WO2021187951A1 - 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트 - Google Patents

혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance, and more particularly, an electrochemical analysis method is performed through a diagnostic kit having a nanowell electrode formed therein, through which a very small amount of a cardiovascular target substance is quantified in vitro. It relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance that enables diagnosis.
  • cardiovascular diagnostic markers such as troponin and CRP for measuring the degree of onset caused by cardiovascular disease is known, but in order to measure it, it must be analyzed using special equipment in a hospital.
  • the present invention was created to solve the above problems, and more specifically, an electrochemical analysis method is performed through a diagnostic kit with nanowell electrodes, and through this, a very small amount of a cardiovascular target substance in the blood is quantified to enable in vitro diagnosis. It relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-mentioned problems includes an electrode having a plurality of nanowells formed therein to accommodate the target substance; and a marker fixed to the nanowell of the electrode and reacting with the target material, and applying a current to the electrode to determine the target material through an electrochemical analysis method.
  • the target substance of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a cardiovascular disease substance in blood of the present invention for solving the above-mentioned problems is a cardiovascular target substance capable of discriminating a cardiovascular disease, and the marker is a cardiovascular marker responsive to the cardiovascular target substance can be
  • the electrochemical analysis method of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-mentioned problems, after reacting the cardiovascular target substance with the cardiovascular marker, a probe that binds to the cardiovascular target substance And, the cardiovascular target material is determined by inserting an electron transfer activating material that generates a current by causing oxidation and reduction reactions while being bound to the probe into the nanowell, and reading the current value by applying a specified voltage to the electrode can do.
  • the electron transfer activating material of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-mentioned problems is made of any one of ferrocene, methylene blue, and ferrate.
  • the electrode in which the nanowell is formed of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-mentioned problems is composed of an 8-channel electrode, and different markers may be fixed to each channel electrode .
  • the electrode of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-mentioned problems consists of a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode,
  • the working electrode has a rectangular shape
  • the counter electrode has a rectangular band shape, and is provided so as to surround the other side from one side of the working electrode through the lower side
  • the reference electrode has a rectangular shape and the working electrode It may be provided on one side of the.
  • the nanowell size of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-mentioned problems may be 50 to 500 nm.
  • particles treated with a fluorescent material may be inserted into the nanowells of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention.
  • the size of the particle of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-mentioned problems is greater than 1/2 of the diameter of the nanowell, and may be smaller than the diameter of the nanowell.
  • One of the particles of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance of the present invention for solving the above-described problems may react 1:1 while being inserted into one nanowell.
  • the present invention relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance, and an electrochemical analysis method is performed through a diagnostic kit having nanowell electrodes formed therein. There is this.
  • the present invention has an advantage in that it is possible to quickly and simply diagnose a blood cardiovascular disease substance by performing an electrochemical analysis method while using a probe and an electron transfer activation material together with a nanowell electrode.
  • the present invention has the advantage that the electrochemical analysis method and the optical method can be simultaneously implemented on one electrode by reacting the particles treated with the fluorescent material with the nanowell 1:1.
  • FIG. 1(a) is a diagram illustrating an 8-channel electrode according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1(b) is a diagram illustrating an electrode in which a nanowell structure is formed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a process of manufacturing an electrode having a nanowell structure formed thereon according to an embodiment of the present invention.
  • 3(a) to 3(c) are diagrams illustrating measurements of a cardiovascular target material by performing an electrochemical analysis method using a diagnostic kit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4(a) is a diagram illustrating a label-free electrochemical analysis method
  • FIG. 4(b) is a diagram illustrating an electrochemical analysis method using a probe and an electron transport activating material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6(a) is a view showing a fluorescent material-treated particle is inserted into an electrode in which a nanowell structure is not formed
  • FIG. 6(b) is a nanowell structure treated with a fluorescent material according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the inserted particles.
  • the present invention relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in blood. Electrochemical analysis is performed through a diagnostic kit with nanowell electrodes, and through this, a very small amount of a cardiovascular target substance in the blood is quantified to enable in vitro diagnosis. It relates to a nanowell diagnostic kit for diagnosing cardiovascular disease substances in the blood.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance includes an electrode 120 having nanowells formed therein, and a marker.
