KR101173981B1

KR101173981B1 - 바이오 센서

Info

Publication number: KR101173981B1
Application number: KR1020080120189A
Authority: KR
Inventors: 김태엽; 양종헌; 안창근; 박찬우; 아칠성; 김안순; 백인복; 성건용; 박선희
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-11-29
Filing date: 2008-11-29
Publication date: 2012-08-16
Also published as: KR20100061604A

Abstract

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로, 반도체 기판 상에 감지 물질이 고정된 복수개의 단위 센서를 포함하는 센싱부와, 상기 감지 물질과 상호 반응하는 표적 물질을 포함하는 용액성 물질을 상기 센싱부로 제공하여 상기 용액성 물질과 상기 복수개의 단위 센서를 상호 접촉시키는 채널부와, 상기 센싱부와 전기적으로 결합되어 외부 장치와 상기 센싱부 간의 전기적 신호의 입출력을 담당하는 기판 회로부와, 상기 기판 회로부를 덮으며, 모세관 현상을 이용하여 상기 용액성 물질을 상기 센싱부로 제공하는 복층 구조의 덮개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

센서, 바이오 센서, 모세관 현상

Description

바이오 센서{BIO SENSOR}

본 발명은 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 바이오 센서에 관한 것이다.

일반적으로 바이오 센서는 생화학적, 광학적, 열적 또는 전기적 반응에 따른 변화를 측정하는 소자로서, 전기화학적 바이오 센서에 대한 연구가 가장 활발히 이루어지고 있는 것이 최근의 동향이다. 전기화학적 바이오 센서는 측정 원리에 따라 그 종류가 다양한데, 생체분자 검출을 위하여 실리콘 전계효과트랜지스터(FET) 원리를 이용한 바이오 센서가 그 중의 하나이다.

상기 원리를 이용하는 바이오 센서는 실리콘 나노와이어에서 타겟 분자와 프로브 분자 간의 상호반응시 발생하는 전기전도도(conductivity)의 변화를 감지하여 특정 바이오 물질을 검출하는 것이다. 이러한 바이오 센서는 높은 민감도와 매우 낮은 농도에서의 검출 한계 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다.

