KR101816639B1

KR101816639B1 - 팽창재를 이용한 멤브레인 스트립 센서

Info

Publication number: KR101816639B1
Application number: KR1020160114653A
Authority: KR
Inventors: 김민곤; 김가희; 한겨레
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-01-09

Abstract

본 발명은 검출 감도를 향상시키기 위한 멤브레인 스트립 센서에 관한 발명으로, 지지체, 지지체의 상부 표면에 부착되어 분석하고자 하는 액상 시료를 수용하는 샘플 패드, 샘플 패드를 통해 액상 시료에 함유되어 있는 분석물질과 특이적으로 결합하는 1차반응물질을 함유하고, 샘플 패드와 연동된 컨쥬게이트 패드, 액상 시료에 분석물질을 존재하는 지의 여부를 검출하며 컨쥬게이트 패드와 연동된 반응 멤브레인, 검출반응이 종료된 액상 시료를 흡수하며, 반응 멤브레인의 다운 스트림에 위치하는 흡수 패드, 검출반응의 감도를 향상시키는 액상 버퍼를 수용하는 버퍼 패드 및 반응 멤브레인과 이격되어 위치하며 버퍼 패드에서 수용된 액상 버퍼에 의해 부풀어 오르는 팽창부의 팽창에 의해 반응 멤브레인과 접촉되는 2차 반응물질 패드를 포함한다.

Description

팽창재를 이용한 멤브레인 스트립 센서{Membrane Strip Sensor With Swelling Member}

본 발명은 팽창재를 이용한 멤브레인 센서에 관한 발명이다.

본 발명은 팽창재를 이용한 멤브레인 센서에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 분석물질을 검출하기 위한 액상 시료와 신호 감도를 향상시키는 액상 버퍼를 함께 수용할 수 있도록 설계한 멤브레인 스트립 센서에 관한 것이다.

면역 크로마토그래피 분석법은 생물학적 물질 또는 화학적 물질이 서로 특이적으로 부착하는 성질을 이용하여 분석 물질을 단시간에 정성 및 정량적으로 검사할 수 있는 방법으로, 상기 면역 크로마토그래피 분석 기구는 분석 스트립 또는 상기 분석 스트립을 플라스틱 하우징 내부에 장착해 조립한 형태의 면역분석 키트가 일반적으로 사용된다.

도 1은 종래의 면역크로마토그래피 분석 스트립의 대표적 구현 예를 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 면역크로마토그래피 분석에 사용되는 분석 스트립은 접착성 플라스틱 지지체(60) 상에 검체 패드(40), 컨쥬게이트 패드(30), 신호검출 패드(20) 및 흡수 패드(50)를 포함하여 이루어진다. 상기 검체 패드(40)는 액상 검체(또는 분석시료)를 흡수하고 액상 검체의 균일한 유동을 보장한다. 상기 컨쥬게이트 패드(30)는 상기 액상 검체에 함유되어 있는 분석물질과 특이적으로 결합하는 유동성 컨쥬게이트를 포함하고 있으며, 상기 검체 패드(40)를 통해 도입된 액상 검체가 상기 컨쥬게이트 패드(30)를 통과하면서 분석물질과 유동성 컨쥬게이트 사이의 특이적 결합이 이루어진다. 상기 신호검출 패드(20)는 통상 검출영역(detection zone)(21)과 대조영역(control zone)(22)을 포함하여 이루어진다. 상기 검출영역(21)은 상기 액상 검체에 분석물질이 존재하는 지의 여부를 확인하기 위한 영역이며, 상기 대조영역(22)은 액상 검체가 상기 검출영역(21)을 정상적으로 통과하였는지의 여부를 확인하기 위한 영역이다. 상기 신호검출 패드(20)의 상부에, 흡수 패드(50)가 위치한다. 상기 흡수 패드(50)는 상기 신호검출 패드(20)를 통과한 액상 검체를 흡수하며, 상기 분석 스트립에서의 상기 액상 검체의 모세관 유동을 도와준다. 정리하면, 상기 분석 스트립은 접착성 플라스틱 지지체(60)에 검체 패드(40), 컨쥬게이트 패드(30), 신호검출 패드(20) 및 흡수 패드(50) 순서로 부착하여, 액상 검체를 검체 패드(40)로부터 신호검출 패드(20)를 경유해, 흡수 패드(50)까지 이동시키고, 신호검출 패드(20)에서의 신호검출을 통해 면역분석을 수 행한다. 변형된 다른 방법으로는 상기 컨쥬게이트와 신호검출물질을 하나의 다공성 패드에 통합하기도 한다. 그리고, 검체 패드, 컨쥬게이트 패드, 신호검출 패드 및 흡수 패드는 서로 중첩되어 배치되거나 또는 일정한 간격을 두고 플라스틱 지지체에 배열되기로 한다. 후자의 경우, 액상검체가 다른 매개체를 이용하여 모세관 현상으로 검체 패드와 컨쥬게이트 패드, 신호검출 패드로 이동한다.

