JP2026501957A - 多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本願は、多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本願は、プラズモニック多結晶構造体の成長技術を活用して高感度で現場診断を行うことができ、多種のターゲットを同時に検出できる、多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップ及びこれを効率的に製造する方法に関する。【選択図】図1
Description
本願は、多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本願は、プラズモニック多結晶構造体の成長技術を活用して高感度で現場診断を行うことができ、多種のターゲットを同時に検出できる、多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップ及びこれを効率的に製造する方法に関する。
診断方法と診断機構の開発は血液、尿、唾液、涙のような生体試料に含まれた核酸またはタンパク質のような微量の物質を定性または定量測定することによって行われるが持続的に速い速度で発展している。1950年代に放射線同位元素を用いた放射能免疫分析法(RIA)が初めて導入されて以来、酵素免疫分析法(ELISA)が70年代と80年代に開発され、発展してきた。
最近開発された、タンパク質または核酸を検出する代表的な方法がクロマトグラフィー方法を基本とする側方流動分析法(Lateral Flow Assay、LFA)である。側方流動分析法は、一般的に抗原-抗体反応を用いてメンブレン上で病気の感染有無を直観的に確認できる診断法であり、血液や尿などの試料が毛細管現象によって多孔性メンブレンを通って進行しながら、ディテクターが抗原-抗体反応によってメンブレンの所定の部分に固定される現象を利用する。
従来の側方流動分析法を用いた側方流動検定ストリップは、試料が注入される試料パッド、試料とディテクターの間で生化学反応が起きるコンジュゲーションパッド、毛細管現象によって試料が流れながら、免疫検定が進行される測定パッド、測定パッドの下流に位置して過量の試料を吸収して側方流動を維持する吸収パッドなどが一方向に配置されて構成される。また、上記測定パッドには、ターゲットと免疫反応が起きる検出ラインと対照群ラインが備えられている。
このような側方流動分析法は、妊娠診断、癌診断、その他特定タンパク質または遺伝子の存在有無、または微生物探知など多様な分野に広く使われている。
しかし、従来の側方流動分析法は、生体試料の濃度が低い場合、高感度で検出することが困難な場合が多く、実質的な現場診断(POC:Point of Care)を行うことは困難であった。特に、非標識生体試料を高感度で検出する技術は不足しているのが実情である。
また、従来の側方流動分析ストリップは、多種のターゲットを同時に高感度で検出することは困難であった。
さらに、従来の側方流動分析ストリップを製造する際、多重検出ラインの形成、検出ラインの間隔調節、異種素材の検出ライン形成などが容易でない問題点があった。
本願の背景技術としては、触媒物質標識によって生成される生成物が関わる酸化還元の循環を用いたバイオセンサーストリップが韓国公開特許第10-2014-0110795号に記載されている。
本願の目的は、非標識生体試料を高感度で現場診断を行うことができる側方流動分析ストリップを提供することである。
本願のもう一つの目的は、多種のターゲットを同時に高感度で検出できる側方流動分析ストリップを提供することである。
また、本願のもう一つの目的は、多重検出ラインと異種素材の検出ラインの形成及び検出ラインの間隔調節が容易である側方流動分析ストリップの製造方法を提供することである。
本願の目的は、以上で述べた目的に限定されず、言及されていない他の目的は、詳細な説明の記載から明確に理解できるだろう。
一態様によれば、毛細管現象により試料が流れ、試料に含まれるターゲットとディテクターとの間で生化学反応が起こる一つ以上の検出部を含む測定領域を含むストリップ部材を含む、側方流動分析ストリップであって、前記検出部は複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を含む、側方流動分析ストリップが提供される。
一実施形態によれば、前記ストリップ部材は、試料が注入される試料領域、前記測定領域、及び過量の試料を吸収して側方流動を維持する吸収領域を一方向に配置して含んでもよい。
一実施形態によれば、前記側方流動分析ストリップは、表面増強ラマン分光(Surface Enhanced Raman Spectroscopy、SERS)、蛍光、またはプラズモン増強蛍光(Plasmon-Enhanced Fluorescence、PEF)分析用であってもよい。
一実施形態によれば、前記ナノ粒子は、Au、Ag、及びPtのうち一種以上で構成されものであってもよい。
一実施形態によれば、前記側方流動分析ストリップは、前記多結晶構造体に遺伝物質ディテクターが結合したものであってもよい。
一実施形態によれば、前記検出部は下記一種以上を含んでもよい:i)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインを2つ以上;ii)試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインを2本以上;及びiii)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ライン及び試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインをそれぞれ1つ以上。
一実施形態によれば、前記検出部は、試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインおよび試料が流れる方向に対して前記垂直検出ラインの後方に位置した円、楕円、または多角形形態の検出部をそれぞれ1つ以上含んでもよい。
一実施形態によれば、垂直検出ラインを通過した試料が前記検出部に集まるように、前記検出部の周辺の一部に疎水性処理が施された疎水性処理部が備えられてもよい。
一実施形態によれば、前記検出部は、異種素材が含まれた検出部をさらに含んでもよい。
一実施形態によれば、前記検出部は、酸化グラフェン層が形成された第1検出部および前記多結晶構造体が形成されている2以上の第2検出部を含み、前記第1検出部は、蛍光が消光されている蛍光分子が標識された遺伝物質プローブが結合しており、前記第2検出部は、前記遺伝物質プローブがmiRNAターゲット分子と結合すると蛍光が回復する前記蛍光分子が結合できるディテクターが結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはマルチプレックスセンサーとして利用できる。
一実施形態によれば、前記第2検出部それぞれに付着されるディテクターは、抗-FAM、抗-TAMRA、抗-メチレンブルー、抗-Cy5、抗-Cy3、抗-Alexa Fluor 488、抗-ロダミンレッド、抗-テキサスレッド、または抗-フルオレセイン/オレゴングリーン(Anti-Fluorescein/Oregon Green)であってもよい。
一実施形態によれば、前記ストリップ部材は、セルロースアセテート(Cellulose Acetate、CA)、混合セルロースエステル(Mixed Cellulose Ester、MCE)、ニトロセルロース(Nitro Cellulose、NC)、CN95、および合成高分子からなるフィルターメンブレン(filter membrane)のうち一種以上からなるものであってもよい。
一実施形態によれば、前記試料は、尿、唾液、汗、血液及び涙内の細胞、代謝物質、タンパク質、核酸、DNA、RNA、酵素、有機分子、ウイルス、細胞外小胞(extracellular vesicles)、微小胞(microvesicles)、エクソソーム(exosomes)、および脂肪から一種以上選択されるであってもよい。
一実施形態によれば、前記検出部は、前記試料が流れる方向に対して順に位置した第1検出部及び第2検出部を備え、試料と初めて接する第1検出部の多結晶構造体にマトリックスメタロプロテアーゼ(Matrix Metalloprotase,MMP)によって分解されるプローブペプチドが結合しており、前記第2検出部で前記分解されたプローブペプチドを検出するディテクターが結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはMMPセンサーとして利用できる。
一実施形態によれば、前記検出部は、試料が流れる方向に対して第1検出部及び前記第1検出部の後方に位置した第2検出部及び第3検出部を備えるものの、前記第2検出部及び第3検出部は平行に位置し、第1検出部の多結晶構造体には、第1コントロールでインターカレーション染料(intercalation dye)が反応する遺伝物質が結合しており、第2検出部の多結晶構造体には、Me-DNAが結合できる抗体が結合しており、第3検出部の多結晶構造体には、前記遺伝物質ディテクターが結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはMe-DNAセンサーとして利用できる。
