KR101941090B1 - 멀티 진단 키트 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 검체가 투입될 수 있는 개방홀을 구비하는 케이스; 및 상기 케이스의 내부에 제공되고, 상기 개방홀을 통해 상기 검체가 유입되어 복수 개의 질병 유무를 나타내는 검출 스트립을 포함하고, 상기 검출 스트립은, 상기 검체가 제공되는 검체 패드; 상기 검체 패드로부터 상기 검체를 전달 받고, 상기 검체에 포함되어 있는 복수 개의 질병 항원과 반응할 수 있는 복수의 항체가 각각 서로 다른 색상을 갖는 골드 나노케이지(gold nanocage)에 결합되어 제공되고, 상기 항원과 상기 골드 나노케이지의 상기 항체가 서로 결합되어 결합체가 형성되는 컨쥬게이트 패드; 및 상기 컨쥬게이트 패드로부터 상기 결합체가 전달되고, 상기 결합체가 결합할 수 있는 상기 복수 개의 항체가 각각 서로 다른 위치에 고정되어 배치되는 복수 개의 테스트 라인을 포함하는 검출 반응 패드를 포함하는 멀티 진단 키트가 제공될 수 있다.

Description

멀티 진단 키트{MULTI DIAGNOSTIC KIT}
본 발명은 멀티 진단 키트에 관한 것이다.
신체로부터 채취된 시료를 통하여 생체 정보를 측정하는 방법은 계속 발달되고 있다. 일반적인 생체 측정 방법으로서 소변을 시료로 이용한 소변 진단 스트립이 많이 사용되고 있으며, 이러한 소변 진단 스트립은 시약에 대한 소변의 반응 결과를 육안으로 확인하여 특정 질병에 대해 양성 또는 음성인지를 간단하게 측정할 수 있다.
그러나, 성병, 폐렴, 결핵 등의 감염성 질병을 진단하기 위해서는, 소변 진단 스트립과 같은 자가 진단이 가능한 측정 방법이 아닌, 소변 검사와 혈청 검사가 병행하여 사용되고 있다. 소변 검사의 경우에는 백혈구의 개체수를 조사하여 감염 여부를 확인하고, 혈청 검사의 경우에는 각각의 병원균에 대한 항원항체 반응을 이용해 병의 종류를 밝히고 있다. 이러한 진단 방법은 보건소, 병원 등의 기관에서만 사용할 수 있기 때문에 성병의 감염 여부를 확인하는 시점이 늦어지는 문제점이 있다.
최근에는, 소변 또는 혈액을 시료로 한 진단 스트립이 성병 등의 감염성 질병을 측정하는 방법으로 사용되고 있으나, 한 스트립으로 하나의 질병만을 측정할 수 있거나, 하나의 스트립으로 복수의 질병의 측정이 가능하더라도, 다양한 발색이 불가능하여 질병을 구별하는데 어려움이 있다.
특허문헌 1: 한국공개특허 제10-2012-0005814호 (2012.01.17. 공개)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 하나의 스트립으로 다양한 질병의 감염 여부를 확실하게 구별하여 확인할 수 있는 멀티 진단 키트를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 진단 키트는, 검체가 투입될 수 있는 개방홀을 구비하는 케이스; 및 상기 케이스의 내부에 제공되고, 상기 개방홀을 통해 상기 검체가 유입되어 복수 개의 질병 유무를 나타내는 검출 스트립을 포함하고, 상기 검출 스트립은, 상기 검체가 제공되는 검체 패드; 상기 검체 패드로부터 상기 검체를 전달 받고, 상기 검체에 포함되어 있는 복수 개의 질병 항원과 반응할 수 있는 복수의 항체가 각각 서로 다른 색상을 갖는 골드 나노케이지(gold nanocage)에 결합되어 제공되고, 상기 항원과 상기 골드 나노케이지의 상기 항체가 서로 결합되어 결합체가 형성되는 컨쥬게이트 패드; 및 상기 컨쥬게이트 패드로부터 상기 결합체가 전달되고, 상기 결합체가 결합할 수 있는 상기 복수 개의 항체가 각각 서로 다른 위치에 고정되어 배치되는 복수 개의 테스트 라인을 포함하는 검출 반응 패드를 포함하는 멀티 진단 키트가 제공될 수 있다.
또한, 색상이 서로 다른 상기 골드 나노케이지는 서로 다른 금 함유량을 가질 수 있다.
또한, 상기 골드 나노케이지는 입방형 구조로 제공될 수 있다.
또한, 하나의 상기 골드 나노케이지에 하나의 질병의 항원에 대응되는 복수 개의 항체가 결합될 수 있다.
또한, 항체는 NaHCO3 수용액에서 에틸렌글리콜 이황화물과 반응하여 티올기에 도입되고, 티올기에 도입된 항체는 K2CO3 수용액에서 골드 나노케이지와 반응하여 골드 나노케이지에 화학 흡착될 수 있다.
또한, 서로 다른 색상을 갖는 상기 골드 나노케이지의 크기는 동일하게 제공될 수 있다.
또한, 상기 골드 나노케이지는 실버 나노큐브가 합성된 후, 실버 나노큐브의 실버를 금으로 치환하는 것에 의해 형성되며, 상기 골드 나노케이지의 색상은 상기 금의 함유량에 따라 다르게 발현될 수 있다.
또한, 상기 실버 나노큐브의 합성에서 reducing agent는 에틸렌글리콜이고, capping agent는 PVP 용액이며, metal source는 AgNO3 또는 CF3COOAg이고, 상기 골드 나노케이지의 합성에서 capping agent는 PVP 용액이고, metal source는 골드 클로라이드인 HAuCl4일 수 있다.
