KR101779611B1 - 표적 항원 검출용 카트리지 및 이를 이용한 표적 항원의 검출 방법 - Google Patents

표적 항원 검출용 카트리지 및 이를 이용한 표적 항원의 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표적 항원 검출용 카트리지 및 이를 이용하여 생물학적 시료 내에 존재하는 표적 항원을 검출하는 방법에 관한 것이다. 일 구체예에 따른 본 발명의 표적 항원 검출용 카트리지는 여러 가지 항원의 다중 검출을 신속하고 간편하게 수행할 수 있으며, 하나의 카트리지를 사용하여 복수 개의 표적 항원을 정량 분석할 수 있기 때문에 시간과 비용이 절감된다는 장점이 있다.

Description

표적 항원 검출용 카트리지 및 이를 이용한 표적 항원의 검출 방법{Cartridge for detecting target antigen and method for detecting target antigen using the same}
본 발명은 표적 항원 검출용 카트리지 및 이를 이용하여 생물학적 시료 내에 존재하는 표적 항원을 검출하는 방법에 관한 것이다.
환자의 혈액이나 체액을 추출하여 질병과 관련된 정보를 얻기 위해 검사하는 방법들은 일반화되어 있지만 별도의 전문 기관을 거쳐야 하기 때문에 시간과 비용이 많이 드는 것이 현실이다. 최근에는 이러한 문제점들을 해결하기 위해 신속, 정확, 간편이라는 목적 하에 현장 진단의 필요성이 대두되고 있고, 그에 따라 의사, 간호사, 임상 병리사 또는 환자 자신이 직접 검사를 수행할 수 있는 소형 계측기기의 수요가 급속히 증가하고 있다.
특성 물질을 분석하기 위한 면역 센서, 효소 센서 등 많은 소형 계측기기들이 개발되고 있지만, 각 물질들의 간섭 현상으로 인해 복수 개의 검출 물질을 동시에 측정하기 위해서는 서로 다른 스트립을 사용하거나 필요 이상의 시간과 비용이 든다.
이에 따라 환자에게 필요한 검사를 효과적으로 제공할 수 있는 다성분 동시 측정이 가능한 현장검사(point-of-care testing : POCT)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 발명의 일 구체예는 검출 구조체를 포함하는 표적 항원 검출용 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구체예는 상기 표적 항원 검출용 카트리지를 이용하여 생물학적 시료 내에 존재하는 표적 항원을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상은 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 5' 말단 또는 3' 말단이 연결되어 있는 나노 입자 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 3' 말단 또는 5' 말단이 연결되어 있는 제1 항체로 이루어진 것으로, 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드에 포함되어 있는 연속적인 염기 서열의 일부분이 서로 실질적으로 상보적인 염기 서열을 포함하여 이중 가닥 폴리뉴클레오티드를 형성하는 것인 검출 구조체를 내부에 포함하며, 한쪽 말단이 개방된 시료 주입구를 포함하는 제1 채널; 상기 제1 채널의 다른쪽 말단과 유체 소통 가능하게 연결되며, 상기 서로 다른 표적 항원에 특이적으로 결합하는 한 종류 이상의 제2 항체가 내부 표면에 고정되어 있는 반응부; 및 상기 제1 채널이 연결된 상기 반응부의 반대편 말단에 유체 소통 가능하게 연결되는 제2 채널을 포함하는 표적 항원 검출용 카트리지를 제공한다.
