KR102666117B1 - 다중 면역 진단 기기 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 한번의 진단 수행으로 복수의 표적 물질을 신속하고 정확하게 검출 할 수 있으며, 표적 물질이 미량 포함되어 있어도 검출 가능한 다중 면역 진단 기기에 관한 것이다. 본 출원은 또한, 한번의 진단 수행으로 복수의 표적 물질을 검출 할 수 있는 다중면역 진단 방법에 관한 것이다.
Description
본 출원은 다중 면역 진단기기 및 이를 이용한 다중 면역 진단 방법에 관한 것이다.
임상검사 분야에서, 생체 시료(혈액 또는 뇨 등)를 이용하여 각종 질환들의 진단을 수행하고 있는데, 이러한 진단 방법으로서, 각종 측정법이 개발되어 이용되고 있다. 대표적인 측정법으로는 효소결합면역흡착측정법(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay; ELISA)과 암페로메트리(Amperometry)를 사용한 측정법이 있다.
기존에 가장 보편적으로 이용되던 효소결합면역흡착측정법(ELISA)은 광학 분석을 통해 표적 물질을 검출하는 반면, 암페로메트리(Amperometry)를 사용한 측정법은 전기화학 측정을 통해 표적 물질을 검출한다.
그러나, 상기 효소결합면역흡착측정법(ELISA)은 측정 장비가 고가이고 측정하는 데 오랜 시간이 소요되며, 측정 민감도가 낮다는 한계가 있었다. 또한, 상기 암페로메트리(Amperometry)를 사용한 측정법은 한번의 진단 수행으로 하나의 표적 물질만을 검출한다는 한계가 있었다.
따라서, 한번의 진단 수행으로 복수의 표적 물질을 신속하고 정확하게 검출 할 수 있으며, 표적 물질이 미량 포함되어 있어도 검출 가능한 다중 면역 진단기기가 요청된다.
본 출원의 목적은 한번의 진단 수행으로 복수의 표적 물질을 신속하고 정확하게 검출 할 수 있으며, 표적 물질이 미량 포함되어 있어도 검출 가능한 다중 면역 진단 기기를 제공하는 것이다.
또한, 한번의 진단 수행으로 복수의 표적 물질을 검출 할 수 있는 다중면역 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온에서 측정한 물성이다. 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 10°C 내지 30°C의 범위 내의 한 온도 또는 약 23°C 또는 약 25°C 정도이다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압되거나 감압되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 1 기압 정도를 상압으로 지칭한다.
본 출원에 관한 일예에서, 본 출원은 다중 면역 진단 기기에 관한 것이다.
도 1은 본 출원의 다중 면역 진단 기기(1)를 보여주는 예시적인 개념도이고, 도 2는 상기 도 1의 다중 면역 진단 기기(1)의 예시적인 구성도이다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 출원에 따른 다중 면역 진단 기기(1)은 복수의 용액이 투입되는 2개 이상의 주입구(10: 11, 12, 13, 14); 상기 투입된 용액이 수용되는 2개 이상의 챔버(20: 21, 22, 23, 24); 상기 2개 이상의 주입구(10)와 상기 2개 이상의 챔버(20)를 연결하는 분주 채널(30: 31a, 31b, 31c, 31d, 32a, 32b, 32c, 32d); 및 상기 2개 이상의 챔버와 연결되고 투입된 용액을 배출하는 배출구(40: 41, 42, 43, 44)를 포함하고, 상기 2개 이상의 챔버(20)는 각각 미리 설정된 부피를 가진다.
하나의 예로서, 복수의 용액이 투입되는 주입구(10)는 2개 이상일 수 있다.
일구체예로, 복수의 용액이 투입되는 주입구는 2 개, 3개, 4개, 5개 또는 6개일 수 있다. 상기 복수의 용액이 투입되는 주입구의 개수는 투입되는 복수의 용액의 종류 또는 복수의 용액이 주입구로 투입되는 효율을 고려하여 적절한 개수로 조절될 수 있다. 즉, 복수의 용액이 3종류이면, 주입구의 개수도 3개일 수 있다. 또는, 복수의 용액이 4종류이면, 주입구의 개수도 4개가 형성될 수 있다. 도 2는 4개 주입구(11,12,13,14)가 형성되어 있는 예시적인 다중 면역 진단 기기의 구성도이다.
상기 주입구의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 원형, 타원형, 다각형 또는 무정형일 수 있으며, 용액의 투입 효율 등을 고려하여 적절한 형태가 선택될 수 있다.
