KR102464005B1 - 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료주입구로 투입되는 시료내에 존재하는 바이오마커에 대하여 선택적으로 면역반응을 하는 리셉터가 고정된 신호발생용 멤브레인; 상기 신호발생용 멤브레인의 하부에 형성되고, 상기 시료의 측류(lateral flow)를 위한 채널을 형성하는 다공성 멤브레인; 상기 다공성 멤브레인의 하부에 형성되고, 전기화학반응을 측정하는 전극을 포함하는 지지체; 상기 다공성 멤브레인의 일단의 하부에 형성되어 상기 시료를 이동시키는 흡수패드;를 포함하고, 상기 리셉터는 효소가 부착된 라벨링된 항체와 결합하여 상기 지지체의 전극에 의한 전기화학반응으로 바이오마커를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법은, 신호발생용 멤브레인에서 면역반응이 일어나도록 하고, 다공성 멤브레인은 시료가 흘러가게 하는 유체 채널로 이용하여 면역반응의 결과물인 전기화학반응 부산물을 전극으로 측정함으로써 시료내 바이오마커의 농도를 신속하고 정량적으로 간단하게 검출할 수 있다. 또한, 종래의 자가진단용 LFA 센서는 형광입자나 나노입자가 만들어내는 광신호를 측정하는 광리더기가 필요한 반면, 본 발명은 전기화학효소를 이용하여 전기화학신호측정 원리로 간단하게 바이오마커 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법은, 신호발생용 멤브레인에서 면역반응이 일어나도록 하고, 다공성 멤브레인은 시료가 흘러가게 하는 유체 채널로 이용하여 면역반응의 결과물인 전기화학반응 부산물을 전극으로 측정함으로써 시료내 바이오마커의 농도를 신속하고 정량적으로 간단하게 검출할 수 있다. 또한, 종래의 자가진단용 LFA 센서는 형광입자나 나노입자가 만들어내는 광신호를 측정하는 광리더기가 필요한 반면, 본 발명은 전기화학효소를 이용하여 전기화학신호측정 원리로 간단하게 바이오마커 검출할 수 있다.
Description
본 발명은 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료의 측류(lateral flow)를 위한 채널을 형성하는 다공성 멤브레인을 구비하는 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법에 관한 것이다.
종래 자가진단용 LFA(Lateral Flow Assay) 센서는 나노입자나 형광입자를 광학적 신호를 발생시키는 라벨 물질로 활용하고 NC 멤브레인 상에 항원-항체 반응영역에 라벨물질이 쌓이는 정도를 판별하여 타겟 마커의 농도를 정량분석하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 종래의 방법은 간단하게 현장에서 사용할 수 있는 장점이 있지만 광학적인 측정이 필요하고 정량적인 수치로 확인하기 위해서는 형광입자나 나노입자가 만들어내는 광신호를 측정하는 광리더기가 필요한 단점이 있다.
또한, 대한민국공개특허 제2015-0078743호는 타겟물질 분석용 금속 전극, 이를 포함하는 타겟물질 분석용 센서 및 면역 크로마토그래피 분석 센서를 개시하고 있으나, 하나의 멤브레인 스트립에서 면역반응과 전극에 의한 전기화학반응이 수행됨에 따라 정량화된 측정이 어렵고, 용액에 노출되는 전극의 면적 제어를 일정하게 하기가 어려워 정확한 전기화학반응 신호를 측정하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 신호발생용 멤브레인에서 면역반응이 일어나도록 하고, 또다른 멤브레인은 시료가 흘러가게 하는 유체 채널로 이용하여 면역반응의 결과물인 전기화학반응 부산물을 전극으로 측정함으로써 시료내 바이오마커의 농도를 신속하고 정량적으로 간단하게 검출할 수 있는 자가진단용 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전기화학효소를 이용하여 전기화학신호측정 원리로 간단하게 바이오마커 검출함으로써 광리더기를 필요로 하지 않는 자가진단용 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 바이오마커 검출용 전기화학센서는, 시료주입구로 투입되는 시료내에 존재하는 바이오마커에 대하여 선택적으로 면역반응을 하는 리셉터가 고정된 신호발생용 멤브레인; 상기 신호발생용 멤브레인의 하부에 형성되고, 상기 시료의 측류(lateral flow)를 위한 채널을 형성하는 다공성 멤브레인; 상기 다공성 멤브레인의 하부에 형성되고, 전기화학반응을 측정하는 전극을 포함하는 지지체; 상기 다공성 멤브레인의 일단의 하부에 형성되어 상기 시료를 이동시키는 흡수패드;를 포함하고, 상기 리셉터는 효소가 부착된 라벨링된 항체와 결합하여 상기 지지체의 전극에 의한 전기화학반응으로 바이오마커를 검출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 효소는 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)이고, 상기 기질용액은 아스코르브산-2-포스페이트(ascorbic-2-phosphate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 리셉터는 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acids) 및 압타머(aptamer)로 구성된 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 리셉터가 1차 항체인 경우에, 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체는 상기 1차항체에 특이적으로 결합하는 2차항체일 수 있다.