종래의 면역크로마토그래피 분석 방법은 그 검출 감도가 1ng/ml로서, 그 검출 감도의 향상이 필요하다. 또한, 검출 감도를 향상시키기 위한 한번의 시료 주입으로 2단계 이상의 반응 조건을 갖는 생체 반응을 측정할 수 있는 스트립의 경우 많은 양의 시료를 필요로 하는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 적은 양의 시료만 있어도 2가지 이상을 반응조건을 갖는 생체 반응 또는 화학 반응 등을 구현하여 정량분석이 가능하고 높은 감도를 가지는 멤브레인 바이오 센서를 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서는, 지지체, 지지체의 상부 표면에 부착되어 분석하고자 하는 액상 시료를 수용하는 샘플 패드, 샘플 패드를 통해 액상 시료에 함유되어 있는 분석물질과 특이적으로 결합하는 1차반응물질을 함유하고, 상기 샘플 패드와 연동된 컨쥬게이트 패드, 액상 시료에 분석물질을 존재하는 지의 여부를 검출하며 컨쥬게이트 패드와 연동된 반응 멤브레인, 검출반응이 종료된 액상 시료를 흡수하며, 반응 멤브레인의 다운 스트림에 위치하는 흡수 패드, 검출반응의 감도를 향상시키는 액상 버퍼를 수용하는 버퍼 패드 및 반응 멤브레인과 이격되어 위치하며 버퍼 패드에서 수용된 액상 버퍼에 의해 부풀어 오르는 팽창부의 팽창에 의해 반응 멤브레인과 접촉되는 2차 반응물질 패드를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서에 있어서, 시료와 반응하는 1차 반응 물질이 컨쥬게이트 패드에 처리되고, 신호를 발생하는 2차 반응 물질이 2차 반응물질 패드에 처리된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서는, 샘플 패드에 수용된 액상 시료의 이동과 버퍼 패드에 수용된 액상 버퍼의 이동을 분리시키는 베리어를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서에 있어서, 베리어는, 상단으로 주입된 액상 시료를 아래쪽에 위치한 샘플 패드로 이동시키는 홀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서에 있어서, 베리어는, 액체가 흡수되지 않는 재료로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서는, 버퍼 패드에 수용된 액상 버퍼를 흡수하는 연결 멤브레인을 더 포함하고, 팽창부와 2차 반응물질 패드는 각각 연결 멤브레인의 상면과 하면에 접촉되어 연동될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서는, 결합에 의해 지지체, 샘플 패드, 컨쥬게이트 패드, 반응 멤브레인, 흡수 패드, 버퍼 패드, 팽창부 및 2차 반응물질 패드를 고정시키는 상측 하우징 및 하측 하우징을 더 포함하고, 상측 하우징은 액상 시료를 통과시키는 샘플 홀, 액상 버퍼를 통과시키는 버퍼 홀, 검출반응의 결과를 확인하는 분석 홀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서에 있어서, 연결 멤브레인에 흡수된 액상 버퍼는 상기 팽창부와 상기 2차 반응물질 패드로 동시에 이동하게 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서에 있어서, 액상 버퍼에 의해 팽창하는 경우 가로 방향으로 수축하면서 세로 방향으로 팽창할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서에 있어서, 액상 버퍼는, 액상 시료를 통해 검출하고자 하는 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다.

본 발명에 따르면, 물질 검출 반응시 적응 양의 액상 시료만 있어도 신호 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 비교적 빠른 시간 내에 2차 반응물질 패드에 함유된 물질들을 반응 멤브레인으로 균일하게 분리시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 면역크로마토그래피 분석 스트립의 대표적 구현 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 멤브레인 스트립 센서의 기본 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 측면도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베리어의 측면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 액상 시료의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 액상 버퍼의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 액상 시료 및 액상 버퍼의 흐름을 동시에 나타내는 도면이다.

이하 사용되는 용어는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태의 문구들은 이와 명백히 반대되는 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들을 포함한다. 명세서에 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 함께 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 멤브레인 스트립 센서에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 종래 멤브레인 스트립 센서의 기본 구성도이다. 종래 멤브레인 스트립 센서는 기존의 보편적인 면역크로마토그래피 분석 구조와 순차 반응이 일어나는 추가적인 구조를 포함한다. 구체적으로, 기존의 면역크로마토그래피 분석 구조인 지지체(110), 샘플 패드(120), 컨쥬게이트 패드(130), 반응 멤브레인(140) 및 흡수 패드(150)를 포함하고, 순차 반응이 일어나는 추가적인 구조(160)인 2차 반응물질 패드(161), 팽창부(162), 연결 멤브레인(163), 지지 패드(164), 중간 멤브레인(165)을 포함한다.

