KR20220129037A - 수집-지점 그래핀-기반 독물학 센서 - Google Patents
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Abstract
일 양태에서, 샘플 내 DOA(drug of abuse)를 검출하는 센서가 개시된다. 일부 실시예에서, 센서는 그래핀 층, 기능화된 그래핀 층을 생성하기 위해 그래핀 층에 연결되는, DOA와 결합하는 복수의 결합 에이전트(binding agent), 및 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성을 측정하기 위하여 기능화된 그래핀 층에 전기적으로 연결되는 복수의 전기 전도체를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 결합 에이전트는 단클론(monoclonal) 항체이나, 다른 실시예에서는 다중클론(polyclonal) 항체이다.
Description
관련 출원에 대한 상호-참조(cross-reference to related application)
본 출원은 2020년 1월 17일에 출원된 미국 임시 출원 번호 제62/962,717호에 대한 우선권을 주장하며, 해당 출원은 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합된다.
본 개시는 일반적으로 샘플 내 코카인(cocaine), 코카인 대사산물(cocaine metabolites), 암페타민(amphetamines), 및 아편제(opiates)와 같은, DOA(drug of abuse)의 존재에 대해 샘플을 테스트하는 센서 및 이 센서를 이용한 방법에 관련된다.
상이한 유형의 샘플에서 약물(drug)을 검출하기 위한 다양한 디바이스(device)가 알려져 있다. 예를 들어, 기체 크로마토그라피-질량 분석법(gas chromatography-mass spectrometry)은 인간의 타액 내 코카인을 검출하기 위해 사용되어 왔다. 또한, 예컨대 Abbott Laboratories가 상표명 DDSTM으로 판매하는 모바일 테스팅 플랫폼과 같은, 남용 약물의 검출을 위한 수집-지점 테스팅(point-of-collection testing, POCT) 디바이스들이 알려져 있다. 실제로, 이러한 물질들에 대한 테스트는 광범위의 다양한 테스트 샘플 (예컨대, 소변, 타액, 혈액) 그리고 상이한 유형의 시설 또는 위치뿐만 아니라 다양한 테스팅 방법론을 사용하여 수행된다.
의약적(medicinal) 및 오락적(recreational) 용도의 불법 또는 허용된 약물의 사용은 통제의 대상이 되고 모니터링을 통해 사용자와 사회의 안전을 증진시키는 이득을 얻을 수 있다. 약물의 과도한 사용은 이러한 모니터링 작업을 워크플로우, 정확성 및 비용으로 인해 어렵게 한다.
코카인과 같은, 남용 약물에 대한 신속하고 정확한 테스팅을 위한 개선된 시스템이 요구되고, 또한 특히 이러한 시스템들은 POCT 디바이스로 사용될 수 있을 뿐 아니라, 실험실-기반 (laboratory-based) 시스템보다 비용이 적게 들어야 한다.
일 양태에서, 샘플 내 (코카인과 같은) DOA를 검출하기 위한 센서가 개시되며, 이는 샘플에 대해 수행되는 단일 또는 다중 테스팅 반복 중의 어느 하나를 통해 DOA를 검출하는데 활용될 수 있다. 센서는 그래핀 층, 기능화된 그래핀 층을 생성하기 위해, 예컨대, π- ð 상호작용을 통해, 그래핀 층과 연결되는 복수의 항-DOA 결합 에이전트(anti-DOA binding agents, 예컨대, 항-코카인 항체 및/또는 압타머(aptamers)와 같은 항체 및/또는 압타머), 및 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성을 측정하기 위해 기능화된 그래핀 층에 (일반적으로 항-DOA 결합 에이전트가 연결되지 않은 그래핀 층의 일부에) 전기적으로 연결되는 복수의 전기 전도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 항체 및/또는 압타머인, 항-DOA 결합 에이전트는 각각의 테스트되는 분석물에 특이적 결합을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 결합 에이전트는 단클론(monoclonal) 항체이나, 다른 실시예에서는 다중클론(polyclonal) 항체일 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 예컨대 AC 전압과 같은, 기준 AC 신호(reference AC signal, 본 명세서에서 또한 "AC 신호"라고 지칭됨)뿐만 아니라, 일부 실시예에서 기능화된 그래핀 층에 대한 DC 오프셋 전압 (예컨대, DC 램프 전압, 이는 본 명세서에서 또한 "DC 신호"라고 지칭됨)을 인가하기 위한 기준 전극을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 기준 AC 신호는 약 10 kHz에서 약 100 kHz의 범위, 또는 약 50 kHz에서 약 200 kHz의 범위, 또는 약 200 kHz에서 약 300 kHz의 범위, 또는 약 400 kHz에서 약 700 kHz의 범위와 같은, 약 1 kHz에서 약 1 MHz의 범위의 주파수를 가질 수 있고, 또한 인가된 AC 전압의 진폭 (예컨대, 피크-투-피크 진폭)은, 예를 들어, 약 100 밀리볼트에서 약 3 볼트의 범위, 예컨대 약 1 볼트에서 약 2 볼트의 범위가 될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 일부 실시예에서, DC 램프 전압은 데이터 획득(data acquisition)동안, AC 전압과 함께 AC 전극에 인가된다. DC 램프 전압은, 예를 들어, 약 -10 볼트에서부터 약 +10 볼트까지, 예컨대, 약 -5 볼트에서부터 약 +5 볼트까지의 범위에서, 또는 약 -3 볼트에서부터 약 +3 볼트까지의 범위에서, 또는 약 -1 볼트에서부터 약 +1 볼트까지의 범위에서 변할 수 있다.
관련 양태에서, 샘플 내 DOA를 검출하는 방법이 개시되며, 이는 복수의 항-DOA 결합 에이전트(예컨대, 항체 및/또는 압타머)로 기능화된 그래핀 층에 샘플을 도포하고, 기능화된 그래핀 층의 적어도 하나의 전기적 특성을 측정하고, 그리고 샘플 내 DOA(예컨대, 코카인)가 존재하는지 여부를 결정하기 위해 측정된 전기적 특성을 이용하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 샘플은 혈액, 소변 또는 구강 유체(oral fluid)와 같은 생물학적 샘플을 포함한다. 일부 실시예에서, 그래핀 층은 관심 있는 DOA와 특이적 결합을 나타낼 수 있는 압타머 및/또는 임의의 다른 결합 에이전트 (예컨대, 항체 단편)로 기능화된다.
일부 실시예에서, 샘플 내 DOA(예컨대, 코카인)와 그래핀 층에 연결된 결합 에이전트(예컨대, 항-코카인 항체 및/또는 압타머)와의 상호작용에 응답하여 변조되는 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성은, 예를 들어, 기능화된 그래핀 층의 전자 이동도(electron mobility) 및/또는 전기 임피던스(electrical impedance, 예를 들어, DC 또는 AC 전기 저항 또는 둘 다)가 될 수 있다.
관련 양태에서, 샘플 내 DOA(예컨대, 코카인)를 검출하기 위한 처분가능한(disposable) 카트리지가 개시되며, 이는 샘플을 수용하기 위한 입구 포트와 출구 포트(본 명세서에서 또한 배출 포트라고 지칭됨)를 가지는 미세유체 구성요소(microfluidic component), 및 출구 포트로부터 샘플의 적어도 일부를 수용하는 미세유체 구성요소와 유체적으로 연결된 센서를 포함하고, 그 센서는 그래핀 층, 기능화된 그래핀 층을 생성하기 위해 그래핀 층에 연결된 복수의 항-DOA 결합 에이전트 (예컨대, 항-DOA 항체 및/또는 압타머), 및 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성 (예컨대, 전자 이동도, 전기 임피던스 (예를 들어, DC 및/또는 AC 전기 저항))을 측정하기 위하여 기능화된 그래핀 층에 (일반적으로 항-DOA 결합 에이전트로 기능화되지 않은 그래핀 층의 일부에) 전기적으로 연결된 복수의 전기 전도체(electrical conductors)를 포함한다.
일부 실시예에서, 미세유체 구성요소는 PDMS (polydimethylsiloxane) 또는 PMMA (polymethyl methacrylate)와 같은 폴리머 재료(polymeric material)로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서의 검출 한도는 적어도 약 30 ng/mL, 또는 적어도 약 40 ng/mL, 또는 적어도 약 50 ng/mL, 또는 적어도 약 100 ng/mL이다.
아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 본 교시는 여러 남용 약물 및 그들의 대사산물, 예컨대 코카인, 암페타민, 및 아편제(예컨대, 모르핀)의 대사산물을 검출하는데 사용될 수 있다.
본 교시의 다양한 양태에 대한 추가 이해는 아래에서 간략하게 설명되는 관련 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 얻을 수 있다.
