KR102527686B1 - 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판, 기판 상의, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극, 기판 상의, 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극, 및 기판과 결합되고, 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부를 포함하고, 기판이 바디부와 결합하여 홀의 하부면을 형성하고, 작업 전극 및 기준 전극 각각의 위치가 홀의 하부면에 대응하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 분석 시료에 대한 전위차를 기초로 수소 이온을 포함한 이온 농도를 측정하도록 구성된 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
정확하고 신뢰할 수 있는 이온 농도 측정은, 화학, 생물 및 환경 분석, 식품 과학, 인간 건강 관리 및 질병 진단에 이르는 다양한 분야에서 중요할 수 있다. 특히, 의료 및 진단 응용 분야에 대한 수요가 급격히 증가함에 따라 세포, 눈물, 타액, 소변 및 땀과 같은 체액 (Body fluid) 의 이온 농도 변화를 모니터링하는 것에 대한 중요도가 증가되었다.
한편, 종래 이온 측정기는 특정 이온과 결합 또는 반응하는 특성을 지닌 이온 선택성 막 (ion selective membrane, ISM) 을 포함하는 전극을 분석 시료 용액에 담가 이온 선택성 막 주위로 특정 이온의 농도 구배가 이루어지게 한 후, 그때 발생하는 전위차를 측정함으로써 용액 내에 존재하는 특정 이온의 농도를 측정할 수 있다.
즉, 종래의 이온 측정기는 시료에 전극이 형성된 이온 측정기를 직접 담가 표적 이온의 농도를 측정하기 때문에, 시료의 양, 측정 환경 등의 미세한 변화에도 측정 결과의 오차가 발생할 수 있다. 더욱이, 지속적인 모니터링이 어려워, 수시로 시료의 이온 농도를 측정해야한다는 단점이 있다.
이에, 전술한 종래의 이온 측정기의 구조적 특성에 의해 야기되는 문제점들을 해결하고, 보다 용이하게 세포, 체액과 같은 분석 시료의 이온 농도를 측정할 수 있는, 새로운 이온 농도 모니터링용 디바이스의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
전술한 바와 같은 종래의 이온 측정기의 구조적 한계에 따른 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 마이크로 플레이트에 차례로 배열되어 세포 또는 배양액이 주입되는 복수의 웰과 웰 각각에 광을 조사하기 위한 광원 플레이트를 포함하는 이미지 기반의 이온 농도 측정 시스템이 제안되었다.
이러한 구조적 특징에 의해, 상기 이온 농도 측정 시스템은 한 번의 분석으로 다양한 종류에 대하여 이온 농도를 분석할 수 있고, 보다 향상된 신뢰도를 갖는 분석 결과를 제공할 수 있다.
그러나, 이미지 기반의 이온 농도 측정 시스템은 이온 농도의 분석을 위해 복잡한 이미지 분석 장비 및 추가적인 이미지 분석 절차가 요구되며, 여전히 실시간 분석, 및 지속적인 모니터링이 용이하지 않다는 한계를 갖고있다.
한편, 본 발명의 발명자들은, 전술한 이온 농도 측정 시스템이 갖는 한계를 해결하기 위한 방안으로, 세포, 체액과 같은 분석 시료의 수용과 동시에 이온 농도, pH 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있는, 전기 화학센서 기반의 이온 농도 모니터링 시스템을 개발하고자 하였다.
그 결과, 본 발명의 발명자들은, 분석 시료를 수용하도록, 복수의 홀을 갖는 바디부가 구비되고, 홀의 하부면에서 이온 농도, 예를 들어 pH 변화를 감지할 수 있는 전기 화학센서가 배치된, 이온 농도 모니터링 시스템을 개발하기에 이르렀다.
특히, 본 발명의 발명자들은, 상기 이온 농도 모니터링 시스템에 대하여 분석 시료를 수용하는 홀 각각에 대하여 이온 농도, pH 변화를 민감하게 감지할 수 있는 전극을 배치하고, 이들을 전극과 전기 화학적으로 연결 가능한 커넥터, 및 유/무선 통신 모듈과 더욱 연결 가능하도록 하였다.
이에, 본 발명의 발명자들은, 분석 시료에 대한 민감도 높은 이온 농도 측정뿐만 아니라, 유/무선 통신에 의한 실시간 모니터링이 가능함을 인지할 수 있었다.
특히, 본 발명의 발명자들은, 배양되는 과정에서 pH와 이온 농도가 시간에 따라 변화하고, 활성화 과정에서 중성에서 산성으로 변화되는 세포의 배양 과정에 대한 모니터링이 가능함을 인지할 수 있었다.
나아가, 본 발명의 발명자들은, 상기 이온 농도 모니터링 시스템에 대하여, 분석 시료를 수용하는 홀이 형성된 바디부가 기판과 결합 가능하고, 기판이 홀의 하부면을 형성하며 전극의 위치가 홀의 하부면에 대응하도록 설계하였다. 그 결과, 이온 농도 모니터링용 디바이스는 웰 플레이트 형태를 가질 수 있었다.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 기판 상에 이온 선택성 물질로 이루어져 분석 시료의 이온 농도에 따른 전압을 측정하도록 구성된 작업 전극, 전지 전위성을 부여하는 도전성 물질로 구성된 기준 전극, 선택적으로 상대 전극을 더욱 배치하였고, 이들 전극이 분석 시료의 이온 농도를 센싱하도록 설계할 수 있었다.
결과적으로, 본 발명의 발명자들은 이와 같은 이온 농도 모니터링용 디바이스에서 각 전극 간의 전위차를 기초로 분석 시료에 대한 이온 농도를 분석할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극과 도전성 물질로 이루어진 기준 전극, 이들 전극이 형성된 기판, 기판과 결합되고 홀을 갖는 바디부로 구성된 이온 농도 모니터링용 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 작업 전극, 기준 전극, 및 이들 전극이 배치되는 기판, 기판과 결합되는 바디부와 함께 각 전극과 연결된 통신부 및/또는 표시부로 이루어진 이온 농도 모니터링용 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 기판 상에, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질로 이루어진 작업 전극, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극을 각각 형성하고, 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부를 배치하도록 구성된, 이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 분석 시료를, 이온 농도 모니터링용 디바이스의 바디부에 배치하고, 복수의 전극의 전위차를 측정하고, 전위차에 기초하여 분석 시료의 표적 이온 농도를 결정하도록 구성된, 분석 시료의 이온 농도에 대한 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 포함하는 이온 농도 모니터링용 디바이스가 제공된다. 이때, 본 발명의 이온 농도 모니터링용 디바이스는 기판, 기판 상의, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극, 기판 상의, 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극, 및 기판과 결합되고, 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부를 포함한다. 이때, 기판은 바디부와 결합하여 홀의 하부면을 형성하고, 작업 전극 및 기준 전극 각각의 위치는 홀의 하부면에 대응한다.
