KR100794079B1 - 광학 회절에 기초한 생체감응장치용 기능화 미소구의패턴화 결합 - Google Patents

광학 회절에 기초한 생체감응장치용 기능화 미소구의패턴화 결합 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매질 중에 존재하는 분석물을 검출하기 위한 저렴하고 감도 높은 시스템 및 방법을 제공한다. 시스템은 표적 분석물과 결합할 수 있도록 개질된 기능화된 미소구와 같은 회절 증강 요소를 포함한다. 추가로, 시스템은 분석물-특이적 수용체의 소정의 특이적 패턴이 그 위에 프린팅된 금속 코팅을 포함할 수 있는 중합체 필름을 포함한다. 표적 분석물을 직접적으로 또는 회절 증강 요소와 함께 중합체 필름의 선택 영역에 부착시킬 때, 투과된 및(또는) 반사된 빛의 회절이 분석물의 물리적 치수 및 정해진 정확한 배치를 통해 일어난다. 눈으로 또는 임의적으로 생체감응장치를 사용하여 용이하게 볼 수 있는 회절 상이 생성된다.
생체감응장치, 패턴화 결합, 기능화된 미소구

Description

광학 회절에 기초한 생체감응장치용 기능화 미소구의 패턴화 결합 {Patterned Binding of Functionalized Microspheres for Optical Diffraction-Based Biosensors}
본 발명은 일반적으로 매질 중에서 분석물을 검출하는 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 본 발명은 매질 중에 분석물이 존재함을 나타내기 위하여 한번 사용되는 일회용 센서와 함께 광학 회절을 증대시키기 위한 기능화된 미소구를 사용하는 것에 관한 것이다.
각종 매질 중에서 매우 다양한 분석물을 검출하는데 이용될 수 있는 시스템 및 장치들이 다수 있다. 이들 시스템 및 장치의 대부분은 비교적 비싸고, 시험을 수행하기 위하여 숙련된 기술자들을 필요로 한다. 분석물이 존재하는 지를 신속하게 저렴하게 알아낼 수 있는 것이 유리한 경우가 매우 많다. 제조하기 용이하고 저렴하며, 보다 작은 분석물들을 포함하여 분석물을 신뢰가능하고 감도 높게 검출할 수 있는 생체감응장치 시스템을 필요로 한다.
문헌 [샌드스트롬 (Sandstrom) 등, 24 Applied Optics 472, 1985]은 일산화규소 층 및 유전 필름으로 성형된 규소 층을 갖는 규소로 된 광학 기판의 용도를 설명한다. 이들은 필름 두께의 변화가 광학 기판의 성질을 변화시켜 필름의 두께와 관련된 상이한 색을 생성시킨다고 말한다. 필름의 두께는 관찰되는 색과 관련이 있고, 광학 기판의 상부에 제공된 필름은 가시적인 색 변화를 일으킬 수 있다. 저자들은 수학적 모델을 사용하여 색 변화를 정량화할 수 있다고 말하며, "컴퓨터 모델을 사용하여 수행된 계산에서 다층 구조를 사용한 것에 의해서는 광학 성능이 거의 증대될 수 없는 것으로 나타났다... 그러나, 광학적 성질이 주로 다층 구조 내의 중간면들에 의해 결정되기 때문에 표면 상의 생체층은 상기 구조의 반사를 거의 변화시키지 않는다. 생체층을 검출하기 위한 가장 민감한 시스템은 단일층 코팅인 반면, 대부분의 다른 적용분야에서, 성능은 추가의 유전 층들에 의한 것일 수 있다"고 나타내고 있다.
샌드스트롬 등은 계속해서 금속 상의 금속 산화물로 이루어진 슬라이드 (slide)가 특정 결점들을 가지며, 금속 이온의 존재가 또한 많은 생화학 적용분야에서 해로울 수 있다고 말한다. 이들은 이상적인 상부 유전 필름은 일산화규소 층을 주위의 대기 중에서 증착시킬 때 자동적으로 형성되는 2-3 nm 두께의 이산화규소이며, 40-60 nm 일산화규소 층 상의 70-95 nm 이산화규소 층이 유리 또는 플라스틱 기판 상에 사용될 수 있다고 말하고 있다. 이들은 또한 일산화규소의 선택적 에칭, 디클로로디메틸실란을 이용한 이산화규소 표면의 처리 및 항원 및 항체의 생체층의 도포에 의한 일산화규소 웨지 (wedge)의 제조를 설명한다. 이 웨지 구성으로부터, 그들은 타원편광측정기로 필름 두께를 측정할 수 있었으며, "방해 색이 보라색에서 청색으로 변한 약 65 nm 영역에서 최대 콘트라스트가 발견되었음"에 주목한다. 이들은 이 시스템의 감도가 고정화 항체로 단백질 항원을 검출할 수 있을 정도로 충분히 높다고 말한다. 이들은 "주어진 디자인이 광범위의 적용분야에 충 분할 정도로 감도 높다"고 결론짓는다. 물질, 즉 유리, 규소, 및 산화규소가 화학적으로 불활성이어서 연구되는 생화학 반응에 영향을 미치지 않는다. 상기 계산을 사용하여, 상이한 분야에 최적인 슬라이드를 디자인할 수 있다. 슬라이드는 공업적 방법으로 제조되어 그들의 품질을 보장받을 수 있으며, 현재 2종의 디자인이 상업적으로 입수가능하다.
쿠마르 (Kumar) 등의 미국 특허 제5,512,131호는 금속 코팅을 갖는 중합체 기판을 포함하는 장치를 기재한다. 분석물-특이적 수용체 층이 코팅된 기판 상에 스탬핑된다. 장치는 스탬핑 과정에 또는 스위치로서 사용된다. 분석물이 장치에 결합할 때 회절 패턴이 생긴다. 이어서 가시화 장치, 예를 들면 분광계를 사용하여 회절 패턴의 존재를 알아볼 수 있다.
그러나, 쿠마르 등에 의해 설명된 장치는 몇가지 단점을 갖는다. 한 단점은 임의의 회절 패턴을 보기 위하여 외부의 가시화 장치가 필요하다는 것이다. 가시화 장치를 필요로 함으로써, 쿠마르 등의 장치는 육안을 사용하여 분석물의 존재를 알아볼 수 없기 때문에 많은 수의 샘플들이 시험될 수 있도록 하지 못한다. 추가로, 이 장치는 보다 작은 분석물은 주목할만한 회절 패턴을 생성시키지 않기 때문에 이들 보다 작은 분석물들을 검출할 수 없다.
보가트 (Bogart) 등의 미국 특허 제5,482,830호는 그 위의 빛 충돌에 반응하여 제1 색을 나타내는 광학적으로 활성인 표면을 갖는 기판을 포함하는 장치를 설명한다. 이 제1 색은 방사되는 빛의 분광 분포로서 정의된다. 기판은 또한 제1 색과 상이한 제2 색을 나타낼 수도 있다 (제1 색 중에 존재하는 조합과 상이한 빛 의 파장들의 조합을 가짐으로써, 또는 상이한 분광 분포를 가짐으로써, 또는 제1 색 중에 존재하는 것과 상이한 파장들 중의 1종 이상의 강도를 가짐으로써). 제2 색은 분석물이 표면 상에 존재할 때 동일한 빛에 반응하여 나타난다. 한 색으로부터 다른 색으로의 변화는 계기를 사용하여, 또는 눈으로 측정될 수 있다. 이러한 감도 높은 검출은 샌드스트롬 및 나이그렌 (Nygren) (상기한 문헌)이 설명한 장치보다 발전된 것으로, 상업적으로 실행가능하고 경쟁력 있는 방식으로 장치가 사용될 수 있게 한다.
그러나, 보가트 등의 특허에서 설명된 방법 및 장치는 몇가지 단점들을 갖는다. 한 단점은 장치가 고 비용이라는 것이다. 장치와 관련된 다른 문제점은 신뢰가능한 판독값을 얻기 위하여 웨이퍼 상에 위치하는 다양한 층들을 조절하는데 있어서 어려움이 있다는 것이다.
추가로, 자기조립 단층을 갖는 생체감응장치를 사용하여 분석물을 검출해왔고, 이것은 모두 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 출원 제08/768,449호 및 제08/991,844호에 기재되어 있다. 그러나, 이들 생체감응장치는 현재 보다 작은 분석물들을 검출하는데 필요한 필수적인 감도를 갖지 못하는데, 그 이유는 이들 보다 작은 분석물들이 가시적일 수 있는 충분한 회절 패턴을 생성시키지 않기 때문이다.
라텍스 비이드 기술을 사용하는 몇몇 상업적인 측면 흐름 기술이 사용되어 왔다. 이들 기술은 현재 상업적으로 입수할 수 있는 가정용 진단 키트 (예를 들면 임신 및 배란 키트) 대부분에 사용되고 있다. 이들 키트는 비이드의 양이 육안에 가시적으로 될 때까지 정해진 "포착 대역 (capture zone)"에 축적되는 착색된 비이드를 사용한다. 그러나 이들 시스템은, 동일한 크기의 대역에서 회절을 야기시키는데 필요한 것보다 훨씬 많은 수의 라텍스 비이드들이 육안으로 볼 수 있기 위해 포착 대역 중에 결합되어야 하기 때문에, 다수의 분석물을 시험하기 위해 필요한 감도가 부족하다. 일반적으로, 필요한 비이드의 수는 본 발명의 감지기보다 약 2 또는 3차수(orders of magnitude) 더 많다.
