KR20070061186A - 생체분자 검출용 장치, 생체분자 검출용 휴대폰 및생체분자 검출 방법 - Google Patents

생체분자 검출용 장치, 생체분자 검출용 휴대폰 및생체분자 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체분자 검출용 장치, 생체분자 검출용 휴대폰 및 생체분자 검출 방법에 관한 것이다. 상기 본 발명에 따른 생체분자 검출용 장치는 혈액 중의 적혈구 및 백혈구 등을 필터링하고 혈액 중의 단백질 및 DNA 등을 이송하기 위한 전기영동용 젤 및 상기 전기영동용 젤 내에 고정되고 특정 타겟 생체분자와 반응하는 한 종류 이상의 프로브 생체분자를 포함하는 전기영동부; 상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변환하는 변환부; 및 상기 전기적 신호를 수신, 변환 및 전송하는 리드아웃부를 포함한다.

Description

생체분자 검출용 장치, 생체분자 검출용 휴대폰 및 생체분자 검출 방법{Device for detecting biomolecules, mobile phone for detecting biomolecules, and method of detecting biomolecules}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치 및 그를 포함하는 생체분자 검출용 핸드폰의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치 및 그를 포함하는 생체분자 검출용 핸드폰의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 빛을 이용하여 생체분자 검출 결과를 전기적 신호로 변환하는 과정 및 상기 신호의 무선 송신 과정을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체분자 검출용 장치를 이용하여 간암을 진단하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 시료 중에 타겟 생체분자가 존재하지 않는 경우의 광 다이오드 어레이의 전압을 나타낸 것이다.
도 6은 시료 중에 타겟 생체분자가 존재하는 경우의 광 다이오드 어레이의 전압을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치 및 그를 포함하는 생체분자 검출용 핸드폰의 구성을 나타낸 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 전기영동부의 상세도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치의 구성을 나타낸 것이다.
본 발명은 생체분자 검출용 장치, 생체분자 검출용 휴대폰 및 생체분자 검출 방법에 관한 것이다.
전기영동(electrophoresis)은 전해질 버퍼 용액 속에 아가로스 또는 폴리아크릴아미드 젤과 같은 매트릭스 미세 구조를 갖는 물질을 위치시키고 양 말단 전극에 전기장을 가함으로써 샘플 내에 존재하는 분자들을 크기, 등전점 및 형태에 따라 분리하는 분자생물학적 방법이다. 분리하는 분자들은 DNA, RNA 또는 단백질 등의 단일 종류뿐만 아니라 목적에 따라 DNA-단백질, DNA-RNA과 같이 혼합된 샘플이 되기도 한다.
일반적으로 전기영동장치 양 말단에 가해지는 전압은 50~수백 혹은 수천 볼트가 될 수 있지만 실제 전기장이 걸리는 부분의 면적, 다시 말해 전해질이 채워지는 공간의 면적이 작다면 수 볼트 하에서도 전기영동은 일어날 수 있다.
전기영동은 샘플 내의 분자 혼합물들이 전해질 용매의 흐름과 양 전극에 의한 인력과 척력에 의한 이동 중 매트릭스 구조물의 pore와의 마찰력의 크기에 따라 분자 혼합물들이 분리되게 된다. 예를 들면 DNA의 크기에 의한 분리, DNA의 분자 형태(conformation)에 의한 분리, 단백질의 분자량에 의한 분리 및 단백질의 3차 구조에 의한 분리 등이 그것이다.
최근에는 보다 정교한 분리를 위해 단백질 혼합물의 경우 2D 전기영동(2 dimensional electrophoresis)이 수행되고 있다. 1차적으로 단백질의 분자량에 의해 혼합물을 분리하고, 2차적으로 단백질의 등전점 차를 이용하여 분리 과정을 연속적으로 수행함으로써 동일한 단백질끼리 2D 평면상에 분리되도록 하고 있다. 특히 2D 전기영동법은 질병관련 단백질 마커 탐색 및 생리학적 연구에 대단히 유용하게 사용된다.
