KR101195044B1 - 광전자유체제어 면역분석장치 및 방법 - Google Patents

광전자유체제어 면역분석장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전자유체제어 기술을 이용한 면역분석장치 및 방법에 관한 것으로서, 빛을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사된 빛의 경로에 위치하여 상기 빛의 패턴을 변화시키는 패턴형성장치; 상기 패턴형성장치를 통과한 빛 패턴이 조사되며 시료가 주입되는 광전기유체소자; 상기 광전기유체소자에 전원을 인가하는 전원장치;를 포함하는 광전자유체제어 면역분석장치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치 및 방법을 적용하면, 자동화된 형광 면역분석을 수행할 수 있으며, 복잡한 기계나 유체 제어 장치 없이 수백 나노리터 이하의 시료와 간단한 구성의 광전자유체제어 장치만으로 수 분 이내에 고감도 항원 검출이 가능하다. 또한 본 발명은 형광 뿐 아니라, 표면증강 라만 산란 등 다양한 광학 측정 방법을 기반으로 한 여러 가지 면역분석법에 적용할 수 있으며, 프로그램화된 영상을 이용하여 다양한 종류의 면역분석은 물론, 동시에 여러 번의 실험을 한번에 수행할 수도 있다.

Description

광전자유체제어 면역분석장치 및 방법 {OPTOELECTROFLUIDIC IMMUNOASSAY PLATFORM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 광전자유체제어 기술을 이용한 면역분석장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛에 의해 유도된 전기동역학적(Electrokinetic) 원리를 이용하여 미소량의 유체 시료 내에서 항원과 항체의 반응, 농축 및 세척을 제어함으로써 항원을 빠르고 간편하게 검출하기 위한 광전자유체제어 면역분석장치 및 방법에 관한 것이다.
특이적 항원-항체 반응을 이용한 면역분석법은 생체 시료 내에서 특정한 물질을 검출하기 위해, 화학 분석 및 임상 진단 분야에 널리 쓰이고 있다. 면역분석법은 검출에 쓰이는 표지물질의 종류에 따라 RIA(Radio Immunoassay), EIA(Enzyme Immunoassay), FIA (Fluorescence Immunoassay) 등이 있는데, 형광물질을 이용한 FIA는 시약의 안정성이 높고 다양한 물질 분석이 가능하며 민감도가 우수하기 때문에, 가장 널리 쓰이고 있는 방법 중 하나이다. 이러한 면역분석법은 대개 항원-항체 반응을 거친 후, 반응물과 비반응물을 분리하여 반응물의 양을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 과정이 필수적으로 요구된다. 따라서 이러한 반복적인 반응, 분리, 세척, 검출 과정들을 편리하게 수행하도록 하기 위한 자동화 장비들이 상용화되었으며 널리 쓰이고 있다 [A. Ford, "Automated immunoassay analyzers Survey," CAP TODAY, Colleage of American Pathologists, June 2008, pp. 24-74].
그러나, 상기 자동화 장비의 경우 다수의 챔버, 홀더, 프레임 등 구성이 매우 복잡하고, 제조단가 또한 매우 높으며, 수백 마이크로리터 이상의 시료량을 요구한다는 단점이 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해 미세유체소자를 이용한 면역분석장치도 개발된 바 있다 [X. Jiang, J. M. K. Ng, A. D. Stroock, S. K. W. Dertinger, and G. M. Whitesides, J. Am . Chem . Soc . 125, pp.5294-5295 (2003)]. 미세유체소자를 이용한 면역분석장치는 빠르게 여러 시료를 동시에 분석할 수 있고, 수백 마이크로리터 이하의 시료로도 분석이 가능한 장점이 있지만, 시료를 주입하기 위한 펌프와 튜브를 항상 요구하며 사용하는 시료의 양에 비해 버려지는 시료의 양이 매우 많기 때문에 실질적으로 사용되는 시료의 양은 상기 자동화 장비에 비해 적지 않다는 문제점이 있다. 또한 한번 사용한 미세유체 소자의 경우 재사용이 불가능하여 많은 수의 소자와 튜브를 소모한다는 한계점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 기존의 면역분석장치의 한계를 극복하기 위해 제안된 것으로서, 복잡한 부가장치 없이 수백 나노리터 이하의 적은 시료 유체 방울 내에서 자동화된 면역분석을 빠르게 수행할 수 있는 위한 광전자유체제어 면역분석장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 수백 나노리터 이하의 적은 시료 유체 방울 내에서 자동화된 면역분석을 빠르게 수행할 수 있고, 다수의 분석 대상 물질을 동시에 수행할 수 있는 광전자유체제어 면역분석방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치는 빛을 조사하는 광원과, 상기 광원으로부터 조사된 빛의 경로에 위치하여 상기 빛의 패턴을 변화시키는 패턴형성장치와, 상기 패턴형성장치를 통과한 빛 패턴이 조사되며 분석 대상 물질을 포함하는 시료가 주입되는 광전기유체소자와, 상기 광전기유체소자에 전원을 인가하는 전원장치를 포함하는 광전자유체제어 면역분석장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 패턴형성장치와 상기 광전기유체소자 사이에서 패턴형성장치로부터 출력된 빛을 집광시키기 위한 하나 이상의 집광 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 패턴형성장치는 컴퓨터로 조정이 가능한 장치 드라이버를 구비하고, 장치 드라이버가 구비된 컴퓨터에 의해서 자동화된 영상조작이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 패턴형성장치는 DMD(digital micromirror device) 또는 LCD (liquid crystal display) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 광전기유체소자는 스테이지 상에 위치하며, 상기 스테이지는 자동화를 위한 모터가 구비될 수 있고, 상기 집광렌즈를 통해 조사되는 빛 패턴 영역을 변화시키기 위하여 상하좌우로 이동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은 할로겐 램프, 발광 다이오드 및 레이져 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 시료를 광학적으로 관찰하기 위하여 상기 광전기유체소자에 입사광을 조사하는 검출용 광원을 포함할 수 있다.
상기 입사광에 의하여 발생하는 물질 전자 상태 또는 물질 진동 상태에 의한 신호를 검출하기 위한 신호 검출기를 포함할 수 있다.
상기 신호 검출기는 CCD, 포토다이오드, 광전자 증배관 및 스펙트로미터 중 어느 하나일 수 있고, 신호 검출기는 신호 프로세서를 포함하고, 상기 신호 프로세서는 수신된 신호를 처리하고 저장하여 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치는 검출용 광원으로부터 조사되는 입사광과 상기 광전기유체소자로부터 출력되는 출력신호를 집속시키는 하나 이상의 집속 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 입사광과 출력신호를 집속시키는 상기 집속 렌즈는 서로 다른 복수의 렌즈일 수 있다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 검출용 광원으로부터 출력되는 입사광과 상기 광전기유체소자로부터 출력되는 출력신호를 집광시키는 집속 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 검출용 광원으로부터 출력된 입사광이 상기 광전기유체소자 및 상기 시료에 조사되도록 하는 제 1 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 광전기유체소자로부터 출력된 출력신호가 상기 신호 검출기로 반사되도록 하는 제 2 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 검출용 광원과 상기 신호검출기는 입사광과 출력신호의 수신시간을 조절하는 셔터를 더 포함하고, 상기 셔터는 상기 시료에서 면역반응이 종료되고, 전압이 차단된 이후에 개방되는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 검출기는 상기 시료로부터 출력된 신호를 필터링하는 필터 내지는 핀홀을 더 포함한다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 광원, 셔터, 스테이지 및 신호 검출기는 상기 컴퓨터로 제어되는 제어 모듈에 의해서 동기화되어 자동으로 조정이 가능할 수 있다.
상기 광전기유체소자는 상기 빛 패턴이 조사되는 면에 위치하고, 상기 광원 및 빛 패턴형성장치에 의한 빛 패턴이 조사되는 영역에만 전류가 도통되는 광전도성층과, 상기 광전도성층과 대향되는 면에 위치하고, 광전도성층에 인가되는 전압으로부터 상기 시료 내 전기장을 형성하는 접지전극층과, 상기 시료가 주입되고, 상기 광전도성층과 접지전극층 사이에 형성되어 상기 광전도성층과 접지전극층을 이격시키는 스페이스층;을 포함할 수 있다. 상기 스페이스층은 상기 전원장치와 빛 패턴형성장치에 의해서 전압과 빛 패턴의 인가시에 전기장이 형성되고 전기동역학적 현상이 발생하는 시료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시료들을 주입할 수 있는 주입구와, 상기 시료들이 이동할 수 있는 유로를 추가로 구비할 수 있다.
