KR100598375B1 - 바이오 물질의 특성 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

바이오 물질의 특성 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오 물질의 특성 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 유전자가 고정되어 있는 바이오칩이 담겨진 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 바이오 소자와; 상기 바이오 소자에 전압을 공급하는 전원공급부와; 상기 바이오 소자에서 발생된 광을 검출하는 광검출부와; 상기 광검출부에서 검출된 광을 전기적인 신호로 변환하는 신호처리부와; 상기 신호처리부에서 변환된 전기적인 신호로 유전자의 특성을 분석하는 분석부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 본 발명은 루테늄 수용액과 유전자의 상호 작용에서 나타나는 전기화학적 발광을 검출하여 고감도로 유전자의 특성을 검출할 수 있으며, 측정시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래 기술에 따른 형광물질을 측정 시료에 결합하지 않으므로, 공정을 단순화할 수 있고, 종래 기술에 따른 레이저 등의 고가의 보조장비를 사용하지 않으므로 경제적인 바이오 물질의 특성을 검출할 수 있는 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 구조가 단순하여 바이오 물질 측정시스템을 소형화할 수 있어, 휴대할 수 있는 효과도 있다.
바이오, 유전자, 측정, 루테늄, 수용액, 광, 검출

Description

바이오 물질의 특성 측정 시스템 및 방법{System and method for measuring characteristic of bio-material}
도 1은 본 발명에 따른 바이오 물질 측정시스템의 개략적인 구성도
도 2a와 2b는 본 발명에 따른 바이오칩과 수용액 용기의 평면도
도 3은 본 발명에 따른 바이오 칩의 관통홀에 고정된 유전자와 루테늄 수용액의 상태를 도시한 개념도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 소자의 분해 사시도
도 5a와 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 소자의 본체 평면도 및 배면도
도 6은 도 5a에 도시된 본체에 바이오칩을 삽입시키고, 도 5a의 A-A'선에서 절단한 단면도
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오 소자의 단면도
도 8a와 8b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오칩과 하부기판의 평면도
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 바이오 소자의 바이오 센서 구성을 도시한 도면
도 10은 도 9에 도시된 작업전극들의 다른 형태를 도시한 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 바이오 소자 101,102,201,202,301,302,550 : 전극
105 : 수용액용기 110 : 바이오칩
111 : 관통홀 112,520,540 : 전도성물질막
120 : 포톤카운터 130 : 신호처리부
140 : 전원공급부 170 : 루테늄수용액
171 : 인터컬레이터 172 : 유전자
200 : 본체 223 : 주입구
224 : 배출구 230 : 투명창
250 : 삽입구 261 : 전극패드
310 : 하부기판 320 : 상부기판
500 : 바이오센서 510 : 기판
본 발명은 바이오 물질의 특성 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 기술에 따른 형광물질을 측정 시료에 결합하지 않으므로, 공정을 단순화할 수 있고, 종래 기술에 따른 레이저 등의 고가의 보조장비를 사용하지 않으므로 경제적인 바이오 물질의 특성을 검출할 수 있으며, 루테늄 수용액과 유전자의 상호 작용에서 나타나는 전기화학적 발광을 검출하여 고감도로 유전자의 특성을 검출할 수 있으며, 측정시간을 단축시킬 수 있는 바이오 물질의 특성 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 생물학적 활성을 갖고 있는 분자를 고체상태의 소형박막에 공유결합 또는 비 공유결합 형태로 부착시켜, 생체 물질간의 반응 또는 결합을 전기적신호로 변화시켜 모니터링하는 일련의 장치를 바이오 센서라 한다.
최근에는 생물학적 분자들의 정량 및 정성 분석을 위한 미세 장비를 포함하여 광범위한 의미로 바이오 칩이라 부르기도 한다.
바이오칩은 고체기판 위에 형성된 박막재료와 분석하고자 하는 대상에 따라 DNA칩, 세포 칩, 단백질 칩으로 분류할 수 있다.
여기서, 단백질 칩은 특정 단백질과 반응할 수 있는 수십에서 수백 종류 이상의 서로 다른 단백질이나 리간드와 세포막 단백질 등을 고체(금속, 유리, 플라스틱, 마아크로비드(bead)) 표면에 고정화시킨 후, 이들과 특이적 반응할 수 있는 생체분자 또는 유기물이 결합하는 여러 가지 측정 방법으로 정량화하는 장치를 의미한다.