혈액형 검사, 임신 여부 진단, 간염 검사 및 체내 면역 여부 검사 등과 같은 진단(diagnosis)에 있어 단백질 분석은 대부분 항원 항체 반응을 매개로 하고 있다. 진단에서 항원 항체 반응 매개 방법을 많이 쓰는 이유는 높은 특이성, 동결 건조 시 높은 안정성 및 잘 알려진 고정화(immobilization) 기술 등에 기인한다.
상기 항원 항체 반응 매개는 고체상에 미리 포집항체(capture antibody)를 고정하고 형광 혹은 효소가 붙어 있는 1차 항체를 샘플과 반응 시킨 후 이동상(mobile phase)을 통해 포집항체와 반응시켜 농축되도록 한 후 형광이나 발색 시약에 의한 색상발현을 통해 진단하는 형태이다.
현재까지 언제 어디서라도 질병의 진단을 할 수 있고 원격 문진이 가능한 휴대폰은 보고되지 않았다.
본 발명의 목적은 시간과 장소에 관계없이 생체분자의 검출, 예컨대 질병의 자가 진단을 할 수 있는 생체분자 검출용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 시간과 장소에 관계없이 생체분자의 검출, 예컨대 질병의 자가 진단을 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 검출 결과를 의사와 같은 전문가에게 무선으로 송신하고 그에 대한 소견을 수신할 수 있는 생체분자 검출용 휴대폰을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시간과 장소에 관계없이 생체분자의 검출, 예컨대 질병의 자가 진단을 할 수 있고 상기 검출 결과를 의사와 같은 전문가에게 무선으로 송신하고 그에 대한 소견을 수신할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전기영동용 젤 및 상기 전기영동용 젤 내에 고정되고 특정 타겟 생체분자와 반응하는 한 종류 이상의 프로브 생체분자를 포함하는 전기영동부; 상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변환하는 변환부; 및 상기 전기적 신호를 수신, 변환 및 전송하는 리드아웃부를 포함하는 생체분자 검출용 장치를 제공한다.
상기 전기영동부는 주입되는 시료를 여과하는 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 전기영동부는 시료 주입구를 더 포함할 수 있다.
상기 전기영동부는 전기영동에 필요한 전기장을 인가하는 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 전기영동부는 상기 전기영동용 젤 내에 배치되고 상기 프로브 생체분자를 고정하는 고분자 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 전기영동부는 상기 전기영동용 젤 및 프로브 생체분자를 포함하는 마이크로채널을 더 포함할 수 있다.
상기 전기영동부는 금 콜로이드 연결된 감지 프로브 생체분자를 더 포함할 수 있다.
상기 전기영동용 젤은 아가로스 젤 또는 폴리아미드 젤일 수 있다.
상기 생체분자는 핵산 또는 단백질일 수 있다.
상기 핵산은 DNA, RNA, PNA, LNA 및 그 혼성체로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
상기 단백질은 효소, 기질, 항원, 항체, 리간드, 압타머 및 수용체로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자는 각각 항원 및 항체이거나 타겟 DNA 및 프로브 DNA일 수 있다.
상기 전기영동부는 두 개의 대향 기판들을 더 포함하고, 상기 두 개의 대향 기판들 사이에 상기 전기영동용 젤 및 프로브 생체분자가 구비될 수 있다.
상기 기판들은 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
상기 변환부는 광 다이오드 어레이일 수 있다.
상기 광 다이오드는 가시광선 또는 UV를 감지할 수 있는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 전기영동용 젤 및 상기 전기영동용 젤 내에 고정되고 특정 타겟 생체분자와 반응하는 한 종류 이상의 프로브 생체분자를 포함하는 전기영동부; 상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변 환하는 변환부; 상기 전기적 신호를 수신하고 외부로 전송하는 리드아웃부; 상기 전기영동부, 변환부 및 리드아웃부에 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전기영동부에 빛을 조사하는 광원; 및 상기 리드아웃부로부터 수신한 정보를 무선으로 송신하는 송신부를 포함하는 생체분자 검출 기능을 갖는 휴대폰을 제공한다.
