KR101647346B1 - 타겟물질 분석용 금속 전극, 이를 포함하는 타겟물질 분석용 센서 및 면역 크로마토그래피 분석 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타겟물질 분석용 금속 전극, 이를 포함하는 타겟물질 분석용 센서 및 면역 크로마토그래피 분석 센서에 대한 것으로, 다공성 멤브레인(membrane) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분을 포함하여 이루어진 금속 섬유 멤브레인을 타겟물질 분석용 금속 전극으로 이용하는 것이 특징이다. 이러한 본 발명은 다공성 멤브레인 내부에 금속을 증착시킴으로서 표면적 대 부피비가 극대화된 전극을 제조할 수 있고, 대면적 다공성 멤브레인에 금속을 증착시킨 후 절단하는 것만으로도 간단하고 용이하게 전극을 제조할 수 있으며, 다공성 멤브레인을 기반으로 하기 때문에 멤브레인의 측류(lateral flow)를 이용하는 LFA 진단 스트립에서 다양하게 응용 가능한 효과가 있다.

Description

타겟물질 분석용 금속 전극, 이를 포함하는 타겟물질 분석용 센서 및 면역 크로마토그래피 분석 센서{A metal electrode for analyzing target molecule, a sensor and an immunochromatography detection sensor for analyzing target molecule having the same}

본 발명은 면역 크로마토그래피 분석 센서에 대한 것으로, 특히 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서에 대한 것이며, 더욱 구체적으로는 시료를 균일하게 이송시킬 수 있고, 멤브레인 내부에 시료가 이송되는 다양한 채널 경로를 가지는 패턴 경로를 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서 및 이를 이용한 분석 방법에 대한 것이다.

일반적으로, 전기화학 센서에서 이용되는 전극, 특히 작업전극은 금속증착과 사진식각공정 등을 포함하는 반도체 공정을 이용하여 제작하거나, 또는 스크린 프린팅 방법을 이용하여 제조하는 것이 보통이다.

그러나, 반도체 공정을 이용하는 방법은 작업전극, 상대전극, 기준전극으로 구성되는 전기화학센서의 삼전극 구성을 하나의 기판상에 구현하기 위하여, 각각의 금속재료에 따라 여러 번의 사진 식각 공정을 거쳐야 하고, 전기적 연결 등의 패키징 공정이 수반되어야 하므로 전기화학센서의 제조단가를 낮추기가 어렵다.

또한, 스크린 프린팅 방법을 이용하는 전극형성 방법은 제조하고자 하는 금속 재료의 페이스트(paste)를 스크린 인쇄법으로 원하는 위치에 프린팅하고 열처리하여 전극을 제작하는 방법으로서, 전극재료 페이스트(백금, 금, 은, 탄소 등)를 정해진 패턴의 스크린을 통해 기판상에 직접 프린팅하고, 고온(일반적으로 100℃ 이상)에서 건조시키는 과정을 반복하여 제조한다.

그러나, 페이스트 재료를 사용하기 때문에 스크린 인쇄 후 재료의 소성처리를 위하여 열처리와 같은 후처리 방법이 수반되어야 한다. 또한, 스크린 프린팅 공정의 용이성을 위하여 페이스트 조성물에는 전극 성분들 이외에도 분산 안정성을 높이고 응집 또는 침전이 일어나는 것을 방지하기 위해 분산제가 포함되어야 하며, 이외에 코팅 조성물의 보존성을 향상시키는 중합 금지제 및 산화 방지제, 페이스트 내의 기포를 줄여 주는 소포제, 인쇄시 막의 평탄성을 향상시키는 레벨링제 및 요변 특성을 주는 요변제를 추가로 첨가해야 하는 등 금속 재료의 순도를 유지하기 어려운 점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 재료의 순도가 높으면서 표면적 대 부피비가 극대화된 전극을 제조하는 것이 목적이다.

그리고, 종래와 같은 반도체 공정이나 스크린 프린팅 방법이 아니라 좀 더 간단하고 용이하게 전극을 제조하기 위한 것이다.

