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KR20160081669A - 반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법 - Google Patents

반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법 Download PDF

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KR20160081669A
KR20160081669A KR1020140195897A KR20140195897A KR20160081669A KR 20160081669 A KR20160081669 A KR 20160081669A KR 1020140195897 A KR1020140195897 A KR 1020140195897A KR 20140195897 A KR20140195897 A KR 20140195897A KR 20160081669 A KR20160081669 A KR 20160081669A
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KR1020140195897A
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김귀현
박상범
박주희
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

표적 물질의 농도를 추정하는데 있어서, 시료에 포함된 물질이 방해 물질로 작용하는 경우에, 이 방해 물질의 농도를 측정하여 표적 물질의 추정 농도를 보정함으로써 표적 물질 농도의 신뢰성과 정확성을 향상시키는 반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 반응 장치는, 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질을 포함하는 시약 1이 수용된 표적물질 검출챔버; 상기 표적 물질을 포함하는 시약 2가 수용된 제1물질 검출챔버; 시료가 주입되는 시료 주입구; 및 상기 시료 주입구와 상기 표적물질 검출챔버 및 상기 제1물질 검출챔버를 연결하는 채널;을 포함한다.

Description

반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법{REACTION APPARATUS, TEST DEVICE AND CONTROL METHOD FOR THE TEST DEVICE}
시료 중에 포함된 표적 물질의 농도를 결정하는데 사용되는 반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.
최근, 환경 모니터링, 식품 검사, 의료 진단 등 다양한 분야에서 시료를 신속하게 분석할 수 있는 소형화 및 자동화된 장비가 개발되고 있다.
특히, 의료 진단 분야에서 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 측정하기 위해, 표적 물질에 의해 활성화되는 효소와 효소가 촉매로 작용하는 효소 반응을 이용하여 표적 물질의 농도를 추정하는 효소법(Enzyme method)을 사용할 수 있다.
그러나, 시료 중에 이미 효소가 다량으로 존재하거나, 효소의 활성화에 관여하는 표적 물질 외의 다른 물질들이 존재할 수 있는바, 추정된 농도의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 이러한 방해 물질들의 영향을 배제할 수 있는 방법이 필요하다.
표적 물질의 농도를 추정하는데 있어서, 시료에 포함된 물질이 방해 물질로 작용하는 경우에, 이 방해 물질의 농도를 측정하여 표적 물질의 추정 농도를 보정함으로써 표적 물질 농도의 신뢰성과 정확성을 향상시키는 반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 반응 장치는, 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질을 포함하는 시약 1이 수용된 표적물질 검출챔버; 상기 표적 물질을 포함하는 시약 2가 수용된 제1물질 검출챔버; 시료가 주입되는 시료 주입구; 및 상기 시료 주입구와 상기 표적물질 검출챔버 및 상기 제1물질 검출챔버를 연결하는 채널;을 포함한다.
상기 시료는, 상기 제1물질을 포함하고, 상기 시료에 포함된 제1물질은 상기 시료에 포함된 표적 물질의 검출에 대해 방해 물질로 작용할 수 있다.
상기 시약 1과 상기 시약 2는, 상기 제1물질을 활성화시키는 제2물질을 더 포함할 수 있다.
상기 시료는, 상기 제1물질과 상기 제2물질을 포함하고, 상기 시료에 포함된 제1물질과 제2물질은 상기 시료에 포함된 표적 물질의 검출에 대해 방해 물질로 작용할 수 있다.
상기 표적물질과 상기 제1물질을 포함하는 시약 3이 수용된 제2물질 검출챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 표적 물질 및 상기 제1물질은 전해질 이온 및 효소 중에서 각각 선택될 수 있다.
상기 표적 물질, 상기 제1물질 및 상기 제2물질은 전해질 이온 및 효소 중에서 각각 선택될 수 있다.
상기 전해질 이온은, 마그네슘 이온, 칼슘 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온 및 염소 이온 중 적어도 하나인 반응 장치.
상기 효소는, 아밀라아제 및 피루브산 키나아제 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 시약 1과 시약 2는, 상기 활성화된 제1물질에 의해 반응이 촉진되는 반응물을 더 포함할 수 있다 .
일 실시예에 따라 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 측정하는 검사 장치는, 상기 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질을 포함하는 시약 1이 수용된 표적물질 검출챔버 및 상기 표적물질을 포함하는 시약 2가 수용된 제1물질 검출챔버에 각각 특정 파장의 광을 조사하고, 상기 표적물질 검출 챔버와 상기 제1물질 검출 챔버에 투과 또는 반사된 광을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기의 출력 신호를 이용하여 상기 표적 물질의 농도 및 상기 제1물질의 농도를 측정하고, 상기 측정된 제1물질의 농도를 이용하여 상기 표적 물질의 농도를 보정하는 제어부;를 포함한다.
상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 팩터를 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 표적물질 검출챔버에 대한 검출기의 출력 신호로부터 상기 표적물질의 농도를 측정하고, 상기 제1물질 검출챔버에 대한 검출기의 출력 신호로부터 상기 제1물질의 농도를 측정할 수 있다.
상기 팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고, 상기 제어부는, 상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산함으로써 상기 표적 물질의 농도를 보정할 수 있다.
상기 시약 1과 상기 시약 2는, 상기 제1물질을 활성화시키는 제2물질을 더 포함하고, 상기 검출기는, 상기 표적 물질과 상기 제1물질을 포함하는 시약 3이 수용된 제2물질 검출챔버에 특정 파장의 광을 조사하고, 상기 제2물질 검출챔버에 투과 또는 반사된 광을 검출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2물질 검출챔버에 대한 상기 검출기의 출력 신호를 이용하여 상기 제2물질의 농도를 측정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 제1물질의 농도 및 상기 측정된 제2물질의 농도를 이용하여 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정할 수 있다.
상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제1팩터 및 상기 제2물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제2팩터를 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1팩터 및 제2팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고, 상기 제어부는, 상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 제1팩터를 적용한 값과 상기 측정된 제2물질의 농도에 상기 제2팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산함으로써 상기 표적 물질의 농도를 보정할 수 있다.
일 실시예에 따른 검사 방법은 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질 및 상기 제1물질에 의해 반응이 촉진되는 반응물을 포함하는 시약 1과 상기 표적 물질과 상기 제1물질을 포함하는 시료의 반응에 의한 반응 생성물의 특성을 측정하고; 상기 표적 물질 및 상기 반응물을 포함하는 시약 2와 상기 시료의 반응에 의한 반응 생성물의 특성을 측정하고; 상기 측정된 특성을 이용하여 상기 표적물질의 농도 및 상기 제1물질의 농도를 측정하고; 상기 측정된 제1물질의 농도를 이용하여 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것을 포함한다.
상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 팩터를 저장하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고, 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것은, 상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산하는 것을 포함할 수 있다.
상기 시약 1, 상기 시약 2 및 상기 시료는, 상기 제1물질을 활성화시키는 제2물질을 더 포함하고, 상기 표적 물질 및 상기 제1물질을 포함하는 시약 3과 상기 시료의 반응에 의한 광학적 특성을 측정하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것은, 상기 측정된 제1물질의 농도 및 상기 측정된 제2물질의 농도를 이용하여 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제1팩터 및 상기 시료에 포함된 제2물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제2팩터를 저장하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 제1팩터 및 제2팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고, 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것은, 상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 제1팩터를 적용한 값과 상기 측정된 제2물질의 농도에 상기 제2팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법에 의하면, 표적 물질의 농도에 반영된 방해 물질의 영향이 최소화되어 정확한 결과를 도출할 수 있게 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 검사 방법에 관한 순서도이다.
도 2는 카트리지 타입의 반응 장치의 외관도이다.
도 3은 도 2에 도시된 반응 장치의 플랫폼의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 디스크 타입의 반응 장치에 관한 외관도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 반응 장치의 플랫폼을 위에서 내려다 본 평면도이다.
