WO2024085421A1 - 센싱 장치 - Google Patents

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WO2024085421A1
WO2024085421A1 PCT/KR2023/012774 KR2023012774W WO2024085421A1 WO 2024085421 A1 WO2024085421 A1 WO 2024085421A1 KR 2023012774 W KR2023012774 W KR 2023012774W WO 2024085421 A1 WO2024085421 A1 WO 2024085421A1
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WO
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analyte
layer
concentrated
sample
unit
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/012774
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English (en)
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Inventor
이정훈
조영규
김성환
김진환
김천중
박장표
정용원
김강현
이나은
Original Assignee
삼성전자주식회사
광운대학교 산학협력단
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Publication date
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    • B01L3/5023—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures with a sample being transported to, and subsequently stored in an absorbent for analysis
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    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped

Definitions

  • the present disclosure relates to a sensing device, and more specifically, to a sensing device capable of concentrating and detecting an analyte contained in a sample.
  • the present disclosure is in response to the need as described above, and the purpose of the present disclosure is to provide a sensing device that can efficiently concentrate a large amount of samples and effectively detect the analyte target without an external power source.
  • the sensing device includes a concentrating unit that concentrates the analyte contained in the sample and a sensing unit that detects the type of the analyte, and the enrichment
  • the unit is a selective ion permeable layer that transmits non-target substances contained in the sample in the direction of gravity and does not transmit the analyte substances contained in the sample, and absorbs the non-target substances transmitted in the direction of gravity in the selective ion permeable layer.
  • the sensing unit is connected to the concentrated layer and includes the analyte and the analyte. It includes at least one reaction unit that performs a reaction to indicate whether the analyte substance is detected and at least one boundary unit that delivers the analyte substance to the reaction unit.
  • a first injection part for injecting the sample into the enrichment part and a second injection part connected to the enrichment layer and injecting non-target substances into the enrichment layer so that the analyte concentrated in the enrichment layer is transferred to the boundary part. 2 It may further include an injection unit.
  • the selective ion permeable layer may not allow the analyte material to pass through the selective ion permeable layer based on the electrical attraction generated according to the difference in movement speed of the ions contained in the sample.
  • the selective ion permeable layer may include at least one of Nafion, polystyrene sulfonate (PSS), and polyarylamine hydrochloride (PAH).
  • PSS polystyrene sulfonate
  • PAH polyarylamine hydrochloride
  • the absorbent layer includes a porous medium
  • the porous medium may include at least one of paper, cellulose, nitrocellulose, polyethersulfone, polyvinylidine, fluoride, nylon, and polytetrafluoroethylene.
  • the at least one reaction unit includes a concentrated sample reaction unit and a color development reaction unit
  • the concentrated sample reaction unit is an amplification material for gene amplification of the analyte concentrated in the enrichment layer or the analysis agent concentrated in the enrichment layer.
  • the target substances it may include proteins for antigen-antibody reactions with specific substances.
  • the color development reaction unit may perform a color development reaction for the analyte on which gene amplification has been performed or on the protein on which the antigen-antibody reaction has been performed with the analyte through the concentrated sample reaction unit.
  • the color reaction portion may include at least one of hydroxynaphthol blue and phenol red.
  • the boundary portion may include a first boundary portion disposed between the concentrated layer and the concentrated sample reaction portion and a second boundary portion disposed between the concentrated sample reaction portion and the color development reaction portion.
  • the boundary portion may include at least one of polyvinyl alcohol (PVA) and sucrose.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • sucrose sucrose
  • FIG. 1 is a diagram briefly showing the configuration of a sensing device according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 is a diagram showing in detail the enrichment unit and the sensing unit according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a view showing in detail the selective ion permeable layer, absorption layer, and thickener included in the concentrator according to the present disclosure
  • FIG. 4 is a diagram illustrating in detail the process of detecting the type of analyte target according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a diagram briefly showing the configuration of a sensing device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 is a diagram showing in detail the enrichment unit and the sensing unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS 7 to 9 are diagrams showing experimental results for the present disclosure.
  • expressions such as “have,” “may have,” “includes,” or “may include” refer to the presence of the corresponding feature (e.g., component such as numerical value, function, operation, or part). , and does not rule out the existence of additional features.
  • expressions such as “A or B,” “at least one of A or/and B,” or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together.
  • “A or B,” “at least one of A and B,” or “at least one of A or B” (1) includes at least one A, (2) includes at least one B, or (3) it may refer to all cases including both at least one A and at least one B.
  • a component e.g., a first component
  • another component e.g., a second component
  • any component may be directly connected to the other component or may be connected through another component (e.g., a third component).
  • a component e.g., a first component
  • another component e.g., a second component
  • no other component e.g., a third component
  • the expression “configured to” used in the present disclosure may mean, for example, “suitable for,” “having the capacity to,” depending on the situation. ,” can be used interchangeably with “designed to,” “adapted to,” “made to,” or “capable of.”
  • the term “configured (or set to)” may not necessarily mean “specifically designed to” in hardware.
  • the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.
  • the phrase "processor configured (or set) to perform A, B, and C" refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device.
  • a 'module' or 'unit' performs at least one function or operation, and may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. Additionally, a plurality of 'modules' or a plurality of 'units' may be integrated into at least one module and implemented with at least one processor, except for 'modules' or 'units' that need to be implemented with specific hardware.
  • FIG. 1 is a diagram briefly illustrating the configuration of a sensing device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a diagram showing the enrichment unit 110 and the sensing unit in detail according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 is a diagram showing in detail the selective ion permeable layer 112, the absorption layer 113, and the thickener included in the thickener 110 according to the present disclosure.
  • the sensing device 100 refers to a device capable of concentrating and detecting the analyte target contained in a sample.
