KR20080020636A

KR20080020636A - 바이오센서

Info

Publication number: KR20080020636A
Application number: KR1020077029970A
Authority: KR
Inventors: 에리코 야마니시; 히로유키 도쿠나가; 아키히사 히가시하라
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-03-05
Also published as: KR100951741B1; WO2006137549A1; CN101208598B; CN101208598A; US20110036713A1; CA2613254C; JP4501793B2; EP1903334A4; CA2613254A1; EP1903334A1; EP1903334B1; US20100078322A1; US8007645B2; JP2007003361A; US8038860B2

Abstract

시료액의 공급을 정확하고 용이하게 행할 수 있는 우수한 바이오센서를 제공한다. 시료액을 채취할 수 있는 캐필러리(7)를 구비하여, 시료액중의 특정 물질을 측정하는 바이오센서로서, 공기 구멍(9) 이외에 적어도 두개의 공급구인, 검체 공급구(13)와 보조 검체 공급구(14)를 구비하며, 어느 공급구(13, 14)에 의해서도 검체 공급을 행할 수 있도록 하였다. 한쪽 검체 공급구(13)가 손가락끝 등으로 막혀, 시료액의 공급이 중지한 경우에도, 다른 한쪽의 보조 검체 공급구(14)로부터 신속히 검체를 공급할 수 있다.

Description

바이오센서{BIOSENSOR}

본 발명은 시료액 중의 특정한 성분을 분석하는 바이오센서에 관한 것으로, 특히, 미소량의 시료액을 모세관 현상에 의해 소형의 시험편에 채취하여 분석하는 바이오센서에 관한 것이다.

바이오센서란, 미생물, 효소, 항체, DNA, RNA 등의 생물 재료의 분자 인식 능력을 이용하여, 생물 재료를 분자 식별 소자로서 응용한, 시료액중 기질 함유량의 정량을 행하는 센서이다. 즉, 생물 재료가 목적의 기질을 인식한 때에 일어나는 반응, 예컨대, 미생물의 호흡에 의한 산소의 소비, 효소 반응, 발광 등을 이용하여, 시료액 중에 포함되는 기질을 정량하는 것이다. 그리고, 각종 바이오센서 중에서도 효소 센서의 실용화가 진행되고 있고, 예컨대, 글루코오스, 젖산, 콜레스테롤, 아미노산용의 바이오센서인 효소 센서는, 의료 계측이나 식품 공업에 이용되고 있다. 이 효소 센서는, 예컨대, 검체(檢體)인 시료액에 포함되는 기질과, 효소 등과의 반응에 의해 생성되는 전자에 의해 전자 전달체를 환원시키며, 측정 장치가 이 전자 전달체의 환원량을 전기화학적으로 계측함으로써, 검체의 정량 분석을 행 하도록 되어 있다.

이러한 바이오센서의 구조에 대하여, 여러가지 형태의 것이 제안되어 있다. 예컨대, 간편하게 혈당값을 측정할 수 있도록 한 것으로서, 한 쌍의 전극과, 시약층을 형성한 제 1 절연성 기판 상에, 스페이서를 사이에 두고 제 2 절연성 기판을 접합시키고, 이 두 절연성 기판의 사이에 시료액을 채취할 수 있는 캐필러리(capillary)를 구성한 바이오센서가 있다. 그 캐필러리에는, 양 기판의 단면으로 개구하는 검체 공급구로부터, 인체를 바늘로 찔러 얻어지는 혈액이 모세관 현상에 의해 도입되도록 구성되어 있다.

이러한 바이오센서에 있어서는, 혈액을 검체 공급구에 점착시킬 때의 바이오센서의 각도에 따라서, 혈액이 캐필러리로 잘 도입되지 않는 경우가 있고, 잘못해서 절연성 기판의 외표면에 혈액이 부착하거나 하는 일이 있었다. 이러한 경우, 재차 혈액을 공급하려고 해도 외표면에 부착된 혈액이 방해가 되어 혈액의 캐필러리내로의 공급이 잘 이루어지지 않아, 측정 미스나 측정 오차를 유발한다고 하는 문제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해, 본건 발명자 등은, 검체 공급구를 구성하는 양 기판의 단부를, 그 평면에서 보아서 서로 다른 형상으로 하여, 혈액을 점착할 때의 바이오센서의 각도에 좌우되지 않고, 언제나 캐필러리내로 혈액이 잘 도입될 수 있도록 한 바이오센서를 제안하였다(특허문헌 1 참조).

