KR20150046627A

KR20150046627A - 바이오 센서

Info

Publication number: KR20150046627A
Application number: KR20130126088A
Authority: KR
Inventors: 조철호; 조성제; 조재걸; 정선태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-30
Also published as: US20150107994A1

Abstract

바이오 센서와 관련된 다양한 실시예들이 기술된 바, 한 실시예에 따르면, 바이오 센서에 있어서, 다수의 전극부를 구비하는 하부 기판; 상기 하부 기판의 상부에 구비되는 절연층; 상기 절연층의 상부에 구비되는 제 1. 2 스페이서층; 상기 제 1, 2 스페이서층의 사이에 구비되는 효소부; 및 상기 제 2 스페이서층의 상부에 구비되는 상부 기판을 포함하고, 상기 전극부는, 작동 전극; 및 상기 작동 전극과 대면함과 아울러 상기 작동 전극의 둘레면을 감싸면서 구비되는 기준 전극 및 보조 전극을 포함할 수 있으며, 이외에도 다양한 다른 실시예들이 가능하다.

Description

바이오 센서 {BIO-SENSOR}

본 발명의 다양한 실시예들은 혈당 측정시 사용되는 바이오 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 임상 및 환경등의 모니터링을 위해 액상의 시료를 필요로 하는 검사의 경우 측정 분석용으로 쓰이는 센서의 대부분은 작은 샘플 용량을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 작은 샘플 용량은 측정 장치의 반응이 일어나는 부위에 정확히 도달하게 하는 것이 중요하다.

그 예로 당뇨병을 진단하고 예방하는데 있어서 혈액내의 포도당(혈당, 글루코오스)의 양을 주기적으로 측정해야 할 필요성이 증대되고 있다. 이러한 혈당 측정은 혈당 측정 장치를 이용하여 손쉽게 측정할 수 있게 된다. 혈당 측정 장치는 혈당 스트립 형태의 바이오 센서를 이용하여 환자로부터 시료를 채취하고 채취된 시료와 바이오 센서내의 화학 물질과의 전기 화학적 반응을 통해 발생되는 전기적 신호를 이용하여 혈당값을 측정하게 된다.

상기 바이오 센서는 절연성 기판상에 스크린 인쇄 등의 방법으로 복수의 전극을 포함하는 전극계를 형성하고, 형성된 전극계상에 친수성 고분자와 산화환원효소 및 전자수용체로 이루어진 효소 반응층을 형성하고 있다.

이러한 상기 바이오 센서의 시료 주입구를 통해 효소 반응층에 포도당을 포함한 시료를 주입하면, 효소 반응층이 이를 용해하고 시료의 효소가 반응하여 포도당을 산화되고, 이에 따라 전자수용체가 환원된다.

이 환원된 전자수용체를 전기화학적으로 산화하여 얻어지는 산화전류를 측정장치를 통해 측정함으로써, 시료 중에 포함된 포도당의 농도를 구할 수 있게 된다.

이러한 상기 바이오 센서는 센서의 반응이 일어날 시료가 충분히 필요할 뿐만 아니라, 정확히 정해진 면적에 차는 것이 중요하며 이를 위해 좁은 유로를 형성하여 모세관 현상을 유도하는 구조를 대부분 채용하고 있다.

이러한 상기 바이오 센서는 작동전극, 기준 전극 및 보조 전극이 구비된 하부 기판과, 시료 주입부를 구비한 중간판 및 상부 기판으로 구성된다. 이러한 구조의 3차원적 형상은 대부분 “ I ” 자형 또는 “ ㅡ ” 자형의 직육면체로 이루어진다. 사용자는 이러한 형상들의 끝 부분에 구비된 시료 주입부에 시료를 주입하여 상기 바이오 센서 내로 시료의 유동을 유도하게 된다.

즉, 상기 바이오 센서의 상기 전극들은 반응 시료가 도포되어 반응 전류량을 검출하는 작동 전극과, 상기 반응 시료의 저항을 측정하는 기준 전극 및 보조 전극으로 구성된다.

