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KR101287957B1 - 당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치 - Google Patents

당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치 Download PDF

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KR101287957B1
KR101287957B1 KR20120102479A KR20120102479A KR101287957B1 KR 101287957 B1 KR101287957 B1 KR 101287957B1 KR 20120102479 A KR20120102479 A KR 20120102479A KR 20120102479 A KR20120102479 A KR 20120102479A KR 101287957 B1 KR101287957 B1 KR 101287957B1
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KR
South Korea
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sensor
glycated protein
protein measuring
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glycated
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Inventor
안세영
스테인그리무어 스테판슨
Original Assignee
주식회사 엔디디
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Abstract

당화 단백질 측정센서 및 휴대용 당화 단백질 측정장치가 개시된다. 본 발명에 일 실시예에 따른 당화 단백질 측정센서는 소정의 기재(100) 상에 형성되는 감지막(300); 및 감지막(300)의 양 말단 상에 일정한 간격을 두고 대향하여 형성되는 양(+) 전극(400) 및 음(-) 전극(500)을 포함하는 제1 및 제2 단위센서(10', 10")를 구비하되, 제1 단위센서(10')의 제1 감지막(300) 상에는 제1 표적물질(700)과 결합하는 방향족 보론산을 유효성분으로 포함하는 리간드 조성물(600')이 배치되고, 제2 단위센서(10")의 제2 감지막(300) 상에는 제1 및 제2 표적물질(700)과 결합하는 리셉터(600")가 배치되며, 제1 표적물질(700)은 당화 단백질(700')이고, 제2 표적물질(700)은 단백질(700")인 것을 특징으로 한다.

Description

당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치{GLYCATED PROTEIN MEASURING SENSOR AND PORTABLE GLYCATED PROTEIN MEASURING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 채혈 없이 침(saliva)을 측정센서에 접촉시키는 것만으로 간단하게 당화 단백질 수치를 측정할 수 있는 당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치에 관한 것이다.
나노 스케일의 작은 사이즈를 갖는 물질들은 독특한 전기적, 광학적, 기계적 특성 때문에 최근 들어 매우 중요한 물질로 대두되고 있다. 지금까지 진행되어 온 나노 구조물에 관한 연구는 양자 크기 효과와 같은 새로운 현상으로 미래의 새로운 광 소자로서의 응용 가능성을 보여주고 있다. 특히, 나노 구조물의 경우, 단일 전자 트랜지스터 소자뿐만 아니라 각종 화학 센서 및 바이오 센서 등으로도 이용될 수 있어 더욱 많은 관심이 집중되고 있다.
나노 구조물을 포함하는 바이오 센서를 이용한 표적 물질의 검출은, 나노 구조물 표면에 고정된 리셉터가 검출하고자 하는 표적 물질(화학 인자, 바이오 분자, 질병 표지 인자)을 나노 구조물 표면에 흡착시키고, 이렇게 흡착된 표적 물질이 나노 구조물의 전도성 변화를 발생시키는 방식으로 구현된다.
이와 같은 나노 구조물의 전도성 변화를 이용하여 신체 내부의 표적 물질, 예를 들어 당뇨병 환자의 혈장 단백질을 검출하는데 이용할 수도 있다.
당뇨병은 췌장에서 분비되는 인슐린의 분비량이 부족하거나 정상적인 기능이 이루어지지 않는 등의 대사 질환의 일종인데, 당뇨병 환자는 혈액 내의 당을 관리하기 위해 식이요법, 운동요법, 약물요법 등을 행한다. 따라서, 상기 요법을 행하기 위해 매일 당 수치를 정기적으로 측정하는 것은 당뇨병 환자들에게는 필수적이다.
종래에 당 수치를 진단하는 방법으로는 환자의 손가락을 찔러서 채취한 소량의 혈액 샘플을 화학 처리된 센서에 유입시키고 혈중 당 수치를 측정하는 방법이 있다. 이와 같은 방법은 한국공개특허공보 제2010-0086039호 등에 개시되어 있다.
