KR20190129271A

KR20190129271A - 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치

Info

Publication number: KR20190129271A
Application number: KR1020180053655A
Authority: KR
Inventors: 김수경; 김인중; 황이연; 위성량; 정미경
Original assignee: 주식회사 나노바이오라이프; 위성량
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2019-11-20
Also published as: KR102146154B1

Abstract

진단키트의 검출 민감도를 향상시킬 수 있는 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치가 개시된다. 진단키트는 면역 크로마토그래피 기술을 이용하는 진단키트로서, 투광 필름기재의 일면 상에 일측에서 타측으로 기재된 순서대로 연결되는 샘플 패드, 결합 패드, 검출 패드 및 흡수 패드를 구비하고, 검출 패드 내 공간부 형태의 테스트 영역에 대응하여 줄무늬 모양의 불투광 패턴이 필름기재에 배치된다.

Description

그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치{DIAGNOSIS KIT WITH TRANSPARENT DETECTION AREAS DIVIDED BY GRIDS AND OPTICAL SCANNING READER USING THE SAME}

본 발명의 실시예들은 진단키트의 검출 민감도를 향상시킬 수 있는 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치에 관한 것이다.

진단키트는 종이나 섬유 등 멤브레인 소재의 측방유동 검사 혹은 면역 크로마토그래피 기술을 이용하여 개발되며 실험실용이 아닌 현장검사(point of care test, POCT)용으로 체외 진단 의약품으로 사용되고 있다. 현장검사는 피검자 가까이에서 원심분리 등 검사시료를 전처리과정 없이 혹은 간편한 전처리과정을 거쳐 신속하게 시행하여 진단 및 치료에 이용할 수 있는 검사를 말한다. 진단키트는 신속진단 키트로 불리기도 한다.

면역 크로마토그래피 기술은 피검출 물질을 특징적으로 인식하는 리간드를 결합시킨 불용성 담체 입자를 사용하여 피검출 물질을 포착하고, 이를 멤브레인의 모세관 현상을 이용하여 이동시키고, 시험편 내의 소정의 위치에 고정설치된 피검출 물질에 특이적으로 결합하는 포착 물질과 결합되도록 함으로써 시험편 내의 다른 소정의 위치에 응집되는 불용성 담체 입자를 이용하여 피검출 물질의 유무를 분석하는 면역학적 기술 중 하나이다.

통상 신속진단 키트의 진단 결과에 대한 검사는 검체가 검출패드 또는 멤브레인을 통과하여 이동한 후 캡쳐라인(capture line) 또는 테스트라인(test line)에서 포획되는 항체의 농도, 질량 등 물리적인 검출 결과의 영상에서의 광학 신호 혹은 이를 전환한 전기 신호를 획득하고, 이 신호를 분석하는 것에 의해 이루어진다.

육안검출이 아닌 광학적인 검출 방식을 적용하는 기존의 신속진단 키트는 테스트라인의 영역 내 포획물질이나 항체를 모든 영역에 대하여 분석하는 것이 아니고 광학빔이 조사되는 영역에 대하여 특정한 크기의 가상의 사각형 영역인 할로우(hollow) 혹은 창(window) 영역에 대하여 검사, 진단 및 판독을 하게 된다.

한편, 기존의 신속진단 키트에서 사각형 할로우는 일정한 크기의 가로세로 할로우 영역에 이상적으로는 포획물질 혹은 항체가 영역 내에 고르게 분포하고, 균질한 상태로 균일한 분포와 속도를 가지고 키트 내의 검출패드 영역을 통과하고, 할로우 영역에 고르게 집적되는 것을 가정할 때 정확한 검사, 진단 및 판독이 가능하다. 하지만 현실적으로 여러 가지 키트 제조상의 변이요소도 존재하고, 검체 자체의 상태도 완전히 균질한 것은 아니어서 실제로 기존의 신속진단 키트는 불균일하고 불규칙적인 검사 결과를 나타내곤 한다.

이와 같이, 기존의 신속진단 키트에서 특별한 불규칙성이 없어도 비교적 넓은 영역을 차지하는 할로우 전체에 대한 총괄적 상태를 검사하여 할로우의 전체적인 측면에서 미세한 변화를 감지하는 것은 매우 어려운 실정이다.

따라서 본 발명은 사각형 할로우 영역을 이용하는 기존 진단키트에서 멤브레인의 기구적인 오차, 사각형 패턴의 제작 편차 등으로 인한 검출 신뢰도 문제와, 이러한 오차나 편차로 인하여 검출 신호가 불규칙적으로 발생하는 문제점을 해결할 수 있는, 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 즉, 본 발명의 목적은 2차원적인 사각 할로우 패턴을 1차원적인 그리드로 변경하여 장치의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있는 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 진단을 위한 검체의 검출 대상물의 농도가 낮거나, 질병 초기에 절대량이 부족하거나, 혹은 반응액에 의한 희석으로 인한 농도가 저하된 경우에도 진단의 정확성을 높일 수 있는, 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 정량적 진단에서 진단 결과를 정확하고 정밀하게 할 수 있고, 여러 가지 변이요소들을 가진 상태에서 복수 검체 사이의 작은 상태 변화도 정확하게 포착하고 정량적인 결과를 효과적으로 도출할 수 있는, 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트, 진단키드의 제조방법, 진단키트를 이용하는 광학 진단 장치 및 광학 진단 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 진단키트는, 면역 크로마토그래피 기술을 이용하는 진단키트로서, 투광 필름기재의 일면 상에 일측에서 타측으로 기재된 순서대로 연결되는 샘플 패드, 결합 패드(conjugate pad), 검출 패드 및 흡수 패드(absorbent pad)를 구비하고, 상기 검출 패드 내 공간부 형태의 테스트 영역에 대응하여 줄무늬(stripe) 모양의 불투광 패턴이 상기 필름기재에 배치되는 것을 특징으로 한다.

일실시예에서, 상기 불투광 패턴에서 각 라인패턴이 연장하는 방향은 상기 결합 패드와 상기 검출 패드가 연결되어 연장하는 방향 또는 상기 검출 패드와 상기 흡수 패드가 연결되어 연장하는 방향과 직교할 수 있다.

일실시예에서, 상기 불투광 패턴에서 각 라인패턴은 상기 결합 패드와 상기 검출 패드가 연결되어 연장하는 방향 또는 상기 검출 패드와 상기 흡수 패드가 연결되어 연장하는 방향과 45° 이하의 특정 각도로 경사진 방향에 대응하도록 연장할 수 있다.

일실시예에서, 상기 불투광 패턴에서 제1 라인패턴의 폭과 상기 제1 라인패턴과 인접한 제2 라인패턴의 간격은 동일할 수 있다.

일실시예에서, 상기 불투광 패턴에서 각 라인패턴의 폭과 서로 인접한 라인패턴들 사이의 간격은 동일할 수 있다.

일실시예에서, 상기 불투광 패턴은 상기 필름기재의 상기 일면 상에 배치되거나, 상기 일면의 반대면인 타면 상에 배치되거나, 또는 상기 일면과 상기 타면과의 사이에 배치될 수 있다.

일실시예에서, 상기 불투광 패턴은 상기 필름기재의 상기 일면 또는 상기 타면에 그 표면이 노출되도록 매립될 수 있다.

