KR101165200B1

KR101165200B1 - 바이오센서

Info

Publication number: KR101165200B1
Application number: KR1020060111229A
Authority: KR
Inventors: 배병우; 이성동; 석홍성; 유진아; 김지수; 양정윤
Original assignee: 주식회사 인포피아
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2012-07-17
Also published as: EP1921154A1; US20080110768A1; CN101178373A; CN101178373B; KR20080042584A

Abstract

본 발명은 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서에 관한 것으로, 본 발명에 따른 바이오센서는, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층을 전극위에 형성하는 절연성 하부기판과, 하부기판과 소정의 상부기판을 접착하며 시료가 효소반응층을 따라 전극의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료주입공간을 형성하는 스페이서와, 하부기판과 마주보며 시료주입공간을 통해 시료와 함께 흡입된 공기가 배출되는 공기배출공간을 구비한 절연성 상부기판을 포함하며, 공기배출공간은 시료주입공간과 별개의 다른 층(layer)에 형성되는 입체모양인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하면서 시료 흡입속도를 높일 수 있다.

바이오센서, bio-sensor, biosensor, 공기배출, 피 퍼짐

Description

바이오센서{Bio-sensor}

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 바이오센서들의 분해사시도,

도 3a 내지 도 3c는 종래 기술에 의한 바이오센서의 문제점을 도시한 참고도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 분해사시도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 평면도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 단면도,

도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 바이오센서의 일부를 확대한 도면,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 효과를 도시한 참고도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 하부기판 111~113: 전극들

114~116: 리드선 120: 효소반응층

600: 스페이서 610: 시료주입공간

700: 상부기판 710: 공기배출공간

본 발명은 바이오센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체시료 내에 존재하는 분석물질을 전기화학적으로 검출하는 바이오센서에 관련된다.

생체시료 내에 존재하는 분석물질을 정량 또는 정성으로 분석하는 것은 화학적으로나 임상학적으로 대단히 중요한 일이다. 당뇨환자를 위해 혈액 내에 혈당을 측정하거나 여러 성인병의 요인이 되는 콜레스테롤을 측정하는 것 등이 대표적인 예이다. 특히 당뇨환자의 경우 주기적으로 혈당을 측정하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라 여러 기업들이 혈당을 측정하는 제품들을 출시하고 있다.

본 발명은 특히 혈액 중에 포함된 혈당 농도를 신속하고 간편하게 측정할 수 있는 1회용 혈당측정센서 등과 같은 바이오센서의 시료 흡입속도 향상을 위한 개선된 구조의 바이오센서를 제안한다.

당뇨병 환자의 조기 발견 및 치료과정 중의 당흡수량 조절을 위해 필수적인 혈당측정센서와 같은 바이오센서는 통상적으로, 절연성 기판상에 스크린 인쇄 등의 방법으로 복수의 전극을 포함하는 전극계를 형성하고, 형성된 전극계상에 친수성 고분자와 산화환원효소 및 전자수용체로 이루어진 효소반응층을 형성하고 있다.

이러한 바이오센서의 효소반응층에 분석물질을 포함한 시료를 떨어뜨리면, 시료가 효소반응층을 용해하고 시료 내에 포함된 분석물질과 효소(Enzyme)가 반응하여 분석물질이 산화되고, 이에 따라 전자수용체가 환원된다. 효소반응 종료 후 환원된 전자수용체를 전기화학적으로 산화하여 얻어지는 산화 전류치를 측정 장치를 통해 측정함으로써 시료 중에 포함된 분석물질의 농도를 구할 수 있다.

그런데, 바이오센서의 측정시간은 시료가 효소반응층에 얼마나 빠르게 흡입되느냐에 좌우되며, 시료의 흡입속도는 효소반응층 위에 존재하던 공기가 얼마나 빠른 시간에 많이 빠져 나가냐 하는 것에 따라 좌우된다.

