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문제 정의
- 그러므로 본 논문에서는 고가의 이미지 분석 장비와 마이크로 파이펫을 사용하지 않으며, 재현성이 높고, 저렴한 진단비용으로 간편하게 질병의 진행상황을 정량적으로 분석을 할 수 있는 종이 기반 진단기구(이하 종이 칩)를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 0 mg/mL으로 각 농도 별로 BSA용액을 만들어서 냉장고(4℃)에 보관하여 사용하였다. BSA에 의한 TBPB의 색 변화는 일정한 pH를 유지한 상태에서 발생하는 단백오차법 원리를 이용하고 있으므로, TBPB의 pH 3.0으로 일정하게 유지해줄 Citrate buffer solution (CBS)을 사용하였다. CBS는 0.
- 각각의 이동 거리는 분석 구간 우측에 위치한 눈금을 사용하여 육안으로 측정하였다. BSA의 이동거리 또는 TBPB의 색 변화 길이를 측정할 시, 노란색의 TBPB와 초록색의 TBPB의 경계선이 직선 형태가 아니므로, 가장 많이 이동한 지점 (BSA 이동거리 최대값)을 BSA의 이동거리로 정하였다. 또한 용제의 이동거리 또한 BSA의 이동거리와 마찬가지로, 가장 많이 이동한 지점 (용제의 이동거리 최대값)을 용제의 이동거리로 정하였다.
- 1(b)). 각각의 이동 거리는 분석 구간 우측에 위치한 눈금을 사용하여 육안으로 측정하였다. BSA의 이동거리 또는 TBPB의 색 변화 길이를 측정할 시, 노란색의 TBPB와 초록색의 TBPB의 경계선이 직선 형태가 아니므로, 가장 많이 이동한 지점 (BSA 이동거리 최대값)을 BSA의 이동거리로 정하였다.
- 0 mg/mL)를 가진 BSA의 용액들을 17 μL의 양만큼 흡수 패드에 흡수시켰다. 그 후 채널 옆에 있는 표시된 눈금을 사용하여 용제 및 BSA 이동거리를 측정하였다. 그 결과 BSA의 이동거리와 용제의 이동거리를 나눈 값인 체류 인자는 각각의 농도에서 각각 특정한 값들을 갖는 것을 확인할 수 있었다 (Fig.
- 그러나 가정에서는 대부분 고가의 마이크로 파이펫을 가지고 있지 않다. 따라서 이를 해결하기 위하여 Fig. 1에서 보여준 종이칩의 디자인을 응용하여 샘플에 담그는 요검사 시험지 형태로 만들었다 (Fig. 4(a)).
- BSA의 이동거리 또는 TBPB의 색 변화 길이를 측정할 시, 노란색의 TBPB와 초록색의 TBPB의 경계선이 직선 형태가 아니므로, 가장 많이 이동한 지점 (BSA 이동거리 최대값)을 BSA의 이동거리로 정하였다. 또한 용제의 이동거리 또한 BSA의 이동거리와 마찬가지로, 가장 많이 이동한 지점 (용제의 이동거리 최대값)을 용제의 이동거리로 정하였다. 우리는 측정된 BSA의 이동거리와 용제의 이동거리를 나눈 값을 체류인자 (Retention factor, Rf)로 정의했고, 이를 또한 BSA의 농도라고 정의하였다.
- 그 이유는 종이의 불균일성 때문에 BSA의 용액의 용제의 이동거리는 달라지지만, 그에 비례하여 BSA의 이동거리 또한 달라지기 때문이다. 용제의 이동거리가 길어지면, 용제에 의해 이동하는 BSA의 이동거리 또한 비례하여 길어졌다. 반대로 용제의 이동거리가 짧아지면, 용제에 의해 이동하는 BSA의 이동거리 또한 비례하여 짧아졌다.
- 우리는 BSA의 농도의 변화와 체류인자의 관계를 알기 위하여, 각각 다른 BSA 농도 (0~8.0 mg/mL)를 가진 BSA의 용액들을 17 μL의 양만큼 흡수 패드에 흡수시켰다.
