KR20170109800A - 체외진단 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항원과 인공항체의 반응 상태를 빛 반사도를 통해 분석하여, 사용자의 건강 상태를 진단하는 체외진단 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 체외진단 장치는, 사용자의 생체물질이 주입되면 상기 생체물질의 항원과 반응하는 인공항체를 포함하는 반응부; 상기 반응부에 주입된 생체물질로 빛을 조사하는 발광부; 상기 생체물질을 통해 반사되는 빛을 수신하는 수광부; 및 상기 수광부에서 수신한 빛을 분석하여 상기 생체물질의 농도를 확인하고, 이 생체물질의 농도와 대응되는 진단 정보를 확인하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 항원과 인공항체의 반응 상태를 빛 반사도를 통해 분석하여, 사용자의 건강 상태를 진단하는 체외진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근의 예방 및 맞춤의학(personalized medicine) 시대에 발맞춰 체외진단 산업이 각광받고 있다. 상기 체외진단 산업은, 당뇨병, 콜레스테롤, 암 여부 등과 같은 각종 질병을 피 한 방울, 소변 등으로 확인할 수 있는 분야로서, 사용자가 집에서 또는 휴대하면서 각종 질병을 확인할 수 있는 체외진단 기기가 개발되고 있다.
체외진단 기기의 개발에 있어 핵심 경쟁력은 표적물질과 반응하는 바이오 물질(항원, 항체, 유전자, 효소 등)을 개발하는 생명공학기술과 이를 측정하기 위한 기기를 개발하는 정보기술의 융합이다. 세계적인 체외진단 기업은 대부분 이와 같은 기술 융합을 통해 막대한 매출과 순이익을 창출하는 등 고부가가치의 지식기반 산업을 이끌어 가고 있다.
체외진단을 위한 의료용 진단 키트는 진단효율성의 문제와 제품단가의 경제성이 문제점으로 지적되고 있다. 현재 대부분의 혈청 단백질 바이오마커 측정을 위한 체외진단 검사들은 항원-항체 반응을 기반으로 하고 있다. 여기에 사용되는 항체는 동물세포배양(animal cell culture)이나 동물에 주사하여 제조해야 한다.
동물세포 배양의 경우 과정이 복잡하고 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 들고 동물마다 편차가 발생하는 단점이 있다. 또한, 동물세포배양은, 여러 가지 불순물들이 혼입되어 재현성에 문제가 생기기도 하며, 동물 보호 단체로부터 동물 학대에 대한 공격을 받고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 제조 단가가 저렴하고 안정성과 정확성이 향상된 체외진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따른 체외진단 장치는, 사용자의 생체물질이 주입되면 상기 생체물질의 항원과 반응하는 인공항체를 포함하는 반응부; 상기 반응부에 주입된 생체물질로 빛을 조사하는 발광부; 상기 생체물질을 통해 반사되는 빛을 수신하는 수광부; 및 상기 수광부에서 수신한 빛을 분석하여 상기 생체물질의 농도를 확인하고, 이 생체물질의 농도와 대응되는 진단 정보를 확인하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 수광부에서 수신한 빛의 양을 토대로, 상기 생체물질의 농도를 확인할 수 있다.
상기 반응부에는, 상기 인공항체로서 리피바디(repebody)가 포함될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 확인한 상기 진단 정보를 디스플레이하거나 지정된 서버로 전송할 수 있다.
