KR20190087982A - 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 표적물질의 정량 분석 디바이스 - Google Patents

표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 표적물질의 정량 분석 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 형광 표지 물질을 포함하지 않는 복수개의 표적물질을 포함하는 바이오칩에 광을 조사하는 단계, 이미지 센서를 이용해, 복수개의 표적물질을 포함하는 영역에 대한 복수개의 저해상도 이미지를 획득하는 단계, 복수개의 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득하는 단계 및 고해상도 이미지 내의 상기 복수개의 표적물질을 계수하는 단계를 포함하는 표적물질의 광학적 정량 분석 방법과 이를 이용한 표적물질의 정량 분석 디바이스를 제공한다.

Description

표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 표적물질의 정량 분석 디바이스
본 발명은 표적물질의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스에 관한것으로, 보다 구체적으로는 바이오칩 내에 검출된, 형광 표지 물질을 포함하지 않은 표적물질에 대한 정량 분석 방법 및 이들 표적물질에 대한 정량 분석 디바이스에 관한 것이다.
랩온어칩 (lab on a chip) 시스템이란, 초미세회로의 반도체 기술, 나노기술, 생명공학 기술을 이용하여, 미세한 크기의 칩 하나로 실험실에서 할 수 있는 연구를 수행할 수 있도록 만든 시스템을 의미한다. 마이크로 또는 나노 리터 이하의 미세 채널로 구성된 랩온어칩 시스템 기반의 바이오칩은 극미량의 샘플이나 시료만으로 기존의 실험실에서 할 수 있는 실험이나 연구 과정을 대체할 수 있다. 또한, 이는 다중 채널 시스템으로 구성됨에 따라 고속의 병렬 처리를 수행할 수 있고 그 결과, 오랜 시간과 많은 비용이 소요되는 생물학적 검사를 단시간과 저비용으로 수행할 수 있다.
바이오칩 상에 검출된 표적물질을 확인하고, 정량하기 위해서는 기계적 방법, 화학적 방법, 전기적 방법과 광원을 사용하여 화학적으로 처리된 생화학 물질에 대한 형광량, 발광량, 흡광량 또는 산란광량을 검출하는 방법들이 이용될 수 있다. 나아가, 이상의 시스템을 탑재한 디바이스들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 형광 물질이 표지된 바이오 물질과 특이반응하여 칩 내에 검출된 표적물질은, 광학 검출기 기반의 디바이스를 통해 획득한 표적물질의 형광 이미지를 기초로 정량 분석이 수행될 수 있다.
한편, 대부분의 바이오칩의 경우 분석 시료의 원활한 흐름을 위해, 길이가 긴 로드 (rod) 형태를 가질 수 있다. 이를 판독하기위한 정량 분석 디바이스들 중 대부분은 면적에 대한 검출 해상도가 표적물질의 크기를 초과하기 때문에 각각의 단일 표적물질을 검출할 수 없고 특정영역 범위 내에서 검출되는 신호의 평균 강도를 정량화 하여 표적물질의 개체 수를 추정한다. 따라서 검출 센서의 감도에 따라 추정치의 정밀도가 상이하며 정확도를 유지하기 위해서 민감한 센서 교정을 필요로 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 고감도의 검출 센서를 탑재한 정량 분석 디바이스의 개발이 제시되었으나, 시료와 검출환경에서 발생하는 잡음 성분을 해소하기 어렵다는 한계가 있으며 전자 회로의 복잡성, 단가 상승 등의 새로운 문제점이 야기될 수 있다.
또한, 면적에 대한 검출 해상도를 개선하기 위해 개발된 광학 배율 조절 시스템 기반, 예를 들어 현미경과 유사한 방식의 정량 분석 디바이스는, 표적물질에 대하여 확대되거나 축소된, 일부의 이미지를 기초로 각각의 단일 표적물질에 대한 검출을 수행할 수 있다. 이는 표적물질 이외의 잡음을 정확하게 제거할 수 있어 극히 적은 량의 표적물질도 검출할 수 있어서 초고감도 정량 분석이 가능하다. 그러나, 이는 한번에 관측할 수 있는 면적이 작기 때문에 분석 시간이 오래 걸리고, 표적물질에 대한 광학 초점에 따라 정량 분석의 결과가 달라질 수 있다.
이에 따라, 검출된 표적물질에 대하여 높은 신뢰도로 정량 분석결과를 제공할 수 있는, 새로운 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
한편, 본 발명의 발명자들은 종래의 광학 배율 조절 기반의 정량 분석 디바이스들이 갖는, 좁은 관측 시야, 이에 따른 긴 분석 시간, 높은 단가 등의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 분석 시스템의 개발을 도모하였다.
그 결과, 본 발명의 발명자들은 CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서 기반의 무렌즈 디지털 직시 현미경 (lensless digital inline microscopy) 을 이용한 정량 분석 시스템을 개발하는데 이르렀다. 나아가, 본 발명의 발명자들은 이러한 새로운 분석 시스템 기반의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스가, 바이오칩 내에 검출된 표적물질에 대하여 신속하고 정확한 정량 분석을 제공할 수 있음을 인식할 수 있었다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 신속하고 정확한 정량 분석이 가능한 CMOS 이미지 센서 기반의 표적물질의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스를 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 발명자들은, 자성 입자를 활용한 바이오칩과 같은, 형광 표지 물질을 이용하지 않고도, 검출된 표적물질을 광학적으로 관찰할 수 있는 바이오칩에 대하여, 표적물질들이 본 발명의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스를 통해 효과적으로 계수될 수 있음을 확인하였다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 형광 표지 물질을 이용하지 않는 바이오칩 내에 검출된 표적물질을 효과적으로 계수할 수 있는 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 자성 입자에 결합된 표적물질이 바이오칩 내에서 효과적으로 검출될 수 있도록, 전자력을 인가하는 자성 물질을 활용한 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 제공 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 표적물질에 대한 복수개의 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 기초로 재구성된 고해상도 이미지를 기초로 표적물질을 효과적으로 계수할 수 있는, 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법은 형광 표지 물질을 포함하지 않는 복수개의 표적물질을 포함하는 바이오칩에 광을 조사하는 단계, 이미지 센서를 이용해, 복수개의 표적물질을 포함하는 영역에 대한, 복수개의 저해상도 이미지를 획득하는 단계, 복수개의 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득하는 단계 및 고해상도 이미지 내의 복수개의 표적물질을 계수하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 광을 조사하는 단계는 복수개의 각도로 광을 조사하는 단계를 포함하고, 복수개의 저해상도 이미지를 획득하는 단계는 무렌즈 디지털 직시 현미경을 이용해, 복수개의 각도로 조사된 광에 의해 생성된 복수개의 표적물질 각각의 그림자 이미지를 포함하는 영역에 대한 복수개의 저해상도 그림자 이미지를 획득하는 단계를 포함하고, 고해상도 이미지를 획득하는 단계는 영역에 대한 복수개의 저해상도 그림자 이미지를 기초로 복수개의 표적물질 각각의 이미지를 포함하는 고해상도 이미지를 획득하는 단계를 포함하고, 표적물질을 계수하는 단계는 고해상도 이미지를 기초로 복수개의 표적물질을 계수하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 고해상도 이미지를 획득하는 단계는 복수개의 표적물질 각각에 대응하도록, 영역에 대한 복수개의 그림자 이미지를 정렬 (registration) 시키는 단계, 복수개의 그림자 각각이 갖는 픽셀값, 미리 결정된 광의 파장 및 복수개의 각도, CMOS 이미지 센서와 바이오칩의 거리 및 복수개의 표적물질 각각의 위상값 중 적어도 하나를 기초로 재구성 (reconstruction) 된 복수개의 표적물질 각각에 대한 다층 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 고해상도 이미지를 획득하는 단계는 복수개의 그림자 각각이 갖는 픽셀값, 미리 결정된 광의 파장 및 복수개의 각도, CMOS 이미지 센서와 바이오칩의 거리 및 복수개의 