  • the sensing device 100 according to the present disclosure may be a bio-sensing device 100 for analyzing a sample collected from the user's body, but the substance subject to sensing according to the present disclosure is limited to a specific type. It doesn't work.
  • the sensing device 100 may include an enrichment unit 110 and a sensing unit.
  • the enrichment unit 110 refers to a configuration that can concentrate the analysis target contained in the sample.
  • the concentrator 110 may have a cylindrical shape as shown in FIG. 2, but is not limited thereto.
  • the concentrated layer 111 may include a selective ion permeable layer 112, an absorption layer 113, and a concentrated layer 111.
  • the selective ion permeable layer 112 refers to a layer that can selectively transmit some of the substances contained in the sample. As shown in Figures 1 and 2, the selective ion permeable layer 112 may transmit non-target substances contained in the sample in the direction of gravity and may not transmit the analyte substances contained in the sample.
  • non-target substance refers to at least some of the substances included in the sample that are different from the analysis target substance.
  • injection of the sample according to the present disclosure is performed in a state in which the longitudinal direction of the concentrator 110 is perpendicular to the ground as shown in FIG. 2, and the direction of gravity according to the present disclosure is the direction in which the fluid sample flows and It may coincide with the longitudinal direction of the enrichment unit 110.
  • the selective ion permeable layer 112 may not allow the analyte to pass through the analyte based on the electrical attraction generated according to the difference in movement speed of ions included in the sample.
  • the selective ion permeable layer 112 may include at least one of Nafion, polystyrene sulfonate (PSS), and polyallylamine hydrochloride (PAH), but It is not limited.
  • the absorption layer 113 refers to a layer that can absorb non-target substances transmitted through the selective ion permeable layer 112 in the direction of gravity.
  • the absorption layer 113 includes a porous medium, and the type of porous medium and the arrangement of materials included in the porous medium may vary depending on the embodiment.
  • the porous medium included in the absorption layer 113 is paper, cellulose, nitrocellulose, polyethersulfone (PES), polyvinylidenefluoride (PVDF), and fluoride. ), nylon, and polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the concentrated layer 111 refers to a layer formed as the analysis target material that did not pass through the selective ion permeable layer 112 is concentrated in a direction opposite to the direction of gravity.
  • the sensing unit refers to a configuration that can detect the type of analyte contained in the sample.
  • the sensing unit may have a planar shape as shown in FIG. 2, but is not limited to this.
  • the sensing unit may be implemented to be attachable to and detachable from the enrichment unit 110 and may include at least one reaction unit 122 and at least one boundary unit 121.
  • the reaction unit 122 refers to a component that can indicate whether or not the analyte substance is detected by performing a reaction with the analyte substance.
  • at least one reaction unit 122 may include a concentrated sample reaction unit 122-1 and a color development reaction unit 122-2.
  • the reaction unit 122 may be made of different materials depending on the substance to be detected.
  • the concentrated sample reaction unit 122-1 refers to a configuration that can perform gene amplification or antigen-antibody reaction prior to color reaction for the concentrated analyte material.
  • the concentrated sample reaction unit 122-1 is an amplification material for gene amplification of the analyte substance concentrated in the enrichment layer 111 or an antigen antibody with a specific substance among the analyte substance concentrated in the enrichment layer 111. It may contain proteins for reaction (e.g. antibodies, aptamers, etc.).
  • the color development reaction unit 122-2 is configured to perform a color development reaction for an analyte on which gene amplification has been performed or a protein on which an antigen-antibody reaction has been performed with the analyte through the concentrated sample reaction unit 122-1. says To this end, the color reaction unit 122-2 may include a material that can display different colors depending on whether a reaction is performed. For example, the color reaction unit 122-2 may include at least one of hydroxynaphthol blue and phenol red, and may also include gold nanoparticles, etc.
  • the boundary unit 121 refers to a configuration that can deliver the substance to be analyzed to the reaction unit 122.
  • the boundary portion 121 contains a water-soluble material, and when a predetermined time elapses, it is wetted by the analyte material included in the concentrated layer 111, allowing the analyte material to be transferred to the reaction unit 122. Accordingly, the boundary portion 121 may play a role in securing a reaction time between two different configurations connected to the boundary portion 121.
  • At least one boundary portion 121 includes a first boundary portion 121-1 disposed between the concentrated layer 111 and the concentrated sample reaction portion 122-1, the concentrated sample reaction portion 122, and the color development portion. It may include a second boundary portion 121-2 disposed between 122-2.
  • the first boundary portion 121-1 may serve to ensure time for the analyte to be concentrated in the enrichment layer 111 prior to reaction by the concentrated sample reaction portion 122-1, and the second boundary portion ( 121-2) may serve to secure time for the reaction by the concentrated sample reaction unit 122-1 to be performed prior to the reaction by the color development reaction unit 122-2.
  • the boundary portion 121 may include at least one of water-soluble substances such as polyvinyl alcohol (PVA) and sucrose, but is not limited thereto.
  • Figure 4 is a diagram illustrating in detail the process of detecting the type of analyte target according to an embodiment of the present disclosure.
  • the sample 40 may be injected into the concentrator 110 according to the present disclosure in the direction of gravity. Methods for injecting the sample 40 into the concentrator 110 may vary, and this will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6.
  • non-target substances contained in the sample pass through the selective ion permeable layer 112 in the direction of gravity and are absorbed by the absorption layer 113.
  • the analyte contained in the sample may be concentrated in a direction opposite to the direction of gravity without passing through the selective ion permeable layer 112. Accordingly, the concentrated layer 111 as shown in FIG. 4 may be formed.
  • the analyte substance concentrated in the enrichment layer 111 may be transferred to the first boundary portion 121-1 over time.
  • the first boundary portion 121-1 can be wetted with the analyte material contained in the concentrated layer 111 and transfer the analyte material to the concentrated sample reaction unit 122-1.
