KR20180128556A - 바이오 물질 분석 방법 - Google Patents

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KR20180128556A KR1020170063737A KR20170063737A KR20180128556A KR 20180128556 A KR20180128556 A KR 20180128556A KR 1020170063737 A KR1020170063737 A KR 1020170063737A KR 20170063737 A KR20170063737 A KR 20170063737A KR 20180128556 A KR20180128556 A KR 20180128556A
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Abstract

본 발명에 따르면, 바이오 물질 검출 방법은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 기판을 포함하는 분석 장치를 준비하는 것, 상기 기판 상에 제2 항원을 공급하여, 항체들 중 일부 및 상기 항체의 제1 반응을 진행하는 것; 및 상기 제1 반응이 진행된 후, 상기 항체들 중 다른 일부 및 상기 제1 항원의 제2 반응을 진행하여, 결합 구조체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 항체들이 상기 기판의 상기 제1 영역 상에 배치되고, 캡쳐 구조체가 상기 기판의 상기 제2 영역 상에 제공되며, 상기 캡쳐 구조체는 상기 기판과 결합된 링커 및 상기 링커와 결합된 제1 항원을 포함할 수 있다. 상기 결합 구조체는 링커, 제1 항원, 및 상기 제1 항원과 결합된 항체를 포함할 수 있다.

Description

바이오 물질 분석 방법{Method of analyzing bio-material}
본 발명은 바이오 물질 분석 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 항원-항체 반응을 이용한 바이오 물질 분석 방법에 관한 것이다.
바이오테크놀로지(Bio-technology: BT)는 차세대 융합 기술의 일종으로, 그 중요성이 높아지고 있다. 최근 바이오 물질의 분석에 관한 연구들이 증가하고 있다. 바이오 물질은 소량으로 제공될 수 있다. 바이오 물질은 작은 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 호르몬과 관련된 바이오 물질은 작은 분자량을 가질 수 있다. 이에 따라, 작은 분자량의 바이오 물질을 분석할 필요성이 증대되고 있다. 또한 바이오 물질을 빠르고 정확하게 분석하는 방법들에 대한 요구가 증대되고 있다.
바이오 물질은 항원 및 항체를 포함할 수 있다. 항체는 항원과 특이적으로 결합할 수 있다. 최근 바이오 물질의 분석에 있어, 항원 및 항체를 사용하는 방법들이 연구되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 낮은 분자량의 바이오 물질 분석 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 감도 및 정확도가 향상된 바이오 물질 분석 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 바이오 물질 분석 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 바이오 물질 분석 방법은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 기판을 준비하는 것, 항체들이 상기 기판의 상기 제1 영역 상에 배치되고, 캡쳐 구조체가 상기 기판의 상기 제2 영역 상에 제공되며, 상기 캡쳐 구조체는 상기 기판과 결합된 링커 및 상기 링커와 결합된 제1 항원을 포함하고; 상기 기판 상에 제2 항원을 공급하여, 상기 항체들 중 일부 및 상기 제2 항원의 제1 반응을 진행하는 것; 및 상기 제1 반응이 진행된 후, 상기 항체들 중 다른 일부 및 상기 제1 항원의 제2 반응을 진행하여, 결합 구조체를 형성하는 것을 포함하고, 상기 결합 구조체는 상기 링커, 상기 제1 항원, 및 상기 항체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 기판 상에 색-물질 용액을 공급하여, 착색 물질을 형성하는 것; 상기 기판 상에 빛을 가하는 것; 및 상기 착색 물질에 흡수되는 빛을 분석하는 것을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 항체들은 라벨들을 갖고, 상기 라벨들은 페록시다이제 효소를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 색-물질 용액은 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine 및 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 링커는 아래의 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(화학식 1에서 Z는 실리콘(Si) 및 탄소(C) 중에서 선택된 어느 하나이고, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2은 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.)
