KR101333310B1 - 면역분석 진단 장치 및 이를 이용한 진단 방법 - Google Patents
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Abstract
면역분석 진단 장치가 제공된다. 이 진단 장치는 생체시료를 검출하기 위해 나노 입자들을 갖는 미세유체 칩, 미세유체 칩에 평면 광을 제공하는 광원부 및 미세유체 칩으로부터 반사되는 반사광을 감지하는 센서부를 포함한다. 나노 입자는 생체시료와 특이적으로 결합되어 생체시료-나노 입자 결합체를 형성하고, 센서부는 생체시료-나노 입자 결합체에 의해 반사되는 반사광을 감지한다.
Description
본 발명은 면역분석 진단 장치 및 이를 이용한 진단 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 면 광원을 갖는 면역분석 진단 장치 및 이를 이용한 진단 방법에 관한 것이다.
현재 생명공학 기술과 많은 다양한 학문의 기술이 융합하여, 다양한 분야에서 그 영향력을 가지고 발전해 가고 있다. 그 중 많은 부분이 진단 시장 쪽으로 흘러가고 있다. 진단 시장 분야에서 필요한 것은 진단에 필요한 기술을 현재 속도 보다 빠르고 정확하게 분석하는 것에 목표를 두고 흘러 가고 있다. 이러한 측면에 입각하여 개발되고 있는 분야로 랩온어칩(lab on a chip), 시스템온칩(system on chip) 등으로 불리는 어레이(array) 분석을 할 수 있는 칩의 개발이다. 이들은 소규모로 많은 양의 데이터(data)를 빠르고 쉽게 얻어낼 수 있게끔 해준다. 하지만, 많은 양의 데이터를 얻기 때문에, 데이터의 분석 정도의 세밀함은 요구할 수 없을 때가 많다. 거대 실험실에서 행해지는 모든 단계를 소규모 칩 위로 올리는 것부터가 많은 기술력을 요하고 있기 때문이다. 현재는 소규모로 분석 장치와 방법을 집적(integrate)하는 것에는 성공하였으나, 이를 좀 더 정량적이고 세밀하게 결과값을 얻어내려고 하는데 초점이 맞춰지고 있으며, 그 필요성이 많이 대두 되고 있는 실정이다.
일례로 기존의 진단 키트(kit) 시장에서 많이 사용되는 스트립(strip)을 이용한 양성 반응 여부 판정 방법은 이제 그 한계점에 다다른 추세이다. 병의 유무만을 알고 싶어하는 시대는 저물어 가고, 병의 발생 가능성 유무 그리고 병이 발생하였다면 향후 병의 진행 방향과 그 병의 깊이 정도를 알고 싶어한다. 이를 위해 진단 시장 쪽에서는 양성 반응 여부만을 판정하는 것이 아니라, 병의 정도를 정량적인 수치의 등급으로 기준을 정하여 결과값을 내고자 한다. 이를 위해 현재 많은 분야에서 진단을 위한 분석 장치의 필요성이 대두 되고 있다.
이런 분석을 위해 사용되는 방법 중 하나가 나노(nano) 입자 또는 비드(bead)를 이용한 기술로 마이크로(micro) 또는 나노 입자의 한쪽에 고상의 지지물이 붙을 수 있도록 하고, 나머지 한쪽에 진단을 위한 물질이 붙을 수 있도록 하여 진단하는 것이다. 앞선 방법은 일반적인 표면에 고정화시켜 많은 양의 입자를 표면에 부착하여 좁은 면적에서 많은 양을 농축시켜 병의 유무를 알리는 선(line)의 형성 유무를 가지고 병을 진단하는 방법이다. 이때, 많이 사용되는 입자로 금(gold) 나노 입자가 있는데, 이는 육안으로 관찰 가능한 물질로 임신 진단 키트에도 널리 사용되고 있는 물질이다. 이 나노 입자를 이용하여 이 나노 입자의 빛의 반사 정도를 읽어냄으로써, 선의 유무만이 아닌 정량적 분석이 가능하게 되는 금 리더기(reader)들이 개발되고 있다.