상기와 같은 2개 이상의 주입구로 투입되는 복수의 용액은 분주 채널을 거쳐 2개 이상의 챔버로 수용될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 챔버는 2개 이상일 수 있다. 일구체예로, 상기 챔버는 2 개, 3개, 4개, 5개 또는 6개일 수 있다. 상기 챔버는 검출하고자 하는 표적 물질의 개수를 고려하여 적절한 개수로 조절될 수 있다. 즉, 표적 물질이 3개이면 챔버도 3개가 형성될 수 있으며, 표적물질이 4개이면 챔버도 4개가 형성될 수 있다. 따라서 검출 하고자 하는 표적 물질이 복수개인 경우, 2개 이상의 챔버를 형성하여 한번의 진단 수행으로 복수의 표적 물질을 검출 할 수 있어서 다중 면역 진단이 가능해 진다. 도 2는 4개 챔버(21,22,23,24)가 형성되어 있는 예시적인 다중 면역 진단 기기의 구성도이다.
상기 2개 이상의 챔버의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 구형, 반구형 또는 다면체형 등 일 수 있다. 챔버의 형태는 표적 물질의 검출 효율 또는 챔버로 수용되는 용액의 수용량 등을 고려하여 적절한 형태가 선택될 수 있다.
한편, 상기 2 개 이상의 챔버는 각각 미리 설정된 부피를 가질 수 있다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 챔버(21, 22, 23, 24)가 형성되어 있는 경우, 상기 4개의 챔버는 각각 일정한 부피를 갖도록 설정되어 있을 수 있다. 챔버가 일정한 부피를 갖도록 설정함으로써 면역 진단 시간을 조절할 수 있다. 즉 챔버의 부피가 큰 경우 면역 진단 시간이 길어질 수 있으며, 챔버의 부피가 작은 경우 면역 진단 시간이 짧아질 수 있다. 한편, 상기 챔버의 부피는 후술하는 시험 대상 물질에 포함되는 표적 물질의 함량, 제 1 항체와 표적 물질과의 반응 효율, 표적 물질과 제 2 항체의 반응 효율 또는 제 2 항체에 고정된 효소와 기질과의 반응 효율 등을 고려하여 적절한 크기를 갖도록 설정할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 2개 이상의 주입구와 상기 2개 이상의 챔버를 연결하는 분주 채널(이하 '분주 채널'이라 호칭할 수 있다.)은 2개 이상의 유도 채널 및 2개 이상의 소분 채널을 포함할 수 있다. 상기 유도 채널은 2개 이상의 주입구에 투여된 용액을 소분 채널로 유도하는 역할을 한다. 한편, 상기 소분 채널은 유도 채널을 통하여 유입된 용액을 2개 이상의 챔버에 분배하는 역할을 한다. 도 2는 4개의 유도 채널(31a,31b,31c,31d) 및 4개의 소분 채널(32a,32b,32c,32d)을 포함하는 분주채널(30)이 형성된 예시적인 다중 면역 진단 기기의 구성도이다.
상기 분주 채널의 구조는 특별히 제한되지 않으며, 투입되는 복수의 용액을 2개 이상의 챔버로 분배하는 분배 효율을 고려하여 적절한 구조를 가지도록 형성할 수 있다.
한편, 상기 유도채널의 폭과 소분채널의 폭은 동일하거나 상이할 수 있으며, 2개 이상의 주입구로 투입되는 복수의 용액의 투입량, 상기 용액의 이동속도, 상기 용액의 분해 효율 또는 표적 물질의 검출 속도 등을 고려하여 적절한 폭을 가지도록 형성할 수 있다.
하나의 예로서, 2개 이상의 챔버와 연결되고 투입된 용액을 배출하는 배출구의 개수는 특별히 제한되지 않으며, 2개 이상의 챔버에서 배출되는 용액의 배출 효율을 고려하여 적절한 개수로 조절될 수 있다. 일예로 배출구는 1 개 일 수 있고, 2개 이상일 수 있다. 한편, 상기 배출구는 배출 채널과 연결되어 있을 수 있다. 상기 배출채널은 2개 이상의 챔버와 연결되어 있어 2개 이상의 챔버에 수용된 복수의 용액을 배출구로 배출시킬 수 있도록 유도할 수 있다. 도 2는 4개의 배출구(41, 42, 43, 44)가 형성된 예시적인 다중 면역 진단 기기의 구성도이다. 상기 도 2와 같이 4개의 배출구(41, 42, 43, 44)는 각각 배출채널(51,52,53,54)과 연결되어 있을 수 있다.
