KR101506147B1 - 시약 세트, 시료 검사방법, 미세유동장치 및 검사장치 - Google Patents

시약 세트, 시료 검사방법, 미세유동장치 및 검사장치 Download PDF

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Abstract

개시된 발명의 일 측면은, 시료에 존재하는 표적 물질의 농도를 제어하여 표적 물질 외에 다른 물질이 측정 결과에 미치는 영향을 배제함으로써 측정 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 시약 조성물, 시료 검사 방법, 미세유동장치 및 검사장치를 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 시료 검사 방법은, 상기 시료와 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소 및 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질을 포함하는 시약 1을 반응시키고; 상기 시료와 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소, 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질 및 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획 물질을 포함하는 시약 2를 반응시키고; 상기 시료와 상기 시약 1의 반응에 의해 나타나는 광학적 특성 및 상기 시료와 상기 시약 2의 반응에 의해 나타나는 광학적 특성을 측정하고; 상기 측정된 광학적 특성들 사이의 차분값을 산출하고; 상기 산출된 차분값을 이용하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 것을 포함한다.

Description

시약 세트, 시료 검사방법, 미세유동장치 및 검사장치{REAGENT SET, TEST METHOD OF SAMPLE, MICROFLUIDIC DEVICE AND TEST APPARATUS}
개시된 발명은 시료 중에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는데 사용되는 시약 조성물을 포함하는 시약 세트, 이를 이용한 시료 검사방법, 시료와 시약의 반응이 일어나는 미세유동장치 및 미세유동장치에서 일어나는 반응을 이용하여 시료를 검사하는 검사장치에 관한 것이다.
최근, 환경 모니터링, 식품 검사, 의료 진단 등 다양한 분야에서 시료를 신속하게 분석할 수 있는 소형화 및 자동화된 장비가 개발되고 있다.
특히, 의료 진단 분야에서 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 측정하기 위해, 표적 물질에 의해 활성화되는 효소와 효소가 촉매로 작용하는 효소 반응을 이용하여 활성화된 효소의 양을 산출하고, 활성화된 효소의 양으로부터 표적 물질의 농도를 추정할 수 있다.시료 중에는 표적 물질 외에도 효소의 활성화에 관여하는 다른 물질들이 존재할 수 있는바, 추정된 농도의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 표적 물질 외의 다른 물질의 영향을 배제할 수 있는 방법이 필요하다.
개시된 발명의 일 측면은, 시료에 존재하는 표적 물질의 농도를 제어하여 표적 물질 외에 다른 물질이 측정 결과에 미치는 영향을 배제함으로써 측정 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 시약 조성물, 시료 검사 방법, 미세유동장치 및 검사장치를 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 시료 검사 방법은, 상기 시료와, 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소 및 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질을 포함하는 시약 1을 반응시키고; 상기 시료와, 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소, 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질 및 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획 물질을 포함하는 시약 2를 반응시키고; 상기 시료와 상기 시약 1의 반응에 의해 나타나는 특성 및 상기 시료와 상기 시약 2의 혼합에 의해 나타나는 특성을 측정하고; 상기 측정된 특성들 사이의 차분값을 산출하고; 상기 산출된 차분값을 이용하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 것을 포함한다.
상기 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계를 미리 저장하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 것은, 상기 저장된 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계에 상기 산출된 차분값을 대입하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 것을 포함할 수 있다
상기 시료는 생체 시료이고, 상기 표적 물질은 상기 생체 시료에 존재하는 전해질 이온 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 표적 물질은, 마그네슘 이온(Mg2 +), 칼슘 이온(Ca2 +), 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+) 및 염소 이온(Cl-) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 포획 물질은, 아미노 카르복실산(amino carboxylic acid), 포스포산(phosphonic acid), 퀴놀린(quinoline), 크라운 에테르(crown ether), Calix arene, Kryptofix, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 티오 우레아(thio-urea) 및 porphyrin을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 시약 조성물은, 시료에 존재하는 표적 물질에 의해 활성화되는 효소; 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질; 및 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획물질을 포함한다.
상기 포획 물질은, 아미노 카르복실산(amino carboxylic acid), 포스포산(phosphonic acid), 퀴놀린(quinoline), 크라운 에테르(crown ether), Calix arene, Kryptofix, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 티오 우레아(thio-urea) 및 porphyrin을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치는 시료에 존재하는 표적 물질에 의해 활성화되는 효소 및 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질을 포함하는 시약 1이 수용된 제1시약 챔버; 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소, 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질 및 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획 물질을 포함하는 시약 2가 수용된 제2시약 챔버; 및 상기 시료가 주입되는 시료 주입구; 를 포함한다.
상기 제1시약 챔버와 상기 시료 주입구를 연결하는 제1채널; 및 상기 제2시약 챔버와 상기 시료 주입구를 연결하는 제2채널을 더 포함할 수 있다.
상기 시료는 생체 시료이고, 상기 표적 물질은 상기 생체 시료에 존재하는 전해질 이온 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 표적 물질은, 마그네슘 이온(Mg2+), 칼슘 이온(Ca2 +), 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+) 및 염소 이온(Cl-) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 포획 물질은, 아미노 카르복실산(amino carboxylic acid), 포스포산(phosphonic acid), 퀴놀린(quinoline), 크라운 에테르(crown ether), Calix arene, Kryptofix, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 티오 우레아(thio-urea) 및 porphyrin을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 검사 장치에 있어서, 상기 시료와, 상기 표적 물질에 의해 반응에 의해 나타나는 특성 및 상기 시료, 상기 표적 물질에 의해 반응이 일어나는 시약과, 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획 물질의 반응에 의해 나타나는 특성을 측정하는 검출기; 및 상기 측정된 특성들 사이의 차분값을 산출하고, 상기 산출된 차분값을 이용하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계를 미리 저장할 수 있다
상기 제어부는, 상기 저장된 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계에 상기 산출된 차분값을 대입하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 시약 조성물, 시료 검사 방법, 미세유동장치 및 검사장치에 의하면, 시료에 존재하는 표적 물질의 농도를 포획하여 표적 물질 외에 다른 물질이 측정 결과에 미치는 영향을 배제함으로써 측정 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 기존에 표적 물질 이외의 물질을 포획하여 표적 물질 이외의 물질이 반응 결과에 미치는 영향을 감소시키는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법에 관한 순서도이다.
도 3은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법의 일 예시에서 사용되는 전해질 이온의 농도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 반응 1의 프로세스를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 반응 2의 프로세스를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법의 다른 예시에서 사용되는 전해질 이온의 농도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 K+ 이온의 농도 별로 시간에 따른 흡광도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 포획 물질을 사용하여 일정량의 K+ 이온을 포획한 경우의 K+ 이온의 농도 별로 시간에 따른 흡광도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 7의 그래프에 나타난 흡광도와 도 8의 그래프에 나타난 흡광도의 차분값에 대한 검량선을 나타낸 그래프이다.
도 10은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 외관도이다.
도 11는 도 10에 도시된 미세유동장치의 검사부의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 12는 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 미세유동장치를 위에서 내려다 본 평면도이다.
도 13은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 외관도이다.
도 14는 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 검사 장치의 외관도이다.
도 15는 도 13과 도 14의 검사 장치에 관한 제어 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 개시된 발명의 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.
시료에 포함된 표적 물질의 농도를 측정하는 다양한 방법 중에서 표적 물질에 의해 활성화되는 효소와 활성화된 효소에 의해 촉매되는 반응을 이용하는 방법이 있다. 표적 물질은 그 농도의 결정 대상이 되는 물질을 의미한다.
구체적인 예로서, 전해질 검사에 사용되는 효소법을 들 수 있는바, 효소법에서는 활성화된 효소의 양으로부터 표적 물질의 농도를 추정할 수 있다. 표적 물질의 종류에 따라 사용되는 효소, 시약의 조성 및 반응 매커니즘이 달라질 수 있는바, 일 예로서 피루브산 키나아제(pyruvate kinase)를 이용한 아래 효소 반응을 이용할 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112013114536334-pat00001
상기 [반응식 1]에 따르면, 피루브산 키나아제는 Mg2 +, K+, Na+ 이온에 의해 활성화되고, 활성화된 피루브산 키나아제는 기질인 PEP(Phosphoenolpyruvic acid)와 ADP(Adenosine diphosphate)의 반응에 대한 촉매로 작용한다. 따라서, PEP와 ADP의 반응에 의해 피루브산(pyruvate)과 ATP(Adenosine diphosphate)가 생성된다.
생체 시료 특히, 혈액 시료에는 Mg2 +, K+, Na+ 이온이 포함되어 있는바, 혈액 시료에 PEP(Phosphoenolpyruvic acid), ADP(Adenosine diphosphate), 피루브산 키나아제를 포함하는 시약을 첨가하면, 상기 [반응식 1]에 따른 효소 반응이 일어날 수 있다.
상기 반응의 결과물인 ATP는 발색 반응에 관여하므로, 반응 결과물에 대한 광학적 특성을 측정하여 Mg2 +, K+, Na+ 이온의 농도를 추정할 수 있다. 그러나, 일반적으로 전해질 검사에서는 상기 이온들의 농도를 모두 합한 값을 필요로 하는 것이 아니라, 상기 이온들 중 적어도 하나를 표적물질로 선택하여 선택된 표적물질의 농도를 필요로 한다. 표적 물질이 복수인 경우에는 복수의 표적 물질 각각에 대한 농도가 필요하다.
도 1은 기존에 표적 물질 이외의 물질을 포획하여 표적 물질 이외의 물질이 반응 결과에 미치는 영향을 감소시키는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1의 예시에서는 K+ 이온이 표적 물질이고, 상기 [반응식 1]에 따른 효소 반응을 이용하여 표적 물질의 농도를 결정하는 것으로 한다. 표적 물질을 포함하는 시료는 혈액 시료이다.
도 1을 참조하면, 측정 전의 시료에는 표적 물질인 K+ 이온 뿐만 아니라 Mg2+ 이온과 Na+ 이온도 존재한다. 전술한 바와 같이, Mg2 + 이온과 Na+ 이온 역시 상기 [반응식 1]에 따른 효소 반응에 관여하기 때문에, 기존에는 시료에 시약을 첨가하여 표적 물질의 농도를 측정할 때 Mg2 + 이온과 Na+ 이온을 일정량 포획하여 효소 반응에 미치는 영향을 감소시키는 방법을 사용하였다.
상기 방법을 사용하려면, 시료에 첨가되는 시약에는 효소와 효소 반응에 참여하는 반응물(PEP,ADP) 뿐만 아니라 Mg2 + 이온과 Na+ 이온을 포획하는 포획 물질이 포함되어야 한다. 그러나, 건조 시약을 이용하는 반응의 경우 화학적 자유도가 낮기 때문에 복수 물질의 양을 제어하는 것이 용이하지 않다. 또한, 복수의 포획 물질을 사용해야 하기 때문에 비용적인 측면에서도 효율성이 떨어진다.
한편, 표적 물질 이외의 물질이 발색 반응에 관여하는 경우가 있다. 예를 들어, 상기 [반응식 1]에 따른 효소 반응이 주반응인 경우 아래 [반응식 2] 내지 [반응식 4]의 연쇄 반응에 의해 발색이 일어난다.
[반응식 2]
Figure 112013114536334-pat00002

