KR101517593B1

KR101517593B1 - 바이오센서용 스트립

Info

Publication number: KR101517593B1
Application number: KR1020130098763A
Authority: KR
Inventors: 이성동
Original assignee: (주)타스컴
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2015-05-06
Also published as: KR20150021423A

Abstract

바이오센서용 스트립이 개시된다. 이 바이오센서용 스트립은 상부 플레이트와 하부 플레이트 및 개구부를 포함한다. 상부 플레이트와 하부 플레이트는 상호 결합에 의해 유체 채널을 형성한다. 개구부는 유체 채널의 일부를 상부로 개방시켜 서로 다른 시료로 채워지는 둘 이상의 채널로 구획한다. 그리고 바이오센서용 스트립은 자성입자에 의해, 구획된 채널에 존재하는 물질을 시료로 채워진 개구부를 통해 이동시킨다. 이에 의해 채널과 채널이 시료로 연결된다.

Description

바이오센서용 스트립{Strip for biosensor}

바이오센서, 특히 바이오센서용 스트립이 개시된다.

최근 의약 분야에서 혈액을 포함한 생체 시료를 분석하기 위하여 전기화학적 바이오센서를 많이 사용하고 있다. 그 중 효소를 이용한 전기화학적 바이오센서는 적용이 간편하고 측정 감도가 우수하며 신속하게 결과를 얻을 수 있어 현재 매우 널리 사용되고 있다. 이러한 전기화학적 바이오센서에는 효소분석법이 적용되는데, 이 효소분석법은 검출방법에 따라 분광학적 방법인 발색법과 전기화학적인 방법인 전극법으로 구분할 수 있다.

먼저 발색법은 생체시료와 효소의 반응에 기인하는 지시약의 색소변화를 관찰하여 생체시료를 분석하는 방법이 있다. 그런데 발색법의 경우 색의 변색정도를 기준으로 측정이 이루어지기 때문에 정확한 측정이 어렵고, 전극법에 비해 측정시간이 길며, 생체시료의 혼탁도에 기인한 측정오차 등으로 인해 중요한 생체물질을 분석하는데 어려움이 수반된다. 따라서 최근에는 미리 생체시료 측정용 전극계를 형성한 후, 분석 시약을 전극 상에 고정시키고, 여기에 생체시료를 도입한 후 일정 전위를 적용하여 그 전류/전압을 측정함으로써 시료 중 특정 물질을 정량적으로 측정하는 전극법이 전기화학적 바이오센서에 많이 응용되고 있다.

한편, 복수의 채널들을 구비한 바이오센서용 스트립이 알려져 있다. 이 바이오센서용 스트립에 구비된 채널들에는 서로 다른 시료(샘플)들이 채워지게 되며, 자기장을 이용하여 어느 한 채널 내의 자성입자를 다른 채널로 이동시켜 가며 물질을 분석하는 기술이 잘 알려져 있다. 그런데 이를 위해서는 채널들 간의 샘플들이 섞여서는 곤란하다. 즉, 각 채널에는 해당하는 샘플만이 채워져야 하는 전제 조건이 있다. 그러나 채널별 해당하는 샘플만을 정확히 채우는 것은 쉽지 않다는 단점 이 있다. 또한 자기력을 이용하여 채널 간 자성입자를 이동시킬 수 있어야 하는데, 이 또한 쉽지 않은 문제가 있다. 참고로, 미국특허공보 제8,440,150호에는 채널 간의 경계 영역을 소수성(hydrophobic)한 성질을 갖도록 형성하여 채널 간 자성입자를 이동시키는 기술에 대해 개시되어 있다.

채널별 해당 샘플만을 정확히 채울 수 있게 하면서도 채널 간을 샘플로 연결하여 자성입자를 용이하게 이동시킬 수 있게 하는 바이오센서용 스트립이 개시된다.

