KR20190114625A - 면역 크로마토그래피 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 면역 크로마토그래피 측정 장치로, 샘플 패드에 분석 물질인 시료가 점적된 면역 크로마토그래피 센서(이하 '센서'로 기재함)를 거치하여 면역 크로마토그래피 리더 장치의 내부로 입출되도록 형성된 트레이와, 센서의 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하는 용액 차단 영역 형성부와, 인입된 센서의 다공성 막의 소정 영역에 분석 신호의 민감도를 향상시키는 용액을 점적하는 용액 공급부와, 센서의 분석 신호 이미지를 획득하는 이미지 센서와, 용액 차단 영역 형성부를 구동시켜 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하고, 용액 공급부를 통해 시료가 흐르는 방향에서 종점인 다공성 막의 일단과 용액 차단 영역 사이에 용액을 점적하고, 이미지 센서로부터 측정 영역의 분석 신호를 독출하는 제어부를 포함한다.

Description

면역 크로마토그래피 측정 장치 및 방법{Apparatus and Method for Testing Immunochromatography}
본 발명은 면역 크로마토그래피 기술에 관한 것으로, 면역 크로마토그래피 센서를 이용하여 분석 대상이 되는 시료를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
면역 크로마토그래피 분석은 항원-항체가 결합하는 면역 반응을 이용하여 질병을 진단하는 검사기법이다. 다른 용어로는 lateral flow assay 라고도 한다. 우리 주변에서 볼 수 있는 가장 흔한 예는 소변을 이용하여 임신 여부를 알 수 있는 임신 진단 키트이며, 그 외에도 간염, 폐렴, 인플루엔자 등 인체에서 나오는 검체에서 빠른 시간 내에 질병의 유무를 확인할 때 사용된다.
흔히 래피드 키트(rapid-kit)라고 불리는 면역 크로마토그래피 검사는 저렴한 가격과 빠른 검사 시간으로 결과를 알 수 있는데, 그 원리는 질병을 일으키는 항원과 특이적으로 결합하는 항체를 골드 나노 입자와 결합하여 컨쥬게이트 패드에 고정시키고, 다른 한 종의 항체는 다공성 막에 고정화시킨 후, 검사하고자 하는 시료를 샘플 패드에 흡수시켜서 다공성 막을 따라 진행하도록 한다.
시료 내에 항원이 있을 경우, 컨쥬게이트 패드의 골드 나노 입자와 결합된 항체가 결합한 후 다공성 막을 따라 지나가면서 검사선(Test line)에 고정된 항체와 결합하여 골드 나노 입자의 색이 나타나 양성을 나타내고, 항원이 결합되지 않는 항체는 대조선(Control Line)에서 결합하여 골드 나노 입자의 색이 나타난다.
이러한 면역 크로마토그래피 검사는 분석신호/바탕신호(background signal) 비율이 높아야 분석물질을 고감도로 측정할 수 있어 그 정확도가 높아진다.
본 발명은 면역 크로마토그래피 검사 결과의 정확도를 높이기 위해, 분석신호/바탕신호(background signal) 비율을 높여 분석 신호를 고감도로 측정할 수 있는 면역 크로마토그래피 측정 장치 및 방법을 포함한다.
본 발명은 면역 크로마토그래피 측정 장치로, 샘플 패드에 분석 물질인 시료가 점적된 면역 크로마토그래피 센서(이하 '센서'로 기재함)를 거치하여 면역 크로마토그래피 리더 장치의 내부로 입출되도록 형성된 트레이와, 센서의 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하는 용액 차단 영역 형성부와, 인입된 센서의 다공성 막의 소정 영역에 분석 신호의 민감도를 향상시키는 용액을 점적하는 용액 공급부와, 센서의 분석 신호 이미지를 획득하는 이미지 센서와, 용액 차단 영역 형성부를 구동시켜 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하고, 용액 공급부를 통해 시료가 흐르는 방향에서 종점인 다공성 막의 일단과 용액 차단 영역 사이에 용액을 점적하고, 이미지 센서로부터 측정 영역의 분석 신호를 독출하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 면역 크로마토그래피 측정 방법으로, 면역 크로마토그래피 센서(이하 '센서'로 기재함)의 샘플 패드에 분석 물질인 시료를 점적하는 단계와, 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하는 단계와, 다공성 막의 시료가 흐르는 방향으로 종점인 다공성 막의 일단과 용액 차단 영역 사이에 분석 신호의 민감도를 향상시키는 용액을 점적하는 단계와, 측정 영역의 분석 신호를 독출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 면역 크로마토그래피 센서의 다공성 막의 측정 영역에서 분석신호/바탕신호 비율을 높여 분석 신호를 고감도로 측정할 수 있도록 하여, 면역 크로마토그래피 검사 결과의 정확도를 높일 수 있다.
즉, 본 발명은 면역 크로마토그래피의 다공성 막의 측정 영역에 분석 물질인 시료가 지나간 후, 측정 영역을 세척하기 위해 점적되는 세척 용액의 흐름을 최소화 또는 차단시켜 분석 신호의 위양성(false positive) 제거 기능을 향상시킨다.
또한, 본 발명은 면역 크로마토그래피의 다공성 막의 측정 영역에 분석 물질인 시료가 지나간 후, 점적되는 신호 증폭 용액의 흐름을 최소화 또는 차단시켜 측정 영역에서 분석신호/바탕신호 비율 높여 민감도를 높일 수 있다.
도 1은 면역크로마토그래피(immunochromatography) 센서의 구조도이다.
도 2는 샘플 패드 또는 다공성 막에 용액 점적시 용액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 장치의 외부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 장치의 내부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회로부의 내부 구성 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 면역크로마토그래피 센서의 구조도이다.
도 7은 용액이 다공성 막에서 오버 플로우되는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 다공성 막에 용액 차단 영역을 형성하는 방식의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따라 다공성 막에 형성된 용액 차단 영역의 다양한 형상들의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 용액 차단 영역 형성부의 형태 및 동작의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 용액 차단 영역 형성부의 누름부 형태 및 작동의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 접촉부의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 일 양상을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 따른 면역 크로마토그래피 측정을 위해 용액 차단 영역을 형성하는 과정의 일 양상을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 용액 점적 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 다른 양상을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17은 본 발명의 따른 면역 크로마토그래피 측정을 위해 용액 차단 영역을 형성하는 과정의 다른 양상을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 일 양상을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 다른 양상을 설명하기 위한 순서도이다.
도 20은 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 측정 장치의 대기 상태일 때의 용액 점적 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
본 발명은 면역 크로마토그래피 측정 장치 및 방법에 관한 것이나, 우선 본 발명의 이해를 돕기 위해 면역크로마토그래피(immunochromatography) 센서의 상세 구조 및 측정 원리에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 1은 면역크로마토그래피(immunochromatography) 센서의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 면역크로마토그래피(immunochromatography) 센서(1)의 일단(2a)과 타단(2b)을 갖는 다공성 막(porous membrane)(2)에는 측정 영역(3)이 구비되고, 다공성 막(2)의 일단(2a)은 컨쥬게이트 패드(conjugate pad)(5)와 적층되며, 다공성 막(2)의 타단(2b)에는 흡수 패드(absorption pad)(7)가 적층된다. 컨쥬게이트 패드(5)는 다공성 막(2)과 적층되는 부분과 반대단으로 샘플 패드(sample pad)(6)가 적층된다.
여기서, 적층의 의미는 액체를 하나의 층에 점적하면 적층된 다른 층으로 이동함을 의미한다. 이러한 적층 구조는 고분자 필름에 존재하는 접착제 층(4a)에 의해 형성된다.
3차원 다공성 막(2)은 가로, 세로, 높이(두께)를 갖으며, 미세한 다공(micro porous)이 가로, 세로, 높이 3차원 방향으로 서로 연결되어있다. 서로 연결된 미세 다공에 의해 모세관 현상(capillary action)이 일어나며, 용액을 점적하면 3차원으로 이동하게 된다. 일례로 3차원 다공성 막(2)의 다공(porous)은 양면에서 그 크기가 유사한 형태를 갖는 대칭구조(symmetric)와 일면의 다공의 크기와 다른 일면의 다공크기가 서로 다른 비대칭구조(asymmetric)가 일반적이다. 다공의 평균적 크기는 0.2um~5um 이다.
또한 다공성 막(2)은 친수성(hydrophilic) 이거나 소수성(hydrophobic)이다. 또한 다공성 막(2)은 양이온(positive charge)을 띄거나 음이온(negative charge)을 띄거나 중성인 경우가 일반적이다.
다공성 막(2)은 항체(antibody), 효소(enzyme), 항원등(antigen) 등의 단백질 또는 펩타이드(peptide), 압타머(aptamer), DNA, RNA, 리간드(ligand) 등 분석물질과 선택적으로 결합하는 물질을 물리적으로 흡착하거나, 화학적으로 결합하여 측정 영역(3)을 형성할 수 있다. 특히 화학적 결합을 유도하기 위해 알데하이드(aldehyde) 등의 작용기(functional group)를 다공성 막(2)에 형성할 수 있다.
일반적으로 다공성 막(2)의 일면은 비다공성인(non-porous)인 고분자 필름(4)과 결합된 상태가 일반적이며, 고분자 필름(4)이 없는 경우도 있다. 면역크로마토그래피(immunochromatography) 센서(1)에서 일반적으로 사용하는 다공성 막(2)의 재질은 Nitrocellulose(NC), Nylon, Polyethersulfone, Polypropylene, Polysulfone, Polyvinylidene fluoride(PVDF)의 고분자를 사용한다.