또한, 상기 다공성 멤브레인은 섬유 지지체가 얽힌 구조를 가지고, 상기 다공성 멤브레인의 섬유 지지체의 일부에 ITO 박막 증착하여 형성된 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 내부에 상기 신호발생용 멤브레인, 다공성 멤브레인, 지지체 및 흡수패드가 마련되고, 상기 신호발생용 멤브레인의 상부에 시료가 주입되는 시료주입구가 형성된 하우징을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기화학센서를 이용한 바이오마커의 검출방법은, 시료, 및 효소가 부착된 라벨링된 항체를 시료주입구에 투입하는 단계; 상기 시료주입구로 투입된 상기 시료 내에 존재하는 바이오마커를 매개로 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체와 신호발생용 멤브레인에 고정된 리셉터가 결합하는 단계; 세척액을 투입하여 비특이 흡착된 단백질과 효소를 세척하여 상기 신호발생용 멤브레인 하부에 형성된 다공성 멤브레인을 통해 제거하는 단계; 전기화학신호 발생용 기질용액을 투입하여 상기 리셉터와 결합된 항체에 부착된 효소에 의한 효소-기질 반응에 의해 전기화학신호를 발생하는 단계; 및 상기 발생된 전기화학신호를 상기 다공성 멤브레인의 하단부에 형성된 전극을 통해 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 효소는 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)이고, 상기 기질용액은 아스코르브산-2-포스페이트(ascorbic-2-phosphate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 시료, 및 효소가 부착된 라벨링된 항체를 시료주입구에 투입하는 단계는, 시료주입구에 투입하기 전 상기 시료와 효소가 부착된 라벨링된 항체를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리셉터는 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acids) 및 압타머(aptamer)로 구성된 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리셉터가 1차 항체인 경우에, 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체는 상기 1차항체에 특이적으로 결합하는 2차항체일 수 있다.
그리고, 상기 다공성 멤브레인은 섬유 지지체가 얽힌 구조를 가지고, 상기 다공성 멤브레인의 섬유 지지체의 일부에 ITO 박막 증착하여 형성된 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법은, 신호발생용 멤브레인에서 면역반응이 일어나도록 하고, 다공성 멤브레인은 시료가 흘러가게 하는 유체 채널로 이용하여 면역반응의 결과물인 전기화학반응 부산물을 전극으로 측정함으로써 시료내 바이오마커의 농도를 신속하고 정량적으로 간단하게 검출할 수 있다.
또한, 종래의 자가진단용 LFA 센서는 형광입자나 나노입자가 만들어내는 광신호를 측정하는 광리더기가 필요한 반면, 본 발명은 전기화학효소를 이용하여 전기화학신호측정 원리로 간단하게 바이오마커를 검출할 수 있다.
또한, 멤브레인의 교체만으로 하우징과 전극은 반영구적으로 사용 가능하고, 소변 등의 시료에 대해 자가진단용으로 사용하기에 적합하다.
또한, 용액에 노출되는 전극의 면적 제어를 일정하게 함으로써 정확한 전기화학반응 신호를 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기화학센서의 구조 및 신호발생용 멤브레인 내 면역반응 영역의 항원항체 반응을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)에 의한 전기화학반응을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기화학센서의 측정 신호를 증가시키기 위하여 다공성 멤브레인의 일부를 전극재료로 증착 코팅한 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학센서의 측정 신호를 증가시키기 위하여 다공성 멤브레인의 일부를 전극재료로 증착 코팅한 구조를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)에 의한 전기화학반응을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기화학센서의 측정 신호를 증가시키기 위하여 다공성 멤브레인의 일부를 전극재료로 증착 코팅한 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학센서의 측정 신호를 증가시키기 위하여 다공성 멤브레인의 일부를 전극재료로 증착 코팅한 구조를 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 전기화학센서의 구조 및 신호발생용 멤브레인 내 면역반응 영역의 항원항체 반응을 나타내는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오마커 검출용 전기화학센서는 신호발생용 멤브레인(10), 다공성 멤브레인(20), 지지체(30)및 흡수패드(50)를 포함한다.
