KR20180095275A

KR20180095275A - 면역진단 카트리지와 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR20180095275A
Application number: KR1020170021553A
Authority: KR
Inventors: 서재형; 이도영
Original assignee: (주)옵토레인
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-08-27
Also published as: KR102350659B1

Abstract

면역진단 카트리지와 이의 구동 방법이 개시된다. 면역진단 카트리지는 반응 챔버, 이미션 필터 및 형광센싱부재를 포함한다. 상기 반응 챔버는 내측면에 다종의 항체(antibody) 또는 항원(antigen)이 부착된다. 상기 이미션 필터는 상기 반응챔버의 아래에 배치되어, 여기광의 입사각과 무관하게 필터링이 가능하고 상기 여기광보다 파장이 큰 방사광을 통과시키는 광학특성을 갖는다. 상기 형광센싱부재는 상기 이미션 필터의 아래에 배치되어, 상기 이미션 필터를 통과한 상기 방사광의 휘도를 측정한다.

Description

면역진단 카트리지와 이의 구동 방법{IMMUNODIAGNOSIS CARTRIDGE AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 면역진단 카트리지와 이의 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항원-항체 반응의 속도를 높이고 항원-항체 반응의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 면역진단 카트리지와 이의 구동 방법에 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 사용이 가능한 장비를 말한다. 현재에는 병원에서 현장 및 개인으로 진단 영역이 확장되고 있는 추세이다.

예를 들면, 병원에서 환자는 감염에 대항하기 위해 다량의 항생 물질 투여를 받고 그 후, 소량의 혈액을 채취하여 혈중에 적당량의 항생물질이 존재하는지의 여부를 조사할 필요가 있다거나, 인식기능이 손상된 과량 섭취환자나 의사전달을 할 수 없는 유아의 경우, 적정한 치료 투여를 보증하기 위해 인체 내의 섭취된 약제의 종류를 신속하게 조사하는 등의 적용례를 들 수 있다. 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.

한국등록특허 제10-1148308호 (2012. 05. 11.) (미생물 검침 장치) 한국공개특허 제2010-0104395호 (2010. 09. 29.) (면역진단 카트리지 및 이를 이용한 진단방법)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 항원-항체 반응의 속도를 높이고 항원-항체 반응의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 하나 이상의 항원 또는 항체를 위치시켜 위치 기반의 다중 진단이 가능한 면역진단 카트리지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 면역진단 카트리지의 구동 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 면역진단 카트리지는 반응 챔버, 이미션 필터 및 형광센싱부재를 포함한다. 상기 반응 챔버는 내측면에 다종의 항체(antibody) 또는 항원(antigen)이 부착된다. 상기 이미션 필터는 상기 반응챔버의 아래에 배치되어, 여기광의 입사각과 무관하게 필터링이 가능하고 상기 여기광보다 파장이 큰 방사광을 통과시키는 광학특성을 갖는다. 상기 형광센싱부재는 상기 이미션 필터의 아래에 배치되어, 상기 이미션 필터를 통과한 상기 방사광의 휘도를 측정한다.

일실시예에서, 상기 반응 챔버의 내부 공간은 평면상에서 관찰할 때 사각형상을 포함하는 다각형상 또는 원형상일 수 있다.

일실시예에서, 상기 반응 챔버의 내부 공간에는 사형형상의 미세유로가 형성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 면역 진단키트는 상기 반응챔버에 연결된 에어공급부재를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 에어공급부재와 상기 반응 챔버는 제1 미세관을 통해 연결되고, 상기 제1 미세관은 사행 형상(snake shape)을 가질 수 있다.

일실시예에서, 상기 에어공급부재는, 핑거 또는 기계적 누름 장치의 가압에 따라 상기 반응 챔버에 에어를 공급하고 핑거 또는 기계적 누름 장치의 감압에 따라 상기 반응 챔버에서 에어를 회수하는 에어버튼, 및 상기 블리스터들의 가압에 따라 내부 압력이 압축되어 상기 블리스터의 유체를 상기 반응 챔버 내에 공급시키고, 상기 블리스터들의 감압에 따라 내부 압력이 해제되어 상기 반응 챔버 내부의 유체를 해당 블리스터에 회수시키는 에어탱크 중 어느 하나일 수 있다.

일실시예에서, 상기 면역진단 카트리지는 상기 반응챔버에 연결된 복수의 블리스터들을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 블리스터들은, 혈액 또는 뇨를 포함하는 체액이 수용된 시료 블리스터; 제1 세정액이 수용된 제1 세정액 블리스터; 형광물질을 포함하는 반응체가 수용된 반응체 블리스터; 및 제2 세정액이 수용된 제2 세정액 블리스터를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 시료 블리스터, 상기 제1 세정액 블리스터, 상기 반응체 블리스터 및 상기 제2 세정액 블리스터 각각은 제2 미세관, 제3 미세관, 제4 미세관 및 제5 미세관을 통해 상기 반응 챔버에 분리 또는 결합 가능하도록 연결될 수 있다.

일실시예에서, 상기 면역진단 카트리지는 상기 시료 블리스터와 상기 제2 미세관 사이에 배치되어 혈장 또는 애널라이트(Analyte) 만 통과시키는 필터를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 이미션 필터는, 평평한 형상으로 배치되고 투명하며 여기광에 의해 형광이나 인광을 발생시키지 않는 재질을 포함하는 베이스매질; 상기 베이스매질 내에 배치되고, 열경화, 광경화 및 건조로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 방법에 의해 고체상태로 고정된 포토레지스트; 및 상기 베이스매질 내에 배치되고, 일정한 파장의 광을 흡수하는 안료를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 형광센싱부재는, 평판형상을 가지며 상기 이미션 필터와 일체로 형성되는 베이스기판; 및 상기 베이스기판의 상부에 매립되어 상기 베이스기판의 상면이 평면형상이 되도록 하되 어레이 형상으로 배열된 복수개의 형광센서들을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 형광센싱부재는, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 상기 이미션 필터를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 시상수를 구하여 형광을 감지할 수 있다.

일실시예에서, 상기 형광센싱부재는, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 상기 이미션 필터를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 스펙트럼 분석을 통해 형광을 감지할 수 있다.

일실시예에서, 상기 항체 또는 항원은 위치기반물질에 혼합되고, 상기 위치기반물질은 일정한 열과 행의 배열로 도트 형태로 상기 반응 챔버의 내측면에 부착될 수 있다. 여기서, 상기 위치기반물질은 덴드렌 또는 하이드로젤 패드를 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 면역진단 카트리지의 구동 방법에 따르면, 내측면에 다종의 항체(antibody) 또는 항원(antigen)가 부착된 반응 챔버에 연결된 복수의 블리스터들 중 하나를 가압한다. 이어, 상기 반응 챔버에 공급된 유체를 해당 블리스터에 회수시키기 위해 에어공급부재를 가압한다.

일실시예에서, 상기 블리스터들 중 하나를 가압하는 동작과 상기 에어공급부재를 가압하는 동작은 반복될 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 면역진단 카트리지의 구동 방법에 따르면, 내측면에 다종의 항체(antibody) 또는 항체(antigen)가 부착된 반응 챔버에 연결된 복수의 블리스터들 중 하나를 가압한다. 이어, 상기 반응 챔버에 공급된 유체를 해당 블리스터에 회수시키기 위해 해당 블리스터에 가해진 압력을 해제한다.