또한, 멤브레인의 측류(lateral flow)를 이용하는 LFA 진단 스트립에서 다양하게 활용할 수 있는 전극을 제조하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극은, 다공성 멤브레인(membrane)과; 상기 다공성 멤브레인 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분;을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 다공성 멤브레인은 섬유 지지체가 얽힌 구조를 가지고, 상기 금속 성분은 상기 섬유 지지체 표면에 증착되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 다공성 멤브레인은 유리 섬유(glass fiber) 멤브레인인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 다공성 멤브레인은 1.0㎛ 내지 2.0㎛ 범위 내의 기공 크기(pore size)를 갖는 것이 가장 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 양태는, 다공성 멤브레인(membrane) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분을 포함하는 금속 섬유 멤브레인으로 이루어진 타겟물질 분석용 금속 전극일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 대면적 다공성 멤브레인 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 금속 성분을 증착시키는 단계; 상기 금속 성분이 증착된 대면적 다공성 멤브레인을 소정의 크기로 절단하는 단계; 및 상기 절단한 금속 성분이 증착된 대면적 다공성 멤브레인을 기판 위에 접착시키는 단계;를 포함하는 타겟물질 분석용 금속 전극의 제조방법이다.

이와 함께, 본 발명의 다른 일 양태는, 기판; 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극; 상기 기판 위에 구비되고, 외부 전원과의 연결을 위한 노출부 및 상기 금속 전극의 일단과 접촉되는 접점부를 가지며, 표면에 패시베이션 레이어(passivation layer)가 구비된 전극 패드; 및 상기 전극 패드 위에 구비되고, 상기 전극 패드의 노출부에 대응되는 제1개구부를 가지며, 상기 금속 전극의 일단을 덮는 절연막;을 포함하는 타겟물질 분석용 센서이다.

여기서, 상기 금속 전극은 상기 전극 패드와 절연막 사이에서 위치하고, 상기 금속 전극의 일단은 전극 패드의 접점부와 접촉되며, 상기 금속 전극의 타단은 상기 기판 위에 위치하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 타겟물질 분석용 센서는, 상기 전극 패드와 절연막 사이에 구비되고, 상기 전극 패드의 노출부에 대응되는 제2개구부를 가지며, 상기 금속 전극에 대응하는 결합 홈을 가지는 스페이서;를 더 포함하는 것이 가능하다.

나아가, 본 발명의 또 다른 일 양태는, 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서로서, 지지체와; 상기 지지체 위에 형성된 다공성 멤브레인과; 상기 다공성 멤브레인의 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분을 포함하여 이루어진 타겟물질 분석용 금속 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 센서이다.

여기서, 상기 다공성 멤브레인의 일부에 금속 전극이 포함된 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 상기 금속 전극과 연결된 금속 패드를 더 포함하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 다공성 멤브레인의 일측에 연결된 샘플패드; 및 상기 다공성 멤브레인의 타측에 연결된 흡수패드;를 더 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이러한 본 발명은 다공성 멤브레인 내부에 금속을 증착시킴으로서 금속 재료의 순도가 높으면서 표면적 대 부피비가 극대화된 전극을 제조할 수 있다.

그리고, 대면적 다공성 멤브레인에 금속을 증착시킨 후 절단하는 것만으로도 간단하고 용이하게 전극을 제조할 수 있다.

또한, 다공성 멤브레인을 기반으로 하기 때문에 멤브레인의 측류(lateral flow)를 이용하는 LFA 진단 스트립에서 다양하게 응용 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극의 구조를 설명하기 위한 모식도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타겟물질 분석용 센서의 구성을 나타내는 단면도이고,
도 4는 도 3의 평면도이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 스페이서를 더 포함하는 타겟물질 분석용 센서의 구성을 나타내는 단면도이고,
도 6은 도 5의 평면도이고,
도 7은 종래의 일반적인 LFA(lateral flow assay)형 진단스트립의 구조를 나타내는 사시도이고,
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 금속 전극을 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서의 구조를 나타내는 단면도 및 평면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.

먼저, 본 발명에 따른 금속 전극은 타겟물질을 분석하기 위한 용도로 사용되는 것이다. 일반적으로, 단백질 항원과 같은 타겟물질을 분석하기 위해서는 전극 표면을 개질하여 상기 타겟물질과 결합 가능한 리셉터나 리간드를 고정화시키고, 타겟물질을 포획한 다음 전기화학신호를 증폭시키거나 전기화학발광반응을 일으키는 라벨을 도입하여 상기 타겟물질을 정량 또는 정성적으로 분석한다. 본 발명은 이와 같은 전기화학센서 또는 전기화학/전기화학발광방식의 면역진단 센서에 사용되는 전극에 대한 것이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극은 다공성 멤브레인(10)과; 상기 다공성 멤브레인(10) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분(20);을 포함하여 이루어진다.