일실시예에서, 진단키트는 상기 검출 패드와 상기 테스트영역을 덮는 투광성 보호필름을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 진단키트는 상기 필름기재, 상기 샘플 패드, 상기 결합 패드, 상기 검출 패드 및 상기 흡수 패드로 이루어진 패드 어셈블리를 수납하는 케이스를 더 포함할 수 있다. 상기 케이스는 상기 샘플 패드에 대응하여 위치하는 샘플 유입구와 상기 테스트 영역에 대응하여 위치하는 개구부를 구비할 수 있으며, 상기 개구부는 상기 테스트 영역과 상기 검출 패드 상의 컨트롤 영역을 외부에 노출시킬 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 진단키트의 제조방법은, 투광 필름기재의 일부 영역에 스트라이프 모양의 불투광 라인패턴들을 배치하는 단계; 투광 필름기재의 일면 상에 검출 패드를 부착하는 단계; 상기 검출 패드의 일측에 결합 패드를 부착하는 단계; 상기 검출 패드의 타측에 흡수 패드를 부착하는 단계; 및 상기 검출 패드가 위치한 측과 반대측인 상기 결합 패드의 일측에 샘플 패드를 결합하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 불투광 라인패턴들 각각이 연장하는 방향은, 상기 결합 패드와 상기 검출 패드가 연결되어 연장하는 방향 또는 상기 검출 패드와 상기 흡수 패드가 연결되어 연장하는 방향과 직교하거나, 상기 불투광 패턴에서 각 라인패턴은 상기 결합 패드와 상기 검출 패드가 연결되어 연장하는 방향 또는 상기 검출 패드와 상기 흡수 패드가 연결되어 연장하는 방향과 45° 이하의 특정 각도로 경사진 방향에 대응하여 연장하도록 이루어진다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따른 광학 진단 장치는, 진단키트를 이용하는 광학 진단 장치로서, 상기 진단키트의 테스트 영역의 신호검출부로 광을 방출하는 발광소자; 상기 발광소자로부터의 단일파장의 입사광이 상기 진단키트의 신호검출부에 집속될 때 상기 입사광에 의한 상기 신호검출부의 스트라이프 모양의 라인패턴들 사이의 광량 변화를 검출하는 수광소자; 상기 수광소자에 결합하여 상기 수광소자의 포커싱을 제어하는 액츄에이터; 및 상기 발광소자 및 상기 수광소자와, 상기 진단키트 간의 상대적인 위치를 이동시키는 구동유닛을 포함하며, 상기 구동유닛의 동작에 의해, 상기 신호검출부의 상기 라인패턴들과 교차하는 방향에서 스캐닝하도록 이루어진다.

일실시예에서, 광학 진단 장치는 상기 발광소자의 전단에 배치되어 상기 발광소자의 광량을 조절하기 위해 빛을 집광하는 렌즈; 및 상기 렌즈의 전단에 부착되는 필터를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 광학 진단 장치는, 상기 발광소자, 상기 수광소자, 상기 액추에이터 및 상기 구동유닛의 동작을 제어하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다. 제어유닛은 유선 케이블이나 무선 네트워크를 통해 광학 진단 장치의 다른 구성요소들과 연결될 수 있다.

일실시예에서, 광학 진단 장치는 상기 수광소자에 연결되어 상기 수광소자에서 검출한 신호를 분석하는 분석유닛을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 분석유닛은, 상기 교차하는 방향(y)을 행(n)으로, 상기 교차하는 방향과 직교하는 방향(x)을 열(m)로 이루어지는 분해 구간에 대한 행렬(m*n행렬)의 이차원 메모리 어레이를 생성하고, 상기 행렬에 대응하여 상기 수광소자에서 검출되는 신호의 전압(V)을 A[n][m]에 저장하고-여기서 상기 라인패턴들에 대응하는 불투명 구간의 기저전압을 0 또는 소정 전압으로 설정됨-, 상기 y의 i번째(y[i])에 대해 상기 x의 첫번째(x[0])에서 마지막번째(x[m-1])까지의 전압 합산을 저장하기 위한 전압 일차원 메모리 어레이(B[n])를 생성하고, 상기 y[i]에 대한 상기 x[0] 내지 x[m-1]에 대한 전압을 합산하여 특정 메모리 어레이(B[j])에 저장하고, 상기 y의 [0] 내지 [n-1]에 대하여 상기 x[0] 내지 x[m-1]에 대한 전압을 합산하여 특정 메모리 어레이(B[j])에 각각 저장하고, 상기 각 B[j]에 대해 해당 면적(Si)으로 나누어 검출감도(Ii)를 계산하며, 유효판정 기준치로 검출감도의 최대치를 선정하도록 이루어질 수 있다.

일실시예에서, 상기 분석유닛은 시료 반응 또는 검체의 농도에 따라 포화 및 백그라운드 레벨을 각각의 항체에 대한 표준시료의 최대 및 최소를 정하고, 이에 대한 게인을 조정하여 맞추도록 이루어질 수 있다.

일실시예에서, 상기 분석유닛은 상기 테스트 영역의 출력신호와 바이오마커의 농도와의 상관관계에 기초한 문턱값을 토대로 각 샘플에서 상기 문턱값을 초과한 시료를 양성을 판정할 수 있다.

전술한 본 발명의 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트, 진단키트의 제조방법, 및 진단키트를 이용하는 광학 진단 장치에 의하면, 진단키트에서 멤브레인(결합 패드)이나 멤브레인 내 신호검출부의 기구적인 오차, 기존 사각형 패턴의 제작 편차 등으로 인한 검출 신뢰도 문제와, 이러한 오차나 편차로 인하여 검출 신호가 불규칙적으로 발생하는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다. 즉, 2차원적인 사각 할로우 패턴을 1차원적인 그리드로 변경하여 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치의 신뢰성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 진단을 위한 검체의 검출 대상물의 농도가 낮거나, 질병 초기에 절대량이 부족하거나, 혹은 반응액에 의한 희석으로 인한 농도가 저하된 경우에도 진단의 정확성과 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 정량적 진단에서 진단 결과를 정확하고 정밀하게 할 수 있고, 여러 가지 변이요소들을 가진 상태에서 복수 검체 사이의 작은 상태 변화도 정확하게 포착하고 정량적인 결과를 효과적으로 도출할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진단키트의 정면도이다.
도 2는 도 1의 진단키트의 부분 사시도이다.
도 3은 도 1의 진단키트의 조립 구조를 설명하기 위한 부분 분해사시도이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 진단키트의 불투명 그리드에 대한 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 실시예의 진단키트의 신호검출부를 위한 불투명 그리드의 구조에 대한 부분 확대 평면도이다.
도 8는 도 1의 진단키트를 케이스 내에 수납한 구조를 설명하기 위한 횡단면도이다.
도 9는 도 8의 진단키트에 대한 개략적인 축소 평면도이다.
도 10은 도 9의 진단키트를 이용하는 광학 진단 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 신호검출부를 구비하는 진단키트의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 신호검출부를 갖춘 진단키트에서 검출되는 신호 파형을 예시한 도면이다.
도 13은 비교예에 따른 신호검출부를 구비한 진단키트의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 진단 장치에 대한 사시도이다.
도 15는 도 14의 광학 진단 장치의 검출광학계에 대한 사시도이다.
도 16은 도 14의 광학 진단 장치의 검출광학계에 대한 다른 측면에서의 사시도이다.
도 17은 도 14의 광학 진단 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 검출리더기의 제어시스템에 대한 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 용어 '불투광' 또는 '불투명'은 해당 재질이 빛을 완전히 차단하는 것을 의미하는 것으로 한정되지 않고, 투광 또는 투명의 속성을 가진 다른 영역에 비해 상대적으로 낮은 광 투과성을 갖는 것을 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진단키트의 정면도이다. 도 2는 도 1의 진단키트의 부분 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 진단키트(100)는, 기판(substrate, 110), 멤브레인(120), 결합 패드(conjugate pad, 130), 흡수 패드(absorbant pad, 140), 샘플 패드(sample pad, 150) 및 투명 커버(160)를 구비한다.

