KR20120085502A

KR20120085502A - 자성 입자를 이용한 진단키트 및 진단방법

Info

Publication number: KR20120085502A
Application number: KR1020110006863A
Authority: KR
Inventors: 박종원; 김정률
Original assignee: 주식회사 엘지생명과학
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2012-08-01

Abstract

본 발명은 자성 입자를 이용한 진단키트 및 진단방법에 관한 것으로서, 자성체가 포함된 레퍼런스영역을 구비한 레퍼런스부를, 검출영역이 구비된 검체수용부와 인접하게 배치하여, 검출영역의 자기장 측정치와 레퍼런스영역의 자기장 측정치의 비율을 취함으로써 센서와 측정대상 물질 간의 거리변화에 따라 발생하는 측정치의 변동을 자체적으로 보상할 수 있는, 자성 입자를 이용한 진단키트 및 진단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

자성 입자를 이용한 진단키트 및 진단방법{Diagnostic Kit and Diagnostic Method using magnetic particles}

본 발명은 자성 입자를 이용한 진단키트 및 진단방법에 관한 것이다.

액체샘플, 예를 들면 요 또는 혈액시료에서 단일 또는 복수의 물질의 존재를 검사 또는 조사하는 장치를 진단키트라 한다. 구체적으로는 현대의 진단 사업 분야는 현장검사(Point-Of-Care Testing: POCT) 하나로 통합되고 있다. POCT는 중앙화된 검사실 외에서 이루어지는 검사로 전문지식이 없는 일반인도 사용할 수 있는 장비를 말한다. 현재에는 병원에서 현장 및 개인으로 진단 영역이 확장되고 있는 추세이다.

특히, 면역 크로마토그래피 분석으로 대표되는 신속 진단 테스트는 보건의료분야에서 질병을 확인하거나 변화를 파악하기 위해 사용되며 식품 및 생물 공정 분야, 환경 분야 등 다양한 분야에서도 미량의 분석 물질을 정성 및 정량적으로 검사하는 간편한 방법으로 개발되고 있다. 보건 의료 분야에서도 임신, 배란, 전염성 질병, 약물 남용, 급성 심근경색, 암 등에 응용 범위가 확장되고 있다.

종래에는 면역진단키트로 사용되는 기본적인 형태로 샘플이 투입되는 홀과 진단결과를 확인할 수 있는 창이 있어, 멤브레인에서 검사선을 통해 질병 여부를 확인할 수 있는 구조로 되어 있다. 일례로, 도 1은 면역 크로마토그래피 분석에 사용되는 기본적인 카세트의 형태로, 한국특허공보 1989-0005513호에 개재된 크로마토그래피 결합분석장치(1)를 예시한 것으로, 도시된 것과 같이 샘플이 투입되는 홀(2)과 진단결과를 확인할 수 있는 창(3)이 있다. 이러한 카세트는 단지 광학적인 측정을 목적으로 하며, 정량적 분석을 수행하는데 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하고자 바이오 센서를 이용한 진단기기 및 이를 위한 진단키트가 개발되었다. 바이오 센서는 특정한 물질에 대한 인식기능을 갖는 생물학적 수용체가 전기 또는 광학적 변환기(transducer)와 결합되어 생물학적 상호작용 및 인식반응을 전기적 또는 광학적 신호로 변환함으로써 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 소자이다. 통상적으로 혈액 내의 당, 간 효소, 칼슘, 염분, 칼륨, 그리고 약물 등을 측정한다.

바이오 센서는 분자 간의 선택적 반응을 이용하므로 다른 물질에 의한 간섭을 줄이고, 측정대상 물질을 고감도로 구별해 낼 수 있어야 하며, 생산 단가를 낮추어 대량생산도 가능하고, 감응 속도를 빠르게 할 수 있어 원하는 곳 어디에서나 실시간으로 모니터링 할 필요가 있다.

이와 같은 바이오 센서는 물질을 감지하기 위해 자기저항센서를 이용한 진단기기를 이용하게 된다. 하지만 이와 같은 자기저항센서를 이용하는 진단기기의 경우, 센서의 출력신호가 센서와 측정대상 물질간의 거리변화에 민감하여 매번 측정할 때마다 일정거리를 수십 혹은 수 마이크로미터의 허용범위 내에서 유지시켜주어야 하므로 진단기기의 운동구조물의 복잡성을 초래하는 문제점, 고가의 구동부품을 사용해야 하는 문제점이 존재하였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레퍼런스영역을 구비하고 필름형태로 형성된 레퍼런스부를 자성 입자와 결합한 검체를 수용하는 검체수용부와 인접하게 배치한 자성 입자를 이용한 진단키트를 제공하여, 검출영역의 자기장 측정치와 레퍼런스영역의 자기장 측정치의 비율을 취함으로써 센서와 측정대상 물질간의 거리변화에 의한 측정치의 변동을 보상하는 진단방법 및 그 진단키트를 제공하는데 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자성 입자를 이용한 진단키트는, 검출영역이 구비되어 자성 입자와 결합한 검체를 수용하는 검체수용부; 자성체가 포함된 레퍼런스영역을 구비하며 상기 검체수용부에 인접하게 배치되는 레퍼런스부; 상기 검체수용부와 상기 레퍼런스부를 지지하는 지지체; 를 포함하여 구성된다.

