KR102077775B1 - 형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템 - Google Patents
형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102077775B1 KR102077775B1 KR1020180022641A KR20180022641A KR102077775B1 KR 102077775 B1 KR102077775 B1 KR 102077775B1 KR 1020180022641 A KR1020180022641 A KR 1020180022641A KR 20180022641 A KR20180022641 A KR 20180022641A KR 102077775 B1 KR102077775 B1 KR 102077775B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fluorescence
- time constant
- biomarker
- fluorescent material
- vitro diagnostic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000002866 fluorescence resonance energy transfer Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims description 23
- 230000003902 lesion Effects 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000002165 resonance energy transfer Methods 0.000 abstract 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 6
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 2
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 2
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 2
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008995 epigenetic change Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
- G01N33/582—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with fluorescent label
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템에서, 상기 체외 진단시스템은 시료에 광을 조사하는 광원부, 상기 시료에서 발현된 형광물질에 바이오마커를 마킹하는 마킹부, 상기 형광물질들이 형광공명-에너지전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 반응을 수행하여 생성된 형광신호를 전기신호로 변환하는 광 검출부, 상기 전기신호를 수집하는 데이터 획득부, 상기 형광공명-에너지전이 반응에 의해 변화되는 형광물질의 형광시정수를 측정하는 처리부 및 상기 측정된 형광시정수로부터 바이오마커의 농도를 정량화하는 추출부를 포함한다.
Description
본 발명은 체외 진단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 형광세기 측정 방식에 비하여 보다 안정적이고 정확한 체외 진단 정보를 검출할 수 있는 형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 형광세기를 이용한 체외 진단 기술은 병변의 정도를 알 수 있는 단백질, 펩타이드, 유전자, 호르몬, 저분자 화합물 등의 바이오마커에 형광을 나타내는 표지자를 선택적으로 결합시킨 후, 형광 표지자의 형광세기 정보로부터 바이오마커의 농도를 역으로 계산하여 병변의 유무 및 그 정도를 판별하는 방식을 이용한다.
이러한 형광세기 정보는 광원의 세기나 광 디텍터의 민감도에 따라 달라질 수 있으며, 실제 바이오마커의 농도에 따라 변화하는 형광세기 정보를 왜곡시킬 수 있어 최종 측정값에 오류를 유발할 가능성이 상당히 높다.
종래의 형광세기를 이용한 체외 진단 기술(대한민국 등록특허공보 제10-1807871호)에서는 안정적인 세기를 유지하는 광원과 동일한 형광신호를 안정적으로 측정하는 광디텍터의 사용이 중요하며, 안정적인 부품을 사용하더라도 사용 중에 성능 변화가 일어날 경우에는 형광세기 변화에 따른 측정값 오류를 피할 수 없는 문제가 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 형광시정수를 이용하여 바이오마커의 농도를 측정함으로써, 보다 안정적이고 정확한 체외 진단 정보를 검출할 수 있는 형광시정수를 이용한 체외 진단방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 형광시정수를 이용한 체외 진단방법을 위한 체외 진단시스템에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 형광시정수를 이용한 체외 진단방법에서, 형광물질을 바이오마커에 마킹한다. 형광물질이 형광공명-에너지전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 반응을 수행한다. 상기 형광공명-에너지전이 반응에 의해 변화되는 형광물질의 형광시정수를 측정한다. 상기 측정된 형광시정수로부터 바이오마커의 농도를 정량화한다.
