KR101405173B1 - 다중 분석 센서 및 이를 이용한 다중 분석 방법 - Google Patents

Abstract

신속하고 효율적인 샘플의 분석이 가능한 다중 분석 센서 및 이를 이용한 다중 분석 방법이 제공된다. 다중 분석 센서는 주입된 샘플로부터 측정샘플을 분리하기 위한 분리 패턴 및 측정샘플을 수용하기 위한 챔버를 포함하는 샘플 분리부 및 측정샘플을 분석하기 위한 반응부 및 전극을 포함하는 측정지를 포함한다. 질병 진단에 대한 정확도와 신뢰도가 우수하며 다양한 항목을 동시에 측정하는 것이 가능하다.

Description

다중 분석 센서 및 이를 이용한 다중 분석 방법{Multi-analytical sensor and method of multi-analysis}

본 발명은 다중 분석 센서 및 이를 이용한 다중 분석 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분석과 진단을 위하여 샘플에 포함된 특정 성분을 용이하고 신속하게 분석하기 위한 다중 분석 센서 및 이를 이용한 다중 분석 방법에 관한 것이다.

체액의 분석을 위한 분석 센서는 샘플에서 선택된 분석물의 존재 및/또는 농도를 측정하기 위해 사용된다. 일반적인 전기화학적 분석 센서는 측정용 샘플을 분석에 적용가능한 적절한 형태로 전처리 하기 위한 전처리부, 샘플을 측정 및 식별하는 부위와 결과를 출력하기 위해 전기 신호로 변환하는 부위로 크게 나뉘어 구성된다.

생체내 샘플의 성분을 조사한다는 것은 의학적으로나 임상학적으로 매우 중요하며, 생체 시료를 분석하기 위하여 현재 의학 진단 분야에서 분석 센서를 많이 이용하고 있다. 당뇨 환자를 위해 혈액 내에 혈당을 측정하거나 여러 성인병의 요인이 되는 콜레스테롤을 측정하는 것, 간질환의 진단을 위한 간수치 측정 등이 대표적인 예이다.

측정을 요하는 샘플 중에서 특히 많은 정보를 포함하고 있는 혈액은 크게 혈구와 혈장으로 이루어진다. 혈구는 적혈구, 백혈구 및 혈소판 등의 세포 성분으로서 비교적 큰 편이다. 적혈구는 지름이 약 7㎛, 두께 약 2㎛의 원반 모양을 갖는다. 백혈구는 일정한 모양을 가지고 있지는 않으나 직경이 약 12-25㎛ 정도 이다. 혈소판은 완전한 세포가 아니고 지름이 약 2㎛ 정도의 세포질의 작은 조직이다. 혈액에서 이러한 혈구를 분리하면 혈장이 남는다. 혈장에서 섬유소원을 제거한 것을 혈청이라고 한다. 혈장은 지방, 대사산물, 수분, 효소, 항원, 항체, 콜레스테롤 및 단백질 성분 등을 포함하는데, 검출하고자 하는 특정 성분이 예컨대 포도당, 콜레스테롤, 크레아티닌, 락테이트, 케톤, 알콜, 단백질 등인 경우 혈장에 대한 분석이 필요하다. 이 경우, 높은 재현성 및 고감도의 특정 단백질 검출을 위해서는 혈액으로부터 불필요한 성분인 혈구를 제거하는 과정이 필요하다.

원심분리법을 적용하면 혈액 성분 중에서 혈구는 무겁기 때문에 가라앉게 된다. 혈구의 상부에 분리되는 물질이 혈장이므로 이를 분리할 수 있다. 분리된 혈장을 분석용 센서에 주입하고 일련의 과정을 거쳐 검출을 요하는 성분에 대한 결과를 얻게 된다. 그런데 이러한 과정을 수행하기 위해서는 별도로 혈구와 혈장을 분리하고 분리된 혈장을 주입하는 과정이 수행되어야 한다. 이에 따라 시간이 많이 소요되고 공정이 복잡하며 연속적이고 효율적인 혈장 분리가 어렵다는 문제점이 있다. 분석용 센서에 대한 최근의 경향은 더 적은 양의 혈액 샘플 사용과 더 빠른 분석 시간에 대한 요구라고 할 수 있다.

