WO2013162175A1 - 생화학 분석 카트리지 - Google Patents

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남학현
신동헌
조주영
박갑수
김지훈
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Abstract

본 발명은 생화학 분석 카트리지에 관한 것으로, 상세하게는 삽입형 용액 카트리지, 및 상기 삽입형 용액 카트리지를 수용할 수 있는 반응 카트리지를 포함하는 생화학 분석 카트리지에 있어서, 용액 카트리지를 반응 카트리지로 삽입함에 따라 돌출된 보호 필름 유도부가 반응 카트리지 내의 걸림쇠에 걸려 부러지고, 용액 카트리지에 부착된 반응액 저장부 밀봉용 보호필름이 자동적으로 탈착되어 반응액이 용액카트리지로부터 반응 카트리지로 유출되는 것을 특징으로 하는 분석 카트리지를 제공한다. 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지는 분석하고자하는 시료가 삽입형 용액 카트리지를 통해 반응 카트리지로 삽입됨과 동시에 반응 카트리지 내로 자동적으로 주입될 수 있는 사용자의 편의성 및 분석 카트리지의 조작성을 향상시킬 수 있다.

Description

생화학 분석 카트리지
본 발명은 하나 또는 그 이상의 분석 시약과 미량의 생체시료 사이의 액상반응을 통하여, 특정시료의 양, 농도를 광학적으로 간편하게 측정할 수 있는 생화학 반응 카트리지 및 그 분석 방법에 관한 것으로, 특히 현장검사(point of care testing, POCT)장치에 사용될 수 있는 분석 시스템에 관한 것이다.
현재 의료 진단 분야에 있어 혈액, 혈청, 소변, 세포액 등의 생체시료에 포함된 특정시료를 검출 또는 정량 하기 위해서, 효소 분석(enzyme assay), 면역분석(immunoassay), 화학 비색 분석(chemical colorimetric assay), 전기화학적 분석(electrochemical assay), 형광 표지(fluorescence labeling) 및 측정, 화학발광 표지(chemiluminescent labeling) 및 측정 등의 다양한 분석 기술이 사용되고 있다. 이들 분석 기술은 대형병원의 임상시험센터 등에서 사용되는 자동분석장치와 같은 대형장비, 혹은 테스트 스트립(test strip), 카트리지(cartridge)등의 플랫폼을 이용한 현장검사(POCT)장치에 응용되어 사용되고 있다.
대형장비의 경우, 대량의 시료를 처리 가능하다는 점과 측정값의 신뢰도가 높다는 장점이 있는 반면, 기계장치의 특성상 구조가 복잡하고 대형으로 이루어져 특정 검사실에서만 사용되기 때문에 사용 장소가 제한되는 단점이 있다. 또한, 생체시료의 전처리 과정이 필요한 경우가 많고, 여러 종류의 시약과 센서를 각각 주기적으로 교체하여 사용해야 함으로써 유지관리 측면에서 번거로움이 많다.
한편, 현장검사장치의 경우, 대형장비에 비해 측정값의 신뢰도는 낮지만, 측정 장소의 제한을 받지 않고, 신속한 측정이 가능하다는 점에서 의료 진단 분야에서 넓게 사용되고 있다. 특히, 카트리지형 현장검사장치는 여러 종류의 시약과 센서를 각각 구비 및 설치해야 하는 대형장비와는 달리, 생체시료 공급부와 반응시약, 그리고 검출 부위를 하나의 카트리지에 구성하였기 때문에, 측정 시 사용자 편의성이 높다. 또한 측정 후 생체시료 노출에 의한 오염 가능성이 낮기 때문에, 안정성 면에서도 이점이 있다.
한편, 당뇨병진단에 있어서 혈당 측정과 함께, 당화혈색소에 대한 현장검사의 필요성이 대두되고 있다. 당화혈색소(HbA1c)는 포도당과 결합한 혈색소(hemoglobin)를 이르는 말로, 혈액에 포함되는 당화혈색소의 측정은 식사 유무 및 환자의 신체상태에 구애받지 않고 환자의 3 ~ 4달 동안의 평균 혈당 수치를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 환자가 실시하고 있는 혈당 관리 방법의 효율성을 평가할 수 있는 지표로 사용할 수 있어, 최근 주목받고 있다. 실제로 지금까지 혈액에 포함된 당화혈색소를 측정하기 위한 카트리지형 현장검사장치가 다수 보고 및 출시된 바 있다.
