KR101459311B1 - 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 및 광섬유 기반 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 및 광섬유 기반 검출방법에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서는 내부에서 빛이 진행되는 광섬유, 상기 광섬유 표면의 적어도 일부에 배치되는 금속 나노층, 상기 금속 나노층의 상단에 배치되고 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody), 상기 금속 나노층의 상단에 배치되고 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)와 상기 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되고. 상기 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 경우, 상기 주파수 변화를 이용하여 상기 제 1 객체를 센싱하는 센서를 포함할 수 있다.

Description

광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 및 광섬유 기반 검출방법{SURFACE PLASMON BIO SENSOR USING OPTICAL FIBER AND DETECTING MEANS USING OPTICAL FIBER}

본 발명은 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 및 광섬유 기반 검출방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 금속 나노구조물과 생체물질 고정화 기술에 의한 표면 플라스몬 공명현상을 이용한 광섬유 바이오 센서 및 이를 이용한 순환종양세포의 실시간 검출 및 제거기능을 가지는 고민감도 광섬유 센서에 관한 것이다.

보건복지부 자료에 의하면 2007년을 기준으로 암 질환을 앓고 있는 환자 수는 약 49 만명이고, 새롭게 암으로 진단받는 환자도 약 15 만명에 달하며, 환자수는 매년 지속적으로 증가하고 있다.

평균 수명까지 생존 시 남자의 누적암 발생 위험은 32%로 3명당 1명에서 여성의 누적 암 발생위험은 26%로 4명당 1명에서 암이 발생하는 것으로 알려지고 있다.

대부분의 암은 조기에 발견하지 않으면 완치가 힘들고, 췌장암 등 일부 암은 조기에 발견하더라도 치료 이후의 예후가 좋지 못한 것으로 알려져 있다.

암으로 인한 사망을 줄이기 위해서는 정기적인 검진이 가장 중요하고, 암 수술 이후의 재발 등에 대한 정기적인 관리 역시 예방차원의 검진에 못지않게 중요하다.

세계보건기구에서는 암 발생의 1/3은 예방이 가능하고, 1/3은 조기 진단 및 조기 치료로 완치가 가능하며, 나머지 1/3 암 환자도 적절한 치료를 하면 완화가 가능하다고 하였으며, 일반인의 궁극적인 암 퇴치 방법은 정기검진을 통한 조기 발견과 금연이나 체중조절 등 건강한 생활습관의 실천으로 암 발생을 예방하는 것으로 알려져 있다.

단, 암환자의 수술 이후 재발에 대한 예측이나 치료의 방향설정을 하는데 아직은 여러 가지 기술적 애로사항들이 쏟아져 나오고 있고, 암의 재발을 발견하기 위한 검진 또는 예측 방법은 아예 존재하지 않거나 몇몇 제시된 방법에 대해서는 임상학적 유효성에 대한 논란이 일고 있다.

따라서 암의 전이 가능성과 재발암의 종류까지 예측가능하며, 다양한 암 치료법의 결정에 중요한 정보를 제공해주는 순환 종양세포를 센서를 통해 체내 모든 혈액을 대상으로 효율적으로 검출함과 동시에 제거하는 기능을 제공하는 장치 및 방법이 요구되는 실정이다.

1. 대한민국 특허청 공개번호 10-2010-0045831호 2. 대한민국 특허청 공개번호 10-2012-0046554호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 및 광섬유 기반 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로, 본 발명은 내부에서 빛이 진행되는 광섬유, 광섬유 표면의 적어도 일부에 배치되는 금속 나노층, 금속 나노층의 상단에 배치되고 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody), 금속 나노층의 상단에 배치되고 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)와 복수의 항체 및 복수의 압타머 중 적어도 일부와 특정 객체가 결합되고, 특정 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 경우, 주파수 변화를 이용하여 특정 객체를 센싱하는 센서를 이용함으로써, 검출도를 높이고 검출강도를 향상시키며 다양한 순환종양세포의 검출이 가능한 장치 및 방법을 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서는 내부에서 빛이 진행되는 광섬유, 상기 광섬유 표면의 적어도 일부에 배치되는 금속 나노층, 상기 금속 나노층의 상단에 배치되고 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody), 상기 금속 나노층의 상단에 배치되고 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)와 상기 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되고. 상기 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 경우, 상기 주파수 변화를 이용하여 상기 제 1 객체를 센싱하는 센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광섬유 표면의 전체 영역 중 상기 금속 나노층 영역을 제외한 영역은 클래딩(cladding)되고, 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머는 항혈전 물질로 코팅될 수 있다.

또한, 혈액이 혈관 내에서 굳어져 생긴 혈전이 진동을 통해 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머에 달라붙지 않도록 방지하는 진동부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동부는 압전 물질을 이용하여 전기적 신호를 인가 받아 진동을 발생시키는 액추에이터(actuator)일 수 있다.

또한, 상기 제 1 객체는 복수이고, 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머 각각은 상기 복수의 제 1 객체 중 서로 다른 객체와 특이적으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 복수의 제 1 객체가 결합된 복수의 금속 나노층 영역 각각에서 반사된 빛의 변화된 주파수는 서로 다를 수 있다.

또한, 상기 제 1 객체는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)일 수 있다.

