KR101760425B1 - 혈액 샘플 분석 카트리지 및 카트리지 리더기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 더욱 정확한 분석 결과를 얻을 수 있는 혈액 샘플 분석 카트리지 및 카트리지 리더기가 개시된다. 본 발명에 의한 카트리지는 복수개의 검출기능물질을 포함하는 검출구조체를 포함함으로써, 혈액 샘플 내의 특정 물질을 분석함에 있어서, 더욱 분해능이 높은 분석 결과를 제공한다.

Description

혈액 샘플 분석 카트리지 및 카트리지 리더기{BLOOD SAMPLE ASSAY CARTRIDGE AND CARTRIDGE READER}

본 발명은 혈액 샘플 내의 화학 및/또는 생화학 물질을 분석하기 위한 카트리지에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로, 복수개의 검출기능물질(detection functional substance)을 포함하는 검출 구조체(detection structure)를 이용하여 특정 물질의 분석에 대한 분해능을 높이는 혈액 샘플 분석 카트리지 및 카트리지 리더기에 관한 것이다.

환자의 체액이나 혈액을 채취하여 질병과 관련된 화학 및 생화학적 물질들을 별도의 중앙검사실에서 검사하는 방법이 일반화 되어 있다.

그러나, 최근에, 환자가 있는 곳에서 직접 의사, 간호사, 임상병리사 또는 환자 자신이 간편, 신속, 정확히 질병요인에 대한 국한된 검사를 실시하는 방법 및 이러한 검사를 수행하고, 그 결과를 중앙 환자관리시스템에 자동으로 송부하여 줄 수 있는 인공지능형 소형 계측기기에 대한 수요가 급속히 증가하고 있다.

이에 따라 시간과 비용이 많이 드는 중앙검사실 분석에서 탈피하여 현장 측정으로 환자에게 필요한 검사를 보다 신속하고 정확히 제공할 수 있는 현장검사(point-of-care testing: POCT)에 대한 연구가 대학이나 연구소, 대기업을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.

본 발명의 목적은 혈액 샘플 내의 특정 물질을 분석함에 있어서, 더욱 분해능을 가지는 혈액 샘플 카트리지 및 리더기를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 검출 구조체(detection structure)와 반응부를 포함하는 혈액 샘플 분석 카트리지가 개시된다. 상기 검출 구조체는 혈액 샘플 내의 특정 물질과 결합하는 적어도 하나의 검출항체(detection antibody)를 구비하며, 나아가 상기 특정 물질을 분석하기 위한 분석 반응(reaction for assay)에 참여하는 복수개의 검출기능물질(detection functional substance)을 구비한다. 또한, 상기 반응부는 상기 특정 물질과 결합하는 고정항체를 구비하며, 상기 분석 반응이 일어나는 반응부를 구비한다.

또한, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 혈액 샘플 분석 카트리지에 연결되어 상기 분석 반응에 의하여 발생되는 전기적 신호 또는 상기 분석 반응에 의하여 변경되는 광학적 속성을 분석하여 상기 특정 물질을 분석하는 리더기가 개시된다.

본 발명에 의하면, 혈액 샘플 내의 특정 물질을 분석함에 있어서, 더욱 분해능이 높은 분석 결과를 얻을 수 있게 된다. 즉, 한 단위의 특정 물질에 의해 발생되는 신호의 크기가 증폭되므로, 혈액 샘플 내의 특정 물질이 소량 포함되어 있는 경우에도 그에 대한 검출이 용이하며, 상기 특정 물질의 양을 정량 분석함에 있어서도 더욱 정확한 분석 결과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 샘플 분석 카트리지(blood sample assay cartridge)와 상기 혈액 샘플 분석 카트리지와 연결 가능한 리더기의 간략한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 상기 혈액샘플 내의 특정 물질과 반응하는 반응시료의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 검출 구조체와 상기 혈액 샘플 내의 특정 물질과의 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 반응부의 개략적인 구조 및 반응부에서 일어나는 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의해 반응부에서 일어나는 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 혈액 샘플에 포함된 특정 물질을 분석하기 위한 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 특정 물질의 양과 그에 따른 전류의 세기의 관계를 도시한 그래프이다.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 샘플 분석 카트리지(blood sample assay cartridge)와 상기 혈액 샘플 분석 카트리지와 연결 가능한 리더기의 간략한 구성을 나타낸 블록도이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 샘플 분석 카트리지에 대해 설명한다.