표적물질 각각의 위상값 중 적어도 하나를 기초로 다층 이미지의 회절패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표적물질을 계수하는 단계는 정렬 키 (align key) 패턴에 의해 인식된 다층 이미지 내의 복수개의 표적물질 각각과, 미리 결정된 탬플릿을 매칭하는 단계 및 탬플릿과 매칭된 표적물질을 계수하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수개의 광은 영역에 대하여 수직인 각도를 적어도 포함하고, 광을 조사하는 단계는 수직인 각도 및 수직인 각도와 상이한 각도로 광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광은 비동위성 광이고, 광을 조사하는 단계는 동위성 광을 조사하도록, 비동위성 광을 핀홀 어퍼처를 통해 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 바이오칩은 자성 입자-표적물질 복합체를 포획하도록 구성된 검출 채널을 포함하고, 광을 조사하는 단계 이전에, 자성 입자-표적물질 복합체를 포획하도록, 검출 채널에 대응하는 위치에 배치된 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계를 더 포함하고, 광을 조사하는 단계는 복수개의 자성 입자-표적물질 복합체를 포함하는 검출 채널에 광을 조사하는 단계를 포함하고, 복수개의 표적물질을 계수하는 단계는 고해상도 이미지를 기초로 이미지 내의 복수개의 자성 입자-표적물질을 계수하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 자성 물질은 바이오칩의 상부 및 하부에 배치되고, 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계는 검출 채널의 적어도 한 면에 대응하는 위치에 배치된 자성 물질에만 전자력을 인가하는 단계 및 검출 채널의 다른 한 면에 대응하는 위치에 배치된 자성 물질에만 전자력을 인가하는 단계를. 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 바이오칩은 검출 채널과 연통된 반응 채널을 더 포함하고, 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계 이전에, 자성 입자-표적물질이 형성되도록 구성된 반응 채널에 대응하는 위치에 배치되고 복수개의 자성 물질쌍을 포함하는, 반응 유도 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계를 더 포함하고, 반응 유도 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계는 반응 채널에 대응하는 위치에 배치된 복수개의 자성 물질쌍 중 한 쌍의 자성 물질에 전자력을 인가하는 단계 및 한 쌍의 자성 물질과 가장 인접한 다른 한 쌍의 자성 물질에 전자력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스는, 형광 표지 물질을 포함하지 않는 복수개의 표적물질을 포함하는 바이오칩에 광을 조사하도록 구성된, 광 조사부, 광이 조사된 바이오칩의 적어도 일부와 대응하고, 복수개의 표적물질을 포함하는 영역에 대한 저해상도 이미지를 획득하도록 구성된, 이미지 센서부 및 이미지 센서부를 통해 획득한 영역에 대한 복수개의 이미지를 정렬하고, 영역에 대한 재구성된 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득하고, 고해상도 이미지를 기초로 이미지 내의 복수개의 표적물질을 계수하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
본 발명의 특징에 따르면, 광 조사부는 복수개로 존재하고, 복수개의 광 조사부 각각은 서로 상이한 각도로 광을 조사하고, 이미지 센서부는 CMOS 이미지 센서이고, 프로세서는 CMOS 이미지 센서를 통해 획득한, 영역에 대한 복수개의 그림자 이미지를 정렬시키고, 복수개의 그림자 각각이 갖는 픽셀값, 미리 결정된 광의 파장 및 복수개의 각도, CMOS 이미지 센서와 바이오칩의 거리 및 복수개의 표적물질 각각의 위상값 중 적어도 하나를 기초로 재구성된, 복수개의 표적물질 각각에 대한 다층 이미지를 획득하고, 다층 이미지를 기초로 복수개의 표적물질을 계수하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스는, 자성 입자-표적물질 복합체를 포획하도록 구성된 검출 채널에 대응하는 위치에 배치된, 복수개의 검출 채널에 대한 전자력 인가부를 더 포함하고, 복수개의 검출 채널에 대한 전자력 인가부 각각은, 바이오칩 상부 또는, 하부 또는, 상부 및 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 검출 채널에 대한 전자력 인가부는 이동가능하게 구성된 전자석 또는, 투명한 PCB 전자석일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스는 검출 채널과 연통된 반응 채널에 대응하는 위치에 배치된, 복수개의 반응 채널에 대한 전자력 인가부를 더 포함하고, 복수개의 반응 채널에 대한 전자력 인가부 각각은, 바이오칩 상부 또는, 하부 또는, 상부 및 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반응 채널에 대한 전자력 인가부는 복수개의 자성 물질쌍을 포함하고, 복수개의 자성 물질쌍 각각은 전자력이 순차적으로 인가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 조사부는 동위성 광을 조사하도록, 핀홀 어퍼처를 포함하고, 핀홀 어퍼처의 직경은 0.5 내지 2.5 μm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 조사부는 파장 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 조사부는 바이오칩과 30 내지 150 mm의 간격으로 배치되고, 이미지 센서부는 바이오칩과 0.02 내지 3 mm의 간격으로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 조사부가 바이오칩과 30 내지 150 mm의 간격으로 배치되고, 이미지 센서부가 바이오칩과 0.02 내지 3 mm의 간격으로 배치된 경우, 고해상도 이미지의 해상도는 0.3 내지 0.7 μm일 수 있다.
본 발명은 무렌즈 디지털 직시 현미경을 이용함에 따라, 표적물질이 검출된 바이오칩에 대하여 넓은 분석 영역을 갖는 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이에, 본 발명은 바이오칩 내에 검출된 표적물질을 신속하게 정량 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 표적물질을 포함하는 바이오칩의 특정 영역에 대한 복수개의 이미지를 획득하고, 이를 기초로 재구성된 고품질의 이미지를 기초로 표적물질을 계수할 수 있음에 따라, 정확한 정량 분석을 제공할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 전자력을 인가하는 자성 물질을 이용함에 따라, 형광 표지 물질을 이용하지 않고도, 검출된 표적물질을 광학적으로 관찰할 수 있는 자성 입자를 활용한 바이오칩에 대하여, 표적물질의 검출 효율을 높이고, 검출된 표적물질을 효과적으로 계수할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스의 구성을 도시한 개략적인 분해 시사도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스 내에 도입되는, 바이오칩의 분석 영역을 예시적으로 도시한 것이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스 내의 광 조사부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스의 구성을 도시한 개략적인 분해 시사도이다.
도 1e 내지 도 1i는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스를 도시한 개략적인 사시도들이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에 대한 절차를 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 저해상도 이미지를 획득하는 단계를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2c 및 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 고해상도 이미지를 획득하는 단계를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 표적물질을 계수하는 단계를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 전자력 인가 단계를 설명하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스의 전자력 인가부와 이에 대응하도록 배치된 바이오칩을 도시한 평면도이다.
