multiple MS particles, each force increased in proportion to the number of MS particles contained in the AIB and canceled with each other.

또한, 상기 (3)의 AIB에 가해지는 항력은 하기 수학식 4에 따라 계산할 수 있다.In addition, the drag applied to the AIB of (3) can be calculated according to the following equation (4).

Figure 112017104665947-pat00004
Figure 112017104665947-pat00004

상기 수학식 4에서 R AIB는 single-AIB의 유효 반경(effective radius; 마이크로채널 표면으로부터의 거리)으로 평균 수치는 1.42 ㎛이다. 이 값은 AIB와 동일한 부피를 가지는 구의 반경을 측정하여 확인하였다. η은 동점성 계수(dynamic viscosity; η=1.0x10-9 N/s/m2 in water)이고, f D는 AIB가 표면 근처에서 슬라이딩할 때 3.1로 추정되는 항력 계수(drag coefficient)이다. Δν c는 AIB(ν AIB)와 외부 흐름(ν f)의 속도 차이를 나타내며, 벽면 효과(wall effect) 때문에 유속은 표면 근처에서 감소된다. K는 AIB가 비구형 형태이기 때문에 결합의 수 및 응집 형태에 따라 AIB에 대해 1 내지 1.5의 값을 가지는 보정 계수(correction factor)이다. 두 평행한 플레이트 사이에서 포아제 유동(plane Poiseuille flow)에 의한 샘플 흐름을 고려할 때 AIB 샘플의 이동 속도 프로파일은 하기 수학식 5로 표시할 수 있다.In Equation 4, R AIB is the effective radius (distance from the microchannel surface) of the single-AIB, and the average value is 1.42 μm. This value was confirmed by measuring the radius of the sphere having the same volume as the AIB. η is the dynamic viscosity ( η = 1.0x10 -9 N / s / m 2 in water) and f D is the drag coefficient estimated at 3.1 when the AIB slides near the surface. Δ ν c represents the speed difference between AIB ( ν AIB ) and the external flow ( ν f ), and the flow velocity is reduced near the surface because of the wall effect. K is a correction factor having a value of 1 to 1.5 for AIB depending on the number of bonds and the form of aggregation since AIB is non-spherical. Considering the sample flow by plane Poiseuille flow between two parallel plates, the moving velocity profile of the AIB sample can be expressed by Equation 5 below.

Figure 112017104665947-pat00005
Figure 112017104665947-pat00005

상기 수학식 5에서

Figure 112017104665947-pat00006
는 평균 채널 유속(average channel flow velocity)으로 222 ㎛/s이며, hc는 마이크로채널 높이의 절반인 37.5 ㎛이다. 또한, z는 표면으로부터의 거리이며, 슬라이딩 AIB의 경우에는 RAIB와 동일하다. 상기 수학식 4 및 수학식 5로부터, 정지된 single-AIB는 채널 유속이 24.7 ㎛/s일 때 2 내지 3 pN의 항력을 받는다는 것을 알 수 있었다. F mag, χ 또는 F friction과 비교하면, AIB는 최소 10배 이상의 힘을 받으며, AIB에 작용하는 힘을 조절(F drag= F friction- F mag, χ)함으로써 Δν c를 0으로 만들 수 있다. 결과적으로 AIB는 주변 유체의 흐름을 따라서 이동하며, 상기 수학식 5를 이용하여 슬라이딩 속도를 구할 수 있다.In Equation 5
Figure 112017104665947-pat00006
Is 222 μm / s in average channel flow velocity, and h c is 37.5 μm, which is half the height of the microchannel. Z is the distance from the surface and is the same as R AIB in the case of sliding AIB. From Equations 4 and 5, it can be seen that the stationary single-AIB is subjected to a drag of 2 to 3 pN when the channel flow rate is 24.7 μm / s. Compared to F mag, χ or F friction , the AIB receives at least 10 times the force and controls the force acting on the AIB ( F drag = F friction- Δ ν c can be made zero by F mag, χ ). As a result, the AIB moves along the flow of the surrounding fluid, and the sliding speed can be obtained using Equation 5.

도 6에 표적물질 검출용 미세유체 장치의 마이크로채널에서 AIB가 받는 힘을 개략적으로 나타내었다.6 schematically shows the force of the AIB in the microchannel of the microfluidic device for detecting a target substance.

