KR20120120023A - 생체분자 상호작용 검출 시스템 및 이를 이용한 검출 방법 - Google Patents

생체분자 상호작용 검출 시스템 및 이를 이용한 검출 방법 Download PDF

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Abstract

액적기반 미세유체시스템 및 그 형광 편광 측정방법이 개시된다. 본 발명에 따른 액적기반 미세유체시스템은, 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 흘려 주입하는 시료 주입구, 상기 시료와 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 흘려 주입하는 오일 주입구, 및 상기 시료 및 오일에 기초하여 액적을 형성하는 액적 형성부를 포함하는 액적기반 미세유체시스템; 및 상기 액적기반 미세유체시스템에 의해 형성된 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 형광 편광 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

생체분자 상호작용 검출 시스템 및 이를 이용한 검출 방법{System and method for detecting interaction between biomolecules}
본 발명은 액적기반 미세유체시스템을 바탕으로 형광 편광 측정법을 이용한 생체분자 상호작용 검출 시스템 및 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단백질-단백질, 핵산-단백질, 펩타이드-단백질, 수용체-리간드, 효소-기질, 핵산-핵산 등의 생체 분자간의 상호작용의 결과로 나타나는 형광 편광도의 변화를 액적기반 미세유체 상에서 초고속으로 분석할 수 있는 생체분자 상호작용 검출 시스템 및 검출 방법에 관한 것이다.
유전체학(genomics), 단백질체학(proteomics) 등의 학문을 연구하는 목표 중의 하나는 세포의 생리학적 메커니즘(mechanism)을 이해하는 것이며, 이러한 유전체학, 단백질체학 관련 연구를 통해 질병과 관련된 핵산이나 단백질을 동정하여 질병 치료에 핵심이 되는 물질을 찾아내는 것이 목적이라 할 수 있다.
특히 단백질-단백질, 핵산-단백질 등의 생체 분자간의 상호작용이 다양한 생물학적 작용에 매우 중요하다. 예를 들면 세포의 외부에서 내부로 혹은 내부에서 외부로 신호를 전달할 때 단백질간의 상호작용이 필수적이며, 세포 내에서의 신호전이에도 단백질 간의 상호작용이 필수적이기 때문이다. 그리고 이러한 단백질이 존재하기 위해서는 핵산이 필수적이다. 이러한 신호전이는 정상적인 생물학적 메커니즘 및 질병관련 메커니즘에서도 중요한 역할을 수행하고 있다. 따라서 초고속으로 생체 분자간의 상호작용을 분석하는 것은 효과적인 질병 진단 기술의 발전과 새로운 신약 후보 물질의 스크리닝(screening) 방법에 획기적인 발전을 가져다줄 것으로 기대된다.
지금까지 단백질체학 연구를 위해 주로 사용되어왔던 기술은 2차원 전기영동과 질량분석 기술이다. 하지만 단백질의 양이 적거나, 분자량이 크거나, 단백질이 소수성의 성질을 갖는 시료의 경우 2차원 전기영동과 질량분석기술을 이용하여 초고속으로 분석 및 정량을 하기는 어렵다.
단백질 마이크로어레이(microarray) 기술은 지난 십여년간의 연구를 통해 이러한 단점을 극복하였다. 단백질 마이크로어레이는 핵산-단백질, 펩타이드-단백질, 단백질-단백질, 수용체-리간드, 효소-기질 등의 상호작용과 같은 다양한 상호작용을 한 번의 실험을 통해 다량 분석해낼 수 있는 이점 및 분석에 사용되는 시료의 사용량을 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있다.
그러나 마이크로어레이 기반의 기술은 단백질 및 핵산을 잡아주는 물질을 지지체 표면에 고정해야 하는데, 이러한 고정 과정이 단백질 및 핵산의 활성에 영향을 줄 수 있다. 더 나아가 단백질 및 핵산의 고정은 지지체 표면과의 결합에 의해 단백질 결합 부위가 가려지거나 변형되어 특이적인 생체 분자간의 상호작용을 방해함으로써 생물학적인 상태에서의 생체 분자간의 상호작용과 일치하지 않는 경우가 존재한다. 게다가 마이크로어레이 기반의 기술은 장시간의 시료 처리 시간, 세정 과정의 반복 등으로 인해 생체 분자간의 상호작용의 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 액적 기반의 미세유체시스템을 이용하면서도, 형광 편광법을 통해 단백질-단백질, 핵산-단백질, 펩타이드-단백질, 수용체-리간드, 효소-기질, 핵산-핵산 등의 생체 분자간의 상호작용의 결과를 신속 정확하게 측정해 낼 수 있는 새로운 시스템을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 형광물질이 표지된 생체분자와 표지되지 않은 생체분자간의 상호작용으로 인한 액적에서 방사되는 형광 편광도의 변화를 통해 액적기반 미세유체 상에서 정확하면서도 초고속으로 분석할 수 있는 생체분자 상호작용 검출 시스템 및 이를 포함한 검출 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 흘려 주입하는 시료 주입구, 상기 시료와 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 흘려 주입하는 오일 주입구, 및 상기 시료 및 오일에 기초하여 액적을 형성하는 액적 형성부를 포함하는 액적기반 미세유체시스템; 및 상기 액적기반 미세유체시스템에 의해 형성된 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 형광 편광 측정부를 포함하는 생체분자 상호작용 검출 시스템을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 펩타이드, 항체, 항원, 수용체, 리간드, 효소 또는 기질일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 생체분자는 단일 종류의 생체분자이고, 상기 제2 생체분자는 상기 제1 생체분자와의 상호작용에 대한 후보 물질로서 단일 또는 복수 종류의 생체분자일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 생체분자의 분자량은 상기 제2 생체분자의 분자량 보다 작을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 형광 편광 측정부는 상기 액적으로부터 방사되는 상기 형광의 수평면 세기와 수직면 세기를 동시에 측정하여 형광 편광도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 형광 편광 측정부는, 레이저에서 방사되는 빛을 상기 액적에 조사하고, 상기 액적으로부터 방사되는 빛에 대하여 형광 필터링하는 형광 필터; 상기 형광 필터에 의해 필터링된 빛에 대하여 편광을 선별하는 편광 분할기; 및 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 기초하여 형광 편광도를 측정하는 검출기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 형광 편광 측정부는, 상기 레이저에서 방사되는 빛을 편광 필터링하는 편광 필터; 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수직 방향의 편광을 필터링하는 수직 편광 필터; 및 