도 6 및 도 7은 효소법을 적용하여 칼슘 이온의 농도를 측정하기 위해 사용되는 시약의 조성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 검사 장치의 외관도이다.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 검사 장치의 제어 블록도이다.
도 12는 기존의 반응 장치를 기존의 검사 장치가 검사한 경우에 도출된 결과에 대한 상관성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 반응 장치를 일 실시예에 따른 검사 장치가 검사한 경우에 도출된 결과에 대한 상관성을 나타낸 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따른 검사 방법의 구체화된 순서도이다.
도 15는 방해 물질이 2 종류인 경우의 검사 방법에 관한 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 개시된 발명의 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.
시료에 포함된 표적 물질의 농도를 측정하는 다양한 방법 중에서 표적 물질에 의해 활성화되는 효소와, 활성화된 효소에 의해 촉매되는 반응을 이용하는 방법이 있다. 표적 물질은 농도의 결정 대상이 되는 물질을 의미한다.
구체적인 예로서, 전해질 검사에 사용되는 효소법을 들 수 있다. 효소법에서는 효소의 활성 정도로부터 표적 물질의 농도를 추정할 수 있다. 표적 물질의 종류에 따라, 사용되는 효소, 시약의 조성 및 반응 매커니즘이 결정될 수 있는바, 일 예로서 아밀라아제(amylase)를 이용한 아래 효소 반응을 이용할 수 있다. 이 때 사용되는 아밀라아제는 알파 아밀라아제일 수 있다.
[반응식 1]
Amylase
Gal-G2-α-CNP + H2O -----------------------------> Gal-G2 + CNP
Ca2+, Cl-
상기 [반응식 1]에 따르면, 칼슘 이온과 염소 이온은 아밀라아제를 활성화시키고, 활성화된 아밀라아제는 기질인 알파-2-클로로-4-니트로페닐-갈락토피라노사이드(α-2-chloro-4-nitrophenyl-galactopyranoside)의 반응에 대한 촉매로 작용한다. 또는, Gal-G2-α-CNP 외에 다른 oligosaccharide-CNP가 기질로 사용되는 것도 가능하다.
활성화된 아밀라아제에 의해 반응이 촉진되면 Gal-G2-α-CNP가 Gal-G2와 CNP(2-chloro-p-nitrophenol)로 분해된다. CNP의 발색을 광학적으로 측정하면 활성화된 아밀라아제의 농도, 칼슘 이온의 농도 또는 염소 이온의 농도를 추정할 수 있다.
다른 예로서 피루브산 키나아제(pyruvate kinase)를 이용한 아래 효소 반응을 이용할 수 있다.
[반응식 2]
pyruvate kinase
PEP + ADP ----------------------------------> Pyruvate + ATP
K+
상기 [반응식 2]에 따르면, 피루브산 키나아제는 칼륨 이온에 의해 활성화되고, 활성화된 피루브산 키나아제는 기질인 PEP(Phosphoenolpyruvic acid)와 ADP(Adenosine diphosphate)의 반응에 대한 촉매로 작용한다. 그리고, PEP와 ADP의 반응에 의해 피루브산(pyruvate)과 ATP(Adenosine diphosphate)가 생성된다.
상기 반응 생성물인 ATP는 발색 반응에 관여하므로, 반응 생성물에 대한 광학적 특성을 측정하여 칼륨 이온의 농도를 추정할 수 있다.
또한, 피루브산 키나아제는 마그네슘 이온(Mg2+)과 나트륨 이온(Na+)에 의해서도 활성화되므로, 표적 물질은 마그네슘 이온이나 나트륨 이온이 되는 것도 가능하다.
상기 [반응식 1]의 원리에 따라 시료에 포함된 칼슘 이온의 농도를 추정하는 경우에는, 시료와 반응하는 시약에 아밀라아제와 염소 이온이 포함될 수 있다. 또한, 상기 [반응식 2]의 원리에 따라 시료에 포함된 칼륨 이온의 농도를 추정하는 경우에는, 시료와 반응하는 시약에 피루브산 키나아제가 포함될 수 있다.
한편, 체내에는 칼슘 이온 뿐만 아니라 아밀라아제와 염소 이온도 존재하고, 칼륨 이온 뿐만 아니라 피루브산 키나아제도 존재한다. 따라서, 인체로부터 채취한 생체 시료에는 칼슘 이온, 아밀라아제 및 염소 이온이 모두 포함될 수 있고, 칼륨 이온과 피루브산 키나아제가 모두 포함될 수 있다. 체내에 아밀라아제나 염소 이온이 비정상적으로 많이 존재하거나, 피루브산 키나아제가 비정상적으로 많이 존재하면 이들 물질들은 방해 물질로 작용하게 되고 추정된 칼슘의 농도나 칼륨의 농도의 정확도가 떨어지게 된다.
따라서, 시료에 포함된 표적 물질 이외의 물질이 반응에 대한 방해 물질로 작용하는 경우에 이를 보정할 수 있는 반응 장치, 검사 장치 및 검사 방법을 제공한다. 이하, 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 검사 방법에 관한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 검사 방법에서는, 먼저 시료와 시약을 반응시키고, 표적 물질의 농도를 추정한다(10). 표적 물질의 농도를 추정하는 것은 시료와 시약의 반응 매커니즘에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 [반응식 1] 효소법을 적용하는 경우에는 시료와 시약의 반응 생성물의 흡광도나 반사도와 같은 광학적 특성을 측정하고, 측정된 광학적 특성으로부터 표적 물질의 농도를 추정할 수 있다.
방해 물질의 농도를 추정한다(20). 방해 물질이란, 앞서 설명한 바와 같이, 시료에 포함되는 물질 중 표적 물질의 농도를 추정하기 위해 사용되는 반응에 영향을 주는 물질을 의미하는 것으로 한다. 방해 물질의 농도를 추정하기 위해 사용되는 반응 매커니즘은 표적 물질의 농도를 추정하기 위해 사용되는 반응 매커니즘과 동일한 것일 수 있다. 따라서, 시료와 시약의 반응 생성물의 흡광도나 반사도와 같은 광학적 특성을 측정하고, 측정된 광학적 특성으로부터 방해 물질의 농도를 추정할 수 있다.
한편, 표적 물질의 농도와 방해 물질의 농도는 시료와 시약의 반응이 일어나는 반응 장치의 구조나, 반응 장치를 검사하는 검사 장치의 동작에 따라 동시에 추정될 수도 있고, 순차적으로 추정될 수도 있다.
그리고, 방해 물질의 농도를 이용하여 표적 물질의 농도를 보정한다(30). 전술한 바와 같이, 시료에 방해 물질이 포함된 경우에는 10에서 추정된 표적 물질의 농도에 오차가 있을 수 있다. 따라서, 20에서 별도로 추정된 방해 물질의 농도를 이용하여 표적 물질의 농도를 보정한다. 일 예로, 실험 또는 시뮬레이션을 통해 표적 물질의 농도와 방해 물질의 농도 사이의 관계를 획득할 수 있고, 추정된 값들을 이 관계에 적용하여 보정된 표적 물질의 농도를 최종적으로 획득할 수 있다. 표적 물질의 농도 보정에 관한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
일 실시예에 따른 검사 방법에는 앞서 설명한 반응 매커니즘들이 적용될 수 있다. 또한, 상기 예시 외에도 체내에 존재하는 전해질 이온에 의해 활성화되는 효소와 활성화된 효소에 의해 촉진되는 반응을 이용하여 전해질 이온 또는 효소의 농도를 측정하는 경우이고, 체내에 존재하는 전해질 이온 또는 효소가 반응에 영향을 주는 경우라면 일 실시예에 따른 검사 방법이 적용될 수 있다. 또한, 전해질과 효소를 이용한 반응이 아니라도, 시료에 포함된 물질 중 표적 물질이 아닌 물질이 시료와 시약의 반응에 영향을 주어 방해 물질로 작용하는 경우라면 일 실시예에 따른 검사 방법이 적용될 수 있다.
