WO2013180533A1 - 현장진단 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물, 이를 이용하는 면역분석용 키트 및 상기 키트를 이용하는 분석방법 - Google Patents

현장진단 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물, 이를 이용하는 면역분석용 키트 및 상기 키트를 이용하는 분석방법 Download PDF

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sample
ligand
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홍성엽
황희영
이효근
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Definitions

  • the present invention is freeze-dried conjugate structure for immunochromatography;
  • An immunoassay kit including the lyophilized conjugate structure and an immunochromatography strip and a method for qualitatively or quantitatively analyzing analytes in a sample using the immunoassay kit.
  • Immunochromatography also known as rapid test, is a method that allows qualitative and quantitative analysis of trace analytes in a short time using antigen-antibody reactions. In addition, it is used in various fields such as medicine, agriculture, animal husbandry, food, military, and environment.
  • an assay strip including a reactant that reacts with an analyte to be detected and exhibits a change, or an analytical device in the form of a device equipped with the assay strip in a plastic case is generally used.
  • . 1 is a cross-sectional view of an assay strip used for conventional immunochromatographic analysis. As shown in FIG.
  • a conventional assay strip includes a conjugate obtained by conjugating a conjugate to a ligand such as an antigen, an antibody, or the like, which generates a signal that can be detected using a sample pad, a naked eye or a sensor containing a liquid sample.
  • a conjugate pad Containing a conjugate pad, an analyte in a sample and / or a porous membrane pad immobilized with a binder (antibody or antigen) that specifically binds to the conjugate, and a hygroscopic pad that finally receives a liquid sample, the functional pads In the order listed above, they are connected in a partially overlapped form, attached on a solid support and arranged continuously.
  • a sample inlet for dropping the sample at the sample pad is positioned on the upper part of the case, and a result for confirming the test result is confirmed at the fixed position of the binder of the porous membrane pad.
  • a window is formed.
  • the conjugate contained in the conjugate pad also moves with the liquid sample, and if the substance to be analyzed exists in the sample, the conjugate binds to the binder fixed to the porous membrane pad through the analyte (usually, "sandwich”).
  • analyte usually, "sandwich reaction”
  • the conjugate and the analyte are competitively bound to the binder (commonly referred to as the "competition reaction”) to determine the presence of the analyte in the sample, either visually or by using a sensor. Can be detected.
  • the method using a liquid reagent mainly used for biochemical analysis may improve the accuracy and reproducibility of the sample analysis by mixing the liquid reagent in a constant ratio in a well, but in the case of a liquid reagent containing an antigen-antibody There is a problem in stability, such as decreased affinity of the antigen-antibody response or degeneration of the antigen, the antibody itself in the long-term storage. As a result, long-term stability can be improved by refrigeration and freezing of liquid reagents. However, in view of the purpose of point of care testing such as rapid testing, refrigeration and freezing storage are difficult to use in various measurement sites. have.
  • One object of the present invention is a lyophilized conjugate structure for immunochromatography, comprising a first conjugate comprising a first label for signal detection and a first ligand reacting with an analyte, wherein the first label and The first ligand is physically or chemically linked, and the conjugate structure is formed by rapidly freezing a dispersion in which the first conjugate having a known concentration is dispersed in a solvent in the form of droplets of uniform volume and then lyophilizing to remove the solvent.
  • the space occupied by the solvent in the rapidly frozen droplets is to provide a lyophilized conjugate structure characterized by the formation of voids by removal of the solvent.
  • Another object of the present invention is to provide a kit for immunoassay comprising the lyophilized conjugate structure and a strip for immunochromatography.
  • Another object of the present invention is a method for qualitatively or quantitatively analyzing analytes in a sample using the kit for immunoassay, by simultaneously or sequentially adding a buffer and a sample to a conjugate construct, and dissolution of the conjugate construct and reaction of the conjugate and the sample. Performing simultaneously or sequentially; Loading the result of the previous step into an immunochromatography strip and developing it; And confirming the presence and intensity of the signal of the first labeling substance from the inspection line. will be.
  • the present inventors have diligently researched to improve the stability of the conjugate and to improve the accuracy and reproducibility of the sample analysis. As a result, the long-term storage stability is excellent and the sample is uniformly reacted with a certain amount of the conjugate using a pretreatment device to be quantitated by the analysis device.
  • the present invention has been completed by developing lyophilized conjugate-beads and sample pretreatment apparatus comprising the same in size and concentration suitable for measurement.
  • the lyophilized conjugate structure of the present invention can be provided accommodated in a chamber including an additional cap, so that it can be stored without contamination and easy to carry, and the lyophilized conjugate structure can be dissolved quickly and uniformly so that the buffer and the sample can be directly It is suitable for on-site diagnostic analysis because it can be mixed and immediately reacted and analyzed by the kit for immunoassay.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross section of an assay strip used in a conventional immunochromatography assay.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a conventional immunoassay device.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of an immunoassay device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a view showing the shape of the lyophilized conjugate-bead according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a perspective view of the specimen pretreatment apparatus and an immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • A is a diagram showing a chamber equipped with a cap including a lyophilized conjugate-bead as a sample pretreatment device.
  • B shows a method for immunoassay using the sample pretreatment device.
  • Figure 6 is a view showing a comparison of glycated hemoglobin quantitative analysis results using the immunoassay apparatus according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • Rhombus indicates the measured value of the immunoassay device according to an embodiment of the present invention, the square represents a measured value by a comparative example similar to the conventional immunoassay device.
  • Figure 7 is a diagram showing the change in glycated hemoglobin measured value according to the drop volume of the freeze-dried conjugate according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention is a lyophilized conjugate structure for immunochromatography, comprising a first conjugate comprising a first label for signal detection and a first ligand reacted with the analyte
  • the first label and the first ligand are physically or chemically linked, and the conjugate structure is freeze-dried after rapidly freezing a dispersion in which the first conjugate having a known concentration is dispersed in a solvent in the form of droplets of uniform volume. It is formed by removing the solvent, the space occupied by the solvent in the rapidly frozen drops provides a lyophilized conjugate structure characterized in that the voids are formed by removing the solvent.
  • an immune response means an antigen-antibody reaction
  • the present invention broadly encompasses not only an antigen-antibody reaction but also a reaction of a receptor that specifically binds to each other and a ligand that specifically binds to it. Instead, it may include all reactions that occur by specifically recognizing each other, such as a reaction between an enzyme and a substrate.
  • Labeling agents can be used to facilitate the identification of the antigen-antibody response with the naked eye or using a sensor.
  • a ligand capable of specifically binding to an analyte may be linked to the label so that the label may bind to the analyte to be analyzed.
  • conjugate refers to a conjugate in which the label is linked to a ligand.
  • the label and the ligand may be physically or chemically linked. That is, the labeling material and the ligand may be connected by passive adsorption, and the labeling material may be modified to have a reactive group to be covalently linked with the ligand, but is not limited thereto.
  • the linking of a ligand to can be carried out using methods known to those skilled in the art.
  • labeling substance refers to a substance that generates a signal that can be detected by the naked eye or a sensor.
  • the labeling material may include latex particles, gold particles, colored polystyrene microparticles, enzymes, fluorescent dyes, conductive polymers, or magnetic particles, but is not limited thereto.
  • the signal may be generated by an intrinsic property of the labeling material such as light emission, or may be generated by an external stimulus such as fluorescence.
  • ligand refers to materials that specifically bind to each other.
  • an antibody that specifically binds to an antigen, a ligand that specifically binds to a specific receptor, and the like act as ligands.
  • the ligand in the present invention may be used without limitation as long as the material exhibits the above-defined characteristics.
  • a ligand means a substance that specifically binds to each other as defined above, unless specified to specify a ligand that specifically binds to a specific receptor.
  • the conjugate may be prepared by reacting a labeling agent and a ligand with a solution of known concentration, respectively, and then reacting for a predetermined time. At this time, the concentration and the mixing ratio of each solution may be determined in consideration of the binding ratio of the label and ligand.
  • the binding of the label and the ligand may be when one ligand is bound to one label, a plurality of ligands are bound to one label, or a plurality of labeling agents are bound to one ligand.
  • the specific binding ratio is not critical but the preferred embodiment may be to maintain a constant ratio.
  • the binding ratio may vary depending on the type of the label and the ligand, and may be predicted in consideration of their relative size and the number of binding sites.
  • a plurality of antibodies can bind to one latex.
  • the concentration and mixing ratio of the antibody and latex solution may be adjusted such that the antibody is saturated and bound to the latex surface in order to bind the antibody to a uniform number on each latex surface, but is not limited thereto.
  • a conjugate solution having a known concentration can be obtained by mixing and reacting a labeled substance and a ligand having a known concentration, respectively.
  • the conjugate solution is in the form of a dispersion in which conjugate molecules of a certain concentration are uniformly dispersed on the solution.
  • the conjugate dispersion may further include another conjugate molecule including a label for signal detection and a ligand that reacts with a reporter molecule immobilized on the control line for use as an internal control.
  • the additional conjugate may be prepared in the form of a uniform dispersion by the same method as the above-described conjugate preparation method and mixed in the conjugate solution.
  • the labeling material used for the additional conjugate molecule may be the same or different from that used for the conjugates described above. The above terms and internal controls will be discussed in detail later.
  • the freeze-dried conjugate structure of the present invention may be prepared by freeze-drying the conjugate dispersion after rapid freezing in the form of drops of a constant volume for ease of storage and uniformity of the reaction with the sample.
  • the conjugate molecules of a known concentration may be frozen by spraying a dispersion liquid uniformly dispersed in a solvent in a predetermined volume and dropping the liquid refrigerant at a cryogenic temperature. At this time, by freezing from the outside by the cooling heat of the refrigerant is generally frozen into a spherical solid of a constant size.
  • the cryogenic liquid refrigerant a liquid having a vaporization point of -270 to -180 ° C may be used.
  • liquid nitrogen, liquid helium, liquid oxygen, liquid hydrogen, or the like can be used, and can be selected in consideration of cost and safety.
  • it may be liquid nitrogen or liquid helium, but is not limited thereto.
  • the immunochromatography of the present invention can be used for qualitative or quantitative analysis.
  • individual conjugate structures may be prepared to include a certain number of conjugate molecules. This can be carried out by spraying a uniform conjugate dispersion of known concentration to a cryogenic liquid refrigerant in a constant volume and dropping it to rapid freezing.
  • a dispenser may optionally be used to spray the uniform conjugate dispersion of known concentration into a constant volume. By using the dispenser it is possible to minimize the deviation and to be sprayed into a drop having a constant volume. At this time, by adjusting the nozzle hole size and the dispensing pressure of the dispenser, it is possible to adjust the volume of the sprayed solution droplets.
