KR20090044390A

KR20090044390A - 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20090044390A
Application number: KR1020070110476A
Authority: KR
Inventors: 김선희; 임장권; 강문숙; 김정률
Original assignee: 엘지마이크론 주식회사
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-07

Abstract

본 발명은 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 자기 성분이 결합된 검체를 지지하는 검체 지지부와; 상기 검체 지지부에 의해 지지된 상기 검체의 자기적 성분을 검출하는 자기 센서와; 상기 자기 센서에서 상기 검체의 자기적 성분을 검출하도록 상기 검체 지지부 또는 상기 자기 센서를 이송시키는 구동부와; 상기 자기 센서에서 감지한 자기 신호를 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 그 결과를 출력시키는 측정값 처리부;를 포함하여 구성함으로서, 검체 지지부에 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 마운팅하고 자기 센서에서 자기적 성분이 코팅된 검체에 대한 자기 신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석할 수 있게 되는 것이다.

자기 센서, GMR, 검체, 바이오 물질, 신호검출

Description

자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템 및 그 방법{System and method for signal detection of specimen using magnetic resistance sensor}

본 발명은 검체의 신호검출에 관한 것으로, 특히 검체 지지부에 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 마운팅(mounting)하고 자기 센서에서 자기적 성분과 결합된 검체에 대한 자기 신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석하기에 적당하도록 한 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기센서 카트리지(magnetic sensor)는 자기장 또는 자력선의 크기와 방향을 측정하는 센서 카트리지로서, 자기장의 영향으로 여러 가지 물질의 성질 등이 변하는 것을 이용하여 자기장을 측정한다. 홀효과나 자기저항효과 등을 이용하여 홀소자나 MR(Magnetic Resistance) 소자 등을 만들기도 하고, VTR(Video Tape Recorder), 테이프 리코더 등의 제조에도 이용한다.

한편 혈액 성분 분석 수단으로 거대 자기저항 센서 카트리지 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이(대한민국 특허공개번호 : 2004-55387)가 공개된 바 있다.

도 1은 종래 거대 자기저항 센서 카트리지 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이의 개념도이다.

그래서 복수개의 거대 자기저항 센서 카트리지를 N개의 컬럼과 M개의 로오로 이루어진 센싱 셀 어레이에 배치하고, 센싱 셀 어레이로 이루어진 바이오 센서 카트리지 칩을 패키지 혹은 웨이퍼 레벨에서 준비한다.

그리고 주변 물질로 이루어진 성분 측정 데이터들을 각각의 거대 자기저항 센서 카트리지에 노출시킨다. 이후 거대 자기저항 센서 카트리지의 센싱 셀 어레이에서 각각의 성분 측정 데이터들을 측정하고, 혈액 성분 분석 수단을 이용하여 측정된 성분 데이터들을 전기적으로 분석하게 된다.

이러한 기존 발명은 거대 자기저항 센서 카트리지 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이에 관한 것으로, 각각 다른 복수개의 성분으로 구성된 주변 물질들의 성분을 서로 다른 자기장의 검출에 따라 센싱하여 전기적 성분으로 분리 및 분석하도록 하는 기술을 개시하였다.

기존 발명은 센싱 셀 어레이 GMR(Giant Magneto Resistance, 거대 자기 저항) 소자, 스위칭 소자 및 자성물질(또는 포싱 워드라인)로 구성되는 거대 자기저항 센서를 바이오 센서 카트리지 칩에 복수개의 로오 및 컬럼 형태를 갖는 센싱 셀 어레이로 배치하여, 각각 다른 특성을 띠는 주변물질의 성분에 따라 각각 상이한 자화율을 센싱하여, 주변물질의 전기적 성분을 분석한다.

혹은 각각 다른 복수의 성분으로 구성된 주변 물질 등을 자화율 또는 유전율 에 따르는 전기적 성분으로 분리하고 분석하게 하는 것이다.

MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 또는 GMR 소자를 가지는 자화 페어 감지 센서, MTJ 소자 및 자성 물질을 가지는 자기저항 센서, 센싱 커패시터 스위칭 소자를 가지는 유전율 감지 센서, MTJ 소자 또는 GMR 소자, 전류 라인, 가변 강자성층 및 스위칭 소자를 가지는 자화 홀 감지 센서, 또는 GMR 소자, 스위칭 소자 및 자성 물질 으로 구성되어 지는 거대 자기저항 센서를 바이오 센서 팁에 복수의 로오 및 컬럼 형태를 가지는 센싱 셀 어레이로 배치하고, 각각 다른 특성을 나타내는 주변 물질의 성분 및 성분의 크기에 따르고 각각 서로 다른 자화율 또는 유전율을 센싱 하고, 분석을 원하는 주변 물질의 성분을 전기적 성분으로 분리하게 한다.

기존 기술의 경우, 센서를 어레이로 사용한다는 점과 센서와 바이오 물질(bio-contents) 간의 센싱되는 매커니즘을 기술하였고, 어레이 타입(type)과 관련한 회로구성에 역점을 두었다.

그러나 기존 기술의 이러한 센서구성은 복잡한 메모리 구조를 기본으로 하였으며 간단한 센싱 키트(Kit)를 제작하는 데는 큰 문제점을 가지고 있다. 또한 비용 면에서도 MRAM(Magnetic Random Access Memory) 구조와 같은 반도체 공정을 이용한 센서 및 회로 단을 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 스위칭 회로로 구성해야 하는 어려움을 가지고 있어 비용 면에서 큰 약점을 가지고 있다.

또한 기존 기술의 경우, 감도 자체는 1:1 접촉으로 향상 시킬 수 있으나, 디바이스의 제한된 체적에 의한 검지체 양의 조절이 제한적이며, 디바이스 각각에 개별적인 CMOS 회로가 필요하여, 고비용은 물론 디바이스의 재사용이 어려운 문제점 이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 검체 지지부에 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 마운팅하고 자기 센서에서 자기적 성분과 결합된 검체에 대한 자기 신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석할 수 있는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 자기 성분이 결합된 검체를 지지하는 검체 지지부(10)와; 상기 검체 지지부(10)에 의해 지지된 상기 검체의 자기적 성분을 검출하는 자기 센서(20)와; 상기 자기 센서(20)에서 상기 검체의 자기적 성분을 검출하도록 상기 검체 지지부(10) 또는 상기 자기 센서(20)를 이송시키는 구동부(30)와; 상기 자기 센서(20)에서 감지한 자기 신호를 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 그 결과를 출력시키는 측정값 처리부(40);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 검체는, 항원을 포함한 바이오 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 검체는, 멤브레인과 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 검체 지지부(10)는, 상기 멤브레인이 설치되고, 일정 주파수에 의해 왕 복하여 멤브레인에 고정된 검체를 측정하도록 하는 측정 로더(loader)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 측정 로더는, 자동 센터링(Automated centering)이 수행되도록 하는 IR(Infrared Rays, 적외선) 센서 카트리지를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 자기 센서(20)는, 상기 멤브레인을 사용하여 비접촉 방식으로 상기 검체의 자기 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 자기 센서(20)는, 두 개의 강자성체 금속층 사이에 비자성 금속층이 끼어 있도록 구성하고, 첫 번째 층의 강자성층 금속층의 자력은 고정되어 있도록 하고, 두 번째 층의 강자성체의 자력을 가변적으로 조정하여, 두 번째 층의 강자성체의 자력이 첫 번째 층과 자력이 평행할 경우 오직 특정방향으로 스핀이 배향된 전자만이 도체를 통과하도록 하여 상기 검체 지지부(10)의 상기 검체의 자기 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 자기 센서(20)는, 바 칩(bare chip) 형태 또는 패키지(package) 형태 로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 자기 센서(20)는, 한 개 혹은 복수 개로 이루어진 스핀 밸브 타입(Spin-valve type) GMR(Giant Magneto Resistance) 디바이스로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 스핀 밸브 타입(Spin-valve type) GMR(Giant Magneto Resistance) 디바이스는, 포화 필드는 10Oe ~ 200이고, 감도(Sensitivity)는 2.0 ~ 5.2 mV/V-Oe 인 것을 특징으로 한다.