[반응식 3]
Figure 112013114536334-pat00003
[반응식 4]
Figure 112013114536334-pat00004
상기 발색 반응에 의한 광학적 특성 변화로부터 표적 물질의 농도를 측정하는 것이므로, Mg2 + 이온을 포획하게 되면 [반응식 2]에 따른 반응이 정상적으로 일어나지 않게 되고, 결과적으로는 표적 물질의 측정 결과에 영향을 주게 된다.
따라서, 개시된 발명의 실시예는 표적 물질 자체를 포획함으로써 표적 물질 이외의 물질이 반응 결과에 미치는 영향을 배제하는 방법을 제안한다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시 예에 따른 시료 검사 방법에 관한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획물질을 포함하는 시약을 시료와 혼합한다(11). 당해 실시예에서 시약과 시료를 혼합한다는 것은 시약과 시료를 반응시킨다는 것을 의미하는바, 포획물질을 포함하는 시약과 시료가 혼합되면 반응 1이 일어난다. 여기서, 시료는 혈액, 조직액, 림프액, 소변, 골수액을 포함하는 체액 등의 생체 시료나 수질 관리, 토양 관리 등을 위한 환경 시료일 수 있는바, 이 역시 개시된 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 예시들에 불과하며 효소법에 의해 측정될 수 있는 것이면 시료의 종류에는 제한이 없다. 다만, 설명의 편의를 위하여 이하 상술할 실시예에서는 효소법에 의해 혈액 시료에 존재하는 전해질 이온의 농도를 측정하는 시료 검사 방법에 관해 설명하도록 한다.
포획 물질을 포함하지 않는 시약을 시료와 혼합하여 반응 2가 일어나게 한다(12). 여기서, 포획 물질을 포함하지 않는 시약은 앞서 반응 1에 사용된 시료와 포획 물질을 제외한 물질의 조성이 동일한 것으로 할 수 있다.
반응 1과 반응 2가 일어나는 순서에는 제한이 없으며, 동시에 일어나는 것도 가능하다.
그리고, 반응 1의 결과와 반응 2의 결과를 측정한다(13). 일 예로, 반응 1과 반응 2가 발색 반응을 수반하는 경우, 반응 결과의 측정은 발색 반응까지 모두 완료된 이후에 이루어진다. 따라서, 두 반응계에 대한 광학적 특성을 각각 측정함으로써 반응 1의 결과와 반응 2의 결과를 측정할 수 있다.
반응 1의 결과 측정값과 반응 2의 결과 측정값의 차분을 산출한다(14). 반응 결과를 흡광도로 측정한 경우에는, 반응 1에 대한 흡광도 측정값과 반응 2에 대한 흡광도 측정값의 차분을 산출한다.
그리고, 산출된 차분값으로부터 표적물질의 농도를 산출한다(15). 이를 위해, 반응 1의 결과 측정값과 반응 2의 결과 측정값의 차분값 및 표적 물질의 농도 사이의 관계에 관한 정보를 미리 저장할 수 있고, 이 관계를 이용하여 산출된 차분값으로부터 표적 물질의 농도를 산출할 수 있다.
이하, 도 2의 순서도에 따른 시료 검사 방법을 구체적인 예시를 이용하여 설명하도록 한다. 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 포획 물질을 포함하지 않는 시약을 시약 1이라 하고, 포획 물질을 포함하는 시약을 시약 2라 하기로 한다.
도 3은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법의 일 예시에서 사용되는 전해질 이온의 농도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3의 예시에서는 상기 [반응식 1]에 따른 효소 반응을 주반응으로 하고, 표적 물질은 K+ 이온인 것으로 한다.
도 3에는 전해질 이온의 농도만 표시되어 있다. 도 3을 참조하면, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법에서는 전술한 바와 같이 두 가지 반응(반응 1, 반응 2)을 이용하여 표적 물질의 농도를 측정한다. 반응 1이 일어나는 반응계에는 시료 중의 전해질 이온인 Mg2 +, K+, Na+ 이온이 그대로 존재한다. 즉, 표적 전해질 이온에 대한 포획을 수행하지 않는다.
반면, 반응 2가 일어나는 반응계에는 반응 1에서보다 적은 양의 K+ 이온이 존재한다. 즉, 시료에 첨가되는 시약에 K+ 이온을 포획하는 포획물질을 포함시켜 일정량의 K+ 이온이 효소 반응에 참여하지 않도록 한다. K+ 이온의 농도 감소량은 포획물질의 농도에 비례하고, K+ 이온을 포획하는 물질은 Mg2 +, K+, Na+ 이온 중에서 K+ 이온을 선택적으로 포획하는 물질이다. 따라서, Mg2 +, Na+ 이온의 농도에는 영향을 주지 않는다.
도 4는 반응 1의 프로세스를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 반응 2의 프로세스를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 반응 1에서는 전해질 이온을 포함하는 시료에 시약 1이 첨가된다. 여기서, 시약 1은 기질(PEP, ADP)과 효소(피루브산)를 포함하고, 포획 물질은 포함하지 않는 시약이다.
반응 1에서는 시료 중의 전해질 이온인 Mg2 +, K+, Na+ 이온들이 모두 효소인 피루브산 키나아제를 활성화시키는데 관여하고, Mg2 +, K+, Na+ 이온들에 의해 활성된 피루브산 키나아제가 PEP와 ADP의 반응에 촉매 작용을 한다. 따라서, 반응 1에 대한 측정값은 Mg2+, K+, Na+ 이온들을 모두 합친 농도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 반응 2에서는 전해질 이온을 포함하는 시료에 시약 2가 첨가된다. 여기서, 시약 2는 기질(PEP, ADP)과 효소(피루브산)와 함께 포획 물질을 포함하는 시약이다.
반응 2에서는 시료 중의 전해질 이온인 Mg2 +, K+, Na+ 이온이 모두 효소인 피루브산 키나아제를 활성화시키는데 관여하기는 하나, 포획 물질이 표적 물질인 K+ 이온을 일정량 포획하므로 피루브산 키나아제를 활성화시키는데 관여하는 K+ 이온의 농도가 반응 1에서보다 적다.
K+ 이온의 농도 변화는 활성화되는 피루브산 키나아제의 농도에 영향을 주고, 결과적으로 반응 2에 대한 측정값과 반응 1에 대한 측정값과 차이가 생기며 이는 오로지 K+ 이온의 농도 변화에 따른 것이 된다.
따라서, 반응 1에 대한 측정값과 반응 2에 대한 측정값의 차분값으로부터 K+ 이온의 농도를 추정할 수 있다.
한편, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법의 다른 예시로서, 아밀라아제를 이용하여 Cl- 이온의 농도를 측정하는 시료 검사 방법을 들 수 있다. 아밀라아제를 이용힌 Cl- 이온의 농도 측정은 아래 [반응식 5]에 따른 효소 반응을 이용할 수 있다.
[반응식 5]
Figure 112013114536334-pat00005