  • the first boundary portion 121-1 delays the reaction of the concentrated sample reaction portion 122-1 until a predetermined time has elapsed, thereby ensuring that the analyte target is sufficiently concentrated in the concentrated layer 111. It can be done.
  • the concentrated sample reaction unit 122-1 performs gene amplification or antigen for the analyte.
  • Antibody reactions, etc. can be performed.
  • gene amplification or antigen-antibody reaction is performed, and the temperature or pH of a specific ion (e.g., magnesium ion) changes accordingly.
  • the second border portion 121-2 performs a color reaction on the analyte for which gene amplification or antigen antibody reaction has been performed by the concentrated sample reaction portion 122-1. It can be delivered to department (122-2). That is, the second border unit 121-2 delays the reaction of the color development unit 122-2 until a predetermined time has elapsed, thereby causing gene amplification or antigen antibody reaction by the concentrated sample reaction unit 122-1. It can play a role in securing sufficient time for .
  • the color development reaction unit 122-2 is an analyte or an analyte and an antigen antibody for which gene amplification has been performed through the concentrated sample reaction unit 122-1.
  • a color reaction can be performed on the protein on which the reaction was performed.
  • the process of detecting the type of the analyte target according to the color change of the label of the color reaction unit 122-2 can be performed not only by the user visually identifying the color change, but also by using a user terminal such as a smart phone. It can be performed through .
  • the user terminal acquires an image of the color reaction unit 122-2 through a camera, analyzes the acquired image, identifies the color of the color reaction unit 122-2, and analyzes the target material accordingly. Information about the type can be provided to the user.
  • the sensing device 100 is capable of concentrating a large amount of samples to a high concentration with high energy efficiency within a short time without an external power source, and also By securing high concentration performance, it is possible to obtain sensing results with higher accuracy.
  • FIG. 5 is a diagram briefly illustrating the configuration of a sensing device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6 is a diagram showing the enrichment unit 110 and the sensing unit in detail according to an embodiment of the present disclosure.
  • the sensing device 100 may further include an injection unit 130.
  • the injection unit 130 may include first injection units 131 and 130 and second injection units 132 and 130 as shown in FIGS. 5 and 6 .
  • the first injection units 131 and 130 may inject samples into the enrichment unit 110 .
  • the first injection units 131 and 130 may be detachable from the enrichment unit 110 and may serve to deliver a sample to the enrichment unit 110 while attached to the enrichment unit 110. there is.
  • the first injection units 131 and 130 according to the present disclosure may be configured to continuously deliver the sample to the concentrator 110 in a fluid form.
  • the second injection unit 132 may deliver the analyte substance concentrated in the concentration layer 111 to the boundary unit 121.
  • the second injection units 132 and 130 are connected to the enrichment layer 111, and the non-target analyte substances concentrated in the enrichment layer 111 are transferred to the boundary portion 121.
  • Materials can be injected.
  • liquid e.g., saline solution
  • the liquid content of the concentrated layer 111 increases and can flow to the boundary portion 121.
  • the sensing device 100 unlike the prior art in which the sample is concentrated in a state where the fluid sample is confined without flowing, the first injection unit 131 Samples can be continuously delivered to the concentrator 110 through (130), and thus a large amount of samples can be effectively concentrated.
  • the concentration performance can be significantly improved.
  • the sensing device 100 can effectively transfer the analyte concentrated in the enrichment layer 111 to the sensing unit through the second injection unit 130, and transfer the analyte concentrated in the enrichment layer 111 to the sensing unit. Delivery time can be effectively controlled.
  • FIGS 7 to 9 are diagrams showing experimental results for the present disclosure.
  • Figure 7 shows a case where the type of the analyte material is detected after concentrating the analyte material by the selective ion permeable layer 112 according to the present disclosure, and a case where the sample is injected into the absorption layer 113 without the selective ion permeable layer 112. This is to compare the experimental results when the type of substance to be analyzed is detected.
  • image 710 of FIG. 7 shows that as the analyte material is concentrated by the selective ion permeable layer 112, the enrichment portion 110 is divided into the absorption layer 113 below the selective ion permeable layer 112 and the selective ion permeable layer 112. )
  • image 720 of FIG. 7 is a diagram showing the result of injecting a sample into the absorption layer 113 without the selective ion permeable layer 112.
  • the analyte material does not move in the direction of gravity through which the sample flows (downward direction of the concentrated layer 111 in FIG. 7), but flows to a specific layer. You can confirm that it stays and becomes concentrated.
  • the image 730 of FIG. 7 is a case where the type of the analyte analyte is detected after concentrating the analyte material by the selective ion permeable layer 112 like the image 710 of FIG. 7 (71, w/ precon.) and when the type of analyte to be analyzed is detected after injecting a sample into the absorption layer 113 without the selective ion permeable layer 112, as shown in image 710 of FIG. 7 (72, w/o precon.), each fluorescence intensity This is a drawing showing the measurement results.
  • Figure 8 shows a case where the type of analyte analyte is detected (w/ precon.) after concentrating the analyte by the selective ion permeable layer 112 according to the present disclosure and the absorption layer 113 without the selective ion permeable layer 112. This is to compare the limit of detection (LOD) concentration when the type of analyte substance is detected (w/o precon.) after injecting a sample into the analyte.
  • LOD limit of detection
  • the substance to be detected according to the present disclosure is a COVID-19 antigen
  • the substance to be analyzed is concentrated by the selective ion permeable layer 112.
  • the detection limit concentration when detecting the type of analyte substance is 0.05 (82, 84), and when the type of analyte substance is detected after injecting the sample into the absorption layer 113 without the selective ion permeable layer 112. It can be confirmed that the detection limit concentration (81, 83) is 0.5. In other words, according to the present disclosure, the detection limit concentration can be improved by about 10 times compared to the prior art. Accordingly, when concentration according to the present disclosure is performed, substances that can be detected when concentration is not performed can be detected.
