KR20150117183A - 바이오센서 - Google Patents

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KR20150117183A KR1020140042652A KR20140042652A KR20150117183A KR 20150117183 A KR20150117183 A KR 20150117183A KR 1020140042652 A KR1020140042652 A KR 1020140042652A KR 20140042652 A KR20140042652 A KR 20140042652A KR 20150117183 A KR20150117183 A KR 20150117183A
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Abstract

바이오센서가 개시된다. 이 바이오센서는 염료와 효소를 포함하는데, 염료와 효소를 각각 분리하여 다공성 막에 도입한다. 염료와 효소를 분리 도입함에 따라 염료의 안정성이 향상된다.

Description

바이오센서{Biosensor}
바이오센서, 특히 정확한 분석신호 측정을 위한 바이오센서가 개시된다.
바이오센서는 혈액시료에 존재하는 분석물질을 효소와 반응시켜, 그 분석물질을 정량적으로 측정할 수 있는 센서이다. 그리고 정량적 측정을 가능하게 하기 위해, 바이오센서의 측정용 다공성 막에는 효소와 반응하는 염료(dye)가 효소와 함께 도입된다. 그런데 효소와 반응하는 염료가 효소와 함께 다공성 막에 도입되면, 염료의 안정성이 떨어져 바이오센서를 보관하는 동안 염료의 발색이 일어나며, 특히 고온에 바이오센서가 노출되면 염료의 발색이 증가한다. 따라서, 염료의 안정성을 높일 필요가 있다. 이와 관련된 기술로서, US 4,613,569와 US 4,847,196에는 boric acid, citric acid 등의 염료 안정제(dye stabilizer)를 첨가하여 염료의 안정성을 높이는 내용이 개시되어 있다. 그리고 US 6,586,199에는 sodium nitrite를 염료 안정제로 사용하는 내용이 개시되어 있다. 그런데 이와 같이 안정제를 첨가한 상태에서 동일 다공성 막에 효소와 염료가 공존할 경우에 염료의 안정성은 향상되지만, 용혈 혈액 및 분석 시료에 존재하는 방해종(interferent)의 영향은 제거되지 않는다.
방해종의 영향에 대해 부연 설명하면, 혈액시료에 존재하는 분석물질을 정량적으로 측정하는 바이오센서는 혈액시료에 존재하는 다양한 방해종에 영향을 받는다. 특히, 전혈(whole blood) 시료의 경우, 적혈구(red blood cell)의 용혈(hemolysis)에 의해 헤모글로빈(hemoglobin)이 혈장으로 빠져나온다. 헤모글로빈은 가시광선 영역에서 강한 흡수 파장을 나타내므로, 분광학적으로 분석물질을 측정하는 바이오센서에 큰 오차를 유발한다. 또한 산화 헤모글로빈 OxyHb(oxyhemoglobin)은 분광학적 측정에 사용되는 염료와 반응하는 성질을 가지고 있어 측정에 오차를 유발한다.
바이오센서의 보관 중에 염료의 발색을 방지하는 바이오센서가 개시된다.
또한 시료에 존재하는 방해종에 의해 측정 오차가 유발되는 것을 방지하는 바이오센서가 개시된다.
일 양상에 따른 바이오센서는 효소, 및 효소와 반응하여 발색하는 염료를 포함하되, 효소와 염료는 분리되어 있다.
일 실시예에 있어서, 염료는 효소 또는 시료에 존재하는 방해종(interferents)과의 반응 후 난용해성 성질을 갖는다.
일 실시예에 있어서, 제 1 다공성 막에 구비된 염료는 효소 또는 시료에 존재하는 방해종과의 반응 전 용해도 기준으로 반응 후 용해도가 30% 이상 감소하는 염료이다.
일 실시예에 있어서, 염료는 테트라졸륨(tetrazolium) 유도체 또는 Leuco dye 유도체이다.
효소는 horseradish peroxidase (HRP), Alkaline Phosphatase (AP), Diaphorase 중 어느 하나인 바이오센서.
일 양상에 따르면, 바이오센서는 염료를 포함하는 제 1 다공성 막과, 효소를 포함하는 반응부를 더 포함하며, 시료는 제 1 다공성 막을 관통하여 반응부로 이동한다.