이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 일 실시예에 따른 검사 방법을 수행하는데 사용될 수 있는 반응 장치의 구조를 설명한다.
시료가 주입되어 시약과 시료의 반응이 일어나는 반응 장치에는 모세관력에 의해 시료나 시약이 이동하는 카트리지 타입, 원심력에 의해 시료나 시약이 이동하는 디스크 타입, 시료나 시약이 이동하지 않고 바로 측정이 이루어지는 큐벳 타입 등이 있다. 이러한 반응 장치의 타입에 따라 반응 장치의 구조나 구성 또는 검사 장치의 구조나 구성이 달라질 수 있는바, 일 실시예에 따른 반응 장치에는 어떤 타입의 반응 장치도 적용될 수 있다.
도 2는 카트리지 타입의 반응 장치의 외관도이고, 도 3은 도 2에 도시된 반응 장치의 플랫폼의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 반응 장치(100)는 하우징(110)과, 시료와 시약이 만나 반응이 일어나는 플랫폼(120)을 포함하는 분석 카트리지로 구현될 수 있다.
하우징(110)은 플랫폼(120)을 지지하는 것과 동시에 사용자가 반응 장치(100)를 잡을 수 있도록 한다. 하우징(110)은 성형이 용이하고 화학적, 생물학적으로 비활성인 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 아크릴, 폴리다이메틸실록산(PDMS) 등의 폴리 실록산, 폴리카보네이트(PC), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸열(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등의 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올, 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴 뷰타디엔 스티렌(ABS), 사이클로 올레핀 공중합체(COC) 등의 플라스틱 소재, 유리, 운모, 실리카, 반도체 웨이퍼 등의 다양한 재료가 하우징(110)의 재료로 사용될 수 있다. 다만, 하우징(110)의 재료가 이에 한정되는 것은 아니다.
플랫폼(120)은 하우징(110)의 하부에 접합되거나 하우징(110)에 형성된 소정의 홈에 끼워지는 방식으로 하우징(110)과 결합될 수 있다.
플랫폼(120)에는 시료가 주입되는 시료 주입구(inlet hole,111)가 형성된다. 반응 장치(100)에 공급되는 시료는, 혈액, 조직액, 림프액, 소변, 타액 및 골수액을 포함하는 체액 등의 생체 시료일 수 있고, 농도 측정 대상이 되는 표적 물질은 상기 시료에 존재하는 전해질 이온 또는 효소일 수 있다.
사용자는 검사 대상인 시료를 파이펫(pipet)이나 스포이드 등의 도구를 이용하여 시료 주입구(121)에 떨어뜨릴 수 있다.
시료 주입구(121)에 주입된 시료는 플랫폼(120)의 내부로 유입되는바, 도면에 도시되지는 않았으나 시료 주입구(121)에는 필터가 배치되어 유입되는 시료를 필터링할 수 있다. 필터는 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리술폰(PS), 폴리아릴술폰(PASF) 등의 다공성 고분자 멤브레인일 수 있다. 예를 들어, 혈액 시료를 공급하는 경우, 혈액이 필터를 통과하면서 혈구는 걸러지고 혈장 또는 혈청만 플랫폼(120)의 내부로 유입될 수 있다.
도 3을 참조하면, 플랫폼(120)은 세 개의 판(120a,120b)이 접합된 구조로 형성될 수 있다. 세 개의 판은 상판(120a), 하판(120b) 및 중간판(120c)으로 나뉠 수 있으며, 상판(120a)과 하판(120b)은 차광잉크를 인쇄하여 챔버(125)로 이동 중인 시료를 외부의 빛으로부터 보호할 수 있다.
상판(120a)과 하판(120b)은 필름 형태로 형성될 수 있고, 상판(120a)과 하판(120b)을 형성하는데 사용되는 필름은 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등의 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌(PP) 필름, 폴리염화비닐(PVC) 필름, 폴리비닐 알코올(PVA) 필름, 폴리스틸렌(PS) 필름 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 중에서 선택된 하나일 수 있다.
플랫폼(120)의 중간판(120c)은 셀룰로오즈 등의 다공질 시트로 형성되어 그 자체로서 벤트(vent)의 역할을 할 수 있으며, 다공질 시트를 소수성을 갖는 물질로 만들거나 다공질 시트에 소수성 처리를 하여 시료의 이동에는 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
플랫폼(120)에는 시료 주입구(121), 유입된 시료가 이동하는 채널(122) 및 시약이 수용되거나 비어있는 복수의 챔버(125)가 형성된다. 도 11에 도시된 바와 같이 플랫폼(120)이 3중층 구조로 형성되는 경우, 상판(120a)에는 시료 주입구(121)를 이루는 상판 홀(121a)이 형성되고 챔버(125)에 대응되는 부분(125a)은 투명하게 처리될 수 있다.
또한, 하판(120b) 역시 챔버(125)에 대응되는 부분(125b)이 투명하게 처리될 수 있는바, 챔버(125)에 대응되는 부분(125a,125b)을 투명하게 처리하는 것은 챔버(125) 내에서 일어나는 반응에 의한 광학적 특성을 측정하기 위한 것이다.
중간판(120c)에도 시료 주입구(121)를 이루는 중간판 홀(121c)이 형성되며, 상판(120a), 중간판(120c) 및 하판(120b)이 접합되면 상판 홀(121a)과 중간판 홀(121c)이 겹쳐지면서 플랫폼(120)의 시료 주입구(121)를 형성하게 된다.
중간판(120c)의 영역 중에서 중간판 홀(121c)의 반대측 영역에 챔버(125)가 형성되는바, 중간판(120c)의 영역 중 챔버(125)에 대응되는 영역을 원형, 사각형 등의 일정 형상으로 제거하고 상판(120a), 중간판(120b) 및 하판(120c)을 접합함으로써 챔버(125)를 형성할 수 있다.
또한, 중간판(120c)에 1μm 부터 500μm의 폭을 갖는 채널(122)이 형성되어, 시료 주입구(121)를 통해 유입된 시료가 채널(122)의 모세관력에 의해 챔버(125)까지 이동하도록 할 수 있다. 다만, 상기 채널(122)의 폭은 반응 장치(100)에 적용될 수 있는 일 예시에 불과하며, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
챔버(125)에는 표적 물질의 검출에 사용되는 시약이 미리 수용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 챔버(125) 중 하나에는 표적 물질의 농도를 측정하기 위한 시약이 수용되고, 다른 하나에는 방해 물질의 농도를 측정하기 위한 시약이 수용될 수 있다. 방해 물질이 둘 이상인 경우에는 둘 이상의 챔버에 각각의 방해 물질을 측정하기 위한 시약이 수용될 수 있다.
시약을 미리 수용하는 일 예로서, 액상으로 존재하는 각각의 시약을 상판(120a)의 챔버에 대응되는 부분(125a) 또는 하판(120b)의 챔버에 대응되는 부분(125b)에 도포하고 건조시킨 후에 상판(120a), 하판(120b) 및 중간판(120c)을 접합함으로써 건조 시약의 형태로 수용할 수 있다. 다만, 반응 장치(100)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 액상 형태 또는 비드(bead) 형태로 시약이 수용되는 것도 가능하다.
반응 장치(100)의 시료 주입구(111)에 시료를 주입하면, 시료는 채널(122)을 따라 각각의 챔버(125)로 이동한다. 시료는 각각의 챔버(125) 내에서 시약과 반응하고, 이에 따라 반응 생성물이 생성되면 후술하는 검사 장치(200)가 그의 광학적 특성을 측정함으로써 표적 물질의 농도와 방해 물질의 농도를 측정할 수 있다.
