KR101022927B1 - Biochip using aptamer and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 앱타머를 이용한 바이오칩과 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biochip using aptamer and a method of manufacturing the same.

특히, 본 발명은 목표 물질을 포함한 수용액을 수용할 수 있는 수용용기의 하부 기판에 다수의 돌출전극을 형성하여 목표물질에 대한 전극의 접촉면적을 넓혀 고정화 능력을 향상시키고 민감도를 개선한 앱타머를 이용한 바이오칩과 그 제조방법에 관한 것이다.In particular, the present invention forms a plurality of protruding electrodes on the lower substrate of the container that can accommodate the aqueous solution containing the target material to increase the contact area of the electrode to the target material to improve the immobilization ability and improve the sensitivity of the aptamer It relates to a biochip used and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명에 따르면, 판형의 하부 기판; 상기 하부 기판에 돌출되어 있으며, 전도성 물질로 이루어져 전도성을 가지고 있는 다수의 돌출 전극; 및 상기 다수의 돌출 전극에 부착되어 있으며 목표 물질을 검출하기 위한 앱타머를 포함하여 이루어진 앱타머를 이용한 바이오칩이 제공된다.Further, according to the present invention, the plate-shaped lower substrate; A plurality of protruding electrodes protruding from the lower substrate and made of a conductive material to have conductivity; And an aptamer attached to the plurality of protruding electrodes and comprising an aptamer for detecting a target substance.

앱타머, 돌출 전극, aptamer, 바이오칩, 바이오센서 Aptamers, protruding electrodes, aptamers, biochips, biosensors

Description

앱타머를 이용한 바이오칩과 그의 제조방법{Biochip using aptamer and manufacturing method thereof}Biochip using aptamer and its manufacturing method {Biochip using aptamer and manufacturing method

본 발명은 앱타머를 이용한 바이오칩과 그의 제조방법에 에 관한 것이다.The present invention relates to a biochip using aptamer and a method of manufacturing the same.

특히, 본 발명은 목표 물질을 포함한 수용액을 수용할 수 있는 수용용기의 하부 기판에 다수의 돌출전극을 형성하여 목표물질에 대한 전극의 접촉면적을 넓혀 고정화 능력을 향상시키고 민감도를 개선한 앱타머를 이용한 바이오칩과 그의 제조방법에 관한 것이다.In particular, the present invention forms a plurality of protruding electrodes on the lower substrate of the container that can accommodate the aqueous solution containing the target material to increase the contact area of the electrode to the target material to improve the immobilization ability and improve the sensitivity of the aptamer It relates to a biochip used and a method of manufacturing the same.

앱타머(aptamer)는 단일 사슬 DNA 또는 RNA 분자로서, SELEX(systematic evolution of ligands by exponential enrichment)라 불리는 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 라이브러리를 이용한 진화적인 방법에 의해 특정 화학 분자나 생물학적 분자에 높은 친화력과 선별력을 갖고 결합하는 올리고머를 분리하여 수득한다(C. Tuerand L. Gold, Science 249, 505 - 510, 2005; A. D. Ellington and J. W. Szostak, Nature 346, 818 - 822, 1990; M. Famulok, et. al., Acc. Chem. Res. 33, 591 - 599, 2000; D. S. Wilson and Szostak, Annu. Rev. Biochem. 68, 611 - 647, 1999). 항체(antibody)의 대체물질로 인식되는 앱타머는 항체와 마찬가지로 검출 분석 시스템에서 분자를 인식할 수 있는 바이오센서의 요소로 이용될 수 있다. 올리고뉴클레오타이드 기반의 앱타머는 단백질 기반의 항체에 비해 몇 가지 장점이 있다(R. Nutiu, et. al., Pure Appl. Chem. 76, 1547 -1561, 2004). 첫째, 앱타머의 수득은 생체 외(in vitro)에서 이루어지며, 둘째, 독소(toxin)를 비롯한 다양한 유기물과 무기물들이 앱타머의 표적(target) 분자로 이용될 수 있으며, 셋째, 일단 표적 분자에 특이적으로 결합하는 특정 앱타머가 확인되어 수득되면 자동화된 올리고머 합성 방법에 의해 낮은 비용과 높은 일관성(batchconsistency)으로 재생산이 가능하다는 것이다. 또한, 앱타머는 형광분자 또는 광반응성 그룹 등과 같은 유용한 기능 그룹들을 도입하는 것이 항체에 비해 상대적으로 용이하며, 앱타머의 구조는 열에 의한 변성-회복(denaturation-renaturation) 과정이 가역적이므로, 항체에 비해 긴 시간의 활성을 가질 수 있다. 최근에는 의약품으로서 최초로 FDA의 승인을 받은 앱타머 분자가 개발 되었다(E. W. Ng, et. al., Nat. Rev. Drug Discov.5, 123 - 132, 2006). 이 앱타머는 VEGF165(anti-vascular endothelial growth factor)와 수십 피코몰(pM)의 Kd(dissociation constant) 값을 가진 RNA에 기초한 분자이며 눈 혈관 질병에 효과적인 것으로 알려져 있다.Aptamers are single-stranded DNA or RNA molecules that have high affinity and selectivity for specific chemical or biological molecules by evolutionary methods using oligonucleotide libraries called systemic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX). Oligomers that bind to and are obtained (C. Tuerand L. Gold, Science 249, 505-510, 2005; AD Ellington and JW Szostak, Nature 346, 818-822, 1990; M. Famulok, et. Al. , Acc. Chem. Res. 33, 591-599, 2000; DS Wilson and Szostak, Annu. Rev. Biochem. 68, 611-647, 1999). Aptamers, recognized as replacements for antibodies, can be used as components of biosensors that can recognize molecules in detection and analysis systems, just like antibodies. Oligonucleotide-based aptamers have several advantages over protein-based antibodies (R. Nutiu, et. Al., Pure Appl. Chem. 76, 1547-1561, 2004). First, aptamers are obtained in vitro, and second, various organic and inorganic substances including toxins can be used as target molecules of aptamers. When specific aptamers that specifically bind are identified and obtained, they can be reproduced with low cost and high consistency by automated oligomer synthesis methods. In addition, aptamers are relatively easy to introduce useful functional groups such as fluorescent molecules or photoreactive groups, and the structure of aptamers is reversible due to the denaturation-renaturation process by heat. It can have a long time of activity. Recently, the first FDA-approved aptamer molecules have been developed (E. W. Ng, et. Al., Nat. Rev. Drug Discov. 5, 123-132, 2006). The aptamer is an RNA-based molecule with an anti-vascular endothelial growth factor (VEGF165) and dissociation constant (Kd) value of several tens of picomoles (pM) and is known to be effective in ocular vascular diseases.