一実施形態によれば、前記検出部は、試料が流れる方向に対して水平に位置した第1検出部、第2検出部、および第3検出部を備えるものの、前記第1検出部、第2検出部、および第3検出部は平行に位置しており、第1検出部の多結晶構造体には、第1コントロールでインターカレーション染料(intercalation dye)が反応する遺伝物質が結合しており、第2検出部の多結晶構造体には、Me-DNAが結合できる抗体が結合しており、第3検出部の多結晶構造体には、前記遺伝物質ディテクターが結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはMe-DNAセンサーとして利用できる。
他の態様によれば、A-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;A-2)前記ストリップ部材に、パターニングしようとする部分を除いてテープを付着するテープ付着ステップ;A-3)前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;及びA-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去するテープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法が提供される。
さらに他の態様によれば、B-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;B-2)前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;B-3)前記ストリップ部材に、パターニングしようとする部分を除いてテープを付着するテープ付着ステップ;及びB-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去するテープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法が提供される。
さらに他の態様によれば、C-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;C-2)前記ストリップ部材上に、酸化グラフェン溶液を用いて酸化グラフェン層を形成するステップ;C-3)前記ストリップ部材に、酸化グラフェンをパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する1次テープ付着ステップ;C-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去する1次テープ除去ステップ;C-5)前記ストリップ部材において、多結晶構造体をパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する2次テープ付着ステップ;C-6))前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;及びC-7)前記ストリップ部材から前記テープを除去する2次テープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法が提供される。
さらに他の態様によれば、D-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;D-2)前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;D-3)前記ストリップ部材において、前記多結晶構造体をパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する1次テープ付着ステップ;D-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去する1次テープ除去ステップ;D-5)前記ストリップ部材において、酸化グラフェンをパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する2次テープ付着ステップ;D-6)前記ストリップ部材上に、酸化グラフェン溶液を用いて酸化グラフェン層を形成するステップ;及びD-7)前記ストリップ部材から前記テープを除去する2次テープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法が提供される。
本願の一実施形態によれば、本願の側方流動分析ストリップは、プラズモニック多結晶構造体を含んでいるので、非標識生体試料を高感度で現場診断を行うことができる。
本願の一実施形態によれば、本願の側方流動分析ストリップは、プラズモニック多結晶構造体を含む検出ラインを多数含んでいるので、多種のターゲットを同時に高感度で検出することができる。
本願の一実施形態によれば、本願の側方流動分析ストリップの製造方法は、多結晶構造体を溶液工程でパターニングして多重検出ライン及び異種素材の検出ラインを容易に生成でき、検出ラインの間隔調節も効率的に行うことができる。
図7bは、本発明の一実施形態に従って異種素材である多結晶構造体を含む検出ライン及び酸化グラフェンを含む検出ラインが備えられた側方流動分析ストリップを用いて測定したSERS信号及び蛍光信号を示す図面である。
図9(b)~図9(d)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の垂直検出ラインである第1検出部のプローブMMPペプチドについての濃度別ラマンスペクトル、検定曲線、および第1検出部領域における信号均一度を示すグラフである。
図10(b)~図10(d)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の検出円である第2検出部のTamraプローブの濃度別ラマンスペクトル、検定曲線、および第2検出部領域における信号均一度を示すグラフである。
図12(b)および12(c)は、図12(a)の側方流動分析ストリップにMMPを含む試料を流す前と後の第1検出部のラマンマッピングイメージである。
図12(d)は、図12(a)の側方流動分析ストリップにMMPを含む試料を流した後の、第2検出部のラマンマッピングイメージである。
図14(b)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップをMe-DNAセンサーとして活用する際、多様なインターカレーション染料によるラマンマッピング結果を示すイメージである。
図23(b)は、図22に従って製造された側方流動分析ストリップの酸化グラフェン検出部のSEMイメージである。
本開示の目的、特定の長所および新規な特徴は、添付された図面と関連する以下の詳細な説明および実施例からさらに明白になるだろう。
まず、本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は、通常の辞書的な意味で解釈されてはならず、発明者がその発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に基づき、本開示の技術的思想に合致する意味と概念で解釈されるべきである。
本明細書において、層、部分、または基板のような構成要素が他の構成要素の「上に」、「連結」、または「結合」しているものと記載されている場合、これは直接的に他の構成要素の「上に」、「連結」、または「結合」しているものであってもよく、さらに、両方の構成要素の間に1つ以上の他の構成要素が介在していてもよい。対照的に、構成要素が他の構成要素の「直接的に上に」、「直接的に連結」、または「直接的に結合」していると記載されている場合、両方の構成要素の間には他の構成要素が介在してはいけない。
本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本開示を限定しようとすることは意図していない。単数表現は、文脈上、明らかに異なる意味を持たない限り、複数表現を含む。
本明細書において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はそれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、1つ又は1つ以上の他の特徴又は数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はそれらの組み合わせの存在又は付加の可能性を予め排除しないことを理解されるべきである。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」と記載された場合、特に反対の記載がない限り、これは他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。また、明細書全体において、「上」とは、対象部分の上または下に位置することを意味するものであり、必ずしも重力方向を基準に上側に位置することを意味するものではない。
本開示は多様な変換を加えることができ、色々な実施例を含むことができるので、特定の実施例を図面に例示し、その詳細な説明について、詳細に説明する。しかし、これは本開示を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本開示の思想及び技術範囲に含まれるすべての変換、均等物ないし代替物を含むものとして理解されるべきである。本開示を説明するにあたり、関連する公知技術についての具体的な説明が本開示の要旨を不明瞭なものとすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施例を詳細に説明することにし、添付図面を参照して説明するにあたり、同一または対応する構成要素は同一の図面番号を付与し、それに対する重複する説明は省略することにする。