본 발명에 따르면, 바이오 물질 분석 방법은 필터 및 기판을 포함하는 분석 장치를 준비하는 것, 항체들이 상기 필터 내에 제공되고, 캡쳐 구조체가 상기 기판 상에 제공되며, 상기 캡쳐 구조체는 상기 기판과 결합된 링커 및 상기 링커와 결합된 제1 항원을 포함하고; 상기 필터 내에 제2 항원들을 공급하여, 상기 항체들 중 일부 및 상기 제2 항원의 제1 반응을 진행시키는 것; 상기 제1 반응 후, 상기 항체들 중 다른 일부를 상기 기판 상으로 이동시키는 것; 및 상기 항체들 중 다른 일부 및 상기 제1 항원의 제2 반응에 의해, 결합 구조체를 형성하는 것을 포함하고, 상기 결합 구조체는 상기 링커, 상기 제1 항원, 및 상기 항체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 기판 상에 색-물질 용액을 공급하여, 착색 물질을 형성하는 것; 상기 기판 상에 상에 빛을 가하는 것; 및 상기 착색 물질물질에 흡수되는 빛을 분석하여, 상기 제2 항원을 정량 분석하는 것을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 링커는 아래의 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
(화학식 1에서 Z는 실리콘(Si) 및 탄소(C) 중에서 선택된 어느 하나이고, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2은 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.)
실시예들에 따르면, 상기 기판은 웰 플레이트 또는 모세관을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2 항원은 낮은 분자량을 가질 수 있다. 제2 항원은 샘플 내에 소량으로 제공될 수 있다. 제1 반응 및 제2 반응을 통해, 결합 구조체에 포획된 항체들이 정량 분석될 수 있다. 항체들의 양으로부터, 제2 항원이 용이하게 정량 분석될 수 있다. 제2 항원의 정량 분석은 높은 감도 및 정확성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 도움을 위해, 참조가 아래의 설명에 첨부도면과 함께 주어져 있고 참조번호가 아래에 나타나 있다.
도 1은 실시에들에 따른 분석 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예들에 따른 분석 장치의 검출부를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예들에 따른 분석 장치의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4e는 실시예들에 따른 바이오 물질의 분석 방법을 도시한 단면도들이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 분석 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 실시예들에 따른 분석 장치의 검출부를 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 실시예들에 따른 바이오 물질의 분석 방법을 도시한 단면도들이다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 화학식 5a 내지 화학식 5c로 표시되는 링커를 사용하여 흡광도를 측정한 결과이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다
본 발명의 실시예들에서 사용된 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서,
Figure pat00003
는 연결되는 부위를 의미한다.
본 명세서에서, 치환 또는 비치환된 알킬기는 수소원자, 중수소 원자, 및 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기는 치환 또는 비치환된 치환기일 수 있다. 본 명세서에서 치환기는 1가의 치환기 및 2가의 치환기 중에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 분석 장치를 설명한다.
도 1은 실시에들에 따른 분석 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 분석 장치(1)는 검출부(10), 광원부(20), 및 센싱부(30)를 포함할 수 있다. 분석 장치(1)는 바이오 물질의 분석에 사용될 수 있다. 바이오 물질은 예를 들어, 코티졸과 같은 호르몬을 포함할 수 있다. 바이오 물질이 검출부(10)에 제공될 수 있다. 광원부(20)는 검출부(10)에 빛을 조사할 수 있다. 검출부(10)는 제1 파장의 빛을 흡수할 수 있다. 센싱부(30)는 상기 제1 파장의 빛을 측정하고, 상기 측정된 빛을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 도시되지 않았으나, 분석 장치(1)는 제어부 및 디스플레이부를 더 포함할 수 있다. 이하, 검출부(10)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 실시예들에 따른 분석 장치의 검출부를 도시한 단면도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 2를 참조하면, 검출부(10)는 기판(100), 항체들(300), 및 캡쳐 구조체(200)를 포함할 수 있다. 기판(100)은 웰 플레이트 또는 모세관일 수 있다. 기판(100)은 편평하게 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 기판(100)은 플라스틱 및 유리 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기판(100)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
항체들(300)이 기판(100)의 제1 영역(R1) 상에 제공될 수 있다. 항체들(300)은 기판(100)에 물리적으로 흡착될 수 있다. 항체들(300)은 기판(100)과 화학적으로 결합하지 않을 수 있다. 항체들(300)은 예를 들어, 코티졸 및 그 유도체 중에서 적어도 하나에 대한 항체들을 포함할 수 있다. 항체들(300)은 라벨들(310)을 가질 수 있다. 라벨들(310)은 항체들(300)에 결합될 수 있다. 라벨들(310)은 페록시다이제 효소(peroxidase enzyme)를 포함할 수 있다. 페록시다이제 효소는 예를 들어, horseradish peroxidase(HRP) 효소를 포함할 수 있다. 항체들(300)은 과량으로 제공될 수 있다. 항체들(300)은 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 제공되지 않을 수 있다.
