KR101002031B1 - 직접 면역센서 평가 방법 및 장치 - Google Patents

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유니버셜 바이오센서스 피티와이 엘티디.
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Abstract

본 발명은 정량적이고, 저가의 일회용 면역센서를 설명하며, 이는 어떠한 세척 단계도 필요로하지 않고, 따라서, 어떠한 액상 폐기물도 생성하지 않는다. 또한, 센서의 양호한 실시예에서, 사용자에게 어떠한 타이밍 단계도 필요하지 않으며, 이 센서는 넓은 운동학적 범위에 걸쳐 항원 항체 반응에 쉽게 적용될 수 있다.
면역센서, 항원, 항체, 모세관력, 리포터 복합체

Description

직접 면역센서 평가방법 및 장치{Direct immunosensor assay}
도 1은 전기화학 셀을 포함하는 제 1 양호한 실시예의 면역센서의 상면도(축척대로 그려지지 않음).
도 2는 도 1의 면역센서의 실시예의 A-A'선을 따른 단면도(축척대로 그려지지 않음).
도 3은 전기화학 셀을 포함하는 양호한 실시예의 면역센서의 상면도(축척대로 그려지지 않음).
도 4는 도 3의 면역센서의 실시예의 B-B' 선을 따른 단면도(축척대로 그려지지 않음).
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20 : 센서 22 : 반응 챔버
28 : 검출 챔버 36 : 중간층
38 : 샘플 통로 52, 64 : 전극
본 발명은 면역평가들(immunoassays)을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 장치는 일회용 면역센서를 포함한다.
광범위하게 다양한 분석 시료(analytes)의 존재 및/또는 농도를 보고하기 위해 생물 의학적 센서가 사용된다. 분석시료가 단백질일 때, 단백질(항원)과 항체의 상호작용이 매우 분명하기 때문에, 이때 사용되는 감지 소자는 일반적으로 항체이다. 이런 면역평가는 일반적으로 두 개의 카테고리에 포함되며, 이는 예로서, 단순한 시각적 검출에 의해 얻어지는 "예스/노 응답" 또는 정량적 방법에 의해 결정되는 항원의 농도이다. 대부분의 정량적 방법은 섬광 계수기(방사능을 감시하기 위한), 분광 광도계, 분광 형광계(예로서, U.S. 5,156,972 참조), 표면 플라즈몬 공진기(예로서, U.S. 5,965,456 참조) 등과 같은 고가의 장비를 수반한다. 따라서, 저가이면서, 가정 또는 야전용에 적합하게 사용되기에 충분히 단순한 정량적 면역평가를 개발하는 것이 유리하다. 이런 면역센서는 원심력, 희석, 피펫팅(pipetting), 세척 또는 타이밍 단계들을 필요로하지 않으며, 최소의 폐기물을 생성한다.
종래의 면역 평가는 경쟁 평가와 샌드위치 평가의 두 부류로 분류된다. 경쟁 평가에서, 테스트 샘플내의 항원은 항원-프로브 복합체(통상, 리포터 복합체라 지칭됨)와 혼합되고, 그후, 이 혼합물은 항체에 대한 결합에 참여한다. 프로브는 방사성 동위원소, 효소, 형광물(fluorophore) 또는 발색물일 것이다. 샌드위치 면역 평가에서, 테스트 샘플내의 항원은 항체에 결합하고, 그후, 제 2 항체-프로브 복합체가 항원에 결합된다. 이들 종래 기술 평가 방법에서, 일반적으로 한번 이상의 세척 단계가 필요하다. 세척 단계는 평가 절차를 복잡하게 하고, 생물학적으로 유해한 액상 폐기물을 생성할 수 있다. 따라서, 어떠한 세척 단계도 필요로하지 않고, 일회용 장치로서 한번 사용하기에 적합한 면역 평가를 수행하기 위한 장치를 개발하는 것이 유리하다.
본 발명에 따라서 어떠한 세척 단계도 필요로하지 않고, 어떠한 액상 폐기물도 생성하지 않는 정량적인, 저가의 일회용 면역센서가 제공된다. 특정 실시예의 면역센서에서, 사용자에게 어떠한 타이밍 단계도 필요하지 않으며, 센서는 넓은 운동학적 범위에 걸쳐 항원-항체 상호작용을 하도록 쉽게 적응될 수 있다. 양호한 실시예의 센서는 다수의 잠재적 장점을 가진다. 이런 센서는 내부에 포함된 지지부 또는 반응 챔버의 단지 일부분 상에서, 및/또는 단일 단계로 시약이 증착될 수 있기 때문에 제조가 보다 단순할 수 있다.
센서는 의사-항원-프로브 복합체, 변형-항원-프로브 복합체 또는 항원-프로브 복합체를 사용할 수 있다. 여기서 사용되는 용어 "의사-항체"는 넓은 용어이며, 통상적인 의미로, 관심 항원만큼 강하지 않고 부동(immobilized) 항체에 결합하는 관심 항원 이외의 항원을 비제한적으로 포함한다. 프로브에 대한 결합에 의해서, 관심 항원과 같거나 다를 수 있는 항원-프로브 복합체의 항원은 미결합 상태의 항원에 결합하지만, 관심 항원만큼 강하지는 않다. 양호한 실시예는 주로 의사 항원에 관하여 설명되어 있지만, 항원 프로브 복합체 또는 변형 항원이 의사 항원을 대체할 수 있다.
정확한 비율이 통상적으로 시약 투입률 및 표면 밀도를 제어함으로써 성취 되는 종래 기술과는 달리, 항원 프로브, 변형 항원 프로브 또는 의사 항원 프로브가 센서의 제조 동안 항체에 결합할 때, 정확한 비율이 자동으로 달성될 수 있기 때문에, 반응 챔버내의 항원 프로브, 변형 항원 프로브 또는 의사 항원 프로브에 대한 항체의 비율이 정확한 것을 보증하는 것이 보다 용이할 수 있다. 또한, 양호한 실시예의 센서는 결합 프로세스가 느리게 이루어지는 보다 느린 면역 반응 운동학에 특히 적합할 수 있다. 센서의 제조시 비인간 의사 항체를 사용하는 것은 센서가 환자의 손가락상의 핏방울과 접촉할 때, 전염성 질병의 전달 가능성을 감소시킬 수 있다.
제 1 실시예에서, 유체 샘플내의 목표 항원을 검출하는데 사용하기 위한 일회용 장치가 제공되며, 이 장치는 반응 챔버, 반응 챔버내에 고정된 부동 항체, 프로브와 리포터 복합체 항원을 포함하는 리포터 복합체, 검출 챔버, 반응 챔버로의 유체 도입부, 및 반응 챔버와 검출 챔버 사이의 샘플 통로를 포함하며, 프로브는 리포터 복합체 항원에 링크되고, 리포터 복합체 항원은 부동 항체에 결합되며, 리포터 복합체 항원은 부동 항체에 대하여 목표 항원 보다 덜 강하게 결합한다.
제 1 실시예의 양태에서, 리포터 복합체 항원은 목표 항원, 의사 항원 또는 변형 항원일 수 있다. 프로브는 방사성 동위 원소, 발색물(chromophor) 또는 형광물(chromophor)을 포함할 수 있다.
제 1 실시예의 양태에서, 프로브는 포도당 탈수소 효소 같은 효소를 포함할 수 있다. 프로브가 효소일 때, 검출 챔버는 효소 기질, 예로서, 포도당 같은 산화가능한 기질을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 검출 챔버는 디클로로페놀린도페놀 같은 조정자나 복합체를 천이 금속과 질소 함유 헤테로원자성 종 또는 페릭시아니드(ferricyanide) 사이에 추가로 포함될 수 있다. 이 장치는 포스페이트 또는 멜리테이트(mellitate) 같은 샘플의 pH를 조절하기 위한 버퍼를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 장치는 안정제를 포함할 수 있고, 여기서, 안정제는 목표 항원, 리포터 복합체 항원, 효소 및 부동 항체 중 하나 이상을 안정화한다. 효소 기질은 검출 챔버 내면상에 지지될 수 있다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 부동 항체는 반음 챔버 내면상에 지지될 수 있다.
또한, 제 1 실시예의 일 양태에서, 장치는 지지재를 포함한다. 지지재는 검출 챔버내에 수납될 수 있으며, 지지재내에 포함되거나 그 위에 지지된 효소 기질, 조정자, 또는 버퍼 같은 제 1 물질을 포함할 수 있다. 지지재는 반응 챔버내에 수납될 수 있으며, 부동 항체, 리포터 복합체 또는 반응 챔버 내면에 대한 단백질의 비의도적 결합을 방지하는 보조제 같은 제2 물질을 포함할 수 있고, 이는 지지재내에 포함되거나, 그 위에 지지될수 있다. 지지재는 예로서, 폴리올레핀, 폴리에스터, 나일론, 셀룰로스, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리설폰 또는 그 혼합물 같은 폴리머를 포함하는 망상 재료 등의 망상 재료를 포함할 수 있다. 지지재는 폴리올레핀, 폴리에스터, 나일론, 셀룰로스, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리설폰 또는 그 혼합물 같은 폴리머를 포함하는 섬유성 충전 재료 같은 섬유성 충전 재료를 포함할 수 있다. 지지재는 폴리설폰, 폴리비닐리덴, 디플로라이드, 나일론, 셀룰로스 아세테이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크를레이트, 또는 그 혼합물 같은 중합성 재료를 포함하는 대공극(macroporous) 막 같은 대공극막이나, 소결 파우더 같은 다공성 재료를 포함할 수 있다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 검출 챔버는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함한다. 제 1 전극 및 제 2 전극 중 하나 이상은 알루미늄, 구리, 니켈, 크로뮴, 강철, 스테인레스 강, 팔라듐, 백금, 금, 이리듐, 탄소, 바인더와 혼합된 탄소, 인듐 산화물, 주석 산화물, 도전성 폴리머 또는 그 혼합물 같은 재료를 포함한다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 검출 챔버는 프로브에 의해 방출 또는 흡수된 방사선에 대해 투명할 수 있으며, 방사선은 검출 챔버내의 리포터 복합체의 존재 또는 부재의 지표이다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 디바이스는 반응 챔버가 실질적으로 충전된 상태를 검출하는 검출기를 포함한다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 디바이스는 검출 챔버의 말단 단부의 검출 챔버 통기구를 형성하는 천공 수단을 포함한다. 또한, 이 장치는 반응 챔버의 말단 단부에 반응 챔버를 포함한다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 목표 항원은 인간 C-반응성 단백질을 포함한다. 리포터 복합체 항원은 모노머성 C-반응성 단백질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 리포터 복합체 항원은 비인간 종 또는 화학적으로 변형된 C-반응성 단백질로부터 유도된 C-반응성 단백질을 포함할 수 있고, 화학적으로 변형된 C-반응성 단백질의 항체에 대한 친화도가 항체에 대한 인간 C-반응성 단백질의 친화도 보다 작다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 반응 챔버의 벽 또는 검출 챔버의 벽은 폴리에스터, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 또는 그 혼합물 같은 재료를 포함한다. 또한, 반응 챔버의 벽 또는 검출 챔버의 벽은 티타늄 이산화물, 탄소, 실리카, 글래스 및 그 혼합물 같은 충전재를 포함할 수 있다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 프로브는 플라빈 모노뉴클레오티드, 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드, 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 또는 피롤로퀴놀린 퀴논 같은 효소 보조인자(co-factor)를 포함한다. 효소 보조인자는 가요성 스페이서를 통해 리포터 복합체 항원에 링크될 수 있다. 또한, 검출 챔버는 효소 기판 또는 애포 효소를 포함할 수 있다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 프로브는 키나제 또는 포스포릴라아제 같은 효소 활성도 규제자를 포함한다. 또한, 검출 챔버는 효소 기질이나 효소를 포함할 수도 있다.
