KR20200104813A - 분석물질을 검출하는 장치 및 이를 이용한 검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분석물질을 검출하기 위한 무전력 또는 저전력 검출장치 및 상기 검출장치를 이용한 검출방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 분석물질 검출장치 및 검출방법은 전력을 사용하지 않거나 극히 적은 양의 전력으로도 분석물질을 검출할 수 있으며, 종래 검출장치에 비해 감도가 높고 정량적인 검사가 가능하다. 또한 본 발명에 따른 분석물질 검출장치는 경제적이고 사용 방법이 간단하여 현장에서 신속한 검출이 가능하다.

Description

분석물질을 검출하는 장치 및 이를 이용한 검출방법{Apparatus for detecting analyte and detection method using the same}
본 발명은 분석물질을 검출하기 위한 검출장치 및 상기 검출장치를 이용한 검출방법에 관한 것이다.
현장검사(point-of-care testing, POCT)는 시료를 분석 검사실로 가져가지 않고 현장에서 바로 검사하는 것이다. 현장검사를 위해서는 크고 복잡한 기기를 사용하지 않고 동물세포, 박테리아, 바이러스, 핵산, 단백질, 기타 유기물 또는 무기물과 같은 분석물질(analyte)을 검사할 수 있는 간단한 키트가 필요하며 특히 배터리와 같이 저전력을 이용하는 키트(low-powered kit)나 아예 전기를 사용하지 않는 무동력 방식의 키트(non-powered kit)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 현장검사는 숙련된 분석 기술자가 아닌 일반인이 쉽게 사용할 수 있을 정도로 작동이 쉽고 간단해야 하며 경제적이어야 한다.
현장검사를 위해 가장 널리 이용되고 있는 것은 임신진단에 사용되는 lateral flow 방식의 키트나 혈당량 검사에 사용되는 전기화학 진단 키트 등이 있다. 그러나 이와 같이 작동이 쉽고 간단한 저전력 또는 무동력 키트는 검출 감도가 매우 낮고 대부분 정성적인 검사만 가능하다는 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 형태의 랩온어칩(lab-on-a-chip)들도 개발되고 있지만 구조가 복잡하거나 별도의 기기가 필요하거나 감도가 낮거나 신뢰성이 낮은 문제점을 가지고 있다.
최근에는 관(tubing)에 액체 왁스(liquid wax)와 같이 물과 섞이지 않는 유기 용매로 분리되어 있는 수용액 사이에 입자를 이동시키며 분석물질을 검출하는 방법이 제시되었다(대한민국 등록특허 제10-1895597호).
대한민국등록특허 제10-1895597호
본 발명은 전력을 사용하지 않거나 극히 적은 양의 전력으로도 분석물질을 검출할 수 있고, 종래 검출장치에 비해 감도가 높고 정량적인 검사가 가능하며, 경제적이고 사용 방법이 간단하여 현장에서 신속한 검출이 가능한 무전력 또는 저전력 검출장치 및 상기 검출장치를 이용한 검출방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은 각각 상이한 방향으로 형성된 제1 연결부, 제2 연결부, 및 제3 연결부를 가지는 커넥터부; 상기 제1 연결부에 일 측이 연결되고 검출용액이 이동 가능한 저장관 및 상기 저장관의 타 측에 연결되며, 최종 검출용액을 수용하는 실린더를 포함하는 검출용액 저장부; 상기 제2 연결부에 연결되고 시료 및 자성을 띄는 포획입자를 포함하는 시료 혼합물을 수용하기 위한 시료챔버를 포함하는 시료챔버부; 상기 제3 연결부에 일 측이 연결되며 분석물질의 검출을 위한 검출챔버 및 상기 검출챔버의 타 측에 연결되어 검출에 사용된 물질이 외부로 배출되는 열린 관을 포함하는 검출챔버부; 및 상기 검출챔버 외부에 위치하는 자석을 포함하고, 상기 실린더의 최종 검출용액이 검출챔버로 이동되며 상기 시료챔버의 시료 혼합물이 검출챔버로 이동되도록 제1 연결부, 제2 연결부, 및 제3 연결부는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 분석물질 검출장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 분석물질 검출장치를 이용하여 분석물질을 검출하는 분석물질 검출방법에 관한 것으로, 시료챔버에서 분석물질을 포함하는 시료, 포획입자, 및 분석시약을 혼합하여 포획입자 복합체를 포함하는 시료 혼합물을 생성하고, 상기 시료 혼합물을 검출챔버에 주입하는 단계; 실린더 내의 검출용액을 저장관을 거쳐 검출챔버로 이동시키는 단계; 및 검출챔버의 신호를 측정하는 단계를 포함하는 분석물질 검출방법을 제공한다.
본 발명에 따른 분석물질 검출장치 및 검출방법은 전력을 사용하지 않거나 극히 적은 양의 전력으로도 분석물질을 검출할 수 있으며, 종래 검출장치에 비해 감도가 높고 정량적인 검사가 가능하다. 또한 본 발명에 따른 분석물질 검출장치는 경제적이고 사용 방법이 간단하여 현장에서 신속한 검출이 가능하다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 본 발명에 따른 시료챔버 커버를 포함하는 분석물질 검출장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 시료 주사기를 도시한 도면이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 발명에 따른 시료 주사기를 포함하는 분석물질 검출장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물질 검출장치의 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제작한 검출장치를 통해 표지물질인 카탈라아제의 반응에 의해 106 개의 살모넬라균을 포함하는 시료를 분석했을 때 검출용액이 이동한 것을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제작한 검출장치를 통해 카탈라아제의 반응에 의해 106 개의 살모넬라균을 포함하는 시료를 3회 분석한 실험 결과에 따른 평균 값을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 액체의 이동에 의해 분석물질을 검출하기 위한 무전력 또는 저전력 검출장치에 관한 것으로, 본 발명은 각각 상이한 방향으로 형성된 제1 연결부, 제2 연결부, 및 제3 연결부를 가지는 커넥터부; 상기 제1 연결부에 일 측이 연결되고 검출용액이 이동 가능한 저장관 및 상기 저장관의 타 측에 연결되고 최종 검출용액을 수용하는 실린더를 포함하는 검출용액 저장부; 상기 제2 연결부에 연결되고 시료 및 자성을 띄는 포획입자를 포함하는 시료 혼합물을 수용하기 위한 시료챔버를 포함하는 시료챔버부; 상기 제3 연결부에 일 측이 연결되고 분석물질의 검출을 위한 검출챔버 및 검출챔버의 타 측에 연결되어 검출에 사용된 물질이 외부로 배출되는 열린 관을 포함하는 검출챔버부; 및 상기 검출챔버 외부에 위치하는 자석을 포함하고, 상기 실린더의 최종 검출용액이 검출챔버로 이동되고 상기 시료챔버의 시료 혼합물이 검출챔버로 이동되도록 제1 연결부, 제2 연결부, 및 제3 연결부는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 분석물질 검출장치를 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 분석물질 검출장치는 각각 상이한 방향으로 형성된 3 개의 연결부인 제1 연결부, 제2 연결부, 및 제3 연결부를 가지는 커넥터부를 중심으로, 제1 연결부에는 시료챔버부가 연결되어 검출에 필요한 시료 혼합물이 주입되고, 제2 연결부로는 검출용액 저장부가 연결되어 검출용액이 주입되며, 상기 주입된 시료 혼합물과 검출용액들이 제3 연결부를 통해 검출챔버로 이동함으로써 검출이 이루어진다.