도면은 반드시 축척되거나 빠짐없이 나타내는 것은 아니다. 대신, 본 명세서에서 설명된 실시예들의 원리를 표현하는데 중점이 있다. 본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 개시와 일치하는 여러 실시예들을 표현한다. 발명의 설명과 함께, 도면은 본 개시의 원리를 밝히는 역할을 한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 샘플 내 코카인을 검출하는 처분가능한(disposable) 카트리지를 개략적으로 도시한다.
도 1b는 도 1a에서 도시된 카트리지에 사용되는 그래핀-기반 센서를 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 검사 중인 샘플과의 상호작용에 응답하여 복수의 금속성 패드(metallic pads)의 전기적 특성을 측정하기 위한 복수의 금속 패드를 포함하는 그래핀-기반 센서의 개략도이다.
도 3a는 항체-기능화된 그래핀 층(antibody-functionalized graphene layer)에 인가된 전류에 응답하여, 항체-기능화된 그래핀 층에 걸쳐 유도된 전압을 측정하기 위해 사용될 수 있는 전압-측정 디바이스(device)의 예시 회로도를 도시한다.
도 3b는 항체-기능화된 그래핀 층에 인가된 전류는 물론 전압-측정 디바이스에 의해 측정된 전압을 수신하기 위해 도 3a에서 도시된 전압-측정 디바이스와 커뮤니케이션하는 분석기(analyzer)를 개략적으로 도시한다.
도 3c는 도 3a에 도시된 분석기의 구현 예를 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른, AC 기준 전극(AC reference electrode)을 포함하는 센서를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 본 교시의 일 실시예에 따른 센서의 기준 전극에 인가되는 램프 전압(ramp voltage) 및 AC 전압의 조합(combination)을 개략적으로 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 그래핀-기반 센서의 어레이(array)를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 일 실시예에 따른 복수의 센싱 요소(sensing element)를 포함하는 센서를 개략적으로 도시한다.
도 6b는 도 6a에서 도시된 센서에 통합될 수 있는 미세유체 전달 구성요소(microfluidic delivery component)를 개략적으로 도시한다.
도 7은 상이한 약물을 검출하도록 구성된 4개의 센싱 구성요소를 가지는 센서를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 교시에 따른 그래핀-기반 센싱 구성요소와 센서를 활성화하기 위한 지문 센서를 포함하는, 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시한다.
도 9는 도 8에서 도시된 센서에 통합될 수 있는 미세유체 전달 구성요소의 개략도이다.
도 10은 도 8 및 도 9에서 도시된 센서에 사용될 수 있는 활성화 디바이스(activation device)의 구현 예이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 샘플 내 코카인을 검출하는 처분가능한(disposable) 카트리지를 개략적으로 도시한다.
도 1b는 도 1a에서 도시된 카트리지에 사용되는 그래핀-기반 센서를 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 검사 중인 샘플과의 상호작용에 응답하여 복수의 금속성 패드(metallic pads)의 전기적 특성을 측정하기 위한 복수의 금속 패드를 포함하는 그래핀-기반 센서의 개략도이다.
도 3a는 항체-기능화된 그래핀 층(antibody-functionalized graphene layer)에 인가된 전류에 응답하여, 항체-기능화된 그래핀 층에 걸쳐 유도된 전압을 측정하기 위해 사용될 수 있는 전압-측정 디바이스(device)의 예시 회로도를 도시한다.
도 3b는 항체-기능화된 그래핀 층에 인가된 전류는 물론 전압-측정 디바이스에 의해 측정된 전압을 수신하기 위해 도 3a에서 도시된 전압-측정 디바이스와 커뮤니케이션하는 분석기(analyzer)를 개략적으로 도시한다.
도 3c는 도 3a에 도시된 분석기의 구현 예를 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른, AC 기준 전극(AC reference electrode)을 포함하는 센서를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 본 교시의 일 실시예에 따른 센서의 기준 전극에 인가되는 램프 전압(ramp voltage) 및 AC 전압의 조합(combination)을 개략적으로 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 그래핀-기반 센서의 어레이(array)를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 일 실시예에 따른 복수의 센싱 요소(sensing element)를 포함하는 센서를 개략적으로 도시한다.
도 6b는 도 6a에서 도시된 센서에 통합될 수 있는 미세유체 전달 구성요소(microfluidic delivery component)를 개략적으로 도시한다.
도 7은 상이한 약물을 검출하도록 구성된 4개의 센싱 구성요소를 가지는 센서를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 교시에 따른 그래핀-기반 센싱 구성요소와 센서를 활성화하기 위한 지문 센서를 포함하는, 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시한다.
도 9는 도 8에서 도시된 센서에 통합될 수 있는 미세유체 전달 구성요소의 개략도이다.
도 10은 도 8 및 도 9에서 도시된 센서에 사용될 수 있는 활성화 디바이스(activation device)의 구현 예이다.
본 개시는 일반적으로 일부 실시예에서 처분가능한(disposable) 카트리지로써 구현될 수 있는 센서에 관련된 것으로, 생물학적 샘플과 같은 샘플 내 DOA 및/또는 그것의 대사산물 (예컨대, 코카인(cocaine) 및/또는 그것의 대사산물) 중 하나 이상을 검출하기 위해 사용될 수 있는 그래핀-기반의 센싱 유닛을 포함할 수 있다. 후술할 설명은 DOA의 일 예시로 코카인을 검출하는 것과 관련하여 제공되지만, 본 명세서에서 사용되는 용어 "DOA"는 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "DOA"는 사용될 목적 이외의 목적으로 사용될 경우 또는 과도한 양으로 사용될 경우 사회적, 신체적 및 정서적 문제를 초래할 수 있는 임의의 화합물 또는 조성물을 지칭할 수 있다. DOA는 규제되거나 제어될 수 있다. 이러한 법안의 예시로는 Controlled Substances Act (CSA), 및 미국 법무부 마약단속국(DEA)가 발간한 다양한 DOA들이 나열된 리소스 가이드가 있다. 2017년판 "Drugs of Abuse - A DEA Resource Guide"는 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합된다.
DOA는 마약, 각성제, 억제제, 환각제, 마리화나/대마초, 스테로이드, 흡입제, 비마약성 진통제 등으로 분류될 수 있다. 본 교시를 활용하여 조사중인 샘플에서 검출할 수 있는 이러한 DOA들의 일부 예시는, 예를 들어, 알코올(에탄올) (예컨대, "음주" 알코올), 암페타민(amphetamines)/메스암페타민(methamphetamines), 항우울제, 바르비투르산계(barbiturates) 및 수면제, 벤조디아제핀(benzodiazepines), 카나비노이드(cannabinoids), 코카인, 플루니트라제팜(flunitrazepam, 로히프놀(Rohypnol), 감마 하이드록시뷰티르산(gamma hydroxybutyrate, GHB), 코데인(codeine), 옥시코돈(oxycodone), 헤로인(heroin)을 포함한 아편제(opiates), 아세트아미노펜(acetaminophen)과 항염증제를 포함한 비마취성 진통제, 펜시클리딘(phencyclidine, PCP), 페노티아진(phenothiazines, 항정신병 약물 또는 진정제) 또는 임의의 종류의 처방약이 포함될 수 있다. 하지만, 본 교시는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 교시는 DOA로 분류될 수 있는 다양한 다른 화합물 및/또는 조성물을 식별하기 위해서도 사용될 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 이러한 화합물들의 검출은 DOA와 연결되는 항-DOA 결합 에이전트(anti-DOA binding agents)로 기능화된 그래핀 층을 활용하여 이루어질 수 있고, 조사중인 샘플 내 DOA가 존재할 경우, 항-DOA 에이전트는 기능화된 그래핀 층의 적어도 하나의 전기적 특성을 변화시키고, 이를 검출 및 분석하여 샘플 내 DOA가 센서의 검출-한도(limit-of-detection) 이상의 농도로 존재하는지 여부를 결정할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "DOA"는 또한 스포츠 경기에서 규제될 수 있는 경기력 향상 약물(performance enhancing drugs, PED)를 포함할 수 있다.
