KR102466943B1 - 갭을 갖는 바이오 센서를 이용한 파킨슨병 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

파킨슨병 진단 및 모니터링 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 모니터링 방법은 마이크로 비드(b)에 제1 항체(10)를 결합하여 제1 결합체(S1)를 준비하는 단계, 상기 제1 결합체(S1)에 상기 제1 항체(10)와 특이적으로 결합하는 타겟 단백질(20)을 결합하여 제2 결합체(S2)를 준비하는 단계, 상기 제2 결합체(S2)에 상기 타겟 단백질(20)과 특이적으로 결합하는 제2 항체(30)를 결합하여 제3 결합체(S3)를 준비하는 단계, 상기 제2 결합체(S2)의 임피던스인 제1 임피던스(Z1)가 측정되고, 상기 제3 결합체(S3)의 임피던스인 제2 임피던스(Z2)가 측정되는 단계 및 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)의 차이값을 상기 제1 임피던스로 나눈 임피던스 변화율(△Z)이 연산되는 단계를 포함하며, 상기 타겟 단백질(20)은 알파-시뉴클레인(Alpha-Synuclein) 단백질일 수 있다.

Description

갭을 갖는 바이오 센서를 이용한 파킨슨병 모니터링 방법 및 시스템{Method and System for Monitoring Parkinson's Disease using Bio-Sensor with Gap}
본 발명은 갭을 갖는 바이오 센서를 이용한 파킨슨병 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전 세계에서 파킨슨병(Parkinson's Disease) 환자는 약 500만명으로 추산되고, 국내의 경우 2014년 96,673명에서 2017년에 115,679명으로 급격히 증가하는 것으로 보고되고 있다. 또한 현대 사회가 급속한 노령화 사회에 진입함에 따라 전세계의 65세 이상의 고령인구 100명 중 한 명꼴로 발병하는 질환이며, 알츠하이머 질환 다음으로 가장 흔한 뇌질환이다.
파킨슨병의 경우 질환 자체를 치료하기 위한 치료제는 현존하지 않으며, 질환의 진행 속도를 늦춰주는 약물이 주로 사용되고 있다. 따라서, 파킨슨병의 정확하고 빠른 진단이 중요하다.
파킨슨병 발병의 다양한 원인 중 하나는 알파-시뉴클레인(Alpha-Synuclein) 단백질이다. 알파-시뉴클레인은 파킨슨병의 대표적인 병리학적 소견의 표지인자로 알려진 루이소체(Lewy Body)를 구성하는 주요 단백질로서, 보다 구체적으로 루이소체는 알파-시뉴클레인의 응집체들로 구성되어 있다.
알파-시뉴클레인의 변형이 일어나게 되면, 알파-시뉴클레인의 응집이 유도됨이 알려져 있으며, 변형 정도를 파악할 수 있다면 이는 파킨슨병 진단에 중요한 지표가 될 수 있다.
한편, 파킨슨병의 진단을 위한 종래 방법들은 파킨슨병 자체를 진단하는 것이 아닌, 여러 진단을 수행한 후 그 결과를 취합하여 파킨슨병을 진단하는 방식으로, 파킨슨병의 진행이 어느 정도 이루어져야 진단이 가능하다는 단점이 있다.
또한, PET을 사용하여 뇌 이미지를 촬영하는 방식으로 파킨슨병을 진단하는 방식이 이용되어 왔으나, PET을 이용하는 방식은 많은 비용이 소요되고, PET이 구비된 대형 병원에서만 진단이 가능한 단점이 있다.
또한, 무릎을 두드리고 그에 따른 반응 측정, 후각 반응 측정 등의 신체 기능 이상을 물리적으로 진단하는 방식이 있었으나, 검사 당시의 환자의 컨디션 영향을 배제할 수 없으며, 그 진단에 있어서도 의료진의 주관적 판단이 개입됨에 따라 진단의 정확도가 다소 떨어지는 단점이 있다.
또한, 뇌척수액을 채취하여, 채취된 뇌척수액에 포함된 바이오마커의 양을 분석하는 방식이 있었으나, 뇌척수액을 채취하는 과정은 환자에게 매우 고통스럽다는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-0745794호는 말초혈액 내의 알파-시뉴클레인 유전자 발현 분석을 활용하여 파킨슨병을 진단하는 내용을 제시하나, 말초혈액으로부터 RNA를 분리한 후 RT-PCR에서의 유전자 발현량을 분석하는 것으로, 다량의 말초혈액 채취가 필요하며, 알파-시뉴클레인 자체의 발현량을 분석하는 것으로, 알파-시뉴클레인 자체의 발현량만으로는 파킨슨병을 정확히 진단할 수 없다는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2019-0027847호는 비드에 알파-시뉴클레인 응집물을 결합시켜 형광으로 검출하는 방식을 제시한다. 하지만, 알파-시뉴클레인의 응집화 정도를 측정하는 것으로, 응집이 이루어져야만 형광 정도가 측정될 수 있어, 응집 이전 단계의 파킨슨병을 정확히 진단할 수 없다는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2019-0053977호는 ELISA를 활용하여 전체 알파-시뉴클레인과 올리고머형의 알파-시뉴클레인의 양 검출 후 이들의 비율을 통해 환자와 정상인을 구분하는 내용을 제시하나, 이 역시 알파-시뉴클레인의 응집이 이루어져야만 그 수치가 정확히 연산될 수 있어, 응집 이전 단계의 파킨슨병을 정확히 진단할 수 없다는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1754239호는 수용체와 표적 생체물질의 반응을 이용한 교차 전극 바이오센서에 관한 것으로, 항체를 고정시키고 단백질의 모노머와 올리고머를 측정하는 내용을 제시하나, 항체가 고정되어 있어 재사용이 불가능하다는 단점이 있다.