도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 전자력 인가 단계를 설명하기 위한, 바이오칩의 검출 채널에 대한 요부 확대도들이다.
도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 전자력 인가 단계를 설명하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스의 면역반응 유도 전자력 인가부와 이에 대응하도록 배치된 바이오칩을 도시한 평면도이다.
도 2i는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 전자력 인가 단계를 설명하기 위한, 바이오칩의 반응 채널에 대한 요부 확대도들이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 적용하여 획득한, 표적물질에 대한 이미지를 도시한 것이다.
도 3c 및 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스에 대한 평가 결과를 도시한 것이다.
발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "표적물질"은 항원 또는 항원으로서 작용하는 핵단백질을 포함할 수 있다. 그러나, 표적물질은 바이오칩의 종류에 따라 사용자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 자성 입자를 이용한 바이오칩의 경우, 표적물질은 자성 입자-표적물질로 구성된 복합체일 수 있다.
나아가, 표적물질은 인플루엔자 A, 인플루엔자 B, 호흡기세포융합바이러스 (RSV, respiratory syncytial virus), 파라인플루엔자바이러스(parainfluenza Virus)-1, 파라인플루엔자바이러스-2, 파라인플루엔자바이러스-3, 아데노바이러스 (adenovirus), 인간 메타뉴모바이러스 (hMPV, human metapneumovirus) 또는 리노바이러스 (rhinovirus) (1, 2) 항체일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용하여, 알러지 질환 검사를 하고자 하는 경우, 검출 대상물질은 IL-1 베타, IL-10, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-71, IFN 감마, TNF-α 또는 GM-CSF일 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용하여, 급성심근경색증 진단 검사를 하고자 하는 경우, 검출 대상물질은 트로포닌 Ⅰ (troponin I), BNP, 고민감도 (hs, high-sensitivity) CRP, CK-MB, D-다이머 또는 미오글로빈일 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용하여, 성감염 질환 검사를 하고자 하는 경우, 검출 대상물질은 HIV (human immunodeficiency virus), 클라미디아 (Chlamydia) 세균, 트레포네마 팔라둠 (Treponema pallidum), 임균 (Neisseria gonorrhoeae) 또는 HPV (human papilloma virus) 을 포함할 수 있다. 바이오칩을 이용하여, 전립선 암 검사를 하고자 하는 경우, 표적물질은 전립선특이항원 (PSA, prostate specific antigen) 일 수 있다. 또한, 바이오칩을 이용하여, 이식환자의 면역력 검사를 하고자 하는 경우, 표적물질은 BK 바이러스 또는 거대세포바이러스 (CMV, cytomegalovirus) 항원일 수 있다. 그러나 표적물질은 이상에서 열거된 항원에 제한되지 않으며, 표적물질은 계수하고자 하는 다양한 종류의 세포를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "형광 표지 물질"은 광 자극에 의한 형광을 발생하는 색소 (fluorochrome) 가 결합된 표지물질를 의미한다. 형광색소는 통상 형광색 소이소티오시아네이트 (FITC), 적등색 형광을 발광하는 로다민이소티오시아네이트 (RITC), 피코에리트린 (phycoerythrin) 의 색소 단백질일 수 있다. 종래의 바이오칩에 검출된 표적물질을 확인하고, 이를 계수하기 위해서, 형광 표지 물질의 이용이 필수일 수 있다. 이에 따라, 종래의 표적물질에 대한 정량 분석 방법 및 디바이스는 형광항체법, 유동세포계수법 (flow cytometry), 면역형광측정법을 이용하여, 항원-항체 반응이 일어난 형광 표지항체에 대한 신호를 확인함으로써, 표적물질이 간접적으로 확인될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "정량 분석"은 물질을 구성하는 양적 관계를 명확하게 하는 분석법을 의미한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 표적물질의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스가 제공된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스에 따르면, 바이오칩 내의 검출 채널에 포획된 계수 가능한 크기의 자성 입자를 계수함에 따라, 검출 대상항원 검출 및 정량 분석이 가능할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "CMOS 이미지 센서"는 상보성 금속 산화물 반도체 (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 의 구조를 가지는 저소비 전력형의 촬상 소자를 의미할 수 있다. CMOS 이미지 센서 기반의 무렌즈 디지털 직시 현미경은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스에 이용될 수 있다. 이때, 무렌즈 디지털 직시 현미경 기반의 표적물질의 정량 분석 디바이스는 기존의 정량 분석 디바이스보다 향상된 분석성능을 발휘할 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 배율 조절 시스템 기반의 정량 분석 디바이스는 표적물질에 대하여 확대되거나 축소된, 일부의 형광 이미지를 기초로 표적물질에 대한 정량 분석을 수행할 수 있음에 따라 분석 시간이 오래 걸리고, 표적물질에 대한 초점에 따라 정량 분석의 결과가 달라질 수 있다.
한편, 바이오칩이, CMOS 이미지 센서 기반의 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분석 디바이스에 도입되는 경우, CMOS 이미지 센서에 의해, 바이오칩 내에 포획된 표적물질에 대한 이미지가 신속하게 획득될 수 있다. 또한, 획득한 이미지는 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분석 방법에 따라, 고해상도의 이미지로 재구성될 수 있다. 그 결과 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스는 표적물질에 대한 정확한 계수 결과를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "자성 입자"는 자성을 띠는 입자를 의미한다. 자성 입자는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 정량 분석 디바이스에 이용되는 바이오칩에 부착되어 있을 수 있다.
이때, 자성 입자는 광학적으로 계수 가능하며, 비특이적 자가 조립이 일어나지 않는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 자성 입자의 입경이 0.1 내지 6.0 ㎛인 경우, 항체가 형광 표지 항체가 아니더라도, 광학적으로 계수될 수 있다. 나아가, 0.1 내지 6.0 ㎛의 입경을 갖는 자성 입자는 0.1 ㎛ 이하의 입경을 갖는 자성 입자보다, 비특이적 자가 조립이 일어날 확률이 낮을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "자력 인가부"는 바이오칩 내의 자성 입자와 자성을 형성할 수 있는 모든 물질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 자성 물질은, 바이오칩 내부의 반응 채널에서 항원-항체반응을 촉진하거나, 검출 채널에 포획된 표적물질에 대한 정확한 정량 분석을 위해 이용될 수 있다. 구체적으로, 자성 물질은 전류의 흐름에 따라 자기화가 조절되는 전자석일 수 있고, 바이오칩은 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분석 디바이스 내에 배치된 두 개의 전자석 사이에 도입될 수 있다. 두 개의 전자석의 자기력이 조절됨에 따라, 바이오칩 내에서는 비특이적 면역 복합체 또는 표적 항원과 반응하지 않은 자성 입자들이 워싱될 수 있고, 그 결과, 표적 항원에 대한 정확도 높은 정량 분석이 가능할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어, "전자력 인가부"는 전술한 "자성 물질"과 동일한 의미로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분석 디바이스는 또한, 자력 인가부를 포함할 수 있다. 자력 인가부는, 복수의 자성 물질쌍으로 구성되고 바이오칩의 반응 채널에 대응하는 위치에 배치되는, 반응 채널에 대한 전자력 인가부 및 바이오칩의 검출 채널에 대응하는 위치에 배치되는, 검출 채널에 대한 전자력 인가부를 포함할 수 있다. 이때, 전자력 인가부들은 반응 채널 또는 검출 채널에 전자력을 인가하는 한, 다양한 형태를 가질 수 있다.
