KR100631208B1 - 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치 및 이를 이용한검출 방법 - Google Patents

전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치 및 이를 이용한검출 방법 Download PDF

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Abstract

전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치 및 이를 이용한 검출 방법이 개시된다. 본 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치는 일단은 고정되고 다른 일단은 요동가능하게 설치된 컨틸레버, 컨틸레버의 판면 상에 형성되며, 주파수성분을 갖는 신호가 인가되는 제1 금속, 제1 금속 상부에 형성되며, 분석하고자 하는 시료에 대한 특정정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자가 형성된 바이오칩, 제1 금속에 인가되는 신호의 방향과 동일한 평면상에서 신호가 인가되는 방향과 수직한 방향으로 자기장이 형성되도록 하는 전자기유도부, 제1 금속에 주파수성분을 갖는 신호를 인가하는 신호소스부, 및 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 각각 제1 금속의 신호값을 측정하는 검출부를 구비한다. 이에 의해, 전자기유도를 이용하여 바이오결합 전후의 물성변화를 전기적인 신호를 변환시켜 바이오결합 여부를 검출함으로써 바이오결합 검출력이 향상되며, 바이오결합 검출시간이 단축된다.
바이오결합, 전자기유도, 컨틸레버, 바이오칩

Description

전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치 및 이를 이용한 검출 방법{Apparatus for detecting bio-bonding using electromagnetic and detecting method using the same}
도 1a 내지 도 1g는 종래의 바이오 결합 검출방식들을 나타낸 도면들,
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 블록도,
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 사시도,
도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 사시도,
도 3c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 사시도,
도 3d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치들을 나타낸 사시도, 그리고
도 4는 본 발명의 일실시예 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출방법을 나타낸 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 컨틸레버 20: 제1 금속
30: 제2 금속 40: 바이오칩
50: 전자기유도부 60: 신호소스부
70: 검출부 80: 변환부
본 발명은 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치 및 이를 이용한 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기유도를 이용하여 바이오결합 전후의 물성변화를 전기적신호로 변환하여 바이오결합 여부를 검출하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치 및 이를 이용한 검출방법에 관한 것이다.
바이오칩은 유리, 실리콘, 또는 나일론 등의 재질로 된 작은 고형의 기판 위에 그 서열이 알려진 DNA, DNA 조각, RNA 등의 생분자들(biomolecules)을 수백 개부터 수십만 개까지 일정 간격으로 배열하여 부착시킴으로써 유전자의 발현 방식, 분포 양상 및 돌연변이 등을 분석할 수 있는 생물학적 마이크로칩을 말한다. 바이오칩 상에는 시료에 포함된 특정 유전 정보를 탐색할 수 있게 하는 프로브(probe)의 역할을 할 수 있는 물질들을 칩의 표면에 고정시킨다. 바이오칩에 분석하고자 하는 시료를 반응시키면 시료에 함유되어 있는 물질과 바이오칩 표면에 고정된 프로브는 각기 결합하여 혼성화(hybridization) 상태를 이루게 되며, 이를 검출하고 해석함으로써 시료가 함유하고 있는 물질에 관한 정보를 동시에 얻을 수 있다.
바이오칩과 관련된 기술로는 프로브의 부착 및 고정 기술, 신호 검출 기술 및 정보 처리기술 등을 들 수 있다. 현재 사용되는 신호 검출 방법은 레이저 유발 형광 검출법, 전기화학적 검출법, 질량 검출법 및 기계적 검출법 등이 있다.
도 1a 내지 도 1g는 종래의 바이오 결합 검출방식들을 나타낸 도면들이다.
도 1a는 종래의 레이저 유발 형광 검출법을 설명하기 위한 도면이다. 레이저 유발 형광 검출법은 시료에 형광 물질을 결합시키고, 시료와 프로브의 결합 반응 후에 형광 검출 기기로 그 결과를 판독함으로써 광학적으로 프로브의 결합 여부를 구별하는 방법으로 현재 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 이 방법은 프로브와 시료의 결합 반응 전에 시료에 형광 물질을 결합시키는 전처리 반응을 필요로 하기 때문에 시료의 손실이나 오염을 유발할 수 있다. 또한, 프로브와 시료의 결합 반응 후에 이를 판별하기 위한 광학 판독계가 복잡하며 고가의 계측장비가 필요로 하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 광학적인 검출법은 소형화가 어렵고, 디지털화된 출력을 볼 수 없는 문제점도 있다.