상기 혈액 샘플 분석 카트리지(1)는 유입부(10), 채널(20), 반응부(30), 및 제1 접속부(40)를 포함할 수 있다. 이하에서, 상기 혈액 샘플 분석 카트리지(1)는 카트리지로 약칭할 수 있다.

상기 카트리지(1)는 카트리지(1) 내에 유입된 혈액샘플(blood sample)에 포함된 특정 화학적 및/또는 생화학적 물질의 수치에 대응되는 소정의 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(1)는 상기 물질의 양(量) 또는 농도에 상응하는 광학적 신호 및/또는 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호를 생성할 수 있다. 이하에서, 상기 혈액 샘플은 샘플이라고 약칭할 수 있다.

상기 유입부(10)는 채널(20)의 입구에 해당할 수 있다. 유입부(10)는 상기 샘플이 유입되는 곳이다. 상기 유입부(10)는 상기 샘플의 유입이 용이하도록 소정의 단면적을 가지고 있을 수 있다. 상기 유입부(10)는 채널(20)과 연통할 수 있다.

상기 채널(20)은 유입부(10)와 연결될 수 있다. 상기 채널(20)은 유입부(10)로 유입된 샘플이 이동하는 유로를 제공할 수 있다. 상기 채널(20)은 혈액샘플이 상기 반응부(30)로 이동할 수 있도록 제공될 수 있다. 상기 샘플은 상기 채널(20)내에서 모세관력, 압력, 원심력 등을 동력으로 하여 이동할 수 있다. 또한, 상기 채널(20)은, 상기 샘플이 용이하게 이동할 수 있도록, 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 채널(20)은, 필요에 따라, 복수개의 소채널(20)로 분기될 수 있다. 또한, 상기 채널(20)의 단면적 또는 길이 등은, 필요에 따라, 알맞은 크기로 변형/조절될 수 있다.

상기 채널(20)은, 예를 들어, 미소유체 채널(microfluidic channel)일 수 있다. 상기 미소유체 채널은 샘플이 모세관 현상(capillary)에 의하여 유동할 수 있는 채널을 말할 수 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 필요에 따라, 상기 카트리지(1)는 상기 샘플에 포함되어 있는 특정 물질을 선택적으로 통과시키는 소정의 필터구조체를 포함할 수 있다. 상기 특정 물질은, 예를 들어, 상기 혈액 샘플 분석 카트리지(1)를 이용하여 측정하고자 하는 대상 물질일 수 있다. 상기 필터구조체는 상기 채널(20)의 유로 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 상기 유입부(10)와 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 유입부(10)와 상기 채널(20)의 사이에 배치될 수도 있다.

또한, 상기 필터구조체는 복수개의 필터층으로 구성될 수 있으며, 각 필터층은, 상기 특정 물질을 선택적으로 통과시키기 위하여, 물리적 또는 화학적인 방법으로 상기 특정 물질 이외의 물질들이 상기 필터구조체를 통과하지 못하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 필터구조체는 상기 특정 물질의 크기를 고려하여, 상기 특정 물질의 크기보다는 크고, 상기 특정물질 이외의 물질들의 크기보다는 작은 공(pore)을 가지는 다공성 물질을 포함할 수 있다. 또는 상기 특정 물질과는 반응하지 않고, 그 이외의 물질과 선택적으로 반응하는 화학물질을 포함할 수 있다.

상기 반응부(30)는 상기 채널(20)과 연결되어 있다. 샘플은 상기 채널(20)을 통하여 반응부(30)로 유입될 수 있다. 상기 반응부(30)는 샘플에 포함된 특정 화학 및/또는 생화학적 물질의 수치에 따라서 변화하는 소정의 신호를 생성할 수 있다. 상기 소정의 신호는 광학적 신호 및/또는 전기신호를 포함할 수 있다.

소정의 신호를 생성하기 위하여, 상기 샘플은 상기 반응부(30)에서 처리될 수 있다. 예를 들어, 상기 샘플은 상기 반응부(30)에 포함되어 있는 소정의 물질과 다양한 화학적 반응 또는 생화학적 반응을 할 수 있다.

상기 반응부(30)는 처리된 샘플을 광학 또는 전기화학적 방법을 이용하여 샘플 내의 특정 화학 및/또는 생화학적 물질의 수치를 측정하기 위한 광학적 및/또는 전기적 신호를 생성할 수 있다.