그렇지만, 이러한 바이오 센서는 표적 물질을 분리하기 위해 원심분리기와 같은 장치의 사용이 필요하다. 게다가, 표적 물질을 포함한 물질을 외부로부터 센서 내부로 이동시키기 위해 시린지 펌프의 사용으로 인해 휴대가 용이하지 못하다 는 단점이 있다. 특히, 시린지 펌프의 고비용 및 큰 부피가 바이오 센서의 상용화에 가장 큰 걸림돌이라 할 수 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 휴대가 간편한 바이오 센서를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 제작 비용이 비교적 저렴하며 사용하기 쉬운 바이오 센서를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이오 센서는 시린지 펌프의 사용없이 모세관 현상을 이용하여 표적 물질을 포함한 용액성 물질을 센서 내부로 이동시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 특징은 바이오 센서 자체가 용액성 물질 중에서 표적 물질을 용이하게 분리할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서는, 표적 물질과 감지 물질 간의 상호 반응으로써 상기 표적 물질을 검출하는 본체와; 그리고 상기 표적 물질을 포함하는 용액성 물질을 상기 본체로 제공하는 상부 하우징을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 상부 하우징은 상기 용액성 물질을 필터링하는 필터와; 상기 필터링된 용액성 물질을 모세관 현상으로써 상기 본체로 제공하는 상부 용액 인입구와; 상기 필터로부터 상기 상부 용액 인입구로의 용액성 물질의 흐름을 제공하는 용액 플로우 채널과; 상기 본체에서 검출 과정을 거친 용액성 물질이 배출되는 상부 용액 인출구와; 그리고 상기 상부 용액 인출구를 통해 배출된 용액성 물질을 저장하는 저장 용기를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 본체는 상기 용액성 물질을 제공받아 상기 용액성 물질에 포함된 표적 물질을 검출하는 센싱부와; 상기 상부 하우징으로부터 제공받은 용액성 물질을 상기 센싱부로 전달하는 채널부와; 상기 센싱부와 전기적으로 연결된 기판 회로부와; 그리고 상기 기판 회로부와 결합하여 상기 센싱부 및 채널부를 덮어 보호하는 하부 하우징을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 하부 하우징은 상기 상부 용액 인입구와 상하 정렬되고, 상기 상부 용액 인입구로부터 상기 채널부로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 하부 용액 인입구와; 그리고 상기 상부 용액 인출구와 상하 정렬되고, 상기 채널부로부터 상기 상부 용액 인출구로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 하부 용액 인출구를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 채널부는 상기 하부 용액 인입구와 상하 정렬되고, 상기 하부 용액 인입구로부터 상기 센싱부로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 채널 용액 인입구와; 상기 하부 용액 인출구와 상하 정렬되고, 상기 센싱부로부터 상기 하부 용액 인출구로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 채널 용액 인출구와; 그리고 상기 채널 용액 인입구부터 상기 채널 용액 인출구까지 연장되어, 상기 채널 용액 인입구로부터 상기 채널 용액 인출구로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하여 상기 용액성 물질을 상기 센싱부와 접촉시키는 채널을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 센싱부는 반도체 기판과; 그리고 상기 반도체 기판 상에 배치되며, 상기 채널 용액 인입구를 통해 제공된 용액성 물질과 접촉되어 상기 용액성 물질에 포함된 표적 물질과 상호 반응하는 검출 물질이 포함된 복수개의 단위 센서를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 기판 회로부는 상기 반도체 기판과 전도성 양면 접착 테이프에 의해 결합되는 바이어스 패드와, 상기 센싱부와 와이어 본딩을 위한 본딩 패드를 포함하는 인쇄회로기판(PCB)을 포함할 수 있다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서는, 반도체 기판 상에 감지 물질이 고정된 복수개의 단위 센서를 포함하는 센싱부와; 상기 감지 물질과 상호 반응하는 표적 물질을 포함하는 용액성 물질을 상기 센싱부로 제공하여, 상기 용액성 물질과 상기 복수개의 단위 센서를 상호 접촉시키는 채널부와; 상기 센싱부와 전기적으로 결합되어 외부 장치와 상기 센싱부 간의 전기적 신호의 입출력을 담당하는 기판 회로부와; 그리고 상기 기판 회로부를 덮으며, 모세관 현상을 이용하여 상기 용액성 물질을 상기 센싱부로 제공하는 복층 구조의 덮개를 포함할 수 있다.

본 다른 실시예에 있어서, 상기 덮개는 상기 용액성 물질의 상부 인입구 및 상부 인출구, 상기 상부 인입구로 제공되기 이전에 상기 용액성 물질을 필터링하는 필터, 그리고 상기 상부 인출구에서 배출되는 용액성 물질을 저장하는 저장 용기를 포함하는 투명성 상부 덮개와; 그리고 상기 상부 인입구 및 상부 인출구 각각과 상하 정렬된 하부 인입구 및 하부 인출구를 포함하며, 상기 기판 회로부와 결합되어 상기 센싱부 및 채널부의 배치 공간을 정의하는 투명성 하부 덮개를 포함할 수 있다.