본 발명의 특징에 따르면, 작업 전극 및 기준 전극 각각에 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전위 측정부는 분석 시료의 이온 농도를 출력하도록 구성된 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전위 측정부는 분석 시료의 이온 농도를 송신하도록 구성된 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 작업 전극, 기준 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격된, 상대 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기준 전극 및 작업 전극 각각과 전기적으로 연결되는 배선을 더 포함하고, 배선 각각은, 기준 전극 및 작업 전극 각각의 일 단과 연결되고, 적어도 일면이 바디부에서 홀이 형성되지 않은 여백 영역에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 배선은, 기준 전극 및 작업 전극 각각과 연결된 적어도 일면이 홀의 하부면에 배치되어 외부로 노출되고, 서로 동일한 노출 면적을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기판 상의 패드부를 더 포함할 수 있다. 이때, 패드부는 배선의 적어도 일부와 연결되고, 배선보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 패드부를 통해 FPCB (Flexible printed circuid board) 가 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 배선은, 적어도 일부면을 감싸는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이온 선택성 물질은, 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질을 포함할 수 있다. 이때, pH 민감성 물질은, 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiopHene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(ppHenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이온 선택성 물질은, 발리노마이신 (Valinomycin), 뷰베라이신 (Beauvericin), 칼시마이신 (Calcimycine), A23187, 세조마이신 (Cezomycin), CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), 에니아틴 (Enniatin), 그라미시딘 (Gramicidin), 이오노마이신 (Ionomycin), 라살로시드 (Lasalocid), 모넨신 (Monensin), 니게리신 (Nigericin), 노낙틴 (Nonactin), 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 를 함유할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기준 전극 및 작업 전극은, 홀의 하부면의 중심에서 일렬로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 홀은 1x1, 1x2, 1x4, 2x3, 2x4, 3x4, 4x6, 6x8, 12x8, 24x16 및 48x32의 배열을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 분석 시료는, 세포, 땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판을 포함하는 이온 농도 모니터링용 디바이스가 제공된다. 이때, 이온 농도 모니터링용 디바이스는 기판, 기판 상의, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극, 기판 상의, 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극, 기판과 결합되고, 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부, 기준 적극 및 작업 전극 각각에 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부, 및 전위 측정부는 분석 시료의 이온 농도를 출력하도록 구성된 표시부를 포함한다. 이때, 기판은 바디부와 결합하여 홀의 하부면을 형성하고, 작업 전극 및 기준 전극 각각의 위치는 홀의 하부면에 대응한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판을 포함하는 이온 농도 모니터링용 디바이스가 제공된다. 이때, 이온 농도 모니터링용 디바이스는 기판, 기판 상의, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극, 기판 상의, 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극, 기판과 결합되고, 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부, 기준 적극 및 작업 전극 각각에 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 포함하고, 이때, 전위 측정부는 분석 시료의 이온 농도를 송신하도록 구성된 통신부를 포함한다. 또한 기판은 바디부와 결합하여 홀의 하부면을 형성하고, 작업 전극 및 기준 전극 각각의 위치는 홀의 하부면에 대응한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법은, 기판 상에, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극을 형성하는 단계, 기판 상에, 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극을 형성하는 단계, 기판 상에, 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 기판은 바디부와 결합하여 홀의 하부면을 형성하고, 작업 전극 및 기준 전극 각각은 홀의 하부면에 대응한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 시료의 이온 농도에 대한 모니터링 방법이 제공된다. 상기 모니터링 방법은, 분석 시료를, 이온 농도 모니터링용 디바이스의 바디부에 배치하고, 복수의 전극의 전위차를 측정하고, 전위차에 기초하여 분석 시료의 표적 이온 농도를 결정한다.
본 발명의 특징에 따르면, 분석 시료는 세포이고, 복수의 전극의 전위차를 측정하는 단계는, 세포의 배양 기간 동안 미리 결정된 시간 단위로 복수의 전극의 전위차를 측정하는 단계를 포함하고, 표적 이온 농도를 결정하는 단계는, 미리 결정된 시간 단위로 표적 이온 농도를 결정하는 단계를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은, 시료에 직접 이온 센서를 담가 표적 이온의 농도를 측정하기 때문에, 시료의 양, 측정 환경 등의 미세한 변화에도 측정 결과의 오차가 발생할 수 있는 종래의 이온 농도 모니터링용 디바이스가 갖는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 전기 화학센서가 배치된 기판과 기판과 결합하고 분석 시료를 수용하도록 구성된 복수의 홀을 갖는 바디부로 구성된 이온 농도 모니터링용 디바이스를 제공함으로써, pH 변화, 나아가 이온 농도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은, 분석 시료를 수용하는 홀 각각에 대하여 이온 농도, pH 변화를 민감하게 감지할 수 있는 전극을 배치하고, 이들 전극과 전기 화학적으로 연결 가능한 커넥터, 및 유/무선 통신 모듈과 연결 가능한 이온 농도 모니터링 시스템을 제공함으로써, 분석 시료에 대한 민감도 높은 이온 농도 측정뿐만 아니라, 유/무선 통신에 의한 실시간 모니터링이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명은 소량으로 존재하는 분석 시료에 대하여 민감도 및 정확도 높은 분석 결과를 제공할 수 있다. 이에, 본 발명은 종래의 이온 농도 센세를 대체하여 보다 용이하게 분석 시료에 대한 이온 농도를 분석할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 웰 플레이트 형태의 이온 농도 모니터링용 디바이스를 제공함에 따라, 세포와 같은 분석 시료를 배양하는 중에 pH를 분석하는 하는 등, 화학적 또는 생물학적 반응에 따른 이온 농도 변화를 실시간으로 모니터링하기에 용이할 수 있다.
이에, 본 발명은 헬스케어 및 진단 응용 분야에 적용되어 질환 및 건강 상태와 연관된 다양한 임상적 정보를 제공할 수 있고, 농업 분야, 수질 측정와 같은 환경 분야에 있어서도 다양한 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스에 기초한 이온 농도 모니터링 시스템을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2a 내지 2c, 도 3, 도 4a 및 4b, 및 5a 내지 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스에 기초한 분석 시료의 이온 농도 측정 방법을 예시적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법의 절차를 도시한 것이다.
도 2a 내지 2c, 도 3, 도 4a 및 4b, 및 5a 내지 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스에 기초한 분석 시료의 이온 농도 측정 방법을 예시적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법의 절차를 도시한 것이다.
발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스는, 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질로 구성된 작업 전극, 및 도전성 물질로 구성된 기준 전극을 포함한다.