한국등록특허공보 제10-0745794호 (2007.07.27) 한국공개특허공보 제10-2019-0027847호 (2019.03.15) 한국공개특허공보 제10-2019-0053158호 (2019.05.17) 한국등록특허공보 제10-1754239호 (2017.06.29)
본 발명은 센서에 투입되는 샘플의 임피던스를 각각 측정하고, 측정된 임피던스의 변화율을 연산하여 임피던스 측정 대상이 되는 타겟 단백질과 관련된 질환에 대한 진단을 높은 신뢰도로 수행하는 갭을 갖는 바이오 센서를 이용한 파킨슨병 모니터링 방법 및 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 출원의 일 실시예는, 마이크로 비드(b)에 제1 항체(10)를 결합하여 제1 결합체(S1)를 준비하는 단계, 상기 제1 결합체(S1)에 상기 제1 항체(10)와 특이적으로 결합하는 타겟 단백질(20)을 결합하여 제2 결합체(S2)를 준비하는 단계, 상기 제2 결합체(S2)에 상기 타겟 단백질(20)과 특이적으로 결합하는 제2 항체(30)를 결합하여 제3 결합체(S3)를 준비하는 단계, 상기 제2 결합체(S2)의 임피던스인 제1 임피던스(Z1)가 측정되고, 상기 제3 결합체(S3)의 임피던스인 제2 임피던스(Z2)가 측정되는 단계 및 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)의 차이값을 상기 제1 임피던스(Z1)로 나눈 임피던스 변화율(△Z)이 연산되는 단계를 포함하며, 상기 타겟 단백질(20)은 알파-시뉴클레인(Alpha-Synuclein) 단백질인, 파킨슨병 모니터링 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 항체(30)는 상기 알파-시뉴클레인의 변형 부위에 특이적으로 결합할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알파-시뉴클레인의 변형 부위는 인산화된 부분을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 항체(30)는 상기 알파-시뉴클레인의 p-ser129에 특이적으로 결합할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모니터링 방법은, 제1 전극(140), 간극(G)을 형성하도록 상기 제1 전극(140)과 소정 거리 이격되는 제2 전극(160), 및 상기 간극(G)과 연통하는 개구(117)를 형성하도록 상기 제1 전극(140)의 일부와 상기 제2 전극(160)의 일부를 커버하는 유기 절연층(180)을 포함하는 단위 측정부(110)를 하나 이상 포함하는 센서(100)를 포함하는 모니터링 시스템 내에서 수행되며, 상기 제2 결합체(S2)와 상기 제3 결합체(S3)가 상기 간극(G)에 놓여진 상태에서 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)가 측정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모니터링 시스템은, 상기 제1 전극(140)과 상기 제2 전극(160) 사이에 기 설정된 전압을 인가하는 전원 인가부(220), 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)를 측정하는 임피던스 측정부(230), 및 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)를 이용하여 상기 임피던스 변화율(△Z)을 연산하는 연산부(240)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 결합체(S2)의 임피던스인 제1 임피던스(Z1)가 측정되고, 상기 제3 결합체(S3)의 임피던스인 제2 임피던스(Z2)가 측정되는 단계는, 상기 전원 인가부(220)에 의해 기 설정된 교류 전압이 인가되고, 상기 기 설정된 교류 전압에 상기 기 설정된 교류 전압의 인가에 따라 상기 모니터링 시스템을 흐르는 전류 값으로 나눈 값을 임피던스로 측정하는 단계를 포함하며, 상기 기 설정된 교류 전압의 주파수는 0.9Hz 내지 1.1Hz일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 결합체(S1)에 상기 제1 항체(10)와 특이적으로 결합하는 타겟 단백질(20)을 결합하여 제2 결합체(S2)를 준비하는 단계는, 상기 센서(100) 내부에 상기 타겟 단백질(20)을 포함하는 분석 대상 샘플을 투입함으로써 수행되며, 상기 분석 대상 샘플은 세포 용해물(cell lysate), 뇌 용해물(brain lysate) 및 혈장(plasma)로 이루어진 그룹 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극(140)과 상기 제2 전극(160) 사이의 간극(G)은 1μm 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 간극(G)에 놓여지는 물질의 임피던스는, 상기 마이크로 비드(b)에 결합된 물질의 양과 종류가 증가할수록 감소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모니터링 시스템은, 상기 연산부(240)에 의해 연산되는 임피던스 변화율(△Z)이 저장되는 데이터베이스(250)를 더 포함하며, 상기 모니터링 방법은, 제1 시점에서 연산된 임피던스 변화율과, 상기 제1 시점 이후 제2 시점에서 연산된 임피던스 변화율을 비교함으로써, 비교 결과 데이터가 연산되는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마이크로 비드(b)는 자성 비드이고, 상기 모니터링 시스템은, 상기 자성 비드가 상기 개구(117)를 통해 상기 간극(G)에 놓여지도록 안내하는 자성체(300)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 파킨슨병 모니터링 방법을 수행하기 위한 시스템으로서, 제1 전극(140), 간극(G)을 형성하도록 상기 제1 전극(140)과 소정 거리 이격되는 제2 전극(160), 및 상기 간극(G)과 연통하는 개구(117)를 형성하도록 상기 제1 전극(140)의 일부와 상기 제2 전극(160)의 일부를 커버하는 유기 절연층(180)을 포함하는 단위 측정부(110)를 하나 이상 포함하는 센서(100) 및 상기 제1 전극(140)과 상기 제2 전극(160) 사이에 기 설정된 전압을 인가하는 전원 인가부(220), 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)를 측정하는 임피던스 측정부(230), 및 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)를 이용하여 상기 임피던스 변화율(△Z)을 연산하는 연산부(240)를 포함하는, 제어 장치(200);를 포함하는, 파킨슨병 모니터링 시스템을 제공한다.
상기한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 파킨슨병의 원인이 되는 알파-시뉴클레인 단백질의 인산화 정도를 정확하게 측정할 수 있어, 파킨슨병 발병 이전에도 발병의 위험 정도를 비교적 정확히 판단할 수 있다.
또한, 임피던스 변화율 지표를 이용하여 타겟 단백질과 관련된 질환의 위험도, 진행 속도, 정상 질환과의 구별이 명확히 가능함에 따라, 종래 ELISA를 이용하여 타겟 단백질의 정량적 분석을 통해서는 진단이 명확히 이루어지지 않았던 단점을 해결하였다.
