KR101228046B1 - 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 분석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평행이동 면역 크로마토그래피원리를 이용한 다양한 시험 등을 보다 정밀하게 제어하여 정량분석의 재현성과 정밀성을 증가시키는 방법에 관한 것이다.
평행이동 면역 크로마토그래피를 이용한 분석 방법은 시료 중의 생체물질을 간편하게 분석하기 위해 연구, 진단 및 산업 현장에서 이용되고 있으나 대부분의 시험과정이 수작업으로 이루어지는 특성 때문에 시험 검사의 정밀도가 떨어질 뿐만 아니라 시험과정에서 검체가 다량으로 필요하게 되며 또한 그 처리속도가 늦어지게 되는 단점이 있다. 본 발명은 평행이동 면역크로마토그래피의 각 시험과정을 단계별로 자동제어 하여 종래의 수작업 방식보다 더 신뢰성 있게 할 수 있는 방법을 제시한다. 본 발명에 따라 평행이동 면역 크로마토그래피의 정밀성과 신뢰성을 높이고 시험 비용을 절감하는 한편 고속처리가 가능해질 수 있다.

Description

평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 분석방법{Precision method of detecting bio-materials using the lateral flow immunochromatography test}

본 발명은 질병의 진단이나 기타 시료의 검사과정 등에 이용되는 평행이동 면역 크로마토그래피 시험에 있어서 종래에 정밀하지 못하게 이루어지던 검체 처리, 제품공급 및 시험진행 등을 정밀하게 할 수 있게 하는 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 분석방법에 관한 것이다.

크로마토그래피는 물질의 분석이나 순수분리의 목적으로 사용되고 있는데, 이러한 크로마토그래피의 한 종류로서 액상이 아닌 건조한 고체 형태의 매우 얇은 다공성 막을 이용하여 다공성 막의 모세관 현상에 의해 액상 검체를 한쪽 방향으로 이동시키면서 검체 속에 포함되어 있는 분석대상물질을 검출하는 평행이동 면역 크로마토그래피(Lateral Flow Immunochromatography)가 많이 이용되고 있다.

이러한 평행이동 면역크로마토그래피에 있어서는 다공성 막에 항체나 항원을 일정한 모양을 갖게 부착시키고 금, 형광물질, 발광물질 등의 보고(리포터)물질에 접합시킨 또 다른 항체나 항원을 이용하여 미지의 검체 속에 포함되어 있는 분석대상물질 (Analyte)을 면역학적 작용에 의해 포착한 후 분석대상물질과 결합한 면역결합체가 모세관 현상에 의해 막에 평행하게 흘러가다가 막에 이미 부착되어 있는 항체나 항원을 만나 결합하여 2 중의 복합체를 이루게 된다.

종래의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 시험 방법의 경우에는 미합중국특허공보 제5622871에 개시되어 있는 바와 같이 상기의 2중의 복합체를 시험자가 육안을 이용하여 검체 속에서 분석대상물의 존재 여부를 확인하고 있다.

[문헌 1] US Patent 5622871 (May, Keith) 1997. 04. 22.

그러나 이러한 종래의 평행이동 면역 크로마토그래피원리를 이용한 시험검사에 있어서는 그 시험과정이 시험자의 수작업으로 진행될 뿐만 아니라 그 시험결과를 육안으로 확인하고 판정하는 점 때문에 정밀한 시험은 물론 고도의 재현성을 확보하지 못한다는 문제점이 제기되어 왔다.

또한 종래의 방법에 의한 육안판정은 시험자의 주관적인 견해가 작용하기 수 있기 때문에 의료진단현장에서 동일한 피검사물일 경우에도 시험하는 사람에 따라 또는 시험 시기나 환경에 따라 서로 다른 진단판정이 내려질 수 있는 문제가 발생하였고 또한 정량적인 판단이 미흡하여 임상현장에 필요한 충분한 정보를 제공하지 못한다는 문제점이 제기되어 왔다.

이와 같이 종래의 방법에 있어서는 다양한 문제점들이 제기되고 있음에도 불구하고 이러한 다양한 문제점 중에서 시험자의 주관적인 시험결과 판정 만을 배제하기 위한 방편으로서 시험자의 육안을 대신할 수 있는 크로마토그래피 판독장치가 공개특허공보 10-2006-0015456에 개시되어 있다.