  • composition and viscosity of the conjugate solution, the speed and amount of the dropping solution, and the size of the conjugate droplet prepared by the surface tension can be controlled.
  • the volume of the solution drop is 5 to 30 ⁇ l, the size may be a sphere having a diameter of 0.5 to 5 mm, but is not limited thereto.
  • the fast-frozen conjugate structure may be lyophilized to produce a lyophilized conjugate structure.
  • the freeze-drying process removes the solvent in the freeze-conjugate structure, and thus the structure has voids.
  • the porous lyophilized conjugate structure having the pores thus prepared may be dissolved more quickly when insoluble in a buffer for reaction with the sample, thereby inducing a uniform reaction.
  • the freeze drying may be performed using a freeze dryer, wherein the cooling temperature of the freeze drying chamber may be -20 ° C or less. Preferably, it may be less than -40 °C, but is not limited thereto.
  • the freeze drying time and temperature may be changed depending on the characteristics of the sample to be dried.
  • the prepared lyophilized conjugate structure has a porosity of 70 to 90% and can be completely dissolved in the buffer immediately or within 5 seconds when dissolved in the buffer.
  • the present invention provides a kit for immunoassay comprising the lyophilized conjugate structure and a strip for immunochromatography.
  • immunoassay is a method for detecting an analyte using a specific immune response such as an antigen-antibody response.
  • Immunochromatography can be performed by applying the principle of chromatography. In other words, the analysis by immunochromatography is performed while the sample containing the analyte moves with the mobile phase by the capillary phenomenon through the medium.
  • a strip can be prepared and used as a medium for such immunochromatographic development. Specific components and respective functions of such an immunochromatography strip will be described later.
  • the immunoassay kit of the present invention may further include a buffer.
  • the buffer not only acts as a mobile phase to move the sample along the strip for immunochromatography, but also acts as a solvent to dissolve the conjugate and, if necessary, also serves as a diluent to dilute the sample.
  • it may further include a component for lysis (blood) components such as red blood cells for whole blood analysis.
  • the buffer may be used without limitation, conventional buffers such as phosphate buffered solution (PBS), nonionic or amphoteric surfactants or mixtures thereof in a concentration of 10 mM to 1 M, and the desired reaction such as antigen-antibody reaction. It may be appropriately selected depending on the kind of.
  • PBS phosphate buffered solution
  • nonionic or amphoteric surfactants or mixtures thereof in a concentration of 10 mM to 1 M
  • the desired reaction such as antigen-antibody reaction. It may be appropriately selected depending on the kind of.
  • the immunoassay kit of the present invention first reacts the lyophilized conjugate structure with a solution that is uniformly dissolved in a buffer for uniform reaction between the conjugate and the sample before injecting the sample into immunochromatography, and then uses the assay strip. Can be analyzed.
  • the lyophilized conjugate structure For storage of the lyophilized conjugate structure, it may be further provided with a chamber including a cap additionally provided for dissolution with a buffer and reaction with the sample.
  • the buffer structure and the sample may be added directly to the lyophilized conjugate structure contained in the chamber including the cap to dissolve the conjugate structure and react with the sample uniformly.
  • the chamber can be stored with the cap mounted so that the lyophilized conjugate structure itself and / or a mixture of buffer and sample can be stored without contamination.
  • the chamber may be preferably conical in order to easily load the reaction mixture solution into the strip without loss using a pipette or the like, but is not limited thereto.
  • the lyophilized conjugate structure is freeze-dried in a constant volume of a dispersion of known concentration, so that the content of the conjugate molecule in the structure is constant, suitable for use in quantitative analysis of the analyte.
  • a lyophilized conjugate structure having a second conjugate comprising a second labeling substance for signal detection and a second ligand reacting with the reporter molecule may be provided additionally.
  • the second freeze-dried conjugate structure is added to the conjugate dispersion in the preparation of the freeze-dried conjugate structure as described above, and used as a single structure, or the second freeze-dried conjugate structure is prepared separately using the same method. It can add to the liquid mixture of and a conjugate.
  • the internal control group and the reporter molecule will be described later.
  • the immunochromatography strip may include a porous membrane pad having an inspection line for capturing analyte in a sample, and a moisture absorption pad providing a driving force for transporting a sample to one end of the porous membrane pad.
  • a ligand that can be specifically bound to and selectively captured or a competitive substance with the material to be analyzed can be induced to detect and detect the same substance or an analog thereof as the ligand. It was fixed to the membrane pad to form a "test line".
  • the same substance or an analog thereof as the third ligand is immobilized so as to cause a competitive reaction with an analyte or a substance capable of binding to the analyte in the sample.
  • the type of the third ligand may be selected differently depending on the type of immunoassay used. The type of immunoassay will be described later.
  • the second ligand that reacts with the reporter molecule and the third ligand that binds to the analyte in the sample may be an antigen, an antibody, a receptor, or a ligand that specifically binds to the receptor, such as a ligand included in the conjugate.
  • a porous membrane pad was used to move by capillary action, and at one end thereof, a hygroscopic pad was provided to provide a driving force for transporting the sample.
  • the moisture absorbing pad may be positioned to partially overlap the porous membrane pad.
  • the membrane may be a nitrocellulose membrane, a glass fiber membrane, a polyethersulfone (PES) membrane, a cellulose membrane, a nylon membrane, or a combination thereof.
  • PES polyethersulfone
  • nitrocellulose membranes having pores of 5 to 15 ⁇ m may be used, but are not limited thereto.
  • the immunochromatography strip can be prepared by additionally including a solid support at the bottom.
  • a solid support a plastic support can be used, and by attaching a strip to the solid support, the durability can be increased, and handling and storage can be facilitated. In addition, it is possible to facilitate additional external case mounting.
  • a plastic material that may be used as the solid support a polypropylene film, a polyester film, a polycarbonate film, an acrylic film, or the like may be used, but is not limited thereto.
  • the immunochromatography strip may additionally be fixed in the case.
  • the inside of the lower case may be provided with a plurality of guides and / or strip support for positioning and fixing or pressing the immunochromatography strip in a suitable position.
  • the guide and strip support may be provided in the upper case at a position corresponding to the guide and strip support provided in the lower case. That is, the guide and / or strip support may be formed in the lower case or both the upper case and the lower case as necessary.
  • the upper case may be provided with a result confirmation window for detecting a signal from the labeling material at a position corresponding to the sample inlet and the inspection line.
  • the sample inlet may be formed in the form of a hole or a slit at one end of the porous membrane, that is, at a point sufficiently spaced apart from the test line and the sample at the opposite end where the hygroscopic pad is located based on the test line, so that the sample can be developed along the membrane.
  • the result confirmation window may be formed to a size sufficient to be visible from the outside or visually through the sensor, including the control line where the inspection line is located on the porous membrane and / or additionally the control line in some cases. . As long as the inspection line and / or the control line can be identified, the size and shape may be formed without limitation.
  • the upper and lower cases may be manufactured using a conventional plastic material, for example, a material such as polycarbonate, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) may be used, but is not limited thereto.
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • the upper and lower cases may be manufactured separately and include coupling grooves, coupling protrusions, and the like, and may be combined by conventional means, and in some cases, may be integrally manufactured.
  • an analyte bound to a first conjugate that is, an analyte bound to a first labeling substance through a first ligand
  • a test line by a third ligand specifically binding thereto.
  • the signal from the first label on the test line can be measured to determine the presence, amount, or both, of the analyte in the sample. That is, qualitative analysis of the analyte is possible according to the presence or absence of a signal from the first label on the inspection line, and the quantity of the signal from the first label on the inspection line, that is, the intensity can be measured and analyzed quantitatively. have.
  • the immunochromatography strip may further include a control line to confirm the development of the sample before or after the test line.
  • the control line may be formed by fixing the reporter molecules at appropriately spaced positions so as not to overlap with the test line before or after the test line on the porous membrane.
  • control line refers to a portion that emits a constant signal regardless of the concentration of the sample or analyte in the sample.
  • the control line may be formed using a method similar to that of the test line, but is additionally included as an internal control group in the mixed solution of the sample and the conjugate without binding to the substance to be analyzed, along the porous membrane by the mobile phase with the sample.
  • a substance capable of emitting a constant signal regardless of the concentration and presence of an analyte in the sample may be formed by immobilizing a ligand.
  • Ligands that can be used as the control line have been expressed using the term "reporter molecule".
  • the reporter molecule may include anti-rabbit IgG, anti-chicken IgY, streptavidin, or the like.
  • the size and location of the test and control lines may be appropriately selected depending on the antigen-antibody reaction used and the like. From the presence or absence of the control signal can be confirmed whether the successful development of the sample, the signal strength of the test line can be compared with the strength of the signal of the control line can perform a quantitative analysis of the analyte.
  • Immunoassay can be classified into two types according to the principle.
  • the first ligand of the conjugate forms an immunocomplex first by immunological reaction with the analyte in the sample.
  • the immunocomplex is captured by an immunospecific binding reaction to another ligand that moves along the flow of the mobile phase along the strip for immunochromatography and binds specifically to the analyte, ie, the third ligand.
  • the ligand of the conjugate that is, a ligand that specifically reacts with the first ligand, is fixed as a third ligand on the inspection line of the porous membrane.
  • the third ligand may be the same substance or an analog thereof as the substance to be analyzed in the sample, but may be used without limitation as long as the substance is capable of binding to the first ligand of the conjugate competitively with the analyte. Since the intensity of the signal generated by the marker of the conjugate captured by the immune response is proportional or inversely proportional to the concentration of the analyte in the sample, qualitative analysis to determine the presence of the analyte by positive or negative signal Rather, the intensity of the signal can be quantitatively compared to standard colorimetric or internal controls.
  • the present invention is a method for qualitatively or quantitatively analyzing analytes in a sample using the kit for immunoassay, by simultaneously or sequentially adding a buffer and a sample to the conjugate construct, and dissolving the conjugate construct and the sample. Performing the reactions simultaneously or sequentially; Loading the result of the previous step into an immunochromatography strip and developing it; And it provides a method of analysis characterized in that it comprises the step of confirming the presence and intensity of the signal of the first label from the inspection line.
  • a buffer solution is added to the conjugate structure to dissolve, and then the sample is added to the solution to be uniformly mixed and reacted for a predetermined time, or the buffer structure and the sample are simultaneously added to the conjugate structure to dissolve the conjugate structure and simultaneously react with the analyte in the sample. Can be induced to do so.
  • the conjugate structure is completely dissolved in a buffer to form a solution in which the conjugate molecules are uniformly dispersed, and the sample is added thereto to perform an immune reaction with the analyte, but the conjugate structure is completely dissolved so that the conjugate molecules are in solution.