좀더 구체적으로 설명하면, 기판(110)은 베이스(base), 베이스기판, 투명기판, 투명필름 등으로 지칭될 수 있다. 기판(110)은 y-방향 또는 길이 방향에서 제1 길이(L1), 제2 길이(L2) 및 제3 길이(L3)를 더한 길이를 가질 수 있다. 이러한 기판(110)의 길이는 약 60㎜일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 실시예에서 기판(110)에는 검출부 또는 신호검출부(112)를 형성하기 위한 불투명 그리드(112a)가 배치된다. 불투명 그리드(112a)는 일방향 또는 y-방향으로 연장하는 직선형 스트라이프 패턴으로 형성된다. 신호검출부(112)는 멤브레인(120) 중간에 멤브레인 재료가 없이 형성되는 빈 공간부(120e)를 포함할 수 있다.

불투명 그리드(112a)의 각 라인패턴은 동일한 폭을 구비하고 인접한 다른 라인패턴과 동일한 이격 거리를 가질 수 있다. 또한, 신호검출부(112)에서 각 라인패턴의 폭과 이격 거리는 동일할 수 있다. 이러한 패턴 구조를 이용하면, 광학 신호 검출시 신호 분석을 단순화하여 분석 속도와 성능을 크게 높일 수 있다.

신호검출부(112) 내 각 라인패턴의 폭은 80㎛ 내지 120㎛이고, 인접한 라인패턴들 사이의 간격은 80㎛ 내지 120㎛일 수 있다. 상기 폭과 상기 간격은 동일할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 폭과 간격은 검출하고자 하는 단백질 등의 피검출 물질의 크기에 따라 그 크기에 차이를 가질 수 있다.

멤브레인(120)은 샘플을 포획하는 항체로 이루어진 검사선과 실험이 정상적으로 수행되었는지를 나타내는 컨트롤 라인(control line)을 포함한다. 검사선은 테스트 라인 또는 신호검출부(112)에 대응한다(도 8 및 도 9 참조). 본 실시예에서는 멤브레인(120)은 길이 방향에서 그 중간 부분에 공간부(120e)를 구비한다. 공간부(120e)는 멤브레인(120) 상에 포획된 바이오 마커의 광투광성을 이용하여 원하는 신호를 검출하기 위해 배치된 신호검출부(112)의 일부 구성부로서 기능한다.

공간부(120e)는 멤브레인(120)의 중간 부분에 멤브레인이 배치되지 않은 부분에 대응할 수 있다. 공간부(120e)의 폭(L4)은 약 1㎜ 정도일 수 있다. 공간부(120e)는 기판(110) 하부면에 부분적으로 배치된 불투명 그리드의 적어도 일부를 멤브레인(120)을 관통하여 외부에 노출하도록 설치된다. 불투명 그리드는 인쇄된 패턴일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 불투명 그리드의 형성 방법은 기판(110)의 일부분에 불투광 패턴을 형성할 수 있다면, 특별히 한정되지 않는다. 불투명 그리드는 단방향 그리드, 불투광 패턴 등과 동일한 대상을 지칭하는 것으로 본 명세서에서 혼용되어 사용된다.

한편, 구현에 따라서, 공간부(120e)는 샘플의 광학적 특성에 따라 그 크기가 1㎜ 이하이거나 공간적으로 구성되지 않을 수 있다. 즉, 공간부(120e)의 길이(L4)는 0(zero)이 될 수 있다. 공간부가 설치되지 않는 경우, 강한 레이저 빛으로 직접 멤브레인(120)을 투과하여 샘플의 농도 등을 측정할 수 있다. 또한, 멤브레인(120)은 단일 연결 구조를 가질 수 있으며, 투명커버(160)는 생략될 수 있다.

멤브레인(120)은 기존의 다양한 역삼투막, 나노여과막, 한외여과막, 정밀여과막 등에서 분석 대상 물질에 따라 선택되어 사용될 수 있으며, 일례로 NC(Nitrocellulose) 멤브레인 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 멤브레인이 사용될 수 있다. 멤브레인(120)은 접착제(170) 등에 의해 기판(110) 상에 부착되거나 고정되고, y-방향 또는 길이 방향에서 기판(110)보다 작은 제2 길이(L2)를 가지며, 검출 패드 등으로 지칭될 수 있다.

결합 패드(conjugate pad, 130)는 샘플과 반응하여 색 변화 등으로 확인이 가능한 항체-HRP 등의 결합물을 포함한다. 결합 패드(130)의 일단부는 멤브레인(120)의 일측 상단부에 밀착되거나 부착되고, 상기 일단부의 반대측인 결합 패드(130)의 타단부는 샘플 패드(150)의 일측 하단부에 밀착되거나 부착될 수 있다.

결합 패드(130)는 길이 방향에서 멤브레인(120)보다 작은 길이를 가질 수 있다. 결합 패드(130)와 멤브레인(120)이 접하는 접합면에는 접착제나 접착필름이 접합면보다 작은 크기로 삽입될 수 있다. 이와 유사하게, 결합 패드(130)와 샘플 패드(150)가 접하는 접합면에는 접착제(170)나 접착필름이 접합면보다 작은 크기로 삽입될 수 있다.

흡수 패드(absorbant pad, 140)는 멤브레인(120)을 통과하여 흘러오는 샘플의 저장소 역할을 한다. 흡수 패드(140)는 멤브레인(120)의 일측의 반대측인 타측의 상단부에 밀착되거나 부착된다. 흡수 패드(140)는 소정의 제3 길이(L3)보다 큰 길이를 구비하고, 제3 길이(L3)를 제외한 나머지 길이만큼 멤브레인(120)의 타측에 중첩될 수 있다. 흡수 패드(140)와 멤브레인(120)이 접하는 접합면에는 접착제(170)나 접착필름이 접합면보다 작은 크기로 삽입될 수 있다.

샘플 패드(sample pad, 150)는 외부에서 피검출 시료가 공급되는 부분이다. 샘플 패드(150)는 버퍼시약 등에 의해 사전 처리된 상태를 구비할 수 있다. 샘플 패드(150)는 y-방향에서 결합 패드(130)의 일단에 중첩 형태로 결합될 수 있다. 샘플 패드(150)는 y-방향에서 제1 길이(L1)를 가질 수 있다.

투명 커버(160)는 멤브레인(120)의 공간부(120e) 상부를 덮도록 배치되거나, 또는 공간부(120e)를 포함한 멤브레인(120)의 노출 상부 전체를 덮도록 배치될 수 있다. 노출 상부는 결합 패드(130)와 흡수 패드(140) 사이에 위치하는 멤브레인(120)의 일부분의 상수면에 대응될 수 있다. 투명 커버(160)는 샘플이 멤브레인(120) 또는 공간부(120e) 상부로 분출되는 것을 방지하고, 외부의 오염물이 멤브레인(120)이나 신호검출부(112)에 영향을 미치는 것을 차단한다.

도 3은 도 1의 진단키트의 조립 구조를 설명하기 위한 부분 분해사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 진단키트는 투명기판 검출부를 만들기 위한 프린팅 구조와 진단키트를 구성하는 부품들 간의 적층 구조를 구비할 수 있다.

먼저, 투명한 기판(110)의 일부 영역에 검출부 즉 신호검출부(120)를 형성하기 위한 불투명 그리드(112a)를 형성한다. 불투명 그리드(112a)는 기판(110)의 길이 방향 또는 y-방향으로 곧게 연장하는 직선형 스트라이프 모양의 라인패턴들 또는 단방향 그리드에 대응한다.

