KR101793074B1 - 바이오센서 및 이를 이용한 시료 분석방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오센서에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서는 소정의 길이를 갖는 지지판(11), 및 지지판(11)의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 이상에 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시키는 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)가 분산 배치되어 형성된 박막층(13)을 포함하고, 타겟시료(3)에 침지되어, 타겟시료(3) 내의 타겟물질이 박막층(13)에 결합되는 감지부(10), 및 지지판(11)의 일단과 연결되고, 사용자에 의해 파지되는 파지부(20)를 포함한다.

Description

바이오센서 및 이를 이용한 시료 분석방법{BIOSENSOR AND METHOD OF ASSAYING SUBSTANCES USING THEREOF}
본 발명은 바이오센서 및 이를 이용한 시료 분석방법에 관한 것이다.
국소 표면 플라즈몬 공명분석법(LSPR : Localized Surface Plasmon Resonance)은 금속 나노입자를 투명한 기질 표면 위에 코팅하여 박막을 형성하고, 광을 조사하여 금속막에서 반사되거나 투과되는 빛의 세기 또는 파장 변화를 측정함으로써 시료의 농도에 따른 굴절률 변화를 분석하는 방법이다. 이러한 공명분석법을 적용한 생물학적 또는 비생물학적 시료의 분석방법은 기존 형광기반 분석법의 단점인 복잡한 시료처리 및 장시간의 분석과정을 극복하는 방안으로서 연구되고 있다.
흔히 사용되는 핵산 또는 단백질 등의 생물학적 시료의 분석법은 다음과 같이 크게 두 분야로 나눌 수 있다. 첫 번째는 가시광-자외선 분광분석법을 이용하여 광학적 흡광도를 측정함으로써 시료의 농도를 측정하는 방법으로, 일정한 세기의 빛을 물질에 통과시킨 후 통과 전후의 빛의 세기를 비교하여 흡광도를 측정한다. 이러한 광학적 흡광도 측정방법은 시료에 포함된 특정 작용기의 농도만을 측정하므로, 생물학적 반응에 따른 특정결합물질의 반응도 및 활성도를 정량적으로 분석하기 위해서는 추가의 분석방법을 적용해야 하는 불편함이 있다. 또한 최고 분석감도가 10-6M의 저감도 분석법으로 10-12M의 고감도 분석이 필요한 바이오시료 분석에는 적합하지 못한 문제가 있다.
둘째는, 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 효소면역분석법을 활용하는 것이다. 효소면역분석법은 특정 시료의 반응도 및 활성도를 정량적으로 10-12M의 고감도로 분석하기 위해 일반적으로 이용되는 방법으로서, 특정대상의 항원-항체반응에서 퍼옥시다아제(peroxidase)나 갈락토시다제(galactosidase)등의 효소를 항체에 화학적으로 결합시킨 후 표지항체로 검출하여 정량 분석하는 방법 또는 항체나 항원에 플루오레세인이나 로다민과 같은 형광색소를 표지한 것을 이용하여 형광분석기로 시료물질을 분석하는 면역형광법를 이용한다.
이러한 분석방법은 시료의 타겟 물질과 반응물질의 결합에 따른 반응도 또는 활성도를 뛰어난 검출감도로 분석할 수 있어 넓게 활용되고 있지만, 복잡한 시료 전처리 공정, 시료 또는 타겟의 형광물질 라벨링 또는 고가의 검출기 사용 등으로 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있었다. 특히, 효소면역분석법 또는 형광면역분석법 등은 타겟물질에 따른 별도의 항체를 사용하여야 하고 분석시간이 길어 의약개발 또는 바이오마커 개발과정 중 다량의 라이브러리를 신속하게 스크리닝하는 데도 어려움이 있다.
따라서, 종래 시료 분석방법의 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.
