KR101349054B1 - 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치 - Google Patents

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이진필
신익수
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩은, 혈액 주입구가 연결되는 제1 스팟(spot)과 상기 제1 스팟에서 제1 거리만큼 이격된 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되고, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 메인 채널; 상기 메인 채널의 상기 제1 스팟과 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제2 거리만큼 이격된 제3 스팟과 상기 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 제1 서브 채널; 및 상기 제1 스팟과 연결되는 제1 전극, 상기 제2 스팟과 연결되는 제2 전극, 및 상기 제3 스팟과 연결되는 제3 전극을 포함하는 전극부를 포함한다.

Description

마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치{BIOSENSOR APPARATUS INCLUDING MICROCHIP}
본 발명은 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마이크로 칩에 투여되는 혈액에 전압을 인가하여 상기 혈액으로부터 호모시스테인을 추출하고 상기 추출된 호모시스테인의 농도를 측정한 후 상기 측정된 호모시스테인의 농도에 따라 상기 혈액의 제공자에 대한 심혈관 질환이나 노인성 치매 여부를 미리 예측하고 판단하는 바이오 센서장치에 관한 것이다.
호모시스테인(homocysteine, Hcy)은 thiol-작용기를 포함하고 있는 아미노산으로서 필수아미노산인 메티오닌(methionine)이 시스테인(Cysteine)으로 대사하는 과정에서 발생하는 중간 대사물이다. 건강한 사람의 혈액에 존재하는 Hcy의 농도는 일반적으로 5~16
Figure 112013005496237-pat00001
사이를 유지한다. 만약 환자가 엽산(folic acid, 비타민 B6), 비타민 B9, 혹은 B12에 있어 결핍이 발생하면 혈중 Hcy의 농도가 증가하게 된다.
이러한 높은 농도의 Hcy는 고시스테인혈증(hiperhomocysteinemia) 혹은 호모시스틴뇨증(homocystinuria) 등의 질병을 발생시키는 요인으로 작용한다. 고시스테인혈증과 호모시스틴뇨증은 죽상경화증(atherosclerosis) 및 혈전증(thrombosis)의 독립적인 위험인자로 알려져 있다. 더욱이 높은 농도의 Hcy는 심혈관 질환에 있어 가장 강력한 위험인자일 뿐만 아니라, 노인성 치매에 있어 뚜렷한 상관관계가 있음이 최근 밝혀졌다.
국내의 경우에도 최근 질병관리본부 국립보건연구원 생명외과학센터와 고려대학교 의과대학 안산노인연구소의 연구에 의하면 혈장 내의 호모시스테인의 양이 높음에 따라 경도인지장해의 위험성이 증가한다고 한다. 이 연구진은 이와 함께 Hcy의 양이 높을수록 엽산과 비타민 B12의 양이 낮아져 있다는 결과도 함께 얻어냈다. Hcy는 생채 내에서 일종의 부식제와 같은 역할을 하기 때문에, 일단 한번 고농도의 Hcy에 의해 손상이 발생하게 되면 이를 다시 치유할 길이 없는 특징을 지닌다. 따라서, 치유보다는 예방에 목적을 둔 진단방법이 매우 절실한 상황이다.
종래의 Hcy 분석법은 혈청 내에서 Hcy만의 검출 신호를 얻어내기 위해 고가의 대형 분석기기를 이용하고 있다는 문제점을 지니고 있다. 이들 방법은 Hcy를 분리하기 위해 고성능 액체크로마트그래피(HPLC) 장비를 필요로 하거나, 혈청에서 Hcy만의 검출 신호만을 얻어내기 위해 몇단계의 효소 반응을 필요로 하거나, Hcy이 포함되는 간단한 효소 반응 및 방사능 동위원소 표지를 붙여야 하는 등 방법론적으로 대단히 많은 시간과 단계를 요구하는 것들이다.
