KR100446468B1 - Biosensors with porous chromatographic membranes and enhanced sampling capability - Google Patents
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Abstract
본 발명은 별도의 시료주입구가 포함되어 시료 도입의 능력을 향상시킨 크로마토그래피 기능의 다공성 박막이 구비된 바이오센서에 관한 것으로, 상세하게는 a) 기판; b) 센서물질을 포함한 전극물질; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극물질을 고정화한 다공성박막; 및 d) 시료주입구를 포함하는 덮개로 구성된 것으로, 일정 소량의 혈액시료를 신속하게 도입할 수 있게 함으로써 전문가 및 일반인 모두 쉽게 사용할 수 있고, 정확한 측정이 가능하며 주입된 혈액시료가 모두 시료주입구와 다공성 박막에 국한되어 이송 및 폐기 시 다루기에 편리하며, 장기간 보존이 가능하고, 제작이 간단해져 대량 생산에 적합하다.The present invention relates to a biosensor equipped with a porous thin film having a chromatographic function to include a separate sample inlet to improve the ability to introduce a sample, specifically, a) a substrate; b) electrode material including sensor material; c) a porous thin film having an electron transport medium and an enzyme or immobilized electrode material; And d) a cover including a sample inlet, which allows a rapid introduction of a small amount of blood sample, which can be easily used by both experts and the public, and enables accurate measurement. It is confined to the thin film, which is convenient for handling during transportation and disposal, long-term storage, and simple production make it suitable for mass production.
Description
본 발명은 별도의 시료주입구가 포함되어 시료 도입의 능력을 향상시킨 크로마토그래피 기능의 다공성 박막이 구비된 바이오센서에 관한 것으로, 상세하게는 a) 기판; b) 센서물질을 포함한 전극물질; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극물질을 고정화한 다공성 박막; 및 d) 시료주입구를 포함하는 덮개로 구성된 것이다.The present invention relates to a biosensor equipped with a porous thin film having a chromatographic function to include a separate sample inlet to improve the ability to introduce a sample, specifically, a) a substrate; b) electrode material including sensor material; c) a porous thin film having an electron transport medium and an enzyme or immobilized electrode material; And d) a cover including a sample inlet.
본 발명은 혈구와 혈장을 크로마토그래피적으로 분리하여 중앙실험실의 장비로 얻을 수 있는 분석 결과와 동일한 결과를 산출할 수 있는 다공성 박막을 내장한 바이오센서에 일정 부피의 소량 혈액시료를 신속하게 도입할 수 있는 시료주입구를 포함한 다공성 박막 내장형 바이오센서의 성능을 극대화시키기 위한 것이다.The present invention provides a rapid introduction of a small volume of blood sample into a biosensor with a porous thin film that can chromatographically separate blood cells and plasma and yield the same results as those obtained with central laboratory equipment. In order to maximize the performance of the porous thin film embedded biosensor including a sample inlet.
또한 본 발명은 다공성 박막 내장형 일회용 바이오센서에 일정 소량의 시료를 빠르고 편리하게 도입할 수 있는 시료주입구를 포함한 내장된 다공성 박막으로 혈액시료를 효율적으로 이송하여 혈구와 혈장을 크로마토그래피적으로 분리 검출하기에 편리한 구조를 갖도록 고안한 바이오센서의 제작 및 정량방법에 이용할 수 있다.In another aspect, the present invention is to efficiently detect blood cells and plasma by chromatographic separation of blood cells by efficiently transporting the blood sample to the built-in porous thin film including a sample inlet that can quickly and conveniently introduce a small amount of sample into the porous bio-integrated disposable biosensor It can be used for the production and quantification method of biosensor designed to have a convenient structure.
최근 바이오 센서로써 병을 예방하고 진단하는데 있어서 혈액내의 측정물질의 양을 주기적으로 측정해야 할 필요성과 당위성이 증대되고 있다. 대부분의 혈액시료를 사용하는 일회용 기기는 테스트스트립과 측정 표시기로 구성되어 있다. 이러한 스트립형 기기는 주로 비색(colorimetric)방법과 전기화학(electrochemical)방법 두 가지로 나누어진다. 전기 화학적 방법은 대부분이 전류법 바이오센서이다. 예로써 혈당을 측정하는데 있어서 현재 상용화되어 있는 일회용 혈당센서는 대부분 제 2 세대 바이오 센서로, 당산화효소(glucoseoxidase), 지용성 페로센(ferrocene) 또는 수용성 포타슘페리시아나이드 같은 전자전달 매개체를 고분자매질, 각종 효소안정화제 및 첨가제들을 사용하여 전극표면에 고정화한 것들이다. 이러한 형태의 일회용 혈당센서들은 포도당보다 낮은 전위에서 산화될 수 있는 다른 대사물질들(예: 아스코르브산, 요산, 아세토아미노펜 등)의 존재유무에 따라, 혈구와 혈장의 비에 따라, 그리고 센서에 적하된 시료의 양에 따라 심각한 방해작용을 받는다. 또한 전극표면에 고정한 당산화효소가 공기 중 산소와 접촉하여 성능이 변하므로 개별 진공 포장을 하여 보관해야 하는 불편함이 있다.Recently, the necessity and justification of periodically measuring the amount of a substance in blood is increasing in preventing and diagnosing diseases using biosensors. Most disposable devices using blood samples consist of test strips and measurement indicators. Such strip devices are mainly divided into colorimetric and electrochemical methods. Electrochemical methods are mostly amperometric biosensors. For example, the current commercially available disposable blood glucose sensors for measuring blood glucose are second-generation biosensors, which are characterized by the use of polymer media, various types of electron transfer media such as glucose oxidase, fat-soluble ferrocene or water-soluble potassium ferricyanide. Immobilized on the electrode surface using enzyme stabilizers and additives. These types of disposable blood glucose sensors are loaded into the sensor depending on the ratio of blood cells and plasma, depending on the presence of other metabolites (eg, ascorbic acid, uric acid, acetoaminophen, etc.) that can be oxidized at a lower potential than glucose. Depending on the amount of sample taken, there is a serious disturbance. In addition, the glycosylation enzyme fixed on the electrode surface is inconvenient to be stored in individual vacuum packaging because the performance changes in contact with oxygen in the air.
상기한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 본 발명자들은 크로마토그래피적으로 혈구와 혈장을 분리하여 시료를 주입시킬 수 있는 다공성 박막을 전극 위에 올려놓은 후 이를 다른 덮개로 압착하여 제작한 바이오센서를 제시한 바 있다(대한민국특허 제2000-41962호). 또한 다공성막에 루테늄 계통의 전자전달 물질을 사용하여 산화전위를 낮춤으로써 방해물질에 의한 오차를 줄일 수 있었다. 그러나 다공성 박막 내장형 바이오센서는 혈구/혈장 비에 따른 오차와 쉽게 산화되는 물질들에 의한 오차를 획기적으로 줄일 수 있었고, 고정된 효소 및 전극 활성물질들을 밀폐된 두장의 판 사이에 끼워 넣음으로써 외부 대기와 격리하여 별도의 포장 없이 수명을 연장시킬 수 있었던 반면 점성이 큰 혈액시료를 도입하기가 어려운 단점을 가지고 있었다.In order to solve the above problems, the present inventors have proposed a biosensor manufactured by placing a porous thin film on the electrode which can be chromatographically separated from blood cells and plasma and then injecting the sample into another cover. (Korean Patent No. 2000-41962). In addition, by using a ruthenium-based electron transfer material in the porous membrane to reduce the oxidation potential was able to reduce the error caused by the interfering material. However, the porous thin-film embedded biosensor can significantly reduce the error due to the blood cell / plasma ratio and the easily oxidized materials, and by inserting the fixed enzyme and electrode active materials between two sealed plates, While it was possible to extend the life without separate packaging, it was difficult to introduce a viscous blood sample.