현재 사용중인 금 리더기는 점 광원을 이용하여 제작된 리더기가 많은데, 점 광원의 단점인 그림자가 형성되는 문제로 인하여 측정된 값의 신뢰도가 떨어지는 현상이 발생하게 된다. 다시 말해, 점 광원을 이용하는 경우 시료를 스캔하는 영역에서 조도의 불균일성이 존재하는데, 이를 해결하기 위해 여러 개의 점 광원들을 사용해도 조도의 불균일성이 해결되지 않고, 또한 그림자로 인하여 검출기로 측정할 때, 정밀도가 낮아진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 측정 정밀도가 향상된 면역분석 진단 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 측정 정밀도가 향상된 면역분석 진단 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 면역분석 진단 장치를 제공한다. 이 진단 장치는 생체시료를 검출하기 위해 나노 입자들을 갖는 미세유체 칩, 미세유체 칩에 평면 광을 제공하는 광원부 및 미세유체 칩으로부터 반사되는 반사광을 감지하는 센서부를 포함할 수 있다. 나노 입자는 생체시료와 특이적으로 결합되어 생체시료-나노 입자 결합체를 형성할 수 있고, 센서부는 생체시료-나노 입자 결합체에 의해 반사되는 반사광을 감지할 수 있다.
미세유체 칩은 두 종류 이상의 나노 입자들을 가질 수 있다.
나노 입자는 금속 나노 입자일 수 있다. 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 철, 아연, 망간 또는 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
광원부는 발광 다이오드 및 도광판을 포함할 수 있다. 광원부는 액정 표시 장치일 수 있다. 광원부는 미세유체 칩을 중심으로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 액정 표시 장치들로 구성될 수 있다.
미세유세 칩에 단일파장 평면 광을 제공하기 위해 광원부와 미세유체 칩 사이에 배치되는 광 필터를 더 포함할 수 있다.
센서부에 의해 감지된 반사광을 전기적 신호로 전환하는 측정부를 더 포함할 수 있다. 측정부는 미세유체 칩에 평면 광을 제공하는 것에 의해 센서부에서 감지된 2차원 형태의 반사광을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 측정부는 전기적 신호를 해석하여 전기적 신호에 대응하는 생체시료에 포함된 감염성 질환들의 종류 및 감염성 질환들의 정도를 분석할 수 있다.
상기한 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 면역분석 진단 방법을 제공한다. 이 방법은 나노 입자들을 갖는 미세유체 칩에 생체시료를 주입하여 나노 입자들에 생체시료를 특이적으로 결합시켜 나노 입자-생체시료 결합체들을 형성하는 단계, 미세유체 칩에 평면 광을 제공하여 나노 입자-생체시료 결합체들에 의한 반사광을 발생시키는 단계 및 미세유체 칩의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의한 반사광을 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
미세유체 칩은 두 종류 이상의 나노 입자들을 가질 수 있다.
나노 입자들은 금속 나노 입자일 수 있다. 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 철, 아연, 망간 또는 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
평면 광은 단일파장 평면 광일 수 있다.
미세유체 칩의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의한 반사광을 포집하는 단계는 미세유체 칩에 평면 광을 제공하는 것에 의해 2차원 형태의 반사광을 포집하는 것일 수 있다. 미세유체 칩의 나노 입자-생체시료 결합체에 의한 반사광을 포집하는 단계는 2차원 형태의 반사광을 포집하여 축적하는 것일 수 있다.