일 양상에 따른 바이오센서용 스트립은 상부 플레이트와 하부 플레이트 및 개구부를 포함한다. 상부 플레이트와 하부 플레이트는 상호 결합에 의해 유체 채널을 형성한다. 개구부는 유체 채널의 일부를 상부로 개방시켜 서로 다른 시료로 채워지는 둘 이상의 채널로 구획한다. 그리고 바이오센서용 스트립은 자성입자에 의해, 구획된 채널에 존재하는 물질을 시료로 채워진 개구부를 통해 이동시킨다.

일 실시예에 있어서, 구획된 적어도 하나의 채널은 개구부를 통해 주입되는 시료로 채워질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 개구부는 복수일 수 있다.

일 양상에 따르면, 바이오센서용 스트립은 다층 형태의 채널 형성을 위해, 상부 플레이트 상에 개구부와 대응되게 일부가 개방된 한 층 이상의 부가 플레이트를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 채널 형태는 다층 계단식 구조일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 개구부는 복수의 홀들로 이루어질 수 있다. 여기서 복수의 홀들은 슬릿 형태일 수 있다.

일 양상에 따르면, 바이오센서용 스트립은 복수의 홀들을 구비하며 개구부를 덮는 망을 더 포함할 수 있다. 여기서 망은 그물망일 수 있다.

일 양상에 따르면, 바이오센서용 스트립은 상부 플레이트를 관통하여 구획된 채널의 일단과 연결되며, 직하 방향으로 샘플을 주입시켜 발생하는 압력에 의해 개구부를 주입된 시료로 채우는 주입구를 더 포함할 수 있다.

일 양상에 따르면, 바이오센서용 스트립은 상부 플레이트를 관통하여 구획된 채널과 연결되며, 직하 방향으로 샘플을 주입시키는 주입구, 및 구획된 채널에 압력을 발생시켜 주입구를 통해 주입된 시료로 개구부를 채우는 압력 발생부를 더 포함할 수 있다. 여기서 압력 발생부는 외부에서 가해진 힘에 의해 압력을 발생시킬 수 있다.

일 실시예에 있어서, 자성입자에는 시료에 존재하는 분석물질과 결합하는 물질이 고정화되어 있다.

개시된 바이오센서용 스트립은 유체 채널의 일부에 개구부를 둠으로써, 각 채널에는 채워져야 할 시료만이 채워질 수 있게 하며, 개구부도 시료로 채울 수 있게 함으로써 채널과 채널이 시료로 연결되도록 하여 채널 간에 자성입자의 이동을 보장할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조를 갖는 바이어 센서용 스트립을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조를 갖는 바이어 센서용 스트립에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립의 개략적인 단면도이다.
도 7a와 도 7b 및 도 7c는 본 발명에 따른 다양한 형태의 유체 채널들을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 다양한 형태의 개구부를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 망 층을 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성입자의 이동을 이용한 면역 분석을 설명하기 위한 참조도이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조를 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면으로서, 도 1a는 바이오센서용 스트립의 구성을 나타내고, 도 1b의 (a)는 바이오센서용 스트립의 개략적인 평면을 나타내며, 도 1b의 (b)는 바이오센서용 스트립의 개략적인 단면을 나타낸다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 바이오센서용 스트립은 상부 플레이트(Cover Plate)(100)와 하부 플레이트(Base Plate)(200) 및 개구부(300)를 포함한다. 상부 플레이트(100)의 재질은 플라스틱 필름, 플라스틱 사출물 또는 유리판일 수 있으며, 투명 또는 불투명할 수 있다. 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(200)는 상호 간에 마주보게 결합하여 모세관 유체 채널(capillary channel)을 형성할 수 있다. 즉, 상부 플레이트(100)의 하부 면과 하부 플레이트(200)의 상부 면을 이용하여 모세관 유체 채널(400)을 형성할 수 있다. 상부 플레이트(100)는 친수성(hydrophilic) 또는 소수성(hydrophobic)한 성질을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 플레이트(100)의 통로 형성 영역의 적어도 일부에는 친수성 또는 소수성 특징이 패터닝될 수 있다.

