KR100487911B1 - 호모시스테인 정량용 실험실 칩 및 이를 이용한 호모시스테인 정량 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 호모시스테인 정량용 실험실 칩에 관한 것으로, 호모시스테인양을 짧은 시간 내에 간편하게 측정하여 혈관성 질환의 조기 진단 및 예방을 가능하게 하기 위하여, 호모시스테인 정량용 실험실 칩에 있어서, 고농도 및 저농도의 호모시스테인 샘플을 상기 실험실 칩 내부로 공급하는 다수개의 호모시스테인 샘플저장부와; 상기 실험실 칩 내부로 전 처리된 혈액을 공급하는 혈액 저장부와; 상기 실험실 칩 내부로 완충액을 공급하는 다수개의 버퍼부와; 상기 샘플저장부, 혈액 저장부 및 버퍼부에 연결된 채널부와; 상기 채널부를 통과한 완충액이 배출되는 버퍼 배출부와; 상기 채널부를 통하여 상기 혈액 저장부 및 호모시스테인 샘플저장부로부터 공급된 혈액 및 호모시스테인 샘플에서 형광을 검출하는 검출부와; 상기 검출부를 통과한 샘플을 배출하는 샘플 배출부를 포함한다.
Description
본 발명은 호모시스테인 정량용 실험실 칩에 관한 것으로, 상세히 말하면 호모시스테인을 정량하여 혈액내의 호모시스테인의 수치를 결정하여 혈관성 질환의 위험도 측정 및 예방을 하는 호모시스테인 정량 장치에 사용되며, 시료저장부, 버퍼부, 검출부, 버퍼 배출부 등으로 구성되는 호모시스테인 정량용 실험실 칩에 관한 것이다.
호모시스테인은 신체 내에서 단백질을 분해할 때 생성되는 물질로서, 체내조직의 생성, 유지를 위해서 일정량의 호모시스테인을 필요로 하지만, 상기 호모시스테인이 과량이 되는 경우에는 심장병, 뇌졸중 등 혈관성 질환의 원인이 된다.
상세히 말하면, 호모시스테인은 동맥손상의 위험인자로 고농도의 호모시스테인은 콜레스테롤 등 다른 물질들이 혈관에 축적되게 하여 동맥 혈관벽을 손상시킨다. 이렇게 손상된 동맥은 결국 좁아지거나 완전히 막히게 되어 관상동맥질환, 뇌졸중, 심장마비 등 혈관성 질환을 일으키는 원인이 된다.
따라서, 상기 호모시스테인은 혈관성 질환의 위험도 측정 및 예방을 하는데 참고가 될 수 있는 유용한 수치가 될 수 있는바, 종래에는 고성능 액체 크로마토 그래피(HPLC : high performance liquid chromatography)법과 질량분광법(MS: mass spectrometry) 및 등을 이용하여 측정하여 왔다.
고성능 액체 크로마토 그래피(HPLC) 액체상태의 시료를 분리 정량하는 방법이다. 이 방법은 강철관에 정지상을 충진한 다음 고압펌프로 이동상을 가압하여 흐르게 하는 것이다.
도 1은 고성능 액체 크로마토 그래피 장치의 구성도이다. 도시한 바와 같이, 용리액은 이동한다. 이동상 액체는 이동상 저장병(1), 광학 자동 청소밸브(2), 시료주입구(3), 분리관(5), 재순환 밸브(7), 폐액병(9)을 순차대로 이동한다. 분리관(5)과 재순환밸브(7) 사이에 설치되는 검출기(10)에서의 데이터는 데이터 처리기로 이송되며, 상기 데이터 처리기(11)는 상기 데이터를 분석하여 호모시스테인양을 감지한다.
질량 분광법은 여러 가지 성분의 시료를 기체상태로 이온화한 후, 자기장 혹은 전기장을 통해 각 이온을 질량/전하의 비에 따라 분리하여 질량 스펙트럼을 얻고, 상기 질량스펙트럼에 기초하여 호모시스테인양을 검출한다.