바이오칩은 표면에 DNA, RNA 등의 유전자와 항체, 펩티드, 리간드 등의 단백질을 고정화시키는 기술과 고체 표면에의 고정화에 따른 생물학적 활성의 상실, 비특이적 표면고정화, 상대적으로 낮은 생체활성 물질의 표면 농도, 생체물질의 표면 이탈에 따른 분석신호 소멸 등의 기술적 장애 요인을 해결하는 연구가 필요하다.
금속표면에 단백질을 고정화하는 경우는 thiol기를 이용하는 자기 조립(Self assembly)과 LB막을 형성하는 방법이 많이 이용되고 있다.
또한, 고정화는 아비딘-바이오틴(avidin-biotin) 결합을 이용하거나 수용체 와 단백질 칩 표면과의 친수성, 소수성, 이온교환성 성질을 이용한다.
바이오칩의 표면은 초미량의 특정 생물학적 물질에 대한 선택적 친화력을 바탕으로 분석대상 물질을 인식하고, 이로부터 감지 가능한 전기적 신호로 발생시키는 부분이 있다.
바이오 칩은 제작 장치에 따라 DNA 분석과 단백질 분석을 위한 마이크로 어레이칩과 마이크로 및 나노 플루이딕스(Micro/Nano Fluidics) 기술을 이용한 랩온어칩(LOC, Lab-on-a-chip)으로 나눌 수 있다.
마이크로 어레이칩은 대상 유전자나 혹은 단백질을 감지하기 위한 프루브를 어레이 형태로 배열해 프루브와 결합되는 물질을 감지해내는 방법을 이용. - 프루브와 타깃 물질과의 특이적 결합(Specific binding)이 전제 조건으로 타깃 질병의 마커 결정과 프루브 물질과 결합 효율을 높이기 위한 바이오 기술이 요구된다.
어레이 바이오 칩을 이용한 분석은 많은 양의 시약과 조작과정이 필요 없이 한번에 수많은 반응이 동시에 처리 가능하여 유전적 분석을 단지 10㎕ 이하의 적은 양의 시료를 가지고 수 센티미터의 칩을 이용하여 수일만에 분석할 수 있다.
랩 온어칩(Lab-on-a-Chip)은 마이크로/나노 플루이딕스(Micro/Nano Fluidics) 기술을 이용한 것으로, 시료의 반응, 분리와 분석이 하나의 칩 위에서 이루어지도록 고안된 5∼200㎛의 크기의 마이크로 채널로 이루어진다.
다양한 샘플을 나노리터(nℓ) 정도 또는 이하의 양만으로 연속적으로 분석할 수 있는 방법을 제공하여, 고속 처리(High throughput) 분석이 가능하다.
이 칩은 유리나 혹은 실리콘 기판 또는 플라스틱을 이용해 마이크로 시스템 가공 기술로 제작한다.
고감도 나노 감지소자가 개발될 경우 이들 감지소자와 기존의 LOC와의 결합을 통하여 소형 진단 칩으로서의 응용이 가능하다.
미소 채널을 이용한 분석 시스템의 연구와 더불어 초정밀 유체의 조절을 위한 마이크로 밸브, 마이크로 펌프 등 마이크로 유체 부품들이 연구되고 있음.
이들 부품들은 LOC에 응용뿐 아니라 약물전달 시스템(Drug delivery system)이나 마이크로 통합 분석시스템(μ-TAS, Micro Total Analysis System) 등에 응용될 것으로 기대가 된다.
단백질이 이차원 평면상에 단순히 바둑판 형태로 배열된 항체 어레이, 펩티드 어레이, 단백질 어레이부터 시료 전처리 기능이 구현된 마이크로플로이드 (미세유체역학) 부분까지 포함하는 기술의 총괄적으로 단백질 칩이라 정의한다.
단백질 칩은 단백질만의 갖는 고도의 선택성과 칩이라는 관점에서의 대량 스크리닝 기능이 있기 때문에, 단백질의 분리, 확인, 정량 및 기능해석에 이르는 일련의 단백질 분석작업을 칩 상에서 수행 할 수 있는 잠재성이 있고, 질병의 원인 규명을 분석작업을 칩 상에서 수행 할 수 있고, 질병의 원인 규명을 유전자 수준에서 단백질 수준까지 확대 규명하는 프로테오믹스 분야와 진단용 바이오센서 분야에 널리 활용될 전망이다.