  • the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention is capable of discriminating a very small amount of a target substance in the blood through the nanowell structure 127, and applies an electric current to the electrode 120 to conduct an electrochemical analysis. It is possible to identify the target substance in
  • the electrode 120 in which the nanowell is formed of the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention may be formed of an 8-channel electrode, and different markers may be fixed to each channel electrode. have.
  • the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention can identify various target substances at the same time as different markers are fixed to each channel electrode.
  • the target material of the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance may be a cardiovascular target substance 132 capable of discriminating a cardiovascular disease, and the marker is the cardiovascular target substance 132 . It may be a cardiovascular marker 131 that responds to Hereinafter, a diagnostic kit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the cardiovascular target material 132 and the cardiovascular marker 131 .
  • the electrode 120 in which nanowells are formed according to an embodiment of the present invention has a nanowell structure 127 .
  • the nanowell structure 127 has a plurality of nanowells formed of grooves having a nano size, and the nanowell size (diameter) may be 50 to 500 nm.
  • the nanowell structure 127 may be formed on the working electrode 141 of the electrode 120 , and the working electrode 141 may include an oxide film on which the nanowell structure 127 is formed. As the oxide film on which the nanowell structure 127 is formed is provided on the working electrode 141, the resolution can be improved, and through this, a very small amount of the cardiovascular target material 132 in the blood can be discriminated.
  • the nanowell structure 127 has a structure in which a plurality of nano-sized grooves are formed in the oxide film (SiO 2 ) provided on the working electrode 141 , and may be manufactured by the following method.
  • the working electrode 141 on which the nanowell structure 127 is formed is manufactured through a deposit step, a removal step, and an etching step.
  • the deposit step is a step of forming an oxide layer 122 on the metal layer 121 and spin-coating a photoresist (PR) 123 on the oxide layer 122 .
  • PR photoresist
  • the metal layer 121 may be made of gold (Au) used as the working electrode 120 , and the oxide layer may be made of SiO 2 .
  • a glass 125 may be provided under the metal layer 121 , and a sacrificial layer 124 made of titanium (Ti) may be provided to deposit the metal layer 121 on the glass 125 .
  • the material used for the working electrode 141 is not limited to the above, and other materials may be used if necessary.
  • the removing step is a step of removing the photoresist (PR) 123 in the form of a nanowell structure using a photomask.
  • the removal step is a pre-processing process for forming the nanowell structure 127 in the oxide layer 122 by performing a development process while leaving only a necessary portion of the photoresist using a photomask.
  • the etching step is a step of forming a nanowell structure 127 in the oxide layer 122 by etching the oxide layer 122 through dry etching. Since the photoresist (PR) 123 is removed to have a nanowell structure in the removal step, when the oxide layer is etched by dry etching in the etching step, a nanowell structure 127 is formed in the oxide layer 122 .
  • PR photoresist
  • the working electrode 120 that has undergone the etching step may undergo a coating step of forming a coating layer 126 by coating the working electrode 141 while removing the photoresist (PR) 143 , through which the nano
  • the working electrode 141 on which the well structure 127 is formed may be manufactured.
  • the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention is capable of discriminating a very small amount of a target substance in the blood through the nanowell structure 127. By applying an electric current to the electrode 120, it is injected into the blood through an electrochemical analysis method. It is possible to identify the target substance present.
  • the diagnostic kit uses an electrochemical analysis method for measuring changes in current and impedance according to multiple antigen-antibody reactions or DNA and RNA complementary binding based on a protein aggregation reaction. As it can discriminate the target material of , various electrochemical analysis methods can be used.
  • 3(a), 3(b), and 3(c) show the measurement of a cardiovascular target material through an electrochemical analysis method.
  • the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention is a cyclic voltammetry
  • electrochemical methods such as voltammetry) and SWQ (square wave voltammetry) can be used to identify target substances of cardiovascular disease in the blood.
  • the following method may be used for quick and simple diagnosis.
  • the cardiovascular target material 132 is first reacted with the cardiovascular marker 131 . Thereafter, the probe 133 coupled to the cardiovascular target material 132 and the electron transfer activating material 134 that generate an electric current by causing oxidation and reduction reactions while being bound to the probe 133 are inserted into the nanowells. do.
  • the cardiovascular target material 132 can be determined by applying a specified voltage to the electrode 120 and reading the current value.