상기 다공성 멤브레인(10)은 본 발명에 따른 금속 전극의 베이스(base)가 되는 것으로, 다수의 구멍을 갖는 필름 또는 막일 수 있고, 본 명세서에서 사용되는 '구멍'은 금속 성분, 타겟물질, 상기 타겟물질과 선택적으로 결합 가능한 리셉터, 상기 타겟물질과 리셉터가 결합된 복합체 등이 이동할 수 있을 정도의 크기를 갖는 기공 또는 공극을 의미한다.

그리고, 본 발명은 상기 다공성 멤브레인(10) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분(20)을 포함하여 이루어진다. 즉, 다공성 멤브레인(10) 내부에 전극 재료인 금속 성분을 포함시켜서 상기 다공성 멤브레인(10)을 금속 성분이 포함된 멤브레인으로 제조하는 것이다. 이에 따라, 본 발명에서 상기 스퍼터링 방법은 PVD(physical layer deposition)을 포함하고, CVD(chemical vapor deposition) 방법이나 ALD(atomic layer deposition) 방법을 이용하는 것도 가능하다.

본 발명에 따라 상기 다공성 멤브레인(10)으로서 유리 섬유(glass fiber) 멤브레인을 이용하고, 그 위에 금속 성분(20)을 뿌려서 스퍼터링(sputtering)으로 증착시키면, 상기 금속 성분(20)이 내부에 침착된 금속 섬유 멤브레인(30)을 제조할 수 있다.

즉, 본 발명은 다공성 멤브레인(10) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분(20)을 포함하는 금속 섬유 멤브레인(30)으로 이루어진 타겟물질 분석용 금속 전극일 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 금속 전극 또는 금속 섬유 멤브레인(30)은 다공성 멤브레인(10) 내부에 금속 성분(20)이 포함된 것이 특징이고, 이에 따라 금속 재료의 순도가 높으면서 전극의 표면적 대 부피비를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 다공성 멤브레인(10)이 섬유 지지체(11)가 얽힌 구조를 가지고 있고, 상기 섬유 지지체(11) 표면에 금속 성분(20)이 증착되어 있으면, 전도성과 내구성이 현저히 우수한 전극을 제조할 수 있다.

이러한 본 발명은 멤브레인의 표면 상에 금속이 증착된 기존의 전극과는 그것의 구성이나 제조방법이 전혀 상이한 것이고, 다수의 구멍을 가지는 멤브레인 또는 여과용 멤브레인을 이용하더라도 금속 성분이 상기 멤브레인 내부에 증착되지 않은 전극과도 구별되는 것이며, 기존의 반도체 공정이나 스크린 프린팅 방법을 이용하여 제조되는 전극과도 상이한 차이점을 갖는 것이다.

즉, 일반적으로 여과용으로 사용되는 멤브레인(세라믹 분리막)은 기공 크기(pore size)가 0.1 ㎛인데 이러한 여과용 멤브레인을 이용하는 경우에는 금속 성분을 멤브레인 내부까지 고르게 증착시킬 수 없고, 보통 금속 성분은 멤브레인 표면에만 증착되는 것이 일반적이다.

일 양태로서, 본 발명은 다공성 멤브레인(10) 내부에 금속 성분(20)이 증착되는 것을 특징으로 하는바, 상기 다공성 멤브레인(10)의 구멍 크기는 기본적으로 상기 금속 성분(20)이 통과할 수 있을 정도이면 족하지만, 상기 구멍의 크기가 최소한 타겟물질과 리셉터가 결합된 복합체 등도 이동할 수 있을 만큼 큰 것을 이용하는 경우에는 금속 성분(20)을 멤브레인(10) 내부까지 고르게 증착시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 복합체가 측면으로 이동하는 LFA(lateral flow assay)형 진단 스트립 또는 면역 크로마토그래피 분석 센서에서 전극으로 바로 이용할 수 있는 효과를 가진다.