이 특허문헌 1에 있어서의 바이오센서의 분해 사시도 및 단면도를 도 8에 나타내었다. 도 8에 있어서, 1은 제 1 절연성 기판이고, 이 제 1 절연성 기판(1) 상 에는 전기 전도성 물질로 이루어지는 측정 전극(2), 대향 전극(3), 및 검지 전극(4)이 형성되어 있다.

이 종래의 바이오센서(800)는, 제 1 절연 기판(1), 스페이서(6), 및 제 2 절연 기판(8)을 접합하여 형성되어 있고, 또한, 스페이서(6)에 절결부가 존재하는 것에 의해 캐필러리(7)가 형성되어 있다. 이 캐필러리(7)는 접합에 의해 형성된 검체 공급구(13)와, 절연 기판(1)에 마련된 공기 구멍(9)에 의해 캐필러리(7)의 전단측으로부터 내부로 검체 시료가 도입된다.

또한, 상기 캐필러리(7) 내부에는, 제 1 절연 기판(1) 상에 형성된 측정 전극(2), 대향 전극(3), 검지 전극(4)이 노출되어 있고, 이들 전극에 겹치는 위치에 시약층(5)이 형성되어 있다.

이 바이오센서는, 혈액의 도입 전에, 전극의 리드(10,11,12)와 접속하는 단자를 갖는 측정기(도시하지 않음)에 삽입되고, 혈액 도입 후에, 측정 전극(2)과, 대향 전극(3) 사이에서, 혈액과 시약간에 반응함에 따른 전기적 특성의 변화를 검지하는 것에 의해 글루코오스 농도를 측정하는 것이다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제 2002-168821 호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

그런데, 최근의 혈당 측정에 있어서는, 당뇨병 환자의 고통을 조금이라도 경감하기 위해서, 혈액의 채취량을 보다 미량으로 하는 것이 요망되고 있다. 이 때문에, 혈액을 채취하는 캐필러리의 크기나 검체 공급구의 크기를 더욱 작게 한 바이오센서의 개발이 진행되고 있다.

그러나, 상기 종래의 바이오센서에서 보다 소형화를 진행시키면, 손가락끝과 같은 변형 가능한 물체를 가압 밀착하면, 쉽사리 검체 공급구가 막혀 버린다는 문제가 있었다.

도 9는, 종래의 바이오센서에 있어서 혈액이 흡인되는 상태를 나타낸다.

여기서, 도 9(a)에 도시하는 바와 같이 손가락끝으로 검체 공급구(13)가 막히면, 혈액의 공급은 차단되어, 혈액이 캐필러리(7)에 완전히 채워지지 않고, 도중에서 멈춘다. 그렇게 되면, 검체량 부족으로 되어, 측정 불능으로 되거나, 잘못된 결과를 표시하거나 해 버린다. 또한, 일단 손가락으로 검체 공급구(13)를 막아 버린 후에, 도 9(b)에 도시하는 바와 같이 손가락을 가볍게 떼어 캐필러리내에 혈액을 완전히 채웠다고 해도, 최초에 도입된 혈액에 의한 시약층의 용해의 차가 발생하여, 측정 편차가 발생하기 때문에, 정확히 측정할 수가 없다는 문제가 있었다.

여기서, 제 1 절연성 기판과, 제 2 절연성 기판과의 형상의 차를 더욱 크게하여, 손가락끝이 검체 공급구를 막지 않도록 하는 것도 생각되지만, 이것은 현실적이지 않다. 왜냐하면, 형상의 차를 지나치게 크게 하면, 캐필러리의 내부뿐만 아니라, 캐필러리 밖에 뭍는 혈액도 증가하고, 오히려 많은 혈액이 필요하게 되어 버리기 때문이다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 적은 시료액으로도, 이것을 확실히 캐필러리에 채취할 수 있는 구조를 갖는 바이오센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기한 종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 바이오센서는, 제 1 절연성 기판과, 제 2 절연성 기판을 접합시켜 이루어지되, 이들 두 절연성 기판의 접합에 의해 형성되는, 상기 양 기판의 한쪽 단부면에서 개구하고 시료액이 점착되는 검체 공급구와, 상기 검체 공급구와 연통하고 상기 점착된 시료액이 모세관 현상에 의해 도입되는 캐필러리(capillary)와, 상기 캐필러리의 다른쪽 단부에 위치하는 상기 캐필러리의 외기와 연통하는 공기 구멍을 갖는 바이오센서로서, 상기 캐필러리와 연통하고 상기 검체 공급구에 점착된 시료액이 상기 캐필러리로 도입되는 것을 보조하는 보조 검체 공급구가, 상기 검체 공급구의 근방에, 적어도 하나 이상마련되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 보조 검체 공급구는, 상기 검체 공급구와의 사이에, 상기 절연성 기판의 일부를 남기도록 하여 관통하는 관통공이, 상기 제 1 절연성 기판 또는 제 2 절연성 기판에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 제 1 절연성 기판과, 상기 제 2 절연성 기판과의 사이에, 상기 검체 공급구, 보조 검체 공급구 및 상기 캐필러리의 각각으로 되는 절결 홈이 각각 형성된 스페이서를 배치하고, 상기 보조 검체 공급구가 상기 양 기판의 단면에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