하나의 예로서, 2개 이상의 주입구로 투입된 용액이 수용되는 2개 이상의 챔버는 각각 3개의 전극을 포함할 수 있다.
상기 3개의 전극(이하, '전극 집합체'라고 호칭할 수 있다.)은 각각 작업전극(working electrode), 기준전극(reference electrode) 및 보조전극(conter electrode)일 수 있다.
상기 작업전극(working electrode)은 산화 또는 환원 반응이 일어나는 전극을 의미한다. 상기 기준 전극(reference electrode)은 작업 전극에서의 정확한 전압을 측정하기 위해서 기준이 되는 전극을 의미한다. 또한, 상기 보조 전극(conter electrode)은 반응에 직접 참여하지 않고, 전위 값에 영향을 미치지 않으며 전류가 흐르는 전극을 의미한다.
하나의 예로서, 3개의 전극은 챔버의 상부면, 하부면 또는 측면 중 적어도 어느 하나에 위치할 수 있다. 한편, 3개의 전극은 모두 같은 부위에 위치할 수 있고 또는 서로 상이한 부위에 위치할 수 있다. 도 2는 3개의 전극, 즉 작업전극(61a), 기준전극(61b), 보조전극(61c)의 전극 집합체(61, 62, 63, 64)가 모두 챔버의 하부면에 위치하는 예시적인 다중 면역 진단 기기의 구성도이다.
하나의 예로서, 상기 3개의 전극의 소재는 특별히 제한되지 않고 공지의 전극 소재가 이용될 수 있다. 일예로 전도성 탄소 소재, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 복합 금속 산화물을 이용할 수 있다.
전극을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 일예로 스퍼터링 (Sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법(L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy) 또는 펄스레이저증착법(PLD, Pulsed Laser Deposition)에 의하여 전술한 전극 소자를 이용하여 기재상에 전극을 형성할 수 있다.
한편, 상기 전극이 형성되는 기재는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 기재가 이용될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 기판, 고분자 기판, 금속산화물 기판 또는 유리 기판일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에는 제 1 항체가 고정되어 있을 수 있다. 일예로 3개의 전극 중 작업전극(working electrode) 상에 제 1 항체가 고정되어 있을 수 있다. 다른예로 3개의 전극 중 작업전극 및 기준 전극에 제 1 항체가 고정되어 있을 수 있고, 또는 작업 전극 및 보조 전극에 제 1 항체가 고정되어 있을 수 있다. 또 다른 예로 3개의 전극 모두에 제 1 항체가 고정되어 있을 수 있다. 상기와 같이 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 항체가 고정되어 있는 경우, 기질의 농도 변화를 보다 용이하게 측정할 수 있게 해준다.
하나의 예로서, 상기 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정되는 제 1 항체의 유형은 특별히 제한되지 않고, 일예로 IgE, IgD, IgM, IgA 또는 IgG일 수 있다. 상기와 같은 항체는 검출하고자 하는 표적 물질, 전극에 고정되는 효율 등을 고려하여 상기 범위 내에서 적절한 항체의 유형이 선택될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정되는 제 1 항체의 결합 부위(binding site)는 챔버마다 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 용어 결합 부위(binding site)는 항체와 표적 물질이 결합하는 부위를 의미한다. 항체의 결합 부위(binding site)가 상이하면 결합되는 표적 물질도 상이할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 다중 면역 진단 기기에 4개의 챔버가 형성되어 있는 경우, 챔버마다 상이한 결합부위(binding site)를 가지는 제 1 항체가 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정되어 있을 수 있다. 또는 4개의 챔버 중에서 2개의 챔버에는 동일한 결합부위(binding site)를 가지는 제 1 항체가 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정되어 있을 수 있다. 또는 4개의 챔버 모두 동일한 결합부위(binding site)를 가지는 제 1 항체가 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정되어 있을 수 있다.