이하에서는, 도 1a 내지 1i를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스를 구체적으로 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스의 구성을 도시한 개략적인 분해 시사도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스 내에 도입되는, 바이오칩의 분석 영역을 예시적으로 도시한 것이다. 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스 내의 광 조사부를 예시적으로 도시한 것이다. 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 디바이스의 구성을 도시한 개략적인 분해 시사도이다.
도 1a를 참조하면, 정량 분석 디바이스 (100) 는 광 조사부 (110), 이미지 센서부 (120) 및 프로세서 (130) 를 포함한다. 이때, 표적물질이 검출된 바이오칩 (200) 은 광 조사부 (110) 및 이미지 센서부 (120) 사이에 배치될 수 있다. 한편, 정량 분석 디바이스 (100) 에 도입되는 바이오칩 (200) 은 검출 채널 (210) 및 반응 채널 (220) 을 포함할 수 있고, 검출 채널 (210) 은 복수개의 검출 영역 (211) 을 포함할 수 있다. 이때, 바이오칩 (200) 의 검출 채널 (210) 에 포획된 표적물질은 자성 입자와의 면역반응에 의해 형성된 자성 입자-표적 항원 복합체일 수 있다.
예를 들어, 도 1b를 참조하면, 검출 영역 (211) 은 복수개의 구멍 (212) 을 포함할 수 있고, 구멍 (212) 내에는 자성 입자 (214 (a)) 및 표적 항원 (214 (b)) 이 면역반응하여 형성한 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 가 포획될 수 있다. 이때, 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 는 광학적으로 계수 가능한 크기를 가질 수 있어, 바이오칩 (200) 이 형광 표지 물질을 포함하지 않더라도 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 를 계수함으로써, 표적 항원 (214 (b)) 은 정량 분석될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 광 조사부 (110) 는 복수개의 LED (112) 를 포함하고, 이들 LED는 특정한 검출 영역 (211) 에 광을 조사하도록 구성되어 있다. 도 1c를 참조하면, 광 조사부 (110) 를 구성하는 약 10 내지 20 개의 LED (112) 는 특정한 검출 영역 (211) 에 대하여 광이 조사될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 114 (a) 은 광 114 (b) 와 서로 상이한 검출 영역 (211) 에 조사될 수 있다. 이때, 각각의 LED (112) 들은 3mm 간격으로 배치될 수 있고, 검출 영역 (211) 과 수직인 각도를 포함하는, 다양한 각도로 조사되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, LED (112) 들은 검출 영역 (211) 과 수직인 0 °와 ± 2.5 °, ± 3.5 °, ± 4.9 °, ± 6.9 °로 배치될 경우, 소량의 LED (112) 만으로도 바이오칩 (200) 내의 모든 검출 영역 (211) 에 대하여 광 (114) 이 일정하게 조사될 수 있다. 그 결과, 검출 영역 (211) 에 대한 고해상도 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 광 (114) 은 동위성광이 바람직할 수 있다. 또한, 분석하고자 하는 표적물질에 따라서 다양한 파장의 광이 조사될 수 있다. 한편, 광 조사부 (110) 내의 LED (112) 의 개수 및 각도는 바이오칩 (200) 의 크기, 구성 또는 표적물질의 종류에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이미지 센서부 (120) 는 광 조사부 (110) 를 통해 광 (114) 이 조사됨에 따라, 검출 영역 (114) 내의 표적물질들을 감지할 수 있다. 그 결과, 표적물질 들에 대한 이미지를 획득할 수 있게 된다. 예를 들어, 이미지 센서부 (120) 를 통해, 복수개의 각도로 광 (114) 이 조사됨에 따라 생성된 검출 영역 (211) 내의 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 에 대한 복수개의 저해상도 이미지가 획득될 수 있다. 이때, 이미지 센서부 (120) 는 CMOS 이미지 센서 또는, CMOS 이미지 센서 기반의 무렌즈 디지털 직시 현미경일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
프로세서 (130) 는 이미지 센서부 (120) 와 연결되도록 구성되어 있고, 이에 따라, 획득한 검출 영역 (211) 에 대한 이미지를 기초로, 이미지 내의 표적물질을 계수할 수 있다. 예를 들어, 프로세서 (130) 이미지 센서부 (120) 를 통해 획득한 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 를 포함하는 검출 영역 (211) 에 대한 복수개의 저해상도 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득하고, 고해상도 이미지 내의 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 를 계수할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 정량 분석 디바이스 (100) 의 광 조사부 (110) 는 핀홀 어퍼처 (116) 을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 조사되는 광 (114) 이 동위성 광이 아닌 경우, 광 조사부 (110) 는 동위성 광을 조사하도록 핀홀 어퍼처 (116) 를 포함할 수 있다. 이때, 핀홀 어퍼처 (116) 내의 핀홀의 직경은 0.5 내지 2.5 μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것으 아니다. 선택적으로, 광 조사부 (110) 는 파장 필터를 더 포함할 수 있다.