실험결과Experiment result

1. One. AIBAIB 형성 정도 및 크기 분포 확인 결과 Formation degree and size distribution check result

표적물질의 농도가 증가할수록 비대칭 응집체의 형성이 증가하는지 확인하기 위하여, 우리는 단백질 농도, 부피 비율(volume ratio) 및 AIB의 평균 크기 사이의 정량적 관계를 확인하였다. 입자 및 입자 응집체의 크기는 AIB 샘플 이미지에서 인식된 픽셀수로 확인하였으며, 입자 응집체의 둘레(perimeter) 및 면적 비율을 이용하여 AIB를 선택적으로 분류하였다. To determine whether the formation of asymmetric aggregates increased with increasing concentration of the target, we identified a quantitative relationship between protein concentration, volume ratio and average size of AIB. The size of the particles and particle aggregates was determined by the number of pixels recognized in the AIB sample image, and AIBs were selectively classified using the perimeter and area ratio of the particle aggregates.

NP 농도가 5.4 ng/㎖인 샘플에서 4131개 입자(MS 입자, PS 입자 및 AIB 모두 포함)를 무작위로 확인한 결과, 도 7에 나타난 바와 같이 전체 입자 중에서 510개(12.4%)가 AIB인 것을 확인할 수 있었다. 또한, multi-AIB의 수는 약 121개로 전체 입자의 2.9%를 차지하였으며, AIB의 23.7%를 차지하였다. NP 단일클론항체는 하나의 에피토프만을 가지고 있기 때문에 NP에 의한 MG 입자-MG 입자 자가응집은 거의 발생하지 않는다. As a result of randomly checking 4131 particles (including all MS particles, PS particles, and AIB) in a sample having an NP concentration of 5.4 ng / mL, as shown in FIG. 7, 510 (12.4%) of all particles were AIB. Could. In addition, the number of multi-AIBs was about 121, accounting for 2.9% of the total particles and 23.7% of AIB. Since NP monoclonal antibodies have only one epitope, MG particle-MG particle self-aggregation by NP hardly occurs.

또한, 상기와 동일한 방법으로 NP 농도에서 AIB의 비율을 계산한 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, NP 농도가 증가함에 따라 AIB의 비율도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Single-AIB의 평균 크기보다 두 배 이상의 크기를 가지는 것으로 정의한 multi-AIB의 비율 또한 NP 농도가 증가함에 따라 증가하였다. 또한, 상기 multi-AIB는 전체 AIB를 증가시켰으며, 이는 AIB의 평균 크기가 증가한다는 것을 의미한다.In addition, as a result of calculating the ratio of AIB at NP concentration in the same manner as described above, as shown in Figure 8, it was confirmed that the ratio of AIB also increases as the NP concentration increases. The ratio of multi-AIB, which was defined as having more than twice the average size of single-AIB, also increased with increasing NP concentration. In addition, the multi-AIB increased the overall AIB, which means that the average size of the AIB increases.

2. 비디오 프레임 이미지(video frame image) 분석 결과2. Result of analyzing video frame image

프레임 이미지를 분석한 결과의 일 예를 도 9에 나타내었다. 도 9A는 슈퍼임포징(superimposing) 24 프레임(1초)에서 획득한 이미지를 보여주는 것으로 슬라이딩 AIB는 마이크로채널 평균 유속의 약 1/10의 속도 범위를 가지고, 짧은 막대 형태의 흔적(short rod-shaped trace)을 남겼다. 도 9A에서 상단의 이미지는 현미경으로 1초 동안 감지 영역을 촬영한 것이고, 하단의 이미지는 상단의 현미경 이미지를 단색(monochrome)으로 변환시킨 것이다. AIB는 파란색 원으로 표시하였다.An example of the result of analyzing the frame image is shown in FIG. 9. FIG. 9A shows an image obtained at superimposing 24 frames (1 second) in which the sliding AIB has a speed range of about 1/10 of the microchannel average flow rate and is short rod-shaped. trace). In FIG. 9A, the upper image is a sensing region taken for 1 second under a microscope, and the lower image is a monochromatic image of the upper microscope image. AIB is indicated by a blue circle.

