KR102056971B1 - Apparatus and method for double prism solution immersed silicon biosensor - Google Patents

Apparatus and method for double prism solution immersed silicon biosensor Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지지대와 지지대 상에 형성되고 제1시료를 검출하기 위한 제1생체 결합물질이 고정화된 시료검출층이 형성된 적어도 하나 이상의 미세유로를 포함하는 미세유로 구조체; 제1시료를 포함하는 완충용액을 미세유로에 주입하는 시료주입부; 미세유로 구조체의 상부에 배치되고, 제1굴절률을 갖는 입사프리즘 및 제2굴절률을 갖는 반사프리즘으로 구성되는 이중프리즘유닛; 편광(polairzed light)을 발생시키는 편광발생부; 및 제2반사광의 편광변화를 검출하는 편광검출부;를 포함하여, 편광은 입사프리즘을 투과하여 입사프리즘과 완충용액이 접하는 입사프리즘-완충용액 경계면에 입사되는 입사광을 형성하고, 입사광의 일부는 입사프리즘-완충용액 경계면에서 반사되어 입사프리즘 또는 반사프리즘을 투과하는 제1반사광을 형성하고, 입사광의 또 다른 일부는 완충용액을 투과하여 p-편광파 무반사 조건을 만족하는 입사각으로 시료검출층에 입사되는 제1투과광을 형성하여, 제1투과광은 시료검출층에서 반사되어, 완충용액과 반사프리즘이 접하는 반사프리즘-완충용액 경계면 및 반사프리즘을 투과하는 제2반사광을 형성하되, 이중 프리즘 유닛의 외부로 방출된 제1반사광과 제2반사광의 진행방향이 서로 평행하지 않는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a double prism silicon-based liquid immersion microfluidic measuring apparatus and a measuring method, and more particularly formed on the support and the support and formed with a sample detection layer on which the first biological binding material is fixed to detect the first sample. A microchannel structure including at least one microchannel; A sample injection unit for injecting a buffer solution containing the first sample into the micro channel; A double prism unit disposed on the microfluidic structure and composed of an incident prism having a first refractive index and a reflective prism having a second refractive index; A polarization generating unit generating polarized light; And a polarization detector configured to detect a polarization change of the second reflected light, wherein the polarized light penetrates the incident prism to form incident light incident on the interface between the incident prism and the buffer solution, and part of the incident light is incident. The first reflected light is reflected at the prism-buffer solution interface to pass through the incident prism or the reflected prism, and another portion of the incident light passes through the buffer solution and enters the sample detecting layer at an incident angle satisfying the p-polarized wave antireflection condition. Forming a first transmitted light, the first transmitted light is reflected from the sample detection layer to form a second reflective light passing through the reflective prism-buffer interface and the reflective prism in contact with the buffer solution and the reflective prism, Dual prism silicon-based liquid, characterized in that the traveling direction of the first reflection light and the second reflection light is not parallel to each other It relates to a micro channel measuring device.

Description

이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치 및 측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR DOUBLE PRISM SOLUTION IMMERSED SILICON BIOSENSOR}Dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device and measuring method {APPARATUS AND METHOD FOR DOUBLE PRISM SOLUTION IMMERSED SILICON BIOSENSOR}

본 발명은 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 굴절률을 갖는 이중 프리즘 유닛을 이용하여, 시료검출 층에서 반사되는 제1반사광과, 프리즘-완충용액 경계면에서 반사되는 제2반사광의 진행 방향이 서로 평행하지 않는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring apparatus and a measuring method, and more particularly, using a double prism unit having a different refractive index, the first reflected light reflected from the sample detection layer and the prism-buffer solution The present invention relates to a dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device in which the traveling directions of the second reflected light reflected from the interface are not parallel to each other.

반사율 측정법(Reflectometry)과 타원계측법(Ellipsometry)은 시료의 표면에서 반사한 반사광의 반사율 변화 또는 편광상태를 측정하고, 그 측정값을 분석함으로써 시료의 두께나 광학적 물성을 찾아내는 광분석기술이다.Reflectometry and ellipsometry are optical analysis techniques that determine the thickness or optical properties of a sample by measuring the change in reflectance or polarization state of the reflected light reflected from the surface of the sample and analyzing the measured values.

이를 이용한 계측장비로서 반사율 측정기(Reflectometer)와 타원계측기(Ellipsometer)가 있다. 이들은 반도체 산업의 나노 박막 제조공정에서 다양한 나노수준의 박막 두께와 물성을 평가하는데 활용되고 있다. 또한, 바이오산업으로 그 활용범위를 넓혀 단백질, DNA, 바이러스, 신약물질 등과 같은 바이오물질의 계면 분석에 응용하고자 하는 노력이 계속되고 있다.As measurement equipment using this, there is a reflectometer and an ellipsometer. They are used to evaluate various thin film thickness and physical properties of nano thin film manufacturing process in semiconductor industry. In addition, efforts are being made to extend the scope of application to the bio industry and apply it to interface analysis of bio materials such as proteins, DNA, viruses, and new drugs.

종래의 반사율 측정기는 수 나노미터(nm) 이상의 크기를 갖는 나노 박막의 두께와 물성을 평가하기에는 충분하지만, 대략 1 ~ 0.001 나노미터 범위의 감도가 필요한 저분자 바이오물질을 분석하는 데 있어 측정감도가 낮아 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. 반사율 측정기에 비해 타원계측기의 경우 0.01 nm 이하의 측정감도를 가지며 특히 고굴절률의 반도체 기판 위의 반도체에 비해 상대적으로 굴절률이 작은 산화막의 두께 측정과 같이 굴절률 대비가 큰 조건에서 측정감도가 높다.Conventional reflectometers are sufficient to evaluate the thickness and physical properties of nano-films with dimensions of several nanometers (nm) or more, but have low sensitivity in analyzing low molecular weight biomaterials that require sensitivity in the range of approximately 1 to 0.001 nanometers. There is a problem that the reliability is lowered. The ellipsometer has a measurement sensitivity of less than 0.01 nm compared to the reflectance measuring instrument. In particular, the measurement sensitivity is high under conditions where the refractive index is large, such as the thickness of an oxide film having a smaller refractive index than that of a semiconductor on a high refractive index semiconductor substrate.

그러나, 타원계측기의 경우 저분자 바이오물질까지 분석하기 위해서는 감도가 향상된 측정방법이 요구된다.However, in the case of an ellipsometer, a measurement method with improved sensitivity is required to analyze even low molecular weight biomaterials.

바이오물질의 분석시 측정감도를 개선하기 위한 종래의 기술로서, 반사율 측정법과 표면 플라즈몬 공명(SPR;Surface Plasmon Resonance)기술이 혼합된 형태의 표면 플라즈몬 공명 센서(이하, 'SPR 센서'라고 함)가 있다.As a conventional technique for improving measurement sensitivity when analyzing a biomaterial, a surface plasmon resonance sensor (hereinafter referred to as an 'SPR sensor') in which a reflectance measuring method and a surface plasmon resonance (SPR) technology is mixed have.

표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상은 광파(light waves)에 의해 금속표면에 존재하는 전자들이 여기되어 표면의 종방향(normal)으로 집단적인 요동(collective vibration)을 하게 되고, 이때 빛에너지가 흡수되는 현상을 말한다. SPR 센서는 빛의 편광특성에 민감한 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 금속표면에 접하는 나노 박막의 두께 및 굴절률 변화를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 바이오물질의 흡착농도 변화를 형광물질을 사용하지 않는 비표지방식으로(non-labeling) 실시간으로 측정할 수 있는 것으로 알려져 있다.Surface plasmon resonance (SPR) is a phenomenon in which electrons present on a metal surface are excited by light waves, causing collective vibration in the longitudinal direction of the surface, where light energy is absorbed. Say SPR sensor can measure the change of thickness and refractive index of nano thin film in contact with metal surface by using surface plasmon resonance which is sensitive to the polarization property of light. It is known that non-labeling can be measured in real time.

SPR 센서는 그 구조가 유리 등의 재질에 수십 나노미터의 금속박막을 입히고 그 위에 생체물질이 접합할 수 있는 센서를 만들고 완충용액에 녹아 있는 시료가 센서에 접합하게 되면 공명각이 변하는 원리를 이용한 것으로 공명각은 반사율 측정을 통해 이루어진다. SPR 센서에 빛이 입사하면 유리재질이 입사 매질이 되고 생체물질이 접합하는 박막층을 통과하여 최종적으로 완충용액이 기판에 해당한다. SPR sensor uses the principle that the structure of the glass is coated with a metal thin film of tens of nanometers on the material such as glass and the biomaterial can be bonded on it, and the resonance angle changes when the sample dissolved in the buffer solution is bonded to the sensor. The resonance angle is achieved by measuring the reflectance. When light enters the SPR sensor, the glass material becomes the incident medium and passes through the thin film layer to which the biomaterial is bonded. Finally, the buffer solution corresponds to the substrate.

이러한 구조에서는 측정하고자 하는 시료의 접합에 의한 생체 박막층의 변화와 마찬가지로 기판물질에 해당하는 완층용액의 굴절률이 공명각의 이동에 직접적으로 영향을 준다. 따라서 순순한 접합동특성만 측정하기 위해서는 완충용액의 굴절률을 독립적으로 측정하여 보정해 주어야 한다. In such a structure, the refractive index of the complete solution corresponding to the substrate material directly affects the movement of the resonance angle, similar to the change of the biological thin film layer due to the bonding of the sample to be measured. Therefore, in order to measure only pure bonding dynamics, the refractive index of the buffer solution should be measured and corrected independently.

완충용액의 굴절률 변화를 보정하고 시료와 완충용액 사이의 확산으로 인한 오차를 방지하기 위해 정교한 밸브장치와 공기 주입장치, 2개 이상의 채널을 사용하여 1개를 기준채널로 이용하고 보정하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나 완충용액의 굴절률 변화에 의한 SPR 각도 변화와 순수한 흡착, 해리특성에 의한 SPR 각도변화를 구분하기 어렵고 항상 측정오차요인으로 작용할 수 있다. 결국, 종래의 SPR 센서는 위와 같은 측정방법의 한계로 인해 저분자와 같이 분자량이 작은 물질의 흡착, 해리특성 측정시 근본적인 어려움이 있다.In order to correct the refractive index change of the buffer solution and to prevent errors due to diffusion between the sample and the buffer solution, a sophisticated valve device, an air injection device, and a method of using one as a reference channel using two or more channels and correcting It is used. However, it is difficult to distinguish between the SPR angle change due to the refractive index change of the buffer solution and the SPR angle change due to the pure adsorption and dissociation characteristics, and can always act as a measurement error factor. As a result, the conventional SPR sensor has a fundamental difficulty in measuring the adsorption and dissociation characteristics of a material having a low molecular weight, such as a low molecule, due to the limitation of the above measurement method.

또한, 종래의 SPR 센서는 표면 플라즈몬 공명을 위해 금(Au), 은(Ag)과 같은 귀금속의 금속박막이 사용되어 센서의 제작비가 많이 소요된다. 그리고, 금속박막은 제작공정에 따라 표면조도가 고르지 못하여 굴절률의 편차가 심하고, 불안정한 광특성으로 인해 바이오물질의 정량적인 측정이 어렵고 기준 채널과 상대적인 비교시 서로 다른 위치의 다른 감도특성에 의한 오차를 포함하는 문제점이 있다. In addition, the conventional SPR sensor uses a metal thin film of a noble metal such as gold (Au), silver (Ag) for the surface plasmon resonance is expensive manufacturing of the sensor. In addition, the metal thin film has an uneven surface roughness depending on the manufacturing process, and the variation in refractive index is severe, and because of unstable optical properties, it is difficult to quantitatively measure biomaterials and to detect errors due to different sensitivity characteristics at different positions when compared with reference channels. There is a problem to include.

SPR 센서의 단점을 개선하기 위하여 실리콘 등의 기판물질 위에 생체물질 접합센서 층을 만들고 액침미세유로 환경하에서 완충용액을 통과하여 기판물질에서 반사된 광의 진폭과 위상을 p-편광파 무반사 조건에서 타원계측 방법으로 측정하면 측정된 진폭이 완충용액의 굴절률 변화에 민감하지 않고 생체물질의 접합동특성에 민감한 신호를 얻을 수 있다. 액침미세유로 환경하에서 기판물질에 흡착하는 생체물질의 접합특성을 측정할 경우 SPR 측정과는 반대로 완충용액은 입사매질이 되고 생체물질 흡착층을 통과한 빛이 기판물질에서 반사하게 된다. To improve the shortcomings of the SPR sensor, a biomaterial junction sensor layer is formed on a substrate material such as silicon and the ellipsometric measurement of the amplitude and phase of the light reflected from the substrate material through the buffer solution under the immersion microenvironment under the p-polarization antireflection conditions When measured by the method, the measured amplitude is not sensitive to the change in the refractive index of the buffer solution and a signal sensitive to the bonding dynamics of the biomaterial can be obtained. In the case of measuring the bonding characteristics of the biomaterial adsorbed to the substrate material under the immersion microfluidic environment, the buffer solution becomes the incident medium and the light passing through the biomaterial adsorption layer is reflected from the substrate material as opposed to the SPR measurement.