일 실시예에서, 상기 형광시정수를 측정하는 단계에서, 상기 형광공명-에너지전이를 통해 에너지를 전이한 형광물질의 형광시정수를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형광시정수를 측정하는 단계에서, 상기 형광물질의 형광세기가 처음 대비 일정한 크기로 작아질 때의 시간을 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형광시정수는 상기 형광물질의 형광수명에 시스템의 임펄스 응답 함수의 평균 시간을 반영할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형광시정수는,
하기 식(1)
형광시정수(τ)=τideal + timpulse response function (1)
로 정의될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형광시정수를 측정하는 단계에서, 형광 감쇠 곡선을 이용하여 상기 시스템의 임펄스 응답 함수의 평균 시간을 직접 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형광물질을 발현하기 위한 광은 레이저 및 LED 중에서 적어도 하나가 선택될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 상기 형광시정수를 이용한 체외 진단방법을 위한 체외 진단시스템은 시료에 광을 조사하는 광원부, 상기 시료에서 발현된 형광물질에 바이오마커를 마킹하는 마킹부, 상기 형광물질들이 형광공명-에너지전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 반응을 수행하여 생성된 형광신호를 전기신호로 변환하는 광 검출부, 상기 전기신호를 수집하는 데이터 획득부, 상기 형광공명-에너지전이 반응에 의해 변화되는 형광물질의 형광시정수를 측정하는 처리부 및 상기 측정된 형광시정수로부터 바이오마커의 농도를 정량화하는 추출부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광원부에서 광을 조사하기 시작하는 시점과 상기 데이터 획득부에서 상기 전기신호를 수집하기 시작하는 시점을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정량화된 바이오마커의 농도를 통해 병변의 여부 및 정도에 대한 정보가 투영되는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 형광시정수를 이용하여 광원과 디텍터의 성능에 의한 형광세기 정보에 영향을 받지 않고 안정적이고 정확한 바이오마커의 농도를 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 보다 안정적이고 정확한 체외 진단 정보를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 형광시정수를 이용한 체외 진단방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 형광수명을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 형광공명-에너지 전이(FRET)에 따른 형광수명 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 형광시정수를 이용한 체외진단 기술의 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 형광시정수와 바이오마커의 농도와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 형광시정수를 이용한 체외 진단방법의 예를 도시한 모식도들이다.
도 7은 도 1의 형광시정수를 이용한 체외 진단방법에 적용되는 체외 진단 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 형광수명을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 형광공명-에너지 전이(FRET)에 따른 형광수명 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 형광시정수를 이용한 체외진단 기술의 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 형광시정수와 바이오마커의 농도와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 형광시정수를 이용한 체외 진단방법의 예를 도시한 모식도들이다.
도 7은 도 1의 형광시정수를 이용한 체외 진단방법에 적용되는 체외 진단 시스템을 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 형광시정수를 이용한 체외 진단방법을 도시한 흐름도이다. 도 2는 형광수명을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3은 형광공명-에너지 전이(FRET)에 따른 형광수명 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 도 4는 형광시정수를 이용한 체외진단 기술의 원리를 설명하기 위한 그래프이다. 도 5는 형광시정수와 바이오마커의 농도와의 관계를 도시한 그래프이다. 도 6a 내지 도 6c는 도 1의 형광시정수를 이용한 체외 진단방법의 예를 도시한 모식도들이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 형광시정수를 이용한 체외 진단방법에서는 먼저 형광물질을 바이오마커에 마킹한다(단계 S100).
상기 바이오마커는 DNA, RNA, 대사물질, 단백질 및 단백질 조각들에서 유래된 단일 분자 또는 분자들의 패턴을 근거로 한 분자적 정보로서 생명체내에서 유전적 또는 후생유전적 변화의 영향으로 유발된 신체의 변화를 감지할 수 있는 지표를 의미한다. 따라서 피측정물인 혈액, 혈청이나 소변에는 바이오마커가 포함되어 있는 것으로 해석되며, 바이오마커의 진단은 혈액, 혈청 또는 소변 등의 샘플의 진단으로 해석된다.
상기 형광물질은 기본적으로 형광발현 특징 이외에 형광수명(Fluorescence lifetime)이라 하는 고유의 형광 시정수 값을 갖고 있다.
도 2를 참조하면, 상기 형광물질에 시간상 무한대로 작은 형태의 이상적인 광원이 입사되면, 형광신호의 세기는 그 시점으로부터 지수 함수의 형태로 줄어들게 되는데, 이때 그 세기가 처음 대비 1/e의 비율만큼 줄어드는데 걸리는 시간(τ)을 형광수명으로 정의한다.
상기 형광수명은 상기 형광세기와 달리 광원 및 디텍터 성능에 의해 그 정보가 왜곡되지 않으므로, 물질 고유의 특성을 알기 위한 응용에 주로 사용된다. 최근에는 형광수명 측정을 이용한 연구 사례가 급증하고 있는데, 그 이유는 형광수명 측정 방법이 형광공명-에너지전이(Fluorescence Resonance Energy Transfer : FRET)를 가장 정확하게 측정할 수 있는 기술이기 때문이다.
