KR100991563B1 - Surface plasmon resonance sensor chip, method for manufacturing the same, surface plasmon resonance sensor system, and method for detecting analyzed material with surface plasmon resonance sensor system - Google Patents

Surface plasmon resonance sensor chip, method for manufacturing the same, surface plasmon resonance sensor system, and method for detecting analyzed material with surface plasmon resonance sensor system Download PDF

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Abstract

표면 플라즈몬 공명 센서칩, 그 제조 방법, 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템 및 그를 이용한 분석 대상 물질 검출 방법이 개시된다. 표면 플라즈몬 공명 센서칩은 기판; 기판 상에 형성된 금속 박막; 및 금속 박막 상에 형성된 제1 유전체층을 포함한다.Disclosed are a surface plasmon resonance sensor chip, a manufacturing method thereof, a surface plasmon resonance sensor system, and a method for detecting an analyte using the same. Surface plasmon resonance sensor chip is a substrate; A metal thin film formed on the substrate; And a first dielectric layer formed on the metal thin film.

Description

표면 플라즈몬 공명 센서칩, 그 제조 방법, 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템 및 그를 이용한 분석 대상 물질 검출 방법 {SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR CHIP, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR SYSTEM, AND METHOD FOR DETECTING ANALYZED MATERIAL WITH SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR SYSTEM}SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR CHIP, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR SYSTEM, AND METHOD FOR DETECTING ANALYZED MATERIAL WITH SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR SYSTEM}

본 발명은 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 플라즈몬 공명 센서칩, 그 제조 방법, 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템 및 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique using a surface plasmon resonance phenomenon, and more particularly to a surface plasmon resonance sensor chip, a method of manufacturing the same, a surface plasmon resonance sensor system and a method for detecting analyte using the surface plasmon resonance sensor system.

굴절율이 서로 다른 두 매질이 존재할 때, 입사광이 고굴절율 매질에서 저굴절율 매질로 입사하면, 상기 입사광 중에서 일부는 상기 두 매질의 경계면에서 반사되고, 그 나머지는 굴절된다. 그러나, 특정 입사각 이상에서 상기 입사광은 전부 반사된다.When two media having different refractive indices exist, when incident light enters the low refractive index medium from the high refractive index medium, some of the incident light is reflected at the interface of the two media, and the rest is refracted. However, the incident light is all reflected above a certain angle of incidence.

만약, 상기 입사광이 p-편광이고, 상기 고굴절율 매질이 유전체이고, 상기 저굴절율 매질이 금속 박막인 경우에, 상기 금속 박막에 평행한 파수벡터(wave vector)의 성분이 표면 플라즈몬의 파수벡터(분석 대상 물질이 위치하는 계면의 전하밀도)와 일치하면, 상기 입사광의 에너지 대부분은 상기 금속 박막에 흡수된다. 이러한 현상을 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR) 현상이라 한다.If the incident light is p-polarized light, the high refractive index medium is a dielectric material, and the low refractive index medium is a metal thin film, the wave vector parallel to the metal thin film is the wave vector of the surface plasmon. The energy density of the incident light is absorbed by the metal thin film. This phenomenon is called Surface Plasmon Resonance (SPR).

상기 표면 플라즈몬 공명 현상은 다양한 산업 분야에 응용되고 있으며, 특히, 표면 플라즈몬 공명 센서칩을 구비하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템은 바이오 분야에서 분석 대상 물질을 검출하기 위한 수단으로서 사용된다.The surface plasmon resonance phenomenon is applied to various industrial fields, in particular, the surface plasmon resonance sensor system having a surface plasmon resonance sensor chip is used as a means for detecting analyte in the biotechnology field.

상기 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템은 바이오 센서 시스템의 일종으로서, 특이 반응성, 다양한 유형의 분석 대상 물질에 대한 범용적 분석 가능성 등과 같은 장점이 있다. 특히, 상기 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템은 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩 표면의 질량 변화를 직접적으로 측정하기 때문에, 항원-항체, 리간드-수용체 등의 결합을 실시간으로 분석할 수 있고, 분석 대상 물질에 대한 라벨링(labeling)이 불필요하다는 장점이 있다. 또한, 상기 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템은 분석 대상 물질의 활성 또는 본래의 성질의 변화없이 분석 대상 물질의 고유 성질을 유지한 채 측정할 수 있다. 또한, 상기 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 이용할 경우에는 분석 대상 물질의 전처리가 필요 없기 때문에, 단시간 내에 측정이 가능하여 종래의 면역 분석법에 비해 분석 절차가 상당히 간단해진다.The surface plasmon resonance sensor system is a kind of biosensor system, and has advantages such as specific reactivity and the possibility of general analysis on various types of analytes. In particular, since the surface plasmon resonance sensor system directly measures the mass change of the surface of the surface plasmon resonance sensor chip, it is possible to analyze the binding of antigen-antibody, ligand-receptor, etc. in real time, and label the analyte. The advantage is that labeling is unnecessary. In addition, the surface plasmon resonance sensor system can be measured while maintaining the intrinsic properties of the analyte without changing the activity or inherent properties of the analyte. In addition, since the surface plasmon resonance sensor system does not require the pretreatment of the analyte, the measurement can be performed within a short time, and the analysis procedure is considerably simpler than that of the conventional immunoassay method.

그러나, 상기 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템으로 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질을 측정할 경우에, 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템이 표면 플라즈몬 공명 센서칩 표면의 질량 변화만을 측정하기 때문에, 그 민감도가 낮다는 단점이 있다. 이 때문에, 종래에는 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질을 측정하기 위해서 별도의 신호 증폭 기술이 요구된다.However, when measuring the low molecular weight or a small amount of analyte by the surface plasmon resonance sensor system, the surface plasmon resonance sensor system only measures the mass change of the surface of the surface plasmon resonance sensor chip, its sensitivity is low have. For this reason, conventionally, a separate signal amplification technique is required to measure a low molecular weight or a trace amount of analyte.

본 발명은 분석 대상 물질에 대한 민감도를 향상시킬 수 있는 표면 플라즈몬 공명 센서칩, 그 제조 방법, 그를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 제공한다.The present invention provides a surface plasmon resonance sensor chip, a method for manufacturing the same, and a surface plasmon resonance sensor system including the same, which can improve sensitivity to an analyte.

또한, 본 발명은 제조 시간을 단축시킬 수 있고, 아울러 제조 비용을 절감할 수 있는 표면 플라즈몬 공명 센서칩, 그 제조 방법, 그를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 제공한다.The present invention also provides a surface plasmon resonance sensor chip, a method of manufacturing the same, and a surface plasmon resonance sensor system including the same, which can shorten the manufacturing time and reduce the manufacturing cost.

또한, 본 발명은 분석 대상 물질에 대한 민감도가 향상된 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for detecting an analyte using a surface plasmon resonance sensor system having improved sensitivity to an analyte.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Further objects to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩은 기판; 상기 기판 상에 형성된 금속 박막; 및 상기 금속 박막 상에 형성된 제1 유전체층을 포함한다.Surface plasmon resonance sensor chip according to an aspect of the present invention is a substrate; A metal thin film formed on the substrate; And a first dielectric layer formed on the metal thin film.

여기서, 본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩은 상기 제1 유전체층 상에 형성되며, 금속 나노입자로 이루어진 금속 나노입자층을 더 포함할 수 있다.Here, the surface plasmon resonance sensor chip according to an aspect of the present invention is formed on the first dielectric layer, it may further include a metal nanoparticle layer made of metal nanoparticles.

여기서, 본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩은 상기 금속 나노입자층 상에 형성된 제2 유전체층을 더 포함할 수 있다.Here, the surface plasmon resonance sensor chip according to an aspect of the present invention may further include a second dielectric layer formed on the metal nanoparticle layer.

한편, 본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 금속 박막을 형성하는 단계; 및 상기 금속 박막 상에 제1 유전체층을 형성하는 단계를 포함한다.On the other hand, the manufacturing method of the surface plasmon resonance sensor chip according to an aspect of the present invention comprises the steps of preparing a substrate; Forming a metal thin film on the substrate; And forming a first dielectric layer on the metal thin film.

여기서, 본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법은 상기 제1 유전체층 상에 금속 나노입자로 이루어진 금속 나노입자층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the method of manufacturing a surface plasmon resonance sensor chip according to an aspect of the present invention may further include forming a metal nanoparticle layer made of metal nanoparticles on the first dielectric layer.

여기서, 본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법은 상기 금속 나노입자층 상에 제2 유전체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the method of manufacturing the surface plasmon resonance sensor chip according to an aspect of the present invention may further include forming a second dielectric layer on the metal nanoparticle layer.

한편, 본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템은 기판, 상기 기판 상에 형성된 금속 박막 및 상기 금속 박막 상에 형성된 제1 유전체층을 포함하며, 분석 대상 물질을 고정하기 위한 표면 플라즈몬 공명 센서칩; 상기 기판의 양면 중에서 상기 금속 박막 및 상기 제1 유전체층이 형성되지 않은 상기 기판의 일면 상에 부착된 프리즘; 상기 프리즘을 통해 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩으로 입사되는 입사광을 발생하는 광원; 및 상기 입사광 중에서 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩에 의해 반사되는 반사광을 감지하는 수광부를 포함한다.On the other hand, the surface plasmon resonance sensor system according to an aspect of the present invention includes a substrate, a metal thin film formed on the substrate and a first dielectric layer formed on the metal thin film, the surface plasmon resonance sensor chip for fixing the material to be analyzed ; A prism attached to one surface of the substrate on which the metal thin film and the first dielectric layer are not formed on both surfaces of the substrate; A light source generating incident light incident on the surface plasmon resonance sensor chip through the prism; And a light receiving unit configured to detect reflected light reflected by the surface plasmon resonance sensor chip among the incident light.

한편, 본 발명의 일 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법은 기판, 상기 기판 상에 형성된 금속 박막 및 상기 금속 박막 상에 형성된 제1 유전체층을 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩을 구비하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 준비하는 단계; 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩을 활성화하는 단계; 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩 상에 분석 대상 물질과 특이적으로 결합 가능한 결합 물질을 고정화시키는 단계; 상기 결합 물질 및 상기 분석 대상 물질을 반응시키는 단계; 및 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩에 광을 입사하여 표면 플라즈몬 공명 파장의 변화를 측정하는 단계를 포함한다.On the other hand, the method for detecting analyte using the surface plasmon resonance sensor system according to an aspect of the present invention comprises a surface plasmon resonance sensor chip comprising a substrate, a metal thin film formed on the substrate and a first dielectric layer formed on the metal thin film Preparing a surface plasmon resonance sensor system comprising; Activating the surface plasmon resonance sensor chip; Immobilizing a binding material that can be specifically bound to the analyte on the surface plasmon resonance sensor chip; Reacting the binding material and the analyte; And injecting light into the surface plasmon resonance sensor chip to measure a change in the surface plasmon resonance wavelength.

본 발명에 따르면, 분석 대상 물질에 대한 민감도를 크게 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기존에 검출할 수 있는 분석 대상 물질 뿐만 아니라 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질을 검출할 수 있다. 또한, 별도의 신호 증폭 기술이 필요치 않을 뿐만 아니라 표면 플라즈몬 공명 센서칩 및 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템의 제조 시간을 단축시킬 수 있으며, 아울러 그 제조 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, the sensitivity of the analyte can be greatly improved, and through this, it is possible to detect not only the analyte that can be detected but also a low molecular weight or a trace analyte. In addition, a separate signal amplification technique is not required, and the manufacturing time of the surface plasmon resonance sensor chip and the surface plasmon resonance sensor system can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩, 그 제조 방법, 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템 및 그를 이용한 분석 대상 물질 검출 방법에 대하여 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, a surface plasmon resonance sensor chip, a method of manufacturing the same, a surface plasmon resonance sensor system, and an analyte detection method using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 명세서에 있어서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 “상”에 형성되어 있다고 기재된 경우는, 상기 어떤 구성 요소 및 상기 다른 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 있는 경우를 배제하지 않는다. 즉, 상기 어떤 구성 요소는 상기 다른 구성 요소와 직접 접촉하여 형성되거나, 또는 상기 어떤 구성 요소 및 상기 다 른 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재될 수 있다.In the present specification, when a component is described as being formed "on" another component, the case where there is another component between the said one component and the said other component is not excluded. That is, the certain component may be formed in direct contact with the other component, or another component may be interposed between the certain component and the other component.