제조하기 용이하며 저렴하고, 보다 작은 분석물들을 포함하는 분석물들을 신뢰가능하고 감도 높게 검출할 수 있는 생체감응장치 시스템이 요구된다.
<발명의 요약>
본 발명은 매질 중에 존재하는 분석물을 검출하기 위한 저렴하고 감도 높은 시스템 및 방법을 제공한다. 이 시스템은 특이적인 소정의 패턴의 분석물-특이적 수용체가 그 위에 프린팅되어 있는 중합체 필름을 갖는 생체감응장치를 포함한다. 중합체 필름은 금속 층으로 코팅될 수 있다. 추가로, 시스템은 표적 분석물에 및 생체감응장치에 결합할 수 있고, 높이 및(또는) 굴절율에 상당한 변화를 일으켜 생체감응장치의 회절 효율을 증가시키고 보다 작은 분석물의 검출을 가능하게 할 수 있는 "회절 증강 요소"를 이용한다. 사용시에, 표적 분석물은 회절 증강 요소에 부착된 다음 생체감응장치에 부착되거나 또는 수용체가 그 위에 프린팅되어 있는 중합체 필름의 선택 영역에 직접 부착된다. 이어서, 투과된 및(또는) 반사된 빛의 회절이 분석물의 물리적 치수 및 정해진 정확한 배치를 통해 일어난다. 눈으로 또는 임의적으로 생체감응장치를 사용하여 쉽게 볼 수 있는 회절 상이 생성된다.
본 발명의 시스템은 현재의 저렴한 시스템보다 훨씬 더 감도가 좋다. 본 발명의 시스템은 유체 샘플 중에서 저분자량 내지 고분자량 분석물, 미생물, 및 DNA 또는 RNA 종을 검출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 시스템은 특히 호르몬, 스테로이드, 항체, 약물 대사산물 및 심지어는 핵산을 검출할 수 있다. 이것은 미국 특허 출원 제08/768,449호 및 제08/991,844호에 기재된 광학 회절에 기초한 감지 기술의 상당한 확대이다.
본 발명은 보다 작은 분석물의 검출을 돕는, 라텍스 미소구와 같은 회절 증강 요소를 이용한다. 보통, 분석물이 생체감응장치 상의 분석물 특이적 수용체에 결합한 후, 분석물은 투과된 빛을 회절시키거나 또는 반사시켜 회절 패턴을 생성시키게 된다. 분석물이 보다 클 경우, 회절 패턴은 육안으로 볼 수 있다. 그러나, 일부 분석물은 생성된 회절 패턴이 보이지 않을 정도로 매우 작다. 회절 증강 요소를 사용함으로써, 분석물-특이적 수용체 물질을 갖는 생체감응장치를 사용하여 이들 보다 작은 분석물을 검출할 수 있다. 사용된 회절 증강 요소는 분석물에 결합할 수 있고, 이어서 이 요소는 결합된 분석물과 함께 생체감응장치에 결합된다. 이어서, 빛이 생체감응장치를 통해 투과되거나 또는 생체감응장치로부터 반사될 때, 요소는 얻어진 회절 패턴이 육안에 의해 보일 수 있도록 분석물에 의해 생겨난 회절 패턴을 증대시킨다.
본 발명은 또한 패턴화된 분석물-특이적 수용체의 접촉 프린팅 (contact printing) 방법을 이용한다. 분석물-특이적 수용체들은 상기 분석물-특이적 수용체들에 결합된 수용 물질을 갖는다. 수용 물질은 사용된 수용체에 따라 특정 분석물 또는 분석물 군에 특이적이다. 본 시스템에 사용된 생체감응장치를 만드는데 유용한 접촉 프린팅 방법은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는 미국 특허 출원 제08/707,456호 및 제08/769,594호에 상세하게 기재되어 있다. 그러나, 이들 방법들은 자기 조립 단층에 관한 것이기 때문에, 이 방법은 아래에서 논의되는 바와 같이, 이 물질이 자기 조립성이 아닐 때 분석물-특이적 수용체 물질을 프린팅하기 위해서 약간 변경되어야 할 필요가 있다.
패턴화된 분석물-특이적 수용체 층은 분석물-특이적 수용체의 패턴을 통해, 분석물 및(또는) 회절 증강 요소들을 그 위에 조절가능하게 배치시킬 수 있도록 한다. 이렇게 제조된 본 발명의 생체감응장치는 먼저 회절 증강 요소와 혼합된 선택한 분석물을 함유하는 매질에 생체감응장치를 노출시킴으로써 사용된다. 이어서, 적절한 인큐베이션 기간 후에, 레이저 또는 다른 점광원과 같은 빛을 필름을 통해 투과시키거나 또는 필름으로부터 반사시킨다. 분석물이 매질 중에 존재하여 직접적으로 또는 회절 증강 요소와 함께 패턴화된 분석물-특이적 수용체 층 상의 수용체에 결합된 경우, 빛은 가시적인 상을 생성시키는 방식으로 회절된다. 달리 말하면, 분석물 및(또는) 회절 증강 요소들이 결합되어 있는 분석물-특이적 수용체 층은 분석물-특이적 수용체 층 상의 수용체와 관심을 갖는 분석물과의 반응에 따라 상이한 광학 회절 패턴을 생성시킬 수 있다. 빛은 가시 스펙트럼 내일 수 있고, 필름으로부터 반사되거나 또는 필름을 통해 투과될 수 있고, 분석물은 분석물-특이적 수용체 층과 반응하는 임의의 화합물 또는 입자일 수 있다. 빛은 가시 영역 내의 백색 광 또는 단색 전자기선일 수 있다. 가시 광이 바람직한 광원이지만, 본 발명은 또한 검출기와 커플링된 비가시 점광원, 예를 들면 근적외선 빛과 함께 사용될 수 있다. 필름의 두께 및 미립자의 크기를 조절하여 비가시 광원을 보완할 수 있다. 추가로, 본 발명은 또한 분석물-특이적 수용체 층에 대한 가요성 지지체를 기판 상에 직접 또는 금 또는 다른 적합한 금속 또는 금속 합금 상에 제공한다.
본 발명은 대량 생성에 적합한 금 또는 다른 물질 상의 분석물-특이적 수용체 층을 제공한다. 본 발명에 사용된 생체감응장치는 분석물을 검출하기 위한 1회 시험용으로 제조될 수 있거나, 또는 다수회의 시험 장치로 만들어질 수 있다. 본 발명의 생체감응장치는 (1) 의학적 질병과 관련된 항원 또는 항체, (2) 기저귀와 같은 의류 중의 오염, 및 (3) 미생물에 의한 오염을 검출하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시태양에서는, 특정 미생물 군에 대한 영양소를 분석물-특이적 수용체 층 내로 혼입시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 매우 낮은 농도의 미생물이, 먼저 영양소가 그 안에 혼입되어 있는 본 발명의 생체감응장치와 접촉시킨 다음, 필요에 따라 생체감응장치를 결합된 미생물의 생장에 적합한 조건 하에서 인큐베이팅시킴으로써 검출될 수 있다. 미생물은 회절 패턴을 형성할 수 있을 정도로 충분한 생물들이 존재할 때까지 생장하도록 둔다.
본 발명은 또한 콘택트 렌즈, 안경, 창유리, 제약학상 바이알, 용매 용기, 물 병, 접착 붕대 등에 오염을 검출하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징 및 이점들은 하기하는 개시된 실시태양에 관한 상세한 설명을 살펴본 후에 분명하게 드러날 것이다.
도 1은 매질 중에서 몇가지 상이한 분석물들을 동시에 측정할 수 있는 생체감응장치를 나타낸다.
도 2는 분석물-특이적 수용체 층의 접촉 프린팅의 개략도이다.
도 3은 코타울즈 퍼포먼스 필름 (Courtaulds Performance Films) (미국 캘리포니아주 카노가 파크 소재)으로부터 구입한 밀라 (MYLAR) (등록상표) 상의 증발된 금의 원자력 현미경 상이다. 금 층의 평균 조도는 3-4 나노미터이고, 최대 조도는 9 나노미터이다.
도 4는 분석물 존재하에 회절 증강 요소의 패턴화 부착을 나타내는 SEM 현미경사진이다.
본 발명은 개선된 생체감응장치 및 매질 내에서 관심을 갖는 분석물의 존재 또는 양을 검출하고 정량화하기 위하여 상기 생체감응장치를 사용하는 방법을 특징으로 한다. 본 발명은 훨씬 더 감도가 좋아서, 현재까지 값비싼 계기를 사용하지 않고서는 검출할 수 없었던 보다 작은 분석물을 검출할 수 있다. 본 발명에 의해 검출될 수 있는 분석물로는 호르몬, 단백질, 예를 들면 항체, 스테로이드, 약물 대사산물, 핵산, 미생물, 예를 들면 세균, 효모, 진균 및 바이러스를 들 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다. 선행 기술의 장치와는 대조적으로, 본 발명의 장치는 매질 중에서 지극히 작은 양 및 크기의 분석물을 단지 몇 분밖에 걸리지 않는 신속한 분석으로 검출할 수 있게 만든다. 또한, 본 발명에는 시그널링 (signaling) 또는 관련 전자 부품이 필요하지 않다.