다중 면역 진단을 고려한다면, 2개 이상의 챔버는 챔버마다 상이한 결합부위(binding site)를 가지는 제 1 항체가 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
하나의 예로서, 챔버에 포함되는 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 상기 제 1 항체를 고정 시키는 방법은 특별히 제한되지 않고 공지의 방법으로 고정시킬 수 있다. 일예로 물리 흡착 또는 공유 결합으로 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정 시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 3개의 전극은 연결패드가 연결되어 있을 수 있다. 도 2는 3개의 전극에 각각 연결된 연결패드(70)를 보여주는 예시적 다중 면역 진단 기기의 구성도이다. 상기 연결 패드는 3개의 전극을 이용하여 검출한 전기 신호를 외부 장치로 송신 할 수 있다. 한편, 상기 외부장치는 연결 패드를 통해서 수신된 전기 신호를 분석할 수 있다.
하나의 예로서, 다중 면역 진단 기기는 마이크로 플로이딕 칩(microfluidics chip)일 수 있다. 다중 면역 진단 기기로 마이크로 플루이딕 칩(microfluidics chip)을 이용하는 경우, 미량의 용액으로도 면역 진단이 가능하고, 표적물질의 검출 시간을 단축 시킬 수 있다. 또한 면역 진단 기기의 소형화가 가능해 진다.
상기 마이크로 플로이딕 칩의 소재로는 실리콘, 유리 또는 폴리머를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리머를 사용할 수 있다. 상기 폴리머로는 일예로 PDMS(poly(dimethylsiloxane)), PMMA(poly (methyl methacrylate)), PC(polycarbonate) 또는 PETP(poly(ethylene tereph thalate))등이 사용될 수 있으나 이제 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 폴리머 소재를 사용하는 경우 저럼한 가격으로 다량의 마이크로 플로이딕 칩을 빠르게 제작할 수 있어 생산 효율이 향상될 수 있다.
상기와 같은 소재를 이용하여 마이크로 플로이딕 칩을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 공지의 방법으로 제조 할 수 있다. 일예로 포토리소그래피(Photolithography), 노광공정, UV laser ablation, 핫 엠보싱(hot embossing), 인젝션 몰딩 (injection molding) 또는 다이렉트 마이크로밀링 (direct micromilling) 등이 이용될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 2개 이상의 주입구에 투입되는 복수의 용액은 시험 대상 물질, 세척 용액, 제 2 항체 및 기질일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 시험 대상 물질은 특별히 제한되지 않으며, 진단하고자 하는 표적 물질이 포함되어 있는 것으로 인체로부터 유래된 물질일 수 있다. 일예로 상기 시험 대상 물질은 땀, 혈액, 혈청, 혈장, 뇌척수액, 타액, 눈물, 콧물 또는 소변 등일 수 있다. 상기와 같은 시험 대상 물질은 표적 물질의 농도 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 세척 용액은 특별히 제한되지 않으며, 일예로 PBS(Phosphate-buffered saline)-Tween, PBS(Phosphate-buffered saline) 또는 TBS(tris-buffered saline)-Tween 완충용액을 사용할 수 있다. 상기와 같은 용액을 사용함으로써 주입구를 통해서 투입된 시험대상 물질 중에서 제 1 항체와 반응하여 제 1 항체와 결합된 표적 물질 이외의 물질을 배출구를 통해 제거할 수 있다. 또한, 주입구를 통해서 투입된 제 2 항체 중에서 상기 제 1 항체와 결합된 표적 물질과 반응하여 표적 물질과 결합된 제 2 항체를 제외하고 상기 표적 물질과 결합하지 않은 제 2 항체를 효율적으로 배출구를 통해 제거할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제 2 항체의 유형은 특별히 제한되지 않으며, 일예로 IgE, IgD, IgM, IgA 또는 IgG일 수 있다. 한편, 상기와 같은 유형의 제 2 항체는 제 1 항체와 결합된 표적 물질과 결합할 수 있는 결합 부위(binding site)를 가질 수 있다. 따라서, 제 2 항체의 결합부위는 제 1 항체와 결합된 표적 물질과 반응하여 결합될 수 있다.
한편, 제 2 항체는 효소가 결합되어 있다. 상기 효소의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 기질과의 반응 정도를 고려하여 공지의 효소가 선택될 수 있다. 일예로 기질이 인산염인 경우, 효소는 인산염을 분해할 수 있는 알칼리성 인산가수 분해 효소 (alkaline phosphatase) 등이 이용될 수 있다. 다른 예로 기질이 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(3,3',5,5'- Tetramethylbenzidine ;TMB)인 경우, 효소는 겨자무과산화효소(Horseradish peroxidase) 등이 이용될 수 있다. 상기와 같이 효소는 기질을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 한편, 상기와 같은 효소를 제 2 항체에 부착시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법에 의해서 효소를 제 2 항체에 부착시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 기질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 전술한 바와 같이 제 2 항체에 부착된 효소와 반응 할 수 있는 공지의 기질을 이용할 수 있다.