또한, 비교적 채취가 용이한 소량의 혈액으로도 충분한 민감도 및 신뢰도를 갖는 분석 결과를 획득하는 것이 가능하다.
또한, 임피던스 반복 측정에 따라 재사용이 불가능하거나, 그 결과의 편차가 큰 종래 센서 구조와 비교하였을 때, 재사용이 가능한 장점이 있으며, 높은 반복 재현성 또한 달성된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1의 단위 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 단위 측정부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 임피던스 측정 대상이 되는 물질을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 단위 측정부의 간극에 올려진 측정 대상 물질을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 검증 실험 1에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 검증 실험 2에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 검증 실험 3에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 검증 실험 4에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 검증 실험 5에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 검증 실험 6에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 연산된 임피던스 변화율에 따른 질병의 진행 정도를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
이하에서, 시스템은 "물건"으로 이해하여야 한다.
1. 파킨슨병 모니터링 시스템
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 모니터링 시스템을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템의 구성을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 도 1의 단위 측정부를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 단위 측정부를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 임피던스 측정 대상이 되는 물질을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 모니터링 시스템은 센서(100), 제어 장치(200), 자성체(300) 및 디스플레이(400)를 포함한다.
센서(100)는 임피던스 측정 대상 물질이 놓여지는 하나 이상의 단위 측정부(110)를 포함한다.
도 2 및 3을 참조하여, 단위 측정부(110)에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 2는 도 1의 센서(100)에서 단위 측정부(110)의 평면도이고, 도 3은 단위 측정부(110)의 단면도이다.
단위 측정부(110)는 기판(120), 기판 위에 배치되는 무기 절연층(130), 무기 절연층(130) 위에 각각 배치되며 간극(G)을 형성하도록 서로 소정 거리 이격되어 배치되는 제1 전극(140) 및 제2 전극(160), 간극(G)과 연통하는 개구(117)를 형성하도록 제1 전극(140)의 일부와 제2 전극(160)의 일부를 커버하는 유기 절연층(180)을 포함한다.
여기서, 기판(120)은 실리콘, 유리, 쿼츠, 고분자 등과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 기판(120)은 투명한 물질로 형성될 수 있으며 이 경우 마이크로 비드(b)가 배치되는 지 여부를 광학적으로 확인할 수 있다는 장점을 갖는다.
제1 전극(140)과 제2 전극(160) 사이의 간극(G)에는 측정 대상 물질이 놓여진다.
도 4를 참조하여, 제1 전극(140)과 제2 전극(160) 사이의 간극(G)에 놓여지는 측정 대상 물질에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
혈액, 혈장, 혈청, 타액, 소변, 눈물, 콧물, 척수액, 뇌 용해물, 세포 용해물 등과 같은 분석 대상 샘플 내에 존재하는 타겟 단백질(20)의 임피던스를 측정하여 타겟 단백질(20)의 인산화 정도를 측정하기 위해, 제1 결합체(S1), 제2 결합체(S2) 및 제3 결합체(S3)가 간극(G)에 놓여질 수 있다.
제1 결합체(S1)는 마이크로 비드(b)와, 마이크로 비드(b)의 표면에 결합된 하나 이상의 제1 항체(10)를 포함한다.
여기서, 마이크로 비드(b)는 금속, 고분자 등으로 이루어진 자성 비드일 수 있다. 예를 들어, 마이크로 비드(b)의 직경은 1μm 내지 5μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 검출하고자 하는 대상에 따라 10μm 이상의 것이 사용될 수도 있다.
제1 항체(10)는 타겟 단백질(20)과 결합이 가능한 항체로서, 마이크로 비드(b)는 제1 항체(10)가 결합될 수 있도록 토실레이트 처리되거나, 아민처리되거나, 카르복실기가 처리될 수 있다. 여기서, 타겟 단백질(20)은 알파-시뉴클레인 단백질일 수 있으며, 제1 항체(10)는 알파-시뉴클레인 단백질과 결합할 수 있는 항체일 수 있으며, 구체적으로는 알파-시뉴클레인 단백질의 번역 후 변형 부위가 아닌 부위(공통 부위)에 결합하는 것일 수 있다.
제2 결합체(S2)는 마이크로 비드(b)와, 마이크로 비드(b)의 표면에 결합된 하나 이상의 제1 항체(10), 제1 항체(10)에 결합되는 타겟 단백질(20)을 포함한다.
제3 결합체(S3)는 마이크로 비드(b)와, 마이크로 비드(b)의 표면에 결합된 하나 이상의 제1 항체(10), 제1 항체(10)에 결합되는 타겟 단백질(20) 및 타겟 단백질(20)의 변형 부위에 결합되는 제2 항체(30)를 포함한다.
여기서, 변형 부위는 타겟 단백질(20)의 인산화(phosphorylation)된 부분일 수 있으며, 제2 항체(30)는 타겟 단백질(20)의 인산화된 부분에 결합되는 항-인산화된 알파-시뉴클레인 (Ser129) 항체 (Anti-phospho-α Synuclein (Ser129) Antibody)일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 타겟 단백질(20)의 인산화된 부분에 결합될 수 있는 항체이면 어느 것이든 적용될 수 있다.
전술한 측정 대상 물질이 놓여지는 간극(G)은 마이크로 비드(b)가 놓여지기 위해 마이크로 비드(b)의 직경보다는 작은 것이 바람직하며, 그 수치는 1μm 이하일 수 있다. 하지만, 이에 제한되지 않고 임피던스 측정을 위해 적용되는 마이크로 비드(b)에 따라 그 이상의 수치를 가질 수도 있다.
마이크로 비드(b)는 개구(117)를 통하여 간극(G)에 놓여질 수 있는데, 개구(117)의 직경은 마이크로 비드(b)의 직경보다는 크고 마이크로 비드(b) 직경의 2배보다는 작은 것이 바람직하다. 이를 통하여 하나의 개구(117)마다 하나의 마이크로 비드(b)가 투입되는 것이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다(검증 실험 1 참조).
