KR20030055483A - Biosensor using competitive binding, and kit and method for detecting biochemical analyte using the same - Google Patents
Biosensor using competitive binding, and kit and method for detecting biochemical analyte using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20030055483A KR20030055483A KR1020010085038A KR20010085038A KR20030055483A KR 20030055483 A KR20030055483 A KR 20030055483A KR 1020010085038 A KR1020010085038 A KR 1020010085038A KR 20010085038 A KR20010085038 A KR 20010085038A KR 20030055483 A KR20030055483 A KR 20030055483A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- biochemical sample
- abm
- biosensor
- glucose
- thin film
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54306—Solid-phase reaction mechanisms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/60—Specific applications or type of materials
- G01N2223/61—Specific applications or type of materials thin films, coatings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/025—Change of phase or condition
- G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
Abstract
Description
본 발명은 바이오센서와 이를 이용한 신호 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 생체 시료에 있는 특정 물질을 선택적으로 정량 분석할 수 있는 바이오센서와 이를 이용한 생화학 시료 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor and a signal detection apparatus and method using the same, and more particularly, to a biosensor capable of selectively quantitatively analyzing a specific substance in a biological sample and a biochemical sample detection apparatus and method using the same.
최근, 의약 분야에서 혈액 등과 같은 생체 시료를 분석하기 위하여 바이오센서를 많이 사용하고 있다. 특히, 당뇨병 환자에게 있어서 여러 가지 합병증을 예방하기 위해서 혈당의 지속적인 감시와 유지가 필요하다. 통상적으로, 글루코스 측정용 바이오센서는 글루코스 옥시다제(Glucose Oxidase) 및 퍼옥시다제(Peroxidase)를 이용한 전기화학적 방법을 이용하는 것과, 분광학적 방법인 발색법을 이용하는 것으로 구분할 수 있다. 지금까지 개발된 종래의 바이오센서를 이용한 분석 방법에서는 일회용으로 모세혈관의 피를 채취하여 분석한다. 이러한 분석 방법은 혈당의 연속적인 분석이 어려울 뿐 만 아니라 당뇨병 환자에게 많은 고통을 준다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최소침습적, 연속 측정용 전기화학적 바이오센서가 개발되었으나, 혈액과 같은 복잡한 물질을 분석하는 데 있어서 여전히 문제점이 남아 있다. 예를 들면, 혈액 내 용존 산소가 분석에 영향을 미치고, 글루코스 옥시다제 효소에 의해 생성되는 과산화수소수(H2O2)가 효소의 촉매 활성을 저해하는 등의 문제점이 있다.In recent years, biosensors have been widely used in the medical field to analyze biological samples such as blood. In particular, it is necessary to monitor and maintain the blood sugar in order to prevent various complications in diabetics. Typically, the biosensor for measuring glucose can be classified into using an electrochemical method using glucose oxidase and peroxidase, and using a colorimetric method, which is a spectroscopic method. In the analysis method using a conventional biosensor developed so far, capillary blood is collected and analyzed for single use. This method of analysis not only makes continuous analysis of blood sugar difficult, but also suffers a lot from diabetics. In order to solve this problem, an electrochemical biosensor for minimally invasive and continuous measurement has been developed, but there are still problems in analyzing complex substances such as blood. For example, dissolved oxygen in the blood affects the assay, and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) produced by the glucose oxidase enzyme inhibits the catalytic activity of the enzyme.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 효소 반응이 아닌 글루코스와 선택적인 결합을 하는 단백질을 이용하여 형광, 팽창 압력 등의 측정 방법으로 글루코스의 양을 측정하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법에 의한 경우에도 단백질에 형광 물질을 붙이거나 센서 표면에 단백질을 고정화하여 사용하므로 센서를 재사용하기 어려운 문제점이 있다.In order to solve the above problems, a method of measuring the amount of glucose by a measurement method such as fluorescence, inflation pressure, etc. using a protein that selectively binds to glucose rather than an enzyme reaction has been proposed. However, even in this method, there is a problem in that it is difficult to reuse the sensor because the fluorescent material is attached to the protein or the protein is immobilized on the sensor surface.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 효소, 단백질 등과 같이 수용액 내에서 안정성이 낮은 물질을 센서 표면에 붙이지 않고, 또한 형광 물질을 사용하지 않음으로써 센서의 재사용이 용이하며, 간단한 구조에 의하여 생화학 시료를 감도 높게 검출 및 정량할 수 있는 바이오센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems in the prior art as described above, by reusing the sensor by not attaching a material with low stability in the aqueous solution, such as enzymes, proteins, etc. to the sensor surface, and also using a fluorescent material This easy and simple structure provides a biosensor capable of detecting and quantifying biochemical samples with high sensitivity.
본 발명의 다른 목적은 생체 반응을 센서 구조의 광학적 특성을 이용하여 생화학 시료를 검출 및 정량하는 데 있어서 생화학 시료를 안정적으로 간편하게 측정할 수 있고 재사용이 가능한 생화학 시료 검출 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a biochemical sample detection apparatus capable of stably and easily measuring a biochemical sample and reusing a biological reaction in detecting and quantifying a biochemical sample using optical characteristics of a sensor structure.
본 발명의 또 다른 목적은 생체 반응을 신호화하여 생화학 시료를 검출 및 정량하는 데 있어서 생화학 시료를 안정적으로 간편하게 측정할 수 있는 생화학 시료 검출 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a biochemical sample detection method capable of stably and conveniently measuring a biochemical sample in detecting and quantifying a biochemical sample by signaling a biological response.
도 1은 본 발명에 따른 바이오센서의 구성과, 이를 이용한 글루코스 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the configuration of the biosensor according to the present invention, and the glucose measuring principle using the same.
도 2는 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing the configuration of a biochemical sample detection apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.3 is a flowchart illustrating a biochemical sample detection method according to the present invention.
도 4는 콘카나발린 A의 농도가 1.0 mg/mL일 때 글루코스의 양에 따른 표면 플라즈몬 공명각 변화를 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the results of measuring the surface plasmon resonance angle change according to the amount of glucose when the concentration of concanavalin A is 1.0 mg / mL according to the biochemical sample detection method according to the present invention.
