KR20150020762A

KR20150020762A - 전기화학적 면역분석 카트리지 및 이것의 제조방법

Info

Publication number: KR20150020762A
Application number: KR20130097598A
Authority: KR
Inventors: 양용주; 현석정
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2015-02-27
Also published as: KR102136321B1

Abstract

본 발명은 전기화학적 면역분석 카트리지 및 이것의 제조방법에 대한 것으로, 전극이 형성된 베이스 위에 절연층과는 별도로 유로개구부가 형성된 유로가이드층을 가짐으로서 상기 유로개구부에 대응되는 다수의 유로를 미세하게 형성할 수 있는 것이며, 나아가, 전극 접합부에 누설이 없고 채널 내부에서 모세관 현상이 발생하지 않으며 유체가 정체됨이 없이 원할하게 흐를 수 있는 유로를 형성하기 위한 것이다.

Description

전기화학적 면역분석 카트리지 및 이것의 제조방법{Electrochemical immunoassay cartridge and manufactruring method thereof}

본 발명은 전기화학적 바이오 센서에 대한 것으로, 특히 마이크로 유체형태 또는 스트립 형태의 카트리지 구조를 가지는 전기화학적 바이오 센서에 대한 것이며, 더욱 상세하게는 시료나 버퍼액, 워싱액 등의 다수의 유체가 이동하는 유로를 다양하게 가질 수 있는 전기화학적 카트리지 및 이것의 제조방법에 대한 것이다.

바이오 센서는 단백질, DNA, 바이러스, 박테리아, 세포, 조직 등의 생체물질과 센서 표면과의 특이적 결합, 반응 등을 이용하여 전기적, 광학적 신호 변화를 유발함으로써 물질을 정량적 혹은 정성적으로 분석하고 진단한다.

그 중에서, 효소의 활성을 이용한 전기화학적 바이오센서는 생체시료에 있는 특정물질, 예컨대 임상 화학 검사에서는 글루코오스 센서, 요산(urea) 센서, 단백질 센서, DNA 센서가 있고, 간 기능 검사에서는 GOT(glutamate oxaloacetic transaminase) 또는 GPT(glutamate pyruvate transaminase) 등의 효소 활성을 보다 빠르고 재현성 있게 측정하는 센서가 있다. 종래 GOT 또는 GPT 등의 효소 활성을 보다 빠르고 재현성있게 측정하는 센서로는 전극 위에 반응시약 및 효소를 고정화시킨 폴리머를 이용한 전기화학적 바이오센서가 일반적이다.

예를 들어, 혈당 측정용 센서는 통상적으로 전기 절연성의 기판상에 스크린 인쇄 등의 방법으로 복수의 전극을 포함하는 전극부를 형성하고, 상기 전극부의 상부에 친수성 고분자, 산화환원효소 및 전자수용체 등을 포함하는 효소 반응층을 형성한다. 이러한 구조를 갖는 혈당 측정용 센서의 시료 주입구를 통해 시료인 혈액이 주입되면, 주입된 혈액의 포도당과 효소 반응층의 효소(enzyme)와 반응하여 포도당이 산화되고, 이에 따라 전자 수용체가 환원된다. 이 환원된 전자 수용체를 전기 화학적으로 산화하여 얻어지는 산화 전류가 전극부를 통해 흐르게 되고, 혈당측정장치는 전극부를 통해 흐르는 전류를 감지하여 측정함으로써, 혈액중에 포함된 포도당의 농도를 구할 수 있게 되는 것이다.

종래에 이러한 전기화학적 바이오센서는 유체가 이동하는 유로(또는 채널) 및 전극부가 형성된 하부기판과 시료 주입구가 형성된 상부기판 사이에 절연층을 적층시켜서 제조하는 것이 일반적이다. 그러나, 이와 같이 전극부가 형성된 하부기판에 유로를 같은 평면 상에서 함께 형성하는 경우, 상기 전극부가 차지하는 면적으로 인해 다양한 경로의 유로를 형성할 수 없다는 단점이 있다. 유체는 바닥을 타고 흐르기 때문에 상부기판에만 유로를 형성할 수는 없는 것이고, 절연 기능을 해야 하는 중간 절연층에 유로를 형성하는 것도 더욱 불가능하다. 바이오 센서의 분석의 정확도 향상를 위해서는 시료 뿐만 아니라 다수의 버퍼액이나 워셔액 등을 이송하기 위한 다양한 유로가 필요하고, 이와 동시에 소형화를 위해서는 다양한 유로를 더욱 밀집된 구조로 제작하는 것이 필요하지만, 종래와 같은 평면 구조에서는 한계가 있다.