상기 시료챔버는 분석물질의 검출을 시작할 때 분석물질을 포함하는 시료, 포획입자, 및 분석시약의 시료 혼합물이 더해질 수 있도록 상부의 일부가 개방되어 있을 수 있다. 상기 시료챔버는 시료챔버에 장착되는 시료챔버 커버를 포함할 수 있고, 상기 시료챔버 커버를 이동시킬 때, 시료 혼합물이 검출챔버로 이동될 수 있다. 또한, 상기 시료챔버는 시료챔버 커버 대신 상부에 시료 혼합물이 수용된 시료 주사기가 결합될 수 있고, 상기 시료 주사기를 이용하여 시료 혼합물을 주입할 때, 시료 혼합물이 검출챔버로 이동될 수 있다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 상기 시료챔버 커버가 장착된 분석물질 검출장치의 작동순서에 따른 검출장치를 나타낸 것이고, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 상기 시료 주사기가 결합된 분석물질 검출장치의 작동순서에 따른 검출장치를 나타낸 것이다.
우선, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 분석물질 검출장치(100)의 커넥터부(110)의 제1 연결부(111)에는 검출용액 저장부가 연결될 수 있다. 상기 검출용액 저장부는 일 측이 제1 연결부와 연결되고 검출용액이 이동 가능한 저장관(reservoir tubing)(130) 및 상기 저장관의 타 측, 즉, 상기 제1 연결부와 반대측에 연결되며 최종 검출용액(132)을 수용하는 실린더(140)를 포함할 수 있다.
상기 실린더는 내부에 이동 가능하게 배치된 실린더 플런저(plunger)(141)를 포함하고, 상기 실린더 플런저를 이동시켜 검출용액을 검출챔버(150)로 이동시키는 것일 수 있다. 상기 실린더 내부에는 다수의 검출용액(131a, 131b, 131c)이 저장관에 주입되는 순서대로 저장되는 것일 수 있다. 상기 실린더 플런저가 구비된 실린더는 검출용액을 사용되는 순서에 따라 차례로 저장관을 통해 검출챔버로 주입할 수 있고, 상기 주입된 검출용액은 사용되는 검출용액만 검출챔버로 이동되고 그 외의 검출용액은 저장관에 저장될 수 있다. 또한, 상기 실린더에는 검출 시 마지막 단계에서 사용되는 최종 검출용액을 저장할 수 있다. 최종 검출용액을 저장관으로 주입하여 저장관에 저장하는 것도 가능하지만 실린더에 저장함으로써 저장관의 길이를 최소화시킬 수 있다. 이 때 최종 검출용액의 부피를 조절함으로써 실린더 플런저를 끝까지 밀 때 검출용액이 도달하는 위치를 조절할 수 있다. 이로 인해, 사용자는 마지막 단계에서 실린더 플런저의 위치를 조절할 필요 없이 끝까지 밀면 되기 때문에 편의성이 향상될 수 있다. 상기 최종 검출용액이 이동하여 검출챔버를 지나갈 때, 검출챔버에 수용된 포획입자(220)들이 검출챔버에 머물러있도록 하기 위해 검출용액을 이동시키기 위한 실린더 플런저의 이동속도는 1 내지 5 cm/min일 수 있고, 이동하는 용액 기준으로는 0.01 내지 0.1 mL/min일 수 있다. 예를 들어, 상기 실린더 플런저의 이동속도가 전술한 범위를 초과하는 경우, 검출용액이 검출챔버를 지나갈 때 검출챔버에 있는 포획입자들을 탈락시켜 검출에 필요한 포획입자들을 외부로 배출시킬 수 있고, 실린더 플런저의 이동속도가 전술한 범위 미만인 경우, 전체 검출 시간이 길어져 검출 결과에 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 상기 실린더 플런저를 이동시키기 위한 구동부를 추가 포함할 수 있다. 예를 들어, 실린더 플런저를 손으로 이동시키는 것도 가능하지만 검출용액의 이동속도가 검출에 영향을 미칠 수 있기 때문에 일정한 결과를 얻기 위해 태엽 모터(spiral spring motor)의 기계적인 움직임을 이용할 수도 있다. 태엽 모터의 줄을 당겨 모터 내부에 있는 태엽 스프링을 감은 후 놓아두면 기어의 비율에 의해 당겼던 줄이 비교적 일정한 속도로 직선운동을 하도록 되어있다. 따라서, 이 줄을 당긴 후 실린더 플런저에 연결시키는 방법으로 실린더 플런저를 일정한 속도로 이동시킬 수 있다. 물론 더욱 정교한 움직임을 위해서 전기로 구동되는 리니어 액추에이터(linear actuator)를 이용하여 실린더 플런저를 이동시킬 수도 있다.
