KR20090083527A - 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법및 바이오물질 측정 방법 - Google Patents

바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법및 바이오물질 측정 방법 Download PDF

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KR20090083527A
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sensing
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이충완
김정률
임장권
김선희
강문숙
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엘지마이크론 주식회사
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Abstract

본 발명은 자기센서를 이용하여 특정 병원균을 비롯한 바이오물질을 정확하게 측정할 수 있는 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바이오물질 측정용 카트리지는, 검출대상물질에 결합된 표시입자가 감지되면 감지신호를 출력하는 감지수단과, 상기 감지수단이 실장되며, 상기 감지수단에 의해 감지된 신호를 외부로 전송하기 위한 패턴이 형성된 기판과, 상기 감지수단을 가로질러서 상기 기판 상에 설치되어, 검출대상물질이 일측으로 유입 시 다른 일측으로 이동시키도록 형성된 안내수단 및 상기 감지수단의 위치에 대응되도록 상기 안내수단의 일측 상에 고정 형성되며, 검출대상물질를 결합하도록 형성된 검출수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 자기센서를 이용하여 휴대가 간편하고 비용이 저렴한 바이오물질 측정용 카트리지 및 측정 장치를 제공할 수 있어, 자성입자를 포함하는 바이오물질(항원 등)을 손쉽고 정확하게 검출 및 분석 처리 가능하여, 실험자가 언제 어디서라도 바이오물질을 측정할 수 있는 유리한 효과가 있다.
바이오물질 측정용 카트리지, 자기센서, GMR(Giant Magneto Resistance), 다공성 멤브레인

Description

바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법{Cartridge and Kit for analyzing bio-material, the manufacturing process thereof and the method of analyzing bio-material}
본 발명은 자기센서를 이용하여 바이오물질(예: 항원 등)을 정확하고 간편하게 측정할 수 있는 휴대가 간편하고 비용이 저렴한 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명을 이용함으로써, 실험자는 언제 어디서라도 자성입자를 포함하는 바이오물질을 손쉽고 정확하게 검출 및 분석 처리할 수 있어, 간편하고도 신뢰성 높은 바이오물질 측정을 수행할 수 있다.
최근, 의학과 의용공학의 발전에 힘입어, 다양한 질병의 원인 및 치료방법들이 소개됨은 물론, 각종 질병에 대하여 보다 정확한 진단이 가능해지고 있으며, 보다 효과적이고 안전한 치료방법들이 개발되어, 질병의 치료율이 높아지고 있는 추세이다.
그럼에도 불구하고, 이러한 질병의 진단 및 치료는 주로 병원 등에서 이루어지게 되는 바, 진단을 받고자 하는 진단대상자의 경우, 직접 병원 등을 방문하지 않고서는 질병의 진찰 및 진단 자체가 아예 불가능한 문제점이 있었으며, 이로 인하여, 진단대상자나 환자의 입장에서는 값비싼 검사비 및 치료비를 전적으로 부담해야 하는 어려움이 따랐다.
최근 들어, 전자산업 및 유무선통신망의 발전으로 인하여, 상기와 같은 문제점과 어려움을 해결하기 위한 노력의 일환으로 원격 의료(Telemedicin) 시스템이 소개되고 있다. 이러한 원격 의료 시스템은 직접 병원 등을 방문하지 않고서 원격지에서 비교적 저렴한 비용으로 진단대상자 또는 환자가 진단을 받을 수 있는 방식이지만, 아직까지는 대부분 외형적인 이상 등에 대한 진단만이 이루어지고 있으며, 그 진단 방법 또한 매우 제한적일 수 밖에 없어, 정확한 진단이 행해지기에는 많은 어려움이 따랐다.
특히, 생명에 위협이 될 정도로 문제가 될 수 있는 질병(예: 각종 암, AIDS 등)은 대게 병원균 등의 항원에 의해 감염 및 발병하게 되는데, 이러한 질병의 경우 신속한 진단의 선행이 요구되는 바, 각종 항원을 비롯한 바이오물질을 진단할 수 있는 장치의 개발이 시급한 실정이다.