상기 광원은 휴대폰의 LCD 화면일 수 있다.
상기 광원은 UV 광원을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 전기영동용 젤 및 상기 전기영동용 젤 내에 고정되고 특정 타겟 생체분자와 반응하는 한 종류 이상의 프로브 생체분자를 포함하는 전기영동부; 상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변환하는 변환부; 상기 전기적 신호를 수신하고 외부로 전송하는 리드아웃부; 상기 전기영동부, 변환부 및 리드아웃부에 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전기영동부에 빛을 조사하는 광원; 및 상기 리드아웃부로부터 수신한 정보를 무선으로 송신하는 송신부를 포함하는 생체분자 검출 기능을 갖는 휴대폰을 이용하여 타겟 생체분자를 검출하는 방법에 있어서, 상기 전기영동부에 시료를 주입하고 전기영동을 수행하는 단계; 상기 광원을 이용하여 상기 전기영동부에 빛을 조사하는 단계; 및 타겟 생체분자의 검출 결과를 무선으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
상기 생체분자 검출 방법은 상기 시료를 전기영동부에 주입하기 이전에 상기 시료를 특정 타겟 생체분자와 결합하고 상기 광원에서 조사되는 파장의 빛을 흡수할 수 있는 분자들 또는 상기 빛을 흡수한 후 특정 파장의 빛을 발광할 수 있는 분자들을 포함하는 용액과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시료는 타액, 소변, 혈액, 혈청, 세포 배양액 및 음용수로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치 및 그를 포함하는 생체분자 검출용 휴대폰의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 생체분자 검출용 휴대폰은 생체분자 검출용 장치(11), 휴대폰 본체(12) 및 전원 공급부(13)를 포함한다.
생체분자 검출용 장치(11)는 전기영동부(111), 변환부(112) 및 리드아웃부(113)를 포함한다. 전기영동부(111)는 시료 주입구(미도시)를 통해 주입되는 시료(14)를 여과하는 필터(1111), 전기영동용 젤(1112) 및 상기 전기영동용 젤(1112) 내에 고정되고 특정 항원과 반응하는 항체들(1113, 1114, 1115)을 포함한다.
전기영동용 젤(1112)의 목적은 두 가지이다. 첫째, 혈액중의 마커 단백질, 혹은 혈액중의 마커 DNA를 검출하고자 할 경우에, 혈액중의 적혈구와 백혈구를 걸러내는 필터링을 수행할 필요가 있다. 본 발명은 젤의 공극 크기를 조절함으로서 혈구들을 필터링 할 목적으로 젤을 사용한다. 둘째, 단백질 혹은 DNA가 전기장 하에서 이송되는 매체로서 사용될 수 있도록 하는 것이다.
변환부(112)는 항원 및 항체 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변환한다. 변환부(112)는 광 다이오드 어레이일 수 있고, 상기 광 다이오드 어레이는 가시광 선 또는 UV를 감지할 수 있는 것일 수 있다. 리드아웃부(113)는 변환부(112)에 의해 변환된 전기적 신호를 수신, 변환 및 전송한다.
휴대폰 본체(12)는 광원(121) 및 송신부(122)를 포함한다. 상기 광원(121)은 전기영동부(111)에 빛을 조사한다. 상기 광원(121)으로서 기존 휴대폰 본체(12)에 장착된 LCD 화면을 이용할 수 있다. 또한, 상기 LCD 화면 이외에 UV 광원을 추가할 수 있다. 송신부(122)는 상기 리드아웃부(113)로부터 수신한 정보를 병원 또는 의사(15)에게 무선으로 송신한다.