  • the cardiovascular target material 132 may be an antigen
  • the cardiovascular marker 131 fixed to the electrode 120 may be an antibody responding to the antigen.
  • the probe 133 may be a secondary antibody capable of reacting with the antigen
  • the electron transfer activating material 134 may be a material that generates an electric current through oxidation and reduction reactions with the probe 133 .
  • the electron transport activating material 134 may be ferrocene, methylene blue, ferrate, or the like.
  • the electron transfer activating material 134 is not limited thereto, and may be a material that generates a current by oxidation or reduction reaction with the probe 133 .
  • the conventional electrochemical analysis method as shown in FIG. 4( a ) is a label-free method. After fixing a marker 131 made of an antibody to the electrode 120 and inserting a target material 132 made of an antigen, an alternating voltage It is a method of measuring the impedance by giving
  • the electrochemical analysis method according to an embodiment of the present invention is a method of reading a current value after applying only a specified voltage to the electrode 120 while using the probe 133 and the electron transfer activation material 134 .
  • the analysis time is short, and it has the advantage of being able to manufacture with inexpensive portable equipment.
  • the electrode 120 of the diagnostic kit includes a working electrode (WE) 141 , a counter electrode (CE) 142 , and a reference electrode (RE) 143 . ) can be made.
  • the working electrode 141 may have a rectangular shape
  • the counter electrode 142 may have a rectangular band shape, and wrap the other side from one side of the working electrode 141 through the lower side.
  • the reference electrode 143 may have a rectangular shape and may be provided on one side of the working electrode 141 , and the reference electrode 143 may be disposed on an upper side of the counter electrode 142 .
  • one side of the working electrode 141 may be the right side of FIG. 5 , and the other side of the working electrode 141 may be the left side of FIG. 5 .
  • the lower side of the working electrode 141 may be in the downward direction of FIG. 5
  • the upper side of the working electrode 141 may be the upper direction of FIG. 5 .
  • the conventional electrode has a problem in that the area of the counter electrode is small compared to the working electrode, so the electrode is destroyed or the insulating layer is peeled off during the measurement process.
  • the working electrode 141 is a rectangular electrode, and the counter electrode A 142 passes from one side of the working electrode 141 to the lower side and surrounds the other side.
  • the counter electrode 142 covers the left, lower side, and right sides of the working electrode 141, so that the electrode is destroyed or the insulating layer is peeled off. It is possible to solve the problem of current loss.
  • a particle 150 treated with a fluorescent material may be inserted into the nanowell of the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention.
  • the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention can implement an electrochemical analysis method and an optical analysis method at the same time on one electrode.
  • the fluorescent material-treated particle 150 is inserted into the nanowell.
  • one particle 150 reacts in one nanowell. That is, it is preferable that the nanowell and the particle 150 react 1:1.
  • the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention has the advantage of improving sensitivity while reducing protein aggregation by inserting the fluorescent material-treated particles 150 while forming the nanowell structure 127 . There is this.
  • the diagnostic kit according to an embodiment of the present invention, as one of the particles 150 is inserted into one of the nanowells and reacts 1:1, it is possible to improve the sensitivity while reducing the aggregation reaction of proteins.
  • the size of the particles 150 is greater than 1/2 of the diameter of the nanowell and smaller than the diameter of the nanowell. it is preferable
  • the size (diameter) of the nanowell may be 50 to 500 nm, and the size of the particle 150 is preferably 1/2 or more of the size of the nanowell to less than the nanowell size.
  • the size of the particle 150 is smaller than 1/2 of the size of the nanowell, since two or more particles 150 are inserted into one nanowell, a 1:1 reaction may not occur.
  • the size of the particle 150 is preferably greater than 1/2 of the size of the nanowell.
  • the size of the particle 150 is preferably smaller than the nanowell size. . As described above, as the size of the particle 150 is adjusted, the nanowell and the particle 150 can react 1:1.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance according to an embodiment of the present invention described above has the following effects.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance performs an electrochemical analysis method through a diagnostic kit having a nanowell electrode, through which a very small amount of a cardiovascular target substance in the blood can be quantified to enable in vitro diagnosis.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance uses the probe 133 and the electron transfer activation material 134 together with the electrode 120 on which the nanowell structure 127 is formed.
  • the electrochemical analysis method is performed, there is an advantage in that it is possible to quickly and simply diagnose a blood cardiovascular disease substance.