비디오를 녹화할 때 대부분의 PS 입자가 초점에서 벗어나 있어 몇몇의 PS 입자가 채널 표면 근처로 이동할 수 있으며 AIB로 인식될 수 있다. 그러나, PS 입자의 속도가 AIB보다 유의하게 빠르기 때문에, PS 입자와 AIB를 쉽게 구별할 수 있다. 또한, 단일 MG 입자의 경우 외부 자기장에 의해 유도된 후에는 마이크로채널을 가로질러 아주 천천히 움직이기 때문에 결과적으로 감지 영역에서 슬라이드 AIB의 이동을 유의하게 간섭하지 않는다.When recording video, most PS particles are out of focus, so some PS particles can move near the channel surface and be recognized as AIBs. However, since the speed of PS particles is significantly faster than AIB, it is easy to distinguish between PS particles and AIB. In addition, single MG particles move very slowly across the microchannel after being induced by an external magnetic field, and consequently do not significantly interfere with the movement of the slide AIB in the sensing region.

도 9B는 감지 영역에서 세로방향 위치(longitudinal position)에 따라 AIB가 출현할 수 있는 확율(appearance probability)을 6분 동안 측정한 결과이다. 짧은 측정 시간 및 데이터 수집 노이즈에 의한 방해 효과를 고려할 때, 상기 확률은 시간에 따라 균등하게 분포함을 알 수 있다.FIG. 9B is a result of measuring the probability of appearance of AIB for 6 minutes according to a longitudinal position in the sensing area. In view of the short measurement time and the disturbing effect of the data collection noise, it can be seen that the probability is distributed evenly over time.

도 9C는 감지 영역에서 3 프레임(1/8초)마다 슬라이딩 AIB의 수를 확인한 결과를 보여주는 것으로 바(bar)의 길이는 개별 슬라이딩 AIB의 속도를 의미한다. 개별 이미지마다 AIB를 인식하는 데 변동(fluctuation)이 있으므로 데이터는 2초마다 평균하였다. 측정된 입자의 수는 일반적으로 시간이 지남에 따라 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 특정 시점에서 보여지는 슬라이딩 AIB의 수가 입자 프로브 중에서 AIB의 형성 비율을 나타낸다는 것을 의미한다.FIG. 9C shows the result of checking the number of sliding AIBs every three frames (1/8 second) in the sensing area. The length of a bar means the speed of an individual sliding AIB. Data were averaged every 2 seconds because there was fluctuation in AIB per individual image. It was confirmed that the number of particles measured is generally kept constant over time, which means that the number of sliding AIBs seen at a particular time point indicates the rate of formation of AIBs in the particle probe.

도 10은 감지 영역에서 확인되는 AIB의 유형, 유효 반경, 이동 거리 및 슬라이딩 속도(sliding velocity)를 보여주는 것이다. 도 10A는 AIB의 유형을 개략적으로 보여주는 것으로 single-AIB뿐만 아니라 2개의 MG 입자-PS 입자 또는 MG 입자-2개의 PS 입자가 결합한 multi-AIB를 확인할 수 있다. 도 10B는 AIB의 유효 반경을 비교한 것으로 크기가 커질수록 평균 AIB 슬라이딩 속도가 증가하는 것을 알 수 있다. 도 10C는 유효 반경에 근거하여 AIB가 5초 동안 이동 거리를 표시한 것으로 유효 반경이 커질수록 AIB의 이동 거리도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 10D는 AIB 유형별 슬라이드 속도를 보여주는 그래프로 도 10C와 유사한 결과를 보이는 것을 알 수 있다.10 shows the type, effective radius, moving distance and sliding velocity of the AIB identified in the sensing area. Figure 10A schematically shows the type of AIB can identify not only single-AIB but also multi-AIB in which two MG particles-PS particles or MG particles-2 PS particles are combined. 10B is a comparison of the effective radius of the AIB, it can be seen that the average AIB sliding speed increases as the size increases. 10C shows the movement distance of the AIB for 5 seconds based on the effective radius. As the effective radius increases, the movement distance of the AIB also increases. Figure 10D is a graph showing the slide speed for each AIB type can be seen that the results similar to Figure 10C.

3. NP 농도에 따른 3. According to NP concentration AIBAIB 확인 결과 Confirmation result

비디오 프레임 이미지를 분석하여 각 NP 농도에서 AIB가 마이크로채널에서 형성되었는지 확인하였다.Video frame images were analyzed to determine if AIB was formed in the microchannels at each NP concentration.

