KR102544040B1 - Method for Controlling Fluid Flow Using Enzyme Reaction and Diagnosis Chip Using the Method - Google Patents

Method for Controlling Fluid Flow Using Enzyme Reaction and Diagnosis Chip Using the Method Download PDF

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Abstract

본 발명은 1장으로 이루어진 종이칩에서 특정 구간의 유속을 가속시킬 수 있는 유속 조절 방법 및 상기 방법이 적용된 종이칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체가 이동하는 채널을 갖는 종이칩에서, 상기 채널의 특정 구간에서 글루코스 산화효소와 글루코스의 반응에 의해 유체의 측방이동 유속을 증가시키는 것을 특징으로 하는 종이칩에서의 국부 유속 조절방법 및 상기 방법이 적용된 종이칩에 관한 것이다.The present invention relates to a flow rate control method capable of accelerating the flow rate of a specific section in a paper chip made of one sheet and to a paper chip to which the method is applied, and more particularly, to a paper chip having a channel through which a fluid moves, the channel The present invention relates to a method for controlling a local flow rate in a paper chip, characterized in that the flow rate of lateral movement of a fluid is increased by a reaction between glucose oxidase and glucose in a specific section of and a paper chip to which the method is applied.

Description

효소반응을 이용한 유체 유량 조절 방법 및 이를 이용한 진단키트 이용{Method for Controlling Fluid Flow Using Enzyme Reaction and Diagnosis Chip Using the Method} Method for controlling fluid flow rate using enzyme reaction and using diagnostic kit using the same {Method for Controlling Fluid Flow Using Enzyme Reaction and Diagnosis Chip Using the Method}

본 발명은 1장으로 이루어진 종이칩에서 특정 구간의 유속을 가속시킬 수 있는 유속 조절 방법 및 상기 방법이 적용된 종이칩에 관한 것이다. The present invention relates to a flow rate control method capable of accelerating the flow rate of a specific section in a paper chip made of one sheet, and to a paper chip to which the method is applied.

감염성 질환의 증가는 빠르고 정확한 질병의 진단을 요한다. 전문화된 실험실에서 복잡한 과정을 수행하지 않고도 시료 용액으로부터 직접적으로 바이오마커를 검출할 수 있는 방법들이 개발되어, 박테리아, 바이러스, 진균 또는 기생충 감염 질환의 진단에 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 아직까지도 대부분의 진단은 순차적인 분석 단계의 수행을 위한 전문가와 값비싼 분석 기기의 사용을 필요로 한다. 이와 더불어 고령화 사회의 진입에 따라 생산 가능 연령층의 상대적인 비율이 감소하고 질병 발생률이 높은 고연령층의 인구가 증가함에 따라 의료용 진단 비용이 심각한 문제로 대두되고 있다. 특히 의료보험 혜택이 제대로 갖추어지지 못한 개발도상국은 개개인의 질병 진단 비용 부담에 더하여 고가의 장비와 숙련된 전문가에 대한 접근이 제한되어 있어 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해서는 의료기관이나 가정에서 적은 비용으로 전문적인 인력이나 특수 장치가 없더라도 간단하게 질병을 진단할 수 있는 저가형 진단 장비가 필요하다.The increase in infectious diseases requires rapid and accurate disease diagnosis. Methods capable of directly detecting biomarkers from a sample solution without performing a complicated process in a specialized laboratory have been developed and play an important role in the diagnosis of bacterial, viral, fungal or parasitic infectious diseases. However, most diagnostics still require the use of expensive analytical instruments and specialists to perform sequential analysis steps. In addition, as the relative ratio of the working age group decreases with the entry of an aging society and the population of the elderly group with high disease incidence increases, the cost of medical diagnosis is emerging as a serious problem. In particular, developing countries that do not have adequate medical insurance benefits are struggling with expensive equipment and limited access to skilled experts, in addition to the cost of individual disease diagnosis. In order to solve these problems, low-cost diagnostic equipment capable of diagnosing diseases simply at a low cost at a medical institution or home without professional personnel or special devices is required.

ELISA(Enzyme-linked immubosorbent assay, 효소결합면역흡착검사)는 시료 중 타겟 물질을 검출하는 가장 널리 사용되는 분석법의 하나이다. ELISA 프로토콜은 수작업 또는 자동화된 로봇 시스템에 의해 수행하는 다중 피펫팅 프로토콜에서 시료의 인큐베이션, 라벨링, 세척, 신호 증폭과 같은 반복적인 실험 단계를 포함한다. 이러한 노동 집약적인 프로토콜을 최소화하기 위하여 빠르고 간단한 진단 형식으로 딥스틱이나 측방유동테스트(LFTs, Lateral flow tests)가 대안으로 개발되고 있다. 이러한 방법들은 단순성, 긴밀성, 휴대성의 측면에서 이점이 있으나, 불가피한 기술적 문제인 다단계 생화학반응과 같은 자동화된 순차 분석은 구현되기 어렵다.ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) is one of the most widely used analysis methods for detecting a target substance in a sample. ELISA protocols include repetitive experimental steps such as sample incubation, labeling, washing, and signal amplification in multiple pipetting protocols performed manually or by automated robotic systems. To minimize these labor-intensive protocols, dipsticks or lateral flow tests (LFTs) are being developed as alternatives as a quick and simple diagnostic format. These methods have advantages in terms of simplicity, closeness, and portability, but automated sequential analysis such as multi-step biochemical reactions, which are unavoidable technical problems, is difficult to implement.

최근 종이-기반 미세유체 시스템이 유망한 분석 및 진단 플랫폼으로 부상되고 있다. 선도적인 연구 그룹들은 종이 기재에 가용성 설탕 또는 고분자, 이동식 암(arm), 층의 미끄러짐, 전기삼투압 펌프, 적층 및 외부 활성 밸브 등을 사용하여 특정한 순서로 시료와 시약을 검출 영역으로 이동시키는 순차적인 유체 이동의 가능성을 보여주었다. 종이칩에 순차적인 유체 이동 기능을 결합시키면, 자동화된 다단계 방식으로 연속적인 생화학반응을 수행할 수 있다.Recently, paper-based microfluidic systems have emerged as promising analytical and diagnostic platforms. Leading research groups use soluble sugars or polymers on paper substrates, movable arms, layer sliding, electroosmotic pumps, stacking and externally activating valves to move samples and reagents in a specific order into the detection zone. It showed the possibility of fluid movement. By combining the sequential fluid transfer function with paper chips, continuous biochemical reactions can be performed in an automated multi-step manner.