또한, 상기 광섬유의 재질은 락티드, 카프로락톤, 글리코라이드, 스티렌, 프로필렌, 에틸렌, 염화비닐, 부타디엔, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 히드록시에틸메타아크릴에이트, 카보네이트, 비닐리덴플루오라이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 금속 나노층은 금, 은, 구리 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서는, 인체의 혈관 내에 이식되거나 체외에서 신장투석 형태로 상기 인체와 연결되어 상기 인체의 혈액과 접촉될 수 있다.

또한, 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머는 금속 나노층의 상단에 랜덤(random)으로 배치될 수 있다.

한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 광섬유 기반 검출방법은 광섬유 표면의 적어도 일부에 금속 나노층이 배치되는 단계, 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody)와 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)가 상기 금속 나노층의 상단에 배치되는 단계, 상기 광섬유 내부에서 빛이 진행되는 단계, 상기 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되는 단계, 상기 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 단계와 상기 주파수 변화를 이용하여 상기 제 1 객체를 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 혈액이 혈관 내에서 굳어져 생긴 혈전이 진동을 통해 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머에 달라붙지 않도록 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 객체는 복수이고, 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머 각각은 상기 복수의 제 1 객체 중 서로 다른 객체와 특이적으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 복수의 제 1 객체가 결합된 복수의 금속 나노층 영역 각각에서 반사된 빛의 변화된 주파수는 서로 다를 수 있다.

또한, 상기 제 1 객체는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)일 수 있다.

한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 광섬유 기반 검출방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있고, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체에 있어서, 상기 광섬유 기반 검출방법은, 광섬유 표면의 적어도 일부에 금속 나노층이 배치되는 단계, 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody)와 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)가 상기 금속 나노층의 상단에 배치되는 단계, 상기 광섬유 내부에서 빛이 진행되는 단계, 상기 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되는 단계, 상기 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 단계와 상기 주파수 변화를 이용하여 상기 제 1 객체를 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 및 광섬유 기반 검출방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 내부에서 빛이 진행되는 광섬유, 광섬유 표면의 적어도 일부에 배치되는 금속 나노층, 금속 나노층의 상단에 배치되고 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody), 금속 나노층의 상단에 배치되고 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)와 복수의 항체 및 복수의 압타머 중 적어도 일부와 특정 객체가 결합되고, 특정 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 경우, 주파수 변화를 이용하여 특정 객체를 센싱하는 센서를 이용함으로써, 검출도를 높이고 검출강도를 향상시키며 다양한 순환종양세포의 검출이 가능한 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a 및 도1b는 본 발명과 관련된 순환종양세포의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련된 CTC의 표면에 많이 발현된 EpCAM 막 단백질과 그와 선택적으로 결합하는 Anti-EpCAM 단백질과의 항원 항체 반응의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 3은 SPR과 관련된 광 신호를 이용한 센서의 원리를 표현한 것이다.
도 4는 본 발명과 관련된 표면 플라즈몬 공명 결상 타원 계측장치의 구성도를 도시한 것이다.
도 5a 내지 도5d는 본 발명과 관련하여 SPR센서에 입사되는 타원 편광 입사광의 입사각과 반사율과의 관계 및 공명 각도 변화를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명이 제안하는 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서를 나타내는 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명이 제안하는 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서를 이용하여 측정하는 구체적인 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 내에서 센서의 구체적인 배치 형태를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

항암화학요법이나 방사선 치료 중 혹은 치료 이후, 수술 이후 주치의나 병원에 따라 다소의 타이는 있지만 일반적으로 수술 이후 첫 3년은 3~6개월마다 3~5년은 6개월 마다 그리고 수술 이후 5년이 지나면 매년 외래 방문을 통하여 불편한 증상이 없는지 모고 진찰, 검사 등을 하게 된다, 검사의 종류도 주치의나 병원에 따라 다소의 차이가 있는데, 대개 일반 혈액 검사, 간기능 검사, 종양표지자 검사 등의 혈액 검사와 단순 흉부 방사선 검사, 복부 전산화 단층촬영 등의 영상 검사 등을 시행하게 되는데 일반 혈액 검사는 빈혈 유무와 정보를 볼 수 있으므로, 수술 이후 영양 섭취를 잘 하고 있는지의 지표가 될 수 있다. 또한, 백혈구 개수, 혈소판 개수를 알 수 있어 함암제 치료시 항암제의 부작용에 따른 백혈구 감소 정도를 판단할 수 있고, 열이 날 때 염증 여부와 그 정도를 아는데도 도움을 준다.

간 기능 검사는 약물 치료에 따른 간 독성 여부 및 정도를 판단할 수 있고, 수술 이후 알부민 수치 등의 변화 등을 보아 간접적으로 영양 상태를 평가하는데 도움을 주는데 이러한 검사들은 동양에 대한 적극적인 검사라기 보다는 간접적을 몸 상태를 확인함으로써 건강상태에 대한 전반적인 평가는 가능하나 암에 대한 특이적인 반응에 대한 검사가 아니라는 점에서는 한계점이라 할 수 있다.

종양에 대한 직접 적인 몇몇 검사들은 다음과 같다.

종양표지자 검사는 암이 재발하면 암태아항원(CEA), CA19-9, 등의 종양표지자가 혈액검사에서 올라갈 수 있다는 것에 착안한 방법이다.

다른 변에 의해서 올라가거나 흡연에 의해 영향 받는 경우도 있으므로, 이상이 있는 경우 모두 재발을 의미하지는 않으며, 다른 검사 소견과 함께 해석을 해야 하는 단점도 있다.