  • Figure 9 shows a case where the type of analyte analyte is detected (w/ precon.) after concentrating the analyte by the selective ion permeable layer 112 according to the present disclosure and the absorption layer 113 without the selective ion permeable layer 112. This is to compare the color intensity of the color reaction unit 122-2 when the type of substance to be analyzed is detected (w/o precon.) after injecting a sample into the sample.
  • the selective ion permeable layer 112 Comparing the graph 91 and graph 92 of FIG. 9, when the type of the analyte material is detected after concentrating the analyte material by the selective ion permeable layer 112 according to the present disclosure, the selective ion permeable layer 112 It can be confirmed that the color intensity is higher than when the type of analyte substance is detected after injecting the sample into the absorption layer 113 without (112).
  • the detection It can be confirmed that it is specific to the target substance, COVID-19 antigen, but is non-specific to BSA, Influenza A, etc. In other words, even if the sample is concentrated according to the present disclosure, the sample is not deformed during the concentration process.
  • the sensing device 100 is capable of concentrating a large amount of samples to a high concentration with high energy efficiency within a short time without an external power source, and can also secure high concentration performance, resulting in a higher concentration. It is possible to obtain sensing results with accuracy.
  • Each of the components according to various embodiments of the present disclosure as described above may be composed of a single or plural entity, and some of the sub-components described above may be omitted, or other sub-components may be included. may be further included in various embodiments. Alternatively or additionally, some components may be integrated into a single entity and perform the same or similar functions performed by each corresponding component prior to integration.

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Abstract

센싱 장치가 개시된다. 특히, 본 개시에 따른 센싱 장치는 시료에 포함된 분석 대상 물질을 농축하는 농축부 및 분석 대상 물질의 종류를 검출하는 센싱부를 포함하고, 농축부는 시료에 포함된 비대상 물질을 중력 방향으로 투과시키고 시료에 포함된 분석 대상 물질을 투과시키지 않는 선택적 이온 투과층, 선택적 이온 투과층에서 중력 방향으로 투과된 비대상 물질을 흡수하는 흡수층 및 선택적 이온 투과층을 투과하지 않은 분석 대상 물질이 중력 방향의 반대 방향에 농축됨에 따라 형성되는 농축층을 포함하며, 센싱부는 농축층에 연결되며, 분석 대상 물질과의 반응을 수행하여 분석 대상 물질의 검출 여부를 나타내는 적어도 하나의 반응부 및 분석 대상 물질을 반응부에 전달하는 적어도 하나의 경계부를 포함할 수 있다.

Description

센싱 장치
본 개시는 센싱 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 시료에 포함된 분석 대상 물질을 농축하고 분석 대상 물질을 검출할 수 있는 센싱 장치에 관한 것이다.
근래에는 다양한 종류의 센싱 장치에 대한 기술에 대한 발전이 가속화되고 있으며, 특히, 사용자의 신체로부터 채취된 시료를 분석하여 생체 정보를 획득하거나 질병을 진단하기 위한 바이오 센서에 관련된 기술이 주목받고 있다.
그런데, 일반적으로 센싱의 정확성을 높이기 위해서는 고가의 고감도 센싱 장치 또는 대용량의 시료가 필요하지만, 사용자의 신체로부터 시료를 채취하는 경우와 같이 획득할 수 있는 시료의 양에 한계가 있는 경우에도 정확한 센싱을 할 수 있는 기술이 필요한 것이 현실이다.
이에, 시료를 농축하여 적은 양의 시료만으로도 효과적인 검출을 수행하는 기술에 대한 연구가 계속되고 있으나, 현재까지의 기술들에 대해서는 외부 전원이 필요하거나 소량의 시료만을 농축할 수 있다는 점과 같은 한계가 지적되고 있다.
본 개시는 상술한 바와 같은 필요성에 따른 것으로서, 본 개시의 목적은 외부 전원 없이 다량의 시료를 효율적으로 농축하고 효과적으로 분석 대상 물질을 검출할 수 있는 센싱 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 센싱 장치는 시료에 포함된 분석 대상 물질을 농축하는 농축부 및 상기 분석 대상 물질의 종류를 검출하는 센싱부를 포함하고, 상기 농축부는 상기 시료에 포함된 비대상 물질을 중력 방향으로 투과시키고 상기 시료에 포함된 분석 대상 물질을 투과시키지 않는 선택적 이온 투과층, 상기 선택적 이온 투과층에서 상기 중력 방향으로 투과된 상기 비대상 물질을 흡수하는 흡수층 및 상기 선택적 이온 투과층을 투과하지 않은 상기 분석 대상 물질이 상기 중력 방향의 반대 방향에 농축됨에 따라 형성되는 농축층을 포함하며, 상기 센싱부는 상기 농축층에 연결되며, 상기 분석 대상 물질과의 반응을 수행하여 상기 분석 대상 물질의 검출 여부를 나타내는 적어도 하나의 반응부 및 상기 분석 대상 물질을 상기 반응부에 전달하는 적어도 하나의 경계부를 포함한다.
여기서, 상기 농축부에 상기 시료를 주입하는 제1 주입부 및 상기 농축층에 연결되며, 상기 농축층에 농축된 상기 분석 대상 물질이 상기 경계부로 전달되도록 상기 농축층에 비대상 물질을 주입하는 제2 주입부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 선택적 이온 투과층은 상기 시료에 포함된 이온들의 이동 속도 차이에 따라 발생되는 전기적인 인력에 기초하여 상기 분석 대상 물질을 통과시키지 않을 수 있다.