전원 공급부(13)는 휴대폰 본체(12) 및 생체분자 검출 장치(11)의 전기영동부(111), 변환부(112) 및 리드아웃부(113)에 전원을 공급한다. 전원 공급부(13)로서 휴대폰 본체(12)에 장착되어 사용되는 기존의 배터리를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 생체분자는 핵산 또는 단백질일 수 있다. 상기 핵산은 DNA, RNA, PNA, LNA 및 그 혼성체로 구성된 군에서 선택될 수 있고, 상기 단백질은 효소, 기질, 항원, 항체, 리간드, 압타머 및 수용체로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자는 각각 항원 및 항체이거나 타겟 DNA 및 프로브 DNA일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치 및 그를 포함하는 생체분자 검출용 핸드폰의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 핸드폰 본체(22)는 LCD 화면(221), 덮개(223) 및 키패드(224)로 구성되고, 전원 공급부인 배터리(23)가 장착되어 있다. 생체분자 검출용 칩(21)은 상기 키패드(224) 상부에 부착된다.
본 발명에 따른 생체분자 검출용 장치 중의 젤은 휴대폰과 같은 저전압 배터리를 이용해야 하므로 전기장이 걸리는 버퍼 충진부는 최소화 되어야 하고, 상기 버퍼 충진부는 모세관 형태의 마이크로채널이거나 얇은 판상 형태인 것이 바람직하다. 버퍼 자체만으로 채널 내부를 충진해도 좋지만 샘플이 프로브 생체분자와 만나는 시간을 길게 하기 위해서는 균질의 매트릭스, 예컨대 아가로스, 폴리아크릴아미드 또는 실리카 등을 형성시키는 것이 바람직하다.
생체분자 검출용 칩(21)의 전기영동부는 두 개의 대향 기판들(2116, 2117)을 포함하고, 상기 두 개의 대향 기판들(2116, 2117) 사이에 전기영동용 젤(2112) 및 3 종류의 항체들(2113, 2114, 2115)이 구비된다. 상기 기판들(2116, 2117)은 가시 광선 또는 UV가 통과할 수 있도록 투명한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 항체 종류의 수는 특별히 한정되지 않고, 검출의 목적에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
기판(2117) 하부에는 각 항체 부분의 광량을 측정하기 위하여 광 다이오드(2121)가 어레리 형태(212)로 각 항체 부분을 포함하여 젤의 전체 부분의 면적을 갖도록 넓게 배치되어 있다. 광 다이오드 어레이(212)의 주변에는 광 다이오드 어레이(212)의 전압 분포를 측정할 수 있도록 리드아웃 회로(미도시)가 배치된다.
도 3은 빛을 이용하여 생체분자 검출 결과를 전기적 신호로 변환하는 과정 및 상기 신호의 무선 송신 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 타겟 생체분자의 존재 여부를 검출하고자 하는 시료를 상기 타겟 생체분자와 결합하고 특정 파장의 가시광선 또는 UV를 흡수할 수 있는 분 자들을 포함하는 용액과 혼합하고, 상기 혼합 용액(34)을 전기영동부(311)의 필터(미도시)를 통해 주입한다. 필터는 시료가 주입되는 젤의 상층부일 수 도 있고 혈구들을 분리 할 목적으로 젤의 상층부에 따로 부가되는 형태의 부품일 수도 있다. 본 발명은 혈구들이 젤을 통과하지 못하도록 젤의 공극크기를 조절하여 혈액자체에서 혈구들을 따로 분리할 필요가 없는 장점을 강조한다.
젤에 주입된 시료 용액(311)이 마지막 항체를 통과하면 휴대폰의 덮개를 닫아 LCD 백색광 또는 휴대폰의 덮개에 배치된 UV 광원으로부터의 UV(321)를 상기 전기영동부(311)에 조사한다. 이 경우 각 항체마다 항원-항체 반응이 이루어질 수 있고, 만약 시료에 원하는 특정 항원이 존재하지 않는다면 특정 항체에는 항원-항체 반응이 발생하지 않을 수도 있다. 본 발명은 혈액중의 항원 단백질에 가시광선 혹은 UV를 흡수하는 분자을 곁사슬로서 부착시킬 목적으로 단백질 염색제나 금 입자 혹은 형광제를 초기 혈액에 섞어서 젤에 주입한다.
