KR20150078742A - 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서 및 이를 이용한 분석 방법 - Google Patents

패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서 및 이를 이용한 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서로서, 기판과; 상기 기판 위에 형성된 멤브레인과; 상기 멤브레인 내부에 음각으로 형성된 패턴 경로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서이다. 이러한 본 발명에 의하면 상기 패턴 경로에 의해 시료를 균일하게 이송시킬 수 있고, 멤브레인 내부에 시료가 이송되는 다양한 채널 경로를 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서 및 이를 이용한 분석 방법{An immunochromatography detection sensor comprising pattern path and a detection method using the same}
본 발명은 면역 크로마토그래피 분석 센서에 대한 것으로, 특히 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서에 대한 것이며, 더욱 구체적으로는 시료를 균일하게 이송시킬 수 있고, 멤브레인 내부에 시료가 이송되는 다양한 채널 경로를 가지는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서 및 이를 이용한 분석 방법에 대한 것이다.
액체샘플, 예를 들면 요 또는 혈액시료에서 단일 또는 복수의 물질의 존재를 검사 또는 조사하는 장치를 진단 키트라 한다. 구체적으로는 현대의 진단 사업 분야는 현장검사(Point-Of-Care Testing: POCT) 하나로 통합되고 있다. 현장검사(POCT)는 중앙화된 검사실 외에서 이루어지는 검사로 전문지식이 없는 일반인도 사용 가능한 장비를 말한다. 현재에는 병원에서 현장 및 개인으로 진단 영역이 확장되고 있는 추세이다.
특히, 면역크로마토그래피 분석으로 대표되는 신속 진단 키트는 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.
도 1은 종래에 면역크로마토그래피 방식을 이용하는 LFA(lateral flow assay)형 진단 스트립(100)의 구조를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 면역크로마토그래피 분석에 사용되는 일반적인 면역크로마토그래피 진단 스트립(100)은, 접착성 플라스틱 재료로 만들어지는 길쭉한 직사각형 형태의 지지체(110)와, 이 지지체(110) 상에 일측에서 타측으로 대략 순차적으로 배치되는, 샘플패드(120), 컨쥬게이트패드(140), 신호검출패드(130) 및 흡수패드(150)를 포함하여 이루어진다.
이와 같이 전통적인 면역크로마토그래피 방식을 이용하는 LFA 진단스트립에서, 표지물질과 중합된 탐지항체는 미리 컨쥬게이션패드(140) 상에 건조 상태로 축적되어 있고, 시료가 샘플패드(120)를 지나 컨쥬게이트패드(140)로 이동하면 컨쥬게이트는 용해되어서 분석 물질과 액상에서 반응한다. 이와 같은 반응은 시료 용액이 모세관 현상에서 발생하는 유체 흐름에 따르는 이동 상태에서 일어나며 샌드위치 결합으로 컨쥬게이트와 분석물질(항원) 간에 면역 결합체가 형성된다. 이 면역 결합체는 멤브레인 상부의 신호검출패드(130)로 이동하고, 검출영역(133)에서 분석물질과 특이적으로 반응하는 고정화된 항체에 의해 포획되어 분석물질 농도에 비례하는 반응을 일으킨다. 이러한 반응의 정도에 따라 상기 신호검출패드(130)에 존재하는 반응영역(131)의 색이 변하게 되고, 사용자는 이와 같이 변화된 색의 변화를 확인함으로서 진단하는 것이다. 변화하는 색의 변화는 시각적으로 인지하거나 상기 반응의 정도에 비례하여 발생하는 형광신호의 크기를 카메라 등으로 측정할 수 있다. 반응영역(131)을 통과한 분석물질은 대조영역(132)을 거침으로서 정상적인 면역반응 크로마토그래피 전개(lateral flow assay : LFA)가 이루어졌음을 확인할 수 있게 해 주고, 상기 분석물질은 흡수패드(150)에 흡수된다.
그러나, 이러한 진단 스트립은 간단하게 검사결과를 확인할 수 있는 장점이 있지만, 도 2에 나타난 바와 같이 시료(200)가 신호검출패드 상에서 불균일하게 흐르는(시료 용액의 앞부분(front)이 서로 다르게 전개되는) 문제점이 있고, 이러한 문제점은 신호검출패드의 멤브레인 폭이 넓은 경우 더욱 크게 나타난다. 이에 따라 검출영역(133) 또는 반응영역에서 그 위치에 따라 반응 양의 차이가 발생할 뿐만 아니라, 그에 따른 신호의 크기도 다르게 나타나는 단점이 있다.