  • the buffer and the sample it is not limited to the order of mixing and reaction of the conjugate structure, the buffer and the sample as long as it can be uniformly dispersed in the sample and sufficiently react with the sample to form an immunocomplex. Thereafter, the solution containing the immunocomplex as a result of the dissolution and immune reaction step is loaded and developed on an immunochromatography strip, and then the quality of the analyte in the sample is confirmed by checking the presence and intensity of the signal of the first marker from the inspection line. Or quantitative analysis.
  • the analytical method of the present invention in which the sample is mixed with a homogeneous conjugate solution completely dissolved in a buffer, sufficiently reacted, and then loaded and developed on an immunochromatography strip, is suitable for improving the accuracy of the analysis.
  • the glycated hemoglobin using the method of the present invention by performing an analysis method using an existing immunoassay strip further comprising an analyte method and a conjugate pad adsorbed by the conjugate. It was confirmed that more reproducible results can be obtained from the analysis (Table 1). Furthermore, in the quantitative analysis, it was confirmed that the concentration and the measured signal intensity showed a proportional relationship with high linearity (FIG. 6).
  • Samples for immunoassay of the present invention include all biological samples such as whole blood, blood cells, serum, plasma, bone marrow fluid, sweat, urine, tears, saliva, skin, mucous membranes, hair, etc., isolated from mammals, preferably humans.
  • biological samples such as whole blood, blood cells, serum, plasma, bone marrow fluid, sweat, urine, tears, saliva, skin, mucous membranes, hair, etc.
  • Blood may use serum or plasma components from which blood cells have been removed, or when whole blood is used, a component capable of dissolving blood cells may be added to the buffer.
  • the immunoassay method according to the present invention is mainly for whole blood such as malaria antigen (Ag), AIDS, hepatitis C, hepatitis B, syphilis, gastric ulcer bacteria, cancer markers (AFP, PSA, CEA), tuberculosis, SARS, dengue, leprosy Useful for diagnosing diseases used for specimens and blood sugar tests.
  • the analyte may be glycated hemoglobin, but is not limited thereto.
  • blood is used as a sample, and the test line is fixed with an antibody to glycated hemoglobin as a second ligand to measure the color development of the labeling substance of the conjugate captured therein, thereby measuring the concentration of glycated hemoglobin in the blood.
  • an antibody to glycated hemoglobin as a second ligand to measure the color development of the labeling substance of the conjugate captured therein, thereby measuring the concentration of glycated hemoglobin in the blood.
  • concentration of glycated hemoglobin is usually expressed as a percentage (ratio) of glycated hemoglobin concentration to total hemoglobin concentration.
  • the concentration percentage of glycated hemoglobin relative to total hemoglobin can be calculated by the following formula, and when the concentration percentage of glycated hemoglobin is 3 to 6.5%, it is determined as normal, and when it is 6.5 to 20%, diabetes is determined.
  • the determination of hemoglobin (hemoglobin) and glycated hemoglobin in human red blood cells requires the step of lysing red blood cells. It includes a pretreatment step of dissolving erythrocytes as in the normal glycated hemoglobin test, and the lysis of erythrocytes is used by mixing the blood cell lysis buffer with the liquid buffer solution used in the sample pretreatment step and at the same time reacting with the conjugate without a separate process. Can be performed. Therefore, the kit of the present invention has high utility for field diagnosis.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the immunoassay apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a photograph of a lyophilized conjugate according to the present invention
  • 5 is a sequence of an immunoassay method according to the present invention.
  • One or more membrane strips comprising a porous membrane having a test line immobilized with an immunospecific binding, ie a binding agent (antigen, antibody or other ligand) that binds to an antigen-antibody reaction, covering the top of the membrane strip
  • An upper case having an inlet and a result confirming window, a lower case covering the lower part of the membrane strip and having a sample reservoir, and a lyophilized conjugate including the conjugate are mixed and the sample, the liquid buffer solution and the conjugate are mixed
  • Monoclonal antibodies against glycated hemoglobin were diluted to a concentration of 1 mg / ml in 0.1 M phosphate buffered solution (PBS), followed by nitrocellulose pads (width 25 mm, pore size 10-12 ⁇ m) using a divider. Sprayed at the inspection line position of.
  • anti-rabbit immunoglobulin G antibodies obtained by immunizing rabbit immunoglobulin G in mice were diluted at a concentration of 1 mg / ml with 0.1 M PBS, sprayed at the control line position of the nitrocellulose pad, and dried in a 37 ° C thermostat and immobilized. .
  • the remaining margin except for the antibody-fixed portion of the nitrocellulose pad was blocked by spraying PBS containing 0.05% by weight of bovine serum albumin, 4% by weight sucrose and 0.0625% by weight of ionic surfactant. Dry at 60 ° C. in a thermostat.
  • the prepared nitrocellulose pads were attached to a polypropylene plate backing plate coated with an adhesive, and an absorbent pad (Millipore, USA) was superimposed on the top of the nitrocellulose pad attached to the support by 1 mm. Attached as possible.
  • the conjugate solution was prepared by the following method. First, 1 ml of latex aqueous solution dissolved in 0.1 M MES (2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid) buffer at pH 6.0 was added to monoclonal antibody against rabbit glycated hemoglobin and rabbit immunoglobulin G, respectively, in a 37 ° C thermostat. The reaction was carried out for 1 hour. The conjugated solution was centrifuged once at 12,000 rpm in a centrifuge to remove supernatant, thereby removing unreacted antibodies. A buffer containing 1% by weight of bovine serum albumin was added thereto to react for 24 hours so that the unreacted latex surface was blocked with bovine serum albumin. As the buffer solution, 0.1 M PBS containing 0.5% by weight sucrose, 1% by weight polyethylene glycol (PEG), 1% polyvinyl alcohol (PVA), etc., in addition to 1% by weight bovine serum albumin was used.
  • 0.1 M PBS containing 0.5% by
  • the solution containing the conjugate was added dropwise to liquid nitrogen dropwise in a volume of 20 ⁇ l using a dispenser to rapidly freeze to obtain conjugate-beads, and then dried in a lyophilizer for 20 hours.
  • an immunoassay strip device (FIG. 3) according to an embodiment of the present invention.
  • the lyophilized conjugate-beads (FIG. 4) prepared in step B are placed one by one in the pretreatment apparatus (FIG. 5) and the cap is closed.
  • the prepared immunoassay strip device and the pretreatment device were dehumidified and packaged and stored in a single pouch.
  • Comparative Example 1 Conventional Analysis Strip Production Method Using a Conjugate Pad
  • the antibody-latex conjugate solution was prepared in the same manner as in step B of Example 1.
  • the solution containing the conjugate prepared as described above was applied to the glass fiber pad of the conjugate pad shown in Figure 1 using a dispenser at a density of 10 ⁇ l / 25 mm 2 .
  • the pad containing the antibody-latex conjugate was rapidly frozen with liquid nitrogen, dried in a lyophilizer for 20 hours, and the dried pad was cut to a size of 7 mm x 30 mm.
  • the prepared conjugate pad was attached to a polypropylene plate backing plate to which an adhesive was applied so as to overlap 1 mm below the nitrocellulose pad attached to the support.
  • Example 1 In order to compare the performance of the assay strip prepared in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, 10 blood samples were measured for 10 times.
  • the 10 blood samples used for the measurement were analyzed by the automated large equipment (Variant II Turbo; Bio-Rad Laboratories, Hervules, CA, USA) to measure the glycated hemoglobin value prepared by Example 1 and Comparative Example 1. It was compared with the result measured using.
  • the measured values using the prepared assay strips were quantified using a spectroscopy device capable of measuring the intensity of color development in a specific area on the membrane such as an inspection line and a control line.
  • the value of HbA1c% was calculated from the values of the inspection line and the control line measured by spectroscopy. The results are shown in Table 1 below.
  • the value measured using the assay strip prepared by Example 1 of the present invention is high reproducibility (lower than the value measured using the assay strip prepared by Comparative Example 1 It was confirmed that the dispersion coefficient CV%; In addition, when the measured values were compared with the values measured by the automated large equipment, the value measured using the analysis strip according to Example 1 showed a smaller deviation. That is, in the case of using the glycated hemoglobin test method using the assay strip according to the present invention, it was confirmed that the accuracy and reproducibility of the test is improved compared to the existing method.
  • Example 1 In order to compare the quantitative analysis of the immunoassay device prepared in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, 12 blood samples containing glycated hemoglobin at various concentrations were measured. In addition, as shown in Experiment 1, using the automated large equipment (Variant II; Bio-Rad Laboratories, Inc), the glycated hemoglobin values of the 12 identical blood samples were measured, and the correlation between the concentrations was analyzed and the results are shown in FIG. 6. Indicated.
  • the blue rhombus is the result of the measured signal value (intensity) by the immunoassay device manufactured in Example 1 of the present invention
  • the red square is the signal value (intensity) measured by the immunoassay device prepared in Comparative Example 1 Is the result of digitization.
  • concentrations and measured values of the individual samples used in the concentration dependent experiments are summarized in Table 2 below.
  • the quantitative determination of glycated hemoglobin was prepared by preparing a uniform volume of the lyophilized conjugate structure in 5 ⁇ l units in the range of 5 to 30 ⁇ l. Analysis was performed. Five samples of different concentrations were applied to lyophilized conjugates of different sizes and measured in the same manner. Table 3 shows the measured values measured using the glycated hemoglobin level value and the lyophilized conjugate prepared in the corresponding volume. This is also illustrated in FIG. 7.
  • each uniformly sized lyophilized conjugate exhibits a measurement value having a high linear correlation proportional to the concentration, while at the same concentration, the lyophilized conjugate structure It was confirmed that the measured value showed a tendency to increase slightly as the particle volume of. From this, it was confirmed that the use of the lyophilized conjugate structure in the form of a drop in a constant volume in the range of 5 to 30 ⁇ l improves the accuracy and reproducibility of the immunoassay kit, thereby enabling both qualitative and quantitative analysis.

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Abstract

본 발명은 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물, 상기 동결건조 접합체 구조물 및 면역크로마토그래피용 스트립을 구비한 면역분석용 키트, 및 상기 면역분석용 키트를 사용하여 검체 내 분석물질을 정성 또는 정량 분석하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 별도로 제조된 동결건조 접합체 구조물을 이용하여 외부에서 검체와 균일하게 반응시켜 면역크로마토그래피에 적용함으로 기존의 접합제를 흡착시켜 제조한 접합체 패드를 포함하는 면역크로마토그래피용 스트립을 이용하여 분석하는 방법보다 높은 재현성 및 농도에 대한 선형성을 가지고 정량분석을 수행할 수 있다. 또한 본 발명의 동결건조 접합체 구조물은 추가적인 캡을 포함하는 챔버에 수용되어 제공될 수 있으므로 오염없이 보관이 가능하고 휴대가 용이하며 상기 동결건조 접합체 구조물은 빠르고 균일하게 용해될 수 있으므로 완충액 및 검체를 직접 혼합하여 즉시 반응시켜 면역분석용 키트로 분석가능하므로 현장진단용 분석에 적합하다.

