KR102483323B1 - Colorimetric detection sensor for lab-on-paper with improved color development - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발색성이 향상된 랩온페이퍼용 비색 검출 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 멤브레인 말단의 유체 흐름을 효과적으로 제어하여 특정된 검출부에서 발색이 집중되도록 하여 별도의 추가적인 공정 없이 검출결과를 확인할 수 있도록 하는 발색성이 향상된 랩온페이퍼 용 비색 검출 센서를 제공한다.The present invention relates to a colorimetric detection sensor for lab-on-paper with improved color development. More specifically, a colorimetric detection sensor for lab-on-paper with improved color development is provided that effectively controls the fluid flow at the end of the membrane so that color development is concentrated in a specific detection unit so that the detection result can be checked without a separate additional process.
의료서비스 수준이 증가하고 진단기기가 발전함에 따라 신종 바이러스, 슈퍼박테리아, 결핵, 식중독균 등 인체 건강을 위협하는 감염 미생물을 효과적으로 대처하기 위해 생활현장에서 빠른 시간에 간편하게 측정할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 이들을 측정할 수 있는 분자진단은 민감도와 특이도가 우수한 진단 방법이나 특수한 장비나 시약을 요구하거나 복잡한 과정을 포함하는 경우가 많다. 면역진단 방법은 키트로 재현하기 쉽고 빠르고 간편하나 측정감도가 떨어지는 문제점이 있다.As the level of medical service increases and diagnostic equipment develops, technology is being developed that can quickly and easily measure infectious microorganisms that threaten human health, such as new viruses, super bacteria, tuberculosis, and food poisoning bacteria. . Molecular diagnosis that can measure them often requires a diagnostic method with excellent sensitivity and specificity, special equipment or reagents, or involves a complicated process. Immunodiagnostic methods are quick and easy to reproduce with a kit, but have a problem in that the measurement sensitivity is low.
현재 Real-time PCR을 이용한 진단법이 가장 빠르고 민감한 진단법으로 알려져 있으며, 일반적으로 8시간 이내에 진단이 가능하다. 현재 분자진단 방법은 PCR기술과 마이크로 채널 기술의 발전과 더불어 급속히 발전하고 있으며 Alere사의 AlereTM I 나 Roche의 Cobas Influenza 와 같이 60분 내에 검출이 가능한 제품도 상용화 되어 있다. 하지만 급속분자진단이 가능한 방법론의 경우에는 고가의 분석 장비 혹은 고가의 검사비용이 요구되며 분자진단의 전 과정을 구현하기 위해서는 여러 단계를 요구하고 있으므로 아직 현장 진단에는 한계점을 가지고 있다.Currently, the diagnostic method using real-time PCR is known as the fastest and most sensitive diagnostic method, and it is generally possible to diagnose within 8 hours. Currently, molecular diagnostic methods are developing rapidly with the development of PCR technology and microchannel technology, and products that can be detected within 60 minutes, such as Alere's AlereTM I or Roche's Cobas Influenza, are commercialized. However, in the case of a methodology capable of rapid molecular diagnosis, expensive analysis equipment or expensive test costs are required, and several steps are required to implement the entire process of molecular diagnosis, so on-site diagnosis still has limitations.
현재 보편화된 분자진단 법은 real-time PCR을 이용하는 것으로, 신속성 때문에 가장 보편화되어 있지만 현장진단 또는 1,2차 의료기관에서 사용하기에는 크고 고가의 장비를 요하기 때문에 쉽게 사용하는 것이 어려운 실정이다. 분자 진단을 위해서는 크게 시료의 전처리 (preparation), 핵산 증폭 반응 (reaction)과 검출(detection)의 3단계가 요구되는데, 핵산 증폭 반응과 검출은 real-time PCR 장비에 의해 동시에 재현하는 것이 가능하지만 시료의 전처리 문제는 여전히 남아 있다.The current universal molecular diagnosis method uses real-time PCR, which is the most common because of its speed, but it is difficult to use easily because it requires large and expensive equipment for on-site diagnosis or primary and secondary medical institutions. For molecular diagnosis, three steps are largely required: sample preparation, nucleic acid amplification reaction, and detection. Although nucleic acid amplification reaction and detection can be reproduced simultaneously by real-time PCR equipment, The preprocessing problem still remains.
한편, 랩온페이퍼(Lab-on-paper) 기술은 시료의 전처리, 등온증폭, 검출, 및 분석 단계를 하나의 칩 위에서 수행하도록 하는 일체형 시스템에 기반한 기술을 의미한다. 작은 페이퍼와 페이퍼에 심은 칩 구조물로 모든 반응을 자동화하여 빠르게 수행할 수 있으므로 검출 현장 등의 장소에 구애받지 않는 장점을 갖는다.On the other hand, lab-on-paper technology refers to a technology based on an integrated system that performs sample pretreatment, isothermal amplification, detection, and analysis steps on a single chip. Since all reactions can be automated and quickly performed with small paper and a chip structure embedded in the paper, it has the advantage of being independent of the location such as the detection site.