단백질 칩 기술은 칩의 제조와 관련된 단백질 마이크로 어레이(Protein micro array) 기술과 어레이 상태로 고정화된 단백질을 관찰하고자 하는 단백질간의 상호반응 정도를 정량적으로 검출하고 비교하는 분석기술로 구분된다.
하지만, 바이오칩에서 반응 정도를 검출하기 위해 시료에 대해 미리 표지(Lable)하는 과정을 거치지 않고, DNA의 하이브리다이제이션이나 항원-항체 반응을 고감도이며 신속하게 검출할 수 있는 방법과 휴대용 진단장치로의 개발을 위한 소형 저가의 검출 시스템을 개발하는 것이 필요하다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 종래 기술에 따른 형광물질을 측정 시료에 결합하지 않으므로, 공정을 단순화할 수 있고, 종래 기술에 따른 레이저 등의 고가의 보조장비를 사용하지 않으므로 경제적인 바이오 물질의 특성을 검출할 수 있는 시스템을 구현할 수 있는 바이오 물질의 특성 측정시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 루테늄 수용액과 유전자의 상호 작용에서 나타나는 전기화학적 발광을 검출하여 고감도로 유전자의 특성을 검출할 수 있으며, 측정시간을 단축시킬 수 있는 바이오 물질의 특성 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 유전자가 고정되어 있는 바이오칩이 담겨진 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 바이오 소자와;
상기 바이오 소자에 전압을 공급하는 전원공급부와;
상기 바이오 소자에서 발생된 광을 검출하는 광검출부와;
상기 광검출부에서 검출된 광을 전기적인 신호로 변환하는 신호처리부와;
상기 신호처리부에서 변환된 전기적인 신호로 유전자의 특성을 분석하는 분석부로 구성된 바이오 물질의 특성 측정시스템이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 바이오칩에 프로브 핵산을 고정시키는 단계와;
상기 프로브 핵산과 타켓 핵산을 반응시켜 혼성화시키는 단계와;
상기 혼성화된 바이오칩에 인터컬레이터를 처리하는 단계와;
상기 바이오칩을 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 담그는 단계와;
상기 루테늄 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 단계와;
상기 방출된 광을 검출하여, 상기 유전자의 물질 특성을 측정하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 물질의 특성 측정시스템의 개략적인 구성도로서, 유전자가 고정되어 있는 바이오칩이 담겨진 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 바이오 소자(100)와; 상기 바이오 소자에 전압을 공급하는 전원공급부(140)와; 상기 바이오 소자에서 발생된 광을 검출하는 광검출부(120)와; 상기 광검출부에서 검출된 광을 전기적인 신호로 변환하는 신호처리부(130)와; 상기 신호처리부에서 변환된 전기적인 신호로 유전자의 특성을 분석하는 분석부(150)로 구성된다.
여기서, 상기 광검출부(120)는 상기 바이오 소자(100)에서 발생된 광의 포톤(Photon)을 카운터하여 광량을 검출하는 포톤카운터와 이에 등가의 다른 검출수단을 포함한다.
더 상세하게, 상기 바이오 소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 루테늄 수용액이 담는 수용액 용기(105)와; 내벽에 전도성 물질막(112)이 코팅된 복수개의 관통홀들(111)이 형성되고, 그 전도성 물질막(112)에 유전자가 고정되며, 상기 루테늄 수용액 내부에 위치되는 바이오칩(110)과; 상기 수용액 용기(105) 내부 바닥면에서 연장되어 외측면으로 노출된 복수개의 전극들(101,102)로 구성된다.
상기 바이오 소자는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 소자이다.
여기서, 상기 복수개의 전극들(101,102)은 상기 바이오칩(110)의 관통홀들(111)의 개수와 동일하며, 상기 바이오칩(110)의 관통홀들(111)과 대향되는 위치의 수용액 용기(105)에 형성된다.
그리고, 상기 복수개의 전극들(101,102)은 중심에 대전극(Counter electrode)(101)이 형성되어 있고, 상기 대전극(101)의 주변에 복수개의 작업전극(Working electrode)들(102)이 형성되어 있다.