항체와 같이 표적 단백질을 인식하는 역할을 하는 분자로서 앱타머 분야는 많은 발전을 해왔지만, 앱타머 자체에는 표적 단백질과의 결합 시 손쉽게 신호 변화를 보고해 줄 수 있는 성질이 존재하지 않는다. 앱타머의 이런 성질을 보완하고 탐 침 분자로서의 기능을 극대화하기 위하여 형광물질을 앱타머의 한 말단에 부착한 예도 보고되어 있다(N. Hamaguchi, et. al., Anal. Biochem. 294, 126 - 131, 2001). 이 방법에서는 표적 단백질이 없을 경우에, 앱타머가 이차 구조를 형성해서 앱타머에 표지된 형광물질의 형광 세기가 감소되어 있다가, 표적 단백질과의 결합 시에는 앱타머의 이차구조가 변하게 되어 형광 신호가 증가되는 것을 이용한다. 이러한 방법은 앱타머마다 형광물질로 각각 표지되어야 하는 단점이 있으며, 칩위에 고정하기가 어렵고, 진단에 필요한 비용과 시간이 많이 걸리게 되는 문제가 있었다.As a molecule that plays a role in recognizing a target protein, such as an antibody, the field of aptamer has been developed a lot, but the aptamer itself does not have a property that can easily report a signal change upon binding to the target protein. In order to supplement this property of aptamers and maximize their function as probe molecules, an example of the attachment of a fluorescent substance to one end of an aptamer has been reported (N. Hamaguchi, et. Al., Anal. Biochem. 294, 126). 131, 2001). In this method, in the absence of a target protein, the aptamer forms a secondary structure, which reduces the fluorescence intensity of the fluorescent substance labeled on the aptamer. When binding to the target protein, the secondary structure of the aptamer is changed to cause a fluorescent signal. Use what is increased. This method has a disadvantage that each of the aptamers must be labeled with a fluorescent material, it is difficult to fix on the chip, there is a problem that takes a lot of cost and time required for diagnosis.

이러한 문제들 중에서 고정화하기 어려운 문제에 대하여는 졸-겔을 이용하여 여기에 목표물질을 혼합하여 겔화한 상태에서 칩에 올리는 방법으로 고정화의 정도를 다소 향상시켰다.Among these problems, the difficulty of immobilization was slightly improved by applying a sol-gel to the chip in a state in which a target material was mixed and gelled.

그러나, 기존의 앱타머를 기판 위에 붙이고 형광신호를 진단하는 것에 비하여 해당 칩에 고정할 수 있는 앱타머의 양을 다소 증가시킨 정도에 불과하였다.However, compared to attaching an existing aptamer on a substrate and diagnosing a fluorescence signal, the amount of aptamer that can be fixed to the chip was increased slightly.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 앱타머를 돌출 전극에 고정화 하는 방법을 사용하여 앱타머의 부착 정도를 증가시켜 고정화 능력을 개선할 수 있도록 한 앱타머를 이용한 바이오칩과 그의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention uses a method for fixing the aptamer to the protruding electrode to solve the above problems by increasing the degree of attachment of the aptamer to improve the immobilization ability of the biochip using the aptamer and its manufacturing method To provide.

또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 돌출 전극을 사용하여 앱타머의 부착 정도를 증가시켜 결합되는 목표물질의 양을 증대시켜 센서로서 민감도를 개선할 수 있도록 한 앱타머를 이용한 바이오칩과 그의 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, the present invention is to solve the above problems by using a protruding electrode to increase the attachment degree of the aptamer by increasing the amount of target material to be combined to improve the sensitivity as a sensor using a biochip with aptamer It is to provide a method for producing the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 판형의 하부 기판; 상기 하부 기판에 돌출되어 있으며, 전도성 물질로 이루어져 전도성을 가지고 있는 다수의 돌출 전극; 및 상기 다수의 돌출 전극에 부착되어 있으며 목표 물질을 검출하기 위한 앱타머를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the plate-shaped lower substrate; A plurality of protruding electrodes protruding from the lower substrate and made of a conductive material to have conductivity; And an aptamer attached to the plurality of protruding electrodes to detect a target substance.