상기의 공개특허공보 10-2006-0015456에 개시되어 있는 면역크로마토그래피 판독장치는 골드콜로이드 접합체를 이용하는 방법에 한정되는 것으로서 이 경우에는 촬영된 이미지를 분석하고 계산해서 정량적으로 수치화된 값을 사용자에게 제공하는 방법을 제안하고 있다.

[문헌2] 공개특허 10-2006-0015456 (야마우치 카즈노리) 2005.06.28.

그러나 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 박테리아, 바이러스 기타 질병 등 분석대상물질의 유무를 시험하는 과정은 먼저 피검되는 검체를 채취하여 적절한 완충액에 처리한 후 시험에 필요한 양만큼 취하여 검사시편에 투입하고, 필요할 경우 다시 별도의 완충액을 처리한 후 반응이 일어나기 까지 일정한 시간을 대기하고, 결과가 나타날 시 육안으로 판정하는 과정으로 이루어지는데 이 경우 각각의 시험단계에서의 정확성이 시험결과의 판정에 직, 간접적으로 영향을 미치게 되므로 최종적인 시험결과를 정밀하게 하기 위해서는 샘플링되는 검체의 양이나 부가 투입되는 용액의 양, 측정되는 시간의 획일성 등을 보장하여 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 전 시험과정의 총체적인 정량적 정밀성을 확보하여야 하는 것이 필수적으로 요구되고 있다.

그럼에도 불구하고 상기한 종래의 공개특허공보 10-2006-0015456의 개시는 시험작업자의 육안으로 판정되는 최종 결과 측정 부분만을 부분적으로 개선하기 위한 것일 뿐인 것으로서 전체적인 시험과정은 여전히 작업자의 직접적인 처리와 판단으로 이루어지기 때문에 시험의 각 단계마다 요구되는 정량적 신뢰성을 확보할 수 없고 이로 인해 전체 시험결과가 정밀하지 못한 결과 값을 초래하게 되는 근본적인 문제점이 여전히 발생하고 있다.

본 발명의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 분석방법은 상기한 바와 같이 종래의 기술이 지니는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 전술한 바와 같이 종래의 기술에서는 크로마토그래피를 이용한 분석대상물질의 존재유무의 시험을 하는 경우 각각의 시험 단계가 시험자에 의해 수작업으로 이루어지는 부분이 많아 이로 인해 발생되는 오차 때문에 시험결과가 균일하지 못하고 정밀성이 떨어지게 된다. 본 발명에서는 상기의 문제를 해결하여 신뢰할 수 있고 재현성이 있는 측정 데이터를 제공하기 위하여 전체 시험과정을 단계별로 정밀하게 제어함으로써 보다 신뢰성있는 시험결과를 획득하고 또한 시험에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 분석방법은
제어단계의 신호에 따라 시편의 위치를 검체가 투입 가능한 위치 또는 결과측정이 가능한 위치로 위치 제어하여 검사 시편을 공급하되, 직선형 시편홀더, 상기 시편홀더를 회전시키는 시편홀더디스크, 상기 시편홀더디스크의 하부에 장착되는 시편홀더 구동모터를 포함하는 시편공급모듈을 통한 시편공급단계;
검체를 채취하고, 검사대상물질의 종류에 따른 사용 완충액의 종류 및 사용량이 밸브펌프모듈의 밸브개폐제어에 따라 결정된 시험용액을 공급하며, 샘플링 모듈(7)과 밸브/펌프 모듈(8)을 포함하는 검체처리모듈을 통한 검체처리단계;
분석대상물질의 종류에 따라 제어모듈과 통신하여, 조건 값을 제어하여 검체와 시편에 의한 시험결과를 CCD 또는 CMOS 이미지 센서를 이용하거나, 광센서 또는 광증폭관을 이용하는 결과측정모듈을 이용한 결과 측정 단계;
상기 결과측정단계에서 생성된 데이터를 제어모듈의 신호에 따라 출력하는 결과 표시단계; 및
시편의 공급여부를 판단하여 시편공급단계에 제어신호를 전송하고, 검사대상물질에 따라 결정되는 사용 완충액의 종류 및 사용량에 대한 제어신호를 검체처리단계에 전송하고, 분석종류에 따른 조건 값 제어신호를 결과측정단계에 전송하며, 결과측정단계에서 검출된 시편의 크로마토그래피 이미지를 해석한 값을 결과표시단계에 전송하여 상기의 결과표시단계를 각각의 단계에서 입력된 신호에 따라 제어하는 제어단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