본 발명 출원인에 의해 선출원된 한국특허출원 제2001-40690호(2001. 07. 07 출원)에서 제시한 바이오센서는 시료주입공간과 공기배출공간이 T자 형상을 이루도록 스페이서(spacer)를 분리 구성(60)함으로써 효소반응층에 대해 수직한 방향으로 공기배출공간을 형성하고, 이를 통해 공기를 외부로 배출하고 있다.

도 1은 전술한 선출원(한국특허출원 제2001-40690호)에서 제시하는 바이오센서의 분해사시도를 도시한다. 도 1을 참조하면, 전술한 선출원에서 제시한 바이오센서의 경우 시료주입공간(61)과 공기배출공간(62)이 T자 형태로 일체로 구성되어 있다. 이에 따라 공기 배출이 효소반응층을 거쳐 이루어지므로 공기의 배출 속도가 시료의 주입 속도에 좌우되어 시료 흡입속도가 느려지는 단점이 있고, 시료 흡입속도를 높이기 위해서는 공기배출공간이 커져야 하므로 측정에 필요한 시료의 양도 커질 수밖에 없는 단점이 있었다. 또한, 시료주입공간과 공기배출공간이 T자 형상을 이루도록 스페이서(spacer)를 분리 구성(60)해야 하므로 바이오센서 제작 공정이 복잡해지는 문제가 있었다.

한편, 본 발명 출원인에 의해 선출원된 한국특허출원 제2002-59612호(2002. 09. 30 출원)에서 제시한 바이오센서는 커버에 형성한 시료 주입을 위한 만곡홈으로부터 효소반응층에 대해 평행한 방향으로 슬릿(slit)을 형성하고, 이를 통해 공기를 외부로 배출하는 구조를 가진다.

도 2는 전술한 선출원(한국특허출원 제2002-59612호)에서 제시하는 바이오센서의 분해사시도를 도시한다. 도 2를 참조하면, 전술한 선출원에서 제시하는 바이오센서의 구조에 따라 상부기판에 형성한 홈을 통해 공기를 외부로 배출하는 방식은 효소반응층이 오염될 가능성이 크고, 측정 후 시료가 홈을 통해 흘러나와 손에 묻을 가능성이 크고, 흡입되는 시료의 양이 일정하지 못하고, 효소반응층 오염을 최소화하기 위해 홈을 무작정 크게할 수 없으므로 시료 흡입 속도가 느린 단점을 가진다.

한편 도 3a 내지 도 3c는 전술한 선출원에 의한 바이오센서들의 문제점을 도시한 참고도이다. 도 3a는 시료 주입 이전의 바이오센서 상태를 도시하며, 도 3b는 시료 주입 이후의 이상적인 바이오센서 상태를 도시한다. 즉, 시료가 시료주입부를 통해 전극까지 흡입되고 공기배출공간으로 시료가 유출되지 않은 상태, 즉 피 퍼짐 현상이 없는 상태가 가장 바람직하다.

그러나 선출원에 의한 바이오센서들은 도 3c에 도시된 바와 같이 각각 공기배출공간으로 시료가 퍼지게 되는 문제점이 발생한다. 따라서 시료가 공기배출공간을 통해 바이오센서 외부로 흘러나와 측정자의 손에 묻을 가능성이 커지고, 흡입되는 시료의 양이 일정하지 못하여 측정의 안정성이 떨어지며 측정을 위해 보다 많은 시료가 필요로 하는 단점을 가진다.

따라서, 공기배출공간을 크게 하여 시료 흡입속도를 높이면서도 측정에 필요한 시료의 양을 최소화하는 바이오센서 구조가 요구된다. 또한, 공기배출공간을 통해 공기만 빠른 속도로 배출되고 시료는 외부로 유출되지 않는 피 퍼짐 현상을 방지하는 바이오센서가 요구된다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 시료 흡입속도를 높이면서도 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하고 또한 공기배출공간을 통한 시료의 외부 유출(피 퍼짐 현상)을 방지하는 바이오센서를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라 전술한 기술적 과제는, 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서에 있어서, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층을 전극위에 형성하는 절연성 하부기판; 하부기판과 소정의 상부기판을 접착하며 시료가 효소반응층을 따라 전극의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료주입공간을 형성하는 스페이서; 및 하부기판과 마주보며 시료주입공간을 통해 시료와 함께 흡입된 공기가 배출되는 공기배출공간을 구비한 절연성 상부기판을 포함하며, 공기배출공간은 시료주입공간과 별개의 다른 층(layer)에 형성되는 입체모양인 것을 특징으로 하는 바이오센서에 의해 달성된다.