제 1 실시예의 일 양태에서, 프로브는 다중 서브유니트 효소의 일부인 단백질 서브유니트를 포함한다.
제 2 실시예에서, 유체 샘플내의 목표 항원의 양을 결정하는 방법이 제공되고, 이 방법은 리포터 복합체 항원에 링크된 프로브를 포함하는 리포터 복합체와 부동 항체를 포함하는 반응 챔버내에 유체 샘플을 배치하는 단계를 포함하고, 항체는 반응 챔버내에 고정되고, 리포터 복합체 항원은 부동 항체에 결합하며, 리포터 복합체 항원은 부동 항체에 대해 목표 항원 보다 덜 강하게 결합되며; 부동 항체로부터 샘플 유체내로 리포터 복합체 항원의 일부를 분리시키는 단계와, 목표 항원의 일부를 부동 항체에 결합시키는 단계와, 유체 샘플을 검출 챔버로 전달하는 단계 및 유체 샘플내의 리포터 복합체의 양을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 리포터 복합체의 양은 유체 샘플내의 최초의 목표 항원의 양을 나타낸다.
제 2 실시예의 일 양태에서, 유체 샘플을 검출 챔버로 전달하는 단계는 제 1 전극 및 제 2 전극을 가지는 전기화학 셀에 유체 샘플을 전달하는 것을 포함한다. 또한, 유체 샘플내의 리포터 복합체의 양을 결정하는 단계는 전기화학 셀내의 제 1 전극 과 제 2 전극 사이에 전위를 적용하는 것 및 전류를 측정하는 것을 포함하고, 전류는 유체 샘플내에 존재하는 리포터 복합체의 양을 나타내고, 리포터 복합체의 양은 목표 항원의 양을 나타낸다.
제 2 실시예의 일 양태에서, 유체 샘플을 검출 챔버에 전달하는 단계는 전자기 방사선 투과부를 포함하는 검출 챔버에 유채 샘플을 전달하는 것을 포함한다. 유체 샘플내의 리포터 복합체의 양을 결정하는 단계는 전자기 방사선 투과부를 전자기 방사선에 노출시켜 전자기 방사선이 유체 샘플을 통과 또는 유체 샘플로부터 반사되게 하는 것과, 전자기 방사선이 유채 샘플을 통과 또는 유체 샘플로부터 반사된 이후에, 전자기 방사선의 특성을 모니터링하는 것을 포함하고, 이 특성은 유체 샘플내에 존재하는 리포터 복합체의 양을 나타내고, 리포터 복합체의 양은 목표 항원의 양을 나타낸다.
하기의 설명 및 실시예는 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 예시한다. 본 기술 분야의 숙련자는 그 범주에 포함되는 본 발명의 다양한 변형 및 변용을 인지할 것이다. 따라서, 양호한 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다.
반응 챔버 및 검출 챔버의 두 챔버를 포함하는 센서 스트립이 제공된다. 샘플은 반응 챔버내에 수용되고, 샘플의 성분들은 면역 반응을 받게 된다. 면역 반응의 하나 이상의 생성물이 반응 챔버내에서 검출되어 샘플내에 존재하는 항원을 정량한다. 반응 챔버 및 검출 챔버는 샘플이 반응 챔버로부터 검출 챔버로 유동할 수 있도록 배열된다.
면역 반응이 반응 챔버내에서 이루어진 이후에, 적어도 일부의 반응된 샘플은 검출 챔버에 전달되고, 프로브의 존재는 결과를 획득하도록 검출 및 분석된다. 검출 챔버가 충분히 충전되도록 충분한 샘플이 전달, 즉, 프로브의 존재가 검출되고, 사용된 검출 방법에 의해 분석되도록 충분한 샘플이 검출 챔버에 전달되는 것이 적합하다.
반응 챔버는 그 내부에 부동 상태가된 관심 항원에 대한 항체를 포함한다. 항체는 챔버 그 자체의 벽상에 부동화될 수 있다. 대안적으로, 항체는 반응 챔버내에 포함된 지지부상에 부동상태가될 수 있다. 적합한 지지부는 섬유성 재료, 대공극 재료, 분말형 재료 또는 특히 양호한 실시예에서는 항체를 지지하기 위해 본 기술 분야에 일반적으로 공지된 것 같은 재료의 비드를 비제한적으로 포함한다.
양호한 실시예에서, 부동화된 항체는 프로브에 링크된 "의사-항원"으로서 지칭되는 것에 결합된다. 의사 항원 프로브는 부동 항체에 결합되지만, 관심 항원 만큼 강하지 않다. 예로서, 검출되는 항체가 인간 단백질인 경우에, 이때, 적절한 의사 항원 프로브는 프로브에 링크된 개 단백질 또는 돼지 단백질 같은 동물의 것인 동일 단백질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 인간의 것인 단백질에 대한 항체는 반응 챔버내에 부동화되고, 적절한 프로브에 링크된 동물의 것인 단백질은 부동화된 항체에 연결되어 항체-의사-항원-프로브 복합체를 형성한다.
샘플이 반응 챔버를 충전할 때, 항체에 비교적 약하게 결합되어 있기 때문에, 의사-항원-프로브중 일 부분은 용액으로 분리된다. 일부 자유 항체 결합 위치를 남기고, 결합된 의사-항원-프로브와 자유 의사-항원-프로브 사이에 동적 평형이 존재한다. 용액내에 항체가 존재하는 경우에, 이때, 이는 의사-항원-프로브에 우선하여 자유 항체 결합 위치에 강하게 결합하며, 그래서, 용액 내에 의사-항원-프로브를 남기게 된다. 이 프로세스는 실질적으로 샘플내의 모든 항원이 항체에 결합되고, 동일량의 의사 항원 프로브가 용액내에 유리(free)될 때까지 계속된다. 따라서, 부동 항체에 결합된 각 항원은 하나의 의사 항원 프로브를 용액내로 이동시키게 된다.
샘플내의 모든 또는 사전설정된 분률(fraction)의 항원이 부동 항체에 결합되었을 때, 용액내의 의사-항원-프로브의 농도는 샘플내의 항원의 원래 농도를 반영한다. 양호한 실시예에서, 유리 및 결합 의사 항원 프로브간의 평형은 용액내의 항원이 의사 항원 프로브에 우선하여 항체에 대한 결합을 종결하는 것을 보증하는 것에 의존한다. 그러므로, 목표 항원 보다 항체에 보다 약하게 결합하는 의사 항원 프로브가 사용되지만, 특정 종래 기술의 방법에서와 같이 샘플 도입 이전에 항체로부터 의사 항원 프로브를 물리적으로 제거할 필요는 없다. 면역 반응이 이루어진 이후에, 항체로부터 자유로와진 소정의 의사 항원 프로브를 포함하는 액체 샘플이 검출 챔버에 전달된다. 검출 챔버에서, 샘플내에 존재하는 의사 항원 프로브의 농도가 측정되고 결과가 얻어진다.
결합 및 유리 의사 항원 프로브가 용액내에서 평형에 도달하는 결과로서, 샘플내에 항원이 없는 경우에도 소량의 의사 항원 프로브가 용액내로 분리될 수 있다. 이것이 발생하는 경우에, 이때, 이 유리 의사 항원 프로브로 인해 검출 챔버 내에서 생성된 신호는 배경 신호로서 처리되어야 하며, 이는 분석 절차의 일부로서 항원 농도 결과치로부터 차감된다.
그 전체를 본원에서 참조하고 있는 2000년 7월 14일자 동시 계류 출원 제 09/616,433호에는 링크된 면역 반응 및 검출 챔버를 가지는 면역 평가 스트립이 설명되어 있다. 반응 챔버내의 표면상에 부동화된 항체와 초기에 복합되어 있는 의사 항원 프로브를 채용하는 여기에 설명된 센서와는 달리, 출원 제 09/616,433호의 센서에서는 반응 챔버내로의 샘플의 도입 이전에 항체가 일 표면상에 부동화되고, 항원 프로브가 반응 챔버의 다른 표면상에 부동화된다. 샘플이 반응 챔버내로 도입될 때, 항원 프로브는 용액내로 분리되고, 항체 위치를 위해 샘플내에서 항원과 경쟁한다. 출원 제 09/616,433호의 센서의 사용 방법은 항원 프로브에 우선하여 항체에 대하여 항원이 결합(먼저 그 위치를 점유함으로써)하는 것을 보증하기 위해 주로 운동학적 인자들에 의존한다. 그러므로, 반응 챔버내의 항체로부터 항원 프로브를 공간적으로 제거하여야할 필요성이 있으며, 센서는 항원과 항체 프로브가 항체에 대해 동일한 강도로 결합할 때 기능할 수 있다.
양호한 실시예에서, 센서는 단일 단계이며, 비세척식 면역센서이다. 센서는 한번 사용하는, 일회용 장치이며, 이는 반응 챔버와 검출 챔버를 이용한다. 소정의 적절한 검출 방법이 사용될 수 있다. 적절한 검출 방법은 예로서, 색상의 발현이 관찰되는 시각적 검출, 또는 반사 또는 투과광이 사용되어 광 흡수율의 변화를 측정하는 분광 검출을 포함한다. 양호한 실시예에서, 검출 방법은 전기화학적이며, 면역 반응의 생성물에 관련한 전류 또는 전위가 측정된다.