또한, 본 발명은 전도성 물질로 이루어져 있어 전도성을 가지고 있으며, 상기 하부 기판에 형성되어 있고, 상기 돌출 전극과 외부의 분석 시스템과의 전기적 접속을 제공하는 하부 전극을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the conductive material is made of a conductive material, and further formed on the lower substrate, further comprising a lower electrode for providing an electrical connection between the protruding electrode and the external analysis system.

또한, 본 발명은 상기 하부기판에 일정 두께로 형성되어 있으며, 상기 앱타머 에 상기 목표물질이 용이하게 부착될 수 있도록 하기 위한 졸-겔 조성물을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the lower substrate is formed to a certain thickness, and further comprises a sol-gel composition for allowing the target material to be easily attached to the aptamer.

또한, 본 발명의 상기 목표 물질은 핵산, 단백질 또는 다당류로 상기 앱타머와 결합할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the target material of the present invention is characterized in that it can bind with the aptamer as a nucleic acid, protein or polysaccharide.

또한, 본 발명은 (a) 하부 기판에 하부 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 기판의 하부 전극에 돌출되도록 돌출 전극을 형성하는 단계; (c) 상기 하부 기판에 외벽을 형성하여 수용용기를 완성하는 단계; 및 (d) 상기 돌출 전극에 앱타머를 부착하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention (A) forming a lower electrode on the lower substrate; (b) forming a protruding electrode to protrude from the lower electrode of the lower substrate; (c) forming an outer wall on the lower substrate to complete an accommodation container; And (d) attaching an aptamer to the protruding electrode.

또한, 본 발명은 (e) 상기 하부 기판에 형성된 외벽을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that it further comprises the step of removing the outer wall formed on the lower substrate.

또한, 본 발명의 상기 (a) 단계는 하부 기판에 폴리머를 형성하는 단계; 상기 폴리머에 하부 전극 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 폴리머에 형성된 하부 전극 패턴에 전도성 물질을 형성하여 하부 전극을 완성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the step (a) of the present invention comprises the steps of forming a polymer on the lower substrate; Forming a lower electrode pattern on the polymer; And forming a conductive material on the lower electrode pattern formed on the polymer to complete the lower electrode.

또한, 본 발명의 상기 (d) 단계는 상기 돌출 전극에 코팅을 하여 링커를 형성하는 단계; 및 상기 수용용기에 앱타머를 포함한 겔-졸 조성물을 부어 앱타머를 상기 링커에 부착하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the step (d) of the present invention to form a linker by coating the protruding electrode; And a step of attaching the aptamer to the linker by pouring a gel-sol composition including an aptamer into the container.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 하부 기판에 전극을 돌출되도록 형성함에 따 라 앱타머의 부착 가용 면적이 넓어져 앱타머의 부착 정도가 증가되어 고정화 능력이 개선되는 효과가 있다.According to the present invention as described above, as the electrode is formed on the lower substrate to protrude, the available area of attachment of the aptamer is widened, so that the degree of attachment of the aptamer is increased, thereby improving immobilization ability.

또한, 본 발명에 따르면, 하부 기판에 돌출된 돌출 전극을 사용하여 앱타머의 부착 정도가 증가됨에 따라 결합되는 목표물질의 양을 증대되어 민감도가 개선되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, as the degree of adhesion of the aptamer is increased by using the protruding electrode protruding from the lower substrate, the amount of the target material to be bonded is increased, thereby improving sensitivity.

이제, 도 1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩과 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a biochip using an aptamer and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a biochip using an aptamer according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩은 수용용기(10)와, 수용용기(10)의 하부 기판(10a) 상에 수직으로 형성되어 있으며 금속 전도성 물질로 이루어져 전도성을 지닌 다수의 돌출 전극(12)과, 수용 용기(10)의 하부 기판(10a)에 형성되어 있으며 전도성 물질로 형성되어 돌출 전극(12)과 외부 분석 장치(미도시) 사이에 전기적 접속을 제공하는 하부 전극(12a)과, 돌출 전극(12)에 부착되어 있으며 목표 물질을 검출하는 앱타머(14)와, 하부 기판(10a)으로부터 일정 두께의 높이로 형성되어 있으며 전도성 물질이 포함되어 있거나 다공성 물질로 이루어져 목표물질의 유동이 가능한 졸-겔 조성물(16)을 구비하고 있다.Referring to FIG. 1, a biochip using an aptamer according to a preferred embodiment of the present invention is formed vertically on an accommodation container 10, a lower substrate 10a of the accommodation container 10, and is made of a metal conductive material. A plurality of conductive protruding electrodes 12 and the lower substrate 10a of the receiving container 10 and formed of a conductive material are used to make electrical connections between the protruding electrodes 12 and an external analyzer (not shown). The lower electrode 12a to be provided, the aptamer 14 attached to the protruding electrode 12 to detect the target material, and formed at a predetermined thickness from the lower substrate 10a and include a conductive material or It is provided with a sol-gel composition 16 made of a porous material to enable the flow of the target material.

이와 같은 구성에서 수용용기(10)는 하부 기판(10a)과 하부 기판(10a)에 수직하게 형성되어 있는 외벽(10b)으로 이루어져 있으며, 내부에 졸-겔 조성물(16)을 수용할 수 있다.In such a configuration, the receiving container 10 includes a lower substrate 10a and an outer wall 10b formed perpendicular to the lower substrate 10a, and may accommodate the sol-gel composition 16 therein.