상기 저장관은 실린더로부터 주입된 다수의 검출용액이 사용되는 순서에 따라 동시에 수용될 수 있고, 검출용액들이 사용되는 순서에 따라 층(layer)을 형성한 상태로 저장될 수 있다. 즉 검출에 가장 먼저 필요한 제1 검출용액 층이 커넥터부의 가장 가까운 부분에 저장될 수 있다. 또한, 검출용액들의 혼합을 방지하기 위해 검출용액들 사이에 상기 검출용액과 혼합되지 않는 분리용액(133) 또는 공간(134)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분석물질의 검출에 필요한 검출용액들이 수용액일 경우, 검출용액들이 서로 혼합되지 않도록 분리용액으로 물과 섞이지 않는 소수성 액체 층을 각 검출용액의 양 옆에 더하여 검출용액들을 분리할 수 있다. 상기 소수성 액체는 물과 섞이지 않을 뿐만 아니라 검출용액에 있는 성분들에 영향을 미치지 않아야 한다. 이러한 목적으로 상기 소수성 액체로는 액체 왁스(liquid wax)나 미네랄 오일(mineral oil)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 검출용액 자체가 소수성일 경우, 검출용액들은 서로 섞이지 않기 때문에 별도의 소수성 액체로 분리시킬 필요가 없고, 필요에 따라 하나의 검출용액 층과 다른 검출용액 층 사이에 비어있는 공간이 있도록 저장될 수 있다. 서로 다른 검출용액 층이 혼합되지 않고 안정하게 유지되도록 저장관의 내부 직경은 0.2 mm 내지 2 mm일 수 있다. 소수성 액체에 의해 분리된 서로 다른 검출용액이 혼합되기 위해서는 소수성 액체 방울의 적어도 한 측면이 저장관으로부터 분리되어야 한다. 그러나 저장관의 직경이 좁아질수록 소수성 액체와 저장관 사이의 인력에 의해 저장관의 표면으로부터 분리된 상태로 방울을 형성할 수 없게 된다. 액체 왁스를 이용한 실험에서 관의 직경이 전술한 범위를 만족하는 경우 액체 왁스에 의해 분리된 두 수용액 층이 안정하게 유지되는 것이 확인되었다. 저장관의 내부 직경이 좁을수록 분리된 층은 안정하게 유지될 수 있지만 저장관의 길이가 너무 길어지기 때문에 저장관의 내부 직경을 0.2 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 커넥터부의 제2 연결부(112)에는 분석물질을 포함하는 시료, 자성을 띄는 포획입자, 및 분석물질(210)을 포함하는 시료 혼합물(122)을 수용하기 위한 시료챔버(120)를 포함하는 시료챔버부가 연결될 수 있다. 시료챔버에는 실린더 플런저와 같은 역할을 하도록 시료챔버 커버(121)가 추가 장착되어 시료 혼합물을 검출챔버로 이동시킬 수 있다. 시료챔버에 분석물질을 포함하는 시료, 자성의 띄는 포획입자, 및 검출에 필요한 분석시약을 포함하는 시료 혼합물을 더한 후 시료챔버 커버를 밀어 이동시키면 시료 혼합물이 검출챔버로 이동될 수 있다.
이때 편의성을 높이기 위해서는 사용자가 시료챔버 커버를 미는 정도를 조절하여 시료 혼합물이 자석이 있는 곳에 도달하도록 하는 것보다는 시료챔버 커버를 끝까지 밀 때 시료 혼합물이 정확한 위치에 도달하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 시료챔버의 높이를 조절하여 시료챔버에 더해진 시료 혼합물과 시료챔버 커버 사이의 공간 부피를 조절 할 수 있다. 즉, 상기 공간 부비가 시료챔버 커버를 끝까지 밀었을 때 시료 커버의 밑면과 검출챔버 사이의 공간 부피와 일치하도록 조절하면 시료 혼합물이 검출챔버에 정확히 주입되도록 할 수 있다. 검출과정이 기계적으로 진행되지 않고 손에 의해 진행될 때는, 이와 같이 시료챔버 커버를 시료챔버 끝까지 밀어 이동시킬 때 적절한 위치에 도달하도록 미리 조절할 수 있어 사용자에 의한 차이를 줄일 수 있다.
본 발명의 커넥터부의 제3 연결부(113)에는 제3 연결부와 일 측이 연결되고 분석물질의 검출을 위한 검출챔버 및 검출챔버의 타 측에 연결되어 검출에 사용된 물질이 외부로 배출되는 열린 관(open tubing)(151)을 포함하는 검출챔버부가 연결될 수 있다. 상기 검출챔버 외부에는 포획입자를 포집할 수 있도록 자석(152)을 포함할 수 있다.
상기 검출챔버의 구조는 측정하는 분석물질의 신호의 종류에 따라 달라질 수 있다. 흡광도를 측정할 경우에는 빛이 투과할 수 있도록 적어도 챔버의 마주보는 두 면이 투명해야 하고 흡광도가 빛의 경로 길이에 비례하기 때문에 투명한 두 면 사이의 길이를 5 mm 내지 10 mm로 길게할 수 있다. 형광을 측정하는 경우에는 챔버의 한 면만 투명하고 나머지 면은 빛을 반사하지 않도록 검출챔버 내부가 흑색일 수 있다. 발광을 측정하는 경우에는 챔버의 한 면만 투명하고 나머지 면은 빛을 잘 반사하도록 검출챔버 내부가 백색이거나 거울과 같은 특성을 갖도록 제작할 수 있다. 전기화학적 측정법을 사용할 때는 적어도 한 면에 전극이 설치되는 것일 수 있다. 기체가 발생하는 반응을 이용하여 부피 변화를 측정할 때는 검출챔버 직경이 작으면 검출챔버 내부의 용액이 기포에 의해 분리되어 반응이 원활하게 진행되지 않을 수 있으므로, 기체가 검출챔버 내 용액을 분리시키지 않도록 검출챔버 내부 직경을 2 mm 내지 10 mm로 제작할 수 있다.
상기 열린 관은 검출에 사용된 용액이 외부로 배출되는 관으로서, 기체가 발생하는 반응을 이용하여 부피 변화를 측정할 경우, 감도를 높이기 위해 직경이 0.1 mm 내지 1 mm인 관을 사용하는 것일 수 있다.
상기 검출챔버 외부에 위치하는 자석은 시료챔버로부터 이동된 시료 혼합물 내의 포획입자를 포집하여 포획입자가 검출이 완료될 때까지 검출챔버에 계속 저장될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 시료챔버 커버를 포함하는 분석물질 검출장치는, 분석물질의 검출을 위해서 시료챔버에 수용된 시료 혼합물을 검출챔버로 이동시켜 시료 혼합물 내의 포획입자가 검출챔버 외부의 자석에 포집되고, 검출용액 저장부의 실린더의 실린더 플런저를 이동시켜 내부에 저장된 검출용액을 사용되는 순서에 따라 검출챔버로 주입하여 검출챔버에서 최종 검출용액과 포획입자가 반응함으로써 분석물질을 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 시료 주사기를 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 상기 시료챔버는 커버 대신 상부에 시료 혼합물이 수용된 시료 주사기(123)가 결합될 수 있고, 상기 시료 주사기를 이용하여 시료 혼합물을 주입할 때, 시료 혼합물이 검출챔버로 이동될 수 있다. 상기 커넥터부의 제2 연결부에 시료챔버를 연결하는 것 대신 시료 주사기가 결합될 수 있는 시료 주사기 포트(125)를 연결할 수 있고, 상기 시료 주사기 포트에 시료 주사기 내부에 이동 가능한 시료 주사기 플런저(124)를 포함하는 시료 주사기를 결합할 수 있다. 이 때 검출장치의 시료챔버는 시료 주사기를 의미하는 것일 수 있고, 상기 시료 주사기에 분석물질을 포함하는 시료, 자성을 띄는 포획입자, 및 분석물질을 포함하는 시료 혼합물을 더한 후 시료 주사기 플런저를 밀어서 이동시켜 시료 혼합물을 검출챔버로 이동시킬 수 있다.
