KR102306937B1 - 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물 및 이를 이용한 표준 스트립 - Google Patents

바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물 및 이를 이용한 표준 스트립 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자점 함유 나노입자를 포함하는 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 상기 표준물질 조성물로 제조된 표준 스트립 및/또는 표준 트레이를 통해 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높일 수 있다.

Description

바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물 및 이를 이용한 표준 스트립{STANDARD REFERENCE MATERIAL COMPOSITION FOR VERIFICATION OF BIO-ANALYSIS EQUIPMENT AND STANDARD REFERENCE STRIP USING THE SAME}
본 발명은 바이오 분석기기의 분석 정확도를 검증(보정)할 수 있는 표준물질 조성물 및 이를 이용한 표준 스트립에 관한 것이다.
물체에 투과, 반사, 굴절되는 복사 에너지를 파장의 함수로 측정하는 광학적 검출방법은 사용이 쉽고 정확하며, 소형화 내지 휴대화가 용이하고, 저렴한 가격으로 다양한 반응에 이용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이에 광학적 검출방법은 화학, 물리학, 생화학, 면역학, 효소학, 분자생물학, 식품학 등과 같은 다양한 분야에 적용되고 있다.
상기 광학적 검출방법의 예로는, 광학부가 구비된 바이오 분석기기에 측방유동 스트립(Lateral flow strip) 또는 마이크로플루이딕 칩(Microfluidic chip)을 적용하여 검출(분석)하는 방법을 들 수 있다.
그런데 상기 분석기기의 제조에 있어서, 분석기기마다 장착되는 하드웨어의 구성이 동일하게 설계됨에도 불구하고 구성품의 전자기적 특성의 편차 및 각 구성 조합의 편차 등 다양한 변수로 인해 제조되는 다수의 분석기기가 동일한 발광 신호에 대하여 동일한 데이터를 획득하지 못하는 문제가 있다. 이는 발광 신호 강도를 측정하여 검출 물질을 정량적으로 진단 및 분석함에 있어, 그 결과에 대한 분석 정확도(신뢰성) 저하를 야기하게 된다.
따라서 다수의 분석기기를 통해 검출을 진행할 때, 요구되는 발광 신호 강도를 나타내도록 기준이 되는 표준물질을 이용하여 분석기기들의 발광 강도 편차를 보정하는 검증 과정이 요구된다. 이에 따라 종래에는 골드 또는 라텍스 등이 혼합된 잉크, 또는 유로퓸(europium) 등의 형광체가 표준물질로 사용되어 분석기기들의 검증 과정이 이루어진 바 있다.
그러나 상기 잉크는 색도표를 기준으로 인쇄하는 과정을 거쳐 표준물질로 제조되기 때문에 인쇄 과정이 이루어질 때마다 색표현의 오차가 발생하고, 외부에 노출 시 쉽게 오염되어 그 수명이 길지 못한 문제점이 있다. 또한 상기 형광체는 표준물질의 제조과정에서 광퇴색(photobleaching) 현상이 발생하거나 빛, 온도 또는 습도 등의 변화에 민감하여 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높이기 위해 개선된 표준물질의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국등록특허공보 제10-1876151호
본 발명은 바이오 분석기기의 분석 정확도를 검증(보정)할 수 있는 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 상기 표준물질 조성물로 제조된 표준 스트립을 제공하고자 한다.
또 본 발명은 상기 표준물질 조성물로 제조된 표준 트레이를 제공하고자 한다.
또 본 발명은 상기 표준 스트립 및/또는 상기 표준 트레이를 이용한 바이오 분석기기의 검증 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 양자점 함유 나노입자를 포함하는 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물을 제공한다.
상기 양자점 함유 나노입자는, 코어부; 상기 코어부의 표면에 결합된 양자점부; 및 상기 코어부와 상기 양자점부를 보호하는 쉘부를 포함할 수 있다.
상기 양자점부는 복수의 양자점포설층을 포함할 수 있다.
상기 쉘부는 복수의 실리카쉘층을 포함할 수 있다.
상기 양자점 함유 나노입자는, 상기 코어부와 상기 쉘부의 결합을 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
한편 본 발명은, 상기 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 하나 이상의 발광 라인을 포함하는 표준 스트립을 제공한다.
상기 발광 라인은 복수로 구비되며, 복수의 발광 라인 간에 양자점의 농도가 서로 상이할 수 있다.
상기 발광 라인은 복수로 구비되며, 복수의 발광 라인 간에 발광 신호 강도가 서로 상이할 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 발광부를 포함하는 표준 트레이를 제공한다.
또 본 발명은, 상기 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 발광부를 포함하는 표준 트레이에 광원을 조사하는 단계; 상기 조사된 광원에 의해 발광하는 상기 발광부의 발광 강도 값이 바이오 분석기기의 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위에 해당되는지 판단하는 단계; 및 상기 판단에 의해 상기 발광 강도 값이 상기 표준 발광 강도 값 범위에 해당되도록 상기 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위를 1차 보정하는 단계를 포함하는 바이오 분석기기의 검증 방법을 제공한다.
