KR101131942B1 - 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟분자를 검출하는 검지단위(또는 프로브)가 전도성 물질 상에 배열되는 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 바이오칩은 전도성 물질의 표면에 형성된 검지단위와, 측정 대상으로부터 제공되는 타겟단위 간의 상호 반응에 따라 상기 전도성 물질의 전기 전도도가 변화하는 바이오센서; 상기 바이오센서와 함께 집적되며, 상기 측정 대상과 관련된 환경변수에 따라 변화하는 출력 값을 제공하는 환경변수센서; 및 상기 바이오센서 및 환경변수센서가 배치되는 기판; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 타겟분자와 검지단위 간의 반응에 영향을 줄 수 있는 인자를 고려하여, 보다 정확하게 타겟분자의 농도를 측정할 수 있고, 타겟분자와 유사한 반응을 나타내는 유사 타겟분자와 타겟분자를 식별할 수 있다. 또, 하나의 바이오칩을 이용하여 타겟분자의 넓은 범위의 농도에 대응할 수 있는 동시에 한번의 측정으로 상기 타겟분자의 농도를 정밀하게 파악하고, 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 외부 인자를 함께 고려하여 상기 타겟분자에 대한 상세한 정보를 얻을 수 있다. 또한, 단순히 물질의 검출에 의해서는 자세히 알 수 없는 물질의 정보까지 얻을 수 있으므로, 종래보다 측정할 수 있는 물질의 종류를 더욱 확대할 수 있다. 그 결과 분석결과의 신뢰성을 확보할 수 있고, 분석 효율이 향상되며, 실험에 대한 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템 {BIOCHIP AND BIOCHEMICAL ANALYZING SYSTEM FOR USING THE SAME}

본 발명은 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟분자를 검출하는 검지단위(또는 프로브)가 전도성 물질 상에 배열되는 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부 및 한국연구재단 (이공분야)의 기초연구사업-중견연구자 지원사업 (도약연구)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2010-0000828, 과제명: 투명 유연 산화물 반도체 소자 모델 및 적층형 회로 개발 (2차년도/총5차년도)].

일반적으로 바이오센서는 생화학적, 광학적, 열적 또는 전기적 반응에 따른 변화를 측정하는 소자로서, 최근에 전기화학적 바이오센서에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 전기화학적 바이오센서는 주로 탄소 나노튜브(carbon nano tube, CNT) 또는 실리콘 나노와이어(silicon nano wire, SiNW)와 같은 기저 물질에 프로브가 배열되고 타겟분자와 프로브분자 간의 상호반응 시 발생하는 기저 물질의 변화, 예컨대, 전기 전도도(conductivity)의 변화를 감지하여 특정 바이오 물질을 검출한다. 전기화학적 바이오센서 의 구조 및 동작원리에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 전기화학적 바이오센서의 구조 및 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 전기화학적 바이오센서(1)의 반도체 기판(10) 상에 소스(S)와 드레인(D)이 형성되어 있으며, 소스(S)와 드레인(D) 사이에 직선 형상의 실리콘 나노와이어(13a, 13b)가 형성되어 있다. 실리콘 나노와이어(13a, 13b)는 절연층(12)에 의해 반도체 기판(10) 및 유체관(31)과 절연되며, 실리콘 나노와이어(13a, 13b)의 표면에는 프로브분자(40)들이 고정되어 있다. 유체관(31)을 통해 타겟분자(41)가 주입되면, 타겟분자(41)들이 프로브분자(40)들과 결합하게 되고, 타겟분자(41)들과 프로브분자(40)들의 전기적 특성에 의해 실리콘 나노와이어(13a, 13b)의 전기장이 변화되며, 이에 따라 실리콘 나노와이어(13a, 13b) 표면에 양(+) 또는 음(-)의 전하가 축적되어 결국 실리콘 나노와이어(13a, 13b)의 전기 전도도가 변화된다. 이러한 전기 전도도의 변화를 실시간으로 관찰함으로써 유체관(31)을 통해 주입된 타겟분자(41)를 검출할 수 있다.

상기에서는 바이오센서 중 실리콘 나노와이어를 이용한 검출 방법에 관하여 기술하였지만, 상기의 타겟분자(41)를 검출하는 장치 및 방법은 실리콘 나노와이어에 한정하지 않고 탄소 나노튜브에도 적용 가능하다.