이러한 측정 조건에서는 측정된 진폭을 나타내는 타원계측각 Ψ가 완충용액인 입사매질의 굴절률 변화에는 민감하지 않고 생체박막과 기판물질의 변화에만 민감한 변화를 보이게 된다. 실리콘과 같은 굴절률이 안정된 기판인 경우, 측정된 타원계측각 Ψ는 생체박막의 변화에만 민감한 신호를 얻을 수 있다. 도 1과 같은 프리즘 입사구조를 사용할 경우, 상을 나타내는 타원계측각 Δ는 완충용액의 굴절률에만 민감한 신호를 나타내어 생체박막의 두께와 완충용액의 굴절률을 동시에 측정할 수 있다. 그러나 프리즘과 같은 평면 입사구조와 평행한 기판을 사용할 경우 프리즘과 완충용액의 경계면에서 반사하는 빛을 제거하고 기판에서 반사하는 빛만 사용해야 한다. 시료의 사용량을 최소화하기 위해서는 프리즘 표면과 기판물질과의 간격을 줄여야 하는데 이 경우 반사하는 두 빛이 아주 가까운 거리에 위치하여 분리가 어렵고 측정오차로 작용한다. 따라서 프리즘과 같은 평면 입사형 구조에서 프리즘과 완충용액의 경계면에서 반사되는 빛과 센서를 포함한 기판물질에서 반사하는 빛을 구분하기 위한 새로운 구조의 측정방법이 요구된다.Under these measurement conditions, the elliptic measurement angle Ψ representing the measured amplitude is not sensitive to the change in the refractive index of the incident medium, which is a buffer solution, but only a change in the biofilm and substrate material. In the case of a stable refractive index substrate such as silicon, the measured ellipsometric angle Ψ can obtain a signal that is sensitive only to changes in the biofilm. In the case of using the prism incidence structure as shown in FIG. 1, the elliptic measurement angle Δ representing the image represents a signal sensitive only to the refractive index of the buffer solution, thereby simultaneously measuring the thickness of the biofilm and the refractive index of the buffer solution. However, when using a substrate parallel to a planar incidence structure such as a prism, the light reflected from the interface between the prism and the buffer solution should be removed and only the light reflected from the substrate should be used. In order to minimize the amount of sample used, the distance between the surface of the prism and the substrate material should be reduced. In this case, the two reflecting lights are located at a very close distance, which makes it difficult to separate and cause a measurement error. Therefore, in a planar incident structure such as a prism, a new structure measuring method is required to distinguish the light reflected from the interface between the prism and the buffer solution and the light reflected from the substrate material including the sensor.

도 1은 선행특허에 따른 생체 물질 접합 특성 측정센서를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선행특허에 따른 생체물질 접합특성 센서는 대략 프리즘(100), 미세유로 구조체(200) 편광발생부(300) 및 편광검출부(400)로 구성된다. 이때, 선행특허에 따른 생체물질 접합특성 센서의 미세유로 구조체(200)는 기판(510) 혹은 유전체 박막(520) 위에 흡착층(530)을 올려, 액침 미세유로(210) 환경을 형성한다. 이때, 바이오물질의 시료(1)가 용해된 완충용액(50)을 미세유로(210)에 주입하게 되면, 흡착층(530)의 표면에 형성된 리간드(ligand, 2) 물질에 바이오물질이 흡착에 하여 소정두께의 흡착층을 형성하게 된다. 1 is a cross-sectional view showing a biomaterial bonding characteristic measuring sensor according to the prior patent. As shown in FIG. 1, the biomaterial bonding characteristic sensor according to the prior patent includes a prism 100, a micro flow path structure 200, a polarization generator 300, and a polarization detector 400. At this time, the microfluidic structure 200 of the biomaterial bonding characteristic sensor according to the prior patent puts the adsorption layer 530 on the substrate 510 or the dielectric thin film 520, thereby forming an immersion microfluidic 210 environment. In this case, when the buffer 50 in which the sample 1 of the biomaterial is dissolved is injected into the micro channel 210, the biomaterial is adsorbed onto the ligand 2 formed on the surface of the adsorption layer 530. Thus, an adsorption layer having a predetermined thickness is formed.

그리고, 편광발생부(300)으로부터 발생된 편광된 입사광은 프리즘의 입사면(110)을 거쳐 완충용액(50)과 기판(510)의 경계면에 p-편광파 무반사 조건을 일으키는 각도로 입사된다. 이때, 기판(510)에서 반사된 반사광은 시료(1)의 흡착층 및 완충용액의 굴절률에 관한 광학데이터를 포함하고 있다. 즉, 시료(1)가 리간드(2)에 흡착, 해리되는 과정에서 흡착농도, 흡착층의 두께 또는 굴절률, 완충용액의 굴절률과 같은 분자 흡착 및 해리 동특성(binding and dissociation kinetics)이 변화하게 되고, 이에 따라 측정된 타원계측 각들이 달라지게 된다. 그리고, 광학데이터를 포함한 반사광은 편광검출부(400)에서 검출된다. 이때, 편광검출부(400)는 반사광의 편광 성분에 따른 변화, 즉 타원계측각도들을 측정함으로써 시료(1)의 분자 흡착 및 해리 동특성, 완충용액의 굴절률을 파악할 수 있다.The polarized incident light generated from the polarization generator 300 is incident on the interface between the buffer solution 50 and the substrate 510 at an angle causing the p-polarized wave antireflective condition to pass through the incident surface 110 of the prism. In this case, the reflected light reflected from the substrate 510 includes optical data regarding the refractive index of the adsorption layer and the buffer solution of the sample 1. That is, in the process of adsorbing and dissociating the sample 1 to the ligand 2, the molecular adsorption and dissociation kinetics such as the adsorption concentration, the thickness or refractive index of the adsorption layer, and the refractive index of the buffer solution are changed, As a result, the measured elliptic measurement angles are changed. The reflected light including the optical data is detected by the polarization detector 400. In this case, the polarization detector 400 may determine the molecular adsorption and dissociation dynamics of the sample 1 and the refractive index of the buffer solution by measuring the change according to the polarization component of the reflected light, that is, the ellipsometric angles.

도 2에는 시료(1)가 금속박막(30)에 흡착되는 과정을 나타내는 흡착곡선과, 해리되는 과정을 나타내는 해리곡선이 도시되어 있다. 흡착률 상수(association rate constant, ka)가 클수록 바이오물질의 빠른 흡수를 의미하고, 해리율 상수(dissociation rate constant, kd)가 작을수록 느리게 해리됨을 의미한다.2 shows an adsorption curve showing a process in which the sample 1 is adsorbed to the metal thin film 30, and a dissociation curve showing a dissociation process. The larger the association rate constant (ka), the faster the absorption of the biomaterial, and the smaller the dissociation rate constant (kd), the slower the dissociation.

즉, 흡착률 상수와 해리율 상수를 측정함으로써 평형상태의 해리상수(KD = kd/ka)를 구할 수 있다. 예를 들면, 발암 억제제로 사용될 수 있는 저분자 신약후보물질이 발암 유발인자를 포함하는 단백질에 흡착 혹은 탈착하는 특성을 측정하여 신약으로 사용될 수 있는지 여부를 판단할 수 있는 것이다.That is, the dissociation constant (KD = kd / ka) at equilibrium can be obtained by measuring the adsorption rate constant and dissociation rate constant. For example, it is possible to determine whether a low-molecular drug candidate that can be used as a carcinogen can be used as a new drug by measuring the adsorption or desorption property of a protein including a carcinogenic factor.

이하, 도 3과 도 4를 참고하여 선행특성에 따른 바이오물질 분석용 센서의 특징 및 한계를 설명한다. 도 3과 같은 프리즘 입사구조를 사용하여 빛을 입사시킬 경우 대략 θ2=72.14° 정도의 경사각으로 생체박막 경계면에 입사하게 되며 완충용액의 굴절률 변화(0.0002)에 의해 프리즘에서 완충용액으로 입사할 때 약 -0.026°정도 각도변화가 나타나게 된다. p-편광파 무반사 조건은 θ2=72.14° 근처인데 완충용액 굴절률 변화에 의한 현재의 각도는 0.026°작은 72.114°로 바뀌므로 도 4에 도시된 바와 같이, Ψ, △의 그래프가 나타나고 굴절률 변화에 따라 p-편광파 무반사 각도는 거의 바뀌지 않기 때문에 0.026°작은 각도인 72.114°에서 Ψ, △의 값을 측정하게 된다.Hereinafter, the features and limitations of the biomaterial analysis sensor according to the preceding characteristics will be described with reference to FIGS. 3 and 4. If to the incident light using a prism joining structure shown in Fig. 3 when substantially θ 2 = the angle of inclination of 72.14 ° degree is incident on the living body thin film boundary surface is incident to the buffer solution in the prism by the change in refractive index (0.0002) in buffer solution An angle change of about -0.026 ° appears. The p-polarization antireflective condition is near θ 2 = 72.14 °, but the current angle due to the change in the buffer refractive index is changed to 0.026 ° to 72.114 °, so as shown in FIG. Therefore, since the p-polarized light reflection angle is hardly changed, the values of Ψ and △ are measured at 72.114 °, which is a small angle of 0.026 °.

도 4에서 완충용액(50)의 굴절률이 서로 다른 경우의 실선 그래프는 완충용액(50)의 굴절률이 1.3330이고, 점선(dashdot line) 그래프는 완충용액(50)의 굴절률 1.3332에 해당한다. 프리즘 구조를 사용할 경우 완충용액의 굴절률 변화에 의해 도 4에서처럼 Ψ값의 변화는 거의 변화를 보이지 않게 되고 반면에 △는 큰 변화를 보여준다. 즉, 위상차에 관한 타원계측상수 △는 완충용액의 굴절률 변화에만 민감한 변화를 보이고 접합특성에는 거의 영향을 받지 않기 때문에 완충용액의 굴절률 변화만을 고감도로 측정할 수 있게 된다. 타원계측상수 △의 변화는 박막물질의 두께가 아주 작아질수록 아주 큰 변화를 나타내며 굴절률 변화를 측정하여 물질의 물성이나 접합특성의 변화를 분석하는 응용연구에 활용될 경우 기존 SPR 측정방법에 비해 초고감도 굴절률 측정이 가능한 측정방법이다. In FIG. 4, when the refractive indexes of the buffer solution 50 are different from each other, the solid line graph has a refractive index of 1.3330 and the dotted line graph corresponds to the refractive index of 1.3332 of the buffer solution 50. When the prism structure is used, the change of Ψ value is almost unchanged as shown in FIG. 4 due to the change of the refractive index of the buffer solution, while Δ shows a large change. That is, since the elliptic measurement constant Δ of the phase difference shows a sensitive change only in the refractive index change of the buffer solution and is hardly affected by the bonding property, only the change in the refractive index of the buffer solution can be measured with high sensitivity. The change in elliptic measurement constant △ shows a very large change as the thickness of the thin film material becomes very small, and when used in an applied study for analyzing the change in material properties or bonding properties by measuring the change in refractive index, It is a measuring method that can measure high sensitivity refractive index.

연속적으로 공급되는 완충용액과 시료에 사용된 용매 등으로 굴절률이 달라진 완충용액이 미세유로를 통해 센서에 공급될 때 순수한 접합동특성과 완충용액의 굴절률 변화를 동시에 측정할 수 있다. When a buffer solution having a different refractive index, such as a buffer solution continuously supplied and a solvent used in a sample, is supplied to a sensor through a microchannel, pure bonding dynamics and a change in the refractive index of the buffer solution can be simultaneously measured.

그러나 도 3에서 프리즘의 밑면과 기판물질과의 간격이 작을 경우 프리즘과 완충용액 경계면에서 반사된 빛과 기판물질에서 반사된 빛이 분리되기 어렵다. p-편광파 무반사 조건에서 측정하기 때문에 기판물질에서 반사된 빛의 세기가 프리즘과 완충용액 경계면에서 반사된 빛보다 상대적으로 약해서 측정오차가 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.However, in FIG. 3, when the distance between the bottom of the prism and the substrate material is small, it is difficult to separate the light reflected from the interface between the prism and the buffer solution and the light reflected from the substrate material. Since the measurement is performed under the anti-reflective condition of p-polarized light, the intensity of light reflected from the substrate material is relatively weaker than the light reflected at the interface between the prism and the buffer solution, which may cause a measurement error.