일 실시예에 있어서, 제 1 다공성 막은 시료에 존재하는 적혈구를 걸러준다.
일 실시예에 있어서, 반응부는 제 2 다공성 막이며, 시료는 제 1 다공성 막을 관통하여 제 1 다공성 막과 접촉한 제 2 다공성 막으로 이동한다.
일 실시예에 있어서, 반응부에는 전기화학적 측정을 위해 전극이 마련된다.
또다른 양상에 따른 바이오센서는 효소 또는 시료에 존재하는 방해종(interferents)과 반응하는 염료를 포함한 제 1 다공성 막, 및 효소를 포함하는 제 2 다공성 막을 포함하되, 시료는 제 1 다공성 막을 통해 제 2 다공성 막으로 유입되며, 염료는 시료에 존재하는 방해종과의 반응 전 용해도 기준으로 반응 후의 용해도가 30% 이상 감소한다.
일 양상에 따르면, 바이오센서는 염료를 포함하는 제 1 다공성 막, 및 효소를 포함하는 반응부를 포함하되, 시료는 제 1 다공성 막을 관통하여 반응부로 이동한다.
일 실시예에 있어서, 반응부는 제 2 다공성 막이며, 시료는 제 1 다공성 막을 관통하여 제 1 다공성 막과 접촉한 제 2 다공성 막으로 이동한다.
일 실시예에 있어서, 반응부에는 전기화학적 측정을 위해 전극이 마련된다.
개시된 바이오센서는 염료와 효소를 분리하여 도입하므로, 염료의 안정성을 향상시킨다. 뿐만 아니라, 시료에 존재하는 방해종의 영향을 제 1 다공성 막에서 미리 제거함으로써 측정 오차를 방지하는 효과를 창출한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 바이오센서의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 바이오센서의 사용 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 바이오센서의 다양한 예들을 나타낸 도면이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 바이오센서의 단면도를 나타내며, 도 3은 도 1에 도시된 바이오센서의 사용 상태를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 바이오센서는 제 1 면(101)과 제 2 면(102)을 갖는 플레이트(100)를 포함할 수 있는데, 탄성 성질을 가질 수 있다. 플레이트(100)의 재질로는 PET 필름을 예로 들 수 있다. 이 플레이트(100)에는 시료주입구(111)가 형성될 수 있으며, 나아가 관통 홀(121)이 더 형성될 수도 있다. 그리고 플레이트(100)는 제 1 다공성 막(200)과 반응부를 구비할 수 있다. 반응부는 다공성 막일 수도 있고, 아니면 전극이 마련된 반응 챔버(reaction)일 수도 있다. 도시된 예에서, 반응부는 제 2 다공성 막(300)이다. 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 플레이트(100)의 동일한 면에 구비될 수 있는데, 도시된 바와 같이 제 1 면(101)에 구비될 수 있다. 그리고 제 1 다공성 막(200)은 시료주입구(111)와 대응되게 구비될 수 있으며, 제 2 다공성 막(300)은 관통 홀(121)과 대응되게 구비될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 다공성 막(200)은 시료주입구(111)를 완전히 덮을 수 있으며, 제 2 다공성 막(300)은 관통 홀(121)을 완전히 덮을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)의 재질은 유리섬유(glass fiber), 셀룰로오스(cellulose), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 나일론(nylon), Polysulfone, Polypropylene, Polyethersulfone, Polyvinylidene fluoride, Hydroxylated polyester, Acrylic copolymer 등의 고분자로 이뤄질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 다공성 막(200)은 시료가 최초로 만나게 되는 다공성 막으로서, 혈액시료에 존재하는 적혈구 등의 입자성분을 걸러주는 혈액분리용(blood separation) 다공성 막일 수 있다. 그리고 제 2 다공성 막(300)은 일면의 다공(pore)의 크기와 다른 쪽 면의 다공의 크기가 다른 비대칭(asymmetric) 다공성 막일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 플레이트(100)는 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120)를 포함할 수 있다. 여기서 제 1 플레이트(110)는 제 1 다공성 막(200)을 구비한 것일 수 있으며, 제 2 플레이트(120)는 제 2 다공성 막(300)을 구비한 것일 수 있다. 