일 구체예에 따르면, 상기 검출 구조체는 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 5' 말단 또는 3' 말단이 연결되어 있는 나노 입자를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "나노 입자(nanoparticle)"는 직경 1 내지 1000 nm 크기의 물질들로 이루어진 입자를 의미하며, 바람직하게는, 10 nm 내지 1000 nm의 직경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 나노 입자를 이루는 성분은 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐 및 백금 등과 같은 금속, CdSe, CdS, InAs, InP 등의 반도체 물질, 폴리스틸렌, 라텍스, 아크릴레이트 계열, 폴리펩티드 등의 중합 물질과 같은 불활성 물질일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 나노 입자에는 하나 이상의 검출 가능한 표지가 결합되어 있을 수 있으며, 검출 가능한 표지가 결합할 수 있는 개수는 상기 나노 입자의 크기에 따라 결정될 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "검출 가능한 표지(detectable label)"는 표지가 없는 동일한 종류의 분자들 중에서 표지를 포함하는 분자의 특이적으로 검출하도록 하는 원자 또는 분자를 의미하는 것으로, 상기 나노 입자에 포함될 수 있다. 상기 검출 가능한 표지는 예를 들어, 색깔 비드(colored bead), 항원 결정체, 효소, 혼성화 가능한 핵산, 발색 물질, 형광 물질, 인광 물질, 전기적으로 검출 가능한 분자, 변경된 형광-분극 또는 변경된 빛-확산을 제공하는 분자 또는 양자점 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 상기 표지는 P32 및 S35와 같은 방사선동위원소, 화학발광 (chemiluminescent) 화합물, 표지된 결합 단백질, 중금속 원자 및 다이와 같은 분광학적 마커, 및 자기 표지물을 포함할 수 있다. 상기 다이는 예를 들어, 퀴놀린 다이, 트리아릴메탄 다이, 프탈레인, 아조 다이 및 시아닌 다이를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 용어 “폴리뉴클레오티드(polynucleotide)”는 단일 가닥 또는 이중 가닥의 형태로 존재하는 디옥시리보뉴클레오티드 또는 리보뉴클레오티드의 중합체를 의미하며, 다르게 특별하게 언급되어 있지 않은 한 자연의 뉴클레오티드의 유사체를 포함하는 의미로 해석된다.
상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드는 상기 나노 입자에 연결되어 있을 수 있으며, 상기 폴리뉴클레오티드의 5' 말단 또는 3' 말단을 통하여 연결될 수 있다. 상기 연결은 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드가 상기 나노 입자에 화학적으로 결합됨으로써 형성될 수 있다. 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드는 예를 들면, 알데히드, 카르복실, 에스테르, 활성화된 에스테르, 아미노 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 반응성기를 말단에 도입할 수 있으며, 상기 반응성기를 통해 상기 입자에 고정화될 수 있다. 또는, 상기 입자의 표면에 상기 반응성기를 코팅(coating)하여, 반응성기가 없는 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드를 나노 입자의 표면에 고정하거나, 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 나노 입자의 표면 양쪽 모두에 반응성기를 도입하여 고정화할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 검출 구조체는 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 3' 말단 또는 5' 말단이 연결되어 있는 제1 항체를 포함할 수 있다.
완전한 항체는 2개의 전장(full length) 경쇄 및 2개의 전장 중쇄를 가지는 구조이며 각각의 경쇄는 중쇄와 이황화 결합(disulfide bond, SS-bond) 항체의 불변 영역은 중쇄 불변 영역과 경쇄 불변 영역으로 나뉘어지며, 중쇄 불변 영역은 감마(γ), 뮤(μ), 알파(α), 델타(δ) 및 엡실론(ε) 타입을 가지고, 서브클래스로 감마1(γ1), 감마2(γ2), 감마3(γ3), 감마4(γ4), 알파1(α1) 및 알파2(α2)를 가진다. 경쇄의 불변 영역은 카파(κ) 및 람다(λ) 타입을 가진다. 본 명세서에서 용어, "특이적으로 결합(specifically binding)" 또는 "특이적으로 인식(specifically recognizing)"은 당업자에게 통상적으로 공지되어 있는 의미와 동일한 것으로서, 항원 및 항체가 특이적으로 상호 작용하여 면역학적 반응을 하는 것을 의미한다. 즉, 항원-항체 반응의 특이성으로 인하여, 특정 항원은 특정 항체에 대해서만 특이적으로 결합하는 것을 의미한다. 본 발명의 검출 구조체에 사용되는 상기 제1 항체는 검출하고자 하는 표적 항원의 종류에 따라 그 종류가 달라질 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드에 포함되어 있는 연속적인 염기 서열의 일부분이 서로 실질적으로 상보적인 염기 서열을 포함하여 이중 가닥 폴리뉴클레오티드를 형성할 수 있다.