단순 흉부방사선 검사의 경우, 폐 전이 여부를 알기 위해 시행하는 검사이고, 이 검사에서 이상 소견이 보이면 폐 전산화단층촬영(CT)를 시행하고, 일만적으로 경피침생검 조직검사로 확진을 하게 된다.

복부 전산화 단층촬영(복부 CT)는 수술한 부위의 국소 재발 여부, 간, 복막 재발 여부를 보기 위한 검사로 재발 진단에 가장 큰 역할을 하고 있으나 이들 검사법들은 재발암이 상당히 진행된 뒤에야 검출과 함께 확진이 가능한 점에서 근본적인 문제점이 있어 왔다.

또한, 다양한 암세포에 대한 검사에 있어서도 적은양의 조직일수록 오진이나 검출이 안되는 문제도 있었다.

더구나 조직 상태에서의 검사를 완벽하게 할 수 있는 기술이 아직 미비한바 세포 단위로 암을 검사하는 것은 불과 몇 년 전만해도 꿈에서나 가능한 일들로 치부되어 왔으나 최근 순환종양 세포의 존재가 밝혀지면서 암세포의 전이는 암 종양에서 떨어져 나와 혈액이나 골수 등과 같은 순환기 시스템을 타고 이동하는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)가 주요 원인이라는 연구 결과가 보고되어 있다.

도 1a 및 도1b는 본 발명과 관련된 순환종양세포의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

도 1a 및 도1b를 참조하면, 순환종양세포가 증식하는 과정 및 혈액 내에서 이동하는 과정 등이 구체적으로 도시되어 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해, 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)를 CTC라고 호칭한다.

근래에 들어 암의 전이 진단방법으로 혈액 내에 있는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)를 검출하는 방법이 제안되었다.

이 방법은 CTC의 표면에 많이 발현된 EpCAM 막 단백질과 그와 선택적으로 결합하는 Anti-EpCAM 단백질과의 항원 항체 반응을 이용하는 것으로써 기존의 CFNA 검출법보다 분석 과정이 간단하기 때문에 분석 시간이 길지 않다는 장점을 갖는다.

도 2는 본 발명과 관련된 CTC의 표면에 많이 발현된 EpCAM 막 단백질과 그와 선택적으로 결합하는 Anti-EpCAM 단백질과의 항원 항체 반응의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

그러나 CTC에는 여러 종류의 CTC가 존재하고, 각 CTC 종류에 따라 암이 존재하는 장기를 파악할 수 있기 때문에 CTC의 선택적 분리는 이후 분석을 위해 필수적인 과정이지만, 현재 많은 수의 CTC 검출 기술에서 분리 과정이 포함되어 있지 않고 단순히 CTC 의 정량적 측정만 가능하며, 분리가 이루어지고 있다고 하더라도 ME 혈액 약 1.5L에 순환종양세포가 3~6개 정도 존재하는바 이들의 검출방법이 향후 연구의 핵심 내용으로 급부상하고 있다.

대표적으로 2008년 미국의 MIT 공대에서 CTC 검출 칩을 개발한 바 있고, Yu 등은 biosensor array를 통해 CTC의 검출을 시도한 바 있다.

또한, 같은 해 Kiran 등은 금나노 입자와 광섬유를 적용하고자 하였으나 이는 이미 알려져 있는 종류별 다량의 암세포들마다 광음향이 다름이 밝혀져 있으며 이를 이용하여 분리해보고자 하는 시도였었다.

이들 방법의 대부분은 혈액을 일정량 채취하여 그 혈액으로부터 CTC의 검출을 시도한 바 이는 앞서 설명한 대로 아주 적은 양의 혈중 CTC를 검출하기에는 무리가 있어 왔다.

따라서 본 발명에서는 CTC를 빠르고 쉽게 분리, 검지하는데 결정적인 역할을 할 초고감도, 고효율 표면 플라즈몬 공명현상을 이용한 광섬유 바이오 센서를 설계, 제작 및 진단에 응용하고자 한다.

즉, 본 발명은 기존의 복잡한 MEMS 기술 대신 표면적이 큰 광섬유 다발과 금속나노입자와 항체 및 압타머를 이용한 크로마토 그래피 기술을 기반으로 손쉽게 CTC를 분리해 내고 표면 플라즈몬 공명현상에 기초한 분석법을 도입하여 높은 감도를 유지하는 동시에 신속하게 CTC를 검출하기 때문에 기존의 검출법에서 비용과 시간, 그리고 정확성을 획기적으로 고양시키는 효과를 가져 올 것으로 예상 된다.

본 발명의 구체적인 설명에 앞서, CTC를 검출하는데 이용되는 표면 플라스몬 공명(surface plasmon resonance, SPR)에 대해 선결적으로 설명한다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 표면 플라스몬 공명(surface plasmon resonance, SPR)을 SPR이라고 호칭한다.

SPR은 얇은 금속 필름에서 반사되어 나오는 광선을 이용하여 물질의 성분과 양을 측정하는 기술로, 금속 필름에 독성 물질들이나 항독소 항체 분자들(antitoxin antibody molecules)이 부착되고, 부착된 분자들은 광선의 굴절 방법에 변화를 유발시키게 되면, 광선 강도의 변화를 광학적 검출기에 의해 감지함으로써 식품 시료에 함유된 독소 물질들의 양을 측정하는 기술이다.

도 3은 SPR과 관련된 광 신호를 이용한 센서의 원리를 표현한 것이다.