- 우리는 마이크로 파이펫을 사용하여, BSA 용액들 (샘플)을 흡수 패드에 주입시킨 후 분석 구간에 나타는 현상을 관찰하였다. 그 결과 분석 구간에서 BSA에 의하여 노란색에서 초록색으로 변한 TBPB 구간 길이와 BSA 용액의 용제가 이동한 거리가 존재하는 것을 확인하였다.
- 우리는 종이의 불균일한 흡수성과 무관하게 샘플 (BSA의 용액)의 BSA 농도를 표현할 수 있는 인자를 찾기 위하여, 각기 다른 BSA 농도 (1~4 mg/mL)를 가진 BSA 용액들 (17 μL)의 용제 이동거리와 BSA 이동거리의 비율을 측정하였다.
- 우리는 왁스 패턴이 인쇄된 종이를 2분 동안 가열하여, 종이 한쪽 면에만 인쇄된 왁스 패턴을 종이의 내부를 거쳐서 종이 반대 쪽 면까지 퍼지도록 하였다. 이 과정을 통하여 종이에 친유성 왁스 장애물을 형성시켜서, 친수성 유체가 흐를 수 있는 유로를 만들었다. 우리는 유로가 형성된 종이를 종이 유체 칩 또는 종이 칩이라고 한다.
- 0 mg/mL의 BSA 농도를 갖는 샘플 (BSA 용액)에 흡수 패드 부분만 담갔다. 이때 담그는 시간을 달리하여 종이에 흡수되는 양과 체류 인자의 관계를 알아보았다. Fig.
- 여기서 BSA의 이동거리를, 샘플 (BSA의 용액)의 BSA 농도로 정의하려면 [7], 같은 부피 및 같은 BSA 농도를 가진 용액을 흡수 시켰을 때 나타나는 BSA의 이동거리는 항상 일정해야한다. 이를 확인하기 위하여, 우리는 같은 부피 및 같은 BSA 농도를 가진 BSA 용액 (샘플)들을 종이 칩에 흡수시킨 후, 분석 구간에 나타는 BSA의 이동거리를 측정하였다. 그 결과, 동일한 부피를 가진 BSA 용액들을 흡수시켰음에도 불구하고 용제의 이동거리가 일정하지 않다는 것을 확인할 수 있었다(Fig.
- 종이 크로마토그래피 위에 Assay site (분석구간) (1.5 mm × 80 mm)와 3.5 mm 직경을 가진 흡수 패드 (Sample pad)로 구성된 왁스 패턴 (왁스 장애물)을 왁스 프린터로 인쇄하였다 (Fig.
- 시험지에는 소혈청알부민에 민감하게 반응하는 Tetrabromophenol Blue(TBPB)가 흡착되어 있다 [5]. 진단은 요검사 시험지에 소변(샘플)을 적신 후, TBPB의 색깔 변화를 분석하여 질병을 진단한다. pH 3.
대상 데이터
- 체류 인자를 이용한, 정량분석이 가능한 종이 칩를 제시하기 위하여, 검출 대상으로 BSA (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)를 사용하였고, 이를 검출하기 위하여 BSA와 민감하게 반응하여 색이 변하는 Tetrabromophenol Blue (TBPB)을 사용하였다. TBPB는 Tetrabromophenol Blue sodium salt (SigmaAldrich, St.
성능/효과
- 그 후 채널 옆에 있는 표시된 눈금을 사용하여 용제 및 BSA 이동거리를 측정하였다. 그 결과 BSA의 이동거리와 용제의 이동거리를 나눈 값인 체류 인자는 각각의 농도에서 각각 특정한 값들을 갖는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 3). 육안으로 체류인자를 측정할 수 있는 BSA 농도 범위는 0.
- 우리는 마이크로 파이펫을 사용하여, BSA 용액들 (샘플)을 흡수 패드에 주입시킨 후 분석 구간에 나타는 현상을 관찰하였다. 그 결과 분석 구간에서 BSA에 의하여 노란색에서 초록색으로 변한 TBPB 구간 길이와 BSA 용액의 용제가 이동한 거리가 존재하는 것을 확인하였다. Fig.