또한, 본 명세서에 있어서, “분석 대상 물질”은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템(이하, “센서 시스템”이라 한다.)을 이용하여 분석할 수 있는 대상이 되는 물질을 말하며, 특히, 기존에 분석이 가능하였던 물질 뿐만 아니라 저분자량 또는 미량의 물질을 포함한다. 여기서, 상기 저분자량의 물질이란 에탄올, drug 및 독소 물질 등과 같이 그 분자량이 10 내지 1000인 물질을 말하며, 상기 미량의 물질이란 그 농도가 1pg/ml 내지 10ng/ml인 물질을 말한다.In addition, in the present specification, "analyze material" refers to a material that can be analyzed using the surface plasmon resonance sensor system (hereinafter, referred to as "sensor system") according to the present invention, and in particular, These include low molecular weight or trace amounts of substances, as well as substances that could be analyzed. Here, the low molecular weight substance refers to a substance having a molecular weight of 10 to 1000, such as ethanol, drug and toxin substance, and the trace substance refers to a substance having a concentration of 1 pg / ml to 10 ng / ml.

또한, 본 명세서에 있어서, “결합 물질”이란 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩(이하, “센서칩”이라 한다.) 상에 고정되어 상기 분석 대상 물질과 특이적으로 결합이 가능한 물질을 말한다. 일 예로, 상기 분석 대상 물질이 항원일 경우, 상기 결합 물질은 상기 항원에 대한 항체가 될 수 있으며, 그 역도 가능하다. 다른 예로, 상기 분석 대상 물질이 리간드일 경우, 상기 결합 물질은 상기 리간드를 수용하는 수용체가 될 수 있으며, 그 역도 가능하다. 여기서, 상기 항원이란 단백질, 세포, 세균, 바이러스, 원생동물, 기생충, 혈청성분, 적혈구 등을 포괄하는 것으로서, 본 발명은 항원의 구체적인 종류에 의해 한정되지 않는다.In addition, in the present specification, "binding material" refers to a material which is fixed on a surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention (hereinafter referred to as a "sensor chip") and which can be specifically combined with the analyte. . For example, when the analyte is an antigen, the binding agent may be an antibody to the antigen and vice versa. As another example, when the analyte is a ligand, the binding agent may be a receptor that accepts the ligand and vice versa. Herein, the antigen encompasses proteins, cells, bacteria, viruses, protozoa, parasites, serum components, red blood cells, and the like, and the present invention is not limited by the specific types of antigens.

본 발명에 따른 센서칩은 분석 대상 물질을 고정하기 위한 것으로서, 적어도 하나의 유전체층을 포함하거나, 또는 적어도 하나의 유전체층 및 금속 나노입자층을 포함하고 있으며, 이때 상기 유전체층 및 상기 금속 나노입자층 중에서 최외곽에 존재하는 구성 요소가 분석 대상 물질을 고정하기 위해 사용된다. 먼저, 하나의 유전체층을 포함하는 센서칩에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.The sensor chip according to the present invention is for fixing a material to be analyzed, and includes at least one dielectric layer, or at least one dielectric layer and a metal nanoparticle layer, wherein the outermost of the dielectric layer and the metal nanoparticle layer Existing components are used to fix the analyte. First, a sensor chip including one dielectric layer will be described in detail with reference to FIG. 1.

도 1은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 일 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an example of a surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention.

도 1에 도시된 센서칩(100)은 기판(110), 상기 기판(110) 상에 형성된 금속 박막(120) 및 상기 금속 박막(120) 상에 형성된 제1 유전체층(130)을 포함한다. 또한, 상기 센서칩(100)은 필요에 따라 상기 기판(110) 및 상기 금속 박막(120) 사이에 형성된 다른 금속 박막(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 금속 박막은 다층 구조를 갖게 된다.The sensor chip 100 illustrated in FIG. 1 includes a substrate 110, a metal thin film 120 formed on the substrate 110, and a first dielectric layer 130 formed on the metal thin film 120. In addition, the sensor chip 100 may further include another metal thin film (not shown) formed between the substrate 110 and the metal thin film 120 as necessary, in which case the metal thin film has a multilayer structure. do.

상기 기판(110)으로는 투명한 매질, 예를 들어, 투명 유리 기판을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 센서칩(100)의 기능 및 특징에 따라 실리콘(Si) 기판; 또는 티타늄 산화물(TiO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5) 또는 알루미늄 산화물(Al2O5) 등과 같은 투명 산화물 기판을 사용할 수 있다. 상기 기판(110)은 센서 시스템에 구비되는 프리즘과 동일 또는 유사한 굴절율을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.The substrate 110 may be a transparent medium, for example, a transparent glass substrate. However, the present invention is not limited thereto, and may include a silicon (Si) substrate according to the function and feature of the sensor chip 100; Alternatively, a transparent oxide substrate such as titanium oxide (TiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), or aluminum oxide (Al 2 O 5 ) may be used. The substrate 110 is preferably made of a material having the same or similar refractive index as the prism provided in the sensor system.

상기 금속 박막(120)은 센서 시스템에 구비되는 광원으로부터 입사되는 입사광을 반사시키거나, 또는 표면 플라즈몬 공명 현상을 일으키기 위한 것으로서, 상기 금속 박막(120)의 재질 및 두께 등은 표면 플라즈몬 공명 조건을 변화시킬 수 있는 변수로 작용한다.The metal thin film 120 reflects incident light incident from a light source provided in the sensor system, or causes surface plasmon resonance. The material and thickness of the metal thin film 120 changes surface plasmon resonance conditions. It acts as a variable that can be made.

상기 금속 박막(120)은 외부 자극에 의해 전자의 방출이 쉽고 음의 유전상수를 갖는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 형성할 수 있다. 상기 은(Ag)은 가장 예리한 SPR 공명 피크를 나타낼 수 있으나 변성이 발생할 수 있다. 상기 금(Au)은 우수한 표면 안정성 및 생체 친화성이 있을 뿐만 아니라 변성이 적다는 특성이 있다. 이 때문에, 상기 금속 박막(120)을 상기 금(Au)으로 형성할 경우, 보다 좋은 특성을 나타낼 수 있다.The metal thin film 120 may be formed of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), alloys thereof, or the like, which may easily emit electrons by an external stimulus and have a negative dielectric constant. It can form in combination of 2 or more type. The silver (Ag) may exhibit the sharpest SPR resonance peak but may result in denaturation. The gold (Au) not only has excellent surface stability and biocompatibility, but also has a property of low denaturation. For this reason, when the metal thin film 120 is formed of the gold (Au), it may exhibit better characteristics.

상기 금속 박막(120)은, 예를 들어, 30 내지 60nm, 바람직하게는 40 내지 50nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 금속 박막(120)의 두께가 30nm 미만이면 표면 플라즈몬 공명 현상이 거의 일어나지 않는 반면, 60nm를 초과하면 표면 플라즈몬 공명 현상이 일어나되 그 신호가 미약하다는 문제점이 있다.The metal thin film 120 may be, for example, formed to a thickness of 30 to 60 nm, preferably 40 to 50 nm. If the thickness of the metal thin film 120 is less than 30nm, surface plasmon resonance hardly occurs. On the other hand, if the thickness exceeds 60nm, surface plasmon resonance occurs, but the signal is weak.

상기 금속 박막(120)은 경우에 따라 기판(110)과의 접착력이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 금속 박막(120) 및 상기 기판(110) 사이에, 예를 들어, 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti) 등으로 1 내지 5nm의 두께로 도시되지 않은 다른 금속 박막을 형성할 수 있다.In some cases, the metal thin film 120 may have a low adhesive strength with the substrate 110. In order to prevent this, another metal thin film (not shown) having a thickness of 1 to 5 nm may be formed between the metal thin film 120 and the substrate 110, for example, chromium (Cr) or titanium (Ti). have.

상기 제1 유전체층(130)은 분석 대상 물질을 고정하기 위한 것으로서, 예를 들어, 실리카(SiO2)로 형성될 수 있다. 상기 실리카로 형성된 제1 유전체층(130), 즉, 실리카층은 계속적인 유체의 흐름이 있는 경우와 같이 가혹한 조건에서 매우 안정하다는 특징이 있다. 또한, SPR 측정에서 거칠기(roughness)는 매우 중요한 요소인데, 상기 실리카층을 표면, 또는 금속 나노입자 하부에 도입하는 경우, 이물질의 부착이나 입자끼리의 응집을 막기 때문에 표면 안정성을 높일 수 있다. 또한, 상기 실리카층을, 예를 들어, 실란기 및 티올기를 가지는 화합물을 이용하여 형성할 경우, 다양한 관능기를 가지는 실리카층 표면을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 매우 간단하게 실리카층을 형성할 수 있다. 상기 제1 유전체층(130)은 상기 금속 박막(120) 상에 직접 형성되거나, 또는 상기 금속 박막(120) 상에 제1 자기조립 단층막(Self-Assembled Monolayer: SAM)을 도입한 다음에 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 후술하는 센서칩(100)의 제조 방법에서 상세히 설명하기로 한다. 한편, 이상에서는 상기 제1 유전체층(130)이 실리카로 형성된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 상기 제1 유전체층은 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄/하프늄 실리케이트, 페로브스카이트, 다공질 실리카로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기물; 또는 방향족열경화형 수지, 폴리비닐페놀(Polyvinylphnole: PVP), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenfluoride: PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate: PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate: PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate: PEN), 폴리카보네이트(Polycarbonate: PC), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate: PAR), 폴리에더술폰(Polyethersulphone: PES), 폴리이미드(Polyimide: PI), 파릴렌(Parylene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기물로 형성되어도 무방하며, 상기 무기물 및 유기물은 조합되어 사용될 수 있다.The first dielectric layer 130 is for fixing the material to be analyzed, and may be formed of, for example, silica (SiO 2 ). The first dielectric layer 130 formed of silica, that is, the silica layer is characterized in that it is very stable under severe conditions, such as when there is a continuous flow of fluid. In addition, the roughness (roughness) is a very important factor in the SPR measurement, when the silica layer is introduced to the surface or the lower portion of the metal nanoparticles, it is possible to improve the surface stability because it prevents the adhesion of foreign matters or aggregation of the particles. In addition, when the silica layer is formed using, for example, a compound having a silane group and a thiol group, not only the surface of the silica layer having various functional groups can be formed, but also the silica layer can be formed very simply. The first dielectric layer 130 may be formed directly on the metal thin film 120, or may be formed after introducing a first self-assembled monolayer (SAM) onto the metal thin film 120. Can be. This will be described in detail in the method of manufacturing the sensor chip 100 to be described later. Meanwhile, the case in which the first dielectric layer 130 is formed of silica has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, the first dielectric layer may include at least one inorganic material selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide / hafnium silicate, perovskite, and porous silica; Or aromatic thermosetting resin, polyvinyl phenol (PVP), polyvinylidenfluoride (PVDF), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate ( Polyethylenenaphthalate (PEN), Polycarbonate (PC), Polyacrylate (PAR), Polyethersulphone (PES), Polyimide (PI), Parylene (Parylene) selected from the group consisting of It may be formed of one or more organic materials, and the inorganic and organic materials may be used in combination.

상기 제1 유전체층(130)의 두께는 2 내지 8nm일 수 있다. 상기 제1 유전체 층(130)의 두께가 2nm 미만이면, 그 두께가 얇아서, 예를 들어, 금 표면을 다 덮지 못할 가능성이 있는 반면, 상기 제1 유전체층(130)의 두께가 8nm를 초과하면, 파장 변화(wavelength shift)가 많이 일어나서 이후 시료 측정 범위가 줄어들 수 있는 문제점이 있다.The thickness of the first dielectric layer 130 may be 2 to 8 nm. If the thickness of the first dielectric layer 130 is less than 2 nm, the thickness is so thin that, for example, it may not be possible to cover all of the gold surface, while if the thickness of the first dielectric layer 130 exceeds 8 nm, There is a problem that a lot of the wavelength shift (wavelength shift) occurs so that the sample measurement range can be reduced later.

