KR20140097041A - Measuring device of diabetes and thereof method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a diabetes measurement device whereby PDMS channels are integrated on a micro heat sensor surface to increase reproducibility under an optimum condition, and diabetes is measured through the measurement of the amount of sialic acid in photothermy, and a method to manufacture the same. In the diabetes measurement device in accordance to the present invention provided with the micro heat sensor to quantitatively measure sialic acid and the PDMS channel positioned on the micro heat sensor surface for blood sample injection; the micro heat sensor includes: a lower layer including a resistance temperature detector (RTD); an intermediate layer including an insulating layer positioned above the lower layer; and an upper layer positioned above the intermediate layer and in chemical bonding with the sialic acid on a red blood cell surface. The PDMS channel is provided on one side with a first injection port through which a PBS is moved in, and is provided on the other side with a second injection port through which the blood sample is moved in and out.

Description

당뇨측정장치 및 그 제조방법{Measuring device of diabetes and thereof method}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring diabetes,

본 발명은 레이저를 이용하여 발색단을 보유하고 있는 생체 물질인 혈액세포가 특정 파장의 빛을 흡수하여 물리 화학적인 변화를 거쳐 열에너지의 형태로 발산하는 현상(광열효과)을 측정하여 정량화하여, 당뇨를 측정하는 당뇨측정장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 마이크로 열 센서 표면에 PDMS 채널을 집적화하여 최적화된 조건에서 재현성을 높여, 광열효과를 통하여 시알산의 양을 측정하여 당뇨를 측정하는 당뇨측정장치 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method and a device for measuring and quantifying a phenomenon (light heat effect) in which a blood cell, which is a biomaterial having a chromophore by using a laser, absorbs light of a specific wavelength and emits the light in the form of heat energy through a physicochemical change, The present invention relates to an apparatus and a method for measuring diabetes. In particular, the present invention provides a device for measuring diabetes and a method for measuring diabetes by measuring the amount of sialic acid through photothermal effect by integrating a PDMS channel on the surface of a micro thermal sensor to improve reproducibility under optimized conditions.

인슐린 의존성 당뇨병(insulin-dependent diabetes mellitus, IDDM)은 전세계적으로 3,000만 명의 환자가 있는 것으로 추정되고 있다. 인슐린 의존성 당뇨병은 주로 사춘기에 가까운 청소년들에게서 흔하나, 다른 나이 대에서도 발병할 수 있으며, 제1형 당뇨병이라고도 불리운다. 이 병이 발병하는 이유는 랑게르한스섬 베타세포에 대한 자가면역반응에 의해 베타세포가 대량으로 괴사하기 때문이다. 제1형 당뇨병은 인슐린을 생산하는 베타세포의 기능이 상실되므로 췌장은 글루코스에 반응하지 못하고, 전형적인 인슐린 부족 증상(다뇨, 다식, 다갈, 체중감소)이 나타난다. 따라서 제1형 당뇨병은 고혈당과 생명을 위협하는 케토산혈증의 특징이 있는 대사상태를 피하기 위하여 외부로부터의 인슐린 투여가 필요하다. It is estimated that there are 30 million patients worldwide with insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM). Insulin-dependent diabetes mellitus is common in adolescents close to puberty, but can also occur at other ages and is also called type 1 diabetes. The reason for the onset of this disease is that beta cells are necrotized by autoimmune reaction to beta cells of Langerhans. Type 1 diabetes mellitus causes loss of function of the insulin-producing beta cells, so the pancreas does not respond to glucose and typically exhibits insulin deficiency symptoms (polyuria, satiety, obesity, and weight loss). Thus, type 1 diabetes requires external insulin administration to avoid metabolic conditions characterized by hyperglycemia and life-threatening ketoacidosis.

상기 인슐린은 혈액 속의 포도당의 양을 일정하게 유지시키는 호르몬으로서, 인슐린의 세포 수용체에는 만노스, 갈락토스, 푸코스, N-아세틸글루코사민, 시알산을 함유하는 올리고당 측쇄가 존재한다. The insulin is a hormone that keeps the amount of glucose in the blood constant. The insulin cell receptor contains oligosaccharide side chains containing mannose, galactose, fucose, N-acetylglucosamine, and sialic acid.

이 중 시알산(Sialic Acid(SA), N-acetylneuraminic acid)은 뉴라민산(neuraminic acid)의 유도체로서, 음으로 하전된 단당류이다. 또한 시알산은 보통 적혈구 막에 있는 글리칸 체인(glycan chain)의 말단에 제시된다(Schauer, 2000). 이러한 시알산은 악성 암(Raz 등, 1980; Dobrossy 등, 1981; Passaniti와 Hart, 1988) 및 당뇨병(Vahalkar와 Haldankar, 2008; Mazzanti 등, 1997; Moretti 등, 2002)의 중요한 임상적 파라미터가 될 수 있다.Among them, Sialic Acid (SA), N-acetylneuraminic acid, is a derivative of neuraminic acid, a negatively charged monosaccharide. Sialic acid is also usually present at the end of the glycan chain in the erythrocyte membrane (Schauer, 2000). Such sialic acid may be an important clinical parameter of malignant cancer (Raz et al., 1980; Dobrossy et al., 1981; Passaniti and Hart, 1988) and diabetes (Vahalkar and Haldankar, 2008; Mazzanti et al., 1997; Moretti et al. .

먼저, 적혈구 막의 표면에서 과도하게 제시된 시알산은 여러 가지 암들 중 악성이고 전이성인 유전자형으로 임상적으로 인지되고 있다.First, sialic acid, which is overrepresented on the surface of erythrocytes, is clinically recognized as a malignant, metastatic genotype among various cancers.

또한, 시알산은 면역 시스템이 “자기” 및 “비자기”를 구분하는데 도움을 주는 역할을 할 수 있는데, 이 시스템이 무너지면 면역 시스템이 “자기”를 공격하는 이른바 자가면역 현상이 나타나게 된다. 따라서 적혈구 막의 표면에서 적게 제시된 시알산은 자가면역질환의 일종인 제1형 당뇨병의 지표로서 인식될 수 있다. 최근 분석에서는, 인슐린 의존성 당뇨병(IDDM) 환자는 건강한 사람보다 시알산이 38% 저감되었다고 보고된 바 있다(Vahalkar와 Haldankar, 2008).In addition, sialic acid can play a role in helping the immune system distinguish between "self" and "non-self." When this system collapses, a so-called autoimmune phenomenon occurs in which the immune system attacks "self." Thus, sialic acid, which is presented less on the surface of red blood cells, may be recognized as an indicator of type 1 diabetes, a type of autoimmune disease. In a recent analysis, patients with insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM) have been reported to have a 38% reduction in sialic acid compared to healthy people (Vahalkar and Haldankar, 2008).

세포의 표면에 존재하는 시알산의 변화는 세포의 발생과 분화에 관여하며, 암전이등 병리적 처리과정(pathologic process)에 중요한 역할을 하고 있다. 현재 보고된 바에 의하면 과발현된 시알산은 전이암의 지표가 되고, 덜발현 시알산은 당뇨의 지표가 된다. 또한 노화와 임신성 당뇨병 등에도 중요한 지표로 알려져 있다. Changes in sialic acid present on the surface of cells are involved in the development and differentiation of cells and play an important role in pathologic processes such as metastasis. Over-expressed sialic acid is now an indicator of metastatic cancer, and less expressed sialic acid is an indicator of diabetes. It is also known as an important indicator for aging and gestational diabetes.

이와 같이 시알산 양을 측정함으로써 암 또는 당뇨병인지 여부를 진단할 수 있으므로, 시알산 양을 정량적으로 측정하는 장치 및 방법이 개발되어 왔다.Thus, by measuring the amount of sialic acid, it is possible to diagnose cancer or diabetes, so that an apparatus and a method for quantitatively measuring sialic acid amount have been developed.

그 중에서도 상업화된 시알산 정량화 시약들을 사용하는 방법은, 다양한 효소들이 필요하여 분석비용이 매우 비싸며, 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.Among them, the method of using commercially available sialic acid quantification reagents is disadvantageous in that a variety of enzymes are required and the analysis cost is very expensive and time consuming.

최근에는 전기장 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)계 시알산 측정방법이 개발되었으나, 마찬가지로 분석시간이 길고, 시알산과 FET 센서 표면이 매우 가까이 위치해야 하므로 조작이 어려운 단점이 있다.Recently, a field effect transistor (FET) sialic acid measurement method has been developed, but it has a disadvantage in that the analysis time is long and the sialic acid and the FET sensor surface are located very close to each other.

따라서 현재 사용되고 있는 시알산 측정법들은 전문적인 훈련과 측정장비들을 필요로 하며 가격이 비싸고, 측정시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. Therefore, currently used sialic acid methods require specialized training and measurement equipment, are expensive, and take a long time to measure.

따라서, 본 발명은, 마이크로 열 센서부를 구비하여, 피루브산(pyruvic acid)을 처리함으로서, 시알산(sialic acid)과 특이적으로 결합을 유도하여 시알산의 발현 정도에 따라 마이크로 열 센서부에 도포된 혈액 세포에 532nm 파장의 레이저를 조사하여 나타나는 온도변화 감지(광열효과)를 통하여, 당뇨를 측정하는 당뇨측정장치 및 방법을 제공하고자 한다. 특히, 본 발명은 마이크로 열 센서 표면에 PDMS 채널을 집적화하여 최적화된 조건에서 재현성을 높였다.Accordingly, the present invention provides a micro thermal sensor unit, which comprises pyruvic acid to induce specific binding with sialic acid, which is applied to the micro thermal sensor unit according to the degree of sialic acid expression And a method and apparatus for measuring diabetes by measuring the temperature change (light heat effect) caused by irradiating a blood cell with a laser having a wavelength of 532 nm. In particular, the present invention increases the reproducibility under optimized conditions by integrating the PDMS channel on the surface of the micro thermal sensor.

종래기술로서, 본 발명자들이 출원한 국내 공개번호 제10-2011-0057341호 '적혈구의 광열효과를 이용한 헤모글로빈 정량적 측정장치 및 방법'이 있으나, 시알산 정량측정에 관한 것이 아니므로, 이 발명은 시알산 정량측정 장치 및 방법에 사용될 수 있는 표면에 PDMS 채널을 집적화된 마이크로 열센서 및 이를 제조하는 방법에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.As a conventional technique, Korean Patent Publication No. 10-2011-0057341 filed by the present inventors has an apparatus and method for quantitatively measuring hemoglobin using photothermal effect of erythrocytes, but since it is not related to sialic acid quantitative measurement, There is no mention of a micro-thermal sensor integrated with a PDMS channel on a surface that can be used in an apparatus for measuring an acid quantity and a method thereof, and a method of manufacturing the same.

시알산 함유량을 측정하는 종래기술로, 국내 공개특허 제10-2009- 0129150호가 있으나, 이는 광열효과를 이용하여 시알산을 측정하는 것이 아니므로, 본 발명과는 상이하다.As a conventional technique for measuring sialic acid content, there is Korean Patent Laid-Open No. 10-2009- 0129150, which is different from the present invention because sialic acid is not measured using the photothermal effect.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레이저를 이용하여 발색단을 보유하고 있는 생체 물질인 혈액세포가 특정 파장의 빛을 흡수하여 물리 화학적인 변화를 거쳐 열에너지의 형태로 발산하는 현상(광열효과)을 측정하여 정량화하여, 당뇨를 측정하는 당뇨측정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to measure a phenomenon (photothermal effect) that a blood cell, which is a biomaterial having a chromophore by using a laser, absorbs light of a specific wavelength and emits in the form of heat energy through a physicochemical change To measure the diabetic state, and to provide a method for producing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 532nm의 파장의 빛이 적혈구의 햄(heme)의 Fe2 +(제1철 이온)을 Fe3 +(제2철 이온)으로 산화시킴으로 고온의 열이 발생되는 것을 감지하여 적혈구 세포의 농도를 정량화하여, 당뇨를 측정하는 당뇨측정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is that light of a wavelength of 532 nm oxidizes Fe 2 + (ferrous ion) of the heme of red blood cells to Fe 3 + (ferric ion) And measuring the concentration of red blood cells to measure diabetes, and a method for producing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 마이크로 열 센서부를 구비하여, 피루브산(pyruvic acid)을 처리함으로서, 시알산(sialic acid)과 특이적으로 결합을 유도하여 시알산의 발현 정도에 따라 센서부에 도포된 혈액 세포에 532nm 파장의 레이저를 조사하여 나타나는 온도변화 감지를 통하여, 당뇨를 측정하는 당뇨측정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a micro thermal sensor unit which is capable of inducing specific binding with sialic acid by treating pyruvic acid, The present invention also provides a device for measuring diabetes and a method for manufacturing the same, which is capable of measuring diabetes through detection of a temperature change caused by irradiating a coated blood cell with a laser having a wavelength of 532 nm.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 마이크로 열 센서 표면에 PDMS 채널을 집적화하여 최적화된 조건에서 재현성을 높이고, 광열효과를 통하여 시알산의 양을 측정하여 당뇨를 측정하는 당뇨측정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a device for measuring diabetes by measuring the amount of sialic acid by measuring the amount of sialic acid through photothermal effect and integrating a PDMS channel on the surface of a micro thermal sensor to improve reproducibility under optimized conditions, .

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 시알산 정량측정하는 마이크로 열센서와, 상기 마이크로 열 센서 표면에 위치되되 혈액샘플이 주입되는 PDMS 채널을 구비하는 당뇨측정장치에 있어서, 상기 마이크로 열 센서는, 측온저항체(RTD)를 포함하는 하부층; 상기 하부층 위에 위치하는 절연층을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 위에 위치하며 적혈구 막 표면의 시알산과 화학결합하는 상부층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a diabetes measurement device comprising a micro thermal sensor for measuring sialic acid quantitation, and a PDMS channel positioned on the surface of the micro thermal sensor, into which a blood sample is injected, , A lower layer including a RTD (RTD); An intermediate layer including an insulating layer located on the lower layer; And an upper layer located on the intermediate layer and chemically bonded to sialic acid on the surface of the erythrocyte membrane.

PDMS 채널은 일측에 PBS가 들어가는 제1주입구를 구비하며, 다른 일측에, 혈액 샘플이 넣거나 나오기 위한 제2주입구를 구비한다.The PDMS channel has a first inlet for receiving the PBS at one side and a second inlet for introducing or withdrawing a blood sample at the other side.

