KR101568362B1 - 바이오 측정 시스템 - Google Patents

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KR101568362B1
KR101568362B1 KR1020130131542A KR20130131542A KR101568362B1 KR 101568362 B1 KR101568362 B1 KR 101568362B1 KR 1020130131542 A KR1020130131542 A KR 1020130131542A KR 20130131542 A KR20130131542 A KR 20130131542A KR 101568362 B1 KR101568362 B1 KR 101568362B1
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Abstract

바이오 측정 시스템이 개시된다. 이 바이오 측정 시스템은 바이오 측정 시스템은 유체 채널이 구비된 바이오센서, 및 바이오센서가 장착되며, 장착된 바이오센서의 유체 채널에 구성된 자성입자의 위치를 3차원적으로 제어하는 바이오 측정기를 포함한다.

Description

바이오 측정 시스템{Bio measurement system}
바이오 측정 시스템, 특히 바이오센서를 이용하여 생체 시료를 분석하는 바이오 측정 시스템이 개시된다.
최근 의약 분야에서 혈액을 포함한 생체 신료를 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 바이오센서가 잘 알려져 있다. 이 바이오센서에 구비된 채널들에는 서로 다른 시료(샘플)들이 채워지게 되며, 자기장을 이용하여 어느 한 채널 내의 자성입자를 다른 채널로 이동시켜가며 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 단점이 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.
그리고 채널 내에서 자성입자의 위치 이동을 제어하기 위한 모듈 입장에서는 자성입자의 이동 방향에 제한 없이 모든 방향으로 용이하게 이동하도록 제어할 수 있어야만이 바이오센서의 반응, 예를 들어 면역 반응, 효소 반응, 화학 반응 등과 같은 반응의 효율성을 향상시킬 수 있다.
채널별 해당 샘플만을 정확히 채울 수 있게 하면서도 채널 간을 샘플로 연결하여 자성입자를 용이하게 이동시킬 수 있게 한 바이오센서를 포함한 바이오 측정 시스템이 개시된다.
또한 채널 내 자성입자를 방향에 제한 없이 위치 이동시킬 수 있게 한 바이오 측정기를 포함한 바이오 측정 시스템이 개시된다.
일 양상에 따른 바이오 측정 시스템은 유체 채널이 구비된 바이오센서, 및 바이오센서가 장착되며, 장착된 바이오센서의 유체 채널에 구성된 자성입자의 위치를 3차원적으로 제어하는 바이오 측정기를 포함한다.
일 양상에 따르면, 바이오센서는 상호 결합에 의해 유체 채널을 형성하는 하부 플레이트와 상부 플레이트, 및 유체 채널의 일부를 상부로 개방시켜 서로 다른 시료로 채워지는 둘 이상의 채널로 구획하는 개구부를 포함하되, 자성입자에 의해 구획된 채널에 존재하는 물질을 시료로 채워진 개구부를 통해 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 구획된 적어도 하나의 채널은 개구부를 통해 주입되는 시료로 채워질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 개구부는 복수일 수 있다.
일 양상에 따르면, 바이오센서는 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, 바이오센서는 복수의 홀들을 구비하며 개구부를 덮는 망을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 개구부는 복수의 홀들로 이루어질 수 있다.
일 양상에 따르면, 바이오센서는 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, 바이오센서는 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.
일 실시예에 있어서, 압력 발생부는 외부에서 가해진 힘에 의해 압력을 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 자성입자에는 시료에 존재하는 분석물질과 결합하는 물질이 고정화되어 있다.
일 양상에 따른 바이오 측정기는 바이오센서가 장착되는 트레이 모듈, 및 트레이 모듈에 장착된 바이오센서의 자성입자 위치 제어를 위한 자기장을 발생시키는 자기력 발생부를 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 자기력 발생부는 바이오센서의 상부에 구비되는 제 1 자기력 발생부, 및 바이오센서의 하부에 구비되는 제 2 자기력 발생부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 자기력 발생부 및 제 2 자기력 발생부는 좌우 이동 또는 회전 가능할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 트레이 모듈은 전후 이동 가능할 수 있다.
일 양상에 따른 트레이 모듈은 바이오센서의 온도 제어를 위해 열을 발생시키는 열 발생 소자를 포함할 수 있다.
한편, 일 양상에 따르면, 바이오 측정기는 바이오센서가 장착되는 트레이 모듈, 및 바이오센서의 유체 채널에 구성된 자성입자의 위치를 3차원적으로 제어하는 제어 모듈을 포함한다.
개시된 바이오 측정 시스템의 바이오센서는 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.
또한 개시된 바이오 측정 시스템은 자성입자를 XYZ축 방향으로 이동시킬 수 있어 다음과 같은 효과를 창출할 수 있다.
첫째, 자성입자의 이동 제어에 의해 교반(mixing)을 통한 반응의 효율성을 향상시킨다. 즉, 바이오센서의 유체 채널에 형성된 반응영역에서 자성입자를 XYZ 방향으로 위치 이동시켜 교반할 경우, 면역반응, 효소반응, 화학반응 등과 같은 반응의 효율성을 향상시킨다.
