KR101979256B1 - 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법 - Google Patents

분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101979256B1
KR101979256B1 KR1020120153424A KR20120153424A KR101979256B1 KR 101979256 B1 KR101979256 B1 KR 101979256B1 KR 1020120153424 A KR1020120153424 A KR 1020120153424A KR 20120153424 A KR20120153424 A KR 20120153424A KR 101979256 B1 KR101979256 B1 KR 101979256B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetoresistive sensor
giant magnetoresistive
sensor unit
receptor
analysis
Prior art date
Application number
KR1020120153424A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140083536A (ko
Inventor
정문연
양승경
송기봉
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020120153424A priority Critical patent/KR101979256B1/ko
Priority to US13/949,069 priority patent/US9535035B2/en
Publication of KR20140083536A publication Critical patent/KR20140083536A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101979256B1 publication Critical patent/KR101979256B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/74—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids
    • G01N27/745—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids for detecting magnetic beads used in biochemical assays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F41/309—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices electroless or electrodeposition processes from plating solution

Abstract

본 발명은 분석 장지 및 분석 방법을 제공한다. 이 장치 및 방법에 따르면 하나의 암세포의 크기와 같거나 보다 작게 거대자기저항 센서부를 형성하고 이를 이용하여 하나의 암세포에 결합된 자성 나노 입자 수에 따른 자기 저항을 측정함으로써 암을 진단하는 것 뿐만 아니라 암의 종류까지 간단하고 저렴하게 판별할 수 있다.