본 발명의 자성 입자를 이용한 진단키트에 있어서, 상기 자성체는 Fe, Mn, Ni, Co 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 자성 입자를 이용한 진단키트에 있어서, 상기 레퍼런스영역은, 필름에 상기 자성체를 일정두께로 증착시킨 후 에칭을 통해 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 자성 입자를 이용한 진단키트에 있어서, 상기 레퍼런스 영역은, 필름상에 상기 자성체를 직접 인쇄하여 형성될 수도 있다.

본 발명의 자성 입자를 이용한 진단키트에 있어서, 상기 레퍼런스부는, 상기 지지체의 내측에 상기 자성체를 삽입할 공간이 구비된 자성체삽입부; 를 포함하여 구성되고, 상기 레퍼런스영역은, 상기 자성체삽입부에 상기 자성체의 고형분을 삽입하여 형성될 수 있다.

본 발명의 자성 입자를 이용한 진단키트에 있어서, 상기 레퍼런스부는, 상기 검체수용부의 하면 또는 상기 지지체의 내측 하면에 부착되어 형성될 수 있다.

또한 상기 레퍼런스부는, 상기 검출영역에서 이격된 곳에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 배치될 수 있다.

더불어 상기 검체수용부는 대조영역을 더 구비하고, 상기 레퍼런스부는, 상기 검출영역과 상기 대조영역 사이의 면과 대응하는 곳에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 배치될 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법은, 자성체가 포함된 레퍼런스영역이 구비되는 레퍼런스부를 제조하는 제조단계; 검출영역을 구비하여 자성 입자와 결합한 검체를 수용하는 검체수용부 및 상기 제조한 레퍼런스부가 구비된 진단키트를 제조하는 진단키트제조단계; 상기 제조한 진단키트가 작용되면 상기 진단키트에 적어도 하나의 방향으로 외부자기장을 인가하는 외부자기장 인가장치 및 자기센서가 구비된 진단장치를 통해 진단을 수행하는 진단단계; 를 포함하여 수행될 수 있다.

본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법에 있어서, 상기 제조단계는, 필름에 상기 자성체를 증착하는 단계; 상기 자성체를 증착한 상기 필름에 에칭 공정을 이용하여 상기 레퍼런스영역을 생성하는 단계; 를 포함하고, 상기 진단키트제조단계는, 상기 검출영역과 소정거리 이격된 곳에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 상기 제조한 레퍼런스부를 배치하는 단계; 를 포함하여 수행될 수 있다.

또한 본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법에 있어서, 상기 제조단계는, 필름에 상기 자성체를 직접 인쇄하여 상기 레퍼런스영역을 생성하는 단계; 를 포함하고, 상기 진단키트제조단계는, 상기 검출영역과 소정거리 이격된 곳에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 상기 제조한 레퍼런스부를 배치하는 단계; 를 포함하여 수행될 수 있다.

상술한 본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법에 있어서, 상기 진단단계는, 상기 검출영역을 상기 자기센서로 스캔하여 제1검출신호(Vt)를 측정하는 단계; 상기 레퍼런스영역을 상기 자기센서로 스캔하여 제2검출신호(Vr)를 측정하는 단계; 상기 제1검출신호(Vt)와 상기 제2검출신호(Vr)를 비율계산하여 거리에 따른 신호편차를 보상한 결과값을 산출하는 산출단계; 를 포함하여 수행될 수 있다.

본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법에 있어서, 상기 산출단계는, 상기 제1검출신호(Vt)와 상기 제2검출신호(Vr)의 비율값(Vt/Vr)을 계산하는 단계; 상기 계산한 비율값을 측정하고자 하는 상기 검체의 농도값으로 치환하는 단계; 를 포함하여 수행될 수 있다.

본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법에 있어서, 상술한 상기 자성체는 Fe, Mn, Ni, Co 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법에 있어서, 상술한 자기장 센서는 GMR(Giant Magneto Resistance)소자, TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction)소자, SDT(Spin Dependant Tunneling)소자 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

더불어 본 발명의 자성 입자를 이용한 진단방법에 있어서, 상술한 외부자기장 인가장치는 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 자성체를 포함한 레퍼런스부를 검체수용부와 인접하게 배치한 진단키트 및 이를 이용한 진단방법을 제공함으로써, 진단기기의 센서와 진단키트간의 거리변화에 따른 측정치의 변동을 자체적으로 보정하여 진단기기의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 진단기기의 센서와 진단키트간의 거리변화에 따른 보상을 자체적으로 수행할 수 있어, 진단기기의 센서와 진단키트간의 거리변화를 허용범위 이내에서 유지시키기 위해 진단기기 내에 복잡한 운동구조물을 별도로 구비할 필요가 없이 진단기기의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

더불어 본 발명은 진단키트를 진단기기에 장착하여 측정을 수행하는 경우, 진단키트의 상하부 접합상태 또는 진단기기의 키트홀더에 부착된 이물질 여부에 따라 발생 가능한 거리변화에 따른 측정치의 변동을 자체적으로 보정 가능하여, 보다 손쉬운 측정이 가능한 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면 진단기기 내에 고가의 구동부품을 별도로 구비할 필요 없이 진단기기의 센서와 진단키트간의 거리변화에 따른 보상을 자체적으로 수행할 수 있어, 비용 면에서 경제적인 장점도 구현된다.