즉, 종래의 Hcy 진단은 현재 규모가 큰 종합병원이나 거대 규모의 실험실 단위에서만 연구하고 실시할 수 밖에 없어, 손쉽고 간단한 진단 방법의 개발이 대단히 절실한 상황이다. 이에, 일반인들도 비교적 손쉽고 간단한 방법으로 Hcy 진단을 실시하여 이와 관련된 심혈관 질환이나 노인성 치매를 사전에 예방하고 대처할 수 있도록 하는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마이크로 칩에 투여되는 혈액에 전압을 인가하여 상기 혈액으로부터 호모시스테인을 추출하고 상기 추출된 호모시스테인의 농도를 측정한 후 상기 측정된 호모시스테인의 농도에 따라 상기 혈액의 제공자에 대한 심혈관 질환이나 노인성 치매 여부를 판단하는 바이오 센서장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩은, 혈액 주입구가 연결되는 제1 스팟(spot)과 상기 제1 스팟에서 제1 거리만큼 이격된 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되고, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 메인 채널; 상기 메인 채널의 상기 제1 스팟과 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제2 거리만큼 이격된 제3 스팟과 상기 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 제1 서브 채널; 및 상기 제1 스팟과 연결되는 제1 전극, 상기 제2 스팟과 연결되는 제2 전극, 및 상기 제3 스팟과 연결되는 제3 전극을 포함하는 전극부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩에 있어서, 상기 혈액 주입구를 통해 상기 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 호모시스테인(Hcy: Homocysteine)이 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩은 상기 메인 채널의 상기 제1 노드와 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제3 거리만큼 이격된 제4 스팟과 상기 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 제2 서브 채널을 더 포함하고, 상기 전극부는 상기 제4 스팟과 연결되는 제4 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩에 있어서, 상기 혈액 주입구를 통해 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압이 상기 제2 서브 채널에 인가되고, 상기 제1 전압의 인가, 상기 제2 전압의 인가, 및 상기 제3 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 추출되는 호모시스테인 및 시스테인(Cys: cysteine)이 상기 제3 스팟 및 상기 제4 스팟에 각각 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치는, 제1 전극 및 제2 전극과 각각 연결되는 제1 스팟 및 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되는 메인 채널, 제3 전극과 연결되는 제3 스팟과 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제1 서브 채널, 제4 전극과 연결되는 제4 스팟과 상기 제1 노드 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제2 서브 채널로 구성되고, 상기 각 채널은 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 마이크로 칩; 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 및 상기 제4 전극과 각각 연결되어 상기 마이크로 칩에 전압을 인가하는 전압 인가부; 하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 호모시스테인 농도값이 기록된 Hcy 농도 테이블이 기록된 메모리; 상기 제1 스팟에 투입된 혈액으로부터 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 호모시스테인의 농도를 측정하는 농도 측정부; 및 상기 호모시스테인의 농도를 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독하는 바이오 정보 판독부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 상기 전압 인가부는 상기 제1 스팟에 상기 혈액이 투입되는 경우, 제1 시간 동안 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 상기 메인 채널에 제1 전압을 인가하고, 상기 제1 시간이 경과하면 상기 제1 전압을 차단한 후 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압을 상기 제1 서브 채널에 인가하며, 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압을 상기 제2 서브 채널에 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 상기 전압 인가부는 상기 호모시스테인이 상기 제3 스팟에 수용되는 경우, 상기 제3 스팟에 Hcy 검출전압을 인가하고, 상기 농도 측정부는 Hcy 검출전압의 인가에 따라 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크(peak)값을 판독하며, 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값을 상기 Hcy 농도 테이블로부터 판독하여 상기 혈액으로부터 추출된 상기 호모시스테인의 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 상기 메모리는 하나 이상의 기준농도범위 및 상기 각 기준농도범위 각각에 대응하는 질환정보가 기록된 질환정보 테이블을 유지하고, 상기 바이오 정보 판독부는 상기 판독된 상기 호모시스테인의 농도에 해당하는 기준농도범위를 상기 질환정보 테이블로부터 판독하고, 상기 판독된 기준농도범위에 대응하는 질환정보를 관리자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 따르면, 대형병원이나 큰 규모의 실험실을 통하지 않고 간단한 방법으로 누구나 쉽게 언제 어디서나 혈액 내 호모시스테인 함유량을 검출하여 심혈관 질환이나 노인성 치매를 진단하여 예방할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 따르면, 저렴한 단가의 전기화학적 검출법을 이용하기 때문에, 기존의 대형 기기를 전혀 필요치 않고, 소형의 일회용 센서를 기반으로 하여 한 대의 readout 기기를 이용해 동시에 여러 명의 환자 샘플을 분석할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 따르면, 기존의 모든 방법에서는 각종 효소 혹은 화학적 유도체를 이용한 혈액 시료 전처리 과정이 필요하나, 본 발명의 바이오 센서는 혈액 시료의 전처리 없이 마이크로 칩 상에서 간단한 전압인가로 검출물인 Hcy와 동시에 시스테인을 모두 선택적으로 분리할 수 있기 대문에, 보다 간편하면서도 정확하게 혈액 내 호모시스테인을 검출할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구현예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 칩의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 각각의 검출전압에 따른 시스테인의 전류값 및 호모시스테인의 전류값을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각각의 전류값에 따른 시스테인의 농도값 및 호모시스테인의 농도값을 도시한 그래프이다.
