KR20240008524A - C-ecl 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법 - Google Patents

C-ecl 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법 Download PDF

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Abstract

C-ECL(음극-전기화학발광) 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중검체 분석 방법이 제공된다. 상기 방법은 티깃 질병의 항체와 발광체를 포함하는 복수의 복합체가 수용된 활성표면을 구비한 멀티 카세트의 활성표면 상에 진단 대상자의 검체를 투입시키는 단계; 상기 진단 대상자의 검체가 투입된 멀티 카세트의 활성표면을 인큐베이션하는 단계; 상기 검체 내 항원과 반응하지 않는 활성표면의 비결합 복합체를 세척하여 활성표면으로부터 제거하는 단계; 및 상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계를 포함한다.

Description

C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법{METHOD FOR ANALYZING MULTI-SMAPLE USING MULTI-SAMPLE ANALYSIS DEVICE BASED ON C-ECL}
본 발명은 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법에 관한 것이다.
일반적으로 단백질, 펩타이드, 유전자, 호르몬, 저분자 화합물 등의 검체(바이오마커)를 이용하여 질병을 진단하는 방법은 검사하고자 하는 질병의 특이적인 항체, 압타머, 핵산 등을 이용할 수 있다. 이 중에서 단백질 검출을 통해 질병을 진단할 경우, 항원과 항체 간의 반응을 이용한 면역학적 방법이 주로 이용되고 있다.
가령, 효소 면역 검정법(ELISA; Enzyme linked immunoassay)이나, 면역크로마토그래피(immunochromatography) 등이 이에 해당하는데, 이러한 종래의 진단 방법은 하나의 검체에 대한 세척(불필요한 물질 분리 또는 제거 과정)과 분석을 하기 위하여 많은 시간이 소요되었고, 온도 및 장소 등의 외부조건에 제약을 받는 구조적인 문제점이 있었다.
게다가 검체의 양이 미량이거나 저 농도인 경우에는 항체, 압타머, 핵산 등에 표시된 효소와 기질의 반응으로 인한 생성물의 발색량, 발광량, 형광량 등의 검출이 불가능하거나, 가능하더라도 극소의 검출량으로는 검체로부터 정밀한 분석 결과를 얻기에 어려움이 따랐다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 미량의 다중 검체를 채취해 검사하고자 하는 다양한 질병에 대한 정밀한 진단 결과를 단시간 내에 얻을 수 있는 C-ECL(음극-전기화학발광) 기반의 다중 검체 분석방법이 제시되었으나, 분석에 이용되는 형광물질의 종류가 제한적이며, 정전압 인가 방식을 채용함에 따라 전기화학반응의 정확도가 저하되는 문제가 있었다.
공개특허공보 제10-2014-0133506호 (2014.11.19)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정전압 인가 방식 대신 고전류 및 환원전류 인가 방식을 통해 멀티 카세트의 전극에 동일한 전류가 흐르도록 하여 목적하는 반응의 정확도를 향상시킬 수 있는, C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 또다른 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 C-ECL(음극-전기화학발광) 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중검체 분석 방법은 티깃 질병의 항체와 발광체를 포함하는 복수의 복합체가 수용된 활성표면을 구비한 멀티 카세트의 활성표면 상에 진단 대상자의 검체를 투입시키는 단계; 상기 진단 대상자의 검체가 투입된 멀티 카세트의 활성표면을 인큐베이션하는 단계; 상기 검체 내 항원과 반응하지 않는 활성표면의 비결합 복합체를 세척하여 활성표면으로부터 제거하는 단계; 및 상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계는, 상기 활성표면에 기 설정된 시간 동안 고전압 및 환원전류를 인가하여, 상기 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점까지의 형광물질의 농도를 측정하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계는, 상기 활성표면에 기 설정된 제1 시간 동안 고전압을 인가하는 단계; 상기 활성표면에 상기 제1 시간 경과후 기 설정된 제2 시간 동안 0보다 작은 환원전류를 인가하는 단계; 상기 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점을 모니터링하는 단계; 및 상기 전압 임계치 도달 시점에서 0전류를 상기 멀티 카세트로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 멀티 카세트는 음극으로 작용하는 작업전극, 양극으로 작용하는 상대전극, 및 상기 작업전극과 상대전극으로부터 소정의 위치에 구비되는 기준전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점을 모니터링하는 단계는, 상기 멀티 카세트의 기준전극에서 측정된 기준전압과 상기 미리 설정된 전압 임계치를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과 상기 기준전압이 상기 전압 임계치 이하가 되는 시점을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계는, 상기 제1 시간 구간 이후 환원전류가 인가되는 시점부터 상기 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점까지의 제2 시간동안의 형광물질을 카운팅하는 단계; 및 상기 제2 시간 구간을 기준으로 카운팅된 형광물질의 농도를 측정하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 상기 다중 검체 분석 방법을 실행하며, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상술한 본 발명에 의하면, SiPM 센서 어레이를 적용함으로써 정확한 질병 진단 및 다양한 종류의 질병을 동시에 검출 가능하다는 장점이 있다.
또한, 기존 PMT 센서 대신 소형의 SiPM 센서를 적용함으로써 다중 검체 분석 장치의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
이와 더불어, 본 발명의 일 실시예는 멀티 카세트에 기준전극을 추가하여 상대전극과 작업전극 사이의 전하의 흐름을 독립적으로 모니터링할 수 있는바, 더욱 정확한 전압 측정이 가능하며, 이를 통해 다양한 형광물질 사용이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 전압-시간 기반의 제어 방식의 추가로 인해, 정확한 시간 구간 동안 측정되는 형광물질의 농도를 보다 정확히 분석할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 멀티 카세트 및 다중 검체 분석 장치를 이용한 분석 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 카세트의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 검체 분석 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 카세트를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SiPM 센서를 구비하는 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 SiPM 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치에서의 멀티 카세트 구동 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 멀티 카세트 구동 시스템에서의 전압, 전류 관계를 그래프로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법의 순서도이다.