본 출원은 또한, 다중 면역 진단 방법에 관한 것이다.
본출원의 다중 면역 진단 방법은 2개 이상의 주입구에 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질을 순차로 투입하는 제 1 단계; 및 상기 2개 이상의 주입구와 연결된 분주 채널을 통하여 2개 이상의 챔버로 인입된 기질의 농도 변화를 전기화학적 방법으로 측정하는 제 2 단계;를 포함한다.
하나의 예로서 본 출원의 다중 면역 진단 방법에 이용되는 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질은 전술한 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질과 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 다중 면역 진단에 사용되는 다중 면역 진단 기기는 전술한 다중 면역 진단 기기를 이용할 수 있다.
도 1은 본 출원의 다중 면역 진단 기기(1)를 보여주는 예시적인 개념도이고, 도 2는 상기 도 1의 다중 면역 진단 기기(1)의 예시적인 구성도이다. 이하, 상기와 같이 구성된 다중 면역 진단기기를 이용하여 다중 면역 진단 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
하나의 예로서, 상기 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질은 서로 상이한 주입구에 순차적으로 투입될 수 있다. 일예로 시험 대상 물질을 제 1 주입구(11)에 투입되고, 그 후 세척 용액이 제 2 주입구(12)에 투입되며, 그 다음 제 2 항체가 제 3 주입구(13)에 투입되고, 그 다음 세척 용액이 제 2 주입구(12)에 재투입되며, 마지막으로 기질이 제 4 주입구(14)에 투입될 수 있다. 상기와 같이 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체, 세척용액, 기질을 순차로 서로 상이한 주입부에 투입됨으로써 4개의 챔버 이외의 영역에서 투입된 용액이 서로 상호 작용하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 진단의 정확성이 향상 될 수 있다. 또한 각 주입구에 서로 다른 시린지 펌프(syringe pump)를 연결함으로써 상기 시험 대상물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질의 주입구로의 투입을 자동화하는 데 유리하다. 상기 시린지 펌프(syringe pump)(미도시)는 특별히 제한되지 않으며, 복수의 용액을 정량 투입할 수 있는 공지의 시린지 펌프를 이용할 수 있다. 상기 시린지 펌프를 통해 상기 시험 대상물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질이 각 주입구에 자동으로 투입되도록 할 수 있다.
하나의 예로서, 제 1 단계에서 상기 제 1 주입구(11)에 투입된 시험 대상 물질은 유도채널(31a) 및 각각의 소분채널(32a, 32b, 32c, 32d)로 이동하여 4 개의 챔버(21, 22, 23, 24)로 인입될 수 있다. 인입된 시험 대상 물질은 4 개의 챔버에 포함되는 3개의 전극(61)과 접촉할 수 있다.
시험 대상 물질이 챔버의 3개의 전극(61)과 접촉하는 경우, 시험 대상 물질의 표적 물질은 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에 고정되어 있는 제 1 항체와 특이적 결합에 의해 복합체를 형성할 수 있다. 따라서, 시험 대상 물질의 투입에 따라 제 1 항체가 고정된 전극은 전극-제 1 항체-표적 물질로 구성된 복합체를 형성할 수 있다.
하나의 예로서, 시험대상물질 투입 후 상기 제 2 주입구(12)에 투입된 세척 용액은 유도채널(31b) 및 각각의 소분채널(32a, 32b, 32c, 32d)로 이동하여 4개의 챔버(21, 22, 23, 24)로 인입될 수 있다. 그 후 제 1 항체와 반응 하지 않고 남아 있는 시험 대상 물질을 배출 채널(51, 52, 53, 54)을 거쳐 배출구(41, 42, 43, 44)로 배출 시킬 수 있다. 이를 통해 진단의 정확성을 높일 수 있다.
하나의 예로서, 세척 용액 투입 후 상기 제 3 주입구(13)에 투입된 제 2 항체는 유도채널(31c) 및 각각의 소분채널(32a, 32b, 32c, 32d)로 이동하여 4개의 챔버(21, 22, 23, 24)로 인입될 수 있다. 한편, 투입되는 제 2 항체는 제 1 항체에 결합된 표적 물질과의 결합을 고려하여, 결합 부위(binding site)가 상이한 4 개의 제 2 항체를 이용할 수 있다. 상기 4개의 제 2 항체는 제 3 주입구를 통해서 한번에 투입되거나, 순차적으로 투입될 수 있다. 제 2 항체의 투입에 따라 제 1 항체가 고정된 전극은 전극-제 1 항체-표적 물질-제 2 항체로 구성된 복합체를 형성할 수 있다.