전술한 구성을 갖는 상기 센서칩(100)은 분석 대상 물질에 대한 민감도를 크게 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기존에 검출할 수 있는 분석 대상 물질 뿐만 아니라 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질을 검출할 수 있다.The sensor chip 100 having the above-described configuration can greatly improve the sensitivity of the analyte, thereby detecting not only the analyte that can be detected but also a low molecular weight or a small amount of the analyte. have.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 센서칩은 금속 나노입자층을 포함한다는 점을 제외하고는 도 1과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.2 is a view schematically showing the configuration of another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention. The sensor chip illustrated in FIG. 2 is the same as that of FIG. 1 except for including the metal nanoparticle layer, and thus description thereof will not be repeated, and only the features thereof will be described.

도 2에 도시된 센서칩(200)은 기판(210), 상기 기판(210) 상에 형성된 금속 박막(220), 상기 금속 박막(220) 상에 형성된 제1 유전체층(230) 및 상기 제1 유전체층(230) 상에 형성된 금속 나노입자층(240)을 포함한다.The sensor chip 200 illustrated in FIG. 2 includes a substrate 210, a metal thin film 220 formed on the substrate 210, a first dielectric layer 230 formed on the metal thin film 220, and the first dielectric layer. Metal nanoparticle layer 240 formed on 230 is included.

상기 금속 나노입자층(240)은 분석 대상 물질을 고정화하기 위한 것으로서, 금속 나노입자(242)로 이루어진 층을 말한다. 상기 금속 나노입자층(240)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금 나노입자 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 형성할 수 있다. 그 중에서, 상기 금속 나노입자층(240)은 상기 금속 박막(220)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 금속 나노입자층(240)은 상기 제1 유전체층(230) 상에서 바인더 역할을 수행할 수 있는 제2 자기 조립 단층막을 상기 제1 유전체층(230) 상에 도입한 다음에 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 후술하는 센서칩(200)의 제조 방법에서 상세히 설명하기로 한다.The metal nanoparticle layer 240 is for fixing the material to be analyzed, and refers to a layer made of metal nanoparticles 242. The metal nanoparticle layer 240 may be formed of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), alloy nanoparticles thereof, or the like, alone or in combination of two or more thereof. Among them, the metal nanoparticle layer 240 may be formed of the same material as the metal thin film 220. The metal nanoparticle layer 240 may be formed after introducing a second self-assembled monolayer film on the first dielectric layer 230, which may serve as a binder on the first dielectric layer 230. This will be described in detail in the manufacturing method of the sensor chip 200 which will be described later.

상기 금속 나노입자(242)가, 예를 들어, 금 나노입자이면, 다음과 같은 특성이 있다. 즉, 상기 금 나노입자는 높은 굴절율을 가지며, 평균 입경을 쉽게 조절할 수 있다. 또한, 상기 금 나노입자는 넓은 표면적으로 인해 상평형 및 반응속도론의 통상적 제한을 용이하게 극복할 수 있고, 풍부한 생물학적 물질과 활성 복합체를 형성할 수 있다. 또한, 금 나노입자 자체에서 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance: LSPR)이 일어나기 때문에, 상기 국소 표면 플라즈몬 공명은 상기 금속 박막(220) 표면에서 일어나는 표면 플라즈몬 공명과 커플링이 일어날 수 있다. 그 결과, 표면 플라즈몬 공명 신호가 증폭되어 센서칩(200)의 민감도가 대폭 향상될 수 있다. 또한, 제1 유전체층(230)에 의해 상기 금 나노입자 및 상기 금속 박막(220)은 소정 거리, 즉, 제1 유전체층(230)의 두께만큼 이격되어 있는데, 이에 의해 SPR 민감도가 증폭될 수 있다. 상기 금 나노입자로 인한 특징들은 비단 상기 금 나노입자에서만 일어나는 것이 아니라, 다른 금속 나노입자(242)에서도 발생할 수 있다.If the metal nanoparticles 242 are gold nanoparticles, for example, they have the following characteristics. That is, the gold nanoparticles have a high refractive index and can easily adjust the average particle diameter. In addition, the gold nanoparticles can easily overcome the conventional limitations of phase equilibrium and kinetics due to their large surface area, and can form active complexes with abundant biological materials. In addition, since localized surface plasmon resonance (LSPR) occurs in the gold nanoparticles themselves, the localized surface plasmon resonance may be coupled with surface plasmon resonance occurring on the surface of the metal thin film 220. As a result, the surface plasmon resonance signal is amplified, so that the sensitivity of the sensor chip 200 can be greatly improved. In addition, the gold nanoparticles and the metal thin film 220 are spaced apart by a predetermined distance, that is, the thickness of the first dielectric layer 230 by the first dielectric layer 230, thereby amplifying the SPR sensitivity. Features due to the gold nanoparticles do not only occur in the gold nanoparticles, but may also occur in other metal nanoparticles 242.

상기 금속 나노입자(242)의 평균 입경은 3 내지 20nm일 수 있다. 상기 금속 나노입자(242)의 평균 입경이 3nm 미만이면, 실제적으로 입자를 제조하기가 어려울 뿐만 아니라 SPR 영향 및 표면 거칠기(roughness)의 영향을 구분하기가 어렵다는 문제점이 있는 반면, 20nm를 초과하면 파장 변화(wavelength shift)가 많이 일어나는 문제점이 있다.The average particle diameter of the metal nanoparticles 242 may be 3 to 20 nm. If the average particle diameter of the metal nanoparticles 242 is less than 3 nm, it is difficult to manufacture the particles in reality, and it is difficult to distinguish the effects of the SPR influence and the surface roughness, whereas the wavelength exceeds 20 nm. There is a problem that a lot of (wavelength shift) occurs.

이상에서는, 상기 제1 유전체층(230) 상에 금속 나노입자층(240)이 형성된 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 상기 금속 나노입자층(240) 대신에 금속 박막이 형성될 수 있다.In the above, the case where the metal nanoparticle layer 240 is formed on the first dielectric layer 230 has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, a metal thin film may be formed in place of the metal nanoparticle layer 240.

전술한 구성을 갖는 상기 센서칩(200)은 분석 대상 물질에 대한 민감도를 크게 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기존에 검출할 수 있는 분석 대상 물질뿐만 아니라 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질을 검출할 수 있다.The sensor chip 200 having the above-described configuration can greatly improve the sensitivity of the analyte to be analyzed, thereby detecting not only the analyte that can be detected but also a low molecular weight or a small amount of the analyte. have.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 또 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 센서칩은 제2 유전체층을 포함한다는 점을 제외하고는 도 2와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.On the other hand, Figure 3 is a view schematically showing the configuration of another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention. 3 is identical to FIG. 2 except that the sensor chip illustrated in FIG. 3 includes a second dielectric layer, and thus descriptions thereof will not be repeated and only features thereof will be described.

도 3에 도시된 센서칩(300)은 기판(310), 상기 기판(310) 상에 형성된 금속 박막(320), 상기 금속 박막(320) 상에 형성된 제1 유전체층(330), 상기 제1 유전체층(330) 상에 형성된 금속 나노입자층(340) 및 상기 금속 나노입자층(340) 상에 형성된 제2 유전체층(350)을 포함한다.The sensor chip 300 illustrated in FIG. 3 includes a substrate 310, a metal thin film 320 formed on the substrate 310, a first dielectric layer 330 formed on the metal thin film 320, and the first dielectric layer. The metal nanoparticle layer 340 formed on the 330 and the second dielectric layer 350 formed on the metal nanoparticle layer 340 are included.

상기 제2 유전체층(350)은 분석 대상 물질을 고정화하기 위한 것으로서, 상기 제1 유전체층(330)과 동일 재질, 예를 들어, 실리카(SiO2)로 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 유전체층(350) 및 제1 유전체층(330)은 마치 일체화되어 형성된 것처럼 보일 수 있다. 이 때문에, 상기 제2 유전체층(350)은 제1 유전체층(330)이 갖는 특징을 나타낼 수 있다. 상기 제2 유전체층(350)은 상기 금속 나노입자층(340) 상에 직접 형성되거나, 또는 상기 금속 나노입자층(340) 상에 제3 자기조립 단층막을 도입한 다음에 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 후술하는 센서칩(300)의 제조 방법에서 상세히 설명하기로 한다.The second dielectric layer 350 is to fix the material to be analyzed and may be formed of the same material as the first dielectric layer 330, for example, silica (SiO 2 ). In this case, the second dielectric layer 350 and the first dielectric layer 330 may appear as if they are integrally formed. For this reason, the second dielectric layer 350 may exhibit characteristics of the first dielectric layer 330. The second dielectric layer 350 may be formed directly on the metal nanoparticle layer 340, or may be formed after introducing a third self-assembled monolayer film on the metal nanoparticle layer 340. This will be described in detail in the method of manufacturing the sensor chip 300 described later.

상기 제2 유전체층(350)의 두께는 4 내지 8nm일 수 있다. 상기 제2 유전체층(350)의 두께가 4nm 미만이면, 경우에 따라 금속 나노입자층(340)이 충분히 덮히지 않을 가능성이 있는 반면, 상기 제2 유전체층(350)의 두께가 8nm를 초과하면, 파장 변화(wavelength shift)가 많이 일어나는 문제점이 있다. 상기 제2 유전체층(350)의 두께는 상기 금속 나노입자층(340)의 두께보다 클 수 있으며, 이 경우에 상기 제2 유전체층(350)은 상기 금속 나노입자층(340)을 덮도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 제2 유전체층(350)의 두께는 상기 금속 나노입자층(340)의 두께보다 작을 수 있으며, 이 경우에 상기 금속 나노입자층(340)의 일부는 외부로 노출될 수 있다.The thickness of the second dielectric layer 350 may be 4 to 8 nm. When the thickness of the second dielectric layer 350 is less than 4 nm, there is a possibility that the metal nanoparticle layer 340 may not be sufficiently covered in some cases, whereas when the thickness of the second dielectric layer 350 exceeds 8 nm, the wavelength change There is a problem that a lot of (wavelength shift) occurs. The thickness of the second dielectric layer 350 may be greater than the thickness of the metal nanoparticle layer 340. In this case, the second dielectric layer 350 may be formed to cover the metal nanoparticle layer 340. Alternatively, the thickness of the second dielectric layer 350 may be smaller than the thickness of the metal nanoparticle layer 340, in which case a portion of the metal nanoparticle layer 340 may be exposed to the outside.

전술한 구성을 갖는 상기 센서칩(300)은 분석 대상 물질에 대한 민감도를 크게 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기존에 검출할 수 있는 분석 대상 물질 뿐만 아니라 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질을 검출할 수 있다.The sensor chip 300 having the above-described configuration can greatly improve the sensitivity of the analyte, thereby detecting not only the analyte that can be detected but also a low molecular weight or a small amount of the analyte. have.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 일 예를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 1에 도시된 센서칩을 제조하기 위한 공정을 나타내고 있다.On the other hand, Figure 4 is a schematic view showing a process for manufacturing an example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention, it shows a process for manufacturing the sensor chip shown in FIG.

도 4를 참조하면, 센서칩(100)의 제조 방법은 기판(110)을 준비하는 단계, 상기 기판(110) 상에 금속 박막(120)을 형성하는 단계 및 상기 금속 박막(120) 상 에 제1 유전체층(130)을 형성하는 단계를 포함한다. 이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 4, the method of manufacturing the sensor chip 100 may include preparing a substrate 110, forming a metal thin film 120 on the substrate 110, and forming a metal thin film 120 on the metal thin film 120. Forming a dielectric layer 130. Hereinafter, each step will be described in detail.

먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 표면이 깨끗이 세정된 기판(110)을 준비한 다음, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 상기 기판(110) 상에 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여, 30 내지 60nm의 두께로 상기 금속 박막(120)을 형성한다. 상기 금속 박막(120)을 형성하기 위해 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition: PVD), 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)법, 열증발증착(thermal evaporation)법 및 스퍼터링(sputtering)법 중에서 어느 하나의 방법을 이용할 수 있으며, 이 외에도 기존에 공지된 박막 형성 기술을 이용할 수 있다. 한편, 필요에 따라 도시되지 않은 다른 금속 박막을 상기 기판(110) 및 상기 금속 박막(120) 사이에 형성할 수 있다.First, as shown in FIG. 4A, a substrate 110 having a clean surface is prepared. Then, as shown in FIG. 4B, for example, on the substrate 110. Gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), alloys thereof, and the like, alone or in combination of two or more, forms the metal thin film 120 with a thickness of 30 to 60 nm. . Physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation, and sputtering methods for forming the metal thin film 120 It is possible to use the method of, in addition to the known thin film formation technology can be used. Meanwhile, another metal thin film (not shown) may be formed between the substrate 110 and the metal thin film 120 as necessary.

다음으로, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 금속 박막(120) 상에 제1 자기조립 단층막(125)을 형성한다. 상기 제1 자기조립 단층막(125)은 제1 유전체층(130)을 형성할 수 있는 물질을 상기 금속 박막(120) 상에 고정하기 위한 바인더 역할을 할 수 있다. 상기 제1 자기조립 단층막(125)을 형성하기 위한 물질은 상기 금속 박막(120) 및 제1 유전체층(130)과 결합될 수 있으면 되므로, 특별히 한정되지 않으나, 상기 금속 박막(120) 및 제1 유전체층(130)의 특성 및 재질을 고려하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 박막(120)이 금 박막인 경우, 상기 금 박막을 (3-머켑토프로필)-트리메톡시실란[(3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane: MPS] 용액에 침지할 수 있다. 그러면, 상기 (3-머켑토프로필)-트리메톡시실란의 티올 관능기가 상기 금 박막과 배위결합을 하여 상기 제1 자기조립 단층막(125)이 형성될 수 있으며, 이때 상기 (3-머켑토프로필)-트리메톡시실란의 실란 관능기는 제1 유전체층(130) 도입을 위한 전구체로 이용될 수 있다. 여기서, 상기 MPS 용액 대신에 3-머켑토프로필(디메톡시)메틸실란[3-Mercaptopropyl(dimethoxy)methylsilane]을 사용하여도 무방하다.Next, as shown in FIG. 4C, a first self-assembled monolayer film 125 is formed on the metal thin film 120. The first self-assembled monolayer film 125 may serve as a binder for fixing a material capable of forming the first dielectric layer 130 on the metal thin film 120. Since the material for forming the first self-assembled monolayer film 125 may be combined with the metal thin film 120 and the first dielectric layer 130, the material is not particularly limited, but the metal thin film 120 and the first film may be formed. This may be determined in consideration of the characteristics and the material of the dielectric layer 130. For example, when the metal thin film 120 is a gold thin film, the gold thin film may be immersed in a (3-mercaptopropyl) -trimethoxysilane (MPS) solution. Then, the first self-assembled monolayer film 125 may be formed by coordinating the thiol functional group of the (3-mermethopropyl) -trimethoxysilane with the gold thin film. The silane functional group of propyl) -trimethoxysilane may be used as a precursor for introducing the first dielectric layer 130. Instead of the MPS solution, 3-mercaptopropyl (dimethoxy) methylsilane may be used.

다음으로, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자기조립 단층막(125)이 형성된 상기 기판(110)을 상기 제1 유전체층(130)을 형성하기 위한 용액에 침지함으로써 상기 제1 유전체층(130)을 형성한다. 상기 제1 유전체층(130)이 실리카로 형성될 경우, 상기 실리카를 도입할 수 있는 물질로는, 예를 들어, 소듐 실리케이트(sodium silicate), 테트라에틸 오르쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate: TEOS), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane) 용액 등이 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이 외에도, 다른 물질을 이용하여 상기 실리카를 도입할 수 있을 것이다.Next, as shown in FIG. 4D, the substrate 110 on which the first self-assembled monolayer film 125 is formed is immersed in a solution for forming the first dielectric layer 130. 1 dielectric layer 130 is formed. When the first dielectric layer 130 is formed of silica, a material capable of introducing the silica may include, for example, sodium silicate, tetraethyl orthosilicate (TEOS), and tetrameth. And a methoxysilane solution, and these may be used alone or in combination of two or more thereof. In addition, other materials may be used to introduce the silica.

상기 침지 시간이 길어지면, 제1 유전체층(130)의 두께가 커질 수 있다. 따라서, 상기 제1 유전체층(130)의 두께 조절을 위해 그 처리 시간을 조절할 수 있으며, 예를 들어, 5 내지 60분으로 할 수 있다. 이때, 상기 처리 시간이 소정 시간, 예를 들어, 60분을 초과하면, 제1 유전체층(130)의 두께는 소정 두께, 예를 들어, 8nm의 두께로 수렴할 수 있다.If the immersion time is long, the thickness of the first dielectric layer 130 may be increased. Therefore, the processing time may be adjusted to adjust the thickness of the first dielectric layer 130, for example, 5 to 60 minutes. In this case, when the processing time exceeds a predetermined time, for example, 60 minutes, the thickness of the first dielectric layer 130 may converge to a predetermined thickness, for example, a thickness of 8 nm.

이상에서는, 상기 제1 유전체층(130)을 상기 제1 자기조립 단층막(125)을 도 입하여 형성하는 방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 제1 자기조립 단층막(125)을 도입하지 않고, 상기 제1 유전체층(130)을 상기 금속 박막(120) 상에 직접 형성하는 방법도 가능하다.In the above, the method of forming the first dielectric layer 130 by introducing the first self-assembled monolayer film 125 has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, a method of directly forming the first dielectric layer 130 on the metal thin film 120 may be performed without introducing the first self-assembled monolayer film 125.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 다른 예를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 2에 도시된 센서칩을 제조하기 위한 공정을 나타내고 있다. 도 5의 (a) 내지 (d)는 도 4에 도시된 제조 공정과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.Meanwhile, FIG. 5 is a view schematically showing a process for manufacturing another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention, and shows a process for manufacturing the sensor chip shown in FIG. 2. 5 (a) to 5 (d) are the same as the manufacturing process shown in FIG. 4, the overlapping description is omitted and only the features thereof will be described.

도 5를 참조하면, 센서칩(200)의 제조 방법은 기판(210)을 준비하는 단계, 상기 기판(210) 상에 금속 박막(220)을 형성하는 단계, 상기 금속 박막(220) 상에 제1 유전체층(230)을 형성하는 단계, 및 상기 제1 유전체층(230) 상에 금속 나노입자(242)로 이루어진 금속 나노입자층(240)을 형성하는 단계를 포함한다. 이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 5, the method of manufacturing the sensor chip 200 may include preparing a substrate 210, forming a metal thin film 220 on the substrate 210, and forming a metal thin film 220 on the metal thin film 220. Forming a dielectric layer 230, and forming a metal nanoparticle layer 240 made of metal nanoparticles 242 on the first dielectric layer 230. Hereinafter, each step will be described in detail.

먼저, 도 5의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 기판(210) 상에 금속 박막(220), 제1 유전체층(230)이 순차적으로 형성한다. 여기서, 미설명 부호 225는 제1 자기조립 단층막을 나타낸다.First, as shown in FIGS. 5A to 5D, the metal thin film 220 and the first dielectric layer 230 are sequentially formed on the substrate 210. Here, reference numeral 225 denotes a first self-assembled tomography film.

다음으로, 도 5의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 유전체층(230) 상에 제2 자기조립 단층막(235)을 형성한다. 상기 제2 자기조립 단층막(235)은 금속 나노입자(242)를 제1 유전체층(230) 상에 고정하기 위한 바인더 역할을 할 수 있다. 상기 제2 자기조립 단층막(235)을 형성하기 위한 물질은 상기 제1 유전체층(230) 및 상기 금속 나노입자(242)와 결합될 수 있으면 되므로, 특별히 한정되지 않으나, 상 기 제1 유전체층(230) 및 상기 금속 나노입자(242)의 특성 및 재질을 고려하여 다양하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노입자(242)가 전하를 띨 경우, 상기 제2 자기조립 단층막(235) 및 상기 금속 나노입자(242)간에 정전기적 결합(electrostatic interaction)을 유도할 수 있는 관능기를 포함하는 물질을 상기 제1 유전체층(230)에 처리하여 상기 제2 자기조립 단층막(235)을 형성할 수 있다. 특정 예로서, 금 나노입자가 음전하를 갖는 경우, 양전하를 갖는 아민기를 함유하는 3-아미노프로필-트리메톡실실란(3-aminopropyl-trimethoxysilane: APS) 용액을 이용하여 제2 자기조립 단층막(235)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 APS 용액 대신에 3-아미노프로필-트리에톡시실란(3-aminopropyl-triethoxysilane) 용액, 아미노프로필메틸디메톡시실란(aminopropylmethyldimethoxysilane) 용액, 아미노프로필메틸디에톡시실란(aminopropylmethyldiethoxysilane) 용액 등을 사용할 수 있다.Next, as shown in FIG. 5E, a second self-assembled monolayer film 235 is formed on the first dielectric layer 230. The second self-assembled monolayer film 235 may serve as a binder for fixing the metal nanoparticles 242 on the first dielectric layer 230. The material for forming the second self-assembled monolayer film 235 is not particularly limited since it may be combined with the first dielectric layer 230 and the metal nanoparticles 242, but the first dielectric layer 230 is not limited thereto. ) And the characteristics and materials of the metal nanoparticles 242 may be determined in various ways. For example, when the metal nanoparticles 242 are charged, a functional group capable of inducing electrostatic interaction between the second self-assembled monolayer film 235 and the metal nanoparticles 242 may be used. The second dielectric layer 230 may be formed by treating a material including the first dielectric layer 230. As a specific example, when the gold nanoparticles have a negative charge, the second self-assembled monolayer film 235 using a 3-aminopropyl-trimethoxysilane (APS) solution containing an amine group having a positive charge Can be formed. Here, 3-aminopropyl-triethoxysilane solution, aminopropylmethyldimethoxysilane solution, aminopropylmethyldiethoxysilane solution, etc. may be used instead of the APS solution. have.

다음으로, 도 5의 (f)에 도시된 바와 같이, 상기 제2 자기조립 단층막(235)이 형성된 상기 기판(210)을 상기 금속 나노입자(242)를 포함하는 용액에 침지함으로써 금속 나노입자층(240)을 형성한다. 상기 금속 나노입자(242)는 제2 자기조립 단층막(235)과 정전기적 결합을 하기 위해 전하를 띨 수 있다. 이를 상기 금속 나노입자(242)로 금 나노입자를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 상기 금 나노입자를, 예를 들어, 사염화금(Ⅲ)산(hydrogen tetrachloroaurate)을 소듐 시트레이트(sodium citrate)로 환원시켜 제조할 경우, 시트레이트 이온이 금 나노입자 주위를 둘러싸고 있기 때문에, 상기 금 나노입자는 음전하를 띌 수 있다. 이 경우, 아민기를 갖는 제2 자기조립 단층막(235) 및 상기 금 나노입자는 정전기적 결합을 할 수 있다.Next, as shown in (f) of FIG. 5, the metal nanoparticle layer by immersing the substrate 210 on which the second self-assembled monolayer film 235 is formed in a solution containing the metal nanoparticles 242. 240 is formed. The metal nanoparticles 242 may be charged to electrostatically bond with the second self-assembled monolayer film 235. This will be described taking the case of using gold nanoparticles as the metal nanoparticles 242 as an example. When the gold nanoparticles are prepared by reducing, for example, hydrogen tetrachloride (hydrogen tetrachloroaurate) with sodium citrate, since the citrate ions surround the gold nanoparticles, the gold Nanoparticles can carry negative charges. In this case, the second self-assembled monolayer film 235 having the amine group and the gold nanoparticles may have an electrostatic bond.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 또 다른 예를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 3에 도시된 센서칩을 제조하기 위한 공정을 나타내고 있다. 도 6의 (a) 내지 (f)는 도 5에 도시된 제조 공정과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.Meanwhile, FIG. 6 is a view schematically showing a process for manufacturing another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention, and shows a process for manufacturing the sensor chip shown in FIG. 3. 6 (a) to 6 (f) are the same as the manufacturing process shown in FIG. 5, the overlapping description is omitted and only the features thereof will be described.