형광공명-에너지전이란 두 개의 서로 다른 파장 영역을 갖는 형광체가 서로 인접할 경우, 즉, 10nm 이하의 근접거리에 위치할 경우 방출이나 흡수 없이 하나의 형광체에서 다른 형광체로 에너지가 전이되는 현상이다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 형광공명-에너지전이를 수행하여 에너지를 전달해준 형광물질의 경우, 에너지 전이 전에는 2ns의 형광수명(τ1)을 가지며, 에너지 전이 후에는 1ns의 형광 수명(τ2)을 가지는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 에너지를 전달해 준 형광물질의 경우 형광세기와 형광수명이 둘 다 작아지는 특징을 보이는데, 형광수명을 측정할 경우, 광원 및 디텍터 성능과 무관하게 안정적인 에너지 전이 여부 및 그 정도를 알 수가 있다.
상기 형광공명-에너지전이는 수십nm 이하의 크기를 갖는 물질의 결합 특성을 알 수 있는 기술이므로, 단백질, 펩타이드, 유전자, 호르몬, 저분자 화합물 등의 눈으로 볼 수 없는 작은 바이오 마커를 측정하는데 유리한 기술이다.
한편, 상기와 같이 형광물질을 바이오마커에 마킹하게 되면, 상기 바이오마커에 마킹된 형광물질은 이러한 형광공명-에너지전이를 수행하며(단계 S200), 에너지를 다른 형광물질에 전달해줄 경우 형광수명이 줄어들게 된다.
그 다음, 상기 형광공명-에너지전이 반응에 의해 변화되는 형광물질의 형광시정수를 측정한다(단계 S300).
앞서 설명한 바와 같이, 상기 형광수명은 상기 형광물질에 시간상 무한대로 작은 펄스 형태의 이상적인 광원이 입사되면, 형광신호의 세기는 그 시점으로부터 지수 함수의 형태로 줄어들게 되는데, 이때 그 세기가 처음 대비 1/e의 비율만큼 드는데 걸리는 시간(τ)으로 정의된다.
그러나, 이상적으로 시간상 무한대로 작은 펄스 형태의 광원은 존재하지 않으므로, 일반적으로 형광수명 측정 기술에서는 펄스폭이 수십 ps로 작은 레이저(laser) 광원을 주로 사용하는데, 이 경우 상기 레이저 광원의 가격이 수천만원 이상으로 높아 체외 진단기로는 적합하지 않은 단점이 있다.
체외 진단기로 적용할 경우, 형광물질의 정확한 형광수명 값보다는 바이오 마커의 농도에 따라 정량적으로 변하는 어떠한 값 자체가 중요하므로, 본 실시예에서는 정확한 형광수명 값이 아닌 시스템의 임펄스 응답 함수(impulse respose funtion)가 반영된 값을 형광시정수로 정의하고, 이 값을 측정값으로 적용하고자 한다.
즉, 본 실시예에서 상기 형광시정수는 하기 식(1)과 같이 정의된다.
형광시정수(τ)=τideal + timpulse response function 식(1)
여기서, 상기 τideal은 형광물질의 형광수명 값이고, 상기 timpulse response function은 형광물질이 없을 경우 측정 가능한 시스템의 임펄스 응답 함수에 의한 평균 시간 값이다. 상기 timpulse response function은 랜덤하게 변하는 함수가 아닌 일정한 값이므로 형광시정수 정보로도 바이오 마커의 농도에 따른 정량적 변화를 감지하기에는 충분하다.
마지막으로, 상기 측정된 형광시정수로부터 바이오마커의 농도를 정량화한다(단계 S400).
도 4를 참조하면, 비교적 긴 시간인 t1 시점까지 레이저나 LED 등의 광원이 상기 형광물질로 입사되면, t1 이후에 형광 감쇠 곡선을 얻을 수 있다. 이때, 형광세기(I, intensity)가 처음 대비 일정한 크기로(a*I0)(a=상수, I0=t1에서의 형광세기) 작아질 때의 시간(형광시정수), 즉, 그래프 상에서 τ1 또는 τ2를 구해, 특정 바이오마커의 농도로 환산한다.