일실시예에서, 상기 블리스터들 중 하나를 가압하는 동작과 해당 블리스터에 가해진 압력을 해제하는 동작은 반복될 수 있다.

이러한 면역진단 카트리지와 이의 구동 방법에 의하면, 시료 블리스터를 가압하는 방식으로 혈액을 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하는 혈액을 시료 블리스터에 회수하는 동작을 반복하므로써 위치기반물질(예: 하이드로젤패드)에 혼합된 항체 또는 항원과 혈액에 포함된 항원 또는 항체 간의 항원-항체 반응에 노출될 확률을 높일 수 있다. 또한 제1 세정액 블러스터를 가압하는 방식으로 제1 세정액을 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하여 제1 세정액을 제1 세정액 블리스터에 회수하는 동작을 반복함으로써 하이드로젤 패드 이외에 오염된 부분의 세정 확률을 높일 수 있다. 또한 반응체 블리스터를 가압하는 방식으로 반응체를 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하여 반응체를 반응체 블리스터에 회수하는 동작을 반복함으로써 반응체와 항원-항체의 결합 확률을 높일 수 있다. 또한 제2 세정액 블러스터를 가압하는 방식으로 제2 세정액을 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하여 제2 세정액을 제2 세정액 블리스터에 회수하는 동작을 반복함으로써 하이드로젤 패드 이외에 오염된 부분의 세정 확률을 높일 수 있다.

이에 따라, 항원-항체 반응의 속도를 높이고 항원-항체 반응의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 에어탱크를 사용하는 경우는 블리스터에 압력을 가하고 해제하는 동작의 반복만으로 상기 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면역진단 카트리지를 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 형광물질의 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 여기광에 따라 발현되는 형광을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 형광센서 어셈블리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 블리스터와 미세관의 체결구조를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a는 시료 블리스터를 가압하여 반응 챔버에 혈액을 공급하는 예를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이고, 도 6b는 에어버튼을 가압하여 혈액을 시료 블리스터에 회수시키는 예를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 면역진단 카트리지의 구동 방법의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 도 1에 도시된 면역진단 카트리지의 구동 방법의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면역진단 카트리지를 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 면역진단 카트리지는 에어공급부재, 시료 블리스터(120), 제1 세정액 블리스터(130), 반응체 블리스터(140), 제2 세정액 블리스터(150), 반응 챔버(160), 형광센서 어셈블리(170)를 포함한다. 본 실시예에서, 에어공급부재, 시료 블리스터(120), 반응체 블리스터(140), 제1 세정액 블리스터(130), 제2 세정액 블리스터(150), 반응 챔버(160), 및 형광센서 어셈블리(170)는 하나의 카트리지에 배치된다. 도 1에서 면역진단 카트리지의 형상이 사각형상인 것을 도시하였으나, 길다란 막대형상일 수도 있다. 면역진단 카트리자가 막대형상을 갖는 경우, 반응 챔버(160)에 연결된 에어공급부재, 시료 블리스터(120), 제1 세정액 블리스터(130), 반응체 블리스터(140) 및 제2 세정액 블리스터(150)의 배치 구조는 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다. 본 실시예에서, 에어공급부재는 반응 챔버(160)에 에어를 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위해 에어공급부재(110)는 핑거 또는 기계적 누름 장치의 가압에 따라 반응 챔버(160)에 에어를 공급하고 핑거 또는 기계적 누름 장치의 감압에 따라 반응 챔버(160)에서 에어를 회수하는 에어버튼(110)으로 구성될 수도 있고, 상기한 블리스터들의 가압에 따라 내부 압력이 압축되어 해당 블리스터의 유체를 반응 챔버(160) 내에 공급시키고, 해당 블리스터들의 감압에 따라 내부 압력이 해제되어 반응 챔버(160) 내부의 유체를 해당 블리스터에 회수시키는 에어탱크로 구성될 수도 있다.

에어버튼(110)은 반응 챔버(160)에서 분기된 제1 미세관(161)에 체결된다. 제1 미세관(161)은 사행 형상(snake shape)을 가질 수 있다. 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 에어버튼(110)이 눌려짐에 따라 제1 미세관(161)을 통해 에어를 반응 챔버(160)에 공급하고, 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 에어버튼(110)이 해제됨에 따라 반응 챔버(160)에 공급된 에어는 제1 미세관(161)을 통해 회수된다.

에어버튼(110) 대신 에어탱크를 사용하는 경우 에어탱크는 반응 챔버(160)에서 분기된 제1 미세관(161)에 체결된다. 시료 블리스터(120), 제1 세정액 블리스터(130), 반응체 블리스터(140), 제2 세정액 블리스터(150)이 각각 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 압력이 가해졌을 때, 해당 블리스터 내부의 용액이 반응 챔버(160)에 공급되며 평형을 이루고 있던 내부 압력이 가장 압력이 약한 에어탱크(110)로 먼저 가해져서 에어탱크의 내부 공기는 압축되게 된다. 각각의 블리스터에 가해졌던 압력이 해제가 되면, 에어탱크(110) 내부에 압축되었던 공기가 팽창을 하면서 반응 챔버(160) 내부에 있던 용액들을 블리스터 방향으로 밀어내고 압력이 해제되는 블리스터가 복원을 하면서 발생된 흡입력으로 해당 용액들을 회수한다.

시료 블리스터(120)에는 혈액이나 뇨와 같은 시료가 수용된다. 시료 블리스터(120)은 반응 챔버(160)에서 분기된 제2 미세관(162)에 체결된다. 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 시료 블리스터(120)이 눌려짐에 따라 제2 미세관(162)을 통해 혈액을 반응 챔버(160)에 공급하고, 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 시료 블리스터(120)이 해제됨에 따라 반응 챔버(160)에 공급된 혈액은 제2 미세관(162)을 통해 회수된다.

제1 세정액 블리스터(130)에는 제1 세정액이 수용된다. 제1 세정액 블리스터(130)은 반응 챔버(160)에서 분기된 제3 미세관(163)에 체결된다. 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 제1 세정액 블리스터(130)이 눌려짐에 따라 제3 미세관(163)을 통해 제1 세정액을 반응 챔버(160)에 공급하고, 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 제1 세정액 블리스터(130)이 해제됨에 따라 반응 챔버(160)에 공급된 제1 세정액은 제3 미세관(163)을 통해 회수된다.

반응체 블리스터(140)에는 반응체(형광물질)가 수용된다. 반응체 블리스터(140)은 반응 챔버(160)에서 분기된 제4 미세관(164)에 체결된다. 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 반응체 블리스터(140)이 눌려짐에 따라 제4 미세관(164)을 통해 반응체를 반응 챔버(160)에 공급하고, 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 반응체 블리스터(140)이 해제됨에 따라 반응 챔버(160)에 공급된 반응체는 제4 미세관(164)을 통해 회수된다.