단방향 그리드는 기판(110)의 하부면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 하부면의 반대측인 상부면은 멤브레인(120)이 부착되는 면이 될 수 있다. 단방향 그리드를 기판(110)의 하부면에 배치하면, 시료의 유동이 일어나는 투명 필름기재 상에 배치된 테스트 라인의 반대면에 그리드를 형성하여 시료의 흐름에 영향을 주지 않을 수 있다.

다음, 기판(110)의 하부면에 반대면인 상부면 상에 멤브레인(120)을 배치한다. 멤브레인(120)은 접착제 또는 기타 접착 수단이나 결합 수단에 의해 기판(110) 상에 고정될 수 있다. 이때, 멤브레인(120)의 공간부(120e)는 불투명 그리드(112a)에 대응하도록 배치된다.

다음, 멤브레인(120)의 길이 방향 또는 y-방향에서 멤브레인(120)의 일단부 상부에 결합 패드(130)의 한쪽 말단부를 부착하고, 결합 패드(130)의 다른쪽 말단부 상부에는 샘플 패드(150)의 한쪽 말단부를 배치한다. 그리고 멤브레인(120)의 타단부 상부에는 흡수 패드(140)의 한쪽 말단부를 배치한다.

기판(110)과 멤브레인(120)과의 사이에는 제1 접착제나 접착필름이 배치될 수 있고, 멤브레인(120)과 결합 패드(130)과의 사이 및 멤브레인(120)과 흡수 패드(140)과의 사이에는 제2 접착제가 각각 배치될 수 있다.

제2 접착제의 면상(surface shape, 면을 형성하는 부분) 크기는 멤브레인(120)과 결합 패드(130)와의 접합부 면적보다 작고, 멤브레인(120)과 흡수 패드(140)와의 접합부 면적보다 작다. 이것은 항원, 불용성 담체 입자, 또는 이들의 결합체가 모세관 형상에 의해 샘플 패드(150)로부터 다공질 섬유체인 멤브레인(120)을 통해 흡수 패드(140)로 적절하게 이동할 수 있도록 구성요소들 간의 경계면에서 유동유로를 가능한 한 넓게 혹은 다양하게 확보하는데 유동하다.

전술한 스트라이프 패턴의 불투명 그리드를 이용하면, 특히 불투명 그리드의 각 라인패턴의 폭을 동일하게 형성하거나, 인접한 라인패턴들 사이의 간격을 동일하게 형성하거나, 각 라인패턴의 폭과 인접한 라인패턴들 간의 간격을 동일하게 형성하면, 광학 진단 장치에 진단키트를 올려놓고 분석할 때 신호검출부(112)와 레이저광의 스캔 방향(도 8의 x-방향 참조)과의 경사에 따라 서로 다른 신호 분석 결과를 생성하는 기존 구조에서의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있을 뿐만 아니라 ㅂ분석 속도 및 성능에 대한 안정성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 4 내지 도 6은 도 1의 진단키트의 불투명 그리드에 대한 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다. 도 7은 본 실시예의 진단키트의 신호검출부를 위한 불투명 그리드의 구조에 대한 부분 확대 평면도이다.

본 실시예에 따른 진단키트에서 신호검출부(112)는 기판(110)의 하부면 상에 배치되는 구조(도 3 참조) 외에 다양한 형태를 포함할 수 있다. 여기서, 기판(110)의 하부면에 반대되는 상부면은 공간부(도 3의 120e) 또는 멤브레인(120)이 배치되는 면이 된다.

일례로, 진단키트의 신호검출부의 불투명 그리드(112a)는 도 4에 도시한 바와 같이 기판(110)의 상부면에 형성될 수 있다. 불투명 그리드(112a)의 인쇄 구조물의 높이는 포획하고자 하는 항체의 양과 이에 따라 검출되는 흡광도의 광학적인 특성에 따라 조정될 수 있다.

또한, 불투명 그리드(112a)는 도 5에 도시한 바와 같이 기판(110)의 상부면 에 매립되고 일면이 기판(110)의 상부면과 평평하게 상부면 상에 노출될 수 있다. 이 경우, 불투명 그리드(112a)는 시료의 흐름에 영향을 주지 않을 수 있으면서 기판(110)의 상부면 상에 배치될 수 있다. 이러한 불투명 그리드(112a)의 배치 구조는 구현에 따라서 기판(110)의 상부면과 반대면인 하부면에 형성될 수도 있다.

또 다른 실시예에서, 불투명 그리드(112a)는 도 6에 도시한 바와 같이 기판(110)의 상부면과 하부면 사이에 설치되면서 상부면과 하부면에 노출되지 않도록 설치될 수 있다. 즉, 불투명 그리드(112a)는 기판(110)의 내부에 배치될 수 있다. 일례로, 기판(110)은 제1 투명필름과 제2 투명필름의 적층 구조를 구비할 수 있고, 그 경우 불투명 그리드(112a)는 제1 투명필름과 제2 투명필름 사이에 배치될 수 있다. 제1 투명필름과 제2 투명필름은 단일 필름 형태로 양면이 평평하게 압착될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 채용하는 불투명 그리드(112a)는 전술한 실시예로 한정되지 않고, 필름기재 상에 별도의 필름으로 불투명 그리드를 배치하는 구조를 포함할 수 있다. 기판(110) 상에서 돌출되거나, 기판(110)에 결합하여 설치되는 불투명 그리드(112a)의 두께는 폭에 비해 상대적으로 많이 작을 수 있으며, 예컨대 수십 ㎛ 이하의 크기일 수 있다.

전술한 실시예들에서 불투명 그리드(112a)는 도 7에 도시한 바와 같이 패턴 내 각 라인패턴이 진단키트나 진단키트의 멤브레인 등이 연장하는 길이 방향 또는 y-방향으로 연장하고, 각 라인패턴의 폭(w)과 인접한 라인패턴들 사이의 간격(d)이 동일한 것을 주된 특징으로 할 수 있다. 특정 구현예에서 전술한 폭(w)과 간격(d)은 각각 100㎛로 서로 동일할 수 있다. 물론, 전술한 폭(w), 간격(d) 또는 이 둘 모두는 다른 간격 예컨대, 400㎛, 500㎛, 800㎛ 등을 구비할 수 있다.

이러한 미세 구조의 불투명 그리드에 의하면, 분석 속도와 분석 성능을 향상시킬 수 있는 효과 이외에 기본적으로 동일 면적에서 계산할 수 있는 검출 밀도를 높임으로써 검출감도를 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

예를 들면, 그리드가 적용되지 않은 테스트 라인을 가지는 경우, 입자밀도는 전체 면적 내 입자의 개수를 전체 면적으로 나눈 값이 된다. 한편, 스트라이프 모양의 불투광 패턴 즉, 단방향 그리드의 적용 구조에서는 입자밀도가 그리드에 의해 구분된 분할 면적 내 입자를 개수를 분할 면적으로 나눈 값이 되므로, 그리드를 적용하지 않는 경우에 비해 검출감도를 크게 향상시킬 수 있다.

도 8은 도 1의 진단키트를 케이스 내에 수납한 구조를 설명하기 위한 횡단면도이다. 도 9는 도 8의 진단키트에 대한 개략적인 축소 평면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 진단키트(100A)는 패드 어셈블리와, 이를 수납하는 케이스(190)를 포함한다.

패드 어셈블리는 필름기재 형태의 기판(110), 검출 패드에 대응하는 멤브레인(120), 결합 패드(130), 흡수 패드(140) 및 샘플 패드(150)를 구비한다. 패드 어셈블리는 도 1 내지 도 7을 참조하여 앞서 설명한 실시예들 중 어느 하나의 형태로 이루어질 수 있다.