또한, 유체와 반응하는 전극부는 주변 접합부와의 틈이 없어야 들뜨지 않고 상기 틈을 통해 유체가 누설되지도 않으며 이를 통해 구동의 재현성이 높아지는데, 종래의 전극부는 절연층이나 상부기판과의 접착 또는 점착이 불량하기 때문에, 장기간 사용시 주변 접합부가 부풀어 오르거나 불균일성이 발생하여 구동 에러와 결과의 오차를 가져오는 문제점이 있다.

또한, 전극부 위에 적층되는 절연층과 상부기판의 개구부에 의해 형성되는 채널은 유체를 고립시키거나 정체시키지 않는 것이 바람직한데, 상기 채널의 모양에 따라 하단에서 모세관 현상이 발생하여 유체가 고립되거나 유체가 상단을 타고 흘러서 정체되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 유로가 미세하게 형성된 전기화학적 면역분석 카트리지를 제조하는 것이 목적이다.

그리고, 본 발명은 전극 접합부에 누설이 없고, 채널 내부에서 모세관 현상이 발생하지 않으며, 유체가 정체됨이 없이 원할하게 흐를 수 있는 유로를 형성하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 초음파 융착시 전극이 단선되거나 절연층이 뭉개져서 퍼지지 않고, 각 층이 일체화되어 밀착된 구조를 가지는 전기화학적 바이오 센서를 제조하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지는 전극이 형성된 베이스; 상기 전극에 대응하는 전극노출부를 가지고 상기 베이스 위에 구비되는 절연층; 상기 전극노출부에 대응하는 전극개구부를 포함하는 유로개구부가 형성되어 있고, 상기 절연층 위에 구비되는 유로가이드층; 및 상기 유로가이드층 위에 구비되는 유로형성층;을 포함한다.

여기서, 본 발명은 상기 전극노출부와 전극개구부에 의해 형성된 채널을 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 채널은 상단에서부터 하단으로 폭(width)이 점차 감소하는 것일 수 있다.

또한, 상기 전극노출부의 폭(width)은 상기 전극의 폭보다 작은 것이 가능하다.

또한, 상기 전극개구부의 폭(width)은 상기 전극의 폭보다 작고, 전극노출부의 폭보다 큰 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 절연층은 1~10㎛ 범위 내의 높이를 가지고, 상기 유로가이드층은 10~30㎛ 범위 내의 높이를 가지는 것일 수 있다.

또한, 상기 절연층과 유로가이드층은 다공성 포어를 가지고, 상기 절연층의 포어 사이즈는 상기 유로가이드층의 포어 사이즈보다 작은 것이 가능하다.

또한, 상기 유로형성층은 상기 유로개구부에 대응하여 음각으로 형성된 유로형성부를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 전극이 형성된 베이스를 준비하는 단계; 상기 전극에 대응하는 전극노출부를 가지는 절연층을 상기 베이스 위에 구비시키는 단계; 상기 전극노출부에 대응하는 전극개구부를 포함하는 유로개구부가 형성되어 있는 유로가이드층을 상기 절연층 위에 구비시키는 단계; 및 상기 유로가이드층 위에 유로형성층을 구비시키는 단계;를 포함하는 전기화학적 면역분석 카트리지의 제조방법일 수 있다.