이러한 종래의 당 수치 측정방법은 잦은 채혈을 수반하기 때문에 환자들이 고통을 받고, 세균 감염 등의 문제를 유발하는 문제점이 있다. 또한, 혈액 샘플을 화학 처리된 센서에 유입하는 과정에서 소정의 시간이 필요함으로써 혈중 당 수치 측정에 있어 오차를 발생시키는 문제점이 있다. 이에 따라, 채혈 없이 보다 정확하게 당뇨병 환자의 당 수치를 실시간으로 측정할 수 있는 방법을 개발하고자 하는 요구가 계속되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 채혈의 과정 없이 침을 측정센서에 접촉시키는 것만으로 간단하게 당화 단백질 수치를 측정할 수 있는 당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 당화 단백질 수치를 실시간으로 용이하게 측정할 수 있는 당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 측정 정밀도가 향상되고 제조과정이 간단한 당화 단백질 측정센서 및 이를 포함하는 휴대용 당화 단백질 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 당화 단백질 측정센서는, 방향족 보론산을 유효성분으로 포함하는 리간드 조성물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 당화 단백질 측정센서는, 소정의 기재 상에 형성되는 감지막; 및 감지막의 양 말단 상에 일정한 간격을 두고 대향하여 형성되는 양(+) 전극 및 음(-) 전극을 포함하는 제1 및 제2 단위센서를 구비하되, 제1 단위센서의 제1 감지막 상에는 제1 표적물질과 결합하는 방향족 보론산을 유효성분으로 포함하는 리간드 조성물이 배치되고, 제2 단위센서의 제2 감지막 상에는 제1 및 제2 표적물질과 결합하는 리셉터가 배치되며, 제1 표적물질은 당화 단백질이고, 제2 표적물질은 단백질인 것을 특징으로 한다.
제1 단위센서의 제1 감지막의 적어도 일부 영역에 침(saliva)이 접촉되면, 제1 감지막이 방향족 보론산을 유효성분으로 포함하는 리간드 조성물을 개재하여 침 내의 당화 단백질과 연결되어 유발되는 제1 감지막에 흐르는 전류의 변화를 측정하고, 제2 단위센서의 제2 감지막의 적어도 일부 영역에 침(saliva)이 접촉되면, 제2 감지막이 리셉터를 개재하여 침 내의 당화 단백질 및 단백질과 연결되어 유발되는 제2 감지막에 흐르는 전류의 변화를 측정할 수 있다.
기재의 재질은 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 폴리머 중 어느 하나를 포함하며, 기재의 표면은 소수성을 가질 수 있다.
제1 및 제2 감지막의 재질은 동일하며, 탄소나노튜브 또는 그래핀 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
양(+) 및 음(-) 전극의 재질은 금을 포함할 수 있다.
제1 단위센서의 음(-) 전극과 제2 단위센서의 음(-) 전극은 동일하며, 그라운드와 연결될 수 있다.
방향족 보론산은 페닐(phenyl) 보론산, 나프탈렌(naphthalene) 보론산, 페난트렌(phenanthrene) 보론산, 또는 피렌(pyrene) 보론산 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
리셉터는 티올기를 포함할 수 있다.
