KR20100054357A - System for signal detection of specimen using magnetic resistance sensor - Google Patents

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KR20100054357A KR1020080113259A KR20080113259A KR20100054357A KR 20100054357 A KR20100054357 A KR 20100054357A KR 1020080113259 A KR1020080113259 A KR 1020080113259A KR 20080113259 A KR20080113259 A KR 20080113259A KR 20100054357 A KR20100054357 A KR 20100054357A
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김정률
양지혜
강문숙
김영묵
최만휴
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A system for detecting the signal of a specimen is provided to detect the variation of a magnetic component in the specimen using a magnetic resistance sensor and an external magnetic field application device. CONSTITUTION: A fixing unit(120) fixes a specimen which is combined to a magnetic particle. An external magnetic field application device(110) applies an external magnetic field to the specimen. A magnetic resistance sensor(130) detects the magnetic component of the specimen which is combined to the magnetic particle based on the external magnetic field.

Description

자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템{System for signal detection of specimen using magnetic resistance sensor}System for signal detection of specimen using magnetic resistance sensor

본 발명은 자기저항 센서를 이용한 진단기기에 관한 것으로, 구체적으로는 자기저항센서와 외부 자기장인가장치를 이용하여 자성입자와 결합한 검체(검사대상물)에 자기적 성분의 변화를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석할 수 있는 검출시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a diagnostic device using a magnetoresistive sensor. Specifically, the magnetic component is separated into an electrical component by detecting a change in a magnetic component on a sample (inspection object) coupled with magnetic particles using a magnetoresistive sensor and an external magnetic field applying device. And a detection system that can be analyzed.

일반적으로 자기센서 카트리지(magnetic sensor)는 자기장 또는 자력선의 크기와 방향을 측정하는 센서 카트리지로서, 자기장의 영향으로 여러 가지 물질의 성질 등이 변하는 것을 이용하여 자기장을 측정한다. 홀효과나 자기저항효과 등을 이용하여 홀소자나 MR(Magnetic Resistance) 소자 등을 만들기도 하고, VTR(Video Tape Recorder), 테이프 리코더 등의 제조에도 이용한다.In general, a magnetic sensor cartridge (magnetic sensor) is a sensor cartridge for measuring the size and direction of the magnetic field or the line of magnetic force, the magnetic field is measured by changing the properties of various materials due to the influence of the magnetic field. Hall elements or magnetoresistive (MR) elements are made using the Hall effect, magnetoresistance effect, etc., and they are also used to manufacture VTRs (Video Tape Recorders) and tape recorders.

한편 혈액 성분 분석 수단으로 거대 자기저항 센서 카트리지 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이(대한민국 특허공개번호 : 2004-55387)가 공개된 바 있다.Meanwhile, a giant magnetoresistive sensor cartridge and a sensing cell array using the same (Korean Patent Publication No. 2004-55387) have been disclosed as blood component analysis means.

도 1은 종래 거대 자기저항 센서 카트리지 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a conventional giant magnetoresistive sensor cartridge and a sensing cell array using the same.

그래서 복수개의 거대 자기저항 센서 카트리지를 N개의 컬럼과 M개의 로오로 이루어진 센싱 셀 어레이에 배치하고, 센싱 셀 어레이로 이루어진 바이오 센서 카트리지 칩을 패키지 혹은 웨이퍼 레벨에서 준비한다.Thus, a plurality of giant magnetoresistive sensor cartridges are placed in a sensing cell array consisting of N columns and M rows, and a biosensor cartridge chip consisting of the sensing cell array is prepared at the package or wafer level.

그리고 주변 물질로 이루어진 성분 측정 데이터들을 각각의 거대 자기저항 센서 카트리지에 노출시킨다. 이후 거대 자기저항 센서 카트리지의 센싱 셀 어레이에서 각각의 성분 측정 데이터들을 측정하고, 혈액 성분 분석 수단을 이용하여 측정된 성분 데이터들을 전기적으로 분석하게 된다.Component measurement data consisting of surrounding materials are then exposed to each large magnetoresistive sensor cartridge. Then, the respective component measurement data are measured in the sensing cell array of the giant magnetoresistive sensor cartridge, and the component data measured by the blood component analyzer is electrically analyzed.

이러한 기존 발명은 거대 자기저항 센서 카트리지 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이에 관한 것으로, 각각 다른 복수개의 성분으로 구성된 주변 물질들의 성분을 서로 다른 자기장의 검출에 따라 센싱하여 전기적 성분으로 분리 및 분석하도록 하는 기술을 개시하였다.The existing invention relates to a giant magnetoresistive sensor cartridge and a sensing cell array using the same. A technology for sensing and analyzing components of peripheral materials each consisting of a plurality of components according to the detection of different magnetic fields to separate and analyze them into electrical components Started.

기존 발명은 센싱 셀 어레이 GMR(Giant Magneto Resistance, 거대 자기 저항) 소자, 스위칭 소자 및 자성물질(또는 포싱 워드라인)로 구성되는 거대 자기저항 센서를 바이오 센서 카트리지 칩에 복수개의 로오 및 컬럼 형태를 갖는 센싱 셀 어레이로 배치하여, 각각 다른 특성을 띠는 주변물질의 성분에 따라 각각 상이한 자화율을 센싱하여, 주변물질의 전기적 성분을 분석한다.Existing invention has a large magnetoresistive sensor comprising a sensing cell array GMR (Giant Magneto Resistance) element, a switching element and a magnetic material (or forcing word line) to have a plurality of row and column types on a biosensor cartridge chip. Arranged in a sensing cell array, the magnetic susceptibility of each of the peripheral materials having different characteristics is sensed, and the electrical components of the peripheral materials are analyzed.

혹은 각각 다른 복수의 성분으로 구성된 주변 물질 등을 자화율 또는 유전율에 따르는 전기적 성분으로 분리하고 분석하게 하는 것이다.Alternatively, the peripheral material composed of a plurality of different components may be separated and analyzed into electrical components according to susceptibility or permittivity.

MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 또는 GMR 소자를 가지는 자화 페어 감지 센서, MTJ 소자 및 자성 물질을 가지는 자기저항 센서, 센싱 커패시터 스위칭 소자를 가지는 유전율 감지 센서, MTJ 소자 또는 GMR 소자, 전류 라인, 가변 강자성층 및 스위칭 소자를 가지는 자화 홀 감지 센서, 또는 GMR 소자, 스위칭 소자 및 자성 물질 으로 구성되어 지는 거대 자기저항 센서를 바이오 센서 팁에 복수의 로오 및 컬럼 형태를 가지는 센싱 셀 어레이로 배치하고, 각각 다른 특성을 나타내는 주변 물질의 성분 및 성분의 크기에 따르고 각각 서로 다른 자화율 또는 유전율을 센싱 하고, 분석을 원하는 주변 물질의 성분을 전기적 성분으로 분리하게 한다.Magnetized pair sensing sensor with MTJ (Magnetic Tunnel Junction) or GMR element, magnetoresistive sensor with MTJ element and magnetic material, dielectric constant sensor with sensing capacitor switching element, MTJ element or GMR element, current line, variable ferromagnetic layer and Magnetization Hall sensing sensors with switching elements, or large magnetoresistive sensors consisting of GMR elements, switching elements and magnetic materials are arranged in the sensing cell array having a plurality of row and column shapes at the biosensor tip, and each of them has different characteristics. Depending on the component of the surrounding material and the size of the component, the different susceptibility or dielectric constant is sensed, and the components of the peripheral material to be analyzed are separated into electrical components.