도 6을 참조하면, 센서칩(300)의 제조 방법은 기판(310)을 준비하는 단계, 상기 기판(310) 상에 금속 박막(320)을 형성하는 단계, 상기 금속 박막(320) 상에 제1 유전체층(330)을 형성하는 단계, 상기 제1 유전체층(330) 상에 금속 나노입자(342)로 이루어진 금속 나노입자층(340)을 형성하는 단계, 및 상기 금속 나노입자층(340) 상에 제2 유전체층(350)을 형성하는 단계를 포함한다. 이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 6, the method of manufacturing the sensor chip 300 may include preparing a substrate 310, forming a metal thin film 320 on the substrate 310, and forming a metal thin film 320 on the metal thin film 320. Forming a dielectric layer 330, forming a metal nanoparticle layer 340 made of metal nanoparticles 342 on the first dielectric layer 330, and a second layer on the metal nanoparticle layer 340. Forming a dielectric layer 350. Hereinafter, each step will be described in detail.

먼저, 도 6의 (a) 내지 (f)에 도시된 바와 같이, 기판(310) 상에 금속 박막(320), 제1 유전체층(330) 및 금속 나노입자층(340)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 미설명 부호 325, 335는 각각 제1 자기조립 단층막 및 제2 자기조립 단층막을 나타낸다.First, as shown in FIGS. 6A to 6F, the metal thin film 320, the first dielectric layer 330, and the metal nanoparticle layer 340 are sequentially formed on the substrate 310. Here, reference numerals 325 and 335 denote the first self-assembled tomography film and the second self-assembled tomography film, respectively.

다음으로, 도 6의 (g)에 도시된 바와 같이, 상기 금속 나노입자층(340) 상에 제3 자기조립 단층막(345)을 형성한 후, 도 6의 (h)에 도시된 바와 같이, 상기 제3 자기조립 단층막(345)이 형성된 상기 기판(310)을 상기 제2 유전체층(350)을 형성하기 위한 용액에 침지함으로써 제2 유전체층(350)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 제3 자기조립 단층막(345)의 형성 방법은 도 4의 (c)를 참조한 상세한 설명, 즉, 제1 자기조립 단층막(125)을 형성하는 방법과 동일 또는 유사하고, 상기 제2 유전체층(350)의 형성 방법은 도 4의 (d)를 참조한 상세한 설명, 즉, 상기 제1 유전체층(130)의 형성 방법과 동일 또는 유사하므로, 이하에서는 그 상세한 설명은 생략한다.Next, as shown in (g) of FIG. 6, after forming the third self-assembled monolayer film 345 on the metal nanoparticle layer 340, as shown in (h) of FIG. 6, The second dielectric layer 350 may be formed by immersing the substrate 310 on which the third self-assembled monolayer film 345 is formed in a solution for forming the second dielectric layer 350. Here, the method of forming the third self-assembled monolayer film 345 is the same as or similar to the detailed description with reference to FIG. 4C, that is, the method of forming the first self-assembled monolayer film 125. Since the method of forming the second dielectric layer 350 is the same as or similar to that of the detailed description with reference to FIG. 4D, that is, the method of forming the first dielectric layer 130, a detailed description thereof will be omitted below.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템의 일 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7에서는 센서칩으로서 도 1에 도시된 것을 나타내었다. 그러나, 본 발명에 따른 센서 시스템은 이에 국한되지 않으며, 상기 센서칩으로 도 2 또는 도 3에 도시된 것을 구비하여도 무방하다. 한편, 센서칩은 상술한 바와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.On the other hand, Figure 7 is a view schematically showing the configuration of an example of the surface plasmon resonance sensor system according to the present invention. 7 shows what is shown in FIG. 1 as a sensor chip. However, the sensor system according to the present invention is not limited thereto, and may include the sensor chip illustrated in FIG. 2 or 3. On the other hand, since the sensor chip is the same as described above, overlapping description is omitted and only the features thereof will be described.

도 7에 도시된 센서 시스템(400)은 센서칩(100), 프리즘(410), 광원(420) 및 수광부(430)를 포함한다.The sensor system 400 illustrated in FIG. 7 includes a sensor chip 100, a prism 410, a light source 420, and a light receiver 430.

상기 센서칩(100)은 분석 대상 물질을 고정하기 위한 것으로서, 기판(110), 상기 기판(110) 상에 형성된 금속 박막(120) 및 상기 금속 박막(120) 상에 형성된 제1 유전체층(130)을 포함한다.The sensor chip 100 is for fixing an analysis target material, and includes a substrate 110, a metal thin film 120 formed on the substrate 110, and a first dielectric layer 130 formed on the metal thin film 120. It includes.

상기 프리즘(410)은 상기 기판(110)의 양면 중에서 상기 금속 박막(120) 및 상기 제1 유전체층(130)이 형성되지 않은 상기 기판(110)의 일면 상에 부착될 수 있다. 상기 프리즘(410)은 바륨크라운(BK4) 유리 또는 붕규크라운(BK7) 유리로 형성될 수 있으나, 이에 국한되지 않으며, 기존에 공지된 것으로 형성될 수 있다. 상기 프리즘(410)의 형상은 삼각형, 반구형, 평행사변형, 역사다리꼴형 또는 반원통 형 중에서 어느 하나일 수 있다.The prism 410 may be attached on one surface of the substrate 110 in which the metal thin film 120 and the first dielectric layer 130 are not formed on both surfaces of the substrate 110. The prism 410 may be formed of barium crown (BK4) glass or borosilicate crown (BK7) glass, but is not limited thereto, and may be formed as known in the art. The shape of the prism 410 may be any one of triangular, hemispherical, parallelogram, inverted trapezoidal or semi-cylindrical.

상기 광원(420)은 상기 프리즘(410)을 통해 상기 센서칩(100)으로 입사되는 입사광을 발생하며, 이때 상기 광원(420)으로부터 발생된 광은 광학계를 통해 모아진 후 상기 프리즘(410)으로 입사되거나, 또는 평행하게 프리즘(410)으로 입사된다. 상기 광원(420)으로는 단파장 또는 다중파장을 갖는 광을 발생하는 TM 또는 p-편광된 단색 광원, 다중 파장 대역의 백색 광원, 텅스텐-할로겐 램프(QTH lamp), 레이저 다이오드(LD), 발광 다이오드(LED) 등을 사용할 수 있다.The light source 420 generates incident light incident to the sensor chip 100 through the prism 410, wherein light generated from the light source 420 is collected through an optical system and then incident to the prism 410. Or are incident on the prism 410 in parallel. The light source 420 may be a TM or p-polarized monochromatic light source that generates light having a short wavelength or multiple wavelengths, a white light source having a multi-wavelength band, a tungsten-halogen lamp (QTH lamp), a laser diode (LD), a light emitting diode. (LED) etc. can be used.

상기 수광부(430)는 상기 입사광 중에서 상기 센서칩(100)에 의해 반사되는 반사광을 감지할 수 있다. 즉, 상기 수광부(430)는 표면 플라즈몬의 공명 흡수로 인한 파장의 변화, 예를 들어, 색 변화 또는 세기 변화를 정량적으로 측정할 수 있다. 이를 위해, 상기 수광부(430)는 실리콘 포토다이오드(Si-PD: silicon PhotoDiode)를 포함하거나, 이차원 평면을 형상화할 수 있는 전하 결합 소자(CCD) 카메라, 비디오 카메라 또는 영사막을 포함하거나, 근접장 현미경으로서의 광학적 현미경, 근접장 주사 현미경을 포함하여 구성될 수 있다.The light receiving unit 430 may detect the reflected light reflected by the sensor chip 100 among the incident light. That is, the light receiving unit 430 may quantitatively measure a change in wavelength due to resonance absorption of the surface plasmon, for example, a color change or an intensity change. To this end, the light receiving unit 430 includes a silicon photodiode (Si-PD), a charge coupled device (CCD) camera, a video camera or a projection film capable of shaping a two-dimensional plane, or as a near-field microscope. Optical microscopes, near field scanning microscopes.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 센서 시스템(400)을 이용하여 분석 대상 물질을 검출할 경우, 상기 센서칩(100) 상에 분석 대상 물질이 고정되면, 상기 광원(420)으로부터 발생된 광은 프리즘(410)을 통해 기판(110)에 대해 일정한 각도로 입사되고, 상기 센서칩(100)에 의해 반사된 광은 수광부(430)에 의해 감지된다. 이때, 상기 센서칩(100) 표면에 평행한 파동벡터 성분이 상기 센서칩(100) 및 분석 대상 물질의 계면을 따라 발생하는 표면 플라즈몬의 파동벡타와 일치할 때, 입사광의 에너지는 표면 플라즈몬에 대부분 흡수되는데, 이때의 입사광의 입사각을 공명각(θ)이라 한다. 상기 표면 플라즈몬은 센서칩(100) 및 분석 대상 물질의 계면에서 양쪽 방향으로 지수함수적으로 감소되며, 분석 대상 물질의 두께, 굴절율, 농도 등에 따라 표면 플라즈몬 공명 조건이 변화되며, 상기 수광부(430)를 통해 상기 표면 플라즈몬 공명 조건 변화를 측정할 수 있다.When detecting the analysis target material by using the sensor system 400 according to the present invention having the above configuration, when the analysis target material is fixed on the sensor chip 100, the light generated from the light source 420 Is incident at a predetermined angle with respect to the substrate 110 through the prism 410, the light reflected by the sensor chip 100 is detected by the light receiving unit 430. At this time, when the wave vector component parallel to the surface of the sensor chip 100 coincides with the wave vector of the surface plasmon generated along the interface between the sensor chip 100 and the material to be analyzed, the energy of the incident light is mostly at the surface plasmon. The incident angle of the incident light at this time is called a resonance angle θ. The surface plasmon is exponentially reduced in both directions at the interface between the sensor chip 100 and the analyte, and the surface plasmon resonance condition is changed according to the thickness, refractive index, and concentration of the analyte, and the light receiving unit 430 Through the surface plasmon resonance condition change can be measured.

전술한 구성을 갖는 상기 센서 시스템(400)은 분석 대상 물질에 대한 민감도를 크게 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기존에 검출할 수 있는 분석 대상 물질 뿐만 아니라 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질을 검출할 수 있다. 또한, 별도의 신호 증폭 기술이 필요치 않을 수 있다.The sensor system 400 having the above-described configuration can greatly improve the sensitivity of the analyte, thereby detecting not only the analyte that can be detected but also a low molecular weight or a small amount of the analyte. have. In addition, a separate signal amplification technique may not be required.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템의 일 예를 이용하여 분석 대상 물질을 검출하는 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 8에서는 센서칩으로서 도 1에 도시된 것을 나타내었다. 그러나, 분석 대상 물질 검출 방법은 이에 국한되지 않으며, 상기 센서칩으로 도 2 또는 도 3에 도시된 것을 구비한 센서 시스템을 이용하여도 무방하다.8 is a view for explaining a method of detecting a material to be analyzed by using an example of the surface plasmon resonance sensor system according to the present invention. 8 shows what is shown in FIG. 1 as a sensor chip. However, the method for detecting analyte to be analyzed is not limited thereto, and a sensor system including the one illustrated in FIG. 2 or 3 may be used as the sensor chip.