상기 [반응식 5]에 따르면, 아밀라아제는 혈액 시료에 존재하는 Cl- 이온과 Ca2+ 이온에 의해 활성화되고, 활성화된 아밀라아제는 CNP(2-chloro-p-nitrophenol)와 결합된 올리고당(oligosaccharide-CNP)의 분해 반응을 촉매시켜 올리고당(oligosaccharide)과 CNP를 생성한다.
CNP는 발색제로서 작용하므로, 반응 결과물의 광학적 특성을 측정함으로써, Cl- 이온과 Ca2 + 이온의 농도를 추정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광학적 특성 측정값으로부터 추정되는 농도는 Cl- 이온의 농도와 Ca2 + 이온의 농도를 합친 것이므로, 개별적인 농도를 추정하기 위해서는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법에 따라 표적 물질인 전해질 이온을 일정량 포획할 수 있다.
도 6은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시료 검사 방법의 다른 예시에서 사용되는 전해질 이온의 농도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6의 예시에서는 상기 [반응식 5]에 따른 효소 반응을 주반응으로 하고, 표적 물질은 Cl- 이온인 것으로 한다.
도 6에는 전해질 이온의 농도만 표시되어 있다. 도 6을 참조하면, 당해 예시에서도 전술한 바와 같이 두 가지 반응(반응 1, 반응 2)을 이용하여 표적 물질의 농도를 측정한다. 반응 1이 일어나는 반응계에는 시료 중의 전해질 이온인 Cl-, Ca2+ 이온이 그대로 존재한다. 즉, 표적 물질인 전해질 이온에 대한 포획을 수행하지 않는다.
반면, 반응 2가 일어나는 반응계에는 반응 1에서보다 적은 양의 Cl-이온이 존재한다. 즉, 시료에 첨가되는 시약에 Cl- 이온을 포획하는 포획물질을 포함시켜 일정량의 Cl- 이온이 효소 반응에 참여하지 않도록 한다. Cl- 이온의 농도 감소량은 포획물질의 농도에 비례하고, Cl- 이온을 포획하는 물질은 Ca2 +와 Cl- 이온 중에서 Cl- 이온을 선택적으로 포획하는 물질이다. 따라서, Ca2 +이온의 농도에는 영향을 주지 않는다.
반응 1에서는 시료 중의 전해질 이온인 Ca2 +와 Cl- 이온들이 모두 효소인 아밀라아제를 활성화시키는데 관여하고, Ca2 +와 Cl- 이온들에 의해 활성된 아밀라아제가 CNP가 결합된 올리고당의 분해 반응에 촉매 작용을 한다. 따라서, 반응 1에 대한 광학적 특성의 측정값은 Ca2 +와 Cl- 이온들을 모두 합친 농도를 나타낸다.
반응 2에서는 시료 중의 전해질 이온인 Ca2 +와 Cl- 이온이 모두 효소인 아밀라아제를 활성화시키는데 관여하기는 하나, 포획 물질이 표적 물질인 Cl- 이온을 일정량 포획하므로 아밀라아제를 활성화시키는데 관여하는 Cl- 이온의 농도가 반응 1에서보다 적다.
Cl- 이온의 농도 변화는 활성화되는 아밀라아제의 농도에 영향을 주고, 결과적으로 반응 2에 대한 측정값과 반응 1에 대한 측정값과 차이가 생기며 이는 오로지 Cl- 이온의 농도 변화에 따른 것이 된다.
따라서, 반응 1에 대한 측정값과 반응 2에 대한 측정값의 차이로부터 Cl- 이온의 농도를 추정할 수 있다.
전해질 이온을 포획하는 포획 물질로는 다양한 물질들이 사용될 수 있는 바, 일 예로서, 킬레이트제(chelating agent)가 포획 물질로서 사용될 수 있다. 아래 [표 1]에 개시된 발명의 실시예에서 포획 물질로 사용될 수 있는 몇 가지 킬레이트제의 예시가 표시되어 있다.
표적 물질 포획 물질 1 포획 물질 2