앞서 살펴본 바와 같이 본 발명은 평행이동 면역크로마토그래피 검사에서 시험자의 수작업에 의해 이루어지는 모든 과정을 도면에서 예시한 기구 및 내장 알고리즘과 제어 알고리즘에 의해 자동화함으로써, 시험자의 수작업에 따른 작업오차의 발생 여지를 근본적으로 차단하고, 단위시간당 검사 건 수를 증대시키며, 검체의 미량화를 가능하게 하여 평행이동 면역크로마토그래피 검사의 재현성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 면역 반응의 정량 정밀 분석을 통한 검사가 대량으로 이루어질 수 있게 되어 검사비용이 절감되는 효과가 있고, 검사 결과는 수작업에 의한 경우보다 정밀한 결과를 얻을 수 있게 되는 효과가 있다. 또한, 검사 인력 및 검사 비용이 절감되며, 검사 시작 후 검사 결과 획득까지 걸리는 시간이 5분 이내에 이루지므로, 검사 시간의 단축 효과도 있다.

발명의 장치는 휴대 가능할 정도의 크기와 무게로 소형화 할 수 있고, 소규모 배터리를 사용하여 작동시킬 수 있을 정도로 저전력이 소모되기 때문에 의료기반 시설이 빈약한 원격지, 오지의 현장 진료에서도 사용이 가능하다.

도 1) 본 발명의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 정량 분석방법의 작업순서도
도 2) 본 발명의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 정량 분석방법의 작업 구성도
도 3) 본 발명의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 정량 분석방법의 구체적 실시예
도 4) 회전운동과 직선운동의 조합을 통한 본 발명의 다른 실시 예
도 5) 3차원 직선운동을 통한 본 발명의 다른 실시 예
도 6) 1개 이상의 검체를 고속 공급하는 본 발명의 실시 예
도 7) 1 개 이상의 시편을 고속 공급하는 본 발명의 실시 예
도 8) 평행이동 면역크로마토그래피 검사시편의 예

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 목적하는 바를 달성하기 위한 구체적인 방법으로서 현재 시험자가 피펫 등의 실험기구와 손을 사용하여 수작업으로 진행하고 있는 부분을 도 1에 도시되어있는 바와 같이 평행이동 면역크로마토그래피 시편을 공급하는 시편공급단계(1); 검체를 채취하고 시험에 필요한 시험용액을 공급하는 검체처리단계(2); 검체와 시편에 의한 시험결과를 측정하는 결과 측정 단계(3); 결과측정단계에서 생성된 데이터를 상기의 제어단계에서의 신호에 따라 출력하는 결과 표시단계(4); 및 상기의 시편공급단계(1), 상기의 검체처리단계(2), 상기의 결과 측정단계(3), 상기의 결과표시단계(4)를 각각의 단계에서 입력된 신호에 따라 제어하는 제어단계(5)로 구성하여 실시한다.

또한 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 정량 분석방법의 각 단계를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.

먼저, 도 1의 시편공급단계(1)는 도 2의 시편공급모듈(6)에 의해 시편이 공급되는 단계이며, 시험에 사용될 평행이동 면역 크로마토그래피 검사시편을 위치제어 하여 시험에 제공하게 된다. 이때 상기 시편의 위치제어는 상기의 제어단계(5)에서 전송되는 신호에 따라 시편의 위치를 검체가 투입 가능한 위치 또는 결과측정이 가능한 위치로 검사시편을 위치시킨다.

상기 검체처리단계(2)는 샘플링 모듈(7)과 밸브/펌프 모듈(8)에 의해 분석대상 검체가 채취 및/또는 시험에 사용되는 각종 용액을 이송하는 단계이며, 검사대상물질의 종류에 따른 사용완충액의 종류 및 사용량이 상기 밸브/펌프모듈(8)의 밸브의 개폐가 상기 제어단계(5)의 제어신호에 따라 제어됨으로써 제어된다.

상기 결과측정단계(3)는 시험결과를 측정하는 결과측정모듈(9)에 의해 수행되는 단계로서 분석대상물질의 종류에 따라 상기의 제어단계(5)에서 인가되는 신호에 따라 조건 값을 제어하고 또한 분석물질의 반응 정도를 측정하여 제어모듈(11)로 소정의 신호를 전송하게 된다.

상기 결과표시 단계(4)는 결과표시 모듈(10)에 의해 수행되는 단계로서 제어단계(5)에서 전송되는 신호에 따라 상기 결과표시 모듈(10)을 구성하는 액정표시장치 등을 통해 소정의 계산된 결과를 출력한다.