도 1b는 종래의 기계적인 검출장치를 나타낸 도면이다. 기계적 검출법은 프로브와 시료의 결합 전후의 분자간 결합력을 측정하는 미세조립된 캔틸레버(cantilever)를 이용하는 방법이다. 그러나 이 경우에 캔틸레버빔(beam)의 굴절을 아주 정밀하게 측정하여야 하는데, 이를 위하여 레이저 등의 부수적인 장비가 필요하다.
도 1c 및 도 1d는 종래의 캐패시턴스 소자를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다. 도 1c는 트렌치 형태의 캐패시턴스 소자를 이용한 바이오결합 검 출장치를 나타낸 도면이고, 도 1d는 평면형태의 캐패시턴스 소자를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다.
캐패시턴스 소자의 특성 변화를 이용할 경우 소형의 캐패시턴스 소자를 형성하는 것에는 문제점이 있다. 캐패시턴스는 단면적에 비례하고 두께에 반비례하기 때문에 단면적을 넓히면서 바이오 처리가 용이하도록 설계하는 것은 매우 어렵다. 도 1c과 같은 트렌치 형태의 캐패시터를 이용한 바이오결합 검출장치는 트렌치를 깊게 형성시켜 두께를 얇게하고 단면적을 넓히는 방법을 이용한 것으로 실제 갭이 매우 작아 바이오처리가 매우 어려운 문제점이 있다. 도 1d는 평면에서 콤 모양으로 캐패시턴스 소자를 형성한 캐패시터를 이용한 바이오결합 검출장치로서 금속막의 두께가 매우 얇아 소량의 캐패시턴스 소자가 형성되며 실제적으로 바이오결합 검출 감도가 좋지 않다는 문제점이 있다.
도 1e는 종래의 SPM을 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다. SPM(Scanning Probe Microscope)을 이용한 바이오결합 검출방식은 레이저 장비와 포터다이오드(photo diode) 등의 부수적인 장비가 필요하다는 문제점이 있다.
도 1f는 종래의 압전센서를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다. 압전센서(Piezoresistive Sensor)를 이용한 바이오결합 검출방법은 압전센서가 기본적인 물리량의 하나인 압력을 감지해서 전기신호로 변환시킴으로써 바이오결합 여부를 검출하는 방법이다. 그러나, 이러한 검출방법은 온도와 같은 주변환경에 민감하며, 공정오차에 민감한 문제점이 있다.
도 1g는 종래의 LD/PD를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다. LD/PD(Laser Diode/Photo Diode)를 이용한 바이오결합 검출방법은 많은 공정과정이 필요하며, 비용이 많이 드는 문제점 등이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전자기유도를 이용하여 바이오결합 전후의 물성변화를 전기적인 신호로 변환시켜 바이오결합 여부를 검출하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치 및 이를 이용한 검출방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치는 일단은 고정되고 다른 일단은 요동가능하게 설치된 컨틸레버, 컨틸레버의 판면 상에 형성되며, 주파수성분을 갖는 신호가 인가되는 제1 금속, 제1 금속 상부에 형성되며, 분석하고자 하는 시료에 대한 특정정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자가 형성된 바이오칩, 제1 금속에 인가되는 신호의 방향과 동일한 평면상에서 신호가 인가되는 방향과 수직한 방향으로 자기장이 형성되도록 하는 전자기유도부, 제1 금속에 주파수성분을 갖는 신호를 인가하는 신호소스부, 및 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 각각 제1 금속의 신호값을 측정하는 검출부를 포함한다.
이때, 컨틸레버는 자기장 및 제1 금속에 인가되는 신호에 의해 자기장이 형성되는 방향의 수직한 방향을 축으로 바이오칩 판면에 수직한 방향으로 요동한다.그리고, 바이오결합 후 상기 컨틸레버의 요동운동의 주파수는 변화한다
바람직하게는 전자기유도부는 영구자석 및 유도자석 중 어느 하나이며, 검출부는 전류계 및 전압계 중 어느 하나이다.