기존 기술의 경우, 센서를 어레이로 사용한다는 점과 센서와 바이오 물질(bio-contents) 간의 센싱되는 매커니즘을 기술하였고, 어레이 타입(type)과 관련한 회로구성에 역점을 두었다. 그러나 기존 기술의 이러한 센서구성은 복잡한 메모리 구조를 기본으로 하였으며 간단한 센싱 키트(Kit)를 제작하는 데는 큰 문제점을 가지고 있다. 또한 비용 면에서도 MRAM(Magnetic Random Access Memory) 구조와 같은 반도체 공정을 이용한 센서 및 회로 단을 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 스위칭 회로로 구성해야 하는 어려움을 가지고 있어 비용 면에서 큰 약점을 가지고 있다. 또한 기존 기술의 경우, 감도 자체는 1:1 접촉으로 향상 시킬 수 있으나, 디바이스의 제한된 체적에 의한 검지체 양의 조절이 제한적이며, 디바이스 각각에 개별적인 CMOS 회로가 필요하여, 고비용은 물론 디바이스의 재사용이 어려운 문제점이 있다.The existing technology described the use of sensors as arrays and the sensing mechanism between sensors and bio-contents. The emphasis was placed on circuit configuration in relation to array types. However, the sensor configuration of the existing technology is based on a complicated memory structure and has a big problem in producing a simple sensing kit (Kit). In addition, there is a cost disadvantage in that the sensor and circuit stages using a semiconductor process such as an MRAM (Magnetic Random Access Memory) structure have to be composed of a Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) switching circuit. In addition, in the case of the existing technology, the sensitivity itself can be improved by 1: 1 contact, but the control of the amount of the detector by the limited volume of the device is limited, and each device requires a separate CMOS circuit. There is this difficult problem.

아울러 자기저항센서에 있어서, 외부자기장을 인가함에 있어서, 측정시 외부조건이 변동되어 센서가 불안정한 기술적인 문제가 있으며, 자성입자의 자화값의 강화에 따라 자기저항센서의 감지불량이 발생하는 문제도 발생하였다.In addition, in the magnetoresistive sensor, when applying an external magnetic field, there is a technical problem that the sensor is unstable due to a change in external conditions during measurement, and a problem that the detection of the magnetoresistive sensor occurs due to the strengthening of the magnetization value of the magnetic particles. Occurred.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 항원과 같은 바이오물질을 포함하는 검체를 마운팅하고, 외부자기장인가장치에서 안정적인 자기장의 인가를 수행함과 동시에 자기센서에서 자기적 성분이 결합된 검체에 대한 자기신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 고효율의 진단시스템으로 활용할 수 있는 검출시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to mount a sample containing a bio-material such as antigen, and to perform a stable magnetic field in the external magnetic field application device and at the same time magnetic in the magnetic sensor The present invention provides a detection system that detects a magnetic signal for a sample in which components are combined, separates them into electrical components, and analyzes them.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 구성으로, 자성입자가 결합한 검체가 고정되는 검체고정유닛;상기 검체에 외부자기장을 인가하는 외부자기장 인가장치;상기 외부자기장에 따른 검체의 자기적 성분을 검출하는 자기저항(MR)센서;를 포함하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템을 제공한다.The present invention is a configuration for solving the above problems, a sample fixing unit is fixed to the sample bonded to the magnetic particles; an external magnetic field applying device for applying an external magnetic field to the sample; detecting the magnetic component of the sample according to the external magnetic field It provides a signal detection system of the specimen using a magnetoresistive sensor comprising a; magnetoresistance (MR) sensor.

특히, 상술한 외부자기장 인가장치는 솔레노이드, 전자석, 자석요크 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In particular, the external magnetic field applying device is characterized in that any one of a solenoid, an electromagnet, a magnet yoke.

본 발명에서 상기의 자기저항센서는 적어도 1 이상의 거대자기저항(GMR) 디바이스로 구성될 수 있도록 한다.In the present invention, the magnetoresistive sensor may be configured as at least one large magnetoresistive (GMR) device.

또한, 본 발명의 상기 자기저항센서는 바 칩형태 또는 패키지 형태로 이루어질 수 있다.In addition, the magnetoresistive sensor of the present invention may be made of a bar chip form or a package form.

특히, 상기 검체가 고정되는 검체고정유닛은 측정 카트리지 또는 멤브레인으로 형성할 수 있다.In particular, the sample fixing unit to which the sample is fixed may be formed as a measuring cartridge or a membrane.

또한, 본 발명에 따른 자기센서를 이용한 신호검출시스템은, 상기 자기적 성분의 검출은 측정카트리지 또는 멤브레인을 사용하여 비접촉방식으로 상기 검체의 자기신호를 검출하거나, 상기 자기저항센서 위에 검체를 탑제하여 센서와 검체가 직접접촉하는 방식으로 자기신호를 검출할 수 있도록 한다.In addition, the signal detection system using a magnetic sensor according to the present invention, the detection of the magnetic component by using a measuring cartridge or a membrane to detect the magnetic signal of the sample in a non-contact manner, or by mounting a sample on the magnetoresistive sensor The magnetic signal can be detected by the direct contact between the sensor and the specimen.

또한, 본 발명에 따른 상술한 신호검출시스템은 자기센서에서 감지한 자기신호를 스케닝하는 스켄부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, the above-described signal detection system according to the present invention may further comprise a scan unit for scanning the magnetic signal detected by the magnetic sensor.

이 경우, 상기 스켄부는, 상기 검체를 지지하는 검체지지부와 상기 검체고정유닛을 고정하는 측정로더(loader) 더 마련하는 구조로 형성될 수 있다.In this case, the scan unit may be formed in a structure in which a specimen support unit for supporting the specimen and a measurement loader for fixing the specimen fixing unit are further provided.

또한, 상술한 측정로더에 검체고정유닛을 고정하고, 일정한 주파수 인가를 통한 신호검출을 구현할 수 있다.In addition, the sample fixing unit may be fixed to the above-described measurement loader, and signal detection may be implemented by applying a constant frequency.

또한, 본 발명에서는 상술한 시스템에서 감지한 자기신호를 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 결과를 출력하는 측정값 처리부를 더 포함하여 형성될 수 있다.In addition, the present invention may further include a measurement value processing unit for separating and analyzing the magnetic signal sensed by the above-described system into an electrical component and outputting a result.

또한, 본 발명은 전체 시스템을 구성함에 있어서, 일정 주파수에 의해 상기 검체지지부 또는 상기 자기센서를 왕복시키도록 구동되는 구동부를 더 포함하도록 형성할 수도 있다.In addition, the present invention may be configured to further include a drive unit driven to reciprocate the specimen support unit or the magnetic sensor by a predetermined frequency in configuring the entire system.

본 발명에서의 검체는 항원을 포함한 바이오 물질일 수 있다.The sample in the present invention may be a biomaterial including an antigen.

또한, 본 발명에서 검체에 결합하는 상기 자성입자는 10~100emu/g의 자화값을 갖도록 형성할 수 있으며, 상기 자기저항센서는 0~150Gauss에서 최대의 민감도를 가지도록 함이 바람직하다.In addition, the magnetic particles bound to the sample in the present invention may be formed to have a magnetization value of 10 ~ 100emu / g, the magnetoresistance sensor is preferably to have a maximum sensitivity at 0 ~ 150Gauss.

본 발명에 따르면, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템을 제공하되, 검체고정유닛에 검체를 마운팅하고 외부자기장인가장치를 통해 외부자기장을 인가한 후, 자기센서에서 자기적성분과 결합한 검체에 대한 자기신호를 감지하여 전기적성분으로 분리하고 분석할 수 있도록 한다.According to the present invention, there is provided a signal detection system of a sample using a magnetoresistive sensor, but after mounting the sample on the sample fixing unit and applying an external magnetic field through an external magnetic field applying device, for a sample coupled with the magnetic component in the magnetic sensor It detects magnetic signals and allows them to be separated and analyzed into electrical components.