상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드는 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드에 실질적으로 상보적인 염기 서열을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드에 상보적인 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 서열은 완벽하게 상보적인 염기 서열(perfectly complementary sequence)뿐만 아니라, 실질적으로 상보적인 염기 서열(substantially complementary sequence)도 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 본 명세서에서 용어 “실질적으로 상보적인 염기 서열(substantially complementary sequence)”은 당업계에 공지된 엄격 조건 (stringent conditions) 하에서 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드가 혼성화될 수 있는 염기 서열을 의미한다. 엄격 조건은 온도, 이온 세기 (완충액 농도) 및 유기 용매와 같은 화합물의 존재 등을 조절하여 결정될 수 있고, 혼성화되는 서열에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예를 들어, 엄격 조건은 a) 50℃ 온도 및 0.015 M 소듐 클로라이드/0.0015 M 소듐 시트레이트/0.1% 소듐 도데실 설페이트로 세척하거나, b) 혼성화 완충액 (50% 포름아미드, 2 x SSC 및 10% 덱스트란 설페이트 포함)에서 55℃로 혼성화한 다음, EDTA-함유 0.1 x SSC로 55℃에서 세척하는 조건으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 채널은 한 종류 이상의 검출 구조체를 포함하는 것으로, 상기 검출 구조체는 서로 다른 표적 항원을 인식하는 한 종류 이상의 제1 항체를 포함할 수 있다. 즉, 상기 검출 구조체는 검출하고자 하는 표적 항원의 종류에 따라 상기 제1 항체의 종류를 달리하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 5 종류의 표적 항원을 검출할 수 있는 카트리지를 제조하고자 한다면, 상기 검출 구조체에 포함되는 제1 항체의 종류 또한 5 종류가 될 수 있으며, 상기 5 종류의 제1 항체는 상기 5 종류의 표적 항원에 대해 각각 특이적으로 결합할 수 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 실질적으로 상보적인 염기 서열은 예를 들어, 10 bp 내지 100 bp의 길이를 갖는 것일 수 있다. 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드는 각각 동일한 길이 또는 서로 다른 길이를 갖는 것일 수 있다. 특히, 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드는 검출하고자 하는 표적 항원의 종류에 따라 실질적으로 상보적인 염기 서열의 길이가 다른 검출 구조체를 제조할 수 있다. 예를 들어, 3 종류의 표적 항원을 검출하고자 할 때, 3 종류의 검출 구조체는 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 내에서 각각 10, 20, 30 bp의 실질적으로 상보적인 염기 서열을 갖도록 제작할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 나노 입자는 자기적 신호, 전기적 신호, 형광, 라만 등의 발광 신호, 산란광 신호, 및 방사능 신호로 이루어진 군으로부터 선택되는 신호를 방출하는 검출 가능한 표지를 더 포함하는 것일 수 있다. 검출 가능한 표지에 대해서는 상기 설명한 바와 같다.
한편, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제2 채널에는 상기 나노 입자로부터 발생되는 신호를 검출 할 수 있는 검출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 표적 항원이 포함된 생물학적 시료를 상기 카트리지의 시료 주입구에 주입하여 상기 검출 구조체와 접촉시키는 단계; 상기 표적 항원과 결합한 검출 구조체를 반응부의 제2 항체를 접촉시키는 단계; 상기 반응부에 열을 가하여 상기 검출 구조체로부터 나노 입자를 분리시키는 단계; 및 상기 분리된 나노 입자를 검출하는 단계를 포함하는 표적 항원 검출 방법을 제공한다.
본 발명은 면역 분석 방법, 예를 들어, 캡쳐-ELISA 방식에 있어서, 표적 항원의 검출을 위해 사용될 수 있다. 캡처-ELISA는 일반적으로, (i) 포획항체(capturing antibody)를 고체 기질의 표면에 코팅하는 단계; (ⅱ) 포획항체와 시료(예를 들어, 표적이 되는 항원을 포함하는 시료)를 반응시키는 단계; (ⅲ) 상기 단계 (ⅱ)의 결과물을 신호를 발생시키는 검출 가능한 표지가 결합되어 있고, 표적 항원에 특이적으로 반응하는 검출 항체(detecting antibody)와 반응시키는 단계; 및 (ⅳ) 상기 검출 가능한 표지로부터 발생하는 신호를 측정하는 단계를 거치게 된다. 본 발명의 경우에는 검출하고자 하는 항원에 따라, 하나 또는 복수 종의 검출하고자 하는 표적 항원과 특이적으로 결합할 수 있는 항체(즉, 포획항체)가 상기 카트리지의 반응부에 고정되어 있을 수 있다.
상기 표적 항원 검출 방법을 각각의 단계별로 상세하세 설명하면 다음과 같다.