도 1은 종래의 면역 크로마토그래피 분석에 사용되는 기본적인 카세트의 형태를 도시한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 진단키트를 도시한 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 진단키트에 적용한 레퍼런스부의 실시예를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 작용례를 도시한 작용예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진단방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 레퍼런스부의 유무에 따른 출력신호의 변화를 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 한편 이하에서는 면역크로마토그래피 방식의 진단키트를 본 발명의 실시예로서 설명하나, 이는 하나의 예시일 뿐 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 진단키트를 도시한 구성도이다. 보다 구체적으로 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 면역크로마토그래피 방식의 검체수용부(100)를 도시한 것이며, 도 2b는 도 2a의 검체수용부(100)를 지지체(300)와 결합하여 구성한 진단키트를 도시한 구성도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 진단키트는 검출홈(301) 및 액상 검체가 투여되는 샘플홀(302)을 구비하고 있음이 바람직하다. 또한 검출홈(301)은 지지체의 상부면(300a)에 관통되어 개방되는 구조로 형성됨이 바람직하다.

검체수용부(100)는 샘플패드(110)와 컨쥬게이션패드(120), 멤브레인(150), 그리고 흡수패드(160)를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

샘플패드(110)는 액상의 검체가 투입되는 영역으로 투입된 검체는 자성 입자를 거쳐 멤브레인(150)으로 전개되도록 한다.

컨쥬게이션패드(120)는 육안으로 또는 센서를 이용하여 측정할 수 있는 시그널을 발생시키는 자성 입자를 일차항체 등의 리간드와 접합하여 만들어진다. 여기서 자성 입자는 Fe, Mn, Ni, Co로 구성할 수 있다. 즉, Fe, ε-Co, Co, Ni, FePt, CoPt, γ-Fe2O3, Fe3O4, CoO, CoFe2O4 등으로 구성할 수 있다. 또한 Fe를 다른 입자 중 하나와 합금을 형성하여 사용할 수도 있다. 예컨대 산화제1철(FeCl3,6H2O), 산화제2철(FeCl2,4H2O)과 같은 산화철을 이용할 수도 있다. 또한 자성 입자는 크기가 1nm(나노미터) ~ 3um(마이크로미터) 으로 구성할 수 있다. 즉, 자성 입자의 크기는 1nm 이상이며, 코팅한 경우에는 최대 3um 정도가 될 수 있다. 3um(마이크로미터) 이하가 되어야 멤브레인(150)을 통과하는데 적절하다.

멤브레인(150)은 자성 입자에서 발생된 자성 입자에 의한 시그널이 면역 크로마토그래피에 의해 전개되도록 하고, 검출영역(130)이 고착되어 있으며, 대조영역(140)이 더 고착되어 있을 수 있다.

그리고 상기 흡수패드영역(160)은 멤브레인(150)과 연결되어 면역크로마토그래피에 의해 자성 입자가 전개되도록 한다.

도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b(이하 '도 2' 라 함)의 진단키트에 레퍼런스부를 적용한 실시예를 도시한 구성도이다.

보다 자세하게는 도 3a는 필름형태로 구성된 레퍼런스부의 실시예를 도시한 구성도이며, 도 3b는 진단키트의 지지체에 삽입되는 형태로 구성되는 레퍼런스부를 도시한 구성도이다.

도 2 및 도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 레퍼런스부(200)는 필름(220)의 형태로 형성되고 자성체가 포함되어 있는 레퍼런스영역(210)을 구비하고 있다. 여기서 레퍼런스영역(210)은 필름(220)에 자성체를 일정두께로 증착시킨 후 에칭 공정을 통해 패턴을 형성함으로써 구현할 수 있다. 또한 레퍼런스영역(210)은 자성체를 포함한 물질을 필름(220)상에 직접 인쇄하는 방법으로도 구현할 수 있다. 이때 필름(220)에 증착 또는 인쇄되는 자성체는 Fe, Ni, Mn, Co 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 도 2의 설명에서 상술한 자성 입자의 경우와 마찬가지로 Fe, ε-Co, Co, Ni, FePt, CoPt, γ-Fe2O3, Fe3O4, CoO, CoFe2O4 등으로 구성할 수 있다. 또한 Fe를 다른 입자 중 하나와 합금을 형성하여 사용할 수도 있다. 예컨대 산화제1철(FeCl3,6H2O), 산화제2철(FeCl2,4H2O)과 같은 산화철을 이용할 수도 있다.

더욱 바람직하게는 자성체는 Ni를 포함하여 구성될 수 있다. 하나의 예시로서 자성체가 Ni인 경우, PET(poly ethylene terephthalate)로 형성된 필름(220)에 Ni를 증착하고, 실크스크린 인쇄기를 사용하여 필름에 패턴을 인쇄한 후, 에칭로에서 에칭과정을 거치게 되면 인쇄한 부분의 Ni만 남게 되고 나머지 부분은 제거된다. 이러한 방법으로 레퍼런스영역(210)을 형성할 수 있다. 자성체를 포함한 물질을 필름(220)상에 직접 인쇄하여 레퍼런스영역(210)을 형성하는 방법도 상술한 방법과 유사한 공정을 통해 구현 가능하다.

다만 이는 하나의 예시일 뿐이며, 자성체의 종류 및 레퍼런스영역(210)을 형성하는 방법은 이에 한정되지는 않는다.

필름 형태의 레퍼런스부(200)는 도 3a에 도시된 바와 같이 검체수용부(100)의 아랫면 또는 지지체(300)의 내측 아랫면에 부착될 수 있다. 보다 바람직하게는 도 2b의 지지체(300)의 경우와 같이 상하부가 분리되는 구조인 경우, 지지체의 하부(300b) 내측에 레퍼런스부(200)가 부착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 여기서 레퍼런스부(200)는 검출영역 (130)에서 이격된 곳에 레퍼런스영역(210)이 위치하도록 배치될 수 있다. 즉 레퍼런스부(200)는 지지체의 하부(300b) 내측 또는 검체수용부(100)의 아랫면에 부착되되, 검출영역 (130)과 대응되는 수직하부면(A)을 제외한 곳에 레퍼런스영역(210)이 위치하도록 부착됨이 바람직하다.

더불어 멤브레인(150)에 대조영역(140)이 더 구비되어 있는 경우, 레퍼런스부(200)는 검출영역(130)과 대조영역(140) 사이에 위치하도록 배치될 수 있다. 즉 레퍼런스부(200)는 지지체의 하부(300b) 내측 또는 검체수용부(100)의 아랫면에 부착되되, 검출영역(130) 및 대조영역(140)과 대응되는 수직하부면 사이에 레퍼런스영역(210)이 위치하도록 부착될 수 있다.

한편 도 2 및 도 3b를 참조하면, 레퍼런스부(200)는, 지지체의 하부 내측(300b)에 자성체를 삽입할 공간이 구비된 자성체삽입부(230)를 포함하여 구성되고, 레퍼런스영역(210)은, 자성체삽입부(230)에 자성체 고형분(250)을 삽입하여 형성될 수도 있다. 여기서 자성체에 대한 설명은 도 3a의 설명에서 상술한 바, 생략한다.

여기서 레퍼런스부(200)는 검출영역 (130)에서 이격된 곳에 자성체삽입부(230)가 위치하도록 형성됨이 바람직하다. 즉 자성체삽입부(230)는 지지체의 하부(300b) 내측에 형성되되, 검출영역(130)과 대응되는 수직하부면을 제외한 곳에 형성되는 것이 바람직하다.

더불어 멤브레인(150)에 대조영역(140)이 더 구비되어 있는 경우, 레퍼런스부(200)는 검출영역(130)과 대조영역(140) 사이에 위치하도록 배치될 수 있다. 즉 레퍼런스부(200)의 레퍼런스영역(210)은 지지체의 하부(300b) 내측에 자성체삽입부(230)를 형성하고 자성체삽입부(230)에 자성체 고형분(250)을 삽입하여 형성하되, 검출영역(130) 및 대조영역(140)과 대응되는 수직하부면 사이의 영역(B) 에 레퍼런스영역(210)이 위치하도록 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 작용례를 도시한 작용예시도로서, 보다 자세하게는 도 3a에 도시된 필름형태로 구성된 레퍼런스부를 적용한 진단키트의 작용예시도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 검체수용부(100)는 다공성 멤브레인으로 형성되는 것이 바람직하나, 다만 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 검체를 수용할 수 있는 검출영역(130)이 구비 가능한 모든 수용부를 포함하는 개념으로 해석되어야 한다. 또한 검체수용부(100)는 대조영역(140)을 더 구비할 수 있으며, 도 2에서 상술한 바와 같이 샘플패드(110)와 컨쥬게이션패드(120), 멤브레인(150), 그리고 흡수패드(160)를 포함하여 구성될 수도 있다.

레퍼런스부(200)는 도 3a에서 상술한 바와 같이 필름(220)에 자성체를 일정두께로 증착시킨 후 에칭 공정을 통해 형성된 레퍼런스부(210)를 포함하여 구성될 수 있으며, 또한 자성체를 포함한 물질을 필름(220)상에 직접 인쇄하는 방법으로도 구현할 수 있다. 이러한 필름 형태의 레퍼런스부(200)는 검체수용부(100)의 하면 또는 지지체(300)의 내측 하면에 부착될 수 있다.