그리고, 바람직하게는 바이오칩 하부의 컨틸레버 판면 상에 제1 금속과 분리되어 형성되며, 검출부와 연결되어 검출부가 바이오결합 전후의 신호값을 측정하는 제2 금속을 더 포함한다.
그리고, 상술한 바이오결합 검출장치를 이용하여 화학가스를 검출할 수 있다.
한편, 본 발명의 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출방법은 일단은 고정되고 다른 일단은 요동가능하게 설치된 컨틸레버 판면 상에 형성된 제1 금속에 주파수성분을 갖는 신호를 인가하며, 제1 금속에 인가되는 신호의 방향과 동일한 평면상에서 인가되는 신호의 방향과 수직한 방향으로 자기장을 형성하는 단계, 자기장 및 제1 금속에 인가되는 신호에 의해 자기장이 형성되는 방향의 수직방향을 축으로 하여 컨틸레버가 바이오칩 판면에 수직한 방향으로 운동하며, 컨틸레버 운동 후의 제1 금속의 신호값을 검출하는 단계, 컨틸레버 상부의 형성된 바이오칩의 프로브 생분자와 분석하고자 하는 시료를 바이오결합시키는 단계, 및 바이오결합 후의 제1 금속의 신호값을 검출하여 바이오결합 전의 검출된 제1 금속의 신호값을 비교하여 바이오결합 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
여기서, 제1 금속의 신호값은 제1 금속의 전압값 및 전류값 중 어느 하나이다.
바람직하게는 바이오칩 하부의 컨틸레버 판면 상에 제1 금속과 분리되어 제2 금속이 형성되며, 바이오결합 전후의 제2 금속의 신호값을 검출하여 제2 금속의 신호값의 변화로 바이오결합 여부를 판단한다. 이때, 제2 금속의 전류값 및 전압값 중 어느 하나를 검출한다.
여기서, 바이오결합 후 컨틸레버의 질량 및 탄성계수가 변화하여 컨틸레버의 운동 주파수가 변화한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치는 전자기유도부(50), 신호소스부(60), 검출부(70), 및 변환부(80)를 구비한다. 이때, 변환부(80)는 컨틸레버(cantilever)(10), 제1 금속(20), 제2 금속(30), 바이오칩(40)을 구비한다.
먼저, 변환부(80)는 컨틸레버(10) 상부에 제1 금속(20) 및 제2 금속(30)이 각각 형성되어 있으며, 제1 금속(20) 및 제2 금속(30) 상부에 바이오칩(40)이 형성되어 있다. 제1 금속(20) 및 제2 금속(30)은 컨틸레버(10) 상부에 분리되어 라인형태로 형성된다. 제1 금속(20)에는 교류 전류가 인가되며, 제2 금속(30)에는 컨틸레버(10)의 운동에 의해 유도전류가 발생하게 된다. 그리고, 바이오칩(40)이 컨틸레버(10)위에 형성된 제1 금속(20) 및 제2 금속(30) 위에 위치하게 된다. 이 바이오칩(40)에는 분석하고자 하는 시료(sample)의 특정 정보를 탐색할 수 있도록 하는 프로브(probe) 생분자(biomolecule)가 부착되어 있다.
그리고, 전자기유도부(50)는 자기장이 발생하도록 하여 컨틸레버(10)가 운동을 할 수 있도록 한다. 여기서, 컨틸레버(10)의 운동방향은 전자기유도부(50)에 의 해 형성되는 자기장이 형성되는 방향에 따라 달라지게 된다. 이때, 전자기유도부(50)는 영구자석, 유도 자석 등이 될 수 있다.
신호소스부(60)는 교류전류에 의한 주파수 성분을 갖는 전류를 제1 금속(20)에 인가한다.
검출부(70)는 바이오칩(40)에 있는 프로브 생분자와 DNA, RNA, 단백질(protein), 생분자 등의 시료가 바이오결합한 전후의 제2 금속(30)에 발생되는 유도전류의 변화를 검출한다. 그러나, 경우에 따라서는 제2 금속(30)이 형성되지 않을 수 있으므로 이 경우에는 검출부(70)는 바이오결합 전후의 제1 금속(20)에 발생되는 역기전력변화 또는 역기전력의 변화로 인한 전류의 변화를 검출한다. 검출부(70)에서 검출된 제1 금속(20), 제2 금속(30)의 값이 변화된 경우에는 바이오결합이 발생하였음을 검출할 수 있다. 이때, 검출부(70)는 전류를 측정하는 전류계 또는 전압을 측정하는 전압계가 될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 사시도이다.
