JP2022024137A - 磁性ナノ粒子を用いるバイオセンサー、これを用いる検出装置及び検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下では、試料(sample)内にターゲット物質の有無を検出できる検出システム(1)に対して開示する。
1、バイオセンサー(1000)の構成
図2は本出願の一実施例におけるバイオセンサー(1000)を説明する図である。
前記試料導入部(1100)は、前記バイオセンサー(1000)の外部から前記バイオセンサー(1000)の内部へ試料が導入される領域である。換言すれば、前記試料導入部(1100)は以下で説明される反応部(1200)に試料が導入されるように通路を形成する領域である。
前記反応部(1200)は特異的反応が実行される領域である。前記反応部(1200)は前記バイオセンサー(1000)内でターゲット物質とターゲット物質を捕獲するための捕獲物質の間の特異的反応が実行される領域である。
1.2.1.1意味
図4は本出願の一実施例における磁性ナノ粒子複合体(1210)を説明する図である。
以下では、反応物質(1212)として金(gold)を利用し、第1捕獲物質(1213)として抗-PSA検出抗体を用いる磁性ナノ粒子複合体(1210)を合成する方法に対して開示する。ただし、金は反応物質(1212)の、抗-PSA検出抗体は第1捕獲物質(1213)の一実施例に過ぎず、当業者によって容易に反応物質(1212)が他の反応物質(1212)(例えば、銀)、第1捕獲物質(1213)は他の第1捕獲物質(1213)(例えば、他の病気に対する抗体、抗原、DNAなど)で代替されることは自明である。
1.2.2.1.意味
図5は本出願の一実施例における第1電極(1220)を説明する図である。
または、前記第2捕獲物質(1222)は前記第1捕獲物質(1213)と異なる物質である。換言すれば、前記第2捕獲物質(1222)が抗-PSA抗体である場合、前記第1捕獲物質(1213)はPSAと反応するが、第2捕獲物質(1222)が結合する抗原決定基(epitope)と他の抗原決定基(epitope)に特異的に結合する抗体である。
以下では、ブロッキング物質(1221)としてBSA(Bovine Serum Albumin)を利用し、第2捕獲物質(1222)として抗-PSA検出抗体を用いるブロッキング物質(1221)及び第2捕獲物質(1222)が固定されている第1電極(1220)の作製方法に対して開示する。
前記第2電極(1230)は、電子を放出または受容する伝導性媒介体として、炭素、アルミニウム、白金、金及び/または銀など該当分野で電極として利用される物質のうち少なくとも1つの物質を含むことができる。
前記接触部(1300)は電気伝導性を有する物質で構成されることができる。一例で、前記接触部(1300)は電子を放出または受容する伝導性媒介体として、炭素、アルミニウム、白金、金及び/または銀など該当分野で電極で利用される物質のうち少なくとも1つの物質を含むことができる。
従来利用されるバイオセンサー(1000)のターゲット検出方式は大きくサンドイッチ方式及び競争的方式で分類されることができる。
図6は本出願の一実施例におけるバイオセンサー(1000)の一般的動作を説明する図である。
本出願の一実施例によれば、前記バイオセンサー(1000)の反応部(1200)には磁性を有する磁性ナノ粒子複合体(1210)が提供され、その結果反応部(1200)の状態条件(condition)を変更して前記磁性ナノ粒子複合体(1210)の運動性を制御することができる。
本出願の一実施例におけるバイオセンサー(1000)は、ブロッキング物質(1221)が固定される第1電極(1220)を含むことができる。更に具体的に、本出願の一実施例におけるバイオセンサー(1000)は、BSAが固定される第1電極(1220)を含むことができる。
1.検出装置(2000)
1.1検出装置(2000)の構成
図10は本出願の一実施例における検出装置(2000)を説明する図である。
前記電極部(2100)は、電子を放出または受容する伝導性媒介体として、炭素、アルミニウム、白金、金及び/または銀などの該当分野で電極として利用される物質のうち少なくとも1つの物質を含むことができる。
前記メモリー部(2200)は情報を一時的または非一時的に保存する機能を果たすことができる。
前記電気的信号発生部(2300)は、電圧及び/または電流を発生させる機能を果たすことができる。一例で、前記電気的信号発生部(2300)は直流電圧/電流発生器(DC voltage/current generators)を含んでもよい。他の例で、前記電気的信号発生部(2300)はPWM出力発生器を含むことができる。また、他の例で、前記電気的信号発生部(2300)は交流標準電圧発生器を含んでもよい。
前記制御部(2400)は検出装置(2000)の全般的な動作を制御することができる。前記制御部(2400)はこのために各種情報の演算及び処理を実行し、前記検出装置(2000)の構成要素の動作を制御することができる。