이러한 본 발명의 바이오 분석기기의 검증방법은 상기 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 하나 이상의 발광 라인을 포함하는 표준 스트립을 통해 상기 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값을 2차 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 양자점 함유 나노입자를 포함하는 표준물질 조성물로 제조된 표준 스트립 및/또는 표준 트레이를 이용하여 바이오 분석기기의 광학부의 보정을 수행함으로써 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높일 수 있다. 따라서 본 발명은 신뢰성이 높은 바이오 검출(분석) 결과를 제공하는 것에 기여할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 양자점 함유 나노입자를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 표준 스트립을 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 표준 스트립의 제조과정을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 표준 트레이를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 표준 어셈블리를 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 바이오 분석기기의 검증 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 11을 본 발명에 따른 실험예 1을 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 광퇴색(photobleaching) 현상이 거의 없고, 빛, 온도 또는 습도 등의 변화에 민감하지 않은 양자점(quantum dot)을 바이오 분석기기의 검증(보정)을 위한 표준물질에 도입하여 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높이면서, 수명이 향상된 표준물질을 제공하고자 한 것으로, 이러한 본 발명에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 양자점 함유 나노입자를 포함하는 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물(이하, '표준물질 조성물' 이라 함)을 제공한다. 본 발명에 따른 표준물질 조성물은 바이오 분석기기로 바이오 시료(생물학적 시료)를 검출(분석)하기 전에 바이오 분석기기가 정확한 검출 값(분석 값)을 나타낼 수 있도록 바이오 분석기기를 검증(보정)하는 데에 활용하는 조성물로 정의할 수 있다.
본 발명에 따른 표준물질 조성물에 포함되는 양자점 함유 나노입자는 양자점을 함유하는 것이라면 특별히 한정되지 않을 수 있다. 즉, 상기 양자점 함유 나노입자는 양자점 입자만으로 이루어져 있거나, 양자점 입자와 다른 성분이 복합된 것일 수 있다. 이때, 본 발명에서 양자점이란 반도체 물질로서 원자가 5 내지 10층 정도의 층을 이루어 구형을 나타내면서 반지름은 통상 10 nm 이하이고, 일정 크기 이하로 작아지면 벌크 상태의 반도체 물질 내 전자운동 특성이 더욱 제약을 받게 되어 벌크 상태와는 발광 파장이 달라지는 양자제한(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질로 정의될 수 있다. 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면 자체적으로 해당하는 에너지 밴드갭(band gab)에 따른 에너지를 방출하는 발광 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 양자점 함유 나노입자는 구체적으로, 양자점 입자 또는 도 1에 도시된 코어부(10), 양자점부(20) 및 쉘부(30)를 포함하는 양자점 함유 나노입자일 수 있다. 상기 코어부(10), 양자점부(20) 및 쉘부(30)를 포함하는 양자점 함유 나노입자에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 양자점 함유 나노입자에 포함되는 코어부(10)는 유기물 입자 또는 무기물 입자를 포함할 수 있다. 상기 무기물 입자는 구체적으로 실리카, 알루미나, 이산화티타늄 및 이산화아연으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분으로 이루어진 것일 수 있다. 이러한 무기물 입자는 안정성이 높아, 이를 코어부(10)에 적용할 경우, 코어부(10)의 크기와 더불어 양자점 함유 나노입자의 크기를 용이하게 조절할 수 있으며, 이로 인해 다양한 입자 크기를 가지면서 광학 특성(발광 특성)도 우수한 양자점 함유 나노입자를 얻을 수 있다.
이러한 코어부(10)의 직경은 10 내지 100,000 nm, 구체적으로는 80 내지 1,000 nm일 수 있다. 코어부(10)의 직경이 상기 범위 내임에 따라 양자점 함유 나노입자의 핸들링 및 추가 후처리가 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 양자점 함유 나노입자에 포함되는 양자점부(20)는 상기 코어부(10)의 표면에 결합되는 것으로, 양자점 함유 나노입자가 광학 특성을 나타낼 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로 양자점부(20)는 복수의 양자점이 상기 코어부(10)의 표면을 전체적으로 둘러싸는 구조(단일 양자점포설층)로 이루어질 수 있다. 또한 양자점부(20)에 포함된 양자점은 상기 쉘부(30)의 성분인 실리카와 가교 결합을 형성할 수 있으며, 상기 가교 결합을 통해 쉘부(30)의 성분인 실리카에 양자점이 랜덤 또는 균일하게 결합된 구조를 나타낼 수 있다.
일례로, 상기 양자점부(20)의 양자점은 양 말단에 작용기를 갖는 물질로 개질되는 과정을 통해 상기 코어부(10)의 표면에 균일하게 분산 결합될 수 있으며, 이로 인해 양자점부(20)가 형성될 수 있다. 상기 양 말단에 작용기를 갖는 물질은 구체적으로 일측 말단에 황, 질소 및 인으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원자를 포함하는 작용기와, 타측 말단에 실란기, 아미노기, 설폰기, 카르복시기 및 하이드록시기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 작용기가 결합된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 양 말단에 작용기를 갖는 물질은 머캅토프로필트리메톡시실란, 머캅토메틸디에톡시실란, 머캅토프로필메틸디메톡시실란, 또는 머캅토프로필트리에톡시실란일 수 있다.
한편, 상기 양자점부(20)에 포함되는 양자점은 II-VI족 계열의 반도체 성분, III-V족 계열의 반도체 성분 또는 IV-IV족 계열의 반도체 성분으로 이루어진 단일 코어 구조이거나, 단일 코어에 II-IV족 계열의 반도체 성분이 코팅되어 코팅층이 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 이는 상술한 양자점 입자에도 적용될 수 있다.