도 3에서 설명하는 센서는 하기의 수학식 1을 이용하여 센싱할 수 있다.

상기 수학식 1에서

는 파장을 의미하고,

는 페이즈를 의미하며,

는 주파수를 의미하고,

는 강도(Intensity)를 의미한다.

도 3 및 수학식 1에서 설명하는 센싱 방법은 광 신호의 세기, 주파수, 굴절율의 차이를 이용하는 것이다.

즉, 감지하려는 대상이 빛의 어떤 부분에 더 큰 영향을 주는지 파악함으로써 센싱하는 것이다.

구체적으로 세기를 감소시키는지, 굴절율을 바꾸어 주는지, 위상을 바꾸어 주는지 파악하고, 빛의 영향을 최대한 많이 주는 부분을 이용하여 센서로 구현할 수 있다.

더 나아가 SPR 기술은 금속 표면과의 공명 주파수가 맞을 때, 반사광의 세기가 급속히 감소함을 이용하는 기술이다.

즉, 입사광의 입사각이 특정한 각이 되면, 임계각 이상임에도 불구하고 반사되어 나오는 광이 급격히 줄어들게 된다.

또한, 표면 플라즈몬 공명이 발생할 때, 금속박막 표면층에 존재하는 기체 또는 액체에 다른 물질이 유입되게 되면, 금속 박막 외부에 있는 기체 또는 액체의 굴절률이 바뀌게 되어 표면 플라즈몬 공명 각이 변화게 된다.

이러한 변화된 파라미터들 중 적어도 일부를 이용하여 특정 객체를 센싱할 수 있다.

구체적으로 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 센싱하는 방법 및 장치에 대해 도 4 내지 도 5d를 이용하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명과 관련된 표면 플라즈몬 공명 결상 타원 계측장치의 구성도를 도시한 것이다.

도 5a 내지 도5d는 본 발명과 관련하여 SPR센서에 입사되는 타원 편광 입사광의 입사각과 반사율과의 관계 및 공명 각도 변화를 도시한 것이다.

먼저, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 결상 타원 계측기의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 표면 플라즈몬 공명 결상 타원 계측기는 광원(10), 편광기(12), 위상지연수단(40)으로 구성된 타원 편광 제공부 및 프리즘(21)과 금속박막(23)으로 구성된 표면 플라즈몬 공명 센서(20)(SPR 센서) 및 검광자(60), 디텍터로 구성된 검출수단(70)을 포함할 수 있다.

타원 편광 제공부의 광원(10)에서 발생된 광을 P파와 S파가 혼합된 선편광을 발생시키게 된다.

통상의 SPR센서(20)를 이용한 현미경의 경우 P파만을 사용하지만, 본 발명은 P파와 S파를 모두 사용하게 된다. 광원(10)은 예를 들어, 텅스텐-할로겐 램프(QTH lamp), 레이저, LED(light-emitting diode)등이 있다.

또한, 도 5a는 편광기(12)에 의해 선편광된 S파와 P파를 도시한 그래프이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, S파의 방향과 P파의 방향은 수직을 이루며, 파장은 동일하다.

그리고, 편광기(12)에서 출사한 P파와 S파는 위상지연수단(40)에 입사된다. 위상지연수단(40)은 S파의 위상값을 변화시켜 타원 편광상태를 유도하게 된다. 시료(30)의 종류에 따라 타원 편광된 빛이 보다 큰 실효성을 갖는 측정광으로 기능한다고 알려져 있는바 S파를 위상지연시켜 타원 편광 입사광(41)을 발생시키게 된다.

한편, 도 5b는 P파와 λ/4만큼 위상을 지연시킨 S파를 도시한 것이다.

따라서, 본 발명은 P파와 S파를 사용하여 S파를 위상지연시켜 타원 편광된 빛을 입사광(41)으로써 이용하게 된다.

타원 편광 입사광(41)은 SPR 센서(20)에 입사되어 표면 플라즈몬 공명 현상을 여기시키게 된다. 그리고, 시료(30)의 형상과 두께 등의 물성에 따라 입사광(41)이 편광되어 선편광 또는 타원편광의 반사광(51)이 방출되게 된다.

본 발명은 이러한 표면 플라즈몬 공명 현상과 타원 계측의 원리를 모두 이용하여 시료(30)의 형상 및 물성정보를 획득하게 된다. 타원 편광 제공부에서 SPR 센서(20)로 제공되는 타원 편광 입사광(41)의 입사각도는 SPR센서(20)의 표면 플라즈몬 공명각도(θSPR)가 된다.

따라서, 타원 편광 제공부로부터 공명각도(θSPR)로 입사되는 타원 편광 입사광(41)에 의해서, SPR 센서(20)에 표면 플라즈몬 공명이 여기 된다.

SPR 센서(20)의 상세구조를 살펴보면, 프리즘(21)과 프리즘(21)의 반사면 하부에 구비된 금속박막(23)을 포함한다.

그리고, 프리즘(21)과 금속박막(23) 사이에 평판형 투명 유전체 기판(22)을 더 포함할 수 있다.

프리즘(21)은 타원 편광 제공부로부터 공명각도(θSPR)로 입사면을 통해 입사되는 타원 편광 입사광(41)을 평판형 투명 유리기판(22)과 금속박막(23)의 경계면으로 전달한다. 그리고, 경계면에서 전반사되어 시료(30)의 특성에 따라 편광된 선편광 반사광(51)을 방사면으로 방출하는 광학적 커플링 기능을 수행하게 된다.