상기의 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과, 본 발명은 별도의 시료주입구가 포함되어 시료 도입의 능력을 향상시킨 크로마토그래피 기능의 다공성 박막이 구비된 바이오센서를 제작하였고, 보다 상세하게는 a) 기판; b) 센서물질을 포함한 전극물질; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극물질을 고정화한 다공성 박막; 및 d) 시료주입구를 포함하는 덮개로 구성된 것으로, 다공성 박막과 고정된 센서물질이 덮개로 밀폐되어 있으므로 장시간 보존이 유리하고, 일정 소량의 혈액을 빠르게 도입하므로 다공성 박막 내장형 바이오센서의 성능을 극대화한 것으로, 센서의 소형화와 조작의 용이성으로 대량생산 및 측정장소의 제약을 받지 않는 것을 알아냄으로써 본 발명을 완성하였다.As a result of the efforts to solve the above problems, the present invention produced a biosensor equipped with a porous thin film having a chromatographic function that includes a separate sample inlet to improve the ability of sample introduction, more specifically, a) a substrate; b) electrode material including sensor material; c) a porous thin film having an electron transport medium and an enzyme or immobilized electrode material; And d) a cover including a sample inlet, and the porous thin film and the fixed sensor material are sealed with a cover, which is advantageous for long time storage, and a small amount of blood is introduced quickly to maximize the performance of the porous thin film embedded biosensor. The present invention has been completed by finding out that the sensor is not restricted by mass production and measurement location due to the miniaturization of the sensor and ease of operation.
본 발명의 목적은 a) 기판; b) 센서물질을 포함한 전극물질; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극물질을 고정화한 다공성 박막; 및 d) 시료주입구를 포함하는 덮개가 순차적으로 적층된 시료 도입의 능력을 향상시킨 평면형 및 대면형 바이오센서를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a composition comprising: a) a substrate; b) electrode material including sensor material; c) a porous thin film having an electron transport medium and an enzyme or immobilized electrode material; And d) to provide a planar and face-type biosensor that improves the ability of the sample introduction is laminated with a sample containing the sample inlet sequentially.
본 발명의 목적은 상기 시료주입구의 변형을 시도하여 일정 소량 혈액의 빠른 시료 도입이 가능하게 함으로써 정밀성 및 재현성을 높여주는 바이오센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a biosensor that improves the precision and reproducibility by allowing the rapid introduction of a small amount of blood by attempting to modify the sample inlet.
도 1a는 본 발명의 3 전극계의 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, Figure 1a is an exploded perspective view of a three-sided biosensor of the present invention,
도 1b은도 1a의 바이오센서에서 ㄱ∼ ㄱ' 로 표시된 단면도이고, FIG. 1B is a cross-sectional view labeled a to a 'in the biosensor of FIG. 1A ,
도 2a은 본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 가로방향으로 구성한 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, FIG. 2A is an exploded perspective view of a face-type biosensor in which the sample inlet of the three-electrode biosensor according to the present invention is configured in the horizontal direction of the electrode;
도 2b은도 2a의 바이오센서에서 ㄱ∼ ㄱ' 로 표시된 단면도이고,And Figure 2b is a cross-sectional view indicated by the a-b "in the biosensor of Figure 2a,
도 3은 본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 전면부로 구성한 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, 3 is an exploded perspective view of a large-area biosensor in which the sample inlet of the three-electrode biosensor according to the present invention is configured as the front part of the electrode;
도 4는 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 가로방향으로 구성한 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, 4 is an exploded perspective view of a large-area biosensor in which the sample inlet of the two-electrode biosensor according to the present invention is configured in the horizontal direction of the electrode;
도 5a는 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 전면부로 구성한 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, FIG. 5A is an exploded perspective view of a face-type biosensor in which a sample inlet of the two-electrode biosensor according to the present invention is configured as a front part of an electrode;
도 5b은도 5a의 바이오센서에서 ㄱ ∼ ㄱ' 로 표시된 단면도이고, FIG. 5B is a cross- sectional view labeled a to a 'in the biosensor of FIG. 5A ;
도 6은 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 가로방향으로 하고 전 전극부를 탄소잉크만으로 구성한 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, 6 is an exploded perspective view of a large-area biosensor in which the sample inlet of the two-electrode biosensor according to the present invention is placed in the transverse direction of the electrode, and the entire electrode part is formed of only carbon ink.
도 7a은 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 상부기판에 공간을 내어 시료주입구를 전극의 전면부로 하고 전 전극부를 탄소잉크만으로 구성한 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, FIG. 7A is an exploded perspective view of a large-area biosensor in which a space is provided on an upper substrate of a two-electrode biosensor according to the present invention, in which a sample inlet is used as a front part of an electrode and all electrodes are formed of carbon ink only;
도 7b은도 7a의 바이오센서에서 ㄱ ∼ ㄱ' 로 표시된 단면도이고, FIG. 7B is a cross-sectional view labeled a to a 'in the biosensor of FIG. 7A ;
도 8은 본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구에 원형의 공간을 두어 형태를 변형한 대면형 바이오센서의 분해사시도이고, 8 is an exploded perspective view of a large-area biosensor modified in shape by leaving a circular space at a sample inlet of a three-electrode biosensor according to the present invention;
도 9는 본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 전면부로 구성한 평면형 바이오센서의 분해사시도이고, 9 is an exploded perspective view of a planar biosensor comprising a sample inlet of the three-electrode biosensor according to the present invention as the front part of the electrode;
도 10은 본 발명에서 다공성 박막 기판을 사용하고 시료주입구를 전극의 가로방향으로 구성한 평면형 바이오센서의 분해사시도이며, FIG. 10 is an exploded perspective view of a planar biosensor using a porous thin film substrate and configured to include a sample inlet in a horizontal direction of an electrode.
도 11는 본 발명의 시료 도입 능력을 향상시킨 바이오센서에 투입되는 시료의 양에 대한 측정 결과도이고, 11 is a measurement result of the amount of the sample to be injected into the biosensor improved the sample introduction ability of the present invention,
도 12는 본 발명의 대면형 글루코오스 센서에 대한 전혈 및 표준용액에 대한 동적감응곡선이고, 12 is a dynamic response curve for whole blood and standard solution for the face-to-glucose sensor of the present invention,
도 13는 본 발명의 시료 도입 능력을 향상시킨 대면형 글루코오스 바이오센서의 글루코오스 표준용액에 대한 검정곡선이다. FIG. 13 is a calibration curve of glucose standard solution of a large glucose biosensor with improved sample introduction ability of the present invention. FIG.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10: 하부기판 11: 작동전극10: lower substrate 11: working electrode
12: 보조전극 13: 기준전극12: auxiliary electrode 13: reference electrode
14: 시료주입구 15: 절연막14: sample inlet 15: insulating film
16: 다공성 박막 17: 접착제16: porous thin film 17 adhesive
18: 상부기판의 구멍 19: 전처리 층18: hole in the upper substrate 19: pretreatment layer
20: 전극 연결선 21: 시료20: electrode connection line 21: sample
10′: 상부 기판 10″: 별도 상부기판10 ′: Upper substrate 10 ″: Separate upper substrate
11′: 작동전극 연결선 12′: 보조전극 연결선11 ': working electrode connection line 12': auxiliary electrode connection line
13′: 기준전극 연결선 18′: 별도 상부기판의 구멍13 ′: reference electrode connection line 18 ′: hole in a separate upper substrate
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 기판; b) 센서물질을 포함한 전극물질; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극물질을 고정화한 다공성 박막; 및 d) 시료주입구를 포함하는 덮개가 순차적으로 적층된 평면형, 대면형으로 구성된 시료 도입의 능력을 향상시킨 바이오센서를 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a) a substrate; b) electrode material including sensor material; c) a porous thin film having an electron transport medium and an enzyme or immobilized electrode material; And d) to provide a biosensor that improves the ability to introduce a sample consisting of a planar, face-type with a lid including a sample inlet sequentially stacked.
본 발명은 덮개의 구멍을 통하여 도입된 시료가 다공성 박막의 크로마토그래피적 이동을 통해 시료 도입 능력을 향상시킨 바이오센서를 제공하는 것이다.The present invention provides a biosensor in which a sample introduced through a hole of a cover improves sample introduction ability through chromatographic movement of a porous thin film.
본 발명은 상기 시료주입구의 변형을 시도할 수 있으며 일정 소량의 빠른 시료 도입이 가능하게 함으로써 정밀성 및 재현성을 높여주는 바이오센서를 제공하는 것이다.The present invention is to provide a biosensor that can try to modify the sample inlet and improve the precision and reproducibility by enabling the introduction of a small amount of rapid sample.