상기 자기 센서(20)는, 홀 센서로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 구동부(30)는, 일정 주파수에 의해 상기 검체 지지부(10) 또는 상기 자기 센서(20)를 왕복시키도록 구동되는 것을 특징으로 한다.

상기 측정값 처리부(40)는, 브리지 앰프(Bridge Amplifier)와 가변 저항에 의해 상기 자기 센서(20)에서 출력되는 신호를 증폭시키고, 필터(Filter)에 의해 상기 자기 센서(20)에서 출력되는 신호에서 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정값 처리부(40)는, 입자 없음 상태, 입자 비율 증가 상태, 입자 검출 확인 상태를 구별하여 정량적으로 출력하는 것을 특징으로 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 자기 성분이 결합된 검체를 검체 지지부(10)에 설치하는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계 후 구동부(30)는 상기 검체 지지부(10) 또는 자기 센서(20)를 왕복 이송시키는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계 후 상기 자기 센서(20)는 상기 검체의 자기 값을 측정하는 제 3 단계(ST3)와; 상기 제 3 단계 후 측정값 처리부(40)는 상기 자기 센서(20)에서 측정된 값을 처리하여 상기 검체의 자기적 성분에 대한 입자 검출 상태를 보인 전기신호를 출력하는 제 4 단계(ST4);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 검체는, 멤브레인과 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 단계는, 일정 주파수에 의해 상기 검체 지지부(10) 또는 상기 자기 센서(20)를 왕복 이송시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제 3 단계는, 상기 멤브레인을 사용하여 비접촉 방식으로 상기 검체의 자기 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 3 단계는, 한 개 혹은 복수 개로 이루어진 스핀 밸브 타입 GMR 디바이스를 상기 자기 센서(20)로 사용하여 상기 검체의 자기 값을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템 및 그 방법은 검체 지지부에 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 마운팅하고 자기 센서에서 자기적 성분과 결합된 검체에 대한 자기 신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석할 수 있는 효과가 있게 된다. 이에 따라 본 발명은 바이오 센서 카트리지용으로 카트리지 형태의 거대 자기저항 센서 카트리지(Giant Magneto Resistance Cartridge)를 측정값 처리부와 결합하여 자기적 성분과 결합된 검체를 검출 및 센싱하여 전기적 성분으로 분리 및 분석하게 된다.

또한 본 발명은 기존 반도체 단위공정으로 제작된 거대 자기저항 디바이스를 바이오 센서로 적용하고자 할 때, 센싱 엘리먼트(Sensing element)와 검체를 비 접촉시킴으로써 미소량의 검지체의 감도를 향상시킴으로써 정량적 분석을 원활하게 수행할 수 있다. 그러나 기존 기술의 경우, 감도 자체는 1:1 접촉으로 향상 시킬 수 있으나, 디바이스의 제한된 체적에 의한 검지체 양의 조절이 제한적이며, 디바이스 각각에 개별적인 CMOS 회로가 필요하여, 고비용은 물론 디바이스의 재사용이 어려운 문제점이 있다.

더불어 본 발명은 비접촉식의 거대 자기저항 센서(Giant Magneto Resistance)로 활용하여 검지체에 대한 센싱을 통해 생체진단을 수행할 수 있다. 이에 POCT(Point of Care Testing)에 사용되는 멤브레인을 검체 진단 키트에 설치하여 효과적인 멤브레인 측정을 위한 측정기구를 개발할 수 있다.

