KR102626879B1 - Nanowell diagnostic kit for the diagnosis of blood cardiovascular disease substance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 상기 표적 물질을 수용할 수 있도록 복수 개의 나노웰이 형성된 전극; 상기 전극의 상기 나노웰에 고정되어 있으며, 상기 표적 물질과 반응하는 마커;를 포함하며, 상기 전극에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석 방법을 통해 상기 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하는 것이다. The present invention relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood, comprising: an electrode having a plurality of nanowells formed to accommodate the target substance; A marker is fixed to the nanowell of the electrode and reacts with the target material, and is characterized in that the target material is identified through an electrochemical analysis method by applying a current to the electrode.
Description
본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단을 가능하게 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것이다. The present invention relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood. More specifically, electrochemical analysis is performed through a diagnostic kit with nanowell electrodes, and through this, a very small amount of cardiovascular target substances in the blood is quantified and tested in vitro. This relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood that enables diagnosis.
최근 특정 분자를 진단하는 바이오센서에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 혈중 내 특정 분자를 진단하는 바이오센서에 관한 기술 개발은 미비한 실정이하다. Recently, research on biosensors for diagnosing specific molecules has been actively conducted, but the development of technology for biosensors for diagnosing specific molecules in the blood is insufficient.
혈중 내 특정 분자들은 다른 혈중 분자들 간의 간섭현상이 크고 비특이적 결합이 많으며, 존재하는 농도가 극히 낮기 때문에 혈중 내 특정 분자를 진단하는 바이오 센서를 개발하기 어려운 문제점이 있다. Certain molecules in the blood have a large interference phenomenon with other molecules in the blood, have many non-specific bonds, and exist at extremely low concentrations, making it difficult to develop biosensors that diagnose specific molecules in the blood.
한편, 심혈관 질환은 최근 바뀐 식생활 및 습관 등의 변화로 인하여 그 위험도가 급격하게 증가하고 있으나, 심혈관 질환을 측정하기 위한 표적 물질은 혈중 내에 극소량이 존재하기 때문에 그 측정이 어려운 실정이다. Meanwhile, the risk of cardiovascular disease is rapidly increasing due to recent changes in diet and habits, but it is difficult to measure the target substance for measuring cardiovascular disease because it exists in very small amounts in the blood.
심혈관 질환으로부터 유발되는 발병정도를 측정하기 위한 트로포닌, CRP 등의 심혈관 진단 마커의 존재는 알려져 있으나, 이를 측정하기 위해서는 병원에서 특수한 장비를 사용하여 분석해야 한다.The existence of cardiovascular diagnostic markers such as troponin and CRP to measure the degree of onset from cardiovascular disease is known, but in order to measure them, they must be analyzed using special equipment in a hospital.
그러나 심혈관 질환 환자는 상시 관찰해야 하는 고위험군 잠재적 위험성을 가진 환자이기 때문에 빠르고 간단한 측정이 필요하며, 이에 빠르고 간단하게 측정할 수 있는 심혈관 진단키트의 개발이 필요한 실정이다.However, since patients with cardiovascular disease are a high-risk group with potential risks that require regular observation, quick and simple measurement is necessary, and the development of a cardiovascular diagnostic kit that can measure quickly and simply is necessary.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단을 가능하게 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것이다. The present invention was created to solve the above-mentioned problems, and more specifically, electrochemical analysis is performed through a diagnostic kit with nanowell electrodes, which enables in vitro diagnosis by quantifying a very small amount of cardiovascular target substances in the blood. This is about a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는, 상기 표적 물질을 수용할 수 있도록 복수 개의 나노웰이 형성된 전극; 상기 전극의 상기 나노웰에 고정되어 있으며, 상기 표적 물질과 반응하는 마커;를 포함하며, 상기 전극에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석 방법을 통해 상기 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하는 것이다. The nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood of the present invention to solve the above-mentioned problems includes an electrode having a plurality of nanowells formed to accommodate the target substances; A marker is fixed to the nanowell of the electrode and reacts with the target material, and is characterized in that the target material is identified through an electrochemical analysis method by applying a current to the electrode.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 표적 물질은 심혈관 질환을 판별할 수 있는 심혈관 표적 물질이며, 상기 마커는 상기 심혈관 표적 물질에 반응하는 심혈관 마커일 수 있다. The target material of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood of the present invention to solve the above-mentioned problems is a cardiovascular target substance that can determine cardiovascular disease, and the marker is a cardiovascular marker that reacts to the cardiovascular target substance. It can be.