발명의 효과

본 발명에 따른 바이오센서에 의하면, 특히 캐필러리 구조를 갖고, 미소 검체량으로 측정을 행하는 바이오센서에 있어서, 상기한 바와 같은 구성으로 한 것에 의해, 피검자의 손가락끝이나, 어깨부분 또는 복부 등의 탄력이 있는 피부에 의해서 검체 공급구가 막혔다고 해도, 보조 검체 공급구로부터 캐필러리내로 시료액이 확실히 흡인될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 바이오센서(100)의 분해 사시도 및 단면도이,

도 2는 상기 실시예 1의 다른 예에 따른 바이오센서(200)의 분해 사시도 및 단면도,

도 3은 상기 실시예 1의 또 다른 예에 따른 바이오센서(300)의 분해 사시도 및 단면도,

도 4는 상기 실시예 1의 또 다른 예에 따른 바이오센서(400)의 분해 사시도 및 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 바이오센서(500)의 분해 사시도 및 단면도,

도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 바이오센서(600)의 분해 사시도 및 단면도,

도 7은 본 발명의 비교예를 나타내는 바이오센서(700)의 분해 사시도 및 단면도,

도 8은 종래의 바이오센서(800)의 분해 사시도 및 단면도,

도 9는 종래의 바이오센서(800)에 있어서 혈액이 흡인되는 상태를 나타내는 단면도,

도 10은 본 발명의 실시예 1의 바이오센서(100)에 있어서 혈액이 흡인되는 상태를 나타내는 단면도이다.

부호의 설명

100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 : 바이오센서

1 : 제 1 절연성 기판 2 : 측정 전극

3 : 대향 전극 4 : 검지 전극

5 : 시약층 6 : 스페이서

7 : 캐필러리 8 : 제 2 절연성 기판

9 : 공기 구멍 10, 11, 12 : 리드부

13 : 검체 공급구 14 : 보조 검체 공급구

15 : 절결부(notch) 16 : 혈액

17 : 손가락끝

이하에, 본 발명에 따른 바이오센서의 실시예를 혈당값 센서를 예로 들어 도면을 참조해서 상세히 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 바이오센서(100)의 분해 사시도 및 단면도이다.

도 1에 도시되는 본 실시예 1의 바이오센서(100)에 있어서, 1은 전단 부근이 대략 반원 형상으로 형성되고, 이것에 계속하여 후단에 이르기까지는 직사각형 형상으로 형성되어 있는 제 1 절연성 기판이며, 이 제 1 절연성 기판(1) 상에는, 전기전도성 물질로 이루어지는 측정 전극(2), 대향 전극(3), 및 검지 전극(4)이 형성되어 있다. 또한, 8은 상기 제 1 절연성 기판(1)과 동일한 형상으로 형성된 제 2 절연성 기판, 6은 상기 제 1 절연성 기판(1)과, 상기 제 2 절연성 기판(8)과의 사이에 배치되는, 해당 양 절연성 기판과 대략 동일한 형상의 스페이서, 7은 해당 스페이서의 전단 부근에 그 스페이서의 길이 방향으로 대략 직사각형 오목부를 형성하 도록 형성된 캐필러리이다.

그리고, 본 바이오센서(100)는, 제 1 절연 기판(1), 스페이서(6), 및 제 2 절연 기판(8)을 접합하여 형성되어 있고, 스페이서(6)에 상기한 것과 같은 절결부가 존재하는 것에 의해 캐필러리(7)가 형성되어 있다. 이 캐필러리(7)는, 접합에 의해 형성된 검체 공급구(13)와, 상기 제 1 절연성 기판(1)에 상기 캐필러리(7)의 후단 부근에 대응하는 위치에 마련된 공기 구멍(9)에 의해 내부로 검체 시료가 도 입된다.

또한, 10,11,12는 상기 제 1 절연성 기판(1) 상에 형성된 상기 측정 전극(2), 대향 전극(3), 검지 전극(4)의 상기 제 1 절연성 기판(1)의 후단 근방의 부분으로서 해당 각 전극(2,3,4)의 리드이며, 13은 상기 스페서(6)의 캐필러리(7)의 앞 쪽 공간 부분이, 상하의 상기 제 1, 제 2 절연성 기판(1,8) 사이에 끼워 형성되는 검체 공급구이다.

