KR102198240B1 - 회전기판 적용 생체물질 분석시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 센서의 검지부에 해당하는 반응기판을 원판형 회전기판에 부착하여, 타겟물질이 포함된 용액 안에서 회전시키면서 타겟물질과 검지부분인 반응기판과 반응시키고, 타겟물질과 반응이 완료된 반응기판을 선택된 반응량 측정방법을 통해서 바이오 타겟물질의 반응정도를 빠르고 정확하게 분석할 수 있는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템은 일면에 반응기판의 일면이 탈부착 관계로 면결합되는 회전기판, 반응기판과 반응하는 타겟물질이 포함된 타겟용액을 저장하는 반응챔버, 회전기판의 타면에 일측이 결합되어 회전기판을 회전시켜 타겟용액의 대류에 의해 반응기판의 표면에 전단응력을 발생시키는 구동력을 발생하는 구동부, 그리고 타겟용액의 타겟물질과 반응이 완료된 반응기판을 미리 설정된 반응 분석으로 타겟물질의 반응정도를 분석하는 분석부를 포함한다.

Description

회전기판 적용 생체물질 분석시스템 및 방법{BIOMATERIAL ANALYSIS SYSTEM USING ROTATING SUBSTRATE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 회전기판 적용 생체물질 분석시스템 및 방법에 관한 것이다.
바이오 물질의 반응속도는 타겟물질이 검지부까지 이동하는 확산속도에 의해 주로 결정된다. 미세적으로 보면, 확산속도에 의해서 검지부 표면에서 멀어지는 쪽으로 타겟물질의 농도구배가 발생하며, 이러한 농도구배 때문에 검지부 표면에는 매우 낮은 농도의 타겟물질이 유지된다. 이러한 농도구배는 타겟용액에 대류를 발생시켜 제거할 수 있으며, 이는 검지부 표면에 타겟물질의 농도를 높여 센서 검지속도를 향상시킬 수 있다.
특히, 대류에 의한 유체이동은 센서 검지부 표면에 전단응력을 발생시키며, 이는 검지부 표면에 비선택적으로 흡착된 물질들을 제거할 수 있다. 비선택적 반응 물질은 선택적 반응 물질에 비해 센서 검지부와의 결합력이 작기 때문에, 전단응력의 크기를 조절하여 비선택적 반응만을 제거할 수 있다. 이는 검지부 표면에 붙는 비선택적 반응물질을 제거하기 때문에 센서의 선택적 검지능을 향상시킬 수 있다.
또한 검지부 표면에 존재하는 리셉터는, 타겟물질이 아닌 비타겟물질(30)에 의해 가려져 있어 타겟물질과 반응하는 것을 방해할 수 있으며, 이를 전단응력을 통해 제거함으로써 센서의 반응량 역시 향상시킬 수 있다. 이는 센서의 검지 감도 향상에 도움을 준다.
기존의 바이오 센서 또는 바이오 실험들은 용액 속의 타겟물질이 반응하려는 표면으로 이동하는 확산과정을 거쳐 반응표면과 반응하게 된다. 따라서 전체 바이오 물질간의 반응속도는 타겟물질이 용액 내에서 얼마나 빨리 이동하는가가 전체 반응속도를 결정하는 주요 요인으로 작용한다. 또한 종래의 기술들은 타겟 또는 비타겟물질(30)이 반응표면에 비선택적으로 흡착되는 경우가 많았으며, 이는 정확한 반응량 측정을 어렵게 하는 요인으로 작용하였다. 따라서 종래의 기술들은 비선택적 흡착을 제거하기 위하여 반응이 진행된 반응표면을 여러 번 세척하는 반복적인 작업을 거치게 되며, 이러한 세척과정은 많은 시간을 필요로 하고, 선택적 흡착까지 제거 또는 원치 않는 물질들의 유입 등의 문제가 발생할 수 있었다.