유체 샘플의 전기화학 측정치를 획득하기 위한 방법 및 장치는 본 명세서에서 그 전체를 참조하고 있는 2000년 7월 14일자로 출원된 동시 계류 미국 특허 출원 제 09/616,556호에 추가로 설명되어 있다.
다양한 테스트 스테이지, 즉, 반응 스테이지 및 검출 스테이지의 타이밍은 수동으로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 타이밍은 반응 챔버 및/또는 검출 챔버가 충전될 때 생성되는 트리거 신호에 응답하여 자동으로 이루어질 수 있다.
전기화학 검출과 함께 사용되기에 적합한 센서의 실시예가 도 1 및 도 2와 도 3 및 도 4에 예시되어 있다. 도 1은 센서 스트립의 제 1 실시예의 상면도이고, 도 2는 반응 챔버와 검출 챔버의 세부를 도시하는 단면도이다. 도 3은 센서 스트립의 제 2 실시예의 상면도이고, 도 4는 반응 챔버 및 검출 챔버의 세부를 도시하는 단면도이다.
센서
본 발명의 면역센서는 전기화학 포도당 감지 장치(예로서, 본 명세서에서 전문을 참조하고 있는 미국 특허 5,942,102호 참조)를 제조하는데 사용되는 바와 같은 널리 공지된 박층(thin layer) 장치 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 이런 기술은 특정 변형들과 함께 비전기화학 검출 방법을 활용하는 면역센서를 제조하기 위해서도 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2와 도 3 및 도 4에 예시된 면역센서의 양호한 실시예에서, 검출 챔버는 전기화학 셀을 포함한다. 면역센서는 본 기술 분야에 널리 공지된 바와 같은 박층 센서 제조 방법에 따라 적절한 형상의 재료의 다양한 박층을 조립함으로써 제조될 수 있다. 일반적으로, 제조 프로세스는 상단층과 저면층 사이에 하나 이상의 스페이서 층들을 개재하는 것을 수반한다.
양호한 실시예에서, 센서(20)는 효소, 예로서, 포도당 산화효소 또는 포도당 탈수소 효소를 프로브로서 사용하는 전기화학 셀(28)이고, 도 1에 이런 센서(20)의 상면도가, 도 2에 A-A'선을 따른 센서의 단면도가 도시되어 있다. 반응 챔버(22) 및 검출 챔버(28)는 전기 저항 재료(36)의 시트를 통해 연장하는 개구를 형성함으로써 제조된다. 개구는 반응 챔버(22)와 검출 챔버(28) 양자 모두의 측벽과 이 두 챔버(22, 28) 사이의 샘플 통로(38)를 형성하도록 성형된다. 반응 챔버(22)의 기단 개구(24)로부터 박판(37)의 가장자리까지 연장시킴으로써, 샘플 도입부(24)도 형성된다. 일 실시예에서, 박판(36)의 두께는 반응 챔버(22)와 검출 챔버(28)의 전체 높이를 형성하고, 이들은 동일하다. 다른 실시예에서, 반응 챔버(22)의 높이는 검출 챔버(28)의 것 보다 크다. 검출 챔버(28) 보다 큰 높이의 반응 챔버(22)는 다수의 박판(32, 34, 36)을 함께 적층함으로써 제조된다. 층의 중간 박판(36)은 상술한 바와 같이, 반응 챔버(22)와 검출 챔버(28) 양자 모두의 측벽(74, 76)을 형성하는 개구를 구비한다. 이 중간층(36)은 둘 이상의 부가층(32, 34) 사이에 개재되며, 부가층(32, 34)은 반응챔버(22)만의 측벽(74)을 형성하는 개구를 가지고, 그에 의해 층(32, 34)은 검출 챔버(28)의 단부벽(60, 62)을 형성한다. 본 실시예에서, 검출 챔버의 단부벽(60, 62)은 후술한 바와 같이 제조될 수 있는 전극(52, 54)을 포함한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 항체(44)는 반응 챔버(22)의 저면(40)에 부착된다. 의사 항원 프로브(50)는 항체(44)에 복합된다. 항체는 반응 챔버내의 소정의 적합한 표면에 부착, 예로서, 반응 챔버(22)내의 지지부의 표면상에 또는 벽에 부착될 수 있다.
제 1 얇은 전극층(52)이 검출 챔버(28)를 형성하고, 단부벽(60)을 형성하는 개구 위로 연장하는, 전기 저항 재료의 박판의 일 측면(70)상에 형성 또는 장착된다. 층(52)은 예로서, 접착제에 의해 박판(36)에 부착될 수 있다. 적합한 접착제는 예로서, 열 활성화 접착제, 압력 감지 접착제, 열 경화 접착제, 화학 경화 접착제, 고온 용융 접착제, 고온 유동 접착제 등을 포함한다.
전극층(52)은 예로서, 알루미늄, 구리, 니켈, 크로뮴, 강철, 스테인레스강, 백금, 팔라듐, 탄소, 바인더와 혼합된 탄소, 인듐 산화물, 주석 산화물, 혼합된 인듐/주석 산화물, 금, 은, 이리듐, 그 혼합물, 폴리피롤 또는 폴리아세틸렌 같은 도전성 폴리머 등이 적합한 재료로 전기 저항 재료(32)의 박판을 코팅(예로서, WO97/18464호에 기술된 바와 같은 스퍼터링 코팅, 스크린 프린팅 또는 소정의 다른 적절한 방법에 의해)함으로써 제조될 수 있다. 전극(52)이 전자 화학 셀의 캐소드로서 사용되는 경우에, 이때 적절한 재료는 예로서, 알루미늄, 구리, 니켈, 크로뮴, 강철, 스테인레스 강, 백금, 팔라듐, 탄소, 바인더와 혼합된 탄소, 인듐 산화물, 주석 산화물, 혼합된 인듐/주석 산화물, 금, 은, 이리듐, 그 혼합물, 폴리피롤이나 폴리아세틸렌 같은 도전성 폴리머 등을 포함한다. 전극(52)이 전기화학 셀내의 아노드로서 사용되거나, 센서 제조 또는 저장 동안 산화 물질과 접촉하는 경우에, 이때, 적합한 재료는 예로서, 백금, 팔라듐, 탄소, 바인더와 혼합된 탄소, 인듐 산화물, 주석 산화물, 혼합된 인듐/주석 산화물, 금, 은, 이리듐, 그 혼합물, 폴리피롤 또는 폴리아세틸렌 같은 도전성 폴리머 등을 포함한다. 전극(52, 54)으로서 사용하기에 적합한 재료는 센서(20)내에 존재하는 시약과 공존, 즉, 선택 가능성 또는 센서 제조 및 저장 동안 시약과 화학적으로 반응하지 않는다.
제 2 얇은 전극층(54)은 마찬가지로 검출 챔버(28)를 형성하는 개구 위로 연장하는 전기 저항 재료(36)의 대향 측면(72)상에 장착되어 제 2 단부벽(62)을 형성한다. 본 실시예에서, 불활성의 전기 절연층(36)이 전극 지지기판(32, 34)을 분리시킨다. 절연층(36)은 소정 분리로 층(32, 34)을 유지하는 것이 적합하다. 이 분리는 예로서, 약 500미크론 이하로 충분히 작게 제공되면, 전극(52, 54) 사이에 흐르는 전류는 사용된 검출 시간에 비해 적절히 짧은 시간 이후에 감소된 조정자의 농도에 직접적으로 비례한다. 본 실시예에서, 전류 상승률은 효소 반응률에 직접적으로 관련되며, 따라서, 효소 존재량에 직접적으로 관련된다.
특정 실시예에서, 대향 관계 이외의 전극 구성, 예로서, 나란한 관계, 또는 평행하지만 편위된 관계가 적합할 수 있다. 전극은 크기가 동일하거나 유사 하거나 또는 다른 크기 및/또는 다른 형상일 수 있다. 전극은 동일한 도전성 재료 또는 서로 다른 재료를 포함할 수 있다. 전극 구조, 간격 및 구성이나 제조의 다른 변형은 본 기술 분야의 숙련자들에게 명백하다.
양호한 실시예에서, 전극층(52, 54)은 500,450, 400, 350, 300, 250 또는 200 미크론 이하의 거리로, 보다 적합하게는 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 미크론 내지 약 75, 100, 125, 150 또는 175 미크론의 거리로 평행하게 대향한 관계로 장착된다. 그러나, 특정 실시예에서, 전극 간격은 500 미크론 이상, 예로서, 600, 700, 800, 900 또는 1000 미크론이거나, 심지어 1, 2, 3, 4, 또는 5mm 이상인 것이 적합할 수 있다.
검출 챔버 또는 반응 챔버의 체적은 일반적으로 약 0.3마이크로리터 이하 내지 약 100마이크로리터 이상, 적합하게는, 약 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9 마이크로리터 내지 약 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 또는 90 마이크로리터, 가장 적합하게는 약 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 또는 5마이크로리터 내지 약 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 또는 18 마이크로리터이다. 그러나, 특정 실시예에서, 반응 챔버 및 검출 챔버 중 하나 또는 양자 모두에 보다 크거나 보다 작은 체적이 적합할 수 있다.
검출 챔버(28)내의 전극(54, 52)은 접속 단부(66)를 통해 측정계(미도시)와 전기 접속되어 배치될 수 있다. 커넥터(미도시)가 도전 트랙(미도시)을 경유하여 검출 챔버(28)내의 전극(54, 56)과 전기접속된다. 도 1에 예시된 양호한 실시예에서, 이들 도전 트랙은 32 및 34의 내면상에 코팅된 도전체(52, 54)의 막의 연장부로 구성된다. 접속 영역(66)과 접속하는 측정계는 검출 챔버(28)내의 전극(52, 54) 사이에 전위를 적용하고, 생성된 전기 신호를 분석하고, 응답을 디스플레이하고, 선택적으로 메모리 내에 이 응답을 저장하고, 선택적으로 저장된 응답을 프린터나 컴퓨터 같은 외부 장치에 전달할 수 있다.
전기화학 검출을 사용하는 다른 실시예에서, 검출 챔버의 하나 또는 양 경계면상의 도전성 재료의 스트립이 사용되고, 둘 이상의 전극, 즉, 감지 전극 및 상대/기준 전극을 가진다.