이러한 구조적 특징에 의해, 본 발명의 이온 농도 모니터링용 디바이스는, 두 개의 전극에 대한 전위차를 기초로 이온 농도를 측정할 수 있도록 구성된다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "분석 시료"는 이온 농도를 측정하고자 하는 모든 시료를 의미할 수 있다. 이때, 분석 시료는 유체 시료일 수 있다. 예를 들어, 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 시료는, 본 발명의 이온 농도 모니터링용 디바이스의 이용 목적에 따라 사용자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
선택적으로, 시료는, 그 종류에 따라 본 발명의 이온 농도 모니터링용 디바이스에 처리되기 전에 용해 (lysis) 될 수도 있다
본 명세서에서 사용되는 용어, "이온 농도 모니터링용 디바이스"는, 이온 농도를 측정하기 위한 센서의 총칭으로, 시료를 복수의 전극 상에 침지시켜, 전극 간 전위차, 전류 또는 교류 임피던스를 측정함으로써 정량적으로 및/또는 정성적으로 이온 농도를 분석하는 전기 화학적 기술이 적용된 디바이스를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "기판"은, 이온 농도의 측정을 위한 전극들이 형성되어 있는 판을 의미할 수 있다.
예를 들어, 기판은, 폴리에틸렌 테리프탈레이트 (polyethylenetere이온 농도thalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트 (poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리이미드 (polyimide, PI), 폴리스타이렌 (polystyrene, PS), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenena이온 농도thalate, PEN) 및 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC) 중 적어도 하나일 수 있다.
그러나, 기판의 소재는 이에 제한되는 것이 아니며, 이온 농도 변화에 따른 전위차가 발생하는 전극들이 배치되는 한, 다양한 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 기판 상에는, 이온 농도 센싱을 위한 전극, 및 안정적 전위를 갖는 기준 전극, 나아가 상대 전극이 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극들은 기판 상에 부착될 수 있고, 기판 상에 스크린 프린팅, 잉크젯 및 포토리소그래피 기법에 의해 프린팅될 수도 있다. 그러나, 전극들은 보다 다양한 방법에 의해 기판 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "전극"은 전기 전도성을 갖는 전도성 전극을 의미한다.
예를 들어, 전극은, 카본 블랙 (carbon black), 카본 그래파이트 (carbon gra이온 농도ite), 그래핀 (gra이온 농도ene), 풀러린 (fullerene), 카바이드 (carbides) 중 적어도 하나의 유기물이 기판 상에 배치된 전도성 전극일 수 있다. 나아가, 전극은, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속이 기판 상에 형성된 전도성 전극일 수도 있다.
이때, 본 발명의 전극은, 이에 제한되지 않고 전기 전도성을 갖는 한 보다 다양한 물질로 구성되거나 다양한 방법으로 기판 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "작업 전극"은 이온 농도 모니터링용 디바이스 내에서 분석 시료의 전위를 측정하도록 구성된 센싱 전극을 의미한다. 이때, 작업 전극은 이온 농도 의존적으로 전위가 바뀌는 이온 선택성 물질로 이루어진 전극일 수 있다. 이에 작업 전극은 기판 상에 형성된 이온 농도 센싱을 위한 영역을 의미할 수도 있다.
예를 들어, 작업 전극은, 분석 시료와 반응도록 이온 선택성 물질로 이루어질 수 있다. 또는 전극 상에 이온 선택성 물질이 코팅되거나, 또는 기판 상에 이온 선택성 물질이 프린팅되어 작업 전극이 형성될 수 있다. 이때, 이온 선택성 물질은, 작업 전극의 일단과 같은 일부 영역을 이룰수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 작업 전극은 배선과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "이온 선택성 물질"은 목표 이온 선택적으로 수송되도록 구성된 이오노포어를 함유하는 물질일 수 있다.
예를 들어, 이온 선택성 물질은, K+ 이온 선택성을 갖는 발리노마이신 (Valinomycin), Ca2+, Ba2+ 이온 선택성을 갖는 뷰베라이신 (Beauvericin), Mn2+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 칼시마이신 (Calcimycine) 및 A23187, 세조마이신 (Cezomycin), H+ 이온 선택성을 갖는 CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), NH4 + 이온 선택성을 갖는 에니아틴 (Enniatin), H+, Na+, K+ 이온 선택성을 갖는 그라미시딘 (Gramicidin), Ca2+ 이온 선택성을 갖는 이오노마이신 (Ionomycin), K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 라살로시드 (Lasalocid), Na+, H+ 이온 선택성을 갖는 모넨신 (Monensin), K+, H+, Pb2+ 이온 선택성을 갖는 니게리신 (Nigericin), NH4 + 이온 선택성을 갖는 노낙틴 (Nonactin), K+ 이온 선택성을 갖는 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 를 함유할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "pH 민감성 물질"은 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 물질을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 본원 명세에서 사용된 pH 민감성 물질은, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, pH 민감성 물질 중 폴리아닐린은 H3O+ 이온에 매우 민감할 수 있다. 이에, 본원 명세서 내에 개시된 pH 민감성 물질은 폴리아닐린일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 특징에 따르면, 이온 선택성 물질은, 이온 선택성 물질로 구성된
본 명세서에서 사용되는 용어, "기준 전극"은 이온 농도 변화에 안정적 전위를 갖는 전위성 전극을 의미한다. 이때, 기준 전극은 도전성 물질, 바람직하게 반쪽 전지 반응성 물질로 이루어진 전극을 의미할 수 있다. 이에 기준 전극은 기판 상에 형성된 기준 영역을 의미할 수도 있다.
특히, 기준 전극의 전위는 미리 결정되어 있을 수 있음에 따라, 작업 전극을 통해 분석 시료의 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 기준이 될 수 있다.
예를 들어, 기준 전극은, 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또는, 전극 상에 도전성 물질이 코팅되거나, 또는 기판 상에 도전성 물질이 프린팅 됨으로써 기준 전극이 형성될 수 있다. 이때, 도전성 물질은, 기준 전극의 일단과 같은 일부 영역을 이룰수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 작업 전극은 배선과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 이러한 기준 전극은 반쪽 전지 반응성을 부여하는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "반쪽 전지"는 산화 또는 환원의 반쪽 반응에 따른 전위차가 발생하는 전지를 의미할 수 있다. 이에, 작업 전극에서 분석 시료의 이온 농도 값에 따라 산화 또는 환원 반응이 일어날 때, 기준 전극은 반쪽 전지 전위성을 가질 수 있음에 따라, 작업 전극과 상이한 환원 전극 또는 산화 전극으로 나타날 수 있다. 따라서, 작업 전극에서의 발생 전위가 추정될 수 있다.
한편, 기준 전극 상에 배치되는 "도전성 물질"은, 산화 또는 환원 가역적인 물질로서, 온도 또는 이온 농도 변화에도 반응성이 낮고, 일정한 전위차를 갖는 안정적인 물질일 수 있다. 이러한 도전성 물질은, 전위에 있어서 높은 재현성 (또는, 안정성) 을 갖고 산성 또는 염 용액에서 안정적이며, 취급이 용이할 수 있다.
예를 들어, 도전성 물질은 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금의 전위차가 미리 알려진 물질일 수 있다. 바람직하게 도전성 물질은 Ag/AgCl일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 보다 다양한 물질이 될 수 있다.
한편, 기판 상에 배치되는 "상대 전극"은 작업 전극에 대향하는 전극을 의미할 수 있다. 이때, 상대 전극은 전위가 걸리고 전류가 흐를 수 있도록 하는 전극으로, 작업 전극, 기준 전극 및 상대 전극의 3 전극 시스템에서, 전류는 기준 전극과 상대 전극 사이를 흐를 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "바디부"는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스의 바디를 형성하여, 분석 시료를 수용하는 유닛을 의미할 수 있다. 이때, 바디부 상에는 하나 이상의 홀이 형성되어 있고, 기판은 바디부의 하부에 결합하여 홀의 하부면을 형성할 수 있다.
이때, 홀은 1x1, 1x2, 1x4, 2x3, 2x4, 3x4, 4x6, 6x8, 12x8, 24x16 및 48x32의 배열을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 바디부와 기판의 결합에 의해 이온 농도 모니터링용 디바이스는, 1x1, 1x2, 1x4, 2x3, 2x4, 3x4, 4x6, 6x8, 12x8, 24x16 및 48x32의 웰 배열을 갖는 웰 플레이트 구조를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "패드부"는 전극의 일 단에 위치하여, 외부 구동 회로를 연결하기 위한 전극 패드를 의미할 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스는 패드부를 통해, 커넥터, PCB (printed circuid board), 커넥터, 전위 측정부 등에 형성된 타 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "전위 측정부"는 작업 전극 및 기준 전극의 일 단에 각각 연결되어 전위차를 측정하도록 구성된 유닛 (unit) 일 수 있다. 이러한 전위 측정부는, 작업 전극 및 기준 전극의 전위차를 측정하도록, 분석 시료와 반응하는 단과 상이한 단에 연결될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "표시부"는 전위차를 기초로 이온 농도를 변환해주도록 구성된 유닛일 수 있다. 이때, 표시부는 전위 측정부에서 측정된 분석 시료의 전위차를 이온 농도 값으로 변환하여, 최종적으로 분석 시료에 대한 이온 농도 값을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 표시부는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등을 포함하는 표시 장치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 이온 농도 값을 제공하는 한, 다양한 형태로 제공될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "통신부"는 전위 측정부와 연결되거나 이의 내부에 존재하는 송/수신 유닛으로, 이온 농도 모니터링용 디바이스로부터 발생한 전압에 따른 신호를 송신하도록 구성된 유닛이다.
이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스에 기초한 이온 농도 모니터링 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스에 기초한 이온 농도 모니터링 시스템을 예시적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 이온 농도 모니터링 시스템 (1000) 은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 및 사용자 디바이스 (200) 를 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는, 하부면에 배치된 전기 화학센서에 기초하여 수용된 분석 시료를 센싱하고, 표적 이온 농도 예를 들어, 수소 이온의 농도에 따른 전위차를 발생시킬 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는, 후술할 전위 측정부 (미도시) 를 통해 표적 이온에 대한 농도를 결정할 수 있다. 나아가, 구비된 통신부 (미도시) 에의해 유/무선 통신으로 연결된 사용자 디바이스 (200) 로 표적 이온에 대한 농도를 제공할 수 있다.
즉, 사용자는, 사용자 디바이스 (200) 를 통해, 세포와 같은 분석 시료의 표적 이온에 대한 농도를 실시간으로 제공 받고, 지속적으로 모니터링할 수 있다.
이하에서는 도 2a 내지 2c, 도 3, 도 4a 및 4b, 및 5a 내지 5c를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 2a의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는 기판 (110), 기판 상의 작업 전극 (120a), 기준 전극 (120b), 및 분석 시료 (400) 를 수용하는 바디부 (130) 로 이루어진다.
이때, 바디부 (130) 는 분석 시료 (400) 를 수용하도록 하나 이상의 홀 (132) 을 가질 수 있고, 기판 (110) 은 바디부 (130) 의 하부에서 결합하여 홀 (132) 의 하부면 (134) 을 형성할 수 있다. 이러한 구조적 특징에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는 웰 플레이트 형상을 가질 수 있다.
기판 상의 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 은 홀 (132) 의 하부면 (134) 에서 일부 영역이 외부로 노출되어, 홀에 수용된 분석 시료 (400) 와 접촉하고, 이들 시료의 이온 농도에 따른 전기 화학적 변화를 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로 도 2a의 (c) 를 함께 참조하면, 작업 전극 (120a) 은 온 농도 모니터링용 디바이스 내에서 분석 시료 (400) 의 전위를 측정하도록 구성된 센싱 전극으로, 이온 선택성 물질 (ion selective material) 각각으로 이루어진 센싱부 (122a), 센싱부 (122a) 와 전기적으로 연결된 배선 (124a) 및 배선 (124a) 의 끝 단에 연결된 패드부 (126a) 로 이루어질 수 있다.
이때, 센싱부 (122a) 를 이루는 이온 성택성 물질은, 발리노마이신 (Valinomycin), 뷰베라이신 (Beauvericin), 칼시마이신 (Calcimycine), A23187, 세조마이신 (Cezomycin), CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), 에니아틴 (Enniatin), 그라미시딘 (Gramicidin), 이오노마이신 (Ionomycin), 라살로시드 (Lasalocid), 모넨신 (Monensin), 니게리신 (Nigericin), 노낙틴 (Nonactin), 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 를 함유하는 물질일 수 있으며, 표적으로 하는 이온에 따라 용이하게 선택될 수 있다. 더욱이, 이온 선택성 물질은, 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiopHene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(ppHenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나의 pH 민감성 물질을 포함할 수 있다.
또한, 기준 전극 (120b) 은, 이온 농도 변화에 안정적 전위를 갖는 전위성 전극으로, 도전성 물질로 이루어진 센싱부 (122b), 센싱부 (122b) 와 전기적으로연결된 배선 (124b) 및 배선 (124b) 의 끝 단에 연결된 패드부 (126b) 로 이루어질 수 있다.
이때, 센싱부 (122b) 를 이루는 도전성 물질은, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금의 전위차가 미리 알려진 물질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한, 기준 전극 (120b) 은 이온 농도에 안정성을 갖고 재현성이 높은 도전성 물질이 배치되어 있음에 따라, 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 단극 전위가 일정한 전극이 될 수 있다.
한편, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 센싱부 (122) 는 홀 (132) 의 하부면 (134) 의 중심에 배치되어, 홀에 수용된 분석 시료 (400) 와 접촉하고, 이들 시료의 이온 농도에 따른 전기 화학적 변화를 센싱할 수 있다.
작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 배선 (124) 은, 적어도 일부가 바디부 (130) 에서 홀 (132) 이 형성되지 않은 여백 영역에 배치될 수 있다.
또한, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 패드부 (126) 는, 외부 구동 회로를 연결하기 위한 전극 패드로서, PCB (printed circuid board), 커넥터, 전위 측정부 등에 형성된 타 회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 패드부 (126) 의 폭은, 배선 (124) 보다 넓을 수 있다. 이에, 전술한 타 회로와의 연결이 용이할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다시, 도 2a의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 특징에 따르면, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 은 기판 상에 일부가 일정한 거리로 이격되어 존재할 수 있다. 나아가, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 배선 (124) 은 홀 (132) 의 하부면 (134) 에서 노출되는 표면적이 동일할 수 있다.
