KR20230099331A - 진단 스트립의 모니터링 전극 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진단 스트립의 모니터링 전극에 관한 것으로, 길이 방향으로 용액의 흡수 확산이 이루어지는 멤브레인 패드의 상부에 폭 방향으로 접하여 위치하는 제1전극부와, 상기 제1전극부와 평행한 상태로 이격되어 상기 멤브레인 패드에 접하여 위치하는 제2전극부와, 상기 제1전극부와 제2전극부의 일단을 상호 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 진단 스트립의 모니터링 전극에 관한 것으로, 더 상세하게는 측면유동면역 분석법 기반의 진단 스트립에 적용되는 모니터링 전극에 관한 것이다.
혈액·소변 등과 같은 신체의 체액에 존재하는 분석물질의 농도나 존재를 현장에서 빠르고 정확하게 측정하기 위한 진단 스트립이 많이 개발되어 사용되고 있으며, 생체 특이적인 결합을 기반으로 하는 면역센서 스트립, DNA 센서 스트립 등이 최근에 개발되고 있다.
측면유동면역 분석법 기반의 나노 입자를 이용한 진단 스트립은 가장 보편화된 일회용 현장진단 스트립으로, 항원 결합에 의한 나노 입자들이 뭉쳐지며 띠를 형성하여 육안으로 양성/음성을 판단할 수 있다. 그러나, 낮은 농도의 항원 분석 시, 띠가 생기는 것을 육안으로 관찰하는 과정에서 발생하는 분석 민감도의 한계가 있다. 낮은 농도에서 육안으로 띠가 구분될 수 있도록 민감도를 개선하는 방식이 있긴 하나, 재료적으로 한계가 있다. 또한, 형광이나 발광을 통해 이미지를 분석하여 민감도를 개선하는 방식도 있으나, 추가적인 이미지 분석용 장치가 필요하여 일회용 현장진단 키트에 적절하지 않은 문제가 있다. 아울러, 발색된 띠를 일반 광학 또는 형광 이미지로 분석하여 그 결과를 디지털화 할 수 있으나, 추가적인 이미지 분석용 장치가 필요한 문제가 있다.
종래의 진단 스트립에는 멤브레인 패드에 흡수되는 반응 용액이 검출 항체의 효소에 의해 산화·환원되는 반응을 검출하는 전극을 포함하고 있다.
이와 같은 종래의 전극은, 단순히 반응 용액과 항체의 반응에 의해 변화되는 전도도에 따른 저항 변화를 검출하는 것이며, 현재의 반응 단계별 인지는 불가능한 구조이다.
측면유동면역 분석법 기반의 진단 스트립은, 샘플 용액의 투입 및 확산, 워싱 용액의 투입에 의한 멤브레인 패드에 부착된 미반응 물질 세척, 반응 용액의 투입에 의한 반응 과정을 통해 분석을 수행한다.
그러나 위의 단계 진행 정도를 확인 할 수 있는 수단이 별도로 마련되어 있지 않고, 단순하게 확인창을 형성하여 육안으로 용액들의 흡수 정도를 확인할 수 있다.
특히 반응 용액이 멤브레인 패드에 원활하게 흡수되도록 하기 위해서는, 멤브레인 패드의 끝단에 다른 용액(예를 들어 샘플 용액)이 흡수되는 것을 방지할 필요가 있으나, 이를 방지하기 위한 시점의 검출이 불가능하여 반응 용액의 흡수가 원활하지 않게 되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 측면유동면역 분석법 기반의 진단 스트립의 반응 단계를 검출할 수 있는 모니터링 전극을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 샘플 용액의 투입시, 멤브레인 패드의 반대편 끝단까지 흡수되지 않도록 남기는 조건을 전기적으로 검출할 수 있는 모니터링 전극을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 진단 스트립의 모니터링 전극은, 길이 방향으로 용액의 흡수 확산이 이루어지는 멤브레인 패드의 상부에 폭 방향으로 접하여 위치하는 제1전극부와, 상기 제1전극부와 평행한 상태로 이격되어 상기 멤브레인 패드에 접하여 위치하는 제2전극부와, 상기 제1전극부와 제2전극부의 일단을 상호 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1전극부와 제2전극부의 양단은 상기 멤브레인 패드의 측면 외측으로 돌출되어, 상기 연결부는 멤브레인 패드에 접촉되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상호 이격된 상기 제1전극부와 제2전극부가 용액에 접하여, 저항이 증가하는 시점의 시차를 이용하여 용액의 위치를 모니터링할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 저항의 변화 정도를 이용하여 용액의 종류를 구분하여 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 용액의 투입과 저항 증가 시점의 시차를 이용하여, 투입된 용액의 점도 특성을 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1전극부, 제2전극부 및 연결부는 플랙시블 기판에 전극물질을 인쇄하여 일체로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 전극물질은, 금속 또는 유기전도체일 수 있다.
