KR101517594B1 - Biosensor - Google Patents

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Abstract

바이오 센서가 개시된다. 이 바이오 센서는 자성 입자를 이용하여 시료를 상부 판과 하부 판 간에 형성된 간극을 통해 이동시킨다. 구체적인 예로, 바이오 센서는 상부 판과 하부 판 및 자성 입자를 포함한다. 상부 판과 하부 판에 의해 간극이 형성되며, 자성 입자는 자기장에 의해 상부 판과 하부 판 간의 간극에서 이동하여 시료를 상부 판으로부터 간극을 통해 하부 판으로 이동시킨다. 이에 따라 층과 층 사이에 간극을 갖는 적층 구조에서 시료의 이동이 보장된다.A biosensor is disclosed. This biosensor uses magnetic particles to move the sample through the gap formed between the upper plate and the lower plate. As a specific example, the biosensor includes a top plate, a bottom plate, and magnetic particles. A gap is formed by the upper plate and the lower plate, and the magnetic particles move in the gap between the upper plate and the lower plate by the magnetic field, and move the sample from the upper plate to the lower plate through the gap. Thereby ensuring movement of the sample in a laminated structure having a gap between the layer and the layer.

Description

바이오 센서{Biosensor}Biosensor

바이오 센서, 특히 적층 구조를 갖는 바이오 센서가 개시된다.
A biosensor, particularly a biosensor having a laminated structure, is disclosed.

바이오 센서는 특정한 물질에 대한 인식 기능을 갖는 생체감지물질을 지지체에 고정화시킨 후, 이를 전기적 혹은 광학적 변환기(transducer)와 결합시켜 생물학적 상호작용 및 반응을 전기적 또는 광학적 신호로 바꾸어 줌으로써 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 물질이다. 그리고 생체감지물질은 분석 물질을 인식하여 신호변환기가 측정할 수 있는 신호로 전환할 수 있는 생체분자로서, 특정물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 효소, 항체, 항원, 세포, 핵산, DNA, 랙턴, 호르몬리셉터(hormonereceptor) 등이 있으며, 신호변환 방법으로는 전기화학(electrochemical), 전기, 형광, 발색, SPR(surface plasmon resonance), QCM(quartz crystal microbalance), 열센서 등 다양한 물리 화학적 방법을 사용할 수 있다.A biosensor is a biosensor that immobilizes a biosensor having a recognition function for a specific substance on a support and then combines the biosensor with an electrical or optical transducer to convert biological interaction and reaction into electrical or optical signals, It is a selectively detectable substance. A biosensor is a biomolecule that recognizes an analyte and converts it into a signal that can be measured by a signal transducer. The biosensor can be an enzyme, an antibody, an antigen, a cell, a nucleic acid, DNA, Recton and hormone receptor. Signal conversion methods include electrochemical, electrical, fluorescence, color development, surface plasmon resonance (SPR), quartz crystal microbalance (QCM) Can be used.

도 1은 종래 바이오 센서의 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 바이오 센서는 상부 다공성 막(10)과 하부 다공성 막(20)을 포함한다. 이 상부 다공성 막(10)과 하부 다공성 막(20)은 물리적으로 밀착되게 결합된다. 이 같이, 두 개의 다공성 막(porous membrane)이 적층된 구조에서 상부에 용액(40)을 떨어뜨리면, 수평 흐름(lateral flow)과 수직 흐름(vertical flow)이 동시에 다공성 막의 내부와 표면에서 일어난다. 수직 흐름을 통해 상부 다공성 막(10)을 관통하여 하부 다공성 막(20)으로 이동한 용액은 하부 다공성 막(20)에 존재하는 반응 물질과 반응하게 되며, 이에 따라 분석물질이 측정될 수 있다. 그런데 두 개의 다공성 막(10, 20)이 물리적으로 접촉된 경우 두 다공성 막(10, 20)의 표면 사이에는 간극(gap)(30)이 형성되며, 이 간극(30)으로 인해 수직 흐름이 어렵게 된다. 이는 결국 분석물질의 측정을 어렵게 하는 문제를 초래한다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional biosensor. As shown, the biosensor includes an upper porous membrane 10 and a lower porous membrane 20. The upper porous membrane 10 and the lower porous membrane 20 are physically and tightly coupled. Likewise, when the solution 40 is dropped on top of a structure in which two porous membranes are stacked, lateral flow and vertical flow occur simultaneously at the inside and at the surface of the porous membrane. The solution passing through the upper porous membrane 10 through the vertical flow to the lower porous membrane 20 reacts with the reactant present in the lower porous membrane 20, and thus the analytes can be measured. However, when the two porous membranes 10 and 20 are physically contacted, a gap 30 is formed between the surfaces of the two porous membranes 10 and 20. Due to the gap 30, do. This results in a problem that makes measurement of the analyte difficult.

한편, 시료 내의 분석물질을 측정하는 바이오 센서의 경우, 화학 반응(chemical reaction), 효소 반응(enzyme reaction), 면역 반응(immune-reaction), DNA, RNA, 압타머(apatmer) 등의 혼성화 반응(hybridization) 등의 반응을 이용한다. 언급한 반응들은 모두 온도 및 반응 시간에 민감하게 반응하므로, 정확한 분석물질의 측정을 위한 반응 온도 및 반응 시간에 대한 제어가 필요하다. 그러나 상술한 바와 같은 기존의 바이오 센서로는 분석물질의 정확한 측정을 위한 반응 온도 및 반응 시간에 대한 제어가 불가능하다.
On the other hand, in the case of a biosensor for measuring an analyte in a sample, a hybridization reaction such as a chemical reaction, an enzyme reaction, an immune-reaction, DNA, RNA, hybridization). Since all of the reactions mentioned are sensitive to temperature and reaction time, it is necessary to control the reaction temperature and reaction time in order to obtain accurate analytes. However, in the conventional biosensor described above, it is impossible to control the reaction temperature and the reaction time for accurate measurement of the analyte.