이러한 바이오물질을 진단할 수 있는 장치의 개발에 대한 노력의 일환으로 등장한 것이 대한민국 특허등록 제0506447호(2005.07.28)에 개시된 종래 기술로서, 거대 자기저항 센서 및 이를 이용한 센싱 셀 어레이에 관한 것으로, 각각 다른 복수 개의 성분으로 구성된 주변 물질들의 성분을 서로 다른 자기장의 검출에 따라 센싱하여 전기적 성분으로 분리 및 분석할 수 있다. 이러한 종래 기술은 GMR(Giant Magneto Resistance: 거대 자기 저항) 소자, 스위칭 소자 및 자성물질로 구성되는 거대 자기 저항 센서를 바이오 센서 칩에 로오 및 컬럼 형태를 갖는 센싱 셀 어레이로 배치시켜서, 각각 다른 특성을 띠는 주변물질의 성분에 따라 각각 상이한 자화율을 센싱하여, 주변물질의 전기적 성분을 분석 가능하게 하였다.
즉, 이러한 종래 기술은 비접촉방식으로서 거대 자기저항 센서를 어레이 타입으로 사용하고, 바이오물질과의 사이에 발생 가능한 센싱 메커니즘을 가능하게 하기 위하여 복잡한 회로 구성을 필요로 하였는데, 이는 복잡한 메모리 구조를 기본으로 하는 장치의 구성에는 합리적이나, 언제 어디서나 필요한 진단을 수행하기에 알맞은 소지 가능한 핸디형 바이오물질 진단 장치에는 그 적용성이 많이 떨어지는 문제점이 있었다.
게다가, 이러한 종래 기술은 그 제작에 많은 비용을 들여 MRAM구조와 같은 반도체 공정을 이용한 센서 및 회로단을 구성해야 함에도 불구하고, 센서 부분과 바이오물질 부분간의 거리가 멀어서 감도가 높지 않은 문제점이 있었으며, 기존의 바이오 센서에서도 문제가 되어 왔던 Non-specific Binding 영향을 방지할 수 없는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 종래 기술과 달리 언제 어디서나 필요한 바이오물질을 측정 할 수 있도록 비교적 구조가 간단한 핸디형 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
또한, 본 발명은 반도체 공정을 이용한 센서 및 회로단을 구성하지 않음으로써, 비교적 저렴한 비용을 들여 제작 가능하고, 아울러 종래 기술과 같은 비접촉 방식이 아닌 접촉 방식을 도입하여 센싱 부분과 바이오물질 간의 거리를 더욱 가깝게 하여 종래 기술보다 더 뛰어난 감도를 발휘할 수 있는 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
또한, 본 발명은 진단하려는 바이오물질을 센싱하고자 하는 부분에만 자기센서를 설치하여 Non-specific Binding의 영향을 방지할 수 있는 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
또한, 본 발명은 측정하려는 바이오물질인 타겟과 컨트롤 부분을 각각 감지할 수 있도록 구성하여 정량 분석이 가능한 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
또한, 본 발명은 카트리지 내에 자기센서를 설치하기 위해 다양한 기판을 이용할 수 있으며, 이때의 기판 가공 기술을 보다 정밀한 가공 방법을 통해 제작할 수 있는 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따르면, 검출대상물질에 결합된 표시입자가 감지되면 감지신호를 출력하는 감지수단; 상기 감지수단이 실장되며, 상기 감지수단에 의해 감지된 신호를 외부로 전송하기 위한 패턴이 형성된 기판; 상기 감지수단을 가로질러서 상기 기판 상에 설치되어, 검출대상물질이 일측으로 유입 시 다른 일측으로 이동시키도록 형성된 안내수단; 및 상기 감지수단의 위치에 대응되도록 상기 안내수단의 일측 상에 고정 형성되며, 검출대상물질를 결합하도록 형성된 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오물질 측정용 카트리지를 제공할 수 있다.