당화 단백질은 당화 인간 혈청 알부민(gHSA), 당화 IgG, 당화 IgM 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
단백질은 인간 혈청 알부민(HSA), IgG, IgM 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
양(+) 전극은 소스 전극이고 음(-) 전극은 드레인 전극일 때, 다른 음(-) 전극인 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 당화 단백질 측정장치는, 상기 당화 단백질 측정센서; 당화 단백질 측정센서를 커버하며 외관을 형성하는 센서 바디; 및 단백질 측정센서의 단부에 형성된 단자부를 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 당화 단백질 측정방법은, 상기 당화 단백질 측정센서를 이용하여 측정할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 채혈의 과정 없이 침을 측정장치에 접촉시키는 것만으로 간단하게 당화 단백질 수치를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 당화 단백질 수치를 실시간으로 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 당화 단백질 수치를 최소한의 오차로 정확하게 측정할 수 있으며, 간단하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 당화 단백질 측정 단위센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 당화 단백질 측정센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리간드 조성물의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리간드 조성물과 당화 단백질의 결합을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향족 보론산과 당화 인간 혈청 알부민(gHSA)이 결합되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 당화 단백질 측정장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 당화 단백질 측정장치를 리더부에 연결한 구성을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
당화 단백질 측정센서의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위센서(10)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 단위센서(10)는 기재(100), 산화물층(200), 감지막(300), 제1 전극(400) 및 제2 전극(500)을 포함할 수 있다.
기재(100)는 당화 단백질 측정기재로서 기능하며, 일반적인 실리콘 웨이퍼의 일부를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라서는 유리, 플라스틱, 폴리머 재질의 기재를 사용할 수 있다. 한편, 도 1에는 기재(100)가 단위센서(10)에 한정된 크기를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 도 2와 같이, 기재(100)[휴대용 당화 단백질 측정기재] 상의 일부에 단위센서(10)의 구성요소인 산화물층(200), 감지막(300), 양(+) 전극(400), 음(-) 전극(500) 등이 포함될 수 있다. 즉, 휴대용 당화 단백질 측정기재(100) 상에 적어도 2개 이상의 단위센서(10)가 형성될 수 있다.
산화물층(200)은 기재(100) 상에 형성되며 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다. 산화물층(200)은 게이트 절연막의 역할을 할 수 있다. 산화물층(200)은 열산화법, 물리기상 증착법(PVD), 화학기상 증착법(CVD) 등을 사용하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지의 박막 형성 방법을 제한없이 사용할 수 있다.
감지막(300)은 산화물층(200) 상에 형성되며, 반도체로서의 역할, 즉 그 표면에 표적 물질(700)인 당화 단백질(700') 또는 단백질(700")이 흡착되면 한 쌍의 양(+) 전극(400) 및 음(-) 전극(500) 간에 흐르는 전류의 양이 변하게 하는 역할을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 감지막(300)을 구성하는 물질로서 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(graphene) 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 감지막(300)으로 이용되는 탄소나노튜브는 단일벽, 이중벽, 다중벽 등의 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 로프 형태를 가질 수도 있다. 그래핀은 그래파이트(graphite)의 단일층 형태를 가지며 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 탄소 막이다. 전기적, 열적 전도성이 뛰어나고 높은 강도를 가지고 있으며, 탄소나노튜브와 화학적 성질이 비슷하다.
탄소나노튜브는 일반적으로 강한 소수성(hydrophobic)을 나타낸다. 따라서, 산화물층(200) 상에 탄소나노튜브로 구성된 감지막(300)을 용이하게 형성하기 위하여 산화물층(200)의 상부면을 소수성으로 개질할 수 있다.
양(+) 전극(400)과 음(-) 전극(500)은 감지막(300)의 양 말단에 일정한 간격을 두고 서로 대향되어 배치될 수 있다. 양(+) 전극(400) 및 음(-) 전극(500)의 재질은 금(Au)인 것이 바람직하다. 한편, 후술하는 바에 따라 양(+) 전극(400)은 개별 전극으로, 음(-) 전극은 공통 전극으로 기능할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 당화 단백질 측정센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 당화 단백질 측정센서는 적어도 2개 이상의 단위센서(10)를 포함할 수 있는데, 이하에서는 당화 단백질 측정센서가 제1 단위센서(10') 및 제2 단위센서(10")로 2개의 단위센서(10)를 포함하는 것을 상정하여 설명한다. 제1 단위센서(10')와 제2 단위센서(10")는 기재(100), 산화물층(200), 감지막(300), 양(+) 전극(400) 및 음(-)전극(500)에 있어서는 구성요소가 실질적으로 동일하다.
