KR102307340B1 - 분석 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR102307340B1
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김은주
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최영만
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사회복지법인 삼성생명공익재단
아주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 분석 시스템을 개시하며, 상세하게는 분석물질, 간섭물질 및 상기 간섭물질에 결합되는 자성입자를 포함하는 시료를 교반 및 분리하는 분리 장치와, 상기 분리 장치에 연결되고, 상기 시료에 광을 조사하고, 출사되는 광 신호를 이용하여 상기 분석물질을 검출하는 분석 장치를 포함하고, 상기 분리 장치는, 바디와, 상기 바디에 분리가능하게 배치되고, 상기 시료를 수용하는 수용부와, 상기 바디에 배치되고, 자기장을 발생시키는 제1 전자석부와, 상기 바디에 상기 수용부를 중심으로 상기 제1 전자석부와 마주보도록 배치되고, 상기 제1 전자석부와 상이한 방향의 자기장을 발생시키는 제2 전자석부;를 포함하고, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나는 상기 자성입자에 자기장을 인가하여 상기 분석물질, 상기 간섭물질 및 상기 자성입자 중 적어도 일부를 교반하는, 분석 시스템을 개시한다.

Description

분석 시스템 및 방법{Analysis system and method}
본 발명은 복합 시료에서 분석물질과 간섭물질을 분리하는 분리 장치 및 방법에 관한 것이고, 이를 이용하여 표적 유전자를 검출하고 특정 질병의 유무를 확인하는 분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.
핵산의 검출 방법은 탐침용 제1 프로브에 표적 핵산이 상보적으로 결합하고 이를 확인하게 하는 형광이 표지된 제2 프로브를 사용하는 표지화 탐지(labeled detection) 방식을 사용한다. 이와 같은 검출 방법은 극미량의 핵산 분석에 용이하지만, 탐침 프로브를 고정시킨 서로 다른 센서 칩을 사용해야 할 뿐만 아니라, PCR 증폭 방법과 같은 핵산 증폭 기술이 선행되어야 하므로 이 과정에서 교차 오염(carry-over contamination)이 발생할 수 있다.
PCR에서 형광 표지 프로브를 이용하는 방법(TaqMan 프로브 방법)은 Taq DNA 증합효소의 5’뉴클레아제 활성을 이용하여 특정 증폭 산물만을 검출하는 방법 중 하나이다.
루프매개 등온증폭법(Loop-mediated isothermal amplification, LAMP)는 단순하고 빠른 등온 PCR로, 기존 PCR 방법에 사용되는 Taq DNA 중합효소를 사용하는 대신, 핵산말단가수분해(exonuclease) 기능을 갖고 있는 Bst DNA 중합효소(Bst DNA polymerase)를 이용한 방법이다. 이러한 등온 PCR법은 유전자를 증폭하는 동안 온도의 변화를 필요로 하지 않기 때문에 전문장비 없이 손쉽게 고정된 온도에서 유전자 증폭을 가능하게 한다.
본 발명의 목적은 전자석을 이용하여 분석물질을 제외한 간섭물질을 분리할 수 있는 분리 장치를 제공하는 것이며, 또한 본 발명의 목적은 시료의 증폭, 분석물질의 분리 및 검출을 일체화할 수 있는 분석 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분석 시스템은, 분석물질, 간섭물질 및 상기 간섭물질에 결합되는 자성입자를 포함하는 시료를 교반 및 분리하는 분리 장치와, 상기 분리 장치에 연결되고, 상기 시료에 광을 조사하고, 출사되는 광 신호를 이용하여 상기 분석물질을 검출하는 분석 장치를 포함하고, 상기 분리 장치는, 바디와, 상기 바디에 분리가능하게 배치되고, 상기 시료를 수용하는 수용부와, 상기 바디에 배치되고, 자기장을 발생시키는 제1 전자석부와, 상기 바디에 상기 수용부를 중심으로 상기 제1 전자석부와 마주보도록 배치되고, 상기 제1 전자석부와 상이한 방향의 자기장을 발생시키는 제2 전자석부;를 포함하고, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나는 상기 자성입자에 자기장을 인가하여 상기 분석물질, 상기 간섭물질 및 상기 자성입자 중 적어도 일부를 교반시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부는 기 설정된 주기로 교번하여 상기 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부는 기 설정된 주기로 동시에 상기 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나는 상기 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가하여 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 분리된 상기 간섭물질은 상기 수용부 내의 제1 영역에 위치하고, 분리된 상기 분석물질은 상기 수용부 내의 상기 제1 영역과 다른 제2 영역에 위치하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나와 인접한 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 이격된 영역일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리 장치의 상기 바디에는 상기 광을 상기 제2 영역으로 안내하기 위한 입사홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 신호는 표면-증강 라만 산란(surface-enhanced Raman scattering, SERS) 신호일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수용부는 투명 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바디에 배치되고, 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 상이한 방향으로 자기장을 발생시키는 적어도 하나의 추가 전자석부;를 더 포함하고, 상기 추가 전자석부는 복수개 구비되며, 복수개의 상기 추가 전자석부는 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분석 방법은, 수용부 내에 분석물질, 간섭물질 및 자성입자를 포함하는 시료를 마련하는 단계와, 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 증폭시키는 단계와, 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계와, 상기 시료에 광을 조사하고, 출사되는 광 신호를 이용하여 상기 분석물질을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계는, 상기 수용부를 중심으로 마주보도록 배치되는 제1 전자석부와 제2 전자석부 중 적어도 하나를 작동시켜 자기장을 발생시키는 단계와, 상기 자기장을 이용하여 상기 수용부에 수용된 분석물질, 간섭물질 중 어느 하나에 자성입자가 결합하도록, 상기 시료를 교반하는 단계와, 상기 자기장을 이용하여 상기 수용부 내에서 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자기장을 이용하여 수용부에 수용된 분석물질 또는 간섭물질 중 어느 하나에 및 자성입자가 결합하도록, 상기 시료를 교반하는 단계는, 제1 전자석부와 제2 전자석부가 기 설정된 주기로 교번하여 상기 자성입자에 자기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자기장을 이용하여 수용부에 수용된 분석물질 또는 간섭물질 중 어느 하나에 자성입자가 결합하도록, 상기 시료를 교반하는 단계는, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부가 기 설정된 주기로 동시에 상기 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자기장을 이용하여 상기 수용부 내에서 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계는, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나가 상기 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가하여 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 분리된 상기 간섭물질은 상기 수용부 내의 제1 영역에 위치하고, 분리된 상기 분석물질은 상기 수용부 내의 제2 영역에 위치하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나와 인접한 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 이격된 영역일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 신호를 이용하여 상기 분석물질을 검출하는 단계는, 상기 분리 장치의 상기 바디에 형성된 입사홀을 통해 상기 광이 상기 제2 영역으로 안내될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 신호는 표면-증강 라만 산란 신호일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수용부는 투명 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바디에 배치되고, 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 상이한 방향으로 자기장을 발생시키는 적어도 하나의 추가 전자석부;를 더 포함하고, 상기 추가 전자석부는 복수개 구비되며, 복수개의 상기 추가 전자석부는 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 분리 장치 및 분리 방법은 분석물질과 간섭물질에 각각 특이적으로 결합하는 탐침물질들을 이용하여 간섭물질에 자성입자를 결합시키고, 대칭으로 배치된 전자석부들에 의해 자성입자에 자기장을 인가하여 수용부 내의 시료를 교반 시킴으로써 자성입자와 프로브의 결합을 용이하게 할 수 있다. 