여기서, 상기 유로형성층은 유로가이드층과 접하는 면에 용착산을 가지고, 상기 용착산을 가지는 유로형성층에 초음파를 가하여 상기 유로형성층을 용착시키는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 용착산은 전극노출부로부터 5~200㎛ 범위 내의 거리 만큼 떨어져 있는 것이 더욱 바람직하다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이러한 본 발명은 전극이 형성된 베이스 위에 절연층과는 별도로 유로개구부가 형성된 유로가이드층을 가짐으로서, 상기 유로개구부에 대응되는 다수의 유로를 미세하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 전극 접합부에 누설이 없고, 채널 내부에서 모세관 현상이 발생하지 않으며, 유체가 정체됨이 없이 원할하게 흐를 수 있는 유로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 절연층과 유로가이드층 위에 구비된 유로형성층에 초음파를 가함으로서, 초음파 융착시 전극이 단선되거나 절연층이 뭉개져서 퍼지지 않고, 베이스, 절연층, 유로가이드층 및 유로형성층이 일체화되어 밀착된 구조를 가지는 전기화학적 면역분석 카트리지를 제조할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지를 나타내는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지의 구성을 나타내는 전개도이고,
도 3은 본 발명에 따른 채널이 상광하협(上廣下狹) 형상을 가지는 것의 일례를 나타내는 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따라 절연층에 형성된 절연돌기부가 전극의 일부를 덮고 있는 형상의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지의 전극 주변을 확대한 평면도이고,
도 6은 본 발명에 따라 전 접합부에서 누설이 발생되는 것의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 전극, 전극노출부 및 전극개구부 폭(width)의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 절연층과 유로가이드층을 구성하는 다공성 물질의 포어 사이즈 일례를 비교하기 위한 단면도이고,
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 제조방법 중 베이스를 준비하는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 10은 도 9의 베이스 위에 절연층을 구비시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 11은 도 10의 절연층 위에 유로가이드층을 구비시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 12는 도 11의 유로가이드층 위에 유로형성층을 구비시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 13은 본 발명에 따라 유로형성층이 가지는 용착산의 위치 일례를 설명하기 위한 평면도이고,
도 14는 본 발명에 따라 용착산이 전극노출부에 근접하게 위치하는 경우 용착돌출부가 형성되는 단점의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 15는 본 발명에 따라 용착산이 전극노출부에서 멀리 위치하는 경우 유체 고립부가 형성되는 단점의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지(1)를 나타내는 단면도이고, 도 2는 이것의 구성을 나타내는 전개도이다.

여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지(1)는 베이스(10); 절연층(20); 유로가이드층(30); 및 유로형성층(40);을 포함하여 이루어진다.

상기 베이스(10)는 본 발명에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지(1)의 베이스층이 되는 것으로, 일반적으로 널리 알려진 공지된 기판 또는 하부기판일 수 있으며, 그 위에 위치하는 전극(11)과의 단락을 위하여 절연물질로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 베이스(1) 위에는 전극(11)이 구비되어 있고, 이러한 전극(11)은 이 기술분야에 공지된 모든 형태를 포함한다. 그 중에서도 본 발명에 따른 카트리지의 동작을 제어하거나 반응을 센싱하거나 전기화학 반응을 측정할 수 있는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 전극(11)은 액체의 위치를 인식하기 위한 센싱 전극(sensing electrode), 전기화학 측정을 위한 카운터 전극(counter electrode), 참조 전극(reference electrode), 동작 전극(working electrode) 등을 포함할 수 있다. 동작 전극(working electrode)에는 타겟 항원(target antigen)과 특이적 반응을 위한 항체가 고정되어 있는 것도 가능하다. 멀티플렉스 면역분석(multiplexed immunoassay)을 수행하기 위해서 복수의 동작 전극(working electorde)를 둘 수 있고, immuno-reference electrode와 같은 이차 동작 전극(secondary working electrode)을 사용해서 백그라운드 신호(background signal)를 보정하는 목적으로 사용하는 것도 가능하다.

상기 절연층(20)은 상기 전극(11)에 대응하는 전극노출부(21)를 가지고 상기 베이스(10) 위에 구비되는 것이다. 상기 절연층(20)은 절연물질로 이루어져서 상기 전극(11)과 연결된 회로 패턴을 절연시키는 기능을 가지며, 그 위에 구비되는 유로가이드층(30) 및/또는 유로형성층(40)과의 접합을 가능하게 하는 매개체일 수 있다. 본 발명에서 상기 절연층(20)은 상기 전극(11)의 위치에 대응하는 전극노출부(21)를 가지고, 이를 통해 상기 전극(11)을 절연층(20) 외부로 노출시킬 수 있다(도 2 참조). 상기 전극노출부(21)는 절연층(20)에 형성된 개구부일 수 있고, 이것의 크기 및/또는 형상은 특별히 제한되지 않으며, 전극(11) 전체 또는 일부를 노출시키는 것이 바람직하다. 전극노출부(21)의 크기에 대해서는 후술하여 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 상기 절연층(20)은 전극노출부(21) 이외에 다른 개구부 또는 노출부를 더 포함하는 것도 가능하다.