다공성 막(2)에 형성된 측정 영역(3)에는 동일한 시료에서 하나의 분석 물질을 측정하는 경우와 동일 시료에서 다수의 분석물질을 동시에 측정할 수 있다. 각각의 분석물질을 측정하기 위해 측정 영역(3)은 다수의 라인(line) 형태가 다공성 막(2)의 폭의 길이로 구비되거나, 원형이거나, 다수의 점(spot)으로 구성할 수 있다. 일반적으로는 분석 물질과 결합하는 항체 또는 항원이 측정 영역(3)을 형성할 수 있다.
컨쥬게이트(conjugate)는 다공성 막(2)의 측정 영역(3)에 선택적으로 결합하여 분석신호를 직접 발생하거나, 분석신호를 발생할 수 있는 물질이 분석물질과 선택적으로 결합하는 물질에 결합된 형태이다.
분석신호를 직접 발생하는 물질은 금 나노입자(gold nanoparticle), 은 나노입자(silver nanoparticle), 유색 라텍스 입자(latex particle), 자석입자(magnetic particle), 퀀텀닷(quantum dot) 입자 등의 입자이거나, 형광(fluorescence) 물질 등일 수 있으며, 동종업계에서 일반적으로 사용하는 물질을 포함할 수 있다. 항체, 항원, 펩타이드, 압타머, DNA, RNA 등이 분석신호를 직접 발생하는 물질에 결합되어 컨쥬게이트를 형성한다.
또한, 컨쥬게이트를 형성하여 분석신호를 발생할 수 있는 물질은 효소(enzyme)일 수 있고, 효소자체는 분석신호를 발생하지 않지만 효소 기질(enzyme substrate)과 반응하여 발색 신호, 형광 신호, 발광(chemiluminescent) 신호를 발생할 수 있다. 특히 효소는 AP(alkaline phosphatase), HRP(horseradish peroxidase),
Figure pat00001
-Galactosidase가 적합하며, AP 효소 기질은 PNPP(p-Nitrophenyl Phosphate), BCIP/NBT(5-bromo-4-chloro-3-indolyl-phosphate/nitroblue tetrazolium) 등이 적합하며, HRP 효소 기질은 ABTS(2,2'-Azinobis [3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid]), OPD(o-phenylenediamine dihydrochloride), TMB(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine), DAB(3,3',4,4' diaminobenzidine), 4-CN(4-chloro-1-naphthol) 등이 적합하다. 특히 발색 기질이 효소와 반응 후 다공성 막(2)에서 침전이(precipitation) 일어나는 것이 바람직하다. 그럼으로 특히 BCIP/NBT와 TMB가 적합하다. ALP와 반응하여 화학발광(chemiluminescent)하는 효소 기질은 methylumbelliferyl phosphate (MUP), 1,2-dioxetane 유도체 등을 사용가능하다. 항체, 항원, 펩타이드, 압타머, DNA, RNA 등이 효소에 결합되어 컨쥬게이트를 형성한다.
컨쥬게이트는 컨쥬게이트 패드(5)에 건조된 상태로 구비된다. 컨쥬게이트 패드(5)는 면역크로마토그래피(immunochromatography) 방법에서 일반적으로 다공성 막(2)의 일단(2a)에 적층되며, 샘플 패드(6)와도 적층된 구조를 갖는다. 용액 또는 분석시료를 샘플 패드(6)에 점적하면 용액은 샘플 패드(6)에서 컨쥬게이트 패드(5)를 통해 다공성 막(2)으로 이동하며, 이때 컨쥬게이트도 함께 이동한다. 동일한 시료에 존재하는 다양한 분석물질을 동시에 측정하기 위해 다수의 컨쥬게이트를 다수의 컨쥬게이트 패드에 구비하여 적층할 수 있으며, 또한 다수의 컨쥬게이트를 하나의 컨쥬게이트 패드에 구비할 수 있다. 추가적으로 컨쥬게이트를 컨쥬게이트 패드에 구비하지 않고, 따로 튜브(tube)등의 용기에 보관한 후 이 용기에 측정시료를 첨가하여 시료와 혼합된 컨쥬게이트를 샘플 패드(6) 또는 다공성 막(2)에 직접 점적할 수 있다.
샘플 패드(6)는 컨쥬게이트 패드(5)에 적층되며, 분석시료를 컨쥬게이트 패드(5)로 일정한 유속(flow rate)으로 공급하는 기능을 한다. 또한 분석시료가 적혈구(RBC), 백혈구(WBC)등의 혈구(blood cell)를 포함하는 경우 이들 혈구를 걸러주는 역할을 수행하며, 또한 분석시료가 분변, 코속 분비 물질 등인 경우 측정에 영향을 주는 물질을 걸러주는 기능을 수행한다.
흡수 패드(7)는 다공성 막(2)의 타단(2b)에 적층된 형태가 일반적이며, 다공성 막(2)에 유입된 액체를 흡수하는 역할을 수행한다.
본 특허에서 기술하는 흡수 패드(7), 다공성 막(2), 컨쥬게이트 패드(5), 샘플 패드(6)는 공지된 기술인 면역크로마토그래피(immunochromatography) 방법 또는 측면 흐름 면역분석법(lateral flow immunoassay, LFA)에서 사용하는 물질을 사용할 수 있다. 또한 컨쥬게이트 제작 및 측정 영역(3) 제작 또한 공지된 기술을 사용하여 제작할 수 있다.
샘플 패드(6) 또는 다공성 막(2)에 점적하는 용액은 분석시료이거나 세척용액(washing solution), 신호증폭 용액(signal enhancing solution)일 수 있다. 일례로 샘플 패드(6)에 점적하는 용액은 분석 시료이며, 다공성 막(2)에 점적되는 용액은 세척용액 또는 신호증폭 용액이다.
세척 용액은 다공성 막(2)의 측정 영역(3)에서 분석물질과 선택적으로 결합한 컨쥬게이트를 제외한, 다공성 막(2)에 존재하는 컨쥬게이트를 세척하는 기능을 수행한다. 세척용액은 완충용액(buffer solution)으로 구성될 수 있으며, 계면활성제(surfactant), 보존제(preservative)가 첨가될 수 있다. 또한 신호증폭 용액과 측정 영역(3)에서 혼합되어 분석신호를 발생하는 물질을 포함할 수 있다. 일례로 산화제(oxidizing agent), 환원제(reducing agent)을 포함할 수 있으며, 일례로 금 이온(gold ion), 은 이온(silver ion)을 환원하는 환원제를 포함할 수 있다. 또한 효소의 기질로 사용되는 과산화수소(hydrogen peroxide)를 포함할 수 있다.
신호 증폭 용액은 측정 영역(3)의 컨쥬게이트와 반응하거나 결합하여 분석신호를 발생하는 물질을 포함하는 용액이다. 분석신호를 발생하는 물질은 금 이온(gold ion), 은 이온(silver ion) 등의 금속 이온(metal ion)이거나, 효소와 반응하여 분석신호를 발생하는 효소 기질(enzyme substrate)을 포함한다.
추가적으로 세척용액 기능과 신호증폭 용액 기능을 혼합한 혼합용액을 사용할 수도 있다.
도 2는 샘플 패드 또는 다공성 막에 용액 점적시 용액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)는 시료를 샘플 패드(6)에 점적했을 때의 용액 흐름을 나타내는 것으로, 시료는 분석 물질을 함유하는 분석시료이다. 점적된 시료가 흡수 패드(7)로 이동하는 과정에서 컨쥬게이트도 함께 이동하여 측정 영역(3)을 지나게 되며 측정 영역(3)에 고정된 제2 항체와 제2항체-분석물질-제1항체-금나노 입자 복합체가 형성된다(샌드위치 면역분석법). 샘플 패드(6)에 점적된 시료는 적어도 10분 이상 다공성 막(2)을 통해 흡수 패드(7)로 이동 가능하며, 이동하는 과정에서 컨쥬게이트 패드(5)에 건조되어 도입된 금 나노입자도 함께 다공성 막(2)을 이동한다. 그럼으로 시료로 젖어있는 다공성 막(2)에는 금 나노입자도 함께 존재한다.
도 2의 (b)는 제1 용액을 다공성 막(2)에 점적했을 때의 용액 흐름을 나타내는 것으로, 제1 용액은 세척 용액(washing solution)이며, 측정 영역(3)의 제2항체-분석물질-제1항체-금나노 입자 복합체를 제외한 다공성 막(2)에 존재하는 금 나노 입자를 세척한다. 그런데, 다공성 막(2)에 점적된 제1 용액의 일부는 컨쥬게이트 패드(5)로 이동하여, 컨쥬게이트 패드(5)에 존재하는 금 입자를 지속적으로 흡수 패드(7)로 이동시킴으로 세척의 효과가 나타나지 않을 수 있다. 또한 샘플 패드(6)에 점적한 분석시료가 적혈구(RBC)를 포함하는 전혈(whole blood) 시료인 경우, 제1 용액에 의해 적혈구가 용혈되어(hemolysis)되어 다공성 막(2)으로 유입될 수 있다.
따라서, 제1 용액을 다공성 막(2)에 점적하더라도, 분석신호/바탕신호(background signal) 비율이 높아지지 않아 분석물질을 고감도로 측정할 수 없다.
또한, 제1 용액은 일례로 은 이온(silver ion)을 환원하는 환원제(reducing agent)를 포함할 수 있다. 환원제는 제2 용액에 포함된 은 이온(silver ion)을 금 입자(gold particle) 표면에서 환원시켜 은이 금 입자 표면에서 성장한다. 금 입자 표면에서 성장한 은은 크기가 큰 입자를 생성하여 측정 영역(3)의 분석신호를 증폭하는 역할을 수행한다. 이러한 기술은 이미 공지된 기술이다.
도 2의 (c)는 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적했을 때의 용액 흐름을 나타내는 것으로, 제1 용액을 점적 후 일정시간이 경과되면 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적한다. 제1 용액의 환원제와 제2 용액의 은 이온에 의해 측정 영역(3)에 존재하는 금 입자는 은 이온의 환원에 의해 크기가 증가되어 분석신호를 증폭한다.