도 3a를 참조하면, 신호소스부(60)가 컨틸레버(10)위에 형성된 제1 금속(20)에 교류전류를 인가하고, 영구 자석과 같은 전자기유도부(50)가 제1 금속(20) 주위에 있게 되면 자기장은 발생하게 된다. 제1 금속(20)과 같이 전류가 흐르는 도체가 자기장속에 놓이게 되면 도체에는 로렌츠의 힘(Lorentz's force)이 작용되어 제1 금속(20)이 형성된 컨틸레버(10)는 운동을 하게 된다.
이때, 컨틸레버(10)가 운동하는 방향은 제1 금속(20)에 인가되는 교류전류 (I)와 동일한 평면에서 교류전류에 수직한 방향으로 자기장(B)이 형성된 경우에 플래밍의 왼손법칙에 의해 도 3a에 도시한 바와 같이 자기장이 형성되는 방향의 수직한 방향을 축으로 바이오칩(40) 판면에 수직한 아래방향이 된다. 교류전류의 방향이 반대방향으로 될 경우에는 컨틸레버(10)가 운동하는 방향은 자기장이 형성되는 방향의 수직한 방향을 축으로 바이오칩(40) 판면에 수직한 윗방향이 된다. 즉, 컨틸레버(10)는 자기장이 형성되는 방향의 수직한 방향을 축으로 바이오칩(40) 판면에 수직한 방향인 상하방향으로 운동을 하게 된다.
컨틸레버(10)가 바이오칩(40) 판면에 수직한 방향으로 운동하게 됨으로써 교류전류가 흐르는 도체인 제1 금속(20)이 움직이게 되어 역기전력이 발생하게 된다. 그리고, 제1 금속(20)의 전류의 의해 제2 금속(30)에는 유도전류가 발생하게 된다. 제2 금속(30)에 유도전류가 발생된 경우 검출부(70)는 제2 금속(30)에 발생된 유도전류값 또는 전압값을 측정한다. 이때 검출부(70)에서 측정된 전류값 또는 전압값은 바이오칩에 형성된 프로브생분자와 시료가 바이오결합 하기 전의 검출값으로 바이오결합 후의 검출값과 비교되는 기준값이 된다.
바이오칩(40)에 형성된 프로브 생분자와 시료를 결합시킨 후 바이오결합이 발생한 경우에는 바이오칩(40)의 질량이 증가되어 컨틸레버(10)의 운동 즉 주파수에 변화를 가져오게 된다. 즉, 바이오결합이 이루어짐으로써 시료의 질량에 의해 바이오칩(40)의 질량이 증가하게 됨으로써 로렌츠 힘에 의한 컨틸레버(10)의 운동의 주파수는 감소하게 된다. 이는 주파수(w)는 질량(m)의 제곱근에 반비례하고, 탄 성계수(k)의 제곱근에 비례하므로(
Figure 112004032116696-pat00001
), 컨틸레버(10)의 운동의 주파수는 감소하게 된다. 이러한 바이오결합에 의해 컨틸레버(10)의 운동 주파수는 변화하게 되어 제 2금속(30)의 유도전류값 또는 전압값도 변화하게 됨으로써 바이오결합 여부를 검출할 수 있게 된다.
한편, 바이오결합이 이루어짐으로써 즉 프로브 생분자에 시료가 결합하게 됨으로써 바이오칩(40) 표면의 텐션(tension)이 변화하여 기계적인 변동이 발생하게 되고, 이로 인해 컨틸레버(10) 운동의 탄성계수(k)가 변화하게 된다. 즉, 주파수는 탄성계수 제곱근에 비례하므로 바이오결합에 의해 컨틸레버(10) 운동의 주파수도 변화하게 되어 검출부(70)에서 검출되는 제 2금속(30)의 유도전류값 또는 전압값이 변화하게 된다. 따라서, 검출부(70)에서 검출되는 전류값 또는 전압값의 변화를 측정함으로써 바이오결합 여부를 검출할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 사시도이다. 도 3b를 참조하면, 제1 금속(20) 및 제 2금속(30)이 형성된 형태가 도 3a과 상이하나, 도 3a의 경우와 동일한 원리로 컨틸레버(10)가 동작하여 바이오결합 여부를 검출할 수 있다.