도 11은 전류 인가 방식에 따른 다중 검체 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 다중 검체 분석 장치 및 방법을 테스트한 결과를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 각 도면을 참조하여 본 발명의 제1 내지 제3 실시예를 설명하도록 한다. 한편, 제1 내지 제3 실시예는 각각 실시될 수 있음은 물론이고, 각 구성요소를 상호 공유하여 실시될 수도 있음은 물론이며, 설명의 편의상 각 실시예로 구분하여 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 각 실시예를 설명하기에 앞서, 멀티 카세트를 이용하여 다중 검체를 분석하는 과정을 설명하도록 한다.
이때, 본 발명의 일 실시예는 멀티 카세트 내에 소정의 세척용액이 구비되는 형태로 실시되어 다중 검체 분석 장치로 멀티 카세트 안착시 비결합 복합체가 세척되도록 할 수 있으며, 보다 빠르고 높은 세척력을 위하여 별도의 세척기기를 통해 비결합 복합체가 세척되도록 할 수도 있다.
도 1 내지 도 3은 멀티 카세트 내에 세척액이 구비되는 형태의 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 도 1은 본 발명의 멀티 카세트 및 다중 검체 분석 장치를 이용한 분석 과정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 카세트의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서의 다중 검체 분석 과정은 멀티 카세트(10) 및 다중 검체 분석 장치(40)를 통해 (a) 내지 (c) 과정의 시계열적 흐름으로 진행된다.
위 멀티 카세트(10) 및 분석 장치(40)는 C-ECL(Cathodic Electro-chemilumiuminescence; 음극-전기화학발광)을 이용하여 진단 대상자로부터 채취한 검체 내 항원을 타깃 질병의 항체와 반응시켜, 그 반응 정도에 따라 진단 대상자의 타깃 질병 관련도를 정밀하게 분석한다.
여기서, 진단 대상자는 검사하고자 하는 다양한 종류의 검체를 제공하는 사람 혹은 집단을 포괄하는 개념이다. 타깃 질병은 검사하고자 하는 질병을 의미하며, 본 발명에서는 여러 종류의 타깃 질병에 해당하는 항체를 멀티 카세트(10)에 미리 수용시켜(흡착 또는 코팅 등) 검사하고자 하는 검체 내 항원과 미리 준비한 항체의 반응 정도를 정량 및 정성적으로 분석하여 확인한다.
이어서 본 발명의 일 실시예에서의 다중 검체 분석 과정과 함께 멀티 카세트(10)에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
(a) 단계에서는 진단 대상자로부터 검체를 채취한다.
(b) 단계에서는 (a) 단계에서 채취한 검체를 멀티 카세트(10)의 각 활성표면(21a, 21b, 21c)에 투입한다. 여기서, 활성표면(21a, 21b, 21c)은 진단 대상자의 검체가 놓이는(안착되는) 부분으로서, 멀티 카세트(10)의 길이 방향을 따라 나란하게 간격을 두고 배치된다.
(c) 단계에서는 검체가 투입된 멀티 카세트(10)를 다중 검체 분석 장치(40)에 삽입하여 일정 시간 동안 인큐베이션(항원과 항체가 결합하고 안정화되도록 안정상태로 유지하는 과정), 세척 및 분석 순서로 진행되는 일련의 과정을 거쳐 멀티 카세트(10)에 수용된 검체의 진단 결과를 신속하고 정밀하게 도출한다. (a) 내지 (c) 단계의 전 과정은 약 5분 내지 10분의 시간이 소요된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 멀티 카세트(10)는 크게 피스톤(20)과 실린더(30)로 구성된다.
피스톤(20)은, 검체가 놓이는 활성표면(21a, 21b, 21c)과, 이 활성표면(21a, 21b, 21c)에 전원을 인가시키기 위해 마련된 전극부(미도시)와, 전극부를 도 1의 다중 검체 분석 장치(40)에 연결시키는 단자부(미도시)를 포함한다.
이에 더하여 피스톤(20)의 표면에는 후단부(22)에 인접한 세 개의 융기부(23a, 23b, 23c)가 배치된다. 이러한 융기부(23a, 23b, 23c)는 각 활성표면(21a, 21b, 21c)의 길이 방향 연장선상에 위치한다.
실린더(30)는 피스톤(20)이 삽입되는 삽입공간(barrel; 32)과, 세척용액이 담겨있는 저장공간(ampoule; 33)을 포함한다. 여기서, 세척용액은 활성표면(21a, 21b, 21c)의 비결합 항체(항원-항체 반응이 일어나지 않은 물질)를 세척하는 등 검진을 용이하게 하는 역할을 한다. 멀티 카세트(10)가 제작될 경우, 멀티 카세트(10)는 저장공간(33)에 세척용액이 주입된 상태에서 분리막(34)으로 밀봉되는 것이 바람직하다.
실린더(30)의 삽입공간(32)에는 복수 개의 검체 투입구가 형성되며, 일 실시예로 3개 또는 3종의 검체를 투입할 수 있는 3개의 검체 투입구(31a, 31b, 31c)가 있다. 참고로, 도 3의 피스톤(20)이 실린더(30) 내의 저장공간(33)에 이르기까지 완전히 삽입되면 도 1의 다중 검체 분석 장치(40)를 통해 진단에 필요한 준비가 완료된 상태를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 카세트(10)의 구성과 작용을 요약하면, 피스톤(20)의 선단부 표면에는 각 활성표면(21a, 21b, 21c)이 배치되고, 이러한 피스톤(20)의 선단부는 분리막(34)으로 구획된 실린더(30)의 삽입공간(32)에 삽입된다. 이때, 피스톤(20)의 각 활성표면(21a, 21b, 21c)은 검체 투입구(31a, 31b, 31c)를 통해 외부로 노출되며, 외부로 노출된 각 활성표면(21a, 21b, 21c)에는 진단 대상자의 검체가 투입된다. 검체가 각 활성표면(21a, 21b, 21c)에 투입되면 멀티 카세트(10)는 도 1의 다중 검체 분석 장치(40)에 삽입된다.