또한, 상기 전도성 물질막(112)은 금 코팅막이 바람직하다.
그리고, 상기 바이오칩은 유리, 실리콘, PCB(Printed circuit board)와 플라 스틱 중 선택된 어느 하나로 만들면 된다.
이 때, 상기 전원공급부(140)는 대전극(101)과 작업전극들에 전압을 인가하게 되고, 상기 루테늄 수용액에서는 산화 및 환원 반응이 발생되고, 유전자에서는 혼성화(Hybridization), 항원-항체 반응, 리간드-리셉터(Ligand-receptor) 등의 반응이 발생되어 바이오 소자(100)에서는 광을 방출하게 된다.
이 광을 상기 포톤카운터(120)에서 검출하고, 이 검출된 광의 신호를 신호처리부(130)에서 처리하여, 광량에 따라 바이오 물질의 유전자 혼성화(Hybridization), 항원-항체 반응, 리간드-리셉터(Ligand-receptor) 등등에 대한 정량 분석을 할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 바이오 소자 측정 방법은, 바이오칩에 프로브 핵산을 고정시키는 단계와; 상기 프로브 핵산과 타켓 핵산을 반응시켜 혼성화시키는 단계와; 상기 혼성화된 바이오칩에 인터컬레이터를 처리하는 단계와; 상기 바이오칩을 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 담그는 단계와; 상기 루테늄 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 단계와; 상기 방출된 광을 검출하여, 상기 유전자의 물질 특성을 측정하는 단계를 수행하면 된다.
그러므로, 본 발명은 전기화학발광을 이용하여 손쉽게 바이오 물질의 특성을 측정할 수 있으므로, 측정시간을 단축시킬 수 있고, 측정의 정확성을 높일 수 있다.
종래 기술에 따른 형광물질을 측정 시료에 결합하지 않으므로, 공정을 단순 화할 수 있고, 종래 기술에 따른 레이저 등의 고가의 보조장비를 사용하지 않으므로 경제적인 바이오 물질의 특성을 검출할 수 있는 시스템을 구현할 수 있게 된다.
도 2a와 2b는 본 발명에 따른 바이오칩과 수용액 용기의 평면도로서, 전술된 바와 같이, 먼저, 도 2a에서 바이오칩(110)에는 관통홀들(111)이 형성되어 있고, 이 관통홀들(111) 각각의 내벽에는 금 코팅막(112)이 코팅되어 있다.
그리고, 도 2b에 도시된 수용액 용기(105)에는 루테늄 수용액을 담을 수 있는 홈(106)이 형성되어 있고, 이 홈(106)의 바닥면에서 광통되어 외측면으로 노출된 복수개의 전극들이 형성되어 있다.
이 복수개의 전극들(101,102)은 상기 바이오칩(110)의 관통홀들(111)의 개수와 동일하며, 상기 바이오칩(110)의 관통홀들(111)과 대향되는 위치의 수용액 용기(105)에 형성된다.
그리고, 상기 복수개의 전극들(101,102)은 중심에 형성된 대전극(Counter electrode)(101)과, 상기 대전극(101)의 주변에 형성된 복수개의 작업전극(Working electrode)들(102)로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 바이오 칩의 관통홀에 고정된 유전자와 루테늄 수용액의 상태를 도시한 개념도로서, 바이오칩(110)의 관통홀(111)의 내벽에는 프로브 핵산과 타켓 핵산이 혼성화된 유전자(171)이 고정되어 있으며, 인터컬레이터(171)가 처리되어 있고, 관통홀(111)에는 루테늄 수용액(170)이 채워진다.