상기 작동 전극은 전류량을 검출하고, 검출된 전류량을 이용하여 반응 시료의 혈당치를 측정한다.

그러나, 종래의 바이오 센서의 전극부들은 , 하부 기판에 작동전극, 기준 전극 및 보조 전극이 구비되고, 상기 기준 전극은 단지 상기 작동 전극의 한쪽면과 대응되도록 배치되는 구조이므로, 상기 작동 적극과 상기 기준 전극의 대면하는 면적이 너무 작아 충분한 양의 반응 전류양을 도출해 내기 어려운 문제점이 있었다.

즉, 기존의 작동 전극과 기준 전극을 한쪽면만 대응하는 구조이므로, 충분한 반응 전류량을 도출해 내기 힘들어 바이오 센서의 혈당 측정 감도를 저하시킴으로 인해 제품의 신뢰성을 저하시키는 단점이 있었다.

따라서, 상기 전극의 패턴들은 충분한 반응 전류량을 도출하기 위해서 작동 전극을 크게 함은 물론, 기준 전극 및 보조 전극이 상기 작동 전극의 여러면과 대응되도록 상기 작동 전극의 주위를 감쌀 수 있도록 배치하는 구조가 요구되고 있다.

또한, 전극부들은 전극들을 한쪽면만 대응된 상태에서 바이오 센서를 제작시 전극부와 부품들간의 정렬 오차가 발생되고, 이로인해 제품의 조립 정밀도를 저하시키는 단점이 있었다.

결국, 제품 제작시 발생되는 정렬 오차를 방지할 수 있는 전극 패턴이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 다양한 실시예들에서는 기준 전극 및 보조 전극을 이용하여 작동 전극의 둘레 전체면을 감싸도록 구성함과 동시에 다수의 대면 전극을 형성할 수 있도록 함으로써, 작동 전극의 충분한 반응 전류양을 도출해 낼 수 있고, 이로인해 제품의 혈당 측정 감도를 향상시킴은 물론, 제품의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 바이오 센서 제작시 기존의 한쪽면만 대응되어 배열되던 전극과 부품(예들 들어 절연층)과의 결합시 발생되던 부품들의 정렬 오차를 방지함은 물론, 제품의 조립 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 바이오 센서를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예들에서는 다양한 작동 전극의 형상을 따라서 기준 전극 및 보조 전극을 구성하여 다수의 대면 전극을 구성함으로써, 각각 전극들의 대면 전극을 더욱 증가시킴은 물론, 작동 전극의 반응 전류양의 도출을 더욱 향상시키고, 이로인해, 제품의 혈당 측정 감도를 좀 더 향상시킬 수 있도록 한 바이오 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 바이오 센서에 있어서, 다수의 전극부를 구비하는 하부 기판;

상기 하부 기판의 상부에 구비되는 절연층;

상기 절연층의 상부에 구비되는 제 1, 2 스페이서층;

상기 제 1, 2 스페이서층의 사이에 구비되는 효소부; 및

상기 제 2 스페이서층의 상부에 구비되는 상부 기판을 포함하고,

상기 전극부는,

작동 전극; 및

상기 작동 전극과 대면함과 아울러 상기 작동 전극의 둘레면을 감싸면서 구비되는 기준 전극 및 보조 전극을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따르면, 바이오 센서에 있어서,

바이오 센서에 있어서,

다수의 전극부를 구비하는 하부 기판;

상기 하부 기판의 상부에 구비되는 절연층;

상기 절연층의 상부에 구비되는 제 1, 2 스페이서층;

상기 제 1, 2 스페이서층의 사이에 구비되는 효소부; 및

상기 전극부는,

작동 전극; 및

상기 작동 전극과 대면함과 아울러 상기 작동 전극의 형상을 따라서 구비되는 기준 전극 및 보조 전극을 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예 들에 따르면,