상기 방법은, 표적 항원이 포함된 생물학적 시료를 상기 카트리지의 시료 주입구에 주입하여 상기 검출 구조체와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법에 적용할 수 있는 생물학적 시료는 예를 들어, 사람 또는 동물의 전혈, 혈장, 혈청, 눈물, 침, 소변, 콧물 또는 체액일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 생물학적 시료의 종류에 따라서 완충액과 같은 반응 용액에 희석하여 상기 시료 주입구에 주입할 수 있다. 상기 시료 주입구에 주입된 생물학적 시료 내의 표적 항원은 그 내부에 포함되어 있는 표적 항원과 특이적으로 결합할 수 있는 제1 채널 내의 검출 구조체, 특히, 상기 검출 구조체의 제1 항체와 특이적으로 결합하게 된다.
상기 생물학적 시료로부터 C형 간염, B형 간염, 인플루엔자 바이러스, 조류독감 바이러스, 로타 바이러스, 에이즈, 매독, 클라미디아, 말라리아, 장티프스, 위궤양 원인균, 결핵, 사스, 뎅기열, 나병 등의 원인 병원체 및 항체의 유무 등을 검사할 수 있다. 또한, 임신, 배란, 암 표지자, 심장병 표시자 등의 존재를 확인하는 용도로도 이용될 수 있으며, 식품으로부터 살모넬라, 비브리오 캠필로박터, 장출혈성 대장균, 여시니아 등의 식중독균을 확인하는데 이용될 수 있는 등의 다양한 분야에서의 신속한 검사와 진단에 사용될 수 있다.
이후 상기 방법은, 상기 표적 항원과 결합한 검출 구조체를 반응부의 제2 항체를 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 카트리지의 제1 채널에서 형성된 표적 항원 및 검출 구조체의 복합체는 유체 소통 가능하도록 연결된 반응부로 이동이 되고, 상기 표적 항원 및 검출 구조체의 복합체 중 표적 항원은 반응부의 내부 표면에 고정되어 있는 제2 항체와 접촉될 수 있다.
이후 상기 방법은 상기 반응부에 열을 가하여 상기 검출 구조체로부터 나노 입자를 분리시키는 단계; 및 상기 분리된 나노 입자를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 나노 입자를 분리시키는 단계 이전에 상기 반응부에 세척액을 주입하여 표적 항원과 결합하지 않은 검출 구조체를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이후, 반응부에 열에 열을 가하면, 상기 단계에서 제2 항체와 특이적으로 결합한 표적 항원 및 검출 구조체의 복합체 중에서, 상기 검출 구조체를 이루고 있는 구성 성분 중 이중 가닥으로 형성되어 있던 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드가 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드가 변성에 의해 각각의 단일 가닥으로 분리가 되고, 이때, 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드는 제1 항체와 연결되어 있으므로, 상기 표적 항체에 결합되어 있는 상태로, 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드는 나노 입자와 연결되어 있으므로 유리된 상태로 된다. 따라서, 상기 유리된 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드가 연결된 나노 입자는 반응부와 유체 소통 가능하게 연결되어 있는 제2 채널 방향으로 이동할 수 있고, 상기 제2 채널에서 상기 유리된 나노 입자를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 검출되는 신호는 자기적 신호, 전기적 신호, 형광, 라만 등의 발광 신호, 산란광 신호, 및 방사능 신호로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 상기 검출된 신호의 확인은 상기 나노 입자로부터 발생하는 신호를 검출부에서 측정하는 것을 의미하며, 상기 신호를 검출함으로서 표적 항원의 존재 여부 및 생물학적 시료 내에 포함되어 있는 항원의 종류 및 그 양을 분석할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 본 발명의 표적 항원 검출용 카트리지는 여러 가지 항원의 다중 검출을 신속하고 간편하게 수행할 수 있으며, 하나의 카트리지를 사용하여 복수 개의 표적 항원을 정량 분석할 수 있기 때문에 시간과 비용이 절감된다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 표적 항원 검출용 카트리지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 검출 구조체를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 표적 항원 검출용 카트리지를 이용하여 한 종류의 표적 항원을 검출하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 표적 항원 검출용 카트리지를 이용하여 여러 종류의 표적 항원을 검출하는 방법을 나타내는 모식도이다.