상기 광전도성층은 기판과, 상기 전원장치를 통하여 전압이 인가되는 평판전극과, 상기 빛 패턴이 조사되는 영역에만 선택적으로 전압을 인가하는전류가 도통되는 광전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 평판 전극은 금, 알루미늄, 구리, N형 실리콘 기판 및 ITO 중 선택되는 어느 하나의 투명한 전도성 물질일 수 있다.
상기 광전도성 물질은 수소화된 진성의 비정질 실리콘, 황화카드늄 및 npn포토트랜지스터 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 광전도성층은 상기 광전도성 물질과 상기 평판 전극 사이에 도핑된 중간층을 더 포함하고, 상기 중간층은 상기 광전도성 물질과 상기 전극 사이의 접촉 저항을 줄이고 상기 광전도성층의 특성을 극대화시킨다.
상기 중간층은 비정질 실리콘, 알루미늄 및 몰리브덴 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 광전도성층과 상기 스페이스층 사이에는 광전도성물질을 보호하기 위한 보호층을 구비하며, 상기 보호층은 질소화 실리콘 또는 산화 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 스페이스층 내부에는 미세구조물 내지는 초소수성 물질을 더 포함하며, 상기 미세구조물 내지는 초소수성 물질은 상기 광전도성층과 상기 접지전극층 사이에 형성되어 다수의 시료들을 이격시키는 것을 특징으로 한다.
상기 접지전극층은 기판과 평판 전극으로 이루어져 있고, 평판 전극은 금, 알루미늄, 구리, N형 실리콘 기판 및 ITO 중 선택되는 어느 하나의 투명한 전도성 물질일 수 있다.
상기 광전도성층 및 접지전극층의 투명도는 상기 빛 패턴의 조사방향 및 출력 신호의 출력 방향에 의존하는데, 상기 빛 패턴의 조사방향이나 시료로부터 나오는 신호의 출력방향 또는 검출부가 배치된 방향에 존재하는 층의 전극은 투명한 전도성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 시료는 지지층이 되는 미세입자, 분석대상물질 및 측정을 프로브 미세입자를 포함할 수 있다.
상기 지지층이 되는 미세입자와 상기 프로브 미세입자는 상기 분석대상물질을 매개로 하여 면역복합체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 미세입자는 폴리스티렌 또는 라텍스인 폴리머 미세입자일 수 있고, 상기 프로브 미세입자는 형광 나노입자 내지는 라만 산란 물질이 라벨링된 금속 나노입자일 수 있다.
상기 분석 대상 물질은 항원-항체, DNA, RNA 및 단백질 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 스페이스층은 상기 전원장치와 패턴형성장치로 스페이스층에 전압을 인가하고 빛 패턴을 조사하면 스페이스층 내부의 시료에 전기장이 형성되고, 전기동역학적 현상이 발생할 수 있다.
상기 전기동역학적 현상은 유전영동(DEP, dielectrophoresis), 교류전기삼투(ACEO, AC electroosmosis) 및 전기영동(electrophoresis) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 시료는 상기 광원으로부터 빛이 조사되면 물질 전자 상태 또는 물질 진동 상태에 의한 출력신호를 출력할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 물질 전자 상태는 형광 발광 또는 파장별 빛 흡수이고, 상기 물질 진동 상태는 라만 산란 또는 IR 흡수인 것을 특징으로 한다.
상기 신호 검출기는 물질 전자 상태 또는 물질 진동 상태에 의한 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 물질 전자 상태는 형광 발광 또는 파장별 빛 흡수이고, 상기 물질 진동 상태는 라만 산란 또는 IR 흡수인 것을 특징으로 한다.
상기 출력신호는 CCD, 포토다이오드, 광전자 증배관 및 스펙트로미터 등에 의해서 전자적 신호로 확인가능하고, 단일 미세입자를 이용하여 동시 다중 검출을 수행할 경우 공초점 형광 현미경을 사용하여 검출할 수도 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법은 광전기유체소자에 시료들을 주입하는 단계, 상기 광전기유체소자에 빛 패턴을 조사하는 단계, 상기 광전기유체소자에 전압을 인가하는 단계, 상기 전압과 조사된 빛 패턴에 의해서 광전기유체소자 내에 전기장을 형성하고, 광전기유체소자 내 시료들이 유동을 일으켜서 항원-항체 반응을 유발하는 단계, 상기 빛 패턴이 조사되는 영역을 이동시켜서 상기 항원-항체 반응된 시료들을 빛 패턴이 조사되는 영역으로 모이도록 농축하는 단계, 상기 농축 단계에서 반응하지 않은 프로브 미세입자와 대상물질들을 빛 패턴이 조사된 방향 또는 반대 방향으로 이동시켜 세척하는 단계, 상기 농축단계에서 미세입자 또는 지지체와 결합된 프로브 미세입자의 양을 검출하기 위하여 상기 시료에 검출용 입사광을 조사하는 단계, 상기 입사광과 시료들의 광-물질 상호작용에 의한 신호가 출력되고, 상기 출력신호를 검출기에 의해 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빛 패턴 조사 단계는 상기 광전기유체소자의 일부 영역에 빛 패턴을 조사하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응 단계 및 농축 단계에서 일반적으로 유전영동이 잘 일어나거나, 유전영동과 전기삼투 영동이 함께 발생하는 1 kHz ~ 1 MHz 범위의 주파수가 사용될 수 있다.
상기 세척 단계 및 검출 단계에서는 세척을 위하여 교류전기삼투 유동이 잘 일어나는 100 Hz ~ 1 kHz 범위의 주파수 전압이 인가될 수 있다.
상기 세척 단계 및 검출 단계에서는 미세입자를 재조립하거나 재농축을 위하여 10 kHz ~ 100 kHz 범위의 주파수 전압이 추가로 인가될 수 있다.
본 발명에 따른 전자유체제어 면역분석방법은 다수의 시료를 동시에 주입하여 각 시료 내에 존재하는 여러 종류의 항원을 동시에 검출할 수도 있으며, 상기 여러 개의 시료를 이격시키기 위해 미세 구조물 또는 초소수성 물질을 상기 스페이스층에 형성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치 및 방법에 의하면, 프로그램으로 자동화되어 전시되는 시료 영상을 통하여 반응, 농축, 세척 및 분석 물질의 검출을 제어함으로써 종래 복잡한 구성의 장치가 요구되지 않고, 광-물질 상호작용에 의한 전기유동현상을 이용하여 시료를 농축하여 면역분석을 수행하므로 수백 나노리터 이하의 시료와 간단한 구성의 광전자유체제어 장치만으로 자동화된 형광 면역분석 수행이 가능하다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치 및 방법은 형광 뿐 아니라, 표면증강 라만 산란 등 다양한 광학 측정 방법을 기반으로 하므로 수 분 이내에 고감도 항원 검출이 가능하고, 동시에 다수의 시료들에 대한 분석을 한 번에 수행할 수 있으며, 항체-항원의 반응을 자유자재로 조절할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광전기유체소자의 구조 및 내부를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치의 구체적인 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법의 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5는 대상물질의 유무에 따라 검출되는 출력 신호 파장별 강도의 형태를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법에서 지지체가 되는 미세입자가 프로그램화된 영상 패턴에 의해 농축되는 과정을 시간순으로 나타낸 이미지이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법에서 형광(적색)나노입자를 프로브 미세입자로 사용하고, Biotin이 붙은 IgG(Immunoglobulin G)을 대상물질로 사용하여 분석한 결과로서,
도 7a는 각기 다른 형광필터를 사용하여 지지층이 되는 미세입자와 프로브 미세입자의 분포를 나타낸 이미지이다.
도 7b는 세척이 된 경우의 미세입자의 형광 밝기를 나타낸 이미지 및 그래프이다.
도 7c는 세척이 되지 않은 미세입자의 형광 밝기를 나타낸 이미지 및 그래프이다.
도 8a 내지 8b는 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법에서 특정한 라만산란 신호를 출력하는 라만 프로브 분자가 코팅된 나노입자를 프로브 미세입자로 사용하고, 암 표지물질인 AFP(alpha fetoprotein)을 대상물질로 사용하여 분석한 결과로서,
도 8a는 대상물질의 농도에 따른 라만산란신호의 강도를 나타낸 그래프이다.
도 8b는 라만산란 신호 중에서 특정 피크 신호(1615 cm-1)의 크기를 측정하여 상기 대상물질의 농도와 비교하여 그린 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치를 이용하여 동시에 많은 수의 미세입자들을 포획하고 달라붙지 않은 상기 프로브 나노입자들을 동시에 세척해낸 형광 이미지이다.