그러나, 상기 고성능 액체 크로마토 그래피법과 상기 질량 분광법은 전처리 과정이 복잡하고 장비가 고가이어서 환자의 진단에 사용되기 어렵고, 또한 여러개의 시료에 대해 동시 다분석이 어렵다는 문제점을 가진다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 CE법(Capillary Electrophoresis)이 제안되었다. 상기 CE법은 기존의 분석법에 비해 1-10ng의 낮은 감도 및 고분해능을 제공하며 짧은 시간에 분석이 가능하며, 수 nL 이하의 적은 시료양으로도 분석이 가능하고, 흡수나 형광, 전기화학적 신호를 이용한 다양한 검출이 가능하므로 분석이 용이하다는 장점을 가지나, 불순물의 영향을 극복하기 위하여 시료의 전처리가 필요하며 장비의 소형화, 휴대화가 어렵다는 점에서 문제점을 갖는다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 호모시스테인양을 짧은 시간 내에 간편하게 측정하여 혈관성 질환의 조기 진단 및 예방을 가능하게 하는 호모시스테인 검출 장치에 사용되는 실험실칩을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 호모시스테인양 검출장치의 비용을 감소시켜 보다 많은 환자들이 호모시스테인의 양을 측정할 수 있도록 하며, 또한 상기 검출장치의 크기를 소형화하여 휴대를 가능하도록 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 호모시스테인 정량용 실험실 칩에 있어서, 고농도의 호모시스테인 샘플을 상기 실험실 칩 내부로 공급하는 고농도 호모시스테인 샘플저장부와; 저농도의 호모시스테인 샘플을 상기 실험실 칩 내부로 공급하는 저농도 호모시스테인 샘플 저장부와; 상기 실험실 칩 내부로 전 처리된 혈액을 공급하는 혈액 저장부와; 상기 실험실 칩 내부로 완충액을 공급하는 제1버퍼부와; 상기 실험실 칩 내부로 완충액을 공급하는 제2버퍼부와; 상기 제1버퍼부 및 제2버퍼부에서 공급되는 버퍼액을 배출하는 버퍼 배출부와; 상기 고농도 호모시스테인 샘플, 저농도 호모시스테인 샘플 및 혈액에 레이저를 조사하여 형광을 검출하는 검출부와; 일단은 4개로 분기되어 상기 샘플저장부, 혈액 저장부 및 제1버퍼부에 각각 연결되며, 타단은 3개로 분기되어 제2버퍼부, 버퍼배출부, 검출부에 각각 연결되는 채널부와; 상기 검출부를 통과한 샘플을 배출하는 샘플 배출부를 포함하는 호모시스테인 정량용 실험실칩을 제공한다. 그리고, 본 발명은 호모시스테인 정량용 실험실 칩을 이용한 호모시스테인 정량 검출방법에 있어서, 상기 혈액 샘플부에 혈액샘플을 주입하고, 고농도 및 저농도의 호모시스테인 시료를 고농도 호모시스테인 샘플 저장부 및 저농도 호모시스테인 샘플 저장부에 각각 주입하는 단계와; 상기 샘플을 저장한 후에, 상기 고농도 호모시스테인 저장부, 상기 제2버퍼부 및 상기 샘플 배출부에 전압을 인가하고, 상기 제1버퍼부 및 혈액샘플저장부 및 저농도 호모시스테인 저장부를 플로팅 시키는 단계와; 그 후, 고농도 호모시스테인 저장부를 플로팅 시킴과 동시에 샘플 배출부를 접지시키고, 이 대 검출부로 이동된 고농도 호모시스테인에 레이저광을 조사하여 