이때, 상기 안내수단의 다른 일측 종단에 연결되게 상기 기판 상에 설치 형성되며, 상기 안내수단에 의해 이동되는 검출대상물질을 수집하는 흡수수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 감지수단이 형성된 위치의 후배측에는 상기 감지수단의 감도 효과 증대를 위해 배치된 자성수단이 더 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 감지수단에 형성된 제1연결단자와 상기 패턴에 형성된 제2연결단 자는 전기적 연결수단으로 연결되되, 상기 제1연결단자, 상기 제2연결단자 및 전기적 연결수단을 외부로부터 밀폐시키도록 형성된 보호수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 안내수단은 다공성 멤브레인(Membrane) 및 마이크로 채널이 형성된 가이더(Guider) 중 어느 하나인 것이 좋다.
그리고 상기 기판 상에는 상기 감지수단이 삽입 설치되는 삽입부가 형성될 수 있다.
이때, 상기 표시입자는 자성을 갖는 자성입자이며, 상기 감지수단은 상기 자성입자의 자성을 감지하는 자기센서인 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기센서는 GMR(Giant Magneto Resistance)소자, TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction)소자 및 SDT(Spin Dependant Tunneling)소자 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고 상기 검출수단은 상기 표시입자와 결합된 검출대상물질인 항원에 대응하는 항체를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 사상에 따르면, 상기의 바이오물질 측정용 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오물질 측정 장치를 제공할 수 있다.
이때, 상기 바이오물질 측정용 카트리지에서 측정된 측정결과를 시각적 표현수단, 청각적 표현수단 및 촉각적 표현수단 중 적어도 하나의 표현수단으로 외부에 전달 가능하게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 사상에 따르면, 기판 상의 감지수단에 의해 감지된 신호를 외부로 전송시키도록 소정의 패턴을 형성시키는 패턴 형성단계; 상기 기판 상에 상기 감지수단을 설치시키는 감지수단 설치단계; 일측으로 유입된 표시입자와 결합된 검출대상물질을 다른 일측으로 이동시키도록 형성된 안내수단을 상기 감지수단을 가로질러서 상기 기판 상에 설치시키는 안내수단 설치단계; 및 검출대상물질을 검출하도록, 상기 감지수단의 위치에 대응하여 상기 안내수단의 일측면에 검출수단을 고정 형성시키는 검출수단 고정형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오물질 측정용 카트리지 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 사상에 따르면, a) 검출대상물질에 결합된 표시입자를 다공성 매질 내로 모세관력에 의해 인입시키는 단계; b) 인입된 검출대상물질을 감지수단 상에 안착시키는 단계; c) 안착된 검출대상물질에 의해 자기장 변화가 발생된 상기 감지수단의 물리량 변화를 디지털 신호로 변환 처리시키는 단계; 및 d) 변환 처리된 디지털 신호를 정량적 데이터로 표시 처리시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오물질 측정 방법을 제공할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 종래와 달리 언제 어디서나 바이오물질을 간편하게 측정할 수 있는 비교적 구조가 간단한 핸디형 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치를 제공할 수 있으며, 아울러 본 발명은 반도체 공정을 이용한 센서 및 회로단을 구성하지 않음으로써, 더욱 저렴한 비용을 들어 제작 가능하고, 종래의 비접촉 방식이 아닌 접촉 방식을 도입하여 센싱 부분과 바이오물질 간의 거 리를 더욱 가깝게 하여 종래에 비해 더욱 뛰어난 감도를 발휘할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정하려는 바이오물질을 센싱하고자 하는 부분에만 자기센서(예: GMR소자, TMR소자, MTJ소자, SDT소자 등)를 설치 구성함으로써, Non-specific Binding의 영향을 방지할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정하려는 바이오물질인 타겟과 컨트롤 부분을 각각 감지할 수 있도록 구성하여 정량 분석이 용이한 유리한 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명은 카트리지 내에 자기센서(예: GMR소자, TMR소자, MTJ소자, SDT소자 등)를 설치하기 위해 다양한 기판을 이용할 수 있으며, 이때의 기판 가공을 위해 종래의 밀링 공정보다 고정밀도의 기판 가공술을 발휘할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
이러한 본 발명은 바이오물질을 진단하는 목적, 즉 병을 진단하는 것에 그치지 않으며, 나아가 병 이외의 구제역이나 감염 등과 같은 다양한 바이오물질을 측정할 수 있어, 의료계, 축산업계는 물론 다양한 생명공학파트에서도 적용 가능하다.