KR 2013-0014713 A
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 지지판의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 이상에 도전성 나노입자 또는 나노구조체가 분산 배치된 박막층을 형성함으로써, 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시켜 시료를 검지하는 바이오센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 측면은, 지지판의 소정의 위치에 폭이 상대적으로 좁아지는 협폭부가 형성되어, 나란한 지지판과 지지판 사이, 또는 큐벳 내측면과 지지판 사이의 간극을 따라 시료가 상승하는 것을 차단할 수 있는 바이오센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 활용한 바이오센서를 이용해 별도의 전처리 공정 없이 상대적으로 간단하고, 저렴하게 시료를 분석할 수 있는 시료 분석방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 바이오센서는 소정의 길이를 갖는 지지판, 및 상기 지지판의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 이상에 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시키는 도전성 나노입자 또는 나노구조체가 분산 배치되어 형성된 박막층을 포함하고, 타겟시료에 침지되어, 상기 타겟시료 내의 타겟물질이 상기 박막층에 결합되는 감지부; 및 상기 지지판의 일단과 연결되고, 사용자에 의해 파지되는 파지부;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 파지부와 상기 지지판을 서로 연결하고, 내부에 상기 타겟시료를 수용하는 큐벳 내에 삽탈 가능하게 삽입되는 캡;을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 캡의 외면에 배치되고, 상기 캡이 상기 큐벳 내에 삽입될 때에 위치 또는 형태가 변하면서 복원력이 발생하여, 상기 큐벳의 내주면에 밀착되는 고정부;를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 고정부는 상기 캡의 외면으로부터 연장 절곡되어 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 캡의 외면 중 상기 고정부와 대향하는 대향부분은 오목하게 함몰된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 지지판은 타단을 기준으로 한 소정의 높이에서, 폭이 상대적으로 좁아지는 협폭부를 구비한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 협폭부는 상기 지지판의 측면에서부터 오목하게 상승방지홈이 함몰되어 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 상승방지홈은 상기 지지판의 양측면 각각에 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 상승방지홈은 상기 지지판의 측면을 따라, 길이 방향으로 이격되어 다수 개가 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 감지부는 다수 개로, 서로 이격되고, 나란하게 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 감지부를 사이에 두고 서로 맞은 편에 배치되어, 상기 감지부를 보호하는 한 쌍의 가드;를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 내부에 상기 타겟시료를 수용하는 큐벳의 바닥면 아래에 배치되어, 상기 큐벳의 높이를 조절하는 아답터;를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 아답터는 블록 형상으로 형성되되, 상기 큐벳의 바닥면이 삽입되어 결합되도록 외면으로부터 함몰된 결합홈을 구비한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 감지부가 상기 타겟시료에 침지된 상태에서, 상기 큐벳에 광을 조사하여 상기 타겟시료를 분석한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서에 따르면, 상기 타겟시료의 분석은 단백질 정량분석, 면역반응분석, 키네틱분석, 또는 소분자 검출(small molecule detection)이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법은 (a) 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 준비하는 단계; (b) 검출물질을 함유한 검출시료에, 상기 바이오센서의 감지부를 침지하여, 상기 검출물질을 고정하는 단계; 및 (c) 상기 검출물질에 특이적으로 결합되는 타겟물질을 수용하는 큐벳 내에, 상기 검출물질이 고정된 상기 감지부를 삽입하여, 상기 감지부를 상기 타겟물질에 침지하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법에 있어서, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에, 상기 감지부를 린싱용액에 침지하는 단계;를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법에 있어서, 상기 (c) 단계 이후에, 상기 큐벳에 삽입된 상태의 상기 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정하는 단계;를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법에 있어서, 상기 (b) 단계에서, 상기 바이오센서의 침지부는 상기 검출물질을 수용하는 큐벳에 삽입되어 침지되며, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에, 상기 검출물질을 수용하는 큐벳에 삽입된 상태의 상기 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정하는 단계;를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법에 있어서, 상기 바이오센서의 침지부는 상기 린싱용액을 수용하는 큐벳에 삽입되어 침지되며, 상기 린싱용액을 수용하는 큐벳에 삽입된 상태의 상기 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 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 발명의 바이오센서에 따르면, 지지판의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 이상에 도전성 나노입자 또는 나노구조체가 분산 배치된 박막층을 형성함으로써, 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시켜 시료를 정량적으로 검지하되, 생물학적 시료들 간의 반응 또는 생물학적과 비생물학적 간의 반응을 별도의 시료 전처리 과정 없이 간단하게 유도할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바이오센서에 따르면, 시료가 담긴 큐벳 내에 침지되어 시료를 분석하는 감지부에 있어서, 상기 감지부를 구성하는 지지판의 소정의 위치에 폭이 상대적으로 좁아지는 협폭부가 형성됨으로써, 나란한 지지판과 지지판 사이, 또는 큐벳 내측면과 지지판 사이 간극에서의 모세관력에 의한 시료의 상승을 저지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 바이오센서를 이용한 시료 분석방법에 따르면, 시료분자를 발색단으로 라벨링하는 복잡한 단계가 필요했던 효소진단법과는 달리 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 기반으로 하여 라벨링이 필요 없고, 가시광분광분석기만으로, 간단한 검출과정을 통해 시료를 정량적으로 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1의 A-A' 라인에 따른 단면도이다.
도 3은 큐벳에 삽입되는 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 측면도이다.
도 4는 큐벳에 삽입된 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오센서의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 아답터의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 신호를 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법으로 분석한 흡광도변화 그래프이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 라인에 따른 단면도이며, 도 3은 큐벳에 삽입되는 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 측면도이고, 도 4는 큐벳에 삽입된 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 정면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서는 소정의 길이를 갖는 지지판(11), 및 지지판(11)의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 이상에 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시키는 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)가 분산 배치되어 형성된 박막층(13)을 포함하고, 타겟시료(3)에 침지되어, 타겟시료(3) 내의 타겟물질이 박막층(13)에 결합되는 감지부(10), 및 지지판(11)의 일단과 연결되고, 사용자에 의해 파지되는 파지부(20)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오센서는 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 이용해 시료를 검지하는 센서에 관한 것으로서, 감지부(10), 및 파지부(20)를 포함한다.