도 10은 상기 접지전극층의 전극 표면에 고정화된 항체를 이용한 광전자유체제어 면역분석방법을 나타낸 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광전기유체소자 110 : 광전도성층
111 : 기판 112 : 전극
113 : 광전도성물질 120 : 접지전극층
121 : 기판 122 : 전극
130 : 스페이스층 131 : 유동
140 : 면역복합체 141 : 미세입자
142 : 분석 대상 물질 143 : 프로브 미세입자
144 : 전극에 고정화된 항체 200 : 광원
300 : 패턴형성장치 310 : 장치 드라이버
400 : 집광 렌즈 500 : 검출용 광원
520 : 집속 렌즈 530 : 제 1 미러
540 : 제 2 미러 550 : 셔터
560 : 셔터 570 : 핀홀
600 : 신호검출기 700 : 전원장치
800 : 컴퓨터 810 : 제어 모듈
900 : 스테이지 A : 빛 패턴
B : 입사광 C : 출력신호
(a) : 시료 주입 단계 (b) : 빛 패턴 조사 단계
(c) : 전압 인가 단계 (d) : 반응 단계
(e) : 농축 단계 (f) : 입사광 조사 단계
(g) : 신호 검출 단계
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치를 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치는 광원(200), 패턴형성장치(300), 광전기유체소자(100), 전원장치(700)로 구성된다.
상기 광원(200)은 면역분석을 수행하기 위해 상기 광전기유체소자(100)에 전기장을 형성시키고 제어하며, 상기 광전기유체소자에 주입되는 시료를 조작하기 위한 것으로서, 할로겐 램프, 발광 다이오드 및 레이져 중 선택되는 어느 하나일 수 있고, 본 발명의 바람직한 구현예에 의하면 파장의 범위가 가시광 영역인 것이 바람직하다.
상기 패턴형성장치(300)는 상기 광원(200)으로부터 조사된 빛의 경로에 위치하고, 광원으로부터 조사된 빛의 패턴을 변화시키는 것을 특징으로 하며, DMD(digital micromirror device), LCD(liquid crystal display), PDP, OLED와 같은 디스플레이 장치 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 패턴형성장치는 LCD인 것이 바람직하다. LCD와 같은 평판 디스플레이를 사용하게 되면, 시스템이 구성이 간단해지고, 휴대에 용이하다는 장점이 있다.
상기 패턴형성장치에 의해서 변화된 빛 패턴이라 함은 LCD의 백-라이트에 해당하는 광원에서 조사된 빛이 LCD 모듈을 통과하면서 여러 지점에 빛이 조사되도록 빛이 변화되고 또한, 빛이 LCD 모듈을 통과하면서 프로그램을 통한 자동화된 빛의 조작이 가능할 수 있도록 빛이 변화되는 것을 의미한다. DMD를 사용할 경우에는 LCD와 달리 빛이 영역마다 선택적으로 반사되는 원리를 사용하여 빛 패턴을 형성하게 된다.
상기 패턴형성장치(300)에 의해서 변화된 빛 패턴(A)은 가상의 전극 패터닝을 형성할 수 있도록 자유자재로 변경될 수 있으며, 프로그램을 통해 자동화된 구동이 가능하고, 변화된 빛 패턴에 의해서 빛이 조사되는 지점을 단수 또는 복수로 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 이에 의해서 다수의 공정을 동시에 수행할 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일 실시예에서 상기 LCD는, HITACHI사의 CP-S225라는 프로젝터에 사용되는 1024×768 픽셀의 LCD(제품번호 L3T57S)를 사용하여 빛 패턴을 형성하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광전기유체소자(100)는 첨부된 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 광전기유체소자(100)의 구조 및 내부를 나타낸 단면도이다.
상기 광전기유체소자(100)는 광전도성층(110), 접지전극층(120) 및 스페이스층(130)으로 구성되고, 필요에 따라서 중간층(미도시), 보호층(미도시),시료 주입구(미도시) 및 미세유체유로(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 광전기유체소자(100)의 형상에 제한은 없으나, 직육면체의 형태의 광전기유체소자인 것이 바람직하고, 또한 공정 및 구동 조건에 따라서 조절될 수 있으나, 상기 광전도성층과 접지전극층의 두께는 0.5 mm 내지 1 mm이고, 스페이스층의 높이는 0.005 mm 내지 0.3 mm 인 것이 바람직하다.
상기 광전도성층(110)은 빛 패턴(A)이 조사되는 면에 위치하고 빛 패턴(A)이 조사되는 영역에만 전류가 도통되는 것을 특징으로 하고, 상기 광전도성층은 기판(111), 전극(112), 광전도성 물질(113)로 구성된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 공정 및 구동 조건에 따라서 조절될 수 있으나 상기 기판의 두께는 0.35 mm 내지 0.7 mm이고, 전극의 두께는 10 nm 내지 1000 nm이며, 광전도성 물질의 두께는 800 nm 내지 3000 nm인 것이 바람직하다.
상기 전극(112)은 상기 전원장치를 통하여 전압이 인가된다. 한편, 상기 빛 패턴 또는 상기 출력 신호가 상기 기판 또는 상기 전극을 통과하여 상기 광전도성 물질로 입사될 경우, 상기 기판은 유리 기판을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 상기 전극(112)은 ITO(indium tin oxide), 금 박막(gold thin film) 등의 투명한 전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광전도성 물질(113)은 빛 패턴(A)이 조사된 특정 영역에만 전류를 도통시킴으로써 상기 시료 내에 전기장을 형성시키는 포토트랜지스터(phototransistor)의 특성을 지닌다. 이러한 광전도성 물질은 수소화된 진성의 비정질 실리콘 (hydrogenated intrinsic amorphous silicon), 황화 카드늄(CdS) 또는 npn 포토트랜지스터 등과 같은 광전도성 물질들로 이루어질 수 있다.
상기 광전도성물질과 상기 전극 간의 접촉 저항을 줄이고 상기 광전도성층의 특성을 극대화시키기 위해 상기 광전도성물질과 상기 전극 사이에 중간층을 포함할 수도 있는데, 이 때 중간층은 도핑된 비정질 실리콘(doped amorphous silicon), 알루미늄(aluminum) 또는 몰리브덴(molybden) 중 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 광전도성물질을 보호하기 위한 보호층이 상기 광전도성층와 상기 스페이스층 사이에 위치할 수 있다. 이러한 보호층은 질소화 실리콘(silicon nitride), 산화 실리콘(silicon dioxide) 중 하나로 이루어질 수 있다.
상기 접지전극층(120)은 광전도성층과 대향되는 면에 위치하고 광전도성층에 인가되는 전압으로부터 상기 시료에 전기장을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 접지전극층(120)은 기판(121)과 전극(122)으로 이루어져 있고, 상기 전극(122)은 상기 전원장치를 통하여 전압이 인가된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 공정 및 구동 조건에 따라서 조절될 수 있으나 상기 기판의 두께는 0.35 mm 내지 0.7 mm이고, 전극의 두께는 10 nm 내지 1000 nm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 빛 패턴 또는 상기 출력 신호(C)가 상기 기판(121) 또는 상기 전극(122)을 통과하여 상기 광전도성 물질로 입사될 경우, 상기 기판(121)은 유리 기판을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 상기 전극(122)은 ITO(indium tin oxide), 금 박막(gold thin film) 등의 투명한 전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 광전도성층(110) 및 접지전극층(120)의 투명도는 상기 빛 패턴(A)의 조사방향 및 시료 신호의 출력 방향에 의존하는데, 상기 빛 패턴의 조사방향이나 시료로부터 나오는 신호의 출력방향 또는 신호 검출기(600)가 배치된 방향에 존재하는 층의 전극은 투명한 전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 스페이스층(130)은 시료가 주입되고 전압과 빛 패턴의 인가시 전기장이 형성되고 전기동역학적 현상이 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 시료는 지지층이 되는 미세입자(141), 분석 대상 물질(142), 측정을 위한 프로브 미세입자(143)로 구성된다. 이 때 상기 지지층이 되는 미세입자와 상기 프로브 미세입자는 상기 대상물질을 매개로 하여 면역복합체(140)를 형성할 수 있다.
상기 스페이스층(130)에 주입되는 상기 시료의 양이 수백 나노리터 이하인 경우에도 본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치로 항원의 검출이 가능하나, 본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 시료의 주입량은 500 nL 이상 인 것이 바람직하다. 상기 시료의 주입량은 상기 분석 대상 물질의 농도, 상기 스페이스 층의 높이, 상기 빛 패턴의 면적 등에 의존한다. 상기 시료에 상기 분석 대상 물질이 수 아토몰 이하로 매우 적게 존재하더라도, 상기 빛 패턴에 의해 제어되는 상기 전기동역학적 현상을 이용하여 상기 분석 대상 물질 및 상기 프로브 미세입자의 농축이 가능하고, 반응 시간과 혼합 방식도 자유자재로 제어가 가능하다는 특징이 있다. 상기 농축 및 혼합은 10 kHz 이하의 교류 전기장 하에서 발생하는 전기삼투 유동을 이용하여 시료를 혼합하고 농축하는 것이 바람직하다.