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 전기 화학적 분석 방법은, 상기 심혈관 표적 물질을 상기 심혈관 마커에 반응시킨 이후, 상기 심혈관 표적 물질에 결합되는 프로브와, 상기 프로브에 결합되면서 산화, 환원 반응을 일으켜 전류를 발생키는 전자 전달 활성화 물질을 상기 나노웰에 삽입하고, 상기 전극에 지정된 전압을 인가하여 전류값을 읽는 방법으로 상기 심혈관 표적 물질을 판별할 수 있다. The electrochemical analysis method of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood of the present invention to solve the above-mentioned problems includes reacting the cardiovascular target substance with the cardiovascular marker, and then using a probe that binds to the cardiovascular target substance. And, the cardiovascular target substance is determined by inserting an electron transfer activating material that binds to the probe and causes oxidation and reduction reactions to generate current into the nanowell, and applying a specified voltage to the electrode to read the current value. can do.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 전자 전달 활성화 물질은, 페로센(Ferrocene), 메틸렌 블루(Methylene blue), 철산염(Ferrate) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. The electron transfer activating material of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood of the present invention to solve the above-mentioned problems may be made of any one of ferrocene, methylene blue, and ferrate. You can.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 나노웰이 형성된 전극은, 8채널 전극으로 이루어지며, 각각의 채널 전극에는 서로 다른 마커가 고정될 수 있다. The electrode on which the nanowell is formed in the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to the present invention to solve the above-mentioned problems is composed of 8 channel electrodes, and different markers can be fixed to each channel electrode. .
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 전극은, 작동 전극(working electrode), 카운터 전극(counter electrode), 참고 전극(reference electrode)으로 이루어지며, 상기 작동 전극은 사각형 형상으로 이루어지고, 상기 카운터 전극은 사각형 띠 형상으로 이루어지되, 상기 작동 전극의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 구비되며, 상기 참고 전극은 사각형 형상으로 이루어지면서 상기 작동 전극의 일측에 구비될 수 있다. The electrode of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood of the present invention to solve the above-mentioned problems consists of a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, The working electrode has a rectangular shape, the counter electrode has a rectangular strip shape and is provided to cover the other side from one side of the working electrode through the lower side, and the reference electrode has a rectangular shape and is provided as the working electrode. It can be provided on one side of.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 나노웰의 사이즈는, 50 내지 500nm 로 이루어질 수 있다. The size of the nanowell of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to the present invention to solve the above-mentioned problems may be 50 to 500 nm.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클이 삽입될 수 있다. Particles treated with a fluorescent material may be inserted into the nanowell of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to the present invention to solve the above-described problem.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 파티클의 크기는 상기 나노웰의 직경의 1/2 보다 크며, 상기 나노웰의 직경보다 작을 수 있다. The size of the particles in the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to the present invention to solve the above-mentioned problems may be larger than 1/2 of the diameter of the nanowell and may be smaller than the diameter of the nanowell.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 하나의 상기 파티클은, 하나의 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응할 수 있다. One particle of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to the present invention to solve the above-mentioned problems can react 1:1 when inserted into one nanowell.
본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단이 가능한 장점이 있다. The present invention relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood. Electrochemical analysis is performed through a diagnostic kit with nanowell electrodes, and this has the advantage of quantifying a very small amount of cardiovascular target substances in the blood and enabling in vitro diagnosis. There is.
또한, 본 발명은 나노웰 전극과 함께 프로브 및 전자 전달 활성화 물질을 사용하면서 전기 화학적 분석법을 수행함에 따라 빠르고 간단하게 혈중 심혈관 질환 물질을 진단할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of being able to quickly and simply diagnose cardiovascular disease substances in the blood by performing an electrochemical analysis method while using a probe and an electron transfer activating material along with a nanowell electrode.
이와 함께, 본 발명은 형광 물질이 처리된 파티클을 나노웰과 1:1 반응시킴에 따라 전기 화학적 분석 방법과 광학적 방법을 동시에 하나의 전극에서 구현할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of being able to simultaneously implement electrochemical analysis methods and optical methods on one electrode by reacting fluorescent material-treated particles with nanowells 1:1.