예를 들어, 혈장내의 GPT(Glutamate Pyruvic Transaminase), GOT(Glutamate Oxaloacetic Transaminase) 수치를 측정하는 것으로 간질환에 대한 진단이 수행된다. 이 효소들은 간세포들이 가지고 있는 효소들로서 간질환에 의한 간세포의 손상이 생겼을 경우 혈액으로 흘러들어가게 된다. 간 수치 측정방법은 GPT, GOT와 반응하는 아미노산인 L-알라닌, L-아스파테이트, L-케토글루타레이트 등과, 반응산물인 파이루베이트와 옥살로아세테이트를 이들의 산화효소에 의한 산화반응으로 변색 또는 전자를 발생시키는 것을 기본 원리로 하고 있다.

그런데, 상기 GPT, GOT 측정은 혈액을 바로 이용할 수 없고, 혈구를 분리한 후 혈장을 이용해야 한다는 단점이 있다. 따라서 상술한 바와 같이 혈액 내에 포함된 혈구를 분리하는 과정이 요구되는 것이다.

따라서 본 발명을 통해 해결하려는 과제는 혈액과 같은 샘플 중에서 불필요한 성분은 용이하게 분리할 수 있으며 측정을 원하는 측정샘플에 포함된 특정 성분을 신속하고 간편하게 분석할 수 있도록 하는 다중 분석 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다중 분석 센서를 이용함으로써 측정샘플에 포함된 다양한 성분을 동시에 분석가능한 다중 분석 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명 다중 분석 센서는 주입된 샘플로부터 분석을 위한 측정샘플을 분리하기 위한 분리 패턴 및 측정샘플을 수용하기 위한 챔버를 포함하는 샘플 분리부; 및 상기 측정샘플을 분석하기 위한 반응부 및 전극을 포함하는 측정지를 포함하여 이루어진다.

일실시예에 있어서, 상기 분리 패턴에는 상기 주입된 샘플의 통로이면서 상기 측정샘플의 분리를 위한 여과체인 홀이 형성된다. 상기 홀의 폭은 2㎛ 미만으로 형성된다.

일실시예에 있어서, 상기 챔버는 전극 역할을 하는 전도성 물질층을 포함하며, 상기 전도성 물질층은 금, 은, 팔라듐, 백금, 흑연, 탄소 및 백금 처리된 탄소 중 적어도 하나의 성분으로 이루어진다.

일실시예에 있어서, 상기 챔버는 상기 반응부와 대응되도록 형성되고, 적어도 2개 구비되며, 각 챔버는 서로 분리되어 있다. 이에 더하여 상기 챔버에는 하나 이상의 공기 배출구가 구비된다.

일실시예에 있어서, 상기 다중 분석 센서는 상기 샘플이 주입되는 샘플 주입구를 더 포함하며, 상기 샘플 주입구의 폭은 상기 샘플 분리부 폭의 10% 내지 50% 범위이다.

일실시예에 있어서, 상기 반응부는 GPT(glutamate pyruvic transaminase), GOT(glutamate oxaloacetic transaminase), γ-GTP(γ-Glutamyltranspeptidase), 중성지방(Triglycerides, TG), 혈당, 크레아티닌, 락테이트, 케톤, 알콜 및 콜레스테롤 수치 중 적어도 하나를 측정하기 위한 시약을 포함한다.

상기한 본 발명의 다른 목적은 주입된 샘플로부터 분석을 위한 측정샘플을 분리하는 단계, 분리된 측정샘플과 소정의 성분을 검출하기 위한 반응 시약을 반응시키는 단계 및 상기 측정샘플과 상기 반응 시약의 반응으로 생성된 전자의 흐름을 감지하는 단계를 포함하는 다중 분석 방법에 의해 달성된다.