형광을 검출하는 단계와; 그 후, 상기 제1버퍼부, 상기 제2버퍼부, 상기 샘플배출부에 전압을 인가하고, 고농도 호모시스테인 저장부, 저농도 호모시스테인 저장부, 혈액샘플저장부를 플로팅 시키고, 버퍼 배출부를 접지하는 단계와; 그 후, 제2버퍼부에 전압을 인가하고, 샘플배출부를 접지하는 단계와; 그 후, 상기 저농도 호모시스테인 저장부, 제2버퍼부, 샘플배출부에 전압을 인가하고, 혈액샘플저장부, 제1버퍼부 및 고농도 호모시스테인 저장부를 플로팅 시키는 단계와; 그 후, 상기 저농도 호모시스테인 저장부를 플로팅시킴과 동시에 샘플 배출부를 접지시키고, 상기 검출부로 이동한 저농도 호모시스테인에 레이저광을 조사하여 형광을 검출하는 단계와; 그 후, 상기 제1버퍼부, 제2버퍼부, 샘플 배출부에 전압을 인가하고, 고농도 호모시스테인 저장부, 저농도 호모시스테인 저장부 및 혈액샘플 저장부를 플로팅시키고, 버퍼 배출부를 접지하는 단계와; 그 후, 제2버퍼부에 고전압을 인가시키고, 샘플배출부를 접지하여 완충액을 접지하는 단계와; 그 후, 상기 혈액샘플저장부, 제2버퍼부, 샘플배출부에 전압을 인가하고, 저농도 호모시스테인 저장부(103), 고농도 호모시스테인 저장부 및 제1버퍼부를 플로팅 시키는 단계와; 그 후, 상기 혈액 샘플 저장부를 플로팅 시킴과 동시에, 샘플 배출부를 접지시키고, 검출부로 이동한 혈액샘플에 대하여 레이저광을 조사하여 형광을 검출하는 단계와; 상기 검출된 고농도 및 저농도 호모시스테인 샘플의 형광 검출치 및 혈액의 형광검출치를 이용하여 호모시스테인 농도를 산출하는 단계를 포함하는 호모시스테인 정량 검출방법을 또한 제공한다.
이하, 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 실험실 칩의 혈액샘플부를 통하여 칩의 내부로 혈액 샘플을 주입하고, 고농도 및 저농도의 호모시스테인 시료를 다수개의 호모시스테인 저장부에 각각 주입하고, 고농도 호모시스테인 시료부에 일정시간 고전압을 인가한 후, 플로팅(floating)을 시켜서 고농도 호모시스테인 시료를 검출부로 이동하게 하여 시료에 대한 형광을 검출한다.
그 후, 버퍼부에 고전압을 인가하여 완충액을 버퍼부로부터 버퍼배출부로 이송시켜서 채널부에 잔류한 고농도 호모시스테인 시료를 제거한다.
다음으로, 저농도 호모시스테인 시료부에 일정기간 고전압을 인가한 후, 플로팅하여 저농도 호모시스테인 시료를 검출부로 이동시켜 시료에 대한 형광을 검출한다.
제 2 버퍼부에 고전압을 인가하여 완충액을 제 2 버퍼부로부터 샘플배출부로 이동시켜 채널부에 잔류한 저농도 호모시스테인 시료를 제거한다.
마지막으로, 혈액 저장부에 고전압을 일정시간 인가한 후, 플로팅하여 혈액샘플을 검출부로 이동시켜 샘플의 형광을 검출한 후, 상기 고농도 및 저농도 호모시스테인 시료의 형광치와 비교하여 혈액내의 호모시스테인의 양을 산출한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 호모시스테인양 감시 시스템의 구성도이다.
도시한 바와 같이, 본 시스템은 레이저광선부(21), 실험실 칩(23), 핀홀(25), 광학렌즈(27), 필터(29), 증폭기(30) 및 데이터처리장치(31)로 구성된다.
