KR20120132816A - 바이오 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로서, 내벽에 프로브 분자가 고정되고, 타겟 분자가 주입되는 바이오 칩; 및 상기 바이오 칩 내 상기 프로브 분자와 상기 주입된 타겟 분자 사이의 반응을 감지하는 정전용량 방식의 터치 패널을 포함한다.

Description

바이오 센서{Bio Sensor}

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전용량 방식으로 구동되는 모바일 기기의 터치 패널을 이용하여 바이오 칩 상의 바이오 물질을 감지하는 바이오 센서에 관한 것이다.

액체 생체시료 내에 포함된 특정 타겟(Target) 분자(예를 들면, 단백질, 효소 및 DNA 등)를 검출하기 위한 대부분의 바이오 센서는 센싱부 표면에 프로브(Probe) 분자가 고정되어 있는데, 이들 프로브 분자는 특정 타겟 분자와만 특이적인 결합을 함으로써, 바이오 물질의 선택적인 검출을 가능하게 한다.

타겟 분자와 프로브 분자 간의 결합을 정량적으로 검출하는 센서 방식은 광학적 방식과 전기적 방식으로 나눌 수 있는데, 광학적 방식은 센싱부 표면의 프로브 분자와 결합한 타겟 분자에 형광물질, 인광물질 및 발색물질 등의 발광물질을 표지한 후, 이로부터 발생하는 광신호를 감지하는 방법이고, 전기적 방식은 센싱부인 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor)의 채널 표면에 프로브 분자를 고정하고, 고정된 프로브 분자에 타겟 분자가 결합할 때 발생하는 타겟 분자의 전하에 의한 채널전류 변화를 감지하는 방법이다.

이러한 종래의 기술들은 타겟 분자와 프로브 분자 간의 결합을 광학적, 전기적 신호로 변환하는 센싱부 외에, 변환된 신호를 검출하고 측정하기 위한 별도의 분석 장치를 필요로 한다. 즉, 광학적 방식의 경우 발광 표지자의 신호를 검출하기 위해 광학 스캐너 등 고가의 광학계를 갖춘 대형 분석기기를 필요로 하고, 전기적 방식의 경우에는 수 ~ 수십 nA 크기의 미세전류 변화를 높은 신호 대 잡음 비율로 측정할 수 있는 계측기를 필요로 한다.

즉, 종래의 바이오 센서는 센싱부 이외에 신호 검출 및 처리부, 외부 표시부 등을 갖춘 별도의 리더기(Reader)를 반드시 필요로 하며, 이러한 리더기는 휴대형, 저가형의 시스템으로 구현하기가 어려워 사용자의 편의성이나 접근성, 진단의 신속성 및 비용 측면에서 문제점을 지니고 있다.

한편, 사용자의 편의성이나 접근성을 높이기 위해 외부의 신호 검출기에서 센싱된 신호를 모바일 기기를 통해 처리하고 표시해주려는 시도가 있었지만, 외부의 신호 검출기가 있어야 하고, 모바일 기기와의 유선 혹은 무선 통신을 통해 데이터를 주고 받아야 하는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사용자가 별도의 분석 장치 없이 언제 어디서나 정전용량 방식으로 구동되는 모바일 기기의 터치 패널을 이용하여 바이오 칩 상의 바이오 물질을 감지할 수 있는 새로운 방식의 바이오 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 바이오 센서는, 내벽에 프로브 분자가 고정되고, 타겟 분자가 주입되는 바이오 칩; 및 상기 바이오 칩 내 상기 프로브 분자와 상기 주입된 타겟 분자 사이의 반응을 감지하는 정전용량 방식의 터치 패널을 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모바일 기기의 터치 패널을 이용하여 바이오 칩 상의 바이오 물질을 감지하는 바이오 센서를 제공함으로써, 사용자가 언제 어디서나 신속, 간편하게 분석 결과를 확인할 수 있고, 별도의 리더기 제작 및 운용에 따르는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 사용되는 바이오 칩의 구조도 매우 간단하여 저가 생산이 가능하고, 어레이 형태의 제작이 쉬워 확장성이 좋으며, 일회용으로 제작하기에 용이하다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 충전 방식의 정전용량 터치 패널의 기본 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 사람이 접촉한 전후, 충전 방식의 정전용량 터치 패널의 충전시간 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 바이오 센서는 정전용량 방식으로 구동하는 모바일 기기의 터치 패널을 인체의 일부(예를 들면, 손)로 접촉하였을 때, 인체의 정전용량으로 인한 전체 정전용량 변화를 모바일 기기에서 인식하는 원리를 이용하여 원하는 타겟 분자가 프로브 분자와 결합할 때 외부로 발생하는 정전용량의 변화를 감지하여 특별한 부착 장치 없이 바이오 칩 자체만으로도 쉽게 바이오 물질을 감지할 수 있는 장치이다.

도 1 및 도 2는 충전 방식의 정전용량 터치 패널의 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스위치(110)가 닫히면, ITO(Indium Tin Oxide) 막(120)에 정전용량이 충전되기 시작한다. 이때, ITO 막(120)의 정전용량의 크기에 따라 충전시간이 결정된다. 충전 방식의 정전용량 터치 패널에서는 이 정전용량의 충전시간이 중요하다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 사람의 손이 ITO 막(120)에 닿게 되면, 인체의 정전용량으로 인해 그만큼 기존의 정전용량의 충전시간은 늘어나게 된다.