図11は本出願の一実施例における検出装置(2000)の動作を説明する図である。
本出願の一実施例によれば、前記検出装置(2000)は第1信号を受信(S1000)することができる。一例で、第1信号とは前記バイオセンサー(1000)に追加的に具備される別途の電極等を通じて前記バイオセンサー(1000)の試料導入部(1100)に試料が導入される場合に受信される信号を意味する。他の例で、第1信号とは前記バイオセンサー(1000)に追加的に具備される別途の電極等を通じて前記バイオセンサー(1000)の反応部(1200)に試料が到達した場合に受信される信号を意味する。また他の例で、第1信号とは前記バイオセンサー(1000)の第1電極(1220)及び/または第2電極(1230)を通じて前記バイオセンサー(1000)の反応部(1200)に試料が到達した場合に受信される信号を意味する。また他の例で、第1信号とは前記バイオセンサー(1000)の第1電極(1220)及び/または第2電極(1230)を通じて前記バイオセンサー(1000)の試料処理部に試料が到達した場合に受信される信号を意味する。
本出願の一実施例によれば、前記検出装置(2000)は第2信号を供給(S2000)することができる。一例で、第2信号とは、前記検出装置(2000)が前記バイオセンサー(1000)の一つの動作を制御するための信号である。前記第2信号の例示として、1)前記バイオセンサー(1000)の反応部(1200)の環境条件を変更するために前記バイオセンサー(1000)に伝送される信号を意味することになり、2)前記バイオセンサー(1000)の前記第1電極(1220)及び前記第2電極(1230)に印加される電圧の変化による電流を検出して前記バイオセンサー(1000)に導入される前記試料に前記ターゲット物質が捕獲されているか否かを確認するために、前記第1電極(1220)及び前記第2電極(1230)の間に印加される電圧を上昇させる第1段階及び下降させる第2段階を含む電圧を供給するために前記バイオセンサー(1000)に伝送される信号を意味することになり、及び/または、3)前記電流の曲線を安定化させるために少なくとも前記第1段階での最低電圧及び前記第2段階での最低電圧のうち少なくとも1つの最低電圧より高い電圧を予め設定された時間以上印加する電圧を供給するために前記バイオセンサー(1000)に伝送される信号を意味することになる。
本出願の一実施例によれば、前記検出装置(2000)は第3信号を検出(S3000)することができる。一例で、前記第3信号の検出は前記検出装置(2000)が前記第2-3信号の供給(S2300)における前記バイオセンサー(1000)の第1電極(1220)及び第2電極(1230)の電流を検出する動作を意味する。
図14は本出願の第3実施例における第2-3信号の供給(S2300)の前に、還元前処理を行う動作を説明する図である。
第3実施例における検出装置(2000)の動作では、第2-3信号により酸化による電流を検出した後に還元による電流を検出する場合、還元前処理が第2-3信号の前に実行される場合、第2-3信号における検出値が安定化されることを確認した。
Claims (33)
- バイオセンサーであって、
磁性ナノ粒子複合体と、第1電極及び第2電極を含む反応部と、
前記バイオセンサーの外部から前記反応部に試料が導入されるように通路を形成する試料導入部と、を含み、
前記磁性ナノ粒子複合体は、第1ターゲット物質を捕獲するための第1捕獲物質、磁性ナノ粒子、及び酸化反応及び還元反応のうち少なくとも1つの反応を行う反応物質を含み、
前記磁性ナノ粒子複合体は、前記反応部内で磁性を有して、前記反応部の状態条件(condition)の変化により運動性が変化する特性を有し、
前記第1電極には、第2ターゲット物質を捕獲するための第2捕獲物質が固定され、
前記第2電極は、前記第1電極とは異なる電極であり、
前記第1ターゲット物質及び前記第2ターゲット物質のうち少なくとも1つが前記試料に含まれる、ことを特徴とするバイオセンサー。 - 前記磁性ナノ粒子は、前記磁性ナノ粒子の外側に反応器が露出するように変形されて、前記反応器には前記反応物質が固定される、ことを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサー。
- 前記反応器は、アミン基(amine)であり、前記反応物質は金(gold)である、ことを特徴とする請求項2に記載のバイオセンサー。
- 前記第1捕獲物質は、前記反応器に固定された反応物質に固定される、ことを特徴とする請求項2に記載のバイオセンサー。
- 前記第1電極の少なくとも一部領域には、前記第2ターゲット物質の吸着を防止するブロッキング物質が配置される、請求項1に記載のバイオセンサー。
- 前記ブロッキング物質は、BSA(Bovine Serum Albumin)である、ことを特徴とする請求項5に記載のバイオセンサー。
- 前記第1捕獲物質は、抗原、抗体、変形抗体、抗体類似体、アプタマー、核酸、脂質及びウイルス蛋白質抗原のうち少なくとも1つを含み、