캡쳐 구조체(200)는 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 제공될 수 있다. 캡쳐 구조체(200)는 기판(100)의 제1 영역(R1) 상에 제공되지 않을 수 있다. 캡쳐 구조체(200)는 링커(210) 및 제1 항원(220)을 포함할 수 있다. 링커(210)는 기판(100)과 결합할 수 있다. 기판(100) 및 링커(210) 사이의 결합은 공유결합일 수 있다. 링커(210)는 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 링커(210)는 아래의 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
(화학식 1에서 Z는 실리콘(Si) 및 탄소(C) 중에서 선택된 어느 하나이고, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2은 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. #은 기판(100)과 결합된 부분을 의미할 수 있다. *은 제1 항원(220)과 결합된 부분을 의미할 수 있다. )
예를 들어, 링커(210)는 아래의 화학식 2a, 화학식 2b, 및 화학식 2c 중에서 적어도 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2a]
Figure pat00005
[화학식 2b]
Figure pat00006
[화학식 2c]
Figure pat00007
(화학식 2a, 화학식 2b, 및 화학식 2c에서, #은 기판(100)과 결합된 부분을 의미할 수 있다. *은 제1 항원(220)과 결합된 부분을 의미할 수 있다.)
제1 항원(220)은 링커(210)와 결합할 수 있다. 항체들(300)은 제1 항원(220)에 대한 항체들일 수 있다. 제1 항원(220)은 코티졸 및 그 유도체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 항원(220)은 아래의 화학식 3로 표시되는 물질을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00008
도 3a 및 도 3b는 실시예들에 따른 분석 장치의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 3a를 참조하면, 링커(210)가 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 형성될 수 있다. 실시예들에 따르면, 기판(100)이 준비될 수 있다. 플라즈마 처리 공정이 기판(100) 상에 수행되어, 작용기가 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 상기 플라즈마 처리 공정은 산소 플라즈마 처리 공정을 포함할 수 있다. 상기 작용기는 수산화기(-OH)를 포함할 수 있다.
링커 전구체(미도시)가 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 링커 전구체는 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 제공되나, 기판(100)의 제1 영역(R1) 상에 제공되지 않을 수 있다. 링커 전구체는 하기 화학식 4a 또는 화학식 4b로 표시될 수 있다.
[화학식 4a]
Figure pat00009
[화학식 4b]
Figure pat00010
(화학식 4a 및 화학식 4b에서, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. X는 -F, -Cl, -Br, 및 -I 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.)
실시예들에 따르면, 링커 전구체는 아래의 화학식 5a, 화학식 5b, 및 화학식 5c 중에서 적어도 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 5a]
Figure pat00011
[화학식 5b]
Figure pat00012
[화학식 5c]
Figure pat00013
링커 전구체가 화학식 5b로 표시되는 경우, 링커 전구체는 아래의 반응식 2와 같이 제조될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00014
(반응식 2에서, Et는 CH3CH2-이고, DMF는 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide)이고, p-TsCl은 p-toluenesulfonyl chloride이고, Ts는 p-toluenesulfonyl이고, pyr은 피리린(pyridine)이다. tol은 톨루엔(toluene)이다. Karstedt cat는 Hydrosilation 반응의 촉매로 Pt를 포함할 수 있다. 일 예로, Karstedt cat는 화학식 C24H54O3Pt2Si6으로 표시되는 물질을 포함할 수 있다.)
링커 전구체가 기판(100)의 작용기와 반응하여, 링커(210)가 형성될 수 있다. 링커(210)는 기판(100)과 결합될 수 있다. 링커 전구체가 상기 화학식 4a로 표시되는 경우, 화학식 4a의 X가 기판(100)의 작용기와 반응할 수 있다. 링커 전구체가 상기 화학식 4b로 표시되는 경우, 화학식 4b의 (R4O)가 기판(100)의 작용기와 반응할 수 있다. 기판(100)의 작용기 및 링커 전구체의 반응은 아래의 반응식 3과 같이 진행될 수 있다.