K+
Figure 112013114536334-pat00006


Kryptofix 222
Figure 112013114536334-pat00007

Calix(8) arene
Na+
Figure 112013114536334-pat00008

Kryptofix 221
Figure 112013114536334-pat00009

Calix(6) arene
Mg2 +
Figure 112013114536334-pat00010

EDTA
Figure 112013114536334-pat00011

8-Quinolinol
이 밖에도 EDTA, NTA, DTPA, HEDTA, TTHA, PDTA, DPTA-OH, HIDA, DHEG,GEDTA, DOTA,CMGA, BAPTA, Bicine, CyDTA, GEDTA (EGTA), IDA, NTA, TTHA, EDDS 등의 아미노 카르복실산(amino carboxylic acid)과, HEDP, NTMP, PBTC, EDTMP, NTPO 등의 포스포산(phosphonic acid)과, 4-hydroxy quinoline, 8-phenyl quinoline, Quinolone 등의 퀴놀린(quinoline)과, 12-crown-4, 15-crown-5, 18-crown-6, di-benzo-18-crown-6, di-aza-18-crown-6 등의 크라운 에테르(crown ether), Calix(8) arene, Calix(6) arene, Calix(4) arene 등의 칼릭스 아렌(Calix arene)이 포획 물질로 사용될 수 있다.
또한, TPEN, 포르피린(porphyrin), Phenanthroline, Iminodiacetic acid, Etidronic acid, Phthalocyanine, Salicylic acid, 우레아(urea), 티오 우레아(thio-urea) 등도 포획 물질로 사용될 수 있다.
아래 [표 2]에는 상기 나열된 포획 물질 중 몇 가지 물질의 구조가 표시되어 있다.
포획 물질 구조