상기 상부층은, 상기 중간층 위에 위치하는 금(Au) 박막층; 상기 금(Au) 박막층 위에 위치하는 자가조립 단분자층(SAM); 및 상기 자가조립 단분자층(SAM) 위에 위치하는 페닐붕소산(PBA)층;을 포함한다.Wherein the upper layer comprises: a gold (Au) thin film layer located on the intermediate layer; A self-assembled monolayer (SAM) located on the gold (Au) thin layer; And a phenylboronic acid (PBA) layer overlying the self-assembled monolayer (SAM).

자가조립 단분자층(SAM)은 아미노알칸싸이올, Fmoc-알칸싸이올, 카르복시알칸싸이올, 카르복시알칸설파이드, 숙신이미딜 알칸다이설파이드, 킬레이트 알칸싸이올, 페로세닐 알칸싸이올, 하이드록시알칸싸이올 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 하나의 물질로 형성될 수 있다.The self-assembled monolayer (SAM) may comprise at least one of aminoalkanthiol, Fmoc-alkanthiol, carboxyalkanethiol, carboxyalkane sulfide, succinimidylalkane disulfide, chelatealkanthiol, Or a mixture thereof.

상기 자가조립 단분자층(SAM)은 카르복시알칸싸이올 화합물로 형성될 수 있다.The self-assembled monolayer (SAM) may be formed from a carboxyalkanethiol compound.

상기 페닐붕소산(PBA)층은 페닐붕소산계 화합물로 형성될 수 있다.The phenylboronic acid (PBA) layer may be formed of a phenylboronic acid-based compound.

상기 페닐붕소산계 화합물로 아미노페닐붕소산 화합물을 사용하여 자가조립 단분자층(SAM) 말단의 카르복시기와 아마이드 결합을 형성될 수 있다.As the phenylboronic acid compound, an aminophenylboronic acid compound can be used to form an amide bond with the carboxyl group at the terminal of the self-assembled monolayer (SAM).

상기 페닐붕소산(PBA)층의 말단이 적혈구 막 표면의 시알산과 화학결합하여 적혈구를 포획된다.The end of the phenyl boronic acid (PBA) layer is chemically bonded to sialic acid on the surface of the erythrocyte membrane to capture red blood cells.

상기 측온저항체는 백금(Pt)을 사용하여 형성된다.The RTD is formed using platinum (Pt).

또한, 본 발명은, 시알산 정량측정하는 마이크로 열센서와, 상기 마이크로 열 센서 표면에 위치되되 혈액샘플이 주입되는 PDMS 채널을 구비하는 당뇨측정장치 제조방법에 있어서, 상기 마이크로 열센서는 측온저항체(RTD)를 포함하는 하부층 위에 절연층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계; 상기 중간층 위에 금(Au) 박막층을 증착하는 단계; 상기 금(Au) 박막층 위에 자가조립 단분자층(SAM)을 형성하는 단계; 및 상기 자가조립 단분자층(SAM) 위에 페닐붕소산(PBA)층을 형성하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a method for manufacturing a diabetic measurement device comprising a micro thermal sensor for measuring sialic acid quantitation and a PDMS channel positioned on the surface of the micro thermal sensor and into which a blood sample is injected, Forming an intermediate layer including an insulating layer on a lower layer including a first conductive layer (RTD); Depositing a gold (Au) thin film layer on the intermediate layer; Forming a self-assembled monolayer (SAM) on the gold (Au) thin film layer; And forming a phenylboronic acid (PBA) layer on the self-assembled monolayer (SAM).

상기 PDMS 채널은, Si 웨이퍼 위에 음성 감광층을 도포한 다음에 95℃ 15분 소프트 베이킹하고, 기 제작된 포토마스크를 음성 감광층의 상부에 위치시키며, UV 얼라이너를 이용하노광한 후에 디밸로퍼(developer)로 패턴 이외의 부분을 현상하는 제1단계; PDMS를 경화제와 섞어서 몰드를 형성하고, 제1단계에서 획득된 Si 웨이퍼 표면을 덮은 후, 기포를 제거하였고, 95℃ 2시간 정도 가열시킨 후에, 굳어진 PDMS 채널을, 펀치(punch)를 이용하여 인렛(inlet) 과 아웃렛(outlet)을 형성하는 제2단계; 제2단계에서 획득된 마이크로유로 채널을 마이크로 열센서 표면에 산소 플라즈마(oxigen plasma)기를 이용하여 본딩(bonding) 하는 제3단계;를 포함하여 이루어진다.The PDMS channel was prepared by applying a negative photosensitive layer on a Si wafer, soft-baking at 95 DEG C for 15 minutes, placing the prepared photomask on the negative photosensitive layer, exposing the negative photosensitive layer using a UV aligner, A first step of developing a part other than the pattern with the first step; PDMS was mixed with a curing agent to form a mold, the surface of the Si wafer obtained in the first step was covered, the bubbles were removed, and after heating for 2 hours at 95 DEG C, the hardened PDMS channel was punched, a second step of forming an inlet and an outlet; And a third step of bonding the micro channel channel obtained in the second step to the surface of the micro thermal sensor using an oxygen plasma.

상기 중간층 형성 단계는 SiO2막을 형성하며, 상기 SiO2막은 플라스마-강화 화학기상 증착법(PECVD)으로 증착된다.The intermediate layer forming step forms an SiO 2 film, and the SiO 2 film is deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계 이전에 증착된 금(Au) 박막층 표면을 세척하는 단계를 더 포함하며, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계는 카르복시알칸싸이올 및 알코올 혼합용액에 금(Au) 박막층이 증착된 마이크로 열센서를 침지시키는 것이다.Wherein the step of forming the self-assembled monolayer (SAM) comprises the step of forming a gold (Au) thin film layer on the surface of the self-assembled monolayer (SAM) ) Thin film layer is immersed in the deposited micro-thermal sensor.

상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계 후, 결합하지 않은 카르복시알칸싸이올 화합물을 초순수로 세척한 후 순수한 알코올에서 초음파 처리하는 단계를 더 포함하며, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계 후, 자가조립 단분자층(SAM)의 말단 카르복시기를 활성화시키는 단계를 더 포함한다. The method of claim 1, further comprising washing the unconjugated carboxyalkanethiol compound with ultrapure water followed by sonication in pure alcohol after the step of forming the self-assembled monolayer (SAM) Further comprising activating a terminal carboxyl group of the monolayer (SAM).

상기 페닐붕소산(PBA)층 형성 단계는 자가조립 단분자층(SAM)이 형성된 마이크로 열센서를 DMF : 페닐붕소산계 화합물이 포함된 NaOH 용액의 부피비가 1:0.5 내지 1:2인 혼합용액에 15 내지 25℃에서 15 내지 30시간 동안 침지시키는 것이다.In the step of forming the phenylboronic acid (PBA) layer, a micro-thermal sensor in which a self-assembled monolayer (SAM) is formed is immersed in a mixed solution having a volume ratio of DMF: phenylboronic acid-based compound NaOH solution of 1: 0.5 to 1: Lt; RTI ID = 0.0 > 25 C < / RTI > for 15 to 30 hours.

또한, 본 발명은, 시알산 정량측정하는 마이크로 열센서와, 상기 마이크로 열 센서 표면에 위치되되 전혈시료가 주입되는 PDMS 채널을 구비하는 당뇨측정장치에 있어서, 적혈구를 포함하는 전혈시료가 들어 있는 PDMS 채널에 빛을 조사하는 레이저 모듈; 상기 조사되는 빛에 대응하여 변화하는 적혈구의 온도를 마이크로 열센서를 이용하여 검출하는 검출부; 및 검출된 온도를 이용하여 적혈구 막 표면의 시알산의 양을 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a diabetes measurement device comprising a micro thermal sensor for measuring sialic acid quantitation and a PDMS channel positioned on the surface of the micro thermal sensor and into which a whole blood sample is injected, A laser module for irradiating the channel with light; A detector for detecting a temperature of red blood cells that changes in accordance with the irradiated light using a micro thermal sensor; And a measuring unit for measuring the amount of sialic acid on the erythrocyte membrane surface using the detected temperature.

상기 레이저 모듈은 532nm의 빛을 조사하며, 상기 검출부는 상기 마이크로 열센서에 연결되어 측온저항체(RTD)의 저항의 변화에 따라 가열된 적혈구로부터 발생한 열변화 신호를 검출하는 전류-전압계(I-V meter)를 더 포함한다.The laser module irradiates light having a wavelength of 532 nm, and the detector includes a current-voltmeter (IV meter) connected to the micro-thermal sensor and detecting a thermal change signal generated from erythrocytes heated according to a change in the resistance of the RTD, .

본 발명은 상기 레이저 모듈로부터 공급되는 전원을 제어하는 파워 컨트롤러; 상기 레이저 모듈로부터 조사되는 빛을 규칙적인 시간 간격으로 단속하는 광학 초퍼; 및 상기 레이저 모듈로부터 조사되는 빛의 세기를 측정하는 광학 파워미터;를 더 포함한다.The present invention may be applied to a power controller that controls power supplied from the laser module; An optical chopper for interrupting light emitted from the laser module at regular time intervals; And an optical power meter for measuring intensity of light emitted from the laser module.

본 발명의 검출부는 항온시스템을 더 구비하며, 상기 항온시스템은, 중간부에 전단부 통공을 구비하여, 전단부 통공의 일측에 칩슬라이드 거치부가 장착되고, 전단부 통공의 다른 일측에는 알루미늄 봉이 장착되는, 항온시스템 전단부; 항온시스템 전단부과 결합되도록 이루어자되, 중간부에 전극거치부용 결합부를 구비하여 전극을 거치한 전극거치부가 삽입되도록 이루어진, 항온시스템 후단부;를 포함하여 이루어진다.The detecting unit of the present invention further includes a constant temperature system, wherein the thermostatic system is provided with a front end through-hole in the middle portion, a chip slide mounting portion is mounted on one side of the front end through- A thermostatic system front end; And a rear end of the thermostatic system which is configured to be coupled with the front end of the thermostatic system, and has an engaging portion for the electrode mounting portion at an intermediate portion thereof, and an electrode mounting portion for receiving the electrode is inserted.

전극거치부는 전극을 끼우도록 이루어진 구조를 구비하며, 칩슬라이드 거치부는, 수직 지지대와, 상기 수직 지지대의 일측에 2개의 수평 지지대가 이격되어 장착되며, 수직 지지대의 높이는 수평 지지대의 높이 보다 더 높도록 이루어진다.The electrode holder has a structure in which electrodes are sandwiched. The chip slide holder has a vertical support and two horizontal supports spaced apart from each other on one side of the vertical support. The height of the vertical support is higher than the height of the horizontal support .

본 발명의 당뇨측정장치 및 방법에 따르면, 레이저를 이용하여 발색단을 보유하고 있는 생체 물질인 혈액세포가 특정 파장의 빛을 흡수하여 물리 화학적인 변화를 거쳐 열에너지의 형태로 발산하는 현상(광열효과)을 측정하여 정량화하여, 당뇨를 측정한다.According to the apparatus and method for measuring diabetes of the present invention, blood cells, which are biomaterials having a chromophore by using a laser, absorb light of a specific wavelength and emit in the form of thermal energy through physicochemical changes (light heat effect) Is measured and quantified to measure diabetes.

특히, 532nm의 파장의 빛이 적혈구의 햄(heme)의 Fe2 +(제1철 이온)을 Fe3 +(제2철 이온)으로 산화시킴으로 고온의 열이 발생되는 것을 감지하여 적혈구 세포의 농도를 정량화하여, 당뇨를 측정한다.In particular, when the light of 532 nm wavelength detects the generation of heat at high temperature by oxidizing Fe 2 + (ferrous ion) of the heme of red blood cells to Fe 3 + (ferric ion), the concentration of red blood cells , And the diabetes is measured.

또한 본 발명은, 마이크로 열 센서부를 구비하여, 피루브산(pyruvic acid)을 처리함으로서, 시알산(sialic acid)과 특이적으로 결합을 유도하여 시알산의 발현 정도에 따라 센서부에 도포된 혈액 세포에 532nm 파장의 레이저를 조사하여 나타나는 온도변화 감지를 통하여, 당뇨를 측정한다.In addition, the present invention provides a micro thermal sensor unit, which comprises pyruvic acid to induce a specific binding with sialic acid, and to bind blood cells coated on the sensor unit according to the degree of sialic acid expression Diabetes is measured through the detection of temperature changes that occur by irradiating a laser with a wavelength of 532 nm.

본 발명은 당뇨뿐만 아니라, 다양한 질환, 즉 세포의 발생과 분화에 관여된 질병, 암전이, 노화, 임신성 당뇨병 등을, 혈액을 통하여, 진단할 수 있다.The present invention can diagnose not only diabetes but also various diseases such as diseases involved in cell development and differentiation, cancer metastasis, aging, gestational diabetes, etc. through blood.

또한, 본 발명의 마이크로 열 센서 표면에 PDMS 채널을 집적화하여 최적화된 조건에서 재현성을 높일 수 있다.In addition, PDMS channels can be integrated on the surface of the micro thermal sensor of the present invention to improve reproducibility under optimized conditions.

특히, 본 발명의 시알산 측정방법은 기존 당뇨측정법인 혈당측정법보다 환경적 영향을 덜 받아 빠르고 정확한 당뇨의 진단이 가능하다. 기존의 시알산 측정방법에 소요되는 시간(24시간 이상)과 비교하여 2분이내에 정확한 측정이 가능하며 전처리과정이 필요치 않고 사용이 편한 장점이 있다. In particular, the sialic acid determination method of the present invention is less susceptible to environmental influences than the conventional method of measuring blood sugar, which enables to diagnose diabetes quickly and accurately. Compared with the time required for conventional sialic acid measurement (more than 24 hours), accurate measurement is possible in less than 2 minutes.

본 발명은 광열효과를 이용하여 시알산 측정용 장치를 제공하며, 또한 미세유체채널을 시알산 측정칩에 추가함으로써 시료의 처리과정에 균일한 shear force를 공급하며 필요한 시료양을 최소화한다. The present invention provides a device for measuring sialic acid using photothermal effects and also adds a microfluidic channel to a sialic acid measurement chip to provide a uniform shear force in the processing of the sample and minimize the need for the sample.

본 발명의 당뇨측정장치는 소형화하여 제작하며 마이크로열센서와 레이저광원, 출력된 온도값을 시알산농도로 변환하는 회로 및 표시장치를 구비하여 제작되며, 또한, 표면처리한 시알산칩의 장기보관법을 개발하여 간편한 사용이 가능하도록 설계, 제작된다. The diabetes measurement device of the present invention is manufactured by miniaturizing and manufacturing a micro thermal sensor, a laser light source, a circuit for converting the output temperature value into a sialic acid concentration, and a display device, It is designed and manufactured so that it can be developed and used easily.