상기 유로가이드층(30)은 상기 전극(11) 또는 전극노출부(21)에 대응하는 전극개구부(32)를 포함하는 유로개구부(31)가 형성되어 있는 것으로, 상기 절연층(20) 위에 구비되는 것이다. 상기 유로가이드층(30)은 본 발명에 따른 카트리지에서 목적하는 유로를 형성하기 위한 것이면서, 동시에 그 위에 구비되는 유로형성층(40)과의 접합을 가능하게 하는 매개체일 수 있다. 이를 위하여, 상기 유로가이드층(30)은 목적하는 유로에 대응하는 유로개구부(31)를 포함하고, 상기 유로개구부(31)는 상기 전극(11) 또는 전극노출부(21)의 크기에 대응하는 전극개구부(32)를 포함하며, 이외에 버퍼액 저장부, 워싱액 저장부, 폐용액 저장부, 금속이온 저장부, 멤브레인 저장부, 변환물질 저장부, 흡광도 측정부, 산화효소 저장부, 신호발생물질 저장부 및/또는 전기신호 측정수단 등을 위한 개구부를 더 포함할 수도 있다. 상기 유로가이드층(30)은 상기 전극(11) 또는 전극노출부(21)에 대응하는 전극개구부(32)를 포함하며 상기 전극노출부(21)는 상기 전극(11)에 대응하기 때문에, 상기 전극(11)은 상기 전극노출부(21)와 전극개구부(32)를 통하여 유로가이드층(30) 외부로 드러나게 될 수 있다(도 2 참조).

상기 유로형성층(40)은 상기 유로가이드층(30) 위에 구비되는 것으로, 본 발명에 따른 카트리지(1)의 상부를 구성하는 상부기판일 수 있다. 상기 유로형성층(40)은 상기 유로가이드층(30) 위에 구비되어 그 아래에 유로(또는 채널)를 형성하기 위한 것이다. 상술한 유로가이드층(30)은 소정의 높이를 가지고 유로개구부(31)를 가지는바, 이것의 위에 유로형성층(40)이 구비되는 것만으로 상기 유로개구부(31)에 의하여 유로가 형성될 수 있다. 즉, 전극노출부(21)를 가지는 절연층(20) 위에 전극개구부(32)를 가지는 유로가이드층(30)이 구비되고 그 위에 유로형성층(40)이 구비되면, 상기 전극노출부(21) 및 전극개구부(32)에 의해 유로로 사용 가능한 채널(50)이 형성되며, 본 발명에 따른 카트리지(1)는 상기 채널(50)을 포함할 수 있다. 상기 유로형성층(40)은 평평한 기판인 것도 가능하지만, 상기 유로개구부(31)에 대응하여 음각으로 형성된 유로형성부(41)를 가지면, 채널(50)의 높이를 더욱 높게 또는 다양하게 조절할 수 있어서 바람직하다.

이러한 본 발명은 전극(11)이 형성된 베이스(10) 위에 절연층(20)과는 별도로 유로개구부(31)가 형성된 유로가이드층(30)을 가짐으로서, 상기 유로개구부(31)에 대응되는 다수의 유로를 미세하게 형성할 수 있는 효과가 있다. 즉, 종래의 전기화학적 바이오센서에서는 하부기판에 전극부와 유로가 동일한 평면 상에 함께 형성되어 있어서 다양한 경로의 유로를 형성할 수 없었지만, 본 발명은 상기 유로가이드층(30)에 원하는 유로개구부(31)를 전극에 대한 제한 없이 다양하게 형성할 수 있어서,다수의 버퍼액이나 워셔액 등을 이송하기 위한 다양한 유로를 만들 수 있을 뿐만 아니라, 유로를 미세하게 밀집된 구조로 제작하여 소형화를 이룰 수 있는 것이다.

또한, 상기한 본 발명은 절연층(20) 이외에 그 위에 구비되는 유로가이드층(30)을 더 포함하는 것을 특징으로 하여, 절연층만을 가지는 것보다 두께를 더 두껍게 할 수 있기 때문에, 각 층을 접합시키는 초음파 용착시에도 절연층(20)이 뭉개지는 단점을 줄일 수 있고, 전극(11)에 의해 초음파가 좌우로 퍼지는 단점을 최소화할 수 있다. 나아가, 상기 유로가이드층(30)에 초음파 차단 또는 저감 물질을 더 포함시킴으로서 그 효과를 더욱 높일 수 있다.

상기 절연층(20)과 유로가이드층(30)의 높이는 다양하게 조절할 수 있지만, 상기 절연층(20)은 1~10㎛ 범위 내의 높이를 가지는 것이 우수한 절연 효과를 부여할 수 있어서 바람직하고, 상기 유로가이드층(30)은 10~30㎛ 범위 내의 높이를 가지는 것이 다양한 높이의 유로를 형성할 수 있어서 더욱 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 채널(50)이 상광하협(上廣下狹) 형상을 가지는 것의 일례를 나타내는 단면도이다.