Description

분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법 {Analysis device and analysis method using the device}
본 발명은 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것이다.
의약 분야에서의 진단, 치료 및 연구 분야에서 최종 목적 또는 다른 분석을 하기 위한 제조적인 도구로서 세포 타입 또는 세포 내 성분의 분리가 요구된다. 예를 들면, 암 세포를 분석하는 것이 필요하다. 혈중 암세포란 암 환자의 말초 혈액 (peripheral blood)에 존재하는 암세포를 통칭하며 원발 병소 또는 전이 병소로부터 탈락된 암세포들이다. 이러한 혈중 암세포는 암 진단, 치료 예후 분석, 미세전이 분석 등에 있어서 유력한 바이오마커로 기대되고 있다. 뿐만 아니라 기존의 암 진단 방법에 비해 혈중 암세포 분석은 비침습 (non-invasive) 방법이라는 장점을 가지고 있기 때문에 미래의 암진단 방법으로 매우 유망하다. 하지만 혈중 암세포는 혈액중 분포 비율이 전체 세포 10억개 당 암세포 1개 또는 백혈구 106~107개 당 암세포 1개 수준으로 매우 낮기 때문에 정확한 분석이 매우 어려우며 매우 정교한 분석 방법을 필요로 한다.
혈중 암세포 분리 방법으로 다양한 방법이 연구되고 있으나, 검사 시간이 오래 걸리고 암세포의 유무 및 수량에 대한 정보만을 제시할 뿐 암 종류 등에 대한 분석이 곤란하다는 단점이 있다. 또한 비특이 결합되는 혈구 세포에 의한 간섭이 문제가 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 생물질을 비롯한 물질종의 분석 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 생물질을 비롯한 물질종의 분석 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 분석 장치는, 기판 상의 거대자기저항 센서부; 상기 거대자기저항 센서부 상의 수용체; 상기 수용체에 포획되며 자성 나노 입자를 포함하는 목표 입자; 및 상기 거대자기저항 센서부의 양 단부와 접하는 전극을 포함하되, 상기 거대자기저항 센서부의 폭은 상기 목표 입자의 폭과 같거나 보다 작다.
상기 분석 장치는 상기 거대자기저항 센서부를 덮으며 상기 수용체를 고정시키는 수용체 고정층을 더 포함할 수 있다. 상기 수용체 고정층은 고분자물질로 이루어질 수 있다.
상기 수용체에 포획되는 목표입자에 결합된 자성 나노 입자의 수에 따라 상기 거대자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압이 변할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 목표 입자는 암세포이며, 상기 자성 나노 입자는 상기 암세포의 세포막에 발현된 상피세포유래생체분자(Epithelial cellular adhesion molecule, EpCAM)에 부착될 수 있다. 상기 암세포는 종류에 따라 서로 다른 수의 EpCAM을 포함하며, EpCAM 수에 대응하는 수의 자성 나노 입자들이 상기 암세포에 결합될 수 있다.
상기 거대자기저항 센서부의 감도 S와 상기 거대자기저항 센서부의 표면으로부터 소정 지점까지의 거리 R은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
<수학식 1>
S∝1/R3
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 분석 장치는 상기 거대자기저항 센서부의 일 단부에 연결된 하나의 선택 소자를 더 포함하되, 상기 거대자기저항 센서부와 상기 하나의 선택 소자는 하나의 단위 분석 셀을 구성하고, 상기 분석 장치는 복수개의 단위 분석 셀들을 포함할 수 있다.
상기 단위 분석 셀들은 어레이 형태로 배치될 수 있다.
상기 분석 장치는 상기 목표 입자를 포함하는 혼합 용액이 흐르며 상기 거대자기저항 센서부와 상기 전극들이 배치되는 채널을 더 포함할 수 있다. 일 예에 있어서, 상기 혼합 용액은 혈액이며, 상기 목표 입자는 혈중 암세포일 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 분석 방법은, 기판 상의 거대자기저항 센서부, 상기 거대자기저항 센서부 상의 수용체, 및 상기 거대자기저항 센서부의 양 단부와 접하는 전극을 포함하는 분석 장치를 제조하는 단계; 상기 수용체로 포획하고자 하는 목표입자에 자성 나노 입자를 결합시키는 단계; 상기 수용체로 하나의 목표 입자를 상기 거대자기저항 센서부 상에 포획시키는 단계; 및; 및 상기 거대자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압을 측정하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 목표입자에 결합된 자성 나노 입자들의 수에 따른 상기 거대자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압의 변화를 조사하여 데이터베이스를 만드는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 거대자기저항 센서부의 폭은 상기 목표 입자의 폭과 같거나 보다 작을 수 있다.
