KR101135419B1 - 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치 및 방법 - Google Patents

자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

자성 나노 입자를 이용하여 생체물질의 정량적 분석장치가 개시된다. 개시되는 분석장치는 외부 자기장에 의해 자화되고 갭(Gap) 영역에 자속(Flux)을 집중시키는 자속 집중기(Flux Concentrator)와, 샘플용액을 갭 영역에 주입시키는 마이크로 채널과, 자속 집중기 사이의 갭 영역의 기판상에 형성되어 자성 나노 입자에 의한 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 자기센서를 포함하는 센서부를 포함한다.
GMR 센서, 마이크로 채널, 생체분자

Description

자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치 및 방법{QUANTATIVE ANALYSIS DEVIDE AND METHOD OF BIOMOLECULES USING MAGNETIC NANO PARTICLE}
본 발명은 생체분자를 정량적으로 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치 및 방법에 관한 것이다.
생명공학, 의학, 화학 분야에서 미량의 생체물질 분석은 매우 중요한 과제 중의 하나이다. 이러한 측면에서, 좀 더 쉬운 분석 방법(tool)을 개발하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔으며, 혁신적인 분석 방법의 개발은 생명공학이나 이에 연관된 분야의 학문적 경향을 바꿀 정도로 영향력이 매우 크다고 할 수 있다(예: 거대분자(macoromolecule)에 대한 MALDI-TOF, HPLC-MS, PCR 등). 이러한 실험실 수준의 장비 개발 이외에 현장에서 간편하게 측정/분석할 수 있는 장비의 개발에서도 많은 연구가 있어 왔는데, 흔히 랩온어칩(Lab on a Chip, LoC), 시스템온칩(System on Chip, SoC) 등으로 불리는 어레이(array) 분석할 수 있는 칩(chip)의 개발이 그 일례이다.
스트립을 이용한 바이오 센서는 배뇨분석을 통한 임신 진단 스트립, 요 검사 스트립에서부터 현장에서 환자의 체액을 이용하여 심근경색을 진단할 수 있는 스트립에 이르기까지 다양하게 활용되고 있다.
멤브레인으로 구성되는 스트립은 니트로셀룰로우즈(NC)와 같이 다공성이 풍부해 고정상 표면적을 극대화 시킨 후 테스트 용액에 혼재된 화학물질 특히, 생체분자 등이 멤브레인을 이동해가면서 서로 분리되거나 반응하도록 하는 특징으로 이용하여 특정 생체분자를 검출하는 데 유용하게 사용된다. 특정 생체분자의 존재를 인지하기 위해 효소반응을 이용하여 발생의 특성을 관찰하거나 형광물질로 라벨링하여 형광을 관측하거나 나노입자를 라벨링 하여 광학적 특성의 변화를 읽어서 검출대상의 물질을 분석한다.
일 예로 임신진단 스트립은 면역반응을 이용하는데 스트립 내에 지정된 위치에 라인 형태로 반응이 일어나는 곳에 항체를 고정시킨다. 면역반응으로 임신을 알려주는 단백질이 존재하면 라인 상에 관련 단백질 분자가 결합하여 고정되고, 미리 라벨링된 나노 입자가 응집된다. 나노입자의 농도차이로 형성된 라인 형태는 사람의 눈으로 관찰할 수 있다. 한편, 더 미세한 농도를 검출하고 정량적으로 분석하기 위해서 포토디텍터, CCD 카메라, 이미지센서, 형광스캐너 등으로 라벨링 물질을 검출하는 장비가 개발되고 있다.
그러나 형광을 분석하는 진단기기는 기기 가격이 비싸고, 카메라 센서와 이미지 센서를 이용한 기기는 감도가 낮은 단점이 있으며, 감도가 높은 카메라 센서와 이미지 센서는 센서 카트리지 또는 기기 가격이 비싼 단점이 있다.
한편, 자성 입자를 이용하여 생체분자를 라벨링하고 고감도의 자기센서(예컨 대, GMR 센서 등)를 이용하는 방식이 있다. 도 1은 종래의 NC 멤브레인을 이용한 질병 진단 스트립의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
NC 멤브레인은 검출하고자 샘플을 주입하는 샘플 주입 패드(11), Conjugate용액을 첨가하는 Conjugate 패드(12), 샘플 흡수 패드(13), 검출하고자 하는 단백질이 샘플 내에 존재할 때 나타나는 Test Line(14), Capture 라인(15) 및 상기 샘플이 멤브레인 상에 충분히 진행했는지와 conjugate반응, 면역반응이 잘 일어났는지 여부를 알려주는 Control 라인(16)으로 구성된다.
NC 멤브레인을 이용한 질병 진단 스트립은 라인의 존재 여부는 농도가 낮을 경우 눈으로 확인이 어렵고 이를 감지하는 센서는 고감도 자기센서를 이용하여야 하는데, 자기센서를 이용할 경우 감도는 높으나 라인을 스캔하는 등의 기계장치를 사용하여야 하는 단점이 존재한다.
본 발명의 목적은 자성 입자를 기계적 스캔 과정 없이 생체분자를 고정밀도로 정량분석할 수 있는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치는 기판과, 상기 기판상에서 외부 자기장에 의해 자화되어 갭(Gap) 영역에 자속(Flux)을 집중시키는 자속 집중기(Flux Concentrator)와, 상기 자속 집중기 사이의 갭 영역의 기판상에 형성되어 상기 자성 나노 입자에 의한 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 자기센서를 포함하는 센서부 및 상기 자속 집중기의 상단 면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 형성되고, 타겟분자와 결합한 상기 자성 나노 입자를 포함하는 샘플을 상기 갭 영역에 주입시키는 마이크로 채널을 포함한다.