도 1(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 8채널 전극을 나타내는 도면이며, 도 1(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰 구조가 형성된 전극을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰 구조가 형성된 전극을 제작하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트로 전기 화학적 분석방법을 수행하여 심혈관 표적 물질을 측정한 것을 나타내는 도면이다.
도 4(a)는 label-free 방식의 전기 화학적 분석 방법을 나타내는 도면이며, 도 4(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 프로브와 전자 전달 활성화 물질을 이용하는 전기 화학적 분석 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 작동 전극, 카운터 전극, 참조 전극을 나타내는 도면이다.
도 6(a)는 나노웰 구조가 형성되지 않은 전극에 형광 물질이 처리된 파티클을 삽입한 것을 나타내는 도면이며, 도 6(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰 구조에 형광 물질이 처리된 파티클을 삽입한 것을 나타내는 도면이다. FIG. 1(a) is a diagram showing an 8-channel electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a diagram showing an electrode on which a nanowell structure is formed according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a process for manufacturing an electrode with a nanowell structure formed according to an embodiment of the present invention.
3(a) to 3(c) are diagrams showing measurement of cardiovascular target substances by performing an electrochemical analysis method using a diagnostic kit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4(a) is a diagram showing a label-free electrochemical analysis method, and FIG. 4(b) is a diagram showing an electrochemical analysis method using a probe and an electron transport activating material according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6(a) is a diagram showing insertion of particles treated with a fluorescent material into an electrode on which a nanowell structure is not formed, and FIG. 6(b) is a view showing a fluorescent material treated into a nanowell structure according to an embodiment of the present invention. This is a drawing showing the insertion of particles.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.This specification clarifies the scope of rights of the present invention, explains the principles of the present invention, and discloses embodiments so that those skilled in the art can practice the present invention. The disclosed embodiments may be implemented in various forms.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as “includes” or “may include” that may be used in various embodiments of the present invention refer to the existence of the corresponding function, operation, or component that has been disclosed, and one or more additional functions, operations, or components. There are no restrictions on components, etc. In addition, in various embodiments of the present invention, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected or coupled" to another component, the component may be directly connected or coupled to the other component, but there is no connection between the component and the other component. It should be understood that other new components may exist. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly coupled" to another component, it will be understood that no new components exist between the component and the other component. You should be able to.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second used in this specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are used only to distinguish one component from another.
본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단을 가능하게 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. The present invention relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood. Electrochemical analysis is performed through a diagnostic kit with nanowell electrodes, which enables in vitro diagnosis by quantifying a very small amount of cardiovascular target substances in the blood. This is about a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 나노웰이 형성된 전극(120), 마커를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는, 나노웰 구조(127)를 통해 혈중에 있는 극소량의 표적 물질을 판별할 수 있는 것으로, 상기 전극(120)에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석방법을 통해 혈중에 있는 표적 물질을 판별할 수 있는 것이다. Referring to FIGS. 1(a) and 1(b), the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention includes an