나아가, 정량 분석 디바이스 (100) 는 전자력 인가부를 더 포함할 수 있다. 이때, 전자력 인가부는 바이오칩에 효과적으로 전자력을 인가하도록 복수개로 존재할 수 있다. 예를 들어, 전자력 인가부는 바이오칩 (200) 의 검출 채널에 전자력을 인가하도록 구성된, 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 와 반응 채널에 전자력을 인가하도록 구성된, 반응 채널에 대한 전자력 인가부 (144) 를 포함할 수 있다. 전자력 인가부들 (142 및 144) 은, 바이오칩 (200) 의 상부면과 하부면 각각에 배치될 수 있다. 나아가, 전자력 인가부들 (142 및 144) 은 광 (114) 이 바이오칩 (200) 에 조사되도록, 투명한 PCB 전자석일 수 있고, 이동 가능한 전자석일 수 있다. 특히, 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 는 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 의 정량 분석을 위해, 효과적으로 전자력을 인가할 수 있도록 원형의 구배가 형성된 전자석이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1e 내지 1i를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 정량 분석 디바이스 (100) 에 대한 사시도들이 도시된다. 도 1e를 참조하면, 정량 분석 디바이스 (100) 는 이의 구동 또는 실행을 설정하고, 표적물질에 대한 이미지 데이터, 계수 데이터 등의 정보들을 유지하는 역할의 메인보드 (160) 를 더 포함할 수 있다. 나아가, 도 1e 내지 도 1g를 참조하면, 정량 분석 디바이스 (100) 내에 바이오칩 (200) 을 안정적으로 도입할 수 있는, 바이오칩 도입부 (150) 를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 전자력 인가부들 (142 및 144) 은 바이오칩 (200) 의 상부면과 바이오칩 도입부 (150) 의 하부면에 배치되어 바이오칩 (200) 에 전자력을 인가할 수 있고, 광 조사부 (110) 는 바이오칩 (200) 의 하부면에 배치되어 광 (114) 이 아래쪽에서 위쪽 방향으로 조사할 수 있다. 나아가, 이미지 센서부 (120) 는 광 조사부 (110) 를 통해 광 (114) 이 바이오칩 (200) 에 조사됨에 따라 생성된 이미지를 획득하도록, 바이오칩 (200) 의 상부면에 배치될 수 있다. 도 1h 및 도 1i를 참조하면, 바이오칩 도입부 (150) 를 제외한 정량 분석 디바이스 (100) 의 사시도가 도시된다. 보다 구체적으로, 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 는 전술한 바와 같이, 검출 영역 (211) 에 효과적으로 전자력을 인가할 수 있도록 원형의 구배가 형성된 전자석일 수 있다. 나아가, 반응 채널에 대한 전자력 인가부 (144) 는 전자력이 선택적으로 인가될 수 있도록, 코어 자성 물질과 이를 둘러싸는 돌기 자성 물질로 구성된 형태를 가질 수 있다. 한편, 효과적으로 광 (114) 을 조사하고, 표적물질에 대하여 높은 해상도의 이미지를 얻기 위해, 광 조사부 (110) 와 바이오칩 (200) 간의 거리는, 이미지 센서부 (120) 와 바이오칩 (200) 간의 거리보다 긴 간격을 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 광 조사부 (110) 는 바이오칩 (200) 과 30 내지 150 mm의 간격으로 배치되고, 이미지 센서부 (120) 는 바이오칩 (200) 과 0.02 내지 3 mm의 간격으로 배치될 경우, 이미지 센서부 (120) 를 통해 획득한 표적물질에 대한 이미지의 해상도는 0.3 내지 0.7 μm일 수 있다. 그 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분석 디바이스 (100) 가 갖는 분석 범위는 72 mm 2일 수 있다. 정량 분석 디바이스 (100) 의 구성들 및 이의 특징들은 전술한 것에 제한되지 않으며, 정량 분석 디바이스 (100) 의 각각의 구성들은 바이오칩 (200) 의 검출 영역 (211) 에 대한 고해상도 이미지와 넓은 분석 범위를 제공하는 한, 다양하게 배치될 수 있고, 보다 다양한 형태를 가질 수 있다.
이하에서는, 도 2a 내지 2d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에 대하여 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위해, 도 1a 내지 1i에서 사용된 도면 부호가 구성 요소들을 지칭하기 위해 사용된다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에 대한 절차를 도시한 것이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 저해상도 이미지를 획득하는 단계를 예시적으로 도시한 것이다. 도 2c 및 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 고해상도 이미지를 획득하는 단계를 예시적으로 도시한 것이다. 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서의 표적물질을 계수하는 단계를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법은 형광 표지 물질을 포함하지 않는 복수개의 표적물질을 포함하는 바이오칩에 광을 조사하는 단계 (S210), 이미지 센서를 이용해, 복수개의 표적물질을 포함하는 영역에 대한, 복수개의 저해상도 이미지를 획득하는 단계 (S220), 복수개의 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득하는 단계 (S230) 및 고해상도 이미지 내의 상기 복수개의 표적물질을 계수하는 단계 (S240) 를 포함할 수 있다.
구체적으로, 광을 조사하는 단계 (S210) 에서는 바이오칩 (200) 내의 검출된 표적물질에 대하여 복수개의 각도로 배치된 광 조사부 (110) 에 의해 광 (114) 이 조사될 수 있다. 예를 들어, 광을 조사하는 단계 (S210) 에서는 복수개의 광 조사부 (110) 중, k 번째에 위치한 광 조사부 (110) 가 켜짐에 따라 특정한 검출 영역 (211) 에 광 (114) 이 조사될 수 있다. 이때, k 값은 광원 조사부 (110) 의 개수만큼 증가하게 되고, 그 결과 검출 영역 (211) 에 대하여 순차적으로 광 (114) 이 조사될 수 있다. 한편, 도 2b를 참조하면, 검출 채널 (210) 내에 위치하는 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 는 다각도로 설정된 광 조사부 (110) 에 의해 광 (114) 이 조사됨에 따라, 복수개의 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 가 생성될 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서부 (120) 에는, 복수개의 각도로 광 (114) 이 조사됨에 따라 생성된 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 의 상이 맺힐 수 있다. 이때, 각각의 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 간의 간격 (W) 은 검출 채널 (210) 내에 포획된 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 의 위치 또는 높이 (H) 에 따라, 상이할 수 있다. 예를 들어, 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 가 검출 채널 (210) 로부터 H1 위치에 있을 경우, 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 의 간격인 W1은 H2 위치에 에서의 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 의 간격인 W2 보다 클 수 있다. 즉, 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 가 검출 채널 (210) 로부터 높은 위치 (H) 에 위치할 수록, 이에 비례하여 이미지 센서부 (120) 에 생성된 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 의 간격 (W) 이 넓어질 수 있다.
저해상도 이미지를 획득하는 단계 (S220) 에서는 이미지 센서부 (120) 를 통해 표적물질에 대한 저해상도 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 저해상도 이미지를 획득하는 단계 (S220) 에서는 이미지 센서부 (120) 를 통해 k 번째 위치한 광 조사부 (110) 에 의해 광이 조사됨에 따라 생성된, 검출 영역 (211) 에 대한 복수개 그림자 이미지를 획득할 수 있다. 그 결과, 검출 영역 (211) 내의 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 의 그림자 이미지를 포함하는 복수개의 저해상도 그림자 이미지가 획득될 수 있다. 이때, 저해상도 이미지를 획득하는 단계 (S220) 에서는, k 값이 증가함에 따라 다양한 위치에서 순차적으로 조사된 광 (114) 에 의해 검출 영역 (211) 에 대한 저해상도 이미지를 순차적으로 획득할 수 있다. k 값이 광 조사부 (110) 의 개수보다 커지게 되면, 저해상도 이미지를 획득하는 단계 (S220) 는 마무리 되고, 그 다음 단계인 고해성도 이미지를 획득하는 단계 (S230) 로 넘어가게 된다.
고해상도 이미지를 획득하는 단계 (S230) 에서는, 저해상도 이미지를 획득하는 단계 (S220) 에서 획득한 표적물질에 대한 복수개의 저해상도 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 2d를 참조하면, 고해상도 이미지를 획득하는 단계 (S230) 에서는 저해상도 이미지를 획득하는 단계 (S220) 에서 획득한 복수개의 그림자 이미지를, 각각의 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 에 대응하도록 정렬된 저해상도 이미지 (222) 를 획득할 수 있다. 그리고, 도 2c에서의 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 각각이 갖는 픽셀값 (Pa), 광 (114) 의 파장 (λk) 및 복수개의 LED (112) 각각이 광을 조사하는 복수개의 각도 (θa, θb, θc), 이미지 센서부 (120) 과 바이오칩 (200) (또는, 검출 채널 (210)) 과의 간격 (Dk) 을 기초로, 재구성 (reconstruction) 된 자성 입자-표적 항원 복합체 (218) 를 포함하는, 고해상도 이미지 (232) 가 획득될 수 있다. 이때, 고해상도 이미지 (232) 는 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 에 대한 다층 이미지로 구성되어 있다 (232 (a) 및 232 (b) 참조). 선택적으로, 고해상도 이미지를 획득하는 단계 (S230) 에서는, 자성 입자-표적 항원 복합체의 그림자 (216) 각각이 갖는 픽셀값 (Pa), 광 (114) 의 파장 (λk) 및 복수개의 LED (112) 각각이 광을 조사하는 복수개의 각도 (θa, θb, θc), 이미지 센서부 (120) 과 바이오칩 (200) (또는, 검출 채널 (210)) 과의 간격 (Dk) 을 기초로, 회절패턴이 제거된 고해상도 이미지 (232) 를 획득할 수 있다.