또한, 종래의 LFA형 진단 스트립에서는 cutting 크기로 정해진 일정한 폭을 갖는 일자형 멤브레인만을 사용하기 때문에, rapid kit의 성능 향상과 응용 다변화 등 다양한 시도 및 활용을 하기에는 그 구조가 극히 제한적이었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 멤브레인 상에서 시료를 균일하게 이송시키는 것이 목적이다.
또한, 본 발명은 멤브레인 내부에 시료가 이송되는 다양한 채널 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서로서, 기판과; 상기 기판 위에 형성된 멤브레인과; 상기 멤브레인 내부에 음각으로 형성된 패턴 경로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서이다.
그리고, 본 발명은 상기 멤브레인의 양측에 구비된 시료패드와 흡수패드를 더 포함하고, 상기 패턴 경로는 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 패턴 경로는 0.01mm~10.0mm 범위 내의 폭을 가지는 것이 가능하다.
또한, 상기 패턴 경로는 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 형성된 일자형 패턴이 2개 이상 나란하게 배열된 것일 수 있다.
또한, 상기 패턴 경로는 나란하게 배열된 3개 이상의 일자형 패턴을 포함하고, 가운데 일자형 패턴은 다른 일자형 패턴보다 길이가 더 긴 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 다른 실시형태는, 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인에 시료를 유입시킨 뒤 상기 패턴 경로를 따라 흐르게 하는 단계; 및 상기 패턴 경로를 따라 흐른 시료를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 방법인 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서에서, 상기 패턴 경로는 1개 이상의 패턴을 포함하고, 상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서에서, 상기 패턴 경로는 서로 떨어져서 형성된 2개 이상의 패턴을 포함하고, 상기 2개 이상의 패턴 사이의 멤브레인에 의해 형성된 멤브레인 채널을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패턴의 폭은 상기 멤브레인 채널의 폭보다 큰 것이 가능하다.
또한, 상기 2개 이상의 패턴 중 하나 이상은 멤브레인의 폭 방향 끝단으로부터 형성된 것이 가능하다.
또한, 상기 2개 이상의 패턴 중 하나 이상은 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 굴곡지게(tortuous) 형성된 것일 수 있다.
여기서, 본 발명의 다른 실시형태는, 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인에 시료를 유입시킨 뒤 상기 멤브레인 채널을 따라 흐르게 하는 단계; 및 상기 멤브레인 채널을 따라 흐른 시료를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 방법인 것도 가능하다.
이와 함께, 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서에서, 상기 패턴 경로는 나선형(helical form)으로 형성된 패턴을 포함하고, 상기 나선형 패턴 사이에 형성된 멤브레인 채널을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패턴의 폭은 상기 멤브레인 채널의 폭보다 큰 것이 가능하다.
또한, 상기 멤브레인 채널에는 타겟물질과 결합할 수 있는 리셉터가 포함되어 있는 것이 바람직하다.