우선 지지체(110) 위에 샘플 패드(120), 중간 멤브레인(165), 컨쥬게이트 패드(130), 반응 멤브레인(140), 흡수 패드(150)가 순차적으로 위치한다. 이러한 배열은 투입되는 액상시료의 진행방향과 동일하다. 중간 멤브레인(165) 상에 지지 패드(164)가 연결되고, 지지 패드(164) 상에 연결 멤브레인(163)의 일단이 연결되고, 타단에 팽창부(162)가 연결되며, 팽창부(162)의 하단에 2차 반응물질 패드(161)가 결합된다.

지지체(110)는 멤브레인 스트립 센서를 지지하는 역할을 수행하며, 접착성 플라스틱이 사용될 수 있다.

샘플 패드(120)는 액상 시료를 수용하여 중간 멤브레인(165) 또는 반응 멤브레인(140) 방향으로 전개하는 역할을 수행한다. 전혈, 혈장, 혈청, 눈물, 침, 소변, 콧물, 체액 등의 액상 시료가 사용될 수 있다. 이러한 샘플 패드(120)는 분석 물질에 대한 선택성을 보다 향상시키기 위해 또는 액상 시료에 포함될 수 있는 간섭물질에 의한 영향을 최소화하기 위해 필터링 기능을 추가로 가질 수 있다. 예를 들면, 전혈을 액상 시료로 사용할 경우 적혈구를 걸러주는 역할을 할 수 있는 좀 더 조밀한 패드를 쓰거나, 이들을 걸러주는 역할을 돕는 보조물질을 추가로 함유할 수 있다. 필요한 경우, 샘플 패드의 업스트림에 분석물질과 1차 반응물질 사이의 반응을 증가시키거나 또는 간섭물질에 의해 영향을 배제할 수 있는 물질을 함유하는 보조 패드를 추가로 구비할 수 있다. 샘플 패드(120)는 액상 시료를 흡수할 수 있는 재료라면 그 종류가 제한되지 않으나, 바람직하게는 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리 섬유와 같은 재질로 이루어지는 것이 좋다.

컨쥬게이트 패드(130)는 분삭대상물질에 선택적으로 결합할 수 있는 1차 반응물질이 도포된 후 건조되어 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 1차 반응 물질로는 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(Petide Nucleic Acid), 압타머(aptamer) 및 나노입자 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 접합체 등이 사용될 수 있다.

한편, 1차 반응물질이 금속 나노입자일 경우에는 리셉터와 분석대상물질의 선택적인 반응에 의한 금속 나노입자의 색변화를 통해 분석대상물질을 검출할 수 있으며, 멤브레인 상에서 리셉터에 선택적으로 결합된 분석대상물질과 금속 나노입자의 결합체의 흡광도, 전기 전도도 등을 측정함으로써 분석대상물을 정량적으로 분석할 수 있다. 이러한 금속 나노입자는, 예를 들어, 금 나노입자, 은 나노입자, 구리 나노입자 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 1차 반응물질이 효소, 효소 기질 또는 효소반응 생성물질일 경우에는 리셉터와 분석대상물질의 선택적인 반응에 의해 분석대상물질 또는 리셉터와 상기 효소, 효소 기질 또는 효소반응 생성물질이 반응하여 산화환원반응 등과 같은 효소 반응을 일으키게 된다. 이 때 상기 효소 반응에 의한 생성물의 흡광, 형광, 발광 등을 측정함으로써 분석대상물질을 검출할 수 있다. 이러한 효소는, 예를 들어 글루코스 옥시다아제, 글루코스 탈수소효소, 알칼리 포스파타제, 퍼옥시다제 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 효소 기질은 예를 들어 글루코스, 과산화수소 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

컨쥬게이트 패드(130)로는 1차 반응물질을 도포하여 건조한 후, 컨쥬게이트 패드(130)가 액체 시료에 의해 젖을 경우 반응물질이 컨쥬게이트 패드(130)로부터 쉽게 떨어지는 물질이면 모두 사용할 수 있으며, 면역크로마토그래피 분석 스트립에서 일반적으로 사용되는 컨쥬게이트 패드라면 모두 사용될 수 있으며, 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리섬유와 같은 재질 뿐만 아니라, 니트로 셀룰로오스, 나일론, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride)와 같은 멤브레인 재질 모두 사용될 수 있다.

반응 멤브레인(140)은 생체시료가 이송되는 통로 역할을 수행함과 동시에 원하는 화학, 생물학적 반응 결과를 확인할 수 있는 수평 흐름이 가능한 멤브레인 형태의 모든 재질을 포함한다. 니트로셀룰로오스, 나일론, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 및 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중에서 선택된 재질의 멤브레인을 사용하는 것이 좋으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 액체 시료의 수평 흐름이 가능한 재질 중 에서 적절히 선택될 수 있다.

흡수 패드(150)은 반응 멤브레인으로 전개된 액상 시료를 흡수하는 역할을 한다. 흡수 패드(150)는 액상 시료를 흡수할 수 있는 재료라면 그 종류가 제한되지 않으나, 바람직하게는 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리 섬유와 같은 재질로 이루어지는 것이 좋다.