제2 세정액 블리스터(150)에는 제2 세정액이 수용된다. 제2 세정액 블리스터(150)은 반응 챔버(160)에서 분기된 제5 미세관(165)에 체결된다. 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 제2 세정액 블리스터(150)이 눌려짐에 따라 제5 미세관(165)을 통해 제2 세정액을 반응 챔버(160)에 공급하고, 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 제2 세정액 블리스터(150)이 해제됨에 따라 반응 챔버(160)에 공급된 제2 세정액은 제5 미세관(165)을 통해 회수된다. 본 실시예에서, 제1 세정제 또는 제2 세정제는 예를 들면, 브리즈(BRIJ), 트리톤(TRITON), 트윈(TWEEN), 테시트(THESIT), 루브롤(LUBROL), 제나폴(GENAPOL), 플루로닉(PLURONIC), 테트로닉(TETRONIC), 및 스판(SPAN)의 상표명으로 알려진 비이온성 세정제 또는 계면활성제 부류를 포함할 수 있다.

반응 챔버(160)의 내측면에는 항원(antigen) 또는 항체(antibody) 와 결합하는 위치기반 물질(덴드론, 하이드로젤 패드 등)가 일정한 열과 행의 배열로 도트 형태로 부착된다. 특히, 본 실시예에서, 상기 항체 또는 항원은 상기 형광센서 어셈블리(170)에 가깝도록 상기 반응 챔버(160)의 내측 바닥면에 부착된다. 이에 따라, 상기 형광센서 어셈블리(170)의 센서와 반응물은 서로 밀접하게 위치할 수 있어 민감하게 형광 감지가 가능하다.

상기한 위치기반 물질은 상기 반응 챔버(160)내에서 2차원 구조물로 배치될 수도 있고 3차원 구조물로 배치될 수도 있다. 2차원 구조물로 배치되는 것은 상기 반응 챔버(160)의 내측 바닥면에 배치되는 것을 의미하고, 3차원 구조물로 배치되는 것은 상기 반응 챔버(160)의 내측 바닥면과 내측 천정면을 서로 연결하는 형태(예를들어, 기둥 형태)로 배치되는 것을 의미한다.

위치기반 물질이 하이드로젤 패드인 경우, 하이드로젤 패드의 하이드로젤은 물과 혼합되었을 때, 용해되거나 해지되지 않고 고분자사슬 또는 폴리머체인이 가교되어 3차원 구조를 유지하는 친수성물질로서, 다수의 크로스링크를 형성하는 폴리머체인들을 포함한다. 예를 들어, 하이드로젤은 폴리에틸렌디아크릴레이트(polyethylene Diacrylate; PEGDA) 하이드로젤, PMA 하이드로젤, 폴리디메틸아미노 아크릴아마이드(polydimethylamino acrylamide; PDGPA) 하이드로젤, 폴리에틸옥사졸린(polyethyloxazoline), 실리콘 하이드로젤 등 다양한 종류의 하이드로젤을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 하이드로젤 패드는 PEGDA 하이드로젤을 포함할 수 있다.

하이드로젤 패드들 각각에는 서로 다른 다종의 항체(antibody) 또는 항원(antigen)들이 혼합된다. 본 실시예에서, "항체"라는 용어는 온전한 항체 분자, 항체 단편 및 항체의 항원 결합 도메인을 포함하는 재조합 단백질 구조체를 포함할 수 있다. 또한 "항체"라는 용어는 온전한 항체 분자, 항체 단편 및, 예를 들면 라벨 도입에 의해 화학적으로 변형된 항체 구조체를 포함할 수 있다. 또한, "항체"라는 용어는 생물학적 물질 분석을 위한 특이성분으로서, 특정한 생물학적 물질, 예를들어 단백질, DNA, RNA 등의 정량 또는 정성 분석을 위한 성분으로서, 프라이머, 프로브, 항체, 앱타머, DNA 또는 RNA 중합효소 등을 의미하며, 특히 실시간 중합효소연쇄반응, 정온 효소반응 또는 LCR(Ligase Chain Reaction) 등을 수행하기 위해 필요한 성분을 의미할 수 있다.

본 실시예에서, "항원"이라는 용어는 당업계에서 충분히 이해되는 것이며, 면역원성 물질, 즉 면역원, 및 면역학적 비반응 또는 면역성 결여(anergy)를 유도하는 물질, 즉 아너겐(anergen)을 포함할 수 있다. 항원이 폴리펩티드인 경우, 항원은 막횡단 분자(예, 수용체) 또는 리간드, 예를 들어 성장 인자일 수 있다. 항원의 예로는 레닌과 같은 분자, 인간 성장 호르몬 및 소 성장 호르몬을 포함하는 성장 호르몬, 성장 호르몬 방출 인자, 부갑상선 호르몬, 갑상선 자극 호르몬, 지단백질, 알파-1-항트립신, 인슐린 A-쇄, 인슐린 B-쇄, 프로인슐린, 여포 자극 호르몬, 칼시토닌, 황체형 성 호르몬, 글루카곤, 응고 인자, 예를 들어 인자 VIIIC, 인자 IX, 조직 인자(TF), 및 폰 빌레브란트(von Willebrands) 인자, 항-응고 인자, 예를 들어 단백질 C, 심방 나트륨배설증가 인자, 폐 계면활성제, 플라스미노겐 활성자, 예를 들어 유로키나제 또는 인간 뇨 또는 조직-유형 플라스미노겐 활성자(t-PA), 봄베신, 트롬빈, 조혈 성장 인자, 종양 괴사 인자-알파 및 -베타, 엔케팔리나제, RANTES(정상적으로 활성화된 T-세포에 의한 발현 및 분비를 조절), 인간 대식세포 염증 단백질(MIP-1-알파), 혈청 알부민, 예를 들어 인간 혈청 알부민, 뮬러리안(Muellerian)-억제성 물질, 릴랙신 A-쇄, 릴랙신 B-쇄, 프로릴랙신, 마우스 성선자극호르몬-관련 펩티드, 미생물 단백질, 예를 들어 베타-락타마제, DNase, IgE, 세포독성 T-림프구 관련 항원(CTLA), 예를 들어 CTLA-4, 인히빈, 액티빈, 혈관 내피 성장 인자(VEGF), 호르몬 또는 성장 인자에 대한 수용체, 단백질 A 또는 D, 류머티즘성 인자, 신경영양성 인자, 예를 들어 골-유도 신경영양성 인자(BDNF), 뉴로트로핀-3, -4, -5 또는 -6(NT-3, NT-4, NT-5 또는 NT-6), 또는 신경 성장 인자, 예를 들어 NGF-β, 혈소판-유도 성장 인자(PDGF), 섬유아세포 성장 인자, 예를 들어 aFGF 및 bFGF, 표피 성장 인자(EGF), 변형 성장 인자(TGF), 예를 들어 TGF-알파 및 TGF-베타(TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, TGF-β4 또는 TGF-β5 포함), 인슐린-유사 성장 인자-I 및 -II(IGF-I 및 IGF-II), 데스(1-3)-IGF-I(뇌 IGF-I), 인슐린-유사 성장 인자 결합 단백질, CD 단백질, 예를 들어 CD3, CD4, CD8, CD19 및 CD20, 에리트로포이에틴, 골유도 인자, 면역독소, 골 형태형성 단백질(BMP), 인터페론, 예를 들어 인터페론-알파, -베타 및 -감마, 콜로니 자극 인자(CSF), 예를 들어 M-CSF, GM-CSF 및 G-CSF, 인터루킨(IL), 예를 들어 IL-1 내지 IL-10, 수퍼옥시드 디스뮤타제, T-세포 수용체, 표면 막 단백질, 쇠퇴 촉진 인자, 바이러스 항원, 예를 들어 AIDS 엔벨로프의 부분, 운반 단백질, 호밍(homing) 수용체, 어드레신, 조절 단백질, 인테그린, 예를 들어 CD11a, CD11b, CD11c, CD18, ICAM, VLA-4 및 VCAM, 종양 관련 항원, 예를 들어 HER2, HER3 또는 HER4 수용체, 및 상기 나열된 임의의 폴리펩티드의 단편이 포함된다.