플레이트(100)에는 하나 이상의 벤딩 라인(bending line)(103)이 형성될 수 있는데, 이 벤딩 라인(103)은 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)의 사이에 형성될 수 있다. 이 벤딩 라인(103)을 따라 플레이트(100)를 접으면, 도 3에 예시된 바와 같이 제 1 플레이트(110)가 제 2 플레이트의 상측에 위치하게 되며, 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 수직적으로 대응되게 된다. 제 1 플레이트(110)가 제 2 플레이트(120)의 상측에 위치하므로, 제 1 플레이트(110)를 상부 플레이트라 부르고 제 2 플레이트(120)를 하부 플레이트라 부를 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 면(101)의 적어도 일부 또는 제 2 면(102)의 적어도 일부에는 접착제 또는 hot-melt 접착제가 도포될 수 있다. 도포된 접착제는 벤딩 라인(103)을 따라 플레이트(100)를 접었을 때, 도 3과 같이 벤딩 라인의 주변을 접착하는 역할을 할 수 있다. 또한 도포된 접착제는 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)을 플레이트(100)에 접착시키는 역할을 할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 수직적으로 대응되는데, 어느 정도의 간격을 두고 대응될 수 있다. 즉, 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 물리적으로 비접촉 상태이다. 이러한 비접촉 상태에서 위에서 아래로 제 1 플레이트(110)에 힘을 가하면, 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 물리적으로 접촉된다. 일 실시예에 있어서, 제 1 플레이트(110)는 탄성 성질을 가질 수 있으며, 이에 따라 제 1 플레이트(110)에 가한 힘이 제거되면 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 다시 물리적으로 비접촉인 상태로 돌아갈 수 있다.
한편, 바이오센서는 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300) 간에 간격을 형성하되, 물리적인 힘이 가해지면 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)을 물리적으로 접촉시키는 접촉 방지부를 더 포함할 수 있다. 이 접촉 방지부는 탄성 성질을 가질 수 있다. 따라서 접촉 방지부는 외부로부터 가해진 힘이 제거되면 원래 상태로 돌아갈 수 있다. 일 실시예에 있어서, 접촉 방지부는 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120) 중 적어도 하나에 형성된 요철부(112)일 수 있다. 도시된 예에서는 요철부(112)가 제 1 플레이트(110)에 형성되어 있다. 이 요철부(112)의 높이는 외부의 힘이 제 1 플레이트(110) 또는 제 2 플레이트(120)에 가해지지 않는 상태에서 마주보는 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)의 접촉을 방지할 수 있을 정도로 정해진다. 따라서 요철부(112)에 의해 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 수직적으로 간격을 두고 대응되되, 요철부(112)는 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)이 수직적으로 대응되되, 어느 정도의 힘이 가해지지 않는 한 물리적인 접촉이 안정적으로 방지된다.
한편, 관통 홀(121)은 분광학적 측정 방식 등을 위한 것일 수 있다. 분광학적 측정 방식의 경우에는 제 2 다공성 막(300)으로 광을 조사해야 하므로, 제 2 플레이트(100)에 관통 홀(121)을 형성할 수 있다. 그러나 제 2 플레이트(100)가 투명한 재질일 경우에는 관통 홀(121)이 형성되지 않을 수도 있다. 그리고 바이오센서는 도 1과 같이 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120)가 동일 평면으로 이루어진 단일 플레이트(100)가 아니라, 별개의 플레이트일 수도 있다. 즉, 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120)가 원래는 물리적으로 분리된 것이고 이를 도 3과 같이 접착시킨 것일 수도 있다. 이 경우, 사용자는 바이오센서를 접어서 사용할 필요 없이 도 3과 같은 바이오센서를 그대로 사용하면 된다.