나아가 본 발명은 센싱 엘리먼트(element)의 크기에만 제한되었던 감지범위를 극복할 수 있고, 동적인 스캐닝 방식에 의해 주파수 간 노이즈(Noise)를 구분할 수 있어 정량적 측정해석을 할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

먼저 본 발명은 검체 지지부에 검체를 마운팅하고 자기 센서에서 자기적 성분과 결합된 검체에 대한 자기 신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석하고자 한 것이다. 여기서 검체는 항원과 같은 바이오 물질(bio contents) 포함한 것이며, 비 바이오 물질(Non bio contents)을 포함할 수도 있다. 또한 마운팅(mounting)이란 검체(항체)가 고정된 멤브레인에 검체(항원 등)를 인가하여 결합하여 감지시키는 것을 말한다.

그래서 검체 지지부(10)는 자기적 성분과 결합된 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 고정하는 멤브레인을 지지한다. 또한 검체 지지부(10)는 자기적 성분과 결합된 검체가 고정된 멤브레인을 지지하도록 할 수 있다. 또한 검체 지지부(10)는 멤브레인이 설치되고, 일정 주파수에 의해 왕복하여 자기 센서(20)에서 멤브레인에 고정된 검체를 측정하도록 하는 측정 로더(loader)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 측정 로더는 자동 센터링(Automated centering)이 수행되도록 하는 IR 센서를 구비하도록 한다. 또한 검체 지지부(10)에 고정되는 물체는 멤브레인 형태가 가능하며, 검체를 검출할 수 있는 성분이 고정되어 있으면 어느 형태이든 가능하다. 그래서 검체 지지부(10)에 고정되는 물체는 마이크로 채널 형태 등으로 구성할 수 있다.

그리고 또한 자기 센서(20)는 검체 지지부(10)에 의해 지지된 검체의 자기적 성분을 검출한다. 이때 자기 센서(20)는 검체 지지부(10)와 기구에 일체화 되어 부 착될 수도 있고, 카트리지 형태로 제작되어 검체 지지부(10)에 탈부착이 가능하도록 구성될 수도 있다.

또한 자기 센서(20)는 멤브레인을 사용하여 비접촉 방식으로 검체의 자기 신호를 검출한다. 또한 자기 센서(20)는 두 개의 강자성체 금속층 사이에 비자성 금속층이 끼어 있도록 구성하고, 첫 번째 층의 강자성층 금속층의 자력은 고정되어 있도록 하고, 두 번째 층의 강자성체의 자력을 가변적으로 조정하여, 두 번째 층의 강자성체의 자력이 첫 번째 층과 자력이 평행할 경우 오직 특정방향으로 스핀이 배향된 전자만이 도체를 통과하도록 하여 검체 지지부(10)의 검체의 자기 신호를 검출한다. 또한 자기 센서(20)는 바 칩(bare chip) 형태 또는 패키지(package) 형태로 구성된다. 또한 자기 센서(20)는 한 개 혹은 복수 개로 이루어진 스핀 밸브 타입(Spin-valve type) GMR(Giant Magneto Resistance) 디바이스로 구성될 수 있다. 여기서 스핀 밸브 타입(Spin-valve type) GMR(Giant Magneto Resistance) 디바이스는 포화 필드가 10Oe ~ 200이고, 감도(Sensitivity)가 2.0 ~ 5.2 mV/V-Oe 이 되도록 할 수 있다. 또한 자기 센서(20)는 홀 센서로 구성될 수 있다.

그리고 구동부(30)는 자기 센서(20)에서 검체의 자기적 성분을 검출하도록 검체 지지부(10) 또는 자기 센서(20)를 이송시킨다. 따라서 구동부(30)는 검체 지지부(10)만 이송시킬 수도 있고, 자기 센서(20)만 이송시킬 수도 있으며, 검체 지지부(10)와 자기 센서(20)를 함께 이송시킬 수도 있다.