상기 센서부는 상기 타겟분자가 마이크로 비드표면을 따라 결합하고, 상기 타겟분자에 결합된 상기 자성 나노 입자의 농도에 의해 변하는 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지한다.
상기 센서부는 상기 타겟분자에 특이성이 있는 리셉터와 상기 리셉터를 상기 갭 영역에 고정시키는 폴리머부재 및 상기 타겟분자가 상기 리셉터와 특이적으로 결합되면 상기 타겟분자에 결합된 상기 자성 나노 입자의 농도변화에 의해 상기 갭 영역 내의 자기장 변화를 감지하는 자기센서를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치는 기판과, 상기 기판상에서 외부 자기장에 의해 자화되어 갭(Gap) 영역에 자속(Flux)을 집중시키는 자속 집중기(Flux Concentrator)와, 상기 자속 집중기의 상단 면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 형성되고, 유체와 함께 상기 타겟분자를 매개로 하여 자성 나노 입자와 결합된 마이크로 비드를 상기 자속 집중기 상부의 갭 영역에 흘러가도록 가이드 하는 마이크로 채널과, 상기 자속 집중기 상부를 지나가는 상기 자성 나노 입자에 의해 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 자기센서를 포함한다.
본 발명의 또 다른 면에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치는 기판과, 상기 기판상에서 외부 자기장에 의해 자화되어 갭(Gap) 영역에 자속(Flux)을 집중시키는 자속 집중기(Flux Concentrator)과, 상기 자속 집중기 상단면과 박막필름(thin film)을 통해 접하고 자성 나노 입자가 라벨처리된 타겟분자를 포함하는 샘플을 상기 갭 영역의 상부에 주입시키는 마이크로 채널 및 상기 자성 나노 입자에 의해 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 자기센서를 포함한다.
상기 분석장치는 상기 자기센서와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 자기센서 의 출력신호 변화폭에 의해 상기 타겟분자의 양을 분석하는 센서신호 계측부를 더 포함한다.
상기 분석장치는 상기 센서신호 계측부의 분석결과를 표시하는 디스플레이부를 더 포함한다.
상기 분석장치는 상기 기판 양단의 외곽에 상기 외부자기장을 인가하는 자기장 인가장치를 더 포함한다.
상기 분석장치는 상기 타겟분자의 정량적인 분석결과를 이용하여 질병유무 또는 질병의 진행상황을 진단하는 질병 진단부를 더 포함한다.
상기 자기센서는 GMR 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 채널은 폴리디메틸실록산(PDMS: Polydimethylsiloxane)으로 이루어 지는 것은 특징으로 한다.
상기 자성 나노 입자는 100㎚ ~ 200㎚의 크기이며, 상기 타겟분자를 매개로 하여 상기 마이크로 비드 표면에 포획된다.
상기 마이크로 비드는 폴리스티렌(polystyrene) 비드인 것을 특징으로 한다.
상기 샘플은 상기 타겟분자 특이성이 있는 제1 리셉터와 제2 리셉터가 각각 상기 마이크로 비드 표면과 상기 자성 나노 입자 표면에 고정화되어 상기 타겟분자를 매개로 하여 상기 자성 나노 입자가 상기 마이크로 비드 표면에 결합된 복합체인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 면에 따르면 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법은 타겟분자 특이성이 있는 제1 리셉터를 자성 나노 입자에 고정시켜 상기 자성 나노 입자가 라벨처리된 타겟분자를 포함하는 샘플용액을 갭 영역에 주입시키는 단계와,상기 자성 나노 입자의 농도에 의한 자기센서의 출력신호를 측정하는 단계 및 상기 타겟분자를 정량적으로 분석하는 단계를 포함한다.
상기 분석방법은 샘플용액을 갭 영역에 주입시키는 단계 이전에 상기 타겟분자 특이성이 있는 제2 리셉터를 마이크로 비드 표면에 고정시켜 갭(Gap) 영역에 주입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석방법은 샘플용액을 갭 영역에 주입시킨 후, 상기 샘플용액을 상기 갭 영역에 주입시킨 후, 상기 타겟분자와 결합하지 않은 자성 나노 입자를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석방법은 상기 타겟분자의 정량적인 분석결과를 이용하여 질병유무 또는 질병의 진행상황을 진단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 자성 입자를 기계적 스캔 과정 없이 인식함으로써, 생체분자 정량분석의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 타겟분자에 레벨링 처리된 자성 나노 입자를 자속 집중기(Flux Concentrator) 사이의 갭 영역에 주입시킴으로써 자성 나노 입자에 의해 갭 영역의 자속을 가변시켜 타겟분자를 검출할 수 있으며, 이로 인해 생체분자의 정량분석의 정밀도를 높일 수 있게 된다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 2a 내지 도 3b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치를 설명한다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 일부 구성의 단면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 분석장치의 일부 구성의 평면도이고, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 자기센서의 구성도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 자기센서의 전기적 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
먼저, 도 2a를 참조하면 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(20)는 기판(21), 자속 집중기(Flux Concentrator)(22,23), 자기센서(24)를 포함한다.
자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(20)는 기판(21)의 양 단에 배치되어 있는 두 개의 자속 집중기(22,23) 사이의 갭(Gap) 영역(25)의 자기 장 세기가 변함으로 인해 갭 영역(25)에 위치하는 GMR 센서(24)의 전기적 특성 변화를 분석함으로써, 타겟분자 (예컨대, DNA, RNA, 올리고뉴클레오티드, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 바이러스, 호르몬, 병원성 세균, 세포, 당, 휘발성 유기물질 등으로부터 선택되는 하나 이상의 생체물질을 포함)를 정량적으로 분석할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에서는 각종 질병과 관련된 단백질을 정량적으로 분석함에 그 목적이 있다. 또한, 전술한 타겟분자를 포함하는 시료는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 배양된 바이러스, 박테리아, 세포 또는 조직 유래 추출물, 파쇄물(lysate) 또는 정제물, 혈액, 혈장, 혈청 등을 사용할 수 있다.
기판(21)은 자성 나노 입자의 농도에 민감하게 반응하는 자기센서(24)에 영향을 주지않도록 자성을 띠지 않는 재질을 사용한다. 예컨대, 실리콘 웨이퍼(silicone wafer) 등의 반도체 웨이퍼, 커버 글래스(cover glass), 슬라이드 글래스(slide glass) 등의 유리 또는 석영(quartz) 재질의 플레이트 등을 사용할 수 있으며, 그 외에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 감압접착제(PSA) 등의 폴리머를 사용할 수 있다.
자속 집중기(Flux Concentrator)(22)는 외부의 자기장에 의해 자화되어 자속 집중기(22,23)사이의 갭(Gap) 영역(25)에 자속을 집중시킨다. 즉, 자속 집중기(22,23)가 외부 자기장에 의해 자화되면 막대 자석 두 개가 서로 마주보며 자기장을 형성하는 것과 같은 효과가 생긴다. 예컨대, 갭 영역(25)에서는 제1 막대자석의 N극에서 나오는 자속이 제2 막대자석의 S극으로 흘러들어가는 모양의 자기장이 형성되며, 갭 영역(25) 외에서는 제1 막대자석의 N극에서 나온 자속이 제1 막대자 석의 S극으로 원형형상의 자속 모양을 형성하며, 제2 막대자석 N극에서 나온 자속은 제2 막대자석의 S극으로 원형 형상의 자속 모양을 형성한다.
또한, 후술하는 마이크로 채널을 통해 패킹(packing) 되는 자성 나노 입자에 의해 자속 집중기(22,23)사이에 집중되는 자속(flux)의 세기는 더욱 커져서 자기센서(24) 예컨대, GMR 센서의 감도(sensitivity)가 향상된다. 즉, 본 발명에서 사용되는 GMR 센서의 감도를 향상시키기 위하여 자속 집중기(22,23)가 사용될 수 있다. 자속 집중기(22,23)는 갭(Gap) 영역(25)을 포함하고, 자기센서(24)가 상기 갭 영역(25)의 기판(21) 위에 형성된다.
자기센서(24)는 GMR 센서(이하 '자기센서'는 'GMR 센서'라 함)가 사용될 수 있다. 자기저항이란 자성체에 자기장을 걸어주면 변화하는 전기 비저항을 지칭한다. 자기저항은 종류에 따라 이방성 자기저항, 거대자기저항, 터널링 자기저항, 초거대 자기저항으로 구분되는데 이 중에서 가장 활발하게 이용되고 있는 것이 거대 자기 저항(Giant Magnetic Register; GMR)이다. GMR 센서는 현재 하드디스크의 헤드, 센서, MRAM 등에 사용되기도 한다.
GMR 센서(24)가 갭 영역(25)에서 감지하는 자기장은 자속 집중기(22,23)에 가해지는 외부자기장의 크기와 자속 집중기(22,23)의 길이에 각각 비례하고, 갭 영역(25)의 길이에 반비례한다. 본 발명에 따르면, 상기 갭 영역(25)에 주입된 자성 나노 입자의 농도에 의해 자속 집중기(22,23)의 길이가 늘어나는 효과가 생기고 갭 영역(25)의 길이는 줄어드는 효과가 생긴다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, GMR 센서는 GMR 센서에 영향을 주는 자기장이 변하여도 저항값이 변하지 않는 고정저항(31)과 GMR 센서(24)에 영향을 주는 자기장 예컨대, 자성 나노 입자에 의해 자속 집중기(22,23)의 갭 영역(25)의 자기장이 변하면 저항값이 함께 변하는 가변저항(32)이 도 3a에서 보는 바와 같이 휘트스톤 형상으로 구성된다.
외부 자기장이 인가되지 않으면, GMR 센서(24)의 출력전압(33)은 0V 이다. 그러나 외부 자기장 인가장치(미도시) 예컨대, 기판 양단의 외곽에 설치된 헬륨홀츠코일에 동일한 방향으로 전류를 흘려주면 코일에 의한 자기장이 발생하며, 상기 자기장의 영향으로 기판 양단에 설치된 두 개의 자속 집중기(22,23)는 자화된다. 상기 자화된 자속 집중기(22,23) 사이의 갭 영역(25)에는 소정의 자기장이 집중되어 GMR 센서(24)의 출력전압(33)이 상승한다.
도 3b를 참조하면, 외부 자기장이 인가되는 시간 t1(34)에 자속 집중기(22,23)가 자화되고, 갭 영역(25)에 자속이 집중되어 GMR 센서(24)의 출력전압은 0V 에서 V1(35)으로 상승한다. GMR 센서(24)가 감지하는 자기장이 변하지 않으면 상기 센서의 출력전압은 V1(35)상태로 유지된다. 갭 영역(25)으로 자성 나노 입자가 주입되면 갭 영역(25) 내의 자기장 세기가 변하며, 이로 인해 GMR 센서(24)가 감지하는 자기장의 세기가 변한다. 상기 갭 영역(25)내의 자기장 변화로 인해 GMR 센서(24)가 감지하는 자기장 세기의 변화 정도는 자성 나노 입자의 농도와 외부자기장의 세기와 자속 집중기(22,23)의 길이에 각각 비례하고, 갭 영역(25)의 길이에 반비례한다.
한편, 자성 나노 입자가 갭 영역(25)으로 패킹되면 자속 집중기(22,23)의 길이가 늘어나는 효과가 있고, 갭 영역(25)의 길이는 줄어드는 효과가 생긴다. 즉, 갭 영역(25)으로 패킹된 자성 나노 입자는 전술한 자속 집중기(22,23)의 자기장(예컨대, 막대자석에 의한 자기장)으로 인해 서로 마주 보고 있는 각 자속 집중기의 일 측면(22_1, 23_1)에 가장 많이 모이게 된다. 이로 인해 자속 집중기(22,23)의 길이는 각각 갭 영역(25) 방향으로 길이 성장 효과가 생김과 동시에 갭 영역(25)의 길이는 줄어드는 효과가 생긴다. 따라서, GMR 센서(24)가 감지하는 자기장의 세기는 증가한다. 예컨대, 자성 나노 입자가 갭 영역(25) 내로 패킹된 시간 t2(36)에 GMR 센서(24)의 출력전압(33)은 V2(37)로 증가한다. GMR 센서(24)의 출력전압 변화 폭(V2-V1)의 변화를 통해 자성 나노 입자와 결합되어 있던 생체분자의 농도를 정략적으로 분석할 수 있다.
한편, 갭 영역(25)에 주입된 자성 나노 입자의 농도가 일정 범위를 초과하면 자속 집중기(22,23)의 유효길이가 늘어나는 효과보다 갭 영역(25) 내의 자기장 방향과 반대방향으로 작용하는 상기 자성 나노 입자에 의한 스트레드 필드 효과가 크게 작용한다. 따라서 갭 영역(25) 내에 자성 나노 입자가 주입되면 자속 집중기(22,23)의 길이가 늘어나는 효과에 의해 갭 영역(25)의 자기장 세기가 커지기 보다는 갭 영역(25) 내의 자성 나노 입자의 스트레드 필드 의해 GMR 센서(24)의 출력전압 신호는 감소한다.
즉, 자성 나노 입자가 GMR 센서(24) 상단 표면에 직접적으로 고정됨으로써 생기는 갭 영역(25)내의 자기장 변화와 상기 자성 나노 입자에 의해 자속 집중기(22,23)의 유효길이가 늘어남으로써 생기는 갭 영역(25)내의 자기장 변화를 구분하여 분석할 필요가 있다.
GMR 센서(24)가 검출하는 자성 나노 입자의 자기적 성질을 전기적 신호로 변환하여 출력하고 출력신호의 변화폭에 의해 타겟분자의 양을 분석하는 센서신호 계측부(미도시)가 GMR 센서(24)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 센서신호 계측부는 상기 분석결과를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(20)는 타겟분자의 정량적인 분석결과를 이용하여 질병유무 또는 질병관련 단백질을 정량적으로 분석하는 질병 분석부를 포함할 수 있다. 즉, 소정의 질병 생체단백질이 검출되면 GMR 센서(24)를 통해 출력전압의 변화기 생기고, 상기 질병이 존재함을 판단할 수 있다. 나아가 상기 출력전압의 변화폭을 분석함으로써 상기 질병 생체단백질의 양을 계측하여 질병 관련 생체분자를 검사할 수 있게 된다.
(실시예 1)
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 단면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 분석장치에서 자성 나노 입자가 마이크로 비드 표면에 포획된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(100)는 기판(110), 마이크로 채널(120), 자속 집중기(131, 132), GMR 센서(140)를 포함한다.
기판(110)은 자성 나노 입자로 인하여 GMR 센서(140)에 자기적으로 영향을 주지않는 비자성 물질로 구성됨은 도 2a에서 설명한 바와 같다.
마이크로 채널(120)은 타겟분자를 포함하는 테스트 용액이 원하는 통로로만 흘러갈 수 있도록 하며, GMR 센서(140)에 비특이적으로 흡착된 불순물이나 노이즈로 작용하는 단백질, 생체분자 등의 세척을 용이하게 하며, 마이크로 비드(150), 자성 나노 입자(160) 등을 패킹하는 데 사용할 수 있다. 일반적으로 단백질 분자의 검출실험은 Wet 상태에서의 실험이므로 마이크로 채널을 사용하는 것이 유리하다.
상기 타겟분자는 특이적으로 특정 분자와 상호작용(interaction)하는 원리를 이용하여 검출하며 대표적인 것으로서 면역반응이 있다. 항원-항체 반응은 특이적으로 반응하기 때문에 타겟분자가 A 항원이라면 A 항체를 사용하여 포획한다.
타겟분자를 포획하기 위해서 사용하는 분자(이하 '리셉터' 라고 함)는 검출하고자 하는 미지의 타겟분자와 특이적인 상호작용을 하여 인식하기 때문에 이러한 리셉터를 센서소자에 고정시키고, 상기 테스트 용액 속에 포함된 타겟분자를 포획하여 분석하는 것이 일반적이다. 예컨대, DNA가 타겟분자일 경우 complement strand가 리셉터로 사용될 수 있다. 리셉터는 압타머, DNA, 단백질, 탄수화물 등 다양한 종류가 사용될 수 있다.
상기 리셉터를 고정화하는 것으로서, 본 발명의 일 실시예에서는 비드(bead)를 사용한다. 예컨대, 폴리스티렌(polystyrene) 비드(이하 'PS 비드(150)'라 함)는 테스트 용액 속에 떠다니기 때문에 특정 장소에 위치시키기가 어렵다. 따라서 마이크로 채널을 이용하여 갭 영역에 주입시킨다. 즉, 채널구조를 PS 비드(150)의 크기보다 작게하여 댐 구조로 만들어서 크기가 큰 비드는 통과하지 못하고, 물은 계속 빠져나가므로 PS 비드(150)를 갭 영역(134)에 주입할 수 있다.
마이크로 채널(120)은 비드 외에 단백질 시료나 자성 나노 입자 용액 등을 주입하는데 사용한다. 비드를 표면처리 하여 화학기능기(예컨대, 카르복시기, 아민기, CHO기 등)와 리셉터를 공유결합하여 비드 표면에 리셉터를 고정화시킨다.
마이크로 채널(120)은 PDMS(Polydimethylsiloxane) 유체 채널을 사용할 수 있다. 에칭 등의 반도체 가공 기술을 활용하여 실리콘 웨이퍼 상에 구조 형상을 만들고, 이에 PDMS를 주입하여 PDMS에 원하는 구조의 채널이 형성되도록 하는 소프트리소그래프(Soft Lithography) 방법으로 제작가능하다. 이러한 마이크로 채널은 샘플용액 주입구(inlet)(미도시)과 출구(outlet)(미도시)을 포함한다.
마이크로 채널(120)은 자속 집중기(131, 132)와 함께 사용함으로써 그 효용성을 높일 수 있다. 예컨대, 종래의 GMR 센서를 이용한 질병 진단용 바이오 센서는 NC 멤브레인에 전개시켜 만들어진 자성입자 라인에 의해 외부 자기장을 교란시키는 정도를 GMR 센서를 통해 판독함으로써 자성 입자 라인에 포함되어 있는 자성 입자의 농도 즉, 단백질 농도를 정량적으로 분석하였다. 그러나 NC 멤브레인을 사용하는 경우 GMR 센서를 기준으로 하여 멤브레인을 스캔하는 방식 또는 그 반대로 스캔하여 사용한다.
그러나 마이크로 채널(120)은 마이크로 비드(160) 및 자성 나노 입자(160)와 결합한 타겟분자(미도시)를 이동시켜 자속 집중기(131, 132)의 갭 영역(134)에서 상기 타겟분자에 결합된 자성 나노 입자(160)의 농도에 의해 타겟분자를 정량적으로 분석할 수 있는 기반을 제공한다. 즉, 마이크로 채널(120)을 사용함으로써 자속 집중기(131, 132)를 사용하는 효과를 가시적으로 확인할 수 있게 된다.
도 4a는 마이크로 채널(120)을 통해 PS 비드(150)가 주입된 모습을 나타낸 것이며, 도 4b에서는 자성 나노 입자(160)가 PS 비드(150)에 포획된 모습을 나타내고 있다. 전술한 바에 따르면 PS 비드(150)에 리셉터가 고정화되면 생체분자가 상기 리셉터와 결합하여 PS 비드(150)가 생체분자를 포획할 수 있게 된다.
PS 비드(150)에 포획된 생체분자를 정량적으로 계측하기 위하여 본 발명에서는 자성 나노 입자(160)를 상기 생체분자(타겟분자)에 레벨링한다. 즉, PS 비드(150)의 리셉터가 타겟분자를 인식하여 포획하고, 상기 포획된 타겟분자를 판독하기 위하여 자성 나노 입자(160)를 결합한다. 따라서 자성 나노 입자(160)는 Labeling material 역할을 하며, GMR 센서(140)가 상기 타겟분자와 결합한 자성 나노 입자(160)를 인식한다.
자성 나노 입자(160)가 PS 비드(150)에 포획된 타겟분자와 결합하기 위해서는 PS 비드(150)에서와 마찬가지로, 자성 나노 입자를 표면처리하여 폴리머로 코팅하고 코팅된 폴리머 말단에 화학기능기(카르복실기, 아민기, CHO기 등)가 존재하여 타겟분자와 공유결합하여 고정화된다. 자성 나노 입자(160)는 상자성체로 외부에 자기장이 존재할 때 자화되고 자기장이 존재하지 않으면 자성을 잃는 물질이다. 20nm 크기의 자성 입자가 최종적인 표면처리가 완료되면 200nm 정도의 크기로 변한 다.
따라서, 자성 나노 입자(160)는 PS 비드(150) 표면에 타겟분자를 매개로 하여 서로 결합된다. 이렇게 자성 나노 입자(160), 타겟분자와 PS 비드(150)가 결합된 복합체를 샘플용액으로 사용하여 마이크로 채널(120)에 주입하여 상기 복합체를 갭 영역에 주입한다.
한편, 마이크로 채널(120)을 통해 주입되는 테스트 용액은 전술한 바와 같이 자성 나노 입자(160), PS 비드(150) 및 타겟분자의 복합체가 아닌 각각의 용액일 수 있다. 즉, PS 비드(150)만을 마이크로 채널을 이용하여 갭 영역(134)에 주입한 후, 타겟분자가 포함된 시료에 자성 나노 입자(160) 용액을 혼합하여 이를 마이크로 채널(120)을 통해 갭 영역(134)으로 주입시킬 수도 있다.
또한, 세 가지 모두 각각 독립적으로 갭 영역에 주입시킬 수 있다. 결국, 자성 나노 입자(160)는 타겟분자에 레벨링되어 GMR 센서(140)를 통해 읽힌다. 타겟분자에 레벨링 된 자성 나노 입자(160)의 농도가 크면 갭 영역(134)의 길이가 축소되는 효과가 발생하고, 이와 동시에 자속 집중기(131,132)의 길이가 늘어나는 효과로 인하여 GMR 센서(140)가 감지하는 자기장의 세기는 더욱 증가하게 된다.
GMR 센서(140)를 통해 감지되는 자기장의 변화로 인해 GMR 센서(140)의 출력전압 폭이 변하고, 이를 통해 타겟분자를 정량적으로 계측하는 것은 도 2a 내지 도 2b를 통해 전술한 바와 같다.
(실시예 2)
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(300)의 단면도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 분석장치에서 자성 나노 입자와 결합된 타겟분자가 리셉터에 의해 포획된 모습을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4b에서 개시되는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치는 다수의 자성 나노 입자가 타겟분자에 포획되도록 하여 GMR 센서가 감지하는 자기장세기의 변화를 크게하여 GMR 센서의 감도를 향상시키기 위한 하나의 수단이다. 즉, 갭 영역에 고정화되는 자성 나노 입자의 수를 증가시키기 위하여 자성 나노 입자보다 크기가 매우 큰 마이크로 비드를 사용하였고, 마이크로 비드 표면 주위로 자성 나노 입자를 포획함으로써 갭 영역에 고정화되는 자성 나노 입자의 농도를 증가시켰다.
그러나, 도 5a 내지 도 5b는 마이크로 비드, 자성 나노 입자 등을 전술한 마이크로 채널(120,220)을 이용하여 패킹시키는 것이 용이하지 않은 점을 고려하여, 갭 영역(234)을 사이에 두고 서로 마주보는 자속 집중기(231,232)의 일 측면과 갭 영역(234) 내의 기판(210)상에 타겟분자에 특이성 있는 리셉터(236)가 고정된 폴리머 부재를 코팅시켜 타겟분자 검출수단을 보다 용이하게 구성한다.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면 마이크로 채널(220)은 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 자속 집중기의 상단 면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 형성되고 도 5a에 도시된 분석장치(200)에서는 마이크로 비드를 사용할 필요가 없다.
즉, 폴리머 코팅부재에 리셉터를 고정시킨 새로운 타겟분자 검출수단이 갭 영역(234)에 형성되어 있으므로 폴리머 표면에 고정된 리셉터(236)는 타겟분자를 특이적으로 인식하여 포획할 수 있으며 이를 통해 타겟분자와 특이적으로 인식하는 자성 나노 입자를 이용하여 타겟분자를 검출할 수 있게 된다. 따라서 마이크로 채널(220)을 통해 유입되는 것은 표면처리되어 타겟분자와 결합할 수 있는 리셉터가 고정된 자성 나노 입자(260)를 포함하는 용액만을 주입하면 된다.
폴리머 코팅은 NC 멤브레인, 덴드리머, PEG 등의 고분자를 이용하여 코팅할 수 있다.
(실시예 3)
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(300)의 단면도이다. 기판(310), 자속 집중기(331,332), GMR 센서(340)의 기능 및 구조는 도 4a 내지 도 4b에서 설명한 바와 같다.
도 6을 참조하면, 자성 나노 입자(360)가 타겟분자를 매개로 하여 마이크로 비드(350)와 결합되어 있다. 자성 나노 입자(360)와 마이크로 비드(350)는 각각 상기 타겟분자와 특이적으로 반응할 수 있도록 각각 표면처리하여 리셉터가 고정되고 상기 리셉터가 타겟분자와 특이적으로 결합함으로써, 자성 나노 입자(360) - 리셉터 - 타겟분자 - 리셉터 - 마이크로 비드(350)로 구성되는 타겟분자 복합체를 구성한다.
상기 타겟분자 복합체는 실시예 1 및 실시예2 에서와는 달리 갭 영역(334) 중에서 자속 집중기(331,332) 사이에 주입되는 않는다. 도 6에 도시된 바와 같이 상기 타겟분자 복합체는 유체와 함께 갭 영역(334)의 상부를 지나쳐서 흘러간다. 즉, 마이크로 유체 채널(320)(예컨대, PDMS 유채 채널)은 마이크로 비드(350)의 속도를 결정하고 마이크로 비드(350)는 갭 영역(334)을 흘러갈 때 갭 영역(334) 사이의 폭(W) 보다 크므로 자속 집중기(331,332)에 주입되지 않는다.
자속 집중기(331,332) 상단을 지나쳐서 흘러갈 때 갭 영역(334)의 자기장 변화를 유도한다. 갭 영역(334)의 자기장이 변함으로써, 기판에 장착된 자기센서(예컨대, GMR 센서(340))는 출력신호를 변화시킨다. 마이크로 비드(350)는 적절한 크기를 사용하여 마이크로 비드(350) 표면에 흡착된 자성 나노 입자(360)에 의해 갭 영역(334)의 자기장의 변화를 유도할 수 있도록 한다.
GMR 센서(340)의 출력신호 변화폭을 분석함으로써 마이크로 비드(350)에 흡착된 자성 나노 입자(360)의 농도를 분석할 수 있으며, 분석된 자성 나노 입자(360)의 농도를 이용하여 타겟분자를 정량적으로 분석할 수 있다. 타겟분자를 정량적으로 계측하는 것은 도 2a 내지 도 2b를 통해 전술한 바와 같다.
(실시예 4)
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(400)의 단면도이다. 기판(410), 자속 집중기(431,432), GMR 센서(440)의 기능 및 구조는 도 4a 내지 도 4b에서 설명한 바와 같다.
도 7을 참조하면, 마이크로 채널(420)이 자속 집중기(431,432)의 상단 면으로 부터 소정의 거리 만큼 이격되어 형성된 도 4a 내지 도 4b의 구조와 달리, 자속 집중기(431,432) 상단 면에 접하는 구조이다. 마이크로 채널(420)은 자속 집중기(431,432) 상단면과 박막필름(thin film)을 통해 접하여 자성 나노 입자(450), 마이크로 비드(460), 또는 타겟분자를 포함하는 샘플용액을 유체와 함께 갭 영역(434)을 통과하여 흘러가도록 한다.
마이크로 채널(420)을 통해 흘러가는 샘플용액은 갭 영역(434)에서 갭 영역(434)의 자기장 변화를 유도한다. 샘플용액 속의 마이크로 비드(450) 표면에 흡착된 자성 나노 입자(460)가 갭 영역(434)의 자기장 변화를 유도한다. 이로 인해 GMR 센서(440)의 출력전압이 변하고, 출력전압의 변화폭을 통해 자성 나노 입자(450)의 농도를 정량적으로 분석하고, 타겟분자를 정량적으로 분석한다. 타겟분자를 정량적으로 계측하는 것은 도 2a 내지 도 2b를 통해 전술한 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법은 타겟분자와 특이적으로 결합하는 리셉터가 고정되어 있는 자성 나노 입자를 상기 타겟분자를 포함하는 샘플용액과 혼합하는 단계와, 상기 혼합용액을 자속 집중기 상기의 갭 영역에 주입시키는 단계와, 변화된 자기센서의 출력신호를 분석하여 자성 나노 입자의 농도와 타겟분자의 농도를 정량적으로 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법은 타겟분자와 특이적으로 결합하는 리셉터가 고정된 마이크로 비드를 타겟분자를 포함하는 샘플용액과 혼합하는 단계와, 비특이적 흡착물질 즉, 갭 영역에 주입된 자성 나노 입자들 중에서 타겟분자와 특이적으로 결합되지 않은 자성 나노 입자들을 제거하는 단계와, 마이크로 유체채널을 통해 상기 마이크로 비드를 주입시키는 단계와, 변화된 자기센서의 출력신호를 분석하여 자성 나노 입자의 농도와 타겟분자의 농도를 정량적으로 분석하는 단계를 포함한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법은 생체분자의 정량적 분석을 위해서는 먼저, 마이크로 비드를 표면처리하여 타겟분자에 특이성이 있는 리셉터를 고정시킨 후 이를 갭 영역에 주입시킨다(S810).
한편, 자성 나노 입자 또한 표면처리를 통해 타겟분자에 특이성이 있는 리셉터를 고정시켜 자성 나노 입자를 타겟분자에 라벨처리하여 타겟분자 복합체를 포함하는 샘플용액을 갭 영역에 주입시킨다(S820). 여기서 상기 S810 와 S820을 하나의 과정으로 하여 타겟분자 리셉터가 고정되어 있는 자성 나노 입자와 타겟분자가 포함된 샘플용액을 혼합시킨 후 갭 영역으로 주입시킬 수도 있다.
상기 샘플용액이 상기 갭 영역에 주입되면 이전에 주입된 마이크로 비드는 표면의 리셉터를 통해 타겟분자와 특이적으로 결합한다. 타겟분자가 마이크로 비드에 특이적으로 결합함으로써 결국 타겟분자에 흡착되어 있는 자성 나노 입자는 마이크로 비드 표면을 따라 포획된 모습이 형성된다. 마이크로 비드 표면에 포획된 자성 나노 입자는 갭 영역의 자기장 변화를 유도하며 GMR 센서에서의 출력전압이 변한다. 따라서, 자성 나노 입자에 의한 GMR 센서의 출력전압을 측정한다(S830).
마이크로 채널을 통해 주입된 자성 나노 입자는 타겟분자와 특이적으로 결합하는 경우도 있으나, 그렇지 못한 경우도 존재한다. 즉, 마이크로 채널을 통해 주입된 자성 나노 입자가 타겟분자와 결합하지 않고 상기 갭 영역내에 존재하는 자기센서 표면에 흡착될 수도 있다. 이와같이 타겟분자와 특이적으로 결합되지 않은 자성 나노 입자를 제거하지 않을 경우, 타겟분자의 농도를 정확하게 분석할 수 없다. 실질적으로 타겟분자와 결합된 자성 나노 입자의 농도를 측정함으로써 상기 타겟분자의 정량적으로 분석할 수 있다. 이와 같이 타겟분자와 결합되지 않은 자성 나노 입자는 세척과정을 통해 제거될 수 있다.
GMR 센서의 출력전압의 변화폭을 분석하여(S840) 자성 나노 입자의 농도를 분석한다(S850). 분석된 자성 나노 입자의 농도를 이용하여 타겟분자를 정량적으로 분석한다(S860).
타겟분자의 정량분석이 완료되면, 분석결과를 이용하여 타겟분자가 검출 유무에 따라 질병 유무를 판단할 수 있고, 타겟분자의 검출 정도에 따라 질병의 진행상황을 유추하여 질병진단에 용이하게 이용할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태 가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 NC 멤브레인을 이용한 질병 진단 스트립의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 일부 구성의 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 분석장치 일부 구성의 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 자기센서의 구성도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 자기센서의 전기적 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 단면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 분석장치에서 자성 나노 입자가 마이크로 비드 표면에 포획된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치(300)의 단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 분석장치에서 자성 나노 입자와 결합된 타겟분자가 리셉터에 의해 포획된 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 단면도이다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법을 설명하기 위한 순서도이다.
《도면의 주요부호에 대한 설명》
21,110,210,310,410: 기판
22,23,131,132,231,232,331,332,431,432: 자속 집중기
24,140,240,340,440: GMR 센서
120,220,320,420: 마이크로 채널
150,250,350,450: 마이크로 비드
160,260,360,460: 자성 나노 입자

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판상에서 외부 자기장에 의해 자화되어, 자속 집중기 사이의 갭(Gap) 영역에 자속(Flux)을 집중시키는 자속 집중기(Flux Concentrator);
    상기 자속 집중기의 상단 면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 형성되고, 타겟분자와 결합한 자성 나노 입자를 포함하는 샘플을 상기 갭 영역에 주입시키는 마이크로 채널; 및
    상기 자속 집중기 사이의 갭 영역의 기판상에 형성되어 상기 자성 나노 입자에 의한 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 자기센서를 포함하는 센서부
    를 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  2. 기판;
    상기 기판상에서 외부 자기장에 의해 자화되어 자속 집중기 사이의 갭(Gap) 영역에 자속(Flux)을 집중시키는 자속 집중기(Flux Concentrator);
    상기 자속 집중기의 상단 면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 형성되고, 유체와 함께 타겟분자를 매개로 하여 자성 나노 입자와 결합된 마이크로 비드를 상기 자속 집중기 상부의 갭 영역에 흘러가도록 가이드 하는 마이크로 채널; 및
    상기 자속 집중기 상부를 흘러가는 상기 자성 나노 입자에 의해 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 자기센서
    를 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  3. 기판;
    상기 기판상에서 외부 자기장에 의해 자화되어 자속 집중기 사이의 갭(Gap) 영역에 자속(Flux)을 집중시키는 자속 집중기(Flux Concentrator);
    상기 자속 집중기 상단면과 박막필름(thin film)을 통해 접하고 자성 나노 입자가 라벨처리된 타겟분자를 포함하는 샘플을 상기 갭 영역의 상부에 주입시키는 마이크로 채널; 및
    상기 자성 나노 입자에 의해 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 자기센서
    를 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센서부는
    상기 타겟분자가 마이크로 비드의 표면을 따라 결합하고, 상기 타겟분자에 결합된 상기 자성 나노 입자의 농도에 의해 변하는 상기 갭 영역의 자기장 변화를 감지하는 것인 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서부는
    상기 타겟분자에 특이성이 있는 리셉터;
    상기 리셉터를 상기 갭 영역에 고정시키는 폴리머부재; 및
    상기 타겟분자가 상기 리셉터와 특이적으로 결합되면 상기 타겟분자에 결합된 상기 자성 나노 입자의 농도변화에 의해 상기 갭 영역 내의 자기장 변화를 감지하는 자기센서
    를 포함하는 것인 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기센서와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 자기센서의 출력신호 변화폭에 의해 상기 타겟분자의 양을 분석하는 센서신호 계측부
    를 더 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센서신호 계측부의 분석결과를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 양단의 외곽에 상기 외부자기장을 인가하는 자기장 인가장치를 더 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟분자의 정량적인 분석결과를 이용하여 질병유무 또는 질병의 진행 상황을 진단하는 질병 진단부를 더 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기센서는
    GMR(Giant Magnetic Register; 거대 자기 저항) 센서인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 채널은
    폴리디메틸실록산(PDMS: Polydimethylsiloxane)으로 이루어 지는 것은 특징으로 하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자성 나노 입자는
    100㎚ ~ 200㎚의 크기이며, 상기 타겟분자를 매개로 하여 상기 마이크로 비드 표면에 포획되는 것인 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  13. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 마이크로 비드는
    폴리스티렌(polystyrene) 비드인 것인 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭 영역의 자기장 세기는
    상기 외부 자기장의 세기와 상기 자속 집중기의 길이에 비례하고, 상기 갭 영역의 길이에 반비례하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치.
  15. 삭제
  16. 타겟분자 특이성이 있는 제1 리셉터를 자성 나노 입자에 고정시켜 상기 자성 나노 입자가 라벨처리된 타겟분자를 포함하는 샘플용액을 기판상에서 외부 자기장에 의해 자화되는 자속 집중기에 의해 자속이 집중되는 갭 영역에 주입시키는 단계;
    상기 자성 나노 입자의 농도에 의한 자기센서의 출력신호를 측정하는 단계; 및
    상기 타겟분자를 정량적으로 분석하는 단계
    를 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 샘플용액을 상기 갭 영역에 주입시키는 단계 이전에 상기 타겟분자 특 이성이 있는 제2 리셉터를 마이크로 비드 표면에 고정시켜 갭(Gap) 영역에 주입시키는 단계
    를 더 포함하는 것인 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 샘플용액을 상기 갭 영역에 주입시킨 후, 상기 타겟분자와 결합하지 않은 자성 나노 입자를 제거하는 단계;
    를 더 포함하는 것인 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 타겟분자의 정량적인 분석결과를 이용하여 질병유무 또는 질병의 진행상황을 진단하는 단계
    를 더 포함하는 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석방법.
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