본 발명은 측면유동분석법에서 사용되는 용액에 따른 저항 변화를 검출하여 분석을 위한 세부 단계 및 비정상 반응을 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 용액의 흐름 또는 용액이 확산된 위치를 검출할 수 있어, 반응 용액을 흡수하는 멤브레인 패드의 끝단부가 샘플 용액에 의해 젖는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모니터링 전극의 평면 구성도이다.
도 2는 버퍼 용액을 멤브레인 패드에 확산시키면서 시간에 따른 저항 변화를 검출한 결과 표이다.
도 3은 진단 스트립을 통한 분석 과정의 진행시 본 발명 모니터링 전극을 이용하여 검출한 각 단계의 저항 변화 그래프이다.
도 2는 버퍼 용액을 멤브레인 패드에 확산시키면서 시간에 따른 저항 변화를 검출한 결과 표이다.
도 3은 진단 스트립을 통한 분석 과정의 진행시 본 발명 모니터링 전극을 이용하여 검출한 각 단계의 저항 변화 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진단 스트립의 구성과 작용을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진단 스트립의 모니터링 전극의 평면 구성도이다.
도 1을 참조하여 상호 소정거리 이격되도록 멤브레인 패드(1) 상에 배치되는 제1전극부(10) 및 제2전극부(20)와, 상기 제1전극부(10)와 제2전극부(20)의 일단을 상호 연결하는 연결부(30)를 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진단 스트립의 모니터링 전극의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 진단 스트립은 하우징 내에 진단을 위한 멤브레인 패드(1)를 포함하고 있으며, 멤브레인 패드(1)는 니트로셀룰로오스(NC, Nitrocellulose) 패드를 포함할 수 있으며, 하우징의 길이방향을 따라 연장 형성된다.
멤브레인 패드(1)의 일측단(도면의 우측단)에서 샘플 용액이 투입 및 흡수되거 시간이 경과할수록 타측단(도면의 좌측단)으로 확산된다.
이때, 상기 제1전극부(10)와 제2전극부(20)는 멤브레인 패드(1)의 폭방향 상부를 가로질러 배치된다. 즉, 멤브레인 패드(1)에 흡수 확산되는 샘플 용액은 먼저 제2전극부(20) 하부의 멤브레인 패드(1) 영역으로 확산되고, 시간이 경과하면서 제1전극부(10) 하부의 멤브레인 패드(1) 영역으로 점차 확산된다.
또한, 제1전극부(10)와 제2전극부(20) 각각의 일단을 상호 연결하는 연결부(30)는 멤브레인 패드(1)의 상부측에 위치하지 않도록 배치되는 것으로 한다.
멤브레인 패드(1)는 적어도 일부에 특정 타깃 항원에 특이적으로 결합하는 포획 항체가 사전에 처리되어 있으며, 포획 항체에 결합된 항원에 2차적으로 결합하는 검출 항체 및 포획 물질은 항체에 국한되지 않으며, 단백질, 탄수화물, 뉴클레오타이드, 압타머 등으로 구성될 수 있다.
멤브레인 패드(1)는 니트로셀룰로오스 패드 내의 유체와 하우징 사이의 상호 작용을 감소시킬 수 있는 커버가 결합되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, 니트로셀룰로오스 패드와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)가 결합되어 형성될 수 있다.
멤브레인 패드(1)는 유체에 의한 부식 반응 등 상호작용을 최소화하는 부재로 형성될 수 있으며, 하면에 접착제가 형성된 부재일 수 있다.
상기 제1전극부(10)와 제2전극부(20) 및 연결부(30)로 이루어지는 본 발명은, 일체로 형성되는 것으로 하며, 제1전극부(10)와 제2전극부(20)의 연결부(30)가 연결되지 않는 반대편 끝단은 본 발명 모니터링 전극에 전압을 공급하고, 전류 신호를 검출하는 단자가 된다.
이때의 단자들도 멤브레인 패드(1)의 측면 외측으로 돌출되어 위치한다.
제1전극부(10), 제2전극부(20) 및 연결부(30)는 각각 플렉시블 기판(flexible substrate)을 사용하는 SPE(Screen Printed Electrode) 형태로 제작될 수 있다.