前記第2捕獲物質は、抗原、抗体、変形抗体、抗体類似体、アプタマー、核酸、脂質及びウイルス蛋白質抗原のうち少なくとも1つを含む、請求項1に記載のバイオセンサー。 - 前記第1ターゲット物質は、前記試料に含まれる前記第2ターゲット物質と同じ物質であり、前記第1捕獲物質は、前記第2捕獲物質と同じ物質である、請求項1に記載のバイオセンサー。
- 前記第1ターゲット物質は、前記第1電極に固定された第2捕獲物質であり、
前記第2ターゲット物質は、前記第1捕獲物質と同じ物質であり、
前記第1捕獲物質は試料に含まれている、ことを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサー。 - 前記第1ターゲット物質は、前記第1電極に固定された第2捕獲物質であり、
前記第2ターゲット物質は、前記第1捕獲物質と同じ物質であり、
前記第2捕獲物質は試料に含まれている、ことを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサー。 - 前記反応部に形成される磁場が変更されれば、前記磁性ナノ粒子複合体の運動方向が変更される、請求項1に記載のバイオセンサー。
- 前記第1電極及び前記第2電極の間に印加される電圧が変更されれば、前記磁性ナノ粒子複合体の運動方向が変更される、請求項1に記載のバイオセンサー。
- 前記第1電極及び前記第2電極とは異なるコイル形態の第3電極を含み、
前記第3電極に印加される電流が変更されれば、前記磁性ナノ粒子複合体の運動方向が変更される、請求項1に記載のバイオセンサー。 - 前記第1電極に電気的接続される第4電極の少なくとも一部及び前記第2電極と電気的接続される第5電極の少なくとも一部は、前記バイオセンサーの外部に露出する、請求項1に記載のバイオセンサー。
- 前記第1電極と前記第4電極は一つの電極から構成され、
前記第2電極と前記第5電極は一つの電極から構成される、請求項14に記載のバイオセンサー。 - 前記第4電極の少なくとも一部及び前記第5電極の少なくとも一部は、電流を測定できるデバイスに電気的接続される、請求項14に記載のバイオセンサー。
- 前記第1電極及び前記第2電極の間に印加される電圧は、前記デバイスによって制御され、
前記第1電極及び前記第2電極の間に印加される電圧による電流により、前記試料に前記第2ターゲット物質が含まれているか否かを確認できる、請求項16に記載のバイオセンサー。 - 検出装置であって、
第1ターゲット物質を捕獲するための第1捕獲物質、磁性ナノ粒子、及び酸化反応及び還元反応中の少なくとも1つの反応を行う反応物質を含む磁性ナノ粒子複合体、第2ターゲット物質を捕獲するための第2捕獲物質が固定される第1電極、及び前記第1電極とは異なる電極である第2電極を含み、前記第1ターゲット物質及び前記第2ターゲット物質のうち少なくとも1つが試料に含まれるバイオセンサーに電気的接続される電極部と、
印加される電圧の変化による電流を検出して前記バイオセンサーに流される前記試料に前記第2ターゲット物質が捕獲されているか否かを確認するために、前記第1電極及び前記第2電極の間に印加される電圧を上昇させる第1段階及び下降させる第2段階を含む電圧を供給するように制御し、前記第1段階及び前記第2段階を含むように電圧を供給する前に、前記電流の曲線を安定化させるために少なくとも前記第1段階での最低電圧及び前記第2段階での最低電圧のうち少なくとも1つの最低電圧より高い電圧を予め設定された時間以上に印加させる電圧を供給するように制御する制御部と、を含む、検出装置。 - 前記第1捕獲物質は、抗原、抗体、変形抗体、抗体類似体、アプタマー、核酸脂質及びウイルス蛋白質抗原のうち少なくとも1つを含み、
前記第2捕獲物質は、抗原、抗体、変形抗体、抗体類似体、アプタマー、核酸脂質及びウイルス蛋白質抗原のうち少なくとも1つを含む、請求項18に記載の検出装置。 - 前記第1捕獲物質は、前記第2捕獲物質と同じ物質であり、
前記第1ターゲット物質は、前記第2ターゲット物質と同じ物質であり、
前記第1ターゲット物質は前記試料に含まれる、ことを特徴とする請求項18に記載の検出装置。 - 前記制御部は、
前記第1段階において、前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも0V以下から少なくとも1V以上に上昇される電圧を供給するように制御し、
前記第2段階において、前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも1V以上から少なくとも0V以下に下降される電圧を供給するように制御する、請求項18に記載の検出装置。 - 前記制御部は、前記電流の曲線を安定化させるために、前記第1電極及び前記第2電極の間に少なくとも2秒の間、少なくとも1V以上の電圧が印加される電圧を供給するように制御する、請求項21に記載の検出装置。
- 前記制御部は、前記電流の曲線を安定化させるために、