표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance; SPR)은 도전성 재료의 표면 또는 그 근방에서 특정 파장을 갖는 광자와 전자가 결합되어 생성된 표면 플라즈몬 폴라리톤들(surface plasmon polaritons; SPPs)의 전파 현상을 지칭한다. 상기 표면 플라즈몬 공명은 일반적으로 음의 유전 함수를 갖는 금속과 양의 유전 함수를 갖는 매질의 계면을 따라 전파하는 전도대 전자들의 집단적인 진동 현상이며, 입사된 전자기파보다 증가된 강도를 갖고 상기 계면에서 수직 방향으로 멀어질수록 지수적으로 감소하는 소멸파의 특성을 갖는다.
표면 플라즈몬 공명은 약 10 내지 200 nm 두께의 평탄한 금속의 표면과 유전체 계면에서 관찰되는 파형 플라즈몬(propagating plasmons)과 나노입자 또는 나노구조체에서 관찰되는 국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance; LSPR)으로 분류될 수 있다. 이중 국소 표면 플라즈몬 공명은 나노입자들 또는 나노구조체 표면의 화학적 및 물리적 환경에 따른 변화, 예를 들면, 이들에 접하는 매질의 굴절률 변화에 따른 최대 흡수율 또는 산란율을 갖는 플라즈몬 공명 파장의 변화를 검출함으로써 특정 분자를 식별하거나, 특정 분자의 매질 내 농도를 구할 수 있고, 상기 굴절률의 변화에 고감도를 갖기 때문에 비표지(label-free) 방식에 의한 검지가 가능하다. 본 발명에 따른 바이오센서는 이러한 국소 표면 플라즈몬 공명이 적용되도록 형성된다.
이때, 국소 표면 플라즈몬 공명은 감지부(10)에서 발생하는데, 감지부(10)는 지지판(11), 및 박막층(13)을 포함한다.
여기서, 지지판(11)은 소정의 길이를 갖는 판(plate) 형상의 부재이다. 이때, 지지판(11)은 반드시 평판에 한정되는 것은 아니고, 어느 일면이 만곡되거나 요철(凹凸)을 갖는 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 평판으로 가정하여 설명한다.
한편, 지지판(11)은 투명 또는 불투명 지지판(11)일 수 있는데, 투명 지지판(11)이 바람직하다. 이러한 투명 지지판(11)은 예를 들어, 유리 또는 광학적으로 소정의 투광도를 갖는 고분자 재료로 이루어질 수 있다. 이때, 고분자 재료는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 트라아세틸셀룰로오스, 환상올레핀, 폴리아릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프타레이트, 또는 폴리이미드 등을 포함할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 불투명 지지판(11)인 경우에는 사파이어 또는 실리콘 단결정 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 지지판(11)의 재료는 반드시 상술한 재료에 한정되는 것은 아니고, 분석대상, 공정 등의 조건을 고려하여 다양한 재료를 활용할 수 있다.
박막층(13)은 지지판(11)의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나에 형성되는 층(layer)으로서, 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시키는 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)가 분산 배치되어 형성된다. 여기서, 박막층(13)은 지지판(11)의 일면에만 형성되거나(도 2a 참조), 또는 지지판(11)의 일면 및 타면, 즉 양면에 형성될 수도 있다(도 2b 참조). 한편, 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)는 구형, 나노 튜브, 나노 컬럼, 나노 로드, 나노 기공, 나노 와이어 중 어느 하나 또는 이들이 조합된 형상을 가질 수 있고, 형상에 따라 속이 꽉 찬 형태이거나 다공 또는 중공을 구비할 수도 있다. 이러한 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)는 탄소, 흑연, 준금속, 금속, 상기 준금속 또는 금속의 합금, 도전성 금속 산화물, 금속 질화물의 도전성 입자이거나, 금속 박막과 같은 도전층이 코팅된 코어 쉘 구조의 입자일 수 있다. 다만, 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)가 상술한 형태 및 재료에 반드시 한정되는 것은 아니다.
한편, 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)는 바인더(15)에 의해 지지판(11)에 결합되는데(도 2 참조), 여기서 바인더(15)는 이온성 고분자로서, 예를 들어, 폴리다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드(poly diallydimethylammonium chloride), 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(poly allylamine hydrochloride), 폴리비닐벤질트리메틸 암모늄 클로라이드(poly 4-vinylbenzyltrimethyl ammonium chloride), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리소디움 스티렌 술포네이트(poly sodium 4-styrene sulfonate), 폴리비닐술포닉산(poly vinylsulfonic acid), 폴리소디움염(poly sodium salt), 폴리아미노산 (poly amino acids) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다만, 바인더(15)는 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)를 지지판(11)에 결합시킬 수 있는 물질인 이상, 상술한 고분자에 한정되는 것은 아니다.