그런데 상기의 장치 및 방법에 의하여 타겟분자(41)를 검출하기 위해서는, 프로브분자(40)와 타겟분자(41) 간의 상호 반응을 방해할 만한 요인이 없을 것을 전제로 한다. 만일 타겟분자(41) 외에도 프로브분자(40)와 반응할 수 있는 유사 타겟물질이 존재한다면, 전기 전도도가 높게 측정되었을 때 검출된 물질이 타겟분자(41)인지 유사 타겟물질인지 식별하기가 어렵다.

결론적으로, 상기의 장치 및 방법에 의하면 매우 제한된 조건 하에서만 유효하게 타겟분자(41)를 검출할 수 있다. 따라서 보다 넓은 조건 하에서 타겟분자(41)를 유효하게 검출할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 타겟분자를 검출하는 검지단위(또는 프로브)가 전도성 물질 상에 배열되고, 물질의 농도에 따른 전기 전도도 뿐만 아니라 환경변수 정보도 함께 제공할 수 있는 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 타겟분자와 검지단위 간의 반응에 영향을 줄 수 있는 인자를 고려하여 보다 정확하게 타겟분자의 농도를 측정할 수 있는 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 타겟분자와 검지단위 간의 반응에 영향을 줄 수 있는 인자를 고려하여, 타겟분자와 유사한 반응을 나타내는 유사 타겟분자와 타겟분자를 식별할 수 있는 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하나의 바이오센서 칩을 이용하여 타겟분자의 넓은 범위의 농도에 대응할 수 있는 동시에 한번의 측정으로 타겟분자의 농도를 정밀하게 파악하고, 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 외부 인자를 함께 고려하여 타겟분자에 대한 상세한 정보를 얻을 있는 바이오칩 및 이를 이용한 생화학적 분석시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바이오칩은, 바이오센서와 환경변수센서가 하나의 기판 상에 함께 집적되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

바이오센서는 전도성 물질과, 전도성 물질의 표면에 형성된 검지단위를 포함한다. 전도성 물질의 표면에 형성된 검지단위와, 측정 대상으로부터 제공되는 타겟단위 간의 상호 반응에 따라 상기 전도성 물질의 전기 전도도가 변화한다. 환경변수센서는 상기 바이오센서와 함께 집적되며, 상기 측정 대상과 관련된 환경변수에 따라 변화하는 출력 값을 제공한다.

또한, 본 발명의 바이오칩을 이용한 생화학적 분석시스템은, 측정수단과 처리수단을 포함한다. 측정수단이 상기 바이오칩과 연결되어 상기 전도성 물질의 전기 전도도 및 상기 출력 값을 측정하며, 처리수단이 상기 측정된 전기 전도도로부터 상기 타겟 단위에 대한 제1 정보를 얻고, 상기 측정된 출력 값으로부터 얻어지는 상기 환경변수를 이용하여 상기 제1 정보를 보완하여 제2 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하나의 바이오칩에 바이오센서와 환경변수센서가 집적됨에 따라, 한번의 측정으로 상기 바이오센서로부터 얻을 수 있는 물질의 농도에 따른 전기 전도도에 관한 정보뿐만 아니라, 상기 환경변수센서로부터 얻을 수 있는 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등의 추가적인 정보를 얻을 수 있다. 이러한 정보들은 측정 대상에 포함된 물질을 검출하거나, 이에 관한 정보를 추출할 수 있는 자료로 활용된다. 즉, 분석시스템이 물질의 농도에 따른 전기 전도도 뿐만 아니라, 환경변수(온도, 압력, 빛, 점성도 등) 정보도 함께 제공하기 때문에 사용자는 측정하고 있는 샘플에 대한 보다 상세한 정보를 얻을 수 있다.

다시 말해, 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 타겟분자와 검지단위 간의 반응에 영향을 줄 수 있는 인자를 고려하여, 보다 정확하게 타겟분자의 농도를 측정할 수 있고, 타겟분자와 유사한 반응을 나타내는 유사 타겟분자와 타겟분자를 식별할 수 있다.

또, 하나의 바이오칩을 이용하여 타겟분자의 넓은 범위의 농도에 대응할 수 있는 동시에 한번의 측정으로 상기 타겟분자의 농도를 정밀하게 파악하고, 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 외부 인자를 함께 고려하여 상기 타겟분자에 대한 상세한 정보를 얻을 수 있다.