도 4는 디스크 타입의 반응 장치에 관한 외관도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 반응 장치(100)는 디스크 타입으로 구현될 수 있다. 이 경우, 반응 장치(100)는 회전 가능한 플랫폼(120)과 플랫폼(120)에 형성된 구조물들로 이루어질 수 있다.
구조물들은 샘플이나 시약을 수용하는 복수의 챔버와 이들 챔버를 연결하는 채널을 포함한다. 구조물들은 반응 장치(100)의 내부에 형성되나, 당해 실시예에서는 반응 장치(100)가 투명한 재질로 이루어져 반응 장치(100)를 위에서 내려다보면 그 내부에 형성된 구조물들을 볼 수 있는 것으로 한다.
플랫폼(120)은 성형이 용이하고 그 표면이 생물학적으로 비활성인 물질로 이루어질 수 있는바, 아크릴(PMMA), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리카보네이트(PC), 폴리플로필렌(PP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸렌(PE) 등의 플라스틱 소재, 유리, 운모, 실리카, 실리콘 웨이퍼 등의 다양한 물질로 만들어질 수 있다.
다만, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 화학적, 생물학적 안정성 및 기계적 가공성을 가지는 소재이면 어느 것이든 플랫폼(120)의 재료가 될 수 있고, 반응 장치(100) 내의 검사 결과를 광학적으로 분석하는 경우에는 플랫폼(120)이 광학적 투명성을 더 갖는 것으로 할 수 있다.
반응 장치(100)는 회전에 의한 원심력을 이용하여 미세유동구조물 내의 물질을 이동시킬 수 있다. 도 4의 예시에서는 원판 형상의 디스크형 플랫폼(120)을 도시하였으나, 개시된 발명의 실시예에 적용되는 플랫폼(120)은 온전한 원판 형상뿐만 아니라 부채꼴 등의 형상일 수도 있고, 회전할 수만 있으면 다각형의 형상도 가능하다.
플랫폼(120)에는 시료가 주입되는 시료 주입구(121), 시료 주입구(121)를 통해 주입된 시료를 수용하였다가 다른 챔버로 공급하는 시료 공급 챔버(123), 시약이 수용되거나 비어있는 복수의 챔버(125) 및 시료 공급 챔버(123)로부터 챔버(125)로 시료가 이동하는 채널(122)이 형성된다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나 혈액을 샘플로 하는 경우에는 반응 장치(100)에 혈액의 원심분리를 위한 구조물이 더 마련되는 것도 가능하며, 반응 장치(100) 내에서 단계적인 반응이 일어나는 경우에는 각각의 단계에 대응되는 챔버들이 마련될 수 있고, 반응과 검출이 별개의 챔버에서 이루어지는 경우에는 반응 챔버와 검출 챔버가 별도로 마련되는 것도 가능하다.
전술한 도 3의 예시에서와 마찬가지로, 디스크 타입의 반응 장치(100)의 챔버(125)에도 표적 물질의 검출에 사용되는 시약이 미리 수용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 챔버(125) 중 하나에는 표적 물질의 농도를 측정하기 위한 시약이 수용되고, 다른 하나에는 방해 물질의 농도를 측정하기 위한 시약이 수용될 수 있다. 방해 물질이 둘 이상인 경우에는 둘 이상의 챔버에 각각의 방해 물질을 측정하기 위한 시약이 수용될 수 있다.
일 예로, 플랫폼(120)은 복수 층의 판으로 이루어질 수 있다. 플랫폼(120)이 상판과 하판의 두 개의 판으로 이루어지는 경우, 상판과 하판이 맞닿는 면에 챔버나 채널 등의 미세유동 구조물에 해당하는 음각 구조물을 형성하고, 상기 두 판을 접합함으로써 플랫폼(120) 내부에 유체를 수용할 수 있는 공간과 유체가 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 판과 판의 접합은 접착제 또는 양면 접착 테이프를 이용한 접착이나 초음파 융착, 레이저 용접 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
시약을 미리 수용하는 일 예로서, 액상으로 존재하는 각각의 시약을 플랫폼(120)의 상판 또는 하판에 도포하고 건조시킨 후에 상판과 하판을 접합함으로써 건조 시약의 형태로 수용할 수 있다. 다만, 반응 장치(100)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 액상 형태 또는 비드(bead) 형태로 시약이 수용되는 것도 가능하다.
한편, 도 2와 도 4의 예시에 따른 반응 장치(100)들은 모두 소량의 시료만으로도 진단 결과를 도출할 수 있다. 또한, 반응 장치(100) 내에서 시료나 시약은 채널을 따라 이동하기 때문에 이들은 유체(fluid)의 형태일 수 있다. 따라서, 이러한 반응 장치(100)들을 반응 장치(microfluidic device)라고도 한다.
후술할 실시예에서는 설명의 편의를 위해 상기 도 2의 예시에 따른 카트리지 타입의 반응 장치(100)를 예로 들어 설명한다.
도 5 내지 도 7은 챔버에 수용되는 시약의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 반응 장치의 플랫폼을 위에서 내려다 본 평면도이다.
전술한 바와 같이, 반응 장치(100)의 플랫폼(120)에는 복수의 챔버(125)가 형성되고, 이들 중 일부에는 시약이 수용되고, 일부는 블랭크(blank) 챔버로 비어있을 수 있다. 또한, 하나의 반응 장치(100)를 이용하여 복수의 항목들을 검사할 수 있도록 복수의 챔버(125)에 서로 다른 항목을 측정하는데 사용되는 시약들을 수용할 수 있다.
일 실시예에 따른 반응 장치(100)에서는, 하나의 표적 물질을 검출하기 위해 두 개 이상의 챔버가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 챔버 중 하나의 챔버(125-1)에는 표적 물질을 검출하기 위한 시약 1이 수용되고, 나머지 챔버 중 하나의 챔버(125-2)에는 해당 표적 물질에 대한 방해 물질을 검출하기 위한 시약 2가 수용될 수 있다. 여기서, 표적 물질을 검출하기 위해 시약 1이 수용된 챔버(125-1)를 표적물질 검출챔버(125-1)라 하고, 방해 물질을 검출하기 위해 시약 2가 수용된 챔버(125-2)를 방해물질 검출챔버(125-2)라 하기로 한다.
시약 1에는 표적 물질에 의해 활성화되는 물질과 활성화된 물질에 의해 반응이 촉진되는 반응물(reactants)이 포함될 수 있다. 시약 2에는 표적 물질과 동일한 물질과 시약 1에 포함된 반응물이 포함될 수 있다.
또한, 방해 물질이 두 종류인 경우에는 나머지 챔버 중 다른 하나의 챔버(125-3)에는 두 번째 방해 물질을 검출하기 위한 시약 3이 수용될 수 있다. 이 경우, 방해물질은 제1물질과 제2물질을 포함할 수 있고, 방해물질 검출챔버는 제1물질 챔버(125-2)와 제2물질 챔버(125-3)를 포함할 수 있다.
한편, 당해 실시예에 있어서 시약 1, 시약 2 또는 시약 3이 수용되는 것은 반드시 한 종류의 시약이 챔버에 수용되는 것을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 시약 1에 포함된 물질들이 한 종류의 시약에 모두 포함되지 않고 여러 종류의 시약에 분산되어 포함된 경우라도 이들 시약을 모두 표적물질 검출 챔버(125-1)가 수용하였다면, 이 경우도 시약 1이 표적물질 검출챔버(125-1)에 수용된 것이라 할 수 있다.
도 5에 도시된 구성은 일 예시에 불과하며, 챔버(125)의 개수나 위치는 도 5의 예시와 달라질 수 있음은 물론이다.