포집된 반사광을 전기적 신호로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전기적 신호를 해석하여 전기적 신호에 대응하는 생체시료에 포함된 감염성 질환들의 종류 및 감염성 질환들의 정도를 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 생체시료를 나노 입자와 특이적으로 결합하여 나노 입자-생체시료 결합체를 형성한 후, 조도가 균일한 평면 광을 조사하여 나노 입자-생체시료 결합체로부터 반사되는 반사광을 측정 및 분석함으로써, 2차원 형태의 반사광에 대한 전기적 신호가 포집 및 축적될 수 있다. 이에 따라, 생체시료에 포함된 감염성 질환에 대한 측정 정밀도가 향상된 면역분석 진단 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 생체시료를 나노 입자와 특이적으로 결합하여 나노 입자-생체시료 결합체를 형성한 후, 조도가 균일한 평면 광을 조사하여 나노 입자-생체시료 결합체로부터 반사되는 반사광을 측정 및 분석함으로써, 2차원 형태의 반사광에 대한 전기적 신호가 포집 및 축적될 수 있다. 이에 따라, 생체시료에 포함된 감염성 질환에 대한 측정 정밀도가 향상된 진단 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 일부 구성들에 대한 블록도;
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 면역분석 진단 장치의 광원부의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 일부 구성들에 대한 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 일부 구성들에 대한 블록도;
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 면역분석 진단 장치의 광원부의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 일부 구성들에 대한 단면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 면역분석 진단 장치(100)는 미세유체 칩(microfluidic chip, 110), 광원부(120), 센서부(sensing unit, 130) 및 측정부(140)를 포함한다.
미세유체 칩(110)은 생체시료에 포함된 감염성 질환을 검출하기 위한 나노 입자들을 가질 수 있다. 나노 입자는 생체시료에 포함된 감염성 질환과 특이적으로 결합되어 나노 입자-생체시료 결합체를 형성할 수 있다.
나노 입자는 금속 나노 입자를 포함할 수 있다. 금속 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 아연(Zn) 및 망간(Mn) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
미세유체 칩(110)은 두 종류 이상의 나노 입자들을 가질 수 있다. 이에 따라, 미세유체 칩(110)은 생체시료에 포함된 복수의 감염성 질환들을 동시에 검출할 수 있다.
미세유체 칩(110)은 유체 형태의 생체시료, 즉, 혈액 등과 같은 생체시료의 이동, 정지, 속도 변화, 시험 용액 등과 같은 다른 유체와의 혼합, 분리 및 교체 등과 같은 다양한 동작들이 가능할 수 있다. 미세유체 칩(110)은 유체의 흐름에 영향을 줄 수 있는 변수인 유체 채널(channel)의 폭, 깊이, 길이 등, 재료로 사용되는 고분자 물질의 종류, 검출에 사용되는 유체의 종류, 접촉 각도 등을 고려하여 구현될 수 있다. 또한, 미세유체 칩(110)은 유체의 능률적인 수송을 위한 펌프(pump) 및 밸브(valve)의 종류와 방식, 그리고 설치되어 있는 위치 등의 변수를 고려하여 구현될 수 있다.
진단하고자 하는 감염 환자로부터 채취한 생체시료는 전처리 과정 없이 미세유체 칩(110)에 주입되고, 생체시료와 반응용액 혼합물은 유체 채널을 이동하면서 생체시료에 포함된 감염성 질환과 나노 입자의 물리적 결합(conjugation)이 형성된다.
광원부(120)는 미세유체 칩(110)에 평면 광을 제공할 수 있다. 광원부(120)에 의해 제공된 평면 광은 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사되어 반사광을 발생시킬 수 있다. 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의한 반사광을 이용하여 생체시료의 감염성 질환을 측정하기 때문에, 검출 한도 및 감도가 향상될 수 있다.
광원부(120)로부터 미세유체 칩(110)에 평면 광이 제공되기 때문에, 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사되는 반사광은 2차원 형태로 센서부(130)에 의해 감지될 수 있다.