한편, 상기 선택적 이온 투과층은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(Polystyrene Sulfonate, PSS) 및 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(Polyallylamine Hydrochloride, PAH) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 흡수층은 다공성 매질을 포함하며, 상기 다공성 매질은 종이, 셀룰로스, 나이트로셀룰로스, 폴리에테르설폰, 폴리비닐리딘, 플루오라이드, 나일론 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 반응부는 농축 시료 반응부 및 발색 반응부를 포함하고, 상기 농축 시료 반응부는 상기 농축층에 농축된 상기 분석 대상 물질의 유전자 증폭을 위한 증폭 물질 또는 상기 농축층에 농축된 상기 분석 대상 물질 중 특정 물질과의 항원 항체 반응을 위한 단백질을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발색 반응부는 상기 농축 시료 반응부를 통해 유전자 증폭이 수행된 상기 분석 대상 물질 또는 상기 분석 대상 물질과 상기 항원 항체 반응이 수행된 단백질에 대한 발색 반응을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 발색 반응부는 하이드록시나프톨블루(hydroxynaphthol blue) 및 페놀레드(phenol red) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 경계부는 상기 농축층과 상기 농축 시료 반응부 사이에 배치되는 제1 경계부 및 상기 농축시료 반응부과 상기 발색 반응부 사이에 배치되는 제2 경계부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 경계부는 폴리바이닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 및 수크로스(sucrose) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 센싱 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 농축부와 센싱부를 상세하게 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 농축부에 포함된 선택적 이온 투과층, 흡수층 및 농축증을 상세하게 나타내는 도면,
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 분석 대상 물질의 종류를 검출하는 과정을 상세히 나타내는 도면,
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 센싱 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면,
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 농축부와 센싱부를 상세하게 나타내는 도면, 그리고,
도 7 내지 도 9는 본 개시에 대한 실험 결과들을 나타내는 도면이다.
본 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
덧붙여, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 개시의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 개시에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다.
대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
실시 예에 있어서 '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 '모듈' 혹은 복수의 '부'는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 '모듈' 혹은 '부'를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
한편, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시에 따른 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)의 구성을 간략하게 나타내는 도면이다. 도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 농축부(110)와 센싱부를 상세하게 나타내는 도면이다. 그리고, 도 3은 본 개시에 따른 농축부(110)에 포함된 선택적 이온 투과층(112), 흡수층(113) 및 농축증을 상세하게 나타내는 도면이다.
본 개시에 따른 센싱 장치(100)는 시료에 포함된 분석 대상 물질을 농축하고 분석 대상 물질을 검출할 수 있는 장치를 말한다. 특히, 본 개시에 따른 센싱 장치(100)는 사용자의 신체로부터 채취된 시료를 분석하기 위한 바이오 센싱 장치(100)일 수 있으며, 다만, 본 개시에 따른 센싱의 대상이 되는 물질이 특정 유형에 국한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)는 농축부(110) 및 센싱부를 포함할 수 있다.
농축부(110)는 시료에 포함된 분석 대상 물질을 농축할 수 있는 구성을 말한다. 농축부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 원기둥의 형상을 가질 수 있으며, 다만 이에 국한되는 것은 아니다. 농축층(111)은 선택적 이온 투과층(112), 흡수층(113) 및 농축층(111)을 포함할 수 있다.
선택적 이온 투과층(112)은 시료에 포함된 물질 중 일부를 선택적으로 투과시킬 수 있는 층을 말한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선택적 이온 투과층(112)은 시료에 포함된 비대상 물질을 중력 방향으로 투과시키고 시료에 포함된 분석 대상 물질을 투과시키지 않을 수 있다.
본 개시에 있어서 비대상 물질이라는 용어는 시료에 포함된 물질들 중 분석 대상 물질과 상이한 물질들 중 적어도 일부를 지칭한다. 한편, 본 개시에 따른 시료의 주입은 도 2에 도시된 바와 같이 농축부(110)의 길이 방향이 지면에 수직인 상태에서 수행되는바, 본 개시에 따른 중력 방향은 유체인 시료가 흐르는 방향 및 농축부(110)의 길이 방향과 일치할 수 있다.
구체적으로, 선택적 이온 투과층(112)은 시료에 포함된 이온들의 이동 속도 차이에 따라 발생되는 전기적인 인력에 기초하여 분석 대상 물질을 통과시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 선택적 이온 투과층(112)은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(Polystyrene Sulfonate, PSS) 및 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(Polyallylamine Hydrochloride, PAH) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 다만 이에 국한되는 것은 아니다.
흡수층(113)은 선택적 이온 투과층(112)에서 중력 방향으로 투과된 비대상 물질을 흡수할 수 있는 층을 말한다. 흡수층(113)은 다공성 매질을 포함하며, 다공성 매질의 종류 다공성 매질에 포함된 물질들의 배치 형태는 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 흡수층(113)에 포함된 다공성 매질은 종이, 셀룰로스(cellulose), 나이트로셀룰로스(Nitrocellulose), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리비닐리딘(Polyvinylidenefluoride, PVDF), 플루오라이드(Fluoride), 나일론(Nylon) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
농축층(111)은 선택적 이온 투과층(112)을 투과하지 않은 분석 대상 물질이 중력 방향의 반대 방향에 농축됨에 따라 형성되는 층을 말한다.
도 3을 참조하면, 시료에 포함된 이온들 중 특정 전하를 가진 이온들만이 선택적 이온 투과층(112)(도 3의 Nano-porous membrane)을 투과하게 되며, 이에 따라 선택적 이온 투과층(112)을 기준으로 중력 방향과 그 반대 방향 사이의 전압 차에 의한 국소적 전기 인력(도 3의 depletion force)이 발생하게 된다. 국소적 전기 인력이 발생함에 따라 전기적 장벽이 형성되면, 시료에 포함된 비대상 물질은 중력 방향으로 투과되어 흡수층(113)(도 3의 buffer)에 의해 흡수된다. 그리고, 시료에 포함된 분석 대상 물질은 투과되지 않고 중력 방향의 반대 방향에 농축됨으로써 농축층(111)을 형성할 수 있다.