도 5는 콘카나발린 A의 농도가 2.0 mg/mL일 때 글루코스의 양에 따른 표면 플라즈몬 공명각 변화를 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the results of measuring the surface plasmon resonance angle change according to the amount of glucose when the concentration of concanavalin A is 2.0 mg / mL according to the biochemical sample detection method according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 기판, 20: 금속 박막, 22: 크롬 박막, 24: 금 박막, 30: 자기조립 단분자막, 40: 생화학 시료 유사 물질, 42: 덱스트란, 50: 생화학 시료와 결합하는 물질(Analyte-binding Material, ABM), 52: 콘카나발린 A, 60: 생화학 시료, 62: 글루코스, 100: 바이오센서, 110: 완충 용액, 120: 유전 매체, 130: 굴절율 매칭 오일, 140: 발광부, 150: 수광부, 200: 생화학 시료 검출 장치.10: substrate, 20: metal thin film, 22: chromium thin film, 24: gold thin film, 30: self-assembled monolayer, 40: biochemical sample-like material, 42: dextran, 50: material to be combined with biochemical sample (Analyte-binding Material , ABM), 52: concanavalin A, 60: biochemical sample, 62: glucose, 100: biosensor, 110: buffer solution, 120: dielectric medium, 130: refractive index matching oil, 140: light emitting portion, 150: light receiving portion, 200: biochemical sample detection device.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 바이오센서는 생화학 시료와 결합하는 물질(Analyte-binding Material, 이하 ABM)이 선택적으로 결합될 수 있는 생화학 시료를 검출 및 정량하기 위한 것으로, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 금속 박막과, 상기 ABM이 선택적으로 결합할 수 있도록 상기 생화학 시료와 유사한 구조를 가지고 상기 금속 박막 위에 고정화되어 있는 생화학 시료 유사 물질을 포함한다.In order to achieve the above object, the biosensor according to the present invention is for detecting and quantifying a biochemical sample to which an analyte-binding material (ABM) can be selectively coupled. A metal thin film formed on the substrate and a biochemical sample-like material immobilized on the metal thin film having a structure similar to the biochemical sample to selectively bind the ABM.
본 발명에 따른 바이오센서가 글루코스를 측정하기 위한 센서로 사용되는 경우, 상기 생화학 시료는 글루코스이고, 상기 ABM은 콘카나발린 A (concanavalin A), 조효소가 제거된 아포글루코스 옥시다제 (apo-glucose oxidase) 또는 글루코스 디하이드로게나제 (glucose dehydrogenase)로 될 수 있다. 또한, 상기 생화학 시료 유사 물질은 덱스트란(dextran), 아미노페닐 만노우즈(aminophenyl mannose) 또는 아미노페닐 글루코스(aminophenyl glucose)로 될 수 있다. 예를 들면, 상기 생화학 시료는 글루코스이고, 상기 ABM은 글루코스 디하이드로게나제이고, 상기 생화학 시료 유사 물질은 아미노페닐 글루코스로 구성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 생화학 시료는 글루코스이고, 상기 ABM은 콘카나발린 A (concanavalin A)이고, 상기 생화학 시료 유사 물질은 덱스트란, 아미노페닐 만노우즈 또는 아미노페닐 글루코스로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 생화학 시료는 글루코스이고, 상기 ABM은 조효소가 제거된 아포글루코스 옥시다제이고, 상기 생화학 시료 유사 물질은 아미노페닐 글루코스로 구성될 수 있다.When the biosensor according to the present invention is used as a sensor for measuring glucose, the biochemical sample is glucose, and the ABM is concanavalin A and co-enzyme-free apoglucose oxidase (apo-glucose oxidase). ) Or glucose dehydrogenase. In addition, the biochemical sample-like substance may be dextran, aminophenyl mannose, or aminophenyl glucose. For example, the biochemical sample may be glucose, the ABM is glucose dehydrogenase, and the biochemical sample like substance may be composed of aminophenyl glucose. As another example, the biochemical sample is glucose, the ABM is concanavalin A, and the biochemical sample analogue may be composed of dextran, aminophenyl mannose, or aminophenyl glucose. As another example, the biochemical sample is glucose, the ABM is coenzyme-free apoglucose oxidase, and the biochemical sample-like substance may be composed of aminophenyl glucose.
상기 기판은 유리로 이루어지고, 상기 금속 박막은 금 박막을 포함한다. 바람직하게는, 상기 금속 박막은 상기 기판 위에 형성된 크롬 박막과, 상기 크롬 박막 위에 형성된 금 박막으로 이루어진다.The substrate is made of glass, and the metal thin film includes a gold thin film. Preferably, the metal thin film is formed of a chromium thin film formed on the substrate and a gold thin film formed on the chromium thin film.
본 발명에 따른 바이오센서는 상기 금속 박막과 상기 생화학 시료 유사 물질 사이에 개재되어 있는 자기조립 단분자막을 더 포함할 수 있다.The biosensor according to the present invention may further include a self-assembled monomolecular film interposed between the metal thin film and the biochemical sample-like material.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 생체 시료 검출 장치는 ABM이 선택적으로 결합될 수 있는 생화학 시료를 검출 및 정량하기 위하여 사용되는 것으로, 유리 기판의 일면 위에 형성된 금속 박막과, 상기 ABM이 선택적으로 결합할 수 있도록 상기 생화학 시료와 유사한 구조를 가지고 상기 금속 박막 위에 고정화되어 있는 생화학 시료 유사 물질을 포함하는 바이오센서를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 생체 시료 검출 장치에서는 완충 용액이 사용되며, 상기 완충 용액에는 상기 생화학 시료 및 ABM이 용해된다. 상기 유리 기판의 일면과 반대측인 타면 위에는 유전 매체가 형성된다. 상기 유전 매체와 상기 유리 기판을 광학적으로 결합시키기 위하여 이들 사이에 굴절율 매칭 오일이 개재되어 있다. 발광부에서는 상기 금속 박막의 표면에서 플라즈몬을 여기시켜 공명을 일으키기 위하여 상기 유전 매체를 통하여 상기 유리 기판에 TM-편광된 광을 조사한다. 수광부에서는 상기 유리 기판으로부터 반사되는 광의 세기를 측정한다.In order to achieve the above another object, the biological sample detection apparatus according to the present invention is used to detect and quantify a biochemical sample to which the ABM can be selectively coupled, the metal thin film formed on one surface of the glass substrate, and the ABM is The biosensor includes a biochemical sample-like material immobilized on the metal thin film and having a structure similar to that of the biochemical sample to selectively bind. In the biological sample detection apparatus according to the present invention, a buffer solution is used, and the biochemical sample and ABM are dissolved in the buffer solution. A dielectric medium is formed on the other surface opposite to one surface of the glass substrate. A refractive index matching oil is interposed therebetween for optically coupling the dielectric medium and the glass substrate. In the light emitting unit, TM-polarized light is irradiated onto the glass substrate through the dielectric medium to excite plasmon on the surface of the metal thin film to cause resonance. The light receiving part measures the intensity of light reflected from the glass substrate.