비색 분석(colorimetric analysis)이란 물질의 색조나 색 농도를 표준 물질과 비교하여 그 물질을 정량하는 분석법으로, 예를 들어 특정 용액의 산도 측정에 있어서 상기 용액과의 접촉에 의해 색 변화가 발생한 pH 시험지를 표준 색상표와 육안으로 비교하고, 비슷한 색상을 찾아내어 상기 용액의 산도를 알아내는 방법 등을 말한다. 이와 같은 비색 분석은 사용이 간편하고, 분석 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 따라서 이와 같은 비색 분석은 다양한 사업체, 예를 들어 발효 식품 제조소, 주류 제조소, 폐수 관리 산업체, 양식장, 병원 등에서 다양한 비색 분석 시험지, 일례로 산도 측정시험지, 젖산 측정시험, 수질관리 시험지, 요화학 검사 시험지등을 이용하여 비색 분석을 수행하고 있다.Colorimetric analysis is an analysis method that compares the color tone or color concentration of a substance with a standard substance to quantify the substance. It refers to a method of visually comparing a color chart with a standard color chart and finding a similar color to find out the acidity of the solution. Such a colorimetric assay has the advantage of being easy to use and inexpensive. Therefore, such colorimetric analysis is performed in various businesses, such as fermented food factories, liquor manufacturers, wastewater management industries, fish farms, hospitals, etc. Colorimetric analysis is performed using
비색 분석 방법은 비교 대상이 되는 물질의 색채를 기준으로 하여 비교 분석하는 것으로, 육안으로 직접분석하거나, 또는 비색 분석을 수행할 수 있는 분석 장비를 이용하여 분석한다. 사용자의 육안을 이용하여 비색을 분석하는 방법은 개개인의 색상 인식에 대한 시각차와 숙련도에 의해 그 판정 결과가 영향을 받게 되며, 또한 한 종류의 시험지가 아닌 다양한 종류의 시험지를 동시에 사용하게 되는 경우에 색 변화를 인식하지 못하는 등의 오류가 발생할 수밖에 없는 문제점이 있다. 따라서 결과의 고도의 정확성을 위해 각종 비색 분석 장비를 이용하는 경우가 많다.The colorimetric analysis method is a comparative analysis based on the color of a material to be compared, and the analysis is performed directly with the naked eye or using analysis equipment capable of performing colorimetric analysis. In the method of analyzing colorimetry using the user's naked eyes, the judgment result is affected by the individual's difference in color perception and proficiency, and when various types of test strips are used at the same time, not one type of test strip. There is a problem inevitably causing errors such as not recognizing color change. Therefore, in many cases, various colorimetric analysis equipment is used for high accuracy of the result.
이러한 비색분석법은 랩온페이퍼에 적용되는 경우가 많은데, 별도의 추가적인 장비 없이 현장에서 빠른 진단하기 위함이다. 그런데, 신체로부터 채취된 채액에 존재하는 지병지표물질은 저농도로 존재하기 때문에 측정결과를 분석하는데 있어 시험자 개개인의 숙련도에 의존도에 의존하거나 추가적인 장비가 후공정으로 도입되어야 한다는 문제가 있다. 따라서 추가적인 시설 또는 장비 없이 랩온페이퍼의 신속성 및 간편한 장점을 배가하고 측정결과의 객관성을 높이기 위해서는 퍼짐성이 낮고 발색성이 우수한 비색검출센서가 적용되는 것이 중요하다.This colorimetric analysis method is often applied to lab-on-paper, for quick diagnosis in the field without additional equipment. However, since the chronic disease indicator substances present in bodily fluids collected from the body exist at low concentrations, there is a problem in that analysis of measurement results depends on the skill level of individual testers or additional equipment must be introduced as a post-process. Therefore, it is important to apply a colorimetric detection sensor with low spreadability and excellent color development in order to double the speed and convenience of lab-on-paper without additional facilities or equipment and to increase the objectivity of measurement results.
본 발명의 목적은 랩온페이퍼에 적용될 수 있는 비색검출센서를 제공하기 위한 것이다. 특히 스케일 업 공정 내에서 적용되어 신뢰성 및 재현성이 우수한 비색점출센서를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a colorimetric detection sensor that can be applied to lab-on-paper. In particular, it is applied in a scale-up process to provide a colorimetric point sensor having excellent reliability and reproducibility.
본 발명의 목적은 퍼짐성이 낮고 발색성이 향상된 비색검출센서를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a colorimetric detection sensor with low spreadability and improved color development.
본 발명의 목적은 외부 환경 조건에 불구하고 안정성 및 재현성이 향상된 비색검출센서를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a colorimetric detection sensor with improved stability and reproducibility despite external environmental conditions.
본 발명의 다른 목적은 상기 비색검출센서를 포함하는 랩온페이퍼를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a lab-on-paper including the colorimetric detection sensor.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 랩온페이퍼용 비색 검출 센서는 멤브레인 필터; 키토산 유도체 및 실리카 혼합체; 그리고 발색제가 포함된 것일 수 있다.In order to achieve the above object, a colorimetric detection sensor for lab-on-paper according to an embodiment of the present invention includes a membrane filter; chitosan derivatives and silica mixtures; And it may contain a coloring agent.