특히, 솔레노이드, 전자석, 자석요크 중 어느 하나를 이용한 외부자기장 값을 인가하되, 자성입자의 자화값을 최대로 하며, 자기센서에는 영향을 최소화시킬 수 있도록 하여 감지의 효율을 극대화시키는 효과가 있다.In particular, while applying an external magnetic field value using any one of the solenoid, electromagnet, magnet yoke, it maximizes the magnetization value of the magnetic particles, it has the effect of maximizing the detection efficiency by minimizing the effect on the magnetic sensor.

또한, 본 발명은 바이오 센서 카트리지용으로 카트리지 형태의 거대 자기저항 센서 카트리지(Giant Magneto Resistance Cartridge)를 측정값 처리부와 결합하여 자기적 성분과 결합된 검체를 검출 및 센싱하여 전기적 성분으로 분리 및 분석할 수 있도록 할 수 있으며, 기존 반도체 단위공정으로 제작된 거대 자기저항 디바이스를 바이오 센서로 적용하고자 할 때, 센싱 엘리먼트(Sensing element)와 검체를 비 접촉시킴으로써 미소량의 검지체의 감도를 향상시킴으로써 정량적 분석을 원활하게 수행할 수 있다. In addition, the present invention is to combine the giant magneto-resistance cartridge (Giant Magneto Resistance Cartridge) of the cartridge type for the biosensor cartridge with the measurement processing unit to detect and sense the sample combined with the magnetic component to be separated and analyzed as an electrical component When applying a large magnetoresistive device manufactured by the existing semiconductor unit process as a biosensor, quantitative analysis by improving the sensitivity of the small amount of the detector by non-contacting the sensing element and the sample This can be done smoothly.

더불어 본 발명은 비접촉식의 거대 자기저항 센서(Giant Magneto Resistance)로 활용하여 검지체에 대한 센싱을 통해 생체진단을 수행할 수 있다. 이에 POCT(Point of Care Testing)에 사용되는 멤브레인을 검체 진단 키트에 설치하여 효과적인 멤브레인 측정을 위한 측정기구를 개발할 수 있다.In addition, the present invention can be used as a non-contact giant magneto-resistance sensor (Giant Magneto Resistance) to perform a bio-diagnosis through the sensing of the detector. Therefore, the membrane used for the point of care testing (POCT) can be installed in the specimen diagnostic kit to develop a measuring instrument for effective membrane measurement.

나아가 본 발명은 센싱 엘리먼트(element)의 크기에만 제한되었던 감지범위를 극복할 수 있고, 동적인 스캐닝 방식에 의해 주파수 간 노이즈(Noise)를 구분할 수 있어 정량적 측정해석을 할 수 있게 된다.Furthermore, the present invention can overcome the detection range limited only to the size of the sensing element, and can distinguish noise between frequencies by a dynamic scanning method, thereby enabling quantitative measurement analysis.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 구체적인 구성과 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described a specific configuration and operation according to the present invention.

도 2는 본 발명에서 사용되는 자기저항센서의 센싱원리를 설명한 개념도이다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 자기저항 센서중 거대자기저항(GMR; Giant Magneto Resistance)를 이용한 센싱원리를 일례로 설명하기로 한다.2 is a conceptual diagram illustrating a sensing principle of a magnetoresistive sensor used in the present invention. However, for convenience of description, the sensing principle using the Giant Magneto Resistance (GMR) of the magnetoresistive sensor will be described as an example.

이는 스핀 밸브 타입(Spin-valve type) GMR(Giant Magneto Resistance) 디바이스를 보인 것이다. 도시된 바와 같이, 자기저항센서는 두 개의 강자성체 금속층 사이에 비자성 금속층이 끼어 있는 형태로 첫 번째 층의 강자성층 금속층의 자력은 고정되어 있고, 두 번째 층의 강자성체의 자력을 가변적으로 조정하여 첫 번째 층과 자력이 평행할 경우 오직 특정방향으로 스핀이 배향된 전자만이 도체를 통과하는 원리를 이용한다. 즉, 두 강자성층의 자화방향의 정렬에 따라 재료 내부에서 유도되는 전기저항의 차이, 또는 전위차가 발생하고 이것을 디지털 신호로 인식하게 된다. 층간 물질이 도체인 경우가 바로 GMR 디바이스에 해당된다.This shows a spin-valve type Giant Magneto Resistance (GMR) device. As shown, the magnetoresistive sensor has a nonmagnetic metal layer sandwiched between two ferromagnetic metal layers. The magnetic force of the ferromagnetic metal layer of the first layer is fixed, and the magnetic force of the ferromagnetic material of the second layer is variably adjusted. When the first layer and the magnetic force are parallel, the principle that only electrons spin-oriented in a specific direction passes through the conductor. That is, according to the alignment of the magnetization directions of the two ferromagnetic layers, a difference in electrical resistance, or a potential difference, induced inside the material is generated and recognized as a digital signal. The case where an interlayer material is a conductor corresponds to a GMR device.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 기본 검출시스템의 구성을 설명하기로 한다.Referring to Figure 3 will be described the configuration of the basic detection system according to the present invention.

본 발명의 기본구성은 검출하고자 하는 검체와 상기 검체를 고정하는 검체고정유닛(120), 상기 검체에 외부에서 자기장을 인가하는 외부자기장인가장치(110), 그리고 자가저항 센서(130)를 포함하여 이루어진다.The basic configuration of the present invention includes a sample to be detected and a sample fixing unit 120 for fixing the sample, an external magnetic field applying device 110 for applying a magnetic field to the sample from outside, and a magnetoresistive sensor 130. Is done.

이 기본구조를 이용해 검체를 검체고정유닛(120)에 마운팅(mounting)하고, 외부자기장인가장치(110)에서 외부자기장을 인가하며, 자기저항센서(130)에서 자기적성분(자성입자)와 결합한 검체에 대한 자기신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석할 수 있도록한다. 특히 여기에서 검체는 항원과 같은 바이오물질을 포함하며, 비바이오물질을 포함할 수도 이다. 마운팅(mounting)은 검체가 고정된 검체고정유닛에 항원등을 인가하여 결합하여 감지하는 것을 의미한다.Mounting the sample to the sample fixing unit 120 using this basic structure, applying an external magnetic field from the external magnetic field applying device 110, combined with a magnetic component (magnetic particles) in the magnetoresistance sensor 130 It detects the magnetic signal on the sample and separates and analyzes it into electrical components. In particular, the sample may include a biomaterial such as an antigen, and may also include a non-biomaterial. Mounting (mounting) means that the sample is coupled to detect by applying an antigen to the fixed sample fixed unit.

본 발명에서 사용할 수 있는 자기저항 센서는 정상자기저항(Ortrinary Magnetoresistance, OMR)센서, 이방성 자기저항(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)센서, 거대자기저항(giant Magnetoresistance, GMR)센서, 초거대자기저항(Colossal Magnetoresistance, CMR)센서, 터널링자기저항(Tunnelling Magnetoresistance, TMR)센서, MJT (Magnetic Tunneling Junction)센서 중 선택되는 어느 하나를 이용함이 바람직하다. 특히 바람직하게는 거대자기저항(giant Magnetoresistance, GMR)센서를 활용할 수 있다.The magnetoresistance sensor that can be used in the present invention includes a normal magnetoresistance (OMR) sensor, anisotropic magnetoresistance (AMR) sensor, a giant magnetoresistance (GMR) sensor, a colossal magnetoresistance (Colossal Magnetoresistance) , CMR) sensor, Tunneling Magnetoresistance (TMR) sensor, MJT (Magnetic Tunneling Junction) sensor is preferably used any one selected from. Particularly preferably, a giant magnetoresistance (GMR) sensor may be used.