제1 단위센서(10')에는 제1 감지막(300) 상에 리간드 조성물(600')이 배치된다. 본 발명에서 "배치"는 코팅, 흡착, 증착 등의 방식으로 소정의 물질을 감지막(300) 상부에 고루 위치시키는 것으로 이해될 수 있다. 리간드 조성물(600')은 제1 표적 물질(700)인 당화 단백질(700')과 결합하여 당화 단백질(700')을 감지막(300) 상에 부착시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 리간드 조성물(600')은 방향족 보론산(aromatic boronic acid)을 유효성분으로 포함할 수 있으며, 구체적으로, 페닐(phenyl) 보론산, 나프탈렌(naphthalene) 보론산, 페난트렌(phenanthrene) 보론산, 또는 피렌(pyrene) 보론산 중 어느 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 도 3의 (a)는 페닐 보론산, (b)는 나프탈렌-1 보론산, (c)는 9-페난트렌 보론산, (d)는 피렌-1 보론산의 화학식을 나타낸다.
당화 단백질(700')은 당화 인간 혈청 알부민(glycated human serum albumin, gHSA), 당화 IgG, 당화 IgM 중 어느 하나일 수 있다.
제2 단위센서(10")에는 제2 감지막(300) 상에 리셉터(600")가 배치된다. 리셉터(600")는 제1 및 제2 표적 물질(700)인 당화 단백질(700') 및 단백질(700")과 결합하여 당화 단백질(700') 및 단백질(700")을 감지막(300) 상에 부착시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 리셉터(600")는 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물로 이루어진 군에서 선택되는 물질일 수 있으며, 바람직하게는 티록신(thyroxine)일 수 있다.
단백질(700")은 인간 혈청 알부민(human serum albumin, HSA), IgG, IgM 중 어느 하나일 수 있다.
위와 같은 단위센서(10)는 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOS-FET)와 유사한 구조를 가지고, 감지막(300)이 채널(channel), 양(+) 전극(400)이 소스(source) 전극, 음(-) 전극(500)이 드레인(drain) 전극의 역할을 할 수 있다. 한편, 휴대용 당화 단백질 측정기재(100)에 다른 음(-) 전극인 게이트 전극(800)을 형성할 수 있다. 특히, 감지막(300)을 구성하는 물질로 반도체 특성을 가지는 탄소나노튜브가 이용되면 단위센서(10)는 탄소나노튜브 전계효과 트랜지스터(carbon nanotube field effect transistor, CNT-FET)로서 기능할 수 있다.
침 내에 존재하는 당화 단백질(700')은 제1 단위센서(10')의 리간드 조성물(600')과 결합하여 제1 감지막(300) 상에 부착됨으로써 제1 단위센서(10')에 흐르는 전류값이 변하도록 할 수 있다. 즉, 제1 감지막(300)이 리간드 조성물(600')을 개재하여 당화 단백질(700')과 연결되어 제1 감지막(300)에 전류의 변화가 유발될 수 있다. 또한, 침 내에 존재하는 당화 단백질(700') 및 단백질(700")은 제2 단위센서(10")의 리셉터(600")와 결합하여 제2 감지막(300) 상에 부착됨으로써 제2 단위센서(10")에 흐르는 전류값이 변하도록 할 수 있다. 즉, 제2 감지막(300)이 리셉터(600")를 개재하여 당화 단백질(700') 및 단백질(700")과 연결되어 제2 감지막(300)에 전류의 변화가 유발될 수 있다. 따라서, 일정한 검출 용액[즉, 침(saliva)] 내에 당화 단백질(700') 또는 단백질(700")이 포함된 양에 따라서 제1 단위센서(10') 또는 제2 단위센서(10") 내부에 흐르는 전류의 양이 변화할 수 있다.