여기에 도시된 본 발명의 다른 특징은 상기 채널(50)이 상단(w50u)에서부터 하단(w50d)으로 폭(width)이 점차 감소하는 형상을 가지는 것이다.

종래에 초음파 용착 방법으로 채널을 생성하는 경우 대부분 강력한 초음파 에너지에 의해 용착산이 녹으면서 좌우로 퍼지게 되고, 이에 따라 채널 장벽 하단의 표면은 거칠게 개질되거나 스웰링(sweilling) 된다. 그래서, 원할한 유체의 흐름을 방해하거나 전극에서 발생하는 신호에 큰 오차를 일으킨다. 또한, 채널 장벽 하단의 균열이나 미세한 틈새로 모세관 현상에 의해 유체가 유입되기 쉽고, 시간이 지나면서 유입된 유체는 잘 빠져나오지 않아 고립되어, 전극 가운데에서 발생되는 정규 신호를 방해한다. 이와 함께, 상협하광(上狹下廣)의 형상을 가지는 채널의 경우에, 유체는 보다 좁고 얕은 부분으로 흘러가려는 성질이 있어서 채널 장벽 하단을 계속해서 침투하려고 할 것이고, 이에 따라 하단의 균열이나 미세한 틈새가 발생하여 상기한 모세관 현상이 발생하기 쉽다는 단점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 채널(50) 상단(w50u)의 폭을 하단(w50d)보다 크게 한 것이 특징이다. 본 발명은 상단의 특정 부분만을 크게 하는 것도 포함하지만, 도 3에 나타난 바와 같이 하단으로부터 상단에 이르기까지 폭이 점차 증가하는 형상을 가지는 경우 특정 부분에서의 모세관 현상을 방지할 수 있어서 더욱 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 채널(50)은 상광하협(上廣下狹)의 형상을 가짐으로서, 채널(50) 장벽 하단에서 모세관 현상이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 채널(50) 하단의 좁은 폭을 따라서 빠르게 이동하는 유체는 그 위의 넓은 폭에 존재하는 유체를 끌어당길 수 있어서, 전체적으로도 유체의 이동 속도를 증가시킬 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 절연층(20)에 형성된 절연돌기부(22)가 전극(11)의 일부를 덮고 있는 형상의 일례를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기화학적 면역분석 카트리지(1)의 전극(11) 주변을 확대한 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따라 전극접합부(23)에서 누설이 발생되는 것의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.

여기에 나타난 바와 같이, 본 발명의 또 다른 특징은 상기 전극노출부(21)의 폭(w21)이 상기 전극(11)의 폭(w11)보다 작은 것이다(도 7 참조). 즉, 도 5에 나타난 바와 같이 전극노출부(21)의 면적이 상기 전극(11)의 면적보다 작은 것일 수 있다. 다시 말해서, 상기 전극노출부(21) 둘레의 절연층(20) 상단 일부가 전극(11)의 둘레 일부를 덮는 것이 가능하다.

만약, 도 6에 나타난 바와 같이, 전극(11)이 절연층(20)과 수직으로 접하게 되면, 시간이 지나면서 상기 전극(11)과 절연층(20) 사이가 벌어지는 전극접합부(23)가 발생하게 된다. 그러면, 상기한 바와 같이 모세관 현상에 의하여 전극접합부(23)로 유체가 지속적으로 유입되는 문제점이 발생한다.

이를 방지하기 위하여, 본 발명은 절연층(20)의 상단 일부가 전극(11)쪽으로 돌출된 절연돌기부(22)를 가질 수 있는 것이고, 상기 절연돌기부(22)가 전극(11)의 일부(바람직하게는, 전극(11)의 끝단부)를 덮는 경우에는 상기한 바와 같은 전극접합부(23)의 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 절연돌기부(22)는 전극(11)의 상면 일부를 덮고 있기 때문에, 초음파 용착시에 강한 에너지가 전극(11)에 의해 좌우로 퍼지는 단점을 최소화할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 전극(11), 전극노출부(21) 및 전극개구부(32)의 폭(width)의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.

상기 전극(11), 전극노출부(21) 및 전극개구부(32)의 폭은 같거나 비슷하거나 또는 각각 다를 수 있지만, 보다 바람직하게는 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 전극개구부(32)의 폭(w32)이 상기 전극(11)의 폭(w11)보다 작고, 전극노출부(21)의 폭(w21)보다 큰 것이 적합하다. 즉, 도 5에 나타난 바와 같이 전극개구부(32)의 면적이 전극노출부(21)의 면적보다 크고 상기 전극(11)의 면적보다 작은 것일 수 있다.