구체적인 예로써, 상기 목표 입자는 암세포이며, 상기 자성 나노 입자는 상기 암세포의 세포막에 발현된 상피세포유래생체분자(Epithelial cellular adhesion molecule, EpCAM)에 부착되며, 상기 목표 입자를 상기 수용체에 포획시키는 단계는, 항원-항체의 샌드위치 결합 방법을 이용할 수 있다. 상기 방법은 상기 목표 입자를 상기 수용체로 포획시키는 단계 전에, 암세포의 종류에 따른 상기 거대 자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압의 변화를 조사하여 데이터베이스를 만드는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 장치를 제조하는 단계는, 상기 기판 상에 거대자기저항 센서부를 형성하는 단계; 상기 거대자기저항 센서부의 양 단부와 접하는 전극들을 형성하는 단계; 및 상기 거대자기저항 센서부 상에 상기 수용체를 고정시키는 수용체 고정층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 거대자기저항 센서부를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 강자성막을 형성하는 단계; 상기 강자성막 상에 반강자성막을 형성하는 단계; 및 상기 반강자성막과 상기 강자성막을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 분석 장치 및 분석 방법에 따르면 하나의 암세포의 크기와 같거나 보다 작게 거대자기저항 센서부를 형성하고 이를 이용하여 하나의 암세포에 결합된 자성 나노 입자 수에 따른 자기 저항을 측정함으로써 암을 진단하는 것 뿐만 아니라 암의 종류까지 간단하고 저렴하게 판별할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 예에 따른 목표 입자를 분석하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1b는 본 발명의 구체적인 일 예에 따른 혈중 암세포를 분석하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 분석 장치의 대략적인 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 'P1' 부분을 확대한 도면들이다.
도 4a 내지 4c는 목표 입자들에 결합된 자성 나노 입자들 수에 따른 센서의 전압의 변화를 나타내는 도면들이다.
도 5a 내지 도 5c는 상기 거대자기저항 센서부(110)의 표면으로부터 거리(R)에 따른 거대자기저항 센서부의 감도(S)와의 관계를 나타낸다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 분석 장치의 일 적용예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 분석 장치의 다른 적용예를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "연결되어" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제 1, 제 2 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명맥하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 또한, "적어도 하나"는 최소한 하나와 동일한 의미로 사용되며 하나 또는 그 이상을 선택적으로 지칭할 수 있다.
도 1a은 본 발명의 일 예에 따른 목표 입자를 분석하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 1b는 본 발명의 구체적인 일 예에 따른 혈중 암세포를 분석하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 분석 장치의 대략적인 단면도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 2의 'P1' 부분을 확대한 도면들이다.
도 1a 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 목표 입자를 분석하는 방법은 거대자기저항(Giant Magentoresistance, GMR) 센서부(10)를 포함하는 분석 장치(200)를 제조한다(S10). 상기 분석 장치(200)는 기판(100) 상에 거대자기저항 센서부(110), 이의 양단부와 접하는 전극들(130), 이를 덮는 수용체 고정층(120), 상기 수용체 고정층(120) 상에 고정되는 수용체(125)를 포함한다. 상기 수용체(125)는 상기 거대자기저항 센서부(110)와 중첩되는 상기 고정층(120) 상에만 배치된다. 상기 수용체(125)는 포획하고자 하는 목표 입자(140)의 표지자(150)와 항원-항체의 샌드위치 결합 방법에 의해 결합될 수 있는 항원이나 항체일 수 있다. 상기 목표 입자(140)의 상기 표지자(150)에는 자성 나노 입자(160)가 결합된다.