[반응식 3]
Figure pat00015
(반응식 3에서, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2은 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.
도 3b를 참조하면, 캡쳐 구조체(200)가 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 형성될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 항원(220)이 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 제1 항원(220)은 코티졸 및 코티졸 유도체를 포함할 수 있다. 제1 항원(220)은 아래의 반응식 4와 같이 합성될 수 있다.
[반응식 4]
Figure pat00016
(반응식 4에서, MeOH는 CH3OH이고, EtOH는 CH3CH2OH이고, DCC는 디사이클로헥실카르보디이미드(Dicyclohexylcarbodiimide)이고, DMF는 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide)이다)
제1 항원(220) 및 링커(210) 사이에 반응이 일어날 수 있다. 예를 들어, 제1 항원(220) 및 링커(210) 사이의 반응은 아래의 반응식 5와 같이 진행될 수 있다.
[반응식 5]
Figure pat00017
(반응식 5에서, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2은 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.)
상기 반응에 의해, 제1 항원(220)은 링커(210)와 결합할 수 있다. 제1 항원(220) 및 링커(210) 사이의 결합은 공유결합을 포함할 수 있다. 이에 따라, 캡쳐 구조체(200)가 형성될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 항체들(300)이 기판(100)의 제1 영역(R1) 상에 제공될 수 있다. 항체들(300)은 동결 공정에 의해 형성될 수 있다. 항체들(300)은 기판(100) 상에 물리적으로 흡착될 수 있다. 항체들(300)은 라벨들(310)을 가질 수 있다. 지금까지 설명한 바에 따라, 분석 장치(1)가 제조될 수 있다. 이와 달리, 항체들(300)이 기판(100)의 제1 영역(R1) 상에 제공된 후, 캡쳐 구조체(200)가 형성될 수 있다.
이하, 실시예들에 따른 바이오 물질의 분석 방법을 설명한다.
도 4a 내지 도 4e는 실시예들에 따른 바이오 물질의 분석 방법을 도시한 단면도들이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 4a를 참조하면, 샘플이 분석 장치(1)의 검출부(10)에 제공될 수 있다. 검출부(10)는 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 검출부(10)와 실질적으로 동일할 수 있다. 샘플은 기판(100)의 제1 영역(R1) 상에 공급될 수 있다. 혈액, 타액, 또는 소변이 샘플로 사용될 수 있다. 샘플은 제2 항원(400)을 포함할 수 있다. 제2 항원(400)은 분석 대상 물질일 수 있다. 제2 항원(400)은 낮은 분자량(예를 들어, 362g/mol)을 가질 수 있다. 제2 항원(400)은 샘플 내에 미량으로 제공될 수 있다. 제2 항원(400)은 항체들(300)에 대한 항원으로 기능할 수 있다. 제2 항원(400)은 예를 들어, 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 샘플은 용매를 더 포함할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 항체들(300)의 일부 및 제2 항원(400) 사이에 제1 반응이 진행될 수 있다. 제1 반응은 항원-항체 반응으로, 특이적 반응일 수 있다. 제1 반응에 의해, 항원-항체 복합체(complex)(450)가 형성될 수 있다. 항원-항체 복합체(450)는 제2 항원(400) 및 항체들(300) 중에서 대응되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 항원(400)의 수는 항체들(300)의 수보다 적을 수 있다. 제1 반응 후, 항체들(300)의 다른 일부는 반응하지 않고, 남아있을 수 있다. 이하, 도 4c 내지 도 4e에서 항체들(300)은 항체들(300)의 다른 일부, 즉 남아 있는 항체들(300)을 지시할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 항체들(300)은 기판(100)의 제2 영역(R2)으로 이동할 수 있다. 항체들(300)은 용매에 의해 이동할 수 있다. 항체들(300) 및 제1 항원(220)의 제2 반응이 일어날 수 있다. 제2 반응은 항원-항체 반응으로, 특이적 반응일 수 있다. 제2 반응은 도 4b의 제1 반응과 경쟁관계에 있을 수 있다. 제2 반응에 의해, 항체들(300)은 캡쳐 구조체(200)의 제1 항원(220)과 결합될 수 있다. 항원-항체 복합체(450)는 캡쳐 구조체(200)에 포획되지 않을 수 있다. 이후, 세정 공정이 기판(100) 상에 수행되어, 항원-항체 복합체(450)를 제거할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 색-기질(colorimetric substrate) 용액이 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 색-기질 용액은 색-물질(colorimetric material)(500)을 포함할 수 있다. 색-기질 용액은 투명할 수 있다. 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine이 색-물질(500)로 사용될 수 있다. 이 경우, 색-기질 용액은 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine(이하, TBM) 및 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다. 색-물질(500)의 반응은 높은 활성화 에너지로 인해, 촉매 없이 상온에서 진행되기 어려울 수 있다.