미국등록특허 US6,300,142 B1의 경우 혈액 내에 존재하는 당화혈색소를 측정하기 위해서 시료를 제1 주입구를 통해 제1 반응물에 반응시키고, 순차적으로 제2 주입구를 통해 제2 반응물에 반응시켜 분석물질을 측정하는 카트리지가 개시된 바 있다. 그러나 이러한 경우에는 측정이 시간적인 간격을 두고 순차적으로 일어나야 하며, 측정하는 사람이 순차적으로 시료를 주입하여 반응하도록 측정단계에 개입해야 한다. 또한, 측정 과정 중 시약 액의 누수가 발생할 수 있어 측정 결과의 신뢰성 및 상품성이 떨어지는 문제점이 있으며, 당화혈색소와 결합된 비드를 일단 걸러 주어야 하는 과정이 요구되기 때문에 측정이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 나아가, 이러한 작업들은 사용자에게 여러 단계의 직접적인 개입을 요구하므로 사용자는 번거로움을 느낄 수 있고, 이에 따라 자연스레 측정시간이 지체되는 문제점이 있다.
또한, 미국등록특허 US7,632,462 B2의 경우, 적어도 2 개의 우물 공간과, 적어도 2 개의 우물 공간 내부에 위치될 수 있는 피펫을 구비하는 분석 카트리지가 개시된 바 있으며, 이때 상기 피펫은 기단부와 말단부를 가지고, 말단부는 액체로 투과될 수 있는 멤브레인으로 폐쇄되는 구조로 이루어진다. 또한, 상기 카트리지를 수용하도록 배치된 홀더와, 상기 피펫을 카트리지 내의 선택된 우물 공간에 위치시키도록 작동되는 구동 수단, 상기 피펫에 결합되어 피펫 내부의 액체가 상기 멤브레인을 통하여 유동하게 하는 가스 압력 적용기, 상기 카트리지의 우물 공간 또는 피펫으로부터의 방사를 검출하여 작동될 수 있는 방사 검출기 및 전자기 방사 소스를 구비한 분석 장치가 개시되어 있다. 상기 분석 장치는 높은 정량성을 보이는 당화혈색소의 카트리지형 현장검사장치이지만, 구동시스템을 실현하기 위해 카트리지 및 분석장치의 구조가 상기한 바와 같이 복잡한 단점이 있고 결과적으로 분석장치의 단가를 높아지는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 생체시료와 용액시약의 공급을 위한 삽입형 용액 카트리지, 및 하나 이상의 분석 시약을 고정하고 용액시약과 반응할 수 있는 하나 이상의 반응부와 광학측정이 가능한 측정 윈도우를 구비한 반응 카트리지를 포함하는 생화학 분석 카트리지를 개발하여, 본 발명을 완성하였다. 이때, 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지는 상기 삽입형 용액 카트리지가 반응 카트리지로 삽입됨과 동시에 생체시료 및 용액시약을 자동적으로 공급하는 수단를 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 중력을 이용하여 카트리지의 각도를 조절하는 것만으로 삽입형 용액 카트리지에서 공급된 생체시료와 용액시약을 구비된 유로를 따라 각 반응부로 연속적으로 유입시킬 수 있는 단순한 구동시스템을 실현하였다. 이를 통해 측정자가 분석에 개입하는 과정을 최소화할 수 있는 생화학 분석 카트리지를 개발하고, 비교적 간단하면서 간편한 카트리지형 현장검사장치를 완성하였다.