전위차 검출 방법을 사용할 때, 측정계는 감지 전극 및 기준 전극 사이의 전위차를 측정할 수 있지만, 전극 사이에 전위를 인가할 필요는 없다.
시각적 검출 또는 반사도 분광기가 사용되는 검출 방법인 실시예에서, 층(32, 46) 및/또는 층(34, 42)은 관찰되는 방사선의 파장에 투명하다. 시각적 검출의 경우에, 검출 챔버(28)내의 단순한 색상 변화가 관찰된다. 반사도 분광기의 경우에, 검출 방사선은 층(32 및 46) 및/또는 층(34 및 42)을 통해 빛나고, 검출 챔버(28)내의 용액으로부터 반사된 방사선이 분석된다. 검출 방법으로서 투과성 분광기의 경우에, 층(32, 46, 34 및 42)은 선택 파장의 방사선에 대해 투명하다. 방사선은 검출 챔버(28)내의 샘플을 통해 빛나고, 빔의 감쇄가 측정된다.
양호한 실시예에서, 층(36)은 그 상부면(70) 및 하부면(72)상에 코팅된 접착제층을 가지는 기판을 포함한다. 층(36)의 기판에 적합한 재료의 예는 폴리에스터, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리올레핀 및 적합하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 이들은 천연 재료일 수 있거나, 양호한 광학적 또는 기계적 특성을 부여하기 위해 적합한 충전재로 충전될 수 있다. 충전재로서 적합한 재료의 예는 티타늄 이산화물, 탄소, 실리카 및 유리를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 적합한 접착제의 예는 압력 감지 접착제, 열 및 화학 경화 접착제 및 고온 용융 및 고온 유동 접착제이다. 대안적으로, 스페이서층 그 자체는 적합한 접착제로 구성될 수 있다.
샘플 도입부(24)가 제조 프로세스 이전에 미리 형성되어 있지 않은 경우에, 이때, 예로서, 반응 챔버(22)와 교차하는 장치(20)의 가장자리(37)에 노치(미도시)를 형성함으로써 제공되게 된다.
도 1의 점선 원은 층(32, 34 및 36)을 천공하고, 층(42, 46)을 천공하지 않은 개구(30)를 나타내고, 층(34)내의 개구는 검출 챔버(28)내로 개방되어 있다. 층(42, 46)이 최초에 천공되어 있지 않기 때문에, 검출 챔버(28)의 대기에 대한 개구는 단지 반응 챔버(22)내로 개방하는 샘플 통로(38)뿐이다. 따라서, 반응 챔버(22)가 샘플로 채워질 때, 검출 챔버(28)로의 샘플 통로(38)가 차단된다. 이는 검출 챔버(28)내의 공기를 포획하고, 실질적으로 샘플과 함께 충전되지 않도록 한다. 샘플이 최초로 검출 챔버(28)에 대한 개구(38)에 접촉할때와 개구(38)의 원단측(far side)과 접촉할 때 사이의 시간 동안 소량의 샘플이 검출 챔버(28)로 들어간다. 그러나, 샘플이 검출 챔버(28)에 대한 개구(38)를 완전히 횡단하고 나면, 검출 챔버(28)의 충전은 더 이상 이루어지지 않는다. 반응 챔버(22)의 체적은 일반적으로 검출 챔버(28)의 체적과 적어도 갖고 바람직하게는 그 보다 크도록 선택된다. 통기구(30)를 대기중으로 개구시킴으로써, 샘플은 검출 챔버(28)를 충전하도록 운반되게 된다. 통기구는 측정계내의 솔레노이드에 연결된 니들에 의해 개방될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 다른 실시예의 면역센서(100)는 하기와 같이 제조된다. 유사한 두께의 제 1 성형층(112) 및 제 2 성형층(114)이 각각 저면층(116) 위에 배치된다. 제 1 스페이서층(112)은 형상이 직사각형이고, 저면층(116)의 기단 가장자리(118)에 배치된다. 제 2 스페이서 층(114)은 또한 형상이 직사각형이고, 제 1 스페이서층(112)으로부터 거리를 두고 저면층(116)상에 배치된다. 제 1 스페이서층(116)의 말단 가장자리(120) 및 제 2 스페이서층(114)의 기단 가장자리(122)는 반응 챔버(124)의 측벽의 부분(120, 122)을 형성한다. 저면층(116)은 반응 챔버(124)의 저면벽(126)을 형성한다. 항체(164)는 반응 챔버(124)의 저면(126)에 부착된다. 항원 프로브 또는 의사 항원 프로브(162)는 부착된 항체(164)에 결합된다.
제 1 성형 스페이서층(112)과 형상이 유사한 제 3 성형 스페이서층(128)은 제 1 성형 스페이서층(112)의 위에 배치된다. 제 4 스페이서층(130)은 스페이서층(130)의 중앙을 향해 스페이서층(130)의 기단 단부(134)를 통해 연장하는 슬릿(132)을 가진다. 제 4 스페이서층(130)은 기단 단부(122, 134)가 정렬된 상태로 제 2 성형 스페이서층(114) 위에 배치된다. 제 4 스페이서층의 슬릿(132)은 검출 챔버(132)의 측벽(미도시)을 형성한다. 제 4 스페이서층(130)의 슬릿(132)에 의해 노출된 제 2 스페이서층의 부분(138)은 검출 챔버(132)의 저면(138)을 형성한다. 슬릿(132)의 기단 단부(140)는 반응 챔버(124)와 검출 챔버(132) 사이에 통로(140)를 형성한다. 제 4 스페이서층(130)의 기단 단부(134)는 반응 챔버(125) 의 측벽의 일부(134)를 형성한다.
제 1 성형 스페이서층(112) 및 제 3 성형 스페이서층(128)과 형상이 유사한 제 5 성형 스페이서(142)는 제 3 스페이서층(128) 위에 배치된다. 제 2 성형 스페이서층(114)과 유사한 제 6 성형 스페이서층(144)은 기단 단부(146, 122)가 정렬된 상태로 제 4 성형 스페이서층(130)위에 배치된다. 제 4 스페이서층(130)내의 슬릿(132)에 의해 노출된 제 6 스페이서층의 부분(170)은 검출 챔버(132)의 상단(170)을 형성한다. 개구(148)는 제 6 성형 스페이서층(144)을 통해 연장한다. 개구(148)의 말단 단부(150) 및 슬릿(132)의 말단 단부(152)는 정렬된다. 개구(148)는 통기구(154)의 측벽의 일부(150)를 형성하여 샘플로 채워질 때 검출 챔버(132)로부터 공기의 이동을 허용한다. 상단층(156)은 제 5 스페이서층(142)과 제 6 스페이서층(144) 위에 끼워진다. 또한, 상단층(156)은 제 6 성형 층(144)내의 개구(148)와 정렬하여, 유사한 크기 및 형상의 개구(158)를 포함한다.
특정 실시예에서, 반응 챔버(124)내에서 면역 반응이 진행되기 위한 시간을 허용하기 위해서, 반응 챔버(124)에 샘플이 충전된 이후의 소정 시간까지 검출 챔버(132)의 충전을 지연시키는 것이 적합하다. 이들 실시예에서, 이는 면역 반응의 완료 이후, 층(116 및/또는 156)내에 통기구 구멍(158)을 형성함으로써 달성된다. 반응 챔버(124)가 샘플로 충전되었을 때, 공기는 검출챔버(132)내에 포획되고, 이는 샘플과 함께 공기가 충전되는 것을 방지한다. 샘플이 반응 챔버(124)에 충전된 이후 적절한 시간에, 상단층(156) 및 저면층(116) 중 하나 이상이 통기구 구멍(148)의 위 또는 통기구 구멍(154)의 아래에서 니들 또는 칼날 같은 적절한 장치에 의해 천공될 수 있다. 이것이 이루어질 때, 검출 챔버(132)내의 공기는 개구(148 또는 154)를 경유하여 층(116 및/또는 156)내에 형성된 구멍(148) 또는 구멍(154)을 통해 배기될 수 있고, 따라서, 배기되는 배출 공기 및 모세관 작용에 의해 샘플이 반응 챔버(124)로부터 검출 챔버(132)내로 흡인될 수 있게 한다.
검출 챔버(132)의 높이는 일반적으로 챔버(132 및 124)의 면의 표면 에너지와 조합하여, 검출 챔버(132)내의 모세관력이 반응 챔버(124)내의 것 보다 커지도록 반응 챔버(124)의 높이 보다 작도록 선택된다. 검출 챔버(132)내의 보다 강한 모세관력은 반응 챔버(124)를 비우면서 검출 챔버(132)내로 샘플을 흡인하도록 기능한다. 챔버를 충전하기 위해 모세관력의 편차를 사용하는 이 방법은 2000년 3월 27일자로 출원된 동시계류 출원 제 09/536,234호에 상세히 기술되어 있다.
양호한 실시예에서, 반응 챔버의 높이는 통상적으로 검출 챔버의 높이 보다 크다. 반응 챔버의 높이는 통상적으로 약 500 미크론 이하, 바람직하게는 약 450, 400, 350, 300, 250 미크론 이하, 보다 바람직하게는 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 미크론 내지 약 75, 100, 125, 150, 175 또는 200 미크론이다. 이들 검출 챔버 높이는 검출 챔버의 상단 및 저면 벽이 전극층을 포함하는 응용에 특히 적합하다. 그러나, 셀 높이가 약 500미크론 보다 큰 것이 적합할 수 있는 전기화학 검출이 사용되는 특정 실시예가 존재할 수 있다. 또한, 이들 검출 챔버 높이는 전자 화학 검출 이외의 검출 방법이 사용될 때 적합할 수 있다. 예로서, 광학 검출법 같은 다른 검출 방법이 사용될 때, 서로 다른 셀 높이가 적합할 수 있다. 이런 실시예에서, 약 600, 700, 800 또는 900 미크론 이상 또는 심지어 약 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 또는 5mm 이상의 셀 높이가 적합할 수 있다. 반응 챔버의 높이는 일반적으로 검출 챔버의 높이 보다 크다. 그러나, 특정 실시예에서, 검출 챔버와 유사하거나 동일한 높이, 또는, 심지어 검출 챔버 보다 작은 높이를 가지는 반응 챔버를 사용하는 것이 적합할 수 있다. 검출 챔버 높이는 일반적으로 약 5 미크론 이하 내지 약 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 또는 5mm 이상, 적합하게는 약 900, 800, 700, 600 또는 500 미크론 이하, 보다 적합하게는 약 450, 400, 350, 300 또는 250 미크론 이하, 그리고, 가장 적합하게는 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 미크론 내지 약 75, 100, 125, 150, 175, 200 또는 250미크론이다.