도 4e를 참조하면, 색-기질 용액이 기판(100)의 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)으로 이동할 수 있다. 색-기질 용액은 결합 구조체(350)와 접촉할 수 있다. 라벨들(310)은 색-물질(500)의 촉매로 작용할 수 있다. 라벨들(310)에 의해 색-물질(500)이 반응하여, 착색 물질(colored products)(510)을 형성할 수 있다. 착색 물질(510)은 제1 파장의 빛을 흡수하여, 색을 나타낼 수 있다. TBM이 색-물질(500)로 사용되는 경우, TBM은 페록시다이제 효소(peroxidase enzyme) 하에서 과산화수소와 반응하여, 착색 물질(510)을 형성할 수 있다.
착색 물질(510)은 예를 들어, 650nm 또는 950nm의 빛을 흡수할 수 있다. 다른 예로, 정지 시약이 기판(100) 상에 더 가해질 수 있다. 정지 시약은 예를 들어, 황산과 같은 산을 포함할 수 있다. 이 경우, 착색 물질(510)은 450m의 빛을 흡수할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 색-물질(500)은 3,3'-Diaminobenzidine 또는 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)를 포함할 수 있다.
도 4e를 도 1과 함께 참조하면, 빛이 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 가해질 수 있다. 제1 파장의 빛이 착색 물질(510)에 의해 흡수될 수 있다. 제1 파장은 950nm, 650nm 또는 450nm일 수 있다. 센싱부(30)가 상기 제1 파장의 빛을 측정하여, 착색 물질(510)에 의해 흡수되는 제1 파장의 빛이 계산/분석될 수 있다. 이에 따라, 항체들(300)의 양이 측정될 수 있다. 제2 항원(도 4a에서 400)은 낮은 분자량(예를 들어, 362g/mol)을 가질 수 있다. 제2 항원(400)의 낮은 분자량으로 인해, 제2 항원(400)을 정량 분석하기 어려울 수 있다. 제2 항원(400)은 미량으로 제공되므로, 제2 항원(400)을 정량 분석하기 더욱 어려울 수 있다. 항체들(300)은 기판(100)의 제1 영역(R1) 상에 과량으로 제공될 수 있다. 항체들(300)의 정량 분석은 제2 항원(400)의 정량분석보다 용이할 수 있다. 측정된 항체들(300)의 양으로부터, 공급된 제2 항원(400)이 계산될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 반응 및 제2 반응을 이용하여 항체들(300)이 용이하게 정량 분석될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 분석 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 이하, 설명의 간소화를 위해 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 5를 참조하면, 라벨들(311)은 형광 물질, 루미놀(luminol)과 같은 화학형광물질(chemifluorescence), 또는 금 나노입자를 포함할 수 있다. 라벨들(311)은 항체들(300)에 결합될 수 있다. 항체들(300)이 캡쳐 구조체(200)에 결합되어, 결합 구조체(350)를 형성할 수 있다. 샘플의 공급 방법 및 결합 구조체(350)의 형성은 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 4d에서 설명한 색-기질 용액의 제공 단계는 생략될 수 있다. 빛은 라벨들(311)에 의해 흡수될 수 있다. 센싱부(30)가 상기 흡수되는 빛을 측정하여, 항체들(300)을 정량 분석할 수 있다. 항체들(300)의 양으로부터, 제2 항원(400)이 정량 분석될 수 있다.
이하, 실시예들에 따른 분석 장치 및 이를 사용한 바이오 물질의 분석 방법을 설명한다.