광원부(120)는 고휘도 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED) 및 도광판(Light Guide Plate : LGP)을 포함할 수 있다. 고휘도 발광 다이오드(도 3의 1212 참조) 및 도광판(도 3의 1220 참조)에 의해 다파장 평면 광이 생성될 수 있다. 미세유체 칩(110)에 단일파장 평면 광을 제공하기 위해 광원부(120)와 미세유체 칩(110) 사이에 광 필터(125)가 제공될 수 있다. 광원부(120)로부터 생성된 다파장 평면 광은 광 필터(125)를 통과하면서 특정의 단일파장 평면 광으로 바뀔 수 있다. 광 필터(125)는 초퍼(chopper) 형태일 수 있다. 즉, 여러 종류의 광 필터들(125)이 하나의 초퍼에 구비된 형태일 수 있다. 이에 따라, 미세유체 칩(110)에 여러 가지 특정의 단일파장 평면 광이 제공될 수 있다.
미세유체 칩(110)이 두 종류 이상의 나노 입자들을 가질 경우, 두 종류 이상의 나노 입자-생체시료 결합체들 각각의 반사광들이 발생할 수 있다. 이에 따라, 생체시료에 포함된 복수의 감염성 질환들 각각에 대한 반사광이 발생할 수 있다.
센서부(130)는, 앞서 설명되어진 것과 같이, 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사되는 반사광을 2차원 형태로 감지할 수 있다. 센서부(130)는 특정한 방향성 없이 방사상으로 반사되는 반사광을 감지하기 위해 미세유체 칩(110)과의 거리를 가깝게 유지하고, 삼면을 둘러싼 형태일 수 있다. 또한, 센서부(130)는 고감도 검출기(도 4의 137 참조)를 포함할 수 있다.
측정부(140)는 센서부(130)에 의해 감지된 반사광을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 전기적 신호는 전류 피크(peak) 형태일 수 있다. 측정부(140)는 센서부(130)에 의해 감지된 반사광을 전기적 신호를 전환하여 축적할 수 있다. 측정부(140)는 전류 피크 형태의 전기적 신호를 축적하여 측정하기 때문에, 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사된 반사광에 대한 검출 감도가 높아질 수 있다.
미세유체 칩(110)이 두 종류 이상의 나노 입자들을 가질 경우, 두 종류 이상의 나노 입자-생체시료 결합체들 각각의 서로 다른 반사광들이 발생할 수 있다. 이러한 서로 다른 반사광들 각각은 서로 다른 전류 피크 형태의 전기적 신호들로 전환될 수 있다. 이에 따라, 생체시료에 포함된 복수의 감염성 질환들 각각에 대한 전류 피크들을 포함하는 전기적 신호가 측정될 수 있다.
측정부(150)는 전류 피크 형태의 전기적 신호를 해석하여 각각의 전류 피크들에 대응하는 생체시료에 포함된 감염성 질환들의 종류 및 감염성 질환들의 정도를 분석할 수 있다. 이에 따라, 생체시료에 포함된 복수의 감염성 질환들 각각에 대한 정성적 및 정량적 분석이 가능해 질 수 있다. 또한, 생체시료에 포함된 복수의 감염성 질환들을 동시에 분석하는 것이 가능해 질 수 있다.
이하 도 2를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 면역분석 진단 장치가 설명된다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 일부 구성들에 대한 블록도이다. 도 2는 설명의 편의를 위해서, 면역분석 진단 장치에서 미세유체 칩, 광원부 및 센서부를 중심으로 도시한다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 사용하고 그 설명은 생략한다.
도 2를 참조하여 설명되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치(100)와 다른 점은, 광원부(120)의 배치 구조 및 개수가 다르다는 점이다.
광원부들(120)은 미세유체 칩(110)을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다. 즉, 광원부들(120)은 한 쌍의 액정 표시 장치들일 수 있다. 광원부들(120)은 미세유체 칩(110)으로 각각 평면 광을 제공하고, 미세유체 칩(110)으로 각각 제공된 평면 광은 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사되고, 그리고 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사된 각각의 반사광은 센서부(130)에 의해 감지될 수 있다. 한 쌍의 광원부들(120)이 면역분석 진단 장치에 사용됨으로써, 평면 광의 광량이 증가할 수 있다. 이에 따라, 측정 정밀도가 보다 향상될 수 있는 면역분석 진단 장치가 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 면역분석 진단 장치의 광원부의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 광원부(120)는 발광 다이오드(1212) 및 도광판(1220)을 포함하는 액정 표시(Liquid Crystal Display : LCD) 장치일 수 있다. 광원부(120)는 프레임(1210), 도광판(1220), 확산 시트(diffusion sheet, 1230), 두 장의 프리즘 시트들(prism sheet, 1240a, 1240b) 및 액정 패널(LCD panel, 1250)을 포함할 수 있다.