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수평 방향의 편광을 필터링하는 수평 편광 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 액적 형성부는, 상기 시료 주입구 및 상기 오일 주입구를 통해 주입되는 유체의 흐름을 조절하여 형성되는 상기 액적의 크기를 조절 및 유지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 액적 형성부는, 상기 시료 주입구 및 상기 오일 주입구를 통해 주입되는 유체의 주입 속도를 조절하여 상기 액적의 크기를 조절 및 유지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 시료 주입구, 상기 오일 주입구, 상기 액적 형성부 및 상기 형광 편광 측정부를 포함하는 마이크로 채널은 음광식각 기술(Negative photolithography) 방식을 이용하여 제작될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 마이크로 채널은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)에 스핀 코터(spin coater)를 이용하여 진공상태에서 포토레지스트를 고르게 발라준 후, 포토마스크를 이용하여 빛을 주사하여 활성화하고, 상기 마이크로 채널 이외의 부분은 디벨로퍼(developer)를 이용하여 제거하여 마스터를 제작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 마스터 위에 Trichloro(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctryl) silane을 소정시간 진공상태에서 증착하여 상기 실리콘 웨이퍼 표면과 PDMS(polydimethylsiloxane)의 흡착을 방지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 마스터 위에 상기 PDMS를 가교제와 10:1로 혼합하여 부은 후, 데시케이터를 이용하여 기포를 제거하며, 설정된 온도의 열판에서 경화시킨 다음 상기 마이크로 채널이 있는 부분을 떼어내어 시료를 주입하기 위한 연결 구멍을 제작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 형광물질을 표지하는 특정 단백질로 안지오제닌(ANG)을, 상기 안지오제닌과 상호작용하는 단백질로 안지오제닌 항체(anti-ANG Ab)를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계; 상기 생체분자들과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계; 및 상기 생체분자들 및 오일에 기초하여 형성되는 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 단계를 포함하는 생체분자 상호작용 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 생체분자는 단일 종류의 생체분자이고, 상기 제2 생체분자는 상기 제1 생체분자와의 상호작용에 대한 후보 물질로서 단일 또는 복수 종류의 생체분자일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 형광 편광도 측정단계는 상기 액적으로부터 방사되는 상기 형광의 수평면 세기와 수직면 세기를 동시에 측정하여 형광 편광도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 형광 편광 측정 단계는, 형광 필터를 통해 레이저에서 방사되는 빛을 상기 액적에 조사하고, 상기 액적으로부터 방사되는 빛에 대하여 형광 필터링하는 단계; 편광 분할기를 통해 상기 형광 필터에 의해 필터링된 빛에 대하여 편광을 선별하는 단계; 및 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 기초하여 형광 편광도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 형광 편광 측정 단계는, 편광 필터를 통해 상기 레이저에서 방사되는 빛을 편광 필터링하는 단계; 수직 편광 필터를 통해 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수직 방향의 편광을 필터링하는 단계; 및 수평 편광 필터를 통해 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수평 방향의 편광을 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기의 검출 방법은 주입되는 각각의 유체의 흐름을 조절하여 형성되는 상기 액적의 크기를 조절 및 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 주입 단계를 통해 주입하기 위한 생체분자 중 분자량이 작은 생체분자에 형광물질을 표지할 수 있다.
또한, 본 발명은 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계; 상기 생체분자들과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계; 상기 생체분자들 및 오일에 기초하여 형성되는 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 편광도를 기초로 특정 질병에 해당하는 바이오마커의 존재를 검출하는 단계를 포함하는 질병 진단 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계; 상기 생체분자들과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계; 상기 생체분자들 및 오일에 기초하여 형성되는 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 편광도를 기초로 특정 질병에 관련된 신약 후보 물질을 선별하는 단계를 포함하는 신약후보물질 스크리닝 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템 및 그를 이용한 검출 방법은, 액적 기반의 미세유체시스템을 이용하는 바, 세포와 유사한 환경을 만들어주어 세포 내에서 실제로 일어나는 생체 분자간의 상호작용을 분석할 수 있는 기술을 제공하며, 특정 생체 분자에 결합할 수 있는 다양한 생체 분자를 빠른 시간 안에 분석함으로써 연구 시간을 단축할 수 있다. 또한, 빠른 시간 안에 여러 개의 독립된 액적을 만들고, 각각의 액적에 소량의 다른 생체 분자들을 넣어 반응시킴으로서, 한 번의 실험을 통해 생체 분자의 상호작용에 영향을 끼치는 후보물질을 탐색할 수 있는 데다, 형광 편광 측정법을 이용하므로 기존 시스템에서 요구되었던 세척단계를 필요로 하지 않기 때문에 분석 시간 및 비용을 절약할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 스크리닝 방법은 오직 목표로 하는 1가지의 생체 분자에만 형광을 표지하여도 스크리닝이 가능하기 때문에, 기존의 형광공명 에너지전이 방법(FRET)과 비교하였을 때 값비싼 형광 물질을 타겟 물질 모두에게 표지할 필요가 전혀 없다는 탁월한 경제적 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 생체분자 상호작용 검출 시스템에서 형광세기를 측정하기 위한 장치를 예시한 도면이다.