또한, 다공성 막(2)의 측정 영역(3)에 분석물질과 선택적으로 결합하는 제2 항체를 고정하고, 금 나노입자 대신 효소(enzyme)을 분석물질과 선택적으로 결합하는 제1 항체에 고정하여 컨쥬게이트를 제작하고 컨쥬게이트 패드(5)에 건조하여 도입한다. 컨쥬게이트 제작에 사용되는 효소는 AP(alkaline phosphatase), HRP(horseradish peroxidase),
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-Galactosidase를 사용할 수 있다.
효소를 컨쥬게이트로 사용하는 경우 제2 용액은 효소 기질(enzyme substrate)을 포함하며, 효소 기질은 효소와 반응하여 측정 영역(3)에서 발색하거나, 발광하는 특징을 갖는다.
제1 용액에 의해 측정 영역(3)의 제2항체-분석물질-제1항체-효소 복합체를 제외한 효소는 다공성 막(2)에서 세척된다. 효소 기질은 측정 영역(3)에서 효소와 반응하여 발색하여 분석신호를 발생하며 제2 용액에서 침전(precipitation)되는 특성을 갖는 것이 중요하다. 왜냐면 제2 용액 점적 후 제2 용액은 지속적으로 흡수 패드(7)로 이동하며, 이동과정에서 발색된 기질이 함께 이동되면 측정 영역(3)을 분석하는데 문제가 발생한다. 발색 후 침전이 일어나는 효소 기질은 BCIP/NBT 또는 TMB가 적합하다.
그러나 대부분의 효소 기질은 효소와 반응 후 제2 용액에서 침전(precipitation)을 형성하지 않으므로, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 제2 용액이 다공성 막(2)에서 이동하면 효소와 반응한 기질도 함께 이동됨으로 측정 영역(3)에서 분석신호를 측정하기 어렵다.
즉, 분석 물질을 고감도로 측정하기 위해 세척 용액(washing solution) 또는 신호증폭 용액(signal enhancing solution)을 사용하더라도 컨쥬게이트 패드(5)에서 금 입자, 효소 등의 컨쥬게이트가 다공성 막(2)으로 지속적으로 유입되거나, 샘플 패드(6)로부터 적혈구 등이 다공성 막(2)으로 유입되거나, 측정 영역(3)에서 효소와 반응한 기질이 흡수 패드(7)로 이동하게 되어 측정 영역(3)의 분석 신호를 흐리게 하거나 바탕신호를 증폭하여 분석 감도를 저하시킨다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 용액차단 영역에 의해 제1 용액 또는 제2 용액의 흐름을 차단하거나 최소화되어 분석신호가 증가되도록 함으로써, 측정의 민감도(sensitivity)를 높일 수 있도록 하는 면역 크로마트 그래피 측정 장치 및 방법을 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 장치의 외부 사시도이다.
도 3을 참조하면, 면역 크로마토그래피 측정 장치(이하 '측정 장치'로 기재함)(10)는 하우징의 상부 또는 측면의 소정 영역에 디스플레이부(11) 및 조작부(12, 13)가 형성될 수 있다.
디스플레이부(11)는 제어부(510)로부터 입력되는 제어 신호에 따른 측정 장치의 동작 상태 또는 센서(1) 테스트 결과 정보 등이 출력될 수 있다. 조작부(12, 13)는 트레이(110) 인출 요청 신호, 센서(1) 테스트 시작 요청 신호 또는 테스트 결과 디스플레이 등의 사용자 요청 신호를 입력받을 수 있는 수단으로, 일 예로 키 버튼 누름시마다 키데이터를 발생하는 키입력부일 수 있다. 도 3에서는 디스플레이부(11) 및 조작부(12, 13)가 분리되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 터치 스크린과 같이 디스플레이부(11) 및 조작부(12, 13)가 통합된 형태의 사용자 인터페이스로 구성될 수도 있다.
트레이(110)는 상부에 센서(1)를 놓을 수 있는 수단으로, 조작부(13)가 눌림에 따라 측정 장치(10)로부터 인출(Extract)되어, 트레이(110) 상부에 센서(1)가 놓여질 수 있다. 센서(1)는 시료 주입부(8)을 통해 시료가 점적된 상태에서 트레이(110)에 놓여진 후, 조작부(13)가 눌려지거나 트레이(110)의 일 측면(110b)를 밀어 넣으면, 트레이(110)가 측정 장치(10) 내부로 인입(Insert)된다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해, 트레이(110)의 인입/인출 방향을 센서(1)의 다공성 막의 길이 방향인 X축 방향으로, 센서(1)의 다공성 막의 폭 방향을 Y축 방향으로, X축 및 Y축이 형성하는 평면에 수직한 방향을 Z축 방향으로 정하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 장치의 내부 단면도이다. 이는 도 3에 도시된 측정 장치를 XZ 평면으로 자른 단면도이다.
도 4를 참조하면, 트레이(110)는 리니어 엑츄에이터와 같은 이송부(120)에 의해 측정 장치(10)로 인입(Insert)되거나, 인출(Extract) 되도록 양방향 이동 가능하게 구현된다. 이때, 이동 방향은 X축 방향일 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 다른 실시 예에 따라, 트레이(110)를 Y축을 기준으로 이동시킬 수 있는 이송부를 더 포함할 수도 있다. 이는 트레이(110)가 Y축으로 이동되도록 하여 다공성 막에 용액 차단 영역을 형성하기 위함이다. 또는 트레이(110)를 Z축을 기준으로 이동시킬 수 있는 이송부를 더 포함할 수도 있다. 이는 트레이(110)가 Z축으로 이동되도록 하여 다공성 막이 누름부(220)에 의해 가압되도록 하기 위함이다.또한, 트레이(110)의 센서(1)가 놓여지는 센서 거치부(130)는 관통되도록 형성되고, 하단에는 관통되는 용액을 수납하는 폐기 용액 수납부(140)가 형성될 수 있다. 폐기 용액 수납부(140)는 트레이(110)에 탈부착이 가능한 형태로 구성되어, 장시간 동안 측정 장치(10)를 사용하지 않을 경우 주기적으로 용액을 펌핑하여 노즐(320a, 320b) 내부의 시약 건조를 방지하기 위한 용액 점적 동작(도 20 참조)시 용액을 수납하는 기능을 한다. 또한, 면역 크로마토그래피 측정 시작 전에 트레이(110)에 센서(1)가 배치되지 않은 상태에서, 제1 용액 또는 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적하기 위해 프리 드롭(pre-drop)하게 되는데, 이때 제1 용액 또는 제2 용액이 폐기 용액 수납부(140)에 수납될 수 있다. 여기서, 폐기 용액 수납부(140)의 위치는 도 4에 도시된 트레이(110)의 센서 거치부(130) 하단에 위치하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 폐기 용액 수납부(150)는 상이한 위치에 형성될 수도 있다.
센서 거치부(130)에 거치되는 센서(1)에 대한 상세 설명은 도 1을 참조하여 전술한 바와 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생락하기로 한다. 다만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라 센서(1)는 고분자 필름 아래에 흡수층이 추가로 적층될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
용액 차단 영역 생성부(200)는 트레이(100)에 놓여 삽입된 센서(1)의 다공성 막(2)의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성한다. 여기서, 용액 차단 영역은 다공성 막(2)에서 모세관 현상으로 이동하는 용액의 흐름을 차단한다. 이러한 용액 차단 영역 형성부(200)는 이송부(210) 및 누름부(220)를 포함한다. 부가적으로, 압력 흡수부(230)를 더 포함할 수 있다.
이송부(210)는 누름부(220)를 Z축 방향으로 상하 이동시키는 기능을 하는 부재로, 일 예로 리니어 엑츄에이터일 수 있다. 누름부(220)는 이송부(210)에 의해 하방 이동하여, 접촉부(221)가 다공성 막(2)에 닿으면 다공성 막(2)을 가압한다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 다른 실시 예에 따라, 누름부(220)를 X축 또는 Y축을 기준으로 이동시킬 수 있는 이송부를 더 포함할 수도 있다. 이는 누름부(220)가 X축 또는 Y축으로 이동되도록 하여 다공성 막에 용액 차단 영역을 형성하거나, 둘 이상의 용액 차단 영역들을 형성하기 위함이다.
압력 흡수부(230)는 누름부(220)가 다공성 막(2)을 가압할 때, 압력을 흡수하는 것으로, 일 예로 스프링일 수 있다. 즉, 접촉부(221)가 다공성 막(2)과 접촉시 여분의 힘을 흡수하거나, 접촉부(221)와 다공성 막(2) 사이가 수직이 유지되도록 한다. 용액 차단 영역 형성부(200)의 구조 및 작용 동작은 다양한 실시 예들이 가능한데, 이에 대한 상세한 설명은 도 9a 내지 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.
용액 공급부(300a, 300b)는 소정 용액을 다공성 막(2)에 점적하는 것으로, 일 실시 예에 따라 둘 이상의 용액들을 점적할 수 있다. 이러한 용액 공급부(300a, 300b)는 점적 감지 센서(drop sensor)(310a, 310b), 노즐(320a, 320b), 공기방울 검출부(air-bubble detector)(330a, 330b), 펌프(340a, 340b), 튜브(350a, 350b) 및 용액 보관부(360a, 360b)를 포함할 수 있다.
점적감지 센서(drop sensor)(310a, 310b)는 노즐(320a, 320b)로부터 용액이 떨어지는지를 감지한다.
노즐(320a, 320b)은 용액 보관부(360a, 360b)로부터 센서(1)의 다공성 막의 상부에 소정 거리만큼 이격되는 위치까지 연장 형성되는 튜브(350a, 350b)의 말단에 연장 형성된다.
공기방울 검출부(air-bubble detector)(330a, 330b)는 튜브(350a, 350b) 내부에 공기 방울이 존재하는지를 검사한다.
