KR20060018698A - Plastic chip for enzyme assay in microfluidic channels and methods for enzyme activity measurement using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 유체 채널 기술을 이용한 효소 활성도 분석용 칩에 관한 것으로서, 구체적으로는 측정시료 분배용 미세 유체 채널 부위(1), 반응시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3) 및 시료와 시약의 반응 및 측정이 수행되는 반응 챔버 부위(2)로 구성된 모듈을 포함하는 효소 활성도 분석용 칩에 관한 것이다. 본 발명의 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩은 서로 다른 기질 농도에서 효소-기질 반응이 가능하고, 상기 반응 결과를 ELISA로 측정함으로써, 효소 키네틱스 분석을 간단하게 수행할 수 있어, 효소 활성의 분석을 이용한 생화학 실험이나 질병의 예측에 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a chip for analyzing enzyme activity using microfluidic channel technology, specifically, a microfluidic channel region (1) for dispensing a sample, a microfluidic channel region (3) for dilution of a reagent, and a reaction between a sample and a reagent. And it relates to an enzyme activity analysis chip comprising a module consisting of the reaction chamber site (2) where the measurement is performed. Enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel of the present invention is capable of enzyme-substrate reaction at different substrate concentrations, and by measuring the reaction result by ELISA, enzyme kinetic analysis can be performed simply, and enzyme activity It can be useful for biochemical experiments using the analysis of or prediction of diseases.

효소 활성도 분석, 미세 유체 채널, 칩Enzyme Activity Analysis, Microfluidic Channels, Chips

Description

미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩 및 이를 이용한 효소 활성도 측정 방법{Plastic chip for enzyme assay in microfluidic channels and methods for enzyme activity measurement using thereof} Chip for enzyme activity analysis using microfluidic channel and method for measuring enzyme activity using same {{Plastic chip for enzyme assay in microfluidic channels and methods for enzyme activity measurement using             

도 1은 본 발명의 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 구성하는 하나의 효소 활성도 분석 모듈의 평면도이고, 1 is a plan view of one enzyme activity analysis module constituting the chip for enzyme activity analysis using the microfluidic channel of the present invention;

도 2는 상기 효소 활성도 분석용 칩을 구성하는 하나의 효소 활성도 분석 모듈의 사시도이고, 2 is a perspective view of one enzyme activity analysis module constituting the enzyme activity analysis chip,

도 3 상기 효소 활성도 분석용 칩의 전체 구성도이고, 3 is remind The overall configuration of the chip for enzyme activity analysis,

도 4는 상기 효소 활성도 분석용 칩의 측면도이고, Figure 4 is a side view of the enzyme activity analysis chip,

도 5는 상기 효소 활성도 분석용 칩의 여섯 개의 반응 챔버에서 서로 다른 농도의 기질 용액의 생성의 농도 예측과 실제 실험 결과를 비교한 그래프이고, 5 is a graph comparing the concentration prediction and the actual experimental results of the production of different concentration of substrate solution in the six reaction chambers of the enzyme activity analysis chip,

도 6은 효소 키네틱스에 의한 Vmax값을 통해 효소 활성도 값(unit/L)을 예측할 수 있는 전환 그래프이다. Figure 6 is a conversion graph that can predict the enzyme activity value (unit / L) through the V max value by the enzyme kinetic.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

(1) : 효소 시료의 주입구 및 반응 챔버까지 같은 시간 동안 같은 양의 효소 시료를 전달하기 위한 미세 유체 채널.(1): microfluidic channel for delivering the same amount of enzyme sample for the same time to the inlet and reaction chamber of the enzyme sample.

(2) : 서로 다른 여섯 개의 농도를 갖는 기질 용액과 효소 시료가 동시에 혼합되어 효소-기질 반응이 일어나고 측정되는 반응 챔버.(2): A reaction chamber in which a substrate solution having six different concentrations and an enzyme sample are mixed at the same time so that an enzyme-substrate reaction occurs and is measured.

(3) : 기질 용액의 주입구와 서로 다른 농도를 생성하기 위한 미세 유체 채널 네트워크 부분.(3): Part of the microfluidic channel network to produce different concentrations with the inlet of the substrate solution.

(4) : 고농도와 저농도의 기질 용액이 주입되는 두개의 주입구.(4): Two injection ports into which high and low concentration substrate solutions are injected.

(5) : 고농도의 기질 용액이 주입되는 주입구.(5): Injection hole into which a high concentration of substrate solution is injected.

(6) : 저농도의 기질 용액이 주입되는 주입구.(6): Injection hole into which a low concentration substrate solution is injected.

(7) : 효소 시료가 주입되는 주입구.(7): Injection hole into which an enzyme sample is injected.

(10) : 효소 시료의 주입시 각 반응 챔버에 도달하는 양과 시간을 같게 조절하기 위한 챔버.(10): A chamber for controlling the amount and time to reach each reaction chamber at the time of injection of an enzyme sample.

(11)∼(16) : 식(1)의 ⅰ값으로 순차적으로 0부터 5까지의 값을 갖는, 기질 용액과 효소 시료가 혼합되어 효소-기질 반응이 일어나고 측정되는 반응 챔버.(11) to (16): A reaction chamber in which a substrate solution and an enzyme sample having a value from 0 to 5 in sequence as the w value of formula (1) are mixed to cause an enzyme-substrate reaction and to be measured.

(41) : 측면도에서 효소 시료가 주입되는 주입구와 시료가 전달되는 전달 경로의 단면도.(41): Cross sectional view of an injection port into which an enzyme sample is injected and a delivery route through which a sample is delivered in a side view.

(42) : 측면도에서 기질 용액이 주입되는 주입구와 용액이 전달되는 전달 경로의 단면도.(42): Cross-sectional view of the inlet through which the substrate solution is injected and the delivery path through which the solution is delivered in a side view.

(43) : 효소 시료를 반응 챔버로 전달하기 위한 미세 유체 채널 패턴이 존재하는 세 개로 적층된 칩의 기판 중 상층.(43): The upper layer of the board of three stacked chips in which a microfluidic channel pattern for delivering an enzyme sample to the reaction chamber is present.

(44) : 기질 용액을 반응 챔버로 전달하고 다단계 농도 희석을 하기 위한 미세 채널 패턴이 존재하는 세 개로 적층된 칩의 기판 중 중간층.(44): The middle layer of the board | substrate of the three laminated chip | grains which has a micro channel pattern for delivering a substrate solution to a reaction chamber and carrying out multi-step concentration dilution.

(45) : 미세 유체 채널의 바닥 면을 이루는 세 개로 적층된 칩의 기판 중 하층.(45): Lower layer of the board | substrate of the three laminated chip | tips which make the bottom surface of a microfluidic channel.