제1 전극(140)과 제2 전극(160)은 전원 인가부(220)에 전기적으로 연결된다.
전원 인가부(220)는 제1 전극(140)과 제2 전극(160) 사이에 기 설정된 전압을 인가하게 된다. 구체적으로, 전원 인가부(200)는 제1 전극(140)과 제2 전극(160) 사이에 50mVsin(w)의 교류 전압을 인가할 수 있다. 즉, 간극(G)에 측정 대상 물질이 놓여짐에 따라, 제1 전극(140), 제2 전극(160), 전원 인가부(220) 및 측정 대상 물질이 서로 전기적으로 연결되어 하나의 전기 회로를 형성할 수 있는 것이며, 이 전기 회로에 흐르는 전류 또는 전압을 측정하여 간극(G)에 놓여진 측정 대상 물질의 임피던스(Z)를 측정할 수 있는 것이다. 다시 말하면, 마이크로 비드(b)를 포함하는 측정 대상 물질이 개구(117)를 통해 투입되어 간극(G)에 놓여져, 센서(100)에 기 설정된 교류전압을 인가함으로써 기 설정된 방법에 의하여 연산되는 전기화학적 임피던스(electrochemical impedance)를 측정하게 되는 것이다.
여기서, 전원 인가부(220)에 의해 인가되는 교류 전압의 주파수는 0.9Hz 내지 1.1Hz, 보다 구체적으로는 1Hz일 수 있는데, 상기한 주파수의 교류 전압을 인가함으로써 타겟 단백질(20)의 농도에 따라 임피던스 변화가 크게 나타난다. 이에 따라, 임피던스 변화율(△Z) 역시 큰 값으로 연산될 수 있는데, 이에 대한 검증 실험은 후술한다.
도 1을 참조하여, 센서(100)에 대해 다시 설명한다.
센서(100)는 전술한 단위 측정부(110)를 복수 개 포함하며, 각각의 단위 측정부(110)는 전원 인가부(200)에 의해 기 설정된 전압이 인가되는 제1 종방향 메인 전선(111) 및 제2 종방향 메인 전선(114)에 연결된다.
제1 종방향 메인 전선(111)과 제2 종방향 메인 전선(114)은 센서(100)의 y축과 평행할 수 있다.
제1 종방향 메인 전선(111)은, 제1 종방향 메인 전선(111)으로부터 분지되며 센서(100)의 x축 방향과 평행한 복수의 제1 횡방향 메인 전선(112)과 연결되고, 이 복수의 제1 횡방향 메인 전선(112)은, 이로부터 다시 분지되어 센서(100)의 y축 방향과 평행한 복수의 제1 종방향 서브 전선(113)과 연결된다. 제1 종방향 서브 전선(113)은 단위 측정부(110)의 제1 전극(140)에 전기적으로 연결된다.
제2 종방향 메인 전선(114)은, 제2 종방향 메인 전선(114)으로부터 분지되며 센서(100)의 x축 방향과 평행한 복수의 제2 횡방향 메인 전선(115)과 연결되고, 이 복수의 제2 횡방향 메인 전선(115)은, 이로부터 다시 분지되어 센서(100)의 y축 방향과 평행한 복수의 제2 종방향 서브 전선(116)과 연결된다. 제2 종방향 서브 전선(116)은 단위 측정부(110)의 제2 전극(160)에 전기적으로 연결된다.
즉, 전술한 전선들(111, 112, 113, 114, 115, 116)에 의해 센서(100)에 포함된 모든 단위 측정부(110)의 전극(140, 160)에 전원 인가부(220)에 의한 전압이 인가될 수 있는 것이다.
각각의 단위 측정부(110)에 형성된 개구(117)에 마이크로 비드(b)를 안내하기 위해, 센서(100)의 하부에는 자성체(300)가 구비된다. 자성체(300)는 자성을 지닌 물체로서, 영구자석 또는 전자석 등이 여기에 해당할 수 있다. 이 때, 마이크로 비드(b)는 자성체(300)의 움직임을 통해 인력에 의하여 이동할 수 있는 자성 비드 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
제어 장치(200)는 센서(100)에 인가되는 전압의 제어, 간극(G)에 놓여진 측정 대상 물질의 임피던스 측정, 자성체(300)의 구동을 제어하는 부분이다.
도 1을 참조하면, 제어 장치(200)는 구동부(210), 전원 인가부(220), 임피던스 측정부(230), 임피던스 변화율 연산부(240), 데이터베이스(250) 및 질환 정보 연산부(260)를 포함한다.
구동부(210)는 자성체(300)와 전기적으로 연결되어, 자성체(300)의 움직임을 제어하는 부분이다. 구체적으로는, 자성 비드인 마이크로 비드(b)가 개구(117)에 투입될 수 있도록 자성체(300)의 움직임을 제어할 수 있다.
전원 인가부(220)는 이에 전기적으로 연결된 전선들에 기 설정된 전압을 인가하는 부분이다. 구체적으로, 전선들에 기 설정된 교류 전압, 구체적으로 50mVsin(w)의 전압을 인가할 수 있다.
제1 전극(140)과 제2 전극(160) 사이의 간극(G)에 측정 대상 물질이 놓여진 상태에서, 전원 인가부(220)가 전압을 인가하게 되면, 간극(G)에는 전원 인가부(220)에 의해 인가된 만큼의 전압이 인가된다.
임피던스 측정부(230)는 간극(G)에 놓여진 측정 대상 물질의 임피던스(Z)를 측정하는 부분이다. 임피던스 측정 방법으로서, 전원 인가부(220) 및 센서(100)가 서로 전기적으로 연결되어 하나의 전기 회로를 이룬다고 가정하였을 때, 전극(140, 160)에 인가되는 전압의 값을 전기 회로에 흐르는 전류의 값으로 나눈 방법이 적용될 수 있다.
임피던스 변화율 연산부(240)는 임피던스 측정부(230)가 측정한 임피던스(Z)에 기초하여 기 설정된 방법에 의해 임피던스 변화율(△Z)을 연산하는 부분이다.