도 3c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 사시도이다. 도 3c는 도 3a 및 도 3b와 달리 제2 금속(30)이 형성되않고 제1 금속(20)만을 구비하는 전자기를 유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다. 따라서, 검출부(70)가 바이오결합 전후의 제2 금속(30)의 변화된 전류값 또는 전압값을 측정하는 것이 아니라, 제1 금속(20)의 변화된 전류값 또는 전압값을 측정한다.
도 3c를 참조하면, 바이오결합 전에 제1 금속(20)에 교류전류를 인가하고, 자기장이 도 3c에 도시한 바와 같이 교류전류가 흐르는 방향의 평면과 동일한 평면에서 전류방향의 수직한 방향으로 형성되면 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이 컨틸레버(10)가 로렌츠의 힘에 의해 도 3c와 같이 운동하게 된다. 즉, 컨틸레버(10)가 자기장이 형성되는 방향의 수직한 방향을 축으로 바이오칩(40) 판면에 수직한 방향으로 운동하게 된다. 이로 인해 제1 금속(20)에 역기전력이 발생하게 되어 제1 금속(20)에 흐르는 전류는 이 역기전력으로 인해 감소하게 되므로 이 전류값을 전류계로 측정한다. 이 측정된 전류값은 바이오결합 전의 전류값으로 바이오결합 후의 전류값과 비교되는 기준이 된다.
바이오결합 후에는 바이오칩(40)에 형성된 프로브 생분자에 결합한 시료의 질량으로 인해 컨틸레버(10) 상부에 형성된 바이오칩(40)의 질량 증가하게 되고 컨틸레버(10)의 질량이 증가되어 컨틸레버(10)의 운동 주파수는 감소하게 된다. 역기전력은 주파수에 비례하므로, 이 주파수 감소로 인해 제1 금속(20)에 발생되는 역기전력 또한 감소하게 된다. 역기전력의 감소로 인해 제1 금속(20)에 인가되는 전체전압은 증가하게 되므로 제1 금속(20)에 흐르는 전류값은 증가하게 된다.
예를 들어, 신호소스부(60)에 의해 제1 금속(20)에 인가되는 전류(I)가 Asinwt(I=Asinwt)이고, 자기장 B가 형성되었을 때, 컨틸레버(10)에 작용하는 로렌츠의 힘은 BLAsinwt(F=BLAsinwt)이 된다. 여기서, L은 로렌츠의 힘이 작용되는 도 선의 길이, w는 각진동수가 된다. 그리고, 바이오결합 전에 역기전력의 발생에 의해 제1 금속(20)에 흐르는 전류를 I', 바이오결합 후에 역기전력 감소에 의해 제1 금속(20)에 흐르는 전류를 I''라 할때, 바이오결합 전의 제1 금속(20)에 흐르는 전류 I'=(V-e)/R이고, 바이오결합 후의 역기전력 감소에 의해 제1 금속(20)에 흐르는 전류 I''=(V-e')/R이 된다. 이때, V는 신호소스부(60)에 의해 제1 금속(20)에 인가되는 전압, e는 바이오결합 전의 역기전력, e'는 바이오결합 후의 역기전력이 된다. e'가 e보다 작은 값을 갖게 됨으로써 I''가 I'보다 큰 값을 갖게 된다. 따라서, 바이오결합 후의 제1 금속(20)에 흐르는 전류 I''가 바이오결합 전의 제1 금속(20)에 흐르는 전류 I'보다 큰 값을 갖는 것을 전류계로 검출함으로써 바이오결합이 일어난 것임을 알 수 있다.
도 3d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치들을 나타낸 사시도이다. 도 3d는 도 3c에서 자기장이 형성되는 방향과 다른 방향으로 자기장이 형성되는 경우를 나타낸 도면이다. 도 3d는 도 3c의 경우와 자가장이 형성되는 방향만 상이하므로 그 동작원리는 도 3c의 경우와 동일하며 컨틸레버(10)가 운동하는 방향만 상이하다.
