KR101298772B1 - 바이오센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베이스 기판(10)과, 상기 베이스 기판(10)을 관통하도록 형성된 시료도입로(20)와, 상기 시료도입로(20)의 내측벽에 형성되며 서로 이격되는 작동전극(30) 및 기준전극(40)과, 상기 작동전극(30)과 기준전극(40) 상에 도포된 반응시약과, 상기 작동전극(30)과 기준전극(40) 각각에 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 기판(10)의 일면에 형성되는 신호전달전극(50)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 바이오센서를 제조함에 있어서, 1개의 계층만을 이용함으로써 그 구조를 단순화하고 생산성을 향상시키며 제조비용을 절감하는 효과가 발생된다.

Description

바이오센서 및 그 제조 방법{Biosensor and manufacturing method thereof}
본 발명은 바이오센서에 관한 것으로 특히 구조 및 제작공정을 단순화시킬 수 있는 바이오센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
바이오센서(biosensor)는 생물이 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 수단을 말하며, 혈당이나 케톤 등과 같은 생체물질을 탐지소자로 사용하므로 감도와 반응 특이성이 우수하다. 따라서 의료/의약 분야에서의 임상화학분석, 바이오산업의 공정계측, 환경계측, 화학물질의 안정성 평가 등 광범위한 분야에서 사용되고 있고 그 범위는 계속 확대되고 있다. 특히 바이오센서는 혈당 측정, 임신 진단, 소변 검사 등 다양한 자가 테스트 및 빠른 질병 진단에 많이 사용되고 있다.
가장 보편적인 전기화학적 바이오센서의 경우 혈당 측정에 주로 사용되고 있는데, 바이오센서에 혈액과 같은 시료를 도입했을 때 일어나는 전기화학 반응에 의해, 전기신호가 생성되어 바이오센서와 연결 혹은 체결된 측정기에 전달되는 방식이다.
종래의 바이오센서의 구조를 보면 하부기판 위에 반응기판을 올리고, 반응기판 위에 시료도입을 위한 스페이서를 올리고, 그 위에 상부기판을 올리고, 맨 위에 커버를 올리는 구조로서, 다수의 박막계층을 적층하는 구조이다. 특히 대부분이 막대 스트립 형태로서 그 크기가 매우 작아 상당히 정교한 공정을 필요로 한다.
종래의 바이오센서는 그 구조 및 제작과정이 복잡하고 이에 따라 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 1 계층 구조를 갖는 바이오센서 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조과정이 간단한 바이오센서 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조비용이 낮은 바이오센서 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 베이스 기판(10)과,
상기 베이스 기판(10)을 관통하도록 형성된 시료도입로(20)와,
상기 시료도입로(20)의 내측벽에 형성되며 서로 이격되는 작동전극(30) 및 기준전극(40)과,
상기 작동전극(30)과 기준전극(40) 상에 도포된 반응시약과,
상기 작동전극(30)과 기준전극(40) 각각에 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 기판(10)의 일면에 형성되는 신호전달전극(50)
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 제공한다.
상기 신호전달전극(50)은 작동전극(30)의 하부에 형성되는 작동신호전달전극(51)과, 기준전극(40)의 하부에 형성되는 기준신호전달전극(52)으로 이루어지며, 상기 작동신호전달전극(51)과 기준신호전달전극(52)은 서로 이격될 수 있다.
또한, 상기 베이스 기판(10)은 절연기판으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 베이스 기판(10)에 2개의 관통공들(16, 17)이 형성되는 과정과,
상기 관통공들(16, 17)이 형성된 베이스 기판(10)에 1차 도금을 진행하는 과정과,
상기 1차 도금된 기판에 패터닝(Patterning)을 수행하는 과정과,
상기 관통공들(16, 17) 사이를 하나로 연결하는 연결관통공(18)을 형성하여 관통공들(16, 17)과 연결관통공(18)이 시료도입로(20)가 되는 과정과,
상기 베이스 기판(10)의 작동전극(30)과 기준전극(40) 및 신호전달전극(50)에 2차 도금이 진행되는 과정 및
상기 작동전극(30)과 기준전극(40)에 반응시약을 도포하는 과정을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법도 제공한다.