본 발명의 실시예는 센서의 검지부에 해당하는 반응기판을 원판형 회전기판에 부착하여, 타겟물질이 포함된 용액 안에서 회전시키면서 타겟물질과 검지부분인 반응기판과 반응시키고, 타겟물질과 반응이 완료된 반응기판을 선택된 반응량 측정방법을 통해서 바이오 타겟물질의 반응정도를 빠르고 정확하게 분석할 수 있는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템은 일면에 반응기판의 일면이 탈부착 관계로 면결합되는 회전기판, 반응기판과 반응하는 타겟물질이 포함된 타겟용액을 저장하는 반응챔버, 회전기판의 타면에 일측이 결합되어 회전기판을 회전시켜 타겟용액의 대류에 의해 반응기판의 표면에 전단응력을 발생시키는 구동력을 발생하는 구동부, 그리고 타겟용액의 타겟물질과 반응이 완료된 반응기판을 미리 설정된 반응 분석으로 타겟물질의 반응정도를 분석하는 분석부를 포함한다.
반응기판에 결합되어 타겟물질과 선택적으로 반응하는 리셉터를 더 포함할 수 있다. 리셉터는 반응기판에 코팅될 수 있다. 반응기판은 비오틴(Biotin)이 코팅된 이산화규소(SiO2) 기판을 포함할 수 있다. 이산화규소(SiO2) 기판과 비오틴 사이에 개재되어 비오틴을 이산화규소(SiO2) 기판에 고정시키는 중간층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 중간층은 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyl-triethoxysilane ; 3-APTES)을 포함할 수 있다.
회전기판의 일면에서 반응기판의 일측에 구비되어 반응기판과 비선택적 반응량을 비교할 수 있는 레퍼런스 기판을 더 포함할 수 있다. 레퍼런스 기판은 이산화규소(SiO2) 기판을 포함할 수 있다. 타겟물질은 형광물질을 포함할 수 있다.
반응 분석은 바이오 반응 분석을 포함하며, 반응 분석은 형광 분석, ELISA 분석 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석방법은 a) 반응기판을 준비하는 단계, b) 반응기판을 회전기판에 실장하는 단계, c) 회전기판을 타겟물질이 포함된 타겟용액 속에 침지하는 단계, d) 회전기판을 회전시켜 타겟용액의 대류에 의해 반응기판의 표면에 전단응력을 발생시키는 단계, 그리고 e) 타겟용액의 타겟물질과 반응이 완료된 반응기판을 미리 설정된 반응량 측정방법으로 측정하여 타겟물질의 반응정도를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
반응표면을 회전기판에 부착하여 타겟물질과 반응시키고 원하는 바이오 반응 분석방식을 통해 타겟물질과의 반응 현상을 분석할 수 있으며, 타겟물질과 반응리셉터 간의 반응속도 향상, 선택적 검지능 향상, 검출감도 향상, 그리고 정량적 반응 분석을 진행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템을 이용한 실험예의 진행과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템에서 측면흐름이 반응기판과 타겟물질에 주는 효과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타겟용액의 대류에 의해 반응기판의 표면에 전단응력을 발생시키는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템을 이용한 실험예의 결과를 나타낸 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 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.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템을 이용한 실험예의 진행과정을 도시한 진행 모식도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템은 회전기판(100), 반응챔버(120), 구동부(110), 분석부(200)를 포함한다.
회전기판(100)은 일면에 반응기판(10)의 일면이 탈부착 관계로 면결합된다. 반응기판(10)에 결합되어 타겟물질(22)과 선택적으로 반응하는 리셉터(16)를 더 포함할 수 있다. 리셉터(16)는 반응기판(10)에 코팅될 수 있다. 반응기판(10)은 비오틴(Biotin)이 코팅된 이산화규소(SiO2) 기판(12)을 포함할 수 있다. 이산화규소(SiO2) 기판(12)과 비오틴 사이에 개재되어 비오틴을 이산화규소(SiO2) 기판(12)에 고정시키는 중간층(14)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 중간층(14)은 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyl-triethoxysilane ; 3-APTES)을 포함할 수 있다.
회전기판(100)에는 반응을 시킬 수 있는 반응기판(10)과 비선택적 반응량을 비교할 수 있도록 레퍼런스 기판(10a)이 함께 부착된다. 즉, 회전기판(100)의 일면에서 반응기판(10)의 일측에 구비되어 반응기판(10)과 비선택적 반응량을 비교할 수 있는 레퍼런스 기판(10a)을 더 포함할 수 있다. 레퍼런스 기판(10a)은 이산화규소(SiO2) 기판(12)을 포함할 수 있다. 이때 반응기판(10)과 레퍼런스 기판(10a)의 크기는 상관없으며, 작을수록 많은 양의 분석을 동시에 진행할 수 있다. 반응기판(10)에는 특정 타겟물질(22)과 반응할 수 있는 리셉터(16)가 코팅되어 있어 타겟물질(22)과 선택적으로 반응할 수 있다. 타겟물질(22)은 형광물질(20)을 포함할 수 있다.