펌프(340a, 340b)는 용액 보관부(360a, 360b)로부터 용액이 흘러나올 수 있도록 한다. 이때, 펌프(340a, 340b)는 연동 펌프(peristaltic pump), 시린지 펌프(syringe pump), 피에조 펌프(piezo pump) 중 하나일 수 있다. 용액을 점적하는 방식은 용액 보관부(360a, 360b)에 압력을 가하여 통에 부착된 노즐(nozzle)을 통해 한 방울씩 점적하거나, 펌프(340a, 340b)를 이용하여 점적할 수 있다.
용액 보관부(360a, 360b)는 각각 두 가지 용액들 중 하나를 보관하는 용기로, 이때, 제 1 용액은 세척 용액(washing solution)이고, 제 2 용액은 증폭 용액(enhancing solution)일 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 다른 실시 예에 따라, 용액 공급부(300a, 300b)는 용액 공급 위치를 X축 또는 Y축을 기준으로 이동시킬 수 있는 이송부를 더 포함할 수도 있다. 이는 용액 공급부(300a, 300b)가 X축 또는 Y축으로 이동되도록 하여 용액 점적 위치를 변경하기 위함이다.
이미지 센서(400)는 다공성 막(2)의 측정 영역(3)에 생성된 분석 신호의 이미지를 읽어들이는 것으로, LED/CMOS 카메라, LED/CCD 카메라, LED/PD, PMT(photomultiplier tubes) 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 이미지 센서(400)는 센서(1)의 하우징에 부착된 바코드 또는 QR 코드 등의 센서의 식별정보를 판독할 수도 있다. 이러한 센서의 식별정보는 Lot No, 유효기간, 측정 항목, 검정곡선 정보(calibration information) 등을 포함한다. 다른 실시 예에 따라, 이러한 센서의 식별 정보는 바코드가 아닌 RFID를 통해 획득될 수도 있다. 이럴 경우, 측정 장치(10)에 별도의 RFID 리더부(미도시)를 구비하여 식별 정보를 획득할 수도 있다.
회로부(500)는 측정 장치(10)의 각 구성 요소와 연결되어, 전원 공급 및 면역 크로마토 그래피 측정을 위한 제어를 수행한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회로부의 내부 구성 블록도이다.
도 5를 참조하면, 회로부(500)는 제어부(510) 및 전원 공급부(520)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(520)는 교류 전압을 인가받을 수 있는 전원 연결부(520a), 휴대용 배터리 전압을 인가받을 수 있는 배터리 연결부(520b), 전원 연결부(520a) 및 배터리 연결부(520b) 중 하나를 선택적으로 연결하는 스위치부(520c) 및 배터리 연결부(520b)에 연결된 배터리 용량을 모니터링하여 스위칭 신호를 출력하는 배터리 용량 모니터링부(520d)를 포함할 수 있다.
제어부(510)는 전원 공급부(520)의 전원 공급에 따라 구동되어, 측정 장치(10)의 각 구성 요소들을 제어하여 면역 크로마트그래피 측정을 위한 제어를 수행하는데, 상세 동작의 설명에 대해서는 후술되는 도 13 내지 도 20을 참조한 면역 크로마토그래피 동작 방법에서 함께 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 면역크로마토그래피 센서의 구조도이고, 도 7은 용액이 다공성 막에서 오버 플로우되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 센서(1)는 고분자 필름(4b) 아래에 흡수 층(9)이 추가로 적층된다. 고분자 필름(4b)과 접착제 층(4a)에 의해 흡수 층(9)과 다공성 막(2) 사이는 이격되며, 흡수 층(9)은 점적된 용액을 흡수하는 기능을 수행한다. 또한 흡수 패드(7)의 일측 끝(7b)와 흡수 층(9)의 일측 끝(9b)는 서로 적층될 수 있다. 흡수 패드로(7)로 흡수된 용액이 적층된 일측의 끝(7b, 9b)에 의해 서로 연결됨으로 흡수층(9)으로 흡수될 수 있다. 흡수 패드(7)의 흡수용량 이상의 과량의 용액이 다공성 막(2)으로부터 유입되는 경우 적층된 흡수층(9)로 여분의 용액이 흡수된다. 용액이 다공성 막(2)을 모세관 현상으로 이동하는 경우 이격되어 있는 흡수 층(9)에 용액이 흡수되지 않는 반면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 용액이 다공성 막(2)에서 넘치게 되면(over flow) 넘친 용액은 흡수층(9)에 흡수될 수 있다. 흡수층(9)은 접착제 층(9a)을 통해 고분자 필름(4b)에 적층될 수 있다. 흡수 층(9)의 폭은 다공성 막(2)의 폭보다 넓거나 좁을 수 있으며, 바람직하게는 다공성 막(2)의 폭과 동일하다. 왜냐하면 센서(1)의 제작 공정에서 흡수패드(7), 다공성 막(2), 컨쥬게이트 패드(5), 샘플 패드(6) 등의 각각의 구성요소를 적층한 후 일정한 폭으로 자르기 때문에 고분자 필름(4b)에 적층된 흡수층(9)의 폭이 다공성 막(2)의 폭과 동일하게 된다.
또한 흡수층(9)의 길이는 적어도 다공성 막(2)의 측정 영역(3)을 포함하여야 하며, 보다 바람직하게는 측정 영역(3)과 용액 차단 영역을 포함하여야 한다. 바람직하게는 다공성 막(2) 전체를 포함하여야 하며, 보다 바람직하게는 흡수 패드(7) 일부와 컨쥬게이트 패드(5)의 일부를 포함하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 흡수 패드(7) 일부와 샘플 패드(6)를 포함하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 따라 다공성 막에 용액 차단 영역을 형성하는 방식의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 8의 (a)는 용액 차단 영역 형성 이전의 다공성 막(2)의 단면을 도시화한 것으로 다공(porous)이 다공성 막(2)에 전체적으로 분포한다.
도 8의 (b)는 열을 이용하여 다공성 막(2)의 일부를 용해(melting)하여 형성된 용액 차단 영역을 도시한다. 열에 의해 용해되어 형성된 용액 차단 영역에는 다공(porous)이 제거됨으로 모세관 현상에 의한 용액의 이동이 차단된다.
열에 의한 다공성 막(2)을 용해하여 용액차단 영역을 형성하는 방법은, 열선을 이용하거나, 레이저를 이용하거나 초음파를 이용하여 다공성막을 녹일 수 있다. 열선을 이용하는 경우, 발생된 열을 다공성 막(2)에 전달하여 용해하기 위해 직접 접촉하여야 하며, 또한 용액차단 영역 형성은 다공성 막(2)이 용액에 젖어있는 상태에서 진행됨으로 다공성 막(2)과 접촉하는 열선의 온도는 100~300℃가 적합하다. 또한 다공성 막(2)은 유기용매(organic solvent)에 쉽게 녹음으로 유기용매를 다공성 막(2)에 점적하여 용액차단 영역을 형성할 수 있다. 그러나 다공성 막(2)을 녹이는 유기용매는 항원-항체 반응, 효소 반응 등에 영향을 줄 수 있으며 또한 증발에 의한 인체의 유해성 및 폐기에 신중하여야 한다.
도 8의 (d)는 용액에 젖은 다공성 막(2)을 물리적으로 가압하여 형성된 용액 차단 영역을 도시한 것이다. 다공성 막(2)의 다공 구조는 외부 압력에 의해 쉽게 눌러져 3차원적으로 형성된 미세 다공(porous)이 부서진다. 미세 다공 구조가 파괴되면 모세관 현상에 의한 용액의 이동이 차단될 수 있다. 용액의 흐름을 완전히 차단하거나 용액의 흐름을 최대한 차단하기 위해, 다공성 막(2)을 누르는 압력을 조절하거나, 누르는 면적을 확대하거나, 다수의 용액 차단 영역을 다공성 막(2)에 형성할 수 있다.
도 8의 (c)는 용액에 젖은 다공성 막(2)에 물리적으로 접촉하여 다공성 막(2)을 긁어내어 형성된 용액 차단 영역을 도시한 것으로, 비다공성 고분자 필름(4)에 적층된 다공성 막(2)을 긁어내어 제거한다. 이 경우 다공성 막(2)이 고분자 필름에서 제거됨으로 용액의 흐름이 완전히 차단될 수 있다.
또한 도 8의 (d)의 누르는 과정과 도 8의 (c)의 다공성 막(2)을 긁어내는 과정을 병행하여 용액 차단 영역이 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라 다공성 막에 형성된 용액 차단 영역의 다양한 형상들의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
용액 차단 영역은 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 용액이 이동하여 젖어있는 다공성 막(2)에 형성되어야 한다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 용액 차단 영역은 용액의 흐름 방향과 수직 방향이나, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 용액 차단 영역은 용액의 흐름 방향과 사선인 방향으로 다공성 막(2)의 폭 방향으로 형성하는 것이 용액의 흐름을 차단하기에 효과적이다.
또한, 젖어있는 다공성 막(2)에서 용액의 흐름을 완전히 차단하기 위해 도 9의 (d)와 같이 다수의 용액 차단 영역들을 형성하거나, 도 9의 (e)와 같이 넓은 면적으로 용액 차단 영역을 형성할 수 있다.