본 다른 실시예에 있어서, 상기 투명성 상하부 덮개 중 적어도 어느 하나는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate)폴리카르보네이트(Polycarbonate), 시클릭올레핀코폴리머(Cyclic olefine copolymer), 폴리에틸렌술폰(Polyethylene sulfone), 폴리스티렌(Polystyrene), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 바이오 센서 자체에 용액성 물질을 필터링하여 표적 물질을 분리할 수 있는 구조를 포함하므로써 용액성 물질을 원심분리기와 같은 장치의 도움없이 용이하게 분리할 수 있고, 모세관 현상에 의해 용액성 물질을 센싱부로 이동시킬 수 있어서 시린지 펌프와 같은 장치가 필요없다. 따라서, 제작 공정이 단순하여 제작 비용이 비교적 저렴하며, 휴대가 용이하며 간편하게 표적 물질을 검출할 수 있어서 병원과 같은 의료 기관이나 일반 가정에서도 손쉽게 사용할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바이오 센서를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조 부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 사시도이고, 도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서(100)는 검출 물질의 투입 및 배출을 담당하는 상부 하우징(110)과, 투입된 검출 물질을 센싱하는 센싱부(도 2의 150)와 검출 물질을 센싱부(150)로 이동시키는 채널부(도 2의 140)를 덮는 하부 하우징(120)과, 센싱부(150)와 외부 장치(예: 리더기) 사이의 전기적 입출력 신호를 전달하는 기판 회로부(130)를 포함할 수 있다.

상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)은 각각 별개 구조체로서 2층 구조의 덮개를 구성할 수 있다. 혹은 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)은 일체로 구성되어 하나의 구조체일 수 있다. 본 실시예의 바이오 센서(100)는 용액성 물질을 검출하는 것일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 바이오 센서(100)는 용액성 물질을 외부로부터 내부로 제공하고 검출 과정을 거친 용액성 물질을 제공받아 저장할 수 있는 제공부(119)를 포함할 수 있다. 이러한 제공부(119)는 상부 하우징(110)에 설계될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상부 하우징(110)은 이미 언급한 바와 같이 용액성 물질을 제공하는 제공부(119)를 포함할 수 있다. 제공부(119)는 용액성 물질의 이동 경로를 제공하는 용액 플로우 채널(113: fluid flow channel)을 포함할 수 있다. 용액 플로우 채널(113)은 용액성 검출 물질을 투입하기 위한 상부 용액 인입구(114: fluid inlet)와 검출과정을 거친 용액성 검출 물질을 배출하기 위한 상부 용액 인출구(115: fluid outlet)를 포함할 수 있다. 용액 플로우 채널(113) 중에서 상부 용액 인입구(114)에 인접한 일단에는 용액성 물질 중 특성 성분을 분리할 수 있는 필터(116)가 배치될 수 있다. 용액 플로우 채널(113) 중에서 상부 용액 인출구(115)에 인접한 타단에는 검출 과정이 완료된 용액성 물질을 저장하는 저장 용기(117)가 배치될 수 있다.

일례로, 검출하고자 하는 용액성 물질이 혈액(blood)인 경우 필터(116)는 전혈(whole blood) 중에서 혈구(blood corpuscle)를 필터링하여 혈장(blood plasma) 혹은 혈청(blood serum)을 분리할 수 있는 것일 수 있다. 필터(116)는 종이 필터, 가령 MDI-FRI라는 품명으로 상용화된 것을 포함할 수 있다. 혈액이 필터(116)로 제공되면 혈액은 필터(116)에 흡수되어 혈액 내의 적혈구, 백혈구, 혈소판과 같은 혈구 성분이 제거될 수 있다. 전혈 중 혈구 성분이 제거된 혈장 혹은 혈청은 용액 플로우 채널(113)을 통과할 수 있다. 이때, 검출하고자 하는 표적 물질을 포함한 혈액은 모세관 현상에 의해 상부 용액 인입구(114)로 도달하고, 상부 용액 인입구(114)를 통과하여 바이오 센서(100)의 내부로 제공될 수 있다.