도 6 및 도 7은 효소법을 적용하여 칼슘 이온의 농도를 측정하기 위해 사용되는 시약의 조성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 6 및 도 7의 예시에서는 전술한 [반응식 1]의 반응 매커니즘을 적용한 효소법에 따라 칼슘 이온의 농도를 측정하는 경우를 예로 든다.
도 6의 예시에서는 표적 물질이 칼슘 이온이고, 방해 물질은 아밀라아제이다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 표적물질 검출챔버(125-1)에는 염소 이온과 아밀라아제를 포함하는 시약 1(R1)이 수용되고, 방해물질 검출챔버(125-2)에는 칼슘 이온과 염소 이온을 포함하는 시약 2(R2)가 수용된다. 또한, 각각의 시약에는 활성화된 아밀라아제에 의해 반응이 촉진되는 Gal-G2-α-CNP이 포함된다. 또한, 필요에 따라 버퍼(buffers), 계면활성제(surfactants), 방부제(preservatives), 부형제(excipients) 등의 물질도 적절하게 선택되어 포함될 수 있음은 물론이다.
표적물질 검출챔버(125-1)와 방해물질 검출챔버(125-2)에 각각 시료가 유입되면 상기 [반응식 1]에 따른 반응이 일어나고, 이 반응을 검사 장치가 광학적으로 측정하면, 측정된 데이터로부터 각각 칼슘 이온의 농도와 아밀라아제의 농도를 측정할 수 있게 된다.
도 7의 예시에서는 체내의 염소 이온도 칼슘 이온의 농도 측정에 대한 방해 물질에 포함되는 것으로 보고, 염소 이온의 영향도 배제한다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 표적물질 검출챔버(125-1)에는 염소 이온과 아밀라아제를 포함하는 시약 1(R1)이 수용되고, 제1물질 검출챔버(125-2)에는 칼슘 이온과 염소 이온을 포함하는 시약 2(R2)가 수용되며, 제2물질 검출챔버(125-3)에는 칼슘 이온과 아밀라아제를 포함하는 시약 3(R3)이 수용된다. 마찬가지로, 각각의 시약에는 활성화된 아밀라아제에 의해 반응이 촉진되는 Gal-G2-α-CNP이 포함된다.
표적물질 검출챔버(125-1), 제1물질 검출챔버(125-2) 및 제2물질 검출챔버(125-3)에 각각 시료가 유입되면 상기 [반응식 1]에 따른 반응이 일어나고, 이 반응을 검사 장치가 광학적으로 측정하면, 측정된 데이터로부터 각각 칼슘 이온의 농도, 염소 이온의 농도 및 아밀라아제의 농도를 측정할 수 있게 된다.
전술한 도 5 내지 도 7의 예시에서는 아밀라아제를 이용한 효소법을 적용하여 칼슘 이온의 농도를 측정하는 경우를 예로 들었으나, 아밀라아제와 염소 이온 역시 임상화학 검사 항목에 포함될 수 있으므로, 표적 물질이 아밀라아제가 될 수도 있고, 염소 이온이 될 수도 있다.
또한, 아밀라아제를 이용한 효소법 외에도 상기 [반응식 2]에 따른 피루브산 키나아제를 이용한 효소법을 적용하여 칼륨 이온의 농도를 측정하는 경우에도 전술한 반응 장치(100)의 실시예가 적용될 수 있다. 이 경우에는 시약 1에 피루브산 키나아제가 포함되고 시약 2에 칼륨 이온이 포함될 수 있다. 또한, 시약 1과 시약 2에는 활성화된 피루브산 키나아제에 의해 반응이 촉진되는 PEP와 ADP가 포함될 수 있다.
이 외에도 체내에 포함된 표적 물질 외의 다른 물질이 방해 물질로 작용하는 다른 경우들에도 전술한 반응 장치(100)의 실시예가 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 전술한 반응 장치(100)에 대한 검사를 수행하는 검사 장치의 실시예를 설명한다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 검사 장치의 외관도이며, 도 8과 도 9는 각각 다른 예시를 나타낸다.
도 8에 도시된 검사 장치(200)는 상기 도 2에 도시된 바와 같은 카트리지 타입의 반응 장치(100)를 검사할 수 있다. 도 8을 참조하면, 검사 장치(200)에는 반응 장치(100)가 장착되는 공간인 장착부(203)가 마련되며, 장착부(203)의 도어(202)를 상측으로 슬라이딩하여 개방하면 반응 장치(100)를 검사장치(200)에 장착할 수 있다. 구체적인 예로서, 반응 장치(100)를 검사장치(200)에 장착하기 위해 반응 장치(100)의 플랫폼(120)을 장착부(203)에 형성된 소정의 삽입홈(204)에 삽입할 수 있다. 플랫폼(120)이 본체(207) 내부로 삽입되면, 하우징(110)은 검사 장치(200)의 외부로 노출되어 지지대(206)에 의해 지지될 수 있다.
시료가 주입된 반응 장치(100)의 장착이 완료되면, 도어(202)를 폐쇄하고 검사를 시작한다. 구체적인 검사 프로세서에 대해서는 이하 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
도 9에 도시된 검사 장치(200)는 상기 도 4에 도시된 바와 같은 디스크 타입의 반응 장치(100)를 검사할 수 있다. 도 9를 참조하면, 반응 장치(100)에는 디스크 타입의 반응 장치(100)를 안착시킬 수 있는 트레이(202)가 포함된다. 시료 주입구(121)를 통해 시료를 주입한 후, 검사장치(200)의 트레이(202)에 반응 장치(100)를 안착시키면 안착된 반응 장치(100)는 트레이(202)와 함께 검사장치(200)의 본체(207) 내부로 삽입된다.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 검사 장치의 제어 블록도이다. 이하, 도 8 내지 도 11을 함께 참조하여 일 실시예에 따른 검사 장치(200)의 동작을 구체적으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 검사 장치(200)는 사용자에게 각종 정보를 제공하는 디스플레이부(211) 및 사용자로부터 제어 명령을 입력받는 입력부(212)를 포함하는 사용자 인터페이스(210), 검사 장치(200)의 동작 전반을 제어하는 제어부(220), 검사 장치(200)에 삽입된 반응 장치(100)에서 일어나는 반응을 검출하는 검출기(230), 검사 장치(200) 내의 각종 기기적인 구성요소들을 구동시키는 구동부(240), 검사 장치(200) 내부의 온도를 조절하는 가열부(250) 및 검사에 필요한 각종 데이터를 저장하는 저장부(260)를 포함한다.
디스플레이부(211)는 LED(Light Emission Diode), OLED(Organic Light Emission Diode), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), CRT(Cathode Ray Tube) 등의 다양한 디스플레이 장치 중 하나로 구현될 수 있다.
입력부(212)는 하드 키(hard-key)나 터치 패널로 구현될 수 있는바, 일 예로, 디스플레이부(211)의 전면에 터치 패널을 장착하여 터치 스크린을 구현하고, 전원 버튼은 하드 키로 구현할 수 있다. 따라서, 검사 장치(200)의 전원이 켜진 이후에는 사용자가 터치 스크린을 접촉하여 제어 명령을 입력할 수 있다.
제어부(220)는 반응 장치(100)에 대해 수행되는 검사 프로세스를 제어하고, 검출기(230)로부터 획득된 데이터를 처리하여 농도 측정 및 농도 보정을 수행할 수 있다.
반응 장치(100) 내에서 일어나는 반응이 색의 변화를 수반하는 경우에는 검출기(230)가 반응 장치(100) 내에서 일어나는 색의 변화를 검출하고, 이를 제어부(220)로 전송한다.
구동부(240)는 모터나 기어와 같이 동력을 전달할 수 있는 요소들을 포함하여, 검사 장치(200) 내에서 이동이 필요한 구성요소에 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 도어(201)를 개폐하거나, 가압 장치(205)가 시료 주입구(121)를 가압하게 하거나, 트레이(202)를 반출/반입시키거나, 반응 장치(100)를 회전시키거나, 검출기(230)를 이동시키는데 필요한 동력을 발생시켜 전달할 수 있다.