본 발명은 미세 유체 채널 기술을 이용한 효소 활성도 분석용 칩에 관한 것으로서, 구체적으로는 측정시료 분배용 미세 유체 채널 부위(1), 반응시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3) 및 시료와 시약의 반응 및 측정이 수행되는 반응 챔버 부위(2)로 구성된 모듈을 포함하는 효소 활성도 분석용 칩에 관한 것이다.The present invention relates to a chip for analyzing enzyme activity using microfluidic channel technology, specifically, a microfluidic channel region (1) for dispensing a sample, a microfluidic channel region (3) for dilution of a reagent, and a reaction between a sample and a reagent. And it relates to an enzyme activity analysis chip comprising a module consisting of the reaction chamber site (2) where the measurement is performed.

인간 유전체 프로젝트(human genome project)가 완료되고 포스트게놈(pos t genome) 시대가 도래함에 따라 쏟아져 나오는 많은 양의 바이오 정보는 기존의 실험실 분석 시스템으로는 그 신속한 처리가 어려운 실정이다. 이러한 추세에 따라 생명현상의 규명과 신약 개발 및 진단을 위한 생물학적 검출시스템은 보다 적은 양으로 빠른 시간에 정확하고 편리하게 시료를 분석하기 위한 미세 종합 분석시스템(micro-total analysis systems)과 랩온어칩(lab-on-a-chip)의 형태로 발전하고 있다. 랩온어칩(lab-on-a-chip)은 '하나의 칩 위에 실험실을 올려놓았다'는 뜻으로 '칩 속의 실험실' 또는 '칩 위의 실험실'로 통한다. 이는 보통 플라스틱, 유리 등의 소재를 이용하여 시료가 이동할 수 있는 나노(10 억분의 1) 리터 이하의 미세 채널을 만들고, 이를 통해 수 나노 리터에 불과한 적은 양의 액체시료(대부분의 생화학적 시료가 용액 상태로 존재하므로)를 이동시켜 기존의 실험이나 연구 과정을 신속하게 수행할 수 있도록 한 것이다. As the human genome project is completed and the post-genome era arrives, a large amount of bioinformation is difficult to process quickly with existing laboratory analysis systems. In response to these trends, biological detection systems for the identification of life phenomena, drug development and diagnostics include micro-total analysis systems and lab-on-a-chip to analyze samples quickly, accurately and conveniently in smaller quantities. It is evolving in the form of a lab-on-a-chip. Lab-on-a-chip means 'the lab is placed on one chip' and is referred to as 'lab in chip' or 'lab on chip'. This usually involves the use of materials such as plastics, glass, etc. to create microchannels of less than a nanoliter (one billionth) liters through which the sample can move, resulting in small liquid samples (most biochemical samples). It exists in solution so that the existing experiment or research process can be performed quickly.

랩온어칩을 구현하는 방법에 대한 연구는 오래전부터 시작되어 발전하고 있다. 생화학적 시료를 분석하기 위해서는 대부분의 생화학적 시료가 용액 상태로 존재하므로 액체 시료를 전달하는 기술은 그 무엇보다도 중요한 요소라 할 수 있는데, 이러한 미세 유체의 흐름을 조절하는 연구 분야를 미세유체역학(microfluidics)이라고 한다. Research on how to implement a lab-on-a-chip has been around for a while. In order to analyze biochemical samples, most of the biochemical samples exist in a solution state, and thus, a technique for delivering a liquid sample is the most important factor. The research field for controlling the flow of microfluidics includes microfluidics ( microfluidics).

지금까지 미세 유체 제어 기술은 여러 가지 방법으로 접근되어 왔는데, 그 방법 중에는 전기적으로 적은 양의 액체 시료를 이동시키는 전기삼투유체흐름(electroosmotic flow)과 박막 펌프(membrane pump), 시린지 펌프(syringe pump) 등이 있다.So far, microfluidic control techniques have been approached in a number of ways, including electroosmotic flow, membrane pumps, and syringe pumps, which electrically transfer small amounts of liquid samples. Etc.

전기삼투유체흐름(electroosmoric flow)을 이용한 방법은 액체 시료와 버퍼 용액이 채워진 미세 유체 채널 양단에 전압을 걸어 모세관 전기 삼투현상에 의해 용액의 흐름을 유도하기 때문에 펌프나 밸브 없이 미량의 시료흐름을 제어할 수 있다는 장점이 있으나 전기장을 이용한 액체 시료 전달 방법은 전기장을 이용하여 유체의 흐름을 유도하기 때문에 미세 유체 채널이 하나 이상 복잡하게 구현된 칩 설계에는 한계가 있고, 유체의 흐름이 자체의 pH와 이온세기(ionic strength) 및 점 성 등에 영향을 받으므로 여러 가지 시료에 보편적으로 적용하기 어렵다는 단점이 있다. The method using electroosmoric flow controls the microscopic sample flow without a pump or valve because it induces the flow of the solution by capillary electroosmotic by applying voltage across the microfluidic channel filled with the liquid sample and the buffer solution. However, the liquid sample delivery method using the electric field has a limitation in the design of a chip in which one or more microfluidic channels are complicated because the electric field uses the electric field to induce the flow of the fluid. Since it is affected by ionic strength and viscosity, it is difficult to apply universally to various samples.

한편 박막 펌프(membrane pump) 등 온칩(on-chip) 형 펌프를 이용한 액체 시료 전달 방법은 궁극적인 랩온어칩 기술에 반드시 필요한 요소 기술이지만 제조 방법이 복잡하며 대량 생산에 한계가 있고, 유체 조절에 대한 신뢰성이 기존의 펌프에 비해 떨어지기 때문에 현재의 랩온어칩 개발 단계에서 유체 전달 방법으로 사용하기에는 무리가 있다(William L. Benard, et al., Journal of Microelectromechanical Systems, 7(2); 245-251, 1998)On the other hand, liquid sample delivery using on-chip pumps such as membrane pumps is an essential technology for the ultimate lab-on-a-chip technology, but the manufacturing method is complicated, there is a limitation in mass production, and It is not suitable to use it as a fluid delivery method in the current lab-on-a-chip development stage because the reliability of the pump is inferior to the conventional pump (William L. Benard, et al., Journal of Microelectromechanical Systems, 7 (2); 251, 1998)

시린지 펌프는 주사기(syringe)에 시료를 넣고 모터를 이용해 뒤에서 주사기를 밀어주어서 시료를 적당한 유속으로 흘려주는 장치를 말한다. 주사기와 마이크로 칩을 연결해주는 것은 테플론(teflon) 혹은 실리콘(silicone) 튜브(tube)로서 그 사용 용도에 따라 외경 및 내경이 다르다. 유체 제어 기술 중 시린지 펌프에 의한 기술은 가장 넓은 범위의 유속을 제어할 수 있고 상대적으로 높은 신뢰도를 갖고 있다는 장점을 갖고 있다.Syringe pump refers to a device that puts a sample in a syringe and pushes the syringe from behind using a motor to flow the sample at an appropriate flow rate. Connecting the syringe and the microchip is a teflon or silicon tube, which has different outer and inner diameters depending on the intended use. Among the fluid control technologies, the syringe pump has the advantage of being able to control the widest range of flow rates and having a relatively high reliability.