前記第1電極及び前記第2電極の間に少なくとも2秒の間、少なくとも1V以上の電圧が印加される電圧を供給するように制御することに続いて、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも1V以上から少なくとも0V以下に下降される電圧を供給するように制御する、請求項22に記載の検出装置。 - 前記制御部は、前記電流の曲線を安定化させるために、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも1V以上から少なくとも0V以下に下降される電圧を供給するように制御することに続いて、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも0V以下から少なくとも1V以上に上昇される電圧を供給するように制御する、請求項23に記載の検出装置。 - 前記制御部は、前記電流の曲線を安定化させるために、
前記第1電極及び前記第2電極の間に少なくとも2秒の間、少なくとも1V以上の電圧が印加される電圧を供給するように制御することに続いて、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも0V以下から少なくとも1V以上に上昇される電圧を供給するように制御する、請求項22に記載の検出装置。 - 第1ターゲット物質を捕獲するための第1捕獲物質、磁性ナノ粒子、及び酸化反応及び還元反応中少なくとも1つの反応を行う反応物質を含む磁性ナノ粒子複合体、第2ターゲット物質を捕獲するための第2捕獲物質が固定される第1電極、及び前記第1電極とは異なる電極である第2電極を含み、前記第1ターゲット物質及び前記第2ターゲット物質のうち少なくとも1つが試料に含まれるバイオセンサーに電気的接続される検出装置の検出方法であって、
印加される電圧の変化による電流を検出して前記バイオセンサーに流される前記試料に前記第2ターゲット物質が捕獲されているか否かを確認するために、前記第1電極及び前記第2電極の間に印加される電圧を上昇させる第1段階及び下降させる第2段階を含む循環電圧供給段階と、
前記電圧を制御する段階の前に、前記電流の曲線を安定化させるために少なくとも前記第1段階での最低電圧及び前記第2段階での最低電圧のうち少なくとも1つの最低電圧よりは高い電圧を予め設定された時間以上に印加させる信号安定化段階と、
前記第1段階における電流及び前記第2段階における電流を検出する信号検出段階と、を含む検出方法。 - 前記第1捕獲物質は、抗原、抗体、変形抗体、抗体類似体、アプタマー、核酸、脂質及びウイルス蛋白質抗原のうち少なくとも1つを含み、
前記第2捕獲物質は、抗原、抗体、変形抗体、抗体類似体、アプタマー、核酸、脂質及びウイルス蛋白質抗原のうち少なくとも1つを含む、請求項26に記載の検出方法。 - 前記第1捕獲物質は、前記第2捕獲物質と同じ物質であり、
前記第1ターゲット物質は、前記第2ターゲット物質と同じ物質であり、
前記第1ターゲット物質は前記試料に含まれる、ことを特徴とする請求項27に記載の検出方法。 - 前記第1段階は、前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧を少なくとも0V以下から少なくとも1V以上に上昇させる段階であり、
前記第2段階は、前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧を少なくとも1V以上から少なくとも0V以下に下降させる段階である、請求項26に記載の検出方法。 - 前記信号安定化段階は、
少なくとも前記第1段階での最低電圧及び前記第2段階での最低電圧のうち少なくとも1つの最低電圧より高い電圧を予め設定された時間以上印加する信号安定化段階において、
前記第1電極及び前記第2電極の間に少なくとも2秒の間、少なくとも1V以上の電圧が印加される電圧を供給する段階を含む、請求項29に記載の検出方法。 - 前記信号安定化段階は、
前記第1電極及び前記第2電極の間に少なくとも2秒の間、少なくとも1V以上の電圧が印加される電圧を供給する段階に続いて、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも1V以上から少なくとも0V以下に下降される電圧を供給する段階を含む、請求項30に記載の検出方法。 - 前記信号安定化段階は、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも1V以上から少なくとも0V以下に下降される電圧を供給する段階に続いて、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも0V以下から少なくとも1V以上に上昇される電圧を供給する段階を含む、請求項31に記載の検出方法。 - 前記信号安定化段階は、
前記第1電極及び前記第2電極の間に少なくとも2秒の間、少なくとも1V以上の電圧が印加される電圧を供給する段階に続いて、
前記第1電極及び前記第2電極の間の電圧が少なくとも0V以下から少なくとも1V以上に上昇される電圧を供給する段階を含む、請求項30に記載の検出方法。
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