또한, 상기 캐필러리(7)의 내부에는, 제 1 절연 기판(1) 상에 형성된 측정 전극(2), 대향 전극(3), 검지 전극(4)이 노출되어 있고, 이들 전극에 겹치는 위치에 시약층(5)이 형성되어 있다.

본 실시예 1에 따른 바이오센서(100)에 의해 측정을 행할 때는, 상기 각 전극(2,3,4)의 리드(10,11,12)와 접속하는 단자를 갖는 측정기(도시하지 않음)에 대하여, 해당 바이오센서(100)를 삽입한 상태에서, 상기 측정 전극(2)과, 상기 대향 전극(3) 사이의 전기적 특성의 변화를 검지하고, 이것으로부터, 검체 시료의 특성을 분석하는 것이다.

또, 여기서 말하는 검지 전극(4)은 검체량의 부족을 검지하기 위한 전극으로서 기능하는 것이지만, 참조 전극, 혹은 대향 전극의 일부로서 이용하는 것도 가능하다.

또한, 도 1에서는 제 1 절연성 기판(1) 상에 상기 각 전극(2,3,4)이 배치된 것을 나타내고 있지만, 이들 전극은 제 1 절연성 기판(1) 위뿐 아니라, 대향하는 제 2 절연성 기판(8) 상에 분할되어 배치되어 있더라도 좋다.

여기서, 바람직한 제 1 절연성 기판(1), 스페이서(6), 및 제 2 절연성 기판(8)의 재료로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등이 있다. 기판의 두께는, 제 1 절연성 기판, 제 2 절연성 기판 모두, 예컨대, 0.1∼5.0㎜의 것을 이용할 수 있다.

또한, 각 전극(2,3,4)을 구성하는 전기전도성 물질로서는, 금, 백금, 팔라듐 등의 귀금속이나, 카본 등의 단체(單體) 재료, 혹은 카본 페이스트나, 귀금속 페이스트 등의 복합재료가 포함된다. 전자의 경우는 스퍼터링법 등으로, 또한 후자의 경우는 스크린인쇄법 등을 이용하여, 용이하게 전기전도성 층을 제 1 절연성 기판(1) 혹은 제 2 절연성 기판(8) 상에 형성할 수 있다.

또한, 각 전극의 형성에 있어서는, 상술한 스퍼터링법이나 스크린인쇄법 등에 의해, 제 1 절연성 기판(1) 혹은 제 2 절연성 기판(8)의 전면 또는 일부에, 전기전도성 층을 형성한 뒤, 레이저 등을 이용하여 슬릿을 마련하는 것에 의해, 전극을 분할 형성할 수 있다. 또한, 미리 전극 패턴이 형성된 인쇄판이나, 마스크판을 이용한 스크린인쇄법이나, 스퍼터링법 등이라도, 마찬가지로 전극을 형성하는 것이 가능하다.

이렇게 하여 형성된 전극(2,3,4) 상에는, 효소, 전자 전달체, 및 친수성 고분자 등을 포함하는 시약층(5)이 형성되어 있다. 여기서, 효소로서는, 글루코오스 옥시다아제, 락테이트옥시다아제, 콜레스테롤옥시다아제, 콜레스테롤에스테라아제, 우리카아제, 아스코르빈산옥시다아제, 비리루빈옥시다아제, 글루코오스 디히드로제나아제, 락테이트디히드로제나아제 등을, 전자 전달체로서는, 훼리시안화칼륨 이외 에도, p-벤조 퀴논 및 그 유도체, 페나진메트살페트, 메틸렌블루, 펠로센, 및 그 유도체 등을 이용할 수 있다.

또한, 친수성 고분자로서는, 카르복시메틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 에틸히드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸에틸 셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리리신 등의 폴리아미노산, 폴리스티렌설폰산, 젤라틴 및 그 유도체, 아크릴산 및 그 염, 아가로스 겔 및 그 유도체 등을 이용할 수 있다.

다음으로, 제 1 절연성 기판(1)과, 제 2 절연성 기판(8)을, 스페이서(6)를 사이에 두고 접합하는 것에 의해, 혈액이 공급되는 캐필러리(7)를 형성한다. 캐필러리(7)의 혈액이 공급되는 검체 공급구(13)는 제 1 절연성 기판(1)과, 제 2 절연성 기판(8)의 단면으로 개구된다.