일실시예에 있어서, 상기 샘플로부터 크기가 약 2㎛ 이상인 성분을 여과하는 것에 의하여 상기 측정샘플을 분리하도록 한다.

일실시예에 있어서, 상기 분리된 측정샘플은 분리된 다수의 상이한 반응 시약과 동시에 반응한다.

일실시예에 있어서, 상기 측정샘플은 GPT(glutamate pyruvic transaminase), GOT(glutamate oxaloacetic transaminase), γ-GTP(γ-Glutamyltranspeptidase), 중성지방(Triglycerides, TG), 혈당, 크레아티닌, 락테이트, 케톤 및 알콜 및 콜레스테롤 중 적어도 하나의 성분을 포함한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 다중 분석 센서에 따르면, 혈액을 포함하는 샘플을 사용한 분석에 있어서 노이즈 및 방해물로 작용하는 혈구와 같은 성분을 전처리 과정 없이 용이하고 신속하게 여과시켜 줌으로써 진단에 대한 정확도와 신뢰도를 높일 수 있으며, 측정을 위한 샘플이 주입되는 챔버를 독립적으로 다수 개 형성하면 다양한 항목을 동시에 측정할 수 있는 다중 분석 센서로서 용이하게 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분석 센서용 샘플 분리부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분석 센서용 측정지를 나타내는 개략적인 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 나타난 샘플 분리부와 도 2에 나타난 측정지를 결합하여 제조되는 다중 분석 센서에 대한 개략적인 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 분석 센서에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 발명의 명확성을 기하기 위해 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 설명하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하고 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다. 실시예에서는 분석을 위한 샘플의 대표적인 예로서는 혈액을, 상대적으로 크기가 크고 분석에 방해가 되는 성분의 대표적인 예로서는 혈구를, 혈구와 같은 방해 성분을 분리하고 남은 측정 대상 샘플인 측정샘플의 대표적인 예로서는 혈장을 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 특허청구범위에 한정된 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명이 하기한 실시예로만 한정되지 않으며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이한 수준에서 변형이 가능함이 이해되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분석 센서용 샘플 분리부를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참고하면, 샘플 분리부(100)는 웨이퍼(110) 상에 형성된 샘플 주입구(120), 대칭 형상으로 양쪽에 형성된 분리 패턴(124) 및 제1 챔버(126a) 및 제2 챔버(126b)를 포함하는 두 개의 챔버(126)를 포함하여 이루어진다. 분리 패턴(124)에는 일정한 간격을 두고 챔버(126)와 연결된 다수의 홀(122)이 구비되어 있다.

샘플 주입구(120)를 통하여 전처리 과정을 거치지 않은 샘플, 예컨대 혈액이 주입되면, 샘플 분리부(100)의 중심부에 형성된 홈을 따라 샘플이 유동하게 되며, 유동하는 중에 양쪽에 형성된 분리 패턴(124)에 형성된 홀(122)을 통하여 이동하게 된다. 크기가 큰 성분, 예컨대 혈구는 홀(122)을 통과하지 못하므로 중심부의 홈에 남게 되고 측정샘플, 예컨대 혈장 부분만 홀(122)을 통하여 두 개의 챔버(126a, 126b)로 이동된다. 챔버(126)에 수용된 측정샘플은 바로 분석을 위한 반응에 사용될 수 있다.

여기서, 홀(122)은 분리된 측정샘플의 통로이면서 혈구와 같은 크기가 큰 성분의 분리를 위한 여과체로서 폭이 약 2㎛ 미만이 되도록 한다. 통상 혈구는 크기가 다양하지만 적어도 2㎛ 이상의 크기를 갖기 때문에 홀을 통하여 혈구가 통과하지 못하도록 하기 위해서이다. 더욱 바람직하게는 홀(122)은 폭이 1㎛ 이하가 되도록 한다.