상기 II-VI족 계열의 반도체는 주기율표상의 IIB족 원소 중 적어도 하나와, VIB족 원소 중 적어도 하나가 결합된 것일 수 있다. 구체적으로 II-VI족 계열의 반도체는 CdS, CdSe, CdTe, ZnSe, ZnS, PbS, PbSe, HgS, HgSe, HgTe, CdHgTe 및 CdSexTe1-x로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 계열의 반도체는 구체적으로 GaAs, InAs 및 InP로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
여기서 양자점은 단일 코어 구조보다 단일 코어에 코팅층이 형성된 구조를 갖는 것이 발광 효율 측면에서 보다 바람직할 수 있다. 이는 상기 코팅층이 단일 코어를 보호하는 보호층(passivation layer) 역할을 하여 양자점의 안정성을 높일 수 있기 때문이다. 구체적으로 양자점으로는 CdSe 또는 CdS로 이루어진 단일 코어에 ZnS로 이루어진 코팅층이 형성된 것이거나, CdSe로 이루어진 단일 코어 구조에 CdSe 또는 ZnSe로 이루어진 코팅층이 형성된 것(Type 1 양자점)이 사용될 수 있다.
또한 양자점으로는 단일 코어 구조 또는 단일 코어에 코팅층이 형성된 구조를 갖는 양자점에 소수성 유기 화합물(예를 들어, 올레산)이 코팅된 것이 사용될 수 있다.
이러한 양자점의 직경은 1 내지 50 nm, 구체적으로 1 내지 20 nm일 수 있다. 또한 양자점이 단일 코어에 코팅층이 형성된 구조를 갖는 것일 경우, 상기 단일 코어의 직경은 1 내지 20 nm, 구체적으로 2 내지 10 nm일 수 있다.
상기 양자점을 포함하는 양자점부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 양자점포설층(21, 22, 23)을 포함할 수 있다. 구체적으로 양자점부(20)는 코어부(10)의 표면을 둘러싸는 제1 양자점포설층(21), 상기 제1 양자점포설층(21)을 둘러싸는 제2 양자점포설층(22) 및 상기 제2 양자점포설층(22)을 둘러싸는 제3 양자점포설층(23)을 포함할 수 있다. 여기서 양자점포설층(21, 22, 23)의 개수는 도 2에 도시된 바로 한정되지 않고, 요구되는 양자점 함유 나노입자의 물성 및 크기에 따라 조절될 수 있다. 이와 같이 양자점부(20)가 복수의 양자점포설층(21, 22, 23)을 포함할 경우, 양자점 함유 나노입자는 다층 다중 양자점을 포함하게 되어 높은 발광 효율(quantum yield)과 개선된 밝기(brightness)를 나타낼 수 있다. 이는 본 발명에 따른 표준물질 조성물의 광학 특성(발광 특성)이 향상되는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 양자점 함유 나노입자에 포함되는 쉘부(30)는 양자점부(20)를 둘러싸도록 결합되는 것으로, 코어부(10)와 양자점부(20)를 보호하는 역할을 할 수 있다. 이러한 쉘부(30)는 주로 실리카로 이루어질 수 있다.
상기 쉘부(30)의 두께는 1 내지 1,000 nm, 구체적으로는 1 내지 300 nm일 수 있다. 쉘부(30)의 두께가 상기 범위 내임에 따라 코어부(10)와 양자점부(20)를 보호하면서 양자점 함유 나노입자가 과도하게 무거워지는 것이 방지되어 양자점 함유 나노입자의 응용성을 높일 수 있다.
이와 같은 쉘부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 실리카쉘층(31, 32, 33)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 쉘부(30)는 양자점부(20)를 둘러싸는 제1 실리카쉘층(31), 상기 제1 실리카쉘층(32)을 둘러싸는 제2 실리카쉘층(32) 및 상기 제2 실리카쉘층(32)을 둘러싸는 제3 실리카쉘층(33)을 포함할 수 있다. 여기서 실리카쉘층(31, 32, 33)의 개수는 도 3에 도시된 바로 한정되지 않고, 요구되는 양자점 함유 나노입자의 물성 및 크기에 따라 조절될 수 있다. 이와 같이 쉘부(30)가 복수의 실리카쉘층(31, 32, 33)을 포함할 경우, 쉘부(30)의 캡핑 밀도가 높아져 양자점 함유 나노입자의 안정성을 높일 수 있다. 또한 실리카쉘층(31, 32, 33)의 개수를 조절함으로써 양자점 함유 나노입자의 크기를 요구되는 수준으로 자유롭게 제어할 수 있다. 이때, 나노입자의 크기 제어는 쉘부(30)에 포함되는 실리카쉘층(31, 32, 33)의 개수를 조절하는 것과 더불어 쉘부(30)의 형성 시 반응물질의 부피를 조절하여 쉘부(30)의 두께를 제어하는 것으로도 구현될 수 있다.
한편 상기 코어부(10)의 직경(a)과 상기 쉘부(30)의 두께(b)의 비율(a:b, 길이비)은 120 내지 3:1 내지 7.5, 구체적으로 6 내지 3:1 내지 2일 수 있다. 코어부(10)의 직경과 쉘부(30)의 두께의 비율이 상기 범위 내임에 따라 양자점 함유 나노입자의 광학 특성과 더불어 안정성을 높일 수 있다.