상술한 각 센서에 대해 간략히 설명하자면, 상기 정상자기저항(Ortrinary Magnetoresistance, OMR)센서는 비자성도체 및 반도체재료의 경우 외부에서 자기장이 가해지면 전도전자가 Lorentz 힘을 받아 궤적이 변하므로 저항이 변화하게 되는 것을 이용한 것으로, 일반적으로 상당히 작은 저항의 변화를 나타내는 특징이 있다.Briefly, for each sensor described above, in the case of a non-magnetic conductor and a semiconductor material, the resistance changes because the conduction electrons are subjected to Lorentz force when the magnetic field is applied from the outside. In general, there is a characteristic that the change of resistance is quite small.

또한, 상기 이방성 자기저항(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)센서는, 이방성 자기저항을 이용한 것이다. 즉 강자성 도체 재료에서는 일반 자기 저항 이 외에도, 스핀-궤도 결합에 의해 (Spin-Orbit coupling에 의한 d-band splitting) 자화가 잘 되는 방향(easy axes)과 그렇지 않은 방향(hard axes)이 존재하게 되는데, 이는 외부 자기장 방향과 전류 방향간의 각도에 의해 결정되고, 방향에 의해 결정되므로 AMR(Anisotropic MR, 이방성 자기저항)이라하는데, 이러한 성질을 이용한 센서이다. 이 센서는 이러한 각각의 방향에 따라 2.5% 정도의 저항 차이를 보이는 특징이 있다.In addition, the anisotropic magnetoresistance (AMR) sensor uses an anisotropic magnetoresistance. In other words, in the ferromagnetic conductor material, in addition to the general magnetoresistance, there exist easy and hard axes due to spin-orbit coupling (d-band splitting by Spin-Orbit coupling). This is called AMR (Anisotropic MR) because it is determined by the angle between the external magnetic field direction and the current direction, and is determined by the direction. The sensor is characterized by a 2.5% difference in resistance in each of these directions.

또한, 거대자기저항(giant Magnetoresistance, GMR)센서를 활용할 수 있으며, 상기 거대자기저항(giant Magnetoresistance, GMR)센서는 이방성자기저항 재료보다 수배에서 수 십배 더 큰 자기저항을 갖는 특징이 있다. 특히 인접한 자성층의 상대적인 스핀 방향 차이에 따라 전도 전자의 부가적인 산란에 의해 저항 의 변화가 생기며 OMR이나 AMR과는 근본적으로 그 기구가 다른 특성이 있게 된다. In addition, a giant magnetoresistance (GMR) sensor may be used, and the giant magnetoresistance (GMR) sensor has a feature that has a magnetoresistance several times to several times larger than an anisotropic magnetoresistance material. In particular, the change in resistance is caused by additional scattering of conduction electrons according to the relative spin direction difference of adjacent magnetic layers, and its mechanism is fundamentally different from that of OMR or AMR.

아울러 상술한 초거대자기저항(Colossal Magnetoresistance, CMR)센서는 1993 년 von Helmolt에 의해 처음 발견된 것으로, 주요한 특징으로는 자기장을 걸어주면 저항이 10배씩 바뀌는 특징을 가지는 센서를 말한다.In addition, the Colossal Magnetoresistance (CMR) sensor described above was first discovered by von Helmolt in 1993. The main characteristic is a sensor having a characteristic of changing resistance by 10 times when a magnetic field is applied.

또한, 터널링자기저항(Tunnelling Magnetoresistance, TMR)센서를 본 발명의 자기저항 센서로 활용이 가능하다. 터널링 자기저항이란, 상술한 GMR 이론을 이용하면 가운데 층을 비-자성물질이 아닌 전기가 통하지 않는 절연체(insulating material)로 대체할 수 게되는데, 이론적으로는 따라서 전류가 이 절연체룰 통과할 수 없지만, 만약 나노 단위 두께로 작아지면, 양자역학 효과(quantum mechanical effect) 중의 하나인 터널링(tunnelling) 효과에 의해 전자들이 점핑되어 통과할 수 있게 되는 기술과 시스템을 말하며, 이를 이용한 센서를 일컫는다.In addition, a tunneling magnetoresistance (TMR) sensor can be utilized as the magnetoresistance sensor of the present invention. Tunneling magnetoresistance, using the above-described GMR theory, allows the middle layer to be replaced with an electrically insulator that is not a non-magnetic material. In theory, therefore, current cannot pass through the insulator. When the thickness is reduced to nano units, it refers to a technology and a system in which electrons are allowed to pass through by a tunneling effect, which is one of quantum mechanical effects, and refers to a sensor using the same.

MJT (Magnetic Tunneling Junction)센서는 TMR과 같은 개념의 현상을 이용한 것이고, 여기에 더 나아가 적용이 가능한 것으로 SDT(Spin Dependent Tunneling)도 GMR, TMR 과 같이 spin up/ down 현상을 이용하여 외부의 작은 자기저항 변화값을 측정 하는 방식을 활용한 것을 말하며, 모두 본 발명의 자기저항 센서로 적용이 가능함은 물론이다. 아울러 상기 자기저항센서는 바 칩(bare chip)형태 또는 패키지(package) 형태로 형성될 수 있다.MJT (Magnetic Tunneling Junction) sensor uses the same concept as TMR, and it can be applied to this. SDT (Spin Dependent Tunneling) also uses external spin up / down like GMR and TMR. It refers to using a method of measuring the resistance change value, all of which can be applied to the magnetoresistive sensor of the present invention. In addition, the magnetoresistive sensor may be formed in the form of a bar chip or a package.

본 발명에 따른 검체고정유닛(120)은 측정 카트리지 또는 멤브레인으로 형성될 수 있으며, 측정카트리지 또는 멤브레인을 사용하여 비접촉방식으로 상기 검체의 자기신호를 검출하거나, 상기 자기저항센서 위에 검체를 탑제하여 센서와 검체가 직접접촉하는 방식으로 자기신호를 검출할 수 도 있다.The sample fixing unit 120 according to the present invention may be formed as a measuring cartridge or a membrane, and detects a magnetic signal of the sample in a non-contact manner using a measuring cartridge or a membrane, or mounts a sample on the magnetoresistive sensor. The magnetic signal may be detected by direct contact between the sample and the sample.

도 4를 참조하여 본 발명에 따른 검체고정유닛(120)의 일실시예를 설명하기로 한다. 도 4에 도시된 것은 자기저항센서 중 거대자기저항(GMR) GMR 측정키트 및 증폭회로를 도식화 한 것이다.An embodiment of the specimen fixing unit 120 according to the present invention will be described with reference to FIG. 4. 4 is a schematic diagram of a large magnetoresistive (GMR) GMR measurement kit and amplification circuit of the magnetoresistive sensor.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예로서의 검체고정유닛으로서의 측정키트는 그 내부에 바이오센서용 GMR을 한 개 혹은 복수 개를 설치하여 전극 패턴을 형성하였다. 이 때 사용된 GMR소자는 0.3mm, 0.5mm,1.0mm 또는0.25mm, 1.0mm, 1.5mm의 체적을 갖는 규격으로 포화영역(Saturation field)은 3~150Gauss이고 감도(Sensitivity)는 최소 0.9~최대18(mV/V-Oe)되는 소자를 사용하였다.As shown, the measurement kit as a sample fixing unit according to an embodiment of the present invention forms an electrode pattern by providing one or a plurality of biosensor GMRs therein. At this time, the GMR element used has a volume of 0.3mm, 0.5mm, 1.0mm or 0.25mm, 1.0mm, 1.5mm, the saturation field is 3 ~ 150Gauss and the sensitivity is minimum 0.9 ~ maximum. An element of 18 (mV / V-Oe) was used.