여기에서, 수용용기(10)의 하부 기판(10a)은 평평한 판형으로 아민, 라이신, 알데히드, 카르복실산, 에스테르, 말레이미드 또는 탄수화물로 표면이 개질된 글라스, 금속 또는 플라스틱 재질의 기판인 것이 바람직하며, 특히 아민으로 표면이 개질된 글라스 기판이 바람직하나 표면이 개질 되지 않은 글라스 기판도 가능하다.Here, it is preferable that the lower substrate 10a of the receiving container 10 is a glass, metal or plastic substrate whose surface is modified with amine, lysine, aldehyde, carboxylic acid, ester, maleimide or carbohydrate in a flat plate shape. In particular, a glass substrate whose surface is modified with an amine is preferable, but a glass substrate having no surface modification is also possible.

그리고, 수용용기(10)의 외벽(10b)은 테프론, 글라스, 플라스틱 등의 재질이 바람직하며, 수용용기(10)의 하부 기판(10a)과 동일 재질로 또는 다른 재질로 형성될 수 있고, 제거 또는 높이를 변형한 다양한 형태가 가능하다. The outer wall 10b of the container 10 is preferably made of Teflon, glass, plastic, or the like, and may be formed of the same material as the lower substrate 10a of the container 10 or made of a different material. Alternatively, various types of height variations are possible.

다음으로, 돌출 전극(12)는 금, 은, 동, 백금, 팔라듐, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 크롬, 철, 탄소, 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나 이상의 재질로 형성된다. 또한, 돌출 전극(12)은 단일 물질 또는 2 이상의 다른 물질의 절편들로 구성될 수 있으며, 하부 기판(10a)에 대해 바람직하게 실질적으로 수직하도록 배향된다. Next, the protruding electrode 12 is formed of at least one material of gold, silver, copper, platinum, palladium, aluminum, copper, tungsten, titanium, chromium, iron, carbon, and carbon nanotubes. In addition, the protruding electrode 12 may be composed of a single material or fragments of two or more different materials, and is preferably oriented so as to be substantially perpendicular to the lower substrate 10a.

이러한, 돌출전극(12)은 어떤 적절한 기하학적인 형태라도 가질 수 있다. 예를 들면, 돌출전극(12)은 봉형상을 갖거나 뿔형상을 갖을 수 있으며, 단면은 원형 또는 다각형일 수 있다. 각 돌출 전극(12)의 말단은 하나 이상의 둥근 삼각형 및 뾰쪽한 팁(tip)을 또 포함할 수 있다. This protruding electrode 12 may have any suitable geometric shape. For example, the protruding electrode 12 may have a rod shape or a horn shape, and the cross section may have a circular or polygonal shape. The distal end of each protruding electrode 12 may also include one or more rounded triangles and pointed tips.

그리고, 돌출전극(12)은 일예로 1 이상 그리고 20 이하의 범위의 어스펙트 비 를 가질 수 있다. 여기에서, 어스펙트 비는 각 돌출전극(12)의 최대 폭에 대한 돌출전극(12)의 높이의 비로 정의된다. 여기에서, 돌출전극(12)이 1이상이 되어야 하는 이유는 면적이 50%이상 증가하게 되어 충분히 원하는 민감도와 고정화 능력의 증가를 얻을 수 있기 때문이며, 최대 20 이하가 바람직한 이유는 그 이상이 되면 제작이 어렵기 때문이다. 바람직하기로는, 각 돌출전극(12)의 높이는 일정한 것이 좋지만, 서로 상이할 수 있다.In addition, the protruding electrode 12 may have, for example, an aspect ratio of 1 or more and 20 or less. Here, the aspect ratio is defined as the ratio of the height of the protruding electrode 12 to the maximum width of each protruding electrode 12. Here, the reason why the protruding electrode 12 should be 1 or more is because the area is increased by 50% or more, so that the desired sensitivity and an increase in immobilization capacity can be sufficiently obtained. Because this is difficult. Preferably, the height of each protruding electrode 12 is preferably constant, but may be different from each other.

그리고, 하부 전극(12a)은 금, 은, 동, 백금, 팔라듐, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 크롬, 철, 탄소, 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성된다.The lower electrode 12a is formed of at least one of gold, silver, copper, platinum, palladium, aluminum, copper, tungsten, titanium, chromium, iron, carbon, and carbon nanotubes.

이러한,하부 전극(12a)는 하부 기판(10a) 위에 평판형으로 형성되거나, 하부 기판(10a)의 내부에 평판형으로 형성될 수 있다.The lower electrode 12a may be formed in a flat plate shape on the lower substrate 10a or may be formed in a flat plate shape inside the lower substrate 10a.

이와 같은 하부 전극(12a)은 각 돌출 전극(12)에 대하여 서로 분리되도록 형성될 수도 있고, 모든 돌출전극(12)이 접속되도록 형성될 수도 있으며, 행이나 열로 그룹을 형성하여 그룹에 속하는 돌출 전극(12)에만 접속되도록 형성될 수 있다.The lower electrodes 12a may be formed to be separated from each other with respect to each of the protruding electrodes 12, or may be formed so that all of the protruding electrodes 12 are connected to each other. The protruding electrodes belonging to the group by forming a group in rows or columns It can be formed so as to be connected only to (12).

한편, 앱타머(14)는 돌출 전극(12)의 표면에 수직하게 또는 경사지게 형성될 수 있다.Meanwhile, the aptamer 14 may be formed perpendicularly or inclined to the surface of the protruding electrode 12.