- 우리는 종이의 불균일한 흡수성과 무관하게 샘플 (BSA의 용액)의 BSA 농도를 표현할 수 있는 인자를 찾기 위하여, 각기 다른 BSA 농도 (1~4 mg/mL)를 가진 BSA 용액들 (17 μL)의 용제 이동거리와 BSA 이동거리의 비율을 측정하였다. 그 결과 불균일한 종이의 흡수성과 관계없이 같은 농도에서는 체류 인자는 항상 일정하다는 것을 확인하였다 (Fig. 2(c)).
- 5분, 1분, 3분 동안 샘플에 담갔다. 그 결과 흡수되는 샘플의 부피와 상관없이 모두 동일한 체류 인자를 얻을 수 있었다 (Fig. 4(b)).
- 이를 확인하기 위하여, 우리는 같은 부피 및 같은 BSA 농도를 가진 BSA 용액 (샘플)들을 종이 칩에 흡수시킨 후, 분석 구간에 나타는 BSA의 이동거리를 측정하였다. 그 결과, 동일한 부피를 가진 BSA 용액들을 흡수시켰음에도 불구하고 용제의 이동거리가 일정하지 않다는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 2(a)).
- 그러므로 본 논문에서 규명한 체류 인자를 이용한 종이 칩은 샘플을 흡수 패드에 흡수시키는 과정부터 분석까지 모든 과정에서 외부 장비를 필요로 하지 않고, 저렴한 비용으로 간편하게 질병의 진행상황을 정량적으로 진단하는 것이 가능하다. 이는 고령화 사회에서 경제적 약자이면서, 동시에 단백뇨를 앓고 있는 많은 노인들에게 저렴한 비용으로 단백뇨의 정량적 진단을 제공할 것으로 기대한다.
- 또한 체류 인자는 종이 칩에 흡수되는 샘플 (BSA 용액)의 부피와 상관이 없으므로 기존의 농도-길이 기반 진단기구와 달리 마이크로 파이펫과 같은 외부 장비가 필요 없다. 더 나아가 이는 본 논문의 종이 칩은 저렴한 종이와 간편한 공정과정으로 만든 값싼 진단 기구이므로, 단백뇨 증상의 진행 상황을 알기 위하여 수시로 진단해야하는 단백뇨 환자의 경우 적은 비용으로도 반복적으로 자신의 증상을 시시각각 정량적으로 정확히 진단할 수 있다는 것을 의미한다.
- 이는 종이의 불균일한 흡수성 때문에 용제가 종이에 퍼지는 영역 즉, 용제가 이동하는 거리가 달라지기 때문이다. 실제로 BSA가 없는 용제만 존재하는 샘플을 주입시킨 음성 반응 실험 (Negative control test)에서 보는 바와 같이, 일정한 부피의 샘플을 흡수시켰음에도 불수하고, 샘플의 용제 이동거리가 일정하지 않는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 2(a)).
후속연구
- 이는 고령화 사회에서 경제적 약자이면서, 동시에 단백뇨를 앓고 있는 많은 노인들에게 저렴한 비용으로 단백뇨의 정량적 진단을 제공할 것으로 기대한다. 더 나아가 경제적 어려움으로 인하여 많은 사람들의 진단 비용을 감당하기 어려운 제 3세계 국가들에게 저가의 진단법을 제시할 것이라고 기대한다.
- 그러므로 본 논문에서 규명한 체류 인자를 이용한 종이 칩은 샘플을 흡수 패드에 흡수시키는 과정부터 분석까지 모든 과정에서 외부 장비를 필요로 하지 않고, 저렴한 비용으로 간편하게 질병의 진행상황을 정량적으로 진단하는 것이 가능하다. 이는 고령화 사회에서 경제적 약자이면서, 동시에 단백뇨를 앓고 있는 많은 노인들에게 저렴한 비용으로 단백뇨의 정량적 진단을 제공할 것으로 기대한다. 더 나아가 경제적 어려움으로 인하여 많은 사람들의 진단 비용을 감당하기 어려운 제 3세계 국가들에게 저가의 진단법을 제시할 것이라고 기대한다.
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