도 1(a)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트의 상기 나노웰이 형성된 전극(120)은 8채널 전극으로 이루어질 수 있는 것으로, 각각의 채널 전극에는 서로 다른 마커가 고정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 각각의 채널 전극에 서로 다른 마커가 고정됨에 따라 동시에 여러 가지의 표적 물질을 판별할 수 있게 된다. Referring to FIG. 1(a), the
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 표적 물질은 심혈관 질환을 판별할 수 있는 심혈관 표적 물질(132)일 수 있으며, 상기 마커는 상기 심혈관 표적 물질(132)에 반응하는 심혈관 마커(131)일 수 있다. 이하에서는, 상기 심혈관 표적 물질(132)과 상기 심혈관 마커(131)를 중심으로 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트를 상세하게 설명하기로 한다. The target material of the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention may be a
도 1(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰이 형성된 전극(120)은 나노웰 구조(127)가 형성된 것이다. 상기 나노웰 구조(127)는 나노 사이즈를 가지는 홈으로 이루어진 나노웰이 복수 개 형성된 것으로, 상기 나노웰 사이즈(직경)는 50 내지 500nm로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 1(b), the
상기 나노웰 구조(127)는 상기 전극(120)의 작동 전극(141)에 형성될 수 있는 것으로, 상기 작동 전극(141)에는 상기 나노웰 구조(127)가 형성된 산화막이 구비될 수 있다. 상기 작동 전극(141)에 상기 나노웰 구조(127)가 형성된 산화막이 구비됨에 따라 분해능을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질(132)을 판별할 수 있게 된다. The
상기 나노웰 구조(127)는 상기 작동 전극(141) 상부에 구비된 산화막(SiO2)에 나노 사이즈를 가지는 복수 개의 홈이 형성된 구조로, 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. The
도 2를 참조하면, 디파짓 단계, 제거 단계, 식각 단계를 통해 상기 나노웰 구조(127)가 형성된 상기 작동 전극(141)이 제조된다. 상기 디파짓 단계는 금속층(121) 상부에 산화막(122)을 형성하고, 상기 산화막(122) 상부에 포토레지스트(PR)(123)를 스핀코팅하는 단계이다. Referring to FIG. 2, the working
여기서, 상기 금속층(121)은 상기 작동 전극(120)으로 사용되는 금(Au)로 이루어질 수 있으며, 상기 산화막은 SiO2로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 금속층(121) 하부에는 글라스(125)가 구비될 수 있으며, 상기 글라스(125)에 상기 금속층(121)을 증착시키기 위해 티타늄(Ti)으로 이루어진 희생층(124)이 구비될 수 있다. 다만, 상기 작동 전극(141)에 사용되는 물질은 상술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 다른 물질이 사용될 수도 있다. Here, the
도 3을 참조하면, 상기 제거 단계는 포토 마스크를 사용하여 나노웰 구조 형상으로 상기 포토레지스트(PR)(123)를 제거하는 단계이다. 상기 제거 단계는 포토 마스크를 사용하여 포토레지스트에 필요한 부분만 남기면서 디벨롭 공정을 진행하는 것으로, 산화막(122)에 나노웰 구조(127)를 형성하기 위한 전처리 과정이다. Referring to FIG. 3, the removal step is a step of removing the photoresist (PR) 123 in the nanowell structure shape using a photo mask. The removal step is a development process that uses a photo mask to leave only the necessary parts of the photoresist, and is a pretreatment process for forming the
도 3을 참조하면, 상기 식각 단계는 드라이 에칭을 통해 산화막(122)을 식각하여 상기 산화막(122)에 나노웰 구조(127)를 형성하는 단계이다. 상기 제거 단계에서 상기 포토레지스트(PR)(123)가 나노웰 구조로 제거되었기 때문에, 상기 식각 단계에서 드라이 에칭으로 산화막을 식각하면, 상기 산화막(122)에 나노웰 구조(127)가 형성된다. Referring to FIG. 3, the etching step is a step of forming a
상기 식각 단계를 거친 상기 작동 전극(120)은 상기 포토레지스트(PR)(143)를 제거하면서 상기 작동 전극(141)을 코팅하여 코팅층(126)을 형성하는 코팅 단계를 거칠 수 있으며, 이를 통해 나노웰 구조(127)가 형성된 상기 작동 전극(141)이 제조될 수 있다. The working
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 나노웰 구조(127)를 통해 혈중에 있는 극소량의 표적 물질을 판별할 수 있는 것으로, 상기 전극(120)에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석방법을 통해 혈중에 있는 표적 물질을 판별할 수 있는 것이다. The diagnostic kit according to an embodiment of the present invention is capable of identifying a very small amount of target substance in the blood through the
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 단백질 응집 반응을 기반으로 다수의 항원-항체 반응, 또는 DNA, RNA 상호보완 결합에 따라 전류 및 임피던스의 변화량을 측정하는 전기 화학적 분석 방법을 이용하여 혈중 심혈관 질환의 표적 물질을 판별할 수 있는 것으로, 다양한 전기 화학적 분석방법이 사용될 수 있다. The diagnostic kit according to an embodiment of the present invention detects cardiovascular disease in the blood using an electrochemical analysis method that measures changes in current and impedance according to multiple antigen-antibody reactions or complementary binding of DNA and RNA based on protein aggregation reaction. Various electrochemical analysis methods can be used to identify the target material.