이러한 인터컬레이터의 처리는 류테늄의 산화 및 환원 반을 촉진시키는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 인터컬레이터는, DAPI(4,6-diamidino-2-phenylindole), nogalamycin, distamycin A, EtBr, daunorubicin, doxorubucin, amiloride hydrochloride와 propidium iodide 중 선택된 어느 하나이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 소자의 분해 사시도로서, 먼저, 유전자가 고정된 바이오칩(100)과; 상기 바이오칩(100)이 삽입되는 본체(200)로 구성하되, 상기 본체(200)에는 상기 바이오칩(100)을 삽입시킬 수 있도록 본체(200)의 일측면에서 타측면으로 관통된 삽입구(250) 내부 표면에 노출된 복수개의 전극들(201,202)과, 상기 본체(200)의 상면에서 상기 삽입구(250)까지 관통되고, 상기 바이오칩(100)이 삽입되어 상기 삽입구(250) 상부에 형성된 공간으로 루테늄 수용액을 주입하도록 상기 본체(200)의 상면에 형성된 주입구(223)와, 상기 공간에 주입된 루테늄 수용액을 배출시키는 배출구(224)와, 상기 본체의 상부에서 상기 공간을 감싸도록 본체 상부에 본딩되어 있으며, 유전자와 루테늄 수용액의 전기화학적인 반응으로 발생된 광을 투과시키는 투명창(230)으로 구성된다.
여기서, 상기 복수개의 전극들(201,202)은 본체(200)의 하면에 노출된 전극패드들과 전기적으로 연결된다.
도 5a와 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 소자의 본체 평면도 및 배면도로서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본체(200)의 상면에는 투명창(230), 주입구(223)와 배출구(224)가 형성되어 있다.
그리고, 이 투명창(230) 하부에는 복수개의 전극들(201,202)이 위치되고, 전술된 바와 같이, 중심에 대전극(Counter electrode)(201)이 형성되어 있고, 상기 대전극(101)의 주변에 복수개의 작업전극(Working electrode)들(202)이 형성되어 있다.
이 복수개의 전극들(201,202)은 도 5b에 도시된 본체(200)의 하면에 노출된 복수개의 전극패드들(261)과 전기적으로 연결된다.
도 6은 도 5a에 도시된 본체에 바이오칩을 삽입시키고, 도 5a의 A-A'선에서 절단한 단면도로서, 바이오칩(100)은 내벽에 전도성 물질막(112)이 코팅된 복수개의 관통홀들(111)이 형성되고, 그 전도성 물질막(112)에 유전자가 고정되어 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 소자의 동작을 도 6을 참조하여 설명하면, 측정할 유전자를 바이오칩(100)의 복수개의 관통홀들(111) 내벽에 각각 고정시킨 후, 바이오칩(100)을 본체(200)에 삽입시킨다.
이 때, 상기 복수개의 관통홀들(111)은 본체(200)에 형성된 복수개의 전극들(201,202)과 대향되게 된다.
그 후, 주입구(223)로 루테늄 수용액을 주입하면, 바이오칩(100)의 복수개의 관통홀들(111)과 공간(225)에는 루테늄 수용액이 채워지고, 전기화학적인 반응을 하여 광이 투명창(230)을 통하여 방출된다.
반응된 루테늄 수용액은 배출구(224)를 통하여 배출되게 된다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오 소자의 단면도로서, 상면에 노출된 복수개의 전극들(301,302)과, 이 전극들(301,302)에 각각 전기적으로 연결되어 하면으로 노출된 전극패드들(307)을 갖는 하부기판(310)과; 상기 하부기판(310)의 상면에 놓여지며, 유전자가 고정된 바이오칩(110)과; 상기 바이오칩(110)과 하 부기판(310)의 측면과 바이오칩(110)의 상부를 감싸며, 상기 바이오칩(110) 상면과 일정 공간이 형성되는 홈을 구비하고, 상기 홈의 내부에 루테늄 수용액이 충진되는 상부기판(320)으로 구성된다.
도 8a와 8b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오칩과 하부기판의 평면도로서, 본 발명의 제 3 실시예에서도 도 8a의 바이오칩(110)에는 복수개의 관통홀들(111)이 형성되며, 도 8b의 하부기판(310)에는 상기 바이오칩(110)의 관통홀들(111)의 개수와 동일하며, 상기 바이오칩(110)의 관통홀들(111)과 대향되는 위치에 복수개의 전극들(301,302)이 형성된다.
여기에서도, 상기 복수개의 전극들(301,302)은 중심에 형성된 대전극(Counter electrode)(301)과, 상기 대전극(301)의 주변에 형성된 복수개의 작업전극(Working electrode)들(302)로 구성된다.