하부 하우징(120)은 기판 회로부(130)와 결합될 수 있다. 이를 위해 하부 하우징(120)은 결합 돌기(128)를 포함하고, 기판 회로부(130)는 결합 돌기(128)가 삽입될 수 있는 결합 홈(138)을 포함할 수 있다. 일례로, 하부 하우징(120)은 사각형 형상을 가질 수 있고, 결합 돌기(128)는 사각형의 네 모서리에 형성되어 있을 수 있다. 유사하게, 기판 회로부(130)는 사각형 형상을 가질 수 있고, 결합 홈(138)은 결합 돌기(128)와 상하 정렬된 위치에 오도록 사각형의 네 모서리에 형성되어 있을 수 있다. 결합 돌기(128)가 결합 홈(138)에 삽입되므로써 하부 하우징(120)과 기판 회로부(130)가 결합되고, 이들 사이에 센싱부(150)와 채널부(140)가 자연스럽게 정렬되어 내장될 수 있다.

하부 하우징(120)과 기판 회로부(130) 사이에는 제공된 용액성 물질 중 표적 물질을 센싱하는 센싱부(150)와, 상부 용액 인입구(114)를 통해 제공된 표적 물질을 포함한 용액성 물질을 센싱부(150)에 제공하는 채널부(140)를 포함할 수 있다. 센싱부(150)는 와이어 본딩과 같은 방식으로 기판 회로부(130)과 전기적으로 연결될 수 있고, 채널부(140)는 센싱부(150) 상에 올려져 결합될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 바이오 센서(100)는 기판 회로부(130) 상에 센싱부(150)와 채널부(140)가 배치되고 이를 하부 하우징(120)이 덮어 보호하므로써 용액성 물질을 대상으로 표적 물질의 존재 및 농도 등을 검출하는 본체(160)와, 이 본체(160)를 덮으며 본체(160)에 제공되는 용액성 물질의 투입 및 배출을 담당하는 상부 하우징(110)으로 크게 구분될 수 있다.

표적 물질을 포함한 혈액이 상부 용액 인입구(114)를 통과하여 채널부(140)로 제공되면, 그 혈액은 채널부(140)에 의해 센싱부(150)로 제공되어 센싱부(150)에 포함된 감지 물질과 반응한다. 혈액은 감지 물질과의 반응 이후 상부 용액 인출구(115)를 통해 배출되어 저장 용기(117)에 저장될 수 있다. 도 2에서 용액성 물질의 흐름은 점선 화살표로 표시되어 있다.

상부 하우징(110)의 몸체(111)는 용액성 물질의 흐름 상태나 누수 여부를 외부에서 용이하게 관찰할 수 있도록 투명성 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상부 하우징(110)의 몸체(111)는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate: 이하, PMMA)와 같은 투명한 플라스틱으로 구성될 수 있다. PMMA는 열가소성 아크릴 일종으로서 유리의 대체물로 많이 사용되며, 다루기 쉽고, 가격이 저렴한 특징이 있다. 또한 PMMA는 열가소성이기 때문에 가열한 상태에서 금속 몰드 위에 놓고 압력을 가하면 몰드와는 반대 형상의 플라스틱 패턴이 형성될 수 있으므로 원하는 형태로 만들기 쉽다는 특징이 있다.

상부 하우징(110)의 몸체(111)를 구성할 수 있는 투명성 재질로서 상술한 PMMA 이외에 폴리카르보네이트(Polycarbonate: 이하, PC), 시클릭올레핀코폴리머(Cyclic olefine copolymer: 이하, COC), 폴리에틸렌술폰(Polyethylene sulfone: 이하, PES), 폴리스티렌(Polystyrene: 이하, PS), 또는 이들의 조합 등을 채택할 수 있다.

도 3을 참조하면, 하부 하우징(120)은 몸체(121)에 하부 용액 인입구(124)와 하부 용액 인출구(125)가 형성된 것일 수 있다. 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120) 사이에서의 용액성 물질의 원할한 흐름을 위해 하부 하우징(120)의 하부 용액 인입구(124)와 하부 용액 인출구(125)는 상부 하우징(110)의 상부 용액 인입구(114)와 상부 용액 인출구(115)와 각각 상하 정렬된 위치에 있고, 이에 더하여 그 크기가 동일한 것이 바람직하다.