이러한 상기 양자점 함유 나노입자는 코어부(10)와 쉘부(30)에 각각 결합되어 코어부(10)와 쉘부(30)의 결합을 지지하는 지지부(40)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 4를 참조하면, 양자점 함유 나노입자는 코어부(10)와 쉘부(30) 사이를 연결하는 브릿지(bridge) 구조의 지지부(40)를 더 포함하는 것이다. 이러한 지지부(40)를 더 포함할 경우, 코어부(10)와 쉘부(30)의 결합 밀도(가교 밀도)가 높아져 양자점 함유 나노입자의 안정성이 보다 높아질 수 있고, 이로 인해 광학 특성이 우수한 양자점 함유 나노입자를 제공할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 표준물질 조성물의 광학 특성(발광 특성)이 향상되는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 지지부(40)는 코어부(10)에 결합되는 제1 작용기를 일측 말단에 가지고, 쉘부(30)에 결합되는 제2 작용기를 타측 말단에 가지는 탄소 지지체로 형성될 수 있다. 여기서 상기 제1 작용기는 니트로기, 이미드기, 에스테르기, 말레이미드기, 요오드아세트아미드기, N-하이드록시석신이미드기 및 토실기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 또한 상기 제2 작용기는 트리메톡시실란기, 트리에톡시실란기, 디메톡시실란기, 디에톡시실란기, 메톡시실란기 및 에톡시실란기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
구체적으로 상기 탄소 지지체는 올리고에틸렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜이 주 골격 구조를 이루며, 상기 주 골격 구조의 일측 말단에 상기 제1 작용기가, 상기 주 골격 구조의 타측 말단에 상기 제2 작용기가 결합된 것일 수 있다. 또한 탄소 지지체의 분자량은 100 내지 15,000 g/mol일 수 있다. 상기 탄소 지지체가 올리고에틸렌글리콜, 또는 폴리에틸렌글리콜과 같은 주 골격 구조를 가질 경우, 양자점 함유 나노입자의 제조과정에서 용매(예를 들어, 에탄올)에 대한 분산성을 높일 수 있으며, 이로 인해 결합 밀도(가교 밀도) 및 안정성이 향상된 양자점 함유 나노입자를 제공할 수 있다.
이러한 양자점 함유 나노입자는 표준물질 조성물의 광학 특성, 작업성, 성형성 등을 고려할 때, 표준물질 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 80 중량부, 구체적으로는 1 내지 40 중량부로 표준물질 조성물에 포함될 수 있다.
한편 본 발명에 따른 표준물질 조성물은 다양한 형태로 성형이 이루어질 수 있도록 바인더 수지, 경화제, 첨가제 및 용매를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표준물질 조성물에 더 포함되는 바인더 수지는 광학 소재 분야에서 사용되는 수지라면 특별히 한정되지 않을 수 있다. 구체적으로 바인더 수지는 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리카보네이트계 수지 및 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 바인더 수지는 표준물질 조성물의 작업성, 성형성, 분산성 등을 고려할 때, 표준물질 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 50 중량부, 구체적으로는 25 내지 50 중량부로 표준물질 조성물에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 표준물질 조성물에 더 포함되는 경화제는 상기 바인더 수지의 경화 반응을 일으키는 것이라면 특별히 한정되지 않을 수 있다. 구체적으로 경화제는 옥사졸린계 경화제, 폴리이소시아네이트계 경화제, 멜라민계 경화제 및 카르보디이미드계 경화제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 경화제는 표준물질 조성물의 경화성, 작업성 등을 고려할 때, 표준물질 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부, 구체적으로는 1 내지 5 중량부로 표준물질 조성물에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 표준물질 조성물에 더 포함되는 첨가제는 광학 소재 분야에서 사용되는 첨가제라면 특별히 한정되지 않을 수 있다. 구체적으로 첨가제는 무기충전제, 레벨링제, 소포제, 분산안정제, 점도조절제, 산화방지제 및 내열안정제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 첨가제는 표준물질 조성물의 작업성, 광학 특성 등을 고려할 때, 표준물질 조성물 100 중량부를 기준으로 5 내지 50 중량부, 구체적으로는 20 내지 50 중량부로 표준물질 조성물에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 표준물질 조성물에 더 포함되는 용매는 광학 소재 분야에서 사용되는 용매라면 특별히 한정되지 않을 수 있다. 구체적으로 용매는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠 등과 같은 방향족 탄화수소계 용매; 펜탄, 헥산, 헵탄 등과 같은 지방족 탄화수소계 용매; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 사이클로헥산올, 벤질알코올, 옥탄올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세롤 등과 같은 알코올계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 디이소부틸케톤, 메틸아밀케톤 등과 같은 케톤계 용매; 에틸아세테이트, 이소프로필아세테이트, 부틸아세테이트, 에틸아세토아세테이트 등과 같은 에스테르계 용매; 및 에틸에테르, 부틸에테르, 테트라하이드로퓨란 등과 같은 에테르계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 용매는 표준물질 조성물의 작업성, 성형성 등을 고려할 때, 표준물질 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부, 구체적으로는 10 내지 20 중량부로 표준물질 조성물에 포함될 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 표준물질 조성물은 검증 디바이스에 맞게 경화 및 성형되는 과정을 거쳐 바이오 분석기기의 검증(보정)에 적용될 수 있다. 구체적으로 본 발명은 상기 검증 디바이스로 표준 스트립, 표준 트레이, 또는 표준 어셈블리를 제공하는데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 상술한 표준물질 조성물로 형성된 하나 이상의 발광 라인을 포함하는 표준 스트립을 제공한다. 구체적으로 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 표준 스트립은 스트립 몸체부(100); 및 하나 이상의 발광 라인(200)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표준 스트립에 포함되는 스트립 몸체부(100)는 바이오 스트립(strip) 분야에서 통상적으로 사용되는 소재 및 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 표준 스트립에 포함되는 발광 라인(200)은 상술한 표준물질 조성물로 형성된 것으로, 스트립 몸체부(100) 상에 하나 또는 복수로 구비될 수 있다. 이러한 발광 라인(200)에는 상술한 양자점 함유 나노입자가 포함되어 있어 광원에 의해 발광할 수 있다.