홀(122)의 높이는 폭과는 달리 별다른 제한이 없으며 혈구와 같은 성분이 홀의 입구에 모여 홀의 일부를 봉쇄하게 되는 경우 혈장과 같은 측정샘플의 통과가 방해를 받지 않도록 하기 위해서 가능하면 높게 하는 것이 바람직하며 적어도 약 10㎛ 이상이 되도록 한다. 홀의 높이는 식각 공정의 한계를 고려할 때 웨이퍼 두께의 약 90% 이내 정도까지 되도록 할 수 있다.

이러한 샘플 분리부(100)는 본 발명의 특징적인 개념을 포함하는 어떠한 형태로도 제작할 수 있으며 그 모양이나 형상에 특별한 제한이 없다. 제작을 위한 재질로는 플라스틱재, 실리콘재, 유리재, 고무재 등 다양한 소재가 적용 가능하다. 다만, 혈구와 같은 성분의 통과를 방지하기 위하여 형성되는 홀(122)의 크기가 약 2㎛ 미만으로 매우 작기 때문에 이를 형성하기 위하여 웨이퍼를 소재로 하고 반도체 공정 및 사진식각 공정을 적용하여 제작하는 것이 좋다. 구체적이고도 바람직한 일실시예에 의한 샘플 분리부 제작 방법은 다음과 같다.

먼저, 실리콘 웨이퍼(110)를 포토리소그라피 공정에 의해 분리 패턴과 챔버를 형성하기 위한 측벽 역할을 하는 부분만 남도록 식각하여 제거하고 샘플이 주입되는 샘플 주입구(120)와 샘플이 내부로 이동할 수 있도록 해주는 홈부를 형성하도록 한다. 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 포토레지스트를 사용하여 웨이퍼 전면에 포토레지스트층을 형성한다. 웨이퍼의 식각될 부분을 노출시키기 위하여 분리 패턴과 챔버를 형성하기 위한 측벽 역할을 할 부분만 마스킹 할 수 있는 패턴을 갖는 마스크를 개재하고 포토레지스트층을 노광한다. 노광된 포토레지스트 부분을 현상하여 측벽 역할을 할 웨이퍼의 상부에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 웨이퍼의 노출된 부분을 식각하여 홀을 포함하는 분리 패턴 및 챔버를 형성하도록 한다. 포토레지스트 패턴을 박리하여 샘플 분리부를 형성하도록 한다.

본 실시예에서는 네가티브형 포토레지스트에 대하여 기술하였으나, 포지티브형 포토레지스트를 사용하여도 무방하다. 따라서, 포토레지스트 형태는 본 실시예를 구현함에 있어서 특별히 한정하지 않는다.

분리 패턴의 형성을 위하여 챔버(126)의 외벽에는 외부로 공기를 배출하기 위한 공기배출구(128a, 128b, 128c, 128d, 128e, 128f)가 형성된다. 이는 혈구와 같은 성분이 분리된 측정샘플이 챔버(126) 내로 주입될 때 챔버(126) 내에 차있던 공기를 외부로 배출하여 측정샘플의 유입 속도가 용이하게 하기 위해서이다. 공기배출구(128a, 128b, 128c, 128d, 128e, 128f)는 공기는 배출하되 샘플은 배출되지 못할 정도로 미세한 크기로 형성하도록 하며 각 챔버(126a, 126b)에 적절한 개수로 형성하되 적어도 한 개, 바람직하게는 두 개 이상 형성하도록 한다.

분리 패턴은 도 1에 나타난 바와 같이 톱니 형상으로 형성하는 것도 가능하지만, 특별히 제한적이지 않다. 예컨대, 파도 모양, 지그재그 모양으로 형성될 수도 있으며 비대칭적인 구조로 형성될 수도 있다.

