KR100792296B1 - Bio-bonding detection apparatus using peltier device and method thereof - Google Patents

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Abstract

히팅 및 쿨링이 가능한 펠티에 소자 상부에 형성되는 생분자의 열에 관한 측정치에 따라 바이오결합 유무를 검출하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법이 개시된다. 본 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치는 전류방향의 전환에 의해 히팅과 쿨링이 가능한 펠티에(peltier) 소자, 펠티에 소자 상부에 형성되며, 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자, 및 프로브 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 펠티에 소자의 히팅에 의한 열에 관한 측정치를 계산하는 검출부를 포함한다. 이에 의해, 히팅과 쿨링이 가능한 펠티에 소자를 이용하여 바이오결합을 검출함으로써, 펠티에 소자에 의해 발생한 열을 검출한 후 단시간내에 쿨링시켜 반복적으로 발생하는 열을 측정하여 바이오결합의 검출력을 향상시킬 수 있다. Disclosed are a biocombination detection apparatus using a Peltier device and a method thereof for detecting the presence or absence of biocombination according to a measurement on the heat of biomolecules formed on the Peltier device capable of heating and cooling. Bio-combination detection device using Peltier device is formed on top of Peltier device that can be heated and cooled by switching direction of current, Peltier device, and probe probe which can search specific dielectric information including sample to be analyzed And a detection unit that calculates a measurement of heat by heating the Peltier device before and after biobonding the sample with the biomolecule and the probe biomolecule. Accordingly, by detecting the bio-bond using a Peltier device capable of heating and cooling, the heat generated by the Peltier device can be detected and then cooled in a short time to measure the heat generated repeatedly to improve the detection power of the bio-bond. .

펠티에, 열변화량Peltier, heat change

Description

펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법{Bio-bonding detection apparatus using peltier device and method thereof}Bio-bonding detection apparatus using peltier device and method

도 1a 및 도 1b는 각각 바이오결합 전후의 본 발명의 일실시예에 따른 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면, 1A and 1B are views illustrating a biocombination detection apparatus using a Peltier device according to an embodiment of the present invention before and after biocombination, respectively.

도 2는 도 1a 및 도 1b의 검출부에 의해 검출되는 온도와 시간과의 관계를 나타낸 그래프, 그리고 2 is a graph showing a relationship between temperature and time detected by the detection units of FIGS. 1A and 1B; and

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 3 is a flow chart for explaining a bio-bond detection method using a Peltier device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100: 펠티에 소자 200: 기판100: Peltier element 200: substrate

300: 프로브 생분자 400: 검출부300: probe biomolecule 400: detection unit

500: 시료 생분자500: sample biomolecule

본 발명은 펠티에(peltier) 소자를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히팅 및 쿨링이 가능한 펠티에 소자 상부에 형성 되는 생분자의 열에 관한 측정치에 따라 바이오결합 유무를 검출하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for detecting biocombination using a peltier device and a method thereof, and more particularly, to detect the presence or absence of biocombination according to a measurement on the heat of biomolecules formed on an upper portion of a peltier device capable of heating and cooling. The present invention relates to a biocombination detection apparatus using a Peltier device and a method thereof.

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 기술은 이처럼 좁은 의미로는 유전자 분석의 첨단기술로 인정되고 있는 DNA 마이크로어레이 기술을 의미하나, 넓은 의미로는 생체물질과 기존의 물리, 화학, 및 광변환기를 조합한 바이오센서(biosensor), DNA 탐침이 내장된 DNA 마이크로어레이, 효소나 항체항원 등과 같은 단백질이 사용된 단백질 칩, 식물세포를 이용한 셀칩(cell chip), 신경세포를 직접 사용한 뉴런칩(nureon chip) 등을 의미한다. Biochips are arranged by attaching several hundred to hundreds of thousands of biomolecules, such as DNA, DNA fragments, and RNA, whose sequences are known, on a small solid substrate made of glass, silicon, or nylon. It refers to a biological microchip capable of analyzing gene expression methods, distribution patterns, and mutations. Biochip technology in this narrow sense refers to DNA microarray technology, which is recognized as an advanced technology for genetic analysis, but in a broad sense, biosensor that combines biomaterials with conventional physical, chemical and phototransducers, A DNA microarray with a built-in DNA probe, a protein chip using a protein such as an enzyme or an antibody antigen, a cell chip using plant cells, and a neuron chip using a neuron directly.