상기 시료 또한 다수의 시료를 동시에 주입하여 각 시료 내에 존재하는 여러 종류의 항원을 동시에 검출할 수도 있다. 이 때 상기 여러 개의 시료를 이격시키기 위해 미세구조물(미도시) 또는 초소수성 물질(미도시)을 상기 광전도성층(110)과 상기 접지전극층(120) 사이에 형성시킬 수 있다. 추가적으로 각 시료를 주입하기 위한 주입구(미도시)를 포함할 수 있으며, 각 시료를 이동시키기 위한 미세유체유로(미도시)를 포함할 수도 있다.
상기 미세입자(141)는 폴리스티렌, 라텍스 등의 폴리머 미세입자일 수 있으며, 상기 대상물질(142)은 항원-항체, DNA, RNA 및 단백질 중 하나 이상일 수 있고, 상기 프로브 미세입자로는 형광 나노입자, 라만 산란을 일으키는 물질로 라벨링(labeling)이 된 금속 나노입자 등일 수 있다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치에서는 상기 전원장치(700)를 이용하여 전압을 인가하고 빛 패턴(A)을 조사하게 되면, 상기 스페이스층(130) 내부에 전기장이 형성되고, 전기동역학적 현상들이 발생하게 된다.
상기 전기동역학적 효과에는 유전영동(DEP; dielectrophoresis), 교류 전기삼투(ACEO; AC electroosmosis), 전기영동 (electrophoresis) 등이 있다.
상기 유전영동이란, 불균일한 전기장 내에서, 유전체가 전자기 유도현상에 의해 전기 쌍극자(electric dipole)를 띄고, 이것에 의해 힘을 받아 움직이는 현상이다. 이러한 입자의 이동은 입자와 입자 주변의 액체 간의 유전율(permittivity) 차이에 의해 그 방향이 결정되고, 입자의 크기(반지름의 세제곱에 비례) 및 전기장 구배(전기장 제곱의 구배에 비례)의 크기가 그 이동 속도에 영향을 미치게 된다.
상기 유전영동에는 전기장이 약한 방향(빛이 조사된 방향의 반대방향)으로 미세 입자들이 움직이는 음(negative)의 유전영동과 전기장이 강한 방향(빛이 조사된 방향)으로 미세 입자들이 움직이는 양(positive)의 유전영동이 있다. 이러한 유전영동의 성질은 유체의 종류, 미세입자 및 분자의 종류, 교류전압 신호의 주파수 등에 의해 달라질 수 있다.
상기 교류 전기삼투란 불균일한 전기장 내에서, 유체 내부의 이온들이 전극 표면과 액체 계면에 얇은 전기 이중층(electric double layer)을 형성하게 되고, 전압에 의해 형성된 정접 전기장(tangential electric field)의 영향으로 전극 표면을 따라 유체가 이동하는 현상이다.
이러한 전기삼투 현상은 전기장이 센 방향, 즉 상기 빛 패턴이 조사된 방향으로 유동(131)을 일으켜, 빛 패턴의 가장 자리에서 와류(vortex)를 일으키는 특징이 있으며, 물질들의 빠른 농축 또는 빠른 분산을 유도한다. 상기 전기삼투에 의한 농축 및 분산 특성은 교류전압 신호의 주파수 및 물질 또는 매질의 종류, 크기, 전하량 등 다양한 물리적, 화학적 특성에 의존한다.
이 외에도 중력(gravity force)과 정전기적 상호작용 (electrostatic interactions)이 상기 시료의 거동에 영향을 미칠 수 있다.
상기 정전기적 상호작용이란, 전기장 하에서 유전체에 유도된 전하에 의해 두 개 이상의 개체 사이에 작용하는 힘으로써, 서로 밀어내거나 당기는 특성이 있다. 두 유전물질의 위치가 전기장 방향에 수직한 평면에 평행하게 위치할 때를 제외하고는 서로 당기는 인력이 발생한다. 정전기적 상호작용도 유전영동과 마찬가지로, 유체의 종류, 미세입자 및 분자의 종류, 교류전압 신호의 주파수 등에 의해 달라질 수 있다.
상기 여러 가지 현상들이 복합적으로 작용하여 상기 시료의 거동에 영향을 미치게 된다. 이 때 상기 시료의 거동은 상기 전원장치로부터 인가된 전압의 크기와 주파수, 상기 빛 패턴에 의존하며, 따라서 상기 미세유체제어 소자는, 반응, 세척, 검출 등의 여러 단계를 거치는 면역분석을 전압과 빛 패턴 조작을 통하여 자유자재로 제어할 수 있도록 하는 특징이 있다. 최종적으로는 상기 면역분석을 통해 나오는 출력 신호를 광학적 또는 전자적으로 검출하여 상기 시료에 존재하는 대상물질의 종류와 양을 검출하는데 그 목적이 있다.
도 2와 같이 상기 광전도성층(110)이 상기 접지전극층(120) 위에 위치할 경우에는 수 마이크로미터 이상의 미세입자의 경우 일반적으로 음의 유전영동과 중력의 영향으로 빛 패턴이 조사되지 않은 영역으로 밀려나게 되고, 100 나노미터 이하의 나노입자의 경우에는 중력이나 유전영동력의 영향을 거의 받지 않고, 교류전기삼투 유동에 의해 빛 패턴 방향으로 모이는 특징이 있다. 또한 금속 나노입자나 생체분자의 경우에는 약한 양의 유전영동력의 영향도 받기 때문에 빛 패턴이 조사된 영역에 모이는 특징이 있다.
따라서, 상기 시료와 같이 지지층이 되는 미세입자(141), 분석 대상 물질(142), 측정을 위한 프로브 미세입자(143)를 상기 광전기유체소자(100)에 주입하고 전압을 인가한 후 빛 패턴(A)을 조사하게 되면, 미세입자의 경우 빛 패턴이 조사되지 않은 영역으로 모이게 되고, 대상물질 및 프로브 미세입자의 경우 빛 패턴 방향으로 씻겨나가게 된다. 따라서 대상물질을 매개로 하여 미세입자에 붙은 프로브 미세입자만을 검출할 수 있게 되는 것이다.
상기 미세입자는 폴리스티렌, 라텍스 등의 폴리머 미세입자를 사용할 수 있으며, 상기 대상물질은 단백질 및 DNA 중 하나 이상일 수 있다. 상기 프로브 미세입자로는 형광 나노입자, 라만 산란을 일으키는 물질로 라벨링(labeling)이 된 금속 나노입자 등을 사용할 수 있다. 상기 대상물질의 양을 알기 위해서는 형광 나노입자의 경우 형광 신호의 크기를 측정해야 하며, 상기 금속 나노입자의 경우 상기 나노입자에 붙은 라만 산란을 일으키는 물질의 라만 신호가 금속 나노입자에 의해 증폭되는 표면증강 라만산란(SERS;surface-enhanced Raman scattering) 신호를 측정해야 한다. 이 때 여러 종류의 프로브 미세입자를 사용함으로써 동시에 여러 종류의 대상물질을 검출할 수 있다는 특징이 있다.
상기 전원장치(700)는 상기 광전기유체소자(100)에 전압을 인가하는 장치로서, 전원장치에 의해서 인가된 전압에 의해서 광전기유체소자에서 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 전원장치는 교류 전원장치 또는 직류전원장치일 수 있으며, 교류 전원장치를 사용할 경우에 주파수의 전압크기 뿐만 아니라 신호의 모양 및 오프셋(offset) 전압도 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치를 보다 상세하게 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 바람직한 구현예에 의하면 본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 광원(200), 패턴형성장치(300), 광전기유체소자(100) 및 전원장치(700) 구성에 집광렌즈(400), 검출용 광원(500), 신호 검출기(600), 컴퓨터(800), 스테이지(900)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 패턴형성장치(300)와 상기 광전기유체소자(100)사이에서 패턴형성장치(300)에 의해 형성된 빛 패턴(203)을 상기 광전기유체소자(100)에 집광시키기 위한 집광 렌즈(400)가 더 구비되고, 상기 패턴형성장치는 장치 드라이버(310)를 통해 컴퓨터(800)로 조정가능하며 이를 통해서 자동화된 영상 조작이 가능하다.
상기 집광렌즈(400)는 10배, 20배, 40배, 50배 대물렌즈를 사용할 수 있고, 이러한 렌즈는 다수 개 일 수 있으며, 상기 빛 패턴을 상기 광전기유체소자에 조사할 수 있도록 서로 다른 복수의 렌즈로 구성할 수 있다.