상기 시료 주사기에 더해진 시료 혼합물과 시료 주사기 플런저 사이의 거리를 조정하여 시료 주사기 플런저를 시료 주사기 끝까지 밀 때 시료 혼합물이 검출챔버에 정확히 주입되도록 조절할 수 있다. 검출과정이 기계적으로 진행되지 않고 손에 의해 진행될 때는, 이와 같이 시료 주사기의 시료 주사기 플런저를 시료 주사기 끝까지 밀어 이동시킬 때 적절한 위치에 도달하도록 미리 조절할 수 있어 사용자에 의한 차이를 줄일 수 있다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c을 참조하면, 본 발명에 따른 시료 주사기를 포함하는 분석물질 검출장치는, 커넥터부의 제2 연결부에 시료챔버 대신 시료 주사기 포트가 결합하고, 시료 주사기에 분석물질을 포함하는 시료, 자성을 띄는 포획입자, 및 분석물질을 포함하는 시료 혼합물을 더한 후, 상기 시료 주사기를 시료 주사기 포트에 결합시킬 수 있다. 이후, 시료 주사기 플런저를 밀어 시료 주사기 내부의 시료 혼합물을 검출챔버로 이동시켜 시료 혼합물 내의 포획입자가 검출챔버 외부의 자석에 포집되고, 검출용액 저장부의 실린더의 실린더 플런저를 이동시켜 내부에 저장된 검출용액을 사용되는 순서에 따라 검출챔버로 주입하여 검출챔버에서 최종 검출용액과 포획입자가 반응함으로써 분석물질을 검출할 수 있다.
본 발명에서 포획입자는, 시료에 포함된 분석물질에 대한 분석물질 수용체(receptor)(222)를 자성입자(221)에 고정시킨 입자로서, 분석물질을 포획하여 자석에 의해 검출챔버에 저장될 수 있다. 상기 분석물질 수용체는 분석물질과 직접 결합할 수 있는 물질로서 대표적인 예로는 항체(antibody)를 들 수 있다. 예를 들어, 상기 자성입자는 Fe3O4 도는 Fe2O3를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 자성입자에 고정되는 분석물질 수용체는 분석물질과 직접 결합할 수 있는 수용체일 수 있다. 예를 들어, 분석물질이 단백질, 유기분자, 바이러스, 박테리아, 식물세포 또는 동물세포와 같이 항체가 형성될 수 있는 물질인 경우에는 각 분석물질에 대한 항체를 수용체로 사용할 수 있다. 다른 예로, 분석물질이 렉틴인 경우 탄수화물을 수용체로 사용할 수 있으며, 반대로 탄수화물을 포함하는 분석물질일 경우 렉틴을 수용체로 사용할 수 있다. 또 다른 예로, 분석물질이 DNA 또는 RNA와 같은 핵산일 경우에는 상보적인 염기서열을 갖는 DNA 또는 PNA(peptide nucleic acid)를 수용체로 사용할 수 있다. 그 외에도 핵산으로부터 얻어지는 앱타머(aptamer), 펩티드 문고로부터 얻어지는 펩티드 리간드, 애피바디(affibody) 문고로부터 얻어지는 단백질 리간드 등 분석물질이 특이적으로 결합할 수 있는 물질이면 모두 수용체로 사용할 수 있다.
상기 자성입자는 자성입자와 분석물질과 직접 결합하는 분석물질 수용체 사이에 상기 분석물질과 직접 결합하는 수용체와 결합할 수 있는 수용체가 고정될 수 있다. 이 경우 두 가지 수용체를 구별하기 위해 분석물질에 직접 결합하는 수용체를 일차수용체(primary receptor)라고 하고, 일차수용체에 결합하는 수용체를 이차수용체(secondary receptor)로 부르기로 한다. 보다 구체적으로, 일차수용체가 항체인 경우 이차수용체는 이차항체 또는 protein G 등이 사용될 수 있다. 다른 예로, 일차수용체가 DNA 또는 PNA(peptide nucleic acid)일 경우 일차수용체의 염기서열 일부와 상보적인 DNA나 PNA를 이차수용체로 사용할 수 있다. 이때, 이차항체라 함은, 일 예로 일차항체가 토끼에서 만들어진 것이면, anti-rabbit immunoglobulin G antibody 를 이차항체로 사용할 수 있다.
상기 자성입자는 분석물질에 의해 생성되는 물질과 결합할 수 있는 수용체가 고정될 수 있으며, 상기 분석물질은 효소일 수 있다. 보다 구체적으로, 분석물질의 양에 비례하여 생성되는 물질에 대한 수용체를 사용할 수 있으며, 일 예로 분석물질이 효소인 경우 생성물에 대한 수용체가 여기에 해당된다. 다른 예로, 분석물질과 반응하여 해리되거나 구조가 변하는 분자에 대한 수용체도 사용할 수 있다.
상기 분석시약은 분석물질의 검출 시 첫 단계에서 포획입자 및 분석물질과 혼합하여 반응시키는 물질로서, 면역분석에서 사용되는 분석시약의 예로는 분석물질-표지 복합체, 항체-표지 복합체, 표지입자(labeling particle) 등을 들 수 있다.
상기 분석물질-표지 복합체는 저분자 물질의 검출 방법인 경쟁적 면역분석법(competitive immunoassay)에서 사용할 수 있는 분석시약으로서, 분석물질에 표지물질(labeling material)이 연결되어 있는 복합체일 수 있다. 경쟁적 면역분석법에서는 시료에 있는 분석물질과 분석물질-표지 복합체가 포획입자에 경쟁적으로 결합하게 된다.