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 프로브 생분자는 각기 결합하여 혼성화(hybridization) 상태를 이루게 되며, 이를 검출하고 해석함으로써 시료가 함유하고 있는 물질에 관한 정보를 동시에 얻을 수 있다. On the biochip, materials are fixed to the surface of the chip, which can serve as probes that enable the discovery of specific genetic information contained in the sample. When the sample to be analyzed is reacted with the biochip, the materials contained in the sample and the probe biomolecules fixed on the surface of the biochip are combined to form a hybridization state. Information can be obtained at the same time.

바이오칩과 관련된 기술로는 프로브 생분자의 부착 및 고정 기술, 신호 검출 기술 및 정보 처리기술 등을 들 수 있다. 현재 사용되는 신호 검출 방법은 광학적 바이오 결합 검출법, 화학적 변화를 이용한 바이오 결합 검출법, 기계적 변화를 이 용한 바이오 결합 검출법 등이 있다. Technologies related to biochips include probe biomolecule attachment and fixation technology, signal detection technology, and information processing technology. Currently used signal detection methods include optical bio-bond detection, bio-bond detection using chemical changes, bio-binding detection using mechanical changes, and the like.

바이오결합을 검출하기 위해 생분자(biomolecule)가 형성된 기판을 가열한 후, 바이오결합 유무에 따른 기판으로부터 발생되는 열변화량을 측정하여 바이오결합을 검출할 수 있다. 그러나, 히터를 이용하여 생분자가 형성된 기판을 가열한 후 생분자에 의한 열변화량을 측정할 경우, 바이오결합 유무의 검출력을 향상시키기 위해 반복적으로 열변화량을 측정할 수 없다. 반복적으로 바이오결합 유무를 검출하기 위해서는 히터에 의해 가열된 기판을 냉각시켜야 하나, 별도의 냉각장치를 구비하고 있지 않으므로 가열된 기판이 냉각되는데 장시간이 소요된다. 따라서, 바이오결합 유무에 따른 열변화량을 반복적으로 측정할 수 없음으로써 검출력이 떨어진다. The biomolecules may be detected by heating a substrate on which biomolecules are formed to detect biomolecules, and then measuring the amount of heat change generated from the substrate depending on the presence or absence of biomolecules. However, when the heat change amount by the biomolecule is measured after heating the substrate on which the biomolecule is formed by using a heater, the heat change amount cannot be repeatedly measured to improve the detection power of the presence or absence of biocombination. In order to repeatedly detect the presence or absence of bio-bonding, the substrate heated by the heater must be cooled, but since a separate cooling device is not provided, it takes a long time to cool the heated substrate. Therefore, the detection power is lowered because the amount of heat change with or without biobonding cannot be repeatedly measured.

따라서, 본 발명의 목적은 히팅(heating)과 쿨링(cooling)이 가능한 펠티에 소자를 이용하여 펠티에 상부에 형성되는 생분자의 바이오결합 유무에 따른 열변화량을 반복적으로 측정함으로써 검출력이 향상된 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to use a Peltier device with improved detection power by repeatedly measuring the amount of heat change depending on the presence or absence of bio-bonding of biomolecules formed on the Peltier using a Peltier device capable of heating and cooling. The present invention provides a biocombination detection apparatus and a method thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치는 전류방향의 전환에 의해 히팅과 쿨링이 가능한 펠티에(peltier) 소자, 펠티에 소자 상부에 형성되며, 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자, 및 프로브 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 펠티에 소자의 히팅에 의한 열에 관한 측정치를 계산하는 검출부를 포함한다.Bio-combination detection device using a Peltier device according to the present invention for achieving the above object is formed on the peltier (peltier), Peltier device capable of heating and cooling by switching the current direction, the specific sample including the sample to be analyzed A probe biomolecule capable of searching for genetic information, and a detection unit for calculating a measurement value for the heat by heating the Peltier device before and after the biocombination of the probe biomolecule and the sample.

바람직하게는 펠티에 소자 상부에 형성되며, 프로브 생분자가 고정화(immobilization)되는 기판을 더 포함한다.Preferably formed on top of the Peltier device, further comprises a substrate on which the probe biomolecules are immobilized.

여기서, 기판은 산화물(oxide) 및 금속층 중 어느 하나이다.Here, the substrate is either an oxide or a metal layer.