図1は、本発明の一実施形態に係る検出ラインに多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップを概略的に示す図面である。
図1を参照すると、本願の一態様に係る側方流動分析ストリップ(1)は、試料領域(10);測定領域(20);および吸収領域(30);を一方向に配置して構成される。
試料が注入される領域に所定量の試料を入れることができるように、前記試料領域(10)は溝を備えるように構成されてもよい。
上記測定領域(20)は、上記試料領域(10)の下流に位置し、試料が流れながら、試料に含まれたターゲットとディテクターの間で生化学反応が起きる一つ以上の検出部(22、24)を含んでもよい。上記生化学反応は、ターゲットを検出できれば、特別な制限はなく、免疫反応、化学反応(酵素反応、DNA反応)などを全て含む。
本願において、上記検出部(22、24)は複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を含むことを特徴とする。
上記吸収領域(30)は上記測定領域(20)の下流に位置し、過量の試料を吸収して側方流動を維持するように構成されてもよい。
図2(a)は、本発明の一実施形態に係るセルロースアセテート(cellulose acetate)をストリップ部材として製造された検出部を示したものである。図2(b)~図2(e)は、図2(a)の検出部のSEM写真(図2(b))、多結晶検証結果(図2(c))、ナノ粒子の形成メカニズム(図2(d)))、およびナノ粒子分布グラフ(図2(e))を示す。図3は、本発明の一実施形態に係る測定領域における2以上の検出部に多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップを概略的に示す図面である。図3(a)は、多重検出部を含み、図3(b)は、間隔が調節された多重検出部を含み、図3(c)は、垂直方向および/または水平方向検出部が平行または一列に2以上形成されたマルチプレックス用検出部を含み、図3(d)は、多様な種類のストリップ部材で製造された多結晶構造体を含み、図3(e)は、垂直方向検出部および円形の検出円を含む、側方流動分析ストリップを示す図面である。
図2(a)~図2(e)及び図3を参照すると、セルロースアセテート(図2(a)~図2(e)参照)及びその他多様なストリップ部材上に形成された複数個のナノ粒子が群集として形成された多結晶体を確認することができる(図3(d)参照)。
さらに、図2(d)を参照すると、これに限定されるものではないが、貴金属のうちAu前駆体がナノ粒子を形成して群集を構成することが示されており、特に、これらは溶液工程を用いて、ストリップ部材上に直接成長する。具体的には、群集されたナノ粒子は結合(coalescence)によって小さいサイズの多角形構造体粒子(grain)を形成し、その後、志向性の付着成長(oriented attachment)によって粒子は次第に大きく成長する。したがって、複数個のグレーンバウンダリー(Grain Boundary、GB)を有する多結晶構造体を形成する。これに限定するものではないが、多結晶構造体である貴金属のコーラル(coral)形態のパーティクルは平均的にはマイクロサイズに成長できる(図2(e)参照)。上記のように複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体は、複数個のグレーンバウンダリーで散乱が増加して側方流動分析ストリップとして利用する際、信号強度及び信号均一度を画期的に改善することができる。
これに限定されるものではないが、上記ナノ粒子の間は枝(branch)構造で連結され、上記多結晶構造体の平均粒径は1μm~100μmであってもよい。本願の側方流動分析ストリップの検出部の多結晶構造体は、溶液工程によって多結晶構造体が成長し、枝(branch)構造に連結され、平均粒径が0.1μm~100μmであってもよい。これに限定されるものではないが、上記多結晶構造体の平均粒径が上記範囲であると、信号強度および信号均一度の向上に好適である。
本願に適用可能なストリップ部材は特別な制限がなく、多様な素材が活用可能である。これに限定されるものではないが、図3(d)を参照すると、上記ストリップ部材は、セルロースアセテート(Cellulose Acetate、CA)、混合セルロースエステル(Mixed Cellulose Ester、MCE)、ニトロセルロース(Nitro Cellulose、NC)、CN95、および合成高分子からなるフィルターメンブレン(filter membrane)のうち一種以上からなってもよい。これに限定されるものではないが、上記フィルターメンブレンはポリエーテルスルホン(polyethersulfone)、ポリカーボネート(polycarbonate)、ガラス繊維(glass fiber)、ナイロン(nylon)、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)などで構成されてもよい。
図3を参照すると、これに限定されるものではないが、上記第1及び第2検出部(22、24)は、下記一種以上を含んでもよい:
i)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインを2つ以上(図3(a)参照);
ii)試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインを2本以上(図3(c)参照);及び
iii)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ライン及び試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインをそれぞれ1つ以上(図3(c)参照)。
i)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインを2つ以上(図3(a)参照);
ii)試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインを2本以上(図3(c)参照);及び
iii)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ライン及び試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインをそれぞれ1つ以上(図3(c)参照)。
上記のように、1つ以上の垂直検出ラインと1つ以上の水平検出ラインが多様な組み合わせで構成されてもよい。
また、上記検出部は、試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインである第1検出部(22)及び試料が流れる方向に対して上記垂直検出ラインである第1検出部(22)の後方に位置した円形の検出部である第2検出部(24)をそれぞれ一つ以上含まれてもよい(図3(e)参照)。すなわち、上記垂直検出ラインである第1検出部(22)が一つであり、検出円である第2検出部が二つ以上であってもよく、上記垂直検出ラインである第1検出部が二つ以上であり、検出円である第2検出部が一つである場合など、多様な組み合わせが可能である。
上記第2検出部(24)の検出円は、微量の試料をより濃縮できる形態であれば、特別な制限はない。したがって、これに限定されるわけではないが、上記検出円は円形以外に楕円形態、多角形形態などの変形が可能である。
これに限定されるものではないが、上記垂直検出ラインである第1検出部(22)を通過した試料が上記検出円である第2検出部(24)に集まるように、上記検出円である第2検出部(24)の周辺の一部に疎水性処理が施された疎水性処理部(26)が備えられていてもよい。これに限定されるものではないが、上記疎水性処理部(26)は、上記垂直検出ラインである第1検出部(22)と検出円である第2検出部(24)の間の試料が流れる部分を最小化しつつ、上記試料が流れる部分と上記検出円である第2検出部(24)が接する部分が検出円である第2検出部(24)の円柱の約1/3~1/4程度に維持されるようにすることが信号増強に好適である(図3(e)参照)。また、上記疎水性処理は、多様な公知の技術を利用することができる。これに限定されるものではないが、上記疎水性処理は、疎水性ペン(hydrophobic pen)を用いて容易に疎水性処理を行うことができる。
図4は、本発明の一実施形態に係る検出ラインに多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップを用いて、多様な濃度のメチレンブルーのSERS信号を測定した結果を示すグラフである。図5は、本発明の一実施形態に係る検出ラインに多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップの検出ラインのプラズモニックマッピングにより、多結晶構造体が形成された領域でのみ、SERS信号が均一に現れることを示すイメージである。図6は、本発明の一実施形態に係る検出ラインに多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップを用いて、多様な濃度のメチレンブルーの蛍光信号を示すイメージである。