한편, 도 2의 당화 단백질 측정센서에는 단위센서(10)를 2개 배치하는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 본 발명의 실시 목적에 따라서 단위센서(10)의 개수를 증가할 수 있을 것이다. 일 예로, 단위센서(10)를 4개 배치한다면, 제1 단위센서(10') 및 제 2 단위센서(10")를 각각 1개씩 더 추가할 수도 있다.
양(+) 전극(400)은 단위센서(10)가 적어도 2개 이상 배치되는 당화 단백질 측정센서에서 개별 전극(400)으로서 소스 전극의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 양(+) 전극(400)은 도 2에 도시된 전극의 크기, 형태 등에 한정되는 것은 아니고, 양(+) 전극(400)이 소스 전극의 역할을 하는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 다시 도 2를 참조하면, 음(-) 전극(500)은 단위센서(10)가 적어도 2개 이상 배치되는 당화 단백질 측정센서에서 공통전극(500), 일예로 제1 단위센서(10')와 제2 단위센서(10")가 공유하는 동일한 전극으로 기능할 수 있다. 공통 전극(500)은 복수개의 단위센서(10)와 연결되어 전압 인가 수단(미도시)으로부터 그라운드 전압을 인가 받아 드레인 전극의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 전압 인가 수단은 양(+) 전극(400)과 접촉하여 플러스 전압을 인가할 수 있다. 또한, 전압 인가 수단은 음(-) 전극(500)과 접촉하여 그라운드 전압을 인가할 수 있고, 이와 같이 상기 전압 인가 수단으로부터 각 전극에 전압이 인가되었을 때에, 양(+) 전극(400) 및 음(-) 전극(500)과 연결된 단자부(920)(도 6 참조)를 거쳐서 각 단위센서에서의 전류의 변화를 측정할 수 있다.
특히, 제1 단위센서(10')에 흐르는 전류의 변화량과 제2 단위센서(10")에 흐르는 전류의 변화량을 측정함으로써, 제1 단위센서(10')에서 검출한 당화 단백질의 수치와 제2 단위센서(10")에서 검출한 총 단백질 수치(당화 단백질 및 단백질의 수치)를 비교할 수 있다. 즉, gHSA/total HSA(gHSA+HSA)의 값, 다시 말하여 당뇨병 환자의 침 내에 존재하는 총 단백질 중에서 얼마 정도가 당화 단백질로 변화되었는가를 측정함으로써, 피검진자가 당뇨병 환자에 해당하는지를 판정할 수 있다. 예를 들어, 상기 값이 14% 이상으로 측정되면 총 단백질 중 14%가 당화된 것으로서, 피검진자는 당뇨병 환자로 판정할 수 있다.
실시예
이하의 실시예에서는 본 발명의 당화 단백질 측정센서(CNT-FET)를 제조한 후, 당화 단백질과 탄소나노튜브가 결합하여 유발되는 전류의 변화를 확인하였다.
본 발명의 당화 단백질 측정센서의 제조를 위해 사용한 재료는 다음과 같다.
직경 0.7 nm 내지 1.4 nm 및 길이 20 nm 내지 80 nm를 갖는 단일벽 CNT를 사용하였다. 당화 단백질 측정센서는 표준 포토리소그래피 및 리프트 오프 공정을 사용하여 제조하였다. 방향족 보론산으로는 피렌 보론 산, 9-페난트렌 보론 산, 나프탈렌-1 보론산, 페닐 보론산을 사용하였다. 이외에도 솔비톨, 디메틸 포름아마이드(DMF), 에탄올, gHSA(알부민 몰 당 1-5 몰 fructosamine을 포함) 및 MOPS를 준비하였다.
본 발명의 당화 단백질 측정센서의 제조과정 및 gHSA의 측정은 아래와 같다.