본 개시는 그래핀 층에 연결된 결합 에이전트에 대한 DOA의 결합과 기능화된 그래핀 층의 적어도 하나의 전기적 특성 변화의 측정을 통해 조사중인 샘플 내 임의의 DOA를 검출할 수 있도록 하는 교시를 제공한다. 이러한 결합 에이전트의 일부 예시는, 압타머(aptamer), 항체, 항체 단편(antibody fragment) 등을 포함하고, 이에 한정되지 않는다. 다음의 설명에서, 설명의 용이성을 위해, 용어 "항체"는 임의의 적절한 결합 에이전트, 즉, 관심 있는 DOA에 특이적 결합을 나타내는 임의의 결합 에이전트를 지칭하도록 의도된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "항체"는, 특이적 결합 친화성을 나타내는 폴리펩타이드, 예컨대, 적어도 하나의 기능성 면역글로불린 가변 도메인 서열(immunoglobulin variable domain sequence)을 포함하는, 면역글로불린 쇄(immunoglobulin chain) 또는 그것의 단편을 지칭할 수 있다. 항체는 전장(full length) 항체 및 항체 단편을 아우른다. 일부 실시예에서, 항체는 항원 결합 또는 전장 항체의 기능적 단편, 또는 전장 면역글로불린 쇄를 포함한다. 예를 들어, 전장 항체는 자연적으로 발생하거나 정상적인 면역글로불린 유전자 단편 재조합 과정을 통해 형성되는 면역글로불린(Ig) 분자(예컨대, IgG 항체)이다. 실시예에서, 항체는 면역학적으로 활성화된, 항체 단편과 같은, 면역글로불린 분자의 항원-결합 부분을 지칭한다. 예컨대, 기능적 단편(functional fragment)과 같은 항체 단편은, 항체의 일부, 예컨대, Fab, Fab', F(ab')2, F(ab)2, 가변 단편 (Fv), 도메인 항체 (dAb), 또는 단일 쇄 가변 단편 (scFv)을 포함한다. 기능적 항체 단편은 온전한(예컨대, 전장) 항체에 의해 인식된 항원과 동일한 항원에 결합한다.
용어 "항체"는 또한 "sdAb" 또는 "VHH"라고 지칭될 수 있는 도메인, 또는 신호 도메인, 항체의 전체 또는 항원 결합 단편을 아우른다. 도메인 항체는 독립형 항체 단편으로 작용할 수 있는 VH 또는 VL 중 하나를 포함한다. 또한, 도메인 항체는 중쇄-전용 항체(heavy-chain-only antibodies, HCAbs)를 포함한다. 항체 분자는 단일특이성(monospecific, 예컨대, 1가 또는 2가), 이중특이성(bispecific, 예컨대, 2가, 3가, 4가, 5가, 또는 6가), 삼중특이성(trispecific, 예컨대, 3가, 4가, 5가, 6가), 또는 더 높은 차수의 특이성(예컨대, 사중특이성(tetraspecific)) 및/또는 6가 이상의 원자가 차수가 될 수 있다. 항체 분자는 경쇄(light chain) 가변 영역의 기능적 단편 및 중쇄 가변 영역의 기능적 단편을 포함할 수 있고, 또는 중쇄 및 경쇄가 단일 폴리펩타이드로 함께 융합될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "압타머"는 표적 분자와의 특이적 결합을 나타내는 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 또는 펩타이드 분자를 지칭할 수 있다. 압타머는 일반적으로 올리고뉴클레오타이드 또는 펩타이드 서열의 큰 무작위 풀(pool)에서 선택되어 생성되지만, 천연 압타머도 또한 존재한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "전기적 특성"은 전자 이동도(electron mobility), 전기 임피던스(electrical impedance, 예컨대, DC 또는 AC 전기 저항 또는 둘 다), 및 전기 커패시턴스(electrical capacitance)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 다양한 용어는 당업계에서의 용어의 통상적인 의미에 따라 사용된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 용어 "약"은 해당 숫자 값을 중심으로 최대 5%, %10, %15, 또는 %20의 변동을 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "검출 한도"는 본 교시에 따른 센서를 사용하여 양성으로 검출될 수 있는, 예컨대 코카인 또는 코카인 대사산물과 같은, 분석물의 최소 농도를 지칭할 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 따른 카트리지(100)를 개략적으로 도시한다. 카트리지(100)는 샘플 내, 예컨대 소변, 혈액 또는 구강 유체(oral fluid)과 같은 체액 내 코카인을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서는, 카트리지(100)는 1회용(single-use) 및 처분가능한(disposable) 카트리지이다.
카트리지(100)는 미세유체 전달 구성요소(microfluidic delivery component, 200)와 센서(400)를 포함한다. 미세유체 전달 구성요소(200)는 센서(400)에 조사 중인 샘플을 전달하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 미세유체 전달 구성요소(200)는 적어도 하나의 유체 채널(fluidic channel, 201)과, 유체(예컨대, 액체)를 수용하기 위한 입구 포트(202), 및 유체가 미세유체 전달 구성요소를 빠져나가는 출구 포트(203)를 포함할 수 있다. 유체 채널(201)은 샘플을 입구 포트(202)에서 수용하고 출구 포트(203)에서 센서(400)에 샘플을 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 채널(201)은 모세관 현상(capillary action)에 기초하여 기능할 수 있다. 일부 실시예에서, 미세유체 전달 구성요소(200)는 PDMS (polydimethylsiloxane) 또는 PMMA (polymethyl methacrylate)와 같은 폴리머 재료(polymeric material)로 구성될 수 있고, 유체 채널은 에칭(etching) 또는 당업계에서 알려진 다른 기술로 형성될 수 있다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 센서(400)를 도시한다. 센서(400)는 그래핀 층(14)과 기판(12)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서는, 센서(400)는 하부 기판(12) 상에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서 기판은 반도체 또는 폴리머 기판일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는, 기판은 실리콘 기판일 수 있고, 다른 실시예에서는 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 하부 기판은 PDMS로 형성될 수 있다. 그리고, 다른 실시예에서는, 하부 기판은 구리 기판과 같은, 금속 기판일 수 있다.
도 1b에 도시된 실시예에서, 그래핀 층은 코카인과 같은 DOA에 특이적 결합을 나타내는 (예컨대, 항체 및/또는 압타머) 복수의 결합 에이전트(16)로 기능화된다 (본 명세서에서 또한 "항체(16)"라고 지칭됨). 코카인은 화학식 C17H21NO4 을 갖는 벤조이드산 에스테르(benzoid acid ester)이고, 다음과 같은 화학 구조를 갖는다.
아래에서 더 상세히 논의될 바와 같이, 항체(16)는 단클론(monoclonal) 또는 다중클론(polyclonal) 항체일 수 있다. 도 1b에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 항-코카인 항체(anti-cocaine antibodies)를 하부 그래핀 층에 연결하기 위하여, 다양한 링커 분자(linker molecules)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 1-피렌부톤산 숙시니미딜 에스테르(1-pyrenebutonic acid succinimidyl ester)가 하부 그래핀 층에 항-코카인 항체를 연결하는 것을 용이하게 하기 위하여 링커로 사용된다. 해당 실시예에서, 복수의 항-코카인 항체는 그래핀 층의 일부 또는 전체 표면을 커버할 수 있다. 다양한 실시예에서, 분율(fraction)은 그래핀 층 표면의 적어도 약 60% 이상, 적어도 약 70% 이상, 적어도 약 80% 이상, 또는 100%일 수 있다. 그래핀 층 표면의 나머지 부분(즉, 항-DOA 항체로 기능화되지 않은 표면, 일부 경우에, 그래핀 층에 전기 전도체를 연결하기 위해 남겨둔 영역 이외)은 패시베이션 층(passivation layer, 20)을 통해 패시베이트(passivated)될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 층은 Tween 20, BLOTTO, BSA (Bovine Serum Albumin) 및/또는 젤라틴을 이용하여 형성될 수 있다. 패시베이션 층은 그래핀 층 상에 도입된 관심 있는 샘플과 항-코카인 항체로 기능화되지 않은 그래핀 층의 영역과의 상호작용을 억제할 수 있고, 바람직하게는 방지할 수 있다. 이는 결과적으로 항체 분자와 관심 있는 분석물의 상호작용의 결과로 생성될 전기 신호의 노이즈를 낮출 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 하부 기판 (예컨대, 플라스틱, 실리콘과 같은 반도체, 또는 구리 필름과 같은, 금속 기판) 상에 형성된 그래핀 층은 상온에서 몇 시간 (예컨대, 2시간)동안 링커 분자 (예컨대, 1-피렌부톤산 숙시니미딜 에스테르의 5mM 용액)와 함께 인큐베이트(incubated)될 수 있다.
링커 변형된 그래핀 층(linker modified graphene layer)은 선택된 온도 및 선택된 기간 (예컨대, 섭씨 4도에서 7-10 시간) 동안 완충 용액 (예컨대, NaCO3-NaHCO3 완충 용액 (pH 9))에서 관심 있는 항체와 함께 인큐베이트될 수 있고, 이어서 탈이온(DI) 수 및 인산염 완충 용액(phosphate buffered solution, PBS)으로 헹군다. 미반응 숙시니미딜 에스테르 기를 켄치(quench)하기 위해, 변형된 그래핀 층은 에탄올아민(ethanolamine)과 함께 인큐베이트될 수 있다. (예컨대, 1 시간 동안 pH 9의 0.1M 용액).