한편, 기판 (110) 상의 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 구성 및 이의 배치는 전술한 것에 제한 되는 것이 아니며, 분석 시료 (400) 내의 이온 농도에 따라 상이한 전위차를 갖는 한, 보다 다양하게 설정될 수 있다.
나아가, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는, 프린팅 기술에 의해 기판 (110) 상에 이온 선택성 물질로 이루어진 페이스트 및 도전성 물질로 이루어진 페이스트 각각이 이격되도록 프린팅 되어, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 이 형성될 수도 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 각각에 대하여, 코팅층 (128a, 128b) 이 더욱 배치될 수 있다. 이때, 코팅층 (128a 및 128b) 은 전술한 배선 (126a 및 126b) 의 적어도 일면을 감싸도록 구성될 수 있다. 이러한 코팅층 (128a 및 128b) 은 배선 (126a 및 126b) 을 수분, 물리적 손상, 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 한편, 코팅층 (128a 및 128b) 은 폴리머, 세라믹 및 부전도체성 물질 중 적어도 하나의 피복 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는 커넥터 (140) 를 더 포함할 수 있다. 이때, 커넥터 (140) 는, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 패드부 (126a 및 126b) 와 전기적으로 연결되어, 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 가 전위 측정부 (310) 와 연결되도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 커넥터 (140) 와 연결된 전위 측정부 (310) 는, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 전위차를 측정할 수 있다. 이때, 전위 측정부 (310) 는 통신부를 통해, 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 로부터 발생한 전압에 따른 신호를 사용자 디바이스에 송신할 수 있고, 프로세서에 기초하여 전위차를 기초로 이온 농도를 변환해 줄 수 있다. 예를 들어, 전위 측정부 (310) 는 프로세서에 의해 분석 시료 (400) 의 전위차를 이온 농도 값으로 변환하여, 분석 시료 (400) 에 대한 이온 농도 값을 결정할 수도 있다. 한편, 전위 측정부 (310) 는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등을 포함하여 변환된 이온 농도, 측정된 전위들을 출력할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100') 는 기판 (110) 상에 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 이 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 은, 바디부 (130) 에서 홀 (132) 이 형성되지 않은 영역의 일부를 둘러, 홀 (132) 의 중심에서 서로 대향하여 배치되고, 이들의 센싱부 (122) 는 홀 (132) 의 하부면 (134) 의 중심에 배치될 수 있다. 또한, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 배선 (124) 은, 홀 (132) 의 하부면 (134) 에서 동일한 면적을 갖도록 노출될 수 있다. 그러나, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 배치 형태는 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100'') 에서 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 은 기판 상에서 일부가 일정한 거리로 이격되어 존재할 수 있다. 나아가, 작업 전극 (120a) 은 원형의 형태를 갖고, 기준 전극 (120b) 은 작업 전극 (120a) 의 일부 영역을 감싸도록 반원의 형태를 가질 수 있다. 그러나, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 배치 형태, 및 이들 전극 각각의 모양은 이에 제한되는 것이 아니다. 특히, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 이 일정한 거리를 유지하는 하고, 분석 시료 (400) 와의 반응에 따른 전위차를 갖는 한 다양한 모양으로 존재할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100'') 는, 데스크탑 또는 USB 포트를 갖는 외부 디바이스와 연결 가능한, USB 부 (150) 가 더 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, USB 부 (150) 는, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 에 형성된 패드부 (126) 와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에, USB 부 (150) 는 USB 포트를 갖는 장치에 삽입되어, 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 의 센싱에 따른 신호와 연관된 데이터를 송신하도록 구성될 수 있다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100''') 는, 기판 (110) 상에 작업 전극 (120a), 기준 전극 (120b) 와 함께 상대 전극 (120c) 이 더욱 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100''') 는, 3 전극에 기초하여 분석 시료를 센싱하도록 구성될 수 있다. 이때, 상대 전극 (120c) 은, 작업 전극 (120a) 에 대향하는 전극으로, 3 전극 시스템에서, 전류는 기준 전극 (120b) 과 상대 전극 (120c) 사이를 흐를 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 바디부 (130) 는, 2x6 배열의 복수의 홀 (132) 을 가질 수 있다. 이에, 다양한 종류의 분석 시료 (400) 에 대한 이온 농도 분석이 가능하고, 하나의 분석 시료 (400) 에 대하여 반복 분석이 수행될 수 있다. 그러나, 홀의 배열은 이에 제한되는 것이 아니며, 1x1, 1x2, 1x4, 2x3, 2x4, 3x4, 4x6, 6x8, 12x8, 24x16 및 48x32의 보다 다양한 형태를 가질 수 있다.
한편, 작업 전극 (120a), 기준 전극 (120b) 및 상대 전극 (120c) 은, 복수의 홀 (132) 각각의 하부면 (134) 의 중심에 일렬로 배치될 수 있다. 나아가, 홀 (132) 의 하부면 (134) 에서, 작업 전극 (120a), 기준 전극 (120b) 및 상대 전극 (120c) 각각의 배선 (124) 은 동일한 노출 면적을 가질 수도 있다. 각각의 전극은, 서로 일정한 거리로 이격되도록 기판 (110) 상에 형성될 수 있다. 또한, 작업 전극 (120a), 기준 전극 (120b) 및 상대 전극 (120c) 의 배선 (124) 은, 바디부 (130) 에서 홀 (132) 이 형성되지 않은 영역에 배치되고, 패드부 (126) 만이 외부로 노출될 수도 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 선택적으로, 각 홀에 대응하는 전극 중, 작업 전극 (120a) 은, 홀별로 상이한 이온 선택성 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 하나의 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100''') 에서 복수의 표적 이온에 대한 농도 분석 및 모니터링이 가능할 수 있다. 이에, 단일의 분석을 통해 다양한 이온 농도 분석 결과를 획득할 수 있다.
예를 들어, 각각의 홀 (132) 의 하부면 (134) 에, K+ 이온 선택성을 갖는 발리노마이신, Ca2+, Ba2+ 이온 선택성을 갖는 뷰베라이신 (Beauvericin), Mn2+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 칼시마이신 (Calcimycine) 및 A23187, 세조마이신 (Cezomycin), H+ 이온 선택성을 갖는 CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), NH4 + 이온 선택성을 갖는 에니아틴 (Enniatin), Ca2+ 이온 선택성을 갖는 이오노마이신 (Ionomycin), K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 라살로시드 (Lasalocid), Na+, H+ 이온 선택성을 갖는 모넨신 (Monensin), K+, H+, Pb2+ 이온 선택성을 갖는 니게리신 (Nigericin), NH4 + 이온 선택성을 갖는 노낙틴 (Nonactin), K+ 이온 선택성을 갖는 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 선택된 이오노포어 (Iononphore) 와 같은 서로 상이한 이온 선택성을 갖는 작업 전극 (120a) 가 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100''') 는, 패드부 (126) 를 통해 PCB (printed circuid board) 또는 FPCB (Flexible printed circuid board) 와 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5c를 함께 참조하면, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100''') 는 패드부 (126) 를 통해 PCB (322) 와 연결되고, PCB (322) 를 통해 통신부 (320) 와 연결될 수 있다. 이때, 통신부 (320) 는, 전술한 전위 측정부 (330) 와 연결된 것으로, 전위 측정부 (330) 의 내부에 존재할 수도 있다.