상기 항원-항체 반응의 결과에 따라 각 항체 부분을 통과하는 광량에 차이가 발생하며, 상기 차이는 전기영동부(311) 하단에 배치된 광 다이오드 어레이(312)의 각 광 다이오드(3121)에 흐르는 전류의 양의 변화로 나타나게 된다. 상기 전류값들은 광 다이오드 어레이(312) 주변의 리드아웃부(313)에서 전압의 분포로 읽히며 이 값들은 송신부(322)를 통해 병원의 의사의 단말기(35)에 수신된다. 의사는 전달된 데이터를 분석하여 질병 진단의 결과 및 소견을 피드백할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 생체분자 검출용 장치를 이용하여 간암을 진단하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
AFP(alphafetoprotein)는 간암 환자뿐만 아니라 정상인에서도 염증 발생 시 발현되는 단백질이다. 한편, AFP의 번역 후 변형 과정(post translational modification)에 의해 생성되는 AFP에 푸코스 당이 부가된 형태의 AFP-L3는 간암 환자에서 현저히 검출되어 간암 표지자 단백질로 알려져 있다.
도 4를 참조하면, 전기영동부(411)는 AFP 감지 항체(41131)를 함유하는 감지 항체부(4113)를 포함하는 마이크로채널을 포함하고, 상기 하나의 마이크로채널은 AFP 결합 항체(41141) 및 AFP-L3 결합 항체(41151)가 각각 고정된 2개의 항체 고정부들(4114, 4115)로 나눠진다. 상기 AFP 감지 항체(41131)는 형광 또는 금 콜로이드 등의 단백질 부착성 염색제등의 라벨이 부착된 항원과 결합할 수 있다. 상기 라벨은 가시광선 혹은 UV를 흡수하여 감지에 도움을 준다. 상기 AFP-L3 결합 항체(41151)는 푸코스 반응 렉틴일 수 있다.
상기 마이크로채널에 AFP(441) 및 AFP-L3(442)를 함유하는 시료(44)가 주입되면 상기 AFP(441) 및 AFP-L3(442)는 각각 AFP 감지 항체(41131)와 결합한 후에 동일한 부피로 두 마이크로채널로 양분된다. 상기 양분된 각 시료 속에 함유된 AFP 감지 항체-AFP(443) 및 AFP 감지 항체-AFP-L3(444)는 각각 상기 AFP 결합 항체(41141) 및 AFP-L3 결합 항체(41151)와 결합한다. 상기 양 채널에서 나오는 시그널의 크기를 관찰 분석하여 간암을 진단할 수 있다.
도 5는 시료 중에 타겟 생체분자가 존재하지 않는 경우의 광 다이오드 어레이의 전압을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 전기영동부(511)는 제 1항체 고정부(5113), 제 2항체 고 정부(5114) 및 제 3항체 고정부(5115)를 포함한다. 제 1항체 고정부(5113)는 젤 속에 미세 그물 구조를 갖는 유리 섬유 또는 폴리머(51131)를 형성하고, 그에 제 1항체(51132)를 고정시킨다. 동일하게 제 2항체(51142) 및 제 3항체(51143)를 고정시킨다. 시료를 특정 항원에만 결합하고 또 가시 광선 또는 UV를 흡수할 수 있는 특정 분자를 혼합한 용액(55)을 전기영동부(511)에 주입한다.
