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KR20110088746A - 원심력기반의 미세유동장치 및 이를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법 - Google Patents

원심력기반의 미세유동장치 및 이를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법 Download PDF

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KR20110088746A
KR20110088746A KR1020100008392A KR20100008392A KR20110088746A KR 20110088746 A KR20110088746 A KR 20110088746A KR 1020100008392 A KR1020100008392 A KR 1020100008392A KR 20100008392 A KR20100008392 A KR 20100008392A KR 20110088746 A KR20110088746 A KR 20110088746A
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Abstract

본 발명은 유체시료 내 분석대상물질 검출용 원심력 기반의 미세유동장치 및 이를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법에 관한 것으로서, 모세관력-원심력이 짝을 이루는 유체시료의 반복 흐름을 통해 반응 효율을 높여 민감성을 향상시킬 수 있다.

Description

원심력기반의 미세유동장치 및 이를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법{Centrifugal Micro-fluidic Device and Method for detecting analytes from liquid specimen}
본 발명은 유체시료 내 분석대상물질 검출용 원심력 기반의 미세유동장치 및 이를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법에 관한 것으로서, 더 상세하게 모세관력-원심력이 짝을 이루는 유체시료의 반복 흐름을 통해 반응 효율을 높여 민감성을 향상시킨 유체시료 내 분석대상물질 검출용 원심력 기반의 미세유동장치 및 이를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 미세유동장치를 구성하는 미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 이러한 유체 내 소량의 표적 물질 검출을 저렴하고 누구나 손쉽게 다룰 수 있도록 설계된 임상 진단 분석 장치로서, 원형의 디스크 형상의 회전가능한 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하여 원심력을 이용하는 미세유동장치, 즉 랩온어디스크 (lab-on-a disk) 혹은 랩씨디 (Lab CD)가 제안되고 있다.
'디스크 (disc) 위의 실험실' 이란 의미의 랩온어디스크 (Lab-on-a-Disc)는 실험실에서 수행되는 다양한 실험과정, 예를 들어, 시료의 분리, 정제, 혼합, 표지화(labeling), 분석 및 세척 등을 작은 크기의 칩 상에서 구현하는 것으로, 생물 분자의 분석에 필요한 실험실의 각종 장비를 CD 모양의 장치에 집적시킨 장치이다. 디스크 상에 마련된 미세유동 구조물에 혈액 등 생체 시료를 주입하면, 유체를 이송하기 위해서 구동 압력 등 별도의 구동시스템 없이 원심력만을 이용해 시료, 시약 등의 유체를 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
최근 랩온어칩을 혈액분석에 이용하여, 임상에서 채혈한 혈액으로부터 신속하게 다양한 정보를 얻고자 하는 연구가 이루어졌으며, 그 결과 래피드칩(rapid-chip) 또는 래피드-키트(rapid-kit)가 개발되었다. 이러한 래피드칩 또는 래피드-키트는 반응부에서 분석대상물질이 표지 접합체와 결합하고, 표지 접합체와 분석대상물질의 결합체와 포획 접합체와의 결합 및 세척 과정이 모두 수행되고 있다. 그러나 분석대상물질이 표지 시약과 먼저 결합하기 때문에 많은 양의 표지 시약이 요구되지만 현실적으로 만족시키기 어렵고, 또한 분석대상물질이 모두 표지 시약과 반응하지 못하면 표지 접합체와 결합하지 않은 분석대상물질이 테스트 라인의 포획 접합체와 결합하여 분석대성물질-표지 접합체의 결합체가 컨트롤 라인이나 테스트 라인에 결합하는 것이 경쟁적으로 저해되는 문제점이 있다. 또한, 분석대상물질과 시약들과의 결합이 일측 방향의 1회의 유체시료의 흐름 내에서 모두 종결되어 충분한 결합이 이루어지지 못하여 민감도가 떨어지고 정량분석이 어려운 문제점이 있다. 또한, 표지 접합체의 재용해 속도를 조절하는 능동적인 수단이 결여되어 일정 부피로 유입되는 유체시료에 의해 재용해되는 접찹체가 초기에는 과다하여 접합체의 낭비가 발생하고 후반부에는 급격히 감소하여 분석대상물질의 민감한 검출을 어렵게 하는 단점이 있었다.
본 발명은 모세관력-원심력이 짝을 이루는 유체시료의 반복 흐름을 통해 반응 효율을 높여 민감성을 향상시킨 원심력 기반의 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치 및 이를 이용하여 유체시료내의 분석대상물질을 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전체, 다수의 챔버, 챔버를 연결하는 통로, 및 통로의 개폐를 위한 밸브;를 포함하는 하나 이상의 미세유동 구조물, 및 검출부를 포함하는 미세유동장치로서, 유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체를 수용하는 반응 챔버 및 반응 챔버의 하류에 위치하며, 표지접합체-분석대상물질 결합체와 결합하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하는 분석 챔버를 포함하며, 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되는 원심력 기반의 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 챔버, 상기 챔버를 연결하는 통로, 및 상기 통로의 개폐를 위한 밸브;를 포함하는 하나 이상의 미세유동 구조물, 및 검출부를 포함하는 미세유동장치로서, 유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체를 수용하는 반응 챔버 및 상기 반응 챔버의 하류에 위치하며, 상기 표지접합체-분석대상물질 결합체와 결합하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하는 분석 챔버를 포함하며, 상기 반응 챔버와 상기 분석 챔버 간의 유체 이송이 상기 밸브에 의해 조절되고, 상기 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치를 제공한다.
이하 본 발명에서 상기 포획 접합체 및 표지 접합체는 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, RNA, Aptamer, PNA, 리간드, 리셉터, Hapten, 항원, 항체 중에서 선택하여 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
분석 챔버는 반응 챔버에서 공급된 유체를 수용하는 홀더를 더 포함할 수 있다.
검출 영역은 홀더에 일단이 접촉 상태로 형성될 수 있다.
또한, 검출 영역은 포획 접합체가 영구 고정되어 있는 테스트 영역 및 테스트 영역과 간격을 두고 모세관력이 적용되는 방향을 기준으로 테스트 영역의 하류에 위치하는 대조 영역을 포함할 수 있다.
또는, 테스트 영역 및 대조 영역을 포함하는 검출 영역의 일부가 모세관력이 작용하는 방향에 대하여 경사를 이룰 수 있다.
원심력 기반의 미세유동장치에서, 미세유동 구조물은 원심력이 작용하는 방향을 기준으로 분석 챔버의 하류에 위치하여 분석 챔버 내의 유체시료를 수용하는 정지 챔버를 더 포함할 수 있다.