더 구체적으로 프리즘(21)은 삼각기둥형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 평면형 투명 유전체 기판(22)과 프리즘(21)은 인덱스 매칭 오일 등을 통해 결합하거나, 동일한 재료(예를 들어, 고 굴절율의 투명 폴리머 소재)로 일체로 형성될 수 있다.

그리고, 금속박막(23)은 표면 플라즈몬을 지지하는 금속으로 이루어져, 공명각도(θSPR)로 입사된 타원 편광 입사광(41)에 의해 표면 플라즈몬 공명이 발생한다. 보다 구체적으로, 금속박막(23)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Gu), 알루미늄(Al) 등과 같이 외부 자극에 의해 전자의 방출이 쉽고, 음의 유전상수를 갖는 금속을 수십 나노미터(nm, 예를들면, 30~50nm)의 두께로 형성하여 이루어진다.

상기 금속 중에서, 가장 예리한 SPR 공명 피크를 보이는 은(Ag)과, 우수한 표면 안정성을 나타내는 금(Au)이 보편적으로 이용된다.

금속박막(23)의 하부면에 시료(30)가 접합되게 된다. 시료(30)는 세포외 기질(31)(ECM, Extracellular Matrix)과 복수의 세포부착(32)들(cell adhesions)에 의해 세포외 기질(31)에 접합된세포(33)를 포함한다. 시료(30)는 배양수(82)에 존재하여 상태가 지속적으로 보존된다. 도 5는 SPR 센서(20)의

금속박막(23) 하부면에 접합된 시료(30)를 보다 구체적으로 도시한 것이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 시료(30)를 구성하는 세포(33)는 복수의 세포부착(32)들에 의해 기질(31)에 접합되어 있고, 기질(31)은 금속박막(23) 하부면에 접합되어 있다.

시료(30)는 배양수(82)가 포함된 인큐베이터(80)에 존재하여 상태를 유지하고 있다.

인큐베이터(80)와 기질(31)은 가스켓(81)에 의해 결합된다.

또한, 타원 편광 입사광(41)이 표면 플라즈몬 공명각도(θSPR)로 입사되어 금속박막(23)에 표면 플라즈몬 공명 현상이 여기되고, 시료(30) 내에 플라즈몬 소산 장에 의해 신호가 증폭되게 된다. 플라즈몬 공명이 최대가 되면 증폭 역시 최대의 효과를 얻을 수 있다.

도 5c는 입사각도와 타원 편광 입사광(41)의 반사율간의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 표면 플라즈몬 공명각도(θSPR)에서 금속박막(23)에 입사되는 타원 편광 입사광(41)의 파수백터와 표면 플라즈몬의 파수백터가 서로 일치하게 되는 공명조건에서는 입사되는 빛 에너지가 모두 표면 플라즈몬 모두로 흡수되기 때문에, 금속박막(23) 표면에서 전반사되는 빛의 세기, 반사율이 최소가 된다.

표면 플라즈몬 공명이 최대가 되는 공명각도(θSPR)는 프리즘(21)의 굴절률, 평판형 투명 유전체기판(22)의 굴절률, 배양수(82)(물)의 굴절률, 금속박막(23)의 굴절률, 타원 편광 입사광(41)의 파장에 의해 결정된다.

그리고, 이러한 시료(30)의 형상(특히, 세포부착(32)의 위치)에 따른 굴절률의 미세한 변화가 공명조건, 공명각도(θSPR)를 변화시키게 되는데, 이러한 공명 조건의 변화를 측정하여 타원 편광 입사광(41)이 최대 공명 현상이 있어나는 공명각도(θSPR)로 입사하도록 제어하게 된다.

또한, 공명각도(θSPR)는 동일한 파장 조건 하에서 금속박막(23) 위의 유전체의 굴절률에 비례하므로 측정 대상에 따라서, 측정 범위 및 감도가 달라질 수 있다. 검출수단(70)에서는 이러한 공명각도(θSPR)의 변화를 검출하여 표면 플라즈몬 공명 결상 타원 계측기를 제어할 수 있게 된다.

즉, 검출수단(70)에서 표면 플라즈몬 공명 조건변화를 분석하여 금속박막(23) 표면에 위치한 시료(30)에 의한 유효굴절률, 유효두께의 변화를 측정하여 시료(30)를 분석하고, 형상을 명암비로 관팔하게 된다.

또한, 본 발명은 표면 플라즈몬 공명 현상과 타원 편광 계측 모두를 이용한 것으로 타원 편광 입사광(41)이 SPR 센서(20)의 반사면에 반사되어 시료(30)의 바닥 두께, 물성특성, 세포부착(32) 위치, 시료(30)의 형상, 굴절률에 따라 편광된 선편광 반사광(51)을 방출하게 된다. 따라서, 위상지연수단(40)에 의해 편광된 타원 편광 입사광(41)이 시료(30)가 접합된 금속박막(23)에 반사되면, 반사된 지점의 시료(30)의 위치정보와 함께 해당 반사 지점의 시료(30)의 물성정보에 따라 편광된 선편광 반사광(51)을 수득할 수 있다. 시료(30)에서 세포부착(32)이 접합된 부분의 기질(31)과 세포부착(32)이 접합되지 않은 부분의 기질(31)이 서로 다른 편광을 하게되므로 검출수단(70)에서 반사광을 분석함으로써 세포부착(32)의 위치와 형태를 알 수 있게 된다.