상기 접근 방식이 종이칩에서 다단계 반응이 가능하게 하지만 여전히 몇가지 제한이 있다. 첫째, 분석에 간섭을 미칠 수 있다. 종이에 화학물질을 추가하면 종이 매트릭스의 다공성과 유체의 유속을 조절하는 투과성이 변한다. 따라서 시료 용액을 로딩하면, 화학물질이 종이 기재에서 녹거나, 영구적으로 매몰되어 유속을 조절할 수 있다. 그러나 설탕을 추가하면 포도당 관련 분석에 간섭을 초래하는 것처럼, 설탕이나 고분자, 계면활성제와 같은 화학물질의 추가는 측정되는 타겟 분석물의 형태를 제한할 수 있다. 둘째, 사용자 개입이 필요하다. 사용자에 의해 작동되는 이동식 암이나 층의 미끄러짐은 유체 채널을 다른 채널과 연결시키는 것에 의해 복수의 시료와 시약을 동시에 이송할 수 있다. 그러나, 정밀한 분석 결과를 위해서는 수동 작동은 일반 사용자들이 아닌 전문화된 인력에 의해 수행되어야 한다. 셋째, 제조 공정이 복잡해진다. 전기적으로 작동되는 밸브는 유체 채널을 연결하거나 차단하는데 사용될 수 있다. 그러나 밸브를 활성화시키기 위해서는 제어기, 전압공급, 전원 등이 필요하다. 자동화된 작동은 수동으로 작동되는 구조에 비해서는 더 정밀한 조작이 가능하지만, 이러한 부품들은 복잡한 다단계 공정에 의해 적층되고 집적되어야 하므로 제조공정이 복잡하고, 그에 따라 가격이 상승하게 된다. 넷째, 외부 장비를 필요로 한다. 최근의 많은 μPAD는 다단계 분석의 결과 시약의 색상 변화의 강도를 분석하는 외부 분석기기를 필요로 한다.Although this approach enables multi-step reactions in paper chips, it still has some limitations. First, it may interfere with the analysis. Adding chemicals to the paper changes the porosity of the paper matrix and its permeability, which controls the flow rate of the fluid. Therefore, when the sample solution is loaded, the chemical substance is melted or permanently buried in the paper substrate, so that the flow rate can be controlled. However, just as the addition of sugar interferes with glucose-related assays, the addition of sugar or chemicals such as polymers or surfactants can limit the type of target analyte that can be measured. Second, user intervention is required. Sliding of a movable arm or layer operated by a user can transfer a plurality of samples and reagents simultaneously by connecting a fluid channel to another channel. However, for precise analysis results, manual operation must be performed by specialized personnel rather than general users. Third, the manufacturing process becomes complicated. An electrically actuated valve may be used to connect or close the fluid channel. However, a controller, voltage supply, and power source are required to activate the valve. Automated operation enables more precise manipulation than manually operated structures, but since these parts must be stacked and integrated in a complex multi-step process, the manufacturing process is complicated and the price rises accordingly. Fourth, it requires external equipment. Many recent μPADs require an external analyzer to analyze the intensity of color change of reagents as a result of multi-step analysis.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 분석을 방해할 수 있는 추가적인 화합물질이나 외부 장비를 사용하지 않고도 사용자의 개입 없이 순차적으로 유체를 이동시킬 수 있는 종이에서의 유속의 제어 방법을 개발하는 것이 핵심이다. 동시에 자동 순차 유체 이동에 의해 달성되는 다단계 분석을 수행하는 데 사용되는 종이 기반 형식이 간단하고 값싼 방법으로 제조될 수 있어야 하고, 분석 결과를 검출하는 데에도 별도의 장비를 필요로 하지 않아야 한다. 이러한 모든 중요한 요구를 동시에 충족시킬 수 있는 새로운 종이 기반 분석 형식을 만드는 것은 도전할 가치가 있다.In order to solve this problem, the key is to develop a method for controlling the flow rate in paper that can sequentially move fluids without user intervention without using additional chemicals or external equipment that can interfere with the analysis. At the same time, the paper-based format used to perform the multi-step analysis achieved by automated sequential fluid transfer must be able to be manufactured in a simple and inexpensive way, and no additional equipment is required to detect the analytical results. Creating a new paper-based analytical format that can simultaneously meet all these important needs is worth the challenge.

본 발명자들은 등록특허 제10-1493051호에서 외부의 장비를 사용하지 않고도 디지털 분석에 의해 타겟 물질을 정량할 수 있는 3차원 종이 기반 미체유체 장치(3D-μPAD, 3D microfluidic paper based analytical device)를 제안하였다. 상기 등록특허에서는 색이 파랗게 변한 막대의 수를 세는 것에 의해 타겟 물질의 농도를 간단하게 정량할 수 있다. 상기 3D-μPAD는 한 장의 종이의 양면에 왁스를 양면에 패턴으로 인쇄하고 수십초간 열처리하는 것에 의해 간단히 제조할 수 있다.The present inventors proposed a 3D microfluidic paper based analytical device (3D-μPAD) capable of quantifying a target material by digital analysis without using external equipment in Patent Registration No. 10-1493051 did In the registered patent, the concentration of the target material can be simply quantified by counting the number of bars whose color has changed to blue. The 3D-μPAD can be simply manufactured by printing wax patterns on both sides of a sheet of paper and heat-treating for several tens of seconds.

본 발명자들의 다른 특허인 등록특허 제10-1662802호에서는 왁스를 이용하여 채널의 높이를 제어하는 것에 의해 유속을 조절하는 방식을 제안하였다. 상기 특허에서 서로 다른 유동학 특성을 갖는 다른 색의 왁스를 동시에 인쇄하여 높이와 길이가 서로 다른 유로를 한꺼번에 형성할 수 있음을 보여주었으며, 이를 이용하여 자동화된 다단계 디지털 분석을 수행할 수 있는 3D-μPAD를 제시한 바 있다.Another patent of the present inventors, Registered Patent No. 10-1662802, proposed a method of adjusting the flow rate by controlling the height of the channel using wax. The above patent showed that different color waxes with different rheological characteristics can be simultaneously printed to form channels of different heights and lengths at once, and using this, a 3D- μPAD has been presented.

이러한 3D-μPAD는 장비를 사용하지 않고 분석이 가능하며, 제조 시간과 물질의 사용을 감소시켜 제조 공정을 단순화하지만, 화학물질이나 외부 장비를 사용하지 않고도 유속을 조절하여 자동화된 순차 유체 이동을 조절하고, 다단계 반응을 수행할 수 있는 3D-μPAD는 여전히 많은 관심을 받고 있다.These 3D-μPADs allow for instrument-free analysis, simplifying the manufacturing process by reducing manufacturing time and material use, but controlling automated sequential fluid movement by controlling flow rates without the use of chemicals or external equipment. However, 3D-μPADs capable of carrying out multi-step reactions are still attracting much attention.

등록특허 제10-1662802호Registered Patent No. 10-1662802 등록특허 제10-1493051호Registered Patent No. 10-1493051

본 발명은 한 장의 종이로 이루어진 종이칩에서 순차적인 반응이 가능하도록 특정 구간의 유속을 조절할 수 있는 새로운 유속 조절 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a novel flow rate control method capable of adjusting the flow rate in a specific section so that a sequential reaction is possible in a paper chip made of one sheet of paper.

또한 본 발명은 상기 유속 조절 방법이 적용된 유속 조절패널을 갖는 종이칩을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a paper chip having a flow rate control panel to which the flow rate control method is applied.

본 발명의 다른 목적은 사용자의 개입이나 별도의 장비가 없이도 글루코스의 함량을 간단하게 정량할 수 있는 종이칩을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a paper chip capable of simply quantifying glucose content without user intervention or separate equipment.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유체가 이동하는 채널을 갖는 종이칩에서, 상기 채널의 특정 구간에서 글루코스 산화효소와 글루코스의 반응에 의해 유체의 측방이동 유속을 증가시키는 것을 특징으로 하는 종이칩에서의 국부 유속 조절방법에 관한 것이다.The present invention for achieving the above object is a paper chip having a channel through which fluid moves, characterized in that the flow rate of lateral movement of the fluid is increased by a reaction between glucose oxidase and glucose in a specific section of the channel. It relates to a method for controlling the local flow rate in