본 발명은 종래의 다공성 박막 내장형 바이오센서의 문제점들을 해결하기 위한 새로운 형태의 시료주입구를 포함한 바이오센서의 제작법을 고안함으로써 하였다. 좀 더 상세하게 설명하면 본 발명에서 고안한 바이오센서는 플라스틱, 세라믹, 실리콘 기판과 같은 단단한 기판에 전압 또는 전류를 측정할 수 있는 전극을 구성하고, 전극표면을 효소, 항체, 혹은 분자인지 물질을 포함하는 감응막으로 수식한 후 혈액시료의 혈구와 혈장을 효율적으로 분리할 수 있는 다공성 박막을 수식된 전극상에 도입하거나 또는 효소, 항체, 혹은 분자인지 물질을 포함하는 다공성 박막을 도입하고, 다공성 박막 위에 중앙에 작은 구멍(직경 2 mm 이내)이 형성된 덮개로 밀폐한 후, 다공성 박막 덮개에 있는 구멍직경에 해당하는 10 mm 이내의 일직선의 통로를 양쪽 끝이 열린 상태로 시료주입구를 형성하여 제작한 것이다. 이때 다공성 박막 덮개의 표면은 계면활성제로 처리하여 시료주입구의 열린 부분에 혈액시료가 접촉하면 쉽게 시료주입구에 채워질 수 있도록 제작한다.The present invention was made by devising a method of manufacturing a biosensor including a new type of sample inlet for solving the problems of the conventional porous thin film embedded biosensor. In more detail, the biosensor devised in the present invention constitutes an electrode capable of measuring voltage or current on a rigid substrate such as a plastic, ceramic, or silicon substrate, and the electrode surface is formed of an enzyme, an antibody, or a molecular substance. After modifying with a sensitizing membrane comprising a porous membrane that can efficiently separate blood cells and plasma of blood samples on a modified electrode or a porous membrane containing an enzyme, an antibody, or a molecular cognitive substance, After sealing with a cover with a small hole (within 2 mm diameter) in the center on the thin film, make a sample inlet with both ends open in a straight passage within 10 mm corresponding to the hole diameter in the porous film cover. It is. At this time, the surface of the porous thin film cover is treated with a surfactant to make it easy to fill the sample inlet when the blood sample contacts the open part of the sample inlet.
본 발명의 바이오센서의 개략도를 가지고 설명하면도 1a와 같이 가는 시료주입구의 한 쪽 끝에 접촉시킨 액체시료는 1 초 이내에 시료주입구를 채우게 된다. 시료주입구에 채워진 시료는 다공성 박막 덮개의 중앙에 형성된 구멍을 통하여 하단에 있는 다공성 박막과 접촉하게 되고, 다공성 박막의 모세관 현상에 의하여 전체 막을 적시게된다. 이때 액체 시료에 포함된 거대분자들은 다공성 박막의 크로마토그래피적 분리능 때문에 대단히 느리게 전극 감응부 까지의 이송이 지연되는 반면 작은 분석대상 분자들은 빠르게 전극 감응부까지 도달하게 된다. 또한 다공성 박막에 주입되는 시료의 양은 시료주입구의 크기에 관계없이 다공성막의 미세공간에 함유할 수 있는 양만큼의 시료만이 흡입되므로 감응전극이 검출하게 되는 시료의 양은 2 - 2.5 mu L 범위에서 일정하게 조절할 수 있다. 다음 전류법을 이용하는 바이오센서의 작동전극 감응부는 다공성 박막 덮개의 중앙 구멍에 대하여 대칭적으로 Y 자형으로 배열함으로써 시료주입구의 좌우 어느쪽에서 시료가 주입되었건 상관없이 감응 반응시간에 시차를 발생시키지 않고 작동될 수 있다.Referring to the schematic diagram of the biosensor of the present invention, the liquid sample contacting one end of the thin sample inlet as shown in FIG. 1A fills the sample inlet within 1 second. The sample filled in the sample inlet is in contact with the porous thin film at the bottom through the hole formed in the center of the porous thin film cover, and the entire membrane is wetted by the capillary phenomenon of the porous thin film. At this time, the macromolecules contained in the liquid sample are very slowly delayed to the electrode sensitive part due to the chromatographic resolution of the porous thin film, while the small analyte molecules quickly reach the electrode sensitive part. In addition, the amount of sample injected into the porous thin film is sucked only as much as the sample can be contained in the microcavity of the porous membrane irrespective of the size of the sample inlet, so the amount of sample detected by the induction electrode is constant in the range of 2-2.5 mu L. Can be adjusted. The working electrode sensitive part of the biosensor using the following current method is arranged symmetrically in the Y-shape with respect to the central hole of the porous thin film cover to operate without generating time difference in the response time regardless of whether the sample is injected from the left or right side of the sample inlet. Can be.
본 발명의 바이오센서는 전극표면을 수식하는 물질 또는 다공성 박막에 도입하는 물질의 종류에 따라 혈당, 콜레스테롤, 락테이트, 크레아티닌, GOT, GPT 및 전기화학적 산화환원 반응이 가능한 모든 신체 대사물질을 검출하는 센서로 제작할 수 있다.The biosensor of the present invention detects blood metabolism, cholesterol, lactate, creatinine, GOT, GPT and all the body metabolites capable of electrochemical redox reactions according to the type of material modifying the electrode surface or material introduced into the porous thin film. Can be manufactured with a sensor.
이하 첨부된 도면을 기초로 본 발명을 보다 상세히 기술한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 본 발명의 3 전극계의 대면형 바이오센서로서, 구성을 설명하면, a) 하층기판(10); b) J 자형의 작동전극 연결선(11'), 보조전극 연결선(12'), 기준전극 연결선(13') 위에 센서물질을 포함한 작동전극(11) 및 기준전극(13)으로 형성되고; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16) 및 접착제(17)로 고정하고; d) Y 자형 전극연결선(20)상에 보조전극(12)을 형성시킨 상부기판의 구멍(18)이 뚫린 상부 기판(10');이 적층된 대면형 바이오센서를 제공한다. Figure 1a is a three-electrode face-type biosensor of the present invention, the configuration is described: a) the lower substrate 10; b) a working electrode 11 including a sensor material and a reference electrode 13 are formed on the J-shaped working electrode connection line 11 ', the auxiliary electrode connection line 12', and the reference electrode connection line 13 '; c) immobilized with a porous membrane 16 and an adhesive 17 having electron transfer mediators and enzymes or immobilized electrode material; d) an upper surface biosensor having a stacked upper substrate 10 'formed with holes 18 of the upper substrate on which the auxiliary electrode 12 is formed on the Y-shaped electrode connecting line 20;
상기 작동전극 연결선(11')는 은 잉크로 인쇄하고, 그 위에 탄소 잉크를 인쇄한 작동전극(11)을 구성하고, 기준전극 연결선(13')은 염화은으로 도포하여 기준전극(13) 및 상부 기판의 전극연결선(20)과 연결된 보조전극 연결선(12')을 인쇄하는 것이다. 또한, 상부 기판(10')상에 전기연결선(20)과 그 말단에 놓인 보조전극(12)은 탄소잉크로 인쇄한다.The working electrode connecting line 11 'is printed with silver ink, and constitutes the working electrode 11 printed with carbon ink thereon, and the reference electrode connecting line 13' is coated with silver chloride to apply the reference electrode 13 and the upper part. The auxiliary electrode connecting line 12 ′ connected to the electrode connecting line 20 of the substrate is printed. In addition, the electrical connection line 20 and the auxiliary electrode 12 placed at its end on the upper substrate 10 'is printed with carbon ink.