또한, 상기 반응부는(30), 필요에 따라, 복수개로 구성될 수 있으며, 복수개의 반응부 각각에서 검출되는 특정 물질들은 서로 다를 수 있다. 이러한 경우, 상기 채널(20)은 상기 복수개의 반응부에 병렬적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응부가 3개인 경우, 상기 채널(20)도 3개로 구성되어 상기 유입부(10)와 상기 반응부들 각각을 연결할 수 있다. 또는 상기 유입부(10)에 연결된 채널(20)은 상기 반응부들 각각에 병렬적으로 연결될 수 있도록 소채널로 분기될 수 있다.

상기 반응부(30)에서 샘플이 처리되는 방법 및 상기 반응부(30)의 구체적인 구조 등에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 제1 접속부(40)는 상기 리더기(100)의 제 2 접속부(110)와 연결될 수 있다. 상기 제1 접속부(40)는 상기 리더기(100)로부터 소정의 신호를 받아 상기 카트리지(1)에 전달할 수 있으며, 또한 상기 카트리지(1)에서 발생하는 소정의 신호를 상기 리더기(100)로 전달할 수 있다.

이하에서, 도 1을 참조하여, 상기 카트리지(1)와 연결되는 상기 리더기(100)에 대하여 설명한다.

상기 리더기(100)는 상기 카트리지(1)에 소정의 신호를 전달할 수 있으며, 상기 카트리지(1)에서 생성된 신호를 수신하여, 이를 처리하고 분석할 수 있다. 상기 카트리지(1)로 전달되는 소정의 신호 및/또는 상기 카트리지(1)에서 생성된 신호는 광학적 신호 또는 전기적 신호일 수 있다.

상기 리더기(100)는 제2 접속부(110), 분석부(120), 디스플레이부(130), 통신부(140), 입력부(150), 전원부(160) 및 제어부(170)를 포함할 수 있다.

상기 제2 접속부(110)는 상기 카트리지(1)로 소정의 전기적 신호를 전달하거나, 상기 카트리지(1)에서 생성되는 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(1)의 동작을 제어하기 위한 제어신호, 상기 카트리지(1)의 동작에 필요한 전원 등이 상기 제2 접속부(110)를 통해 상기 카트리지(1)로 전달될 수 있다. 또한, 상기 카트리지(1)에서 생성된 광학적 및/또는 전기적 신호가 상기 제2 접속부(110)를 통해 상기 리더기(100)로 전달될 수 있다.

상기 분석부(120)는 상기 카트리지(1)에서 발생된 신호를 상기 제2 접속부(110)를 통하여 수신하고, 이를 분석할 수 있다. 예를 들어, 상기 분석부(120)는, 상기 수신된 신호를 이용하여, 상기 샘플에 포함되어 있는 특정 물질의 양(量) 또는 농도를 수치화할 수 있다.

상기 디스플레이부(130)는 상기 분석된 결과를 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 물질의 수치를 표시할 수 있다.

상기 통신부(140)는 상기 리더기(100)가 외부의 장치와 통신할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신부(140)를 통하여, 상기 리더기(100)는 각종 정보를 수신할 수 있으며, 또한 상기 분석부(120)에서 분석한 결과를 송신할 수 있다. 상기 통신부(140)는 이동통신 모듈, 유무선 인터넷 모듈 및 근거리 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.

상기 입력부(150)는 상기 리더기(100)에 대한 사용자의 각 종 입력을 받을 수 있다. 예를 들어, 상기 입력부(150)는 키패드, 키보드, 마우스, 터치스크린 및 터치패드 등으로 구현될 수 있다.

상기 전원부(160)는 상기 카트리지(1) 및 상기 리더기(100)로 필요한 전원을 공급할 수 있다.

상기 제어부(170)는 상기 리더기(100)의 각 구성요소를 제어할 수 있으며, 상기 리더기(100)의 전반적인 동작을 총괄한다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 혈액 샘플 분석 카트리지에 대해 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 혈액 샘플 분석 카트리지는 혈액 샘플 내에 포함되어 있는 특정 물질(예를 들어, 화학적 또는 생화학적 물질)을 신속하고 용이하게 분석하는 데에 사용된다.

상기 특정물질은, 예를 들어, 특정 질병에 대한 진단의 근거가 되는 지표 물질일 수 있으며, 또는 특정 질병에 대한 위험도를 판단하기 위한 지표 물질일 수 있다. 따라서, 상기 혈액 샘플에 포함된 특정 물질의 양 및/또는 농도를 분석함으로써, 특정 질병에 대한 판단에 편리함을 제공할 수 있게 된다.