상기 항체-표지 복합체는 단백질과 같은 고분자의 검출 방법인 샌드위치 면역분석법(sandwich immunoassay)에서 사용할 수 있는 분석시약으로서, 분석물질에 대한 항체에 표지물질이 연결되어 있는 복합체일 수 있다. 이 방법으로 단백질을 검출하려고 할 경우, 포획입자에는 다른 항체가 고정되는데, 포획입자에 고정되는 항체를 포획항체(capture antibody)라고 하고 표지물질과 연결되는 항체를 검출항체(detection antibody)라고 부른다. 샌드위치 면역분석법에서는 포획입자에 고정된 포획항체에 분석물질이 결합하고 다시 그 분석물질에 항체-표지 복합체가 결합하여 분석물질을 중심으로 샌드위치를 형성하게 된다.
상기 표지입자(230)는 입자 자체에 표지물질이 포함된 입자로서, 박테리아와 같은 세포를 검출할 때 사용할 수 있는 분석시약이다. 상기 표지입자는 표지물질 및 분석물질에 대한 표지화 수용체(232)를 비자성 입자(231)에 고정시킨 입자일 수 있다. 상기 표지입자는 박테리아를 포함하는 시료 및 포획입자와 함께 혼합하면 박테리아가 크기 때문에 한 개의 박테리아에 다수의 포획입자와 표지입자가 동시에 결합하게 된다.
상기 비자성 입자는 실리카 입자, 폴리스티렌 입자, 폴리카보네이트 입자, 덱스트란(dextran) 입자, 유리 입자, 알루미나 입자, 금 입자, 은 입자, 팔라듐 입자, 백금 입자, 티타니아 입자, 지르코늄 입자 및 코어-쉘(core-shell) 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다.
상기 표지물질은 흡광 성질, 형광 성질, 발광 성질, 방사성, 촉매 활성 등 측정 가능한 신호를 발생할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 카탈라아제(catalase), 퍼옥시다아제(peroxidase), 포스파타아제(phosphatase)와 같은 효소는 기질에 반응을 일으켜 흡광 성질이나 형광 성질을 갖는 생성물을 만들어 내거나, 빛을 발생시키거나, 기체를 발생시킬 수 있기 때문에 표지 물질로 사용할 수 있다. 또한 유기 형광 분자나 유로퓸 킬레이트(europium chelate)와 같은 형광 물질은 형광을 낼 수 있기 때문에 표지 물질로 사용할 수 있다. 그 외에도 측정 가능한 신호를 발생할 수 있는 물질은 모두 표지 물질로 사용할 수 있다.
상기 분석물질은 세포, 바이러스, 박테리아, 단백질, 핵산, 탄수화물, 유기분자, 및 금속 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 검출용액은 표지물질의 신호를 측정하는데 필요한 용액으로, 예를 들어, 표지물질이 효소일 경우에는 그 효소의 기질용액이 검출용액이 될 수 있고, 표지물질이 형광물질일 경우에는 형광을 측정하기에 용이한 완충용액이 될 수 있다. 예를 들어, 표지물질이 카탈라아제일 경우에는 검출용액 관이 효소 반응 결과 발생한 산소 기체 부피를 측정하는 도구로 사용될 수도 있다. 즉, 검출용액으로 사용되는 과산화수소 용액을 검출챔버로 이동시킬 때 소량의 과산화수소 용액을 검출용액 주입구에 남겨놓으면 검출챔버에서 발생한 산소에 의해 검출용액 주입구에 남아있는 과산화수소 용액이 검출용액 공급부 방향으로 이동하게 된다. 이 거리를 측정함으로써 분석물질을 정량적으로 검출할 수 있다.
상기와 같은 분석물질 검출장치(100)를 이용하여, 분석물질을 검출하는 방법은 다음과 같다.
본 발명은 상기 분석물질 검출장치를 이용하여, 시료챔버에서 분석물질을 포함하는 시료, 포획입자, 및 분석시약을 혼합하여 포획입자 복합체를 포함하는 시료 혼합물을 생성하고, 상기 시료 혼합물을 검출챔버에 주입하는 단계; 실린더 내의 검출용액을 저장관을 거쳐 검출챔버로 이동시키는 단계; 및 검출챔버의 신호를 측정하는 단계를 포함하는 분석물질 검출방법을 제공한다.
예를 들어, 상기 분석물질 검출방법은, 전술한 검출장치의 커넥터부, 검출용액 저장부, 시료챔버부, 및 검출챔버부를 포함하는 검출장치를 이용하여 분석물질을 검출하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 후술하는 검출장치 및 검출장치에 사용되는 분석물질, 포획입자, 분석시약 등의 물질들에 대한 구체적인 사항은 분석물질 검출장치(100)에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 포획입자는 분석물질에 대한 분석물질 수용체를 자성입자에 고정시킨 입자로서, 분석물질을 포획하여 자석의 이동에 의해 시료챔버에서 검출챔버로 이동시키는 역할을 한다. 상기 분석물질 수용체는 분석물질과 직접 결합할 수 있는 것을 포함할 수 있고, 예를 들어, 항체를 포함할 수 있다.
상기 분석시약은 분석물질의 검출 시 첫 단계에서 포획입자와 분석물질과 혼합하여 반응시키는 물질로서, 상기 분석시약은 표지물질(labeling material)과 분석물질에 대한 표지화 수용체(receptor)를 비자성 입자에 고정시킨 표지입자(labeling particle)이고, 상기 표지물질은 효소 또는 형광물질을 포함할 수 있다.
상기 분석물질은 세포, 바이러스, 박테리아, 단백질, 핵산, 탄수화물, 유기분자, 및 금속 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 검출용액은 표지물질의 신호를 측정하는데 필요한 용액으로, 예를 들어, 표지물질이 효소일 경우에는 그 효소의 기질용액이 검출용액이 될 수 있고 표지물질이 형광물질일 경우에는 형광을 측정하기에 용이한 완충용액이 될 수 있다.