이 때, 공기배출공간은 시료의 흡입속도를 높이기 위하여 시료주입공간과 별개의 다른 층에 터널 형태로 형성되는 것이 바람직하며,

공기배출공간은 시료의 흡입방향과 수직한 방향으로 형성된 반원통형의 형상인 것이 바람직하고,

터널 형태의 공기배출공간의 단면은 약 0.3mm ~ 3mm 내외의 폭과, 약 0.1mm ~ 3mm 내외의 높이를 가지며, 시료주입공간을 통해 주입되는 시료는 약

이하인 것이 특히 바람직하다.

또한, 시료주입공간은 공기배출공간과 만나는 끝부분에서의 피 퍼짐을 방지하기 위하여 시료주입공간의 끝부분을 점차 좁아지도록 형성하는 것이 바람직하며,

나아가, 시료주입공간은 시료주입공간의 끝부분에서의 피 퍼짐을 방지하기 위하여 공기배출공간의 내벽에 소수성(Hydrophobic) 물질을 도포하는 것이 특히 바람직하다.

또한, 스페이서는 피 퍼짐을 방지하기 위하여 소수성 재질을 사용하고, 상부기판이나 하부기판과 접촉하는 면에 소수성 재질의 접착제를 도포하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

일반적으로, 전기화학적으로 시료 내의 분석물질을 측정하는 바이오센서는 작동전극(Working electrode)과, 기준전극(Reference electrode) 및/ 또는 보조전극(Counter electrode)을 구비한다. 일예로 산화환원효소(Oxidoreductase)와 전자전달매개물질을 이용한 전기화학적 센서의 측정 원리를 보면 아래의 반응식과 같다.

[반응식]

분석물질 + 효소(산화상태) + 전자전달매개물질(산화상태) ===> 반응결과물질 + 효소(환원상태) + 전자전달매개물질(환원상태)

이 반응식에서 시료 내의 분석물질과 반응하여 생성된 환원상태의 전자전달매개물질은 시료 내에 존재하는 분석물질의 농도에 비례한다. 이를 이용하여 기준전극 또는 보조전극을 기준으로 작동전극에 일정한 전압을 인가하여 환원상태의 전자전달매개물질을 산화시키며 이때 발생하는 산화 전류의 양을 측정하여 시료 내의 분석물질을 정량할 수 있다.

이 때, 효소로는 글루코스 산화효소, 락테이트 산화효소, 콜레스테롤 산화효소, 알코올 산화효소 등 여러 종류의 산화환원효소와, 글루코스 탈수소효소, GOT(glutamate oxaloacetate trnasmianse), GPT(glutamate pyruvate trnasmianse)등 여러 종류의 전이효소와 가수분해효소가 사용될 수 있다.

또한, 전자전달매개물질로는 포타슘페리시안나이드(potassium ferricyanide), 포타슘페로시안나이드(potassium ferrocyanide), 헥사아민루세늄클로라이드(hexaamineruthenium chloride), 페로센(ferrocene) 및 그 유도체, 퀴논(quinine) 및 그 유도체 등 효소와 반응하여 산화 또는 환원 할 수 있는 물질들이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전극은 탄소, 흑연, 백금 처리된 탄소, 은, 금, 팔라듐 또는 백금 성분 등을 이용하여 제작된다. 예를 들면, 탄소나 백금 처리된 탄소로 구성된 잉크, 또는 팔라듐을 포함하는 잉크를 사용하여 하부기판에 전극을 인쇄할 수 있다. 또는, 금을 이용한 진공증착에 의해 하부기판에 전극을 형성할 수도 있다.

