KR20110087714A - 질병 진단용 분석 시스템 및 그 분석방법 - Google Patents

질병 진단용 분석 시스템 및 그 분석방법 Download PDF

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KR20110087714A
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Abstract

본 발명은 질병 진단용 분석 시스템 및 그 분석방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정질병 마커인 항체가 결합된 골드나노입자 수용액으로 채워진 큐벳; 상기 큐벳 내부로 진단대상샘플을 유입시키는 샘플저장부; 상기 큐벳에 광을 조사하는 레이저 광원부; 상기 큐벳 내부에서 상기 골드나노입자 수용액과 상기 진단대상샘플의 응집반응 후, 골드나노입자에서 발생하는 흡광도 변화를 측정하기 위한 광감지부를 포함하는 질병 진단용 분석 시스템에 관한 것이다.

Description

질병 진단용 분석 시스템 및 그 분석방법{Analysis system for diagnosis and analyzing method using thereof}
본 발명은 질병 진단용 분석 시스템에 관한 것으로, 항체가 결합된 골드나노입자의 응집도 정도에 따른 흡광도 차이를 통해, 항원의 정량화 패턴을 얻을 수 있는 질병 진단용 분석 시스템 및 그 분석방법에 관한 것이다.
일반적으로 골대사 마커의 정량화는 성별, 폐경 여부에 따라서 정상여부를 확인할 수 있으며, 특히 남성의 경우 골대사 마커의 비정상적 증가는 암의 골전이나 부갑성등 대사성 질환을 의심할 수 있다. 골다공증 중증도의 판정은 주로 X-ray나 초음파 등을 통해서 이루어지기 때문에 고가의 의료비가 요하게 되고 대형 병원에서 전문가의 판정에 의해서 이루어진다. 또한, 이러한 검사는 시간적 기간이 많이 들고 중증도가 심각해져서 골절등의 결과에 따라 보통 이루어지는 것이 통상이다.
종래 생체물질의 정량적 검출방법에 있어서, ELISA(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) 방법을 사용하였다. 이는 특정 단백질에 결합하는 항체를 만들고, 결합시 특정한 색을 가지도록 형광을 표지하여 최종적으로 흡광도를 이용하여 농도를 측정하는 방식이다.
특히, competitive ELISA는 항체에 대한 항원을 경쟁적으로 처리해서 일정한 항체만 원래 항원에 달라 붙게 만든 방식이다. 즉, 항원을 정량화 시켜 일정 단백질만 달라 붙게 만드는 것으로, Wall에 내가 원하는 단백질을 인지할 수 있는 antigen을 코팅하고, 검출을 원하는 단백질과 원래 코팅된 antigen의 결합에 경쟁적으로 작용하는 antigen을 같이 투입하고, 나중에 발색이 가능하도록 효소를 붙인 항체를 다시 투입하는 과정을 거친 뒤, 효소에 작용하는 기질을 넣어 발색 시킨 후 관찰하는 방식이다.
즉, 상기 방식은 면역 반응에 의한 경합 반응으로 구체적으로 배뇨 중의 NTx 인자에 대한 리셉터를 96 well micro plate에 고정화시키고 효소 표식 항체를 첨가하여 반응시킨 후, 세척, 발색제 첨가, 흡광도를 측정하는 순서로 진행하는데, 경과시간은 약 2 시간 정도 소요된다.
상기와 같은 방식은 고가의 ELISA 진단킷을 구입해야 하므로 경제적 부담이 있고, ELISA를 통한 단백질 분석이기 때문에 전문가에 의한 분석만이 가능하고 따라서 일반인들의 분석이 용이하지 않고 현장 검사가 가능하지 않은 문제점이 있다.
또한, ELISA에 의한 분석은 최종적으로 고가의 측정장비에 의존하기 때문에 간접 측정이자 라벨 측정 방식이므로 추가적인 검사비용이 있을 뿐 아니라, 나온 신호 분석을 개인별로 calibration curve 를 작성해야 하기 때문에 2중, 3중의 작업이 더 요구되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저가의 비용으로 질병의 위험도 진단을 하기 위해서 골드나노입자의 응집도 정도에 따른 흡광도 차이를 통해, 항원의 정량화 패턴을 얻을 수 있는 질병 진단용 분석 시스템 및 그 분석방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
특정질병 마커인 항체가 결합된 골드나노입자 수용액으로 채워진 큐벳; 상기 큐벳 내부로 진단대상샘플을 유입시키는 샘플저장부; 상기 큐벳에 광을 조사하는 레이저 광원부; 상기 큐벳 내부에서 상기 골드나노입자 수용액과 상기 진단대상샘플의 응집반응 후, 골드나노입자에서 발생하는 흡광도 변화를 측정하기 위한 광감지부를 포함하는 질병 진단용 분석 시스템을 제공한다.
상기 광감지부에 연결된 신호처리장치 및 디스플레이장치를 더 포함할 수 있고, 상기 레이저 광원부에서 공급하는 광의 파장은 520~600 nm 의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
특히, 골다공증 마커인 NTx 항체가 흡착된 골드나노입자 수용액으로 채워진 큐벳; 상기 큐벳 내부로 배뇨물을 유입시키는 배뇨저장부; 상기 큐벳에 광을 조사하는 레이저 광원부; 상기 큐벳 내부에서 상기 골드나노입자 수용액과 상기 배뇨물의 응집반응 후, 골드나노입자에서 발생하는 흡광도 변화를 측정하기 위한 광감지부를 포함하는 골다공증 진단용 배뇨 분석 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면 큐벳에 채워진 골드나노입자 수용액에 질병 마커인 항체를 고정화시키는 제 1 단계; 상기 큐벳에 진단대상샘플을 주입하는 제 2 단계; 상기 골드나노입자 수용액의 항체가 고정된 골드나노입자와 상기 진단대상샘플의 질병인자가 결합하여 응집반응을 일으키는 제 3 단계; 레이저 광원부를 이용하여 상기 골드나노입자의 흡광도 변화를 측정하는 제 4 단계; 흡광도 변화를 측정하여 항원의 정량화 패턴을 획득하는 제 5 단계를 포함하는 질병 진단용 분석 시스템을 이용한 질병 분석방법을 제공한다.
상기 제 1 단계는 원심분리기를 통하여 상온에서 1시간 반응시키는 것이 바람직하고, 상기 제 4 단계에서 상기 레이저 광원부에서 공급하는 광의 파장은 520~600 nm 의 범위 내인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 흡광도의 차이를 이용하여 항원의 정량화 패턴을얻을 수 있으므로, 기존의 질병유무 판단에 비해 정량 판단이 가능하고, 경제적인 효과가 있다.
또한, 리간드 리셉터가 존재하는 질병, 바이러스 또는 면역 검사 등의 활용이 가능하고, 신속한 검사결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질병 진단용 분석 시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 NTx 와 anti NTx 가 결합된 골드입자를 이용하여 흡광 분석을 통하여 얻어진 그래프이다.
도 3은 구체적으로 환자 15명에 대한 Osteomark NTx Elisa kit (BCE) 과 골드입자를 이용한 흡광 분석 비교한 그래프이다.
본 발명은 특정질병 마커인 항체가 결합된 골드나노입자 수용액으로 채워진 큐벳; 상기 큐벳 내부로 진단대상샘플을 유입시키는 샘플저장부; 상기 큐벳에 광을 조사하는 레이저 광원부; 상기 큐벳 내부에서 상기 골드나노입자 수용액과 상기 진단대상샘플의 응집반응 후, 골드나노입자에서 발생하는 흡광도 변화를 측정하기 위한 광감지부를 포함하는 질병 진단용 분석 시스템을 제공한다.
상기 광감지부에 연결된 신호처리장치 및 디스플레이장치를 더 포함할 수 있고, 상기 레이저 광원부에서 공급하는 광의 파장은 520~600 nm 의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면 큐벳에 채워진 골드나노입자 수용액에 질병 마커인 항체를 고정화시키는 제 1 단계; 상기 큐벳에 진단대상샘플을 주입하는 제 2 단계; 상기 골드나노입자 수용액의 항체가 고정된 골드나노입자와 상기 진단대상샘플의 질병인자가 결합하여 응집반응을 일으키는 제 3 단계; 레이저 광원부를 이용하여 상기 골드나노입자의 흡광도 변화를 측정하는 제 4 단계; 흡광도 변화를 측정하여 항원의 정량화 패턴을 획득하는 제 5 단계를 포함하는 질병 진단용 분석 시스템을 이용한 질병 분석방법을 제공한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
골드나노입자를 이용한 Immunoassay 방법은 이미 널리 알려진 방법으로 가장 상용화된 나노기술이다. 가령 주변에서 흔히 볼 수 있는 제품으로 질병의 유무를 판단할 수 있는 감기바이러스 검출기, HIV 센서, 마약, 기생충 등의 센서를 비롯하여 임신 진단기 같은 제품도 흔하게 접할 수 있다. 흔히 접하는 이러한 제품들은 유무 판단만 가능하고 나노입자를 이용하여 광량 변화 정도를 측정하여 질병 정도를 측정하는 것도 가능한 것으로 보고 있다.
보통 항체가 흡착된 골드입자는 수용액 상에서 안정적으로 분산되어 있다. 하지만 항체에 상응되는 항원이 도입되면 항원 항체 반응으로 항원과 항체가 결합하게 되고 결합체에 의해서 골드입자가 뭉치는 현상이 생긴다. 이 현상을 뭉침현상(aggregation)이라고 하는데, 이 뭉침 현상에 따라서 골드입자의 흡광도가 변화하게 되고 흡광도 변화 정도를 측정함으로써 역으로 대응되는 항원 단백질의 농도를 측정할 수 있는 원리를 이용하여 본 발명에 따른 질병 진단 분석용 시스템을 제작한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질병 진단용 분석 시스템에 대한구성도이다.
상기 질병 진단용 분석 시스템(100)은 특정질병 마커인 항체가 결합된 골드나노입자 수용액(20)으로 채워진 큐벳(10), 상기 큐벳(10) 내부로 진단대상샘플(31)을 유입시키는 샘플저장부(30), 상기 큐벳(10)에 광을 조사하는 레이저 광원부(40), 상기 큐벳(10) 내부에서 상기 골드나노입자 수용액(20)과 상기 진단대상샘플(31)의 응집반응 후, 골드나노입자에서 발생하는 흡광도 변화를 측정하기 위한 광감지부(50), 상기 광감지부와 결합되는 신호처리장치(60) 및 디스플레이장치(70)를 포함한다.
금 또는 은으로 된 나노입자는 그 크기와 모양에 따라 특정 파장에서 빛을 강하게 흡수(absorption)하거나 산란(scattering)하는 현상(Surface Plasmon Resonance)을 나타내는 특성을 가지고 있다. 또한, 광학적 안정성이 보통의 유기 다이(organic dyes)에 비해 매우 뛰어나고, 그 크기나 모양, 구조 등을 변화시킴으로써, 표면 플라즈몬 공명 주파수(surface plasmon resonance frequency)를 조절할 수도 있다.
상기와 같은 금 또는 은으로 구성된 금속나노입자의 성질을 이용하여, 유전자(DNA) 또는 단백질(proteins)과 같은 바이오 물질을 감지하는 바이오센서뿐만 아니라 바이오 물질을 탐지하기 위한 금속 나노입자를 함유하는 탐지기, 금속 나노입자를 함유하는 외과 보철용 바이오재료 및 캡슐화된 금속 나노입자 학 센서등과 같이 다양한 분야에서 사용가능하다.
