KR101741944B1 - 항원 농도 측정장치 및 항원 농도 측정방법 - Google Patents

항원 농도 측정장치 및 항원 농도 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항원 농도 측정장치 및 항원 농도 측정방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 항원 농도 측정장치는 인가되는 전원에 의하여 산화/환원 반응을 일으켜 전류를 발생시키되, 외부로부터 유입되는 항원의 농도에 따라 발생하는 전류량이 변화되는 반응 발생부; 상기 반응 발생부에 전원을 인가하는 전원 인가부; 상기 반응 발생부에 흐르는 전류량을 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 현장에서의 사용 편의성 및 측정 정확도를 높일 수 있는 항원 농도 측정장치 및 방법이 제공된다.

Description

항원 농도 측정장치 및 항원 농도 측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING CONCENTRATION OF ANTIGEN}
본 발명은 항원 농도 측정장치에 관한 것으로서, 현장에서 특정 항원의 농도를 우수한 신뢰성으로 용이하게 측정할 수 있는 항원 농도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
2013년 기준 체외 진단 시장에서 면역화학진단이 40.5%로 압도적으로 많은 비중을 차지하고 있다. 다만, 면역화학 진단은 많은 비중을 차지하고 있지만, 성장률은 6%로 다소 낮게 성장하고 있으며, 이에 비해 현장진단 시장은 10.9%의 고성장이 예상되고 있으며, 현장진단 기술 연구에 대한 관심도가 급속도로 증가하고 있다.
이에 따라, 특정 항체를 검출하는 장비에 대한 연구도 지속되고 있으나, 종래의 현장 항체 검출장치의 경우에는 제작 단가가 높고, 사용 편의성이 떨어지는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 종래 검출 장비의 경우에는 전문가만 사용할 수 있도록 설계되어 일반인이 이용하기에는 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 현장에서의 사용 편의성 및 측정 정확도를 높일 수 있는 항원 농도 측정장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 인가되는 전원에 의하여 산화/환원 반응을 일으켜 전류를 발생시키되, 외부로부터 유입되는 항원의 농도에 따라 발생하는 전류량이 변화되는 반응 발생부; 상기 반응 발생부에 전원을 인가하는 전원 인가부; 상기 반응 발생부에 흐르는 전류량을 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 반응 발생부는, 상기 항원과 결합하여 전자의 이동을 방해하는 항체; 상기 전원 인가부로부터 인가되는 전원에 의하여 산화/환원 반응을 일으키는 반응체;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응 발생부는 전기적으로 전도성을 갖는 반응기판을 더 포함하고, 상기 항체는 상기 반응기판에 고정될 수 있다.
또한, 상기 반응기판은 표면이 폴리머 소재로 형성되고, 상기 항체는 상기 반응기판 상에 물리적 결합 방식(physical absorption), 포괄법(entrapping method), 공유결합방식(covalent bonding) 중 적어도 하나의 방식으로 고정될 수 있다.
또한, 상기 반응 발생부는, 반응기판; 상기 반응기판 상에 마련되는 단백질층;을 더 포함하고, 상기 항체는 상기 단백질층과 결합할 수 있다.
또한, 상기 반응기판은 전기적으로 전도성을 갖는 폴리머 소재이거나 종이 소재의 기판 상에 전도성을 갖는 폴리머 소재가 코팅될 수 있다.
또한, 상기 반응기판은 금속 소재로 마련될 수 있다.
또한, 상기 반응 발생부는, 상기 반응기판이 놓여지는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 배치되어 상기 반응기판과 상기 측정부를 연결하는 반응전극;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응 발생부 상에 배치되며, 항원이 투입되기 위한 유입채널을 형성하는 항원 유입부;를 더 포함하고, 상기 전원 인가부는, 상기 항원 유입부와 상기 반응 발생부 사이에 배치되는 전원기판; 상기 전원기판 상에 형성되는 인가전극; 상기 인가전극과 연결되어 전원을 공급하는 전원 공급부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 항원 유입부 또는 상기 전원기판 중 적어도 하나는 종이재질로 마련될 수 있다.
또한, 상기 반응기판과 상기 반응 발생부 중 적어도 하나의 표면에는 소액성(疏液性) 물질이 도포될 수 있다.