이러한 구동부(30)는 일정 주파수에 의해 검체 지지부(10) 또는 자기 센서(20)를 왕복시키도록 구동된다. 또한 구동부(30)는 일정 주파수에 의해 측정 로 더를 왕복시키도록 구동될 수 있다.

또한 측정값 처리부(40)는 자기 센서(20)에서 감지한 자기 신호를 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 그 결과를 출력시킨다. 이러한 측정값 처리부(40)는 브리지 앰프(Bridge Amplifier)와 가변 저항에 의해 자기 센서(20)에서 출력되는 신호를 증폭시키고, 필터(Filter)에 의해 자기 센서(20)에서 출력되는 신호에서 노이즈를 제거한다. 또한 측정값 처리부(40)는 입자 없음 상태, 입자 비율 증가 상태, 입자 검출 확인 상태를 구별하여 정량적으로 출력할 수 있다.

도 3은 도 2에서 자기 센서 중 GMR 센서의 센싱 원리를 보인 개념도이다.

이는 스핀 밸브 타입(Spin-valve type) GMR(Giant Magneto Resistance) 디바이스를 보인 것이다.

두 개의 강자성체 금속층 사이에 비자성 금속층이 끼어 있는 형태로 첫 번째 층의 강자성층 금속층의 자력은 고정되어 있고, 두 번째 층의 강자성체의 자력을 가변적으로 조정하여 첫 번째 층과 자력이 평행할 경우 오직 특정방향으로 스핀이 배향된 전자만이 도체를 통과하는 원리를 이용한다. 즉, 두 강자성층의 자화방향의 정렬에 따라 재료 내부에서 유도되는 전기저항의 차이, 또는 전위차가 발생하고 이것을 디지털 신호로 인식하게 된다. 층간 물질이 도체인 경우가 바로 GMR 디바이스이다.

도 4는 도 2에서 자기 센서와 측정값 처리부의 결합예를 보인 개념도이다.

그래서 바이오 카트리지(Bio-cartridge) 내에 바이오 센서 카트리지용 GMR을 한 개 혹은 복수 개를 설치하여 전극 패턴을 형성하였다. 이 때 사용된 GMR 소자는 0.3mm, 0.5mm, 1.0mm의 체적을 갖는 규격으로 포화 영역(Saturation field)은 15Oe이고, 감도(Sensitivity)는 최소 3.0 ~ 최대 4.2 (mV/V-Oe) 되는 소자를 사용하였다. GMR소자 자체 인터페이스(interface)는 휘스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 사용하여 전원 공급은 5V를 인가하였고, 이 때 센싱 엘리먼트(sensing element)는 약 5KΩ 정도로 측정되는 것을 사용하였다. 바이오 센서 카트리지용 GMR을 이용한 카트리지(Cartridge)의 규격은 최소와 최대 규격을 한정하지는 않았으며, 설치하고자 하는 GMR 소자 수와 전극 패턴과 관련하여 카트리지(Cartridge) 규격은 달라질 수 있도록 하였다.

GMR 카트리지는 측정값 처리부와 결합하며, 그 구성은 브리지 앰프(Bridge amp)를 설치하였고, 전원 단에서의 노이즈와 출력 단에서의 노이즈를 제거하고자 주파수 필터링(filtering) 단을 추가하였으며 브리지 앰프(bridge amp)에 적합한 LMC7101 증폭기를 사용하였다. 특히, 차동 증폭기 3개를 설치하여 신호의 감도 폭을 높였으며, 출력 단에서 가변저항을 설치하여 출력 단에서 센서 카트리지 자체가 가지는 감도 이상으로 증폭하고자 하였다.

도 5는 도 2에서 검체 지지부의 일 구성예를 보인 정면도와 측면도이고, 도 6은 도 2에서 검체 지지부와 자기 센서의 일 결합예를 보인 도면이며, 도 7은 도 2에서 검체 지지부와 자기 센서의 다른 결합예를 보인 도면이다.

