KR101926828B1

KR101926828B1 - 라만 또는 형광 기반의 고감도 고효율 진단을 위한 바이오 센서

Info

Publication number: KR101926828B1
Application number: KR1020180053420A
Authority: KR
Inventors: 주성빈; 박형진; 강문식; 변석민; 김경수; 최세정
Original assignee: (주)노스트
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2018-12-07

Abstract

본 발명의 바이오 센서는 시료가 코팅된 시료면이 구비된 제1 모듈과, 이색 코팅면이 구비된 제2 모듈을 포함하여 이루어지고, 시료면과 이색 코팅면에 의해 바이오 센서의 내부에 산란 공간이 형성된다. 외부에서 레이저 광이 입사되면, 시료면에서 발생된 신호(산란광)는 산란 공간의 일부에 형성된 산란광 수집 구멍으로만 집중되어 빠져나가게 된다. 시료에서 발생된 신호를 최소의 손실로 획득할 수 있어서, 높은 감도의 바이오 센서로 사용될 수 있다.

Description

라만 또는 형광 기반의 고감도 고효율 진단을 위한 바이오 센서{ Bio Sensor for High Sensitivity and High Efficiency Diagnosis based on Raman or Fluorescence }

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타겟 물질을 탐지하는 감도를 더욱 높일 수 있는, 라만 또는 형광 기반의 고감도 고효율 진단을 위한 바이오 센서에 관한 것이다.

바이오 센서는 타겟 물질(바이오 물질)의 존재나 농도를 측정할 수 있도록 하는데, 대부분 광학적인 과정을 통해 생화학적 반응이 일어나는 정도를 검출함으로써 감지가 이루어진다.

바이오 센서를 이용한 측정에는 라만(Raman)이나 형광(Fluorescence) 등의 산란광이 이용될 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서에 고정된 기준 시료에 형광물질을 잔류시키고, 외부 광원을 통해 형광물질이 광을 발생하게 한 후, 발생된 형광을 측정할 수 있다.

도 1에 도시된 예와 같이, 종래의 분광 분석 방법에서는 한 점(보통 1μm ~ 수십 μm)에서 발생한 신호를 획득하여 분석한다. 그러나, 측정 대상인 한 점에서 발생한 신호는 적지 않게 소실되고 일부만을 수집할 수 있으므로, 그 감도가 낮아 시료의 분석이 상당히 어렵다.

그러므로, 바이오 센서를 이용한 타겟 물질의 정확한 정량 및 정성 분석을 위해서는 넓은 영역에서 높은 수광률로 타겟 물질을 감지할 수 있도록 할 필요가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 탐지 감도를 높여 더욱 정확하게 타겟 물질을 분석할 수 있도록 해주는 바이오 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 바이오 센서의 일 실시예는, 시료가 코팅된 시료면이 구비되는 제1 모듈; 및 외부에서 입사되는 레이저 광은 통과시키고 상기 시료면에서 발생하는 산란광은 반사시키는 이색 코팅면이 구비된 제2 모듈을 포함하여 이루어진다.

이때 상기 시료면과 이색 코팅면이 산란 공간을 형성하며, 상기 제2 모듈은 상기 이색 코팅면 중 일부에 산란광이 빠져 나갈 산란광 수집 구멍이 형성된다.

본 발명에 따른 바이오 센서의 또 다른 실시예는, 상기 제1 모듈의 상기 시료면 중 일부에 산란광이 빠져 나갈 산란광 수집 구멍이 형성된다.

상기 시료면과 이색 코팅면은 모두 반구형으로 구성될 수 있다.

상기 이색 코팅면은 평면으로 구성되고, 상기 시료면은 반구형으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 이색 코팅면은 반구형으로 구성되고, 상기 시료면은 평면으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 바이오 센서는 시료에서 발생된 신호(산란광)의 손실을 막을 수 있어 타겟 물질의 탐지 감도를 높일 수 있고, 넓은 영역에서 높은 수광률로 타겟 물질을 감지할 수 있다.

산란 공간을 이용하여 수십 ㎛² 에서 수 ㎜² 시료 영역의 신호까지 최소의 손실로 획득할 수 있어 높은 감도의 정량 분석 센서로 사용될 수 있다.

산란광의 손실을 방지하는 산란 공간은 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있으며, 다양한 구조로 바이오 센서를 구현할 수 있다.

도 1은 종래의 바이오 센서와 관련하여, 한 점에서 발생한 신호를 획득하여 분석하는 것을 설명하기 위한 예,
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 반사형 바이오 센서의 각 실시예,
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 투과형 바이오 센서의 각 실시예이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 바이오 센서(100)의 반사형 실시예를 보인 것으로서, 반사형이란 시료에서 발생한 신호(산란광)가 레이저 광이 입사된 방향으로 빠져 나가 분석에 이용되는 형태를 말한다.