상기 유전 매체는 유리 재질의 반원형 또는 삼각 프리즘으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 발광부는 단색광 레이저, 발광 다이오드 또는 다중 파장 대역의 백색 광원으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 수광부는 포토다이오드(photodiode),광증폭기(photomultiplier), 촬상 소자(charge coupled device, CCD) 또는 카메라로 이루어질 수 있다.The dielectric medium may be made of a semi-circular or triangular prism of glass material. In addition, the light emitting unit may be formed of a monochromatic laser, a light emitting diode, or a white light source of a multi-wavelength band. The light receiving unit may include a photodiode, a photomultiplier, a charge coupled device (CCD), or a camera.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 생체 시료 검출 방법에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 바이오센서를 이용하여 액체 샘플중의 생화학 시료를 검출 및 정량한다. 이를 위하여, 먼저 검출 및 정량 대상의 생화학 시료와, 상기 생화학 시료에 선택적으로 결합될 수 있는 ABM이 용해된 완충 용액을 제조한다. 상기 ABM이 상기 생화학 시료 및 생화학 시료 유사 물질에 대해 경쟁적으로 결합되도록 유도하기 위하여 상기 생화학 시료 유사 물질이 고정화되어 있는 상기 금속 박막 위에 상기 완충 용액을 공급한다. 상기 금속 박막 위에서 상기 생화학 시료 유사 물질에 결합된 ABM의 양을 측정 신호로 변환시킨다. 상기 결합된 ABM의 양으로부터 얻어진 측정 신호로부터 상기 생화학 시료의 양을 산출한다.In order to achieve the above another object, the biological sample detection method according to the present invention detects and quantifies a biochemical sample in a liquid sample using the biosensor according to the present invention as described above. To this end, first, a biochemical sample to be detected and quantified, and a buffer solution in which ABM is dissolved, which can be selectively bound to the biochemical sample, are prepared. In order to induce the ABM to competitively bind to the biochemical sample and the biochemical sample-like material, the buffer solution is supplied onto the thin metal film on which the biochemical sample-like material is immobilized. The amount of ABM bound to the biochemical sample like material on the metal thin film is converted into a measurement signal. The amount of biochemical sample is calculated from the measured signal obtained from the amount of bound ABM.
상기 완충 용액을 제조하는 단계에서는 상기 완충 용액 내의 ABM 농도를 조절함으로써 상기 생화학 시료의 측정 범위를 조절할 수 있다.In preparing the buffer solution, the measurement range of the biochemical sample may be adjusted by adjusting the ABM concentration in the buffer solution.
또한, 상기 결합된 ABM의 양을 측정 신호로 변환시키는 수단은 표면 플라즈몬 공명 방법, 석영 결정판 미량 천칭(Quartz Crystal Microbalance, QCM), 표면 음파(Surface Acoustic) 또는 전기화학적 방법을 이용할 수 있다. 상기 결합된 ABM의 양을 표면 플라즈몬 공명 방법에 의하여 측정하는 데 있어서, 상기 결합된 ABM의 양은 표면 플라즈몬 공명각의 크기에 따라 결정된다.In addition, the means for converting the amount of the combined ABM into a measurement signal may use a surface plasmon resonance method, Quartz Crystal Microbalance (QCM), Surface Acoustic or electrochemical method. In measuring the amount of bound ABM by surface plasmon resonance method, the amount of bound ABM is determined according to the magnitude of the surface plasmon resonance angle.
본 발명에 따른 바이오센서는 경쟁적인 결합을 이용한 간접적인 방법으로 생화학 시료의 양을 측정한다. 이를 이용하면 저분자량의 생화학 시료의 양을 측정하는 경우에도 그 신호 감도를 증가시킬 수 있으며, 센서 표면을 쉽게 세척하여 사용할 수 있어 바이오센서의 재사용성이 매우 우수하다. 또한, ABM의 양을 조절함으로써 측정 대상인 생화학 시료의 측정 범위를 간편하게 조절할 수 있다.The biosensor according to the invention measures the amount of biochemical sample in an indirect manner using competitive binding. By using this, even when measuring the amount of low molecular weight biochemical sample, the signal sensitivity can be increased, and the surface of the sensor can be easily washed and used, so the reusability of the biosensor is very excellent. In addition, by adjusting the amount of ABM, the measurement range of the biochemical sample to be measured can be easily adjusted.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오센서(100)의 구성과, 상기 바이오센서(100)를 이용한 글루코스의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the configuration of the biosensor 100 and the measurement principle of glucose using the biosensor 100 according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오센서(100)는 측정 대상의 생화학 시료(60)와 결합하는 ABM(50)을 이용하여 상기 생화학 시료(60)를 검출 및 정량하기 위한 것으로, 기판(10)과, 상기 기판(10)의 일면 위에 형성된 금속 박막(20)과, 상기 ABM(50)이 선택적으로 결합할 수 있도록 상기 생화학 시료(60)와 유사한 구조를 가지고 상기 금속 박막(20) 위에 고정화되어 있는 생화학 시료 유사 물질(40)을 포함한다. 상기 생화학 시료 유사 물질(40)과 상기 금속 박막(20) 사이에는 자기조립 단분자막(30)이 개재될 수 있다.Referring to FIG. 1, the biosensor 100 according to the present invention is for detecting and quantifying the biochemical sample 60 using an ABM 50 coupled to a biochemical sample 60 to be measured. 10), the metal thin film 20 formed on one surface of the substrate 10, and has a structure similar to the biochemical sample 60 so that the ABM 50 can be selectively bonded on the metal thin film 20 The biochemical sample-like substance 40 is immobilized. The self-assembled monolayer 30 may be interposed between the biochemical sample-like material 40 and the metal thin film 20.
상기 바이오센서(100)가 글루코스 농도를 측정하기 위한 글루코스 센서로서 사용되는 경우, 즉 상기 생화학 시료(60)가 글루코스인 경우에는, 상기 ABM(50)은 글루코스와 선택적으로 결합 가능한 단백질로 구성되며, 예를 들면 콘카나발린 A (concanavalin A), 조효소가 제거된 아포글루코스 옥시다제 (apo-glucose oxidase) 또는 글루코스 디하이드로게나제 (glucose dehydrogenase)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 생화학 시료 유사 물질(40)은 글루코스와 유사한 구조를 가지는 덱스트란, 아미노페닐 만노우즈 또는 아미노페닐 글루코스로 이루어질 수 있다. 덱스트란은 글루코스가 단량체로 α-1,6 결합을 이룬 고분자로서 콘카나발린 A와 우수한 결합 특성을 나타내며 수용액 내에서 안정성이 높은 물질이다. 덱스트란은 상기 바이오센서(100)의 금속 박막(20) 예를 들면 금 박막 표면에 공유 결합으로 고정화될 수 있다.When the biosensor 100 is used as a glucose sensor for measuring glucose concentration, that is, when the biochemical sample 60 is glucose, the ABM 50 is composed of a protein that can selectively bind glucose, For example, it may consist of concanavalin A, coenzyme-free apoglucose oxidase or glucose dehydrogenase. In addition, the biochemical sample-like substance 40 may be made of dextran, aminophenyl mannose, or aminophenyl glucose having a structure similar to glucose. Dextran is a macromolecule in which glucose forms α-1,6 bonds as a monomer, which shows excellent binding properties with concanavalin A and is highly stable in aqueous solution. Dextran may be immobilized covalently on the surface of the metal thin film 20, for example, the gold thin film of the biosensor 100.