본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도면에서, 도 1은 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 2a, 도2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f는 도 1에 도시된 실시예를 제조하기 위한 공정개념도이며, 도 3은 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지의 제조 방법의 일실시예를 도시한 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치에서 감지수단이 형성된 위치의 배면 상에 자성수단이 추가 형성됨으로써, 감지수단의 감도가 증대함을 보여주는 비교실험결과도이며, 도 5는 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치를 이용한 테스트 중 출력 파형을 도시한 실험도이고, 도 6는 본 발명에 따른 바이오물질 측정 방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.
도 1 내지 도 6를 참조하여, 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1 내지 도 2f를 병행 참조하면, 본 발명의 사상에 따른 바이오물질 측정용 카트리지(100)는 검출대상물질에 결합된 표시입자를 감지하여 감지신호를 출력하는 감지수단(120)과, 상기 감지수단(120)이 실장되며 상기 감지수단(120)에 의해 감지된 신호를 외부로 전송하도록 패턴(113)이 형성된 기판(110)과, 상기 패턴(113)과 상기 감지수단(120)을 전기적으로 연결하는 연결수단(130)과, 상기 연결수단(130)을 외부로부터 밀폐시키는 보호수단(140)과, 상기 감지수단(120)을 가로질러서 상기 기판(110) 상에 설치되어 검출대상물질이 이동되도록 안내하는 안내수 단(150) 및 상기 감지수단(120)의 위치에 대응하여 상기 안내수단(150)의 일측 상에 고정 형성되어 검출대상물질과 결합하는 검출수단(170)을 포함하는 구성을 갖는다.
감지수단(120)은 측정하고자 하는 바이오물질 즉, 검출대상물질에 결합된 표시입자를 감지하는 센싱수단으로서, 바람직하게는 GMR(Giant Magneto Resistance)소자, TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction)소자 및 SDT(Spin Dependant Tunneling)소자 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 본 실시예에서는 GMR 소자(이후부터 이를 '거대 자기저항 센서'라 칭한다)를 이용한다.
이는 본 실시예에서 측정하고자 하는 바이오물질, 즉 검출대상물질에 자성을 띠고 있는 표시입자가 결합되어 있기 때문이다.
거대 자기저항 센서란 상하 두 개의 강자성 금속층의 자화방향의 정렬에 따라 도체의 층간 물질에 유도되는 전기저항의 차이 또는 이때 발생된 전위차에 의해 디지털 신호를 발생시키는 센서로서, 본 실시예의 감지수단(120)으로 사용된 거대 자기저항 센서는 0.3mm, 0.5mm, 1.0mm의 체적을 가지며, 세츄레이션 필드(Saturation Field)는 15 Oe이고, 감도(Sensitivity)는 3.0 ~ 4.2(mV/V-Oe) 정도가 되는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 자기저항 센서 자체 인터페이스는 휘트스톤브릿지(Wheatstone Bridge)를 사용하여 5 V의 전원을 공급해 줄 수 있는데, 이때의 센싱 엘리먼트(Sensing Element)는 대략 5 KΩ 정도인 것이 바람직하다. 그러나 상기와 같은 본 실시예의 감지수단(170)은 전술된 센서의 종류, 개수 및 인터페이 스 구성에 의해 제한될 필요는 없다.
기판(110)에는 상기 감지수단(120)이 적정 형태로 실장될 수 있으며, 이러한 감지수단(120)으로부터 감지된 신호를 외부로 전송하기 위한 패턴(113)이 형성되어 있는데, 여기서 패턴(113)이란 전극 패턴을 말한다.