도 8을 참조하면, 센서 시스템(400)을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법은 센서칩(100)을 구비하는 센서 시스템(400)을 준비하는 단계, 상기 센서칩(100)을 활성화하는 단계, 상기 센서칩(100) 상에 분석 대상 물질(500)과 특이적으로 결합 가능한 결합 물질(510)을 고정화시키는 단계, 상기 결합 물질(510) 및 상기 분석 대상 물질(500)을 반응시키는 단계, 및 상기 센서칩(100)에 광을 입사하여 표면 플라즈몬 공명 파장의 변화를 측정하는 단계를 포함한다. 이하에서는 각 단계별로 구 체적으로 설명한다.Referring to FIG. 8, the method for detecting analyte using the sensor system 400 may include preparing a sensor system 400 including a sensor chip 100, activating the sensor chip 100, and the sensor. Immobilizing a binding material 510 that can be specifically bound to the analyte 500 on the chip 100, reacting the binding material 510 and the analyte 500, and the sensor Injecting light into the chip 100 to measure a change in the surface plasmon resonance wavelength. Hereinafter, each step will be described in detail.

먼저, 상기 센서 시스템(400)을 준비한 후, 상기 센서칩(100)을 활성화하는데, 상기 활성화는 센서칩(100)의 구조에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 센서칩으로서 도 1에 도시된 센서칩(100)을 사용할 경우, 제1 유전체층(130)을 아민기를 가지는 실란 화합물로 처리하여 활성화할 수 있다. 다른 예로, 센서칩으로서 도 2에 도시된 센서칩(200)을 사용할 경우, 금속 나노입자층(240)을 아민기를 가지는 티올 화합물로 처리하여 활성화할 수 있다. 또 다른 예로, 센서칩(300)으로서 도 3에 도시된 센서칩(300)을 사용할 경우, 제2 유전체층(350)을 아민기를 가지는 실란 화합물로 처리하여 활성화할 수 있다. 상기 아민기를 가지는 실란 화합물로는, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 3-아미노프로필-트리에톡시실란(3-aminopropyl-trimethoxysilane: APS)을 사용할 수 있다. 상기 아민기를 가지는 티올 화합물로는, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 시스테아민(Cysteamine)을 사용할 수 있다. First, after preparing the sensor system 400, to activate the sensor chip 100, the activation may vary depending on the structure of the sensor chip 100. For example, when the sensor chip 100 shown in FIG. 1 is used as the sensor chip, the first dielectric layer 130 may be activated by treating with a silane compound having an amine group. As another example, when the sensor chip 200 shown in FIG. 2 is used as the sensor chip, the metal nanoparticle layer 240 may be activated by treating with a thiol compound having an amine group. As another example, when the sensor chip 300 shown in FIG. 3 is used as the sensor chip 300, the second dielectric layer 350 may be treated with a silane compound having an amine group to be activated. Although it does not specifically limit as a silane compound which has the said amine group, For example, 3-aminopropyl- trimethoxysilane (APS) can be used. Although it does not specifically limit as a thiol compound which has the said amine group, For example, cysteamine can be used.

다음으로, 상기 센서칩(100) 상에 분석 대상 물질(500)과 특이적으로 결합 가능한 결합 물질(510)을 고정화하는데, 이때 상기 결합 물질(510)은 상기 분석 대상 물질(500)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 분석 대상 물질(500)이 항원일 때, 상기 결합 물질(510)은 상기 항원에 대한 항체일 수 있다. 또한, 상기 분석 대상 물질(500)이 리간드일 때, 상기 결합 물질(510)은 상기 리간드를 수용하는 수용체일 수 있다. 한편, 필요에 따라 상기 센서칩(100)에 상기 결합 물질(510)이 고정되지 않은 활성 부위는 분석 대상 물질(500)과 특이적으로 결합하지 않는 물 질(520)을 이용하여 분석 대상 물질(500)이 결합되지 않도록 할 수 있다.Next, the binding material 510 that can be specifically combined with the analyte 500 is immobilized on the sensor chip 100, wherein the binding material 510 is changed according to the analyte 500. Can be. For example, when the analyte 500 is an antigen, the binding agent 510 may be an antibody against the antigen. In addition, when the analyte 500 is a ligand, the binding agent 510 may be a receptor that accepts the ligand. On the other hand, if necessary, the active site in which the binding material 510 is not fixed to the sensor chip 100 is analyzed by using a material 520 that does not specifically bind to the analysis material 500 ( 500) may not be combined.

다음으로, 상기 센서칩(100) 상에 분석 대상 물질(500)을 도입하여 상기 결합 물질(510) 및 상기 분석 대상 물질(500)을 특이적으로 반응시킨다.Next, the analyte 500 is introduced on the sensor chip 100 to specifically react the binding material 510 and the analyte 500.

다음으로, 광원(420)으로부터 발생되는 입사광을 상기 기판(110)에 입사하고, 이때 반사되는 광을 상기 수광부(430)를 이용하여 감지함으로써, 표면 플라즈몬의 공명 흡수로 인한 파장의 변화를 측정한다.Next, incident light generated from the light source 420 is incident on the substrate 110, and the reflected light is sensed using the light receiver 430, thereby measuring a change in wavelength due to resonance absorption of the surface plasmon. .

전술한 센서 시스템(400)을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법에 의하면, 분석 대상 물질(500)에 대한 민감도가 크게 향상됨으로써, 기존에 검출할 수 있는 분석 대상 물질(500) 뿐만 아니라 저분자량 또는 미량의 분석 대상 물질(500)을 검출할 수 있다. 또한, 별도의 신호 증폭 기술이 필요치 않을 수 있다.According to the method for detecting analyte using the sensor system 400 described above, the sensitivity of the analyte 500 is greatly improved, so that not only the analyte 500 that can be detected but also low molecular weight or trace amount The analyte 500 may be detected. In addition, a separate signal amplification technique may not be required.

이하에서는, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 하나, 이들 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Comparative Examples, but the scope of the present invention is not limited to these Examples and Comparative Examples.

[실시예][Example]

1. 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조1. Fabrication of Surface Plasmon Resonance Sensor Chip

실시예 1Example 1

열증발증착법 또는 스퍼터링법을 이용하여 유리 기판 상에 5nm 두께의 티타늄 박막 및 45nm의 두께의 금 박막을 순차적으로 증착하여 2층 구조의 금속 박막을 형성하였다. 이어, 상기 금 박막을 0.1M의 (3-머켑토프로필)-트리에톡시실란 용액에 처리하여 제1 자기조립 단층막을 형성하였다. 이어, 상기 기판을 1% 소듐 실리케이트 수용액에 5분 동안 침지하여 도 1의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.A 5 nm thick titanium thin film and a 45 nm thick gold thin film were sequentially deposited on a glass substrate by thermal evaporation or sputtering to form a metal thin film having a two-layer structure. Subsequently, the gold thin film was treated with a 0.1M (3-mermethopropyl) -triethoxysilane solution to form a first self-assembled monolayer film. Subsequently, the substrate was immersed in an aqueous 1% sodium silicate solution for 5 minutes to prepare a sensor chip having the structure of FIG. 1.

실시예 2Example 2

상기 기판을 1% 소듐 실리케이트 수용액으로 10분 동안 처리하였다는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 도 1의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.A sensor chip having the structure of FIG. 1 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the substrate was treated with an aqueous 1% sodium silicate solution for 10 minutes.

실시예 3Example 3

상기 기판을 1% 소듐 실리케이트 수용액으로 15분 동안 처리하였다는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 도 1의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.A sensor chip having the structure of FIG. 1 was manufactured through the same process as in Example 1, except that the substrate was treated with an aqueous 1% sodium silicate solution for 15 minutes.

실시예 4Example 4

상기 기판을 1% 소듐 실리케이트 수용액으로 20분 동안 처리하였다는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 도 1의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.A sensor chip having the structure of FIG. 1 was manufactured through the same process as in Example 1, except that the substrate was treated with an aqueous 1% sodium silicate solution for 20 minutes.

실시예 5Example 5

상기 기판을 1% 소듐 실리케이트 수용액으로 30분 동안 처리하였다는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 도 1의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.A sensor chip having the structure of FIG. 1 was manufactured through the same process as in Example 1, except that the substrate was treated with an aqueous 1% sodium silicate solution for 30 minutes.

실시예 6Example 6

상기 기판을 1% 소듐 실리케이트 수용액으로 60분 동안 처리하였다는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 도 1의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.A sensor chip having the structure of FIG. 1 was manufactured through the same process as in Example 1, except that the substrate was treated with an aqueous 1% sodium silicate solution for 60 minutes.

실시예 7Example 7

상기 실시예 1을 통해 제조된 센서칩의 제1 유전체층 상에 3-아미노프로필-트리메톡시실란 수용액을 이용하여 제2 자기조립 단층막을 형성하였다. 이어, 상기 기판을 평균 입경이 5nm이며 시트레이트 환원법으로 제조된 금 나노입자를 포함하는 수용액에 침지하여 도 2의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.A second self-assembled monolayer film was formed on the first dielectric layer of the sensor chip manufactured in Example 1 using 3-aminopropyl-trimethoxysilane aqueous solution. Subsequently, the substrate was immersed in an aqueous solution containing gold nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm and manufactured by citrate reduction, thereby manufacturing a sensor chip having the structure of FIG. 2.

실시예 8Example 8

상기 실시예 7을 통해 제조된 센서칩의 금 나노입자층을 0.1M의 (3-머켑토프로필)-트리에톡시실란 용액에 처리하여 제2 자기조립 단층막을 형성하였다. 이어, 상기 기판을 1% 소듐 실리케이트 수용액에 20분 동안 침지하여 도 3의 구조를 갖는 센서칩을 제조하였다.The gold nanoparticle layer of the sensor chip prepared in Example 7 was treated with 0.1M (3-merctopropyl) -triethoxysilane solution to form a second self-assembled monolayer film. Subsequently, the substrate was immersed in an aqueous 1% sodium silicate solution for 20 minutes to prepare a sensor chip having the structure of FIG. 3.

비교예 1Comparative Example 1

스퍼티링법을 이용하여 유리 기판 상에 5nm 두께의 티타늄 박막 및 45nm의 두께의 금 박막을 순차적으로 증착하여 센서칩을 제조하였다.A sensor chip was manufactured by sequentially depositing a 5 nm thick titanium thin film and a 45 nm thick gold thin film on a glass substrate using a sputtering method.

2. 센서칩 특성 평가2. Evaluation of sensor chip characteristics

실시예 1 내지 6 각각을 통해 제조된 센서칩에서, 소듐 실리케이트 수용액 처리 시간에 따른 실리카층의 두께 변화를 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy: AFM)으로 측정하였으며, 그 결과를 도 9에 도시하였다. 또한, 소듐 실리케이트 수용액 처리 시간이 표면 플라즈몬 공명 강도에 미치는 영향성을 검토하기 위해, 상기 실시예 1 내지 6 각각을 통해 제조된 센서칩을 이용하여 파장에 따른 표면 플라즈몬 공명 강도 측정하였으며, 그 결과를 도 10에 도시하였다.In each of the sensor chips manufactured through Examples 1 to 6, the thickness change of the silica layer with the sodium silicate aqueous solution treatment time was measured by atomic force microscopy (AFM), and the results are shown in FIG. 9. In addition, in order to examine the effect of the sodium silicate aqueous solution treatment time on the surface plasmon resonance intensity, the surface plasmon resonance intensity according to the wavelength was measured using the sensor chip manufactured in each of Examples 1 to 6, and the result 10 is shown.

도 9를 참조하면, 5 내지 60분 동안에서 소듐 실리케이트 수용액 처리 시간이 증가할수록 실리카층의 두께는 대략 2nm 에서 대략 8nm로 증가하였으며, 대략 60분 근처에서 실리카층의 두께가 대략 8nm로 수렴하는 것을 알 수 있었다.9, the thickness of the silica layer increased from about 2 nm to about 8 nm as the treatment time of the sodium silicate solution increased for 5 to 60 minutes, and the thickness of the silica layer converged to about 8 nm in about 60 minutes. Could know.

도 10을 참조하면, 5 내지 60분 동안에서, 소듐 실리케이트 수용액 처리 시간이 증가할수록 상기 공명 파장의 변화폭은 대략 2nm 에서 대략 22nm로 증가하였으며, 대략 60분 근처에서 상기 공명 파장의 변화폭이 대략 22nm로 수렴하는 것을 알 수 있었다. 여기서, 상기 공명 파장이란 표면 플라즈몬 공명 곡선에서 강도가 가장 낮은 부분을 의미하며, 이하 동일한 의미로 사용된다.Referring to FIG. 10, for 5 to 60 minutes, the change in the resonance wavelength increased from about 2 nm to about 22 nm as the sodium silicate aqueous solution treatment time increased, and the change in the resonance wavelength was changed to about 22 nm in about 60 minutes. I could see that it converged. Here, the resonant wavelength means a portion having the lowest intensity in the surface plasmon resonance curve, and is used hereinafter with the same meaning.

다음으로, 실시예 1, 7, 8 및 비교예 1 각각을 통해 센서칩을 이용하여 파장에 따른 표면 플라즈몬 공명 강도 측정하였으며, 그 결과를 각각 도 11 내지 도 13에 도시하였다.Next, the surface plasmon resonance intensity according to the wavelength was measured using the sensor chip through Examples 1, 7, 8 and Comparative Example 1, respectively, and the results are shown in FIGS. 11 to 13, respectively.

도 11을 참조하면, 비교예 1에 대해 실시예 1은 대략 5nm의 공명 파장의 변화를 보인 반면, 실시예 7은, 도 12에 도시된 바와 같이, 대략 33nm의 공명 파장의 변화를 보였고, 실시예 8은, 도 13에 도시된 바와 같이, 대략 40nm의 공명 파장의 변화를 보였다. 이와 같이, 실시예 1, 7 및 8 순서로 공명 파장의 변화폭이 커지는 이유는 실시예 1, 7 및 8 순서로 센서칩의 질량이 증가하였기 때문이라고 분석할 수 있다.Referring to FIG. 11, for Comparative Example 1, Example 1 showed a change in resonance wavelength of approximately 5 nm, while Example 7 showed a change in resonance wavelength of approximately 33 nm, as shown in FIG. Example 8 showed a change in resonance wavelength of approximately 40 nm, as shown in FIG. 13. As described above, it can be analyzed that the reason why the variation of the resonance wavelength increases in the order of Examples 1, 7, and 8 is that the mass of the sensor chip increases in the order of Examples 1, 7, and 8.

3. 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템의 제조3. Fabrication of Surface Plasmon Resonance Sensor System

실시예 9Example 9

상기 실시예 1을 통해 제조된 센서칩 하부에 프리즘을 부착하고, 광원 및 수 광부를 구성하여 센서 시스템을 제조하였다. 이때, 프리즘으로는 BK7를 사용하였고, 광원으로는 백색 광원을 사용하였고, 수광부로는 포토 스펙트로미터를 사용하였다.The sensor system was manufactured by attaching a prism to the lower part of the sensor chip manufactured in Example 1 and configuring a light source and a light receiver. At this time, BK7 was used as a prism, a white light source was used as a light source, and a photo spectrometer was used as a light receiving unit.

실시예 10Example 10

상기 실시예 7을 통해 제조된 센서칩을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 9와 동일한 과정을 거쳐 센서 시스템을 제조하였다.A sensor system was manufactured in the same manner as in Example 9, except that the sensor chip manufactured in Example 7 was used.

실시예 11Example 11

상기 실시예 8을 통해 제조된 센서칩을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 9와 동일한 과정을 거쳐 센서 시스템을 제조하였다.A sensor system was manufactured in the same manner as in Example 9, except that the sensor chip manufactured in Example 8 was used.

비교예 2Comparative Example 2

상기 비교예 1을 통해 제조된 센서칩을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 9와 동일한 과정을 거쳐 센서 시스템을 제조하였다.A sensor system was manufactured in the same manner as in Example 9, except that the sensor chip manufactured in Comparative Example 1 was used.

4. 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질의 검출4. Detection of material to be analyzed using sensor system

실시예 12Example 12

실시예 9를 통해 제조된 센서 시스템의 센서칩을 0.1M의 APS로 처리하여 활성화하였다. 이어, PBS 버퍼상에서 50mM NHS/200mM EDC와 1mM의 전립선 특이 항체(anti-Prostate Specific Antigen: anti-PSA)를 혼합한 후, 이를 센서칩에 처리하여 결합 물질인 anti-PSA를 상기 센서칩에 고정하였다. 이후, 센서칩에 anti-PSA가 고정되지 않은 활성 부위는 소혈청 단백질(Bovine Serum Albumin: BSA)을 이용하여 비특이적 결합을 억제하였다. 이때, anti-PSA와 특이적 결합을 하지 않는 물 질인 면역 글로불린 G(Immunoglobulin G: IgG)를 처리한 결과, 공명 파장의 변화가 일어나지 않아 비특이적 결합이 유도되지 않음을 확인할 수 있었다.The sensor chip of the sensor system manufactured in Example 9 was activated by treatment with 0.1 M APS. Subsequently, 50 mM NHS / 200 mM EDC and 1 mM prostate-specific antibody (anti-PSA) were mixed on a PBS buffer, and then processed on a sensor chip to fix an anti-PSA as a binding material to the sensor chip. It was. Afterwards, the anti-PSA-immobilized active site on the sensor chip was inhibited by non-specific binding using bovine serum albumin (BSA). At this time, as a result of treatment with immunoglobulin G (Imgunoglobulin G: IgG), which is a material that does not specifically bind to anti-PSA, it was confirmed that the non-specific binding was not induced because the resonance wavelength did not change.

다음으로, 분석 대상 물질인 PSA를 0.1, 1, 10, 100ng/ml의 농도로 센서칩에 처리하고, 공명 파장의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 14에 도시하였다.Next, PSA, an analyte, was treated in a sensor chip at concentrations of 0.1, 1, 10, and 100 ng / ml, and the change in the resonance wavelength was measured. The results are shown in FIG.

실시예 13Example 13

실시예 10을 통해 제조된 센서 시스템을 이용함과 아울러 활성화 단계시 0.1M의 시스테아민을 이용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 12와 동일한 과정을 거쳐 분석 대상 물질을 검출하였다. 이때, 분석 대상 물질인 PSA를 0.1, 1, 10, 100ng/ml의 농도로 센서칩에 처리하고, 공명 파장의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 14에 도시하였다.The analyte was detected in the same manner as in Example 12, except that 0.1 M of cysteamine was used in the activation step as well as using the sensor system prepared in Example 10. At this time, PSA, an analyte, was treated in the sensor chip at concentrations of 0.1, 1, 10, and 100 ng / ml, and the change in the resonance wavelength was measured. The results are shown in FIG.

실시예 14Example 14

실시예 11을 통해 제조된 센서 시스템을 이용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 12와 동일한 과정을 거쳐 분석 대상 물질을 검출하였다. 이때, 분석 대상 물질인 PSA를 0.1, 1, 10, 100ng/ml의 농도로 센서칩에 처리하고, 공명 파장의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 14에 도시하였다.Except that the sensor system manufactured in Example 11 was used, the analyte was detected in the same manner as in Example 12. At this time, PSA, an analyte, was treated in the sensor chip at concentrations of 0.1, 1, 10, and 100 ng / ml, and the change in the resonance wavelength was measured. The results are shown in FIG.

비교예 3Comparative Example 3

상기 비교예 2를 통해 제조된 센서 시스템을 이용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 12와 동일한 과정을 거쳐 분석 대상 물질을 검출하였다. 이때, 분석 대상 물질인 PSA를 0.1, 1, 10, 100ng/ml의 농도로 센서칩에 처리하고, 공명 파장의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 14에 도시하였다.Except for using the sensor system prepared in Comparative Example 2, the analysis target material was detected through the same process as in Example 12. At this time, PSA, an analyte, was treated in the sensor chip at concentrations of 0.1, 1, 10, and 100 ng / ml, and the change in the resonance wavelength was measured. The results are shown in FIG.

5. 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질의 검출 평가5. Evaluation of detection of analyte using sensor system

종래의 면역크로마토그래피법의 원리를 이용하거나 시판되고 있는 전립선암 진단 키트는 암 판정 농도에 대한 구분이 명확하지 않아서 오차율이 큰 단점이 있다. 종래에는 혈액 내의 항원-항체 반응을 형광법으로 이용하여 분석하는 효소결합 면역 흡수법(Enzyme-Linked ImmunSorbent Assay: ELISA)이 가장 정확한 수치를 얻을 수 있는 방법이라고 알려져 있으나, 이는 여러 단계의 표지 과정을 거쳐야 하며 장비의 휴대성 및 이동성이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 상기 효소결합 면역 흡수법은 전립선암과 전립선 비대증 두가지의 경우를 모두 진단하기 때문에 그 정확도가 낮아지는 단점이 있다.Prostate cancer diagnostic kits using the principles of conventional immunochromatography methods or commercially available are disadvantages in that the error rate is large because the classification of the cancer determination concentration is not clear. Conventionally, Enzyme-Linked ImmunSorbent Assay (ELISA), which uses an antigen-antibody reaction in the blood as a fluorescence method, is known to obtain the most accurate value. And there is a disadvantage that the portability and mobility of the equipment is difficult. In addition, the enzyme-linked immunosorbent method has the disadvantage that the accuracy is lowered because it diagnoses both cases of prostate cancer and enlarged prostate.

한편, 일반적으로, 전립선암 진단 마커는 PSA 및 anti-PSA의 특이적 반응이 요구된다. PSA의 경우, 4ng/ml 이하의 값을 가질 때는 정상, 그 이상일 때 전립선암으로 진단하는데, 기존의 표면 플라즈몬 센서 시스템이나 ELISA, 형광표지법에서는 항원-항체 반응만으로 4ng/ml 농도 수준의 PSA 단백질을 분석할 수 없다. 이 때문에, 표면 플라즈몬 공명 신호를 효과적으로 증폭하지 않을 경우, 단백질의 검출 및 정량을 유의하게 할 수 없다.On the other hand, in general, prostate cancer diagnostic markers require specific responses of PSA and anti-PSA. In the case of PSA, when it is below 4ng / ml, it is diagnosed as prostate cancer when it is normal and above. In the conventional surface plasmon sensor system, ELISA, and fluorescence labeling, the antigen-antibody reaction alone is used to detect PSA protein at 4ng / ml level. It cannot be analyzed. For this reason, if the surface plasmon resonance signal is not effectively amplified, the detection and quantification of the protein cannot be made significant.

따라서, 종래의 일반 센서 시스템과 본 발명의 센서 시스템의 민감도를 비교하기 위해서, 상기한 바와 같이, 전립선암 진단 마커 검출을 시도하였다.Therefore, in order to compare the sensitivity of the conventional general sensor system with the sensor system of the present invention, detection of prostate cancer diagnostic marker was attempted as described above.

도 14는 Anti-PSA 고정화 및 BSA 처리 후의 공명 파장의 측정값, 및 PSA 처리 후의 공명 파장의 측정값의 차이를 나타내고 있다. 비교예 3의 경우, 100ng/ml 농도의 PSA의 경우에도 검출하지 못한 반면, 실시예 12 내지 14의 경우, 1ng/ml 농 도의 PSA에서도 모두 검출하였다. 이를 통해, 상기 비교예 2를 통해 제조된 센서 시스템보다 실시예 9 내지 11을 통해 제조된 센서 시스템이 최소 수백배 이상 민감도를 증가됨을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 10을 통해 제조된 센서 시스템은 약 3nm의 공명 파장의 변화를 보이면서, 0.1ng/ml 농도의 PSA도 검출할 수 있었다. 또한, 실시예 10을 통해 제조된 센서 시스템은 100ng/ml 농도에서도 실시예 9 또는 실시예 11을 통해 제조된 센서 시스템보다 대략 2.5배 이상의 민감도를 보였다.Fig. 14 shows the difference between the measured value of the resonance wavelength after Anti-PSA immobilization and BSA treatment and the measured value of the resonance wavelength after PSA treatment. In the case of Comparative Example 3, even in the case of PSA at a concentration of 100 ng / ml, it was not detected, whereas in Examples 12 to 14, all were detected in the PSA at a concentration of 1 ng / ml. Through this, it could be confirmed that the sensor system manufactured through Examples 9 to 11 increased sensitivity by at least several hundred times than the sensor system manufactured through Comparative Example 2. In particular, the sensor system prepared in Example 10 was able to detect PSA at a concentration of 0.1 ng / ml while showing a change in a resonance wavelength of about 3 nm. In addition, the sensor system prepared in Example 10 showed approximately 2.5 times more sensitivity than the sensor system prepared in Example 9 or 11 even at a concentration of 100 ng / ml.