상기 용액(55)은 필터(미도시)에 의해 혈구 등과 같은 크기가 큰 물질이 걸러지고 제 1항체에 도달하면 제 1항체와 항원-항체 결합할 수 있는 항원, 즉 제 1항원이 결합하고 남은 시료는 전기영동에 의해 다음 제 2항체부로 이동한다. 제 2 항체에 도달하면 제 2항체와 항원-항체 결합할 수 있는 항원, 즉 제 2항원만이 결합하고 남은 시료는 전기영동에 의해 다음 제 3항체부로 이동한다. 제 3항체도 상기와 같다.
각 항체에 결합할 항원으로서의 마커 단백질이 초기시료에 없을 수도 있다. 이러한 경우 특정 항체는 항원-항체 결합이 발생하지 않을 것이다. 초기 시료는 가시 광선 또는 UV를 흡수할 수 있는 특정 분자를 마커 단백질과 반응시켰으므로 항체 구간들을 통과하면서 항원-항체 결합이 발생하였다면 그 부분은 광원의 조사에 의해 일정 부분 빛을 흡수할 것이다.
만일 초기 시료 중에 도 5의 3가지 항체들에 결합할 마커 단백질이 모두 없다면 각 항체 이하의 광 다이오드는 유리섬유 또는 폴리머 성분이 갖는 흡수량을 제외하고 거의 입사하는 가시 광선 또는 UV를 흡수할 것이다. 도 5의 전압값은 상기 3가지 마커 단백질이 시료 중에 존재하지 않을 경우를 나타낸 것이다.
도 6은 시료 중에 타겟 생체분자가 존재하는 경우의 광 다이오드 어레이의 전압을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 전기영동부(611)의 구성은 도 5와 동일하다. 시료 중 항체에 특정 바이오마커 단백질이 반응하였다면, 광원으로부터 가시 광선 또는 UV를 조사하면 마커 단백질의 분자수 만큼 흡수할 것이다.
도 6은 제 1항체부(6113)에서 항원-항체 반응이 발생하지 않고, 제 2항체부(6114)에서 상당량의 항원-항체 반응이 존재하고, 제 3항체부(6114)에서 약간의 항원-항체 반응이 존재함을 나타낸다. 제 1항체부(6113)는 전압의 크기는 0이고, 제 2항체부(6114)의 전압 크기는 높으며, 제 3항체부(6114)의 전압 크기는 중간이다. 즉, 제 2항체 및 제 3항체의 항원으로서의 마커 단백질들이 발견되었다.
상기 전압 변화의 원리는 광원으로부터의 가시 광선 또는 UV 입사광이 가시 광선 또는 UV를 흡수할 수 있는 특정 분자와 결합한 마커단백질이 항체와 결합해 있을 때 그 부분에서 마커단백질 분자 수 만큼의 가시 광선 또는 UV가 흡수되면 그 하부에 위치한 광 다이오드에 도달하는 광자의 수효가 감소하는 것이다.
광자의 수효가 감소하면 광 다이오드의 두개의 전극에 전류량이 감소하고 전류량이 감소하면 두개의 전극 사이의 전압이 증가한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치 및 그를 포함하는 생체분자 검출용 핸드폰의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 생체분자 검출용 장치(71)의 폭과 두께는 휴대폰 본체(72)와 비슷하다. 휴대폰 본체(72)의 측면에 부착되는 생체분자 검출용 장 치(71)는 전극들(711, 712), 시료 주입구(713), 필터(714), 마이크로채널(715), 마이크로채널(715) 내부에 배치되는 콘트롤 항체부(716) 및 포획 항체부(717)를 포함한다. 상기 시료 주입구(713)는 평소에 막혀 있어 내부의 오염을 방지하며 젤과 같은 매트릭스를 포함할 경우 내부의 수분이 증발하는 것을 방지하도록 한다. 전극들(711, 712)은 휴대폰 본체(72)의 측면에 형성된 전극들(721, 722)에 정합된다.
도 8은 도 7에 도시된 전기영동부의 상세도이다.