방향족 보론산은 DMF에서 용해하였다. 방향족 보론산의 최적 코팅 농도는 DMF에서 연속적인 희석을 수행한 후에 CNT-FET에 적용하여 결정하였다. 증발을 막기 위하여 밀폐 용기에서 4 ml의 방향족 보론산이 용해된 DMF 혼합액을 상온에서 30분 동안 CNT-FET에 배양하였다. 배양 후에 CNT-FET를 에탄올로 세척한 후 상온에서 1시간 동안 공기 중에서 건조하였다. CNT-FET의 기준 임피던스값은 4 ml의 0.1 M MOPS pH 7.5, 5 mM MgCl2(결합 버퍼)를 CNT-FET에 약 30초간 첨가하고, 그 후 동일한 버퍼에 있는 4 ㎕의 gHSA를 CNT-FET에 첨가한 후 임피던스값의 변화를 추가적으로 2분 더 측정한 후에 얻었다. gHSA 측정에 대한 임피던스값을 해당 버퍼 기준값으로 노말화하였다. CNT-FET에 결합하는 표적 물질의 전기적 특성을 CNT-FET의 소스 및 드레인 전극에 전기적 접촉을 하게 하는 저전류 측정 시스템을 사용하여 측정하였다. 100 mV의 소스/드레인 바이어스를 전기 신호의 측정 동안 유지하였고 펄스 폭은 1초였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리간드 조성물과 당화 단백질의 결합을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 단위센서(10')의 제1 감지막(300) 상에 배치된 리간드 조성물(600')과 당화 단백질(700')의 결합을 확인할 수 있다.
당화 과정의 초기 산물인 N-링크된 후락토사민-단백질 부가체(fructosamine-protein adduct)는 보론산과 공유 에스테르 결합을 형성할 수 있는 1,2-시스 디올(1,2-cis diol)을 가진다. 보론산은 평면형이므로 단지 평면형 시스-디올과 결합을 형성할 수 있다. 고정화된(immobilized) 아미노-페닐 보론산은 이 입체 특이적 결합(stereo-specific bond) 형성으로 인하여 제1 센서(10)의 표적물질(700)인 당화 단백질(700')에 대한 친화성 리간드 조성물(600')로 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향족 보론산과 당화 인간 혈청 알부민(gHSA)이 결합되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 표적 물질을 포함하는 검출 용액이 적용될 때(도 5의 화살표 표시) 피렌-1 보론산이 코팅된 CNT-FET(굵은 적색 실선)는 코팅하지 않은 CNT-FET(청색 점선)와 비교하여 임피던스의 변화가 크게 일어남을 알 수 있다. 이로부터 gHSA가 방향족 보론산이 배치된 CNT-FET에 부착되어 CNT-FET 내부에 흐르는 전류의 양이 변화될 수 있음을 확인할 수 있다.
휴대용 당화 단백질 측정장치의 구성
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 당화 단백질 측정장치를 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)는 휴대용 당화 단백질 측정장치의 평면도, (b)는 측면도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 당화 단백질 측정장치는 센서 바디(900) 및 단자부(920)를 포함한다.
센서 바디(900)는 휴대용 당화 단백질 측정기재(100) 또는 당화 단백질 측정센서를 커버하여 외부의 검출 용액, 충격으로부터 휴대용 당화 단백질 측정장치를 보호할 수 있으며, 휴대용 당화 단백질 측정장치의 외관을 구성할 수 있다. 센서 바디(900)의 재질은 플라스틱인 것이 바람직하나, 당화 단백질 측정센서를 커버하여 외관을 구성할 수 있는 범위 내라면 다른 재질을 사용해도 무방하다.
센서 바디(900)는 침을 통과시킬 수 있는 복수개의 홀(910)이 형성될 수 있다. 복수개의 홀(910)을 통해 침이 통과하여 센서 바디(900)의 내부에 존재하는 당화 단백질 측정센서에 접촉할 수 있다.