Description

현장진단 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물, 이를 이용하는 면역분석용 키트 및 상기 키트를 이용하는 분석방법
본 발명은 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물; 상기 동결건조 접합체 구조물 및 면역크로마토그래피용 스트립을 구비한 면역분석용 키트 및 상기 면역분석용 키트를 사용하여 검체 내 분석물질을 정성 또는 정량 분석하는 방법에 관한 것이다.
래피드 테스트(rapid test)법으로 알려진 면역 크로마토그래피 분석법은 항원-항체 반응을 이용하여, 미량의 분석물질(analyte)을 단시간에 정성 및 정량적으로 분석할 수 있는 방법으로서, 각종 질병의 진단 또는 검사를 비롯하여, 의학, 농업, 축산업, 식품, 군사, 환경 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 면역 크로마토그래피 분석에는 검출하고자 하는 분석물질과 반응하여 변화를 나타낼 수 있는 반응물질을 포함하는 분석스트립(assay strip) 또는 상기 분석스트립을 플라스틱 케이스에 장착한 디바이스 형태의 분석장치가 일반적으로 사용되고 있다. 도 1은 통상적인 면역 크로마토그래피 분석에 사용되는 분석스트립의 단면도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 통상적인 분석스트립은 액상 검체를 수용하는 검체 패드, 육안 또는 센서를 이용하여 감지할 수 있는 시그널을 발생시키는 표지를 항원, 항체 등의 리간드에 접합시킨 접합체(conjugate)를 함유하는 접합체 패드, 검체 중의 분석물질 및/또는 상기 접합체와 특이적으로 결합하는 결합제(항체 또는 항원)를 고정시킨 다공성 멤브레인 패드 및 액상 검체를 최종적으로 수용하는 흡습 패드로 구성되며, 이러한 기능성 패드들은 상기 나열한 순서대로 일부 중첩된 형태로 연결되어 고체 지지체 상에 부착되어 연속적으로 배열된다. 상기 분석스트립이 플라스틱 케이스 내부에 장착되어 사용되는 경우, 케이스의 상부에는 검체 패드의 위치에 검체를 적하하기 위한 검체 투입구가, 다공성 멤브레인 패드의 결합제가 고정된 위치에는 검사 결과를 확인하기 위한 결과 확인창이 형성된다. 이와 같이, 분석스트립을 이용한 면역 크로마토그래피 분석법에 있어서, 검체 패드에 액상 검체를 적하하면, 액상 검체는 모세관 현상에 의하여 접합체 패드 및 다공성 멤브레인 패드를 통하여 이동하며, 최종적으로 흡습 패드에 수용된다. 이때, 상기 접합체 패드에 함유되어 있던 접합체도 액상 검체와 함께 이동하여, 검체 중에 분석하고자 하는 물질이 존재하면, 접합체가 분석물질을 매개하여 다공성 멤브레인 패드에 고정된 결합제와 결합하거나(통상, "샌드위치(sandwich) 반응"이라 한다.), 접합체와 분석물질이 경쟁적으로 결합제와 결합함으로서(통상, "경쟁(competition) 반응"이라 한다.), 검체 중 분석물질의 존재 여부를 육안으로 또는 센서를 이용하여 감지할 수 있다.
그러나, 이와 같은 통상적인 분석스트립은 접합체 패드에 건조된 형태로 고정되어 있는 접합체가 모세관 현상에 의해 이동하는 액상 검체와 혼합될 때, 접합체와의 결합이 균일하게 이루어지지 못하여 개별 분석스트립 마다 편차가 발생할 수 있으며, 따라서, 정량적 검체 분석의 정확도와 재현성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 생화학분석에 주로 사용하는 액상 시약을 이용하는 방법은 웰(well) 안에서 액상 시약을 일정한 비율로 섞어줌으로써, 검체 분석의 정확도와 재현성은 개선될 수 있으나, 항원-항체를 포함하는 액상 시약의 경우 장기 보관시 항원-항체 반응의 친화력(affinity)가 감소하거나 항원, 항체 자체가 변성되는 등의 안정성에 문제가 있다. 이에 따라, 액상 시약을 냉장, 냉동보관함으로 장기간 안정성을 향상시킬 수 있겠으나, 래피드 테스트와 같은 현장진단용(point of care testing)으로서의 목적에 비추어 냉장, 냉동보관은 다양한 측정 현장에서 사용하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 하나의 목적은 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물로서, 신호검출을 위한 제1 표지물질 및 분석물질과 반응하는 제1 리간드를 포함하는 제1 접합체를 구비하고, 상기 제1 표지물질과 제1 리간드는 물리적 또는 화학적으로 연결되어 있으며, 상기 접합체 구조물은 기지농도의 상기 제1 접합체가 용매 내에 분산되어 있는 분산액을 균일 부피의 방울형태로 급속냉동시킨 후 동결건조하여 용매를 제거하여 형성된 것으로, 급속냉동된 방울에서 용매가 차지한 공간은 용매 제거에 의해 공극을 형성하는 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 동결건조 접합체 구조물 및 면역크로마토그래피용 스트립을 구비한 면역분석용 키트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 면역분석용 키트를 사용하여 검체 내 분석물질을 정성 또는 정량 분석하는 방법으로서, 접합체 구조물에 완충액 및 검체를 동시에 또는 순차적으로 가하여 접합체 구조물의 용해 및 접합체와 검체의 반응을 동시에 또는 순차적으로 수행하는 단계; 전 단계의 결과물을 면역크로마토그래피용 스트립에 로딩하여 전개시키는 단계; 및 검사선으로부터 제1 표지물질의 신호 유무 및 세기를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 분석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 접합체의 안정성을 높이고 검체 분석의 정확도와 재현성을 향상시키기 위하여 예의 연구노력한 결과, 장기간 보관 안정성이 탁월하고 전처리 장치를 이용하여 검체를 일정량의 접합체와 균일하게 반응시켜 분석장치에 적하시킴으로 정량측정에 적합한 균일한 크기 및 농도의 동결건조 접합체-비드 및 이를 포함하는 검체 전처리 장치를 개발함으로 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따라 별도로 제조된 동결건조 접합체 구조물을 이용하여 외부에서 검체와 균일하게 반응시켜 면역크로마토그래피에 적용함으로 기존의 접합제를 흡착시켜 제조한 접합체 패드를 포함하는 면역크로마토그래피용 스트립을 이용하여 분석하는 방법보다 높은 재현성 및 농도에 대한 선형성을 가지고 정량분석을 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 동결건조 접합체 구조물은 추가적인 캡을 포함하는 챔버에 수용되어 제공될 수 있으므로 오염없이 보관이 가능하고 휴대가 용이하며 상기 동결건조 접합체 구조물은 빠르고 균일하게 용해될 수 있으므로 완충액 및 검체를 직접 혼합하여 즉시 반응시켜 면역분석용 키트로 분석가능하므로 현장진단용 분석에 적합하다.
도 1은 통상적인 면역 크로마토그래피 분석에 사용되는 분석스트립의 단면을 나타낸 도이다.
도 2는 통상적인 면역분석장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역분석장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동결건조 접합체-비드의 형태를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 전처리 장치 사시도 및 면역분석방법을 나타낸 도이다. (A)는 검체 전처리 장치로서 동결건조 접합체-비드를 포함하는 캡이 장착된 챔버를 나타낸 도이다. (B)는 상기 검체 전처리 장치를 이용하여 면역분석하는 방법을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 면역분석장치를 이용한 당화혈색소 정량분석결과를 비교하여 나타낸 도이다. 마름모는 본 발명의 실시예에 따른 면역분석장치의 측정값을 사각형은 종래의 면역분석장치와 유사한 비교예에 의한 측정값을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동결건조 접합체의 방울 부피에 따른 당화혈색소 측정값 변화를 나타낸 도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물로서, 신호검출을 위한 제1 표지물질 및 분석물질과 반응하는 제1 리간드를 포함하는 제1 접합체를 구비하고, 상기 제1 표지물질과 제1 리간드는 물리적 또는 화학적으로 연결되어 있으며, 상기 접합체 구조물은 기지농도의 상기 제1 접합체가 용매 내에 분산되어 있는 분산액을 균일 부피의 방울형태로 급속냉동시킨 후 동결건조하여 용매를 제거하여 형성된 것으로, 급속냉동된 방울에서 용매가 차지한 공간은 용매 제거에 의해 공극을 형성하는 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물을 제공한다.
본 발명의 용어 "면역크로마토그래피"는 항원-항체반응에 기초한 면역반응 원리와 검체 및 시약이 이동상에 의해 매질을 따라 이동하는 크로마토그래피 원리를 결합시킨 분석방법이다. 간략히 살펴보면, 다공성 막(membrane)에 분석하고자 하는 항체 또는 항원을 미리 분주시켜 고정하고 막의 일 말단으로부터 상기 고정시켜 놓은 항체 또는 항원을 향해 검체를 전개시켜 검체 중의 항원 또는 항체와의 반응을 관찰하는 것이다. 일반적인 의미의 면역반응은 항원-항체의 반응을 의미하나 본 발명에서는 광의적으로 항원-항체의 반응 이외에도 서로 간에 특이적으로 결합하는 수용체와 이에 특이적으로 결합하는 리간드의 반응도 포함하며, 이에 제한되지 않고, 효소와 기질 간의 반응 등 서로를 특이적으로 인식하여 일어나는 반응들까지 모두 포함할 수 있다.
상기 항원-항체 반응을 육안으로 또는 센서를 이용하여 용이하게 확인할 수 있도록 하기 위하여 표지물질을 이용할 수 있다. 또한 이러한 표지물질이 분석하고자 하는 분석물질과 결합할 수 있도록 분석물질에 특이적으로 결합할 수 있는 리간드를 표지물질에 연결시켜 이용할 수 있다. 본 발명의 용어 "접합체(conjugate)"는 상기 표지물질과 리간드를 연결시킨 결합체를 의미한다. 상기 표지물질과 리간드는 물리적 또는 화학적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 표지물질과 리간드가 수동 흡착(passive adsorption)에 의해 연결되도록 할 수 있고, 반응성 그룹을 가지도록 표지물질을 개질시켜 리간드와 공유결합으로 연결되도록 할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 상기 표지물질과 리간드의 연결은 당업자에 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 용어 "표지물질"은 육안 또는 센서를 이용하여 감지할 수 있는 신호를 발생시키는 물질을 의미한다. 상기 표지물질로는 라텍스 입자, 금 입자, 유색 폴리스티렌 미세입자, 효소, 형광성 염료, 전도성 고분자, 또는 자성입자 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 신호는 발광 등과 같이 표지물질의 내재적 특성에 의해 자체적으로 발생할 수 있는 것이거나, 형광 등과 같이 외부의 자극에 의해 발생하는 것일 수 있다.
