KR100900985B1 - 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법 - Google Patents

동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세 구조물 내부에 주입되는 분석 시료와 반응되는 효소를 동결 건조시켜 효소가 건조되면서 미세 구조물 내부에서 일정 구역에 밀집되지 않고 균일하게 분포되도록 하여 분석 정확도를 향상시킬 수 있는 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법은, 미세 유체 유입부와, 상기 유체 유입부로 유입된 유체에 함유된 분석 시료가 추출되는 추출 공간부가 형성된 추출부와, 상기 추출부의 단부에 형성되어 분석 시료의 산화 및 환원 반응을 위한 촉매제 역할을 하는 효소가 주입되는 효소 주입부와, 상기 효소 주입부의 일측에 구비되며 효소와 반응한 분석 시료를 분석하는 분석 수단을 구비하여 효소와 반응한 분석 시료를 분석하는 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법에 있어서, 상기 효소 주입부로 효소를 주입한 후 동결 건조 방식으로 효소를 건조시켜 효소가 밀집되지 않고 균일하게 퍼져 건조되도록 하는 것이다.
미세 구조물, 분석 시료, 분리, 효소, 동결 건조

Description

동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법{METHOD FOR FIXATION OF MICRO STRUCTURE INSIDE USING LYOPHILIZATION}
본 발명은 미세 구조물 내의 효소 고정화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 구조물 내부에 주입되는 분석 시료와 반응되는 효소를 동결 건조시켜 효소가 건조되면서 미세 구조물 내부에서 일정 구역에 밀집되지 않고 균일하게 분포되도록 하여 분석 정확도를 향상시킬 수 있는 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법에 관한 것이다.
극소량의 유체를 이송하고 제어하는 유동 발생 및 제어에 관한 미세 유체 기술은 진단 및 분석 장치의 구동을 가능하게 하는 핵심 요소 기술로서 이러한 기술은 다양한 구동 원리로 구현될 수 있다.
그 중에서 유체 주입 부분에 압력을 가하는 압력 구동 방식(pressure-driven method), 미세 유로 사이에 전압을 인가하여 유체를 이송하는 전기 영동법(electrophoretic method)이나 전기 삼투압법(electroosmotic method), 그리고 모세관 힘을 이용한 모세관 유동 방식(capillary flow method) 등이 대표적이다.
이러한 미세 유체 기술을 이용한 진단 및 분석 장치에 관한 기술이 본 출원 인에 의해 출원되어 등록된 대한민국등록특허 제735898호에 "휴대가 가능한 소형의 휴대용 미세 혈액 분리기"라는 제목으로 개시된 바 있다.
이 기술에 따르면, 미리 채혈한 혈액을 미세 구조물 내에서 분리시키고, 분리된 혈장 또는 혈청을 분석기기 또는 바이오센서를 이용하여 분석한다.
더욱 상세하게는, "휴대가 가능한 소형의 휴대용 미세 혈액 분리기"는 상부 기판(11)과 하부 기판(12)으로 이루어지는 본체(1)와, 본체(1)에 일측에 형성되어 혈액이 도입되는 혈액 도입부(2)와, 혈액 도입부(2)로 도입된 혈액이 유입되도록 하부 기판(12)에 형성된 혈액 유입부(3)와, 혈액 유입부(3)에 유입된 혈액 검체로부터 혈장이 분리되도록 혈액 유입부(3)의 유입홈 높이 보다 낮은 높이를 갖으며 혈액 유입부로부터 연장 구비되는 추출 공간부(41)로 이루어지는 혈장 추출부(4)와, 혈장 추출부(4)에 형성된 효소 주입구(42)를 포함하여 이루어지며, 추출 공간부(41)로 추출된 혈장 성분을 전기화학 측정기를 통해 분석하도록 추출 공간부(41)에 구비되는 분석 수단(5)을 포함하여 구성된다.
이러한 구성에 따라, 혈액 도입부(2)에 도입된 혈액 검체가 추출 공간부(41)로 이루어지는 혈장 추출부(4)에서 분리되어 분석 수단(5)측으로 이동하게 된다.
이때, 혈장 추출부(4)에 혈장과의 반응을 위한 효소를 주입하면 효소가 자연 건조되고 이렇게 건조된 효소가 분석 시료인 혈장과 반응하게 되므로, 분석 수단(5)에 전압 인가하면 분석 시료 성분에 따라 전류가 변화하여 이를 검출하여 분석함으로써 분석 시료를 분석한다.
그런데, 이러한 종래 기술에 따르면 효소 주입구에 주입된 효소가 자연 건조 됨에 따라 개방부 쪽에서의 건조 속도가 빨라 도 2에 도시된 바와 같이 개방부 영역에서 효소가 밀집되어 건조되어 뭉치게 된다.
이에 따라, 추출되는 혈장 즉 분석 시료의 추출이 원활하게 이루어지지 않아 분석 정확도가 떨어지는 단점이 있었다.
상술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 미세 구조물 내부에 주입되는 분석 시료와 반응되는 효소를 동결 건조시켜 효소가 미세 구조물 내에서 일정 구역에 밀집되지 않고 균일하게 분포되도록 하여, 분석 시료의 추출이 원활하게 이루어져 효소와의 반응이 원활하게 이루어지도록 하는 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법은, 미세 유체 유입부와, 상기 유체 유입부로 유입된 유체에 함유된 분석 시료가 추출되는 추출 공간부가 형성된 추출부와, 상기 추출부의 단부에 형성되어 분석 시료의 산화 및 환원 반응을 위한 촉매제 역할을 하는 효소가 주입되는 효소 주입부와, 상기 효소 주입부의 일측에 구비되며 효소와 반응한 분석 시료를 분석하는 분석 수단을 구비하여 효소와 반응한 분석 시료를 분석하는 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법에 있어서, 상기 효소 주입부로 효소를 주입한 후 동결 건조 방식으로 효소를 건조시켜 효소가 밀집되지 않고 균일하게 퍼져 건조되도록 한다.
본 발명은 미세 구조물 내부에 주입되는 분석 시료와 반응되는 효소를 동결 건조시켜 효소가 미세 구조물 내에서 일정 구역에 밀집되지 않고 균일하게 분포되 도록 하여, 분석 시료의 추출이 원활하게 이루어져 효소와의 반응이 원활하게 이루어지도록 함으로써 분석 정확도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법은, 분석 시료와 반응하는 효소 주입부와 분석 시료를 분석하는 분석 수단이 구비된 미세 구조물 내부에서 효소를 고정화하는 방법에 있어서, 효소 주입부로 효소를 주입한 후 동결 건조 방식으로 효소를 건조시켜 효소가 밀집되지 않고 균일하게 퍼져 건조되도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 동결건조 방식은 수용액이나 다량의 수분을 함유한 재료를 동결시키고 감압(減壓)함으로써 얼음을 승화시켜 수분을 제거하여 건조물을 얻는 방법으로서, 조작이 저온에서 이루어지므로 열에 약한 물질의 건조법으로 유용하다. 또한, 미생물이나 의학 및 약학 방면에서 수분이 많아 불안정한 경우와, 열에 극히 민감한 재료, 예를 들면 세균, 바이러스, 혈장(血漿), 혈청, 백신, 항생물질, 장기제제(臟器製劑) 등을 이 방법에 의해 -10∼-30℃의 저온에서 건조시켜 분말로 하면 상온에서 장기간 보존할 수 있고, 물에 대한 재용해성(再溶解性)이 뛰어난 제품을 얻을 수 있다.
이러한 방법을 실시예를 도 1에 도시된 혈액 분리 및 분석 장치를 예시로 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 우선 효소 주입부로 효소를 주입시킨 후에 동결 건조시켜 효소가 일정 영역에 뭉치지 않고 전체적으로 균일하게 분포되면서 건조되도록 하 여, 효소를 고정시킨다.
그리고 나서, 체혈된 혈액 검체를 혈액 도입부(2)로 떨어뜨려 혈액 검체가 혈액 유입부(3)로 유입되도록 한다.
그러면 혈액 유입부(3)로 유입된 혈액 검체 중의 혈장 성분이 모세관 현상에 의해 추출 공간부(41)로 이루어지는 혈장 추출부(4)에서 분리되어 분석 수단(5) 측으로 이동하게 된다. 여기서, 추출 공간부(41)의 유로 크기는 1㎚~1㎜ 크기의 미세 구조물에 해당한다.
이때, 분석 수단(5) 측으로 분리된 혈장 성분 즉 분석 시료는 동결 건조 방식에 의해 고정된 효소와 산화 또는 환원 반응을 하게 된다.
여기서, 분석 수단(5)에 전압을 인가하면 분석 시료 성분에 따라 전류가 변화하므로 이 전류 변화를 검출하여 분석하면, 분석 시료의 성분이 분석된다.
이때, 분석 시료와 산화 또는 환원 반응에 의해 나오는 전자를 직접 분석 수단을 이용하여 측정할 수 있으나, 전자의 흐름을 돕기 위하여 전자 전달 물질인 메이에이터(mediator)를 주입하고 분석 시료의 산화 또는 환원 반응에 의한 전류 변화를 검출할 수 있다.
이러한 산화 또는 환원 반응을 위한 효소는 분석 시료 및 메디에이터와 산화 환원 반응하는 것이라면 특별하게 한정되지 않고, 분석 시료의 종류에 따라 적절하게 결정할 수 있다.
예를 들어, 산화 또는 환원 반응을 위한 효소는 글루코오스 옥시다아제(glucose oxidase)(GOD), 피라노오즈 옥시다아제(pyranose oxidase), 글루코오스 디히드로게나아제(GDH), 젖산 옥시다아제, 젖산 디히드로게나아제, 과당 디히드로게나아제, 갈락토오스 옥시다아제, 콜레스테롤 옥시다아제, 콜레스테롤 디히드로게나아제, 알코올 옥시다아제, 알코올 디히드로게나아제, 피리루빈산 옥시다아제, 글루코오스-6-인산 디히드로게나아제, 아미노산 디히드로게나아제, 포름산 디히드로게나아제, 글리세롤디히드로게나아제, 아실-CoA 옥시다아제, 콜린 옥시다아제, 4-히드록시안식향산 히드록시라세, 말레산 디히드로게나아제, 사르코신 옥시다아제, 유리카제(uricase) 등을 이용할 수 있다.
그리고, 산화 또는 환원 효소와 메디에이터의 조합은, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, GOD와 페리시안화칼륨, GDH와 루테늄 착체, 콜레스테롤 디히드로게나아제와 페로신, 알코올 디히드로게나아제와 구리 착체의 조합 등을 이용할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 미세 구조물 내에서 분석 시료와의 반응을 위한 효소를 주입한 후 동결 건조 방식으로 효소를 건조시켜 고정시킴에 따라, 효소가 일정 영역에만 뭉치지 않도록 함으로써, 분석 시료의 분리가 원활하게 이루어질 뿐만 아니라 효소와 분석 시료의 반응이 원활하게 이루어지도록 하여 분석 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 효소 고정화 방법을 이용하는 미세 구조물을 혈액 분리기를 예를 들어 설명하고, 혈장 성분 분석을 예시로 하였으나 다양한 실시예를 통해 변형될 수 있다.
도 1은 분석 시료의 분리 및 분석을 위한 미세 구조물에 대한 예시도.
도 2는 종래 기술에 따른 미세 구조물 내의 효소 건조 상태를 보인 실험 결과도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 본체
11 : 상부 기판, 12 : 하부 기판
2 : 혈액 도입부
21 : 개방부, 22 : 도입홈
3 : 혈액 유입부
31 : 유입홈
4 : 혈장 추출부
41 : 추출 공간부, 42 : 효소 주입구
5 : 분석 수단
51 : 작동 전극, 52 : 기준 전극
6 : 혈액 유입 유도부

Claims (2)

  1. 분석 시료와 반응하는 효소 주입부와 분석 시료를 분석하는 분석 수단이 구비된 미세 구조물 내부에서 효소를 고정화하는 방법에 있어서,
    상기 효소 주입부로 효소를 주입한 후 동결 건조 방식으로 효소를 건조시켜 효소가 밀집되지 않고 균일하게 퍼져 건조되도록 함을 특징으로 하는 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미세 구조물 내부는;
    1㎚~1㎜ 크기의 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 동결 건조를 이용한 미세 구조물 내부의 효소 고정화 방법.
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