케이스(190)는 대략 직육면체의 작고 납작한 상자 형태를 구비할 수 있다. 여기에서, 패드 어셈블리는 케이스(190) 내의 요철 구조에 의해 케이스(190) 내에 안착될 수 있다. 케이스(190)는 상부 케이스와 하부 케이스로 구분되고 상부 및 하부 케이스들의 결합에 의해 간단히 패드 어셈블리를 수용하도록 형성될 수 있다. 상부 케이스와 하부 케이스는 서로 쌍을 이루는 끼워맞춤 구조를 구비할 수 있다.

기판(110)에 배치되는 신호검출부의 불투명 그리드 또는 불투명 그리드를 구성하는 라인패턴들은 진단키트 내에서 유체 또는 물체가 흐르는 방향과 개략적으로 평행하면서 폭 방향으로 일정 간격 이격되는 광차단성 혹은 불투광성 스트라이프(stripe) 형상을 구비한다. 여기서, 유체가 흐르는 방향은 불투명 그리드의 스트라이프 패턴의 각 라인패턴이 연장하는 방향과 동일한 방향일 수 있다. 이러한 유체가 흐르는 방향은, 진단키트에 레이저광(Li)을 조사할 때, 레이저광이 이동하는 방향(x-방향)과 직교하는 방향이거나 직교하는 방향과 약 45°이하에서 교차하는 방향일 수 있다.

케이스(190)는 샘플 패드(150)에 대응하여 위치하는 샘플 유입구(192)와, 테스트 영역을 포함한 멤브레인 상부 일부분을 노출시키는 개구부(194)를 구비할 수 있다. 개구부(194)는 신호검출부(112)에 대응하는 테스트 영역 또는 테스트 라인과, 멤브레인(120) 검출 패드 상의 컨트롤 영역 또는 컨트롤 라인(114)을 외부에 노출시키도록 설치될 수 있다. 컨트롤 라인(114)은 소정의 항원 등을 구비하며, 검체가 적정하고 의미가 있는 대상물 예컨대, 인체의 타액이나 혈액, 소변 등인지를 확인하는데 이용된다.

참고로, 도 9에서는 도시 및 설명의 편의상 개구부(194)의 길이 방향에서 그 양단에 결합 패드(130)와 흡수 패드(140)가 약간 보이는 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 결합 패드(130)와 흡수 패드(140)는 개구부(194)에 의해 외부에 잘 노출되지 않도록 배치될 수 있다.

도 10은 도 9의 진단키트를 이용하는 광학 진단 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하여 전술한 진단키트(100)를 이용하는 광학 진단 장치의 스캐닝 동작을 설명하면 다음과 같다. 도 10에서는 도시의 편의상 신호검출부(112)의 불투명 그리드(112a)를 확대하여 도시하고 있다.

불투명 그리드(112a)를 구비하는 진단키트(100)의 일면 상에는 레이저 다이오드(241)가 배치되고, 진단키트(100)의 타면 상에는 포토 다이오드(280)가 배치된 상태에서, 레이저 다이오드(241)에서 진단키트(100)의 신호검출부(112)로 레이저빔(Li)이 조사되고 스캔(scan) 방향(x-방향)으로 이동할 때, 포토 다이오드(280)를 통해 신호검출부(112)의 불투명 그리드 주변의 시료 농도에 따른 분석 대상 신호가 검출할 수 있다.

레이저(241)와 진단키트(100) 사이에는 대물렌즈(244)가 배치되어 단일파장의 입사광을 투명기판으로 집속할 수 있다. 또한, 불투명 그리드(112a)의 각 그리드 패턴 사이의 투명 부분에서의 광량 변화는 센서 렌즈(282)를 통해 포토 다이오드(280)로 집속될 수 있다.

불투명 그리드(112a)의 미세 패턴과 대물렌즈(244) 사이의 간격은 필요에 따라 VCM(variable charge motion) 액추에이터 등의 구동유닛(284)을 통해 포커싱 제어될 수 있다. 구동유닛(284)는 포토다이오드(280)와 센서렌즈(282)를 지지하는 하우징(283)에 결합될 수 있다. 그리고, 신호검출부(112) 내 그리드 패턴에서의 광량 변화는 포토 다이오드(280)를 포함한 광픽업 모듈을 스캐닝함으로써 신호검출부(112) 전체 영역에 대하여 분석 대상 신호를 검출할 수 있다.

전술한 실시예의 진단키트를 이용하면, 시료 또는 샘플이 y축을 따라 제1 방향으로 이동하고, 신호검출부 내 불투명 그리드가 x축과 직교하는 y축을 따라 제1 방향으로 연장하도록 배치된 상태에서, 제1 방향과 소정의 각도로 기울어져 연장하는 경우에도, 즉 제조 공정이나 작업자의 진단키트 취급 방식에 상관없이 실질적으로 항상 안정적인 신호 검출을 수행할 수 있고 그에 의해 신속하고 신뢰성있는 분석 분석 대상 신호를 획득할 수 있다.

도 11은 본 실시예에 따른 신호검출부를 구비한 진단키트의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 도 11의 신호검출부를 갖춘 진단키트에서 검출되는 신호 파형을 예시한 도면이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 진단키트는 일직선의 라인패턴 형태의 불투명 그리드(112a)를 구비한다. 불투명 그리드(112a)는 일방향으로 연장하는 라인패턴들의 집합이라는 점에서 단방향 그리드로 지칭될 수 있다. 광학 진단 장치는 전술한 진단키트의 신호검출부에 레이저빔을 조사하고 신호검출부에서 광량 변화를 스캐닝한다. 스캐닝 방향(Sd1)은 불투명 그리드(112a)의 라인 패턴의 연장 방향인 y-방향과 직교하는 방향인 x-방향일 수 있다(도 11의 (a) 참조).

레이저빔은 펄스(pulse) 형태로 사용될 수 있으며, 투명 필름 부분과 인쇄 부분(불투명 그리드 부분)에서 신호 변화와 차이를 나타낼 수 있다. 레이저빔에 의해 진단키트의 신호검출부(112) 상에는 집광된 빔스폿(p1)이 형성될 수 있다. 도 11에서는 미세 패턴과의 크기 비교 등을 위해 임의의 지점에 4개가 도시되어 있으나, 실제로 빔스폿(p1)은 스캔 방향을 따라 이동하는 레이저빔의 초점 부근에 1개만이 형성될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 스트라이프 형태의 불투명 그리드(112a)를 이용함으로써, 신뢰성 확보를 위해 x축 그리드와 y축 그리드가 수직으로 교차해야 한다는 비교 구성(도 13 참조)의 제약조건을 극복할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 도 11의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 불투명 그리드(112a)를 구비하는 신호검출부(112)를 이용함으로써 x축 그리드를 배치할 필요도 없고 y축 그리드가 수직으로 교차하여 형성할 필요가 없으며, 불투명 그리드(112a)에서 제작오차가 발생하는 경우에도, 실질적으로 안정적으로 신호 검출 및 분석을 수행할 수 있다.

제작오차는 불투명 그리드(112a) 내 라인패턴들의 연장 방향이 진단키트의 길이 방향 또는 y-방향과 소정 각도로 경사진 경우를 포함할 수 있다. 또한, 제작오차는 불투명 그리드 내 라인패턴 각각의 폭에서 편차가 발생하고, 라인패턴의 폭과 서로 인접한 그리드 패턴들 간의 간격이 다른 경우를 포함할 수 있다.