도 1은 본 발명의 시알산 정량측정 마이크로 열센서의 구조의 일예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 시알산 정량측정에 사용되는 마이크로 열센서의 패턴 형성과정을 설명하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 시알산 정량적 측정장치를 설명하는 설명이다.
도 3b는 도 3a의 시알산 정량적 측정장치의 일예이다.
도 4는 본 발명의 시알산 정량측정 마이크로 열센서의 일예 및 이를 포함하는 시알산 정량측정 장치의 일예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 광열효과를 이용한 시알산 정량측정 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 PDMS 제작공정을 설명하는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 칩다자인의 일예이다.
도 8은 본 발명에서 워싱조건과 세포 인큐베이션 타임 조건을 최적화하기위한 실험결과이다.
도 9는 PDMS의 파워손실을 실험한 결과이다.
도 10은 본 발명의 마이크로유로 채널을 이용한 적혈구 검출방법을 설명하는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 마이크로열센서의 성능을 검증하기 위한 실험결과의 일예로,
도 12는 PDMS가 직접화된 본 발명의 시스템 전체 모식도와 실제 칩 사진이다.
도 13은 본 발명에서 최적인 유속조건을 찾기 위하여 유속 별로 실험을 진행한 결과이다.
도 14a 및 도 14b는 최적의 조건하에서, 본 발명의 당뇨측정장치를 이용하여, 정상인과 당뇨환자의 실험결과를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한, 당뇨측정장치의 하우징부이다.
도 16은 도 15의 당뇨측정장치의 하우징부에 장착되는 항온시스템이다.
도 17은 도 15의 당뇨측정장치의 하우징부에 항온시스템이 장착된 상태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an example of the structure of a sialic acid quantitative measurement microthermal sensor of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating a pattern formation process of a micro thermal sensor used for sialic acid quantitative measurement of the present invention.
3A is a view for explaining a sialic acid quantitative measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3B is an example of a sialic acid quantitative measurement device of FIG. 3A.
FIG. 4 shows an example of the sialic acid quantitative measurement micro-thermal sensor of the present invention and an example of a sialic acid quantitative measurement device containing the same.
5 is an explanatory diagram for explaining a sialic acid quantitative measurement method using the photothermal effect of the present invention.
6 is an explanatory view for explaining a PDMS manufacturing process of the present invention.
7 is an example of the chip designer of the present invention.
FIG. 8 shows experimental results for optimizing wash conditions and cell incubation time conditions in the present invention.
FIG. 9 shows the results of experiments on the power loss of the PDMS.
10 is a schematic view for explaining a red blood cell detection method using the micro channel channel of the present invention.
11 is an example of an experimental result for verifying the performance of the micro thermal sensor of the present invention,
FIG. 12 is a schematic view of the entire system of the present invention in which the PDMS is directly integrated, and actual chip images.
FIG. 13 is a graph showing the results of experiments conducted at different flow rates in order to find the optimum flow rate condition in the present invention.
14A and 14B show experimental results of a normal person and a diabetic patient using the diabetes measurement device of the present invention under optimal conditions.
15 is a housing part of a diabetes measurement device according to an embodiment of the present invention.
16 is a constant temperature system to be mounted on the housing part of the diabetes measurement device of Fig.
FIG. 17 is a view showing a state in which a thermostatic system is mounted in the housing part of the diabetes measurement device of FIG. 15;

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 장치 및 상기 장치의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all changes, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 장치 및 장치 제조방법을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a device and a device according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

광열효과Photothermal effect

색소포(Chromophore)는 특정 파장의 광자를 흡수하고 이를 열에너지로 전환할 수 있는데(Anderson과 Parrish, 1983), 적혈구 내의 헤모글로빈 분자 역시 전형적인 색소포에 해당한다. Chromophore can absorb photons at specific wavelengths and convert them to heat energy (Anderson and Parrish, 1983), and hemoglobin molecules in red blood cells also correspond to typical pigmented cells.

단일 적혈구 내에는 2억 7천만 헤모글로빈 분자가 있으며, 각각의 헤모글로빈 분자는 4개의 헴(heme) 그룹을 가진다. 각각의 헴 그룹은 헤테로고리인 포르피린 고리 중앙에 철(Fe) 원자를 포함하고 있다. There are 270 million hemoglobin molecules in a single red blood cell, and each hemoglobin molecule has four heme groups. Each heme group contains an iron (Fe) atom at the center of the porphyrin ring, which is a heterocyclic ring.

이러한 철(Fe) 이온들은 418nm, 530-545nm, 및 577-595nm에서 광자(photon)를 흡수하고 이를 열에너지로 전환할 수 있다. 특히, 532nm 파장의 빛을 잘 흡수하며, 이 파장에서 적혈구의 상기 광열효과에 의한 파라미터는 잘 확립되어 있다(Lapotko 등, 2002; Lapotko와 Lukianova, 2005; Lapotko, 2006; Almond와 Patel, 1996).These iron (Fe) ions can absorb photons at 418 nm, 530-545 nm, and 577-595 nm and convert them to thermal energy. In particular, the 532 nm wavelength light is well absorbed and the parameters of the red light effect on the red blood cells are well established (Lapotko et al., 2002; Lapotko and Lukianova, 2005; Lapotko, 2006; Almond and Patel, 1996).

특히, 532nm의 파장의 빛이 적혈구의 헴(heme)의 Fe2 +을 Fe3 +으로 산화시킴으로 고온의 열이 발생되는 것을 감지함으로 적혈구 세포의 농도를 정량화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 마이크로 열 센서부에 피루브산(pyruvic acid)을 처리함으로 시알산(sialic acid)과 특이적으로 결합을 유도하여 시알산의 발현 정도에 따라 센서부에 도포된 혈액 세포에 532nm 파장의 레이저를 조사하여 이때 나타나는 온도변화 감지를 통하여, 혈액을 통하여 앞서 언급한 다양한 질환을 진단가능하다. In particular, the concentration of red blood cells can be quantified by detecting the generation of heat at a high temperature by light of a wavelength of 532 nm oxidizing Fe 2 + of the heme of the red blood cells to Fe 3 + . Therefore, by treating pyruvic acid with the micro-thermal sensor part of the present invention, it is possible to induce a specific binding with sialic acid, and the blood cells applied to the sensor part according to the degree of expression of sialic acid have a wavelength of 532 nm By irradiating the laser and detecting the temperature change at this time, it is possible to diagnose various diseases mentioned above through the blood.

본 발명에서는 이러한 상기 적혈구에 대한 광열효과를 이용하여 시알산의 양을 정량적으로 측정할 수 있는 하기와 같은 마이크로 열센서를 제시한다.
In the present invention, the following micro-thermal sensor capable of quantitatively measuring the amount of sialic acid using the photothermal effect on the red blood cells is presented.

마이크로 Micro 열센서Heat sensor

본 발명에서는 시알산(Sialic acid)와 특이적인 반응을 유도하기 위해, 센서부 표면에 자가조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM)을 이용하여 페닐붕소산(phenylboronic acid, PBA)를 고정화하였다.In the present invention, phenylboronic acid (PBA) was immobilized on the surface of the sensor using a self-assembled monolayer (SAM) to induce a specific reaction with sialic acid.

본 발명에서 사용되는 마이크로 열센서는 상기 공개특허의 마이크로 열센서를 표면처리한 것으로서, 기판(substrate) 위에 측온저항체(RTD)를 포함하는 하부층, 상기 하부층 위의 절연층을 포함하는 중간층 및 상기 중간층 위에 위치하며 적혈구 막 표면의 시알산과 화학결합하는 상부층을 포함할 수 있다.The micro-thermal sensor used in the present invention is a surface-treated micro-thermal sensor of the prior art, and includes a lower layer including a RTD on a substrate, an intermediate layer including an insulating layer on the lower layer, And an upper layer chemically bonded to the sialic acid at the surface of the erythrocyte membrane.

본 발명의 발명자는 적혈구의 광열효과를 이용한 헤모글로빈의 정량적 측정장치를 개발한 바 있으며, 상기 발명은 국내공개특허 제10-2011-0057341호로 공개되었다. The inventor of the present invention has developed an apparatus for quantitatively measuring hemoglobin using the photothermal effect of erythrocytes, and the above-described invention was disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2011-0057341.

마이크로 열센서는 측온저항체(Resistance Temperature Detector; RTD) 및 상기 측온저항체와 연결된 도선부를 포함하는 센서로서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The micro thermal sensor is a sensor including a resistance temperature detector (RTD) and a lead wire connected to the RTD, and a detailed description thereof will be omitted.

측온저항체는, 광열효과를 정량화하는 수단으로, 백금 측온저항체(Pt-RTD)로 이루어질 수 있다. 백금은 온도변화에 전기저항이 예민하게 직선적으로 증감하며, 중량이 가볍고 물리적, 화학적 성질도 우수하여 장기간 안정적인 온도 측정용 센서로 사용된다. 특히, 백금 측온저항제는 온도변화에 따른 금속의 전기저항이 선형적으로 증감하는 성질을 이용한 온도 센서이며, 2, 3, 4선식의 형태가 있는데, 이 중 4선식의 경우 측정부의 온도변화와 그 외의 온도변화를 모두 상쇄시킬 수 있으므로 마이크로 열센서에 적합하다.The RTD can be made of a platinum RTD (Pt-RTD) as a means for quantifying the light heat effect. Platinum is used as a sensor for temperature measurement which is stable for a long period of time because the electrical resistance is sensitively and linearly increased and decreased due to the temperature change and is light in weight and excellent in physical and chemical properties. Particularly, the platinum resistance thermometer is a temperature sensor using the property of linearly increasing or decreasing the electrical resistance of the metal according to the temperature change. There are two, three, and four-wire types. Among them, It is suitable for micro thermal sensor because it can cancel out all other temperature changes.

Callendar-Van Dusen공식에 의하여 백금의 온도 저항 관계식을 다음과 같이 정립할 수 있다. The temperature dependence of the platinum temperature can be established by the Callendar-Van Dusen formula as follows.

Figure pat00001
(단, -200°C ~ 0°C)
Figure pat00001
(However, -200 ° C to 0 ° C)

Figure pat00002
(단, 0°C ~ 661°C)
Figure pat00002
(0 ° C to 661 ° C)

여기서, A=3.833 x 10-3, B=-3.607 x 10-2이며, 상수 B의 값이 아주 작기 때문에 저항이 거의 선형적으로 온도에 비례함을 알 수 있다. Here, A = 3.833 x 10 -3 , B = -3.607 x 10 -2 , and since the value of the constant B is very small, the resistance is almost linearly proportional to the temperature.

특히 본 발명는, 개발된 마이크로 열 센서 표면에 PDMS 채널을 집적화하여 최적화된 조건에서 재현성을 높일 수 있다는 장점이 있다.
Particularly, the present invention has an advantage that the reproducibility can be improved under optimized conditions by integrating the PDMS channel on the surface of the developed micro thermal sensor.

도 1은 본 발명의 시알산 정량측정 마이크로 열센서의 구조의 일예를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing an example of the structure of a sialic acid quantitative measurement microthermal sensor of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 열센서(22)의 구조는 기판(210) 위에 하부층인 백금 측온저항체(RTD)(215)가 위치하고, 그 위에 절연층(220)을 포함하는 중간층이 위치한다. 절연층(220) 상에는 금(Au) 박막층(230)이 위치하며, 금(Au) 박막층(230) 위에 자가조립 단분자층(SAM)(240)이 위치한다. 자가조립 단분자층(SAM)(240) 위의 최외각에는 페닐붕소산(PBA)층(250)이 위치한다. 1, a structure of a micro thermal sensor 22 according to embodiments of the present invention includes a platinum resistance temperature detector (RTD) 215 as a lower layer on a substrate 210, an insulation layer 220 Is located. A gold (Au) thin film layer 230 is disposed on the insulating layer 220 and a self-assembled monolayer 240 is disposed on the Au thin film layer 230. A phenylboronic acid (PBA) layer 250 is located at the outermost layer on the self-assembled monolayer (SAM) 240.

상기 기판(210)으로는 내열충격성이 있고, 실리콘(148 W/m*K)보다 낮은 열전도성(1.005 W/m*K) 및 낮은 열팽창계수(32.5 x 10-7 ℃-1)를 가지는 유리 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 파이렉스 유리 웨이퍼를 사용할 수 있다.The substrate 210 is preferably a glass having thermal shock resistance and lower thermal conductivity (1.005 W / m * K) than silicon (148 W / m * K) and low thermal expansion coefficient (32.5 x 10-7 ° C- A substrate can be used. For example, a Pyrex glass wafer can be used.

상기 하부층은 측온저항체(RTD, 215)를 포함한다. 상기 측온저항체(RTD, 215)는 온도변화에 의한 저항변화 값으로부터 온도를 측정할 수 있는 온도계이다. 상기 측온저항체(RTD)는 도선부와 연결되며, 금속을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 측온저항체(RTD)는 백금(Pt)을 사용하여 형성될 수 있다.The lower layer includes a RTD (RTD) 215. The RTD (RTD) 215 is a thermometer capable of measuring a temperature from a resistance change value due to a temperature change. The RTD (RTD) is connected to the lead portion and may be formed using metal. For example, the RTD (RTD) may be formed using platinum (Pt).

상기 중간층은 하부층 위에 위치하며, 상부층(260)과 하부층 사이의 전기 절연을 할 수 있는 절연층(220)을 포함한다. 상기 절연층(220)은 SiO2 막일 수 있다.The intermediate layer is located on a lower layer and includes an insulating layer 220 that can electrically insulate between the upper layer 260 and the lower layer. The insulating layer 220 may be a SiO 2 film.

상기 상부층(260)은 적혈구 막 표면의 시알산과 화학결합할 수 있는 화합물이 최외각에 도포됨으로써 시알산-매개 가교에 의한 적혈구를 직접적으로 포획하는 층이다. The upper layer 260 is a layer directly capturing erythrocytes by sialic acid-mediated crosslinking by applying a chemical compound capable of chemically bonding with sialic acid on the surface of erythrocyte membrane.

상기 시알산과 결합을 형성할 수 있는 화합물로는 페닐붕소산 (Phenylboronic acid, PBA)계 화합물이 사용될 수 있다. 상기 페닐붕소산계 화합물은 시알산의 양 또는 농도에 따라 결합하여 포획되는 적혈구의 개수가 달라지게 된다. 페닐붕소산계 화합물로 포획된 적혈구의 개수는 광열효과를 통하여 측정될 수 있으며, 이를 통하여 시알산의 양 또는 농도를 측정할 수 있다. As a compound capable of forming a bond with the sialic acid, a phenylboronic acid (PBA) -based compound may be used. The number of red blood cells that are bound and bound to the phenylboronic acid compound depends on the amount or concentration of sialic acid. The number of red blood cells captured by the phenylboronic acid-based compound can be measured through the photothermal effect, and the amount or concentration of sialic acid can be measured.