상기 1차 도금을 진행하는 과정은 동도금을 진행하는 과정일 수 있고, 상기 2 차 도금 과정은 작동전극(30)과 기준전극(40) 및 신호전달전극(50)에만 금도금이 형성되고 연결관통공 둘레 부분에는 금도금이 형성되지 않는다.
피씨비 원판과 같은 대형 절연기판을 베이스 기판(10)으로 준비하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 바이오센서를 제조함에 있어서, 1개의 계층만을 이용함으로써 그 구조를 단순화하고 생산성을 향상시키며 제조비용을 절감하는 효과가 발생된다.
또한 본 발명에 따르면 기존의 다계층 적층형 방식이 아닌 1개 계층에 시료도입로 및 전극부를 형성하는 방식을 제안함으로써 간단한 구조를 통해 바이오센서의 동작성을 향상시키고 바이오센서의 생산성 향상 및 불량발생률 발생을 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명인 바이오 센서를 나타내는 사시도 및 내부 전극 구조도.
도 2는 본 발명인 바이오 센서의 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 3a와 도 3b는 절연기판이 드릴링 되기 전과 후를 차례로 나타내는 개략도.
도 4는 도 3의 드릴링 된 절연기판에 무전해 동도금이 형성된 개략도.
도 5는 도 4의 동도금이 형성된 절연기판에 패터닝이 수행되는 개략도.
도 6은 도 5의 패터닝이 수행된 상태에서 관통공들 사이를 연결하는 연결공이 형성된 개략도.
도 7은 도 6의 상태에서 2차 도금이 수행된 것을 나타내는 개략도.
도 8은 도 7의 내부 전극부를 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명인 바이오 센서가 외측 하우징(100)에 인입되는 것을 나타내는 개략도.
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 1은 본 발명인 바이오 센서를 나타내는 사시도 및 내부 전극 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명인 바이오 센서는 피씨비(PCB: Printed Circuit Board) 등의 절연기판으로 형성된 베이스 기판(10)과, 상기 베이스 기판(10)을 관통하도록 형성된 시료도입로(Capillary)(20)와, 상기 시료도입로(20)의 내측벽에 형성되며 서로 이격되어 대향되는 작동전극(Working electrode)(30)과 기준전극(Reference electrode)(40)을 포함하여 형성된다.
또한, 본 발명은 도 1에서 도시되진 않았으나 작동전극(30)과 기준전극(40) 상에 도포 후 건조 등의 방식으로 고정화된 효소와 같은 반응시약과, 상기 작동전극(30)과 기준전극(40) 각각에 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 기판(10)의 일면에 형성되는 신호전달전극(50)을 포함하여 구성된다.
상기 신호전달전극(50)은 측정기(미도시)에 반응신호를 전달한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.
시료도입로(20)에 혈액이 유입되면, 작동전극(30) 및 기준전극(40) 상에 도포된 반응시약이 유입된 혈액과 반응하여 반응신호를 생성한다. 상기 작동전극(30) 및 기준전극(40)에 연결된 신호전달전극(50)을 통해 반응신호가 측정기에 전달되면, 측정기는 이 반응신호의 레벨에 따라 측정 결과를 산출해낼 수 있다.
한편, 본 발명인 바이오 센서의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명인 바이오 센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 도 2와 같이 시작 과정인 제 1 단계(S100)를 거쳐 진행되는 베이스 기판(10) 준비 과정인 제 2 단계(S200)와, 상기 제 2 단계(S200)를 거친 후에 진행되는 2개의 관통공 형성과정인 제 3 단계(S300)와, 제 3 단계(S300)를 거친 후에 진행되는 1차 도금 과정인 제 4 단계(S400)와, 상기 제 4 단계(S400)를 거친 후에 진행되는 패터닝 과정인 제 5 단계(S500)와, 상기 제 5 단계(S500)를 거친 후에 진행되는 연결관통공 형성 과정인 제 6 단계(S600)와, 제 6 단계(S600)를 거친 후에 진행되는 2 차 도금 과정인 제 7 단계(S700)와, 상기 제 7 과정을 거친 후에 진행되는 반응시약 도포 과정인 제 8 단계(S800) 및 제 8 단계(S800)를 거친 후에 진행되는 종료 과정인 제 9 단계(S900)를 포함하여 구성된다.
상기 베이스 기판(10) 준비 과정인 제 2 단계(S200)는 도 3a와 같이 절연 기판이나 피씨비 원판을 베이스 기판(10)으로 준비하는 과정이다.