임피던스 변화율(△Z)을 연산하는 방법으로서, 다양한 방법이 가능하나 일 예로서, 센서(100)에 상기 제2 결합체(S2)를 포함하는 제1 샘플이 존재할 때 측정되는 임피던스를 제1 임피던스(Z1), 센서(100)에 상기 제3 결합체(S3)를 포함하는 제2 샘플이 존재할 때 측정되는 임피던스를 제2 임피던스(Z2)라고 할 때, 임피던스 변화율(△Z)은 Z1-Z2/Z1으로 연산될 수 있다. 이는, 타겟 단백질(20)의 변형 부위, 알파-시뉴클레인을 예로 들면 ser129의 인산화 정도의 절대량을 연산하는 것이 아닌, 인산화 정도의 변화량을 반영함에 따라, 타겟 단백질(20)과 연관된 질환 정보의 연산이 보다 정확히 이루어질 수 있다.
데이터베이스(250)는 임피던스 변화율 연산부(240)에 의해 연산된 임피던스 변화율(△Z)이 저장되는 부분이다. 즉, 임피던스 변화율 연산부(240)가 연산한 제1 시점에서의 임피던스 변화율(△Z)이 데이터베이스(250)에 저장되고, 제1 시점 이후의 제2 시점에서 동일 개체로부터 획득한 분석 대상 샘플로부터 다시 임피던스 변화율(△Z)을 연산하여 두 시점의 데이터를 비교하는 것이 가능해진다. 즉, 분석 대상 샘플 획득 시점마다의 데이터가 저장되고 이를 비교함으로써 질환의 진행 속도 등의 지속적인 모니터링이 가능하다.
질환 정보 연산부(260)는 임피던스 변화율(△Z)을 이용하여 임피던스 측정의 대상이 되는 타겟 단백질(20)에 관련된 질환에 대한 위험도, 진행 속도 등의 질환 관련 정보를 연산하는 부분이다. 예를 들어, 임피던스 변화율(△Z)이 높을수록 파킨슨병 질환의 위험이 높다고 연산할 수 있으며, 제1 시점과 제2 시점의 임피던스 변화율(△Z)을 비교하여 파킨슨병 질환의 진행 속도를 연산할 수 있다. 즉, 제2 시점의 임피던스 변화율과 제1 시점의 임피던스 변화율의 차이가 클수록 파킨슨병 질환의 진행 속도가 빠르다고 연산될 수 있다.
디스플레이(400)는 모니터 등의 표시 장치 형태로 구현될 수 있으며, 제어 장치(200)에 의해 연산된 정보들이 출력되는 부분이다.
2. 검증 실험
2-1. 제1 결합체(S1)(마이크로 비드 + 제1 항체)의 준비
토실레이트 처리된 자성 비드(Thermo Fisher, Dynabead M-450, 직경 2.8㎛, 14203)와 알파-시뉴클레인 단백질 결합 항체(santa cruz, Anti-Alpha-synuclein) antibody, sc-12767, 50㎕/200㎕)를 0.1M의 PBS 버퍼에 넣고, 37˚C의 인큐베이터 안에 배치한 후, 롤 믹서 위에서 24시간 동안 인큐베이션하였다.
다음으로, 상기 알파-시뉴클레인 단백질 결합 항체와 결합된 자성 비드를 0.4% Block ACE (AbD serotec, USA)로 세척하고, 0.2M의 트리스 버퍼로 블록 처리하였다. 상기 자성 비드 용액 30mg/mL를 0.4% Block Ace가 포함된 PBST(Phosphate Buffered Saline with Tween-20, 0.01% Tween-20)에 넣어서 보관하였다.
2-2. 제2 결합체(S2)(마이크로 비드 + 제1 항체 + 타겟 단백질)의 준비
1ng/mL 농도의 알파-시뉴클레인 단백질을 0.1% PBST를 이용하여, 다양한 농도 (1fg/mL ~ 100pg/mL)로 1/10씩 희석하고, 필요에 따라 Ser129의 인산화를 촉진시키는 MPP+로 처리하였다.
상기 알파-시뉴클레인 단백질 결합 항체와 결합된 자성 비드를 0.1% PBST를 이용하여, 300㎕/ml로 희석한 후, 상기 알파-시뉴클레인 단백질(희석액)과 상기 자성 비드(희석액)를 1:2의 농도로 혼합하고, 냉장고 안에서 22시간 동안 반응하였다.
다음으로, 상기 알파-시뉴클레인 단백질과 결합된 지성 비드를 0.1% PBST를 이용하여, 2회 세척하고, PBS(Phosphate Buffered Saline)를 이용하여, 2회 세척한 후, PBS를 이용하여 자성 비드 농도가 60㎕/ml가 되도록 희석하였다.
2-3. 제3 결합체(S3)(마이크로 비드 + 제1 항체 + 타겟 단백질 + 제2 항체)
2-2와 동일한 방법으로 알파-시뉴클레인 단백질과 결합된 자성 비드(300㎕/ml)를 준비하였다.
상기 자성 비드를, 알파-시뉴클레인 단백질의 인산화된 부분에 결합이 가능한 제2 항체(abcam, Recombinant Anti-Alpha-synuclein (phospho S129) antibody, ab51253) 10ng와 혼합하고, 냉장고 안에서 22시간 동안 반응하였다.
상기 제2 항체와 결합된 자성 비드를 0.1% PBST를 이용하여, 2회 세척하고, PBS를 이용하여, 2회 세척한 후, PBS를 이용하여 비드 농도가 60㎕/ml가 되도록 희석하였다.
2-5. 검증 실험 1
본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템에서, 하나의 개구(117)에 하나의 마이크로 비드(b)가 높은 효율로 투입되도록 하는 직경을 찾기 위해 검증 실험을 실시하였다(도 6).
20 x 20 배열을 갖는 센서(100)에서, 각각의 개구(117)의 직경을 9μm로 형성하여, (a) 2.8μm 직경을 갖는 마이크로 비드(b) (b) 4.5μm 직경을 갖는 마이크로 비드(b)를 투입하여, 각 개구(117)마다 몇 개의 마이크로 비드(b)가 투입되는지를 카운팅하였다.