또한, 단순히 물질의 검출에 의해서는 자세히 알 수 없는 물질의 정보까지 얻을 수 있으므로, 종래보다 측정할 수 있는 물질의 종류를 더욱 확대할 수 있다. 그 결과 분석결과의 신뢰성을 확보할 수 있고, 분석 효율이 향상되며, 실험에 대한 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화할 수 있는 효과가 있다

예를 들어, 온도가 상승함에 따라 검지단위와의 반응이 활발해지는 물질을 검출하는 경우에 온도 정보를 함께 측정함으로써 검출하고자 하는 물질의 농도를 정확한 값으로 보완할 수 있다. 만일 측정 대상이 인체로부터 얻어진 혈액 또는 세포 조직 등의 샘플이고, 검출 대상이 혈당 등 인체의 기능 유지에 중요한 지표인 경우, 물질의 정확한 검출 및 정확한 농도 측정은 질병의 조기 진단 또는 예방을 위해서 매우 중요하다.

도 1은 종래의 전기화학적 바이오센서의 구조 및 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오칩의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오칩을 이용한 생화학적 분석시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5의 (a)와 (b)는 각각의 물질 A, B에 대한 반응을 그래프로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오칩의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 바이오칩(100)은 바이오센서부(101) 및 환경변수센서(160)를 포함한다. 바이오센서부(101)와 환경변수센서(160)는 동일한 바이오칩(100) 상에 함께 집적된다. 바이오센서부(101)는 측정 대상의 생화학적 측정 변수에 대한 정보를, 환경변수센서(160)는 측정 대상에 대한 환경 변수 정보를 제공한다.

바이오센서부(101)에 대한 상세한 구성은 하기 도 3을 통하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오칩(200)은 바이오센서부(101) 외에도 환경변수센서(160) 및 기판(140)을 포함하여 구성된다.

상기 바이오센서부(101)는 복수의 전도성 물질(110: 110a, 110b, .....)과, 그 전도성 물질(110)의 표면에 형성된 검지단위(120)로 이루어진 부분을 가리킨다.

검지단위(120)와, 측정 대상으로부터 제공되는 타겟단위(T) 간의 상호 반응에 따라 상기 복수의 전도성 물질(110)의 전기 전도도가 변화하며, 전기 전도도의 변화를 검출하기 위하여 전극(130)을 더 포함한다. 전극(130)은 전도성 물질(110)의 양 끝단에 연결되어 전도성 물질(110)에 소정의 전압 또는 전류를 인가한다. 전도성 물질(110)의 전기 전도도는 전극(130)을 통하여 전도성 물질(110)에 전압 또는 전류를 인가하고, 그 결과로 얻어지는 전류 또는 전압을 측정하는 방법을 통하여 얻어질 수 있다.

상기 복수의 전도성 물질(110: 110a, 110b, 110c...) 각각의 표면에는 복수의 검지단위(120)가 고정된다. 복수의 전도성 물질(110) 각각은 서로 다른 크기 파라미터를 가질 수 있으며, 직선 또는 곡선 형상을 가질 수도 있다. 복수의 전도성 물질(110)의 형태는 여기서 예시되는 형상에 의하여 제한되지는 않는다. 또한, 본 발명에서 상기 복수의 전도성 물질(110)의 길이는 100nm~1mm로 다양하다.

도면에 도시되지는 않았으나, 외부로부터 타겟단위(T)를 주입하기 위한 통로로서 유체관이 추가적으로 제공될 수 있다. 유체관이 제공되지 않는 경우에는 측정 대상 물질을 상기 바이오칩(200)에 떨어뜨리거나 상기 바이오칩(200)을 측정 대상 물질(액체인 경우)에 담그는 방법으로 측정이 가능하다.

본 발명에서 상기 검지단위(120) 및 타겟단위(T)는 항원, 항체, DNA 및 단백질로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 조합하여 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 혈액 속에 포함된 전립선특이항원을 검출하고자 할 때, 전립선특이항원과 상호반응하는 항체를 (검지단위(120)로서) 상기 전도성 물질(110)에 고정시킨 후, 외부로부터 혈액을 주입하게 되면, 혈액 속에 포함된 전립선특이항원은 상기 전도성 물질(110)에 고정된 항체(검지단위(120))와 특이반응을 하게 된다. 이에 따라, 상기 전도성 물질(110) 표면 주위에 전하가 축적되어 채널 영역의 캐리어 숫자가 모듈레이션 되므로, 상기 전도성 물질(110)의 전기 전도도(conductivity)가 변화된다.