본 실시예에서, 상기 감지수단(120)으로 이용되는 거대 자기저항 센서는 상기 기판(110) 상에 직접 형성될 수도 있으며, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 상에 구비된 삽입부에 삽입된 형태로 장착될 수도 있다.
이때, 상기 감지수단(120)이 형성된 위치의 후배측에는 상기 감지수단(120)의 감도 효과 증대를 위해 자성수단(미도시, 예: 자석)이 추가적으로 배치 형성될 수 있는데, 이러한 자성수단(미도시)은 상기 바이오물질 측정용 카트리지(100) 상에 장착될 수도 있으나, 상기 바이오물질 측정용 카트리지(100)가 삽입 장착되는 바이오물질 측정 장치(400)의 해당 위치 상에 형성될 수도 있다. 이 외에도 다양한 실시예를 통해 상기 자성수단(미도시)을 다양한 방법으로 배치시킬 수 있음은 자명하다.
도 4는 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치에서, 감지수단만이 형성된 (a)와, 감지수단과 함께 자성수단이 동시 적용 형성된 (b)에서의 각각의 감도 차이를 비교 도시한 비교실험결과도인데, 도 4를 참조하면, 감지수단만이 형성된 (a)에서보다, 감지수단과 함께 자성수단이 동시 적용 형성된 (b)에서 감도가 증대되었음을 알 수 있다.
이러한 이유는, 첫 번째로 상기 자성수단이 추가됨으로써, 표시입자의 스핀 방향 정렬에 영향을 주어, 상기 감지수단이 표시입자를 더욱 효과적으로 감지할 수 있도록 해주기 때문에 감도 효과가 증대되는 것이며, 두 번째로 상기 자성수단이 추가됨으로써, 외부자기장을 차단하여 노이즈를 감소시키므로 감도 효과가 증대되는 것이며, 아울러 상기 감지수단과 표시입자의 거리를 좁히는 효과도 발생하여 감도 효과가 증대되는 것이다.
한편, 본 발명의 사상에 따른 바이오물질 측정용 카트리지(100)에서 상기 기판(110)의 규격(예: 3 x 1 ㎠ ~ 5 x 1.5 ㎠)은 굳이 한정할 필요가 없으며, 상기 기판(110) 상에 설치되는 감지수단(120)과 패턴(113)의 개수와 형상에 따라 달라질 수 있다. 그리고 이러한 기판(110) 상에 설치되는 상기 감지수단(120) 및 상기 패턴(113)의 개수 및 형상 역시 각각의 실시예에 따라 다양하게 변형되어 실시 가능하다. 또한, 이러한 기판(110)은 종래와 같이 제한된 제작 방법(예: 밀링)을 고수할 필요가 없으며, 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지(100)의 각각의 실시예에 따라 다양한 형상으로 정밀도가 높게 제작 가능하다. 기판(110)의 제작에 사용되는 소재는 유리 또는 플라스틱이 적합한데, 이 외에도 상기 감지수단(110)이 실장가능하며, 전극 패턴(113)을 형성시킬 수 있는 재료는 모두 사용 가능하다.
연결수단(130)은 상기 감지수단(120)과 상기 기판(110) 상의 패턴(113)을 전기적으로 연결하는 수단으로서, 본 실시예에서는 도 2b에 도시된 바와 같이, 감지수단(120)으로 이용된 거대 자기저항 센서와 기판(110) 상의 상기 패턴(113) 사이에 본딩(Bonding) 와이어(Wire)로 처리된다.
이러한 연결수단(130)은 외부로부터 밀폐되는 것이 바람직한데, 이를 위하여 도 2c에 도시된 바와 같은 보호수단(140)이 이용된다. 이는 액상 상태의 검출대상물질인 바이오물질을 측정 시, 상기 연결수단(130) 등의 전극 소재의 내구성을 높여주기 위함이다. 본 실시예에서는 이러한 보호수단(140)으로 에폭시(Epoxy) 수지를 이용한다.