도 3은 사람이 접촉한 전후, 충전 방식의 정전용량 터치 패널의 충전시간 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 사람이 터치 패널에 접촉하지 않았을 때 모바일 기기에 내장된 터치 패널의 정전용량의 충전시간을 기본 충전시간으로 가정했을 경우, 사람이 터치 패널에 접촉하였을 때 모바일 기기에 내장된 터치 패널의 정전용량의 충전시간이 기본 충전시간보다 길어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 충전시간의 변화를 통해 모바일 기기에 내장된 터치 패널의 정전용량이 변화한 것을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 바이오 센서는 모바일 기기의 터치 패널의 표면층인 ITO 막(420)과 인체의 접촉부인 손가락 사이에 바이오 칩(430)이 놓여진다. 바이오 칩(430)은 내벽에 프로브 분자가 고정되고, 내부에 혈액, 체액 및 소변 등의 타겟 분자가 주입되어, 프로브 분자와 타겟 분자가 반응한다. 여기서, 바이오 칩(430)은 프로브 분자와 타겟 분자 사이의 반응에 따라 저항값이 바뀔 수 있도록 설계되고, 타겟 분자가 검출되었을 때 바이오 칩(430)을 통해 인체의 정전용량이 연결되어 충전시간에 영향을 줌으로써, 바이오 칩(430)의 반응 여부를 판단할 수 있게 된다. 이때, 바이오 칩(430)은 조사되는 빛에 의해 프로브 분자와 타겟 분자 사이의 반응에 따른 저항값의 변화를 나타내도록 설계될 수도 있다. 즉, 바이오 칩(430)은 빛이 조사되는 경우 프로브 분자와 타겟 분자 사이의 반응에 따라 저항값이 변화하고, 빛이 조사되지 않는 경우 프로브 분자와 타겟 분자가 반응하더라도 저항값이 변화하지 않는다. 따라서, 바이오 칩(430)의 각각의 셀들의 반응 여부에 관한 정보를 충전시간의 차이로 읽을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 바이오 센서는 인체의 접속부인 손가락이 갖는 커패시턴스 즉, 인체 커패시터(440)의 등가 커패시터를 바이오 칩(430) 내에 삽입함으로써, 손가락을 접촉하지 않더라도 바이오 물질을 분석할 수 있다.

또한, 바이오 칩(430)은 반응 정도에 따라 정전용량의 변화를 유발할 수 있도록 설계될 수 있다. 이때, 바이오 칩(430) 내부의 반응 정도를 충전시간에 따라 정량화한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센서는 한 가지 이상의 바이오 물질을 한 개의 바이오 칩(530) 상에서 순차적으로 분석한다. 이를 위해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센서는 도 4의 바이오 센서와 달리 ITO 막(520)과 바이오 칩(530) 사이에 스위치(540)가 존재한다. 스위치(540)는 터치 패널의 LCD(Liquid Crystal Display)에서 나오는 빛에 의해 스위칭된다. 즉, 원하는 바이오 칩 셀의 하부 LCD만을 온시키고, 하부 LCD에서 발생되는 빛을 투과시키게 되면, 하부 LCD의 상부 스위치가 온되어 도 4의 바이오 센서와 동일하게 동작하게 된다. 이와 같은 원리에 의해 하부 LCD를 순차적으로 온오프시키면서 상부의 바이오 칩의 각각의 셀들의 반응 여부에 관한 정보를 충전시간의 차이로 읽을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 바이오 센서는 내벽에 프로브 분자가 고정된 바이오 칩에 혈액, 체액 및 소변 등과 같은 타겟 분자를 주입시키고, 주입된 타겟 분자를 고정된 프로브 분자와 반응시킨 후, 정전용량 방식의 모바일 기기의 터치 패널 표면에 바이오 칩을 올려놓음으로써, 쉽게 바이오 물질을 감지할 수 있다. 또한, 바이오 칩의 구조는 매우 간단하며 저가이고 일회용으로 만들기에 용이하다.

본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

410: 스위치 420: ITO 막
430: 바이오 칩

Claims (7)

1. 내벽에 프로브 분자가 고정되고, 타겟 분자가 주입되는 바이오 칩; 및
   상기 바이오 칩 내 상기 프로브 분자와 상기 주입된 타겟 분자 사이의 반응을 감지하는 정전용량 방식의 터치 패널;
   을 포함하는 바이오 센서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 바이오 칩은 상기 프로브 분자와 상기 주입된 타겟 분자 사이의 반응에 따라 저항값이 변화하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 바이오 칩은 조사되는 빛에 의해 상기 프로브 분자와 상기 주입된 타겟 분자 사이의 반응에 따른 저항값의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 바이오 칩은 상기 프로브 분자와 상기 주입된 타겟 분자 사이의 반응에 따라 정전용량이 변화하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 바이오 칩의 반응 정도는 충전 시간에 따라 정량화되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 바이오 칩과 상기 터치 패널 사이에 위치하는 스위치;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 스위치는 상기 터치 패널의 LCD(Liquid Crystal Display)에서 발생하는 빛에 의해 스위칭되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.

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