그 결과를 도 11에 도시하였으며, NP 농도에 따라 AIB의 크기(size) 및 수가 증가하고, 무작위로 슬라이딩하는 것을 확인할 수 있었다. 특정 프레임 이미지에서 확인되는 슬라이딩 AIB의 수는 표적항원인 NP의 농도를 의미하기 때문에, 이 방법은 중간 농도의 표적물질이 존재하는 경우 단일 샷 모니터링(single shot monitoring)에 의한 예스/노 검출 방법에 적용될 수 있다.The results are shown in FIG. 11, and the size and number of AIBs increased according to the NP concentration, and the random sliding of the AIBs was confirmed. Since the number of sliding AIBs identified in a particular frame image refers to the concentration of NP, the target antigen, this method can be applied to the yes / no detection method by single shot monitoring in the presence of a medium concentration of the target substance. Can be applied.

또한, 54 pg/㎖ 내지 54 ng/㎖ 농도 범위에서 실험한 결과, NP의 분자량(56.6 kDa)을 고려할 때 피코몰에서 나노몰 범위까지 측정할 수 있음을 확인하였다. 최고 농도를 54 ng/㎖로 설정한 이유는 상기 농도가 조정된 입자 프로브 농도(tuned probe bead concentration; MS 입자와 PS 입자의 혼합 비율)에 대한 최적 응집 범위이고, 감지 영역에서 슬라이딩 AIB를 정확하게 카운트할 수 있는 경계 지점(approximate boundary point)이기 때문이다. 또한, 표적항원인 NP의 농도가 너무 높은 경우, 용액 내의 미결합 유리 NP(unbound free NP)로 인하여 AIB 표면 흡착이 더 빈번하게 일어나는 것을 확인하였기 때문이다. 모든 농도 범위에서, AIB가 슬라이딩하는 결합이 분해(disintegration)되거나 형태가 변하는 경우는 없었다.In addition, the experiments in the concentration range of 54 pg / ㎖ to 54 ng / ㎖, it was confirmed that can be measured from the picomolar to nanomolar considering the molecular weight of NP (56.6 kDa). The reason for setting the peak concentration to 54 ng / ml is that the concentration is the optimal aggregation range for the tuned probe bead concentration (the mixing ratio of MS particles and PS particles) and accurately counts sliding AIBs in the sensing area. This is because it is an approximate boundary point. In addition, when the concentration of the target antigen NP is too high, it was confirmed that the AIB surface adsorption occurs more frequently due to unbound free NP in the solution. In all concentration ranges, no bonds in which the AIB slides were disintegrated or changed in shape.

4. 4. 표적항원Target antigen 농도에 따른  According to concentration AIB의Of AIB 슬라이딩 속도 확인 결과  Sliding speed check result

NP의 농도가 AIB의 슬라이딩 속도에 미치는 영향을 감지 영역에서 6분 동안 확인하였다.The effect of the concentration of NP on the sliding speed of the AIB was confirmed for 6 minutes in the sensing area.

도 12A는 각 NP 농도에서 측정한 AIB의 슬라이딩 속도를 보여주는 그래프로 NP의 농도가 증가할수록 AIB의 슬라이딩 속도 또한 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그래프 아래의 면적은 슬라이딩 AIB의 전체 수를 나타낸다. 도 12B는 NP 농도에 따른 AIB의 평균 슬라이딩 속도를 보여주는 그래프로 NP의 농도가 증가할수록 평균 슬라이딩 속도 또한 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 NP 농도에 따라 AIB의 평균 크기도 증가함을 의미한다.12A is a graph showing the sliding speed of the AIB measured at each NP concentration. As the NP concentration increases, the sliding speed of the AIB also increases. The area under the graph represents the total number of sliding AIBs. 12B is a graph showing the average sliding speed of the AIB according to the NP concentration, it can be seen that the average sliding speed also increases as the concentration of the NP increases, which means that the average size of the AIB also increases with the NP concentration.

5. NP의 검출 한계 확인 결과5. NP limit detection result

표적항원의 검출 한계를 확인하기 위하여 서로 다른 NP 농도에서 감지 영역을 지나가는 AIB의 수를 확인하였다.In order to confirm the detection limit of the target antigen, the number of AIBs passing through the detection region at different NP concentrations was checked.