또한 기존에 사용하던 어레이 방식의 경우 표면에만 유전물질을 배치하기 때문에 면역 진단 속도가 느리다. 하지만, 본 실시예에서 개시되는 하이드로젤 패드는 폴리머체인의 3차원구조로 인하여 표면 뿐만 아니라 하이드로젤 패드의 내부에서도 항원항체 반응이 이루어지기 때문에, 면역 진단 속도가 빠르다. 따라서 하이드로젤 패드로 어레이를 형성하여 위치별로 실시간 면역 진단이 가능하다. 또한 형광이 하이드로젤 패드에서만 나오기 때문에 광량이 증가하여 검출되는 신호의 강도가 증가하고 보다 민감한 실험이 가능하다.

즉, 하이드로젤이 다공성 특성을 갖고 있으므로, 혈액이나 반응체가 자유롭게 이동될 수 있으므로 항체와의 항원항체 반응 확률 등을 높일 수 있다. 본 실시예에서, 하이드로젤 패드의 하이드로젤에 혼합된 다종의 항체들 또는 항원들은 매트릭스 형태로 부착되어 항체 또는 항원 마이크로 어레이를 정의할 수 있다.

반응 챔버(160)은 제1 미세관(161)을 통해 상기 에어버튼(110)에 연결되고, 제2 미세관(162)의 종단부를 통해 상기 시료 블리스터(120)에 체결된다. 또한, 반응 챔버(160)은 제3 미세관(163)의 종단부를 통해 상기 반응체 블리스터(140)에 체결되고, 제4 미세관(164)의 종단부를 통해 상기 제1 세정액 블리스터(130)에 체결되고, 제5 미세관(165)의 종단부를 통해 상기 제2 세정액 블리스터(150)에 체결된다.

에어공급부재로서 에어버튼(110) 대신에 에어탱크가 사용되는 경우, 시료 블리스터(120)의 가압으로 인하여 발생된 내부 압력이 에어탱크 내부 공기를 가압하게 되어 내부 공기가 압축하게 되며, 혈액 샘플을 시료 블리스터(120)에 회수하기 위해 시료 블리스터(120)에 가압한 압력을 없애면 시료 블리스터(120)가 원상태로 복원하게 되며, 이때의 시료 블리스터(120)의 복원력으로 반응 챔버(160)에 있는 혈액을 시료 블리스터(120)에 빨아들이고 압축되었던 에어탱크 내부 공기들이 복원하며 반응 챔버(160)에 있던 혈액을 시료 블리스터(120)에 밀어넣는다. 따라서, 에어탱크의 제1 미세관(161)은 이러한 반응 시의 역류를 방지하기 위해 제2 미세관(162), 제3 미세관(163), 제4 미세관(164) 및 제5 미세관(165)보다 압력을 낮게 관의 길이와 내경이 설계되어야 한다.

반응 챔버(160)은 시료에 존재하는 분석물질과 결합 또는 반응하여 분석신호를 측정하기 위해 배치된다. 반응 챔버(160)에 시료가 유입되면, 시료 내에 존재하는 분석물질과 효소반응(enzyme reaction), 면역반응(immunoreaction), 화학반응(chemical reaction), DNA 또는 RNA의 교잡(hybridizaion) 반응, 응고(aggregation) 및 응집(agglutination) 반응이 일어나 분석물질에 의한 분석신호(detection signal)를 발생한다. 분석신호는 발색, 발광, 형광, 굴절률 변화, FRET(fluorescence resonance energy transfer) 등의 분광학적 방법(optical method), 산화/환원을 통한 전기화학적 방법(electrochemical method), 무게변화에 의한 수정진동자저울(quartz crystal microbalance) 방법 또는 마이크로캔틸레버(microcantilever) 방법 등이 사용 가능하다. 또한 반응 챔버(160)에는 분석물질에 의한 분석신호를 발생하기 위해, 효소(enzyme), 항원(antigen), 항체(antibody), DNA, RNA, 압타머(apatmer), 리간드(ligand), 리셉터(receptor), 결합 탐침(binding probe), 효소의 기질(enzyme substrate) 등을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 반응 챔버(160)에 유입된 시료는 정확하게 부피를 정량하여야 하므로, 반응 챔버(160)에 다양한 형태의 전극(electrode)을 도입하여 시료의 유입에 의한 전극 간의 전도도(conductivity) 변화 또는 저항(resistance)의 변화를 전기화학적으로 측정하여 반응 챔버(160)에 유입된 시료의 부피를 정량하거나, 반응 챔버(160)이 투명한 경우 분광학적 방법을 통해 반응 챔버(160)에 유입된 시료의 부피를 정량할 수 있다.

PCB 기판 위에 배치된 형광센서 어셈블리(170)는 반응 챔버(160)의 배면에 배치되어 각 항체 스팟에서 면역 반응에 의해 일어나는 화학발광신호를 각 픽셀별로 측정하여 미세한 신호를 의미있는 값으로 해석하는 이미지 분석을 위해 영상을 평면적으로 촬영한다.

통상적으로 형광 수명 이미징(Fluorescence Lifetime Imaging, FLIM) 기술은 형광물질에서 발현된 형광이 지수적으로 감소(exponentially decay)할 때 그 물질의 고유 특징인 시상수(time constant)가 형광물질의 주변 환경에 따라서 달라진다는 사실을 이용해서 측정한 시상수의 변화를 시각화하는 기술이다. 이때 시상수를 측정하는 방법을 응용해서 이미션 필터(emission filter)의 사용없이 미세한 양의 형광을 감지할 수 있다.

일반적으로 형광물질은 도 2에 도시된 바와 같이, 고유 성질에 따른 특정 파장대의 빛을 받으면 그 보다 긴 파장대의 형광을 발생시킨다. 이때 발현되는 형광량(n(t))은 도 3에 도시된 바와 같이, 초기값이 n(0) 이고 시상수가 τ로 지수적으로 감소하는 성질을 갖는다.

형광이 발현된 후, 서로 다른 시점인 T1, T2 에서 측정한 형광량인 n(T1), n(T2)에 대해서 지수적으로 감소하는 곡선의 시상수는 다음과 같이 구할 수 있다.

바이오 반응의 결과로 발현되는 형광(emission light)은 여기광(excitation light)의 파장 대비 긴 파장의 형광이다. 형광을 감지해야 한다면, 여기광을 제거하고 형광을 통과시키는 이미션 필터(emission filter)가 필요하다. 한편, 형광을 감지할 때 여기광이 존재하지 않는다면 이미션 필터는 생략될 수 있다.