또한, 상기 베이스 기판과 상기 전원기판 사이에 배치되고, 상기 반응기판이 수용될 수 있도록 개구부가 형성되는 단차 보상부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응체는 페리시안화 칼륨(Potassium Ferricyanide) 또는 육시아노철 산칼륨(3수화물)(Potassium Hexacyanoferrate Trihydrate) 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 목적에 따라, 특정 항원의 농도를 측정하는 방법에 있어서, 전원 인가 시에 산화/환원 반응을 일으키도록 처리된 반응기판 상에 상기 항원과 반응하여 결합하는 항체를 결합시키는 반응기판 준비단계; 상기 반응기판에 항원을 포함하는 용액을 투입하는 투입단계; 상기 반응기판에 전원을 인가하여 발생하는 전류량을 측정하는 측정단계; 상기 측정단계에서 측정되는 전류량을 이용하여 상기 항원의 농도를 산출하는 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 반응기판 준비단계는, 상기 반응기판 상에 단백질층을 부착하는 단계; 상기 단백질층에 상기 항원에 반응하는 항체를 결합시키는 단계; 전압 인가 시에 산화/환원 반응을 일으키는 반응체를 상기 반응기판에 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정단계에서 상기 항원과 상기 항체 간의 결합반응으로 인하여 상기 반응체의 산화/환원 반응이 억제되어 발생하는 전류량이 감소될 수 있다.
본 발명에 따르면, 미리 항체가 처리된 기판을 이용하여 항원의 농도를 측정함으로써, 현장에서의 사용 편의성이 우수한 항원 농도 측정장치가 제공된다.
또한, 항원/항체 반응과 산화/환원 반응 간의 관계를 통하여 항체의 농도를 측정함으로써, 측정 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 항원이 잔존할 필요가 없는 영역에는 소액성 물질을 도포함으로써 항원의 농도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 처리되는 항체만 변경함으로서 측정하고자 하는 항원를 쉽게 변경할 수 있다.
또한, 항체의 종류 및 사용목적 등을 고러하여 다양한 방식으로 반응기판 상에 고정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 항원 농도 측정장치의 개략적인 사시도이고,
도 2는 도 1의 항원 농도 측정장치의 개략적인 분해 사시도이고,
도 3은 도 1의 항원 농도 측정장치의 반응기판의 구조를 확대 도시한 것이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 항원 농도 측정방법의 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 항원 농도 측정장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 항원 농도 측정장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 항원 농도 측정장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 항원 농도 측정장치(100)는 산화/환원 반응을 이용하여 항원의 농도를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 항원 유입부(110)와 전원 인가부(120)와 단차 보상부(130)와 반응 발생부(140)와 측정부(150)를 포함한다.
상기 항원 유입부(110)는 측정하고자 하는 항원을 포함하는 용액이 최초로 투입되는 것으로서, 최상단에 위치하여 외부에 노출된다.
기본적으로 항원 유입부(110)는 평판형의 종이 재질로 마련되나, 항원이 실질적으로 투입되는 일부 영역에는 유입채널(111)이 형성된다. 유입채널(111)은 항원을 하단의 전원 인가부(120) 측으로 투과시킬 수 있도록 완전히 개구되어 있거나, 또는, 항원을 흡수할 수 있는 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
다만, 항원을 포함한 용액이 유입채널(111) 외의 영역에 머무르는 것이 방지되도록 항원 유입부(110)의 표면에는 소액성(疏液性) 물질이 도포된다.
상기 전원 인가부(120)는 반응 발생부(140)에 전원을 인가하기 위한 것으로서, 상술한 항원 유입부(110)와 후술하는 반응 발생부(140)의 사이에 배치되며, 전원기판(121)과 인가전극(123)과 기준전극(124)과 전원 공급부재(125)를 포함한다.
상기 전원기판(121)은 후술하는 인가전극(123)과 기준전극(124)이 배치되어 이들을 지지하기 위한 평판형의 지지구조물이다.