그 후에, 비-기능화된 그래핀 영역은 도 1b에 개략적으로 도시된 패시베이션 층(20)과 같은, 패시베이션 층을 통해 패시베이트될 수 있다. 예를 들어, 그래핀 층의 비-기능화된 영역의 패시베이션은 예컨대 0.1% Tween 20을 통해 이루어질 수 있다.
다양한 상업적으로 입수가능한 항-코카인 항체가 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 항-코카인 항체는 카탈로그 번호 orb196380으로 영국 Cambridge의 biorbyt에서 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 항-코카인 항체는 뮤린 면역글로불린 G (IgG) 코카인-결합 단클론 항체 (mAb), 화학적으로-관련된 코카인 대사산물에 대조적으로, 그것의 코카인에 대한 특이성, 및 그것의 코카인에 대한 적정하게 높은 친화도(K(d) 약 200 nM)로 알려진 GNC92H2가 될 수 있다. 항체 및 항체의 인간화 형태에 대한 추가 세부사항은 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합된, Biotechnology and Bioengineering 82(5):612-8에서 2003년 6월에 발간한, "Expression and characterization of a humanized cocaine-binding antibody" 라는 제목의 논문을 참조하여 얻을 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 센서(200)를 도시한다. 센서(20)는 전기 전도성 패드 (22a, 22b, 24a 및 24b)를 포함하고, 이는 샘플 내 존재하는 코카인과 그래핀 층에 연결된 항-코카인 항체의 상호작용에 응답하여 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성의 변조(modulation)의 4점 측정(four-point measurement)을 가능하게 한다. 특히, 본 실시예에서, 그래핀 층에 연결된 항-코카인 항체와 검사 중인 샘플 내 코카인의 상호작용에 의해 발생되는 하부 그래핀 층의 전기적 특성의 변화를 측정을 가능하게 하기 위해 전도 패드(22a/22b)는 기능화된 그래핀 층(14)의 일 단부에 전기적으로 연결되고 또한 전도 패드(24a/24b)는 기능화된 그래핀 층(14)의 반대편 단부에 전기적으로 연결된다.
예를 들어, 해당 실시예에서, 하부 그래핀 층의 적어도 하나의 전기적 특성의 변화 (예컨대, 전자 이동도, 전기 임피던스, DC 및/또는 AC 전기 저항, 전기 커패시턴스, 등)는 검사 중인 샘플 내 코카인의 존재를 결정하기 위하여 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 하부 그래핀 층의 DC 저항은 검사 중인 샘플 내 코카인의 존재를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 다른 실시예에서, 예를 들어, 그래핀/항체 시스템의 DC 저항 및 커패시턴스의 조합(combination)에 의해 특징지어지는 그래핀 층의 전기 임피던스의 변화는 검사 중인 샘플 내 표적 DOA가 존재하는지 여부를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 전도 패드는 무엇보다도, 구리 및 구리 합금과 같은, 다양한 금속을 사용하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3a는 본 교시의 일부 실시예에서 사용될 수 있는 전압 측정 회로(301)를 개략적으로 도시한다. 이 개략도는 항체-기능화된 그래핀 층에 대응하는 등가 회로로서의 센서(302)를 도시한다. 고정 전압 V (예컨대, 1.2V)는 버퍼 연산 증폭기(303)의 출력에서 생성된다. 이 전압은 다운스트림(downstream) 연산 증폭기(304)의 한 입력 A에 인가되고 증폭기의 다른 입력 B가 저항 R1을 통해 VR1 접지에 연결된다. 연산 증폭기(304)의 출력 (Vout1)은 센서(302)의 한 단부에 연결되고 VR1 접지에 연결되지 않은 저항 R1의 단부는 센서(302)의 다른 단부에 연결된다(이 개략도에서, 저항 R2는 등가 센서(302)의 한 단부에 있는 두 전극 패드 사이의 저항을 표시하고, 저항 R3는 센서의 내부 전극 사이에서 확장되는 그래핀 층의 저항을 표시하고, 그리고 저항 R4는 센서의 다른 단부에 있는 두 전극 패드 사이의 저항을 표시한다). 연산증폭기가 VR1 접지에 연결되지 않은 저항 R1의 단부의 전압을 그것의 입력 A에 인가되는 고정 전압, 예컨대 1.2V로 유지함에 따라, 센서(702)에 정전류 흐름(constant current flow)을 제공하고 저항 R1 및 VR1을 통해 접지로 복귀하는 정전류 소스(constant current source)가 생성된다.
항체-기능화된 그래핀 층에 걸쳐 생성된 전압은 센서의 두 내부 전극을 통해 측정된다. 구체적으로, 한 쌍의 내부 전극 패드는 버퍼 연산 증폭기(306)에 연결되고 다른 한 쌍은 그리고 다른 버퍼 연산 증폭기(308)에 연결된다. 항체-기능화된 그래핀 층에 걸친 전압 차이를 제공하는 출력 포트를 가진 차동 증폭기(310)의 입력 포트에 버퍼 연산 증폭기의 출력이 인가된다. 이러한 전압 차이(Vout1 - GLO)는 항체-기능화된 그래핀 층에 의해 나타나는 저항을 측정하는데 사용될 수 있다. R3을 통해 강제되는 전류는 I = (Vref - VR1)/R1 에 의해 정해지고, 여기서 VR1의 값은 디지털적으로 제어된다. 전류 I의 각각의 값들에 대하여, 상응하는 전압(Vout1_GLO)은 측정되고 저장된다. 항체-기능화된 그래핀 층의 저항은 전류 I에 대한 전압 Vout1_GLO의 미분으로 계산될 수 있고, 즉, R = dV/dI 이다. 일부 실시예에서, 고정되고 값을 아는 전류보다는, 고정되고 값을 아는 전압이 기능화된 그래핀 층에 걸쳐 인가될 수 있고, 조사중인 샘플에 대한 기능화된 그래핀 층의 노출에 응답하여 전류의 변화가, 존재할 경우, 샘플 내 표적 DOA를 검출하기 위해 모니터링될 수 있다.
도 3b에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서는, 분석기(600)는 인가된 전류 및 측정된 전압 값을 수신하고 이 값들을 항체-기능화된 그래핀 층의 저항을 계산하는데 이용하기 위해 전압 측정 회로(301)와 커뮤니케이션할 수 있다. 분석기(600)는 계산된 저항값, 예컨대 조사 중인 샘플에 대한 항체-기능화된 그래핀 층의 노출에 응답한 저항의 변화를 사용하여, 샘플이 본 명세서에서 나열된 것과 같은, 관심 있는 DOA를 함유하는지 여부를 본 교시에 따라 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 3c에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 분석기(600)는 프로세서(602), 분석 모듈(604), 랜덤-액세스 메모리(RAM, 606), 영구 메모리(608), 데이터베이스(610), 커뮤니케이션 모듈(612), 그래픽 유저 인터페이스(GUI, 614)를 포함할 수 있다. 분석기(600)는 인가된 전류 및 측정된 전압의 값을 수신하기 위하여 전압 측정 회로(701)와 커뮤니케이션하는 커뮤니케이션 모듈(612)을 사용할 수 있다. 커뮤니케이션 모듈(612)은 유선 또는 무선 커뮤니케이션 모듈일 수 있다. 분석기(600)는 사용자가 분석기(600)와 상호작용할 수 있도록 하는 그래픽 유저 인터페이스(614)를 더 포함한다.
분석 모듈(604)은 조사중인 샘플에 대한 항체-기능화된 그래핀 층의 노출에 응답하여 항체-기능화된 그래핀 층의 저항의 변화를 계산하기 위하여 항체-기능화된 그래핀 층에 인가된 전류의 값은 물론 그래핀 층에 걸쳐 유도된 전압을 사용할 수 있다. 이러한 계산을 위한 명령은 영구 메모리(608)에 저장될 수 있고 분석 모듈(604)에 의해 사용하기 위해 프로세서(602)를 통해 런타임(runtime)에 RAM(606)으로 전송될 수 있다. GUI(614)는 사용자가 분석기(600)와 상호작용할 수 있도록 한다.