이하, 도 3을 참조하여 바이오센서의 동작 실시예에 대해 설명하기로 한다. 시료를 시료주입구(111)에 주입하면, 주입된 시료는 제 1 다공성 막(200)으로 유입된다. 제 1 다공성 막(200)으로 유입된 시료는 전처리 된다. 그리고 시료를 시료주입구(111)에 주입한 후 바이오센서를 측정기에 삽입하고 측정기의 히팅 시스템(heating system)을 활성화하면, 바이오센서 및 시료가 가열된다. 가열이 완료되면, 측정기 내부에 구비된 누름 수단을 이용하여 시료가 유입된 제 1 다공성 막(200)이 부착된 제 1 플레이트(110)를 눌러 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)을 물리적으로 접촉시킨다. 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)의 접촉에 의해 시료는 제 1 다공성 막(200)에서 모세관 현상에 의해 제 2 다공성 막(300)으로 유입되어 반응이 진행된다. 이때, 전혈시료의 경우에는 제 1 다공성 막(200)에서 적혈구 또는 백혈구가 걸러지는 바, 제 2 다공성 막(300)으로는 혈장(plasma) 또는 혈청(serum)이 유입될 수 있다.
한편, 측정기에 구비된 누름 수단이 제 1 플레이트를 누르기 전에 일정 시간 동안 일정 온도로 가열하는 과정과, 누름 수단이 제 1 플레이트를 누르는 시간은 측정기에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 즉, 측정기는 미리 설정된 값에 따라 바이오센서 및 그 내부의 시료를 일정 온도로 맞춘 후 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)을 정해진 시간 동안만 물리적으로 접촉시킬 수 있다.
요철부(112)의 주요 기능에 대해 설명한다. 사용자가 시료를 시료주입구(111)에 주입하는 과정에서 제 1 플레이트(110) 또는 제 2 플레이트(120)에 물리적인 힘이 가해질 수 있으며, 물리적 힘에 의해 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120)가 근접하여 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)이 접촉될 수 있다. 접촉이 이루어지면, 시료는 모세관 현상에 의해 제 1 다공성 막(200)을 관통하여 제 2 다공성 막(300)으로 이동하게 되므로, 분석물질과 제 2 다공성 막(300)에 도입된 반응시약과의 반응이 일어난다. 그런데 시료에 존재하는 분석물질을 정확하게 제 2 다공성 막(300)에서 측정하기 위해서는 반응 시간 및 반응 온도를 제어하여야 한다. 만약 시료를 시료주입구(111)에 주입하는 과정에서 가해지는 물리적인 힘에 의해 반응이 시작되면 반응 시간 및 반응 온도를 제어할 수 없다. 이를 방지하기 위해, 제 1 플레이트(110) 또는 제 2 플레이트(120)에 요철부(112)를 형성함으로써, 요철부(112)에 의해 시료를 시료주입구(111)에 유입하는 과정에서 발생할 수 있는 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)의 접촉을 방지한다.
또한 요철부(112)는 탄성 성질을 가질 수 있다. 이는 요철부(112)가 물리적인 힘이 가해질 경우에만 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)이 접촉되도록 하기 위함이다. 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)을 접촉시켜 반응을 진행시킬 경우에, 필요 이상으로 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)의 접촉 상태가 유지되면 제 1 다공성 막(200)에서 걸러진 물질, 예를 들어 적혈구 또한 제 2 다공성 막(300)으로 이동될 수 있다. 이는 결국 측정 결과에 영향을 줄 수 있으므로, 결과의 신뢰성에 문제를 일으킬 소지가 충분하다. 따라서, 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 물리적인 힘이 가해질 경우에만 접촉됨이 바람직하며, 이를 위해 요철부(112)는 탄성 성질을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 바이오센서의 다양한 예들을 나타낸 도면으로서, 제 1 다공성 막과 제 2 다공성 막의 물리적인 접촉을 방지하기 위한 다양한 예들을 나타낸다. 도 4의 (a)는 상술한 도 3과 동일하다. 요철부(112)가 제 1 플레이트(110)의 일측에 형성되어 있으며, 이에 의해 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)의 물리적인 접촉은 안정적으로 방지된다. 그리고 제 1 플레이트(110)에 수직으로 물리적인 힘이 가해지게 되면 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 접촉되며, 물리적인 힘이 제거되면 요철부(112)는 원래의 상태로 되돌아가게 되어 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 다시 비접촉 상태로 복귀된다. 도 4의 (b)는 도 4의 (a)와 비교하였을 때 요철부(112)가 제 1 플레이트(110)의 타측에 형성되어 있으며, 그 역할은 동일하다.