또한, 용액 차단 영역의 길이는 다양한 실시 예들이 가능한데, 만약 하우징이 다공성 막(2) 폭 일부를 가리지 않고 개방된 형태이면 도 9의 (b) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 용액 차단 영역의 길이는 다공성 막(2)의 폭의 길이와 동일하도록 형성하여 용액의 흐름을 완전히 차단하는 것이 바람직하다
그런데, 다공성 막(2)은 플라스틱 하우징(housing) 내부에 장착되어 있으므로, 하우징의 일부가 다공성 막(2)의 폭 일부를 덮고 있을 수도 있다. 이럴 경우, 용액 차단 영역을 형성하는 과정에서 하우징에 의해 가려진 다공성 막(2)의 일부에는 용액 차단 영역을 형성할 수 없다. 이럴 경우, 도 9의 (f) 내지 (h)에 도시된 바와 같이, 용액 차단 영역은 직사각형 또는 원형의 다양한 형상을 가지되, 길이가 다공성 막(2)의 폭의 길이와 동일하지는 않지만, 용액 차단 영역의 길이는 적어도 다공성 막(2) 폭의 50% 이상이 되어야 한다. 이러한 경우 용액차단 영역을 형성하여 용액의 흐름을 완전히 차단하지는 못하지만, 다공성 막(2)의 모세관 현상에 의한 용액의 흐름속도(flow rate)를 줄일 수 있다. 특히 도 9의 (g)에 도시된 형태의 경우 용액 차단 영역이 용액의 흐름을 완전히 차단하지는 못하지만, 용액은 용액 차단 영역을 제외한 영역으로 이동하여야 함으로 용액의 흐름 속도를 줄일 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 용액 차단 영역 형성부의 누름부 형태 및 작동의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 10a를 참조하면, 다공성 막(2)은 X-축으로 이동이 가능하며, 누름부(220)는 Z-축으로 이동이 가능하다. 누름부(220)가 Z-축 방향으로 다공성 막(2)에 접촉하여 압력을 접촉부(221)에 인가한 상태에서 다공성 막(2)이 X-축으로 이동하면 접촉부(221)에 의해 용액 차단 영역이 형성되는데, 도 8의 (c) 또는 (d)와 같은 형태로 형성될 수 있다.
이럴 경우, 누름부(220)의 이동 거리에 따라, 용액 차단 영역은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 접촉부(221)에 압력이 인가된 상태에서 다공성 막(2)이 X-축으로 상대적으로 짧게 이동하면 도 9의 (b), (c) 및 (f)에 도시된 바와 같이 폭이 좁은 용액 차단 영역이 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 접촉부(221)에 압력이 인가된 상태에서 다공성 막(2)이 X-축으로 상대적으로 길게 이동하면 도 9의 (e) 및 (g)에 도시된 바와 같이 폭이 큰 용액 차단 영역이 형성될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 누름부(220)는 Z-축으로 이동하여 다공성 막(2)과 접촉하는 접촉부(221)에 압력을 인가한 상태에서, 다공성 막(2)을 Y-축으로 이동하면 용액 차단 영역이 형성되는데, 도 9의 (c) 및 (d)와 같은 형태로 형성될 수 있다.
이럴 경우, 다공성 막(2)과 접촉하고 있는 누름부(220)의 접촉부(221)의 크기에 따라, 용액 차단 영역은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 접촉부(221)의 크기가 상대적으로 작으면 도 9의 (b), (c) 및 (f)에 도시된 바와 같이 폭이 좁은 용액 차단 영역이 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 접촉부(221)의 크기가 크면 도 9의 (e) 및 (g)에 도시된 바와 같이 폭이 큰 용액 차단 영역이 형성될 수 있다.
또한, 누름부(220)는 용액 차단 영역을 형성한 후, 다공성 막(2)을 X-축으로 이동하고 다시 용액 차단 영역을 형성하는 것을 반복하거나, 누름부(220)의 접촉부(221)가 요철 구조로 이루어진 경우, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 다수의 용액 차단 영역을 형성할 수 있다.
또한, 누름부(220)의 다공성 막(2)과 접촉하는 접촉부(221)의 형상에 따라 도 9에 도시된 바와 같이 다양한 도형의 용액 차단 영역을 형성할 수 있다.
또한, 도 10c를 참조하면, 다공성 막(2)은 고정된 상태에서 누름부(220)가 Z-축으로 이동하여 다공성 막(2)과 접촉한 상태에서, X-축 또는 Y-축으로 이동 또는 회전하여 용액 차단 영역을 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 접촉부의 다양한 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 11의 (a)를 참조하면, 누름부(220)의 다공성 막(2)과의 접촉부(221)은 다공성 막(2)과 수직이거나, (c)에 도시된 바와 같이 사선으로 접촉되는 형태를 가질 수 있다. 또한 접촉부(221)은 평면이거나, 둥근 형태이거나, 마찰을 증대하기 위해 접촉부(221) 표면에 요철 구조를 갖는 것이 용액 차단 영역 형성에 효과적이다.
도 12는 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법은 면역 크로마토그래피 센서(이하 '센서'로 기재함)의 샘플 패드에 분석 물질인 시료를 점적하는 단계(S1010)와, 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하는 단계(S1020)와, 다공성 막의 측정 영역과 용액 차단 영역 사이에 분석 신호의 민감도를 향상시키는 용액을 점적하는 단계(S1030)와, 측정 영역의 분석 신호를 독출하는 단계(S1040)를 포함한다.
본 발명에서 용액을 점적하는 단계(S1030)는 세척 용액 및 증폭 용액을 포함하는 둘 이상의 용액들을 순차적으로 점적할 수 있는데, 이는 분석 신호를 발생하는 물질의 종류에 따라 두 가지 실시 예들이 가능하다.
일 실시 예는 분석신호를 발생하는 물질이 금 이온(gold ion), 은 이온(silver ion) 등의 금속 이온(metal ion)일 경우이고, 다른 실시 예는 분석신호를 발생하는 물질이 효소 기질(enzyme substrate)일 경우이다.
일 실시 예의 경우, 용액을 점적하는 단계는 일 용액을 점적한 후 분석 신호를 독출하여, 신호 증폭이 필요한지를 판단하는 단계와, 신호 증폭이 필요할 경우, 선택적으로 다른 용액을 점적하는 단계를 포함한다.
또한, 각각의 실시 예들은 형성되는 용액 차단 영역이 둘 이상인지에 따라 각각 두 가지 양상들을 가질 수 있다. 용액 차단 영역이 둘 이상일 경우, 둘 이상의 용액들 중 일 용액을 점적한 후, 다른 용액을 점적하기 이전에 다른 용액 차단 영역을 형성하는 단계를 더 포함한다.
그러면, 우선 도 13 내지 도 17을 참조하여 분석신호를 발생하는 물질이 금 이온(gold ion), 은 이온(silver ion) 등의 금속 이온(metal ion)일 경우의 일 실시 예를 살펴보기로 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 일 양상을 설명하기 위한 순서도이고, 도 14는 본 발명의 따른 면역 크로마토그래피 측정을 위해 용액 차단 영역을 형성하는 과정의 일 양상을 도시한 도면이다.
도 3, 도 4 및 도 13을 참조하면, 제어부(510)는 측정 시작 요청에 따라, 트레이(110)가 인입(inserted)되어 있는 상태를 확인한다. 제어부(510)는 트레이(110)가 인입되어 있지 않을 경우, 디스플레이부(11)를 통해 트레이를 인입할 것을 요청하는 메시지를 출력하거나 자동으로 이송부(120)를 조절하여 트레이(110)를 인입시킬 수 있다.
제어부(510)는 센서(1)에 대한 측정을 시작하기 전에 센서(1)에 점적시킬 용액들이 노즐(320a, 320b)의 종단까지 채워진 상태로 검사를 시작하여야 한다. 따라서, 제어부(510)는 제1 용액 및 제2 용액을 펌핑(pumping)을 시작하여 용액을 폐기 용액 수납통(140)에 점적한다(S1110~S1130). 이때, 제어부(510)는 튜브(tube) 내부에 공기 방울(air-bubble)이 감지되는지를 확인할 수 있다(S1120).
S1120의 확인 결과 공기 방울이 감지되지 않으면, 제어부(510)는 점적 감지 센서(310a, 310a)에 의해 점적되는 용액이 감지되는지를 확인한다(S1130).
S1130의 확인 결과 점적 감지 센서(310)에서 점적되는 용액이 감지되면, 제어부(510)는 용액이 튜브(360)의 노즐(320a, 320b) 끝까지 채워진 상태임으로 펌핑을 멈춘다.
반면, S1120의 확인 결과 공기 방울이 감지되거나, S1130의 확인 결과 점적 감지 센서(310)에서 점적되는 용액이 감지되지 않을 경우, 용액이 비어있거나, 펌프(340a, 340b)가 고장나거나, 튜브(350a, 350b)가 막힌 경우로 판단할 수 있으므로 S1110으로 돌아가 펌핑을 지속적으로 수행하거나, 별도의 고장 수리 조치를 취할 수 있다.
전술한 바와 같이 용액이 튜브(350a, 350b)의 노즐(320a, 320b) 끝까지 채워져 검사 준비가 완료되면, 제어부(510)는 시료 점적된 트레이를 삽입한다(S1140). 상세하게는, 트레이 인출(Extrate Tray)하고, 트레이 (110)에 센서(1)를 장착한 후, 트레이(110)를 인입(Insert Tray)한다. 이때, 센서(1)는 시료 주입구(8)에 시료가 점적된 상태이다.
도 13에서는 S110~S1130 단계를 수행한 후, S1140가 수행되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉. S1140가 수행된 후, S110~S1130 단계가 수행될 수도 있는데, 이럴 경우 폐기 용액 수납부(140)는 트레이(110)의 센서 거치부(130)를 제외한 영역에 형성될 수 있다.일 실시 예에 따라 센서(1)의 컨쥬게이트(conjugate)는 샌드위치 면역분석(sandwich immunoassay)을 기준으로 금 나노입자(gold nanoparticle)에 분석물질과 선택적으로 결합하는 제1항체를 고정하여 형성된 것으로 한다.
제어부(510)는 측정 영역(3)에 이미지 센서(400)를 이용하여 존재하는 분석 신호를 독출한다(S1143).
그런 후, 제어부(510)는 신호 증폭이 필요한지를 판단한다(S1146). 추가적으로 세척이 필요한지도 판단할 수 있다. 즉, 분석신호/바탕신호 비율이 분석물질을 고감도로 측정할 수 있을 정도로 충분히 높은지를 확인한다.