이에 따라, 본 발명의 다공성 멤브레인(10)은 0.5㎛ 내지 1.0mm 범위 내의 기공 크기(pore size)를 갖는 것이 바람직하고, 그 중에서도 1.0㎛ 내지 10.0㎛ 범위 내의 기공 크기를 갖는 것이, 타겟물질과 리셉터가 결합된 복합체 등의 이동을 위해 더욱 바람직하다. 또한, 기공 형상을 갖고 있지 않더라도 마이크로 와이어 구조의 fiber가 겹층으로 꼬여서 형성되어 lateral flow을 유도할 수 있는 멤브레인 구조도 가능하다. 이러한 기공 크기를 갖는 다공성 멤브레인(10)이라면 이 기술분야에 알려진 모든 것을 포함하며, 그 중에서도 유리 섬유(glass fiber) 멤브레인을 이용하는 것이 가장 바람직하다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극(1)의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극(1)의 제조방법은, 대면적 다공성 멤브레인(10) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 금속 성분(20)을 증착시키는 단계(S10); 상기 금속 성분(20)이 증착된 대면적 다공성 멤브레인을 소정의 크기로 절단하는 단계(S20); 및 상기 절단한 금속 성분(20)이 증착된 대면적 다공성 멤브레인을 기판(40) 위에 접착시키는 단계(S30);를 포함하여 이루어진다.

상기 금속 성분(20)을 증착시키는 단계(S10)는 대면적 다공성 멤브레인(10) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 금속 성분(20)을 증착시키는 것이다. 상기 다공성 멤브레인(10)은 시료를 흡수 및/또는 이동시키는 층(layer)이나 막일 수 있다. 상기 다공성 멤브레인(10)의 재질은 니트로셀룰로우스, 글라스파이버, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리스타일렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 그리고, 상기 금속 성분(20)은 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 알려진 다양한 금속 재료를 포함하는 조성물일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 성분(20)은 Au, Pt, Ag 중 하나 이상을 포함하는 액상 또는 고형 조성물인 것이 가능하다. 상기 다공성 멤브레인(10) 위에 금속 성분(20)을 뿌려서 스퍼터링(sputtering)으로 증착시키는 것이 가능하고, 상기 스퍼터링 방법은 PVD(physical layer deposition) 방법을 포함하며, 이외에 CVD(chemical vapor deposition)나 ALD(atomic layer deposition)와 같은 박막증착 방법을 이용하는 것도 가능하다. 더욱 바람직하게는 증착될 금속 성분(20)의 박막형성 공정시 재료가 기판(금속 전극이 형성될 base 구조물)의 표면형상에 상관없이 일정한 두께로 증착되는 방법을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 방법에 의하면, 다공성 멤브레인(10) 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분(20)을 포함하는 금속 섬유 멤브레인(30)을 제조할 수 있다.

특별히, 본 발명에서는 대면적 다공성 멤브레인(10)을 이용하는 것이 특징인데, 본 명세서에서 "대면적"이라 함은 실제 사용되는 전극의 크기보다 큰 면적을 의미한다. 즉, 상기 대면적 다공성 멤브레인(10)은 다공성 멤브레인(10)의 원판 또는 막재료일 수 있다.

상기 소정의 크기로 절단하는 단계(S20)는 상기 금속 성분(20)이 증착된 대면적 다공성 멤브레인(예를 들어, 금속 섬유 멤브레인(30))을 소정의 크기로 절단하는 것이다. 상기 절단하는 방법이나 크기는 특별히 제한되지 않고, 목적하는 바에 따라 다양하게 변형 가능하다. 그래서, 상기 '소정의 크기'라는 것은 최종적으로 사용하는 금속 전극의 크기를 의미하는 것일 수 있다. 이와 같이, 상기 금속 섬유 멤브레인(30)을 원하는 크기로 절단함으로서 목적하는 금속 전극(1)을 얻을 수 있다.