본 발명은 금속 코팅을 그 위에 가질 수 있는 중합체 필름 상에 분석물-특이적 수용체의 마이크로-접촉 (micro-contact) 프린팅을 포함한다. 본 발명은 분석물의 존재를 나타내기 위하여 빛 굴절에 기초한 한번 사용되는 일회용 생체감응장치의 개발을 가능하게 한다. 추가로, 본 발명은 생체감응장치의 회절 효율을 증가시키는 회절 증강 요소를 포함하고, 이에 의해 임의의 수의 상이한 분석물의 검출을 가능하게 만든다. 표적 분석물이 수용체를 함유하는 중합체 필름의 선택 영역에 직접적으로, 또는 회절 증강 요소와 함께 부착될 때, 투과된 및(또는) 반사된 빛의 회절이 분석물의 물리적 크기 및 정해진 정확한 배치를 통해 일어난다. 예를 들면, 효모, 진균 또는 세균은 표면 상에 조직된 패턴으로 위치할 때 가시광에 대한 회절 요소로 작용하기에 충분할 정도로 크다. 그러나, 보다 작은 분석물, 예를 들면 바이러스, 단백질, 분자, 호르몬, 스테로이드, 약물 대사산물 및 핵산은 단지 이들이 회절 증강 요소에 결합되었을 때에만 적합한 회절 요소로서 작용할 수 있다. 간단한 회절 상을 생성시키는 것 외에, 분석물의 패턴은 홀로그래프 감지 상 및(또는) 가시 색의 변화를 나타나게 하는 것일 수 있다. 따라서, 홀로그램 또는 기존의 홀로그램에서의 변화의 출현은 양의 반응을 나타내게 된다. 투과된 빛의 회절에 의해 만들어진 패턴은 분석물이 수용 물질에 결합할 때 한 패턴으로부터 다른 패턴으로의 패턴의 변형을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 임의의 형태일 수 있다. 특히 바람직한 실시태양에서, 회절 패턴은 분석물이 본 발명의 생체감응장치와 접촉한 후 1 시간 이내에 판별된다.
분석물 및(또는) 요소와 상호작용시에 빛의 회절을 생성시키는 회절 격자는 입사광의 파장의 최소 주파를 가져야 한다. 매우 작은 분석물들은 작은 분석물에 특이적인 회절 증강 요소 입자들을 사용하여 간접적으로 검출될 수 있다. 작은 분석물이 검출될 수 있는 한 실시태양은 요소 입자, 예를 들면 라텍스 비이드를 관심을 갖는 분석물과 특이적으로 결합되는 수용체 물질로 코팅시키는 것을 포함한다.
다양한 방법을 사용하여 수용체 물질을 회절 증강 입자 상에 부착시킬 수 있다. 이들 방법으로는, 소수성 입자와의 간단한 물리흡착 (예를 들면, 폴리스티렌 입자 상으로의 단백질 결합), 단백질 A 또는 단백질 G 링커를 사용한 결합, 스트렙트아비딘 또는 아비딘-비오틴 링커를 사용한 결합, 또는 공유 부착을 사용한 결합을 들 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다. 본 발명의 바람직한 실시태양은 단백질성 수용체의 카르복실화 입자와의 카르보디이미드 커플링을 사용하는 것이다. 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지된 다른 커플링 방법들도 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 회절 증강 요소 입자들로는, 유리, 셀룰로스, 합성 중합체 또는 플라스틱, 라텍스, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 세균 또는 진균 세포 등을 들 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다. 입자들은 바람직하게는 형태가 구형이지만, 입자들의 구조적 및 공간적 배치는 본 발명에 중요하지 않다. 예를 들면, 입자들은 가는 조각, 타원, 정육면체 등일 수 있다. 바람직한 입자 크기는 직경 약 0.1 μm 내지 100.0 μm, 바람직하게는 약 0.3 μm 내지 1 μm 범위이다. 요소 입자의 조성은 본 발명에 중요하지 않다. 바람직하게는, 매질과 회절 증강 요소 사이의 굴절율 차이가 0.1 내지 1.0 사이이다. 보다 바람직하게는, 매 질과 회절 증강 요소 사이의 굴절율 차이가 0.2 내지 0.7 사이이다.
중합체 필름 상의 분석물 특이적 수용체 층은 수용 물질, 예를 들면 항체를 함유하고, 이것은 입자와의 결합에 사용되는 에피토프와는 상이한 분석물 상의 에피토프와 특이적으로 결합하게 된다. 따라서, 바이러스 입자와 같은 작은 분석물을 검출하기 위하여, 매질을 먼저 바이러스 입자가 결합되는 라텍스 입자와 같은 회절 증강 요소 입자에 노출시킨다. 이어서, 회절 증강 요소 입자를 임의적으로 세척하고, 바이러스 특이적 항체를 함유하는 분석물-특이적 수용체를 갖는 중합체 필름에 노출시킨다. 이어서 항체는 요소 입자 상의 바이러스 입자와 결합하고, 이에 의해 요소 입자들을 필름 상의 수용체와 동일한 패턴으로 고정화시킨다. 결합된 요소 입자들이 가시광의 회절을 야기시키게 되기 때문에, 액체 중에 바이러스 입자의 존재를 나타내는 회절 패턴이 형성된다. 추가로, 중합체 필름은 금속 코팅을 그 위에 포함할 수 있다. 이어서 분석물-특이적 수용체 층을 필름의 금속화 표면 상에 위치시킨다.
별법으로는, 분석물은 먼저 기질을 분석물을 포함하는 매질에 노출시켜 분석물이 분석물-특이적 수용체 층 물질과 결합하도록 하여 검출될 수 있다. 다음으로, 회절 증강 요소 입자를 함유하는 용액을 분석물이 그 위에 결합되어 있는 기질과 접촉시킨다. 이어서 입자들이 분석물에 결합된다. 결합된 요소 입자들이 가시 광의 회절을 야기시키게 되기 때문에, 액체 중에 분석물이 존재함을 나타내는 회절 패턴이 형성된다.
마지막으로, 바람직한 실시태양에서, 생체감응장치, 회절 증강 요소 입자 및 분석물을 함유하는 매질을 동시에 혼합할 수 있다.
이것은 상기에서 논의한 결합 방법들의 병행을 가져온다. 분석물들 중의 일부는 기질에 결합시키기 전에 먼저 회절 증강 요소 입자와 결합하게 된다. 다른 분석물은 먼저 기질과 결합한 다음 요소 입자와 결합한다. 감지기를 통해 점광원이 보일 때, 액체 중에 분석물이 존재함을 나타내는 회절 패턴이 형성된다.
본 발명을 사용하여 검출되는 것으로 생각되는 분석물로는 세균; 효모; 진균; 바이러스; 류마토이드 인자; IgG, IgM, IgA 및 IgE 항체를 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 항체; 암배 (carcinoembryonic) 항원; 스트렙토코쿠스 그룹 A 항원; 바이러스 항원; 자기면역 질환과 관련된 항원; 알레르겐; 종양 항원; 스트렙토코쿠스 그룹 B 항원; HIV I 또는 HIV II 항원; 또는 이들 및 다른 바이러스에 대한 숙주 반응 (항체); RSV에 특이적인 항원 또는 이 바이러스에 대한 숙주 반응 (항체); 항원; 효소; 호르몬; 다당류; 단백질; 지질; 탄수화물; 약물 또는 핵산; 살모넬라 (Salmonella) 종; 칸디다 알비칸스 (Candida albicans) 및 칸디다 트로피칼리스 (Candida tropicalis)를 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 칸디다 (Candida) 종; 살모넬라 종; 나이제리아 메닝이티데스 (Neisseria meningitides) 그룹 A, B, C, Y 및 W 서브 (sub) 135, 스트렙토코쿠스 뉴모니애 (Streptococcus pneumoniae), 이. 콜리 (E. coli) K1, 해모필러스 인플루엔자 (Haemophilus influenza) 타입 B; 미생물로부터 유래된 항원; 합텐, 남용 약물; 치료 약물; 환경 약제; 및 간염 특이적 항원을 들 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다.
본 발명의 다른 실시태양에서, 특정 군의 미생물에 대한 영양소가 분석물-특 이적 수용체 층 내로 혼입될 수 있다. 이러한 방식으로, 먼저 영양소가 그 안에 혼입되어 있는 본 발명의 생체감응장치를 접촉시킨 다음 생체감응장치를 결합된 미생물의 생장에 적절한 조건 하에서 인큐베이팅시킴으로써 매우 낮은 농도의 미생물이 검출될 수 있다. 미생물은 회절 패턴을 형성할 수 있을 정도로 충분한 생물들이 존재할 때까지 생장하게 둔다. 물론, 몇몇 경우에는 패턴화된 단층 상에 영양소가 존재하지 않더라도 회절 패턴을 형성할 수 있을 정도로 충분한 미생물이 존재하거나 또는 배가될 수 있다.
본 발명의 일부분은 중합체 필름 상에 마이크로프린팅되어 관심을 갖는 분석물에 특이적으로 결합하게 되는 분석물-특이적 수용체 물질이다. 따라서, 수용체 물질은 특이적 결합 쌍의 한쪽 부분으로 정의되고, 항원/항체, 효소/기질, 올리고뉴클레오티드/DNA, 킬레이터/금속, 효소/억제제, 세균/수용체. 바이러스/수용체, 호르몬/수용체, DNA/RNA, 또는 RNA/RNA, 올리고뉴클레오티드/RNA 및 임의의 다른 종에 대한 이들 종의 결합, 뿐만 아니라 이들 종과 무기 종과의 상호작용을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 추가로, 금속화 중합체 필름이 사용될 때, 분석물-특이적 수용체 물질은 필름의 금속화 표면 상에 마이크로프린팅될 수 있다.