하부 기판에 구비된 기준 전극 및 보조 전극이 작동 전극의 둘레 전체면을 감싸면서 구성함과 동시에 각각의 전극들을 이용하여 다수의 대면 전극을 형성함으로써, 작동 전극의 충분한 반응 전류양을 도출해 낼 수 있을 뿐만 아니라, 제품의 혈당 측정 감도를 향상시킴은 물론, 제품의 신뢰성을 향상시키고, 더불어 바이오 센서 제작시 기존의 한쪽면만 대응되어 배열되던 전극부와 절연층과의 조립시 발생되던 부품들의 정렬 오차를 방지함은 물론, 제품의 조립 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

추가적으로, 하부 기판에 구비되는 전극부의 다양한 작동 전극의 형상을 따라서 기준 전극 및 보조 전극을 구성하여, 각각의 전극들과의 대면 전극을 더욱 증가시키고, 이로인해 작동 전극의 반응 전류양의 도출을 더욱 향상시킴과 동시에 제품의 혈당 측정 감도를 더욱 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 센서의 구성 중 하부 기판을 나타낸 평면도.
도 3은 도 2의 A부 확대 평면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 센서의 구성 중 하부 기판과 절연층을 결합시킨 상태를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 센서를 나타낸 평면도.
도 7은 도 6의 B부 확대 평면도.
도 8은 본 발명의 제 1, 2 실시예에 따른 바이오 센서의 혈당 농도별 반응 전류값을 나타낸 그래프.

본 발명의 다양한 실시 예들에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 다양한 실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 다양한 실시 예들의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명의 다양한 실시 예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 다양한 실시 예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 센서(10)의 구성을 나타내는 분해 사시도 이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 센서(10)의 구성 중 하부 기판(20)을 나타내는 평면도 이며, 도 3은 도 2의 A부 확대 평면도 이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 상기 바이오 센서(10)의 구성을 설명하기로 한다. 상기 바이오 센서(10)는 하부 기판(20)와, 절연층(30)과, 제 1, 2 스페이서층(40)(50), 효소부(60) 및 상부 기판(70)을 포함한다. 상기 하부 기판(20)은 다수의 전극부(80)를 구비하도록 되어 있다. 상기 절연층(30)은 상기 전극부(80)를 전기적으로 절연시킬 수 있도록 상기 하부 기판(20)(20)의 상부에 구비된다. 상기 제 1, 2 스페이서층(40)(50)은 시료(미도시 됨)와 전기 화학적 반응을 일으키는 물질들을 포함하는 효소부(60)를 포함하도록 상기 절연층(30)의 상부에 구비된다. 상기 상부 기판(70)은 유입된 상기 시료를 이동시킬 수 있게 공기 배출홀(71)을 형성하고, 상기 제 1 스페이서층(40)의 상부에 구비된다. 상기 제 1, 2 스페이서층(40)(50) 및 상기 절연층(30)에는 상기 시료를 유입시킬 수 있도록 시료 유입부(31)(41)(51)가 구성되어 있다.

특히, 도 2 및 도 3과 같이, 상기 전극부(80)는 작동 전극(81)(Working Electrode) 기준 전극(82)(Counter Electrode) 및 보조 전극(83)(Refernce Electrode)로 구성되고, 상기 작동 전극(81)은 후술하는 상기 기준 전극(82) 및 상기 보조 전극(83)과 대면하도록 되어 있다. 즉, 상기 기준 전극(82) 및 상기 보조 전극(83)은 상기 작동 전극(81)과 대면함과 동시에 상기 작동 전극(81)의 둘레 전체면을 감싸면서 구비되도록 되어 있다.