상기 바이오센서(100)에 있어서, 측정 대상인 상기 생화학 시료(60)가 글루코스인 경우, 상기 ABM(50)은 글루코스 디하이드로게나제이고, 상기 생화학 시료 유사 물질(40)은 아미노페닐 글루코스로 형성할 수 있다. 또는, 상기 생화학 시료(60)가 글루코스인 경우, 상기 ABM(50)은 콘카나발린 A이고, 상기 생화학 시료 유사 물질(40)은 덱스트란, 아미노페닐 만노우즈 또는 아미노페닐 글루코스로 형성할 수 있다. 또 다른 구성으로서, 상기 생화학 시료(60)가 글루코스인 경우, 상기 ABM(50)은 조효소가 제거된 아포글루코스 옥시다제이고, 상기 생화학 시료 유사 물질(40)은 아미노페닐 글루코스로 형성할 수 있다.In the biosensor 100, when the biochemical sample 60 to be measured is glucose, the ABM 50 is glucose dehydrogenase, and the biochemical sample-like substance 40 is formed of aminophenyl glucose. Can be. Alternatively, when the biochemical sample 60 is glucose, the ABM 50 is concanalvaline A, and the biochemical sample like substance 40 may be formed of dextran, aminophenyl mannose, or aminophenyl glucose. . In another configuration, when the biochemical sample 60 is glucose, the ABM 50 is apoglucose oxidase from which coenzymes have been removed, and the biochemical sample-like substance 40 may be formed of aminophenyl glucose.
상기 바이오센서(100)에 있어서, 상기 기판(10)은 유리로 이루어지며, 상기 금속 박막(20)은 크롬 박막(22)과 금 박막(24)으로 이루어진다. 상기 금속 박막(20)을 구성하는 상기 금 박막(24)은 약 40 ∼ 50 nm의 두께로 형성된다. 상기 크롬 박막(22)은 상기 기판(10)과 상기 금 박막(24)과의 접착력을 좋게 하기 위하여 사용되는 것으로 약 2 ∼ 5nm의 두께로 형성된다.In the biosensor 100, the substrate 10 is made of glass, and the metal thin film 20 is made of a chromium thin film 22 and a gold thin film 24. The gold thin film 24 constituting the metal thin film 20 is formed to a thickness of about 40 to 50 nm. The chromium thin film 22 is used to improve the adhesion between the substrate 10 and the gold thin film 24 and is formed to a thickness of about 2 to 5 nm.
상기 바이오센서(100)를 사용하여 상기 생화학 시료(60)를 측정하는 원리를 설명하면 다음과 같다. 측정 대상인 상기 생화학 시료(60)와, 상기 생화학시료(60)에 선택적으로 결합 가능한 물질인 단백질(50)을 용해시킨 혼합 용액 즉 완충 용액을 상기 생화학 시료 유사 물질(40)이 고정화된 상기 바이오센서(100) 표면에 흘려주어 결쟁 결합을 유도한다. 그 후, 상기 바이오센서(100)의 표면에서 상기 생화학 시료 유사 물질(40)에 결합된 단백질(50)의 양을 적절한 방법에 의해 측정하여 변환시키고 이를 근거로 하여 상기 생화학 시료(60)의 양을 산출한다.Referring to the principle of measuring the biochemical sample 60 using the biosensor 100 as follows. The biosensor in which the biochemical sample-like substance 40 is immobilized in a mixed solution, ie a buffer solution, in which the biochemical sample 60 to be measured and the protein 50 which is a substance selectively bindable to the biochemical sample 60 are dissolved. (100) flows to the surface to induce conflict bonding. Thereafter, the amount of protein 50 bound to the biochemical sample-like substance 40 on the surface of the biosensor 100 is measured and converted by an appropriate method and based on the amount of the biochemical sample 60 To calculate.
상기 바이오센서(100)는 직접 센서 표면에 결합하는 방법이 아닌 경쟁적인 결합을 이용한 간접적인 방법으로 생화학 시료의 양을 측정한다. 따라서, 상기 바이오센서(100)가 글루코스의 양을 측정하기 위한 글루코스 센서로 사용되는 경우, 글루코스는 분자량이 높지 않고, 이온성 물질이 아니기 때문에 센서 표면에 직접 결합할 때 신호 감도가 크지 않으므로 상기 바이오센서(100)를 이용하여 측정하는 것이 매우 유리하다. 또한, 상기 바이오센서(100)는 경쟁 결합 방식을 이용하는 것으로서, 센서 표면에 통상적인 바이오센서에서와 같이 단백질이 고정화되어 있는 것이 아니라 생화학 시료 유사 물질, 예를 들면 글루코스 유사 물질이 고정화되어 있다. 따라서, 세척이 용이하여 재사용성이 우수한 장점이 있다.The biosensor 100 measures the amount of the biochemical sample by an indirect method using competitive bonding, rather than directly bonding to the sensor surface. Therefore, when the biosensor 100 is used as a glucose sensor for measuring the amount of glucose, since the glucose does not have a high molecular weight and is not an ionic substance, the biosensor 100 does not have a large signal sensitivity when directly coupled to the sensor surface. It is very advantageous to measure using the sensor 100. In addition, the biosensor 100 uses a competitive binding method, and a biochemical sample-like substance, for example, a glucose-like substance, is immobilized on the surface of the sensor as opposed to a protein in the conventional biosensor. Therefore, there is an advantage that the easy to clean and excellent reuse.
상기 바이오센서(100) 표면에서 상기 생화학 시료 유사 물질(40)과 결합된 단백질(50)의 양을 측정하기 위하여 통상의 바이오센서에 응용되는 다양한 원리들을 이용할 수 있다.In order to measure the amount of the protein 50 combined with the biochemical sample-like substance 40 on the surface of the biosensor 100, various principles applied to conventional biosensors may be used.
도 2는 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치(200)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing the configuration of the biochemical sample detection apparatus 200 according to the present invention.
도 2에는 측정 대상물인 생화학 시료(60) 예를 들면 글루코스(62)의 양을 측정하기 위하여, 상기 글루코스(62)와 경쟁하는 생화학 시료 유사 물질(40)로서 덱스트란(42)이 표면에 고정화되어 있고 상기 글루코스(62)와 선택적으로 결합 가능한 물질(50)로서 콘카나발린 A(52)를 사용한 바이오센서(100)를 채용한 생화학 시료 검출 장치(200)가 도시되어 있다. 상기 생화학 시료 검출 장치(200)에서는 상기 바이오센서(100) 표면에 고정화된 덱스트란(42)과 결합된 콘카나발린 A(52)의 양을 측정하기 위하여 표면 플라즈몬 공명 (surface plasmon resonance: SPR) 방법을 이용한다.In Fig. 2, dextran 42 is immobilized on the surface as a biochemical sample-like substance 40 that competes with glucose 62 to measure the amount of biochemical sample 60, for example, glucose 62, which is a measurement target. The biochemical sample detection device 200 employing the biosensor 100 using the concanavalin A 52 as a substance 50 which can be selectively combined with the glucose 62 is shown. In the biochemical sample detection device 200, surface plasmon resonance (SPR) to measure the amount of concanavalin A (52) bound to dextran (42) immobilized on the surface of the biosensor (100). Use the method.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치(200)는 상기 바이오센서(100)와, 상기 생화학 시료(60) 및 상기 ABM(50)이 용해된 완충 용액(110)과, 상기 바이오센서(100)의 기판(10)중 상기 금속 박막(20)이 형성된 일면과 반대측인 타면 위에 형성된 유전 매체(dielectric medium)(120)를 포함한다. 상기 유전 매체(120)와 상기 기판(10)을 광학적으로 결합시키기 위하여 이들 사이에는 굴절률 매칭 오일(130)이 개재되어 있다.In more detail, the biochemical sample detection apparatus 200 according to the present invention includes the biosensor 100, the buffer solution 110 in which the biochemical sample 60 and the ABM 50 are dissolved, and the biosensor. The substrate 10 of the substrate 10 includes a dielectric medium 120 formed on the other surface opposite to one surface on which the metal thin film 20 is formed. A refractive index matching oil 130 is interposed therebetween to optically couple the dielectric medium 120 and the substrate 10.