도 1a 및 2를 참조하여, 상기 분석 장치(200)를 제조하는 단계(S10)는, 상기 기판(100) 상에 거대자기저항 센서부(110)를 형성하는 단계, 상기 거대자기저항 센서부(110)의 양 단부와 접하는 전극들(130)을 형성하는 단계, 및 상기 거대자기저항 센서부(110) 상에 상기 수용체(125)를 고정시키는 수용체 고정층(120)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 거대자기저항 센서부(110)를 형성하는 단계는, 상기 기판(100) 상에 예를 들면 증착 공정을 이용하여 강자성막과 반강자성막을 형성하고, 이들을 식각함으로써 진행될 수 있다. 증착 공정 중에 또는 후에 외부 자장을 인가하여 상기 강자성/반강자성 물질층 내의 스핀의 방향을 조절할 수 있다. 상기 전극들(130)은 도전막으로 형성될 수 있다. 상기 거대자기저항 센서부(110)와 상기 전극들(130)을 형성하기 위하여, 증착 공정, 포토리소그라피 공정, 식각 공정과 같은 반도체 제조 공정이 적용될 수 있다. 상기 고정층(120)은 고분자물질로 이루어질 수 있다.
상기 거대자기저항 센서부(110)의 폭(W1)은 상기 목표 입자(140)의 폭(W2)과 같거나 보다 작다. 이로써 상기 거대자기저항 센서부(110) 상에 하나의 목표 입자(140)만이 포획되도록 한다. 상기 목표 입자(140)에 결합된 자성 나노 입자는 상기 거대자기저항 센서부(110)의 외부 자기장의 변화를 야기하고 이로 인해 상기 거대자기저항 센서부(110)의 자기 저항이 변화하고 이로써 상기 전극들(130) 사이의 신호 전압이 변하게 된다. 이로 인해 상기 목표 입자(140)의 존재를 감지할 수 있다. 또한 상기 목표 입자(140)에 결합된 자성 나노 입자들(160)의 수에 따라 상기 거대자기저항 센서부(110)의 자기저항/신호전압도 변하게 되므로 이에 의해 목표 입자(140)를 판별할 수 있다.
구체적인 예로써, 도 1b 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 혈중 암세포를 분석하는 방법에 적용될 수 있다. 구체적으로 이 방법은 암세포 종류에 따른 거대자기저항 센서부의 저항/전압을 측정하여 데이터베이스를 형성하는 단계(S01), 상기 분석 장치(200)를 제조하는 단계(S10), 혈중 암세포에 자성 나노입자를 결합시키는 단계(S21), 상기 거대자기저항 센서부 상에 하나의 혈중 암세포를 포획시키는 단계(S31) 및 상기 거대자기저항 센서부의 저항/전압을 측정하고 상기 데이터베이스를 이용하여 암세포를 판별하는 단계(S41)를 포함한다. 여기서 상기 목표 입자(140)는 혈중 암세포일 수 있다.
상기 표지자(150)는 상기 암세포(140)의 세포막에 발현된 상피세포유래생체분자(Epithelial cellular adhesion molecule, EpCAM)일 수 있다. EpCAM (epithelial cellular adhesion molecule) 표지자의 경우 유방암세포 SKBr-3의 세포당 EpCAM 발현수는 ~500,000개, 전립선암세포 PC3-9의 세포당 EpCAM 발현수는 ~50,000개, 방광암세포 T-24의 세포당 EpCAM 발현수는 ~2,000 등으로 암종에 따라 1개의 암세포당 발현되는 표지자(150)의 수에 큰 차이가 난다. 이와 같이 암종에 따라 서로 다른 수의 표지자들(150)을 가지며, 상기 표지자들(150)에 자성 나노 입자들(160)이 결합되므로, 암종에 따라 서로 다른 수의 자성 나노 입자들(160)이 결합될 수 있다. 이로써 암종에 따라 자장의 크기가 상이하게 되므로 거대자기저항 센서부(110)의 자기저항/신호 전압도 달라지게 되어 이를 이용하여 암의 유무 및 암종을 판별할 수 있다.상기 혈중 암세포에 자성 나노입자를 결합시키는 단계(S21)는 혈액과 자성 나노 입자를 혼합함으로써 진행될 수 있다. 이때 상기 혈중 암세포와 상기 자성 나노 입자는 항원-항체 샌드위치 결합 방법에 의해 결합될 수 있다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 상기 표지자(150)와 상기 수용체(125) 간의 결합관계는 다양할 수 있다. 예를 들면 도 3a에서처럼, 상기 표지자(150)는 상기 EpCAM과 같은 항원일 수 있고 이는 제 1 항체(A1)과 결합될 수 있다. 상기 제 1 항체(A1)에는 자성 나노 입자(160)이 결합되고 상기 자성 나노 입자(160)에는 제 2 항체(A2)가 결합될 수 있다. 상기 수용체(125)는 상기 제 2 항체(A2)와 결합되는 또 다른 항원일 수 있다. 또는 도 3b에서처럼, 상기 수용체(125)는 또 다른 항체일 수 있고 상기 수용체(125)와 상기 제 2 항체(A2) 사이에 제 2의 항원(A3)이 결합될 수 있다.
도 4a 내지 4c는 목표 입자들에 결합된 자성 나노 입자들 수에 따른 센서의 전압의 변화를 나타내는 도면들이다.