도 3에서 여기광에 해당하는 광원을 t = 0 시점에서 오프하면 여기광에 반응하는 형광이 시상수 τ로 t = 0인 시점에서의 값에서 지수적으로 감소하게 된다.

이렇게 형광이 지수적으로 감소하는 동안은 이미 여기광원을 오프하였기 때문에 오로지 감지하려는 형광만이 존재하게 된다. 시점 T1 에서 T2 - T1의 시간 동안 센서 노출을 하였다면 이 구간에서의 형광량을 구할 수 있다.

다만 이 경우 발현된 전체 형광의 일부만을 감지하기 때문에 그 양이 적을 수 있다. 따라서, 여기광을 출사한 후 형광센싱부재에 노출하는 과정을 반복해서 각 노출에서 감지한 형광 값을 더한다면 PCR 반응 결과를 판단하는데 충분한 양의 형광량을 확보할 수 있다. 이 방식에서는 여기광을 제거하기 위한 이미션 필터가 불필요하다.

도 4는 도 1에 도시된 형광센서 어셈블리(170)를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 형광센서 어셈블리(170)는 이미션 필터(172) 및 형광센싱부재(174)을 포함한다.

이미션 필터(172)는 형광센싱부재(174) 상에 일체로 형성되고, 광원(미도시)에서 발생된 여기광(Excitation Light)은 차단하고 반응공간(240)내의 시료에서 발생된 방사광(Emission Light)은 투과시킨다.

이미션 필터(172)는 베이스매질(7102), 반경화 포토레지스트(7110), 및 안료(7120)를 포함한다.

베이스매질(7102)은 형광센싱부재(174) 상에 평평한 형상으로 배치되어 이미션 필터(172)의 외형을 구성한다. 베이스매질(7102)은 투명한 재질의 합성수지, 유리, 금속산화물 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 베이스매질(7102)은 형광이나 인광을 발생시키지 않으며 생체친화적인 특성을 갖는 에폭시수지, 실리콘수지 등을 포함할 수 있다.

반경화 포토레지스트(7110)는 베이스매질(7102) 내에 분산되며, 열경화, 건조, 광경화 등에 의해 고체상태로 고정된 포토레지스트를 포함한다. 예를들어, 반경화 포토레지스트(7110)는 네거티브 포토레지스트를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반경화 포토레지스트(7110)는 포지티브 포토레지스트를 포함할 수 있다.

이론에 의해 본 발명의 권리범위를 제한하고자 하는 것은 아니지만, 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 이미션 필터(172)가 특유의 우수한 광학특성을 갖는 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.

일반적인 컬러필터는 투명한 매질 내에 안료를 고정시켜서, 안료에 일정한 파장의 광을 흡수시키고 다른 파장의 광을 투과시키는 방식으로 광을 선택적으로 투과시킨다. 포토레지스트는 자외선, 청색광, 녹색광 등 파장이 짧은 광에 반응하여 화학적 특성 및 광학적 특성이 변경되는 특징으로 인해, 반경화 포토레지스트(7110)가 컬러필터에 사용되는 경우 시간이 지남에 따라 광학적 특성이 변경되는 문제점이 있다. 따라서 종래의 컬러필터에는 자외선, 청색광, 녹색광 등 파장이 짧은 광에 완전히 포화되거나 파장이 짧은 광이 조사되더라도 아무런 변동이 없는 열경화성 물질 등이 사용될 수 있다.

그런데 본 발명의 이미션 필터(172)는 장시간 사용이 아닌 일회용 실험장비에 사용되기 때문에 장시간 동일한 광학적 특성을 유지할 필요가 없고, 비교적 짧은 실험시간 동안에만 일시적으로 광학특성을 유지하기만 하면 된다. 구체적으로 반경화 포토레지스트(7110)는 자외선, 청색광, 녹색광 등 파장이 짧은 광이 조사되면 일정시간 파장이 짧은 광을 흡수하기 때문에 일시적으로 매우 우수한 특성의 광학필터로서 기능하다가, 시간이 지나면 파장이 짧은 광에 포화되어 광학필터 기능을 대부분 상실하기 때문에 종래의 컬러필터에서는 장기적 안정성에 반하는 반경화 포토레지스트(7110)가 사용될 수 없었다.

본 발명은 역으로 반경화 포토레지스트(7110)가 자외선, 청색광, 녹색광 등 파장이 짧은 광에 포화되어 안정화되는 과정에서 파장이 짧은 광을 흡수하는 특성을 이용하여, 일회용 실험장치에서 사용할 수 있는 매우 우수한 광학특성을 갖는 이미션 필터(172)를 구현하였다. 즉, 본 발명에서는 안료(7120)에 의해 1차적으로 여기광을 차단하고 반경화 포토레지스트(7110)에 의해 2차적으로 여기광을 차단함으로써, 기존의 컬러필터나 간섭필터가 구현할 수 없었던 입사광의 방향에 무관하게 우수한 특성을 갖는 이미션 필터(172)를 제조하는데 성공했다.

안료(7120)는 일정한 파장의 광을 흡수하는 물질로, 예를 들어, 황색안료, 적색안료, 청색안료, 녹색안료, 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 안료(7120)는 황색안료를 포함한다. 황색안료로는 크롬산납(lead chromate), 칼슘 옐로우(calcium yellow), 황색 산화물(yellow oxides), 복합 무기물 염료(complex inorganic colour pigments), 비스무스 바나듐산염(bismuth vanadate), 등의 무기물 염료나, 아릴마이드(arylamide), 다이아릴리드(diarylide), 벤조이미다졸론(benzimidazolone), 디스아조 응결체(disazo ondensation), 유기 금속 착물(organic metal complexes), 아이소인돌린(isoindoline), 퀴노프탈론(quinophthalone), 안트라피리미딘(anthrapyrimidine), 플라반트론(flavanthrone), 등의 유기물 염료를 포함할 수 있다.

형광센싱부재(174)는 베이스 기판(7210) 및 복수개의 형광센서들(7220)을 포함할 수 있다.

베이스 기판(7210)은 평판형상을 가지며 상기 이미션 필터(172)와 일체로 형성된다.

형광센서들(7220)은 CMOS로 구현될 수 있다. 형광센서들(7220)은 어레이 형상으로 배열되고, 베이스 기판(7210)의 상부에 배치되어 형광을 감지한다. 상기한 형광의 감지는 시간 분리 방식에 의해 이루어질 수도 있고, 파장 분리 방식에 의해 이루어질 수도 있다.

상기한 시간 분리 방식의 경우, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 형광센싱부재(174)는 이미션 필터(172)를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 시상수를 구하여 형광을 감지한다.

상기한 파장 분리 방식의 경우, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 형광센싱부재(174)는 이미션 필터(172)를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 스펙트럼 분석을 통해 형광을 감지한다.

본 실시예에 따르면, 화학발광신호를 형광센서들(7220) 표면에서 직접 측정하여 광신호의 손실을 최소화하여 측정감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 다종의 항원(antigen) 또는 다종의 항체(antibody)와 결합하는 위치기반 물질을 반응 챔버(160)가 아닌 형광센서 어셈블리(170) 위에 일정한 열과 행의 배열인 도트 형태로 부착을 시키면, 도트의 정확한 위치를 픽셀 기반으로 확인할 수 있어서, 위치 기반의 다중진단 기반 검진을 가능하게 한다. 또한, 다종의 항체 또는 다종의 항원에 결합된 반응체에 대한 촬영된 이미지의 해당 위치의 형광량을 계산하여 진단 결과를 확보할 수 있으므로 다중 진단이 가능하다.