그리고, 선편광 반사광(51)의 반사경로에 배치되는 것은 검광자(60)와 디텍터이다. 검광자(60)는 입사경로에 설치된 편광기(12)와 대응되는 구조를 갖는다. 따라서, 검광자(60)에 의해 선편광 반사광(51)을 다시 타원 편광하여 타원편광 반사광를 디텍터에서 검출하여 시료(30)를 관찰하게 된다.

디텍터는 광검지수단과 광검지수단과 전기적으로 연결된 컴퓨터를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 광검지수단은 CCD형 고체촬상소자로 구성된다.

CCD형 고체촬상소자에는 타원 편광 반사광이 결상되게 된다. 결상된 모습은 시료(30)의 물성정보, 형상, 두께에 따라 서로 다르게 편광된 타원계측각에 따라 달라지게 된다.

한편, 도 5d는 입사각에서 공명조건 변화에 따른 반사율의 변화를 그래프로 도시한 것이다.

다시 본 발명의 내용으로 복귀하여, 본 명세서에서는 내부에서 빛이 진행되는 광섬유, 광섬유 표면의 적어도 일부에 배치되는 금속 나노층, 금속 나노층의 상단에 배치되고 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody), 금속 나노층의 상단에 배치되고 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)와 복수의 항체 및 복수의 압타머 중 적어도 일부와 특정 객체가 결합되고, 특정 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 경우, 주파수 변화를 이용하여 특정 객체를 센싱하는 센서를 이용함으로써, 검출도를 높이고 검출강도를 향상시키며 다양한 순환종양세포의 검출이 가능한 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

본 발명이 적용되는 경우 높은 검출도가 보장될 수 있다. 즉, 기존 방법들은 혈액을 일정량 채취한 후 검출 킷에 가해야하는 방법들이나 본 발명에 의한 방법은 연속적으로 흐르는 혈액 내에서 한번에 체내 전체 혈액을 대상으로 검출을 실시할 수 있으므로 검출오류는 줄이고 검출 가능성을 대폭 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명이 적용되는 경우, 향상된 검출감도를 제공할 수 있다. 즉, 광섬유 끝단에 생체물질이 결합된 금속나노입자를 도입하여 펴면 플라즈몬 공명 현상을 혈액 내에서 순환종양세포의 검출에 적용하려는 시도가 과거에는 없었고, 이 증폭 효과로 인해 전처리나 후처리 없이 신호의 민감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명이 적용되는 경우, 다양한 순환종양세포의 검출이 가능해진다. 즉, 지금까지의 검출방법은 종류별 순환종양세포의 확인이 불가능했고, 모든 순환종양세포에 있는 마커(Anti-EpCAM)를 이용하여 검출을 시도했으나 본 발명에서는 다양한 종양 세포에 대한 항체나 압타머를 결합시킴으로써 순환종양세포의 종류를 검출과 동시에 파악할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명이 제안하는 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서를 나타내는 블록 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명이 제안하는 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서(100)는 광섬유(110), 금속 나노층(120), 제어부(130), 항체(140), 압타머(150) 및 센서(160)를 포함할 수 있다.

단, 도 6에 도시된 본 발명의 구성들은 단순한 일례에 불과하고, 보다 많은 구성 또는 적은 구성으로도 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서가 구현될 수 있다.

먼저, 광섬유(110)는 중심부에는 굴절률이 높은 유리, 바깥 부분은 굴절률이 낮은 유리를 사용하여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 한 광학적 섬유이다.

광섬유(110)는 에너지 손실이 매우 적어 송수신하는 데이터의 손실률도 낮고 외부의 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다.

이때, 광섬유(110)의 재질은 락티드, 카프로락톤, 글리코라이드, 스티렌, 프로필렌, 에틸렌, 염화비닐, 부타디엔, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 히드록시에틸메타아크릴에이트, 카보네이트, 비닐리덴플루오라이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다음으로, 금속 나노층(120)은 금, 은, 구리 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이러한 금속 나노층(120)은 광섬유(110)의 끝단에 코팅 처리하는 방법 또는 SH(thiol) 작용기를 도입하여 반응시킴으로써 나노입자를 광섬유 끝단에 도입하도록 할 수 있다.

구체적으로 생체물질 고정화 방법은 분자량 150~150,0000 사이인 단백질과 다당체를 총칭하며, 이들에 DCC 반응을 통하여 SH(thiol) 작용기를 도입하고 금속나노입자에 가하여 금속입자상에 결합시킬 수 있다.

또한, 제어부(130)는 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서(100)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 제어부(130)는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 제어부(130)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 제어부(130)는 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다.

또한, 항체(140)는 항원에 대항하기 위해 혈액에서 생성된 당단백질을 의미한다.

항체(140)는 바이러스, 세균 등 항원을 비활성화시키고 신체에 침입한 미생물에 대항하여 세포 외부 자극을 유도하는 당단백질이다.

동종항체와 면역항체가 있는데, 일반적으로 항체라고 하면 면역항체를 가리킨다.혈액 내에서 생성되어 혈액과 림프에 저장되어 있다가 신체에서 면역반응이 일어나는 곳으로 이동하여 분포한다.

또한, 압타머(150)는 단일, 이중 나선의 DNA, RNA 형태로 타깃 단백질과의 3차원적 결합을 통해 단백질의 상호작용을 억제하는 생고분자 물질로, 다양한 표적분자에 결합하는 특징으로 universal capturing agent로 활용이 가능하다.