GMR소자 자체 인터페이스(interface)는 휘스톤브릿지(Wheatstone bridge)를 사용하여 전원 공급은 5V를 인가하였고, 이 때 센싱 엘리먼트(sensing element)는 약 5KΩ정도로 측정되는 것을 사용하였다. The GMR device's own interface was a Wheatstone bridge, and a power supply of 5 V was applied. At this time, a sensing element was measured to have a measurement of about 5 KΩ.

바이오센서용 GMR을 이용한 측정키트의 규격은 최소와 최대 규격을 한정하지는 않았으며, 설치하고자 하는 GMR소자수와 전극 패턴과 관련하여 측정키트의 규격은 달라질 수 있도록 하였다.The size of the measurement kit using the GMR for biosensors was not limited to the minimum and maximum specifications, and the measurement kit specification could be changed with respect to the number of GMR elements and electrode patterns to be installed.

GMR 센서가 임베디드 되어있는 측정키트는 감지된 신호를 증폭시키는 증폭회로와 연결하였고, 전원 단에서의 노이즈와 출력 단에서의 노이즈를 제거하고자 주파수 필터링(filtering)단을 추가하였으며 브리지앰프(bridge-amp)에 적합한 LMC7101 증폭기를 사용하였다. 특히, 차동 증폭기 3개 이상을 설치하여 신호의 감도 폭을 높였으며, 출력 단에서 가변저항을 설치하여 출력 단에서 센서 자체가 가지는 감도 이상을 증폭하고자 하였다. 증폭회로에 사용된 증폭기는 LMC7101에 한정되는 것은 아니며 다양한 증폭기를 사용 할 수 있다.The measurement kit embedded with the GMR sensor is connected to the amplification circuit that amplifies the detected signal. A frequency filtering stage is added to remove the noise from the power stage and the output stage, and a bridge-amp LMC7101 amplifier is used. In particular, three or more differential amplifiers were installed to increase the sensitivity of the signal, and variable resistors were installed at the output stage to amplify the sensitivity of the sensor itself at the output stage. The amplifier used in the amplification circuit is not limited to the LMC7101 and various amplifiers can be used.

도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 외부자기장 인가장치의 구성을 설명하기로 한다. 외부자기장을 인가해 주는 장치로 전자석 또는 자석요크, 솔레노이드 코일을 이용할 수 있다.The configuration of the external magnetic field applying device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. Electromagnet, magnet yoke and solenoid coil can be used to apply external magnetic field.

도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 외부자기장 인가장치를 솔레노이드 코일을 사용하여 형성한 것으로, 구체적으로는 솔레노이드 코일을 이용하여 0 ~ 100Gauss까지 조절이 가능하게 설계할 수 있으며, 인가되는 자기장의 균일도는 1% 내의 오차범위를 갖도록 제작할 수 있도록 한다. 또한, 이러한 솔레노이드 코일의 사이즈, 원통의 지름, 코일 굵기, 코일을 감은 턴 수는 상기 조건에 맞도록 설계되 어진 것이고, 변경도 가능함은 물론이다.As shown in FIG. 5, the external magnetic field applying device according to the present invention is formed by using a solenoid coil, and specifically, it can be designed to be adjustable to 0 to 100 Gauss using a solenoid coil, and an applied magnetic field. The uniformity of can be made to have an error range within 1%. In addition, the size of the solenoid coil, the diameter of the cylinder, the thickness of the coil, the number of turns of the coil is designed to meet the above conditions, of course, can be changed.

또한, 도 6은 외부에서 자기장을 인가해 주는 장치의 다른 일례로 전자석 혹은 영구자석을 사용하여 제작한 장치이다. 전자석요크의 경우 외부에서 인가되는 자기장은 0 ~ 200Gauss까지 조절이 가능하고, 요크내에서의 자기장 변화율은 큰 범위에서 1% 내외이고, 정중앙에서는 10-5 의 변화율을 같도록 설계, 제작됨이 바람직하다. 상기 전자석요크의 사이즈는 시뮬레이션을 통해 제작되었으며, 사이즈 및 형태는 변경이 가능하다. 또한, 전자석 외에 영구자석을 이용해서도 외부자기장 인가장치를 제작 할 수 있으며 이때는 0 ~ 200Gauss 중 필요로 하는 자기장 영역대를 선택하여 제작함이 바람직하다.6 is a device manufactured using an electromagnet or a permanent magnet as another example of a device for applying a magnetic field from the outside. In the case of the electromagnet yoke, the magnetic field applied from the outside can be adjusted from 0 to 200 Gauss, and the change rate of the magnetic field in the yoke is about 1% in a large range, and it is desirable to design and manufacture the change rate of 10 -5 at the center. Do. The size of the electromagnet yoke was produced through a simulation, the size and shape can be changed. In addition, an external magnetic field applying device may be manufactured by using a permanent magnet in addition to an electromagnet. In this case, it is preferable to select and manufacture a magnetic field range required from 0 to 200 gauss.

본 실험에서는 100Gauss 를 인가해 주는 영구자석 형태의 요크를 제작하였고, 자기장의 변화율은 1% 내외의 오차 범위를 갖도록 설계 하였다.In this experiment, a permanent magnet type yoke was applied to apply 100Gauss, and the change rate of the magnetic field was designed to have an error range of about 1%.

자기저항 센서중 본 발명에서 일 실시예로서의 GMR 센서를 적용하는 경우에는, 상술한 도 5 혹은 도 6의 외부자기장 인가장치 내에 위치 시켜 측정시 항상 일정한 조건의 자기장 값을 인가받도록 함이 바람직하다.When applying the GMR sensor as an embodiment of the present invention among the magnetoresistive sensors, it is preferable to be placed in the external magnetic field applying apparatus of FIG. 5 or 6 described above so that a magnetic field value of a certain condition is always applied during measurement.

이는 본 발명에서 적용하는 외부자기장 인가장치는 측정시 외부 조건을 항상 일정하게 유지시켜 센서를 안정화 시키는 동시에, 측정에 사용되어지는 카트리지, 혹은 멤브레인 속에 포함되어 있는 자성입자를 자화시켜 GMR 센서가 자성입자를 감지시켜 줄 수 있도록 하는 특유의 장점이 구현된다.The external magnetic field applying device applied in the present invention stabilizes the sensor by constantly maintaining external conditions at the time of measurement, and at the same time magnetizes the magnetic particles contained in the cartridge or membrane used for the measurement, so that the GMR sensor is magnetic particles. A unique advantage is realized to make it sense.

본 발명에서 적용한 외부 자기장 인가 값은 0~150Gauss 이다. 일반적으로 외 부자기장값의 세가가 세면 자성입자의 자화값도 커지고, 그 자화값을 감지하는 GMR센서의 시그날 값도 세게 나타나게 된다. 하지만 자성입자의 자화값을 세게 하기 위해 외부자기장 값을 세게 하면 측정에 사용되는 GMR 센서에 영향을 미치게 된다. 때문에 측정에 사용되어지는 자성입자는 최대로 자화값을 내도록하고, GMR 센서에는 영향을 최소화 시키는 외부자기장 인가값이 필요하다. 따라서 본 발명에서의 바람직한 일 실시예로서는 10~100emu/g의 자화값을 가지는 자성입자를 사용할 수 있다. 아울러 GMR센서는 0~150 Gauss에서 최대의 민감도를 가지도록 형성함이 바람직하다.The external magnetic field applied value applied in the present invention is 0 to 150 Gauss. In general, when the external magnetic field value increases, the magnetization value of the magnetic particles increases, and the signal value of the GMR sensor that detects the magnetization value also appears strong. However, increasing the external magnetic field to increase the magnetization of the magnetic particles will affect the GMR sensor used for the measurement. For this reason, the magnetic particles used in the measurement have the maximum magnetization value, and the GMR sensor needs an external magnetic field applied value to minimize the influence. Therefore, as a preferred embodiment of the present invention, magnetic particles having a magnetization value of 10 to 100 emu / g can be used. In addition, the GMR sensor is preferably formed to have the maximum sensitivity at 0 ~ 150 Gauss.