이후, 챔버(126)의 내부를 전도성 물질로 코팅하도록 한다. 이를 위해서는 상기 분리 패턴(124)과 챔버(126)를 남기도록 식각된 웨이퍼 부분을 마스킹한 후 화학증착법(CVD; chemical vapor deposition), 물리증착법(PVD; physical vapor deposition), 플라즈마 증대 화학증착법(PECVD; plasma enhanced CVD) 등의 방법으로 전도성 물질을 증착하도록 한다. 적용되는 전도성 물질로서는 금, 은, 팔라듐, 백금, 흑연, 탄소, 백금 처리된 탄소 등이 사용가능하다. 증착된 전도성 물질은 챔버(126)의 내부에 얇은 전도성 물질층을 형성하는데, 이는 전극으로서의 역할을 하게 된다.

형성된 전도성 물질층은 전극으로서의 역할을 수행하므로 넓을수록 전자를 받아들일 수 있는 면적이 증가하여 감도가 높아지게 된다. 이는 적은 샘플양으로 빠른 시간 내에 분석이 가능하게 해준다. 결국 본 실시예를 통해 제작된 챔버(126)는 혈구와 같은 성분이 분리된 혈장과 같은 측정샘플을 수용하기 위한 수용부로 사용됨과 동시에 전극으로 사용할 수 있도록 한 것이다.

샘플 주입구(120)에 주입되는 샘플의 양과 양호한 전극으로서의 역할을 위하여 넓은 면적을 요하는 챔버(126)를 고려할 때, 샘플 분리부(100)의 폭은 도 2에서 서술할 측정지(200)의 반응부(210)와 챔버(126)가 대응되도록 형성한다.

한편, 측정지(200)의 반응부(210)가 직선 방향으로 다수 개 형성된 경우에도 이에 대응되도록 챔버(126)는 다수 개가 형성될 수 있다. 이에 따라, 샘플 분리부(100)의 길이는 측정지(200)의 길이와 일치하거나 더 짧을 수 있다.

또한, 샘플 주입구(120)는 샘플 분리부(100)의 폭방향 단부의 중심 부분에 형성되며, 샘플 주입구(120)의 폭은 모세관 현상으로 샘플이 원활하게 주입되고 측정샘플이 챔버에 적당량 유입되도록 하기 위해 샘플 분리부(100) 폭의 10% 내지 50% 로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 샘플 주입구(120)의 폭이 샘플 분리부(100) 폭의 10% 미만이면 샘플의 유입이 원활하지 않고 모세관 현상이 이루어지지 않으며, 샘플 분리부(100) 폭의 50% 초과하면 샘플이 균일하게 유입되지 않는다.

도 1에서는 일실시예에 따라 두 개의 챔버가 형성된 경우를 예로 들었다. 이에 따라 상이한 두 가지 대상에 대한 분석이 동시에 가능하다. 다른 실시예에 의하면 챔버의 가운데 부분에 격벽을 형성하는 방식으로 각 챔버를 두 개의 챔버로 나누어 네 개의 챔버로 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 챔버별로 상이한 진단 시약을 적용하는 것이 가능하다. 즉, 한번의 샘플 주입으로 상이한 네 가지 항목에 대한 동시 분석이 가능하게 된다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 다수개의 챔버를 형성하는 것은 반도체 공정을 적용할 때 용이하게 구현가능하며 필요에 따라 적절한 수로 형성 가능하다. 챔버는 개수에 큰 제한은 없으며 반응부(210)의 수에 따라 대응이 가능하다.

다수의 챔버를 갖는 다중 분석 센서를 사용하면 다양한 생체 내 물질이 동시에 적용가능하다. 예를 들면 글루코스 산화 효소, 락테이트 산화효소, 콜레스테롤 산화효소 및 알코올 산화효소, GOT, GPT 등 다수의 항목을 동시에 분석하는 것이 가능하다.

샘플 주입구(120)로 주입된 샘플로부터 상술한 구성을 갖는 샘플 분리부(100)에 의하여 측정샘플이 분리되는 과정은 다음과 같다.