이때, 멀티 카세트(10)는 분석을 위한 일환으로 다중 검체 분석 장치(40) 내부에서 피스톤(20)이 분리막(34)을 뚫고(찢고) 실린더(30)의 저장공간(33)에 이르게 된다. 그러면 피스톤(20)의 선단부는 저장공간(33)의 세척용액에 잠기게 되어, 각 활성표면(21a, 21b, 21c)에 있는 검체의 비결합 항체가 세척용액에 의해 선처리(분리 또는 제거)된다. 여기서, 멀티 카세트(10)는 다중 검체 분석 장치(40)의 내부에서 별도의 구동부(미도시)에 의해 피스톤(20)이 실린더(230)의 저장공간(33)에 삽입되며, 인큐베이션 후 세척이 진행되는 과정에서 비결합 항체가 각 활성표면(21a, 21b, 21c)으로부터 분리된다.
피스톤(20)의 선단부가 실린더(230)의 저장공간(33)에 완전히 이르면, 피스톤(20)의 후단부에 위치한 단자부와 다중 검체 분석 장치(40)의 해당 슬롯에 연결된다.
즉, 멀티 카세트(10)의 피스톤(20) 후단부에 위치한 단자부와 다중 검체 분석 장치(40)가 전기적으로 연결되면, 단자부와 연결된 전극부를 통해 전원이 인가되어 피스톤(20)의 각 활성표면(21a, 21b, 21c)에 음극 전기 자극이 가해진다. 이를 통해, 다중 검체 분석 장치(40)는 설정된 제어 로직을 이용하여 캘리브레이션 과정을 거친 후 진단 대상자의 검체를 신속하고 정밀하게 분석한다.
도 4 및 도 5는 멀티 카세트에 세척액이 구비되지 않고, 별도의 세척기기를 통해 비결합 복합체가 세척되도록 하는 실시예로서, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 검체 분석 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 그리고 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 카세트를 나타낸 도면이다. 이때, 도 5의 (a)는 멀티 카세트를 정면에서 나타낸 사시도이고, 도 5의 (b)는 멀티 카세트를 후면에서 나타낸 사시도를 나타낸다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 도 1에서 설명한 멀티 카세트와는 달리 더욱 많은 양의 검체를 단시간 내에 검진하기 위하여 분석 키트인 멀티 카세트(100)에 세척용액을 담지 않고, 별도의 세척기(200)를 구비하여 멀티 카세트를 인큐베이션 및 세척하도록 하고, 다중 검체 분석 장치(300)는 세척이 완료된 멀티 카세트(100)를 삽입하여 신속하게 분석만 진행한다.
즉, 도 1의 실시예에 따른 멀티 카세트(10)는 자체적으로 소량의 세척용액을 담고 있기에 별도의 세척기가 불필요하지만 세척용액이 소량이므로 불순물(비결합 항체 등)이 제대로 세척되지 않을 수 있다.
따라서, 도 4 이하의 실시예에서는 세척기(200)를 별도로 구비하고 도 1의 실시예보다 많은 세척용액을 수용한 상태에서 복수의 멀티 카세트(100)가 삽입되면, 소정의 절차를 거쳐 인큐베이션 후 세척을 진행하기 때문에 검체의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다.
정리하면, 세척기(200)는 인큐베이션과 세척 기능을 통해 진단에 불필요한 물질(검체 항원과 반응하지 않는 항체 및/또는 발광체를 포함하는 복합체)을 효과적으로 세척하여 제거하고, 다중 검체 분석 장치(300)는 다중 검체를 독립적으로 분석만 할 수 있도록 구성(세척 기능 없음)하여 도 1의 실시예에서의 분석 장치(40)에 비해 약 50% 정도 소형화 및 경량화를 시킬 수 있다.
도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 멀티 카세트(100)는 진단 대상자로부터 채취한 다양한 검체(혈액, 콧물 등)를 수용한 상태로 도 4에 도시된 세척기(200)와 다중 검체 분석 장치(300)의 내부에 삽입되는 체외진단용 분석 키트다.
이러한 멀티 카세트(100)는 크게 몸체부(110), 전극부(120) 및 단자부(130)로 구성된다.
몸체부(110)는 내부에 수용 공간을 가지며, 상단의 일부분이 관통된 외관의 골격을 이룬다. 이러한 몸체부(110)는 검체 투입구(111)와, 격벽(112)을 포함한다.
검체 투입구(111)는 진단 대상자로부터 채취한 검체를 투입하는 홀(hole)로서, 몸체부(110)의 상단에 길이 방향을 따라 나란하게 간격을 두고 배치(형성)되어 복수의 활성표면(101a, 101b, 101c)을 외부로 노출시킨다.
여기서, 활성표면(101a, 101b, 101c)은 몸체부(110)에 내장되되, 상단이 외부로 노출되는 구조로 이루어진다.
이때, 활성표면(101a, 101b, 101c)은 일체형으로 이루어진 상태에서 검체 투입구(111)와 격벽(112)을 통해 구획되거나, 복수의 파편(piece)으로 이루어져 검체 투입구(111)마다 배치되는 형태일 수 있다. 여기서, 격벽(112)은 복수의 활성표면(101a, 101b, 101c) 사이에 배치되어, 진단 대상자의 검체 간 간섭을 방지하는 역할을 한다. 활성표면(101a, 101b, 101c)에는 복수의 복합체가 흡착 또는 코팅 공정으로 부착될 수 있다. 여기서, 복합체는 항체, DNA 등의 유전체를 포괄한다.