도 7은 본 발명에 따른 측정 시스템으로 실제 측정한 데이터를 나타낸 그래프이다. 특히, 여기에서는 검체고정유닛(측정키트 또는 멤브레인)에 10~100emu/g의 자화값의 범주에서의 일실시예로서 60emu/g의 자성물질을 로딩시키고, 측정한 실제 data이다. 위 실험시는 외부자기장은 40Gauss를 인가시켰으며, 센서와 측정물질간의 거리는 약 250㎛ 를 유지 시켰고, 스캔 속도는 2.4mm/sec로 측정을 하였다. 이 조건은 고정적인 것이 아니며 변경이 가능하다.7 is a graph showing data actually measured by the measurement system according to the present invention. In particular, here is the actual data measured by loading the magnetic material of 60emu / g as an example in the range of the magnetization value of 10 ~ 100emu / g in the sample fixing unit (measurement kit or membrane). In the above experiment, the external magnetic field was applied with 40 Gauss, the distance between the sensor and the measured material was maintained at about 250㎛, and the scan speed was measured at 2.4mm / sec. This condition is not fixed and can be changed.

도 7의 위쪽 그림은 측정을 하기 전 초기상태의 신호를 나타내고 있다. 그리고 아래 그림은 스캐너의 측정로더에 자성입자가 로딩된 카트리지 또는 멤브레인을 스캔한 결과로 ①~⑤번에서와 같이 신호가 검출 되는 것을 확인할 수 있다. 측정 시 신호세기를 판단하는 기준은 측정전의 기준 값 또는 기준 측정 물질을 스캔 했을 때의 값을 noise로 하고, 도 7 아래 그림과 같이 감지되는 신호를 signal로 정하여 S/N ratio의 크기로 세기를 판단한다.The upper figure of Fig. 7 shows the signal in the initial state before the measurement. And the picture below shows the result of scanning the cartridge or membrane loaded with magnetic particles in the scanner's measuring loader as shown in ① ~ ⑤. As a criterion for determining the signal strength during measurement, the reference value before measurement or the value when the reference measurement material is scanned is set to noise, and the detected signal is determined as a signal as shown in Fig. 7 below. To judge.

도 8은 자성입자와 컨쥬게이트 되어있는 항체의 농도를 변화시켜 신호의 세기변화를 측정한 결과이다. 그림에서는 1ng/ml ~ 12ng/ml까지 측정한 결과를 표시 하였으며, 실제 측정 기기에서는 1ng/ml 이하, 12ng/ml 이상의 값도 측정이 가능하다. 도7 및 도 8의 결과와 같이 본 발명에서 명시한 GMR센서를 이용한 측정시스템은 자성입자를 감지할 수 있고, 자성입자와 컨쥬게이트 되어있는 항체도 감지가 가능하다. 또한, 항체의 농도변화에 대하여도 정량적으로 분석이 가능하며, 항체 이외에 자성입자와 연결시킬 수 있는 모든 물질을 감지 할 수 있다는 것을 확인 할 수 있다.8 is a result of measuring the intensity change of the signal by changing the concentration of the antibody conjugated with the magnetic particles. In the figure, the results of the measurement from 1ng / ml to 12ng / ml are displayed. In the actual measuring device, values of less than 1ng / ml and more than 12ng / ml can be measured. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the measurement system using the GMR sensor specified in the present invention can detect the magnetic particles, and also detect the antibody conjugated with the magnetic particles. In addition, the concentration change of the antibody can be analyzed quantitatively, and it can be confirmed that all substances that can be connected to the magnetic particles other than the antibody can be detected.

도 9는 도8에서 측정한 항체에 대하여 농도별 변동 값을 측정한 것으로 일반적인 바이오 지단기기의 CV(변위계수)값은 10% 내외이다. 본 측정기기는 도 9와 같이 항체 측정시 CV 값을 측정한 결과인 {표 1}을 참조하면, 3.34%로 분석된다.FIG. 9 is a variation of concentrations of the antibodies measured in FIG. 8, and the CV (displacement coefficient) value of a general biojidographic device is about 10%. This measuring device is analyzed as 3.34% referring to {Table 1}, the result of measuring the CV value when measuring the antibody as shown in FIG.

{표 1}{Table 1}

Figure 112008078756735-PAT00001
Figure 112008078756735-PAT00001

도 7 내지 도 9까지의 실험 결과는 GMR을 이용한 자기신호 검출기기의 사용 가능성을 확인시켰고, 특히 바이오 진단기기로서의 가능성을 확인시켜주는 결과이다. 이는 특히 GMR을 이용하여 정량분석기기로 사용을 할 수 있다는 것을 확인시켜주는 결과라고 할 수 있다.The results of the experiments of FIGS. 7 to 9 confirmed the possibility of using a magnetic signal detector using GMR, and in particular, confirm the feasibility as a bio diagnostic device. This is especially the result confirming that it can be used as a quantitative analyzer using GMR.

이하에서는 본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템을 포함시킨 하나의 실시예로서의 일적용례를 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an application example as one embodiment including a signal detection system of a specimen using a magnetoresistive sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 검출시스템을 구성함에 있어, 자기저항센서와 검체고정유닛, 외부자기장인가장치로 구성되는 기본구성에 효율성을 증진시키기 위한 구성요소를 추가하여 형성시킨 것이다. 즉, 본 실시예에서는 상기 신호검출시스템은 자기센서에서 감지한 자기신호를 스케닝하는 스켄부를 더 포함하되, 위 스켄부를 상기 검체를 지지하는 검체지지부와 상기 검체고정유닛을 고정하는 측정로더(loader)를 더 포함하여 이루어지도록 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10, in the configuration of the detection system according to the present invention, a component for enhancing efficiency is formed in a basic configuration including a magnetoresistive sensor, a sample fixing unit, and an external magnetic field applying device. That is, in the present embodiment, the signal detection system further includes a scan unit for scanning the magnetic signal detected by the magnetic sensor, the scan unit for holding the sample support unit and the sample fixing unit for supporting the sample scan unit (loader) It may be formed to include more.

또한, 이러한 시스템에는 상기 신호검출시스템은 일정 주파수에 의해 상기 검체지지부 또는 상기 자기센서를 왕복시키도록 구동되는 구동부와 상기 자기 센서에서 감지한 자기신호를 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 결과를 출력하는 측정값 처리부를 더 형성시킬 수도 있다.In addition, the signal detection system includes a measurement unit for driving the sample support unit or the magnetic sensor to reciprocate by a predetermined frequency and the magnetic signal sensed by the magnetic sensor as an electrical component, the measurement to output the results It is also possible to further form a value processing section.

도시된 도면을 참조하여 구동예를 설명하면, 상기 스캐너의 측정로더에 검체고정유닛(카트리지 또는 멤브레인)을 부착시키고, 자기저항센서의 위 또는 아래에서 좌, 우로 스캔하여 측정을 한다. Referring to the driving example with reference to the drawings, a sample fixing unit (cartridge or membrane) is attached to the measurement loader of the scanner, and the measurement is performed by scanning left and right from above or below the magnetoresistance sensor.

이 경우 측정로더는 상하로 높이 조절이 가능하도록 형성함이 바람직하며, 좌.우로 스캔을 하기 전에 자기저항센서와 측정물질(카트리지 혹은 멤브레인)간의 거리를 최소화 시켜 감도를 최대한으로 높일 수 있도록 함이 바람직하다.(실제 측정 시 설정한 높이는 센서의 윗 면으로 부터 50~300㎛ 떨어진 곳에 측정물질 (카트 리지 혹은 멤브레인)을 위치시켜 측정 하였다.)In this case, it is preferable to configure the measuring loader to be able to adjust the height up and down, and to minimize the distance between the magnetoresistive sensor and the measuring material (cartridge or membrane) before scanning to the left and right to maximize the sensitivity. It is desirable. (The height set during the actual measurement was measured by placing the measuring material (cartridge or membrane) 50 ~ 300㎛ away from the upper surface of the sensor.)