한편, 상기 감지수단(120)을 가로지르는 형상으로 상기 기판(110) 상에는 안내수단(150)이 설치된다.
안내수단(150)은 검출대상물질인 측정해야 할 바이오물질을 이동시키는데 사용되는 수단으로서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 안내수단(150)의 일측으로 유입된 검출대상물질을 상기 안내수단(150)의 다른 일측으로 이동 가능하게 해준다. 본 실시예에서는 이러한 안내수단(150)으로서, 다공성 멤브레인(Membrane)이나 마이크로 채널에 의한 미세패턴이 형성된 가이더(Guider)를 이용할 수 있다. 이러한 다공성 멤브레인이나 마이크로 채널에 의한 미세패턴이 형성된 가이더로 구성된 상기 안내수단(150)은 상기 감지수단(120)이 형성된 부분 내로 측정하고자 하는 바이오물질, 즉 항원 항체를 비롯한 각종 검출대상 용액의 샘플이 유입될 수 있도록 해준다. 이 외에도, 동일 또는 유사한 성능 또는 기능을 발휘할 수 있는 통상의 기타 다른 바이오센서용 가이더가 적용되어도 무방하다. 그리고, 상기 안내수단의 다른 일측 종단에는 흡수수단(160)이 형성될 수 있는데, 이러한 흡수수단(160)은 상기 기판(110) 상에 설치되어, 상기 안내수단(150)에 의해 이동된 검출대상물질을 수집하는 역할을 수행한다.
한편, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 감지수단(120)의 위치에 대응되는 위 치 상의 상기 안내수단(150) 내 일정 위치 상에는 검출수단(170)이 형성된다. 이러한 검출수단(170)은 상기 안내수단(150)을 따라 이동하는 검출대상물질을 결합 또는 고정화 시키는 역할을 수행하는데, 표시입자가 결합된 검출대상물질이 일정 항원일 경우, 상기 검출수단(170) 내에는 상기 항원에 대응하는 항체를 포함되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 상기 감지수단(120)은 센싱한 감지신호를 전달하기 위하여 복수 개의 제1연결단자(122)를 구비하고 있으며, 이에 대응하여, 상기 감지수단(120)으로부터 연결수단(130)에 의해 전기적으로 연결되는 각각의 패턴(113) 상에는 상기 감지수단(120)에서 전달된 감지신호를 수신하기 위한 복수 개의 제2연결단자(112)를 구비하고 있다. 전술된 보호수단(140)은 상기 연결수단(130) 외에도 상기 제1연결단자(122) 및 상기 제2연결단자(112)를 더 포함하여 수지 처리 될 수 있는데, 이는 본 실시예의 전극 소재에 내구성을 높이기 위함이다.
상기와 같은 구성을 포함하는 본 실시예는 도 2f에서 도시된 바와 같이, 안내수단(150)의 일측으로 검출대상물질(200)이 투여될 경우, 상기 검출대상물질(200)을 접촉 방식의 감지수단(120)을 통해 더욱 높은 감도로 검출대상물질(200)에 대한 정량 분석이 가능해진다. 아울러 센싱하고자 하는 구역에만 상기 감지수단(120)이 부분적으로 설치되어 있으므로, Non-specific Binding의 영향도 방지할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 사상에 따른 바이오물질 측정용 카트리지(100)는 도1에 도시된 바와 같이, 상기 바이오물질 측정용 카트리지(100)에 대응하는 슬롯을 갖는 바이오물질 측정 장치(400) 내에 삽입 장착되어 활용 가능한데, 이러한 바이오물질 측정 장치(400)에는 상기 감지수단(120)에서 정량 분석된 감지신호를 상기 패턴(113)의 출력단자(114)를 통해 전달받은 후, 결과 처리하여, 필요한 정보만를 사용자에게 효과적으로 제공하기 위한 디스플레이수단(410)이 더 구비되어 있는 것이 바람직하다.