또한, 대칭으로 배치된 전자석부들에서 발생된 자기장을 이용하여 수용부 내에서 바로 분석물질과 간섭물질을 분리함으로써, 분리 과정 및 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른, 분석 시스템 및 분석 방법은, 자기장을 이용하여 수용부 내에서 분석물질과 간섭물질을 분리한 후 간섭물질을 배출하는 별도의 과정 없이 분석 장치에 의해 분석물질을 검출함으로써, 분석물질 및 간섭물질의 증폭과 분리 및 분석물질의 검출을 연속하여 진행할 수 있다. 이에 의해 분석 단계를 일체화하여 분석에 소요되는 시간을 단축시키고, 분석의 편의성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장시를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 2의 분리 장치를 도시한 분해도이다.
도 3은 도 1의 분리 장치를 간략히 도시한 단면도이다.
도 4는 자성입자에 인가되는 자기장의 세기 및 주기를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 분리 장치를 이용한 교반 과정을 도시한다.
도 6은 도 1의 분리 장치를 이용한 분리 과정을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 교반 및 분리 순서를 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 시스템을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물질의 표면-증강 라만 산란 분석 신호를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 시스템을 이용한 시료의 분석 순서를 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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. 또한 각 도면에서, 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
각 구성요소의 설명에 있어서, 상(on)에 또는 하(under)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(on)과 하(under)는 직접 또는 다른 구성요소를 개재하여 형성되는 것을 모두 포함하며, 상(on) 및 하(under)에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장시를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 2의 분리 장치를 도시한 분해도이고, 도 3은 도 1의 분리 장치를 간략히 도시한 단면도이다. 도 4는 자성입자에 인가되는 자기장의 세기 및 주기를 나타내는 그래프이다. 도 5는 도 1의 분리 장치를 이용한 교반 과정을 도시하고, 도 6은 도 1의 분리 장치를 이용한 분리 과정을 도시한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 분리 장치(10)는 바디(100)와, 수용부(110)와, 제1 전자석부(120)와, 제2 전자석부(130)를 포함할 수 있다.
바디(100)는 내부에 수용부(110)를 수용하기 위한 공간이 배치될 수 있다. 바디(100)는 반구, 원기둥, 다각면체 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 바디(100)가 내부에 공간이 형성된 직육면체 형상인 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
수용부(110)는 바디(100)의 내부 공간에 배치되고, 수용부(110)에는 시료가 수용될 수 있다. 여기서 시료는 개체의 생물학적 시료로부터 수득될 수 있으며, 예를 들어 조직 추출물, 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 또는 복막액에서 확보된 핵산 시료일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 개체는 인간을 포함한 포유동물일 수 있다.
시료는 검출 대상이 되는 분석물질과, 검출 대상이 아닌 간섭물질과, 분석물질 또는 간섭물질 중 어느 하나에 결합하는 자성물질을 포함할 수 있으며, 또한 시료는 탐침물질과 액체를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 자성입자는 분석물질에 결합하거나, 또는 간섭물질에 결합할 수 있으나, 설명의 편의를 위해 자성입자가 간섭물질에 결합하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
분석물질은 특정 질환을 진단하기 위한 리포터 물질일 수 있고, 간섭물질은 시료에 포함된 분석물질을 제외한 물질일 수 있다. 또한, 탐침물질은 표적 유전자(감염 질환 특이 유전자)에 특이적으로 결합하는 제1 프로브와, 제2 프로브를 포함할 수 있다. 이때, 제1 프로브는 표적 유전자의 검출을 위한 것으로, 제1 프로브에는 리포터 물질이 결합될 수 있으며, 리포터 물질은 형광물질(fluorophore) 또는 라만 활성 물질일 수 있다. 이러한 형광물질 또는 라만 활성 물질은 특정 스펙트럼을 보여주기 때문에 검출하고자 하는 표적 물질을 보다 효과적으로 분석할 수 있다.
제1 프로브에 결합될 수 있는 형광물질 또는 라만 활성 물질은 예를 들어, FAM(5'-Fluorescein phosphoramidite), TAMRA(5'-TAMRA phosphoramidite), VIC(2
Figure 112020035092555-pat00001
′''phenyl-1,4-dichloro-6-carboxy-fluorescein), Cy5(2-[5-[1,3-Dihydro-1-[3-(4-methoxytriphenylmethoxy)propyl]-3, 3-dimethyl-2H-indol-2-ylidene]-1, 3-pentadien-1-yl]-1-[3-[N,N-diisopropylamino(2-cyanoethoxy)phosphinoxy]propyl]-3, 3-dimethyl-3H-indolium), JOE(6-Carboxy-4', 5'-Dichloro-2', 7'-Dimethoxyfluorescein, Succinimidyl Ester), HEX([6 - carboxy - 2', 4, 4', 5', 7, 7' -hexachlorofluorescein]), ROX(Rhodamine X, Rhodamine 101), 4-MBA(4-mercaptobenzoic acid), MMC(2, 7-mercapto-4-methylcoumarin), MMTAA(2-mercapto-4-methyl-5-thiazoleacetic acid), TFMBA(2, 3, 5, 6-Tetrafluoro-4-mercaptobenzoic acid), 및 MGITC(malachite Green Isothiocyantate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제2 프로브는 분석물질 이외의 물질을 분리하기 위한 것으로, 제2 프로브는 자성입자의 잔기(residue) 또는 자성입자에 결합된 물질에 특이적으로 결합 할 수 있는 물질일 수 있다. 이때 자성입자는 예를 들어, 마그네타이트(Magnetite; Fe3O4), 마그헤마이트(Maghemite; Fe2O3) 또는 헤마타이트(Hematite; Fe2O3) 등 일 수 있다. 마그네타이트는 코어-쉘(core-shell) 구조로 r-Fe2O3도 포함될 수 있고 r은 Si, ZnO, Fe, Co 및 Mg 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 자성입자는 당업계에서 알려진 어떠한 자성입자도 이용될 수 있다.