도 2를 참조하자면, 바이오 센서(100)는 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)을 포함하여 이루어지며, 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)은 서로 결합되어 바이오 센서로서 기능을 수행한다.

제1 모듈(110)에는 시료가 코팅된 시료면(111)이 구비되고, 제2 모듈(120)에는 이색 코팅면(121)이 구비된다.

시료면(111)은 시료 처리가 된 부분으로서, 예를 들자면 질병 인자를 분석할 수 있는 타겟 물질이 위치한 부분이다.

제2 모듈(120)에 구비되는 이색 코팅면(121)은 이색 코팅(Dichric Coating)이 이루어진 부분으로서, 외부에서 입사되는 레이저 광은 투과시키고 시료면(111)에서 발생되는 산란광 신호(예: Raman, SERS(surface Enhanced Raman Spectroscopy) 혹은 Fluorescence)는 반사시킨다.

제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)은 시료면(111)과 이색 코팅면(121)이 서로 마주보도록 접착되며, 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)이 접착되었을 때 시료면(111)과 이색 코팅면(121)은 일정한 산란 공간(150)을 형성하게 된다.
이때 산란 공간(150)을 형성하는 시료면(111)에는 전체에 걸쳐 시료가 코팅된다.

도 2에는 시료면(111)과 이색 코팅면(121)이 각각 반구형으로 구성되는 예가 나타나 있다.

그러나, 시료면(111)과 이색 코팅면(121)의 형태는 다양하게 구성될 수 있는 것이며, 이에 따라 시료면(111)과 이색 코팅면(121)으로 둘러 싸이는 산란 공간(150)도 다양하게 구성될 수 있다.

제2 모듈(120)은 투명한 재질로 구성될 수 있으며, 이색 코팅면(121) 중 일부에 산란광 수집 구멍(130)이 형성된다. 산란광 수집 구멍(130)은 산란 공간(150)에서 반사된 산란광이 외부로 빠져 나가는 통로이다.

시료면(111)과 이색 코팅면(121)이 모두 반구형인 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)을 접착시키면, 내부에 구형의 산란 공간(150)이 형성된다. 산란 공간(150)의 크기는 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서 구형 산란 공간(150)의 반지름은 수십 μm ~ 수 mm 정도로 구성될 수 있다.

도 3a에 도시된 예와 같이, 제2 모듈(120)의 외부에서 산란 공간(150)을 향해 레이저 광(71)이 조사되면, 도 3b에 도시된 예와 같이 산란 공간(150)의 내부에서 발생한 신호(예: Raman, SERS(surface Enhanced Raman Spectroscopy) 혹은 Fluorescence)는 다중 산란(Multi-Scattering)을 일으키게 된다. 이때 산란광이 외부로 나갈 수 있는 통로는 제2 모듈(120)에 형성된 산란광 수집 구멍(130)이 유일하다.

그러므로, 산란광 수집 구멍(130)을 통해 외부로 빠져나간 산란광(81)을 수집함으로써, 시료면(111)에서 발생한 대부분의 신호를 획득할 수 있으며, 타겟 물질의 탐지 감도를 크게 높일 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 시료면(111)의 형태와 이색 코팅면(121)의 형태는 반구형에 제한되지 않고 다양하게 구성될 수 있다.

도 4a는 제1 모듈(110)의 시료면(111)이 평면의 형태로 구성되고, 제2 모듈(120)의 이색 코팅면(121)은 반구형으로 구성된 실시예를 보인 것으로서, 산란 공간(150)은 도 4b에 도시된 바와 같이 위로 볼록한 반구 형태가 된다.

제2 모듈(120)의 외부에서 레이저 광이 조사되면, 반구 형태의 산란 공간(150)에서 발생한 산란광은 제2 모듈(120)의 산란광 수집 구멍(130)을 통해 빠져 나가며, 이 산란광을 수집하여 분석할 수 있다.

도 5a는 제2 모듈(120)의 이색 코팅면(121)이 평면의 형태로 구성되고, 제1 모듈(110)의 시료면(111)은 반구형으로 구성된 실시예를 보인 것으로서, 산란 공간(150)은 도 5b에 도시된 바와 같이 아래로 볼록한 반구 형태가 된다.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 바이오 센서(100)의 투과형 실시예를 보인 것으로서, 투과형이란 시료에서 발생한 산란광이 레이저 광이 입사된 방향과 반대 방향으로 빠져 나가 분석에 이용되는 형태를 말한다. 즉, 산란광 수집 구멍(130)이 제1 모듈(110)에 형성된다.