표지 접합체는 액체 상태 또는 건조된 고체 상태로 상기 반응 챔버에 수용되어 있을 수 있다.
또한, 표지 접합체의 표지는 라텍스 비드(Latex bead), 금속 콜로이드(Metal colloid), 효소(Enzyme), 형광물질, 야광물질, 초상자성물질(super paramagnetic material), 란탄족(III) 킬레이트 포함하는 물질 또는 방사능 동위원소일 수 있다.
검출부는 포획 접합체와 결합한 표지 접합체 및 분석대상물질의 결합체를 검출 및 분석할 수 있다.
또한, 검출부는 광원부 및 광원부에 대응하도록 마련되어 분석 챔버를 투과한 빛을 수광하는 수광부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 원심력 기반의 미세유동장치를 이용한 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법으로서, 유체시료를 미세유동장치에 주입하고 원심분리하여 얻어진 상청액을 유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체가 수용된 반응 챔버로 이송하고, 상청액 내의 분석대상물질에 표지 접합체를 결합시키며, 미세유동장치를 원심분리하여 반응 챔버 내의 상청액을 분석 챔버로 이송하되, 분석 챔버는 반응 챔버의 하류에 위치하고, 표지접합체-분석대상물질 결합체와 반응하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하며, 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되고, 상청액을 모세관력에 의해 분석 챔버 말단까지 이동시키면서 상청액 내의 표지접합체-분석대상물질 결합체와 분석 챔버 내의 포획 접합체가 결합시키고, 미세유동장치에 원심력을 가하여 분석 챔버의 말단까지 이동된 상청액을 분석 챔버의 다른 말단으로 이동시키면서 다시 상청액 내의 표지접합체-분석대상물질 결합체와 분석 챔버 내의 포획 접합체를 결합시키며, 포획 접합체와 결합된 표지 접합체 및 분석대상물질의 결합체를 검출하는 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법을 제공한다.
상청액의 분석 챔버 말단에서 다른 말단까지의 이동은 2회 이상일 수 있다.
분석 챔버는 반응 챔버에서 공급된 유체를 수용하는 홀더를 더 포함할 수 있다.
검출 영역은 홀더에 일단이 접촉 상태로 형성될 수 있다.
미세유동 구조물은 원심력이 작용하는 방향을 기준으로 분석 챔버의 하류에 위치하여 분석 챔버 내의 유체시료를 수용하는 정지 챔버를 더 포함할 수 있다.
표지 접합체는 액체 상태 또는 건조된 고체 상태로 반응 챔버에 수용되어 있을 수 있다.
표지 접합체의 표지는 라텍스 비드(Latex bead), 금속 콜로이드(Metal colloid), 효소(Enzyme), 형광물질, 야광물질, 초상자성물질(super paramagnetic material), 란탄족(III) 킬레이트 포함하는 물질 또는 방사능 동위원소일 수 있다.
표지 접합체 및 분석대상물질 결합체를 검출하기 전에 분석 챔버 내의 유체를 정지 챔버로 이송하여 반응을 정지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 미세유동장치를 구성하는 미세유동 구조물의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3은 시료 챔버의 상세도를 도시한다.
도 4는 시료 분리부의 상세도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 영역을 구성하는 마이크로-필러(micro-pillar)의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분석 챔버의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 시스템의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 본 발명의 이점들과 특징들 및 이를 수행하는 방법들이 하기 바람직한 예시적 구체예들에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 하지만, 본 발명의 하나 이상의 예시적 구체예들은 많은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 언급한 예시적 구체예들로만 한정되어 구성되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전체, 다수의 챔버, 챔버를 연결하는 통로, 및 통로의 개폐를 위한 밸브;를 포함하는 하나 이상의 미세유동 구조물, 및 검출부를 포함하는 미세유동장치로서, 유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체를 수용하는 반응 챔버 및 반응 챔버의 하류에 위치하며, 표지접합체-분석대상물질 결합체와 결합하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하는 분석 챔버를 포함하며, 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되는 원심력 기반의 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치를 제공한다.
시료는 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, PNA, 리간드, 리셉터, 항원, 항체, 우유, 소변, 타액, 머리카락, 농작물 샘플, 육류 샘플, 조류 샘플, 가축 샘플, 가공식품 샘플, 구강 세포, 조직 샘플, 정액, 단백질 또는 그밖의 다른 생체물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 시료를 버퍼 용액으로 희석화하는 등 유체화하여 이용할 수 있다. 또한, 분석대상물질은 단백질, 항원, 항체, DNA 또는 RNA, 올리고 뉴클레오티드, 리셉터 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 소변을 시료로 이용하는 경우, 분석대상물질의 예로서 혈액, 글루코오즈, 아스코르브산, 케톤, 단백질, 당, Urobilinogen, bilirubin 등을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 미세유동 구조물의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
본 발명의 일 구체예에서 사용된 회전체(10)는 원형의 디스크 형상의 플랫폼 (platform)을 포함할 수 있다(도 1 참조). 그러나 플랫폼은 디스크 형상으로 가지는 것으로 한정되는 것은 아니다. 플랫폼은 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 가지는 소재이면 족하다.
플랫폼에는 하나 또는 다수의 미세유동 구조물(20)이 마련될 수 있다. 예를 들면, 플랫폼을 수 개의 영역으로 나누고 각 영역마다 서로 독립적으로 작동되는 미세유동 구조물이 마련될 수 있다. 도 1에서는 플랫폼에 2개의 미세유동 구조물이 마련되어 있다.
또한, 본 명세서에서 '미세유동구조물'이란 특정한 형태의 구조물을 지칭하는 것이 아니라, 다수의 챔버와 채널 그리고 밸브로 이루어져 유체 유동을 수반하는 구조물을 포괄적으로 지칭한다. 따라서, '미세유동구조물'은 챔버와 채널 및 밸브의 배치상의 특징 및 그 내부에 수용되어 있는 물질의 종류에 따라 각기 다른 기능을 수행하는 유닛을 구성할 수 있다.
따라서, 미세유동장치는 다양한 화학화합물의 검출 및 이를 통한 환경 유해물질의 검출, 혈액분석, 소변검사, 항원-항체 반응을 통한 면역검사, 리간드-리셉트 결합을 통한 신규 약물 후보물질의 탐색, DNA/RNA 분석 등 다양한 분야에 폭넓게 이용될 수 있다. 또한, 2개 이상의 분석대상물질을 동시에 검출 및 분석할 수 있다.