이때, 열에 관한 측정치는, 펠티에 소자의 히팅 동작에 의해 소정 온도에 도달하는 시간, 소정 시간 동안 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 온도, 펠티에 소자의 히팅 동작 시간과 온도와의 관계, 및 펠티에 소자의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량 중 어느 하나이다.At this time, the heat-related measurement value is a time for reaching a predetermined temperature by the heating operation of the Peltier element, the temperature by the heating operation of the Peltier element for a predetermined time, the relationship between the heating operation time and the temperature of the Peltier element, and the heating of the Peltier element. It is either the amount of heat change during operation or cooling operation time.

한편, 본 발명의 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출방법은 (a)전류방향의 전환에 의해 히팅과 쿨링이 가능한 펠티에(peltier) 소자 상부에 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자를 형성하는 단계, (b)펠티에 소자의 히팅 동작 후 열에 관한 측정치를 검출하며, 전류방향의 전환을 통해 펠티에 소자가 쿨링 동작을 수행하도록 하는 단계, (c)프로브 생분자와 분석하고자 하는 시료를 바이오결합시키는 단계, 및 (d)바이오결합 후에 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 열에 관한 측정치를 계산하여, 바이오결합 전후의 검출된 열에 관한 측정치의 변화유무에 따라 바이오결합 유무를 검출하는 단계를 포함한다.On the other hand, the bio-bond detection method using the Peltier device of the present invention (a) a probe that can search for specific dielectric information contained in the sample to be analyzed on the peltier (peltier) that can be heated and cooled by switching the current direction Forming a biomolecule, (b) detecting a heat measurement after the heating operation of the Peltier device, and causing the Peltier device to perform a cooling operation by switching the current direction, and (c) analyzing the biomolecule to be probed. Bio-bonding the sample, and (d) calculating the measurement value of the heat due to the heating operation of the Peltier device after the bio-bonding, and detecting the presence or absence of the bio-bonding according to the change of the measurement value of the detected heat before and after the bio-bonding. Include.

여기서, 열에 관한 측정치는, 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 소정 온도에 도달하는 시간, 소정 시간 동안 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 온도, 펠티에 소자의 히팅 동작 시간과 온도와의 관계, 및 펠티에 소자의 히팅 동작 및 쿨링 동작 시간 동안의 열변화량 중 어느 하나이다.Here, the heat measurement values include the time at which a predetermined temperature is reached by the heating operation of the Peltier element, the temperature by the heating operation of the Peltier element for a predetermined time, the relationship between the heating operation time and the temperature of the Peltier element, and the heating of the Peltier element. The amount of heat change during the operation and cooling operation time.

바람직하게는 (b)단계는, 펠티에 소자의 히팅 동작 및 전류방향의 전환을 통해 펠티에 소자가 쿨링 동작 후, 열에 관한 측정치를 검출하는 단계이다Preferably, step (b) is a step in which the Peltier device detects the heat measurement after the Peltier device cools down through the heating operation and the change of the current direction.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail.

도 1a 및 도 1b는 각각 바이오결합 전후의 본 발명의 일실시예에 따른 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다. 도 1a는 바이오결합 전의 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 것이며, 도 1b는 바이오결합 후의 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 것이다. 1A and 1B are diagrams illustrating biocombination detection apparatuses using a Peltier device according to an embodiment of the present invention before and after biocombination, respectively. FIG. 1A illustrates a biocombination detection apparatus using a Peltier device before biocombination, and FIG. 1B illustrates a biocombination detection apparatus using a Peltier device after biocombination.

도 1a 도 1b를 참조하면, 본 발명의 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치는 펠티에 소자(100), 기판(200), 프로브 생분자(300), 및 검출부(400)를 구비한다. 1A and 1B, a biocombination detection apparatus using a Peltier device of the present invention includes a Peltier device 100, a substrate 200, a probe biomolecule 300, and a detector 400.

먼저, 펠티에 소자(100)는 전류방향의 전환을 통해 히팅(heating)과 쿨링(cooling)이 가능한 소자로서, 펠티에 소자(100) 상부에 형성되는 기판(200)을 히팅시키거나 쿨링시킨다. 여기서, 펠티에 소자(100)는 두개의 서로 다른 금속의 양 끝을 접합하여 회로에 직류 전류를 흘리면 접합부에서 흡열, 다른 접합부에서는 발열이 일어나며, 전류의 방향을 반대로 하면 흡열과 발열이 반대로 일어나는 소자이다. 따라서, 전류의 방향에 따라 히팅 동작과 쿨링 동작을 수행하게 된다. First, the Peltier device 100 is a device capable of heating and cooling by changing the current direction, and heats or cools the substrate 200 formed on the Peltier device 100. Here, the Peltier element 100 is a device that generates heat at the junction and heat generation at the other junction when the DC current flows through the circuit by joining two ends of two different metals, and reverses the direction of current when the current is reversed. . Therefore, the heating operation and the cooling operation are performed according to the direction of the current.