상기 기판 위에 접착시키는 단계(S30)는 상기 절단한 금속 성분이 증착된 대면적 다공성 멤브레인(예를 들어, 절단된 금속 전극(1))을 기판(40) 위에 접착시키는 것이다. 상기 기판(40)은 전극의 지지체로서, 그 형상이나 재질은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 기판(40)의 재질은 통상적으로 PET(polyester) 필름; 유리; 석영(quartz); 알루미나(Al₂O₃); PMMA(polymethylmethacrylate), PS(polystyrene), COC(cyclic olefin copolymer)와 같은 플라스틱; 및 실리콘 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 절단된 금속 전극(1)을 접착시키는 방법이나 구조 역시 특별히 제한되지 않고, 원하는 목적이나 구조에 맞게 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 각각의 금속 전극(1)을 3전극 구조로 조합하여 전기화학 센서를 제조하는 것이 가능하다.

이와 함께, 본 발명은 상기 금속 전극(1)의 전부 또는 그 일부 위에 절연층을 더 형성하는 단계(S40)를 더 포함할 수도 있다.

상기와 같은 제조방법에 의하면 대면적 다공성 멤브레인(10)에 금속 성분(20)을 증착시킨 후 원하는 크기로 절단하고, 이를 조립하는 것만으로도 간단하고 용이하게 금속 전극(1)을 제조할 수 있는 효과가 있다. 즉, 금속 성분(20)이 내부에 증착된 다공성 멤브레인(10)을 원하는 크기로 절단하여 지지대와 전기적 연결 역할을 하는 기판(strip) 상에 부착함으로써, 간단하게 전극을 제조할 수 있다. 또한, 이렇게 제조한 전극은 전기화학센서나 전기화학발광센서의 반응전극(작업전극)으로 다양하게 활용 가능하다.

나아가, 본 발명은 상기 금속 전극(1) 위에 타겟물질을 결합시키기 위한 표면처리 단계 및/또는 타겟물질과 선택적으로 결합 가능한 물질을 고정화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 이러한 표면처리 단계 및/또는 타겟물질과 선택적으로 결합 가능한 물질을 고정화시키는 단계는 상기 금속 성분(20)이 증착된 대면적 다공성 멤브레인을 소정의 크기로 절단하는 단계(S20) 이전에 수행하는 것이 가능한데, 이 경우에는 대면적으로 한번에 표면처리 및/또는 고정화를 수행할 수 있어서, 절단 후 개별적으로 표면처리 및/또는 고정화시키는 것보다 양산성이 더욱 높다는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타겟물질 분석용 센서의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 평면도이다.

여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 타겟물질 분석용 센서는 기판(40); 금속 전극(1); 전극 패드(50); 및 절연막(60);을 포함하여 이루어진다.

상기 기판(40)은 본 발명에 따른 센서의 베이스 또는 지지체가 되는 것으로, 이에 대해서는 상술한 바와 같다. 상기 기판(40) 표면에는 접착제가 구비되어 있어서 그 위에 배치되는 전극 패드(50) 및/또는 금속 전극(1)을 밀착시키는 것만으로도 간단하고 용이하게 조립할 수도 있다.

상기 금속 전극(1)은 상기한 본 발명에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극(1)으로서 작업전극, 상대전극, 또는 기준전극일 수 있다. 상기 금속 전극(1)은 전극 패드(50)와 절연막(60) 사이에서 위치하고, 상기 금속 전극(1)의 일단은 전극 패드(50)의 접점부(52)와 접촉되며, 상기 금속 전극(1)의 타단은 상기 기판(40) 위에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 전극 패드(50)는 상기 기판(40) 위에 구비되고, 외부 전원과의 연결을 위한 노출부(51) 및 상기 금속 전극(1)의 일단과 접촉되는 접점부(52)를 가지며, 표면에 패시베이션 레이어(53)가 구비되어 있다. 이러한 전극 패드(50)는 상기 기판(40) 위에 형성되는 feed line 으로서 기존의 PCB 형성 방법과 같은 다양한 방법으로 제작할 수 있다. 상기 전극 패드(50) 대신에 본 발명에 따른 상기 금속 전극(1) 길게 절단하여 조립함으로써 그 자체를 feed line으로 대체하는 것도 가능하다. 상기 전극 패드(50)의 일단에는 상기 금속 전극(1)과의 접촉을 위한 접점부(52)로서 접촉용 dimple이 형성되어 있을 수 있다.