먼저, 분석을 요하는 샘플을 취하여 샘플 주입구(120)를 통하여 주입하도록 한다. 주입된 샘플은 샘플 분리부내, 중심을 따라 형성된 통로인 홈부를 따라 내부로 흘러들어가게 된다. 유입된 샘플은 홈부를 따라 유동하다가 양옆에 형성된 샘플 분리 패턴(124)에 의해 일정 간격을 두고 형성된 홀(122)을 통하여 챔버(126a, 126b) 내부로 유입된다. 이 때, 홀(122)의 폭은 약 2㎛ 미만이므로 크기가 약 2㎛ 이상으로서 상대적으로 크기가 큰 혈구와 같은 성분들은 홀(122)을 통과하여 들어가지 못하고 혈청을 포함한 혈장 같은 측정샘플만이 홀(122)을 통과하여 챔버(126a, 126b)의 내부로 유입된다. 이에 따라 유입된 샘플 중 혈구와 같은 성분은 농축된 상태로 통로인 홈부에 남고 측정샘플만 홀(122)을 통과하여 챔버(126a, 126b)로 수용되는 것이다.

이러한 샘플 분리부(100)에 의하면 모세관 현상을 이용하여 무동력으로 측정샘플이 분리되도록 할 수 있으며, 샘플을 1회 주입하는 것만으로 용이하고 신속하게 불필요한 성분을 분리하고 즉시 측정샘플을 챔버에 수집하여 분석이 가능하도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분석 센서용 측정지를 나타내는 개략적인 상면도이다.

도 2를 참고하면, 측정지(200)는 베이스 기재상에 전극(216)이 형성되어 있으며, 일단부에는 제1 측정부(212) 및 제2 측정부(214)를 포함하는 반응부(210)가 구비되어 있다.

전극(216)은 카본 페이스트 등의 전도성 물질을 인쇄 등의 방법으로 형성하고, 반응부는 도 1에 나타난 샘플 분리부와 결합되는 부분으로서 소정의 분석용 용액을 분주하여 측정샘플과의 반응을 유도하도록 구비되어 있다. 베이스 기재의 소재는 특별히 한정적이지 않으며 예컨대, 폴리에틸렌 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 등과 같은 플렉시블한 절연 플라스틱 필름, 세라믹 계열의 기재 등 비전도성 소재가 사용가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 나타난 샘플 분리부와 도 2에 나타난 측정지를 결합하여 제조되는 다중 분석 센서에 대한 개략적인 사시도이다.

도면에서, 샘플 분리부(100)와 측정지(200)의 반응부(210)가 결합되어 다중 분석 센서(300)를 이루게 된다. 이해를 돕기 위하여 샘플 분리부(100)가 측정지(200)의 반응부(210)에 반대 방향으로 부착되어 있는 도면을 도시하였는데, 실제로는 샘플 분리부(100)의 홈부가 보이지 않고 웨이퍼의 바닥면이 보이도록 결합된다.

샘플 분리부(100)와 측정지(200)를 부착하여 센서(300)를 제작하면 전도성 물질로 코팅된 샘플 분리부(100)의 챔버(126)는 작동 전극으로서의 역할을 하게 되고 측정지(200)에 형성된 전극과 함께 전기화학적 작용을 통하여 샘플 내의 분석 물질을 정량할 수 있다.

샘플 분리부(100)의 샘플 주입구(120)를 통해 샘플을 주입하면 여과되는 불필요한 성분은 샘플 주입구(120)와 연결된 홈부에 남게 된다. 따라서 불필요한 성분이 분리되고 크기가 작은 측정샘플은 양쪽으로 배열되어 있는 홀을 통과하여 챔버를 향하여 유입되며 유입된 측정샘플은 미리 분주된 반응 용액과 반응하고 이러한 반응에서 발생된 전자는 측정지(200)의 전극을 통해 감지된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 다중 분석 센서를 사용하여 샘플을 다중 분석하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 주입된 샘플로부터 분석을 위한 측정샘플을 분리하도록 한다. 측정샘플의 분리를 위하여 샘플로부터 크기가 약 2㎛ 이상인 성분을 여과하도록 한다. 여과되고 남은 분석을 요하는 측정샘플은 별도로 수용된다.