그리고, 여기에 사용되는 앱타머(14)는 다양한 목표물질에 대한 높은 결합력을 갖는 길거나 짧은 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)를 가리키며, 상기 앱타머(14)는 주어진 리간드에 특이적으로 결합하도록 최적화된 핵산이다. 이러한 앱타머(14)는 무작위로 합성된 핵산 서열 라이브러리로부터 특정한 효소 기능을 갖는 핵산 또는 특정수용체에 결합하는 리간드 기능을 갖는 핵산을 분리 증폭하는 SELEX 기술에 의해 얻어진다. 앱타머 서열은 독특한 3차 구조로 접혀 있어 (folding) 높은 선택성과 결합력을 가지고 주어진 리간드에만 결합하도록 생산되었기 때문에 앱타머-리간드 복합체의 3차 구조는 특정 리간드 인식만을 위해 최적화되어진다. 이렇게 앱타머(14)가 리간드를 특이적으로 인식할 수 있는 까닭은 리간드의 많은 부분이 핵산에 의해 둘러싸여 있다는 특징 때문이며, 앱타머-리간드의 결합은 리간드의 종류에 따른 반발력, 구조적 상보성 혹은 수소결합 혹은 화학 결합에 의하여 이루어진다.In addition, the aptamer 14 used herein refers to long or short oligonucleotides having high binding power to various targets, and the aptamer 14 is a nucleic acid optimized to specifically bind to a given ligand. . Such aptamers 14 are obtained by SELEX techniques that separate and amplify nucleic acids with specific enzyme functions or nucleic acids with ligand functions that bind to specific receptors from randomly synthesized nucleic acid sequence libraries. Because the aptamer sequence is folded into a unique tertiary structure and is produced to bind only a given ligand with high selectivity and binding power, the tertiary structure of the aptamer-ligand complex is optimized for specific ligand recognition only. The reason why the aptamer 14 can specifically recognize the ligand is that a large part of the ligand is surrounded by the nucleic acid, and the aptamer-ligand binding is the repulsive force, structural complementarity or hydrogen bond according to the ligand type. Or by chemical bonds.

이러한, 앱타머(14)는 단백질 또는 미생물을 검출할 수 있고 그 종류에 제한이 없으며, 안정화를 위해 앱타머(14)의 중간중간에 불소(fluorine)로 안정화처리한 것이 바람직하다.The aptamer 14 can detect a protein or a microorganism, and there is no limitation in the kind thereof. The aptamer 14 is preferably stabilized with fluorine in the middle of the aptamer 14 for stabilization.

다음으로, 졸-겔 조성물(16)은 전도성 물질을 포함하고 있거나 다공성을 가지고 있으며, 졸 또는 겔 상태에서 생체 물질을 첨가할 수 있으므로, 단백질 또는 저분자 물질을 고집적화할 수 있고, 이로 인해 제조된 바이오칩을 이용하여 고효율 스크리닝(HTS)이 가능하다. 또한, 졸-겔 조성물(16)은 단백질 활성 측정에 이용되는 효소가 집적가능하기 때문에, 이로 인해 제조된 바이오칩은 효소활성측정 방법에 사용될 수 있다. 상기 활성 측정용 효소에는 질병 분석, 독성 분석, 환경분석, 식품균 분석에 이용되는 효소들이 있다.Next, since the sol-gel composition 16 includes a conductive material or has a porosity, and can add a biomaterial in a sol or gel state, the sol-gel composition 16 can highly integrate protein or low molecular weight material, thereby making a biochip manufactured. High efficiency screening (HTS) is possible using. In addition, since the sol-gel composition 16 is capable of accumulating enzymes used for measuring protein activity, the biochips thus prepared can be used in a method for measuring enzyme activity. The activity measuring enzymes include enzymes used for disease analysis, toxicity analysis, environmental analysis, food bacteria analysis.

이러한 졸-겔 조성물(16)은 일예로 사마리움을 함유한 티탄산 비스무스 강유 전체(BSmT; 일예로 Bi3.35Sm0.65Ti3O12의 화학식을 갖는 조성물을 포함함), 테트라메틸오르토실리케이트 (TMOS), 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS), 메틸트리메톡시실란 (MTMOS), 에틸트리에톡시실란 (ETrEOS), 트리메톡시실란 (TMS), 메틸트리메톡시실리케이트 (MTMS) 및 3-아미노프로필트리메톡시 실리케이트(3-ATMS)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상의 실리케이트 단량체, 폴리 글리세릴 실리케이트 (PGS), 다이글리세릴 실란(DGS), 3-글리시드옥시 프로필 트리 메톡시 실란(GPTMOS), (N-트리에톡시실릴프로필)-O-폴리에틸렌 옥사이드 우레탄(PEOU), 글리세롤 및 분자량 100~10,000의 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상의 첨가제를 여러 비율로 혼합하여 구성된다.Such sol-gel compositions 16 include, for example, bismuth titanate ferroelectrics containing samarium (BSmT; for example, compositions having the formula Bi 3.35 Sm 0.65 Ti 3 O 12 ), tetramethylorthosilicate (TMOS) , Tetraethylorthosilicate (TEOS), methyltrimethoxysilane (MTMOS), ethyltriethoxysilane (ETrEOS), trimethoxysilane (TMS), methyltrimethoxysilicate (MTMS) and 3-aminopropyltrimeth Any one or more silicate monomers selected from the group consisting of oxysilicates (3-ATMS), polyglyceryl silicates (PGS), diglyceryl silanes (DGS), 3-glycidoxy oxy trimethoxy silane (GPTMOS), (N -Triethoxysilylpropyl) -O-polyethylene oxide urethane (PEOU), glycerol and one or more additives selected from the group consisting of polyethylene glycol (PEG) having a molecular weight of 100 to 10,000 are mixed by mixing in various proportions.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩의 제조방법을 나타낸 도면이다.2A to 2E are views illustrating a method of manufacturing a biochip using an aptamer according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩은 절연성 기판 등의 하부 기판(10a)에 전도성 물질 등으로 이루어진 하부 전극(12a)을 얇게 형성한다.Referring to FIG. 2A, a biochip using an aptamer according to an embodiment of the present invention forms a lower electrode 12a formed of a conductive material on a lower substrate 10a such as an insulating substrate.

