KR100811697B1

KR100811697B1 - 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100811697B1
Application number: KR1020060091648A
Authority: KR
Inventors: 김수경; 김경호
Original assignee: (주)나노스토리지
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-03-11

Abstract

본 발명은 고정 프로브가 위치한 바이오칩 상에 레이저 광을 조사시켜 상기 바이오칩 하부에 위치하는 상변화층의 상 즉, 결정질에서 비정질로 변화시켜, 변화된 상에 따른 반사율을 검출하여 바이오칩 상에 기록된 바이오 정보를 재생시키거나, 기록할 수 있도록 하는 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법 및 장치에 관한 것으로, 바이오칩을 기록, 재생하는 방법에 있어서, 초기화된 바이오칩에 고정 프로브에 나노입자 (광산란물질 또는 광차폐물질)이 도포된 타켓 프로브를 결합시키는 단계; 상기 고정 프로브에 타겟 프로브를 결합시킨 후 바이오칩 상부에 쓰기 레이저 광을 조사하여, 타겟 프로브가 결합된 영역에 광이 조사되고, 광이 조사된 영역의 온도가 상변화 온도 이하의 온도에 도달되면 상변화 층에 상변화가 일어나지 않으며, 타겟 프로브가 결합되지 않은 영역에 광이 조사되고, 광이 조사된 영역의 온도가 상변화 온도 이상의 온도에 도달되면 상변화 층에 상변화가 일어나는 단계; 상기 상변화층에 상변화를 일으킨 후 상변화의 정도를 검출하기 위해 읽기 레이저 광을 조사하여 반사율 차이를 획득하는 단계; 및 상기 획득하는 반사율 차이를 A/D 컨버터를 거쳐 이미지로 출력하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바이오칩, 스캐너, 상변화, 반사율, 광산란(또는 광차폐)물질, A/D 컨버터

Description

상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BIO-CHIP SCANNIG USING PHASE CHANGE TYPE}

도 1은 본 발명에 따른 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 ***

110 : 바이오칩

111 : 상변화층

113 : 타켓 프로브

115 : 산란물질

117 : 기판

130 : 고정프로브

본 발명은 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법 및 장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 고정 프로브가 위치한 바이오칩 상에 레이저 광을 조사시켜 상기 바이오칩 하부에 위치하는 상변화층의 상을 변화시켜, 변화된 상에 따른 반사율을 검출하여 바이오칩 상에 기록된 바이오 정보를 재생시키거나, 기록할 수 있도록 하는 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 바이오칩 (biochip)은 생물학적 배열(biological array)이라고도 불리우며, 최근에 그 개념이 도입되기 시작하였다. 바이오칩은 핵산 등 생물학적 물질이 기판(substrate) 위에 고정되어 있는 것으로, 잘 알려진 바이오칩으로 DNA 칩이 있는데 이는 기판에 DNA가 고정되어 있는 경우라 할 수 있고, 단백질 칩은 기판에 단백질이 고정되어 있는 경우라 할 수 있다.

상기 바이오칩의 기본 원리는 매우 작은 기판에 고정된 프로브(probe)분자와 타겟(target)분자의 상호작용에 기초한다.

한편, 상기 바이오칩의 정보를 읽어 들이는 일반적인 방법은 프로브 분자에 함유한 형광물질의 발광정도를 검출하는 방법으로 레이저 유발 형광 검출법(laser-induced fluorescence detection)이 대표적이며, 레이저 유발 형광 검출법은 형광물질이 흡수하는 파장의 들뜸 광원으로 레이저를 사용하여 형광물질을 여기 상태(excited state)로 만들고 다시 바닥상태(ground state)로 이동되면서 나오는 형 광의 세기를 측정하는 것이며, 각 형광의 세기로부터 고정 프로브와 타겟 프로브의 결합 정도 즉, 바이오 정보를 알 수 있다. 상기와 같은 방법으로 DNA 또는 단백질 시료에 형광물질을 붙여 정량 분석을 할 수 있다.