반응챔버(120)는 반응기판(10)과 반응하는 타겟물질(22)이 포함된 타겟용액(122)을 저장한다. 반응챔버(120)는 난류를 발생시키지 않는 원형의 페트리 디쉬 등을 활용하며, 타겟용액(122)을 저장한다.
구동부(110)는 회전기판(100)의 타면에 일측이 결합되어 회전기판(100)을 회전시켜 타겟용액(122)의 대류에 의해 반응기판(10)의 표면에 전단응력을 발생시키는 구동력을 발생한다. 구동부(110)는 저속(300rpm 이하) 조절이 가능한 상용화된 모터를 포함할 수 있다.
분석부(200)는 타겟용액(122)의 타겟물질(22)과 반응이 완료된 반응기판(10)을 미리 설정된 반응 분석으로 타겟물질(22)의 반응정도를 분석한다. 여기서, 반응 분석은 바이오 반응 분석을 포함하며, 반응 분석은 형광 분석, ELISA 분석 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바이오 반응 분석방식을 통해 타겟물질(22)과의 반응 현상을 분석할 수 있다. 먼저, 형광현미경을 통한 반응 분석을 할 수 있다. 2시간의 반응이 완료된 후, 회전기판(100)을 깨끗한 인산염완충식염수(PBS ; Phosphate-buffered saline) 용액에서 세척한 뒤, 형광현미경을 통해 반응기판(10)의 반응을 분석한다. 한편, 반응기판(10)만 따로 분리하여 원하는 분석장비로 분석할 수도 있다. 반응기판(10)을 회전기판(100)으로부터 분리하여 원하는 분석 방법, 즉, 형광현미경 분석뿐만 아니라 표면 플라스몬 공명(SPR ; Surface plasmonic resonance), 효소결합면역흡착측정법(ELISA ; Enzyme-linked immunosorbent assay), 전류측정, 정전용량 측정 등 다양한 방법으로 분석할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석방법은 a) 반응기판(10)을 준비하는 단계(S10), b) 반응기판(10)을 회전기판(100)에 실장하는 단계(S20), c) 회전기판(100)을 타겟물질(22)이 포함된 타겟용액(122) 속에 침지하는 단계(S30), d) 회전기판(100)을 회전시켜 타겟용액(122)의 대류에 의해 반응기판(10)의 표면에 전단응력을 발생시키는 단계(S40), 그리고 e) 타겟용액(122)의 타겟물질(22)과 반응이 완료된 반응기판(10)을 미리 설정된 반응량 측정방법으로 측정하여 타겟물질(22)의 반응정도를 분석하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템을 이용한 실험예의 진행과정을 설명한다. 센서의 검지부에 해당하는 반응기판(10)을 원판형 회전기판(100)에 부착하여, 타겟물질(22)이 포함된 타겟용액(122) 안에서 회전시키면서 타겟물질(22)과 검지부분인 반응기판(10)과 반응시킨다. 그리고 타겟물질(22)과 반응이 완료된 반응기판(10)을 선택된 반응량 측정방법을 통해서 타겟물질(22)의 반응정도를 분석한다.
먼저, 반응기판(10)을 준비한다(S10). 비오티닐화(Biotinylation) 방법을 통한 비오틴(Biotin)이 코팅된 이산화규소(SiO2) 반응기판(10)을 준비한다. 이때 비오틴을 이산화규소 반응기판(10)에 고정시키기 위하여 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyl-triethoxysilane ; 3-APTES) 중간층(14)을 먼저 코팅한다.
회전기판(100)에 반응기판(10)을 고정한다(S20). 이때 준비된 반응기판(10)의 반응표면이 타겟물질(22)과 반응하도록 회전기판(100)에 부착한다. 이때 레퍼런스로 아무런 코팅이 되지 않은 이산화규소(SiO2) 반응기판(10)을 같이 부착하여 추후 반응 분석의 레퍼런스로 활용할 수 있다.