신호발생용 멤브레인(10)은 시료주입구(60)로 투입되는 시료내에 존재하는 바이오마커에 대하여 선택적으로 면역반응을 하는 리셉터가 고정된다. 시료는 혈액 또는 소변 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바이오마커는 단백질이나 DNA, RNA(리복핵산), 대사 물질 등으로서 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표 물질이다.
상기 신호발생용 멤브레인(10)은 지지체에 형성된 전극, 즉 상대 전극(Counter electrode, CE)(41), 작동 전극(working electrode, WE)(42) 또는 기준 전극(reference electrode, RE)(43)과 동일한 면적(부피)으로 구성이 되는데, 이의 위치는 상대 전극(41) 또는 작동 전극(42)과 대응하는 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 1을 참조하여 설명하면, 상대 전극(41), 다공성 멤브레인(20), 신호발생용 멤브레인(10) 순으로 수직 방향으로 대응되는 위치에 적층된 구조를 가지게 된다.
리셉터는 분석대상물질과 선택적으로 반응하는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acids) 및 압타머(aptamer)로 구성된 군에서 선택된 것이 가능하다. 그래서, 항원과 결합된 라벨화된 2차 항체는 리셉터에 의해 포획될 수 있고, 이에 따라 전기화학적인 방법(효소라벨 또는 전기화학신호라벨 등) 등의 전극을 이용한 신호 검출 방법을 적용하여 간단하고 용이하게 분석이나 검출을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 리셉터는 효소가 부착된 라벨링된 항체와 결합하여 상기 지지체의 전극에 의한 전기화학반응으로 바이오마커를 검출한다.
상기 리셉터가 1차 항체인 경우에 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체는 상기 1차항체에 특이적으로 결합하는 2차항체가 된다.
다공성 멤브레인(20)은 상기 신호발생용 멤브레인(10)의 하부에 형성되고, 상기 시료의 측류(lateral flow)를 위한 채널을 형성한다. 도 1을 참조하면, 지지체와 관련하여 지지체(30)상의 전극 상부에 시료 용액이 지나가는 다공성 멤브레인(20)이 배치된다. 이때, 상기 다공성 멤브레인(20)은 유리섬유 또는 섬유 지지체가 얽힌 구조를 가질 수 있다.
지지체는 스트립 형태가 바람직하며, 지지체의 재질은 통상적으로 PET(polyester) 필름; 유리; 석영(quartz); 알루미나(Al2O3); PMMA(polymethylmethacrylate), PS(polystyrene), COC(cyclic olefin copolymer)와 같은 플라스틱; 및 실리콘 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
지지체의 상부면에는 전극이 포함되어 있다. 전극을 접착시키는 방법이나 구조는 특별히 제한되지 않고, 원하는 목적이나 구조에 맞게 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 각각의 전극을 3전극 구조로 조합하여 전기화학 센서를 제조하는 것이 가능하다. 본 발명은 스트립상의 지지체(30)위에 상대 전극(41), 이와 일정 간격 이격된 작동 전극(42) 및 기준 전극(43)이 배열될 수 있다.
흡수패드(50)는 상기 다공성 멤브레인(20)의 일단의 하부에 형성되어 시료를 이동시키는 역할을 한다.
일 실시예로서, 본 발명의 바이오마커 검출용 전기화학센서는 내부에 상기 지지체, 다공성 멤브레인(20), 신호발생용 멤브레인(10) 및 흡수패드(50)가 마련되고, 상기 신호발생용 멤브레인(10)의 상부에 시료가 주입되는 시료주입구(60)가 형성된 하우징(70)을 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)에 의한 전기화학반응을 나타내는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 신호발생용 멤브레인(10)에 고정된 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)가 기질 용액 내에 존재하는 성분, 예컨대 아스코르브산-2-포스페이트(ascorbic-2-phosphate)에 대하여 전기화학반응을 일으켜 아스코르브산과 인산으로 분리한다. 이를 통해 발생된 전기적 신호를 지지체(30)상의 전극이 검출하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 전기화학센서의 측정 신호를 증가시키기 위하여 다공성 멤브레인(20)의 일부를 전극재료로 증착 코팅한 구조를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전기화학센서의 측정 신호를 증가시키기 위하여 다공성 멤브레인(20)의 일부를 전극재료로 증착 코팅한 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바이오마커 검출용 전기화학센서는 상기 다공성 멤브레인(20)의 유리섬유 또는 섬유 지지체의 일부에 ITO(Indium Tin Oxide) 박막 증착하여 형성된 전극을 구비할 수 있다.