이하, 보다 구체적으로 본 발명에 따른 바이오센서의 구성을 살펴본다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 분해사시도이고, 도 5는 바이오센서의 평면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 바이오센서는 절연성 하부기판(100), 스페이서(spacer, 600) 및 상부기판(700)을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따라 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서는, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층을 전극위에 형성하는 절연성 하부기판(100)과, 하부기판과 상부기판을 접착하며 시료가 효소반응층을 따라 전극의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료주입공간(610)을 형성하는 스페이서(600) 및 하부기판과 마주보며 시료주입공간을 통해 시료와 함께 흡입된 공기가 배출되는 공기배출공간(710)을 구비한 절연성 상부기 판(700)을 포함하며, 공기배출공간(710)은 시료주입공간(610)과 별개의 다른 층(layer)에 형성되는 입체모양인 것을 특징으로 한다.

이 때, 공기배출공간은 시료의 흡입속도를 높이기 위하여 시료주입공간과 별개의 다른 층에 터널 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 공기배출공간은 시료의 흡입방향과 수직한 방향으로 형성된 반원통형의 형상인 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 절연성 하부기판(100)은 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 적어도 하나 이상의 전극(111 내지 113)을 구비하고 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층(120)을 전극위에 형성한다. 하부기판(100)은 절연성 물질로 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET), PVC 또는 폴리카본에이트로 구성된 얇은 판이 사용될 수 있다. 하부기판(100)은 50~400um의 두께를 가지는 절연성 물질이 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 100~300um 두께를 가지는 절연성 물질을 사용하는 것이 적절하다.

절연성 하부기판(100)의 상부에는 측정장치(도면 도시 생략)에 접촉되는 리드선(114 내지 116)과, 리드선에 연결되어 흡입된 시료에 흐르는 전기신호를 검출하는 전극(111 내지 113)이 인쇄된 전극계가 형성된다.

효소반응층(120)은 시료가 흡입되어 반응을 일으키기 위한 층으로, 시료 내의 분석물질과 반응하는 효소와, 효소와 반응하는 전자전달매개물질, 그리고 완충용액 물질, 효소 안정제, 기타 이러한 구성 물질들을 전극 위에 고정하는 고분자 지지체로 구성된다. 효소반응층(120)은 전극을 충분히 덮도록 전극 위에 도포되어 고정된다. 효소 반응층(120)에 분석물질을 포함한 시료를 떨어뜨리면, 시료에 의 해 효소반응층(120)이 용해되며 시료 내에 포함된 분석물질과 효소(Enzyme)가 반응하여 분석물질이 산화되고, 이에 따라 전자수용체가 환원된다. 효소반응 종료 후 이 환원된 전자수용체를 전기화학적으로 산화하여 얻어지는 산화 전류치를 상기 전극(111 내지 113)과 연결된 리드선(114 내지 116)에 접촉되는 측정 장치(도면 도시 생략)를 통해 측정함으로써 시료 중에 포함된 분석물질의 농도를 구할 수 있다.

스페이서(600)는 상부기판(700)과 하부기판(100)을 접착하여 형성되는 시료주입공간(610)를 통해 모세관을 형성한다. 스페이서(600)의 두께는 효소반응층(120)의 두께보다 적어도 같거나 두꺼워야한다. 그 이유는 시료가 효소반응층(120)에 흡입 시 시료 주입을 보다 용이하도록 하기 위함이다. 즉, 스페이서(600)의 두께가 효소반응층(120)의 두께보다 클 경우 그 여유 공간으로 시료 주입이 용이해진다. 스페이서(600)는 양면테이프로 구성되며 10~300um의 두께를 가지는 양면테이프를 사용할 수 있다. 특히, 주입되는 시료의 양을 최소로 하기 위하여 양면테이프의 두께를 10~150um로 하는 것이 바람직하다. 시료주입공간(610)을 통해 측정하고자하는 시료가 모세관 현상으로 자동 주입되며, 시료도입공간(610)에 존재하던 공기는 시료의 유입으로 인해 상부기판(700)에 형성된 공기배출구(710)를 통해 외부로 배출된다.