둘째, 자성입자의 XYZ 축 이동에 의한 세포 용혈(cell lysis), 예를 들어 세포로부터 DNA/RNA 추출, 세포로부터 유용한 물질 추출(RBC/Glucose), Lipoprotein Lysis 등을 가능하게 한다. 일 예로, 전혈(whole blood) 내에서 글루코스는 액체 성분인 혈청(plasma)과 적혈구(red blood cell) 사이의 동적 평형을 이룬 상태로 존재한다. 적혈구의 분리 없이 전혈에서 글루코스를 측정하는 경우, 대부분의 방법은 혈청에 존재하는 글루코스만 측정한다. 이러한 방법의 경우 헤마토크릿(hematocrit), 즉 적혈구 용적(부피)에 의한 영향을 받는다. 그러나 자성입자를 사용하여 효과적으로 적혈구를 용혈시킬 경우, 적혈구 내부에 존재하는 글루코스도 측정에 사용할 수 있으므로, 헤마토크릿에 의한 측정오차를 최소화할 수 있다.
셋째, 자성입자를 이용한 분리를 가능하게 한다. 일 예로, 자성입자에 분석물질과 선택적으로 결합하는 결합물질을 고정시켜 시료로부터 원하는 분석물질을 분리하여 측정할 수 있다.
넷째, 자성입자의 이동에 의해 자성입자에 비특이적으로 결합된(nonspecific binding) 물질의 세척 효과도 발생한다. 이는 특히 면역반응에서 효과적이다.
다섯째, 유체 채널에 유입된 용액/시료 간의 교차오염을 방지시킨다.
여섯째, 전기화학(electrochemical)적 측정에 있어 작동 전극(working electrode) 표면에서의 반응을 유도한다. 부연 설명하면, 전기화학적 측정에서 산화/환원하여 전기적 분석신호를 발생하는 신호발생 물질은 전극표면에 존재하여야 표면에서 산화/환원 반응이 일어난다. 자성입자와 결합된 효소에 의해 신호발생 물질이 전극 표면에서 전기적 신호를 발생하도록 활성화되는 경우, 자기장을 이용하여 자성입자를 전극표면에 밀착시키는 것이 유리하다.
일곱째, 자성입자를 구성하는 Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ) 자체가 작동 전극 표면에서 산화 또는 환원 가능하므로, 자성입자를 이동시키거나 전극 표면에 자기장을 이용하여 밀착시켜 분석신호를 측정할 수 있다. 또한 추가적으로 자성입자 표면에 전기화학적으로 산화/환원 가능한 물질을 코팅하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조를 갖는 바이오센서에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서의 개략적인 단면도이다.
도 8a와 도 8b 및 도 8c는 본 발명에 따른 다양한 형태의 유체 채널들을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 다양한 형태의 개구부를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 망 층을 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성입자의 이동을 이용한 면역 분석을 설명하기 위한 참조도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기를 나타낸 블록도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기의 기본 구조 예시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기를 나타낸 사시도이다.
도 19는 도 18에 도시된 바이오 측정기의 분해 사시도이다.
도 20a와 도 20b 및 도 20c는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기의 제어에 의한 바이오센서의 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 3차원적인 자성입자 이동에 대한 이해 편의를 위한 예시도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정 시스템을 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 바이오 측정 시스템은 바이오센서(1)와 바이오 측정기(2)를 포함한다. 바이오센서(1)는 전기화학적 바이오센서일 수 있으며, 생체 측정을 위한 전극 단자들이 구성된 것일 수 있다. 바이오센서(1)는 유체 채널을 구비하며, 이 유체 채널 내에는 자성입자가 구성된다. 이러한 바이오센서(1)는 바이오 측정기(2)에 장착되어 생체 측정에 이용된다. 바이오 측정기(2)는 장착된 바이오센서(1)를 이용하여 생체 측정을 수행하는 기기이다. 이 바이오 측정기(2)는 기본적인 측정 기능 이외에 바이오센서(1)의 유체 채널에 구비된 자성입자가 채널 내에서 3차원적으로 위치 이동하도록 제어하는 기능을 포함한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면으로서, 도 2a는 바이오센서의 구성을 나타내고, 도 2b의 (a)는 바이오센서의 개략적인 평면을 나타내며, 도 2b의 (b)는 바이오센서의 개략적인 단면을 나타낸다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 바이오센서(1)는 상부 플레이트(Cover Plate)(100)와 하부 플레이트(Base Plate)(110) 및 개구부(120)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(110)는 상호 간에 마주보게 결합하여 모세관 유체 채널(capillary channel)을 형성할 수 있다. 즉, 상부 플레이트(100)의 하부 면과 하부 플레이트(110)의 상부 면을 이용하여 모세관 유체 채널(130)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.
바이오센서(1)가 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(110)는 상부 플레이트(100)와 동일할 수 있다.
모세관 유체 채널(fluidic channel)(130)은 마주보는 상부 플레이트(100)의 하부 면과 하부 플레이트(110)의 상부 면의 결합에 의해 형성된다. 일 실시예에 있어서, 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(110)는 채널이 패터닝된 스페이서(spacer)를 통해 결합될 수 있다. 또다른 실시예에 있어서, 상부 플레이트(100) 또는 하부 플레이트(110)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(110)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(120)를 다수의 채널이 공유하거나 한 개의 개구부(120)에서 다수의 채널이 분기하는 구조로 이루어질 수 있으며, 또한 한 개의 개구부(120)를 공유하는 다수의 적층된 채널 구조로 이루어질 수도 있다.