본 실시예 1에서, 스페이서(6)의 두께는 0.025∼0.5㎜, 캐필러리(7)의 폭은 0.1∼10㎜으로 할 수 있고, 캐필러리(7)의 체적은 0.1∼5μL 로 할 수 있다.

여기서, 본 실시예 1에서의 특징적인 구성은, 캐필러리(7) 상의 제 2 절연성 기판(8)을 관통하는 보조 검체 공급구(14)를 마련한 것이다. 이 보조 검체 공급구(14)를 제 2 절연성 기판(8)에 형성한 뒤, 그 제 2 절연성 기판(8)을 상술한 제 1 절연성 기판(1) 및 스페이서(6)와 접합을 행하여 바이오센서를 완성한다.

이 보조 검체 공급구(14)를 설치함으로써, 혈액의 점착시에 손가락끝에서 검체 공급구(13)가 막혀, 검체 공급구(13)로부터의 혈액의 공급이 차단된 경우에도, 도 10에 도시하는 바와 같이 제 2 절연성 기판(8)상에 마련한 보조 검체 공급 구(14)로부터 혈액을 캐필러리(7)에 도입하는 것이 가능하게 되어, 캐필러리(7)내를 혈액으로 완전히 채울 수 있다.

이 보조 검체 공급구(14)는, 시료액의 공급시에, 시료액이 항시 부착되는 위치에 마련하는 것이 바람직하다. 이하, 보조 검체 공급구(14)를 마련하는 위치, 크기, 형상, 개수 등에 대하여 설명한다.

검체 공급구(13)와 보조 검체 공급구(14) 사이의 거리, 즉, 도 l의 단면도로 나타내는 A의 크기는 적어도 0.05∼5.0㎜가 바람직하다. 상기 거리가 0.05㎜ 이하인 경우, 두개의 공급구가 연결되어, 보조 검체 공급구로서의 효과가 경감될 가능성이 있어 바람직하지 못하다. 또한, 혈액량을 더욱 미량화하는 것이 요망되고 있는 최근의 바이오센서에 있어서는, 5.0㎜ 이상인 경우, 검체 공급시에 검체가 검체 공급구(13)와 보조 검체 공급구(14)에 동시에 부착하는 것이 어렵게 되기 때문에 바람직하지 못하다.

이 보조 검체 공급구(14)의 면적은 O.O1∼3.0㎟인 것이 바람직하다. O.01㎟ 이하의 면적인 경우, 보조 검체 공급구로서 시료액을 흡인하기 위한 능력이 부족하고, 공급 속도가 느려지거나, 도중에서 멈추거나 할 우려가 있어, 바람직하지 못하다. 3 O㎟ 이상인 경우, 캐필러리를 크게 설정해야 하고, 검체량의 증가로 이어져 현실적이지 않다.

또한, 보조 검체 공급구(14)의 가공은 레이저로 가공하는 것이 바람직하다. 공급구를 가공하기 위해서는, 프레스컷트, 다이컷트, 톰슨컷트 등도 생각되지만, 그 중에서도 미세가공이 가능한 레이저 가공의 방법이 바람직하다.

이 보조 검체 공급구(14)는 제 2 절연성 기판(8) 상에 마련되어 있지만, 복수개 마련하더라도 양호한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 그 형상도, 원, 타원, 선, 직사각형, 삼각형 등, 상기 조건을 만족할 수 있으면, 형태는 제한되지 않는다.

또한, 이 보조 검체 공급구(14)는 제 2 절연성 기판(8) 상에 마련되어 있지만, 제 1 절연성 기판(1) 상에 마련하더라도 좋다. 또 이 때의 보조 검체 공급구(14)의 위치, 형상, 크기는 상술한 설명에 따른다.

또한, 도 1에 도시되는 실시예 1의 바이오센서(100)의 형상에 한하지 않고, 도 2, 도 3과 같은 실시예 1의 다른 예, 실시예 1의 또 다른 예의 형상이라도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

즉, 도 2의 실시예 1의 다른 예의 바이오센서(200)는 복수의 보조 검체 공급구(14a, 14b)를 갖는 것이다.

또한, 도 3의 실시예 1의 또한 다른 예의 바이오센서(300)는 형상이 직사각형인 보조 검체 공급구(14)를 갖는 것이다.

또한, 도 4는 본 발명의 실시예 1의 또 다른 예에 따른 바이오센서(400)를 나타내는 것으로, 이 바이오센서(400)는 캐필러리(7)를 형성하는 제 1 절연성 기판(1)과, 제 2 절연성 기판(8)이 그 평면에서 본 단부가 서로 다른 위치에 위치하도록, 어긋나게 접합되어 있는 것이다.