도 3은 다공성 멤브레인(20)에 접하고 있는 단면 전극에서만 전기화학반응을 측정하는 것과 달리 용액을 흘러가게 하는 유리 섬유(glass fiber)의 일부분을 전기화학신호 측정용 전극 소재로(예들 들면 ITO 박막 증착) 코팅하여 전극면적을 극대화한 것이며 이를 통해 전기화학신호를 증대할 수 있다.
다공성 멤브레인(20)의 유리 섬유(glass fiber)의 단면에 마스킹을 하여 동일한 면적에만 전극이 형성되도록 하며 하우징(70) 케이스에 의해 하부의 전극과 밀착되어 전기적으로 컨택되어 연결되도록 한다. 이때 하부의 컨텍 전극은 측정하려는 전압(예, 0.25V)에서는 전기화학반응이 일어나지 않는 다른 재료의 전극을 쓰는 것이 바람직하며, 동일한 소재인 ITO를 사용하더라도 동작에서는 무방하다.
한편, 다공성 멤브레인(20)은 시료가 흘러가는 경로이므로 다양한 단백질이나 불순물이 비특이적으로 흡착할 수 있으므로, 미리 비특이 흡착을 방지하는 표면처리가 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 시료 주입구에 항원-항체 반응이 일어나는 신호발생용 멤브레인(10)이 구비되어 시료 주입시 면역반응을 일으키는 바이오마커가 존재할 경우 이것이 매개가 되어 전기화학반응을 일으키는 효소(예, Alkaline Phosphatase, ALP)가 바이오마커의 양에 비례해서 멤브레인내에 존재하게 되고 이 양에 비례해서 전기화학반응 부산물이 생성되어 전극으로 이를 측정하여 바이오마커를 검출하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 전기화학센서를 이용한 바이오마커의 검출방법은,시료, 및 효소가 부착된 라벨링된 항체를 시료주입구(60)에 투입하는 단계(S10); 상기 시료주입구(60)로 투입된 상기 시료 내에 존재하는 바이오마커를 매개로 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체와 신호발생용 멤브레인(10)에 고정된 리셉터가 결합하는 단계(S20); 세척액을 투입하여 비특이 흡착된 단백질과 효소를 세척하여 상기 신호발생용 멤브레인 하부에 형성된 다공성 멤브레인(20)을 통해 제거하는 단계(S30); 전기화학신호 발생용 기질용액을 투입하여 상기 리셉터와 결합된 항체에 부착된 효소에 의한 효소-기질 반응에 의해 전기화학신호를 발생하는 단계(S40); 및 상기 발생된 전기화학신호를 상기 다공성 멤브레인(20)의 하단부에 형성된 전극을 통해 신호를 검출하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
여기서 S10단계에 따른 시료, 및 효소가 부착된 라벨링된 항체를 시료주입구(60)에 투입하는 단계는 시료주입구(60)에 투입하기 전에 정량의 상기 시료와 정량의 효소가 부착된 라벨링된 항체를 반응시킨 후 이를 주입구에 넣는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, S20단계에 따른 효소가 부착된 라벨링된 항체와 신호발생용 멤브레인(10)에 고정된 리셉터가 결합하는 단계는 상기 시료주입구(60)로 투입된 상기 시료 내에 존재하는 바이오마커를 매개로 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체와 신호발생용 멤브레인(10)에 고정된 리셉터가 결합한다.
이때 상기 효소는 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)일 수 있다. 상기 리셉터는 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acids) 및 압타머(aptamer)로 구성된 군에서 1종 이상 선택될 수 있으며, 바람직하게는 1차 항체일 수 있다. 상기 리셉터가 1차 항체인 경우에 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체는 상기 1차항체에 특이적으로 결합하는 2차항체가 된다.
다음으로, S30단계에 따른 비특이 흡착된 단백질과 효소를 제거하는 단계는 세척액을 투입하여 비특이 흡착된 단백질과 효소를 세척하여 상기 신호발생용 멤브레인 하부에 형성된 다공성 멤브레인(20)을 통해 제거한다.