또한, 효소 키네틱스(kinetics) 분석 방법을 적용하기 위해서는 실험자가 서로 다른 농도를 지닌 기질용액을 따로따로 준비해서 칩으로 주입해야 하므로 측정에 따른 오차가 발생하고 실시 과정이 번거롭다는 문제가 있다(Robert Scopes, Protein Purification; Principles and Practice, Springer-Verlag, 1982). 본 발명에서는 기존의 실험자에 의해 수행되어진 일련의 생화학 실험 준비과정을 미세유 체 채널 내에서의 반응으로 대체하여 높은 재현성과 단축된 시간, 그리고 편리한 분석 방법으로 제공한다.In addition, in order to apply the enzyme kinetics analysis method, the experimenter needs to separately prepare and inject a substrate solution having different concentration into the chip, which causes a problem of measurement error and cumbersome process ( Robert Scopes, Protein Purification; Principles and Practice, Springer-Verlag, 1982). In the present invention, a series of biochemical experiment preparations performed by an existing experimenter is replaced with a reaction in a microfluidic channel to provide a high reproducibility, a shorter time, and a convenient analysis method.

한편, 랩온어칩 개발에 있어서 칩 설계와 함께 고려되어야 할 부분이 반응이 일어난 칩의 결과를 분석하는 측정 시스템(detection system)이다. On the other hand, in developing a lab-on-a-chip, a part to be considered along with the chip design is a detection system that analyzes the result of the chip in which the reaction occurred.

Caliper, Tecan, Gyros 등의 관련 기업들이 개발한 칩의 경우는 랩온어칩의 표준화가 이루어지지 않았기 때문에 대부분 자사에서 개발된 칩 설계에 따른 측정 시스템을 별도로 구축해야 하는 한계점이 있다. 또한, 랩온어칩 측정의 경우 고가의 광학측정시스템을 요구하기 때문에 랩온어칩의 보급 및 활용에 제한이 되고 있는 실정이다. 최근 Nanostream 등에서는 기존 측정 시스템과 호환될 수 있는 마이크로플루이딕 소자(microfluidic device)를 개발 중이다(Ken Rubenstein, "Microfluidics Second Generation Technologies Driving Commercial Applications", D&MD report, 2003).In the case of chips developed by related companies such as Caliper, Tecan, and Gyros, the lab-on-a-chip has not been standardized, and most of them have a limitation in that a measurement system must be separately developed according to the chip design developed by the company. In addition, in the case of lab-on-a-chip measurement, an expensive optical measurement system is required, which limits the spread and utilization of the lab-on-a-chip. Recently, Nanostream is developing a microfluidic device that is compatible with existing measurement systems (Ken Rubenstein, "Microfluidics Second Generation Technologies Driving Commercial Applications", D & MD report, 2003).

따라서, 상기 효소 키네틱스 분석방법에, 상기한 랩온어칩을 접목시키면 빠르고 정확한 효소 활성도 분석이 가능할 것으로 판단하여, 본 발명자들은 측정시료 분배용 미세 유체 채널 부위(1), 반응시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3) 및 시료와 시약의 반응 및 측정이 수행되는 반응 챔버 부위(2)로 구성된 모듈을 포함하여 서로 다른 농도의 기질 용액을 간편하게 형성시켜 효소와 반응시킬 수 있는 효소 활성도 분석용 칩을 개발하고, 기존의 표준화된 측정시스템인 ELISA로 그 반응 결과를 측정함으로써, 효소 활성도 분석을 신속하고 간편하게 수행할 수 있음을 확인 하고 본 발명을 완성하였다. Therefore, by combining the lab-on-a-chip with the enzyme kinetic analysis method, it will be possible to analyze the enzyme activity quickly and accurately. Including a module consisting of a channel part (3) and a reaction chamber part (2) where reaction and measurement of a sample and a reagent are carried out, an enzyme activity analysis chip capable of easily forming a substrate solution of different concentrations and reacting with an enzyme is provided. By developing and measuring the reaction result by ELISA, which is a standardized measurement system, it was confirmed that the enzyme activity analysis can be performed quickly and simply and completed the present invention.

본 발명의 목적은 생화학 실험에 필요한 효소 활성도 분석을 용이하게 실시하기 위하여, 기존의 측정시스템으로 반응 측정이 가능한, 미세 유체 채널이 집적화된 칩을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a chip in which microfluidic channels are integrated, which enables reaction measurement in an existing measurement system in order to easily perform enzyme activity analysis required for biochemical experiments.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a chip for analyzing enzyme activity using a microfluidic channel.

또한, 본 발명은 상기 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 사용하여 효소 활성도를 측정하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for measuring enzyme activity using an enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel.

아울러, 본 발명은 상기 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 사용하여 효소 활성도를 측정함으로써 질병을 예측할 수 있는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for predicting disease by measuring enzyme activity using the enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 제공한다.The present invention provides a chip for analyzing enzyme activity using a microfluidic channel.

본 발명의 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩은 측정시료 분배 용 미세 유체 채널 부위(1), 반응시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3) 및 시료와 시약의 반응 및 측정이 수행되는 반응 챔버 부위(2)로 구성된 모듈을 포함한다.The chip for enzyme activity analysis using the microfluidic channel of the present invention comprises a microfluidic channel region (1) for dispensing a sample, a microfluidic channel region (3) for dilution of a reagent, and a reaction chamber in which reaction and measurement of a sample and a reagent are performed. A module consisting of the site 2.

본 발명의 칩의 측정시료 분배용 미세 유체 채널 부위(1)는 시료 주입구(7)와 주입된 시료를 복수의 반응 챔버(reaction chamber)로 동량씩 분배시키는 미세 유체 채널로 구성되며,The microfluidic channel portion 1 for dispensing the measurement sample of the chip of the present invention comprises a sample inlet 7 and a microfluidic channel for equally dispensing the injected sample into a plurality of reaction chambers.

반응 시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3)는 분석에 필요한 반응 시약 용액의 주입구(5, 6)와 분석에 필요한 서로 다른 시약 농도를 반응 챔버에 형성시키기 위한 다단계의 미세 유체 채널 네트워크로 구성된다.The microfluidic channel portion 3 for dilution of the reaction reagent is composed of inlets 5, 6 of the reaction reagent solution for analysis and a multistage microfluidic channel network for forming different reagent concentrations for the analysis in the reaction chamber.

또한, 시료와 시약의 반응 및 측정이 수행되는 반응 챔버 부위(2)는 시료와 희석된 기질 간의 반응이 일어나고 그 반응이 측정되는 부위로서, 기존의 표준화된 웰-플레이트의 웰 위치와 동일하게 정렬되어 있다(도 1 도 2).In addition, the reaction chamber site 2 where the reaction and measurement of the sample and the reagent is performed is a site where the reaction between the sample and the diluted substrate takes place and the reaction is measured, and is aligned with the well position of a conventional standardized well-plate. 1 and 2 .