대한민국 등록특허공보 제10-1105328호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1105328 대한민국 등록특허공보 제10-1383652호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1383652

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 이중 프리즘 구조를 적용하여 프리즘과 측정매질의 경계면에서 반사한 빛과 기판물질에서 반사한 빛을 완전히 분리함으로써, 고감도 측정이 가능한 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved by the present invention, by applying a double prism structure to the light reflected from the interface between the prism and the measurement medium and the light reflected from the substrate material By completely separating, it provides a dual prism silicon-based immersion microchannel measuring device capable of high sensitivity measurement.

본 발명의 또 다른 목적은, 기존 측정방법에서는 프리즘과 측정매질의 경계면에서 반사한 빛이 기판물질에서 반사한 빛보다 에너지가 크고 분리하기가 어려워서 측정오차를 일으킬 수 있고, 분리하기 위한 조리개를 사용할 경우 굴절률 변화에 따라 변화하는 다른 각도에 대해 측정하기가 어렵다. 본 특허는 프리즘과 측정매질의 경계면에서 반사한 빛이 기판물질에서 반사한 빛을 효율적으로 분리할 수 있는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is that in the conventional measuring method, the light reflected from the interface between the prism and the measuring medium is larger in energy than the light reflected from the substrate material and is difficult to separate, which may cause a measurement error. It is difficult to measure for other angles that change as the refractive index changes. The patent provides a dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device capable of efficiently separating the light reflected from the interface between the prism and the measurement medium.

특히 시료소모를 최소화하기 위하여, 유로의 높이를 최소한으로 낮추고, 다채널의 미세유로를 구비함으로써, 시료의 농도를 변화시켜 주입하거나 자기 조립 단층막의 흡착정도를 달리하는 등 다양한 형태의 실험조건을 제공할 수 있는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다.In particular, in order to minimize the sample consumption, the channel height is reduced to the minimum, and the microchannel of the multi channel is provided, thereby providing various types of experimental conditions such as changing the concentration of the sample and varying the degree of adsorption of the self-assembled monolayer film. It is to provide a dual prism silicon-based immersion microchannel measuring device and a measuring method that can be.

본 발명의 또 다른 목적은, 액침 미세유로 환경하에서 비표지방식으로 생체결합 물질의 고감도 측정이 가능하여 바이오, 의료, 식품, 환경 등 다양한 산업에 널리 활용될 수 있는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to measure a high sensitivity of a biocompatible material in a non-labeled manner under an immersion microfluidic environment, thereby measuring a double prism silicon-based immersion microfluid that can be widely used in various industries such as bio, medical, food, and environment. It is to provide an apparatus and a measuring method.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those skilled in the art from the following description. It can be understood.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로는, 지지대와 지지대 상에 형성되고 제1시료를 검출하기 위한 제1생체 결합물질이 고정화된 시료검출층이 형성된 적어도 하나 이상의 미세유로를 포함하는 미세유로 구조체; 제1시료를 포함하는 완충용액을 미세유로에 주입하는 시료주입부; 미세유로 구조체의 상부에 배치되고, 제1굴절률을 갖는 입사프리즘 및 제2굴절률을 갖는 반사프리즘으로 구성되는 이중프리즘유닛; 편광(polairzed light)을 발생시키는 편광발생부; 및 제2반사광의 편광변화를 검출하는 편광검출부;를 포함하여, 편광은 입사프리즘을 투과하여 입사프리즘과 완충용액이 접하는 입사프리즘-완충용액 경계면에 입사되는 입사광을 형성하고, 입사광의 일부는 입사프리즘-완충용액 경계면에서 반사되어 입사프리즘 또는 반사프리즘을 투과하는 제1반사광을 형성하고, 입사광의 또 다른 일부는 완충용액을 투과하여 p-편광파 무반사 조건을 만족하는 입사각으로 시료검출층에 입사되는 제1투과광을 형성하여, 제1투과광은 시료검출층에서 반사되어, 완충용액과 반사프리즘이 접하는 반사프리즘-완충용액 경계면 및 반사프리즘을 투과하는 제2반사광을 형성하되, 이중 프리즘 유닛의 외부로 방출된 제1반사광과 제2반사광의 진행방향이 서로 평행하지 않는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치를 제공한다.As a means for achieving the above technical problem, the micro-channel structure including at least one micro-channel formed on the support and the sample detection layer formed on the support and fixed to the first biological binding material for detecting the first sample ; A sample injection unit for injecting a buffer solution containing the first sample into the micro channel; A double prism unit disposed on the microfluidic structure and composed of an incident prism having a first refractive index and a reflective prism having a second refractive index; A polarization generating unit generating polarized light; And a polarization detector configured to detect a polarization change of the second reflected light, wherein the polarized light penetrates the incident prism to form incident light incident on the interface between the incident prism and the buffer solution, and part of the incident light is incident. The first reflected light is reflected at the prism-buffer solution interface to pass through the incident prism or the reflected prism, and another portion of the incident light passes through the buffer solution and enters the sample detecting layer at an incident angle satisfying the p-polarized wave antireflection condition. Forming a first transmitted light, the first transmitted light is reflected from the sample detection layer to form a second reflective light passing through the reflective prism-buffer interface and the reflective prism in contact with the buffer solution and the reflective prism, Dual prism silicon-based liquid, characterized in that the traveling direction of the first reflection light and the second reflection light is not parallel to each other Provides a micro channel measuring device.

또한, 일 실시예에서, 제1굴절률과 제2굴절률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 가능하다. In addition, in one embodiment, a dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device characterized in that the first and second refractive index is different from each other is possible.

또한, 일 실시예에서, 입사프리즘과 반사프리즘이 접하는 면에 거울 반사 코팅한 것을 특징으로하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 될 수 있다. In addition, in one embodiment, it may be a dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device characterized in that the mirror reflecting coating on the contact surface of the incident prism and the reflective prism.

또한, 일 실시예에서, 프리즘을 통해 입사하는 입사광의 크기를 조절하기 위한 광학장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 바람직하다.In addition, in one embodiment, the dual prism silicon-based immersion microchannel measuring device further comprises an optical device for adjusting the size of the incident light incident through the prism.

또한, 일 실시예에서, 광학장치는 결상장치를 더 포함하여, 결상장치는, 프리즘-완충용액 경계면상에 형성되는 입사광의 빕 스폿(beam spot)의 형태를 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 더 바람직하다.Further, in one embodiment, the optical device further comprises an imaging device, wherein the imaging device controls the shape of the beam spot of incident light formed on the prism-buffer interface. More preferred are base immersion microfluidic measuring devices.

또한, 일 실시예에서, 결상장치는 렌즈, 렌즈시스템, 및 반사경 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정기가 더욱 바람직하다. Further, in one embodiment, the imaging device is more preferably a dual prism silicon-based immersion microflow meter, characterized in that any one of a lens, lens system, and reflector.

또한, 일 실시예에서, 시료 검출층은 기판, 기판의 상부에 형성된 유전체 박막, 및 유전체 박막의 상부에 형성된 흡착층을 포함하고, 흡착층에는 상기 제 1 시료를 검출하기 위한 제 1 생체 결합물질이 고정화된 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미시유로 측정장치가 될 수 있다.Further, in one embodiment, the sample detection layer includes a substrate, a dielectric thin film formed on top of the substrate, and an adsorption layer formed on top of the dielectric thin film, wherein the adsorption layer comprises a first biological binding material for detecting the first sample. It can be a double prism silicon-based immersion micro flow measurement device characterized in that it is fixed.

또한, 일 실시예에서, 제2반사광은 유전체 박막에서 반사되는 광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 바람직하다. In addition, in one embodiment, the second reflected light is preferably a dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device further comprises a light reflected from the dielectric thin film.

또한, 일 실시예에서, 유전체 박막은 투명한 반도체 산화막 및 유리막 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 더 바람직하다. In addition, in one embodiment, the dielectric thin film is more preferably a dual prism silicon-based immersion micro-flow measuring apparatus, characterized in that composed of any one of a transparent semiconductor oxide film and a glass film.

또한, 일 실시예에서, 유전체 박막은 두께가 0 내지 10 mm인 것인 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 더욱 바람직하다.Further, in one embodiment, the dual prismatic silicon-based immersion microfluidic measuring device is characterized in that the dielectric thin film is 0 to 10 mm in thickness.

또한, 일 실시예에서, 편광검출부는, 제2반사광의 편광변화에 기초하여 흡착층에 흡착된 제1시료의 두께 또는 농도를 산출하는 농도산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 바람직하다.In addition, in one embodiment, the polarization detector, the double prism silicon-based liquid immersion further comprises a concentration calculation unit for calculating the thickness or concentration of the first sample adsorbed on the adsorption layer based on the polarization change of the second reflection light Micro flow measurement devices are preferred.

또한, 일 실시예에서, 미세유로 구조체는 제2시료를 검출하기 위한 제2생체 결합물질이 고정화된 제2시료검출층이 형성된 제2미세유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치가 될 수 있다. In addition, in one embodiment, the microchannel structure further comprises a second prism silicon-based liquid immersion, characterized in that the second microchannel formed with a second sample detection layer is fixed to the second biological binding material for detecting the second sample. It can be a microfluidic measuring device.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로는, 시료주입부가 제1시료를 검출하기 위한 제1생체 결합물질이 고정화된 시료검출층이 형성된 적어도 하나의 미세유로를 포함하는 미세유로 구조체에 완충용액을 주입하는 제1단계; 완충용액에 포함된 제1시료가 시료검출층의 제1항체에 흡착하는 제2단계; 편광발생부가 편광을 발생시키는 제3단계; 편광이 입사프리즘을 투과하여 입사프리즘과 완충용액이 접하는 입사프리즘-완충용액 경계면에 입사되는 입사광을 형성하는 제4단계; 입사광의 일부는 입사프리즘-완충용액 경계면에서 반사되어 입사프리즘 또는 반사프리즘을 투과하는 제1반사광을 형성하고, 입사광의 또 다른 일부는 완충용액을 투과하여 p-편광파 무반사 조건을 만족하는 입사각으로 시료검출층에 입사되는 제1투과광을 형성하는 제5단계; 제1투과광은 시료검출층에서 반사되어, 완충용액과 반사프리즘이 접하는 반사프리즘-완충용액 경계면 및 반사프리즘을 투과하는 제2반사광을 형성하는 제6단계; 편광 검출부가 제2반사광의 편광 변화를 검출하는 제7단계; 및 제2반사광의 편광변화에 기초하여 시료검출층에 흡착된 시료의 농도를 검출하는 제8단계;를 포함하되,이중 프리즘 유닛의 외부로 방출된 제1반사광과 제2반사광의 진행방향이 서로 평행하지 않는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치를 제공한다. As a means for achieving the above technical problem, the sample injection unit is a buffer solution to the micro-channel structure comprising at least one micro-channel formed with a sample detection layer is fixed to the first biological binding material for detecting the first sample Injecting the first step; A second step of adsorbing the first sample contained in the buffer solution to the first antibody of the sample detection layer; A third step of causing the polarization generator to generate polarization; A fourth step of forming polarized light passing through the incident prism to be incident on the incident prism-buffer interface between the incident prism and the buffer solution; Part of the incident light is reflected at the incident prism-buffer solution interface to form a first reflected light that passes through the incident prism or the reflected prism, and another portion of the incident light passes through the buffer solution at an incident angle that satisfies the p-polarized wave antireflective condition. A fifth step of forming a first transmitted light incident on the sample detection layer; A sixth step of reflecting the first transmitted light from the sample detection layer to form a second reflective light passing through the reflective prism-buffer interface and the reflective prism in contact with the buffer solution and the reflective prism; A seventh step of detecting, by the polarization detector, a change in polarization of the second reflected light; And an eighth step of detecting the concentration of the sample adsorbed on the sample detection layer based on the polarization change of the second reflected light, wherein the first and second reflected light emitted to the outside of the double prism unit are mutually opposite. The present invention provides a dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device which is not parallel.

또한, 일 실시예에서, 입사프리즘의 굴절률과 반사프리즘유닛의 굴절률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법이 가능하다. In addition, in one embodiment, a double prism silicon-based immersion microfluidic measuring method is characterized in that the refractive index of the incident prism and the refractive index of the reflective prism unit are different from each other.

또한, 일 실시예에서, 입사프리즘과 반사프리즘이 접하는 면에 거울 반사 코팅한 것을 특징으로하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법이 될 수 있다. In addition, in one embodiment, it may be a double prism silicon-based immersion micro-flow measurement method characterized in that the mirror prism coating on the contact surface of the incident prism and the reflective prism.

또한, 일 실시예에서, 제3단계와 제4단계사이에, 광학 장치를 통해 프리즘을 통해 입사하는 입사광의 크기를 조절하는 제3-1단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법이 가능하다.Further, in one embodiment, between the third step and the fourth step, step 3-1 for adjusting the size of the incident light incident through the prism through the optical device; further comprising a double prism silicon-based The immersion microchannel can be measured.