또한, 상기 생화학 시료 검출 장치(200)는 상기 금속 박막(20)의 표면에서 플라즈몬을 여기시켜 공명을 일으키기 위하여 상기 유전 매체(120)를 통하여 상기 기판(10)에 광을 조사하기 위한 발광부(140)와, 상기 기판(10)으로부터 반사되는 광의 세기를 측정하기 위한 수광부(150)를 포함한다.In addition, the biochemical sample detection device 200 is a light emitting unit for irradiating light to the substrate 10 through the dielectric medium 120 to excite the plasmon on the surface of the metal thin film 20 to cause resonance ( 140 and a light receiving unit 150 for measuring the intensity of light reflected from the substrate 10.
상기 유전 매체(120)는 상기 발광부(140)로부터의 입사광을 이용하여 상기 금속 박막(20)의 표면 플라즈몬을 여기시키는 역할을 한다. 상기 유전 매체(120)는 유리 재질의 반원형 또는 삼각 프리즘으로 이루어질 수 있다.The dielectric medium 120 serves to excite the surface plasmon of the metal thin film 20 by using the incident light from the light emitting unit 140. The dielectric medium 120 may be formed of a semi-circular or triangular prism made of glass.
상기 발광부(140)는 단색광 레이저, 발광 다이오드(light emitting diode: LED) 또는 다중 파장 대역의 백색 광원으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 발광부(140)로서 830nm 단색광 레이저를 사용한다.The light emitting unit 140 may be formed of a monochromatic laser, a light emitting diode (LED), or a white light source having a multi-wavelength band. Preferably, a 830 nm monochromatic laser is used as the light emitting unit 140.
상기 수광부(150)는 상기 기판(10)으로부터 반사된 광의 세기를 측정하는 부분으로서, 예를 들면 포토다이오드(photodiode), 광증폭기(photomultiplier), 촬상 소자(charge coupled device, CCD) 또는 카메라와 같은 이미징 기구(imaging device)로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 수광부(150)는 포토다이오드로 이루어진다.The light receiving unit 150 measures the intensity of light reflected from the substrate 10, and is, for example, a photodiode, a photomultiplier, a charge coupled device (CCD), or a camera. It may be made of an imaging device. Preferably, the light receiving unit 150 is made of a photodiode.
상기 생화학 시료 검출 장치(200)에서 이용되는 표면 플라즈몬 공명 방법은 금속 내에 존재하는 표면 플라즈몬의 입사광에 대한 공명 흡수를 이용하여 금속 표면의 굴절률 혹은 그의 변화를 측정하는 것이다. 여기서, 표면 플라즈몬이란 도체 표면을 따라 전파되는 자유 전자의 양자화된 진동을 말하며, 표면 플라즈몬 공명은 입사광이 프리즘과 같은 유전체를 지나 특정 각도로 금속 박막과의 계면과 만났을 때 내부 전반사(total internal reflection)가 일어나지 않고 금속 박막에 의해 흡수되어 금속 표면의 플라즈몬이 여기되는 현상을 일컫는다. 이러한 원리에 의하여 금속 표면에 고정화되어 있는 생체 시료 유사 물질, 예를 들면 덱스트란에 콘카나발린 A가 많이 결합할수록 표면 플라즈몬 공명각은 증가하게 되며, 측정 대상 시료인 글루코스 농도가 높을수록 콘카나발린 A의 결합량은 줄어들어 공명각 증가량은 감소하게 된다.The surface plasmon resonance method used in the biochemical sample detection apparatus 200 is to measure the refractive index or the change of the surface of the metal using resonance absorption of incident light of the surface plasmon present in the metal. Here, surface plasmon refers to quantized vibration of free electrons propagating along a conductor surface, and surface plasmon resonance is total internal reflection when incident light passes through a dielectric such as a prism and meets an interface with a metal thin film at an angle. Refers to a phenomenon in which plasmon on the metal surface is excited by the metal thin film without being absorbed. According to this principle, the surface plasmon resonance angle increases as more concanavalin A is bound to a biological sample-like substance immobilized on the metal surface, for example, dextran, and the higher concentration of glucose, the sample to be measured, increases the concanavalin The binding amount of A decreases and the resonance angle increase decreases.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 시료 검출 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 바이오센서(100) 및 이를 포함하는 생화학 시료 검출 장치(200)를 이용하여 액체 샘플중의 생화학 시료를 검출 및 정량한다.3 is a flowchart illustrating a biochemical sample detection method according to a preferred embodiment of the present invention. The biochemical sample detection method according to the present invention detects and quantifies a biochemical sample in a liquid sample using the biosensor 100 and the biochemical sample detection apparatus 200 including the same as described with reference to FIGS. 1 and 2. .
도 3을 참조하면, 먼저 검출 및 정량 대상의 생화학 시료(60), 예를 들면 글루코스(62)와, 상기 생화학 시료(60)에 선택적으로 결합될 수 있는 ABM(50), 예를 들면 콘카나발린 A(52)가 용해된 완충 용액(110)을 제조한다 (단계 310). 상기 완충 용액(110)을 제조하는 데 있어서, 상기 완충 용액(110) 내의 ABM(50) 농도를 조절함으로써 상기 생화학 시료(60)의 측정 범위를 조절할 수 있다. 그 후, 상기 ABM(50)이 상기 생화학 시료(60) 및 생화학 시료 유사 물질(40), 예를 들면 덱스트란(42)에 대해 경쟁적으로 결합되도록 유도하기 위하여 상기 생화학 시료 유사 물질(40)이 고정화되어 있는 상기 금속 박막(20) 위에 상기 완충 용액(110)을 공급한다 (단계 320). 그 결과, 상기 금속 박막(20)의 표면에서는 상기 생화학 시료(60) 및 생화학 시료 유사 물질(40)에 대한 상기 ABM(50)의 경쟁 결합이 이루어진다. 이와 같이 상기 금속 박막(20)의 표면 위에서 상기 생화학 시료 유사 물질(40)에 결합된 ABM(50)의 양을 측정 신호로 변환시킨다 (단계 330). 상기 결합된 ABM(50)의 양을 측정 신호로 변환시키기 위하여 표면 플라즈몬 공명 방법, 석영 결정판 미량 천칭(Quartz Crystal Microbalance, QCM), 표면 음파(Surface Acoustic) 또는 전기화학적 방법을 이용할 수 있다. 이 때, 상기 결합된 ABM(50)의 양을 표면 플라즈몬 공명 방법에 의하여 측정하는 경우, 상기 결합된 ABM(50)의 양은 표면 플라즈몬 공명 각도의 크기에 따라 결정된다. 상기 결합된 ABM(50)의 양으로부터 얻어진 측정신호로부터 상기 생화학 시료(60)의 양을 산출한다 (단계 340).Referring to FIG. 3, first, a biochemical sample 60, for example, glucose 62, to be detected and quantified, and an ABM 50, for example, Konkana, which may be selectively coupled to the biochemical sample 60. Prepare buffer solution 110 in which valine A 52 is dissolved (step 310). In preparing the buffer solution 110, the measurement range of the biochemical sample 60 may be adjusted by adjusting the concentration of the ABM 50 in the buffer solution 110. Thereafter, the biochemical sample-like substance 40 is added to induce the ABM 50 to be competitively bound to the biochemical sample 60 and the biochemical sample-like substance 40, for example dextran 42. The buffer solution 110 is supplied onto the metal thin film 20 that is immobilized (step 320). As a result, competitive bonding of the ABM 50 to the biochemical sample 60 and the biochemical sample-like material 40 occurs on the surface of the metal thin film 20. As such, the amount of ABM 50 bound to the biochemical sample-like material 40 on the surface of the metal thin film 20 is converted into a measurement signal (step 330). Surface plasmon resonance, quartz crystal microbalance (QCM), surface acoustic or electrochemical methods may be used to convert the amount of the combined ABM 50 into a measurement signal. At this time, when the amount of the bound ABM 50 is measured by the surface plasmon resonance method, the amount of the bound ABM 50 is determined according to the size of the surface plasmon resonance angle. The amount of biochemical sample 60 is calculated from the measurement signal obtained from the amount of bound ABM 50 (step 340).