図4~図6を参照すると、これに限定されるものではないが、本願の側方流動分析ストリップは、表面増強ラマン分光(Surface Enhanced Raman Spectroscopy、SERS)、蛍光、またはプラズモン増強蛍光(Plasmon-Enhanced Fluorescence、PEF)分析用であってもよい。本願の側方流動分析ストリップは、プラズモニック多結晶構造体を含んでいるので、非標識生体試料をSERS、蛍光、またはPEF分析する際、高感度で正確に現場診断を行うことができる。特に、図4および図5に示すように、633nmおよび785nmの波長の両方においてSERS信号を用いて高い信頼度で定量分析が可能であり、図6に示すように、PEFを用いて定量分析が可能である。これに限定されるものではないが、ストリップ部材の種類に応じて、SERSまたは蛍光分析にさらに好適である。例えば、CAはSERS分析により好適であり、NCは蛍光分析により好適である。
図7aは、本発明の一実施形態に従って多結晶構造体を含む検出ライン及び酸化グラフェン層を含む検出ラインが備えられた、異種素材の検出部を含む側方流動分析ストリップの写真及びそれぞれの検出ラインのSEMイメージである。図7bは、本発明の一実施形態に従って異種素材である多結晶構造体を含む検出ラインである第1検出部(22)及び酸化グラフェン層を含む検出ライン第2検出部(24)が備えられた側方流動分析ストリップを用いて測定したSERS信号及び蛍光信号を示す図面である。
図7aおよび図7bに示すように、上記第1および第2検出部(22、24)は、異種素材が含まれた検出ラインを含んでもよい。上記異種素材とは、多結晶構造体ではない他の素材で構成され、ターゲットの正確な検出のためのコントロール用の素材であるか、または多種のターゲットを同時に検出できる素材であれば、特別な制限がない。
例示的には、7a及び図7bは、酸化グラフェン層を含む検出ライン(GO lline)である第1検出部(22)及び多結晶構造体を含む検出ライン(Au lline)である第2検出部(24)を含んでいて、マルチプレックスセンサーとして利用可能な側方流動分析ストリップを示している。
図7bの左側グラフに示すように、多結晶構造体を含む検出ライン(Au line)である第2検出部(24)においてSERS信号で試料の分析が可能である。
また、これに限定されるものではないが、酸化グラフェン層を含む検出ライン(GO line)である上記第1検出部(22)は、蛍光分子が標識された遺伝物質プローブが結合していてもよく、多結晶構造体を含む検出ライン(Au line)である第2検出部(24)には、上記蛍光分子が結合できる抗体が結合していてもよい。
したがって、図7bの右側イメージに図示したように、試料が流れながら、酸化グラフェン層を含む検出ライン(GO line)である第1検出部(22)で遺伝物質プローブと結合して蛍光が消光されている蛍光分子は、上記遺伝物質プローブがmiRNAターゲット分子などと結合して遺伝物質プローブと分離される際に蛍光が回復し、多結晶構造体を含む検出ライン(Au line)である第2検出部(24)で蛍光分子と結合できる抗体と結合して蛍光信号を検出させることができる。蛍光回復に関する詳しいメカニズムについては、Angew. Chem Int. Ed、48(26)(2009). pp4785を参照することができる。
これに限定されるものではないが、上記第2検出部(24)それぞれに付着される抗体は、抗-FAM、抗-TAMRA、抗-メチレンブルー、抗-Cy5、抗-Cy3、抗-Alexa Fluor 488、抗-ロダミンレッド、抗-テキサスレッド、または抗-フルオレセイン/オレゴングリーン(Anti-Fluorescein/Oregon Green)であってもよい。
これに限定されるものではないが、上記試料は尿、唾液、汗、血液および涙から一種以上選択されてもよい。上記試料内の細胞、代謝物質、タンパク質、核酸、DNA、RNA、酵素、有機分子、ウイルス、細胞外小胞(extracellular vesicles)、微小胞(microvesicles)、エクソソーム(exosomes)、および脂肪から選択される一種以上を検出することができる。
図8は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップをマトリックスメタロプロテアーゼ(Matrix Metalloprotase、MMP)センサーとして活用することを概略的に示す模式図である。
図8を参照すると、上記検出部は、涙、血液などの試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインである第1検出部(22)及び検出円である第2検出部(24)を備え、試料と初めて接する第1検出部(22)の多結晶構造体には、MMPによって分解されるプローブペプチドが結合しており、上記試料が流れる方向に対して第1検出部(22)の後方に位置した検出円である第2検出部(24)には、上記分解されたプローブペプチドを検出するディテクターが結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはMMPセンサーとして利用できる。
MMPは癌のバイオマーカーとして免疫反応を誘導することができ、血液、唾液、または尿などにng/mLの単位で存在し、検出が容易ではない。上記した構成によれば、試料が流れながら、第1検出部(22)の多結晶構造体に結合しているプローブペプチドがMMPによって分解され、上記分解されたプローブペプチドは第2検出部(24)で多結晶構造体に結合してSERSまたはPEF分析によって検出されることができる。また、上記多結晶構造体に結合している上記プローブペプチドを検出するディテクターである抗体と結合し、SERSまたはPEF分析によって検出されることができる。
これに限定されるものではないが、上記第1検出部(22)における上記多結晶構造体とプローブペプチドの結合は、染料標識されたMca-Lys-Pro-Leu-Gly-Leu-Dap(Dnp)-Ala-Argシーケンスを有するペプチド-SH(Dye-labeled peptide-SH)によるものであってもよい。
これに限定されるものではないが、上記第2検出部(24)で上記プローブペプチドと結合する抗体がAnti-Tamra抗体であってもよい。
本願において、抗体を付着する方法及び染料標識されたプローブペプチドがMMPによって分解される技術は、多様な公知技術を利用することができる。なお、Fransiska S. H. Krismastuti, Stephanie Pace and Nicolas H. Voelcker, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3639-3650、および Ying Ye, Yuancai Ge, Qingwen Zhang, Meiling Yuan, Yu Cai, Kang Li, Yang Li, Ruifeng Xie, Changshun Xu, Danfeng Jiang, Jia Qu, Xiaohu Liu, and Yi Wang Ying Ye, Adv. Sci. 2022, 2104738を参照できる。
図9(a)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の垂直検出ラインである第1検出部(22)のプローブMMPペプチドを濃度別に固定し、ラマンマッピングを実施したイメージである。図9(b)~図9(d)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の垂直検出ラインである第1検出部(22)のプローブMMPペプチドについての濃度別ラマンスペクトル、検定曲線、および第1検出部(22)の領域における信号均一度を示すグラフである。
図9(a)~(d)を参照すると、SERS分析の場合、MMP分解プローブペプチドの濃度に依存してラマン信号が増強できることが確認できる。また、これに限定されるものではないが、MMP分解プローブペプチドの濃度が0.5μM程度の微量であっても検出が可能であり、信号均一度も高いので、測定結果の信頼性も確保できる。
図10(a)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の第1検出部(22)と離隔され、後方に位置した検出円である第2検出部(24)においてTamraプローブの濃度別ラマンマッピングを実施したイメージである。図10(b)~図10(d)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の検出円である第2検出部(24)のTamraプローブの濃度別ラマンスペクトル、検定曲線、および第2検出部(24)領域における信号均一度を示すグラフである。
図10(a)~(d)を参照すると、SERS分析の場合、Tamraプローブの濃度に依存してラマン信号が増強できることが確認できる。また、これに限定されるものではないが、Tamraプローブの濃度が10nM程度の微量であっても検出が可能であり、信号均一度も高いので、測定結果の信頼性も確保できる。
上記のように、図9および図10を参照すると、感度および信頼性に優れたMMPセンサーとして活用できる。
図11は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の検出円である第2検出部(24)の周辺における疎水性処理部(26)のデザインによる検出ラマン信号の大きさを比較したイメージである。
図11を参照すると、これに限定されるものではないが、上記垂直検出ラインである第1検出部(22)を通過した試料が上記検出原因第2検出部(24)に集まるように、上記検出円である第2検出部(24)の周辺の一部に疎水性処理部(26)を備えることが信号増強に効果的であることが確認できる。これに限定されるものではないが、上記疎水性処理部(26)は、上記垂直検出ラインである第1検出部(22)と検出円である第2検出部(24)との間の試料が流れる部分を最小化することが望ましい(図11(a)~(c)参照)。また、上記試料が流れる部分と上記検出円である第2検出部(24)が接する部分が検出円である第2検出部(24)の円柱の約1/3~1/4程度に維持されるようにすることが信号増強に好適である(図11(c)及び(d)参照)。
図12(a)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体の垂直検出ラインである第1検出部(22)及び検出円である第2検出部(24)を含む側方流動分析ストリップを示す写真である。図12(b)および12(c)は、図12(a)の側方流動分析ストリップにMMPを含む試料を流す前と後の第1検出部(22)のラマンマッピングイメージである。図12(d)は、図12(a)の側方流動分析ストリップにMMPを含む試料を流した後の、第2検出部(24)のラマンマッピングイメージである。
図12(b)及び(c)を参照すると、第1検出部(22)にMMPを含む試料を流す前と比較して流した後の方が、SERS信号が減少することが確認できる。したがって、MMP分解によるプローブペプチドの濃度変化に応じたSERS信号の減少に基づいてMMPを検出することができる。また、図12(d)を参照すると、第2検出部(24)のSERS信号の増加に基づいてMMPを検出することができる。
図13は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップをMe-DNA(メチル化されたDNA)センサーとして活用することを概略的に示す模式図である。
図13を参照すると、上記検出部は、血液、唾液、尿などの試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインである第1検出部(22)、垂直検出ラインである第1検出部(22)の後方に試料が流れる方向に対して水平に位置した第1水平検出ラインである第2検出部(24a)及び第2水平検出ラインである第3検出部(24b)を備える。上記第2検出部(24a)および第3検出部(24b)は平行に位置することができる。垂直検出ラインである第1検出部(22)の多結晶構造体には、第1コントロールでインターカレーション染料(intercalation dye)が反応する遺伝物質が結合しており、第1水平検出ラインである第2検出部(24a)の多結晶構造体には、Me-DNAが結合できる抗体が結合しており、第2水平検出ラインである第3検出部(24b)の多結晶構造体には、上記遺伝物質ディテクターが結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはMe-DNAセンサーとして利用できる。
Me-DNAは癌のバイオマーカーであり、血液、唾液、または尿などにfM~nMの単位で存在し、検出が容易ではない。
これに限定されるものではないが、上記遺伝物質は、dsDNA、dsRNA、アプタマー(aptamer)、ssDNA、またはssRNAであってもよい。
上記インターカレーション染料は、遺伝物質にインターカレーション可能な染料をすべて含む。インターカレーション染料の例示としては、メチレンブルー、SYBRグリーン、EVAグリーン、ROX染料、チアゾールレッド(Thiazole red)、TOTO、VeriFluor far-red dyeなどを含む。
本願において、上記遺伝物質ディテクターまたはディテクターは、遺伝物質などの存在有無を確認できるものであれば、特に制限がない。これに限定されるものではないが、上記遺伝物質ディテクターは、上記遺伝物質が結合または反応する抗体、染料などであってもよい。
図13(b)を参照すると、垂直検出ラインである第1検出部(22)は、インターカレーション染料が反応する遺伝物質が結合している第1コントロール(control)であり、第1水平検出ラインである第2検出部(24a)にはMe-DNAが結合できる抗体が結合しているので、Me-DNAと結合できる。第2水平検出ラインである第3検出部(24b)は、dsDNAが結合する抗体が結合しており、dsDNAが結合できる第2コントロールである。
図13(b)及び(c)を参照すると、第1垂直検出ラインであり、第1コントロールである第1検出部(22)に試料を流した後、MBまたはSYBRグリーン染料を流すと反応が起きる。すなわち、図13(c)で反応が起きた目印として、第1検出部(22)が黒色で示されている。
次に、仮に試料にMe-DNAが存在すると、第1水平検出ラインである第2検出部(24a)に存在するMe-DNA抗体と結合し、これをSERSまたはPEFで検出することができる。この場合、第2検出部(24a)が黒色で示されており、検出されていない場合は灰色で示されている。また、dsDNA抗体が結合している第2水平検出ラインであり、第2コントロールである第3検出部(24b)でも反応が起きるようになり、第3検出部(24b)も黒色で示される。この場合、図13(c)の右側下部の模式図のように示され、Me-DNA陽性であると判断することができる。
一方、仮に第1水平検出ラインである第2検出部(24a)および第2水平検出ラインである第3検出部(24b)のいずれにおいても反応が起きないと、図13(c)の左側上部の模式図のように示され、陰性であると判断することができる。また、第2水平検出ラインであり、第2コントロールである第3検出部(24b)でのみ反応が起き、第1水平検出ラインである第2検出部(24a)では反応が確認されない場合(図13(c)の左側下部の模式図)もMe-DNA陰性であると判断することができる。一方、第1水平検出ラインである第2検出部(24a)では反応が確認されるが、第2水平検出ラインである第2コントロールである第3検出部(24b)では反応が起きない場合(図13(c)の右側上部の模式図)、偽陽性(false positive)であると判断することができる。
図13(d)を参照すると、検出ラインのデザインが多様に変更されてもよい。図13(d)に示すように、上記検出部は、試料が流れる方向に対して水平に位置した第1水平検出ラインである第1検出部(22)、第2水平検出ラインである第2検出部(24a)、及び第3水平検出ラインである第3検出部(24b)を備え、上記第1検出部、第2検出部、および第3検出部は平行に位置していてもよい。
上記第1水平検出ラインである第1検出部(22)の多結晶構造体には、第1コントロールでインターカレーション染料(intercalation dye)が反応する遺伝物質が結合しており、第2水平検出ラインである第2検出部(24a)の多結晶構造体には、Me-DNAが結合できる抗体が結合しており、第3水平検出ラインである第3検出部(24b)の多結晶構造体には、上記遺伝物質ディテクターが結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはMe-DNAセンサーとして利用できる。
図14(a)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップをMe-DNAセンサーとして活用する際、多様なインターカレーション染料による蛍光信号の測定結果を示すイメージである。図14(b)は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップをMe-DNAセンサーとして活用する際、多様なインターカレーション染料によるラマンマッピング結果を示すイメージである。
図14(a)に示すように、染料の種類に応じて蛍光信号の形成程度が異なるが、概してDNAがない場合よりDNA存在下で蛍光信号が増加することが確認できる。特に、黒色のボックスで選択された部分は、蛍光信号の増加効果が明確に現れる染料に該当する。
図14(b)は、染料の種類に応じた、DNAの存在有無によるラマン信号の形成程度を示したイメージである。黒色のボックスで選択された部分は、DNAが存在する際、ラマン信号が減少する染料に該当する。
したがって、図14(a)及び(b)に示すように、染料の種類に応じて蛍光が増加したりラマン信号強度が減少する程度が異なるが、蛍光が増加したりラマン信号が減少する傾向を用いて定量評価を行うことができる。
図15は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップをmRNAセンサーとして活用することを概略的に示す模式図である。