지지판(11)에 이러한 박막층(13)이 배치되어 형성된 감지부(10)는 타겟시료(3)에 침지된다. 이때, 지지판(11)의 자유단부터 타겟시료(3)에 침지되면서, 박막층(13)도 타겟시료(3)에 잠긴다. 여기서, 지지판(11)의 자유단은 후술할 파지부(20)에 연결되는 지지판(11) 일단의 반대쪽 말단을 의미한다. 박막층(13)이 타겟시료(3)에 잠기게 되면, 타겟시료(3) 내의 타겟물질이 박막층(13)에 결합하게 된다.
이때, 박막층(13)과 타겟물질이 결합하기 위해서, 타겟물질과 특이적으로 결합되는 검출물질이 박막층(13)에 고정될 수 있다. 여기서, 검출물질은 예를 들어, 저분자 화합물, 항원, 항체, 단백질, 펩타이드, DNA, RNA, PNA, 효소, 효소기질, 호르몬 수용체, 관능기를 포함하는 합성시약 등일 수 있다. 다만, 상술한 물질은 예시적으로 열거한 것에 불과하여, 검출물질이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 이러한 물질의 조합을 포함하여, 타겟물질과 결합되는 모든 공지의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 검출물질이 박막층(13), 즉 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14), 또는 바인더(15)에 고정되어, 타겟물질과 특이적으로 결합함으로써, 타겟물질이 박막층(13)에 결합된다. 다만, 박막층(13)에 반드시 검출물질이 고정되어야 하는 것은 아니다.
한편, 감지부(10)는 하나 이상일 수 있다. 감지부(10)가 다수 개인 경우에는, 서로 소정의 간격을 두고 이격되고, 나란하게 배치되는데, 이때 나란한 감지부(10)는 어느 하나의 지지판(11) 일면과 다른 지지판(11) 일면 또는 타면이 서로 마주보도록 배열된다. 이러한 하나 이상의 감지부(10)는 파지부(20)에 연결되어 고정된다.
여기서, 파지부(20)는 사용자에 의해 파지되는 부재로서, 지지판(11)의 일단과 연결된다. 따라서, 사용자는 파지부(20)를 잡고, 타겟시료(3)가 수용된 큐벳(cuvette, 1) 내에 감지부(10)를 침지시킬 수 있다. 여기서, 큐벳(1)은 타겟시료(3)의 분광분석을 위해 타겟시료(3)를 넣어두는 용기이다. 다만, 감지부(10)가 침지될 때에, 타겟시료(3)가 반드시 큐벳(1) 내에 수용되어야 하는 것은 아니다. 그러나, 일반적인 시료 분석공정에서 큐벳(1) 내에 타겟시료(3)를 준비하고, 큐벳(1)에 감지부(10)가 침지된 상태로 분광분석을 수행하므로, 이하에서는 큐벳(1) 내에 타겟시료(3)가 수용되는 것으로 가정하여 설명한다.
상술한 바를 종합하면, 본 실시예에 따른 바이오센서는 지지판(11)의 일면에 도전성 나노입자 또는 나노구조체(14)가 분산 배치된 박막층(13)이 형성됨으로써, 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시켜, 특정 분자를 식별하거나, 특정 분자의 매질 내 농도를 구할 수 있고, 비표지 방식에 의해 검지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 실시예에 따른 바이오센서는 캡(30)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 캡(30)은 큐벳(1) 내에 삽탈 가능하게 삽입되어, 개방된 큐벳(1)의 입구를 폐쇄하도록 형성된다. 이러한 캡(30)은 파지부(20)의 하부에 배치되어, 파지부(20)와 지지판(11)을 서로 연결하며, 큐벳(1)의 내면에 접하여, 감지부(10)가 큐벳(1) 내에서 움직이지 않도록 지지판(11)을 고정한다.
여기서, 큐벳(1)의 사이즈가 모두 일률적인 것은 아니다. 따라서, 큐벳(1)의 사이즈에 따라서, 캡(30)의 외면과 큐벳(1) 내면 사이에 유격이 생길 수 있고, 이로 인해 캡(30)이 큐벳(1)에 고정되지 않아 정확한 타겟시료(3)의 분석이 곤란해지는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 본 실시예에 다른 바이오센서는 큐벳(1)의 사이즈에 무관하게 감지부(10)가 고정되도록, 고정부(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 고정부(40)는 캡(30)의 외면에 배치되어, 캡(30)이 큐벳(1)에 삽입될 때에, 본래의 위치 또는 형태가 변하고, 이때 발생하는 복원력에 의해 큐벳(1)의 내주면에 밀착되도록 형성된다. 이렇게 캡(30)에 배치된 고정부(40)가 큐벳(1)에 밀착되면, 캡(30)에 연결된 감지부(10)가 큐벳(1) 내에서 고정된다.