도 4a 내지 4c를 참조하면 제 2 목표 입자(140b)에 결합된 자성 나노 입자(160)의 수는 제 1 목표 입자(140a)에 결합된 자성 나노 입자(160)의 수보다는 크고 제 3 목표 입자(140c)에 결합된 자성 나노 입자(160)의 수보다는 작다. 이때 거대자기저항 센서부(110)의 신호 전압은 제 1 목표 입자(140a)가 포획된 경우가 제일 크고, 제 3 목표 입자(140c)가 포획된 경우가 제일 작을 수 있다. 상기 제 1 목표 입자(140a)는 예를 들면 상대적으로 적은 수의 EpCAM 표지자를 가지는 방광암 세포이거나 백혈구와 같은 정상 세포일 수 있고, 상기 제 3 목표 입자(140c)는 상대적으로 많은 수의 EpCAM 표지자를 가지는 유방암 세포일 수 있다. 상기 제 2 목표 입자(140b)는 예를 들면 전립선암 세포일 수 있다.
또는 반대로 상기 신호 전압은 자성 나노 입자(160)의 수가 작을수록 작아질 수도 있다.
도 5a 내지 도 5c는 상기 거대자기저항 센서부(110)의 표면으로부터 거리(R)에 따른 거대자기저항 센서부의 감도(S)와의 관계를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 상기 거대자기저항 센서부(110)의 감도 S와 상기 거대자기저항 센서부(110)의 표면으로부터 소정 지점까지의 거리 R은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
<수학식 1>
S∝1/R3
도 5b 및 5c를 참조하면, 위의 수학식 1에서 감도S는 거리R의 3승에 급격히 반비례하므로, 상기 거대자기저항 센서부(110)의 표면에 부착된 하나의 목표 입자(140)에 결합된 자성 나노 입자들(160)이 상기 거대자기저항 센서부(110)의 자기저항에 미치는 영향이 지배적이고, 상기 하나의 목표 입자(140)에 부착된 다른 목표 입자들이나 또는 주변에 부유하는 목표 입자들(140)에 결합된 자성 나노 입자들(160)의 영향은, 상기 거대자기저항 센서부(110)로부터 거리가 멀기에, 매우 미미하다. 따라서 도 5b 및 도 5c에서처럼, 상기 거대 자기 저항 센서부(110)에 하나의 목표 입자(140)가 포획되든 여러개의 목표 입자들(140)이 포획되든 간에 센서의 전압은 거의 동일할 수 있다. 즉, 거대자기저항 센서부(110)에 하나의 암세포(140)가 점유하고 있다면 센서 주변의 암세포들(140)이 다수가 몰려있다고 해도 거대자기저항 센서부(110)에 큰 영향을 주지 못한다. 그 이유는 1/R3 효과에 의해 주변의 암세포들(140)이 센서에 미치는 감도도 1/R3 만큼 감소하기 때문이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 분석 장치의 일 적용예를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 상기 전극들(130) 중에 하나는 트랜지스터(TR)와 같은 선택 소자에 연결될 수 있다. 상기 트랜지스터(TR)는 배선들(500, 510)에 연결될 수 있다. 상기 선택 소자로 트랜지스터(TR)외에 다이오드가 사용될 수도 있다. 하나의 선택소자(TR)와 하나의 분석 장치는 하나의 단위 분석 셀(AC)을 구성한다. 이러한 단위 분석 셀들(AC)은 도 6b에서처럼 어레이 형태로 배치되어 다중(Multiplexing) 센서 어레이를 구성할 수 있다. 이렇게 어레이 형태로 배열될 경우, 동시에 여러 암종을 측정할 수 있다.
상기 거대자기저항 센서부(110)를 포함하는 분석 장치(200)는 다른 바이오센서에 비해 100% 반도체 공정으로 제작이 가능하다. 따라서, 위와 같이 고집적 센서 어레이가 가능하여 동시에 다수의 측정 분석이 가능하다. 또한 매우 많은 센서 어레이로 구성되기 때문에 다수의 Redundance를 배치하여 센서 값의 통계처리에 의한 신뢰성을 대폭 증가시킬수 있다. 혈액중에 다종의 암세포가 섞여 있는 경우 각 센서 에레이에서 측정된 센서 신호 전압의 크기로 몇 종류의 암세포가 혈액중에 포함되어 있는지를 판별할 수 있다.
도 7은 본 발명의 분석 장치의 다른 적용예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 목표 입자(140)를 포함하는 혼합 용액이 흐르는 채널(220) 속에 상기 분석 장치(200)가 어레이 형태로 배치될 수 있다. 상기 채널(200)은 예를 들면 미세 유체 소자의 채널 또는 유로일 수 있다. 상기 혼합 용액은 혈액일 수 있으며 상기 목표 입자(140)는 암세포일 수 있다. 상기 혼합 용액은 식염수와 같은 버퍼 용액과 섞여 상기 채널(220)로 투입될 수 있다. 상기 목표 입자(140)는 상기 채널(220)을 따라 흐르다가 상기 분석장치(200) 상에 항원-항체 샌드위치 결합 방법에 의해 포획될 수 있다. 이로써 저렴하고 간단하게 암을 진단/판별할 수 있다.
200: 분석 장치
100: 기판
110: 거대자기저항 센서부
120: 수용체 고정층
125: 수용체
130: 전극들
140: 목표입자, 암세포
150: 표지자
160: 자성 나노 입자

