KR101619109B1 - 바이오센서 전극 스트립 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오센서 전극 스트립에 관한 것으로 연성소재의 기재; 상기 기재상에 형성되며 도전성 패턴이 형성된 도금방지층; 상기 도금방지층 상에 형성되며 도금 패턴이 형성된 절연층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 바이오센서 스트립은 연성소재의 기재 상에 패턴이 형성된 도금방지층을 인쇄하는 단계; 상기 도금방지층에 형성된 패턴에 도전성 패턴을 인쇄하는 단계; 상기 도금방지층 상에 패턴이 형성된 절연층을 인쇄하는 단계; 상기 절연층에 형성된 패턴에 도금 패턴을 형성하는 단계;를 포함하여 제조된다.

Description

바이오센서 전극 스트립 및 이의 제조방법{Biosensor Electrode Strip and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 바이오센서 전극 스트립 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연성소재에 직접 도금에 의하여 전도성 박막을 형성하여 구성되는 바이오센서 전극 스트립 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 의약 분야에서 혈액을 포함한 생체 시료를 분석하기 위하여 전기화학적 바이오센서를 사용하고 있다. 특히, 효소를 이용한 전기바이오센서는 적용이 간편하고 측정 감도가 우수하며 신속히 결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
예를 들어, 혈당 측정용 바이오센서의 경우, 소정의 전극을 형성한 후 상기 전극의 일부에 분석시약인 혈당산화효소를 고정하여 반응층을 형성하고, 혈액 샘플이 상기 반응층에 도입되면 혈액중의 혈당이 혈당산화효소에 의하여 산화되고, 혈당산화효소는 환원되는 원리를 이용한다. 이 경우, 혈액샘플 내의 글루코스 농도는 전자수용체가 산화되는 과정에서 발생하는 전류량에 비례하므로, 상기 전류량을 측정함으로써 혈당 농도를 측정할 수 있게 된다.
이러한 전기화학적 바이오센서를 이용하면 혈액 내의 글루코스 뿐만 아니라, 요산, 단백질을 측정할 수 있고, 나아가 DNA 및 간기능 검사에서의 GOT(Glutamate-Oxaloacetate Transminase) 또는 GPT(Glutamate-Pyruvate Transaminase)의 효소활성도 측정할 수 있다.
상기 바이오센서는 측정대상을 식별하는 식별부와 전기신호로 변환하는 변환부로 이루어진다. 식별부에서 생체물질이 측정대상을 인식하면 화학변화나 물리변화가 발생하는데 이러한 변화를 전기신호로 변환하는 기구를 변환부라 하며, 이를 바이오센서 전극 스트립이라고 한다.
이러한 바이오센서 전극 스트립은 다양한 방법으로 제조된다. 실크 프린팅 방식은 백금, 카본 또는 은/염화은 잉크를 이용하여 인쇄하는데 공정비용이 저렴하나 저항편차의 조절이 어려워 재현성이 떨어진다.
이러한 문제를 감안하여 패터닝된 마스크와 귀금속을 이용하는 진공증착 및 스퍼터링 방식으로 바이오센서 전극 스트립을 제조할 수도 있다. 이러한 예로는 대한민국 등록특허공보 10-0340174호에 개시된 전기화학적 바이오센서의 제조방법이 있는데, 패터닝된 마스크를 기판에 배치한 후 귀금속을 이용한 진공증착 또는 스퍼터링을 실행하여 전극 패턴을 형성한다. 그러나 이러한 공정은 귀금속을 사용하여 비용이 많이 들고, 귀금속의 회수에 어려움이 있다. 또한, 마스크를 사용하여 스퍼터링하므로 시트 타입으로 작업해야 하고 스퍼터링 시간도 많이 걸려 생산효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 종래의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)의 제조에 사용되던 금속 패터닝 기술을 적용하여 바이오센서 전극 스트립을 제조하는 방법도 있다. 이러한 예로는 대한민국 등록특허공보 10-0385832호에 개시된 바이오센서 테스트 스트립의 제조방법이 있는데, PCB 제조에 사용되는 구리를 이용하여 전극을 제조할 경우, 불규칙적이고 덩어리진 표면을 발생시켜 구리의 하부층으로 시료가 유입되어 측정값을 교란시키는 전기적 신호를 발생하는 문제가 있다.