다음에, 본 발명에 따른 바이오센서 및 생화학 시료 검출 장치를 제조한 구체적인 실시예들에 의하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다음의 구체적인 실시예들은 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 제공되는 것으로서 본 발명의 기술적 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples in which the biosensor and biochemical sample detection device according to the present invention are manufactured. The following specific examples are provided to facilitate understanding of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
바이오센서 제조Biosensor Manufacturing
커버 글라스 유리 기판 위에 금속 박막을 전자빔(e-beam) 증착 방법으로 형성시켰다. 이를 위하여, 먼저 금의 접착력을 높이기 위해 상기 유리 기판 위에 2 nm 두께의 크롬 박막을 증착한 후, 그 위에 금 박막을 45 nm의 두께로 증착하였다. 얻어진 금 박막의 표면을 H2SO4/H2O2(3/1) 용액으로 50℃에서 30분 동안 세척한 후, 10 mM의 11-머캅토운데카놀(11-mercaptoundecanol)을 녹인 에탄올 용액에 담궜다. 그 후, 25℃에서 24시간 동안 두었다. 그 후, 금 박막 표면을 에탄올로 세척하고 에탄올 용액 내에서 5분 동안 초음파로 처리하였다. 초음파 처리된 금 박막 표면에 0.6 M의 에피클로로히드린(epichlorohydrin)을 녹인 1:1의 400 mM 수산화나트륨 수용액과 2-메톡시에틸 에테르(2-methoxyethyl ether) 용액을 첨가하여 4시간 동안 상온에 두었다. 얻어진 결과물을 물로 세척하고 에탄올로 세척한 후, 다시 물로 세척하고, 덱스트란을 0.3 g/mL의 농도로 100 mM 수산화나트륨 수용액에 녹인 용액을 세척한 표면에 첨가하여 20시간 동안 상온에 두어 덱스트란이 표면에 공유결합을 이루도록 하였다. 그 후, 물로 세척하고, 글루코스 측정용 바이오센서로 사용하였다.On the cover glass glass substrate, a metal thin film was formed by an electron beam (e-beam) deposition method. To this end, first, a 2 nm thick chromium thin film was deposited on the glass substrate in order to increase the adhesion of gold, and then a gold thin film was deposited thereon to a thickness of 45 nm. The surface of the obtained gold thin film was washed with H 2 SO 4 / H 2 O 2 (3/1) solution at 50 ° C. for 30 minutes, and then ethanol solution in which 10 mM 11-mercaptoundecanol was dissolved. Dipped in Then, it was left at 25 ° C. for 24 hours. The gold thin film surface was then washed with ethanol and sonicated for 5 minutes in ethanol solution. On the surface of the sonicated gold thin film, a 1: 1 400 mM sodium hydroxide solution and 2-methoxyethyl ether solution dissolved in 0.6 M of epichlorohydrin were added thereto at room temperature for 4 hours. Put it. The resulting product was washed with water, washed with ethanol, and then again with water, and dextran was added to the washed surface by adding a solution dissolved in 100 mM aqueous sodium hydroxide solution at a concentration of 0.3 g / mL and kept at room temperature for 20 hours. Covalent bonds were made to this surface. Then, it was washed with water and used as a biosensor for glucose measurement.
실시예 2Example 2
표면 플라즈몬 공명 실험Surface Plasmon Resonance Experiment
도 2에 도시한 바와 같은 생화학 시료 검출 장치(200)를 사용하여 표면 플라즈몬 공명 실험을 행하였다. 회전판(Rotation Stage)을 이용하여 입사 각도를 변화시키며 발광부(140)로부터 p-편광(p-polarized) 830 nm 단색광 레이저를 유전 매체(120)인 반원형 BK7 프리즘을 통하여 비추고, 굴절률 매칭오일(130)에 의하여 상기 유전 매체(120)에 연결된 유리 기판(10)으로부터 반사된 광량을 수광부(150)인 포토다이오드에서 측정하여, 최소의 광량을 보이는 각도, 즉 표면 플라즈몬 공명각을 찾았다. 바이오센서(100) 표면 위로 일정 속도로 액체 샘플이 흐를 수 있도록 테플론(teflon)으로 제작된 유로를 고무 링으로 금속 박막(20) 표면과 접합되도록 하였으며, 액체 펌프를 이용하여 표면에 덱스트란이 고정화된 상기 금속 박막(20)의 표면에 완충 용액(110) (10 mM 인산, 0.16M 염화나트륨, 0.1% 트리톤(triton X-100), pH 7.3)과 이 완충 용액(110) 내에 소정의 농도로 용해되어 있는 콘카나발린 A 및 글루코스를 약 0.4 mL/min의 속도로 공급하였다.The surface plasmon resonance experiment was performed using the biochemical sample detection apparatus 200 as shown in FIG. The p-polarized 830 nm monochromatic laser is illuminated from the light emitter 140 by using a rotation stage through a semicircular BK7 prism, which is a dielectric medium 120, and a refractive index matching oil 130. The amount of light reflected from the glass substrate 10 connected to the dielectric medium 120 is measured by the photodiode, which is the light receiving unit 150, to find the angle showing the minimum amount of light, that is, the surface plasmon resonance angle. A flow path made of teflon was bonded to the surface of the metal thin film 20 by a rubber ring to allow a liquid sample to flow at a constant speed on the surface of the biosensor 100. The dextran was immobilized on the surface by using a liquid pump. The buffer solution 110 (10 mM phosphoric acid, 0.16 M sodium chloride, 0.1% triton X-100, pH 7.3) on the surface of the thin metal film 20 to be dissolved in a predetermined concentration in the buffer solution 110. Concanavalin A and glucose were fed at a rate of about 0.4 mL / min.