또한 레퍼런스부(200)가 형성되는 위치는 도 2에서 상술한 바와 같이 검출영역 (130)에서 이격된 곳에 레퍼런스영역(210)이 위치하도록 배치됨이 바람직하며, 가장 바람직하게는 레퍼런스부(200)는 지지체의 하부(300b) 내측 또는 검체수용부(100)의 아랫면에 부착되되, 검출영역 (130)과 대응되는 수직하부면(A)을 제외한 곳에 레퍼런스영역(210)이 위치하도록 부착됨이 바람직하다. 더불어 검체수용부(100)에 대조영역(140)이 더 구비되어 있는 경우, 레퍼런스부(200)는 검출영역(130)과 대조영역(140) 사이에 위치하도록 배치됨이 바람직하다. 즉 레퍼런스부(200)는 하부(300b) 내측 또는 검체수용부(100)의 아랫면에 부착되되, 검출영역(130) 및 대조영역(140)과 대응되는 수직하부면 사이에 레퍼런스영역(210)이 위치하도록 부착됨이 바람직하다.

한편 도 4에서는 미도시 하였으나, 도 3b에서 상술한 바와 같이 레퍼런스부(200)는, 지지체의 하부 내측(300b)에 자성체를 삽입할 공간이 구비된 자성체삽입부(230)를 포함하여 구성되고, 레퍼런스영역(210)은 자성체삽입부(230)에 자성체 고형분(250)을 삽입하여 형성될 수도 있다. 이때 자성체삽입부(230)는 지지체의 하부(300b) 내측에 형성되되, 검출영역(130)과 대응되는 수직하부면을 제외한 곳에 형성되는 것이 바람직하며, 더불어 검체수용부(100)에 대조영역(140)이 더 구비되어 있는 경우, 레퍼런스부(200)는 검출영역(130)과 대조영역(140) 사이에 위치하도록 배치됨이 바람직하다. 즉 레퍼런스부(200)의 자성체 고형분(250)이 삽입된 자성체삽입부(230)는 지지체 하부 내측(300b)에 형성되되, 검출영역(130) 및 대조영역(140)과 대응되는 수직하부면 사이의 영역(B)에 위치하도록 형성됨이 바람직하다.

본 발명의 레퍼런스부(200)에 포함된 자성체는 도 3a 및 도 3b(이하 '도 3'이라 함)의 설명에서 상술한 바와 같이 Ni를 포함하여 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되지는 않고 외부자기장에 대하여 자기장을 형성시키는 모든 물질을 포함하는 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명의 진단키트 측정에 사용되는 자기장 센서(400)는 바람직하게는 GMR(Giant Magneto Resistance)소자, TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction)소자 및 SDT(Spin Dependant Tunneling)소자 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 GMR 소자(이후부터 이를 '거대자기저항센서'라 칭한다)를 이용하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서 자기장 센서(400)는 자기장 또는 자력선의 크기와 방향을 측정하는 센서로서, 자기장의 영향으로 여러 가지 물질의 성질 등이 변하는 것을 이용하여 자기장을 측정한다. 또한 거대자기저항센서란 상하 두 개의 강자성 금속층의 자화방향의 정렬에 따라 도체의 층간 물질에 유도되는 전기저항의 차이 또는 이때 발생된 전위차에 의해 디지털 신호를 발생시키는 센서이다.

진단키트의 검출영역(130)과 레퍼런스영역(210) 에서의 자성체는 그 단독으로는 자기장을 형성하지 않으므로 외부자기장 인가장치를 통해 수직자기장 및 수평자기장을 인가할 필요가 있다. 거대자기저항센서는 기본적으로 자기장의 세기가 0에서 양(+)의 방향으로 변할 때와 0에서 음(-)의 방향으로 변할 때, 모두 같은 부호의 전압값을 발생시키므로 그 차이를 구분하지 못한다. 또한 거대자기저항센서는 다른 자기장 센서와 마찬가지로 Hysteresis를 갖게 된다. 하지만 거대자기저항센서의 동작 시 일정한 수평방향 (센서의 감지방향과 동일)의 자기장을 인가해 주면 0에서 양(+)의 방향으로 변할 때와 0에서 음(-)의 방향으로 변할 때를 구분할 수 있게 되며 (예를 들면, 0에서 양(+)의 방향으로 변할 때는 0일 때의 센서 출력보다 큰 전압, 0에서 음(-)의 방향으로 변할 때는 0일때의 센서 출력보다 작은 전압) 또한 Hysteresis를 최소화 할 수 있다. 수직자기장의 인가는 검출영역(130)과 레퍼런스영역(210)의 자성체 자화의 정도를 크게 할 수 있어 측정감도를 향상시킬 수 있다.