이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 표적 항원 검출용 카트리지의 내부 형상을 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 검출 구조체를 나타내며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 표적 항원 검출용 카트리지를 이용하여 생물학적 시료 내에 포함된 한 종류 또는 여러 종류의 표적 항원을 검출하는 방법을 나타낸 것이다.
이하 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 표적 항원 검출용 카트리지를 이용하여 생물학적 시료 내 포함된 표적 항원을 검출하는 방법의 일 구체예를 설명하도록 한다.
도 1은 표적 항원 검출용 카트리지의 전체적인 모식도로서, 카트리지의 외부는 시료 주입부(150), 제1 채널(160), 반응부(170) 및 제2 채널(180)로 구성되어 있다. 상기 제1 채널(160)의 내부에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 나노 입자(100), 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110), 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(120) 및 제1 항체(130)로 이루어진 검출 구조체가 포함되어 있다. 또한, 상기 반응부(170)에는 상기 반응부 내부 표면에 고정되어 있는 제2 항체(140)가 포함되어 있다.
예를 들어, 환자의 혈액 내에 존재하는 표적 항원을 검출하기 위해 시료 주입부(150)에 혈액 시료를 주입하면, 혈액 시료 내에 존재하는 표적 항원이 제1 채널(160) 내에 존재하는 검출 구조체와 반응하여 채널을 따라 반응부(170)로 이동하게 된다. 반응부(170)로 이동한 검출 구조체 및 표적 항원의 복합체는 반응부(170)의 내부 표면에 고정되어 있는 제2 항체(140)와 반응하고, 이후, 세척액이 상기 반응부(170)애 제공되면 항원-항체 반응을 통해 형성된 복합체만 반응하지 않은 물질은 씻겨 나가게 된다. 이어서, 반응부(170)에 상기 검출 구조체의 이중 가닥의 폴리뉴클레오티드가 변성될 정도의 열(상기 이중 가닥 폴리뉴클레오티드의 Tm 값 이상의 온도가 되도록)을 가하여 검출 구조체를 변성시키게 된다. 이 때, 상기 검출 구조체의 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110)와 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(120)가 변성이 되면서 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110)가 연결되어 있는 나노 입자(100)는 반응부(170)에서 분리되어 제2 채널(180)로 이동하게 된다. 상기 과정을 통하여 생물학적 시료 내의 표적 항원을 높은 분해능으로 분리할 수 있다.
도 3 및 도 4는 상기 설명한 표적 항원 검출용 카트리지를 이용하여 생물학적 시료 내에 포함된 한 종류 또는 여러 종류의 표적 항원을 검출하는 방법을 나타낸 것으로, 특히 반응부(170) 및 제2 채널(180)에서 발생하는 현상을 상세히 설명한 것이다.
반응부(170)에서 반응이 완료된 후, 반응부를 가열해주면 검출 구조체에 포함되어 있는 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110) 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(120)의 이중 가닥이 변성되면서 단일 가닥으로 분리되고, 분리된 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110)의 말단에는 나노 입자(100)가 결합되어 있으므로, 이는 제2 채널(180)로 이동할 수 있다. 제2 채널(180)로 이동된 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110)가 연결되어 있는 나노 입자(100)는 검출부(200)를 통해 흡광도, 형광 신호 등을 분석함으로서, 반응부(170)에서 표적 항원에 결합된 제1 항체(130)의 양을 정량 분석할 수 있다. 이러한 방법은 예를 들어, 혈액 시료 내에 특정 항원이 소량 포함되어 있는 경우에도 그에 대한 검출이 용이하다.
또한, 폴리뉴클레오티드의 변성은 폴리뉴클레오티드의 주변 염의 농도나 폴리뉴클레오티드를 구성하고 있는 염기 서열 중의 구아닌 및 시토신의 함량에 따라 다른 온도에서 나타난다. 즉, 염의 농도가 높아지거나, 폴리뉴클레오티드 내의 구아닌 및 시토신 함량이 많아지게 되면 변성 온도는 높아진다. 이러한 성질은 복수개의 물질을 동시에 분석하는 데 매우 효과적이다. 도 4는 상기 성질을 이용하여 복수 개의 표적 항원을 동시에 측정하는 원리를 나타낸다.