시료에 표적 유전자가 존재하면 PCR 증폭 과정이 진행될 수 있다. 이러한 경우, PCR 증폭산물 중 제1 프로브에 결합된 리포터 물질은 PCR 증폭 과정에서 활성화된 제한 효소에 의해 제1 프로브로부터 분리될 수 있다. 또한 표적 유전자에 결합된 제1 프로브를 제외한 탐침 물질(즉, 제2 프로브)이 자성입자와 특이적으로 결합됨으로써, 간섭물질에 자성입자가 결합될 수 있다.자기장을 발생시키는 분리 장치(10)를 이용하여 간섭물질을 분리할 수 있다. 이러한 경우 간섭물질이 분리된 분석물질(즉, 리포터 물질)은 라만 분광기 등의 분석 장치(20)에 의해 검출될 수 있다.
시료에 표적 유전자가 존재하지 않으면, 리포터 물질은 제1 프로브로부터 분리되지 않고, 이에 따라 리포터 물질은 탐침물질에 결합된 상태로 유지될 수 있다. 이때 탐침물질에 포함되어 있는 또 다른 물질인 제2 프로브와 자성입자가 결합됨으로써, 분석물질(즉, 리포터 물질)은 간섭물질과 함께 분리 장치(10)에 의해 분리될 수 있다. 이러한 경우 분석물질은 간섭물질에 결합된 상태로 분리 장치(10)에 의해 함께 분리되므로, 분석 장치(20)에 의해 분석물질이 검출되지 않을 수 있다.
수용부(110)는 바디(100)에 배치될 수 있다. 이때 수용부(110)는 바디(100)에 분리 가능하도록 연결되고, 사용자는 검사 대상 시료의 변경이 필요한 경우 수용부(110)를 바디(100)로부터 분리하여 새로운 수용부(110)로 교체할 수 있다. 이에 의해, 새로운 시료의 분석을 진행할 때마다 수용부(110)를 세척해야 하는 불편함을 줄일 수 있으며, 매번 실험마다 새로운 수용부(110)로 교체하여 검사를 진행할 수 있기에, 수용부(110)에 남아있을 수 있는 기존 실험의 잔여물에 의한 분석 정확도가 하락하는 것을 방지할 수 있다.
수용부(110)는 바디(100)의 지지부(101)에 의해 지지될 수 있다. 일 실시예로서, 수용부(110)는 바디(100)의 내부에 삽입된 후 지지부(101)에 고정될 수 있다. 이에 의해, 교반 및 분리 등의 분석을 진행하는 과정에서 발생할 수 있는 진동, 충격 등에 의해 수용부(110)가 흔들리는 것을 방지하여 분석의 안정성을 향상시킬 수 있다.
수용부(110)는 빛이 투과할 수 있는 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 투명한 재질의 수용부(110)는 높은 투과율을 가질 수 있다. 이에 의해, 분석 장치(20)에서 방출된 광이 분리 장치(10)내의 목표 영역 내로 입사될 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.
제1 전자석부(120)는 분리 장치(10)의 외부 또는 내부에 배치된 전류 인가부(미도시)로부터 전류를 인가받아 자기장을 발생시킬 수 있다. 제1 전자석부(120)는 바디(100)의 일 측면에 배치될 수 있다.
제1 전자석부(120)는 제1 베이스부(121)과, 제1 전자석 유닛(122)과, 제1 돌출부(123)를 포함할 수 있다. 이때 제1 베이스부(121)는 제1 전자석부(120)가 배치되는 바디(100)의 일 측면의 일부일 수 있으며, 제1 베이스부(121)에는 제1 전자석 유닛(122)이 배치될 수 있다.
제1 전자석 유닛(122)은 내부에 복수의 코일(C1)이 권선된 형태의 전자석을 포함할 수 있다. 전류 인가부(미도시)로부터 제1 전자석 유닛(122)에 전류가 인가되면 제1 전자석 유닛(122)은 자기장을 발생시킬 수 있다. 이때, 제1 전자석 유닛(122)에 인가되는 전류의 방향과 세기 또는 코일(C1)의 권선수 및 권선 방향을 조절하여, 제1 전자석 유닛(122)에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 조절할 수 있다.
제1 돌출부(123)는 제1 전자석 유닛(122)과 바디(100)에 삽입된 수용부(110) 사이에 배치될 수 있다. 이때 제1 돌출부(123)는 제1 전자석 유닛(122)의 일단으로부터 제1 전자석 유닛(122)의 반경방향에 수직한 방향으로 수용부(110)를 향해 돌출될 수 있다. 이때 제1 돌출부(123)는 수용부(110)의 일측면에 접촉하여 수용부(110)를 지지할 수 있다.
제1 전자석부(120)는 제1 전자석 유닛(122)에 의해 발생된 자기장을 수용부(110)에 인가할 수 있다. 구체적으로 제1 전자석부(120)는 수용부(110) 내에 수용된 시료(예를 들어, 자성입자)에 자기장을 인가할 수 있다.
제2 전자석부(130)는 분리 장치(10)의 외부 또는 내부에 배치된 전류 인가부(미도시)로부터 전류를 인가받아 자기장을 발생시킬 수 있다. 제2 전자석부(130)는 제1 전자석부(120)가 배치된 바디(100)의 일 측면과 다른 측면에 배치될 수 있다. 이때 제2 전자석부(130)는 제1 전자석부(120)가 배치되지 않은 바디(100)의 측면에 배치될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 제2 전자석부(130)가 수용부(110)를 중심으로 바디(100)의 일 측면에 배치된 제1 전자석부(120)와 마주보도록, 바디(100)의 다른 측면에 배치된 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
제2 전자석부(130)는 제2 베이스부(131)과, 제2 전자석 유닛(132)과, 제2 돌출부(133)를 포함할 수 있다.