  • the working electrode 141 is a rectangular electrode, and the counter electrode 142 passes from one side to the lower side of the working electrode 141 . to cover the other side.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance increases the area of the counter electrode 142 through this, and the counter electrode 142 is located on the left side, the lower side of the working electrode 141, By enclosing the right side, there is an advantage in that the electrode is destroyed or the insulating layer is peeled off, or the problem that the current is lost can be solved.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance performs an electrochemical analysis method and an optical method by reacting a fluorescent material-treated particle 150 with a nanowell 1:1. At the same time, there is an advantage that can be implemented in one electrode.
  • the nanowell diagnostic kit for diagnosing a blood cardiovascular disease substance reduces the protein aggregation reaction by reacting the fluorescent material-treated particles 150 with the nanowell 1:1, thereby reducing the optical It has the advantage of improving the sensitivity of the method.

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Abstract

본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 상기 표적 물질을 수용할 수 있도록 복수 개의 나노웰이 형성된 전극; 상기 전극의 상기 나노웰에 고정되어 있으며, 상기 표적 물질과 반응하는 마커;를 포함하며, 상기 전극에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석 방법을 통해 상기 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트
본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단을 가능하게 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것이다.
최근 특정 분자를 진단하는 바이오센서에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 혈중 내 특정 분자를 진단하는 바이오센서에 관한 기술 개발은 미비한 실정이하다.
혈중 내 특정 분자들은 다른 혈중 분자들 간의 간섭현상이 크고 비특이적 결합이 많으며, 존재하는 농도가 극히 낮기 때문에 혈중 내 특정 분자를 진단하는 바이오 센서를 개발하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 심혈관 질환은 최근 바뀐 식생활 및 습관 등의 변화로 인하여 그 위험도가 급격하게 증가하고 있으나, 심혈관 질환을 측정하기 위한 표적 물질은 혈중 내에 극소량이 존재하기 때문에 그 측정이 어려운 실정이다.
심혈관 질환으로부터 유발되는 발병정도를 측정하기 위한 트로포닌, CRP 등의 심혈관 진단 마커의 존재는 알려져 있으나, 이를 측정하기 위해서는 병원에서 특수한 장비를 사용하여 분석해야 한다.
그러나 심혈관 질환 환자는 상시 관찰해야 하는 고위험군 잠재적 위험성을 가진 환자이기 때문에 빠르고 간단한 측정이 필요하며, 이에 빠르고 간단하게 측정할 수 있는 심혈관 진단키트의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단을 가능하게 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는, 상기 표적 물질을 수용할 수 있도록 복수 개의 나노웰이 형성된 전극; 상기 전극의 상기 나노웰에 고정되어 있으며, 상기 표적 물질과 반응하는 마커;를 포함하며, 상기 전극에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석 방법을 통해 상기 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 표적 물질은 심혈관 질환을 판별할 수 있는 심혈관 표적 물질이며, 상기 마커는 상기 심혈관 표적 물질에 반응하는 심혈관 마커일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 전기 화학적 분석 방법은, 상기 심혈관 표적 물질을 상기 심혈관 마커에 반응시킨 이후, 상기 심혈관 표적 물질에 결합되는 프로브와, 상기 프로브에 결합되면서 산화, 환원 반응을 일으켜 전류를 발생키는 전자 전달 활성화 물질을 상기 나노웰에 삽입하고, 상기 전극에 지정된 전압을 인가하여 전류값을 읽는 방법으로 상기 심혈관 표적 물질을 판별할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 전자 전달 활성화 물질은, 페로센(Ferrocene), 메틸렌 블루(Methylene blue), 철산염(Ferrate) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 나노웰이 형성된 전극은, 8채널 전극으로 이루어지며, 각각의 채널 전극에는 서로 다른 마커가 고정될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 전극은, 작동 전극(working electrode), 카운터 전극(counter electrode), 참고 전극(reference electrode)으로 이루어지며, 상기 작동 전극은 사각형 형상으로 이루어지고, 상기 카운터 전극은 사각형 띠 형상으로 이루어지되, 상기 작동 전극의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 구비되며, 상기 참고 전극은 사각형 형상으로 이루어지면서 상기 작동 전극의 일측에 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 나노웰의 사이즈는, 50 내지 500nm 로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클이 삽입될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 파티클의 크기는 상기 나노웰의 직경의 1/2 보다 크며, 상기 나노웰의 직경보다 작을 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 하나의 상기 파티클은, 하나의 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응할 수 있다.