하나의 예로서, 제 2 항체 투입 후 상기 제 2 주입구(12)에 재투입된 세척용액은 유도채널(31b) 및 각각의 소분채널(32a, 32b, 32c, 32d)로 이동하여 4개의 챔버(21, 22, 23, 24)로 인입 될 수 있다. 그 후 표적 물질과 반응 하지 않고 남아 있는 제 2 항체를 배출 채널(51, 52, 53, 54)을 거쳐 배출구(41, 42, 43, 44)로 배출 시킬 수 있다. 이를 통해 진단의 정확성을 높일 수 있다.
하나의 예로서, 세척용액 재 투입 후 제 4 주입구(14)에 투입된 기질은 유도채널(31d) 및 각각의 소분채널(32a, 32b, 32c, 32d)로 이동하여 4개의 챔버(21, 22, 23, 24)로 인입될 수 있다. 인입된 기질은 제 2 항체에 고정된 효소와 반응하여 효소-기질 복합체를 형성할 수 있다. 기질의 투입에 따라 제 1 항체가 고정된 전극은 전극-제 1 항체-표적 물질-제 2 항체-기질로 구성된 복합체를 형성할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제 2 단계에서 기질의 농도 변화는 전기 화학적 방법으로 측정할 수 있다. 일구체예로 기질의 농도 변화는 암페로메트리(amperometry) 방법으로 측정할 수 있다. 즉, 제 2 항체에 부착된 효소와 기질의 반응에 의한 전류의 변화를 측정하여 기질의 농도 변화를 측정할 수 있다. 전기화학적 방법을 이용하는 경우, 면역 진단 속도가 향상될 수 있으며, 기질의 농도 변화를 측정하는 측정 민감도가 향상될 수 있다.
하나의 예로서, 본 출원의 다중 면역 진단 방법은, 기질의 농도 변화를 기초로 시험 대상 물질의 이상 여부를 판단하는 제 3 단계를 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로 정상인으로부터 유래된 물질을 대상으로 제 1 및 제 2 단계를 통하여 측정한 전류 값과 시험 대상 물질에 대한 제 1 및 제 2 단계를 통해서 측정한 전류 값을 비교함으로써 시험 대상 물질의 이상여부를 판단할 수 있다. 이를 통해 시험 대상 물질을 채취한 사람의 이상 여부를 판단할 수 있다.
상기와 같은 면역 진단 방법은, 한번의 시험으로 복수의 표적 물질을 검출 할 수 있고, 표적물질이 미량 포함되어 있더라도 전기화학 신호를 검출하는 방법으로 표적 물질을 검출할 수 있기 때문에 진단의 민감도가 향상될 수 있다.
본 출원의 일예에 따르면, 한번에 복수의 표적 물질을 신속하고 정확하게 검출 할 수 있으며, 표적 물질이 미량 포함되어 있어도 검출 가능한 다중 면역 진단 기기가 제공된다. 또한, 한번에 복수의 표적 물질을 검출 할 수 있는 다중 면역 진단 방법이 제공된다.
도 1은 본 출원의 다중 면역 진단 기기를 보여주는 예시적인 개념도이다.
도 2은 도 1의 다중 면역 진단 기기의 예시적인 구성도이다.
도 2은 도 1의 다중 면역 진단 기기의 예시적인 구성도이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
마이크로 플로이딕 칩
PDMS((poly(dimethylsiloxane))(DoW Coring, Sylgard 184 Silicone Elastomer)를 이용하여 4개의 주입구, 4개의 챔버, 분주 채널, 배출채널 및 4개의 배출구를 가지는 마이크로플로이딕 칩(Microfluidics chip)을 제조하였다.
구체적으로 포토리소그래피(Photolithography)로 실리콘 몰드(silicon mold)를 제작한 후 PDMS pre-polymer를 캐스팅(casting)하여 탈기(degassing) 및 경화(curing) 과정 후 떼어내는 방식으로 제조하였다.