제2 전자석 유닛(132)은 내부에 복수의 코일(C2)이 권선된 형태의 전자석을 포함할 수 있다. 전류 인가부(미도시)로부터 제2 전자석 유닛(132)에 전류가 인가되면 제2 전자석 유닛(132)은 자기장을 발생시킬 수 있다. 이때 제2 전자석 유닛(132)에 인가되는 전류의 방향과 세기 또는 코일(C2)의 권선수 및 권선 방향을 조절하여, 제2 전자석 유닛(132)에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 조절할 수 있다.
제2 돌출부(133)는 제2 전자석 유닛(132)과 바디(100)에 삽입된 수용부(110) 사이에 배치될 수 있다. 이때 제2 돌출부(133)는 제2 전자석 유닛(132)의 일단으로부터 제2 전자석 유닛(132)의 반경방향에 수직한 방향으로 수용부(110)를 향해 돌출될 수 있다. 이때 제2 돌출부(133)는 수용부(110)를 사이에 두고 제1 돌출부(123)와 대칭되도록 배치되어, 수용부(110)를 양 방향에서 지지할 수 있다. 이에 의해 시료의 교반 및 분리의 안정성을 향상시킬 수 있다.
제2 전자석부(130)에 포함된 각 구성의 구체적인 특징은 제1 전자석부(120)와 동일 또는 유사하므로, 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
제2 전자석부(130)는 제2 전자석 유닛(132)에 의해 발생된 자기장을 수용부(110)에 인가할 수 있다. 구체적으로 제2 전자석부(130)는 수용부(110) 내에 수용된 시료(예를 들어, 수용부(110) 내의 자성입자)에 자기장을 인가할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 중 적어도 하나는 수용부(110)에 수용된 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다. 이에 의해 수용부(110) 내에서 분석물질, 간섭물질 및 자성입자 중 적어도 일부를 교반시킬 수 있다. 이러한 경우, 제1 전자석부(120)에 의해 인가되는 자기장과 제2 전자석부(130)에 의해 인가되는 자기장의 방향 및 세기는 서로 상이할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 상기한 자기장들의 방향 및 세기가 동일할 수도 있다. 이때 제1 전자석부(120) 및 제2 전자석부(130)에서 발생되는 자기장의 방향은, 전술한 바와 같이 각 전자석부에 권선된 코일(C1, C2)의 권선 방향 또는 코일(C1, C2)에 인가되는 전류의 방향을 변경하여 조절할 수 있다.
자기장에 의한 교반은 소정의 조건을 변경하여 조절할 수 있다. 구체적으로, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)에 인가되는 직류 전류의 세기 및 코일(C1, C2)의 권선수를 변경하여 교반의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)에 인가되는 교류 전류의 주파수, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)의 듀티 사이클(duty cycle)을 변경하여 교반의 주기를 조절할 수 있다. 일 실시예로서, 시간에 따라 상기한 바와 같은 조건들을 시간에 따라 변경하여 전자석부들(120, 130)에 인가함으로써, 자기장에 의한 교반이 시간에 따라 변경되도록 조절할 수도 있다.
제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 기 설정된 주기(T)로 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다. 이때 기 설정된 주기(T)는 제1 전자석부(120)또는 제2 전자석부(130) 중 어느 하나가 자성입자에 자기장을 인가하기 시작한 시점부터, 제1 전자석부(120)또는 제2 전자석부(130) 중 어느 하나가 다시 자성입자에 자기장의 인가를 시작하기 전까지의 시간을 의미할 수 있으며, 기 설정된 주기(T)는 제1 주기(T1), 제2 주기(T2) 등의 복수의 주기로 반복될 수 있다.
일 실시예로서, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 서로 교번하여 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다. 이러한 경우 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 중 어느 하나가 먼저 제1 시간(t1)동안 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다. 그런 다음 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 중 다른 하나가 자성입자에 제2 시간(t2)동안 자기장을 인가할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 전자석부(120)가 제1 시간(t1) 동안 자성입자에 자기장을 인가하고, 그런 다음 제2 전자석부(130)가 제2 시간(t2) 동안 자성입자에 자기장을 인가하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
제1 전자석부(120)가 자기장을 인가하는 제1 시간(t1)과, 제2 전자석부(130)가 자기장을 인가하는 제2 시간(t2)은 연속될 수 있다(도 4a를 참조). 그러나 다른 실시예로서, 기 설정된 주기(T)동안에, 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2) 사이에는 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 중 어느 것에 의해서도 자성입자에 자기장에 인가되지 않는 무인가 시간(to)이 존재할 수도 있다(도 4b를 참조). 일 예로, 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)은 동일할 수 있으나, 다른 예로, 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)은 상이할 수도 있다. 무인가 시간(to)은 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2) 중 어느 하나와 동일 또는 상이할 수 있다. 또 다른 실시예로서, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 교반이 진행되는 동안 자성입자에 자기장이 인가되지 않는 시간이 존재하지 않도록, 연속적으로 교번하여 자성입자에 자기장을 인가할 수도 있다(도 4c를 참조). 또 다른 예로서, 제1 전자석부(120) 또는 제2 전자석부(130) 중 어느 하나가 연속하여 복수회 자기장을 인가한 후에, 제1 전자석부(120) 또는 제2 전자석부(130) 중 다른 하나가 자기장을 인가할 수도 있다(미도시).
상술한 바와 같이, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)가 교번하여 자성입자에 자기장을 인가함에 따라 수용부(110)내에서 자성입자는 자기장에 의해 제1 전자석부(120)를 향한 이동과 제2 전자석부(130)를 향한 이동을 반복할 수 있다. 이러한 자성입자의 운동은 수용부에 수용된 액체를 휘저어 수용부(110) 내에서 액체의 유동을 발생시킬 수 있다. 이러한 유동에 의해 수용부(110)에 수용된 분석물질과 간섭물질은 자성입자와 골고루 믹싱(mixing)됨으로써 수용부(110) 내에서 시료가 교반될 수 있다. 이에 의해, 자성입자는 간섭물질(또는 간섭물질에 결합된 결합물질)에 효과적으로 결합될 수 있어, 간섭물질에 결합되는 자성입자의 양을 증가시킬 수 있다.