실험 결과, (a)의 경우 개구(117)에 투입되는 마이크로 비드(b)의 분포가 일정하지 않았으나, (b)의 경우 하나의 개구(117)에 3개 이상의 마이크로 비드(b)가 투입되는 것이 관찰되지 않았으며, 높은 확률로 각각의 개구(117)마다 하나의 마이크로 비드(b)가 투입될 수 있음을 확인하였다.
검증 실험 1을 통하여, 개구(117)의 직경은 마이크로 비드(b)의 직경보다는 크되, 마이크로 비드(b)의 직경의 2배 이하인 것임 바람직함을 확인하였다.
2-6. 검증 실험 2
본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템에서 마이크로 비드(b)에 물질들이 더 결합됨에 따라 측정되는 임피던스(Z)의 경향을 알아보고자 검증 실험을 실시하였다(도 7).
제1 전극(140)과 제2 전극(160) 사이의 간극(G)에 배치되는 측정 대상 물질이 (a) 마이크로 비드(b) (b) 제1 결합체(S1)(마이크로 비드 + 제1 항체) (c) 제2 결합체(S2)(마이크로 비드 + 제1 항체 + 타겟 단백질) 및 (d) 제3 결합체(마이크로 비드 + 제1 항체 + 타겟 단백질 + 제2 항체) 경우를 비교하여 임피던스를 측정하였다.
임피던스 측정 결과, (a)에서 (d)로 갈수록, 즉, 마이크로 비드(b)에 제1 항체(10), 타겟 단백질(20) 및 제2 항체(30) 등이 더 결합될수록 측정되는 임피던스의 값이 감소하는 경향을 확인할 수 있었다.
또한, 임피던스 측정을 위해 인가되는 교류 전압의 주파수가 작을수록 임피던스의 변화가 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
2-7. 검증 실험 3
Ser129의 인산화를 촉진하는 MPP 처리에 따른 임피던스 변화율을 측정하기 위해 검증 실험을 실시하였다.
도 8(a)에서 ctrl(Control)은 마이크로 비드(b), 제1 항체(10) 및 MPP 미처리 알파-시뉴클레인 단백질을 포함하는 샘플을 투입하였을 경우를 의미하고, MPP는 마이크로 비드(b), 제1 항체(10) 및 MPP 처리 알파-시뉴클레인 단백질을 포함하는 샘플을 투입하였을 경우를 의미하며, +p는 제2 항체(30)를 더 투입하였을 경우를 의미한다.
도 8(a)를 참조하면, 알파-시뉴클레인 단백질의 인산화 정도가 클수록 임피던스가 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 제2 항체(30)가 알파-시뉴클레인의 인산화된 부분에 결합할수록 임피던스가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 8(b)를 참조하면, MPP 미처리 샘플에서 제2 항체(30)를 투입하더라도 제2 항체(30)가 결합될 수 있는 인산화 부위가 적기 때문에, 임피던스의 변화 자체가 일어나지 않음을 확인하였으며, MPP 처리 샘플에서는 제2 항체(30) 투입에 따라 임피던스 변화율의 수치가 유의미하게 관찰되었다.
검증 실험 3을 통해, 임피던스 변화율 수치가 알파-시뉴클레인의 인산화 정도를 나타내는 지표임을 확인할 수 있었다.
2-8. 검증 실험 4
타겟 단백질(20)인 알파-시뉴클레인 단백질의 농도에 따른 임피던스 변화를 측정하기 위해 검증 실험 4를 실시하였다.
도 9(a), (b)에 도시된 바와 같이, 제2 결합체(S2)에서 알파-시뉴클레인의 농도가 높아질수록 전류가 잘 흐르게 되어서, 도 9(c)의 결과처럼 임피던스 값이 낮아짐을 확인할 수 있었다. 도 9(d)를 참조하면, 알파-시뉴클레인의 농도가 증가할수록 임피던스 변화율(△Z)이 선형적으로 그 값이 증가함을 확인하였다.
2-9. 검증 실험 5
SH-SY5Y 세포(도 10(a))와 Cortical neuron(도 10(b))을 사용하여 검증 실험 5를 진행하였다. 두 가지 세포에서 대조군과 MPTP 처리를 통해 제작된 파킨슨병(PD) 모델을 제작하고 lysis 시켜서 용액화 하였다(도 10(c)).
SH-SY5Y 세포의 MPTP 처리 시간(12시간 및 24시간)에 따른 임피던스 변화율을 측정하였으며, 도 10(d)를 참조하면, 약물처리 시간이 증가할수록 알파-시뉴클레인의 반응량이 증가하였으며, 인산화 정도는 처음 12시간 처리에서는 증가를 하였으나 시간에 따른 경향성은 존재하지 않음을 확인하였다. 도 10(e)를 참조하면, Cortical neuron의 실험에서는 약물 처리에 따라 알파-시뉴클레인의 반응도는 큰 변화가 없었으나, 인산화 정도는 증가함을 확인하였다.
3. 갭을 갖는 바이오 센서의 제조 방법
도 12(a) 내지 12(g)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템의 센서(100)의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 12(a)를 참조하면, 기판(120) 위에 무기 절연층(130)을 형성한다. 상기 무기 절연층(130) 위에 제1 금속층(140)을 형성한다. 상기 제1 금속층(140) 위에 제1 포토레지스트 패턴(150)을 형성한다.
예를 들어, 상기 기판(120)은, 실리콘, 유리, 쿼츠, 고분자 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 무기 절연층(130)은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 금속층(140)은, 금, 은, 백금, 크롬, 구리, 티타늄, 이들의 합금 등을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 서로 다른 금속층의 적층 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 금속층(140)은 크롬/금의 이층 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 포토레지스트 패턴(150)은 상기 제1 금속층(140)을 부분적으로 커버하여, 상기 제1 금속층(140)의 상면을 부분적으로 노출시킨다.