구체적으로, 고정부(40)는, 큐벳(1)에 캡(30)이 삽입될 때에, 큐벳(1)의 내면에 의해 가압되면서, 변형이 일어나고, 탄성력에 의해 큐벳(1)의 내면에 밀착되는 탄성체일 수 있다. 이러한 고정부(40)는 고무 등과 같은 소재가 가지는 본래의 탄성력을 이용하거나, 용수철과 같은 부품의 속성을 이용할 수도 있다. 다만, 고정부(40)가 반드시 재료 내지 부품이 가지는 탄성력을 이용해야 하는 것은 아니고, 소정의 구조를 통해서도 구현 가능한데, 이하에서 자세하게 설명한다(도 4 참조).
고정부(40)는 캡(30)의 외면으로부터 연장되되, 소정의 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 캡(30)의 외면으로부터 외측으로 연장되되, 캡(30)의 외면과 나란하게 절곡되어, "ㄱ"자 형태를 이루고, 그 말단에 외측으로 돌출된 돌출부가 형성됨으로써, 큐벳(1)의 내면에 돌출부가 가압되면서 텐션(tension)에 의해 밀착될 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 이때, 고정부(40)가 캡(30) 방향으로 가압되어 움직이므로, 캡(30)의 외면 중 고정부(40)와 대향하는 대향부분은 오목하게 함몰될 수 있다.
상술한 구조 이외에도, 함몰된 상기 대향부분의 내면에서 고정부(40)가 연장되고, 캡(30)의 외면 외측으로 돌출부가 형성되어, "ㄴ" 자 형태의 구조로 이루어질 수도 있다.
결과적으로, 고정부(40)는 캡(30)의 외면으로부터 연장되고, 캡(30)이 큐벳(1)에 삽입될 때에, 텐션에 의해 큐벳(1)의 내면에 밀착되는 한, 상술한 구조 이외에도 다양한 구조로 변형 가능하다.
한편, 본 실시예에 따른 바이오센서는 지지판(11)이 협폭부(12)를 구비할 수 있다. 여기서, 협폭부(12)는 지지판(11)의 타단(자유단)을 기준으로 한 소정의 높이에서, 지지판(11)의 폭이 다른 부분에서보다 상대적으로 좁아지는 부분이다.
타겟시료(3)를 분석하기 위해서는, 큐벳(1) 내에 감지부(10)가 삽입된 상태로, 큐벳(1)의 외측에서 광을 조사한다. 이때, 감지부(10)와 큐벳(1) 내면 사이의 간극이나, 서로 나란한 감지부(10) 사이의 간극에서, 모세관력이 발생하여, 타겟시료(3)가 상승하게 된다(도 4 참조). 이러한 타겟시료(3)의 상승으로 인해, 박막층(13)이 배치된 지지판(11) 영역을 넘어서까지 타겟시료(3)가 이동하므로, 분석에 필요한 타겟시료(3)의 양이 증가하고, 분석 신뢰도가 심각하게 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 안출된 것이 협폭부(12)이다. 타겟시료(3)는 지지판(11)과의 사이에서 작용하는 인력에 의해, 지지판(11)을 따라 상승하게 되는데, 협폭부(12)에서 지지판(11)의 폭이 좁아지면, 지지판(11)과 타겟시료(3)가 접하는 면적이 작아져서, 더 이상 타겟시료(3)가 상승하지 않게 된다.
구체적으로, 협폭부(12)는 지지판(11)의 측면에 상승방지홈(17)이 오목하게 함몰됨으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상승방지홈(17)은 지지판(11)의 일측면에서부터 타측면 방향으로, 소정의 깊이만큼, 함몰되어 형성되므로, 상승방지홈(17)이 형성된 위치에서의 지지판(11)의 폭, 즉 양측면 사이의 거리가 작아져서 협폭부(12)가 형성된다. 이러한 상승방지홈(17)은 지지판(11)의 일측면에만 형성될 수 있으나, 양측면 각각에 형성될 수도 있다. 양측면 각각에 상승방지홈(17)이 형성된 경우에, 서로 마주보도록 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 지그재그 형식으로 엇갈리게 형성되어도 무방하다. 또한, 상승방지홈(17)은 지지판(11)의 측면을 따라, 길이방향으로 소정의 간격으로 이격되어, 다수 개가 형성될 수도 있다.