상기 광전기유체소자(100)는 스테이지(900)상에 위치하고, 상기 스테이지는 자동화를 위한 모터(미도시)을 더 포함하여 구성할 수 있으며, 상기 스테이지는 상기 집광렌즈(400)를 통해 조사되는 빛 패턴 영역을 변화시켜 시료를 농축시킬 수 있도록 상하좌우로 이동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 광전기유체소자 내에서 상기 빛 패턴에 의해 면역분석이 수행되고 나면, 빛 패턴과 시료의 광-물질 반응을 광학적으로 관찰하기 위한 검출용 광원(500)을 더 포함할 수 있다.
상기 면역분석이란, 시료 내의 미세입자, 프로브 미세입자 및 항원-항체 대상물질을 조사된 빛 패턴과 광 반응시킨 후, 미세입자가 결합된 분석 대상 물질과 미세입자가 결합되지 않은 대상 물질을 분석하는 과정이다.
상기 검출용 광원(500)은 백색광 또는 특정 파장 분포를 지니는 하나 이상의 레이저(laser)광을 출력하거나, 상기 시료에 빛을 간헐적 또는 지속적으로 조사할 수 있는 하나 이상의 광 초퍼(chopper) 또는 펄스 레이저(pulse laser)를 출력할 수 있다. 이러한 광원은 상기 시료에 입사광(B)을 조사하여 형광(fluorescence) 발광, 파장별 빛 흡수 등의 물질 전자 상태에 의한 신호를 출력시키거나, 라만 산란(Raman scattering), IR 흡수(infrared absorption) 등의 물질 진동 상태에 의한 출력신호(C)를 출력시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 검출용 광원(500)은 파장의 범위가 480 nm 내지 670 nm인 레이저이거나, 상기 파장 대역 중 특정 영역의 필터를 갖춘 할로겐 램프인 것이 바람직하다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 입사광(B)에 의하여 발생하는 물질 전자 상태 또는 물질 진동 상태에 의한 신호를 검출하기 위한 신호 검출기(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 검출기(600)는 상기 시료의 형광(fluorescence) 발광, 파장별 빛 흡수 등의 물질 전자 상태에 의한 신호를 검출하거나, 라만 산란(Raman scattering), IR 흡수(infrared absorption) 등의 물질 진동 상태에 의한 신호를 검출한다. 이러한 상기 신호 검출기(600)로는 CCD(charge coupled device), 포토다이오드, 광전자 증백관(photomultiplier tube) 및 빛의 파장 분석이 가능한 스펙트로미터(spectrometer)중 어느 하나일 수 있다. 상기 신호 검출기는 수신된 신호를 처리하고 저장하여 데이터를 생성하는 신호프로세서를 추가로 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 검출을 위한 입사광(B)을 상기 광전자유체소자 내에 조사하고, 그로부터 발생하는 출력 신호(C)를 상기 신호 검출기에 전달하기 위한 집속 렌즈(520)와 제 1 미러(530) 및 제 2 미러(540)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 검출용 광원(500)으로부터 출력된 입사광(B)이 상기 광전기유체소자 및 상기 시료에 조사되도록 입사광을 반사하는 제 1 미러(530)를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 시료로부터 출력된 출력신호(C)가 상기 신호 검출기(600)로 반사되도록 하는 제 2 미러(540)를 더 포함할 수 있다.
상기 집속 렌즈(520)는 상기 검출용 광원(500)으로부터 출력되는 입사광(B)을 상기 시료에 집속한다. 본 발명에서 사용되는 렌즈는 10배, 20배, 40배, 50배 대물렌즈를 사용할 수 있고, 이러한 렌즈는 다수 개 일 수 있으며, 상기 집속 렌즈는 검출용 광원으로부터 출력된 빛을 집속시키는 렌즈와 상기 시료를 관찰하기 위한 렌즈로 각각 서로 다른 복수의 렌즈로 구성할 수 있다.
상기 제 2 미러(540)는 상기 시료로부터 출력된 출력신호(C)가 상기 신호 검출기(600)로 반사되도록 구성된다. 상기 제 2 미러는 빔 스플리터(beam splitter)로 대체하여 구성할 수 있고, 이색거울(dichromatic mirror)일 수 있다.
상기 검출용 광원(500)은 입사광의 조사시간을 조절하는 셔터(550)를 더 포함하고, 상기 신호검출기(600)는 상기 출력신호의 수신시간을 조절하는 셔터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 검출용 광원의 입사광(B)으 조사시간은 10 msec 이상이고, 상기 상기 신호 검출기의 출력신호(C) 수신시간은 10 msec 이상인 것이 바람직하다. 상기 신호 검출기의 출력신호(C)의 수신시간이 길수록 상기 출력신호의 크기는 커지게 되며, 결과적으로 상기 분석 대상 물질의 검출 감도가 높아지게 된다. 상기 검출용 광원의 입사광(B)이 레이저일 경우에는 그 세기가 100 W/cm2 이하 인 것이 바람직하며, 광원의 세기가 너무 세고 상기 입사광(B)의 조사시간이 너무 길 경우에는 시료의 국지적 온도 변화로 인해 전열효과에 의한 유동이 일어날 수 있다. 이러한 전열효과에 의한 유동은 상기 반응 및 혼합이 더 잘 일어나도록 할수도 있으나, 온도에 민감한 면역분석의 특성상 이러한 온도변화는 일어나지 않도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 전원이 인가된 상태에서 상기 입사광(B)을 상기 광전기유체소자(100)에 조사하면 전기장 형성에 영향을 주기 때문에 면역반응이 끝난 후, 전압이 차단된 이후에 상기 광전기유체소자에 입사광(B)조사하는 것을 특징으로 하고, 이를 위하여 상기 입사광(B)을 상기 검출용 광원(500)에 추가로 구비한 필터와 셔터(550)에 의해서 입사광의 조사를 제어할 수 있다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 출력신호(C)를 상기 신호 검출기(600)에 추가로 구비한 필터 또는 핀홀(570)을 통해 상기 신호 검출기(C)로 입력하여 전자신호로 변환시켜 그 분석결과를 나타낸다.
상기 신호 검출기(600)는 셔터(560)를 추가로 구비하여 출력신호가 검출되는 시간을 조절할 수 있다. 상기 셔터(560)를 오래 열어둘수록 상기 출력 신호가 더 많이 상기 신호 검출기로 입력되고, 더 큰 신호가 측정된다.
본 발명의 광전자유체제어 면역분석장치는 상기 광원(200), 검출용 광원(500), 셔터(550, 560), 스테이지(900), 신호 검출기(600) 등을 상기 컴퓨터(800)에 추가로 구비한 제어모듈(810)을 통하여 동기화시켜 자동으로 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치의 일 작동예는 다음과 같다.
광원(200)으로부터 빛이 조사되고, 상기 빛은 조사되는 경로에 위치한 패턴형성장치(300)에 의해서 그 패턴이 변화되고, 변화된 빛 패턴(A)은 집광렌즈(400)를 통과하며, 상기 집광렌즈를 통과한 빛 패턴(A)은 분석대상물질을 포함하는 시료가 주입된 광전기유체소자(100)에 조사되고, 스테이지(900)가 상하 수직이동 및 좌우 수평이동하여 광전기유체소자에 조사되는 빛 패턴의 초점과 조사 영역을 이동시켜 광전기유체소자(100)의 일부 및/또는 전체에 빛 패턴이 조사되고, 전원장치에 의해서 광전기유체소자에 전원이 인가되면 광전기유체소자 내 시료가 주입되는 스페이스층(130)에서 전기장이 형성되며, 전기장이 형성된 스페이스층에서 상기 빛 패턴과 시료가 반응한다.
시료는 미세입자, 프로브 미세입자 및 분석 대상 물질을 포함하는 것으로서, 빛 패턴이 조사되고 특정 주파수를 인가하는 전압이 인가되어 전기장이 형성되는 영역에서 미세입자의 경우 빛 패턴이 조사되지 않은 영역으로 모이게 되고, 대상물질 및 프로브 미세입자의 경우 빛 패턴 방향으로 씻겨나가는 면역분석 과정을 수행한다.
상기 면역분석이 수행된 이후 전원장치를 차단하여 광전기유체소자에 인가된 전압을 차단하고, 면역분석 결과를 광학적으로 관찰하기 위하여 검출용 광원(500)으로부터 입사광(B)을 시료에 조사하고, 상기 입사광과 형광 나노입자, 라만 산란을 일으키는 물질이 라벨링된 프로브 미세입자가 반응하여 물질 전자 상태 및 물질 진동 상태의 변화로 인한 신호가 출력되며, 이러한 출력신호(C)를 신호 검출기(600)에 의해서 검출한다. 입사광(B)은 셔터(550)에 의해서 그 조사시간이 조절되고, 출력신호(C)는 셔터(560)에 의해서 수신시간이 조절되고, 필터를 거쳐서 검출기에 나타난다.