다른 실시예로서, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 기 설정된 주기로 동시에 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다. 이러한 경우, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 동일한 인가 시간(ts) 동안 동시에 자성입자에 자기장을 인가할 수 있다. 일 예로, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)에 의한 인가시간(ts1)과 그 다음 인가 시간(ts2) 사이에는 자성입자에 자기장이 인가되지 않는 무인가 시간(to)이 존재할 수 있다(도 4d를 참조).
도 5를 참조하면, 자기장에 의해 시료의 교반이 시작되기 전에 자성입자가 수용부(110) 내부의 하부에 가라앉은 상태로 있을 수 있다. 이후, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)에 전류가 인가되어 자성입자에 자기장을 인가하면, 자성입자는 자기장에 의해 수용부(110) 내에서 제1 전자석부(120)를 향한 이동 및 제2 전자석부(130)를 향한 이동을 반복하며, 수용부(110) 내부의 액체에 유동을 형성할 수 있다. 충분한 시간 동안 자성입자에 자기장이 인가됨으로써 교반이 진행된 후 자기장의 인가를 중단하면, 자성입자는 수용부(110) 내에서 고르게 분산된 상태가 될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5와 같은 방식으로 수용부(110) 내부에서 교반이 진행된 후, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)에 다시 전류가 인가되어 자기장이 발생할 수 있다. 이에 따라, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 수용부(110) 내의 자성입자에 자기장을 다시 인가해줄 수 있다. 이때, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 동시에 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가하고, 이에 의해 자성입자의 일부는 자기장에 의해 수용부(110) 내에서 제1 전자석부(120)를 향해 이동하여 제1 전자석부(120)에 인접한 수용부(110)의 내측벽 주변부에 위치할 수 있다. 그리고, 자성입자의 다른 일부는 자기장에 의해 수용부(110) 내에서 제2 전자석부(130)를 향해 이동하여 제2 전자석부(130)에 인접한 수용부(110)의 내측벽 주변부에 위치할 수 있다. 이에 의해, 자성입자가 결합된 간섭물질과, 자성입자가 결합되지 않은 분석물질은 수용부(110) 내부에서 각각 상이한 영역(예를 들어, 제1 영역 및 제2 영역)으로 분리될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)가 동시에 자성입자에 자기장을 인가하는 경우, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)가 교대로 자기장을 인가하는 경우에 비해 자성입자에 보다 강한 힘을 인가할 수 있다. 이에 의해, 수용부(110)에 수용된 자성입자가 전자석부들(120, 130)로부터 멀어지는 방향으로, 또는 전자석부들(120, 130)을 향하는 방향으로 이동함으로써, 수용부(110) 내의 액체의 흐름을 발생시켜, 수용부(110) 내의 분석물질과 간섭물질이 자성입자와 골고루 믹싱될 수 있다. 이에 따라, 자성입자가 간섭물질과 결합되는 것을 용이하게 할 수 있다.
한편, 분리 장치(10)는 적어도 하나의 추가 전자석부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 및 적어도 하나의 추가 전자석부는 바디(100)에 배치될 수 있으며, 또한 수용부(110)를 중심으로 수용부(110)의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 및 적어도 하나의 추가 전자석부는 자기장을 발생시키고, 발생된 자기장을 수용부(110)에 수용된 자성입자에 인가할 수 있다. 예를 들어, 추가 전자석부가 한 개 구비되는 경우라면 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 상술한 바와 같이 수용부(110)를 중심으로 서로 마주보도록 배치되고, 이때 추가 전자석부는 분석 장치(20)가 결합되는 바디(100)의 일면에 대향하는 측면에 배치될 수 있다. 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 및 적어도 하나의 추가 전자석부가 자성입자에 자기장을 인가하는 방법은 상술한 제1 전자석부(120) 및 제2 전자석부(130)와 동일 또는 유사하므로, 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이 분리 장치(10)에 추가 전자석부가 구비되는 경우, 수용부(110)를 둘러싸도록 배치된 복수개의 전자석부들이 수용부(110)에 수용된 자성입자에 서로 상이한 다양한 방향으로 자기장을 인가할 수 있다. 이에 의해, 자기장에 의한 교반 및 분리 효과를 향상시킬 수 있다.
제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 중 적어도 하나는 시료에 자기장을 인가하여 분석물질과 간섭물질을 분리할 수 있다.
제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 자기장에 의한 시료가 교반되고, 자성입자가 간섭물질에 결합된 후 수용부(110) 내의 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가할 수 있다. 이때, 자기장을 계속적으로 인가하는 것은 시료가 교반되고 자성입자가 간섭물질에 결합된 후부터, 수용부(110) 내에서 분석물질과 간섭물질의 분리가 완료될 때까지 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)가 작동하여 자기장을 발생시키고, 이러한 자기장을 수용부(110) 내의 시료(특히, 자성입자)에 인가하는 상태가 유지되는 것을 의미할 수 있다.
제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 동시에 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가할 수 있다. 인가되는 자기장에 의해 자성입자가 결합된 간섭물질만이 수용부(110) 내에서 이동될 수 있다. 구체적으로, 자성입자가 결합된 간섭물질의 일부는 제1 전자석부(120)를 향해 끌려가고, 자성입자가 결합된 간섭물질의 다른 일부는 제2 전자석부(130)를 향해 끌려가며, 자성입자가 결합되지 않은 분석물질은 자기장의 영향을 받지 않아 자기장에 의한 위치 이동이 발생하지 않을 수 있다. 이에 의해, 분석물질과 간섭물질이 수용부(110) 내에서 분리될 수 있다.
자기장에 의해 이동된 간섭물질은 수용부(110) 내의 제1 영역에 위치되고, 자성입자가 결합되지 않아 자기장의 영향을 받지 않는 분석물질은 수용부 내에서 제1 영역과 다른 제2 영역에 위치될 수 있다. 이때 제1 영역은 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 중 적어도 하나와 인접한 영역이며, 제2 영역은 제1 영역과 이격된 영역일 수 있다. 예를 들어, 제1 영역은 제1 전자석부(120)와 인접하는 수용부(110)의 내측벽 주변부와 제2 전자석부(130)와 인접하는 수용부(110)의 내측벽 주변부일 수 있다. 제2 영역은 상기한 수용부(110)의 양쪽 내측벽 주변부 사이의 영역이거나, 수용부(110)의 입구(111)측 영역일 수 있다.