S1146의 확인 결과 신호 증폭이 필요하지 않을 경우, 또는 세척이 필요하지 않은 경우, 즉 분석신호/바탕신호 비율이 분석 물질을 고감도로 측정할 수 있을 정도로 충분히 높을 경우, 제어부(510)는 S1220 단계로 진행하여 테스트 결과를 출력하게 된다.
반면, S1146의 확인 결과 신호 증폭이 필요할 경우, 즉 분석신호/바탕신호 비율이 분석 물질을 고감도로 측정할 수 있을 정도로 충분히 높지 않을 경우, 또는 세척이 필요한 경우, 제어부(510)는 분석 물질을 고감도로 측정하기 위한 동작을 수행하게 된다. 즉, 제어부(510)는 시료가 점적된 센서(1)가 삽입된 후, 용액 차단 영역(liquid barrier)를 형성 시점을 판단한다(S1150). 용액 차단 영역(liquid barrier)를 형성 시점은 적어도 다공성 막(2)의 측정 영역(3)이 컨쥬게이트를 포함한 시료에 의해 젖어있는 상태가 되는 시점을 의미한다.
도 14의 (a)를 참조하면, 샘플 패드(6)에 점적된 시료는 컨쥬게이트 패드(5)를 통해 다공성 막(2)을 지나 흡수 패드(7)에 흡수된다. 점적된 시료가 흡수 패드(7)로 이동하는 과정에서 컨쥬게이트도 함께 이동하여 측정 영역(3)을 지나게 되며 측정 영역(3)에 고정된 제2 항체와 제2항체-분석물질-제1항체-금나노 입자 복합체가 형성된다(샌드위치 면역분석법). 샘플 패드(6)에 점적된 시료는 적어도 10분 이상 다공성 막(2)을 통해 흡수 패드(7)로 이동 가능하며, 이동하는 과정에서 컨쥬게이트 패드(5)에 건조되어 도입된 금 나노입자도 함께 다공성 막(2)을 이동한다. 그럼으로 시료로 젖어있는 다공성 막(2)에는 금 나노입자도 함께 존재한다.
따라서, 제어부(510)는 S1150에서 측정 영역(3)이 컨쥬게이트를 포함한 시료에 의해 젖어있는 상태를 판단하게 된다. 일 실시 예에 따라, 제어부(510)는 이미지 센서(400)로 측정 영역(3)의 이미지를 획득하여, 시료가 측정 영역(3)을 흐르고 지나갔는지를 판단할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 제어부(510)는 센서(1)가 놓여진 트레이(110)의 삽입을 감지한 후 소정 시간 경과했는지를 판단할 수 있다. 즉, 센서 하우징(1)에 부착된 바코드 또는 RFID 등의 센서의 식별 정보를 판독하여, 해당 식별 정보를 가진 센서(1)가 시료 주입 후 측정 영역까지 이동되는 시간을 획득하고, 획득된 시간이 경과했는지를 판단할 수 있다. 이때, 센서의 식별 정보는 Lot No, 유효기간, 측정 항목, 검정곡선 정보(calibration information) 등을 포함할 수 있다.
S1150의 판단 결과 샘플 패드(6)에 점적된 시료가 다공성 막(2)의 측정 영역(3)을 지난 것으로 판단되면, 제어부(510)는 용액 차단 영역을 형성한다(S1160). 즉, 제어부(510)는 이송부(210)를 구동시켜 누름부(220)가 다공성 막(2)의 소정 영역을 가압하면, 이송부(120)를 구동하여 트레이(110)를 X축 방향으로 일정 시간 동안 이동시켜 용액 차단 영역을 형성할 수 있다. 또는 Y축 방향으로 트레이(110)를 이송시키는 이송부를 구동하여 트레이(110)를 Y축 방향으로 일정 시간 동안 이동시켜 용액 차단 영역을 형성할 수 있다.
도 14의 (b)를 참조하면, 용액 차단 영역은 컨쥬게이트 패드(5)와 적층된 다공성 막(2)의 일단(2a)과 측정 영역(3) 사이에 형성될 수 있다. 용액차단 영역이 형성되면 컨쥬게이트 패드(5)로부터 유입되는 시료는 측정 영역(3)으로 이동이 완전히 차단되거나, 적어도 측정 영역(3)으로 시료가 이동하는 속도를 줄일 수 있다.
다음으로, 제어부(510)는 제1 용액을 다공성 막(2)에 점적하는데(S1170), 이에 대해 도 15를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 15는 본 발명에 따른 용액 점적 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 15를 참조하면, 제어부(510)는 제1 용액 또는 제2 용액을 펌핑(pumping)하여(S1310), 제1 용액 또는 제2 용액이 용액 보관부(350a, 360b)로부터 튜브(350a, 350b)를 통해 노즐(320a, 320b)로 이동시켜 센서(1)의 다공성 막의 소정 영역에 떨어지게 한다. 그런 후, 제어부(510)는 점적 감지 센서(310a, 310a)를 통해 제1 용액 또는 제2 용액이 떨어졌는지를 확인한다(S1320). S1320의 확인 결과 점적이 감지되면, 제어부(510)는 점적량이 충분한지를 확인한다(S1330). S1330의 확인 결과 점적량이 충분하면 후속 단계로 진행한다. 반면, S1320의 확인 결과 점적이 감지되지 않거나, S1330의 확인 결과 점적량이 충분하지 않을 경우, 제어부(510)는 S1310을 다시 수행한다. 즉, 용액을 점적함에 있어, 정해진 총 용량을 한번에 점적하는 경우 젖어있는 다공성 막에서 넘침이 발생할 수 있으므로, 총 용량을 시간 차이를 갖고 나누어 소량씩 점적하여 넘침을 방지할 수 있다. 시간 차이라 함은 첫 번째 점적된 용액이 모세관 현상으로 흡수 패드 쪽으로 어느 정도 이동 한 후 두 번째 점적을 실행하는 방식이다.
또한, 다공성 막에 용액을 점적하는 과정에서 적어도 반정량(semi-quantitative)적으로 점적양을 제어하여야 한다. 일예로, 제1 용액(세척용액)이 설정된 용량보다 50% 이상 적게 점적하는 경우 세척 기능이 완전히 실행되지 않을 수 있으며, 또한 300% 이상 과량을 점적하는 경우 다공성 막에서 넘침(over flow)이 발생하여 용액 차단 영역의 기능이 상실될 수 있다. 점적한 과량의 용액이 용액 차단 영역을 넘어 컨쥬게이트 패드와 접촉하여 컨쥬게이트를 측정 영역으로 이동시키면 세척 기능의 효율이 저하한다. 따라서, 적어도 다공성 막에 점적하는 용액의 용량은 용액 차단 영역을 넘지 않는 용량을 점적하여야 한다.
한편, 바람직하게는 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, 다공성 막(2)의 타단(2b)과 용액 차단 영역 사이에 제1 용액을 점적하며, 보다 더 바람직하게는 측정 영역(3)과 용액 차단 영역 사이에 제1 용액을 점적한다.
여기서, 제1 용액은 세척 용액(washing solution)이며, 측정 영역(3)의 제2항체-분석물질-제1항체-금나노 입자 복합체를 제외한 다공성 막(2)에 존재하는 금 나노 입자를 세척한다. 다공성 막(2)의 측정 영역(3)과 용액 차단 영역 사이에 점적된 제1 용액은 다공성 막(2)의 모세관 현상에 의해 금 입자를 흡수 패드(7)로 이동시켜 다공성 막(2)에 존재하는 금 입자를 세척 및 제거한다.
제1 용액을 다공성 막(2)에 점적하여, 측정 영역(3)의 제2항체-분석물질-제1항체-금나노 입자 복합체를 제외한 다공성 막(2)에 존재하는 금 입자는 제거된 상태임으로 분석신호/바탕신호 비율이 높아 저농도로 존재하는 분석물질을 고감도로 측정할 수 있다.
다시 도 13을 참조하면, 제어부(510)는 측정 영역(3)에 이미지 센서(400)를 이용하여 존재하는 분석 신호를 독출한다(S1180).
그런 후, 제어부(510)는 신호 증폭이 필요한지를 판단한다(S1190). 즉, 분석신호/바탕신호 비율이 분석물질을 고감도로 측정할 수 있을 정도로 충분히 높은지를 확인한다.
S1190의 확인 결과 신호 증폭이 필요할 경우, 즉 분석신호/바탕신호 비율이 분석 물질을 고감도로 측정할 수 있을 정도로 충분히 높지 않을 경우, 제어부(510)는 제1 용액을 점적 후 일정 시간이 경과되면 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적한다(S1200).
도 14의 (d)를 참조하면, 흡수 패드(7)와 적층된 다공성 막(2)의 타단(2b)과 용액차단 영역 사이에 제2 용액을 점적하며, 보다 더 바람직하게는 측정 영역(3)과 용액차단 영역에 제2 용액을 점적한다. 보다 더 바람직하게는 측정 영역(3)에 제2 용액을 점적한다. 제1 용액은 일례로 은 이온(silver ion)을 환원하는 환원제(reducing agent)를 포함할 수 있다. 환원제는 제2 용액에 포함된 은 이온(silver ion)을 금 입자(gold particle) 표면에서 환원시켜 은이 금 입자 표면에서 성장한다. 금 입자 표면에서 성장한 은은 크기가 큰 입자를 생성하여 측정 영역(3)의 분석신호를 증폭하는 역할을 수행한다. 보다 더 바람직하게는 측정 영역(3)에 제2 용액을 점적한다. 제2 용액은 신호증폭 용액(signal enhancing solution)이다. 제2 용액은 은 이온(silver ion)을 포함한다. 제1 용액의 환원제와 제2 용액의 은 이온에 의해 측정 영역(3)에 존재하는 금 입자는 은 이온의 환원에 의해 크기가 증가되어 분석신호를 증폭한다.