베이스 기판(10)의 상면(12)과 하면(14)은 구리층이 형성되어 있을 수 있다.
그리고 2개의 관통공 형성과정인 제 3 단계(S300)는 도 3b와 같이 베이스 기판(10)의 상면(12)과 하면(14) 각각에 이격된 2개의 구멍이 형성되도록 수직방향으로 관통공들(16, 17)이 형성되는 과정이며, 드릴링 등의 방법이 사용된다.
상기 1차 도금 과정인 제 4 단계(S400)는 도 4와 같이 2개의 관통공들(16, 17)이 형성된 베이스 기판(10)에 무전해 도금 등의 방법으로 절연기판의 표면이나 피씨비 기판의 구리 표면 위에 1차 도금인 동도금을 진행하는 과정이다.
상기 동도금은 추후 진행될 2차 도금인 금도금이 유효하게 진행되기 위한 처리과정으로 베이스 기판(10)에 동도금을 진행하지 않은 상태로 금도금을 진행하면금은 베이스 기판(10)의 절연 표면이나 구리 표면, 상기 관통공이 형성된 플라스틱 부분에 도금되지 않는 성질이 있어 금도금이 형성되지 않는다.
따라서, 금도금이 용이하게 형성될 수 있는 동막을 형성하기 위해서 동도금이 선행된다.
도 4는 동도금막이 베이스 기판(10)의 상면(12)과 하면(14) 및 관통공들(16, 17)에 형성된 것을 나타내기 위해서 빗금을 양방향으로 도시하였고, 동도금막이 형성되기 전인 도 3의 베이스 기판(10) 상면(12)과 하면(14)에 빗금은 일방향으로 도시하였다.
패터닝 과정인 제 5 단계(S500)는 도 5와 같이 제 4 단계(S400)를 통하여 1차 도금된 기판에서 노광 및 에칭(Etching) 과정을 통해 패터닝(Patterning)을 수행하는 과정이다.
이 과정에서 상면(12)에는 상기 관통공들(16, 17)에 형성될 작동전극부, 즉 작동전극(30) 및 기준전극(40),을 제외한 전부분의 금속 물질을 제거하고, 하부에서는 관통공들(16, 17)에 형성될 작동전극부 및 상기 작동전극부와 연결되는 신호전달전극(50)을 제외한 나머지 부분의 금속물질을 제거한다.
상기 작동전극(30) 하부에 연결된 신호전달전극(50) 부분과 기준전극(40) 하부에 연결된 신호전달전극(50) 부분 사이에 금속물질이 제거된다.
한편, 상기 연결관통공 형성 과정인 제 6 단계(S600)는 도 6과 같이 제 5 단계(S500)를 통하여 패터닝이 완성된 베이스 기판(10)의 관통공들(16, 17)과 나란한 방향으로 연결관통공(18)을 형성하여, 관통공들(16, 17) 사이를 하나로 연결하는 과정이다.
제 6 단계(S600)를 통하여 작동전극(30)과 기준전극(40)이 동일한 관통공간 내에서 서로 이격된 상태로 대향되어 위치되며, 작동전극(30)과 기준전극(40)이 형성된 관통공들(16, 17)과 연결관통공(18)은 시료도입로(20)가 된다.
한편, 상기 2 차 도금 과정인 제 7 단계(S700)는 무전해 도금 등의 방법으로 2차 도금인 금도금이 진행되며, 금도금은 동도금이 형성된 부분에만 도금이 형성되기 때문에 작동전극(30)과 기준전극(40) 및 신호전달전극(50)에만 금도금이 형성되고 연결관통공 둘레 부분에는 금도금이 형성되지 않는다.
2차 도금 과정 후에도 도 8과 같이 작동전극(30)과 기준전극(40)이 서로 이격된 상태이며, 작동전극(30)과 기준전극(40)은 각각 신호전달전극(50)에 연결된다.
작동전극(30)의 하부에 형성되어 작동전극(30)과 연결되는 신호전달전극(50)을 작동신호전달전극(51)이라하고, 기준전극(40)의 하부에 형성되어 기준전극(40)과 연결되는 신호전달전극(50)을 기준신호전달전극(52)이라 한다.
작동신호전달전극(51)과 기준신호전달전극(52)은 서로 이격된 상태로 형성된다.
상기 반응시약 도포 과정인 제 8 단계(S800)는 관통공들(16, 17) 중 양측에 형성된 작동전극(30)과 기준전극(40)에 반응시약을 도포하고 건조시키는 과정이다.
위와 같은 과정을 종료되면 바이오 센서가 완성된다.
그리고 복수개의 바이오 센서 장치를 제작할 경우에는 피씨비 원판과 같은 대형 절연 기판에 상기 제 1 단계(S100) 내지 제 9 단계(S900)의 과정을 병렬적으로 진행한 후에 절단과정을 거친다.
도 9는 본 발명인 바이오 센서가 외측 하우징(100)에 인입되는 것을 나타내는 개략도이다.
필요한 경우에는 도 9와 같이 내측에 상기 바이오 센서 장치가 인입될 수 있는 공간이 형성된 외측 하우징(100)을 별도로 마련하여 제품의 외관이나 사용성 등을 향상시킬 수도 있다.
상기 외측 하우징(100)은 플라스틱과 같은 합성수지 재질로서 사출성형 등으로 형태나 사이즈 변경을 용이하게 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 바이오센서를 제조함에 있어서, 1개의 계층만을 이용함으로써 그 구조를 단순화하고 생산성을 향상시키며 제조비용을 절감하는 효과가 발생된다.
또한 본 발명에 따르면 기존의 다계층 적층형 방식이 아닌 1개 계층에 시료도입로 및 전극부를 형성하는 방식을 제안함으로써 간단한 구조를 통해 바이오센서의 동작성을 향상시키고 바이오센서의 생산성 향상 및 불량발생률 발생을 저감시키는 효과가 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.
10: 베이스 기판 16, 17: 관통공들
20: 시료도입로 30: 작동전극
40: 기준전극 50: 신호전달전극
100: 외측 하우징

Claims (7)

  1. 베이스 기판(10)과,
    상기 베이스 기판(10)을 관통하도록 형성된 시료도입로(20)와,
    상기 시료도입로(20)의 내측벽에 형성되며 서로 이격되는 작동전극(30) 및 기준전극(40)과,
    상기 작동전극(30)과 기준전극(40) 상에 도포된 반응시약과,
    상기 작동전극(30)과 기준전극(40) 각각에 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 기판(10)의 일면에 형성되는 신호전달전극(50)을 포함하되,
    상기 시료도입로(20)는 상기 베이스기판(10)을 관통하는 복수의 관통공들(16, 17)과, 상기 관통공들(16, 17)이 하나가 되도록 관통공들(16, 17) 사이를 관통하는 연결관통공(18)에 의하여 형성되고,
    상기 작동전극(30) 및 기준전극(40)은 일체로 도금되어 상기 연결관통공(18)에 의하여 분리되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호전달전극(50)은 작동전극(30)의 하부에 형성되는 작동신호전달전극(51)과, 기준전극(40)의 하부에 형성되는 기준신호전달전극(52)으로 이루어지며, 상기 작동신호전달전극(51)과 기준신호전달전극(52)은 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 베이스 기판(10)은 절연기판으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  4. 베이스 기판(10)에 2개의 관통공들(16, 17)이 형성되는 과정과,
    상기 관통공들(16, 17)이 형성된 베이스 기판(10)에 1차 도금을 진행하는 과정과,
    상기 1차 도금된 기판에 패터닝(Patterning)을 수행하는 과정과,
    상기 관통공들(16, 17) 사이를 하나로 연결하는 연결관통공(18)을 형성하여 관통공들(16, 17)과 연결관통공(18)이 시료도입로(20)가 되는 과정과,
    상기 베이스 기판(10)의 작동전극(30)과 기준전극(40) 및 신호전달전극(50)에 2차 도금이 진행되는 과정 및
    상기 작동전극(30)과 기준전극(40)에 반응시약을 도포하는 과정을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 도금을 진행하는 과정은 동도금을 진행하는 과정인 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 2 차 도금 과정은 작동전극(30)과 기준전극(40) 및 신호전달전극(50)에만 금도금이 형성되고 연결관통공 둘레 부분에는 금도금이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  7. 청구항 4 내지 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    대형 절연 기판을 베이스 기판(10)으로 준비하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
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