한편, 통신부 (320) 는 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100''') 로부터 발생한 전압에 따른 신호를 전달 받도록 구성된 인터페이스부 (324), 신호를 전달하고 신호를 증폭하고 필터링하기 위한 구성된 증폭/필터링부 (326), 전원을 컨트롤하는 전원부 (328), 사용자의 디바이스 (200) 와의 통신을 조절하는 MCU부 (329) 를 포함할 수 있다. 이때, 보다 구체적으로, MCU부 (329) 는 사용자의 디바이스 (200) 와 무선 망을 통해 분석 시료에 대한 전위차 또는 측정된 이온 농도 값을 송신할 수 있다. 나아가, MCU부 (329) 는 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11, HiperLAN/2, IEEE802.15.3, NFC, RFID 및 블루투스 통신을 통해 사용자의 디바이스 (200) 와 같은 외부 단말기와 통신할 수도 있다.
이상의 다양한 실시예에 따라, 본 발명의 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100, 100', 100'', 100''') 는, 분석 시료를 수용하는 홀 각각에 대하여 이온 농도, pH 변화를 민감하게 감지할 수 있는 전극이 배치되고, 이들 전극과 전기 화학적으로 연결 가능한 커넥터, 및 유/무선 통신 모듈과 연결 가능한 유닛들이 배치되어, 분석 시료에 대한 민감도 높은 이온 농도 측정뿐만 아니라, 유/무선 통신에 의한 실시간 모니터링이 가능할 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링 시스템은, 세포, 생체 분비물과 같은 분석 시료에 대하여 pH, 칼륨 이온의 농도와 같은 정보를 유/무선으로 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 6a 및 6b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스에 기초한 표적 이온 농도 분석 방법을 구체적으로 설명한다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스에 기초한 분석 시료의 이온 농도 측정 방법을 예시적으로 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 분석 시료의 이온 농도 측정을 위해, 먼저 이온 농도 모니터링용 디바이스의 바디부에 분석 시료가 배치되고 (S610), 전극의 센싱에 따른 전위차가 측정되고 (S620), 전위차에 기초하여 표적 이온의 농도가 결정된다 (S630).
예를 들어, 도 6b를 함께 참조하면, 분석 시료가 배치되는 단계 (S610) 에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 의 바디부 (130) 에 형성된 홀 (132) 상에 세포와 같은 분석 시료 (400) 가 주입된다. 이때, 홀 (132) 의 개수 및 크기는 분석 시료 (400) 의 양, 종류 등에 따라 다양한 범위에서 선택될 수 있다.
선택적으로, 홀 (132) 상에는 세포액과 같은 분석 시료 (400) 의 세포 배양을 위한 배양액이 함께 투입될 수 있고, 웰 플레이트 형태의 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는 인큐베이팅 시스템에 적용될 수도 있다.
또한, 분석 시료가 배치되는 단계 (S610) 에서, 복수의 홀 (132a, 132b, 132c) 각각에 분석 시료 (400) 가 투입되는데, 복수의 홀 (132a, 132b, 132c) 각각에 대한 하부면 (134a, 134b, 134c) 상에는 서로 상이한 표적 이온에 대한 농도를 측정하도록 구성된 작업 전극 (120a) 이 배치될 수도 있다.
예를 들어, 홀 (132a) 의 하부면 (134a) 에 K+ 이온 선택성을 갖는 발리노마이신의 이오노포어를 함유하는 작업 전극 (120a) 이 배치되어, 분석 시료 (400) 에 대한 칼륨 이온 농도가 측정될 수 있다. 또한, 다른 홀 (132b) 의 하부면 (134b) 에 Na+ 이온 선택성을 갖는 그라미시딘의 이오노포어를 함유하는 작업 전극 (120a) 이 배치되어, 분석 시료 (400) 에 대한 나트륨 이온 농도가 측정될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 표적 농도에 따라 하부면 (134) 에 보다 다양한 작업 전극이 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, Ca2+, Ba2+ 이온 선택성을 갖는 뷰베라이신 (Beauvericin), Mn2+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 칼시마이신 (Calcimycine) 및 A23187, 세조마이신 (Cezomycin), H+ 이온 선택성을 갖는 CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), NH4 + 이온 선택성을 갖는 에니아틴 (Enniatin), Ca2+ 이온 선택성을 갖는 이오노마이신 (Ionomycin), K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 라살로시드 (Lasalocid), Na+, H+ 이온 선택성을 갖는 모넨신 (Monensin), K+, H+, Pb2+ 이온 선택성을 갖는 니게리신 (Nigericin), NH4 + 이온 선택성을 갖는 노낙틴 (Nonactin), K+ 이온 선택성을 갖는 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 를 함유하는 작업 전극 (120a) 이 배치될 수 있다.
한편, 분석 시료가 배치되는 단계 (S610) 에 의해, 하부면 (134) 에 배치된 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 은 세포와 같은 분석 시료 (400) 와 접촉하고 분석 시료 (400) 의 활성화 과정에 따라 두 전극 사이의 전위차가 발생하게 된다.
선택적으로, 분석 시료가 배치되는 단계 (S610) 에서 하부면 (134) 에 배치된 온도 센서 (미도시) 가 분석 시료 (400) 와 반응할 수도 있다.
다음으로, 전극의 센싱에 따른 전위차가 측정되는 단계 (S620) 에서, 커넥터 (140) 와 연결된 전위 측정부 (310) 에 의해 두 개의 전극간의 전위차가 측정될 수 있다.
보다 구체적으로, 전극의 센싱에 따른 전위차가 측정되는 단계 (S620) 에서, 전위 측정부 (310) 는 복수의 홀 (132a, 132b, 132c) 중 특정 홀에 대하여 선택적으로 전위차를 측정할 수 있고, 복수의 홀 (132a, 132b, 132c) 모두에 대한 전위차를 측정할 수 있다.
다음으로, 분석 시료의 표적 이온 농도가 결정되는 단계 (S630) 에서, 전위 측정부 (310) 는 측정된 분석 시료 (400) 의 전위차를 이온 농도 값으로 변환하여, 분석 시료 (400) 에 대한 이온 농도 값을 결정할 수 있다.