이러한 분석을 위하여, 상기 특정 물질과 화학적 반응을 하는 적어도 하나 이상의 화학적 또는 생화학적 물질이 상기 카트리지에 포함되어 있을 수 있다. 이하에서, 상기 특정 물질과 화학적 반응을 하는 적어도 하나 이상의 화학적 또는 생화학적 물질을 반응 시료(또는 검출 시료)라고 약칭할 수 있다. 상기 특정 물질과 결합된 상기 반응 시료가 소정의 반응 조건 하에서 화학적 및/또는 생화학적 반응(이하에서, 이러한 반응을 '분석 반응'이라 약칭할 수 있음)을 할 수 있다. 이러한 분석 반응에 의한 전기적 및/또는 광학적 신호를 측정함으로써, 상기 특정 물질의 양 또는 농도가 분석될 수 있다.

예를 들어, 상기 혈액샘플은 앞서 설명한 유입부(10)를 통하여 상기 카트리지(1) 내로 유입될 수 있다. 상기 혈액샘플은 상기 채널(20)을 따라서 이동하며 상기 반응부(30)에 도달할 수 있다. 이 때, 혈액샘플은, 이동하는 과정에서 또는 상기 반응부(30)에 도달하기 전에, 상기 특정 물질을 좀 더 용이하게 분석하기 위해 소정의 필터링 과정에 의해 걸러질 수 있다.

또한, 상기 혈액샘플은 상기 반응부(30)에서 용이하게 반응할 수 있도록 소정의 반응시료와 미리 반응될 수 있다. 예를 들어, 상기 혈액샘플 내의 특정 물질은 상기 반응시료 내에 포함된 화학적 및/또는 생화학적 물질과 함께 결합된 형태로 상기 반응부(30)에 제공될 수 있다. 이와는 달리, 상기 혈액샘플이 상기 반응부(30)에 제공된 후, 상기 반응시료가 상기 반응부(30)에 제공될 수도 있다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의해 상기 혈액샘플 내의 특정 물질과 반응하는 반응시료의 구조에 대해서 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 상기 혈액샘플 내의 특정 물질과 반응하는 반응시료의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도2를 참조하여 설명하는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 반응 시료는 이하에서 설명하는 검출 구조체(detection structure, 200)를 포함한다.

상기 검출 구조체(200)는 적어도 하나 이상의 검출항체(detection antibody, 210) 및 복수개의 검출기능물질(detention functional substance, 220)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 검출 구조체(200)는 필요에 따라, 매개물질(intermediate substance, 230)을 더 포함할 수 있다.

상기 검출항체(210)는 상기 혈액 샘플 내의 특정 물질과 반응하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 검출기능물질(220)은 광학적 및/또는 전기적 신호를 생성하는 데 직접적인 또는 간접적인 기능을 수행한다. 상기 매개물질(230)은 상기 검출항체(210)와 결합할 수 있고 또한 상기 검출기능물질(220)과 결합할 수 있는 것으로, 상기 검출항체(210)와 상기 검출기능물질(220)의 결합을 매개할 수 있는 물질이다. 상기 매개 물질(230)은 상기 검출항체(210)에 상기 검출기능물질(220)을 접합시키는 데에 사용되는 가교제(crosslinker)와는 다른 것이며, 상기 검출항체(210) 하나에 결합될 수 있는 검출기능물질(220)의 수를 제어하기 위해 사용되는 것이다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

이러한 매개물질(230)을 사용함으로써, 상기 매개물질(230)은 상기 검출 구조체(200)에 포함된 상기 검출항체(210)의 수와 상기 검출기능물질(220)의 비(ratio)를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 검출항체(210)에 결합될 수 있는 상기 매개물질(230)의 수의 한계값이 존재할 때, 상기 매개물질(230)을 이용하여, 상기 한계값 이상으로 상기 매개물질(230)이 상기 검출항체(210)에 결합될 수 있다.

상기 검출 구조체(200)는 도 2의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 다양한 구조를 가질 수 있다.

먼저 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 검출 구조체(200)는 하나의 검출항체(210)와 상기 검출항체(210)에 직접적으로 결합된 복수의 검출기능물질(220)을 포함할 수 있다.

도 2의 (b)를 참조하면, 상기 검출 구조체(200)는 하나의 검출항체(210), 상기 검출항체(210)에 접합된 매개물질(230) 및 상기 매개물질(230)에 접합된 복수개의 검출기능물질(220)을 포함할 수 있다.