플랫폼은 플라스틱, PMMA(Polymethylmethacrylate), 유리, 운모, 실리카, 실리콘 웨이퍼의 재료, 플라스틱 등의 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 경제성, 가공의 용이성 때문에 플라스틱을 사용할 수 있다. 사용 가능한 플라스틱 재료의 예로서, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 플리에틸렌, 플리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트 등을 들 수 있다.
회전체(10)가 회전되어 원심력에 의해 유체시료, 버퍼액, 반응액 등이 각 챔버로 이동될 수 있다. 이러한 회전체(10)는 회전구동부(D)를 포함하여 고속 회전할 수 있다(도 7 참조). 회전구동부(D)의 회전에 의해 발생하는 원심력의 작용에 의해 시료의 이동, 혼합 등이 이루어진다.
도 2에, 시료 챔버(100), 시료 분리부(200), 반응 챔버(300) 및 분석 챔버(400)가 도시되어 있다.
시료 챔버(100)는 혈액 등의 유체 상태의 시료를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 시료 분리부(200)는 시료를 상청액(예를 들면, 혈청, 혈장 등)과 침강물(예를 들면, 혈구 등)로 원심분리하기 위한 것이다. 반응 챔버(300) 및 분석 챔버(400)는 항원-항체 반응, 리간드-리셉터 결합 등을 이용하여 상청액에 포함된 특정 단백질, 포도당, 콜레스테롤, 요산, 크레아티닌, 알코올 등을 검출하기 위한 구조물이다.
도 3에 시료 챔버(100)가 상세히 도시되어 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 시료 챔버(100)는 시료를 주입하기 위한 주입구(110)와, 시료가 수용되는 수용부(120)를 구비한다. 수용부(120)에는 시료 분리부(200)와 연결되는 배출구(130)가 마련되어 있다. 도면에는 도시되지는 않았지만, 배출구(130)는 후술하는 바와 같이 원심력이 작용하지 않을 때에는 유체시료가 시료 분리부(200)로 이동되지 않도록 모세관압력을 형성할 수 있는 형태를 가질 수 있다. 또는, 배출구(130)에 유체시료의 흐름을 통제하기 위한 밸브가 설치될 수도 있다. 또한, 주입구(110)로부터 배출구(130) 쪽으로 갈수록 시료 분리부(200)의 단면크기가 점점 증가하도록 형성하여, 원심력에 의하여 수용부(120)에 수용된 시료가 시료 분리부(200)로 용이하게 유입될 수 있도록 할 수 있다. 주입구(110)와 수용부(120) 사이에는 주입구(110)를 통하여 주입되는 시료의 주입압력에 의하여 수용부(120)로 시료가 흘러가도록 하는 한편, 수용부(120)에 도달된 시료가 다시 주입구(110) 쪽으로 역류하지 않도록 하기 위하여 모세관 압력을 형성할 수 있는 구조물, 즉 소정 크기 이상의 압력이 작용하는 경우에만 시료를 통과시키는 모세관 밸브의 역할을 하는 구조물이 설치될 수 있다.
수용부(120)에는 주입구(110)로부터 배출구(130) 쪽으로 흐르는 시료의 흐름방향과 교차되는 방향으로 역류방지부(140)가 설치될 수 있다. 역류방지부(140)는 리브 형태일 수 있다. 역류방지부(140)는 시료에 흐름저항을 부여하여 시료가 수용부(120)로부터 주입구(110)로 잘 흐르지 않도록 하기 위한 것이다.
시료 챔버(100)로부터 시료 분리부(200)로 시료를 이송시키는 데에는 회전체(10)의 회전에 의한 원심력이 이용되므로, 시료 분리부(200)는 시료 챔버(100)보다 바깥쪽에 위치된다. 시료의 원심분리를 위한 시료 분리부(200)는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 그 일 예가 도 4에 상세히 도시되어 있다. 도 4에 도시된 것처럼, 시료 분리부(200)는 시료 챔버(100)로부터 바깥쪽으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부(210)와, 상청액 수집부(210)의 말단에 위치되어 비중이 큰 침강물을 수집하는 공간인 침강물 수집부(220)를 포함할 수 있다. 상청액 수집부(210)에는 원심분리된 상청액을 반응 챔버(300)로 분배하기 위한 시료 분배 채널(230)이 마련되어 있다. 밸브(231)는 시료 분배 채널(230)을 통한 시료의 흐름을 제어한다. 밸브(240)는 다양한 형태의 미세유동밸브가 채용될 수 있다. 예로서, 밸브(231)는 외부로부터 동력을 전달받아 개방되기 전에는 유체가 흐를 수 없도록 채널을 폐쇄하고 있는, 소위 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다.
시료 분리부(200)와 반응 챔버(300) 사이에는 상청액의 양을 계량하기 위한 상청액 계량 챔버(250)가 설치될 수 있다. 상청액 계량 챔버(250)는 검사에 필요한 양의 상청액을 수용할 수 있는 용적을 갖는다. 상청액 계량 챔버(250)의 출구에는 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브(251)가 마련되어 있다. 밸브(251)는 밸브(231)과 같이 소위 폐쇄된 밸브이다. 상청액 계량 챔버(250)는 채널(252)을 통하여 반응 챔버(300)과 연결된다. 도면에 도시되지는 않았으나 시료 분배 채널(230)과 상청액 계량 챔버(250) 사이에는 계량 후 남는 과량의 액상 시료를 수용하기 위한 챔버 및 유로가 더 형성될 수 있다.
제1 및 제2 버퍼 챔버(310, 320)에는 항원-항체 반응, 생화학 반응(예를 들면, 리간드-리셉터 결합) 등에 필요한 반응액이 수용된다.
제1 버퍼 챔버(310)에 제1버퍼가 수용된다. 예를 들면, 제1버퍼는 샌드위치 면역검사를 위한 컨주게이트(conjugate) 버퍼, 경쟁 면역검사를 위한 경쟁 단백질(competitive protein)을 포함하는 버퍼 또는 DNA 증폭을 위한 폴리머라아제(polymerase) 및 프라이머(primer)를 비롯한 각종 효소를 포함한 버퍼 등일 수 있다.