본 발명은 종이칩에서 글루코스 산화반응에 의한 유체 조성의 변화가 채널 내 유체의 유속을 증가시키는 것을 확인하고, 이를 이용하여 종이칩에서 국부 유속을 조절하고자 하는 것이다. 종이칩은 원료의 수급이 용이하며 롤투롤 방식의 대량생산이 가능하고, 무엇보다 저가의 원료를 사용하기 때문에 저가형 진단키트로서 가장 유용한 모델이다. 종이칩을 구성하는 채널의 특정 구간에서 유속을 제어할 수 있으면 종이칩 내에서 복잡한 순차반응이 가능해진다. 글루코스는 물에서 산화반응에 의해 글루코노락톤과 글루코닉산을 생성한다. 글루코스와 글루코노락톤 및 글루코닉산을 각각 동일한 농도로 용해시켜 동일한 형상의 종이칩에서 유속을 측정한 결과, 물과 글루코스 용액의 유속은 거의 동일하였으나, 글루코스 용액에 비해 글루코노락톤 용액과 글루코닉산 용액은 유속이 크게 증가하였다. 이러한 유속의 변화는 글루코노락톤 또는 글루코닉산에 의해 종이칩을 구성하는 셀룰로오스의 기공이 증가하기 때문으로 예상된다.The present invention is to confirm that the change in fluid composition by glucose oxidation in a paper chip increases the flow rate of the fluid in the channel, and to use this to control the local flow rate in the paper chip. The paper chip is the most useful model as a low-cost diagnostic kit because it is easy to supply and demand raw materials, it can be mass-produced in a roll-to-roll method, and above all, it uses low-cost raw materials. If the flow rate can be controlled in a specific section of the channel constituting the paper chip, a complex sequential reaction is possible within the paper chip. Glucose is oxidized in water to produce gluconolactone and gluconic acid. As a result of dissolving glucose, gluconolactone, and gluconic acid at the same concentration, and measuring the flow rate in a paper chip of the same shape, the flow rate of the water and glucose solution was almost the same, but compared to the glucose solution, the gluconolactone solution and the gluconic acid The flow rate of the acid solution increased significantly. This change in flow rate is expected to be due to the increase in pores of the cellulose constituting the paper chip by gluconolactone or gluconic acid.

종이칩에서의 글루코스 산화반응은 예를 들면, 글루코스 산화효소에 의해 매개될 수 있으며, 유속의 증가는 글루코스의 농도와 비례하였다.The glucose oxidation reaction in paper chips can be mediated by, for example, glucose oxidase, and the increase in flow rate was proportional to the glucose concentration.

따라서, 특정 채널에서의 유속의 증가 정도는 글루코스의 농도에 의해 조절하는 것이 가능하다.Therefore, the degree of increase in flow rate in a specific channel can be controlled by the concentration of glucose.

본 발명은 또한 상기 국부 유속 조절 방법을 적용하여 유속이 자동 조절되어 타 채널과 다른 유속을 갖는 유속 조절채널을 갖는 종이칩에 있어서, 상기 유속 조절채널에서 글루코스의 산화반응에 의해 유속이 가속되는 것을 특징으로 하는 종이칩에 관한 것이다. 본 발명의 종이칩에는 유속 조절채널이 복수 구간에 형성될 수 있으며, 상기 유속 조절채널에서 산화되는 글루코스의 농도 차이에 의해 복수 구간의 유속 조절채널에서 유체의 가속 정도를 달리할 수 있다. "복수 구간"이라 함은 두 개 이상의 구간을 의미하는 것으로 그 수를 한정하는 것은 의미가 없을 것이나, 하나의 경로에 복수의 유속 조절채널이 존재한다면 해당 경로의 유속은 당연히 상호 영향을 미치기 때문에 글루코스의 농도 차이로 조절할 수 없을 것이다. 따라서 글루코스의 농도차이로 복수 구간의 유속 조절채널의 가속 정도를 차별화하기 위해서는 해당 구간 사이에 둘 이상의 경로가 존재하여야 함은 당연하다.The present invention also applies the local flow rate control method to a paper chip having a flow rate control channel having a flow rate different from other channels by automatically adjusting the flow rate, and the flow rate is accelerated by the oxidation reaction of glucose in the flow rate control channel It relates to paper chips characterized by In the paper chip of the present invention, flow rate control channels may be formed in a plurality of sections, and the degree of acceleration of the fluid may be varied in the flow rate control channels of the plurality of sections according to a difference in the concentration of glucose oxidized in the flow rate control channels. "Multiple sections" means two or more sections, and it is meaningless to limit the number. cannot be controlled by differences in concentration. Therefore, it is natural that two or more paths must exist between corresponding sections in order to differentiate the degree of acceleration of the flow rate control channel in a plurality of sections due to the difference in glucose concentration.

상기 종이칩은 시료의 분석 시, 종이칩이 바닥에 놓여 있는 경우에는 바닥면과의 접촉에 의해 유체의 흐름이 간섭을 받을 수 있다. 간섭을 방지하기 위하여 종이칩은 외곽 말단에 접어서 다리로 사용할 수 있는 절첩부를 갖는 것이 바람직하다(도 7 참조). 절첩부는 외곽 전체에 형성되어 있을 수도 있고 일부면에 형성되어도 무방하나 종이칩에서의 유체의 측방이동에 영향을 끼치지 않도록 하여야 함은 당연하다. When the paper chip is placed on the floor during sample analysis, the flow of the fluid may be interfered with by contact with the floor surface. In order to prevent interference, it is preferable that the paper chip has a folding portion that can be folded and used as a leg at the outer end (see FIG. 7). The folded portion may be formed on the entire outer periphery or may be formed on a part of the surface, but it is natural that it should not affect the lateral movement of the fluid in the paper chip.

상기 유속 조절채널에서 글루코스의 산화반응이 일어나도록 하기 위해 상기 유속 조절채널에는 (a) 글루코스 또는 (b) 글루코스 산화효소가 흡착되어 있고, 상기 유속 조절채널의 전단에는 (a)의 경우 글루코스 산화효소, (b)의 경우 글루코스가 흡착된 구조를 가질 수 있다. (a)의 구성을 갖는 종이칩에 시료가 로딩되어 유체가 이동됨에 따라 상기 유속 조절채널의 전단에 흡착된 글루코스 산화효소가 유체와 함께 이동하고, 유속 조절채널에 도달하면 흡착되어 있는 글루코스의 산화반응을 유도하여 유속이 가속되게 된다. (b)의 경우에는 유체의 이동에 따라 전단에 흡착된 글루코스가 유체와 함께 이동하면서, 유속 조절채널에 도달하면 흡착되어 있는 글루코스 산화효소에 의해 산화반응이 일어난다. 본 명세서에서 유속 조절채널의 "전단"이라 함은 유속 조절채널의 바로 앞일 수도 있으나, 어느 정도 거리를 두고 위치하여도 무관하다. 앞서 서술한 바와 같이 전단에 흡착된 물질이 유체와 함께 이동하여 유속 조절채널을 통과할 수 있는 위치면 충분하다.In order for the glucose oxidation reaction to occur in the flow control channel, (a) glucose or (b) glucose oxidase is adsorbed to the flow control channel, and in the case of (a), glucose oxidase is adsorbed at the front end of the flow control channel , (b) may have a structure in which glucose is adsorbed. As the sample is loaded on the paper chip having the configuration of (a) and the fluid moves, the glucose oxidase adsorbed at the front end of the flow control channel moves with the fluid, and when it reaches the flow control channel, oxidation of the adsorbed glucose Inducing a reaction, the flow rate is accelerated. In the case of (b), as the fluid moves, the glucose adsorbed on the shear moves along with the fluid, and when it reaches the flow control channel, an oxidation reaction occurs by the adsorbed glucose oxidase. In this specification, the "front end" of the flow control channel may be directly in front of the flow control channel, but it does not matter if it is located at a certain distance. As described above, a position where the material adsorbed on the front end can move with the fluid and pass through the flow control channel is sufficient.