하부 하우징(120)은 채널부(140)와 센싱부(150)를 덮어 외부로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 또한, 하부 하우징(120)은 적당한 압축력으로 채널부(140)를 눌러 센싱부(150)와의 견고한 결합을 구현하여 채널부(140)를 따라 흐르는 용액성 물질이 누수되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 하부 하우징(120)은 채널부(140)와 센싱부(150)의 위치가 고정될 수 있도록 하는 구조인 것이 바람직하다.

예컨대, 하부 하우징(120)은 채널부(140) 전체 혹은 채널부(140)의 상부가 삽입될 수 있는 공간(126)과, 센싱부(150)가 삽입될 수 있는 공간(127)을 제공할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 센싱부(150)가 삽입되는 공간(127)은 센싱부(150)와 기판 회로부(130)의 패드(134)와의 전기적 연결을 위한 본딩 와이어를 보호하는 공간을 포함할 수 있다. 이들 공간들(126,127)은 음각 패턴에 의해 정의될 수 있다.

바이오 센서(100) 내부에서의 용액성 물질의 흐름 상태나 누수 여부, 센싱부(150)와 채널부(140)의 정렬 상태, 센싱부(150)와 기판 회로부(130)와의 전기적 연결 상태 등을 외부에서 관찰하기 쉽도록 하부 하우징(120)의 몸체(121)는 투명성 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 일례로, 투명성 재질은 상술한 PMMA, PC, COC, PES, PS 등을 채택할 수 있다.

채널부(140)는 원하는 경로로 용액성 물질이 흐르도록 안내하는 것일 수 있다. 채널부(140)는 용액성 물질이 흐르는 경로를 제공하는 채널(143)과, 채널(143)의 일단에 형성되어 채널(143)로 제공되는 용액성 물질이 유입되는 채널 용액 인입구(144)와 채널(143)을 통과한 용액성 물질이 유출되는 채널 용액 인출구(145)가 몸체(141)에 형성된 것일 수 있다. 하부 하우징(120)과 채널부(120) 사이에서의 용액성 물질의 원할한 흐름을 위해 채널부(140)의 채널 용액 인입구(144)와 채널 용액 인출구(145)는 하부 하우징(120)의 하부 용액 인입구(124)와 하부 용액 인출구(125)와 상하 정렬되는 위치에, 이에 더하여 그 크기와 동일한 것이 바람직하다.

채널부(140)는 아래쪽의 센싱부(150)와 맞닿으며, 채널(143)에 흐르는 용액성 물질의 누수가 생기지 않도록 위쪽의 하부 하우징(120)에 의해 적당한 힘으로 눌려질 수 있다. 따라서, 채널부(140)의 몸체(141)는 신축성을 가지며 용액성 물질의 흐름과 누수 여부, 센싱부(150)와의 정렬 상태 등을 외부에서 쉽게 관찰할 수 있도록 투명성 재질, 예컨대 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane: 이하, PDMS)으로 구성될 수 있다.

PDMS는 콘택트 렌즈를 비롯한 의료 기기에 널리 사용되고 있는 실리콘 기반의 유기폴리머로서 생채적 호환성있는(bio-compatible) 재질이다. PDMS는 몰드에 부은 후 굳혀서 제작할 수 있기 때문에 원하는 형태의 반대상을 가진 몰드를 먼저 제작하여 채널부(140)를 형성할 수 있다. 일례로 PDMS 몰드는 가령 4인치 실리콘 웨이퍼 상에 MEMS 공정으로 패턴(예: Su-8 패턴)을 형성하여 대량 생산이 가능할 수 있다.