상기 기준 전극(82)은 상기 작동 전극(81)의 제 1 면(81a), 제 2 면(81b) 및 제 3 면(81c)과 대면되고, 상기 보조 전극(83)은 상기 작동 전극(81)의 나머지 제 4 면(81d)과 대면된다. 따라서 상기 전극(81)(82)(83)들은 다수의 대면 전극을 형성함으로써, 상기 작동 전극(81)은 충분한 반응 전류양을 도출해 낼 수 있고, 이로인해 제품의 혈당 측정 감도를 향상시킬 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면, 앞서 언급한 도 3과 같이, 상기 제 1 면(81a)은 상기 작동 전극(81)의 전면으로 이루어지고, 상기 제 2 면(81b)은 상기 작동 전극(81)의 좌측면으로 이루어지며, 상기 제 3 면(81c)은 상기 작동 전극(81)의 우측면으로 이루어지고, 상기 제 4 면(81d)은 상기 작동 전극(81)의 후면으로 이루어질 수 있다. 다시말해, 상기 기준 전극(82) 및 상기 보조 전극(830은 상기 작동 전극(81)의 둘레 전체면을 감싸도록 되어 있다.

또한, 상기 기준 전극(82) 및 상기 보조 전극(83)이 상기 작동 전극(81)의 둘레 전체를 감싸면서 제작할 경우, 상기 전극(81)(82)(83)들과 상기 절연층(30)의 시료 유입구(31)와의 조립시 발생되던 정렬 오차를 줄이고, 이로인해 바이오 센서(10)의 조립 정밀도를 향상시킬 수 있다.

즉, 상기와 같이 배열된 상기 전극(81)(82)(83)들의 상부에 상기 절연층(30)을 조립시킨다. 이때, 상기 절연층(30)의 시료 유입구(31)는 상기 전극(81)(82)(83)들이 배열된 상태로 결합된다. 다시 말해, 상기 절연층(30)의 시료 유입구(31)가 조금 이동하여도 상기 전극(81)(82)(83)들이 배열된 상태를 그대로 유지할 수 있다.

따라서, 바이오 센서 제작시 상기 전극(81)(82)(83)들과 절연층(30)간의 조립에 따른 정렬 오차를 줄일 수 있다.

도 3과 같이, 상기 작동 전극(81)은 “ I “ 자 형상으로 이루어지고, 상기 기준 전극(82)은 “ U “자 형상으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 상기 작동 전극(81) 및 상기 기준 전극(82)은 앞서 개시한 형상을 예로 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 기준 전극(82)이 상기 작동 전극(81)을 감싸는 형상이라면. 다양한 변형실시예도 적용될 수 있다

또한, 상기 전극부(80)들의 재질은 에폭시, 팔라듐, 구리, 금, 백금, 이리듐, 은/염화은 및 탄소등 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 상기 개시된 재질을 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 개시된 재질이외에 다른 재질도 가능하다.

더불어, 상기 전극부(80)들은 상기 하부 기판(20)(20)에 스크린 프링팅, 증기 착상, 에칭 및 도체 테이프들등 중 어느 하나로 부착될 수 있다.

상기 상부 기판(70) 및 상기 하부 기판(20)의 재질은 세라믹, 유리판 및 고분자 재료 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 상기 개시된 재질을 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 개시된 재질이외에 다른 재질도 적용될 수 있다.

여기서, 앞서 언급한 도 1을 참조하여 상기 바이오 센서(10)의 조립을 살펴보면, 먼저, 하부 기판(20)의 상부면에 상기 작동 전극(81)을 구비하고, 상기 작동 전극(81)과 대면함과 동시에 작동 전극(81)의 둘레 전체면를 감싸면서 구비되는 기준 전극(82) 및 보조 전극(83)이 구비된다.

상기 기준 전극(82)은 상기 작동 전극(81)의 전면, 좌측면 및 우측면을 감싸고, 상기 보조 전극(83)은 상기 작동 전극(81)의 후면에 구비된다.

이 상태에서, 상기 하부 기판(20)의 상부에 절연층(30)을 올려 놓고, 상기 절연층(30)의 상부에 제 1, 2 스페이서층(40)(50)을 적층으로 올려 놓는다. 이때, 상기 제 1, 2 스페이서층(40)(50)의 사이에는 시료(미도시 됨)와 전기 화학적 반응을 일으키는 물질들을 포함하는 효소부(60)가 구비된다. 상기 제 1 스페이서층(40)의 상부에 적층으로 상부 기판(70)을 올려 놓는다.