도 3은 도 1의 생체분자 상호작용 검출 시스템상에서 형광 편광을 측정하기 위한 장치를 예시한 도면이다.
도 4는 도 1의 생체분자 상호작용 검출 시스템상에 의한 액적 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 생체분자 상호작용 검출 시스템상에서 시료의 농도를 주입속도로 조절한 경우의 결과를 예시한 도면이다.
도 6은 도 1의 생체분자 상호작용 검출 시스템상에서 형광으로 표지된 항원만을 흘려준 경우의 결과를 예시한 도면이다.
도 7은 도 1의 생체분자 상호작용 검출 시스템상에서 형광으로 표지된 항원의 농도를 일정하게 흘려주고, 항원과 결합하는 항체를 농도별로 주입한 경우의 결과를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템을 이용한 형광 편광 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 당업자에게 주지 저명한 기술에 대해서는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
세포 내 환경에서는 유전자와 유전자가 암호화하고 있는 분자들이 세포막에 의해 구획화 되어 같은 공간에 동시에 존재하고 있다. 그러므로 유전자 또는 단백질을 세포 내 환경처럼 유지해주는 것이 중요하다. 1998년 Andrew D. Griffiths와 Dan S. Tawfik에 의해 세포 내부가 아닌 오일 속에 분산되어 있는 수용액 에멀전으로 유전자를 구획화하는 연구가 최초로 발표되었다(Nat . Biotechnol ., 1998, 16:652-6.). 이 기술은 IVC(In Vitro Compartmentalization)라고 명명되었다. 이 미세 액적의 크기는 박테리아만큼 작게 만들 수 있기 때문에, 피코리터(pL)보다 작은 부피를 가질 수 있다. 즉, 1 밀리리터(mL)의 부피 안에 109개 이상의 액적을 만들 수 있고, 이러한 액적은 다양한 외부환경(온도, pH, 염의 농도)에 안정하고 독립적인 미세반응기(microreactor)의 역할을 하기 때문에, 생화학 및 분자생물학 분야에 이상적인 실험 도구로 활용될 수 있을 것이다.
미세유체시스템(Microfluidics)을 이용해 이러한 액적을 만드는 기술인 액적 기반의 미세유체시스템에 대한 연구가 최근 활발하게 이루어지고 있다. 단일 유체에 의한 연속적 흐름 시스템(continous flow system)과는 달리, 액적 기반의 미세유체시스템은 혼합되지 않는 두 유체(immiscible two phase)를 이용하여, 크기가 조절 가능한 단분산(monodiversity)의 균일한 모양의 액적을 생성할 수 있다. 또한 액적 기반의 미세유체시스템은 단일 유체시스템에서 지적되었던 긴 혼합시간과 긴 체류시간 분포에 의해 생기는 Talyer dispersion 현상을 해결할 수 있다. 그렇기 때문에 각각의 액적을 독립적인 미세반응기로 간주하여 신속한 시료의 혼합을 통해 분석할 수 있다는 장점을 지니고 있다.
액적 기반 미세유체시스템에서는 액적의 크기, 형태 등을 정밀하게 제어할 수 있기 때문에 최근 큰 관심을 받고 있다. 액적 기반 미세유체시스템의 가장 기본이라 할 수 있는 액적의 형성은 T-자형 교차법과 유체 집중법이 있다. 액적의 형성을 기본으로 융합, 분류, 분할, 희석 등의 다양한 응용 기술이 존재한다. 이 시스템에서 특히 액적의 융합은 다양한 반응을 수행하기 위한 매우 중요한 수단이다. 액적의 융합은 전기장, 광학적인 힘 또는 열에너지 등의 외부적인 힘을 이용하는 능동 융합과 미세 채널 표면의 특성 및 구조 변화를 통한 수동 융합으로 크게 나눌 수 있다.
하나의 액적은 둘 이상의 액적으로 분리 가능하고, 이 각각의 액적은 또 다른 미세 반응기로 활용될 수 있다. 수동적 분리는 외부적인 힘이 필요하지 않지만 정확한 위치에서 제어된 체적으로 나누기 위해서는 최적화된 채널 설계가 중요하다. 액적을 절단하는 기술은 T자 교차형(T-junction) 구조, 분기 채널을 포함하는 다양한 채널 설계와 미세 구조물에 의해 수행되고 있다. 능동적 분리는 전기장과 같은 외부의 힘을 이용하여 수행된다. 액적 기반 미세유체시스템의 장점은 생물학적으로 의미있는 액적만을 선별하여 이동시켜 분석할 수 있다는 점이다. 능동적 분리는 시스템이 복잡해지는 단점은 있으나, 온라인 분석 시스템과 분류 시스템을 결합시킬 수 있어 선별과정에서 수동적 선별에 비해 높은 정확도를 지닐 수 있다.
액적 기반 미세유체시스템에서의 생물학적인 연구를 위해서는 살아있는 세포 혹은 인공 세포를 구성하는 액적을 만들고, 원하는 시간만큼 액적내의 세포를 배양할 수 있는 기술이 필요하다. 외부적인 힘을 이용하거나 정교하게 설계된 액적 기반의 미세유체시스템을 이용하면 단일 세포를 하나의 액적에 가둘 수 있어, 단일 세포 수준에서의 생화학 및 분자생물학적인 실험과 신약 후보물질의 효과를 시험할 수 있게 된다. 액적 기반 미세유체시스템의 선도 연구 그룹들은 액적을 원하는 시간만큼 배양할 수 있도록 액적을 안정화하기 위한 연구를 수행하고 있다.