계속하여, 도 2의 (c)를 참조하면, 상기 검출 구조체(200)는 복수개의 검출항체(210), 상기 복수개의 검출항체(210)가 접합된 매개물질(230) 및 상기 매개물질(230) 및/또는 상기 검출항체(210)에 접합된 복수개의 검출기능물질(220)을 포함할 수 있다.

또한, 도 2의 (d)를 참조하면, 상기 검출 구조체(200)는 하나의 검출항체(210), 상기 매개물질로써 기능하는 또 다른 항체(230) 및 상기 또 다른 항체(230)에 접합된 복수의 검출기능물질(220)을 포함할 수 있다.

상기 매개물질(230)은 후술할 상기 반응부(30)에서의 반응을 고려하여, 상기 검출기능물질(220)에 전압을 용이하게 전달할 수 있도록 전도성이 높은 물질인 것이 바람직하다. 또한, 상기 매개물질(230)은 상기 검출항체(210) 및/또는 상기 검출기능물질(220)과의 접합이 용이한 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 매개물질(230)은 금 나노입자(gold nano-particle)를 포함할 수 있다.

상기 매개물질(230)을 상기 검출항체(210) 및/또는 상기 검출기능물질(220)과 결합시키는 것은 공지의 기술에 의할 수 있으며, 상기 매개물질(230)의 크기를 제어함으로써, 상기 검출 구조체(200)에 포함되는 상기 검출기능물질(220)의 수를 제어할 수도 있다.

이하에서는, 상기 검출 구조체(200)와 상기 혈액 샘플 내의 특정 물질과의 반응에 대한 설명을 하기로 한다. 이하의 설명에서는, 설명의 편의성을 위해, 도 2의 (b)를 참조하여 설명한 검출 구조체(200)을 예를 들어 설명하기로 한다. 하지만, 이하의 설명은 도 2의 (a), (c) 및 (d)를 참조하여 설명한 검출 구조체(200)에도 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 검출 구조체와 상기 혈액 샘플 내의 특정 물질과의 반응을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 샘플 내의 특정 물질(240)은 상기 검출 구조체(200)에 접합되어 있는 검출항체(210)와 항원-항체반응(antigen-antibody reaction)을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 물질(240)과 상기 검출 구조체(200)가 서로 결합한 화합물(200a)이 생성될 수 있다.

이 때, 상기 샘플 내의 특정 물질(240)은 광의의 항원(antigen)으로써 작용하고, 상기 검출 구조체(200)의 항체 부분(210)은 항체로써 작용함으로써, 항원-항체반응이 일어날 수 있다. 즉, 상기 검출 구조체(200)는 상기 특정 물질(240)과 선택적으로 결합할 수 있다. 항원-항체반응의 특이성에 기인하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 혈액샘플 분석 카트리지를 이용하면, 분석하고자 하는 특정 물질(240)에 대해 선택적인 분석이 가능하다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 카트리지(1)의 반응부(30)에 대해 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 반응부의 개략적인 구조 및 반응부에서 일어나는 반응을 설명하기 위한 도면이다.

도 4의 (A)를 참조하면, 상기 반응부(30)는 전극(32) 및 고정항체(immobilized antibody, 34)를 포함할 수 있다.

상기 반응부(30)는 상기 분석 반응이 용이하게 일어날 수 있도록 소정의 반응 조건을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응부(30)는 상기 전극(32)을 통하여, 상기 혈액샘플의 분석에 필요한 소정의 전압이 인가될 수 있다. 이외에도 상기 분석 반응이 일어나기에 적절한 pH, 온도, 촉매 등이 제공될 수 있다.

상기 고정항체(34)는 상기 전극(32)에 고정되어 있으며, 상기 특정 물질(240)과 항원-항체반응을 할 수 있는 항체일 수 있다. 상기 고정항체(34)는 상기 특정 물질(240)의 양을 분석하기에 충분한 수만큼 상기 전극(32)에 고정될 수 있다. 상기 전극(32)은 상기 제1 접속부(40)와 연결되어 있을 수 있다.

계속하여, 도 4의 (B)를 참조하면, 상기 반응부(30)로 도2를 참조하여 설명한 검출 구조체(200)와 상기 특정 물질(240)이 결합된 화합물(200a)이 유입될 수 있다. 상기 화합물(200a)은 상기 전극(32)에 고정된 상기 고정항체(34)와 반응하여 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 고정항체(34)와 상기 화합물(200a)의 특정 물질(240)이 항원-항체반응 할 수 있다.