도 3(a), 도 3(b), 도 3(c)는 전기 화학적 분석방법을 통해 심혈관 표적 물질을 측정하는 것을 나타내는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 순환전압전류법(cyclic voltammetry), SWQ(Square wave voltammetry) 등 다양한 전기 화학적 방법으로 혈중 심혈관 질환의 표적 물질을 판별할 수 있다. 3(a), 3(b), and 3(c) show measurement of cardiovascular target substances through an electrochemical analysis method, and the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention is cyclic voltammetry (cyclic voltammetry). Target substances for cardiovascular disease in the blood can be identified using various electrochemical methods such as voltammetry and SWQ (square wave voltammetry).
다만, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트에서 사용되는 전기 화학적 분석 방법은 빠르고 간단한 진단을 위해 다음과 같은 방법이 사용될 수 있다. However, the electrochemical analysis method used in the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention can be used as follows for quick and simple diagnosis.
도 4(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 화학적 분석 방법은, 먼저 상기 심혈관 표적 물질(132)을 상기 심혈관 마커(131)에 반응시킨다. 이후, 상기 심혈관 표적 물질(132)에 결합되는 프로브(133)와, 상기 프로브(133)에 결합되면서 산화, 환원 반응을 일으켜 전류를 발생키는 전자 전달 활성화 물질(134)을 상기 나노웰에 삽입한다. Referring to FIG. 4(b), the electrochemical analysis method according to an embodiment of the present invention first reacts the
다음으로, 상기 전극(120)에 지정된 전압을 인가하여 전류 값을 읽는 방법으로 상기 심혈관 표적 물질(132)을 판별할 수 있게 된다. 여기서, 상기 심혈관 표적 물질(132)은 항원이 될 수 있으며, 상기 전극(120)에 고정되어 있는 상기 심혈관 마커(131)는 상기 항원에 반응하는 항체가 될 수 있다. Next, the
상기 프로브(133)는 상기 항원에 반응할 수 있는 2차 항체일 수 있으며, 상기 전자 전달 활성화 물질(134)은 상기 프로브(133)와 산화, 환원 반응하여 전류를 발생시키는 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 전자 전달 활성화 물질(134)은 페로센(Ferrocene), 메틸렌 블루(Methylene blue), 철산염(Ferrate) 등이 될 수 있다. 다만, 상기 전자 전달 활성화 물질(134)은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 프로브(133)와 산화, 환원 반응하여 전류를 발생시키는 물질이라면 다양한 물질일 수 있다. The
도 4(a)와 같은 종래의 전기 화학적 분석방법은 label-free 방법으로, 전극(120)에 항체로 이루어진 마커(131)를 고정하고 항원으로 이루어진 표적 물질(132)을 삽입한 이후, 교류 전압을 주면서 임피던스를 측정하는 방법이다. The conventional electrochemical analysis method as shown in Figure 4(a) is a label-free method, in which a
이와 같은 방법은 시료 처리 방법이 간단하나, 임피던스를 해석해야 함에 따라 복잡한 해석 방식에 의해 분석 시간이 오래 소요되며, 교류 전압을 인가하여야 하기 때문에 고가의 장비가 필요한 문제점이 있다.This method has a simple sample processing method, but as the impedance must be analyzed, it requires a long analysis time due to a complex analysis method, and requires expensive equipment because alternating voltage must be applied.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 전기 화학적 분석 방법은, 상기 프로브(133)와 상기 전자 전달 활성화 물질(134)을 사용하면서 지정된 전압만을 상기 전극(120)에 인가한 이후 전류 값을 읽는 방법으로 표적 물질을 판별함에 따라, 분석시간이 짧으면서 저가의 포터블한 장비로 제작 가능한 장점이 있다. However, the electrochemical analysis method according to an embodiment of the present invention applies only a specified voltage to the
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트의 상기 전극(120)은 작동 전극(working electrode, WE)(141), 카운터 전극(counter electrode, CE)(142), 참고 전극(reference electrode, RE)(143)으로 이루어질 수 있다. The
도 5를 참조하면, 상기 작동 전극(141)은 사각형 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 카운터 전극(142)은 사각형 띠 형상으로 이루어지되, 상기 작동 전극(141)의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 구비될 수 있다. 상기 참고 전극(143)은 사각형 형상으로 이루어지면서 상기 작동 전극(141)의 일측에 구비될 수 있으며, 상기 참고 전극(143)은 상기 카운터 전극(142)의 상부측에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 5, the working
여기서, 상기 작동 전극(141)의 일측이라 함은 도 5의 오른쪽이 될 수 있으며, 상기 작동 전극(141)의 타측이라 함은 도 5의 왼쪽이 될 수 있다. 또한, 상기 작동 전극(141)의 하부측은 도 5의 하부 방향이 될 수 있으며, 상기 작동 전극(141)의 상부측은 도 5의 상부 방향이 될 수 있다. Here, one side of the working