이때, 상기 디스플레이수단(410)은 본 발명에 따른 바이오물질 측정 장치(400)의 일실시예에 구성된 시각적 표현수단의 일적용예일 뿐이며, 상기 바이오물질 측정 장치(400)의 다양한 실시예에서, 소리나 촉감(예: 점자) 등과 같은 다양한 형태의 정보를 실험자에게 제공할 수 있도록, 다양한 청각적 표현수단 또는 촉각적 표현수단 등이 구비되어도 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치를 이용한 테스트 중 출력 파형을 도시한 실험도이다. 도 5의 실험도 중 ①은 본 실시예의 감지수단, 즉 거대 자기저항 센서 상에 측정하고자 하는 바이오물질이 없을 경우, 즉 검출대상물질을 유입시키지 않았을 경우의 실험 결과값이며, ②는 검출대상물질을 안내수단을 통해 유입 후, 검출대상물질이 안내수단을 따라 이동 중 거대 자기저항 센서에 의해 측정된 경우의 실험 결과값이며, ③은 ②의 경과 중 검출대상물질 중 표시입자 즉, 자성입자가 결합된 항원이 거대 자기저항 센서에 의해 측정된 경우의 실험 결과값이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치를 이용할 경우, 간편하고도 고감도로 검출대상물질 즉, 바이오물질을 측정할 수 있다.
이러한 바이오물질 측정용 카트리지를 제조하는 방법에 대하여, 도 3을 참조하여 정리하여 설명하면, 먼저, 기판 상에 감지수단에 의해 감지된 신호를 외부로 전송시키도록 소정의 패턴을 형성하고(S100), 이러한 기판 상에 상기 감지수단을 설치한다(S110). 그리고 상기 감지수단의 제1연결단자와 상기 패턴 상의 제2연결단자를 전기적으로 연결시키고(S120), 이후 상기 제1연결단자 및 상기 제2연결단자의 전극을 보호하도록 수지(예: 에폭시) 처리한다(S130). 그리고 일측으로 유입된 표시입자와 결합된 검출대상물질을 다른 일측으로 이동시키도록 형성된 안내수단을 상기 감지수단을 가로질러서 상기 기판 상에 설치한다(S140). 그리고 상기 검출대상물질을 검출하도록, 상기 감지수단의 위치에 대응하여 상기 안내수단의 일측면에 검출수단을 고정 형성시켜(S150), 바이오물질 측정용 카트리지를 제조한다. 이러한 바이오물질 측정용 카트리지는 전술된 바와 같이, 대응 슬롯이 구비된 하우징과, 디스플레이수단을 갖는 바이오물질 측정 장치로 제조 가능하다.
또한, 본 발명의 또 다른 사상에 따르면, 바이오물질 측정 방법을 제공할 수 있는데, 도 6를 참조하여, 본 발명에 다른 바이오물질 측정 방법의 바람직한 실시예를 설명하고자 한다.
먼저, 표시입자가 결합되어 있는 검출대상물질을 다공성 매질 내로 모세관력에 의해 인입시킨다(S200). 본 단계(S200)에서의 다공성 매질이란 앞서 전술한 바와 같은 다공성 멤브레인이나 마이크로 채널이 형성된 가이더 등이 될 수 있다. 그리고 인입된 검출대상물질을 감지수단 상에 안착시킨다(S210).
상기 감지수단 상에 안착된 검출대상물질은 상기 감지수단의 자기장에 변화 를 야기시키는데, 이와 같이 변화된 물리량을 디지털 신호로 변환 처리시키고(S220), 마지막으로 변환 처리된 디지털 신호를 정량적 데이터로 표시 처리시킨다(S230). 상기와 같은 전 단계(S200, S210, S220, S230)에 의하여 검출대상물질인 바이오물질의 측정이 가능해진다.
이상에서 본 발명에 의한 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치, 이의 제조 방법 및 바이오물질 측정 방법에 대하여 설명하였다.
이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치의 일실시예를 도시한 사시도이다.
도 2a, 도2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f는 도 1에 도시된 실시예를 제조하기 위한 공정개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지의 제조 방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치에서 감지수단이 형성된 위치의 배면 상에 자성수단이 추가 형성됨으로써, 감지수단의 감도가 증대함을 보여주는 비교실험결과도이다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오물질 측정용 카트리지, 측정 장치를 이용한 자성입자 출력 파형을 도시한 실험도이다.