확인 결과, 54 pg/㎖ NP 농도에서 대부분의 AIB(>97%)는 single-AIB(평균 1.42 ㎛ 크기)로만 이루어져 있는 반면, 54 ng/㎖ NP 농도에서 single-AIB의 비율은 전체 AIB의 70%까지 감소하는 것을 확인하였다. 단위 시간(unit time)당 감지 영역을 통과하는 AIB의 전체 수(N pass)는 각 이미지 프레임을 슬라이딩하는 AIB의 평균 수 및 그들의 속도로부터 하기 수학식 6에 따라 유도될 수 있다.As a result, at 54 pg / mL NP concentration, most AIBs (> 97%) consisted only of single-AIB (mean size 1.42 μm), whereas at 54 ng / mL NP concentration, the ratio of single-AIB was 70 It was confirmed to decrease by%. The total number of AIBs N pass through the sensing region per unit time can be derived from the average number of AIBs sliding each image frame and their speed according to Equation 6 below.

Figure 112017104665947-pat00007
Figure 112017104665947-pat00007

상기 수학식 6에서

Figure 112017104665947-pat00008
는 주어진 농도에서 보여지는 AIB의 평균 수이고, t는 측정시간, 및 L s는 감지 영역의 길이로 1180 ㎛이다. In Equation 6
Figure 112017104665947-pat00008
Is the average number of AIBs seen at a given concentration, t is the measurement time, and L s is 1180 μm as the length of the sensing area.

도 13은 6분 동안 감지 영역을 통과하는 AIB의 수와 NP 농도가 0일 때 동일 시간 동안 감지 영역을 통과하는 AIB 수의 차이를 보여주는 그래프이다. 그래프에 표시된 점은 3번 내지 4번 반복한 결과의 평균이며, 에러 바(error bar)는 표준 편차(standard deviation; SD)를 의미한다. 도 13의 그래프에서 검출 한계(limit of detection, LOD) 신호는 백그라운드 신호 SD의 세 배이다. 선형 핏(linear fit)과 LOD 신호의 교차점(intersection)은 LOD 농도를 의미하며, 따라서 NP를 40 pg/㎖ 농도(최소 검출 한계)까지 검출할 수 있는 것을 확인하였다. 54 ng/㎖ 이상의 농도에서 검정선(calibration curve)이 더 이상 선형이 아니기 때문에 최대 검출 한계는 54 ng/㎖이다.FIG. 13 is a graph showing the difference between the number of AIBs passing through the sensing region for 6 minutes and the number of AIBs passing through the sensing region for the same time when the NP concentration is 0. FIG. Points on the graph are the average of the results of 3 to 4 repetitions, and an error bar means a standard deviation (SD). In the graph of FIG. 13, the limit of detection (LOD) signal is three times the background signal SD. The intersection of the linear fit and the LOD signal means the LOD concentration, thus confirming that NP can be detected up to a concentration of 40 pg / ml (minimum detection limit). The maximum detection limit is 54 ng / ml because the calibration curve is no longer linear at concentrations above 54 ng / ml.

본 명세서에서 개시된 AIB 검출 방법은 기존에 개시된 동일 크기의 입자 응집 방법에 비하여 높은 응집 감도(aggregation sensitivity)를 가지고 있다. 이전 방법은 항원이 없어도 ~5% 정도의 비특이적 응집이 발생하여 검출 한계가 상대적으로 높은 편이었다. 반면, 본 명세서에 개시된 방법은 입자의 크기가 비대칭이므로 반응하는 동안 입자간 충돌 가능성(probability of interparticle collision)이 증가하고, 이로 인해 검출 한계는 낮아진다. NP가 존재하지 않는 경우 비특이적 응집 비율은 2.47±0.59%였다. NP가 PS 입자-PS 입자의 대칭 응집을 유도할 수 있으나, 상기와 같은 대칭 응집체는 제한된 수만 관찰할 수 있었다. 또한, PS 입자-PS 입자 및 MS 입자-MS 입자의 대칭 응집은 제외하였다.The AIB detection method disclosed herein has a high aggregation sensitivity compared to the same size particle aggregation method disclosed previously. In the previous method, the detection limit was relatively high because ˜5% of nonspecific aggregation occurred without antigen. On the other hand, the method disclosed herein increases the probability of interparticle collision during the reaction because the size of the particles is asymmetric, thereby lowering the detection limit. In the absence of NP, the nonspecific aggregation rate was 2.47 ± 0.59%. NP can induce symmetric aggregation of PS particles-PS particles, but only a limited number of such symmetric aggregates can be observed. In addition, symmetric aggregation of PS particles-PS particles and MS particles-MS particles was excluded.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