항체 제작과정은 잘 알려진 바와 같이 NTx 의 단백질 시퀀스에 따라 단백질을 제작하고 이를 1H11 세포에 배양시킨 다음 쥐에 투입시켜서 여기에 대응되는 항체단백질을 얻게 된다. 여기서 얻은 항체단백질은 Anti-NTx 라고 정한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 골다공증 진단용 배뇨 분석 시스템에 있어서, 골드나노입자의 항체 결합과정은 항체(Anti-NTx, 100 ug/ml, 100ul) 첨가한 뒤에 BSA 단백질로 항체 비결합 부위를 결합시켜서 다른 인자와의 비특이적 반응 방지하도록 설계하고, 600rpm으로 20분간 원심분리를 진행하고, 상기 과정과 같은 원심분리를 통하여 결합되지 않은 항체단백질을 제가할 수 있고, 후에 초순수 물을 첨가시켜 상온에서 한 시간동안 반응시켜 진행한다.
상기와 같이 질병진단용 마커인 항체를 나노입자에 결합시킨 후, 큐벳에 진단대상샘플을 투입시켜 응집반응을 일으킨다. 상기 응집반응이라함은 항원/항체 반응, 특이적 리셉터와의 반응 등을 이용한 방법을 말하고, 정성법 및 정량법 양쪽을 포함한 것이다.
상기 진단대상샘플로는 각종 단백질, 다당류, 당 단백질 또는 지방질 단백질등이 사용될 수 있으며, 구체적인 대상물성질의 예로는 감염증 관련 마커, 종양관련 항원, 응고선 마커, 사이토카인 또는 단백질성 호르몬 등을 들 수 있다.
상기와 같이 응집반응이 일어나고, 이는 상기 나노입자의 흡광도 변화를 초래한다. 이와 같은 흡광도 변화를 측정하기 위해서, 파장 520 ~ 600 nm의 범위의 광을 조사하는 레이저 광원부, 광 감지부 및 신호처리부 등을 통해서 흡광도 변화를 측정할 수 있다.
예를 들어, 골다공증 진단용 배뇨 분석 시스템에 의하면, 상기 흡광도 변화의 측정 결과치는 상기 골드나노입자의 응집도에 비례하여 항체와 결합된 골드 입자의 흡광도와 환자 배뇨 상의 NTx 농도에 의해서 발생된 골드입자의 응집도 정도에 따른 흡광도와의 차이만큼 나타나는 항원의 정량화 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질병 진단용 분석 시스템을 이용한 질병 분석방법은 큐벳에 채워진 골드나노입자 수용액에 질병 마커인 항체를 고정화시키는 제 1 단계; 상기 큐벳에 진단대상샘플을 주입하는 제 2 단계; 상기 골드나노입자 수용액 내에 존재하는 항체가 고정된 골드나노입자와 상기 진단대상샘플의 질병인자가 결합하여 응집반응을 일으키는 제 3 단계; 레이저 광원부를 이용하여 상기 골드나노입자의 흡광도 변화를 측정하는 제 4 단계; 흡광도 변화를 측정하여 항원의 정량화 패턴을 획득하는 제 5 단계를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
이하 본 발명을 아래와 같은 실시예에 의거하여　상세하게 설명하며 단 아래의 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 이에 한정하지 않으며 본 발명의 실시 예 및 비교예에서 제조한 산물의 분석은 다음과 같은 방법으로 실시했다.
실시예
먼저, 골드입자와의 흡착반응으로 골다공증 마커로 알려진 NTx 항체(MAb 1H11)를 결합시킨다. 다음으로, 파장 520 ~ 600 nm 를 가지는 레이저 광원부와 광 감지부를 측정하고자 하는 큐벳간격 만큼으로 배치하고 큐벳을 골드입자 수용액으로 1ml 로 채운다.