도한, 본 발명은 상기 멤브레인 채널의 끝단과 연결되는 기판 상의 관통 구멍을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 관통 구멍 하단에 위치하는 흡수패드를 더 포함하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에서 상기 패턴 경로는 나선형으로 형성된 2개 이상의 패턴을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 다른 실시형태는, 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인에 시료를 유입시킨 뒤 상기 멤브레인 채널을 따라 흐르게 하는 단계; 및 상기 멤브레인 채널을 따라 흐른 시료를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 방법일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이러한 본 발명은 멤브레인 내부에 형성된 패턴 경로에 의해 시료를 균일하게 이송시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 패턴 사이의 멤브레인에 의해 형성된 멤브레인 채널을 포함하여, 멤브레인 내부에 시료가 이송되는 다양한 채널 경로를 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 LFA(lateral flow assay)형 진단스트립의 구조를 나타내는 사시도이고,
도 2는 종래의 진단스트립에서 시료가 불균일하게 이동되는 상태와 그에 따른 문제점을 설명하기 위한 모식도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 패턴 경로가 포함된 상태를 나타내는 단면도(a) 및 평면도(b)이고,
도 4는 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서에서 시료가 이송되는 상태의 일례를 나타내는 모식도이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 2개의 패턴 경로가 포함된 상태와 그에 따른 시료의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고,
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 3개의 패턴 경로가 포함된 상태와 그에 따른 시료의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고,
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 소수성막을 가지는 1개의 패턴이 형성된 상태와 그에 따른 시료의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고,
도 8은 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 패턴 경로 및 소수성막을 형성하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이고,
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 소수성막을 가지는 2개의 패턴이 형성된 상태와 그에 따른 시료의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고,
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 굴곡진(tortuous) 형상의 패턴이 형성된 상태와 그에 따른 시료의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고,
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인 내부에 나선형 형상의 패턴이 형성된 상태와 그에 따른 시료의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고,
도 12는 본 발명에 따른 나선형 형상의 패턴 아래에 관통 구멍과 흡수패드가 구비되는 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서(1)의 멤브레인(20) 내부에 패턴 경로(30)가 포함된 상태를 나타내는 단면도(a) 및 평면도(b)이고, 도 4는 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서(1)에서 시료(200)가 이송되는 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
먼저, 본 발명은 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서에 대한 것이다. 이러한 센서는 시료가 멤브레인(membrane)의 한쪽 방향에서 다른쪽 방향으로 측면(lateral)을 따라 흐르는 모든 종류의 센서를 포함하고, 예를 들어, 체외진단용으로 사용 가능한 질병 진단기기이거나, 분석물질의 검출기, 면역크로마토그래피 분석기, 면역반응 테스트기 또는 임신 진단 키트인 것도 가능하며, 바람직하게는 상기한 바와 같은 LFA(lateral flow assay)형 진단 스트립이나, 키트 또는 카트리지일 수 있다.
이러한 면역 크로마토그래피 분석 센서(1)에 있어서, 본 발명은 기판(10)과, 멤브레인(20)과 패턴 경로(30)를 포함하여 이루어진다.
상기 기판(10)은 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서(1)의 지지체로서, 그 형상이나 재질은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 기판(10)의 재질은 통상적으로 PET(polyester) 필름; 유리; 석영(quartz); 알루미나(Al2O3); PMMA(polymethylmethacrylate), PS(polystyrene), COC(cyclic olefin copolymer)와 같은 플라스틱; 및 실리콘 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 멤브레인(20)은 상기 기판(10) 위에 형성되어서 시료(200)를 흡수 및/또는 이동시키는 층(layer)이나 막일 수 있다. 상기 멤브레인(20)의 재질은 니트로셀룰로우스, 글라스파이버, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리스타일렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 멤브레인(20)은 시료가 이송되는 신호검출패드일 수 있고, 여기에는 시료 안에 포함된 타겟 물질에 따라 면역반응이 다르게 일어나는 하나 이상의 반응영역과 상기 면역반응이 일정하게 일어나는 대조영역이 포함될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서(1)는 멤브레인(20) 이외에 시료를 흡수하거 배출하는 별도의 패드를 더 포함할 수 있고, 예를 들어 종래와 같은 샘플패드(시료패드), 컨쥬게이트패드, 및 흡수패드 등을 더 포함하는 것이 가능하다.
이러한 면역 크로마토그래피 분석 센서(1)에 있어서, 본 발명은 상기 멤브레인(20) 내부에 음각으로 형성된 패턴 경로(30)를 포함하는 것이 특징이다. 상기 패턴 경로(30)는 멤브레인(20)의 내부, 또는 내부 및 표면에 형성된 빈 공간이거나, 또는 상기 멤브레인(20)보다 공극이 넓은 다공성 구조일 수 있으며, 상기 멤브레인(20) 상에서 목적하는 방향이나 형상 또는 구조를 가지는 패턴으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴 경로(30)는 멤브레인(20)의 일측에서 타측 방향으로 형성될 수 있다. 만약, 상기 멤브레인(20)의 양측에 시료패드와 흡수패드가 구비된 경우라면, 상기 패턴 경로(30)는 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 형성된 것이 시료의 이동을 위하여 더욱 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따라 멤브레인(20) 내부에 음각으로 형성된 패턴 경로(30)가 포함되어 있으면, 액체 시료(200)는 상기 멤브레인(20)을 이동하는 과정 중에 패턴 경로(30)를 만나게 되고, 상기 패턴 경로(30)를 만나게 된 시료는 모세관(capillary) 현상에 의해 더 빠르게 이동한다. 즉, 시료(200)는 상기 멤브레인(20)의 다공성 공극을 이동하는 것보다 상기 패턴 경로(30)의 빈 공간 또는 상기 다공성 공극보다 넓은 공극을 통하여 더 빠르게 이동하게 된다(도 4 참조).