채널(143)의 단면적은 용액성 물질이 흐르는 속도에 영향을 주며, 전체 흐르는 용액성 물질의 단위 부피당 센싱부(150)와 상호 작용할 수 있는 부피에도 영향을 줄 수 있다. 따라서, 채널(143)의 단면적은 이를 고려하여 타겟 분자와 프로브 분자와의 반응이 일어날 수 있도록 적당한 크기로 설계하는 것이 바람직하다. 예컨대, 채널(143)은 사각형(예: 직사각형)의 단면을 가질 수 있고, 몸체(141) 중에서 센싱부(150)와 접촉하는 하부에 제한적으로 형성될 수 있다.

센싱부(150)는 대략 15mm×25mm 정도의 크기를 갖는 칩으로서 반도체 기판(151) 상에 형성된 복수개의 단위 센서(152)를 포함할 수 있다. 반도체 기판(151)은 이른바 소이(Silicon On Insulator) 기판일 수 있다. 복수개의 단위 센서(152) 각각은 동일한 폭과 길이를 갖는 복수개의 실리콘 나노 와이어를 포함하며, 서로 다른 표적 물질을 감지할 수 있도록 설계될 수 있다.

예컨대, 센싱부(150)는 소이 기판 상에 형성된 나노 채널부와 그 양단의 소오스/드레인부를 포함하여 구성될 수 있다. 나노 채널부의 높이(소이 기판의 두께)는 수십 nm, 폭은 수십 ~ 수백 nm, 길이는 2 ~ 20nm 범위의 값을 가질 수 있다. 나노 채널부는 P형 또는 N형 실리콘으로 도핑될 수 있으며, 그 표면에는 검출하고자 하는 마커와 특이적인 결합을 이루는 항체가 바이오 표면 반응을 통해 고정될 수 있다. 소오스/드레인부는 금(Au), 금(Au)/크롬(Cr), 금(Au)/타이타늄(Ti), 금(Au)/크롬(Cr)/알루미늄(Al) 등의 금속 전극이 형성되어 이를 통해 외부 전압이 나노 채널부에 인가될 수 있도록 구성될 수 있다.

다른 예로서, 센싱부(150)는 미국특허 제6,870,235호에 개시된 바와 같이 구성될 수 있고, 또는 미국공개특허 제2006/0054936호에 개시된 바와 같이 구성될 수 있으며, 이들 문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 결합된다.

기판 회로부(130)는 센싱부(150)가 패키징되기 위해 놓여지는 기본 구조체일 수 있다. 기판 회로부(130)는 대체로 리더기와 같은 외부 장치와 호환이 가능하도록 설계될 수 있다. 일례로 기판 회로부(130)는 일반적인 슬라이드 글라스 크기, 가령 대략 76mm×25mm 정도의 크기를 갖는 인쇄회로기판(PCB)을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(PCB)의 재질은 가령 에폭시 레진이 포함된 유리섬유를 여러겹 겹쳐서 제작할 수 있다. 인쇄회로기판(PCB)은 패키징 결합시 센싱부(150)에 압축력이 집중되지 아니하고 분산되도록 신축성 특성을 가지는 것이 바람직하다 할 것이다.

일례로, 기판 회로부(130)는 상부 칩 가이드와 하부 인쇄회로기판(PCB)을 포함할 수 있다. 상부 칩 가이드는 센싱부(150)와 채널부(140)의 정렬을 위한 구멍이 파져 있을 수 있다. 하부 인쇄회로기판은 대체적으로 3층 레이어(layer)로 설계될 수 있다. 일례로, 최상층 레이어에는 센싱부(150)가 위치하기 위한 백(back) 기판 바이어스 패드(132)와 센싱부(150)와의 전기적 연결을 위한 본딩 와이어 패드(134)를 포함할 수 있다. 중간층 레이어에는 도면에는 자세히 도시되어 있지 아니하지만 전기 배선 라인이 포함될 수 있고, 최하층 레이어에는 리더기 소켓과 연결되는 패드가 포함될 수 있다. 기판 회로부(130)는 센싱부(150)의 전기 신호가 리더기 소켓 결합용 패드까지 상하 연결되도록 구멍이 위치할 수 있고, 구멍의 내벽에는 구리(Cu), 금(Au), 또는 구리(Cu)/금(Au)과 같은 금속이 코팅되어 있을 수 있다. 센싱부(150)의 기판(151)과 기판 회로부(130)의 바이어스 패드(132)는 전도성 양면 접착 카본 테이프에 의해 결합될 수 있다. 센싱부(150)의 패드와 기판 회로부(130)의 패드(134)는 금(Au) 와이어에 의해 와이어 본딩되어 있을 수 있다.