부착 층에 결합되는 수용체 물질은 관심을 갖는 분석물 또는 분석물들과 특이적으로 결합할 수 있는 능력을 특징으로 한다. 수용체 물질로서 사용될 수 있는 다양한 물질들은 단지 분석물과 선택적으로 (임의의 선택된 샘플에 대하여) 결합하게 되는 물질의 타입에 의해서만 제한된다. 전반적인 수용체 물질 군에 포함될 수 있는 물질의 아군으로는 독소, 항체, 항원, 호르몬 수용체, 기생충, 세포, 합텐, 대사산물, 알레르겐, 핵산, 핵 물질, 자기항체, 혈액 단백질, 세포 부스러기, 효소, 조직 단백질, 효소 기질, 조효소, 신경 전달제, 바이러스, 바이러스 입자, 미생물, 단백질, 다당류, 킬레이터, 약물 및 임의의 다른 특이적 결합 쌍의 구성원을 들 수 있다. 이 리스트는 단지 부착 층 상에 코팅되어 박막 분석 시스템을 생성시킬 수 있는 많은 상이한 물질들 중의 일부만을 포함한다. 관심을 갖는 선택된 분석물이 무엇이든, 수용체 물질은 관심을 갖는 분석물과 결합하도록 디자인된다. 바람직한 실시태양에서, 생체감응장치는, 관심을 갖는 분석물이 수용체 물질과 회절 증강 요소 사이에 샌드위치되었을 때 점광원의 투과에 대한 반응으로 눈에 의해 검출될 수 있는 패턴을 제공하도록 구성되고 배치된다.
대다수 경우에, 비특이적 결합을 막기 위하여 "차단물 (blocker)"이 필요할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "차단물"은 분석물이 아닌 물질이 표면과 결합 (패턴화된 또는 패턴화되지 않은 영역에서)하는 것을 "차단"하거나 또는 막을 수 있도록 감지기 표면에 부착되는 시약을 의미한다. 차단 단계는 이미 접촉 프린팅된 표면에 대한 후처리로서 ("후-차단") 행해질 수 있고, 접촉 프린팅되지 않은 영역을 다른 티올로 채우기 위한 표준 기술이다. 그러나, 본 발명자들은 "전-차단"이 후-차단 기술에 비하여 바람직함을 발견하였다. 전-차단 기술에서는, 기질의 표면을 비-티올 함유 차단물로 전처리한 다음 접촉 프린팅시킨다. 임의의 이론에 매이길 바라지는 않지만, 접촉 프린팅된 물질 (일반적으로 황 함유)이 물리흡착된 차단물 대신 들어가고, 이에 의해 분석물-특이적 수용체 물질이 기판의 표면에 직접 결합될 수 있도록 하는 것으로 이론화된다. 경우에 따라, 이어서 후-차단도 또한 수행될 수 있다. 차단물은 β-카제인, 알부민, 예를 들면 소 혈청 알부민, 플루로닉 또는 다른 계면활성제, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 또는 상기 화합물의 황 유도체 및 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지된 임의의 다른 차단 물질을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
관심을 갖는 분석물을 함유하는 매트릭스는 간질액, 고체, 기체 또는 체액, 예를 들면 점액, 타액, 뇨, 변 물질, 조직, 골수, 뇌척수액, 혈청, 혈장, 전혈, 객담, 완충 용액, 추출된 용액, 정액, 질 분비물, 심막, 위, 복강, 흉막, 인후 면봉채집물 (swab) 또는 다른 세척물 등일 수 있다. 관심을 갖는 분석물은 항원, 항체, 효소, DNA 단편, 무손상 유전자, RNA 단편, 작은 분자, 금속, 독소, 환경 약제, 핵산, 세포질 성분, 섬모 또는 편모 성분, 단백질, 다당류, 약물 또는 임의의 다른 물질일 수 있다. 예를 들면, 세균에 대한 수용체 물질은 표면 막 성분, 단백질 또는 지질, 다당류, 핵산 또는 효소와 특이적으로 결합할 수 있다. 세균을 나타내는 분석물은 단당류 또는 다당류, 효소, 핵산, 막 성분, 강글리오시드 또는 세균에 대한 반응으로 숙주가 생산한 항체일 수 있다. 분석물의 존재는 감염성 질환 (세균성 또는 바이러스성), 암, 알레르기, 또는 다른 의학 장애 또는 상태를 나타낼 수 있다. 분석물의 존재는 물 또는 음식물 오염 또는 다른 해로운 물질을 나타낼 수 있다. 분석물은 약물 남용을 나타낼 수 있거나 또는 치료제의 수준을 모니터할 수 있다.
이 기술이 이용될 수 있는 가장 흔히 만나게 되는 분석 프로토콜 중의 하나는 면역분석이다. 그러나, 일반적인 생각이 핵산 프로브, 효소/기질 및 다른 리간 드/수용체 분석 포맷에 적용된다. 면역분석의 경우, 항체는 수용체 물질로서 사용될 수 있고 및(또는) 관심을 갖는 분석물일 수 있다. 수용체 물질, 예를 들면 항체 또는 항원은 시험 장치의 부착 층 상에 안정한 반응성 층을 형성해야 한다. 항체가 수용체 물질인 경우, 항체는 관심을 갖는 항원에 특이적이어야 하고; 항체 (수용체 물질)은 항원이 시험 표면에 보유되는 충분한 결합성으로 항원 (분석물)과 결합해야 한다. 몇몇 경우, 분석물이 간단히 수용체 물질과 결합할 수 없지만, 수용체 물질의 검출가능한 변화가 일어나도록 할 수 있다. 이 상호작용은 시험 표면에서 질량의 증가 또는 시험 표면 상에서 수용체 물질의 양의 감소를 가져올 수 있다. 후자의 한 예는 분해 효소 또는 물질과 고정화된 특이적 기질과의 상호작용이다. 이 경우, 관심을 갖는 분석물과의 상호작용 전에 회절 패턴을 볼 수 있지만, 분석물이 존재하는 경우 회절 패턴이 사라지게 된다. 분석물과 수용체 물질의 결합, 혼성화 또는 상호작용이 일어나는 구체적인 메카니즘은 본 발명에서 중요하지 않지만, 최종 분석 프로토콜에 사용되는 반응 조건에 영향을 미칠 수 있다.
일반적으로, 수용체 물질은 기질 층에 피동적으로 인가될 수 있다. 필요에 따라, 부착 층에 의해 시험 표면 상에 도입된 유리 관능기가 수용체 물질을 시험 표면에 공유 부착시키는데 사용될 수 있다.
폭넓은 범위의 기술을 사용하여 수용체 물질을 기질 층에 인가시킬 수 있다. 시험 표면은 별도의 배열 또는 패턴으로 용액의 도포; 분무, 잉크 젯, 접촉 프린팅 또는 다른 날인 방법; 또는 일정 패턴으로 차단 물질을 프린팅한 다음 전체를 수용체 물질로 침지시키거나 또는 방사 코팅시킴으로써 수용체 물질로 코팅시킬 수 있 다. 선택된 기술은 많은 수의 시험 표면을 코팅시키는데 필요한 수용체 물질의 양을 최소화시켜야 하고, 도포 동안에 수용체 물질의 안정성/기능성을 유지해야 한다. 기술은 또한 수용체 물질을 부착층에 매우 균일하고 조절된 방식으로 도포하거나 또는 부착시켜야 한다.
본 발명의 생체감응장치는 중합체 또는 금속화 중합체 필름, 바람직하게는 투명 또는 반투명의 중합체 필름 상에 패턴화된 분석물-특이적 수용체 층을 접촉 코팅시키는 방법, 이에 의해 제조된 조성물 및 이들 조성물의 용도를 이용한다. 패턴화된 분석물-특이적 수용체 층은 분석물 수용체의 조절된 부착 (또는 결합) 배치를 가능하게 한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "그 위의 패턴화된 분석물-특이적 수용체 층"은 중합체 또는 금속화 중합체 필름 상의 연속된 패턴 (solid pattern)을 포함하는, 임의의 패턴의 분석물-특이적 수용체 층을 의미한다.
패턴화 분석물-특이적 수용체 층을 그 위에 갖는 필름을 분석물-특이적 수용체 층과 반응할 수 있는 분석물에 노출시킬 때, 필름은 패턴화 분석물-특이적 수용체 층과 관심을 갖는 분석물과의 반응에 따라 상이한 광학 회절 패턴을 생성시키게 된다. 매질은 회절 증강 요소 입자를 함유하게 된다. 매질은 물과 같은 높은 표면 장력 유체 일 수 있다. 빛은 가시 스펙트럼 내일 수 있고, 필름으로부터 반사되거나 또는 필름을 통해 투과되고, 분석물은 분석물-특이적 수용체 층과 반응하는 임의의 화합물일 수 있다.
바람직한 실시태양에서, 이 방법은 생체감응장치를 회절 증강 요소 입자 및 잠재적으로는 분석물을 함유하는 시험 샘플과 접촉시키는 것을 포함한다. 분석물이 샘플 중에 존재한다면, 빛이 분석물-특이적 수용체 층을 갖는 금속화 중합체 필름을 통해 투과될 때, 가시적인 회절 상이 형성된다.
분석물이 체류할 수 있는 매질은 고체, 겔, 액체 또는 기체일 수 있다. 체액 중의 분석물을 검출하기 위해서, 체액은 이들로 제한되는 것은 아니지만, 뇨, 혈청, 혈장, 척수액, 객담, 전혈, 타액, 생식기 분비물, 변 추출물, 심막, 위, 복강, 흉막 세척물, 질 분비물 또는 인후 면봉채집물로부터 선택된다. 본 발명의 생체감응장치와 함께 사용될 수 있는 것으로 생각되는 가장 일반적인 기체는 공기이다.