Quinoline
Figure 112013114536334-pat00012

Crown ether
Figure 112013114536334-pat00013
Porphyrin
Figure 112013114536334-pat00014
Calix(4) arene
Figure 112013114536334-pat00015
상기 포획 물질의 예시로서 나열된 물질들은 그 구조적 특징에 의해 표적 물질을 포획하거나, 또는 전기적 인력에 의해 표적 물질을 포획할 수 있으며, 포획하고자 하는 표적 물질의 종류에 따라 사용되는 포획 물질도 달라질 수 있다.
예를 들어, CO(NH2)2의 화학식을 갖는 우레아와 CS(NH2)2의 화학식을 갖는 티오 우레아는 아민기(-NH2) 내에서 강한 전기 음성도를 갖는 질소(N) 쪽으로 수소(H)의 전자가 끌리면서 수소는 전기적으로 +를 띄게 되고, -전하를 가진 염소 이온(Cl-)이 +를 띄는 수소에 접근하여 수소 결합(hydrogen bond)을 형성한다. 즉, 이 수소 결합에 의해 염소 이온을 포획한다.
다만, 전술한 포획 물질들은 개시된 발명의 실시예에 적용될 수 있는 포획 물질의 예시에 불과하며, 개시된 발명의 실시예에 사용되는 포획 물질이 상기 예시들에 한정되는 것은 아니다. 표적 물질을 선택적으로 포획할 수 있는 물질이면 어느 것이든 개시된 발명의 실시예에 사용되는 포획 물질이 될 수 있다.
도 7은 K+ 이온의 농도 별로 시간에 따른 흡광도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 8은 포획 물질을 사용하여 일정량의 K+ 이온을 포획한 경우의 K+ 이온의 농도 별로 시간에 따른 흡광도 변화를 나타낸 그래프이며, 도 9는 도 7의 그래프에 나타난 흡광도와 도 8의 그래프에 나타난 흡광도의 차분값에 대한 검량선을 나타낸 그래프이다.
도 7 내지 도 9의 그래프는 실험에 의해 획득된 결과이며, 당해 실험예에서는 표적 물질을 K+ 이온으로 하고, 상기 [반응식 1]에 따른 효소 반응을 이용하였다. 포획 물질로 Kryptofix 222를 사용하였으며, 측정 파장은 630 내지 810nm로 하였다.
도 7의 그래프와 도 8의 그래프에서 가로축은 초(second) 단위로 나타낸 시간이며, 세로축은 흡광도이다. 도 7의 그래프는 K+ 이온의 농도가 각각 0mM, 5mM, 10mM, 15mM일 때 반응 1에 대해 측정한 결과, 즉 K+ 이온을 포획하지 않고 측정한 결과이며, 도 8의 그래프는 K+ 이온의 농도가 각각 0mM, 5mM, 10mM, 15mM일 때 반응 2에 대해 측정한 결과, 즉 K+ 이온을 일정량 포획하여 측정한 결과이다. 여기서, 포획되는 K+ 이온의 농도는 일정한 것으로 한다.
그리고, 도 7의 그래프에 표시된 흡광도에서 도 8의 그래프에 표시된 흡광도를 뺀 차분값으로 검량선을 작성한 것이 도 9의 그래프이다. 도 9의 그래프에서 가로축은 mM 단위의 K+ 이온의 농도이며, 세로축은 흡광도의 차분값이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 검량선은 양호한 직선성을 나타내는바, 검량선은 y=0.0028x-0.0055 라는 식으로 나타낼 수 있고, 상관계수(correlation coefficient) R은 0.994이다.
앞서, 반응 1과 반응 2의 결과 측정값의 차분값 및 표적 물질의 농도 사이의 관계에 관한 정보를 미리 저장하고, 이 관계를 이용하여 산출된 차분값으로부터 표적 물질의 농도를 산출할 수 있다고 하였다. 따라서, 상기 검량선을 미리 마련해두고 검사 대상인 시료를 이용하여 반응 1의 결과와 반응 2의 결과를 측정하고 차분값을 산출한 후, 상기 검량선에 차분값을 대입하여 표적 물질의 농도를 산출할 수 있다.
전술한 실시예에서는 반응 결과물의 광학적 특성을 측정하여 표적 물질의 농도 산출에 이용하였으나, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 반응 결과물의 전기적 특성을 측정하여 표적 물질의 농도를 산출하는 것도 가능하다. 예를 들어, 시약 1과 시료의 반응이 일어나는 챔버 및 시약 2와 시료의 반응이 일어나는 챔버에 전극 센서를 노출시켜 반응 결과물의 전기적 특성을 측정할 수 있다. 그리고, 전극 센서의 출력 신호를 이용하여 표적 물질의 농도를 산출할 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 시약 세트는 앞서 설명한 시료 검사 방법에 사용되는 시약 1과 시약 2를 포함할 수 있다.즉, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시약 세트는 두 종류의 시약 조성물로 이루어질 수 있으며, 이들 시약 조성물은 농도를 측정하고자 하는 표적 물질의 종류에 따라 다양한 조성을 가질 수 있다.
구체적으로, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 시약 세트는 표적 물질에 의해 활성화되어 효소 반응을 촉매시키는 효소 및 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질을 포함하는 시약 1과 표적 물질에 의해 활성화되어 효소 반응을 촉매시키는 효소, 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질 및 표적 물질을 포획하는 포획물질을 포함하는 시약 2를 포함할 수 있다.
여기서, 표적 물질은 생체 시료 특히, 혈액 시료에 존재하는 전해질 이온일 수 있고, 표적 물질에 의해 활성화되는 효소는 표적 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 표적 물질은 K+, Mg2 +. Cl-, Na+, Ca2 +등의 전해질 이온일 수 있고, 효소는 피루브산 키나아제, 아밀라아제, 알파 아밀라아제 등의 효소일 수 있다.
활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 기질은 효소의 종류에 따라 달라질 수 있는바, 예를 들어, 촉매로 작용하는 효소가 피루브산 키나아제인 경우에는 PEP와 ADP가 기질이 될 수 있고, 촉매로 작용하는 효소가 아밀라아제인 경우에는 CNP가 결합된 올리고당이 기질이 될 수 있으며, 촉매로 작용하는 효소가 알파 아밀라아제인 경우에는 CNPG3(2-chloro-4-nitrophenyl-α-D-maltotrioside)가 기질이 될 수 있다. 다만, 상기 물질들은 개시된 발명에 적용 가능한 예시에 불과하며, 개시된 발명의 실시예가 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
포획 물질은 표적 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 포획 물질은 상기 [표 1]에 표시된 킬레이트 중 하나일 수 있고, 또는, EDTA, NTA, DTPA, HEDTA, TTHA, PDTA, DPTA-OH, HIDA, DHEG,GEDTA, DOTA,CMGA, BAPTA, Bicine, CyDTA, GEDTA (EGTA), IDA, NTA, TTHA, EDDS 등의 아미노 카르복실산(amino carboxylic acid)과, HEDP, NTMP, PBTC, EDTMP, NTPO 등의 포스포산(phosphonic acid)과, 4-hydroxy quinoline, 8-phenyl quinoline, Quinolone 등의 퀴놀린(quinoline)과, 12-crown-4, 15-crown-5, 18-crown-6, di-benzo-18-crown-6, di-aza-18-crown-6 등의 크라운 에테르(crown ether), Calix(8) arene, Calix(6) arene, Calix(4) arene 등의 Calix arene이 포획 물질로 사용될 수 있다.
또한, TPEN, porphyrin, Phenanthroline, Iminodiacetic acid, Etidronic acid, Phthalocyanine, Salicylic acid, 우레아(urea), 티오 우레아(thio-urea) 등도 포획 물질로 사용될 수 있다.
다만, 전술한 포획 물질들은 개시된 발명의 실시예에 사용될 수 있는 포획 물질의 예시에 불과하며, 시약 세트에 포함되는 포획 물질이 상기 예시들에 한정되는 것은 아니다. 표적 물질을 선택적으로 포획할 수 있는 물질이면 어느 것이든 개시된 발명의 실시예에 사용되는 포획 물질이 될 수 있다.
한편, 시약 조성물을 구성하는 각 물질의 조성비는 다양한 검사 조건에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 기존에 전해질 이온의 농도를 측정하기 위해 사용했던 시약인 시약 1의 조성에 일정량의 포획 물질을 첨가하여 시약 조성물을 제조할 수 있으며, 첨가되는 포획 물질의 농도는 검량선의 작성에 사용된 포획 물질의 농도에 따라 일정하게 할 수 있다.
이하 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치에 관한 실시예를 설명한다. 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치는 전술한 실시예에 따른 시료 검사방법을 수행하는데 사용될 수 있다.
