KR101412777B1 - 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분석하고자 하는 유체 샘플을 수용하는 샘플 패드(sample pad); 상기 샘플 패드와 접촉하여 배치되며, 상기 유체 샘플 내에 포함된 서로 다른 타켓 분석물과 결합하는 제 1 바인더가 코팅된 나노스피어(nanosphere)를 포함하는 접합체 패드(conjugate pad); 및 상기 접합체 패드와 접촉하여 배치되며, 상기 유체 샘플이 유동할 수 있는 분지된 채널 패턴이 형성된 패턴 시트(patterned sheet)를 포함하되, 상기 채널 패턴은 종이 재질의 베이스 부재(base member) 상에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 패턴 물질을 분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 측방 유동 디바이스를 제공한다. 본 발명에 따른 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스는 종이 재질의 베이스 상에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 채널 패턴을 형성하는바, 클린룸이나 복잡한 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 대량생산이 가능하다. 또한, 동시에 다성분의 정량 분석이 가능한바 동시 다분석 기법을 통한 high throughput diagnostic device 설계 제작과 초정밀 imaging process 기술들을 통해서 다양한 입자의 물리화학적 현상을 설명하거나, 여러 가지 생화학물질 진단 및 in-vitro 실험법의 응용연구 또는 개발에 기초자료를 제공할 수 있어 바이오기술 뿐 아니라 화학적인 응용을 통해 환경, 에너지, 바이오산업의 성장에 기여할 수 있을 것으로 기대된다,

Description

다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스{LATERAL FLOW DEVICE FOR SIMULTANEOUS QUANTITATIVE ANALYSIS OF MULTI-COMPONENT}
본 발명은 측방 유동 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 샘플 내에 함유된 다성분을 동시에 정량 분석하는 것이 가능한 측방 유동 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로 플루이딕 칩(micro fluidic chip)이란, 그 안에 형성되어 있는 미세 채널로 미량의 분석 대상 물질을 흘려보내면서, 칩 내에 존재하는 각종 물질을 분석할 수 있는 칩을 의미한다. 이러한 마이크로 플루이딕 칩은 랩온어칩(Lab-on-a-chip, LOC : 칩 위의 실험실이라는 의미)이라고 하여, 작은 칩 내에서 분석 대상 물질을 한 번에 분석할 수 있는 칩의 형태로 개발되고 있다. 또한 이러한 마이크로 플루이딕 칩은 물질의 분석, 분리, 및 합성 등을 위하여 사용되고 있으며, 점차로 그 사용 분야가 확대되고 있는 실정이다.
보다 구체적으로, 마이크로미터 크기의 채널이나 챔버 등의 구조물을 갖는 마이크로 플루이딕 칩은 화학이나 생물 분야의 기초 과학 연구, 병원에서의 질병 진단이나 야외의 환경 모니터링 등의 다양한 분야에 활용되고 있다. 최근에는 마이크로 플루이딕 칩의 구조물 내에 세포를 배양하거나 화학 반응을 일으키거나 또는 다양한 형상의 마이크로 입자를 제조하는 등의 다양한 분야에 적용하고자 하는 연구도 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
한편, 이러한 마이크로미터 크기의 채널이나 구조물을 갖는 마이크로 플루이딕 칩을 제조하기 위한 몰드는 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해서 제조되는 것이 일반적이다. 하지만, 포토리소그래피 공정을 사용하여 마이크로 플루이딕 칩 몰드를 제조하는 경우에는, 마이크로미터 두께의 미세한 광감제 코팅을 하기 위한 스핀 코팅기(spin coaters)이나 포토리소그래피를 위한 포토마스크가 장착된 자외선 경화장치인 얼라이너(aligner) 등과 같은 매우 고가의 장비가 필요할 뿐만 아니라 제조 공정의 제어가 복잡한 문제점이 있다.