제 1 항체가 고정된 3개의 전극
유리 기판(세원테크, soda-lime glass)의 일면에 3개의 전극이 하나의 전극 집합체로하여, 총 4개의 전극 집합체를 전자빔증착법(e-beam evaporation), 구체적으로 새도우마스크증착법(Shadow mask evaporation)의 방법으로 4개의 전극 집합체를 유리 기판상에 증착하였다. 전극의 소재는 금(gold)을 이용하였다.
그 후, 4개의 전극 집합체에 결합부위(binding site)가 각각 상이한 제 1 항체가 고정되도록 하였다.
구체적으로 전극 집합체를 구성하는 3개의 전극에 12-메르캅토도데데칸산(12-Mercaptododecanoic acid)를 부착시켰다. 그 후, EDC/NHS 용액 (약 2.5mM N-에틸-N'-(3-디에틸아미노프로필)-카르보디이미드 (EDC) 및 0.05M N-히드록시숙신이미드 (NHS))을 약 90분 노출시켰다. 그 후, 약 1 ug/mL의 제 1 항체를 함유하는 용액으로 약 60분 노출시켜 4개의 전극 집합체에 표적 물질과 결합하는 결합 부위(binding site)가 상이한 제 1 항체를 고정하였다. 상기와 같은 과정을 4회 수행하여 전극 집합체에 결합 부위(binding site)가 각각 상이한 제 1 항체가 고정되도록 하였다.
한편, 4개의 전극 집합체에 고정된 결합 부위가 상이한 제 1 항체는 각각 anti-IgE 항체(Thermo Scientific, Goat anti-Human IgE Secondary Antibody), anti-IgG 항체(Thermo Scientific, Goat anti-Human IgG Secondary Antibody), anti-IgA 항체(Thermo Scientific, Goat anti-Human IgA Secondary Antibody) 및 anti-IgM 항체(Thermo Scientific, Goat anti-Human IgM Secondary Antibody)를 이용하였다.
상기 제조된 마이크로 플로이딕 칩에 제 1 항체가 고정된 전극을 위치시킨 후 산소 플라즈마로 30W에서 1분 30초 동안 처리하여 접착 시켰다. 이때 4개의 전극 집합체 위에 4개의 챔버가 위치하도록 배치하여 4개의 전극 집합체는 각각 4개의 챔버에 포함되도록 하였다.
다중 면역 진단 방법
상기 제조된 다중 면역 진단기기의 제 1 주입구에 시험 대상 물질을 투입하였다. 시험 대상 물질은 NIBSC사의 Human serum IgE(제품번호:11/234) 및 NIBSC사의 Human serum IgG, A & M (제품번호:67/099)를 1:3(IgE:IgG,A & M)의 비율로 혼합하여 사용하였다. 한편, 투입되는 시험 대상 물질은 약 10μL 를 사용하였다.
그 후, 제 2 주입구에 세척 용액으로 TBST(1X TBS(tris-buffered saline), 0.05% Tween 20, pH 7.4)) 10μL 를 투입하였다.
이어서, 제 3 주입구에 알칼리 포스파타아제(alkaline phosphatase)가 부착된 제 2 항체로 Southern Biotech사의 Mouse Anti-Human IgE Fc-AP, Mouse Anti-Human IgG Fc-AP, Mouse Anti-Human IgA1-AP 및 Mouse Anti-Human IgM-AP를 1:1:1:1 비율로 혼합하여 사용하였다. 한편 투입되는 상기 제 2 항체는 약 10μL를 사용하였다.
그 후, 제 2 주입구에 세척 용액으로 TBST(1X TBS(tris-buffered saline), 0.05% Tween 20, pH 7.4)) 10μL 를 투입하였다.
그 다음, 제 4 주입구에 기질로 1 mM의 p-아미노페닐 포스페이트(p-aminophenyl phosphate) 10μL 를 투입하였다.
그 후 4개의 전극 집합체에 흐르는 전류를 전위 가변기(potentiostat)(Bio-Logic, VSP) 이용하여 측정하였다.
평과 결과
실시예를 통하여 제조된 다중 면역 진단 기기를 이용하여 시험대상 물질의 면역 진단을 수행한 결과, 표적 물질인 IgE, IgG, IgA 및 IgM을 신속하고 정확하게 검출 할 수 있었으며, 표적 물질이 약 10μL 이하 정도로 미량 포함되어 있는 경우에도 검출 가능하였다. 또한, 한번의 진단 수행으로 4개의 면역 진단을 수행할 수 있었다.