図15を参照すると、上記検出部は、酸化グラフェン層が形成された第1検出ラインである第1検出部(22)及び上記多結晶構造体が形成されている2以上の第2検出ラインである第2検出部(24)を含み、上記第1検出ラインである第1検出部(22)は、蛍光分子が標識された遺伝物質プローブが結合しており、上記第2検出ラインである第2検出部(24a、24b、24c)は、上記蛍光分子が結合できる抗体が結合しているので、本願の側方流動分析ストリップはマルチプレックスセンサーとして利用できる。
miRNAは癌のバイオマーカーあり、血液、尿などにpM~nMの単位の範囲またはng/mLの単位で存在し、検出が容易ではない。本願において、上記蛍光分子が標識された遺伝物質プローブは、蛍光分子が結合している遺伝物質を意味する。上記遺伝物質プローブの種類としては、RNAプローブ、DNAプローブ、アプタマーなどが挙げられる。
図15を参照すると、血液、尿などの試料が流れながら、第1検出ラインである第1検出部(22)で遺伝物質プローブと結合して蛍光が消光されている蛍光分子は、遺伝物質プローブがmiRNAターゲット分子と結合して遺伝物質プローブと分離され際、蛍光が回復し、第2検出ラインである第2検出部(24)で抗体と結合して蛍光信号を検出させることができる。
上記のように、本願においは、2以上の第2検出ラインである第2検出部(24)で同時に多種の遺伝物質を検出することができ、マルチプレックスセンサーとして活用が可能である。既存の方法によれば、抗体を一つのラインに位置別に固定することが不可能だった。
これに限定されるものではないが、上記第2検出ラインである第2検出部(24)それぞれに付着される抗体は、抗-FAM、抗-TAMRA、抗-メチレンブルー、抗-Cy5、抗-Cy3、抗-Alexa Fluor 488、抗-ロダミンレッド、抗-テキサスレッド、または抗-フルオレセイン/オレゴングリーン(Anti-Fluorescein/Oregon Green)であってもよい。
図16は、本発明の一実施形態に従ってパターニングした後、多結晶構造体を形成して多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップを製造する方法(方法A)を概略的に示す模式図である。
図16に示すように、本願の他の態様によれば、側方流動分析ストリップの製造方法(方法A)は、A-1)側方流動分析用ストリップ部材(40)を用意するストリップ部材準備ステップ;A-2)上記ストリップ部材(40)に、パターニングしようとする部分を除いてテープ(42)を付着するテープ付着ステップ;A-3)上記ストリップ部材(40)を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、上記ストリップ部材(40)の上に複数個のナノ粒子の群集で構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;及びA-4)上記ストリップ部材(40)から上記テープ(42)を除去するテープ除去ステップ;を含む。
図16(a)に図示したストリップ部材準備ステップ(A-1)において、ストリップ部材(40)としては、例えば、セルロースアセテート(Cellulose Acetate、CA)、混合セルロースエステル(Mixed Cellulose Ester、MCE)、ニトロセルロース(Nitro Cellulose、NC)、CN95、および合成高分子からなるフィルターメンブレン(filter membrane)のうち一種以上から用意してもよい。これに限定されるものではないが、上記フィルターメンブレンはポリエーテルスルホン(polyethersulfone)、ポリカーボネート(polycarbonate)、ガラス繊維(glass fiber)、ナイロン(nylon)、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)などから用意されてもよい。
図16(b)に図示したテープ付着ステップ(A-2)では、上記ストリップ部材(40)に、パターニングしようとする部分を除いてテープ(42)を付着する。すなわち、多結晶構造体を含む検出部が形成される部分を除いてテープ(42)を付着する。この時、テープはこれに限定されるものではないが、ポリイミドテープ、スコッチテープ(一般用)、ポストイットなど接着成分が付着している高分子系のテープ形態をすべて利用することができる。
図16(c)に図示した多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ(A-3)では、貴金属前駆体および還元体溶液を含む組成物にテープが付着されたストリップ部材(40)を担持して溶液工程として進行する。この時、テープが付着された部分を除いたストリップ部材(40)の上に複数個のナノ粒子の群集で構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体が形成される。上記多結晶構造体が形成された部分は、側方流動分析ストリップの検出部となる。
これに限定されるものではないが、上記多結晶構造体は貴金属前駆体および還元剤を含み、貴金属前駆体に対する還元剤の比率が1:0.5~1:15である組成物を用いて溶液工程で形成されたものであってもよい。
これに限定されるものではないが、貴金属前駆体に対する還元剤の比率が1:0.5未満であると、多様な波長のラマン分光システムを利用できず、1:15を超えると、フィルム化されて信号強度および信号均一性に優れた側方流動ストリップを得ることが難しくなることがある。
したがって、本願の組成物における貴金属前駆体に対する還元剤の比率が1:0.5~1:15の場合が、信号強度及び信号均一性に優れる分光分析用基板を製造することに好適であり、1:0.5~1:12であってもよく、1:0.5~1:10であってもよく、1:1~1:10であってもよく、1:1~1:9であってもよく、1:1~1:8であってもよく、1:1~1:7であってもよく、1:1~1:6であってもよく、1:1~1:5であってもよく、1:1~1:4であってもよく、1:1~1:3であってもよい。また、還元剤の種類に応じてその範囲が多少異なる場合がある。
これに限定されるものではないが、本願の組成物は、上記貴金属前駆体に対する還元剤の比率が増加するほど、分光分析用基板に形成される多結晶構造体の大きさが減少し、多結晶構造体の密度を増加させることができる。
これに限定されるものではないが、上記ナノ粒子は、Au、Ag、およびPtのうち一種以上で構成されたものであってもよく、Auが信号強度および信号均一性の向上の観点から最も好適である。
これに限定されるものではないが、上記貴金属前駆体は、HAuCl4、AuCl、AuCl2、AuCl3、Na2Au2Cl8、及びNaAuCl2からなる群より選択されてもよいが、HAuCl4およびNaAuCl4のうち一種以上がより好適である。
これに限定されるものではないが、上記還元剤は、ヒドロキシルアミン(hydroxylamine、HA)、アスコルビン酸(ascorbic acid、AA)、FeSO4、およびヒドロキシキノン(hydroxyquinone、HQ)のうち一種以上であってもよい。
図16(d)に図示したテープ除去ステップ(A-4)は、上記多結晶構造体が形成された部分のみを残してテープ(42)を除去するステップである。その結果、図16(e)のように、ストリップ部材(40)に多結晶構造体を含む第1及び第2検出部(22、24)が形成される。
図17は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップの製造方法(方法A)によって製造する際、ストリップ部材としてCAを用いた場合、還元剤の種類に応じて形成された多結晶構造体の形状を比較して示すイメージである。
図17に示すように、ストリップ部材として同様にCAを用い、還元剤をHA(図17(a)、HQ(図17(b))、またはAA(図17(c))に変えた場合、用いた還元剤の種類に応じて形成された多結晶構造体の形状が多少異なるが、いずれにおいても多結晶構造体が良好に形成されていることが確認できる。
図18は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップの製造方法(方法A)によって製造する際、同一の還元剤(HA)を用いた場合、ストリップ部材の種類に応じて形成された多結晶構造体の形状を比較して示すイメージである。
図18に示すように、還元剤として同様にHAを用い、ストリップ部材をCAペーパー(図18(a))、MCEペーパー(図18(b))、NCペーパー(図18(c))、またはCN95ペーパー(図18(d))に変えた場合、用いたストリップ部材の種類に応じて形成された多結晶構造体の形状が多少異なるが、いずれにおいても多結晶構造体が良好に形成されていることが確認できる。
図19は、本発明の一実施形態に従って多結晶構造体を形成し、パターニングして多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップを製造する方法(方法B)を概略的に示す模式図である。
図19に示すように、本願のさらに他の態様によれば、側方流動分析ストリップの製造方法は、B-1)側方流動分析用ストリップ部材(40)を用意するストリップ部材準備ステップ;B-2)上記ストリップ部材(40)を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、上記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集で構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体(44)を形成する多結晶構造体形成ステップ;B-3)上記ストリップ部材(40)に、パターニングしようとする部分を除いてテープ(42)を付着するテープ付着ステップ;及びB-4)上記ストリップ部材(40)から上記テープ(42)を除去するテープ除去ステップ;を含む。