활성표면(21a, 21b, 21c)은 p형 또는 n형의 반도체칩(Si 웨이퍼 등)으로 구현된다. 이때, 활성표면(21a, 21b, 21c)이 P형 반도체로 구현될 경우, n형 반도체로 구현될 때보다 높은 방사 강도(emission intensity)와 긴 발광 시간을 갖는 터븀(Tb; terbium)을 적용하기에 더 적합하다. 이때, 본 발명의 일 실시예는 후술하는 기술적 특징에 따라 란타나이드 계열 물질 외 다양한 물질 적용이 가능한 것을 특징으로 한다. 또한, 활성표면(21a, 21b, 21c)이 P형 반도체로 구현될 경우, LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 전위차가 이산화규소(SiO2)의 밴드 갭(band gap)인 9eV 이상이기 때문에 활성표면(21a, 21b, 21c)은 9V 내지 실리콘(Silicon)의 항복 전압(breakdown voltage) 범위의 전압 인가가 필요하다.
활성표면(101a, 101b, 101c)은 1차 복합체(항체 등)가 코팅된 후, 비특이적 결합을 방지하기 위하여 블로킹(blocking) 처리될 수 있다.
또한, 활성표면(101a, 101b, 101c)에 복합체를 부착시킬 경우, 특정 시간 후 비결합 복합체는 세척될 수 있다. 분석 원리에 따라서 활성표면(101a, 101b, 101c)에 다른 반응 물질이 부착될 수도 있다.
활성표면(101a, 101b, 101c)에는 서로 다른 종류의 타깃 질병 항체가 각각 수용된다. 이는 다중 검체를 동시에 검출하여 타깃 질병의 양성 유무 및 질병의 진행상황 등을 정밀하게 조기 진단하기 위함이다.
활성표면(101a, 101b, 101c)의 상단에는 필터 역할을 하는 멤브레인(102)이 배치된다.
멤브레인(102)은 검체에 포함된 측정에 불필요한 성분들을 여과 및/또는 2차 복합체(발광 복합물, 항체와 결합된 발광체 등)를 고정한다. 즉, 멤브레인(102)은 타깃 질병의 항체 및 발광체가 결합된 복수의 복합체를 진단 대상자의 검체가 투입되기 전 고정시키는 역할을 할 수 있다.
멤브레인(102)은 활성표면(101a, 101b, 101c)과 이격된 상태로 검체 투입구(111)의 내측면에 고정되거나 분리 가능하게 장착될 수 있다. 이러한 멤브레인(102)은 PE(Polyester) 또는 PC(Polycarbonate) 등 여과 성능을 갖는 폴리머 재질로 형성될 수 있다. 멤브레인(102)은 지름 크기가 1㎛이고, 두께가 11㎛인 복수의 다공을 가지며, 전체 두께가 20㎛ 이하일 수 있다.
멤브레인(102)은 다중 검체 내 존재하는 많은 물질들 중 측정에 불필요한 물질들을 걸러내는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 멤브레인(102)은 발광체가 붙어있는 항체를 고정시켜 놓는 역할을 할 수도 있다.
한편, 몸체부(110)에는 진단 대상자의 검체 정보가 담긴 NFC(Near Field Communication) 칩 또는 QR(Quick Response) 코드가 구비될 수 있다. 이를 통해 멀티 카세트(100)는 외부 기기(예: 도 4에 도시된 세척기와 다중 검체 분석 장치 등)와 페어링(pairing)되어 검체의 각 정보를 송수신할 수 있다.
전극부(120)는 몸체부(110)에 내장되며, 활성표면(101a, 101b, 101c)과 전기적으로 연결된다. 이러한 전극부(120)는 외부로부터 전원이 공급되면 활성표면(101a, 101b, 101c)을 여기(excitation)시킨다.
단자부(130)는 전극부(120)와 전기적으로 연결되며, 전극부(120)의 각 전극을 도 4에 도시된 세척기(200)와 다중 검체 분석 장치(300)에 연결하는 기능을 갖는다. 이때, 단자부(130)가 외부 기기로부터 전원을 공급받으면, 전극부(120)를 거쳐 활성표면(101a, 101b, 101c)에 전원이 인가되고, 활성표면(101a, 101b, 101c)에서 열전자(hot electron)가 방출되어 발광체가 빛을 발생시킨다.
이러한 단자부(130)는 4개의 단자를 갖는다. 여기서, 4개의 단자는 동시 진단이 가능한 검체의 수가 3개이므로 각각의 웨이퍼칩에 대한 개별 전원 단자 3개와, 전체 웨이퍼칩에 대한 공통 단자 1개를 의미한다(단자부의 다양한 실시예에 중 하나에 해당하는 예시임).
검체 진단을 위하여 멀티 카세트(100)를 도 4에 도시된 세척기(200)와 다중 검체 분석 장치(300)의 내부에 각각 삽입하면, 단자부(130)를 통해 각 활성표면(101a, 101b, 101c)이 세척기(200)와 다중 검체 분석 장치(300)에 각각 연결(시간의 흐름상 세척기에 먼저 삽입된 후 분석기에 삽입됨)되어, 검체에 대한 인큐베이션, 세척 및 분석이 순서대로 진행된다.
이하에서는 이와 같은 멀티 카세트를 이용하여 다중 검체를 분석하는 제1 내지 제3 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.
제1 실시예(SiPM 센서를 구비하는 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치)
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SiPM 센서를 구비하는 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치(300)를 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 6 이하에서는 설명의 편의상 도 4 내지 도 5에서 설명한 멀티 카세트(100)가 적용되는 것으로 설명하도록 하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 전술한 도 1 내지 도 3에서의 멀티 카세트(10)도 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 검체 분석 장치(300)는 수용 모듈(310), 전기자극 인가 모듈(320), 광자 카운팅 모듈(330), 분석 모듈(340)을 포함하여 구성된다.
수용 모듈(310)은 멀티 카세트(100)를 수용하는 구성으로서, 멀티 카세트(100)를 안착시킨 후 내외부로 슬라이딩 이동이 가능하다. 이때, 수용 모듈(310)은 별도의 구동부에 의해 이동될 수 있다.
전기자극 인가 모듈(320)은 검체 내 항원과 반응하지 않는 활성표면의 비결합 복합체가 세척되어 활성표면으로부터 제거된 멀티 카세트(100)의 단자부(130)와 전기적으로 연결되어 음극 전기자극을 인가한다. 이때, 전기자극 인가 모듈(320)에 의해 수행되는 구체적인 내용은 제2 내지 제3 실시예를 통해 설명하도록 한다.