이때, 상기 하부 기판(20)과 상기 절연층(30) 및 상기 제 1, 2 스페이서층(40)(50)을 조립시 상기 절연층(30)에 구비된 시료 유입부(31)와 상기 제 1, 2 스페이서층(40)(50)에 구비된 시료 유입부(41)(51)가 서로 대응되고, 상기 각각의 시료 유입부(31)(41)(51)는 상기 전극부(80)의 상부에 구비된다.

즉, 도 4와 같이, 상기 시료 유입부(31)(41)(51)내에서도 상기 기준 전극(82)이 상기 작동 전극(81)의 전면 및 좌, 우측면을 감싸고, 상기 보조 전극(83)이 상기 작동 전극(81)의 후면에 구비될 수 있도록 한다.

이 상태에서, 상기 바이오 센서(10)의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하면,

도 4와 같이, 본 발명의 바이오 센서(10)의 시료 유입부(31)(41)(51)에 시료(미도시 됨)를 유입시킨다.

여기서, 상기 시료의 양은 0.1 ㎕ ~ 2.0 ㎕ 로 이루어지고, 바람직하게는 0.1 ㎕ ~ 1.0 ㎕로 이루어지며, 가장 바람직하게는 0.3 ㎕ ~ 0.7 ㎕ 로 이루어진다.

여기서, 상기 시료의 양이 0.1 ㎕ 미만일 경우, 시료의 양이 너무 소량이라서 상기 바이오 센서(10)의 오차 범위에 의해 영향을 받아 정확한 측정을 담보할 수 없고, 상기 시료의 양이 3.0 ㎕를 초과할 경우에는 과도한 시료 채취로 인한 문제점이 있다.

따라서, 상기 시료(A1)의 양은 앞서 언급한 바와 같이, 0.3 ㎕ ~ 0.7 ㎕ 가 가장 바람직하다.

상기 시료는 상기 시료 유입부(31)(41)(51)를 통해 이동함과 동시에 상기 제 1, 2 스페이서층(40)(50)의 사이에 구비된 효소부(60)(미도시됨)로 이동한다.

이때, 상기 상부 기판(70)에 형성된 공기 배출홀(71)은 상기 시료가 공기 배출방향으로 이동함과 동시에 상기 시료 유입부(31)(41)(51)로 이동가능하게 공기를 배출시킨다.

다시 말해, 상기 시료가 상기 시료 유입부를 통해 유입됨과 동시에 효소부(60)로 주입되고, 상기 효소부(60)는 물질(미도시 됨)들에 의해 상기 시료와 전기 화학적 반응을 일으킨다.

이와 같이, 혈당 측정 장치(미도시됨)는 상기 바이오 센서(10)(10; 도 2에 도시됨)의 상기 효소부(60)가 전기 화학적 반응을 일으키면, 상기 하부 기판(20)의 작동 전극(81), 기준 전극(82) 및 보조 전극(83)으로부터 전기적 신호를 수신하여 혈당을 측정하여 표시부(미도시됨)에 디스플레이 한다.

즉, 상기 혈당 측정 장치의 증폭부(미도시됨)는 작동 전극(81)에 전원을 공급하면, 전원 공급에 따라 작동 전극(81)에 흐르는 전류량을 검출하여 전압값으로 출력한다.

상기 혈당 측정 장치의 A/D 변환부(미도시됨)는 상기 증폭부로부터 출력되는 아날로그 형태의 전압값을 디지털 신호로 변환시켜 제어부(미도시됨)로 전송한다.

상기 혈당 측정 장치의 저항 측정부는 보조 전극(83)과 기준 전극(82) 사이의 저항값을 측정하여 상기 제어부로 전송한다.

즉, 상기 기준 전극(82) 및 상기 보조 전극(83)은 상기 시료 유입부를 통해 유입된 시료(미도시 됨)의 저항을 측정한다.

다시 말해, 상기 작동 전극(81)은 반응 전류량을 검출하고, 검출된 반응 전류양을 이용하여 시료의 혈당치를 측정한다.