상기 수광부는, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따른, 체외진단 장치에서 사용자의 상태를 체외 진단하는 방법은, 인공항체와 반응하는 사용자의 생체물질로 빛을 조사하는 단계; 상기 생체물질을 통해 반사되는 빛을 분석하여 상기 생체물질의 농도를 확인하는 단계; 및 상기 확인한 생체물질의 농도와 대응되는 진단 정보를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 인공항체로서 리피바디를 이용하여 체외진단을 수행하는 장치와 방법을 제공함으로써, 제조단가를 하락시키고, 동물 실험에 따라 발생하는 인간성 상실 문제를 해소하는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 인공항체와 반응하는 생체물질로 빛을 조사하고 반사되는 빛을 분석하여, 사용자 건강에 대한 진단 정보를 확인함으로써, 측정값의 정확성과 정밀성을 높일수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 체외진단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 체외진단 장치에서 항체와 반응한 생체물질에서 반사된 빛을 분석하여, 사용자의 건강을 진단하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 체외진단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 체외진단 장치에서 항체와 반응한 생체물질에서 반사된 빛을 분석하여, 사용자의 건강을 진단하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
단백질은 생물의 생체 내 조절의 대부분을 맡고 있는 물질로서, 단백질 자체의 성질을 파악하거나 단백질과 다른 물질과의 상호작용을 연구하고 조절하는 기술은 각종 질병의 치료 등을 위해 최근 중요시되고 있다.
이러한 단백질의 연구 및 활용에서 가장 어려운 점 중의 하나는 단백질을 충분한 양으로 생산하기 어렵다는 데 있다.
LRR(Leuicine-Rich Repeat) 패밀리 단백질들이 대장균과 같은 박테리아에서 수용성 형태로 대량 생산이 어려운 것은 LRR 패밀리 단백질 반복 모듈들의 연속된 소수성 잔기들이 단백질의 수용성 발현에 어려움을 더해주는 것으로 인한 것으로 예측된다. LRR 패밀리 단백질은 신호전달, 세포 주기 조절, 세포사멸 및 면역반응과 같은 다양한 생리적 과정에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 LRR 패밀리 단백질을 대장균 등의 숙주세포에서 수용성으로 대량 생산할 기술이 개발될 수 있다면 생물 및 의학 분야에서 LRR 패밀리 단백질을 다양하게 이용할 수 있을 것으로 예측된다.
카이스트 연구진은 LRR 패밀리 단백질의 대장균 등의 숙주세포에서 수용성으로 대량 생산할 수 있는 기술을 개발하기 위해 노력한 결과, 인터날린의 N-말단 일부를 LRR 패밀리 단백질과 융합시킬 경우 대장균에서 안정적으로 수용성 형태로 대량 생산할 수 있음을 확인하였다. 이를 기반으로 인공항체(리피바디: repebody)가 개발되었다. 상기 인공항체(리피바디)는, 저 분자량의 표적에 대한 새로운 결합 소재로서의 인공항체이다.
카이스트 연구진은 LRR(Leuicine-rich repeat) 모듈로 구성된 새로운 단백질 골격을 개발하였고 이를 리피바디(repebody)라 명명하였다. 이는 무악류의 항체로서 기능하기 때문에 근본적으로 분자량이 작은 표적에 대해서도 결합 소재로 개발하는데 매우 용이하다. 상기 LRR 모듈로 구성된 신규 인공항체는 모듈 수를 변화시켜 결합 면적 조절이 가능하다. LRR 모듈로 구성된 단백질 골격(즉, 리피바디)은 기존의 구상 형태의 골격에 비해 열, pH, 단백질 분해효소에 대한 안정성이 매우 높은 우수한 특성을 가지고 있다.
본 발명은, 상기 리피바디를 인공항체로서 이용하여, 항원과 항체를 반응시키고, 상기 항원과 항체의 반응 상태를 분석하여 사용자의 건강을 진단한다. 상기 리피바디를 인공항체로서 이용할 경우, 제품 생산 단가를 절감시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에서 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 체외진단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 체외진단 장치(100)는 반응부(110), 발광부(120), 수광부(130), 반응부(110), 디스플레이부(140), 저장부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
반응부(110)는 리피바디가 인공항체로서 형성된 반응수단을 구비한다. 상기 반응수단으로서, 생체물질이 흡수되거나 생체물질이 수용할 수 있는 흡수 시트(sheet), 수용부재 등이 채택될 수 있다. 상기 반응부(110)에 포함된 인공항체는 생체물질에 포함된 항원과 반응하고, 생체물질의 구성성분에 따라 농도가 상이하게 형성된다. 상기 생체물질은 혈액일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 소변, 침 등을 이용할 수도 있다. 한편, 반응부(110)에 주입된 생체물질은, 인공항체인 리피바디와 반응하고, 이렇게 리피바디와 반응한 생체물질은 발광부(120)에서 발생한 빛을 반사시킨다. 상기 반응부(110)은 발광부(120)에서 발생한 빛을 수신하며, 더불어 빛을 반사하여 수광부(130)로 제공하는 구조로 형성된다.