본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 나노웰 전극과 함께 프로브 및 전자 전달 활성화 물질을 사용하면서 전기 화학적 분석법을 수행함에 따라 빠르고 간단하게 혈중 심혈관 질환 물질을 진단할 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명은 형광 물질이 처리된 파티클을 나노웰과 1:1 반응시킴에 따라 전기 화학적 분석 방법과 광학적 방법을 동시에 하나의 전극에서 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 8채널 전극을 나타내는 도면이며, 도 1(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰 구조가 형성된 전극을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰 구조가 형성된 전극을 제작하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트로 전기 화학적 분석방법을 수행하여 심혈관 표적 물질을 측정한 것을 나타내는 도면이다.
도 4(a)는 label-free 방식의 전기 화학적 분석 방법을 나타내는 도면이며, 도 4(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 프로브와 전자 전달 활성화 물질을 이용하는 전기 화학적 분석 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 작동 전극, 카운터 전극, 참조 전극을 나타내는 도면이다.
도 6(a)는 나노웰 구조가 형성되지 않은 전극에 형광 물질이 처리된 파티클을 삽입한 것을 나타내는 도면이며, 도 6(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰 구조에 형광 물질이 처리된 파티클을 삽입한 것을 나타내는 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것으로, 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단을 가능하게 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 나노웰이 형성된 전극(120), 마커를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는, 나노웰 구조(127)를 통해 혈중에 있는 극소량의 표적 물질을 판별할 수 있는 것으로, 상기 전극(120)에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석방법을 통해 혈중에 있는 표적 물질을 판별할 수 있는 것이다.
도 1(a)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트의 상기 나노웰이 형성된 전극(120)은 8채널 전극으로 이루어질 수 있는 것으로, 각각의 채널 전극에는 서로 다른 마커가 고정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 각각의 채널 전극에 서로 다른 마커가 고정됨에 따라 동시에 여러 가지의 표적 물질을 판별할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트의 상기 표적 물질은 심혈관 질환을 판별할 수 있는 심혈관 표적 물질(132)일 수 있으며, 상기 마커는 상기 심혈관 표적 물질(132)에 반응하는 심혈관 마커(131)일 수 있다. 이하에서는, 상기 심혈관 표적 물질(132)과 상기 심혈관 마커(131)를 중심으로 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 나노웰이 형성된 전극(120)은 나노웰 구조(127)가 형성된 것이다. 상기 나노웰 구조(127)는 나노 사이즈를 가지는 홈으로 이루어진 나노웰이 복수 개 형성된 것으로, 상기 나노웰 사이즈(직경)는 50 내지 500nm로 이루어질 수 있다.
상기 나노웰 구조(127)는 상기 전극(120)의 작동 전극(141)에 형성될 수 있는 것으로, 상기 작동 전극(141)에는 상기 나노웰 구조(127)가 형성된 산화막이 구비될 수 있다. 상기 작동 전극(141)에 상기 나노웰 구조(127)가 형성된 산화막이 구비됨에 따라 분해능을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질(132)을 판별할 수 있게 된다.
상기 나노웰 구조(127)는 상기 작동 전극(141) 상부에 구비된 산화막(SiO2)에 나노 사이즈를 가지는 복수 개의 홈이 형성된 구조로, 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
도 2를 참조하면, 디파짓 단계, 제거 단계, 식각 단계를 통해 상기 나노웰 구조(127)가 형성된 상기 작동 전극(141)이 제조된다. 상기 디파짓 단계는 금속층(121) 상부에 산화막(122)을 형성하고, 상기 산화막(122) 상부에 포토레지스트(PR)(123)를 스핀코팅하는 단계이다.
여기서, 상기 금속층(121)은 상기 작동 전극(120)으로 사용되는 금(Au)로 이루어질 수 있으며, 상기 산화막은 SiO2로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 금속층(121) 하부에는 글라스(125)가 구비될 수 있으며, 상기 글라스(125)에 상기 금속층(121)을 증착시키기 위해 티타늄(Ti)으로 이루어진 희생층(124)이 구비될 수 있다. 다만, 상기 작동 전극(141)에 사용되는 물질은 상술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제거 단계는 포토 마스크를 사용하여 나노웰 구조 형상으로 상기 포토레지스트(PR)(123)를 제거하는 단계이다. 상기 제거 단계는 포토 마스크를 사용하여 포토레지스트에 필요한 부분만 남기면서 디벨롭 공정을 진행하는 것으로, 산화막(122)에 나노웰 구조(127)를 형성하기 위한 전처리 과정이다.
도 3을 참조하면, 상기 식각 단계는 드라이 에칭을 통해 산화막(122)을 식각하여 상기 산화막(122)에 나노웰 구조(127)를 형성하는 단계이다. 상기 제거 단계에서 상기 포토레지스트(PR)(123)가 나노웰 구조로 제거되었기 때문에, 상기 식각 단계에서 드라이 에칭으로 산화막을 식각하면, 상기 산화막(122)에 나노웰 구조(127)가 형성된다.
상기 식각 단계를 거친 상기 작동 전극(120)은 상기 포토레지스트(PR)(143)를 제거하면서 상기 작동 전극(141)을 코팅하여 코팅층(126)을 형성하는 코팅 단계를 거칠 수 있으며, 이를 통해 나노웰 구조(127)가 형성된 상기 작동 전극(141)이 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 나노웰 구조(127)를 통해 혈중에 있는 극소량의 표적 물질을 판별할 수 있는 것으로, 상기 전극(120)에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석방법을 통해 혈중에 있는 표적 물질을 판별할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 단백질 응집 반응을 기반으로 다수의 항원-항체 반응, 또는 DNA, RNA 상호보완 결합에 따라 전류 및 임피던스의 변화량을 측정하는 전기 화학적 분석 방법을 이용하여 혈중 심혈관 질환의 표적 물질을 판별할 수 있는 것으로, 다양한 전기 화학적 분석방법이 사용될 수 있다.
도 3(a), 도 3(b), 도 3(c)는 전기 화학적 분석방법을 통해 심혈관 표적 물질을 측정하는 것을 나타내는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 순환전압전류법(cyclic voltammetry), SWQ(Square wave voltammetry) 등 다양한 전기 화학적 방법으로 혈중 심혈관 질환의 표적 물질을 판별할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트에서 사용되는 전기 화학적 분석 방법은 빠르고 간단한 진단을 위해 다음과 같은 방법이 사용될 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 화학적 분석 방법은, 먼저 상기 심혈관 표적 물질(132)을 상기 심혈관 마커(131)에 반응시킨다. 이후, 상기 심혈관 표적 물질(132)에 결합되는 프로브(133)와, 상기 프로브(133)에 결합되면서 산화, 환원 반응을 일으켜 전류를 발생키는 전자 전달 활성화 물질(134)을 상기 나노웰에 삽입한다.
다음으로, 상기 전극(120)에 지정된 전압을 인가하여 전류 값을 읽는 방법으로 상기 심혈관 표적 물질(132)을 판별할 수 있게 된다. 여기서, 상기 심혈관 표적 물질(132)은 항원이 될 수 있으며, 상기 전극(120)에 고정되어 있는 상기 심혈관 마커(131)는 상기 항원에 반응하는 항체가 될 수 있다.
상기 프로브(133)는 상기 항원에 반응할 수 있는 2차 항체일 수 있으며, 상기 전자 전달 활성화 물질(134)은 상기 프로브(133)와 산화, 환원 반응하여 전류를 발생시키는 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 전자 전달 활성화 물질(134)은 페로센(Ferrocene), 메틸렌 블루(Methylene blue), 철산염(Ferrate) 등이 될 수 있다. 다만, 상기 전자 전달 활성화 물질(134)은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 프로브(133)와 산화, 환원 반응하여 전류를 발생시키는 물질이라면 다양한 물질일 수 있다.
도 4(a)와 같은 종래의 전기 화학적 분석방법은 label-free 방법으로, 전극(120)에 항체로 이루어진 마커(131)를 고정하고 항원으로 이루어진 표적 물질(132)을 삽입한 이후, 교류 전압을 주면서 임피던스를 측정하는 방법이다.
이와 같은 방법은 시료 처리 방법이 간단하나, 임피던스를 해석해야 함에 따라 복잡한 해석 방식에 의해 분석 시간이 오래 소요되며, 교류 전압을 인가하여야 하기 때문에 고가의 장비가 필요한 문제점이 있다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 전기 화학적 분석 방법은, 상기 프로브(133)와 상기 전자 전달 활성화 물질(134)을 사용하면서 지정된 전압만을 상기 전극(120)에 인가한 이후 전류 값을 읽는 방법으로 표적 물질을 판별함에 따라, 분석시간이 짧으면서 저가의 포터블한 장비로 제작 가능한 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트의 상기 전극(120)은 작동 전극(working electrode, WE)(141), 카운터 전극(counter electrode, CE)(142), 참고 전극(reference electrode, RE)(143)으로 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 작동 전극(141)은 사각형 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 카운터 전극(142)은 사각형 띠 형상으로 이루어지되, 상기 작동 전극(141)의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 구비될 수 있다. 상기 참고 전극(143)은 사각형 형상으로 이루어지면서 상기 작동 전극(141)의 일측에 구비될 수 있으며, 상기 참고 전극(143)은 상기 카운터 전극(142)의 상부측에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 작동 전극(141)의 일측이라 함은 도 5의 오른쪽이 될 수 있으며, 상기 작동 전극(141)의 타측이라 함은 도 5의 왼쪽이 될 수 있다. 또한, 상기 작동 전극(141)의 하부측은 도 5의 하부 방향이 될 수 있으며, 상기 작동 전극(141)의 상부측은 도 5의 상부 방향이 될 수 있다.
종래의 전극은 작동 전극 대비 카운터 전극의 면적이 작아서 측정 과정 중에 전극이 파괴되거나 절연층이 벗겨지는 문제가 있었으며, 카운터 전극이 작동 전극의 오른쪽과 아랫쪽 부분만을 측정함에 따라 전류의 손실이 발생하는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 상기 작동 전극(141), 상기 카운터 전극(142), 상기 참조 전극(143)은 도 5와 같이 상기 작동 전극(141)을 사각형 형상의 전극으로 하면서, 상기 카운터 전극(142)이 상기 작동 전극(141)의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 한다.
이를 통해 상기 카운터 전극(142)의 면적을 증가시키면서, 상기 카운터 전극(142)이 상기 작동 전극(141)의 좌측, 하부측, 우측을 감싸도록 함에 따라 전극이 파괴되거나 절연층이 벗겨지는 문제나 전류의 손실이 발생하는 문제를 해결할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 진단키트의 상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클(150)이 삽입될 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 전기 화학 분석 방법과 광학적 분석 방법을 동시에 하나의 전극에서 구현할 수 있는 것으로, 이를 위해 상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클(150)이 삽입된다.
도 6(b)를 참조하면, 하나의 상기 나노웰에서는 하나의 상기 파티클(150)이 반응하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 나노웰과 상기 파티클(150)은 1:1 반응하는 것이 바람직하다.
도 6(a)를 참조하면, 종래의 나노웰 구조가 형성되어 있지 않은 전극(10)에 형광 물질이 처리된 파티클(20)을 삽입하면, 단백질의 응집반응에 의해 민감도가 떨어지는 문제점이 있다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는 상기 나노웰 구조(127)를 형성하면서, 형광 물질이 처리된 상기 파티클(150)을 삽입함에 따라 단백질의 응집반응을 줄이면서 민감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 진단키트는, 하나의 상기 파티클(150)이 하나의 상기 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응됨에 따라 단백질의 응집 반응을 줄이면서 민감도를 향상시킬 수 있게 된다.
하나의 상기 파티클(150)이 하나의 상기 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응하기 위해, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰의 직경의 1/2 보다 크며, 상기 나노웰의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 나노웰의 사이즈(직경)는 50 내지 500nm 일 수 있으며, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰의 사이즈의 1/2 이상 내지 상기 나노웰 사이즈 이하인 것이 바람직하다.
상기 파티클(150)의 크기가 상기 나노웰의 사이즈의 1/2 보다 작은 경우, 하나의 상기 나노웰에 2개 이상의 상기 파티클(150)이 삽입되면서 1:1 반응이 되지 않을 수 있기 때문에, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰의 사이즈의 1/2 보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 파티클(150)의 크기가 상기 나노웰 사이즈 보다 큰 경우, 상기 파티클(150)이 상기 나노웰에 삽입될 수 없으므로, 상기 파티클(150)의 크기는 상기 나노웰 사이즈 보다 작은 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 파티클(150)의 크기를 조절함에 따라 상기 나노웰과 상기 파티클(150)을 1:1 반응시킬 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 나노웰 전극이 형성된 진단키트를 통해 전기 화학적 분석법을 수행하며, 이를 통해 혈중 극소량의 심혈관 표적 물질을 정량화하여 체외 진단이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 나노웰 구조(127)가 형성된 전극(120)과 함께 프로브(133) 및 전자 전달 활성화 물질(134)을 사용하면서 전기 화학적 분석법을 수행함에 따라 빠르고 간단하게 혈중 심혈관 질환 물질을 진단할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 작동 전극(141)을 사각형 형상의 전극으로 하면서, 카운터 전극(142)이 작동 전극(141)의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 이를 통해 카운터 전극(142)의 면적을 증가시키면서, 카운터 전극(142)이 상기 작동 전극(141)의 좌측, 하부측, 우측을 감싸도록 함에 따라 전극이 파괴되거나 절연층이 벗겨지는 문제나 전류의 손실이 발생하는 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 형광 물질이 처리된 파티클(150)을 나노웰과 1:1 반응시킴에 따라 전기 화학적 분석 방법과 광학적 방법을 동시에 하나의 전극에서 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트는 형광 물질이 처리된 파티클(150)을 나노웰과 1:1 반응시킴에 따라 단백질의 응집 반응을 줄임에 따라 광학적 방법의 민감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110...8채널 전극 120...전극
121...금속층 122...산화막
123...포토레지스트 124...희생층
125...글라스 126...코팅층
127...나노웰 구조 131...마커
132...표적 물질 133...프로브
134...전자 전달 활성화 물질 141...작동 전극
142...카운터 전극 143...참조 전극
150...파티클

Claims (10)

  1. 혈중에 있는 표적 물질을 판별할 수 있는 진단 키트에 있어서,
    상기 표적 물질을 수용할 수 있도록 복수 개의 나노웰이 형성된 전극;
    상기 전극의 상기 나노웰에 고정되어 있으며, 상기 표적 물질과 반응하는 마커;를 포함하며,
    상기 전극에 전류를 인가하여 전기 화학적 분석 방법을 통해 상기 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표적 물질은 심혈관 질환을 판별할 수 있는 심혈관 표적 물질이며,
    상기 마커는 상기 심혈관 표적 물질에 반응하는 심혈관 마커인 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기 화학적 분석 방법은,
    상기 심혈관 표적 물질을 상기 심혈관 마커에 반응시킨 이후,
    상기 심혈관 표적 물질에 결합되는 프로브와, 상기 프로브에 결합되면서 산화, 환원 반응을 일으켜 전류를 발생키는 전자 전달 활성화 물질을 상기 나노웰에 삽입하고,
    상기 전극에 지정된 전압을 인가하여 전류값을 읽는 방법으로 상기 심혈관 표적 물질을 판별하는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전자 전달 활성화 물질은, 페로센(Ferrocene), 메틸렌 블루(Methylene blue), 철산염(Ferrate) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노웰이 형성된 전극은, 8채널 전극으로 이루어지며,
    각각의 채널 전극에는 서로 다른 마커가 고정되는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 작동 전극(working electrode), 카운터 전극(counter electrode), 참고 전극(reference electrode)으로 이루어지며,
    상기 작동 전극은 사각형 형상으로 이루어지고,
    상기 카운터 전극은 사각형 띠 형상으로 이루어지되, 상기 작동 전극의 일측에서부터 하부측을 지나 타측을 감싸도록 구비되며,
    상기 참고 전극은 사각형 형상으로 이루어지면서 상기 작동 전극의 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나노웰의 사이즈는, 50 내지 500nm 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나노웰에는 형광 물질이 처리된 파티클이 삽입되는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 질환 물질 진단을 위한 나노웰 진단키트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파티클의 크기는 상기 나노웰의 직경의 1/2 보다 크며, 상기 나노웰의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 진단을 위한 나노웰 바이오 키트.
  10. 제9항에 있어서,
    하나의 상기 파티클은, 하나의 나노웰에 삽입되면서 1:1 반응하는 것을 특징으로 하는 혈중 심혈관 진단을 위한 나노웰 바이오 키트.
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