상술한 바와 같이, 자기장을 이용하여 분석물질과 간섭물질을 수용부(110) 내의 서로 상이한 영역으로 분리시킴으로써, 분석물질을 검출 단계에서 간섭물질의 간섭을 최소화하고, 분석물질 검출의 정확성을 향상시킬 수 있다. 또한, 분리된 간섭물질을 수용부(110)로부터 배출시키기 위한 별도의 구성 또는 과정을 필요로 하지 않으므로 분석 과정을 단순화하고 분석에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
다른 실시예로서, 제1 전자석부(120) 또는 제2 전자석부(130) 중 어느 하나가 수용부(110) 내의 자성입자에 계속적으로 인가하여 분석물질과, 자성입자가 결합된 간섭물질을 분리시킬 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 교반 및 분리 순서를 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료를 교반 및 분리하는 방법은 아래와 같을 수 있다.
우선, 사용자는 수용부 내에 분석물질, 간섭물질 및 자성입자를 포함하는 시료를 마련할 수 있다(S100). 이때 시료에는 탐침물질(예를 들어, 제1 프로브, 제2 프로브)이 포함될 수 있다.
다음, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130) 중 적어도 하나를 작동시켜 자기장을 발생시킬 수 있다(S200). 전류 인가부(미도시)로부터 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)로 전류가 인가되면 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 자기장을 발생시킬 수 있다. 이러한 자기장은 수용부(110)에 수용된 자성입자에 인가될 수 있다.
다음, 자기장을 이용하여 자성입자가 간섭물질에 결합하도록 시료를 교반시킬 수 있다(S300). 일 실시예로서, 전류 인가부(미도시)는 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)에 번갈아가며 전류를 인가하고, 이에 따라 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 서로 교번하여 자기장을 수용부(110) 내의 자성입자에 인가할 수 있다. 수용부(110) 내의 자성입자는 자기장에 의해 함으로써, 수용부(110) 내의 액체의 유동을 발생시키고, 이러한 유동에 의해 수용부(110)에 수용된 분석물질, 간섭물질 및 자성입자가 교반될 수 있다. 이에 따라, 자성입자가 간섭물질에 결합하는 것이 용이해질 수 있다.
다음, 자기장을 이용하여 수용부(110) 내에서 분석물질과 간섭물질을 분리할 수 있다(S400). S300 단계에서 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)에 의해 시료를 교반시킨 후, 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)는 교반된 시료의 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가할 수 있다. 이에 의해, 자성입자가 결합된 간섭물질은 수용부(110) 내의 제1 영역으로 이동하고, 자성입자가 결합되지 않은 분석물질은 수용부(110) 내의 제2 영역으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 수용부(110) 내에서 분석물질과 간섭물질이 분리될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른, 분리 장치(10) 및 분리방법은 분석물질과 자성입자에 각각 특이적으로 결합하는 탐침물질들(예를 들어, 제1 프로브 및 제2 프로브)을 이용하여 간섭물질에만 자성입자를 결합시키고, 대칭으로 배치된 전자석부들(120, 130)로 자성입자에 자기장을 인가하여 수용부(110) 내의 시료를 교반시킴으로써 자성입자와 제2 프로브의 결합을 용이하게 할 수 있다. 또한, 대칭으로 배치된 전자석부들(120, 130)에서 발생된 자기장을 이용하여 수용부(110) 내에서 바로 분석물질과 간섭물질을 분리함으로써, 분리 과정 및 시간을 단축시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 시스템을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물질의 표면-증강 라만 산란 분석 신호를 나타낸 그래프이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 시스템을 이용한 시료의 분석 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 분석 시스템(1)은 분리 장치(10)와, 분석 장치(20)를 포함할 수 있다.
분리 장치(10)는 상술한 바와 같이 분석물질, 간섭물질 및 자성입자를 포함하는 시료를 교반 및 분리할 수 있다. 이러한 경우 분리 장치(10)는 바디(100)와, 수용부(110)와, 제1 전자석부(120)와, 제2 전자석부(130)를 포함할 수 있다.
분리 장치(10)의 바디(100)에는 분석 장치(20)에서 방출된 광을 수용부(110) 내의 제1 영역 또는 제2 영역 중 어느 하나로 안내하기 위한 입사홀(102)이 형성될 수 있다. 일 실시예로서, 자기장에 의해 분리된 간섭물질이 수용부(110) 내의 제1 위치에 위치하고, 분석물질이 수용부(110) 내의 제2 영역에 위치하는 경우, 입사홀(102)은 분석 장치(20)의 광원으로부터 방출된 광을 제2 영역에 위치하는 분석물질로 안내할 수 있다. 이때, 수용부(110)는 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어지며, 이에 의해 광원부(21)에서 방출된 빛은 수용부(110)에 수용된 분석물질로 조사될 수 있다.
입사홀(102)은 분리 장치(10)의 바디(100)의 일 측면에 배치될 수 있다. 이때 바디(100)의 일 측면은 분석 장치(20)와 마주보는 바디(100)의 일 측면일 수 있다. 입사홀(102)은 분석 장치(20)의 광원과 일직선 상에 배치되고, 광원으로부터 방출된 광은 입사홀(102)을 통해 분석물질을 향해 나아갈 수 있다.
분리 장치(10)에 포함된 바디(100), 수용부(110), 제1 전자석부(120) 및 제2 전자석부(130)의 구체적인 특징은 상술한 바와 동일 또는 유사하므로, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
분석 장치(20)는 광 신호를 측정하여 시료에 존재하는 분석물질을 검출할 수 있다. 이러한 경우, 분석 장치(20)는 광원부(21) 및 광신호검출부(미도시)를 포함할 수 있으며, 이때 광원부(21)와 광신호검출부는 분석 장치(20) 내에 배치될 수 있다.
광원부(21)에서 방출된 광은 분리 장치(10)의 수용부(110)에 수용된 시료에 조사될 수 있다. 이때 광은 분리 장치(10)의 입사홀(102)을 통해 수용부(110)의 제2 영역 내의 분석물질로 조사될 수 있다. 광신호검출부는 조사된 광이 시료에 의해 산란됨으로써 발생하는 광신호를 측정할 수 있다.