또한 사용하는 시료의 환경 조건에 맞도록 특수하게 설계된 계면활성제를 개발하고 시험하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구들을 바탕으로 최근에 단백질의 세포 외 발현과 DNA 증폭 기술인 중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction, PCR) 등이 액적 기반의 미세유체시스템상에서 이루어지고 있다.
생물학적 연구에서 액적 기반 미세유체시스템이 많이 이용되고는 있지만, 보다 광범위한 연구를 위해서는 높은 민감도와 초고속 스크리닝 방법의 개발이 필요한 실정이다. 현재까지 액적 기반 미세유체시스템 상에서 생체 분자간의 상호작용을 분석하는 방법은 형광 공명 에너지 전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET)를 이용한 스크리닝 방법이다. 이러한 형광 공명 에너지 전이를 이용한 생체 분자간의 상호작용 분석 방법은 공여자(donor)와 수여자(acceptor) 각각을 형광 공명 에너지 전이를 유발할 수 있는 형광물질로 표지(labeling)하여야 한다. 그렇기 때문에 값 비싼 형광물질을 반드시 2 가지 이상 사용해야 한다는 단점과 형광 공명 에너지 전이의 효율을 위한 형광 염료의 선정을 구성하는데 어려움이 존재한다. 그리고 어느 1 가지 생체 분자와의 결합여부 확인을 위해 1 만여 가지의 생체 분자를 스크리닝 할 경우, 형광 에너지 전이(FRET) 방법의 경우 각각의 1만여 가지의 생체 분자에 모두 값비싼 형광물질을 표지해야 하였다.
반면에, 1926년 J. Perrin에 의해 고안된 방법인 형광 편광(fluorescence polarization) 측정법을 이용하는 경우, 1 가지의 단백질에만 형광물질을 표지하면 되어, 생체 분자간의 상호작용을 스크리닝하는데 소모되는 비용을 획기적으로 절감할 수 있음과 동시에 형광 에너지 전이(FRET) 방법의 문제점을 해결할 수 있다. 형광 편광 측정법은 편광을 이용하여 용액 내의 형광물질을 여기(excitation)시킬 때 발생하는 형광 편광을 측정하는 방법이다. 형광물질을 여기(excitation)시켰을 때, 형광물질이 표지되어있는 분자의 크기(또는 분자량)가 상대적으로 작을 경우에는 상대적으로 편광의 유지 정도가 낮아지고, 분자의 크기(또는 분자량)가 상대적으로 클 경우에는 상대적으로 편광의 유지 정도가 높아지는 원리를 이용하는 것이다.
이러한 원리에 기초하여 생체분자간의 결합에 의해 분자량이 증가하면 형광편광도가 증가하고, 해리나 분해에 의해 분자량이 감소하면 형광편광도가 감소하기 때문에, 상기에 제시하였던 단백질-단백질, 핵산-단백질, 펩타이드-단백질, 수용체-리간드, 효소-기질, 핵산-핵산 등의 상호작용 여부 해석에 강력한 기술이라 할 수 있으며, 분자량이 작은 물질에 형광을 표지하는 것이 유리하다. 그리고 형광 편광 측정법은 효소면역측정법(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)과 마이크로어레이 등의 기술에서 반드시 요구되는 세척 과정이 필요 없기 때문에 편리한 방법이라는 장점이 있다. 하지만 형광 편광을 측정하기 위해서는 최소 100 마이크로리터(㎕) 이상의 시료를 소모해야 하며, 하나의 시료의 형광 편광을 측정하는데 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.
이에 본 발명은 액적 기반 미세유체시스템을 이용하여 상기 기존의 형광 편광 측정법의 단점을 보완하면서 동시에 실제 생물학 실험실에서 사용 가능하도록 실현화된, 초고속 생체분자 상호작용 검출 시스템으로, 분석 시간과 비용이 획기적으로 절약되는 신개념 시스템을 제공한다.
액적 기반 미세유체시스템은 소량의 시료가 들어있는 액적을 초고속으로 생산할 수 있기는 하지만 그 자체로 시료를 분석할 수는 없으며, 현존하는 형광 편광 분석기는 형광 편광을 측정할 수는 있으나, 수직면의 형광 세기를 측정한 후 필터를 90ㅀ 회전하여 수평면의 형광 세기를 측정하여 1개의 시료를 분석하는데 필터의 회전시간을 포함하여 대략 10초 정도의 시간이 소요되며 사용되는 시료의 양도 400 마이크로 리터 정도의 많은 양이 요구된다는 한계가 있었다.
따라서, 당업자가 현존하는 형광 편광 분석기를 액적 기반 미세유체시스템과 조합하여 초고속으로 생산되는 소량의 액적 시료를 효과적으로 분석할 수 있는 새로운 시스템을 만들고자 하여도, 기존 형광 편광 분석기가 수평면 형광 세기와 수직면 형광 세기를 동시에 측정하는 것이 불가능 하다는 등, 기존에 존재하는 시스템 한계 및 기술적 제약 때문에 액적 기반 미세유체시스템과 형광 편광 분석 시스템의 단순한 조합만으로는 본 발명과 같은 기술의 성취가 불가능하였다.