GMR 센서의 특성상 측정 물질과 센서의 거리에 따라 감도가 변화하고, 그 변화는 거리의 3제곱에 반비례한다. 때문에 측정시는 거리를 최소화 시키는 것이 가장 중요한 부분이다. 본 발명에 따른 상술한 측정은 모두 비접촉 방법으로 측정을 한 것이고, 거리를 최소한으로 줄이기 위해서는 접촉 방식의 측정을 할 수도 있음은 물론이다. 접촉방식 측정을 하기 위해서는 스캔 방식보다는 In-situ 로 신호를 감지하는 시스템을 구축해서 측정을 해야 한다.Due to the characteristics of the GMR sensor, the sensitivity varies depending on the distance between the measurement material and the sensor, and the change is inversely proportional to the third square of the distance. Therefore, minimizing the distance during measurement is the most important part. The above-described measurement according to the present invention are all measured by a non-contact method, and of course, the contact method may be measured to reduce the distance to a minimum. To make contact measurements, you need to build a system that detects signals in-situ rather than scan.

본 발명에 따른 상술한 시스템에서 위와 같이 자기저항센서와 측정물질(카트리지 혹은 멤브레인)의 거리를 최소화 시키면 좌.우로 스캔을 실행할 때는 스캔 속도가 중요한 요인이 되며, 스캔 속도에 따라 GMR센서의 신호세기가 변화한다. 따라서 측정하는 물질의 농도, 갯 수에 따라 스캔 속도를 변화 시켜 줘야한다. 한 번의 스캔으로 한 개 또는 다수 (2개 이상)의 물질을 감지하는 경우와, 측정 물질의 정확한 신호 형태를 보는 경우에 따라 속도는 변화된다.In the above-described system according to the present invention, if the distance between the magnetoresistive sensor and the measurement material (cartridge or membrane) is minimized as described above, the scan speed becomes an important factor when scanning left and right, and the signal strength of the GMR sensor depends on the scan speed. Changes. Therefore, the scanning speed should be changed according to the concentration and number of substances to be measured. The speed varies depending on whether one or more (two or more) substances are detected in one scan and the exact signal shape of the measured substance.

도 11을 참조하여 도 10의 측정시스템의 적용 일실시예의 구체적인 실험례를 설명하기로 한다. 도 11은 실제 제조하는 스케닝 지그 시스템을 도시한 것이다.Referring to Figure 11 will be described a specific experimental example of one embodiment of the application of the measurement system of FIG. 11 shows a scanning jig system that is actually manufactured.

즉, 도 11은 바이오 물질(항체 혹은 검체)이 고정된 검체고정유닛(측정 카트리지 혹은 멤브레인)을 측정 loader에 설치하고, 일정 주파수에 의해 왕복하는 방식으로 전기신호를 출력하도록 하는 스캐너 장비의 설계도면 및 실제 제품의 이미지이다. That is, FIG. 11 is a design drawing of a scanner device for installing a sample fixing unit (measurement cartridge or membrane) on which a biomaterial (antibody or sample) is fixed to a measurement loader and outputting an electric signal in a manner of reciprocating by a predetermined frequency. And an image of the actual product.

도 11의 설계도면에서와 같이 여러 종류의 스캐너를 제작 할 수 있고, 스캐 너에 장착되는 외부자기장인가장치의 사이즈에 따라 스캐너의 사이즈도 변경이 가능함은 물론이다. 스캐너의 작동범위(Operating range)는 센터(Center)를 기준으로 ±100mm로 구동하였으며, 카트리지 전 범위의 검출(Detection) 물질을 감지하고자, Scan시간은 초당 0.0005~5.0mm/sec로 스캔이 가능하며, real-time으로 출력하였다.11, various types of scanners can be manufactured, and the size of the scanner can be changed according to the size of the external magnetic field applying device mounted on the scanner. The operating range of the scanner was driven to ± 100mm based on the center, and the scan time can be scanned at 0.0005 ~ 5.0mm / sec per second to detect the detection material of the entire cartridge range. , output in real-time.

바이오센서용 GMR (Giant Magneto Resistance)의 감도는 거리 세제곱에 반비례 하므로, 측정 loader가 설치된 후 최소 간격 확보를 위해 마이크로미터(μ-meter)를 상하 및 앞뒤로 설치하여 거리 간격 혹은 측정 물질의 위치변화에 따른 감도 변화를 최대화 하도록 하였다. The sensitivity of GMR (Giant Magneto Resistance) for biosensors is inversely proportional to the distance cube, so the micrometer (μ-meter) is installed up and down and back and forth to secure the minimum distance after the measurement loader is installed. The change in sensitivity is maximized.

또한, 검출을 위한 바이오 물질(항체 혹은 검체)이 고정된 측정 카트리지 혹은 멤브레인은 왕복 스캔에 의해 출력 신호를 일정하게 출력 하였으며, 왕복 간 포스트 타임(Post time)은 0~10Sec로 설정하여, 센싱 응답 완화(Sensing response relaxation)에 따른 신호상쇄를 최대한으로 줄이도록 하였다. In addition, the measurement cartridge or membrane in which the biomaterial (antibody or sample) for detection is fixed outputs the output signal by reciprocating scan, and the post time between round trips is set to 0 to 10Sec, so that the sensing response Signal cancellation due to sensing response relaxation is minimized.

이러한 측정 방식은 정적(Static) 조건 보다 동적 모멘트(Dynamic moment)에 높은 출력을 발생하는 바이오센서용 GMR Device에 유리하고 주파수 간 신호 Noise를 구별할 수 있는 카트리지 혹은 멤브레인에 분포된 바이오 물질(항체 혹은 검체) 분포 프로파일(profile)을 파악하는 데 유리하다.This measurement method is advantageous for GMR devices for biosensors that generate higher output at dynamic moments than static conditions, and biomaterials (antibodies or Specimen) It is advantageous to know the distribution profile.

스캐너의 측정로더에 장착되는 카트리지 혹은 멤브레인은 현재 시장에서 사용되고 있는POCT 제품을 바로 적용 할 수 있도록 설계되었으며, 향 후 사이즈 및 모양은 변경이 가능함은 물론이다.The cartridge or membrane mounted on the scanner's measuring loader is designed to apply the POCT products that are currently used in the market. The size and shape of the scanner can be changed in the future.

도 12는 본 발명에 따른 자기저항센서와 측정값처리부의 결합례를 도시한 것 으로, 자기저항 센서는 GMR을 적용한 것을 보인것이다. 구성부분은 자기저항센서(20)과 측정값처리부(30)의 구성이며, 측정값처리부는 브리지 엠프와 가변저항에 의해 자기저항 센서에서 출력되는 신호를 증폭시키고, 필터에 의해 자기저항 센서에서 추력되는 신호에서 노이즈를 제거하게 됨, 측정값처리부는 입자없음 상태, 입자비율증가상태, 입자검출상태확인 등으로 구별하여 측정값을 정량적으로 출력할 수 있도록 한다.12 shows a combination example of a magnetoresistive sensor and a measured value processing unit according to the present invention, and shows that the magnetoresistive sensor is applied with GMR. The component is composed of the magnetoresistive sensor 20 and the measured value processing unit 30, the measured value processing unit amplifies the signal output from the magnetoresistive sensor by the bridge amplifier and the variable resistor, the thrust from the magnetoresistive sensor by the filter The noise is removed from the signal, and the measurement value processing unit distinguishes the particle free state, the particle ratio increase state, and the particle detection state check so that the measured value can be output quantitatively.