면역센서(100)가 전기화학 센서(100)일 때, 제 2 스페이서층(138)의 상단 표면과, 제 4 스페이서층(130)내의 슬릿(132)에 의해 노출된 제 6 스페이서층(144)의 저면 표면(160)은 부분적으로 또는 완전히 도전성 재료로 피복될 수 있다. 대안적으로, 층(114 및 144)은 그 자체가 전기 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 두 도전층(미도시)과 측정계(미도시) 사이의 전기 접속은 검출 챔버내에서 전기화학 측정이 수행될 수 있게 한다.
제조 방법
예시의 목적으로, 양호한 실시예의 센서의 제조의 세부사항들이 도 3 및 도 4에 도시된 센서를 참조로 설명된다. 센서 스트립(100)은 통상적으로 함께 적층된 재료의 층으로 구성된다. 하나 이상의 스페이서층들(128, 130)이 층(142, 144)으로부터 떨어져 층(112, 114)을 이격시키기 위해 사용된다. 스페이서층은 층(112, 128, 142) 및 층(114, 130, 144)이 함께 유지될 수 있게 하도록 접착면을 가진다. 대안적으로, 스페이서층 그 자체가 접착제로 구성되거나, 적층 방법에서 열 및/또는 압력의 적용에 의해 인접 층들에 접착될 수 있는 재료를 포함할 수 있다.
검출 챔버(132)는 층(114, 144)이 공간의 단부벽을 형성하고, 층(128, 130)의 두께가 높이를 형성하는 모세관 공간이다. 층(114 및 144)은 또한 전기 도전성 재료로 구성되어 그 자체가 전극으로서 작용할 수 있거나 전기화학 셀의 전극을 형성하는 전극 코팅(미도시)을 위한 기판으로서 기능할 수 있다. 구성시, 검출 챔버(132)는 통상적으로 천공에 의해, 또는 다른 방법으로 층(130)의 일부를 제거함으로써 형성된다. 또한, 층(130)의 컷아웃부는 전기화학 셀의 전극 영역을 형성하도록 기능할 수 있다.
반응 챔버(124)는 천공 또는 기타의 방식으로 스페이서층의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있고, 제거된 영역은 반응 챔버가 검출 챔버(132)와 중첩하고, 따라서, 검출 챔버(132)가 반응 챔버(124)내로 개구하게 되도록 이루어진다. 층(116, 156)은 그후 각각 층(112, 114) 및 층(142, 144)의 외면에 적층되어 반응 챔버(124)의 단부벽(126, 174)을 형성할 수 있다. 층(112, 114) 및 층(142, 144)상에 층(116, 156)의 적층 이전에 또는 이후에, 층(116 및/또는 156)의 내면(126 및/또는 174)상으로 면역 화학제(164, 162)가 코팅될 수 있다. 층(116, 156)은 각각층(112, 114) 및 층(142, 144)의 외면 또는 층(116 및 156)의 내면상의 접착제층에 의해 각각 층(112, 114) 및 층(142, 144)에 접착될 수 있다.
통기구(148 및/또는 154)는 층(114, 130, 144)을 통해 구멍을 천공함으로써 적합하게 형성될 수 있다. 스트립 제조 공정의 단순화의 관점에서, 반응 챔버(124) 및/또는 검출 챔버(132)를 위한 컷아웃부가 형성되는 것과 동시에 통기구(148 및/또는 154)를 형성하는 것이 특히 유리하며, 그 이유는 이것이 챔버와 통기구 사이의 재현가능한 공간적 관계를 보다 쉽게 달성할 수 있고, 공정 단계의 수도 감소시키기 때문이다.
다른 실시예에서, 통기구(148, 154, 158)는 층(114, 116, 130, 144 및 156)을 관통 천공하여 형성되고, 이렇게 형성된 구멍의 양 단부 위에 부가적인 테이프층(미도시)을 적층시킴으로써 형성될 수 있다. 이는 층(116, 156) 및 통기구 구멍을 덮는 테이프층(미도시)의 특성을 별개로 최적화할 수 있다는 장점을 가진다. 대안적으로, 통기구(148, 154, 158)는 층(116 또는 156) 각각의 적층 이전에 층(114, 130, 144 및 116 또는 156)을 통해 천공함으로써 형성될 수 있다. 이는 스트립(100)의 단 한면에만 개구(158)를 남기고, 따라서, 단 한면을 덮는 테이프가 사용된다.
다른 실시예에서, 층(116 및 156)은 층(116, 156)이 통기구(158)가 형성된 영역을 덮도록 연장되지 않도록 층(114, 144)에 형성 또는 적층될 수 있다. 이때, 통기구(148, 154, 158)를 형성하기 위해 층(114, 130 및 144)을 통과해 천공하는 것만이 필요하며, 이렇게 형성된 구멍의 양 단부 위에 부가적인 테이프층(미도시)이 적층된다.
층은 예로서, 압력 감지 접착제, 경화성 접착제, 고온 용융 접착제, 열 및/또는 압력의 적용에 의한 적층, 기계적 고정구 등의 소정의 적절한 방법에 의해 서로 부착될 수 있다.
센서를 위한 상술한 구성은 본 기술 분야의 숙련자들이 인지할 수 있는 바와 같이, 다수의 가능한 센서의 구성들 중 단지 두 개이다. 예로서, 통기구는 스트립의 상단, 스트립의 저면, 스트립의 상단과 저면 양자 모두를 통해 제공될 수 있거나, 스트립의 하나 이상의 측면을 통해 제공될 수 있다. 통기구는 소정의 적합한 구조로 이루어질 수 있으며, 검출 챔버의 일부내로 직접적으로 연장하거나, 검출 챔버내로의 회로성 경로를 따를 수 있다. 검출 챔버는 소정의 적절한 형상, 예로서, 직사각형, 정사각형, 원형 또는 불규칙형으로 이루어질 수 있다. 검출 챔버는 반응 챔버에 접할 수 있거나, 반응 챔버와 검출 챔버의 사이에 별개의 샘플 통로가 제공될 수 있다. 샘플은 도 3 및 도 4의 센서에서와 같이, 스트립의 양 측면상에서 반응 챔버에 도입될 수 있거나, 도 1 및 도 2에서와 같이, 스페이서에 의해 반대편 측면이 차단된 상태로 스트립의 단지 일 측면을 통해서만 도입될 수 있다. 검출 챔버는 소정의 형상, 예로서, 직사각형, 정사각형, 원형 또는 불규칙형으로 이루어질 수 있다. 검출 챔버는 스트립의 본체내에 수납될 수 있으며, 검출 챔버에 대한 접근은 스트립의 상단, 저면 또는 측면을 통한 하나 이상의 샘플 도입부에 의해 제공될 수 있다. 통상적으로, 예로서, 보다 적은 단계를 수행하거나, 보다 적은 부품을 사용함으로써, 제조 방법이 단순화될 수 있도록 특정 구조가 선택될 수 있다.
전기화학 검출
센서가 전기화학 셀일 때, 전극층, 예로서, 도 1 및 도 2의 센서의 층(52, 54)은 측정 회로내에 센서(20)가 배치될 수 있게 하는 전기 커넥터를 구비한다. 셀(28)내의 전극(52 또는 54) 중 하나 이상은 감지 전극, 즉, 샘플내의 분석시료의 산화된 또는 환원된 형태의 양을 감지하는 전극이다. 감지 전극(52 또는 54)의 전위가 존재하는 분석시료의 레벨을 나타내는 전류측정 센서(20)의 경우에, 기준 전극으로서 작용하는 제 2 전극(54 또는 52)이 존재하고, 이는 기준 전위를 제공하도록 작용한다. 감지 전극 전류가 샘플내의 분석 시료의 레벨을 나타내는 전량 센서(20)의 경우에, 하나 이상의 다른 전극(54 또는 52)이 존재하며, 이는 전기 회로를 완성하도록 상대 전극으로서 기능한다. 이 제 2 전극(54 또는 52)도 기준 전극으로서 기능할 수 있다. 대안적으로, 별도의 전극(미도시)이 기준 전극의 기능을 수행할 수 있다.
면역센서(20)가 전기화학 셀(28)로서 동작하는 경우에, 이때, 반응 챔버(22) 및/또는 검출 챔버(28)를 형성하는 개구를 포함하는 박판(36)은 전기 저항 재료를 포함한다. 적합한 실시예에서 층(32,34)은 또한 전기 저항 재료를 포함한다. 적합한 전기 저항 재료는 예로서, 폴리에스터, 폴리스티렌, 폴리카보네네이트, 폴리올레핀, 그 혼합물 등을 포함한다. 양호한 폴리에스터는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 도 1 및 도 2에 도시된 센서에서, 층(32, 34)은 전기 도전성 재료(52 및 54)가 코팅된 기판이다. 전기 도전성 재료(52, 54)는 검출 챔버(28)에 대면하는 표면(60 또는 62)상에 코팅되고, 접착층(미도시)이 각각 층(42 또는 46)에 대면하는 표면(33 또는 35)상에 코팅된다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 검출 챔버(132)는 전기화학 센서 셀내의 전극으로서 사용하기에 적합한 내면(138, 170)상의 전기 도전성 코팅(미도시)을 갖는다. 또한, 검출 챔버(132)내에는 프로브 효소를 위한 기질 및 필요시, 효소를 그 산화형 및 환원형 사이에서 순환시킬 수 있고, 셀 전극에서 산화 또는환원될 수 있는 산화환원반응 종을 포함한다. 또한, 버퍼가 검출 챔버(132)내의 pH를 제어하기 위해 제공될 수도 있다. 면역센서가 사용될 때, 전극은 예로서, 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 텅 플러그들(tongue pluges) 등의 외부 커넥터(미도시)를 통해 외부 전자 측정계 장치(미도시)에 연결된다. 적합한 커넥터는 2002년 1월 4일자로 출원된 동시 계류 출원 제 60/345,743호 및 1999년 9월 20일자로 출원된 동시계류 출원 제 09/399,512호에 기술되어 있다.
면역센서(20, 100)가 전기화학 검출방법 이외의 검출 방법을 사용하여 동작하는 경우에, 이때, 센서를 구성하는 재료는 전기저항성일 필요가 없다. 그러나, 상술된 중합성 재료는 양호한 실시예의 면역센서를 구성하는데 사용하기에 적합하며, 그 이유는 가공이 용이하고, 비용이 저렴하며, 시약 및 샘플들에 대한 반응성이 없기 때문이다.