상기 레이저 유발 형광 검출법을 이용하여 형광을 검출하는 장치 중에서 가장 많이 사용되는 것은 공초점 레이저 주사 장치(confocal laser scanning system)이다. 상기 공초점 레이저 주사 장치는 레이저를 광원으로 이용하고 표본으로부터 발산된 형광 신호를 별도의 특수 검출기인 광증배관(photomultiplier tube)으로 받아들인 후 A/D 컨버터를 이용하여 디지털 영상 이미지로 변환시키는 것이다.

그러나 상기와 같은 레이저 유발 형광 검출법을 이용한 바이오칩 스캐너는 집광 효율 및 형광 발광 효율이 미약하기 때문에 형광 신호 검출을 위한 정밀한 매커니즘 및 주변 노이즈에 강한 고감도의 검출센서가 필요하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고정 프로브가 위치한 바이오칩 상에 레이저 광을 조사시켜 상기 바이오칩 하부에 위치하는 상변화층의 상을 변화시켜, 변화된 상에 따른 반사율 정도를 검출하여 바이오칩 상에 기록된 바이오 정보를 재생시키거나, 기록할 수 있도록 하는 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 일 실시예는, 바이오칩을 기록, 재생하는 방법에 있어서, 초기화된 바이오칩에 고정 프로브에 나노입자 (광산란물질 또는 광차폐물질)이 도포된 타켓 프로브를 결합시키는 단계; 상기 고정 프로브에 타겟 프로브를 결합시킨 후 바이오칩 상부에 쓰기 레이저 광을 조사하여, 타겟 프로브가 결합된 영역에 광이 조사되고, 광이 조사된 영역의 온도가 상변화 온도 이하의 온도에 도달되면 상변화 층에 상변화가 일어나지 않으며, 타겟 프로브가 결합되지 않은 영역에 광이 조사되고, 광이 조사된 영역의 온도가 상변화 온도 이상의 온도에 도달되면 상변화 층에 상변화가 일어나는 단계; 상기 상변화층에 상변화를 일으킨 후 상변화의 정도를 검출하기 위해 읽기 레이저 광을 조사하여 반사율 차이를 획득하는 단계; 및 상기 획득하는 반사율 차이를 A/D 컨버터를 거쳐 이미지로 출력하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는, 바이오칩의 정보를 기록, 재생하는 장치에 있어서, 기판에 적층된 상변화층과, 상기 상변화층 상부에 형성되어 있는 고정프로브와 상기 고정프로브에 결합되며 상부에 나노입자(광산란 물질 또는 광차폐물질)가 도포된 타겟 프로브 집합체(array)로 이루어진 바이오칩; 상기 바이오칩 상부에 쓰기 레이저 광을 조사하여 상기 상변화 층의 상변화를 변화시킨 후 레이저를 오프시켜 고정 프로브만 존재하는 지점의 상변화를 변화시켜 바이오칩의 타겟 프로브의 결합 상태에 대한 정보가 상기 바이오칩 상에 기록되도록 하는 레이저 광주사수단; 및 상기 바이오칩 상부에 읽기 레이저 광을 주사시켜 상기 상변화층의 상변화 상태에 따라 발생되는 반사율을 인식하여 바이오칩 상에 기록된 바이오 정보를 판독하고 출력수단을 통해 출력하는 재생수단을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 한다. 특히 상기 상변화층은 당업계에서 일반적으로 광기록 매체에 사용되는 통상의 상변화 물질을 사용한 것이며, 예를 들면 DVD(Digital Versatile Disk), PRAM(Phase change Random Access Memory)등에 기록매체(Recording media)로 많이 사용되는 상변화(Phase change) 광기록(Optical recording) 물질인 Ge₂Sb₂Te₅(GST) 등을 통상적으로 이용한다.