일부 실시예에서, 분석기(600)는 AC (alternating current) 전류원을 포함할 수 있고, 이는 그래핀 층에 알려진 진폭 및 주파수를 가지는 AC 전류를 인가할 수 있다. 특히, 다양한 실시예는 약 1 kHz에서 약 1 MHz의 범위의, 예컨대, 약 10 kHz에서 약 500 kHz의 범위, 또는 약 20 kHz에서 약 400 kHz의 범위, 또는 약 30 kHz에서 약 300 kHz의 범위, 또는 약 40 kHz에서 약 200 kHz의 범위의 주파수를 가지는 AC 전압을 유리하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 그래핀 층에 인가되는 AC 전압의 진폭은 약 1 밀리볼트에서 약 3 볼트의 범위, 예컨대 약 100 밀리볼트에서 약 2 볼트의 범위, 또는 약 200 밀리볼트에서 약 1 볼트의 범위, 또는 약 300 밀리볼트에서 약 1 볼트의 범위, 예컨대, 약 0.5 볼트에서 1 볼트의 범위일 수 있다. 또한, 일부 경우에, 기준 전극에 인가되는 전압은 AC 성분 및 DC 오프셋을 가질 수 있으며, DC 오프셋은 약 -40 볼트에서 약 +40 볼트의 범위, 예컨대 -1 볼트에서 약 +1 볼트가 될 수 있다.
분석기(600)는 그래핀 층에 대한 AC 전류의 인가에 응답하여 그래핀 층에 걸쳐 유도되는 AC 전압을 측정하기 위해 AC 전압계 회로를 더 포함할 수 있다. 유도된 AC 전압의 진폭 및/또는 위상 변화를 측정함으로써, 그래핀 층의 전기 임피던스는 당업계에 공지된 방식으로 결정될 수 있다. AC 신호(예컨대, AC 전압 또는 전류)가 그래핀 층에 인가되는 일부 실시예에서, 인가된 AC 신호에 대한 기능화된 그래핀 층의 응답의 측정을 위해 락-인 검출 기법(lock-in detection technique)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 일부 실시예에서, 인가된 AC 신호의 일부는 락-인 증폭기(lock-in amplifier)에 인가되는 기준 신호로 사용될 수 있고 기능화된 그래핀 층의 출력 신호는 락-인 증폭기의 입력 신호로 사용될 수 있다. 락-인 증폭기의 출력 신호는 조사중인 샘플에 대한 기능화된 그래핀 층의 노출에 대한 기능화된 그래핀 층의 응답을 제공할 수 있다.
본 교시의 일부 실시예의 실시에 사용될 수 있는 적합한 분석기에 대한 추가 세부사항은, 예컨대 "Device and Method for Chemical Analysis," 라는 제목의 미국 특허번호 제9,664,674호에서 찾을 수 있으며, 이는 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합된다.
도 4a는 본 교시에 따른 센서(700)의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다. 센서(700)는 예컨대 반도체 기판인, 하부 기판(702) 상에 위치하고, DOA (예컨대, 코카인)에 특이적 결합을 나타낼 수 있는 관심 있는 결합 에이전트(703)로 기능화된 그래핀 층(701)을 포함한다. 샘플과 기능화된 그래핀 층의 상호작용에 응답하여 기능화된 그래핀 층의 하나 이상의 전기적 파라미터의 변화를 측정할 수 있도록 소스 전극 (S) 및 드레인 전극 (D)은 그래핀 층에 전기적으로 결합된다. 센서(700)는 그래핀 층에 근접하게 배치된 기준 전극 (G)을 더 포함한다.
사용시, 일부 실시예에서, 샘플에 DOA (예컨대, 코카인)가 존재하는지 여부를 결정하기 위하여 기능화된 그래핀 층과 샘플의 상호작용에 대해 응답하여 기능화된 그래핀 층의 전기 저항의 변화가 측정될 수 있다. 예를 들어, 샘플이 특정 농도 임계값 이상 (예컨대, 센서의 검출 한도 이상)의 코카인을 함유하고 있는 경우, 그래핀 층에 연결된 항체와 코카인의 상호작용은 그래핀 층의 전기적 특성 (예컨대, DC 저항)의 변조를 야기할 수 있고 따라서 샘플 내 코카인의 존재를 표시하는 신호를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 기준 전극에 대한 AC 전압원(704)을 통한 AC (alternating current) 전압의 인가는 하나 이상의 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성, 예컨대, 항체에 대한 특이적 결합을 나타내는 분석물과 항체의 상호작용에 응답하여 기능화된 그래핀 층의 저항의 변화의 검출을 용이하게 할 수 있다. 특히, 일부 실시예에서, 약 1 kHz에서 약 1 MHz의 범위의 주파수, 예컨대, 약 10 kHz에서 약 500 kHz의 범위, 또는 약 20 kHz에서 약 100 kHz의 범위의 주파수를 가진 AC 전압이 이와 관련해 특히 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 기준 전극에 인가되는 AC 전압의 진폭은 약 1 밀리볼트에서 약 3 볼트의 범위, 예를 들어, 0.5 볼트에서 1 볼트의 범위일 수 있다. 또한, 일부 경우에, 기준 전극에 인가되는 전압은 AC 성분 및 DC 오프셋을 가질 수 있고, DC 오프셋은 약 -40 볼트에서 약 +40 볼트의 범위, 예컨대 -1 볼트에서 약 +1 볼트의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, DC 오프셋은 램프 전압으로서 기준 전극에 인가될 수 있다.
예시로서, 도 4b는 전압(3014)을 초래하는, 기준 전극에 인가되는 AC 전압(3010) 및 DC 오프셋 전압(3012)의 조합(combination)을 개략적으로 도시한다. 예를 들어, DC 오프셋 전압은 약 -10 볼트에서부터 약 +10 볼트까지 (예컨대, -1 볼트에서부터 약 1 볼트까지) 확장될 수 있고, 인가된 AC 전압은 상기에 개시된 주파수 및 진폭을 가질 수 있다.
임의의 특정 이론에 제한되지 않고, 일부 실시예에서, 기준 전극에 전압(3014)과 같은 전압의 인가는 샘플이 테스트될 때 기능화된 그래핀 층이 접촉하게 되는 샘플에 관련된 유효 커패시턴스를 최소화, 또는 바람직하게는 제거할 수 있어, 항체(703)와 각각의 항원들의 상호작용에 응답하여 하부 그래핀 층의 저항의 변화의 검출을 용이하게 한다. 일부 경우에, 샘플의 유효 커패시턴스는 샘플 내 존재하는 이온 때문일 수 있다.
본 교시의 센서 및 방법은 다양한 샘플 내 DOA의 존재를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이러한 샘플은 소변, 혈액 또는 구강 유체(oral fluid)와 같은, 생물학적 샘플을 포함한다. 일부 실시예에서, DOA의 검출은 샘플 내 DOA가 센서의 감도에 기초하여 그것의 양성(positive) 식별을 할 수 있도록 하는 임계값 이상으로 존재한다는 것을 표시한다.
일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 센싱 요소의 어레이 (array of sensing elements)를 포함할 수 있고 이것의 신호는 샘플 내 DOA의 존재 또는 부존재를 표시하는 결과 신호 (예컨대, 기정의된 임계값 초과)를 생성하기 위하여 평균화될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 이러한 복수의 센싱 요소 (52a, 52b, 52c, 및 52d, 본 명세서에서는 집합적으로 센싱 요소(52)라고 지칭됨), 및 센싱 요소 (54a, 54b, 54c, 및 54d, 본 명세서에서는 집합적으로 센싱 요소(54)라고 지칭됨)를 가진 센서(50)를 개략적으로 도시한다.
센싱 요소(52 및 54) 각각은 항-코카인 항체로 기능화된 그래핀 층을 포함할 수 있고 센서(10)와 관련하여 상기 논의된 바와 유사한 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 센싱 요소는 상이한 종류의 항체 (예컨대, 항-코카인 항체)로 기능화될 수 있다. 일부 실시예에서, 센싱 요소(52)에 의해 생성되는 신호는 결과 신호를 생성하기 위하여 평균화될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 센싱 요소(52)의 적어도 하나는 샘플 내 존재하는 코카인 (또는 다른 표적 DOA)의 수량화(quantification)를 허용하는 교정 센싱 요소(calibration sensing element)로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서(50)는 코카인에 또는 코카인 대신에 코카인의 하나 이상의 대사산물을 검출하기 위해 구성될 수 있다. 코카인은 간에서 두가지 주요한, 비활성 대사산물, 즉, 벤조일렉고닌(benzoylecgonine, BE) 및 엑고닌 메틸 에스테르(ecgonine methyl ester, EME)으로 대사되는 것으로 알려져 있다. 일부 실시예에서, 센서(50)는 생물학적 유체, 예컨대, 구강 유체 내에서 이러한 코카인의 대사산물을 검출하기 위해 구성될 수 있다. 구강 유체 테스팅은 약물, 약물 치료 및 가석방 프로그램의 영향 하에 수행하기에 매우 효과적인 모니터링 툴(tool)이 될 수 있다. 다른 예로서, 헤로인 (디아모르핀, diamorphine)은 6-MAM 모르핀(morphine)으로 대사되고, 코데인(codeine)은 모르핀으로 대사되고, 그리고 옥시코돈(oxycodone)은 옥시모르폰(oxymorphone) 및 노르옥시모르폰(noroxymorphone)으로 대사된다. 센서(50)는 무엇보다도, 이들 대사산물을 검출하기 위해 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1b를 참조하면, 이러한 일부 실시예에서, 항체(16)는 상기 코카인 대사산물 중 어느 하나에 특이적으로 결합하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 이러한 일부 실시예에서, 항체(16)는 BE에 특이적 결합을 보여줄 수 있고, 또는 다른 실시예에서, 항체(16)는 EME에 특이적 결합을 나타낼 수 있다. BE 또는 EME에 특이적 결합을 나타내는 항체는 상업적으로 이용가능하다. 예를 들어, 일부 실시예는 San Diego, CA의 MyBioSource, Inc. 에 의해 카탈로그 번호 MBS5692520으로 시판되는 쥐 BE 단클론 항체를 이용할 수 있다. 일부 다른 실시예는 상업적으로 이용가능한 EME 항체를 이용할 수 있다.