한편 도면에는 미도시 하였으나 상술한 외부자기장 인가장치는, 검출영역(130)과 레퍼런스영역(210)의 자기적 성분을 감지하기 위하여 외부에서 자기장을 인가하는 장치로서, 바람직하게는 자기장 센서(400)에 제1방향인 수평방향으로 자기장을 인가시키는 제1인가유닛과, 자기장 센서(400)에 제2방향인 수직방향으로 자기장을 인가시키는 제2인가유닛을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 물론 상술한 수평방향 및 수직방향은 상기 자기장 센서(400)의 입면에 반드시 수직만을 의미하는 것이 아니라, 일정 정도의 입사방향의 유동성을 구비하는 것을 포함하는 개념이다. 또한, 상기 제2인가유닛은 전류를 통해 자기장의 변화를 줄 수 있도록 구현할 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 수평방향(Y축) 자기장의 범위 또는 자기장 센서(400)가 반응 가능한 범위는 2~30가우스(Gauss)로 형성하고, 상기 수직방향(Z축)에 인가되는 자기장은 1200 ~ 1800 가우스(Gauss)의 범위에서 형성할 수 있다.

또한 상기 제1인가유닛은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크, 영구자석 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어져 고정적인 자기장을 인가하는 구성으로 구현할 수 있으며, 상기 제2인가유닛은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어질 수 있다. 또한 제2인가유닛은 직류(DC)전류에 의해 자기장을 발생시킬 수 있다.

자기장 센서(400)는 검체수용부(100) 위를 구동모듈을 통해 수평, 수직이동하면서 검체수용부(100)의 검출영역(130)에 축적된 자성 입자에 의한 자기장 값 Vt를 측정한다. 그리고 레퍼런스부(200)의 레퍼런스영역(210)에 의한 자기장 값 Vr을 측정한다. 만약 자기장 센서(400)의 위치가 의도하지 않은 이유로 인해 (a)위치에서 (b)위치로 이동하였다면 이로 인한 Vt와 Vr의 증가하는 정도는 서로 동일하게 된다. 그러므로 Vt와 Vr간의 비율(Vt/Vr)은 센서의 위치가 (a)이건 (b)이건 동일한 값을 갖게 된다. 따라서 최종적으로 이 비율(Vt/Vr)을 통해 진단기기의 자기장 센서(400)와 진단키트간의 거리변화에 따른 측정치의 변동을 자체적으로 보정할 수 있게 되어 진단기기의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 거둘 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진단방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 자성체가 포함된 레퍼런스영역이 구비되는 레퍼런스부를 제조한다(S100). 여기서 S100단계는 필름에 자성체를 증착하는 단계 및 증착한 자성체를 에칭 공정을 이용하여 에칭 및 패턴형성을 함으로써 레퍼런스영역을 생성하는 단계를 포함하여 수행될 수 있으며, 또는 필름에 자성체를 직접 인쇄하여 레퍼런스영역을 생성하는 단계를 포함하여 수행될 수도 있다.

여기서 자성체는 Fe, Ni, Mn, Co 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, Fe, ε-Co, Co, Ni, FePt, CoPt, γ-Fe2O3, Fe3O4, CoO, CoFe2O4 등으로 구성될 수 있다. 또한 Fe를 다른 입자 중 하나와 합금을 형성하여 사용할 수도 있다. 예컨대 산화제1철(FeCl3,6H2O), 산화제2철(FeCl2,4H2O)과 같은 산화철을 이용할 수도 있다. 더욱 바람직하게는 Ni를 포함하여 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않고 외부자기장에 대하여 자기장을 형성시키는 모든 물질을 포함하는 개념으로 해석되어야 한다.

하나의 예시로서, 자성체가 Ni인 경우, PET(poly ethylene terephthalate)로 형성된 필름에 Ni를 증착하고, 실크스크린 인쇄기를 사용하여 필름에 패턴을 인쇄한 후, 에칭로에서 에칭과정을 거치게 되면 인쇄한 부분의 Ni만 남게 되고 나머지 부분은 제거된다. 이러한 방법으로 레퍼런스영역을 형성할 수 있다. 필름상에 자성체를 직접 인쇄하여 레퍼런스영역을 생성하는 단계도 상술한 방법과 유사한 공정을 통해 구현 가능하다. 다만 이는 하나의 예시일 뿐이며, 레퍼런스영역을 생성하는 방법은 이에 한정되지는 않고, 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 기술을 통해 레퍼런스영역이 구비된 레퍼런스부를 제조할 수 있다고 할 것이다.

이후 검출영역을 구비하여 자성 입자와 결합한 검체를 수용하는 검체수용부 및 S100단계에서 제조한 레퍼런스부를 서로 결합하여(S200) 최종적으로 진단키트를 제조한다(S300). 이때 레퍼런스부는 레퍼런스영역이 검체수용부의 검출영역과 이격된 곳에 위치하도록 배치됨이 바람직하다. 예컨대 도 2에서 상술한 바와 같이 레퍼런스부는 검출영역과 대응되는 수직하부면을 제외한 곳에 레퍼런스영역이 위치하도록 부착됨이 바람직하다. 또한 레퍼런스부는 검체수용부의 하면 또는 지지체의 내측 하면 중, 검출영역과 대응되는 수직하부면을 제외한 곳에 레퍼런스영역이 위치하도록 부착됨이 바람직하다.