1: 다중 면역 진단 기기
10: 2개 이상의 주입구
11: 제 1 주입구
12: 제 2 주입구
13: 제 3 주입구
14: 제 4 주입구
20: 2개 이상의 챔버
30: 분주 채널
31a, 31b, 31c, 31d: 유도채널
32a, 32b, 32c, 32d: 소분채널
40: 배출구
50: 배출 채널
61: 3개의 전극
61a, 61b, 61c: 전극
70: 연결패드
10: 2개 이상의 주입구
11: 제 1 주입구
12: 제 2 주입구
13: 제 3 주입구
14: 제 4 주입구
20: 2개 이상의 챔버
30: 분주 채널
31a, 31b, 31c, 31d: 유도채널
32a, 32b, 32c, 32d: 소분채널
40: 배출구
50: 배출 채널
61: 3개의 전극
61a, 61b, 61c: 전극
70: 연결패드
Claims (9)
- 복수의 용액이 투입되는 2개 이상의 주입구; 상기 투입된 용액이 수용되는 2개 이상의 챔버; 상기 2개 이상의 주입구와 상기 2개 이상의 챔버를 연결하는 분주 채널; 및 상기 2개 이상의 챔버와 연결되고 투입된 용액을 배출하는 배출구를 포함하고,
상기 2개 이상의 챔버는 각각 미리 설정된 부피를 가지며,
2개 이상의 주입구에 투입되는 상기 복수의 용액은 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질이고, 상기 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질은 서로 상이한 주입구에 투입되어 서로 상호 작용하지 않는 다중 면역 진단 기기. - 제 1 항에 있어서, 2개 이상의 주입구로 투입된 용액이 수용되는 2개 이상의 챔버는 각각 3개의 전극을 포함하고, 상기 3개의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극에는 제 1 항체가 고정되어 있는 전극인 다중 면역 진단 기기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 시험 대상 물질은 땀, 혈액, 혈청, 혈장, 뇌척수액, 타액, 눈물, 콧물 또는 소변인 다중 면역 진단 기기.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 항체는 효소가 결합되어 있는 항체인 다중 면역 진단 기기.
- 제 5 항에 있어서, 제 2 항체에 결합되어 있는 효소는 알칼리성 인산가수 분해 효소(Alkaline phosphatase ;ALP) 또는 겨자무과산화효소(Horseradish peroxidase ;HRP)인 다중 면역 진단 기기.
- 제 1 항에 있어서, 기질은 p-아미노페닐 포스페이트(p-Aminophenyl phosphate :pAPP) 또는 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(3,3',5,5'- Tetramethylbenzidine ;TMB) 인 다중 면역 진단 기기.
- 2개 이상의 주입구에 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질을 순차로 투입하되, 상기 시험 대상 물질, 세척용액, 제 2 항체 및 기질은 서로 상이한 주입구에 투입되어 서로 상호 작용하지 않는 제 1 단계; 및
상기 2개 이상의 주입구와 연결된 분주 채널을 통하여 2개 이상의 챔버로 인입된 기질의 농도 변화를 전기화학적 방법으로 측정하는 제 2 단계;
를 포함하는 다중 면역 검출 방법. - 제 8 항에 있어서, 제 2 단계를 통하여 측정한 기질의 농도변화를 기초로 시험 대상 물질의 이상 여부를 판단하는 제 3 단계를 추가로 포함하는 다중 면역 검출 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180147291A KR102666117B1 (ko) | 2018-11-26 | 다중 면역 진단 기기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180147291A KR102666117B1 (ko) | 2018-11-26 | 다중 면역 진단 기기 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200061692A KR20200061692A (ko) | 2020-06-03 |
| KR102666117B1 true KR102666117B1 (ko) | 2024-05-16 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100960670B1 (ko) * | 2008-12-12 | 2010-05-31 | 한국전기연구원 | 모세관을 이용한 랩온어칩 및 그 제조 방법 |
| KR101768331B1 (ko) * | 2015-10-23 | 2017-08-14 | 계명대학교 산학협력단 | 휴대용 혈액 응고인자 측정시스템 |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100960670B1 (ko) * | 2008-12-12 | 2010-05-31 | 한국전기연구원 | 모세관을 이용한 랩온어칩 및 그 제조 방법 |
| KR101768331B1 (ko) * | 2015-10-23 | 2017-08-14 | 계명대학교 산학협력단 | 휴대용 혈액 응고인자 측정시스템 |
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