이에 본 발명자들은 본 시스템에서 수평면 형광 세기와 수직면 형광 세기를 동시에 초고속으로 측정할 수 있는 장치를 고안하여 이를 적용하였고, 소량의 시료를 사용하여도 형광을 측정할 수 있도록 레이저를 광원으로 사용하였으며, 미세유체 채널 내에 존재하는 미세액적에 포함된 형광물질이 레이저에 의해 직접 여기될 수 있도록 현미경을 사용하였다. 또한 미세액적의 크기는 피코 리터에서 나노 리터의 수준이며, 미세액적의 생성빈도는 초 당 수 십~수 천 개에 이르는 액적 기반 미세유체시스템이다. 이를 이용해 실시간으로 생체 분자간의 상호작용을 검출할 수 있는 새로운 시스템을 개발하였다.
본 발명에 대상이 되는 생체분자(biomolecules)는 생물체를 구성하는 또는 생물의 기능을 담당하는 특수 분자를 말하여, 생물의 구조, 기능, 정보전달 등에 반드시 필요한 분자로, 단백질, 핵산(DNA, RNA 등), 펩타이드, 지질, 탄수화물 등과 같은 생물체 내의 분자들을 총칭한다.
본 발명의 시스템은 이러한 생체분자 간의 상호작용(interaction)을 검출하고자 하는 목적으로 고안되었는 바, 동일한 생체분자간은 물론이고 다른 종류의 생체분자간의 상호작용까지도, 예를 들어, 단백질-단백질, 핵산-단백질, 펩타이드-단백질, 수용체-리간드, 효소-기질, 항체-항원, 핵산-핵산 간의 결합 여부도 신속 정확하게 판별해 낼 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 대표적인 생체분자로서, 단백질-단백질간의 상호작용을 검출하였다.
도 1은 본 발명에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템은 형광물질이 표지된 생체분자, 완충용액 및 형광물질이 표지되지 않은 생체분자를 흘려 주입하는 시료 주입구, 상기 시료와 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 흘려 주입하는 오일 주입구와 더불어 상기 시료 및 오일에 기초하여 액적을 형성하는 액적 형성부를 포함하는 액적기반 미세유체시스템 및 상기 액적기반 미세유체시스템에 의해 형성된 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 형광 편광 측정부를 포함한다.
도면을 참조하면, 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템은, 시료 주입구(110, 120, 130), 오일 주입구(140), 액적 형성부(150) 및 형광 편광 측정부(160)를 포함한다.
시료 주입구(110, 120, 130)는 형광물질이 표지된 생체분자를 주입하는 제1 시료 주입구(110), 완충용액을 주입하는 제2 시료 주입구(120), 및 형광물질이 표지되지 않은 생체분자를 흘려 주입하는 제3 시료 주입구(130)로 분류될 수 있다. 이때, 제1 시료 주입구(110) 및 제3 시료 주입구(130)를 통해 주입되는 생체분자 중 분자량이 작은 생체분자에 형광물질이 표지되는 것이 바람직하다.
이에 제한되지는 않으나, 본 발명의 일실시예와 같이, 형광물질을 표지하는 특정 단백질로 안지오제닌(ANG)을 사용할 수 있으며, 안지오제닌과 상호작용하는 단백질로 안지오제닌 항체(anti-ANG Ab)를 사용할 수 있다.
위와 같은 생체분자들 및 완충용액은 미세펌프를 통해 각각의 시료 주입구에 주입될 수 있다.
오일 주입구(140)는 제1 시료 주입구(110) 및 제3 시료 주입구(130)를 통해 주입되는 각각의 생체분자, 및 제2 시료 주입구(120)를 통해 주입되는 완충용액과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 흘려 주입한다.
액적 형성부(150)는 시료 주입구(110, 120, 130) 및 오일 주입구(140)를 통해 주입되는 유체의 흐름을 조절하여 형성되는 액적의 크기를 조절 및 유지한다. 이때, 액적 형성부(150)는, 시료 주입구(110, 120, 130) 및 오일 주입구(140)를 통해 주입되는 유체의 주입 속도를 조절하여 액적의 크기를 조절 및 유지할 수 있다.
형광 편광 측정부(160)는 형성된 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정한다. 도 2에 도시한 바와 같은 액적기반 미세유체시스템상에서의 형광 세기를 측정하기 위한 장치의 경우, 레이저(210)에 의해 유입되는 빛을 액적 기반 미세유체시스템(220)에 조사하여 형광물질을 여기시키며, 검출기(260)가 대물렌즈(230), 색 선별 거울(240), 형광 필터(250)를 통해 액적기반 미세유체시스템(220)으로부터 방사되는 형광 세기를 검출한다.
본 발명의 실시예에서와 같이, 생체분자 상호작용 검출 시스템에서 형광 편광을 측정하기 위한 장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 액적 기반 미세유체시스템상에서의 형광 세기를 측정하는 장치(도 2 참조)에 편광 신호 검출을 위한 편광 필터(310), 편광을 선별하기 위한 편광 분할기(320), 편광을 조절하기 위한 조절거울(330), 수직편광 필터(340) 및 수평편광 필터(350)를 추가적으로 구비할 수 있으며, 수직편광 필터(340)와 수평편광 필터(350)는 선택사항이다.
편광 필터(310)는 레이저(210)에 의해 조사된 빛을 편광 필터링하여 액적기반 미세유체시스템(220)에 전달하며, 형광 필터(250)는 액적기반 미세유체시스템(220)로부터 방사되는 빛에 대하여 형광 필터링한다.