이러한 상승방지홈(17)은 함몰되는 부위가 만곡되어 라운드지게 형성될 수 있으나, 반드시 이러한 형상으로 형성되어야 하는 것은 아니고, 지지판(11)의 폭이 좁아지는 한, 어떠한 형태로 함몰되어도 무방하다. 이때, 상승방지홈(17)의 폭, 즉, 상승방지홈(17)의 깊이에 수직인 거리에 특별한 제한을 두지는 않으므로, 상승방지홈(17)의 폭은 지지판(11)의 소정의 높이에서부터 그 일단까지일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오센서의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오센서는 감지부(10)를 보호하기 위해, 한 쌍의 가드(50)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 한 쌍의 가드(50)는 감지부(10)를 사이에 두고, 감지부(10)와 이격되어, 서로 맞은 편에 배치되는 부재이다. 다수 개의 감지부(10)가 배치된 경우에도, 한 쌍의 가드(50) 사이에 다수 개의 감지부(10)가 배열되도록, 가드(50)가 배치된다. 이렇게 가드(50)가 감지부(10)의 양쪽 최외측 각각에 배치되므로, 큐벳(1)의 내면에 감지부(10)가 닿지 않도록 하고, 외부의 충격 등으로부터 감지부(10)를 보호할 수 있다. 가드(50)는 지지판(11)의 형태와 동일한 형상으로 형성될 수 있으나, 그 형태가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 가드(50)부가 판 형상으로 형성된 경우에, 나란하게 배치되는 감지부(10) 또는 큐벳(1) 내측면 사이의 간극에서 타겟시료(3)가 상승할 수도 있으므로, 가드(50)부에도 소정의 높이에서 상대적으로 그 폭이 좁아지는 협폭부(12a)가 형성될 수도 있다. 이때, 협폭부(12a)도 가드(50)의 측면에 상승방지홈(17a)이 함몰되어 형성될 수 있는데, 반드시 가드(50)에 협폭부(12a)가 형성되거나, 상승방지홈(17a)에 의해 협폭부(12a)가 형성되어야 하는 것은 아니다. 또한, 시료 분석과정에서 감지부(10)에 광이 조사되어야 하므로, 투명하게 형성되는 것이 바람직하지만, 그렇다고 반드시 투명해야 하는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 아답터(60)의 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오센서는 아답터(60)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 아답터(60)는 큐벳(1)의 높이를 조절하는 부재이다. 시료를 분석하기 위해서는 큐벳(1)에 감지부(10)를 삽입한 후, 큐벳(1)의 외측에서 감지부(10)의 박막층(13)을 향해 광을 조사한다(도 3 참조). 이때, 광을 조사하는 장비에 따라 광이 조사되는 높이, 폭, 초점 등이 상이하므로, 큐벳(1) 제조사는 소정의 광 조사 장비에 적합하게 큐벳(1)의 높이를 설계한다. 따라서, 광 조사 장비에 매칭(matching)이 안 되는 큐벳(1)을 사용하면, 시료 분석에 요구되는 큐벳(1)의 적정 높이에 광을 조사할 수 없어서, 광 조사 장비에 따른 큐벳(1)의 범용성이 제한된다. 이렇게 광 조사 장비와 큐벳(1)이 매칭되지 않아 큐벳(1) 사용이 문제되는 경우에, 아답터(60)를 큐벳(1)의 바닥면 아래에 배치함으로써, 큐벳(1)의 높이를 조절할 수 있다. 따라서, 광 조사 장비 및 큐벳(1) 종류에 무관하게, 큐벳(1)의 높이를 조절함으로써, 광이 조사되는 위치를 자유롭게 제어할 수 있다.
구체적으로, 아답터(60)는 소정의 높이를 갖는 블록 형상으로 형성되는데, 외면으로부터 오목하게 함몰된 결합홈(61)을 구비함으로써, 큐벳(1)의 바닥면이 결합홈(61)에 삽입되어, 아답터(60)와 큐벳(1)이 결합된다. 여기서, 아답터(60)는 서로 다른 높이를 갖도록 제작되고, 높이별로 큐벳(1)에 결합되어 큐벳(1)의 높이를 조절한다.
본 실시예에 따른 바이오센서는 감지부(10)가 타겟시료(3)에 침지된 상태로, 즉, 감지부(10)가 큐벳(1)에 삽입된 상태에서, 큐벳(1)에 광을 조사하여 타겟시료(3)를 분석한다. 이때, 타겟시료(3)의 분석은 단백질 정량분석, 면역반응분석, 키네틱분석, 또는 소분자 검출(small molecule detection)을 포함한다. 종래에는 별도의 장치를 이용하여 각각의 단백질 정량분석, 면역반응분석, 키네틱분석, 소분자 검출을 별도의 방식으로 시행하였으나, 본 실시예에 따른 바이오센서의 경우에는, 그 하나로서 상술한 타켓시료의 분석이 가능하다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서의 신호를 측정한 그래프이다.