센싱부는 시료에 포함된 분석 대상 물질의 종류를 검출할 수 있는 구성을 말한다. 센싱부는 도 2에 도시된 바와 같이 평면 형상을 가질 수 있으며, 다만 이에 국한되는 것은 아니다. 센싱부는 농축부(110)에 탈부착이 가능하도록 구현될 수 있으며, 적어도 하나의 반응부(122) 및 적어도 하나의 경계부(121)를 포함할 수 있다.
반응부(122)는 분석 대상 물질과의 반응을 수행하여 분석 대상 물질의 검출 여부를 나타낼 수 있는 구성을 말한다. 구체적으로, 적어도 하나의 반응부(122)는 농축 시료 반응부(122-1) 및 발색 반응부(122-2)를 포함할 수 있다. 반응부(122)는 검출 대상 물질이 무엇인지에 따라 상이한 물질로 이루어질 수 있다.
농축 시료 반응부(122-1)는 농축된 분석 대상 물질에 대한 발색 반응에 앞서 유전자 증폭 또는 항원 항체 반응 등을 수행할 수 있는 구성을 말한다. 이를 위해, 농축 시료 반응부(122-1)는 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질의 유전자 증폭을 위한 증폭 물질 또는 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질 중 특정 물질과의 항원 항체 반응을 위한 단백질(예: 항체, 압타머(Aptamer) 등)을 포함할 수 있다.
발색 반응부(122-2)는 농축 시료 반응부(122-1)를 통해 유전자 증폭이 수행된 분석 대상 물질 또는 분석 대상 물질과 항원 항체 반응이 수행된 단백질에 대한 발색 반응을 수행할 수 있는 구성을 말한다. 이를 위해, 발색 반응부(122-2)는 반응의 수행 여부에 따라 서로 다른 색상을 나타낼 수 있도록 하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발색 반응부(122-2)는 하이드록시나프톨블루(hydroxynaphthol blue) 및 페놀레드(phenol red) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 금나노입자 등을 포함할 수도 있다.
경계부(121)는 분석 대상 물질을 반응부(122)에 전달할 수 있는 구성을 말한다. 구체적으로, 경계부(121)는 수용성 물질을 포함하며, 소정의 시간이 경과되면 농축층(111)에 포함된 분석 대상 물질에 의해 적셔지면서 반응부(122)로 분석 대상 물질을 전달할 수 있게 된다. 이에 따라, 경계부(121)는 경계부(121)에 연결된 서로 다른 두 가지 구성 사이에서 반응 시간을 확보하는 역할을 수행할 수 있다.
구체적으로, 적어도 하나의 경계부(121)는 농축층(111)과 농축 시료 반응부(122-1) 사이에 배치되는 제1 경계부(121-1) 및 농축시료 반응부(122)과 발색 반응부(122-2) 사이에 배치되는 제2 경계부(121-2)를 포함할 수 있다.
제1 경계부(121-1)는 농축 시료 반응부(122-1)에 의한 반응에 앞서 농축층(111)에서 분석 대상 물질이 농축될 시간을 확보하는 역할을 수행할 수 있으며, 제2 경계부(121-2)는 발색 반응부(122-2)에 의한 반응에 앞서 농축 시료 반응부(122-1)에 의한 반응이 수행될 시간을 확보하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 경계부(121)는 폴리바이닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 및 수크로스(sucrose) 등과 같은 수용성 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 다만 이에 국한되는 것은 아니다.
이상에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)의 구성에 대해 간략하게 설명하였는바, 이하에서는 각각의 구성을 통해 본 개시에 따른 분석 대상 물질의 검출 과정이 어떻게 수행되는지에 대해 순차적으로 설명한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 분석 대상 물질의 종류를 검출하는 과정을 상세히 나타내는 도면이다.
도 4의 첫번째 단계(410)에 도시된 바와 같이, 시료(40)는 본 개시에 따른 농축부(110)에 중력 방향으로 주입될 수 있다. 농축부(110)에 대한 시료(40)의 주입 방법은 다양할 수 있으며, 이에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4의 두번째 단계(420)에 도시된 바와 같이, 시료에 포함된 비대상 물질은 중력 방향으로 선택적 이온 투과층(112)을 투과하여 흡수층(113)에 의해 흡수된다. 그리고, 시료에 포함된 분석 대상 물질은 선택적 이온 투과층(112)을 투과하지 않고 중력 방향의 반대 방향에 농축될 수 있다. 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같은 농축층(111)이 형성될 수 있다.
도 4의 세번째 단계(430)에 도시된 바와 같이, 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질은 시간의 경과에 따라 제1 경계부(121-1)로 전달될 수 있다. 구체적으로, 소정의 시간이 경과되면, 제1 경계부(121-1)는 농축층(111)에 포함된 분석 대상 물질에 의해 적셔지면서 농축 시료 반응부(122-1)로 분석 대상 물질을 전달할 수 있다. 즉, 제1 경계부(121-1)는 소정의 시간이 경과될 때까지 농축 시료 반응부(122-1)의 반응을 지연시킴으로써, 농축층(111)에 분석 대상 물질이 충분히 농축되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
도 4의 네번째 단계(440)에 도시된 바와 같이, 분석 대상 물질이 농축 시료 반응부(122-1)로 전달되면, 농축 시료 반응부(122-1)는 분석 대상 물질에 대한 유전자 증폭 또는 항원 항체 반응 등을 수행할 수 있다. 분석 대상 물질에 검출 대상 물질이 포함되면, 유전자 증폭 또는 항원 항체 반응이 수행되고, 이에 따라 특정 이온(예: 마그네슘 이온)의 온도 또는 pH가 변화하게 된다.