이후 분리된 측정샘플과 소정의 성분을 검출하기 위한 반응 시약을 반응시키도록 한다. 측정샘플과 반응 시약의 반응으로 생성된 전자의 흐름을 감지하도록 한다. 특히, 분리된 측정샘플은 분리된 다수의 상이한 반응 시약과 동시에 반응시키는 것에 의해 다수의 측정샘플을 동시에 분석할 수 있다.

상기 측정샘플은 GPT(glutamate pyruvic transaminase), GOT(glutamate oxaloacetic transaminase), γ-GTP(γ-Glutamyltranspeptidase), 중성지방(Triglycerides, TG), 혈당, 크레아티닌, 락테이트, 케톤 및 알콜 및 콜레스테롤 중 적어도 하나의 성분을 포함한다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 분석 방법을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.

예컨대, 간 수치를 측정하기 위해서 완성된 도 3에 나타난 다중 분석 센서(300)에서 제1 측정부(212)에서는 GOT 측정용 용액을 분주하고, 제2 측정부(214)에서는 GPT 측정용 용액을 분주한 경우를 설명하도록 한다. 분석을 위해서는 혈액 샘플을 샘플 주입구(120)를 통하여 주입하고 측정지(200)에서 반응부(210)와 반대편 단부를 분석용 장치에 삽입하도록 한다. 그러면 전류감지/증폭부 및 제어부에 의해 출력된 수치 정보를 장치에 포함된 모니터 등을 통하여 디스플레이 하는 것이다. 이러한 혈액 샘플 분석 메카니즘을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1 측정부(212)는 혈액중의 GOT를 측정하고, 제2 측정부(214)는 혈액중의 GPT를 측정하는 경우, GOT, GPT와 반응하는 아미노산과, 글루타메이트 산화효소(L-glutamate oxidase)를 포함하는 효소들이 반응부에 고정된다. 혈구가 분리된 혈액 측정샘플이 반응부에 도입되면 혈액 중의 GOT, GPT가 반응부에 고정된 아미노산(L-alanine, L-aspartate) 및 효소들과 전기화학적으로 반응하게 되고, 이 반응의 결과에 의하여 전자가 생성된다. 반응부(210)에 고정되는 효소들은 글루타메이트 산화효소(L-glutamate oxidase), α-케토글루타린산(α-ketoglutaric acid), 퍼록시다아제(peroxidase) 등을 포함한다.

아미노산이 고정화된 전극에 혈액 측정샘플이 도입되면 혈액중의 GPT, GOT가 반응부에 고정화된 각각의 아미노산과 반응하여 글루타메이트를 생성하게 되는데, 하기 화학식 (1-1), (1-2)는 이를 각각 나타낸 것이다.

<화학식 1-1>

혈액중의 GPT

↓

L-알라닌 + α-케토글루타린산 → 피루베이트 + L-글루타메이트 --- GPT반응

<화학식 1-2>

혈액중의 GOT

↓

L-아스파테이트 + α-케토글루타린산 → 옥살로아세테이트 + L-글루타메이트 --- GOT 반응

생성된 글루타메이트는 글루타메이트 산화효소(L-glutamate oxidase)에 의해서 과산화수소(H₂O₂)를 생성하고, 과산화수소는 그의 산화제(peroxidase)에 의해서 전자를 발생시키는데, 하기 화학식 (2) 및 (3)은 이를 나타낸 것이다.

<화학식 2>

L-글루타메이트 옥시다제

↓

L-글루타메이트 + O₂ → α-케토글루타린산 + NH₃ + H₂O₂

<화학식 3>

퍼옥시다제

↓

H₂O₂ → 2H⁺ + O₂ + 2e^-

혈액 샘플 내의 GOT, GPT 농도는 반응 과정에서 발생하는 전류량에 비례하므로, 이 전류량을 측정함으로써 GOT, GPT 농도를 측정할 수 있게 된다. 이렇게 최종 반응 산물인 전자수용체를 각각의 작동 전극이 인식하여 나타난 전류를 GPT, GOT 농도로 측정하고 출력하게 된다.