110: 시료 유동부
120: 시료 유입부
130: 시료 유출부
140: 자기장 발생부
150: 표적물질 검출부
200: 하우징
110: sample flow section
120: sample inlet
130: sample outlet
140: magnetic field generating unit
150: target material detection unit
200: housing

Claims (9)

시료가 이동할 수 있는 채널을 구비하는 시료 유동부;
상기 시료 유동부에 자기장이 형성되도록 시료 유동부의 외부에 배치된 자기장 발생부;
상기 시료 유동부의 일 측면과 연결되고, 자기장에 의하여 채널의 일방향으로 슬라이딩(sliding)하는 입자를 확인하는 표적물질 검출부; 및
표적물질의 서로 다른 인식 부위에 특이적으로 결합하는 결합 분자가 연결된 2 이상의 입자를 포함하는 것으로, 상기 2 이상의 입자 중 어느 하나는 자성 입자인 것인 표적물질 검출용 키트.
A sample flow portion having a channel through which the sample can move;
A magnetic field generator disposed outside the sample flow unit to form a magnetic field in the sample flow unit;
A target material detection unit connected to one side of the sample flow unit and identifying a particle sliding in one direction of a channel by a magnetic field; And
Kit for detecting a target material comprising two or more particles connected to a binding molecule that specifically binds to different recognition sites of the target material, wherein any one of the two or more particles is a magnetic particle.
제1항에 있어서, 상기 자기장 발생부는 자석, 솔레노이드 및 초전도자석으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 표적물질 검출용 키트.
The kit of claim 1, wherein the magnetic field generator is selected from the group consisting of magnets, solenoids, and superconducting magnets.
제1항에 있어서, 상기 입자는 금속 입자, 실리카 입자 및 고분자 입자로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 표적물질 검출용 키트.
The kit of claim 1, wherein the particles are any one selected from the group consisting of metal particles, silica particles, and polymer particles.
제1항에 있어서, 상기 자성입자는 100 ㎚ 내지 3 ㎛ 크기인 것인 표적물질 검출용 키트.
The kit of claim 1, wherein the magnetic particles are 100 nm to 3 μm in size.
제1항에 있어서, 상기 결합 분자는 폴리펩티드, 폴리뉴클레오티드 및 지질로 이루어진 군에서 선택되는 것인 표적물질 검출용 키트.
The kit of claim 1, wherein the binding molecule is selected from the group consisting of a polypeptide, a polynucleotide, and a lipid.
제1항에 있어서, 상기 표적물질 검출부는 입자의 슬라이딩을 기록할 수 있는 영상 기록부를 추가로 포함하는 것인 표적물질 검출용 키트.
The kit of claim 1, wherein the target material detection unit further comprises an image recording unit capable of recording sliding of particles.
표적물질의 존재 여부를 확인하고자 하는 시료와 제1항의 입자를 접촉시키는 단계;
상기 시료와 상기 제 1 항의 입자가 접촉한 결과물을 자기장이 형성된 시료 유동부에 공급하는 단계; 및
표적물질 검출부에서 시료 내의 표적물질과 입자가 접촉하여 형성된 비대칭 입자 응집체를 확인하는 단계를 포함하고,
상기 비대칭 입자 응집체를 확인하는 단계는 비대칭 입자 응집체의 슬라이딩 여부를 확인하는 것인,
표적물질 검출 방법.
Contacting the particle of claim 1 with a sample to determine the presence of a target material;
Supplying a result of the contact between the sample and the particles of claim 1 to a sample flow section in which a magnetic field is formed; And
And identifying the asymmetric particle aggregate formed by contacting the target material in the sample with the target material detection unit,
Identifying the asymmetric particle aggregates is to determine whether the asymmetric particle aggregates sliding,
Target material detection method.
삭제delete 제7항에 있어서, 상기 표적물질 검출 방법은 비대칭 입자 응집체의 이동 속도 및 표적물질 검출부를 단위시간당 통과하는 비대칭 입자 응집체의 수를 확인하여 표적물질의 농도를 산출하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.The method of claim 7, wherein the method for detecting a target material further comprises the step of calculating the concentration of the target material by checking the moving speed of the asymmetric particle aggregates and the number of the asymmetric particle aggregates passing through the target material detection unit per unit time. Way.
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