상기 바이오센서를도 1b에 도시된 대로 상부 기판(10')의 상부 기판의 구멍(18)을 통하여 주입된 전혈시료에서 상부와 하부기판 사이의 다공성 박막(16)에 의하여 혈소판 및 혈구들을 분리해 내고 혈장 성분만을 대면형으로 배열된 작동전극(11)과 보조전극(12)에 도달하도록 하여 혈장시료에 있는 성분만이 검출된다. 이러한 다공성 박막 내장형 바이오센서는 별도의 시료주입구를 포함하여 다공성 박막에 흡수될 수 있는 시료의 양이 일정하게 조절될 수 있고, 시료주입구에서 Y 자형의 대칭으로 배열된 전극에 의하여 2 배로 증폭된 검출신호를 제공할 수 있다.Year-porous membrane separating the platelets and blood cells by 16 between a whole blood sample injected through the holes 18 of the upper substrate of the upper substrate 10 'as shown in Figure 1b to the biosensor upper and lower substrates Only the components in the plasma sample are detected so that only the internal plasma components reach the working electrodes 11 and the auxiliary electrodes 12 arranged in a face-to-face manner. Such a porous thin film embedded biosensor includes a separate sample inlet, and the amount of the sample that can be absorbed in the porous thin film can be constantly controlled, and amplified twice by the Y-symmetrically arranged electrodes at the sample inlet. May provide a signal.
도 2a는본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 가로방향으로 구성한 대면형 바이오센서이며, a) 하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 J 자형의 작동전극 연결선(11'), 보조전극 연결선(12'), 기준전극 연결선(13'), 센서물질을 포함한 작동전극(11) 및 기준전극(13); c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) Y 자형 전극연결선(20) 및 보조전극(12)이 그 위에 형성되며 구멍(18)이 뚫린 상부 기판(10'); 및 e) 일직선의 양쪽 끝이 열린 상태의 시료주입구(14)를 포함하고 있는 별도 상부기판(10")이 순차적으로 적층되어 3 전극계로 형성된 시료도입 방향이 좌·우 말단부로 형성된 대면형 바이오센서로 구성한다. Figure 2a is a face-type biosensor comprising the sample inlet of the three-electrode-based biosensor of the present invention in the transverse direction of the electrode, a) a lower substrate 10; b) the J-shaped working electrode connecting line 11 ', the auxiliary electrode connecting line 12', the reference electrode connecting line 13 'formed on the lower substrate 10, the working electrode 11 including the sensor material and the reference electrode (13); c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 ′ having a Y-shaped electrode connecting line 20 and an auxiliary electrode 12 formed thereon and having holes 18 formed therein; And e) a large surface type biosensor having a separate upper substrate 10 " including a sample inlet 14 having both ends of a straight line opened sequentially, and having a three-electrode-based sample introduction direction having left and right ends. It consists of.
상기 바이오센서는도 1a의 바이오센서에 시료주입구(14)를 갖춘 형태이며 시료주입구(14)는 별도 상부의 기판(10")을 플라스틱 재질로 하여 금형으로 누르거나 양면테이프와 같은 접착제(17)에 다공성 박막(16)의 너비와 같은 틈새를 만들고 그 위를 덮는 덮개 판을 사용하는 방식 등을 사용하여 형성할 수 있다.The biosensor is provided with a sample inlet 14 in the biosensor of FIG. 1A , and the sample inlet 14 is formed by pressing a mold or a double-sided tape on a substrate 10 ″ made of plastic. It may be formed using a method such as using a cover plate for forming a gap such as the width of the porous thin film 16 on the cover.
또한, 상기 바이오센서는 신체의 일부에서 란셋을 이용하여 혈액시료를 채취한 후 시료주입구(14)의 한 쪽 끝에 접촉시켜 시료주입구에 3 ??L 미만의 시료를 채우고 이 시료가 상부기판의 구멍(18)을 통하여 다공성 박막(16)으로 전달되도록 한다.In addition, the biosensor collects a blood sample using a lancet from a part of the body and contacts one end of the sample inlet 14 to fill the sample inlet with a sample of less than 3 ?? L, which is a hole in the upper substrate. It is to be transferred to the porous thin film 16 through (18).
도 3은 본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 전면부로 구성한 대면형 바이오센서이며, a) 하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 J 자형의 작동전극 연결선(11'), 보조전극 연결선(12'), 기준전극 연결선(13'), 센서물질을 포함한 작동전극(11) 및 기준전극(13); c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) Y 자형 전극연결선(20) 및 보조전극(12)이 그 위에 형성되며 구멍(18)이 뚫린 상부 기판(10'); 및 e) 일직선의 양쪽 끝이 열린 상태의 시료주입구(14)를 포함하고 있는 별도 상부기판(10")이 순차적으로 적층되어 3 전극계로 형성된 시료의 도입 방향이 전극의 전면부를 향하도록 형성된 대면형 바이오센서로 구성된다. Figure 3 is a large-scale biosensor consisting of a sample inlet of the three-electrode-based biosensor of the present invention as the front portion of the electrode, a) a lower substrate 10; b) the J-shaped working electrode connecting line 11 ', the auxiliary electrode connecting line 12', the reference electrode connecting line 13 'formed on the lower substrate 10, the working electrode 11 including the sensor material and the reference electrode (13); c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 ′ having a Y-shaped electrode connecting line 20 and an auxiliary electrode 12 formed thereon and having holes 18 formed therein; And e) a separate upper substrate 10 " including sample inlets 14 having both ends of the straight line open, sequentially stacked so that the introduction direction of the sample formed in the three-electrode system is directed toward the front of the electrode. It consists of a biosensor.
상기 바이오센서는도 2와는 형태가 다른 시료주입구가 구비된 것으로, 시료주입구의 방향이 바이오센서의 전면부를 향하도록 하였으며, 별도상부기판의 구멍(18')을 두어 센서말단에서 시료의 주입이 용이할 수 있도록 제작한 것이 특징이다.The biosensor is provided with a sample inlet different from that of FIG. 2 , and the direction of the sample inlet is directed toward the front side of the biosensor, and the injection of the sample at the sensor end is easy by providing a hole 18 ′ of the upper substrate. It is designed to be able to do so.
도 4는 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 가로방향으로 구성한 대면형 바이오센서로서, a) 하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 보조전극 연결선(12'), 작동전극 연결선(11'), 및 센서물질을 포함한 작동전극(11) ; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) Y 자형 전극연결선(20) 및 보조전극(12)이 그 위에 형성되며 구멍(18)이 뚫린 상부 기판(10'); 및 e) 일직선의 전면부의 끝이 열린 상태의 시료주입구(14)를 포함하고 있는 별도 상부기판(10")이 순차적으로 적층되어 2 전극계로 형성된 시료의 도입 방향이 좌·우 말단부로 형성된 대면형 바이오센서이다. 4 is a face-type biosensor in which the sample inlet of the two-electrode-based biosensor of the present invention is configured in the transverse direction of the electrode, including: a) a lower substrate 10; b) a working electrode 11 including an auxiliary electrode connecting line 12 'formed on the lower substrate 10, a working electrode connecting line 11', and a sensor material; c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 ′ having a Y-shaped electrode connecting line 20 and an auxiliary electrode 12 formed thereon and having holes 18 formed therein; And e) a separate upper substrate 10 " including a sample inlet 14 having an open front end portion of the straight line is sequentially stacked so that the introduction direction of the sample formed by the two-electrode system is formed at the left and right ends thereof. It is a biosensor.
상기 바이오센서는 하부기판에는 Y 자형의 작동전극 연결선(11')을 은 잉크로 인쇄하고 그 위에 작동전극(11)을 탄소 잉크로 인쇄하였으며, 상부기판(10')의 전기연결선(20)과 연결될 보조전극 연결선(12')을 인쇄하였다. 중간층 막은 보조전극 연결선(12′)과 전극 연결선(20)의 말단부가 연결될 수 있는 틈과 다공성 박막(16)을 하부기판 위에 올려놓을 수 있는 틈새를 갖춘 절연막 겸 접착제(17) 역할을 하는 층이며, Y 자형의 전기연결선(20)과 그 말단에 탄소잉크로 인쇄된 보조전극(12) 그리고 시료를 주입할 수 있는 상부 기판의 구멍(18)이 있는 상부기판(10')을 갖추고 있다.The biosensor printed the Y-shaped working electrode connecting line 11 'on the lower substrate with silver ink, and printed the working electrode 11 on the lower substrate with carbon ink, and the electrical connecting line 20 of the upper substrate 10'. The auxiliary electrode connecting line 12 'to be connected was printed. The intermediate layer film serves as an insulating film and an adhesive 17 having a gap between the auxiliary electrode connecting line 12 'and the terminal end of the electrode connecting line 20 and a gap for placing the porous thin film 16 on the lower substrate. And an upper substrate 10 'having a Y-shaped electrical connection line 20, an auxiliary electrode 12 printed with carbon ink at its end, and a hole 18 of the upper substrate through which a sample can be injected.