일부 실시예에서, 그래핀 층은 코카인 대사산물, BE 및 EME와 같은, DOA에 특이적으로 결합하는 압타머로 기능화될 수 있다. 코카인 대사산물, BE, 또는 EME에 특이적 결합을 나타내는 압타머는 상업적으로 이용 가능하다. 예를 들어, 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합되어 있는, Adegoke 등이 게재한 Microchimica Acta, 187(2), 2020의 논문 및 Kawano 등이 게재한 J. Am. Chem. Soc. 133(22), June 2011의 논문은, 코카인 분자에 결합하는 DNA 압타머를 설명한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, DNA 압타머 MNS-4.1이 사용될 수 있다.
BE 및/또는 EME 항체는, 1-피렌부톤산 숙시니미딜 에스테르의 사용을 포함하는, 본 명세서에서 논의된 메커니즘을 사용하여 하부 그래핀 층에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 생물학적 샘플, 예컨대 구강 유체는 BE 및/또는 EME 항체로 기능화된 그래핀 층에 접촉될 수 있다. 이러한 코카인 대사산물의 상호작용은, 센서의 검출 한도 이상으로 샘플 내 존재하는 경우, 그래핀 층의 적어도 하나의 전기적 특성의 변화를 야기할 수 있고, 이는 샘플 내 상기 코카인 대사산물의 존재를 표시하기 위하여, 예컨대, 상기 논의된 방식으로, 측정될 수 있다.
일부 실시예에서, 임의의 코카인 또는 그것의 대사산물, 또는 보다 일반적으로 임의의 DOA을 검출하기 위한 본 교시에 따른 센서의 검출 한도는, 예를 들어, 30 ng/mL, 또는 적어도 약 40 ng/mL, 또는 적어도 약 50 ng/mL, 또는 적어도 약 100 ng/mL일 수 있다.
일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 복수의 센싱 요소를 포함할 수 있고, 여기서 센싱 요소 중 하나 이상은 샘플 내 코카인을 검출하기 위해 구성될 수 있고 다른 센싱 요소 중 하나 이상은 샘플 내 코카인 대사산물을 검출하기 위해 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 6a는 세 개의 센싱 요소(61,62, 및 63)를 포함하는 이러한 센서(60)를 개략적으로 도시한다. 해당 실시예에서, 센싱 요소(61)는 DOA (예컨대, 코카인)에 특이적 결합을 나타내는 항체로 기능화된 그래핀 층을 포함하고 센싱 요소(62 및 63)는 DOA의 하나 이상의 대사산물, 예컨대, BE 및 EME에 특이적 결합을 나타내는 항체로 각각 기능화될 수 있다.
도 6b에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 미세유체 전달 구성요소(microfluidic delivery component)는 샘플의 일부를 센싱 요소(61,62, 및 63)에 전달하도록 센서(60)에 연결될 수 있다. 해당 실시예에서, 미세유체 전달 구성요소는 샘플을 수용하기 위한 입구 포트(70a)를 가진 미세유체 채널(70)을 포함한다. 미세유체 채널(70)은 3개의 분기(branches, 71a, 71b, 및 71c)로 연장되고, 분기 각각은 센싱 요소(61,62, 및 63)의 하나에게 수용된 샘플의 일부를 전달하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나의 센서를 각 분석물 (즉, 코카인 및 BE 및 EME)에 전용하는(dedicating) 것보다, 복수의 센싱 요소를 이러한 분석물 각각의 검출에 전용할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 샘플 내 암페타민(amphetamines)을 검출하기 위해 구성될 수 있다. 암페타민(amphetamines)은 중추 신경계(central nervous system, CNS) 자극제라고 불리는 합성 향정신성 약물의 그룹이다. 암페타민(amphetamines)은 암페타민(amphetamine), 덱스트로암페타민(dextroamphetamine), 및 메스암페타민(methamphetamine)을 포함하고, 여기서 암페타민(amphetamine)은 순수한 덱스트로암페타민 및 순수한 레보암페타민(levoamphetamine)이라는 두 별개의 화합물로 구성된다.
일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 인체 마취 및 동물용 의약품에 사용되는 해리성 마취제인 케타민(ketamine, KT)을 검출하기 위해 구성될 수 있다. KT와 같은, 해리성 약물은 사람을 현실로부터 분리된 느낌을 야기할 수 있는 환각제이므로 남용될 수 있다.
보다 구체적으로, KT는 그들의 약리학적 특성이 상이한 (R)- 및 (S)-거울상이성질체인 카이랄(chiral) 마취제이다. KT는 세계에서 가장 범용적으로 쓰이는 불법 약물 중 하나가 되었다. 항-KT 항체는 알려져 있다. 예를 들어, 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합된, Bio Pharm Bull. 2018; 의 41(1): 123 - 132; 에 실린 "Enantioselective Monoclonal Antibodies for Detecting Ketamine to Crack Down on Illicit Use," 라는 제목의 논문은 단클론 항-KT 항체의 생성을 설명한다. 간단히, 이 논문은 쥐가 (a) 상업적으로-이용가능하거나 (b) 사내-준비된(in-house-prepared) KT-알부민(albumin) 접합체 중 하나로 면역화되었음을 설명한다. 해당 쥐 그룹 (a 및 b)의 비장세포를 별도로 P3/NS1/1-Ag4-1 골수종 세포와 융합했다. 표준 스크리닝 및 클로닝 이후, 항체가 생성되는 5개의 하이브리도마(hybridoma) 클론이 규명되었다.
도 1b를 참조하면, 이러한 실시예에서, 센서는 암페타민에 특이적 결합을 나타내는 항체로 기능화된 그래핀 층을 포함할 수 있다. 다양한 실시예의 실시에서 사용하기에 적합한 항 암페타민 항체는 상업적으로 이용가능하다. 예를 들어, MyBioSource, Inc. 는 카탈로그 넘버 MBS568115로 쥐 암페타민 단클론 항체를 판매한다. 이러한 일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 샘플 내 암페타민 검출을 위해 50 ng/mL 의 검출 한도를 나타낼 수 있다.
다른 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 아편제(opiates)를 검출하기 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 샘플 내 모르핀을 검출하기 위해 구성될 수 있다. 도 1b를 참조하면, 이러한 일부 실시예에서, 항체(16)는 항-모르핀 항체로 선택될 수 있다. 이러한 항체는 상업적으로 이용가능하다. 예를 들어, 쥐 항-모르핀 항체는 RayBiotech of Peachtree Comers, GA의 카탈로그 넘버 MD-18-0035로부터 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 본 교시에 따른 모르핀을 검출하기 위해 구성된 센서는 40 ng/mL의 검출 한도를 나타낼 수 있다 (즉, 샘플 내의 모르핀의 농도가 적어도 40 ng/mL 일 때 샘플 내 모르핀을 양성으로(positively) 검출할 수 있다).