기본적으로 전원기판(121)은 평판형의 종이 재질로 마련되며, 유입채널(111)의 하측에 대응되는 위치에는 항원이 투과할 수 있도록 투과채널(122)이 형성된다. 이러한 투과채널(122)은 항원을 하단의 반응 발생부(140) 측으로 투과시킬 수 있도록 개구되는 형태로 형성되거나, 또는, 항원을 흡수할 수 있는 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 인가전극(123)은 전원 공급부재(125)와 연결된 상태로 전원을 공급하는 경로가 되며, 전기적 전도성을 갖는 소재로 마련되며, 전원기판(121)의 단부로부터 유입채널(111)까지 연장된다.
상기 기준전극(124)은 전원 공급부재(125)와 연결되는 것으로, 기준전극(124)과 마찬가지로 전기적 전도성을 갖는 소재로 마련되어, 인가전극(123)과는 이격되게 배치되며, 전원기판(121)의 단부로부터 유입채널(111)가지 연장된다.
한편, 인가전극(123)에 인가되는 전원과 기준전극(124)에 인가되는 전원의 차이에 의하여 반응 발생부(140)에 인가되는 전원의 세기가 결정된다.
상기 전원 공급부재(125)는 인가전극(123)과 기준전극(124)에 연결되어 전원을 공급하기 위한 부재이다.
상기 단차 보상부(130)는 전원 인가부(120)의 전원기판(121)과 반응 발생부(140)의 베이스 기판(141) 사이에 개재되어, 반응기판(142)에 의하여 발생하는 단차를 보상한다.
즉, 전원기판(121)과 베이스 기판(141)의 사이에는 소정의 두께를 갖는 반응기판(142)이 배치되므로, 베이스 기판(141)과 반응기판(142)이 전면에 걸쳐 정밀히 접촉되기 어려운 문제가 있다.
단차 보상부(130)는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 단차 보상부(130)는 반응기판(142)과 동일한 두께를 가지며, 반응기판(142)이 수용될 수 있도록 개구부(131)가 형성된다. 따라서, 개구부(131) 내에 반응기판(142)을 수용한 상태에서 전원기판(121)과 반응기판(142) 사이에 배치됨으로써, 반응기판(142)에 의하여 발생하는 두께차이를 보상한다.
상기 반응 발생부(140)는 유입되는 항원과 항체(144) 간의 결합반응을 발생시키기 위한 것으로서, 베이스 기판(141)과 반응기판(142)과 단백질층(143)과 항체(144)와 반응체(145)와 반응전극(146)을 포함한다.
상기 베이스 기판(141)은 후술하는 반응기판(142)을 지지하기 위한 것으로서, 종이 소재로 마련된다. 한편, 항원을 포함하는 용액이 베이스 기판(141)에 머무르지 않고 반응기판(142) 측으로 집중될 수 있도록 베이스 기판(141) 상에는 소액성 물질이 전체적으로 도포될 수 있다.
도 3은 도 1의 항원 농도 측정장치의 반응기판의 구조를 확대 도시한 것이다.
도 3을 참조하여 반응기판에 대하여 설명한다. 상기 반응기판(142)은 후술하는 항체(144) 및 반응체(145)를 지지하여 반응 발생을 유도하기 위한 기판이다. 반응기판(142)은 전류가 흐르는 경로가 되므로 전기적으로 전도특성을 갖는 소재로 마련되며, 구체적으로는 전도성 폴리머 또는 금속소재로 마련되는 것이 바람직하다.
반응기판(142)을 전도성 폴리머 소재로 마련하는 방법으로는, 반응기판(142) 자체를 전도성 폴리머로 형성하는 방법과 종이소재의 소정의 기판 상에 전도성 폴리머를 코팅하는 방법이 있다. 반응기판(142)을 폴리머 소재로 만드는 경우에는 후술하는 단백질층(143)이 필요하다.
뿐만 아니라, 반응기판(142)이 전도성 폴리머 소재로 마련되는 경우에도, 반응기판(142) 상에 항체(144)를 직접 고정할 수 있으며, 이러한 경우에는 별도의 단백질층(143)이 불필요하다.
표면이 폴리머 소재인 반응기판(142) 상에 항체(144)를 고정하는 방식은 다양하며, 예를 들면, 물리적 결합 방식(physical absorption), 포괄법(entrapping method), 공유결합방식(covalent bonding) 등의 방식 중 하나가 이용될 수 있으나, 단백질층(143) 없이 항체(144)를 반응기판(142) 상에 직접적으로 고정하는 방식이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 반응기판(142) 자체가 금속소재로 마련되는 경우에는 후술하는 단백질층(143)이 접착되지 않더라도 항체(144)가 반응기판에 결합이 가능하며, 이러한 경우에는 별도의 단백질층(143)이 반드시 구비될 필요는 없다.