본 발명의 목적은 생화학 분석 카트리지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
시료 공급을 위한 삽입형 용액 카트리지, 및 상기 삽입형 용액 카트리지를 수용할 수 있는 반응 카트리지를 포함하는 생화학 분석 카트리지에 있어서,
상기 삽입형 용액 카트리지로는
액상의 생체시료를 채취하고 저장하며, 저장되어 있는 생체시료를 반응 카트리지로 공급할 수 있는 시료 주입구가 구비된 모세관 형태의 시료 저장부;
액상의 생체시료와 반응할 수 있는 반응액을 저장하는 반응액 저장부;
반응액 저장부로부터 반응액의 누수를 방지하기 위해 부착되는 반응액 보호 필름; 및
상기 반응액 보호 필름의 일단부에 부착되되, 삽입형 용액 카트리지를 반응 카트리지로 삽입함에 따라 상기 반응액 보호 필름을 향하여 이동함으로써 보호 필름을 제거하는 보호 필름 탈착 유도부;가 구비되고,
상기 반응 카트리지로는
상기 삽입형 용액 카트리지가 삽입되어 수용되는 수용부;
상기 수용부에 삽입형 용액 카트리지가 반응 카트리지에 삽입됨에 따라 보호 필름 탈착 유도부와 접촉하여 보호 필름 탈착 유도부를 보호 필름을 향하여 이동시키고, 이에 따라 상기 보호 필름 탈착 유도부에 의해 보호 필름이 제거되도록 유도하는 걸림쇠;
상기 보호 필름이 제거됨에 따라 유출된 반응액을 수용하면서, 상기 반응액이 삽입형 용액 카트리지의 시료 주입구에 접촉함으로써 유출되는 생체시료와 혼합되어 혼합액이 형성되는 혼합부;
상기 혼합부의 혼합액과 반응을 유도할 수 있는 시료가 고정된 시료 고정부;
상기 반응의 결과를 광학적으로 측정하는 측정부;
상기 혼합부, 시료 고정부 및 측정부를 연결시키는 미세유로;가 구비되는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지를 제공한다.
본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지는 분석하고자하는 시료가 삽입형 용액 카트리지를 통해 반응 카트리지로 삽입됨과 동시에 반응 카트리지 내로 자동적으로 주입될 수 있는 사용자의 편의성 및 분석 카트리지의 조작성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지를 나타낸 등각투시도이고;
도 2는 본 발명에 따른 반응 카트리지의 하부면을 나타낸 정면투시도이고;
도 3은 본 발명에 따른 반응 카트리지의 상부면을 나타낸 정면투시도이고;
도 4는 본 발명에 따른 용액 카트리지를 나타낸 정면투시도이고;
도 5는 본 발명에 따른 용액 카트리지의 측면부를 나타낸 도면이고;
도 6은 본 발명에 따른 용액 카트리지에 있어서, 반응액 보호필름이 부착된 것을 나타낸 도면이고;
도 7은 본 발명에 따른 삽입형 용액 카트리지가 삽입됨에 따라 반응액 보호필름이 자동적으로 제거되는 원리를 나타낸 도면이고;
도 8은 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지의 분석과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
<부호의 설명>
10: 삽입형 용액 카트리지
11: 용액 카트리지 손잡이
12: 고정쇠
13: 시료 주입구
14: 시료 저장부
15: 보호 필름 탈착 유도부
16: 반응액 저장부
17: 반응액 보호필름
20: 반응 카트리지
21: 반응 카트리지 손잡이
22: 고정홈
23-A: 제1 화학시료 도입부
23-B: 제2 화학시료 도입부
23-C: 제2 화학시료 도입부
24: 혼합부
25: 유로
26: 측정구역
27: 폐액처리부
28: 공기배출구
29: 걸림쇠
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은
시료 공급을 위한 삽입형 용액 카트리지, 및 상기 삽입형 용액 카트리지를 수용할 수 있는 반응 카트리지를 포함하는 생화학 분석 카트리지에 있어서,
상기 삽입형 용액 카트리지로는
액상의 생체시료를 채취하고 저장하며, 저장되어 있는 생체시료를 반응 카트리지로 공급할 수 있는 시료 주입구가 구비된 모세관 형태의 시료 저장부;
액상의 생체시료와 반응할 수 있는 반응액을 저장하는 반응액 저장부;
반응액 저장부로부터 반응액의 누수를 방지하기 위해 부착되는 반응액 보호 필름; 및
상기 반응액 보호 필름의 일단부에 부착되되, 삽입형 용액 카트리지를 반응 카트리지로 삽입함에 따라 상기 반응액 보호 필름을 향하여 이동함으로써 보호 필름을 제거하는 보호 필름 탈착 유도부;가 구비되고,
상기 반응 카트리지로는
상기 삽입형 용액 카트리지가 삽입되어 수용되는 수용부;
상기 수용부에 삽입형 용액 카트리지가 반응 카트리지에 삽입됨에 따라 보호 필름 탈착 유도부와 접촉하여 보호 필름 탈착 유도부를 보호 필름을 향하여 이동시키고, 이에 따라 상기 보호 필름 탈착 유도부에 의해 보호 필름이 제거되도록 유도하는 걸림쇠;
상기 보호 필름이 제거됨에 따라 유출된 반응액을 수용하면서, 상기 반응액이 삽입형 용액 카트리지의 시료 주입구에 접촉함으로써 유출되는 생체시료와 혼합되어 혼합액이 형성되는 혼합부;
상기 혼합부의 혼합액과 반응을 유도할 수 있는 시료가 고정된 시료 고정부;
상기 반응의 결과를 광학적으로 측정하는 측정부;
상기 혼합부, 시료 고정부 및 측정부를 연결시키는 미세유로;가 구비되는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지를 제공한다.