즉, 시료 주입 후 상기 기준 전극(82)과 상기 보조 전극(83) 사이의 저항을 측정하고, 상기 작동 전극(81)에서 반응 전류량이 검출된 순간부터 상기 기준 전극(82)과 상기 보조 전극(83) 사이의 저항의 변화가 감지될 때까지의 시간을 카운팅하며, 상기 카운팅 시간된 시간에 따라 시료 주입의 이상 여부를 판단한다. 여기서, 상기 작동 전극(81)에서의 반응 전류량을 검출하고, 검출된 반응 전류량을 이용하여 시료의 혈당치를 측정한다. 이 상태에서, 상기 기준 전극(82)과 상기 보조 전극(83) 사이의 측정된 저항값에 따라 상기 측정된 혈당치를 보정한다.

상기 제어부는 상기 혈당 측정 장치의 전체적인 동작을 제어함으로써, 최종적으로 측정된 혈당값을 상기 표시부에 디스플레이한다.

이와 같이, 상기 기준 전극(82) 및 상기 보조 전극(83)이 상기 작동 전극(81)의 둘레면을 감싸고 있으므로, 상기 작동 전극(81)은 시료 유입부를 통해 유입된 시료의 충분한 반응 전류량을 도출해 내고, 상기 기준 전극(82) 및 상기 보조 전극(83)은 시료의 저항을 측정한다. 이로인해 상기 바이오 센서(10)의 혈당 측정 감도를 증가시킬 수 있다.

더불어, 상기 작동 전극(81)은 유입된 시료의 반응 전류량의 도입부 역할을 하고, 상기 기준 전극(82)은 상기 작동 전극(81)의 빠른 환원을 통해 정상 상태에서 빨리 도달할 수 있게 하는 역할을 한다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 기준 전극(82) 및 보조 전극(83)이 상기 작동 전극(81)의 둘레 전체면을 감싸면서 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 작동 전극(81)이 시료의 반응 전류량을 측정 후, 상기 기준 전극(82) 및 보조 전극(83)은 상기 작동 전극(81)의 빠른 환원을 통해 정상 상태로 빨리 도달하게 하는 역할을 함으로써, 제품의 측정시간을 감소시킬 수 있다.

이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 센서에 대해서 설명하기로 한다. 제 2 실시 예에 따른 바이오 센서를 설명함에 있어서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 바이오 센서와 비교하여, 중복된 구성의 설명은 생략하고, 그 차이점만을 설명하기로 한다.

먼저, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 센서(100)의 구성을 나타낸 분해 사시도 이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 센서(100)의 구성 중 하부 기판(110)을 나타내는 평면도 이며, 도 7은 도 6의 B부 확대 평면도 이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여, 상기 바이오 센서(100)의 구성을 설명하기로 한다. 상기 바이오 센서(100)는 다수의 전극부(111)를 구비한 하부 기판(110)와, 절연층(120)과, 제 1, 2 스페이서층(130)(140), 효소부(150) 및 상부 기판(160)(50)을 포함한다. 상기 절연층(120)은 상기 전극부(111)를 전기적으로 절연시킬 수 있도록 상기 하부 기판(110)의 상부에 구비된다. 상기 제 1, 2 스페이서층(130)(140)은 시료(미도시 됨)와 전기 화학적 반응을 일으키는 물질들을 포함하는 효소부(150)를 포함하도록 상기 절연층(120)의 상부에 구비된다. 상기 상부 기판(160)은 유입된 상기 시료를 이동시킬 수 있게 공기 배출홀(161)을 형성하고, 상기 제 1 스페이서층(130)의 상부에 구비된다. 상기 제 1, 2 스페이서층(130)(140) 및 상기 절연층(120)에는 시료를 유입시킬 수 있도록 시료 유입부(121)(131)(141)가 구성될 수 있다.