따라서 대한민국 공개특허공보 10-2012-0049723호에서는 구리 대신에 카본층 위에 티타늄을 포함하는 금속층을 형성하여 전도층으로 함으로써 전기화학적 바이오센서 전극 스트립을 제조하고 있다. 그러나 탄소 잉크를 사용하기 때문에 구리를 이용한 전극에 비해 그 효율이 떨어지며, 레이저 식각을 하기 때문에 PCB에 적용되는 패터닝 공정보다 공정 효율이 떨어지는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2012-0049723호 대한민국 등록특허공보 10-0385832호 대한민국 등록특허공보 10-0340174호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인쇄전자기법으로 도금방지층을 형성한 후 직접 도금에 의해 전도성 박막을 형성함으로써 공정 효율이 높고 대량생산이 가능하며 불량률이 매우 낮은 바이오센서 전극 스트립 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이오센서 스트립은 연성소재의 기재; 상기 기재상에 형성되며 도전성 패턴이 형성된 도금방지층; 상기 도금방지층 상에 형성되며 도금 패턴이 형성된 절연층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 바이오센서 스트립은 접착층, 시드레이어, 또는 프라이머층을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연성소재는 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 내열성 에폭시, 초산비닐수지, 부틸고무수지, 폴리아릴레이트, 열가소성 폴리우레탄 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 도전성 패턴 및 상기 도금 패턴은 은, 구리, 금, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 납, 주석 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전성 패턴은 0.1 내지 1㎛의 층두께를 가지며, 상기 도금 패턴은 0.01 내지 0.1㎛의 층두께를 가질 수 있다.
본 발명의 바이오센서 스트립을 제조하는 방법은 연성소재의 기재 상에 패턴이 형성된 도금방지층을 인쇄하는 단계; 상기 도금방지층에 형성된 패턴에 도전성 패턴을 인쇄하는 단계; 상기 도금방지층 상에 패턴이 형성된 절연층을 인쇄하는 단계; 상기 절연층에 형성된 패턴에 도금 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 도전성 패턴을 인쇄하는 단계는 무전해 도금에 의해 인쇄하며, 접착층, 시드레이어, 또는 프라이머층을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도금 패턴은 상기 도전성 패턴층의 전부 또는 일부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 바이오센서 전극 스트립 및 이의 제조방법에 의하면, 도금방지층을 형성한 후 직접 도금에 의해 전도성 박막을 형성하기 때문에 공정 효율이 높고 대량생산이 가능하며 제품 불량률이 매우 낮은 효과를 나타낸다. 또한, 구리, 크롬, 니켈과 같은 전도성이 높은 금속을 균일하게 패터닝할 수 있으므로 바이오센서의 감도, 측정속도, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바이오센서 전극 스트립의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 통상의 연성동막 적층필름과 본 발명의 직접 도금에 의한 필름의 적층구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 다양한 공정조건에 따른 도금 패턴 형성을 나타낸 실험사진이다.
도 4는 어닐링에 따른 도금 패턴 형성을 나타낸 실험사진이다.
도 5는 도금방지층의 인쇄에 따라 형성된 패턴의 전자현미경 사진이다.
도 6은 도금방지층에 형성된 패턴의 (a)14배 배율 및 (b)47배 배율의 전자현미경 사진이다.