회전기판(100)을 모터에 고정한다. 준비된 회전기판(100)을 모터에 고정시킨 후, 타겟물질(22)을 포함한 타겟용액(122)에 넣는다(S30). 이때 타겟물질(22)은 추후 형광분석이 가능하도록, 형광물질(20)이 결합되어 있는 타겟물질(40)을 사용한다. 본 실험 예에서는 형광물질(20)인 플루오레세인이소티오시안산염(FITC ; Fluorescein isothiocyanate)이 결합된 스트렙타아비딘(Streptavidin)을 예로 들었다.
회전기판(100)을 회전시키면서 반응을 진행한다(S40). 회전기판(100)을 회전시키면서 스트렙타아비딘(Streptavidin)과 비오틴 간의 반응을 진행한다. 이때 회전속도는 50rpm 내지 300rpm 범위에서 진행한다. 2시간 동안 반응을 진행하며, 10분 간격으로 반응기판(10)을 회전기판(100)으로부터 떼어 내서 중간 반응량을 확인할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 센서의 검지부에 해당하는 반응기판(10)을 원판형 회전기판(100)에 부착하여, 타겟물질(22)이 포함된 타겟용액(122) 안에서 회전시키면서 타겟물질(22)과 검지부분인 반응기판(10)과 반응시킨다. 타겟물질(22)과 반응이 완료된 반응기판(10)을 원하는 반응량 분석방법(형광분석, ELISA 분석 등)을 통해서 타겟물질(22)의 반응정도를 분석한다(S50).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템에서 측면흐름이 반응기판과 타겟물질에 주는 효과를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 회전기판(100)의 회전에 따라 발생하는 측면흐름이, 회전기판(100)에 부착된 반응기판(10)에 주는 효과를 보여준다. 도 2의 상부(2A)를 참조하면 선택적으로 흡착된 타겟물질(40) 안에 존재하는 비타겟물질(30)이 받는 효과를 보여주며, 정지유속 조건에서는 반응기판(10)의 리셉터(16)가 비타겟물질(30)에 의해 가려져 타겟물질(40)과 리셉터(16)의 반응을 방해하게 된다. 하지만 측면 유속조건에서 발생한 전단응력에 의해 약하게 결합된 비타겟물질(30)을 제거하게 된다. 이는 비타겟물질(30)에 의해 가려져 있던 리셉터(16)를 활성화 시킴으로써 기존 정지유속 조건의 반응에 비해 측면유속 조건에서 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)의 높은 반응량을 얻을 수 있도록 한다.
도 2의 하부(2B)를 참조하면 비선택적으로 흡착된 타겟물질(40a)이 두 조건하에서 반응기판(10)과 반응하는 양상을 보여준다. 정지 유속조건에서는 비선택적으로 흡착된 타겟물질(40a)이 반응기판(10)의 리셉터(16)와 선택적 반응 및 비선택적 흡착을 동시에 진행하며, 비선택적으로 흡착된 타겟물질(40a)은 정확한 반응량 측정을 어렵게 한다. 하지만 측면 유속조건에서는 상대적으로 약하게 결합된 비선택적 흡착 물질이 전단응력에 의해 제거됨으로써 강한 결합의 선택적 반응만을 남기게 된다. 따라서 선택적이고 정확한 반응결과를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타겟용액(122)의 대류에 의해 반응기판의 표면에 전단응력을 발생시키는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 반응챔버(120) 내부의 타겟용액(122) 흐름을 도시한 도면으로, 상부 좌측부(3A)는 반응챔버(120) 내부에 형성되는 타겟용액(122)의 흐름 크기 및 방향(시뮬레이션 결과)을 나타낸다. 그리고 상부 우측부(3B)는 회전기판(100) 표면에 형성되는 타겟용액(122) 흐름 크기 및 방향(시뮬레이션 결과)을 나타낸다. 상기한 바와 같이 도 3A, 3B는 반응챔버(120) 내부 또는 회전기판(100) 표면에 형성되는 타겟용액(122)의 흐름 방향 및 크기(시뮬레이션 결과)를 보여주고 있으며, 반응기판(10)이 고정되어 있는 회전기판(100)의 측면 부분(예, 회전기판(100) 중심으로부터 15mm 지역)에서 타겟용액(122)의 측면 흐름이 발생한다.
그리고 하부(3C)는 반응기판(10) 표면에 흐르는 타겟용액(122)의 측면 흐름 모식도와 그에 따른 효과를 나타낸다. 참고로, 타겟물질의 물질전달량 증가, 타겟물질과 리셉터(16) 간의 충돌량 향상, 반응기판(10) 표면의 약한 전단응력 발생의 효과가 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)이 포함된 타겟용액(122) 안에서 반응기판(10)의 반응표면을 회전시킴으로써 타겟용액(122)의 대류를 발생시키고, 이는 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)이 반응표면으로 더욱 빠르게 이동할 수 있다. 그리고 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)의 전하량에 상관없이 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)과 반응하는 선택적으로 흡착된 타겟물질(40) 간의 거리를 균일하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 유도되는 타겟용액(122)의 대류는 반응기판(10) 표면에 전단응력을 발생시킬 수 있다. 전단응력은 반응기판(10)의 표면에 상대적으로 약하게 결합되어 있는 비선택적으로 흡착된 타겟물질(40a)을 효율적으로 제거할 수 있고, 상대적으로 강하게 결합된 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)만을 남겨 선택성을 향상시킬 수 있다. 반응기판(10) 표면에 형성되는 타겟용액(122)의 측면흐름은 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)과 리셉터(16) 간의 충돌량을 증가시키며 이는 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)과 리셉터(16)의 반응량을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템을 이용한 실험예의 결과를 나타낸 사진이다. 도 4를 참조하면, 실험예의 분석 결과는 서로 다른 회전속도에서 반응기판(10)과 반응한 타겟물질의 형광량 차이 측정 이미지(4A)와 측정된 이미지의 라인(Line) 스캔 분석 그래프(4B), 그리고 회전속도에 따른 타겟물질 반응량 그래프(4C)로 구분하여 나타낼 수 있다. 도 4A는 i)0rpm에서 반응시킨 결과와 ii) 150rpm으로 반응시킨 결과를 각각 보여준다. 도 4A에서 왼쪽은 레퍼런스 기판(10a), 오른쪽은 비오틴이 코팅된 반응기판(10)을 보여준다. 도 4A의 오른쪽에 있는 반응기판(10)만을 비교하였을 때, 150rpm으로 회전시켰을 때 더 밝은 것을 볼 수 있다. 이는 회전시키는 조건에서 보다 높은 반응량을 보임을 의미한다.
도 4B는 형광 세기의 라인 분석을 통해 얻은 그래프로써, 4A에 검은색과 빨간색으로 측정 위치를 표시하였다. 4B에서 왼쪽의 낮은 값들(6k와 9k의 형광 세기)은 레퍼런스에서 얻어지는 결과이며, 오른쪽의 높은 값(14k와 20k의 형광세기)은 비오틴이 코팅된 반응기판(10)의 형광세기를 의미한다. 그래프를 통해 각 기판에서의 확연한 반응 차이를 확인할 수 있다.
도 4C는 회전속도에 따른 반응기판(10)의 반응세기를 분석한 그래프이다. 본 발명의 실시예에서는 50rpm까지 급격한 반응량 향상을 얻을 수 있었으며, 50rpm 이상에서는 완만한 반응량 향상을 얻을 수 있었다.
본 발명의 실시예는 검지 목적이 되는 바이오 타겟물질을 빠르고 정확하게 검지할 수 있다. 원판형 회전기판(100)에 타겟물질(22)과 반응하는 리셉터(16)가 코팅된 반응기판(10)을 부착하고, 이를 타겟물질(22)을 포함한 타겟용액(122)에서 회전시킴으로써 타겟물질(22)과 반응 리셉터(16) 간의 반응속도 향상, 선택적 검지능 향상, 검출감도 향상, 그리고 정량적 반응 분석을 진행할 수 있다. 본 발명의 실시예는 사용이 간단하기에 저비용으로 제작 가능하며, 기존의 바이오 센서 및 분석기법 등과 직접 결합하여 고속, 고감도 바이오 센서 제작이 가능하다.