다른 측면에서, 진단키트의 신호검출부(112) 내 그리드 패턴은 도 11 (b)에 도시한 바와 같이 y-방향과 y1-방향에서 임의의 각도로 경사진 형태로 제작될 수도 있다. y-방향과 y1-방향의 내각은 45도 이하일 수 있다. 이러한 경우에도 본 실시예에 따른 진단키트에 의하면, 분석 속도나 분석 성능을 유지할 수 있다.

즉, 광학 분석 장치를 통해 진단키트에서 신호를 검출할 때, 제작오차, 기구적 오차, 작업자의 작업 양태나 실수 등의 원인으로 불투명 그리드나 진단키트가 레이저 다이오드의 스캔 방향(Sd1)에 대하여 소정 각도만큼 회전한 상태로 놓이더라도(도 11의 (b) 참조), 도 12에 도시한 바와 같이, 불투명 그리드에 대응하는 구간의 신호 파형(s1)은 기준전압으로서 항상 일정한 크기와 간격으로 나타나므로, 이를 토대로 신호 파형을 효과적으로 분석할 수 있다.

여기서, 기준전압의 크기는 사용자에 의해 원하는 전압(voltage, vol.)으로 설정될 수 있다. 또한, 기준전압에 따르는 검출 신호에서 나타나는 파형의 소정 구간 즉 불투명 그리드에 대응하는 구간은 불투명 그리드가 회전하는 경우에도 항상 일정한 간격(s1)을 가진다. 즉, 단방향 그리드가 회전하는 경우, 스캔 방향(Sd1)에 대한 회전 각도에 따라 기준전압 파형에서의 구간별 길이에 약간의 차이가 있을 뿐 구간마다의 길이는 실질적으로 동일하다.

더욱이, 발광소자나 수광소자를 포함하는 검출기기의 기구적 오차가 발생하더라도 불투명 그리드에 대응하는 신호 검출 구간의 기준전압은 항상 일정한 크기와 간격으로 나타나므로 검출기기의 기구적 오차 등에 대한 제약조건을 효과적으로 극복할 수 있다.

또한, 신호검출부(112)의 불투명 그리드 외의 라인 영역은 투광 영역으로서 기준전압과 다른 전압 레벨의 신호 파형을 나타낼 수 있다. 특히, 투광 영역에서의 신호 파형 또는 검출 신호(s2)는 해당 투광 영역에 포획된 시료, 샘플, 검체 또는 침전물의 농도에 따라 서로 다른 레벨이나 파형을 나타낼 수 있다. 검출 신호(s2)는 최소 전압과 최대 전압의 차이로서 소정의 전압(V) 또는 첨두치(peak to peak)를 가질 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 의하면, 첨두치 등을 이용하여 진단키트에서 검체 처리의 편리성, 고성능, 경제성을 갖춘 진단키트에서 결과물의 노이즈를 감안한 정확한 정량 분석과 함께 사용자 편의성을 극대화하면서 분석 결과에 대한 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 13은 비교예에 따른 신호검출부를 구비한 진단키트의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

본 비교예는 양방향 그리드(사각형 패턴)를 적용한 진단키트에서 발생하는 문제점을 중심으로 설명한다.

도 13의 (a)에 나타낸 바와 같이, 양방향 그리드(사각형 패턴)에서 제작오차가 발생하면 제작오차로 인해 x축 방향으로 연장하는 그리드와 y축 방향으로 연장하는 그리드가 수직으로 교차하지 않을 수 있고 그에 의해 검출 신호에서 불규칙성이 나타날 수 있다. 특히, 진단키트에 양방향 그리드 부착 시 제작오차로 인하여 종종 양방향 그리드가 회전하여 부착되는 것을 고려할 수 있다.

또한, 비교예의 경우, 검출기기의 기구적인 오차로 인해 x-방향 또는 y-방향의 스캐닝이 일정하지 않을 수 있다. 즉, 레이저빔의 스캔 방향(Sd1)을 기준으로 y-방향이 정확하게 직교하도록 배열되지 않는 경우(도 13의 (b) 참조), 테스트라인에서 포획되는 항체의 농도, 질량 등의 물리적인 검출 결과의 영상을 포함하는 광학 신호나 이를 전환한 전기 신호를 획득하고 획득한 신호를 분석할 때, 획득한 신호가 신호검출부의 배열 오차에 따라 상이하게 나타나므로 그 분석 결과에 대한 신뢰성이 크게 저하되게 된다.

즉, 전술한 비교예의 경우, 하나의 빔스폿(p1)이 그리드를 투과하여 검출되는 신호에서 그리드 경계선의 구분에 대한 정확성이 낮아져 투명 구간과 불투명 구간에 대한 해석이 어렵게 된다. 이것은 검출 신호에 기초하여 광학 분석을 수행할 때 부정확한 분석 결과를 초래하는 문제가 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 비교예에서는 제작오차, 기구적 오차, 취급 편차 등에 따른 검출 신호의 오차와 그에 따른 분석 정확성과 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다.

한편, 또 다른 비교예에서는 불투명 그리드의 라인패턴의 폭을 인접한 라인패턴들 사이의 간격보다 작게 구성하거나 다르게 구성할 수 있으나, 그 경우에도, 스캔 방향과 패턴 방향이 거의 정확하게 정렬되지 않는다면, 여전히 하나의 레이저 포인트(p1)가 신호검출부(112)를 투과하여 검출되는 신호에서 그리드 경계선의 구분에 대한 정확성이 낮아져 투명 구간과 불투명 구간에 대한 해석이 어려운 문제가 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 진단 장치에 대한 사시도이다. 도 15는 도 14의 광학 진단 장치의 검출광학계에 대한 사시도이다. 도 16은 도 14의 광학 진단 장치의 검출광학계에 대한 다른 측면에서의 사시도이다. 도 17은 도 14의 광학 진단 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 진단 장치(200)는 베이스플레이트(210), 지지프레임(220), 작업대(230), 검출광학계(240), 제1 모터(250), 제2 모터(260) 및 접속단자(270)를 구비한다. 검출광학계(240)는 레이저 다이오드를 구비하고, 포토 다이오드는 지지프레임(220)의 일부인 연결프레임(283)을 통해 작업대(230) 하부에 배치될 수 있다. 포토다이오드는 집속렌즈와 함께 수광모듈을 형성할 수 있다. 검출광학계(240)와 수광모듈은 제1 모터(250)와 제2 모터(260)에 의해 x-y 평면 상에서 일정 간격만큼 동시에 이동하도록 설치될 수 있다.

지지프레임(220)는 베이스플레이트(210) 상에 설치되어 작업대(230), 검출광학계(240), 제1 모터(250), 제2 모터(260) 및 접속단자(270)를 지지한다. 작업대(230)는 진단키트나 놓이는 부분으로 진단키트를 고정하거나 지지하기 위한 요철부나 돌기를 구비할 수 있다. 제1 모터(250) 및 제2 모터(260)는 검출광학계(240)와 수광모듈을 x-y 평면에서 이동하기 위한 x축 모터 및 y축 모터에 대응할 수 있다. 그리고 접속단자(270)는 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 제1 모터(250) 및 제2 모터(260)를 후술하는 제어시스템에 전기적으로 연결하는 부분이다. 접속단자(270)는 무선통신모듈에 의해 신호 및 데이터가 무선 통신 방식으로 처리되는 경우, 생략될 수 있다.