2차 반응물질 패드(161)는 최초 주입된 시료에 의해 1차 반응이 이루어진 후, 일정 시간이 경과된 후 유도된 2차 반응에 필요한 반응물질을 저장하기 위한 것으로서, 생체시료, 화학시료, 반응조건 조절물질 등을 저장할 수 있다. 이러한 2차 반응물질 패드(161)는 수용액 상태의 반응물질을 처리하여 건조될 수 있는 모든 재질이 사용될 수 있고, 일반적으로 스트립 센서에 사용되는 흡수 패드, 멤브레인 등이 이에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 유리 섬유와 같은 재질로 이루어지는 것이 좋다.

팽창부(162)는 상기 2차 반응물질 패드(161)와 접착되어 있으며, 흡수 패드(150)를 통하여 흡수된 수용액에 의해 팽창할 수 있도록 기공이 형성되어 있는 플라스틱일 수 있다. 팽창부(162)에 사용되는 플라스틱은 다양한 수용성 플라스틱이 사용될 수 있으며, 이러한 수용성 플라스틱은 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴아마이드(PAM), 메틸롤화 요소수지, 메틸롤화 멜라닌수지, 카복시메틸셀룰로스(CMC) 중에 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 팽창부(162)는 접착성을 가지는 양면 테이프 형태로 이루어질 수 있으며, 공급되는 액상 시료에 의해 내부 기공에 침투되어 수직방향으로 팽창함에 따라 2차 반응물질 패드(161)가 반응 멤브레인과 접촉하도록 할 수 있다.

팽창부(162)에 액상 시료가 전달되고 2차 반응물질 패드(161)가 반응 멤브레인(140)과 이격되어 설치될 수 있도록 지지체(110) 상에 중간 멤브레인(165)이 연결되어 그 위에 지지 패드(164) 및 연결 멤브레인(163)이 순차적으로 연결되고 연결 멤브레인(163)에 팽창부(162)의 일면이 연결되도록 설치된다.

중간 멤브레인(165)은 샘플 패드(120)로부터 전달되는 액상시료를 팽창부(162) 쪽으로 전달하는 역할을 하며 기공이 큰 부분과 작은 부분이 비대칭 구조로 되어 있으며, 기공이 작은 부분이 지지 패드(164) 측으로 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 연결 멤브레인(163)은 중간 멤브레인(165)과 지지 패드(164)로부터 공급되는 액상시료를 팽창부(162) 쪽으로 전달하는 역할을 하며 기공이 큰 부분과 작은 부분이 비대칭 구조로 되어 있으며, 기공이 작은 부분이 상기 팽창부(162) 측으로 위치하는 것이 바람직하다. 일반적으로 비대칭 멤브레인(asymmetric membrane, ASPM)을 사용하는 것은 수용액 액체가 기공이 큰 부분으로부터 작은 부분 쪽으로 흐르게 되고 그 반대 방향으로 흐르지 못하는 성질이 있는데 이는 모세관 현상에 의하여 설명될 수 있다. 따라서 일반적인 유체는 친수성을 갖는 다공성 멤브레인을 통하여 흐르게 되고, 이러한 다공성 구조가 비대칭적으로 이루어져 기공이 작은 쪽으로 액상 시료가 이동할 수 있다.

신호를 발생하는 2차 반응 물질이 상기 2차 반응물질 패드(161) 내에 처리될

수 있고, 상기 2차 반응물질로는 흡광물질, 형광물질, 발광물질, 전기화학적 신호 발생물질 또는 흡광, 형광, 발광, 전기화학적 신호의 세기를 증폭하는 신호 증폭 물질이 포함될 수 있으며, 보다 구체적으로 루미놀(luminol), 루미겐(lumigen), 루시페린(luciferin)과 같은 화학발광물질, tuthenium tris-bipyridine (Ru(Bpy)3) 등과 같은 전기화학발광물질, 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB), 3,3'-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DBA), 2,2'-azinobis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid)(ABTA), 4-chloro-1-naphthol(CN), BCIP(5-bromo-4-chloro-3-indolyl-phosphate)/NBT (nitro blue tetrazolium) 등과 같은 효소 발색기질, 유기형광물질(예, FITC, 로다민 그린, 티아디카르보시아닌, Cy2, Cy3, Cy5, Alexa 488, Alexa 546, Alexa 594 및 Alexa 647), 양자점(Quantum dot) 등과 같은 형광물질, 금속나노입자, 마그네틱나노입자, pH 조절 물질 (예, NaOH, HCl, 버퍼) 등이 사용될 수 있으며, 신호 증폭 물질 또는 저해 물질 등도 함께 사용될 수 있다.

주입 시료 내 분석대상물질을 포획할 수 있는 생체물질(리셉터)이 반응 멤브레인(140) 상에 처리된다.