도 4의 (c)는 요철부(112) 대신에 접촉 방지부(400)를 추가한 것이다. 접촉 방지부(400)는 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120)의 사이에 위치하며 양 플레이트(100) 모두에 접촉되어 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)이 접촉되지 않도록 하며, 제 1 플레이트(110)에 물리적인 힘이 가해지면 접촉되도록 한다. 상술한 바와 같이, 접촉 방지부(400)는 탄성 성질을 가질 수 있으며, 스펀지나 스프링 등을 예로 들 수 있다.
일 실시예에 있어서, 접촉 방지부(400)는 제습제(desicant)를 포함하여 구성된 것일 수 있다. 이 접촉 방지부(400)는 제습제 비드(bead), 제습제 시트(sheet), 제습제 플레이트(plate), 또는 제습제 필름(film)일 수 있다. 그리고 제습제로는 실리카 겔(silica gel), 분자체(Molecular sieve), 산화칼슘(Calcium oxide), 황산칼슘(Calcium sulfate) 등을 예로 들 수 있다. 제습제로 구성된 접촉 방지부(400)는 바이오센서가 알루미늄 파우치로 포장될 때 바이오센서에 구비된 다공성막의 습도를 조절하여 바이오센서의 보관 수명을 연장한다.
도 4의 (d)와 (e)는 탄성 성질을 갖는 제 1 플레이트(110)의 일단의 면을 제 2 플레이트(120)에 접착시키고 제 1 플레이트(110)의 타측을 구부려 제 2 플레이트(120)에 지지시킨 것이다. 이에 의해 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)은 물리적으로 접촉되지 않으며, 제 1 플레이트(110)에 물리적인 힘이 가해지면 접촉된다. 도 4의 (f)와 (g) 및 (h)는 탄성 성질을 갖는 제 1 플레이트(110)의 일단의 면과 타측의 면만을 제 2 플레이트(120)에 접착시켜 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)이 물리적으로 접촉되지 않도록 한 것으로서, 마찬가지로 제 1 플레이트(110)에 물리적인 힘이 가해지면 접촉된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 도 4에 도시된 예들은 모두 제 1 다공성 막(200)과 제 2 다공성 막(300)이 비접촉 상태가 되도록 하며, 물리적인 힘에 의해 일정시간 동안 접촉된 후에 힘이 제거되면 원래의 위치로 복원하려는 특성에 의해 다시 비접촉 상태가 되는 바이오센서를 나타낸다. 이러한 바이오센서들은 모두 반응 온도 및 반응 시간을 제어할 수 있게 하는바, 시료에 존재하는 분석물질에 대한 정확한 측정을 가능하게 한다.
한편, 제 1 다공성 막(200)은 염료를 구비할 수 있으며, 제 2 다공성 막(300)은 효소를 구비할 수 있다. 제 1 다공성 막(200)에 포함되는 염료는 효소와 반응 전에는 물에 용해성을 보이나 효소와 반응 후에는 난용해성(water insoluble) 성질을 갖는다. 이러한 염료로는 5-Bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (BCIP), nitroblue tetrazolium (NBT), 3,3´-Diaminobenzidine (DAB), 3,3´,5,5´-Tetramethylbenzidine (TMB), 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT), 2-amino-5-chlorotoluenehydrochloride, 3-amino-9-ethylcarbazole(AEC), 10-(carboxymethyl-aminocarbonyl)-3,7-bis(dimethylamino) phenothiazine (DA-67) 등을 예로 들 수 있다. 그리고 제 2 다공성 막(300)에 포함되는 효소로는 horseradish peroxidase (HRP), Alkaline Phosphatase (AP), Diaphorase 등이 사용 가능하다. 염료의 종류에는 제한이 없다. 다만, 효소 또는 방해종과 반응 전에는 물 또는 완충용액(buffer solution)에 3mM 이상 용해도(solubility)를 가지나, 반응 후 염료의 용해도는 30% 이상 감소하는 염료가 바람직하며, 나아가 50% 이상 감소하는 염료가 더 바람직하다. 적합한 염료로는 테트라졸륨(tetrazolium) 유도체와 Lueco dye 유도체를 예로 들 수 있다.