도 4의 (C)를 참조하면, 상기 전극(32)에 소정의 산화전압을 인가하는 경우, 상기 검출기능물질(220)은 산화되면서 전자(e-)를 방출할 수 있다. 상기 산화전압은 상기 리더기(100)로부터 상기 제1 및 제2 접속부(40, 110)를 통해 제공될 수 있다. 또는 이와는 달리, (D)에 도시된 바와 같이, 소정의 기질(subgstrate, 36)을 상기 반응부(30)에 제공하여 상기 기질(36)과 상기 검출기능물질(220)을 반응시킨 후, 상기 반응한 기질(36a)가 산화되면서 전자(e-)를 방출할 수도 있다. 다시 말해, 상기 검출기능물질(220)이 직접 산화되지 않고, 상기 검출기능물질(220)은 상기 기질(36)이 쉽게 산화될 수 있도록 하는 데에 사용될 수 있다.

도면에는 상기 전극(32)에 고정된 모든 고정항체(34)에 상기 화합물(200a)이 결합된 것으로 도시되어 있으나, 상기 특정 물질(240)의 양에 따라서, 상기 화합물(200a)이 결합되지 않은 고정항체가 존재할 수 있다. 다시 말해, 상기 특정 물질(240)의 양에 따라서, 상기 특정 물질(240)과 상기 검출 구조체(200)가 결합된 화합물(200a)의 양이 달라질 수 있으며, 이에 따라서, 상기 화합물(200a)와 결합된 고정항체(34)의 양이 달라질 수 있다. 결과적으로, 상기 특정 물질(240)의 양에 따라서, 소정의 산화전압을 인가하는 경우에 방출되는 전자(e-)의 수가 달라질 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의해 반응부에서 일어나는 반응을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하여 설명한 실시예에서는, 상기 반응부(30)에 상기 특정 물질(240)과 상기 검출 구조체(200)가 결합된 화합물(200a)이 공급되는 것으로 설명하였다.

그러나, 이와는 달리, 다음과 같은 실시예가 가능할 수 있다.

도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 반응부(30)는 전극(32) 및 고정항체(34)를 포함할 수 있다. 이는 도 4의 (A)에서 설명한 바와 동일하다.

도 5의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 반응부(30)에 상기 특정 물질(240)이 제공되어, 고정항체(34)와 상기 특정 물질(240)이 먼저 결합할 수 있다.

이어서, 도 5의 (C)에 도시된 바와 같이, 상기 반응부(30)로 도 2를 참조하여 설명한 검출 구조체(200)가 제공될 수 있으며, 상기 검출 구조체(200)는 상기 고정항체(34)에 결합된 상기 특정 물질(240)과 반응할 수 있다.

도 5의 (C)에 도시된 바와 같은 반응이 완료되면, 도 5의 (D)에 도시된 바와 같이, 상기 전극(32)에 소정의 산화전압이 인가될 수 있으며, 이에 따라, 상기 검출기능물질(220)은 산화되면서 전자(e-)를 방출할 수 있다. 이는 도 4의 (C)를 참조하여 설명한 바와 동일하다. 또한, 도 4의 (D)를 참조하여 설명한 바와 같이 소정의 기질(36)이 상기 검출기능물질(220)과 반응한 후, 상기 반응한 기질(36a)이 산화되면서 전자(e-)를 방출할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 혈액 샘플에 포함된 특정 물질을 분석하기 위해 혈액 샘플 카트리지에서 일어나는 일련의 과정을 순차적으로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 혈액 샘플에 포함된 특정 물질을 분석하기 위한 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

혈액샘플이 상기 유입부(10)를 통하여 상기 카트리지(1)에 유입된다(S100).

상기 혈액샘플은 상기 채널(20)을 따라 이동하면서 상기 반응부(30)에 도달한다(S110). 이 때, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 혈액샘플은 소정의 처리과정에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 상기 혈액샘플은 앞서 설명한 필터 구조체에 의해 걸러질 수 있으며, 또는 앞서 설명한 반응시료와 함께 화학적 및/또는 생화학적 반응을 할 수 있다. 즉, 상기 검출 구조체(200)와 결합할 수 있다.

상기 반응부(30)에 도달한 혈액샘플 내의 특정 물질은 상기 반응부(30)에 고정된다(S120). 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 반응부(30)의 고정항체(34)에 의해 상기 특정 물질이 고정될 수 있다.

이어서, 상기 반응부(30)에 소정의 반응시료를 제공하여 상기 특정물질과 상기 반응시료가 반응할 수 있도록 한다(S130). 만약, 상기 반응부(30)에 도달하기 전에 상기 검출 구조체(200)와 먼저 결합하여 앞서 설명한 화합물(200a)의 형태로 상기 특정 물질이 상기 반응부(30)에 제공되는 경우 본 단계는 생략될 수 있다.