기판(200)은 프로브 생분자(300)가 고정화(immobilization)시키기 위한 것으로, 펠티에 소자(100) 상부에 형성되어 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 및 쿨링 동작에 의해 가열되거나 냉각된다. 여기서, 기판(200)은 산화물(oxide) 또는 금속층 이 될 수 있다. 이때, 금속층은 특히 금(Au), 캐퍼(Capper)가 된다. The substrate 200 is for immobilization of the probe biomolecule 300 and is formed on the Peltier device 100 to be heated or cooled by a heating operation and a cooling operation of the Peltier device 100. Here, the substrate 200 may be an oxide or a metal layer. At this time, the metal layer is particularly gold (Au), capper (Capper).

프로브 생분자(300)는 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전정보를 탐색할 수 있으며, 기판(200) 상부에 고정화된다. The probe biomolecule 300 may search for specific genetic information included in the sample to be analyzed and is immobilized on the substrate 200.

검출부(400)는 프로브 생분자(300) 상부에 위치하며, 펠티에 소자(100)의 히팅 동작에 의해 발생한 열에 대한 측정치를 계산한다. 프로브 생분자(300)와 시료 생분자(500)의 바이오결합 전후에 측정되는 열에 대한 측정치의 변화가 있는 경우, 바이오결합이 발생한 것을 판단한다. 이때, 열에 대한 측정치는 바이오결합 후에 증가하거나 감소할 수 있으며, 이는 시료 생분자(500)의 특성에 따라 상이하다. The detector 400 is positioned above the probe biomolecule 300 and calculates a measurement value for heat generated by the heating operation of the Peltier device 100. If there is a change in the measured value for the heat measured before and after the biocombination of the probe biomolecule 300 and the sample biomolecule 500, it is determined that biocombination has occurred. At this time, the heat measurement may increase or decrease after biocombination, which depends on the characteristics of the sample biomolecule 500.

여기서, 열에 대한 측정치는 펠티에 소자(100)의 히팅 동작에 의한 소정 온도에 도달하는 시간, 소정 시간에 동안 펠티에 소자(100)의 히팅 동작에 의한 온도, 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 시간과 온도와의 관계, 및 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량 등이 될 수 있다. Here, the measurement of heat is a time to reach a predetermined temperature by the heating operation of the Peltier element 100, the temperature by the heating operation of the Peltier element 100 for a predetermined time, the heating operation time and temperature of the Peltier element 100 And the amount of heat change during the heating operation and the cooling operation time of the Peltier device 100.

도 2는 도 1a 및 도 1b의 검출부(400)에 의해 검출되는 온도와 시간과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 2는 열에 관한 측정치가 는 펠티에 소자(100)의 히팅 동작에 의한 소정 온도에 도달하는 시간인 경우이다. 2 is a graph illustrating a relationship between temperature and time detected by the detection unit 400 of FIGS. 1A and 1B. 2 is a case where the measured value regarding heat reaches a predetermined temperature due to the heating operation of the Peltier device 100.

여기서, 그래프의 가로축은 시간이며, 세로축은 검출부(400)에서 측정되는 온도이다. 그리고, t11, t12, t21, t22, t31, t 32는 각각 펠티에 소자(100)의 제1 히팅시작시간, 제1 냉각완료시간, 제2 히팅시작시간, 제2 냉각완료시간, 제3 히팅시작시간, 제3 냉각완료시간을 나타낸다. 즉, 펠티에 소자(100)가 3회에 걸쳐 히팅과 쿨링을 반복하는 경우의 각각 히팅시작시간과 쿨링종료시간을 나타낸 것이다. Here, the horizontal axis of the graph is time, and the vertical axis is the temperature measured by the detector 400. In addition, t 11 , t 12 , t 21 , t 22 , t 31 , and t 32 are the first heating start time, the first cooling completion time, the second heating start time, and the second cooling completion time of the Peltier element 100, respectively. , The third heating start time and the third cooling completion time. That is, when the Peltier device 100 repeats the heating and cooling three times, it shows the heating start time and the cooling end time, respectively.