図16に示した側方流動分析ストリップの製造方法(方法A)と比較して、ストリップ部材(40)の上に多結晶構造体(44)を形成した後、テープ(42)を付着してパターニングした方法であるという違いがある。したがって、図16の側方流動分析ストリップの製造方法と同一である部分については、詳細な説明を省略する。
図19(b)に図示したように、上記ステップB-2)の多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップにおいて、ストリップ部材(40)のすべての部分に多結晶構造体(44)が形成される。
図19(c)に図示したように、上記ステップB-3)のテープ付着ステップで検出部が形成されことになっている部分を除いた部分にテープ(42)を付着してパターニングを行う。
図19(d)に図示したように、上記ステップB-4)のテープ除去ステップでテープ(42)が付着された部分の多結晶構造体が、テープ(42)の接着力によってテープ(42)とともに除去される。その結果、図19(e)のようにストリップ部材(40)に多結晶構造体を含む2以上の検出ラインを含む第1及び第2検出部(22、24)が形成される。
図20は、本発明の一実施形態に係る多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップの製造方法(方法B)によって製造する際、ストリップ部材としてCAを用いた場合、還元剤の種類に応じて形成された多結晶構造体の形状を比較して示すイメージである。
図20に示すように、ストリップ部材として同様にCAを用い、還元剤をHA(図20(a)、HQ(図20(b))、及びAA(図20(c))に変えた場合、用いた還元剤の種類に応じて形成された多結晶構造体の形状が多少異なるが、いずれにおいても多結晶構造体が良好に形成されていることが確認できる。
図21は、本発明の一実施形態に従って多結晶構造体を形成し、パターニングして多結晶構造体を含む側方流動分析ストリップを製造する方法において、還元剤の種類及び還元剤の混合比率に応じて形成されるストリップ部材の検出部の段差を比較して示すイメージである。
図21に示すように、還元剤の種類および還元剤の混合比率に応じて検出部の高さが変わることが確認できる。
図22は、本発明の一実施形態に従って多結晶構造体を含む検出ライン及び酸化グラフェンを含む検出ラインが備えられた異種素材である検出部を含む側方流動分析ストリップを製造する方法(方法C)を概略的に示す模式図である。
図22を参照すると、本願のさらに他の態様によれば、側方流動分析ストリップの製造方法は、C-1)側方流動分析用ストリップ部材(40)を用意するストリップ部材準備ステップ;C-2)上記ストリップ部材(40)の上に、酸化グラフェン溶液を用いて酸化グラフェン層(46)を形成するステップ;C-3)上記ストリップ部材(40)に、酸化グラフェンをパターニングしようとする部分を除いてテープ(42)を付着する1次テープ付着ステップ;C-4)上記ストリップ部材(40)から上記テープ(42)を除去する1次テープ除去ステップ;C-5)上記ストリップ部材(40)において、多結晶構造体をパターニングしようとする部分を除いてテープ(42)を付着する2次テープ付着ステップ;C-6)上記ストリップ部材(40)を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、上記ストリップ部材(40)の上に複数個のナノ粒子の群集で構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;及びC-7)上記ストリップ部材(40)から上記テープ(42)を除去する2次テープ除去ステップ;を含む。
図22(a)及び(b)に示すように、上記C-2)の酸化グラフェン層(46)を形成するステップは、酸化グラフェン溶液をストリップ部材(40)の上に真空で濾過して製造することができる。これに限定されるものではないが、上記酸化グラフェン層(46)を形成する際、濃度範囲が0.1mg/mL~10mg/mLである酸化グラフェン溶液を用いて製造することが蛍光信号の消光に好適である。
図22(c)に示すように、上記C-3)の1次テープ付着ステップは、酸化グラフェン層(46)を含む検出部を形成するために、テープ(42)を用いてパターニングを行うステップである。
図22(d)に示すように、上記C-4)の1次テープ除去ステップは、上記酸化グラフェン層(46)を含む検出部を除いた部分の酸化グラフェンを、テープ(42)を用いて除去するステップである。
上記C-5)の2次テープ付着ステップは、多結晶構造体を含む検出部を形成するために、テープ(42)を用いてパターニングを行うステップである。
図22(e)に示すように、上記C-6)の多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップは、テープ(42)の未付着部分に多結晶構造体を含む検出部を形成するステップである。
図22(f)及び(g)に示すように、上記C-7)の2次テープ除去ステップでテープ(42)を除去することにより、異種部材の検出ラインを含む検出部(22、24)が形成される。
さらに他の態様によれば、本願の側方流動分析システムの製造方法(方法D)は、 D-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ; D-2)上記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、上記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集で構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ; D-3)上記ストリップ部材において、上記多結晶構造体をパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する1次テープ付着ステップ; D-4)上記ストリップ部材から上記テープを除去する1次テープ除去ステップ; D-5)上記ストリップ部材において、酸化グラフェンをパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する2次テープ付着ステップ; D-6)上記ストリップ部材上に、酸化グラフェン溶液を用いて酸化グラフェン層を形成するステップ;及び D-7)上記ストリップ部材から上記テープを除去する2次テープ除去ステップ;を含む。
上記方法Dは、図22に図示した方法Cと比較して、酸化グラフェン層を含む検出部を形成する前にナノ結晶構造体を含む検出部を形成する方法であるという違いがある。
図23(a)は、図22に従って製造された側方流動分析ストリップの多結晶ナノ構造体検出部のSEMイメージである。図23(b)は、図22に従って製造された側方流動分析ストリップの酸化グラフェン検出部のSEMイメージである。
図23を参照すると、多結晶ナノ構造体検出部および酸化グラフェン検出部の両方が良好に形成されていることが確認できる。
上記のように、本願の側方流動分析ストリップの製造方法は、多結晶構造体を溶液工程でパターニングして多重検出ライン及び異種素材の検出ラインを容易に生成することができ、検出ラインの間隔調節も効率的に行うことができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から外れない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などにより本発明の多様な修正及び変更が可能であり、これもまた本発明の権利範囲内に含まれることが理解され得る。
1:側方流動ストリップ
10:試料領域
20:測定領域
22、24、24a、24b、24c:検出部
26:疎水性処理部
30:吸収領域
40:ストリップ部材
42:テープ
44:多結晶構造体
46:酸化グラフェン層
10:試料領域
20:測定領域
22、24、24a、24b、24c:検出部
26:疎水性処理部
30:吸収領域
40:ストリップ部材
42:テープ
44:多結晶構造体
46:酸化グラフェン層
Claims (20)
- 毛細管現象により試料が流れ、試料に含まれるターゲットとディテクターとの間で生化学反応が起こる一つ以上の検出部を含む測定領域を含むストリップ部材を含む、側方流動分析ストリップであって、
前記検出部は複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を含む、側方流動分析ストリップ。 - 前記ストリップ部材は、
試料が注入される試料領域;
前記測定領域;及び
過量の試料を吸収して側方流動を維持する吸収領域;を一方向に配置して含む、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。 - 前記側方流動分析ストリップは、表面増強ラマン分光(Surface Enhanced Raman Spectroscopy、SERS)、蛍光、またはプラズモン増強蛍光(Plasmon-Enhanced Fluorescence、PEF)分析用である、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。