도 1의 종래의 전기화학적 바이오센서에서는, 타겟분자(41)의 농도를 넓은 범위에서 정확하게 측정하기 어려운 문제점이 있었다. 일반적으로, 실리콘 나노와이어(13a, 13b) 또는 전도성 물질(탄소 나노 튜브를 포함함)의 전기 전도도는 비교적 좁은 농도 범위에서만 타겟분자(41)의 농도에 따라 선형적으로 변화하고, 그 외의 농도 범위에서는 정확한 농도 측정이 불가능하다. 이 때 타겟분자(41)의 농도에 따라 전기 전도도가 변화하는 농도 구간을 편의 상 농도의 임계 범위라 부르기로 한다. 임계 범위가 좁으면 측정할 수 있는 타겟분자(410)의 농도의 범위가 좁다는 뜻이지만, 반대로 해석하면 바이오센서의 민감도(sensitivity)가 높다고 볼 수도 있다. 민감도와 임계 범위 간에는 트레이드-오프(trade-off) 관계가 성립한다. 한편 바이오센서의 민감도 및 임계 범위는 프로브분자(40)와 타겟분자(41) 등의 종류에 따라 결정되므로 용도에 맞게 민감도 또는 임계 범위를 자유롭게 조정하기는 매우 어렵다.

이러한 이유로 인하여 대부분의 바이오센서는 측정하고자 하는 타겟분자(41)의 농도의 범위를 미리 예측하고, 예측된 범위에 따라 전도성 물질(여기서는 실리콘 나노와이어)(13a, 13b)의 크기 또는 형태를 설계하여 그 범위에서만 최적화된 측정이 이루어지도록 구성되는 것이 일반적이다.

이러한 경우에는, 타겟분자(41)의 농도 측정에 영향을 줄 수 있는 불순물이 측정 대상에 함께 포함된 경우에 정확한 측정이 이루어지기 어려우며, 타겟분자(41)의 농도가 미리 예측된 범위를 크게 벗어나는 경우에는 효과적인 측정이 이루어지지 않는 문제점이 있었다. 이로 인하여 타겟분자(41)의 농도의 범위가 넓은 경우에는 여러 종류의 바이오센서 칩을 설계 및 구현해 두고, 타겟분자(41)의 농도의 범위를 보다 상세히 예측하여 예측 결과에 따라 선택적으로 바이오센서 칩을 사용하는 방법이 이용되었다.

즉, 바이오센서 칩을 이용하여 타겟분자(41)의 농도를 측정하는 사용자는 사용 전에 그 타겟분자(41)의 농도를 미리 예측해야만 어느 바이오센서 칩을 사용할 것인지를 결정할 수 있어 바이오센서 칩을 사용하기 위해서는 타겟분자(41)의 농도에 대한 예비적인 판단이 일차로 이루어져야만 하는 불편함이 있었다.

그런데 바이오센서 칩의 임계 범위는 항상 일정하지 않으며, 임계 범위에 영향을 미치는 환경 변수가 존재한다. 대부분의 생화학적 물질 (DNA, RNA, 효소 등)은 온도, 압력 등 환경 변수에 영향을 받으며, 또한 타겟분자(41)와 프로브분자(40) 간의 상호 결합을 방해하거나 타겟분자(41)를 대신하여 프로브분자(40)과 결합하는 유사타겟물질이 존재하여 유사타겟물질의 농도 또한 임계 범위에 영향을 미친다. 이러한 유사타겟물질의 농도를 직접적으로 검출하기는 어려우며, 점성도 등의 변수를 이용하여 간접적으로 타겟분자(41)의 농도와 유사타겟물질의 농도를 추정할 수 있다.