국내등록특허공보 제10-1062356호 (2011년 08월 30일)Korean Registered Patent No. 10-1062356 (August 30, 2011)

층과 층 사이에 간극을 갖는 적층 구조에서 시료의 이동을 용이하게 하는 바이오 센서가 개시된다.
A biosensor for facilitating the movement of a sample in a laminated structure having a gap between the layer and the layer is disclosed.

일 양상에 따르면, 바이오 센서는 자성 입자를 이용하여 시료를 상부 판과 하부 판 간에 형성된 간극을 통해 이동시킨다.According to one aspect, a biosensor uses magnetic particles to move a sample through a gap formed between an upper plate and a lower plate.

일 양상에 따른 바이오 센서는 상부 판, 상부 판과 간극을 형성한 하부 판, 및 상부 판 또는 하부 판에 위치한 자성 입자를 포함하되, 자성 입자는 자기장에 의해 상부 판과 하부 판 간의 간극에서 이동하여 시료를 상부 판으로부터 간극을 통해 하부 판으로 이동시킨다.According to one aspect of the present invention, there is provided a biosensor comprising magnetic particles located on an upper plate, a lower plate forming a gap with the upper plate, and upper and lower plates, wherein the magnetic particles move in a gap between the upper plate and the lower plate by a magnetic field The sample is moved from the top plate to the bottom plate through the gap.

일 실시예에 있어서, 상부 판은 다공성 막(porous membrane)이다.In one embodiment, the top plate is a porous membrane.

일 실시예에 있어서, 하부 판은 비 다공성 판이다.In one embodiment, the bottom plate is a non-porous plate.

일 실시예에 있어서, 하부 판은 다공성 막이다.In one embodiment, the bottom plate is a porous membrane.

일 실시예에 있어서, 자성 입자는 자기장에 의해 상부 판의 내부 또는 하측 표면과 하부 판의 내부 사이를 간극을 통해 이동한다.In one embodiment, the magnetic particles move through the gap between the inner or lower surface of the top plate and the interior of the bottom plate by a magnetic field.

일 양상에 따른 바이오 센서는 상부 판과 하부 판 사이에 위치하여 용액의 이동을 제한하는 시료 제한 막을 더 포함한다.The biosensor according to one aspect further includes a sample restriction membrane positioned between the top plate and the bottom plate to restrict movement of the solution.

일 실시예에 있어서, 시료 제한 막은 다공성 망이다.
In one embodiment, the sample limiting membrane is a porous mesh.

개시된 바이오 센서는 층과 층 사이에 간극을 갖는 적층 구조에서 시료의 이동을 보장하는 효과를 창출한다.The disclosed biosensor creates an effect of ensuring movement of the sample in a laminated structure having a gap between the layer and the layer.

또한 개시된 바이오 센서는 자성 입자를 이용하여 의도된 시간에 시료를 모세관 채널로 유입시켜 반응 시간을 제어할 수 있으며, 또한 일정 시간 동안 시료를 정해진 온도로 가열한 후에 모세관 채널로 유입시킬 수 있으므로 반응 온도를 제어할 수 있다. 이는 분석물질의 정확한 측정을 가능하게 하는 효과를 창출한다.
Also, the disclosed biosensor can control the reaction time by introducing the sample into the capillary channel at an intended time using the magnetic particles, and after the sample is heated to a predetermined temperature for a predetermined time, it can be introduced into the capillary channel, Can be controlled. This creates an effect that allows accurate measurement of the analyte.

도 1은 종래 바이오 센서의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 바이오 센서의 자성 입자 및 시료의 이동을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서의 평면도.
도 5는 도 4에 도시된 바이오 센서의 A-A´ 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 스페이서 예시도.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 바이오 센서를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 시료 제한 막 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 또다른 시료 제한 막 예시도.1 is a schematic sectional view of a conventional biosensor;
2 is a sectional view of a biosensor according to an embodiment of the present invention;
Fig. 3 is an exemplary view showing movement of magnetic particles and a sample of the biosensor shown in Fig. 2; Fig.
4 is a plan view of a biosensor according to another embodiment of the present invention.
5 is a sectional view of the biosensor shown in FIG. 4 taken along the line AA ';
Fig. 6 is an illustration of a spacer shown in Fig. 5; Fig.
7 illustrates a biosensor according to another embodiment of the present invention.
8 is a view showing an example of a sample limiting film according to the present invention.
9 is an illustration of another sample limiting membrane according to the present invention.

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.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서의 단면도이다. 도 2에 도시된 바이오 센서는 시료 내의 분석물질을 전기화학(electrochemical)적으로 측정하는데 이용되는 것일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 바이오 센서는 상부 판(100)과 하부 판(200)을 포함하는데, 여기서 상부 판(100)은 다공성 막(porous membrane)일 수 있으며, 다공성 막(100)은 비대칭(asymmetric)적인 다공이 형성된 것일 수 있다. 다공성 막(100)의 재질은 유리섬유(glass fiber), 셀룰로오스(cellulose), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 나일론(nylon), Polysulfone, Polypropylene, Polyethersulfone, Polyvinylidene fluoride, Hydroxylated polyester, Acrylic copolymer 등의 고분자로 이뤄질 수 있다.2 is a cross-sectional view of a biosensor according to an embodiment of the present invention. The biosensor shown in FIG. 2 may be one used for electrochemically measuring an analyte in a sample. 2, the biosensor includes a top plate 100 and a bottom plate 200, wherein the top plate 100 may be a porous membrane and the porous membrane 100 may be asymmetric or asymmetric pores may be formed. The material of the porous membrane 100 is made of a polymer such as glass fiber, cellulose, nitrocellulose, nylon, polysulfone, polypropylene, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, hydroxylated polyester, .