또한, 센서(160)는 도 4 내지 도5d를 참조하여 전술한 것과 같이, 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)을 이용하여 순환종양세포의 종류를 검출과 동시에 파악하는 기능을 제공한다.

즉, 광섬유(110) 끝단에 반사체가 있어서 되돌아 나오는 빛을 이용하여 대상 객체의 정보를 센싱하는 기능을 제공한다.

도 7은 본 발명이 제안하는 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 광섬유(110)의 상면은 클래딩(cladding) 영역(210)으로 처리될 수 있다.

이때, 광섬유(110) 상면의 전체 영역 중 클래딩 되지 않은 영역이 존재할 수 있고, 이 영역에 본 발명이 제안하는 센서가 위치될 수 있다.

설명의 편의를 위해, 클래딩 되지 않은 광섬유(110) 상면의 영역을 제 1 영역이라고 호칭한다.

또한, 제 1 영역은 금속 나노층(120)으로 덮일 수 있다.

전술한 것과 같이, 금속 나노층(120)은 금, 은, 구리 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 금속 나노층(120) 상에는 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody, 140)와 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer, 150)이 배치될 수 있다.

도 6에서 설명하지는 않았지만 항혈전 효과 물질(230)이 추가적으로 금속 나노층(120) 상에 배치될 수 있다.

항혈전 효과 물질(230)은 인공 장기나 의료기구에 대한 응용을 목적으로 하여 혈액과의 접촉에서 혈액 응고를 일으키지 않도록 설계된 재료로서, 혈액 적합성 재료라고도 한다.

즉, 본 발명에서 항혈전 효과 물질(230)은 혈액이 혈관 내에서 굳어져 생긴 혈전이 복수의 항체(antibody, 140)와 복수의 압타머(Aptamer, 150)에 달라붙음으로써, 성능이 저하되는 것을 방지하는 기능을 제공한다.

또한, 복수의 항체 및 복수의 압타머 중 적어도 일부와 특정 객체(220)가 결합될 수 있다.

즉, 여기서 결합되는 특정 객체(220)는 CTC가 될 수 있다.

특정 객체(220)가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛은 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되고, 이를 이용하여 센서(160)는 도 4 내지 도5d를 참조하여 전술한 것과 같이, 순환종양세포의 종류를 검출과 동시에 파악할 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서를 이용하여 측정하는 구체적인 방법을 나타내는 순서도이다.

도 8을 참조하면, 먼저, 광섬유 표면의 적어도 일부에 금속 나노층이 배치되는 단계(S100)가 진행될 수 있다.

이후, 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody)와 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)가 상기 금속 나노층의 상단에 배치되는 단계(S200)가 진행될 수 있다.

또한, 광섬유 내부에서 빛이 진행되는 단계(S300)가 진행된다.

이후, 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되는 단계(S400)가 진행될 수 있다.

또한, 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 단계(S500)가 진행될 수 있다.

최종적으로 주파수 변화를 이용하여 제 1 객체에 대한 정보를 센싱하는 단계(S600)가 진행될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시례에 따르면, 플라스몬 바이오 센서(100)는 혈액이 혈관 내에서 굳어져 생긴 혈전이 진동을 통해 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머에 달라붙지 않도록 방지하는 진동부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로 본 발명이 제안하는 진동부는 압전 물질을 이용하여 전기적 신호를 인가 받아 진동을 발생시키는 액추에이터(actuator)일 수 있다.

단, 액추에이터(actuator)는 본 발명에 적용되는 진동부의 단순한 일례에 불과하고 진동을 발생시키는 다양한 기기들이 본 발명의 진동부로 활용될 수 있음은 자명하다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시례에 따르면 복수의 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서(100)를 두고, 각 센서(100)의 공명주파수를 달리함으로써 복수의 객체를 센싱할 수도 있다.

즉, 지금까지의 검출방법은 종류별 순환종양세포의 확인이 불가능했고, 모든 순환종양세포에 있는 마커(Anti-EpCAM)를 이용하여 검출을 시도했으나 본 발명에서는 다양한 종양 세포에 대한 항체나 압타머를 결합시킴으로써 순환종양세포의 종류를 검출과 동시에 파악할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시례에 따르면 소량의 CTC 검출을 위해서 준분포형 센서 형태로 배치할 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서 내에서 센서의 구체적인 배치 형태를 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, 포인트 센서가 아닌 다중 지점에서 검출이 가능하도록 배치되어 있고, 광섬유를 코일 형태로 만들어서 센싱 구간을 길게 하여 검출에 용이한 구조로 본 발명이 제작될 수 있다는 사실을 명확히 알 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시례에 따르면 환자의 보호를 위해 단일 광섬유를 이용하는 구조가 적용될 수 있다. 즉, 전송된 신호 검출이 아닌 반사된 신호를 검출하는 기술이 접목되어 본 발명의 내용이 구현될 수 있다.