도 5는 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 전면부로 구성한 대면형 바이오센서이며, a) 하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 보조전극 연결선(12'), 작동전극 연결선(11'), 및 센서물질을 포함한 작동전극(11) ; c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) Y 자형 전극연결선(20) 및 보조전극(12)이 그 위에 형성되며 구멍(18)이 뚫린 상부 기판(10'); 및 e) 일직선의 전면부의 끝이 열린 상태의 시료주입구(14)를 포함하고 있는 별도 상부기판(10")이 순차적으로 적층되어 2 전극계로 형성된 시료의 도입 방향이 전극의 전면부를 향하도록 형성된 대면형 바이오센서로 구성된다. 5 is a large surface biosensor comprising a sample inlet of the two-electrode biosensor according to the present invention as a front part of an electrode, a) a lower substrate 10; b) a working electrode 11 including an auxiliary electrode connecting line 12 'formed on the lower substrate 10, a working electrode connecting line 11', and a sensor material; c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 ′ having a Y-shaped electrode connecting line 20 and an auxiliary electrode 12 formed thereon and having holes 18 formed therein; And e) a facing surface formed by stacking separate upper substrates 10 " including the sample injection holes 14 with the ends of the straight front portions opened sequentially so that the introduction direction of the sample formed by the two-electrode system faces the front portions of the electrodes. Type biosensor.
상기 바이오센서는도 4의 2 전극계의 형식으로 구성된 바이오센서로서, 시료주입구(14)에서 기판(10")은 접착제(17)를 사용하여 다공성 박막(16)의 너비와 같은 틈새를 만들어 센서의 말단부에서 시료주입을 가능하게 제작한 것이다. 시료는 시료주입구(14)를 통해 전달되어 상부 기판의 구멍(18)을 통하여 다공성 박막(16)으로 전달되게 된다.The biosensor4of A biosensor configured in the form of a two-electrode system, wherein the substrate 10 "at the sample inlet 14 uses an adhesive 17 to form a gap equal to the width of the porous thin film 16 so that the sample can be injected at the distal end of the sensor. The sample is transferred through the sample inlet 14 to the porous thin film 16 through the hole 18 of the upper substrate.
도 6은 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 가로방향으로 하고 전 전극부를 탄소잉크만으로 구성한 대면형 바이오센서이다. 보다 상세하게는 a)하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 Y 자형의 작동전극 연결선(11'), 작동전극(11) 및 보조전극 연결선(12'); c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) Y 자형 전극연결선(20) 및 보조전극(12)이 그 위에 형성되며 구멍(18)이 뚫린 상부 기판(10'); 및 e) 일직선의 양쪽 끝이 열린 상태의 시료주입구(14)를 포함하고 있는 별도 상부 기판(10")이 순차적으로 적층되고, 전 전극부를 탄소잉크만으로 구성하여 2 전극계로 형성된 시료의 도입 방향이 좌·우 말단부로 형성된 대면형 바이오센서이다. 6silver The sample inlet of the two-electrode biosensor of the present invention is a large-area biosensor in which the electrode is placed in the transverse direction and the entire electrode part is composed of only carbon ink. More specifically, a) the lower substrate 10; b) a Y-shaped working electrode connecting line 11 ', a working electrode 11 and an auxiliary electrode connecting line 12' formed on the lower substrate 10; c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 ′ having a Y-shaped electrode connecting line 20 and an auxiliary electrode 12 formed thereon and having holes 18 formed therein; And e) a separate upper substrate 10 " including sample inlets 14 having both ends of a straight line open, is sequentially stacked, and an introduction direction of a sample formed of a two-electrode system by forming all electrodes only with carbon ink It is a large surface biosensor formed at left and right ends.
상기 바이오센서는 하부기판(10)의 작동전극 연결선(11')을 탄소잉크로 인쇄하며, 그리고 상부기판(10')의 전기연결선(20)과 연결될 보조전극 연결선(12') 역시 탄소잉크로 인쇄되어 있다. 중간층 막은 접착제(17)로 보조전극 연결선(12')과 전극연결선(20)의 말단부가 연결될 수 있는 틈과 다공성 박막(16)을 하부기판 위에 올려놓을 수 있는 틈새를 갖춘 절연막 겸 접착제 역할을 할 수 있게 한다. Y 자형의 전기연결선(20)과 그 말단에 보조전극(12) 그리고 같은 시료를 주입할 수 있는 상부 기판의 구멍(18)이 있는 상부기판(10')을 갖추고 있으며, 은 잉크의 인쇄없이 탄소잉크만으로 전극을 구성하는 것을 특징으로 한다.The biosensor prints the working electrode connection line 11 'of the lower substrate 10 with carbon ink, and the auxiliary electrode connection line 12' to be connected to the electrical connection line 20 of the upper substrate 10 'is also carbon ink. It is printed. The interlayer film serves as an insulating film and an adhesive having a gap through which the auxiliary electrode connecting line 12 ′ and the terminal end of the electrode connecting line 20 can be connected with the adhesive 17 and a gap through which the porous thin film 16 can be placed on the lower substrate. To be able. It has a Y-shaped electrical connection line 20 and an upper substrate 10 'having an auxiliary electrode 12 at its end and a hole 18 of the upper substrate through which the same sample can be injected. The electrode is constituted only by ink.
상기 바이오센서 상부기판(10')의 시료주입 구멍(18)을 통하여 주입된 전혈시료가 상부와 하부기판 사이의 다공성 박막(16)에 다공성 박막 에 전달되어 크로마토그래피적 이동을 하게 되고, 센서의 말단부로 시료를 주입할 수 있는 별도의 시료 주입구(14)가 구비되어 다공성 박막에 흡수될 수 있는 시료의 양이 일정하게 조절될 수 있게 된다.The whole blood sample injected through the sample injection hole 18 of the biosensor upper substrate 10 'is transferred to the porous thin film 16 between the upper and lower substrates to perform the chromatographic movement. A separate sample inlet 14 for injecting a sample into the distal end is provided so that the amount of sample that can be absorbed in the porous thin film can be constantly adjusted.
도 7a은 본 발명의 2 전극계 바이오센서의 상부기판(10')에 공간을 내어 시료주입구를 전극의 전면부로 하고 전극부를 탄소잉크만으로 구성한 대면형 바이오센서이며, a)하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 Y 자형의 작동전극 연결선(11'), 작동전극(11) 및 보조전극 연결선(12'); c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) Y 자형 전극연결선(20) 및 보조전극(12)이 그 위에 형성되며 전극의 전면부를 향하여 시료주입구(14)가 형성된 상부 기판(10'); 및 e) 구멍(18')이 뚫린 별도 상부 기판(10")이 순차적으로 적층되고, 전 전극부를 탄소잉크만으로 구성하여 2 전극계로 형성된 시료의 도입 방향이 전극의 전면부를 향하도록 형성된 대면형 바이오센서로 구성된다. FIG. 7A is a large-area biosensor in which a sample inlet is used as the front part of the electrode and the electrode part is formed of carbon ink only by taking up space in the upper substrate 10 'of the two-electrode biosensor according to the present invention; b) a Y-shaped working electrode connecting line 11 ', a working electrode 11 and an auxiliary electrode connecting line 12' formed on the lower substrate 10; c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 'formed with a Y-shaped electrode connecting line 20 and an auxiliary electrode 12 thereon and having a sample inlet 14 toward the front of the electrode; And e) a separate upper substrate 10 "having holes 18 'sequentially stacked on each other, and having a front electrode portion formed of only carbon ink so that the introduction direction of the sample formed in the two-electrode system is directed toward the front portion of the electrode. It consists of a sensor.