여기서, 앞서 설명한 바와 같이 형광수명은 형광신호의 세기가 처음 대비 1/e의 비율만큼 줄어드는데 걸리는 시간으로 정의되므로, 상기 a는 1/e로 정의될 수 있다.
한편, 상기 형광시정수와 상기 특정 바이오마커의 농도와의 관계는 도 5에 도시된 바와 같이 선형적일 수 있다. 따라서, 상기 구해진 τ1 또는 τ2 각각에 해당하는 바이오마커의 농도를 알아낼 수 있다.
예를 들어, 도 6a를 참조하면, 바이오마커 A와 바이오마커 B가 결합하는 경우, 상기 형광공명-에너지전이를 수행할 수 있는 두 종류의 형광물질 F1과 F2를 각각 바이오마커 A와 바이오마커 B에 마킹한다.
이 때, 상기 형광물질 F1이 형광공명-에너지 전이를 수행하여 상기 형광물질 F2에 에너지를 전달하는 경우, 상기 형광물질 F1의 형광수명은 줄어들게 되고 줄어든 형광수명 정보로부터 상기 바이오마커 A의 농도를 알 수 있다.
이와 달리, 상기 형광물질 F2가 형광공명-에너지 전이를 수행하여 상기 형광물질 F1에 에너지를 전달하는 경우, 상기 형광물질 F2의 형광수명은 줄어들게 되고 줄어든 형광수명 정보로부터 상기 바이오마커 B의 농도를 알 수 있다.
다른 예로, 도 6b를 참조하면, 상기 바이오마커 A와 상기 바이오마커 B가 결합하면서 반응하면 생성물 C가 생성된다. 이 경우, 생성물 C의 농도에 따라 형광수명이 변화하는 형광물질 F3을 생성물 C에 마킹한다.
그러면, 상기 생성물 C(예를 들어, 산소 등)의 농도로부터 형광물질 F3의 형광수명을 알 수 있으므로, 바이오마커 A의 농도, 바이오마커 B의 농도, 혹은 바이오마커 A 및 바이오마커 B의 결합률을 알 수 있다.
또 다른 예로, 도 6c를 참조하면, 최종적으로 바이오마커 A가 바이오마커 B가 결합하는 경우, 먼저 바이오마커 B를 바이오마커 A 보다 바이오마커 C에 우선적으로 결합시킨다.
이 때, 바이오마커 A와 바이오마커 B에 형광공명-에너지 전이를 유발할 수 있는 두 종류의 형광물질 F4와 형광물질 F5를 각각 마킹한 후, 상기 형광물질 F4의 형광수명을 측정하면, 바이오 표지자 C의 농도가 높아질 경우, 바이오마커 A와 결합하는 바이오마커 B의 개수가 줄어들면서 형광물질 F4의 형광수명이 더 커지게 된다.
따라서, 형광물질 F4의 형광수명으로부터 바이오 표지자 C의 농도를 알 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 형광시정수를 이용하여 광원과 디텍터의 성능에 의한 형광세기 정보에 영향을 받지 않고 안정적이고 정확한 바이오마커의 농도를 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 보다 안정적이고 정확한 체외 진단 정보를 검출할 수 있다.
이상과 같이 상기 형광시정수를 이용하여 체외 진단을 수행하는 경우, 체외 진단장치를 통해 체외 진단을 수행할 수 있다.
도 7은 도 1의 형광시정수를 이용한 체외 진단방법에 적용되는 체외 진단 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 의한 형광시정수를 이용한 체외 진단방법을 위한 상기 체외 진단시스템은 제어부(100), 광원부(200), 시료(300), 마킹부(350), 광 검출부(400), 데이터 획득부(500), 처리부(600), 추출부(650) 및 디스플레이부(700)를 포함한다.
상기 광원부(200)는 형광분자를 포함하는 상기 시료(300)에 조사할 여기광을 생성하고, 생성한 여기광을 집광하여 상기 시료(300)에 조사한다.
이 경우, 상기 광원부(200)는 저가의 펄스 형태의 레이저 혹은 LED가 될 수 있다.
상기 시료(300)에 조사된 상기 여기광은 상기 시료(300)에 형광발광을 야기 시키며, 이때 형광물질들이 발현된다.