광학적 검출
대안적인 실시예에서, 전자 화학 검출 시스템이 아닌 광학적 방식이 사용된다. 대안적인 실시예에 따라서, 전극은 불필요하며, 검출 챔버내의 용액을 통과하는 또는 그로부터 반사되는 광을 분석하기 위해서 외부 광원 및 광전지가 사용된다. 일 실시예에서, 센서의 상단 표면을 통해, 그후, 샘플을 통해 광을 비추는 것이 적합하며, 여기서, 광은 하부 센서층에서 반사되고, 그후, 샘플 및 상단층을 다시 통과하며, 그곳에서 검출되게 된다. 다른 실시예에서, 광은 검출 챔버의 측면을 통해 비추어지며, 검출 챔버의 단부면들 사이에서 검출 챔버의 다른 측면을 통해 빠져나갈때까지 전적으로 내부로 반사되며, 그곳에서 검출되게 된다. 본 실시예에서, 검출 챔버의 위, 측면 및/또는 아래의 층은 층 또는 층들을 통과하는 분석광에 대하여 실질적으로 투명하다. 1999년 9월 23일자로 출원된 동시계류 출원 제 09/404,119호에 기술된 기술이 광학적 검출 시스템을 사용하는 양호한 실시예의 면역센서와 함께 사용되도록 채택될 수 있다. 대안적으로, 특정 실시예에서, 역시 제 09/404,119호에 기술되어 있는 전기화학 검출 및 광학적 검출 방법의 조합을 사용하는 것이 적합할 수도 있다.
면역센서내에 존재하는 시약 및 다른 재료
반응 챔버내에 사용하기 위한 시약, 예로서, 부동 항체, 의사 항원 프로브, 버퍼, 조정자 등은 반응 챔버의 벽 또는 검출 챔버의 벽상에 지지되거나, 챔버내에 수납된 독립적 지지부상에 지지되거나, 매트릭스내에 지지되거나, 자체 지지 될 수 있다. 시약이 챔버벽 또는 전극상에 지지되는 경우에, 화학제는 본 기술 분양에 널리 공지된 프린팅 기술, 예로서, 잉크 젯 프린팅, 스크린 프린팅, 슬롯 코팅, 리소그래피 등을 사용하여 적용될 수 있다. 양호한 실시예에서, 시약을 함유하는 용액은 챔버내의 표면에 적용되고 건조된다.
시약 또는 다른 화학제를 반응 챔버 또는 검출 챔버의 표면상에 부동화 또는 건조시키는 대신, 이들을 하나이상의 독립적 지지부상에 지지하거나, 그 내에 수납하는 것이 적합할 수 있으며, 이 지지부는 그후 챔버내에 배치되게 된다. 적합한 독립적 지지부는 망상 재료, 부직포 박판 재료, 섬유성 충전 재료, 대공극 막, 소결 파우더, 겔 또는 비드에 제한도지 않는다. 독립적 지지부의 장점은 증가된 표면적을 포함하며, 이에 따라, 필요시 반응 챔버내에 보다 많은 항체 및 의사 항원 프로브가 포함될 수 있게 한다는 것이다. 이런 실시예에서, 의사 항원 프로브에 결합된 항체는 다공성 재료의 단편상으로 건조되고, 이는 그후, 반응 챔버내에 배치되게 된다. 또한, 반응 챔버의 표면의 미결합 단백질을 세척하는 것에 비해, 비드 같은 독립적 지지부로부터 미결합 단백질을 세척하는 것이 보다 쉽다.
특히 양호한 실시예에서, 의사 항원 프로브에 결합된 항체는 비드상에 지지된다. 이런 비드는 중합성 재료, 예로서, 라텍스 또는 아가로우스를 포함할 수 있으며, 선택적으로 자성 재료(감마 Fe2O3 및 Fe3O4 같은)를 포함할 수 있다. 비드 재료는 항체를 위한 적절한 지지부가 제공되도록 선택된다. 적합한 비드는 노르웨이 오슬로의 Dynal Biotech에 의해 상표명 DYNABEADS®로 판매되는 것들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 반응 챔버내의 자성 비드를 유지하고, 이들이 검출 챔버로 이동하는 것을 정지시키기 위해서 측정계에 자석이 포함될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 반응 챔버의 벽은 다공성이고, 공극내에 합체된 의사 항원 프로브에 결합된 항체를 가진다. 본 실시예에서, 액체 샘플은 다공성 벽내로 흡수(wick)될 수 있지만, 규정된 영역 외측으로 누출되지는 않는다. 이는 Hodges 등에게 허여된 미국 특허 제 5,980,709호에 기술된 바와 같이, 반응 챔버벽을 형성하기 위해 대공극 막을 사용하고, 이 막을 반응 챔버 둘레에 압착하여 소정 영역 외측으로 샘플이 누출하는 것을 방지함으로써 달성된다.
비드, 망상 재료, 부직포 박판 재료, 및 섬유성 충전 재료 같은 적합한 독립적 지지부는 폴리올레핀, 폴리에스터, 나일론, 셀룰로스, 폴리스티렌, 폴리카보네 이트, 폴리설폰, 그 혼합물 등을 포함한다. 적합한 대공극 막은 폴리설폰, 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 나일론, 셀룰로스 아세테이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트 그 혼합물 등을 포함하는 중합성 재료로 제조될 수 있다.
의사 항원 프로브에 결합된 항체는 매트릭스, 예로서, 폴리비닐 아세테이트내에 포함될 수 있다. 샘플내의 매트릭스의 가용성(solubility) 특성을 변화시킴으로써, 샘플내로의 단백질 또는 항체의 제어된 방출이 달성될 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 건조된 시약(64)은 검출 챔버(28)내에 선택적으로 배치될 수 있다. 이들 시약은 검출가능한 신호를 생성하기 위해 의사 항원 효소 프로브(50)의 효소부와 반응할 수 있는 조정자 및 효소 기질(프로브로서 사용되는)을 포함할 수 있다. 효소 기질 및 조정자(존재시)는 효소 기질(64)에 존재하는 소정의 효소의 반응률이 존재하는 효소의 양에 의해 결정되기에 충분한 양으로 이루어진다. 예로서, 효소가 포도당 산화효소 또는 포도당 탈수소 효소인 경우에, 적합한 효소 조정자(64) 및 포도당(샘플내에 이미 존재하지 않는 경우에)이 검출 챔버(28)내로 배치된다.
전기화학 검출 시스템이 사용되는 실시예에서, 페릭시아니드가 적합한 조정자이다. 다른 적합한 조정자는 디클로페놀린도페놀 및 천이 금속과 질소 함유 헤테로원자성 종 사이의 복합체를 포함한다. 또한, 필요시, 검출 챔버(28)내의 샘플의 pH를 조절하기 위해 버퍼도 포함될 수 있다. 포도당, 조정자, 및 버퍼 시약(64)은 효소 기질(64)과 효소의 반응율이 존재하는 효소의 농도에 의해 제한되도록 충분한 양으로 제공된다.
반응 챔버(22)의 기부를 형성하는 기판(42)의 내면(40)은 샘플내에서 검출되는 항원에 대한 항체(44)에 결합된 의사 항원 프로브(50)로 코팅된다. 항체(44)는 그들이 테스트 동안 기판(42)으로부터 제거되지 않도록 기판(42)의 표면(40)상에 흡수 또는 기타의 방식으로 부동화된다. 선택적으로, 기판(42)의 내면(40)에 대한 항체(44)의 적용 동안 또는 이후에, 이 표면에 단백질의 비특이성 결합을 방지하도록 설계된 보조제가 적용될 수 있다(미도시). 본 기술 분야에 널리 공지된 이런 보조제의 예는 보빈 세럼 알부민(BSA)이다. 또한, 비이온성 계면활성제도 이런 보조제로서 사용될 수 있으며, 예로서, 펜실바니아 필라델피아의 Rohm & Hass에 의해 제조된 TRITON® X100 계면활성제 또는 델라웨어 윌밍톤의 ICI Americas에 의해 제조된 TWEEN® 계면활성제가 있다. 선택된 비이온성 계면활성제는 단백질을 변성시키지 않는다. 기판(42)의 내면(40)상의 코팅(44)은 테스트에 사용될 준비가 된 상태일 때 건조 상태로 존재한다.
전기화학 검출이 사용되는 양호한 실시예에서, 효소가 프로브로서 사용된다. 적합한 효소의 예는 호스라디시 페록시다제, 포도당 산화효소 및 포도당 탈수소 효소, 예로서, PQQ 의존 포도당 탈수소 효소 또는 NAD 의존 포도당 탈수소 효소를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
또한, 프로브는 효소 보조인자일 수 있다. 적합한 보조인자의 예는 플라빈 모노뉴클레오티드, 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드, 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 및 피롤로퀴놀린 퀴논을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 보조인자는 애포효소에 보조인자가 결합할 수 있게 하도록 가요성 스페이서에 의해 항원에 링크되는 것이 적합하다. 프로브가 보조인자일 때, 애포효소는 반응 챔버내의 효소 기질 및 조정자와 함께 선택적으로 동시 건조될 수 있다.
또한, 프로브는 효소 활성도의 규제자일 수 있다. 적합한 효소 규제자의 예는 키나제 또는 인산화제를 비한정적으로 포함한다. 효소 규제자는 효소의 인산화, 메틸화, 아데닐화, 유리딜화 또는 아데노신 디포스페이스 리보실화의 상태를 변화시킴으로써 효소의 활성도를 변경한다. 또한, 효소 규제자는 효소로부터 펩타이드를 절단함으로써 효소의 활성도를 변경할 수도 있다. 프로브가 효소 규제자일 때, 효소는 반응 챔버내의 조정자 및 효소 기질과 함께 동시 건조된다.
프로브는 다중 서브유니트 복합체의 일부인 단백질 서브유니트일 수 있다. 이런 단백질 서브유니트의 예는 다중 서브유니트 효소 시토크롬 산화효소내의 서브유니트중 하나이다.
항체 및 의사 항원 프로브는 반응 챔버내로 건조되기 이전에 함께 복합될 수 있다. 복합화 상태는 이 종(species)이 평가내의 배경 신호를 증가시키기 때문에, 유리(미복합) 의사 항원 프로브의 양을 최소화하도록 선택된다. 이 종이 항원과 결합하고, 이것이 의사 항원 프로브로부터 배출되는 것을 중단시키며, 따라서 평가의 감도를 감소시키기 때문에, 유리 항체의 양도 최소화된다. 예로서, 폴리에틸렌 글리콜 같은 불활성 거대분자로 용액을 군집시킴으로써 항체와 의사 항원 프로브와의 복합을 최적화시킬 수 있으며, 이는 단백질로부터 체적을 배제하고, 따라서, 그 열역학적 활성도를 향상시키고 서로에 대한 그 결합의 친화도를 향상시킨다. 예로서, 민톤의 바이오폴리머(Vol 20, pp 2093-2120, 1981) 참조.