한 실시태양에서, 본 발명은 마이크로-접촉 프린팅된 금속화 필름이 딥스틱 (dipstick)의 단부에 설치되어 있는 딥스틱 형태로 실시된다. 사용시에, 딥스틱을 의심이 되는 분석물이 존재할 수 있는 액체 내로 침지시킨다. 액체는 또한 회절 증강 요소 입자들을 함유하게 된다. 딥스틱을 수 분 동안 그대로 둔다. 이어서 딥스틱을 제거한 다음, 빛을 금속화 필름을 통해 투영시키거나 또는 필름 뒤의 빛으로 필름을 관찰한다. 회절 상이 관찰된다면, 분석물이 액체 중에 존재한다.
본 발명의 다른 실시태양에서는, 다수개의 분석물 시험이 동일한 지지체 상에서 구성된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 스트립 (10)에 각각 패턴 (40)이 그 위에 프린팅되어 있는 몇 개의 마이크로-접촉 프린팅된 필름 (20, 25, 30 및 35)이 제공된다. 각 마이크로-접촉 프린팅된 필름 (15, 20, 25 및 30)은 상이한 분석물에 특이적인 상이한 수용체 물질을 갖는다. 본 발명은 이에 의해 본 발명의 생체감응장치의 사용자가 한번의 시험을 사용하여 매질 중에 다수개의 분석물의 존재를 검출할 수 있도록 하는 다양한 마이크로-접촉 프린팅된 필름으로 임의의 배열로 제조될 수 있음을 알 수 있다.
분석물-특이적 수용체 층에 대한 많은 가능한 지지체들이 있다. 간단한 물리흡착은 많은 물질, 예를 들면 폴리스티렌 유리, 나일론 또는 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지된 다른 물질 상에서 일어날 수 있다. 분석물-특이적 수용체 층을 고정화시키는 바람직한 실시태양은 티올 또는 디술파이드 함유 화합물 및 금 사이에서 가능한 것과 같은 공유 부착을 포함한다. 대표적으로는, 5 내지 2000 nm 두께의 금 코팅이 Si/SiO2 웨이퍼, 유리 또는 중합체 필름 상에 지지된다. 임의적으로는, 티타늄을 금과 지지체 사이의 부착 촉진제로 사용할 수 있다. 분석물-특이적 수용체는 접촉 프린팅 또는 용액으로부터의 침지 동안에 금 표면에 부착된다. 바람직하게는, 지지체는 밀라르 (등록상표) 필름 상에 금 코팅을 포함한다.
도 2는 마이크로접촉 프린팅에 사용되는 방법을 개략적으로 나타낸다. 엘라스토머 스탬프를 사용하여 분석물-특이적 수용체 "잉크"를 접촉에 의해 금 표면으로 전달시키는데, 스탬프가 패턴화된 경우, 패턴화된 분석물-특이적 수용체 층이 형성된다. 스탬프는 뒤집혀진 바람직한 패턴을 갖는 마스터 (master) 상에서 폴리디메틸실록산 (PDMS)을 주조하여 제조한다. 마스터는 표준 사진평판 기술을 사용하여 제조되거나 또는 마이크로스케일 표면 특징을 갖는 기존의 물질로 구성된다.
대표적인 실험 방법의 바람직한 실시태양에서는, 사진평판으로 제조된 마스터를 유리 또는 플라스틱 페트리 디쉬 안에 넣고, 10:1 비 (w:w)의 실가드 (SYLGARD) (등록상표) 실리콘 엘라스토머 184 및 실가드 (등록상표) 실리콘 엘라스토머 184 경화제의 혼합물 [다우 코닝 코포레이션 (Dow Corning Corporation)]을 그 위에 붓는다. 엘라스토머를 실온 및 감압에서 약 30분 동안 두어 탈기시킨 다음, 60 ℃에서 적어도 4 시간 동안 경화시키고 마스터로부터 부드럽게 벗겨낸다. 엘라스토머 스탬프의 "잉킹 (inking)"은 대표적으로는 스탬프 면을 아래로 하여 10초 내지 10분 동안 용액 중에 넣음으로써 디술파이드-유도된 항체의 0.1 내지 10 μM 수용액에 스탬프를 노출시켜 수행한다. 스탬프를 주위 조건 하에서 또는 대표적으로는 공기 또는 질소 가스 스트림에 노출시켜 건조시킨다. 잉킹 후에, 스탬프를 금 표면에 인가시킨다. 가벼운 압력을 사용하여 스탬프와 표면 사이가 완전히 접촉하도록 한다. 1 초 내지 5분 후에, 스탬프를 표면으로부터 부드럽게 벗겨낸다. 스탬프 제거 후에, 표면을 헹구고 건조시킨다. 별법으로, 제2 스탬프를 사용하거나 또는 전체 표면을 상이한 시약에 노출시킴으로써 스탬핑되지 않은 영역의 추가의 유도가 수행될 수 있다. 이어서 단백질-차단제, 예를 들면 BSA 또는 β-카제인 또는 당 업계에 공지된 임의의 다른 약제에 대한 노출도 또한 행해질 수 있다.
스탬프의 고무상탄성이 본 방법의 성공에 중요하다. 폴리디메틸실록산 (PDMS)은 경화되었을 때, 상당한 기복을 갖는 표면의 경우에서조차 수용체의 금 필름으로의 효율적인 접촉 전달을 위해 필수적인, 스탬프 및 표면의 양호한 등각 접촉이 가능하도록 충분히 고무상탄성이다. PDMS의 고무상탄성은 스탬프를 마스터로부터 제거할 때 역시 중요한데, 스탬프가 경질 (마스터와 마찬가지로)일 경우에는 경화 후에 스탬프 및 마스터를 2개의 기질 중 하나를 손상시키기 않고서 분리시키기 어렵다. PDMS는 또한 미크론이하 치수를 갖는 특징에 대해서조차 그의 형태를 보유할 수 있도록 충분히 경질이다. 동일한 스탬프를 성능에 있어서 상당한 열화없이 1년 동안의 기간에 걸쳐 200회 이상 사용할 수 있다는 점에서 스탬프는 내구성이 있다. 스탬프용 프린팅 롤의 사용은 연속적인 프린팅 작업을 가능하게 할 수 있다. 별법으로, 바람직한 패턴의 잉크-젯 프린팅은 또한 회절에 필요한 특징 크기, 예를 들면 ≤100 μm를 생성시킬 수 있을 경우에 행해질 수 있다.
본 발명의 방법 및 조성물에 대한 보다 상세한 설명을 하기한다. 여기서 인용된 모든 인쇄물은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되어 있다.
임의의 플라스틱 필름이 본 발명에 적합하다. 바람직하게는, 플라스틱 필름은 또한 그 위에 증착된 금속 코팅을 가질 수도 있다. 이들로는, 중합체, 예를 들면 폴리에틸렌-테레프탈레이트 (예를 들면, 밀라르 (등록상표)), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴-메틸 아크릴레이트 공중합체, 셀로판, 셀룰로스 중합체, 예를 들면 에틸 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로스 프로피오네이트, 셀룰로스 트리아세테이트, 셀룰로스 트리아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 이오노머 (에틸렌 중합체) 폴리에틸렌-나일론 공중합체, 폴리프로필렌, 메틸 펜텐 중합체, 폴리비닐 플루오라이드, 및 방향족 폴리술폰을 들 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다. 바람직하게는, 플라스틱 필름은 80%보다 큰 광학 투명도를 갖는다. 다른 적합한 플라스틱 및 공급업체들은 예를 들면 문헌 [ Modern Plastics Encyclopedia (McGraw- Hill Publishing Co., New York 1923-1996]과 같은 참고문헌에서 찾아볼 수 있다.
본 발명의 한 실시태양에서, 중합체 필름은 금속 코팅을 그 위에 갖고, 약 5% 내지 95% 사이의 광학 투명도를 갖는다. 본 발명에 사용되는 플라스틱 필름에 대한 보다 바람직한 광학 투명도는 약 20% 내지 80%이다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 중합체 필름은 적어도 약 80% 광학 투명도를 갖고, 금속 코팅의 두께는 약 60%보다 큰 광학 투명도를 유지하여 투과된 빛에 의해 회절 상이 생성될 수 있도록 하는 것이다. 이것은 약 10 nm의 금속 코팅 두께에 대응한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시태양에서, 금 두께는 약 1 nm 내지 1000 nm일 수 있고, 예를 들면 보다 두꺼운 금속 코팅 (> 20 nm)은 여전히 반사된 빛에 의해 회절 상을 생성시키는데 적합하다.
필름 상에 증착시키는데 바람직한 금속은 금이다. 그러나, 은, 알루미늄, 크롬, 구리, 철, 지르코늄, 백금 및 니켈, 뿐만 아니라 이들 금속의 산화물이 사용될 수 있다.
원칙적으로, 적절한 크기의 골을 갖는 임의의 표면을 마스터로서 사용할 수 있다. 마이크로접촉 프린팅 방법은 적절한 기복 구조로 시작되고, 이로부터 엘라스토머 스탬프가 주조된다. 이 마스터 주형은 사진평판으로 또는 다른 방법, 예를 들면 상업적으로 이용할 수 있는 회절 격자에 의해 제조될 수 있다. 한 실시태양에서, 스탬프는 폴리디메틸실록산으로부터 제조될 수 있다.