상기 마킹부(350)는 상기 발현된 형광물질들을 바이오마커를 이용하여 마킹한다. 상기 형광물질들이 2개 이상인 경우 각각에 서로 다른 바이오마커를 마킹한다.
상기 바이오 마커가 마킹된 형광물질들은 형광공명-에너지전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 반응을 수행하여 형광 신호가 생성된다.
이때, 상기 형광공명-에너지전이를 수행하여 에너지를 전달해준 형광물질의 경우, 에너지 전이 전 보다 에너지 전이 후에 형광 수명이 줄어들게 된다. 즉, 상기 에너지를 전달해 준 형광물질의 경우 형광세기와 형광수명이 둘 다 작아지는 특징을 보이는데, 형광수명을 측정할 경우, 광원 및 디텍터 성능과 무관하게 안정적인 에너지 전이 여부 및 그 정도를 알 수가 있다.
상기 광 검출부(400)는 상기 형광 신호를 증폭시켜 전기 신호로 변환하는 모듈로서, 상기 형광 신호는 상기 광 검출부(400)에 수집되어 이를 통해 전기신호로 변환되고, 상기 전기신호는 상기 데이터 획득부(500)에서 수집된다.
한편, 상기 형광시정수는 시간 관계 요소이므로, 상기 광원부(200)에서 여기광을 조사하기 시작하는 시점(도 4에서 t0)과 상기 데이터 획득부(500)에서 상기 전기신호를 수집하기 시작하는 시점(도 4에서 t1)이 정확히 동기화 되는 것이 중요하므로, 이 두 요소에 대한 동작시점 제어를 위해 상기 제어부(100)를 사용할 수 있다.
이 후, 상기 처리부(600)는 상기 전기신호로부터 분석 알고리즘을 이용하여 상기 형광공명-에너지전이 반응에 의해 변화되는 형광물질의 형광시정수를 측정한다.
앞서 설명한 상기 형광수명은 광원 및 디텍터의 성능과 무관하게 안정적인 에너지 전이 여부 및 그 정도를 알 수 있으나 상기 형광수명 값을 정확하게 측정하는 기술에서는 고가의 레이저가 사용되는 등 한계가 있으므로, 본 실시예에서는 정확한 형광수명 값이 아닌 시스템의 임펄스 응답 함수(impulse respose funtion)가 반영된 값을 형광시정수로 정의하고, 이 값을 측정값으로 적용한다.
즉, 본 실시예에서 상기 형광시정수는 하기 식(1)과 같이 정의된다.
형광시정수(τ)=τideal + timpulse response function 식(1)
여기서, 상기 τideal은 형광물질의 형광수명 값이고, 상기 timpulse response function은 형광물질이 없을 경우 측정 가능한 시스템의 임펄스 응답 함수에 의한 시간 평균 값이다. 상기 timpulse response function은 랜덤하게 변하는 함수가 아닌 일정한 값이므로 형광시정수 정보로도 바이오 마커의 농도에 따른 정량적 변화를 감지하기에는 충분하다.
마지막으로, 상기 추출부(650)는 상기 식(1)과 같이 정의되는 상기 형광시정수 값으로부터 바이오마커의 농도를 추정한다.
보다 구체적으로, 상기 광원부(100)에서 조사된 여기광이 상기 시료(300)로 입사된 시 이후로 형광 감쇠 곡선을 얻을 수 있다. 이때, 형광세기(I, intensity)가 처음 대비 일정한 크기로 작아질 때의 시간(형광시정수)을 구해, 특정 바이오마커의 농도로 환산한다.
상기 형광시정수와 상기 특정 바이오마커의 농도와의 관계는 일반적으로 선형적일 수 있어, 상기 구해진 형광시정수 값에 해당하는 바이오마커의 농도를 정량화할 수 있다.