마지막으로, 표적물질을 계수하는 단계 (S240) 에서는 고해상도 이미지를 획득하는 단계 (S230) 에서 획득한 고해상도 이미지 (232) 를 기초로, 표적물질을 계수할 수 있다. 예를 들어, 도 2e를 참조하면, 표적물질을 계수하는 단계 (S240) 에서는 정렬 키 (align key) 패턴에 의해 인식된 고해상도 이미지 (232) 내의 검출 영역 (211) 에 분포된 복수개의 재구성된 자성 입자-표적 항원 복합체 (218) 각각과 미리 결정된 탬플릿을 매칭할 수 있다. 그 다음, 탬플릿과 매칭된 자성 입자-표적 항원 복합체 (219) 를 계수함에 따라, 자성 입자-표적 항원 복합체 (214), 보다 구체적으로 표적 항원 (214 (b)) 에 대한 정량 분석 결과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 도 2f 내지 2i를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법의 다른 실시예를 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위해, 도 1a 내지 1i, 도 2a 내지 2e에서 사용된 도면 부호가 구성 요소들을 지칭하기 위해 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서 광을 조사하는 단계 (S210) 이전에, 자성 입자-표적물질 복합체 (214) 를 포획하도록, 검출 채널은, 이에 대응하는 위치에 배치된, 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 를 통해 전자력이 인가될 수 있다.
도 2f를 참조하면, 바이오칩 (200) 의 검출 채널 (210) 에 배치된 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 는, 전자력이 검출 채널 (210) 의 모든 면에 인가되도록 구성된, 단일 구조의 전자석이 이용될 수 있다. 그러나, 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 의 구조는 도시된 형태에 제한되는 것은 아니며, 전자력이 선택적으로 인가될 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 가 다면체인 경우, 각 모서리에 자력이 집중되는 현상을 방지하기 위한, 자력 조절 원형 구배가 형성될 수도 있다. 이러한 원형 구배가 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 에 형성은, 검출 채널 (210) 내에서 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 의 균일한 흐름을 유도할 수 있다.
도 2g의 (a)를 참조하면, 검출 채널 (210) 내의 복수의 구멍 (212) 에는 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 와 면역반응하도록 구성된 항체 (213) 가 고정되어 있다. 검출 채널 (210) 의 하부면에 대응하는, 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 에 전자력이 인가 되면 (전자석 on), 자성 입자 (214 (a)) 와 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 는 하부면의 방향으로 이동할 수 있다. 이때, 하부면 에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 의 자기장 세기는 20 내지 32 mT일 수 있다. 하부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 의 전자력 인가의 결과로, 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 와 항체 (213) 의 항원-항체 반응 효율이 높아져, 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 는 구멍 (212) 내에 포획될 수 있다. 한편, 하부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 에 대한 전자력 인가는, 구멍 (212) 내에 자성 입자 (214 (a)) 및 표적 항원 (214 (b)) 의 비특이적 항원-항체 반응에 의해 형성된 비특이적 복합체 (215) 가 포획되는 결과를 야기할 수도 있다.
도 2g의 (b)를 참조하면, 자기력이 인가되었던 하부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 는 전자력을 잃게 되고 (전자석 off), 상부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 만이 자기력이 인가될 수 있다 (전자석 on). 이때, 상부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 의 자기장 세기는 32 내지 39 mT일 수 있다. 상부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 의 전자력 인가의 결과로, 표적 항원 (214 (b)) 과 항원-항체 반응이 일어나지 않은 자성 입자 (214 (a)) 와 비특이적 복합체 (215) 는 상부면 의 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 구멍 (212) 내에는 항체 (213) 와의 항원-항체 반응에 의해 포획된 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 만이 남게 될 수 있다. 즉, 상부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 에 전자력이 인가된 조건에서는, 검출 채널 (210) 내에서 자성 입자 (214 (a)), 비특이적 복합체 (215) 및 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 가 검출될 수 있다.
도 2g의 (c)를 참조하면, 자기력이 인가되었던 상부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 는 전자력을 잃게 됨에 따라 (전자석 off), 상부면 및 하부면에 대응하는 복수의 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 모두 자기력을 잃게 된다 (전자석 off). 그 결과, 상부면의 방향으로 이동한, 표적 항원 (214 (b)) 과 항원-항체 반응이 일어나지 않은 자성 입자 (214 (a)) 및 비특이적 복합체 (215) 는 검출 채널 (210) 을 빠져 나갈 수 있다. 즉, 상부면 및 하부면에 대응하는 검출 채널에 대한 전자력 인가부 (142) 모두 자기력을 잃게 된 조건에서는, 검출 채널 (210) 내에서 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 만이 검출될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 항체 (213) 가 형광 표지 항체가 아니더라도, 구멍 (212) 내에 대응하는 높이에서의 이미지를 획득하고 획득된 이미지 내에서의 자성 입자-표적 항원 복합체 (214) 를 검출함으로써 계수될 수 있고, 이에 의해 표적 항원 (214 (b)) 의 정확도 높은 정량 분석이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법에서 광을 조사하는 단계 (S210) 이전에, 자성 입자-표적물질 복합체의 면역 반응이 효과적으로 유도되도록, 반응 채널 (220) 은, 이에 대응하는 위치에 배치된, 반응 채널에 대한 전자력 인가부 (144) 를 통해 전자력이 인가될 수 있다.
도 2h를 참조하면, 반응 채널 (220) 에 배치된 반응 채널에 대한 전자력 인가부 (144) 는 코어 자성 물질 (144 (g)) 및 코어 자성 물질 (144 (g)) 을 둘러 싸는 돌기 자성 물질 (144 (a) 내지 144 (f)) 를 포함한다. 그러나, 반응 채널에 대한 전자력 인가부 (144) 의 구조는 도시된 형태에 제한되는 것은 아니며, 전자력이 선택적으로 인가될 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2i를 참조하면, 복수의 돌기 자성 물질 쌍 (144 (a) 및 144 (d), 144 (b) 및 144 (e), 144 (c) 및 144 (f) 중 하나의 돌기 자성 물질 쌍에 전자력이 인가될 수 있고, 인가된 돌기 자성 물질 쌍과 인접한, 다른 돌기 자성 물질 쌍에 전자력이 인가될 수 있다. 예를 들어, 돌기 자성 물질 쌍 (144 (a) 및 144 (d)) 에만 전자력이 인가될 수 있다. 그 결과, 자성 입자 (214 (a)) 는 반응 채널 (220) 내에서 돌기 자성 물질 쌍 (144 (a) 및 144 (d)) 사이의 코어 자성 물질 (136 (g)) 과 대응하는 위치에 일렬로 위치할 수 있다 (도 2i의 (a)). 그 다음, 돌기 자성 물질 쌍 (144 (a) 및 144 (d)) 과 인접한 돌기 자성 물질 쌍 (144 (b) 및 144 (e) 또는 144 (c) 및 144 (f)) 에만 전자력이 인가될 수 있다. 그 결과, 자성 입자 (214 (a)) 는 반응 채널 (220) 내에서 돌기 자성 물질 쌍 (144 (b) 및 144 (e) 또는 144 (c) 및 144 (f)) 사이의 코어 자성 물질 (136 (g)) 과 대응하는 위치에 일렬로 위치할 수 있다 (도 2i의 (b) 및 (c)). 위와 같이 돌기 자성 물질 쌍의 전자력이 순차적으로 조절됨에 따라, 자성 입자 (214 (a)) 는 반응 채널 (220) 내에서 회전할 수 있다. 그 결과, 자성 입자 (214 (a)) 의 분산이 일어나게 되고, 표적 항원 (214 (b)) 과 자성 입자 (214 (a)) 의 항원-항체 반응 효율 또한 높아질 수 있다.