하부 판(200)은 적어도 일부가 용액의 투과가 불가능한 비 다공성 판일 수 있다. 하부 판(200)에는 전기화학 측정을 위한 작동 전극(working electrode)(50)과 기준 전극(reference electrode)(60)이 구비될 수 있다. 도시된 예에서와 같이, 작동 전극(50)과 기준 전극(60)은 하부 판(200)의 상면에 구비될 수 있다. 상부 판(100)과 하부 판(200)은 일정 거리 떨어져 있으며, 이에 의해 상부 판(100)과 하부 판(200) 사이에 간극(300)이 형성된다. 이 간극(300)을 모세관 채널(capillary channel)이라 칭할 수 있는데, 그 이유는 간극(300)에서 모세관 현상이 일어나기 때문이다. 이를 위해 상부 판(100)과 하부 판(200)의 간격이 적절히 정해져야 한다. 그리고 간극 형성을 위해, 도시된 바와 같이 상부 판(100)과 하부 판(200)의 사이에 위치하는 스페이서(spacer)(400)가 더 포함될 수 있으며, 스페이서(400)의 두께는 간극(300)에서 모세관 현상이 일어날 수 있도록 하는 정도로 적절히 정해질 수 있다. 그리고 모세관 채널(300)에는 시료 내의 분석물질 또는 분석물질의 생성물질과 반응하여 분석신호를 발생하는 반응시약(70)이 구비된다.The lower plate 200 may be a non-porous plate at least a portion of which is not permeable to the solution. The lower plate 200 may be provided with a working electrode 50 and a reference electrode 60 for electrochemical measurement. As shown in the illustrated example, the working electrode 50 and the reference electrode 60 may be provided on the upper surface of the lower plate 200. The upper plate 100 and the lower plate 200 are spaced apart from each other by a predetermined distance so that a gap 300 is formed between the upper plate 100 and the lower plate 200. This gap 300 can be referred to as a capillary channel because the capillary phenomenon occurs in the gap 300. The distance between the upper plate 100 and the lower plate 200 should be properly determined. The gap 400 may further include a spacer 400 positioned between the top plate 100 and the bottom plate 200 as shown in FIG. So that the capillary phenomenon can occur. The capillary channel 300 is provided with a reaction reagent 70 which reacts with an analyte in the sample or a product of the analyte to generate an analytical signal.

한편, 상부 판(100)인 다공성 막은 시료에 존재하는 입자성 성분을 걸러주는 역할을 하며, 특히 전혈 시료(whole blood)에 존재하는 입자 성분인 적혈구(red blood cell)를 제거하여 혈청(serum) 또는 혈장(plasma) 성분을 분리하는 역할을 한다. 전혈 시료를 다공성 막(100)의 상면(110)에 떨어뜨리면, 적혈구 등의 입자성 성분은 다공성 막(100)의 내부에 갇히게 되며, 액체성분인 분리된 혈청/혈장만이 다공성 막(100)의 하측 표면(120)으로 다공성 막(100)의 모세관 현상에 의해 이동한다. 분리된 혈청/혈장에 존재하는 분석물질을 전기화학적 방법으로 측정하기 위해서는 시료가 반응시약(70)이 구비된 반응 모세관 채널(300)로 유입되어야 한다. 시료의 유입을 유도하기 위해서는 다공성 막(100)과 스페이서(400) 및 하부 판(200)의 결합으로 형성된 모세관 채널(300)의 모세관 현상을 이용하여 한다. 그러기 위해서는 분리된 액체 성분인 혈청 또는 혈장이 모세관 채널을 형성하는 하부 판(200)과 접촉하여야 한다. 그러나 분리된 시료는 다공성 막(100)의 모세관 현상에 의해 다공성 막(100)의 하면(120)에 잡혀있게 되므로, 하부 판(200)과 접촉할 수가 없다.The porous membrane, which is the top plate 100, filters the particulate matter present in the sample. In particular, the porous membrane removes a red blood cell, which is a particle component existing in a whole blood sample, Or a plasma component. When a whole blood sample is dropped on the upper surface 110 of the porous membrane 100, particulate components such as erythrocytes are confined in the porous membrane 100, and only the separated serum / By the capillary action of the porous membrane 100 to the lower surface 120 of the porous membrane 100. In order to measure the analytes present in the separated serum / plasma by an electrochemical method, the sample must flow into the reaction capillary channel 300 equipped with the reaction reagent 70. The capillary phenomenon of the capillary channel 300 formed by the combination of the porous membrane 100 and the spacer 400 and the lower plate 200 may be used to induce the sample flow. To do this, serum or plasma, which is a separate liquid component, must be in contact with the lower plate 200 forming the capillary channel. However, since the separated sample is caught by the lower surface 120 of the porous membrane 100 due to the capillary phenomenon of the porous membrane 100, it can not contact the lower plate 200.