제1 버퍼 챔버(310)는 제1 벤트 챔버(313)와 연결된다. 제1 벤트 챔버(313)는 제1 버퍼 챔버(310)에 수용된 제1버퍼가 용이하게 배출되도록 제1 버퍼 챔버(310)를 외기와 연통시키는 벤트 패스를 형성한다. 제1 버퍼 챔버(310)와 제1 벤트 챔버(313) 사이에는 밸브(314)가 마련되어 있다. 제1 버퍼 챔버(310)의 출구에는 밸브(311)가 마련되어 있다. 밸브(311, 314)은 상술한 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다. 제1 버퍼 챔버(310)에 제1버퍼를 주입하고, 밸브(311, 314)를 설치함으로써 제1 버퍼 챔버(310)는 밸브(311, 314)를 개방하기 전까지는 밀봉된 상태로 유지된다. 다른 실시예에 의하면, 제1 버퍼 챔버(310)의 출구에 계량 챔버(미도시)를 설치하여 검사에 필요한 정량의 제1버퍼를 반응 챔버(300)로 공급할 수 있다. 계량 챔버(미도시)의 출구에도 밸브(미도시)를 설치하여 제1 버퍼의 흐름을 제어할 수 있다. 계량 챔버가 없는 경우에는 제1 버퍼 챔버(310)의 출구에 형성된 밸브(311)을 개방하여 제1 버퍼 챔버(310)에서 제1 버퍼를 반응 챔버(300)로 직접 공급할 수 있다.
또한, 제2 버퍼 챔버(320)에는 제2버퍼가 수용된다. 제2버퍼의 예로서, 컨주게이트 반응 또는 경쟁 반응의 결과물과 기질반응에 의하여 소정의 색상을 발색시키는 기질 버퍼(substrate buffer) 또는 DNA 혼성화(hybrization) 공정에 필요한 각종 효소가 포함된 버퍼가 수용될 수 있다. 제2 버퍼 챔버(320)에 제1 버퍼와 다른 제2 버퍼가 수용되어 있는 점을 제외하고는, 버퍼 챔버(310)와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 미세유동 구조물이 2개의 버퍼 챔버(310, 320)를 가지는 것으로 설명하였지만, 반응 챔버(300)에서 일어나는 반응의 종류에 따라 1개 또는 3개 이상의 버퍼 챔버를 포함할 수도 있다.
세척액 챔버(330)에는 반응 챔버(300)에서의 반응 후의 잔류물(residual)을 세척하기 위한 세척액(washing buffer)이 수용될 수 있다. 세척액 챔버(330)는 제3 벤트 챔버(333)와 연결된다. 벤트 챔버(333)는 세척액 챔버(330)에 수용된 세척액이 용이하게 배출되도록 세척액 챔버(330)를 외기와 연통시키는 벤트 패스를 형성한다. 세척액 챔버(330)와 제3 벤트 챔버(333) 사이에는 밸브(334)가 마련되어 있다. 세척액 챔버(330)는 밸브(331)를 통하여 반응 챔버(300)와 연결된다. 밸브(331, 334)는 상술한 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다.
반응 챔버(300)는 채널(252)을 통하여 상청액 계량 챔버(250)로부터 상청액을 공급받는다. 반응 챔버(300) 내에는 표지 접합체가 액체상 또는 고체상으로 존재할 수 있다.
표지 접합체가 고체상으로 반응 챔버(300)에 존재하는 경우, 표지 접합체는 반응 챔버(300)의 내벽에 또는 다공성 패드 등에 임시 고정되어 있을 수 있다. 즉, 반응 챔버(300)에 고정되어 있는 표지 접합체가 상청액의 침투에 의해 용해되어 표지 접합체와 상청액 내의 분석대상물질이 결합한다. 결합된 표지 접합체-분석대상물질은 이동가능한 상태가 된다. 이 경우, 상청액이 반응 챔버(300)로 유입되면, 상청액 유입 초기에는 재용해되는 표지 접합체의 양이 과다하고, 후반에는 표지 접합체의 재용해가 급격히 감소한다. 종래기술은 모세관력이 작용하는 부분과 표지 접합체가 함유되어 있는 부분이 물리적으로 한 공간 내에 존재하여, 표지 접합체의 재용해 및 유출 속도의 변이에 따라 검사결과의 재현성 및 분석물의 농도-응답 시그널 특성이 나빠지는 문제점이 있었다. 또한, 종래기술에서는 표지 접합체는 항상 고체상으로 고정되어 있어야 하는 제한이 있었다. 그러나, 본 실시예는 종래 기술과 달리 표지 접합체가 존재하는 부분을 반응 챔버(300)로, 모세관력이 작용하는 부분을 후술할 분석 챔버(400)로 물리적으로 분리시켜, 상술한 표지 접합체의 재용해 및 유출 속도가 모세관력에 영향을 미치는 것을 배제하였다. 또한, 물리적으로 분리된 공간에서 표지 접합체와 분석대상물질의 결합이 종료된 이후에 유체시료가 분석 챔버(400)로 공급되기 때문에, 표지 접합체가 액체상으로 또는 고체상으로 존재하여도 상관없다.
표지 접합체는 일반적인 방법에 따라 반응 챔버(300)에 존재하는, 분석대상물질과 특이적으로 반응하는 물질을 의미한다. 표지 접합체는 분석대상물질에 따라 다양하다. 예를 들어, 분석대상물질이 항체 A인 경우, 표지 접합체는 형광물질 등의 표지물질과 미리 연결된 항원 또는 항체 등과 같은 컨쥬게이트(conjugate) 일 수 있고, 항체 A와 표지 접합체는 반응 챔버(300)에서 결합(binding)된 후, 후술할 분석 챔버(400)에 고정된 항체 A의 항원에 의해 항체 A와 형광물질의 컨쥬케이트가 고정되어 검출에 이용된다.
표지 접합체의 표지는 표지물질로서, 예로서, 라텍스 비드(Latex bead), 골드 콜로이드, 실버 콜로이드 등과 같은 금속 콜로이드(Metal colloid), 과산화효소 등의 효소(Enzyme), 형광물질, 야광물질, 초상자성물질(super paramagnetic material), 란탄족(III) 킬레이트 포함하는 물질 또는 방사능 동위원소 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
반응 챔버(300)는 세척액 챔버(330)의 세척액에 의해 세척된 반응 후의 잔류물, 폐기되는 불순물을 수용하는 웨이스트 챔버(360)를 포함할 수 있다. 웨이스트 챔버(360)로 결합하지 못한 표지 접합체 및 분석대상물질 등을 포함하는 불순물을 이동시켜, 특히 특이적 항체 검출 등과 같은 비경쟁적 분석의 경우, 반응 챔버(300)에서 결합되지 않은 표지 접합체나 분석대상물질이 분석 챔버(400)로 이동하여 후술할 테스트 영역 및 대조 영역에 영구 고정되어 있는 포획 접합체에 결합하여 표지 접합체-분석대상물질 결합체가 테스트 영역이나 대조 영역에 결합하는 것을 경쟁적으로 저해하는 일이 없다. 또한, 표지 접합체와 결합하지 않은 분석대상물질이 웨이스트 챔버(360)로 제거되기 때문에, 고농도의 분석대상물질에 의한 훅 효과(High-dose Hook effect)가 일어나지 않는다. 웨이스트 챔버(360)는 채널(362)를 통해 반응 챔버(300)와 연결된다. 채널(362)에는 밸브(361)가 마련되어 있으며, 밸브(361)는 상술한 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다.