실시예 1: 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스에 대한 평가
이하에서는, 도 3a 및 3d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스의 평가 결과를 설명한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 적용하여 획득한, 표적물질에 대한 이미지를 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 적용하여 획득한 고해상도 이미지가 나타난다. 구체적으로, 도 3a의 (a) 는 핀홀 어퍼처를 이용하지 않은 정량 분석 디바이스를 이용하여 획득한, 바이오칩 내의 검출 영역에 대한, 자성 입자-표적 항원 복합체의 이미지를 도시한다. 도 3a의 (b) 는 핀홀 어퍼처를 이용한 정량 분석 디바이스를 이용하여 획득한, 바이오칩 내의 검출 영역에 대한, 자성 입자-표적 항원 복합체의 이미지를 도시한다. 그 결과, 도 3a의 (b)의 이미지가 도 3a의 (a)의 이미지보다 뚜렷한 것으로 나타난다. 이에 따라, 핀홀 어퍼처를 이용한 정량 디바이스를 이용했을 때의 정량 분석결과는, 그렇지 않은 디바이스보다 신뢰도가 높을 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스를 적용하여 고해상도 이미지를 획득하는 절차가 도시된다. 구체적으로, 도 3b의 (a)는 바이오칩 내의 검출 영역에 대한 자성 입자-표적 항원 복합체의 복수개의 저해상도 그림자 이미지 중 하나의 이미지를 도시한다. 이러한 이미지를 기초로 본 발명의 표적물질의 정량 분석 방법 절차에 따라 재해석한 결과로, 도 3b의 (b) 의 표적물질에 대한 고해상도 이미지를 획득할 수 있다. 이러한 고해상도 이미지에서는, 복수개의 저해상도 그림자 이미지를 기초로 재구성된 입자-표적 항원 복합체가 뚜렷하게 나타나는 것을 알 수 있다. 나아가, 발명의 표적물질의 정량 분석 방법 절차에 따라 회절 패턴이 제거된 도 3b의 (c) 의 고해상도 이미지는, 표적물질의 정량 분석에 있어서 신뢰 높은 결과 얻는데 제공될 수 있다.
도 3c 및 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스에 대한 평가 결과를 도시한 것이다.
본 평가에서는, 검출 대상항원으로 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질이 설정되었고, 5 가지의 농도로, 5 반복의 실험이 수행되었다. 구체적으로, 평가에 이용된 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질의 5 가지의 농도는, 0 pM, 0.1 pM, 1 pM, 10 pM 및 100 pM 이다.
도 3c를 참조하면, 바이오칩의 검출 영역의 일부에 대한 이미지들이 도시된다.
인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질이 투입되지 않은 검출 채널에서는, 반복실험 별로 각각 9 개, 2 개, 3 개, 2개 및 15 개의 자성 입자가 관찰되었다. 이의 결과는, 전자석의 자성 조절에 따라 검출 채널을 빠져나가지 못한 자성 입자의 수를 의미할 수 있다.
인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질이 0.1 pM의 농도로 투입된 검출 채널 에서는, 반복실험 별로 각각 65 개, 39 개, 74 개, 62 개 및 63 개의 자성 입자가 관찰된다. 또한, 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질이 1 pM의 농도로 투입된 검출 채널에서는, 반복실험 별로 각각 85 개, 123 개, 47 개, 78 개 및 98 개의 자성 입자가 관찰되고, 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질이 10 pM의 농도로 투입된 검출 채널에서는, 반복실험 별로 각각 172 개, 207 개, 258 개, 206 개 및 187 개의 자성 입자가 관찰된다. 마지막으로, 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질이 100 pM의 농도로 투입된 검출 채널에서는, 반복실험 별로 각각 1172 개, 1148 개, 1216 개, 1064 개 및 1087 개의 자성 입자가 관찰된다. 이때, 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질이 0.1 pM, 1 pM, 10 pM 및 100 pM의 농도로 투입된 검출 채널에서 관찰된 면역 복합체를 구성하는 자성 입자 대부분은, 구멍 내에 포획된 것으로 나타난다.
도 3d를 참조하면, 투입된 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질의 농도 증가에 따른 자성 입자의 수에 대한 그래프가 도시된다. 그 결과, 인플루엔자 A 바이러스의 핵단백질의 농도가 증가함에 따라, 검출된 자성 입자의 수가 비례하여 증가하는 것으로 나타난다.