편광 분할기(320)는 형광 필터(250)에 의해 필터링된 형광에 대하여 편광을 선별한다. 이때, 편광 분할기(320)는 형광 필터(250)에 의해 필터링된 형광에 대하여 수직편광과 수평편광을 구분하여 빛을 나눔으로써 편광을 선별할 수 있다. 그러나, 여기에 기재된 편광 선별의 방법은 예시일 뿐이며, 본 발명의 실시예가 기재된 편광 선별방법에 한정된 것을 의미하는 것은 아니다.
수직 편광 필터(340) 및 수평 평관 필터(340)는 편광 분할기(320)에 의해 선별된 편광에 대한 필터링을 수행한다. 이때, 편광 분할기(320)에 의해 선별된 편광은 조절거울(330)을 통해 수직편광 필터(340) 및 수평편광 필터(350)에 전달될 수 있다.
수직 편광필터(340) 및 수평 편광필터(350)에 의해 각각 필터링된 편광은 검출기(260)로 전달되며, 그에 따라 검출기(260)는 액적기반 미세유체시스템(220)으로부터 방사되는 빛에 대하여 수직 편광도 및 수평 편광도를 동시에 측정하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템은, 각각의 시료 주입구(110, 120, 130), 오일 주입구(140), 액적 형성부(150) 및 형광 편광 측정부(160)를 포함하는 마이크로 채널을 음광식각 기술(Negative photolithography) 방식을 이용하여 제작할 수 있다. 이와 같은 마이크로 채널은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)에 스핀 코터(spin coater)를 이용하여 진공상태에서 SU-8 포토레지스트를 고르게 발라준 후, 포토마스크를 이용하여 빛을 주사하여 활성화하고, 마이크로 채널 이외의 부분은 디벨로퍼(developer)를 이용하여 제거하여 마스터를 제작할 수 있다.
또한, 제작된 실시콘 웨이퍼 마스터 위에 Trichloro(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctryl) silane을 30분간 진공상태에서 증착하여 상기 실리콘 웨이퍼 표면과 PDMS(polydimethylsiloxane)의 흡착을 방지할 수 있다.
또한, 마스터 위에 PDMS를 가교제(cross-linker)와 10:1로 혼합하여 부은 후, 데시케이터를 이용하여 30분간 기포를 제거하여 65℃의 열판에서 2시간 동안 경화시킨 다음 마이크로 채널이 있는 부분을 떼어내어 시료를 주입하기 위한 연결 구멍을 뚫을 수 있다. 이와 같은 방법을 통해 제조된 마이크로 채널을 포함하고 있는 PDMS와 유리기판을 직접 접합하기 위해 PDMS와 유리기판을 O2 플라즈마로 50초 동안 처리하여 결합시켜 본 발명의 실시예에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템을 제작할 수 있다.
도 4는 도 1의 생체분자 상호작용 검출 시스템에 의한 액적 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 시료 주입구(110, 120, 130)를 통해 형광으로 표지된 생체분자와 반응완충용액, 형광으로 표지하지 않은 생체분자를 각각 주입할 수 있다. 이때 미세주입펌프를 이용하여 각각 주입구의 주입 속도를 조절하게 되면 시료를 원하는 농도로 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서는 검정을 위해, 안지오제닌과 안지오제닌 항체를 사용하였다. 안지오제닌의 분자량은 약 14.6킬로달톤(kDa), 안지오제닌 항체는 150 킬로달톤(kDa)이기 때문에, 분자량이 작은 안지오제닌에 형광 물질을 표지한 후, 형광 편광(fluorescence polarization)이 일어나도록 조건을 설계하여 액적 기반 미세유체시스템 상에서 단백질-단백질 상호작용을 분석할 수 있도록 하였다. 형광 물질로는 Invitrogen사의 Alexa Flour 488(AF488) 염료를 사용하였다. 액적 기반의 미세유체시스템을 이용하여 액적 안에 형광 결합된 안지오제닌과 형광이 결합되지 않은 안지오제닌 항체를 넣고 결합이 이루어지도록 한 뒤 형광 편광의 변화가 일어나는지 확인하는 실험을 수행하였다.
도 4에 나타낸 것과 같이 3개의 주입구에는 형광으로 표지된 안지오제닌과 반응완충용액, 안지오제닌에 대한 항체를 각각 주입한다. 미세주입펌프를 이용하여 각각 주입구의 주입 속도를 조절하게 되면 시료를 원하는 농도로 조절할 수 있게 된다. 도 5는 주입 속도에 따라 안지오제닌의 농도를 원하는 대로 조절할 수 있다는 사실을 증명하기 위한 결과로, 도 4의 안지오제닌 항체의 주입구에 항체 대신 반응완충용액을 주입하였다. 형광이 표지된 안지오제닌을 6 나노몰(nM)의 농도로 주입한 후 주입 속도를 조절할 경우 표 1과 같은 농도를 예상할 수 있고, 30 나노몰(nM)의 농도로 주입하면 표 2와 같은 농도를 예상할 수 있다. 안지오제닌의 경우 형광 물질이 붙어있기 때문에, 주입 속도를 조절한 후 형광 세기를 측정하여 예상농도와 실제농도를 비교할 수 있게 된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
도 6은 항체가 결합하지 않은 안제오제닌은 회전속도가 항체에 결합했을 때에 비해 빠르기 때문에 상대적으로 낮은 편광도를 유지한다는 사실을 증명하기 위한 결과로, 도 4의 안지오제닌 항체의 주입구에 항체 대신 반응 완충용액을 주입하였다. 안지오제닌의 농도 조건은 표1, 표 2에 기술한 조건과 같다. 상기 결과를 통해 본 발명자들은 결합이 일어난 생체분자와 결합이 일어나지 않은 생체분자간의 편광도 차이를 통해, 본 발명에 따른 시스템에서 생체분자간의 상호작용을 효과적으로 판별할 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 7은 형광으로 표지된 안지오제닌과 안지오제닌에 대한 항체가 결합할 경우 포화상태가 될 때까지, 형광 편광도가 증가한다는 사실을 보여주기 위한 결과이다. 도 1에 도식화 한 것처럼 형광으로 표지된 안지오제닌과 반응 완충용액, 안지오제닌에 대한 항체를 각각 주입하였다.