종래의 전극은 작동 전극 대비 카운터 전극의 면적이 작아서 측정 과정 중에 전극이 파괴되거나 절연층이 벗겨지는 문제가 있었으며, 카운터 전극이 작동 전극의 오른쪽과 아랫쪽 부분만을 측정함에 따라 전류의 손실이 발생하는 문제가 있었다. Conventional electrodes had problems with the electrode being destroyed or the insulating layer peeling off during the measurement process because the area of the counter electrode was small compared to the working electrode, and current loss occurred as the counter electrode only measured the right and lower parts of the working electrode. There was.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 상기 작동 전극(141), 상기 카운터 전극(142), 상기 참조 전극(143)은 도 5와 같이 상기 작동 전극(141)을 사각형 형상의 전극으로 하면서, 상기 카운터 전극(142)이 상기 작동 전극(141)의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 한다. However, the working
이를 통해 상기 카운터 전극(142)의 면적을 증가시키면서, 상기 카운터 전극(142)이 상기 작동 전극(141)의 좌측, 하부측, 우측을 감싸도록 함에 따라 전극이 파괴되거나 절연층이 벗겨지는 문제나 전류의 손실이 발생하는 문제를 해결할 수 있게 된다. Through this, the area of the
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트의 상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클(150)이 삽입될 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 전기 화학 분석 방법과 광학적 분석 방법을 동시에 하나의 전극에서 구현할 수 있는 것으로, 이를 위해 상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클(150)이 삽입된다. Particles 150 treated with a fluorescent material may be inserted into the nanowell of the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention. The diagnostic kit according to an embodiment of the present invention can simultaneously implement an electrochemical analysis method and an optical analysis method on one electrode. To this end, particles 150 treated with a fluorescent material are inserted into the nanowell.
도 6(b)를 참조하면, 하나의 상기 나노웰에서는 하나의 상기 파티클(150)이 반응하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 나노웰과 상기 파티클(150)은 1:1 반응하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 6(b), it is preferable that one particle 150 reacts in one nanowell. That is, it is preferable that the nanowell and the particle 150 react 1:1.
도 6(a)를 참조하면, 종래의 나노웰 구조가 형성되어 있지 않은 전극(10)에 형광 물질이 처리된 파티클(20)을 삽입하면, 단백질의 응집반응에 의해 민감도가 떨어지는 문제점이 있다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 상기 나노웰 구조(127)를 형성하면서, 형광 물질이 처리된 상기 파티클(150)을 삽입함에 따라 단백질의 응집반응을 줄이면서 민감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. Referring to FIG. 6(a), when
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는, 하나의 상기 파티클(150)이 하나의 상기 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응됨에 따라 단백질의 응집 반응을 줄이면서 민감도를 향상시킬 수 있게 된다. In particular, the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention can improve sensitivity while reducing protein aggregation reaction as one particle 150 is inserted into one nanowell and reacts 1:1.
하나의 상기 파티클(150)이 하나의 상기 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응하기 위해, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰의 직경의 1/2 보다 크며, 상기 나노웰의 직경보다 작은 것이 바람직하다. In order for one particle 150 to react 1:1 when inserted into one nanowell, the size of the particle 150 is larger than 1/2 the diameter of the nanowell and smaller than the diameter of the nanowell. It is desirable.
구체적으로, 상기 나노웰의 사이즈(직경)는 50 내지 500nm 일 수 있으며, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰의 사이즈의 1/2 이상 내지 상기 나노웰 사이즈 이하인 것이 바람직하다. Specifically, the size (diameter) of the nanowell may be 50 to 500 nm, and the size of the particle 150 is preferably greater than 1/2 of the size of the nanowell and less than or equal to the nanowell size.