프레임(1210)은 그 테두리의 적어도 일측에 적어도 하나의 발광 다이오드(1212)를, 그리고 밑면에 반사 시트(reflection sheet)를 구비한다. 발광 다이오드(1212)의 개수를 조절하는 것에 의해 광량의 조절도 가능할 수 있다. 반사 시트는 발광 다이오드(1212)에서 발산된 광을 반사시켜 프레임(1210)의 밑면 쪽으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 반사 시트는 반사율을 높이기 위해 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate : PET) 필름 등에 다양한 피막(coating) 처리를 거쳐 만들어진 것일 수 있다.
도광판(1220)은 발광 다이오드(1212)에서 발산되는 광과 반사 시트에서 되돌아온 광을 받아들여, 액정 표시 장치의 화면 전체에 광을 안내하며 분산시킬 수 있다. 즉, 도광판(1220)은 광을 도광판(1220)의 크기만큼 펼치는 역할을 할 수 있다. 하지만, 단순하게 도광판(1220)을 채용하면 광이 발광 다이오드(1212)의 주위에서만 높은 조도를 가질 수 있다. 따라서, 도광판(1220)에 특정 잉크(ink)로 점(dot)과 같은 일정한 모양이 반복되는 것과 같은 패턴(pattern)을 인쇄하여, 도광판(1220)의 전면에서의 광의 조도가 실질적으로 동일하도록 할 수 있다. 이는 점의 크기와 잉크 내에 함유된 광 촉매제의 함유량 등을 조절함으로써, 점 내로 입사되는 광의 난반사 등을 이용하여 도광판(1220)의 전면에 광이 골고루 퍼지게 분산될 수 있다. 도광판(1220)은 폴리카보네이트(PolyCarbonate : PC) 또는 아크릴(acrylic) 수지 등을 포함할 수 있다.
확산 시트(1230)는 도광판(1220)을 거친 광을 다시 산란시켜 프리즘 시트들(1240a, 1240b)과 액정 패널(1250) 방향으로 보내고, 시야각을 넓혀주는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 확산 시트(1230)는 도광판(1220)에 인쇄된 액정 표시 장치의 화면에 나타나는 현상을 막아주는 역할을 할 수 있다.
프리즘 시트들(1240a, 1240b)은 광이 확산 시트(1230)를 지나며 가로 및 세로 방향으로 퍼지는 과정에서 휘도가 급격히 떨어지는 현상이 일어나는데, 이를 다시 굴절시켜 모아줌으로써, 휘도를 끌어올리는 기능을 수행할 수 있다. 프리즘 시트들(1240a, 1240b)의 단면들은 삼각 요철 모양을 하고 있으며, 가로 및 세로로 엇갈리게 겹쳐 사용될 수 있다.
액정 패널(1250)은 유리 기판 및 액정으로 이루어져 발광 다이오드(1212)에서 발산되는 광이 도광판(1220), 확산 시트(1230) 및 프리즘 시트들(1240a, 1240b)을 거쳐, 액정 표시 장치의 화면 전체로 평면 광을 발산하는 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 일부 구성들에 대한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 미세유체 칩(110)은 생체시료에 포함된 감염성 질환과 나노 입자들이 특이적으로 결합되어 형성된 나노 입자-생체시료 결합체들을 포함한다. 미세유체 칩(110)은 두 종류 이상의 나노 입자들을 포함할 수 있다.