이러한 문제를 해결하기 위해, 일 양상에 따른 바이오 센서는 자성 입자(magentic field susceptable particles)(500)를 더 포함한다. 여기서 자성 입자(500)는 자기장에 반응하여 이동하는 입자로서, 자석 입자(magnetic particle), Fe3O4, Fe2O3, FeO 등의 산화철 입자(iron oxide particle), CoFe2O4, CoNiFe2O4, NiFe2O4, 등의 아철산염(ferrite) 입자를 포함하며, 크기는 평균 직경 10ｎm ~ 5μm 사이이며, 입자의 크기는 다공성 막의 다공의 평균 크기보다 크거나 작을 수 있다. 자성 입자(500)는 상부 판(100)의 내부나 표면 또는 하부 판(200)의 표면에 위치할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 자성 입자(500)는 자기장에 의해 다공성 막(100)의 하면(120)에서 모세관 채널(300)을 통해 하부 판(200)으로 이동된다. 다공성 막(100)의 하면(120)에 구비된 자성 입자(500)가 하부 판(200)으로 이동하는 과정에서 그 하면(120)에 존재하는 분리된 시료인 혈청 또는 혈장도 함께 이동하므로, 분리된 시료와 하부 판(200)이 접촉하게 되면 모세관 채널(300)의 모세관 힘(capillary force)에 의해 분리된 시료가 모세관 채널(300)로 유입된다. 또한 분리되어 다공성 막(100)의 하면(120)에 존재하는 시료와 하부 판(200) 사이의 효과적인 접촉을 위해, 자석을 이용하여 자성 입자(500)가 다공성 막(100)의 하면(120)과 하부 판(200) 사이를 왕복하도록 조작할 수 있다.To solve this problem, a biosensor according to an aspect of the present invention further includes magentic field susceptible particles (500). The magnetic particles 500 are particles moving in response to a magnetic field and include magnetic particles, iron oxide particles such as Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 and FeO, CoFe 2 O 4 , CoNiFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , And the size is between 10 nm and 5 μm in average diameter and the size of the particles may be larger or smaller than the average size of the pores of the porous membrane. The magnetic particles 500 may be located on the inside or the surface of the top plate 100 or on the surface of the bottom plate 200. In one embodiment, the magnetic particles 500 are moved by a magnetic field to the bottom plate 200 through the capillary channel 300 at the bottom surface 120 of the porous membrane 100. The magnetic particles 500 provided on the lower surface 120 of the porous membrane 100 migrate to the lower plate 200 and the separated serum or plasma present on the lower surface 120 moves together, The sample separated by the capillary force of the capillary channel 300 flows into the capillary channel 300 when the sample is contacted with the lower plate 200. The magnetic particles 500 may be separated from the lower surface 120 of the porous membrane 100 by using a magnet so as to effectively separate the sample from the lower surface 200 of the porous membrane 100, The upper plate 200 and the lower plate 200 can be reciprocated.

이상에서와 같이, 자성 입자(500)를 다공성 막(100)의 하부인 모세관 채널(300)에 도입하고, 다공성 막(100)의 상부에서 시료를 떨어뜨리면, 시료는 다공성 막(100)을 관통하여 다공성 막(100)의 하단에 도달하며, 이때 아래쪽에서 자기장을 인가하면 자성 입자(500)와 함께 모세관 채널(300)에 시료의 유입을 유도할 수 있다. 또한 모세관 채널(300)에 시료의 유입이 완료된 후 자성 입자(500)를 상하로 진동(oscillation)시킴에 의해 시료 접촉의 효율을 높일 수 있다.As described above, when the magnetic particles 500 are introduced into the capillary channel 300 which is the lower part of the porous membrane 100 and the sample is dropped from the upper part of the porous membrane 100, the sample passes through the porous membrane 100 And reaches the lower end of the porous membrane 100. When a magnetic field is applied to the lower portion of the porous membrane 100, the sample can be introduced into the capillary channel 300 together with the magnetic particles 500. In addition, since the magnetic particles 500 are oscillated up and down after the introduction of the sample into the capillary channel 300 is completed, the efficiency of sample contact can be increased.

한편, 분리된 혈장 또는 혈청 시료가 반응 모세관 채널(300)로 유입되기 위해서는 모세관 채널(300)을 채우던 공기가 채널 밖 외부로 배출될 필요가 있다. 따라서 공기의 배출을 위해, 바이오 센서는 공기 배출 홀(air-vent hole)(210)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 공기 배출 홀(210)은 하부 판(200)의 일부 또는 다공성 막(100)의 일부에 형성되어 있을 수 있다.Meanwhile, in order for the separated plasma or serum sample to flow into the reaction capillary channel 300, the air filling the capillary channel 300 needs to be discharged outside the channel. Thus, for the discharge of air, the biosensor may further include an air-vent hole 210. In one embodiment, the air vent hole 210 may be formed in a portion of the lower plate 200 or a portion of the porous membrane 100.

정리하면, 일 양상에 따른 바이오 센서는 반응 온도와 반응 시간을 제어하기 위해 시료가 도입되는 다공성 막에 자성 입자를 두고, 다공성 막에 의해 형성된 모세관 채널에 반응 시약을 도입한다. 다공성 막에 시료가 유입되더라도 외부의 자기장에 의해 자성 입자들이 모세관 채널로 이동하지 않으면, 시료는 모세관 채널을 채울 수 없으므로, 원하는 시간에 시료를 모세관 채널로 유입시켜 반응 시간을 제어할 수 있다. 또한 일정 시간 동안 시료를 정해진 온도로 가열한 후에 모세관 채널로 유입시킬 수 있으므로, 반응 온도를 제어할 수 있다.
To summarize, in order to control the reaction temperature and the reaction time, the biosensor according to one aspect places magnetic particles in a porous membrane into which a sample is introduced, and introduces a reaction reagent into a capillary channel formed by the porous membrane. Since the sample can not fill the capillary channel if the magnetic particles do not move to the capillary channel due to the external magnetic field even though the sample flows into the porous membrane, the reaction time can be controlled by introducing the sample into the capillary channel at a desired time. Also, since the sample can be heated to a predetermined temperature for a certain period of time and then introduced into the capillary channel, the reaction temperature can be controlled.

도 3은 도 2에 도시된 바이오 센서의 자성 입자 및 시료의 이동을 나타낸 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary view showing movement of magnetic particles and a sample of the biosensor shown in FIG. 2. FIG.