이후 S300단계에서 제조한 진단키트가 작용되면, 자기장 센서가 구비된 진단기기를 통해 진단을 수행한다(S400). 이때 자기장 센서는 검체수용부 위를 이동하면서 검체수용부의 검출영역을 스캔하여 검출영역에 축적된 자성 입자에 의한 제1출력신호값 Vt, 레퍼런스부의 레퍼런스영역을 스캔하여 레퍼런스영역의 자성체에 의한 제2출력신호값 Vr을 측정한다. 그리고 제1출력신호(Vt)와 제2출력신호(Vr)를 비율계산하여 거리에 따른 신호편차를 보상한 결과값을 산출하게 된다. 여기서 Vt와 Vr의 값은 자기장 센서와 진단키트간의 거리변화에 따라 다른 값을 갖게 되지만 Vt와 Vr간의 비율(Vt/Vr)은 동일한 값을 갖게 된다. 예를 들어 자기장 센서와 진단키트간의 거리가 보통의 경우보다 감소하면 검출영역의 제1출력신호값 Vt가 증가하게 되지만 레퍼런스영역의 제2출력신호값 Vr역시 같은 비율로 증가하게 되므로 자기장 센서와 진단키트간의 거리가 감소하는 경우의 Vt/Vr은 거리가 보통인 경우의 Vt/Vr 값과 같거나 또는 유사하게 된다. 자기장 센서와 진단키트간의 거리가 보통의 경우보다 증가해도 출력 신호값 Vt가 감소하고 Vr 또한 같은 비율로 감소하므로 앞의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서 최종적으로 이 비율(Vt/Vr)을 통해 진단기기의 자기장 센서와 진단키트간의 거리변화에 따른 측정치의 변동을 자체적으로 보정할 수 있게 되어 진단기기의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 거둘 수 있게 된다. 또한 측정, 계산된 Vt/Vr의 비율은 보정곡선을 통해 측정하고자 하는 검체의 농도로 치환가능하며, 자세한 내용은 도 7의 설명에서 후술한다.

한편 자기장 센서는 바람직하게는 GMR(Giant Magneto Resistance)소자, TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction)소자 및 SDT(Spin Dependant Tunneling)소자 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 자세한 설명은 도 4의 설명에서 상술한 바 생략한다.

또한 외부자기장 인가장치는 바람직하게는 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 자세한 설명은 도 4의 설명에서 상술한 바 생략한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 레퍼런스부의 유무에 따른 출력신호 측정치의 변화를 나타낸 그래프로서, 외부자기장 인가장치를 통해 약 32 가우스의 수평자기장과 약 1200 가우스의 수직자기장을 인가한 상태에서 자기장 센서의 수평, 수직이동 시 Vt 단독 혹은 Vt, Vr을 측정하여 그 결과값을 도시한 그래프이다.

도 6은 레퍼런스부가 구비되지 않은 기존 경우의 출력신호 측정치를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, X축은 전개된 검체의 농도, Y축은 자기장 센서로 측정한 출력신호 측정치이고, 각 응답곡선들은 자기장 센서와 진단키트간 거리가 0에서부터 750㎛까지 150㎛ 간격으로 변할 때를 보여주고 있다. 전개된 검체의 농도가 0.10이고, 센서와 검체간의 거리가 0㎛ 일 때 출력값이 0.84V인 반면, 검체의 농도는 0.10으로 동일하고 센서와 검체간의 거리가 750㎛일 때 출력값이 0.36V임을 감안하면, 상술한 검체의 농도일 때 750㎛의 거리변화에 따라 출력신호 측정치가 절반 이하로 떨어짐을 알 수 있다.

도 7은 레퍼런스부를 구비함으로써 거리에 따른 출력신호 측정치의 변화를 보상한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 X축은 전개된 검체의 농도, Y축은 자기장 센서로 측정한 비율출력(Vt/Vr)이다. 응답곡선은 자기장 센서와 진단키트간 거리가 750㎛인 경우의 응답곡선이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 자기장 센서와 진단키트간의 거리변화가 750㎛있는 경우, 도 6의 보상 전 결과는 출력신호 측정치의 변화가 50%가량 있었지만, 도 7에서 보는 바와 같이 보상 후에는 무시할 만한 수준으로 감소하였음을 알 수 있다. 본 실험에서는 도 6과 7의 x축의 자성체 농도를 갖는 샘플을 사용하여 측정하였으나 이는 면역 크로마토그래피 분석에 있어 항원-항체로 결합된 측정하고자 하는 검체의 농도로 변환될 수 있으므로 실제적인 적용에 있어 측정, 계산된 Vt/Vr의 비율은 도 7과 같은 보정곡선을 통해 측정하고자 하는 검체의 농도로 치환된다. 특정 농도에서의 Vt/Vr 값은 진단키트의 검출영역에 사용된 자성 입자의 종류, 레퍼런스영역 형성에 사용된 자성체의 종류, 외부자기장 인가장치를 통해 인가한 자기장의 세기 등에 따라 변화할 수 있으나, 이는 진단키트 제작과정과 진단기기 제작과정에서 통제될 수 있는 인자들이며 본 발명을 통해서 자기장 센서와 검체 간의 거리변화에 따른 센서의 출력변화를 보상할 수 있어 진단기기의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 거둘 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 변형 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100: 검체수용부 110: 샘플패드
120: 컨쥬게이션패드 130: 검출영역
140: 대조영역 150: 멤브레인
160: 흡수패드
200: 레퍼런스부 210: 레퍼런스영역
220: 필름 230: 자성체삽입부
250: 자성체 고형물
300: 지지체 301: 검출홀
302: 샘플홀 400: 자기장 센서