도 10은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 외관도이고, 도 11는 도 10에 도시된 미세유동장치의 검사부의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치(100)는 하우징(110)과, 시료와 시약이 만나 반응이 일어나는 검사부(120)를 포함하는 분석 카트리지일 수 있다.
하우징(110)은 검사부(120)를 지지하는 것과 동시에 사용자가 미세유동장치(100)를 잡을 수 있도록 한다. 하우징(110)은 성형이 용이하고 화학적, 생물학적으로 비활성인 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 아크릴, 폴리다이메틸실록산(PDMS) 등의 폴리 실록산, 폴리카보네이트(PC), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸열(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등의 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올, 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴 뷰타디엔 스티렌(ABS), 사이클로 올레핀 공중합체(COC) 등의 플라스틱 소재, 유리, 운모, 실리카, 반도체 웨이퍼 등의 다양한 재료가 하우징(110)의 재료로 사용될 수 있다. 다만, 하우징(110)의 재료가 이에 한정되는 것은 아니다.
하우징(110)에는 시료가 공급되는 시료 공급부(111)가 구비된다. 미세유동장치(100)에 공급되는 시료는, 앞서 시료 검사 방법의 실시예에서 설명한 바와 같이 혈액, 조직액, 림프액, 소변 및 골수액을 포함하는 체액 등의 생체 시료나 수질 관리, 토양 관리 등을 위한 환경 시료가 될 수 있고, 농도 측정 대상이 되는 표적 물질은 상기 시료에 존재하는 전해질 이온일 수 있다.
검사부(120)는 하우징(110)의 유체 공급부(111) 측 하부에 접합되거나 하우징(110)에 형성된 소정의 홈에 끼워지는 방식으로 하우징(110)과 결합될 수 있다.
시료 공급부(111)을 통해 공급된 시료는 검사부(120)에 마련된 시료 주입구(121)를 통해 검사부(120)의 내부로 유입되는바, 도면에 도시되지는 않았으나 시료 공급부(111)와 시료 주입구(121) 사이에는 필터가 배치되어 시료 공급부(111)를 통해 공급된 시료를 필터링할 수 있다. 필터는 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리술폰(PS), 폴리아릴술폰(PASF) 등의 다공성 고분자 멤브레인일 수 있다.
예를 들어, 혈액 시료를 공급하는 경우, 혈액이 필터를 통과하면서 혈구는 걸러지고 혈장 또는 혈청만 검사부(120)의 내부로 유입될 수 있다.
도 11을 참조하면, 검사부(120)는 세 개의 판(120a,120b)이 접합된 구조로 형성될 수 있다. 세 개의 판은 상판(120a), 하판(120b) 및 중간판(120c)으로 나뉠 수 있으며, 상판(120a)과 하판(120b)은 차광잉크를 인쇄하여 시약 챔버(125)로 이동 중인 시료를 외부의 빛으로부터 보호할 수 있다.
상판(120a)과 하판(120b)은 필름 형태로 형성될 수 있고, 상판(120a)과 하판(120b)을 형성하는데 사용되는 필름은 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등의 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌(PP) 필름, 폴리염화비닐(PVC) 필름, 폴리비닐 알코올(PVA) 필름, 폴리스틸렌(PS) 필름 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 중에서 선택된 하나일 수 있다.
검사부(120)의 중간판(120c)은 셀룰로오즈 등의 다공질 시트로 형성되어 그 자체로서 벤트(vent)의 역할을 할 수 있으며, 다공질 시트를 소수성을 갖는 물질로 만들거나 다공질 시트에 소수성 처리를 하여 시료의 이동에는 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
검사부(120)에는 시료 주입구(121), 유입된 시료가 이동하는 채널(122) 및 시료와 시약의 반응이 일어나는 시약 챔버(125)가 형성된다. 도 11에 도시된 바와 같이 검사부(120)가 3중층 구조로 형성되는 경우, 상판(120a)에는 시료 주입구(121)를 이루는 상판 홀(121a)이 형성되고 시약 챔버(125)에 대응되는 부분(125a)은 투명하게 처리될 수 있다.
또한, 하판(120b) 역시 시약 챔버(125)에 대응되는 부분(125b)이 투명하게 처리될 수 있는바, 시약 챔버(125)에 대응되는 부분(125a,125b)을 투명하게 처리하는 것은 시약 챔버(125) 내에서 일어나는 반응에 의한 광학적 특성을 측정하기 위한 것이다.
중간판(120c)에도 시료 주입구(121)를 이루는 중간판 홀(121c)이 형성되며, 상판(120a), 중간판(120c) 및 하판(120b)이 접합되면 상판 홀(121a)과 중간판 홀(121c)이 겹쳐지면서 검사부(120)의 시료 주입구(121)를 형성하게 된다.
중간판(120c)의 영역 중에서 중간판 홀(121c)의 반대측 영역에 시약 챔버(125)가 형성되는바, 중간판(120c)의 영역 중 시약 챔버(125)에 대응되는 영역을 원형, 사각형 등의 일정 형상으로 제거하고 상판(120a), 중간판(120b) 및 하판(120c)을 접합함으로써 시약 챔버(125)를 형성할 수 있다.
또한, 중간판(120c)에 1μm 부터 500μm의 폭을 갖는 채널(122)이 형성되어, 시료 주입구(121)를 통해 유입된 시료가 채널(122)의 압력에 의해 시약 챔버(125)까지 이동하도록 할 수 있다. 다만, 상기 채널(122)의 폭은 미세유동장치(100)에 적용될 수 있는 일 예시에 불과하며, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
시약 챔버(125)에는 표적 물질의 검출에 사용되는 시약이 미리 수용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 시약 챔버(125) 중 하나에는 시약 1이 수용되고, 다른 하나에는 시약 2가 수용될 수 있다. 시약 1과 시약 2에 대한 설명은 전술한 실시예에서와 같다.
시약을 미리 수용하는 일 예로서, 액상으로 존재하는 각각의 시약을 상판(120a)의 시약 챔버에 대응되는 부분(125a) 또는 하판(120b)의 시약 챔버에 대응되는 부분(125b)에 묻혀 건조시킨 후에 상판(120a), 하판(120b) 및 중간판(120c)을 접합함으로써 건조 시약의 형태로 수용할 수 있다.
미세유동장치(100)의 시료 공급부(111)에 시료를 공급하면, 공급된 시료가 시료 주입구(121)를 통해 검사부(120) 내부로 유입되고, 유입된 시료는 채널(122)을 따라 각각의 시약 챔버(125)로 이동한다.
시료는 각각의 시약 챔버(125) 내에서 시약 1 및 시약 2와 각각 혼합되어 반응 1과 반응 2를 일으킨다. 따라서, 반응 1이 일어난 시약 챔버에 대해 광학적 특성을 측정하고, 반응 2가 일어난 시약 챔버에 대해 광학적 특성을 측정한 후 두 측정값을 차분하여 차분값을 산출하면, 미리 획득한 차분값과 표적 물질의 농도 사이의 관계와 상기 산출된 차분값을 이용하여 시료에 존재하는 표적 물질의 농도를 산출할 수 있다.
도 12는 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 미세유동장치를 위에서 내려다 본 평면도이다.
도 12를 참조하면, 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 미세유동장치(200)는 회전 가능한 플랫폼(210)과 플랫폼(210)에 형성된 미세유동구조물들로 이루어질 수 있다.
미세유동구조물은 시료나 시약을 수용하는 복수의 챔버와 이들 챔버를 연결하는 채널을 포함한다. 미세유동구조물은 미세유동장치(200)의 내부에 형성되나, 당해 실시예에서는 미세유동장치(200)가 투명한 재질로 이루어지는 것으로 가정하여 도 12에 도시된 바와 같이 미세유동장치(200)를 위에서 내려다보면 그 내부에 형성된 미세유동구조물들을 볼 수 있는 것으로 한다.
플랫폼(210)은 성형이 용이하고 그 표면이 생물학적으로 비활성인 물질로 이루어질 수 있는바, 아크릴(PMMA), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리카보네이트(PC), 폴리플로필렌(PP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸렌(PE) 등의 플라스틱 소재, 유리, 운모, 실리카, 실리콘 웨이퍼 등의 다양한 물질로 만들어질 수 있다.
다만, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 화학적, 생물학적 안정성 및 기계적 가공성을 가지는 소재이면 어느 것이든 플랫폼(210)의 재료가 될 수 있고, 미세유동장치(200) 내의 검사 결과를 광학적으로 분석하는 경우에는 플랫폼(210)이 광학적 투명성을 더 갖는 것으로 할 수 있다.