도 7은 무전해 도금 전(a) 및 도금 후(b)의 전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 바이오센서 전극 스트립의 사진이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기화학적 바이오센서 전극 스트립 및 그 제조방법을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 바이오센서 전극 스트립의 적층구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 상기 적층구조는 연성소재의 기재(100); 상기 기재(100) 상에 형성되며 도전성 패턴(250)이 형성된 도금방지층(200); 상기 도금방지층(200) 상에 형성되며 도금 패턴(350)이 형성된 절연층(300)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 적층구조를 가지는 본 발명의 바이오센서 스트립은 연성소재의 기재(100) 상에 패턴(250)이 형성된 도금방지층(200)을 인쇄하는 단계; 상기 도금방지층(200)에 형성된 패턴에 도전성 패턴층(250)을 인쇄하는 단계; 상기 도금방지층(200) 상에 패턴이 형성된 절연층(300)을 인쇄하는 단계; 상기 절연층(300)에 형성된 패턴에 도금 패턴(350)을 형성하는 단계;를 포함하여 제조된다.
일반적으로 도금에 의해 적층필름을 제조할 때 주로 폴리이미드로 이루어지는 베이스 기재상에 ① 접착층을 형성한 후 동박 포일을 부착하는 방법, ② 구리와의 밀착력 확보를 위하여 니켈 등의 시드레이어를 스퍼터링, 증착, 도금에 의하여 형성한 후 도금하여 막을 형성하는 방법, ③ 시드레이어를 무전해화학동으로 처리한 후, 전기 동도금을 추가하는 방법 등이 활용되고 있으며, 완성된 연성동장적층필름은 회로 배선이 형성된 이후 IC칩 등의 전자소자들을 실장하거나, LCD 패널과 PCB 기판을 상호 접속시키는 등의 역할을 하게 된다.
따라서, 종래의 적층필름은 베이스 필름 위에 Ni-Cr 합금과 같은 이종금속으로 이루어진 시드레이어층, 구리 스퍼터링층, 구리 도금층이 순차적으로 라미네이팅(laminating)된 구조를 갖는다.
이러한 공정에서는 베이스 필름 표면의 이물질을 제거하고 표면에 양전하를 흡착시켜 이후 시드층의 부착을 용이하게 하는 탈지공정과, 베이스 필름 표면의 밀착력을 향상시키기 위해 표면을 처리하는 공정을 수행하게 된다.
상기 탈지공정은 일반적으로 유기용제 등과 같은 탈지약품이 들어있는 탈지조에 베이스 필름을 침지시키는 방식으로 진행되고, 탈지가 불충분할 경우 밀착불량, 광택불량, 거친도금, 부풀어 오름 등의 불량의 원인이 되며, 표면처리는 구체적으로 코로나(corona)방전 또는 플라즈마로 표면을 처리하는 화학적 방법과 에폭시, 아크릴, 우레탄 프라이머의 바코터 코팅 또는 인쇄를 통한 물리적 방법이 사용되고 있으며, 역시 도금층의 밀착력에 영향을 미치게 된다.
이러한 종래기술의 도금을 통한 적층 방법은 바이오센서 전극 스트립에 적용하기에는 공정상 문제가 많으므로, 본 발명에서는 접착층, 시드레이어, 또는 프라이머층을 형성하지 않고 직접 도전성 패턴을 도금하여 형성함으로써 공정을 간소화하면서도 우수한 물성을 확보할 수 있게 된다.
따라서 종래의 도금을 통한 적층 구조와 본 발명의 바이오센서 전극 스트립의 적층구조를 개념적으로 설명하면 도 2와 같다. 도 2를 참조하면, 종래의 도전성 도금 기판에서 연성 기재 상에 접착층이 형성되고 그 위에 도전성 패턴의 도금층이 형성되는 적층 구조를 가지나(도 2(a)), 본 발명에서는 연성 기재 상에 직접 무전해 도금을 통해 도전성 패턴의 도금층을 형성할 수 있게 된다(도 2(b)).