또한, 상기 실버 나노큐브의 합성은 폴리올 방법(polyol method) 또는 시드 매개법(seed-mediated method) 또는 단일 용기 방법(one pot method)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 검출 반응 패드는, 상기 검체가 정상적으로 통과하는 여부를 확인하기 위해 제공되는 컨트롤 라인을 포함하고, 상기 복수의 테스트 라인에 고정된 상기 항체에 결합되는 상기 골드 나노케이지의 금 함유량에 따라 각각 다른 색으로 발색될 수 있다.
또한, 상기 골드 나노케이지는 40nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 케이스에 상기 개방홀이 복수 개 제공되고, 상기 검출 스트립이 복수 개 제공되며, 상기 개방홀을 통해 상기 복수 개의 검출 스트립에 각각 별도의 검체가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 진단 키트는 하나의 스트립으로 다양한 질병의 감염 여부를 확실하게 구별할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 진단 키트를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 검출 스트립을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 진단 키트의 골드 나노케이지를검출 스트립에 제공하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 골드 나노케이지와 항체의 합성 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 진단 키트를 보여주는 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 진단 키트를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 검출 스트립을 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 진단 키트(1)는 케이스(10)와, 케이스(10)의 내부에 제공되고 감염성 질병의 감염 여부를 확할 수 있는 검출 스트립(20)을 포함할 수 있다. 이때, 검출 스트립(20)에서 검출 가능한 감염성 질병은 성병과 관련된 다양한 질병일 수 있으나, 검출 스트립(20)에서 검출 가능한 질병은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 폐렴, 결핵 등 성병과 무관한 감염성 질병일 수 있다.
케이스(10)는 내부에 검출 스트립(20)을 포함하는 것으로서, 검체가 투입될 수 있도록 일측에 개방홀(110)이 제공될 수 있다. 또한, 개방홀(110)의 일측에는 검출 스트립(20)을 관찰할 수 있도록 투시창(120)이 제공될 수 있다. 이때, 케이스(10)는 플라스틱 소재로 제공될 수 있으나, 케이스(10)의 소재는 이에 한정되지 않는다. 개방홀(110) 및 투시창(120)의 구체적인 형상 및 역할은 후술하겠다.
케이스(10)의 내부에는 검출 스트립(20)이 제공될 수 있다. 검출 스트립(20)은 개방홀(110)을 통해 검체가 유입되어 복수 개의 감염성 질병의 감염 여부를 진단하는 것으로서, 베이스(210)와, 베이스(210)의 상부에 제공되고 검체가 제공되는 검체 패드(220)와, 검체 패드(220)와 일부가 중첩되게 제공되는 컨쥬게이트 패드(conjugate pad, 230)와, 컨쥬게이트 패드(230)와 일부가 중첩되게 제공되는 검출 반응 패드(240)와, 검출 반응 패드(240)와 일부가 중첩되게 제공되는 흡수 패드(250)를 포함할 수 있다.
베이스(210)는 검출 스트립(20)의 가장 하부에 제공되는 것으로서, 검체 패드(220)와, 컨쥬게이트 패드(230)와, 검출 반응 패드(240), 및 흡수 패드(250)를 모두 지지할 수 있도록 제공될 수 있다. 이때, 베이스(210)는 직사각형 형태로 제공될 수 있으며, 유리섬유로 제공될 수 있다. 그러나, 베이스(210)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 베이스(210)는 접착성 플라스틱 재료로 제공될 수 있다.
검체 패드(220)는 베이스(210)의 일측에 제공되는 것으로서, 분석 대상이 되는 검체가 흡수 및 유동되도록 제공될 수 있다. 이때, 검체 패드(220)에 제공되는 검체는 소변일 수 있으나, 검체의 종류는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 검체는 체액이나 혈액과 같은 시료일 수 있다.
또한, 검체 패드(220)에 제공되는 검체는 도 1에 도시된 화살표 방향을 따라 이동이 가능할 수 있으며, 검체 패드(220), 컨쥬게이트 패드(230), 검출 반응 패드(240), 및 흡수 패드(250)가 다공성 패드로 제공되어 검체의 이동이 가능할 수 있다.
검체 패드(220)는 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber)로 제공될 수 있으며, 예를 들어, pH 8.0 버퍼 용액에 담근 후 상온에서 건조하고, 데시케이터(desiccator)에서 4도로 보관한 셀룰로오스 섬유로 제공될 수 있다. 이때, 버퍼 용액은 0.25% Triton X-100과 0.05M Tris-HCL, 및 0.15mM NaCl을 포함될 수 있다. 이와 같은 검체 패드(220)의 소재 및 버퍼 용액의 구성은 일 예에 불과하며, 실시예에 따라 다르게 제공될 수 있다.
검체 패드(220)의 일부는 케이스(10)의 개방홀(110)을 통해 노출될 수 있다. 구체적으로, 개방홀(110)은 검체 패드(220)에 대응되는 위치에 검체 패드(220)의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 이를 통해, 검체는 개방홀(110)을 관통하여 검체 패드(220)에 제공될 수 있다.
멀티 진단 키트(1)는 사용자가 직접 검체를 검체 패드(220)에 받을 수 있는 방법으로 사용될 수 있으나, 멀티 진단 키트(1)의 사용 방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 검체를 스포이드와 같은 기구를 통해 개방홀(110) 내부로 주입하는 방법이 사용되거나, 검체가 저장된 용기에 멀티 진단 키트(1)를 수장시켰다가 꺼내는 디핑(dipping) 방법이 사용될 수 있다.