즉, 반응기판(142)은 항체(144)를 고정하기 위한 목적을 갖는 것이므로, 항체 고정이 가능하고 전기적 전도성을 갖는 형태라면 구조 및 소재가 제한되는 것은 아니다.
상기 단백질층(143)은 후술하는 항체(144)를 고정하기 위한 목적으로 상술한 반응기판(142) 상에 접착되는 것으로서, 본 실시예에서 단백질층(143)은 시스테인이 바인딩된 프로테인 G(cys-3 linked protein G)로 마련되나, 반응기판(142)에 접착이 가능하고 항체(144)를 고정할 수 있는 단백질 소재라면 제한 되는 것은 아니다.
다만, 단백질층(143)이 접착되지 않은 반응기판(142)의 표면에는 소형청 알부민(BSA:Bovine Serum Albumin)을 처리하여, 항원에 대한 비특이적 반응을 제거한다.
상기 항체(144)는 측정하고자 하는 특정 항원에 반응하는 단백질로서, 상술한 단백질층(143)에 고정된다. 따라서, 항체(144)는 종류가 한정되는 것이 아니라, 측정하고자 하는 항원의 종류에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
또한 앞서서도 설명한 바와 같이, 항체(144)는 단백질층(143) 없이 반응기판(142)에 직접적으로 고정될 수 있다.
상기 반응체(145)는 전원 인가부(120)로부터 전원이 인가되는 경우에 산화/환원 반응을 일으켜 전류를 발생시키는 것으로서, 반응기판(142) 상에 도포된다. 한편, 본 실시예에서 반응체(145)는 액상의 페리시안화 칼륨(Potassium Ferricyanide)이 반응기판(142) 상에 도포된다. 또는, 반응체(145)로 육시아노철 산칼륨(3수화물)(Potassium Hexacyanoferrate Trihydrate)이 이용될 수도 있으나, 인가되는 전원에 반응하여 산화/환원 반응을 일으키면서, 전극과 화학반응을 일으키지 않는 소재라면 반응체(145)의 소재가 제한되는 것은 아니다.
상기 반응전극(146)은 베이스 기판(141) 상에 마련되어 반응기판(142)과 측정부(150)를 서로 연결해주는 것으로서, 전기적 전도성을 갖는 소재로 마련된다.
상기 측정부(150)는 후술하는 반응 발생부(140)와 연결되는 것으로, 전원 인가부(120)로부터 인가되는 전원에 의하여 발생하는 전류량을 측정한다. 나아가, 측정부(150)는 측정되는 전류량을 이용하여 검출 대상이 되는 항원의 농도를 최종 산출하는 기능을 수행할 수도 있다.
본 실시예의 항원 농도 측정장치(100)의 전체적인 구조에 대하여 다시 한번 설명하면, 항원 유입부(110)와 전원 인가부(120)와 단차 보상부(130)와 반응 발생부(140)가 순서대로 적층되어 서로 접합되는 구조를 갖는다. 이때, 필요에 따라 단차 보상부(130)는 제외할 수도 있으며, 전원 인가부(120)가 반응 발생부(140)에 전원을 인가하고, 측정부(150)가 이로부터 발생하는 전류량을 측정한다.
또한, 본 실시예의 항원 농도 측정장치(100)에서는 인가전극(123) 및 기준전극(124)이 별도의 전원기판(121) 상에 마련되는 것으로 설명되었으나, 필요에 따라서는 별도의 기판 없이 베이스 기판(141) 상에 배치되어 전원 인가 및 반응이 하나의 기판에서 동시에 일어나는 구조로 구성될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 항원 농도 측정장치(100)의 작동방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 측정하고자 하는 항원과 반응하는 항체(144)를 반응기판(142) 상에 처리하여, 반응기판(142)이 특정 항원에만 반응하도록 준비한다.