즉, 도 4에서는 제 2 절연성 기판(8)과 스페이서(6)를, 제 1 절연성 기판(1)에 대하여, 입구 방향으로 0.1∼1.0㎜ 돌출시켜 배치하고 있다.

이들 도 2, 도 3, 도 4의 바이오센서(200,300,400)에서도, 상기 도 1의 실시 예 1의 바이오센서(100)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 캐필러리(7) 내부에, 시료액중의 특정 물질을 전기화학적으로 분석하기 위한 전극(2,3,4)과, 시약층(5)이 마련되어 있는 경우, 도 4에 도시하는 바와 같이 이들 전극(2,3,4)과 시약층(5)은 상기 제 1 절연성 기판(1)의, 상기 보조 검체 공급구(14)의 바로 아래에 대응하는 위치에는 마련되지 않는 것이 바람직하다.

이 보조 검체 공급구(14)가 상기 각 전극(2,3,4) 위에 있는 경우에는, 전극상의 시료액이 흩어지기 쉽고, 이것은 응답값의 격차로 이어져 바람직하지 못하기 때문이다.

이들 도 2, 도 3, 도 4의 바이오센서(200,300,400)에서도, 상기 도 1의 실시예 1의 바이오센서(100)와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 상술한 모든 바이오센서(100,200,300,400)에서, 캐필러리(7) 내벽의 전체 또는 일부에, 계면 활성 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 계면 활성 처리가 실시되어 있음으로써 검체 공급구의 면적이 작은 경우에도, 시료액을 신속히 흡인할 수 있다.

또한, 보조 검체 공급구(14)의 내측, 캐필러리 내벽 전체, 또는 캐필러리 내벽에 있어서의 보조 검체 공급구의 주변에, 계면 활성 처리를 실시하고 있는 것이 바람직하다.

보조 검체 공급구(14)의 내측, 또는 캐필러리 내벽에 계면 활성 처리를 실시함으로써 시료액이 보조 검체 공급구(14)에 닿는 즉시, 신속히 시료액의 흡인이 시작되기 때문에, 손가락끝 등으로 공급구가 막히기 전에, 캐필러리내에 시료액이 채 워지기 쉽게 된다.

여기서, 계면 활성 처리는, 비(非)이온계, 카치온계, 아니온계, 양(兩)이온계의 계면 활성제의 도포공정, 코로나 방전 처리, 물리적으로 표면에 미세한 요철을 마련하는 것 등으로 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예 1에 따른 바이오센서에 의하면, 시료액을 공급중에, 검체 공급구(13)가 막힌 경우에도, 보조 검체 공급구(14)로부터 시료액이 신속히 공급되어, 정확하고 용이하게 캐필러리(7)내로 시료액을 흡인시킬 수 있다.

(실시예 2)

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 바이오센서(500)의 분해 사시도 및 단면도이다.

도 5에 도시되는 본 발명의 실시예 2의 바이오센서(500)에서는, 보조 검체 공급구(14)가 제 1 절연성 기판(1)과 제 2 절연성 기판(8)의 양쪽에 마련되어 있다.

이와 같이, 2개의 절연성 기판(1,8)의 각각에 보조 검체 공급구(14)를 마련함으로써 검체가 경사진 각도로부터 점착된 경우에도, 확실히 검체를 스페이서(6) 내부에 흡인하는 것이 가능하다.

또, 보조 검체 공급구(14)는 실시예 1과 같이 각각 복수개 마련하더라도 양호한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 그 형상도 원, 타원, 선, 직사각형, 삼각형 등이 가능하고, 제한되지 않는다.

(실시예 3)

도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 바이오센서(600)의 분해 사시도 및 단면도이다.

도 6에 도시되는 실시예 3의 바이오센서(600)에서는, 캐필러리(7)가 선단 부근에서 Y자 형상으로 분기하고 그 한쪽이 검체 공급구(13)로 되고, 그 다른쪽이 보조검체 공급구(14)로 되어 있다.

본 실시예 3에서는, 스페이서(6)에 검체 공급구를 2개 마련함으로써, 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 또한, 검체 공급구(13), 보조 검체 공급구(14)를 한번에 스페이서(6)에 가공할 수 있기 때문에 센서 제작시의 가공 회수를 감소시키는 것이 가능하다.

본 발명의 보다 구체적인 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

이하의 구성으로 이루어지는 바이오센서를 일례로서 이용했다.

폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 제 1 절연성 기판상에 스퍼터링법에 의해, 절연성 기판의 표면 전체에 약 8nm 두께의 팔라듐 박막을 형성한 뒤, YAG 레이저에 의해 상기 박막의 일부에 슬릿을 마련하는 것에 의해, 측정 전극, 대향 전극 및 검지 전극으로 전극을 분할 형성했다.

그 위에, 효소로서 글루코오스 디히드로제나아제, 전자 전달체로서 훼리시안화칼륨 등을 포함한 수용액을, 상기 측정 전극을 중심으로 하여, 대향 전극 및 검 지 전극의 일부를 피복하도록 원형상으로 적하(滴下)하여 건조시킴으로써 시약층을 형성했다.

또한, 그 위로부터 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 스페이서와, 마찬가지로 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 제 2 절연성 기판을 접합했다.

제 2 절연성 기판에는 미리 검체 공급구쪽의 면에 계면 활성 처리를 실시하고, 공기 구멍을 형성함과 동시에, 검체 공급구와의 거리가 0.2㎜인 위치에 보조 검체 공급구를 마련하고 있다.

이것을 접합함으로써 혈액이 인도되는 모세관으로 되는 캐필러리를 갖는, 도 1에 나타내는 것과 동일한 구성의 바이오센서를 형성했다.

또, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 도 8에 도시되는 종래의 바이오센서(800) 등((1)), 도 1에 도시되는 본 실시예 1의 바이오센서(100)로서, 보조 검체 공급구(14)의 개구 면적이 각각, O.OO5㎟, O.O1O㎟, O.O3O㎟, 0.10O㎟의 것((2), (3), (4), (5)), 도 2에 도시되는 본 실시예 1의 다른 바이오센서(200)로서, 보조 검체 공급구(14)의 개수가 각각, 2개(면적은 0.003㎟), 2개(면적은 0.050㎟), 4개(면적은 0.O1㎟), 9개(면적은 O.O1㎟)의 것((6), (7), (8), (9)), 도 3에 도시되는 실시예 1의 또 다른 예의 바이오센서(300)로서, 보조 검체 흡인구(14)의 형태가 직사각형인 것((10)), 도 5에 도시되는 실시예 2의 바이오센서(500)로서, 제 1 절연성 기판(1)과 제 2 절연성 기판(8)의 양쪽에 보조 검체 공급구(14)를 마련한 것((11)), 제 1 절연성 기판 상에 보조 검체 공급구를 마련한 것((12)), 도 6에 도시되는 실시예 3의 바이오센서(600)로서, 캐필러리(7)가 Y자 형상인 것((13)), 도 7에 도시되는 비교용 센서로서의 바이오센서(700)로서, 제 2 절연성 기판(8)의 선단에 홈 형상의 슬릿(15)을 형성하고 있고, 검체 공급구(13)와 그 슬릿(15)에 의해 형성되는 보조 검체 공급구가 연결되어 있는 것((14))의 총 14 종류의 센서를 제작했다.

그리고, 손가락끝 상에 본 실시예의 바이오센서의 검체 공급구를 완전히 채우는 데 충분한 량 2μL의 혈액을 내어, 검체 공급구에 손가락을 가압 밀착시켜 검체 공급구가 막힌 경우의 혈액의 흡인 상태를 확인했다.

(표 1)은 그 시험 결과를 나타내는 것이다.

(표 1)로부터 분명한 바와 같이, 보조 검체 공급구를 갖지 않는 종래의 바이오센서는 검체 공급구에 손가락을 가압 밀착하면, 모든 결과에서 흡인이 멈추었다. 이것은 손가락끝과 같은 부드러운 것을 가압 밀착함으로써 검체 공급구가 막혀서, 시료액을 공급할 수 없게 되었기 때문이다.

또한, 보조 검체구의 면적이 O.OO5㎟인 경우는, 검체 공급구에 손가락을 거를 가압 밀착하면 흡인이 늦어졌다. 이것은, 보조 검체 공급구의 면적이 작아서 혈액을 캐필러리에 도입하기에는 불충분하다고 추측된다.

보조 검체 공급구의 면적이 O.O1㎟ 이상인 경우는, 손가락을 공급구에 가압 밀착하더라도 빠르게 흡인되었다. 이것은, 검체 공급구가 막혀서 시료액의 공급이 율속(律速)으로 되어도, 보조 검체 공급구로부터 시료액이 신속히 공급되었기 때문이라고 추측된다.