한편, 혈당의 경우 당산화효소에 의하여 혈액 중의 글루코스가 산화되고 당산화효소는 환원되며, 콜레스테롤, 알코올, 락테이트 등의 경우 콜레스테롤 분해 효소, 알코올 분해효소, 락테이트 분해효소 등에 의해 산화환원 반응이 수행된다. 도 1에 나타난 샘플 분리부에서, 혈장을 수용하기 위한 챔버를 두 개 이상 제조하는 것에 의해 두 가지 이상의 다양한 항목을 동시에 분석할 수도 있을 것이다.

이와 같이 본 발명의 가장 큰 특징은 기존의 방식인 전기화학적인 방법을 이용하여 혈액에 포함된 각종 정보를 측정하되, 혈액 시료의 주입부터 출력까지 간편하고 신속하게 진행될 수 있도록 한 점이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 분리형 다중 분석 센서에 의하면, 샘플로부터 불필요한 성분을 분리하기 위한 전처리 공정의 수행 없이 샘플을 센서에 주입함과 동시에 샘플 중에 포함되어 있는 불필요한 성분을 신속하고 간편하게 분리할 수 있으며 측정샘플을 사용하여 샘플에 대한 분석 정보를 정확하고 높은 신뢰도로 측정할 수 있다.

그리고 샘플 주입구를 통하여 주입된 샘플로부터 불필요한 성분이 여과되고 측정샘플이 각각 다수의 챔버에 유입되도록 함으로써 소량의 샘플을 사용하고 한 번의 주입만으로도 두 가지 이상의 다양한 항목에 대한 분석이 가능하여 다중 분석용 센서로 활용할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 샘플 분리부 110: 웨이퍼
120: 샘플 주입구 122: 홀
124: 분리 패턴 126: 챔버
126a: 제1 챔버 126b: 제2 챔버
128a, 128b, 128c, 128d, 128e, 128f: 공기 구멍들
200: 측정지 210: 반응부
212: 제1 측정부 214: 제2 측정부
216: 전극 300: 다중 분석 센서

Claims (13)

1. 주입된 샘플로부터 분석을 위한 측정샘플을 분리하기 위한 분리 패턴 및 측정샘플을 수용하기 위한 챔버를 포함하는 샘플 분리부; 및
   상기 측정샘플을 분석하기 위한 반응부 및 전극을 포함하는 측정지를 포함하고,
   상기 분리 패턴에는 상기 주입된 샘플의 통로이면서 상기 측정샘플의 분리를 위한 여과체인 홀이 형성되고, 상기 홀의 폭은 2㎛ 미만이고, 상기 홀의 높이는 상기 샘플 분리부 전체 높이를 기준으로 90% 이내이고,
   상기 샘플 분리부의 재질은 실리콘재 또는 유리재인 것을 특징으로 하는 다중 분석 센서.
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3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 전극 역할을 하는 전도성 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분석 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 전도성 물질층은 금, 은, 팔라듐, 백금, 흑연, 탄소 및 백금 처리된 탄소 중 적어도 하나의 성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 분석 센서.
6. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 상기 반응부와 대응되도록 형성되고, 적어도 2개 구비되며, 각 챔버는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 분석 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 챔버에는 하나 이상의 공기 배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 분석 센서.
8. 제1항에 있어서, 상기 샘플 분리부는 상기 샘플이 주입되는 샘플 주입구를 더 포함하며, 상기 샘플 주입구의 폭은 상기 샘플 분리부 폭의 10% 내지 50% 범위인 것을 특징으로 하는 다중 분석 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 반응부는 GPT(glutamate pyruvic transaminase), GOT(glutamate oxaloacetic transaminase), γ-GTP(γ-Glutamyltranspeptidase), 중성지방(Triglycerides, TG), 혈당, 크레아티닌, 락테이트, 케톤, 알콜 및 콜레스테롤 수치 중 적어도 하나를 측정하기 위한 시약을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분석 센서.
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