Claims (20)

  1. 기판 상의 거대자기저항 센서부;
    상기 거대자기저항 센서부 상의 수용체;
    상기 수용체에 포획되며 자성 나노 입자를 포함하는 목표 입자; 및
    상기 거대자기저항 센서부의 양 단부와 접하는 전극을 포함하되,
    상기 거대자기저항 센서부의 폭은 상기 목표 입자의 폭과 같거나 보다 작되,
    상기 목표 입자는 단일 입자이고,
    상기 목표 입자는 혈중 암세포인 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 거대자기저항 센서부를 덮으며 상기 수용체를 고정시키는 수용체 고정층을 더 포함하는 분석 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수용체 고정층은 고분자물질로 이루어지는 분석 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용체에 포획되는 목표입자에 결합된 자성 나노 입자의 수에 따라 상기 거대자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압이 변하는 분석 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 목표 입자는 암세포이며,
    상기 자성 나노 입자는 상기 암세포의 세포막에 발현된 상피세포유래생체분자(Epithelial cellular adhesion molecule, EpCAM)에 부착되는 분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 암세포는 종류에 따라 서로 다른 수의 EpCAM을 포함하며, EpCAM 수에 대응하는 수의 자성 나노 입자들이 상기 암세포에 결합되는 분석 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 거대자기저항 센서부의 감도 S와 상기 거대자기저항 센서부의 표면으로부터 소정 지점까지의 거리 R은 하기 수학식 1을 만족하는 분석 장치.
    <수학식 1>
    S∝1/R3
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 거대자기저항 센서부의 일 단부에 연결되는 하나의 선택 소자를 더 포함하되,
    하나의 상기 거대자기저항 센서부와 상기 하나의 선택 소자는 하나의 단위 분석 셀을 구성하고,
    상기 분석 장치는 복수개의 단위 분석 셀들을 포함하는 분석장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단위 분석 셀들은 어레이 형태로 배치되는 분석 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 입자를 포함하는 혼합 용액이 흐르며 상기 거대자기저항 센서부와 상기 전극들이 배치되는 채널을 더 포함하는 분석 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 혼합 용액은 혈액이며, 상기 목표 입자는 혈중 암세포인 분석 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 선택 소자는 트랜지스터 또는 다이오드인 분석 장치.
  13. 기판 상의 거대자기저항 센서부, 상기 거대자기저항 센서부 상의 수용체, 및 상기 거대자기저항 센서부의 양 단부와 접하는 전극을 포함하는 분석 장치를 제조하는 단계;
    상기 수용체로 포획하고자 하는 목표입자에 자성 나노 입자를 결합시키는 단계;
    상기 수용체로 하나의 목표 입자를 상기 거대자기저항 센서부 상에 포획시키는 단계; 및
    상기 거대자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압을 측정하는 단계를 포함하되,
    상기 거대자기저항 센서부 상에 포획되는 상기 목표 입자는 하나이고,
    상기 목표 입자는 혈중 암세포인 분석 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 목표입자에 결합된 자성 나노 입자들의 수에 따른 상기 거대자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압의 변화를 조사하여 데이터베이스를 만드는 단계를 더 포함하는 분석 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 거대자기저항 센서부의 폭은 상기 목표 입자의 폭과 같거나 보다 작은 분석 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 목표 입자는 암세포이며,
    상기 자성 나노 입자는 상기 암세포의 세포막에 발현된 상피세포유래생체분자(Epithelial cellular adhesion molecule, EpCAM)에 부착되며,
    상기 목표 입자를 상기 수용체에 포획시키는 단계는, 항원-항체의 샌드위치 결합 방법을 이용하는 분석 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 목표 입자를 상기 수용체로 포획시키는 단계 전에, 암세포의 종류에 따른 상기 거대 자기저항 센서부의 저항이나 신호 전압의 변화를 조사하여 데이터베이스를 만드는 단계를 더 포함하는 분석 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 분석 장치를 제조하는 단계는,
    상기 기판 상에 거대자기저항 센서부를 형성하는 단계;
    상기 거대자기저항 센서부의 양 단부와 접하는 전극들을 형성하는 단계; 및
    상기 거대자기저항 센서부 상에 상기 수용체를 고정시키는 수용체 고정층을 형성하는 단계를 포함하는 분석 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 거대자기저항 센서부를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 강자성막을 형성하는 단계;
    상기 강자성막 상에 반강자성막을 형성하는 단계; 및
    상기 반강자성막과 상기 강자성막을 식각하는 단계를 포함하는 분석 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 수용체 고정층은 고분자 물질으로 형성되는 분석 방법.
KR1020120153424A 2012-12-26 2012-12-26 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법 KR101979256B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120153424A KR101979256B1 (ko) 2012-12-26 2012-12-26 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법
US13/949,069 US9535035B2 (en) 2012-12-26 2013-07-23 Analysis device and analysis method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120153424A KR101979256B1 (ko) 2012-12-26 2012-12-26 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140083536A KR20140083536A (ko) 2014-07-04
KR101979256B1 true KR101979256B1 (ko) 2019-08-28