구체적으로 발광 라인(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 발광 라인(201), 제2 발광 라인(202) 및 제3 발광 라인(203)으로 복수로 구비될 수 있으며, 이때, 각 발광 라인 간에 양자점의 농도는 서로 상이할 수 있다. 즉, 각 발광 라인의 형성 시, 양자점(양자점 함유 나노입자)의 함량이 서로 상이한 표준물질 조성물을 각각 적용하여 양자점의 농도가 서로 상이한 발광 라인을 형성하는 것이다. 일례로, 제1 발광 라인(201)은 양자점의 농도를 낮게(Clow), 제2 발광 라인(202)은 제1 발광 라인(201)에 함유된 양자점의 농도보다 높게(Clow<Cmedium), 제3 발광 라인(203)은 제2 발광 라인(202)에 함유된 양자점의 농도보다 높게(Clow<Cmedium<Chigh) 각 표준물질 조성물의 양자점의 농도(함량)를 설정(조절)하여 복수의 발광 라인(201, 202, 203)을 형성할 수 있다.
또한 발광 라인(200)은 복수로 구비되되, 각 발광 라인(201, 202, 203) 간에 발광 신호 강도가 서로 상이할 수 있다. 즉, 각 발광 라인(201, 202, 203)에서 방출되는 발광 신호의 투과 과정(투과도)을 제어하여 서로 상이한 발광 신호 강도를 나타내는 복수의 발광 라인(201, 202, 203)을 형성할 수 있다.
여기서 발광 라인(200)의 개수는 도 5에 한정되지 않고, 분석 조건에 따라 적절히 조절될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 표준 스트립에는 양자점 농도 구배를 갖거나 발광 신호 강도가 서로 상이한 복수의 발광 라인(201, 202, 203)이 구비되어 있어, 바이오 분석기기의 검증 과정에서 분석기기의 오차(편차)를 보다 세밀하게 보정할 수 있으며, 이로 인해 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높일 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 표준 스트립은 도 6 또는 도 7에 도시된 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이 양자점(또는 양자점 함유 나노입자)의 함량이 서로 상이한 표준물질 조성물을 각각 통상적인 광학 필름(Optics film) 상에 도포하고, 이를 커버 필름으로 덮은 후 경화 과정을 거쳐 양자점 농도 구배를 갖는 복수의 QD film을 제조하고(일례로, Clow, Cmedium, Chigh의 농도를 갖는 3개의 QD film 제조), 제조된 각 QD film을 PVC Backing Card의 라인 위치에 맞춰 PVC Backing Card에 부착한 후, 패턴화된 Black Tape(또는 film)을 QD film 라인이 노출되도록 PVC Backing Card 상에 놓고 부착하여 커팅되지 않은 Standard Card를 제조한 다음, 요구되는 크기로 Standard Card를 커팅하여 본 발명에 따른 표준 스트립을 제조할 수 있다.
또한 도 7에 도시된 바와 같이 표준물질 조성물로 이루어진 QD Sheet를 준비하고, 광학 필름(Optics film)의 일측 표면을 프린팅 방식으로 패턴화하여 광투과도가 서로 상이한 라인들이 형성된 마스킹 필름을 제조한 후, 준비된 QD Sheet를 제조된 마스킹 필름으로 덮은 후 경화시키는 과정을 거쳐 커팅되지 않은 Standard Card를 제조한 다음, 요구되는 크기로 Standard Card를 커팅하여 본 발명에 따른 표준 스트립을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 표준 스트립은 상술한 표준물질 조성물로 형성된 발광 라인(200)을 포함하기 때문에 바이오 분석기기의 검증(보정)에 편리하게 사용될 수 있으며, 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높일 수 있다. 또한 표준 스트립의 제조 시 Quality Control 과정에서 광퇴색(photobleaching) 현상이 잘 일어나지 않으며, 보관 환경(빛 차폐, 온도, 습도 등)이 변하더라도 안정적인 성능구현이 가능할 수 있다. 또 광학 필름을 사용하여 표준 스트립이 제조되기 때문에 자외선 노출 및 외부 오염 등이 방지되어 긴 사용 수명을 확보할 수 있다.