이처럼 본 발명에서는 자기저항센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템을 제공하되, 검체고정유닛에 검체를 마운팅하고 외부자기장인가장치를 통해 외부자기장을 인가한 후, 자기센서에서 자기적성분과 결합한 검체에 대한 자기신호를 감지하여 전기적성분으로 분리하고 분석할 수 있도록 한다.As described above, the present invention provides a signal detection system of a sample using a magnetoresistive sensor, but after mounting the sample on the sample fixing unit and applying an external magnetic field through an external magnetic field applying device, the magnetic field of the sample combined with the magnetic component in the magnetic sensor. It detects signals and allows them to be separated and analyzed into electrical components.

특히, 솔레노이드를 이용한 외부자기장 값을 인가하되, 자성입자의 자화값을 최대로 하며, 자기센서에는 영향을 최소화시킬 수 있도록 하여 감지의 효율을 극대화할 수 있도록한다.In particular, while applying the value of the external magnetic field using the solenoid, to maximize the magnetization value of the magnetic particles, it is possible to maximize the efficiency of the detection by minimizing the influence on the magnetic sensor.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical idea of the present invention should not be limited to the embodiments of the present invention but should be determined by the equivalents of the claims and the claims.

도 1은 종래 거대 자기저항 센서 카트리지 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a conventional giant magnetoresistive sensor cartridge and a sensing cell array using the same.

도 2는 본 발명에서 사용되는 자기저항센서의 센싱원리를 설명한 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a sensing principle of a magnetoresistive sensor used in the present invention.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 기본 검출시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of a basic detection system according to the present invention.

도 4에 도시된 것은 자기저항센서 중 거대자기저항(GMR) GMR 측정키트 및 증폭회로를 도식화 한 것이다.4 is a schematic diagram of a large magnetoresistive (GMR) GMR measurement kit and amplification circuit of the magnetoresistive sensor.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 외부자기장 인가장치의 구성을 나타낸 도면이다.5 and 6 are views showing the configuration of the external magnetic field applying apparatus according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 측정 시스템으로 실제 측정한 데이터를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing data actually measured by the measurement system according to the present invention.

도 8은 자성입자와 컨쥬게이트 되어있는 항체의 농도를 변화시켜 신호의 세기변화를 측정한 결과이다.8 is a result of measuring the intensity change of the signal by changing the concentration of the antibody conjugated with the magnetic particles.

도 9는 도8에서 측정한 항체에 대하여 농도별 변동 값을 측정한 것이다.FIG. 9 is a variation of concentration values measured for the antibody measured in FIG. 8.

도 10은 본 발명에 따른 검출시스템의 일시예이다.10 is a temporary example of a detection system according to the present invention.

도 11은 도 10의 측정시스템의 적용 일실시예의 구체적인 실험례를 도시한 것이다.FIG. 11 illustrates a specific experimental example of an application example of the measurement system of FIG. 10.

도 12는 본 발명에 따른 자기저항센서와 측정값처리부의 결합례를 도시한 것이다.12 illustrates a combination example of a magnetoresistive sensor and a measured value processor according to the present invention.

Claims (15)

자성입자가 결합한 검체가 고정되는 검체고정유닛;A sample fixing unit to which a sample to which magnetic particles are bound is fixed; 상기 검체에 외부자기장을 인가하는 외부자기장 인가장치;An external magnetic field applying device for applying an external magnetic field to the specimen; 상기 외부자기장에 따른 검체의 자기적 성분을 검출하는 자기저항(MR)센서;A magnetoresistance (MR) sensor for detecting a magnetic component of the specimen according to the external magnetic field; 를 포함하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.Signal detection system of the specimen using a magnetoresistive sensor comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 외부자기장 인가장치는 솔레노이드, 전자석, 요크 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The external magnetic field applying device is a signal detection system for a specimen using a magnetoresistive sensor, characterized in that any one selected from solenoid, electromagnet, yoke. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 자기저항센서는 적어도 1 이상의 거대자기저항(GMR) 디바이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The magnetoresistive sensor is a signal detection system for a specimen using a magnetoresistive sensor, characterized in that composed of at least one giant magnetoresistive (GMR) device. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 자기저항센서는 바 칩형태 또는 패키지 형태인 것을 특징으로 하는 자 기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The magnetoresistive sensor is a signal detection system of the specimen using a magnetoresistive sensor, characterized in that the bar chip form or package form. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 검체고정유닛은 측정 카트리지 또는 멤브레인인 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The specimen holding unit is a signal detection system of the specimen using a magnetoresistive sensor, characterized in that the measuring cartridge or membrane. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 자기적 성분의 검출은 측정카트리지 또는 멤브레인을 사용하여 비접촉방식으로 상기 검체의 자기신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 자기센서를 이용한 신호검출시스템.The detection of the magnetic component is a signal detection system using a magnetic sensor, characterized in that for detecting the magnetic signal of the sample in a non-contact manner using a measuring cartridge or membrane. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 자기적 성분의 검출은 상기 자기저항센서 위에 검체를 탑제하여 센서와 검체가 직접접촉하는 방식으로 자기신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 자기센서를 이용한 신호검출시스템.The detection of the magnetic component is a signal detection system using a magnetic sensor, characterized in that for mounting a sample on the magnetoresistive sensor to detect a magnetic signal in a direct contact between the sensor and the sample. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 신호검출시스템은 자기센서에서 감지한 자기신호를 스케닝하는 스켄부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The signal detection system further comprises a scan unit for scanning the magnetic signal detected by the magnetic sensor signal detection system of the specimen using a magnetoresistive sensor. 청구항 8에 있어서, 상기 스켄부는, The method according to claim 8, wherein the scan unit, 상기 검체를 지지하는 검체지지부와 상기 검체고정유닛을 고정하는 측정로더(loader)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.Specimen signal detection system using a magnetoresistance sensor, characterized in that it further comprises a specimen support for supporting the specimen and a measurement loader for fixing the specimen fixing unit. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 측정로더에 검체고정유닛을 고정하고, 일정한 주파수 인가를 통한 신호검출을 하는 것을 특징으로 하는 자기저항센서를 이용한 검체의 신호검출시스템.A signal detection system for a specimen using a magnetoresistive sensor, characterized in that the specimen fixing unit is fixed to the measurement loader and the signal is detected by applying a constant frequency. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 자기 센서에서 감지한 자기신호를 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 결과를 출력하는 측정값 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서 를 이용한 검체의 신호 검출시스템.And a measurement value processing unit for separating the magnetic signal detected by the magnetic sensor into an electrical component, analyzing the magnetic signal, and outputting a result. 청구항 11에 있어서,The method of claim 11, 상기 신호검출시스템은 일정 주파수에 의해 상기 검체지지부 또는 상기 자기센서를 왕복시키도록 구동되는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기센서를 이용한 검체의 신호검출시스템.The signal detection system further comprises a drive unit driven to reciprocate the specimen support unit or the magnetic sensor by a predetermined frequency. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 검체는 항원을 포함한 바이오 물질인 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The sample is a signal detection system of the sample using a magnetoresistance sensor, characterized in that the biomaterial containing an antigen. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 상기 자성입자는 10~100emu/g의 자화값을 갖는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The magnetic particle is a signal detection system of the specimen using a magnetoresistive sensor, characterized in that having a magnetization value of 10 ~ 100emu / g. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 자기저항센서는 0~150Gauss에서 최대의 민감도를 가지는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.The magnetoresistive sensor is a signal detection system of the specimen using a magnetoresistive sensor, characterized in that it has a maximum sensitivity at 0 ~ 150Gauss.
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