삭제

이하, 첨부한 도면을 참조하여 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 장치에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명이 적용된 바이오칩의 정보를 기록, 재생하는 장치는 기판에 적층된 상변화층(111)과, 상기 상변화층(111) 상부에 형성되어 있는 고정 프로브(113)와 상기 고정 프로브(130)에 결합되며 상부에 나노입자(115)가 도포된 타겟 프로브 집합체(array, 113)로 이루어진 바이오칩(110)과, 상기 바이오칩(110) 상부에 쓰기 레이저 광을 조사하여 상기 상변화층의 상변화를 변화시킨 후 레이저를 오프시켜 고정 프로브(130)만 존재하는 지점의 상변화를 변화시켜 바이오칩(110)의 타겟 프로브(113)의 결합 상태에 대한 정보가 상기 바이오칩(110) 상에 기록되도록 하는 레이저 광주사수단(120)과, 상기 바이오칩(110) 상부에 읽기 레이저 광을 주사시켜 상기 상변화 층(111)의 상변화 상태에 따라 발생되는 반사율을 인식하여 바이오칩(110) 상에 기록된 바이오 정보를 판독하고 출력수단(145)을 통해 출력하는 재생수단(140)으로 구성된다.

상기 나노입자(115)는 광산란 물질, 광차폐물질 등을 의미한다.

상기 재생수단(140)은 레이저 광 주사수단(141)과 A/D 컨버터(143)로 구성되며, 상기 A/D 컨버터(143)에서 얻은 디지털 정보를 이미지로 변환하여 컴퓨터 시스템에서 분석을 수행하게 된다.

상기와 같이 구성된 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 장치를 이용하여 바이오칩의 정보를 기록하고 재생하는 방법에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따라 제작된 바이오칩을 상변화 방식으로 스캐닝하여 바이오칩의 정보를 재생시키기 위한 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.

첨부 도면 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 기판(117) 상부에 상변화 층(111)이 마련되어 있고, 그 상부에 마련된 초기화된 바이오칩(110)에 고정 프로브(130)에 광산란 물질 또는 광차폐 물질인 나노입자(115)가 도포된 타켓 프로브(113)를 결합시킨다.

그리고 첨부 도면 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 고정 프로브(130)에 타겟 프로브(113)를 결합시킨 후 바이오칩(110) 상부에 쓰기 레이저 광을 조사하여, 타겟 프로브(113)가 결합된 영역에는 광산란물질 또는 광차폐물질인 나노입자(115)에 의하여 상변화가 이루어지는 온도 이하가 되어 광을 조사하여도 상변화 층(111)에 상변화가 일어나지 않게 되고, 타겟 프로브가 결합되지 않은 영역에는 상변화가 이루어지는 온도 이상이 되어 광을 조사하게 되면 상변화 층(111)에 상변화가 일어나게 된다. 이러한 과정에서 고정 프로브와 타겟 프로브가 어느정도 결합되어 있느냐에 따라 상변화가 이루어지는 정도가 다르게 되어 결합에 따라 이루어지는 미세한 바이오 정보를 검출할 수 있게 된다.

그리고 첨부 도면 1의 (d)상기 상변화 층(111)에 상변화를 일으킨 후 읽기 레이저 광을 조사하여 반사율 차이를 획득하고, 상기 획득하는 반사율 차이를 A/D 컨버터(143)를 이용하여 이미지로 변환하여 출력한다.

마지막으로 상기 바이오칩(110)에 기록된 바이오 정보를 읽어 들인 후 상기 바이오 칩(110) 상부에 레이저 광을 조사시켜 초기화시킨다. 그리고 계속적으로 반복하여 검출을 수행할 수 있게 된다.

이상의 본 발명은 상기 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 포함되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명은 고정 프로브가 위치한 바이오칩 상에 레이저 광을 조사시켜 상기 바이오칩 하부에 위치하는 상변화층의 상을 변화시키게 되고, 변화된 상에 따른 반사율의 변화를 검출하여 바이오칩 상에 기록된 바이오 정보를 재생시키거나, 기록할 수 있도록 하는 효 과가 있다.