도 12(b)를 참조하면, 상기 제1 금속층(140)을 식각하여, 제1 전극(140)을 형성한다. 상기 식각은, 습식 식각에 의한 등방성 식각으로 이루어진다. 따라서, 상기 제1 전극(140)은, 제1 포토레지스트 패턴(150)에 대하여 언더컷을 형성한다.
도 12(c)를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(150) 및 상기 무기 절연층(130)의 노출된 상면 위에 제2 금속층(160)을 형성한다. 상기 제2 금속층(160)은 스퍼터링, 원자빔증착 등과 같은 증착에 의해 형성될 수 있으며, 언더컷이 형성된 상기 제1 포토레지스트 패턴(150)의 아래에는 형성되지 않는다.
상기 제2 금속층(160)은, 금, 은, 백금, 크롬, 구리, 티타늄, 이들의 합금 등을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 서로 다른 금속층의 적층 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 금속층(160)은 크롬/금의 이층 구조를 가질 수 있다.
도 12(d)를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(150) 및 그 위에 배치된 상기 제2 금속층(160)을 제거한다. 따라서, 상기 제1 전극(140)과 잔류하는 제2 금속층(160) 사이에는 간극(G)이 형성될 수 있다. 상기 나노 갭은, 포토리소그라피 공정의 노광 후, 마스크를 이용한 식각에 의해 형성되지 않고, 언더컷 형성 후 리프트 오프에 의해 형성되므로, 포토리소그라피의 critical dimension의 한계 보다 작아질 수 있으며, 웨이퍼 레벨의 대면적 공정이 가능하다.
도 12(e)를 참조하면, 상기 제1 전극(140) 및 잔류 제2 금속층(160) 위에 제2 포토레지스트 패턴(170)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴(170)은 상기 간극(G)을 커버하고, 상기 제2 금속층(160)을 부분적으로 노출할 수 있다.
도 12(f)를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(170)을 마스크로 이용하여, 상기 잔류 제2 금속층(160)을 식각하여, 제2 전극(160)을 형성한다.
도 12(g)를 참조하면, 상기 제1 전극(140) 및 상기 제2 전극(160) 위에 유기 절연층(180)을 형성한다. 상기 유기 절연층(180)은 상기 간극(G)을 노출하는 개구(117)를 형성할 수 있다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 제1 항체
20: 타겟 단백질
30: 제2 항체
100: 센서
110: 단위 측정부
111: 제1 종방향 메인 전선
112: 제1 횡방향 메인 전선
113: 제1 종방향 서브 전선
114: 제2 종방향 메인 전선
115: 제2 횡방향 메인 전선
116: 제2 종방향 서브 전선
117: 개구
120: 기판
130: 무기 절연층
140: 제1 전극
150: 제1 포토레지스트 패턴
160: 제2 전극
170: 제2 포토레지스트 패턴
180: 유기 절연층
200: 제어 장치
210: 구동부
220: 전원 인가부
230: 임피던스 측정부
240: 임피던스 변화율 연산부
250: 데이터베이스
260: 질환정보 연산부
300: 자성체
400: 디스플레이
b: 마이크로 비드
S1: 제1 결합체
S2: 제2 결합체
S3: 제3 결합체

Claims (13)

  1. 모니터링 방법으로서,
    마이크로 비드(b)에 제1 항체(10)를 결합하여 제1 결합체(S1)를 준비하는 단계;
    상기 제1 결합체(S1)에 상기 제1 항체(10)와 특이적으로 결합하는 타겟 단백질(20)을 결합하여 제2 결합체(S2)를 준비하는 단계;
    상기 제2 결합체(S2)에 상기 타겟 단백질(20)과 특이적으로 결합하는 제2 항체(30)를 결합하여 제3 결합체(S3)를 준비하는 단계;
    상기 제2 결합체(S2)의 임피던스인 제1 임피던스(Z1)가 측정되고, 상기 제3 결합체(S3)의 임피던스인 제2 임피던스(Z2)가 측정되는 단계; 및
    상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)의 차이값을 상기 제1 임피던스(Z1)로 나눈 임피던스 변화율(△Z)이 연산되는 단계;를 포함하며,
    상기 타겟 단백질(20)은 알파-시뉴클레인(Alpha-Synuclein) 단백질이고,
    상기 모니터링 방법은,
    제1 전극(140), 간극(G)을 형성하도록 상기 제1 전극(140)과 소정 거리 이격되는 제2 전극(160), 및 상기 간극(G)과 연통하는 개구(117)를 형성하도록 상기 제1 전극(140)의 일부와 상기 제2 전극(160)의 일부를 커버하는 유기 절연층(180)을 포함하는 측정 단위부(110)를 복수개 포함하는 센서(100);
    상기 제1 전극(140)과 상기 제2 전극(160) 사이에 기 설정된 전압을 인가하는 전원 인가부(220), 상기 전원 인가부(220)에서 인가되는 상기 기 설정된 전압의 값과, 상기 기 설정된 전압 인가에 따라 측정되는 전류의 값을 이용하여 상기 센서(100)에 투입되는 적어도 2개의 측정 대상 물질의 임피던스(Z)를 각각 측정하는 임피던스 측정부(230), 및 상기 임피던스 측정부(230)에 의해 측정된 임피던스(Z)에 기초하여 상기 임피던스 변화율(△Z)을 연산하는 연산부(240)를 포함하는 제어 장치(200); 및
    상기 간극(G)에 마이크로 비드(b)를 포함하는 측정 대상 물질이 놓여지도록 상기 마이크로 비드(b)를 이동시키는 자성체(300);를 포함하는 모니터링 시스템 내에서 수행되며,
    상기 센서(100)는,
    상기 전원 인가부(220)의 일측에 연결되는 제1 종방향 메인 전선(111), 상기 제1 종방향 메인 전선(111)으로부터 분기되는 복수의 제1 횡방향 메인 전선(112), 일측이 상기 복수의 제1 횡방향 메인 전선(112)으로부터 분기되고 타측이 상기 제1 전극(140)에 전기적으로 연결되는 복수의 제1 종방향 서브 전선(113); 및
    상기 전원 인가부(220)의 타측에 연결되는 제2 종방향 메인 전선(114), 상기 제2 종방향 메인 전선(114)으로부터 분기되는 복수의 제2 횡방향 메인 전선(115), 일측이 상기 복수의 제2 횡방향 메인 전선(115)으로부터 분기되고 타측이 상기 제2 전극(160)에 전기적으로 연결되는 복수의 제2 종방향 서브 전선(116)을 더 포함하며,