일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 상이한 남용 약물을 검출하기 위해 구성된 그래핀-기반의 센싱 요소(sensing element)의 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7은 항체와의 그래핀 층의 기능화를 통해 상기 논의된 방식으로 각각 구성된 4개의 센싱 요소(701, 702, 703, 및 704)를 포함하는 이러한 센서(700)을 개략적으로 도시한다. 해당 실시예에서, 센싱 요소(701)는 코카인을 검출하기 위해 구성될 수 있고, 센싱 요소(702)는 상기 논의된 것처럼 코카인 대사산물을 검출하기 위해 구성될 수 있고, 센싱 요소(703)는 암페타민을 검출하기 위해 구성될 수 있고 그리고 센싱 요소(704)는 모르핀을 검출하기 위해 구성될 수 있다. 다른 센싱 요소의 조합 역시 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 교시에 따른 센서는 생체 식별 디바이스(biometric identification device)를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 해당 실시예에서, 생체 식별 디바이스는 지문 센서이다. 센서는 지문이 감지되고 메모리에 저장되었음을 지문 센서가 표시한 이후에만 센서의 사용을 허용하는 활성화 시스템(activation system)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8은 상기 센싱 요소와 같은, 센싱 요소(801), 및 지문 센서(802), 및 지문 데이터를 저장하기 위해 지문 센서(802)와 커뮤니케이션하는 적어도 하나의 메모리 모듈(803)을 포함하는 이러한 센서(800)를 개략적으로 도시한다. 센서(800)는 지문이 판독되고 메모리 모듈에 저장되었음을 표시하는 신호를 지문 센서가 생성한 이후에만 샘플을 수용하고자 센서를 활성화시킬 수 있는 지문 센서(802)와 커뮤니케이션하는 활성화 시스템(804)을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 메모리 모듈(803)에 저장되는 지문 데이터는 암호화 및/또는 인코딩(encode)될 수 있다. 일부 실시예에서, 지문 데이터는 사용자가 별도의 수단에 의해 확인된 이후에만 저장될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 비밀번호, 개인 식별 번호, 또는 일-회용 비밀번호 (OTP)를 입력해야 할 수 있다.
다른 실시예에서, 센서(800)는 센서(800)를 사용하려고 시도하는 사람의 생체 정보가 기-저장된 생체 정보와 일치하는지 확인되면 활성화될 수 있다. 기-저장된 생체 정보는 센서(800)의 메모리 모듈(803)에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 기-저장된 생체 정보는 센서(800)와 유선/무선으로 커뮤니케이션하는 원격 서버에 저장될 수 있다. 원격 서버는 법 집행 기관에 속하거나 법 집행 기관의 통제 하에 있을 수 있다. 센서(800)는 원격 서버와 통신하기 위해, 커뮤니케이션 모듈(612)을 사용할 수 있다.
예를 들어, 도 9를 참조하면, 상기에서 논의된 도 1a에 도시된 센서(100)과 유사하게, 센서(800)는 샘플을 미세유체 전달 시스템 (microfluidic delivery system, 900)의 입구 포트(901a)로부터 센싱 요소(801)로 인도하기 위한 미세유체 채널(901)을 포함하는 미세유체 전달 시스템을 포함할 수 있다. 폴리머 층(polymeric layer, 902)은 센싱 요소(801)에 대한 접근을 조절하기 위해 입구 포트(901a)를 커버한다.
도 10을 참조하면, 해당 실시예에서, 활성화 시스템(804)은 폴리머 층(902)을 적어도 부분적으로 둘러싸고 그와 열 통신(thermal communication)하는 가열 요소(903)를 포함할 수 있다. 또한, 활성화 시스템(804)은, 배터리와 같은, 가열 요소(903)에 에너지를 공급할 수 있는 에너지 소스(910) 및 에너지 소스로부터 가열 요소로의 에너지 인가를 조절할 수 있는 릴레이 스위치(relay switch, 920)를 포함할 수 있다. 가열 요소(903)를 에너지 소스와 연결하고, 그렇게 함으로써 가열 요소에 에너지를 공급하기 위해 지문 센서(802)는 릴레이 스위치(920)와 커뮤니케이션할 수 있고 릴레이 스위치(920)에 신호를 제공할 수 있다. 가열 요소에 의해 생성된 열은 얇은 폴리머 층의 용융을 야기할 수 있고, 그렇게 함으로써 샘플이 센싱 요소(801)로 전달될 수 있는 미세유체 채널(901)에 대한 접근을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 활성화 시스템(804)은, 센서가 생체 식별 데이터를 수신한 이후에만 회로(301)를 활성화하도록, 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성을 측정하기 위해 사용되는, 상기 측정 회로(301)와 같은, 회로에 작동 가능하게(operably) 연결될 수 있다. 예를 들어, 활성화 회로는 회로가 기능화된 그래핀 층에 전압 또는 전류를 인가하는 것을 허용하는 트랜지스터 스위치(transistor switch)를 활성화할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 지문 센서(802)는 본 교시에 의해 제공된 USRE45601E1의 교시에 기초하여 구현될 수 있다. USRE45601E1은 "Fingerprint sensing circuit having programmable sensing patterns," 이라는 제목으로 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합되고, 프로그래밍 가능한 센싱 패턴 및 다중 I/O 상호연결(interconnect)이 있는 지문 센서를 설명한다. I/O 상호연결은 복수의 지문 센싱 요소를 순차적으로 가동하도록 구성된다. 메모리 디바이스는 지문 센싱 회로와 작동 가능하게 연결될 수 있다. 지문 센싱 요소를 가동하기 위한 패턴을 지정하기 위해 예컨대 테이블, 파일, 문자열, 숫자 값, 어레이 등과 같은, 프로그래밍 가능한 데이터 구조가 메모리 디바이스에 저장될 수 있다. 지문 센싱 회로는 지정된 패턴에 따라 지문 센싱 요소를 가동하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 지문 센서보다는, 다른 생체 센서가 다양한 실시예의 실시에 사용될 수 있다. 이러한 생체 센서의 예시는 홍채 인식 센서, 얼굴 인식 센서, 음성 인식 센서, 혈관 패턴 인식 센서 등이 될 수 있다. 사용자를 식별하기 위한 생체 센서의 예시는 그 전체로서 참조에 의해 본 개시에 통합된 Allyn (U. S. 특허 출원 공개 번호 US 2016/0283703)에서 찾을 수 있다.
사용 중에, 개인이 남용 약물에 대해 테스트받을 때, 테스트 관리자, 예컨대, 법 집행 공무원은 그/그녀의 지문을 기록하기 위해 지문 센서를 사용하고 이어서, 예컨대 알려진 수집 디바이스를 사용해서, 구강 유체 샘플을 제공하도록 개인에게 요청할 수 있다. 남용 약물 중 하나 이상의 검출을 위해 샘플은 센서에 도입될 수 있다. 지문을 스캔하는 것, 구강 유체 샘플을 제공하는 것, 및 구강 유체 샘플의 센서로의 전달하는 것을 포함한 전체 과정은, 적절한 관리 연속성(chain of custody)을 제공하기 위해 기록될 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 상기에서 언급된 분석기와 같은, 분석기는 센서에 의해 생성된 신호를 수신하기 위해 사용되고 신호는 샘플 내 관심있는 분석물 (예컨대, 코카인, 코카인 대사산물, 암페타민, 또는 아편제)이 센서의 검출 한도 이상의 농도로 존재하는지 여부를 결정하기 위해 본 명세서에 개시된 방식으로 분석될 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터는 원격 위치, 예컨대 법 집행 기관으로 전송될 수 있다.
당업계에 평균적인 기술을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 실시예에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
결론 및 일반 용어
다양한 실시예에서, 개시된 모듈 중 하나 이상은 대응하는 모듈의 기능을 수행하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 통해, 또는 이러한 프로그램을 실행하는 컴퓨터 프로세서를 통해 구현된다. 일부 실시예에서, 개시된 모듈 중 하나 이상은 대응하는 모듈의 기능을 수행하기 위한 펌웨어를 실행하는 하나 이상의 하드웨어 모듈을 통해 구현된다. 다양한 실시예에서, 개시된 모듈 중 하나 이상은 모듈에 의해 사용되는 데이터를 저장하기 위한 저장 매체, 또는 모듈에 의해 실행되는 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램을 포함한다. 다양한 실시예에서, 개시된 모듈 또는 개시된 저장 매체 중 하나 이상은 개시된 시스템의 내부 또는 외부에 있다. 일부 실시예에서, 개시된 모듈 또는 개시된 저장 매체 중 하나 이상은 컴퓨팅 "클라우드"를 통해 구현되고, 여기에는 개시된 시스템이 네트워크 연결을 통해 연결되고 그에 따라 외부 모듈 또는 저장 매체를 사용한다. 일부 실시예에서, 정보를 저장하기 위한 개시된 저장 매체는 CD-ROM, 컴퓨터 저장 장치, 예컨대 하드 디스크, 플래시 메모리와 같은, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체를 포함한다. 또한, 다양한 실시예에서, 저장 매체 중 하나 이상은 다양한 모듈에 의해 실행되는 데이터 또는 컴퓨터 프로그램을 저장하거나, 본 명세서에 개시된 다양한 기술 또는 흐름도를 구현하는 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체이다.