분석 챔버(400)는 밸브(305)를 통하여 반응 챔버(300)와 연결되며, 반응 챔버(300)로부터 반응이 종료된 유체를 공급받는다.
분석 챔버(400)는 항원-항체 반응 또는 바이오 물질간의 특이적 생화학 반응이 이루어지는 챔버이다.
분석 챔버(400)은 반응 챔버(300)에서 반응이 종료된 유체를 공급받는 홀더(410), 다공성 멤브레인(membrane), 마이크로 포어 또는 마이크로 필러로 형성되어 있어 모세관력이 작용하는 검출 영역(420)을 포함한다. 검출 영역(420)은 분석대상물질을 분석하기 위한 포획 접합체가 직간접적으로 고정화되어 있는 테스트 영역(430)을 포함한다. 또한, 테스트 영역(430)에 영구 고정되어 있는 포획 접합체와 다른 포획 접합체가 영구 고정되어 있는 대조 영역(440)을 더 포함할 수 있다.
검출 영역(420)의 일단은 홀더(410)로 연장되어 홀더(410)에 반응 챔버(300)에서 공급된 유체가 채워지면 검출 영역(420)의 일단이 유체에 잠기도록 형성되어 있다. 홀더(410)에 유체가 채워지면 분석대상물질-표지 접합체 결합체가 도 2의 A 방향의 모세관력이 적용되어 검출 영역(420)을 따라 도 2의 A 방향으로 이동하면서 테스트 영역(430) 및 대조 영역(440)에 영구 고정되어 있는 포획 접합체와 항원-항체 반응 또는 바이오 물질간의 특이적 생화학 반응으로 결합한다. 그 결과, 분석대상물질-표지 접합체 결합체는 테스트 영역(430) 및 대조 영역(440)에 포집된다. 모세관력으로 유체가 모두 이동한 후, 미세유동장치를 회전시키면 A 방향의 모세관력과 반대 방향인, 도 2의 B 방향의 원심력의 작용으로 유체가 다시 홀더(410)로 이동한다. 따라서 한 방향의 모세관력만 작용하여 고정된 시약과 반응하는 종래 기술에 비해 반응시간이 2배 증가하여 반응의 민감도가 증가할 것이다.
또한, 모세관력(A 방향)-원심력(B 방향) 짝이 단 1회로 한정되지 않고, 원심력이 작용하여 홀더(410)로 유체를 모두 이동시킨 후 회전을 멈추면 다시 유체는 A 방향의 모세관력이 작용하여 포획 접합체와 결합하지 않은 분석대상물질-표지 접합체 결합체가 다시 테스트 영역(430) 및 대조 영역(440)에 영구 고정된 포획 접합체와 결합할 수 있게 된다. 모세관 현상으로 유체가 모두 이동한 후, 다시 미세유동장치를 회전시키면 원심력에 의해 유체가 다시 홀더(410)로 이동하면서 2회차 모세관현상으로도 결합하지 않은 분석대상물질-1차 시약 결합체가 다시 반응에 참여할 수 있게 된다. 이와 같은 사이클(cycle)을 일정 회수만큼 반복하여 충분한 반응을 수행할 수 있기 때문에 분석대상물질의 검출 민감도가 크게 향상될 수 있다.
분석 챔버(400)는 반응 후 테스트 영역(430) 및 대조 영역(440)에 영구 고정된 포획 접합체와 결합하지 않은 유체를 수용하는 정지 챔버(460)를 포함한다. 채널(462)를 통해 정지 챔버(460)는 분석 챔버(400)와 연결된다. 채널(462)에는 밸브(461)가 마련되어 있으며, 밸브(461)는 상술한 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다. 충분한 반응이 이루어졌다고 판단되면, 밸브(461)를 열고, 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의해 분석 챔버(400)의 유체를 모두 정지 챔버(460)로 이송시켜 반응을 종료시킨다.
포획 접합체는 분석대상물질을 분석하기 위한 포획 프로브로서, 항원, 항체, 효소, DNA 또는 RNA 등, 그 분석대상물질에 따라 다양하다. 예를 들면, 분석대상물질이 카바메이트계 살충제인 경우 포획 접합체는 아세틸콜린에스터라아제(AChE)이며, 분석대상물질이 항원인 경우 포획 접합체는 포획 항체일 수 있다.
모세관력이 적용되는 검출 영역(420)은 광학적으로 투명해야 하며, 단면은 원형 또는 사각형일 수 있다. 단면이 원형인 경우, 모세관 내부 직경은 수 마이크로 미터에서 1밀리미터 크기로 제작될 수 있으며, 이는 적혈구용적률, 헤마토크릿을 측정하는데 일반적으로 사용되는 크기를 선택할 수 있다. 또한, 검출 영역(420)은 공동(cavity)이 차지하는 부피가 작고, 매우 작은 공극(pore)으로 이루어져 용적밀도(bulk density)가 높아서, 모세관력이 적용될 수 있는 것이라면 검출 영역(420)을 형성할 수 있다. 그 예로서, 다공성 멤브레인(membrane), 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro pillar) 등으로 들 수 있다. 도 5에 검출 영역(420)을 형성하는 마이크로 필러를 도시하고 있다.
또한, 도 6에 다른 실시예의 분석 챔버(400')를 도시하고 있다. 도 6에서 보는 바와 같이, 검출 영역(420') 중 테스트 영역(430') 및 대조 영역(440')을 포함하는 일부가 모세관력이 작용하는 방향에 대해 경사를 이루고 있다. 홀더(410)와 접촉 상태에 있는 검출 영역(420')의 일단에서 상방을 향하여 경사부를 이루고 이 경사부 내에 테스트 영역(430') 및 대조 영역(440')을 포함하며, 나머지 검출 영역(420') 부분은 직선부를 이룬다. 이는 홀더(410)와 접촉 상태에 있는 검출 영역(420')의 일단이 테스트 영역(430') 및 대조 영역(440')보다 낮은 부위에 위치하여 중력의 작용으로 모세관력을 넘어서는 유체의 과흐름이 발생하지 않도록 하기 위함이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 다수의 챔버, 상기 챔버를 연결하는 통로, 및 상기 통로의 개폐를 위한 밸브;를 포함하는 하나 이상의 미세유동 구조물, 및 검출부를 포함하는 미세유동장치로서, 유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체를 수용하는 반응 챔버 및 상기 반응 챔버의 하류에 위치하며, 상기 표지접합체-분석대상물질 결합체와 결합하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하는 분석 챔버를 포함하며, 상기 반응 챔버와 상기 분석 챔버 간의 유체 이송이 상기 밸브에 의해 조절되고, 상기 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치를 제공한다.