상기 제어단계(5)는 마이크로컨트롤러가 내장된 제어모듈(11)에 의해 수행되는 단계로서 시편의 공급여부를 판단하여 시편공급단계(1)에 제어신호를 전송하고, 검사대상물질에 따라 결정되는 사용완충액의 종류 및 사용량에 대한 제어신호를 검체처리단계(2)에 전송하고, 분석종류에 따른 조건 값 제어신호를 결과측정단계(3)에 전송하며, 상기 결과측정단계(3)에서 검출된 시편의 크로마토그래피 이미지를 해석한 값을 결과표시단계(4)에 전송한다.

이하 본 발명의 기술적 구성을 구체적 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 분석방법의 하나의 구체적 실시예를 나타낸다. 도 3에서 보는 바와 같이 검사시편(32)은 도 7에서 보는 바와 같이 시편 공급 모듈에 의해 공급된다. 상기 시편 공급 모듈(6)은 도 7의 (A)와 같은 회전 공급방식이나 도 7의 (B)에서 나타낸 선형 공급방식으로 구성될 수 있는데 검사 시편의 공급이 반드시 이 방법에 국한되는 것은 아니다.

도 3에서 나타낸 평행이동 면역크로마토그래피 검사 시편(32)은 스트립 형태 또는 스트립을 외부의 플라스틱 커버가 보호하고 있는 카세트 형태 등이 사용될 수 있으나 검사 시편의 외형이 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

상기 평행이동 면역크로마토그래피 검사시편은 셀룰로즈, 플라스틱, 유리섬유, 니트로셀룰로즈 등의 재료와 단백질, 핵산, 탄수화물 등의 생리활성 물질로 제작되어 주로 도 8에서 나타낸 형태로 조립되며 도 8의 검체 채취부(81)에 투입된 검체가 크로마토그래피 원리에 의해 흡수부(84) 방향으로 이동하면서 검체 속에 존재하는 분석대상 물질이 리포터물질 반응부(82)에서 리포터 물질과 결합하고 이와 같이 결합된 분석물질-리포터 물질 결합체가 고정화물질부(83)에서 고정되어 더 이상 이동하지 못하는 형태로 되는 것을 의미한다.

도 3의 샘플링 암(34)과 도 3의 샘플링 노즐(33)은 도 2의 샘플링 모듈(7)을 구성한다.

도 6의 검사샘플(31)은 도 6의 (A)와 같이 회전 공급방식이나 도 6의 (B)와 같이 선형공급방식에 의해 공급될 수 있는데 검사샘플의 공급이 반드시 이 방법에 국한되는 것은 아니다.

도 1의 검체처리단계(2)는 도 3의 샘플링 노즐(33)과 도 3의 샘플링 암(34) 으로 구성되는 도 2의 샘플링 (검체채취) 모듈(7)이 회전운동과 상하운동에 의해 도 3의 검사샘플(31) 위치로 가서, 도 3에서 보는 바와 같이, 펌프모듈(35)과 밸브모듈(36)의 작용으로, 검사 샘플(31)을 흡입하고, 다시 회전, 상하 운동하여 검사시편(32)에 도달한 후, 도 4의 검체 투입구(41)에 흡입된 검체를 방출하는 과정으로 구성된다.

상기 검체처리단계(2)에서 추가로 완충 용액 등이 필요할 경우, 도 3에서 나타난 바와 같이 별도의 용기(37)를 도 2의 펌프/밸브 모듈(8)에 연결하여 필요한 용액을 정량 이송하여 처리한다. 검체의 채취는 상기 샘플링 모듈과 펌프/밸브 모듈을 이용해 손가락 끝과 같은 피험자의 신체에서 직접 처리할 수도 있다.