상기 광원, 패턴형성장치, 스테이지, 전원장치, 검출용 광원, 셔터 및 신호 검출기는 제어모듈에 의해서 동기화되어 컴퓨터로 자동 조정이 가능하고, 이에 의해서 자동화된 시스템에 의해서 시료의 반응, 농축, 세척 및 검출을 조작하여 항원 등의 분석 대상 물질을 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법의 과정을 나타낸 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법은 시료 주입 단계(a), 빛 패턴 조사 단계(b), 전압 인가 단계(c), 반응 단계(d), 농축 단계(e), 세척단계(미도시), 검출용 입사광 조사 단계(f) 및 신호검출단계(g)를 포함한다.
본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법에 관련하여서는 장치에 대한 설명에서 상술한 바 있으므로, 여기서는 차이가 있는 특징에 대해서 설명하고 동일한 내용에 대해서는 간략하게 설명한다.
상기 시료 주입 단계(a)는 광전기유체소자의 스페이스층에 연통된 시료 주입구(미도시)를 통하여 분석대상물질을 포함한 시료를 주입한다.
상기 빛 패턴 조사 단계(b)는 광원으로부터 출력된 빛의 경로에 위치한 상기 패턴형성장치에 의해서 패턴이 변화된 빛 패턴(A)을 광전기유체소자에 조사한다.
상기 광원은 특정 파장 분포를 지니는 하나 이상의 레이저(laser) 광을 출력하거나, 가시광을 출력할 수 있다. 상기 빛 패턴은 상기 광전기유체소자의 특정 영역에 전류를 도통시켜 전기장을 형성시키도록 하며, 상기 빛 패턴을 조작하여 상기 전기장의 형태를 자유자재로 조작할 수 있다. 또한 이를 통해 상기 시료의 운동을 전기동역학적 원리를 이용하여 자유자재로 제어할 수 있다.
이러한 광원은 상기 시료에 빛 패턴(A)을 조사하여 형광(fluorescence) 발광, 파장별 빛 흡수 등의 물질 전자 상태에 의한 신호를 출력시키거나, 라만 산란(raman scattering), IR 흡수(infrared absorption) 등의 물질 진동 상태에 의한 신호를 출력시킬 수 있다.
상기 빛 패턴(A)은 상기 패턴형성장치(300)에 의해 패턴이 변화되는 것을 특징으로 하고 있는데, 상기 패턴형성장치로는 LCD(liquid crystal display), DMD(digital micromirror device), PDP, OLED 또는 조리개 등을 이용할 수 있고 패턴형성장치는 빛 패턴을 상기 광전기유체소자에 집광시키기 위한 집광 렌즈(400)를 포함할 수 있다.
상기 빛 패턴 조사 단계에서는 스테이지(900)에 의해서 상기 광전기유체소자의 위치가 이동하여 상기 빛 패턴(A) 광전기유체소자의 일부 영역에 빛 패턴이 조사되는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 인가 단계(c)는 전원장치(700)에 의해서 상기 광전기유체소자(100)에 전압을 인가한다. 상기 전원장치는 교류 전원장치 또는 직류전원장치일 수 있으며, 교류 전원장치를 사용할 경우 주파수의 전압크기 뿐만 아니라 신호의 모양 및 오프셋(offset) 전압도 조절할 수 있다.
상기 반응 단계(d)는 상기 인가된 전압과 조사된 빛 패턴에 의해서 광전기유체소자 내 시료에 전기장을 형성하고, 시료들이 유동을 일으켜서 항원-항체 반응을 유발하는 단계이다.
상기 농축 단계(e)는 상기 광전기유체소자의 일부에 빛 패턴을 조사하는 것을 특징으로 하여, 상기 빛 패턴이 조사되는 영역을 이동시켜서 항원-항체 반응된 시료들을 빛 패턴이 조사되는 영역으로 모이도록 농축하는 단계이다.
상기 반응 단계(d) 및 농축 단계(e)에서는 일반적으로 유전영동이 잘 일어나거나, 유전영동과 전기삼투 유동이 함께 발생하는 1 kHz ~ 1 MHz 범위의 주파수가 사용될 수 있다.
상기 세척 단계(미도시)는 반응이 덜 된 프로브 미세입자와 대상물질들을 빛 패턴이 조사된 방향 또는 반대 방향으로 교류삼투유동에 의해서 씻겨나가게 하는 단계이다.
상기 검출용 입사광 조사 단계(f)는 분석 대상 물질을 매개로 하여 미세입자에 결합된 프로브 미세입자의 양을 광학적, 전자적으로 관찰 및 검출하기 위하여 입사광을 시료에 조사하는 단계이다.
이러한 입사광은 상기 시료에 빛 패턴(A)을 조사하여 형광(fluorescence) 발광, 파장별 빛 흡수 등의 물질 전자 상태에 의한 신호를 출력시키거나, 라만 산란(raman scattering), IR 흡수(infrared absorption) 등의 물질 진동 상태에 의한 신호를 출력시킬 수 있다.
상기 세척 및 검출 단계에서는 세척을 위해 교류전기삼투 유동이 잘 일어나는 100 Hz ~ 1 kHz 의 주파수가 사용될 수 있고, 이 때 미세입자를 조립하거나 다시 한번 농축하기 위해 10 kHz ~ 100 kHz 주파수의 전압이 인가될 수도 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서는 1 kHz의 주파수를 인가하고 빛 패턴을 바깥쪽에서 안쪽으로 움직여서 미세입자와 대상물질, 프로브 미세입자의 반응을 촉진시키고, 미세입자를 농축을 시켰다. 이 때 미세입자는 음의 유전영동력과 교류전기삼투 유동, 중력의 영향으로 빛 패턴으로부터 멀어져 안쪽으로 농축되었다. 또한 그 과정에서 교류전기삼투 유동에 의해 시료의 혼합과 반응이 동시에 일어나게 된다. 이 때 반응을 일으키지 않은 대상물질과 프로브 미세입자는 교류삼투유동에 의해 씻겨져 빛 패턴 방향으로 나가게 된다. 이후에는 10 kHz 주파수의 전압을 인가하여 미세입자들이 음의 유전영동과 정전기적 상호작용에 의해 조립되도록 하여 검출이 용이하도록 하였다.
상기 신호 검출 단계(g)는 상기 시료로부터 광-물질 상호작용에 의한 신호가 출력되고, 상기 신호가 검출기에 의해 검출되는 단계이다.
상기 신호검출단계에서는 반응하지 않은 프로브 미세입자 및 분석 대상 물질은 빛 패턴이 조사된 방향 또는 그 반대 방향으로 이동하고, 분석 대상 물질을 매개로 하여 결합한 프로브 미세입자에 의해서 신호가 출력되고 그 출력신호를 검출기로 검출한다.
이 때 상기 신호 검출 단계에서 광 신호를 통해 상기 프로브 미세입자의 양을 측정한다면, 상기 조작을 위한 빛 패턴과 전원장치는 꺼지는 것이 바람직하다.
도 5는 본원 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치 및 방법에서대상물질의 유무에 따라 검출되는 출력 신호 파장별 강도의 형태를 나타낸 그래프이다.
상기 출력 신호(C)는 상기 프로브 미세입자로부터 나오는 신호로써 형광, 라만산란 등을 포함할 수 있다.
대상물질이 존재할 경우에는 상기 프로브 미세입자가 대상물질을 매개로 하여 상기 지지체가 되는 미세입자와 결합하게 되고, 세척과정 이후에도 지지체에 달라붙은 프로브 미세입자의 양에 따라 출력신호가 검출된다.
반면 대상물질이 존재하지 않을 경우에는 상기 프로브 미세입자가 상기 지지체가 되는 미세입자와 결합할 수 없기 때문에, 세척과정에서 모두 씻겨져 빛 패턴 방향으로 분리되게 된다. 이 때 상기 지지체가 되는 미세입자로부터 분리되어 나오는 프로브 미세입자의 출력신호는 측정되지 않는다.
결국 상기 출력 신호는 대상물질의 양에 따라 달라지며, 이러한 광전자유체제어 면역분석법을 이용하면 대상물질의 양과 종류를 빠르고 정확하게 자동으로 측정할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법에서 지지체가 되는 미세입자가 프로그램화된 영상 패턴에 의해 농축되는 과정을 시간순으로 나타낸 이미지이다.