다음으로, 측정하고자 하는 항원이 포함되는 용액을 항원 유입부(110)의 유입채널(111)을 향하여 투입한다. 항원이 투입되면 유입채널(111)을 통하여 항원 유입부(110)의 하단에 배치되는 전원 인가부(120) 측으로 유동한다. 항원을 투입함과 동시에 전원 인가부(120)를 통하여 정해진 양의 전원을 반응 발생부(140)에 인가한다.
이때, 유입채널(111)을 제외한 영역의 항원 유입부(110)의 표면은 소액성 물질로 도포되어 있으므로, 항원을 포함한 용액은 항원 유입부(110)에 머무르는 것이 차단되고 손실없이 유입채널(111) 측으로 모두 유동한다. 이와 동시에, 전원 인가부(120)를 통하여 반응기판(142)에 전원을 인가한다.
항원은 유입채널(111)의 하방에 배치되는 투과채널(122)을 통과하며, 최종적으로 반응 발생부(140)의 반응기판(142) 상에 도달한다. 반응기판(142) 상에서는 두 가지의 반응, 즉, 항원/항체 반응 및 산화/환원 반응이 일어나게 되는데, 각 반응에 대하여 후술한다.
먼저, 반응기판(142) 상에서 발생하는 항원/항체 반응에 대하여 설명하면, 항원이 반응기판(142)에 도달하면, 단백질층(143)에 결합되어 있던 항체(144)는 항원과 반응하여 결합한다. 유입되는 항원의 농도가 높을 수록 항원/항체 간의 결합도 증가한다.
다음으로, 산화/환원 반응에 대하여 설명하면, 전원 인가부(120)에 의하여 인가되는 전원에 의하여, 반응체(145)는 산화/환원반응을 일으킨다. 본 실시예에서 반응체(145)는 페리시안화 칼륨(Potassium Ferricyanide)이 이용되므로, 이를 기준으로 설명하면, 인가되는 전원에 의하여 페리시안화 칼륨은 다음의 [반응식 1] 과 같은 산화/환원 반응을 일으킨다.
[반응식 1]
Figure 112016003196796-pat00001

산화/환원 반응에 의하여 전자의 이동이 발생하여 전류가 흐르게 되고, 측정부(150)는 반응 발생부(140)에 흐르는 전류량을 최종 측정한다.
이때, 항원/항체 반응이 산화/환원 반응을 방해하게 되는데, 이는 측정되는 전류량에 영향을 미친다. 즉, 항원이 농도가 높을 수록 항원/항체 반응이 활발히 일어나게 되고, 반대로 산화/환원 반응은 더디게 일어나므로 측정되는 전류량은 낮다. 다시 설명하면, 고농도의 항원 용액일 수록 낮은 값의 전류량이 측정된다.
따라서, 인가되는 전원의 세기, 항원의 농도 및 최종 측정되는 전류량 간의 관계 데이터를 저장하고 있는 측정부(150)가 최종 측정된 전류량의 값을 통하여 특정 항원이 포함되어 있는지 여부뿐만 아니라 특정 항원의 농도를 산출할 수 있는 것이다. 본 발명에서는 최대 순간 전류(peak current)를 기준으로 전류량을 측정하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 반복 실험을 통하여 아래와 같은 표와 데이터를 미리 확보한 후에, 상기와 같은 과정을 통하여 측정되는 전류량을 이용하여 항원의 농도를 역산할 수 있다. 다만, 아래의 표는 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위한 일례일 뿐으로서, 권리범위를 제한하고자 함은 아니다.