상기 파티클(150)의 크기가 상기 나노웰의 사이즈의 1/2 보다 작은 경우, 하나의 상기 나노웰에 2개 이상의 상기 파티클(150)이 삽입되면서 1:1 반응이 되지 않을 수 있기 때문에, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰의 사이즈의 1/2 보다 큰 것이 바람직하다. If the size of the particle 150 is smaller than 1/2 of the size of the nanowell, a 1:1 reaction may not occur when two or more particles 150 are inserted into one nanowell. The size of the particle 150 is preferably larger than 1/2 of the size of the nanowell.
또한, 상기 파티클(150)의 크기가 상기 나노웰 사이즈 보다 큰 경우, 상기 파티클(150)이 상기 나노웰에 삽입될 수 없으므로, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰 사이즈 보다 작은 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 파티클(150)의 크기를 조절함에 따라 상기 나노웰과 상기 파티클(150)을 1:1 반응시킬 수 있게 된다. In addition, if the size of the particle 150 is larger than the nanowell size, the particle 150 cannot be inserted into the nanowell, so it is preferable that the size of the particle 150 is smaller than the nanowell size. . In this way, by adjusting the size of the particle 150, it is possible to cause a 1:1 reaction between the nanowell and the particle 150.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 다음과 같은 효과가 있다. The nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to the above-described embodiment of the present invention has the following effects.
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단이 가능한 장점이 있다. The nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention performs electrochemical analysis through a diagnostic kit formed with a nanowell electrode, which enables in vitro diagnosis by quantifying a very small amount of cardiovascular target substances in the blood. There is an advantage.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 나노웰 구조(127)가 형성된 전극(120)과 함께 프로브(133) 및 전자 전달 활성화 물질(134)을 사용하면서 전기 화학적 분석법을 수행함에 따라 빠르고 간단하게 혈중 심혈관 질환 물질을 진단할 수 있는 장점이 있다. In addition, the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention uses an
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 작동 전극(141)을 사각형 형상의 전극으로 하면서, 카운터 전극(142)이 작동 전극(141)의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 하는 것이다.The nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention has the working
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 이를 통해 카운터 전극(142)의 면적을 증가시키면서, 카운터 전극(142)이 상기 작동 전극(141)의 좌측, 하부측, 우측을 감싸도록 함에 따라 전극이 파괴되거나 절연층이 벗겨지는 문제나 전류의 손실이 발생하는 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. The nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention increases the area of the
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 형광 물질이 처리된 파티클(150)을 나노웰과 1:1 반응시킴에 따라 전기 화학적 분석 방법과 광학적 방법을 동시에 하나의 전극에서 구현할 수 있는 장점이 있다. In addition, the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention reacts particles 150 treated with a fluorescent material 1:1 with the nanowell, using electrochemical analysis methods and optical methods. At the same time, there is an advantage that it can be implemented with one electrode.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 형광 물질이 처리된 파티클(150)을 나노웰과 1:1 반응시킴에 따라 단백질의 응집 반응을 줄임에 따라 광학적 방법의 민감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, the nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood according to an embodiment of the present invention reduces the aggregation reaction of proteins by reacting particles 150 treated with a fluorescent material 1:1 with the nanowell, thereby providing optical stability. This has the advantage of improving the sensitivity of the method.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As such, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but this is merely illustrative and those skilled in the art will understand that various modifications and variations of the embodiment are possible therefrom. . Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
110...8채널 전극 120...전극
121...금속층 122...산화막
123...포토레지스트 124...희생층
125...글라스 126...코팅층
127...나노웰 구조 131...마커
132...표적 물질 133...프로브
134...전자 전달 활성화 물질 141...작동 전극
142...카운터 전극 143...참조 전극
150...파티클110...8
121...
123...
125...
127...
132...
134...electron
142...