한편, 컨쥬게이트 패드(230)는 검체 패드(220)로부터 검체를 전달받을 수 있다. 컨쥬게이트 패드(230)는 검체 패드(220)와 일부가 중첩되어 제공되는 것으로서, 검체에 포함된 항원과 특이적으로 결합하는 항체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 컨쥬게이트 패드(230)는 검체에 포함된 항원과 특이적으로 결합하는 항체가 결합된 골드 나노케이지(gold nanocage, G)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 원, 직사각형, 마름모, 육각형 형태의 항원(각각 A, B, C, D) 및 이에 결합하는 항체(각각 a, b, c, d)를 예로 들어 설명하겠다.
골드 나노케이지(G)는 은과 금이 혼합된 나노미터 크기의 구조체로서, 특정 항체를 부착시켜 세포 표면에서 항원을 검출할 수 있는 것을 의미한다. 예를들어, 골드 나노케이지(G)는 40 내지 100nm의 크기로 제공될 수 있다. 이때, 골드 나노케이지(G)와 반응하는 항원은 검체 패드(220)를 통해 흡수 및 유동하는 검체 내에 포함된 것이며, 골드 나노케이지(G)와 결합되는 항체는 멀티 진단 키트(1)에서 진단 가능한 복수의 질병과 관련된 항체일 수 있다. 예를 들어, A는 에이즈, B는 클라미디아, C는 질편모충, D는 매독과 관련된 항원일 수 있다.
여기서, 골드 나노케이지(G)는 입방형 구조로 제공될 수 있으며, 이러한 입방형 구조의 골드 나노케이지는 종래의 스트립에 사용되는 같은 직경을 갖는 골드 콜로이드(gold coloid)보다 넓은 표면적을 확보하여, 다수의 항체가 부착될 수 있다. 이에 의해, 검체 내에 포함된 항원이 항체와 결합하는 확률을 높일 수 있는 바 보다 확실한 항원 검출이 가능해진다. 여기서, 하나의 골드 나노케이지(G)에는 하나의 질병에 반응하는 항체만이 결합될 수 있다. 즉, 하나의 골드 나노케이지(G)는 하나의 질병의 검출에만 사용될 수 있다.
한편, 검체에 포함되어 있는 복수 개의 질병 항원과 반응할 수 있는 복수의 항체와 각각 결합되는 골드 나노케이지(G)는 서로 다른 색깔을 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 골드 나노케이지(G)는 은과 혼합되는 금의 비율에 따라 다른 색상을 가질 수 있으며, 각각의 항체에 결합되는 골드 나노케이지들(Ga, Gb, Gc, Gd)는 서로 다른 색상을 갖는 것일 수 있다. 즉, 같은 종류의 항체와 결합되는 골드 나노케이지들의 색상은 동일하다.
검체 패드(220)를 통해 전달되는 검체 내에는 질병의 항원이 포함되어 있으며, 이 항원들은 서로 대응되는 골드 나노케이지(G)의 항체에 결합하게 된다. 도 2를 참조하면, 예시적으로 컨쥬게이트 패드(230)에 총 4개 종류의 골드 나노케이지(G)-항체의 조합이 도시되어 있다.
컨쥬게이트 패드(230)에 유입되는 검체 내에 포함되어 있는 각 항원(A, B, C, D)는 각각 대응되는 골드 나노케이지(G)의 항체(a, b, c, d)에 결합하게 된다. 본 실시예에서, 컨쥬게이트 패드(230)에서 항원-골드 나노케이지의 항체가 결합된 것, 즉 항원-항체 콤플렉스(Complex)는 "결합체"라고 부른다. 이 결합체들은 검출 반응 패드(240)로 전달된다.
컨쥬게이트 패드(230)의 일측에는 검출 반응 패드(240)가 제공될 수 있다. 검출 반응 패드(240)는 질병의 감염 여부가 표시되는 것으로서, 컨쥬게이트 패드(230)와 일부가 중첩되도록 제공될 수 있다. 구체적으로, 검출 반응 패드(240)는 소정 거리 이격되게 제공되는 복수의 테스트 라인(241)과, 컨트롤 라인(242)을 포함할 수 있다. 이때, 검출 반응 패드(240)에 제공되는 검체에는 상술한 복수 개의 결합체가 포함되어 있다.
테스트 라인(241)은 검체에 포함된 질병 여부를 파악하기 위한 것으로서, 결합체가 결합할 수 있는 복수 개의 항체가 각각 서로 다른 위치에 고정되어 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 4개의 테스트 라인(241)이 컨쥬게이트 패드(230) 및 컨트롤 라인(242)과 소정 간격 이격되게 제공되는 것을 예로 도시하였으나, 테스트 라인(241)은 개수는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 테스트 라인(241)은 복수 개로서 2개 또는 3개로 제공될 수 있다.
구체적으로, 각 테스트 라인(241)에는 상술한 결합체와 결합할 수 있는 항체가 고정될 수 있다. 예를 들어, 컨쥬게이트 패드(230)와 가장 가까운 위치에 제공되는 제1 테스트 라인(241a)에는 원형 항체(a, 예를 들어 에이즈 항체)가 고정되어 제공될 수 있고, 제1 테스트 라인(241a)과 소정 간격 이격되어 제공되는 제2 테스트 라인(241b)에는 직사각형 항체(b, 예를 들어 클라미디아 항체)가 고정되어 제공될 수 있으며, 제2 테스트 라인(241b)과 이격되어 제공되는 제3 테스트 라인(241c)에는 마름모 항체(c, 예를 들어 질편모충 항체)가 고정되어 제공될 수 있고, 컨트롤 라인(242)과 가장 가깝게 제공되는 제4 테스트 라인(241d)에는 육각형 항체(d, 예를 들어 매독 항체)가 고정되어 제공될 수 있다. 즉, 각 테스트 라인(241)에는 서로 다른 항체가 제공되어, 한번의 검체 제공을 통해 다양한 질병의 감염 여부를 측정할 수 있다. 그러나, 각 테스트 라인(241)에 고정되는 항체는 이에 한정되지 않으며, 임질, 헤르페스 등 다양한 질병의 항체가 사용될 수 있다.