인가전원(V) 항원 농도(ng/ml) 전류량(nA)

0.2
0.5 300
0.8 240
1.0 210

0.4
0.5 570
0.8 480
1.0 410

0.6
0.5 790
0.8 690
1.0 630
또한, 본 실시예의 항원 농도 측정장치는 처리되는 항체의 종류만 변경함으로서 측정하고자 하는 항원의 종류를 용이하게 변경할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110 : 항원 유입부 120 : 전원 인가부
130 : 단차 보상부 140 : 반응 발생부
150 : 측정부

Claims (16)

  1. 인가되는 전원에 의하여 산화/환원 반응을 일으켜 전류를 발생시키되, 외부로부터 유입되는 항원의 농도에 따라 발생하는 전류량이 변화되는 반응 발생부;
    상기 반응 발생부에 전원을 인가하는 전원 인가부;
    상기 반응 발생부에 흐르는 전류량을 측정하는 측정부;를 포함하고,
    상기 반응 발생부는,
    상기 항원과 결합하여 전자의 이동을 방해하는 항체; 상기 전원 인가부로부터 인가되는 전원에 의하여 산화/환원 반응을 일으키는 반응체;를 포함하며,
    상기 반응 발생부는 전기적으로 전도성을 갖는 반응기판; 상기 반응기판 상에 마련되는 단백질층;을 더 포함하고,
    상기 항체는 상기 반응기판에 고정되고, 상기 단백질층과 결합하는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응기판은 표면이 폴리머 소재로 형성되고,
    상기 항체는 상기 반응기판 상에 물리적 결합 방식(physical absorption), 포괄법(entrapping method), 공유결합방식(covalent bonding) 중 적어도 하나의 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 반응기판은 전기적으로 전도성을 갖는 폴리머 소재이거나 종이 소재의 기판 상에 전도성을 갖는 폴리머 소재가 코팅되는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응기판은 금속 소재로 마련되는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반응 발생부는, 상기 반응기판이 놓여지는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 배치되어 상기 반응기판과 상기 측정부를 연결하는 반응전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응 발생부 상에 배치되며, 항원이 투입되기 위한 유입채널을 형성하는 항원 유입부;를 더 포함하고,
    상기 전원 인가부는, 상기 항원 유입부와 상기 반응 발생부 사이에 배치되는 전원기판; 상기 전원기판 상에 형성되는 인가전극; 상기 인가전극과 연결되어 전원을 공급하는 전원 공급부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 항원 유입부 또는 상기 전원기판 중 적어도 하나는 종이재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 반응기판과 상기 반응 발생부 중 적어도 하나의 표면에는 소액성(疏液性) 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 기판과 상기 전원기판 사이에 배치되고, 상기 반응기판이 수용될 수 있도록 개구부가 형성되는 단차 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반응체는 페리시안화 칼륨(Potassium Ferricyanide) 또는 육시아노철 산칼륨(3수화물)(Potassium Hexacyanoferrate Trihydrate) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정장치.
  14. 특정 항원의 농도를 측정하는 방법에 있어서,
    전원 인가 시에 산화/환원 반응을 일으키도록 처리된 반응기판 상에 상기 항원과 반응하여 결합하는 항체를 결합시키는 반응기판 준비단계;
    상기 반응기판에 항원을 포함하는 용액을 투입하는 투입단계;
    상기 반응기판에 전원을 인가하여 발생하는 전류량을 측정하는 측정단계;
    상기 측정단계에서 측정되는 전류량을 이용하여 상기 항원의 농도를 산출하는 산출단계;를 포함하고,
    상기 반응기판 준비단계는,
    상기 반응기판 상에 단백질층을 부착하는 단계; 상기 단백질층에 상기 항원에 반응하는 항체를 결합시키는 단계; 전원 인가 시에 산화/환원 반응을 일으키는 반응체를 상기 반응기판에 처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 항체는 상기 반응기판에 고정되고, 상기 단백질층과 결합하는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 측정단계에서 상기 항원과 상기 항체 간의 결합반응으로 인하여 상기 반응체의 산화/환원 반응이 억제되어 발생하는 전류량이 감소되는 것을 특징으로 하는 항원 농도 측정방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004101514A (ja) 2002-07-18 2004-04-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd バイオセンサおよびバイオセンサ用測定装置
JP2008209323A (ja) 2007-02-27 2008-09-11 Toyama Univ 酵素センサ、該酵素センサを使用した分析方法及びキット
JP2009210417A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Nipro Corp 新規コンジュゲートおよびそれを用いたコルチゾールの分析方法、キット、ならびにそのための装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004101514A (ja) 2002-07-18 2004-04-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd バイオセンサおよびバイオセンサ用測定装置
JP2008209323A (ja) 2007-02-27 2008-09-11 Toyama Univ 酵素センサ、該酵素センサを使用した分析方法及びキット
JP2009210417A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Nipro Corp 新規コンジュゲートおよびそれを用いたコルチゾールの分析方法、キット、ならびにそのための装置

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