이 때, 상기 반응부(30)에서 상기 특정물질과 상기 고정항체(34)가 충분히 반응할 수 있도록 상기 혈액 샘플의 유속을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 채널(20)의 단면적과 상기 채널의 길이를 적당하게 조절하여 상기 혈액샘플의 유속을 적절히 조절할 수 있다. 또는, 상기 채널에 소정의 유압을 제공함으로써, 상기 혈액 샘플의 유속을 능동적으로 제어할 수도 있다.

상기 반응부(30)에 소정의 워싱액이 제공될 수 있다(S140). 앞서 설명한 바와 같이, 상기 워싱액을 제공함에 따라, 상기 반응부(30)에 있는 불필요한 물질들은 상기 반응부(30)에서 제거될 수 있다. 상기 워싱액은 상기 고정항체(34), 상기 특정 물질(240), 상기 검출 구조체(200)에 대하여 반응성이 낮은 물질인 것이 바람직하다.

상기 반응부(30)에 상기 분석 반응을 위한 소정의 반응 조건이 제공된다(S150). 예를 들어, 상기 반응부(30)에 소정의 산화전압이 인가될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 산화전압은 상기 리더기(100)로부터 제공되는 것일 수 있다.

이에 따라, 상기 반응부(30)에서는 분석 반응일 일어난다(S160). 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 산화전압이 인가되는 경우, 상기 검출 구조체(200)에 포함되어 있는 상기 검출기능물질(220)은 산화되면서 전자(e-)를 방출할 수 있다. 또는 앞서 설명한 바와 같이, 소정의 기질(36)과 상기 검출기능물질(220)이 반응한 후, 상기 반응한 기질(36a)이 산화되면서 전자(e-)를 방출할 수 있다. 상기 방출된 전자(e-)에 의해 상기 반응부(30)에서 전기적 신호가 생성될 수 있다.

상기 리더기(100)는 상기 반응부(30)에서 생성된 전기적 신호를 수신하여 상기 전기적 신호를 분석한다(S170). 이에 따라, 상기 혈액샘플 내에 포함된 상기 특정 물질의 양 및/또는 농도가 산출될 수 있다.

도 7은 특정 물질의 양과 그에 따른 전류의 세기의 관계를 도시한 그래프이다. a는 복수개의 검출기능물질을 가지는 검출 구조체를 포함하는 혈액 샘플 카트리지를 이용하는 경우를 나타내며, b는 하나의 검출기능물질을 가지는 검출 구조체를 포함하는 혈액 샘플 카트리지를 이용하는 경우를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 검출 구조체(200)는 복수개의 검출기능물질(220)을 포함하고 있으므로, 한 단위의 특정 물질(240)에 기인하여 발생되는 전자(e-)의 개수가, 하나의 검출기능물질(220)이 포함되어 있을 때보다, 더 많아진다. 예를 들어, 상기 복수개의 검출기능물질(220)이 상기 산화 반응에 의하여 하나의 전자(e-)를 방출한다고 가정할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 검출 구조체(200)는 그에 포함하고 있는 검출기능물질(220)의 개수만큼의 전자(e-)를 방출하게 되므로, 검출기능물질(220)의 개수가 한 개일 때보다 N-1만큼 더 많은 전자가 방출된다(N은 본 발명에 의한 하나의 검출 구조체에 포함되어 있는 검출기능물질의 개수임).

이에 따라, 상기 산화반응에 의하여 방출되는 전자(e-)에 의해 전기적 신호가 발생된다. 예를 들어, 소정의 전극들 사이에서 상기 방출된 전자(e-)에 의한 전류가 발생할 수 있다. 이러한 전류의 세기를 측정함으로써, 상기 특정 물질(240)의 양 및/또는 농도를 분석할 수 있게 된다. 상기 전기적 신호는 상기 리더기(100)로 전송될 수 있으며, 상기 전류의 세기에 대한 분석은 상기 리더기(100)의 분석부(120)에서 수행될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 의한 검출 구조체(200)에 의하는 경우, 한 단위의 특정 물질(240)에 대해 방출되는 전자(e-)의 개수가 많아지므로, 상기 혈액 샘플 내에 포함된 특정 물질(240)의 양 및/또는 농도의 변화량에 따른 전류의 세기의 변화량이 더 커지게 된다.