상기 키토산 유도체는 분자량이 900Da 이하인 것일 수 있다.The chitosan derivative may have a molecular weight of 900 Da or less.
상기 랩온페이퍼용 비색 검출 센서에 있어서, 상기 실리카는 콜로이달 실리카인 것일 수 있다.In the colorimetric detection sensor for lab-on-paper, the silica may be colloidal silica.
상기 키토산 유도체는 키토산 올리고사카라이드; 글리콜 키토산, 메틸글리콜키토산, 카르복시메틸 키토산, 키토산 클로라이드 및 이들의 혼합물에서 선택된 어느 하나인 것인 것일 수 있다.The chitosan derivative is chitosan oligosaccharide; It may be one selected from glycol chitosan, methyl glycol chitosan, carboxymethyl chitosan, chitosan chloride, and mixtures thereof.
상기 멤브레인은 니트로셀룰로오스, 나일론, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, PVDF 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The membrane may be any one selected from the group consisting of nitrocellulose, nylon, polysulfone, polyethersulfone, PVDF, and mixtures thereof.
랩온페이퍼용 비색 검출 센서에서 상기 발색제는 산화효소, 과산화효소 및 발색단을 포함하는 것일 수 있다.In the colorimetric detection sensor for lab-on-paper, the coloring agent may include an oxidase, a peroxidase, and a chromophore.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분석장치는 상기 랩온페이퍼용 비색 검출 센서를 포함하는 것일 수 있다.An analysis device according to another embodiment of the present invention may include the colorimetric sensor for lab-on-paper.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 랩온페이퍼용 비색 검출 센서는 멤브레인 필터; 키토산 유도체 및 실리카 혼합체; 그리고 발색제가 포함된 것일 수 있다.In order to achieve the above object, a colorimetric detection sensor for lab-on-paper according to an embodiment of the present invention includes a membrane filter; chitosan derivatives and silica mixtures; And it may contain a coloring agent.
본 발명에서 말하는 랩온페이퍼는 시료의 전처리, 등온증폭, 검출, 및 분석 단계를 하나의 칩 위에서 수행하도록 하는 일체형 시스템에 기반한 기술을 의미을 의미하며, 시트 기반의 현장 분석 장치를 의미한다. 특히 본 발명에서 상기 멤브레인의 검출센서의 기재로 사용되는 것으로서, 제어된 멤브레인의 유체흐름을 통하여 시료가 검출부까지 이동하도록 구성된 것일 수 있다.In the present invention, lab-on-paper refers to a technology based on an integrated system that performs sample pretreatment, isothermal amplification, detection, and analysis steps on a single chip, and refers to a sheet-based on-site analysis device. In particular, in the present invention, the membrane is used as a base material for the detection sensor, and the sample may be configured to move to the detection unit through the controlled fluid flow of the membrane.
본 발명에서 말하는 검출 센서는 진단장치 등에 있어서 생체시료의 타겟이 검출혼합액과 접촉되어 발색이 나타나는 부분을 말하며, 좁은 의미로는 발색을 통하여 반응을 확인하는 검출부로 이해될 수 있다.The detection sensor referred to in the present invention refers to a part where a target of a biological sample comes into contact with a detection mixture in a diagnostic device, etc., where color development occurs. In a narrow sense, it can be understood as a detection unit that confirms a reaction through color development.
본 발명에서 말하는 멤브레인은 다공질을 포함하며, 그 내부의 공극을 통하여 모세관력에 의하여 유체흐름이 발생하게 된다. 그 유체흐름을 일정하게 조절 또는 제어함으로서 센서의 기재로 사용하게 된다.The membrane according to the present invention includes a porous material, and fluid flow is generated by capillary force through pores therein. By constantly adjusting or controlling the flow of the fluid, it is used as a base material for the sensor.
멤브레인의 다공성 공극을 막아 벽두께를 제어함으로서 유체의 흐름을 조절할 수 있는데, 이 때, 멤브레인의 벽 두께를 증가시켜 공극 사이에 막이 형성되도록 하는 첨가제가 사용된다. 주요한 첨가제로는 키토산 및 키토산 유도체가 사용되는 것일 수 있다.The flow of the fluid can be controlled by blocking the porous pores of the membrane and controlling the wall thickness. At this time, an additive is used to increase the wall thickness of the membrane so that a film is formed between the pores. Chitosan and chitosan derivatives may be used as the main additive.
종래 키토산을 사용하는 경우 소수성이 키토산을 수용성인 발색시약과 혼합하기 위하여 약산을 첨가하게 된다. 그러나 첨가된 약산에 의하여 발생성 및 색재현성이 저하되는 문제가 있다.When conventional chitosan is used, a weak acid is added to mix the hydrophobic chitosan with a water-soluble coloring reagent. However, there is a problem in that generation and color reproducibility are lowered by the added weak acid.
위와 같은 문제를 해결하기 위하여 친수성을 가지는 키토산 유도체를 사용하는 방법이 개시되었으며, 친수성의 키토상 유도체를 사용하는 경우 약산, 기타 가용화제 없이 발색제와 직접 혼합될 수 있기 때문에, 발색성 저하 없이 멤브레인의 벽 두께를 효과적으로 조절할 수 있다는 장점을 가진다.In order to solve the above problems, a method of using a hydrophilic chitosan derivative has been disclosed. Since the hydrophilic chitosan derivative can be directly mixed with a coloring agent without a weak acid or other solubilizing agent, the membrane wall It has the advantage of being able to control the thickness effectively.
특히, 특정 분자량 범위의 키토산 올리고사카라이드 락테이트를 사용하는 경우 발색성이 향상되는 장점이 있으나, 실제 이를 대량생산 공정에 적용하는 경우 멤브레인의 공극이 일정하게 제어되기 어렵기 때문에 공정상 높은 발색성을 가지도록 하면서 일정한 수율을 유지하는 것은 매우 어렵다. 이에 따라 일정 규모 이상의 스케일업 공정에서는 재현성이 일정하게 유지되도록 하기 위하여 불가피하게 패터닝이 추가될 수 밖에 없다는 단점을 가진다.In particular, the use of chitosan oligosaccharide lactate in a specific molecular weight range has the advantage of improving color development. It is very difficult to maintain a constant yield while doing so. Accordingly, in a scale-up process of a certain scale or more, patterning is inevitably added to ensure reproducibility is kept constant.
본 발명에 따란 키토산 유도체 및 실리카 혼합 조성물을 이용하는 경우 스케일업 공정에 적용되면서 높은 수율로 발색성 및 재현성이 향상 효과가 유지되도록 할 수 있다. 또한 상기 혼합 조성물을 이용하는 경우 퍼짐성이 낮고 발색성이 향상 효과가 더 높아지게 된다.In the case of using the chitosan derivative and silica mixed composition according to the present invention, it is possible to maintain the effect of improving color development and reproducibility in a high yield while being applied to a scale-up process. In addition, in the case of using the mixed composition, spreadability is low and the effect of improving color development is further increased.
상기 키토산 유도체는 분자량이 900Da 이하인 것일 수 있다. 분자량이 900Da를 초과하는 경우에는 실리카 혼합조성에 따른 퍼짐성 개선 및 발색성 향상 효과가 나타나지 않을 수 있다. 또한 분자량이 500Da 미만이 되는 경우 실리카 혼합 조성에 의하더라도 멤브레인 벽 두께가 효과적으로 증가하지 않는 문제가 발생할 수 있다.The chitosan derivative may have a molecular weight of 900 Da or less. When the molecular weight exceeds 900 Da, the effect of improving spreadability and color development according to the silica mixing composition may not appear. In addition, when the molecular weight is less than 500 Da, a problem may occur in that the membrane wall thickness is not effectively increased even with the silica mixture composition.
따라서 바람직하게 상기 키토산 유도체의 분자량은 500 내지 900Da인 것일 수 있다.Therefore, the chitosan derivative may preferably have a molecular weight of 500 to 900 Da.
상대적으로 저분자량의 키토산 유도체를 사용하는 경우 멤브레인의 막 두께 조절의 효과가 나타나지 않는 문제가 있으므로, 보통 2,000(2kDa) 내지 10,000Da(10kDa) 범위의 분자량을 가지는 키토산 유도체를 사용하는 경우가 있다. 그러나 위와 같은 경우 효과적인 막 두께 조절이 가능한 장점이 있으나, 상대적으로 큰 분자량 때문에 막의 공극이 균일하게 조절되기 어렵다는 단점을 가진다.When using a relatively low molecular weight chitosan derivative, there is a problem in that the effect of controlling the film thickness of the membrane does not appear, so a chitosan derivative having a molecular weight in the range of 2,000 (2 kDa) to 10,000 Da (10 kDa) is used. However, in the above case, it has the advantage of being able to effectively control the film thickness, but has the disadvantage that it is difficult to uniformly control the pores of the film because of the relatively high molecular weight.
반면 본 발명에서 개시하는 혼합체에 의하는 경우 상대적으로 작은 분자량을 가지는 키토산 유도체이지만, 그 혼합체 구성을 통하여 보다 세밀하게 멤브레인 상의 공극을 조절할 수 있고, 충분한 벽 두께 조절 효과를 나타낼 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 혼합 조성에 의하는 경우 보다 세밀하고 균일한 공극조절을 통하여 다양한 스케일 업 공정에서 멤브레인의 막 두께를 조절할 수 있으며, 멤브레인의 규격 오차 범위에 대응하여 일정한 수율을 유지하는 효과를 달성할 수 있다.On the other hand, in the case of the mixture disclosed in the present invention, although it is a chitosan derivative having a relatively small molecular weight, through the composition of the mixture, pores on the membrane can be more precisely controlled and sufficient wall thickness control effect can be exhibited. Therefore, in the case of the mixed composition of the present invention, it is possible to control the film thickness of the membrane in various scale-up processes through more detailed and uniform pore control, and to achieve the effect of maintaining a constant yield in response to the standard error range of the membrane. can
상기 랩온페이퍼용 비색 검출 센서에 있어서, 상기 실리카는 콜로이달 실리카인 것일 수 있다.In the colorimetric detection sensor for lab-on-paper, the silica may be colloidal silica.
콜로이달 실리카(colloidal silicate)란, 평균 직경이 수 내지 수백 나노미터 범위로 SiO2 입자의 크기가 조절되어 콜로이드 상태로 안정화 된 것을 말한다. 상기 콜로이달 실리카를 상대적으로 저분자량을 가지는 키토산 유도체와 혼합하는 경우 상호 작용에 의하여 멤브레인의 공극이 효과적으로 조절되는 점을 확인하였다.Colloidal silicate (colloidal silicate) means that the size of SiO 2 particles are adjusted to an average diameter in the range of several to several hundred nanometers and stabilized in a colloidal state. It was confirmed that when the colloidal silica was mixed with a chitosan derivative having a relatively low molecular weight, the pores of the membrane were effectively controlled by the interaction.
바람직하게 상기 콜로이달 실리카는 평균입경이 10 내지 30nm인 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 상기 상대적으로 저분자량을 키토산 유도체화 함께 멤브레인의 두께가 효과적으로 조절될 수 있다. 평균입경이 10nm 미만인 경우 혼합에 의한 상승효과를 달성할 수 없으며, 30nm을 초과하는 경우 상호 작용에 의한 막충진의 상승효과를 달성할 수 없다.Preferably, the colloidal silica may have an average particle diameter of 10 to 30 nm. In the case of the above range, the thickness of the membrane can be effectively controlled with the derivatization of chitosan having a relatively low molecular weight. When the average particle diameter is less than 10 nm, a synergistic effect by mixing cannot be achieved, and when it exceeds 30 nm, a synergistic effect of film filling by interaction cannot be achieved.
더 바람직하게 상기 콜로이달 실리카는 평균입경이 10 내지 20nm인 제1 실리카 및 평균입경이 20 내지 30nm인 제2 실리카가 혼합된 것이고, 상기 제1 실리카 100 부피부에 대하여 상기 제2 실리카가 10 내지 60 부피부로 혼합된 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 멤브레인의 두께 조절이 효과적으로 일어나고, 멤브레인에 대한 균일한 막충진이 일어날 수 있을 뿐만 아니라 충진된 막이 매우 균일하게 형성될 수 있다. 이를 통하여 막을 통과하는 유체의 흐름을 조절하는 것이 용이하며 대형화 된 스케일 업 공정에 적용하여 높은 수율이 유지되도록 할 수 있다.More preferably, the colloidal silica is a mixture of a first silica having an average particle diameter of 10 to 20 nm and a second silica having an average particle diameter of 20 to 30 nm, and the second silica is 10 to 30 parts by volume based on 100 parts by volume of the first silica. It may be mixed in 60 parts by volume. In the case of the above range, the thickness of the membrane can be effectively controlled, the membrane can be uniformly filled, and the filled membrane can be formed very uniformly. Through this, it is easy to control the flow of fluid passing through the membrane, and it is possible to maintain a high yield by applying it to a large scale-up process.
상기 키토산 유도체는 키토산 올리고사카라이드; 글리콜 키토산, 메틸글리콜키토산, 카르복시메틸 키토산, 키토산 클로라이드 및 이들의 혼합물에서 선택된 어느 하나인 것인 것일 수 있다.The chitosan derivative is chitosan oligosaccharide; It may be one selected from glycol chitosan, methyl glycol chitosan, carboxymethyl chitosan, chitosan chloride, and mixtures thereof.
바람직하게 상기 키토산 유도체는 500 내지 900Da인 키토산 올리고사카라이드 락테이트(chitosan oligosaccharide lactate)인 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 실리카와 혼합되어 세밀한 막 공극조절이 가능하고 공질을 균질하게 막아 세밀한 유체흐름의 제어가 가능할 수 있다. 이를 통하여 발색성이 향상된 랩온페이퍼용 비색 검출 센서를 제조할 수 있다.Preferably, the chitosan derivative may be chitosan oligosaccharide lactate having a range of 500 to 900 Da. When it is within the above range, it is possible to finely control the membrane pore size by mixing with silica, and it is possible to control the fine fluid flow by homogeneously blocking the pores. Through this, it is possible to manufacture a colorimetric detection sensor for lab-on-paper with improved color development.
상기 키토산 유도체 및 실리카 혼합체는 상기 키토산 유도체 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카가 0.1 내지 6 중량부로 혼합된 것일 수 있다. 콜로이달 실리카가 0.1 중량부 미만으로 혼합되는 경우 분자량이 900Da 이하의 키토산 유도체가 실리카 입자와 혼화되어 균질한 막충진을 할 수 없는 문제가 있으며, 6 중량부를 초과하는 경우 공극의 균질하게 조절되지 않으며, 콜로이달 실리카 입자에 의하여 멤브레인 막 자체에 기계적 성질에 문제가 발생할 수 있다.The mixture of chitosan derivative and silica may be a mixture of 0.1 to 6 parts by weight of colloidal silica based on 100 parts by weight of the chitosan derivative. When colloidal silica is mixed in an amount of less than 0.1 parts by weight, a chitosan derivative having a molecular weight of 900 Da or less is mixed with silica particles, resulting in a problem in that homogeneous film filling is not possible. , Colloidal silica particles may cause problems in the mechanical properties of the membrane itself.
바람직하게 상기 랩온페이퍼용 비색 검출 센서에 있어서 상기 키토산 유도체는 키토산 올리고사카라이드 및 카르복시메틸키토산가 혼합된 것일 수 있다.Preferably, in the colorimetric detection sensor for lab-on-paper, the chitosan derivative may be a mixture of chitosan oligosaccharide and carboxymethylchitosan.
상기 멤브레인은 니트로셀룰로오스, 나일론, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, PVDF 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The membrane may be any one selected from the group consisting of nitrocellulose, nylon, polysulfone, polyethersulfone, PVDF, and mixtures thereof.
하기의 도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 작용하는 모식도를 예시한 것이다. 위 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시일 뿐 본 발명의 내용이 도 1의 내용에 따라 한정되는 것은 아니다.1 below illustrates a schematic diagram operating according to an embodiment of the present invention. 1 above is only an example according to an embodiment of the present invention, and the contents of the present invention are not limited according to the contents of FIG. 1 .
하기의 도 1을 참조하면, 랩 온 페이퍼상에서 비색 신호 검출부을 확인할 수 있으며, 본 발명에 따른 키토산 유도체 및 실리카 혼합체에 의하여 멤브렌인 벽의 두께가 조절되면서 생성된 검출신호가 특정 위치에 고정되고 그 발색성이 높아지는 것을 이해할 수 있다.Referring to FIG. 1 below, a colorimetric signal detection unit can be confirmed on the wrap-on-paper, and the detection signal generated while the thickness of the membrane wall is adjusted by the chitosan derivative and the silica mixture according to the present invention is fixed at a specific position and its color development I can understand this rise.
랩온페이퍼용 비색 검출 센서에서 상기 발색제는 산화효소, 과산화효소 및 발색단을 포함하는 것일 수 있으며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 사용할 수 있는 발색제 및 그 조합범위를 포함한다.In the colorimetric detection sensor for lab-on-paper, the coloring agent may include an oxidase, a peroxidase, and a chromophore, and includes a range of colorants and combinations that can be used by those skilled in the art.
예시적으로 위 산화효소는 갈락토오스 옥시데이스(galactose oxidase), 글루코스 옥시데이스 (glucose oxidase), 글루타메이트 옥시데이스 (glutamate oxidase), 락테이트 옥시데이스(lactate oxidase), 아스코베이트 옥시데이스(ascorbate oxidase), 알코올 옥시데이스(alcoholoxidase), 콜레스테롤 옥시데이스(cholesteroloxidase) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니며 위 산화효소는 생체시료에 포함된 타겟 즉, 기질을 산화시켜 과산화수소를 생성할 수 있는 것으로 임의적으로 선택하여 결정할 수 있다.Exemplarily, the gastric oxidase is galactose oxidase, glucose oxidase, glutamate oxidase, lactate oxidase, ascorbate oxidase, alcohol It may be selected from the group consisting of oxidase (alcoholoxidase), cholesterol oxidase (cholesteroloxidase), and combinations thereof. However, it is not limited thereto, and the gastric oxidase can be arbitrarily selected and determined as one capable of generating hydrogen peroxide by oxidizing a target, that is, a substrate, included in the biological sample.
또한 상기 발색단을 기질 산화에 의하여 생성된 과산화수소에 의하여 발생되는 것으로, 해당 분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 임의적으로 선택 또는 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, the chromophore is generated by hydrogen peroxide generated by substrate oxidation, and a person skilled in the art may arbitrarily select or mix and use the chromophore.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분석장치는 상기 랩온페이퍼용 비색 검출 센서를 포함하는 것일 수 있다.An analysis device according to another embodiment of the present invention may include the colorimetric sensor for lab-on-paper.
본 발명에서 말하는 분석장치는 생체시료에 포함된 타겟을 검출, 분석, 진단하기 위하여 사용되는 분석장치를 모두 포함하며, 바람직하게는 채취 및 분석이 동일한 장소에서 진행될 수 있는 현장 분석장치인 것일 수 있다.The analysis device according to the present invention includes all analysis devices used to detect, analyze, and diagnose a target included in a biological sample, and may preferably be an on-site analysis device in which collection and analysis can be performed in the same place. .
본 발명은 랩온페이퍼에 적용될 수 있는 비색검출센서를 제공하며, 특히 균질한 막 형성과 두께 조절이 가능하고, 세밀한 조절 및 높은 재현성으로 스케일 업 공정에 적용되어 높은 수율을 나타내도록 할 수 있다. The present invention provides a colorimetric detection sensor that can be applied to lab-on-paper, in particular, it is possible to form a homogeneous film and control the thickness, and it can be applied to a scale-up process with fine control and high reproducibility to show a high yield.
본 발명은 퍼짐성이 낮고 발색성이 향상된 비색검출센서를 제공한다.The present invention provides a colorimetric detection sensor with low spreadability and improved color development.
본 발명은 외부 환경 조건에 불구하고 안정성 및 재현성이 향상된 비색검출센서를 제공한다.The present invention provides a colorimetric detection sensor with improved stability and reproducibility despite external environmental conditions.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 비색검출센서를 포함하는 랩온페이퍼를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a lab-on-paper including the colorimetric detection sensor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모식도에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비색검출센서의 제조단계를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 비색검출센서의 발색성을 평가한 결과에 관한 것이다.1 relates to a schematic diagram according to an embodiment of the present invention.
2 shows manufacturing steps of a colorimetric detection sensor according to an embodiment of the present invention.
3 relates to a result of evaluating color development of a colorimetric detection sensor manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
[제조예 1: 비색 센서용 조성물의 제조][Preparation Example 1: Preparation of composition for colorimetric sensor]
glucose oxidase, orseradish peroxidas 및 4-Aminoantipyrine 및 N-Ethyl-N-(2-hydroxy-3-sulfopropyl)-3,5-dimethylaniline(MAOS)를 혼합한 발색제에 대하여 멤브레인 공극을 조절하기 위한 하기의 [표 1]과 같이 키토산 유도체 또는 키토산 유도체 및 실리카 혼합체의 종류를 조절하면서 각 조성물을 제조하였다. The following [Table 1], each composition was prepared while adjusting the type of chitosan derivative or chitosan derivative and silica mixture.
또한 각 제조예는 멤브레인 공극 조절 효과가 가장 우수한 것으로 알려진 chitosan oligosaccharide lactate을 D.W에 혼합하여 키토산 유도체로 사용하였다. 또한 실리카는 물성 범위가 조절된 콜로이달 실리카를 사용하였다.In addition, in each preparation example, chitosan oligosaccharide lactate, which is known to have the best membrane pore control effect, was mixed with D.W. and used as a chitosan derivative. In addition, colloidal silica whose physical properties were adjusted was used as the silica.
C1: chitosan oligosaccharide lactate(MW ≤ 900Da)C1: chitosan oligosaccharide lactate (MW ≤ 900 Da)
C2: chitosan oligosaccharide lactate(MW ≤ 3,000Da)C2: chitosan oligosaccharide lactate (MW ≤ 3,000 Da)
C3: chitosan oligosaccharide lactate(Da ≤ 5,000Da)C3: chitosan oligosaccharide lactate (Da ≤ 5,000 Da)
S1: SiO2 ≤20w%, Diameter of the particle 10 ~ 20nmS1: SiO2 ≤20w%, Diameter of the particle 10 ~ 20nm
S2: SiO2 ≤20w%, Diameter of the particle 20 ~ 30nmS2: SiO2 ≤20w%, Diameter of the particle 20 ~ 30nm
S3: SiO2 ≤20w%, Diameter of the particle 90 ~ 110nmS3: SiO2 ≤20w%, Diameter of the particle 90 ~ 110nm
S4: S1(100ml) + S2(10ml)S4: S1 (100ml) + S2 (10ml)
S5: S1(100ml) + S2(10ml)S5: S1 (100ml) + S2 (10ml)
S6: S1(100ml) +S2(60ml)S6: S1 (100ml) + S2 (60ml)
S7: S1(100ml) + S2(100ml)S7: S1 (100ml) + S2 (100ml)
[제조예 2: 비색검출센서 제조][Production Example 2: Manufacturing colorimetric detection sensor]
도 2에 나타낸 방법과 같이 위 MX1 내지 MX12를 각각 일정한 크기로 절단된 니트로셀룰로오스를 멤브레인 필터에 6각형의 꼭지점에 해당하는 부분에 6개의 원형의 패턴으로 점적하고, Desicator로 건조하여 각각의 조성물이 적용된 비색검출센서를 제조하였다.As shown in FIG. 2, the nitrocellulose cut to a certain size for each of MX1 to MX12 above is dropped on the membrane filter in a circular pattern of 6 points corresponding to the vertices of the hexagon, and dried with a desiccator to obtain each composition. An applied colorimetric detection sensor was manufactured.
[실험예 1: 발색 평가][Experimental Example 1: Evaluation of color development]
각 제조예의 발색성을 평가하기 위하여, 사람의 소변을 DW와 혼합하여 각 제조예별로 색상강도를 평가하였다. 각 제조예의 색상강도는 Image lab을 이용하여, MX3의 결과와 비교평가하였다. 객관적인 비교평가를 위하여 MX의 결과를 5로 고정하고 색상강도 및 번짐성을 1 내지 10의 지수로 비교하여 평가하였다. 또한 각 평가는 10회씩 반복 평가를 진행하였으며, 그 평균 결과를 하기의 [도 3]에 나타내었다. 상기 지수는 그 숫자가 높을수록 발색성이 우수하고 색번짐이 적다는 점을 의미하는 것이다.In order to evaluate the color development of each preparation example, human urine was mixed with DW and color intensity was evaluated for each preparation example. The color intensity of each manufacturing example was compared and evaluated with the results of MX3 using Image lab. For objective comparative evaluation, the MX result was fixed at 5, and the color intensity and spreadability were compared and evaluated on a scale of 1 to 10. In addition, each evaluation was repeated 10 times, and the average result is shown in [Figure 3] below. The index means that the higher the number, the better the color development and the less color bleeding.
하기의 [도 3]을 참조하면, 키토산 유도체를 단독으로 사용하는 경우 MX1의 경우 MX3가 가장 우수한 효과를 나타내며 발색성의 향상 효과가 거의 없다는 점을 알 수 있다. 다만, 콜로이달 실리카 혼합체에 의하는 경우 MX4의 경우 발색성이 MX3 보다 향상되는 점을 알 수 있다. 특히 MX5 및 MX6의 경우 톨로이달 실리카 사용으로 발색성의 향상효과를 확인할 수 없었다. 또한 MX4, MX7 내지 MX12의 결과를 함께 고려하여 특정한 분자량 범위로 제조된 chitosan oligosaccharide lactate와 물성이 조절된 범위의 collioidal silicate를 사용하는 경우 멤브레인 막의 치밀한 구조가 보다 원활히 형성된다는 점을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 below, it can be seen that when the chitosan derivative is used alone, in the case of MX1, MX3 shows the most excellent effect and has little effect on improving color development. However, in the case of using the colloidal silica mixture, it can be seen that the color development property of MX4 is improved compared to that of MX3. In particular, in the case of MX5 and MX6, the use of toroidal silica could not confirm the effect of improving color development. In addition, considering the results of MX4, MX7 to MX12 together, it can be seen that the dense structure of the membrane is more smoothly formed when chitosan oligosaccharide lactate prepared in a specific molecular weight range and collioidal silicate with controlled physical properties are used.
[실험예 2: Scale-up 공정실험][Experimental Example 2: Scale-up Process Experiment]
Scale-up 공정에서의 활용성을 평가하기 위하여 멤브레인 필터의 물성 오차범위 및 빠른 자동화 공정을 감안하여 위 실시예에서 발색성이 우수한 MX3와 MX4 및 MX10을 각각 100회씩 니트로셀룰로오스를 멤브레인 필터 무작위로 적용하고, 스케일 업공정에서 사용되는 건조공기로 건조 멤브레인 필터를 건조하였다. 그 후 발색성이 저하되는 수량을 평가하였다.In order to evaluate the usability in the scale-up process, nitrocellulose was randomly applied to the membrane filter 100 times each of MX3, MX4, and MX10, which have excellent color development in the above example, in consideration of the error range of the physical properties of the membrane filter and the fast automation process, , The dry membrane filter was dried with dry air used in the scale-up process. After that, the quantity of the color developing property was evaluated.
그 결과, MX4에 의하는 경우 7개의 발색저하(7%)가 확인되었으나, MX4(발색저하 O%) 및 MX10(발색저하 O%)의 경우 발색저하가 나타나지 않았다.As a result, 7 color reduction (7%) was confirmed in the case of MX4, but no color reduction was observed in the case of MX4 (0% color reduction) and MX10 (0% color reduction).
이를 통하여 본 발명에서 개시하는 키토산 유도체 및 실리카 혼합체에 의하는 경우 Scale-up 공정을 통한 양산에 훨씬 유리한 효과를 나타낼 수 있다는 점을 확인할 수 있다.Through this, it can be confirmed that in the case of using the chitosan derivative and the silica mixture disclosed in the present invention, a much advantageous effect can be exhibited in mass production through a scale-up process.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also made according to the present invention. falls within the scope of the rights of
Claims (7)
키토산 유도체 및 실리카 혼합체; 및
발색제가 포함하며,
상기 키토산 유도체는 500 내지 900Da인 키토산 올리고사카라이드 락테이트(chitosan oligosaccharide lactate)이며,
상기 실리카 혼합체는 평균입경이 10 내지 20nm인 제1 콜로이달 실리카 및 평균입경이 20 내지 30nm인 제2 콜로이달 실리카가 혼합된 것인
랩온페이퍼용 비색 검출 센서.membrane filter;
chitosan derivatives and silica mixtures; and
Contains a coloring agent,
The chitosan derivative is chitosan oligosaccharide lactate of 500 to 900 Da,
The silica mixture is a mixture of a first colloidal silica having an average particle diameter of 10 to 20 nm and a second colloidal silica having an average particle diameter of 20 to 30 nm
Colorimetric detection sensor for lab-on-paper.
상기 멤브레인은 니트로셀룰로오스, 나일론, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, PVDF 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인
랩온페이퍼용 비색 검출 센서.According to claim 1,
The membrane is any one selected from the group consisting of nitrocellulose, nylon, polysulfone, polyethersulfone, PVDF, and mixtures thereof.
Colorimetric detection sensor for lab-on-paper.
상기 발색제는 산화효소, 과산화효소 및 발색단을 포함하는 것인
랩온페이퍼용 비색 검출 센서.According to claim 1,
The coloring agent comprises an oxidase, a peroxidase and a chromophore.
Colorimetric detection sensor for lab-on-paper.
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2022
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Materials Today Communications 28 (2021) 102707* * |
| Talanta 169 (2017) 104-114* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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