본 실시예에서, 상기 형광센서 어셈블리(170)는 플랫한 형상을 갖고, 상기 반응 챔버(160)의 배면은 플랫한 형상의 형광센서 어셈블리(170) 위에 플랫하게 배치된다. 이에 따라, 반응 챔버(160) 내에서 혈액이 일방향을 이동된 후 타방향으로 이동되고 다시 일방향으로 이동되는 식으로 혈액의 이동이 반복되더라도 혈액의 이동에 있어서 장애물이 없다. 형광센서 어셈블리(170) 위에 상기의 위치기반물질을 도트 형태로 부착하더라도 물질의 크기가 미세하기 때문에 혈액 등의 액체의 이동을 방해하지 않는다.

도 5는 도 1에 도시된 시료 블리스터(120)과 제2 미세관(162)의 체결구조를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 시료 블리스터(120)은 사각 또는 원형, 또는 주사기 등 액체를 수용할 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있는 몸체부(120a)와 상기 몸체부(120a)에서 돌출된 제1 체결부(120b)를 포함한다. 몸체부(120a)에는 혈액을 수용할 수 있는 공간이 형성되고, 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치가 눌려짐에 따라 수용된 혈액을 제1 체결부(120b)를 통해 제2 미세관(162)에 공급한다.

제2 미세관(162)은 유체가 흐르는 경로를 제공하는 유로부(162a)와 상기 유로부(162a)의 종단부에 형성된 제2 체결부(162b)를 포함한다. 제2 체결부(162b)는 시료 블리스터(120)의 제1 체결부(120b)에 체결된다. 본 실시예에서, 제1 체결부(120b)는 볼트 형상을 갖고 제2 체결부(162b)는 너트 형상을 갖고서 제1 체결부(120b)는 제2 체결부(162b)에 체결되는 구조를 갖는다.

면역진단 카트리지를 이용하여 특정 혈액을 진단하려는 특정 혈액이 담겨진 시료 블리스터(120)을 제2 미세관(162)에 체결하는 방식으로 본 발명의 일실시예에 따른 면역진단 카트리지를 이용하여 면역진단 동작을 수행하고, 면역진단 동작이 완료된 시료 블리스터(120)은 조작자의 조작에 따라 면역진단 카트리지로부터 분리될 수 있다.

이처럼, 시료 블리스터(120)는 면역진단 카트리지로부터 분리될 수 있으므로 시료 블리스터(120)의 끝부분의 구멍을 통해 혈액을 직접 빨아들일 수도 있다. 예를들어, 손가락 끝에 상처를 내서 피가 배어 나오도록 하고 시료 블리스터(120)를 누른 상태에서 시료 블리스터(120)의 구멍을 핏방울에 접촉시켜서 빨아들일 수도 있다.

시료 블리스터(120)와 제2 미세관(162) 사이에 필터(122)를 더 배치시켜 혈장 또는 애널라이트(Analyte) 만 통과시킬 수도 있다.

이상에서는 시료 블리스터(120)과 제2 미세관(162)의 연결 구조에 대해서 설명하였으나, 제1 세정액 블리스터(130)과 제3 미세관(163)의 연결구조나, 반응체 블리스터(140)과 제4 미세관(164)의 연결구조나, 제2 세정액 블리스터(150)과 제5 미세관(165)의 연결구조에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.

도 6a는 시료 블리스터(120)을 가압하여 반응 챔버(160)에 혈액을 공급하는 예를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이고, 도 6b는 에어버튼(110)을 가압하여 혈액을 시료 블리스터(120)에 회수시키는 예를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다. 에어버튼(110) 대신에 에어탱크을 사용하면, 시료 블리스터(120)의 가압 및 감압 만으로도 반응 챔버(160)에 혈액을 공급 및 회수할 수 있다.

도 6a를 참조하면, 시료 블리스터(120)을 제2 미세관(162)에 체결하여 반응 챔버(160)에 연결시킨 후, 조작자는 시료 블리스터(120)을 핑거 또는 기계적 누름 장치로 누르는 방식으로 시료 블리스터(120)에 압력을 가한다. 이에 따라, 시료 블리스터(120)에 담겨진 혈액은 제2 미세관(162)을 경유하여 반응 챔버(160)에 공급된다. 반응 챔버(160)에 공급된 혈액은 반응 챔버(160)에 일정한 열과 행의 배열로 도트 형태로 부착된 위치기반물질에 혼합된 항체와 항원-항체 반응한다.

에어버튼(110)을 사용하는 경우에 도 6b를 참조하면, 조작자는 에어버튼(110)을 핑거 또는 기계적 누름 장치로 누르는 방식으로 에어버튼(110)에 압력을 가하면, 반응 챔버(160)나 제2 미세관(162)에 존재하는 혈액은 시료 블리스터(120)에 회수된다.

도 6a에 도시된 시료 블리스터(120)을 가압하는 방식으로 혈액을 반응 챔버(160)에 공급하고, 도 6b에 도시된 에어버튼(110)을 가압하는 혈액을 시료 블리스터(120)에 회수하는 동작을 반복하므로써 위치기반물질에 혼합된 항체와 혈액에 포함된 항원간의 항원-항체 반응에 노출될 확률을 높일 수 있다. 이에 따라, 항원-항체 반응의 속도를 높이고 항원-항체 반응의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

에어버튼(110) 대신 에어탱크를 사용하면, 도 6a에서 핑거 또는 기계적 누름 장치로 시료 블리스터(120)를 눌렀다가 떼는 동작의 반복만으로 혈액을 반응 챔버(160)에 공급하고 회수하는 동작을 반복하게 하며 위치기반물질에 혼합된 항체 또는 항원과 혈액에 포함된 항원 또는 항체 간의 항원-항체 반응에 노출될 확률을 높일 수 있다. 이에 따라, 항원-항체 반응의 속도를 높이고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 7은 도 1에 도시된 면역진단 카트리지의 구동 방법의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 시료 블리스터(120)을 가압하여 제2 미세관(162)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 혈액을 공급한다(단계 S110).

에어버튼(110)을 가압하여 제1 미세관(161)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 에어를 공급하는 방식으로 반응 챔버(160)에 존재하는 혈액을 시료 블리스터(120)에 회수 처리한다(단계 S120). 본 실시예에서, 하이드로젤 패드에 혼합된 항체와 혈액이 만날 확률을 높여 반응 효율을 높이기 위해 단계 S110의 시료 블리스터(120)을 가압하는 동작과 단계 S120의 에어버튼(110)을 가압하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

제1 세정액 블리스터(130)을 가압하여 제3 미세관(163)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 제1 세정액을 공급한다(단계 S130).

에어버튼(110)을 가압하여 제1 미세관(161)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 에어를 공급하는 방식으로 반응 챔버(160)에 존재하는 제1 세정액을 제1 세정액 블리스터(130)에 회수 처리한다(단계 S140). 본 실시예에서, 반응 챔버(160)의 세정 효과를 높이기 위해 단계 S130의 제1 세정액 블리스터(130)을 가압하는 동작과 단계 S140의 에어버튼(110)을 가압하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

반응체 블리스터(140)을 가압하여 제4 미세관(164)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 반응체를 공급한다(단계 S150).