상기와 같이 구성된 바이오 센서(100)는 원심분리기의 사용없이 필터(116)에 의해 혈액을 혈구와 혈장(또는 혈청)으로 용이하게 분리할 수 있다. 또한, 시린지 펌프의 사용없이 모세관 현상으로 혈액이 센싱부(150)로 전달될 수 있다. 표적 물 질을 포함한 혈액이 모세관 현상에 의해 센싱부(150)로 전달되면 표적 물질과 감지 물질과의 상호 반응이 일어나 전기전도도의 변화가 생기고 이에 따라 표적 물질의 존재 혹은 그 농도 등을 검출할 수 있다. 검출 과정이 완료된 혈액은 최종적으로 저장 용기(117)에 저장될 수 있다.

본 실시예에서는 용액성 물질을 혈액이라 가정하였는데, 센싱부(150)의 구성을 달리하므로써 혈액 이외의 용액성 물질을 시료 물질로 채택할 수 있도록 설계할 수 있음은 물론이다.

이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 바이오 센서를 제작하는 반도체 산업을 비롯한 제조업이나 이를 응용하는 의료 기기 및 기타 건강 기기 등에 널리 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 사시도.

도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 분해 사시도.

Claims

삭제
표적 물질과 감지 물질 간의 상호 반응으로써 상기 표적 물질을 검출하는 센싱부와 상기 표적 물질을 모세관 현상을 이용하여 상기 센싱부로 제공하는 채널부가 내장되는 공간을 제공하는 하부 하우징과;

상기 하부 하우징의 일면에 결합되어 상기 표적 물질을 포함하는 용액성 물질을 상기 채널부로의 제공과 배출을 담당하는 상부 하우징과; 그리고

상기 하부 하우징의 타면에 결합되어 상기 센싱부와 전기적으로 연결되는 기판 회로부를 포함하고,

상기 상부 하우징은;

상기 용액성 물질을 필터링하는 필터와;

상기 필터링된 용액성 물질을 모세관 현상으로써 상기 채널부로 제공하는 상부 용액 인입구와;

상기 필터로부터 상기 상부 용액 인입구로의 용액성 물질의 흐름을 제공하는 용액 플로우 채널과;

상기 센싱부에서 검출 과정을 거친 용액성 물질이 상기 상부 하우징의 외부로 배출되는 상부 용액 인출구와; 그리고

상기 상부 용액 인출구를 통해 배출된 용액성 물질을 저장하는 상기 상부 하우징의 외면에 배치된 저장 용기를 포함하고,

상기 상부 용액 인입구와 상부 용액 인출구는 상기 용액 플로우 채널의 일부에 마련되고,

상기 용액 플로우 채널의 양단 중에서 상기 상부 용액 인입구와 인접한 일단에는 상기 필터가 배치되고, 상기 상부 용액 인출구와 인접한 타단에는 상기 저장 용기가 배치된 바이오 센서.
삭제
제2항에 있어서,

상기 하부 하우징은:

상기 상부 용액 인입구와 상하 정렬되고, 상기 상부 용액 인입구로부터 상기 채널부로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 하부 용액 인입구와; 그리고

상기 상부 용액 인출구와 상하 정렬되고, 상기 채널부로부터 상기 상부 용액 인출구로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 하부 용액 인출구를;