상기 시료 혼합물을 검출챔버에 주입하는 단계는, 시료챔버에 장착된 시료챔버 커버를 밀어 주입하는 것일 수 있고, 또는 시료챔버에 결합된 시료 주사기의 시료 주사기 플런저를 이동시켜 주입하는 것일 수 있다. 상기 시료 혼합물을 검출챔버에 주입하는 단계는 이용하는 장치에 따라 상이할 수 있으나, 그 외의 검출방법은 동일할 수 있으며, 분석물질의 종류에 상관없이 두 가지의 장치 모두 이용할 수 있다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c를 참조하여 시료챔버 커버를 포함하는 분석물질 검출장치를 이용하여 검출하는 방법을 설명하면, 시료챔버에 분석물질을 포함하는 시료, 자성입자에 분석물질에 대한 분석물질 수용체를 고정시킨 포획입자, 및 그 외에 검출에 필요한 분석시약을 포함하는 시료 혼합물을 더하는 단계(도 1a), 시료챔버 커버를 제2 연결부 측으로 밀어서 시료챔버 내부의 시료 혼합물을 검출챔버로 주입하는 단계(도 1b), 및 검출용액 저장부의 실린더의 실린더 플런저를 제1 연결부 측으로 밀어 검출에 필요한 순서대로 검출용액을 저장관을 거쳐 검출챔버로 이동시키는 단계(도 1c)를 거쳐 분석물질을 검출할 수 있다. 상기 실린더 내의 검출용액을 저장관을 거쳐 검출챔버로 이동시키는 단계는, 사용되는 검출용액의 순서에 따라 실린더 내부에 저장 후 검출챔버로 이동시키는 단계를 반복 수행하는 것일 수 있다. 검출챔버에서는 하나의 검출용액이 지나간 후 그 다음 검출용액이 수용될 수 있으며, 검출용액의 사용 순서에 따라 저장관에 층(layer)을 형성한 상태로 저장될 수 있다. 또한, 최종 검출용액은 저장관으로 주입하여 저장관에 저장하는 것도 가능하지만 실린더에 저장함으로써 저장관의 길이를 최소화시킬 수 있다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c를 참조하여 시료 주사기를 포함하는 분석물질 검출장치를 이용하여 검출하는 방법을 설명하면, 시료 주사기에 분석물질을 포함하는 시료, 자성입자에 분석물질에 대한 분석물질 수용체를 고정시킨 포획입자, 및 그 외에 검출에 필요한 분석시약을 포함하는 시료 혼합물을 더하는 단계(도 3a), 시료 주사기의 시료 주사기 플런저를 제2 연결부 측으로 밀어서 시료 주사기 내부의 시료 혼합물을 검출챔버로 주입하는 단계(도 3b), 및 검출용액 저장부의 실린더의 실린더 플런저를 제1 연결부 측으로 밀어 검출에 필요한 순서대로 검출용액을 저장관을 거쳐 검출챔버로 이동시키는 단계(도 1c)를 거쳐 분석물질을 검출할 수 있다.
분석물질에 따른 구체적인 검출방법을 예로 들면 다음과 같다.
박테리아와 같은 세포나 바이러스 입자를 검출할 때는 분석물질에 특이적으로 결합할 수 있는 표지화 수용체 및 표지물질(labeling material)이 함께 고정되어 있는 표지입자(labeling particle)를 분석시약으로 이용할 수 있다. 표지 물질은 흡광 성질, 형광 성질, 발광 성질, 방사성, 촉매 활성 등 측정 가능한 신호를 발생할 수 있는 물질이다. 예를 들어 카탈라아제(catalase), 퍼옥시다아제(peroxidase), 포스파타아제(phosphatase)와 같은 효소는 기질에 반응을 일으켜 흡광 성질이나 형광 성질을 갖는 생성물을 만들어 내거나, 빛을 발생시키거나, 기체를 발생시킬 수 있기 때문에 표지 물질로 사용할 수 있다. 또한, 유기 형광 분자나 유로퓸 킬레이트(europium chelate)와 같은 형광 물질은 형광을 낼 수 있기 때문에 표지 물질로 사용할 수 있다. 그 외에도 측정 가능한 신호를 발생할 수 있는 물질은 모두 표지 물질로 사용할 수 있다.
효소를 표지물질로 이용할 경우 두 가지 검출용액이 필요하다. 저장관에 담기는 제1 검출용액은 세척에 필요한 완충용액이 되고 실린더에 담기는 최종 검출용액은 효소의 기질 용액이 된다. 형광물질을 표지물질로 이용할 경우에는 세척 및 형광 측정에 필요한 완충용액 한 가지만 검출용액으로 사용하기 때문에 더 간단해진다.
시료챔버 대신 시료 주사기가 결합된 검출장치를 이용할 경우, 효소가 고정된 표지입자(분석시약)를 사용하여 세포나 바이러스 입자를 검출하는 방법은 다음과 같다(도 3a, 도 3b, 및 도 3c 참조). 포획입자 및 표지입자를 시료와 함께 시료 주사기에 더하면 포획입자-분석물질-표지입자 복합체가 형성된다(도 3a). 시료 주사기 플런저를 밀어 시료 주사기 내부의 시료 혼합물을 검출챔버까지 주입하면 포획입자-분석물질-표지입자 복합체가 검출챔버 외부에 있는 자석에 의해 검출챔버에서 포집된다(도 3b). 다음으로 실린더의 실린더 플런저를 제1 연결부 측으로 밀기 시작하면 먼저 저장관에 있던 제1 검출용액인 세척용 완충용액이 검출챔버를 지나가면서 포획입자에 결합하지 않은 물질들을 제거한다. 실린더 플런저를 계속 밀면 실린더 내부에 있던 최종 검출용액인 기질 용액이 검출챔버로 이동하게 되고 검출챔버에 남아있는 표지입자에 고정된 효소에 의해 반응이 일어난다(도 3c). 그 결과 발생하는 흡광, 형광, 발광 또는 기체 부피를 측정함으로써 분석물질을 검출할 수 있다.
형광물질이 고정된 표지 입자를 사용하여 세포나 바이러스 입자를 검출하는 방법은 다음과 같다. 포획입자 및 표지입자를 시료와 함께 시료챔버에 더하면 포획입자-분석물질-표지입자 복합체가 형성된다. 다음으로 시료 뚜껑을 밀어 시료챔버 내부의 시료 혼합물을 검출챔버까지 주입하면 포획입자-분석물질-표지입자 복합체가 검출챔버 외부에 있는 자석에 의해 검출챔버에서 포집된다. 다음으로 실린더의 실린더 플런저를 밀기 시작하면 세척 및 형광 측정에 필요한 검출용액인 완충용액이 검출챔버를 지나가며 포획입자에 결합하지 않은 물질들이 제거된다. 마지막으로 검출챔버에 남아있는 표지입자의 형광을 측정함으로써 분석물질을 검출할 수 있다.