특정 항원과 골드 나노케이지(G)-항체가 골드 나노케이지(G)와 결합된 결합체가 테스트 라인(241)에 제공되면, 결합체는 대응되는 항체가 고정된 테스트 라인(241)에서 해당 항체와 결합될 수 있다. 이와 같이 항원의 양측에 항체가 결합되어 있는 것은 항원-항체 샌드위치 콤플렉스(Sandwich Complex)라고 하며, 이에 의해 골드 나노케이지(G)가 특정 영역에 집중됨으로써 해당 골드 나노케이지(G)가 갖고 있는 고유의 색이 테스트 라인에 발색될 수 있다.
상술한 것처럼 각각의 항체(a, b, c, d)와 결합된 골드 나노케이지(Ga, Gb, Gc, Gd)는 서로 다른 색상을 갖고 있으므로, 각각의 테스트 라인(241)에 고정되어 있는 항체에 특정 색상을 갖는 결합체가 결합됨으로써 각각의 테스트 라인(241)은 서로 다른 색상을 나타낼 수 있다.
즉, 감염된 질병을 테스트 라인(241)의 위치뿐만 아니라, 발색되는 색을 통해서도 쉽게 구별할 수 있다.
테스트 라인(241)의 일측에는 소정 간격 이격되도록 컨트롤 라인(242)이 제공될 수 있다. 컨트롤 라인(242)은 검체가 검출 반응 패드(240)를 정상적으로 통과하는지 여부를 확인하기 위한 것으로서, 질병 감염 유무와 상관없이 발색될 수 있다. 즉, 검체가 질병에 감염되지 않을 경우에는 복수의 테스트 라인(241)을 지나면서 발색되지 않고, 컨트롤 라인(242)에서만 발색될 수 있다. 이때, 검체가 컨트롤 라인(242)을 통과하는 소정의 시간, 예를 들어, 약 20분 내지 30분이 지난 후에도 컨트롤 라인(242)이 발색되지 않으면, 멀티 진단 키트(1)가 고장난 것으로 판단될 수 있다.
테스트 라인(241) 및 컨트롤 라인(242)은 투시창(120)을 통해 외부에서 관찰이 가능할 수 있다. 구체적으로, 투시창(120)은 복수의 테스트 라인(241) 및 컨트롤 라인(242)이 모두 관찰될 수 있는 크기로 제공될 수 있으며, 투명하게 제공될 수 있다.
한편, 검출 반응 패드(240)의 일측, 즉, 베이스(210)의 타측에는 흡수 패드(250)가 제공될 수 있다. 흡수 패드(250)는 검체 패드(220), 컨쥬게이트 패드(230), 및 검출 반응 패드(240)를 차례로 통과한 검체를 흡수할 수 있다. 이에 따라, 진단을 마친 검체가 케이스(10)의 외부로 노출되는 것이 방지될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 진단 키트의 골드 나노케이지를 검출 스트립에 제공하는 과정을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 도 3의 골드 나노케이지와 항체의 합성 과정을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 골드 나노케이지(G)는 실버 나노큐브(silver nanocube)로부터 형성될 수 있다(S100, S200). 구체적으로, 골드 나노케이지(G)의 형성 과정은 실버 나노큐브를 형성한 후, 이의 일부를 금으로 치환하는 과정일 수 있으며, 이는 전체적으로 3Ag(s) + AuCl4 -(aq) 3Ag+(aq) + Au(s) + 4Cl-(aq)와 같은 화학 반응으로 표현될 수 있다.
실버 나노큐브의 합성 과정(S100)은 금속 소스(metal source), 안정제(capping agent), 환원제(reducing agent), 용매(solvent) 및 기타 첨가제(additives)를 필요로 할 수 있다. 구체적으로, 금속 소스는 합성하고자 하는 금속 나노입자에 대한 금속 이온을 제공하는 것일 수 있고, 안정제는 불안정한 나노입자들이 서로 응집되지 않고 단일의 나노입자로써 제공될 수 있도록 도와주는 것일 수 있으며, 환원제는 금속 이온을 금속 원자로 환원하여 환원된 원자들이 커다란 입자로 형성될 수 있도록 하는 것일 수 있고, 용매는 금속 소스, 안정제 및 환원제가 반응할 수 있는 환경을 제공하는 것일 수 있다.