그리고, A는 기판(200) 상부에 프로브 생분자(300)가 형성되지 않은 경우, B는 기판(200) 상부에 프로브 생분자(300)만 형성된 경우, 그리고 C는 기판(200) 상부에 형성된 프로브 생분자(300)와 시료(500)가 바이오결합한 경우에 펠티에 소자(100)의 히팅 및 냉각 동작 시간과 펠티에 소자(100)의 동작에 의해 검출되는 온도를 나타낸다.And, A is when the probe biomolecule 300 is not formed on the substrate 200, B is only when the probe biomolecule 300 is formed on the substrate 200, and C is formed on the substrate 200 When the probe biomolecule 300 and the sample 500 are bio-combined, the heating and cooling operation time of the Peltier device 100 and the temperature detected by the operation of the Peltier device 100 are shown.

이하에서는 펠티에 소자(100)의 제1 히팅 동작 및 냉각동작을 예로 들어 설명한다. Hereinafter, the first heating operation and the cooling operation of the Peltier device 100 will be described as an example.

도 2를 참조하면, 펠티에 소자(100)의 히팅동작에 의해 기판(200)은 가열되며, 프로브 생분자(300)가 형성된 기판(200)를 통과한 열은 기판(200) 상부에 형성된 검출부(300)에 의해 측정된다. 펠티에 소자(100)는 t11시간에 히팅동작을 시작하며, 소정온도인 T에 도달하는 시간은 기판(200)상부의 프로브 생분자(300) 형성여부, 바이오결합 유무에 따라 달라진다. Referring to FIG. 2, the substrate 200 is heated by the heating operation of the Peltier device 100, and the heat passing through the substrate 200 on which the probe biomolecule 300 is formed is a detection unit formed on the substrate 200. 300). The Peltier device 100 starts a heating operation at t 11 hours, and the time to reach a predetermined temperature T depends on whether the probe biomolecule 300 is formed on the substrate 200 and whether or not biobonding is present.

"A"경우와 같이 기판(200) 상부에 프로브 생분자(300)가 형성되지 않은 경우에, 펠티에 소자(100)의 히팅동작에 의해 검출부(400)에서 측정되는 온도가 소정온도(T)에 도달하는 시간은 t11이며, "B"경우와 같이 기판(200) 상부에 프로브 생분자(300)만 형성된 경우에 소정온도(T)에 도달하는 시간은 X1이다. 그리고, "C"경우와 같이 기판(200) 상부에 형성된 프로브 생분자(300)와 분석하고자 하는 시료(500)가 바이오결합을 한 경우에는 검출부(400)에서 측정되는 온도가 소정온도(T)가 되는 시간은 Y1이다. When the probe biomolecule 300 is not formed on the substrate 200 as in the case of "A", the temperature measured by the detector 400 by the heating operation of the Peltier element 100 is set to a predetermined temperature T. The time to reach is t 11 , and when only the probe biomolecule 300 is formed on the substrate 200 as in the case of “B”, the time to reach the predetermined temperature T is X1. And, as in the case of "C", when the probe biomolecule 300 formed on the substrate 200 and the sample 500 to be analyzed are bio-bonded, the temperature measured by the detector 400 is a predetermined temperature (T). The time to become is Y1.

따라서, 펠티에 소자(100)의 히팅동작에 의해 측정되는 온도가 소정온도(T)에 도달하는 시간의 차이를 검출함으로써 바이오결합 유무를 검출할 수 있다. Therefore, it is possible to detect the presence or absence of biocombination by detecting a difference in time when the temperature measured by the heating operation of the Peltier element 100 reaches a predetermined temperature T.

한편, 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 시간과 온도와의 관계에 의해 바이오결합 유무를 검출할 수도 있다. 즉, 바이오결합 전후에 각각 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 시간과 온도의 기울기인

Figure 112005002428285-pat00001
과
Figure 112005002428285-pat00002
의 변화를 이용하여 바이오결합 유무를 검출할 수 있다. On the other hand, it is also possible to detect the presence of bio-bonding by the relationship between the heating operation time of the Peltier device 100 and the temperature. That is, the slope of the heating operation time and temperature of the Peltier device 100 before and after the biocoupling, respectively
Figure 112005002428285-pat00001
and
Figure 112005002428285-pat00002
The change of can be used to detect the presence of bio-binding.