이와 같이, 상기 전극노출부(21) 둘레의 절연층(20) 상단 일부가 전극(11)의 둘레 일부를 덮고, 상기 전극개구부(32) 둘레의 유로가이드층(30) 또는 그것의 하단 일부가 상기 전극(11)의 둘레 일부를 덮는(나아가, 절연층(20)의 둘레 전체를 덮지는 않는) 형태로 형성되는 경우에는, 상기한 바와 같은 상광하협(上廣下狹) 형상의 채널(50)과 절연돌기부(22)에 의한 효과를 모두 가질 수 있어서, 더욱 바람직하다. 즉, 이러한 본 발명에 의하면 전극 접합부에 누설이 없고, 채널 내부에서 모세관 현상이 발생하지 않으며, 유체가 정체됨이 없이 원할하게 흐를 수 있는 유로를 형성할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 절연층(20)과 유로가이드층(30)을 구성하는 다공성 물질의 포어(24, 33) 사이즈 일례를 비교하기 위한 단면도이다.

여기에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 특징은 상기 절연층(20)과 유로가이드층(30)이 다공성 포어를 가지고, 상기 절연층(20)의 제1포어(24) 사이즈는 상기 유로가이드층(30)의 제2포어(33) 사이즈보다 작은 것이다. 즉, 상기 절연층(20)은 유로가이드층(30)보다 밀집된 형태를 갖는 것이다. 예를 들어, 상기 절연층(20)은 300~400 mesh 형태를 가질 수 있고, 상기 유로가이드층(30)은 50~100 mesh 형태를 가질 수 있다.

이와 같이, 밀집된 형태를 갖는 절연층(20)은 더욱 높은 절연성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 그 위에 덜 밀집된 유로가이드층(30)을 적층시키기에 바람직하다. 또한, 상기 유로가이드층(30)은 유로를 형성하기 위한 유로개구부(31)를 갖는 것인데, 사이즈가 큰 제2포어(33)를 가짐으로서 비교적 높게 만들 수 있어서, 유로의 높이를 다양하게 조절하는 것이 가능하다. 만약, 사이즈가 작은 제1포어(24)를 가지는 절연층(20)으로 유로를 형성하고자 한다면, 상기 절연층(20)의 높이를 높게 할 수가 없어서 부적합하다.

또한, 상기 유로가이드층(30)은 50~100 mesh 형태의 사이즈가 큰 포어를 포함하는 것이 바람직한데, 이 경우 절연층(20) 위에 유로가이드층(30)을 적층함에 있어서 도 11에 나타난 바와 같이 상기 유로가이드층(30)의 상단에서 하단으로 경사진 형상으로 적층할 수 있다. 만약, 상기 유로가이드층(30)의 상단에서 하단이 수직으로 내려온 형상을 가진다면, 그 위에 유로형성층(40)의 용착산(42)을 초음파 용착시키는 경우(도 12 참조), 상기 유로가이드층(30) 상단이 돌출될 수 있는 단점을 가진다(도 14 참조). 그러나, 상기 유로가이드층(30)을 그것의 상단에서 하단으로 경사진 형상으로 적층한다면, 이상적인 형태로 채널(50)을 제조할 수 있고(도 1, 도 3, 도 4 및 도 7 참조), 이를 위해서는 상기 유로가이드층(30)이 50~100 mesh 형태의 사이즈가 큰 포어를 포함하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 제조방법 중 베이스(10)를 준비하는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고, 도 10은 도 9의 베이스 위에 절연층(20)을 구비시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고, 도 11은 도 10의 절연층 위에 유로가이드층(30)을 구비시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고, 도 12는 도 11의 유로가이드층 위에 유로형성층(40)을 구비시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.

여기에 도시된 본 발명의 다른 실시형태는, 베이스(10)를 준비하는 단계(S10); 상기 베이스 위에 절연층(20)을 구비시키는 단계(S20); 상기 절연층 위에 유로가이드층(30)을 구비시키는 단계(S30); 및 상기 유로가이드층 위에 유로형성층(40)을 구비시키는 단계(S40);를 포함하는 전기화학적 면역분석 카트리지의 제조방법이다.