본 발명의 용어 "리간드"는 서로 특이적으로 결합하는 물질을 의미한다. 예를 들어, 항원에 대해 특이적으로 결합하는 항체, 특정 수용체에 특이적으로 결합하는 리간드 등이 서로 리간드로 작용한다. 이외에도 본 발명에서 리간드는 상기 정의된 특성을 나타내는 물질이면 제한없이 사용될 수 있다. 본 명세서 전반에서 사용된 리간드의 의미는 특정 수용체에 특이적으로 결합하는 리간드라고 구체화하여 표기되지 않는 한 상기 정의된 바와 같이 서로 특이적으로 결합하는 물질을 의미한다.
상기 접합체는 표지물질과 리간드를 각각 기지농도의 용액으로 제조하여 혼합시킨 후 일정시간 반응하도록 하여 제조할 수 있다. 이때, 각각의 용액의 농도 및 혼합비율은 표지물질과 리간드의 결합비를 고려하여 결정할 수 있다. 상기 표지물질과 리간드의 결합은 하나의 표지물질에 하나의 리간드가 결합하는 경우, 하나의 표지물질에 복수개의 리간드가 결합하는 경우 또는 복수개의 표지물질이 하나의 리간드에 결합하는 경우일 수 있다. 구체적인 결합비는 중요하지 않으나, 바람직한 양태는 일정한 비율을 유지하는 것일 수 있다. 상기 결합비는 표지물질과 리간드의 종류에 따라 변할 수 있으며, 이들의 상대적인 크기 및 결합자리의 갯수 등을 고려하여 예측될 수 있다. 예를 들어, 표지물질로서 수 마이크론 사이즈의 라텍스비드를, 리간드로서 항체를 사용하는 경우, 복수개의 항체가 1개의 라텍스에 결합할 수 있다. 바람직하게 각각의 라텍스 표면에 균일한 갯수로 항체를 결합시키기 위하여 항체가 라텍스 표면에 포화되어 결합되도록 항체 및 라텍스 용액의 농도 및 혼합비율을 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 각각 기지농도의 표지물질과 리간드를 혼합하여 반응시킴으로서 기지농도의 접합체 용액을 얻을 수 있다. 상기 접합체 용액은 일정 농도의 접합체 분자가 용액 상에 균일하게 분산되어 있는 분산액의 형태이다.
상기 접합체 분산액은 내부대조군(internal control)으로 이용할 수 있도록 신호검출을 위한 표지물질 및 대조선에 고정된 리포터 분자와 반응하는 리간드를 포함하는 또 다른 접합체 분자를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 추가적인 접합체는 위에서 언급한 접합체 제조방법과 동일한 방법에 의하여 균일한 분산액의 형태로 제조되어 상기 접합체 용액에 혼합될 수 있다. 상기 추가적인 접합체 분자에 이용되는 표지물질은 상기한 접합체에 이용된 것과 동일 또는 상이한 것일 수 있다. 상기한 용어들 및 내부대조군에 대한 것은 추후 자세히 논의될 것이다.
본 발명의 "동결건조 접합체 구조물"은 보관의 용이성 및 검체와의 반응의 균일성을 위하여 상기 접합체 분산액은 일정한 부피의 방울형태로 급속냉동시킨 후 동결건조하여 제조될 수 있다. 구체적으로 기지농도의 접합체 분자가 용매에 균일하게 분산된 분산액을 일정 부피로 분사하여 극저온의 액체 냉매에 적하시켜 접촉시킴으로 냉동시킬 수 있다. 이때, 냉매의 냉열에 의해 외부로부터 급속동결됨으로 일반적으로는 일정한 크기의 구형의 고형물로 냉동된다. 상기 극저온의 액체 냉매로는 -270 내지 -180℃의 기화점을 갖는 액체를 이용할 수 있다. 예를 들어, 액체질소, 액체헬륨, 액체산소, 액체수소 등을 사용할 수 있고, 비용 및 안전성을 고려하여 선택할 수 있다. 바람직하게는 액체질소 또는 액체헬륨일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 면역크로마토그래피는 정성 또는 정량분석에 사용될 수 있다. 본 발명의 동결건조 접합체 구조물을 정량분석에 이용하기 위해서는 개개의 접합체 구조물이 일정한 수의 접합체 분자를 포함하도록 제조할 수 있다. 이는 상기한 바와 같이 기지농도의 균일한 접합체 분산액을 극저온의 액체 냉매에 일정한 부피로 분사하여 적하시켜 급속냉동시켜 수행될 수 있다. 상기 기지농도의 균일한 접합체 분산액을 일정한 부피로 분사하기 위하여 선택적으로 디스펜서를 이용할 수 있다. 상기 디스펜서를 이용함으로 편차를 최소화하고 일정한 부피를 갖는 방울로 분사되도록 할 수 있다. 이때, 디스펜서의 노즐 구멍 크기 및 분주 압력 등을 조절함으로써, 분사되는 용액 방울의 부피를 조절할 수 있다. 이 외에도 접합체 용액의 조성 및 점성도, 적하되는 용액의 속도와 양 및 표면장력에 의해 제조되는 접합체 방울의 크기가 조절될 수 있다. 상기 용액 방울의 부피는 5 내지 30 μl인 것으로, 크기는 지름이 0.5 내지 5 mm인 구형일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 급속냉동시킨 접합체 구조물은 동결건조시켜 동결건조 접합체 구조물을 제조할 수 있다. 상기 동결건조 과정을 통해 냉동 접합체 구조물 내의 용매가 제거됨으로 구조물은 공극을 갖게 된다. 이와 같이 제조된 공극을 갖는 다공성의 동결건조 접합체 구조물은 이후 검체와의 반응을 위하여 완충액으로 용해시킬 때, 보다 빠르게 용해되어 균일한 반응을 유도할 수 있다. 상기 동결건조는 동결건조기를 이용하여 수행될 수 있고, 이때 동결건조 챔버의 냉각온도는 -20℃ 이하일 수 있다. 바람직하게는 -40℃ 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 동결건조 시간 및 온도는 건조시키고자 하는 시료의 특성에 따라 변화시킬 수 있다. 상기 제조된 동결건조 접합체 구조물은 70 내지 90%의 공극률을 가지며, 완충액으로 용해시 즉시 또는 5초 이내에 완충액에 완전히 용해될 수 있다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 동결건조 접합체 구조물 및 면역크로마토그래피용 스트립을 구비한 면역분석용 키트를 제공한다.
본 발명의 용어 "면역분석"은 항원-항체 반응 등의 특이적인 면역반응을 이용하여 분석물질을 검출하는 방법이다. 이에 크로마토그래피의 원리를 적용하여 면역크로마토그래피법을 수행할 수 있다. 즉, 면역크로마토그래피에 의한 분석은 매질을 통하여 모세관 현상에 의해 이동상과 함께 분석물질을 포함하는 검체가 이동하면서 이루어진다. 따라서, 이러한 면역크로마토그래피 전개를 위한 매질로서, 스트립을 제조하여 이용할 수 있다. 이러한 면역크로마토그래피용 스트립의 구체적인 구성요소 및 각각의 기능은 후술할 것이다.
상기한 바와 같이 면역크로마토그래피는 매질을 따라 분석물질을 포함하는 이동상이 이동하는 크로마토그래피의 원리를 이용한다. 따라서, 면역크로마토그래피용 스트립을 이용한 면역분석을 위해서는 분석물질을 포함하는 검체를 스트립을 따라 이동시키기 위한 이동상을 필요로 한다. 이에 따라, 본 발명의 면역분석용 키트는 완충액을 추가로 포함할 수 있다. 상기 완충액은 면역크로마토그래피용 스트립을 따라 검체를 이동시키는 이동상(mobile phase)으로서 작용할 뿐만 아니라, 접합체를 용해시키는 용매로 작용할 수 있으며, 필요에 따라서는 검체를 희석시키기 위한 희석액으로서의 역할도 겸할 수 있다. 또한, 전혈분석을 위해 적혈구 등의 혈구성분을 용해(lysis)시키기 위한 성분을 추가로 포함할 수 있다. 상기 완충액으로는 10 mM 내지 1 M 농도의 인산염 완충액(phophate buffered solution; PBS), 비이온성 또는 양쪽성 계면활성제 또는 이들의 혼합물 등 통상의 완충액을 제한없이 사용할 수 있으며, 항원-항체 반응 등 원하는 반응의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다.
바람직하게 본 발명의 면역분석용 키트는 면역크로마토그래피에 검체를 주입시키기 전에 접합체와 검체와의 균일한 반응을 위하여 동결건조 접합체 구조물을 완충액에 균일하게 용해시킨 용액과 먼저 반응시킨 후 분석스트립을 이용하여 분석할 수 있다.
상기 동결건조 접합체 구조물의 보관을 위하여, 나아가 완충액을 이용한 용해 및 검체와의 반응을 위하여 추가적으로 구비되는 캡을 포함하는 챔버와 함께 제공될 수 있다. 상기 캡을 포함하는 챔버에 수용된 동결건조 접합체 구조물에 직접 완충액 및 검체를 첨가하여 접합체 구조물을 용해시키고 검체와 균일하게 반응시킬 수 있다. 상기 챔버를 이용하면 캡을 장착한 채로 보관할 수 있으므로 동결건조 접합체 구조물 자체 및/또는 완충액과 검체와의 혼합물을 오염없이 보관할 수 있다. 상기 챔버는 바람직하게 피펫 등의 기구를 이용하여 반응 혼합용액을 손실없이 용이하게 스트립에 로딩할 수 있도록 원추형일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 동결건조 접합체 구조물은 기지농도의 분산액을 일정한 부피로 냉동, 동결건조시킨 것이므로, 구조물 중 접합체 분자의 함량이 일정하여 분석물질의 정량분석에 이용되기에 적합하다.
더불어, 내부대조군으로서 상기 동결건조 접합체 구조물과 동일한 원리 및 제조방법을 이용하여 신호검출을 위한 제2 표지물질 및 리포터 분자와 반응하는 제2 리간드를 포함하는 제2 접합체를 구비하는 동결건조 접합체 구조물을 추가적으로 구비할 수 있다. 내부대조군은 상기한 바와 같이 동결건조 접합체 구조물 제조시 접합체 분산액에 제2의 접합체 구조물을 첨가하여 하나의 구조물로 제조하여 이용하거나, 동일한 방법을 이용하여 제2의 동결건조 접합체 구조물을 별도로 제조하여 검체와 접합체의 혼합액에 첨가할 수 있다. 내부대조군 및 리포터 분자에 대해서는 후술할 것이다.