또한, 일 실시예에서, 광학장치는 렌즈, 렌즈시스템, 및 반사경 중 어느 하나를 포함하는 반사장치를 더 포함하고, 제3-1단계는 결상장치가 프리즘-완충용액 경계면상에 형성되는 입사광의 빔 스폿(Beam Spot)의 형태를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법이 바람직하다.Further, in one embodiment, the optical apparatus further includes a reflecting apparatus including any one of a lens, a lens system, and a reflecting mirror, and step 3-1 includes an imaging device for incident light in which an imaging apparatus is formed on a prism-buffer interface. Controlling the shape of the beam spot (Beam Spot); is preferably a double prism silicon-based immersion micro-flow measurement method further comprising.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중 프리즘 구조를 적용하여 프리즘과 측정매질의 경계면에서 반사한 빛과 기판물질에서 반사한 빛을 완전히 분리함으로써, 고감도 측정이 가능한 특징이 있다. According to an embodiment of the present invention, by applying a double prism structure to completely separate the light reflected from the interface between the prism and the measurement medium and the light reflected from the substrate material, it is possible to measure high sensitivity.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 또 다른 목적은, 기존 측정방법에서는 프리즘과 측정매질의 경계면에서 반사한 빛이 기판물질에서 반사한 빛보다 에너지가 크고 분리하기가 어려워서 측정오차를 일으킬 수 있고, 분리하기 위한 조리개를 사용할 경우 굴절률 변화에 따라 변화하는 다른 각도에 대해 측정할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, another object of the present invention, in the conventional measuring method is that the light reflected from the interface between the prism and the measuring medium is more energy than the light reflected from the substrate material, it is difficult to separate the measurement error When using an aperture to separate, can be measured for different angles that change with the change in refractive index.

특히 시료소모를 최소화하기 위하여, 유로의 높이를 최소한으로 낮추고, 다채널의 미세유로를 구비함으로써, 시료의 농도를 변화시켜 주입하거나 자기 조립 단층막의 흡착정도를 달리하는 등 다양한 형태의 실험조건을 제공할 수 있는특징이 있다. In particular, in order to minimize the sample consumption, the channel height is reduced to the minimum, and the microchannel of the multi channel is provided, thereby providing various types of experimental conditions such as changing the concentration of the sample and varying the degree of adsorption of the self-assembled monolayer film. There are features that can be done.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특히 시료소모를 최소화하기 위하여, 유로의 높이를 최소한으로 낮추고, 다채널의 미세유로를 구비함으로써, 시료의 농도를 변화시켜 주입하거나 자기 조립 단층막의 흡착정도를 달리하는 등 다양한 형태의 실험조건을 제공할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, in order to minimize the consumption of the sample, in particular, by lowering the height of the flow path to a minimum, and having a multi-channel micro-channel, by changing the concentration of the sample or the degree of adsorption of the self-assembled monolayer membrane There is an advantage that can provide a variety of experimental conditions, such as different.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액침 미세유로 환경하에서 비표지방식으로 생체결합 물질의 고감도 측정이 가능하여 바이오, 의료, 식품, 환경 등 다양한 산업에 널리 활용될 수 있는 특징이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to measure a high sensitivity of the bio-binding material in a non-labeled manner under the immersion micro-channel environment, it can be widely used in various industries such as bio, medical, food, environment.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, effects obtained in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 선행특허에 따른 생체 물질 접합 특성 측정센서를 나타내는 단면도,
도 2는 시료가 금속박막에 흡착, 해리되는 과정에서의 흡착농도변화를 나타내는 모식도,
도 3은 종래기술의 문제점을 설명하기 위한 프리즘 입사형 실리콘 기반 액침 미세유로 측정센서의 모식도,
도 4는 선행특허에 따른 생체물질 접합특성 측정센서를 이용한 생체물질 흡착과 완충용액의 굴절률 변화에 의한 타원계측상수 Ψ, △를 측정한 그래프,
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치의 구성을 설명하는 개략도,
도 5b는 단일 프리즘을 이용한 액침 미세유로 측정장치의 구성 및 작동을 설명하는 개략도,
도 5c는 도 5a의 미세유로 측정장치에 작용된 이중 프리즘 유닛에 의해, 제1반사광및 제2반사광의 진행방향이 평행하지 않는 현상을 설명하는 개략도,
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 구조체의 사시도,
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 구조체의 분해사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 프리즘 유닛 및 제 1 구조체를 더욱 상세히 설명하기 위한 투시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 구조체를 상세히 설명하기 위한 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 분자접합특성 및 완충용액 굴절률 동시 측정방법을 나타내는 흐름도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 거울 반사 코팅한 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The following drawings, which are attached in this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.
1 is a cross-sectional view showing a biomaterial bonding characteristic measuring sensor according to the prior patent,
Figure 2 is a schematic diagram showing the adsorption concentration change in the process of the sample is adsorbed, dissociated to the metal thin film,
Figure 3 is a schematic diagram of a prism incident silicon-based immersion micro-flow measurement sensor for explaining the problems of the prior art,
4 is a graph measuring elliptic measurement constants Ψ and △ due to the change of the refractive index of the biomaterial adsorption and buffer solution using a biomaterial bonding characteristic measurement sensor according to the prior patent,
Figure 5a is a schematic diagram illustrating the configuration of a dual prism silicon-based immersion microchannel measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
Figure 5b is a schematic diagram illustrating the configuration and operation of the immersion microfluidic measuring device using a single prism,
5C is a schematic diagram illustrating a phenomenon in which the traveling directions of the first and second reflected light are not parallel by the dual prism unit acting on the microfluidic measuring device of FIG.
6A is a perspective view of a double prism silicon-based liquid immersion microfluidic structure according to an embodiment of the present invention;
6B is an exploded perspective view of a double prism silicon-based immersion microfluidic structure according to an embodiment of the present invention;
7 is a perspective view for explaining in detail the dual prism unit and the first structure according to an embodiment of the present invention,
8 is a cross-sectional view for explaining in detail the second structure according to an embodiment of the present invention;
9 is a flowchart illustrating a method of simultaneously measuring molecular bonding characteristics and a refractive index of a buffer solution according to the present invention;
FIG. 10 is a mirror reflecting coated double prism silicon-based immersion microchannel measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 11 is an asymmetric double prism silicon-based liquid immersion microchannel measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. However, since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments may be variously modified and may have various forms, and thus, the scope of the present invention should be understood to include equivalents for realizing the technical idea. In addition, the objects or effects presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all or only such effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereby.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described in the present invention will be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as "first" and "second" are intended to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, the first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component. When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that there may be other components in between, although it may be directly connected to the other component. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. On the other hand, other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly neighboring to", should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "include" or "have" refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or parts thereof described. It is to be understood that the combination is intended to be present and does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise defined. Generally, the terms defined in the dictionary used are to be interpreted as being consistent with the meanings in the context of the related art, and should not be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless clearly defined in the present invention.

제 1First 실시예의Example 구성 Configuration

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the preferred embodiment with reference to the accompanying drawings will be described in detail.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치의 구성을 설명하는 개략도이다. Figure 5a is a schematic diagram illustrating the configuration of a dual prism silicon-based immersion microchannel measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치는, 이중 프리즘 유닛 (100), 미세유로 구조체(200), 편광발생부(300), 및 편광검출부(400)을 포함하는 것으로 학인 할 수 있다. Referring to FIG. 5A, the dual prism silicon-based liquid immersion microchannel measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a dual prism unit 100, a microchannel structure 200, a polarization generator 300, and a polarization detector ( It can be recognized by including 400).

본 발명의 일 실시예는 타원계측법을 이용하여 저분자를 비롯한 생체결합 물질의 흡착 및 해리 동특성을 측정하기 위한 것으로서, 생체결합 물질의 시료(미도시됨)가 포함된 완충용액(buffer, 50)가 미세유로 구조체(200)에 주입되는 구조를 갖는다. 이때, 미세유로 구조체(200)는 미세유로(210)가 다채널로 구성될 수 있다. One embodiment of the present invention is to measure the adsorption and dissociation dynamics of biomolecules, including small molecules, using an ellipsometric method, a buffer (50) containing a sample (not shown) It has a structure that is injected into the micro-channel structure 200. In this case, the microchannel structure 200 may include a microchannel 210 having multiple channels.

이중 프리즘 유닛(100)은 입사프리즘(110) 및 반사프리즘(120)이 조합되어 구성될 수 있다. 또한, 입사프리즘(110) 및 반사프리즘(120)은 각각 복수개의 서로 다른 프리즘으로 구성될 수 있다. 입사프리즘(110)의 굴절률 n1 및 반사프리즘(120)의 굴절률 n2는 서로 다르게 구성될 수 있다. The dual prism unit 100 may be configured by combining the incident prism 110 and the reflective prism 120. In addition, the incident prism 110 and the reflective prism 120 may be composed of a plurality of different prisms, respectively. The refractive index n1 of the incident prism 110 and the refractive index n2 of the reflective prism 120 may be configured differently.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 입사프리즘(110) 및 반사프리즘(120)은 광학적 유리가 주로 사용될 수 있으며, 일례로 BK7 또는 SF10일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 입사프리즘(110) 및 반사프리즘(120)은 각각, 복수개의 프리즘으로 구성될 수 있다. On the other hand, in one embodiment of the present invention, the incident prism 110 and the reflective prism 120 may be mainly used optical glass, for example, may be BK7 or SF10, but is not limited thereto. In addition, the incident prism 110 and the reflective prism 120 may be composed of a plurality of prisms, respectively.

미세유로 구조체(200)는, 이중 프리즘 유닛(100)의 하부에 배치되고, 시료검출층(500)이 형성된 적어도 하나 이상의 미세유로(210)를 포함한다. 시료검출층(500)은 지지대와 상기 지지대 상에 형성되고 제1시료를 검출하기 위한 제1생체 결합물질이 고정화된다. The microchannel structure 200 is disposed under the dual prism unit 100 and includes at least one microchannel 210 in which the sample detection layer 500 is formed. The sample detection layer 500 is formed on the support and the support, and the first biological binding material for detecting the first sample is immobilized.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 미세유로 구조체(200)는 시료를 포함한 완충용액이 유입 또는 배출되는 통로인 미세유로(210)를 복수개 포함한다. 이때, 미세유로(210)의 폭은 수mm 근방이나 1mm 이하의 마이크로 스케일을 갖는다. 또한, 복수의 미세유로(210) 각각은 유입로(210a), 미세유로 채널(210c) 및 배출로(210b)를 포함한다. 즉, 제 1 미세유로(210)는 제 1 유입로(210a), 제 1 미세유로 채널(210c) 및 제 1 배출로(210b)가 연결되어 형성된다. Specifically, in one embodiment of the present invention, the microchannel structure 200 includes a plurality of microchannels 210 which are passages through which the buffer solution including the sample is introduced or discharged. At this time, the width of the micro channel 210 has a micro scale of about several mm or less than 1 mm. In addition, each of the plurality of microchannels 210 includes an inflow channel 210a, a microchannel channel 210c, and an outlet channel 210b. That is, the first microchannel 210 is formed by connecting the first inflow channel 210a, the first microchannel channel 210c, and the first discharge channel 210b.

한편, 시료주입부(500)는 제1시료를 포함하는 완충용액(50)을 상기 미세유로에 주입 또는 배출한다. Meanwhile, the sample injection unit 500 injects or discharges the buffer solution 50 including the first sample into the micro channel.

편광발생부(300)는 편광(polarized light)를 발생시키며, 광원(light source, 310) 및 편광자(polarizer, 320)를 구비할 수 있다. 또한, 시준렌즈(330), 집속렌즈(340) 또는 제1보상기(compensator)(350)가 구비될 수 있다. The polarization generator 300 may generate polarized light and may include a light source 310 and a polarizer 320. In addition, a collimating lens 330, a focusing lens 340, or a first compensator 350 may be provided.

편광자(320)와 제1 보상기(350)는 회전가능하도록 구성되거나 혹은 다른 편광 변조수단이 더 구비될 수 있다. 입사광(10)은 p-편광파와 s-편광파의 편광 성분을 모두 포함한다. 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 높이기 위해 편광자(320)를 p-편광파에 가까운 각도로 정렬할 수 있으며, 바람직하게는 후술하는 편광검출기에 수광되는 제2반사광에 포함되는 p-편광파와 s-편광파의 비율이 유사하도록 할 수 있다. The polarizer 320 and the first compensator 350 may be configured to be rotatable or may further include other polarization modulating means. The incident light 10 includes both the p-polarized wave and the polarization component of the s-polarized wave. In order to increase the signal-to-noise ratio (SNR), the polarizer 320 may be aligned at an angle close to the p-polarized wave, and preferably the p-polarized light included in the second reflected light received by the polarization detector described below. The ratio of wave and s-polarized wave can be similar.