본 발명은 상술한 표준물질 조성물로 형성된 발광부를 포함하는 표준 트레이를 제공한다. 구체적으로 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 표준 트레이는 트레이 몸체부(300); 기준부(400); 및 발광부(500)를 포함할 수 있다. 여기서 본 발명에 따른 표준 트레이는 바이오 스트립이 구비된 바이오 키트(kit)가 장착되는 역할을 하는 트레이일 수 있다.
본 발명에 따른 표준 트레이에 포함되는 트레이 몸체부(300)는 바이오 트레이(tray) 분야에서 통상적으로 사용되는 소재 및 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 표준 트레이에 포함되는 기준부(400)는 발광부(500)의 발광 신호를 분석함에 있어 기준점을 제시하는 역할을 하는 것으로, 통상적으로 사용되는 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 표준 트레이에 포함되는 발광부(500)는 상술한 표준물질 조성물로 형성되어 광원에 의해 발광할 수 있다. 이러한 발광부(500)는 상술한 표준물질 조성물을 페이스트(paste) 상태로 경화시키는 과정을 거쳐 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 표준 트레이는 상술한 표준물질 조성물로 형성된 발광부(500)를 포함하기 때문에 바이오 분석기기의 검증(보정)에 편리하게 사용될 수 있으며, 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높일 수 있다.
본 발명은 상술한 표준 스트립과 표준 트레이가 결합된 표준 어셈블리를 제공한다. 즉, 도 9를 참조하면, 본 발명은 상술한 표준 스트립이 구비된 표준 키트(kit)와 상기 표준 키트가 장착된 상술한 표준 트레이를 포함하는 표준 어셈블리를 제공할 수 있다. 이러한 표준 어셈블리는 후술되는 바이오 분석기기의 1차 및 2차 보정에 효율적으로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 표준 스트립 및/또는 표준 트레이를 이용하여 바이오 분석기기를 검증하는 방법을 제공하는데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서 본 발명에 따른 바이오 분석기기의 검증은 바이오 분석기기로 바이오 시료(예를 들어, 항원, 수용체, 바이러스, 효소, 감염성 면역글로블린, 사이토카인 또는 기타 감염인자)의 분석을 진행하기 전에 이루어지는 것일 수 있다. 또한 표준 트레이의 발광부(500) 또는 표준 스트립의 발광 라인(200)이 아닌 부분의 발광 강도를 background 값으로 정의하고, 정량/정성 분석 시 발광부(500) 또는 발광 라인(200)의 발광 강도 값에서 background 값을 마이너스(-)한 값으로, 검증 및 분석이 이루어질 수 있다.
먼저, 상술한 표준물질 조성물로 형성된 발광부(500)를 포함하는 표준 트레이에 광원을 조사한다. 이때, 광원은 외부의 광원 또는 분석기기에 구비된 광원일 수 있으며, 그 파장은 자외선(Blue Light, <420 nm)일 수 있다.
다음, 상기 조사된 광원에 의해 발광하는 상기 발광부(500)의 발광 강도 값이 바이오 분석기기의 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위에 해당되는지 판단한다. 즉, 표준 트레이에 구비된 발광부(500)에서 방출되는 발광 신호를 바이오 분석기기의 광학부에서 수신하여 수신된 발광 신호의 강도가 광학부에 입력(세팅)된 표준 발광 신호의 강도 범위 내에 해당하는지 광학부의 소프트웨어에서 판단하는 것이다. 여기서 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위는 분석 대상인 바이오 시료를 나타낼 수 있는 양자점 발광효율(quantum yields) 또는 발광피크(photoluminescence)에 따른 수치를 기준으로 정해질 수 있다.
그 다음, 상기 판단에 의해 상기 발광 강도 값이 상기 표준 발광 강도 값 범위에 해당되도록 상기 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위를 1차 보정하는 과정을 통해 바이오 분석기기의 검증이 이루어질 수 있다. 여기서 상기 판단 과정에서 발광부(500)의 발광 강도 값이 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위 내에 있는 것으로 확인될 경우, 1차 보정은 생략될 수 있다. 또한 1차 보정은 발광부(500)를 포함하는 표준 트레이 대신에 발광 라인(200)을 포함하는 표준 스트립을 적용하여 이루어질 수도 있다.
이러한 본 발명에 따른 바이오 분석기기를 검증하는 방법은 상술한 표준물질 조성물로 형성된 하나 이상의 발광 라인(200)을 포함하는 표준 스트립을 통해 상기 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값을 2차 보정하는 과정을 더 거칠 수 있다. 즉, 하나 이상의 발광 라인(200)을 포함하는 표준 스트립에 광원을 조사하고, 조사된 광원에 의해 발광하는 발광 라인(200)의 발광 강도 값이, 상기 1차 보정된 바이오 분석기기의 광학부에 세팅된 표준 발광 강도 값에 해당되는지 판단하여, 세팅된 표준 발광 강도 값(1차 보정이 이루어진 표준 발광 강도 값)에 해당하지 않을 경우, 바이오 분서기기의 광학부에 세팅된 표준 발광 강도 값을 2차 보정하는 것이다.