전술한 본 발명의 구성이 적용되는 경우, 높은 검출도가 보장될 수 있다. 즉, 기존 방법들은 혈액을 일정량 채취한 후 검출 킷에 가해야하는 방법들이나 본 발명에 의한 방법은 연속적으로 흐르는 혈액 내에서 한번에 체내 전체 혈액을 대상으로 검출을 실시할 수 있으므로 검출오류는 줄이고 검출 가능성을 대폭 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명이 적용되는 경우, 향상된 검출감도를 제공할 수 있다. 즉, 광섬유 끝단에 생체물질이 결합된 금속나노입자를 도입하여 펴면 플라즈몬 공명 현상을 혈액 내에서 순환종양세포의 검출에 적용하려는 시도가 과거에는 없었고, 이 증폭 효과로 인해 전처리나 후처리 없이 신호의 민감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명이 적용되는 경우, 다양한 순환종양세포의 검출이 가능해진다. 즉, 지금까지의 검출방법은 종류별 순환종양세포의 확인이 불가능했고, 모든 순환종양세포에 있는 마커(Anti-EpCAM)를 이용하여 검출을 시도했으나 본 발명에서는 다양한 종양 세포에 대한 항체나 압타머를 결합시킴으로써 순환종양세포의 종류를 검출과 동시에 파악할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (17)

1. 내부에서 빛이 진행되는 광섬유;
   상기 광섬유 표면의 적어도 일부에 배치되는 금속 나노층;
   상기 금속 나노층의 상단에 배치되고 특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody);
   상기 금속 나노층의 상단에 배치되고 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer); 및
   상기 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되고. 상기 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 경우, 상기 주파수 변화를 이용하여 상기 제 1 객체를 센싱하는 센서;를 포함하되,
   상기 광섬유 표면의 전체 영역 중 상기 금속 나노층 영역을 제외한 영역은 클래딩(cladding)되고,
   상기 복수의 항체 및 복수의 압타머는 항혈전 물질로 코팅되며,
   혈액이 혈관 내에서 굳어져 생긴 혈전이 진동을 통해 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머에 달라붙지 않도록 방지하는 진동부;를 더 포함하고,
   상기 제 1 객체는 복수이며,
   상기 복수의 항체 및 복수의 압타머 각각은 상기 복수의 제 1 객체 중 서로 다른 객체와 특이적으로 결합되고,
   상기 복수의 제 1 객체가 결합된 복수의 금속 나노층 영역 각각에서 반사된 빛의 변화된 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 진동부는
   압전 물질을 이용하여 전기적 신호를 인가 받아 진동을 발생시키는 액추에이터(actuator)인 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 객체는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)인 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 광섬유의 재질은 락티드, 카프로락톤, 글리코라이드, 스티렌, 프로필렌, 에틸렌, 염화비닐, 부타디엔, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 히드록시에틸메타아크릴에이트, 카보네이트, 비닐리덴플루오라이드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 금속 나노층은 금, 은, 구리 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서는, 인체의 혈관 내에 이식되거나 체외에서 신장투석 형태로 상기 인체와 연결되어 상기 인체의 혈액과 접촉되는 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 항체 및 복수의 압타머는 금속 나노층의 상단에 랜덤(random)으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 표면 플라스몬 바이오 센서.
12. 광섬유 표면의 적어도 일부에 금속 나노층이 배치되는 단계;
    특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody)와 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)가 상기 금속 나노층의 상단에 배치되는 단계;
    상기 광섬유 내부에서 빛이 진행되는 단계;
    상기 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되는 단계;
    상기 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 단계; 및
    상기 주파수 변화를 이용하여 상기 제 1 객체를 센싱하는 단계;를 포함하되,
    상기 광섬유 표면의 전체 영역 중 상기 금속 나노층 영역을 제외한 영역은 클래딩(cladding)되고,
    혈액이 혈관 내에서 굳어져 생긴 혈전이 진동을 통해 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머에 달라붙지 않도록 방지하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제 1 객체는 복수이고,
    상기 복수의 항체 및 복수의 압타머 각각은 상기 복수의 제 1 객체 중 서로 다른 객체와 특이적으로 결합되며,
    상기 복수의 제 1 객체가 결합된 복수의 금속 나노층 영역 각각에서 반사된 빛의 변화된 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 검출방법.
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16. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 객체는 순환종양세포(Circulating Tumour Cell, CTC)인 것을 특징으로 하는, 광섬유 기반 검출방법.
17. 광섬유 기반 검출방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있고, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체에 있어서,
    상기 광섬유 기반 검출방법은,
    광섬유 표면의 적어도 일부에 금속 나노층이 배치되는 단계;
    특정한 항원과 특이적으로 결합되는 복수의 항체(antibody)와 표적분자에 결합되는 복수의 압타머(Aptamer)가 상기 금속 나노층의 상단에 배치되는 단계;
    상기 광섬유 내부에서 빛이 진행되는 단계;
    상기 복수의 항체 및 상기 복수의 압타머 중 적어도 일부와 제 1 객체가 결합되는 단계;
    상기 제 1 객체가 결합된 금속 나노층 영역에서 반사된 빛이 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)으로 인해 주파수가 변화되는 단계; 및
    상기 주파수 변화를 이용하여 상기 제 1 객체를 센싱하는 단계;를 포함하되,
    상기 광섬유 표면의 전체 영역 중 상기 금속 나노층 영역을 제외한 영역은 클래딩(cladding)되고,
    혈액이 혈관 내에서 굳어져 생긴 혈전이 진동을 통해 상기 복수의 항체 및 복수의 압타머에 달라붙지 않도록 방지하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제 1 객체는 복수이고,
    상기 복수의 항체 및 복수의 압타머 각각은 상기 복수의 제 1 객체 중 서로 다른 객체와 특이적으로 결합되며,
    상기 복수의 제 1 객체가 결합된 복수의 금속 나노층 영역 각각에서 반사된 빛의 변화된 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 하는, 기록매체.

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