따라서, 제어부(510)는 측정 영역(3)에 이미지 센서(400)를 이용하여 존재하는 분석 신호를 독출한다(S1210). 그런 후, 제어부(510)는 독출된 분석 신호를 기반으로 테스트 결과를 디스플레이부(11)에 출력한다(S1220).
한편, S1190의 확인 결과 신호 증폭이 필요하지 않을 경우, 즉 분석신호/바탕신호 비율이 분석 물질을 고감도로 측정할 수 있을 정도로 충분히 높을 경우, 제어부(510)는 S1190에서 독출된 분석 신호를 기반으로 테스트 결과를 디스플레이부(11)에 출력한다(S1220). 즉, 제2 용액을 점적하기 전이라도 측정 영역(3)의 제2항체-분석물질-제1항체-금나노 입자 복합체를 제외한 다공성 막(2)에 존재하는 금 입자는 제거된 상태임으로 분석신호/바탕신호(background signal) 비율이 높아 저농도로 존재하는 분석물질을 고감도로 측정할 수도 있다. 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 다른 양상을 설명하기 위한 순서도이고, 도 17은 본 발명의 따른 면역 크로마토그래피 측정을 위해 용액 차단 영역을 형성하는 과정의 다른 양상을 도시한 도면이다.
도 16의 순서도는 도 13에 도시된 순서도와 거의 동일하고, S1195를 더 포함한다는 차이점을 가지므로, 다른 단계들에 대한 설명은 생략하고 S1195 단계에 대해서만 설명하기 한다. 또한, 도 17의 (a) 내지 (c)는 도 14의 (a) 내지 (c)와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제어부(510)는 S1190의 확인 결과 신호 증폭이 필요할 경우, 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적(S1200)하기 이전에 제2 용액 차단 영역을 형성한다(S1195). 이때, 제2 용액 차단 영역은 제1 용액 차단 영역과 상이한 위치에 형성된다. 즉, 제어부(510)는 이송부(120)에 의해 트레이를 X축으로 이동시켜 다공성 막(2)에서 누름부(220)가 접촉되는 위치를 변경시킨 후, 제2 용액 차단 영역을 형성하게 된다. 즉, 제어부(510)는 이송부(120)를 구동시켜 누름부(220)가 다공성 막(2)의 소정 영역을 가압하면, 이송부(120)를 구동하여 트레이(110)를 X축 방향으로 일정 시간 동안 이동시켜 용액 차단 영역을 형성할 수 있다. 또는 Y축 방향으로 트레이(110)를 이송시키는 이송부를 구동하여 트레이(110)를 Y축 방향으로 일정 시간 동안 이동시켜 용액 차단 영역을 형성할 수 있다.
도 17의 (d)를 참조하면, 제1 용액을 점적 후 일정시간 경과 후, 다공성 막(2)의 측정 영역(3)과 흡수 패드(7)와 적층되는 타단(2b) 사이에 용액 차단 영역을 추가로 형성한다. 결과적으로 다공성 막(2)의 측정 영역(3)을 기준으로 컨쥬게이트 패드(5) 사이와 흡수 패드(7) 사이에 2개의 용액 차단 영역들이 형성된다.
따라서, 도 17의 (e)에 도시된 바와 같이, S1200에서 점적되는 제2 용액은 바람직하게는 두 개의 용액 차단 영역 사이에 점적된다. 점적된 제2 용액은 2개의 용액차단 영역에 의해 흡수 패드(7) 또는 컨쥬게이트 패드(5) 쪽으로 이동이 차단되거나 제한되어, 분석 신호의 증폭을 더 크게 할 수 있다.
다음으로, 도 18 및 도 19를 참조하여 분석신호를 발생하는 물질이 효소 기질(enzyme substrate)일 경우의 다른 실시 예를 살펴보기로 한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 일 양상을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18에 도시된 S1110 내지 S1160은 도 13에 도시된 S1110 내지 S1160와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다른 실시 예에 따라 센서(1)의 컨쥬게이트(conjugate)는 금 나노입자(gold nanoparticle)에 대신 효소(enzyme)을 분석물질과 선택적으로 결합하는 제1항체를 고정하여 형성된 것으로 한다. 이러한 컨쥬게이트 제작에 사용되는 효소는 AP(alkaline phosphatase), HRP(horseradish peroxidase),
Figure pat00003
-Galactosidase를 사용할 수 있다. 또한, 제1 용액은 세척용액이며, 제2 용액은 효소 기질(enzyme substrate)을 포함하는 신호 증폭 용액일 수 있다.
제어부(510)는 제1 용액을 다공성 막(2)에 점적하는데(S1170, 도 15 참조), 바람직하게는 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, 다공성 막(2)의 타단(2b)과 용액 차단 영역 사이에 제1 용액을 점적하며, 보다 더 바람직하게는 측정 영역(3)과 용액 차단 영역 사이에 제1 용액을 점적한다.
여기서, 제1 용액은 세척 용액(washing solution)이며, 제2항체-분석물질-제1항체-효소 복합체를 제외한 효소는 다공성 막(2)에서 세척된다.
그런 후, 제어부(510)는 제1 용액을 점적 후 일정 시간이 경과되면 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적한다(S1200).
도 14의 (d)를 참조하면, 흡수 패드(7)와 적층된 다공성 막(2)의 타단(2b)과 용액차단 영역 사이에 제2 용액을 점적하며, 보다 더 바람직하게는 측정 영역(3)과 용액차단 영역에 제2 용액을 점적한다.
그런 후, 제어부(510)는 측정 영역(3)에 이미지 센서(400)를 이용하여 존재하는 분석 신호를 독출한다(S1210). 그런 후, 제어부(510)는 독출된 분석 신호를 기반으로 테스트 결과를 디스플레이부(11)에 출력한다(S1220).
도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 면역 크로마토그래피 측정 방법의 다른 양상을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19의 순서도는 도 18에 도시된 순서도와 거의 동일하고, S1195를 더 포함한다는 차이점을 가지므로, 다른 단계들에 대한 설명은 생략하고 S1195 단계에 대해서만 설명하기 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따라 사용되는 효소 기질은 측정 영역(3)에서 효소와 반응하여 발색하여 분석신호를 발생하며 제2 용액에서 침전(precipitation)되는 특성을 갖는 것이 중요하다. 왜냐하면, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 용액 점적 후 제2 용액은 지속적으로 흡수 패드(7)로 이동하며, 이동과정에서 발색된 기질이 함께 이동되면 측정 영역(3)을 분석하는데 문제가 발생하기 때문이다. 제2 용액은 효소 기질(enzyme substrate)을 포함하며, 효소 기질은 효소와 반응하여 측정 영역(3)에서 발색하거나, 발광하는 특징을 갖는다. 그러나 대부분의 효소 기질은 효소와 반응 후 제2 용액에서 침전(precipitation)을 형성하지 않으므로, 제2 용액이 다공성 막(2)에서 이동하면 효소와 반응한 기질도 함께 이동됨으로 측정 영역(3)에서 분석신호를 측정하기 어렵다. 발색 후 침전이 일어나는 효소 기질은 BCIP/NBT 또는 TMB가 적합하다.
따라서, 제어부(510)는 제1 용액을 점적(S1170)한 후, 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적(S1200)하기 이전에 제2 용액 차단 영역을 형성한다(S1195).
도 17의 (d)를 참조하면, 제1 용액을 점적 후 일정시간 경과 후, 다공성 막(2)의 측정 영역(3)과 흡수 패드(7)와 적층되는 타단(2b) 사이에 용액 차단 영역을 추가로 형성한다. 결과적으로 다공성 막(2)의 측정 영역(3)을 기준으로 컨쥬게이트 패드(5) 사이와 흡수 패드(7) 사이에 2개의 용액 차단 영역들이 형성된다.
그런 후, 제어부(510)는 제1 용액을 점적 후 일정 시간이 경과되면 제2 용액을 다공성 막(2)에 점적한다(S1200).
따라서, 도 17의 (e)에 도시된 바와 같이, S1200에서 점적되는 제2 용액은 바람직하게는 두 개의 용액 차단 영역 사이에 점적된다. 점적된 제2 용액은 2개의 용액차단 영역에 의해 흡수 패드(7) 또는 컨쥬게이트 패드(5) 쪽으로 이동이 차단되거나 제한되어, 분석 신호의 증폭을 더 크게 할 수 있다. 즉, 2개의 용액 차단 영역에 의해 용액의 흐름을 차단하거나 최소화됨으로 장시간 동안 효소와 기질의 반응을 유도할 수 있다. 효소와 효소 기질 사이의 반응시간이 길어지면 분석신호가 증가함으로 측정의 민감도(sensitivity)를 높일 수 있다. 이러한 원리는 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 측정방법과 유사하다.
다음으로, 면역 크로마토그래피 측정 동작이 시작되기 전 대기 상태일 때, 측정 장치(10)는 튜브 내부의 용액이 증발하여 튜브가 막히는 경우, 용액과 산소의 접촉으로 용액의 변질 또는 고장 방지를 위해 필요에 따라 용액 점적 동작이 이루어질 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 면역 크로마토그래피 측정 장치의 대기 상태일 때의 용액 점적 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 20을 참조하면, 제어부(510)는 펌핑이 필요한지를 판단(S1410)하는데, 이는 사용자에 의해 설정될 수 있는 것으로, 일 예로 주기적으로 수행하는 것으로 설정될 수도 있다. 펌핑이 필요할 경우, 제어부(510)는 트레이(110)가 인입(inserted)되어 있는 상태를 확인한다(S1420). 제어부(510)는 트레이(110)가 인입되어 있지 않을 경우, 디스플레이부(11)를 통해 트레이를 인입할 것을 요청하는 메시지를 출력(S1430)하거나 자동으로 이송부(120)를 조절하여 트레이(110)를 인입시킬 수 있다.