상기 면역크로마토그래피용 스트립은 검체 내 분석물질을 포획하기 위한 검사선이 형성된 다공성 멤브레인 패드 및 상기 다공성 멤브레인 패드의 일 말단에 검체 이송을 위한 구동력을 제공하는 흡습패드를 구비할 수 있다.
검체 내 분석물질을 검출하기 위하여 이와 특이적으로 결합하여 선택적으로 포획할 수 있는 리간드 또는 분석하고자 하는 물질과의 경쟁적 반응을 유도하여 이를 검출할 수 있도록 분석물질과 동일한 물질 또는 이의 유사체를 리간드로서 다공성 멤브레인 패드에 고정하여 "검사선"을 형성하였다. 본 발명의 면역크로마토그래피용 스트립의 검사선에는 검체 내의 분석물질과 결합할 수 있는 물질 또는 분석물질과의 경쟁적인 반응을 유발할 수 있도록 분석물질과 동일한 물질 또는 이의 유사체를 제3의 리간드로서 고정시킬 수 있다. 상기 제3 리간드의 종류는 사용되는 면역분석법의 종류에 따라 다르게 선택될 수 있다. 면역분석법의 종류는 후술할 것이다. 상기 리포터 분자와 반응하는 제2 리간드 및 검체 내 분석물질과 결합하는 제3 리간드는 상기 접합체에 포함된 리간드와 같이 항원, 항체, 수용체 또는 상기 수용체에 특이적으로 결합하는 리간드 등일 수 있다.
이동상과 검체의 전개를 위한 매질로는 다공성 멤브레인 패드를 이용하여 모세관 현상에 의해 이동할 수 있도록 하였고, 이의 일 말단에는 검체 이송을 위한 구동력을 제공하기 위하여 흡습패드를 구비하였다. 상기 흡습패드는 다공성 멤브레인 패드에 일부 중첩되어 위치할 수 있다. 상기 멤브레인으로는 니트로셀룰로스 멤브레인(nitrocellulose membrane), 유리섬유(glass fiber) 멤브레인, 폴리에테르술폰(polyethersulfone; PES) 멤브레인, 셀룰로스(cellulose) 멤브레인, 나일론(nylon) 멤브레인 및 이들의 조합을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 15 μm의 기공을 가지는 니트로셀룰로스 멤브레인이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 면역크로마토그래피용 스트립은 추가적으로 하부에 고체 지지대를 포함하여 제조할 수 있다. 이러한 고체 지지대로는 플라스틱 재질의 지지대를 이용할 수 있으며, 상기 고체 지지대 상에 스트립을 부착하여 제조함으로 내구성을 높일 수 있고, 취급 및 보관을 용이하게 할 수 있다. 또한, 추가적인 외부 케이스 장착을 용이하게 할 수 있다. 상기 고체 지지대로 사용될 수 있는 플라스틱 재질로는 폴리프로필렌(polypropylene) 필름, 폴리에스테르(polyester) 필름, 폴리카보네이트(polycarbonate) 필름, 아크릴(acrylic) 필름 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 면역크로마토그래피용 스트립은 추가적으로 케이스 내에 고정될 수 있다. 하부 케이스의 내부에는 상기 면역크로마토그래피용 스트립을 적절한 위치에 배치시키고 고정 또는 압착시키기 위한 다수의 가이드 및/또는 스트립 지지부가 구비될 수 있다. 선택적으로 하부 케이스에 구비된 가이드 및 스트립 지지부에 대응되는 위치에 가이드 및 스트립 지지부가 상부 케이스에도 구비된 것일 수 있다. 즉, 상기 가이드 및/또는 스트립 지지부는 필요에 따라 하부 케이스에 형성되거나, 또는 상부 케이스 및 하부 케이스 모두에 형성될 수 있다. 또한, 상부 케이스에는 검체 투입구 및 검사선에 상응하는 위치에 표지물질로부터의 신호를 검출하기 위한 결과 확인창을 구비할 수 있다. 상기 검체 투입구는 다공성 멤브레인의 일 말단에 즉, 검사선을 기준으로 흡습패드가 위치한 반대편 말단에 검사선과 검체가 멤브레인을 따라 전개될 수 있도록 충분히 이격된 지점에 홀 또는 슬릿 등의 형태로 형성될 수 있다. 상기 결과 확인창은 다공성 멤브레인 상에 검사선이 위치한 지점 및/또는 경우에 따라서 추가적으로 대조선이 형성되어 있는 경우 대조선까지 포함하여 외부로부터 육안으로 또는 센서를 통해 식별 가능하기에 충분한 크기로 형성될 수 있다. 상기 검사선 및/또는 대조선을 확인할 수 있는 한 그 크기 및 모양은 제한없이 형성될 수 있다.
상기 상부 및 하부 케이스는 통상의 플라스틱 소재를 이용하여 제조될 수 있으며, 예를 들어 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS) 등의 소재가 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 상부 및 하부 케이스는 별도로 제작하여 결합 홈, 결합 돌기 등을 구비하여 통상의 수단으로 결합될 수 있고, 경우에 따라서는 일체형으로 제조될 수 있다.
본 발명의 면역분석용 키트를 사용하면, 제1 접합체와 결합된 분석물질 즉, 제1 리간드를 통해 제1 표지물질과 결합된 분석물질이 이에 특이적으로 결합하는 제3 리간드에 의해 검사선에 포획되고, 이때, 검사선 상의 제1 표지물질로부터의 신호를 측정하여 검체 내 분석물질의 유무, 양 또는 둘 모두를 측정할 수 있다. 즉, 검사선 상에서의 제1 표지물질로부터의 신호 유무에 따라 분석물질의 정성적인 분석이 가능하고, 검사선상에서의 제1 표지물질로부터의 신호의 양 즉, 세기를 측정하여 정량적으로 분석할 수도 있다.
따라서, 상기 면역크로마토그래피용 스트립은 검사선의 전 또는 후에 검체의 전개를 확인할 수 있는 대조선을 추가로 구비할 수 있다. 상기 대조선은 다공성 멤브레인 상의 검사선의 전 또는 후에 검사선과는 중첩되지 않도록 적절히 이격된 위치에 리포터 분자를 고정시킴으로 형성될 수 있다.
상기 본 발명의 용어 "대조선(control line)"은 검체 또는 검체 중 분석물질의 농도와 관계없이 일정한 신호를 내는 부분을 의미한다. 상기 대조선은 상기 검사선과 유사한 방법을 이용하여 형성할 수 있으나, 분석하고자 하는 물질과는 결합하지 않으면서, 검체와 접합체의 혼합용액에 내부대조군으로서 추가적으로 포함되어 검체와 함께 이동상에 의해 다공성 멤브레인을 따라 이동하는 제2 접합체의 리간드와 특이적으로 결합하여 포획함으로써, 검체 중의 분석물질의 농도 및 존재유무와 무관하게 일정한 신호를 방출할 수 있는 물질을 리간드로 고정시켜 형성할 수 있다. 상기 대조선으로서 사용될 수 있는 리간드는 "리포터 분자"라는 용어를 사용하여 표현하였으며, 예를 들어, 상기 리포터 분자로는 항-래빗 IgG, 항-치킨 IgY, 스트렙트아비딘(streptavidin) 등이 사용될 수 있다. 상기 검사선 및 대조선의 크기 및 위치는 사용되는 항원-항체 반응 등에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상기 대조선 신호의 유무로부터 성공적인 검체의 전개 여부를 확인할 수 있고, 검사선의 신호의 세기를 대조선의 신호의 세기와 비교하여 분석물질의 정량분석을 수행할 수 있다.
면역분석은 그 원리에 따라 크게 두 가지로 분류될 수 있다. 먼저, 샌드위치 분석(sandwich assay)의 경우, 접합체의 제1 리간드가 검체 내의 분석물질과 먼저 면역학적 반응으로 면역복합체를 형성한다. 상기 면역복합체는 이동상의 흐름을 따라 면역크로마토그래피용 스트립을 따라 이동하고 분석물질과 특이적으로 결합하는 또 다른 리간드 즉, 제3 리간드가 고정된 검사선에 면역 특이적 결합반응에 의해 포획된다. 반면, 경쟁형 분석(competitive or inhibition assay)의 경우, 다공성 멤브레인의 검사선에 제3 리간드로서 접합체의 리간드 즉, 제1 리간드와 특이적으로 반응하는 리간드를 고정시킨다. 상기 제3 리간드는 검체 내의 분석하고자 하는 물질과 동일한 물질이거나 이의 유사체일 수 있으나, 분석물질과 경쟁적으로 접합체의 제1 리간드에 결합할 수 있는 물질이면 제한없이 사용될 수 있다. 상기 면역반응에 의해 검사선에 포획된 접합체의 표지물질이 발생시키는 신호의 세기는 검체 중의 분석물질의 농도에 비례 또는 반비례 하므로, 신호의 양성 또는 음성으로 분석물질의 존재 여부를 판단하는 정성분석 뿐만 아니라, 신호의 세기를 표준 비색표 또는 내부대조군과 비교하여 정량분석할 수 있다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 면역분석용 키트를 사용하여 검체 내 분석물질을 정성 또는 정량 분석하는 방법으로서, 접합체 구조물에 완충액 및 검체를 동시에 또는 순차적으로 가하여 접합체 구조물의 용해 및 접합체와 검체의 반응을 동시에 또는 순차적으로 수행하는 단계; 전 단계의 결과물을 면역크로마토그래피용 스트립에 로딩하여 전개시키는 단계; 및 검사선으로부터 제1 표지물질의 신호 유무 및 세기를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 면역분석용 키트를 사용하여 검체 중의 분석물질을 정성 및/또는 정량분석하는 구체적인 원리는 상기한 바와 동일하다.
구체적인 분석방법을 수행함에 있어서, 하기의 순서로 진행할 수 있다. 먼저, 접합체 구조물에 완충액을 가하여 용해시킨 후 해당 용액에 검체를 첨가하여 균일하게 혼합하고 일정시간 반응시키거나, 접합체 구조물에 완충액 및 검체를 동시에 첨가하여 접합체 구조물을 용해하는 동시에 검체 중의 분석물질과 반응할 수 있도록 유도할 수 있다. 바람직하게는 접합체 구조물을 완충액에 완전히 용해시켜 접합체 분자가 균일하게 분산된 용액을 형성하고 이에 검체를 첨가하여 분석물질과의 면역반응을 수행할 수 있으나, 접합체 구조물이 완전히 용해하여 접합체 분자들이 용액 상에 균일하게 분산되고 검체와 충분히 반응하여 면역복합체를 형성할 수 있는 한 접합체 구조물, 완충액 및 검체의 혼합 순서 및 반응 순서에 제한되지 않는다. 이후 상기 용해 및 면역반응 단계의 결과물인 면역복합체를 포함하는 용액을 면역크로마토그래피용 스트립에 로딩하여 전개시킨 후, 검사선으로부터 제1 표지물질의 신호 유무 및 세기를 확인하여 검체 중의 분석물질의 정성 또는 정량분석을 수행할 수 있다.