이때의 전극물질은 금속 또는 유기전도체(carbon, PEDOT:PSS)를 사용할 수 있다.
이처럼 상기 제1전극부(10)와 제2전극부(20)의 일측 끝단인 단자에 0.5 내지 1.5V의 전압을 공급하고, 본 발명 모니터링 전극에 용액이 접촉됨에 따라 변화되는 저항 성분의 검출을 위하여 전류값을 측정한다.
따라서 용액의 흐름 및 전기적 특징을 검출할 수 있다.
예를 들어 기본 버퍼 용액을 멤브레인 패드(1)의 우측에서 공급하여 확산시키면서, 제1전극부(10), 제2전극부(20) 및 연결부(30)에 흐르는 전류를 검출하여 저항의 변화를 확인할 수 있다.
이와 같은 과정을 기본 버퍼 용액뿐만 아니라 다른 종류의 용액들을 이용하여 순차 시험하여, 용액의 종류에 따른 저항 변화 특성을 확인한다.
도 2는 버퍼 용액을 멤브레인 패드(1)에 확산시키면서 시간에 따른 저항 변화를 검출한 결과 표이다.
먼저, 도 2의 a는 멤브레인 패드(1)의 우측에서 버퍼 용액을 투입하고, 흡수되도록 하여 제2전극부(20) 하부까지 버퍼 용액이 확산된 상태를 나타낸다.
이전의 상태는 버퍼 용액이 제2전극부(20)에 접하기 전 상태임을 알 수 있다.
버퍼 용액이 제2전극부(20)에 접한 상태 이후에 저항이 점차 증가하게 되나, 그 증가 정도가 상대적으로 완만한 것을 확인할 수 있다.
도 2의 b는 시간이 경과하여 버퍼 용액이 제2전극부(20)를 지나 제1전극부(10) 하부의 멤브레인 패드(1)까지 확산된 상태를 나타낸다.
이 시점을 기준으로 제1전극부(10), 연결부(30) 및 제2전극부(20)를 지나는 전류는 급격하게 감소되며, 이는 저항의 급격한 증가를 나타낸다.
즉, 본 발명 모니터링 전극은 용액이 접촉되는 면적이 증가할수록 저항이 증가하게 됨을 알 수 있다.
도 2의 c는 시간이 더 경과하여 버퍼 용액이 멤브레인 패드(1)의 좌측단까지 완전히 확산된 상태를 나타내며, 저항값은 최대가 된다.
이와 같은 특성을 고려하여, 버퍼 용액이 멤브레인 패드(1)의 좌측단까지 확산되지 않도록 버퍼 용액의 공급 중단 시점을 결정할 수 있다. 이러한 용액의 공급 중단 시점은 용액의 종류에 따라 차이가 있으며, 시험적으로 사용되는 용액마다의 저항 변화 특성을 고려하여 공급 중단 시점을 결정하는 것으로 한다.
이러한 특징을 이용하여 본 발명 모니터링 전극은, 측면유동분석에서 검체의 용액 특성(점도, 헤마토크릿 등)이 다른 경우 용액의 전개 속도에 차이가 발생하는 것을 모니터링 할 수 있으며, 검체의 점도에 대한 특성을 역산하여 보정할 수 있다.
아울러 검체의 pH와 전도도의 관계를 이용하여, 전도도(conductivity)를 모니터링하여 pH를 유추할 수 있다. 예를 들어 강산은 pH가 감소(산성)하는 방향으로 전도도가 선형으로 증가하는 특징이 있으며, 이를 이용하여 진단 분석에 이용할 수 있다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이 용액의 저항 또는 저항 변화 특징을 이용하여 용액의 종류를 감별할 수 있다. 이러한 용액의 종류 감별은 진단 스트립의 정상적인 용도에서 사용되는 용액을 검출하여, 진단의 각 단계를 확인할 수 있으며, 비정상적인 용액에 의한 비정상 반응인지를 확인할 수 있다.
도 3은 진단 스트립을 통한 분석 과정의 진행시 본 발명 모니터링 전극을 이용하여 검출한 각 단계의 저항 변화 그래프이다.
도 3을 참조하면, 분석 과정이 실행되기 전에는 멤브레인 패드에 용액의 투입이 없으므로, 검출된 저항 값이 가장 낮은 상태를 보인다.