상기 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩은 여러 시료를 측정할 수 있는 복수의 분석 모듈로 이루어질 수 있으며(도 3), 전체 크기가 기존 웰 플레이트와 동일한 규격을 갖도록 4 개의 효소 활성도 분석용 모듈로 구성되는 것이 바람직하다.The enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel may be composed of a plurality of analysis modules capable of measuring several samples ( FIG. 3 ), and four enzyme activity analysis modules having the same size as a conventional well plate. It is preferable that it consists of.

또한, 상기 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩은 미세 유체 전달을 위하여, 하층(45), 중간층(44), 상층(43)의 레이어(layer)로 적층된 구조를 갖는다(도 4). 하층(45)은, 미세 유체 채널 패턴이 없는 평면 플라스틱 층으로 이루어져 있고 중간층(44)의 아랫면은 기질 용액이 서로 다른 농도를 갖게 하기 위한 미세 유체 채널 패턴을 가지며 가장 상층(43)의 아랫면에는 효소 용액의 주입을 위 한 미세 유체 채널 패턴 구조를 갖는다. In addition, the chip for analyzing enzyme activity using the microfluidic channel has a structure stacked in layers of a lower layer 45, an intermediate layer 44, and an upper layer 43 ( FIG. 4 ) for microfluidic delivery. The lower layer 45 is composed of a flat plastic layer without a microfluidic channel pattern, and the lower surface of the middle layer 44 has a microfluidic channel pattern for different concentrations of the substrate solution, and an enzyme is disposed on the lower surface of the upper layer 43. It has a microfluidic channel pattern structure for injection of a solution.

효소 용액 샘플 주입구(41)와 시료 분배용 미세유체 채널 부위(1)는 같은 시간에 동량의 효소 시료를 각 반응 챔버(2)에 전달하기 위하여 설계 및 제작된 미세 유체 채널 부분이다. 또한, 기질 용액 전달 부분은 고농도와 저농도의 기질 용액 주입구(42)와 여섯 개의 다른 농도의 기질 용액을 얻어내기 위한 다단계의 미세 유체 채널로 이루어진 희석용 미세 유체 채널 부위(3)로 구성된다. 효소-기질 반응이 일어나고 측정되는 반응 챔버(2)부분은 상층이 외부와 열려 있는 형태를 갖는다. The enzyme solution sample inlet 41 and the microfluidic channel portion 1 for sample distribution are microfluidic channel portions designed and manufactured to deliver the same amount of enzyme sample to each reaction chamber 2 at the same time. The substrate solution delivery section also consists of a dilution microfluidic channel section 3 consisting of a high and low concentration substrate solution inlet 42 and a multistage microfluidic channel for obtaining six different concentrations of the substrate solution. The part of the reaction chamber 2 in which the enzyme-substrate reaction takes place and is measured has a form in which the upper layer is open to the outside.

다단계 미세 유체 채널로 이루어진 반응시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3)의 기질 용액 주입구는 두개의 주입구로 구성된다. 한쪽(5)은 고농도의 기질 용액을, 다른 한쪽(6)은 저농도의 기질 용액을 주입한다. 기질 용액 전달을 위한 다단계의 미세 유체 채널로 이루어진 희석용 미세 유체 채널 부위(3)를 통과한 기질 용액은 최종적으로 여섯 개의 반응 챔버 (11)-(16)에 효소-기질 반응을 위해 저장되게 된다. 효소 활성도 분석을 위해 주입되는 효소 샘플 시료는 효소 샘플 주입구(7)를 통해 주입되며 반응 챔버 (11)-(16)에서 효소-기질 반응을 일으켜 ELISA 측정기에 의해 광학적으로 측정된다. 여기서 챔버 (10)은 시료의 동일 분배를 위한 조절부이다. 이때 여섯 개의 반응 챔버에 모이는 기질 용액의 농도를 알고 있어야 미켈리스-멘튼 (Michaelis-Menten) 관계식을 통한 효소 활성도 분석이 가능하다. 기질 용액 주입구 (5), (6)에 주입되는 기질 용액의 농도를 C1과 C2라고 가정 했을 때 각 반응 챔버 (11)-(16)에서의 농도는 다음 식에 의해 결정된다. The substrate solution inlet of the reaction fluid dilution microfluidic channel region 3 consisting of multistage microfluidic channels consists of two inlets. One side (5) injects a high concentration substrate solution and the other (6) injects a low concentration substrate solution. Substrate solution passed through the dilution microfluidic channel section (3) consisting of multistage microfluidic channels for substrate solution delivery is finally stored in the six reaction chambers (11)-(16) for enzyme-substrate reactions. . The enzyme sample sample injected for enzyme activity analysis is injected through the enzyme sample inlet (7) and generates an enzyme-substrate reaction in the reaction chambers (11)-(16) and is optically measured by an ELISA meter. The chamber 10 here is a control for equal distribution of the sample. At this time, the concentration of the substrate solution gathered in the six reaction chambers must be known so that the enzyme activity can be analyzed by the Micheles-Menten relationship. Assuming that the concentration of the substrate solution injected into the substrate solution inlets (5) and (6) is C 1 and C 2 , the concentration in each reaction chamber (11)-(16) is determined by the following equation.

Figure 112004038181997-PAT00001
식(1)
Figure 112004038181997-PAT00001
Formula (1)

여기서 N은 기질 용액 주입구 (5), (6)에서부터 반응 챔버(2) 부위까지 미세 유체 채널의 단수를 나타내고 정수를 가진다. 본 발명에 의한 칩 모델은 반응 챔버(2)의 기질 용액을 여섯 개로 정하는데 필요한 미세 유체 채널의 단수가 5 이므로 N값은 5를 갖는다. i 는 기질 용액 전달을 위한 다단계의 미세 유체 채널로 이루어진 희석용 미세 유체 채널 부위(3) 부분의 가장 왼쪽 챔버를 0 값으로 시작해서 오른쪽으로 갈수록 1씩 증가하는 값을 갖는 변수이다. Where N represents the number of stages of the microfluidic channel from the substrate solution inlets (5), (6) to the reaction chamber (2) and has an integer. The chip model according to the present invention has an N value of 5 since the number of stages of the microfluidic channel required to set six substrate solutions of the reaction chamber 2 is five. i is a variable having a value starting at 0 and increasing by 1 toward the right of the leftmost chamber of the part of the dilution microfluidic channel portion 3 consisting of multistage microfluidic channels for substrate solution delivery.