상기 스트립의 다공성 멤브레인을 통하여 이동하는 검체를 포함하는 용액이 균질할수록 이동상의 이동속도 및 항원-항체 반응시간을 일정하게 함으로 검체 분석의 정확도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 검체를 완충액에 완전히 용해시킨 균일한 접합체 용액과 혼합하여 충분히 반응시킨 후 면역크로마토그래피용 스트립에 로딩하여 전개시키는 본 발명의 분석방법은 분석의 정확도를 향상시키기에 적합하다.
본 발명의 구체적인 실시예에서는, 본 발명의 분석방법과 접합체가 흡착된 접합체 패드를 추가로 포함하는 기존의 면역분석 스트립을 이용한 분석방법을 수행하여 그 결과를 비교함으로 본 발명의 방법을 이용한 당화혈색소 분석에서 보다 재현성 높은 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다(표 1). 나아가 정량분석에 있어서, 농도와 측정된 신호 세기가 높은 선형성을 갖는 비례관계를 나타냄을 확인하였다(도 6).
본 발명의 면역분석을 위한 검체로는 포유류, 바람직하게는 인간으로부터 분리된 전혈, 혈구, 혈청, 혈장, 골수액, 땀, 오줌, 눈물, 침, 피부, 점막, 모발 등의 모든 생체시료를 포함하며, 예컨대 혈액일 수 있다. 혈액은 혈구성분을 제거한 혈청 또는 혈장성분을 이용할 수도 있고, 전혈을 이용할 경우 혈구성분을 용해(lysis)시킬 수 있는 성분을 완충액에 추가하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 면역분석방법은 말라리아 항원(Ag), 에이즈, C형 간염, B형 간염, 매독, 위궤양 원인균, 암 표지자(AFP, PSA, CEA), 결핵, 사스, 뎅기열, 나병 등 주로 전혈을 검체로 사용하는 질병의 진단 및 혈당검사 등에 유용하다. 바람직하게 분석물질은 당화혈색소 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 검체로서 혈액을 사용하고, 상기 검사선에는 제2 리간드로서 당화혈색소에 대한 항체를 고정하여 이에 포획된 접합체의 표지물질의 발색정도를 측정하여 혈중 당화혈색소의 농도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정은 센서로 분광기를 사용하여 수행될 수 있으나, 검출 방법은 이에 제한되지 않는다. 당화혈색소의 농도는 통상, 전체혈색소 농도에 대한 당화혈색소 농도의 백분율(비율)로 표기된다. 전체혈색소에 대한 당화혈색소의 농도 백분율은 하기 식으로 계산될 수 있으며, 상기 당화혈색소의 농도 백분율이 3 내지 6.5%일 경우 정상으로 판정하며, 6.5 내지 20%일 경우 당뇨병으로 판단한다.
Figure PCTKR2013004843-appb-I000001
인간의 적혈구 중의 혈색소(헤모글로빈) 및 당화혈색소를 측정하기 위해서는 적혈구를 용해시키는 단계를 필요로 한다. 통상의 당화혈색소 검상와 같이 적혈구를 용해시키는 전처리 단계를 포함하며, 상기 적혈구의 용해는 검체전처리 단계에 사용되는 액상완충액에 혈구 용해완충액을 혼합하여 사용함으로써 별도의 과정이 필요없이 접합체와의 반응과 동시에 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 키트는 현장진단용으로 활용도가 높다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역분석장치의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 동결건조 접합체의 사진이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 면역분석방법의 순서이다. 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 면역분석장치는 면역크로마토그래피 분석법으로 검출이 가능한 검체의 정성 및 정량적 검사를 위하여 검체 내의 분석물질(analyte) 및/또는 접합체(conjugate)와 면역 특이적 결합 즉, 항원-항체 반응으로 결합하는 결합제(항원, 항체 또는 기타 리간드)가 고정된 검사선이 형성되어 있는 다공성 멤브레인을 포함하는 하나 이상의 멤브레인 스트립, 상기 멤브레인 스트립의 상부를 덮으며 검체 투입구 및 결과 확인창을 구비한 상부 케이스, 상기 멤브레인 스트립의 하부를 덮으며 검체 저장소가 구비되어 있는 하부 케이스 및 상기 접합체를 포함하는 동결건조 접합체가 들어있고 상기 검체, 액상완충액 및 접합체를 혼합하여 상기 검체 저장소로 투입하는 검체전처리 장치(도 5)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 면역분석장치는 상기 멤브레인 스트립 및 상기 검체전처리 장치로만 이루어질 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 동결건조된 접합체-비드를 이용한 당화혈색소 검사
A. 항체 고정화 니트로셀룰로스 패드 제조
당화혈색소에 대한 단클론 항체를 0.1 M 인산 완충액(phosphate buffered solution; PBS)으로 1 mg/ml의 농도로 희석한 다음, 분주기를 이용하여 니트로셀룰로스 패드(폭 25 mm, 기공크기 10 내지 12 μm)의 검사선 위치에 분사하였다. 또한 래빗 면역글로불린 G를 마우스에 면역하여 얻은 항-래빗 면역글로불린 G 항체를 0.1 M PBS로 1 mg/ml의 농도로 희석하여 상기 니트로셀룰로스 패드의 대조선 위치에 분사하고 37℃ 항온기에서 건조하여 고정화시켰다. 상기 니트로셀룰로스 패드의 항체가 고정된 부분을 제외한 나머지 여백에는 0.05 중량%의 소혈청 알부민, 4 중량%의 수크로스 및 0.0625 중량%의 이온성 계면활성제를 함유한 PBS를 분무하여 차단시킨 후, 30℃ 항온기에서 60 내지 120분간 건조시켰다. 상기 제작된 니트로셀룰로스 패드를 접착제가 도포된 폴리프로필렌(polypropylene) 플레이트 지지체(backing plate)에 부착하고, 흡습 패드(absorbent pad, Millipore, USA)를 상기 지지체에 부착된 니트로셀룰로스 패드 상단에 1 mm 중첩되도록 부착하였다.
B. 항체-라텍스 접합체의 동결건조 접합체-비드 제조
다음의 방법으로 접합체 용액을 제조하였다. 우선, pH 6.0의 0.1 M MES(2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) 완충액에 녹인 라텍스 수용액 1 ml에 당화혈색소에 대한 단클론 항체와 래빗 면역글로불린 G를 각각 농도별로 첨가한 다음, 37℃ 항온기에서 1시간 동안 반응시켰다. 상기 제조된 접합체 용액을 원심분리기에서 12,000 rpm으로 1회 원심분리하여 상층액을 제거함으로 미반응 항체를 제거하였다. 여기에 1 중량%의 소혈청 알부민을 포함하는 완충액을 첨가하여 24시간 동안 반응시킴으로 반응하지 않은 라텍스 표면이 소혈청 알부민으로 차단되도록 하였다. 상기 완충액으로는 1 중량% 소혈청 알부민 외에 0.5 중량% 수크로스, 1 중량% PEG(polyethylene glycol), 1% PVA(polyvinyl alcohol) 등을 추가로 포함하는 0.1 M PBS를 사용하였다.
상기 제조한 접합체를 함유하는 용액을 디스펜서를 이용하여 20 μl 부피로 한 방울씩 액체 질소에 적하하여 급속 동결시키는 과정을 반복하여 접합체-비드를 획득한 후, 동결건조기 내에서 20시간 동안 건조시켰다.
C. 면역분석장치의 제조
상기 A 단계에서 제조된 스트립을 하부 케이스에 장착한 후, 상부 케이스를 덮어, 본 발명의 실시예에 따른 면역분석스트립 디바이스(도 3)를 제조하였다. 상기 B 단계에서 제조된 동결건조 접합체-비드(도 4)를 각각 하나씩 전처리 장치(도 5)에 넣고 캡을 닫는다. 상기 제조된 면역분석스트립 디바이스와 전처리 장치는 제습밀봉하여 단일 파우치로 포장하여 보관하였다.
비교예 1: 접합체 패드를 이용하는 종래의 분석스트립 제조방법
A. 항체 고정화 니트로셀룰로스 패드 제조
상기 실시예 1의 A 단계와 동일한 방법을 이용하여 제조하였다.
B. 항체-라텍스 접합체 패드 제조
항체-라텍스 접합체 용액은 상기 실시예 1의 B 단계와 동일한 방법으로 제조하였다. 위와 같이 제조된 접합체를 함유한 용액을 디스펜서를 이용하여 도 1에 나타난 접합체 패드인 유리섬유 패드에 10 μl/25 mm2의 밀도로 도포하였다. 상기 항체-라텍스 접합체를 함유한 패드를 액체 질소로 급속 동결시킨 후, 동결건조기 내에서 20시간 동안 건조하고, 건조된 패드를 7 mm×30 mm 크기로 절단하였다.
상기 제작된 접합체 패드를 상기 지지체에 부착된 니트로셀룰로스 패드 하단에 1 mm 중첩되도록, 접착제가 도포된 폴리프로필렌 플레이트 지지체(backing plate)에 부착하였다.
C. 면역분석장치의 제조
상기 비교예 1의 A 및 B 단계에서 제조된 접합체 패드를 포함하여 도 1에 나타난 바와 같이 중첩하여 배열한 후, 하부 케이스에 장착하고 상부 케이스를 덮어 본 발명의 비교예에 따른 면역분석스트립 디바이스(도 2)를 제조하였다. 상기 제조된 스트립 디바이스는 제습밀봉하여 단일 파우치로 포장 및 보관하였다.