에어버튼(110)을 가압하여 제1 미세관(161)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 에어를 공급하는 방식으로 반응 챔버(160)에 존재하는 반응체를 반응체 블리스터(140)에 회수 처리한다(단계 S160). 본 실시예에서, 형광항체 효율을 높이기 위해 단계 S150의 반응체 블리스터(140)을 가압하는 동작과 단계 S160의 에어버튼(110)을 가압하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

제2 세정액 블리스터(150)을 가압하여 제5 미세관(165)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 제2 세정액을 공급한다(단계 S170).

에어버튼(110)을 가압하여 제1 미세관(161)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 에어를 공급하는 방식으로 반응 챔버(160)에 존재하는 제2 세정액을 제2 세정액 블리스터(150)에 회수 처리한다(단계 S180). 본 실시예에서, 반응 챔버(160)의 세정 효과를 높이기 위해 단계 S170의 제2 세정액 블리스터(150)을 가압하는 동작과 단계 S180의 에어버튼(110)을 가압하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

이어, 반응 챔버(160)의 배면에 배치된 형광센서 어셈블리(170)를 통해 반응 챔버(160)에서 발현되는 형광 영상을 촬영한다(단계 S190).

이상에서는 시료 블리스터, 반응체 블리스터나 세정액 블리스터들을 가압하고 에어버튼을 가압하는 방식으로 항원-항체 반응에 노출될 확률을 높이는 예가 설명되었다. 한편, 에어버튼에 대신하여 에어탱크을 사용하면, 각각의 블리스터의 가압 및 감압 만으로 별도의 동작(에를들어, 에어버튼을 가압하거나 감압하는 동작)없이 각각의 액체를 반응 챔버(160)에 주입 및 회수할 수 있다.

도 8은 도 1에 도시된 면역진단 카트리지의 구동 방법의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 시료 블리스터(120)을 가압하여 제2 미세관(162)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 혈액을 공급한다(단계 S210).

시료 블리스터(120)에 가해지는 압력을 해제하여 반응 챔버(160)에 존재하는 혈액을 시료 블리스터(120)에 회수 처리한다(단계 S220). 즉, 시료 블리스터(120)가 조작자의 핑거 또는 기계적 누름 장치 등에 의해 압력이 가해졌을 때, 시료 블리스터(120) 내부의 유체(예를들어, 혈액)은 반응 챔버(160)에 공급되며 평형을 이루고 있던 내부 압력이 가장 압력이 약한 에어탱크로 먼저 가해져서 에어탱크의 내부 공기는 압축된다. 한편, 시료 블리스터(120)에 가해졌던 압력이 해제가 되면, 에어탱크 내부에 압축되었던 공기는 팽창하면서 반응 챔버(160) 내부에 있던 유체(즉, 혈액과 같은 용액)을 시료 블리스터(120) 방향으로 밀어내고 압력이 해제되는 시료 블리스터(120)가 복원을 하면서 발생된 흡입력으로 해당 유체(즉, 혈액과 같은 용액)을 회수한다. 본 실시예에서, 하이드로젤 패드에 혼합된 항체와 혈액이 만날 확률을 높여 반응 효율을 높이기 위해 단계 S210의 시료 블리스터(120)을 가압하는 동작과 단계 S220의 시료 블리스터(120)의 가압을 해제하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

제1 세정액 블리스터(130)을 가압하여 제3 미세관(163)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 제1 세정액을 공급한다(단계 S230).

제1 세정액 블리스터(130)에 가해지는 압력을 해제하여 반응 챔버(160)에 존재하는 제1 세정액을 제1 세정액 블리스터(130)에 회수 처리한다(단계 S240). 여기서, 제1 세정액 블리스터(130)의 가압에 따른 에어탱크의 내부 공기의 압축에 따른 압력 변화와 제1 세정액 블리스터(130)의 가압 해제에 따른 에어탱크의 복원에 의해 발생되는 흡입력에 의한 회수 동작은 시료 블리스터(120)의 가압에 따른 에어탱크의 내부 공기의 압축에 따른 압력 변화와 시료 블리스터(120)의 가압 해제에 따른 에어탱크의 복원에 의해 발생되는 흡입력에 의한 회수 동작과 동일하다. 본 실시예에서, 반응 챔버(160)의 세정 효과를 높이기 위해 단계 S230의 제1 세정액 블리스터(130)을 가압하는 동작과 단계 S240의 제1 세정액 블리스터(130)의 가압을 해제하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

반응체 블리스터(140)을 가압하여 제4 미세관(164)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 반응체를 공급한다(단계 S250).

반응체 블리스터(140)에 가해지는 압력을 해제하여 반응 챔버(160)에 존재하는 반응체를 반응체 블리스터(140)에 회수 처리한다(단계 S260). 여기서, 반응체 블리스터(140)의 가압에 따른 에어탱크의 내부 공기의 압축에 따른 압력 변화와 반응체 블리스터(140)의 가압 해제에 따른 에어탱크의 복원에 의해 발생되는 흡입력에 의한 회수 동작은 시료 블리스터(120)의 가압에 따른 에어탱크의 내부 공기의 압축에 따른 압력 변화와 시료 블리스터(120)의 가압 해제에 따른 에어탱크의 복원에 의해 발생되는 흡입력에 의한 회수 동작과 동일하다. 본 실시예에서, 형광항체 효율을 높이기 위해 단계 S250의 반응체 블리스터(140)을 가압하는 동작과 단계 S260의 반응체 블리스터(140)의 가압을 해제하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

제2 세정액 블리스터(150)을 가압하여 제5 미세관(165)을 통해 연결된 반응 챔버(160)에 제2 세정액을 공급한다(단계 S270).

제2 세정액 블리스터(150)에 가해지는 압력을 해제하여 반응 챔버(160)에 존재하는 제2 세정액을 제2 세정액 블리스터(150)에 회수 처리한다(단계 S280). 여기서, 제2 세정액 블리스터(150)의 가압에 따른 에어탱크의 내부 공기의 압축에 따른 압력 변화와 제2 세정액 블리스터(150)의 가압 해제에 따른 에어탱크의 복원에 의해 발생되는 흡입력에 의한 회수 동작은 시료 블리스터(120)의 가압에 따른 에어탱크의 내부 공기의 압축에 따른 압력 변화와 시료 블리스터(120)의 가압 해제에 따른 에어탱크의 복원에 의해 발생되는 흡입력에 의한 회수 동작과 동일하다. 본 실시예에서, 반응 챔버(160)의 세정 효과를 높이기 위해 단계 S270의 제2 세정액 블리스터(150)을 가압하는 동작과 단계 S280의 제2 세정액 블리스터(150)의 가압을 해제하는 동작을 수회 반복할 수 있다.

이어, 반응 챔버(160)의 배면에 배치된 형광센서 어셈블리(170)를 통해 반응 챔버(160)에서 발현되는 형광 영상을 촬영한다(단계 S290).