결국 컨쥬게이트 패드(130)에 1차 반응물질이 도포된 후 건조되어 있는 경우, 1차 반응물질과 2차 반응물질에 의한 반응이 순차적으로 일어남에 따라 신호발생물질의 신호로 액상 시료 내의 분석대상물질을 측정할 수 있으며, 상기 팽창부는 2차 반응 물질을 지연시켜 방출하는 역할을 한다.

샘플 패드(120)를 통하여 주입되는 액상 시료는 분석대상물질이 포함되거나 포함되지 않은 임의의 시료일 수 있으며, 샘플 패드(120)에서 흡수 패드(150)로 흘러 갈 수 있는 유체를 의미한다. 구체적으로는 혈액, 혈청 또는 특정 분석물질(DNA, 단백질, 화학물질, 독성물질 등)을 포함하는 액체 형태의 시료를 의미한다.

다음으로 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 기본 구성을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서(200)는 기존의 면역크로마토그래피 분석 구조와 신호 향상을 위한 추가적인 구조를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서는 기존의 면역크로마토그래피 분석 구조인 지지체(110), 샘플 패드(120), 컨쥬게이트 패드(130), 반응 멤브레인(140) 및 흡수 패드(150)를 포함하고, 신호 향상을 위한 추가적인 구조(160)인 2차 반응물질 패드(161), 팽창부(162), 연결 멤브레인(163), 버퍼 패드(166) 및 베리어(170)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서(200)는 상기 구성요소들을 포함하면서, 상기 구성요소들을 고정시키는 하우징(400)을 포함한다.

우선, 기존의 면역크로마토그래피 분석 구조를 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 지지체(110), 샘플 패드(120), 컨쥬게이트 패드(130), 반응 멤브레인(140) 및 흡수 패드(150)는 도 2를 통해 설명한 바와 유사하다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서(200)는 지지체(110), 지지체(110)의 상부 표면에 부착되어 분석하고자 하는 액상 시료를 수용하는 샘플 패드(120), 샘플 패드(120)를 통해 액상 시료에 함유되어 있는 분석물질과 특이적으로 결합하는 1차반응물질을 함유하고, 샘플 패드(120)와 연동되는 컨쥬게이트 패드(130), 액상 시료에 분석물질을 존재하는 지의 여부를 검출하며 컨쥬게이트 패드(13)와 연동되는 반응 멤브레인(140), 검출반응이 종료된 액상 시료를 흡수하며, 반응 멤브레인(140)의 다운 스트림에 위치하는 흡수 패드(150)를 포함한다.

다만, 도 2와는 달리 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서(200)는 샘플 패드(120)가 수용한 액상 시료를 컨쥬게이트 패드(130) 및 지지 패드(164)로 진행되도록 하는 중간 멤브레인(165)은 포함하지 않는다.

다음으로, 신호 향상을 취한 추가적인 구조(160)를 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 2차 반응물질 패드(161), 팽창부(162), 연결 멤브레인(163)은 도 2를 통해 설명한 바와 유사하다. 신호를 발생하는 2차 반응 물질이 2차 반응물질 패드(161)에 처리된다.

다만 버퍼 패드(166) 및 베리어(170)를 더 포함하는 점 및 2차 반응물질 패드(161)와 팽창부(162)가 순차적으로 흡수되는 것이 아니라 동시에 흡수되는 점에서 도 2와 차이점이 있다.

먼저, 버퍼 패드(166)를 설명한다. 버퍼 패드(166)는 신호 향상을 돕는 액상 버퍼를 수용하여 연결 멤브레인(163) 방향으로 전개하는 역할을 수행한다. 액상 버퍼는 액상 시료를 통해 검출하고자 하는 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 액상 버퍼로는 Phosphate Buffered Saline, tris buffer, carbonate buffer 등이 사용될 수 있다. 버퍼 패드(166)는 액상 버퍼를 흡수할 수 있는 재료라면 그 종류가 제한되지 않는다. 버퍼 패드(166)에 수용된 액상 버퍼는 베리어(170)에 의해 차단되어, 샘플 패드(120)로는 이동하지 않는다. 버퍼 패드(166)에 수용되는 액상 버퍼는 연결 멤브레인(163)으로 흡수된다.

연결 멤브레인(163)의 일단은 버퍼 패드(166)와 연결되고, 타단의 상면에는 팽창부(162)가 접촉하여 설치되고, 타단의 하면에는 2차 반응물질 패드(161)가 접촉하여 설치되어 있다. 따라서, 연결 멤브레인(163)의 일단에 연결된 버퍼 패드(166)로부터 흡수된 액상 버퍼는 연결 멤브레인(163)의 타단으로 이동하여, 동시에 팽창부(162)와 2차 반응물질 패드(161)로 이동하게 된다.