도 5에서 주입 속도에 따라 시료의 농도를 원하는 대로 조절할 수 있다는 사실을 증명하였으므로, 안지오제닌은 15 나노몰(nM)을 주입하여 주입속도를 1분당 0.5마이크로리터 (0.5 ㎕/min)로 일정하게 유지하면 5 나노몰(nM)로 고정이 된다. 이후에, 반응 완충용액과 항체의 주입속도를 조절하여 아래의 표 3, 표 4 및 표 5와 같이 주입속도를 조절하여 안지오제닌 항체의 농도를 조절하였다. 안지오제닌 항체의 농도가 증가함에 따라 안지오제닌과 안지오제닌 항체간의 결합이 포화상태가 될 때까지 형광 편광도가 증가함을 관찰할 수 있었다.
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
도 8은 본 발명에 따른 생체분자 상호작용 검출 시스템을 이용한 형광 편광 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 액적기반 미세유체시스템을 이용한 형광 편광 측정방법은, 생체분자에 형광물질을 표지하는 단계(S810), 형광물질이 표지된 생체분자, 완충용액, 및 형광물질이 표지되지 않은 생체분자를 주입하는 단계(S820), 각각의 생체분자 및 완충용액과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 주입하는 단계(S830), 주입되는 각각의 유체의 흐름을 조절하여 생성되는 액적의 크기를 조절 및 유지하는 단계(S840) 및 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 단계(S850)를 포함한다.
본 발명에 따른 생체분자 상호작용 검출방법 또한, 주입하는 생체분자 중 분자량이 작은 생체분자에 형광물질을 표지하여 주입하는 것이 바람직하며, 상기 형광 편광도 측정단계는 액적으로부터 방사되는 형광의 수평면 세기와 수직면의 세기를 동시에 측정하여 형광 편광도를 측정할 수 있다.
도 5, 도 6의 결과를 얻기 위해 주입구 1에는 형광이 표지된 안지오제닌을, 주입구 2에는 phosphate buffer saline (PBS, pH 7.4), 주입구 3에도 주입구 2와 마찬가지로 phosphate buffer saline (PBS, pH 7.4)를 각각 주입하였다. 도 5의 경우 형광이 표지된 안지오제닌의 농도별 형광 세기, 도 6의 경우 안지오제닌 항체가 없을 경우 낮은 편광도를 유지한다는 사실을 보여주기 위한 결과이므로 항체의 주입구에 항체 대신 반응 완충용액 (phosphate buffer saline)을 주입하였다. 오일 주입구의 주입 속도는 1.5 ㎕/min, 주입구 1과 3의 주입 속도는 형광 농도를 조절하기 위해 표3 내지 표5에 나타낸 바와 같이 0.1 ~ 0.9 ㎕/min로 조절하였으며, 주입구 2의 주입 속도는 0.5 ㎕/min으로 고정하였다. 오일의 주입속도는 1.0 ㎕/min, 시료의 총 주입속도는 1.5 ㎕/min으로 고정되어 유지되기 때문에, 액적의 크기는 항상 균일하며 액적 내의 형광 농도만 변화된다.
도 7의 결과를 얻기 위해 주입구 1에는 형광이 표지된 안지오제닌을, 주입구 2에는 phosphate buffer saline (PBS, pH 7.4), 주입구 3에는 안지오제닌 항체를 각각 주입하였다. 도 7의 경우 형광이 표지된 안지오제닌의 농도를 고정하고 항체 농도를 변화하여 항원-항체 결합이 포화상태가 될 때까지 형광 편광도가 증가됨을 보여주기 위함으로 안지오제닌을 주입한 주입구 1의 주입속도는 0.5 ㎕/min으로 유지하고, 반응 완충용액이 들어간 주입구 2와 안지오제닌 항체가 들어간 주입구 3을 0.1 ~ 0.9 ㎕/min으로 조절하였다. 이 역시 오일의 주입속도는 1.0 ㎕/min, 시료의 총 주입속도는 1.5 ㎕/min 으로 고정되어 유지되기 때문에, 액적의 크기는 항상 균일하며 액적 내의 형광 농도만 변화된다.
표 1, 표 2에 나타낸 바와 같이 주입 속도를 조절하여 각각의 주입 속도에 대한 형광 세기를 측정하여 도 5에 결과를 나타내었다.
형광 편광도는 크게 대조군과 실험군 항목을 두고 측정하게 된다. 본 발명의 일실시예에서 대조군의 경우 안지오제닌이 항체와 결합하지 않았을 때, 어느 안지오제닌의 농도에서나 낮은 편광도가 유지된다는 사실을 보여주기 위함으로, 표 1, 표 2에 나타낸 바와 같이 주입 속도를 조절하여 안지오제닌 항체가 없을 때의 안지오제닌의 농도 변화에 따른 형광 편광도를 측정하여 도 6에 결과를 나타내었다.