예를 들어, 금속 소스로는 AgNO3(Silver nitrate), CF3COOAg(Silver trifluoroacetate), CH3COOAg(Silver acetate), Ag2CO3(Silver carbonate), C6H5CO2Ag(Silver benzoate), Silver halide, Ag2SO4(Silver sulfate), AgBF4(Silver tetrafluoroborate), Ag2O(Silver oxide) 등이 이용될 수 있고, 안정제로는 PVP(polyvinylpyrrolidone), PVA(Polyvinyl alcohol), PEG(Polyethylene glycol), PS(Polystyrene), NHS ester, CTAB(Cetyltrimethylammonium bromide), CTAC(Cetyltrimethylammonium chloride), HTAB(Hexadecyltrimethylammonium bromide), Sodium citrate, 1,10-Phenanthroline, Organic amine derivatives, Organic thiol derivatives, Tannic acid, Lipoic acid, BPEI(Branched polyethyleimine), Functionalized silica(-OH, -NH3, -COOH, CnHm, CnFm, etc), Dendrimer, Carbohydrate, Protein, DNA 등이 이용될 수 있다. 또한, 환원제로는 NaBH4(Sodium borohydride), Ascorbic acid, Ethylene glycol, Formaldehyde, Hydrazine, LiAlH4(Lithium aluminum hydride), KBH4(Potassium borohydride) 등이 이용될 수 있고, 용매로는 Deionized water, Ethylene glycol, Diethylene glycol, Glycerin, Pentaerythritol, Sucrose, Alcohol, Ketone 등이 이용될 수 있으며, 첨가제로는 NaCl(Sodium chloride), NaBr(Sodium bromide), HCl(Hydrochloric acid), HNO3(Nitric acid), CuCl(Copper(I) chloride), CuCl2(Copper(II) Chloride), Fe(acac)3(Iron(III) acetylacetonate), Na2S(Sodium sulfide anhydrous), Na2Sㆍ9H2O(Sodium sulfide nonahydrate), NaHS(Sodium hydrogen sulfide), NH3(Ammonia), CuSO4(Copper(II) sulfate), FeCl3(Iron(III) chloride) 등이 이용될 수 있다.
이때, 실버 나노큐브의 합성 방법으로 폴리올 방법(polyol method), 시드매개법(seed-mediated method) 및 단일 용기법(one pot method) 등이 이용될 수 있다. 본 실시예에서는, 폴리올 방법을 통해 실버 나노큐브가 합성되는 것을 예로 설명하겠다.
한편, 폴리올 방법에서는 금속 소스로 AgNO3, CF3COOAg이 사용될 수 있고, 안정제로는 PVP이 사용될 수 있으며, 환원제 및 용매로는 EG, DEG, DMF가 사용될 수 있고, 첨가제로는 NaCl, NaBr, HCl, HNO3, CuCl, CuCl2, Fe(acac)3, Na2S, Na2Sㆍ9H2O, NaHS가 사용될 수 있다. 또한, 시드 매개법에서는 금속 소스로 AgNO3, CF3COOAg이 사용될 수 있고, 안정제로는 CTAB, CTAC, HTAB이 사용될 수 있으며, 환원제로는 Ascorbic acid, Sodium borohydride이 사용될 수 있고, 용매로는 Deionized water이 사용될 수 있으며, 첨가제로는 NH3, CuSO4가 사용될 수 있다. 또한, 단일 용기법에서는 시드 매개법과 동일한 금속 소스, 안정제, 환원제 및 용매가 사용될 수 있고, 첨가제로는 FeCl3가 사용될 수 있다.
실버 나노큐브를 합성하는 과정을 보다 구체적으로 설명하면, 우선, 6mL 에틸렌글리콜(Ethylene glycol)을 복수 개의 바이알(vial)에 넣어준 후, 기름(oil bath)에 넣을 수 있다. 이때, 복수 개의 바이알의 뚜껑을 느슨하게 한 채, 기 설정된 시간, 예를 들어, 1시간 내지 5시간 동안 140~160℃의 온도 범위에서 가열시킬 수 있다.
기 설정된 시간 동안 가열된 복수의 바이알의 뚜껑을 제거한 후, 반응 촉매인 3mM의 Na2S, Na2Sㆍ9H2O 혹은 NaHS/HCl를 복수 개의 바이알에 각각 60 내지 100uL 넣을 수 있다. 이때, Na2Sㆍ9H2O는 9개의 물 분자(H2O)로 수화(Hydration)된 Na2S로서, Na2S와 9개의 H2O가 별도로 존재하는 것이 아닌, Na2S가 이미 9개의 H2O를 포함하고 있는 형태를 의미할 수 있다. 또한, NaHS는 어떠한 H2O도 포함하지 않는 무수물(Anhydrous)일 수 있으며, HCl은 금속 소스의 환원에 의해 생성되는 두 종류의 Seed(Single, Multi-twinned) 중 실버 나노큐브의 생성에 불필요한 Multi-twinned seed를 제거(Oxidative etching)하기 위해 사용될 수 있다. 이때, 복수 개의 바이알은 완전히 밀폐되지 않도록 뚜껑을 느슨하게 닫을 수 있다.
수 분(예를 들어 8분 내지 9분) 후 복수 개의 바이알의 뚜껑을 제거하고, PVP 용액을 0.75ml씩 2번에 나누어 각각의 바이알에 넣을 수 있다. 이때, PVP 용액은 7ml의 에틸렌 글리콜에 0.14g의 PVP를 넣어 제조될 수 있다. PVP 용액은 형태를 잡아주는 역할을 하는 안정제로서, 실버를 입방형 구조로 용이하게 만들 수 있다.
PVP용액을 넣은 복수개의 바이알에 금속 소스인 AgNO3 또는 CF3COOAg를 0.4 내지 0.5mL 넣을 수 있다. 이때, 금속 소스를 용해시킨 바이알은 사용 전까지 빛이 완전히 차단된 암실에 보관될 수 있다.
반응 촉매인 Na2S, Na2Sㆍ9H2O 혹은 NaHS/HCl, capping agent인 PVP 및 금속 소스인 AgNO3 혹은 CF3COOAg를 투입한 복수 개의 바이알은 10분 내지 30분 동안 색상이 변화되는 것이 관찰 될 수 있다.
반응이 종료된 후, 복수 개의 바이알은 21 내지 23oC의 물(water bath)로 옮겨질 수 있다. 이때, 신속한 냉각을 위하여 얼음이 포함된 물이 사용될 수 있다.
온도를 낮춘 각각의 바이알 내부의 용액은 50ml 원심 분리관(centrifuge tube)에 옮겨질 수 있고, 20분 내지 30분 동안 원심 분리한 후, 상층액을 분리시켜 제거할 수 있다.
상층액을 제거한 후, 각각의 원심 분리관에 2ml의 증류수를 넣고, 음파처리(sonication)하여 다시 분산시킬 수 있다. 그 후, 1.5ml 원심 분리관에 용액을 옮겨 담고, 10분 동안 원심 분리하여 다시 상층액을 분리시켜 제거할 수 있다. 해당 과정이 3번 반복될 수 있다.
원심 분리 및 상층액 분리 과정을 반복한 용액은 4ml의 증류수로 희석될 수 있다. 이를 통해, 실버 나노큐브가 제조될 수 있다.
실버 나노큐브가 합성된 후, 골드 나노케이지가 합성될 수 있다(S200). 이때 골드 클로라이드(gold choloride) 첨가량에 기인하여 형성되는 골드 나노케이지는 다양한 색상을 가질 수 있다. 이때, 골드 나노케이지는 1가 금속인 실버와 3가 금속인 골드가 이온 형태로 치환되어 생성될 수 있으며, 일 예의 골드 나노케이지의 합성 과정은 다음과 같을 수 있다.
골드 나노케이지의 합성에서는 실버 나노큐브의 합성과 동일한 안정제를 사용할 수 있으며, 금속 소스로는 HAuCl4(골드 클로라이드)이 사용될 수 있다. 또한, 용매는 Deionized water일 수 있다.
50ml 플라스크에 9ml의 안정제인 PVP 용액 5ml을 넣은 후, 제조된 실버 나노큐브 100ul을 넣을 수 있다. 이때, PVP 용액은 증류수에 9mM의 PVP를 넣어 제조될 수 있다. 그 후, PVP 용액을 넣은 플라스크 위에 부싱 타입 어댑터(Bushing-type adaptor)를 놓고 고무 마개(septum)로 느슨하게 덮은 후 10분동안 가열할 수 있다.
가열된 플라스크는 고무 마개를 제거한 후, 0.1mM HAuCl4 용액이 0.7ml/min의 속도로 제공될 수 있다. 이때, HAuCl4 용액은 튜브가 장착된 1회용 주사기에 주입된 후, 플라스크에 투입될 수 있다.
이때, 0.1mM HAuCl4 용액의 주입 양에 따른 플라스크 내부 용액의 색상 변화를 관찰하면서, 금속 소스인 골드 나노케이지의 SPR(Surface Plasmon Resonance) peak 위치를 예측할 수 있다.
사용자가 원하는 색이 관찰되면, 0.1mM HAuCl4 용액의 주입을 중단하고, 반응 색이 안정화될 때까지 약 10분간 실온에서 냉각시킬 수 있다. 따라서, HAuCl4 용액의 양에 따라 원하는 색상의 용액을 얻을 수 있다.
골드 나노케이지의 분리 과정을 살펴보면, 실온에서 반응 색이 안정화된 용액은 증류수로 세척(rinse)하여 50ml 원심 분리관에 옮겨질 수 있다. 원심 분리관의 용액은 갈바닉 교환 반응(Galvanic replacement reaction)이 진행될 수 있고, 갈바닉 교환 반응이 일어나는 동안 생성된 AgCl은 냉각하면 침전될 수 있다.
갈바닉 교환 반응이 완료된 용액은 최소 30분동안 2000g으로 원심 분리될 수 있고, 이때, NaCl의 침전물 위에서 골드 나노케이지 펠릿(gold nanocages pellet)을 얻을 수 있다.
과량의 NaCl을 녹이기 위해서, 물에 골드 나노케이지를 넣은 후 원심 분리로 골드 나노케이지를 다시 분리할 수 있다. NaCl 및 PVP를 충분히 제거하기 위해서, 해당 과정을 최소 3번이상 반복할 수 있다.
골드 나노케이지를 에탄올과 물을 1대 1로 혼합한 혼합물에서 재분산시킬 수 있고, 원심 분리관 벽에 있는 골드 나노케이지를 제거하기 위해서 음파 처리를 수행할 수 있다.
음파 처리가 완료된 골드 나노케이지는 1.5ml 원심 분리관에 옮기고 원심 분리할 수 있으며, 증류수에 보관될 수 있다. 이때, NaCl 수용액에서 골드 나노케이지가 응집되는 것을 방지하기 위하여 분리 과정은 하루 내에 완료될 수 있다.
합성된 골드 나노케이지는 특정 항체에 부착될 수 있다(S300). 구체적으로, 도 4를 참조하면, 항체에 티올기(Thiol group)를 도입하기 위해서, 에틸렌글리콜(Succinimidyl propionyl poly ethylene glycol) 이황화물(disulfide)과 항체를 100mM NaHCO3 수용액에 넣고, 4℃ 이하에서 8시간 내지 24시간 동안 반응시킬 수 있다. 이때, 반응하고 남은 잔류물은 탄산수소나트륨 수용액(Sodium hydrogen carbonate)에 의해 씻겨질 수 있다.
8시간 내지 24시간 동안 반응이 일어난 에틸렌글리콜 이황화물과 항체가 포함된 100 mM NaHCO3 수용액을 골드 나노케이지가 포함된 2mM K2CO3 수용액에서 8시간 내지 24시간 동안 반응시킬 수 있다. 이때, 반응은 빛이 차단된 암실에서 이루어질 수 있다. 항체와 골드 나노케이지는 가교제(cross linking agent)인 에스터-폴리에틸렌글리콜-이황화물 또는 에스터-폴리에틸렌글리콜-이황화물-폴리에틸렌글리콜-에스터 화학종과 반응함으로서 부착될 수 있다. 구체적으로, 항체는 에스터-폴리에틸렌글리콜-이황화물에서 에스터 부분에 화학 흡착되고, 골드 나노케이지는 이황화물 부분에 화학 흡착됨으로써 결합될 수 있다. 이때, 에스터-폴리에틸렌글리콜-이황화물 또는 에스터-폴리에틸렌글리콜-이황화물-폴리에틸렌글리콜-에스터 화학종은 OPSS-PEG-NHS(Ortho-Pyridyldisulfide-PEG-Succinimidyl Ester), OPSS-PEG-SCM(Ortho-Pyridyldisulfide-PEG-Succinimidyl Carboxymethyl Ester), OPSS-PEG-SVA(Ortho-Pyridyldisulfide-PEG-Succinimidyl valerate) 및 PEG-NHS-ester disulfide로 제공될 수 있다.