발광부(120)는 빛을 반응부(110)에 주입된 생체물질로 조사하는 기능을 수행한다. 발광부(120)는 사전에 설정된 파장을 가지는 빛을 반응부(110)에 주입된 생체물질로 조사한다. 상기 발광부(120)는 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 채택할 수 있다.
수광부(130)는 생체물질에서 반사되는 되돌아오는 빛을 수신한다. 즉, 반응부(110)에 주입된 생체물질과 인공항체인 리피바디가 반응한 상태에서, 발광부(120)에서 빛이 조사되면, 상기 수광부(130)는 생체물질에서 반사되는 빛을 수신한다. 상기 수광부(130)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기반의 측정 센서이며, 이에 따라 수광부(130)는 고해상도의 빛을 수신할 수 있다.
디스플레이부(140)는 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 LED 등과 같은 표시수단으로서, 제어부(160)에서 처리한 각종 정보를 디스플레이하는 기능을 수행한다.
저장부(150)는 생체물질 농도별 진단 정보를 저장한다. 상기 저장부(150)는 진단 정보로서, 체내에 비타민 C 또는 비타민 D의 수치, A형/B형/C형 간염의 항체 보유 여부, 혈당 수치, 혈소판 수치, 백혈구 수치 등을 저장할 수 있다. 상기 저장부(150)는 체외 진단 측정에 필요한 알고리즘에 기록될 수 있다. 상기 저장부(150)는 플래시 메모리(flash memorye), 하드디스크(hard disk), 멀티미디어 카드 마이크로(multimedia card micro), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 등으로 구현될 수 있다.
한편, 제어부(160)에 메모리 기능이 탑재된 경우, 상기 생체물질 농도별 진단 정보가 상기 제어부(160)에 저장될 수도 있다. 즉, 저장부(150)는 제어부(160)에 통합되어, 상기 생체물질 농도별 진단 정보가 상기 제어부(160)에 저장될 수 있다.
제어부(160)는 체외진단 장치(100)의 각 구성요소를 제어하는 프로세서로서, 디스플레이부(140)에 각종 정보를 출력하고, 발광부(120)와 수광부(130)를 제어한다. 특히, 제어부(160)는 반응부(110)에 생체물질이 주입되면, 발광부(120)를 제어하여 반응부(110)에 주입된 생체물질로 빛을 조사한 후에, 상기 수광부(130)로부터 수신되는 빛을 분석하여, 생체물질의 농도를 분석한다. 이때, 제어부(160)는 수광부(130)로부터 수신되는 빛(즉, 반사되는 빛)의 양을 토대로, 생체물질의 농도를 확인할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 상기 확인한 생체물질의 농도와 대응되는 진단 정보를 저장부(150)에서 추출하여, 이 진단 정보를 디스플레이부(140)에 출력할 수 있다. 이러한 제어부(160)는 MCU(Micro Controller Unit)와 같은 전용 프로세서로서 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 체외진단 장치에서 항체와 반응한 생체물질에서 반사된 빛을 분석하여, 사용자의 건강을 진단하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 반응부(110)은 사용자의 생체물질(예컨대, 혈액, 소변, 침 등)이 주입하면(S201), 제어부(160)는 발광부(120)를 제어하여, 반응부(110)로 일정한 파장을 가지는 빛이 조사되게 한다(S203).
부연하면, 리피바디가 인공항체로서 형성된 반응부(110)에 사용자의 생체물질이 주입되면, 상기 인공항체와 상기 생체물질의 항원을 서로 반응하고, 이렇게 인공항체와 생체물질의 항원이 서로 반응한 상태에서, 발광부(120)는 일정한 파장을 가지는 빛을 상기 생체물질로 조사한다.