또한, 본 발명은 단순구조를 가지면서 정밀한 검출이 가능한 구조를 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 바이오칩의 정보를 검출하면서 동시에 기록할 수 있기 때문에 기록정보 자체가 바이오칩 정보가 되며 정보의 배포성이 우수할 뿐만 아니라 장기간 보존할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 형광신호에 비하여 신호 검출이 명확할 뿐만 아니라 신호 의 민감도와 정확도가 우수하여 검출이 용이하여 진단용 스캐너로 개발할 경우 우수한 성능을 보장하며 휴대성과 검출의 간편성도 보장할 수 있다는 기존 시스템에 비하여 큰 장점을 지닌다.

또한, 본 발명은 나노입자를 사용하기 때문에 고정밀/고밀도 바이오칩의 제작이 가능하도록 하는 효과가 있다. 기존 시스템은 형광의 검출의 어려움으로 고정밀/고밀도의 검출이 어려운 실정이었다.

또한, 본 발명은 상변화막 상부의 프로브를 제거한 후 상기 상변화막의 상변화를 결정질 상태의 초기상태로 모든 영역에 대하여 지우기 레이저를 조사하여 변환시켜 다른 바이오칩에 대하여도 재사용할 수 있도록 함으로써 읽고 쓰기가 반복적으로 가능하다는 효과가 있다.

Claims

바이오칩을 기록, 재생하는 방법에 있어서,

초기화된 바이오칩에 고정 프로브에 광산란물질 또는 광차폐물질인 나노입자가 도포된 타켓 프로브를 결합시키는 단계;

상기 고정 프로브에 타겟 프로브를 결합시킨 후 바이오칩 상부에 쓰기 레이저 광을 조사하여, 타겟 프로브가 결합된 영역에는 광이 조사되어 상변화 온도 이하의 온도가 도달되어 상변화 층에 상변화가 일어나지 않으며, 타겟 프로브가 결합되지 않은 영역에는 광이 조사되어 상변화 온도 이상의 온도가 도달되어 상변화 층에 상변화가 일어나는 단계;

상기 상변화 층에 상변화를 일으킨 후 읽기 레이저 광을 조사하여 반사율 차이를 획득하는 단계; 및

상기 획득하는 반사율 차이를 A/D 컨버터로 출력하여 디지털 영상 이미지를 얻는 단계;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 바이오칩 스캐닝 방법은, 상기 반사율 차이를 A/D 컨버터로 출력하여 디지털 영상 이미지를 얻는 단계 이후에, 상기 바이오칩에 기록된 바이오 정보를 읽어 들인 후 상기 바이오 칩 상부에 레이저 광을 조사시켜 초기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 방법.
바이오칩의 정보를 기록, 재생하는 장치에 있어서,

기판에 적층된 상변화층과, 상기 상변화층 상부에 형성되어 있는 고정 프로브와 상기 고정 프로브에 결합되며 상부에 광산란물질 또는 광차폐물질로 이루어진 나노입자가 도포된 타겟 프로브 집합체(array)로 이루어진 바이오칩;

상기 바이오칩 상부에 쓰기 레이저 광을 조사하여 상기 상변화 층의 상변화를 변화시킨 후 레이저를 오프시켜 고정 프로브만 존재하는 지점의 상변화를 변화시켜 바이오칩의 타겟 프로브의 결합 상태에 대한 정보가 상기 바이오칩 상에 기록되도록 하는 레이저 광주사수단; 및

상기 바이오칩 상부에 읽기 레이저 광을 주사시켜 상기 상변화 층의 상변화 상태에 따라 발생되는 반사율을 인식하여 바이오칩 상에 기록된 바이오 정보를 판독하고 출력수단을 통해 출력하는 재생수단;

을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 장치.
삭제
제 4 항에 있어서, 상기 재생수단은,

레이저 광 주사수단과 A/D 컨버터로 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 방식을 이용한 바이오칩 스캐닝 장치.