광학 진단 장치(200)의 검출광학계(240)는 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이 레이저 다이오드(241), 복수의 미러들(242, 245), 필터(243), 콜리메이터 렌즈(collimator lens, 244) 및 하우징(246)을 구비할 수 있다. 하우징(246)의 일측에는 지지프레임(220) 상에서 제1 모터(250)의 제1 축과 제2 모터(260)의 제2 축의 회전에 따라 전후 및 좌우로 이동가능하게 상기의 제1 축 및 제2 축과 결합하는 결합부(247)가 구비될 수 있다.

레이저 다이오드(241)는 405㎚, 650㎚ 또는 780㎚의 파장의 레이저빔을 조사할 수 있다. 필터(243)는 콜리메이터 렌즈(244)의 전단에 설치되어 레이저빔의 광량을 사용자가 원하는 수준 혹은 미리 설정된 수준으로 조절할 수 있도록 기능한다. 필터(243)는 특정 파장 예컨대 405㎚ 파장 이외의 파장을 차단하도록 동작할 수 있다.

콜로메이터 렌즈(244)는 필터(243)를 통해 광량이 조절된 레이저빔을 신호검출부(112)에 집광하도록 기능한다. 복수의 미러들(242, 245)은 레이저빔의 진행 방향을 전환하는데 사용될 수 있다.

또한, 광학 진단 장치(200)의 수광모듈은 도 17에 도시한 바와 같이 에미션 필터(283), 집광렌즈(condensing lens, 282) 및 포토 다이오드(280)를 구비할 수 있다. 수광모듈은 연결프레임(도 14의 283 참조)에 의해 작업대(230) 하부에 배치될 수 있다. 에미션 필터(283)는 시료에서 방출되는 파장을 관찰하기 위한 필터이다. 집광렌즈(282)는 진단키트(100)를 투과하는 빛을 포토 다이오드(280)에 집광시킨다.

또한, 레이저 광량 조절을 위해 빛이 집광되는 콜리메이터 렌즈(244)의 전단에 필터(243)를 부착하여 원하는 수준의 광량으로 조절하고 집광된 빛이 모이는 스팟(Spot) 지점에서 투과형 진단키트(100)의 신호검출부(112)인 테스트 면에서 투과되는 빛을 포토 다이오드의 집적회로(PDIC)를 통해 신호를 검출할 수 있다.

검출광학계(240)에 설치된 특정 미러(245)의 반사면에서 진단키트의 테스트 면까지의 거리(d6)는 24.0㎜일 수 있다. 이때, 포토 다이오드(280)와 집광렌즈(282) 간의 거리(d1)는 0.9㎜이고, 광경로상에서의 집광렌즈(282)의 두께(d2)는 1.9㎜이고, 집광렌즈(282)와 에미션 필터(283) 사이의 간격(d3)은 0.4㎜이고, 에미션 필터(283)의 두께(d4)는 0.7㎜이고, 에미션 필터(283)와 투과형 진단키트(100)의 테스트 면까지의 간격(d5)은 2.0㎜일 수 있다. 본 설계 치수는 하나의 예로서 검출광학계의 특성 향상을 위하여 변경될 수 있다.

신호 검출은 특정 파장의 레이저를 사용하여 해당 파장에서의 빛의 흑광도를 측정하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이때, 레이저는 펄스 형태로 연속적으로 빛을 조사하도록 동작시키고, 필터(243)를 통해 레이저빔의 세기를 조절하며, 콜리메이터 렌즈(244)로 집을 집광할 수 있다.

구체적으로 신호 검출은 그리드의 불투명 부분으로는 빛이 투과하지 못하므로 포토 다이오드에서 검출되는 전압이 기준전압 상태를 유지하고, 그리드의 투명 부분에 물질반응이 없으면 조사된 빛은 완전투과하며, 물질반응이 일부라도 생기면 조사된 빛의 일부만 투과하며, 따라서 그리드 구분 구간 사이의 투과된 빛이 포토 다이오드에 포집될 때 전압 변화를 확인하고 정량화하여 신호 유무를 검출하도록 이루어질 수 있다(도 12 참조).

예를 들어, 증류수의 흡광 전압은 1.41V이고, 증류수에 소정 재료를 제1 함량으로 혼합한 제1 농도(1/40)의 제1 혼합물에 대한 흡광 전압은 1.82V이고, 증류수에 동일 재료를 제2 함량으로 혼합한 제2 농도(1/20)의 제2 혼합물에 대한 흡광 전압은 2.26V이며, 증류수에 동일 재료를 제3 함량으로 혼합한 제3 농도(1/10)의 제3 혼합물에 대한 흡광 전압은 2.48V를 나타낸다. 본 실시예에서는 이러한 농도에 따른 흡광 전압의 차이를 토대로 검체의 농도 변화에 따른 검출 신호의 감도 및 특성을 정밀하고 신속하게 그리고 신뢰성 있게 분석할 수 있다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 진단 장치의 제어시스템에 대한 블록도이다.

도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 제어시스템(290)은, 입력(input) 유닛(291), 출력(Output) 유닛(292), 메인 컨트롤 유닛(MCU, 293), 레이저 다이오드 전원공급장치(LD Power, 294), 증폭기(295), 아날로그 디지털 컨버터(ADC, 296), 및 모터 구동유닛(Moter driver, 297)을 구비하며, 도 14를 참조하여 앞서 설명한 광학 진단 장치(200)의 레이저 다이오드(LD), 포토 다이오드(PD), 제1 모터(250) 및 제2 모터(260)에 연결될 수 있다.

제어시스템(290)은 디스플레이 장치(298)에 연결될 수 있고, 디스플레이 장치(298)는 터치 액정표시장치(Touch LCD) 등과 같은 입출력 겸용의 터치 스크린을 구비할 수 있다.

메인 컨트롤 유닛(293)은 예를 들어 12비트 해상도에서 단위 기준신호를 4096 단계로 분해하여 일정한 간격으로 포토 다이오드의 데이터를 추출하도록 동작할 수 있다. 또한, 메인 컨트롤 유닛(293)은 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 제어를 통해 디지털 신호에 대하여 주파수를 설정하고, 펄스폭 또는 듀티 사이클은 신호의 진폭을 조정하여 레이저 다이오드의 세기를 조절할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 4비트나 8비트 해상도의 컨트롤 유닛에 비해 아날로그 디지탈 변환 체계에서 변환 속도를 크게 향상시킬 수 있다.

메인 컨트롤 유닛(293)은 제어유닛, 제어부, 중앙처리장치 등으로 지칭될 수 있고, 마이크로프로세서, 마이컴 등으로 구현될 수 있다.

또한, 메인 컨트롤 유닛(293)은 노이즈 저감 및 유효 정보 획득을 위한 분석 프로그램을 메모리에 저장하고, 메모리에 연결되는 메인 컨트롤 유닛(293)을 통해 분석 프로그램을 수행할 수 있다.

분석 프로그램은 스캐닝 스케줄 알고리즘, 포토 다이오드(PD) 검출 전압 누적과 분석 알고리즘 등을 포함할 수 있다.

스캐닝 스케줄 알고리즘은 y축 방향으로 자동촛점 배열 형성을 위하여 구동 진행하는 제1 단계-여기서, y축은 100 내지 200 구간보다 큰 구간들로 분해된다-; y축 원점으로 복귀하는 제2 단계; x축 방향으로 자동촛점 배열 형성을 위하여 구동 진행하는 제3 단계-여기서, x축은 40 내지 80 구간보다 큰 구간들로 분해된다-; x축 원점으로 복귀하는 제4 단계; y축 방향으로 이동하여 테스트 라인을 스캐닝하기 시작하여 y축 방향으로 미소구간 이동하는 제5 단계-여기서, 미소구간 이동시에는 상기 제1 단계에서 형성된 자동촛점 배열을 이용함-; 그리고 제5 단계를 연속으로 적용하여 x축 원점에서 끝점까지 스캔을 완료하고 x축 원점으로 복귀하는 제6 단계의 일련의 과정들을 포함할 수 있다.