레이저광선부(21)에서 발생한 빛을 실험실 칩(23)의 검출부(24)에 조사하면 전처리된 시료는 수 ㎱ 동안 형광을 발생하고, 사방으로 방사되는 상기 형광은 핀홀(25)을 통하여 일부만 통과된다. 상기 핀홀(25)을 통과한 형광은 광학렌즈(27)로 들어가서 집광되고, 그 후 집광된 빛은 광필터(29)에서 형광이외의 빛이 걸러진 후, 광증폭기(30)를 통해 증폭된다. 이 후 증폭된 형광은 전기적인 신호로 변환된다.
상기 전기신호는 컴퓨터(31)로 전송되며, 상기 신호를 수신한 컴퓨터(31)는 이를 분석한 후, 이 결과를 출력한다.
이하에서는 본 발명의 실험실 칩 및 이를 이용한 호모시스테인 정량 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실험실 칩의 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실험실칩의 사시도이다. 도시한 바와 같이, 실험실칩은 고농도 호모시스테인 저장부(101), 저농도 호모시스테인 저장부(103), 제 1 버퍼부(105), 제 2 버퍼부(107), 혈액 샘플 저장부(109), 버퍼 배출부(111), 샘플 배출부(113)로 구성된다.
먼저, 고농도와 저농도의 호모시스테인 샘플(본 실시예에서는 100μM과 10μM의 샘플을 사용)과 혈액 샘플을 형광물질로 전처리하고, 상기 샘플들을 각각 호모시스테인 저장부(101, 103)와 혈액 샘플 저장부(109)로 주입한다.
상기 전처리과정은 다음과 같다. 혈액샘플의 경우, 혈액을 채혈한 후 EDTA 처리용 진공관에 채혈한 혈액을 3000rpm으로 15 분간 원심 분리하여 각각 혈청과 혈장으로 분리한 후, 폴리에칠렌(polyethylene) 튜브에 담아 환원제와 유도제의 반응을 끝난 후 제 단백한 혈장을 1000rpm에서 5분간 원심분리하고 상층액을 취하여 형광다이와 반응시킨다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실험실 칩의 작용순서에 따른 상태도이다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 고농도 호모시스테인 저장부(101), 제 2 버퍼부(107), 샘플 배출부(113)에 고전압 HV를 인가하고 혈액 샘플부 저장부(109), 제 1 버퍼부(105) 및 저농도 호모시스테인 저장부(103)를 플로팅 시키면 도시한바와 같이 고농도 호모시스테인 시료가 버퍼 배출부(111)로 이동하고, 도 5b에 도시한 바와 같이 이때 고농도 호모시스테인 저장부(101)를 플로팅 시킴과 동시에 샘플 배출부(113)를 접지 시키면 검출부(115)로 시료가 이동한다. 검출부(115)로 이동한 고농도 호모시스테인에 대하여 레이저광을 조사하여 형광을 검출한다.
그 후, 도 5c 및 도 5d에 도시한 바와 같이, 제 1 버퍼부(105), 제 2 버퍼부, 샘플 배출부에 고전압을 인가하고, 고농도 호모시스테인 저장부(101), 저농도 호모시스테인 저장부(103), 혈액 샘플 저장부(109)를 플로팅 시키고 버퍼 배출부(111)를 접지하여 완충액을 제 1 버퍼부(105)로부터 버퍼 배출부(111)로 이동시키고, 제 2 버퍼부에 고전압을 인가시키고 샘플 배출부(113)를 접지하여 완충액을 제 2 버퍼부로부터 샘플 배출부(113)로 이동시켜서 실험실 칩 내부에 잔류해 있는 고농도 호모시스테인 샘플을 제거한다.