본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치는 혈중 호모시스테인(Hcy)을 일상적으로 모니터링하는 전기화학 바이오 센서장치에 관한 것이다.
현재 상용되고 있는 Hcy의 분석 방법은 HPLC 등의 분리분석을 이용한 광학적 검출법, 전기화학적 검출법, 그리고 한단계 혹은 두단계 이상의 효소반응을 이용한 효소법, 면역법 등의 방법들이다. 이들 분석 방법은 Hcy에 대한 비교적 신뢰할 만한 수준의 분석능을 보장하지만, 검출기기가 매우 고가이며, 소형화가 불가능하고, 다소 번거로운 시료 전처리 과정을 필요로 한다는 단점을 지닌다.
본 명세서에서 언급되는 마이크로 칩을 포함하는 센서장치는 전기적/전기화학적인 방법을 통해 혈중 Hcy을 분석하는 방법이 구현되는데 사용될 수 있다. 본 발명은 기존의 Hcy 분석 방법이 지니는 단점들을 모두 다 보완할 수 있는 특징을 지닌다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구현예를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로 칩(1000)은 메인 채널(130), 제1 서브 채널(160), 및 제2 서브 채널(220)을 포함한다. 메인 채널(130)은 마이크로 칩(1000) 상에 서로 제1 거리(140)만큼 이격되어 있는 제1 스팟(120)과 제2 스팟(290)을 연결하는 유로로 형성될 수 있다. 메인 채널(130)의 제1 스팟(120)에는 혈액 주입구(110)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 스팟(120)은 제1 전극(100)과 연결될 수 있다. 제1 전극(100)은 시료분리용 전극은 S1 전극을 포함한다. 또한, 제2 스팟(120)은 제2 전극(270)과 연결될 수 있다. 제2 전극(270)은 작업전극인 W1 전극, 보조전극인 C1 전극, 기준전극인 R1 전극, 및 시료분리용 전극인 S2 전극을 포함한다.
메인 채널(130)은 제1 노드(150) 및 제2 노드(210)를 포함한다. 제1 노드(150)는 제2 노드(210) 대비 제1 스팟(120)과 더 근접한 위치에 형성될 수 있고, 제2 노드(210)는 제1 노드(150) 대비 제2 스팟(290)과 더 근접한 위치에 형성될 수 있다. 즉, 제2 노드(210)는 제1 노드(150) 및 제2 스팟(290) 사이에 위치할 수 있다.
제1 서브 채널(160)은 제1 노드(150) 및 제3 스팟(170)을 연결하는 유로로 형성될 수 있다. 제3 스팟(170)은 메인 채널(130)의 제2 스팟(290)과 제2 거리만큼 이격된 위치의 스팟으로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 서브 채널(160)은 제1 노드(150)를 통해 메인 채널(130)로부터 분기되어 제3 스팟(170)에서 종단되는 채널로 구현될 수 있다. 제1 서브 채널(160)의 종단인 제3 스팟(170)은 제3 전극(180)과 연결될 수 있다. 제3 전극(180)은 작업전극인 W3 전극, 보조전극인 C3 전극, 기준전극인 R3 전극, 및 시료분리용 전극인 S4 전극을 포함한다.
제2 서브 채널(220)은 제2 노드(210) 및 제4 스팟(230)을 연결하는 유로로 형성될 수 있다. 제4 스팟(230)은 메인 채널(130)의 제2 스팟(290)과 제3 거리만큼 이격된 위치의 스팟으로 구현될 수 있다. 따라서, 제2 서브 채널(220)은 제2 노드(210)를 통해 메인 채널(130)로부터 분기되어 제4 스팟(230)에서 종단되는 채널로 구현될 수 있다. 제2 서브 채널(220)의 종단인 제4 스팟(230)은 제4 전극(250)과 연결될 수 있다. 제4 전극(250)은 작업전극인 W2 전극, 보조전극인 C2 전극, 기준전극인 R2 전극, 및 시료분리용 전극인 S3 전극을 포함한다.
메인 채널(130)의 제2 스팟(290)은 혈액 추출구(280)와 연결될 수 있고, 제1 서브 채널(160)의 제3 스팟(170)은 호모시스테인 추출구(190)와 연결될 수 있으며, 제2 서브 채널(220)의 제4 스팟(230)은 시스테인 추출구(240)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로 칩(1000)의 분석을 위한 초미세소자는 일반적인 photolithographic 과정을 통해 제조될 수 있다. 먼저 유리기판 위에 금 전극들이 패터닝되고, 이후 네거티브 몰딩(negative molding) 방법으로 만들어진 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체 채널을 그 위에 부착하는 방식으로 마이크로 칩(1000)과 채널이 제작될 수 있다.
마이크로 칩(1000) 위에 제작된 채널은 도 1과 도 2에서와 같이 하나의 주 채널이 있고, 주 채널 중간에 Y자 형태로 곁채널이 두 개 위치한 형태로 구현될 수 있다. 각 채널 내부에는 아가로스(agarose) 젤이 충진되어 시료의 분리 효율을 증대시킬 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 칩의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유리기판(300) 위에 금 전극(210)을 패터닝하여 칩을 구현하고, 칩 위에 아가로스 젤이 충진된 PDMS 탄성체(320)의 마이크로 채널이 형성될 수 있다. 또한, 마이크로 칩 위에서는 PDMS 탄성체(320)의 마이크로 채널과 함께 수산화나트륨(NaOH) 용액이 수용될 수 있다. 이를 위하여 마이크로 칩 둘레는 도 1에서와 같이 형성될 수도 있다.
혈액 주입구(110)를 통해 제1 스팟(120)에 혈액이 주입되면 제1 전극(100)과 제2 전극(290)을 통해 메인 채널(130)에는 제1 전압이 인가될 수 있다. 상기 혈액은 2uL가 투입될 수 있다. 제1 전압의 인가로 인해 제1 스팟(120)에 위치하는 혈액이 포함하는 호모시스테인(Hcy: Homocysteine)과 시스테인(Cys: cysteine)은 상기 혈액으로부터 추출되어 메인 채널(130)을 통해 제2 스팟(290) 방향으로 이동된다. 이를 위하여 제1 전압은 100V의 전압으로 구현될 수 있다.
100V 전압의 인가에 따른 호모시스테인과 시스테인의 이동속도를 고려하면, 상기 제1 전압의 인가 후 제1 시간이 경과되면 호모시스테인은 메인 채널(130)의 제1 노드(150)에 위치하게 되고, 시스테인은 메인 채널(130)의 제2 노드(210)에 위치하게 된다. 상기 제1 시간은 230초 내외로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 노드(150) 및 제2 노드(210)는 호모시스테인의 이동속도와 시스테인의 이동속도를 고려한 메인 채널(130) 상 위치로 각각 구현될 수 있다.
상기 제1 시간이 경과하면, 즉, 호모시스테인이 제1 노드(150)에 위치하고 시스테인이 제2 노드(210)이 위치하게 되면, 제1 전극(100)과 제2 전극(270)을 통해 메인 채널(130)에 인가되었던 제1 전압은 차단된다. 이 후, 제1 전극(100)과 제3 전극(180)을 통해 제1 서브 채널(160)에 제2 전압이 인가되고, 제1 전극(100)과 제4 전극(250)을 통해 제2 서브 채널(220)에 제3 전압이 인가될 수 있다. 상기 제2 전압과 상기 제3 전압은 상기 제1 전압과 같이 100V로 구현될 수 있다.
상기 제2 전압과 상기 제3 전압의 인가로 인해 제1 노드(150)에 위치하고 있는 호모시스테인은 제1 서브 채널(160)을 통해 제3 스팟(170)으로 이동하고, 제2 노드(210)에 위치하고 있는 시스테인은 제2 서브 채널(220)을 통해 제4 스팟(230)으로 이동할 수 있다. 따라서, 일정시간이 경과하면 상기 혈액으로부터 분리된 호모시스테인은 제3 스팟(170)에 결집되고 시스테인은 제4 스팟(230)에 결집될 수 있다.
호모시스테인이 제3 스팟(170)에 결집되고 시스테인이 제4 스팟(230)에 결집되면, 본 발명에 따른 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치는 상기 호모시스테인이나 상기 시스테인을 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독할 수 있다. 이는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치(400)는 전압 인가부(410), 마이크로 칩(420), 농도 측정부(430), 바이오 정보 판독부(440), 및 메모리(450)를 포함한다.