실시예 3Example 3
콘카나발린 A의 센서 표면 흡착 조사Investigation of Sensor Surface Adsorption of Concanavalin A
실시예 1에서 얻어진 바이오센서의 표면에 대해 콘카나발린 A의 흡착 특성을 조사하였다. 조사된 흡착용 표면으로서 초기의 금 박막 표면, 11-머캅토운데카놀 자기조립 단분자막 표면, 이 위에 분자량 10,000 Da의 덱스트란 및 분자량 513,000Da의 덱스트란이 각각 공유 결합으로 고정화된 표면을 이용하였다. 이들 표면에 대해 완충 용액을 흘리면서 평형을 잡은 후, 1.0 mg/mL의 콘카나발린 A를 녹인 완충 용액을 10분 동안 흘린 다음, 다시 완충 용액으로 교체하여 흘렸을 때 측정된 표면 플라즈몬 공명 각도의 변화를 측정하였다. 표 1은 각 표면에 대해 콘카나발린 A 용액을 흘린 후 콘카나발린 A가 바이오센서의 표면에 결합된 정도를 나타내는 표면 플라즈몬 공명각의 증가된 값을 보여주고 있다.The adsorption characteristic of concanavalin A was investigated on the surface of the biosensor obtained in Example 1. As the irradiated surface for adsorption, an initial gold thin film surface, an 11-mercaptodecanol self-assembled monomolecular surface, a surface on which dextran having a molecular weight of 10,000 Da and a dextran having a molecular weight of 513,000 Da were respectively immobilized by covalent bonds. Equilibrate these surfaces by flowing buffer solution, and then change the measured surface plasmon resonance angle as measured by flowing a buffer solution in which 1.0 mg / mL of concanavalin A was dissolved for 10 minutes, then replacing it with a buffer solution. Measured. Table 1 shows the increased value of the surface plasmon resonance angle indicating the extent to which concanavalin A is bound to the surface of the biosensor after flowing the concanavalin A solution for each surface.
실시예 4Example 4
덱스트란 (분자량 513,000 Da)이 고정화된 금 박막 표면에 대한 콘카나발린 A의 흡착 특성 평가Adsorption Characteristics of Concanavalin A on Gold Thin Films with Dextran (Molecular Weight 513,000 Da) Immobilized
분자량 513,000 Da의 덱스트란이 고정화된 표면에 대하여 콘카나발린 A의 농도를 변화시키며 흡착되는 특성을 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 조사하였다. 실시예 2에서와 같이 얻어진 완충 용액에 다양한 농도의 콘카나발린 A가 용해된 각 용액을 10분 동안 흘린 후 콘카나발린 A가 결합하는 양에 비례하는 표면 플라즈몬 공명각의 증가값을 표 2에 나타내었다.The adsorption characteristics of the dextran having a molecular weight of 513,000 Da with varying concentrations of concanavalin A were investigated using surface plasmon resonance. Each solution containing various concentrations of concanavalin A dissolved in the buffer solution obtained as in Example 2 was flowed for 10 minutes, and the increase in surface plasmon resonance angle proportional to the amount of concanavalin A binding was shown in Table 2. Indicated.
실시예 5Example 5
경쟁 결합에 의한 글루코스 측정 1Glucose measurement by competitive binding 1
1.0 mg/mL의 농도로 콘카나발린 A가 용해된 완충 용액에 글루코스를 다양한 농도로 녹인 후, 덱스트란이 고정화된 바이오센서의 표면에 상기 완충 용액을 흘리면서 표면 플라즈몬 공명각을 측정하였다. 글루코스의 농도를 0 ∼ 12.5 mM의 범위에서 변화시키면서 측정한 결과를 도 4에 나타내었다. 여기서, 바이오센서의 표면은 각각의 측정에서 100mM의 수산화나트륨 수용액으로 세척하여 주었다.After dissolving glucose in various concentrations in a buffer solution containing Concanavalin A at a concentration of 1.0 mg / mL, the surface plasmon resonance angle was measured while flowing the buffer solution on the surface of a biosensor to which dextran was immobilized. The measured results while changing the concentration of glucose in the range of 0-12.5 mM are shown in FIG. Here, the surface of the biosensor was washed with 100 mM sodium hydroxide solution in each measurement.
실시예 6Example 6
경쟁 결합에 의한 글루코스 측정 2Measurement of glucose by competitive binding 2
2.0 mg/mL의 농도로 콘카나발린 A가 용해된 완충 용액에 글루코스를 다양한 농도로 녹인 후, 덱스트란이 고정화된 바이오센서의 표면에 상기 완충 용액을 흘리면서 표면 플라즈몬 공명각을 측정하였다. 글루코스의 농도를 0 ∼ 12.5 mM의 범위에서 변화시키면서 측정한 결과를 도 5에 나타내었다. 여기서, 바이오센서의 표면은 각각의 측정에서 100mM의 수산화나트륨 수용액으로 세척하여 주었다.After dissolving glucose in various concentrations in a buffer solution containing Concanavalin A at a concentration of 2.0 mg / mL, the surface plasmon resonance angle was measured while flowing the buffer solution on the surface of the dextran-immobilized biosensor. 5 shows the results of measurement while changing the concentration of glucose in the range of 0-12.5 mM. Here, the surface of the biosensor was washed with 100 mM sodium hydroxide solution in each measurement.
본 발명에 따른 바이오센서는 측정 대상의 생화학 시료와 유사한 물질이 금속 박막의 표면에 고정화되어 이루어진 센서 표면을 가지고 있다. 이와 같은 구성에 의하여 측정 대상의 생화학 시료와 선택적으로 결합 가능한 ABM을 측정 대상의 생화학 시료와 함께 센서 표면에 흘려주어 경쟁 반응을 유도하게 된다. 측정 대상의 생화학 시료로서 분자량이 비교적 높지 않고 이온성 물질이 아닌 글루코스를 측정하는 경우, 글루코스에 선택적으로 결합 가능한 ABM은 바이오센서의 표면에 고정화되어 있는 덱스트란과 같은 글루코스 유사 물질과, 측정 대상인 글루코스와 경쟁적인 결합을 하면서 바이오센서 표면에 결합하게 된다. 이렇게 결합된 ABM의 양을 적절한 방법에 의해 측정 신호로 변환하여 글루코스의 양을 측정하게 된다. 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에 의하여 글루코스의 양을 측정하면, 경쟁적인 결합을 이용한 간접적인 방법으로 글루코스의 양을 측정하게 되므로, 글루코스를 센서 표면에 직접 결합시키는 경우에 비하여 신호 감도를 증가시킬 수 있다.The biosensor according to the present invention has a sensor surface on which a material similar to a biochemical sample to be measured is immobilized on the surface of a metal thin film. By such a configuration, the ABM capable of selectively binding to the biochemical sample of the measurement object is flowed along with the biochemical sample of the measurement object to the sensor surface to induce a competition reaction. When measuring glucose that is relatively high in molecular weight and not an ionic substance as the biochemical sample to be measured, the ABM capable of selectively binding to glucose is a glucose-like substance such as dextran immobilized on the surface of the biosensor and the glucose to be measured. Competitive bonds with the bond to the biosensor surface. The amount of this combined ABM is converted into a measurement signal by an appropriate method to measure the amount of glucose. When the amount of glucose is measured by the biochemical sample detection method according to the present invention, since the amount of glucose is measured by an indirect method using competitive binding, the signal sensitivity may be increased as compared with the case where the glucose is directly bound to the sensor surface. Can be.