이 같이 염료와 효소를 서로 다른 영역으로 분리시키면 바이오센서의 보관 중에 염료의 발색이 방지될 뿐 아니라, 시료에 존재하는 방해종에 의해 측정 오차가 유발되는 것도 방지할 수 있다. 이에 대한 이해를 돕기 위해 부연 설명하면 다음과 같다. 전혈 시료에 존재하는 글루코스(glucose)를 정량적으로 측정하기 위해 제 1 다공성 막(200)에 MTT를 도입하고, 제 2 다공성 막(300)에 글루코스 탈수소(glucose dehydrogenase), Diaphorase, NAD를 도입한다. 제 1 다공성 막(200)의 일면에 용혈된 전혈을 떨어뜨리면 제 1 다공성 막(200) 내에서 OxHb과 산화상태의 MTT가 반응하여 환원상태의 MTT가 생성된다. 산화상태의 MTT는 물에 녹으나 환원상태의 MTT는 물에 녹지 않는 특성을 갖는다. 혈액 시료를 제 1 다공성 막(200)에 떨어뜨리고 일정시간 후 제 1 다공성 막(200)을 제 2 다공성 막(300)과 접촉시키면 혈장 성분이 제 1 다공성 막(200)에서 제 2 다공성 막(300)으로 모세관 현상에 의해 이동한다. 이때 산화상태의 MTT는 혈장에 녹아 제 2 다공성 막(300)으로 이동하지만 OxHb과 반응한 환원상태의 MTT는 혈장에 녹지 않으므로 제 2 다공성 막으로 이동하지 않는다. 제 2 다공성 막(300)으로 이동한 혈장에 존재하는 글루코스는 글루코스 탈수소효소와 NAD와 반응하여 NADH를 생성하며, 생성된 NADH와 산화상태의 MTT는 diaphorae에 의해 환원상태의 MTT를 생성한다. 제 2 다공성 막(300)에 생성된 환원된 MTT를 정량적으로 측정하기 위해 다공성 막 표면에 빛을 조사하여 반사광을 측정한다.
만약 산화상태의 MTT를 효소가 도입된 제 2 다공성 막(300)에 도입한 경우, 용혈된 전혈 시료를 직접 제 2 다공성 막(300)에 떨어뜨리면 OxHb과 산화상태의 MTT가 반응하여 환원상태의 MTT를 제 2 다공성 막(300)에서 생성하므로, OxHb에 의해 측정에 오차를 유발한다. 그러나 산화상태의 MTT를 혈액 시료와 먼저 접촉하는 제 1 다공성 막(200)에 분리하여 도입하면, OxHb과 반응하여 생성된 환원상태의 MTT는 물에 녹지 않으므로, 제 2 다공성 막(300)으로 이동이 제한되어 OxHb에 의한 오차를 방지할 수 있다.
또한 혈액 시료에 존재하는 대표적인 방해종으로 요산(Uric acid)이 존재하며, 요산은 산화상태의 MTT와 반응하여 환원상태의 MTT를 생성한다. 만약 제 2 다공성 막(300)에 산화상태의 MTT와 효소가 함께 공존하면 시료에 존재하는 요산에 의해 환원상태의 MTT가 생성되어 글루코스 측정에 오차를 유발한다. 그러나 제 1 다공성 막(200)에 산화상태의 MTT를 도입하고 제 2 다공성 막(300)에 효소를 도입한 경우, 요산에 의해 생성된 환원상태의 MTT는 제 2 다공성 막(300)으로 이동할 수 없으므로 측정에 오차를 유발하지 않는다.
혈액시료에 존재하는 대표적인 방해종으로는 Acetaminophen, Ascorbic acid, Bilirubin, Dopamine, Gentisic acid, Glutathione, Hemoglobin, Ibuprofen, L-Dopa, Methyldopa, Tolbutamide, Tolazamide, Uric acid 등이 있으며, 이러한 방해종은 효소와 반응하는 염료(dye)를 산화 또는 환원시키는 성질을 가지고 있다. 이들 방해종과 염료 사이의 산화 또는 환원 반응이 일어나며, 반응 전 염료는 물에 용해성을 갖으나 반응 후 용해도(solubility)는 떨어진다.