실험군의 경우 고정된 농도의 안지오제닌이 항체와 결합할 경우, 항원-항체의 결합이 포화상태에 이를 때까지, 형광 편광도가 점점 증가한다는 사실을 보여주기 위해, 표 3 내지 표 5에 나타낸 바와 같이 주입 속도를 조절하여 항체 농도의 변화에 따른 형광 편광도를 측정하여 도 7에 결과를 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 형광 편광 측정법은 레이저가 단파장의 빛을 쏘아주고, 이 빛이 편광 필터를 투과하여 색 선별 거울을 통해 미세유체시스템으로 도달하여 액적의 형광을 여기시키게 된다. 여기된 형광의 방출 파장이 색 선별 거울과 형광 필터를 통해 내려오게 되고, 내려온 빛이 편광 분할기 및 조절 거울을 통해 수평 편광 필터와 수직 편광 필터로 각각 수평면 형광 세기와 수직면 편광 세기를 보내 검출기에서 이를 최종 수신하게 된다. 최종 수신된 수평면 편광 세기, 수직면 편광 세기를 토대로 다음과 같은 공식으로 형광 편광도를 분석하게 된다.
[수학식 1]
형광 편광도 = (수직면 형광 세기 - 수평면 형광 세기) / (수직면 형광 세기 + 수평면 형광 세기)
본 발명의 일실시예에서는, 본 발명의 형광 편광 측정법을 위해 현미경은 Olympus사의 IX71을 이용하였고, 대물렌즈 역시 Olympus사의 것을 이용하였다. 레이저로는 World Star Tech.사의 488nm 단파장 레이저를 이용하였으며, 수직 편광필터, 수평 편광필터, 편광 분할기, 조절 거울은 Chroma사의 것을 사용하였다. 색 선별거울 및 형광 필터는 Semrock사의 것을 이용하였으며, 검출기로는 Princeton Instrument사의 EMCCD 카메라를 이용하였다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이며, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 흘려 주입하는 시료 주입구, 상기 시료와 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 흘려 주입하는 오일 주입구, 및 상기 시료 및 오일에 기초하여 액적을 형성하는 액적 형성부를 포함하는 액적기반 미세유체시스템; 및
    상기 액적기반 미세유체시스템에 의해 형성된 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 형광 편광 측정부를 포함하는 생체분자 상호작용 검출 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 생체분자는 핵산, 단백질, 펩타이드, 항체, 항원, 수용체, 리간드, 효소 또는 기질인 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 생체분자는 단일 종류의 생체분자이고, 상기 제2 생체분자는 상기 제1 생체분자와의 상호작용에 대한 후보 물질로서 단일 또는 복수 종류의 생체분자인 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 생체분자의 분자량은 상기 제2 생체분자의 분자량 보다 작은 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 형광 편광 측정부는 상기 액적으로부터 방사되는 상기 형광의 수평면 세기와 수직면 세기를 동시에 측정하여 형광 편광도를 측정하는 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 형광 편광 측정부는,
    레이저에서 방사되는 빛을 상기 액적에 조사하고, 상기 액적으로부터 방사되는 빛에 대하여 형광 필터링하는 형광 필터;
    상기 형광 필터에 의해 필터링된 빛에 대하여 편광을 선별하는 편광 분할기; 및
    상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 기초하여 형광 편광도를 측정하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 시스템.
  7. 제 1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 형광 편광 측정부는,
    상기 레이저에서 방사되는 빛을 편광 필터링하는 편광 필터;
    상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수직 방향의 편광을 필터링하는 수직 편광 필터; 및
    상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수평 방향의 편광을 필터링하는 수평 편광 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 시스템.
  8. 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계;
    상기 생체분자들과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계; 및
    상기 생체분자들 및 오일에 기초하여 형성되는 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 단계를 포함하는 생체분자 상호작용 검출 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 생체분자는 단일 종류의 생체분자이고, 상기 제2 생체분자는 상기 제1 생체분자와의 상호작용에 대한 후보 물질로서 단일 또는 복수 종류의 생체분자인 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 형광 편광도 측정단계는 상기 액적으로부터 방사되는 상기 형광의 수평면 세기와 수직면 세기를 동시에 측정하여 형광 편광도를 측정하는 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 형광 편광 측정 단계는,
    형광 필터를 통해 레이저에서 방사되는 빛을 상기 액적에 조사하고, 상기 액적으로부터 방사되는 빛에 대하여 형광 필터링하는 단계;
    편광 분할기를 통해 상기 형광 필터에 의해 필터링된 빛에 대하여 편광을 선별하는 단계; 및
    상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 기초하여 형광 편광도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 방법.
  12. 제 8항 또는 제11항에 있어서,
    상기 형광 편광 측정 단계는,
    편광 필터를 통해 상기 레이저에서 방사되는 빛을 편광 필터링하는 단계;
    수직 편광 필터를 통해 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수직 방향의 편광을 필터링하는 단계; 및
    수평 편광 필터를 통해 상기 편광 분할기에 의해 선별된 편광에 대하여 수평 방향의 편광을 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 상호작용 검출 방법.
  13. 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계;
    상기 생체분자들과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계;
    상기 생체분자들 및 오일에 기초하여 형성되는 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 편광도를 기초로 특정 질병에 해당하는 바이오마커의 존재를 검출하는 단계를 포함하는 질병 진단 방법.
  14. 형광물질이 표지된 제1 생체분자 및 형광물질이 표지되지 않은 제2 생체분자를 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계;
    상기 생체분자들과 섞이지 않는 다른 상 물질인 오일을 액적기반 미세유체시스템에 주입하는 단계;
    상기 생체분자들 및 오일에 기초하여 형성되는 액적으로부터 방사되는 형광 편광도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 편광도를 기초로 특정 질병에 관련된 신약 후보 물질을 선별하는 단계를 포함하는 신약후보물질 스크리닝 방법.
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