이 후, 기준이 되는 항체결합 골드입자의 흡광도를 측정하고, 이어서 제조된 NTx 농도에 따른 흡광도 변화 폭을 기록함으로써 정량화 패턴을 획득하는데, 도 2는 상기와 같은 제작된 NTx 와 anti NTx 가 결합된 골드입자를 이용하여 흡광 분석을 통하여 얻어진 그래프이다.
기존의 ELISA(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) 방식의 kit를 사용하여 실제 환자 샘플을 이용한 calibration curve를 얻고, 동일한 환자에 대한 NTx 항체 골드나노입자를 이용한 흡광도를 측정하여 ELISA 방식과의 상관관계를 얻으며, 이러한 패턴을 통하여 환자샘플을 통한 정량화를 얻는다. 도 3은 구체적으로 환자 15명에 대한 Osteomark NTx Elisa kit (BCE) 과 골드입자를 이용한 흡광 분석 비교한 그래프이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 큐벳 20: 골드나노입자 수용액
30: 샘플저장부 31: 진단대상샘플
40: 레이저 광원부 50: 광감지부
60: 신호처리장치 70: 디스플레이 장치
100: 질병 진단용 분석 시스템

Claims (9)

  1. 특정질병 마커인 항체가 결합된 골드나노입자를 포함하는 수용액으로 채워진 큐벳;
    상기 큐벳 내부로 진단대상샘플을 유입시키는 샘플저장부;
    상기 큐벳에 광을 조사하는 레이저 광원부;
    상기 큐벳 내부에서 상기 골드나노입자 수용액과 상기 진단대상샘플의 응집반응 후, 골드나노입자에서 발생하는 흡광도 변화를 측정하기 위한 광감지부를 포함하는 질병 진단용 분석 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광감지부에 연결된 신호처리장치 및 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질병 진단용 분석 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광원부에서 공급하는 광의 파장은 520~600 nm 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 질병 진단용 분석 시스템.

  4. 골다공증 마커인 NTx 항체가 흡착된 골드나노입자를 포함하는 수용액으로 채워진 큐벳;
    상기 큐벳 내부로 배뇨물을 유입시키는 배뇨저장부;
    상기 큐벳에 광을 조사하는 레이저 광원부;
    상기 큐벳 내부에서 상기 골드나노입자 수용액과 상기 배뇨물의 응집반응 후, 골드나노입자에서 발생하는 흡광도 변화를 측정하기 위한 광감지부를 포함하는 골다공증 진단용 배뇨 분석 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 광감지부에 연결된 신호처리장치 및 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 골다공증 진단용 배뇨 분석 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 광원부에서 공급하는 광의 파장은 520~600 nm 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 골다공증 진단용 배뇨 분석 시스템.
  7. 큐벳에 채워진 골드나노입자 수용액에 질병 마커인 항체를 고정화시키는 제 1 단계;
    상기 큐벳에 진단대상샘플을 주입하는 제 2 단계;
    상기 골드나노입자 수용액 내에 존재하는 항체가 고정된 골드나노입자와 상기 진단대상샘플의 질병인자가 결합하여 응집반응을 일으키는 제 3 단계;
    레이저 광원부를 이용하여 상기 골드나노입자의 흡광도 변화를 측정하는 제 4 단계;
    흡광도 변화를 측정하여 항원의 정량화 패턴을 획득하는 제 5 단계를 포함하는 질병 진단용 분석 시스템을 이용한 질병 분석방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 단계는 원심분리기를 통하여 상온에서 1 시간 반응시키는 것을 특징으로 하는 질병 진단용 분석 시스템을 이용한 질병 분석방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 4 단계에서 상기 레이저 광원부에서 공급하는 광의 파장은 520~600 nm 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 질병 진단용 분석 시스템을 이용한 질병 분석방법.
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