도 6은 실시예들에 따른 분석 장치의 검출부를 도시한 단면도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 삭제한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 검출부(10)는 기판(100)에 더하여 필터(900)를 포함할 수 있다. 기판(100)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 캡쳐 구조체(200)는 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 제공될 수 있다. 캡쳐 구조체(200)는 링커(210) 및 제1 항원(220)을 포함할 수 있다.
필터(900)가 기판(100)의 일 측에 제공될 수 있다. 필터(900)는 기판(100)의 제1 영역(R1)에 인접할 수 있다. 항체들(300)이 필터(900) 내에 제공될 수 있다. 항체들(300)은 필터(900)에 흡착될 수 있다. 항체들(300)은 라벨들(310)을 가질 수 있다. 링커(210), 제1 항원(220), 항체들(300), 및 라벨들(310)은 도 2의 예에서 설명한 바와 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다른 예로, 라벨들(310)은 도 5에서 설명한 바와 같은 물질을 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 실시예들에 따른 바이오 물질의 분석 방법을 도시한 단면도들이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 7a를 참조하면, 샘플이 검출부(10)의 필터(900)에 제공될 수 있다. 검출부(10)는 도 6에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다. 샘플은 제2 항원(400) 및 용매를 포함할 수 있다. 제2 항원(400)은 도 4a에서 설명한 제2 항원(400)과 동일할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 항체들(300)의 일부 및 제2 항원(400) 사이에 제1 반응이 진행되어, 항원-항체 복합체(450)가 형성될 수 있다. 제1 반응 후, 항체들(300)의 다른 일부는 제1 반응에 참여하지 않을 수 있다. 이하, 도 7c 내지 도 7e에서 항체들(300)은 상기 항체들(300)의 다른 일부, 즉 남아 있는 항체들(300)을 의미할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 항원-항체 복합체(450) 및 항체들(300)이 기판(100)의 제2 영역(R2)으로 이동할 수 있다. 항체들(300) 및 제1 항원(220)의 제2 반응이 일어날 수 있다. 제2 반응에 의해, 항체들(300)은 캡쳐 구조체(200)의 제1 항원(220)과 결합될 수 있다. 항원-항체 복합체(450)는 캡쳐 구조체(200)에 포획되지 않을 수 있다. 이후, 세정 공정에 의해, 항원-항체 복합체(450)가 제거될 수 있다.
도 7d를 참조하면, 색-물질(500)이 필터(900)를 통해 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 색-물질(500)은 도 5d에서 설명한 바와 같은 물질을 포함할 수 있다.
도 7e 및 도 1을 참조하면, 색-물질(500)이 기판(100)의 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)으로 이동할 수 있다. 색-물질(500)은 결합 구조체(350)와 접촉할 수 있다. 라벨들(310)에 의해 색-물질(500)이 반응하여, 착색 물질(510)을 형성할 수 있다. 빛이 기판(100)의 제2 영역(R2) 상에 가해질 수 있다. 제1 파장의 빛이 착색 물질(510)에 의해 흡수될 수 있다. 센싱부(30)가 상기 제1 파장의 빛을 측정하여, 항체들(300)이 정량 분석될 수 있다. 항체들(300)의 양으로부터, 제2 항원(400)이 정량 분석될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 라벨들(310)은 형광 물질, 화학형광물질(chemifluorescence), 또는 금 나노입자를 포함 할 수 있다. 이 경우, 도 7d에서 설명한 색-기질 용액의 제공 단계는 생략될 수 있다. 빛은 라벨들(310)에 의해 흡수 또는 반사될 수 있다. 센싱부(30)가 제1 파장의 빛을 측정하여, 항체들(300)을 정량 분석할 수 있다. 결합 구조체(350)의 양으로부터, 제2 항원(400)이 정량 분석될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 화학식 5a 내지 화학식 5c로 표시되는 링커를 사용하여 투과도를 측정한 결과이다. 도 8a 내지 도 8c에서 650nm에서 투과도를 측정하였다. a, b, c, 및 d는 각각 제2 항원(400)의 농도가 0 ng/mol, 1 ng/mol, 10 ng/mol, 50 ng/mol 인 경우의 분석 결과이다. 코티졸이 제2 항원으로 사용되었다. y축의 단위는 임의의 값이다. 이하, 도 2, 및 도 3a 내지 도 3e를 함께 참조하여 설명한다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 제2 항원(400)의 농도가 증가할수록, 투과도가 감소하는 것을 알 수 있다. 상기 투과도로부터 제2 항원(400)이 정량 분석될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 화학식 5a로 표시되는 링커(210)가 사용된 경우, 고농도의 코티졸(b, c, d)의 정량 분석이 높은 감도를 갖는 것을 알 수 있다. 도 8b를 참조하면, 화학식 5b로 표시되는 링커(210)가 사용된 경우, 중간 농도의 코티졸(b, c)의 정량 분석이 높은 감도를 갖는 것을 알 수 있다. 도 8c를 참조하면, 화학식 5c로 표시되는 링커(210)가 사용된 경우, 저농도의 코티졸(a, b, c)의 정량 분석이 높은 감도를 갖는 것을 알 수 있다. 분석 대상 물질의 특성(예를 들어, 농도 또는 종류)에 따라, 링커(210)가 선택될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (11)