150...particles
Claims (10)
상기 표적 물질을 수용할 수 있도록 복수 개의 나노웰이 형성된 전극;
상기 전극의 상기 나노웰에 고정되어 있으며, 상기 표적 물질과 반응하는 마커;
상기 표적 물질에 결합되는 프로브; 및
상기 프로브에 결합되면서 산화, 환원 반응을 일으켜 전류를 발생키는 전자 전달 활성화 물질을 포함하며,
상기 전극에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석 방법을 통해 상기 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하고,
상기 전극은, 작동 전극(working electrode), 카운터 전극(counter electrode), 참고 전극(reference electrode)으로 이루어지며,
상기 작동 전극은 사각형 형상으로 이루어지고,
상기 작동 전극 상부에는 순차 적층된 글라스, 희생층, 금속층 및 산화막을 포함하는 나노웰이 형성되며,
상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클이 삽입되고,
상기 파티클의 크기는 상기 나노웰의 직경의 1/2 보다 크며, 상기 나노웰의 직경보다 작은 것을 특징으로 하고,
상기 카운터 전극은 사각형 띠 형상으로 이루어지되, 상기 작동 전극의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 구비되며, 상기 참고 전극은 사각형 형상으로 이루어지면서 상기 작동 전극의 일측에 구비되는 것을 특징으로 하고,
상기 표적 물질은 심혈관 질환을 판별할 수 있는 심혈관 표적 물질이며,
상기 마커는 상기 심혈관 표적 물질에 반응하는 심혈관 마커인 것을 특징으로 하며,
상기 전기 화학적 분석 방법은, 상기 심혈관 표적 물질을 상기 심혈관 마커에 반응시킨 이후, 상기 심혈관 표적 물질에 결합되는 프로브와, 상기 프로브에 결합되면서 산화, 환원 반응을 일으켜 전류를 발생키는 전자 전달 활성화 물질을 상기 나노웰에 삽입하고, 상기 전극에 지정된 전압을 인가하여 전류값을 읽는 방법으로 상기 심혈관 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하고,
상기 전자 전달 활성화 물질은, 페로센(Ferrocene), 메틸렌 블루(Methylene blue), 철산염(Ferrate) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.In a diagnostic kit that can identify target substances in the blood,
an electrode with a plurality of nanowells formed to accommodate the target material;
A marker fixed to the nanowell of the electrode and reacting with the target material;
A probe bound to the target substance; and
Contains an electron transfer activating material that binds to the probe and causes oxidation and reduction reactions to generate current,
Characterized by applying a current to the electrode to identify the target material through an electrochemical analysis method,
The electrode consists of a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode,
The working electrode has a square shape,
A nanowell containing sequentially stacked glass, a sacrificial layer, a metal layer, and an oxide film is formed on the working electrode,
Particles treated with a fluorescent material are inserted into the nanowell,
The size of the particle is larger than 1/2 of the diameter of the nanowell and smaller than the diameter of the nanowell,
The counter electrode is formed in the shape of a rectangular strip and is provided to cover the other side from one side of the working electrode through the lower side, and the reference electrode is formed in a rectangular shape and is provided on one side of the working electrode,
The target substance is a cardiovascular target substance that can determine cardiovascular disease,
The marker is characterized in that it is a cardiovascular marker that responds to the cardiovascular target substance,
The electrochemical analysis method includes, after reacting the cardiovascular target material with the cardiovascular marker, a probe that binds to the cardiovascular target material, and an electron transfer activating material that binds to the probe and causes oxidation and reduction reactions to generate current. Characterized by inserting into the nanowell, applying a designated voltage to the electrode, and determining the cardiovascular target substance by reading the current value,
A nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood, wherein the electron transfer activating material is made of one of ferrocene, methylene blue, and ferrate.
상기 나노웰이 형성된 전극은, 8채널 전극으로 이루어지며,
각각의 채널 전극에는 서로 다른 마커가 고정되는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.According to paragraph 1,
The electrode on which the nanowell is formed consists of an 8-channel electrode,
A nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood, characterized in that different markers are fixed to each channel electrode.
상기 나노웰의 사이즈는, 50 내지 500nm 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.According to paragraph 1,
A nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood, characterized in that the size of the nanowell is 50 to 500 nm.
하나의 상기 파티클은, 하나의 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응하는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 진단을 위한 나노웰 진단키트. According to paragraph 1,
A nanowell diagnostic kit for blood cardiovascular diagnosis, characterized in that one of the particles reacts 1:1 when inserted into one nanowell.
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