바이오센서용 스트립이 적층 구조로 이루어질 경우, 상부 플레이트(100)는 새로 추가되는 플레이트의 하부에 위치할 수 있다. 이때 상부 플레이트(100)의 상부 면을 이용하여 또다른 모세관 유체 채널을 형성할 수 있다. 또한 상부 플레이트(100)는 액체시료 유입 또는 액체시료 사이의 연결을 감지하는 전극을 구비할 수 있으며, 분석 신호를 전기화학적으로 측정하는 전극도 구비할 수 있다. 그리고 하부 플레이트(200)는 상부 플레이트(100)와 동일할 수 있다.

모세관 유체 채널(fluidic channel)(400)은 마주보는 상부 플레이트(100)의 하부 면과 하부 플레이트(200)의 상부 면의 결합에 의해 형성된다. 일 실시예에 있어서, 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(200)는 채널이 패터닝된 스페이서(spacer)를 통해 결합될 수 있다. 또다른 실시예에 있어서, 상부 플레이트(100) 또는 하부 플레이트(200)에 직접 채널을 패터닝하여 결합할 수 있다. 이때 패터닝은 핫 엠보싱(hot embossing), 사출 등의 공정으로 형성될 수 있다. 그리고 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(200)는 접착제, hot melt 접착제, 초음파 융착 등의 공정으로 결합될 수 있다. 또한 복수의 플레이트들을 적층하여 복수의 적층된 유체 채널을 형성할 수 있다. 한 개의 개구부(300)를 다수의 채널이 공유하거나 한 개의 개구부(300)에서 다수의 채널이 분기하는 구조로 이루어질 수 있으며, 또한 한 개의 개구부(300)를 공유하는 다수의 적층된 채널 구조로 이루어질 수도 있다.

유채 채널 끝(capillary channel end)(411, 412)은 채널을 형성하는 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(200)가 모두 제거되어 형성될 수 있다. 혹은 채널을 형성하는 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(200) 중 어느 하나의 플레이트가 제거되어 형성될 수도 있다. 유체 채널 끝에 유체가 도달하면 유체의 이동은 멈추게 된다. 그리고 유체 채널 끝으로 유체가 유입될 수 있다. 유체 채널 끝을 갖고 있는 다수의 채널 중 일부 채널 끝은 개구부를 형성할 수 있다.

개구부(air opening)(300)는 유체 채널(400)의 일부를 상부로 개방시켜 유체 채널(400)을 둘 이상의 채널로 구획한다. 예시된 바와 같이, 유체 채널(400)의 일부분이 상부로 개방되며, 이를 위해 상부 플레이트(100)에는 관통 홀이 마련된다. 이러한 개구부(300)는 복수일 수 있다. 개구부(300)에 의해 구획된 유체 채널들에는 서로 다른 시료가 채워질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 개구부(300)에 의해 구획된 유체 채널들은 도 1b에 예시된 바와 같이 제 1 유체 채널(410)과 제 2 유체 채널(420)일 수 있다. 제 1 유체 채널(410)과 제 2 유체 채널(420)은 서로 다른 시료가 채워질 수 있다. 그리고 개구부(300) 영역은 제 2 유체 채널(420)과 동일한 시료가 채워질 수 있다. 개구부(300) 또한 별도의 시료로 채워지므로, 제 1 유체 채널(410)과 제 2 유체 채널(420)은 시료로 연결되게 된다. 이 같은 개구부(300)에 의해 서로 다른 유체 사이의 접촉, 연결, 이동이 차단되며, 채널 간에 시료로 연결되는바 채널 간 자성입자(magnetic field susecptible particles)의 이동이 보장된다. 이 자성입자에는 시료에 존재하는 분석물질과 결합하는 물질이 고정화되어 있을 수 있다.