스탬프는 공기 중에서 또는 수용체 물질의 과도한 확산을 막을 수 있는 유체 하에서 인가될 수 있다. 대규모 또는 연속 프린팅 방법의 경우, 공기 중에서 프린 팅하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 한 실시태양에서, 패턴은 분석물-특이적 수용체 층을 갖는 금속화 플라스틱 중합체 상에 형성된다. 스탬핑 공정 후에, 플라스틱 상의 금속화 영역은 임의적으로는, 예를 들면 β-카제인과 같은 단백질-반발제로 차단될 수 있다.
본 발명은, 어떠한 방식으로든 본 발명의 영역에 대한 어떠한 제한을 부여하는 것으로 간주되어서는 안되는 하기하는 실시예에 의해 추가로 예시된다. 대조적으로, 본 명세서의 설명을 읽은 후에 당 업계의 통상의 숙련인들에게 제시될 수 있는, 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 다양한 다른 실시태양, 변형 및 등가물에 대한 여지가 있음을 분명히 알 수 있다.
<실시예 1>
에틸디메틸아미노디카르보디이미드 (EDAC, 폴리사이언스 키트 (Polysciences kit)의 병 #3, 카탈로그 # 19539)와의 카르보디이미드 커플링에 의해 항체-결합된 폴리스티렌 입자들을 제조하였다. 이 실시예의 경우, 0.5 미크론 직경의 청색 카르복실화 입자의 10% 현탁액 [미국 인디애나주 피셔스 소재 뱅스 라보레이토리즈 (Bangs Laboratories), Cat #D0005070CB)] 0.125 mL를 EDAC 수용액으로 1 내지 4 시간 동안 활성화시키고 헹군 다음, 황체화 호르몬의 알파 서브유닛에 대한 모노클론 항체 [미국 메사추세츠주 콘코드 소재 피츠제랄드 인더스트리이즈 (Fitzgerald Industries), Cat# 10-L10, Clone #M94136] 300 마이크로그램에 노출시켰다. 입자들을 다시 헹구고, 소 혈청 알부민으로 차단시키고, 포스페이트 완충 식염수 중에서 2.5% 농도로 저장시켰다.
다음으로, 금/ 밀라르 (등록상표) 필름을 베타 카제인 용액 5 mg/mL로 10분 동안 전처리 (또는 차단)시킨 다음, 충분히 헹구고 공기 스트림 하에서 건조시켰다. 10 미크론 원의 PDMS 스탬프를 티올화 항체 용액 0.5 mg/mL 중에 스탬프 면을 아래로 하여 넣고 10분 동안 침지시킴으로써 티올화 항체로 코팅시켰다. 강한 공기 스트림을 사용하여 스탬프 표면을 충분히 건조시켰다. 코팅된 스탬프를 금/밀라르 (등록상표) 필름과 5분 동안 접촉하도록 둔 다음 제거하였다. 얻어진 프린팅된 금/밀라르 (등록상표) 필름을 증류수 중에서 헹구고 건조시켰다.
탈이온수 2.07 ml 중에 Sulfo-LC-SPDP 1.3 mg을 용해시켜 Sulfo-LC-SPDP의 10 mM 모액을 제조하였다. 20 mM 인산나트륨 완충제, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA 및 0.02% 소듐 아지드를 함유하는 pH 7.5의 포스페이트 완충된 식염수 (PBS) 중에서 결합 반응을 수행하였다. 동결건조된 항체 1 밀리그램을 PBS 450 ml 중에 용해시키고, Sulfo-LC-SPDP 모액 50 ml를 항체 용액에 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 60 분 동안 반응시켰다. 샘플을 이미 PBS 5 베드 부피 (25 ml)로 평형화된 탈염 폴리아크릴아미드 컬럼 5 ml에 인가하였다. 용출 완충제로서 PBS를 사용하여 분획물들을 용출시키고, 분획물 중의 단백질을 쿠마씨 (COOMASSIE) (등록상표) 단백질 분석 [피어스 케미칼 캄파니 (Pierce Chemical Co)]을 사용하여 모니터하였다. 대표적으로는, 쿠마씨 (등록상표) 시약 50 ul를 미세적정 플레이트 중에서 각 분획물 50 ul와 혼합하였다. 쿠마씨 (등록상표) 블루 기질은 단백질과 반응하여 청색을 생성시키는데, 그의 강도는 분획물 중에 존재하는 단백질의 양에 의존한다. 가장 강한 청색을 생성시키는 분획물은 용출된 단백질 대부분을 함유하는 것이다. 이들 분획물들을 함께 합하여 최종 유도된 생성물의 디술파이드 형태를 생성시켰다, 이것은 대표적으로는 접촉 프린팅에 사용되는 형태이다.
임의적으로, 티올화 결합제의 디술파이드 형태 상에 존재하는 디술파이드-피리딜 기는 환원 반응에서 티올기로 환원될 수 있다. PBS로 평형화된 컬럼 상의 탈염 대신에, 유도된 단백질을 아세테이트 완충제 (100 mM 아세트산나트륨 완충제, 100 mM NaCl, pH 4.5)로 평형화된 컬럼 상에서 탈염시켰다. 이 아세테이트 완충제의 산성 pH는 원래 단백질 상에 존재하는 임의의 디술파이드 결합을 원하지 않는 반응으로부터 보호하는 작용을 한다. 환원 반응에서, 디티올트레이톨 (DTT) 12 mg을 아세테이트 완충제 500 ml 중에 용해시키고 SPDP 유도된 단백질 1 ml에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 30분 동안 인큐베이션시키고, 아세테이트 완충제 5 베드 부피 (25 ml)로 평형화된 탈염 컬럼 5 ml 상에서 탈염시켰다. 용출된 분획물의 단백질 함량을 다시 상기한 바와 같이 쿠마씨 (등록상표) 단백질 분석으로 모니터하고, 단백질을 가장 많은 양 함유하는 분획물들을 합하였다.
티올화 결합제의 환원된 형태 및 디술파이드를 모두 접촉 프린팅에 사용될 때까지 4 ℃에서 수용액 중에 저장시켰다.
이어서 감지기를 사용하여 분석물을 검출하였다. 이어서 분석물 용액을 미립자 (대표적으로는 1% 소 혈청 알부민 중의 분석물 용액 50-70 마이크로리터와 1.5-2.5% 입자 현탁액 10 내지 25 마이크로리터; 바람직하게는 분석물 용액 대 입자 현탁액의 비가 50:25임)와 혼합시키고, 사각형 감지기 샘플 1 cm의 상부에 위치 시켰다. 5 분 후, 중앙으로부터 펀칭된 작은 홀 (예를 들면 3/16")을 갖는 니트로셀룰로스 디스크 (5 또는 8 미크론 기공 크기, Sigma #N3771 또는 N4146)를 감지기의 상부에 위치시켰다. 디스크를 사용하여 과량의 유체 및 결합되지 않은 미립자들을 흡상시켜 버렸다. 이 때, 점광원을 감지기 샘플을 통해 투과시켰다 (니트로셀룰로스 중의 작은 홀을 사용하여). 회절 상은 표적 분석물의 존재 하에 광 비임의 다른 편 상에서 볼 수 있게 된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, SEM 현미경사진은 미립자의 패턴화된 배치를 보여주었다.
<실시예 2>
10 미크론 원의 x,y 배열의 PDMS 스탬프를, 표적 DNA 스트랜드에 상보적인 티올화 30-mer 올리고뉴클레오티드 ["30-mer": 티올 스페이서의 염기 서열-5'-CAATCCACGTCACGGACAGGGTGAGGAAGA-3', 미국 텍사스주 더 우드랜즈 소재 게노시스, 인크. (Genosys, Inc.) 제품] 및 에틸 아세테이트의 혼합물을 유리 상에서 오븐 건조 (50 ℃, 진공)시킨 것에 추를 사용하여 스탬프 면을 아래로 하여 위치시킴으로써, 상기 30-mer로 "잉킹"시켰다. 10 분 후, 잉킹된 스탬프를 제거하였다. 동시에, 금/밀라르 (등록상표) 필름을 60 ℃ 열판 상에서 5 분 동안 예열시켰다. 60 ℃에서 밀라르 (등록상표)의 금 코팅된 면의 상부에 잉킹된 PDMS 스탬프를 위치시켜 프린팅을 행하고; 5분의 접촉 시간 동안 추 및 열을 유지시켰다. 이 때, 스탬프를 제거하고, 프린팅된 금/밀라르 (등록상표) 필름을 증류수로 세척하고 공기건조시켰다. 이어서 금/밀라르 (등록상표) 필름 샘플을 10 분 동안 베타 카제인 용액 (포스페이트 완충된 식염수 중에서, pH 7.2) 2.5 mg/mL로 차단시키고, 증류수로 헹구고 공기건조시켰다.
이들 감지기를 사용하여 표적 DNA에 대해 시험하였다. 감지기 표면 상에 패턴화된 포착 DNA에 대한 표적 DNA의 혼성화는 다음과 같이 일어났다: 관심을 갖는 DNA (비오틴-5'-GGTAGACCGGAGAGCTGTGTCACCATGTGGGTCCCGGTTGTCTTCCTCACCCTGTCCGTGACGTGGATTG-3'의 염기 서열을 갖는 게노시스로부터의 비오티닐화 70-mer) 스트랜드를 함유하는 예열된 분석물 용액 (60 ℃ 수욕, 2 분)을 예열된 감지기 (60 ℃ 열판, 5분)에 첨가한 다음 75 마이크로리터를 추가로 10분 가열하는 동안 약 1 cm 사각형 감지기 샘플에 첨가하였다. 이 후에, 감지기 샘플을 물로 헹구고, 공기 건조시킨 후 미립자로 시험하였다. 이 방법에 대한 한 편법은 예를 들면 PCR 증폭 동안 분석물 용액 및 미립자를 동시에 감지기에 노출시키는 것이다.