도 7에서는, 본 발명에 따른 바이오센서를 이용해 다양한 조건에서 신호값을 연속적으로 측정하였다. 제1 단계에서는 PBS buffer를 넣고 본 발명에 따른 바이오센서의 백그라운드를 측정하였고, 제2 단계에서는 항체(검출물질)가 담긴 큐벳에 본 발명에 따른 바이오센서를 삽입하여 신호를 측정하였다. 제3 단계에서는 박막층 중 검출물질이 고정되지 않은 빈 부분을 블로킹(blocking) 물질로 처리한 후에 신호를 측정하였다. 제4 단계에서는 린싱용액으로 블로킹에 관여하지 않은 여분의 블로킹 물질을 제거(washing)하고 신호를 측정하였으며, 제5 단계에서는 항원(타겟물질)이 담긴 큐벳에 본 발명에 따른 바이오센서를 삽입하여 항원 항체 반응을 유도하고, 신호의 증가값을 측정하였다. 그 결과, 각각의 단계를 거치면서, 신호값이 변하는 것을 확인하였다. 또한, 제2 단계와 제3 단계 사이에서 린싱용액 침지 후 신호를 측정한 경우에도 신호값이 나타나는 것을 확인했다(도시되지 않음). 이러한 결과를 통해서, 본 발명에 따른 바이오센서가 검지하는 물질에 따라, 특이적인 신호값을 나타내면서 작동한다는 것을 알 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법의 순서도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법으로 분석한 흡광도변화 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법은 (a) 상술한 실시예 중 어느 하나에 따른 바이오센서를 준비하는 단계(S100), (b) 검출물질을 함유한 검출시료에, 바이오센서의 감지부를 침지하여, 검출물질을 고정하는 단계(S200), 및 (c) 검출물질에 특이적으로 결합되는 타겟물질을 수용하는 큐벳 내에, 검출물질이 고정된 감지부를 삽입하여, 감지부를 타겟물질에 침지하는 단계(S300)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법은 본 발명에 따른 바이오센서를 준비하는 단계(S100), 검출물질을 고정하는 단계(S200), 및 감지부를 타겟물질에 침지하는 단계(S300)를 포함한다. 여기서, 본 실시예에 따른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법은 상술한 본 발명에 따른 바이오센서를 이용하므로, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략하거나, 간단하게 기술한다.
본 실시예에 다른 바이오센서를 이용한 시료 분석방법에 따르면, 우선, 상술한 실시예 중 어느 하나의 바이오센서를 준비하고(S100), 타겟물질에 특이적으로 결합되는 검출물질을 함유한 검출시료에 바이오센서의 감지부를 침지하여, 박막층에 검출물질을 고정한다(S200). 이때, 검출물질은 큐벳에 수용되어 준비될 수 있고, 바이오센서의 감지부를 그 큐벳에 삽입하여 침지시킬 수 있다. 이렇게 큐벳에 바이오센서가 삽입되어 검출물질이 고정되면, 큐벳에 삽입된 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정할 수도 있다. 다만, 여기서의 흡광도 측정이 반드시 이루어져야 하는 것은 아니다.
검출물질이 감지부에 고정되면, 타겟물질을 수용하는 큐벳 내에 감지부를 삽입하여, 감지부를 타켓물질에 침지시킨다(S300). 이때, 감지부의 검출물질이 타겟물질과 결합하게 된다. 예를 들어, 검출물질이 항체이고, 타겟물질이 항원인 경우에, 여기에서 항원 항체 반응이 유도된다.
한편, 검출물질이 감지부에 고정(S200)된 후, 타겟물질에 침지(S300)하기 전에, 바이오센서의 감지부를 린싱용액에 침지할 수 있다. 검출물질은 예를 들어, 물리적, 정전기적 반응을 거쳐 감지부에 고정되는데, 린싱용액에 감지부를 침지시킴으로써, 여기에서, 의도하지 않은 방식으로 결합된 검출물질을 제거한다. 이때, 린싱용액은 큐벳에 수용되어 준비되고, 그 큐벳에 바이오센서의 감지부를 삽입하여 침지시킬 수 있다. 이렇게 검출물질이 제거되면, 그 큐벳에 삽입된 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정할 수 있다. 다만, 이러한 흡광도 측정이 필수적으로 이루어져야 하는 단계는 아니다.
타겟물질에 감지부가 침지된 이후에는, 바이오센서를 큐벳에 삽입된 상태로 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정함으로써, 타겟시료를 분석할 수 있다. 이때, 바이오센서가 배치되기 이전에, 미리 분광분석기를 예열하고, 타켓물질에 감지부가 침지된 즉시, 분광분석기에 바이오센서를 배치하는 것이 바람직하다. 다만, 반드시 분광분석기를 미리 예열해야 하는 것은 아니다.