즉, 도 7을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 의하는 경우 동일한 특정물질의 변화량에 대해, 전류의 세기의 변화량이 더욱 크다는 것을 알 수 있다(A가 B보다 크다). 따라서, 본 발명에 의한 혈액 샘플 카트리지를 이용하는 경우, 상기 특정 물질(240)의 양 및/또는 농도에 대한 분해능이 뛰어날 수 있다. 또한, 상기 특정 물질(240)의 양 및/또는 농도가 아주 작을 경우에도 검출이 용이할 수 있다.

이상에서는, 검출기능물질(220)이 분석 반응에 의해 산화되면서 전기적 신호를 생성하거나, 검출기능물질(220)이 분서 반응에 참가함으로써, 기질(36)이 산화되면서 전기적 신호를 생성하는 것에 대해서 구체적으로 설명하였다.

그러나, 본 발명에 의하는 경우, 분석 반응에 의해 상기 검출기능물질(220)의 광학적 특성이 변경되거나, 분석 반응에 의해 기질(36)의 광학적 특성이 변경될 수도 있다. 예를 들어, 분석 반응에 참가하기 전에 상기 검출기능물질(220)이 특정 대역의 파장의 빛을 잘 흡수하는 물질일 경우, 상기 검출기능물질(220)이 분석 반응에 의해서 상기 특정 대역의 파장의 빛을 잘 흡수하지 못하도록 광학적 특성이 변경될 수 있다. 즉, 상기 검출기능물질(220)이, 분석 반응 전에는 A대역의 파장의 빛을 잘 흡수했을 때, 상기 분석 반응 후에는 B대역의 파장의 빛을 더 잘 흡수하도록 광학적 특징이 변경될 수 있다. 기질(36) 또한 분석 반응에 의해 그 광학적 특성이 변경될 수 있다. 이 때, 상기 리더기(100)는 이러한 광학적 특성의 변경에 따르는 신호를 검출/측정하여, 상기 특정 물질(240)에 대한 분석 기능을 수행할 수 있게 된다.

1:카트리지
30:반응부
32:전극
34:고정항체
36:기질
100:리더기
200:검출 구조체
210:검출항체
220:검출기능물질
230:매개물질
240:특정 물질

Claims (10)

1. 혈액 샘플 내의 특정 물질과 결합하는 적어도 하나의 검출항체(detection antibody), 상기 특정 물질을 분석하기 위한 분석 반응(reaction for assay)에 참여하는 복수개의 검출기능물질(detection functional substance), 및 상기 적어도 하나의 검출항체와 결합하고, 상기 복수개의 검출기능물질과 결합하는 매개물질(intermediate substance)을 구비하는 검출 구조체(detection structure); 및
   상기 특정 물질과 결합하는 고정항체를 포함하며, 상기 분석 반응이 일어나는 반응부;를 포함하고,
   상기 매개물질의 크기를 제어함으로써, 상기 검출 구조체에 포함되는 상기 복수개의 검출기능물질의 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 혈액 샘플 분석 카트리지(blood sample assay cartridge).
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 매개물질은 금 나노입자(gold nano-particle)를 포함하는 혈액 샘플 분석 카트리지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 분석 반응은,
   전자를 방출하기 위해 상기 검출기능물질이 산화되는 산화-환원반응을 포함하는 혈액 샘플 분석 카트리지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기능물질은,
   상기 분석 반응에 의해 화학적 구조가 변경되며, 이에 따라 광학적 속성이 변경되는 혈액 샘플 분석 카트리지.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 분석 반응에 참여하기 위하여, 상기 반응부에 제공되는 기질(substrate)을 더 포함하는 혈액 샘플 분석 카트리지.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 분석 반응은,
   상기 검출기능물질과 상기 기질이 반응하는 기질반응 및 상기 반응한 기질이 산화되는 산화-환원반응을 포함하는 혈액 샘플 분석 카트리지.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 기질은,
   상기 분석 반응에 의해 화학적 구조가 변경되며, 이에 따라 광학적 특성이 변경되는 혈액 샘플 분석 카트리지.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 혈액 샘플이 유입되는 유입부; 및
   상기 혈액 샘플이 상기 반응부로 이동하는 유로를 제공하는 채널을 더 포함하는 혈액 샘플 분석 카트리지.
10. 제 1 항, 제3항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 혈액 샘플 분석 카트리지에 연결되어 상기 분석 반응에 의하여 발생되는 전기적 신호 또는 상기 분석 반응에 의하여 변경되는 광학적 속성을 분석하여 상기 특정 물질을 분석하는 리더기.
    

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