상기 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다. 동일하거나 또는 유사한 참조 번호는 도면 또는 설명에서 동일 또는 유사한 부분을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 유사하게 명명된 요소는 달리 명시되지 않는 한, 유사한 기능을 수행하고 유사하게 설계될 수 있다. 예시적인 실시예의 이해를 제공하기 위해 세부사항이 제시된다. 실시예, 예컨대, 대안적인 실시예는, 이러한 세부사항의 일부 없이도 실시될 수 있다. 다른 예에서, 잘 알려진 기술, 절차, 및 구성요소는 설명된 실시예를 모호하게 하는 것을 피하고자 상세하게 설명하지 않았다.
실시예의 전술한 설명은 단지 예시의 의도로 제시되었다. 이는 빠짐없이 나타낸 것이 아니며 실시예를 개시된 정확한 형태로 제한하지 않는다. 몇몇 예시적인 실시예 및 특징이 설명되었지만, 실시예의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 수정, 개조, 및 다른 구현이 가능할 수 있다. 따라서, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 설명은 하나 이상의 실시예에 관련된 것이고 전체로서 실시예를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 이는 개시가 특징이 "어느(a)," "그(the)," "한(one)," "하나 이상(one or more)," "일부(some)," 또는 "다양한(various)" 실시예와 관련된다고 언급하는지 아닌지 여부와 관계없이 사실이다. 본 명세서에서 사용된, 단수 형태 "어느(a)," "어느(an)," 및 "그(the)"는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다. 또한, 용어 "연결된(coupled)"은 두 연결된 항목 사이에 중간 요소의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 특징이 존재할 수 있다는 언급은 그 특징이 하나 이상의 실시예에서 존재할 수 있음을 나타낸다.
본 명세서에서, 용어 "포함하다(include)," "포함하다(comprise)," "함유하다(contain)," 및 "가지다(have)" 가 세트 또는 시스템 뒤에 사용될 때, 개방형 포함(open inclusion)을 의미하고 세트에 대해 또는 시스템에 대해 비-열거된, 다른, 구성의 추가를 배제하지 않는다. 또한, 달리 언급하거나 문맥에서 달리 제하지 않는 한, 접속사 "또는(or)"이 사용될 경우, 이는 배타적이지 않고, 대신 의미 및/또는(and/or)을 포함한다. 또한, 이러한 용어가 사용되는 경우, 집합(set)의 부분집합(subset)은 집합의 구성원의 하나 또는 하나 초과를 포함하고, 전부를 포함할 수도 있다.
개시된 시스템, 방법, 및 장치는 임의의 특정 양태 또는 특징 또는 이들의 조합(combination)에 제한되지 않으며, 개시된 시스템, 방법, 및 장치는 임의의 하나 이상의 특정 이점이 존재하거나 또는 문제가 해결될 것을 요구하지 않는다. 임의의 작동 이론은 설명을 용이하게 하기 위한 것이고, 개시된 시스템, 방법, 및 장치는 이러한 작동 이론에 제한되지 않는다.
수정 및 변형은 상기 교시에 비추어 가능하거나 실시예의 실시로부터 얻어질 수 있다. 예를 들어, 설명된 단계는 논의된 순서 또는 동일한 정도의 분리로 동일하게 수행될 필요가 없다. 마찬가지로, 동일하거나 유사한 목적을 이루기 위하여, 필요에 따라, 다양한 단계가 생략되거나, 반복되거나, 결합되거나, 또는 병렬로 수행될 수 있다. 유사하게, 설명된 시스템은 반드시 실시예에서 설명된 모든 부분을 포함할 필요 없으며, 또한 실시예에서 설명되지 않은 다른 부분을 포함할 수 있다. 따라서, 실시예는 상기-설명된 세부사항에 제한되지 않고, 대신 그들의 균등물의 전체 범위에 비추어 첨부된 청구범위에 의해 정의된다. 또한, 본 개시는 다양한 개시된 실시예, 단독으로 그리고 서로 간의 다양한 조합(combination) 및 하위-조합(sub-combination)의 모든 신규하고 그리고 비-자명한 특징 및 양태에 관한 것이다.
본 개시가 특정 실시예에 관련하여 특히 설명되었지만, 많은 대안, 수정, 및 변형은 전술한 설명에 비추어 명백할 것이다. 따라서 첨부된 청구범위는 본 개시의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 임의의 이러한 대안, 수정, 및 변형을 포함할 것으로 고려된다.
Claims (20)
- 샘플 내 DOA(drug of abuse)를 검출하기 위한 센서로서, 상기 센서는:
적어도 하나의 센싱 유닛을 포함하고,
상기 적어도 하나의 센싱 유닛은:
그래핀 층;
기능화된 그래핀 층을 생성하기 위해 상기 그래핀 층에 연결되고 상기 DOA에 결합하는 복수의 결합 에이전트(binding agent); 및
상기 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성을 측정하기 위해 상기 기능화된 그래핀 층에 전기적으로 연결된 복수의 전기 전도체를 포함하는, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 DOA는 코카인(cocaine)인, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 DOA는 코카인 대사산물(cocaine metabolite)인, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 DOA는 암페타민(amphetamine)인, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 DOA는 아편제(opiate)인, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 결합 에이전트는 상기 DOA와 특이적 결합을 나타내는 항체를 포함하는, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 결합 에이전트는 상기 DOA와 특이적 결합을 나타내는 압타머(aptamer)를 포함하는, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 센서는, 상기 샘플 내 표적 DOA가 존재하는지 여부를 결정하기 위해 개인으로부터 얻은 생물학적 샘플(biological sample)의 조사에 앞서 상기 개인으로부터 생체 데이터를 수집하기 위한 생체 식별 디바이스를 더 포함하는, 센서.
- 제8 항에 있어서,
상기 센서는, 상기 생체 데이터의 수집에 응답하여 상기 센싱 유닛을 활성화하기 위해 상기 생체 식별 디바이스 및 상기 센싱 유닛과 커뮤니케이션(communication)하는 활성화 디바이스를 더 포함하는, 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 센서는 샘플 내 코카인(cocaine) 검출을 위한 30 ng/mL의 검출 한도를 가지는, 센서.
- 샘플 내 DOA(drug of abuse)를 검출하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
상기 DOA에 결합하는 복수의 결합 에이전트(binding agent)로 기능화된 그래핀 층에 상기 샘플을 도포하는 단계;
상기 기능화된 그래핀 층의 적어도 하나의 전기적 특성을 측정하는 단계; 및
상기 샘플 내 상기 DOA가 존재하는지 여부를 결정하기 위해 상기 측정된 전기적 특성을 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 DOA는 코카인(cocaine), 코카인 대사산물(cocaine metabolite), 암페타민(amphetamine), 및 아편제(opiate) 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 샘플은 생물학적 샘플(biological sample)을 포함하는, 방법.
- 제13 항에 있어서,
상기 생물학적 샘플은 소변, 혈액, 및 구강 유체(oral fluid) 중 어느 하나를 포함하는, 방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 기능화된 그래핀 층의 상기 적어도 하나의 전기적 특성은 상기 기능화된 그래핀 층의 DC 전기 저항을 포함하는, 방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 측정된 전기적 특성을 이용하는 단계는 상기 기능화된 그래핀 층과 상기 샘플의 상호작용에 응답하는 상기 전기적 특성의 변화를 모니터링하는 것을 포함하는, 방법.
- 샘플 내 DOA(drug of abuse)를 검출하는 처분가능한(disposable) 카트리지로서, 상기 카트리지는:
샘플을 수용하기 위한 입구 포트와 출구 포트를 가지는 미세유체 구성요소(microfluidic component); 및
상기 출구 포트로부터 상기 샘플의 적어도 일부를 수용하는 상기 미세유체 구성요소에 유체적으로 결합된 센서를 포함하고,
상기 센서는:
그래핀 층;
기능화된 그래핀 층을 생성하기 위해 상기 그래핀 층에 연결되고 상기 DOA에 특이적으로 결합하는 복수의 결합 에이전트(binding agent); 및
상기 기능화된 그래핀 층의 전기적 특성을 측정하기 위해 상기 기능화된 그래핀 층에 전기적으로 연결된 복수의 전기 전도체를 포함하는, 카트리지.
- 제17 항에 있어서,
상기 DOA는 코카인(cocaine), 코카인 대사산물(cocaine metabolite), 암페타민(amphetamine), 및 아편제(opiate) 중 하나 이상을 포함하는, 처분가능한 카트리지.
- 제17 항에 있어서,
상기 미세유체 구성요소는 폴리머 재료(polymeric material)를 포함하는, 처분가능한 카트리지.
- 제19 항에 있어서,
상기 폴리머 재료는 PDMS(polydimethylsiloxane) 및 PMMA(polymethyl methacrylate) 중 어느 하나를 포함하는, 처분가능한 카트리지.
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