그리고 도시되어 있지는 않으나, 유체 채널(400)에는 전극이 형성될 수 있다. 유체 채널(400)에 형성된 전극은 유체 채널(400)로의 샘플 유입을 감지할 수 있고, 개구부(300)의 유체 연결을 감지할 수 있다. 이 외에 유체 채널(400)에는 측정을 위한 측정용 전극이 더 형성될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조의 바이오센서용 스트립에서의 샘플 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다. 일 실시예에 있어서, 자성입자(10)는 유체 채널(400)에 미리 도입되어 있을 수 있다. 자성입자(10)는 도 2a의 (a)에 도시된 바와 같이 개구부(300) 영역에 위치해 있을 수 있으며, 아니면 제 1 유체 채널(410) 혹은 제 2 유체 채널(420)에 위치해 있을 수도 있다. 이 같이 자성입자(10)는 유체 채널(400)의 일부에 건조된 상태로 도입된 상태에서 액체시료의 유입으로 유체 채널(400)의 일부에 건조된 상태로 도입된 상태에서 액체시료의 유입으로 액체시료로 분산(dispensing)될 수 있다. 이러한 자성입자(10)는 자기력에 민감하게 반응하는 입자로서, 철 입자, 철을 포함한 입자, 자석 입자, 유/무기 고분자가 코팅된 자석 입자를 예로 들 수 있다. 자성입자(10)는 제 1 시료(30), 제2시료(40)에 포함되어 각각의 시료와 함께 유체 채널(400)로 유입될 수도 있다.

도 2a의 (a)와 같이 자성입자(10)가 미리 도입된 상태에서 혹은 도입되지 않은 상태에서, 제 1 시료(30)가 제 1 유체 채널 끝(411)에서 주입될 수 있다. 여기서 제 1 시료(30)로는 혈액(전혈, 혈청, 혈장), 뇨시로, 타액 등을 예로 들 수 있다. 주입된 제 1 시료(30)는 모세관 현상에 의해 제 1 유체 채널(410)을 따라 진행하다가 도 2a의 (b)와 같이 개구부(300)에서 멈춰 제 1 유체 채널(410)만을 모두 채우게 된다. 이에 대해 부연 설명하면 다음과 같다. 용액(혈액, buffer solution)의 물 분자들의 표면장력(응집력)보다 물 분자와 플레이트 사이의 부착력이 강할 경우, 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(200)가 형성한 모세관에서 모세관 현상으로 용액이 이동한다. 이동한 용액(제 1 시료)이 공기 구멍인 개구부(300)에 도달하면 상부 플레이트(100) 대신에 공기와 접촉하게 되므로, 물 분자들 사이의 인력이 물 분자와 공기 간의 인력보다 크므로, 용액의 이동이 멈춘다.

도 2a의 (b)와 같이 제 1 시료(30)가 주입된 후에, 제 2 시료(40)가 제 2 유체 채널(420)에 주입된다. 여기서 제 2 시료(40)로는 증류수, 버퍼, 계면활성제 등을 예로 들 수 있다. 이러한 제 2 시료(40)는 도 2a의 (c)에 예시된 바와 같이, 개구부(300)를 통해 주입될 수 있다. 개구부(300)를 통해 주입되면 제 2 시료(40)는 제 2 유체 채널(420)과 개구부(300) 영역을 모두 채우게 된다. 유체 채널이 모두 시료로 채워지면, 바이오센서용 스트립은 영구자석이나 전자석과 같은 자석(20)에 의해 발생하는 자기력(magnetic force)에 따라 도 2a의 (d) → 도 2b의 (e) → (f) → (g) → (h)에 예시된 바와 같이 자성입자(10)를 제 1 유체 채널(410)로 이동시켜 제 1 유체 채널(410)에 채워진 시료에 존재하는 분석물질과 반응시킨 후, 개구부(300)를 통해 제 2 유체 채널(420)로 이동시켜 제 2 유체 채널(420)에 채워진 시료에 존재하는 물질과 반응시킬 수 있다. 여기서 시료에 존재하는 물질들로는 항체, 항원, DNA ,RNA, 단백질, 펩타이드, 압타머 등을 예로 들 수 있다. 그리고 시료에 존재하는 물질들은 시료가 유입되기 이전에 미리 건조된 상태로 도입되어 있을 수 있다.