상기 바이오센서는도 6의 2 전극계의 형식의 탄소잉크만으로 구성된 바이오센서이다. 시료주입구(14)에서 별도 상부 기판(10")은 접착제(17)를 사용하여 다공성 박막(16)의 너비와 같은 틈새를 전극의 전면부로 만들어 센서의 말단에서 시료주입의 가능하게 제작한 것이다.The biosensor is a biosensor composed of only the carbon ink of the type of the two electrode system of FIG. 6 . The separate upper substrate 10 ″ at the sample inlet 14 is made of a gap such as the width of the porous thin film 16 using the adhesive 17 as the front portion of the electrode to enable sample injection at the end of the sensor.
도 8은 본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구에 원형의 공간을 두어 형태를 변형한 대면형 바이오센서이고, 보다 상세하게는 a) 하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 J 자형의 작동전극 연결선(11'), 보조전극 연결선(12'), 기준전극 연결선(13'), 센서물질을 포함한 작동전극(11) 및 기준전극(13); c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) Y 자형 전극연결선(20) 및 보조전극(12)이 그 위에 형성되며 구멍(18)이 뚫린 상부 기판(10'); 및 e) 시료주입구(14)가 형성된 원형의 별도 상부 기판(10")이 순차적으로 적층되고, 3 전극계로 형성된 대면형 바이오센서로 이루어진다. 8 is a large-area biosensor modified in shape by providing a circular space at a sample inlet of the three-electrode biosensor according to the present invention, and more specifically, a) a lower substrate 10; b) the J-shaped working electrode connecting line 11 ', the auxiliary electrode connecting line 12', the reference electrode connecting line 13 'formed on the lower substrate 10, the working electrode 11 including the sensor material and the reference electrode (13); c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 ′ having a Y-shaped electrode connecting line 20 and an auxiliary electrode 12 formed thereon and having holes 18 formed therein; And e) a circular separate upper substrate 10 ", on which the sample inlet 14 is formed, is sequentially stacked, and comprises a large biosensor having a three-electrode system.
상기 바이오센서는도 1과 같은 형식의 바이오센서에 둥근형태의 별도 상부 기판(10")을 접착제(17)로 고정시킨 후, 변형된 형태의 시료도입구(14)를 형성한 것을 특징으로 한다.The biosensor is characterized by forming a sample introduction opening 14 of a modified form after fixing the separate upper substrate 10 ″ of the round shape to the biosensor of FIG. 1 with an adhesive 17. .
도 9는 본 발명의 3 전극계 바이오센서의 시료주입구를 전극의 전면부로 구성한 평면형 바이오센서로서, a) 하층기판(10); b) 상기 하층기판(10)상에 형성된 작동전극 연결선(11'), 보조전극 연결선(12'), 기준전극 연결선(13'), 센서물질을 포함한 작동전극(11) 및 기준전극(13); c) 전자전달 매개체 및 효소를 갖추거나 전극 물질을 고정화한 다공성 박막(16), 및 접착제(17); d) 구멍(18)이 뚫린 상부기판(10'); 및 e) 일직선의 전면부의 끝이 열린 상태의 시료주입구(14)를 포함하고 있는 별도 상부기판(10")이 순차적으로 적층되어 3 전극계로 형성된 시료도입 방향이 전극의 전면부를 향하도록 형성된 평면형 바이오센서이다. 9 is a planar biosensor comprising a sample inlet of a three-electrode biosensor according to the present invention as a front part of an electrode, comprising: a) a lower substrate 10; b) the working electrode connecting line 11 'formed on the lower substrate 10, the auxiliary electrode connecting line 12', the reference electrode connecting line 13 ', the working electrode 11 including the sensor material and the reference electrode 13; ; c) a porous thin film 16 having an electron transfer medium and an enzyme or immobilized electrode material, and an adhesive 17; d) an upper substrate 10 ′ through which holes 18 are drilled; And e) a separate upper substrate 10 "including a sample inlet 14 having an open front end portion of the straight line sequentially stacked so that a sample introduction direction formed of a three-electrode system faces the front portion of the electrode. Sensor.
상기 바이오센서는 하부기판(10)에 J 자형의 작동전극 연결선(11′), 보조전극 연결선(12′), 기준전극 연결선(13′)을 은 잉크로 인쇄하고 그 위에 탄소 잉크로 작동전극(11) 및 보조전극(12)을 인쇄하였으며, 염화은으로 도포된 기준전극(13)을 평면형으로 구성하였다.The biosensor prints the J-shaped working electrode connecting line 11 ', the auxiliary electrode connecting line 12', and the reference electrode connecting line 13 'on the lower substrate 10 with silver ink, and the working electrode with carbon ink thereon. 11) and the auxiliary electrode 12 were printed, and the reference electrode 13 coated with silver chloride was constructed in a flat shape.
또한 다공성 박막(16)을 기판 위에 올려놓을 수 있는 틈새를 갖춘 절연막 겸 접착제(17) 역할을 할 수 있는 중간층 막을 이루어 평면형으로 제작되었다. 그리고시료를 주입할 수 있는 상부 기판의 구멍(18)이 있는 상부 기판(10')을 갖추고 있으며, 상부 기판(10') 상에 별도의 상부 기판(10")을 두어 센서의 전면부에 시료주입구(14)를 갖춘 것을 특징으로 한다.In addition, an interlayer film that can serve as an insulating film and an adhesive 17 having a gap in which the porous thin film 16 can be placed on a substrate was formed in a planar shape. And an upper substrate 10 'with holes 18 of the upper substrate into which the sample can be injected, and a separate upper substrate 10 " Characterized in that it has an injection port (14).
도 10은 본 발명의 다공성 박막 기판을 사용하고 시료주입구를 전극의 가로방향으로 구성한 평면형 바이오센서으로서, a) 다공성 박막(16)으로 이루어진 하층기판; b) 상기 하층기판 상에 형성된 작동전극 연결선(11'), 보조전극 연결선(12'), 기준전극 연결선(13'), 센서물질을 포함한 작동전극(11), 염화은을 사용하여 도포한 기준전극(13), 절연막(15), 별도의 전처리층(19); c) 일직선의 양쪽 끝이 열린 상태의 시료주입구(14)를 포함하고 있는 별도 상부의 기판(10")이 순차적으로 적층되어 3 전극계로 형성된 시료도입 방향이 좌·우 말단부로 형성된 평면형 바이오센서로 이루어진다. 10 is a planar biosensor using the porous thin film substrate of the present invention and configured with a sample inlet in the transverse direction of the electrode, comprising: a) an underlayer substrate made of a porous thin film 16; b) a working electrode connecting line 11 'formed on the lower substrate, an auxiliary electrode connecting line 12', a reference electrode connecting line 13 ', a working electrode 11 including a sensor material, and a reference electrode coated with silver chloride (13), insulating film 15, separate pretreatment layer 19; c) The planar biosensor having the upper and lower ends of the substrate 10 ″ including the sample inlet 14 having both ends of the straight line sequentially stacked so that the sample introduction direction formed by the three-electrode system has left and right ends. Is done.
상기 바이오센서에서는 하부기판으로 다공성 박막(16)을 사용하였다. 하부기판으로 사용된 다공성 박막의 위에는 시료와 연결선들(11',12',13') 간의 절연을 위해 절연막(15)을 미리 구성하였으며, 절연막상에 연결선들(11',12',13')을 은 잉크를 사용하여 인쇄하였다. 그 위에 탄소 잉크를 사용하여 작동전극(11) 및 보조전극(12), 그리고 염화은을 사용하여 기준전극(13)을 도포하여 전극을 구성하였다. 전극면적의 균일화와 연결선들(11',12',13') 간의 절연을 위해 다시 절연막(15)을 인쇄하였으며, 일정량의 시료를 주입할 수 있는 시료주입구(14)를 별도 상부의 기판(10")으로 구성하였다. 주입한 시료는 다공성 박막(16)에 의하여 작동전극(12)에 도달하기 전에 분리되어 혈장시료에 있는 성분만이 검출되며, 전극에 시료가 도입되기 전 방해물질을 산화시켜줄 수 있는 별도의 전처리층(19)를 두어 목적시료만의 정확한 값을 얻을 수 있게 해주는 것을 특징으로 한다.In the biosensor, the porous thin film 16 was used as the lower substrate. On the porous thin film used as the lower substrate, the insulating film 15 is pre-configured to insulate the sample and the connecting lines 11 ', 12', and 13 ', and the connecting lines 11', 12 ', and 13' are formed on the insulating film. ) Was printed using silver ink. The electrode was constructed by applying the reference electrode 13 using the working electrode 11 and the auxiliary electrode 12 and the silver chloride using carbon ink thereon. The insulating film 15 was printed again for the uniformity of the electrode area and the insulation between the connecting lines 11 ', 12', and 13 ', and a separate sample inlet 14 for injecting a predetermined amount of the sample into a separate substrate 10 The injected sample is separated by the porous membrane 16 before reaching the working electrode 12 so that only the components in the plasma sample are detected, and the interfering substances are oxidized before the sample is introduced into the electrode. It is characterized by having a separate pretreatment layer 19 that can be obtained only the exact value of the target sample.