본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지는 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지는 시료공급을 위한 삽입형 용액 카트리지(10)와 상기 삽입형 용액 카트리지가 삽입되어 수용될 수 있는 반응 카트리지(20)를 포함한다. 이때, 상기 삽입형 용액 카트리지(10)는 분석을 수행하고자 하는 생체시료를 원하는 양만큼 채취하여 저장하는 모세관(capillary) 형태의 시료 저장부(14)를 포함하며, 상기 시료 저장부(14)에 구비된 시료 주입구(13)를 통해 시료 저장부에 저장된 생체시료를 반응 카트리지(20)로 주입한다. 이때, 상기 시료 저장부(14)의 모세관 내경과 높이에 따른 내부 부피를 조절함으로써 생체 시료의 양을 조절할 수 있으며, 상기 시료 저장부의 구조는 생체시료를 유출시키기 용이한 구조라면 모세관 구조로 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 삽입형 용액 카트리지(10)는 생체시료와 반응할 수 있는 반응액을 저장하는 반응액 저장부(16)를 포함하며, 삽입형 용액 카트리지(10)가 상기 반응 카트리지(20)에 삽입하기 전까지 반응액이 유출되는 것을 방지하도록 상기 반응액 저장부(16)로는 반응액 보호 필름(17)을 부착하여 반응액 저장부를 밀봉한다.
나아가, 상기 반응액 보호 필름(17)의 일단부는 삽입형 용액 카트리지(10)에 구비된 보호 필름 탈착 유도부(15)까지 부착된다. 이는 삽입형 용액 카트리지(10)가 상기 반응 카트리지(20)로 삽입됨에 따라 보호 필름이 자동적으로 탈착되는 것을 유도하기 위한 것이다. 이를 통해 삽입형 용액 카트리지(10)가 반응 카트리지(20)로 삽입됨과 동시에 보호 필름 탈착 유도부(15)의 보호필름(17)이 탈착되어 사용자가 별도로 반응액을 주입하는 과정을 생략할 수 있다.
한편, 상기 반응 카트리지(20)는 용액 카트리지(10)로부터 유출되는 반응액 및 생체시료가 혼합되는 혼합부(24)를 포함한다. 또한, 상기 반응 카트리지(20)는 상기 혼합부(24)에서 혼합된 반응액 및 생체시료와 반응하여 효소반응 및 항원/항체반응을 유도할 수 있는 화학 시료가 도입된 하나 이상의 시료 고정부(23)를 포함하며, 상기 시료 고정부(23)에서 수행된 반응 결과를 측정하는 측정구역(26)에서 UV/VIS 등의 광학분석을 통해 생체시료를 분석할 수 있다.
나아가, 상기 반응 카트리지(20)는 상기 측정구역(26)에서 측정이 완료된 폐액을 수거하기 위한 폐액처리부(27)를 더 포함할 수 있다. 상기 폐액처리부(27)를 통해 의료폐기물의 일종인 폐액을 수거하여 별도로 처리할 수 있으며, 상기 폐액처리부를 통한 폐액의 수거는 폐액처리부(27)에 흡수성이 강한 솜, 흡수 필터 및 고분자 재질의 흡수 원료를 넣어 폐액을 흡수함으로써 수행될 수 있다.