그래서, 이러한 패턴 경로(30)를 멤브레인(20) 상의 원하는 위치에 형성하면, 전체적으로 시료(200)를 균일하게 이동시킬 수가 있다. 시료가 불균일하게 흐르지 않는 경우(시료 용액의 앞부분(front)이 일정하게 전개되는)에는, 상기 패턴 경로(30)를 멤브레인(20)의 가운데에 형성함으로서 시료의 이동을 더욱 빠르게 전개시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 패턴 경로(30)의 길이나 형상은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 상기 패턴 경로(30)의 폭은 멤브레인(20)의 폭보다 작은 것이 바람직하고, 상기 멤브레인(20)의 폭보다 2배 이상 작은 것이 더욱 바람직하며, 0.01mm~10.0mm 범위 내의 폭을 가지는 것이 가능하다. 만약, 패턴 경로(30)의 폭이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 모세관 현상이 약해져서 시료(200)의 이동 속도가 더 느려지는 단점이 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20) 내부에 2개의 패턴 경로(30)가 포함된 상태와 그에 따른 시료(200)의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고, 여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 경로(30)는 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 형성된 일자형 패턴(31, 32)이 2개 이상 나란하게 배열된 것일 수 있다. 이와 같이, 상기 패턴 경로(30)가 나란하게 배열된 2개 이상의 패턴(31, 32)을 포함하는 경우에는, 상기 2개 이상의 패턴(31, 32)에 의해 시료(200)를 빠르게 그리고 안정적으로 이동시킬 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20) 내부에 3개의 패턴 경로(30)가 포함된 상태와 그에 따른 시료(200)의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이다. 여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 경로(30)는 나란하게 배열된 3개 이상의 일자형 패턴을 포함하고, 가운데 일자형 패턴은 다른 일자형 패턴보다 길이가 더 긴 것이 바람직하다. 즉, 2개의 제2패턴(32) 사이에 위치하는 제1패턴(31)이 더 긴 길이를 가지는 경우에는, 시료(200)의 앞부분에 메니스커스(Meniscus) 형상을 만들어 낼 수 있고, 이에 따라 시료(200)를 더욱 빠르게 그리고 더욱 안정적으로 이동시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 가운데 제1패턴(31)은 제2패턴(32)보다 길이가 짧더라도 시료(200)와 먼저 접촉할 수 있도록 멤브레인(20)의 전단부 또는 샘플패드나 시료패드 방향쪽으로 더욱 근접하게 위치시키는 것도 가능하다.
여기서, 본 발명의 다른 실시형태는 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서를 이용하는 면역 크로마토그래피 분석 방법일 수 있다. 즉, 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서(1)의 멤브레인(20)에 시료(200)를 유입시킴으로서 상기 시료(200)가 패턴 경로(30)를 따라 흐르게 할 수 있고(S100), 이 후 상기 패턴 경로(30)를 따라 균일하게 및/또는 신속하게 흐른 시료를 분석(S110)하는 것이다. 상기 시료를 분석하는 방법이나 장치는 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 알려진 모든 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학적인 방법이나 전기화학적인 방법을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 본 발명은 시료(200)를 상기한 패턴 경로(30)를 따라 균일하게 및/또는 신속하게 이동시킬 수 있고, 이에 따라 검출영역 또는 반응영역에서 시료의 반응 양을 일정하게 할 수 있으며, 신호 크기의 오차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20) 내부에 소수성막(33)을 가지는 1개의 패턴(30)이 형성된 상태와 그에 따른 시료(200)의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이다.