다공성 막(100)의 상면(110)에 전혈 시료(80)를 떨어뜨리면, 전혈 시료(80) 내의 입자성분인 적혈구 등은 다공성 막(100)에서 걸러지며, 혈장 또는 혈청(81) 성분만이 분리되어 다공성 막(100)의 하면에 도달한다(ⓐ). 이때 다공성 막(100)의 표면과 내부 중 적어도 하나에 도입된 자성 입자(500)가 혈장 또는 혈청(81) 성분에 의해 수화(hydration)된다. 다음으로, 자석(90)을 이용하여 모세관 채널(300)의 하부에서 자기장을 발생시켜 자성 입자(500)를 모세관 채널(300)의 바닥으로 위치시키면 수화된 자성 입자(500)가 모세관 채널(300)의 바닥으로 이동하는데, 이때 혈청 또는 혈장(81)도 함께 이동하게 되므로 모세관 채널(300)의 내부에서 모세관 현상이 일어나 혈청 또는 혈장(81)이 모세관 채널(300)을 채우게 된다(ⓑ). 추가로, 모세관 현상을 효율적으로 유도하기 위해 모세관 채널(300)의 상부 또는 하부에서 교대로 자기장을 발생시키면, 자성 입자(500)가 모세관 채널(300)에서 상하로 이동하여 효과적인 모세관 현상을 유도할 수 있다(ⓒ, ⓓ).
When the whole blood sample 80 is dropped on the upper surface 110 of the porous membrane 100, erythrocytes and the like as particle components in the whole blood sample 80 are filtered by the porous membrane 100 and only the plasma or serum 81 component And reaches the lower surface of the porous membrane 100 (a). At this time, the magnetic particles 500 introduced into at least one of the surface and the interior of the porous membrane 100 are hydrated by the plasma or serum 81 component. Next, a magnetic field is generated in the lower portion of the capillary channel 300 by using the magnet 90 to position the magnetic particles 500 at the bottom of the capillary channel 300, so that the hydrated magnetic particles 500 are guided to the capillary channel 300 The serum or the plasma 81 moves together with the capillary channel 300, so that capillary phenomenon occurs inside the capillary channel 300 and the serum or plasma 81 fills the capillary channel 300 (b). In addition, generating magnetic fields alternately at the top or bottom of the capillary channel 300 to efficiently induce the capillary phenomenon causes the magnetic particles 500 to move up and down in the capillary channel 300 to induce an effective capillary phenomenon It can (ⓒ, ⓓ).

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서의 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 바이오 센서의 A-A´ 단면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 스페이서 예시도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바이오 센서는 시료 내의 분석물질을 전기화학(electrochemical)적으로 측정하는데 이용되는 것일 수 있으며, 특히 시료에 존재하는 다수의 분석물질을 동시에 측정하기 위한 것일 수 있다.FIG. 4 is a plan view of a biosensor according to another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view of the biosensor shown in FIG. 4, and FIG. 6 is an illustration of a spacer shown in FIG. The biosensor shown in FIGS. 4 and 5 may be one used for electrochemically measuring an analyte in a sample, particularly for simultaneously measuring a plurality of analytes present in the sample.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 바이오 센서는 상부 판(100)과 하부 판(200)과 다공성 막(600) 및 자성 입자(500)를 포함한다. 여기서 상부 판(100)과 하부 판(200)은 용액의 투과가 불가능한 비 다공성 판일 수 있다. 다공성 막(600)은 비대칭적인 다공이 형성된 것일 수 있다. 이 다공성 막(600)의 재질은 유리섬유(glass fiber), 셀룰로오스(cellulose), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 나일론(nylon), Polysulfone, Polypropylene, Polyethersulfone, Polyvinylidene fluoride, Hydroxylated polyester, Acrylic copolymer 등의 고분자로 이뤄질 수 있다. 그리고 자성 입자(500)는 자기장에 반응하여 이동하는 입자로서, 자석 입자(magnetic particle), Fe3O4, Fe2O3, FeO 등의 산화철 입자(iron oxide particle), CoFe2O4, CoNiFe2O4, NiFe2O4, 등의 아철산염(ferrite) 입자를 포함하며, 크기는 평균 직경 10ｎm ~ 5μm 사이이며, 입자의 크기는 다공성 막의 다공의 평균 크기보다 크거나 작을 수 있다. 이러한 자성 입자(500)는 다공성 막(600)의 내부나 표면에 위치할 수 있다.4 and 5, the biosensor includes an upper plate 100, a lower plate 200, a porous membrane 600, and magnetic particles 500. Here, the top plate 100 and the bottom plate 200 may be non-porous plates that are not permeable to the solution. The porous membrane 600 may be asymmetrically porous. The material of the porous membrane 600 is a polymer such as glass fiber, cellulose, nitrocellulose, nylon, polysulfone, polypropylene, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, hydroxylated polyester, . The magnetic particles 500 are magnetic particles that move in response to a magnetic field and include magnetic particles, iron oxide particles such as Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 and FeO, CoFe 2 O 4 , CoNiFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , And the size is between 10 nm and 5 μm in average diameter and the size of the particles may be larger or smaller than the average size of the pores of the porous membrane. These magnetic particles 500 may be located inside or on the surface of the porous membrane 600.