상기 상부층(260)은 상기 절연층(220) 위에 위치하는 금(Au) 박막층(230), 상기 금(Au) 박막층(230) 위에 위치하는 자가조립 단분자층(SAM)(240) 및 상기 자가조립 단분자층(SAM)(240) 위에 위치하는 페닐붕소산(PBA)층(250)를 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 금(Au) 박막층(230) 상에 상기 자가조립 단분자층(SAM)(240)이 화학결합을 통해 부착되며, 상기 자가조립 단분자층(SAM)(240) 상에 화합결합을 통해 페닐붕소산층(250)이 부착될 수 있다. The upper layer 260 includes a gold (Au) thin film layer 230 located on the insulating layer 220, a self-assembled monolayer 240 located on the gold thin film layer 230, (PBA) layer 250 overlying the SAM (SAM) 240. According to embodiments of the present invention, the self-assembled monolayer (SAM) 240 is attached via a chemical bond on the Au thin film layer 230, and on the self-assembled monolayer 240 The phenylboronic acid layer 250 can be attached via the conjugation bond.

상기 자가조립 단분자층(SAM, 240)은 상기 금 박막층(230)의 금(Au)과 결합을 형성할 수 있는 화합물을 사용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자가조립 단분자층(240)은 아미노알칸싸이올, Fmoc-알칸싸이올, 카르복시알칸싸이올, 카르복시알칸설파이드, 숙신이미딜 알칸다이설파이드, 킬레이트 알칸싸이올, 페로세닐 알칸싸이올, 하이드록시알칸싸이올 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 물질을 사용하여 형성될 수 있다.The self-assembled monolayer (SAM) 240 may be formed using a compound capable of forming a bond with gold (Au) of the gold thin film layer 230. According to embodiments of the present invention, the self-assembled monolayer 240 may comprise at least one of aminoalkanthiol, Fmoc-alkanthiol, carboxyalkanethiol, carboxyalkane sulfide, succinimidylalkane disulfide, chelate alkanethiol, Naphthalenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, cyanylalkanethiol, hydroxyalkanethiol, or mixtures thereof.

예를 들면, 상기 자가조립 단분자층(SAM)은 카르복시알칸싸이올 화합물을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 카르복시알칸싸이올 화합물의 싸이올 기는 상기 금(Au) 박막층의 금 원자와 결합함으로써 단단하게 연결될 수 있다. 상기 카르복시알칸싸이올 화합물로는 15-Carboxyl-1-pentadecanethiol, 10-carboxy-1-decanethiol, 7-Carboxy-1-heptanethiol, 5-Carboxy-1-pentanethiol 또는 Carboxy-EG6-undecanethiol 등을 포함할 수 있으며, 10-carboxy-1-decanethiol을 사용하는 것이 바람직하다.For example, the self-assembled monolayer (SAM) may be formed using a carboxyalkanethiol compound. The thiol group of the carboxyalkane thiol compound may be tightly coupled by bonding with gold atoms of the gold (Au) thin film layer. The carboxyalkane thiol compound may include 15-carboxyl-1-pentadecanethiol, 10-carboxy-1-decanethiol, 7-Carboxy-1-heptanethiol, 5-Carboxy-1-pentanethiol or Carboxy-EG6-undecanethiol , And it is preferable to use 10-carboxy-1-decanethiol.

상기 페닐붕소산(PBA)층(250)은 페닐붕소산계 화합물을 사용하여 형성된 층이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 페닐붕소산(PBA)층(250)과 상기 자가조립 단분자층(SAM)(240)과의 결합을 강화하기 위하여 아미노페닐붕소산 화합물을 사용하여 형성시킬 수 있으며, 이때 아미노페닐붕소산의 아미노기와 자가조립 단분자층(SAM)의 카르복실기의 아마이드 결합을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 페닐붕소산층(250)은 3-아미노페닐붕소산을 사용하여 형성될 있다.The phenylboronic acid (PBA) layer 250 is a layer formed using a phenylboronic acid-based compound. According to embodiments of the present invention, an aminophenylboronic acid compound may be used to enhance binding between the phenylboronic acid (PBA) layer 250 and the self-assembled monolayer 240 , Where the amide bond of the amino group of the aminophenylboronic acid and the carboxyl group of the self-assembled monolayer (SAM) can be formed. For example, the phenylboronic acid layer 250 may be formed using 3-aminophenylboronic acid.

상기 상부층(260)의 최외각에 형성된 상기 페닐붕소산(PBA)층(250)은 적혈구 막 표면의 시알산과 직접 화학결합할 수 있으며, 이 결합을 통하여 시알산과 연결되어 있는 적혈구를 포획할 수 있다.
The phenylboronic acid (PBA) layer 250 formed on the outermost layer of the upper layer 260 may be directly chemically bonded to the sialic acid on the surface of the erythrocyte membrane, and the erythrocyte bound to the sialic acid may be captured through the bond .

마이크로 Micro 열센서의Of the thermal sensor 제조방법 Manufacturing method

본 발명의 상기 마이크로 열센서는 마이크로 열센서의 패턴을 형성한 후, 형성된 패턴 위에 페닐붕소산(PBA) 처리를 함으로써 제조될 수 있다.The micro thermal sensor of the present invention can be manufactured by forming a pattern of a micro thermal sensor and then subjecting the formed pattern to phenylboronic acid (PBA) treatment.

구체적으로, 본 발명의 상기 마이크로 열센서의 제조방법은 측온저항체(RTD)(215)를 포함하는 하부층 위에 절연층(220)을 포함하는 중간층을 형성하는 단계, 상기 중간층 위에 금(Au) 박막층(230)을 증착하는 단계, 상기 금(Au) 박막층(230) 위에 자가조립 단분자층(SAM)(240)을 형성하는 단계, 및 상기 자가조립 단분자층(SAM)(240) 위에 페닐붕소산(PBA)층(250)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the method of manufacturing the micro thermal sensor of the present invention includes the steps of forming an intermediate layer including an insulating layer 220 on a lower layer including a RTD 215, forming a gold (Au) Forming a self-assembled monolayer (SAM) 240 on the gold (Au) thin film layer 230 and depositing a phenylboronic acid (PBA) layer 240 on the self-assembled monolayer 240. [ (250). ≪ / RTI >

도 2는 본 발명의 시알산 정량측정에 사용되는 마이크로 열센서의 패턴 형성과정을 설명하는 도면으로서, 상기 증착된 금 박막층(230)을 자가조립 단분자층(SAM)(240) 및 페닐붕소산(PBA)으로 표면처리하기 이전의 단계는 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.FIG. 2 is a view for explaining a pattern formation process of a micro thermal sensor used in the sialic acid quantitative measurement of the present invention. Referring to FIG. 2, the deposited gold thin film layer 230 is formed of a self-assembled monolayer (SAM) 240 and phenylboronic acid ) Will be described with reference to FIG.

도 2를 참조하면, 상기 마이크로 열센서 상의 절연층(220) 및 금(Au) 박막층(230)은 포토리소그라피(photolithography) 방식을 이용하여 형성될 수 있으며, 리프트-오프(lift-off) 공정을 사용하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2, the insulating layer 220 and the Au thin film layer 230 on the micro-thermal sensor may be formed using a photolithography method, and a lift-off process may be performed. . ≪ / RTI >

먼저, 열 특성이 우수한 파이렉스 7740 유리 웨이퍼 (열전도도: 1.005W/m*K, 열팽창계수: 32.5 X 10-7/℃)에 AZ1512 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트 막(감광층)을 형성한 후, 포토레지스트 막을 노광하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다(도 2의 (a)참조). 다시말해, 백금 측온저항체(RTD)를 패터닝한다.First, an AZ1512 photoresist composition was applied to a Pyrex 7740 glass wafer (thermal conductivity: 1.005 W / m * K, thermal expansion coefficient: 32.5 X 10 -7 / ° C) excellent in thermal characteristics to form a photoresist film (photosensitive layer) Thereafter, the photoresist film is exposed and developed to form a photoresist pattern (see Fig. 2 (a)). In other words, the platinum resistance thermometer (RTD) is patterned.

즉, 포토레지스트 막 형성 후 얼라이너(UV aligner)를 이용하여 UV로 상기 포토레지스트 막을 노광한다. 노광 공정 후 상기 포토레지스트 막에 대해 현상 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. That is, after forming the photoresist film, the photoresist film is exposed with UV using an aligner. After the exposure process, the photoresist film is subjected to a developing process to form a photoresist pattern.

상기 포토레지스트 패턴 상에 크롬(Cr) 층과 백금(Pt) 층을 형성한다(도 2의 (b)참조). 상기 크롬(Cr) 층은 상기 백금(Pt) 층과 상기 웨이퍼 기판의 접착성을 향상시키기 위하여 형성될 수 있으며, 약 200Å의 두께로 형성될 수 있다. 상기 백금(Pt) 층은 측온저항체(RTD)로 사용되며, 약 1000Å의 두께로 형성될 수 있다. A chromium (Cr) layer and a platinum (Pt) layer are formed on the photoresist pattern (see FIG. 2 (b)). The chromium (Cr) layer may be formed to improve adhesion between the platinum (Pt) layer and the wafer substrate, and may be formed to a thickness of about 200 angstroms. The platinum (Pt) layer is used as a RTD (RTD), and may be formed to a thickness of about 1000 ANGSTROM.

상기 백금(Pt) 층과 크롬(Cr) 층을 형성한 후에, 상기 포토레지스트 패턴과 함께 E-beam 증발장치를 사용하여 패턴을 형성할 수 있다. After forming the platinum (Pt) layer and the chromium (Cr) layer, a pattern can be formed using the E-beam evaporator together with the photoresist pattern.

이 후 아세톤을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 측온저항체(RTD)를 형성하는 백금(Pt) 막 패턴을 형성할 수 있다(도 2의 (c)참조). Thereafter, the photoresist pattern is removed using acetone to form a platinum (Pt) film pattern for forming the RTD (see FIG. 2 (c)).

다시 도 2를 참조하면, 상기 측온저항체(RTD)로 기능하는 백금(Pt) 막 패턴 상에 절연층을 형성한다. 상기 절연층은 장치 제조 및 실험에 사용되는 용액들로 인한 저항 변화를 차단하는 역할을 수행한다. Referring again to FIG. 2, an insulating layer is formed on a platinum (Pt) film pattern functioning as the RTD (RTD). The insulating layer serves to prevent a change in resistance due to solutions used for manufacturing and testing devices.

상기 절연층은 실리콘 산화물을 사용하여 플라스마-강화 화학기상 증착법(PECVD)법으로 형성될 수 있으며 약 700Å 내지 1200Å, 바람직하게는 1000Å의 두께로 증착될 수 있다(도 2의 (d)참조).The insulating layer may be formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using silicon oxide and may be deposited to a thickness of about 700 ANGSTROM to 1200 ANGSTROM, preferably 1000 ANGSTROM (see FIG. 2D).

다음은 콘택트 패드(contact pad) 형성을 위해 습식 식각(etching) 공정을 수행하고(도 2의 (e)참조), 포토레지스트를 제거한다(도 2의 (f)참조). Next, a wet etching process is performed to form a contact pad (see FIG. 2 (e)), and the photoresist is removed (see FIG. 2 (f)).

이 경우, 상기 절연층이 형성된 후에, 상기 절연층 상에 크롬(Cr) 층과 금(Au) 박막층을 증착하고, 크롬(Cr) 층과 금(Au) 박막층은 포토리소그라피 공정을 사용하여 습식 식각 공정을 수행함으로써 패턴을 형성하되, 상기 크롬 층과 금 박막층 패턴에 의해 노출된 절연층을 콘택트 패드(contact pad) 형성을 위해 습식 식각 공정을 수행할 수 있다. 상기 크롬 층은 약 200 Å의 두께로 증착될 수 있으며, 상기 금(Au) 박막층은 약 1000 Å의 두께로 증착될 수 있다. In this case, after the insulating layer is formed, a chromium (Cr) layer and a gold (Au) thin layer are deposited on the insulating layer, and a chromium (Cr) layer and a gold The chromium layer and the insulating layer exposed by the gold thin film layer pattern may be subjected to a wet etching process for forming a contact pad. The chromium layer may be deposited to a thickness of about 200 A, and the Au layer may be deposited to a thickness of about 1000 A.

백금은 온도변화에 전기저항이 예민하게 직선적으로 증감하며, 중량이 가볍고 물리적, 화학적 성질도 우수하여 장기간 안정적인 온도 측정용 센서로 사용된다. 특히, 백금 측온저항체는 온도변화에 따른 금속의 전기저항이 선형적으로 증감하는 성질을 이용한 온도 센서로서, 2, 3, 4선식의 형태가 있는데, 이 중 4선식의 경우 측정부의 온도변화와 그 외의 온도변화를 모두 상쇄시킬 수 있으므로, 본 발명에서 마이크로 열센서로서 사용한다.
Platinum is used as a sensor for temperature measurement which is stable for a long period of time because the electrical resistance is sensitively and linearly increased and decreased due to the temperature change and is light in weight and excellent in physical and chemical properties. In particular, the platinum RTD is a temperature sensor using the property of linearly increasing or decreasing the electrical resistance of the metal with temperature change. There are 2, 3, and 4-wire types. Among them, And thus it is used as a micro thermal sensor in the present invention.

이하에서는 상기 패턴이 형성된 마이크로 열센서의 표면처리 단계를 설명하기로 한다.Hereinafter, the surface treatment step of the micro thermal sensor in which the pattern is formed will be described.

먼저, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 이전에는 증착된 금(Au) 박막층 표면을 세척할 수 있다.First, the surface of the deposited gold (Au) thin film layer may be cleaned prior to forming the self-assembled monolayer (SAM).

상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계는 상기 금(Au) 박막층의 금과 결합을 형성할 수 있는 화합물과 알코올의 혼합 용액에 금(Au) 박막층이 증착된 마이크로 열센서를 침지시켜 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자가조립 단분자층(SAM)은 카르복시알칸싸이올 및 알코올 혼합용액에 금(Au) 박막층이 증착된 마이크로 열센서를 침지시킴으로써 형성될 수 있으며, 상기 카르복시알칸싸이올은 10-카르복시-1-데칸싸이올(10-carboxy-1-decanethiol)이 바람직하다. The self-assembled monolayer (SAM) may be formed by immersing a micro thermal sensor in which a gold (Au) thin film layer is deposited on a mixed solution of a compound capable of forming a bond with gold in the gold (Au) thin layer and an alcohol . According to embodiments of the present invention, the self-assembled monolayer (SAM) may be formed by immersing a micro thermal sensor in which a gold (Au) thin film layer is deposited on a mixed solution of a carboxyalkanthiol and an alcohol, Carboxy-1-decanethiol is preferably 10-carboxy-1-decanethiol.