미세유동장치(200)는 회전에 의한 원심력을 이용하여 미세유동구조물 내의 물질을 이동시킬 수 있다. 도 12의 예시에서는 원판 형상의 디스크형 플랫폼(210)을 도시하였으나, 개시된 발명의 실시예에 적용되는 플랫폼(210)은 온전한 원판 형상뿐만 아니라 부채꼴 등의 형상일 수도 있고, 회전할 수만 있으면 다각형의 형상도 가능하다.
개시된 발명의 실시예에서 미세유동구조물이란 특정 형태의 구조물을 지칭하는 것이 아니라, 플랫폼(210) 상에 형성된 챔버나 채널과 같은 구조물을 포괄적으로 지칭하며, 필요에 따라 특정 기능을 수행하는 물질까지 포괄적으로 지칭할 수 있는 것으로 한다. 미세유동구조물은 배치 상의 특징이나 수용되는 물질의 종류에 따라 각기 다른 기능을 수행할 수 있다.
플랫폼(210)에는 시료 주입구(221a), 시료 주입구(221a)를 통해 주입된 시료를 수용하였다가 다른 챔버로 공급하는 시료 공급 챔버(221), 시약과 시료의 반응이 일어나는 시약 챔버(224) 및 시료 공급 챔버(221)에 수용된 시료를 시약 챔버(224)로 분배하는 분배 채널(223)을 포함한다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나 혈액을 시료로 하는 경우에는 미세유동장치(200)에 혈액의 원심분리를 위한 미세유동구조물이 더 마련되는 것도 가능하다.
도 12의 예시와 같이 시약 챔버(224)가 복수 개 구비되는 경우에는, 분배 채널(223)로부터 복수의 분기 채널(225)이 분기되어 분배 채널(223)과 각각의 시약 챔버(224)를 연결할 수 있다.
시약 챔버(224)에는 표적 물질의 검출에 사용되는 시약이 미리 수용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 시약 챔버(224) 중 하나에는 시약 1이 수용되고, 다른 하나에는 시약 2가 수용될 수 있다. 시약 1과 시약 2에 대한 설명은 전술한 실시예에서와 같다.
플랫폼(210)은 복수 층의 판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(210)이 상판과 하판의 두 개의 판으로 이루어지는 경우, 상판과 하판이 맞닿는 면에 챔버나 채널 등의 미세유동 구조물에 해당하는 음각 구조물을 형성하고, 상기 두 판을 접합함으로써 플랫폼(210) 내부에 유체를 수용할 수 있는 공간과 유체가 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 판과 판의 접합은 접착제 또는 양면 접착 테이프를 이용한 접착이나 초음파 융착, 레이저 용접 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
따라서, 시약을 시약 챔버(224)에 수용하기 위해, 플랫폼(210)의 상판 또는 하판 중 시약 챔버(224)에 대응되는 음각 구조물이 형성된 부분에 시약 1과 시약 2를 수용하고 상판과 하판을 접합할 수 있다. 상판과 하판을 접합하기 전에, 수용된 시약을 건조시키는 것도 가능하다.
도 13은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 외관도이다. 당해 실시예에 따른 검사 장치(300)는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치(100)를 검사하는데 사용될 수 있다.
검사 장치(300)는 환경 시료, 바이오 시료, 식품 시료 등 다양한 종류의 시료를 검사하는데 사용될 수 있도록 소형화 및 자동화된 장치이다. 특히, 인체로부터 채취한 생체 시료를 검사하는 체외 진단에 사용될 경우, 검사실 외에도 환자, 의사, 간호사, 임상 병리사 등의 사용자에 의해 가정, 직장, 외래진료실, 병실, 응급실, 수술실, 중환자실 등의 장소에서 체외 진단을 신속하게 수행할 수 있게 된다.
도 13을 참조하면, 검사 장치(300)에는 미세유동장치(100)가 장착되는 공간인 장착부(303)가 마련되며, 장착부(303)의 도어(302)를 상측으로 슬라이딩하여 개방하면 미세유동장치(100)를 유체 시료 검사장치(300)에 장착할 수 있는바, 구체적인 예로서 미세유동장치(100)의 검사부(120)가 장착부(303)에 마련된 소정의 삽입홈(304)에 삽입될 수 있다.
검사부(120)는 본체(307) 내부로 삽입되고, 하우징(110)은 검사 장치(300)의 외부로 노출되어 지지대(306)에 의해 지지될 수 있다. 그리고, 가압부(305)가 시료 공급부(111)를 가압하면 시료가 검사부(120)의 내부로 유입되는 것을 촉진할 수 있다.
시료는 검사부(120)로 유입된 후에 채널(122)을 통해 이동하여 시약 1이 수용된 시약 챔버(125)와 시약 2가 수용된 시약 챔버(125)에 각각 도달하고, 각 시약 챔버(125)에서는 시료에 포함된 전해질 이온에 의해 효소 반응이 일어난다.
미세유동장치(100)의 장착이 완료되면, 도어(302)를 폐쇄하고 검사를 시작한다. 도면에 도시되지는 않았으나, 본체(307) 내부에는 표적 물질의 농도에 따라 달라지는 광학적 특성 또는 전기적 특성을 측정하는 검출기(310, 도 15 참조)가 구비된다. 광학적 특성을 측정하는 경우를 예로 들면, 검출기(310)는 시약 1이 수용된 시약 챔버(125)와 시약 2가 수용된 시약 챔버(125)에 광을 조사하고, 각 시약 챔버(125)로부터 반사 또는 투과되는 광을 검출한다.
도 14는 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 검사 장치의 외관도이다. 당해 실시예에 따른 검사 장치는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치(200)를 검사하는데 사용된다.
도 14를 참조하면, 검사장치(400)의 트레이(402)에 미세유동장치(200)를 안착시킨다. 안착된 미세유동장치(200)는 트레이(402)와 함께 검사장치(400)의 본체(407) 내부로 삽입된다. 미세유동장치(200)가 삽입되면, 검사장치(400)는 삽입된 미세유동장치의 종류 또는 검사의 종류에 따라 정해진 시퀀스에 따라 미세유동장치(200)를 회전시키고, 시료 수용 챔버(221)에 주입된 시료는 원심력에 의해 시약 챔버(224)로 이동한다.
시약 챔버(224)에서의 반응이 완료되면, 검사 장치(400)의 내부에 마련된 검출기(410, 도 15 참조)를 이용하여 시약 1이 수용된 시약 챔버(224)에서 일어난 반응 1의 반응 결과물과 시약 2가 수용된 시약 챔버(224)에서 일어난 반응 2의 반응 결과물의 광학적 특성 또는 전기적 특성을 각각 측정한다.
도 15는 도 13과 도 14의 검사 장치에 관한 제어 블록도이다.
이하 도 15를 참조하여 검사 장치(300,400)가 수행하는 시료 검사 동작을 설명하도록 한다. 상기 도 13에 따른 검사 장치(300)와 상기 도 14에 따른 검사 장치(400)는 그 외관이나 반응을 일으키기까지의 동작에 있어서는 다소 차이가 있으나, 광학적 특성을 측정한 이후의 동작은 아래와 같이 동일하다.
검사 장치(300, 400)는 검출기(310,410)의 출력 신호로부터 흡광도, 투과도, 발광도, 반사도와 같은 광학적 특성 또는 전기적 특성을 측정할 수 있고, 전술한 바와 같이 시약 1이 수용된 시약 챔버(125,224)와 시약 2가 수용된 시약 챔버(125,224)에 대해 측정된 광학적 특성 또는 전기적 특성을 이용하여 시료에 존재하는 표적 물질의 농도를 결정할 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위해 시약 1이 수용된 시약 챔버(125,224)에 대해 측정된 광학적 특성을 광학적 특성 1이라 하고, 시약 2가 수용된 시약 챔버(125,224)에 대해 측정된 광학적 특성을 광학적 특성 2라 한다.
제어부(320,420)는 광학적 특성 1로부터 광학적 특성 2를 차감하여 차분값을 산출하고, 산출된 차분값을 이용하여 표적 물질의 농도를 산출한다. 이를 위해, 제어부(320,420)에는 표적 물질의 농도와 차분값 사이의 관계가 미리 저장되어 있는바, 일 예로서 표적 물질의 농도와 차분값 사이의 관계는 상기 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한 검량선으로 나타낼 수 있다.
그리고, 산출된 표적 물질의 농도는 디스플레이부(301,401)에 표시된다.
지금까지 상술한 실시예에 따르면, 시료에 존재하는 표적 물질의 농도를 제어하여 표적 물질 외에 다른 물질이 측정 결과에 미치는 영향을 배제함으로써 측정 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
미세유동장치:100, 200 시약 챔버:125, 224
검사장치:300, 400 하우징:110
검사부:120 유체 공급부:111
시료 주입구:121 상판:120a, 하판:120b,중간판:120c
채널:122 상판 홀:121a
플랫폼:210 시료 주입구:221a
시료 공급 챔버:221 분배 채널:223
분기 채널:225 장착부:303
도어:302 본체:307
트레이:402 검출기:310,410
제어부:320,420 디스플레이부:301,401