도 6을 참조하자면, 반사형 실시예와 같이 제1 모듈(110)에는 시료가 코팅된 시료면(111)이 구비되고, 제2 모듈(120)에는 이색 코팅면(121)이 구비된다.

제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)은 시료면(111)과 이색 코팅면(121)이 서로 마주보도록 접착되고, 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)이 접착되었을 때 시료면(111)과 이색 코팅면(121)은 산란 공간(150)을 형성하게 된다.
산란 공간(150)을 형성하는 시료면(111)에는 전체에 걸쳐 시료가 코팅된다.

이때 산란광 수집 구멍(130)이 제2 모듈(120)이 아니라 제1 모듈(110)에 구비된다. 즉, 제1 모듈(110)은 시료면(111) 중 일부에 산란광 수집 구멍(130)이 형성된다. 산란광 수집 구멍(130)은 산란 공간(150)에서 발생되는 신호(산란광)가 외부로 빠져 나가는 통로이다.

도 6a는 제1 모듈(110)의 시료면(111)과 제2 모듈(120)의 이색 코팅면(121)이 모두 반구형인 실시예를 보인 것으로서, 산란 공간(150)은 구형이 된다.

도 6b에 도시된 예와 같이, 제2 모듈(120)의 외부에서 레이저 광(71)이 조사되면, 구형의 산란 공간(150)에서 발생한 산란광은 제1 모듈(110)의 산란광 수집 구멍(130)을 통해 빠져 나가며, 이 산란광을 수집하여 분석할 수 있다.

도 7a는 제1 모듈(110)의 시료면(111)이 평면의 형태로 구성되고, 제2 모듈의(120) 이색 코팅면(121)은 위로 볼록한 반구형으로 구성된 실시예를 보인 것으로서, 산란광 수집 구멍(130)이 제1 모듈(110)에 구비되고, 산란 공간(150)은 도 7b에 도시된 바와 같이 위로 볼록한 반구 형태가 된다.

제2 모듈(120)의 외부에서 레이저 광이 조사되면, 반구 형태의 산란 공간(150)에서 발생한 산란광은 제1 모듈(110)의 산란광 수집 구멍(130)을 통해 빠져 나가며, 이 산란광을 수집하여 분석할 수 있다.

도 8a는 제2 모듈(120)의 이색 코팅면(121)이 평면의 형태로 구성되고, 제1 모듈(110)의 시료면(111)은 아래로 볼록한 반구형으로 구성된 실시예를 보인 것으로서, 산란광 수집 구멍(130)이 제1 모듈(110)에 구비되고, 산란 공간(150)은 도 8b에 도시된 바와 같이 아래로 볼록한 반구 형태가 된다.

제2 모듈(120)의 외부에서 레이저 광이 조사되면, 반구형의 산란 공간(150)에서 발생한 산란광은 제1 모듈(110)의 산란광 수집 구멍(130)을 통해 빠져 나가며, 이 산란광을 수집하여 분석할 수 있다.

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.

71: 레이저 광
81: 산란광
100: 바이오 센서
110: 제1 모듈
111: 시료면
120: 제2 모듈
121: 이색 코팅면
130: 산란광 수집 구멍
150: 산란 공간

Claims

바이오 센서로서,
시료가 코팅된 시료면이 구비되는 제1 모듈; 및
외부에서 입사되는 레이저 광은 통과시키고 상기 시료면에서 발생하는 산란광은 반사시키는 이색 코팅면이 구비된 제2 모듈을 포함하고,
상기 시료면과 이색 코팅면이 산란 공간을 형성하며,
상기 제2 모듈은 상기 이색 코팅면 중 일부에 산란광이 빠져 나갈 산란광 수집 구멍이 형성되고,
상기 산란 공간을 형성하는 시료면 전체에 걸쳐 상기 시료가 코팅되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
바이오 센서로서,
시료가 코팅된 시료면이 구비되는 제1 모듈; 및
외부에서 입사되는 레이저 광은 통과시키고 상기 시료면에서 발생하는 산란광은 반사시키는 이색 코팅면이 구비된 제2 모듈을 포함하고,
상기 시료면과 이색 코팅면이 산란 공간을 형성하며,
상기 제1 모듈은 상기 시료면 중 일부에 산란광이 빠져 나갈 산란광 수집 구멍이 형성되고,
상기 산란 공간을 형성하는 시료면 전체에 걸쳐 상기 시료가 코팅되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 시료면과 이색 코팅면은 반구형인 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 이색 코팅면은 평면이고, 상기 시료면은 반구형인 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 이색 코팅면은 반구형이고, 상기 시료면은 평면인 것을 특징으로 하는 바이오 센서.