이와 같이 추출된 바이오마커의 농도를 통해 최종적으로는 병변의 여부 및 그 정도에 대한 정보를 알 수 있고 상기 정보는 상기 디스플레이부(700)로 투영되어 사용자가 상기 정보를 획득하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 형광시정수를 이용하여 광원과 디텍터의 성능에 의한 형광세기 정보에 영향을 받지 않고 안정적이고 정확한 바이오마커의 농도를 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 보다 안정적이고 정확한 체외 진단 정보를 검출할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 제어부 200 : 광원부
300 : 시료 400 : 광 검출부
500 : 데이터 획득부 600 : 처리부
700 : 디스플레이부
300 : 시료 400 : 광 검출부
500 : 데이터 획득부 600 : 처리부
700 : 디스플레이부
Claims (10)
- 형광물질을 바이오마커에 마킹하는 단계;
형광물질이 형광공명-에너지전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 반응을 수행하는 단계;
상기 형광공명-에너지전이 반응에 의해 변화되는 형광물질의 형광시정수를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 형광시정수로부터 바이오마커의 농도를 정량화하는 단계를 포함하며,
상기 형광시정수는,
상기 형광물질의 형광수명에 시스템의 임펄스 응답 함수의 평균 시간을 반영하되,
하기 식(1)
형광시정수(τ)=τideal + timpulse response function (1)
로 정의되며, 여기서 상기 τideal은 형광물질의 형광수명 값이고, 상기 timpulse response function은 형광물질이 없을 경우 측정 가능한 시스템의 임펄스 응답 함수에 의한 평균 시간 값이며;
상기 형광시정수를 측정하는 단계에서,
형광 감쇠 곡선을 이용하여 상기 시스템의 임펄스 응답 함수의 평균 시간을 직접 측정하며;
상기 바이오마커의 농도를 정량화하는 단계에서,
상기 측정된 형광시정수와 바이오마커의 농도와의 관계를 이용하여 상기 측정된 형광시정수로부터 바이오마커의 농도를 정량화하는 것을 특징으로 하는 형광시정수를 이용한 체외 진단방법. - 제1항에 있어서, 상기 형광시정수를 측정하는 단계에서,
상기 형광공명-에너지전이를 통해 에너지를 전이한 형광물질의 형광시정수를 측정하는 것을 특징으로 하는 형광시정수를 이용한 체외 진단방법. - 제2항에 있어서, 상기 형광시정수를 측정하는 단계에서,
상기 형광물질의 형광세기가 처음 대비 일정한 크기로 작아질 때의 시간을 획득하는 것을 특징으로 하는 형광시정수를 이용한 체외 진단방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 형광물질을 발현하기 위한 광은 레이저 및 LED 중에서 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 형광시정수를 이용한 체외 진단방법. - 시료에 광을 조사하는 광원부;
상기 시료에서 발현된 형광물질에 바이오마커를 마킹하는 마킹부;
상기 형광물질들이 형광공명-에너지전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 반응을 수행하여 생성된 형광신호를 전기신호로 변환하는 광 검출부;
상기 전기신호를 수집하는 데이터 획득부;
상기 형광공명-에너지전이 반응에 의해 변화되는 형광물질의 형광시정수를 측정하는 처리부; 및
상기 측정된 형광시정수와 바이오마커의 농도와의 관계를 이용하여, 상기 측정된 형광시정수로부터 바이오마커의 농도를 정량화하는 추출부를 포함하며,
상기 형광시정수는,
상기 형광물질의 형광수명에 시스템의 임펄스 응답 함수의 평균 시간을 반영하되,
하기 식(1)
형광시정수(τ)=τideal + timpulse response function (1)
로 정의되며, 여기서 상기 τideal은 형광물질의 형광수명 값이고, 상기 timpulse response function은 형광물질이 없을 경우 측정 가능한 시스템의 임펄스 응답 함수에 의한 평균 시간 값이며;
상기 처리부는 형광 감쇠 곡선을 이용하여 상기 시스템의 임펄스 응답 함수의 평균 시간을 직접 측정하는 것을 특징으로 하는 체외 진단시스템. - 제8항에 있어서,
상기 광원부에서 광을 조사하기 시작하는 시점과 상기 데이터 획득부에서 상기 전기신호를 수집하기 시작하는 시점을 제어하는 제어부를 더 포함하는 체외 진단시스템. - 제8항에 있어서,
상기 정량화된 바이오마커의 농도를 통해 병변의 여부 및 정도에 대한 정보가 투영되는 디스플레이부를 더 포함하는 체외 진단시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180022641A KR102077775B1 (ko) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | 형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180022641A KR102077775B1 (ko) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | 형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190102361A KR20190102361A (ko) | 2019-09-04 |
| KR102077775B1 true KR102077775B1 (ko) | 2020-02-14 |
Family
ID=67950807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180022641A Active KR102077775B1 (ko) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | 형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102077775B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010233491A (ja) | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Ｆｒｅｔプローブ、発現ベクター、細胞、およびｆｒｅｔ測定方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110121070A (ko) * | 2010-04-30 | 2011-11-07 | 울산대학교 산학협력단 | 형광 수명과 형광 강도를 이용한 형광 공명 에너지 전이 검출방법 |
| KR20160014340A (ko) * | 2014-07-29 | 2016-02-11 | 연세대학교 산학협력단 | 형광수명 분석 시스템 및 그 분석 방법 |