본 발명에 의한 칩 설계에서는 반응 챔버 (11) 은 0값을 갖고 반응 챔버 (12)는 1, (13)은 2, 이런 식으로 하여 반응 챔버 (16)은 5 값을 갖는다. 이와 같이 각 반응 챔버에서 기질 용액의 농도를 얻어내기 위해 식(1)에서 필요한 변수를 모두 정의하고 대입한다. 이와 같이 관계식으로 예측된 값과 실제 실험값을 비교해 봄으로써 기질 용액의 다른 농도 구현을 위한 미세 유체 채널 시스템의 신뢰도를 확인해 볼 수 있다. 도 5는 위에서 언급한 예측된 농도와 실제 실험적으로 측정된 값을 비교한 그래프이다. In the chip design according to the present invention, the reaction chamber 11 has a value of 0, the reaction chamber 12 has a value of 1, 13 is 2, and in this manner, the reaction chamber 16 has a value of 5. In this way, all necessary parameters are defined and substituted in Equation (1) to obtain the concentration of the substrate solution in each reaction chamber. By comparing the experimentally predicted and actual experimental values, the reliability of the microfluidic channel system for different concentrations of the substrate solution can be determined. 5 is a graph comparing the predicted concentration mentioned above with actual experimentally measured values.

상기의 반응 시약 희석용 미세 유체 채널 부위에서 생성되는 서로 다른 농도의 기질 용액의 개수는 기질 용액 주입구로부터 반응 챔버까지 미세 유체 채널 네트워크의 단수(N)에 의해 N+1 로 결정되는데 상기 칩의 단수와 반응 챔버의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다. The number of different concentrations of the substrate solution generated at the microfluidic channel site for dilution of the reaction reagent is determined as N + 1 by the number (N) of the microfluidic channel network from the substrate solution inlet to the reaction chamber. The number of and reaction chambers can be changed as needed.

본 발명의 칩을 제조하는 물질로는 폴리다이메틸실로산(polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭 올레핀 (polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리우레탄(polyurethanes) 등의 다양한 고분자 재질이 사용될 수 있다.The material for preparing the chip of the present invention is polydimethylsiloxane, polymethylmethacrylate, polyacrylates, polycarbonates, polycyclic olefins, poly Various polymer materials such as polyimides and polyurethanes may be used.

또한, 본 발명은 상기 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 사용하여 효소 활성도를 측정하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for measuring enzyme activity using an enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel.

기존의 생화학 실험에서 수행되어온 효소활성도 측정방법에는 정지법(stop method)과 효소 키네틱스(enzyme kinetics) 분석 방법이 있다. Enzyme activity measurement methods that have been performed in conventional biochemical experiments include a stop method and an enzyme kinetics analysis method.

그 중 정지법은 주어진 시간 동안 효소가 기질을 이용하여 최종 생산물로 전환시킨 양을 측정하여 효소 활성도를 알아보는 방법으로, 실험 과정과 데이터 처리 과정이 간단하다는 장점이 있지만 효소-기질 반응이 일어나는 시간이 길고 반응 전 효소 시료 자체가 갖고 있는 색으로 인해 반응 전 흡광도 값이 최종 생산물의 흡광도 값에 포함되므로 보정 과정을 거쳐야 하는 번거로움과 분석에 많은 양의 시약이 필요하여 비용 측면에서도 불리한 점이 있다. Among them, the stop method is a method of determining the enzyme activity by measuring the amount of enzymatic conversion to the final product using a substrate for a given time. The advantage of simplicity of experiment and data processing is the time when the enzyme-substrate reaction occurs. Because of the color of the long, pre-reacted enzyme sample itself, the absorbance values before the reaction are included in the absorbance values of the final product, which is disadvantageous in terms of cost and complexity, requiring a large amount of reagents for analysis.

반면에 효소 키네틱스(enzyme kinetics) 분석방법은 분석 과정이 복잡하지만 초기 반응 속도를 측정하기 때문에 시간이 적게 걸리고 흡광도 보정 과정이 필요 없다는 장점이 있다. 그러나 상기 효소 키네틱스 방법을 이용하는 경우에도 서로 다른 농도를 갖는 기질 용액에서 효소 반응의 초기 반응 속도(Vo)를 측정해야 하고 이를 위해 최소 다섯 내지 여섯 개의 서로 다른 농도를 갖는 기질 용액 샘플을 실험자가 직접 준비해야 하는 번거로움이 있고, 이 과정에서 실험자의 숙련도에 따라 발생하는 오차는 최종적인 효소 활성도 분석 결과에 영향을 줄 수 있는 문제가 있다. Enzyme kinetics, on the other hand, has the advantage of complex analysis, but takes less time and does not require absorbance correction because it measures the initial reaction rate. However, even when using the enzyme kinetic method, it is necessary to measure the initial reaction rate (V o ) of the enzyme reaction in substrate solutions having different concentrations. There is a hassle to prepare yourself, the error that occurs according to the skill of the experimenter in this process has a problem that can affect the final enzyme activity analysis results.

따라서, 본 발명의 효소 활성도 칩을 이용하면 상기한 효소 키네틱스 분석방법의 문제점을 해결할 수 있어 보다 간편하고 신속하게 효소 활성을 측정할 수 있다.Therefore, by using the enzyme activity chip of the present invention can solve the problems of the enzyme kinetic analysis method described above it is possible to measure the enzyme activity more simply and quickly.

본 발명의 실시예에서는 본 발명의 효소 활성도 분석용 칩을 이용하여 효소 활성도를 측정하기 위하여, 효소 용액을 측정시료 분배용 미세 유체 채널 부위의 주입구(7)에 주입하고 기질 용액을 다단계의 미세 유체 채널로 이루어진 반응 시약 희석용 미세 유체 채널 부위의 주입구(5, 6)에 주입하여 반응 챔버(2)에서 효소-기질 반응이 일어나도록 하였다. 반응과 동시에 ELISA로 측정한 흡광도 값을 이용하여 초기 반응 속도 Vo를 구하고 한스-울프식으로 Vmax를 구한 다음 Vmax에 대한 활성도 그래프(도 6)를 그려 미지의 효소 용액의 활성도를 알아내었다. 이 예측값을 기존의 정지법으로 알아낸 실험값과 비교한 결과, 10.5% 이내의 작은 오차값을 나타내었으므로 본 발명의 칩을 이용한 효소 활성도 분석방법의 유용성을 확인할 수 있었다. In the embodiment of the present invention, in order to measure the enzyme activity by using the enzyme activity analysis chip of the present invention, the enzyme solution is injected into the inlet (7) of the microfluidic channel portion for dispensing the sample and the substrate solution is multistage microfluidic. It was injected into the inlets (5, 6) of the microfluidic channel portion for dilution of the reaction reagent consisting of the channel to cause the enzyme-substrate reaction in the reaction chamber (2). Using at the same time as the reaction of the absorbance values measured in ELISA to obtain the initial reaction velocity V o Hans-draw activity graph (Fig. 6) for the next V max obtained for V max by Wolf expression found out the activity of the enzyme solution of unknown . As a result of comparing the predicted value with the experimental value found by the conventional stop method, it showed a small error value within 10.5%, and thus the usefulness of the enzyme activity analysis method using the chip of the present invention was confirmed.