- 前記ナノ粒子は、Au、Ag、及びPtのうち一種以上で構成される、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。
- 前記多結晶構造体には遺伝物質ディテクターが結合した、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。
- 前記検出部は下記一種以上を含む、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ:
i)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインを2つ以上;
ii)試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインを2本以上;及び
iii)試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ライン及び試料が流れる方向に対して水平に位置した水平検出ラインをそれぞれ1つ以上。 - 前記検出部は、試料が流れる方向に対して垂直に位置した垂直検出ラインおよび試料が流れる方向に対して前記垂直検出ラインの後方に位置した円、楕円、または多角形形態の検出部をそれぞれ1つ以上含む、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。
- 垂直検出ラインを通過した試料が前記検出部に集まるように、前記検出部の周辺の一部に疎水性処理が施された疎水性処理部が備えられた、請求項7に記載の側方流動分析ストリップ。
- 前記検出部は、異種素材が含まれた検出部をさらに含む、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。
- 前記検出部は、酸化グラフェン層が形成された第1検出部および前記多結晶構造体が形成されている2以上の第2検出部を含み、
前記第1検出部は、蛍光が消光されている蛍光分子が標識された遺伝物質プローブが結合しており、
前記第2検出部は、前記遺伝物質プローブがmiRNAターゲット分子と結合すると蛍光が回復する前記蛍光分子が結合できるディテクターが結合しており、マルチプレックスセンサーとして利用できる、請求項9に記載の側方流動分析ストリップ。 - 前記第2検出部それぞれに付着されるディテクターは、抗-FAM、抗-TAMRA、抗-メチレンブルー、抗-Cy5、抗-Cy3、抗-Alexa Fluor 488、抗-ロダミンレッド、抗-テキサスレッド、または抗-フルオレセイン/オレゴングリーン(Anti-Fluorescein/Oregon Green)である、請求項10に記載の側方流動分析ストリップ。
- 前記ストリップ部材は、セルロースアセテート(Cellulose Acetate、CA)、混合セルロースエステル(Mixed Cellulose Ester、MCE)、ニトロセルロース(Nitro Cellulose、NC)、CN95、および合成高分子からなるフィルターメンブレン(filter membrane)のうち一種以上からなる、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。
- 試料は、尿、唾液、汗、血液及び涙内の細胞、代謝物質、タンパク質、核酸、DNA、RNA、酵素、有機分子、ウイルス、細胞外小胞(extracellular vesicles)、微小胞(microvesicles)、エクソソーム(exosomes)、および脂肪から一種以上選択される、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。
- 前記検出部は、前記試料が流れる方向に対して順に位置した第1検出部及び第2検出部を備え、
試料と初めて接する第1検出部の多結晶構造体には、マトリックスメタロプロテアーゼ(Matrix Metalloprotase,MMP)によって分解されるプローブペプチドが結合しており、
前記第2検出部で前記分解されたプローブペプチドを検出するディテクターが結合しており、MMPセンサーとして利用できる、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。 - 前記検出部は、試料が流れる方向に対して第1検出部及び前記第1検出部の後方に位置した第2検出部及び第3検出部を備えるものの、前記第2検出部及び第3検出部は平行に位置し、
第1検出部の多結晶構造体には、第1コントロールでインターカレーション染料(intercalation dye)が反応する遺伝物質が結合しており、
第2検出部の多結晶構造体には、Me-DNAが結合できる抗体が結合しており、
第3検出部の多結晶構造体には、前記遺伝物質ディテクターが結合しており、Me-DNAセンサーとして利用できる、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。 - 前記検出部は、試料が流れる方向に対して水平に位置した第1検出部、第2検出部、および第3検出部を備えるものの、
前記第1検出部、第2検出部、および第3検出部は平行に位置しており、
第1検出部の多結晶構造体には、第1コントロールでインターカレーション染料(intercalation dye)が反応する遺伝物質が結合しており、
第2検出部の多結晶構造体には、Me-DNAが結合できる抗体が結合しており、
第3検出部の多結晶構造体には、前記遺伝物質ディテクターが結合しており、Me-DNAセンサーとして利用できる、請求項1に記載の側方流動分析ストリップ。 - A-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;
A-2)前記ストリップ部材に、パターニングしようとする部分を除いてテープを付着するテープ付着ステップ;
A-3)前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;及び
A-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去するテープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法。
- B-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;
B-2)前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;
B-3)前記ストリップ部材に、パターニングしようとする部分を除いてテープを付着するテープ付着ステップ;及び
B-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去するテープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法。 - C-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;
C-2)前記ストリップ部材上に、酸化グラフェン溶液を用いて酸化グラフェン層を形成するステップ;
C-3)前記ストリップ部材に、酸化グラフェンをパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する1次テープ付着ステップ;
C-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去する1次テープ除去ステップ;
C-5)前記ストリップ部材において、多結晶構造体をパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する2次テープ付着ステップ;
C-6))前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;及び
C-7)前記ストリップ部材から前記テープを除去する2次テープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法。 - D-1)側方流動分析用ストリップ部材を用意するストリップ部材準備ステップ;
D-2)前記ストリップ部材を貴金属前駆体及び還元剤溶液を含む組成物に担持して、前記ストリップ部材上に複数個のナノ粒子の群集から構成され、複数個のグレーンバウンダリーを有する多結晶構造体を形成する多結晶構造体形成ステップ;
D-3)前記ストリップ部材において、前記多結晶構造体をパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する1次テープ付着ステップ;
D-4)前記ストリップ部材から前記テープを除去する1次テープ除去ステップ;
D-5)前記ストリップ部材において、酸化グラフェンをパターニングしようとする部分を除いてテープを付着する2次テープ付着ステップ;
D-6)前記ストリップ部材上に、酸化グラフェン溶液を用いて酸化グラフェン層を形成するステップ;及び
D-7)前記ストリップ部材から前記テープを除去する2次テープ除去ステップ;を含む、側方流動分析ストリップの製造方法。
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