Family

ID=50975046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120153424A KR101979256B1 (ko) 2012-12-26 2012-12-26 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9535035B2 (ko)
KR (1) KR101979256B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013102850A1 (en) 2012-01-04 2013-07-11 Insituto De Engenharia De Sistemas E Computadores Para Os Microsistemas E As Nanotecnologias Monolithic device combining cmos with magnetoresistive sensors
KR102593919B1 (ko) 2016-03-21 2023-10-27 주식회사 지노바이오 세포 포획 카트리지
EP3628071B1 (en) * 2018-07-27 2022-07-06 Zepto Life Technology, LLC System and method for sample preparation in gmr-based detection of biomarkers
CN111551607B (zh) * 2020-05-21 2023-05-16 福建医锦智能科技有限公司 用于检测的生物阵列及其检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030203507A1 (en) * 1999-07-12 2003-10-30 Liberti Paul A. Increased separation efficiency via controlled aggregation of magnetic nanoparticles
JP2006208296A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Canon Inc 磁性体センサおよび検出キット

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7470533B2 (en) * 2002-12-20 2008-12-30 Acea Biosciences Impedance based devices and methods for use in assays
WO2006103684A2 (en) * 2005-04-01 2006-10-05 Given Imaging Ltd. Device, system and method for in vivo magnetic immunoassay analysis
JP5119398B2 (ja) * 2005-06-03 2013-01-16 国立大学法人東京農工大学 磁性粒子保持担体、およびその調製方法
JP5205807B2 (ja) * 2007-05-17 2013-06-05 株式会社日立製作所 磁気信号計測装置
KR101135419B1 (ko) * 2009-09-03 2012-04-12 전자부품연구원 자성 나노 입자를 이용한 생체분자의 정량적 분석장치 및 방법
KR101504783B1 (ko) * 2010-04-05 2015-03-23 한국전자통신연구원 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법 및 알츠하이머병 진단용 자기비드―다중단백질 복합체
US20110244484A1 (en) * 2010-04-05 2011-10-06 Electronics And Telecommunications Research Institute Method of diagnosing alzheimer's disease using giant magnetoresistance sensor and magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing alzheimer's disease

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030203507A1 (en) * 1999-07-12 2003-10-30 Liberti Paul A. Increased separation efficiency via controlled aggregation of magnetic nanoparticles
JP2006208296A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Canon Inc 磁性体センサおよび検出キット

Also Published As

Publication number Publication date
US9535035B2 (en) 2017-01-03
US20140178900A1 (en) 2014-06-26
KR20140083536A (ko) 2014-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10060880B2 (en) Magnetoresistive (MR) sensors employing dual MR devices for differential MR sensing
CN110462416B (zh) 采用具有不同磁场灵敏度的隧道磁阻(tmr)器件以提高检测灵敏度的tmr传感器
US8815610B2 (en) Magnetic nanoparticle detection across a membrane
JP6668176B2 (ja) センサ
JP6812986B2 (ja) センサ及びバイオチップ
CN103987654A (zh) 用于高吞吐量生物分子测试的磁性生物医学传感器和感测系统
KR101979256B1 (ko) 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법
CN108885191B (zh) 化学传感器
JP2008525789A (ja) 磁気センサに印加された磁場を評価する方法及び装置
Lee et al. Experimental and theoretical investigation of the precise transduction mechanism in giant magnetoresistive biosensors
EP2401625B1 (en) High magnetic moment particle detection
CN108474779B (zh) 用于肺癌的诊断和治疗的蛋白质和自体抗体生物标志物
WO2013040489A1 (en) External field-free magnetic biosensor
JP2017156168A (ja) エクソソームの形状分布の解析装置、がん検査装置、エクソソームの形状分布の解析方法、及びがん検査方法
US11796537B2 (en) Sealed fluid chamber with planarization for biomolecular sensors and related methods
US20140057364A1 (en) Method of diagnosing alzheimers disease using saliva
US20130029355A1 (en) Multiple analysis device and method for analyzing cancer cells in blood
Ravindran et al. Biochemical sensing with an arrayed silicon nanowire platform
KR20130014322A (ko) 다중 분석 장치 및 혈중 암세포 분석 방법
CN103201040A (zh) 磁性细胞检测
CN203786080U (zh) 用于检测磁性纳米颗粒的传感器装置
KR20230072290A (ko) 대사체 분류 및 분석을 위한 유전이동 기반 다이나믹 sers 나노소자
Huang Magnetoresistive Devices for Biosensing Applications
KR20120086989A (ko) 플립칩 자기저항센서 패키지 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right