상기와 같은 본 발명의 종이칩은 종이칩에 흡착되어 있는 글루코스 또는 글루코스 산화효소에 의해 영향을 받지 않는 시료의 분석에 유용하게 사용될 수 있다. 유체의 가속은 종이칩에서 다양하게 응용될 수 있는데, 예를 들면 단순히 측방유동에 의한 종이칩에서의 분석 시간을 단축하는 데 사용할 수 있으며, 혹은 서로 다른 경로의 채널을 다른 유속으로 흐르게 하는 것에 의해 종이칩에서 순차반응을 진행하는데 사용될 수도 있다. The paper chip of the present invention as described above can be usefully used for the analysis of glucose adsorbed on the paper chip or a sample unaffected by glucose oxidase. Fluid acceleration can be applied in various ways in paper chips, for example, it can be used to shorten the analysis time in paper chips simply by lateral flow, or by flowing channels of different paths at different flow rates. It can also be used to proceed sequential reactions in paper chips.

만일 (a') 글루코스 산화효소 또는 (b') 글루코스가 포함된 시료를 대상으로 분석한다면, 종이칩의 상기 유속 조절채널에 (a')의 경우 글루코스, (b')의 경우 글루코스 산화효소만을 흡착시키는 것에 의해 유체의 가속 효과를 얻을 수 있다.If a sample containing (a') glucose oxidase or (b') glucose is analyzed, only glucose in the case of (a') and glucose oxidase in the case of (b') are added to the flow control channel of the paper chip. By adsorbing, an accelerating effect of the fluid can be obtained.

특히 본 발명의 종이칩은 글루코스 또는 글루코스 산화효소의 분석에 사용될 수 있다. 유체의 이동 속도는 소정 시간에 이동한 거리와 비례하기 때문에, 시료내에 글루코스 또는 글루코스 산화효소의 존재 여부를 정성적으로 분석하는 데 사용할 수 있다. 더 나아가 유체의 가속정도는 글루코스의 농도에 의존하기 때문에 시료 로딩 후 소정 시간까지 이동한 유체의 거리를 측정하는 것에 의해 정량적인 분석도 가능하다.In particular, the paper chip of the present invention can be used for analysis of glucose or glucose oxidase. Since the moving speed of the fluid is proportional to the moving distance in a predetermined time, it can be used to qualitatively analyze the presence or absence of glucose or glucose oxidase in a sample. Furthermore, since the degree of acceleration of the fluid depends on the concentration of glucose, quantitative analysis is also possible by measuring the distance of the fluid moving up to a predetermined time after loading the sample.

구체적으로 본 발명은 시료가 로딩되는 시료패드; 시료패드와 연결되어 있으며, 글루코스 산화효소가 흡착되어 있는 반응채널; 반응채널을 통과한 유체가 검출되는 검출채널;을 포함하며, 시료 로딩 후 소정 시간동안 이동한 유체의 이동거리에 의해 시료 내 글루코스 함량을 분석하는 것을 특징으로 하는 글루코스 함량 분석용 종이칩을 제공한다. 상기에서는 반응채널에서 유래된 유속의 변화가 충분히 반영되도록 상기 검출채널은 채널의 말단부에서 유체의 이동을 검출하도록 할 수 있으며, 검출채널을 통과한 유체가 흡수되는 흡수패드를 추가의 구성요소로 포함할 수도 있다. 본 발명의 종이칩에서는 시료 내에 글루코스의 함량이 증가할수록 유체의 가속 정도가 증가하므로 동일한 시간 동안 이동한 유체의 이동거리는 시료 내 글루코스의 함량을 반영한다. 따라서 이동거리에 의해 시료 내 글루코스 함량을 측정할 수 있다. 상기 구성에 의하면 사용자가 소정량의 시료를 시료패드에 로딩한 후 일체의 다른 개입없이 소정 시간 후 유체의 위치를 확인하는 것만으로도 시료 내 글루코스의 양을 계산할 수 있다. Specifically, the present invention is a sample pad on which the sample is loaded; a reaction channel connected to the sample pad and adsorbed with glucose oxidase; A detection channel for detecting the fluid passing through the reaction channel; and providing a paper chip for analyzing glucose content, characterized in that the glucose content in the sample is analyzed by the movement distance of the fluid moving for a predetermined time after loading the sample. . In the above, the detection channel can detect the movement of the fluid at the distal end of the channel so that the change in flow rate derived from the reaction channel is sufficiently reflected, and an absorption pad for absorbing the fluid passing through the detection channel is included as an additional component. You may. In the paper chip of the present invention, since the degree of acceleration of the fluid increases as the content of glucose in the sample increases, the moving distance of the fluid moving during the same time reflects the content of glucose in the sample. Therefore, the glucose content in the sample can be measured by the moving distance. According to the configuration, the amount of glucose in the sample can be calculated simply by checking the location of the fluid after a predetermined time without any other intervention after the user loads a predetermined amount of the sample onto the sample pad.

글루코스 양의 확인을 위하여 종이칩의 상기 검출채널에는 유체의 검출위치 측정을 위한 마커가 표시되어 있는 것이 바람직하다. 상기 마커는 예를 들면 특정 간격을 표시하는 눈금이거나, 도 2에 도시된 것과 같은 디지털닷의 형태일 수도 있다. 또한 상기 마커는 균등 간격일수도, 혹은 농도를 고려하여 간격이 점차 좁아지거나 넓어지는 형태일 수도 있다. 그 형태와 관계없이 유체의 최종 검출위치의 마커로 확인할 수 있어 별도의 자와 같은 측정도구가 없어도 유체의 이동거리를 수치로 환산할 수 있다. In order to check the amount of glucose, it is preferable that a marker for measuring the detection position of the fluid is marked on the detection channel of the paper chip. The marker may be, for example, a scale indicating a specific interval or may be in the form of a digital dot as shown in FIG. 2 . Also, the markers may have equal intervals, or may have a shape in which the intervals are gradually narrowed or widened in consideration of the concentration. Regardless of its shape, it can be confirmed as a marker at the final detection position of the fluid, so the moving distance of the fluid can be converted into numerical values without a measuring tool such as a separate ruler.

더욱 편리하게는 상기 종이칩에는 검출위치별 글루코스 농도가 표시되어 있는 것이 바람직하다. 상기 구성에 의해 사용하는 마커를 통하여 확인된 검출위치로부터 특정한 수식에 의한 계산을 하지 않고도 직관적으로 시료 중 글루코스 농도를 도출할 수 있다. More conveniently, it is preferable that the paper chip displays the glucose concentration for each detection position. With the above configuration, the glucose concentration in the sample can be intuitively derived from the detection position identified through the marker used without calculation by a specific formula.