따라서, 온도, 압력, 및/또는 점성도 등의 환경 변수를 함께 측정할 수 있으면 이를 함께 고려하여 측정된 타겟분자(41)의 농도 값을 보완할 수 있다. 특히 환경 변수를 함께 측정하는 경우, 측정된 농도 값으로부터 유사타겟물질의 영향에 의한 오류를 정정할 수 있는 수단을 제공한다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 환경변수센서(160)는 상기 바이오센서(100)와 함께 상기 기판(140)에 집적되며, 상기 측정 대상과 관련된 환경변수에 따라 변화하는 출력 값을 제공하고, 이를 위해 온도센서(161), 압력센서(162), 광센서(163) 또는 점성도센서(164) 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성된다. 이 때 출력 값은 전기적 신호일 수 있으며, 전압 또는 전류의 형태로 제공될 수 있다.

상기 온도센서(161)는 공지의 전자회로(electronic circuit)(미도시)를 통하여 상기 측정 대상의 온도에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공한다. 이때, 상기 전자회로는 상기 기판(140) 상에 구비되어 상기 온도센서(161)로부터 측정 대상의 온도를 감지하고, 온도에 따른 출력 값을 필요로 하는 장치로 전송하게 된다. 이러한 구성에 의하면 상기 바이오센서(100)에 의해 검출된 전기 전도도 외에 상기 측정 대상에 따라 변화하는 온도 정보도 함께 제공할 수 있다.

상기 압력센서(162)는 압전소자(piezo electric)를 이용하여 상기 측정 대상의 압력에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공할 수 있다. 측정된 압력은 차후, 상기 측정 대상에 포함된 물질 정보를 파악할 수 있는 자료로 이용된다.

상기 광센서(photo sensor, photo diode, photosensitive device)(163)는 상기 측정 대상 내로 입사되는 광량에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공하는 역할로, 빛의 투과 정도에 따라 상기 측정 대상의 투명도에 관한 정보를 얻을 수 있다. 이러한 정보를 분석하면, 측정된 투명도 값에 해당하는 물질이 무엇인지 파악할 수 있다.

상기 점성도센서(164)는 유체(fluid)의 압력을 감지하는 방법으로 상기 측정 대상의 점성도에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공한다. 여기서, 상기 점성도센서(164)는 MEMS(Micro Electronic Mechanical System)로서 구현될 수도 있다. 상기 MEMS는 미세 기술로서 기계 부품, 센서, 액츄에이터, 전자회로를 하나의 실리콘 기판 위에 집적화 한 장치이며, 이러한 기술이 상기 점성도센서(164)에 적용될 수 있는 것이다.

전술한 바와 같이, 하나의 바이오칩(200)에 바이오센서 부분과 환경변수센서(160)가 집적됨에 따라, 한번의 측정으로 상기 바이오센서 부분으로부터 얻을 수 있는 타겟물질(T)의 농도에 따른 전기 전도도에 관한 정보뿐만 아니라, 상기 환경변수센서(160)로부터 얻을 수 있는 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등의 추가적인 정보를 얻을 수 있다. 이러한 정보들은 측정 대상에 포함된 물질을 검출하거나, 이에 관한 정보를 추출할 수 있는 자료로 활용된다.

상기 기판(140)은 상기 바이오센서(100) 및 환경변수센서(160)가 배치되도록 구비되며, 저농도의 실리콘막으로 형성된 실리콘층(142) 및 상기 실리콘층의 상부에 배치되고, 산화막 또는 질화막 등으로 이루어진 절연층(141)으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 절연층(141) 상에는 상기 복수의 전도성 물질(110) 및 전극(130)이 형성될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오칩을 이용한 생화학적 분석시스템의 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 분석시스템은 바이오칩(200), 측정수단(310) 및 처리수단(320)을 포함하여 구성된다.

상기 바이오칩(200)은 전술한 바와 동일한 구성을 가지므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 측정수단(310)은 상기 바이오칩(200)과 연결되어 상기 전도성 물질(110)의 전기 전도도 및 상기 출력 값을 측정한다.

상기 처리수단(320)은 상기 측정된 전기 전도도로부터 상기 타겟단위(T)에 대한 제1 정보를 얻고, 상기 측정된 출력 값으로부터 얻어지는 상기 환경변수를 이용하여 상기 제1 정보를 보완하여 제2 정보를 생성한다.