또한, 본 발명에 따른 바이오센서는 ABM으로 통상적으로 쓰이는 단백질을 센서 표면에 고정화하지 않는다. 따라서, 센서 표면을 쉽게 세척하여 사용할 수 있어 바이오센서의 재사용성이 매우 우수하며, 생화학 시료를 안정적으로 간편하게 측정할 수 있다. 또한, ABM의 양을 조절함으로써 측정 대상인 생화학 시료의 측정 범위를 간편하게 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 바이오센서를 광섬유 센서로서 구현할 경우 체내 이식용 연속 혈당 측정이 가능하다.In addition, the biosensor according to the present invention does not immobilize proteins commonly used as ABM on the sensor surface. Therefore, the surface of the sensor can be easily washed and used, so the reusability of the biosensor is very excellent, and the biochemical sample can be stably and simply measured. In addition, by adjusting the amount of ABM, the measurement range of the biochemical sample to be measured can be easily adjusted. When the biosensor according to the present invention is implemented as an optical fiber sensor, continuous blood glucose measurement for implantation in the body is possible.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0085038A KR100467315B1 (en) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | Biosensor using competitive binding, and kit and method for detecting glucose using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0085038A KR100467315B1 (en) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | Biosensor using competitive binding, and kit and method for detecting glucose using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030055483A true KR20030055483A (en) | 2003-07-04 |
| KR100467315B1 KR100467315B1 (en) | 2005-01-24 |
Family
ID=32213398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0085038A KR100467315B1 (en) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | Biosensor using competitive binding, and kit and method for detecting glucose using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100467315B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100729668B1 (en) * | 2005-08-27 | 2007-06-18 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Chip for the detection of polychlorinated biphenyl using surface plasmon resonance measurements |
| KR100860267B1 (en) * | 2007-01-26 | 2008-09-25 | 충북대학교 산학협력단 | Surface Plasmon Resonance Sensing System |
| WO2015178729A1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-11-26 | 주식회사 나노엔텍 | Novel method for detecting detection object in sample, and detection kit using same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101454278B1 (en) | 2012-07-10 | 2014-10-27 | 고려대학교 산학협력단 | Needle-type biosensor for continuous glucose monitoring |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0901630B1 (en) * | 1996-05-23 | 2003-08-20 | Inverness Medical Switzerland GmbH | Improvements in or relating to specific binding assays |
| US5776785A (en) * | 1996-12-30 | 1998-07-07 | Diagnostic Products Corporation | Method and apparatus for immunoassay using fluorescent induced surface plasma emission |
-
2001
- 2001-12-26 KR KR10-2001-0085038A patent/KR100467315B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100729668B1 (en) * | 2005-08-27 | 2007-06-18 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Chip for the detection of polychlorinated biphenyl using surface plasmon resonance measurements |
| KR100860267B1 (en) * | 2007-01-26 | 2008-09-25 | 충북대학교 산학협력단 | Surface Plasmon Resonance Sensing System |
| WO2015178729A1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-11-26 | 주식회사 나노엔텍 | Novel method for detecting detection object in sample, and detection kit using same |
| CN106460056A (en) * | 2014-05-23 | 2017-02-22 | 纳诺恩科技有限公司 | Novel method for detecting detection object in sample, and detection kit using same |
| US10495633B2 (en) | 2014-05-23 | 2019-12-03 | Nanoentek, Inc. | Method for detecting detection object in sample, and detection kit using same |
| CN106460056B (en) * | 2014-05-23 | 2020-11-17 | 纳诺恩科技有限公司 | Method for detecting object to be detected in sample and detection kit using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100467315B1 (en) | 2005-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lobry et al. | Non-enzymatic D-glucose plasmonic optical fiber grating biosensor | |
| Kumar et al. | Recent optical sensing technologies for the detection of various biomolecules | |
| Sanders et al. | An enhanced LSPR fiber-optic nanoprobe for ultrasensitive detection of protein biomarkers | |
| US8476007B2 (en) | Optical fiber probe | |
| Ladd et al. | Label-free detection of cancer biomarker candidates using surface plasmon resonance imaging | |
| Chiang et al. | Fiber-optic particle plasmon resonance sensor for detection of interleukin-1β in synovial fluids | |
| US20090116020A1 (en) | Biosensor, method for producing the same and sensor measurement system | |
| Harpaz et al. | Functionalized silicon dioxide self-referenced plasmonic chip as point-of-care biosensor for stroke biomarkers NT-proBNP and S100β | |
| Çalışır et al. | HbA1c detection via high-sensitive boronate based surface plasmon resonance sensor | |
| JP2009210569A (en) | Surface plasmon resonance sensor chip | |
| EP3350117B1 (en) | End-cap suitable for optical fiber devices and nanoplasmonic sensors | |
| AU670099B2 (en) | Sensor for optical assay | |
| Huo et al. | Recent advances in surface plasmon resonance imaging and biological applications | |
| Amouzadeh Tabrizi et al. | An optical biosensor for the determination of cathepsin B as a cancer-associated enzyme using nanoporous anodic alumina modified with human serum albumin-thionine | |
| Chen et al. | Near-infrared surface plasmon resonance sensor with a graphene-gold surface architecture for ultra-sensitive biodetection | |
| KR100467315B1 (en) | Biosensor using competitive binding, and kit and method for detecting glucose using the same | |
| CN1421699A (en) | Surface plasma resonance biosensor for detecting several biological signals parallelly | |
| Baldini et al. | Optical chemical and biochemical sensors: new trends | |
| Zhang et al. | A lipase-conjugated carbon nanotube fiber-optic SPR sensor for sensitive and specific detection of tributyrin | |
| Squillante | Applications of fiber-optic evanescent wave spectroscopy | |
| Arima et al. | Surface plasmon resonance and surface plasmon field-enhanced fluorescence spectroscopy for sensitive detection of tumor markers | |
| JP7177913B2 (en) | High-sensitivity biosensor chip, measurement system, and measurement method using high-extinction-coefficient marker and dielectric substrate | |
| Vo-Dinh | Biosensors for medical applications | |
| Sun et al. | Sensitivity enhancement of surface plasmon resonance immunosensing by antibody–antigen coupling | |
| Zhang et al. | Dual-tapered optical fiber structure-based LSPR sensor for cholesterol detection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20090102 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |