KR20080098855A - 다중 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오센서 - Google Patents

다중 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오센서 Download PDF

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KR20080098855A
KR20080098855A KR1020070044218A KR20070044218A KR20080098855A KR 20080098855 A KR20080098855 A KR 20080098855A KR 1020070044218 A KR1020070044218 A KR 1020070044218A KR 20070044218 A KR20070044218 A KR 20070044218A KR 20080098855 A KR20080098855 A KR 20080098855A
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Abstract

본 발명은 다중 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오 센서에 관하여 개시한다. 개시된 바이오센서는, 투명한 기판; 상기 기판의 제1면에 배치되며 전기적으로 분리된 복수의 유기전계 발광소자; 상기 복수의 유기전계 발광소자를 밀봉하는 봉지부; 및 상기 기판 상에 배치되는 시료로부터의 광을 수광하는 포토 디텍터;를 구비하며, 상기 제1면과 마주보는 상기 제2면의 영역에는 상기 시료가 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오센서{Filterless biosensor using multiple OLED light sources}
도 1은 종래의 바이오 센서의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서(100)를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 광원들의 배치의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 광원들의 배치의 다른 예를 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서(200)를 보여주는 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
100,200: 바이오 센서 110,210,260: 기판
120,220: 광원(유기전계 발광소자) 130,230: 시료
140,240: 봉지부 150,250: 포토 디텍터
본 발명은 다중 광원을 이용한 바이오센서에 관한 것이며, 보다 상세하게는 복수의 유기전계 발광소자를 광원으로 한 바이오센서에 관한 것이다.
바이오 센서 또는 바이오 검출시스템은 측정대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적 요소를 사용하거나 생물학적 요소를 모방하는 것을 사용하여 색, 형광, 전기적 신호 등과 같이 인식가능한 신호로 변환하여 주는 장치이다.
바이오 센서는 소비자가 사용하기 편리하게 컴팩트(compact)하게 디자인되고 설계되어 왔으며, 또한 감도를 높이기 위해 연구되어 왔다. 특히, 바이오 센서에서는 검출 물질에 붙여서 포토루미넌스(photo-luminence: PL)를 내는 염료(dye)들이 다양하지만 발광부인 광원이 만들어 내는 스펙트럼의 한계로 실제 사용되는 염료 물질에는 한계가 있었다. 결국, 바이오 검출 시스템에는 염료의 선택폭을 향상시킬 수 있도록 광원의 스펙트럼을 다양하게 만들 수 있어야 한다.
도 1은 종래의 바이오 센서의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 복수의 염료(11)를 배치하고, 상기 기판(10)에 드롭된 시료(미도시), 예컨대 단백질 시료에 대해서 광원(13)으로부터 광을 조사하면, 염료들(11)은 광원(13)으로부터 받은 스펙트럼의 일부를 흡수하여 PL을 만들어내며, 수광부(15) 또는 포토 디텍터는 이러한 PL을 받아서 그 양을 검출한다. 이때 상기 수광부에는 광학 필터(17)가 설치되며, 이 광학필터(17)는 소정의 파장의 PL에 대해서만 그 광의 세기를 수광부(15)에 전달하게 된다.
이러한 종래의 바이오 센서에서는 수광부(15)에서 복수의 광학필터(17)를 사용하게 됨에 따라 그 구조가 복잡해지며, 또한 광학필터(17)로 인한 광의 세기가 줄어들므로 측정 감도가 감소하며, 광의 세기를 증가시키기 위해서는 시료의 양이 증가되는 문제가 발생한다. 이러한 광학필터(17)의 증가 때문에 염료들(11)의 수에 있어서도 한계가 있으며, 따라서 다양한 시료에 대한 측정이 어렵게 된다. 또한 이러한 광학필터(17)의 채용은 바이오 센서의 제조비용을 비싸게 한다.