본 발명의 바이오센서 전극 스트립을 형성하는 연성소재의 기재는 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 내열성 에폭시, 초산비닐수지, 부틸고무수지, 폴리아릴레이트, 열가소성 폴리우레탄 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 일반적으로 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 연성소재의 기재상에는 도금방지층이 형성되는데, 상기 도금방지층에는 도전성 패턴이 도금처리에 의해 형성된다. 상기 도금방지층은 도금방지잉크를 도포함으로써 형성되는데, 상기 도금방지잉크는 스크린 인쇄에 의해 인쇄할 경우 해상도가 50㎛ 이상이어야 하며, 인쇄 표면에 대한 완전한 도금방지 기능이 확보되어야 하며, 연성소재의 기재에 대하여 1000g 이상의 밀착력을 확보하는 특성을 가지는 것을 사용해야 한다. 즉, 본 발명에서는 도금방지층 상에는 도전성 도금층이 형성되지 않으며, 도금방지층에 형성된 패턴에만 도전성 도금층이 형성되므로, 결과적으로 도전성 패턴이 형성된 도금방지층이 형성되게 된다.
이러한 도금방지잉크로는 열경화형 잉크를 사용하며, 적외선 조사 및 열풍에 의해 건조를 촉진한다.
이러한 열경화형 잉크로는 필러블 잉크(peelable ink), 열풍건조형 잉크 중 어느 하나 또는 이를 배합한 잉크를 들 수 있다.
상기 필러블 잉크는 에폭시 수지 계열의 액상 잉크로서, 스크린 인쇄를 통하여 패턴을 형성하며, 도금시 도금액에는 반응하지 않는 내약품성을 가지며, 도금 완료 후에는 인쇄된 패턴이 박리되는 특성을 나타내는 것이다.
또한, 상기 열풍건조형 잉크는 적외선 조사에 의해 건조가 촉진되는 잉크로서, 적외선 흡수가 큰 로진계 수지, 산화중합이 빠른 이중 결합을 많이 가진 건성유, 끓는점이 상대적으로 낮고 침투속도가 빠른 저분자 용제를 주성분으로 이루어진 것이다.
본 발명에서 상기 도금방지잉크는 액상의 잉크를 인쇄 형상에 맞게 연성소재의 기재 위에 도포하고 스퀴지가 이동하며 압력을 가함으로써 인쇄된다. 또한, 도전성 패턴이 형성될 부분을 제외하고 도포함으로써 이어지는 도금 공정에서 도전성 패턴을 형성할 수 있게 된다.
상기 도금 공정은 무전해 도금을 통해 수행된다. 무전해 도금은 전이금속염, 환원제, 착화제 등을 포함하는 롯셀염 타입의 도금액이 들어 있는 도금조에 담가 필요한 두께의 무전해 도금층이 도금방지잉크가 도포된 부분을 제외한 연성기판의 표면에 형성되도록 10분 내지 60분 간 도금을 진행함으로써 수행하게 된다. 즉, 금속이온이 포함된 화합물과 환원제가 혼합된 도금액을 사용하여 연성기판의 표면에 금속을 환원 석출시키는 것으로 금속이온을 환원제에 의하여 환원시킴으로써 진행할 수 있다.
이러한 금속이온의 환원은 아래와 같은 메커니즘에 의해 진행된다.
금속이온 + 2HCHO + 4OH- → 금속(O) + 2HCOO- + H2 + 2H2O
이때, 무전해 도금에 사용할 수 있는 금속으로는 은, 구리, 금, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 납, 주석 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나가 될 수 있는데, 본 발명의 바이오센서 전극 스트립의 특성을 고려하여 구리, 니켈, 크롬, 금 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무전해 도금에 사용되는 도금액은 도금하고자 하는 금속의 염 및 환원제 등을 포함하는 것일 수 있으며, 이때 환원제는 포름알데히드, 히드라진 또는 그 염, 황산 코발트(Ⅱ), 포르말린, 글루코오스, 글리옥실산, 히드록시알킬술폰산 또는 그 염, 하이포 포스포러스산 또는 그 염, 수소화붕소화합물, 디알킬아민보란 등이 있으며, 이 이외에도 금속의 종류에 따라 다양한 환원제가 사용될 수 있다.