상부 판(100)과 하부 판(200) 간에는 모세관 채널(300)이 형성된다. 그리고 이 모세관 채널(300)이 형성되도록 상부 판(100)과 하부 판(200) 사이에는 스페이서(400)가 구비될 수 있다. 스페이서(400)의 두께는 모세관 채널(300)에서 모세관 현상이 일어나도록 적절한 두께로 정해질 수 있다. 나아가 상부 판(100)의 일부는 관통되어 있을 수 있으며, 그 관통된 홀은 하나 혹은 둘 이상일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상부 판(100)은 적어도 일부가 다공성 막(600)에 의해 덮이는 제 1 관통 홀(130)을 포함할 수 있다. 여기서 다공성 막(600)은 하부 판(200)과 모세관 채널(300)을 형성한다. 일 실시예에 있어서, 다공성 막(600)은 제 1 관통 홀(130)의 일부만 덮으며, 이에 따라 공기 배출 홀(131)이 형성될 수 있다. 여기서 공기 배출 홀(131)의 역할은 [실시예 1]에서 설명한 공기 배출 홀(210)과 동일할 수 있다. 그리고 모세관 채널(300)은 상부 판(100)과 하부 판(200)에 의해 형성된 제 1 모세관 채널(310)과 다공성 막(600)과 하부 판(200)에 의해 형성된 제 2 모세관 채널(320)로 구분될 수 있다.A capillary channel 300 is formed between the top plate 100 and the bottom plate 200. A spacer 400 may be provided between the upper plate 100 and the lower plate 200 to form the capillary channel 300. The thickness of the spacer 400 may be set to a suitable thickness such that capillary action occurs in the capillary channel 300. Further, a part of the top plate 100 may be penetrated, and one or more through holes may be formed. In one embodiment, the top plate 100 may include a first through-hole 130, at least a portion of which is covered by a porous membrane 600. The porous membrane 600 forms a capillary channel 300 with the bottom plate 200. In one embodiment, the porous membrane 600 covers only a portion of the first through-hole 130, so that an air vent hole 131 may be formed. Here, the role of the air discharge hole 131 may be the same as the air discharge hole 210 described in [Embodiment 1]. The capillary channel 300 includes a first capillary channel 310 defined by the top plate 100 and the bottom plate 200 and a second capillary channel 320 formed by the porous membrane 600 and the bottom plate 200. [ .

나아가 상부 판(100)은 압력 발생을 위한 제 2 관통 홀(140)을 더 포함하며, 바이오 센서는 제 2 관통 홀(140)을 통해 일단과 연결된 모세관 채널(300)에 압력을 발생시키는 압력 발생부(800)를 더 포함할 수 있다. 이 압력 발생부(800)는 외부로부터 가해진 힘에 의해 모세관 채널(300)에 압력을 발생시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 압력 발생부(800)는 고무와 같은 탄성 재질일 수 있다. 이 경우, 사용자는 압력 발생부(800)를 손으로 눌러 압력을 발생시킬 수 있으며, 압력 발생부(800)로부터 손을 떼어 압력을 제거할 수 있다.Further, the top plate 100 further includes a second through-hole 140 for generating a pressure, and the biosensor generates pressure in the capillary channel 300 connected to the one end through the second through- (800). ≪ / RTI > The pressure generating part 800 can generate pressure in the capillary channel 300 by an externally applied force. In one embodiment, the pressure generating part 800 may be an elastic material such as rubber. In this case, the user can generate pressure by pressing the pressure generating part 800 by hand, and can release the pressure by releasing the hand from the pressure generating part 800.

한편, 바이오 센서는 복수의 반응 측정 영역(700)들을 포함하는데, 이 복수의 반응 측정 영역(700)들은 모세관 채널(300)과 연결된다. 일 실시예에 있어서, 복수의 반응 측정 영역(700)들은 스페이서(400)의 형상에 따라 구현될 수 있다. 예를 들어, 스페이서(400)는 도 6에 예시된 바와 같은 형상을 가질 수 있는 것이다. 그리고 반응 측정 영역(700)들에는 분석물질과 반응하여 분석신호를 발생하는 반응 시약이 구비된다. 반응 측정 영역(700)들로 시료의 유입이 효과적으로 이루어지도록 하기 위해, 상부 판(100)에는 측정 영역별로 각 영역에 대응하는 공기 배출구(150)들이 더 형성될 수 있다.Meanwhile, the biosensor includes a plurality of reaction measurement regions 700, which are connected to the capillary channel 300. In one embodiment, the plurality of reaction measurement areas 700 may be implemented according to the shape of the spacer 400. For example, the spacer 400 may have a shape as illustrated in FIG. The reaction measurement regions 700 are provided with reaction reagents that react with the analyte to generate analytical signals. The top plate 100 may further include air outlets 150 corresponding to the respective measurement regions in the reaction measurement regions 700 so that the sample can be efficiently introduced into the reaction measurement regions 700.