베리어(170)는 샘플 패드(120)로 수용된 액상 시료의 흐름과 버퍼 패드(166)로 수용된 액상 버퍼의 흐름을 분리시키는 역할을 한다. 베리어(170)는 액상 시료 또는 액상 버퍼의 흐름을 차단할 수 있는 재료라면 그 종류가 제한되지 않는다. 예를 들면, 베리어(170)는 액체가 흡수되지 않는 재료로 구성될 수 있다. 베리어(170)의 일 지점(170a)에는 베리어(170) 상단으로 주입된 액상시료가 베리어(170)의 하면에 위치한 샘플 패드(120)로 흡수될 수 있도록 통로 역할을 하는 홀을 포함한다.

하우징(400)은 상기 구성요소들을 고정시키는 역할을 한다. 하우징(400)은 상측 하우징(400a)과 하측 하우징(400b)으로 구성된다. 따라서, 상측 하우징(400a)과 하측 하우징(400b)은 서로 위, 아래 방향으로 분리되거나 결합될 수 있다.

상측 하우징(400a)은 액상 시료를 통과시키는 샘플 홀(401)과 액상 버퍼를 통과시키는 버퍼 홀(402)과 반응 멤브레인에 표시되는 분석 물질 검출 결과를 확인할 수 있는 분석 홀(403)을 포함한다. 특히 샘플 홀(401)과 버퍼 홀(402)은 각각 액상 시료와 액상 버퍼를 샘플 패드(120)와 버퍼 패드(166)로 이동시키기 위해 Y자 형태로 형성될 수 있다.

상측 하우징(400a)은 팽창부(162)와 접촉되어 팽창부(162)를 고정시킨다. 따라서, 팽창부(162)가 액상 버퍼를 흡수함에 따라 부피가 커지더라도 팽창부(162)의 상면은 상측 하우징(400a)에 의해 고정된다. 하측 하우징(400b)은 지지체(110)와 접촉되어 지지체(110)를 고정시킨다.

다음으로 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 측면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상측 하우징(400a)과 하측 하우징(400b)이 상기 구성요소들을 포함하고 있다.

지지체(110) 위에 샘플 패드(120), 컨쥬게이트 패드(130), 반응 멤브레인(140) 및 흡수 패드(150)가 순차적으로 위치한다. 이러한 배열은 샘플 패드(120)에 투입되는 액상 시료의 진행방향과 동일하다. 샘플 패드(120)의 상단에는 베리어(170)가 위치하고 있다. 베리어(170)는 액체를 흡수하지 않는 재료로 제작되어 있으며, 베리어(170)의 일 지점에는 홀이 뚫려 있어 베리어(170)에 액상 시료가 주입되면 홀(170a)을 통해 액상 시료는 샘플 패드(120)에 흡수된다. 상측 하우징(400a)의 샘플 홀(401)을 통해 주입된 액상 시료는 베리어(170)의 홀(170a)을 통과하여 샘플 패드(120)로 이동하게 된다. 샘플 패드(120)에 주입된 액상 시료는 베리어(170)에 의해 버퍼 패드(166)에 흡수되지 않는다.

버퍼 패드(166)는 연결 멤브레인(163)의 일단에 연결되어 위치하고, 연결 멤브레인(163)의 타단에는 팽창부(162)와 2차 반응물질 패드(161)가 각각 상부와 하부에 연결되어 위치한다. 연결 멤브레인(163)에 흡수된 액상 버퍼는 동시에 팽창부(162)와 2차 반응물질 패드(161)로 흡수된다.

다음으로 도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 베리어의 다른 형태를 설명한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서(200)는 도 5에 도시된 바와 같은 베리어(180)를 이용하여 샘플 패드(120)에 주입된 액상 시료의 흐름과 버퍼 패드(166)에 주입된 액상 버퍼의 흐름을 분리시킬 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같은 베리어(180)는 3D 프린터를 통해 제작될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 베리어(180)는 샘플 패드(120)와 버퍼 패드(166)의 사이에 위치하여 각각에 주입된 액상 시료와 액상 버퍼가 섞이지 않고 흐를 수 있도록 돕는다. 또한, 베리어(180)는 샘플 패드(120)의 상면을 전부 가리지 않기 때문에 샘플 패드(120)에 액상 시료가 주입되도록 통로 역할을 하는 홀을 필요로 하지 않는다.

다음으로 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베리어의 측면도를 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이 베리어(180)는 제1 지지부(181a), 제2 지지부(181b) 및 압력부(182)를 포함할 수 있다. 제1 지지부(181a) 및 제2 지지부(181b)는 베리어(180)의 상판을 지지하는 역할을 하고, 압력부(182)는 하면에 위치한 컨쥬게이트 패드(130)에 압력을 가하는 역할을 한다. 베리어(180)의 상판은 액체를 흡수하지 않는 재료로 구성되어 있다. 도 6에 도시된 베리어(180)에 따르면 압력부(182)가 아래쪽에 위치한 컨쥬게이트 패드(130)에 압력을 가하여 반응물질들이 컨쥬게이트 패드(130)로부터 잘 떨어지도록 도와 신호 효율을 높이는 효과가 있다.