분석 장치(20)는 형광 또는 라만 분광법, 적외선 분광법 등 다양한 방법에 의해 광 신호를 측정할 수 있으나, 이하에서는 분석 장치(20)가 라만 분광법을 이용하여 분석물질을 검출하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
라만 산란은 빛이 어떤 매질을 통과할 때 빛의 파장을 변화시켜 빛의 일부가 진행 방향에서 이탈해 다른 방향으로 진행하는 현상을 의미한다. 라만 분광법은 시료에 단파장의 레이저를 조사하여 산란된 빛을 검출하여 분자 수준의 정보를 얻어내는 유용하며, 라만 분광법은 분자들의 진동 상태(vibrational state)에 대한 정보를 제공한다. 대부분의 경우, 흡수된 광선(radiation)이 동일한 파장에서 재-방사(re-radiated)되는데, 이때 재-방사된 광선간의 에너지 차이는 이들 간의 파장에서의 이동(shift)으로 나타나고 이러한 차이의 정도는 파수(파장의 역수)의 단위로서 측정되어 라만 쉬프트(Raman shift, RS)로 표현된다.
일 실시예로서, 분석 장치(20)는 표면-증강 라만 산란(surface-enhanced Raman scattering, SERS) 신호를 측정하여 분석물질을 검출할 수 있다. 이때, 수용부(110)에 수용된 제1 프로브로부터 분석물질(예를 들어, 형광물질 또는 라만 활성 물질)을 분리하여 라만 신호를 측정할 수 있다. 이러한 경우, 분석 장치(20)의 광원부(21)로부터 방출된 광을 수용부(110)에 수용된 분석물질에 조사하여, 형광물질 또는 라만 활성 물질의 라만 신호를 획득함으로써 분석물질을 검출할 수 있다. 측정된 라만 신호로부터 특정 피크가 관찰되면, 개체가 감염 질환의 마커를 가지고 있는 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 개체의 감염 여부를 확인할 수 있다.
한편, 분석 장치(20)는 시료 내에 서로 다른 표적 유전자와 특이적으로 결합하는 복수의 탐침물질이 포함된 경우 검출을 원하는 어느 하나의 표적 유전자를 특정하여 검출할 수 있다. 일 실시예로서, 수용부(110)에는 제1 표적 유전자와 특이적으로 결합하는 제 1 탐침물질(예를 들어, 제1 탐침물질의 제1 프로브와 제2 프로브)과, 제2 표적 유전자와 특이적으로 결합하는 제 2 탐침물질(예를 들어, 제2 탐침물질의 제1 프로브 및 제2 프로브)이 포함될 수 있다. 이때 시료에 제1 표적 유전자만이 존재하면, 제1 탐침물질 중 제1 프로브로부터 리포터 물질(즉, 분석물질)이 탈락되고, 자기장에 의해 간섭물질만이 분리가 진행됨에 따라, 수용부(110) 내의 분석물질에 의한 광 신호가 점차적으로 증가(예를 들어, 도 9의 B, C를 참조)할 수 있다. 반면에, 수용부(110) 내에는 제2 표적 유전자는 존재하지 않으므로, 제2 탐침물질의 제1 프로브에서 리포터 물질이 탈락되지 않고, 제2 탐침물질의 리포터 물질은 제2 탐침물질과 결합된 자성입자와 이러한 자성입자에 인가된 자기장에 의해 상기한 분석물질로부터 분리될 수 있다. 이에 따라 제 2 탐침물질의 리포터 물질에 의한 광 신호가 점차 감소(예를 들어, 도 9의 A 참조)하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 방법에 의하면 제1 프로브에 도입된 형광 물질에 따라 단일 광원에서 다중 진단이 가능할 수 있다.
분석 장치(20)는 분리 장치(10)에 탈부착 가능하게 연결될 수 있다. 일 실시예로서, 분리 장치(10)에 의해 교반 및 분리된 시료를 분석할 때 분석 장치(20)가 분리 장치(10)에 연결될 수 있다. 다른 실시예로서, 분석 장치(20)에 의해 시료의 분석을 완료한 경우에는 분석 장치(20)를 분리 장치(10)로부터 분리할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 분석 장치(20)는 분리 장치(10)로부터 이격되어 배치된 상태로 분리 장치(10) 내의 시료를 향해 광을 조사하여 시료를 분석할 수도 있다.
분석 장치(20)는 분석 장치(20)의 전원 스위치(22)와 디스플레이부(23)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 디스플레이부(23)는 시료 분석 결과에 기초한 분석물질의 존재 여부 및 개체의 특정 질병의 진단 결과 정보를 보여주는 것을 더 포함할 수 있다. 사용자는 디스플레이부(23)이 표시된 정보에 기초하여, 개체의 질병 여부를 확인할 수 있다.
도 10을 참조하면, 분석 시스템(1)을 이용하여 시료를 분석하는 방법은 아래와 같을 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 수용부(110)에 수용된 시료에 표적 유전자가 존재하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
우선, 사용자는 분리 장치(10)의 수용부(110) 내에 분석물질, 간섭물질 및 자성입자를 포함하는 시료를 마련할 수 있다(S10). 이때, 시료에는 표적 유전자에 특이적으로 결합하는 제1 프로브와 제2 프로브를 포함하는 탐침물질과 액체가 포함될 수 있다. 제1 프로브에는 분석물질이 결합되고, 제2 프로브에는 자성입자가 결합될 수 있다.
다음, 수용부(110) 내의 시료에 표적 유전자가 존재하는 경우 시료에 포함된 분석물질과 간섭물질은 증폭될 수 있다(S20). 이때, 분석물질과 간섭물질은 전술한 바와 같은 PCR 증폭 과정을 통해 증폭될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 분석물질과 간섭물질은 등온 증폭법에 의해 증폭될 수도 있다. 이러한 경우, 전류 인가부(미도시)에서 제1 전자석부(120)와 제2 전자석부(130)로 전류가 인가될 때 발생하는 열을 이용하여 수용부(110) 내의 온도를 등옥 증폭을 위한 특정 온도로 유지시킴으로써, 추가적인 열 공급 장치 없이도 분석물질 및 간섭물질을 증폭시킬 수 있다.
다음, 분리 장치(10)에서 자기장을 이용하여 분석물질과 간섭물질을 분리할 수 있다(S30). 이때, 수용부(110) 내에서 분석물질과 간섭물질을 교반 및 분리하는 구체적인 방법은 전술한 바와 동일하며, 분리된 간섭물질은 수용부(110) 내의 제1 영역에 위치하고, 분리된 분석물질은 수용부(110) 내의 제2 영역에 위치할 수 있다.