먼저, 상기 베이스(10)를 준비하는 단계(S10)는 전극(11)이 형성된 베이스(10)를 준비하는 것이다(도 9). 즉, 베이스(10) 위에 전극(11)을 구비시키는 것일 수 있고, 상기 베이스(10)와 전극(11)은 상술한 바와 같으며, 상기 베이스(10) 위에 전극(11)을 구비시키거나 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고 이 기술분야에 알려진 모든 방법을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 베이스 위에 절연층(20)을 구비시키는 단계(S20)는 상기 전극(11)에 대응하는 전극노출부(21)를 가지는 절연층(20)을 상기 베이스(10) 위에 구비시키는 것이다(도 10). 이러한 절연층(20)은 실크 스크린 공정 등에 의하여 필름 형태로 제조되어 베이스(10) 위에 구비될 수 있고, 전극(11) 주변 및 상기 전극(11)과 연결된 회로 패턴 위에 인쇄되는 것도 가능하다. 본 명세서 어떤 것 위에 "구비된다"는 것은 그 위에 위치하거나 결합, 접합, 접착 또는 점착되는 것 등을 모두 포함한다.

이어서, 상기 절연층(20) 위에 유로가이드층(30)을 구비시키는 단계(S30)는 상기 전극노출부(21)에 대응하는 전극개구부(32)를 포함하는 유로개구부가 형성되어 있는 유로가이드층(30)을 상기 절연층(20) 위에 구비시키는 것이다(도 11). 상기 유로개구부는 원하는 형태의 유로에 대응하는 개구부로서 다양하게 형성될 수 있으며, 이것은 전극개구부(32)를 필수적으로 포함하고, 이외에 버퍼액 저장부나 워싱액 저장부 등을 위한 개구부를 더 포함할 수도 있다(도 2 참조). 상기 유로가이드층(30)의 구성 성분은 특별히 제한되지 않으나, 절연층(10) 및/또는 유로형성층(40)과의 접합을 위하여 그와 동일하거나 유사한 물질로 이루어지는 것이 가능하고, 시료와 반응하지 않기 위하여 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 유로가이드층(30)은 상기한 절연층(20)처럼 실크 스크린으로 제조되거나 상기 절연층(20) 위에 인쇄되는 것도 가능하다.

계속해서, 본 발명은 상기 유로가이드층(30) 위에 유로형성층(40)을 구비시키는 단계(S40)를 거친다(도 12). 상기 유로형성층(40)은 본 발명에 따른 카트리지(1)의 상부를 구성하는 상부기판일 수 있고, 투명한 물질로 이루어지는 것이 그 내부를 시각적으로 확인할 수 있어서 바람직하다. 또한, 상기 유로형성층(40)은 후술하는 바와 같이 초음파 용착을 위한 용착산(42)을 가질 수 있으며, 상술한 바와 같이, 상기 유로가이드층(30)의 유로개구부에 대응하여 음각으로 형성된 유로형성부를 가지는 것도 가능하다(도 2 참조).

이러한 제조방법에 의하는 경우, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 카트리지(1)를 제조할 수 있다.

상기 절연층(20), 유로가이드층(30) 및 유로형성층(40)을 구비시키고, 이를 결합하거나, 접합, 접착, 점착, 융착 또는 용착시키는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있다.

특별히, 유로가이드층(30)에 유로형성층(40)을 결합시키는 것은 초음파로 융착시키는 것이 바람직한데, 이를 위하여 상기 유로형성층(40)은 유로가이드층(30)과 접하는 면에 용착산(42)을 가지고 있을 수 있고(도 12 참조), 본 발명에 따른 제조방법은 상기 용착산(42)을 가지는 유로형성층(40)에 초음파를 가하여 상기 유로형성층(40)을 용착시키는 단계(S50);를 더 포함할 수 있다. 이러한 초음파 용착 방법에 의하면 유로가이드층(30)에 별도의 표면처리나 코팅 없이 압력과 초음파만으로 짧은 시간에 용착시킬 수 있고, 특별히 절연층(20)과 유로가이드층(30) 위에 있는 유로형성층(40)에 초음파를 가함으로서, 초음파 에너지가 전극(11)에 까지 전달되는 것을 최소화할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따라 유로형성층(40)이 가지는 용착산(42)의 위치 일례를 설명하기 위한 평면도이고, 도 14는 본 발명에 따라 용착산(42)이 전극노출부(21)에 매우 근접하게 위치하는 경우 용착돌출부(44)가 형성되는 단점의 일례를 설명하기 위한 단면도이며, 도 15는 본 발명에 따라 용착산(42)이 전극노출부(21)에서 매우 멀리 위치하는 경우 유체 고립부(45)가 형성되는 단점의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.