여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서에서, 상기 패턴 경로(30)는 1개 이상의 패턴을 포함하고, 상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 패턴 경로(30) 및/또는 패턴은 상기한 바와 같이 멤브레인(20)의 내부, 또는 내부 및 표면에 형성된 빈 공간이거나, 또는 상기 멤브레인(20)보다 공극이 넓은 다공성 구조일 수 있으며, 상기 멤브레인(20) 상에서 목적하는 방향이나 형상 또는 구조를 가질 수 있다. 그래서, 도 7에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 패턴 경로(30) 및/또는 패턴을 멤브레인(20) 상의 특정한 위치 및/또는 모양으로 형성하면, 그에 따라 상기 멤브레인(20)의 위치 및/또는 모양도 변화시킬 수 있다. 이러한 본 발명에서 상기 패턴 경로(30) 및/또는 패턴의 측면 또는 벽은 소수성의 성질을 가지거나 소수성막(33)을 포함하고 있어서, 멤브레인(20)으로 유입된 시료는 상기 패턴 경로(30) 및/또는 패턴으로 침투할 수는 없고 상기 변화된 멤브레인(20)의 경로를 따라 이동하는바, 이에 따라 시료(200)가 이동하는 경로를 다양하게 구성할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20) 내부에 패턴 경로(30) 및 소수성막(33)을 형성하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 제작하려는 패턴 경로(30)에 대응되는 양각 마스터(master, 300)를 준비하고(도 8의 (a)), 이를 이용하여 멤브레인(20) 위에 도장을 찍듯이 압착 프린팅 하는 방법으로 상기 멤브레인(20)에 원하는 패턴 경로(30)를 형성할 수 있다(도 8의 (b)). 상기 멤브레인(20)이 다공성 물질로 이루어진 경우에는 양각 압착에 의해 압착된 부분은 제거되고 남아 있는 부분은 고유의 멤브레인(20) 구조를 그대로 유지할 수 있다. 예를 들어, 니트로셀룰로오스로 이루어진 멤브레인은 열에 의해 쉽게 변형되므로 양각 패턴을 그에 적합한 고온으로 가열한 후 압착하면, 순간적으로 압착되는 영역 부근에는 변형을 일으키면서, 멤브레인 고유 특성을 유지해야 하는 부분은 손상을 주지 않게 가공할 수 있다.
또한, 상기와 같이 형성된 패턴 경로(30)에는 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 금속(matel)을 증착(deposition)시킴으로서 소수성막(33)을 형성할 수도 있다(도 8의 (c)).
상기에서 설명한 방법은 본 발명의 하나의 일례일 뿐, 본 발명은 이러한 방법에 의해 특별히 제한되지 않는다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20) 내부에 소수성막(33)을 가지는 2개의 패턴(31, 32)이 형성된 상태와 그에 따른 시료(200)의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20) 내부에 굴곡진(tortuous) 형상의 패턴(31, 32)이 형성된 상태와 그에 따른 시료(200)의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이다.
여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서에서, 상기 패턴 경로(30)는 서로 떨어져서 형성된 2개 이상의 패턴(31, 32)을 포함하고, 상기 2개 이상의 패턴(31, 32) 사이의 멤브레인(20)에 의해 형성된 멤브레인 채널(21)을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 멤브레인 채널(21)은 멤브레인(20) 상에서 2개 이상의 패턴(31, 32)이 형성된 부분을 제외한 부분을 말하는 것으로, 본 실시예에서 액상 시료(200)는 멤브레인 채널(21)을 통해서 이동한다.
이를 위하여, 상기 패턴(31, 32)의 벽은 소수성의 성질을 가지거나 소수성막(33)을 갖는 것이 더욱 바람직하다(도 9 참조). 이에 대해서는 상기한 바와 같다.
또한, 액상 시료(200)를 멤브레인 채널(21)을 통해서 이동시키기 위하여, 상기 패턴(31, 32)의 폭(d2)은 상기 멤브레인 채널(21)의 폭(d1)보다 큰 것이 가능하다. 즉, 상기 패턴(31, 32)의 벽이 소수성막(33)을 갖지 않더라도, 멤브레인 채널(21)의 폭(d1)을 패턴(31, 32)의 폭(d2)보다 작게 함으로서, 시료(200)를 모세관 현상에 의하여 상기 멤브레인 채널(21)로 이동시킬 수 있다.
이와 함께, 상기 패턴 경로(30)를 2개 이상의 패턴(31, 32)으로 구성하는 경우에는 멤브레인(20) 상에 더욱 다양한 경로의 멤브레인 채널(21)을 형성할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 상기 2개 이상의 패턴(31, 32) 중 하나 이상은 멤브레인(20)의 폭 방향 끝단으로부터 형성된 것이 가능하다. 또한, 상기 2개 이상의 패턴(31, 32) 중 하나 이상은 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 굴곡지게(tortuous) 형성된 것일 수 있다.