또한, 기존의 마이크로 플루이딕 칩은 동시에 다성분을 분석하는 데에도 한계가 있는 문제점이 있다. 최근에는 동시에 다성분 분석이 가능한 strip 형도 시판되고 있으나, 현재 시판중인 동시 다성분 분석 strip의 경우에는 두 개 이상의 capture region line을 가지고 있는데, 두 개 이상의 capture region을 가지는 경우 첫 번째 region에서 바인딩 된 나노스피어(nanosphere)의 양에 따라 다음 region에서 바인딩 할 수 있는 나노스피어(nanosphere)의 개수가 정의되는바, 각 capture region마다 나노스피어(nanosphere)의 개수가 일정하지 않으므로, 정성적인 정보는 제공해 줄 수 있으나 정량적인 정보는 제공해 줄 수 없는 문제점이 있다. 따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 현재 다양한 연구가 이루어지고 있으나(한국 등록특허 공보 제10-1053772호 참조), 아직 미비한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 샘플 패드(sample pad), 접합체 패드(conjugate pad) 및 분지된 채널 패턴이 형성된 패턴 시트(patterned sheet)를 포함하되, 상기 채널 패턴은 종이 재질의 베이스 부재(base member) 상에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 패턴 물질을 분사함으로써 형성되어, 복잡한 고가의 장비를 필요로 하지 않고도 대량생산이 가능할 수 있을 뿐만 아니라 형성된 채널의 폭을 조절하면서 나노스피어(nanosphere)의 양을 제어할 수 있어, 결과적으로 다성분을 동시에 정량 분석할 수 있는 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 분석하고자 하는 유체 샘플을 수용하는 샘플 패드(sample pad); 상기 샘플 패드와 접촉하여 배치되며, 상기 유체 샘플 내에 포함된 서로 다른 타켓 분석물과 결합하는 제 1 바인더가 코팅된 나노스피어(nanosphere)를 포함하는 접합체 패드(conjugate pad); 및 상기 접합체 패드와 접촉하여 배치되며, 상기 유체 샘플이 유동할 수 있는 분지된 채널 패턴이 형성된 패턴 시트(patterned sheet)를 포함하되, 상기 채널 패턴은 종이 재질의 베이스 부재(base member) 상에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 패턴 물질을 분사하여 형성되는 측방 유동 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 패턴 시트에서의 각 채널은 포획영역(capture region) 및 컨트롤 영역(control region)을 포함하되, 상기 포획영역은 상기 제 1 바인더와 결합하는 제 1 바인더 또는 제 2 바인더가 코팅되며, 상기 컨트롤 영역은 상기 제 1 바인더 또는 상기 서로 다른 타켓 분석물과 결합하는 제 1 바인더 또는 제 3 바인더가 코팅된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 패턴 물질은 포토레지스트(photoresist) 또는 왁스(wax)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 각각의 상기 채널의 폭은 100μm~5mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 타겟 분석물과 결합하는 상기 나노스피어의 반응 개수에 따라 각 채널로 동일한 개수의 상기 나노스피어가 분할되어 이동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 타겟 분석물은 독소, 단백질, 항원, 항체, DNA, RNA, 압타머(aptamer), 호르몬, 약물 및 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스는 종이 재질의 베이스 상에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 채널 패턴을 형성하는바, 클린룸이나 복잡한 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 대량생산이 가능하다. 또한, 동시에 다성분의 정량 분석이 가능한바 동시 다분석 기법을 통한 high throughput diagnostic device 설계 제작과 초정밀 imaging process 기술들을 통해서 다양한 입자의 물리화학적 현상을 설명하거나, 여러 가지 생화학물질 진단 및 in-vitro 실험법의 응용연구 또는 개발에 기초자료를 제공할 수 있어 바이오기술 뿐 아니라 화학적인 응용을 통해 환경, 에너지, 바이오산업의 성장에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스(10)의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스(10)의 패턴 시트(300) 상에서 동시에 다성분 정량 분석이 이루어지는 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명자들은 종래의 측방 유동 디바이스의 효율성 개선에 대하여 연구하던 중, 종이 위에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 채널 패턴을 형성할 경우 복잡한 고가의 장비를 필요로 하지 않으면서 대량생산이 가능할 수 있으며, 이를 통해 분지된 채널 패턴을 형성하면서 형성된 채널의 폭을 조절하면 나노스피어(nanosphere)의 양을 제어할 수 있어, 결과적으로 다성분을 동시에 정량 분석할 수 있음을 확인하고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스(10)의 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스(10)는 샘플 패드(sample pad)(100), 접합체 패드(conjugate pad)(200) 및 패턴 시트(patterned sheet)(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
샘플 패드(100)는 분석하고자 하는 유체 샘플을 수용하는 구성으로서, 유체 샘플을 수용하기 위해서 다공성 구조를 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 물질로는 이에 한정되는 것은 아니지만 예를 들어, 섬유성 종이와 같은 셀룰로즈 물질로 된 미세 기공 멤브레인, 셀룰로즈, 셀룰로즈 아세테이트와 같은 셀룰로즈 유도체, 니트로셀룰로즈, 유리 섬유, 천연 발생 면(cotton), 나일론 등과 같은 직물 또는 다공성 겔 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서, '유체 샘플'은 측정하고자 하는 1가지 이상의 타겟 분석물을 함유하고 있는 샘플을 의미한다.