광자 카운팅 모듈(330)은 음극 전기자극이 인가되어 항원-항체 반응에 따라 발광하는 형광물질의 농도를 측정하는 적어도 하나의 SiPM 센서를 포함한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예는 광자 카운팅 모듈(330)이 SiPM 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
현재의 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치에서 광자 카운팅 모듈은 고전압 인가부, 카운팅부 및 PMT(PhotoMultiplier Tube) 센서로 구성되어 있었으며, 이 중 PMT 센서는 빛을 수광하여 신호를 증폭시키는 역할을 한다. PMT 센서를 통해 증폭된 신호를 기반으로 카운팅부는 멀티 카세트에서의 검체에 대한 ECL intensity, 즉 항원-항체에 따른 형광물질의 농도(발색량, 발광량, 형광량 등)를 측정한다.
이와 달리, 본 발명의 일 실시예는 PMT 센서 대신 소형의 SiPM 센서를 적용하는 것을 특징으로 한다. PMT 센서는 모듈의 크기가 상당히 큰 관계로 다중 검체 분석 장치의 소형화가 어려운 단점이 있었으나, SiPM 센서는 크기가 소형이므로 다중 검체 분석 장치(300)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 SiPM 센서를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로, 광자 카운팅 모듈(330)은 하나의 SiPM 센서를 구비할 수 있다. 이 경우, 종래 PMT 센서를 이용하는 경우에 비하여 기기의 소형화가 가능하다는 장점이 있다(도 7a).
일 실시예로, 광자 카운팅 모듈(330)은 복수의 어레이 타입의 SiPM 센서를 구비할 수 있다. 예를 들어, 현재 다중 검체 분석 장치(300)에서의 발광 영역은 6*6mm2이며, 이에 반해 SiPM의 크기는 3*3mm2이다. 이에 따라, 1개의 SiPM 센서를 사용하였을 경우, 방사되는 빛을 SiPM 센서가 모두 수광하지 못하여 손실되는 영역이 존재할 수 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 복수 개의 SiPM 센서를 어레이 타입으로 구성하여 발광 영역에서 발광된 빛을 모두 수광할 수 있다(도 7b).
이에 더 나아가, 본 발명의 일 실시예에서 광자 카운팅 모듈(330)은 복수 개의 어레이 타입의 SiPM 센서 중 적어도 하나의 SiPM 센서에 부착되는 소정의 필터를 더 포함할 수 있다. 기존의 PMT 센서 기반의 다중 검체 분석 장치는 극미량의 빛을 검출할 수는 있지만, 빛의 파장을 구분할 수 없는 한계가 존재하였다.
이때, 하나의 SiPM 센서만을 이용할 경우에는 빛의 파장을 구분할 수 없지만, 본 발명의 일 실시예는 복수 개의 필터를 각 SiPM 센서에 부착함으로써 서로 다른 파장의 빛을 독립적으로 검출할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 정확한 질병 진단 및 다양한 종류의 질병을 동시에 검출 가능하다는 장점을 갖는다(도 7c).
예를 들어, 심혈관 질환의 경우 다양한 종류의 바이오마커를 종합적으로 관찰하면 진단 정확도를 높일 수 있으며, 발병 시기나 예후를 관찰할 수 있다. 이때, CK-MB, Troponin I, Myoglobin 등의 표지자를 조합하여 진단할 수 있다.
또는, 한가지 바이오마커로 진단 특이도가 낮아지는 암, 치매와 같은 질병들은 다중 바이오마커에 의한 분석이 요구되며, 필터 부착 방식의 다중 어레이 SiPM 센서를 통해 해당 질병에 대한 분석이 가능하다. 그밖에, 여러 바이오마커를 각각 하나씩 분석할 때보다 다중 진단을 통해 분석 시간 및 비용을 단축할 수 있는 효과가 있다.
다시 도 6을 참조하면, 분석 모듈(340)은 형광물질의 농도 측정 결과를 기반으로 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 도출한다.
일 실시예로, 분석 모듈(340)은 비결합 복합체가 제거된 멀티 카세트(100)의 활성표면에 기 설정된 시간 동안 음극 전기자극이 가해진 결과를 토대로 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 도출한다.
여기서, 기 설정된 시간은 특정 횟수(미리 설정한 음극 전기자극 횟수)의 음극 전기자극을 통해 활성표면의 검체를 분석하는 n초(n은 자연수)동안의 시간을 의미한다. 예를 들어, 다중 검체 분석 장치(300)는 특정 횟수의 음극 전기자극을 멀티 카세트(100)의 활성표면에 가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 양성 유무 및 진행 상태를 디스플레이(360)에 표시한다.
즉, 분석 모듈(340)은 진단 대상자의 검체 내 항원과 결합되어 음극 전기자극에 의해 발광하는 발광체를 카운팅하여 획득한 계측값을 기 설정된 데이터값과 비교 연산한 후, 그 결과값에 따라 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석한다.
여기서, 기 설정된 데이터값은 항원-항체 반응 개수에 대한 질병 관련 정보를 정량적으로 데이터화한 값이다. 항체에 반응하는 항원의 양(발광체의 개수는 항원의 양과 비례)에 따라 타깃 질병의 양성 유무를 판단할 수 있다.
예컨대, 분석 모듈(340)은 A라는 질병에 대한 항체에 반응하는 항원의 양이 30 이하이면 정상이고, 30을 초과하면 위험군, 60을 초과하면 양성으로 진단되어 고위험군 등에 해당되는 식의 정량 데이터로 진단 상태를 확인할 수 있다.
또한, 분석 모듈(340)은 특정 시간 동안 발현되는 수치를 통해 바이러스 감염 등을 진단할 수도 있을 것이다(이러한 예시는, 의학 정보와 관련이 없으며 해당 사항에 대한 이해를 돕기 위해 기재한 내용에 불과함).