본 발명의 실시예는 바이오 물질간의 반응속도, 반응량, 선택적 반응을 향상시킬 수 있는 방법으로써, 바이오 물질간의 반응을 활용하는 모든 기술에 적용 가능하다. 특히 특정 바이오 물질을 검지하는 바이오 센서 분야나 바이오 반응 실험에 유용하게 적용될 수 있다. 예를 들어 병원체를 검지하는 센서에 있어 타겟물질(22)이 센서의 검지부와 반응하는데 걸리는 시간을 크게 줄 일 수 있고, 선택적 검지와 검지감도를 향상시킬 수 있다. 또한 항원-항체 반응, DNA 결합 반응, 세포의 약물반응을 분석하는 실험에 있어서 같은 목적으로 활용할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 타겟물질(22)의 확산에 의존하는 종래의 바이오 반응 방식과 달리, 반응기판(10)의 회전을 통하여 원하는 바이오 반응의 반응속도, 반응량, 선택적 검지, 정량적 분석이 가능한 기술을 개발한다. 회전기판(100)을 사용함으로써 발생할 수 있는 효과 및 이점은 아래와 같다.
반응표면의 탈부착이 가능한 시스템으로써, 다양한 센서 및 바이오 반응 시스템에 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 단순히 종래의 기술에서 사용되던 반응표면을 회전기판(100)에 부착하여 타겟물질(22)과 반응시킨다. 그 뒤 원하는 바이오 반응 분석방식(형광분석, ELISA 분석 등)을 통해 타겟물질(22)과의 반응 현상을 분석할 수 있다.
먼저 반응속도 향상을 설명한다. 종래의 방법은 타겟물질의 확산에 의해 타겟물질의 농도구배가 발생하여 반응표면에 매우 낮은 농도의 타겟물질이 남게 되지만, 본 발명은 타겟물질(22)이 포함된 타겟용액(122) 안에서 반응표면을 회전시킴으로써 타겟용액(122)의 대류를 발생시키고, 이는 타겟물질(22)이 반응표면으로 더욱 빠르게 이동할 수 있도록 도와준다. 따라서 확산에 의존하는 기존의 반응 방식에 비해 빠른 반응속도를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에서 유도되는 타겟용액(122)의 대류는, 반응기판(10) 표면에 전단응력을 발생시킨다. 전단응력은 표면에 상대적으로 약하게 결합되어 있는 비선택적으로 흡착된 타겟물질(40a)을 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서 상대적으로 강하게 결합된 선택적으로 흡착된 타겟물질(40)만을 남겨 선택성을 향상시킬 수 있다.
반응기판(10) 표면에 형성되는 타겟용액(122)의 측면흐름은 타겟물질(22)과 리셉터(16) 간의 충돌량을 증가시키며, 이는 타겟물질(22)과 리셉터(16)의 반응량을 향상시킬 수 있다. 또한, 실제 바이오 시료에는 타겟물질(22)뿐만 아니라 타겟물질(22)이 유지될 수 있도록 다양한 비타겟물질(30)이 포함되어 있다. 이러한 비타겟물질(30)은 반응시키려는 반응표면에 비선택적으로 흡착되어, 타겟물질(22)과의 선택적 흡착을 방해하기 때문에 전체 타겟물질(22)과의 반응량이 감소하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 회전기판(100)에 의해 발생한 전단응력은 이러한 비타겟물질(30)의 비선택적 흡착을 제거하여 검지능을 향상시킬 수 있다.