그리고, 펠티에 소자(100)의 히팅동작 시간을 일정하게 한 후, 바이오결합 전후에 검출되는 온도 변화의 유무로 바이오결합 유무를 검출할 수 있다. 또한, 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량을 이용하여 바이오결합 유무를 검출할 수도 있다. 즉, 바이오결합 전후의 도 2에서 면적에 해당하는 열변화량을 각각 계산하여 바이오결합 전후의 열변화량에 변화가 있는 경우에 바이오결합이 발생한 것으로 판단할 수 있다. After the heating operation time of the Peltier device 100 is fixed, the presence or absence of temperature change detected before and after the biocombination can be detected. In addition, the presence or absence of biocombination may be detected using the amount of heat change during the heating operation and the cooling operation time of the Peltier device 100. That is, it can be determined that the bio-bonding occurs when there is a change in the heat-change amount before and after biocombination by calculating the amount of heat change corresponding to the area in FIG. 2 before and after the bio-bonding.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 3 is a flow chart for explaining a bio-bond detection method using a Peltier device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 펠티에 소자(100) 상부에 프로브 생분자(300)를 형성한다(S901). 전류방향의 전환에 의해 히팅과 쿨링이 가능한 펠티에 소자(100) 상부에 프로브 생분자(300)를 고정화할 수 있는 기판(200)을 형성한 후, 기판(200) 상부에 분석하고자 하는 시료(500)가 포함한 특정 유전정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분 자(300)를 형성한다. Referring to FIG. 3, the probe biomolecule 300 is formed on the Peltier device 100 (S901). After forming the substrate 200 to fix the probe biomolecule 300 on the Peltier device 100 capable of heating and cooling by switching the current direction, the sample 500 to be analyzed on the substrate 200 ) To form a probe biomolecule 300 to search for specific genetic information.

이어, 펠티에 소자를 이용하여 프로브 생분자(300)가 형성된 기판(200)을 히팅한다(S903). 펠티에 소자(100) 상부에 기판(200)이 형성되므로, 펠티에 소자(100)의 히팅동작에 의해 기판(200)은 가열된다. Subsequently, the substrate 200 on which the probe biomolecule 300 is formed is heated using the Peltier device (S903). Since the substrate 200 is formed on the Peltier device 100, the substrate 200 is heated by the heating operation of the Peltier device 100.

이어, 열에 관한 측정치를 검출한다(S905). 펠티에 소자(100)의 히팅 동작에 의해 가열된 기판(200) 상부에 형성된 검출부(400)를 이용하여 펠티에 소자(100)에 의해 발생한 열을 측정한다. 여기서, 열에 관한 측정치는 펠티에 소자(100)의 히팅 동작에 의한 소정온도에 도달하는 시간, 소정시간 동안 펠티에 소자(100)의 히팅 동작에 의한 온도, 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 시간과 온도와의 관계, 및 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량 등이 될 수 있다. Next, the measured value regarding heat is detected (S905). The heat generated by the Peltier device 100 is measured using the detector 400 formed on the heated substrate 200 by the heating operation of the Peltier device 100. Here, the heat measurement values include a time for reaching a predetermined temperature by the heating operation of the Peltier element 100, a temperature by the heating operation of the Peltier element 100 for a predetermined time, a heating operation time and temperature of the Peltier element 100, and And the amount of heat change during the heating operation and the cooling operation time of the Peltier device 100.

열에 관한 측정치가 소정온도에 도달하는 시간, 소정시간에 동안에 도달한 온도인 경우에는 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 후에 검출부(400)가 시간 및 온도를 측정한다. 그리고, 열에 관한 측정치에 대한 신뢰도를 높이기 위해 반복적으로 열에 관한 측정치를 검출하기 위해 가열된 기판(200)을 냉각시킨다. 즉, 펠티에 소자(100)의 전류의 방향을 전환하여 펠티에 소자(100)가 쿨링 동작을 수행하여 가열된 기판(200)이 단시간내 냉각시킨 후, 다시 펠티에 소자(100)가 히팅 동작을 수행하도록 하여 여러번 열에 관한 측정치를 검출한다. When the measured value for heat is a time for reaching a predetermined temperature or a temperature reached for a predetermined time, the detector 400 measures time and temperature after the heating operation of the Peltier element 100. Then, the heated substrate 200 is cooled to repeatedly detect the heat-related measurement to increase the reliability of the heat-related measurement. That is, the Peltier device 100 performs the cooling operation by switching the direction of the current of the Peltier device 100 so that the heated substrate 200 is cooled in a short time, and then the Peltier device 100 performs the heating operation again. Several times to detect the measurement of heat.