여기에서, 하부 기판(10a)은 아민, 라이신, 알데히드, 카르복실산, 에스테르, 말레이미드 또는 탄수화물로 표면이 개질된 글라스, 금속 또는 플라스틱 재질의 기판인 것이 바람직하며, 특히 아민으로 표면이 개질된 글라스 기판이 바람직하나 표면이 개질 되지 않은 글라스 기판도 가능하다.Here, the lower substrate 10a is preferably a glass, metal or plastic substrate whose surface is modified with amines, lysine, aldehydes, carboxylic acids, esters, maleimides or carbohydrates. Glass substrates are preferred, but glass substrates with unmodified surfaces are also possible.

그리고, 하부 전극(12a)은 금, 은, 동, 백금, 팔라듐, 알루미늄, 구리, 텅스 텐, 티타늄, 크롬, 철, 탄소, 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나 이상의 재질로 형성된다.The lower electrode 12a is formed of at least one of gold, silver, copper, platinum, palladium, aluminum, copper, tungsten, titanium, chromium, iron, carbon, and carbon nanotubes.

이러한 하부 전극(12a)은 일예로 하부 기판(10a)에 폴리머층을 코팅하고, 상기 하부 기판(10a)에 코팅된 폴리머층을 상기 하부 전극(12a)의 형상에 대응하는 몰드(mold)로 임프린트(imprint)한 후, 상기 하부 전극(12a)을 임프린트된 폴리머층에 증착시켜 제조된다.For example, the lower electrode 12a may coat a polymer layer on the lower substrate 10a and imprint the polymer layer coated on the lower substrate 10a into a mold corresponding to the shape of the lower electrode 12a. After imprinting, the lower electrode 12a is manufactured by depositing on the imprinted polymer layer.

이후에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 이와 같이 형성된 하부 기판(10a)위에 전도성 물질로 이루어진 돌출 전극(12)을 다수 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2B, a plurality of protruding electrodes 12 made of a conductive material are formed on the lower substrate 10a thus formed.

이러한 돌출 전극(12)은 일예로 하부 기판(10a)에 하부 기판(10a)에 폴리머층을 코팅하고, 상기 하부 기판(10a)에 코팅된 폴리머층을 상기 하부 전극(12a)의 형상에 대응하는 몰드(mold)로 임프린트(imprint)한 후, 상기 하부 전극(12a)을 임프린트된 폴리머층에 증착시켜 제조된다.For example, the protruding electrode 12 may coat the polymer layer on the lower substrate 10a on the lower substrate 10a, and the polymer layer coated on the lower substrate 10a may correspond to the shape of the lower electrode 12a. After imprinting into a mold, the lower electrode 12a is manufactured by depositing on the imprinted polymer layer.

다음으로, 도 2c를 참조하면, 하부 기판(10a) 위에 전도성 물질로 이루어진 돌출 전극(12)이 형성된 상태에서 졸-겔 조성물을 수용할 수 있는 외벽(10b)을 형성한다.Next, referring to FIG. 2C, the outer wall 10b capable of accommodating the sol-gel composition is formed in the state in which the protruding electrode 12 made of the conductive material is formed on the lower substrate 10a.

그리고 나서, 도 2d와 같이 하부 기판(10a)에 형성된 돌출 전극(12)의 표면에 앱타머(14)을 포함한 졸-겔 조성물을 수용용기(10)에 부어 도 2e에 도시된 바와 같이 앱타머(14)를 돌출 전극(12)에 고정화(curing)하며 앱타머(14)가 고정화된 돌출전극(12) 주위에 졸-겔 조성물을 형성한다.Then, a sol-gel composition including an aptamer 14 is poured into the container 10 on the surface of the protruding electrode 12 formed on the lower substrate 10a as shown in FIG. 2D, and as shown in FIG. 2E. Curing 14 is formed on the protruding electrode 12 and a sol-gel composition is formed around the protruding electrode 12 on which the aptamer 14 is immobilized.

이러한 고정화 방법으로는 직접 접촉법, 잉크 제트법과 같은 압전 방법 또는 전기적 방법을 이용할 수 있다.As the immobilization method, a piezoelectric method such as a direct contact method, an ink jet method, or an electrical method can be used.