이어서, 뱅스 라보레이토리즈 (카탈로그 #CP01N)로부터의 스트렙트아비딘-코팅된 1 미크론 직경 입자를 mL 당 2.4 x 1011 입자의 농도 20 내지 30 마이크로리터 양으로 감지기에 첨가하였다. 감지기 및 입자를 60 ℃ 열판 상에서 10 분 동안 가열시킨 (완전한 증발이 일어나지 않도록 확실히 하기 위하여 뚜껑을 덮어서) 다음, 증류수로 부드럽게 헹궜다. 이 후에, 감지기 샘플을 통해 점광원을 투과시켰다. 회절 상은 DNA 분석물 존재하에 광 비임의 다른 편 상에서 볼 수 있게 된다.
SEM 광현미경 사진은 미립자의 패턴화된 배치를 나타낸다.
<실시예 3>
에틸디메틸아미노디카르보디이미드 ("EDAC", 폴리사이언스 키트의 병 #3, 카탈로그 #19539)와의 카르보디이미드 커플링에 의해 항체-결합된 폴리스티렌 입자들을 제조하였다. 예를 들면, 0.3 미크론 직경의 청색 카르복실화 입자의 10% 현탁액 (뱅스 라보레이토리즈, Cat #DC02/1836) 0.125 mL를 EDAC 수용액으로 1 내지 4 시간 동안 활성화시키고, 헹군 다음 IgE에 대한 폴리클론 항체 (피츠제랄드 인더스트리이즈, Cat#20-IR77) 300 마이크로그램에 노출시켰다. 입자들을 다시 헹구고, 소 혈청 알부민으로 차단시키고, 포스페이트 완충 식염수 중에서 1.7% 농도로 저장시켰다.
다음으로, 금/ 밀라르 (등록상표) 필름을 베타 카제인 용액 5 mg/mL로 10분 동안 전처리 (또는 차단)시킨 다음, 충분히 헹구고 공기 스트림 하에서 건조시켰다. 10 미크론 직경 원 x,y 배열의 PDMS 스탬프를 티올화 항체 (항체는 처음에는 피츠제랄드 카탈로그 #10-I10이었고, 이어서 피어스의 Sulfo-LC-SPDP를 사용하여 유도체화시키거나 "티올화"시켰음) 용액 0.5 mg/mL 중에 스탬프 면을 아래로 하여 넣고 10분 동안 침지시킴으로써 상기 티올화 항체로 코팅시켰다. 강한 공기 스트림을 사용하여 스탬프 표면을 충분히 건조시켰다. 코팅된 스탬프를 금/밀라르 (등록상표) 필름과 5분 동안 접촉하도록 둔 다음 제거하였다. 얻어진 프린팅된 금/밀라르 (등록상표) 필름을 증류수 중에서 헹구고 건조시켰다.
이어서 분석물 용액을 미립자 (대표적으로는 1% 소 혈청 알부민 중의 분석물 용액 50-70 마이크로리터와 1.5-2.5% 입자 현탁액 10 내지 25 마이크로리터; 바람 직하게는 분석물 용액 대 입자 현탁액의 비가 50:25임)와 혼합시키고, 사각형 감지기 샘플 1 cm의 상부에 위치시켰다. 5 내지 10 분 후, 중앙으로부터 펀칭된 작은 홀 (예를 들면 3/16" 직경)을 갖는 니트로셀룰로스 디스크 (5 또는 8 미크론 기공 크기, Sigma #N3771 또는 N4146)를 감지기의 상부에 위치시켰다. 디스크를 사용하여 과량의 유체 및 결합되지 않은 미립자들을 흡상시켜 버렸다. 이 때, 점광원을 니트로셀룰로스 중의 작은 홀을 사용하여 감지기 샘플을 통해 투과시켰다. 높은 규칙의 회절 상은 광 비임의 다른 편 상에서 볼 수 있었는데, 이것은 분석물의 존재를 의미한다.
<실시예 4>
금/ 밀라르 (등록상표) 필름을 포스페이트 완충 염수 (pH ∼7.2) 중의 베타 카제인 용액 5 mg/mL로 10분 동안 전처리 (또는 차단)시킨 다음, 충분히 헹구고 공기 스트림 하에서 건조시켰다. 10 미크론 직경 원의 PDMS 스탬프를 티올화 항체 (예를 들면, 피츠제랄드 인더스트리이즈 인크. 제품인, 토끼 항-캔디다 알비칸스, Cat #20-CR04) 용액 0.5 mg/mL 중에 스탬프 면을 아래로 하여 넣고 10분 동안 침지시킴으로써 상기 티올화 항체로 코팅시켰다. 강한 공기 스트림을 사용하여 스탬프 표면을 충분히 건조시켰다. 코팅된 스탬프를 금/밀라르 (등록상표) 필름과 2분 동안 접촉하도록 둔 다음 제거하였다. 얻어진 프린팅된 금/밀라르 (등록상표) 필름을 증류수 중에서 헹구고 건조시켰다.
감지기 샘플을 포스페이트 완충 염수, pH 7.2 중에서 염소 항-토끼 IgG (금 복합체는 폴리싸이언스 제품, 카탈로그 #22705)로 코팅된 40 nm 금 입자의 10% 희 석액에 노출시켰다. 1 시간 후, 샘플을 증류수로 충분히 헹구고 질소 또는 공기 스트림 하에서 건조시켰다. 이 때, 샘플은 HeNe 레이저 비임을 회절시키지 않는다.
이어서 샘플을 BBI 제품 [BBI 인터내셔날 (International)의 키트 # SEKL 15 (Batch #2575)] 또는 큰 키트 [#SEKB250 (Batch #2484)]인 은 증강 시약에 노출시켰다. 키트 중의 1:1 v/v 비의 증강제 및 개시제 시약들을 예비혼합시킨 직후에 금-입자 코팅된 샘플의 상부에 위치시켰다. 10 내지 20 분 노출 후 (바람직하게는 10 분), 샘플을 물로 헹구고, 건조시키고, 관찰하였다. 이 때, 샘플은 거의 대부분은 금 나노입자 주위에 핵형성된 은보다 크기가 크기 때문에 빛 (레이저 비임 또는 점 백색 광원)을 회절시켰다.
<실시예 5>
실시예 1 내지 4에서와 같이 제조된 샘플을 또한 분석물 존재하에 효소 결합된 2차 항체에 노출시켜, 분석물이 존재할 경우, 2차 항체가 결합하고 이어서 효소에 특이적인 기질을 침전시키는, 침전물 전개를 야기시키도록 하여, 회절 상으로 현상시킬 수 있다.
금/ 밀라르 (등록상표) 필름을 포스페이트 완충 염수 (pH ∼7.2) 중의 베타 카제인 용액 5 mg/mL로 10분 동안 전처리 (또는 차단)시킨 다음, 충분히 헹구고 공기 스트림 하에서 건조시켰다. 10 미크론 원의 PDMS 스탬프를 티올화 항체 (예를 들면, 피츠제랄드 인더스트리이즈 인크. 제품인, 마우스 항-황체화 호르몬 베타, Cat #10-L15) 용액 ∼0.3 mg/mL 중에 스탬프 면을 아래로 하여 넣고 10분 동안 침지시킴으로써 상기 티올화 항체로 코팅시켰다. 강한 공기 스트림을 사용하여 스탬프 표면을 충분히 건조시켰다. 코팅된 스탬프를 금/밀라르 필름과 5분 동안 접촉하도록 둔 다음 제거하였다. 얻어진 프린팅된 금/밀라르 (등록상표) 필름을 증류수 중에서 헹구고 건조시켰다.
감지기 샘플을 1% 소 혈청 알부민, 포스페이트 완충 염수 중에서 황체화 호르몬 (피츠제랄드 인더스트리이즈, 인크. 제품, Cat #30-AL15)의 분석물 용액에 노출시켰다. 항원의 농도는 0.1 내지 1000 ng/mL이었다. 실온에서 1 시간 후, 샘플을 0.02% 트윈 (TWEEN) 20 용액에 이어 증류수로 헹궜다. 상기한 바와 같이, 이어서 1 시간 동안 2차 항체 (증류수 중에서 1:100으로 희석된 피츠제랄드 카탈로그 # 61-L05)에 노출시킨 후 헹궜다. TMB 막 증강제 용액 (예를 들면, 커어크가아드 (Kirkegaard) 및 페리 라보레이토리즈 (Perry Laboratories)의 시약들 Cat #50-76-18 및 Cat#50-77-01의 10:1 v/v 혼합물)을 샘플 상에 10분 동안 두어서 원 또는 특징으로 청색 침전물이 생기도록 하였다. 이 침전물은 점광원으로 조사시에 회절 상을 형성시켰다.