본 발명에서 사용된 기판은 세라믹, 플라스틱, 유리판 또는 실리콘으로 구성되며 바람직하게는 폴리에스테르를 사용하였다.The substrate used in the present invention is composed of ceramic, plastic, glass plate or silicon, preferably polyester.
상기 작동전극 및 다공성 보조/기준전극은 은, 백금, 금, 팔라듐, 인듐옥사이드 등의 다양한 전극 물질을 도입할 수 있으며, 본 발명에서는 은을 기준전극으로 탄소페이스트를 작동 및 보조전극으로 사용하였다. 그 제조 방법은 스크린프린팅, 사진식각, 또는 진공증착법을 이용하였다.The working electrode and the porous auxiliary / reference electrode may introduce various electrode materials such as silver, platinum, gold, palladium, and indium oxide. In the present invention, carbon paste is used as a reference electrode and silver as a reference electrode. The production method was used for screen printing, photolithography, or vacuum deposition.
상기 절연막은 절연성 고분자 페이스트를 스크린 프린팅한 후 열처리에 의해서 형성되며, 상기 절연막은 전극면적을 일정하게 유지시켜 재현성을 향상시킬 수 있다.The insulating film is formed by heat treatment after screen printing the insulating polymer paste, and the insulating film can improve the reproducibility by keeping the electrode area constant.
본 발명에서 사용된 다공성 박막은 직경이 5 에서 20mu m 에 이르는 공극을 사용할수 있으며, 종이, 나이론(Nylon), 친수성 폴리에스테르술폰 막 (polyestersulfone membrane), 친수성 혼합 셀룰로오즈 에스테르(Hydrophilic mixed cellulose esters), 폴리테트라플로르에틸렌 막 (polytetrafluoroethylene membrane), 폴리비닐리딘 플로라이드 막 (polyvinyllidene fluoride membrane), 이온선택성 막 (Ionic exchange membrane), 유리섬유(glass fiber), 폴리에스터 섬유질(polyester fibrous) 또는 개질된 융합체, 친수성유기고분자 또는 흡습성 세라믹고분자로 제조될 수 있으며, 니트로셀룰로즈(niterocellulose) 종이 또는 유사성질의 거름종이가 사용될 수 있다.The porous thin film used in the present invention may use pores having a diameter of 5 to 20 mu m, paper, nylon, hydrophilic polyestersulfone membrane, hydrophilic mixed cellulose esters, Polytetrafluoroethylene membrane, polyvinyllidene fluoride membrane, ion-selective membrane, glass fiber, polyester fibrous or modified fusion, It can be made of hydrophilic organic polymer or hygroscopic ceramic polymer, and nitrocellulose paper or similar manure paper can be used.
본 발명에서는 시료주입구를 형성하기 위하여 사용할 수 있는 물질로는 폴리에스테르, 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride)등의 고분자 물질이 있으나 본 발명에서는 폴리에스테르 재질을 사용하였다.In the present invention, a material that can be used to form the sample inlet includes a polymer material such as polyester and polyvinyl chloride, but in the present invention, a polyester material is used.
다공성 박막과 보호막을 전극체상에 고착시키기 위한 접착제로는 양면 테이프 또는 통상의 강력접착제 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 다공성박막의 두께와 동일한 두께를 가지는 양면 테이프를 사용하는 것이다.As the adhesive for fixing the porous thin film and the protective film on the electrode body, a double-sided tape or a conventional strong adhesive may be used. Preferably, a double-sided tape having the same thickness as that of the porous thin film is used.
글루코오스 제작과정에 사용되는 계면 활성제는 시료의 빠른 이동을 위해 쓰였으며 폴리에틸렌 글라이콜(polyethylene glycol), Oxyethylated alkylphoenols (neonols), Triton X-100, polyoxyethylated 계통과 같은 비이온성 계면활성제 혹은 Sodium decyl sulfate 계통과 같은 음이온성 계면 활성제 또는 Decylpuridinium chloride, Tetradecylpyridinium chloride와 같은 pyridinium 계통의 양성자성 계면활성제 중에서 선택된 Triton X-100을 일반적으로 사용하며 또한, 분산제는 효소 및 전자전달 매개체를 분산시켜 주는 역할을 하며 CMC (carboxymethylcellulose), PVP(polyvinylpyrrolidone), PVA(polyvinylalcohol) 와 같은 물질을 사용하여 제작할 수 있다.Surfactants used in the preparation of glucose were used for rapid transport of samples, and nonionic surfactants such as polyethylene glycol, oxyethylated alkylphoenols (neonols), Triton X-100, polyoxyethylated, or sodium decyl sulfate. Triton X-100 is selected from anionic surfactants such as anionic surfactants or pyridinium-based protonic surfactants such as Decylpuridinium chloride and Tetradecylpyridinium chloride. It can be produced using materials such as carboxymethylcellulose (PVP), polyvinylpyrrolidone (PVP), and polyvinylalcohol (PVA).
상기 제공된 평면형, 대면형으로 제작된 본 발명의 바이오센서에 주입되는 시료의 양은 시료주입구의 크기에 관계없이 다공성막의 미세공간에 함유할 수 있는양만큼의 시료만이 흡입되므로 감응전극이 검출하게 되는 시료의 양은 2 ∼ 2.5 mu L 범위에서 일정하게 조절할 수 있으므로 이러한 형태의 바이오센서는 전반적으로 정확성 및 정밀성을 요하는 정량장치에서 광범위하게 쓰여 질 수 있는 장점이 있다.Since the amount of the sample injected into the biosensor of the present invention manufactured in the flat and face-type provided as described above, only the amount of the sample that can be contained in the microcavity of the porous membrane irrespective of the size of the sample inlet is detected by the sensitive electrode. Since the amount of sample can be controlled in the range of 2 to 2.5 mu L, this type of biosensor has the advantage that it can be used in a wide range of quantitative devices requiring overall accuracy and precision.
본 발명에서 제시한 예들은 혈당측정을 목적으로 적용한 것들이며, 마찬가지형태의 바이오센서에 글루코오스 산화효소 이외의 다른 여러 가지 효소를 도입함으로 콜레스테롤(cholesterol), 락테이트(lactate), 크레아티닌(creatinine), 단백질, 아미노산, 뇨 등의 생체시료와 환경시료, 농ㆍ 공업시료 또는 식품시료중의 다양한 유기물 또는 무기물 농도를 정량할 수 있다.Examples presented in the present invention are those applied for the purpose of measuring blood glucose, cholesterol (cholesterol), lactate (creatate), creatinine, by introducing a variety of enzymes other than glucose oxidase in the same type of biosensor Various organic or inorganic concentrations in biological samples such as proteins, amino acids, urine, and environmental samples, agricultural and industrial samples, or food samples can be quantified.
이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
단 하기 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention and the present invention is not limited by the examples.