또한, 보조 검체 공급구를 복수 마련한 경우에도 공급구의 면적의 합계가 O.O1㎟ 이상이면, 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 도 7과 같이, 주 검체 공급구와 보조 검체 공급구를 연결시켜 제 2 절연성 기판의 선단에 홈 형상의 슬릿을 형성한 경우는, 주검체 공급구에 손가락을 가압 밀착하면, 홈이 O.O1㎟의 면적이라도, 흡인이 멈추거나 늦어지거나 했다. 이것은, 검체 공급구와 보조 검체 공급구가 연결된 경우, 검체 공급구에 손가락을 가압 밀착하고자 하면, 보조 검체 공급구의 안으로까지 손가락끝이 밀착해 버리기 때문에, 보조 검체 공급구가 제역할을 다하지 못하였기 때문으로 추측된다.

또한, 보조 검체 흡인구의 형태가 직사각형인 것(도 3에 나타냄), 절연 기판(1)과 절연 기판(2)의 양쪽의 위에 보조 검체 공급구를 마련한 것(도 5에 나타냄), 절연 기판(1) 상에 보조 검체 공급구를 마련한 것, 캐필러리가 Y자형인 것(도 6에 나타냄)에 관하여는 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

또, 본 실시예와 같이, 미량 검체로 측정하는 경우, 검체 공급구와 보조 검체 공급구가 5㎜ 이상 떨어져 있으면, 동시에 검체를 접촉시키는 것이 곤란하며, 효과를 얻을 수 없었다.

또한, 보조 검체 공급구의 면적이 3㎟ 이상인 경우도 같은 이유로부터, 보조 검체 공급구 전체에, 검체를 접촉시키기 어렵고, 보조 검체 공급구가 역할을 다 하지 않았다.

본 발명에 따른 바이오센서는, 미소량의 시료액을 캐필러리내에 채취하여 분석을 행하는, 혈당 센서 외에도, 콜레스테롤 센서, 젖산 센서, 알콜 센서, 아미노산센서, 과당 센서, 스쿠로오스 센서 등의 바이오센서에 유용하다. 또한, 분석에 이용하는 시료로서는, 혈액 이외에도, 요, 땀, 타액 등의 외에도, 음료수, 오수 등 액체 시료를 이용할 수 있다.

Claims

제 1 절연성 기판과 제 2 절연성 기판을 서로 접착시켜 이루어지고, 상기 양 절연성 기판이 접합하는 것에 의해 형성되는, 상기 양 기판의 한쪽 단부면에서 개구하고 시료액이 점착되는 검체 공급구와, 상기 검체 공급구와 연통하고 상기 점착된 시료액이 모세관 현상에 의해 도입되는 캐필러리와, 상기 캐필러리의 다른쪽 단부에 위치하는 상기 캐필러리의 외기와 연통하는 공기 구멍을 갖는 바이오센서로서,

상기 캐필러리와 연통하고, 상기 점착된 시료액이 상기 캐필러리로 도입되는 보조 검체 공급구가 상기 검체 공급구의 근방에 적어도 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 보조 검체 공급구는, 상기 검체 공급구와의 사이에, 상기 절연성 기판의 일부를 남기도록 하여 관통하는 관통공이 상기 제 1 절연성 기판 또는 제 2 절연성 기판에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 2 항에 있어서,

상기 보조 검체 공급구는, 제 1 절연성 기판 및 제 2 절연성 기판의 양쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 절연성 기판과 상기 제 2 절연성 기판의 사이에, 상기 검체 공급구, 상기 보조 검체 공급구, 및 상기 캐필러리의 각각으로 되는 절결 홈이 각각 형성된 스페이서를 배치하고,

상기 보조 검체 공급구는 상기 양 기판의 단면에 형성되어 이루어지는 것

을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 이상의 보조 검체 공급구의 개구 면적의 합계가 O.O1㎟∼3㎟인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 검체 공급구와 상기 보조 검체 공급구간의 거리가 0.05∼5㎜인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 2 항에 있어서,

상기 보조 검체 공급구를 위한 관통공은 레이저를 이용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 캐필러리에 면하는 상기 제 1 절연성 기판 또는 제 2 절연성 기판의 표면의 적어도 일부에, 계면 활성 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 캐필러리에 면하는 상기 제 1 절연성 기판 또는 상기 제 2 절연성 기판의 표면에, 시료액중의 특정 물질을 전기화학적으로 분석하기 위한 전극 및 시약층이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 9 항에 있어서,

상기 검체 공급구가 형성된 상기 바이오센서의 단부의 위치에서, 상기 제 1 절연성 기판과 상기 제 2 절연성 기판은 상이한 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 10 항에 있어서,

상기 보조 검체 공급구에 대향하는 상기 제 1 또는 제 2 절연성 기판상에는 전극 혹은 시약층이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 보조 검체 공급구의 내벽에 계면 활성 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오센서.