이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. I can understand that.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.

도 1은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 일 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an example of a surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing the configuration of another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 또 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically showing the configuration of another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 일 예를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a view schematically showing a process for manufacturing an example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 다른 예를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is a view schematically showing a process for manufacturing another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 또 다른 예를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.6 is a view schematically showing a process for manufacturing another example of the surface plasmon resonance sensor chip according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템의 일 예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.7 is a view schematically showing the configuration of an example of a surface plasmon resonance sensor system according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템의 일 예를 이용하여 분석 대상 물질을 검출하는 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a method of detecting an analyte by using an example of a surface plasmon resonance sensor system according to the present invention.

도 9는 소듐 실리케이트 수용액 처리 시간에 따른 실리카층의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the change in the thickness of the silica layer according to the treatment time of sodium silicate aqueous solution.

도 10은 소듐 실리케이트 수용액 처리 시간에 따른 표면 플라즈몬 공명 강도 곡선을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing surface plasmon resonance intensity curves according to treatment time of sodium silicate aqueous solution.

도 11은 실시예 1 및 비교예 1의 표면 플라즈몬 공명 센서칩에 따른 표면 플라즈몬 강도 곡선을 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing surface plasmon intensity curves according to the surface plasmon resonance sensor chips of Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

도 12는 실시예 7 및 비교예 1의 표면 플라즈몬 공명 센서칩에 따른 표면 플라즈몬 강도 곡선을 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing the surface plasmon intensity curve according to the surface plasmon resonance sensor chip of Example 7 and Comparative Example 1.

도 13은 실시예 8 및 비교예 1의 표면 플라즈몬 공명 센서칩에 따른 표면 플라즈몬 강도 곡선을 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing surface plasmon intensity curves according to the surface plasmon resonance sensor chips of Example 8 and Comparative Example 1. FIG.

도 14는 실시예 12 내지 14 및 비교예 3에서 PSA의 농도에 따른 공명 파장 변화를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing resonance wavelength change according to the concentration of PSA in Examples 12 to 14 and Comparative Example 3.

{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}{Description of symbols for main parts of the drawing}

100, 200, 300: 표면 플라즈몬 공명 센서칩100, 200, 300: Surface Plasmon Resonance Sensor Chip

110, 210, 310: 기판 120, 220, 320: 금속 박막110, 210, 310: substrate 120, 220, 320: metal thin film

130, 230, 330: 제1 유전체층 240, 340: 금속 나노입자층130, 230, and 330: first dielectric layers 240 and 340: metal nanoparticle layers

242, 342: 금속 나노입자 350: 제2 유전체층242 and 342: Metal nanoparticle 350: Second dielectric layer

400: 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템400: surface plasmon resonance sensor system

410: 프리즘 420: 광원410: prism 420: light source

430: 수광부 500: 분석 대상 물질430: light receiver 500: analyte

510: 결합 물질510: binding substance

Claims (21)

기판;Board; 상기 기판 상에 형성된 금속 박막; A metal thin film formed on the substrate; 상기 금속 박막 상에 형성된 제1유전체층; 및A first dielectric layer formed on the metal thin film; And 상기 제1유전체층 상에 형성되며, 금속 나노입자로 이루어진 금속 나노입자층A metal nanoparticle layer formed on the first dielectric layer, the metal nanoparticle layer 을 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.Surface plasmon resonance sensor chip comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 나노입자층 상에 형성된 제2 유전체층A second dielectric layer formed on the metal nanoparticle layer 을 더 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.Surface plasmon resonance sensor chip further comprising. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 박막은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 이들의 합금으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.The metal thin film is a surface plasmon resonance sensor chip, characterized in that formed of at least one selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), or alloys thereof. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 유전체층은 실리카(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄/하프늄 실리케이트, 페로브스카이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기물; 또는 방향족열경화형 수지, 폴리비닐페놀(Polyvinylphnole: PVP), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenfluoride: PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate: PMMA), 폴리에틸렌테레프탈 레이트(Polyethyleneterephthalate: PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate: PEN), 폴리카보네이트(Polycarbonate: PC), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate: PAR), 폴리에더술폰(Polyethersulphone: PES), 폴리이미드(Polyimide: PI), 파릴렌(Parylene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기물로 형성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.The first dielectric layer is at least one inorganic material selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide / hafnium silicate, and perovskite; Or aromatic thermosetting resins, polyvinyl phenol (PVP), polyvinylidenfluoride (PVDF), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate ( Polyethylenenaphthalate (PEN), Polycarbonate (PC), Polyacrylate (PAR), Polyethersulphone (PES), Polyimide (PI), Parylene (Parylene) selected from the group consisting of Surface plasmon resonance sensor chip characterized in that formed of at least one organic material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 유전체층의 두께는 2 내지 8nm인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.Surface plasmon resonance sensor chip, characterized in that the thickness of the first dielectric layer is 2 to 8nm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 나노입자층의 금속 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 이들의 합금 나노입자로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.Surface plasmon resonance, characterized in that the metal nanoparticles of the metal nanoparticle layer is formed of at least one selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), or alloy nanoparticles thereof. Sensor chip. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 나노입자층의 금속 나노입자의 평균 입경은 3 내지 20nm인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.Surface plasmon resonance sensor chip, characterized in that the average particle diameter of the metal nanoparticles of the metal nanoparticle layer is 3 to 20nm. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제2 유전층은 상기 제1 유전층과 동일한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.The second dielectric layer is a surface plasmon resonance sensor chip, characterized in that formed of the same material as the first dielectric layer. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제2 유전층의 두께는 4 내지 8nm인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩.The thickness of the second dielectric layer is a surface plasmon resonance sensor chip, characterized in that 4 to 8nm. 기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate; 상기 기판 상에 금속 박막을 형성하는 단계; Forming a metal thin film on the substrate; 상기 금속 박막 상에 제1유전체층을 형성하는 단계; 및Forming a first dielectric layer on the metal thin film; And 상기 제1유전체층 상에 금속 나노입자로 이루어진 금속 나노입자층을 형성하는 단계Forming a metal nanoparticle layer made of metal nanoparticles on the first dielectric layer 를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법.Method of manufacturing a surface plasmon resonance sensor chip comprising a. 삭제delete 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 금속 나노입자층 상에 제2 유전체층을 형성하는 단계Forming a second dielectric layer on the metal nanoparticle layer 를 더 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법.Method of manufacturing a surface plasmon resonance sensor chip further comprising. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 금속 박막을 형성하는 단계는, 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition: PVD)법, 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)법, 열증발증착(thermal evaporation)법 및 스퍼터링(sputtering)법 중에서 어느 하나의 방법을 이용하는 단계인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법.The forming of the metal thin film may include any one of physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), thermal evaporation, and sputtering. Method of producing a surface plasmon resonance sensor chip, characterized in that the step of using the method. 제11항에 있어서, 상기 제1 유전체층을 형성하는 단계는,The method of claim 11, wherein forming the first dielectric layer comprises: 상기 금속 박막 상에 제1 자기조립 단층막(Self-Assembled Monolayer: SAM)을 형성하는 단계; 및Forming a first self-assembled monolayer (SAM) on the metal thin film; And 상기 제1 자기조립 단층막이 형성된 상기 기판을 상기 제1 유전체층을 형성 하기 위한 용액에 침지하는 단계Immersing the substrate on which the first self-assembled monolayer film is formed in a solution for forming the first dielectric layer 를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법.Method of manufacturing a surface plasmon resonance sensor chip comprising a. 제11항에 있어서, 상기 금속 나노입자층을 형성하는 단계는,The method of claim 11, wherein the forming of the metal nanoparticle layer, 상기 제1 유전체층 상에 제2 자기조립 단층막을 형성하는 단계; 및Forming a second self-assembled monolayer film on the first dielectric layer; And 상기 제2 자기조립 단층막이 형성된 상기 기판을 상기 금속 나노입자를 포함하는 용액에 침지하는 단계Immersing the substrate on which the second self-assembled monolayer film is formed in a solution containing the metal nanoparticles. 를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법.Method of manufacturing a surface plasmon resonance sensor chip comprising a. 제13항에 있어서, 제2 유전체층을 형성하는 단계는,The method of claim 13, wherein forming the second dielectric layer comprises: 상기 금속 나노입자층 상에 제3 자기조립 단층막을 형성하는 단계; 및Forming a third self-assembled monolayer film on the metal nanoparticle layer; And 상기 제3 자기조립 단층막이 형성된 상기 기판을 상기 제2 유전체층을 형성하기 위한 용액에 침지하는 단계Immersing the substrate on which the third self-assembled monolayer film is formed in a solution for forming the second dielectric layer 를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 제조 방법.Method of manufacturing a surface plasmon resonance sensor chip comprising a. 기판, 상기 기판 상에 형성된 금속 박막, 상기 금속 박막 상에 형성된 제1유전체층 및 상기 제1유전체층 상에 금속 나노입자로 이루어진 금속 나노입자층을 포함하며, 분석 대상 물질을 고정하기 위한 표면 플라즈몬 공명 센서칩;A surface plasmon resonance sensor chip for holding a substrate, a metal thin film formed on the substrate, a first dielectric layer formed on the metal thin film, and a metal nanoparticle layer made of metal nanoparticles on the first dielectric layer, ; 상기 기판의 양면 중에서 상기 금속 박막 및 상기 제1유전체층이 형성되지 않은 상기 기판의 일면 상에 부착된 프리즘;A prism attached to one surface of the substrate on which the metal thin film and the first dielectric layer are not formed on both surfaces of the substrate; 상기 프리즘을 통해 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩으로 입사되는 입사광을 발생하는 광원; 및A light source generating incident light incident on the surface plasmon resonance sensor chip through the prism; And 상기 입사광 중에서 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩에 의해 반사되는 반사광을 감지하는 수광부A light receiving unit that detects the reflected light reflected by the surface plasmon resonance sensor chip among the incident light 를 포함하는 표면 플라즈몬 공명센서 시스템.Surface plasmon resonance sensor system comprising a. 기판, 상기 기판 상에 형성된 금속 박막, 상기 금속 박막 상에 형성된 제1유전체층 및 상기 제1유전체층 상에 금속 나노입자로 이루어진 금속 나노입자층을 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서칩을 구비하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 준비하는 단계;Surface plasmon resonance sensor system comprising a surface plasmon resonance sensor chip comprising a substrate, a metal thin film formed on the substrate, a first dielectric layer formed on the metal thin film and a metal nanoparticle layer made of metal nanoparticles on the first dielectric layer. Preparing a; 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩을 활성화하는 단계;Activating the surface plasmon resonance sensor chip; 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩 상에 분석 대상 물질과 특이적으로 결합 가능한 결합 물질을 고정화시키는 단계;Immobilizing a binding material that can be specifically bound to the analyte on the surface plasmon resonance sensor chip; 상기 결합 물질 및 상기 분석 대상 물질을 반응시키는 단계; 및Reacting the binding material and the analyte; And 상기 표면 플라즈몬 공명 센서칩에 광을 입사하여 표면 플라즈몬 공명 파장의 변화를 측정하는 단계Measuring a change in the surface plasmon resonance wavelength by injecting light into the surface plasmon resonance sensor chip; 를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법.An analyte detection method using a surface plasmon resonance sensor system comprising a. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 분석 대상 물질은 항원이고, 상기 결합 물질은 상기 항원에 대한 항체 인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법.The analyte is an antigen, and the binding agent is an antibody to the antigen characterized in that the surface plasmon resonance sensor system characterized in that the antibody. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 분석 대상 물질은 리간드이고, 상기 결합 물질은 상기 리간드를 수용하는 수용체인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템을 이용한 분석 대상 물질 검출 방법.The analyte is a ligand, and the binding material is an analyte detection method using a surface plasmon resonance sensor system, characterized in that the receptor for receiving the ligand.
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