또한, 상기 혼합용액에서 상기 카르복시알칸싸이올 농도는 5 ~ 15 mM 인 것이 바람직하다.The concentration of the carboxyalkanthiol in the mixed solution is preferably 5 to 15 mM.

상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 후, 상기 금(Au) 박막층의 금과 결합하지 못한 화합물을 세척할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 상기 금(Au) 박막층의 금과 결합하지 못한 카르복시알칸싸이올 화합물을 초순수로 세척한 후 순수한 알코올에서 초음파 처리할 수 있다. After the formation of the self-assembled monolayer (SAM), a compound that does not bind to the gold of the gold (Au) thin-film layer may be washed. According to embodiments of the present invention, the carboxyalkanthiol compound that is not bound to the gold of the gold (Au) thin film layer may be washed with ultrapure water and sonicated in pure alcohol.

또한, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 후, 자가조립 단분자층(SAM)의 표면에 위치하는 말단기를 활성화시킬 수 있다. In addition, after the self-assembled monolayer (SAM) is formed, the terminal group located on the surface of the self-assembled monolayer (SAM) can be activated.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자가조립 단분자층(SAM)이 카로복시알칸싸이올을 사용하여 형성되는 경우, 상기 자가조립 단분자층의 표면에 노출된 말단 카르복시기를 활성화시킬 수 있다. 상기 카르복실기 활성화는 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride을 용질로, DMF를 용매로 하여 80 내지 120 mM(mmol/L)농도의 혼합용액을 만들고, 마이크로 열센서를 30분 내지 1시간 30분 동안 상기 혼합용액에 침지시켜 수행될 수 있다. According to embodiments of the present invention, when the self-assembled monolayer (SAM) is formed using a carboxyalkanethiol, the terminal carboxyl group exposed on the surface of the self-assembled monolayer can be activated. The carboxyl group activation was carried out by preparing a mixed solution of 80 to 120 mM (mmol / L) using 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride as a solute and DMF as a solvent, For 30 minutes, in the mixed solution.

상기 페닐붕소산(PBA)층 형성 단계는 자가조립 단분자층(SAM)이 형성된 마이크로 열센서를 페닐붕소산(PBA)계 화합물을 포함하는 용액에 침지시켜 제조될 수 있다.The step of forming the phenylboronic acid (PBA) layer may be performed by immersing a micro thermal sensor formed with a self-assembled monolayer (SAM) in a solution containing a phenylboronic acid (PBA) compound.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 페닐붕소산(PBA)층은 DMF와, 페닐붕소산계 화합물이 포함된 NaOH 용액의 부피비가 1:0.5 내지 1:2인 혼합 용액에 상기 자가조립 단분자층(SAM)이 형성된 마이크로 열센서를 15 내지 30시간 동안 침지시켜 형성될 수 있다. 상기 용액은 약 15 내지 25℃일 수 있으며, 상기 페닐붕소산계 화합물이 포함된 NaOH 용액에서 페닐붕소산계 화합물의 농도는 15 ~ 25 mM인 것이 바람직하다. 또한, 상기 페닐붕소산계 화합물은 3-아미노페닐붕소산(3-aminophenylboronic acid)일 수 있다.
According to embodiments of the present invention, the phenylboronic acid (PBA) layer is formed by adding the self-assembled monolayer (SAM) to a mixed solution of DMF and a NaOH solution containing a phenylboronic acid-based compound in a volume ratio of 1: 0.5 to 1: ) May be formed by immersing the formed micro thermal sensor for 15 to 30 hours. The solution may be about 15 to 25 ° C, and the concentration of the phenylboronic acid based compound in the NaOH solution containing the phenylboronic acid compound is preferably 15 to 25 mM. In addition, the phenylboronic acid-based compound may be 3-aminophenylboronic acid.

시알산 정량측정 장치Sialic acid quantification device

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시알산 정량적 측정장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.3 is a view for explaining a sialic acid quantitative measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시알산 정량적 측정장치는 적혈구를 포함하는 전혈시료에 빛을 조사하는 레이저 모듈(10), 레이저 모듈(10)로부터 조사되는 빛에 대응하여 변화하는 적혈구의 온도를 검출하는 검출부(20) 및 검출된 온도를 이용하여 시알산의 양을 측정하는 측정부(30)를 포함한다.3, the sialic acid quantitative measurement apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser module 10 for irradiating a whole blood sample containing red blood cells with light, A detection unit 20 for detecting the temperature of red blood cells, and a measurement unit 30 for measuring the amount of sialic acid using the detected temperature.

레이저 모듈(10)은 시알산 정량측정 장치의 상부에 설치할 수 있으며, 상기 검출부(20)에 수직으로 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 레이저 모듈(10)은 0.03W/cm2의 에너지 밀도에서 9.6W/cm2까지 가변적으로 변화시킬 수 있으며, CWDPSS(Continuous wave Diode Pumped Solid State) 모듈을 사용하는 것이 바람직하다. The laser module 10 may be installed on the upper part of the sialic acid quantitative measurement device and may be installed perpendicularly to the detection part 20. The laser module 10 in the present invention it is preferred to use a 0.03W / cm 2 at an energy density of which can be variably changed to 9.6W / cm 2, (Continuous wave Diode Pumped Solid State) CWDPSS module.

상기 레이저 모듈(10)은 500 내지 1,000 nm 범위의 파장의 빛을 조사할 수 있으며, 바람직하게는 500 내지 700 nm 범위의 파장, 더욱 바람직하게는 532 nm 파장의 빛을 조사한다. 여기서, 532nm 파장의 레이저 모듈은 1mW ~ 300mW까지 가변적으로 변화시킬 수 있으며 Continuous wave (CW), Diode Pumped Solid State (DPSS) 모듈을 사용하였고, 센서에서 157mm 떨어진 상부에 수직되게 설치한다.The laser module 10 is capable of irradiating light having a wavelength in the range of 500 to 1,000 nm, preferably 500 to 700 nm, more preferably 532 nm. Here, the laser module with a wavelength of 532 nm can be varied from 1 mW to 300 mW, and a continuous wave (CW) module and a diode pumped solid state (DPSS) module are used.

또한, 레이저 모듈(10)의 레이저 빔 반경은 약 2.0 mm인 것이 바람직하며, 레이저 모듈(10)의 파워 안정성은 3% 이내로 4시간 이상 지속되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the laser beam radius of the laser module 10 is about 2.0 mm, and the power stability of the laser module 10 is preferably maintained within 3% for 4 hours or more.

검출부(20)는 전혈시료가 안착되는 마이크로 열센서(22) 및 상기 마이크로 열센서(22)에 연결되어 측온저항체(RTD)의 저항의 변화에 따라 가열된 적혈구로부터 발생한 열변화 신호를 검출하는 전류-전압계(I-V meter)(24)를 포함한다. 즉, 가열된 적혈구에서 발생한 열변화 신호는 측온저항제의 저항을 변화시키며 이는 전류-전압계(I-V meter)(24)를 사용하여 측정한다.The detecting unit 20 includes a micro-thermal sensor 22 to which a whole blood sample is seated, and a current detecting unit 20 connected to the micro-thermal sensor 22 and detecting a thermal change signal generated from erythrocytes heated according to a change in resistance of the RTD - an IV meter (24). That is, the heat change signal from the heated red blood cells changes the resistance of the RTD, which is measured using an I-V meter (24).

마이크로 열센서(22)는 본 발명의 표면처리된 마이크로 열센서를 사용하는 것이 바람직하다.The micro-thermal sensor 22 preferably uses the surface-treated micro-thermal sensor of the present invention.

본 발명의 시알산 정량측정 장치는 상기 레이저 모듈(10)로부터 공급되는 전원을 제어하는 파워 컨트롤러(40), 상기 레이저 모듈(10)로부터 조사되는 빛을 규칙적인 시간 간격으로 단속하는 광학 초퍼(50) 및 상기 레이저 모듈(10)로부터 조사되는 빛의 세기를 측정하는 광학 파워미터(60)를 더 포함할 수 있다. 즉, 정확한 레이저 에너지량을 측정하기 위하여 광학 파워미터(optical powermeter)(60)를 하부에 장착하였고 레이저의 on/off는 광학 초퍼(optical chopper)(50)를 이용하여 제어한다.The sialic acid quantitative measurement apparatus of the present invention comprises a power controller 40 for controlling the power supplied from the laser module 10, an optical chopper 50 for controlling the light irradiated from the laser module 10 at regular time intervals And an optical power meter 60 for measuring the intensity of light emitted from the laser module 10. That is, an optical power meter 60 is mounted on the lower part to measure an accurate amount of laser energy, and on / off of the laser is controlled using an optical chopper 50.

도 4는 본 발명의 시알산 정량측정 마이크로 열센서의 일예 및 이를 포함하는 시알산 정량측정 장치의 일예를 나타낸다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 시알산 정량 측정 마이크로 열센서의 일예이고, 도 4의 (b)는 항온시스템을 나타내는 도면이고 도 4의 (c)는 시알산 정량측정 장치의 시스템을 설명하는 설명도이다.FIG. 4 shows an example of the sialic acid quantitative measurement micro-thermal sensor of the present invention and an example of a sialic acid quantitative measurement device containing the same. 4 (a) is an example of a sialic acid quantitative measurement micro-thermal sensor, Fig. 4 (b) is a view showing a constant temperature system, and Fig. 4 (c) Fig.

도 4의 (a)를 참조하면, 상기 마이크로 열센서(22)의 페닐붕소산(PBA) 개질 영역의 지름은 약 1 mm일 수 있으며, 이때 이론적으로 20,000개 이상의 적혈구와 결합할 수 있다.Referring to FIG. 4 (a), the diameter of the phenylboronic acid (PBA) modified region of the micro thermal sensor 22 may be about 1 mm, and theoretically 20,000 or more red blood cells may be bound.

도 4의 (b)를 참조하면, 상기 항온시스템은 일정한 온도 분포를 보장하기 위하여 알루미늄 블록(237 W/m*K)이 사용될 수 있다. Referring to FIG. 4 (b), the constant temperature system can use an aluminum block (237 W / m * K) to ensure a constant temperature distribution.

또한, 상기 항온시스템의 한 면에는, 2개의 전열기 및 1개의 K-형 열전쌍이 설치될 수 있다. 상기 2개의 전열기는 상기 열전쌍에 의하여 측정되는 시스템 온도를 증가시키기 위하여 사용된다. 상기 열전쌍의 뚜껑은 빛의 침투를 허용할 수 있으며, 532 nm 파장의 빛을 조사하는 경우 약 20 mm 두께의 아크릴을 사용하는 것이 바람직하다.Further, two electric heaters and one K-type thermocouple may be installed on one side of the constant temperature system. The two electric heaters are used to increase the system temperature measured by the thermocouple. The lid of the thermocouple may allow penetration of light, and it is preferable to use acrylic with a thickness of about 20 mm when irradiating light of a wavelength of 532 nm.

도 4의 (c)를 참조하면, 상기 전열기 및 열전쌍은 PID 컨트롤러(proportional-integral-derivative controller)에 연결되어 일정한 온도(<±0.1℃)를 유지할 수 있다.Referring to FIG. 4C, the electric heater and the thermocouple may be connected to a proportional-integral-derivative controller to maintain a constant temperature (<0.1 ° C.).

본 발명의 마이크로 열센서(22)는 일정한 센서 온도를 유지하기 위하여 상기 알루미늄 블록에 위치할 수 있고, Bayonet Neill-Concelman cables 등의 도선부를 통하여 측정부(30)에 연결될 수 있다.The micro heat sensor 22 of the present invention may be located in the aluminum block to maintain a constant sensor temperature and may be connected to the measuring unit 30 through a lead wire such as Bayonet Neill-Concelman cables.

본 발명은 미세유체채널을 시알산 측정칩에 추가함으로써 시료의 처리과정에 균일한 shear force를 공급하며 필요한 시료양을 최소화한다.The present invention adds a microfluidic channel to the sialic acid measurement chip to provide a uniform shear force to the processing of the sample and minimize the need for the sample.

본 발명의 측정장치는 소형화하여 제작하며 마이크로열센서와 레이저광원, 출력된 온도값을 시알산농도로 변환하는 회로 및 표시장치로 구성되어 있다.
The measuring apparatus of the present invention is made compact and comprises a micro thermal sensor, a laser light source, a circuit for converting the output temperature value to a sialic acid concentration, and a display device.

시알산 정량측정 방법Sialic acid quantitation method

본 발명에서는 상기 마이크로 열센서 및 이를 포함하는 시알산 정량측정 장치를 이용하여 시알산을 정량적으로 측정할 수 있다.In the present invention, sialic acid can be quantitatively measured using the micro-thermal sensor and a sialic acid quantitative measuring device including the same.

본 발명의 시알산 정량측정 방법은, 시알산의 농도가 마이크로 열센서(22)에 결합한 적혈구의 농도에 비례하고, 결합한 적혈구의 농도는 빛 조사시 결합한 적혈구 온도 변화에 비례하는 점을 이용하여 적혈구 온도 변화로부터 역으로 시알산의 양을 측정하는 것이다.The sialic acid quantitative determination method of the present invention is characterized in that the concentration of sialic acid is proportional to the concentration of red blood cells bound to the micro thermal sensor 22 and the concentration of bound red blood cells is proportional to the change in temperature of the red blood cells bound upon light irradiation, To measure the amount of sialic acid inversely from the temperature change.

구체적으로, 본 발명의 정량측정 방법은, 본 발명에서 제공되는 마이크로 열센서(22)에 안착된 전혈시료에 레이저 모듈(10)로부터 빛을 조사하는 단계, 빛이 조사된 적혈구의 온도 변화를 측정하는 단계 및 측정된 적혈구의 온도 변화로부터 시알산 양을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, the quantitative measurement method of the present invention includes the steps of irradiating light from a laser module 10 to a whole blood sample placed on a micro thermal sensor 22 provided in the present invention, measuring temperature change of irradiated red blood cells And calculating the amount of sialic acid from the temperature change of the measured red blood cells.

도 5는 본 발명의 광열효과를 이용한 시알산 정량측정 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 5 is an explanatory diagram for explaining a sialic acid quantitative measurement method using the photothermal effect of the present invention.