이 때, 공기배출공간은 시료의 흡입속도를 높이기 위하여 시료주입공간과 별개의 다른 층(layer)에 형성되는 입체모양인 것이 바람직하며, 특히 시료주입공간(610)과 별개의 다른 층에 터널 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 공기배출공간(710)은 시료와 효소반응층(120)이 존재할 수 없는 층(layer)에 형성되는 것 으로 이를 통해서 공기만 빠져나가게 된다. 특히 공기배출공간(710)은 시료의 흡입방향과 수직한 방향으로 형성된 반원통형의 형상인 것이 바람직하며, 그 이외에도 다양한 입체형상으로 구현될 수 있다.

이에 따라, 효소반응층(120)에 시료가 흡입되기 시작하면, 효소반응층 주변에 존재하던 공기는 점점 시료주입공간(610) 안쪽으로 밀리게 되고, 압력에 의해 상부기판(700)에 시료주입방향과 수직한 방향으로 형성된 공기배출공간(710)을 통해 공기가 외부로 배출되게 된다. 시료주입공간(610)과 별개의 다른 층에 터널 형태로 형성되는 공기배출공간(710)을 통해 공기만 외부로 배출됨에 따라 시료흡입 속도가 향상되게 된다.

즉, 본원 발명은 종래의 기술들과는 달리 산화 반응이 일어나는 효소반응층(120)과 공기가 배출되는 공기배출공간(710)이 별도의 다른 층(Layer)에 형성되므로, 측정에 필요한 시료의 양이 공기배출공간(710)의 크기에 무관하여 시료 양을 효소반응층(120) 크기만큼으로 줄일 수 있다. 또한, 공기배출공간(710)을 효소반응층(120)의 크기에 상관없이 늘릴 수 있어 효율적인 공기배출이 가능하며, 공기배출이 효소반응층(120)을 거치지 않고 일어나게 되어 공기 배출 속도와 시료 주입속도가 무관하고, 이에 따라 기체인 공기의 움직임이 액체인 시료의 움직임 보다 윌등히 빠르므로 공기배출 속도가 향상되어 결과적으로 시료흡입속도를 높일 수 있다. 나아가, 측정 후 바이오센서(스트립)를 측정장치에서 제거할 때 시료가 손에 묻을 염려가 적다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 절연성 하부기판(100) 위에 전극(111 내지 113)과 리드선(114)이 형성되며, 전극 위에는 효소반응층(120)이 고정된다. 이러한 하부기판(100)은 시료도입공간(610)을 가지는 스페이서(600)에 의해 상부기판(700)과 결합된다. 상부기판(700)에는 시료도입공간(610)를 통해 시료가 주입됨에 따라 공기가 배출되는 공기배출공간(710)이 시료주입방향과 수직한 방향의 터널 형태로 형성되어 있다.

한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따라, 하부기판(100)에 인쇄된 리드선(114)의 끝단이 노출되도록 스페이서(600)와 상부기판(700)이 하부기판보다 작은 크기를 가지는 것이 바람직하다. 이 노출된 리드선(114)의 끝단은 측정시 측정 장치(도면 도시 생략)에 접촉되고, 측정 장치는 전극(111 내지 113)에 의해 검출되는 산화 전류의 크기에 따라 시료내의 분석물질의 농도를 구하게 된다.

한편, 도 3a 내지 도 3c에서 전술한 바와 같이 종래의 바이오센서들은 도 3c에 도시된 바와 같이 각각 공기배출공간으로 시료가 퍼지게 되는 문제점이 발생한다. 따라서 시료가 공기배출공간을 통해 바이오센서 외부로 흘러나와 측정자의 손에 묻을 가능성이 커지고, 흡입되는 시료의 양이 일정하지 못하여 측정의 안정성이 떨어지며 측정을 위해 보다 많은 시료가 필요로 하는 단점을 가진다.

따라서, 공기배출공간을 통해 공기만 빠른 속도로 배출되고 시료는 외부로 유출되지 않는 피 퍼짐 현상을 방지하는 바이오센서가 요구된다.

이를 위하여 본 발명은 피 퍼짐 현상을 방지하기 위한 다양한 해결책을 구비하고 있다. 보다 구체적으로, 도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 바이오센서의 일부를 확대한 도면이다.

피 퍼짐 현상을 방지하기 위한 첫 번째 해결책은 공기배출공간(710)의 폭(Width)과 높이(Height)를 제한하는 것이다. 공기배출공간의 단면이 너무 작을 경우 모세관 현상(capillary action)에 의해 도 3c에 도시된 바와 같이 피 퍼짐 현상이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 공기배출공간(710)의 단면적을 크게 할수록 모세관 현상을 방지하고 공기의 배출속도를 높여 시료흡입속도를 향상시킬 수 있다.

그러나, 공기배출공간(710)을 무제한 크게 할 수는 없다. 공기배출공간의 모양이 터널 형태의 입체모양이므로 단면적이 너무 커지면 바이오센서 제작과정에서 공기배출공간의 모양(forming)을 제대로 형성하기 힘들며, 공기배출공간을 형성한 후에도 눌리거나 모양이 틀어질 염려가 있기 때문이다.

따라서, 실험적으로 얻어진 결과에 따르면 본 발명에 따른 바이오센서에 있어서, 공기배출공간(710)의 단면은 약 0.3mm ~ 3mm 내외의 폭과, 약 0.1mm ~ 3mm 내외의 높이를 가지는 것이 바람직하다. 이때 시료주입공간을 통해 주입되는 시료는 약

이하인 것이 특히 바람직하다.

한편, 피 퍼짐 현상을 방지하기 위한 두 번째 해결책은 시료 및 시료에 용해된 효소반응층(120)이 친수성인 성질을 이용하여 소수성 재질로 공기배출공간(710)의 내부를 도포하는 것이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 터널 형태의 공기배출공간의 내벽은 피 퍼짐 현상을 방지하기 위하여 소수성이 강한 물질로 도포하는 것이 바람직하다. 이에 따라 친수성이 강한 시료가 공기배출공간(710)으로 퍼져나가지 못하도록 피 퍼짐 현상을 방지할 수 있다. 또한, 스페이서는 피 퍼짐을 방지하기 위하여 소수성 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 나아가 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 스페이서(600)의 상부기판이나 하부기판과 접촉하는 면에 소수성이 강한 재질의 접착제를 도포하는 것이 바람직하다.

즉, 시료가 효소반응층(120)에 흡입될 때 시료가 효소반응층(120) 외부로 스며들지 않도록 하기위해, 효소반응층(120)에 흡입되는 친수성(Hydrophilic) 있는 시료의 진로를 방해할 수 있는 소수성(Hydrophobic) 재질을 이용해 효소반응층(120)주변을 구현함으로써 센서 내/외부로 시료가 스며들지 않도록 할 수 있다.

한편, 피 퍼짐 현상을 방지하기 위한 세 번째 해결책은 스페이서(600)에 형성되는 시료주입공간(610)의 끝부분 모양을 점차 좁아지도록 형성하는 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이 시료주입공간(610)은 공기배출공간(710)과 만나는 끝부분에서의 피 퍼짐을 방지하기 위하여 시료주입공간(610)의 끝부분을 점차 좁아지도록 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따라, 시료 주입을 용이하게 하기 위해 상부기판(700)의 시료주입구 초입 위치에 시료 주입홈을 더 구비할 수 도 있다. 이 경우 시료 주입홈에 의해 효소반응층(120)이 오염될 가능성도 있으나, 시료 주입홈의 크기를 매우 작게 하면 오염 정도를 최소화할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 특징적인 양상에 따라 형성되는 바이오센서에 의해 주입되는 시료는 효소반응층(120)과 같은 모양의 시료주입공간(610) 내에만 머물고 주변으로 퍼지지 않아 피 퍼짐 현상을 방지할 수 있으며 측정에 필요한 시료의 양을 최소화할 수 있다. 동시에 시료주입공간(610)과 별도의 층에 형성된 입체 모양으로 형성되어 상대적으로 부피가 큰 공기배출공간(710)을 통해 공기만 원활하게 빠져 나갈 수 있다. 이에 따라 시료 흡입 속도는 향상되면서도 피 퍼짐 현상을 방지할 수 있는 효율적인 바이오센서가 제공된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 시료 흡입속도를 높이면서도 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하고 또한 공기배출공간을 통한 시료의 외부 유출(피 퍼짐 현상)을 방지하는 바이오센서가 제공된다.

즉, 본 발명에 따른 시료 흡입속도를 향상한 바이오센서는 시료주입방향과 되도록이면 수직한 방향으로 시료주입공간과는 별개의 다른 층에 상부기판에 입체모양의 공기배출공간을 형성함으로써, 시료 흡입시 공기가 외부로 매우 효과적으로 배출됨으로써 시료흡입속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 시료가 공기배출공간을 통해 주변으로 퍼져나가지 않도록 다양한 해결책을 제시하여 시료 누출의 염려가 없는 유용한 효과를 가진다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서에 있어서,

적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 상기 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층을 상기 전극위에 형성하는 절연성 하부기판;

상기 하부기판과 소정의 상부기판을 접착하며 상기 시료가 상기 효소반응층을 따라 상기 전극의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료주입공간을 형성하는 스페이서; 및

상기 하부기판과 마주보며, 상기 시료의 흡입방향과 수직한 방향으로 터널 형태로 형성되어 상기 시료주입공간을 통해 상기 시료와 함께 흡입된 공기가 배출되는 공기배출공간을 포함하는 절연성 상부기판; 을 포함하며,

상기 공기배출공간은 상기 상부기판 상에 일체로 형성되어 돌출된 형태인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
삭제
제1항에 있어서,

상기 공기배출공간은 상기 시료의 흡입방향과 수직한 방향으로 형성된 반원통형의 형상인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 터널 형태의 공기배출공간의 단면은 0.3mm ~ 3mm 내외의 폭과, 0.1mm ~ 3mm 내외의 높이를 가지며, 상기 시료주입공간을 통해 주입되는 시료는
이하인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 시료주입공간의 끝부분은 상기 공기배출공간과 만나는 부분에서부터 점점 좁아져 상기 공기배출공간으로의 피(血) 퍼짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 시료주입공간은 상기 시료주입공간의 끝부분에서의 피(血) 퍼짐을 방지하기 위하여 상기 공기배출공간의 내벽에 소수성(Hydrophobic) 물질을 도포하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 스페이서는 상기 시료주입공간의 끝부분에서의 피(血) 퍼짐을 방지하기 위하여 상기 상부기판과 접촉하는 상기 스페이서의 적어도 일 면을 소수성(Hydrophobic) 재질의 접착제로 도포하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 스페이서는 상기 시료주입공간의 끝부분에서의 피(血) 퍼짐을 방지하기 위하여 상기 하부기판과 접촉하는 상기 스페이서의 적어도 일 면을 소수성(Hydrophobic) 재질의 접착제로 도포하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 스페이서는 상기 시료주입공간의 끝부분에서의 피(血) 퍼짐을 방지하기 위하여 소수성(Hydrophobic) 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 상부기판은 시료의 주입을 용이하게 하기 위하여 상기 시료주입공간의 초입 위치에 시료 주입 홈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 효소반응층은 적어도 한 종류 이상의 효소와 적어도 한 종류 이상의 전자전달 매개물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제11항에 있어서,

상기 효소는 산화/환원 효소, 탈수소 효소, 전이 효소 또는 가수분해 효소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 하부기판에 형성되는 전극의 성분은 탄소, 흑연, 백금-탄소, 은, 금, 팔라듐, 또는 백금 중 하나인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제3항에 있어서,

상기 공기배출공간은 속이 완전히 빈 반원통형의 형상인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제1항에 있어서,

상기 시료주입공간의 끝부분이 상기 공기배출공간의 중간에서 종단되되 점차 좁아지는 형태인 것을 특징으로 하는 바이오센서.