실험예 1: 접합체 패드와 동결건조된 접합체-비드를 이용한 분석스트립의 당화혈색소 측정 성능 비교
본 발명의 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 분석스트립의 성능을 비교하기 위하여 10개의 혈액검체를 이용하여 각 10회씩 측정하였다. 상기 측정에 사용된 10개의 혈액검체는 자동화 대형장비(Variant II Turbo; Bio-Rad Laboratories, Hervules, CA, USA)로 당화혈색소 값을 측정하여 상기 실시예 1과 비교예 1에 의해 제조된 분석스트립을 이용하여 측정한 결과와 비교하였다. 상기 제조된 분석스트립을 이용한 측정값은 검사선 및 대조선 등의 멤브레인 상의 특정한 영역에서의 발색정도(intensity)를 측정할 수 있는 분광학기를 이용하여 수치화하였다. 분광학기로 측정한 검사선 및 대조선 등에서의 수치로부터 HbA1c% 값을 계산하여 나타내었다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
Figure PCTKR2013004843-appb-T000001
상기 표 1에 나타난 결과와 같이, 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 분석스트립을 이용하여 측정한 값은 비교예 1에 의해 제조된 분석스트립을 이용하여 측정한 값과 비교하여 높은 재현성(낮은 분산계수 CV%; coefficient of variation)을 갖는 것을 확인하였다. 또한 상기 측정된 값들을 자동화 대형장비에 의해 측정된 값과 비교하였을 때, 실시예 1에 의한 분석스트립을 이용하여 측정한 값이 더 작은 편차를 나타내었다. 즉, 본 발명에 의한 분석스트립을 이용한 당화혈색소 검사방법을 이용하는 경우, 기존의 방법보다 검사의 정확도 및 재현성이 향상된 것을 확인하였다.
실험예 2: 접합체 패드와 동결건조된 접합체-비드를 이용한 면역측정장치의 당화혈색소 정량분석능 비교
본 발명의 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 면역측정장치의 정량분석능을 비교하기 위하여 당화혈색소를 다양한 농도로 포함하는 12개의 혈액검체에 대하여 측정하였다. 또한 실험예 1에서와 같이 자동화 대형장비(VariantII; Bio-Rad Laboratories, Inc)를 이용하여 상기 12개의 동일한 혈액검체의 당화혈색소 값을 측정하여 농도에 대한 상관관계를 분석하고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 파란 마름모는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 면역측정장치에 의한 측정된 신호값(intensity)을 나타낸 결과이며, 빨간 사각형은 비교예 1에서 제조된 면역측정장치에 의한 측정된 신호값(intensity)을 수치화한 결과이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 면역측정장치에 의해 측정된 수치는 사용된 당화헤모글로빈의 농도와 비례하며 당뇨병을 진단할 수 있는 영역을 포함하는 넓은 농도 범위에서 높은 선형성을 갖는 것을 확인하였다(R2=0.996). 반면, 종래의 면역측정장치와 유사한 비교예 1에 의해 제조된 면역측정장치에 의해 측정된 수치는 전반적으로 측정값이 실제 당화헤모글로빈 농도에 비례하는 경향을 나타내기는 하나 선형성이 낮으며(R2=0.919), 특히 당뇨 여부를 판단하는 기준이 되는 6.5%를 포함하는 5 내지 8% 농도의 당화헤모글로빈을 포함하는 검체에 대해서는 신뢰하기 어려운 정도로 낮은 선형성을 나타내는 것을 확인하였다(R2=0.747; 데이터 보이지 않음). 상기 농도 의존성 실험에 사용된 개별 검체의 농도 및 측정값은 하기 표 2에 정리하였다.
표 2
Figure PCTKR2013004843-appb-T000002
실험예 3: 동결건조 접합체 방울 부피에 따른 당화혈색소 측정값의 변화
동결건조 접합체 구조물 제조시 균일한 입자 부피가 정량분석능과 밀접한 관련이 있음을 확인하기 위하여, 5 내지 30 μl의 범위에서 5 μl 단위로 균일한 부피의 동결건조 접합체 구조물을 제조하여 당화혈색소의 정량분석을 실시하였다. 각기 다른 농도의 시료 5종을 각기 다른 크기의 동결건조 접합체에 적용하여 동일한 방법으로 측정하였다. 하기 표 3에 당화혈색소 수치값과 이에 상응하는 각각의 부피로 제조된 동결건조 접합체를 이용하여 측정한 측정값을 함께 나타내었다. 또한 이를 도 7에 도시하였다.
표 3
Figure PCTKR2013004843-appb-T000003
그 결과, 상기 표3 및 도 7에 나타난 바와 같이, 각각의 균일한 크기의 동결건조 접합체가 농도에 비례하는 높은 선형의 상관관계를 갖는 측정값을 나타내는 동시에, 동일 농도의 시료에서는 동결건조 접합체 구조물의 입자부피가 증가함에 따라 측정값이 다소 증가하는 경향을 나타내는 것을 확인하였다. 이로부터 5 내지 30 μl 범위에서 일정한 부피의 방울형태로 동결건조 접합체 구조물을 이용하는 것이 면역분석키트의 정확성 및 재현성을 향상시켜 정성 및 정량분석이 모두 가능함을 확인하였다.
한편, 상기 결과로부터 다른 부피의 동결건조 접합체가 혼재하는 경우 측정되는 신호의 세기는 시료의 농도 뿐만 아니라 동결건조 접합체의 부피에 의해 영향을 받게 될 것임을 알 수 있었다. 예컨대, 15 μl 부피의 동결건조 접합체를 사용하여 당화혈색소 농도가 11.4%인 시료에 대해 측정한 값(1.1231)이 30 μl 부피의 동결건조 접합체를 사용하여 당화혈색소 농도가 9.5%인 시료에 대해 측정한 값(1.1231)과 동일한 값을 나타내었다. 다시 말하면, 서로 다른 부피의 동결건조 접합체가 혼재된 경우, 측정된 값이 어느 농도의 시료에 대한 것인지 불명확하여 정확성을 담보할 수 없음을 유추할 수 있다. 이는 균일한 부피로 제조되지 않은 동결건조 접합체를 이용하는 경우 정량분석 결과의 정확성 및 재현성이 낮아질 수 있음을 암시한다.

Claims (24)

  1. 면역크로마토그래피용 동결건조 접합체 구조물로서,
    신호검출을 위한 제1 표지물질 및 분석물질과 반응하는 제1 리간드를 포함하는 제1 접합체를 구비하고,
    상기 제1 표지물질과 제1 리간드는 물리적 또는 화학적으로 연결되어 있으며,
    상기 접합체 구조물은 기지농도의 상기 제1 접합체가 용매 내에 분산되어 있는 분산액을 균일 부피의 방울형태로 급속냉동시킨 후 동결건조하여 용매를 제거하여 형성된 것으로, 급속냉동된 방울에서 용매가 차지한 공간은 용매 제거에 의해 공극을 형성하는 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표지물질은 라텍스 입자, 금 입자, 유색 폴리스티렌 미세입자, 효소, 형광성 염료, 전도성 고분자 및 자성입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 동결건조 접합체 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    신호검출을 위한 제2 표지물질 및 리포터 분자와 반응하는 제2 리간드를 포함하는 제2 접합체를 추가적으로 구비하고
    상기 제2 표지물질과 제2 리간드는 물리적 또는 화학적으로 연결되어 있으며,
    제2 표지물질은 제1 표지물질과 동일 또는 상이한 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리간드는 항원, 항체, 수용체 또는 상기 수용체의 리간드인 것인 동결건조 접합체 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 급속냉동은 기화점이 -270 내지 -180℃인 액체에 적하시켜 수행되는 것인 동결건조 접합체 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액체는 액체질소 또는 액체헬륨인 것인 동결건조 접합체 구조물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 급속냉동은 선택적으로 디스펜서를 이용하여 일정한 부피로 적하시켜 수행되는 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 면역크로마토그래피는 정성 또는 정량분석용인 동결건조 접합체 구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방울의 부피는 5 내지 30 μl인 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 동결건조 접합체 구조물은 70 내지 90%의 공극률을 갖는 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 동결건조 접합체 구조물은 즉시 또는 5초 이내에 완충액에 완전히 용해되는 것이 특징인 동결건조 접합체 구조물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 기재된 동결건조 접합체 구조물 및 면역크로마토그래피용 스트립을 구비한 면역분석용 키트.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 동결건조 접합체 구조물을 용해시키는 완충액을 더 포함하는 것이 특징인 키트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 완충액은 접합체의 용해를 위한 용매 또는 크로마토그래피의 이동상으로서 작용하는 것인 키트.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 완충액은 추가적으로 검체 희석 또는 혈구성분의 용해의 기능을 갖는 것인 키트.
  16. 제12항에 있어서,
    신호검출을 위한 제2 표지물질 및 리포터 분자와 반응하는 제2 리간드를 포함하는 제2 접합체를 구비하는 동결건조 접합체 구조물을 추가적으로 구비하고,
    상기 제2 표지물질과 제2 리간드는 물리적 또는 화학적으로 연결되어 있으며,
    상기 접합체 구조물은 상기 제2 접합체가 용매 내에 분산되어 있는 분산액을 방울형태로 급속냉동시킨 후 동결건조하여 용매를 제거하여 형성된 것으로, 급속냉동된 방울에서 용매가 차지한 공간은 용매 제거에 의해 공극을 형성하는 것이 특징인 키트.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 면역크로마토그래피용 스트립은 검체 내 분석물질을 포획하기 위한 검사선이 형성된 다공성 멤브레인 패드 및 상기 다공성 멤브레인 패드의 일 말단에 검체 이송을 위한 구동력을 제공하는 흡습패드를 구비하는 것인 키트.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 면역크로마토그래피용 스트립은 추가적으로 하부에 고체 지지대를 포함하는 것인 키트.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 면역크로마토그래피용 스트립은 추가적으로 케이스 내에 고정되는 것인 키트로서,
    하부 케이스에는 가이드 및 스트립 지지부가 구비되어 있고;
    상부 케이스에는 검체 투입구 및 검사선에 상응하는 위치에 결과 확인창이 구비된 것인 키트.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 검사선은 검체 내 분석물질에 특이적으로 결합하는 제3 리간드가 고정되어 있는 것이 특징인 키트.
  21. 제20항에 있어서,
    제1 리간드를 통해 제1 표지물질과 결합된 분석물질이 제3 리간드에 의해 검사선에 포획되고, 검사선 상의 제1 표지물질로부터의 신호를 측정하여 검체 내 분석물질의 유무, 양 또는 둘 모두를 측정할 수 있는 것인 키트.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 면역크로마토그래피용 스트립은 검사선의 전 또는 후에 검체의 전개를 확인할 수 있는 대조선을 추가로 구비하고,
    상기 대조선은 리포터 분자가 고정되어 있는 것인 키트.
  23. 제12항에 기재된 면역분석용 키트를 사용하여 검체 내 분석물질을 정성 또는 정량 분석하는 방법으로서,
    접합체 구조물에 완충액 및 검체를 동시에 또는 순차적으로 가하여 접합체 구조물의 용해 및 접합체와 검체의 반응을 동시에 또는 순차적으로 수행하는 단계;
    전 단계의 결과물을 면역크로마토그래피용 스트립에 로딩하여 전개시키는 단계; 및
    검사선으로부터 제1 표지물질의 신호 유무 및 세기를 확인하는 단계를 포함하는 것이 특징인 분석 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 검체는 전혈, 혈청 또는 혈장이고, 분석물질은 당화혈색소인 것인 방법.
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