검출영역에서 유체의 식별은 종이칩의 검출영역이 젖은 부분의 경계를 확인하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 식별력을 높이기 위해서는 유체의 식별이 용이하도록 유체가 표지되는 것이 바람직하다. 유체의 표지는 간단하게는 예를 들면, 시료 용액에 색상을 나타내는 잉크를 첨가하거나, 혹은 등록특허 10-1662802의 도 4와 같이 종이칩 상의 특정 지점에 잉크를 흡착시켜 검출영역에 도달하는 유체가 색상을 나타내도록 할 수 있다. 혹은 글루코스 산화반응에 의해 생성되는 과산화수소를 이용한 TMB의 색상 변화를 이용할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 종이칩은 상기 반응채널과 검출채널의 사이에, 반응채널에서 분기된 후 검출채널에서 합류하는 제2반응채널과 이동채널을 추가로 포함하고, 상기 제2반응채널에는 금이온이 흡착되어 있고, 상기 검출채널에는 TMB(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine)가 흡착되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 구성에 의해 도 4에 도시된 바와 같이 글루코스 산화반응(제1반응), 금나노이온 생성반응(제2반응) 및 TMB 산화반응(제3반응)이 순차적으로 진행되어 무색의 TMB가 노란색의 산화 TMB를 생성하므로 유체의 색상이 노란색으로 변하여 이동거리를 보다 정확하고 간편하게 확인할 수 있다.Identification of the fluid in the detection area can be achieved by confirming the boundary of the wet part of the detection area of the paper chip. In order to increase discrimination, it is preferable that the fluid is marked so that the identification of the fluid is easy. The labeling of the fluid is simple, for example, by adding color-indicating ink to the sample solution, or by adsorbing ink to a specific point on a paper chip as shown in FIG. It can be made to show color. Alternatively, the color change of TMB using hydrogen peroxide produced by glucose oxidation can be used. To this end, the paper chip of the present invention further includes a second reaction channel and a movement channel, which diverge from the reaction channel and join at the detection channel, between the reaction channel and the detection channel, and the second reaction channel has gold ions. is adsorbed, and TMB (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine) is adsorbed to the detection channel. With the above configuration, as shown in FIG. 4, the glucose oxidation reaction (first reaction), the gold nano ion generation reaction (second reaction), and the TMB oxidation reaction (third reaction) proceed sequentially, so that colorless TMB turns yellow. Oxidized TMB is generated, so the color of the fluid changes to yellow, making it easier and more accurate to check the moving distance.

상기 제2반응채널은 금나노이온 생성반응에 충분한 시간이 주어지도록 상기 이동유로에 비해 상대적으로 지연유로로 구성될 수 있다. 이때 지연유로는 종래 기술의 지연유로 형성방법을 사용하여 구성될 수 있다. 예를 들면 제2반응채널의 길이 또는 넓이를 이동유로와 다르게 하는 것에 의해 지연유로를 구성할 수도 있으며, 실시예와 같이 왁스를 사용하여 높이를 조절하는 것에 의해 지연유로를 구성할 수도 있다.The second reaction channel may be configured as a delay channel relative to the transfer channel to give sufficient time for the gold nano ion generation reaction. At this time, the delay passage may be constructed using a conventional method of forming the delay passage. For example, the delay passage may be configured by making the length or width of the second reaction channel different from that of the movement passage, and the delay passage may be constructed by adjusting the height using wax as in the embodiment.

이상과 같이 본 발명의 유속 조절방법에 의하면 효소반응에 의한 가속 현상을 이용하여 값비싼 원료를 사용하지 않고 간단한 방법에 의해 사용자의 개입이 없이 특정 구간에서 유체의 이동을 선택적으로 가속할 수 있으므로, 순차적인 반응이 가능한 종이칩의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.As described above, according to the flow rate control method of the present invention, the movement of the fluid can be selectively accelerated in a specific section without user intervention by a simple method without using expensive raw materials by using the acceleration phenomenon caused by the enzyme reaction, It can be usefully used in the manufacture of paper chips capable of sequential reactions.

또한 본 발명의 글루코스 함량 분석용 종이칩은 경제적인 대량제작이 가능하고 효소반응에 의한 가속 현상을 이용하여 외부의 검출 기기가 없어도 간단한 방법에 의해 전문적인 훈련없이도 시료 내 글루코스의 농도를 정량적으로 평가할 수 있어 저가형 현장 진단키트로 유용하다. In addition, the paper chip for analyzing the glucose content of the present invention can be economically mass-produced, and can quantitatively evaluate the concentration of glucose in a sample by a simple method without professional training without an external detection device by using the acceleration phenomenon by the enzyme reaction. It is useful as a low-cost on-site diagnostic kit.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 종이칩의 모식도.
도 2는 종이칩에서 글루코스 산화반응에 의해 유체의 유속이 가속됨을 보여주는 종이칩의 사진 및 그래프.
도 3은 글루코스 산화반응 주요 산물의 유속 차이를 보여주는 그래프.
도 4는 글루코스 산화반응의 신호증강을 위한 순차 반응식.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 종이칩의 모식도.
도 6은 도 5의 종이칩에 의한 글루코스 정량 결과를 보여주는 사진 및 그래프.
도 7은 폴더블 종이칩의 일례를 보여주는 사진.
1 is a schematic diagram of a paper chip according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a photograph and graph of a paper chip showing that the flow rate of the fluid is accelerated by the glucose oxidation reaction in the paper chip.
Figure 3 is a graph showing the flow rate difference of the main products of the glucose oxidation reaction.
Figure 4 is a sequential reaction formula for signal enhancement of glucose oxidation reaction.
5 is a schematic diagram of a paper chip according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a photograph and graph showing the results of glucose quantification by the paper chip of Figure 5.
7 is a photograph showing an example of a foldable paper chip.

이하 첨부된 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached examples. However, these embodiments are only examples for easily explaining the content and scope of the technical idea of the present invention, and thereby the technical scope of the present invention is not limited or changed. It will be obvious to those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention based on these examples.

[실시예][Example]

실시예 1 : 종이칩에서 글루코스 산화효소에 의한 유속의 변화 평가Example 1: Evaluation of change in flow rate by glucose oxidase in paper chips

종이칩의 채널에 흡착된 글루코스 산화효소(GOx, Glucose Oxidase)가 글루코스 용액의 유속을 변화시킬 수 있는 지 확인하였다.It was confirmed whether the glucose oxidase (GOx, Glucose Oxidase) adsorbed on the channel of the paper chip could change the flow rate of the glucose solution.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 종이칩의 앞면과 뒷면을 디자인하고, 디자인된 색상이 인쇄되도록 왁스 프린트로 양면 인쇄하였다. 양면 인쇄 시 붉은색 디자인 면이 대칭되도록 하였으며, 이후 140℃에서 0.52초간 열처리하여 종이에 왁스를 침투시켜 종이칩을 제조하였다. As shown in (a) of FIG. 1, the front and back sides of the paper chip were designed, and both sides were printed with a wax print so that the designed color was printed. During double-sided printing, the red design surface was made symmetrical, and then heat treatment was performed at 140 ° C. for 0.52 seconds to infiltrate the paper with wax to prepare paper chips.

도 1의 (b)는 상기 방법에 의해 제조된 종이칩의 유로의 3차원 구조를 보여준다. 도 1의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 종이칩은 시료패드, 시료패드와 연결되어 시료 중 글루코스와 채널에 흡착된 GOx의 반응이 일어나는 반응채널, 반응채널로부터 분기되어 유체가 이동되는 이동채널, 반응채널로부터 이동채널과 분기되어 유체가 지연 이동되는 지연채널, 이동채널과 지연채널을 통과한 유체가 합류되어 검출되는 검출채널 및 검출채널을 통과한 유체를 흡수하는 흡수패드로 이루어진다. 검출채널은 유속의 차이를 단순 계수에 의해 디지털 분석이 가능하도록 디자인하였으며, 반응채널에는 1 mg/mL의 글루코스 산화효소(Sigma-Aldrich) 수용액 10 ㎕를 미리 흡착시키고 상온에서 건조시켰다.Figure 1 (b) shows the three-dimensional structure of the flow path of the paper chip manufactured by the above method. As can be seen in (b) of FIG. 1, the paper chip has a sample pad, a reaction channel connected to the sample pad to react with glucose in the sample and GOx adsorbed to the channel, a moving channel branched from the reaction channel and moving fluid, It is composed of a delay channel branching from the reaction channel to delay movement of the fluid, a detection channel in which the fluid passing through the movement channel and the delay channel is merged and detected, and an absorption pad for absorbing the fluid passing through the detection channel. The detection channel was designed to enable digital analysis of the difference in flow rate by simple counting, and 10 μl of 1 mg/mL glucose oxidase (Sigma-Aldrich) aqueous solution was pre-adsorbed on the reaction channel and dried at room temperature.