일례로, 발광 라인(200)을 포함하는 표준 스트립을 통한 바이오 분석기기의 광학부의 보정은 도 10에 도시된 상관계수(c)를 보정에 적용함으로써 이루어질 수 있다. 즉, Y0 = a0X + b0라는 수식에 맞게 발광 강도 값을 갖도록 제조된 표준 스트립을 통해 바이오 분석기기의 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값을 분석하여 수식화하면 Y1 = a1X + b1라는 수식을 얻을 수 있다. 여기서 Y0와 Y1의 상관계수(c)를 구하고, 이를 Y1에 적용하면 보정된 Y1’= c(a1X + b1)이라는 수식을 얻을 수 있다. 상기 보정된 Y1’= c(a1X + b1)이라는 수식을 통해 광학부의 오차(편차)가 보정됨으로써 본 발명은 바이오 분석기기마다 동일한 표준 스트립의 발광 강도 값을 갖도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 1차 및/또는 2차 보정은 소정의 주기(1개월 내지 6개월)마다 이루어져 바이오 분석기기의 검증 과정이 업데이트될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 상기 1차 및/또는 2차 보정 과정을 거쳐 바이오 분석기기를 검증(보정)하기 때문에 바이오 분석기기의 분석 오차(편차)를 보다 최소화할 수 있으며, 이로 인해 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높일 수 있다.
본 발명에서 바이오 분석기기란 광학부와 발광 강도 값을 분석할 수 있는 소프트웨어가 프로그래밍된 분석기기라면 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로 핸드폰, 바이오 리더기 등을 들 수 있다. 또한 본 발명에서 바이오 분석기기의 광학부의 오차는 바이오 분석기기마다 갖는 광학부(CCD, CMOS) 자체 간의 오차, 광학부 가동 환경(주변환경의 조도)에 의한 오차, 광원(UV)에 의한 오차 등을 의미할 수 있으며, 본 발명은 이러한 오차를 검증(보정)하여 바이오 분석기기의 분석 정확도를 높일 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
폴리에스테르 수지, 방향족 탄화수소계 용매 및 첨가제(소포제, 분산안정제)에 올레산으로 코팅된 양자점 입자(CdSe/ZnS, 10nm)를 첨가하고 혼합한 후, 경화제를 첨가하는 과정을 거쳐 표준물질 조성물을 제조하였다. 이때, 양자점 입자는 조성물 100 중량부를 기준으로, 5 중량부가 되도록 첨가하였다.
[ 실시예 2]
양자점 입자를 조성물 100 중량부를 기준으로, 10 중량부가 되도록 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 표준물질 조성물을 제조하였다.
[ 실시예 3]
양자점 입자를 조성물 100 중량부를 기준으로, 20 중량부가 되도록 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 표준물질 조성물을 제조하였다.
[ 실시예 4]
1) 양자점 함유 나노입자의 제조
직경 120 nm 크기(10mg/ml)의 실리카 입자로 이루어진 코어부에 1%(v/v) 머캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS) 100 ㎕를 첨가하고 25 ℃에서 12 시간 동안 교반하여, 실리카 입자 표면에 싸이올기를 도입하였다.
다음, 싸이올기가 도입된 실리카 입자에, 올레산(소수성)으로 코팅하는 과정을 거친 양자점 입자(CdSe/ZnS, 100 mg/ml) 4 mg을 첨가하고 격렬하게 볼텍스 교반시켜 양자점 입자를 실리카 입자의 싸이올기에 결합시켰다. 이어서 소수성 용매인 디클로로메탄 8 ㎖를 추가로 첨가하고 10 분 동안 교반시켜 미결합된 양자점 입자를 추가로 결합시켰다. 이어서 머캅토프로필트리에톡시실란(MPTES) 100 ㎕를 첨가하고 15분 동안 교반한 다음, 염기로서 25% 암모니아수(NH4OH(aq)) 100 ㎕를 첨가하고 3시간 동안 교반하여 3개의 양자점포설층이 적층된 구조를 갖는 양자점부를 형성하였다.
그 다음, 코어부와 양자점부가 형성된 나노입자를 에탄올로 3회 세척한 후, 테트라에틸 오르소실리케이트 100 ㎕와 25% 암모니아수를 첨가하고 20시간 동안 400 rpm 하에 교반하여 쉘부를 형성하였다. 이후, 에탄올로 3회 세척하는 과정을 거쳐 실리카 코어부; 3개의 양자점포설층이 적층된 양자점부; 및 실리카 쉘부를 포함하는 양자점 함유 나노입자 1을 제조하였다.
2) 표준물질 조성물 제조
양자점 입자 대신에 상기 과정을 거쳐 제조된 양자점 함유 나노입자 1을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 표준물질 조성물을 제조하였다.
[ 실시예 5]
1) 양자점 함유 나노입자의 제조
직경 120 nm 크기(10mg/ml)의 실리카 입자로 이루어진 코어부에 1%(v/v) 머캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS) 100 ㎕를 첨가하고 25 ℃에서 12 시간 동안 교반하여, 실리카 입자 표면에 싸이올기를 도입하였다.
다음, 싸이올기가 도입된 실리카 입자에, 올레산(소수성)으로 코팅하는 과정을 거친 양자점 입자(CdSe/ZnS, 100 mg/ml) 4 mg을 첨가하고 격렬하게 볼텍스 교반시켜 양자점 입자를 실리카 입자의 싸이올기에 결합시켰다. 이어서 소수성 용매인 디클로로메탄 8 ㎖를 추가로 첨가하고 10 분 동안 교반시켜 미결합된 양자점 입자를 추가로 결합시켰다.