도 4의 다섯번째 단계(450)에 도시된 바와 같이, 제2 경계부(121-2)는 농축 시료 반응부(122-1)에 의해 유전자 증폭 또는 항원 항체 반응이 수행된 분석 대상 물질을 발색 반응부(122-2)로 전달할 수 있다. 즉, 제2 경계부(121-2)는 소정의 시간이 경과될 때까지 발색 반응부(122-2)의 반응을 지연시킴으로써, 농축 시료 반응부(122-1)에 의한 유전자 증폭 또는 항원 항체 반응을 위한 충분한 시간을 확보하는 역할을 수행할 수 있다.
도 4의 여섯번째 단계(460)에 도시된 바와 같이, 발색 반응부(122-2)는 농축 시료 반응부(122-1)를 통해 유전자 증폭이 수행된 분석 대상 물질 또는 분석 대상 물질과 항원 항체 반응이 수행된 단백질에 대한 발색 반응을 수행할 수 있다. 그 결과, 발색 반응부(122-2)의 색상을 통해 분석 대상 물질이 검출 대상 물질을 포함하는지 여부를 식별할 수 있게 된다. 예를 들어, 분석 대상 물질이 검출 대상 물질을 포함하는 경우에 한하여 발색 반응부(122-2)의 표지의 색상이 변화하는 경우, 발색 반응부(122-2)의 표지의 색상이 변화하는지 여부에 따라 분석 대상 물질의 종류를 검출할 수 있게 된다.
한편, 발색 반응부(122-2)의 표지의 색상 변화에 따라 분석 대상 물질의 종류를 검출하는 과정은, 사용자가 육안으로 색상 변화를 식별함으로써 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트 폰과 같은 사용자 단말을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말은 카메라를 통해 발색 반응부(122-2)에 대한 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 분석함으로써 발색 반응부(122-2)의 색상을 식별하고, 그에 따라 분석 대상 물질의 종류에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
이상에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 상술한 실시 예에 따르면, 본 개시에 따른 센싱 장치(100)는 외부 전원 없이 짧은 시간 내에 다량의 시료를 높은 에너지 효율로 고농도로 농축할 수 있게 되며, 또한 높은 농축 성능을 확보할 수 있어 보다 높은 정확도를 갖는 센싱 결과를 획득할 수 있게 된다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)의 구성을 간략하게 나타내는 도면이다. 그리고, 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 농축부(110)와 센싱부를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 센싱 장치(100)는 주입부(130)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 주입부(130)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 제1 주입부(131)(130) 및 제2 주입부(132)(130)를 포함할 수 있다.
제1 주입부(131)(130)는 농축부(110)에 시료를 주입할 수 있다. 구체적으로, 제1 주입부(131)(130)는 농축부(110)에 탈부착될 수 있으며, 농축부(110)에 부착된 상태에서 시료를 농축부(110)에 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 특히, 본 개시에 따른 제1 주입부(131)(130)는 시료를 유체 형태로 지속적으로 농축부(110)에 전달하도록 구성될 수 있다.
제2 주입부(132)(130)는 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질을 경계부(121)로 전달할 수 있다. 구체적으로, 제2 주입부(132)(130)는 농축층(111)에 연결되며, 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질이 경계부(121)로 전달되도록 농축층(111)에 비대상 물질을 주입할 수 있다. 특히, 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질이 경계부(121)로 전달되기에는 액체의 함량이 부족한 경우, 제2 주입부(132)(130)를 통해 액체(예: 식염수)를 농축층(111)에 주입하면, 농축층(111)의 액체 함량이 증가됨에 따라 경계부(121)로 흘러갈 수 있게 된다.
이상에서 도 5 및 도 6를 참조하여 상술한 실시 예에 따르면, 센싱 장치(100)는 유체인 시료가 흐르지 않고 가둬진 상태에서 시료를 농축하는 종래 기술과는 달리, 제1 주입부(131)(130)를 통해 시료를 농축부(110)에 지속적으로 전달할 수 있으며, 이에 따라 다량의 시료를 효과적으로 농축할 수 있게 된다. 그리고 이와 함께 선택적 이온 투과층(112)에 의한 고농도 농축 효과가 결합됨에 따라 농축 성능이 현저하게 향상될 수 있다.
또한, 센싱 장치(100)는 제 2주입부(130)를 통해 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질을 센싱부로 효과적으로 전달할 수 있으며, 농축층(111)에 농축된 분석 대상 물질을 센싱부로 전달하는 시간을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 개시에 대한 실험 결과들을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시에 따른 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우와 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우의 실험 결과를 비교하기 위한 것이다.
도 7의 이미지(710)은 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질이 농축됨에 따라 농축부(110)가 선택적 이온 투과층(112) 하부의 흡수층(113)과 선택적 이온 투과층(112) 상부의 농축층(111)으로 구분된 결과를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 7의 이미지(720)는 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 결과를 나태는 도면이다.
도 7의 이미지(710)에 나타내는 바와 같이 선택적 이온 투과층(112)이 존재하는 경우 분석 대상 물질이 시료가 흐르는 중력 방향(도 7의 농축층(111) 하부 방향)으로 이동하지 않고 특정 층에 머무르며 농축된다는 것을 확인할 수 있다.
도 7의 이미지(730)은 도 7의 이미지(710)과 같이 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우(71, w/ precon.)와 도 7의 이미지(710)과 같이 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우(72, w/o precon.) 각각의 형광 강도 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 7의 이미지(730)에 도시된 바와 같이, 형광 광도의 측정 결과 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우, 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우에 비해 약 10배 가량의 농축이 이루어졌음을 알 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우(w/ precon.)와 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우(w/o precon.)의 검출 한계(Limit of Detection, LOD) 농도를 비교하기 위한 것이다.