본 발명에 있어서 입사광(10)은 p-편광파 무반사조건에 만족되는 입사각(θ)으로 시료검출층(500)에 조사되어야 한다. 타원계측 방정식에서 복소반사계수비(ρ)는 s-편광파의 반사계수비(Rs)에 대한 p-편광파의 반사계수비(Rp)의 비, 즉 ρ= Rp/Rs 로 나타낼 수 있는데, p-편광파 무반사 조건은 p-편광파의 반사계수비(Rp)가 0에 가까운 값을 갖는 조건을 말한다. p-편광파 무반사 조건은 종래의 SPR 센서의 표면 플라즈몬 공명조건과 유사한 것으로, 본 발명의 측정감도가 최대가 되는 조건이다.In the present invention, the incident light 10 should be irradiated to the sample detecting layer 500 at an incident angle θ that satisfies the p-polarized wave antireflection condition. In the ellipsometric equation, the complex reflection coefficient ratio (ρ) can be expressed as the ratio of the reflection coefficient ratio (Rp) of the p-polarized wave to the reflection coefficient ratio (Rs) of the s-polarized wave, that is, ρ = Rp / Rs. The p-polarized light antireflection condition refers to a condition in which the reflection coefficient ratio Rp of the p-polarized wave has a value close to zero. The p-polarized light antireflection condition is similar to the surface plasmon resonance condition of the conventional SPR sensor, and is a condition in which the measurement sensitivity of the present invention is maximized.

광원(310)은, 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장대의 단색광 또는 백색광을 방출하는 각종 램프, 발광 다이오드(LED), 고체-, 액체-, 가스- 레이저, 및 레이저 다이오드를 포함하는 반도체 레이저 다이오드(LD) 등이 사용될 수 있다. 또한, 광원(310)은 광학계의 구조에 따라 파장을 가변시킬 수 있는 구조를 구비할 수 있다. 한편, 상술된 p-편광파 무반사 조건의 근방에서는 반사광의 광학 신호의 크기가 상대적으로 작을 수 있으며, 이 경우 간섭성(coherence)을 갖는 레이저를 사용하여 높은 광량으로 빛을 조사함으로써 신호대 잡음비를 높여서 고감도의 측정을 가능하게 할 수 있다.The light source 310 is a semiconductor laser diode (LD) including various lamps, light emitting diodes (LEDs), solid-, liquid-, gas-lasers, and laser diodes that emit monochromatic or white light in the infrared, visible or ultraviolet wavelength range. ) May be used. In addition, the light source 310 may have a structure capable of varying the wavelength according to the structure of the optical system. On the other hand, in the vicinity of the above-described p-polarized wave antireflection conditions, the size of the optical signal of the reflected light may be relatively small, in which case the signal-to-noise ratio is increased by irradiating light with a high amount of light using a laser having coherence. Highly sensitive measurements can be enabled.

시준렌즈(330)는 광원(310)으로부터 빛을 수광하여 편광자(320)에 평행광을 제공한다. 그리고, 집속렌즈(340)는 편광자(320)를 통과한 평행광을 수렴하여 입사광의 광량을 증가시킬 수 있다. 또한, 제1 보상기(350)는 입사광의 편광 성분을 위상지연시키는 역할을 한다.The collimating lens 330 receives light from the light source 310 to provide parallel light to the polarizer 320. In addition, the focusing lens 340 may converge parallel light passing through the polarizer 320 to increase the amount of incident light. In addition, the first compensator 350 serves to retard the polarization component of the incident light.

편광검출부(400)는 후술하는 제2반사광(15-1)을 수광하여 그 편광변화를 검출한다. 시료검출층(530)에서 반사된 반사광(15-1)이 수광하여, 그 편광상태의 변화를 검출한다. 편광검출부(400)는 검광자(analyzer)(410), 광검출기(detector, 420) 및 연산처리기(430)를 포함할 수 있다. 그 밖에 제2 보상기(440)와 분광기(450)가 구비될 수 있다. The polarization detector 400 receives the second reflected light 15-1 to be described later and detects the polarization change. The reflected light 15-1 reflected by the sample detection layer 530 receives the light and detects the change in the polarization state. The polarization detector 400 may include an analyzer 410, a photodetector 420, and an operation processor 430. In addition, the second compensator 440 and the spectrometer 450 may be provided.

검광자(410)는 편광자(320)에 대응되는 것으로 편광판을 구비하여 반사광을 다시 편광시킴으로써 반사광의 편광 정도나 편광면의 방향을 제어할 수 있다. 검광자(410)는 광학계의 구조에 따라 회전가능하도록 구성되거나 혹은 편광 성분의 위상변화, 소거와 같은 기능을 수행할 수 있는 편광 변조수단이 더 구비될 수 있다. The analyzer 410 corresponds to the polarizer 320 and may include a polarizer to polarize the reflected light again to control the degree of polarization of the reflected light or the direction of the polarization plane. The analyzer 410 may be configured to be rotatable according to the structure of the optical system, or may further include polarization modulating means capable of performing a function such as phase change and cancellation of the polarization component.

광검출기(420)는 편광된 반사광을 검출하여 광학데이터를 얻고, 이를 전기적인 신호로 바꾸는 역할을 한다. 이때, 광학데이터는 반사광에 있어서 편광상태의 변화에 관한 정보를 포함하고 있게 된다. 광검출기(420)는 CCD형 고체촬상소자, 광전증배관(PMT) 또는 실리콘 포토다이오드가 사용될 수 있다.The photodetector 420 detects polarized reflected light to obtain optical data, and converts it into an electrical signal. At this time, the optical data includes information on the change of the polarization state in the reflected light. The photodetector 420 may be a CCD solid-state image pickup device, a photomultiplier tube (PMT), or a silicon photodiode.

연산처리기(430)는 전기적인 신호를 광검출기(420)로부터 수득하여 측정값을 도출한다. 연산처리기(430)에는 반사율 측정법 및 타원계측법을 이용한 소정의 해석 프로그램이 내장되어 있어 전기적인 신호로 변환된 광학데이터를 연산처리기(430)가 추출, 해석함으로써 시료의 흡착농도, 흡착층(160)의 두께, 흡착상수, 해리상수, 굴절률 등과 같은 측정값을 도출하게 된다. 이때, 연산처리기(430)는 측정감도의 향상을 위해 타원계측법의 위상차에 관한 타원계측상수 Ψ, Δ를 구하여 측정값을 도출하는 것이 바람직하다.The processor 430 obtains an electrical signal from the photodetector 420 to derive the measured value. The arithmetic processor 430 includes a predetermined analysis program using a reflectance measuring method and an elliptic measurement method. The arithmetic processor 430 extracts and analyzes optical data converted into an electrical signal, so that the adsorption concentration and the adsorption layer 160 of the sample are absorbed. The measured values such as the thickness, the adsorption constant, the dissociation constant, and the refractive index are derived. In this case, it is preferable that the operation processor 430 derives a measurement value by obtaining elliptic measurement constants Ψ and Δ related to the phase difference of the elliptic measurement method in order to improve measurement sensitivity.

제2 보상기(440)는 반사광의 편광 성분을 위상지연시켜 조절하는 역할을 한다. 제2 보상기(440)는 회전가능하도록 구성되거나 혹은 다른 편광 변조수단이 더 구비될 수 있다.The second compensator 440 plays a role of retarding and adjusting the polarization component of the reflected light. The second compensator 440 may be configured to be rotatable or may further include other polarization modulating means.

분광기(450)는 광원(310)이 백색광인 경우 사용된다. 이는 반사광을 분광시키고, 좁은 영역의 파장을 갖는 반사광을 분리시켜 광검출기(420)로 보내기 위함이다. 이때, 광검출기(420)는 CCD형 고체 촬상소자와 같은 2차원 이미지센서로 반사광의 분포에 관한 광학데이터를 얻을 수 있다.The spectrometer 450 is used when the light source 310 is white light. This is for spectroscopy of the reflected light and for separating the reflected light having a narrow wavelength range and sending the reflected light to the photodetector 420. In this case, the photodetector 420 may obtain optical data regarding the distribution of reflected light with a two-dimensional image sensor such as a CCD solid-state image sensor.

이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유로 구조체(200)를 더욱 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the micro channel structure 200 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 6 to 8.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 구조체의 사시도이며, 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 구조체의 분해사시도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 프리즘 유닛 및 제 1 구조체를 더욱 상세히 설명하기 위한 투시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 구조체를 상세히 설명하기 위한 단면도이다. FIG. 6A is a perspective view of a dual prism silicon-based immersion microchannel structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is an exploded perspective view of the dual prism silicon-based immersion microchannel structure according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 7 is a perspective view for explaining the dual prism unit and the first structure according to an embodiment of the present invention in more detail, and FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the second structure according to an embodiment of the present invention in detail. .

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유로 구조체는 제 1 구조체(200a) 및 제 2 구조체(200b)로 구성된다. 6A and 6B, the microchannel structure according to the exemplary embodiment of the present invention includes a first structure 200a and a second structure 200b.

이때, 제 1 구조체(200a)는 이중 프리즘 유닛(100)의 하부에 형성된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서, 이중 프리즘 유닛(100) 및 제 1 구조체(200a)는 일체형으로 제작될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제 1 구조체(200a) 및 제 2 구조체(200b)는 서로 분리될 수 있으며, 제 2 구조체(200b)는 미세유로 채널층(200c)을 포함한다. In this case, the first structure 200a is formed under the double prism unit 100. In particular, in one embodiment of the present invention, the dual prism unit 100 and the first structure 200a may be manufactured in one piece, but are not limited thereto. In addition, the first structure 200a and the second structure 200b may be separated from each other, and the second structure 200b includes the microchannel channel layer 200c.

한편, 제 1 구조체(200)는 유리 또는 투명한 합성수지재와 같은 투과성 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 합성수지재의 예로는 PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴 수지가 사용될 수 있다. 그리고, 규소인산폴리머(PDMS, polydimethylsiloxane)와 같은 실리콘계 재료도 사용될 수 있다. Meanwhile, the first structure 200 may be made of a transparent material such as glass or transparent synthetic resin material. In this case, as an example of the synthetic resin material, an acrylic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA) may be used. And silicon-based materials such as silicon phosphate polymer (PDMS, polydimethylsiloxane) may also be used.

더욱 상세하게, 제 1 구조체(200a)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 구조체(200a)의 일측면에 형성된 복수의 유입로(210a) 및 제 1 구조체의 타측면에 형성된 복수의 배출로(210b)를 포함한다. 또한, 유입로(210a)는 제 1 구조체의 일측면에 형성된 제 1 유입구(212)에서 제 1 구조체의 하부에 형성된 제 2 유입구(214)로 연결되며, 배출로(210b)는 제 1 구조체의 하부에 형성된 제 1 배출구(216)으로부터, 제 1 구조체의 타측면에 형성된 제 2 배출구(218)과 연결된다. In more detail, as shown in FIG. 7, the first structure 200a includes a plurality of inflow paths 210a formed on one side of the first structure 200a and a plurality of discharge paths formed on the other side of the first structure. 210b. In addition, the inflow passage 210a is connected from the first inlet 212 formed at one side of the first structure to the second inlet 214 formed at the lower portion of the first structure, and the discharge passage 210b is formed of the first structure. From the first outlet 216 formed in the lower portion, it is connected to the second outlet 218 formed on the other side of the first structure.

한편, 복수의 유입로(210a) 및 배출로(210b)각각은, 제 2 구조체(200b)에 형성된 미세유로 채널층(200c)의 복수의 미세유로 채널(210c)과 연결되도록 형성된다. 구체적으로, 제 2 유입구(214)는 미세유로 채널(210c)의 일측과 맞닿도록 형성됨으로써, 제 1 유입로(210a)와 미세유로 채널(210c)을 연결한다.Meanwhile, each of the plurality of inflow passages 210a and the discharge passage 210b is formed to be connected to the plurality of microchannel channels 210c of the microchannel channel layer 200c formed in the second structure 200b. Specifically, the second inlet 214 is formed to be in contact with one side of the microchannel channel 210c, thereby connecting the first channel 210a and the microchannel channel 210c.

또한, 제 1 배출구(216)은 미세유로 채널(210c)의 타측과 맞닿도록 형성됨으로써, 배출로(210b)와 미세유로 채널(210c)는 연결될 수 있다. In addition, the first outlet 216 is formed to contact the other side of the micro-channel 210c, the discharge passage 210b and the micro-channel 210c may be connected.