포함하는 바이오 센서.
제4항에 있어서,

상기 채널부는;

상기 하부 용액 인입구와 상하 정렬되고, 상기 하부 용액 인입구로부터 상기 센싱부로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 채널 용액 인입구와;

상기 하부 용액 인출구와 상하 정렬되고, 상기 센싱부로부터 상기 하부 용액 인출구로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하는 채널 용액 인출구와; 그리고

상기 채널 용액 인입구부터 상기 채널 용액 인출구까지 연장되어, 상기 채널 용액 인입구로부터 상기 채널 용액 인출구로의 용액성 물질의 흐름 경로를 제공하여 상기 용액성 물질을 상기 센싱부와 접촉시키는 채널을;

포함하는 바이오 센서.
제5항에 있어서,

상기 센싱부는:

반도체 기판과; 그리고

상기 반도체 기판 상에 배치되며, 상기 채널 용액 인입구를 통해 제공된 용액성 물질과 접촉되어 상기 용액성 물질에 포함된 표적 물질과 상호 반응하는 상기 감지 물질이 고정된 복수개의 실리콘 나노 와이어를;

포함하는 바이오 센서.
제6항에 있어서,

상기 기판 회로부는:

상기 반도체 기판에 결합되는 바이어스 패드와, 상기 센싱부와 와이어 본딩을 위한 본딩 패드를 포함하는 인쇄회로기판(PCB)을;

포함하는 바이오 센서.
삭제
반도체 기판 상에 감지 물질이 고정된 복수개의 실리콘 나노 와이어 센서가 이격 배열된 센싱부와;

상기 센싱부 상에 배치되며, 상기 감지 물질과 상호 반응하는 표적 물질을 포함하는 용액성 물질을 상기 복수개의 실리콘 나노 와이어의 배열 방향으로 흐르도록 하여 상기 용액성 물질과 상기 복수개의 실리콘 나노 와이어 센서를 상호 접촉시키는 채널부와;

상기 센싱부와 전기적으로 결합되어 외부 장치와 상기 센싱부 간의 전기적 신호의 입출력을 담당하는 기판 회로부와; 그리고

상기 기판 회로부를 덮어 상기 센싱부 및 채널부를 수용하며, 모세관 현상을 이용하여 상기 용액성 물질을 상기 센싱부로 제공하고 배출시키는 복층 구조의 덮개를 포함하고,

상기 덮개는:

상기 용액성 물질의 상부 인입구 및 상부 인출구, 상기 상부 인입구로 제공되기 이전에 상기 용액성 물질을 필터링하는 필터, 상기 필터링된 용액성 물질을 상기 상부 인입구로 안내하는 용액 플로우 채널, 그리고 상기 상부 인출구에서 상기 덮개의 외부로 배출되는 용액성 물질을 저장하는 저장 용기를 포함하는 투명성 상부 덮개와; 그리고

상기 상부 인입구 및 상부 인출구 각각과 상하 정렬된 하부 인입구 및 하부 인출구를 포함하며, 상기 센싱부 및 채널부의 배치 공간을 갖는 투명성 하부 덮개를 포함하며,

상기 투명성 상부 덮개와 상기 투명성 하부 덮개가 포개져 2층 덮개를 이루고, 상기 기판 회로부는 상기 하부 덮개에 결합되어 상기 2층 덮개의 바깥에 배치되고, 상기 저장 용기는 상기 상부 덮개에 제공되어 상기 2층 덮개의 반대측 바깥에 배치되는 바이오 센서.
제9항에 있어서,

상기 투명성 상하부 덮개 중 적어도 어느 하나는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리카르보네이트(Polycarbonate), 시클릭올레핀코폴리머(Cyclic olefine copolymer), 폴리에틸렌술폰(Polyethylene sulfone), 폴리스티렌(Polystyrene), 또는 이들의 조합을 포함하는 바이오 센서.