또한, 상기 반응 카트리지(20)는 공기배출구(28)를 더 포함할 수 있다. 상기 공기배출구(28)는 폐액의 원활한 이동 및 흡수 원료로의 흡수를 위한 구조물로써, 이를 통해 폐액이 페액처리부(27)로 이동시키는 것 및 폐액 수거를 위한 흡수를 더욱 원활하게 수행할 수 있다.
이때, 상기 혼합부(24)에서 혼합된 반응액 및 생체시료는 유로(25)를 통해 혼합부(24), 하나 이상의 시료 고정부(23), 측정구역(26) 및 폐액처리부(27) 사이를 이동할 수 있으며, 상기 유로(25)의 구조는 반응 카트리지(20)를 기울였을 때 중력에 의해 반응액 및 생체시료가 이동할 수 있도록 설계된 구조라면 제한되지 않는다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 용액 카트리지(10)의 반응액 저장부(16)는 부착된 반응액 보호 필름(17)에 의해 밀봉되며, 상기 반응액 저장부(16)에 부착된 보호 필름의 일단부는 반응액 저장부(16) 하단에 구비된 돌출형 구조인 보호 필름 탈부착 유도부(15)까지 부착된다. 이에 따라, 용액 카트리지(10)를 반응 카트리지(20)로 삽입할때 보호 필름 탈착 유도부(15)가 반응 카트리지(20)에 구비된 걸림쇠(29)와 접촉하고, 상기 걸림쇠(29)로 인하여 용액 카트리지(10)가 삽입된 방향과 반대 방향으로 휘어지게 된다. 또한, 용액 카트리지(10)의 삽입이 진행됨에 따라 추가적인 힘이 가해지면 보호 필름 탈착 유도부(15)가 부러져 용액 카트리지(10)로부터 분리된다. 즉, 걸림쇠(29)로 인하여 삽입이 방해된 보호필름 탈착 유도부(15)는 삽입된 방향과 반대방향으로 꺽여 휘어지게 되고, 추가적인 삽입을 위해 작용된 힘에 의해 보호 필름 탈착 유도부가 부러져 부착된 필름과 함께 삽입된 방향과 반대방향으로 이동하게 된다. 이와 같이, 용액 카트리지(10)와 보호 필름 탈착 유도부(15)의 분리를 통해, 필름 탈부착 유도부(15)와 반응액 저장부(16)로 부착된 보호 필름 역시 자동적으로 탈착되며, 반응액 저장부(16)에 보관된 반응액은 중력에 의해 유출되어 자연스럽게 반응 카트리지(20)의 혼합부(24)로 이동하게 된다.
이러한 일련의 과정은 삽입형 용액 카트리지가 반응카트리지로 삽입됨과 동시에 수행되는 것으로, 궁극적으로 삽입형 용액 카트리지가 반응카트리지로 삽입됨과 동시에 반응액이 혼합부(24)로 이동하게 된다.
상기한 바와 같이, 용액 카트리지(10)를 반응 카트리지(20)에 삽입함에 의해 자동적으로 반응액 저장부(16)에서 유출된 반응액은 용액 카트리지(10)의 시료 저장부(14)와 접촉하게 되고, 접촉에 의해 모세관(capillary) 내의 생체시료 또한 시료 주입구를 통해 반응 카트리지(20)의 혼합부(24)로 유출되어 반응액과 혼합된다.즉, 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지는 측정자가 시료주입과정 및 반응액 주입과정에 개입하지 않아도 자동적으로 생체시료와 반응액이 주입되고 혼합되며, 이를 통해 사용자의 편의성 및 조작성이 우수함을 알 수 있다.
한편, 상기 용액 카트리지(10) 및 반응 카트리지(20)는 각각 용액 카트리지 손잡이(11) 및 반응 카트리지 손잡이(21)를 더 포함할 수 있다. 상기 손잡이는 용액 카트리지(10)와 반응 카트리지(20)를 용이하게 운반 및 사용할 수 있도록 하기 위한 것으로, 그 구조 자체는 특별히 제한되지 않는다.