1 kHz 주파수를 인가하였을 때는 퍼져있던 미세입자들이 빛 패턴으로부터 멀어져 가운데 방향으로 농축되었고, 10 kHz 주파수를 인가하자, 서로 정전기적 인력에 의해 조립되고 음의 유전영동력에 의해 국소적으로 농축되는 것을 확인할 수 있다. 이 때 상기 미세입자보다 훨씬 크기가 작은 프로브 미세입자는 미세입자와 반응을 거친 후 빛 패턴 방향으로 세척된다.
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석방법에서 형광(적색) 나노입자를 프로브 미세입자로 사용하고, Biotin이 붙은 IgG (Immunoglobulin G)을 대상물질로 사용하여 분석한 결과를 나타낸 것이다.
지지체가 되는 미세입자로는 6 마이크로미터 크기의 형광(초록색) 미세입자를 사용하였다. 상기 형광 나노입자는 상기 Biotin과 결합할 수 있도록 Neutravidin이 코팅되어 있다. 또한 상기 미세입자는 상기 IgG와 결합할 수 있도록 IgG에 대한 단일클론 항체가 코팅되어 있다. 결과적으로 상기 형광 나노입자와 상기 지지체가 되는 미세입자는 상기 대상물질인 IgG를 매개로 하여 면역복합체를 형성할 수 있다.
도 7a는 각기 다른 형광 필터를 사용하여 지지층이 되는 미세입자와 프로브 미세입자의 분포를 나타낸 이미지이다. 흰 점선으로 나타낸 부분은 빛이 조사되지 않은 영역, 즉 지지층이 되는 미세입자가 농축되고, 출력 신호를 검출하는 영역을 나타낸다. 따라서 흰 점선 내부는 세척이 된 영역이고, 그 외부는 세척이 되지 않은 영역으로 상기 지지층이 되는 미세입자와 면역복합체를 형성하지 않은 대상물질 및 프로브 미세입자들이 씻어져 나간 영역이다.
도 7b와 7c는 각각 세척이 된 미세입자와 세척이 되지 않은 미세입자의 형광 밝기를 나타낸 이미지 및 그래프이다. 세척이 되지 않은 미세입자의 경우에는 상기 지지층이 되는 미세입자에 결합한 프로브 형광 나노입자의 양을 제대로 측정할 수 없는 반면에, 세척이 된 미세입자의 경우에는 상기 지지층이 되는 미세입자에 결합한 프로브 형광 나노입자의 양을 정확하게 측정할 수 있다.
도 8a 내지 8b는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 특정한 라만산란 신호를 출력하는 라만 프로브 분자가 코팅된 나노입자를 프로브 미세입자로 사용하고, 암 표지물질인 AFP(alpha fetoprotein)을 대상물질로 사용하여 분석한 결과를 나타낸 것이다. 지지체가 되는 미세입자로는 6 마이크로미터 크기의 형광(480 nm 출력) 미세입자를 사용하였다. 상기 은 나노입자는 상기 AFP와 결합할 수 있도록 AFP에 대한 다클론 항체가 코팅되어 있다. 또한 상기 미세입자는 상기 AFP와 결합할 수 있도록 AFP에 대한 단일클론 항체가 코팅되어 있다. 결과적으로 상기 나노입자와 상기 지지체가 되는 미세입자는 상기 대상물질인 AFP를 매개로 하여 면역복합체를 형성할 수 있다. 이 때 상기 지지체가 되는 미세입자에 붙은 상기 대상물질의 양을 상기 나노입자에서 출력되는 상기 라만산란 신호의 크기를 통해 추정할 수 있다.
이 때 라만산란이란, 특정 진동수를 지닌 광양자 에너지(hv)에 의해 분자의 진동 상태를 변화시키면서 다른 주파수의 광양자 에너지(hv')로 산란되는 현상이다. 이 때 라만 산란은 탄성 레일리 산란, 스토크스 라만 산란 및 안티-스토크스 라만 산란을 포함한다.
상기 라만산란 신호는 상기 나노입자가 금속물질일 경우에 표면증강 라만산란 효과 (surface-enhanced Raman scattering effect)에 의해 증폭이 될 수 있다.
이러한 현상은 금속 표면에서의 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)과도 연관이 있다. 표면 플라즈몬은 유전체와 경계면을 형성하고 있는 금속 표면에 전기장을 인가하였을 때, 전기장 수직성분의 불연속성 때문에 생성된 표면전하들의 집단적 진동이 금속과 유전체의 경계면을 따라 진행되는 표면 전자기파를 의미한다. 이러한 현상을 나타내는 금속은 금, 은, 구리, 알루미늄 등과 같이 전자의 방출이 쉽고 음의 유전상수를 지니는 물질들이 주로 사용되고, 전기장을 인가하기 위한 전자기파로는 p-편광(p-polarization)을 지닌 표면 플라즈몬의 특성상 TM 편광된 전자기파가 이용된다.
일반적으로 금속물질에 전자기파가 입사되면 금속 표면에서 전반사되고 소산파(evanescent field)는 경계면에서 금속 막 속으로 기하급수적으로 감소되지만, 특정한 입사각과 금속 막의 두께에서는 경계면에 평행한 방향의 입사파와 표면 플라즈몬 파의 위상이 일치할 경우 공명이 일어나, 입사파의 에너지는 모두 금속 막에 흡수되어 반사파는 없어지고, 경계면에 수직한 방향의 전기장 분포는 기하급수적으로 경계면으로부터 멀어질수록 급격히 감소하게 되는데, 이를 표면 플라즈몬 공명이라고 한다. 일반적으로 표면 플라즈몬 공명이 가장 잘 일어나는 파장 대역의 빛이 입사되었을 때 라만산란의 표면증강 효과가 극대화되는 것으로 알려져 있다.
이러한 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 주파수는 나노입자 및 미세입자의 조립상태에 따라 영향을 받게 된다. 그렇기 때문에 교류전압의 주파수나 크기를 조절함으로써 나노입자 및 미세입자 간의 거리 및 조립체의 밀도를 조절할 수 있고, 이를 통해 조사한 검출용 광원의 파장에서 표면증강 라만산란 신호가 가장 크게 검출되는 조건을 찾을 수 있다.
상기 나노입자로는 은, 금 등의 금속입자가 사용될 수 있으며, 상기 나노입자 표면에는 특정한 라만산란 신호를 출력하는 라만 프로브가 코팅되어 있어 상기 라만산란 신호가 출력되는 것을 특징으로 한다. 상기 라만산란 신호를 출력하는 라만 프로브 분자로는 R6G (rhodamine-6-G), FITC (fluorescein isothiocyanate), MGITC (malachite green isothiocyanate) 등을 사용할 수 있다.
도 8a는 대상물질의 농도에 따른 라만산란신호의 강도를 나타낸 그래프이다. 상기 대상물질의 농도가 0 ng/mL에서 1.5 ng/mL 까지 증가할수록, 상기 라만산란 신호가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 상기 라만산란 신호는 MGITC 라만 프로브 분자의 라만산란 신호로써, 647 nm 파장의 레이저를 입사광으로 사용하였다.
도 8b는 상기 라만산란 신호 중에서 특정 피크 신호(1615 cm-1)의 크기를 측정하여 상기 대상물질의 농도와 비교하여 그린 그래프이다. 상기 대상물질인 AFP의 농도가 증가할수록 상기 라만산란 신호의 특정 피크 신호의 크기가 선형적으로 증가한다. 이 때 상기 대상물질인 AFP에 대한 검출한계는 약 20 pg/mL로 매우 우수한 성능을 나타내고 있음을 확인하였다.
도 9는 본 발명에 따른 광전자유체제어 면역분석장치를 이용하여 동시에 많은 수의 미세입자들을 포획하고 달라붙지 않은 상기 프로브 나노입자들을 동시에 세척해낸 형광 이미지이다.
상기와 같이 단일 미세입자를 이용하여 동시 다중 검출을 수행할 경우 공초점 형광 현미경을 사용하면 더 정확한 정량 검출이 가능하다. 상기와 같은 동시 다중 검출을 수행할 경우, 지지층으로써 항체 고정화된 미세입자가 아닌 상기 접지전극층(120) 또는 상기 광전도성층(110)의 표면에 여러 종류의 항체를 고정화하는 방법을 사용할 수도 있다.
도 10은 상기 접지전극층(120)의 전극(122) 표면에 고정화된 항체(144)를 이용한 광전자유체제어 면역분석방법을 나타낸 개념도이다.