아울러, 본 발명은 상기 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 사용하여 효소 활성도를 측정함으로써 질병을 예측할 수 있는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for predicting disease by measuring enzyme activity using the enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel.

알칼리성 탈인산화 효소(alkaline phosphatase)는 간, 담관, 장관, 뼈, 신장, 태반, 백혈구 등에 존재하는 효소로서 각 장기마다 조금씩 다른 동종 효소(isoenzyme)를 만들어 내는데, 이들 장기 등에 질환이 있는 경우 혈액 내 상기 효소의 농도 증가가 관찰된다. 따라서, 이 경우 상기 효소의 동종 효소를 분석하여 어느 장기로부터 만들어지는 알칼리성 탈인산화 효소의 양이 증가되었는지를 파악하고 해당 장기에 대한 검사를 실시한다.Alkaline phosphatase is an enzyme present in the liver, bile ducts, intestines, bones, kidneys, placenta, and leukocytes, which produce slightly different isoenzymes for each organ. An increase in the concentration of the enzyme is observed. Therefore, in this case, by analyzing the homozygous enzyme of the enzyme, to determine which organ the amount of alkaline dephosphorase produced from it is increased and the test for the organ.

본 발명의 실시예에서는 상기 효소 활성도 분석용 칩을 이용하여 암환자의 혈액으로부터 상기 효소의 활성이 유의하게 증가됨을 관찰하고, 상기 칩이 암과 같은 질병의 예측에 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다.In the embodiment of the present invention, the enzyme activity analysis chip was used to observe that the activity of the enzyme was significantly increased in the blood of cancer patients, and the chip was found to be useful for predicting diseases such as cancer. .

본 발명에서는 플라스틱 칩 상에서 서로 다른 기질 농도를 구현해 냄으로써 실험자가 직접 다른 농도의 시료를 준비하는 일련의 과정을 줄이고 그 과정에서 발생될 수 있는 오차를 줄일 수 있게 하였다. 효소 활성도 분석방법으로는 카이네틱스(kinetics) 방법으로 수행하여 전체 분석 시간을 줄일 수 있도록 하였고, 효소-기질 반응을 6개의 측정 웰(well)에서 동시에 측정토록 함으로써 측정 시작점(starting point)을 동일하게 하여 측정 결과의 신뢰도를 높일 수 있도록 구상하였다. 또한 본 발명에서는 플라스틱 칩의 크기를 웰플레이트(well plate)와 같도록 표준화시키고, 효소 반응이 일어나는 플라스틱 칩 내에 반응챔버의 위치를 기존 검 출시스템에 맞도록 배열시킨 특징이 있다.In the present invention, by implementing different substrate concentrations on the plastic chip, the experimenter can directly reduce the sequence of preparing samples of different concentrations and reduce errors that may occur in the process. Enzyme activity analysis was carried out by kinetics to reduce the overall analysis time, and the same starting point was measured by allowing the enzyme-substrate reaction to be measured simultaneously in six measurement wells. It was designed to increase the reliability of the measurement results. In addition, in the present invention, the size of the plastic chip is normalized to be the same as a well plate, and the position of the reaction chamber in the plastic chip in which the enzymatic reaction occurs is arranged to match the existing detection system.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

<< 실시예Example 1> 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩의 제작  1> Fabrication of enzyme activity analysis chip using microfluidic channel

본 발명의 효소 활성도 분석용 칩은 도 1에 나타난 바와 같이 4개의 효소 활성도 분석용 모듈(module)로 구성되어 있고, 각 모듈은 효소 샘플 주입부(1), 다단계의 미세 유체 채널로 이루어진 기질 희석용 미세 유체 채널 부위(3) 및 효소 시료와 희석된 기질 간의 반응이 동시에 일어나고 측정되는 반응 챔버 부위(2)로 이루어졌으며, 세 개의 층이 적층된 구조를 갖는다. The enzyme activity analysis chip of the present invention is composed of four enzyme activity analysis modules (module), as shown in Figure 1 , each module is a substrate dilution consisting of enzyme sample injection unit (1), multi-stage microfluidic channel It consists of the reaction microfluidic channel region 3 and the reaction chamber region 2 in which the reaction between the enzyme sample and the diluted substrate takes place and measured simultaneously, and has a structure in which three layers are stacked.

본 발명의 칩은 투명하고 탄성을 갖는 폴리다이메틸실로산(polydimethylsiloxane, 이하 “PDMS”라 칭함) 재질을 이용하여 몰딩(molding) 방법으로 제작하였다. 몰딩(molding)을 위한 주형(master)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 기판(substrate)위에 SU-8을 감광물질(photoresist)로 이용하여 폭 100㎛, 높이 50㎛인 마이크로 패턴을 제작하는 방법을 이용하였다. 상기 주형에 경화제와 10:1의 비율로 섞은 pre-PDMS를 붓고 80℃에서 2 시간 동안 경화시켰다. 상기 경화 단계를 거친 PDMS 기판에 구멍을 내어 기질과 효소 시료 주입구와 각 반응챔버를 제작하고, 각 PDMS 기판을 공기 플라즈마(air plasma)를 이용해 산화시켜 적층 함으로써 세 층으로 구성된 효소 활성도 분석용 칩을 완성하였다.The chip of the present invention was produced by a molding method using a transparent and elastic polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as "PDMS") material. The mold for molding uses a method of manufacturing a micro pattern having a width of 100 μm and a height of 50 μm by using SU-8 as a photoresist on a silicon wafer substrate. It was. The mold was poured with pre-PDMS mixed with a curing agent in a ratio of 10: 1 and cured at 80 ° C. for 2 hours. Punching the PDMS substrate through the curing step to prepare a substrate and the enzyme sample injection port and each reaction chamber, and oxidized each PDMS substrate using an air plasma (laminated by lamination) to stack the enzyme activity analysis chip consisting of three layers Completed.

<< 실시예Example 2> 미세 유체 채널을 이용한 칩을 사용한 효소 활성도 분석  2> Enzyme Activity Analysis Using Chip Using Microfluidic Channel

상기 <실시예 1> 에서 제작한 효소 활성도 분석용 칩을 이용하여 알카리성 탈인산화 효소(alkaline phosphatase)의 효소 활성도를 하기의 방법으로 분석하였다.Enzyme activity of alkaline phosphatase was analyzed by the following method using the enzyme activity analysis chip prepared in <Example 1> .