동작 설명을 하면 다음과 같다. 사용자가 압력 발생부(800)에 물리적 압력을 가하면, 모세관 채널(300)과 반응 측정 영역(700) 내의 공기는 공기 배출 홀(131)과 공기 배출구(150)들을 통해 외부로 배출된다. 압력 발생부(800)에 물리적 압력을 유지한 상태에서, 다공성 막(600)에 분석 시료를 떨어뜨린 다음 모세관 채널(300)의 하부에 자기장을 발생시킨다. 이에 따라 다공성 막(600)에 존재하는 자성 입자(500)가 제 2 모세관 채널(320)을 형성하는 하부 판(200)으로 이동하며, 이 과정에서 시료가 모세관 현상에 의해 제 2 모세관 채널(320)을 채우게 된다. 시료가 제 2 모세관 채널(320)에 유입된 후 압력 발생부(800)의 압력을 제거하면, 제 2 모세관 채널(320)에 유입된 시료는 압력 발생부(800) 측으로 이동한다. 이 과정에서 제 1 모세관 채널(310)과 연결된 복수의 반응 측정 영역(700)들로 시료가 유입되어 반응이 시작된다.
The operation description is as follows. When the user applies physical pressure to the pressure generating part 800, the air in the capillary channel 300 and the reaction measurement area 700 is discharged to the outside through the air discharge hole 131 and the air discharge port 150. [ The analytical sample is dropped on the porous membrane 600 while the physical pressure is maintained in the pressure generating part 800, and a magnetic field is generated in the lower part of the capillary channel 300. Accordingly, the magnetic particles 500 existing in the porous membrane 600 move to the lower plate 200 forming the second capillary channel 320. In this process, the sample flows into the second capillary channel 320 ). When the sample is introduced into the second capillary channel 320 and then the pressure of the pressure generating unit 800 is removed, the sample flowing into the second capillary channel 320 moves to the pressure generating unit 800 side. In this process, the sample flows into the plurality of reaction measurement regions 700 connected to the first capillary channel 310 and the reaction starts.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 바이오 센서를 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바이오 센서는 시료 내의 분석물질을 광학적으로 측정하는데 이용되는 것일 수 있다. 도시된 바와 같이, 바이오 센서는 상부 판(100)과 하부 판(200)을 포함하는데, 이 상부 판(100)과 하부 판(200)은 모두 다공성 막이다. 이하에서는 상부 판(100)을 제 1 다공성 막(100)이라 하고, 하부 판(200)을 제 2 다공성 막(200)이라 한다. 제 1 다공성 막(100)과 제 2 다공성 막(200)의 재질은 유리섬유(glass fiber), 셀룰로오스(cellulose), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 나일론(nylon), Polysulfone, Polypropylene, Polyethersulfone, Polyvinylidene fluoride, Hydroxylated polyester, Acrylic copolymer 등의 고분자로 이뤄질 수 있다.7 is a view illustrating a biosensor according to another embodiment of the present invention. The biosensor shown in Fig. 7 may be one used for optically measuring an analyte in a sample. As shown, the biosensor includes a top plate 100 and a bottom plate 200, both of which are porous membranes. Hereinafter, the upper plate 100 will be referred to as a first porous membrane 100 and the lower plate 200 will be referred to as a second porous membrane 200. The materials of the first and second porous membranes 100 and 200 may be selected from the group consisting of glass fiber, cellulose, nitrocellulose, nylon, polysulfone, polypropylene, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, Hydroxylated polyester, and acrylic copolymer.

두 개 이상의 다공성 막을 적층하여 시료 내에 존재하는 분석 물질을 측정하는 경우, 다공성 막의 적층에 의해 간극이 발생하며, 간극(300)에 의해 시료가 제 1 다공성 막(100)으로부터 제 2 다공성 막(200)으로 균일하게 유입되지 않게 된다. 예를 들어, 제 1 다공성 막(100)은 혈액 시료 내에 존재하는 적혈구 등의 입자성분을 걸러주는 필터 역할을 하고, 제 2 다공성 막(200)에는 시료 내의 분석물질과 반응하여 광학적 분석신호를 발생하는 반응시약이 구비된 경우, 적혈구가 제거된 혈장 또는 혈청 성분은 제 1 다공성 막(100)과 제 2 다공성 막(200)의 사이에 형성된 간극(300)을 통해 제 2 다공성 막(200)으로 균일하게 유입되어야 한다. 그러나 시료가 균일하게 유입되지 않을 경우, 반응 시약이 구비된 제 2 다공성 막(200)의 내부에서 시료의 수평 흐름(lateral flow) 또는 수직 흐름(vertical flow)이 제어되지 않게 되어 불균일한 분석신호가 유발된다.When two or more porous membranes are stacked to measure an analyte present in the sample, a gap is created by stacking the porous membranes, and a gap is formed between the first porous membrane 100 and the second porous membrane 200 So that it can not flow uniformly. For example, the first porous membrane 100 serves as a filter for filtering particulate components such as red blood cells present in the blood sample, and the second porous membrane 200 reacts with analytes in the sample to generate an optical analytical signal The plasma or serum component from which erythrocytes have been removed is introduced into the second porous membrane 200 through the gap 300 formed between the first porous membrane 100 and the second porous membrane 200 It should be uniformly flowed. However, if the sample is not uniformly flowed, the lateral flow or vertical flow of the sample is not controlled within the second porous membrane 200 equipped with the reagent, .

이를 해결하기 위해, 일 양상에 따른 바이오 센서는 자성 입자(500)를 포함한다. 자성 입자(500)는 자기장에 반응하여 이동하는 입자로서, 자석 입자(magnetic particle), Fe3O4, Fe2O3, FeO 등의 산화철 입자(iron oxide particle), CoFe2O4, CoNiFe2O4, NiFe2O4, 등의 아철산염(ferrite) 입자를 포함하며, 크기는 평균 직경 10ｎm ~ 5μm 사이이며, 입자의 크기는 다공성 막의 다공의 평균 크기보다 크거나 작을 수 있다. 이러한 자성 입자(500)는 제 1 다공성 막(100)의 내부 또는 표면에 구비되거나 제 2 다공성 막(200)의 내부 또는 표면에 구비될 수 있다. 그리고 자석에 의한 자기장을 이용하여 자성 입자(500)를 제 1 다공성 막(100)의 내부 또는 하면과 제 2 다공성 막(200)의 내부 또는 상면 간에 이동시킴으로써, 간극(300)을 형성하는 제 1 다공성 막(100)의 하면에 존재하는 분석 시료를 간극(300)을 형성하는 제 2 다공성 막(200)의 상면과 효과적으로 접촉시킬 수 있게 된다.To solve this problem, a biosensor according to an aspect includes magnetic particles 500. The magnetic particles 500 are particles moving in response to a magnetic field and include magnetic particles, iron oxide particles such as Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 and FeO, CoFe 2 O 4 , CoNiFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , Ferrite particles, the size of which is between 10 nm and 5 μm in average diameter, and the size of the particles may be larger or smaller than the average size of the pores of the porous membrane. The magnetic particles 500 may be provided on the inside or the surface of the first porous film 100 or on the inside or the surface of the second porous film 200. The magnetic particles 500 are moved between the inside or the lower surface of the first porous membrane 100 and the inside or the upper surface of the second porous membrane 200 using a magnetic field generated by the magnet, The analytical sample present on the lower surface of the porous membrane 100 can be effectively brought into contact with the upper surface of the second porous membrane 200 forming the gap 300.