상기 처리수단(320)은 상기 측정수단(310)으로부터 전송되는 상기 환경변수 정보를 이용하여 상기 타겟단위(T)의 농도를 보완함으로써, 제2 정보를 생성한다. 여기서, 상기 제2 정보는 온도, 압력, 빛의 밝기, 유체의 점성도 등 상기 타겟분자(T)와 검지단위(120) 간의 반응에 영향을 줄 수 있는 인자를 고려하여 생성된 정보로, 상기 제2 정보에 의해 보다 정확하게 상기 타겟분자(T)의 농도를 측정할 수 있고, 상기 타겟분자(T)와 유사한 반응을 나타내는 유사 타겟분자와 상기 타겟분자(T)를 식별할 수 있다. 예를 들어, 온도가 상승함에 따라 검지단위(120)와의 반응이 활발해지는 물질을 검출하는 경우에 온도 정보를 함께 측정함으로써 검출하고자 하는 물질의 농도를 정확한 값으로 보완할 수 있다.

이에 관해 도 5를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

도 5의 (a)는 물질 A에 대한 반응을 그래프로 도시한 도면이고, (b)는 물질 B에 대한 반응을 그래프로 도시한 도면이다.

도 5의 (a)와 (b)에서의 X축은 온도이고, Y축은 전기 전도도로, 온도가 상승함에 따라 물질 A와 B의 각각의 전기 전도도가 변하는 것을 알 수 있다. 물질 A는 (a)에 도시된 바와 같이 온도가 상승함에 따라 검지단위(120)와의 결합이 활발하게 이루어져 (검지단위(120)가 형성된 전도성 물질(110)의) 전기 전도도가 증가하는 반면, 물질 B는 (b)에 도시된 바와 같이 온도가 상승함에 따라 검지단위(120)와의 결합이 방해를 받아 (검지단위(120)가 형성된 전도성 물질(110)의) 전기 전도도가 감소한다. 만약, 사용자가 검출하고 싶은 물질이 물질 A인데, 검사 결과 (a)와 같은 그래프를 얻는 경우에는 측정 대상에 물질 A가 포함되어 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 온도 정보와 전기 전도도를 함께 얻을 수 있으면 지금 검사한 샘플에 포함된 물질이 A인지 B인지 파악할 수 있는 것이다.

본 발명에서 온도는 환경변수의 일예로, 도 4에서는 온도와 전기 전도도의 관계에 관한 그래프를 살펴보았지만, 온도 외에 압력, 빛 및 점성도 등의 환경변수와 전기 전도도 간의 관계, 상기 환경변수와 농도 간의 관계, 또는 상기 환경변수 간의 관계에 관한 그래프에 대해서도 동일한 방법으로 물질 A와 물질 B를 구별할 수 있다. 이러한 그래프들 간의 해석을 통해 신속하게 간암, 위암, 식도암 등과 관련된 각각의 암세포를 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 분석시스템이 물질의 농도에 따른 전기 전도도 뿐만 아니라, 환경변수(온도, 압력, 빛, 점성도 등) 정보도 함께 제공하기 때문에 사용자는 측정하고 있는 샘플에 대한 보다 상세한 정보를 얻을 수 있다.

또한, 단순히 물질의 검출에 의해서는 자세히 알 수 없는 물질의 정보까지 얻을 수 있으므로, 종래보다 측정할 수 있는 물질의 종류를 더욱 확대할 수 있다. 그 결과 분석결과의 신뢰성을 확보할 수 있고, 분석 효율이 향상되며, 실험에 대한 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화할 수 있는 효과가 있다. 즉, 한번의 검출과정으로 다양한 정보를 동시에 얻어 물질의 농도뿐만 아니라, 측정 대상에 포함된 물질에 관한 정보를 보다 정밀하게 파악할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에서 상기 분석시스템은 상기 환경변수에 따른 상기 타겟단위(T)와 상기 검지단위(120) 간의 상호 반응의 변화에 관한 정보를 저장하는 데이터베이스(330)를 더 포함할 수 있으며, 상기 처리수단(320)은 상기 제2 정보를 생성하기 위하여 상기 데이터베이스(330)에 저장된 정보를 이용할 수 있다. 즉, 상기 데이터베이스(330)가 어레이로 구현된 각 전도성 물질(110)의 크기 정보, 타겟단위(T)의 농도와 전기 전도도의 관계 정보를 저장해 두고 상기 처리수단(320)에 이를 제공할 수도 있으며, 생성된 상기 제2 정보는 상기 데이터베이스(330)에 저장될 수도 있다. 그리고 상기 분석시스템에 상기 바이오칩(200)이 접속되면, 상기 데이터베이스(330)가 상기 바이오칩(200)에 관한 초기 정보를 분석하여 저장할 수도 있다. 또한, 상기 데이터베이스(330)는 상기 측정수단, 처리수단(310, 320)에서 수행되는 일련의 프로세스를 프로그램 형태로 저장할 수 있으며, 필요에 따라 상기 측정수단, 처리수단(310, 320)에 이러한 프로그램을 제공할 수 있다.