복수 개의 표적 항원(190)을 측정하기 위해서 각각의 표적 항원(190)에 특이적으로 결합할 수 있는 제1 항체(130)를 포함하는 검출 구조체를 다양하게 제조할 수 있으며, 이 때 각각의 검출 구조체에 서로 다른 길이의 폴리뉴클레오티드를 이용하면 복수 개의 표적 항원(190)을 한 번의 검출 과정을 통해 분석할 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 나타낸 바와 같이, 3가지의 표적 항원(190)을 분석하기 위해 3가지의 검출 구조체를 제작하게 되는데, 서로 다른 길이의 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110) 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(120)를 각각 나노 입자(100) 및 제1 항체(130)에 연결시킬 수 있다. 표적 항원(190)에 특이적으로 결합할 수 있는 제2 항체(140)는 여러 종류가 반응부(170)의 표면에 고정되어 있는 경우라도, 각각의 제2 항체(140)는 항원-항체 반응의 특이성으로 인해 여러 가지 표적 항원 중 자신과 특이적으로 결합할 수 있는 해당하는 표적 항원과 반응하게 되고, 또한, 각각의 제1 항체(130)에 연결된 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(120)과 이와 상보적으로 결합하고 있는 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110) 및 이와 연결된 나노 입자(100)도 표적 항원(190)에 결합되어 있을 수 있다. 이 때, 서로 다른 표적 항원(190)을 인식하도록 제조한 각각의 검출 구조체에 포함된 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(110) 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드(120) 사이에 상보적으로 결합되도록 하는 부분이 각각 12, 24, 36개의 염기 개수를 포함하고 있다면, 반응부(170)에 열을 가하였을 때, 상기 상보적으로 결합된 폴리뉴클레오티드는 염기의 개수에 따라 순서대로 단일 가닥으로 변성하게 되어 순차적으로 제2 채널(180)로 이동하게 되며, 제2 채널(180)에 존재하는 검출부(200)에서 시간 차를 두고 나노 입자(100)를 분석할 수 있기 때문에 각각의 표적 항원(190)에 해당하는 분석이 정량적으로 가능하다.
100: 나노 입자
110: 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드
120: 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드
130: 제1 항체
140: 제2 항체
150: 시료 주입부
160: 제1 채널
170: 반응부
180: 제2 채널
190: 표적 항원
200: 검출부

Claims (6)

  1. 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 5' 말단 또는 3' 말단이 연결되어 있는 나노 입자 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 3' 말단 또는 5' 말단이 연결되어 있는 제1 항체로 이루어진 것으로, 상기 제1 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 및 제2 단일 가닥 폴리뉴클레오티드에 포함되어 있는 연속적인 염기 서열의 일부분이 서로 실질적으로 상보적인 염기 서열을 포함하여 이중 가닥 폴리뉴클레오티드를 형성하는 것인 검출 구조체를 내부에 포함하며, 한쪽 말단이 개방된 시료 주입구를 포함하는 제1 채널;
    상기 제1 채널의 다른쪽 말단과 유체 소통 가능하게 연결되며, 상기 서로 다른 표적 항원에 특이적으로 결합하는 한 종류 이상의 제2 항체가 내부 표면에 고정되어 있는 반응부; 및
    상기 제1 채널이 연결된 상기 반응부의 반대편 말단에 유체 소통 가능하게 연결되는 제2 채널을 포함하는 표적 항원 검출용 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 채널은 한 종류 이상의 검출 구조체를 포함하는 것으로, 상기 검출 구조체는 서로 다른 표적 항원을 인식하는 한 종류 이상의 제1 항체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 항원 검출용 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실질적으로 상보적인 염기 서열은 10 bp 내지 100 bp의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 표적 항원 검출용 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 나노 입자는 10 nm 내지 1000 nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 표적 항원 검출용 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 나노 입자는 자기적 신호, 전기적 신호, 형광, 라만 등의 발광 신호, 산란광 신호, 및 방사능 신호로 이루어진 군으로부터 선택되는 신호를 방출하는 검출 가능한 표지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 항원 검출용 카트리지.
  6. 표적 항원이 포함된 생물학적 시료를 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 카트리지의 시료 주입구에 주입하여 상기 검출 구조체와 접촉시키는 단계;
    상기 표적 항원과 결합한 검출 구조체를 반응부의 제2 항체를 접촉시키는 단계;
    상기 반응부에 열을 가하여 상기 검출 구조체로부터 나노 입자를 분리시키는 단계; 및
    상기 분리된 나노 입자를 검출하는 단계를 포함하는 표적 항원 검출 방법.
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