구체적으로, 도 8의 이미지(810) 및 이미지(820)을 참조하면, 본 개시에 따른 검출 대상 물질이 COVID-19 항원인 경우, 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우의 검출 한계 농도는 0.05(82, 84)이고, 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우의 검출 한계 농도(81, 83)는 0.5라는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, 본 개시에 따르면 종래 기술에 비해 검출 한계 농도가 약 10배 가량 향상될 수 있다. 이에 따라 본 개시에 따른 농축을 수행하면 농축을 수행하지 않은 경우 검출할 수 있는 물질을 검출할 수 있게 된다.
도 9는 본 개시에 따른 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우(w/ precon.)와 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우(w/o precon.) 발색 반응부(122-2)의 색상 강도(color intensity)를 비교하기 위한 것이다.
도 9의 그래프(91)과 그래프(92)를 비교하면, 본 개시에 따른 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우, 선택적 이온 투과층(112) 없이 흡수층(113)에 시료를 주입한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우에 비해 높은 색상 강도를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 9의 그래프(91)과 그래프들(93)을 비교하면, 본 개시에 따른 선택적 이온 투과층(112)에 의해 분석 대상 물질을 농축한 후 분석 대상 물질의 종류를 검출한 경우, 검출 대상 물질인 COVID-19 항원에는 특이적이지만, BSA, Influenza A 등에 대해서는 비특이적이라는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, 본 개시에 따른 시료의 농축이 수행된다고 하더라도 농축 과정에서 시료의 변형은 일어나지 않는다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 개시에 따른 센싱 장치(100)는 외부 전원 없이 짧은 시간 내에 다량의 시료를 높은 에너지 효율로 고농도로 농축할 수 있게 되며, 또한 높은 농축 성능을 확보할 수 있어 보다 높은 정확도를 갖는 센싱 결과를 획득할 수 있게 된다.
이상에서 상술한 바와 같은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 구성 요소 각각은 단수 또는 복수의 개체로 구성될 수 있으며, 전술한 해당 서브 구성 요소들 중 일부 서브 구성 요소가 생략되거나, 또는 다른 서브 구성 요소가 다양한 실시 예에 더 포함될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 일부 구성 요소들은 하나의 개체로 통합되어, 통합되기 이전의 각각의 해당 구성 요소에 의해 수행되는 기능을 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 센싱 장치에 있어서;
    시료에 포함된 분석 대상 물질을 농축하는 농축부; 및
    상기 분석 대상 물질의 종류를 검출하는 센싱부; 를 포함하고,
    상기 농축부는,
    상기 시료에 포함된 비대상 물질을 중력 방향으로 투과시키고 상기 시료에 포함된 분석 대상 물질을 투과시키지 않는 선택적 이온 투과층, 상기 선택적 이온 투과층에서 상기 중력 방향으로 투과된 상기 비대상 물질을 흡수하는 흡수층 및 상기 선택적 이온 투과층을 투과하지 않은 상기 분석 대상 물질이 상기 중력 방향의 반대 방향에 농축됨에 따라 형성되는 농축층을 포함하며,
    상기 센싱부는,
    상기 농축층에 연결되며,
    상기 분석 대상 물질과의 반응을 수행하여 상기 분석 대상 물질의 검출 여부를 나타내는 적어도 하나의 반응부 및 상기 분석 대상 물질을 상기 반응부에 전달하는 적어도 하나의 경계부를 포함하는 센싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 농축부에 상기 시료를 주입하는 제1 주입부; 및
    상기 농축층에 연결되며, 상기 농축층에 농축된 상기 분석 대상 물질이 상기 경계부로 전달되도록 상기 농축층에 비대상 물질을 주입하는 제2 주입부; 를 더 포함하는 센싱 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 선택적 이온 투과층은 상기 시료에 포함된 이온들의 이동 속도 차이에 따라 발생되는 전기적인 인력에 기초하여 상기 분석 대상 물질을 통과시키지 않는 센싱 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 선택적 이온 투과층은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(Polystyrene Sulfonate, PSS) 및 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(Polyallylamine Hydrochloride, PAH) 중 적어도 하나를 포함하는 센싱 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 흡수층은 다공성 매질을 포함하며,
    상기 다공성 매질은 종이, 셀룰로스, 나이트로셀룰로스, 폴리에테르설폰, 폴리비닐리딘, 플루오라이드, 나일론 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중 적어도 하나를 포함하는 센싱 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응부는 농축 시료 반응부 및 발색 반응부를 포함하고,
    상기 농축 시료 반응부는 상기 농축층에 농축된 상기 분석 대상 물질의 유전자 증폭을 위한 증폭 물질 또는 상기 농축층에 농축된 상기 분석 대상 물질 중 특정 물질과의 항원 항체 반응을 위한 단백질을 포함하는 센싱 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 발색 반응부는 상기 농축 시료 반응부를 통해 유전자 증폭이 수행된 상기 분석 대상 물질 또는 상기 분석 대상 물질과 상기 항원 항체 반응이 수행된 단백질에 대한 발색 반응을 수행하는 센싱 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 발색 반응부는 하이드록시나프톨블루(hydroxynaphthol blue) 및 페놀레드(phenol red) 중 적어도 하나를 포함하는 센싱 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 경계부는 상기 농축층과 상기 농축 시료 반응부 사이에 배치되는 제1 경계부 및 상기 농축시료 반응부과 상기 발색 반응부 사이에 배치되는 제2 경계부를 포함하는 센싱 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 경계부는 폴리바이닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 및 수크로스(sucrose) 중 적어도 하나를 포함하는 센싱 장치.
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