또한, 상기 데이터베이스(330)는 온도, 압력, 빛의 양, 점성도 등의 변수에 따라 타겟단위(T)와 검지단위(120) 간의 상호 반응에 관한 정보를 저장할 수도 있다. 이 경우, 상기 처리수단(320)은 상기 바이오칩(200)으로부터 얻어진 전기 전도도 값을 이용하여 타겟단위(T)의 농도에 관한 제1 정보를 생성한 후, 상기 데이터베이스(330)에 저장된 온도, 압력, 빛의 양, 점성도 등의 변수에 따른 반응 정보를 이용하여 제1 정보를 보완할 수 있다. 이때, 상기 제1 정보가 보완되어 생성되는 정보를 편의 상 제2 정보라 부를 수 있다.

효소 등 생물체 내에서 다양한 반응을 일으키는 물질은 체내의 온도, 산도, 압력, 빛의 양, 점성도 등의 변수에 따라서 반응의 활성이 달라지므로 이들 물질을 검출하는데 있어서 환경변수의 측정에 의한 검출 농도의 보정은 정확한 진단을 위해서 매우 중요하다. 따라서, 본 발명의 상기 분석시스템은 측정 대상이 인체로부터 얻어진 혈액 또는 세포 조직 등의 샘플이고, 검출 대상이 혈당 등 인체의 기능 유지에 중요한 지표인 경우, 물질의 정확한 검출 및 정확한 농도 측정은 질병의 조기 진단 또는 예방을 위해서 유용하게 활용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

101: 바이오센서부 110: 전도성 물질
120: 검지단위 130: 전극
140: 기판 160: 환경변수센서
161: 온도센서 162: 압력센서
163: 광센서 164: 점성도센서
100, 200: 바이오칩 310: 측정수단
320: 처리수단 330: 데이터베이스

Claims (4)

1. 전도성 물질의 표면에 형성된 검지단위와, 측정 대상으로부터 제공되는 타겟단위 간의 상호 반응에 따라 상기 전도성 물질의 전기 전도도가 변화하는 바이오센서;
   상기 바이오센서와 함께 집적되며, 상기 측정 대상과 관련된 환경변수에 따라 변화하는 출력 값을 제공하는 환경변수센서; 및
   상기 바이오센서 및 환경변수센서가 배치되는 기판; 을 포함하는
   바이오칩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 환경변수센서는,
   상기 측정 대상의 온도에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공하는 온도센서;
   상기 측정 대상의 압력에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공하는 압력센서;
   상기 측정 대상 내로 입사되는 광량에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공하는 광센서; 또는
   상기 측정 대상의 점성도에 따라 변화하는 상기 출력 값을 제공하는 점성도센서; 중 적어도 하나 이상을 포함하는
   바이오칩.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 바이오칩;
   상기 바이오칩과 연결되어 상기 전도성 물질의 전기 전도도 및 상기 출력 값을 측정하는 측정수단; 및
   상기 측정된 전기 전도도로부터 상기 타겟단위에 대한 제1 정보를 얻고, 상기 측정된 출력 값으로부터 얻어지는 상기 환경변수를 이용하여 상기 제1 정보를 보완하여 제2 정보를 생성하는 처리수단; 을 포함하는
   바이오칩을 이용한 생화학적 분석시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 환경변수에 따른 상기 타겟단위와 상기 검지단위 간의 상호 반응의 변화에 관한 정보를 저장하는 데이터베이스;
   를 더 포함하고,
   상기 처리수단은 상기 제2 정보를 생성하기 위하여 상기 데이터베이스에 저장된 정보를 이용하는
   바이오칩을 이용한 생화학적 분석시스템.

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