이렇듯 분석 모듈(340)은 계측값과 데이터값을 비교 연산하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 양성 여부뿐만 아니라, 타깃 질병과 관련한 검체의 현재 상태를 단시간 내에 진단할 수 있다.
그밖에 다중 검체 분석 장치는 케이스(350), 디스플레이(360) 및 도어(370)를 구비할 수 있다.
케이스(350)는 외관을 이루며, 내부에 각 구성요소를 구동할 수 있는 전자 부품을 기밀하게 내장한다. 여기에서 전자 부품은 각종 케이블이나 배선을 통합하여 연결하는 회로가 장착되어 있는 기판과, 이에 연결되는 각종 부품 등을 포괄한다. 케이스(350)는 광선이 안 통하는 라이트프루프 챔버(ligthproof chamber)로 구성될 수 있다.
디스플레이(360)는 케이스(350)의 상단에 위치하며 터치스크린 방식으로 구성될 수 있다. 이때, 디스플레이(350)는 직관적으로 메뉴 전환이나 다양한 기능설정을 할 수 있다.
도어(370)에는 상호 페어링 방식(NFC, QR 코드 등)으로 개폐가 자동으로 이루어지거나, 디스플레이(360)에 마련된 터치 조작으로 개폐되는 구조이다.
한편, 다중 검체 분석 장치(300)는 빅데이터 서버와 연결되어 정보를 송수신할 수 있다. 즉, 다중 검체 분석 장치(300)는 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 결과 데이터를 암호화하여 설정된 빅데이터 서버로 자동 송출하거나 빅데이터에 있는 정보를 수신받아 디스플레이(360)에 표시할 수 있다. 진단 대상자는 개인 폰 등과 같은 단말기를 이용하여 빅데이터 서버와 연결(블루투스 등) 후, 개인 의료 정보를 수신받거나 관련 정보를 송신할 수도 있다. 이때, 개인 정보의 송수신은 법적으로 저촉되지 않는 범위 내에서 이루어지는 것이 당연하다.
제2 실시예(C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치에서의 멀티 카세트 구동 시스템 및 방법)
도 8은 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치에서의 멀티 카세트 구동 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 도 9는 멀티 카세트 구동 시스템에서의 전압, 전류 관계를 그래프로 도시한 것이다.
현재 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치는 멀티 카세트의 두 전극 사이에 일정한 전압을 인가하며, 인가된 전압에 전류가 흐르게 된다. 종래에는 단순히 정전압을 인가하여 멀티 카세트를 동작시키는 방식으로, 멀티 카세트의 작업전극과 상대전극에 특정 전압을 특정 시간 동안 인가하여 그 변화를 측정하였다. 즉, 특정 시간 동안 전압을 인가하면 작업전극 표면에서 반응이 일어나고 형광물질이 발광하게 되며, 전압을 차단한 뒤 광량을 측정하여 분석하였다.
이 경우, 전극의 상태, 용액 내부의 불순물 등으로 인하여 일정한 전류가 흐르지 않을 경우 동일한 양의 반응이 일어나지 않게 되어 측정 정확도가 저하되는 문제가 있었다. 또한, 전기화학반응이 부족하거나 필요 이상의 과한 반응이 일어남으로 인해 측정 정확도가 저하되는 문제가 있었다. 그리고 전압강하 시 발생하는 반대 방향의 전류가 환원을 유도하여 반응 효율을 감소시키는 문제가 존재하였다.
이러한 다양한 문제로 인하여 현재 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치는 형광물질로 긴 붕괴 시간(long decay time)을 갖는 란타나이드(Lanthanide) 계열의 물질을 사용할 수밖에 없는 한계가 있었다. 일반적인 형광물질의 경우 붕괴 시간이 수~수십 ns 수준으로 매우 짧기 때문에 정확한 측정이 어려워 이용이 불가하였으나, 란타나이드 계열의 물질은 수~수천 us 수준으로 매우 길기 때문에 분석에 유리하다는 장점이 있어 검체 분석시의 형광물질로 사용하였다.
이러한 다양한 문제를 해소하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 종래 전압 구동방식 및 광량-시간 분석 방법에서 더 나아가, 전류 구동방식을 적용하였고, 광량-시간 분석 외에 전압 및 전류 모니터링 분석 결과를 이용하는 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 카세트 구동 시스템은 마이크로 컨트롤러(321), 아날로그 멀티플렉서(322), 전류 인가부(323), 전압 비교부(324), 플립플롭부(325)를 포함하여 구성된다.
마이크로 컨트롤러(321)는 소정의 고전류(High Current) 및 0보다 작은 환원전류(Low Current)를 설정한다. 마이크로 컨트롤러(321)는 High Select와 Low Select 컨트롤 신호선을 아날로그 멀티플렉서(322)에 입력하여 선택된 전류값을 전류 인가부(323)로 제공되도록 한다.
일 실시예로, 마이크로 컨트롤러(321)는 고전류의 크기를 설정하고, 고전류가 인가되는 제1 시간을 설정한다. 마찬가지로 환원전류의 크기를 설정하고, 환원전류가 인가되는 제2 시간을 설정하여, 특정 시간만큼 전류를 인가 및 차단할 수 있도록 한다. 일 실시예로 고전류는 10mA, 환원전류는 -0.1mA일 수 있다. 마이크로 컨트롤러(321)는 멀티 카세트로 인가되는 초기 전류를 0전류로 설정한다.
아날로그 멀티플렉서(322)는 측정 시작 후 마이크로 컨트롤러(321)에 의해 설정된 고전류의 크기 및 제1 시간에 따라 전류 인가부(323)를 통해 멀티 카세트(100)로 고전류가 인가되도록 제어한다.
그 다음, 아날로그 멀티플렉서(322)는 제1 시간이 경과한 후 제2 시간 동안 마이크로 컨트롤러(321)에 의해 설정된 환원전류의 크기 및 제2 시간에 따라 전류 인가부(323)를 통해 멀티 카세트(100)로 환원전류가 인가되도록 제어한다.