다음으로 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 작동 관계를 설명한다. 이하에서는, 멤브레인 스트립 센서는 도 3 내지 도 4에 도시된 베리어(170)를 포함하는 것으로 가정하여 설명하나, 도 5 내지 도 6에 도시된 베리어(170)를 포함하는 경우에도 그 작동 관계는 유사하다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 액상 시료의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 액상 시료는 상측 하우징(400a)의 샘플 홀(401)을 지나 베리어(170)에 포함된 홀(170a)을 통해 샘플 패드(120)로 주입될 수 있다. 샘플 패드(120)에 주입된 액상 시료는 컨쥬게이트 패드(130)로 이동한다. 샘플 패드(120)에 주입된 액상 시료는 베리어(170)에 의해 버퍼 패드(166)로는 이동하지 않는다. 컨쥬게이트 패드(130)로 이동한 액상 시료는, 액상 시료에 포함되어 있는 물질의 종류에 따라 컨쥬게이트 패드(130)에 도포되어 있는 물질들과 1차 반응을 하거나 아무런 반응이 수행되지 않을 수 있다. 컨쥬게이트 패드(130)를 통과하여 반응 멤브레인(140)으로 이동한 물질들은 반응의 결과를 반응 멤브레인(140)에 나타내고, 흡수 패드(150)로 흡수된다.

다음으로 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 액상 버퍼의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 액상 버퍼는 상측 하우징(400a)의 버퍼 홀(402)을 지나 버퍼 패드(166)에 주입될 수 있다. 버퍼 패드(166)에 주입된 액상 버퍼는 베리어(170)에 의해 액상 시료와 섞이지 않고 이동할 수 있다. 버퍼 패드(166)에 주입된 액상 버퍼는 연결 멤브레인(163)으로 이동한다. 연결 멤브레인(163)에 흡수 이동된 액상 버퍼는 동시에 팽창부(162)와 2차 반응물질 패드(161)로 이동한다. 즉, 연결 멤브레인(163)으로 흡수 이동된 액상 버퍼의 일부는 팽창부(162)로 이동하고, 일부는 2차 반응물질 패드(161)로 이동한다.

팽창부(162)는 팽창부(162)에 형성된 기공에 침투하여 스며드는 액상 버퍼에 의해 팽창되는 프라스틱일 수 있다. 이에 따라, 팽창부(162)의 부피와 무게가 커질 수 있다. 구체적으로, 팽창부(162)는 가로 방향으로 수축하면서 세로 방향으로 팽창하게 된다. 이 때, 팽창부(162)는 상측 하우징(400a)에 의해 고정되어 위로는 팽창하지 않고, 아래 방향으로 팽창하게 된다. 이에 따라 연결 멤브레인(163)의 일부가 아래쪽으로 기울어질 수 있다. 연결 멤브레인(163)이 아래쪽으로 기울어짐에 따라 연결 멤브레인(163)의 아래에 위치한 2차 반응물질 패드(161)는 반응 멤브레인(140)과 접촉하게 된다.

2차 반응물질 패드(161)로 이동한 액상 버퍼는 2차 반응물질 패드(162)에 포함된 2차 반응에 필요한 물질들을 2차 반응물질 패드(161)로부터 분리시키고, 액상 버퍼에 흡수시킬 수 있다. 2차 반응물질 패드(161)로부터 액상 버퍼로 흡수된 2차 반응에 필요한 물질들은 2차 반응물질 패드(161)가 반응 멤브레인(140)과 접촉함에 따라 반응 멤브레인(140)으로 이동하게 된다. 이때 항원-항체 복합체와 2차 반응물질과 반응하여 신호를 발생시키기 된다. 이와 같은 방법으로 멤브레인 스트립 센서의 신호 감도를 향상시킬 수 있다.

다음으로 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서의 액상 시료 및 액상 버퍼의 흐름을 동시에 나타내는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서는 액상 시료와 액상 버퍼를 분리시켜 이동시킨다. 본 발명의 실시 예에 따른 멤브레인 스트립 센서는 베리어(170)를 이용하여 분석대상물질을 검출하고자 하는 액상 시료와 신호 감도를 향상시키는 액상 버퍼가 각각 별개로 이동하도록 분리시킨다. 본 발명에 따르면 액상 시료와 액상 버퍼는 서로 다른 물질이 될 수 있다. 도 2에 도시된 종래 기술에 따르면 분석대상물질과 신호 감도를 향상시키는 물질이 하나의 액상 시료로 동일하였다. 그러므로 종래에는 물질을 검출하면서 신호 감도까지 향상시키기 위해서는 많은 양(예를 들어, 180ul)의 액상 시료가 필요하였다. 그러나 본 발명에 따르면 별도의 액상 버퍼가 있으므로 적은 양(예를 들어, 100ul)의 액상 시료만 있어도 물질 검출 및 신호 감도 향상이 가능하다.