상기 샘플링 노즐의 재질은 시험자가 채취되는 검체의 양을 확인할 수 있도록 유리, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 등 투명한 재질을 사용하는 것이 바람직하고 피험자의 신체에서 직접 검체를 채취할 경우는 오염과 전염을 방지하기 위해 일회용 노즐을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 결과측정단계(3)는 결과측정모듈(9)에 의해 이루어진다. 상기 검체처리단계(2)에서 시험검체의 처리가 종료된 후 도 2의 제어모듈(11)에 입력된 정해진 시간이 경과하면, 도 3의 결과측정모듈(38)이 작동하여 시험 결과를 측정한다. 시험 결과의 측정은 크로마토그래피 장치에 포함되어 있는 탐지물질의 특성에 따라 적합한 방법이 이용되어야 한다. 예를 들어 콜로이드성금, 염색 라텍스와 같이 가시 색채를 지닌 입자성 물질이 리포터 물질인 경우는 주로 CCD, CMOS 등 이미지 센서를 이용하여 시험결과를 측정하고, 빛의 입자를 방출하는 형태의 형광물질이나 발광물질 등을 리포터 물질로 사용하는 경우에는 광센서나 광증폭관 등의 장치를 이용하여 분석대상물질을 정량분석하며, 자성체를 리포터 물질로 이용하는 경우는 시험 반응에 의해 한 곳에 고정화된 자성체가 내는 자기를 계량하여 정량적인 분석을 하지만 결과의 측정방법이 반드시 이들 방법에 국한되는 것은 아니다.

도 1의 결과표시단계(4)는 도 2의 결과표시 모듈(10)에 의해 이루어지는데 상기의 결과표시 모듈(10)은 시험자가 결과를 인지하고 이용할 수 있도록 주로 액정표시장치, 프린터, 스피커 등으로 구성되지만 반드시 이에 국한되어야 하는 것은 아니다.

상기 제어단계(5)는 도 2의 제어모듈(11)에 의해 실행되며 도 1에 나타낸 각각의 단계를 실시하기 위해 도 2의 시편공급모듈(6), 샘플링 모듈(7), 펌프/밸브 모듈(8)에서 각각의 모듈을 구성하는 기구들의 이동거리, 이동속도를 제어하며 결과측정 모듈(9)에서 원시 데이터의 획득, 원시데이터의 가공 등을 통해 측정 결과 값을 산출하고 결과표시 모듈(10)을 통해 산출된 결과값의 표시와 시험자와 통신을 제어하는 것으로 구성된다.

1 : 시편공급단계 2 : 검체처리단계
3 : 결과 측정 단계 4 : 결과 표시단계
5 : 제어단계 6 : 시편공급모듈
7 : 샘플링 모듈 8 : 밸브/펌프 모듈
9 : 결과측정모듈 10 : 결과표시 모듈
11 : 제어모듈 31 : 검사샘플
32 : 검사시편 33 : 샘플링 노즐
34 : 샘플링 암 35 : 펌프모듈
36 : 밸브모듈 37 : 용기
38 : 결과측정모듈 81 : 검체 채취부
82 : 리포터물질 반응부 83 : 고정화물질부
84 : 흡수부

Claims (1)

1. 제어단계의 신호에 따라 시편의 위치를 검체가 투입 가능한 위치 또는 결과측정이 가능한 위치로 위치 제어하여 검사 시편을 공급하되, 직선형 시편홀더, 상기 시편홀더를 회전시키는 시편홀더디스크, 상기 시편홀더디스크의 하부에 장착되는 시편홀더 구동모터를 포함하는 시편공급모듈을 이용하여 시편을 공급하는 시편공급단계;
   검체를 채취하고, 검사대상물질의 종류에 따른 사용 완충액의 종류 및 사용량이 밸브펌프모듈의 밸브개폐제어에 따라 결정된 시험용액을 공급하며, 샘플링 모듈(7)과 밸브/펌프 모듈(8)을 포함하는 검체처리모듈을 이용하여 검체를 처리하는 검체처리단계;
   분석대상물질의 종류에 따라 제어모듈과 통신하여, 조건 값을 제어하여 검체와 시편에 의한 시험결과를 CCD 또는 CMOS 이미지 센서를 이용하는 결과측정모듈을 이용한 결과 측정 단계;
   상기 결과측정단계에서 생성된 데이터를 제어모듈의 신호에 따라 출력하는 결과 표시단계; 및
   시편의 공급여부를 판단하여 시편공급단계에 제어신호를 전송하고, 검사대상물질에 따라 결정되는 사용 완충액의 종류 및 사용량에 대한 제어신호를 검체처리단계에 전송하고, 분석종류에 따른 조건 값 제어신호를 결과측정단계에 전송하며, 결과측정단계에서 검출된 시편의 크로마토그래피 이미지를 해석한 값을 결과표시단계에 전송하여 상기의 결과표시단계를 각각의 단계에서 입력된 신호에 따라 제어하는 제어단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 평행이동 면역크로마토그래피를 이용한 생체물질의 정밀 분석방법.
   

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