본 발명의 목적은 광학 필터를 사용하지 않는 수광부와, 다양한 스펙트럼을 낼 수 있는 광원을 사용하며, 또한 광원과 시료를 기판에 인접하게 설치한 컴팩트한 바이오 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광원의 수를 증가시켜서 바이오 검출 대상 물질의 범위를 확장시킨 바이오 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오 센서는: 투명한 기판;
상기 기판의 제1면에 배치되며 전기적으로 분리된 복수의 유기전계 발광소자;
상기 복수의 유기전계 발광소자를 밀봉하는 봉지부; 및
상기 기판 상에 배치되는 시료로부터의 광을 수광하는 포토 디텍터;를 구비하며,
상기 제1면과 마주보는 상기 제2면의 영역에는 상기 시료가 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 센서는 상기 유기전계 발광소자에서 상기 기판과 마주보는 면에 형성된 반사면;을 더 구비할 수 있다.
상기 유기전계 발광소자는 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 파장을 가지는 물질로부터 선택하여 형성된 단층 또는 복층으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 물질은 50~100 nm 의 반치폭(full width at half maximum)을 가지는 스펙트럼을 가진다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 복수의 유기전계 발광소자는 매트릭스 배열로 형성된다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 복수의 유기전계 발광소자는 부채꼴 형상을 가지며, 모여서 원을 형성한다.
본 발명에 따르면, 상기 복수의 유기전계 발광소자는 다각형상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 봉지부는 상기 유기전계 발광소자를 덮는 폴리머 수지일 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광원을 이용한 바이오 센서는:
투명한 제1기판;
상기 제1기판과 나란하게 형성된 제2기판;
상기 제2기판에서 상기 제1기판과 마주보는 면에 배치되며 전기적으로 분리된 복수의 유기전계 발광소자;
상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 공간을 밀봉하는 봉지부; 및
상기 제1기판 상에 배치되는 시료로부터의 광을 수광하는 포토 디텍터;를 구 비하며,
상기 제1기판에서 상기 제2기판과 대향하지 않는 면에는 상기 시료가 배치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 광원을 이용한 바이오 센서를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서(100)를 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 투명한 기판(110)의 제1면(111) 상에 복수의 광원(120)이 배치되어 있다. 그리고 상기 기판(110)의 제2면(112) 상에서 상기 광원들(120)의 영역에 해당하는 위치에는 시료(130)가 드롭된다. 상기 시료는 DNA, 단백질 등이 될 수 있다. 상기 기판(110)은 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
상기 광원(120)은 유기전계 발광소자일 수 있다. 상기 유기전계 발광소자(120)는 각각 미도시된 도선으로 연결되어서 외부로부터 인가되는 전원에 의해 광을 방출한다. 상기 유기전계 발광소자(120)의 하부에는 반사막(122)이 설치된다. 상기 반사막(122)은 상기 유기전계 발광소자(120)로부터의 광을 상기 기판(110)을 통과하게 가이드한다.
상기 기판(110)의 제1면(111) 상에는 상기 유기전계 발광소자(120)를 공기, 수분으로부터 보호하도록 밀봉하는 봉지부(140)가 형성되어 있다. 상기 봉지부(140)는 폴리머 수지, 예컨대 에폭시 수지일 수 있다.
상기 기판(110)의 상방에는 상기 광원(120)으로부터의 광이 상기 시료(130) 에 포함된 염료(미도시)로부터의 포토 루미넌스를 검출하는 포토 디텍터(150)가 설치된다. 상기 포토 디텍터(150)는 포토 다이오드일 수 있다. 상기 포토 디텍터(150)는 상기 광원(120) 및 상기 시료(130)의 상방에 배치될 수 있으며, 하나의 소자로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 광원들의 배치의 일 예를 보여주는 평면도이다. 도 2의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 기판(110)의 제1면(111) 상에는 유기전계 발광소자(120)가 5x5 매트릭스 어레이로 배치되어 있다. 본 발명의 유기전계 발광소자(120)는 잉크젯 프린팅 또는 새도우 메탈 마스크(shadow metal mask)를 이용하여 마이크로미터(micrometer) 스케일의 크기로 제조될 수 있다. 상기 유기전계 발광소자(120)는 각각 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 파장을 내는 층을 단층 또는 복수의 층으로 형성되며, 그 두께 및 도핑 정도에 따라 원하는 스펙트럼을 가진 서로 독립된 모양과 색 조절이 가능하다. 상기 유기전계 발광소자(120)를 형성하는 각각의 물질층은 바람직하게는 50~100 nm 의 반치폭(full width at half maximum)을 가지는 스펙트럼을 가지는 것이 바람직하다.