다음, 분석 장치(20)는 광 신호를 측정하여 수용부(110) 내에 존재하는 분석물질을 검출할 수 있다(S40). 분리 장치(10)에 연결된 분석 장치(20)는 광원부(21)에서 방출된 광을 입사홀(102)을 통해 분석물질로 조사하고, 분석물질에 의해 산란된 광의 광 신호를 측정할 수 있다. 이때, 광 신호는 표면-증강 라만 산란 신호일 수 있으며, 측정된 라만 신호로부터 특정 피크를 관찰하여 개체의 질병 감염 여부를 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른, 분석 시스템(1) 및 분석 방법은, 자기장을 이용하여 수용부(110) 내에서 분석물질과 간섭물질을 분리한 후 간섭물질을 배출하는 별도의 과정 없이, 분석 장치(20)에 의해 분석물질을 검출함으로써, 분석물질 및 간섭물질의 증폭과 분리 및 분석물질의 검출을 연속하여 진행할 수 있다. 이에 의해 분석 단계를 일체화하여 분석에 소요되는 시간을 단축시키고, 분석의 편의성을 증대시킬 수 있다.
이상에서는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 분석 시스템
10: 분리 장치
20: 분석 장치
100: 바디
110: 수용부
120: 제1 전자석부
130: 제2 전자석부

Claims (18)

  1. 분석물질, 간섭물질 및 상기 간섭물질에 결합되는 자성입자를 포함하는 시료를 교반 및 분리하는 분리 장치; 및
    상기 분리 장치에 연결되고, 상기 시료에 광을 조사하고, 출사되는 광 신호를 이용하여 상기 분석물질을 검출하는 분석 장치;를 포함하고,
    상기 분리 장치는,
    바디;
    상기 바디에 분리가능하게 배치되고, 상기 시료를 수용하는 수용부;
    상기 바디에 배치되고, 자기장을 발생시키는 제1 전자석부; 및
    상기 바디에 상기 수용부를 중심으로 상기 제1 전자석부와 마주보도록 배치되고, 상기 제1 전자석부와 상이한 방향의 자기장을 발생시키는 제2 전자석부;를 포함하고,
    상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나는 상기 자성입자에 자기장을 인가하여 상기 분석물질, 상기 간섭물질 및 상기 자성입자 중 적어도 일부를 교반하고,
    상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나는 상기 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가하여 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하며,
    분리된 상기 간섭물질은 상기 수용부 내의 제1 영역에 위치하고, 분리된 상기 분석물질은 상기 수용부 내의 상기 제1 영역과 다른 제2 영역에 위치하고,
    상기 제1 영역은 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나와 인접한 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 이격된 영역인, 분석 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부는 기 설정된 주기로 교번하여 상기 자성입자에 자기장을 인가하는, 분석 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부는 기 설정된 주기로 동시에 상기 자성입자에 자기장을 인가하는, 분석 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리 장치의 상기 바디에는 상기 광을 상기 제2 영역으로 안내하기 위한 입사홀이 형성되는, 분석 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 신호는 표면-증강 라만 산란(surface-enhanced Raman scattering, SERS) 신호인, 분석 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는 투명 재질로 이루어진, 분석 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바디에 배치되고, 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 상이한 방향으로 자기장을 발생시키는 적어도 하나의 추가 전자석부;를 더 포함하고,
    상기 추가 전자석부는 복수개 구비되며,
    복수개의 상기 추가 전자석부는 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 이격되어 배치되는, 분석 시스템.
  10. 수용부 내에 분석물질, 간섭물질 및 자성입자를 포함하는 시료를 마련하는 단계;
    상기 분석물질과 상기 간섭물질을 증폭시키는 단계;
    상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계; 및
    상기 시료에 광을 조사하고, 출사되는 광 신호를 이용하여 상기 분석물질을 검출하는 단계;를 포함하고,
    상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계는
    상기 수용부를 중심으로 마주보도록 배치되는 제1 전자석부와 제2 전자석부 중 적어도 하나를 작동시켜 자기장을 발생시키는 단계;
    상기 자기장을 이용하여 상기 수용부에 수용된 분석물질, 간섭물질 중 어느 하나에 자성입자가 결합하도록, 상기 시료를 교반하는 단계; 및
    상기 자기장을 이용하여 상기 수용부 내에서 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계;를 포함하며
    분리된 상기 간섭물질은 상기 수용부 내의 제1 영역에 위치하고, 분리된 상기 분석물질은 상기 수용부 내의 제2 영역에 위치하고,
    상기 제1 영역은 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나와 인접한 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 이격된 영역인, 분석 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 자기장을 이용하여 수용부에 수용된 분석물질 또는 간섭물질 중 어느 하나에 및 자성입자가 결합하도록, 상기 시료를 교반하는 단계는, 제1 전자석부와 제2 전자석부가 기 설정된 주기로 교번하여 상기 자성입자에 자기장을 인가하는 단계를 포함하는, 분석 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 자기장을 이용하여 수용부에 수용된 분석물질 또는 간섭물질 중 어느 하나에 자성입자가 결합하도록, 상기 시료를 교반하는 단계는, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부가 기 설정된 주기로 동시에 상기 자성입자에 자기장을 인가하는, 분석 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 자기장을 이용하여 상기 수용부 내에서 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는 단계는, 상기 제1 전자석부와 상기 제2 전자석부 중 적어도 하나가 상기 자성입자에 자기장을 계속적으로 인가하여 상기 분석물질과 상기 간섭물질을 분리하는, 분석 방법.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 광 신호를 이용하여 상기 분석물질을 검출하는 단계는, 상기 수용부, 상기 제1 전자석부, 및 제2 전자석부를 포함하는 분리 장치의 바디에 형성된 입사홀을 통해 상기 광이 상기 제2 영역으로 안내되는, 분석 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 광 신호는 표면-증강 라만 산란 신호인, 분석 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 수용부는 투명 재질로 이루어진, 분석 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 수용부, 상기 제1 전자석부, 및 제2 전자석부를 포함하는 분리 장치의 바디에 배치되고, 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 상이한 방향으로 자기장을 발생시키는 적어도 하나의 추가 전자석부;를 더 포함하고,
    상기 추가 전자석부는 복수개 구비되며,
    복수개의 상기 추가 전자석부는 상기 제1 전자석부 및 상기 제2 전자석부와 이격되어 배치되는, 분석 방법.
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