즉, 제 1 유입로(210a), 제 1 미세유로 채널(210c) 및 제 1 배출로(210b)는 서로 연결되도록 형성된다. 이에 따라, 제 1 유입로(210a)를 통해 주입된 시료가 포함된 완충용액(50)은 제 1 미세유로 채널(210c)을 지나 제 1 배출로(200b)로 배출될 수 있다. That is, the first inflow path 210a, the first microchannel channel 210c, and the first discharge path 210b are formed to be connected to each other. Accordingly, the buffer solution 50 including the sample injected through the first inflow path 210a may be discharged to the first discharge path 200b after passing through the first microchannel channel 210c.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 구조체(200b)는 미세유로 채널층(200c)을 포함하며, 미세유로 채널층(200c)은 복수의 미세유로 채널(210c)을 포함한다. 한편, 미세유로 채널층(210c)은 PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴수지로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In other words, the second structure 200b according to the embodiment of the present invention includes a microchannel channel layer 200c, and the microchannel channel layer 200c includes a plurality of microchannel channels 210c. The microchannel channel layer 210c may be formed of an acrylic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), but is not limited thereto.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 구조체(200b)는 복수의 미세유로 채널(210c)에 의하여 형성된 홈의 밑면에, 시료 검출층(500)을 포함한다. 이때, 시료 검출층(500)은 구체적으로, 기판(510), 기판 상에 형성된 유전체 박막(520) 및 흡착층(530)을 포함한다.In addition, the second structure 200b according to the embodiment of the present invention includes a sample detection layer 500 on the bottom of the groove formed by the plurality of microchannel channels 210c. In this case, the sample detection layer 500 specifically includes a substrate 510, a dielectric thin film 520 and an adsorption layer 530 formed on the substrate.

기판(510)은 532nm에서 약 4.1385 + i0.04119의 복소굴절률을 갖고, 저렴한 비용으로 일정하고 안정된 물성을 제공하는 실리콘(Si)이 사용될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 기판(510)의 재료는 실리콘 이외에 반도체 또는 유전체 물질이 이용될 수 있다.The substrate 510 has a complex refractive index of about 4.1385 + i0.04119 at 532 nm, and silicon (Si) that provides constant and stable physical properties at low cost may be used. However, the present invention is not limited thereto, and a semiconductor or dielectric material other than silicon may be used as the material of the substrate 510.

기판의 상부에는 유전체 박막(520) 층이 형성된다. 유전체 박막(520)은 반도체 산화막 또는 유리막을 포함하는 투명한 재질의 박막물질이 사용될 수 있다. 이때, 유전체 박막의 두께는 0 ~ 1000nm인 것이 바람직하다. A layer of dielectric thin film 520 is formed on top of the substrate. The dielectric thin film 520 may be a thin film material of a transparent material including a semiconductor oxide film or a glass film. At this time, the thickness of the dielectric thin film is preferably 0 ~ 1000nm.

한편, 가장 쉽게 구할 수 있는 유전체박막(520)의 예로 실리콘을 자연산화시켜 수 나노미터 두께로 성장시킨 실리콘 산화막(SiO2)이 있다. 실리콘 산화막의 굴절률은 532nm에서 약 1.461로서 실리콘으로 이루어진 기판(510)과의 굴절률 차이가 커서 본 발명의 측정감도를 높이는데 일조하게 된다. On the other hand, the most easily obtained dielectric thin film 520 is a silicon oxide film (SiO 2) grown to several nanometers by naturally oxidizing silicon. Since the refractive index of the silicon oxide film is about 1.461 at 532 nm, the difference in refractive index with the substrate 510 made of silicon is large, which helps to increase the measurement sensitivity of the present invention.

또한, 유전체 박막(520)은 광학유리로 이루어진 유리막이 사용될 수 있다. 실리콘이나 실리콘 산화막 또는 유리막으로 이루어진 유전체 박막(520)은 금 또는 은과 같은 금속박막에 비해 굴절률이 일정하게 제조될 수 있어 안정적인 광특성을 제공할 수 있고, 제작비용을 낮출 수 있는 장점이 존재한다.In addition, a glass film made of optical glass may be used for the dielectric thin film 520. The dielectric thin film 520 formed of silicon, silicon oxide, or glass film can provide a stable optical characteristic and can provide stable optical characteristics and lower manufacturing cost compared to a metal thin film such as gold or silver. .

본 발명의 일실시예에 따른 흡착층(530)은 자기조립박막 및 바이오박막 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 또한, 흡착층(530)에는 특정 시료를 검출 가능한 생체 결합물질이 고정화된 것 일 수 있다. Adsorption layer 530 according to an embodiment of the present invention may be composed of at least one of a self-assembled thin film and a bio thin film. In addition, the adsorption layer 530 may be immobilized bio-binding material capable of detecting a specific sample.

이때, 흡착층(530)은 저분자 생체결합 물질의 시료(미도시)가 흡착 및 해리되고, 입사광을 반사시키는 역할을 한다. In this case, the adsorption layer 530 serves to absorb and dissociate a sample (not shown) of the low molecular weight biocombination material and reflect incident light.

다시 말해, 제 1 유입로(210a)를 통해 유입된, 완충용액 속에 포함된 시료는 흡착층(530)에 흡착되거나 및 흡착층(530)으로부터 해리될 수 있다. In other words, the sample contained in the buffer solution introduced through the first inflow path 210a may be adsorbed to the adsorption layer 530 and dissociated from the adsorption layer 530.

한편, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예는 시료주입부를 더 포함할 수 있다. 이때, 시료주입부(미도시됨)은 미세유로(210)에 시료가 포함된 완충용액 또는 완충용액을 주입 또는 배출한다. On the other hand, although not shown, one embodiment of the present invention may further include a sample injection unit. In this case, the sample injection unit (not shown) injects or discharges the buffer solution or the buffer solution containing the sample in the micro-channel 210.

제 1First 실시예의Example 동작 action

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operation of the preferred embodiment.

도 5b는 단일 프리즘을 이용한 액침 미세유로 측정장치의 구성 및 작동을 설명하는 개략도이며, 도 5c는 도 5a의 미세유로 측정장치에 작용된 이중 프리즘 유닛에 의해, 제1반사광및 제2반사광의 진행방향이 평행하지 않는 현상을 설명하는 개략도이다. FIG. 5B is a schematic view illustrating the configuration and operation of the liquid immersion microfluidic measuring device using a single prism, and FIG. 5C illustrates the progress of the first and second reflected light by a dual prism unit acting on the microfluidic measuring device of FIG. 5A. It is a schematic diagram explaining the phenomenon that a direction is not parallel.

우선, 도 5b를 참조하면, 굴절률 n1를 갖는 입사프리즘(110)으로 구성되는 단일 프리즘 구조를 사용한다. 입사광(10)은 입사프리즘(110)을 투과하여 입사프리즘-완충용액 경계면(111)에 입사된다. 입사프리즘-완충용액 경계면(111)에서 입사광(10)은 제1반사광(14)과 제1투과광(12)으로 분리된다. 제2투과광(12)은 시료 검출층(500)에서 반사되어 다시 입사프리즘-완충용액 경계면(111) 및 입사프리즘(110)을 투과하여 제2반사광(15)를 형성한다. 이때 제1반사광(14)과 제2반사광(15)이 수직선과 이루는 각도, θt1과 θt1은 동일하다. First, referring to FIG. 5B, a single prism structure composed of an incident prism 110 having a refractive index n 1 is used. The incident light 10 penetrates the incident prism 110 and is incident on the incident prism-buffer interface 111. At the incident prism-buffer solution interface 111, the incident light 10 is separated into a first reflected light 14 and a first transmitted light 12. The second transmitted light 12 is reflected by the sample detection layer 500 and again passes through the incident prism-buffer interface 111 and the incident prism 110 to form the second reflected light 15. At this time, the angle between the first reflected light 14 and the second reflected light 15 and the vertical line, θ t1 and θ t1 are the same.

제1반사광(14)과 제2반사광(15)는 동일한 입사광(10)에서 분할된 것이다. 제1반사광(14)과 제2반사광(15) 각각이 반사되는 위치는 다르나, 입사프리즘(110)의 굴절률 n1과 완충용액(50)의 굴절률 n2 차이로 발생하는 굴절각은 동일하다. 따라서, 반사되는 위치가 서로 상이하더라도, 입사프리즘(110)을 통하여 프리즘 외부로 방출될때의 각도는 동일하다. The first reflected light 14 and the second reflected light 15 are split from the same incident light 10. The first reflected light 14 and second reflected light 15, where each of the reflection angle of refraction caused by the refractive index n 2 of a refractive index difference n 1 with the buffer solution 50 is different in the incident prism 110 is the same. Therefore, even if the reflected positions are different from each other, the angles when emitted to the outside of the prism through the incident prism 110 are the same.

전술한 바와 같이, 광검출부(400)는 제2반사광을 수광하여 그 편광 상태를 분석함으로써, 시료의 두께나 광학적 특성에 연관된 물성정보를 추출한다.그러나 도 5b에 도시된 바와 같이, 단일 프리즘 구조를 사용하면, θt1과 θt1이 동일하여, 제1반사광(14)과 제2반사광(15)을 분리하기 어렵다. 즉, 제2반사광(15)만 광검출부(400)에 수광하기 위해서는 광검출부(400) 전방에 별도의 광학계를 배치하건, 입사광(10)의 빔 스폿(beam spot) 크기를 최소화해야 하는 문제점이 있다.As described above, the photodetector 400 receives the second reflected light and analyzes its polarization state, thereby extracting property information related to the thickness or optical properties of the sample. However, as shown in FIG. 5B, a single prism structure When θ t1 and θ t1 are the same, it is difficult to separate the first reflected light 14 and the second reflected light 15. That is, in order to receive only the second reflected light 15 to the photodetector 400, there is a problem in that a separate optical system is disposed in front of the photodetector 400 or the beam spot size of the incident light 10 must be minimized. have.

도 5c를 참조하면, 이중 프리즘 유닛(100)을 적용함으로써, 제1반사광(14-1)과 제2반사광(15-1)의 진행방향이 서로 상이하게 됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5C, by applying the dual prism unit 100, it may be confirmed that the traveling directions of the first and second reflective lights 14-1 and 15-1 are different from each other.

종래 기술의 경우, 프리즘(100)과 매질의 경계면에서 반사된 빛(14)과 굴절되어 흡착층(530)으로 입사되는 빛(12)을 분리하기가 어려웠으며, 이에 따라, 프리즘(100)과 매질의 경계면에서 반사된 빛(14)은 굴절되어 흡착층(530)으로 입사되는 빛(12)과 함께 편광검출부(400)에 의하여 검출되는 문제점이 발생하였다. 따라서, 상대적으로 에너지가 큰 프리즘(100)과 매질의 경계면에서 반사된 빛(14)에 의하여 측정오차를 일으키며, 측정 감도가 저하되는 문제점이 발생하였다. In the related art, it is difficult to separate the light 14 reflected from the interface between the prism 100 and the medium and the light 12 refracted and incident on the adsorption layer 530. Thus, the prism 100 and The light 14 reflected at the interface of the medium is refracted and detected by the polarization detector 400 together with the light 12 incident on the adsorption layer 530. Therefore, a measurement error is caused by the light 14 reflected from the boundary between the prism 100 and the medium having a relatively high energy, and the measurement sensitivity is deteriorated.

반면에 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치는, 입사광(10)이 입사프리즘-완충용액 경계면 (111)에서 제1반사광(14)와 제1투과광(12)로 분할됨을 도 5b의 단일 프리즘을 적용한 구조와 동일하다. 그러나 제1반사광(14)과 제1투과광(12)이 반사프리즘(120)을 투과하는 과정에서, 각각의 굴절각에 차이가 발생한다. 반사프리즘(120)의 굴절률 n3는 입사프리즘(110)의 굴절률 n1과 상이하며 바람직하게는 n1>n3>n2의 관계가 성립할 수 있다. 또한, n1>n3>n2의 관계가 성립할 때, n3가 n2에 근접하면 Δθt1 및 Δθt2가 커진다. On the other hand, as shown in Figure 5c, the dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring device according to an embodiment of the present invention, the incident light 10 is the first reflected light 14 at the incident prism-buffer solution interface 111 And the first transmitted light 12 are the same as those of the single prism of FIG. 5B. However, in the process of transmitting the first reflected light 14 and the first transmitted light 12 through the reflective prism 120, a difference occurs in each refractive angle. The refractive index of the reflecting prism (120), n 3 is the refractive index n can be between 1 and n are made different, and preferably 1> n 3> n 2 of the incident prism 110 is formed. When n 1 > n 3 > n 2 is established, Δθ t1 and Δθ t2 become large when n 3 approaches n 2 .