상기 절연막(60)은 상기 전극 패드(50) 위에 구비되고, 상기 전극 패드(50)의 노출부(51)에 대응되는 제1개구부(61)를 가지며, 상기 금속 전극(1)의 일단을 덮는 것이다. 상기 절연막(60)은 lamination 등의 방법으로 코팅하여 형성할 수 있고, 상기 금속 전극(1)의 일단만을 덮도록 형성하여 상기 금속 전극(1)의 타단은 시료 용액과 반응하도록 한다. 이러한 절연막(60)은 상기 금속 전극(1)과 전극 패드(50)를 기계적으로 밀착시켜서 전기적 연결 안정성을 향상시키는 동시에 시료 용액이 상기 금속 전극(1)의 타단에만 반응할 수 있도록 해 주는 역할을 한다. 또한, 절연막(60)으로 덮인 금속 전극(1) 상으로 시료 용액이 모세관 현상에 의해 침투해서 올라갈 수 있으므로 상기 절연막(60)과 금속 전극(1) 사이에는 에폭시 등의 코팅 처리를 해 주는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 스페이서(70)를 더 포함하는 타겟물질 분석용 센서의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 평면도이다.

여기에 도시된 본 발명은 상기한 타겟물질 분석용 센서에 있어서, 상기 전극 패드(50)와 절연막(60) 사이에 구비되는 스페이서(70);를 더 포함하는 것이다.

상기 스페이서(70)는 전극 패드(50)와 절연막(60) 사이에 구비되고, 상기 전극 패드(50)의 노출부(51)에 대응되는 제2개구부(71)를 가지며, 상기 금속 전극(1)에 대응하는 결합 홈(72)을 가지는 결합 가이드(assembly guide)이다.

상기 금속 전극(1)이 물리적으로 소정의 두께를 가지고 있고, 그 크기가 수mm 이내로 작을 경우에 결합(assembly)의 용이성을 위하여 별도의 스페이서(70)를 더 포함하는 것이다. 상기 스페이서(70)는 상기 금속 전극(1)에 대응하는 결합 홈(72)을 가지고 있고, 상기 금속 전극(1)이 배치될 위치에 미리 결합되어 있어서, 상기 결합 홈(72)에 본 발명에 따른 금속 전극(1)을 간단하고 용이하게 결합시킬 수가 있다. 이러한 스페이서(70)는 상기 금속 전극(1)의 두께보다 두꺼운 것도 가능하지만, 상기 금속 전극(1)의 두께보다 얇은 것도 결합 가이드 역할을 충분히 수행할 수 있다는 점에서 더욱 바람직하다.

도 7은 종래의 일반적인 LFA(lateral flow assay)형 진단스트립의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 금속 전극을 포함하는 면역 크로마토그래피 분석 센서의 구조를 나타내는 단면도 및 평면도이다.

여기에 도시된 본 발명은 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서로서, 지지체(110)와; 상기 지지체(110) 위에 형성된 다공성 멤브레인과; 상기 다공성 멤브레인의 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분을 포함하여 이루어진 타겟물질 분석용 금속 전극(1);을 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 센서이다.