광원부(120)로부터 평면 광이 제공된다. 광원부(120)로부터 제공되는 평면 광은 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들로 입사되어 반사될 수 있다. 미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사된 반사광이 방사상으로 발산된다. 방사상으로 발산된 반사광은 센서부(130)의 대물 렌즈(131)를 통과하여 평면 빔 형태로 거울(133)로 전달된다. 거울(133)에 의해 반사된 평면 빔은 필터(134)를 통과하면서 특정의 단일파장 평면 빔이 집속 렌즈(135)로 전달된다. 특정의 단일파장 평면 빔은 집속 렌즈(135)에 의해 수렴되고, 공초점 조리개(confocal pinhole, 136)를 통과하면서 발산하여 센서부(130)의 검출기(137)에 의해 감지된다.
센서부(130)는 광원부(120)로부터 제공된 평면 광에 의한 에너지 교란을 피하기 위해 시간차 검출 기술을 사용할 수 있다. 또한, 센서부(130)는 감지된 평면 빔에 대한 산란광 처리, 잡음 제거 및 패턴 인식 기술을 사용할 수 있다.
미세유체 칩(110)의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사된 반사광을 이용하여 생체시료의 감염성 질환을 측정하기 때문에, 검출 한도 및 감도가 향상될 수 있다.
광원부(120)로부터 미세유체 칩(110)에 평면 광이 제공되기 때문에, 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 반사된 반사광은 2차원 형태로 센서부(130)의 검출기(137)에 의해 감지될 수 있다.
필터(134)는 초퍼 형태일 수 있다. 즉, 여러 종류의 필터들(134)이 하나의 초퍼에 구비된 형태일 수 있다. 이에 따라, 여러 가지 특정의 단일파장 평면 빔이 센서부(130)의 검출기(137)에 의해 감지될 수 있다.
미세유체 칩(110)이 두 종류 이상의 나노 입자들을 가질 경우, 두 종류 이상의 나노 입자-생체시료 결합체들에 의해 서로 다른 반사광들이 발생할 수 있다. 이에 따라, 생체시료에 포함된 복수의 감염성 질환들 각각에 대한 반사광이 발생할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치는 조도가 균일한 평면 광을 나노 입자-생체시료 결합체에 조사하여, 나노 입자-생체시료 결합체로부터 반사되는 반사광을 측정 및 분석함으로써, 2차원 형태의 반사광에 대한 전기적 신호가 포집 및 축적될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치는 생체시료에 포함된 감염성 질환을 정밀하게 검출하는 데 사용될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 면역분석 진단 장치는 발광 다이오드 및 도광판을 포함하는 광원부를 이용하여 나노 입자-생체시료 결합체로 평면 광을 조사하기 때문에, 도광판의 크기를 조절하는 것에 따라 평면 광의 조사 영역의 크기가 비례하므로, 평면 광의 조도 편차가 조절될 수 있다. 또한, 발광 다이오드의 개수를 조절하는 것에 의해 광원부의 광량도 조절이 가능하다. 이에 더하여, 광원부가 차지하는 부피를 크게 줄일 수 있어, 소형(compact) 제품으로 제작할 수 있기 때문에, 진단 장치의 부피가 큰 문제로 인한 공간적 제약이 최소화될 수 있다. 이는 곧 진단을 위한 투자 비용이 경감되는 효과가 있다. 이에 따라, 소비자로 하여금 부담을 적게 가지고 진단 장치를 이용할 수 있게 하여, 시장성이 확보될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 면역분석 진단 장치
110 : 미세유체 칩
120 : 광원부
125 : 광 필터
130 : 센서부
131 : 대물 렌즈
133 : 거울
134 : 필터
135 : 집속 렌즈
136 : 공초점 조리개
137 : 검출기
140 : 측정부
1210 : 프레임
1212 : 발광 다이오드
1220 : 도광판
1230 : 확산 시트
1240a, 1240b : 프리즘 시트
1250 : 액정 패널
110 : 미세유체 칩
120 : 광원부
125 : 광 필터
130 : 센서부
131 : 대물 렌즈
133 : 거울
134 : 필터
135 : 집속 렌즈
136 : 공초점 조리개
137 : 검출기
140 : 측정부
1210 : 프레임
1212 : 발광 다이오드
1220 : 도광판
1230 : 확산 시트
1240a, 1240b : 프리즘 시트
1250 : 액정 패널
Claims (20)
- 생체시료를 검출하기 위해 나노 입자들을 갖는 미세유체 칩;
상기 미세유체 칩에 평면 광을 제공하는 광원부; 및
상기 미세유체 칩으로부터 반사되는 2차원 형태의 반사광을 감지하는 센서부를 포함하되,
상기 나노 입자는 상기 생체시료와 특이적으로 결합되어 생체시료-나노 입자 결합체를 형성하고,