여기에 도시된 본 발명의 다른 특징은 상기 유로형성층(40)에 형성된 용착산(42)의 위치와 관련된 것이다. 즉, 상기 용착산(42)은 본 발명에 따른 카트리지(1)의 단면을 기준으로, 전극노출부(21), 전극개구부(32) 또는 전극(11)으로부터 5~200㎛ 범위 내의 거리 만큼 떨어져 있는 것이 바람직하다(도 12 및 도 13 참조).

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 전극노출부(21)로부터 용착산(42)이 떨어진 거리(d)의 일례를 나타내고 있다. 상기 용착산(42)은 전극노출부(21)에 대하여 일 방향으로 연속된 용착선(43)을 구성할 수 있고, 상기 용착선(43)은 용착산(42)을 용착시키기 위한 가상의 선(line)인 것이 가능하다(도 13 참조).

만약, 상기 용착산(42)과 전극노출부(21), 전극개구부(32) 또는 전극(11)의 거리가 5㎛ 미만이면 가열, 가압 또는 초음파 에너지에 의해 상기 용착산(42)이 녹으면서 채널(50)쪽으로 돌출되어 용착돌출부(44)가 형성될 수 있고, 상기 용착돌출부(44)는 유체의 흐름을 방해하는 단점이 있다(도 14 참조). 또한, 상기 거리가 200㎛를 초과하면 용착이 되더라도 채널(50) 상부에 측단으로 깊은 골이 생길 수 있으며, 이것은 유체를 고립시키는 유체 고립부(45)가 되어 유체가 워싱에 의해서도 씻겨지지 않는 단점이 있다(도 15 참조).

한편, 본 발명의 또 다른 실시형태는 상술한 바와 같은 카트리지(1)를 이용하여 시료를 분석하는 전기화학적 면역분석 방법일 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 카트리지(1)의 유로에 시료를 주입하여 흐르도록 하고, 전극(11)에서 발생되는 전기신호를 측정하는 것이 가능하다.

이를 위한 본 발명은 상기 카트리지(1)에 적합한 리더기 또는 계측기를 포함하는 전기화학적 면연분석 시스템일 수도 있다.

상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

1 : 카트리지
10 : 베이스
11 : 전극
20 : 절연층
21 : 전극노출부
22 : 절연돌기부
23 : 누설
24 : 제1포어
30 : 유로가이드층
31 : 유로개구부
32 : 전극개구부
33 : 제2포어
40 : 유로형성층
41 : 유로형성부
42 : 용착산
43 : 용착선
44 : 용착돌출부
45 : 고립부
50 : 채널

Claims

전극이 형성된 베이스;
상기 전극에 대응하는 전극노출부를 가지고 상기 베이스 위에 구비되는 절연층;
상기 전극노출부에 대응하는 전극개구부를 포함하는 유로개구부가 형성되어 있고, 상기 절연층 위에 구비되는 유로가이드층; 및
상기 유로가이드층 위에 구비되는 유로형성층;을 포함하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 전극노출부와 전극개구부에 의해 형성된 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
제2항에 있어서,
상기 채널은 상단에서부터 하단으로 폭(width)이 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 전극노출부의 폭(width)은 상기 전극의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 전극개구부의 폭(width)은 상기 전극의 폭보다 작고, 전극노출부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 절연층은 1~10㎛ 범위 내의 높이를 가지고,
상기 유로가이드층은 10~30㎛ 범위 내의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 절연층과 유로가이드층은 다공성 포어를 가지고,
상기 절연층의 포어 사이즈는 상기 유로가이드층의 포어 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 유로형성층은 상기 유로개구부에 대응하여 음각으로 형성된 유로형성부를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지.
전극이 형성된 베이스를 준비하는 단계;
상기 전극에 대응하는 전극노출부를 가지는 절연층을 상기 베이스 위에 구비시키는 단계;
상기 전극노출부에 대응하는 전극개구부를 포함하는 유로개구부가 형성되어 있는 유로가이드층을 상기 절연층 위에 구비시키는 단계;
상기 유로가이드층 위에 유로형성층을 구비시키는 단계;를 포함하는 전기화학적 면역분석 카트리지의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 유로형성층은 유로가이드층과 접하는 면에 용착산을 가지고,
상기 용착산을 가지는 유로형성층에 초음파를 가하여 상기 유로형성층을 용착시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 용착산은 전극노출부로부터 5~200㎛ 범위 내의 거리 만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 전기화학적 면역분석 카트리지의 제조방법.