상기 도 8b에 도시된 바와 같이, 대전극(301) 주변에 위치한, 작업전극들(302)의 개수는 4개이지만, 이 개수는 설계상 임의대로 변경될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 바이오 소자의 바이오 센서 구성을 도시한 도면으로서, 바이오 센서(500)는 기판(510)과; 상기 기판(510) 상부에 형성된 복수개의 전극들(550)로 구성하되, 상기 복수개의 전극들(550)은 중심에 형성된 대전극(Counter electrode)과, 상기 대전극의 주변에 형성된 복수개의 작업전극(Working electrode)들로 구성된다
여기서, 상기 각각의 작업전극들(550)은 상기 기판 상부에 형성된 제 1 전도성 물질막(520)과, 상기 제 1 전도성 물질막(520)에 형성되며, 상호 이격된 복수개 의 절연막들(530)과, 상부에 유전자가 고정되며, 상기 절연막들(530)의 상부에 각각 형성된 제 2 전도성 물질막들(540)로 구성된다.
상기 제 1과 2 전도성 물질막은 금 또는 백금으로 형성하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제 1 전도성 물질막(520)으로는 전기가 인가되고, 상기 제 2 전도성 물질막(540)에는 유전자가 고정된다.
그리고, 상기 제 2 전도성 물질막들(540)의 형상은 원형 또는 사각형 등의 형성으로 만드는 것이 바람직하다.
이렇게 구성된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 바이오 센서(500)는 도 7과 같은 상부기판과 동일한 커버부재로 바이오 센서(500)의 측면과 상부를 감싸서 바이오 소자를 형성하며, 이 때, 상기 상부기판에는 상기 바이오 센서(500) 상면과 일정 공간이 형성되는 홈을 구비하고, 상기 홈의 내부에 루테늄 수용액이 충진되도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 10은 도 9에 도시된 작업전극들의 다른 형태를 도시한 도면으로서, 작업전극들(550)은 기판(510) 상부에 형성된 제 1 전도성 물질막(520)과, 상기 제 1 전도성 물질막(520)에 형성된 절연막(530)과, 상부에 유전자가 고정되며, 상기 절연막(530)의 상부에 각각 형성된 제 2 전도성 물질막(540)으로 구성된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 루테늄 수용액과 유전자의 상호 작용에서 나타나는 전기화학적 발광을 검출하여 고감도로 유전자의 특성을 검출할 수 있으 며, 측정시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래 기술에 따른 형광물질을 측정 시료에 결합하지 않으므로, 공정을 단순화할 수 있고, 종래 기술에 따른 레이저 등의 고가의 보조장비를 사용하지 않으므로 경제적인 바이오 물질의 특성을 검출할 수 있는 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 구조가 단순하여 바이오 물질 측정시스템을 소형화할 수 있어, 휴대할 수 있는 효과도 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 유전자가 고정되어 있는 바이오칩이 담겨진 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 바이오 소자와;
    상기 바이오 소자에 전압을 공급하는 전원공급부와;
    상기 바이오 소자에서 발생된 광을 검출하는 광검출부와;
    상기 광검출부에서 검출된 광을 전기적인 신호로 변환하는 신호처리부와;
    상기 신호처리부에서 변환된 전기적인 신호로 유전자의 특성을 분석하는 분석부로 구성하되,
    상기 바이오 소자는,
    내부에 루테늄 수용액을 담는 수용액 용기와;
    내벽에 전도성 물질막이 코팅된 복수개의 관통홀들이 형성되고, 그 전도성 물질막에 유전자가 고정되며, 상기 루테늄 수용액 내부에 위치되는 바이오칩과;
    상기 수용액 용기 내부 바닥면에서 관통되어 외측면으로 노출된 복수개의 전극들로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  3. 유전자가 고정되어 있는 바이오칩이 담겨진 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 바이오 소자와;
    상기 바이오 소자에 전압을 공급하는 전원공급부와;
    상기 바이오 소자에서 발생된 광을 검출하는 광검출부와;
    상기 광검출부에서 검출된 광을 전기적인 신호로 변환하는 신호처리부와;
    상기 신호처리부에서 변환된 전기적인 신호로 유전자의 특성을 분석하는 분석부로 구성하되,
    상기 바이오 소자는,
    유전자가 고정된 바이오칩과; 상기 바이오칩이 삽입되는 본체로 구성하되,