이때, 분석 시료의 표적 이온 농도가 결정되는 단계 (S630) 에서, 복수의 홀 (132a, 132b, 132c) 각각에 수용된 분석 시료 (400) 의 표적 이온 농도가 결정될 수 있다.
예를 들어, 분석 시료의 표적 이온 농도가 결정되는 단계 (S620) 에서, 전위 측정부 (310) 에 의해 홀 (132a) 에 수용된 분석 시료 (400) 의 칼륨 이온의 농도는 0.29 mol/L로 결정될 수 있다.
그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 하나의 홀 (132) 에 대응하는 작업 전극 (120a) 및 기준 전극 (120b) 이 복수개 일 경우, 복수의 표적 이온에 대한 농도가 결정될 수도 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 의 바디부 (130) 의 하부면 (134) 에 구비된 온도 센서에 의해 분석 시료 (400) 의 온도가 25 ℃로 결정될 수도 있다.
최종적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 와 연결된 유/무선 통신 모듈을 통해, 사용자 디바이스 (200) 에 분석 시료의 표적 이온 농도 등, 전위 측정부 (310) 를 통해 결정된 다양한 정보가 제공될 수 있다.
이에, 사용자는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 를 통해, 분석 시료에 대한 민감도 높은 이온 농도 분석 결과를 제공 받고, 분석 시료의 표적 이온의 농도를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 를 통해, 세포 배양의 모니터링이 가능할 수 있다.
예를 들어, 세포는 배양 과정에서 pH뿐만 아니라, 이온 농도가 시간에 따라 변화할 수 있다. 세포 배양 과정을 모니터링 하기 위해, 분석 시료가 배치되는 단계 (S610) 에서 세포 배양액이 웰 플레이트 형태의 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 에 배치되고, 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 는 세포 배양 환경을 조성하는 인큐베이팅 시스템에 장착될 수 있다. 이때, 세포는 24 시간 내지 48 시간 동안 배양될 수 있는데, 세포의 활성화에 따라 시간 단위별로 pH와 이온 농도가 변화할 수 있다. 이에, 세포의 배양 과정에서, 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 의 전극에 전위차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 배양 1시간, 배양 2시간, 배양 6시간 및 배양 12 시간에서 이온 농도 및 pH 농도의 변화에 따라 전극의 전위차가 발생할 수 있다. 이에, 전극의 센싱에 따른 전위차가 측정되는 단계 (S620) 에서, 배양 1시간, 배양 2시간, 배양 6시간 및 배양 12 시간에서 세포 배양액을 수용하는 복수의 홀 (132) 에 대응하는 전극들 (120a, 120b, 120c) 에 대한 전위차가 측정될 수 있다. 마지막으로, 분석 시료의 표적 이온 농도가 결정되는 단계 (S630) 에서, 배양 1시간, 배양 2시간, 배양 6시간 및 배양 12 시간에 대한 전위차에 기초하여, 배양 1시간, 배양 2시간, 배양 6시간 및 배양 12 시간마다 세포 배양액에 대한 이온 농도 및 pH가 결정될 수 있다. 이때, 세포는 배양 중 pH 6 내지 pH 8의 범위를 가질 수 있고, 세포의 활성화 과정에서 중성에서 산성으로 변화할 수 있다. 더욱이, 세포는 배양 중에 0 내지 300 mM의 이온 농도를 가질 수 있다. 이에, 사용자는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스 (100) 를 통해, 세포의 배양 과정을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 또한, 사용자는 모니터링의 결과에 따라 배양 환경을 용이하게 조작할 수 있다.
이하에서는, 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법의 절차를 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법의 절차를 도시한 것이다.
이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법은, 먼저 기판 상에 이온 선택성 물질로 이루어진 전극이 배치되어 작업 전극이 형성된다 (S710). 그 다음 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되도록 도전성 물질로 이루어진 전극이 배치되어, 기준 전극이 기판 상에 형성된다 (S720). 마지막으로, 기판 상에 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부가 형성된다 (S730).
구체적으로, 작업 전극이 형성되는 단계 (S710) 에서, 기판 상에, K+ 이온 선택성을 갖는 발리노마이신 (Valinomycin), Ca2+, Ba2+ 이온 선택성을 갖는 뷰베라이신 (Beauvericin), Mn2+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 칼시마이신 (Calcimycine) 및 A23187, 세조마이신 (Cezomycin), H+ 이온 선택성을 갖는 CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), NH4 + 이온 선택성을 갖는 에니아틴 (Enniatin), H+, Na+, K+ 이온 선택성을 갖는 그라미시딘 (Gramicidin), Ca2+ 이온 선택성을 갖는 이오노마이신 (Ionomycin), K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 라살로시드 (Lasalocid), Na+, H+ 이온 선택성을 갖는 모넨신 (Monensin), K+, H+, Pb2+ 이온 선택성을 갖는 니게리신 (Nigericin), NH4 + 이온 선택성을 갖는 노낙틴 (Nonactin), K+ 이온 선택성을 갖는 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 로 이루어진 전극이 배치되거나, 상기 물질들이 기판 상에 프린팅될 수 있다. 이들은 분석 시료와 접촉하여 전기 화학적 반응을 일으킬 수 있다. 그 다음, 이들 센싱 영역과 연결된 배선이 기판 상에 배치되고, 배선의 타단과 연결된 전극 패드가 기판 상에 더욱 배치될 수 있다.
다음으로, 기준 전극이 기판 상에 형성되는 단계 (S720) 에서, 기판 상에, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금의 전위차가 미리 알려진 물질로 이루어진 전극이 배치되거나, 상기 물질들이 기판 상에 프린팅될 수 있다. 이들은 분석 시료와 접촉할 수 있다. 그 다음, 이들 영역과 연결된 배선이 기판 상에 배치되고, 배선의 타단과 연결된 전극 패드가 기판 상에 더욱 배치될 수 있다.
마지막으로, 홀을 갖는 바디부가 형성는 단계 (S730) 에서, 기판 상에 바디부가 배치되어, 기판이 바디부의 하부면을 형성한다.
이때, 기판은 바디부와 결합하여 홀의 하부면을 형성할 수 있다. 나아가, 기준 전극 및 작업 전극은 홀의 하부면의 중심에 배치되어 일 면이 외부로 노출될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스는 웰 플레이트 형상을 가질 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 농도 모니터링용 디바이스는 세포와 같은 분석 시료를 배양하는 중에 pH를 분석하는 하는 등, 화학적 또는 생물학적 반응에 따른 이온 농도 변화를 실시간으로 모니터링하기에 용이할 수 있다.