가열부(250)는 검사 장치(200)의 내부 온도가 검사에 적절한 온도에 도달하도록 가열할 수 있다. 또는, 저온에서 수행되어야 하는 검사도 수행할 수 있도록 가열부(250)가 냉각 기능을 더 포함하는 것도 가능하다.
저장부(260)는 검사 프로세스에 관한 데이터, 농도 측정에 사용되는 데이터, 농도 보정에 사용되는 데이터 등을 저장할 수 있고, 검사 결과도 일정 기간 저장할 수 있다.
도 11은 검사 장치의 제어 블록도를 구체화한 도면이다. 도 11을 참조하여, 검사 장치(200) 내에서 수행되는 반응 장치(200)에 대한 검사 프로세스를 구체적으로 설명한다. 다만, 이는 검사 장치(200)의 일 예시에 불과하므로, 검사 장치(200)가 반드시 도 11의 구성을 가져야 하는 것은 아니다.
구동부(240)에 의해 도어(201)가 개방되거나 트레이(202)가 반출되면 반응 장치(100)를 삽입홈(204)에 삽입하거나 트레이(202)에 안착시킨다. 도어(201)가 폐쇠되거나 트레이(202)가 본체(207) 내부로 반입되면 본체(207) 내부에서 검사 프로세스가 시작된다.
온도 제어부(221)는 가열부(250)를 제어하여 본체(207) 내부의 온도를 검사에 적절한 온도로 조절할 수 있다. 온도의 조절은 반응 장치(100)가 삽입되기 전부터 예열되는 방식으로 이루어질 수도 있고, 반응 장치(100) 삽입 이후에 이루어지는 것도 가능하다. 또한, 검사에 적절한 온도는 디폴트(default) 값으로 미리 설정될 수도 있고, 검사의 종류나 반응 장치(100)에 수용된 시약이나 시료의 종류에 따라 정해질 수도 있다.
검사 제어부(222)는 검사 장치(200)에서 수행되는 검사 동작 전반을 제어할 수 있다. 예를 들어, 검출기(230)가 광학적 특성을 측정하는 경우에는 발광부(231)의 파장을 검사의 종류에 따른 적절한 값으로 제어할 수 있으며, 반응 장치(100)가 디스크 타입인 경우에는 반응 장치(100)에서 수행되는 검사의 종류에 따라 반응 장치(100)의 회전 타이밍, 회전 속도 등도 제어할 수 있다.
일 예로, 반응 장치(100)에서 수행되는 검사의 종류나 발광부(231)의 파장 정보는 반응 장치(100)에 부착된 태그로부터 획득될 수 있다. 일 예로, 태그는 반응 장치(100)의 표면에 부착되는 방식으로 마련될 수 있다. 태그는 바코드, QR 코드와 같은 2차원 코드, RFID 태그, NFC 태그 및 블루투스 태그 중 적어도 하나일 수 있다.
태그가 2차원 코드인 경우에는 검출기(230)의 발광부(231)와 수광부(232)가 2차원 코드를 촬영하여 판독할 수 있다. 태그가 2차원 코드가 아닌 경우에는 검사 장치(200)에 RFID 태그를 판독하는 RFID 판독기(reader), NFC 태그를 판독하는 NFC 판독기 또는 블루투스 태그를 판독하는 블루투스 판독기가 마련되는 것도 가능하다.
상기 도 6의 챔버들(125-1,125-2)을 포함하는 반응 장치(100)가 삽입된 경우를 예로 들어 설명하면, 검사 제어부(122)는 발광부(231)가 표적물질 검출챔버(125-1)에 300nm~900nm 대역에서 선택되는 파장의 광을 조사하도록 제어하고, 방해물질 검출챔버(125-2)에 300nm~600nm 대역에서 선택되는 파장의 광을 조사하도록 제어할 수 있다.
또는, 주파장(main wavelength)의 광을 조사하여 획득된 광학적 특성으로부터 부파장(sub wavelength)의 광을 조사하여 획득된 광학적 특성을 제거할 수 있다. 주파장은 검출하고자하는 물질에 특이적인 파장으로서, 해당 물질의 흡수도가 가장 높은 파장이거나, 해당 물질과 시약의 반응에 의해 생성되는 물질의 흡수도가 가장 높은 파장이거나, 또는 해당 물질에 의해 촉진되는 반응의 반응 생성물의 흡수도가 가장 높은 파장일 수 있다. 부파장은 주파장에 대해 획득된 광학적 특성을 보정하기 위해 사용되는 파장이다. 표적물질 검출챔버(125-1)에 대해 광학적 특성을 획득하는 경우에는 주파장과 부파장이 각각 300nm~900nm 대역에서 선택될 수 있고, 방해물질 검출챔버(125-2)에 대해 광학적 특성을 획득하는 경우에는 300nm~600nm 대역에서 선택될 수 있다.
구체적인 예로, 표적물질 검출챔버(125-1)에 405nm의 광을 조사하여 획득한 흡광도로부터, 810nm의 광을 조사하여 획득한 흡광도를 제거할 수 있다. 또한, 방해물질 검출챔버(125-2)에 405nm의 광을 조사하여 획득한 흡광도로부터 535nm의 광을 조사하여 획득한 흡광도를 제거할 수 있다.
수광부(232)는 발광부(231)에서 조사되어 챔버(125-1,125-2)를 투과한 광을 검출하거나, 반사된 광을 검출할 수 있다. 일 예로, 일 예로, 발광부(231)는 LED 광원을 포함할 수 있고, 수광부(232)는 포토다이오드를 포함할 수 있고, 단일의 포토다이오드가 포함되거나 복수의 포토다이오드로 구성된 포토다이오드 어레이가 포함될 수도 있다.
투과한 광을 검출하는 경우를 예로 들어 설명하면, 수광부(232)는 검출된 투과광을 그 광량에 대응되는 전기적 신호를 변환할 수 있고, 데이터 처리부(223)는 수광부(232)로부터 출력된 데이터를 처리하여 필요한 정보를 얻을 수 있다. 수광부(232)로부터 출력되는 데이터는 아날로그 형태일 수도 있고, 디지털 형태일 수도 있다.
광학적 특성 획득부(232a)는 수광부(232)에서 출력되는 데이터로부터 표적물질 검출챔버(125-1)와 방해물질 검출챔버(125-2)에 대한 흡광도(Optical Density) 데이터를 각각 획득할 수 있다. 여기서, 표적물질 검출챔버(125-1)에 대한 흡광도는 시약 1과 시료의 반응에 의한 반응 생성물이 갖는 광학적 특성을 나타내고, 방해물질 검출챔버(125-2)에 대한 흡광도는 시약 2와 시료의 반응에 의한 반응 생성물이 갖는 광학적 특성을 나타낼 수 있다.
농도 측정부(223b)는 표적물질 검출챔버(125-1)에 대한 흡광도 데이터를 이용하여 표적 물질의 농도를 측정할 수 있고, 방해물질 검출챔버(125-2)에 대한 흡광도 데이터를 이용하여 방해 물질의 농도를 측정할 수 있다. 일 예로, 흡광도와 물질의 농도 사이의 관계를 나타내는 캘리브레이션 곡선을 미리 저장하고, 획득한 흡광도를 캘리브레이션 곡선에 적용하여 각 물질의 농도를 측정할 수 있다.
농도 보정부(223c)는 방해 물질의 농도를 이용하여 표적 물질의 농도를 보정할 수 있다. 일 예로, 아래 [수학식 1]에 따라 표적 물질의 농도를 보정할 수 있다.
[수학식 1]
CTF = CTM + K×CI
여기서, CTF는 표적 물질의 최종 농도이고, CTM는 표적 물질의 측정 농도이며, K는 방해 물질이 표적 물질의 농도에 미치는 영향도를 나타내는 팩터(factor)이고, CI는 방해 물질의 측정 농도이다. 여기서, K 팩터의 값과 그의 부호는 실험 또는 시뮬레이션에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 실험 또는 시뮬레이션을 통해 상관성이 가장 우수한 K 팩터의 값과 그의 부호를 결정하고, 이를 저장부(260)에 저장하여 이후 수행되는 검사들에 대해 적용할 수 있다. 또한, K 팩터는 저장된 이후에 다시 업데이트되는 것도 가능하다.
방해 물질이 둘인 경우에는 아래 [수학식 2]에 따라 표적 물질의 농도를 보정할 수 있다.
[수학식 2]
CTF = CTM + K1×CI1 + K2×CI2
여기서, K1은 제1물질이 표적 물질의 농도에 미치는 영향도를 나타내는 팩터(factor)이고, CI1는 제1물질의 측정 농도이다. K2은 제2물질이 표적 물질의 농도에 미치는 영향도를 나타내는 팩터(factor)이고, CI2는 제2물질의 측정 농도이다. 마찬가지로, K1 팩터의 값과 그의 부호 및 K2 팩터의 값과 그의 부호는 실험 또는 시뮬레이션에 의해 결정될 수 있다.
농도 보정부(223c)에서 획득한 표적 물질의 최종 농도는 디스플레이부(211)에 표시될 수 있고, 사용자는 디스플레이부(211)를 통해 표적 물질의 최종 농도를 확인할 수 있다.
한편, 제어부(220)는 전술한 동작을 실행하는 프로그램이 저장되는 메모리와 메모리에 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 제어부(220)에 포함되는 각각의 구성요소들은 서로 프로세서를 공유할 수도 있고, 별도의 프로세서에 의해 구현될 수도 있다.
지금까지 상술한 반응 장치(100)를 검사 장치(200)에서 검사하면, 표적 물질의 농도에 반영된 방해 물질의 영향이 최소화되어 정확한 결과를 도출할 수 있게 된다. 구체적인 예로, 생체 시료에 포함된 칼슘 이온의 농도를 검출하는 임상화학 검사를 수행함에 있어서 반응 장치(100)와 검사 장치(200)를 적용하게 되면, 생체 시료에 과량의 아밀라아제가 포함되어 있더라도 칼슘 이온의 측정 농도에 반영된 아밀라아제의 영향을 배제할 수 있으므로 정확한 결과를 도출할 수 있다. 따라서, 시료를 반응 장치(100)에 주입하기 전에 희석하는 전처리 과정을 거치지 않는 경우에도 방해 물질의 영항을 감소시킬 수 있다.
도 12는 기존의 반응 장치를 기존의 검사 장치가 검사한 경우에 도출된 결과에 대한 상관성을 나타낸 그래프이고, 도 13은 일 실시예에 따른 반응 장치를 일 실시예에 따른 검사 장치가 검사한 경우에 도출된 결과에 대한 상관성을 나타낸 그래프이다.
상관성(correlation)은 표준이 되는 장치와 성능 평가 대상이 되는 장치 간 검사 결과의 상관성을 나타내는 지표로서 정확도(accuracy)를 간접적으로 평가할 수 있다. 상관성은 상관 계수(R)로 나타낼 수 있고, 상관 계수(R)의 절대값이 1에 가까울수록 정확도가 높은 것으로 볼 수 있다.
도 12 및 도 13의 상관성을 획득하기 위한 실험에서는, 아밀라아제를 이용한 효소법을 적용하여 혈액 시료에 포함된 칼슘 이온의 농도를 측정하는 것으로 하였다. 혈액 시료 65μl를 사용하였고, 칼슘이온 검출챔버(표적물질 검출챔버에 대응)에는 405nm의 광을 조사하였으며, 아밀라아제 검출챔버(방해물질 검출챔버에 대응)에도 405nm의 광을 조사하였다. 그리고, 도 13의 상관성을 획득하기 위해 검사 장치(200)를 동작시킬 때, K 팩터 값을 실험에 의해 획득된 값 -25로 적용하였다.
도 12를 참조하면, 기존의 반응 장치를 기존의 검사 장치로 검사한 경우, 다시 말해 측정된 칼슘 이온의 농도로부터 아밀라아제의 영향을 배제하지 않은 경우에는 상관성 R이 0.82로 측정되었다.
도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 반응 장치(100)를 일 실시예에 따른 검사 장치(200)로 검사한 경우, 다시 말해 측정된 칼슘 이온의 농도로부터 아밀라아제의 영향을 배제한 경우에는 상관성 R이 0.88로 측정되어 기존의 장치들을 사용한 경우와 비교하여 정확도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
상기 도 1에서 설명한 일 실시예에 따른 검사 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
일 실시예에 따른 검사 방법을 수행하는데 있어서, 반응 장치(100)와 검사 장치(200)가 사용될 수 있다. 따라서, 전술한 반응 장치(100)에 관한 설명 및 도면과 검사 장치(200)에 관한 설명 및 도면이 검사 방법의 실시예에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 14는 일 실시예에 따른 검사 방법의 구체화된 순서도이다.
도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 검사 방법에 따르면, 표적물질 검출챔버에 수용된 반응 생성물의 광학적 특성을 측정하고(411), 방해물질 검출챔버에 수용된 반응 생성물의 광학적 특성을 측정한다(412). 순서도의 특성 상 411 과 412 가 순차적으로 도시되었으나, 이들 순서에 제한은 없으며 동시에 측정되는 것도 가능하다.
표적물질 검출챔버(125-1)와 방해물질 검출챔버(125-2)에 관한 설명은 반응 장치(100)의 실시예에서 설명한 바와 같다. 따라서, 411은 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질 및 상기 제1물질에 의해 반응이 촉진되는 반응물을 포함하는 시약 1과 상기 표적 물질을 포함하는 시료의 반응에 의한 반응 생성물의 광학적 특성을 측정하는 것이다. 412는 표적 물질 및 반응물을 포함하는 시약 2와 상기 시료의 반응에 의한 반응 생성물의 광학적 특성을 측정하는 것이다. 이를 위해, 표적물질 검출챔버(125-1)와 방해물질 검출챔버(125-2)에 각각 적절한 파장의 광을 조사하고 각각의 챔버를 투과한 광을 검출함으로써 광학적 특성을 측정할 수 있다. 여기서의 광학적 특성은 흡광도가 될 수 있다.
측정된 광학적 특성을 이용하여 표적물질의 농도 및 방해물질의 농도를 측정한다(413).
예를 들어, 흡광도와 농도 사이의 관계를 나타내는 캘리브레이션 곡선에 측정된 흡광도를 적용하여 각 물질의 농도를 측정할 수 있으나, 검사 방법의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
방해 물질의 농도 이용하여 표적 물질의 농도를 보정한다(414).
이를 위해, 방해 물질의 농도와 표적 물질의 농도 사이의 관계를 미리 획득할 수 있으며, 일 예로 두 농도 사이의 관계를 상기 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다. [수학식 1]에서의 K 팩터는 실험 또는 시뮬레이션을 통해 획득되어 저장부(160)에 저장될 수 있으며, K 팩터는 저장된 이후에 업데이트되는 것도 가능하다.
도 15는 방해 물질이 2 종류인 경우의 검사 방법에 관한 순서도이다.
도 15를 참조하면, 표적물질 검출챔버에 수용된 반응 생성물의 광학적 특성을 측정한다(421). 그리고, 제1물질 검출챔버에 수용된 반응 생성물의 광학적 특성을 측정하고(422), 제2물질 검출챔버에 수용된 반응 생성물의 광학적 특성을 측정한다(423). 순서도의 특성 상 421 내지 423이 순차적으로 도시되었으나, 이들 순서에 제한은 없으며 동시에 측정되는 것도 가능하다.