<제조예 1> 바이오센서의 단일 전극체 제작Preparation Example 1 Fabrication of Single Electrode Body of Biosensor
폴리에스테르 기판 상에 은 반죽으로 전극연결선을 인쇄하고 전도성 탄소반죽(conducting carbon paste)을 이용하여 작동전극을 그리고, 염화은으로 기준전극을 형성시켜 제 1 전극체을 형성하였다. 또한 은 반죽으과 전도성 탄소반죽을 이용하여 전극 연결선 및 보조전극을 형성하여 제 2 전극체을 제작하였다.Electrode connection lines were printed on a polyester substrate with silver paste, a working electrode was drawn using conductive carbon paste, and a reference electrode was formed of silver chloride to form a first electrode body. In addition, a second electrode body was manufactured by forming electrode connection lines and auxiliary electrodes using silver paste and conductive carbon dough.
상기 제 2 전극체에 1 ×2 mm 크기의 구멍을 뚫어 시료의 이동로를 만들었다.A 1 × 2 mm size hole was drilled in the second electrode body to make a sample moving path.
<실시예 1> 시료주입구와 다공성박막이 구비된 글루코오스센서 제작<Example 1> Preparation of glucose sensor equipped with a sample inlet and a porous thin film
다공성박막에 전저전달매개체, 분산제 (carboxymethylcellulose :CMC), 계면활성제 (Triton X-100) 및 글루코오스 산화효소가 혼합된 용액에 활성화된 다공성 박막을 물리적 흡착 처리하였다.The activated porous thin film was physically adsorbed onto the porous thin film in a solution containing a low transfer medium, a dispersant (carboxymethylcellulose: CMC), a surfactant (Triton X-100), and a glucose oxidase.
상기 다공성박막을 제 1 전극체의 상부에 적층하고, 다공성 박막과 겹치도록 제 2 전극체을 적층하여 압착함과 동시에 제 2 전극체를 제 1 전극체 상의 접착제로 접착하였다. 시료의 이동로를 가진 제 2 전극체 상에는 접착제를 붙이고 다시 기판을 붙여 시료주입구를 만들어 글루코오스 센서를 완성하였다. (도 2a, 도 2b)The porous thin film was stacked on top of the first electrode body, the second electrode body was laminated and pressed to overlap the porous thin film, and the second electrode body was bonded with an adhesive on the first electrode body. On the second electrode body having the movement path of the sample, an adhesive was attached and a substrate was attached again to make a sample inlet to complete a glucose sensor. ( FIG. 2A, FIG. 2B )
이하 본 발명에 의한 바이오센서의 특성을 실험하였다.Hereinafter, the characteristics of the biosensor according to the present invention were tested.
<실험예 1> 투입되는 시료의 양에 대한 검증Experimental Example 1 Verification of the Amount of Injected Sample
상기 실시예 1에서 제작된도 2a와 같은 시료주입구와 다공성 박막이 구비된 글루코오스센서에 대해 개개의 센서에 투입되는 혈액시료의 양을 측정하기 위하여 실험하였다.Experiments were performed to measure the amount of blood sample injected into individual sensors for the glucose sensor equipped with the sample inlet and porous membrane as shown in FIG .
상기도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 총 개수를 20개로 하여 측정한 결과, 센서에서 투입되는 평균양은 2.38mu L 이었으며 표준편차 (standard deviation)는 +- 0.11mu L 로써 시료주입량의 정밀도가 대단히 높았다.As can be seen from FIG. 11 , the total number of 20 was measured, and the average amount injected from the sensor was 2.38 mu L, and the standard deviation was + -0.11 mu L, so the precision of the sample injection amount was very high. .
<실험예 2> 일회용 글루코오스 센서에서 혈구 및 혈단백질에 의한 영향 검증Experimental Example 2 Effect of Blood Cells and Hemoproteins on Disposable Glucose Sensors
상기 실시예 1에 의해 제작된 시료주입구와 다공성 박막이 구비된 글루코오스 센서에서 혈구 및 혈단백질에 의한 영향을 알아보았다.The effect of blood cells and blood proteins on the glucose sensor provided with the sample inlet prepared in Example 1 and the porous thin film was examined.
통상의 바이오센서는 측정하고자 하는 전혈 혈액시료 내에는 혈구와 혈단백질이 존재하고 이들은 사람마다 존재하는 양에 차이가 있으므로 전혈 혈당의 측정시 재현성을 저하시키는 요인으로 작용한다.도 12는 상기 실시예 1에 제작된 시료주입구 및 다공성 박막이 구비된 일회용 글루코오스 센서를 이용하여 혈당 양이 100 mg/dL인 전혈 (whole blood)과 같은 양의 혈당 표준용액에 대하여 적용전위 0.05 V vs. Ag/AgCl를 가하여 시간 대 전류값을 측정한 결과도이다.In the conventional biosensor, blood cells and blood proteins are present in the whole blood blood sample to be measured, and since they differ in the amount present in each person, the biosensor serves as a factor for reducing reproducibility when measuring whole blood glucose. FIG. 12 is a potential applied to a blood glucose standard solution such as whole blood having a blood glucose amount of 100 mg / dL using a disposable glucose sensor equipped with a sample inlet prepared in Example 1 and a porous membrane; vs. The result of measuring time-to-current value by adding Ag / AgCl.
도 12의 결과에 따르면, 측정한 결과 혈단백질이 존재하는 전혈과 존재하지 않는 혈당 100 mg/dL의 전류값이 일치함을 알 수 있었고, 따라서 시료주입구 및 다공성 박막이 구비된 상기 실시예 1의 글루코오스 센서에서 혈구와 혈단백질의 영향이 크로마토그래피적으로 제거됨을 확인하였다.According to the results of FIG. 12 , the measurement result shows that the current value of 100 mg / dL of whole blood in which blood protein is present and blood glucose is not present, and thus, the sample inlet and the porous thin film of Example 1 were provided. It was confirmed that the effects of blood cells and hemoproteins were chromatographically removed from the glucose sensor.
<실험예 3> 글루코오스 센서의 표준용액에 대한 검정곡선Experimental Example 3 Calibration Curve for the Standard Solution of Glucose Sensor
상기 실시예 1에서 제작된 시료주입구와 다공성박막이 구비된 글루코오스 센서를 이용하여 포도당 양이 0, 50, 100, 200, 300, 400 mg/dL 표준용액에 대한 검정곡선을도 13에 나타내었다.The calibration curve for the glucose level of 0, 50, 100, 200, 300, 400 mg / dL standard solution using the glucose sensor equipped with the sample inlet prepared in Example 1 and the porous thin film is shown in FIG. 13 .
각 농도 당 5 회씩 적용전위 0.05 V vs. Ag/AgCl에서 시간에 대한 전류값을측정하였다. 결과에 따르면, 이때 기울기는 0.03 [mu A/(mg/dL)]이고, 선형성은 0.99, 각 농도에서의 공분산은 0.75 ∼ 13.56 % 로 좋은 직선성 감응과 재현성을 보여 주었다.Applied potential 0.05 V vs. 5 times for each concentration. The current value against time was measured in Ag / AgCl. According to the results, the slope was 0.03 [mu A / (mg / dL)], the linearity was 0.99, and the covariance at each concentration was 0.75 to 13.56%, which showed good linearity response and reproducibility.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 평면형 및 대면형으로 구현될 수 있는 다공성박막 내장형 바이오센서에 소량의 일정량 시료를 전처리과정 없이 편리하고 신속하며 재현성 있게 도입할 수 있는 별도의 시료주입구를 포함하는 바이오센서로서 시료도입의 능력을 향상시킨 크로마토그래피 기능의 다공성 박박이 구비된 바이오센서의 제작으로, 대량생산에 적합하고, 가정이나 병원에서 환자 스스로가 혈액시료에 포함된 각종 체내 질병유무 판단과 관계된 대사물질의 측정을 간편하게 할 수 있고, 이러한 형태의 바이오센서는 전반적으로 정확성 및 정밀성을 요하는 정량장치에서 광범위하게 쓰여 질 수 있다.As described above, the present invention provides a biosensor including a separate sample inlet for introducing a small amount of a predetermined amount of sample into a porous thin film-embedded biosensor that can be implemented in a planar type and a large surface type without any pretreatment process. As a biosensor equipped with a porous thin film with a chromatographic function that improves the ability to introduce a sample, it is suitable for mass production, and metabolites related to the determination of various diseases in the body included in blood samples by the patient himself or herself at home or in the hospital. This type of biosensor can be used in a wide range of quantitative devices that require overall accuracy and precision.
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