이 같이 개구부(300)를 두는 방식을 통해, 구획된 채널들에는 오직 해당 시료만이 정확히 채워질 수 있게 되며, 또한 채널간에는 시료가 채워진 개구부(300)를 통해 연결되므로, 자성입자의 이동이 보장될 수 있다. 한편, 자성입자(10)가 최초에 개구부(300) 또는 제 2 유체 채널(420)에 위치하는 경우는 제 1 유체 채널(410)에 위치하는 경우보다 반응시간을 제어하는 면에서 유리하다. 자성입자(10)가 분석물질을 포함하는 시료와 접촉하면 반응이 바로 진행되므로, 제 1 유체 채널(410)에 자성입자(10)가 위치하면 정확한 반응시간 조절이 어렵기 때문이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면으로서, (a)는 적층형 바이오센서용 스트립의 개략적인 평면을 나타내며, (b)는 적층형 바이오센서용 스트립의 개략적인 단면을 나타낸다.

적층형 구조에서, 바이오센서용 스트립은 상부 플레이트(100)의 상부에 위치하는 한 층 이상의 부가 플레이트를 더 포함한다. 도 3의 예시에서는 상부 플레이트(100) 위에 한 층의 부가 플레이트(500)만이 더 구성된다. 이 부가 플레이트(500)는 상부 플레이트(100)와 상호 간에 결합하여 유체 채널을 형성하며, 개구부(300)와 대응되게 관통 홀이 형성되어 유체 채널의 일부를 개방시킨다. 이 같이 구성하면, 유체 채널은 다층 구조를 갖게 된다. 구체적으로, 도 3에 예시된 바와 같이, 상위층의 유체 채널은 제 1 유체 채널(410)과 제 2 유체 채널(420)로 구획되며, 하위층의 유체 채널은 제 3 유체 채널(430)과 제 4 유체 채널(440)로 구획된다.

나아가 부가 플레이트(500)의 관통 홀을 상부 플레이트(100)의 관통 홀보다 적어도 일측을 넓게 하면, 도 3에 예시된 바와 같이 유체 통로 형태는 다층 계단식 구조로 이루어질 수 있다. 다층 계단식 구조로 하면, 상부 플레이트(100)는 돌출부(110)를 갖게 된다. 이 돌출부(110)는 상측의 유체 통로로부터 하측의 유체통로로 자성입자(10)가 이동할 때, 자기장에 의해 아래로 떨어지는 자성입자를 받아주는 역할을 한다. 그리고 개구부(300)로 용액을 주입시 미리 주입된 혈액시료는 돌출부(110)와 메니스커스(meniscus)를 형성하므로, 혈액시료와 용액의 접촉을 용이하게 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다. 우선, 도 4a의 (a)에서와 같이 자성입자(10)는 제 1 유체 채널(410)에 위치해 있을 수 있다. 도 4a의 (a)와 같은 상태에서, 제 1 시료(30)가 제 1 유체 채널 끝에서 주입될 수 있다. 주입된 제 1 시료(30)는 모세관 현상에 의해 제 1 유체 채널(410)을 따라 진행하다가 도 4a의 (b)와 같이 공기 구멍(air vent)에서 멈춰 제 1 유체 채널(410)만을 모두 채우게 된다. 제 1 유체 채널(410)에 제 1 시료(30)가 모두 채워진 후에, 제 2 시료(40)가 제 2 유체 채널 끝에서 주입될 수 있다. 제 2 유체 채널 끝에서 주입된 제 2 시료(40)는 제 2 유체 채널(420)을 모두 채우게 된다. 이때 압력을 발생시키면, 제 2 시료(40)는 개구부(300)를 통해 도 4a의 (c)와 같이 제 3 유체 채널(430)과 제 4 유체 채널(440)로 유입되어 도 4a의 (d)와 같이 제 3 유체 채널(430)과 제 4 유체 채널(440) 및 개구부(300)를 모두 채우게 된다. 유체 채널이 모두 시료로 채워지면, 바이오센서용 스트립은 자석(20)에 의해 발생하는 자기장에 따라 도 4a의 (d) → (e) → 도 4b의 (f) → (g) → (h) → (i) → (j)에 예시된 바와 같이 자성입자(10)를 이동시켜 시료에 존재하는 물질들과 반응시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.