기질 희석용 미세 유체 채널 부위의 주입구(5)와 (6)에 각각 기질 용액 C1(3.0 mM p-nitrophenyl phosphate)과 C2(56.8 mM의 p-nitrophenyl phosphate) 용액을 주입하였다. 상기 식(1)에서 N은 기질 용액 주입구로부터 반응 챔버까지 미세 유체 채널 네트워크의 단수이므로 각 반응 챔버에 저장되는 기질 용액의 농도 [S]는, 챔버 (8)은 3.00 mM(i=0), 챔버 (9)는 14.76 mM(i=1), (10)은 24.52 mM(i=2), (11)는 35.28 mM(i=3), (12)는 46.04 mM(i=4) 그리고 (13)은 56.80 mM(i=5) 이 된다.Substrate solutions C1 (3.0 mM p-nitrophenyl phosphate) and C2 (56.8 mM p-nitrophenyl phosphate) solutions were injected into the inlets (5) and (6) of the microfluidic channel region for substrate dilution, respectively. In Equation (1), N is the number of stages of the microfluidic channel network from the substrate solution inlet to the reaction chamber, so that the concentration [S] of the substrate solution stored in each reaction chamber is 3.00 mM ( i = 0), Chamber (9) is 14.76 mM ( i = 1), (10) is 24.52 mM ( i = 2), (11) is 35.28 mM ( i = 3), (12) is 46.04 mM ( i = 4) and ( 13) is 56.80 mM ( i = 5).

Figure 112004038181997-PAT00002
식(1)
Figure 112004038181997-PAT00002
Formula (1)

시료 분배용 미세 유체 채널 부위의 시료 주입구(7) 부분으로 효소 시료 용액을 주입하여 반응 챔버에서 효소-기질 반응이 일어나게 하고, 그와 동시에 ELISA 측정기에서 405.0 nm의 파장대에서 시간에 따른 흡광도의 값을 측정하여 초기 반응 1 분 동안의 반응 속도(Vo)를 구하여 미켈리스-멘튼 관계식에 의해 Vmax를 구하였다. 미켈리스-멘튼 관계식은 다음과 같다.Enzyme-substrate reaction occurs in the reaction chamber by injecting the enzyme sample solution into the sample inlet (7) of the microfluidic channel for sample distribution. By measuring the reaction rate (V o ) for 1 minute of the initial reaction, V max was determined by the Michelis-Menton relation. The Michelis-Menton relationship is

Figure 112004038181997-PAT00003
식(2)
Figure 112004038181997-PAT00003
Formula (2)

이때, 선형 함수가 아닌 미켈리스-멘튼 관계식에서 바로 Vmax값을 구하는 것은 큰 오차값을 발생하게 하는 문제가 있으므로, 보다 작은 오차 범위의 Vmax를 얻어내기 위해 미켈리스-멘튼 관계식의 변형식(라인위버-버크(Lineweaver-Burk)식, 이디-호프스티(Edie-Hofstee)식 및 한스-울프(Hans-Woolf)식)을 이용할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 가장 안전한 변형식으로 보고된 한스-울프식(식 (3))에 의하여 실험으로 얻어진 기질 농도 값([S])과 초기 반응속도(Vo)값을 대입하여 그 기울기의 역수를 취함으로써 Vmax값을 구하였다. At this time, since the V max value is directly obtained from the Michelis-Menton relation rather than the linear function, there is a problem of generating a large error value. Therefore, in order to obtain the V max of the smaller error range, Lineweaver-Burk formula, Edie-Hofstee formula and Hans-Woolf formula) can be used. The inverse of the slope by substituting the initial concentration (V o ) and the substrate concentration value (S) obtained experimentally by the Hans-Wolf equation (Eq. (3)) reported as the safest equation through computer simulation. The V max value was obtained by taking.

Figure 112004038181997-PAT00004
Figure 112004038181997-PAT00005
식(3)
Figure 112004038181997-PAT00004
Figure 112004038181997-PAT00005
Formula (3)

한편, 기존의 정지법을 이용하여 각 효소 샘플의 활성도(activity, unit/L) 값을 구하고 본 발명의 칩을 이용한 효소 키네틱스 분석을 수행하여 Vmax(㎛ol/min)값을 구한 후, 각 활성도(unit/L)에 대한 Vmax(㎛ol/min) 값을 그래프로 나타내어 효소 활성도와 Vmax 간 전환 그래프(conversion plot)를 얻었다(도 5). 미지의 농도를 갖는 알칼리성 탈인산화 효소 시료를 칩 상에서 반응시켜 효소 키네틱스 분석법으로 Vmax를 구하면 최종적으로 전환 그래프를 통해 얻고자 했던 미지의 효소 활성도 값(unit/L)을 알아낼 수 있고, 이때 오차는 10.5% 이내였다. On the other hand, after obtaining the activity (unit, L) value of each enzyme sample using the conventional stop method and performing enzyme kinetic analysis using the chip of the present invention to obtain the V max (μmol / min) value, V max (μmol / min) values for each activity (unit / L) were graphed to obtain a conversion plot between enzyme activity and V max ( FIG. 5 ). When V depletion of alkaline dephosphorase enzyme with unknown concentration is performed on a chip to obtain V max by enzyme kinetic analysis, the conversion graph can finally determine the unknown enzyme activity value (unit / L). Was within 10.5%.

<< 실시예Example 3> 미세 유체 채널을 이용한 칩을 사용한 질병 예측 3> Disease prediction using chips using microfluidic channels

본 발명의 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 이용하여 혈액 내에 존재하는 알칼리성 탈인산화 효소(alkaline phosphatase)의 활성도를 측정하고 상기 효소의 활성도가 인체의 여러 질병과 관련되어 있다는 것을 근거로 질병 예측에 적용하였다.The enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel of the present invention was used to measure the activity of alkaline phosphatase present in the blood and based on the fact that the activity of the enzyme is related to various diseases of the human body. Applied to the prediction.

본 발명의 칩을 이용한 효소 활성도 분석의 과정은 < 실시예 2> 에서 설명한 바와 같고, 다만 효소 샘플이 생화학 실험용 알칼리성 탈인산화 효소가 아닌 혈액의 혈청(serum)이라는 것에 차이가 있다.The procedure of enzyme activity analysis using the chip of the present invention is as described in < Example 2> , except that the enzyme sample is a serum of the blood (serum), not an alkaline dephosphorase for biochemical experiments.

구체적으로, 신장세포 암종, 흑색종 그리고 기타 암종 환자의 혈액으로부터 알칼리성 탈인산화 효소 활성(mUnit/mL)을 측정하여 질병의 예측에 적용하고자 하였다. 그 결과, 신장세포 암종, 흑색종 그리고 기타 암종 환자의 혈청내에서의 알칼리성 탈인산화 효소 활성(mUnit/mL)도 값은 각각 9.84 ± 5.44(최소값 2.13- 최대값 22.62; n=7); 5.15 ± 2.38(최소값 1.62- 최대값 8.12; n=5) 그리고 3.52 ± 1.41 (최소값 1.62- 최대값 6.75; n=6) 이었다. Specifically, alkaline dephosphatase activity (mUnit / mL) was measured from the blood of renal cell carcinoma, melanoma and other carcinoma patients and used to predict disease. As a result, alkaline dephosphorase activity (mUnit / mL) values in serum of renal cell carcinoma, melanoma and other carcinoma patients were 9.84 ± 5.44 (minimum value 2.13- maximum value 22.62; n = 7), respectively; 5.15 ± 2.38 (min 1.62-max 8.12; n = 5) and 3.52 ± 1.41 (min 1.62-max 6.75; n = 6).

정상인의 혈액 내 알칼리성 탈인산화 효소의 활성도가 0-1.0 mUnit/mL의 범위에 있음을 감안할 때 암환자의 혈액내 알칼리성 탈인산화 효소 활성도가 유의하게 증가되었음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 효소 활성도 분석용 칩을 사용하여 알칼리성 탈인산화 효소의 활성도 증가 유무를 측정함으로써 암과 같은 질병을 예측할 수 있다. Considering that the activity of alkaline dephosphorase in blood of normal people was in the range of 0-1.0 mUnit / mL, it can be seen that the activity of alkaline dephosphorase in blood of cancer patients was significantly increased. Therefore, by using the enzyme activity analysis chip of the present invention, it is possible to predict diseases such as cancer by measuring the activity of alkaline dephosphorylase.

본 발명은 미세 유체 채널 기술을 이용한 효소 활성도 분석용 칩에 관한 것으로서, 본 발명의 칩은 기존의 96-웰 마이크로플레이트 등의 경우와 같이 표준화되어 사용되어온 측정 시스템과 호환될 수 있는 규격을 채용함으로써 별도의 광학 측정 장비 없이도 사용가능 하며, 384 웰, 1536 웰 플레이트 측정 장비에 맞도록 하나의 칩에 포함되는 분석 모듈의 수를 증가시킬 수 있는 확장성이 있다. 이러한 칩을 이용한 바이오 분석 기술은 효소 반응 검출뿐만 아니라, 예측용 단백질 칩, 면역분석용 칩, ELISA용 분석 칩 등의 다양한 응용 분야에 이용할 수 있다.











The present invention relates to a chip for analyzing enzyme activity using microfluidic channel technology. The chip of the present invention adopts a standard compatible with a measurement system that has been standardized and used as in the case of a conventional 96-well microplate. It can be used without a separate optical measuring device and has the expandability to increase the number of analysis modules included in one chip to fit a 384 well, 1536 well plate measuring device. Bio-analysis technology using such a chip can be used not only for detecting enzyme reactions, but also for various applications such as predictive protein chips, immunoassay chips, and ELISA assay chips.











Claims (13)

미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩. Chip for enzyme activity analysis using microfluidic channel. 제 1항에 있어서, 상기 칩은 측정시료 분배용 미세 유체 채널 부위(1), 반응시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3) 및 시료와 시약의 반응 및 측정이 수행되는 반응 챔버(reaction chamber) 부위(2)로 구성된 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩.2. The chip of claim 1, wherein the chip comprises a microfluidic channel portion (1) for dispensing a sample, a microfluidic channel portion (3) for dilution of a reagent, and a reaction chamber portion where reaction and measurement of a sample and a reagent are performed. Chip comprising a module consisting of (2). 제 2항에 있어서, 상기 칩의 상기 측정 시료 분배용 미세 유체 채널 부위(1)는 시료(sample) 주입구(7)와 주입된 미지의 시료를 복수의 반응 챔버로 동일한 양을 분배시키는 미세 유체 채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 칩. 3. The microfluidic channel of claim 2, wherein the microfluidic channel portion 1 for dispensing the measurement sample of the chip distributes the same amount of the sample inlet 7 and the unknown sample into the plurality of reaction chambers. Chip, characterized in that consisting of. 제 2항에 있어서, 상기 칩의 반응 시약 희석용 미세 유체 채널 부위(3)는 반응 시약 용액 주입구(5, 6)와 서로 다른 반응 시약 농도를 반응 챔버에 형성시키는 다단계 미세 유체 채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 칩.The method of claim 2, wherein the microfluidic channel portion 3 for dilution of the reaction reagent of the chip comprises a multistage microfluidic channel for forming different reaction reagent concentrations in the reaction chamber with the reaction reagent solution inlets 5 and 6. Featured chip. 제 2항에 있어서, 상기 칩의 반응 챔버 부위(2)는 기존의 표준화된 웰-플레이트(well-plate)의 웰(well) 위치와 동일하게 정렬되도록 구성된 것을 특징으로 하는 칩. 3. The chip as claimed in claim 2, wherein the reaction chamber portion (2) of the chip is configured to align with the well position of an existing standardized well-plate. 제 2항에 있어서, 상기 칩의 모듈은 각기 여러 개의 시료를 측정할 수 있는 복수 개의 분석 모듈인 것을 특징으로 하는 칩. The chip of claim 2, wherein the module of the chip is a plurality of analysis modules capable of measuring a plurality of samples, respectively. 제 2항에 있어서, 상기 칩은 하층, 중간층, 상층의 레이어로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 칩.The chip of claim 2, wherein the chip has a structure in which a layer is formed of a lower layer, an intermediate layer, and an upper layer. 제 7항에 있어서, 상기 칩의 레이어는 미세 유체 전달을 위한 미세 유체 채널 패턴 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 칩.8. The chip of claim 7, wherein the layer of the chip has a microfluidic channel pattern structure for microfluidic delivery. 제 4항에 있어서, 상기의 반응시약 희석용 미세 유체 채널 부위(2)에서 생성 되는 서로 다른 기질 용액의 농도 개수는 기질 용액 주입구로부터 반응 챔버까지 미세 유체 채널 네트워크의 단수(N)에 의해 N+1로 결정되는 것을 특징으로 하는 칩.5. The method according to claim 4, wherein the number of concentrations of different substrate solutions generated in the reaction fluid dilution microfluidic channel region (2) is determined by the number N + of the microfluidic channel network from the substrate solution inlet to the reaction chamber. A chip characterized by being determined by one. 제 1항에 있어서, 상기 칩의 재질은 폴리다이메틸실로산(polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭 올레핀 (polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides) 및 폴리우레탄(polyurethanes)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 칩. According to claim 1, The chip material is polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane), polymethylmethacrylate (polymethylmethacrylate), polyacrylates (polyacrylates), polycarbonates (polycarbonates), polycyclic olefins (polycyclic olefins), Chips, characterized in that selected from the group consisting of polyimides and polyurethanes (polyurethanes). 제 1항의 미세 유체 채널을 이용한 효소 활성도 분석용 칩을 이용한 효소 활성도 측정 방법.Enzyme activity measurement method using the enzyme activity analysis chip using the microfluidic channel of claim 1. 제 11항에 있어서, 상기 효소 활성도 측정방법의 측정시스템은 ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay)인 것을 특징으로 하는 효소 활성도 측정방법.The method of claim 11, wherein the measuring system of the enzyme activity measuring method is an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). 제 1항의 칩을 이용한 효소 활성도를 측정하여 질병을 예측하는 방법.The method of predicting disease by measuring the enzyme activity using the chip of claim 1.
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