    상기 간극(G)에 놓여지는 상기 측정 대상 물질은,
    마이크로 비드(b) 및 상기 마이크로 비드(b)에 결합되는 제1 항체(10)를 포함하는 상기 제1 결합체(S1);
    상기 마이크로 비드(b), 상기 마이크로 비드(b)에 결합되는 제1 항체(10) 및 상기 제1 항체(10)에 결합되는 타겟 단백질(20)을 포함하는 상기 제2 결합체(S2); 및
    상기 마이크로 비드(b), 상기 마이크로 비드(b)에 결합되는 상기 제1 항체(10), 상기 제1 항체(10)에 결합되는 상기 타겟 단백질(20) 및 상기 타겟 단백질(20)의 제1 변형 부위에 결합되는 제2 항체(30)를 포함하는 상기 제3 결합체(S3); 중 하나 이상을 포함하되,
    상기 개구(117)의 크기는 상기 간극(G)보다 크고 상기 마이크로 비드(b) 직경의 2배 이하인 크기로 구성되는,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 항체(30)는 상기 알파-시뉴클레인의 변형 부위에 특이적으로 결합하는,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 알파-시뉴클레인의 변형 부위는 인산화된 부분을 포함하는,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 항체(30)는 상기 알파-시뉴클레인의 p-ser129에 특이적으로 결합하는,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 결합체(S2)의 임피던스인 제1 임피던스(Z1)가 측정되고, 상기 제3 결합체(S3)의 임피던스인 제2 임피던스(Z2)가 측정되는 단계는,
    상기 전원 인가부(220)에 의해 기 설정된 교류 전압이 인가되고, 상기 기 설정된 교류 전압에 상기 기 설정된 교류 전압의 인가에 따라 상기 모니터링 시스템을 흐르는 전류 값으로 나눈 값을 임피던스로 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 기 설정된 교류 전압의 주파수는 0.9Hz 내지 1.1Hz인,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 결합체(S1)에 상기 제1 항체(10)와 특이적으로 결합하는 타겟 단백질(20)을 결합하여 제2 결합체(S2)를 준비하는 단계는, 상기 센서(100) 내부에 상기 타겟 단백질(20)을 포함하는 분석 대상 샘플을 투입함으로써 수행되며,
    상기 분석 대상 샘플은 세포 용해물(cell lysate), 뇌 용해물(brain lysate), 혈장(plasma), 혈액, 타액 및 콧물로 이루어진 그룹 중 선택된 하나 이상을 포함하는,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극(140)과 상기 제2 전극(160) 사이의 간극(G)은 1μm 이하인,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 간극(G)에 놓여지는 물질의 임피던스는,
    상기 마이크로 비드(b)에 결합된 물질의 양과 종류가 증가할수록 감소하는,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템은, 상기 연산부(240)에 의해 연산되는 임피던스 변화율(△Z)이 저장되는 데이터베이스(250)를 더 포함하며,
    상기 파킨슨병 모니터링 방법은,
    제1 시점에서 연산된 임피던스 변화율과, 상기 제1 시점 이후 제2 시점에서 연산된 임피던스 변화율을 비교함으로써, 비교 결과 데이터가 연산되는 단계를 더 포함하는,
    파킨슨병 모니터링 방법.
  12. 삭제
  13. 제1항 내지 제4항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 파킨슨병 모니터링 방법을 수행하기 위한 시스템으로서,
    제1 전극(140), 간극(G)을 형성하도록 상기 제1 전극(140)과 소정 거리 이격되는 제2 전극(160), 및 상기 간극(G)과 연통하는 개구(117)를 형성하도록 상기 제1 전극(140)의 일부와 상기 제2 전극(160)의 일부를 커버하는 유기 절연층(180)을 포함하는 단위 측정부(110)를 하나 이상 포함하는 센서(100); 및
    상기 제1 전극(140)과 상기 제2 전극(160) 사이에 기 설정된 전압을 인가하는 전원 인가부(220), 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)를 측정하는 임피던스 측정부(230), 및 상기 제1 임피던스(Z1)와 상기 제2 임피던스(Z2)를 이용하여 상기 임피던스 변화율(△Z)을 연산하는 연산부(240)를 포함하는, 제어 장치(200);를 포함하는,
    파킨슨병 모니터링 시스템.
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KR100745794B1 (ko) 2004-07-30 2007-08-02 주식회사 브레인트로피아 말초혈액을 이용한 파킨슨씨병의 진단킷트
JP6711754B2 (ja) * 2013-10-24 2020-06-17 ナノソミックス・インコーポレイテッドＮａｎｏＳｏｍｉＸ， Ｉｎｃ． アルツハイマー病および他の神経変性障害のためのバイオマーカーおよび診断方法
GB201512203D0 (en) * 2015-07-13 2015-08-19 Lundbeck & Co As H Agents,uses and methods
KR101754239B1 (ko) 2015-12-28 2017-07-06 한국과학기술연구원 수용체와 표적 생체물질의 반응을 이용한 교차 전극 바이오센서
KR101901594B1 (ko) * 2016-02-12 2018-09-28 주식회사 캔티스 단백질 응집형의 검출 방법, 전기화학적 검출 키트 및 이를 이용한 비정상 단백질 응집 관련 질병의 진단 방법 및 전기화학적 진단 키트
GB201611840D0 (en) 2016-07-07 2016-08-24 Univ Court Of The Univ Of Edinburgh The Alpha-synuclein detection assay
KR102103284B1 (ko) * 2017-02-01 2020-04-23 한국과학기술연구원 단백질의 번역후 변형 모니터링 방법
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