제 1 유체 채널(410)은 자성입자(10)를 포함한 제 1 시료(30)로 채워지고, 제 2 유체 채널(420)은 제 2 시료(40)로 채워지며, 제 3 유체 채널(430)은 제 3 시료(50)로 채워진다. 제 3 유체 채널(430)은 개구부(300)를 통해 채워질 수 있으며, 이에 따라 개구부(300) 또한 제 3 시료(50)로 채우질 수 있다. 이 상태에서, 자성입자(10)는 제 1 유체 채널(410)에 존재하는 분석물질과 반응하고, 제 2 유체 채널(420)로 이동하여 제 2 유체 채널(420)에 존재하는 물질과 반응한 후, 제 3 유체 채널(430)로 이동하여 제 3 유체 채널(430)에 존재하는 물질과 반응할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서용 스트립의 개략적인 단면을 나타낸다. 도 4에 예시된 바와 같이, 적층형 바이오센서용 스트립은 플레이트를 추가로 더 포함하여 세 층 이상의 유체 채널 형태를 가질 수도 있으며, 돌출부(110)가 형성될 수도 있다.

도 7a와 도 7b 및 도 7c는 본 발명에 따른 다양한 형태의 유체 채널들을 예시한 도면이다. 예시된 바와 같이, 유체 채널의 형태는 다양하게 구현될 수 있으며, 개구부(300)도 하나 혹은 복수로 구성될 수 있다. 즉, 개구부(300)로 유체 채널을 둘 이상으로 구획하고, 개구부(300)를 경유하여 자성입자를 구획된 채널 간에 이동시킬 수 있는 형태면 어떤 형태든 무방하다. 이러한 유체 채널들은 평면 형태의 구조를 가질 수도 있고, 적층 형태의 구조를 가질 수도 있다. 그리고 추가로 시료 주입을 위한 주입구(700)도 하나 혹은 복수로 구성될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 다양한 형태의 개구부를 예시한 도면이다. 도 8의 (a)에 예시된 바와 같이, 개구부(300)는 전체가 개방된 것일 수 있다. 아니면 (b)에 예시된 바와 같이, 복수의 홀들로 구성된 것일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수의 홀들은 (c)에 예시된 바와 같이 슬릿(slit) 형태로 이루어질 수 있다. 그리고 적층 형태의 단면을 나타낸 (d) 에 예시된 바와 같이 개구부(300)는 복수일 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 망 층을 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 바이오센서용 스트립은 개구부(300)를 덮는 복수의 홀들을 구비한 망(600)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 망(600)은 그물망(mesh)일 수 있다. 이 망(600)은 친수성 또는 소수성 성질을 가질 수 있다. 이러한 망(600)의 역할은 개구부(300)를 통해 직접 시료를 떨어뜨릴 때 유체 채널(400) 내의 과도한 압력을 방지하기 위함이다. 개구부(300)를 통해 유체 채널(400)에 직접 시료를 떨어뜨리면 이미 유입되어 있는 시료에 압력을 가하게 되며, 이 압력으로 인해 용액의 이동 또는 요동이 발생할 수 있기 때문이다. 그리고 개구부(300)를 덮는 그물망(600)을 두고 이 그물망(600) 위로 시료를 공급하면, 그물망(600)의 버블 포인트(bubble point)에 의해 유체 채널(400) 내부로의 공기 유입(air bubble)을 차단할 수 있다. 그러나 그물망(600)이 없는 경우 스트립을 기울이는 등에 의해 발생하는 중력에 의해 개구부(300)에 유입된 시료가 제 1 유체 채널(410) 또는 제 2 유체 채널(420)로 이동할 수 있게 된다. 그러나 그물망(600)이 있으면 버블 포인트에 의해 이러한 이동이 차단된다. 즉, 밸브 역할을 하는 것이다. 또한 그물망(600) 자체 또는 그물망(600)과 상부 플레이트(100) 사이의 갭(gap)으로 과량의 시료가 모세관 현상에 의해 흡입되므로, 개구부(300)를 통한 과량의 용액이 공급되는 것이 방지될 수 있다. 