그리고, PD 검출 전압 누적과 분석 알고리즘은, y축 방향을 행(n)으로, x축 방향을 열(m)로 이루어지는 분해 구간에 대한 행렬(m*n행렬)의 이차원 메모리 어레이 A[n][m]를 생성하는 제1 단계; 스캔과 빛의 조사고 포토 다이오드 또는 수광소자에서 검출되는 신호의 전압(V)을 이차원 메모리 어레이 A[n][m]의 특정 메모리 영역에 저장하는 제2 단계-여기서, 불투명 구간의 기저전압을 0 또는 소정 전압에 해당함-; 상기 y축의 i번째(y[i])에 대해 상기 x축의 첫번째(x[0])에서 마지막번째(x[m-1])까지의 전압 합산을 저장하기 위한 전압 일차원 메모리 어레이(B[n])를 생성하는 제3 단계; 상기 y[i]에 대한 상기 x[0] 내지 x[m-1]에 대한 전압을 합산하여 특정 일차원 메모리 어레이(B[j])에 저장하는 제4 단계; 제4 단계를 반복하는 단계로서 상기 y축의 [0] 내지 [n-1]에 대하여 상기 x[0] 내지 x[m-1]에 대한 전압을 합산하여 특정 일차원 메모리 어레이(B[j])에 각각 저장하는 제5 단계; 각 B[j]에 대해 해당 면적(Si)으로 나누어 검출감도(Ii)를 계산하는 제6 단계; 및 유효판정 기준치로 검출감도의 최대치(Imax)를 선정하는 제7 단계의 일련의 과정을 포함할 수 있다.

여기에서, 전술한 투명 구간에서의 검출 전압의 합산은 다음의 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.

또한, 각 구산 검출감도는 다음의 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트를 이용하여 투명 구간과 불투명 구간의 포토다이오드 전압 차이를 평가함으로써 민감도와 특이도 구분 성능이 우수한 새로운 광학 진단 장치를 제공할 수 있다.

한편, 전술한 제어시스템(290)은 구현에 따라서 도 14를 참조하여 앞서 설명한 광학 진단 장치의 베이스플레이트나 지지프레임에 결합된 형태를 구비할 수 있으며, 그 역도 가능하다. 즉, 도 14를 참조하여 앞서 설명한 광학 진단 장치는 도 18을 참조하여 설명한 제어시스템의 하우징이나 케이스에 일체로 결합하는 형태로 구현될 수 있다.

Claims

면역 크로마토그래피 기술을 이용하는 진단키트로서,
투광 필름기재의 일면 상에 일측에서 타측으로 기재된 순서대로 연결되는 샘플 패드, 결합 패드(conjugate pad), 검출 패드 및 흡수 패드(absorbent pad)를 구비하고,
상기 검출 패드 내 공간부 형태의 테스트 영역에 대응하여 줄무늬(stripe) 모양의 불투광 패턴이 상기 필름기재에 배치되는 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 불투광 패턴에서 각 라인패턴이 연장하는 방향은 상기 결합 패드와 상기 검출 패드가 연결되어 연장하는 방향 또는 상기 검출 패드와 상기 흡수 패드가 연결되어 연장하는 방향과 직교하는 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 불투광 패턴에서 각 라인패턴은 상기 결합 패드와 상기 검출 패드가 연결되어 연장하는 방향 또는 상기 검출 패드와 상기 흡수 패드가 연결되어 연장하는 방향과 45° 이하의 특정 각도로 경사진 방향에 대응하도록 연장하는 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 불투광 패턴에서 제1 라인패턴의 폭과 상기 제1 라인패턴과 인접한 제2 라인패턴의 간격은 동일한 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 불투광 패턴에서 각 라인패턴의 폭과 서로 인접한 라인패턴들 사이의 간격은 동일한 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 불투광 패턴은 상기 필름기재의 상기 일면 상에 배치되거나, 상기 일면의 반대면인 타면 상에 배치되거나, 또는 상기 일면과 상기 타면과의 사이에 배치되는 진단키트.
청구항 6에 있어서,
상기 불투광 패턴은 상기 필름기재의 상기 일면 또는 상기 타면에 그 표면이 노출되도록 매립되는 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 검출 패드와 상기 테스트영역을 덮는 투광성 보호필름을 더 포함하는 진단키트.
청구항 1에 있어서,
상기 필름기재, 상기 샘플 패드, 상기 결합 패드, 상기 검출 패드 및 상기 흡수 패드로 이루어진 패드 어셈블리를 수납하는 케이스를 더 포함하며,
상기 케이스는 상기 샘플 패드에 대응하여 위치하는 샘플 유입구와 상기 테스트 영역에 대응하여 위치하는 개구부를 구비하며,
상기 개구부는 상기 테스트 영역과 상기 검출 패드 상의 컨트롤 영역을 외부에 노출시키는 진단키트.
진단키트를 이용하는 광학 진단 장치로서,
상기 진단키트의 테스트 영역의 신호검출부로 광을 방출하는 발광소자;
상기 발광소자로부터의 단일파장의 입사광이 상기 진단키트의 신호검출부에 집속될 때 상기 입사광에 의한 상기 신호검출부의 스트라이프 모양의 라인패턴들 사이의 광량 변화를 검출하는 수광소자;
상기 수광소자에 결합하여 상기 수광소자의 포커싱을 제어하는 액츄에이터; 및
상기 발광소자 및 상기 수광소자와, 상기 진단키트 간의 상대적인 위치를 이동시키는 구동유닛을 포함하며,
상기 구동유닛의 동작에 의해, 상기 신호검출부의 상기 라인패턴들과 교차하는 방향에서 스캐닝하는 광학 진단 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 발광소자의 전단에 배치되어 상기 발광소자의 광량을 조절하기 위해 빛을 집광하는 렌즈; 및 상기 렌즈의 전단에 부착되는 필터를 더 포함하는, 광학 진단 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 발광소자, 상기 수광소자, 상기 액추에이터 및 상기 구동유닛의 동작을 제어하는 제어유닛을 더 포함하는, 광학 진단 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제어유닛은, 상기 교차하는 방향(y)을 행(n)으로, 상기 교차하는 방향과 직교하는 방향(x)을 열(m)로 이루어지는 분해 구간에 대한 행렬(m*n행렬)의 이차원 메모리 어레이를 생성하고, 상기 행렬에 대응하여 상기 수광소자에서 검출되는 신호의 전압(V)을 특정 메모리 영역 A[n][m]에 저장하고-여기서 상기 라인패턴들에 대응하는 불투명 구간의 기저전압을 0 또는 소정 전압으로 설정됨-, 상기 y의 i번째(y[i])에 대해 상기 x의 첫번째(x[0])에서 마지막번째(x[m-1])까지의 전압 합산을 저장하기 위한 전압 일차원 메모리 어레이(B[n])를 생성하고, 상기 y[i]에 대한 상기 x[0] 내지 x[m-1]에 대한 전압을 합산하여 특정 메모리 어레이(B[j])에 저장하고, 상기 y의 [0] 내지 [n-1]에 대하여 상기 x[0] 내지 x[m-1]에 대한 전압을 합산하여 특정 메모리 어레이(B[j])에 각각 저장하고, 상기 각 B[j]에 대해 해당 면적(Si)으로 나누어 검출감도(Ii)를 계산하며, 유효판정 기준치로 검출감도의 최대치를 선정하는, 광학 진단 장치.