그래서 도 5 내지 도 7에서와 같이, 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)가 고정된 멤브레인을 측정 로더(loader)에 설치하고, 일정 주파수에 의해 왕복하는 방식으로 전기신호를 출력하도록 하였다.

작동 범위(Operating range)는 센터(Center)를 기준으로 40mm로 구동하였으며, 카트리지 전 범위의 검출(Detection) 물질을 감지하고자, 스캔(Scan) 시간은 초당 0.2로 실시간(real-time)으로 출력하였다. 바이오 센서 카트리지용 GMR의 감도는 거리 제곱에 반비례 하므로, 측정 로더(loader)가 설치된 후 최소 간격 확보를 위해 마이크로미터를 상하 및 앞뒤로 설치하여 거리 간격 혹은 측정 물질의 위치변화에 따른 감도 변화를 최대화 하도록 하였다. 검출을 위한 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)가 고정된 멤브레인은 왕복 스캔에 의해 출력 신호를 일정하게 출력 하였으며, 왕복 간 포스트 시간(Post time)은 3 초로 설정하여, 센싱 응답 완화(Sensing response relaxation)에 따른 신호상쇄를 최대한으로 줄이도록 하였다. 이러한 측정 방식은 정적(Static) 조건 보다 동적 모멘트(Dynamic moment)에 높은 출력을 발생하는 바이오 센서 카트리지용 GMR 디바이스에 유리하고 주파수 간 신호 노이즈를 구별할 수 있는 카트리지 혹은 멤브레인에 분포된 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)의 분포 프로파일(profile)을 파악하는 데 유리하다.

도 8은 도 2에서 검체 지지부와 자기 센서의 또다른 결합예에서 검체의 신호검출 예를 보인 개념도이다.

그래서 측정 로더는 Y축 방향으로 최대 1800 ~ -1800 pulse 로 구동할 수 있도록 하였다. 측정 샘플의 로딩(loading) 시 측정 로더는 센터를 맞출 수 있도록 IR 센서를 이용하여 자동 센터링(Automated centering) 하였다. 스캔 속도에 따른 GMR 디바이스의 응답 시간 완화(response time relaxation)에 의한 출력 신호 상쇄요인을 발생할 수 있으므로, 이를 조절하였으며, 작동범위(Operating range)에 따 른 속도는 초당 0.2 초 ~ 1 초 까지 인가하여 검출신호를 검출하였다.

먼저 자기적 성분과 결합된 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 멤브레인에 고정하고, 검체 지지부(10)에 설치한다(ST1).

그리고 구동부(30)는 일정 주파수에 의해 검체 지지부(10) 또는 자기 센서(20)를 왕복 이송시킨다(ST2).

그런 다음 자기 센서(20)는 멤브레인에서 검체의 자기 값을 측정한다(ST3).

이때 자기 센서(20) 위에 센싱하고자 하는 검체를 탑재하여 검체의 표면을 비 접촉하여 검체의 자기 신호를 검출하는 비 접촉 방식을 사용할 수도 있다. 또한 멤브레인을 사용하여 비접촉 방식으로 검체의 자기 신호를 검출하는 비접촉 방식을 사용할 수도 있다.

그리고 측정값 처리부(40)는 자기 센서(20)에서 측정된 값을 처리하여 검체의 자기적 성분에 대한 입자 검출 상태를 보인 전기신호를 출력한다. 이때 자기 센서(20)에서 출력되는 신호를 증폭시키고, 자기 센서(20)에서 출력되는 신호에서 노이즈를 제거하여 자기 센서(20)에서 측정값을 처리한다. 또한 출력되는 전기신호는 입자 없음 상태, 입자 비율 증가 상태, 입자 검출 확인 상태를 구별할 수 있도록 한다.

도 10은 도 9에 의해 출력되는 전기신호에서 자성입자의 출력 파형을 보인 도면이다.