이상에서와 같이, 염료와 효소를 분리시키면 바이오센서의 보관 중에 염료의 발색이 방지될 뿐 아니라, 시료에 존재하는 방해종에 의해 측정 오차가 유발되는 것도 방지할 수 있다. 그리고 상술한 바이오센서는 예시적인 것일 뿐이며, 염료와 효소를 분리시킬 수만 있다면 어떤 형태나 구성으로든 구현될 수 있다. 예를 들어, 전기화학적 측정 방법일 경우에 반응부는 효소와 전극이 마련된 반응 챔버(reaction chamber)일 수 있다. 또한 반응 챔버는 제 1 다공성 막과 수직적으로 위치할 수도 있지만 그렇지 않을 수도 있다. 후자의 경우, 제 1 다공성 막을 관통한 시료는 모세관 채널을 따라 수평 이동하여 반응 챔버에 도달할 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 4에 도시된 바이오센서는 예시적인 것일 뿐, 다양한 형태로 구현 가능하다. 또한 제 2 다공성 막 역시 예시적인 것이며, 다른 구성으로 치환될 수도 있다.
바이오센서의 제작 예에 대해 설명한다. 제 1 다공성 막은 Vivid®-GR(Pall사)를 직경 3.5mm로 자른 후 사용하며, 제 1 다공성 막에 표 1에 명시한 물질을 함유한다. 제 2 다공성 막은 비대칭 다공성 막인 PSM 0.8(Pall사)을 직경 2.5mm로 자른 후 사용하며, 표 1에 명시한 물질을 함유한다. 바이오센서의 구조는 상술한 바와 같을 수 있다. 효소 반응의 최종 생성물이 NADH인 바이오센서의 경우 MTT를 효소기질 염료로 사용하며, 효소반응의 최종 생성물이 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2)인 경우 DA67을 사용한다.
Figure pat00001
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 플레이트 110 : 제 1 플레이트
111 : 시료주입구 112 : 요철부
120 : 제 2 플레이트 121 : 관통 홀
200 : 제 1 다공성 막 300 : 제 2 다공성 막

Claims (10)

  1. 효소; 및
    효소와 반응하여 발색하는 염료;를 포함하되,
    효소와 염료는 분리되어 있는 바이오센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    염료는 효소 또는 시료에 존재하는 방해종(interferents)과의 반응 후 난용해성 성질을 갖는 바이오센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1 다공성 막에 구비된 염료는 효소 또는 시료에 존재하는 방해종과의 반응 전 용해도 기준으로 반응 후 용해도가 30% 이상 감소하는 염료인 바이오센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    염료는 테트라졸륨(tetrazolium) 유도체 또는 Leuco dye 유도체인 바이오센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    효소는 horseradish peroxidase (HRP), Alkaline Phosphatase (AP), Diaphorase 중 어느 하나인 바이오센서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    염료를 포함하는 제 1 다공성 막; 및
    효소를 포함하는 반응부;를 더 포함하며,
    시료는 제 1 다공성 막을 관통하여 반응부로 이동하는 바이오센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제 1 다공성 막은 시료에 존재하는 적혈구를 걸러주는 다공성 막인 바이오센서.
  8. 제 6 항에 있어서,
    반응부는 제 2 다공성 막이며,
    시료는 제 1 다공성 막을 관통하여 제 1 다공성 막과 접촉한 제 2 다공성 막으로 이동하는 바이오센서.
  9. 제 6 항에 있어서,
    반응부에는 전기화학적 측정을 위해 전극이 마련된 바이오센서.
  10. 효소 또는 시료에 존재하는 방해종(interferents)과 반응하는 염료를 포함한 제 1 다공성 막; 및
    효소를 포함하는 제 2 다공성 막;을 포함하되,
    시료는 제 1 다공성 막을 통해 제 2 다공성 막으로 유입되며,
    염료는 시료에 존재하는 방해종과의 반응 전 용해도 기준으로 반응 후의 용해도가 30% 이상 감소하는 바이오센서.
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