Claims (20)

  1. 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 시료 검사 방법에 있어서,
    상기 시료와, 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소 및 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질을 포함하는 시약 1을 반응시키고;
    상기 시료와, 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소, 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질 및 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획 물질을 포함하는 시약 2를 반응시키고;
    상기 시료와 상기 시약 1의 반응에 의해 나타나는특성 및 상기 시료와 상기 시약 2의 반응에 의해 나타나는 특성을 측정하고;
    상기 측정된 특성들 사이의 차분값을 산출하고;
    상기 산출된 차분값을 이용하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 것을 포함하는 시료 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정되는 특성은,
    광학적 특성인 것으로 하는 시료 검사 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정되는 특성은,
    전기적 특성인 것으로 하는 시료 검사 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계를 미리 저장하는 것을 더 포함하는 시료 검사 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 것은,
    상기 저장된 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계에 상기 산출된 차분 값을 대입하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 것을 포함하는 시료 검사 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료는 생체 시료이고, 상기 표적 물질은 상기 생체 시료에 존재하는 전해질 이온 중 적어도 하나인 시료 검사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 표적 물질은,
    마그네슘 이온(Mg2 +), 칼슘 이온(Ca2 +), 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+) 및 염소 이온(Cl-) 중 적어도 하나인 시료 검사 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 포획 물질은,
    아미노 카르복실산(amino carboxylic acid), 포스포산(phosphonic acid), 퀴놀린(quinoline), 크라운 에테르(crown ether), 칼릭스 아렌(Calix arene), 크립토픽스(Kryptofix), EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 티오 우레아(thio-urea) 및 포르피린(porphyrin)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 시료 검사 방법.
  9. 시료에 존재하는 표적 물질에 의해 활성화되는 효소와 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질을 포함하는 시약 1; 및
    상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소, 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질 및 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획물질을 포함하는 시약 2를 포함하는 시약 세트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 포획 물질은,
    아미노 카르복실산(amino carboxylic acid), 포스포산(phosphonic acid), 퀴놀린(quinoline), 크라운 에테르(crown ether), 칼릭스 아렌(Calix arene), 크립토픽스(Kryptofix), EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 티오 우레아(thio-urea) 및 포르피린(porphyrin)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 시약 세트.
  11. 시료에 존재하는 표적 물질에 의해 활성화되는 효소 및 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질을 포함하는 시약 1이 수용된 제1시약 챔버;
    상기 표적 물질에 의해 활성화되는 효소, 상기 활성화된 효소에 의해 반응이 촉매되는 적어도 하나의 기질 및 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획 물질을 포함하는 시약 2가 수용된 제2시약 챔버; 및
    상기 시료가 주입되는 시료 주입구; 를 포함하는 미세유동장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1시약 챔버와 상기 시료 주입구를 연결하는 제1채널; 및
    상기 제2시약 챔버와 상기 시료 주입구를 연결하는 제2채널을 더 포함하는 미세유동장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 시료는 생체 시료이고, 상기 표적 물질은 상기 생체 시료에 존재하는 전해질 이온 중 적어도 하나인 미세유동장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 표적 물질은,
    마그네슘 이온(Mg2 +), 칼슘 이온(Ca2 +), 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+) 및 염소 이온(Cl-) 중 적어도 하나인 미세유동장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 포획 물질은,
    아미노 카르복실산(amino carboxylic acid), 포스포산(phosphonic acid), 퀴놀린(quinoline), 크라운 에테르(crown ether), 칼릭스 아렌(Calix arene), 크립토픽스(Kryptofix), EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 티오 우레아(thio-urea) 및 포르피린(porphyrin)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 시약 세트.
  16. 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 검사 장치에 있어서,
    상기 시료와 상기 표적 물질에 의해 반응이 일어나는 시약의 반응에 의해 나타나는 특성 및 상기 시료와 상기 표적 물질에 의해 반응이 일어나는 시약과, 상기 표적 물질을 특이적으로 포획하는 포획 물질의 반응에 의해 나타나는 특성을 측정하는 검출기; 및
    상기 측정된 특성들 사이의 차분값을 산출하고, 상기 산출된 차분값을 이용하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 제어부를 포함하는 검사 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 검출기는,
    광학적 특성을 측정하는 검사 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 검출기는,
    전기적 특성을 측정하는 검사 장치.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계를 미리 저장하는 검사 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 저장된 차분값과 상기 표적 물질의 농도의 관계에 상기 산출된 차분값을 대입하여 상기 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는 검사 장치.
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