본 실시예는 원심력 기반의 미세유동장치에 미세유동 구조물이 장착되어 있는 것을 제외하고 상술한 실시예와 동일하다. 이하에서, 상술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하고 동일한 점은 그 설명을 생략할 수 있다.
반응 챔버(300)에서 유체 시료 내의 분석대상물질이 표지 접합체와의 결합이 완료된 후, 반응 챔버(300)와 분석 챔버(400) 사이에 위치한 밸브(305)가 열린다. 그러면 표지 접합체-분석대상물질 결합체를 포함하는 유체 시료가 분석 챔버(400)의 홀더(410)로 이동한다. 홀더(410)에 유체 시료가 채워지면, 홀더(410)에 일단이 접촉되어 있는 검출 영역(420)을 따라 유체 시료가 모세관 이동을 한다. 검출 영역(420)을 따라 도 2의 A 방향으로 이동하면서 표지 접합체-분석대상물질 결합체가 테스트 영역(430) 및 대조 영역(440)에 영구 고정되어 있는 포획 접합체와 항원-항체 반응 또는 바이오 물질간의 특이적 생화학 반응으로 결합한다.
상술한 것처럼, 반응 챔버(300) 내에는 표지 접합체가 액체상 또는 고체상으로 존재할 수 있다. 표지 접합체가 고체상으로 존재하는 경우, 반응 챔버(300)에 고정되어 있는 표지 접합체가 상청액의 침투에 의해 용해되어 표지 접합체와 상청액 내의 분석대상물질이 결합한다. 결합된 표지 접합체-분석대상물질은 이동가능한 상태가 된다.
상술한 것처럼, 표지 접합체가 존재하는 부분을 반응 챔버(300)로, 모세관력이 작용하는 부분을 분석 챔버(400)로 물리적으로 분리시켜, 상술한 표지 접합체의 재용해 및 유출 속도가 모세관력에 영향을 미치는 것을 배제한다. 또한, 물리적으로 분리된 공간에서 표지 접합체와 분석대상물질의 결합이 료된 이후에 유체시료가 분석 챔버(400)로 공급되기 때문에, 표지 접합체가 액체상으로 또는 고체상으로 존재하여도 상관없다. 반응 챔버(300)에서 분석 챔버(400)로의 표지 접합체-분석대상물질 결합체를 포함하는 유체 시료의 이송은 밸브(305)의 개폐 동작에 의해 제어되어야 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 이용한 검사시스템의 블럭도이다.
일 실시예에 따른 검사시스템은 디스크형 미세유동장치(1)를 회전시키는 회전구동부(D)와, 밸브개폐장치(E), 검출부(30), 출력부(40), 진단DB(50) 및 상기 각 구성을 제어하는 제어부(60)를 포함하여 이루어진다.
회전구동부(D)는 디스크형 미세유동장치(1)를 회전시킴으로써 시료의 원심분리와 유체의 이동을 위한 원심력을 제공하고, 분석 챔버(400)가 특정 위치에 도달하도록 디스크형 미세유동장치를 정지 또는 회전시킬 수 있다.
회전구동부(D)는 비록 도시되지는 않았으나, 디스크형 미세유동장치(1)의 각 위치(angular position)를 제어할 수 있는 모터 드라이브 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모터 드라이브 장치는 스텝 모터를 이용한 것일 수도 있고, 직류 모터를 이용한 것일 수도 있다.
밸브개폐장치(E)는 디스크형 미세유동장치(1)의 밸브들을 개폐한 것으로, 외부에너지원(E1)과, 외부에너지원(E1)을 개방이 요구되는 밸브로 이송시키는 이동유닛(E2)을 포함하여 이루어질 수 있다.
외부에너지원(E1)은 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원이거나, 가시광선 또는 적외선을 조사하는 발광소자(light emitting diode) 또는 제논램프(Xenon)일 수 있고, 특히 레이저 광원인 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다.
이동유닛(E2)은 구동모터(미도시) 및 외부에너지원(E1)이 장착되어 구동모터의 회전에 따라 외부에너지원(E1)을 개방이 요구되는 밸브의 상측으로 이동시키기 위한 기어부(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.
검출부(30)은 반응챔버의 흡광도를 측정하기 위해 복수로 마련될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 광원부(31)와, 광원부(31)에 대응하도록 마련되어 미세유동장치(1)의 분석 챔버(400)의 검출 영역(420)을 투과한 빛을 수광하는 수광부(32)를 포함하여 이루어진다.
광원부(31)는 소정 주파수로 점멸하는 광원으로써, 채용 가능한 광원에는 LED(light emitting diode), LD(laser diode) 등의 반도체 발광 소자와 할로겐 램프나 제논(Xenon) 램프와 같은 가스 방전 램프(gas dischare lamp)가 포함된다.
또한, 광원부(31)는 광원부(31)에서 방출된 빛이 분석 챔버(400)의 검출 영역(420)을 거쳐 수광부(32)에 도달할 수 있는 위치에 위치된다.
수광부(32)는 입사광의 세기에 따른 전기적 신호를 발생시키는 것으로서, 예를 들면 공핍층 포토 다이오드(depletionlayer photo diode)나 애벌란시 포토 다이오드(APD: avalanche photo diode) 또는 광전자증배관(PMT: photomultiplier tubes) 등이 채용될 수 있다.
본 실시예에서는 광원부(31)가 디스크형 미세유동장치(1)의 상측에 배치되고 수광부(32)는 광원부(31)에 대응하여 디스크형 미세유동장치(1)의 하측에 배치되고 있으나, 광원부(31)와 수광부(32)는 상호 반대의 위치에 위치될 수도 있으며, 반사경 또는 도광 부재(light guide member)(미도시) 등을 이용하여 광 경로를 조정할 수 있음은 물론이다.
제어부(60)는 회전구동부(D), 밸브개폐장치(E), 검출부(30) 등을 제어하여 검사시스템의 동작을 원활하게 수행하고, 진단DB(50)를 검색하여 검출부(30)로부터 검출된 흡광도와 진단DB(50)에 저장된 표준곡선을 이용하여 디스크형 미세유동장치(1)상의 분석 챔버(400)에 수용된 상청액 중 분석대상물질의 농도를 측정할 수 있다.
출력부(40)는 진단 내용 및 완료 여부를 외부에 출력하기 위한 것으로, 출력부(40)는 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 시각적 출력 수단 또는 스피커(Speaker) 등의 청각적 출력 수단 또는 시청각적 출력수단으로 구성될 수 있다.
이하에서는 상기한 미세유동장치를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법을 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 이용한 유체시료 내 분석대상물질 검출방법를 설명하는 순서도이다. 본 실시예에서는, 일 예로서 혈액을 분석하는 과정을 설명한다.
일 예로서, 시료 챔버(100)에 피검자로부터 채취한 전혈(whole blood)을 주입하고(S101), 미세유동장치(1)를 회전구동부(D)에 장착한다.
다음으로, 미세유동장치(1)를 저속으로 회전시켜, 혈액을 시료챔버(100)로부터 시료분리부(200)로 이송시킨다. 저속이라 함은, 유체를 이동시키기에 적절한 원심력을 발생시키는 회전속도를 의미한다. 예를 들어, 미세유동장치(1)를 1800rpm/10sec의 가속도로 11초간 회전시킬 수 있다. 시료는 원심력에 의하여 시료챔버(100)로부터 시료분리부(200)로 이동된다. 시료는 원심력에 의하여 시료챔버(100)로부터 시료분리부(200)로 이동된다.
이후, 원심분리과정을 수행한다(S102). 회전구동부(D)는 미세유동장치(1)를 고속회전시킨다. 여기서 고속이라 함은 혈액을 상청액인 혈청 또는 혈장과, 침강물인 혈구로 분리할 수 있는 회전속도를 말한다. 예를 들어, 미세유동장치(1)를 3600 rpm/10sec의 가속도로 약 160초간 회전시킬 수 있다. 그러면, 무거운 혈구 등은 침강물 수집부(220)로 이동되고, 상청액이 상청액 수집부(210)에 남는다.
밸브개폐장치(E)를 이용하여 폐쇄된 밸브(231)를 연다. 회전구동부(D)는 미세유동장치(1)를 회전시켜 원심력을 발생시킨다. 그러면, 상청액은 상청액 수집부(210)로부터 채널(230)을 통하여 상청액 계량 챔버(250)로 이동된다. 상청액 계량 챔버(250)의 출구에 위치된 밸브(251)가 폐쇄된 밸브이므로, 상청액은 상청액 계량 챔버(250)를 채운다. 따라서, 상청액의 양이 충분하다면, 상청액 계량 챔버(250)의 용적만큼의 상청액이 상청액 계량 챔버(250)에 수용된다.
다음으로, 밸브개폐장치(E)를 이용하여 밸브(251)를 개방하고, 미세유동장치(1)를 회전시키면, 상청액은 상청액 계량 챔버(250)로부터 반응 챔버(300)로 이동된다. 회전구동부(D)는 표지 접합체와 상청액 내의 분석대상물질과 결합시키기 위해 미세유동장치(1)를 좌우로 수 회 흔드는 동작을 수행할 수 있다. 이에 의하여, 반응 챔버(300)에서 표지 접합체와 분석대상물질의 결합체를 포함하는 유체시료를 형성한다(S103).
다음으로, 밸브(305)를 개방하고 미세유동장치가 회전되면, 유체시료는 분석 챔버(400)의 홀더(410)를 채운다. 홀더(410)에 유체시료가 채워지면, 검출 영역(420)의 일단이 홀더(410)에 채워진 유체시료에 접촉되어, 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar) 등으로 형성된 검출 영역(420 또는 420')에서 유체시료가 모세관 이동을 한다. 표지 접합체-분석대상물질 결합체를 포함하는 유체시료가 검출 영역(420 또는 420')을 따라 이동하다, 테스트 영역(430 또는 430')에 영구 고정되어 있는 포획 접합체와 표지 접합체-분석대상물질 결합체가 결합한다(S104). 유채시료가 검출 영역(420 또는 420')을 모두 통과하면, 회전구동부(D)를 구동시켜 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의해 유체시료가 다시 검출 영역(420 또는 420')을 통과하게 한다. 이때 모세관력에 의하여 포획 접합체와 결합하지 않은 표지 접합체-분석대상물질 결합체가 테스트 영역(430 또는 430')에 영구 고정된 포획 접합체와 결합할 수 있다(S105). 따라서, 일방향으로 발생하는 1회 유체의 흐름에 의해 항원-항체 반응 및/또는 생화학 반응이 종결되는 종래기술과 달리 반응시간을 연장하여 반응 민감도가 향상될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 모세관력(A)-원심력(B) 짝을 1회에 한정하지 않고 사이클을 일정 회수만큼 반복하여 충분한 반응을 수행할 수 있다. 즉, 원심력에 의해 유체시료를 다시 홀더(410)로 모두 이동시키고 회전을 멈추면 유체시료는 다시 모세관 현상으로 검출 영역(420)을 따라 흐르게 된다(S104). 유체 시료가 검출 영역(420)을 따라 모두 이동하면 다시 미세유동장치를 회전시켜 원심력으로 유체시료를 홀더(410)로 이동시킬 수 있다(S105).