이와 같은 고정화 방법에서 직접 접촉법은 직접 화학흡착 또는 물리흡착으로 돌출전극(12)에 앱타머(14)를 결합하는 것으로, 이를 위하여, 먼저 돌출 전극(12)의 표면을 비교적 짧은 링커 분자로 기능화한다. 예를 들면, 표면을 코팅에 의해 아민-기능화할 수도 있다. 이처럼 아민-기능화한 링커는 표면 상에 앱타머(14)를 고정화한다. In the immobilization method, the direct contact method is to couple the aptamer 14 to the protruding electrode 12 by direct chemisorption or physisorption. For this purpose, the surface of the protruding electrode 12 is first functionalized with a relatively short linker molecule. . For example, the surface may be amine-functionalized by coating. This amine-functionalized linker immobilizes the aptamer 14 on the surface.

이후에 도시되지는 않았지만 수용용기의 외벽(10b)을 제거하여 외벽(10b)이없는 바이오칩을 제작할 수 있다(물론, 외벽(10b)을 제거하지 않을 수도 있다).Although not shown later, the outer wall 10b of the container may be removed to manufacture a biochip without the outer wall 10b (of course, the outer wall 10b may not be removed).

다음으로, 본 발명에 의한 바이오칩에 의해 핵산, 단백질 또는 다당류 등의 생물 분자 검출 시스템에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 여기서는 특히, 상기 생물 분자 중 변성이 쉽게 되지 않으며, 분석하기 용이한 DNA를 예를 들어 설명하고자 한다. 이러한 분석 검출 시스템의 목적은 예를 들어, 앱타머(14)가 배열되어 있는 바이오칩에 대해 분석하고자 하는 DNA 시료(Target DNA:목표 DNA)를 접촉시켜, 도 3a 내지 도 3c와 같이 혼성화(hybridization)시키고, 그 혼성화 결과를 정확히 측정하고자 하는 것이다. 결과적으로, 분석하고자 하는 시료 내에 특정 서열을 지닌 DNA가 얼마나 분포하는지 측정하는 것이다.Next, a biomolecule detection system such as nucleic acid, protein or polysaccharide by the biochip according to the present invention will be described in more detail. In particular, it will be described by way of example DNA that is not easily denatured in the biological molecule, and easy to analyze. The purpose of such an analytical detection system is, for example, by contacting a DNA sample (target DNA) to be analyzed with respect to a biochip in which the aptamer 14 is arranged, and hybridizing as shown in FIGS. 3A to 3C. It is intended to accurately measure the hybridization result. As a result, the distribution of DNA with a particular sequence in the sample to be analyzed is measured.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩을 사용하여 돌출전극(12) 상의 앱타머(14)와 목표 DNA(19)와의 결합 유무에 따른 전하량의 변화를 전기적으로 측정하여 목표 DNA(19)의 결합 여부를 측정할 수 있는 생물 분자 검출 시스템을 이용한 생물 분자 검출 과정을 나타낸 도면이다. 3a to 3c are electrical measurements of the change in the amount of charge according to the presence or absence of aptamer 14 and the target DNA 19 on the protruding electrode 12 using a biochip using an aptamer according to an embodiment of the present invention 2 is a diagram illustrating a biomolecule detection process using a biomolecule detection system capable of measuring the binding of the target DNA 19.

이를 전압 측정의 예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.(참고로 전류 측정 및 전압이나 전류 변화에 의한 전압이나 전류의 변화 등 모든 전기화학적인 측정이 가능하다.) 먼저, 도 3a에서처럼 돌출전극(12)에 부착된 앱타머(14)에 목표 DNA(19)를 결합시키기 않은 상태에서 기준 전극(18)에 Vin의 일정 전압을 가하고 하부 전극(12a)의 출력 Vout를 측정하면 기준 전극(18)의 Vin과 하부 전극(10a)의 전위차가 Vd가 된다. This will be described in detail as an example of voltage measurement. (For reference, current measurement and all electrochemical measurements such as changes in voltage or current due to voltage or current change are possible.) First, as shown in FIG. When the target DNA 19 is not coupled to the aptamer 14 attached to 12), a constant voltage of Vin is applied to the reference electrode 18 and the output Vout of the lower electrode 12a is measured. The potential difference between Vin and the lower electrode 10a becomes Vd.

다음에, 도 3b에 도시된 바와 같이 수용용기(10)에 목표 DNA 시료를 부어, 돌출 전극(12)에 부착된 앱타머(14)에 목표 DNA 시료(Target DNA:목표 DNA)를 접촉시키면, 도 3c에 도시된 바와 같이 목표 DNA(19)가 앱타머(14)와 구조특이결합 혹은 화학결합을 하여 혼성화(hybridization)된다. Next, as shown in FIG. 3B, the target DNA sample is poured into the container 10, and the target DNA sample (target DNA) is brought into contact with the aptamer 14 attached to the protruding electrode 12. As shown in FIG. 3C, the target DNA 19 is hybridized with the aptamer 14 by a structural specific bond or a chemical bond.

이와 같이 목표 DNA(19)가 앱타머(14)와 수소 결합을 하여 혼성화된 이후에 Vin을 온시키면 하부 전극(12a)에 인가되는 전압은 목표 DNA 결합에 따른 전압 Vd'이 되며, 목표 DNA가 앱타머(14)에 결합된 정도에 비례하여 전압값이 변화된다. When Vin is turned on after the target DNA 19 is hybridized with the aptamer 14 by hydrogen bonding, the voltage applied to the lower electrode 12a becomes the voltage Vd 'according to the target DNA binding. The voltage value changes in proportion to the extent coupled to the aptamer 14.