제1반사광(14-1)과 제2반사광(15-1)이 평행하지 않고 Δθt1 + Δθt2의 각도만큼 벌어짐으로써, 광검출부(400)에서 제2반사광(15-1)을 분리하여 수광하는 것이 용이하다. 즉, 이중 프리즘 유닛(100)으로 부터 특정 거리만큼 이격되어 광검출부(400)를 위치시키면, 제2반사광(15-1)과 제1반사광(14-1)의 이격거리가 길어진다. 따라서 광검출부(400)로 집속되는 제1반사광(14-1)의 광량을 최소화할 수 있다. 또한, 광검출부(400)의 광축을 제2반사광(15-1)의 광 경로에 정렬하면, 불필요하게 광검출부(400)에 집속된 소량의 제1반사광(14-1)의 영향을 최소화할 수 있다. 즉, 광검출부(400) 내부에서 진행하는 동안에 제1반사광(14-1)의 전파손실(propagation loss)은 제2반사광(15-1)의 전파손실보다 크다. 따라서, 광검출부(420)에 도달하는 제1반사광(14-1)의 광량은 제2반사광(15-1)의 광량과 비교해, 상대적으로 극소량으로 제한될 수 있다. Since the first reflection light 14-1 and the second reflection light 15-1 are not parallel and are opened by an angle of Δθ t1 + Δθ t2 , the second reflection light 15-1 is separated and received by the photodetector 400. It is easy to do That is, when the photodetector 400 is positioned away from the double prism unit 100 by a specific distance, the separation distance between the second reflected light 15-1 and the first reflected light 14-1 becomes long. Therefore, the amount of light of the first reflected light 14-1 focused on the light detector 400 may be minimized. In addition, if the optical axis of the light detector 400 is aligned with the optical path of the second reflected light 15-1, the influence of the small amount of first reflected light 14-1 that is unnecessarily focused on the light detector 400 may be minimized. Can be. That is, the propagation loss of the first reflected light 14-1 is greater than the propagation loss of the second reflected light 15-1 while traveling inside the photodetector 400. Therefore, the amount of light of the first reflected light 14-1 reaching the photodetector 420 may be limited to a relatively small amount compared to the amount of light of the second reflected light 15-1.

결론적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치 및 측정방법은, 시료의 특성 정보를 포함하고 있는 제2반사광(15-1)과 제1반사광(14-1)과의 분리를 용이하게 함으로써, 측정오차는 물론이고, 시료의 고감도 분석을 용이하게 할 수 있다.In conclusion, the dual prism silicon-based immersion microfluidic measuring apparatus and measuring method according to an embodiment of the present invention includes a second reflected light 15-1 and a first reflected light 14-1 including characteristic information of a sample. By facilitating separation of the samples, not only the measurement error but also the high sensitivity analysis of the sample can be facilitated.

또한, 도 5c에서 n3>n1의 관계가 성립하면, 제1반사광(14-1)과 제2반사광(15-1)은 서로 교차하여 진행한다. 즉, Δθt1 및 Δθt2가 음의 값을 가지므로, 광검출부(400)와 반사프리즘(120)과의 이격거리를 충분히 확보하면, n1>n3>n2인 경우와 마찬가지로 제2반사광(15-1)의 분리 검출이 용이하다. In addition, when the relationship of n 3 > n 1 is established in FIG. 5C, the first reflected light 14-1 and the second reflected light 15-1 cross each other and proceed. That is, since Δθ t1 and Δθ t2 have negative values, when the distance between the photodetector 400 and the reflective prism 120 is sufficiently secured, the second reflected light is similar to the case of n 1 > n 3 > n 2 . Separation detection of (15-1) is easy.

한편 도 5c에서 θi3는 p-편광파 무반사 조건을 만족한다. Meanwhile, θ i3 in FIG. 5C satisfies the p-polarized wave antireflection condition.

도 9는 본 발명에 따른 분자접합특성 및 완충용액 굴절률 동시 측정방법을 나타내는 흐름도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 측정방법은 제1 단계(S100) 내지 제8 단계(S500)를 거치게 된다. 9 is a flowchart illustrating a method of simultaneously measuring molecular bonding characteristics and a refractive index of a buffer solution according to the present invention. As shown in Figure 9, the measuring method of the present invention is subjected to the first step (S100) to the eighth step (S500).

제1 단계(S100)는 도 5에서와 같이 시료주입부가 저분자를 비롯한 생체결합 물질의 시료(미도시)를 완충용액(50)에 용해하여 미세유로 구조체(100)의 미세유로(210)에 주입하게 된다. 이때, 시료 주입부는 다채널의 각 미세유로(210)마다 서로 다른 농도의 시료가 포함된 완충용액(50)을 주입할 수 있다. In the first step S100, as shown in FIG. 5, the sample injection unit dissolves a sample (not shown) of a biobinding material including a low molecule in the buffer solution 50 and injects it into the microchannel 210 of the microchannel structure 100. Done. In this case, the sample injector may inject the buffer solution 50 including the samples having different concentrations in each of the microchannels 210 of the multichannel.

또한, 각 미세유로(210)마다 시간차를 두어 완충용액(50)을 주입할 수 있다. 또한, 일부 미세유로(210)에만 완충용액(50)을 주입하고, 나머지 미세유로(210)는 사용하지 않을 수 있다.In addition, the buffer solution 50 may be injected with a time difference for each microchannel 210. In addition, the buffer solution 50 may be injected only to some microchannels 210, and the other microchannels 210 may not be used.

제2 단계(S200)는 생체결합 물질의 시료(미도시)가 기판(510) 또는 유전체 박막(520)에 흡착하여 흡착층(530)을 형성하게 된다.In the second step S200, a sample (not shown) of a biocombination material is adsorbed onto the substrate 510 or the dielectric thin film 520 to form the adsorption layer 530.

이와 달리, 시료가 도 8의 단일 미세유로 채널 (210c)에 형성된 복수의 서로 다른 자기 조립 단층막 또는 동일한 자기 조립 단층막 위에 복수의 흡착층에 흡착함으로써 서로 다른 접합특성을 갖는 흡착층을 형성할 수도 있다.Alternatively, a sample may be adsorbed onto a plurality of different self-assembled monolayer films or the same self-assembled monolayer film formed in the single microfluidic channel 210c of FIG. 8 to form adsorption layers having different bonding characteristics. It may be.

제3 단계(S300)는 편광발생부가 편광을 발생시킨다. 광원(310)으로부터 조사된 소정의 광을 편광자(320)가 편광시켜 편광을 발생시킨다. In a third step S300, the polarization generator generates polarization. The polarizer 320 polarizes predetermined light emitted from the light source 310 to generate polarized light.

제 4 단계(S400)는 편광이 입사프리즘(120)을 투과하여 입사프리즘과 완충용액(50)이 접하는 입사프리즘-완충용액 경계면(111)에 입사되는 입사광을 형성한다. In the fourth step S400, polarized light is transmitted through the incident prism 120 to form incident light incident on the incident prism-buffer interface 111 in contact with the incident prism and the buffer solution 50.

제 5 단계(S500)는 입사광(10)의 일부가 입사프리즘-완충용액 경계면(111)에서 반사되어 입사프리즘(110) 또는 반사프리즘(120)을 투과하는 제1반사광(14-1)을 형성하고, 입사광(10)의 또 다른 일부는 완충용액(50)을 투과하여 p-편광파 무반사 조건을 만족하는 입사각으로 시료검출층(500)에 입사되는 제1투과광(12)을 형성한다. In the fifth step S500, a part of the incident light 10 is reflected from the incident prism-buffer interface 111 to form the first reflected light 14-1 passing through the incident prism 110 or the reflective prism 120. In addition, another part of the incident light 10 penetrates the buffer solution 50 to form the first transmitted light 12 incident on the sample detecting layer 500 at an incident angle satisfying the p-polarized wave antireflection condition.

제 6 단계(600)는 제1투과광(12)은 시료검출층(500)에서 반사되어, 완충용액(50)과 반사프리즘(120)이 접하는 반사프리즘-완충용액 경계면(121) 및 반사프리즘(120)을 투과하는 제2반사광(15-1)을 형성한다.In a sixth step 600, the first transmitted light 12 is reflected from the sample detection layer 500, such that the reflective prism-buffer interface 121 and the reflective prism in contact with the buffer 50 and the reflective prism 120 are provided. The second reflected light 15-1 penetrating 120 is formed.

제 7 단계(700)는 편광검출부(400)가 제2반사광의 편광 변화를 검출한다.In a seventh step 700, the polarization detector 400 detects a polarization change of the second reflected light.

제 8 단계(800)는 제2반사광의 편광변화에 기초하여 상기 시료검출층에 흡착된 제1시료의 농도를 검출한다. The eighth step 800 detects the concentration of the first sample adsorbed on the sample detection layer based on the polarization change of the second reflected light.

구체적으로 설명하면, 먼저 검광자(410)가 흡착층(530)에서 타원 편광된 반사광을 수광하여 편광특성에 따른 광만 통과시키게 된다.Specifically, the analyzer 410 first receives the elliptically polarized reflected light from the adsorption layer 530 to pass only the light according to the polarization characteristics.

다음으로, 광검출기(420)가 반사광의 편광 성분의 변화를 검출함으로써 소정의 광학데이터를 얻게 되고, 이를 전기적인 신호로 변환하여 연산처리기(430)로 전송한다.Next, the photodetector 420 obtains predetermined optical data by detecting a change in the polarization component of the reflected light, converts it into an electrical signal, and transmits the converted optical signal to the operation processor 430.

다음으로, 반사율 측정법 또는 타원계측법을 이용한 프로그램이 내장된 연산처리기(430)가 전기신호로 변환된 광학데이터를 추출 및 해석하고, 시료의 흡착농도, 흡착 및 해리상수, 굴절률, 완충용액의 굴절률과 같은 측정값을 도출하게 된다.Next, an arithmetic processor 430 having a program using a reflectance measuring method or an ellipsometric method extracts and analyzes optical data converted into an electrical signal, and the adsorption concentration of the sample, the adsorption and dissociation constant, the refractive index, the refractive index of the buffer solution, The same measurement is derived.

이때, 본 발명은 연산처리기(430)가 타원계측법의 위상차에 관한 타원계측상수 Δ를 구하여 완충용액의 굴절률 측정값을 측정하고 진폭비에 관한 타원계측상수 Ψ를 측정하여 접합동특성을 구한다. 그 이유는 p-편광파 무반사 조건에서 위상차에 관한 타원계측상수 Δ는 완충용액의 굴절률 변화에만 민감한 변화를 보이고 접합특성에는 거의 영향을 받지 않기 때문에 완충용액의 굴절률 변화만을 측정할 수 있는 장점이 있고, 진폭비에 관한 타원계측상수 Ψ는 주로 물질의 접합특성에 고감도로 변하기 때문이다. At this time, in the present invention, the operation processor 430 obtains the elliptic measurement constant Δ of the phase difference of the elliptic measurement method, measures the refractive index measurement value of the buffer solution, and measures the elliptic measurement constant? The reason is that the elliptic measurement constant Δ of the phase difference in the p-polarized light antireflection condition is sensitive to the change in the refractive index of the buffer solution and is almost unaffected by the bonding properties. Therefore, only the change in the refractive index of the buffer solution can be measured. This is because the elliptic measurement constant Ψ with respect to the amplitude ratio changes mainly with high sensitivity to the bonding properties of the material.

따라서 완충용액에 포함되어 유입되는 시료의 접합특성은 Ψ로 측정하고 완충용액에 용해될 때 변하는 굴절률이나 시료를 용해하기 위해 사용한 DMSO 등의 용매를 포함한 완충용액의 굴절률 변화는 Δ로 동시에 측정하여 순수한 접합특성만을 구하게 된다.Therefore, the bonding characteristics of the sample introduced into the buffer solution are measured as Ψ and the refractive index change of the buffer solution including the refractive index that changes when dissolved in the buffer solution or the solvent such as DMSO used to dissolve the sample is measured at the same time as Δ Only the bonding characteristics are obtained.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 거울 반사 코팅한 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치이다. 10 is an apparatus for measuring a mirror-reflective dual prism silicon-based liquid immersion microchannel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an asymmetric double prism silicon-based immersion microchannel measuring device according to an embodiment of the present invention.

도 10은, 입사프리즘(110)과 반사프리즘(120)이 접하는 경계면에, 거울 반사 코팅을 적용한 구조이다. 제1반사광(14)은 입사프리즘(110)으로 반사됨으로써, 제2반사광(15-1)과 반대 방향으로 진행한다. FIG. 10 is a structure in which a mirror reflective coating is applied to an interface between the incident prism 110 and the reflective prism 120. The first reflected light 14 is reflected by the incident prism 110, thereby traveling in a direction opposite to the second reflected light 15-1.