항체와 골드 나노케이지의 부착에서 반응 환경을 조성하도록 수용액 또는 버퍼 용액이 사용될 수 있으며, 이때, 버퍼 용액은 NaHCO3, K2CO3, PBS(Phosphate Buffered Saline) 등으로 제공될 수 있다.
반응이 일어난 수용액에 골드 나노케이지를 넣으면, 도 4와 같이 금의 표면에 황화물이 반응할 수 있다. 따라서, 골드 나노케이지에 특정 항체가 부착될 수 있다.
이때, 특정 항체는 특정 색상을 갖는 골드 나노케이지에만 결합시킬 수 있으며, 이에 의해 항체별 발색을 구현할 수 있다.
항체가 부착된 골드 나노케이지, 즉 항체-골드 나노케이지 조합은 검출 스트립(20)에 적용될 수 있다(S400). 구체적으로, 검출 반응 패드(240)에 테스트 라인(241)과 컨트롤 라인(242)을 지정하기 위하여, 소정의 Mouse anti-target 항체와 Goat anti-mouse 항체를 각각 제조할 수 있고, 이러한 Mouse anti-target 항체와 Goat anti-mouse 항체는 상온에서 건조 후, 4℃에서 보관될 수 있다.
그 후, Mouse anti-target 항체와 Goat anti-mouse 항체는 베이스(210)에 고정될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 진단 키트(1)의 작용 및 효과에 대해 설명하겠다.
우선, 검체 패드(220)는 개방홀(110)을 통해 검체를 제공받을 수 있다. 이때, 검체는 소변, 혈액 등의 액체 시료일 수 있으며, 검체 패드(220)에 일부가 흡수된 후 유동될 수 있다.
검체 패드(220)를 통과한 검체는 컨쥬게이트 패드(230)로 제공될 수 있다. 컨쥬게이트 패드(230)는 복수의 질병과 관련된 항체와 결합된 골드 나노케이지(G)가 고정되어 제공될 수 있으며, 이를 통해, 검체는 각각의 골드 나노케이지(G)와 결합될 수 있다. 이때, 골드 나노케이지(G)는 결합된 항체의 종류에 따라 다른 금 함유량을 갖도록 제공될 수 있으나, 각 질병을 진단하는 민감도가 균일하도록 골드 나노케이지(G)의 크기는 동일하게 제공될 수 있다.
컨쥬게이트 패드(230)를 지나며 각각의 골드 나노케이지(G)와 결합된 검체는 질병 감염 여부에 따라 테스트 라인(241)에서 발색될 수 있다. 이때, 검체와 결합되는 골드 나노케이지(G)가 입방형 구조로 제공됨에 따라 넓은 표면적이 확보되어 복수의 항체가 결합될 수 있으며, 이를 통해, 복수의 질병의 감염 여부가 한번에 진단될 수 있다. 또한, 질병에 감염되었을 경우, 검체가 각각 금 함유량이 다르게 제공된 골드 나노케이지(G)와 결합됨으로써, 각 질병에 따라 다른 발색을 구현할 수 있다. 이에 따라, 복수의 질병에 감염되었을 경우, 발색되는 색에 따라 감염된 질병을 쉽게 구별할 수 있는 효과가 있다.
테스트 라인(241)을 통과한 검체는 컨트롤 라인(242)에 제공될 수 있다. 컨트롤 라인(242)은 검체의 정상적인 이동을 확인하도록 제공되는 것으로서, 검체가 검체 패드(220)에 제공된 후, 소정의 시간이 흐른 뒤에도 발색되지 않으면, 멀티 진단 키트(1)가 고장난 것으로 판단될 수 있다.
테스트 라인(241) 및 컨트롤 라인(242)을 통과한 검체는 흡수 패드(250)에 흡수될 수 있다. 이를 통해, 감염 여부의 진단을 끝낸 검체가 케이스(10)의 외부로 노출되지 않을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 진단 키트에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 다만, 다른 실시예에는 일 실시예와 비교하여 개방홀(110'), 투시창(120') 및 검출 스트립(20')이 복수 개 제공되는 점에서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 일 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 진단 키트를 보여주는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 진단 키트(1')는 복수 개의 검출 스트립(20')을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 검출 스트립(20')에 각각 별도의 검체가 제공될 수 있도록 개방홀(110') 및 투시창(120')은 각각의 검출 스트립(20')에 별도로 제공될 수 있다. 즉, 케이스(10')는 복수의 개방홀(110') 및 투시창(120')을 포함할 수 있고, 복수의 검출 스트립(20')이 모두 내부에 제공될 수 있다. 본 실시예에서는, 2개의 검출 스트립(20')을 포함하고, 이에 따라, 개방홀(110') 및 투시창(120')이 2개 제공되는 것을 예로 도시하였으나, 멀티 진단 키트(1')는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 멀티 진단 키트(1')는 3개의 검출 스트립(20') 및 이에 따른 케이스(10') 구조를 갖도록 제공될 수 있다.