항원의 투입을 위해 샘플 용액을 투입하면, 샘플 용액이 확산되면서 제2전극부(20) 하부측 멤브레인 패드(1)에 샘플 용액이 흐르면서 본 발명 모니터링 전극의 저항값은 증가하게 된다. 이 상태가 일정한 시간 유지되면서 샘플 용액이 제1전극부(10)의 하부측 멤브레인 패드(1)에 흐르는 상태가 감지되면 샘플 용액을 공급하는 샘플 패드를 멤브레인 패드(1)와 분리하여 샘플 용액의 공급을 중단시킬 수 있다.
이는 멤브레인 패드(1)의 샘플 용액 투입 방향 반대편 끝단이 건조된 상태로 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.
그 다음, 세척을 위한 워싱 용액이 샘플 용액의 투입된 방향과는 반대 방향에서 멤브레인 패드(1)에 투입된다. 워싱 용액의 투입에 의하여 본 발명 모니터링 전극의 저항은 더 증가하게 되나, 워싱 용액의 특성에 따라 저항 변화의 기울기는 샘플 용액의 저항 변화 기울기와는 다른 특성을 나타낸다.
세척이 완료되면, 분석을 위하여 반응 용액을 건조 상태를 유지하는 멤브레인 패드의 끝단 측에서 투입한다.
이때 반응 용액의 투입에 의하여 제1전극부(10), 제2전극부(20) 및 연결부(30)로 이루어지는 본 발명 모니터링 전극의 저항은 상대적으로 급격하게 증가하게 되며, 저항값 및 저항값의 변화를 이용하여 진단 분석을 수행할 수 있다.
이처럼 본 발명은 상호 이격된 제1전극부(10)와 제2전극부(20)를 이용하여 용액의 종류, 용액의 위치를 전기적인 신호를 이용하여 확인할 수 있으며, 보다 정확한 분석 처리 과정을 수행할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 전극의 구성도이다.
도 4를 참조하면 본 발명은 제1전극부(10), 제2전극부(20) 및 연결부(30)를 포함하되, 연결부(30)에는 전체 저항값을 변경할 수 있는 저항부(40)를 더 포함한다.
저항부(40)는 본 발명 모니터링 전극 자체의 저항을 가변할 수 있는 것으로 한다. 이러한 모니터링 전극의 자체 저항은 검출 대상 질병의 종류에 따라 결정되는 것으로 할 수 있다.
예를 들어 질병 A를 검출하는 진단 스트립 제품의 모니터링 전극은 용액이 흐르기 전 저항값이 5㏀이 되도록 저항부(40)를 사용하고, 질병 B를 검출하기 위한 진단 스트립 제품의 모니터링 전극은 용액이 흐르기 전 저항값이 50㏀이 되도록 저항부(40)를 맞춰 설계할 수 있다.
상기 저항부(40)는 다양한 저항 패턴을 사용할 수 있으며, 그 폭과 길이를 조정하여 기본 저항값을 조절할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1:멤브레인 패드 10:제1전극부
20:제2전극부 30:연결부
20:제2전극부 30:연결부
Claims (9)
- 길이 방향으로 용액의 흡수 확산이 이루어지는 멤브레인 패드의 상부에 폭 방향으로 접하여 위치하는 제1전극부;
상기 제1전극부와 평행한 상태로 이격되어 상기 멤브레인 패드에 접하여 위치하는 제2전극부; 및
상기 제1전극부와 제2전극부의 일단을 상호 연결하는 연결부를 포함하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극부와 제2전극부의 양단은 상기 멤브레인 패드의 측면 외측으로 돌출되어, 상기 연결부는 멤브레인 패드에 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제1항에 있어서,
상호 이격된 상기 제1전극부와 제2전극부가 용액에 접하여, 저항이 증가하는 시점의 시차를 이용하여 용액의 위치를 모니터링하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제3항에 있어서,
저항의 변화 정도를 이용하여 용액의 종류를 구분하여 검출하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제3항에 있어서,
상기 용액의 투입과 저항 증가 시점의 시차를 이용하여, 투입된 용액의 점도 특성을 검출하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제3항에 있어서,
상기 용액의 pH와 전도도의 관계를 이용하여, 전도도를 모니터링하여 pH를 유추할 수 있는 것을 특징으로 하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극부, 제2전극부 및 연결부는 기판에 전극물질을 인쇄하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제7항에 있어서,
전극물질은,
금속 또는 유기전도체인 것을 특징으로 하는 진단 스트립의 모니터링 전극. - 제1항에 있어서,
상기 연결부에는 저항 패턴인 저항부를 더 포함하여, 저항값을 조절 가능한 것을 특징으로 하는 진단 스트립의 모니터링 전극.
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