도 5를 참조하면, 먼저 본 발명의 표면처리된 마이크로 열센서(22)에 전혈시료가 안착된다. 상기 전혈시료와 마이크로 열센서(22)의 표면의 결합은 50 초 이상, 바람직하게는 60초 이상 진행하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, first, a whole blood sample is placed on the surface-treated micro heat sensor 22 of the present invention. It is preferable that the combination of the whole blood sample and the surface of the micro heat sensor 22 proceeds for at least 50 seconds, preferably at least 60 seconds.

상기 안착된 전혈시료에 상기 시알산 정량측정 장치의 레이저 모듈(10)을 이용하여 빛을 조사한다. 상기 레이저 모듈(10)은 532 nm의 빛을 조사하는 것이 바람직하다.The whole blood sample is irradiated with light using the laser module 10 of the sialic acid quantitative measurement apparatus. The laser module 10 is preferably irradiated with light of 532 nm.

상기 레이저 모듈(10)로부터 빛을 조사하게 되면 전혈시료 내의 적혈구에서 온도 변화가 발생하게 되며, 상기 적혈구의 온도변화는 마이크로 열센서(22)의 측온저항체(RTD)(215)를 통하여 측정할 수 있다. When the light is irradiated from the laser module 10, a temperature change occurs in the red blood cells in the whole blood sample. The temperature change of the red blood cell can be measured through the RTD 215 of the micro thermal sensor 22 have.

상기 측정된 적혈구의 온도 변화로부터 상기 정량측정 장치의 검출부(30)를 통하여 적혈구 막 표면의 시알산의 양을 계산할 수 있다.
The amount of sialic acid on the erythrocyte membrane surface can be calculated from the measured temperature change of erythrocytes through the detection unit 30 of the quantitative measurement apparatus.

PDMSPDMS 채널 집적화Channel integration

도 6은 본 발명의 PDMS 제작공정을 설명하는 설명도이다.6 is an explanatory view for explaining a PDMS manufacturing process of the present invention.

PDMS(poly-dimethylsiloxane )는 만들기 용이하고, 광 투과성이 좋기에 현미경으로 관찰하기에도 용이하며, 투과성이 좋고 그 표면이 부드럽기 때문에 세포를 대상으로 실험하기에 적합하다. 특히, 원하는 모양의 채널 구조를 포토리소프래피(photolithography)(MEMS공정)를 이용하여 패터닝한 후, 그 몰드를 소프트리소그래피(soft lithography)를 이용하여 PDMS로 제작한다. 한번 제작된 몰드는 튼튼하기 때문에 같은 채널형태의 PDMS를 여러 번 제작할 수 있다. PDMS채널의 사이즈는 2cm×2mm×50μm이다.PDMS (poly-dimethylsiloxane) is easy to make, easy to be observed with a microscope because of its good light transmission, good permeability and smooth surface, so it is suitable for experiments on cells. In particular, the desired channel structure is patterned using photolithography (MEMS process), and the mold is then fabricated into PDMS using soft lithography. Once the mold is built, the same channel type PDMS can be manufactured several times. The size of the PDMS channel is 2 cm x 2 mm x 50 m.

소정 모양의 채널 구조를 포토리소프래피(MEMS공정)를 이용하여 제작 하였고, 이렇게 제작하여 만들어진 몰드위에 소프트리소그래피방법으로 PDMS를 이용하여 채널을 제작했다. A channel structure of a predetermined shape was fabricated using a photolithography (MEMS process), and a channel was fabricated by PDMS using a soft lithography method on the mold thus fabricated.

먼저 포토마스크(Photo-mask)는 마스크 CAD프로그램을 사용하여 설계하였으며 높은 해상도의 필름에 프린트하였다. First, the photo-mask was designed using a mask CAD program and printed on a high resolution film.

Si 웨이퍼(Si wafer) 위에 음성 감광층(Su-8 3025)을 도포한 다음에 95℃ 15분 소프트 베이킹(soft baking) 하였다(도 6의 (a) 참조). A negative photosensitive layer (Su-83025) was coated on a Si wafer and then soft baked at 95 占 폚 for 15 minutes (see Fig. 6 (a)).

제작 된 포토마스크를 가지고 음성 감광층(Su-8 3025)의 상부에 위치시키며, UV 얼라이너를 이용하여 250mj/cm2노광한 후에 디밸로퍼(developer)로 패턴 이외의 부분을 현상하고(도 6의 (b),(c) 참조), 95℃로 5분 정도 노광 후 열처리(post exposure bake)를 하였다. 이를 통해 남아있는 용액(solvent)이 휘발하게 된다. 남은 패턴은 현미경을 이용하여 50μm의 높이를 확인하였다(도 6의 (c) 참조). The prepared photomask was placed on top of the negative photosensitive layer (Su-83025), exposed at 250 mj / cm 2 using a UV aligner, and developed with a developer to develop a portion other than the pattern (b) and (c)), and post exposure bake was performed at 95 ° C for about 5 minutes. This causes the remaining solvent to volatilize. The remaining pattern was confirmed to be 50 mu m in height using a microscope (see Fig. 6 (c)).

PDMS (poly-dimethylsiloxane, sylard184, Dow corning)를 경화제와 10:1로 섞어서 소프트리소그래피의 방법으로 몰드를 형성하였는데(도 6의 (d) 참조), 이는 앞서서 제작 된 Si 웨이퍼 표면에 덮은 후, 진공 펌프를 이용하여 기포를 제거하였고, 95℃ 2시간 정도 가열시킨 후에 굳어진 PDMS 채널은 펀치(punch)를 이용하여 인렛(inlet) 과 아웃렛(outlet)을 형성하였다. 6 (d)). The mold was formed by soft lithography by mixing PDMS (poly-dimethylsiloxane, sylard 184, Dow corning) with a curing agent at a ratio of 10: 1 The bubbles were removed by using a pump. After heating for 2 hours at 95 ° C, the hardened PDMS channel was punched to form inlets and outlets.

제작 완성된 마이크로유로 채널(microfluidic channel)를 열센서 표면에 산소 플라즈마(oxigen plasma)기를 이용하여 본딩(bonding) 한다(도 6의 (e) 참조).The completed microfluidic channel is bonded to the surface of the heat sensor using an oxygen plasma (see FIG. 6 (e)).

도 7은 본 발명의 칩다자인의 일예이다.7 is an example of the chip designer of the present invention.

본 발명에서 PDMS채널의 사이즈는 2cm×2mm×50μm로 설계할 수 있다. In the present invention, the size of the PDMS channel can be designed to be 2 cm x 2 mm x 50 m.

마이크로유로 채널 벽에서 주는 힘이 샘플(세포)한테 영향을 줄일 수 있으며 현재 제작한 채널은 균일한 shear force(인장력)를 형성시킬 수 있다(Biomed Microdevices,2010, 12, 987-1000). 적혈구의 사이즈는 7μm정도이므로 채널(channel) 높이를 50μm로 설계하면 shear force때문에 치워진 적혈구가 위로 나갈 수 있다. 이때 사용한 공식은 다음 수식과 같다.The force exerted by the microchannel channel walls can have a negative effect on the sample (cell), and currently produced channels can form a uniform shear force (Biomed Microdevices, 2010, 12, 987-1000). Since the size of erythrocytes is about 7μm, if the channel height is designed as 50μm, erythrocytes removed by shear force can go up. The formula used here is as follows.

Figure pat00003
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Figure pat00004
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그리고 이 후 반복실험을 통하여 실험적으로 세포를 떨어뜨리지 않으면서 워싱이 잘 일어나는 유속조건을 최적화할 수 있었다. PBS 50μl로 3번씩 워싱하며, 샘플볼륨은 5μl로 한다.After that, it was possible to optimize the flow condition in which the washing was performed well, without experimentally dropping the cells. Wash three times with 50 μl of PBS and set the sample volume to 5 μl.

2cm의 길이로 붙은 적혈구를 현미경로 관찰할 수 있으며 센서 부분 최대한 inlet과 outlet 이 멀리 떨어지기게 하여, pbs가 들어갈 때 생기는 소용돌이(vortex)가 센서 부분한테 영향 주지 않도록 설계되었다.The 2 cm long red blood cells can be observed under a microscope and the inlet and outlet are kept as far away from the sensor as possible so that the vortex generated when the pbs enters does not affect the sensor part.

도 8은 본 발명에서 워싱조건과 세포 인큐베이션 타임 조건을 최적화하기위한 실험결과이다. 도 8의 (a)는 워싱조건 최적화하기위한 실험결과이며, 도 8의 (b)는 인큐베이션 타임 조건을 최적화하기위한 실험결과이며, 도 8의 (c)는 본 발명의 칩영상의 예이고, 도 8의 (d)는 정상인일 경우의 칩영상의 확대도이고, 도 8의 (e)는 당뇨환자일 경우의 칩영상의 확대도이다.FIG. 8 shows experimental results for optimizing wash conditions and cell incubation time conditions in the present invention. 8A is an experimental result for optimizing a washing condition, FIG. 8B is an experiment result for optimizing an incubation time condition, FIG. 8C is an example of a chip image of the present invention, FIG. 8D is an enlarged view of a chip image in a normal case, and FIG. 8E is an enlarged view of a chip image in a case of a diabetic patient.

이를 통해 워싱조건 최적화하여, PBS 50μl를 3번씩 워싱하며, 세포 인큐베이션 타임을 최적화할 수 있다. 이때 샘플볼륨은 5μl으로 한다.This optimizes the wash conditions and can wash 50 μl of PBS three times to optimize cell incubation times. The sample volume should be 5 μl.

도 9는 PDMS의 파워손실을 실험한 결과이다.FIG. 9 shows the results of experiments on the power loss of the PDMS.

532nm 레이저는 PDMS를 투과한 후에 적혈구를 가열하기 때문에 레이저를 PDMS에 손실하는 파워도 있을 수 있어, 손실한 파워대해 검토하기 위해 여려 두께의 PDMS 만들어서 테스트 해보았다. 광학 파워측정기(optical powermeter) (PM100, Thorlabs)를 이용하여 레이저 파워 측정하였으며, PDMS 있을 때와 없을 때의 레이저 파워를 변화시키면서 측정하였다. 그 결과 도 9에서와 같이, 파워를 조사하면 감소하는 파워의 양이 거의 차이 없는 것으로 나타났다. 그러므로, 파워가 감소하는 이유는, PDMS의 두께와 상관이 없이, PDMS와 공기가 접촉하는 부분에서의 반사때문에 일어났다고 할 수 있다. 계산 해보면 PDMS 투과한 다음에 PDMS의 두께와 레이저 파워 상관이 없이 6.205%정도 감소한다.
Since the 532nm laser heats red blood cells after penetrating the PDMS, there is also the power to lose the laser to the PDMS, so we made and tested PDMS of a different thickness to examine the lost power. The laser power was measured using an optical power meter (PM100, Thorlabs) and the laser power was measured with and without PDMS. As a result, as shown in FIG. 9, when the power was irradiated, the amount of power decreased was almost not changed. Therefore, the reason for the decrease in power can be said to be due to the reflection at the portion where the PDMS and the air contact, irrespective of the thickness of the PDMS. When calculated, PDMS thickness is reduced by 6.205% without laser power correlation after PDMS penetration.

적혈구 검출방법 Red blood cell detection method

도 10은 본 발명의 마이크로유로 채널을 이용한 적혈구 검출방법을 설명하는 모식도이다.10 is a schematic view for explaining a red blood cell detection method using the micro channel channel of the present invention.

도 10의 (a)는 제1주입로로 마이크로유로 채널에 PBS 매질(PBS media)을 채운다.10 (a) shows a first injection path, in which a micro channel channel is filled with a PBS medium.

도 10의 (b)는 제2주입로로 3ul 혈액 샘플을 추가한다.Figure 10 (b) adds a 3ul blood sample to the second injection path.

도 10의 (c)는 혈액샘플이 채널을 메워질때까지 채널로 혈액샘플을 주입시키며, 인큐베이션(incubation)한다.Figure 10 (c) injects a blood sample into the channel and incubates until the blood sample fills the channel.

도 10의 (d)는 채널내 흐름을 반대로 하기 위해 PBS를 제1주입로로 추가하여, 유속(flow rate)을 생성한다.Figure 10 (d) adds PBS to the first injection path to reverse the in-channel flow, creating a flow rate.

도 10의 (e)는 적혈구(RBC)를 검출한다.10 (e) detects red blood cells (RBC).

PDMS는 생체적합성과 산소투과율이 좋기 때문에 바이오칩 분야에 세포실험에 다양하게 응용될 수 있고, 또한 재현성이 좋기 때문에, 전문가가 실험을 진행하지 않아도 실험값이 거의 비슷하게 나올 수 있으므로 보다 상용화를 쉽게 구현될 수 있다. 또한 유속조건 등을 변경시킴으로 shear force등을 변경할 수 있다. 본 발명의 구조는 금표면 위에 올리는 물질을 다양하게 변형시킴으로 다양한 molecule과 바인딩하여 광열효과를 볼 수 있는 다른 실험에도 적용 할 수도 있다. 또한 광열로 detection 하면 미세하게 분석할 수 있으며, PDMS는 현미경 사용시 투과성이 좋기 때문에 관찰함에 있어서도 용이하다. 따라서 본 발명의 구조를 이용하여 앞으로 sialic acid분석뿐만 아니라 표면 처리하는 linker따라 당뇨의 지표인 Hba1c과 다른 biomarker 분석 할 수 있다.Because PDMS has good biocompatibility and oxygen permeability, it can be applied variously to cell experiments in the biochip field, and because it has good reproducibility, it can be easily commercialized because the experimental values are almost similar even if experts do not conduct experiments have. It is also possible to change the shear force by changing the flow rate condition. The structure of the present invention can be applied to other experiments in which light heat effects can be obtained by binding with various molecules by variously modifying the materials on the gold surface. In addition, it can be finely analyzed by light heat detection, and PDMS is easy to observe since it has good transparency when using a microscope. Therefore, using the structure of the present invention, it is possible to analyze not only sialic acid but also biomarker from Hba1c which is an indicator of diabetes according to a linker for surface treatment.

도 11은 본 발명의 마이크로열센서의 성능을 검증하기 위한 실험결과의 일예로, 도 11의 (a)는 시알산측정칩의 열센서의 보정실험의 결과이고, 도 11의 (b)는 시알산의 농도에 따른 광열효과의 차이를 측정한 결과이다.11 (a) and 11 (b) show results of calibration experiments of a thermal sensor of a sialic acid measurement chip, FIG. 11 (b) It is the result of measuring the difference of photothermal effect according to the concentration of acid.

정상인의 혈액을 이용하여 적혈구막에 발현된 당단백질인 시알산을 제거하는 효소인 피신(Ficin)을 서로 다른시간에 따라 처리하여 시알산의 농도를 달리한 정상인의 혈액을 이용하여 시알산 농도에 따른 온도변화측정실험을 수행하였으며 그 결과는 도 11의 (b)와 같다.Ficin, an enzyme that removes sialic acid, which is a glycoprotein expressed on erythrocytes, is treated with normal blood of a normal person for different time, and blood of a normal person having different sialic acid concentration is used to adjust the sialic acid concentration And the results are shown in FIG. 11 (b).

본 발명과 같은 시알산 측정방법은 기존 당뇨측정법인 혈당측정법보다 환경적 영향을 덜 받아 빠르고 정확한 당뇨의 진단이 가능하다. 기존의 시알산 측정방법에 소요되는 시간(24시간 이상)과 비교하여 2분이내에 정확한 측정이 가능하며 전처리과정이 필요치 않고 사용이 편한 장점이 있다. 이와 같은 특징을 바탕으로 본 발명은 광열효과를 이용하여 시알산 측정용 장치를 제공하며, 또한 미세유체채널을 시알산 측정칩에 추가함으로써 시료의 처리과정에 균일한 shear force를 공급하며 필요한 시료양을 최소화한다. 본 발명의 당뇨측정장치는 소형화하여 제작하며 마이크로열센서와 레이저광원, 출력된 온도값을 시알산농도로 변환하는 회로 및 표시장치를 구비하여 제작된다. 또한, 표면처리한 시알산칩의 장기보관법을 개발하여 간편한 사용이 가능하도록 설계, 제작한다. The sialic acid measurement method according to the present invention is less susceptible to environmental influences than the conventional method of measuring blood sugar, which enables to diagnose diabetes quickly and accurately. Compared with the time required for conventional sialic acid measurement (more than 24 hours), accurate measurement is possible in less than 2 minutes. Based on these characteristics, the present invention provides an apparatus for measuring sialic acid using photothermal effect, and further adding a microfluidic channel to a sialic acid measurement chip to provide a uniform shear force in the processing of the sample, Minimize it. The diabetes measurement device of the present invention is manufactured by miniaturizing and manufacturing a micro thermal sensor, a laser light source, a circuit for converting an output temperature value to a sialic acid concentration, and a display device. In addition, we have developed a long-term storage method of surface-treated sialic acid chips and designed and manufactured to enable easy use.

도 12는 PDMS가 직접화된 본 발명의 시스템 전체 모식도와 실제 칩 사진이다.FIG. 12 is a schematic view of the entire system of the present invention in which the PDMS is directly integrated, and actual chip images.

도 13은 본 발명에서 최적인 유속조건을 찾기 위하여 유속 별로 실험을 진행한 결과이로, 즉, 도 13은 유속별로 시스템상에서 붙어있는 적혈구의 세포가 떨어져 나간 것을 나타내주는 그래프이다. FIG. 13 is a graph showing that the cells of the erythrocytes attached to the system are separated from each other by the flow rate according to the flow rate experiment in order to find the optimum flow rate condition in the present invention.

도 14a 및 도 14b는 최적의 조건하에서 본 발명의 당뇨측정장치를 이용하여, 정상인과 당뇨환자의 실험결과를 나타낸다.14A and 14B show experimental results of a normal person and a diabetic patient using the diabetes measurement device of the present invention under optimal conditions.

도 14a는 정상 대조자와 진성 당뇨병 환자의 혈액 샘플로부터 판단되는 온도 변화의 비교한 것으로, 당뇨병 환자의 평균 온도 변화는 0.98℃인 반면, 정상 대조자의 평균 온도 변화는 1.30℃였다. 이 차이(ΔT = 0.32℃)는, 본 발명의 당뇨측정장치가 당뇨병을 진단할 수 있는 것을 나타낸다. 14A is a comparison of temperature changes determined from blood samples from normal control subjects and diabetic patients. The average temperature change in diabetic patients was 0.98 DEG C while the mean temperature change in normal controls was 1.30 DEG C. This difference (DELTA T = 0.32 DEG C) indicates that the diabetes measurement device of the present invention can diagnose diabetes.

도 14b는 HbA1c 레벨과 온도 측정치의 비교를 나타내는 표이다.14B is a table showing a comparison of the HbA1c level and the temperature measurement value.

본 발명의 마이크로 열 센서부에 pyruvic acid를 처리함으로 sialic acid와 특이적으로 결합을 유도하여 sialic acid의 발현 정도에 따라 센서부에 도포된 혈액 세포에 532nm 파장의 레이저를 조사하여 이 때 나타나는 온도변화 감지를 통하여, 혈액을 통하여 앞서 언급한 다양한 질환을 진단할 수 있다. 특히 본 발명은, 마이크로 열 센서 표면에 PDMS 채널을 집적화하여 최적화된 조건에서 재현성을 높일 수 있다는 장점이 있다.By applying pyruvic acid to the micro-thermal sensor part of the present invention, specific binding to sialic acid is induced, and a laser of 532 nm wavelength is irradiated to the blood cells applied to the sensor part according to the degree of sialic acid expression, Through the detection, various diseases mentioned above can be diagnosed through the blood. Particularly, the present invention has an advantage that the PDMS channel can be integrated on the surface of the micro thermal sensor to improve reproducibility under optimized conditions.

도 15는 본 발명의 일실시예에 의한, 당뇨측정장치의 하우징부이고, 도 16은 도 15의 당뇨측정장치의 하우징부에 장착되는 항온시스템(항온조)이고, 도 17은 도 15의 당뇨측정장치의 하우징부에 항온시스템(항온조)가 장착된 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 15 is a housing part of a diabetes measurement device according to an embodiment of the present invention, FIG. 16 is a constant temperature system (thermostatic chamber) mounted in the housing part of the diabetes measurement device of FIG. 15, (Thermostatic chamber) is mounted on the housing portion of the apparatus.

당뇨측정장치의 하우징부(90)는 사각형 박스형태로 이루어지며, 내측에 당뇨측정장치관련 모듈들이 장착되도록 이루어진다.The housing part 90 of the diabetes measurement device is formed in the form of a rectangular box, and the diabetes measurement device related modules are mounted on the inside thereof.

제어부 보드 거치부(85)는 당뇨측정장치의 하우징부(90) 내의 일측에 위치되, 제어부 보드(미도시)에 장착된 소자들이 온도 등 외부환경에 영향을 받지않도록 사각틀 안에 장착되도록 이루어지며, 외부와의 신호선연결을 위한 통공을 상기 사각틀의 일측에 위치되어 있다.The control unit board mounting portion 85 is disposed at one side of the housing portion 90 of the diabetes measurement device and is mounted in a square frame so that the components mounted on the control board (not shown) are not affected by external environment such as temperature, And a through hole for connecting a signal line to the outside is disposed on one side of the square.

전원공급기 거치부(80)는, 하우징부(90) 내에서, 제어부 보드 거치부(85)의 위에 위치된다.The power supply mounting portion 80 is located above the control board mounting portion 85 in the housing portion 90.

온도조절기 거치부(75)는 항온시스템(항온조)의 온도를 조절하는 온도조절기(미도시)가 거치되는 부분으로, 당뇨측정장치의 하우징부(90) 내의 다른 일측, 즉, 제어부 보드 거치부(85)의 옆에 위치되며, 항온시스템 및 레이저 거치부(70)의 밑에 위치된, 사각틀 안에 장착된다.The temperature regulator mounting portion 75 is a portion where a temperature regulator (not shown) for regulating the temperature of the thermostatic system (thermostat) is mounted. The thermostat mounting portion 75 is provided on the other side of the housing portion 90 of the diabetes measurement device, 85 and is mounted in a rectangular frame, which is located below the thermostatic system and the laser mounting portion 70. [

디스플레이부 거치부(65)는 상면에 디스플레이부가 장착되도록 이루어지며, 일측면이 제어부 보드 거치부(85)에 장착되고, 하면이 온도조절기 거치부(75)의 상면의 위에 위치된다.One side of the display unit mounting portion 65 is mounted on the control board mounting portion 85 and the lower surface of the display mounting portion 65 is positioned on the top surface of the temperature adjusting device mounting portion 75.

항온시스템 및 레이저 거치부(70)는, 항온시스템과, 항온시스템의 위에 놓인 레이저 모듈이 위치되는 부분으로, 제어부 보드 거치부(85) 일측이면서, 온도조절기 거치부(75)의 상부에 해당한다.The thermostatic system and the laser mount 70 correspond to the thermostatic system and the part where the laser module placed on the thermostatic system is located and the upper part of the thermostat mount 75 and the one side of the control board mount 85 .

도 16의 항온시스템은 항온시스템 전단부(110)과 항온시스템 후단부(160)가 결합하도록 이루어진다.The thermostatic system of FIG. 16 is configured such that the thermostatic system front end 110 and the thermostatic system rear end 160 are coupled.

항온시스템 전단부(110)는 전단부 통공(115)을 구비하여, 항온시스템 전단부(110)의 일측, 즉, 전단부 통공(115)의 일측에서 칩슬라이드(즉, 시알산 측정칩)를 거치한 칩슬라이드 거치부(130)가 장착된다. 항온시스템 전단부(110)의 다른 일측, 즉, 전단부 통공(115)의 다른 일측에는 알루미늄 봉(150)이 삽입된다. 또한 다른 일측에 항온조 후단부(160)가 장착된다.The thermostatic system front end portion 110 is provided with a front end through hole 115 so that a chip slide (i.e., a sialic acid measurement chip) is provided at one side of the thermostatic system front end portion 110, i.e., at one side of the front end through- And the mounted chip slide mounting portion 130 is mounted. The aluminum rod 150 is inserted into the other side of the thermostatic system front end 110, that is, the other side of the front end through-hole 115. And the end portion 160 of the thermostat is mounted on the other side.

칩슬라이드 거치부(130)는 측면에서 볼때는 'ㄴ'자형을 이루고, 위에서 내려다보면 'ㄷ'자형을 이룬다. 즉, 칩슬라이드 거치부(130)는 수직 지지대(132)와, 수직 지지대(132)의 일측에 이격되어 위치된 수평 지지대들(134, 136)로 이루어지며, 수직 지지대(132)는 수평 지지대들(134, 136)보다 높이가 더 높다. The chip slide mounting portion 130 has an "a" shape when seen from the side, and a "c" shape when viewed from above. That is, the chip slide mount 130 includes a vertical support 132 and horizontal supports 134 and 136 spaced apart from one side of the vertical support 132, and the vertical support 132 includes a horizontal support 132, (134, 136).

알루미늄 봉(150)은 일자형 사각형 봉으로 이루어지며, 그 폭은 수평 지지대들(134, 136)이 이격되어 이루는 공간 폭과 같고, 수평 지지대들(134, 136)의 높이와 같다. 알루미늄 봉(150)은 경우에 따라서 일부는 항온시스템 전단부(110)에 삽입되고 다른 일부는 항온시스템 후단부(160)에 삽입되도록 이루어질 수 있다.The aluminum rod 150 is made of a straight rectangular bar whose width is the same as the space width formed by the horizontal supports 134 and 136 being spaced apart and equal to the height of the horizontal supports 134 and 136. The aluminum rod 150 may be configured to be inserted, as the case may be, into the thermostatic system front end 110 and the other part to be inserted into the thermostatic system rear end 160.

따라서, 항온시스템 전단부(110)내에서 칩슬라이드 거치부(130)의 'ㄷ'자형과 알루미늄 봉(150)은 일자형이 서로 맞물려지며, 즉, 항온시스템 전단부(110)내에서 칩슬라이드 거치부(130)는 암결합부로서의 기능을 하고, 알루미늄 봉(150)은 수결합부의 기능을 하게 된다. 결과적으로, 수직 지지대(132)에서 수평 지지대(134)의 높이를 뺀 차의 공간이 생성되고, 이 부분에는 전극거치부(170)가 삽입되게 된다.Therefore, the 'C' shape of the chip slide mounting part 130 and the aluminum rod 150 are aligned with each other in the thermostatic system front end part 110, that is, in the thermostatic system front end part 110, The part 130 functions as a female coupling part, and the aluminum rod 150 functions as a male coupling part. As a result, a space of a difference obtained by subtracting the height of the horizontal support 134 from the vertical support 132 is generated, and the electrode mount 170 is inserted into the space.

항온시스템 후단부(160)는 일측에 전극거치부용 결합부(165)를 구비하며, 전극거치부용 결합부(165)에 전극거치부(170)의 일측이 삽입된다.One end of the thermostatic system rear end 160 is provided with a coupling portion 165 for the electrode mounting portion on one side and one side of the electrode mounting portion 170 is inserted into the coupling portion 165 for the electrode mounting portion.

전극거치부(170)는 전극이 거치하기 위한 수단으로, 항온조 후단부(160)에 삽입되도록 이루어질 수 있다. 전극거치부(170)는 전극을 거치하기위해 전극을 끼우는 형태의 구조를 구비할 수 있다. 경우에 따라서 전극거치부(170)의 일부가 항온시스템 전단부(110)에 삽입되고 다른 일부가 항온시스템 후단부(160)에 삽입되도록 이루어질 수 있다. The electrode mounting portion 170 may be configured to be inserted into the end portion 160 of the thermostatic chamber as a means for mounting the electrode. The electrode holder 170 may have a structure in which the electrode is inserted to hold the electrode. A portion of the electrode mount 170 may be inserted into the thermostatic system front end 110 and another portion inserted into the thermostatic system rear end 160 as the case may be.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, it is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto, and that all equivalent or equivalent variations thereof fall within the scope of the present invention.