또한, 본 발명에서 '타겟 분석물'은 하나 이상의 에피토프(epitope), 결합 부위(binding site) 또는 리간드(ligand)를 갖는, 검출 또는 측정되는 화합물 또는 조성물을 의미한다. 이러한 타겟 분석물은 독소, 단백질, 항원, 항체, DNA, RNA, 압타머(aptamer), 호르몬, 약물 및 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이들로만 한정되는 것은 아니다.
접합체 패드(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 샘플 패드(100)와 접촉하여 배치되며, 샘플 패드(100)로부터 유체 샘플을 수용한다. 이를 위해, 접합체 패드(200)도 다공성의 흡수 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 접합체 패드(200)는 타켓 분석물과 결합하는 제 1 바인더가 코팅된 나노스피어(nanosphere)를 포함하며, 이때 제 1 바인더는 타겟 분석물과 특이적으로 결합하는 항체를 사용하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 유체 샘플 내에 존재하는 1개 이상의 타겟 분석물과 나노스피어 상에 코팅된 제 1 바인더가 서로 결합하여 제 1 결합체가 형성될 수 있다. 한편, 이러한 나노스피어로는 금 입자를 사용하는 것이 바람직하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.
패턴 시트(300)는 접합체 패드(200)와 접촉하여 배치되며, 유체 샘플이 유동되면서 유체 샘플 내에 존재하는 1가지 이상의 타겟 분석물을 동시에 정량 분석하기 위한 구성이다. 이를 위해, 패턴 시트(300)에는 분지된 채널 패턴이 형성되어 있으며, 이러한 분지된 채널 패턴은 종이 재질의 베이스 부재(base member) 상에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 패턴 물질을 분사함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 잉크젯 프린팅 방식이란 패턴을 형성하고자 하는 부분을 따라 전도성 물질을 함유한 액체를 분사한 후 분사한 액체 중 전도성 물질만 남기고 분사를 위해서 필요했던 전도성 물질을 포함하고 있었던 액체는 없애는 즉, 비산시키는 방식(열을 가해주어 없애는 방식을 사용)을 사용하는 방식으로서, 이러한 잉크젯 프린팅 방식을 이용하면, 미세 패턴을 기판 상에 직접 형성할 수 있기 때문에 종래의 포토리소그래피와 같이, 진공성막, 포토리소, 에칭, 레지스트 박리공정의 비용이 드는 공정을 생략할 수 있어 생산비용을 크게 낮출 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 패턴 물질을 종이 재질의 베이스 부재에 분사한 후 종이 재질의 베이스 부재 상에 패턴 물질이 남아있는 부분은 유체 샘플이 흐를 수 없는 벽을 형성하고, 패턴 물질이 녹아나간 부분은 유체 샘플이 흐를 수 있는 채널을 형성한다. 이때, 채널의 깊이는 사용되는 종이 재질의 베이스 부재의 두께가 되며, 채널의 폭은 약 100μm~5mm인 것이 바람직하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 이러한 채널의 폭을 조절하여 유량을 조절할 수 있으며, 이로 인해 일정한 비율로 유체 샘플과 함께 유동하는 나노스피어를 분할하여 보낼 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 패턴 물질로는 포토레지스트(photoresist) 또는 왁스(wax)를 사용하는 것이 바람직하지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
이와 같이, 잉크젯 프린팅 방식과 종이 재질의 베이스 부재만을 이용함으로써 양산 시 클린룸이나 고가의 복잡한 장비를 필요로 하지 않으며 대량생산이 가능한 장점이 있다.
또한, 패턴 시트(300)에서의 각 채널은 포획영역(capture region) 및 컨트롤 영역(control region)을 포함하며, 상기 포획영역은 상기 제 1 바인더와 결합하는 제 1 바인더 또는 제 2 바인더가 코팅되고, 상기 컨트롤 영역은 상기 제 1 바인더 또는 상기 서로 다른 타켓 분석물과 결합하는 제 1 바인더 또는 제 3 바인더가 코팅되며, 이로 인해 유체 샘플 내에 함유된 서로 다른 타겟 분석물을 동시에 검출할 수 있다. 예컨대, 제 1 바인더로 항체를 사용하는 경우, 제 2 바인더 및 제 3 바인더로 각각 항원 및 2차 항체를 사용한다.