또한, 상기 용액 카트리지(10)가 반응 카트리지(20)로 삽입될 때, 용액 카트리지(10)를 고정하기 위하여, 용액 카트리지의 일측면에는 고정쇠(12)가 구비되고, 상기 반응 카트리지의 수용부에는 고정홈(22)이 구비될 수 있다. 상기 고정쇠(12)와 고정홈(22)이 맞물림으로써, 삽입된 용액 카트리지(10)가 반응 카트리지(10)에 고정되며, 분석이 수행됨에 따라 본 발명의 생화학 분석 카트리지가 회전하더라도 용액 카트리지가 움직이거나, 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지를 통한 분석은 다음과 같다.
용액 카트리지(10)를 반응 카트리지(20)에 삽입함에 따라, 자동적으로 반응액이 혼합부(24)로 유출되고, 상기 시료 저장부(14)는 상기 혼합부(24)에 수용되며, 유출된 반응액은 시료 저장부(14)의 시료 주입구(13)와 접촉하여 시료 저장부 내의 생체시료와 혼합된다. 혼합된 반응액 및 생체시료는 시료 고정부(23)에 고정되어 반응액 및 생체시료와 반응할 수 있는 시료와 반응을 한다. 상기 반응은 예를 들어, 반응액 및 생체시료이 혼합된 혼합액 내의 기질과, 시료 내의 효소 사이의 효소반응이거나, 반응액 및 생체시료이 혼합된 혼합액 내의 항원과 시료 내의 항체 사이의 항원-항체 반응일 수 있다. 그러나, 상기 반응이 이에 제한되는 것은 아니며, 광학분석에 요구되는 적절한 반응을 유도하여 분석을 수행할 수 있다.
상기 시료 고정부(23)는 분석대상 및 분석방법에 따라 하나 이상의 복수개가 구비될 수 있으며, 시료 고정부(23)에서 수행된 반응의 결과는 측정구역(26)에서 광학적으로 분석할 수 있다.
한편, 도 8에서 순착적으로 나타낸 바와 같이, 상기 혼합부(24)에서 혼합된 반응액 및 생체시료는 본 발명의 생화학 분석 카트리지를 회전함에 따라 중력에 의해 유로를 따라 측정구역, 시료 고정부로 이동하며, 이에 따라 상기 반응액 및 생체시료의 반응 및 측정이 수행된다. 이때, 도 8에 도시한 유로의 구조 및 분석순서는 생체시료의 분석을 수행하기 위한 일예를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 생화학 분석 카트리지는 다양한 생체시료에 대한 분석 용도로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 혈액분석 용도로, 더욱 바람직하게는 당화혈색소 정량분석에 사용될 수 있다.
일예로써, 본 발명에 따른 상기 생화학 분석 카트리지를 이용하여 효소법(enzymatic method)을 통해 당화혈색소를 정량분석하는 것을 구체적으로 설명한다.
당화혈색소를 정량분석하기 위한 효소법은 주로 4가지 화학반응으로 구성된다.
첫 번째 반응은 혈액시료의 용혈 반응으로, 반응액을 이용하여 혈액의 적혈구를 파괴해 혈색소를 유리시키는 반응을 말한다. 이때, 용혈반응을 목적으로 사용되는 반응액은 pH 조절 및, 계면활성제 사용 등과 같은 다양한 방법으로 제작될 수 있다.
두 번째 반응은 단백질 분해효소(Proteolytic enzyme)를 이용해 당화혈색소 분자를 절단시키는 반응으로, 프로테아제 A(Protease A), 프로테아제 N(Protease N), 디스파아제(Dispase), 프로나아제(Pronase), 뉴트럴 프로테아제(Neutral protease), Glu-C, 파파인(Papain), 트립신(Trypsin), 펩신(Pepsin) 등과 같은 다양한 효소를 사용할 수 있다.
세 번째 반응은 단백질 분해효소에 의해 절단되어 생성된 당화 펩티드(glycated peptide) 또는 당화 아미노산(glycated amino acid) 분자를 FPOX(Fructosyl peptide oxidase)라는 산화 효소를 이용해 산화시키는 반응으로, 이를 통해 과산화수소를 생성시킬 수 있다.