상기 유기전계 발광소자(120)는 각각 독립적으로 스위칭되어서 켜질 수 있다. 따라서, 25개의 광원(120)은 독립적으로 다른 스펙트럼을 가질 수 있으며, 스위칭을 통해 사전에 각 광원(120)의 위치에는 특정 스펙트럼의 광이 발광하는 지를 알 수 있으며, 따라서 포토 디텍터(150)는 독립적으로 켜진 광원(120)에 대해서 발 생한 PL을 별도로 광학 필터를 사용하지 않아도 구분할 수 있다. 기판(110) 위에 드롭(drop) 형태로 형성된 검출 물질(시료)는 바로 위에 설치된 포토 디텍터(150)에 의해서 PL이 측정될 수 있다. 필요에 따라 감도를 높이기 위해서 동일한 광원을 복수개 배치하여 켜는 것이 가능하다. 측정 시간은 매우 짧기 때문에, 유기전계 발광소자(120)의 문제점인 수명은 문제가 되지 않는다.
본 발명의 바이오 센서(100)는 특정 유기전계 발광소자(120)를 발광시켜서 소정의 스펙트럼 광을 방출하며, 상기 시료(130)에 포함된 염료가 이 광을 받아서 포토 루미넌스를 낸다. 이때, 본 발명의 포토 디텍터(150)은 단지 광의 세기만 검출하여 상기 시료(130)에 포함된 물질을 검출하게 된다. 따라서, 본 발명의 바이오 센서(100)는 이미 알고 있는 특정의 스펙트럼의 광을 방출하므로 시료(130)로부터의 포토 루미넌스에서 특정한 파장의 광을 선별하는 종래의 광학 필터가 필요하지 않아서 감도를 높이는 동시에 단순한 컴팩트한 구조를 가질 수 있다.
도 3에는 사각 형상의 유기전계 발광소자(120)를 도시하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 다각형상일 수도 있다.
도 4는 본 발명의 광원들의 배치의 다른 예를 보여주는 평면도이다.
도 4를 참조하면, 투명한 기판(110)의 제1면(111) 상에는 부채꼴 형상의 복수의 유기전계 발광소자(120)가 원을 형성하고 있다. 본 발명의 유기전계 발광소자(120)는 새도우 메탈 마스크(shadow metal mask)를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 유기전계 발광소자는 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 파장을 내는 층을 단층 또는 복수의 층으로 형성되며, 그 두께 및 도핑 정도에 따라 원하는 스펙트럼을 가진 서로 독립된 모양과 색 조절이 가능하다. 상기 유기전계 발광소자(120)는 각각 독립적으로 스위칭되어서 켜질 수 있다. 따라서, 유기전계 발광소자들(120)은 독립적으로 다른 스펙트럼을 가질 수 있으며, 스위칭을 통해 사전에 각 위치에는 어떤 스펙트럼의 빛이 발광하는 지를 알고 있다면, 독립적으로 켜진 광원에 대해서 발생한 PL은 따로 광학 필터를 사용하지 않아도 구분이 가능해진다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서(200)를 보여주는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 투명한 제1기판(210)과 제2기판(260)은 평행하게 배치되어 있으며, 제2기판(260)에서 상기 제1기판(210)을 대향하는 면에는 복수의 광원(220)이 배치되어 있다. 그리고 상기 제1기판(210)에서 상기 제2기판(260)과 마주보지 않는 면에서 상기 광원(220)과 대응하는 영역 상에는 시료(230)가 드롭된다.