S40단계에 따른 전기화학신호를 발생하는 단계는 전기화학신호 발생용 기질용액을 투입하여 상기 리셉터와 결합된 항체에 부착된 효소에 의한 효소-기질 반응에 의해 전기화학신호를 발생한다. 이때 상기 기질용액은 아스코르브산-2-포스페이트(ascorbic-2-phosphate)를 포함할 수 있다.
그리고, S50단계에 따른 신호를 검출하는 단계는 상기 발생된 전기화학신호를 상기 다공성 멤브레인(20)의 하단부에 형성된 전극을 통해 신호를 검출한다.
이때, 상기 다공성 멤브레인(20)은 유리섬유 또는 섬유 지지체가 얽힌 구조를 가진다. 또한, 일 실시예로서, 전기화학신호를 증가시키기 위하여 상기 다공성 멤브레인(20)의 유리섬유 또는 섬유 지지체의 일부에 ITO 박막 증착하여 형성된 전극을 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 바이오마커 검출용 전기화학센서 및 이를 이용한 바이오마커의 검출방법은, 신호발생용 멤브레인(10)에서 면역반응이 일어나도록 하고, 다공성 멤브레인(20)은 시료가 흘러가게 하는 유체 채널로 이용하여 면역반응의 결과물인 전기화학반응 부산물을 전극으로 측정함으로써 시료내 바이오마커의 농도를 신속하고 정량적으로 간단하게 검출할 수 있다.
또한, 종래의 자가진단용 LFA 센서는 형광입자나 나노입자가 만들어내는 광신호를 측정하는 광리더기가 필요한 반면, 본 발명은 전기화학효소를 이용하여 전기화학신호측정 원리로 간단하게 바이오마커 검출할 수 있다.
또한, 멤브레인의 교체만으로 하우징(70)과 전극은 반영구적으로 사용 가능하고, 소변 등의 시료에 대해 자가진단용으로 사용하기에 적합하다.
한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 신호발생용 멤브레인 20: 다공성 멤브레인
30: 지지체 40: 전극
50: 흡수패드 60: 시료주입구
70: 하우징
30: 지지체 40: 전극
50: 흡수패드 60: 시료주입구
70: 하우징
Claims (12)
- 시료주입구로 투입되는 시료내에 존재하는 바이오마커에 대하여 선택적으로 면역반응을 하는 리셉터가 고정된 신호발생용 멤브레인;
상기 신호발생용 멤브레인의 하부에 형성되고, 상기 시료의 측류(lateral flow)를 위한 채널을 형성하는 다공성 멤브레인;
상기 다공성 멤브레인의 하부에 형성되고, 전기화학반응을 측정하는 전극을 포함하는 지지체;
상기 다공성 멤브레인의 일단의 하부에 형성되어 상기 시료를 이동시키는 흡수패드; 및
내부에 상기 신호발생용 멤브레인, 다공성 멤브레인, 지지체 및 흡수패드가 마련되고, 상기 신호발생용 멤브레인의 상부에 시료가 주입되는 시료주입구가 형성된 하우징;을 포함하고,
상기 리셉터는 효소가 부착된 라벨링된 항체와 결합하여 상기 지지체의 전극에 의한 전기화학반응으로 바이오마커를 검출하고,
상기 신호발생용 멤브레인의 면적은 상기 시료주입구 및 상기 지지체에 형성된 전극의 각각의 면적과 동일한 면적인 것을 특징으로 하는 바이오마커 검출용 전기화학센서.
- 제1항에 있어서,
상기 효소는 알칼리포스파타제(Alkaline Phosphatase)이고, 상기 알칼리포스파타제와 반응하는 기질용액은 아스코르브산-2-포스페이트(ascorbic-2-phosphate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오마커 검출용 전기화학센서.
- 제1항에 있어서,
상기 리셉터는 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acids) 및 압타머(aptamer)로 구성된 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오마커 검출용 전기화학센서.
- 제1항에 있어서,
상기 리셉터가 1차 항체이고, 상기 효소가 부착된 라벨링된 항체가 상기 1차항체에 특이적으로 결합하는 2차항체인 것을 특징으로 하는 바이오마커 검출용 전기화학센서.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 멤브레인은 유리섬유 또는 섬유 지지체가 얽힌 구조를 가지고,
상기 다공성 멤브레인의 유리섬유 또는 섬유 지지체의 일부에 ITO 박막 증착하여 형성된 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오마커 검출용 전기화학센서.
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