또한, 종래 기술에 따르면 팽창부(162)가 모두 액상 시료에 의해 흡수된 뒤 2차 반응 물질 패드(161)가 흡수되기 때문에 2차 반응 물질을 반응 멤브레인(140)으로 분리시키는데 많은 시간이 소요되고, 균일성이 떨어지는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 따르면 팽창부(162)와 2차 반응 물질 패드(161)가 함께 액상 버퍼를 흡수하여 비교적 빠른 시간 내에 반응 멤브레인(140)으로 2차 반응 물질들을 균일하게 분리시킬 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적 이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 지지체 120: 샘플 패드
130: 컨쥬게이트 패드 140: 반응 멤브레인
150: 흡수 패드 161: 2차 반응물질 패드
162: 팽창부 163: 연결 멤브레인
166: 버퍼 패드 170, 180: 베리어
400a: 상측 하우징 400b: 하측 하우징
401: 샘플 홀 402: 버퍼 홀
403: 분석 홀

Claims

멤브레인 스트립 센서에 있어서,
지지체(110);
상기 지지체의 상부 표면에 부착되어 분석하고자 하는 액상 시료를 수용하는 샘플 패드(120);
상기 샘플 패드를 통해 액상 시료에 함유되어 있는 분석물질과 특이적으로 결합하는 1차반응물질을 함유하고, 상기 샘플 패드와 연동된 컨쥬게이트 패드(130);
상기 액상 시료에 분석물질이 존재하는 지의 여부를 검출하며 상기 컨쥬게이트 패드와 연동된 반응 멤브레인(140);
상기 반응 멤브레인으로 전개된 액상 시료를 흡수하며, 상기 반응 멤브레인의 다운 스트림에 위치하는 흡수 패드(150);
상기 검출의 감도를 향상시키는 액상 버퍼를 수용하는 버퍼 패드(166); 및
상기 반응 멤브레인과 이격되어 위치하며 상기 버퍼 패드에서 수용된 액상 버퍼에 의해 부풀어 오르는 팽창부의 팽창에 의해 상기 반응 멤브레인과 접촉되는 2차 반응물질 패드(161)를 포함하는,
멤브레인 스트립 센서.
제1항에 있어서,
상기 액상 시료와 반응하는 1차 반응 물질이 상기 컨쥬게이트 패드에 처리되고, 신호를 발생하는 2차 반응 물질이 상기 2차 반응물질 패드에 처리되는,
멤브레인 스트립 센서.
제1항에 있어서,
상기 샘플 패드에 수용된 액상 시료의 이동과 상기 버퍼 패드에 수용된 액상 버퍼의 이동을 분리시키는 베리어(170)를 더 포함하는,
멤브레인 스트립 센서.
제3항에 있어서,
상기 베리어는, 상단으로 주입된 액상 시료를 아래쪽에 위치한 샘플 패드로 이동시키는 홀을 포함하는,
멤브레인 스트립 센서.
제3항에 있어서,
상기 베리어는, 액체가 흡수되지 않는 재료로 구성되는,
멤브레인 스트립 센서.
제1항에 있어서,
상기 버퍼 패드에 수용된 액상 버퍼를 흡수하는 연결 멤브레인(163)을 더 포함하고,
상기 팽창부와 상기 2차 반응물질 패드는 각각 상기 연결 멤브레인의 상면과 하면에 접촉되어 연동되는,
멤브레인 스트립 센서.
제1항에 있어서,
결합에 의해 상기 지지체, 샘플 패드, 컨쥬게이트 패드, 반응 멤브레인, 흡수 패드, 버퍼 패드 및 팽창부를 고정시키는 상측 하우징(400a) 및 하측 하우징(400b)을 더 포함하고,
상기 상측 하우징은 상기 액상 시료를 통과시키는 샘플 홀(401), 상기 액상 버퍼를 통과시키는 버퍼 홀(402), 상기 검출에 의한 결과를 확인하는 분석 홀(403)을 포함하는,
멤브레인 스트립 센서.
제6항에 있어서,
상기 연결 멤브레인에 흡수된 액상 버퍼는 상기 팽창부와 상기 2차 반응물질 패드로 동시에 이동하게 되는,
멤브레인 스트립 센서.
제8항에 있어서,
상기 팽창부는 상면이 상측 하우징에 고정되어 위치하여 액상 버퍼에 의해 팽창하는 경우 아래 방향으로 팽창하고,
상기 연결 멤브레인은 상기 팽창부가 아래 방향으로 팽창함에 따라 아래쪽으로 기울어지는
멤브레인 스트립 센서.
제1항에 있어서,
상기 액상 버퍼는, 상기 액상 시료를 통해 검출하고자 하는 물질의 종류에 따라 달라지는,
멤브레인 스트립 센서.