나아가, 상기의 무전해 도금액은 금속이온을 생성하는 금속염, 금속이온과 리간드를 형성함으로써 금속이 액상에서 환원되어 용액이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위한 착화제 및 상기 환원제가 산화되도록 무전해 도금액을 적당한 pH로 유지시키는 pH 조절제를 포함할 수 있다.
예를 들어, 구리 도금층을 형성하고자 하는 경우에는, 황산구리, 포르말린, 수산화나트륨, EDTA(Ethylene Diamin Tera Acetic Acid) 및 촉진제로서 2.2-비피래딜을 첨가한 수용액을 이용하여 무전해 도금층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 도금층의 두께는 0.1 내지 1㎛이며, 바람직하게는 0.2 내지 0.5㎛로 형성할 수 있고, 상기 무전해 도금은 일반적인 수평, 수직의 판넬 도금장치와 롤투롤, 바렐도금장치를 이용할 수 있다. 이러한 도금층을 형성함으로써 1Ω/sq 이하의 면저항을 가지게 되므로 전기적 특성을 충분히 확보할 수 있게 된다.
이러한 공정을 통해 상기 연성소재의 기재상에는 도전성 패턴이 형성된 도금방지층이 형성되게 된다.
도전성 패턴을 구성하는 도전성 금속은 표면이 산화되어 특성이 저하될 수 있으므로, 상기 도금방지층 상에는 절연층을 형성해야 한다. 이때, 상기 절연층에는 도금 패턴이 형성되는데, 상기 도금 패턴은 상기 도전성 패턴의 전부 또는 일부에 형성됨으로써 도전성 패턴의 산화를 방지하고 전기적 특성을 향상시키는 역할을 하게 된다.
상기 도금 패턴을 구성하는 금속은 은, 구리, 금, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 납, 주석 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나가 될 수 있는데, 도전성 패턴을 보호하고 전기적 특성을 향상시키기 위하여, 은, 금, 백금 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 절연층은 절연잉크를 스크린 인쇄에 의해 도금방지층 위에 도포하고 스퀴지가 이동하며 압력을 가함으로써 인쇄된다. 또한, 도전성 패턴에 맞추어 패턴을 형성한 후 이를 제외하고 도포함으로써 이어지는 도금 공정에서 도금 패턴을 형성할 수 있게 된다.
상기 도금 패턴은 0.01 내지 0.1㎛, 바람직하게는 0.03 내지 0.06㎛의 두께를 가질 수 있는데 바이오센서의 전기적 특성을 고려하여 적절히 두께를 조절할 수 있다.
도전성 패턴을 형성하는 최적 조건을 탐색하기 위하여 도금방지잉크의 조성에 대한 다양한 평가를 실시하였다. 도금방지잉크의 테스트를 위해 열경화형 잉크로서 IR T013PJ-3, IR T013PJ-5, IR T013PJ, IR HIE013PJ 등을 사용하였다.
먼저, 도금방지잉크를 도포한 후 무전해 도금을 실시하면 도금층이 생성되지 않는 부분이 발생하며, 이에 따라 선택적 도금의 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
따라서 도금방지잉크의 도포시 표면의 친수성을 향상시키기 위하여 수산화나트륨을 첨가하여 처리하였다.