상기 센서부는 상기 생체시료-나노 입자 결합체에 의해 반사되는 상기 2차원 형태의 반사광을 감지하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 미세유체 칩은 두 종류 이상의 나노 입자들을 갖는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 나노 입자는 금속 나노 입자인 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 3항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 철, 아연, 망간 또는 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광원부는 발광 다이오드 및 도광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 광원부는 액정 표시 장치인 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 광원부는 상기 미세유체 칩을 중심으로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 액정 표시 장치들로 구성되는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 미세유세 칩에 단일파장 평면 광을 제공하기 위해 상기 광원부와 상기 미세유체 칩 사이에 배치되는 광 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 센서부에 의해 감지된 상기 2차원 형태의 반사광을 전기적 신호로 전환하는 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 9항에 있어서,
상기 측정부는 상기 미세유체 칩에 상기 평면 광을 제공하는 것에 의해 상기 센서부에서 감지된 상기 2차원 형태의 반사광을 상기 전기적 신호로 전환하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 제 9항에 있어서,
상기 측정부는 상기 전기적 신호를 해석하여 상기 전기적 신호에 대응하는 상기 생체시료에 포함된 감염성 질환들의 종류 및 감염성 질환들의 정도를 분석하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 장치. - 나노 입자들을 갖는 미세유체 칩에 생체시료를 주입하여 상기 나노 입자들에 상기 생체시료를 특이적으로 결합시켜 나노 입자-생체시료 결합체들을 형성하는 단계;
상기 미세유체 칩에 평면 광을 제공하여 상기 나노 입자-생체시료 결합체들에 의한 2차원 형태의 반사광을 발생시키는 단계; 및
상기 미세유체 칩의 상기 나노 입자-생체시료 결합체들에 의한 상기 2차원 형태의 반사광을 포집하는 단계를 포함하는 면역분석 진단 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 미세유체 칩은 두 종류 이상의 나노 입자들을 갖는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 나노 입자들은 금속 나노 입자인 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법. - 제 14항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 철, 아연, 망간 또는 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 평면 광은 단일파장 평면 광인 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 미세유체 칩의 상기 나노 입자-생체시료 결합체들에 의한 상기 2차원 형태의 반사광을 포집하는 단계는 상기 미세유체 칩에 상기 평면 광을 제공하는 것에 의해 상기 2차원 형태의 반사광을 포집하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법. - 제 17항에 있어서,
상기 미세유체 칩의 상기 나노 입자-생체시료 결합체에 의한 상기 2차원 형태의 반사광을 포집하는 단계는 상기 2차원 형태의 반사광을 포집하여 축적하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법. - 제 12항에 있어서,
포집된 상기 반사광을 전기적 신호로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법. - 제 19항에 있어서,
상기 전기적 신호를 해석하여 상기 전기적 신호에 대응하는 상기 생체시료에 포함된 감염성 질환들의 종류 및 감염성 질환들의 정도를 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역분석 진단 방법.
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| KR100894036B1 (ko) * | 2007-09-28 | 2009-04-22 | 광운대학교 산학협력단 | 광분할형 반사경을 이용한 무채혈 혈당 측정 장치 |
| KR20100061603A (ko) * | 2008-11-29 | 2010-06-08 | 한국전자통신연구원 | 바이오 물질 감지용 나노 입자 및 이를 이용한 바이오 센서 |
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2011
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Patent Citations (2)
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