혈중 크레아티닌 신속 검출 시스템 개발 = Development of Rapid Detection System for Blood Creatinine

국문 초록 (Abstract)

배경: 혈중 크레아티닌(Creatinine, Cr) 검사는 신장 질환의 진단 및 치료 효과를 평가하는 데 사용되는 중요한 지표 검사이다. 최근에는 CT 및 관상동맥 조영술 과 같은 영상 검사에서 필수적으로 사용되는 조영제의 부작용을 예방하기 위해 신장 기능 평가로 널리 이용되고 있다. 이를 위해서는 임상 현장에서 혈중 Cr 신속 검사가 필요하여, 현재 일부 신속 Cr 검사 시스템이 도입되었으나 높은 검 사 비용으로 인해 임상 현장에서 활용이 제한되고 있다. 따라서 본 연구에서는 저비용, 고효율의 혈중 신속 Cr 검사 시스템을 개발하여 임상 검체를 이용하여 유용성을 평가하였다. 방법: 혈중 Cr 신속 검출을 위해 효소 반응에 기반을 둔 paper 기반의 센서를 설계하였다. 효소 및 발색 시약의 농도를 조절하고, 디지털 이미징 시스템 (ChemiDoc MP)으로 신호 강도를 분석하여 최적의 조건을 찾았다. 가속 조건에 서 안정성을 평가하고, 간섭 물질에 대한 선택성을 확인하였다. 임상 혈청 검체 는 기존의 표준 검사 방법인 Roche사의 Cobas 8000 c702의 측정값과 비교하여 상관성을 평가하였다. 결과: Cr-paper sensor는 검체패드, 제1 반응패드(크레아틴 검출), 제2 반응패드 (Cr 및 크레아틴 검출)로 구성되었다. Cr 검출 값은 제2 반응패드(R2)의 신호 강 도에서 제1 반응패드(R1)의 신호 강도를 차감하는 Cr=R2-R1 계산식을 적용하 여 Cr의 선택성을 높였고, 최적의 효소 및 발색 시약 농도를 설정하여 높은 신 호 강도를 확보하였다. Cr-paper sensor는 4℃에서 약 30일 동안 안정적인 성 능을 유지하였다. 또한, 0-20 mg/dL의 농도 범위에서 선형적인 신호 강도를 나 타냈으며, 표준 검사 방법과의 결정계수는 R2=0.97로 임상 환경에서의 사용 가 능성을 확인하였다. 임상 혈청 검체 테스트에서도 정상 및 비정상 검체 간의 신 호 강도 차이를 명확히 구분하며 높은 민감도와 특이도를 구현하였다. 결론: 연구자는 비용 효율적이고, 신속하게 임상에서 사용할 수 있는 paper 기반 의 Cr 측정 센서를 성공적으로 개발하였다. 개발된 센서는 기존의 Cr 검출 장치 보다 높은 경제성과 동등하거나 우수한 선택성 및 안정성을 나타냈다. 특히, 조 영제 사용 전 부작용 예방을 위한 영상의학 임상 현장뿐만 아니라 신장 기능 평 가가 신속하게 요구되는 임상 현장에서도 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Blood creatinine (Cr) testing is an important indicator used to diagnose kidney diseases and evaluate the effectiveness of treatments. Recently, it has been widely used for renal function assessment to prevent side effects of contrast media, which are essential in imaging tests such as CT and coronary angiography. For this purpose, rapid serum Cr testing is required in clinical settings; however, although some rapid Cr testing systems have been introduced, their clinical use is limited due to high testing costs. Therefore, in this study, a low-cost, high-efficiency rapid serum Cr testing system was developed, and its utility was evaluated using clinical specimens. Methods: To achieve rapid detection of serum Cr, a paper-based sensor based on enzymatic reactions was designed. Optimal conditions were determined by adjusting the concentrations of enzymes and chromogenic reagents and analyzing signal intensity using a digital imaging system (ChemiDoc MP). Stability was evaluated under accelerated conditions, and selectivity against interfering substances was confirmed. The correlation of clinical serum specimens was assessed by comparing the results with measurements from the Roche Cobas 8000 c702, a conventional standard testing method. Results: The Cr-paper sensor consisted of a sample pad, a first reaction pad (creatine detection), and a second reaction pad (Cr and creatine detection). To enhance selectivity for Cr, the calculation formula Cr = R2 - R1 was applied, subtracting the signal intensity of the first reaction pad (R1) from that of the second reaction pad (R2). High signal intensity was secured by establishing optimal concentrations of enzymes and chromogenic reagents. The Cr-paper sensor maintained stable performance for approximately 30 days at 4°C. Furthermore, it demonstrated linear signal intensity within a concentration range of 0-20 mg/dL, and its correlation with the standard testing method showed a coefficient of determination of R2=0.97, confirming its feasibility for clinical use. In clinical serum specimen testing, the sensor clearly distinguished between normal and abnormal samples, achieving high sensitivity and specificity. Conclusion: The researchers successfully developed a paper-based Cr measurement sensor that is cost-effective and capable of rapid clinical use. The developed sensor demonstrated higher economic efficiency and equivalent or superior selectivity and stability compared to existing Cr detection devices. In particular, it is expected to be widely utilized not only in clinical radiology departments to prevent side effects before contrast media administration but also in various clinical settings where rapid assessment of renal function is required.

목차 (Table of Contents)

• 국문 초록 1
• 1. 서 론 3
• 2. 재료 및 방법 10
• 3. 결 과 15
• 4. 고 찰 21
• 5. 결 론 26
• 6. 참고문헌 27
• 7. Abstract (영문 초록) 35
• 8. 표 및 그림 38