도 3d를 참조하면, 컨틸레버(10)는 자기장이 형성되는 방향과 수직한 방향을 축으로 하여 바이오칩(40) 판면에 수직한 방향으로 운동하게 된다. 자기장이 도 3d와 같이 형성되고, 제1 금속(20)에는 ①방향에서 ②방향으로 전류가 흐르는 경우에 ①방향으로 전류가 흐르는 쪽의 경우 로렌츠의 힘은 ①'방향으로 작용하게 된다. 반면, 제 1금속(20)에 ②방향으로 전류가 흐르는 쪽의 경우 로렌츠의 힘은 ②'방향 으로 작용하게 된다. 따라서, 컨틸레버(10)는 x-x'축을 기준으로 ①'방향 및 ②'방향으로 주파수 운동을 하게 된다.
도 3c 및 도 3d를 참조하여 제1 금속(20)만을 구비한 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치의 경우에 자기장이 형성되는 방향을 달리하여 컨틸레버(10)가 운동하는 방향이 상이함을 설명하였다. 그러나, 도 3a 및 도 3b와 같이 제1 금속(20) 및 제2 금속(30)을 구비한 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치의 경우에도 도 3d와 같이 자기장 방향을 형성하여 컨틸레버(10)의 운동방향을 달리할 수 있다. 이때, 그 동작원리는 도 3d을 참조하여 설명한 경우와 동일하다.
도 4는 본 발명의 일실시예 따른 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 도 3a 내지 도 3d에 도시한 바와 같은 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치에서 컨틸레버(10) 위에 형성된 제1 금속(20)에 신호소스부(60)에 제공되는 교류전류가 인가되고, 전자기유도부(50)에서 제공되는 영구자석 또는 유도자석에 의해 컨틸레버(10) 주위에 자기장이 형성된다(S401).
제1 금속(20)에 전류가 흐르고 자기장이 형성되면 로렌츠의 힘에 의해 컨틸레버(10)는 운동을 하게 되고, 제1 금속(20)에 역기전력이 발생하게 되며 제2 금속(30)에는 유도전류가 발생된다(S403). 자기장이 컨틸레버(10)의 제1 금속(20)에 흐르는 전류의 방향과 동일한 평면상에서 전류의 방향과 수직한 방향으로 형성된 경우 컨틸레버(10)는 자기장이 형성되는 방향의 수직한 방향을 축으로 컨틸레버(10)는 바이오칩(40) 판면에 수직한 방향으로 즉, 상하방향으로 운동을 하게 된다. 컨 틸레버(10)가 움동을 하게됨으로써 자기장의 변화에 의해 제1 금속(20)에는 역기전력이 발생하게 되고, 제2 금속(30)에는 유도전류가 발생하게 된다.
그리고, 제2 금속(30)에 발생된 유도전류를 검출부(70)가 검출한다(S405). 이 검출부(70)는 전류를 측정하는 전류계 또는 전압을 측정하는 전압계가 될 수 있다. 검출부(70)에서 측정된 유도전류값은 바이오칩(40)에 형성된 프로브 생분자와 시료가 결합하기 전 즉, 바이오결합 전의 유도전류값으로 바이오결합 후의 유도전류값의 비교기준이 된다. 이때, 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치는 제2 금속(30)를 구비하지 않을 수 있다. 이 경우에는 제1 금속(20)에 발생되는 역기전력에 의해 변화되는 전압값 또는 전류값을 측정함으로써 바이오결합 여부를 판단한다.
이어, 바이오칩(40)에 형성된 프로브 생분자와 DNA, RNA, 단백질 등의 시료를 결합시킨 후, 제2 금속(30)에 발생된 유도전류를 검출한다(S407). 바이오결합이 있게 되면 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상술한 바와 같이 바이오칩의 질량이 증가하거나 주파수 운동을 하는 컨틸레버(10)의 탄성계수가 변화하게 된다. 컨틸레버(10)의 질량 또는 탄성계수의 변화로 인해 컨틸레버(10) 운동의 주파수가 변화하게 됨으로써 제2 금속(30)에 발생하는 유도전류값도 변화하게 된다. 이 변화된 유도전류값을 검출부(70)가 검출한다.