또한, 도 11을 참조하면, 비대칭 이중 프리즘 구조를 적용함으로써, 제1반사광(14-1)을 반사프리즘(120)의 표면에서 전반사 시킬 수 있다. 즉, 각도 θi2를 n1, n3를 기반으로 산출되는 전반사 각도보다 크도록 입사각 θi2를 제어하면, 도 10과 같이 제1반사광(14-1)과 제2반사광(15-1)의 진행 방향 차이를 크게 할 수 있다. In addition, referring to FIG. 11, by applying an asymmetric double prism structure, the first reflected light 14-1 may be totally reflected on the surface of the reflective prism 120. That is, the angle θ i2 is n 1 , If the incident angle θ i2 is controlled to be larger than the total reflection angle calculated based on n 3 , the difference in the travel direction between the first and second reflected light 14-1 and 15-1 may be increased as shown in FIG. 10.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.The detailed description of the preferred embodiments of the invention disclosed as described above is provided to enable those skilled in the art to implement and practice the invention. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, those skilled in the art can use each of the components described in the above-described embodiments in combination with each other. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, the claims may be incorporated into claims that do not have an explicit citation relationship in the claims, or may be included as new claims by amendment after filing.

100: 이중 프리즘 유닛
200: 미세유로 구조체
300: 편광발생부
400: 편광 검출부
100: double prism unit
200: microfluidic structure
300: polarization generating unit
400: polarization detection unit

Claims (17)

지지대와 상기 지지대 상에 형성되고 제1시료를 검출하기 위한 제1생체 결합물질이 고정화된 시료검출층이 형성된 적어도 하나 이상의 미세유로를 포함하는 미세유로 구조체;
상기 제1시료를 포함하는 완충용액을 상기 미세유로에 주입하는 시료주입부;
상기 미세유로 구조체의 상부에 배치되고, 제1굴절률을 갖는 입사프리즘 및 제2굴절률을 갖는 반사프리즘으로 구성되는 이중프리즘유닛;
편광(polairzed light)을 발생시키는 편광발생부; 및
제2반사광의 편광변화를 검출하는 편광검출부;를 포함하여,
상기 편광은 상기 입사프리즘을 투과하여 상기 입사프리즘과 상기 완충용액이 접하는 입사프리즘-완충용액 경계면에 입사되는 입사광을 형성하고,
상기 입사광의 일부는 상기 입사프리즘-완충용액 경계면에서 반사되어 상기 입사프리즘 또는 상기 반사프리즘을 투과하는 제1반사광을 형성하고, 상기 입사광의 또 다른 일부는 상기 완충용액을 투과하여 p-편광파 무반사 조건을 만족하는 입사각으로 상기 시료검출층에 입사되는 제1투과광을 형성하여,
상기 제1투과광은 상기 시료검출층에서 반사되어, 상기 완충용액과 상기 반사프리즘이 접하는 반사프리즘-완충용액 경계면 및 상기 반사프리즘을 투과하는 제2반사광을 형성하되,
상기 이중 프리즘 유닛의 외부로 방출된 상기 제1반사광과 상기 제2반사광의 진행방향이 서로 평행하지 않고,
상기 시료 검출층은
기판,
상기 기판의 상부에 형성된 유전체 박막, 및
상기 유전체 박막의 상부에 형성된 흡착층을 포함하고,
상기 흡착층에는 상기 제 1 시료를 검출하기 위한 제 1 생체 결합물질이 고정화되며,
상기 입사프리즘-완충용액 경계면 및 상기 반사프리즘-완충용액 경계면과 수평방향으로 평행한 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
A microchannel structure including a support and at least one microchannel formed on the support and having a sample detection layer on which a first biological binding material for detecting a first sample is immobilized;
A sample injection unit for injecting a buffer solution containing the first sample into the micro channel;
A double prism unit disposed on the microchannel structure, the double prism unit including an incident prism having a first refractive index and a reflective prism having a second refractive index;
A polarization generating unit generating polarized light; And
Including; a polarization detector for detecting a polarization change of the second reflected light
The polarized light is transmitted through the incident prism to form incident light incident on the interface between the incident prism and the buffer solution where the incident prism and the buffer solution come into contact with each other.
A portion of the incident light is reflected at the incident prism-buffer solution interface to form a first reflected light that passes through the incident prism or the reflected prism, and another portion of the incident light passes through the buffer solution to prevent p-polarized wave reflection. Forming a first transmitted light incident on the sample detecting layer at an incident angle satisfying the condition;
The first transmitted light is reflected by the sample detection layer to form a reflective prism-buffer boundary interface between the buffer solution and the reflective prism and a second reflected light passing through the reflective prism,
The traveling direction of the first reflected light and the second reflected light emitted to the outside of the double prism unit is not parallel to each other,
The sample detection layer
Board,
A dielectric thin film formed on the substrate, and
An adsorption layer formed on the dielectric thin film,
The first biological binding material for detecting the first sample is immobilized in the adsorption layer,
And a dual prism silicon-based liquid immersion microfluidic measuring device parallel to the incident prism-buffer solution interface and the reflective prism-buffer solution interface.
제 1 항에 있어서,
상기 제1굴절률과 상기 제2굴절률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The device of claim 1, wherein the first and second refractive indices are different from each other.
제 1 항에 있어서,
상기 입사프리즘과 상기 반사프리즘이 접하는 면에 거울 반사 코팅한 것을 특징으로하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The dual prism silicon-based immersion micro-flow measuring apparatus, characterized in that the mirror prism coating on the contact surface of the incident prism and the reflective prism.
제 1 항에 있어서,
상기 프리즘을 통해 입사하는 상기 입사광의 크기를 조절하기 위한 광학장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The dual prism silicon-based immersion microchannel measuring apparatus further comprises an optical device for adjusting the size of the incident light incident through the prism.
제 4 항에 있어서,
상기 광학장치는 결상장치를 더 포함하여,
상기 결상장치는, 상기 입사프리즘-완충용액 경계면상에 형성되는 상기 입사광의 빕 스폿(beam spot)의 형태를 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 4, wherein
The optical device further comprises an imaging device,
And the imaging device controls a shape of a beam spot of the incident light formed on the incident prism-buffer solution interface.
제 5 항에 있어서,
상기 결상장치는
렌즈, 렌즈시스템, 및 반사경 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 5,
The imaging device
Dual prismatic silicon-based immersion micro-flow measuring apparatus, characterized in that any one of a lens, a lens system, and a reflector.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제2반사광은 상기 유전체 박막에서 반사되는 광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The second reflected light further comprises a light reflected from the dielectric thin film dual prism silicon-based immersion micro-flow measuring apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 박막은 투명한 반도체 산화막 및 유리막 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The dielectric thin film is a dual prismatic silicon-based immersion micro-flow measuring apparatus, characterized in that composed of any one of a transparent semiconductor oxide film and a glass film.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 박막은
두께가 0 초과 ~ 10 mm인 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The dielectric thin film
Dual prismatic silicon-based immersion microfluidic measuring device, characterized in that the thickness is greater than 0 ~ 10 mm.
제 1 항에 있어서,
상기 편광검출부는,
상기 제2반사광의 편광변화에 기초하여 상기 흡착층에 흡착된 상기 제1시료의 두께 또는 농도를 산출하는 농도산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The polarization detection unit,
And a concentration calculating unit calculating a thickness or a concentration of the first sample adsorbed on the adsorption layer based on the polarization change of the second reflected light.
제 1 항에 있어서,
상기 미세유로 구조체는
제2시료를 검출하기 위한 제2생체 결합물질이 고정화된 제2시료검출층이 형성된 제2미세유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정장치.
The method of claim 1,
The micro channel structure is
The dual prism silicon-based immersion microchannel measuring apparatus further comprises a second microchannel in which a second sample detection layer is immobilized with a second biological binding material for detecting the second sample.
시료주입부가 제1시료를 검출하기 위한 제1생체 결합물질이 고정화된 시료검출층이 형성된 적어도 하나의 미세유로를 포함하는 미세유로 구조체에 완충용액을 주입하는 제1단계;
상기 완충용액에 포함된 제1시료가 상기 시료검출층의 제1항체에 흡착하는 제2단계;
편광발생부가 편광을 발생시키는 제3단계;
상기 편광이 상기 입사프리즘을 투과하여 상기 입사프리즘과 상기 완충용액이 접하는 입사프리즘-완충용액 경계면에 입사되는 입사광을 형성하는 제4단계;
상기 입사광의 일부는 상기 입사프리즘-완충용액 경계면에서 반사되어 상기 입사프리즘 또는 상기 반사프리즘을 투과하는 제1반사광을 형성하고, 상기 입사광의 또 다른 일부는 상기 완충용액을 투과하여 p-편광파 무반사 조건을 만족하는 입사각으로 상기 시료검출층에 입사되는 제1투과광을 형성하는 제5단계;
상기 제1투과광은 상기 시료검출층에서 반사되어, 상기 완충용액과 상기 반사프리즘이 접하는 반사프리즘-완충용액 경계면 및 상기 반사프리즘을 투과하는 제2반사광을 형성하는 제6단계;
편광 검출부가 상기 제2반사광의 편광 변화를 검출하는 제7단계; 및
상기 제2반사광의 편광변화에 기초하여 상기 시료검출층에 흡착된 시료의 농도를 검출하는 제8단계;를 포함하되,
상기 이중 프리즘 유닛의 외부로 방출된 상기 제1반사광과 상기 제2반사광의 진행방향이 서로 평행하지 않고,
상기 시료 검출층은
기판,
상기 기판의 상부에 형성된 유전체 박막, 및
상기 유전체 박막의 상부에 형성된 흡착층을 포함하고,
상기 흡착층에는 상기 제 1 시료를 검출하기 위한 제 1 생체 결합물질이 고정화되며,
상기 입사프리즘-완충용액 경계면 및 상기 반사프리즘-완충용액 경계면과 수평방향으로 평행한 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법.
A first step of injecting a buffer solution into a microchannel structure including at least one microchannel on which a sample detection layer is immobilized with a first biological binding material for detecting a first sample;
A second step of adsorbing the first sample contained in the buffer solution to the first antibody of the sample detection layer;
A third step of causing the polarization generator to generate polarization;
A fourth step in which the polarized light is transmitted through the incident prism to form incident light incident on an interface between an incident prism and a buffer solution in contact with the incident prism and the buffer solution;
A portion of the incident light is reflected at the incident prism-buffer solution interface to form a first reflected light that passes through the incident prism or the reflected prism, and another portion of the incident light passes through the buffer solution to prevent p-polarized wave reflection. A fifth step of forming first transmitted light incident on the sample detecting layer at an incident angle satisfying a condition;
A sixth step of reflecting the first transmitted light from the sample detection layer to form a reflective prism-buffer boundary interface between the buffer solution and the reflective prism and a second reflected light passing through the reflective prism;
A seventh step of detecting a polarization change of the second reflected light by the polarization detector; And
And an eighth step of detecting a concentration of a sample adsorbed on the sample detection layer based on the polarization change of the second reflected light.
The advancing direction of the first reflected light and the second reflected light emitted to the outside of the double prism unit is not parallel to each other,
The sample detection layer
Board,
A dielectric thin film formed on the substrate, and
An adsorption layer formed on the dielectric thin film,
The first biological binding material for detecting the first sample is immobilized in the adsorption layer,
And a dual prism silicon-based immersion microfluidic measurement method, wherein the incident prism-buffer solution interface and the reflective prism-buffer solution interface are horizontally parallel to each other.
제 13 항에 있어서,
상기 입사프리즘의 굴절률과 상기 반사프리즘의 굴절률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법.
The method of claim 13,
And a refractive index of the incident prism and a refractive index of the reflective prism are different from each other.
제 13 항에 있어서,
상기 입사프리즘과 상기 반사프리즘이 접하는 면에 거울 반사 코팅한 것을 특징으로하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법.
The method of claim 13,
The double prism silicon-based liquid immersion micro-flow measurement method characterized in that the mirror prism coating on the contact surface of the incident prism and the reflective prism.
제 13 항에 있어서,
상기 제3단계와 상기 제4단계사이에,
결상장치를 더 포함하는 광학장치를 통해 상기 프리즘을 통해 입사하는 상기 입사광의 크기를 조절하는 제3-1단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법.
The method of claim 13,
Between the third step and the fourth step,
And a third step of adjusting the size of the incident light incident through the prism through an optical device including an imaging device. 2.
제 16 항에 있어서,
상기 광학장치는
렌즈, 렌즈시스템, 및 반사경 중 어느 하나를 포함하는 반사장치를 더 포함하고,
상기 제3-1단계는
상기 결상장치가 상기 입사프리즘-완충용액 경계면상에 형성되는 상기 입사광의 빔 스폿(Beam Spot)의 형태를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 프리즘 실리콘 기반 액침 미세유로 측정방법.
The method of claim 16,
The optical device
Further comprising a reflector comprising any one of a lens, a lens system, and a reflector,
Step 3-1
And a step of controlling, by the imaging device, a shape of a beam spot of the incident light formed on the incident prism-buffer solution interface.
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