한편, 제 1 바인더는 나노스피어 상에 코팅되어 나노스피어와 함께 유동되는데 반해, 포획영역(capture region)과 컨트롤 영역(control region)에 코팅된 제 1 바인더 또는 제 2 바인더 및 제 1 바인더 또는 제 3 바인더는 유체 샘플과 함께 유동하지 않고 각각 포획영역(capture region)과 컨트롤 영역(control region)에 고정화되어 있다.
따라서 유체 샘플 내에 타겟 분석물, 예컨대 독소 물질이 함유된 경우, 접합체 패드(200) 내에서 나노스피어 상에 코팅된 제 1 바인더가 독소 물질과 이미 결합하여 제 1 결합체를 형성하게 되는바, 포획영역(capture region)의 제 2 바인더와는 결합하지 않고 흘러 지나가며, 컨트롤 영역(control region)의 제 3 바인더와만 결합하게 되는바, 결과적으로 1개의 라인만 짙어지게 된다. 이후 컨트롤 영역의 색상화 정도를 측정함으로써 유체 샘플 내의 타겟 분석물의 양을 정확하게 측정할 수 있으며, 이때 컨트롤 영역의 색상화 정도를 특정하기 위해서 CMOS 카메라 또는 CCD 카메라가 사용될 수도 있다.
반면에, 유체 샘플 내에 타겟 분석물, 예컨대 독소 물질이 함유되지 않은 경우에는, 접합체 패드(200) 내의 나노스피어가 유체 샘플과 함께 각 채널로 유동하면서 제 1 바인더가 포획영역의 제 2 바인더와 결합하게 되고, 뿐만 아니라 컨트롤 영역의 제 3 바인더와도 결합이 이루어져, 결과적으로 두 개의 라인이 모두 짙어지게 된다.
이러한 패턴 시트(300)에서는, 타겟 분석물과 결합하는 나노스피어의 반응 개수에 따라 각 채널로 동일한 개수의 나노스피어가 분할되어 이동될 수 있고, 이로 인해 다성분을 동시에 정량 분석하는 것이 가능하다(도 2 참조).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 본 발명에 따른 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스
100: 샘플 패드 200: 접착체 패드
300: 패턴 시트

Claims (6)

  1. 분석하고자 하는 유체 샘플을 수용하는 샘플 패드(sample pad);
    상기 샘플 패드와 접촉하여 배치되며, 상기 유체 샘플 내에 포함된 서로 다른 타켓 분석물과 결합하는 제 1 바인더가 코팅된 나노스피어(nanosphere)를 포함하는 접합체 패드(conjugate pad); 및
    상기 접합체 패드와 접촉하여 배치되며, 상기 유체 샘플이 유동할 수 있는 분지된 채널 패턴이 형성된 패턴 시트(patterned sheet)를 포함하되,
    상기 채널 패턴은 종이 재질의 베이스 부재(base member) 상에 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 패턴 물질을 분사하여 형성되는, 측방 유동 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패턴 시트에서의 각 채널은 포획영역(capture region) 및 컨트롤 영역(control region)을 포함하되,
    상기 포획영역은 상기 제 1 바인더와 결합하는 제 1 바인더 또는 제 2 바인더가 코팅되며,
    상기 컨트롤 영역은 상기 제 1 바인더 또는 상기 서로 다른 타켓 분석물과 결합하는 제 1 바인더 또는 제 3 바인더가 코팅된 것을 특징으로 하는, 측방 유동 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패턴 물질은 포토레지스트(photoresist) 또는 왁스(wax)인 것을 특징으로 하는, 측방 유동 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 각각의 상기 채널의 폭은 100μm~5mm인 것을 특징으로 하는, 측방 유동 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 타겟 분석물과 결합하는 상기 나노스피어의 반응 개수에 따라 각 채널로 동일한 개수의 상기 나노스피어가 분할되어 이동되는 것을 특징으로 하는, 측방 유동 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 타겟 분석물은 독소, 단백질, 항원, 항체, DNA, RNA, 압타머(aptamer), 호르몬, 약물 및 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 측방 유동 디바이스.
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