그러나, 제2 금속(30)이 형성되지 않는 경우에는 제1 금속(20)에 발생된 역기전력의 변화로 인한 제1 금속(20)의 전압값 또는 전류값의 변화를 검출부(70)가 검출한다.
이어, 바이오결합 전후의 제2 금속(30)에 발생된 유도전류값을 비교한다(S409). 또는 바이오결합 전후의 제1 금속(20)의 전압값 또는 전류값을 비교한다. 비교결과 바이오결합 전후의 전압값 또는 전류값이 변화된 경우에는 바이오결합이 발생한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전자기유도를 이용하여 바이오결합 전후의 물성변화를 전기적인 신호를 변환시켜 바이오결합 여부를 검출함으로써 바이오결합 검출력이 향상되며, 바이오결합 검출시간이 단축된다.
또한, 바이오결합 검출을 전기적신호 변화만으로 검출함으로써 별도의 계측장비가 불필요하며, 검출장치의 구조가 간단하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 일단은 고정되고 다른 일단은 요동가능하게 설치된 컨틸레버;
    상기 컨틸레버의 판면 상에 형성되며, 주파수성분을 갖는 신호가 인가되는 제1 금속;
    상기 제1 금속 상부에 형성되며, 분석하고자 하는 시료에 대한 특정정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자가 형성된 바이오칩;
    상기 제1 금속에 인가되는 신호의 방향과 동일한 평면상에서 상기 신호가 인가되는 방향과 수직한 방향으로 자기장이 형성되도록 하는 전자기유도부;
    상기 제1 금속에 상기 주파수성분을 갖는 신호를 인가하는 신호소스부; 및
    상기 생분자와 상기 시료의 바이오결합 전후의 각각 상기 제1 금속의 신호값을 측정하는 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨틸레버는 상기 자기장 및 상기 제1 금속에 인가되는 신호에 의해 상기 자기장이 형성되는 방향의 수직한 방향을 축으로 상기 바이오칩 판면에 수직한 방향으로 요동하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자기유도부는 영구자석 및 유도자석 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 전류계 및 전압계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 바이오결합 검출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이오칩 하부의 상기 컨틸레버 판면 상에 상기 제1 금속과 분리되어 형성되며, 상기 검출부와 연결되어 상기 검출부가 상기 바이오결합 전후의 신호값을 측정하는 제2 금속;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바이오결합 후 상기 컨틸레버의 요동운동의 주파수는 변화하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치.
  7. 삭제
  8. 일단은 고정되고 다른 일단은 요동가능하게 설치된 컨틸레버 판면 상에 형성된 제1 금속에 주파수성분을 갖는 신호를 인가하며, 상기 제1 금속에 인가되는 신호의 방향과 동일한 평면상에서 상기 인가되는 신호의 방향과 수직한 방향으로 자기장을 형성하는 단계;
    상기 자기장 및 상기 제1 금속에 인가되는 신호에 의해 상기 자기장이 형성 되는 방향의 수직방향을 축으로 하여 상기 컨틸레버가 상기 바이오칩 판면에 수직한 방향으로 운동하며, 상기 컨틸레버 운동 후의 상기 제1 금속의 신호값을 검출하는 단계;
    상기 컨틸레버 상부의 형성된 바이오칩의 프로브 생분자와 분석하고자 하는 시료를 바이오결합시키는 단계; 및
    상기 바이오결합 후의 상기 제1 금속의 신호값을 검출하여 상기 바이오결합 전의 검출된 상기 제1 금속의 신호값을 비교하여 상기 바이오결합 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 이용한 검출방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 금속의 신호값은 상기 제1 금속의 전압값 및 전류값 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 이용한 검출방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 바이오칩 하부의 상기 컨틸레버 판면 상에 상기 제1 금속과 분리되어 제2 금속이 형성되며, 상기 바이오결합 전후의 상기 제2 금속의 신호값을 검출하여 상기 제2 금속의 신호값의 변화로 상기 바이오결합 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 이용한 검출방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 금속의 전류값 및 전압값 중 어느 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 이용한 검출방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 바이오결합 후 상기 컨틸레버의 질량 및 탄성계수가 변화하여 상기 컨틸레버의 운동 주파수가 변화하는 것을 특징으로 하는 전자기유도를 이용한 바이오결합 검출장치를 이용한 검출방법.
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