기본적으로 본 발명은 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서에 대한 것이다. 이러한 센서는 시료가 멤브레인(membrane)의 한쪽 방향에서 다른쪽 방향으로 측면(lateral)을 따라 흐르는 모든 종류의 센서를 포함하고, 예를 들어, 체외진단용으로 사용 가능한 질병 진단기기이거나, 분석물질의 검출기, 면역크로마토그래피 분석기, 면역반응 테스트기 또는 임신 진단 키트인 것도 가능하며, 바람직하게는 상기한 바와 같은 LFA(lateral flow assay)형 진단 스트립이나, 키트 또는 카트리지일 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 면역크로마토그래피 분석에 사용되는 일반적인 면역크로마토그래피 진단 스트립(100)은, 접착성 플라스틱 재료로 만들어지는 길쭉한 직사각형 형태의 지지체(110)와, 이 지지체(110) 상에 일측에서 타측으로 대략 순차적으로 배치되는, 샘플패드(120), 컨쥬게이트패드(140), 신호검출패드(130) 및 흡수패드(150)를 포함하여 이루어진다. 이와 같이 전통적인 면역크로마토그래피 방식을 이용하는 LFA 진단스트립에서, 표지물질과 중합된 탐지항체는 미리 컨쥬게이션패드(140) 상에 건조 상태로 축적되어 있고, 시료가 샘플패드(120)를 지나 컨쥬게이트패드(140)로 이동하면 컨쥬게이트는 용해되어서 분석 물질과 액상에서 반응한다. 이와 같은 반응은 시료 용액이 모세관 현상에서 발생하는 유체 흐름에 따르는 이동 상태에서 일어나며 샌드위치 결합으로 컨쥬게이트와 분석물질(항원) 간에 면역 결합체가 형성된다. 이 면역 결합체는 멤브레인 상부의 신호검출패드(130)로 이동하고, 검출영역(133)에서 분석물질과 특이적으로 반응하는 고정화된 항체에 의해 포획되어 분석물질 농도에 비례하는 반응을 일으킨다. 이러한 반응의 정도에 따라 상기 신호검출패드(130)에 존재하는 반응영역(131)의 색이 변하게 되고, 사용자는 이와 같이 변화된 색의 변화를 확인함으로서 진단하는 것이다. 변화하는 색의 변화는 시각적으로 인지하거나 상기 반응의 정도에 비례하여 발생하는 형광신호의 크기를 카메라 등으로 측정할 수 있다. 반응영역(131)을 통과한 분석물질은 대조영역(132)을 거침으로서 정상적인 면역반응 크로마토그래피 전개(lateral flow assay : LFA)가 이루어졌음을 확인할 수 있게 해 주고, 상기 분석물질은 흡수패드(150)에 흡수된다.

이러한 면역 크로마토그래피 분석 센서에 있어서, 본 발명은 신호검출패드(130)로서 상기한 바와 같은 다공성 멤브레인을 이용하는 것이고, 상기 다공성 멤브레인의 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분을 포함하여 이루어진 타겟물질 분석용 금속 전극(1);을 포함하는 것이 특징이다.

상기 금속 전극(1)에는 타겟물질과 결합할 수 있는 리셉터가 포함되어 있을 수 있다. 상기 리셉터는 분석대상물질과 선택적으로 반응하는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 항체, 항원, 효소, 펩타이드, 단백질, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acids) 및 압타머(aptamer)로 구성된 군에서 선택된 것이 가능하다. 그래서, 항원과 결합된 라벨화된 2차 항체는 상기 금속 전극(1)에 포함된 리셉터에 의해 포획될 수 있고, 이에 따라 상기 금속 전극(1)이 존재하는 영역에 전기화학적인 방법(효소라벨 또는 전기화학신호라벨 등)이나 전기화학발광 방법 등의 금속전극을 이용한 기존의 신호 검출 방법을 그대로 적용하여, 간단하고 용이하게 분석이나 검출을 수행할 수 있다.

본 발명은 다공성 멤브레인(10) 내부에 금속 성분(20)이 증착된 금속 전극(1)을 특징으로 하는 것이므로, 상기 다공성 멤브레인(10)의 구멍 크기가 타겟물질과 리셉터가 결합된 복합체 등도 이동할 수 있을 만큼 큰 경우에는 상기 복합체가 측면으로 이동하는 LFA(lateral flow assay)형 진단 스트립 또는 면역 크로마토그래피 분석 센서에서 전극으로 바로 이용할 수 있는 효과를 가진다.

즉, 기존의 LFA형 진단 스트립의 다공성 멤브레인 내부에 금속 성분을 증착시켜서 그 일부를 전극화한 것이다. 다공성 멤브레인은 모세관 현상에 의해 시료 용액을 일방향으로 전개시킬 수 있어서 마이크로유체 채널과 같은 기능을 가질 수 있으며, 그 일부에 금속 전극(1)을 형성함으로서 작업전극으로 이용하는 것이 가능하다. 이를 위하여, 상기 금속 전극(1)에는 별도의 금속 패드(50)가 연결되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명은 다공성 멤브레인을 LFA형 진단 스트립의 유체채널로 활용한 것이다. 그래서, LFA 기능이 결합된 전기화학(전기화학발광) 바이오센서를 제조할 수 있다.