네 번째 반응은 발색 반응으로, 상기 세 번째 반응을 통해 생성된 과산화수소(H2O2)를 과산화수소 산화효소(POD, Peroxidase)를 이용해 산화시키고, 상기 산화에 의해 방출되는 전자로 인하여 발색시약 및 기질(substrate)이 환원되어 변색되는 화학반응을 의미한다.
효소법(enzymatic method)을 통해 당화혈색소를 정량분석하기 위해서는 상기 네가지 반응이 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지 내에서 수행되며, 도 1 내지 도 8에 도시된 카트리지 구조 및 작동방법을 통해 당화혈색소를 정량분석하는 것을 예로 들어 상세히 설명한다.
분석을 수행하기 위해, 삽입형 용액 카트리지(10)의 시료 저장부(14)로 혈액을 채취하여 저장하고, 반응액 저장부(16)로는 혈액을 용혈시킬 수 있는 계면활성제를 반응액으로 저장한다. 상기 삽입형 용액 카트리지(10)는 반응 카트리지(20)에 삽입함에 따라 돌출된 보호 필름 탈착 유도부(15)가 자동적으로 반응 카트리지 내의 걸림쇠와 접촉하였으며, 계속된 힘이 가해짐에 따라 보호 필름 탈착 유도부가 부러져 용액카트리지에서 제거되고, 추가 삽입이 진행됨에 따라 반응액 저장부에 부착된 보호 필름이 함께 탈착되어 반응액이 유출되어 혼합부로 이동하였다. 유출된 반응액과 혈액 시료는 혼합되어 용혈반응이 진행된다. 용혈반응이 수행된 후, 단백질분해 효소, FPOX 및 POD 중 1종의 시약이 고정된 제1 시료 고정부(23-A)에서는 혈액 시료에 의해 고정된 시약이 용해되며, 이를 통해 효소반응을 유도할 수 있게 된다.
상기 혼합부(24)에서 용혈반응이 수행되고, 제1 시료 고정부(23-A)에 의한 효소반응이 완료된 반응액은 카트리지의 작동원리를 나타낸 도 8과 같이 카트리지의 회전에 의한 중력으로 인하여 반응 카트리지 내에 유로(25)를 통해 측정구역(26)으로 이동하게 된다. 측정구역으로 이동된 반응액은 UV-Vis 분광 측정기를 통해 535 nm에서 나타나는 흡광도를 이용, 용혈된 총 혈색소(total hemoglobin)의 농도를 측정하게 된다.
총 혈색소의 측정이 완료된 반응액은 카트리지의 회전을 통해 제2 화학 시료 도입부(23-B)로 이동된다. 상기 제2화학 시료 도입부(23-B)는 제1 화학 시료 도입부(23-A)에 고정된 효소를 제외한 나머지 효소 두 가지를 혼합한 시약 및 발색시약이 고정되며, 상기 두 가지 효소 시약 및 발색시약은 서로 마주보는 대면형(face to face) 구조로 구성하였다.
제2 화학 시료 도입부(23-B)로 이동된 반응액은 효소 반응 및 발색 반응이 모두 진행되며, 효소 반응 및 발색 반응이 완료된 반응액은 카트리지의 회전을 통해 다시 측정구역(26)으로 이동된다. 이후, UV-Vis 분광 측정기를 통하여, 660 nm 부근에서 나타나는 흡광도를 이용, 발색반응에 의해 발색된 당화혈색소(glycated hemoglobin)의 농도를 측정하게 된다.
분석이 완료된 폐액은 카트리지의 회전에 의해 폐액처리부(27)로 이동시키며, 폐액 처리부(27) 내의 흡수 원료를 통해 폐액을 흡수하여 수거한다.