여기서, 본 발명의 다른 실시형태는 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서를 이용하는 면역 크로마토그래피 분석 방법일 수 있다. 즉, 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20)에 시료(200)를 유입시킴으로서 상기 시료(200)가 멤브레인 채널(21)을 따라 흐르게 할 수 있고(S200), 이 후 상기 멤브레인 채널(21)을 따라 균일하게 및/또는 신속하게 흐른 시료를 분석(S210)하는 것이다. 상기 시료를 분석하는 방법이나 장치는 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 알려진 모든 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학적인 방법이나 전기화학적인 방법을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 본 발명은 시료(200)를 상기한 멤브레인 채널(21)을 따라 균일하게 및/또는 신속하게 이동시킬 수 있고, 이에 따라 검출영역 또는 반응영역에서 시료의 반응 양을 일정하게 할 수 있으며, 신호 크기의 오차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20) 내부에 나선형 형상의 패턴 경로(30)가 형성된 상태와 그에 따른 시료(200)의 이동 상태 일례를 나타내는 모식도이다.
여기에 나타난 바와 같은, 본 발명은 상기 패턴 경로(30)가 나선형(helical form)으로 형성된 패턴을 포함하고, 상기 나선형 패턴 사이에 형성된 멤브레인 채널(21)을 더 포함하는 것일 수 있다. 본 실시예에서 액상 시료(200)는 멤브레인 채널(21)을 통해서 이동한다. 이를 위하여, 상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지거나 소수성막을 갖는 것이 가능하고, 또는 상기 패턴의 폭(d2)이 상기 멤브레인 채널(21)의 폭(d1)보다 큰 것일 수도 있다. 이와 같이, 나선형으로 형성된 패턴은 일정한 멤브레인(20) 상에서 시료(200)가 이동하는 경로를 더욱 길게 할 수 있고, 이에 따라 반응 면적 및/또는 확률을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 멤브레인 채널(21)에는 타겟물질과 결합할 수 있는 리셉터가 포함되어 있을 수 있다. 상기 리셉터는 분석대상물질과 선택적으로 반응하는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acids) 및 압타머(aptamer)로 구성된 군에서 선택된 것이 가능하다. 그래서, 항원과 결합된 라벨화된 2차 항체는 멤브레인 채널(21)에 포함된 리셉터에 의해 포획될 수 있고, 이에 따라 상기 멤브레인 채널(21)이 존재하는 영역에 광학적인 방법(골드라벨 혹은 형광라벨 등)이나 전기화학발광 방법 등 기존의 검출 방법을 그대로 적용하여, 간단하고 용이하게 분석이나 검출을 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 나선형 형상의 패턴 경로(30) 아래에 관통 구멍(40)과 흡수패드(50)가 구비되는 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
여기에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 특징은 상기 멤브레인 채널(21)의 끝단과 연결되는 기판(10) 상의 관통 구멍(40)을 더 포함하는 것이다. 즉, 상기 관통 구멍(40)은 기판(10)에 형성된 홀 또는 구멍일 수 있고, 이것은 멤브레인 채널(21)의 끝단에 연결되어 있다.
이러한 본 발명에 의하는 경우, 멤브레인 채널(21)로 유입된 시료(200)는 상기 멤브레인 채널(21) 안에서 리셉터와 반응을 이루고 난 후, 상기 멤브레인 채널(21) 밖으로 배출될 수가 있다. 종래에 일반적인 LFA형 진단스트립이나 상기와 같은 관통 구멍(40)이 없는 멤브레인 채널(21)의 경우에는, 시료(200)가 밖으로 배출되지 못하고 정체되어 있어서 반응시킬 수 있는 시료(200)의 양이 한정되어 있을 뿐만 아니라, 타겟물질(분석대상물질)이 액상 시료(200)의 상단 표면에 상당시간 표류하고 있어서 리셉터와의 결합이 지연되는 단점이 있었다. 그러나, 상기한 본 발명에 의하면 멤브레인 채널(21)로 유입된 시료(200)는 상기 관통 구멍(40)을 통하여 수직으로 원할하게 배출될 수 있고, 이에 따라 시료(200)내 극미량의 검출타겟이 존재하더라도 시료가 Lateral flow를 통해 채널을 통해 지나가게 함으로써 면역반응(혹은 타겟을 검출하기 위해 의도된 특이반응)이 일어날 수 있도록 하는 확률을 한정된 반응 시간내에 증가시킬 수 있는 것이다.