제어부(510)는 용액들이 노즐(320a, 320b)의 종단까지 채워진 상태인지를 검사하기 위해, 제1 용액 및 제2 용액을 펌핑(pumping)을 시작하여 용액을 폐기 용액 수납통(140)에 점적한다(S1440~S1460). 이때, 제어부(510)는 튜브(tube) 내부에 공기 방울(air-bubble)이 감지되는지를 확인할 수 있다(S1450).
S1450의 확인 결과 공기 방울이 감지되지 않으면, 제어부(510)는 점적 감지 센서(310a, 310a)에 의해 점적되는 용액이 감지되는지를 확인한다(S1460).
S1460의 확인 결과 점적 감지 센서(310)에서 점적되는 용액이 감지되면, 제어부(510)는 용액이 튜브(360)의 (320a, 320b)끝까지 채워진 상태임으로 펌핑을 멈춘다.
반면, S1450의 확인 결과 공기 방울이 감지되거나, S1460의 확인 결과 점적 감지 센서(310)에서 점적되는 용액이 감지되지 않을 경우, 용액이 비어있거나, 펌프(340a, 340b)가 고장나거나, 튜브(350a, 350b)가 막힌 경우로 판단할 수 있으므로 S1410으로 돌아가 펌핑을 지속적으로 수행하거나, 별도의 고장 수리 조치를 취할 수 있다.

Claims (20)

  1. 샘플 패드에 분석 물질인 시료가 점적된 면역 크로마토그래피 센서(이하 '센서'로 기재함)를 거치하여 면역 크로마토그래피 리더 장치의 내부로 입출되도록 형성된 트레이와,
    센서의 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하는 용액 차단 영역 형성부와,
    인입된 센서의 다공성 막의 소정 영역에 분석 신호의 민감도를 향상시키는 용액을 점적하는 용액 공급부와,
    센서의 분석 신호 이미지를 획득하는 이미지 센서와,
    용액 차단 영역 형성부를 구동시켜 다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하고, 용액 공급부를 통해 시료가 흐르는 방향에서 종점인 다공성 막의 일단과 용액 차단 영역 사이에 용액을 점적하고, 이미지 센서로부터 측정 영역의 분석 신호를 독출하는 제어부를 포함하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 용액 공급부는
    용액 보관부와,
    용액 보관부에 연결되는 용액 이동 부재인 튜브와,
    용액 보관부로부터 튜브로 용액을 이동시키는 펌프와,
    튜브로부터 센서의 다공성 막의 상부에 소정 거리만큼 이격되는 위치까지 연장 형성되는 노즐와,
    노즐로부터 용액이 떨어졌는지를 감지하는 점적 센서를 포함하고,
    제어부는
    용액을 다공성 막에 점적하기 전에 펌프를 구동시켜 노즐로부터 용액이 떨어지는지를 감지 센서를 통해 감지하여 노즐의 종단까지 용액이 채워졌는지를 확인하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 용액 공급부는
    튜브 내부에 공기 방울이 존재하는지를 검사하는 공기 방울 검출부를 더 포함하고,
    제어부는
    용액을 다공성 막에 점적하기 전에 펌프를 구동시켜 용액 보관부로부터 튜브로 용액을 이동시키고, 튜브 내부에 공기 방울이 존재하는지를 검사하여 노즐의 종단까지 용액이 채워졌는지를 확인하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  4. 제1 항 내지 제 3항 중 적어도 한 항에 있어서, 트레이는
    센서가 놓여지는 센서 거치부와,
    센서 거치부의 소정 영역이 관통되고, 소정 영역을 통해 관통되는 용액을 수납하는 폐기 용액 수납부를 포함하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  5. 제1 항 내지 제 3항 중 적어도 한 항에 있어서, 트레이는
    센서가 놓여지는 센서 거치부와,
    센서 거치부의 소정 영역을 제외한 소정의 영역에 용액을 수납하는 폐기 용액 수납부를 포함하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 용액 차단 영역 형성부는
    센서의 다공성 막의 소정 영역을 물리적으로 가압하는 누름부를 포함하되,
    누름부는
    다공성 막과 접촉하는 접촉면은 평면, 반구 및 요철 중 하나의 구조로 형성되는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  7. 제1 항 및 제6항 중 적어도 한 항에 있어서, 용액 차단 영역 형성부는
    센서의 다공성 막의 소정 영역을 물리적으로 가압하는 누름부를 포함하되,
    누름부는
    다공성 막과 접촉하는 접촉면이 다공성 막 길이 방향축(이하 'X 축'으로 기재함)과 소정 각도를 형성하도록 접촉되는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 용액 차단 영역 형성부는
    센서의 다공성 막의 소정 영역을 물리적으로 가압하는 누름부를 포함하고, 트레이 또는 누름부를 다공성 막의 길이 방향축(이하 'X 축'으로 기재함)을 기준으로 이동시키는 제1 이송부와
    트레이 또는 누름부를 다공성 막의 폭 방향축(이하 'Y 축'이라 기재함)을 기준으로 이동시키는 제2 이송부 중 적어도 하나를 포함하고,
    트레이 또는 누름부를 X축 및 Y축이 형성하는 평면의 수직축(이하 'Z축'으로 기재함)을 기준으로 누름부를 이동시키는 제3 이송부를 포함하되,
    제어부는
    제3 이송부를 구동하여 누름부가 다공성 막의 소정 영역을 가압하면, 제1 이송부 및 제2 이송부 중 적어도 하나를 구동하여 트레이 또는 누름부를 X축 또는 Y축 적어도 하나의 방향으로 일정 시간 동안 이동시키는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    용액 공급부는 둘 이상으로, 세척 용액 및 증폭 용액을 포함하는 각각 상이한 둘 이상의 용액을 공급하며,
    제어부는
    둘 이상의 용액 공급부가 둘 이상의 용액들을 순차적으로 점적하도록 제어하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    용액 공급부는 둘 이상으로, 세척 용액 및 증폭 용액을 포함하는 각각 상이한 둘 이상의 용액을 공급하며,
    제어부는
    일 용액을 점적한 후 분석 신호를 독출하여, 신호 증폭이 필요한지를 판단하고, 신호 증폭이 필요할 경우 선택적으로 다른 용액을 점적하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    제어부는
    시료를 점적 후 분석 신호를 독출하여, 신호 증폭이 필요한지를 판단하고, 신호 증폭이 필요할 경우 용액을 점적하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  12. 제9 항 및 제 10항 중 적어도 한 항에 있어서, 용액 차단 영역 형성부는
    센서의 다공성 막의 소정 영역을 물리적으로 가압하는 누름부를 포함하고트레이 또는 누름부를 X축을 기준으로 이동시키는 제1 이송부와,
    트레이 또는 누름부를 Y축을 기준으로 이동시키는 제2 이송부 중 적어도 하나를 포함하고,
    트레이 또는 누름부를 Z축을 기준으로 이동시키는 제3 이송부를 포함하되,
    제어부는
    둘 이상의 용액들 중 일 용액을 점적한 후, 다른 용액을 점적하기 이전에 제1 이송부에 의해 트레이 또는 누름부를 X축으로 이동시킨 후, 제3 이송부를 구동하여 누름부가 다공성 막의 소정 영역을 가압하면, 제1 이송부 및 제2 이송부 중 적어도 하나를 구동하여 트레이 또는 누름부를 X축 또는 Y축 적어도 하나의 방향으로 일정 시간 동안 이동시키는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  13. 면역 크로마토그래피 센서(이하 '센서'로 기재함)의 샘플 패드에 분석 물질인 시료를 점적하는 단계와,
    다공성 막의 소정 영역에 용액 차단 영역을 형성하는 단계와,
    다공성 막의 시료가 흐르는 방향으로 종점인 다공성 막의 일단과 용액 차단 영역 사이에 분석 신호의 민감도를 향상시키는 용액을 점적하는 단계와,
    측정 영역의 분석 신호를 독출하는 단계를 포함하는 면역 크로마토그래피 측정 방법.
  14. 제13 항에 있어서, 용액을 점적하는 단계는
    세척 용액 및 증폭 용액을 포함하는 둘 이상의 용액들을 순차적으로 점적하는 면역 크로마토그래피 측정 방법.
  15. 제14 항에 있어서, 용액을 점적하는 단계는
    일 용액을 점적한 후 분석 신호를 독출하여, 신호 증폭이 필요한지를 판단하는 단계와,
    신호 증폭이 필요할 경우, 선택적으로 다른 용액을 점적하는 단계를 더 포함하는 면역 크로마토그래피 측정 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    용액을 점적하는 단계는
    시료를 점적 후 분석 신호를 독출하여, 신호 증폭이 필요한지를 판단하고, 신호 증폭이 필요할 경우 용액을 점적하는 면역 크로마토그래피 측정 장치.
  17. 제14 항 및 제 15항 중 적어도 한 항에 있어서,
    둘 이상의 용액들 중 일 용액을 점적한 후, 다른 용액을 점적하기 이전에 다른 용액 차단 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 면역 크로마토그래피 측정 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    일 용액이 세척 용액인 경우, 일 용액 차단 영역은 다공성 막의 일단과 측정 영역 사이에 형성되되,
    다공성 막의 일단은 시료가 흐르는 방향에서 시작점인 면역 크로마토그래피 측정 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    다른 용액이 신호 증폭 용액인 경우, 다른 용액 차단 영역은 다공성 막의 타단과 측정 영역 사이에 형성되되,
    다공성 막의 타단은 시료가 흐르는 방향에서 종점인 면역 크로마토그래피 측정 방법.
  20. 제17 항에 있어서, 분석 신호는
    금 이온(gold ion), 은 이온(silver ion)을 포함하는 금속 이온(metal ion) 또는 효소 기질(enzyme substrate) 중 적어도 하나에 의해 발생되는 면역 크로마토그래피 측정 방법.
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