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 시료 블리스터를 가압하는 방식으로 혈액을 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하는 혈액을 시료 블리스터에 회수하는 동작을 반복하므로써 위치기반물질(예: 덴드렌 또는 하이드로젤패드)에 혼합된 항체 또는 항원과 혈액에 포함된 항원 또는 항체 간의 항원-항체 반응에 노출될 확률을 높일 수 있다. 또한 제1 세정액 블러스터를 가압하는 방식으로 제1 세정액을 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하여 제1 세정액을 제1 세정액 블리스터에 회수하는 동작을 반복함으로써 하이드로젤 패드 이외에 오염된 부분의 세정 확률을 높일 수 있다. 또한 반응체 블리스터를 가압하는 방식으로 반응체를 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하여 반응체를 반응체 블리스터에 회수하는 동작을 반복함으로써 반응체와 항원-항체의 결합 확률을 높일 수 있다. 또한 제2 세정액 블러스터를 가압하는 방식으로 제2 세정액을 반응 챔버에 공급하고, 에어버튼을 가압하여 제2 세정액을 제2 세정액 블리스터에 회수하는 동작을 반복함으로써 하이드로젤 패드 이외에 오염된 부분의 세정 확률을 높일 수 있다.

이에 따라, 항원-항체 반응의 속도를 높이고 항원-항체 반응의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 센서와 항원-항체의 반응물 위치가 밀접하여 반응의 민감도를 향상시킬 수 있다.

또한 에어버튼 대신에 에어탱크를 사용하는 경우는 블리스터들 각각에 압력을 가하고 해제하는 동작의 반복만으로 상기 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 에어버튼 120 : 시료 블리스터
130 : 제1 세정액 블리스터 140 : 반응체 블리스터
150 : 제2 세정액 블리스터 160 : 반응 챔버
161 : 제1 미세관 162 : 제2 미세관
163 : 제3 미세관 164 : 제4 미세관
165 : 제5 미세관 170 : 형광센서 어셈블리
172 : 이미션 필터 174 : 형광센싱부재
7102 : 베이스매질 7110 : 반경화 포토레지스트
7120 : 안료 7210 : 베이스 기판
7220 : 형광센서들

Claims

내측면에 다종의 항체(antibody) 또는 항원(antigen)이 부착된 반응 챔버;
상기 반응챔버의 아래에 배치되어, 여기광의 입사각과 무관하게 필터링이 가능하고 상기 여기광보다 파장이 큰 방사광을 통과시키는 광학특성을 갖는 이미션 필터; 및
상기 이미션 필터의 아래에 배치되어, 상기 이미션 필터를 통과한 상기 방사광의 휘도를 측정하는 형광센싱부재를 포함하는 면역진단 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 반응 챔버의 내부 공간은 평면상에서 관찰할 때 사각형상을 포함하는 다각형상 또는 원형상인 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 반응 챔버의 내부 공간에는 사형형상의 미세유로가 형성된 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 반응챔버에 연결된 에어공급부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제4항에 있어서, 상기 에어공급부재와 상기 반응 챔버는 제1 미세관을 통해 연결되고, 상기 제1 미세관은 사행 형상(snake shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 면역진단키트.
제4항에 있어서, 상기 에어공급부재는,
핑거 또는 기계적 누름 장치의 가압에 따라 상기 반응 챔버에 에어를 공급하고 핑거 또는 기계적 누름 장치의 감압에 따라 상기 반응 챔버에서 에어를 회수하는 에어버튼; 및
상기 블리스터들의 가압에 따라 내부 압력이 압축되어 상기 블리스터의 유체를 상기 반응 챔버 내에 공급시키고, 상기 블리스터들의 감압에 따라 내부 압력이 해제되어 상기 반응 챔버 내부의 유체를 해당 블리스터에 회수시키는 에어탱크 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 면역진단키트.
제1항에 있어서, 상기 반응챔버에 연결된 복수의 블리스터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제7항에 있어서, 상기 블리스터들은,
혈액 또는 뇨를 포함하는 체액이 수용된 시료 블리스터;
제1 세정액이 수용된 제1 세정액 블리스터;
형광물질을 포함하는 반응체가 수용된 반응체 블리스터; 및
제2 세정액이 수용된 제2 세정액 블리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단키트.
제7항에 있어서, 상기 블리스터들은,
혈액 또는 뇨를 포함하는 체액이 수용된 시료 블리스터;
제1 세정액이 수용된 제1 세정액 블리스터;
형광물질을 포함하는 반응체가 수용된 반응체 블리스터; 및
제2 세정액이 수용된 제2 세정액 블리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단키트.
제9항에 있어서, 상기 시료 블리스터와 상기 제2 미세관 사이에 배치되어 혈장 또는 애널라이트(Analyte) 만 통과시키는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단키트.
제1항에 있어서, 상기 이미션 필터는,
평평한 형상으로 배치되고 투명하며 여기광에 의해 형광이나 인광을 발생시키지 않는 재질을 포함하는 베이스매질;
상기 베이스매질 내에 배치되고, 열경화, 광경화 및 건조로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 방법에 의해 고체상태로 고정된 포토레지스트; 및
상기 베이스매질 내에 배치되고, 일정한 파장의 광을 흡수하는 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 형광센싱부재는,
평판형상을 가지며 상기 이미션 필터와 일체로 형성되는 베이스기판; 및
상기 베이스기판의 상부에 매립되어 상기 베이스기판의 상면이 평면형상이 되도록 하되 어레이 형상으로 배열된 복수개의 형광센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제12항에 있어서, 상기 형광센싱부재는, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 상기 이미션 필터를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 시상수를 구하여 형광을 감지하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제12항에 있어서, 상기 형광센싱부재는, 형광물질이 여기광에 응답하여 방출광을 발현함에 따라, 상기 이미션 필터를 통과하는 방출광을 검출하고 검출된 방출광의 스펙트럼 분석을 통해 형광을 감지하는 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 항체 또는 항원은 위치기반물질에 혼합되고, 상기 위치기반물질은 일정한 열과 행의 배열로 도트 형태로 상기 반응 챔버의 내측면에 부착된 것을 특징으로 하는 면역진단 카트리지.
제15항에 있어서, 상기 위치기반물질은 덴드렌 또는 하이드로젤 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단키트.
내측면에 다종의 항체(antibody) 또는 항체(antigen)가 부착된 반응 챔버에 연결된 복수의 블리스터들 중 하나를 가압하는 단계; 및
상기 반응 챔버에 공급된 유체를 해당 블리스터에 회수시키기 위해 에어공급부재를 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단키트의 구동 방법.
제17항에 있어서, 상기 블리스터들 중 하나를 가압하는 동작과 상기 에어공급부재를 가압하는 동작은 반복되는 것을 특징으로 하는 면역진단키트의 구동 방법.
내측면에 다종의 항체(antibody) 또는 항체(antigen)가 부착된 반응 챔버에 연결된 복수의 블리스터들 중 하나를 가압하는 단계; 및
상기 반응 챔버에 공급된 유체를 해당 블리스터에 회수시키기 위해 해당 블리스터에 가해진 압력을 해제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면역진단키트의 구동 방법.
제19항에 있어서, 상기 블리스터들 중 하나를 가압하는 동작과 해당 블리스터에 가해진 압력을 해제하는 동작은 반복되는 것을 특징으로 하는 면역진단키트의 구동 방법.