또한, 본 발명은 헬스케어 및 진단 응용 분야에 적용되어 질환 및 건강 상태와 연관된 다양한 임상적 정보를 제공할 수 있고, 농업 분야, 수질 측정와 같은 환경 분야에 있어서도 다양한 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 이온 농도 모니터링용 디바이스
110: 기판
120: 전극
120a: 작업 전극
120b: 기준 전극
120c: 상대 전극
122, 122a, 122b, 122c: 센싱부
124, 124a, 124b, 124c: 배선
126, 126a, 126b, 126c: 패드부
130: 바디부
132, 132a, 132b, 132c: 홀
134, 134a, 134b, 134c: 하부면
140: 커넥터
150: USB 부
200: 사용자 디바이스
310: 전위 측정부
320: 통신부
322: PCB
324: 인터페이스부
326: 증폭/필터링부
328: 전원부
329: MCU부
400: 분석 시료
110: 기판
120: 전극
120a: 작업 전극
120b: 기준 전극
120c: 상대 전극
122, 122a, 122b, 122c: 센싱부
124, 124a, 124b, 124c: 배선
126, 126a, 126b, 126c: 패드부
130: 바디부
132, 132a, 132b, 132c: 홀
134, 134a, 134b, 134c: 하부면
140: 커넥터
150: USB 부
200: 사용자 디바이스
310: 전위 측정부
320: 통신부
322: PCB
324: 인터페이스부
326: 증폭/필터링부
328: 전원부
329: MCU부
400: 분석 시료
Claims (20)
- 기판;
상기 기판 상의, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극;
상기 기판 상의, 상기 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극;
상기 작업 전극, 상기 기준 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격된, 상대 전극; 및
상기 기판과 결합되고, 상기 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부를 포함하고,
상기 기판은 상기 바디부와 결합하여 상기 홀의 하부면을 형성하고,
상기 기준 전극 및 작업 전극은 상기 홀의 하부면의 중심에서 일렬로 배치되고,
상기 작업 전극 및 기준 전극 각각의 위치는 상기 홀의 하부면에 대응하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 작업 전극 및 상기 기준 전극 각각에 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 전위 측정부는 상기 분석 시료의 이온 농도를 출력하도록 구성된 표시부를 포함하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 전위 측정부는 상기 분석 시료의 이온 농도를 송신하도록 구성된 통신부를 더 포함하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 기준 전극 및 상기 작업 전극 각각과 전기적으로 연결되는 배선을 더 포함하고,
상기 배선 각각은, 상기 기준 전극 및 상기 작업 전극 각각의 일 단과 연결되고, 적어도 일면이 상기 바디부에서 상기 홀이 형성되지 않은 여백 영역에 배치되는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 배선은,
상기 기준 전극 및 상기 작업 전극 각각과 연결된 적어도 일면이 상기 홀의 하부면에 배치되어 외부로 노출되고, 서로 동일한 노출 면적을 갖는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 기판 상의 패드부를 더 포함하고,
상기 패드부는 상기 배선의 적어도 일부와 연결되고, 상기 배선보다 넓은 폭을 갖는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제8항에 있어서,
상기 패드부를 통해 FPCB (Flexible printed circuid board) 가 연결되도록 구성된, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 배선은,
상기 적어도 일면을 감싸는 코팅층을 더 포함하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 이온 선택성 물질은,
수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질을 포함하고,
상기 pH 민감성 물질은,
폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiopHene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(ppHenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 이온 선택성 물질은,
발리노마이신 (Valinomycin), 뷰베라이신 (Beauvericin), 칼시마이신 (Calcimycine), A23187, 세조마이신 (Cezomycin), CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), 에니아틴 (Enniatin), 그라미시딘 (Gramicidin), 이오노마이신 (Ionomycin), 라살로시드 (Lasalocid), 모넨신 (Monensin), 니게리신 (Nigericin), 노낙틴 (Nonactin), 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 를 함유하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 홀은,
1x1, 1x2, 1x4, 2x3, 2x4, 3x4, 4x6, 6x8, 12x8, 24x16 및 48x32의 배열로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 배열을 갖는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 분석 시료는,
세포, 땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 기판;
상기 기판 상의, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극;
상기 기판 상의, 상기 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극;
상기 작업 전극, 상기 기준 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격된, 상대 전극;
상기 기판과 결합되고, 상기 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부, 및
상기 기준 적극 및 작업 전극 각각에 연결되어 전위차를 측정하도록 구성되고, 상기 분석 시료의 이온 농도를 출력하도록 구성된 표시부를 갖는 전위 측정부를 포함하고,
상기 기판은 상기 바디부와 결합하여 상기 홀의 하부면을 형성하고,
상기 기준 전극 및 작업 전극은 상기 홀의 하부면의 중심에서 일렬로 배치되고,
상기 작업 전극 및 기준 전극 각각의 위치는 상기 홀의 하부면에 대응하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 기판;
상기 기판 상의, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극;
상기 기판 상의, 상기 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극;
상기 작업 전극, 상기 기준 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격된, 상대 전극;
상기 기판과 결합되고, 상기 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부, 및
상기 기준 적극 및 작업 전극 각각에 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성되고 상기 분석 시료의 이온 농도를 송신하도록 구성된 통신부를 갖는 전위 측정부를 포함하고,
상기 기판은 상기 바디부와 결합하여 상기 홀의 하부면을 형성하고,
상기 기준 전극 및 작업 전극은 상기 홀의 하부면의 중심에서 일렬로 배치되고,
상기 작업 전극 및 기준 전극 각각의 위치는 상기 홀의 하부면에 대응하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스. - 기판 상에, 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 이온 선택성 물질 (ion selective material) 로 이루어진 작업 전극을 형성하는 단계;
상기 기판 상에, 상기 작업 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 기준 전극을 형성하는 단계;
상기 기판 상에, 상기 작업 전극, 상기 기준 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격된, 상대 전극을 형성하는 단계;
상기 기판 상에, 상기 분석 시료를 수용하도록 구성된 홀을 갖는 바디부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 기판은 상기 바디부와 결합하여 상기 홀의 하부면을 형성하고,
상기 기준 전극 및 작업 전극은 상기 홀의 하부면의 중심에서 일렬로 배치되고,
상기 작업 전극 및 기준 전극 각각은 상기 홀의 하부면에 대응하는, 이온 농도 모니터링용 디바이스의 제조 방법. - 분석 시료를, 제 1항 내지 제 4항, 제 6항 내지 제 12항, 제 14항 및 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 이온 농도 모니터링용 디바이스의 바디부에 배치하는 단계,
상기 복수의 전극의 전위차를 측정하는 단계, 및
상기 전위차에 기초하여 상기 분석 시료의 표적 이온 농도를 결정하는 단계를 포함하는, 분석 시료의 이온 농도에 대한 모니터링 방법. - 제19항에 있어서,
상기 분석 시료는 세포이고,
상기 복수의 전극의 전위차를 측정하는 단계는,
상기 세포의 배양 기간 동안 미리 결정된 시간 단위로 상기 복수의 전극의 전위차를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 표적 이온 농도를 결정하는 단계는,
상기 미리 결정된 시간 단위로 표적 이온 농도를 결정하는 단계를 포함하는, 분석 시료의 이온 농도에 대한 모니터링 방법.
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| KR1020200105492A KR102527686B1 (ko) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020200105492A KR102527686B1 (ko) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 제조 방법 |
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