한편, 자성 입자(500)는 제 2 다공성 막(200)의 내부까지 이동시키면 제 2 다공성 막(200)의 내부에 형성된 구멍들의 크기에 따라 일부 자성 입자(500)는 구멍에 갇히게 된다. 이 같이 갇히게 된 자성 입자(500)는 자기장에 의해 구멍 내에서 진동하므로, 구멍에서 시료와 반응 시약의 반응성을 향상시키는 역할을 하게 된다. 즉, 자성 입자(500)는 시료의 이동뿐만 아니라 교반(mixing)의 역할도 할 수 있게 되는 것이다.When the magnetic particles 500 are moved to the inside of the second porous membrane 200, some of the magnetic particles 500 are trapped in the holes according to the size of the holes formed in the second porous membrane 200. The magnetic particles 500 impinged like this are vibrated in the holes by the magnetic field, so that the holes serve to improve the reactivity of the sample and the reaction reagent. That is, the magnetic particles 500 can serve not only to move the sample but also to perform mixing.

추가로, 제 1 다공성 막(100)과 제 2 다공성 막(200)의 사이에는 시료 제한 막(900)이 더 포함할 수 있다. 이 시료 제한 막(900)은 제 1 다공성 막(100)으로부터 제 2 다공성 막(200)으로의 시료의 이동을 적절히 제한한다. 일 실시예에 있어서, 시료 제한 막(900)은 도 8에 예시된 바와 같은 메쉬 층(mesh layer)을 이루는 그물망일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 시료 제한 막(900)은 도 9에 예시된 바와 같은 다공성 접착 층(porous adhesive layer)을 이루는 망으로서, 양면에 접착제가 도포된 필름 또는 테이프로 이루어진 망일 수 있다. 이 같은 시료 제한 막(900)의 역할은 간극(300) 내의 과도한 압력을 방지하기 위한 것일 수 있는데, 압력으로 인해 시료의 이동 또는 요동이 발생할 수 있는바, 이를 방지하기 위함이다. 그리고 예시한 시료 제한 막(900)은 상술한 [실시예 1]의 바이오 센서와 [실시예 2]의 바이오 센서에도 적용될 수 있다.
In addition, a sample limiting membrane 900 may be further included between the first porous membrane 100 and the second porous membrane 200. The sample limiting membrane 900 suitably limits the movement of the sample from the first porous membrane 100 to the second porous membrane 200. In one embodiment, the sample confinement membrane 900 may be a mesh network forming a mesh layer as illustrated in FIG. In another embodiment, the sample confinement membrane 900 may be a mesh comprising a porous adhesive layer as illustrated in FIG. 9, which may be a film or a tape of adhesive coated on both sides. The role of the sample limiting membrane 900 may be to prevent excessive pressure in the gap 300, which may cause movement or fluctuation of the sample due to the pressure. The illustrated sample limiting film 900 can also be applied to the biosensor of [Example 1] and [Example 2] described above.

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.
The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

100 : 상부 판 200 : 하부 판
300 : 간극(모세관 채널) 400 : 스페이서
500 : 자성 입자 600 : 다공성 막
700 : 반응 측정 영역 800 : 압력 발생부
900 : 시료 제한 막100: upper plate 200: lower plate
300: gap (capillary channel) 400: spacer
500: magnetic particle 600: porous membrane
700: reaction measuring area 800: pressure generating part
900: Sample limiting membrane

Claims (10)

하부 판;
상하가 관통된 제 1 관통 홀과 제 2 관통 홀을 포함하며, 하부 판과 간극을 이루어 하부 판과 함께 모세관 채널을 형성한 상부 판;
하부 판과 상부 판 사이에 위치하여 하부 판과 상부 판 사이에 간극을 형성하는 스페이서;
상부 판의 제 1 관통 홀의 일부를 덮는 다공성 막;
다공성 막의 내부나 표면에 위치하며, 다공성 막으로 유입된 시료를 외부 자기장에 의해 이동시키는 자성 입자; 및
외부로부터 가해진 힘에 의해 상부 판의 제 2 관통 홀을 통해 상기 모세관 채널에 압력을 발생시키는 압력 발생부;
를 포함하는 바이오 센서.
Bottom plate;
An upper plate including a first through hole and a second through hole penetrating the upper and the lower plate and forming a capillary channel together with the lower plate by forming a gap with the lower plate;
A spacer positioned between the bottom plate and the top plate to define a gap between the bottom plate and the top plate;
A porous film covering a part of the first through-hole of the top plate;
A magnetic particle which is located on the inside or the surface of the porous membrane and moves the sample introduced into the porous membrane by an external magnetic field; And
A pressure generating unit for generating a pressure in the capillary channel through a second through hole of the top plate by an externally applied force;
.
제 1 항에 있어서,
상부 판과 하부 판은 비 다공성 판인 바이오 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the upper plate and the lower plate are non-porous plates.
제 1 항에 있어서,
하부 판에는 전극이 구비된 바이오 센서.
The method according to claim 1,
And the lower plate is provided with an electrode.
제 1 항에 있어서,
상부 판과 하부 판 사이에 위치하여 용액의 이동을 제한하는 시료 제한 막;
를 더 포함하는 바이오 센서.
The method according to claim 1,
A sample confinement membrane positioned between the top plate and the bottom plate to limit movement of the solution;
Further comprising a biosensor.
제 4 항에 있어서,
시료 제한 막은 다공성 막인 바이오 센서.5. The method of claim 4,
The sample limiting membrane is a porous membrane. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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