의사 항원 프로브와 복합되기 이전에 비드상에 부동화된 항체를 가지도록 하는 것이 적합하다. 이는 이들을 고농도의 의사 항원 프로브에 노출시킴으로써 모든 항체 위치가 점유될 수 있게 한다. 잉여 의사 항원 프로브는 그후 비드의 세척 및 원심분리에 의해 쉽게 제거된다.
면역센서는 약 1nM 내지 약 10μM(마이크로몰)의 항원 농도에 가장 민감하다. 약 100,000의 상대 몰 질량을 가지는 항원에 대하여, 이는 약 0.1μg/mL(마이크로그램/mL) 내지 약 1000μg/mL(마이크로그램/mL)에 대응한다. 그러나, 센서는 0.1nM 미만 내지 0.1mM 이상의 범위의 항원 농도를 평가하도록 변형될 수 있다(예로서, 전극 사이의 이격도를 변화시키거나, 다른 패턴의 전압 펄스를 인가함으로써).
평가의 최대 검출 한계는 반응 챔버내의 의사 항원 프로브/항체의 농도에 의해 결정된다. 따라서, 이 몰 농도는 통상적으로 관심 샘플에서 만나게되는 몰 항원 농도의 기대 범위에 대응하도록 설정된다. 예로서, 통상적인 병리학 실험실에서 만나게 되는 C-반응성 단백질의 농도는 약 10nM 내지 약 10μM(마이크로몰)이다.
평가될 수 있는 항원의 예는 알파 펩토프로테인, 카르시노엠브리오닉 항원, C-반응성 단백질, 카르디악 트로포닌 I, 카르디악 트로포닌 T, 디곡신, 페리틴, 감마 글루타밀 전이효소, 글리세이티드 헤모글로빈, 글리세이티드 프로테인, 헵파티티스 A, B 및 C, 융모막 고나도트로핀, 인간 면역 결핍 바이러스, 인슐린, 세럼 아밀로이드 A, 트롬블라스틴, 프로스테이트 지정 항원, 프로트롬빈, 티록신, 튜모르 항원 CA 125, 튜모르 항원 CA15-3, 튜모르 항원 CA27/29, 튜모르 항원 CA19-9 및 튜모르 항원 NMP22를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
양호한 실시예의 센서는 인간 항원의 평가에 한정되지 않으며, 수의학 및 동물 사육 분야에 사용되기에도 적합하다. 또한, 항원이 면역화되기에 너무 작은 경우에, 이때, 이는 부착소(haptan)로서의 캐리어에 부착될 수 있고, 항체는 이 방식으로 상승될 수 있다. 따라서, 본 발명은 단백질 항원의 평가나 대형 분자의 평가에 한정되지 않으며, 작은 항원들에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
양호한 실시예의 센서에 사용하기에 적합한 항체는 IgG, IgA 같은 천연 항체를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 적절한 항체는 또한 F(ab)2 또는 Fab 같은 천연 항체의 분편으로 이루어질 수도 있다. 이 항체는 scFv(단일 체인 프래그먼트 가변) 종 같은 유전학적으로 가공된 또는 천연 항체의 합성 프래그먼트로 구성될 수 있다.
항체는 천연 항원 프로브 또는 "의사 항원" 프로브에 복합될 수 있다. 의사 항원의 예는 다른 종들로부터의 항원을 포함한다. 예로서, 인간 C-반응성 단백질이 평가되는 경우에, 이때, 의사 항원은 캐닌, 펠린, 에퀴인, 보빈, 오빈, 프로신 또는 아비안 C- 반응성 단백질을 포함할 수 있다. 또한, 의사 항원은 천연 항원을 변형함으로써 이루어질 수도 있다. 예로서, 인간 C-반응성 단백질이 평가되는 경우에, 이때, 의사 항원은 원 펜타머의 단량체 형태 또는 그 아민, 카르복실, 하이드록실, 티올 또는 화학적으로 변형된 디설파이드 그룹들을 가지는 C-반응성 단백질을 포함할 수 있다.
항원의 존재 또는 부재를 검출하기 위해 센서를 사용하는 방법
센서는 하기와 같이 샘플내의 항원의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 스트립 센서(100)는 반응 챔버(124)와 검출 챔버(132)를 포함한다. 샘플은 포트(166 또는 168)를 경유하여 반응 챔버(124)내로 도입된다. 층(116 및 156) 사이의 분리 및 그 내면의 표면 에너지는 샘플이 모세관 작용에 의해 반응 챔버(124)내로 흡인되게 한다. 반응 챔버(124)는 반응 챔버의 내면(126)에 부동화된 항체(164)를 포함한다. 의사 항원 프로브 복합체(162)는 항원을 위한 실질적인 모든 항체 인식 위치들이 의사 항원 프로브(162)에 의해 차단되도록 항체(164)에 결합된다. 본 실시예에서, 프로브는 효소이다.
도 4에서, 항체는 반응 챔버(124)의 일 면(126)에만 피복된 것으로서 도시되어 있지만, 반응 챔버의 보다 많은 면(126)상에 코팅되거나, 반응 챔버(124)내에 수납된 별도의 지지부(미도시)상에 코팅되는 것이 적합할 수 있다. 그러나, 제조의 용이성을 위해, 통상적으로 항체(164)는 단지 반응 챔버(124)의 일 부분 또는 단일 지지부 재료상에만 코팅된다. 별도의 지지부가 사용되어 항체(164)를 부동화할 때, 지지부는 시험 동안 검출 챔버(132)내로 도입되지 않도록 한다. 이는 예로서, 반응 챔버(124)의 하나 이상의 면(126)에 지지부를 부착함으로써, 또는 검출 챔버(132)내로의 샘플 통로(134)로 도입될 수 없도록, 지지부의 형상 및 크기를 선택함으로써, 또는 샘플이 검출 챔버(132)에 전달될 때, 반응 챔버(124)의 하부 면(126)상에 남아있도록 충분한 밀도의 지지부를 선택함으로써 달성될 수 있다.
샘플이 반응 챔버(124)를 충전할 때, 항체(164)에 결합된 의사 항원 효소 프로브(162)는 샘플과 접촉하고, 의사 항원 프로브의 일부는 항체(164)로부터 샘플내로 분리된다. 그후, 결합 및 미결합 의사 항원 효소 프로브(162) 사이의 동적 평형을 위한 충분한 시간이 허용되도록 설정된다. 항원이 샘플 내에 존재하는 경우에, 의사 항원 효소 프로브(162) 보다 항체(164)에 강하게 결합하는 항원 은 결국 의사 항원 효소 프로브(162)를 배출시킨다. 따라서, 부동 항체(164)에 결합한 각 항원은 하나의 의사 항원 효소 프로브(162)를 용액 내로 배출시킨다.
반응 단계의 종료는 반응 챔버(124)내로 샘플이 도입된 이후 소정 시간이다. 소정 시간은 샘플내의 실질적인 모든 항원이 의사 항원 효소 프로브(162)를 배출시키고 항체(164)와 결합하기에 충분한 시간이다. 대안적으로, 소정 시간은 항원의 알려진 분률이 의사 항원 프로브(162)를 배출시키고 항체(164)와 결합할때까지로 설정될 수 있다.
샘플이 반응 챔버(124)내로 도입되는 시간은 예로서, 센서(100)에 연결된 측정계(미도시)상의 버튼을 누름으로써 사용자에 의해 지시될 수 있다. 이 작용은 타이밍 장치(미도시)를 트리거시키기 위해서 사용된다. 시각적 검출의 경우에, 어떠한 측정계 장치도 필요하지 않다. 이런 실시예에서, 사용자는 수동으로 반응 기간의 시간을 측정한다.
면역 반응의 결과를 검출하기 위해 전기화학 검출이 사용되는 경우에, 샘플이 반응 챔버(124)내로 도입되었다는 지표는 자동화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 샘플이 반응 챔버(124)를 충전하였을 때, 그 개구(140)가 반응 챔버(124)내로 개방되어 있는 검출 챔버(132)의 작은 부분이 샘플에 의해 젖게 된다. 전자 화학 검출이 사용되는 경우에, 이때, 둘 이상의 전극(미도시)이 검출 챔버(132)내에 존재한다. 이들 전극(미도시)이 검출 챔버(134)내에 배치되어 각 전극(미도시)의 적어도 일부가 반응 챔버(124)의 충전 동안 샘플과 접촉하게 되는 경우에, 샘플의 존재는 전극(미도시)을 연결하고, 타이밍 장치를 트리거하는데 사용될 수 있는 전기 신호를 생성한다.
타이밍 장치가 트리거된 이후 소정 시간에, 사용자에 의해, 또는 자동으로, 테스트의 면역 반응 위상이 완료된 것으로 간주된다. 테스트의 면역 반응 위상이 완료되었을 때, 대기로의 통기구(158)가 개방된다. 예로서, 측정계내의 솔레노이드 작동식 니들이 층(156) 및/또는 층(116)이나 부가적인 층(114 및 44)을 천공하기 위해 사용되어 검출 챔버(132)의 말단 단부(152)를 대기로 개방시킨다. 천공은 상술한 실시예에서와 같이 측정계에 의해 자동으로 수행되거나, 어떠한 측정계도 사용되지 않는 시각적 검출의 경우에 사용자에 의해 수동으로 수행될 수 있으며, 이 경우에, 사용자는 예로서, 검출 챔버내로 층(156, 116, 114 및/또는 144)을 통해 니들을 삽입하여 통기구(158)를 형성한다.
대기에 대한 통기구(158)의 개방은 검출 챔버(132)내에 포획된 공기가 탈출할 수 있게 하고, 그에 의해, 반응 챔버(124)로부터의 반응된 샘플로 검출 챔버(132)가 충전될 수 있게 한다. 반응된 샘플은 반응 챔버(124)내에 존재하는 것에 비해 검출 챔버(132)내의 증가된 모세관력으로 인해 검출 챔버(132)내로 흡인된다. 양호한 실시예에서, 검출 챔버의 표면(138 및 160)을 적절히 코팅함으로써, 또는, 보다 바람직하게는 반응 챔버(124)의 것 보다 작아지도록 검출 챔버(132)의 모세관 거리를 선택함으로써 증가된 모세관력이 제공된다. 본 실시예에서, 모세관 거리는 챔버의 가장 작은 직경이 되는 것으로 정의된다.