마이크로 칩(420)은 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 바와 같이, 제1 전극 및 제2 전극과 각각 연결되는 제1 스팟 및 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되는 메인 채널, 제3 전극과 연결되는 제3 스팟과 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제1 서브 채널, 제4 전극과 연결되는 제4 스팟과 상기 제1 노드 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제2 서브 채널로 구성될 수 있다.
전압 인가부(410)는 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 및 상기 제4 전극과 각각 연결되어 상기 마이크로 칩에 전압을 인가한다. 즉, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 메인 채널에 제1 전압을 인가하고, 제1 시간이 경과되면 상기 제2 전극을 차단하고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 상기 제1 서브 채널에 제2 전압을 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 상기 제2 서브 채널에 제3 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 혈액으로부터 추출된 호모시스테인은 상기 제3 스팟에 수용되고, 시스테인은 상기 제4 스팟에 수용될 수 있다.
메모리(450)는 하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 호모시스테인 농도값이 기록된 Hcy 농도 테이블을 유지할 수 있다. 또한, 메모리(450)는 하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 시스테인 농도값이 기록된 Cys 농도 테이블을 유지할 수 있다. 상기 Hcy 농도 테이블은 도 6의 (B)와 같은 그래프로 구현될 수 있고, 상기 Cys 농도 테이블은 도 6의 (A)와 같은 그래프로 구현될 수 있다.
농도 측정부(430)는 상기 제3 스팟에 수용된 상기 호모시스테인의 농도를 측정한다. 우선, 전압 인가부(410)는 상기 호모시스테인이 상기 제3 스팟에 결집되면, 상기 제3 전극을 통해 상기 제3 스팟에 Hcy 검출전압을 인가한다. 상기 Hcy 검출전압은 0.48V로 구현될 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 Hcy 검출전압에 따라 상기 제3 스팟에 수용된 상기 호모시스테인에 흐르는 전류를 일정시간 동안 측정한다.
농도 측정부(430)는 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크값을 검출할 수 있다. 즉, 도 5의 (B) 그래프에서와 같이, 120초가 경과되면 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크값인 2.2±0.1㎂를 검출할 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값을 상기 Hcy 농도 테이블인 도 6의 (B) 그래프로부터 판독할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값으로 5
Figure 112013005496237-pat00002
을 판독함으로써 상기 혈액으로부터 추출된 상기 호모시스테인의 농도를 측정할 수 있다.
농도 측정부(430)는 상기 제4 스팟에 수용된 상기 시스테인의 농도를 측정한다. 우선, 전압 인가부(410)는 상기 시스테인이 상기 제4 스팟에 결집되면, 상기 제4 전극을 통해 상기 제4 스팟에 Cys 검출전압을 인가한다. 상기 Cys 검출전압은 0.42V로 구현될 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 Cys 검출전압에 따라 상기 제4 스팟에 수용된 상기 시스테인에 흐르는 전류를 일정시간 동안 측정한다.
농도 측정부(430)는 상기 시스테인에 흐르는 전류의 피크값을 검출할 수 있다. 즉, 도 5의 (A) 그래프에서와 같이, 105초가 경과되면 상기 시스테인에 흐르는 전류의 피크값인 2.4±0.1㎂를 검출할 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 전류 피크값에 대응하는 Cys 농도값을 상기 Cys 농도 테이블인 도 6의 (A) 그래프로부터 판독할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 피크값에 대응하는 Cys 농도값으로 5
Figure 112013005496237-pat00003
을 판독함으로써 상기 혈액으로부터 추출된 상기 시스테인의 농도를 측정할 수 있다.