Claims

검출영역이 구비되어 자성 입자와 결합한 검체를 수용하는 검체수용부;
자성체가 포함된 레퍼런스영역을 구비하며 상기 검체수용부에 인접하게 배치되는 레퍼런스부;
상기 검체수용부와 상기 레퍼런스부를 지지하는 지지체;
를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 자성체는 Fe, Mn, Ni, Co 중 하나 이상을 포함하는 자성 입자를 이용한 진단키트.
청구항 2에 있어서,
상기 레퍼런스영역은,
필름상에 상기 자성체를 일정두께로 증착시킨 후 에칭을 통해 형성되는 자성 입자를 이용한 진단키트.
청구항 2에 있어서,
상기 레퍼런스영역은,
필름상에 상기 자성체를 직접 인쇄하여 형성되는 자성 입자를 이용한 진단키트.
청구항 2에 있어서,
상기 레퍼런스부는,
상기 지지체의 내측에 상기 자성체를 삽입할 공간이 구비된 자성체삽입부; 를 포함하고,
상기 레퍼런스영역은, 상기 자성체삽입부에 상기 자성체의 고형분을 삽입하여 형성되는 자성 입자를 이용한 진단키트.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레퍼런스부는, 상기 검체수용부의 하면 또는 상기 지지체의 내측 하면에 부착되는 자성 입자를 이용한 진단키트.
청구항 6에 있어서,
상기 레퍼런스부는, 상기 검출영역에서 이격된 곳에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 배치되는 자성 입자를 이용한 진단키트.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검체수용부는 대조영역을 더 구비하고,
상기 레퍼런스부는, 상기 검출영역과 상기 대조영역 사이에 존재하는 면과 대응하는 영역에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 배치되는 자성 입자를 이용한 진단키트.
자성체가 포함된 레퍼런스영역이 구비되는 레퍼런스부를 제조하는 제조단계;
검출영역을 구비하여 자성 입자와 결합한 검체를 수용하는 검체수용부 및 상기 제조한 레퍼런스부가 구비된 진단키트를 제조하는 진단키트제조단계;
상기 제조한 진단키트가 작용되면 상기 진단키트에 적어도 하나의 방향으로 외부자기장을 인가하는 외부자기장 인가장치 및 자기장 센서가 구비된 진단장치를 통해 진단을 수행하는 진단단계;
를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제조단계는,
필름에 상기 자성체를 증착하는 단계;
상기 자성체를 증착한 상기 필름에 에칭 공정을 이용하여 상기 레퍼런스영역을 생성하는 단계; 를 포함하고,
상기 진단키트제조단계는,
상기 검출영역과 소정거리 이격된 곳에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 상기 제조한 레퍼런스부를 배치하는 단계;
를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제조단계는,
필름에 상기 자성체를 직접 인쇄하여 상기 레퍼런스영역을 생성하는 단계; 를 포함하고,
상기 진단키트제조단계는,
상기 검출영역과 소정거리 이격된 곳에 상기 레퍼런스영역이 위치하도록 상기 제조한 레퍼런스부를 배치하는 단계;
를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.
청구항 9 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진단단계는,
상기 검출영역을 상기 자기장 센서로 스캔하여 제1검출신호(Vt)를 측정하는 단계;
상기 레퍼런스영역을 상기 자기장 센서로 스캔하여 제2검출신호(Vr)를 측정하는 단계;
상기 제1검출신호(Vt)와 상기 제2검출신호(Vr)를 비율계산하여 거리에 따른 신호편차를 보상한 결과값을 산출하는 산출단계;
를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.
청구항 12에 있어서,
상기 산출단계는,
상기 제1검출신호(Vt)와 상기 제2검출신호(Vr)의 비율값(Vt/Vr)을 계산하는 단계;
상기 계산한 비율값을 측정하고자 하는 상기 검체의 농도값으로 치환하는 단계; 를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.
청구항 12에 있어서,
상기 자성체는 Fe, Mn, Ni, Co 중 적어도 어느 하나를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.
청구항 12에 있어서,
상기 자기장 센서는 GMR(Giant Magneto Resistance)소자, TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction)소자, SDT(Spin Dependant Tunneling)소자 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.
청구항 12에 있어서,
상기 외부자기장 인가장치는, 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 자성 입자를 이용한 진단방법.