상기 잔류 고농도 호모시스테인 샘플을 제거 후, 도 5e에 도시한 바와 같이, 저농도 호모시스테인 저장부(103), 제 2 버퍼부(107), 샘플 배출부(113)에 고전압 HV를 인가하고 혈액 샘플 저장부(109), 제 1 버퍼부(105) 및 고농도 호모시스테인 저장부(101)를 플로팅 시키면 도시한바와 같이 고농도 호모시스테인 시료가 버퍼 배출부(111)로 이동하고, 이때 도 5f에 도시한 바와 같이, 저농도 호모시스테인 저장부(103)를 플로팅 시킴과 동시에 샘플 배출부(113)를 접지 시키면 검출부(24)로 시료가 이동한다. 검출부(115)로 이동한 저농도 호모시스테인에 대하여 레이저광을 조사하여 형광을 검출한다.
그 후, 도 5g 및 도 5h에 도시한 바와 같이, 제 1 버퍼부(105), 제 2 버퍼부(107), 샘플 배출부(113)에 고전압을 인가하고, 고농도 호모시스테인 저장부(101), 저농도 호모시스테인 저장부(103), 혈액 샘플 저장부(109)를 플로팅 시키고 버퍼 배출부(111)를 접지하여 완충액을 제 1 버퍼부(105)로부터 버퍼배출부(111)로 이동시키고, 제 2 버퍼부(107)에 고전압을 인가시키고 샘플 배출부(113)를 접지하여 완충액을 제 2 버퍼부(107)로부터 샘플 배출부(113)로 이동시켜서 실험실 칩 내부에 잔류해 있는 저농도 호모시스테인 샘플을 제거한다.
마지막으로, 상기 잔류 저농도 호모시스테인 샘플을 제거 후, 도 5i 및 도 5j에 도시한 바와 같이, 혈액 샘플 저장부(109), 제 2 버퍼부(107), 샘플 배출부(113)에 고전압 500kV를 인가하고 저농도 호모시스테인 저장부(103), 고농도 호모시스테인 저장부(101) 및 제 1 버퍼부(105)를 플로팅 시키면 도시한바와 같이 혈액 샘플이 버퍼 배출부(111)로 이동하고, 이때 혈액 샘플 저장부(109)를 플로팅 시킴과 동시에 샘플 배출부(113)를 접지 시키면 검출부(115)로 시료가 이동한다. 검출부(115)로 이동한 혈액샘플에 대하여 레이저광을 조사하여 형광을 검출한다.
상기 고농도 및 저농도 호모시스테인 샘플의 형광검출치를 이용하여 호모시스테인의 농도와 형광검출치의 비례관계를 먼저 산출하고, 상기 관계를 이용하여 혈액의 형광검출치에 따른 호모시스테인 농도를 산출한다.
본 발명에 따르면, 실시간으로 호모시스테인 샘플을 이용하여 비례관계를 산출하고 그에 따라 혈액 샘플의 호모시스테인양을 검출함으로서, 환경변화에 의한 영향을 적게 받고 실시간으로 신속, 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 극소형의 실험실 칩을 이용하여 호모시스테인 정량장치의 소형화를 이룰 수 있으며, 또한 적은 시료량으로 고감도 검출을 시행할 수 있다. 또한, 본 발명은 시료의 이동과 동시에 세척 과정을 수행함으로써 호모시스테인의 전자동화를 이룰수 있다는 장점을 구비한다.
도 1은 고성능 액체 크로마토 그래피 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 호모시스테인양 감시 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실험실 칩의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실험실칩의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실험실 칩의 작용순서에 따른 상태도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
101 : 고농도 호모시스테인 저장부 103 : 저농도 호모시스테인 저장부
105 : 제 1 버퍼부 107 : 제 2 버퍼부
109 : 혈액 샘플 저장부 111 : 버퍼 배출부
113 : 샘플 배출부 115 : 검출부
Claims (2)
- 호모시스테인 정량용 실험실 칩에 있어서,고농도의 호모시스테인 샘플을 상기 실험실 칩 내부로 공급하는 고농도 호모시스테인 샘플저장부와;저농도의 호모시스테인 샘플을 상기 실험실 칩 내부로 공급하는 저농도 호모시스테인 샘플 저장부와;상기 실험실 칩 내부로 전 처리된 혈액을 공급하는 혈액 저장부와;상기 실험실 칩 내부로 완충액을 공급하는 제1버퍼부와;상기 실험실 칩 내부로 완충액을 공급하는 제2버퍼부와;상기 제1버퍼부 및 제2버퍼부에서 공급되는 버퍼액을 배출하는 버퍼 배출부와;상기 고농도 호모시스테인 샘플, 저농도 호모시스테인 샘플 및 혈액에 레이저를 조사하여 형광을 검출하는 검출부와;일단은 4개로 분기되어 상기 샘플저장부, 혈액 저장부 및 제1버퍼부에 각각 연결되며, 타단은 3개로 분기되어 제2버퍼부, 버퍼배출부, 검출부에 각각 연결되는 채널부와;상기 검출부를 통과한 샘플을 배출하는 샘플 배출부를 포함하는 호모시스테인 정량용 실험실칩.