표적물질 검출챔버(125-1), 제1물질 검출챔버(125-2), 제2물질 검출챔버(125-3)에 관한 설명은 반응 장치(100)의 실시예에서 설명한 바와 같다. 표적물질 검출챔버(125-1), 제1물질 검출챔버(125-2) 및 제2물질 검출챔버(125-3)에 각각 적절한 파장의 광을 조사하고 각각의 챔버를 투과한 광을 검출함으로써 광학적 특성을 측정할 수 있다. 여기서의 광학적 특성은 흡광도가 될 수 있다.
측정된 광학적 특성을 이용하여 표적물질의 농도, 제1물질의 농도 및 제2물질의 농도를 측정한다(424).
예를 들어, 흡광도와 농도 사이의 관계를 나타내는 캘리브레이션 곡선에 측정된 흡광도를 적용하여 각 물질의 농도를 측정할 수 있으나, 검사 방법의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1물질의 농도 및 제2물질의 농도 이용하여 표적 물질의 농도를 보정한다(425).
이를 위해, 제1물질 및 제2물질의 농도와 표적 물질의 농도 사이의 관계를 미리 획득할 수 있으며, 일 예로 두 농도 사이의 관계를 상기 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다. [수학식 2]에서의 K1 팩터 및 K2 팩터는 실험 또는 시뮬레이션을 통해 획득되어 저장부(160)에 저장될 수 있으며, K1 팩터 및 K2 팩터는 저장된 이후에 업데이트되는 것도 가능하다.
지금까지 상술한 실시예들에 따르면, 표적 물질의 농도에 반영된 방해 물질의 영향이 최소화되어 정확한 결과를 도출할 수 있게 된다. 또한, 시료를 반응 장치(100)에 주입하기 전에 희석하는 전처리 과정을 거치지 않는 경우에도 방해 물질의 영항을 감소시킬 수 있다.
100: 반응 장치
125 : 챔버
200 : 검사 장치
210 : 사용자 인터페이스
220 : 제어부
230 : 검출기
240 : 구동부
250 : 가열부
260 : 저장부

Claims (26)

  1. 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질을 포함하는 시약 1이 수용된 표적물질 검출챔버;
    상기 표적 물질을 포함하는 시약 2가 수용된 제1물질 검출챔버;
    시료가 주입되는 시료 주입구; 및
    상기 시료 주입구와 상기 표적물질 검출챔버 및 상기 제1물질 검출챔버를 연결하는 채널;을 포함하는 반응 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료는,
    상기 제1물질을 포함하고, 상기 시료에 포함된 제1물질은 상기 시료에 포함된 표적 물질의 검출에 대해 방해 물질로 작용하는 반응 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시약 1과 상기 시약 2는,
    상기 제1물질을 활성화시키는 제2물질을 더 포함하는 반응 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시료는,
    상기 제1물질과 상기 제2물질을 포함하고, 상기 시료에 포함된 제1물질과 제2물질은 상기 시료에 포함된 표적 물질의 검출에 대해 방해 물질로 작용하는 반응 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 표적물질과 상기 제1물질을 포함하는 시약 3이 수용된 제2물질 검출챔버를 더 포함하는 반응 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 표적 물질 및 상기 제1물질은 전해질 이온 및 효소 중에서 각각 선택되는 반응 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 표적 물질, 상기 제1물질 및 상기 제2물질은 전해질 이온 및 효소 중에서 각각 선택되는 반응 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전해질 이온은,
    마그네슘 이온, 칼슘 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온 및 염소 이온 중 적어도 하나인 반응 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 효소는,
    아밀라아제 및 피루브산 키나아제 중 적어도 하나인 반응 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 시약 1과 시약 2는,
    상기 활성화된 제1물질에 의해 반응이 촉진되는 반응물을 더 포함하는 반응 장치 .
  11. 시료에 포함된 표적 물질의 농도를 측정하는 검사 장치에 있어서,
    상기 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질을 포함하는 시약 1이 수용된 표적물질 검출챔버 및 상기 표적물질을 포함하는 시약 2가 수용된 제1물질 검출챔버에 각각 특정 파장의 광을 조사하고, 상기 표적물질 검출 챔버와 상기 제1물질 검출 챔버에 투과 또는 반사된 광을 검출하는 검출기; 및
    상기 검출기의 출력 신호를 이용하여 상기 표적 물질의 농도 및 상기 제1물질의 농도를 측정하고, 상기 측정된 제1물질의 농도를 이용하여 상기 표적 물질의 농도를 보정하는 제어부;를 포함하는 검사 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 팩터를 저장하는 저장부;를 더 포함하는 검사 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 표적물질 검출챔버에 대한 검출기의 출력 신호로부터 상기 표적물질의 농도를 측정하고, 상기 제1물질 검출챔버에 대한 검출기의 출력 신호로부터 상기 제1물질의 농도를 측정하는 검사 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산함으로써 상기 표적 물질의 농도를 보정하는 검사 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 시약 1과 상기 시약 2는,
    상기 제1물질을 활성화시키는 제2물질을 더 포함하고,
    상기 검출기는,
    상기 표적 물질과 상기 제1물질을 포함하는 시약 3이 수용된 제2물질 검출챔버에 특정 파장의 광을 조사하고, 상기 제2물질 검출챔버에 투과 또는 반사된 광을 검출하는 검사 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2물질 검출챔버에 대한 상기 검출기의 출력 신호를 이용하여 상기 제2물질의 농도를 측정하는 검사 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 제1물질의 농도 및 상기 측정된 제2물질의 농도를 이용하여 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 검사 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제1팩터 및 상기 제2물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제2팩터를 저장하는 저장부;를 더 포함하는 검사 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1팩터 및 제2팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 제1팩터를 적용한 값과 상기 측정된 제2물질의 농도에 상기 제2팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산함으로써 상기 표적 물질의 농도를 보정하는 검사 장치.
  20. 표적 물질에 의해 활성화되는 제1물질 및 상기 제1물질에 의해 반응이 촉진되는 반응물을 포함하는 시약 1과 상기 표적 물질과 상기 제1물질을 포함하는 시료의 반응에 의한 반응 생성물의 특성을 측정하고;
    상기 표적 물질 및 상기 반응물을 포함하는 시약 2와 상기 시료의 반응에 의한 반응 생성물의 특성을 측정하고;
    상기 측정된 특성을 이용하여 상기 표적물질의 농도 및 상기 제1물질의 농도를 측정하고;
    상기 측정된 제1물질의 농도를 이용하여 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것을 포함하는 검사 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 팩터를 저장하는 것을 더 포함하는 검사 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고,
    상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것은,
    상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산하는 것을 포함하는 검사 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 시약 1, 상기 시약 2 및 상기 시료는,
    상기 제1물질을 활성화시키는 제2물질을 더 포함하고,
    상기 표적 물질 및 상기 제1물질을 포함하는 시약 3과 상기 시료의 반응에 의한 광학적 특성을 측정하는 것을 더 포함하는 검사 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것은,
    상기 측정된 제1물질의 농도 및 상기 측정된 제2물질의 농도를 이용하여 상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것을 포함하는 검사 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 시료에 포함된 제1물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제1팩터 및 상기 시료에 포함된 제2물질의 농도가 상기 측정된 표적 물질의 농도에 미치는 영향을 나타내는 제2팩터를 저장하는 것을 더 포함하는 검사 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제1팩터 및 제2팩터는, 음의 부호 또는 양의 부호를 갖고,
    상기 측정된 표적 물질의 농도를 보정하는 것은,
    상기 측정된 제1물질의 농도에 상기 제1팩터를 적용한 값과 상기 측정된 제2물질의 농도에 상기 제2팩터를 적용한 값을 상기 측정된 표적 물질의 농도에 합산하는 것을 포함하는 검사 방법.











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