센서 바디(900)에는 침을 보유할 수 있는 홈(930)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 홈(930)을 구비함으로써, 사용자는 홈(930)에 침을 뱉거나 이미 체내에서 분리된 침을 용이하게 옮겨서 당화 단백질의 수치를 측정할 수 있다.
한편, 휴대용 당화 단백질 측정장치는 단위센서(10)를 커버하는 센서커버부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 센서커버부재의 재질은 플라스틱을 포함할 수 있다. 센서커버부재에는 복수개의 미세한 구멍이 형성되어 있어서 검출 용액에 존재하는 표적 물질(700), 예를 들어 침 내에 존재하는 당화 단백질(700') 및 단백질(700")만이 미세한 구멍을 통과하여 리간드 조성물(600') 및 리셉터(600")와 결합할 수 있게 된다.
단자부(920)는 당화 단백질 측정센서(10)와 연결되게 형성되어 센서 바디(900)의 외부로 돌출될 수 있다. 단자부(920)의 배선(921, 922, 923, 924)은 각각 제1 단위센서(10')와 연결되는 양(+) 전극(400), 제2 단위센서(10')와 연결되는 양(+) 전극(400), 음(-) 전극(500), 게이트 전극(800)과 연결된다. 물론, 단위센서(10)의 증가에 따라서 배선의 개수도 변할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 당화 단백질 측정장치를 리더부에 연결한 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 휴대용 당화 단백질 측정장치는 리더부(1000)를 더 포함할 수 있다. 리더부(1000)는 센서 바디(900)와 탈부착될 수 있으며, 단자부(920)가 삽입될 수 있는 단자부 홀(미도시)이 형성되어 있다. 리더부(1000)에 단자부(920)가 삽입되어 리더부(1000)의 제어부(미도시)에 당화 단백질 및 단백질 수치에 관한 전류 신호를 전달함으로써 리더부(1000)에서 당화 단백질 및 단백질 수치를 분석하여 gHSA/total HSA(gHSA+HSA)의 값을 계산할 수 있다. gHSA/total HSA(gHSA+HSA)의 값은 리더부(1000)에 구비된 표시부(1010)를 통하여 표시될 수도 있다.
한편, 리더부(1000)에 한정되지 않고, 단자부(920)에 컴퓨터, 스마트폰 등의 다른 단말기를 연결하여 전류의 신호를 분석하여 당화 단백질 수치를 측정할 수 있다. 본 발명의 휴대용 당화 단백질 측정장치는 면봉이나 체온계 같은 크기로 저렴하게 제작되어, 일회용으로 간단하게 당화 단백질 수치를 측정할 수 있다.
본 발명은 채혈의 과정을 거칠 필요없이, 당화 단백질과 결합하는 리간드 조성물을 포함하는 당화 단백질 측정센서에 단지 침을 접촉시키는 것만으로 당화 단백질 수치를 실시간으로 용이하게 측정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 상대적으로 CNT와 표적 물질인 당화 단백질 간의 거리가 짧아 측정 정밀도가 향상될 뿐만 아니라, 제조과정이 간단한 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 단위센서
10': 제1 단위센서
10": 제2 단위센서
100: 기재, 휴대용 당화 단백질 측정기재
200: 산화물층
300: 감지막
400, 400', 400": 양(+) 전극, 소스 전극
500, 500', 500": 음(-) 전극, 드레인 전극
600': 리간드 조성물
600": 리셉터
700: 표적 물질
700': 당화 단백질
700": 단백질
800: 게이트 전극
900: 센서 바디
910: 복수개의 홀
920: 단자부
930: 홈
1000: 리더부
1010: 표시부

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 소정의 기재 상에 형성되는 감지막; 및 감지막의 양 말단 상에 일정한 간격을 두고 대향하여 형성되는 양(+) 전극 및 음(-) 전극을 포함하는 제1 및 제2 단위센서를 구비하되,