그 다음, 말레이미드기와 트리에톡시실란기가 각각 양 말단에 결합되고 폴리에틸렌글리콜 주 골격을 갖는 탄소 지지체(분자량 1000 g/mol) 150 ㎕를 첨가하고 15 분 동안 교반한 다음, 머캅토프로필트리에톡시실란(MPTES) 100 ㎕를 첨가하고 15분 동안 교반한 다음, 염기로서 25% 암모니아수(NH4OH(aq)) 100 ㎕를 첨가하고 3시간 동안 교반하여 3개의 양자점포설층이 적층된 구조를 갖는 양자점부를 형성하면서 코어부 표면에 탄소 지지체를 결합시켰다.
다음, 코어부, 양자점부 및 탄소 지지체가 결합된 나노입자를 에탄올로 3회 세척한 후, 테트라에틸 오르소실리케이트 100 ㎕와 25% 암모니아수를 첨가하고 20시간 동안 400 rpm 하에 교반하여 지지부와 쉘부를 형성하였다. 이후, 에탄올로 3회 세척하는 과정을 거쳐 실리카 코어부; 3개의 양자점포설층이 적층된 양자점부; 탄소 지지부; 및 실리카 쉘부를 포함하는 양자점 함유 나노입자 2를 제조하였다.
2) 표준물질 조성물 제조
양자점 입자 대신에 상기 과정을 거쳐 제조된 양자점 함유 나노입자 2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 표준물질 조성물을 제조하였다.
[ 제조예 1]
실시예 1 내지 3에서 각각 제조된 표준물질 조성물로 표준 스트립을 제조하였다(도 6 과정 적용). 구체적으로 실시예 1 내지 3에서 각각 제조된 표준물질 조성물을 광학 필름(Optics film) 상에 도포하고, 이를 커버 필름으로 덮은 후 경화 과정을 거쳐 양자점 농도가 상이한 3개의 QD film(8×300 ㎚)을 각각 제조하였다. 다음 제조된 각 QD film을 PVC Backing Card(60×300 ㎚)의 라인 위치에 맞춰 PVC Backing Card에 부착한 후, 패턴화된 Black Tape(60×300 ㎚)를 3개의 QD film 라인이 노출되도록 PVC Backing Card 상에 놓고 부착하여 커팅되지 않은 Standard Card를 제조하였다. 다음, 제조된 Standard Card를 커팅하여 표준 스트립을 제조하였다.
[ 실험예 1]
제조예 1에서 제조된 표준 스트립을 바이오 키트에 장작한 후, UV를 조사하여 양자점 발광 라인 색을 육안으로 확인하고, 이후 바이오 전용 리더기로 분석하였다. 육안 확인 및 리더기 분석 결과는 도 11에 나타내었다.
도 11을 참조하면, 육안으로 첫번째 line A의 신호만 확인되었으나, 리더기로 분석하면, line A와 더불어 line B 및 line C가 모두 확인됨을 알 수 있었다. 이와 같이 확인된 3개 line의 발광 강도(Fluorescence intensity) 값을 이용하여 본 발명에 따른 바이오 분석기기의 검증 과정(도 10의 수식 보정 과정을 거침)을 거쳐 바이오 분석기기의 광학부 및 광원의 보정을 수행할 수 있었다.
10: 코어부
20: 양자점부
21, 22, 23: 양자점포설층
30: 쉘부
31, 32, 33: 실리카쉘층
40: 지지부
100: 스트립 몸체부
200: 발광 라인
300: 트레이 몸체부
400: 기준부
500: 발광부

Claims (11)

  1. 양자점 함유 나노입자; 바인더 수지; 경화제; 용매; 및 첨가제를 포함하는 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 함유 나노입자는, 코어부; 상기 코어부의 표면에 결합된 양자점부; 및 상기 코어부와 상기 양자점부를 보호하는 쉘부를 포함하는 것인 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양자점부는 복수의 양자점포설층을 포함하는 것인 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 쉘부는 복수의 실리카쉘층을 포함하는 것인 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 양자점 함유 나노입자는, 상기 코어부와 상기 쉘부의 결합을 지지하는 지지부를 더 포함하는 것인 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 하나 이상의 발광 라인을 포함하는 표준 스트립.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광 라인은 복수로 구비되며,
    복수의 발광 라인 간에 양자점의 농도가 서로 상이한 것인 표준 스트립.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발광 라인은 복수로 구비되며,
    복수의 발광 라인 간에 발광 신호 강도가 서로 상이한 것인 표준 스트립.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 발광부를 포함하는 표준 트레이.
  10. 제1항에 따른 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 발광부를 포함하는 표준 트레이에 광원을 조사하는 단계;
    상기 조사된 광원에 의해 발광하는 상기 발광부의 발광 강도 값이 바이오 분석기기의 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위에 해당되는지 판단하는 단계; 및
    상기 판단에 의해 상기 발광 강도 값이 상기 표준 발광 강도 값 범위에 해당되도록 상기 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값 범위를 1차 보정하는 단계를 포함하는 바이오 분석기기의 검증 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    제1항에 따른 바이오 분석기기 검증용 표준물질 조성물로 형성된 하나 이상의 발광 라인을 포함하는 표준 스트립을 통해 상기 광학부에 입력된 표준 발광 강도 값을 2차 보정하는 단계를 더 포함하는 바이오 분석기기의 검증 방법.
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