실제 바이오 실험에서는 타겟용액(122)의 다양한 실험 조건들(pH, 이온농도 등)에 의해서 전체 반응량이 달라지게 되며, 이는 바이오 물질반응의 정량적 분석에 어려움을 준다. 구체적으로, 실험조건에 따라 타겟물질(22)과 반응물질이 띄는 전하량이 달라지게 되며, 이는 타겟물질(22)과 반응물질 사이에 발생하는 척력 또는 인력의 변화를 가져오기에 두 물질간의 반응량 차이가 발생한다. 본 발명의 실시예에서 얻어지는 대류 현상은 타겟용액(122) 내의 타겟물질(22) 이동속도를 향상시키고, 따라서 타겟물질(22)의 운동량이 증가하게 된다. 이는 타겟물질(22)의 전하량에 상관없이 타겟물질(22)과 반응물질 간의 거리를 균일하게 유지시킬 수 있으며, 따라서 실험조건에 상관없이 균일한 반응량을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 회전기판 적용 생체물질 분석시스템 및 방법은 바이러스, 항원항체, DNA, 세포 등의 바이오 반응을 검지하는 설비(센서, 증폭기 등) 및 실험에 직접 적용될 수 있으며, 또한 반응 실험을 필요로 하는 많은 분야에 그 원리가 활용될 수 있다. 예를 들어, 가스센서에 있어서 가스센서의 가스 검지부를 빠르게 회전시키면서 검지부 주변 공기의 대류를 유도하여 반응 가스의 움직임을 활발히 하여 검지속도를 향상시킬 수 있으며, 또한 액상에서 진행하는 실험인 촉매반응 실험 등에 같은 목적으로 활용될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 ; 반응기판 10a ; 레퍼런스 기판
12 ; 이산화규소 기판 14 ; 중간층
16 ; 리셉터 20 ; 형광물질
22 ; 타겟물질 30 ; 비타겟물질
100 ; 회전기판 110 ; 구동부
120 ; 반응챔버 122 ; 타겟용액
200 ; 분석부

Claims (16)

  1. 일면에 반응기판의 일면이 탈부착 관계로 면결합되어 실장되는 회전기판,
    상기 반응기판과 반응하는 타겟물질이 포함된 타겟용액을 저장하는 반응챔버,
    상기 회전기판의 타면에 일측이 결합되어 상기 회전기판을 회전시켜 상기 타겟용액의 대류에 의해 상기 회전기판의 측면 부분에서 상기 타겟용액의 측면 흐름으로 상기 반응기판의 표면에 전단응력을 발생시키는 구동력을 발생하는 구동부, 그리고
    상기 타겟용액의 상기 타겟물질과 반응이 완료된 상기 반응기판을 미리 설정된 반응 분석으로 상기 타겟물질의 반응정도를 분석하는 분석부
    를 포함하며,
    상기 회전기판의 일면에서 상기 반응기판의 일측에 구비되어 상기 반응기판과 비선택적 반응량을 비교할 수 있는 레퍼런스 기판을 더 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 반응기판에 결합되어 상기 타겟물질과 선택적으로 반응하는 리셉터를 더 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 리셉터는 상기 반응기판에 코팅되는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 반응기판은 비오틴(Biotin)이 코팅된 이산화규소(SiO2) 기판을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 이산화규소(SiO2) 기판과 상기 비오틴 사이에 개재되어 상기 비오틴을 상기 이산화규소(SiO2) 기판에 고정시키는 중간층을 더 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 중간층은 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyl-triethoxysilane ; 3-APTES)을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에서,
    상기 레퍼런스 기판은 이산화규소(SiO2) 기판을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  9. 제1항에서,
    상기 타겟물질은 형광물질을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 반응 분석은 형광 분석, ELISA 분석 중 하나 이상을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석시스템.
  11. a) 반응기판을 준비하는 단계,
    b) 상기 반응기판을 회전기판의 일면에 탈부착 관계로 면결합하여 실장하는 단계,
    c) 상기 회전기판을 타겟물질이 포함된 타겟용액 속에 침지하는 단계,
    d) 상기 회전기판을 회전시켜 상기 타겟용액의 대류에 의해 상기 회전기판의 측면 부분에서 상기 타겟용액의 측면 흐름으로 상기 반응기판의 표면에 전단응력을 발생시키는 단계, 그리고
    e) 상기 타겟용액의 상기 타겟물질과 반응이 완료된 상기 반응기판을 미리 설정된 반응량 측정방법으로 측정하여 상기 타겟물질의 반응정도를 분석하는 단계
    를 포함하며,
    상기 회전기판의 일면에서 상기 반응기판의 일측에 구비되어 상기 반응기판과 비선택적 반응량을 비교할 수 있는 레퍼런스 기판을 더 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석방법.
  12. 제11항에서,
    상기 반응기판에 결합되어 상기 타겟물질과 선택적으로 반응하는 리셉터를 더 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석방법.
  13. 제12항에서,
    상기 반응기판은 비오틴(Biotin)이 코팅된 이산화규소(SiO2) 기판을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에서,
    상기 레퍼런스 기판은 이산화규소(SiO2) 기판을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석방법.
  16. 제11항에서,
    상기 타겟물질은 형광물질을 포함하는 회전기판 적용 생체물질 분석방법.
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