그러나, 열에 관한 측정치가 펠티에 소자(100)의 히팅 동작시간과 온도와의 관계인 경우, 및 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량인 경우에는, 가열된 기판(200)을 냉각시킨 후에 검출되는 열에 관한 측정치를 바 이오결합 전의 열에 관한 측정치로 이용한다. 그리고, 펠티에 소자(100)의 히팅 동작시간과 온도와의 관계인 경우, 및 펠티에 소자(100)의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량인 경우의 검출부(400)에 대한 동작은 도 2를 참조하여 상술한 바와 같다. However, when the measurement of heat is a relation between the heating operation time and the temperature of the Peltier element 100 and the amount of heat change during the heating operation and the cooling operation time of the Peltier element 100, the heated substrate 200 is removed. A measurement of heat detected after cooling is used as a measurement of heat before biobonding. The operation of the detector 400 in the case of the relationship between the heating operation time and the temperature of the Peltier device 100 and the amount of heat change during the heating operation and the cooling operation time of the Peltier device 100 is described with reference to FIG. 2. As described above.

이어, 기판(200) 상부에 형성된 프로브 생분자(300)와 분석하고자 하는 시료 생분자(500)를 바이오결합시킨다. Subsequently, the probe biomolecule 300 formed on the substrate 200 and the sample biomolecule 500 to be analyzed are bio-combined.

이어, 바이오결합 후의 열에 관한 측정치를 검출하여 열에 관한 측정치의 변화를 이용하여 바이오결합 유무를 검출한다(S909). 여기서, 열에 관한 측정치는 바이오결합 전에 검출되는 열에 관한 측정치와 동일하며, 바이오결합 전후의 열에 관한 측정치가 변화한 경우, 바이오결합은 발생한 것으로 판단한다. Subsequently, the measured value of the heat after bio-bonding is detected and the presence or absence of bio-bonding is detected using the change of the measured value about heat (S909). Here, the measurement on heat is the same as the measurement on heat detected before biocombination. When the measurement on heat before and after biocombination changes, it is determined that biocombination has occurred.

예를 들어, 열에 관한 측정치가 소정시간 동안의 펠티에 소자(100)의 히팅동작에 의해 검출되는 온도인 경우, 바이오결합 후에 검출되는 온도가 상승한 경우에 바이오결합이 발생할 것으로 판단할 수 있다. For example, when the heat measurement is a temperature detected by the heating operation of the Peltier device 100 for a predetermined time, it may be determined that biocombination will occur when the temperature detected after biocombination rises.

이때, 소정시간 동안 펠티에 소자(100)의 히팅동작에 의해 검출되는 온도는 프로브 생분자(300)와 결합하는 시료 생분자(500)의 생물학적 특성에 따라 바이오결합에 의해 증가할 수도 있으며, 감소할 수도 있다. 따라서, 바이오결합 전후의 열에 관한 측정치가 감소하거나 증가하는 변화가 있는 경우에 바이오결합이 발생한 것으로 판단한다. At this time, the temperature detected by the heating operation of the Peltier device 100 for a predetermined time may be increased or decreased by biocombination according to the biological characteristics of the sample biomolecule 500 that is coupled to the probe biomolecule 300. It may be. Therefore, it is determined that biocombination has occurred when there is a change or decrease in heat measured before and after biocombination.

한편, 본 발명은 바이오결합 유무 검출에 이용될 수 있을 뿐만 아니라 종래의 고온용 가스 검출기에 펠티에 소자를 적용하여 정확하게 존재하는 가스의 종류 를 검출할 수 있다. On the other hand, the present invention can be used to detect the presence or absence of bio-bonding as well as by applying the Peltier element to a conventional high-temperature gas detector can detect the kind of gas present accurately.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 히팅과 쿨링이 가능한 펠티에 소자를 이용하여 바이오결합을 검출함으로써, 펠티에 소자에 의해 발생한 열을 검출한 후 단시간내에 쿨링시켜 반복적으로 발생하는 열을 측정하여 바이오결합의 검출력을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, by detecting the bio-bond using a Peltier device capable of heating and cooling, the heat generated by the Peltier device is detected and then cooled within a short time to measure the heat generated repeatedly. The detection power can be improved.

또한, 펠티에 소자에 의해 발생한 열 또는 열변화량을 측정을 이용함으로써 용이하게 바이오결합 유무를 검출할 수 있다. 열한 후, 바이오결합 유무에 따른 기판으로부터 발생되는 열변화량을 측정하여 바이오결합을 검출할 수 있다. In addition, it is possible to easily detect the presence or absence of bio-bonding by using the measurement of the amount of heat or heat change generated by the Peltier device. After the heat, the bio-bond can be detected by measuring the amount of heat change generated from the substrate depending on the presence or absence of the bio-bond.