한편, 도 8의 (b) 혹은 (c)에 예시된 바와 같은 개구부(300)를 구성하는 복수의 홀들의 역할은 상술한 망(600)의 역할과 같다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면이다. 도 10에 예시된 바와 같이, 바이오센서용 스트립은 주입구(700)를 더 포함할 수 있다. 주입구(700)는 수직 방향으로 상부 플레이트(100)를 관통하여 제 2 유체 채널(420)의 일단과 연결되며, 직하 방향으로 시료를 주입시킨다. 이 같이 형성된 주입구(700)는 직하 방향으로 주입되는 시료에 의해 발생하는 압력에 의해 개구부(300)를 주입된 시료로 메울 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다. 우선, 제 1 유체 채널 끝을 통해 제 1 시료가 주입된다. 주입된 제 1 시료(30)는 제 1 유체 채널(410)을 따라 진행하며, 개구부(300)에 의해 진행을 멈춰 도 11의 (a)와 같이 제 1 유체 채널(410)만을 모두 채운다. 다음으로, 제 2 시료(40)가 주입구(700)로 주입된다. 주입구(700)로 주입된 제 2 시료(40)는 제 2 유체 채널(420)로 유입되어 도 12의 (b)와 같이 제 2 유체 채널(420)을 채운다. 그리고 주입구(700)에 존재하는 제 2 시료(40)의 압력에 의해 도 11의 (c)와 같이 개구부(300)가 제 2 시료(40)로 채워지며, 이에 따라 제 2 시료(40)와 제 1 시료(30)가 연결된다. 따라서 자성입자는 제 1 시료(30)에서 제 2 시료(40)로 이동 가능하게 된다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서용 스트립을 나타낸 도면이다. 도 12에 예시된 바와 같이, 바이오센서용 스트립은 주입구(700)와 압력 발생부(800)를 더 포함할 수 있다. 주입구(700)는 수직 방향으로 상부 플레이트(100)를 관통하여 제 2 유체 채널(420)과 연결되며, 직하 방향으로 시료를 주입시킨다. 그리고 압력 발생부(800)는 제 2 유체 채널(420)에 주입된 시료로 압력을 발생시키는데, 외부에서 가해진 힘에 의해 압력을 발생시킬 수 있다. 이러한 압력 발생부(800)는 제 2 유체 채널(420)과 반대 방향에 위치하여 주입구(700)와 연결될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서용 스트립에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다. 우선, 제 1 유체 채널 끝을 통해 제 1 시료(30)가 주입된다. 주입된 제 1 시료(30)는 제 1 유체 채널(410)을 진행하며, 개구부(300)에 의해 진행을 멈춰 도 13의 (a)와 같이 제 1 유체 채널(410)만을 모두 채운다. 다음으로, 제 2 시료(40)가 주입구(700)로 주입된다. 주입구(700)로 주입된 제 2 시료(40)는 제 2 유체 채널(420)로 유입되어 도 13의 (b)와 같이 제 2 유체 채널(420)을 채운다. 이 상태에서, 압력 발생부(800)는 압력을 발생시켜 개구부(300)를 제 2 시료(40)로 채운다. 이에 의해, 제 2 시료(40)와 제 1 시료(30)가 연결된다. 따라서 자성입자는 제 1 시료(30)에서 제 2 시료(40)로 이동 가능하게 된다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성입자의 이동을 이용한 면역 분석을 설명하기 위한 참조도이다. 자성입자에 시료에 존재하는 분석물질(항원)과 특이적으로 혹은 선택적으로 결합하는 항체 1을 아민기(-NH₂)가 표면 처리된 자성 나노입자와 나트륨 요오드(Sodium )로 항체 1의 카보하이드레이트 부분을 산화시켜 접합한다. 자성 나노입자-항체 1 접합체는 비 특이 반응을 줄이기 위해 카제인 혹은 소 혈청 알부민 등으로 항체가 결합하지 않은 나머지 부분을 메운다. 혈액 시료와 가장 먼저 만나는 하부 플레이트의 적정 부분에 자성 나노입자-항체 1 접합체를 위치시켜 제조한다. 항체 1은 시료 용액에서 항원-항체 반응에 의해 분석물질(항원)-항체 1 복합체를 이룬다. 자기력을 이용하여 교반하여 반응의 효율을 높일 수 있다.