이러한 단계를 거쳐, 시료를 분석한 결과는 도 9를 통해 확인 가능하다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 큐벳 3: 타겟시료
10: 감지부 11: 지지판
12, 12a: 협폭부 17, 17b: 상승방지홈
13: 박막층 14: 도전성 나노입자 또는 나노구조체
15: 바인더 20: 파지부
30: 캡 40: 고정부
50: 가드 60: 아답터
61: 결합홈

Claims (20)

  1. 소정의 길이를 갖는 지지판, 및 상기 지지판의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 이상에 국소 표면 플라즈몬 공명현상을 발생시키는 도전성 나노입자 또는 나노구조체가 분산 배치되어 형성된 박막층을 포함하고, 타겟시료에 침지되어, 상기 타겟시료 내의 타겟물질이 상기 박막층에 결합되는 감지부; 및
    상기 지지판의 일단과 연결되고, 사용자에 의해 파지되는 파지부;
    를 포함하고,
    상기 지지판은, 타단을 기준으로 한 소정의 높이에서, 폭이 상대적으로 좁아지는 협폭부를 구비하여, 상기 협폭부가 형성된 높이 이상으로 상기 타겟시료가 상승하는 것을 차단하며,
    상기 협폭부는, 상기 지지판의 측면에서부터 오목하게 상승방지홈이 함몰되어 형성되는 바이오센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파지부와 상기 지지판을 서로 연결하고, 내부에 상기 타겟시료를 수용하는 큐벳 내에 삽탈 가능하게 삽입되는 캡;
    을 더 포함하는 바이오센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 캡의 외면에 배치되고, 상기 캡이 상기 큐벳 내에 삽입될 때에 위치 또는 형태가 변하면서 복원력이 발생하여, 상기 큐벳의 내주면에 밀착되는 고정부;
    를 더 포함하는 바이오센서.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고정부는
    상기 캡의 외면으로부터 연장 절곡되어 형성되는 바이오센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 캡의 외면 중 상기 고정부와 대향하는 대향부분은 오목하게 함몰되는 바이오센서.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상승방지홈은
    상기 지지판의 양측면 각각에 형성되는 바이오센서.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 상승방지홈은
    상기 지지판의 측면을 따라, 길이 방향으로 이격되어 다수 개가 형성되는 바이오센서.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지부는
    다수 개로, 서로 이격되고, 나란하게 배치되는 바이오센서.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지부를 사이에 두고 서로 맞은 편에 배치되어, 상기 감지부를 보호하는 한 쌍의 가드;
    를 더 포함하는 바이오센서.
  12. 청구항 1에 있어서,
    내부에 상기 타겟시료를 수용하는 큐벳의 바닥면 아래에 배치되어, 상기 큐벳의 높이를 조절하는 아답터;
    를 더 포함하는 바이오센서.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 아답터는
    블록 형상으로 형성되되, 상기 큐벳의 바닥면이 삽입되어 결합되도록 외면으로부터 함몰된 결합홈을 구비하는 바이오센서.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 타겟시료는 큐벳에 수용되고,
    상기 감지부가 상기 큐벳에 삽입되어, 상기 타겟시료에 침지된 상태에서, 상기 큐벳에 광을 조사하여 상기 타겟시료를 분석하는 바이오센서.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 타겟시료의 분석은 단백질 정량분석, 면역반응분석, 키네틱분석, 또는 소분자 검출(small molecule detection)인 바이오센서.
  16. (a) 청구항 1 내지 청구항 5 및 청구항 8 내지 청구항 15 중 어느 하나에 따른 바이오센서를 준비하는 단계;
    (b) 검출물질을 함유한 검출시료에, 상기 바이오센서의 감지부를 침지하여, 상기 검출물질을 고정하는 단계; 및
    (c) 상기 검출물질에 특이적으로 결합되는 타겟물질을 수용하는 큐벳 내에, 상기 검출물질이 고정된 상기 감지부를 삽입하여, 상기 감지부를 상기 타겟물질에 침지하는 단계;
    를 포함하는 바이오센서를 이용한 시료 분석방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에,
    상기 바이오센서의 감지부를 린싱용액에 침지하는 단계;
    를 더 포함하는 바이오센서를 이용한 시료 분석방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에,
    상기 큐벳에 삽입된 상태의 상기 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정하는 단계;
    를 더 포함하는 바이오센서를 이용한 시료 분석방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 바이오센서의 감지부는 상기 검출물질을 수용하는 큐벳에 삽입되어 침지되며,
    상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에,
    상기 검출물질을 수용하는 큐벳에 삽입된 상태의 상기 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정하는 단계;
    를 더 포함하는 바이오센서를 이용한 시료분석방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 바이오센서의 감지부는 상기 린싱용액을 수용하는 큐벳에 삽입되어 침지되며, 상기 린싱용액을 수용하는 큐벳에 삽입된 상태의 상기 바이오센서를 분광분석기에 배치하여, 흡광도를 측정하는 단계;
    를 더 포함하는 바이오센서를 이용한 시료분석방법.
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