상기 고정화된 항체를 이용한 광전자유체제어 면역분석방법경우에 상기 시료는 분석 대상 물질(142), 측정을 위한 프로브 미세입자(143)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때 상기 전극 표면에 고정화된 항체(144)와 상기 프로브 미세입자(143)는 상기 대상물질을 매개로 하여 면역복합체(140)를 형성할 수 있다.
상기 항체(144)는 상기 접지전극층(120)의 전극(122) 또는 상기 광전도성층(110)의 광전도성물질(113)의 표면에 고정화될 수 있으며 여러 종류의 항체가 어레이형태로 패턴화될 수 있다. 여러 종류의 항체를 사용할 경우 상기 빛 패턴(A)은 상기 항체(144)의 패턴 형태와 대응되도록 형성되어 각 항체에 대한 항원들의 반응을 동시에 제어하고, 상기 프로브 미세입자(143)의 세척 및 검출이 동시에 가능하도록 한다.
상기 시료 또한 다수의 시료를 동시에 주입하여 각 시료 내에 존재하는 여러 종류의 항원을 동시에 검출할 수도 있다. 이 때 상기 여러 개의 시료를 이격시키기 위해 미세구조물(미도시) 또는 초소수성 물질(미도시)을 상기 광전도성층(110)과 상기 접지전극층(120) 사이에 형성시킬 수 있다. 추가적으로 각 시료를 주입하기 위한 주입구(미도시)를 포함할 수 있으며, 각 시료를 이동시키기 위한 미세유체유로(미도시)를 포함할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 광전자유체제어 기술을 이용한 면역분석 장치 및 면역분석방법과 이에 따른 실시예를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (35)

  1. 빛을 조사하는 광원;
    상기 광원으로부터 조사된 빛의 경로에 위치하여 상기 빛의 패턴을 변화시키는 패턴형성장치;
    상기 패턴형성장치를 통과한 빛 패턴이 조사되며 시료가 주입되는 광전기유체소자; 및
    상기 광전기유체소자에 전원을 인가하는 전원장치를 포함하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴형성장치와 상기 광전기유체소자 사이에서 패턴형성장치로부터 출력된 빛 패턴을 집광시키기 위한 하나 이상의 집광 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광전기유체소자가 위치하는 스테이지를 더 포함하되, 상기 스테이지는 상기 집광렌즈를 통해 조사되는 빛 패턴 영역을 변화시키기 위하여 상하좌우로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 패턴형성장치는 컴퓨터로 조정이 가능한 장치 드라이버를 구비하고, 이에 의해서 자동화된 영상조작이 가능한 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료를 광학적으로 관찰하기 위하여 상기 광전기유체소자에 입사광을 조사하는 검출용 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 입사광에 의하여 발생하는 물질 전자 상태 또는 물질 진동 상태에 의해서 시료로부터 출력되는 신호를 검출하기 위한 신호 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 물질 전자 상태는 형광 발광 또는 파장별 빛 흡수이고, 상기 물질 진동 상태는 라만 산란 또는 IR 흡수인 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 검출기는 CCD, 포토다이오드, 광전자 증배관 및 스펙트로미터 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 6 항에 있어서,
    상기 신호 검출기는 신호 프로세서를 포함하고, 상기 신호 프로세서는 수신된 신호를 처리하고 저장하여 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출용 광원으로부터 조사되는 입사광과 상기 광전기유체소자 내의 시료로부터 출력되는 출력신호를 집속시키는 하나 이상의 집속 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 입사광과 출력신호를 집속시키는 상기 집속 렌즈는 서로 다른 복수의 렌즈인 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출용 광원으로부터 출력된 입사광이 상기 광전기유체소자 및 상기 시료에 조사되도록 입사광을 반사하는 제 1 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 시료로부터 출력된 출력신호가 상기 신호 검출기로 반사되도록 하는 제 2 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출용 광원은 입사광의 조사시간을 조절하는 셔터를 더 포함하고, 상기 셔터는 상기 광전기유체소자에 전압이 차단된 이후에 개방되는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호검출기는 상기 출력신호의 수신시간을 조절하는 셔터를 더 포함하고, 상기 셔터는 상기 광전기유체소자에 전압이 차단된 이후에 개방되는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 검출기는 상기 시료로부터 출력되는 상기 출력신호를 필터링하는 필터 또는 핀홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  17. 삭제
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전기유체소자는,
    상기 빛 패턴이 조사되는 면에 위치하고, 빛 패턴이 조사되는 영역에만 전류가 도통되는 광전도성층;
    상기 광전도성층과 대향되는 면에 위치하고, 광전도성층에 인가되는 전압으로부터 상기 시료에 전기장을 형성하는 접지전극층; 및
    상기 시료가 주입되고, 상기 광전도성층과 접지전극층 사이에 형성되어 상기 광전도성층과 접지전극층을 이격시키는 스페이스층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광전도성층은,
    상기 전원장치를 이용하여 전압을 인가하는 평판전극, 상기 빛 패턴이 조사된 영역에만 선택적으로 전압을 인가시키도록 하는 광전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 광전도성 물질은 수소화된 진성의 비정질 실리콘, 황화 카드늄 및 npn 포토트랜지스터 중 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 광전도성층은 상기 광전도성 물질과 상기 평판 전극 사이에 상기 광전도성 물질과 상기 전극 사이의 접촉 저항을 줄이기 위한 도핑된 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 중간층은 비정질 실리콘 또는 몰리브덴으로 이루어진 것을 특징으로하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  23. 청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 18 항에 있어서,
    상기 광전도성층과 상기 스페이스층 사이에는 광전도성물질을 보호하기 위한 보호층을 구비하며, 상기 보호층은 질소화 실리콘 또는 산화 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 스페이스층은 스페이스층 내부에 다수의 시료를 이격시키기 위한 미세구조물 또는 초소수성물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료는 지지층이 되는 미세입자, 분석대상물질 및 측정을 프로브 미세입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 25 항에 있어서,
    상기 시료의 양은 100nl ~ 1000nl 인 것을 특징으로 하고, 상기 분석대상물질의 농도는 아토몰(aM)수준까지 낮은 초미세량의 경우에도 검출할 수 있음을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 지지층이 되는 미세입자와 상기 프로브 미세입자는 상기 분석대상물질을 매개로 하여 면역복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 미세입자는 폴리스티렌 또는 라텍스인 폴리머 미세입자인 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 프로브 미세입자는 형광 나노입자 내지는 라만 산란 물질이 라벨링된 금속 나노입자인 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  30. 청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 25 항에 있어서,
    상기 분석 대상 물질은 항원-항체, DNA, RNA 및 단백질 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  31. 제 18 항에 있어서,
    상기 스페이스층은 상기 전원장치와 패턴형성장치로 스페이스층에 전압을 인가하고 빛 패턴을 조사하면 스페이스층 내부에 주입된 시료에서 전기장이 형성되고, 전기동역학적 현상이 발생하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석장치.
  32. 광전기유체소자에 시료들을 주입하는 단계;
    상기 광전기유체소자에 빛 패턴을 조사하는 단계;
    상기 광전기유체소자에 전압을 인가하는 단계;
    상기 전압과 조사된 빛 패턴에 의해서 광전기유체소자 내에 전기장을 형성하고, 광전기유체소자 내 시료들이 유동을 일으켜서 항원-항체 반응을 유발하는 단계;
    상기 빛 패턴이 조사되는 영역을 이동시켜서 상기 항원-항체 반응된 시료들을 빛 패턴이 조사되는 영역으로 모이도록 농축하는 단계;
    상기 농축 단계에서 반응하지 않은 프로브 미세입자와 대상물질들을 빛 패턴이 조사된 방향 또는 반대 방향으로 이동시켜 세척하는 단계;
    상기 농축단계에서 미세입자 또는 지지체와 결합된 프로브 미세입자의 양을 검출하기 위하여 상기 시료에 검출용 입사광을 조사하는 단계; 및
    상기 입사광과 시료들의 광-물질 상호작용에 의한 신호가 출력되고, 상기 출력신호를 검출기에 의해 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 빛 패턴 조사 단계는 상기 광전기유체소자의 일부 영역에 빛 패턴을 조사하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석방법.
  34. 제 32 항에서,
    상기 반응 단계 및 농축 단계는 1 kHz ~ 1 MHz 범위의 주파수 전압을 인가하고, 상기 세척단계는 100 Hz ~ 1 kHz 범위의 주파수 전압을 인하여, 각각 상기 인가된 주파수 범위내에서 시료가 유전영동 내지는 전기삼투 유동을 일으키는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석방법.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 세척단계는 10 kHz ~ 100 kHz 범위의 주파수 전압이 추가로 인가되고, 상기 주파수 범위 내에서 미세입자를 재조립하거나 재농축하는 것을 특징으로 하는 광전자유체제어 면역분석방법.
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