전류 인가부(323)는 멀티 카세트(100)로 고전류 및 환원전류를 인가한다. 이때, 멀티 카세트(100) 구동을 위해 고전류를 인가하고 차단하게 되면 멀티 카세트(100)에서는 계속된 반응이 일어나게 되는데, 이를 강제로 멈추기 위하여 본 발명의 일 실시예는 반대 전류인 환원전류를 멀티 카세트로 인가한다. 이를 통해 멀티 카세트(100) 상에서 추가적인 반응없이 목적하는 반응을 정확히 유도할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 멀티 카세트(100)는 음극으로 작용하는 작업전극, 양극으로 작용하는 상대전극 외에, 작업전극과 상대전극으로부터 소정의 위치에 구비되는 기준전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. 일 실시예로, 기준전극은 상대전극에 보다 인접하도록 구성될 수 있다. 이러한 기준전극은 상대전극과 작업전극 사이의 전압을 모니터링하기 위한 것이다.
종래 C-ECL 기반 다중 검체 분석 장치는 전압을 모니터링할 필요가 없는 정전압을 인가하였고, 전압 구동 방식에 따라 인가된 전압에 의해 전류가 흐르도록 하는 제어 방식이 적용되었다. 이와 달리, 본 발명의 일 실시예는 전압 구동 방식이 아닌 전류 구동 방식으로 변경하여, 멀티 카세트(100)에서 특정 전압에 도달시점을 모니터링하고, 특정 전압 도달시까지 환원전류를 인가하는 것을 특징으로 한다.
한편, 멀티 카세트(100)가 기준전극을 구비하지 않는 경우에도 전압 모니터링은 가능하지만, 이 경우 상대전극이 기준전극의 역할까지 병행해야 하므로 정확한 전압 모니터링이 불가하며, 이는 결국 측정 정확도를 저하시키는 요인으로 작용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 멀티 카세트(100)에 기준전극을 추가하여 상대전극과 작업전극 사이의 전하의 흐름을 독립적으로 모니터링할 수 있는바 더욱 정확한 전압 측정이 가능하다는 장점이 있다.
전압 비교부(324)는 멀티 카세트(100)에서 측정된 전압을 미리 설정된 전압 임계치(Low Limit Voltage)와 비교하여 전압 임계치에 도달하는 시점을 모니터링한다.
전압 비교부(324)는 멀티 카세트(100)의 기준전극에서 측정된 기준전압과 미리 설정된 전압 임계치를 비교하고, 비교 결과 기준전압이 전압 임계치 이하가 되는 시점을 모니터링한다.
비교 결과 기준전압이 전압 임계치에 도달하게 되면, 플립플롭부(325)는 전압 임계치 도달 시점에서 0전류(zero current)에 대한 선택 입력을 아날로그 멀티플렉서(322)로 전달하고, 이를 수신한 아날로그 멀티플렉서(322)는 전류 인가부(323)를 통해 멀티 카세트로 0전류가 인가되도록 선택 제어한다.
분석 모듈(340)은 제1 시간 구간 이후 환원전류가 인가되는 시점부터 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점까지를 제2 시간 구간으로 설정하여 제2 시간 구간 동안의 형광물질을 카운팅한다. 그리고 제2 시간 구간을 기준으로 카운팅된 형광물질의 농도를 측정하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석한다.
이때, 반응에 참여하는 형광물질의 양은 검체 내 대상 물질(항원 또는 항체)의 양에 따라 달라지는데, 반응에 참여하는 형광물질의 양이 다를 경우, 각 경우마다 멀티 카세트(100)의 기준전극에서 모니터링되는 특정 전압에 도달하는 시간은 각각 상이하게 측정된다.
이러한 점을 기반으로 본 발명의 일 실시예는 특정 전압에 도달하는 시간 구간 내에서의 형광물질의 농도를 측정하는 전압-시간 분석 방식을 통해, 종래 긴 붕괴 시간을 갖는 란타나이드 계열의 물질을 적용해야만 하는 한계를 벗어나, 보다 다양한 형광물질 사용이 가능하다는 장점이 있다. 적용 가능한 형광물질의 일 예로는 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 퀀텀닷(Quantum dot) 등이 해당될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 멀티 카세트(100) 구동 방식을 기존 2전극 구동 방식에서 기준전극이 추가된 3전극 구동 방식을 적용함으로써, 매 측정시마다 동일한 전류 인가가 가능한바, 측정 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 기존의 광량-시간 특성 분석에만 의존하여 분석함에 따른 분석 오차를, 전압-시간 기반의 제어 방식의 추가로 인해, 제2 시간 구간으로 한정되는 정확한 시간 구간 동안 측정되는 형광물질의 농도를 보다 정확히 분석할 수 있다는 장점이 있다.
제3 실시예(C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법)
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 C-ECL 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중 검체 분석 방법의 순서도이다. 도 11은 전류 인가 방식에 따른 다중 검체 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 검체 분석 방법은 타깃 질병의 항체와 발광체를 포함하는 복수의 복합체가 수용된 활성표면을 구비한 멀티 카세트의 활성표면 상에 진단 대상자의 검체를 투입시키는 단계(S110)와, 상기 진단 대상자의 검체가 투입된 멀티 카세트의 활성표면을 인큐베이션하는 단계(S120)와, 상기 검체 내 항원과 반응하지 않는 활성표면의 비결합 복합체를 세척하여 활성표면으로부터 제거하는 단계(S130) 및 상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계(S140)를 포함하여 실시된다.
한편, 도 10 및 도 11에 도시된 각 단계들은 전술한 다중 검체 분석 장치에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 타깃 질병의 항체와 발광체를 포함하는 복수의 복합체가 수용된 활성표면을 구비한 멀티 카세트의 활성표면 상에 진단 대상자의 검체를 투입시킨다(S110).
S110 단계에서는 스포이드를 이용하여 검체를 채취한다. 이때, 스포이드는 검체를 채취하는 일 수단에 해당하며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 검체의 일 예로는 혈액일 수 있으며, 다중 검체 분석은 혈액을 포함한 다종 또는 다수의 검체를 이용할 수 있다.