    상기 본체에는 상기 바이오칩을 삽입시킬 수 있도록 일측면에서 타측면으로 관통된 삽입구 내부 표면에 노출된 복수개의 전극들과, 상기 본체의 상면에서 상기 삽입구까지 관통되고, 상기 바이오칩이 삽입되어 상기 삽입구 상부에 형성된 공간으로 루테늄 수용액을 주입하도록 상기 본체의 상면에 형성된 주입구와, 상기 공간에 주입된 루테늄 수용액을 배출시키는 배출구와, 상기 본체의 상부에서 상기 공간을 감싸도록 본체 상부에 본딩되어 있으며, 유전자와 루테늄 수용액의 전기화학적인 반응으로 발생된 광을 투과시키는 투명창으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 바이오칩은,
    내벽에 전도성 물질막이 코팅된 복수개의 관통홀들이 형성되고, 그 전도성 물질막에 유전자가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  5. 유전자가 고정되어 있는 바이오칩이 담겨진 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 바이오 소자와;
    상기 바이오 소자에 전압을 공급하는 전원공급부와;
    상기 바이오 소자에서 발생된 광을 검출하는 광검출부와;
    상기 광검출부에서 검출된 광을 전기적인 신호로 변환하는 신호처리부와;
    상기 신호처리부에서 변환된 전기적인 신호로 유전자의 특성을 분석하는 분석부로 구성하되,
    상기 바이오 소자는,
    상면에 노출된 복수개의 전극들과, 이 전극들에 각각 전기적으로 연결되어 하면으로 노출된 전극패드들을 갖는 하부기판과;
    상기 하부기판의 상면에 놓여지며, 내벽에 전도성 물질막이 코팅된 복수개의 관통홀들이 형성되고, 그 전도성 물질막에 유전자가 고정되는 바이오칩과;
    상기 바이오칩과 하부기판의 측면과 바이오칩의 상부를 감싸며, 상기 바이오칩 상면과 일정 공간이 형성되는 홈을 구비하고, 상기 홈의 내부에 루테늄 수용액이 충진되는 상부기판으로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이오칩은,
    내벽에 전도성 물질막이 코팅된 복수개의 관통홀들이 형성되고, 그 전도성 물질막에 유전자가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 전극들은,
    상기 바이오칩의 관통홀들의 개수와 동일하며, 상기 바이오칩의 관통홀들과 대향되는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 전극들은,
    중심에 형성된 대전극(Counter electrode)과, 상기 대전극의 주변에 형성된 복수개의 작업전극(Working electrode)들로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 전도성 물질막은,
    금 코팅막인 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  10. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오칩은,
    유리, 실리콘, PCB(Printed circuit board)와 플라스틱 중 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  11. 유전자가 고정되어 있는 바이오칩이 담겨진 루테늄(Ru(bpy)3 2+) 수용액에 전압을 인가하여 전기화학적인 작용으로 광을 방출시키는 바이오 소자와;
    상기 바이오 소자에 전압을 공급하는 전원공급부와;
    상기 바이오 소자에서 발생된 광을 검출하는 광검출부와;
    상기 광검출부에서 검출된 광을 전기적인 신호로 변환하는 신호처리부와;
    상기 신호처리부에서 변환된 전기적인 신호로 유전자의 특성을 분석하는 분석부로 구성하되,
    상기 바이오 소자는,
    기판과, 상기 기판 상부에 형성된 대전극(Counter electrode)과, 상기 대전극의 주변에 형성된 복수개의 작업전극(Working electrode)들로 구성된 바이오 센서와; 상기 바이오 센서의 측면과 상부를 감싸며, 바이오 센서 상면과 일정 공간이 형성되는 홈을 구비하고, 상기 홈의 내부에 루테늄 수용액이 충진되는 커버부재로 구성되고,
    상기 각각의 작업전극들은,
    기판 상부에 형성된 제 1 전도성 물질막과, 상기 제 1 전도성 물질막에 형성된 절연막과, 상부에 유전자가 고정되며, 상기 절연막의 상부에 형성된 제 2 전도성 물질막으로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연막은,
    상호 이격된 복수개의 절연막들이며,
    상기 제 2 전도성 물질막은,
    상기 복수개의 절연막들 각각의 상부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1과 2 전도성 물질막은,
    금 또는 백금인 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 특성 측정시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
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