단백질, 탄수화물과 같은 고분자를 검출할 때는 분석물질에 특이적으로 결합할 수 있는 표지화 수용체와 표지물질이 연결되어 있는 표지 복합체를 분석시약으로 이용할 수 있다. 검출 방법은, 표지입자 대신 표지 복합체를 사용하는 것을 제외하고는 세포나 바이러스 입자를 검출하는 방법과 동일하다. 또한, 상기 표지 복합체로는 전술한 분석물질-표지 복합체, 항체-표지 복합체 등을 사용할 수 있다.
스테로이드 호르몬, 유기독소와 같은 저분자 분석물질을 검출할 때는 분석물질과 표지물질이 연결되어 있는 표지 복합체를 분석시약으로 이용하여 경쟁적 면역분석법으로 검출할 수 있다. 검출 방법은 표지 입자 대신 표지 복합체를 사용하는 것을 제외하고는 세포나 바이러스 입자를 검출하는 방법과 동일하다.
분석물질이 세포 또는 바이러스에 있는 유전물질인 경우 두 가지 검출용액, 용해완충용액(lysis buffer)과 핵산검출용액(nucleic acid detection solution)이 필요하다.
용해완충용액에는 분석물질인 세포나 바이러스 입자를 용해시킬 수 있는 시약과 핵산포획입자를 포함시킬 수 있다. 세포나 바이러스 입자를 용해시킬 수 있는 시약으로는 구아니딘 티오시안네이트(guanidine thiocyanate), 구아니딘 하이드로클로라이드(guanidine hydrochloride), 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate), 소듐 하이드록시드(sodium hydroxide), 트리톤(Triton) X-100, EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 및 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(NP-40) 가운데 하나 이상을 사용할 수 있다. 핵산포획입자는 용해완충용액에서 용해된 세포로부터 방출된 핵산을 포획할 수 있으면서 동시에 자석에 의해 포집될 수 있는 입자로서 실리카로 코팅된 자성입자, 표면에 양전하를 띤 자성입자, 표면에 검출 프로브를 가진 자성입자 등을 들 수 있다. 검출 프로브는 검출하려고 하는 핵산과 상보적인 염기서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide)이다.
핵산검출용액은 핵산을 검출할 수 있는 용액으로서 real-time polymerase chain reaction(RT-PCR) 용액, real-time loop-mediated isothermal amplification(RT-LAMP) 용액, real-time recombinase polymerase amplification (RT-RPA) 용액 등을 예로 들 수 있으며 그 외에도 핵산을 검출할 수 있는 어떤 용액이라도 사용될 수 있다.
핵산을 검출하는 방법의 한 예를 들면 다음과 같다. 포획입자를 시료와 함께 시료챔버에 더하면 포획입자-분석물질 복합체가 형성된다. 다음으로 시료챔버 커버를 제2 연결부 측으로 밀어 시료챔버 내부의 시료 혼합물을 검출챔버까지 주입하면 포획입자-분석물질 복합체가 검출챔버 외부에 있는 자석에 의해 검출챔버에서 포집된다. 다음으로 실린더의 실린더 플런저를 제1 연결부 측으로 밀면 저장관에 있던 제1 검출용액인 용해완충용액이 검출챔버에 들어가 세포나 바이러스를 용해시키고, 용해된 세포나 바이러스에서 방출된 핵산이 핵산포획입자에 포획된다. 핵산포획입자는 검출챔버에 포집된 상태로 남아있게 된다. 실린더의 실린더 플런저를 계속 밀면 실린더에 있는 최종 검출용액인 핵산검출용액이 검출챔버로 이동하여 검출챔버에 포획된 핵산을 검출하게 된다. 이때 저장관의 용해완충용액 앞과 뒤에 세척 완충용액을 추가함으로써 검출용액이 바뀌는 단계 전에 세척 단계를 추가 포함할 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
<카탈라아제가 고정된 표지입자를 사용하여 살모넬라균 검출>
본 실시예에서는 카탈라아제(catalase)가 고정된 표지입자를 사용하여 기체 부피 측정 방법으로 살모넬라균(Salmonella typhimurium)을 검출하였다.
포획입자는 직경 300 nm인 자성입자(아모그린텍, 한국 김포)에 살모넬라균 항체를 고정시켜 제조하였다. 이 자성입자는 표면에 카르복시기를 가지고 있기 때문에 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드[1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride, EDC]를 이용하는 화학적 방법으로 항체를 고정시켰다.
표지입자는 직경 100 nm이고 표면에 카르복시기가 있는 실리카나노입자(Microspheres-Nanospheres, Cold Spring, NY, USA)에 카탈라아제를 먼저 고정시킨 후 그 위에 다시 살모넬라균 항체를 고정시켜 제조하였다. 실리카나노입자 역시 표면에 카르복시기를 가지고 있기 때문에 EDC를 이용하는 화학적 방법으로 효소와 항체를 고정시켰다.
본 실시예에 따른 시료 주사기를 사용하는 검출장치의 사진을 도 4에 나타내었다. 내경 약 2 mm인 커넥터부의 제1 연결부에 투명한 테플론 관(내경 2 mm, 외경 3 mm, 길이 10 cm)을 연결하고 그 끝에 검출용액 주입을 쉽게 하기 위해 또 하나의 커넥터부를 연결하였다. 그리고 1 mL 주사기를 실린더 플런저가 구비된 실린더로 사용하였다. 제2 연결부에는 루어 어댑터(luer adaptor)를 연결하여 시료 주사기 포트를 설치하였다. 제3 연결부에는 300 μL 마이크로피펫 팁(micropipette tip)의 끝 부분을 절단하여 연결함으로써 검출챔버를 설치하였다. 결과적으로, 검출챔버는 끝으로 갈수록 점점 좁아지는 구조를 가지고 있어서 카탈라아제 반응 결과 발생하는 기체 부피를 측정하기 용이하다. 검출챔버 끝에는 역시 투명한 테플론관(내경 1 mm, 외경 1.6 mm, 길이 10 cm)을 연결하여 열린 관을 설치하였다.
시료 주사기로 사용된 1 mL 주사기에 시료 0.1 mL, 포획입자 10 μg(20 μL), 표지입자 10 μg(10 μL)를 넣은 후 시료 주사기 포트에 연결하였다. 저장관에는 인산완충용액(PBS, pH7.4) 0.2 mL을 넣고 실린더에는 메틸렌블루를 넣은 기질 용액(0.45 M H2O2, 0.033 mg/mL methylene blue, 0.05 M sodium phosphate, pH7.0) 0.2 mL을 채워주었다.