도 3을 참조하면, 수산화나트륨을 포함하지 않은 도금방지잉크로 도금방지층을 형성하고 무전해 동도금을 실시한 후의 패턴 형성한 경우(도 3(a)) 패턴부의 미도금 현상이 심하게 발생하는 것을 알 수 있다. 이에 대하여 수산화나트륨의 양을 잉크 중량 대비 0.1, 0.5, 3.0중량%(도 3(b)~(d)) 함유하는 경우, 패턴부의 미도금 현상이 개선되는 것을 알 수 있다. 이러한 실험을 통해 잉크 중량 대비 수산화나트륨을 0.3 내지 1.0 중량% 함유할 때 패턴부의 미도금 현상이나 도금 불균일 현상이 대폭 개선되는 것을 확인하였다.
또한, 어닐링이 도금 패턴에 미치는 영향을 관찰한 결과, 어닐링 공정을 수행하지 않은 경우(도 4(a)) 및 어닐링 공정을 수행한 경우(도 4(b))에서 도금 패턴의 불균일성이나 미도금 현상에 차이가 없는 것으로 나타나 어닐링에 의한 영향은 없는 것으로 파악되었다.
그러나 어닐링을 하지 않고 공정을 진행하면 공정 건조에 따라 열변형율이 확인된다. 즉, 어닐링 하지 않은 상태에서 도금하게 되면 도금 패턴에 대한 팽창, 수축 등의 왜곡이 발생하며, 밀착력에도 영향을 줄 수 있다. 따라서 더욱 안정적인 특성을 확보하기 위하여 어닐링 공정을 한 후 도금 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 도금 패턴을 형성하는 도전성 패턴으로 구리 대신 황산구리 및 니켈의 혼합 금속 도금을 실시했을 때에도 구리 도금과 동일한 결과가 얻어져 도금 패턴을 형성하는 도전성 물질의 종류보다는 도금 공정 조건에 의해 패턴의 품질이 결정되는 것을 알 수 있었다.
IR T013PJ를 도금방지잉크로 하여 9.8~10.9㎛의 두께로 도금방지층을 인쇄한 결과를 도 5에 나타내었다. 상기 도 5에서 단자 A 및 B의 인쇄방향 0°및 90°에서 임의의 세 지점을 선택하여 측정한 패턴폭은 표 1과 같다.
1 지점(㎛) 2 지점(㎛) 3 지점(㎛)
인쇄방향
0°
 단자 A 0.231 0.226 0.228
단자 B 0.185 0.166 0.202
폭증감 0.046 0.060 0.026
인쇄방향
90°
 단자 A 0.246 0.248 0.247
단자 B 0.246 0.251 0.255
폭증감 0 -0.003 -0.008
상기 측정결과 본 발명에서 미세 패턴이 형성된 도금방지층은 패턴의 균일성이 매우 높은 것으로 파악되었다. 미세 패턴 단자 A와 B는 인쇄방향 0°에서 약간의 선폭차가 발생했으나, 인쇄방향 90°에서는 선폭차가 거의 발생하지 않아 바이오센서 전극으로서 사용하는데 문제가 없는 것으로 확인되었다.
또한, 미세 패턴의 균일성은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 패턴의 14배 및 47배 배율의 현미경 관찰로부터도 확인할 수 있다.
상기 패턴에 대해 무전해 동도금을 실시하고, 도금 전(도 7(a)) 및 도금 후(도 7(b))를 현미경으로 관찰하면 도금 후에도 매우 균일한 패턴폭을 유지하고 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 바이오센서 전극 스트립은 화학적 조건(도금 물질, 촉매 등의 첨가제), 미세 패턴 도금 후 저항 측정, 공정 조건 최적화, 도금 불량, 얼룩 발생 조건의 탐색을 통해 제조될 수 있다.
도 8에서는 본 발명에 따른 바이오센서 전극 스트립의 샘플(인쇄 방향 90°)을 나타내고 있다. 도 8에서 사진 위로부터 1 내지 8열의 바이오센서 전극 스트립이 인쇄되어 있는데 임의의 동일 선상에서 인쇄 두께를 측정해보면, 1열에서 10.9㎛, 3열에서 11㎛, 5열에서 11.7㎛, 7열에서 10.9㎛로 인쇄 두께의 균일성이 확보되는 것으로 파악되었다.
즉, 인쇄 방향성은 면적 차이가 없어야 하는 패턴이 좌우로 정렬되어 있을 때, 인쇄 방향을 상하로 하여 정렬된 패턴 대비 90°로 하여 패턴을 형성할 경우 패턴 왜곡율을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
바이오센서로 적용하기 위해 요구되는 전기적 특성을 충족시키기 위한 주요한 요인은 전류량과 산화이다.
상기 전류량은 패턴의 선저항으로 측정하고 있는데, 패턴의 모양과 인쇄 두께에 따라 차이가 있기는 하지만, Ag-탄소-절연층의 3도로 인쇄하는 경우, 선저항이 130~200Ω인 것으로 나타난다. 이에 대하여 탄소만 인쇄하는 경우 1,000Ω 이상의 값이 측정된다.
반면, 도금된 패턴의 선저항은 15~20Ω 정도로서 3도 인쇄기준 대비 약 10배의 향상된 전기적 특성을 나타내었다. 이에 따라 바이오센서의 빠른 응답속도를 구가할 수 있으며 반응속도를 향상시키고 에러율을 감소시킬 수 있다.
또한, 표면조도에 의해 엔자임 액의 반응성이 달라지게 되므로, 도금시 표면조도를 조절하도록 전처리 공정을 부가할 수도 있다.
따라서 본 발명에 따른 바이오센서 전극 스트립 및 이의 제조방법에 따르면 바이오센서에서 요구되는 전기적 특성을 만족시키는 전극 스트립을 제공할 수 있는 것으로 파악되었다. 또한, 바이오센서 전극 스트립의 공정 효율이 높고 대량생산이 가능하며 제품 불량률이 매우 낮은 것으로 파악되었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 연성소재의 기재
200 : 도금방지층 250 : 도전성패턴
300 : 절연층 350 : 도금패턴

Claims (9)

  1. 연성소재의 기재;
    상기 기재상에 형성되며 도전성 패턴이 형성된 도금방지층;
    상기 도금방지층 상에 형성되며 도금 패턴이 형성된 절연층;
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 도금방지층은 상기 연성소재의 기재 위에 도전성 패턴이 형성될 부분을 제외한 부분에 스크린 인쇄를 통하여 형성되되,
    스크린 인쇄에 의해 인쇄할 때 해상도가 50㎛ 이상인 도금방지잉크로 형성되며,
    인쇄방향 0°에서의 선폭 증가량이 0.06㎛ 이하이고, 인쇄방향 90°에서의 선폭 증가량이 0.008㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이오센서 스트립은 접착층, 시드레이어, 또는 프라이머층을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연성소재는 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 내열성 에폭시, 초산비닐수지, 부틸고무수지, 폴리아릴레이트, 열가소성 폴리우레탄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 패턴 및 상기 도금 패턴은 은, 구리, 금, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 납, 주석 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 패턴은 0.1 내지 1㎛의 층두께를 가지며, 상기 도금 패턴은 0.01 내지 0.1㎛의 층두께를 가지는 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립.
  6. 청구항 1에 기재된 바이오센서 스트립을 제조하는 방법으로서,
    상기 바이오센서 스트립은 연성소재의 기재 상에 패턴이 형성된 도금방지층을 인쇄하는 단계;
    상기 도금방지층에 형성된 패턴에 도전성 패턴을 인쇄하는 단계;
    상기 도금방지층 상에 패턴이 형성된 절연층을 인쇄하는 단계;
    상기 절연층에 형성된 패턴에 도금 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 도전성 패턴을 인쇄하는 단계는 무전해 도금에 의해 인쇄하는 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 바이오센서 스트립은 접착층, 시드레이어, 또는 프라이머층을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 도금 패턴은 상기 도전성 패턴의 전부 또는 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서 전극 스트립의 제조방법.
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