이상의 실시예 1의 결과로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스는, CMOS 이미지 센서를 이용함에 따라, 바이오칩 내에 검출된 표적물질에 대하여, 신속하고 정확한 정량 분석을 제공할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스는, 복수개의 저해상도 이미지의 재구성을 통해 획득한 고해상도 이미지를 기초로 표적물질을 계수함에 따라, 높은 정확도의 정량 분석을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 정량 분석 디바이스는, 형광표지 항체를 이용하지 않는 바이오칩에 대하여, 자성 입자의 수를 정확하게 계수함으로써, 표적 항원에 대한 간접적 정량 분석을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
*과제정보 . [과제고유번호] R0006427(부처코드), [부처명] 산업통장자원부 [연구관리전문기관] 한국산업기술진흥원, [연구사업명] 지역특화산업육성사업, [연구과제명] 호흡기바이러스 항원검출 현장진단시스템 개발, [기여율] 50, [주관기관] 주식회사 스몰머신즈, [연구기간] 2017.06.01~2018.12.31

Claims (20)

  1. 형광 표지 물질을 포함하지 않는 복수개의 표적물질을 포함하는 바이오칩에 광을 조사하는 단계;
    이미지 센서를 이용해, 상기 복수개의 표적물질을 포함하는 영역에 대한, 복수개의 저해상도 이미지를 획득하는 단계;
    상기 복수개의 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득하는 단계 및
    상기 고해상도 이미지 내의 상기 복수개의 표적물질을 계수하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 단계는 복수개의 각도로 광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 복수개의 저해상도 이미지를 획득하는 단계는 CMOS 이미지 센서를 이용해, 상기 복수개의 각도로 조사된 광에 의해 생성된 상기 복수개의 표적물질의 그림자 이미지를 포함하는, 상기 영역에 대한 복수개의 저해상도 그림자 이미지를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 고해상도 이미지를 획득하는 단계는 상기 복수개의 저해상도 그림자 이미지를 기초로, 고해상도 이미지를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 표적물질을 계수하는 단계는 상기 고해상도 이미지를 기초로, 상기 복수개의 표적물질을 계수하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고해상도 이미지를 획득하는 단계는 상기 복수개의 표적물질 각각에 대응하도록, 상기 영역에 대한 복수개의 그림자 이미지를 정렬 (registration) 시키는 단계 및
    상기 복수개의 그림자 각각이 갖는 픽셀값, 미리 결정된 상기 광의 파장 및 복수개의 각도, 상기 CMOS 이미지 센서와 상기 바이오칩의 거리 및 상기 복수개의 표적물질 각각의 위상값 중 적어도 하나를 기초로 재구성 (reconstruction) 된 상기 복수개의 표적물질 각각에 대한 다층 이미지를 획득하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고해상도 이미지를 획득하는 단계는, 상기 복수개의 그림자 각각이 갖는 픽셀값, 미리 결정된 상기 광의 파장 및 복수개의 각도, 상기 CMOS 이미지 센서와 상기 바이오칩의 거리 및 상기 복수개의 표적물질 각각의 위상값 중 적어도 하나를 기초로 상기 다층 이미지의 회절패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 표적물질을 계수하는 단계는, 정렬 키 (align key) 패턴에 의해 인식된 상기 다층 이미지 내의 검출 영역에 분포된 상기 복수개의 표적물질 각각과, 미리 결정된 탬플릿을 매칭하는 단계 및 상기 탬플릿과 매칭된 상기 표적물질을 계수하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 광은 상기 영역에 대하여 수직인 각도를 적어도 포함하고,
    상기 광을 조사하는 단계는 상기 수직인 각도 및 상기 수직인 각도와 상이한 각도로 광을 조사하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광은 비동위성 광이고,
    상기 광을 조사하는 단계는 동위성 광을 조사하도록, 상기 비동위성 광을 핀홀 어퍼처를 통해 조사하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바이오칩은 자성 입자-표적물질 복합체를 포획하도록 구성된 검출 채널을 포함하고,
    상기 광을 조사하는 단계 이전에,
    상기 자성 입자-표적물질 복합체를 포획하도록, 상기 검출 채널에 대응하는 위치에 배치된 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계를 더 포함하고,
    상기 광을 조사하는 단계는 상기 복수개의 자성 입자-표적물질 복합체를 포함하는 상기 검출 채널에 광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 복수개의 표적물질을 계수하는 단계는 상기 고해상도 이미지를 기초로, 상기 이미지 내의 상기 복수개의 자성 입자-표적물질 복합체을 계수하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자성 물질은 상기 바이오칩의 상부 및 하부에 배치되고,
    상기 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계는 상기 검출 채널의 적어도 한 면에 대응하는 위치에 배치된 상기 자성 물질에만 전자력을 인가하는 단계 및
    상기 검출 채널의 다른 한 면에 대응하는 위치에 배치된 상기 자성 물질에만 전자력을 인가하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 바이오칩은 상기 검출 채널과 연통된 반응 채널을 더 포함하고,
    상기 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계 이전에,
    상기 자성 입자-표적물질 복합체가 형성되도록 구성된 상기 반응 채널에 대응하는 위치에 배치되고 복수개의 자성 물질쌍을 포함하는, 반응 유도 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계를 더 포함하고,
    상기 반응 유도 자성 물질을 통해 전자력을 인가하는 단계는, 상기 반응 채널에 대응하는 위치에 배치된 상기 복수개의 자성 물질쌍 중 한 쌍의 자성 물질에 전자력을 인가하는 단계 및
    상기 한 쌍의 자성 물질과 가장 인접한 다른 한 쌍의 자성 물질에 전자력을 인가하는 단계를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 방법.
  11. 형광 표지 물질을 포함하지 않는 복수개의 표적물질을 포함하는 바이오칩에 광을 조사하도록 구성된, 광 조사부;
    상기 광이 조사된 바이오칩의 적어도 일부와 대응하고, 상기 복수개의 표적물질을 포함하는 영역에 대한 저해상도 이미지를 획득하도록 구성된, 이미지 센서부 및
    상기 이미지 센서부를 통해 획득한 상기 영역에 대한 복수개의 이미지를 정렬하고,
    상기 영역에 대한 재구성된 이미지를 기초로 고해상도 이미지를 획득하고,
    상기 고해상도 이미지를 기초로, 상기 이미지 내의 상기 복수개의 표적물질을 계수하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 조사부는 복수개로 존재하고,
    상기 복수개의 광 조사부 각각은 서로 상이한 각도로 광을 조사하고,
    상기 이미지 센서부는 CMOS 이미지 센서이고,
    상기 프로세서는 상기 CMOS 이미지 센서를 통해 획득한, 상기 영역에 대한 복수개의 그림자 이미지를 정렬시키고, 상기 복수개의 그림자 각각이 갖는 픽셀값, 미리 결정된 상기 광의 파장 및 복수개의 각도, 상기 CMOS 이미지 센서와 상기 바이오칩의 거리 및 상기 복수개의 표적물질 각각의 위상값 중 적어도 하나를 기초로 재구성된, 상기 복수개의 표적물질 각각에 대한 다층 이미지를 획득하고, 상기 다층 이미지를 기초로, 상기 표적부위 내의 상기 복수개의 표적물질을 계수하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 표적물질의 정량 분석 디바이스는, 자성 입자-표적물질 복합체를 포획하도록 구성된 검출 채널에 대응하는 위치에 배치된, 검출 채널에 대한 복수개의 자력 인가부를 더 포함하고,
    상기 검출 채널에 대한 복수개의 자력 인가부 각각은,
    상기 바이오칩 상부 또는, 하부 또는, 상부 및 하부에 배치되는, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 검출 채널에 대한 복수개의 자력 인가부는 이동가능하게 구성된 전자석 또는, 투명한 PCB 전자석인, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 표적물질의 광학적 정량분석 디바이스는, 상기 검출 채널과 연통된 반응 채널에 대응하는 위치에 배치된, 반응 채널에 대한 복수개의 자력 인가부를 더 포함하고,
    상기 반응 채널에 대한 복수개의 자력 인가부 각각은, 상기 바이오칩의 상부 또는, 하부 또는, 상부 및 하부에 배치되는, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 반응 채널에 대한 복수개의 자력 인가부는, 복수개의 자성 물질쌍을 포함하고,
    상기 복수개의 자성 물질쌍 각각은 전자력이 순차적으로 인가되는, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 광 조사부는 동위성 광을 조사하도록, 핀홀 어퍼처를 포함하고,
    상기 핀홀 어퍼처의 직경은 0.5 내지 2.5 μm인, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광 조사부는 파장 필터를 더 포함하는, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 광 조사부는 상기 바이오칩과 30 내지 150 mm의 간격으로 배치되고,
    상기 이미지 센서부는 상기 바이오칩과 0.02 내지 3 mm의 간격으로 배치된, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광 조사부가 상기 바이오칩과 30 내지 150 mm의 간격으로 배치되고,
    상기 이미지 센서부가 상기 바이오칩과 0.02 내지 3 mm의 간격으로 배치된 경우,
    상기 고해상도 이미지의 해상도는 0.3 내지 0.7 μm인, 표적물질의 정량 분석 디바이스.
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