시료 주사기 플런저를 밀어 시료 혼합물을 검출챔버로 주입한 후 실린더의 실린더 플런저를 약 3 cm/min의 속도로 천천히 밀어주었다. 그 결과 완충용액이 먼저 지나가며 검출챔버에 포집된 포획입자-살모넬라균-표지입자의 복합체를 세척하고 다음으로 기질 용액이 검출챔버로 들어가게 된다. 카탈라아제에 의해 산소 기체가 발생하면서 검출챔버로 사용된 tip 끝에 있는 기질용액이 열린 관을 통해 밖으로 밀려나게 된다. 이렇게 밀려난 거리를 측정함으로써 살모넬라균을 검출하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제작한 검출장치를 통해 표지물질인 카탈라아제의 반응에 의해 106 개의 살모넬라균을 포함하는 시료를 분석했을 때 검출용액이 이동한 것을 나타낸 사진이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제작한 검출장치를 통해 카탈라아제의 반응에 의해 106 개의 살모넬라균을 포함하는 시료를 3회 분석한 실험 결과에 따른 평균 값을 나타낸 그래프이다. 상기 검출방법에 의해 약 106 개의 살모넬라균을 포함하는 시료를 3회 분석한 결과 기질용액이 모두 7-7.2 cm의 거리를 이동하는 것이 확인되었다. 그러나 균이 없는 시료는 1.0-1.3 cm의 거리를 이동하는 것으로 나타나 검출이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
100: 분석물질 검출장치 110: 커넥터부
111: 제1 연결부 112: 제2 연결부
113: 제3 연결부 120: 시료챔버
121: 시료챔버 커버 122: 시료 혼합물
123: 시료 주사기 124: 시료 주사기 플런저
125: 시료 주사기 포트 130: 저장관
131a, 131b, 131c: 검출용액 132: 최종 검출용액
133: 분리용액 134: 공간
140: 실린더 141: 실린더 플런저
150: 검출챔버 151: 열린 관
152: 자석 210: 분석물질
220: 포획입자 221: 자성입자
222: 분석물질 수용체 230: 표지입자
231: 비자성 입자 232: 표지화 수용체

Claims (16)

  1. 각각 상이한 방향으로 형성된 제1 연결부, 제2 연결부, 및 제3 연결부를 가지는 커넥터부;
    상기 제1 연결부에 일 측이 연결되고 검출용액이 이동 가능한 저장관 및 상기 저장관의 타 측에 연결되며 최종 검출용액을 수용하는 실린더를 포함하는 검출용액 저장부;
    상기 제2 연결부에 연결되고 시료 및 자성을 띄는 포획입자를 포함하는 시료 혼합물을 수용하기 위한 시료챔버를 포함하는 시료챔버부;
    상기 제3 연결부에 일 측이 연결되며 분석물질의 검출을 위한 검출챔버 및 상기 검출챔버의 타 측에 연결되어 검출에 사용된 물질이 외부로 배출되는 열린 관을 포함하는 검출챔버부; 및
    상기 검출챔버 외부에 위치하는 자석을 포함하고,
    상기 실린더의 최종 검출용액이 검출챔버로 이동되며 상기 시료챔버의 시료 혼합물이 검출챔버로 이동되도록 제1 연결부, 제2 연결부, 및 제3 연결부는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 분석물질 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    시료챔버에 장착되는 시료챔버 커버를 포함하고,
    상기 시료챔버 커버를 이동시킬 때, 시료 혼합물이 검출챔버로 이동되는 것인 분석물질 검출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    시료챔버는 상부에 시료 혼합물이 수용된 시료 주사기가 결합되고,
    상기 시료 주사기를 이용하여 시료 혼합물을 주입할 때, 시료 혼합물이 검출챔버로 이동되는 것인 분석물질 검출장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    실린더는 내부에 이동 가능하게 배치된 실린더 플런저를 포함하고, 상기 실린더 플런저를 이동시켜 검출용액을 검출챔버로 이동시키는 것인 분석물질 검출장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    실린더 플런저를 이동시키기 위한 구동부를 추가 포함하는 분석물질 검출장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    실린더 내부에는 다수의 검출용액이 저장관에 주입되는 순서대로 저장되는 것인 분석물질 검출장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    저장관은 다수의 검출용액이 사용되는 순서에 따라 동시에 수용되고, 검출용액들의 혼합을 방지하기 위해 검출용액들 사이에 상기 검출용액과 혼합되지 않는 분리용액 또는 공간을 포함하는 분석물질 검출장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 포획입자는 분석물질에 대한 분석물질 수용체(receptor)를 자성입자에 고정시킨 입자이고,
    상기 분석물질 수용체는 분석물질과 특이적으로 결합할 수 있는 것인 분석물질 검출장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석물질은 세포, 바이러스, 박테리아, 단백질, 핵산, 탄수화물, 유기분자, 및 금속 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 분석물질 검출장치.
  10. 제 1 항에 따른 분석물질 검출장치를 이용하여 분석물질을 검출하는 분석물질 검출방법에 관한 것으로,
    시료챔버에서 분석물질을 포함하는 시료, 포획입자, 및 분석시약을 혼합하여 포획입자 복합체를 포함하는 시료 혼합물을 생성하고, 상기 시료 혼합물을 검출챔버에 주입하는 단계;
    실린더 내의 최종 검출용액을 저장관을 거쳐 검출챔버로 이동시키는 단계; 및
    검출챔버의 신호를 측정하는 단계를 포함하는 분석물질 검출방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 시료 혼합물을 검출챔버에 주입하는 단계는,
    시료챔버에 장착된 시료챔버 커버를 밀어 주입하는 것인 분석물질 검출방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 시료 혼합물을 검출챔버에 주입하는 단계는,
    시료챔버에 결합된 시료 주사기의 시료 주사기 플런저를 이동시켜 주입하는 것인 분석물질 검출방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 실린더 내의 검출용액을 저장관을 거쳐 검출챔버로 이동시키는 단계는,
    사용되는 검출용액의 순서에 따라 반복 수행하는 것인 분석물질 검출방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 포획입자는 분석물질에 대한 분석물질 수용체를 자성입자에 고정시킨 입자이고,
    상기 분석물질 수용체는 분석물질과 특이적으로 결합할 수 있는 것인 분석물질 검출방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 분석물질은 세포, 바이러스, 박테리아, 단백질, 핵산, 탄수화물, 유기분자, 및 금속 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 분석물질 검출방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 분석시약은 표지물질 및 분석물질에 대한 표지화 수용체를 비자성 입자에 고정시킨 표지입자이고,
    상기 표지물질은 효소 또는 형광물질을 포함하는 분석물질 검출방법.
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