여기서, 본 발명은 상기 관통 구멍(40) 하단에 위치하는 흡수패드(50)를 더 포함할 수 있는데, 이 경우에는 상기 멤브레인 채널(21)에서 시료(200)를 충분하게 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 상기 패턴 경로(30)는 나선형으로 형성된 2개 이상의 패턴을 포함할 수 있다. 이와 같이, 나선형 패턴을 2개 이상 포함하는 멀티 어레이로 구성하면, 기존의 진단 스트립에서 구현하기 어려웠던 multiplexing 분석을 용이하게 구현할 수 있다.
이와 함께, 본 발명의 다른 실시형태는 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서를 이용하는 면역 크로마토그래피 분석 방법일 수 있다. 즉, 상기한 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인(20)에 시료(200)를 유입시킴으로서 상기 시료(200)가 나선형 멤브레인 채널(21)을 따라 흐르게 할 수 있고(S300), 이 후 상기 나선형 멤브레인 채널(21)을 따라 신속하게 흐른 시료를 분석(S310)하는 것이다. 상기 시료를 분석하는 방법이나 장치는 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 알려진 모든 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학적인 방법이나 전기화학적인 방법을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 본 발명은 시료(200)를 상기한 멤브레인 채널(21)을 따라 신속하게 이동시킬 수 있고, 이에 따라 더욱 많은 양의 시료를 리셉터와 간단하고 용이하게 반응시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
1 : 면역 크로마토그래피 분석 센서
10 : 기판
20 : 멤브레인
21 : 멤브레인 채널
30 : 패턴 경로
31 : 제1패턴
32 : 제2패턴
33 : 소수성막
40 : 관통 구멍
50 : 흡수패드
100 : 면역크로마토그래피 진단 스트립
110 : 지지체
120 : 샘플패드
130 : 신호검출패드
131 : 반응영역
132 : 대조영역
133 : 검출영역
140 : 컨쥬게이션패드
150 : 흡수패드
200 : 시료
300 : 양각 마스터(300)

Claims (21)

  1. 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서로서,
    기판과;
    상기 기판 위에 형성된 멤브레인과;
    상기 멤브레인 내부에 음각으로 형성된 패턴 경로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인의 양측에 구비된 시료패드와 흡수패드를 더 포함하고,
    상기 패턴 경로는 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 경로는 0.01mm~10.0mm 범위 내의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 패턴 경로는 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 형성된 일자형 패턴이 2개 이상 나란하게 배열된 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패턴 경로는 나란하게 배열된 3개 이상의 일자형 패턴을 포함하고,
    가운데 일자형 패턴은 다른 일자형 패턴보다 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인에 시료를 유입시킨 뒤 상기 패턴 경로를 따라 흐르게 하는 단계; 및 상기 패턴 경로를 따라 흐른 시료를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 경로는 1개 이상의 패턴을 포함하고,
    상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 경로는 서로 떨어져서 형성된 2개 이상의 패턴을 포함하고,
    상기 2개 이상의 패턴 사이의 멤브레인에 의해 형성된 멤브레인 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 패턴의 폭은 상기 멤브레인 채널의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 2개 이상의 패턴 중 하나 이상은 멤브레인의 폭 방향 끝단으로부터 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 2개 이상의 패턴 중 하나 이상은 시료패드쪽에서 흡수패드 방향으로 굴곡지게(tortuous) 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인에 시료를 유입시킨 뒤 상기 멤브레인 채널을 따라 흐르게 하는 단계; 및 상기 멤브레인 채널을 따라 흐른 시료를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 경로는 나선형(helical form)으로 형성된 패턴을 포함하고,
    상기 나선형 패턴 사이에 형성된 멤브레인 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 패턴의 벽은 소수성의 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 패턴을 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 패턴의 폭은 상기 멤브레인 채널의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 멤브레인 채널에는 타겟물질과 결합할 수 있는 리셉터가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 멤브레인 채널의 끝단과 연결되는 기판 상의 관통 구멍을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 관통 구멍 하단에 위치하는 흡수패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 패턴 경로는 나선형으로 형성된 2개 이상의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 면역 크로마토그래피 분석 센서의 멤브레인에 시료를 유입시킨 뒤 상기 멤브레인 채널을 따라 흐르게 하는 단계; 및 상기 멤브레인 채널을 따라 흐른 시료를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 방법.
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