  1. 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 기판을 준비하는 것, 항체들이 상기 기판의 상기 제1 영역 상에 배치되고, 캡쳐 구조체가 상기 기판의 상기 제2 영역 상에 제공되며, 상기 캡쳐 구조체는 상기 기판과 결합된 링커 및 상기 링커와 결합된 제1 항원을 포함하고;
    상기 기판 상에 제2 항원을 공급하여, 상기 항체들 중 일부 및 상기 제2 항원의 제1 반응을 진행하는 것; 및
    상기 제1 반응이 진행된 후, 상기 항체들 중 다른 일부 및 상기 제1 항원의 제2 반응을 진행하여, 결합 구조체를 형성하는 것을 포함하고,
    상기 결합 구조체는 상기 링커, 상기 제1 항원, 및 상기 항체들 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상에 색-물질 용액을 공급하여, 착색 물질을 형성하는 것;
    상기 기판 상에 빛을 가하는 것; 및
    상기 착색 물질에 흡수되는 빛을 분석하는 것을 더 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 항체들은 라벨들을 갖고,
    상기 라벨들은 페록시다이제 효소를 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 색-물질 용액은 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine 및 과산화수소(H2O2)를 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 링커는 아래의 화학식 1로 표시되는 바이오 물질 검출 방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00018

    (화학식 1에서 Z는 실리콘(Si) 및 탄소(C) 중에서 선택된 어느 하나이고, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2은 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.)
  7. 필터 및 기판을 포함하는 분석 장치를 준비하는 것, 항체들이 상기 필터 내에 제공되고, 캡쳐 구조체가 상기 기판 상에 제공되며, 상기 캡쳐 구조체는 상기 기판과 결합된 링커 및 상기 링커와 결합된 제1 항원을 포함하고;
    상기 필터 내에 제2 항원들을 공급하여, 상기 항체들 중 일부 및 상기 제2 항원의 제1 반응을 진행시키는 것;
    상기 제1 반응 후, 상기 항체들 중 다른 일부를 상기 기판 상으로 이동시키는 것; 및
    상기 항체들 중 다른 일부 및 상기 제1 항원의 제2 반응에 의해, 결합 구조체를 형성하는 것을 포함하고,
    상기 결합 구조체는 상기 링커, 상기 제1 항원, 및 상기 항체들 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 기판 상에 색-물질 용액을 공급하여, 착색 물질을 형성하는 것;
    상기 기판 상에 상에 빛을 가하는 것; 및
    상기 착색 물질에 흡수되는 빛을 분석하여, 상기 제2 항원을 정량 분석하는 것을 더 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2 항체는 코티졸 및 코티졸 유도체 중에서 적어도 하나를 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 링커는 아래의 화학식 1로 표시되는 바이오 물질 검출 방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00019

    (화학식 1에서 Z는 실리콘(Si) 및 탄소(C) 중에서 선택된 어느 하나이고, R1은 -(CH2)n-, -(CH2)m-(CH2CH2)nㅡ, 및 -(CH2)m-(NH-CH2CH2)n- 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R2은 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이다. a는 0, 1, 및 2 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. n은 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다. m은 0 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.)
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 기판은 웰 플레이트 또는 모세관을 포함하는 바이오 물질 검출 방법.
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