복수의 검출 스트립(20')은 각각의 검체 패드(212', 222')를 포함할 수 있다. 이때, 각각의 검체 패드(212', 222')에는 서로 다른 검체가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 검체 패드(212')에는 소변이 검체로 제공될 수 있고, 제2 검체 패드(222')에는 혈액이 검체로 제공될 수 있다. 즉, 하나의 멀티 진단 키트(1')에서 다양한 검체를 통해 질병의 감염 여부를 진단할 수 있다.
또한, 각각의 테스트 라인(2141', 2142')에는 서로 다른 질병의 항체가 제공될 수 있다. 구체적으로, 제1 검출 스트립(20')의 각 테스트 라인(2141') 및 제2 검출 스트립(20')의 각 테스트 라인(214')에서 진단 가능한 질병은 모두 상이할 수 있으며, 이를 통해 다양한 질병을 진단할 수 있다. 본 실시예에서는, 하나의 검출 스트립(20')에서 4개의 질병이 진단 가능하고, 이러한 검출 스트립(20')이 2개 제공되어 총 8개의 질병을 진단 가능하도록 도시하였으나, 멀티 진단 키트(1')는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 검출 스트립(20')에 5개의 테스트 라인(2141', 2241')이 제공되어, 총 10개의 질병이 진단 가능할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 멀티 진단 키트를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1, 1': 멀티 진단 키트 10, 10': 케이스
110, 110': 개방홀 120, 120': 투시창
20, 20': 검출 스트립 210: 베이스
220, 212', 222': 검체 패드 230, 213', 223': 컨쥬게이트 패드
240: 검출 반응 패드 241, 2141', 2241': 테스트 라인
242, 2142', 2242': 컨트롤 라인 250: 흡수 패드

Claims (12)

  1. 검체가 투입될 수 있는 개방홀을 구비하는 케이스; 및
    상기 케이스의 내부에 제공되고, 상기 개방홀을 통해 상기 검체가 유입되어 복수 개의 질병 유무를 나타내는 검출 스트립을 포함하고,
    상기 검출 스트립은,
    상기 검체가 제공되는 검체 패드;
    상기 검체 패드로부터 상기 검체를 전달 받고, 상기 검체에 포함되어 있는 복수 개의 질병 항원과 반응할 수 있는 복수의 항체가 각각 서로 다른 색상을 갖는 골드 나노케이지(gold nanocage)에 결합되어 제공되고, 상기 항원과 상기 골드 나노케이지의 상기 항체가 서로 결합되어 결합체가 형성되는 컨쥬게이트 패드; 및
    상기 컨쥬게이트 패드로부터 상기 결합체가 전달되고, 상기 결합체가 결합할 수 있는 상기 복수 개의 항체가 각각 서로 다른 위치에 고정되어 배치되는 복수 개의 테스트 라인을 포함하는 검출 반응 패드를 포함하고,
    상기 복수 개의 테스트 라인 각각에 고정되어 있는 상기 항체에 상기 결합체가 결합됨으로써 상기 복수 개의 테스트 라인은 서로 다른 색상을 나타내는
    멀티 진단 키트.
  2. 제1 항에 있어서,
    색상이 서로 다른 상기 골드 나노케이지는 서로 다른 금 함유량을 갖는
    멀티 진단 키트.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 골드 나노케이지는 입방형 구조로 제공되는
    멀티 진단 키트.
  4. 제1 항에 있어서,
    하나의 상기 골드 나노케이지에 하나의 질병의 항원에 대응되는 복수 개의 항체가 결합되는
    멀티 진단 키트.
  5. 제4 항에 있어서,
    항체는 NaHCO3 수용액에서 에틸렌글리콜 이황화물과 반응하여 티올기가 도입되고,
    티올기가 도입된 항체는 K2CO3 수용액에서 골드 나노케이지와 반응하여 골드 나노케이지에 화학 흡착되는
    멀티 진단 키트.
  6. 제1 항에 있어서,
    서로 다른 색상을 갖는 상기 골드 나노케이지의 크기는 동일하게 제공되는
    멀티 진단 키트.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 골드 나노케이지는 실버 나노큐브가 합성된 후, 실버 나노큐브의 실버를 금으로 치환하는 것에 의해 형성되며,
    상기 골드 나노케이지의 색상은 상기 금의 함유량에 따라 다르게 발현되어 있는
    멀티 진단 키트.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 실버 나노큐브의 합성에서 reducing agent는 에틸렌글리콜이고, capping agent는 PVP 용액이며, metal source는 AgNO3 또는 CF3COOAg이고,
    상기 골드 나노케이지의 합성에서 capping agent는 PVP 용액이고, metal source는 골드 클로라이드인 HAuCl4인
    멀티 진단 키트.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 실버 나노큐브의 합성은 폴리올 방법(polyol method) 또는 시드 매개법(seed-mediated method) 또는 단일 용기 방법(one pot method)로 이루어지는
    멀티 진단 키트.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 검출 반응 패드는,
    상기 검체가 정상적으로 통과하는 여부를 확인하기 위해 제공되는 컨트롤 라인을 포함하고,
    상기 복수의 테스트 라인에 고정된 상기 항체에 결합되는 상기 골드 나노케이지의 금 함유량에 따라 각각 다른 색으로 발색되는
    멀티 진단 키트.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 골드 나노케이지는 40nm 내지 100nm의 크기를 갖는
    멀티 진단 키트.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스에 상기 개방홀이 복수 개 제공되고, 상기 검출 스트립이 복수 개 제공되며, 상기 개방홀을 통해 상기 복수 개의 검출 스트립에 각각 별도의 검체가 제공되는
    멀티 진단 키트.


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