검체 채취가 완료되면 채취한 검체를 멀티 카세트의 활성표면에 투입한다. 각 활성표면과 멤브레인에는 진단 대상자의 검체 내 항원과 반응하는 서로 다른 종류의 항체와, 이 항체와 결합된 발광체 등이 포함된 복합체가 미리 고정되어 있다.
다음으로, 진단 대상자의 검체가 투입된 멀티 카세트의 활성표면을 인큐베이션하고(S120), 검체 내 항원과 반응하지 않는 활성표면의 비결합 복합체를 세척하여 활성표면으로부터 제거한다(S130).
다음으로, 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 순차적으로 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석한다(S140).
S140 단계에서는 활성표면에 기 설정된 시간 동안 고전압 및 환원전류를 인가하여, 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점까지의 형광물질의 농도를 측정하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석할 수 있다.
보다 구체적으로, 활성표면에 기 설정된 제1 시간 동안 고전압을 인가하고(S141), 제1 시간이 경과한 후 기 설정된 제2 시간 동안 0보다 작은 환원전류를 인가한다(S142).
그 다음, 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점을 모니터링하고(S143), 전압 임계치에 도달한 시점에서 0전류를 멀티 카세트로 인가한다(S144).
전술한 바와 같이 멀티 카세트에서 측정된 전압은 멀티 카세트의 기준전극에서 측정된 전압일 수 있다.
이후, 제2 시간 구간 동안의 형광물질을 카운팅하고(S145), 제2 시간 구간을 기준으로 카운팅된 형광물질의 농도를 측정하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석한다(S146).
도 12는 본 발명에 따른 다중 검체 분석 장치 및 방법을 테스트한 결과를 도시한 도면으로, 발광물질의 농도를 서로 다르게(Blank, 10-13M)로 설정하여 측정한 결과를 나타낸 것이다.
일 예로, Intensity-Time-Current plot에서 검정색 점선(Blank)과 녹색 실선(10-13M)의 발광량에 차이가 있음을 확인할 수 있다. 이때, 사용된 물질의 농도가 매우 낮음에도 불구하고 발광량에 명확한 차이가 있음을 확인할 수 있다.
또한, Time-potential plot에서는 발광물질의 농도에 따라 특정 전압까지 도달하는 시간이 서로 상이함을 확인할 수 있다. 두 곡선의 potential(V) 스케일이 서로 달라 전압 임계치(low limit voltage)가 서로 상이한 것으로 보이나, 이는 스케일의 문제로 설정된 전압 임계치는 서로 동일하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 스포이드 10: 멀티 카세트
20: 피스톤 21a, 21b, 21c: 활성표면
22: 피스톤 후단부 23a, 23b, 23c: 융기부
30: 실린더 31a, 31b, 31c: 검체 투입구
32: 삽입공간 33: 저장공간
34: 분리막 40: 다중 검체 분석 장치
100: 멀티 카세트 101a, 101b, 101c: 활성표면
102: 멤브레인 110: 몸체부
111: 검체 투입구 112: 격벽
120: 전극부 130: 단자부
200: 세척기 300: 다중 검체 분석 장치
310: 수용 모듈 320: 전기자극 인가 모듈
321: 마이크로 컨트롤러 322: 아날로그 멀티플렉서
323: 전류 인가부 324: 전압 비교부
325: 플립플롭부 330: 광자 카운팅 모듈
340: 분석 모듈 350: 케이스
360: 디스플레이 370: 도어

Claims (6)

  1. C-ECL(음극-전기화학발광) 기반의 다중 검체 분석 장치를 이용한 다중검체 분석 방법에 있어서,
    티깃 질병의 항체와 발광체를 포함하는 복수의 복합체가 수용된 활성표면을 구비한 멀티 카세트의 활성표면 상에 진단 대상자의 검체를 투입시키는 단계;
    상기 진단 대상자의 검체가 투입된 멀티 카세트의 활성표면을 인큐베이션하는 단계;
    상기 검체 내 항원과 반응하지 않는 활성표면의 비결합 복합체를 세척하여 활성표면으로부터 제거하는 단계; 및
    상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계를 포함하는,
    다중검체 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계는,
    상기 활성표면에 기 설정된 시간 동안 고전압 및 환원전류를 인가하여, 상기 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점까지의 형광물질의 농도를 측정하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 것인,
    다중검체 분석 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계는,
    상기 활성표면에 기 설정된 제1 시간 동안 고전압을 인가하는 단계;
    상기 활성표면에 상기 제1 시간 경과후 기 설정된 제2 시간 동안 0보다 작은 환원전류를 인가하는 단계;
    상기 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점을 모니터링하는 단계; 및
    상기 전압 임계치 도달 시점에서 0전류를 상기 멀티 카세트로 인가하는 단계를 포함하는,
    다중검체 분석 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 멀티 카세트는 음극으로 작용하는 작업전극, 양극으로 작용하는 상대전극, 및 상기 작업전극과 상대전극으로부터 소정의 위치에 구비되는 기준전극을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중검체 분석 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 멀티 카세트에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점을 모니터링하는 단계는,
    상기 멀티 카세트의 기준전극에서 측정된 기준전압과 상기 미리 설정된 전압 임계치를 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과 상기 기준전압이 상기 전압 임계치 이하가 되는 시점을 모니터링하는 단계를 포함하는,
    다중검체 분석 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비결합 복합체가 제거된 활성표면에 고전류 및 환원전류를 인가하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계는,
    상기 제1 시간 구간 이후 환원전류가 인가되는 시점부터 상기 미리 설정된 전압 임계치에 도달하는 시점까지의 제2 시간동안의 형광물질을 카운팅하는 단계; 및
    상기 제2 시간 구간을 기준으로 카운팅된 형광물질의 농도를 측정하여 진단 대상자의 타깃 질병에 대한 검사 결과를 분석하는 단계를 포함하는,
    다중검체 분석 방법.
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