상기한 바와 같이, 당화혈색소의 정량분석을 위해서는 두 번의 분광 측정이 수행되어야 하며, 이는 당화혈색소가 총 혈색소의 농도에 대한 당화 된 혈색소의 비율을 나타내는 것이기 때문이다. 즉, 측정자가 혈액샘플을 전처리하는 과정, 표지물질을 부착하는 과정 등 많은 단계로 이루어지는 분석과정을 수행하여야 하는 번거로움이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 생화학 분석 카트리지를 이용하여 당화혈색소를 분석하는 경우, 도 8에 도시한 바와 같이 카트리지의 회전을 통한 반응액을 이동시킴으로써, 효소반응의 수행뿐만 아니라 총 혈색소 및 당화 혈색소의 절대 농도를 측정할 수 하나의 카트리지 내에서 수행할 수 있다. 특히, 삽입형 용액 카트리지(10)가 반응 카트리지(20)로 삽입됨과 동시에 자동적으로 반응액(당화혈색소 분석 시에는 용혈시약)을 반응 카트리지 내의 혼합부로 유출시킬 수 있어 분석을 수행하는 자가 분석과정에 직접적인 개입하는 것이 최소화되며, 분석시간이 지체되거나, 분석의 정확도가 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (10)

  1. 시료 공급을 위한 삽입형 용액 카트리지, 및 상기 삽입형 용액 카트리지를 수용할 수 있는 반응 카트리지를 포함하는 생화학 분석 카트리지에 있어서,
    상기 삽입형 용액 카트리지로는
    액상의 생체시료를 채취하고 저장하며, 저장되어 있는 생체시료를 반응 카트리지로 공급할 수 있는 시료 주입구가 구비된 모세관 형태의 시료 저장부;
    액상의 생체시료와 반응할 수 있는 반응액을 저장하는 반응액 저장부;
    반응액 저장부로부터 반응액의 누수를 방지하기 위해 부착되는 반응액 보호 필름; 및
    상기 반응액 보호 필름의 일단부에 부착되되, 삽입형 용액 카트리지를 반응 카트리지로 삽입함에 따라 상기 반응액 보호 필름을 향하여 이동함으로써 보호 필름을 제거하는 보호 필름 탈착 유도부;가 구비되고,
    상기 반응 카트리지로는
    상기 삽입형 용액 카트리지가 삽입되어 수용되는 수용부;
    상기 수용부에 삽입형 용액 카트리지가 반응 카트리지에 삽입됨에 따라 보호 필름 탈착 유도부와 접촉하여 보호 필름 탈착 유도부를 보호 필름을 향하여 이동시키고, 이에 따라 상기 보호 필름 탈착 유도부에 의해 보호 필름이 제거되도록 유도하는 걸림쇠;
    상기 보호 필름이 제거됨에 따라 유출된 반응액을 수용하면서, 상기 반응액이 삽입형 용액 카트리지의 시료 주입구에 접촉함으로써 유출되는 생체시료와 혼합되어 혼합액이 형성되는 혼합부;
    상기 혼합부의 혼합액과 반응을 유도할 수 있는 시료가 고정된 시료 고정부;
    상기 반응의 결과를 광학적으로 측정하는 측정부;
    상기 혼합부, 시료 고정부 및 측정부를 연결시키는 미세유로;가 구비되는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 삽입형 용액 카트리지가 반응카트리지로 삽입됨과 동시에 반응액이 혼합부로 이동하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 삽입형 용액 카트리지가 반응 카트리지로 삽입됨에 따라, 상기 시료 저장부는 상기 혼합부에 수용되는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응카트리지는 복수개의 시료 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반응은 혼합액 내의 기질과 시료 내의 효소 사이의 효소 반응이거나,
    혼합액 내의 항원과 시료 내의 항체 사이의 항원-항체 반응인 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 생체시료 및 화학시료의 혼합액은 생화학 분석 카트리지 전체의 회전으로 야기되는 중력 및 원심력에 의해 유로를 따라 측정구역 또는 시료 고정부로 이동되는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 생화학 분석 카트리지의 반응 카트리지는 측정 후 생체시료, 반응액 및 화학시료의 혼합액을 처리하기 위한 폐액 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 생화학 분석 카트리지의 반응 카트리지는 폐액의 원활한 이동 및 수거를 위한 공기배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 생화학 분석 카트리지는 혈액분석용 생화학 분석 카트리지인 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 생화학 분석 카트리지는 당화혈색소 정량분석용 생화학 분석 카트리지인 것을 특징으로 하는 생화학 분석 카트리지.
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