10: 레이저 모듈 20: 검출부
22: 마이크로 열센서 24: 전류-전압계
30: 측정부 40: 광학 컨트롤러
50: 광학 초퍼 60: 광학 파워미터
65: 디스플레이부 거치부 70: 항온시스템 및 레이저 거치부
75: 온도조절기 거치부 80: 전원공급기 거치부
85: 제어부 보드 거치부 90: 당뇨측정장치의 하우징부
100: 항온시스템 110: 항온시스템 전단부
115: 전단부 통공 130: 칩슬라이드 거치부
132: 수직 지지대 134, 136: 수평 지지대들
150: 알루미늄 봉 160: 항온시스템 후단부
165: 전극거치부용 결합부 170: 전극거치부
210: 기판 215: 측온저항체
220: 절연층 230: 금(Au) 박막층
240: 자가조립 단분자층(SAM) 250: 페닐붕소산(PBA)층
260: 상부층10: Laser module 20: Detector
22: Micro-thermal sensor 24: Current-voltage meter
30: Measuring section 40: Optical controller
50: optical chopper 60: optical power meter
65: display part mounting part 70: constant temperature system and laser mounting part
75: thermostat mounting part 80: power supply mounting part
85: control unit board mounting part 90: housing part of the diabetes measurement device
100: constant temperature system 110: constant temperature system:
115: front end opening 130: chip slide mounting part
132: vertical support 134, 136: horizontal support
150: aluminum rod 160: end of the thermostat system
165: coupling portion for electrode mounting portion 170: electrode mounting portion
210: substrate 215:
220: insulating layer 230: gold (Au) thin film layer
240: self-assembled monolayer (SAM) 250: phenylboronic acid (PBA) layer
260: Upper layer

Claims (25)

시알산 정량측정하는 마이크로 열센서와, 상기 마이크로 열 센서 표면에 위치되되 혈액샘플이 주입되는 PDMS 채널을 구비하는 당뇨측정장치에 있어서,
상기 마이크로 열 센서는,
측온저항체(RTD)를 포함하는 하부층;
상기 하부층 위에 위치하는 절연층을 포함하는 중간층; 및
상기 중간층 위에 위치하며 적혈구 막 표면의 시알산과 화학결합하는 상부층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.1. A diabetic measurement device comprising a micro thermal sensor for measuring sialic acid quantitation and a PDMS channel located on a surface of the micro thermal sensor and into which a blood sample is injected,
The micro-thermal sensor includes:
A bottom layer comprising a RTD;
An intermediate layer including an insulating layer located on the lower layer; And
An upper layer positioned over the intermediate layer and chemically bonded to the sialic acid on the erythrocyte membrane surface;
The diabetic measurement device comprising: 제1항에 있어서,
PDMS 채널은 일측에 PBS가 들어가는 제1주입구를 구비하며,
다른 일측에, 혈액 샘플이 넣거나 나오기 위한 제2주입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.The method according to claim 1,
The PDMS channel has a first inlet port through which the PBS enters on one side,
And a second injection port for introducing or exiting a blood sample to the other side. 제1항에 있어서, 상기 상부층은,
상기 중간층 위에 위치하는 금(Au) 박막층;
상기 금(Au) 박막층 위에 위치하는 자가조립 단분자층(SAM); 및
상기 자가조립 단분자층(SAM) 위에 위치하는 페닐붕소산(PBA)층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.The method of claim 1,
A gold (Au) thin film layer disposed on the intermediate layer;
A self-assembled monolayer (SAM) located on the gold (Au) thin layer; And
A phenylboronic acid (PBA) layer overlying the self-assembled monolayer (SAM);
The diabetic measurement device comprising: 제3항에 있어서, 상기 자가조립 단분자층(SAM)은 아미노알칸싸이올, Fmoc-알칸싸이올, 카르복시알칸싸이올, 카르복시알칸설파이드, 숙신이미딜 알칸다이설파이드, 킬레이트 알칸싸이올, 페로세닐 알칸싸이올, 하이드록시알칸싸이올 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.4. The method of claim 3, wherein the self-assembled monolayer (SAM) is selected from the group consisting of aminoalkanthiol, Fmoc-alkanthiol, carboxyalkanethiol, carboxyalkane sulfide, succinimidylalkane disulfide, chelate alkanethiol, A hydroxyalkane thiol, a hydroxy-alkane thiol, or a mixture thereof. 제4항에 있어서, 상기 자가조립 단분자층(SAM)은 카르복시알칸싸이올 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.5. The device according to claim 4, wherein the self-assembled monolayer (SAM) is formed from a carboxyalkanethiol compound. 제2항에 있어서, 상기 페닐붕소산(PBA)층은 페닐붕소산계 화합물로 형성된 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.[3] The device for measuring diabetes according to claim 2, wherein the phenylboronic acid (PBA) layer is formed of a phenylboronic acid-based compound. 제6항에 있어서, 상기 페닐붕소산계 화합물로 아미노페닐붕소산 화합물을 사용하여 자가조립 단분자층(SAM) 말단의 카르복시기와 아마이드 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.[7] The device for measuring diabetes according to claim 6, wherein an aminophenylboronic acid compound is used as the phenylboronic acid compound to form an amide bond with a carboxyl group at the terminal of the self-assembled monolayer (SAM). 제3항에 있어서, 상기 페닐붕소산(PBA)층의 말단이 적혈구 막 표면의 시알산과 화학결합하여 적혈구를 포획하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.4. The device for measuring diabetes according to claim 3, wherein the end of the phenyl boronic acid (PBA) layer is chemically bonded with sialic acid on the surface of a red blood cell membrane to capture red blood cells. 제1항에 있어서, 상기 측온저항체는 백금(Pt)을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.The diabetes measurement device according to claim 1, wherein the temperature-measuring resistor is formed of platinum (Pt). 시알산 정량측정하는 마이크로 열센서와, 상기 마이크로 열 센서 표면에 위치되되 혈액샘플이 주입되는 PDMS 채널을 구비하는 당뇨측정장치 제조방법에 있어서,
상기 마이크로 열센서는
측온저항체(RTD)를 포함하는 하부층 위에 절연층을 포함하는 중간층을 형성하는 단계;
상기 중간층 위에 금(Au) 박막층을 증착하는 단계;
상기 금(Au) 박막층 위에 자가조립 단분자층(SAM)을 형성하는 단계; 및
상기 자가조립 단분자층(SAM) 위에 페닐붕소산(PBA)층을 형성하는 단계;
를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.1. A method for manufacturing a diabetic measurement device comprising a micro thermal sensor for measuring sialic acid quantitation and a PDMS channel positioned on a surface of the micro thermal sensor and into which a blood sample is injected,
The micro-thermal sensor
Forming an intermediate layer including an insulating layer on a lower layer including the RTD (RTD);
Depositing a gold (Au) thin film layer on the intermediate layer;
Forming a self-assembled monolayer (SAM) on the gold (Au) thin film layer; And
Forming a phenylboronic acid (PBA) layer on the self-assembled monolayer (SAM);
The method for manufacturing a diabetic measurement device according to claim 1, 제10항에 있어서,
상기 PDMS 채널은,
Si 웨이퍼 위에 음성 감광층을 도포한 다음에 95℃ 15분 소프트 베이킹하고, 기 제작된 포토마스크를 음성 감광층의 상부에 위치시키며, UV 얼라이너를 이용하노광한 후에 디밸로퍼(developer)로 패턴 이외의 부분을 현상하는 제1단계;
PDMS를 경화제와 섞어서 몰드를 형성하고, 제1단계에서 획득된 Si 웨이퍼 표면을 덮은 후, 기포를 제거하였고, 95℃ 2시간 정도 가열시킨 후에, 굳어진 PDMS 채널을, 펀치(punch)를 이용하여 인렛(inlet) 과 아웃렛(outlet)을 형성하는 제2단계;
제2단계에서 획득된 마이크로유로 채널을 마이크로 열센서 표면에 산소 플라즈마(oxigen plasma)기를 이용하여 본딩(bonding) 하는 제3단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.11. The method of claim 10,
Wherein the PDMS channel comprises:
After the negative photoresist layer was coated on a Si wafer, the photoresist layer was soft-baked at 95 DEG C for 15 minutes. Then, the prepared photomask was placed on the negative photoresist layer and exposed using a UV aligner. A first step of developing the part;
PDMS was mixed with a curing agent to form a mold, the surface of the Si wafer obtained in the first step was covered, the bubbles were removed, and after heating for 2 hours at 95 DEG C, the hardened PDMS channel was punched, a second step of forming an inlet and an outlet;
A third step of bonding the micro channel channel obtained in the second step to the surface of the micro thermal sensor using an oxygen plasma plasma;
The method comprising the steps of: 제11항에 있어서, 상기 중간층 형성 단계는 SiO2막을 형성하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.12. The method according to claim 11, wherein the intermediate layer forming step forms an SiO 2 film. 제12항에 있어서, 상기 SiO2막은 플라스마-강화 화학기상 증착법(PECVD)으로 증착되는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.The method of claim 12, wherein the SiO 2 film is plasma-diabetic measuring method characterized in that the deposited enhanced chemical vapor deposition (PECVD). 제13항에 있어서, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계 이전에 증착된 금(Au) 박막층 표면을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.14. The method of claim 13, further comprising the step of cleaning the surface of the gold (Au) thin film layer deposited before the self-assembled monolayer (SAM) formation step. 제14항에 있어서, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계는 카르복시알칸싸이올 및 알코올 혼합용액에 금(Au) 박막층이 증착된 마이크로 열센서를 침지시키는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.15. The method according to claim 14, wherein the step of forming the self-assembled monolayer (SAM) comprises immersing a micro thermal sensor having a gold (Au) thin film deposited on a carboxyalkanthiol and alcohol mixture solution. 제15항에 있어서, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계 후, 결합하지 않은 카르복시알칸싸이올 화합물을 초순수로 세척한 후 순수한 알코올에서 초음파 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.16. The method of claim 15, further comprising, after the step of forming the self-assembled monolayer (SAM), washing the unconjugated carboxyalkanethiol compound with ultrapure water and then ultrasonically treating the uncoated carboxyalkanethiol compound with pure alcohol. Way. 제16항에 있어서, 상기 자가조립 단분자층(SAM) 형성 단계 후, 자가조립 단분자층(SAM)의 말단 카르복시기를 활성화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.17. The method of claim 16, further comprising activating a terminal carboxyl group of the self-assembled monolayer (SAM) after the step of forming the self-assembled monolayer (SAM). 제10항에 있어서, 상기 페닐붕소산(PBA)층 형성 단계는 자가조립 단분자층(SAM)이 형성된 마이크로 열센서를 DMF : 페닐붕소산계 화합물이 포함된 NaOH 용액의 부피비가 1:0.5 내지 1:2인 혼합용액에 15 내지 25℃에서 15 내지 30시간 동안 침지시키는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치 제조방법.11. The method of claim 10, wherein the phenylboronic acid (PBA) layer forming step comprises forming a microarray sensor in which a self-assembled monolayer (SAM) is formed in a volume ratio of DMF: phenylboronic acid-based NaOH solution of 1: 0.5 to 1: 2 In a mixed solution at 15 to 25 DEG C for 15 to 30 hours. 시알산 정량측정하는 마이크로 열센서와, 상기 마이크로 열 센서 표면에 위치되되 전혈시료가 주입되는 PDMS 채널을 구비하는 당뇨측정장치에 있어서,
적혈구를 포함하는 전혈시료가 들어 있는 PDMS 채널에 빛을 조사하는 레이저 모듈;
상기 조사되는 빛에 대응하여 변화하는 적혈구의 온도를 마이크로 열센서를 이용하여 검출하는 검출부; 및
검출된 온도를 이용하여 적혈구 막 표면의 시알산의 양을 측정하는 측정부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.1. A diabetic measuring device comprising a micro thermal sensor for measuring sialic acid quantitation and a PDMS channel for injecting a whole blood sample placed on a surface of the micro thermal sensor,
A laser module for irradiating a PDMS channel containing a whole blood sample containing erythrocytes;
A detector for detecting a temperature of red blood cells that changes in accordance with the irradiated light using a micro thermal sensor; And
A measuring unit for measuring the amount of sialic acid on the surface of the erythrocyte membrane using the detected temperature;
The diabetic measurement device comprising: 제19항에 있어서, 상기 레이저 모듈은 532nm의 빛을 조사하는 것을 특징으로하는 당뇨측정장치.The diabetes measurement device according to claim 19, wherein the laser module irradiates light of 532 nm. 제20항에 있어서, 상기 검출부는 상기 마이크로 열센서에 연결되어 측온저항체(RTD)의 저항의 변화에 따라 가열된 적혈구로부터 발생한 열변화 신호를 검출하는 전류-전압계(I-V meter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.21. The apparatus according to claim 20, wherein the detecting unit further comprises a current-voltmeter (IV meter) connected to the micro-thermal sensor and detecting a thermal change signal generated from erythrocytes heated according to a change in the resistance of the RTD A diabetic measuring device. 제21항에 있어서,
상기 레이저 모듈로부터 공급되는 전원을 제어하는 파워 컨트롤러;
상기 레이저 모듈로부터 조사되는 빛을 규칙적인 시간 간격으로 단속하는 광학 초퍼; 및
상기 레이저 모듈로부터 조사되는 빛의 세기를 측정하는 광학 파워미터;
를 더 포함하는 것을 특징으로하는 당뇨측정장치.22. The method of claim 21,
A power controller for controlling power supplied from the laser module;
An optical chopper for interrupting light emitted from the laser module at regular time intervals; And
An optical power meter for measuring intensity of light emitted from the laser module;
Further comprising: a blood pressure measuring device for measuring blood pressure of the diabetic patient. 제19항에 있어서,
검출부는 항온시스템을 더 구비하며,
상기 항온시스템은,
중간부에 전단부 통공을 구비하여, 전단부 통공의 일측에 칩슬라이드 거치부가 장착되고, 전단부 통공의 다른 일측에는 알루미늄 봉이 장착되는, 항온시스템 전단부;
항온시스템 전단부과 결합되도록 이루어자되, 중간부에 전극거치부용 결합부를 구비하여 전극을 거치한 전극거치부가 삽입되도록 이루어진, 항온시스템 후단부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로하는 당뇨측정장치.20. The method of claim 19,
The detection unit further includes a constant temperature system,
The thermostatic system comprises:
A thermostatic system front end portion provided with a front end through-hole at an intermediate portion, a chip slide mounting portion mounted on one side of the front end through-hole, and an aluminum rod mounted on the other side of the front end through-
A rear end of the thermostatic system, which is adapted to be coupled with the front end of the thermostatic system, and has an engaging portion for an electrode mounting portion at an intermediate portion thereof, so that an electrode mounting portion for receiving the electrode is inserted;
Wherein the diabetic measurement device comprises: 제23항에 있어서,
전극거치부는 전극을 끼우도록 이루어진 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.24. The method of claim 23,
And the electrode mounting portion has a structure for fitting the electrode. 제23항에 있어서, 칩슬라이드 거치부는,
수직 지지대와, 상기 수직 지지대의 일측에 2개의 수평 지지대가 이격되어 장착되며, 수직 지지대의 높이는 수평 지지대의 높이 보다 더 높은 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치.
24. The apparatus of claim 23, wherein the chip slide mounting portion comprises:
Wherein the vertical support is mounted on one side of the vertical support and the two horizontal supports are spaced apart from each other and the height of the vertical support is higher than the height of the horizontal support.
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