바이오 정보 판독부(440)는 상기 호모시스테인의 농도를 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독한다. 이를 위하여, 메모리(450)에는 하나 이상의 기준농도범위 및 상기 각 기준농도범위 각각에 대응하는 질환정보가 기록된 질환정보 테이블을 유지할 수 있다. 상기 질환정보 테이블에는 단위 혈액 당 호모시스테인 농도에 따른 심혈관계 질환에 대한 정보나 노인성 치매에 대한 정보가 기록될 수 있다. 바이오 정보 판독부(440)는 상기 판독된 상기 호모시스테인 농도에 해당하는 기준농도범위를 상기 질환정보 테이블로부터 판독하고, 상기 판독된 기준농도범위에 대응하는 질환정보를 관리자에게 제공할 수 있다. 바이오 정보 판독부(440)는 상기 호모시스테인의 농도뿐만 아니라, 시스테인의 농도에 대응하는 질환정보를 판독하여 관리자에게 제공할 수도 있다. 이를 위하여 메모리에 기록되는 상기 질환정보 테이블은 호모시스테인에 대응하는 질환정보와 시스테인에 대응하는 질환정보, 호모시스테인과 시스테인의 상관관계에 대응하는 질환정보 등 다양한 인자에 대응하는 질환정보를 포함하도록 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 센서장치의 질환정보 판독방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1000: 마이크로 칩 100: 제1 전극
110: 혈액 주입구 120: 제1 스팟
130: 메인 채널 140: 제1 거리
150: 제1 노드 160: 제1 서브채널
170: 제3 스팟 180: 제3 전극
190: Hcy 추출구 200: 제2 거리
210: 제2 노드 220: 제2 서브채널
230: 제4 스팟 240: Cys 추출구
250: 제4 전극 260: 제3 거리
270: 제2 전극 280: 혈액 추출구
290: 제2 스팟

Claims (8)

  1. 혈액 주입구가 연결되는 제1 스팟(spot)과 상기 제1 스팟에서 제1 거리만큼 이격된 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되고, 상기 유로 내부에는 아가로스(agarose) 젤이 충진되는 메인 채널;
    상기 메인 채널의 상기 제1 스팟과 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제2 거리만큼 이격된 제3 스팟과 상기 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 상기 유로 내부에는 아가로스 젤이 충진되는 제1 서브 채널; 및
    상기 제1 스팟과 연결되는 제1 전극, 상기 제2 스팟과 연결되는 제2 전극, 및 상기 제3 스팟과 연결되는 제3 전극을 포함하는 전극부
    를 포함하고,
    상기 혈액 주입구를 통해 상기 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 호모시스테인(Hcy: Homocysteine)이 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치의 마이크로 칩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 채널의 상기 제1 노드와 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제3 거리만큼 이격된 제4 스팟과 상기 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 상기 유로 내부에는 아가로스 젤이 충진되는 제2 서브 채널
    을 더 포함하고, 상기 전극부는 상기 제4 스팟과 연결되는 제4 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치의 마이크로 칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 혈액 주입구를 통해 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압이 상기 제2 서브 채널에 인가되고, 상기 제1 전압의 인가, 상기 제2 전압의 인가, 및 상기 제3 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 추출되는 호모시스테인 및 시스테인(Cys: cysteine)이 상기 제3 스팟 및 상기 제4 스팟에 각각 수용되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치의 마이크로 칩.
  5. 제1 전극 및 제2 전극과 각각 연결되는 제1 스팟 및 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되는 메인 채널, 제3 전극과 연결되는 제3 스팟과 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제1 서브 채널, 제4 전극과 연결되는 제4 스팟과 상기 제1 노드 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제2 서브 채널로 구성되고, 상기 각 채널의 내부가 아가로스 젤로 충진되는 마이크로 칩;
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 및 상기 제4 전극과 각각 연결되어 상기 마이크로 칩에 전압을 인가하는 전압 인가부;
    하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 호모시스테인 농도값이 기록된 Hcy 농도 테이블이 기록된 메모리;
    상기 제1 스팟에 투입된 혈액으로부터 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 호모시스테인의 농도를 측정하는 농도 측정부; 및
    상기 호모시스테인의 농도를 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독하는 바이오 정보 판독부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 상기 제1 스팟에 상기 혈액이 투입되는 경우, 제1 시간 동안 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 상기 메인 채널에 제1 전압을 인가하고, 상기 제1 시간이 경과하면 상기 제1 전압을 차단한 후 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압을 상기 제1 서브 채널에 인가하며, 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압을 상기 제2 서브 채널에 인가하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 상기 호모시스테인이 상기 제3 스팟에 수용되는 경우, 상기 제3 스팟에 Hcy 검출전압을 인가하고,
    상기 농도 측정부는 Hcy 검출전압의 인가에 따라 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크(peak)값을 판독하며, 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값을 상기 Hcy 농도 테이블로부터 판독하여 상기 혈액으로부터 추출된 상기 호모시스테인의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 메모리는 하나 이상의 기준농도범위 및 상기 각 기준농도범위 각각에 대응하는 질환정보가 기록된 질환정보 테이블을 유지하고,
    상기 바이오 정보 판독부는 상기 판독된 상기 호모시스테인의 농도에 해당하는 기준농도범위를 상기 질환정보 테이블로부터 판독하고, 상기 판독된 기준농도범위에 대응하는 질환정보를 관리자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
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