    제1 단위센서의 제1 감지막 상에는 제1 표적물질과 결합하는 방향족 보론산을 유효성분으로 포함하는 리간드 조성물이 배치되고, 제2 단위센서의 제2 감지막 상에는 제1 및 제2 표적물질과 결합하는 리셉터가 배치되며,
    제1 및 제2 감지막은 탄소나노튜브 또는 그래핀 중 어느 하나를 포함하여 동일하게 구성되고,
    제1 표적물질은 당화 인간 혈청 알부민(gHSA)이고, 제2 표적물질은 인간 혈청 알부민(HSA)이며,
    제1 단위센서의 제1 감지막의 적어도 일부 영역에 침(saliva)이 접촉되면, 제1 감지막이 방향족 보론산을 유효성분으로 포함하는 리간드 조성물을 개재하여 침 내의 당화 인간 혈청 알부민(gHSA)과 연결되어 유발되는 제1 감지막에 흐르는 전류의 변화를 측정하고, 제2 단위센서의 제2 감지막의 적어도 일부 영역에 침(saliva)이 접촉되면, 제2 감지막이 리셉터를 개재하여 침 내의 당화 인간 혈청 알부민(gHSA) 및 인간 혈청 알부민(gHSA)과 연결되어 유발되는 제2 감지막에 흐르는 전류의 변화를 측정하는, 당화 단백질 측정센서.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    기재의 재질은 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 폴리머 중 어느 하나를 포함하며, 기재의 표면은 소수성을 갖는, 당화 단백질 측정센서.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    양(+) 및 음(-) 전극의 재질은 금을 포함하는, 당화 단백질 측정센서.
  7. 제2항에 있어서,
    제1 단위센서의 음(-) 전극과 제2 단위센서의 음(-) 전극은 동일하며, 그라운드와 연결되는, 당화 단백질 측정센서.
  8. 제2항에 있어서,
    방향족 보론산은 페닐(phenyl) 보론산, 나프탈렌(naphthalene) 보론산, 페난트렌(phenanthrene) 보론산, 또는 피렌(pyrene) 보론산 중 어느 하나를 포함하는, 당화 단백질 측정센서.
  9. 제2항에 있어서,
    리셉터는 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물로 이루어진 군에서 선택되는, 당화 단백질 측정센서.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    양(+) 전극은 소스 전극이고 음(-) 전극은 드레인 전극일 때, 다른 음(-) 전극인 게이트 전극을 더 포함하는, 당화 단백질 측정센서.
  13. 제2항의 당화 단백질 측정센서;
    당화 단백질 측정센서를 커버하며 외관을 형성하는 센서 바디; 및
    당화 단백질 측정센서의 단부에 형성된 단자부를 포함하는,
    휴대용 당화 단백질 측정장치.
  14. 제13항에 있어서,
    센서 바디에는 침을 보유하는 홈이 형성되는, 휴대용 당화 단백질 측정장치.
  15. 제14항에 있어서,
    센서 바디에는 침을 통과시키는 복수개의 홀이 형성되는, 휴대용 당화 단백질 측정장치.
  16. 제13항에 있어서,
    센서 바디와 탈부착되며, 단자부에서 전달되는 신호를 분석하는 리더부를 더 포함하는, 휴대용 당화 단백질 측정장치.
  17. 제16항에 있어서,
    리더부는 당화 단백질의 측정수치를 표시하는 표시부를 포함하는, 휴대용 당화 단백질 측정장치.
  18. 제13항에 있어서,
    당화 단백질 측정센서를 커버하는 센서커버부재를 더 포함하고, 센서커버부재의 재질은 플라스틱을 포함하며, 표적 물질을 통과시키는 미세한 구멍이 형성되어 있는, 휴대용 당화 단백질 측정장치.
  19. 제2항의 당화 단백질 측정센서를 이용하여 측정하는, 당화 단백질 측정방법.
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