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.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

Claims (7)

전류방향의 전환에 의해 히팅과 단시간 내 쿨링이 반복적으로 가능한 펠티에(peltier) 소자;A peltier device capable of repeatedly heating and cooling in a short time by switching the current direction; 상기 펠티에 소자 상부에 형성되며, 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자; 및Probe biomolecules formed on the Peltier element and capable of searching for specific genetic information contained in a sample to be analyzed; And 상기 프로브 생분자와 상기 시료의 바이오결합 전후의 상기 펠티에 소자의 히팅에 의한 열변화에 대응되는 측정치를 계산하는 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치. And a detector configured to calculate a measurement value corresponding to a heat change caused by heating of the Peltier device before and after the biocombination of the probe biomolecule and the sample. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펠티에 소자 상부에 형성되며, 상기 프로브 생분자가 고정화(immobilization)되는 기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치.And a substrate formed on the Peltier device and immobilized with the probe biomolecules. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 기판은 산화물(oxide) 및 금속층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치. The substrate is a bio-bonding detection device using a Peltier device, characterized in that any one of oxide (oxide) and metal layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열변화에 대응되는 측정치는, 상기 펠티에 소자의 히팅 동작에 의해 소정 온도에 도달하는 시간, 소정 시간 동안 상기 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 온도, 상기 펠티에 소자의 히팅 동작 시간과 온도와의 관계, 및 상기 펠티에 소자의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출장치. The measured value corresponding to the thermal change may include a time for reaching a predetermined temperature by the heating operation of the Peltier element, a temperature by the heating operation of the Peltier element for a predetermined time, a relationship between the heating operation time and the temperature of the Peltier element, And a heat change amount during the heating operation and the cooling operation time of the Peltier device. (a)전류방향의 전환에 의해 히팅과 단시간 내 쿨링이 반복적으로 가능한 펠티에(peltier) 소자 상부에 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자를 형성하는 단계;(a) forming a probe biomolecule capable of searching for specific dielectric information contained in a sample to be analyzed on top of a peltier device capable of repeatedly heating and cooling in a short time by changing the current direction; (b)상기 펠티에 소자의 히팅 동작 후 열변화에 대응되는 측정치를 검출하며, 상기 전류방향의 전환을 통해 상기 펠티에 소자가 쿨링 동작을 수행하도록 하는 단계;(b) detecting a measurement value corresponding to a thermal change after the heating operation of the Peltier device, and causing the Peltier device to perform a cooling operation by switching the current direction; (c)상기 프로브 생분자와 상기 분석하고자 하는 시료를 바이오결합시키는 단계; 및(c) biocombining the probe biomolecule with the sample to be analyzed; And (d)상기 바이오결합 후에 상기 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 열변화에 대응되는 측정치를 계산하여, 바이오결합 전후의 검출된 열변화에 대응되는 측정치의 변화유무에 따라 바이오결합 유무를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출방법. (d) calculating a measurement value corresponding to a thermal change by the heating operation of the Peltier device after the biocoupling, and detecting the presence or absence of the biocoupling according to the change of the measurement value corresponding to the detected thermal change before and after the biocoupling; Bio-bond detection method using a Peltier device comprising a. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 열변화에 대응되는 측정치는, 상기 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 소정 온도에 도달하는 시간, 소정 시간 동안 상기 펠티에 소자의 히팅 동작에 의한 온도, 상기 펠티에 소자의 히팅 동작 시간과 온도와의 관계, 및 상기 펠티에 소자의 히팅 동작 및 쿨링 동작시간 동안의 열변화량 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출방법 The measured value corresponding to the thermal change is a time for reaching a predetermined temperature by the heating operation of the Peltier element, a temperature by the heating operation of the Peltier element for a predetermined time, the relationship between the heating operation time and the temperature of the Peltier element, And a thermal change amount during the heating operation and the cooling operation time of the Peltier device. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 (b)단계는, 상기 펠티에 소자의 히팅 동작 및 상기 전류방향의 전환을 통해 상기 펠티에 소자가 쿨링 동작 후, 상기 열변화에 대응되는 측정치를 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는 펠티에 소자를 이용한 바이오결합 검출방법. The step (b) is a step of detecting the measurement value corresponding to the thermal change after the Peltier device cooling operation through the heating operation of the Peltier device and the switching of the current direction, the bio using the Peltier device Coupling Detection Method.
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