도 6는 본 발명에 따른 바이오물질 측정 방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 바이오물질 측정용 카트리지 110 : 기판
111 : 삽입부 112 : 제2연결단자
113 : 패턴 114 : 출력단자
120 : 감지수단 122 : 제1연결단자
130 : 연결수단 140 : 보호수단
150 : 안내수단 160 : 흡수수단
170 : 검출수단 200 : 측정대상 바이오물질
400 : 바이오물질 측정 장치 410 : 디스플레이수단

Claims (13)

  1. 검출대상물질에 결합된 표시입자가 감지되면 감지신호를 출력하는 감지수단;
    상기 감지수단이 실장되며, 상기 감지수단에 의해 감지된 신호를 외부로 전송하기 위한 패턴이 형성된 기판;
    상기 감지수단을 가로질러서 상기 기판 상에 설치되어, 검출대상물질이 일측으로 유입 시 다른 일측으로 이동시키도록 형성된 안내수단; 및
    상기 감지수단의 위치에 대응되도록 상기 안내수단의 일측 상에 고정 형성되며, 검출대상물질를 결합하도록 형성된 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내수단의 다른 일측 종단에 연결되게 상기 기판 상에 설치 형성되며,
    상기 안내수단에 의해 이동되는 검출대상물질을 수집하는 흡수수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지수단이 형성된 위치의 후배측에는,
    상기 감지수단의 감도 효과 증대를 위해 배치된 자성수단이 더 포함되는 것 을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지수단에 형성된 제1연결단자와 상기 패턴에 형성된 제2연결단자는 전기적 연결수단으로 연결되되, 상기 제1연결단자, 상기 제2연결단자 및 전기적 연결수단을 외부로부터 밀폐시키도록 형성된 보호수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내수단은,
    다공성 멤브레인(Membrane) 및 마이크로 채널이 형성된 가이더(Guider) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에는,
    상기 감지수단이 삽입 설치되는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시입자는 자성을 갖는 자성입자이며,
    상기 감지수단은 상기 자성입자의 자성을 감지하는 자기센서인 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 자기센서는,
    GMR(Giant Magneto Resistance)소자, TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction)소자 및 SDT(Spin Dependant Tunneling)소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출수단은,
    상기 표시입자와 결합된 검출대상물질인 항원에 대응하는 항체를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항의 바이오물질 측정용 카트리지를 포함 하는 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이오물질 측정용 카트리지에서 측정된 측정결과를 시각적 표현수단, 청각적 표현수단 및 촉각적 표현수단 중 적어도 하나의 표현수단으로 외부에 전달 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정 장치.
  12. 기판 상의 감지수단에 의해 감지된 신호를 외부로 전송시키도록 소정의 패턴을 형성시키는 패턴 형성단계;
    상기 기판 상에 상기 감지수단을 설치시키는 감지수단 설치단계;
    일측으로 유입된 표시입자와 결합된 검출대상물질을 다른 일측으로 이동시키도록 형성된 안내수단을 상기 감지수단을 가로질러서 상기 기판 상에 설치시키는 안내수단 설치단계; 및
    검출대상물질을 검출하도록, 상기 감지수단의 위치에 대응하여 상기 안내수단의 일측면에 검출수단을 고정 형성시키는 검출수단 고정형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정용 카트리지 제조 방법.
  13. a) 검출대상물질에 결합된 표시입자를 다공성 매질 내로 모세관력에 의해 인입시키는 단계;
    b) 인입된 검출대상물질을 감지수단 상에 안착시키는 단계;
    c) 안착된 검출대상물질에 의해 자기장 변화가 발생된 상기 감지수단의 물리량 변화를 디지털 신호로 변환 처리시키는 단계; 및
    d) 변환 처리된 디지털 신호를 정량적 데이터로 표시 처리시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오물질 측정 방법.
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