충분한 반응이 수행되었다고 판단된 경우(S106의 YES), 분석 채널(400)의 홀더(410)에 연결된 밸브(405)를 열고 미세유동장치를 회전시켜 유체 시료를 정지 챔버(460)로 이송한다. 유체 시료가 정지 챔버(460)로 이송되면, 더 이상 포획 접합체와 표지접합체-분석대상물질 결합체의 반응이 일어나지 않게 된다(S107). 그런 다음, 검출부(30)를 이용하여 분석 챔버(400)의 검출 영역(420)의 흡광도를 측정한다(S108). 엔드 포인트를 측정하는 분석 항목인 경우에는 일정시간 간격으로 흡광도를 반복 측정하여 반응이 포화된 상태에서의 흡광도를 확인한다. 진단DB(50)에 수록된 흡광도와 농도와의 관계를 이용하여 분석 항목별 농도를 산출한다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
10: 회전부
20: 미세유동구조물
100: 시료 챔버
200: 시료 분리부
300: 반응 챔버
400: 분석 챔버
410: 홀더
420, 420': 검출 영역
430, 430': 테스트 영역
440, 440': 대조 영역

Claims (27)

  1. 회전체,
    다수의 챔버, 상기 챔버를 연결하는 통로, 및 상기 통로의 개폐를 위한 밸브;를 포함하는 하나 이상의 미세유동 구조물, 및
    검출부를 포함하는 미세유동장치로서,
    유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체를 수용하는 반응 챔버 및
    상기 반응 챔버의 하류에 위치하며, 상기 표지접합체-분석대상물질 결합체와 결합하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하는 분석 챔버를 포함하며,
    상기 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되는 원심력 기반의 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분석 챔버는 상기 반응 챔버에서 공급된 유체를 수용하는 홀더를 더 포함하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출 영역은 상기 홀더에 일단이 접촉 상태로 형성되는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 영역은 상기 포획 접합체가 영구 고정되어 있는 테스트 영역 및 상기 테스트 영역과 간격을 두고 상기 모세관력이 적용되는 방향을 기준으로 상기 테스트 영역의 하류에 위치하는 대조 영역을 포함하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 테스트 영역 및 상기 대조 영역을 포함하는 상기 검출 영역의 일부가 상기 모세관력이 작용하는 방향에 대하여 경사를 이루는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은 상기 원심력이 작용하는 방향을 기준으로 상기 분석 챔버의 하류에 위치하여 상기 분석 챔버 내의 유체시료를 수용하는 정지 챔버를 더 포함하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표지 접합체는 액체 상태 또는 건조된 고체 상태로 상기 반응 챔버에 수용되어 있는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 표지 접합체의 표지는 라텍스 비드(Latex bead), 금속 콜로이드(Metal colloid), 효소(Enzyme), 형광물질, 야광물질, 초상자성물질(super paramagnetic material), 란탄족(III) 킬레이트 포함하는 물질 또는 방사능 동위원소인 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 포획 접합체와 결합한 상기 표지 접합체 및 분석대상물질의 결합체를 검출 및 분석하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 검출부는 광원부 및 상기 광원부에 대응하도록 마련되어 상기 분석 챔버를 투과한 빛을 수광하는 수광부를 포함하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  11. 다수의 챔버, 상기 챔버를 연결하는 통로, 및 상기 통로의 개폐를 위한 밸브;를 포함하는 하나 이상의 미세유동 구조물, 및
    검출부를 포함하는 미세유동장치로서,
    유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체를 수용하는 반응 챔버 및
    상기 반응 챔버의 하류에 위치하며, 상기 표지접합체-분석대상물질 결합체와 결합하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하는 분석 챔버를 포함하며,
    상기 반응 챔버와 상기 분석 챔버 간의 유체 이송이 상기 밸브에 의해 조절되고,
    상기 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분석 챔버는 상기 반응 챔버에서 공급된 유체를 수용하는 홀더를 더 포함하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 검출 영역은 상기 홀더에 일단이 접촉 상태로 형성되는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 영역은 상기 포획 접합체가 영구 고정되어 있는 테스트 영역 및 상기 테스트 영역과 간격을 두고 상기 모세관력이 적용되는 방향을 기준으로 상기 테스트 영역의 하류에 위치하는 대조 영역을 포함하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 테스트 영역 및 상기 대조 영역을 포함하는 상기 검출 영역의 일부가 상기 모세관력이 작용하는 방향에 대하여 경사를 이루는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 표지 접합체는 액체 상태 또는 건조된 고체 상태로 상기 반응 챔버에 수용되어 있는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  17. 제11항 또는 제16항에 있어서,
    상기 표지 접합체의 표지는 라텍스 비드(Latex bead), 금속 콜로이드(Metal colloid), 효소(Enzyme), 형광물질, 야광물질, 초상자성물질(super paramagnetic material), 란탄족(III) 킬레이트 포함하는 물질 또는 방사능 동위원소인 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 포획 접합체와 결합한 상기 표지 접합체 및 분석대상물질의 결합체를 검출 및 분석하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  19. 제11항 또는 제18항에 있어서,
    상기 검출부는 광원부 및 상기 광원부에 대응하도록 마련되어 상기 분석 챔버를 투과한 빛을 수광하는 수광부를 포함하는 유체시료 내 분석대상물질 검출용 미세유동장치.
  20. 원심력 기반의 미세유동장치를 이용한 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법으로서,
    상기 유체시료를 상기 미세유동장치에 주입하고 원심분리하여 얻어진 상청액을 상기 유체시료 내 분석대상물질과 결합하는 표지 접합체가 수용된 반응 챔버로 이송하고,
    상기 상청액 내의 상기 분석대상물질에 상기 표지 접합체를 결합시키며,
    상기 미세유동장치를 원심분리하여 상기 반응 챔버 내의 상청액을 분석 챔버로 이송하되, 상기 분석 챔버는 상기 반응 챔버의 하류에 위치하고, 상기 표지접합체-분석대상물질 결합체와 반응하는 포획 접합체가 고정된 검출 영역을 포함하며, 상기 검출 영역은 다공성 멤브레인, 마이크로 포어(micro-pore) 또는 마이크로 필러(micro-pillar)로 형성되고,
    상기 상청액을 모세관력에 의해 상기 분석 챔버 말단까지 이동시키면서 상기 상청액 내의 표지접합체-분석대상물질 결합체와 상기 분석 챔버 내의 포획 접합체가 결합시키고,
    상기 미세유동장치에 원심력을 가하여 상기 분석 챔버의 말단까지 이동된 상청액을 상기 분석 챔버의 다른 말단으로 이동시키면서 다시 상기 상청액 내의 표지접합체-분석대상물질 결합체와 상기 분석 챔버 내의 포획 접합체를 결합시키며,
    상기 포획 접합체와 결합된 상기 표지 접합체 및 상기 분석대상물질의 결합체를 검출하는 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 상청액의 상기 분석 챔버 말단에서 다른 말단까지의 이동은 2회 이상인 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 분석 챔버는 상기 반응 챔버에서 공급된 유체를 수용하는 홀더를 더 포함하는 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 검출 영역은 상기 홀더에 일단이 접촉 상태로 형성되는 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은 상기 원심력이 작용하는 방향을 기준으로 상기 분석 챔버의 하류에 위치하여 상기 분석 챔버 내의 유체시료를 수용하는 정지 챔버를 더 포함하는 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 표지 접합체는 액체 상태 또는 건조된 고체 상태로 상기 반응 챔버에 수용되어 있는 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
  26. 제20항 또는 제25항에 있어서,
    상기 표지 접합체의 표지는 라텍스 비드(Latex bead), 금속 콜로이드(Metal colloid), 효소(Enzyme), 형광물질, 야광물질, 초상자성물질(super paramagnetic material), 란탄족(III) 킬레이트 포함하는 물질 또는 방사능 동위원소인 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
  27. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 표지 접합체 및 분석대상물질 결합체를 검출하는 것 이전에 상기 분석 챔버 내의 유체를 정지 챔버로 이송하여 반응을 정지시키는 것을 더 포함하는 유체시료 내 분석대상물질의 분석방법.
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