- 제1항을 이용한 호모시스테인 정량용 실험실 칩을 이용한 호모시스테인 정량 검출방법에 있어서,상기 혈액 샘플부에 혈액샘플을 주입하고, 고농도 및 저농도의 호모시스테인 시료를 고농도 호모시스테인 샘플 저장부 및 저농도 호모시스테인 샘플 저장부에 각각 주입하는 단계와;상기 샘플을 저장한 후에, 상기 고농도 호모시스테인 저장부, 상기 제2버퍼부 및 상기 샘플 배출부에 전압을 인가하고, 상기 제1버퍼부 및 혈액샘플저장부 및 저농도 호모시스테인 저장부를 플로팅 시키는 단계와;그 후, 고농도 호모시스테인 저장부를 플로팅 시킴과 동시에 샘플 배출부를 접지시키고, 이 대 검출부로 이동된 고농도 호모시스테인에 레이저광을 조사하여 형광을 검출하는 단계와;그 후, 상기 제1버퍼부, 상기 제2버퍼부, 상기 샘플배출부에 전압을 인가하고, 고농도 호모시스테인 저장부, 저농도 호모시스테인 저장부, 혈액샘플저장부를 플로팅 시키고, 버퍼 배출부를 접지하는 단계와;그 후, 제2버퍼부에 전압을 인가하고, 샘플배출부를 접지하는 단계와;그 후, 상기 저농도 호모시스테인 저장부, 제2버퍼부, 샘플배출부에 전압을 인가하고, 혈액샘플저장부, 제1버퍼부 및 고농도 호모시스테인 저장부를 플로팅 시키는 단계와;그 후, 상기 저농도 호모시스테인 저장부를 플로팅시킴과 동시에 샘플 배출부를 접지시키고, 상기 검출부로 이동한 저농도 호모시스테인에 레이저광을 조사하여 형광을 검출하는 단계와;그 후, 상기 제1버퍼부, 제2버퍼부, 샘플 배출부에 전압을 인가하고, 고농도 호모시스테인 저장부, 저농도 호모시스테인 저장부 및 혈액샘플 저장부를 플로팅시키고, 버퍼 배출부를 접지하는 단계와;그 후, 제2버퍼부에 고전압을 인가시키고, 샘플배출부를 접지하여 완충액을 접지하는 단계와;그 후, 상기 혈액샘플저장부, 제2버퍼부, 샘플배출부에 전압을 인가하고, 저농도 호모시스테인 저장부(103), 고농도 호모시스테인 저장부 및 제1버퍼부를 플로팅 시키는 단계와;그 후, 상기 혈액 샘플 저장부를 플로팅 시킴과 동시에, 샘플 배출부를 접지시키고, 검출부로 이동한 혈액샘플에 대하여 레이저광을 조사하여 형광을 검출하는 단계와;상기 검출된 고농도 및 저농도 호모시스테인 샘플의 형광 검출치 및 혈액의 형광검출치를 이용하여 호모시스테인 농도를 산출하는 단계를 포함하는 호모시스테인 정량 검출방법.
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