그러면, 빛은 인공항체와 반응한 생체물질에서 반사되고, 수광부(130)는 상기 생체물질에서 반사된 빛을 수신한다(S205).
그러면, 제어부(160)는 상기 수광부(130)에서 수신한 반사된 빛을 분석하여, 생체물질의 농도를 확인한다(S207). 제어부(160)는 수광부(130)에서 수신한 반사된 빛의 양을 토대로, 생체 물질의 농도를 확인한다. 예컨대, 제어부(160)는 반사된 빛의 양의 반비례하여 생체물질의 농도를 확인할 수 있다. 반사된 빛의 양을 토대로 생체물질의 농도를 확인하는 수식은 제어부(160)에 사전에 탑재되어 있다.
다음으로, 제어부(160)는 상기 확인한 생체물질의 농도와 대응되는 진단 정보를 저장부(150)에서 추출한다(S209). 상기 제어부(160)는 상기 생체물질의 농도(즉, 측정값)과 대응되는 진단정보로서, 체내의 비타민 C/D 수치, 혈소판 수치, 백혈구 수치, 혈당 수치 등 중에서 어느 하나를 저장부(150)에서 추출할 수 있다.
이어서, 제어부(160)는 상기 추출한 진단 정보를 디스플레이부(140)로 출력할 수 있다.
한편, 체외진단 장치(100)는 외부의 네트워크(예컨대, 인터넷 또는 이동통신망)과 통신하는 통신부(도면에 도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 체외진단 장치(100)는 상기 추출한 진단 정보를 네트워크를 통해 외부의 지정된 서버로 전송할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 인공항체로서 리피바디를 이용하여 체외진단을 수행하는 장치와 방법을 제공함으로써, 제조단가를 하락시키고, 동물 실험에 따라 발생하는 인간성 상실 문제를 해소한다. 또한, 본 발명은 인공항체와 반응하는 생체물질로 빛을 조사하고 반사되는 빛을 분석하여, 사용자 건강에 대한 진단 정보를 확인함으로써, 측정값의 정확성과 정밀성을 높일 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 체외진단 장치
110 : 반응부
120 : 발광부
130 : 수광부
140 : 디스플레이부
150 : 저장부
160 : 제어부
110 : 반응부
120 : 발광부
130 : 수광부
140 : 디스플레이부
150 : 저장부
160 : 제어부
Claims (8)
- 사용자의 생체물질이 주입되면 상기 생체물질의 항원과 반응하는 인공항체를 포함하는 반응부;
상기 반응부에 주입된 생체물질로 빛을 조사하는 발광부;
상기 생체물질을 통해 반사되는 빛을 수신하는 수광부; 및
상기 수광부에서 수신한 빛을 분석하여 상기 생체물질의 농도를 확인하고, 이 생체물질의 농도와 대응되는 진단 정보를 확인하는 제어부;를 포함하는 체외진단 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수광부에서 수신한 빛의 양을 토대로, 상기 생체물질의 농도를 확인하는 것을 특징으로 하는 체외진단 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응부에는,
상기 인공항체로서 리피바디(repebody)가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 체외진단 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 확인한 상기 진단 정보를 디스플레이하거나 지정된 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 체외진단 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수광부는, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서인 것을 특징으로 하는 체외진단 장치. - 체외진단 장치에서 사용자의 상태를 체외 진단하는 방법으로서,
인공항체와 반응하는 사용자의 생체물질로 빛을 조사하는 단계;
상기 생체물질을 통해 반사되는 빛을 분석하여 상기 생체물질의 농도를 확인하는 단계; 및
상기 확인한 생체물질의 농도와 대응되는 진단 정보를 확인하는 단계;를 포함하는 체외진단 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 생체물질의 농도를 확인하는 단계는,
상기 반사되는 빛의 양을 토대로, 상기 생체물질의 농도를 확인하는 것을 특징으로 하는 체외진단 방법. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 인공항체는 리피바디(repebody)인 것을 특징으로 하는 체외진단 방법.
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