상기 광원(220)은 유기전계 발광소자일 수 있다. 상기 유기전계 발광소자(220)는 각각 미도시된 도선으로 연결되어서 외부로부터 인가되는 전원에 의해 광을 방출한다. 상기 유기전계 발광소자(220)의 하부에는 반사막(222)이 설치된다. 상기 반사막(222)은 상기 유기전계 발광소자(220)로부터의 광을 상기 제1기판(210)을 향하도록 가이드한다.
상기 제1기판(210)과 상기 제2기판(260)의 가장자리에는 봉지부(240)가 형성되어서 제1기판(210) 및 제2기판(260) 사이의 공간을 밀봉한다.
상기 제1기판(210)의 상방에는 상기 시료로부터의 포토 루미넌스를 검출하는 포토 디텍터(250)가 설치된다. 상기 포토 디텍터(250)는 포토 다이오드일 수 있다.
상기 유기전계 발광소자(220)의 배치, 형상 및 특성은 도 3 및 도 4에서 상 술한 유기전계 발광소자(120)와 동등할 수 있으며, 바이오 센서(200)의 작용은 바이오 센서(100)와 동등하며, 상세한 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다중 광원을 이용한 바이오 센서에 따르면, 수광부에서 광학필터가 배제되며 광원 및 시료가 기판을 사이에 두고 배치되므로 높은 감도로 소형화가 가능하며, 낮은 가격으로 제조가 가능하다.
광원으로서 유기전계 발광소자를 기판에 복 수개로 용이하게 형성할 수 있으므로 하나의 바이오 센서로 많은 종류의 시료를 측정할 수 있다
또한, 광학필터를 사용하지 않으며, 다수의 광원을 하나의 소스 광원으로 배치시 감도가 향상될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나,이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 투명한 기판;
    상기 기판의 제1면에 배치되며 전기적으로 분리된 복수의 유기전계 발광소자;
    상기 복수의 유기전계 발광소자를 밀봉하는 봉지부; 및
    상기 기판 상에 배치되는 시료로부터의 광을 수광하는 포토 디텍터;를 구비하며,
    상기 제1면과 마주보는 상기 제2면의 영역에는 상기 시료가 배치되는 것을 특징으로 하는 복수의 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기전계 발광소자에서 상기 기판과 마주보는 면에 형성된 반사면;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기전계 발광소자는 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 파장을 가지는 물질로부터 선택하여 형성된 단층 또는 복층으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질은 50~100 nm 의 반치폭(full width at half maximum)을 가지는 스펙트럼을 가진 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 유기전계 발광소자는 매트릭스 배열로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 유기전계 발광소자는 부채꼴 형상을 가지며, 모여서 원을 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 유기전계 발광소자는 다각형상인 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지부는 상기 유기전계 발광소자를 덮는 폴리머 수지인 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  9. 투명한 제1기판;
    상기 제1기판과 나란하게 형성된 제2기판;
    상기 제2기판에서 상기 제1기판과 마주보는 면에 배치되며 전기적으로 분리된 복수의 유기전계 발광소자;
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 공간을 밀봉하는 봉지부; 및
    상기 제1기판 상에 배치되는 시료로부터의 광을 수광하는 포토 디텍터;를 구비하며,
    상기 제1기판에서 상기 제2기판과 대향하지 않는 면에는 상기 시료가 배치되는 것을 특징으로 하는 복수의 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기전계 발광소자의 하부에 형성된 반사막;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기전계 발광소자는 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 파장을 가지는 물질로부터 선택하여 형성된 단층 또는 복층인 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 물질은 50~100 nm 의 반치폭(full width at half maximum)을 가지는 스펙트럼을 가진 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 유기전계 발광소자는 매트릭스 배열로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 유기전계 발광소자는 부채꼴 형상을 가지며, 모여서 원을 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 유기전계 발광소자는 다각형상인 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
KR1020070044218A 2007-05-07 2007-05-07 다중 유기전계 광원을 이용한 무필터 바이오센서 KR101344478B1 (ko)

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