이와 함께, 본 발명에 따른 다공성 멤브레인의 일측에 연결된 흡수패드(150)는 지지체(110)의 관통 구멍을 통하여 상기 지지체(110) 아래까지 연장됨으로서, 액상 시료를 실시간으로 외부로 배출하여 시료를 충분히 이동시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, 시료내에 극미량의 타겟물질이 존재하더라도 시료가 Lateral flow를 통해 채널을 통해 지나가게 함으로써 면역반응(혹은 타겟을 검출하기 위해 의도된 특이반응)이 일어날 수 있도록 하는 확률을 한정된 반응 시간 내에 증가시킬 수 있는 것이다.

나아가, 본 발명은 용액 주입부(161)를 가지는 상부기판(160)을 더 포함할 수 있고, 이것은 하부 지지체(110)와 멤브레인을 압착하여 모세관 현상에 의한 시료의 이송을 도와주는 기능을 가진다.

상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

1 : 금속 전극
10 : 다공성 멤브레인
20 : 금속 성분
30 : 금속 섬유 멤브레인
40 : 기판
50 : 전극 패드
51 : 노출부
52 : 접점부
53 : 패시베이션 레이어
60 : 절연막
61 : 제1개구부
70 : 스페이서
71 : 제2개구부
72 : 결합 홈
100 : 면역크로마토그래피 진단 스트립
110 : 지지체
120 : 샘플패드
130 : 신호검출패드
131 : 반응영역
132 : 대조영역
133 : 검출영역
140 : 컨쥬게이션패드
150 : 흡수패드
160 : 상부기판
161 : 용액 주입부

Claims (13)

1. 다공성 멤브레인(membrane)과;
   상기 다공성 멤브레인 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착된 금속 성분;을 포함하고,
   상기 다공성 멤브레인은 섬유 지지체가 얽힌 구조를 가지고,
   상기 금속 성분은 상기 섬유 지지체 표면에 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 타겟물질 분석용 금속 전극.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 다공성 멤브레인은 유리 섬유(glass fiber) 멤브레인인 것을 특징으로 하는 타겟물질 분석용 금속 전극.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 다공성 멤브레인은 1.0㎛ 내지 2.0㎛ 범위 내의 기공 크기(pore size)를 갖는 것을 특징으로 하는 타겟물질 분석용 금속 전극.
   
5. 삭제
6. 섬유 지지체가 얽힌 구조의 대면적 다공성 멤브레인 내부에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 상기 섬유 지지체 표면에 금속 성분을 증착시키는 단계;
   상기 금속 성분이 증착된 대면적 다공성 멤브레인을 소정의 크기로 절단하는 단계; 및
   상기 절단한 금속 성분이 증착된 대면적 다공성 멤브레인을 기판 위에 접착시키는 단계;를 포함하는 타겟물질 분석용 금속 전극의 제조방법.
   
7. 기판;
   제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극;
   상기 기판 위에 구비되고, 외부 전원과의 연결을 위한 노출부 및 상기 금속 전극의 일단과 접촉되는 접점부를 가지며, 표면에 패시베이션 레이어(passivation layer)가 구비된 전극 패드; 및
   상기 전극 패드 위에 구비되고, 상기 전극 패드의 노출부에 대응되는 제1개구부를 가지며, 상기 금속 전극의 일단을 덮는 절연막;을 포함하는 타겟물질 분석용 센서.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 금속 전극은 상기 전극 패드와 절연막 사이에서 위치하고, 상기 금속 전극의 일단은 전극 패드의 접점부와 접촉되며, 상기 금속 전극의 타단은 상기 기판 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 타겟물질 분석용 센서.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 전극 패드와 절연막 사이에 구비되고, 상기 전극 패드의 노출부에 대응되는 제2개구부를 가지며, 상기 금속 전극에 대응하는 결합 홈을 가지는 스페이서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟물질 분석용 센서.
   
10. 멤브레인(membrane)의 측류(lateral flow)를 이용한 면역 크로마토그래피 분석 센서로서,
    지지체와;
    상기 지지체 위에 형성된 다공성 멤브레인과;
    상기 제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 타겟물질 분석용 금속 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면역크로마토그래픽 분석 센서.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인의 일부에 금속 전극이 포함된 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 센서
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 금속 전극과 연결된 금속 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 센서
    
13. 제10항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인의 일측에 연결된 샘플패드; 및
    상기 다공성 멤브레인의 타측에 연결된 흡수패드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 크로마토그래피 분석 센서
    

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