그래서 도 10에서와 같이 정적인 상태에서 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 측정한 결과를 보면, 감지체의 신호는 검출이 되나, SNR(Signal to Noise Ratio) 비율이 크지 않고 기준(reference) 신호가 GMR 디바이스가 가지는 특성 노이즈를 갖고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 정적인 상태에서는 미량 감지가 어렵다.

도 11은 도 9에 의해 출력되는 전기신호에서 일정 주파수 인가에 다른 검출신호의 출력예를 보인 도면이다.

그래서 일정 주파수 인가에 따른 검지체를 측정하는 방식은 최소 5mV ~ 최대 100mV까지 출력하고, 주파수에 따른 노이즈 신호단을 구별할 수 있어, 카트리지 혹은 멤브레인 상의 검지체 분포를 실시간으로 프로파일(profile) 할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이처럼 본 발명은 검체 지지부에 검체(항원과 같은 바이오 물질 포함)를 마운팅하고 자기 센서에서 자기적 성분과 결합된 검체에 대한 자기 신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

도 5는 도 2에서 검체 지지부의 일 구성예를 보인 정면도와 측면도이다.

도 6은 도 2에서 검체 지지부와 자기 센서의 일 결합예를 보인 도면이다.

도 7은 도 2에서 검체 지지부와 자기 센서의 다른 결합예를 보인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 검체 지지부

20 : 자기 센서

30 : 구동부

40 : 측정값 처리부

Claims

자기 성분이 결합된 검체를 지지하는 검체 지지부와;

상기 검체 지지부에 의해 지지된 상기 검체의 자기적 성분을 검출하는 자기 센서와;

상기 자기 센서에서 상기 검체의 자기적 성분을 검출하도록 상기 검체 지지부 또는 상기 자기 센서를 이송시키는 구동부와;

상기 자기 센서에서 감지한 자기 신호를 전기적 성분으로 분리하고 분석하여 그 결과를 출력시키는 측정값 처리부;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 검체는,

항원을 포함한 바이오 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 검체는,

멤브레인과 결합된 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 검체 지지부는,

상기 멤브레인이 설치되고, 일정 주파수에 의해 왕복하여 멤브레인에 고정된 검체를 측정하도록 하는 측정 로더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 4에 있어서,

상기 측정 로더는,

자동 센터링이 수행되도록 하는 IR 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 자기 센서는,

상기 멤브레인을 사용하여 비접촉 방식으로 상기 검체의 자기 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 자기 센서는,

바 칩 형태 또는 패키지 형태 로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 자기 센서는,

한 개 혹은 복수 개로 이루어진 GMR 디바이스로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 자기 센서는,

홀 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 구동부는,

일정 주파수에 의해 상기 검체 지지부 또는 상기 자기 센서를 왕복시키도록 구동되는 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 측정값 처리부는,

브리지 앰프와 가변 저항에 의해 상기 자기 센서에서 출력되는 신호를 증폭시키고, 필터에 의해 상기 자기 센서에서 출력되는 신호에서 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 측정값 처리부는,

입자 없음 상태, 입자 비율 증가 상태, 입자 검출 확인 상태를 구별하여 정량적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템.
자기 성분이 결합된 검체를 검체 지지부에 설치하는 제 1 단계와;

상기 제 1 단계 후 구동부는 상기 검체 지지부 또는 자기 센서를 왕복 이송시키는 제 2 단계와;

상기 제 2 단계 후 상기 자기 센서는 상기 검체의 자기 값을 측정하는 제 3 단계와;

상기 제 3 단계 후 측정값 처리부는 상기 자기 센서에서 측정된 값을 처리하여 상기 검체의 자기적 성분에 대한 입자 검출 상태를 보인 전기신호를 출력하는 제 4 단계;

를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 방법.
청구항 13에 있어서,

상기 검체는,

항원을 포함한 바이오 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 방법.
청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,

상기 제 2 단계는,

일정 주파수에 의해 상기 검체 지지부 또는 상기 자기 센서를 왕복 이송시키는 것을 특징으로 하는 자기 센서를 이용한 검체의 신호검출 방법.