종이칩을 CCD 카메라로 촬영하면서 시료패드에 0~5 mg/mL 농도의 글루코스 용액 200 ㎕를 로딩한 후 유체의 이동을 관측하였다. 도 2의 (a)는 시료 로딩 후 특정 시간의 CCD 측정 결과의 이미지 캡쳐 사진이다. 또한 관측결과로부터 반응채널, 이동채널, 지연채널을 통과한 시간을 도 1의 (b)에 표시된 지점에 도달한 시간 t1, t2, t3로 각각 측정하였으며, 검출채널에 도달한 시간은 t4로 측정하여 도 2의 (b)와 (c)에 도시하였다. 200 μl of a glucose solution having a concentration of 0 to 5 mg/mL was loaded onto the sample pad while photographing the paper chip with a CCD camera, and then the movement of the fluid was observed. Figure 2 (a) is an image capture picture of the CCD measurement result at a specific time after loading the sample. In addition, from the observation results, the time to pass through the reaction channel, movement channel, and delay channel was measured as the time t 1 , t 2 , and t 3 respectively to reach the point indicated in (b) of FIG. 1, and the time to reach the detection channel Measured by t 4 , it is shown in (b) and (c) of FIG. 2 .

도 2로부터 글루코스의 농도가 증가할수록 유체의 이동이 빨라지고, 그에 따라 특정 지점에 도달하는 시간이 단축되는 것을 확인할 수 있다. 도 2의 (a)에서 이미지 상에 표시된 검은 선은 유체의 선단 지점을 표시한다. 19.5분의 캡쳐이미지에서 검출영역을 확대한 (a)의 오른쪽 도면은 용액 내 글루코스 농도에 따라 유체가 검출영역에 도달한 위치가 다르며, 이를 유체로 젖은 디지털닷의 개수로 간단히 계수할 수 있음을 보여준다. 즉, 용액 내 글루코스 농도가 0에서 5.0 mg/mL로 증가함에 따라 디지털 분석 결과는 0에서 4로 증가하여, 용액 내 글루코스 농도를 나안(裸眼)으로 간단히 분석할 수 있다. 구체적으로 글루코스 농도가 증가할수록 반응채널을 통과하는데 소요되는 시간 t1은 점차 감소하였다. t1이 증가함에 따라 t2, t3 및 t4 역시 글루코스 농도가 증가함에 따라 증가하였다. 글루코스 농도가 0일 때와 5 mg/mL의 t1의 차이는 1분이 되지 않았으나, t2와 t3는 약 5분, t4는 10분 이상의 차이를 나타내어 점차 그 격차가 증가하였다. 이는 단순히 반응유로에 흡착된 GOx와 시료 중 글루코스의 상호작용에 의해 유속이 변화하는 것이 아니라, 시료 내 조성의 변화가 유속의 변화를 초래하는 것임을 시사한다.It can be seen from FIG. 2 that as the concentration of glucose increases, the movement of the fluid becomes faster, and accordingly, the time to reach a specific point is shortened. In (a) of FIG. 2, the black line displayed on the image indicates the front point of the fluid. The drawing on the right of (a), in which the detection area is enlarged from the captured image of 19.5 minutes, shows that the location where the fluid reaches the detection area is different depending on the glucose concentration in the solution, and it can be simply counted by the number of digital dots wet with the fluid. show That is, as the glucose concentration in the solution increases from 0 to 5.0 mg/mL, the digital analysis result increases from 0 to 4, so that the glucose concentration in the solution can be simply analyzed with the naked eye. Specifically, as the glucose concentration increased, the time t 1 required to pass through the reaction channel gradually decreased. As t 1 increased, t 2 , t 3 and t 4 also increased as the glucose concentration increased. The difference between t 1 when the glucose concentration was 0 and 5 mg/mL was less than 1 minute, but the difference between t 2 and t 3 was about 5 minutes and t 4 was about 10 minutes, and the gap gradually increased. This suggests that the flow rate is not simply changed by the interaction between GOx adsorbed on the reaction passage and glucose in the sample, but that the change in the composition of the sample causes the change in flow rate.

실시예 2 : 유속 변화의 원인 분석Example 2: Analysis of causes of flow rate change

글루코스는 글루코스 산화효소에 의해 산화되어 당량의 과산화수소와 글루코노락톤을 생성한다. 생성된 글루코노락톤은 물에서 부분적으로 가수분해되어 글루코닉산과 평형상태로 존재한다. Glucose is oxidized by glucose oxidase to produce equivalents of hydrogen peroxide and gluconolactone. The resulting gluconolactone is partially hydrolyzed in water and exists in equilibrium with gluconic acid.

글루코스를 포함한 용액에서 글루코스 산화효소와의 반응에 의한 가속의 주된 원인을 확인하기 위하여 물, 56 μM 글루코스, 56 μM 글루코노락톤 및 56 μM 글루코닉산 용액의 점도를 각각 점도계(Brookfield DV-11+Pro, MA, USA)로 측정하였다. 23℃, 30% 상대습도에서 각 용액의 평균 점도는 0.8±0.2 cP로 거의 동일하였다. 따라서 글루코스 산화 반응동안에는 유의한 점도의 변화가 없음을 확인하였다.In order to confirm the main cause of the acceleration due to the reaction with glucose oxidase in solutions containing glucose, the viscosities of water, 56 µM glucose, 56 µM gluconolactone, and 56 µM gluconic acid solutions were measured using a viscometer (Brookfield DV-11+). Pro, MA, USA). At 23°C and 30% relative humidity, the average viscosity of each solution was 0.8±0.2 cP, which was almost the same. Therefore, it was confirmed that there was no significant change in viscosity during the glucose oxidation reaction.

이에, 반응채널을 갖지 않는(글루코스 산화효소를 흡착시키지 않은) 종이칩을 사용하여 상기 각 용액의 로딩 후 검출채널에 도달하는 시간으로 유속을 측정하였다. 도 3은 그 결과를 보여주는 결과로, 글루코닉산 용액이 9분 내에 도달하여 가장 유속이 빨랐으며, 글루코노락톤 용액도 약 9.2분 이내에 도달하였다. 반면 물과 글루코스 용액은 점도는 유사하였음에도 불구하고 각각 10.6분과 10.7분에 도달하여 글루코스 산화반응 후 조성의 변화에 따라 유속의 차이가 발생함을 나타내었다.Accordingly, the flow rate was measured by the time taken to reach the detection channel after each solution was loaded using a paper chip having no reaction channel (glucose oxidase was not adsorbed). 3 shows the results, the gluconic acid solution reached within 9 minutes and had the fastest flow rate, and the gluconolactone solution also reached within about 9.2 minutes. On the other hand, the water and glucose solutions reached 10.6 and 10.7 minutes, respectively, although their viscosities were similar, indicating that a difference in flow rate occurred depending on the composition change after the glucose oxidation reaction.

이러한 유속의 차이는 종이를 구성하는 셀룰로오스가 글루코닉산 유래의 H+ 이온에 의해 분해되어, 종이 채널의 공극 직경을 증가하는 것에 기인하는 것으로 사료된다.This difference in flow rate is considered to be due to the fact that the cellulose constituting the paper is decomposed by H + ions derived from gluconic acid, thereby increasing the pore diameter of the paper channel.

실시예 3 : 신호 증강 글루코스 분석 종이칩Example 3: Signal-enhanced glucose analysis paper chip

실시예 1과 같이 검출을 위한 별도의 신호 증강이 없더라도 글루코스의 농도를 별도의 장비없이 측정할 수 있으나, 좀 더 선명한 검출이 가능하도록 신호의 증강을 필요로 할 수 있다. 실시예에 기재한 바와 같이 글루코스 산화효소는 글루코스와 반응하여 당량의 과산화수소를 생성한다. 도 4의 순차적인 반응을 이용하면 생성된 과산화수소에 의해 신호를 증폭시킬 수 있다. 구체적으로, 글루코스와 글루코스의 반응에 의해 당량의 과산화수소가 생성되면(제1반응), 생성된 과산화수소의 일부를 이용하여 금이온을 금나노입자(AuNPs)로 환원시킨다(제2반응). 나머지 과산화수소는 환원된 금나노입자의 촉매(nanozyme) 작용에 의해 무색의 TMB(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine)를 노란색의 산화 TMB로 산화시킨다(제3반응). 실시예 1에서 확인한 바와 같이 본 종이칩에서 시료 중 글루코스의 농도가 진해질수록 검출채널에 더 빨리 도달하므로, 시료 로딩으로부터 소정의 시간이 경과 후 관찰하였을 때 검출채널에서 TMB의 산화로 인해 색상이 변한 디치털닷의 수는 시료 중 글루코스의 양을 반영한다. As in Example 1, even if there is no separate signal enhancement for detection, the concentration of glucose can be measured without additional equipment, but signal enhancement may be required to enable more clear detection. As described in the examples, glucose oxidase reacts with glucose to produce an equivalent amount of hydrogen peroxide. Using the sequential reaction of FIG. 4, the signal can be amplified by the generated hydrogen peroxide. Specifically, when an equivalent amount of hydrogen peroxide is generated by a reaction between glucose and glucose (first reaction), gold ions are reduced to gold nanoparticles (AuNPs) using a part of the generated hydrogen peroxide (second reaction). The remaining hydrogen peroxide oxidizes colorless TMB (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine) to yellow oxidized TMB by the nanozyme action of the reduced gold nanoparticles (third reaction). As confirmed in Example 1, in this paper chip, the higher the concentration of glucose in the sample, the faster it reaches the detection channel, so when observed after a predetermined time has elapsed from sample loading, the color changes due to the oxidation of TMB in the detection channel. The number of digital dots changed reflects the amount of glucose in the sample.

다만, 제3반응을 위해서는 제2반응채널에서 금나노입자의 생성에 충분한 반응 시간이 주어져야 하며, 제2반응에 의한 금나노입자가 공급되기 전에 제1반응에 의한 과산화수소가 제3반응채널에 공급되어야 한다. However, for the third reaction, sufficient reaction time must be given to generate gold nanoparticles in the second reaction channel, and hydrogen peroxide from the first reaction is supplied to the third reaction channel before gold nanoparticles are supplied by the second reaction. It should be.

상기와 같은 세가지 반응이 순차적으로 진행될 수 있도록 4색 왁스를 사용하여 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 디자인된 종이칩의 앞면과 뒷면을 양면 인쇄하였다. 양면 인쇄 시 붉은색 디자인 면이 대칭되도록 하였으며, 이후 140℃에서 0.52초간 열처리하여 종이에 왁스를 침투시켜 종이칩을 제조하였다. The front and back sides of the designed paper chip were printed on both sides as shown in FIG. During double-sided printing, the red design surface was made symmetrical, and then heat treatment was performed at 140 ° C. for 0.52 seconds to infiltrate the paper with wax to prepare paper chips.

도 5의 (b)는 상기 방법에 의해 제조된 종이칩의 유로의 3차원 구조를 보여주는 것으로, 종이칩은 시료패드, 시료패드와 연결되어 시료 중 글루코스와 채널에 흡착된 GOx의 반응이 일어나는 제1반응채널, 반응채널로부터 분기되어 유체가 지연 이동되는 제2반응채널(지연채널), 반응채널로부터 제2반응채널과 분기되어 유체가 이동하는 이동채널, 이동채널과 제2반응채널을 통과한 유체가 합류되는 제3반응채널 및 제3반응채널을 통과한 유체를 흡수하는 흡수패드로 이루어진다. 본 종이칩에서 제3반응채널은 3번째의 순차적인 반응이 일어나는 동시에 검출결과를 나타내기 때문에 검출채널로서 역할한다. 즉, 도 1의 종이칩에서 반응채널, 지연채널 및 검출채널을 본 종이칩에서는 순차적인 반응을 나타내도록 제1반응채널, 제2반응채널 및 제3반응채널로 각각 칭하였으며, 디자인 형상이 다소 상이하기는 하지만 종이칩을 구성하는 기본적인 채널은 도 1의 종이칩과 동일하다. 종이칩에서의 순차적인 반응을 위하여, 제1반응채널에는 1 mg/mL의 글루코스 산화효소 수용액 8 ㎕를, 제2반응채널에는 5 mg/mL의 HAuCl4 수용액 14 ㎕를, 제3반응채널의 각 디지털닷에는 99% TMB 용액 1.5 ㎕를 가하고 상온에서 건조시켰다. 5 (b) shows the three-dimensional structure of the flow path of the paper chip manufactured by the above method. The paper chip is connected to the sample pad and the sample pad, and the reaction between glucose in the sample and GOx adsorbed on the channel occurs. 1 reaction channel, a second reaction channel (delay channel) branching from the reaction channel and moving the fluid with a delay, a moving channel branching from the reaction channel to the second reaction channel and moving the fluid, passing through the moving channel and the second reaction channel It consists of a third reaction channel into which the fluid is joined and an absorption pad that absorbs the fluid passing through the third reaction channel. In this paper chip, the third reaction channel serves as a detection channel because the third sequential reaction occurs and the detection result is displayed at the same time. That is, in the paper chip of FIG. 1, the reaction channel, the delay channel, and the detection channel are respectively referred to as the first reaction channel, the second reaction channel, and the third reaction channel so as to show sequential reactions in the present paper chip, and the design shape is somewhat Although different, the basic channels constituting the paper chip are the same as those of the paper chip of FIG. 1 . For the sequential reaction on the paper chip, 8 μl of 1 mg/mL glucose oxidase aqueous solution was added to the first reaction channel, 14 μl of 5 mg/mL HAuCl 4 aqueous solution was added to the second reaction channel, and 1.5 μl of 99% TMB solution was added to each digital dot and dried at room temperature.

시료패드에 글루코스를 포함하는 시료를 가하면, 종이칩의 채널을 따라 차례로 이동하면서 도 4에 기재된 순차적인 반응을 진행하게 된다. 제2반응채널에서의 금나노입자의 생성은 제3반응채널을 EDX가 장착된 SEM 이미지로 분석하여 확인하였다(데이터 미도시). 제2반응채널의 산물인 AuNPs와 제1반응채널의 산물인 과산화수소가 각각 제2반응채널과 이동채널을 따라 검출채널인 제3반응채널로 제 시간에 공급되면, 과산화수소의 존재하에서 AuNPs는 나노자임으로 작용하여 무색의 TMB를 노란색의 산화TMB로 산화시킨다. 따라서 시료 로딩 후 특정 시검출채널의 디지털닷에서 노랗게 변한 수는 시료 내 글루코스의 양에 비례할 것이다.When a sample containing glucose is added to the sample pad, the sequential reaction described in FIG. 4 proceeds while sequentially moving along the channel of the paper chip. The generation of gold nanoparticles in the second reaction channel was confirmed by analyzing the third reaction channel with an EDX-equipped SEM image (data not shown). When AuNPs, the product of the second reaction channel, and hydrogen peroxide, the product of the first reaction channel, are supplied in time to the third reaction channel, which is the detection channel, along the second reaction channel and the migration channel, respectively, in the presence of hydrogen peroxide, the AuNPs are nanozymes It oxidizes colorless TMB to yellow oxidized TMB. Therefore, the number of yellow-colored digital dots of a specific time detection channel after sample loading will be proportional to the amount of glucose in the sample.

이를 확인하기 위하여 도 5의 종이칩 시료패드에 0~10 mg/mL 농도의 글루코스 180 ㎕를 로딩하고 검출영역의 노랗게 변한 점을 계수하였다. 도 6은 로딩 20분 후 종이칩의 사진 및 계수 결과 그래프로 실제로 노란 점의 개수가 글루코스 농도에 비례하며, 재현성이 우수함을 보여준다.To confirm this, 180 μl of glucose at a concentration of 0 to 10 mg/mL was loaded onto the paper chip sample pad shown in FIG. 5, and the yellowing of the detection area was counted. FIG. 6 shows a photograph of a paper chip and a counting result graph after 20 minutes of loading, showing that the number of yellow dots is actually proportional to the glucose concentration and the reproducibility is excellent.

상기 실험에서 종이칩들은 바닥면의 접촉에 의한 간섭을 배제하기 위하여 홀더에 위치시킨 상태로 측정하거나, 혹은 도 7과 같은 폴더블 종이칩으로 구성하여 사용하였다.In the experiment, the paper chips were measured while placed on the holder to exclude interference caused by contact with the bottom surface, or were used in the form of foldable paper chips as shown in FIG. 7 .

Claims (14)

한 장의 종이로 이루어진 종이칩에서 순차적인 반응이 가능하도록 특정 구간의 유속을 조절하는 종이칩에서의 국부 유속 조절방법에 있어서,
상기 유속의 조절은 글루코스의 산화반응에 의해 유체의 측방이동 유속을 증가시키는 것인 종이칩에서의 국부 유속 조절방법.
In the local flow rate control method in a paper chip that controls the flow rate in a specific section so that sequential reactions are possible in a paper chip made of one sheet of paper,
The control of the flow rate is to increase the lateral movement flow rate of the fluid by the oxidation reaction of glucose.
청구항 1에 있어서,
상기 글루코스의 산화반응은 글루코스 산화효소에 의한 것을 특징으로 하는 종이칩에서의 국부 유속 조절 방법.
The method of claim 1,
The local flow rate control method in a paper chip, characterized in that the oxidation reaction of glucose is by glucose oxidase.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
유속의 증가 정도를 글루코스의 농도에 의해 조절하는 것을 특징으로 하는 종이칩에서의 국부 유속 조절 방법.
According to claim 1 or claim 2,
A method for controlling the local flow rate in a paper chip, characterized in that the degree of increase in flow rate is controlled by the concentration of glucose.
한 장의 종이로 이루어진 종이칩에서 순차적인 반응이 가능하도록 특정 구간의 유속이 조절되는 종이칩에 있어서,
상기 유속이 조절되는 유속 조절채널은 글루코스의 산화반응에 의해 유속이 가속되는 것을 특징으로 하는 종이칩.
In a paper chip in which the flow rate in a specific section is controlled so that sequential reactions are possible in a paper chip made of one sheet of paper,
The flow rate control channel through which the flow rate is controlled is a paper chip, characterized in that the flow rate is accelerated by the oxidation reaction of glucose.
청구항 4에 있어서,
상기 유속 조절채널이 복수 구간 형성되어 있으며,
상기 유속 조절채널에서 산화되는 글루코스의 농도 차이에 의해 복수 구간의 유속 조절채널에서 유체의 가속 정도가 상이한 것을 특징으로 하는 종이칩.
The method of claim 4,
The flow rate control channel is formed in a plurality of sections,
The paper chip, characterized in that the degree of acceleration of the fluid in the plurality of sections of the flow control channel is different due to the difference in the concentration of glucose oxidized in the flow control channel.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 종이칩은 외곽 말단에 접어서 다리로 사용할 수 있는 절첩부를 갖는 것을 특징으로 하는 종이칩.
According to claim 4 or claim 5,
The paper chip is characterized in that it has a folding portion that can be used as a leg folded at the outer end of the paper chip.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 유속 조절채널에는 (a) 글루코스 또는 (b) 글루코스 산화효소가 흡착되어 있고,
상기 유속 조절채널의 전단에는 (a)의 경우 글루코스 산화효소, (b)의 경우 글루코스가 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 종이칩.
According to claim 4 or claim 5,
(a) glucose or (b) glucose oxidase is adsorbed to the flow control channel,
Paper chip, characterized in that in the front end of the flow control channel, glucose oxidase in the case of (a) and glucose in the case of (b) are adsorbed.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 유속 조절채널에는 (a) 글루코스 또는 (b) 글루코스 산화효소가 흡착되어 있고,
시료패드에 로딩되는 시료 내에 (a')의 경우 글루코스 산화효소, (b')의 경우 글루코스가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 종이칩.
According to claim 4 or claim 5,
(a) glucose or (b) glucose oxidase is adsorbed to the flow control channel,
A paper chip characterized in that the sample loaded on the sample pad contains glucose oxidase in the case of (a') and glucose in the case of (b').
시료가 로딩되는 시료패드;
시료패드와 연결되어 있으며, 글루코스 산화효소가 흡착되어 있는 반응채널;
반응채널을 통과한 유체가 검출되는 검출채널;을 포함하며,
시료 로딩 후 소정 시간동안 이동한 유체의 이동거리에 의해 시료 내 글루코스 함량을 분석하는 것을 특징으로 하는 글루코스 함량 분석용 종이칩.
A sample pad on which a sample is loaded;
a reaction channel connected to the sample pad and adsorbed with glucose oxidase;
Including; a detection channel in which the fluid passing through the reaction channel is detected,
A paper chip for analyzing glucose content, characterized in that the glucose content in the sample is analyzed by the moving distance of the fluid moving for a predetermined time after loading the sample.
청구항 9에 있어서,
종이칩의 상기 검출채널에는 유체의 검출위치 측정을 위한 마커가 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 글루코스 함량 분석용 종이칩.
The method of claim 9,
A paper chip for glucose content analysis, characterized in that the detection channel of the paper chip is marked with a marker for measuring the detection position of the fluid.
청구항 9에 있어서,
종이칩의 상기 검출채널에는 검출위치별 글루코스 농도가 기재되어 있는 것을 특징으로 하는 글루코스 함량 분석용 종이칩.
The method of claim 9,
A paper chip for analyzing glucose content, characterized in that the glucose concentration for each detection position is described in the detection channel of the paper chip.
청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
유체식별이 용이하도록 유체가 표지되는 것을 특징으로 하는 글루코스 함량 분석용 종이칩.
According to any one of claims 9 to 11,
A paper chip for analyzing glucose content, characterized in that the fluid is labeled for easy identification of the fluid.
청구항 12에 있어서,
상기 반응채널과 검출채널의 사이에,
반응채널에서 분기된 후 검출채널에서 합류하는 제2반응채널과 이동채널을 추가로 포함하고,
상기 제2반응채널에는 금이온이 흡착되어 있고,
상기 검출채널에는 TMB(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine)가 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 글루코스 함량 분석용 종이칩.
The method of claim 12,
Between the reaction channel and the detection channel,
Further comprising a second reaction channel and a movement channel that diverge from the reaction channel and then join the detection channel,
Gold ions are adsorbed in the second reaction channel,
Paper chip for analyzing glucose content, characterized in that TMB (3,3 ', 5,5'-tetramethylbenzidine) is adsorbed in the detection channel.
청구항 13에 있어서,
상기 제2반응채널은 상기 이동채널에 대해 상대적으로 지연유로로 구성된 것을 특징으로 하는 글루코스 함량 분석용 종이칩.
The method of claim 13,
The second reaction channel is a paper chip for analyzing glucose content, characterized in that composed of a delay flow path relative to the movement channel.
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