도 8을 참조하면, 시료 주입구(814) 근처에 금 콜로이드가 연결된(conjugated) 감지 항체(818)가 패치 되어 있다가 시료에 포함되어 있는 수분에 의해 녹으면서 시료 속 타겟 생체분자와 반응하도록 한다. 콘트롤 항체(8116) 및 포획 항체(8171)는 채널 바닥에 직접적으로 고정할 수도 있지만 바람직하게는 유리 섬유 또는 다당체 폴리머 등과 같은 고분자 물질(8161, 8171)을 사용하여 항체 고정 효율을 높임으로서 감지능을 높일 수 있다.
금 콜로이드를 사용하는 경우 타겟 생분자의 존재 여부를 눈으로 직접 색상의 변화에 의해 감지할 수 있다. 이 경우 광다이오드를 사용할 필요가 없다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체분자 검출용 장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 생체분자로서 DNA 또는 RNA와 같은 핵산을 사용한다. 라벨링 된 타겟 핵산(94)을 시료 주입구(914)를 통해 주입하고, 생체분자 검출용 장치(91) 내에는 프로브 핵산들(915, 916, 917)이 고정되어 있다. 이를 이용하여, 유전자형 판별(genotyping), 특정 유전자 존재 및 특정 유전자 발현 등을 확인할 수 있다.
프로브 핵산들(915, 916, 917) 하부의 광 다이오드 어레이(미도시)를 통해 데이터의 전송이 가능하다. 상기 프로브 핵산이 SNP 분석용이라면 상기 핵산들 간에 서열이 1 bp 차이 밖에 나지 않기 때문에 보다 높은 특이적 혼성화를 유도하기 위해 비특이적 DNA 또는 화학물질을 혼합하기도 한다. 예컨대, salmon sperm DNA 또는 ficoll 등을 혼합한다. 상기 프로브 핵산의 개수는 검출 목적에 따라 용이하게 조절될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 생체분자 검출 기능을 갖는 휴대폰을 이용하여 타겟 생체분자를 검출하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 전기영동부에 시료를 주입하고 전기영동을 수행하는 단계, 상기 광원을 이용하여 상기 전기영동부에 빛을 조사하는 단계 및 타겟 생체분자의 검출 결과를 무선으로 송신하는 단계를 포함한다.
상기 시료를 전기영동부에 주입하기 이전에 상기 시료를 특정 타겟 생체분자와 결합하고 상기 광원에서 조사되는 파장의 빛을 흡수하고 특정 파장의 빛을 발광할 수 있는 분자들을 포함하는 용액과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 타액, 소변, 혈액, 혈청, 세포 배양액 및 음용수로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다 양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 생체분자 검출 장치에 따르면 시간과 장소에 관계없이 생체분자의 검출, 예컨대 질병의 자가 진단을 할 수 있다. 또한, 본 발명의 생체분자 검출용 휴대폰에 따르면 시간과 장소에 관계없이 생체분자의 검출, 예컨대 질병의 자가 진단을 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 검출 결과를 의사와 같은 전문가에게 무선으로 송신하고 그에 대한 소견을 수신할 수 있다. 또한, 본 발명의 생체분자 검출 방법에 따르면 시간과 장소에 관계없이 생체분자의 검출, 예컨대 질병의 자가 진단을 할 수 있고 상기 검출 결과를 의사와 같은 전문가에게 무선으로 송신하고 그에 대한 소견을 수신할 수 있다.

Claims (19)

  1. 전기영동용 젤 및 상기 전기영동용 젤 내에 고정되고 특정 타겟 생체분자와 반응하는 한 종류 이상의 프로브 생체분자를 포함하는 전기영동부;
    상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변환하는 변환부; 및
    상기 전기적 신호를 수신, 변환 및 전송하는 리드아웃부를 포함하는 생체분자 검출용 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전기영동부는 전기영동에 필요한 전기장을 인가하는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전기영동부는 상기 전기영동용 젤 내에 배치되고 상기 프로브 생체분자를 고정하는 유리섬유 또는 고분자 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전기영동부는 상기 전기영동용 젤 및 프로브 생체분자를 포함하는 마 이크로채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전기영동용 젤은 아가로스 젤 또는 폴리아미드 젤인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 생체분자는 핵산 또는 단백질인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 핵산은 DNA, RNA, PNA, LNA 및 그 혼성체로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 단백질은 효소, 기질, 항원, 항체, 리간드, 압타머 및 수용체로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자는 각각 항원 및 항체이거나 타겟 DNA 및 프로브 DNA인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전기영동부는 두 개의 대향 기판들을 더 포함하고, 상기 두 개의 대향 기판들 사이에 상기 전기영동용 젤 및 프로브 생체분자가 구비되는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기판들은 투명한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 변환부는 광 다이오드 어레이인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 광 다이오드는 가시광선 또는 UV를 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  14. 전기영동용 젤 및 상기 전기영동용 젤 내에 고정되고 특정 타겟 생체분자와 반응하는 한 종류 이상의 프로브 생체분자를 포함하는 전기영동부;
    상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변환하는 변환부;
    상기 전기적 신호를 수신하고 외부로 전송하는 리드아웃부;
    상기 전기영동부, 변환부 및 리드아웃부에 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 전기영동부에 빛을 조사하는 광원; 및
    상기 리드아웃부로부터 수신한 정보를 무선으로 송신하는 송신부를 포함하는 생체분자 검출용 휴대폰.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 광원은 휴대폰의 LCD 화면인 것을 특징으로 하는 휴대폰.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 광원은 UV 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대폰.
  17. 전기영동용 젤 및 상기 전기영동용 젤 내에 고정되고 특정 타겟 생체분자와 반응하는 한 종류 이상의 프로브 생체분자를 포함하는 전기영동부; 상기 타겟 생체분자 및 프로브 생체분자 사이의 반응 결과를 전기적 신호로 변환하는 변환부; 상기 전기적 신호를 수신하고 외부로 전송하는 리드아웃부; 상기 전기영동부, 변환부 및 리드아웃부에 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전기영동부에 빛을 조사하는 광원; 및 상기 리드아웃부로부터 수신한 정보를 무선으로 송신하는 송신부를 포함하는 생체분자 검출 기능을 갖는 휴대폰을 이용하여 타겟 생체분자를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 전기영동부에 시료를 주입하고 전기영동을 수행하는 단계;
    상기 광원을 이용하여 상기 전기영동부에 빛을 조사하는 단계; 및
    타겟 생체분자의 검출 결과를 무선으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 시료를 전기영동부에 주입하기 이전에 상기 시료를 특정 타겟 생체분자와 결합하고 상기 광원에서 조사되는 파장의 빛을 흡수할 수 있는 분자들 또는 상기 빛을 흡수한 후 특정 파장의 빛을 발광할 수 있는 분자들을 포함하는 용액과 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 시료는 타액, 소변, 혈액, 혈청, 세포 배양액 및 음용수로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020011730A (ko) * 2000-08-04 2002-02-09 윤종익 생체 정보 측정 모듈을 포함하는 휴대 통신 단말기
WO2002078512A2 (en) 2001-04-02 2002-10-10 Therasense, Inc. Blood glucose tracking apparatus and methods
KR20030082209A (ko) * 2002-04-17 2003-10-22 최강석 스캐너방식의 디엔에이 젤 다큐멘테이션 장치
KR100855996B1 (ko) * 2002-07-02 2008-09-02 유재천 Pcr 디스크 장치, pcr 디스크 드라이버 장치 및 그를 이용한 분석 방법
JP4092990B2 (ja) 2002-09-06 2008-05-28 株式会社日立製作所 生体および化学試料検査装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230049324A (ko) * 2021-10-06 2023-04-13 경희대학교 산학협력단 통합 미세모세관 전기영동 시스템 및 이를 위한 미세모세관 전기영동 칩

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