유채 채널 끝(capillary channel end)(131-1, 132-1)은 채널을 형성하는 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(110)가 모두 제거되어 형성될 수 있다. 혹은 채널을 형성하는 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(110) 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)(120)는 유체 채널(130)의 일부를 상부로 개방시켜 유체 채널(130)을 둘 이상의 채널로 구획한다. 예시된 바와 같이, 유체 채널(130)의 일부분이 상부로 개방되며, 이를 위해 상부 플레이트(100)에는 관통 홀이 마련된다. 이러한 개구부(120)는 복수일 수 있다. 개구부(120)에 의해 구획된 유체 채널들에는 서로 다른 시료가 채워질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 개구부(120)에 의해 구획된 유체 채널들은 도 2b에 예시된 바와 같이 제 1 유체 채널(131)과 제 2 유체 채널(132)일 수 있다. 제 1 유체 채널(131)과 제 2 유체 채널(132)은 서로 다른 시료가 채워질 수 있다. 그리고 개구부(120) 영역은 제 2 유체 채널(132)과 동일한 시료가 채워질 수 있다. 개구부(120) 또한 별도의 시료로 채워지므로, 제 1 유체 채널(131)과 제 2 유체 채널(132)은 시료로 연결되게 된다. 이 같은 개구부(120)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(130)에는 전극이 형성될 수 있다. 유체 채널(130)에 형성된 전극은 유체 채널(130)로의 샘플 유입을 감지할 수 있고, 개구부(120)의 유체 연결을 감지할 수 있다. 이 외에 유체 채널(130)에는 측정을 위한 측정용 전극이 더 형성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 구조의 바이오센서에서의 샘플 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다. 일 실시예에 있어서, 자성입자(10)는 유체 채널(130)에 미리 도입되어 있을 수 있다. 자성입자(10)는 도 3a의 (a)에 도시된 바와 같이 개구부(120) 영역에 위치해 있을 수 있으며, 아니면 제 1 유체 채널(131) 혹은 제 2 유체 채널(132)에 위치해 있을 수도 있다. 이 같이 자성입자(10)는 유체 채널(130)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(11), 제 2 시료(12)에 포함되어 각각의 시료와 함께 유체 채널(130)로 유입될 수도 있다.
도 3a의 (a)와 같이 자성입자(10)가 미리 도입된 상태에서 혹은 도입되지 않은 상태에서, 제 1 시료(11)가 제 1 유체 채널 끝(131-1)을 통해 주입될 수 있다. 여기서 제 1 시료(11)로는 혈액(전혈, 혈청, 혈장), 뇨시로, 타액 등을 예로 들 수 있다. 주입된 제 1 시료(11)는 모세관 현상에 의해 제 1 유체 채널(131)을 따라 진행하다가 도 3a의 (b)와 같이 개구부(120)에서 멈춰 제 1 유체 채널(131)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(110)가 형성한 모세관에서 모세관 현상으로 용액이 이동한다. 이동한 용액(제 1 시료)이 공기 구멍인 개구부(120)에 도달하면 상부 플레이트(100) 대신에 공기와 접촉하게 되므로, 물 분자들 사이의 인력이 물 분자와 공기 간의 인력보다 크므로, 용액의 이동이 멈춘다.
도 3a의 (b)와 같이 제 1 시료(11)가 주입된 후에, 제 2 시료(12)가 제 2 유체 채널(132)에 주입된다. 여기서 제 2 시료(12)로는 증류수, 버퍼, 계면활성제 등을 예로 들 수 있다. 이러한 제 2 시료(12)는 도 3a의 (c)에 예시된 바와 같이, 개구부(120)를 통해 주입될 수 있다. 개구부(120)를 통해 주입되면 제 2 시료(12)는 제 2 유체 채널(132)과 개구부(120) 영역을 모두 채우게 된다. 유체 채널이 모두 시료로 채워지면, 바이오센서(1)는 영구자석이나 전자석과 같은 자석(20)에 의해 발생하는 자기력(magnetic force)에 따라 도 3a의 (d) → 도 3b의 (e) → (f) → (g) → (h)에 예시된 바와 같이 자성입자(10)를 제 1 유체 채널(131)로 이동시켜 제 1 유체 채널(131)에 채워진 시료에 존재하는 분석물질과 반응시킨 후, 개구부(120)를 통해 제 2 유체 채널(132)로 이동시켜 제 2 유체 채널(132)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(120)를 두는 방식을 통해, 구획된 채널들에는 오직 해당 시료만이 채워질 수 있게 되며, 또한 채널간에는 시료가 채워진 개구부(120)를 통해 연결되므로, 자성입자의 이동이 보장될 수 있다. 한편, 자성입자(10)가 최초에 개구부(120) 또는 제 2 유체 채널(132)에 위치하는 경우는 제 1 유체 채널(131)에 위치하는 경우보다 반응시간을 제어하는 면에서 유리하다. 자성입자(10)가 분석물질을 포함하는 시료와 접촉하면 반응이 바로 진행되므로, 제 1 유체 채널(131)에 자성입자(10)가 위치하면 정확한 반응시간 조절이 어렵기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면으로서, (a)는 적층형 바이오센서의 개략적인 평면을 나타내며, (b)는 적층형 바이오센서의 개략적인 단면을 나타낸다.
적층형 구조에서, 바이오센서(1)는 상부 플레이트(100)의 상부에 위치하는 한 층 이상의 부가 플레이트를 더 포함한다. 도 4의 예시에서는 상부 플레이트(100) 위에 한 층의 부가 플레이트(140)만이 더 구성된다. 이 부가 플레이트(140)는 상부 플레이트(100)와 상호 간에 결합하여 유체 채널을 형성하며, 개구부(120)와 대응되게 관통 홀이 형성되어 유체 채널의 일부를 개방시킨다. 이 같이 구성하면, 유체 채널은 다층 구조를 갖게 된다. 구체적으로, 도 4에 예시된 바와 같이, 상위층의 유체 채널은 제 1 유체 채널(131)과 제 2 유체 채널(132)로 구획되며, 하위층의 유체 채널은 제 3 유체 채널(133)과 제 4 유체 채널(134)로 구획된다.
나아가 부가 플레이트(140)의 관통 홀을 상부 플레이트(100)의 관통 홀보다 적어도 일측을 넓게 하면, 도 4에 예시된 바와 같이 유체 통로 형태는 다층 계단식 구조로 이루어질 수 있다. 다층 계단식 구조로 하면, 상부 플레이트(100)는 돌출부(101)를 갖게 된다. 이 돌출부(101)는 상측의 유체 통로로부터 하측의 유체통로로 자성입자(10)가 이동할 때, 자기력에 의해 아래로 떨어지는 자성입자를 받아주는 역할을 한다. 그리고 개구부(120)로 용액을 주입시 미리 주입된 혈액시료는 돌출부(101)와 메니스커스(meniscus)를 형성하므로, 혈액시료와 용액의 접촉을 용이하게 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다. 우선, 도 5a의 (a)에서와 같이 자성입자(10)는 제 1 유체 채널(131)에 위치해 있을 수 있다. 도 5a의 (a)와 같은 상태에서, 제 1 시료(11)가 제 1 유체 채널 끝에서 주입될 수 있다. 주입된 제 1 시료(11)는 모세관 현상에 의해 제 1 유체 채널(131)을 따라 진행하다가 도 5a의 (b)와 같이 공기 구멍(air vent)에서 멈춰 제 1 유체 채널(131)만을 모두 채우게 된다. 제 1 유체 채널(131)에 제 1 시료(11)가 모두 채워진 후에, 제 2 시료(12)가 제 2 유체 채널 끝에서 주입될 수 있다. 제 2 유체 채널 끝에서 주입된 제 2 시료(12)는 제 2 유체 채널(132)을 모두 채우게 된다. 이때 압력을 발생시키면, 제 2 시료(12)는 개구부(120)를 통해 도 5a의 (c)와 같이 제 3 유체 채널(133)과 제 4 유체 채널(134)로 유입되어 도 5a의 (d)와 같이 제 3 유체 채널(133)과 제 4 유체 채널(134) 및 개구부(120)를 모두 채우게 된다. 유체 채널이 모두 시료로 채워지면, 바이오센서(1)는 자석(20)에 의해 발생하는 자기력에 따라 도 5a의 (d) → (e) → 도 5b의 (f) → (g) → (h) → (i) → (j)에 예시된 바와 같이 자성입자(10)를 이동시켜 시료에 존재하는 물질들과 반응시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서에서의 시료 주입 및 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
제 1 유체 채널(131)은 자성입자(10)를 포함한 제 1 시료(11)로 채워지고, 제 2 유체 채널(132)은 제 2 시료(12)로 채워지며, 제 3 유체 채널(133)은 제 3 시료(13)로 채워진다. 제 3 유체 채널(133)은 개구부(120)를 통해 채워질 수 있으며, 이에 따라 개구부(120) 또한 제 3 시료(13)로 채우질 수 있다. 이 상태에서, 자성입자(10)는 제 1 유체 채널(131)에 존재하는 분석물질과 반응하고, 제 2 유체 채널(132)로 이동하여 제 2 유체 채널(132)에 존재하는 물질과 반응한 후, 제 3 유체 채널(133)로 이동하여 제 3 유체 채널(133)에 존재하는 물질과 반응할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 바이오센서의 개략적인 단면을 나타낸다. 도 7에 예시된 바와 같이, 적층형 바이오센서는 플레이트를 추가로 더 포함하여 세 층 이상의 유체 채널 형태를 가질 수도 있으며, 돌출부(101)가 형성될 수도 있다.
도 8a와 도 8b 및 도 8c는 본 발명에 따른 다양한 형태의 유체 채널들을 예시한 도면이다. 예시된 바와 같이, 유체 채널의 형태는 다양하게 구현될 수 있으며, 개구부(120)도 하나 혹은 복수로 구성될 수 있다. 즉, 개구부(120)로 유체 채널을 둘 이상으로 구획하고, 개구부(120)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(150)도 하나 혹은 복수로 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 다양한 형태의 개구부를 예시한 도면이다. 도 9의 (a)에 예시된 바와 같이, 개구부(120)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(120)는 복수일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 망 층을 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 바이오센서(1)는 개구부(120)를 덮는 복수의 홀들을 구비한 망(160)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 망(160)은 그물망(mesh)일 수 있다. 이 망(160)은 친수성 또는 소수성 성질을 가질 수 있다. 이러한 망(160)의 역할은 개구부(120)를 통해 직접 시료를 떨어뜨릴 때 유체 채널(130) 내의 과도한 압력을 방지하기 위함이다. 개구부(120)를 통해 유체 채널(130)에 직접 시료를 떨어뜨리면 이미 유입되어 있는 시료에 압력을 가하게 되며, 이 압력으로 인해 용액의 이동 또는 요동이 발생할 수 있기 때문이다. 그리고 개구부(120)를 덮는 그물망(160)을 두고 이 그물망(160) 위로 시료를 공급하면, 그물망(160)의 버블 포인트(bubble point)에 의해 유체 채널(130) 내부로의 공기 유입(air bubble)을 차단할 수 있다. 그러나 그물망(160)이 없는 경우 스트립을 기울이는 등에 의해 발생하는 중력에 의해 개구부(120)에 유입된 시료가 제 1 유체 채널(131) 또는 제 2 유체 채널(132)로 이동할 수 있게 된다. 그러나 그물망(160)이 있으면 버블 포인트에 의해 이러한 이동이 차단된다. 즉, 밸브 역할을 하는 것이다. 또한 그물망(160) 자체 또는 그물망(160)과 상부 플레이트(100) 사이의 갭(gap)으로 과량의 시료가 모세관 현상에 의해 흡입되므로, 개구부(120)를 통한 과량의 용액이 공급되는 것이 방지될 수 있다. 한편, 도 9의 (b) 혹은 (c)에 예시된 바와 같은 개구부(120)를 구성하는 복수의 홀들은 상술한 망(160)의 역할을 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다. 도 11에 예시된 바와 같이, 바이오센서(1)는 주입구(150)를 더 포함할 수 있다. 예시된 주입구(150)는 수직 방향으로 상부 플레이트(100)를 관통하여 제 2 유체 채널(132)의 일단과 연결되며, 직하 방향으로 시료를 주입시킨다. 이 같이 형성된 주입구(150)는 직하 방향으로 주입되는 시료에 의해 발생하는 압력에 의해 개구부(120)를 주입된 시료로 메울 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구를 갖는 바이오센서에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다. 우선, 제 1 유체 채널 끝을 통해 제 1 시료가 주입된다. 주입된 제 1 시료(11)는 제 1 유체 채널(131)을 따라 진행하며, 개구부(120)에 의해 진행을 멈춰 도 12의 (a)와 같이 제 1 유체 채널(131)만을 모두 채운다. 다음으로, 제 2 시료(12)가 주입구(150)로 주입된다. 주입구(150)로 주입된 제 2 시료(12)는 제 2 유체 채널(132)로 유입되어 도 13의 (b)와 같이 제 2 유체 채널(132)을 채운다. 그리고 주입구(150)에 존재하는 제 2 시료(12)의 압력에 의해 도 12의 (c)와 같이 개구부(120)가 제 2 시료(12)로 채워지며, 이에 따라 제 2 시료(12)와 제 1 시료(11)가 연결된다. 따라서 자성입자는 제 1 시료(11)에서 제 2 시료(12)로 이동 가능하게 된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서를 나타낸 도면이다. 도 13에 예시된 바와 같이, 바이오센서(1)는 주입구(150)와 압력 발생부(170)를 더 포함할 수 있다. 주입구(150)는 수직 방향으로 상부 플레이트(100)를 관통하여 제 2 유체 채널(132)과 연결되며, 직하 방향으로 시료를 주입시킨다. 그리고 압력 발생부(170)는 제 2 유체 채널(132)에 주입된 시료로 압력을 발생시키는데, 외부에서 가해진 힘에 의해 압력을 발생시킬 수 있다. 이러한 압력 발생부(170)는 제 2 유체 채널(132)과 반대 방향에 위치하여 주입구(150)와 연결될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입구 및 압력 발생부를 갖는 바이오센서에서의 샘플 주입 상태를 나타낸 도면이다. 우선, 제 1 유체 채널 끝(131-1)을 통해 제 1 시료(11)가 주입된다. 주입된 제 1 시료(11)는 제 1 유체 채널(131)을 진행하며, 개구부(120)에 의해 진행을 멈춰 도 14의 (a)와 같이 제 1 유체 채널(131)만을 모두 채운다. 다음으로, 제 2 시료(12)가 주입구(150)로 주입된다. 주입구(150)로 주입된 제 2 시료(12)는 제 2 유체 채널(132)로 유입되어 도 14의 (b)와 같이 제 2 유체 채널(132)을 채운다. 이 상태에서, 압력 발생부(170)는 압력을 발생시켜 개구부(120)를 제 2 시료(12)로 채운다. 이에 의해, 제 2 시료(12)와 제 1 시료(11)가 연결된다. 따라서 자성입자는 제 1 시료(11)에서 제 2 시료(12)로 이동 가능하게 된다.
도 15는 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 periodate)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.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기를 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 바이오 측정기(2)는 트레이 모듈(200)과 제어 모듈(210)을 포함한다. 트레이 모듈(200)에는 바이오센서(1)가 장착될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 트레이 모듈(200)은 전진/후진 방향으로 이동이 가능하다. 제어 모듈(210)은 기본적으로 트레이 모듈(200)에 장착된 바이오센서(1)를 이용하여 생체 측정을 수행할 수 있으며, 생체 측정 방식은 잘 알려진 바와 같다. 나아가 제어 모듈(210)은 트레이 모듈(200)에 장착된 바이오센서(1)의 유체 채널(130)에 존재하는 자성입자(10)의 위치 이동을 3차원적으로 제어할 수 있다.
자성입자(10)의 위치 이동을 3차원적으로 제어하기 위해, 바이오 측정기(2)는 자기력 발생부(220)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 자기력 발생부(220)는 제 1 자기력 발생부(221)와 제 2 자기력 발생부(222)를 포함할 수 있다. 제 1 자기력 발생부(221)는 트레이 모듈(200)의 상부에 위치하여 바이오센서(1)의 상측에서 자기력을 발생시킬 수 있으며, 제 2 자기력 발생부(222)는 트레이 모듈(200)의 하부에 위치하여 바이오센서(1)의 하측에서 자기력을 발생시킬 수 있다. 일 실시예에 있어, 제 1 자기력 발생부(221)와 제 2 자기력 발생부(222)는 좌우 이동 또는 회전 가능하다.
제어 모듈(210)은 트레이 모듈(200)의 이동을 제어할 수 있는데, 예를 들어 트레이 모듈(200)을 소정의 범위 내에서 전진 혹은 후진시킬 수 있다. 또한 제어 모듈(210)은 제 1 자기력 발생부(221)와 제 2 자기력 발생부(222)의 이동을 각각 제어할 수 있는데, 예를 들어 제 1 자기력 발생부(221)와 제 2 자기력 발생부(222) 각각을 소정의 범위 내에서 좌우 이동시킬 수 있다. 혹은 회전시킬 수 있다. 이 같이, 제어 모듈(210)은 트레이 모듈(200)과 제 1 자기력 발생부(221) 및 제 2 자기력 발생부(222)를 제어함으로써 자성입자(10)를 3차원적으로 위치 이동시킬 수 있다.
나아가 트레이 모듈(200)은 열 발생 소자(230)를 포함할 수 있다. 이 열 발생 소자(230)는 열을 발생시켜 트레이 모듈(200)에 장착된 바이오센서(1)의 온도를 조절하기 위한 구성으로서, 트레이 모듈(200)에 장착된 바이오센서(1)의 하측에 마련되어 열을 발생시킬 수 있다. 그리고 제어 모듈(210)은 열 발생 소자(230)를 제어함으로써 바이오센서(1)에서 일어나는 면역반응, 효소반응, 화학반응 등의 반응온도를 조절할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기의 기본 구조 예시도이다.
도 17의 (a)에 예시된 바와 같이, 바이오 측정기(2)는 트레이 모듈(200)과 상부 이동판(221a) 및 하부 이동판(222a)을 포함할 수 있으며, 상부 이동판(221a)과 하부 이동판(222a) 각각은 소정 위치에 자석(20)을 구비할 수 있다. 여기서 상부 이동판(221a)은 제 1 자기력 발생부(221)의 예이며, 하부 이동판(222a)은 제 2 자기력 발생부(222)의 예이다. 도 17의 (a)에서 트레이 모듈(200)은 제어 모듈(210)의 제어에 의해 전후로 이동 가능하며, 상부 이동판(221a)과 하부 이동판(222a)은 각각 별도의 제어에 의해 좌우로 이동 가능하다. 그리고 도 17의 (b)에 예시된 바와 같이, 바이오 측정기(2)는 트레이 모듈(200)과 상부 회전판(221b) 및 하부 회전판(222b)을 포함할 수 있으며, 상부 회전판(221b)과 하부 회전판(222b) 각각은 소정 위치에 자석(20)을 구비할 수 있다. 여기서 상부 회전판(221b)은 제 1 자기력 발생부(221)의 예이며, 하부 회전판(222b)은 제 2 자기력 발생부(222)의 예이다. 도 17의 (b)에서 트레이 모듈(200)은 제어에 의해 전후로 이동 가능하며, 상부 회전판(221a)과 하부 회전판(222a)은 각각 별도의 제어에 의해 회전 가능하다. 도 17의 (a), (b)에 예시된 바와 같은 이동/회전에 의해 트레이 모듈(200)에 장착되는 바이오센서(1)의 자성입자(10)는 유체 채널(130) 내에서 3차원적으로 위치 이동될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기를 나타낸 사시도이며, 도 19는 도 18에 도시된 바이오 측정기의 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 바이오 측정기(2)는 상부 커버(240)와 하부 커버(250)를 포함할 수 있으며, 바이오센서(1)가 장착되는 트레이 모듈(200)과 트레이 브라켓(260) 및 트레이 이동 모터(270)를 포함할 수 있다. 트레이 모듈(200)은 트레이 브라켓(260)에 장착되며, 트레이 브라켓(260)에 고정되어 있을 수 있는 트레이 이동 모터(270)와 연결되어 전후로 이동될 수 있다. 예시된 바와 같이, 트레이 모듈(200)은 트레이 이동 모터(270)에 일체로 형성된 스크류와 물리적으로 연결되어 전후로 직선 운동을 할 수 있다. 트레이 모듈(200)의 전후 이동을 위해, 트레이 브라켓(260)에는 가이드가 마련될 수 있다.
또한 바이오 측정기(2)는 상측 마그네틱 홀더(221-1)와 상측 홀더 이동 모터(221-2)를 더 포함할 수 있으며, 하측 마그네틱 홀더(222-1)와 하측 홀더 이동 모터(222-2)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상측 마그네틱 홀더(221-1)와 상측 홀더 이동 모터(221-2)는 제 1 자기력 발생부(221)를 구성하며, 하측 마그네틱 홀더(222-1)와 하측 홀더 이동 모터(222-2)는 제 2 자기력 발생부(222)를 구성하는 것일 수 있다. 상측 마그네틱 홀더(221-1)와 하측 마그네틱 홀더(222-1)에는 자석(20)이 장착되는데, 상측 마그네틱 홀더(221-1)에 장착되는 자석(20)은 상부 자석(21)으로 그리고 하측 마그네틱 홀더(222-1)에 장착되는 자석(20)은 하부 자석(22)으로 구분할 수 있다. 그리고 상측 마그네틱 홀더(221-1)는 상측 홀더 이동 모터(221-2)와 물리적으로 연결되어 트레이 모듈(200)의 상측에서 좌우로 이동할 수 있으며, 하측 마그네틱 홀더(222-1)는 하측 홀더 이동 모터(222-2)와 물리적으로 연결되어 트레이 모듈(200)의 하측에서 좌우로 이동할 수 있다. 상측 마그네틱 홀더(221-1)와 하측 마그네틱 홀더(222-1)의 좌우 이동을 위해, 상부 커버(240)와 하부 커버(250)에는 가이드가 마련될 수 있다. 그리고 일 실시예에 있어서, 상측 홀더 이동 모터(221-2)와 하측 홀더 이동 모터(222-2) 및 트레이 이동 모터(270)는 모두 회전 운동을 직선 운동으로 바꿔주는 것일 수 있다.
한편, 제어 모듈(210)은 메인 PCB(280)에 구성될 수 있다. 메인 PCB(280)는 상측 홀더 이동 모터(221-2) 및 하측 홀더 이동 모터(222-2)와 커넥터를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 메인 PCB(280)에 구성된 제어 모듈(210)은 상측 홀더 이동 모터(221-2)와 하측 홀더 이동 모터(222-2)로 제어신호를 전달하여 모터를 구동시킴으로써 상측 마그네틱 홀더(221-1)와 하측 마그네틱 홀더(222-1)를 좌우로 이동시킬 수 있다. 또한 메인 PCB(280)는 트레이 이동 모터(270)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 메인 PCB(280)에 구성된 제어 모듈(210)은 트레이 이동 모터(270)로 제어신호를 전달하여 모터를 구동시킴으로써 트레이 모듈(200)을 전후로 이동시킬 수 있다. 이 같이, 제어 모듈(210)은 트레이 모듈(200)과 상측 홀더 이동 모터(221-2) 및 하측 홀더 이동 모터(222-2)를 제어하여 자성입자를 XYZ축 방향으로 이동시킬 수 있다.
그리고 트레이 모듈(200)은 트레이 PCB(201)를 더 포함할 수 있으며, 커넥터와 FPCB(202)를 통해 메인 PCB(280)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 트레이 PCB(201)는 바이오센서(1)에 구성된 전극 단자들과 접촉되어 전극 신호를 메인 PCB(280)로 전달할 수 있다. 또한, 도시되어 있지는 않으나, 트레이 모듈(200)은 전도체와 열 발생 소자(230)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전도체의 상부에는 바이오센서가 위치하며, 전도체의 하부에는 열 발생 소자(230)가 위치할 수 있다. 열 발생 소자(230)가 발생시킨 열은 전도체를 통해 바이오센서(1)로 전달되며, 이에 따라 바이오센서(1)의 온도가 조절될 수 있다. 그리고 온도 조절을 위해, 제어 모듈(210)은 트레이 PCB(201)로 온도 조절을 위한 제어신호를 출력할 수 있으며, 트레이 PCB(201)는 온도 조절용 제어신호를 입력받아 서미스터를 제어할 수 있다.
도 20a와 도 20b 및 도 20c는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정기의 제어에 의한 바이오센서의 자성입자 이동을 나타낸 도면이다.
도 20a의 (a)와 같이 트레이 모듈(200)에 바이오센서(1)가 장착된 상태에서, 도 20a의 (b)와 같이 상측 마그네틱 홀더(221-1)를 이동시키면, 자성입자(10)는 유체 채널(130) 내에서 상부 자석(21)의 자기력에 의해 위치 이동한다. 그 다음, 도 20a의 (c)와 같이 상측 마그네틱 홀더(221-1)를 원위치시키고, 트레이 모듈(200)을 아래 방향으로 이동시키며, 하측 마그네틱 홀더(222-1)를 트레이 모듈(200)의 하부로 이동시키면, 자성입자(10)는 하부 자석(22)의 자기력에 의해 위치 이동한다. 이에 따라 자성입자(10)가 도 20a의 (c)와 같이 유체 채널(130) 내에서 위치 이동하면, 하측 마그네틱 홀더(222-1)를 다시 원위치시키고 이에 의해 자성입자(10)는 도 20b의 (d)와 같이 위치 이동하게 된다.
그 다음, 상측 마그네틱 홀더(221-1)를 트레이 모듈(200)의 상부로 위치 이동시키면 자성입자(10)는 도 20b의 (e)와 같이 위치 이동하며, 상측 마그네틱 홀더(221-1)의 위치를 트레이 모듈(200)의 상부에 둔 상태에서 도 20b의 (f)에서와 같이 트레이 모듈(200)을 전진시킨다. 이에 따라 자성입자(10)는 상부 자석(21)의 자기력에 의해 도 20b의 (f)에서와 같이 위치 이동한다. 다음으로, 도 20c의 (g)와 같이 상측 마그네틱 홀더(221-1)를 원위치시키고 하측 마그네틱 홀더(222-1)를 트레이 모듈(200)의 하부로 이동시키면, 자성입자(10)는 하부 자석(22)의 자기력에 의해 위치 이동한다. 자성입자(10)가 도 20c의 (g)와 같이 위치 이동되면, 도 20c의 (g)와 같이 하측 마그네틱 홀더(222-1)를 원위치시킨다. 이상과 같은 방식을 통해, 자성입자(10)는 유체 채널 내에서 XYZ축 방향으로 자유롭게 이동될 수 있다.
도 21은 본 발명에 따른 3차원적인 자성입자 이동에 대한 이해 편의를 위한 예시도이다.
트레이 모듈(200)에 바이오센서(1)가 장착된 상태에서 바이오센서(1)의 유체 채널(130)을 도시한 것으로, 도 21의 (a)는 하부 회전판(222a)의 하부 자석(22)이 왼쪽에 위치해 있으면, 자성입자(10)는 유체 채널(130)의 왼쪽 바닥에 위치됨을 나타낸다. 도 21의 (b)는 하부 회전판(222a)의 회전에 의해 하부 자석(22)이 바이오센서(1)에 자기력을 미치지 못할 만큼 멀어지고, 상부 회전판(221a)이 회전하여 상부 자석(21)이 바이오센서(1)에 접근하면, 상부 자석(21)의 자기력에 의해 자성입자(10)는 유체 채널의 오른쪽 상부로 위치 이동함을 나타낸다(자성입자의 Z축 이동). 도 21의 (c)는 하부 회전판(222a)이 회전하여 하부 자석(22)이 유체 채널(130)의 오른쪽 하부에 위치하면, 자성입자(10)는 유체 채널(130)의 바닥을 통해 오른쪽 바닥으로 위치 이동함을 나타낸다(자성입자의 X축 이동). 도 21의 (d)는 트레이 모듈(200)이 전진한 상태에서 상부 회전판(221a)의 상부 자석(21)이 유체 채널(130)의 오른쪽 상단에 위치하면, 자성입자(10)는 유체 채널(130)의 오른쪽 상단으로 위치 이동함을 나타낸다(자성입자의 XYZ축 이동). 도 21의 (e)는 트레이 모듈(200)이 전진한 상태에서 하부 회전판(222a)의 하부 자석(22)이 유체 채널(130)의 오른쪽 하단에 위치하면, 자성입자(10)는 유체 채널(130)의 오른쪽 하단으로 위치 이동함을 나타낸다(자성입자의 XY축 이동).
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.
1 : 바이오센서
100 : 상부 플레이트 110 : 하부 플레이트
120 : 개구부 130 : 유체 채널
140 : 부가 플레이트 150 : 주입구
160 : 망 170 : 압력 발생부
2 : 바이오 측정기
200 : 트레이 모듈 210 : 제어 모듈
220 : 자기력 발생부 221 : 제 1 자기력 발생부
222 : 제 2 자기력 발생부 230 : 열 발생 소자

Claims (23)

  1. 삭제
  2. 상호 결합에 의해 유체 채널을 형성하는 하부 플레이트와 상부 플레이트, 및 유체 채널의 일부를 상부로 개방시켜 서로 다른 시료로 채워지는 둘 이상의 채널로 구획하는 개구부를 포함하는 바이오센서; 및
    바이오센서가 장착되며, 장착된 바이오센서의 유체 채널에 구성된 자성입자의 위치를 3차원적으로 제어하는 바이오 측정기;를 포함하되,
    바이오센서의 구획된 채널에 존재하는 물질은 자성입자에 의해, 시료로 채워진 개구부를 통해 이동되는 바이오 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    구획된 적어도 하나의 채널은 개구부를 통해 주입되는 시료로 채워지는 바이오 측정 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    개구부는 복수인 바이오 측정 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 바이오센서는 :
    다층 형태의 채널 형성을 위해, 상부 플레이트 상에 개구부와 대응되게 일부가 개방된 한 층 이상의 부가 플레이트;
    를 더 포함하는 바이오 측정 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    채널 형태는 다층 계단식 구조인 바이오 측정 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    복수의 홀들을 구비하며 개구부를 덮는 망;
    을 더 포함하는 바이오 측정 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    개구부는 복수의 홀들로 이루어지는 바이오 측정 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서, 바이오센서는 :
    상부 플레이트를 관통하여 구획된 채널의 일단과 연결되며, 직하 방향으로 샘플을 주입시켜 발생하는 압력에 의해 개구부를 주입된 시료로 채우는 주입구;
    를 더 포함하는 바이오 측정 시스템.
  10. 제 2 항에 있어서, 바이오센서는 :
    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 바이오 측정 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    압력 발생부는 외부에서 가해진 힘에 의해 압력을 발생시키는 바이오 측정 시스템.
  12. 제 2 항에 있어서,
    자성입자에는 시료에 존재하는 분석물질과 결합하는 물질이 고정화되어 있는 바이오 측정 시스템.
  13. 제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 바이오 측정기는 :
    바이오센서가 장착되는 트레이 모듈; 및
    트레이 모듈에 장착된 바이오센서의 자성입자 위치 제어를 위한 자기력을 발생시키는 자기력 발생부;
    를 포함하는 바이오 측정 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 자기력 발생부는 :
    바이오센서의 상부에 구비되는 제 1 자기력 발생부; 및
    바이오센서의 하부에 구비되는 제 2 자기력 발생부;
    를 포함하는 바이오 측정 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제 1 자기력 발생부 및 제 2 자기력 발생부는 좌우 이동 또는 회전 가능한 바이오 측정 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    트레이 모듈은 전후 이동 가능한 바이오 측정 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 트레이 모듈은 :
    바이오센서의 온도 제어를 위해 열을 발생시키는 열 발생 소자;
    를 포함하는 바이오 측정 시스템.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 바이오센서가 장착되는 트레이 모듈;
    바이오센서의 유체 채널에 구성된 자성입자의 위치 제어를 위한 자기력을 발생시키는 자기력 발생부; 및
    트레이 모듈과 자기력 발생부를 제어하여 자성입자의 위치를 3차원적으로 제어하는 제어 모듈;을 포함하되,
    자기력 발생부는 트레이 모듈의 상부에 구비되는 제 1 자기력 발생부와 트레이 모듈의 하부에 구비되는 제 2 자기력 발생부를 포함하는 바이오 측정기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    제 1 자기력 발생부 및 제 2 자기력 발생부는 제어 모듈의 제어에 의해 좌우 이동 또는 회전되는 바이오 측정기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    트레이 모듈은 제어 모듈의 제어에 의해 전후 이동되는 바이오 측정기.
  23. 삭제
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