여기에서, 돌출전극(12)에 부착된 앱타머(14)에 목표 DNA가 부착되었을 때 전압값이 변화되는 이유는 기준 전극(18)과 돌출 전극(12) 사이의 커패시턴스나 임피던스 등이 변화되어 그에 따라 출력 전압에 변화가 생기기 때문이다.Here, the reason why the voltage value is changed when the target DNA is attached to the aptamer 14 attached to the protruding electrode 12 is due to the change in capacitance or impedance between the reference electrode 18 and the protruding electrode 12. This results in a change in output voltage.

이처럼, 기준 전극(18)과 하부 전극(14)의 전압값의 변화 값을 읽어 내어 이 변화량에 따른 바이오칩 구조에서의 앱타머(14)와 목표 DNA(19)의 결합 정도를 분석할 수 있다. In this way, the degree of change in the voltage value of the reference electrode 18 and the lower electrode 14 can be read and analyzed for the degree of binding of the aptamer 14 and the target DNA 19 in the biochip structure according to the change amount.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩의 단면도.1 is a cross-sectional view of a biochip using aptamers according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩의 제조방법을 나타낸 도면.2a to 2e is a view showing a method of manufacturing a biochip using aptamers according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예에 따른 앱타머를 이용한 바이오칩을 사용하는 생물 분자 검출 시스템을 이용한 생물 분자 검출 과정을 나타낸 도면.3A to 3C are diagrams illustrating a biomolecule detection process using a biomolecule detection system using a biochip using an aptamer according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 수용 용기 10a : 하부 기판10: accommodating container 10a: lower substrate

10b: 외벽 12 : 돌출 전극10b: outer wall 12: protruding electrode

12a : 하부 전극 14 : 앱타머12a: lower electrode 14: aptamer

16 : 졸-겔 조성물 18 : 기준전극16 sol-gel composition 18 reference electrode

19 : 목표 물질 19: target substance

Claims (8)

판형의 하부 기판;Plate-shaped lower substrate; 상기 하부 기판에 돌출되어 있으며, 전도성 물질로 이루어져 전도성을 가지고 있는 다수의 돌출 전극; A plurality of protruding electrodes protruding from the lower substrate and made of a conductive material to have conductivity; 상기 다수의 돌출 전극에 부착되어 있으며 목표 물질을 검출하기 위한 앱타머; 및An aptamer attached to the plurality of protruding electrodes for detecting a target substance; And 상기 하부기판에 일정 두께로 형성되어 있으며, 상기 앱타머에 상기 목표물질이 용이하게 부착될 수 있도록 하기 위한 졸-겔 조성물을 포함하여 이루어진 앱타머를 이용한 바이오칩.A biochip using an aptamer formed on the lower substrate to a predetermined thickness and comprising a sol-gel composition for easily attaching the target material to the aptamer. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 전도성 물질로 이루어져 있어 전도성을 가지고 있으며, 상기 하부 기판에 형성되어 있고, 상기 돌출 전극과 외부의 분석 시스템과의 전기적 접속을 제공하는 하부 전극을 더 포함하여 이루어진 앱타머를 이용한 바이오칩.A biochip using an aptamer made of a conductive material, having conductivity, and formed on the lower substrate, and further including a lower electrode providing electrical connection between the protruding electrode and an external analysis system. 삭제delete 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 목표 물질은 핵산, 단백질 또는 다당류로 상기 앱타머와 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 앱타머를 이용한 바이오칩.The target material is a biochip using an aptamer, characterized in that the binding to the aptamer as a nucleic acid, protein or polysaccharide. (a) 하부 기판에 하부 전극을 형성하는 단계;(a) forming a lower electrode on the lower substrate; (b) 상기 하부 기판의 하부 전극에 돌출되도록 돌출 전극을 형성하는 단계;(b) forming a protruding electrode to protrude from the lower electrode of the lower substrate; (c) 상기 하부 기판에 외벽을 형성하여 수용용기를 완성하는 단계; 및(c) forming an outer wall on the lower substrate to complete an accommodation container; And (d) 상기 돌출 전극에 앱타머를 부착하는 단계를 포함하며, (d) attaching an aptamer to the protruding electrode, 상기 (d) 단계는Step (d) 상기 돌출 전극에 코팅을 하여 링커를 형성하는 단계; 및 Coating the protruding electrode to form a linker; And 상기 수용용기에 앱타머를 포함한 겔-졸 조성물을 부어 앱타머를 상기 링커에 부착하는 단계를 포함하여 이루어진 앱타머를 이용한 바이오칩 제조방법.A method of manufacturing a biochip using an aptamer, comprising: attaching an aptamer to the linker by pouring a gel-sol composition including an aptamer into the container. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, (e) 상기 하부 기판에 형성된 외벽을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어진 앱타머를 이용한 바이오칩 제조방법.(e) a method for manufacturing a biochip using an aptamer, further comprising removing an outer wall formed on the lower substrate. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 (a) 단계는Step (a) is 하부 기판에 폴리머를 형성하는 단계;Forming a polymer on the lower substrate; 상기 폴리머에 하부 전극 패턴을 형성하는 단계; 및 Forming a lower electrode pattern on the polymer; And 상기 폴리머에 형성된 하부 전극 패턴에 전도성 물질을 형성하여 하부 전극을 완성하는 단계를 포함하여 이루어진 앱타머를 이용한 바이오칩 제조방법.And forming a conductive material on the lower electrode pattern formed on the polymer to complete the lower electrode. 삭제delete
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