자석의 이동에 의해 자성입자는 개구부(air opening)를 통해 효소가 접합된 항체 2가 위치한 2차 항체 용액으로 유입된다. 이 과정에서 항체 1과 결합하지 않은 물질들은 시료 용액에 남는다. 2차 항체 용액은 분석물질과 선택적으로 결합하는 항체 2에 효소(enzyme)를 결합한 형태이다. 항체 2 접합체는 효소의 당화된 부분을 나트륨 요오드(Sodium periodate)로 산화시킨 후, 항체 2의 아민기(-NH₂)와 접합한다. 자성 나노입자-항체 1 접합체와의 적정 거리를 유지하여 항체 2 접합체를 하부 플레이트의 적정 부분에 위치시킨다.

2차 항체 용액에서 자성입자-분석물질-2차 항체 결합체(complex)가 형성된 후, 그 결합체는 자석의 이동에 의해 효소 기질 용액으로 이동한다. 이때, 결합체를 형성하지 않은 물질들은 2차 항체 용액에 잔존하며, 결합체만 효소 기질 용액으로 이동한다. 효소 기질 용액은 효소와 반응하여 분석신호(발색, 형광, 인광, 화학발광, 전기적 신호)를 발생한다. 이 분석신호를 측정하여 시료 내에 존재하는 분석물질의 농도를 측정하며, 시료 내 분석물질(항원) 농도에 비례하여 확인된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 상부 플레이트 200 : 하부 플레이트
300 : 개구부 400 : 유체 채널
500 : 부가 플레이트 600 : 망
700 : 주입구 800 : 압력 발생부

Claims

상호 결합에 의해 유체 채널을 형성하는 하부 플레이트와 상부 플레이트; 및
유체 채널의 일부를 상부로 개방시켜 서로 다른 시료로 채워지는 둘 이상의 채널으로 구획하는 개구부;를 포함하되,
자성입자에 의해, 구획된 채널에 존재하는 물질을 시료로 채워진 개구부를 통해 유체 채널 내에서 이동시키는 바이오센서용 스트립.
제 1 항에 있어서,
구획된 적어도 하나의 채널은 개구부를 통해 주입되는 시료로 채워지는 바이오센서용 스트립.
제 1 항에 있어서,
개구부는 복수인 바이오센서용 스트립.
제 1 항에 있어서,
다층 형태의 채널 형성을 위해, 상부 플레이트 상에 개구부와 대응되게 일부가 개방된 한 층 이상의 부가 플레이트;
를 더 포함하는 바이오센서용 스트립.
제 4 항에 있어서,
채널 형태는 다층 계단식 구조인 바이오센서용 스트립.
제 2 항에 있어서,
복수의 홀들을 구비하며 개구부를 덮는 망;
을 더 포함하는 바이오센서용 스트립.
제 6 항에 있어서,
망은 그물망인 바이오센서용 스트립.
제 2 항에 있어서,
개구부는 복수의 홀들로 이루어지는 바이오센서용 스트립.
제 8 항에 있어서,
복수의 홀들은 슬릿 형태인 바이오센서용 스트립.
제 1 항에 있어서,
상부 플레이트를 관통하여 구획된 채널의 일단과 연결되며, 직하 방향으로 샘플을 주입시켜 발생하는 압력에 의해 개구부를 주입된 시료로 채우는 주입구;
를 더 포함하는 바이오센서용 스트립.
제 1 항에 있어서,
상부 플레이트를 관통하여 구획된 채널과 연결되며, 직하 방향으로 샘플을 주입시키는 주입구; 및
구획된 채널에 압력을 발생시켜 주입구를 통해 주입된 시료로 개구부를 채우는 압력 발생부;
를 더 포함하는 바이오센서용 스트립.
제 11 항에 있어서,
압력 발생부는 외부에서 가해진 힘에 의해 압력을 발생시키는 바이오센서용 스트립.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
자성입자에는 시료에 존재하는 분석물질과 결합하는 물질이 고정화되어 있는 바이오센서용 스트립.