검출 챔버(132)가 충전될 때, 시약(172)은 샘플내로 용해된다. 시약층(172)의 효소 성분은 효소 기질 및 조정자와 반응하여 환원된 조정자를 형성한다. 이 환원된 조정자는 검출 챔버(134)내의 아노드로서 작용하는 전극(미도시)에서 전기화학적으로 산화되어 전류를 발생시킨다. 본 실시예에서, 시간에 따른 이 전류의 변화율이 반응된 샘플내에 존재하는 효소의 존재 및 효소양의 지표로서 사용된다. 전류의 변화율이 소정 임계값(유리 및 결합 의사 항원 효소 프로브(162) 사이에 설정된 동적 평형의 결과로서 일부 의사 항원 효소 프로브(162)가 용액내로 탈출하는 것을 고려한) 보다 작은 경우에, 이때, 이는 반응된 샘플내에 현저한 양의 의사 항원 효소 프로브(162)가 존재하지 않는다는 것을 나타내고, 원 샘플내에 항원이 존재하지 않는다는 것을 나타낸다. 전류의 변화율이 임계율 보다 높은 경우에, 이는 의사 항원 효소 프로브(162)가 임계값 보다 큰 양으로 반응된 샘플내에 존재한다는 것을 나타내고, 따라서, 최초 샘플내에 항원도 존재한다는 것을 나타낸다. 일 실시예에서, 전류 변화율은 샘플내에 최초에 존재하는 상대적 항원량의 척도를 제공하기 위해 사용된다.
상술한 설명은 본 발명의 몇가지 방법 및 재료를 설명하고 있다. 본 발명은 방법 및 재료들이 변형될 수 있으며, 제조 방법 및 장비도 변경될 수 있다. 이런 변형들은 본 명세서에 기술된 본 발명의 내용 및 실시예를 고려하여 본 기술 분야의 숙련자들이 명백히 알 수 있는 것이다. 결론적으로, 본 발명은 여기에 기술된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구항에 기술된 본 발명의 진정한 개념 및 범주내에서 이루어지는 모든 변형 및 변경들을 포괄한다. 본 명세서에 인용된 모든 특허, 출원 및 다른 참고문헌은 그 전체를 본 명세서에서 참조하고 있다.
본 발명에 따라서 어떠한 세척 단계도 필요로하지 않고, 어떠한 액상 폐기물도 생성하지 않는 정량적인, 저가의 일회용 면역센서가 제공된다.

Claims (41)

  1. 유체 샘플내의 목표 항원을 검출하기 위해 사용되는 일회용 장치에 있어서,
    반응 챔버와,
    상기 반응 챔버내에 고정된 부동 항체와,
    프로브와 리포터 복합체 항원을 포함하는 리포터 복합체와,
    검출 챔버와,
    상기 반응 챔버에 대한 샘플 도입부와,
    상기 반응 챔버와 상기 검출 챔버 사이의 샘플 경로를 포함하고,
    상기 프로브는 상기 리포터 복합체 항원에 링크되고,
    상기 리포터 복합체 항원은 상기 부동 항체에 결합되며,
    상기 리포터 복합체 항원은 상기 부동 항체에 대하여 상기 목표 항원 보다 덜 강하게 결합되며,
    상기 리포터 복합체 항원은 상기 목표 항원, 의사-항원 또는 변형-항원인 일회용 항원 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 방사성 동위 원소, 발색물, 형광물 및 효소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 일회용 항원 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 효소는 포도당 탈수소 효소를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 효소 기질을 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 효소 기질은 산화가능한 기질인 일회용 항원 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 효소 기질은 포도당을 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 조정자를 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 조정자는 디클로로페놀린도페놀, 천이 금속과 질소 함유 헤테로원자성 종(species) 사이의 복합체 및 페릭시아니드로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 일회용 항원 검출 장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 샘플은 pH를 가지고,
    상기 장치는 상기 샘플의 상기 pH를 조절하는 버퍼를 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 버퍼는 포스페이트(phosphate) 또는 멜리테이트(mellitate)를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  12. 제 3 항에 있어서, 안정제를 추가로 포함하고,
    상기 안정제는 상기 목표 항원, 상기 리포터 복합체 항원, 상기 효소 및 상기 부동 항체로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 안정화하는 일회용 항원 검출 장치.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 효소 기질은 검출 챔버 내면상에 지지되는 일회용 항원 검출 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 부동 항체는 반응 챔버 내면상에 지지되는 일회용 항원 검출 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 지지재(support material)를 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 지지재는 상기 검출 챔버내에 수납되고,
    효소 기질, 조정자 및 버퍼로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 1 물질이 상기 지지재상에 지지되거나, 상기 지지재내에 포함되는 일회용 항원 검출 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 지지재는 상기 반응 챔버내에 수납되고,
    상기 부동 항체, 상기 리포터 복합체 및 반응 챔버 내면에 대한 단백질의 비의도적 결합을 방지하는 보조제로 구성되는 그룹으로부터 선택된 제 2 물질이 상기 지지재상에 지지되거나, 상기 지지재내에 포함되는 일회용 항원 검출 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 지지재는 망상(mesh) 재료, 섬유성 충전 재료, 다공성 재료, 소결 파우더, 대공극 막 및 비드로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 챔버는 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 하나 이상은 알루미늄, 구리, 니켈, 크로뮴, 강철, 스테인레스 강, 팔라듐, 백금, 금, 이리듐, 탄소, 바인더와 혼합된 탄소, 인듐 산화물, 주석 산화물, 도전성 폴리머 및 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 검출 챔버 벽은 상기 프로브에 의해 흡수 또는 방출된 방 사선에 투명하고,
    상기 방사선은 상기 검출 챔버내의 상기 리포터 복합체의 존재 또는 부재를 나타내는 일회용 항원 검출 장치.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 챔버가 실질적으로 충전되어 있는 상태를 검출하는 검출기를 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 목표 항원은 인간 C-반응성 단백질을 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 리포터 복합체 항원은 모노머성 C-반응성 단백질, 비인간 종으로부터 유도된 C-반응성 단백질 및 화학적으로 변형된 C-반응성 단백질로 구성되는 그룹으로부터 선택되고,
    상기 화학적으로 변형된 C-반응성 단백질의 상기 항체에 대한 친화도는 상기 인간 C-반응성 단백질의 상기 항체에 대한 친화도 보다 작은 일회용 항원 검출 장치.
  25. 청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 검출 챔버의 벽 또는 상기 반응 챔버의 벽은 충전재를 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 25 항에 있어서, 상기 충전재는 티타늄 디옥사이드, 탄소, 실리카, 글래스 및 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 충전재인 일회용 항원 검출 장치.
  27. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 효소 보조인자를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 효소 보조인자는 플라빈 모노뉴클레오티드(flavin mononucleotide), 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(flavin adenine dinucleotide), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(nicotinamide adenine dinucleotide) 및 피롤로퀴놀린 퀴논(pyrroloquinoline quinone)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 일회용 항원 검출 장치.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 효소 보조인자는 유연한 스페이서를 통해 상기 리포터 복합체 항원에 링크되는 일회용 항원 검출 장치.
  30. 제 27 항에 있어서, 효소 기질을 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  31. 제 27 항에 있어서, 애포효소를 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  32. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 효소 활성도 규제자를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 효소 활성도 규제자는 키나제(kinase) 또는 인산화제를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  34. 제 32 항에 있어서, 효소 기질을 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  35. 제 32 항에 있어서, 효소를 추가로 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  36. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 다중 서브유니트 효소의 단백질 서브유니트를 포함하는 일회용 항원 검출 장치.
  37. 유체 샘플내의 목표 항원의 양을 결정하는 방법에 있어서,
    리포터 복합체 항원에 링크된 프로브를 포함하는 리포터 복합체와, 부동 항체를 포함하는 반응 챔버내에 상기 유체 샘플을 배치시키는 단계와,
    상기 부동 항체로부터 상기 유체 샘플내로 상기 리포터 복합체 항원의 일부를 분리시키는 단계와,
    상기 목표 항원의 일부를 상기 부동 항체에 결합시키는 단계와,
    상기 유체 샘플을 검출 챔버에 전달하는 단계와,
    상기 유체 샘플내의 리포터 복합체의 양을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 항체는 상기 반응챔버내에 고정되고, 상기 리포터 복합체 항원은 상기 부동 항체에 결합되고, 상기 리포터 복합체 항원은 상기 부동 항체에 대하여 상기 목표 항원 보다 덜 강하게 결합하고,
    상기 리포터 복합체의 양은 상기 유체 샘플내의 최초의 목표 항원의 양을 나타내는 항원량 검출 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 유체 샘플을 검출 챔버에 전달하는 단계는 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하는 전기화학 셀에 상기 유체 샘플을 전달하는 것을 포함하는 항원량 검출 방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 유체 샘플내의 리포터 복합체의 양을 결정하는 단계는
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전위를 인가하는 것과,
    전류를 측정하는 것을 포함하고,
    상기 전류는 상기 유체샘플내에 존재하는 리포터 복합체의 양을 나타내고, 상기 리포터 복합체의 양은 상기 유체 샘플내의 초기 목표 항원의 양을 나타내는 항원량 검출 방법.
  40. 제 37 항에 있어서, 상기 유체 샘플을 검출 챔버에 전달하는 단계는 전자기 방사선 투과부를 포함하는 검출 챔버에 상기 유체 샘플을 전달하는 것을 포함하는 항원량 검출 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 유체 샘플내의 리포터 복합체의 양을 결정하는 단계는
    상기 전자기 방사선 투과부를 전자기 방사선에 노출시켜 상기 전자기 방사선이 상기 유체 샘플을 통과, 또는, 상기 유체 샘플로부터 반사되게 하는 단계와,
    상기 전자기 방사선이 상기 유체 샘플을 통과, 또는 상기 유체 샘플로부터 반사된 이후, 상기 전자기 방사선의 특성을 모니터링하는 단계를 포함하고,
    상기 특성은 상기 유체 샘플내에 존재하는 리포터 복합체의 양을 나타내고,
    상기 리포터 복합체의 양은 상기 유체 샘플내의 초기 목표 항원량을 나타내는 항원량 검출 방법.
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