Claims (42)

  1. (i) 분석물을 함유하는 것으로 의심되는 매질에 첨가하기 위한 회절 증강 요소를 포함하고, 이때 상기 회절 증강 요소는 그 위에 분석물에 특이적인 수용체 물질을 가지며,
    (ii) 중합체 필름 및 상기 중합체 필름 상에 패턴화 프린팅된 분석물-특이적 수용체 층을 포함하며 매질과 접촉시킬 생체감응장치를 포함하며, 이때 상기 분석물-특이적 수용체 층은 예비-배향되지 않고 자기조립 단층이 아니며, 그 위에 분석물에 특이적인 수용체 물질을 가지며, 생체감응장치에서는 중합체 필름을 통해 빛이 투과되면 투과된 빛의 회절에 의해 일정 패턴이 형성되는 것인,
    매질 중의 분석물을 검출하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분석물-특이적 수용체 층이, 생체감응장치가 분석물에 결합할 때 생체감응장치가 투과된 빛을 회절시켜 회절 패턴을 형성하도록 하는 패턴으로 프린팅된 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회절 패턴을 육안으로 볼 수 있는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중합체 필름 상에 금속 코팅을 추가로 포함하고, 분석물-특이적 수용체 층을 금속 코팅 상에 프린팅시킨 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속이 금, 은, 크롬, 니켈, 백금, 알루미늄, 철, 구리, 금 산화물, 크롬 산화물 및 지르코늄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속이 금인 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금 코팅의 두께가 1 나노미터 내지 1000 나노미터인 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중합체 필름이 폴리에틸렌-테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴-메틸 아크릴레이트 공중합체, 셀로판, 셀룰로스 중합체, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 이오노머 (에틸렌 중합체) 폴리에틸렌-나일론 공중합체, 폴리프로필렌, 메틸 펜텐 중합체, 폴리비닐 플루오라이드, 및 방향족 폴리술폰으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중합체 필름이 폴리에틸렌-테레프탈레이트인 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 중합체 필름이 광학적으로 투명한 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중합체 필름이 5% 내지 95% 사이의 광학 투명도를 갖는 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 중합체 필름이 20% 내지 80% 사이의 광학 투명도를 갖는 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 분석물-특이적 수용체 층이 2개 이상이며, 각각 상이한 분석물에 대해 특이적인 상이한 수용체 물질을 갖는 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 분석물이 세균, 효모, 진균, 바이러스, 류마토이드 인자, IgG, IgM, IgA 및 IgE 항체, 암배 (carcinoembryonic) 항원, 스트렙토코쿠스 그룹 A 항원, 바이러스 항원, 자기면역 질환과 관련된 항원, 알레르겐, 종양 항원, 스트렙토코쿠스 그룹 B 항원, HIV I 항원, HIV II 항원, 항체 바이러스, RSV에 특이적인 항원, 항체, 항원, 효소, 호르몬, 다당류, 단백질, 지질, 탄수화물, 약물, 핵산, 나이제리아 메닝이티데스 (Neisseria meningitides) 그룹 A, B, C, Y 및 W 서브 (sub) 135, 스트렙토코쿠스 뉴모니애 (Streptococcus pneumoniae), 이. 콜리 (E. coli) K1, 해모필러스 인플루엔자 (Haemophilus influenza) 타입 B, 미생물로부터 유래된 항원, 합텐, 남용 약물, 치료 약물, 환경 약제, 및 간염 특이적 항원으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 분석물이 세균, 효모, 진균 및 바이러스로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 수용체 물질이 항원, 항체, 올리고뉴클레오티드, 킬레이터, 효소, 세균, 효모, 진균, 바이러스, 세균 섬모, 세균 편모 물질, 핵산, 다당류, 지질, 단백질, 탄수화물, 금속, 호르몬 및 상기 물질에 대한 수용체로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 회절 증강 요소가 유리, 셀룰로스, 합성 중합체 및 플라스틱, 라텍스, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 세균 및 진균 세포로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 회절 증강 요소가 폴리스티렌 라텍스 미소구인 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 중합체 필름의 프린팅되지 않은 영역에 가하기 위한 차단 물질을 추가로 포함하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 차단 물질이 β-카제인, 알부민, 계면활성제, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 및 그의 황 유도체로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 상기 생체감응장치가 중합체 필름 상의 차단 물질 층을 추가로 포함하고, 이를 통해 분석물-특이적 수용체 물질이 프린팅된 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 차단 물질이 β-카제인, 알부민, 계면활성제, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 및 그의 황 유도체로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  23. (i) 분석물을 함유하는 것으로 의심되는 매질에 첨가하기 위한 회절 증강 요소를 포함하고, 이때 상기 회절 증강 요소는 그 위에 분석물에 특이적인 수용체 물질을 가지며,
    (ii) 금속으로 코팅된 중합체 필름 및 상기 금속-코팅된 중합체 필름 상에 패턴화 프린팅된 분석물-특이적 수용체 층을 포함하며 매질과 접촉시킬 생체감응장치를 포함하며, 이때 상기 분석물-특이적 수용체 층은 예비-배향되지 않고 자기조립 단층이 아니며, 그 위에 분석물에 특이적인 수용체 물질을 가지며, 생체감응장치에서는 금속 코팅된 중합체 필름의 표면으로부터 광원이 반사되면 반사된 빛의 회절에 의해 일정 패턴이 형성되는 것인,
    매질 중의 분석물을 검출하기 위한 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 분석물-특이적 수용체 층이, 생체감응장치가 분석물에 결합할 때 생체감응장치가 반사된 빛을 회절시켜 회절 패턴을 형성하도록 하는 패턴으로 프린팅된 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 상기 회절 패턴을 육안으로 볼 수 있는 시스템.
  26. 제23항에 있어서, 상기 금속이 금, 은, 크롬, 니켈, 백금, 알루미늄, 철, 구리, 금 산화물, 크롬 산화물 및 지르코늄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 금속이 금인 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 상기 금 코팅의 두께가 1 나노미터 내지 1000 나노미터인 시스템.
  29. 제23항에 있어서, 상기 중합체 필름이 폴리에틸렌-테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴-메틸 아크릴레이트 공중합체, 셀로판, 셀룰로스 중합체, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 이오노머 (에틸렌 중합체) 폴리에틸렌-나일론 공중합체, 폴리프로필렌, 메틸 펜텐 중합체, 폴리비닐 플루오라이드, 및 방향족 폴리술폰으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 중합체 필름이 폴리에틸렌-테레프탈레이트인 시스템.
  31. 제23항에 있어서, 분석물-특이적 수용체 층이 2개 이상이며, 각각 상이한 분석물에 대해 특이적인 상이한 수용체 물질을 갖는 시스템.
  32. 제23항에 있어서, 상기 분석물이 세균, 효모, 진균, 바이러스, 류마토이드 인자, IgG, IgM, IgA 및 IgE 항체, 암배 항원, 스트렙토코쿠스 그룹 A 항원, 바이러스 항원, 자기면역 질환과 관련된 항원, 알레르겐, 종양 항원, 스트렙토코쿠스 그룹 B 항원, HIV I 항원, HIV II 항원, 항체 바이러스, RSV에 특이적인 항원, 항체, 항원, 효소, 호르몬, 다당류, 단백질, 지질, 탄수화물, 약물, 핵산, 나이제리아 메닝이티데스 그룹 A, B, C, Y 및 W 서브 135, 스트렙토코쿠스 뉴모니애, 이. 콜리 K1, 해모필러스 인플루엔자 타입 B, 미생물로부터 유래된 항원, 합텐, 남용 약물, 치료 약물, 환경 약제, 및 간염 특이적 항원으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 상기 분석물이 세균, 효모, 진균 및 바이러스로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  34. 제23항에 있어서, 상기 수용체 물질이 항원, 항체, 올리고뉴클레오티드, 킬레이터, 효소, 세균, 효모, 진균, 바이러스, 세균 섬모, 세균 편모 물질, 핵산, 다당류, 지질, 단백질, 탄수화물, 금속, 호르몬 및 상기 물질에 대한 수용체로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  35. 제23항에 있어서, 상기 회절 증강 요소가 유리, 셀룰로스, 합성 중합체, 플라스틱, 라텍스, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 세균 및 진균 세포로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  36. 제23항에 있어서, 상기 회절 증강 요소가 폴리스티렌 라텍스 미소구인 시스템.
  37. 제23항에 있어서, 금속 코팅된 중합체 필름의 프린팅되지 않은 영역에 가하기 위한 차단 물질을 추가로 포함하는 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 상기 차단 물질이 β-카제인, 알부민, 계면활성제, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 및 그의 황 유도체로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  39. 제23항에 있어서, 상기 생체감응장치가 금속 코팅된 중합체 필름 상의 차단 물질 층을 추가로 포함하고, 이를 통해 분석물-특이적 수용체 물질이 프린팅된 시스템.
  40. 제39항에 있어서, 상기 차단 물질이 β-카제인, 알부민, 계면활성제, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 및 그의 황 유도체로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
  41. (i) 분석물을 함유하는 것으로 의심되는 매질에 첨가하기 위한 회절 증강 요소를 포함하고, 이때 상기 회절 증강 요소는 그 위에 분석물에 특이적인 수용체 물질을 가지며,
    (ii) 금속으로 코팅된 중합체 필름 및 상기 금속-코팅된 중합체 필름 상에 패턴화 프린팅된 분석물-특이적 수용체 층을 포함하며 매질과 접촉시킬 생체감응장치를 포함하며, 이때 상기 분석물-특이적 수용체 층은 예비-배향되지 않고 자기조립 단층이 아니며, 그 위에 분석물에 특이적인 수용체 물질을 가지며, 생체감응장치에서는 중합체 필름을 통해 빛을 투과시키면 투과된 빛의 회절에 의해 일정 패턴이 형성되는 것인,
    매질 중의 분석물을 검출하기 위한 시스템.
  42. 제8항 또는 제29항에 있어서, 셀룰로스 중합체가 에틸 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로스 프로피오네이트, 및 셀룰로스 트리아세테이트로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 시스템.
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