| KR101758114B1 (ko) * | 2015-11-30 | 2017-07-14 | 재단법인 오송첨단의료산업진흥재단 | 에너지 전이에 따른 형광 수명을 측정하는 방법 |
| KR101807871B1 (ko) | 2016-08-30 | 2017-12-12 | 주식회사 제트바이오텍 | 유로퓸 입자와 형광 염료를 이용한 고감도 체외 진단 키트를 이용한 정량 분석 방법 |
-
2018
- 2018-02-26 KR KR1020180022641A patent/KR102077775B1/ko active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010233491A (ja) | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Ｆｒｅｔプローブ、発現ベクター、細胞、およびｆｒｅｔ測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190102361A (ko) | 2019-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7508516B2 (en) | Biochip reading apparatus and biochip reading method | |
| ATE412772T1 (de) | Fluoreszenzspektroskopie in absorbierenden medien | |
| US20160109368A1 (en) | Nucleic acid analyzer and nucleic acid analysis method using same | |
| BRPI0711773A2 (pt) | aparelho de formação de imagens para obter uma imagem espacial combinada de temperatura e luminescência de um objeto associado, sistema de detecção biológico, e, método para obter uma imagem especial combinada de temperatura e luminescência de um objeto | |
| ATE458826T1 (de) | Verfahren zur bestimmung von keimen | |
| US20100068714A1 (en) | Multivariate detection of molecules in biossay | |
| WO2005040759A3 (en) | Apparatus and methods for detecting target analyte | |
| US20130141726A1 (en) | Sensing device for detecting a substance in a fluid | |
| JP6637970B2 (ja) | 光散乱促進剤としてナノ粒子を用いる分析対象物の検出 | |
| KR102077775B1 (ko) | 형광시정수를 이용한 체외 진단방법 및 이를 위한 체외 진단시스템 | |
| JP2012515909A (ja) | サンプルの光学測定装置及び光学測定方法 | |
| WO2009098624A1 (en) | Analysis system and method | |
| KR101758114B1 (ko) | 에너지 전이에 따른 형광 수명을 측정하는 방법 | |
| KR102101553B1 (ko) | 바이오센서용 형광 광학 장치 및 시스템 | |
| Dellal et al. | Low-cost plug and play photochemistry reactor | |
| Kim et al. | Sensitive detection of multiple fluoresence probes based on surface-enhanced raman scattering (sers) for mers-cov | |
| JP2005030950A (ja) | 固定化された物質の定量方法 | |
| US20090137058A1 (en) | Chemical and biological detection method and device based on measurements of fluorescence and reflectivity | |
| RU2007126675A (ru) | Способ выявления различия между кровью и контрольным раствором, содержащими одинаковое анализируемое вещество | |
| JP4321716B2 (ja) | 蛍光画像補正方法および装置ならびにプログラム | |
| CN2906602Y (zh) | 高通量基因、蛋白分析仪 | |
| US20230280338A1 (en) | Improvements in or relating to an apparatus for detection and analysis of a component | |
| JP2007147314A (ja) | 表面プラズモンセンサーおよび表面プラズモンセンサーを用いた標的物質の検出方法 | |
| EP3161456B1 (en) | A device and a method for detecting a sample contained by a sample well | |
| US20230029306A1 (en) | Method and Device for Determining the Number of Copies of a DNA Sequence That is Present in a Fluid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20180226 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| PN2301 | Change of applicant |
Patent event date: 20180810 Comment text: Notification of Change of Applicant Patent event code: PN23011R01D |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20190507 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20191121 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20200210 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20200210 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230207 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240206 Start annual number: 5 End annual number: 5 |