특히, 상기 전극부(111)는 작동 전극(111a)(Working Electrode) 기준 전극(111b)(Counter Electrode) 및 보조 전극(111c)(Refernce Electrode)로 구성되고, 상기 작동 전극(111a)은 후술하는 상기 기준 전극(111b) 및 상기 보조 전극(111c)과 대면하도록 되어 있다.

도 6 및 도 7과 같이, 상기 기준 전극(111b) 및 상기 보조 전극(111c)은 상기 작동 전극(111a)과 대면함과 동시에 상기 작동 전극(111a)의 형상을 따라서 구비되도록 되어 있다.

즉, 상기 기준 전극(111b)은 상기 작동 전극(111a)의 측면(1111)과 대면되고, 상기 보조 전극(111c)은 상기 작동 전극(111a)의 하면(1112)과 대면된다. 상기 전극(111a)(111b)(111c)들은 다수의 대면 전극을 형성함으로써, 상기 작동 전극(111a)은 충분한 양의 반응 전류양을 도출하여 제품의 혈당 측정 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 7과 같이, 상기 작동 전극(111a) 및 상기 기준 전극(111b)은 “ L “ 자 형상 또는 번개 형상들 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 상기 작동 전극(111a) 및 상기 기준 전극(111b)은 앞서 개시한 형상들을 예로 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 기준 전극(111b) 및 보조 전극(111c)이 상기 작동 전극(111a)을 따라서 구비되는 형상이라면. 다양한 변형실시예도 적용될 수 있다

여기서, 앞서 언급한 도 5 및 도 6을 참조하여 상기 바이오 센서(100)의 조립을 살펴보면, 먼저, 하부 기판(110)의 상부면에 상기 작동 전극(111a)을 구비하고, 상기 작동 적극과 대면함과 동시에 작동 전극(111a)의 형상을 따라서 기준 전극(111b) 및 보조 전극(111c)을 구비한다.

상기 기준 전극(111b)은 상기 작동 전극(111a)의 측면(1111)에 구비되고, 상기 보조 전극(111c)은 상기 작동 전극(111a)의 후면에 구비된다.

이 상태에서, 상기 하부 기판(110)의 상부에 절연층(120)을 올려 놓고, 상기 절연층(120)의 상부에 제 1, 2 스페이서층(130)(140)을 적층으로 올려 놓는다. 상기 제 1, 2 스페이서층(130)(140)의 사이에는 시료(미도시 됨)와 전기 화학적 반응을 일으키는 물질들을 포함하는 효소부(150)가 구비된다. 상기 제 1 스페이서층(130)의 상부에 적층으로 상부 기판(160)을 올려 놓는다.

이때, 상기 하부 기판(110)과 상기 절연층(120) 및 상기 제 1, 2 스페이서층(130)(140)을 조립시 상기 절연층(120)에 구비된 시료 유입부(121)와 상기 제 1, 2 스페이서층(130)(140)에 구비된 시료 유입부(131)(141)가 서로 대응되고, 상기 각각의 시료 유입부는 상기 전극부(111)의 상부에 구비된다.

즉, 상기 시료 유입부(121)(131)(141)내에서도 상기 기준 전극(111b)이 상기 작동 전극(111a)의 측면(1111)에 구비되고, 상기 보조 전극(111c)이 상기 작동 전극(111a)의 하면(1112)에 구비될 수 있도록 한다.

이 상태에서, 본 발명의 제 2 실시예의 바이오 센서(100)의 상기 시료 유입부에 시료(미도시 됨)를 유입시킨다. 이때, 상기 시료(A1)가 상기 시료 유입부를 통해 유입됨과 동시에 효소부(150)로 주입되고, 상기 효소부(150)는 물질(미도시 됨)들에 의해 상기 시료(A1)와 전기 화학적 반응을 일으킨다. 이와 같이, 혈당 측정 장치(미도시됨)는 상기 바이오 센서(100)(10; 도 1에 도시됨)의 상기 효소부(150)가 전기 화학적 반응을 일으키면, 상기 하부 기판(110)(20)의 작동 전극(111a), 기준 전극(111b) 및 보조 전극(111c)으로부터 전기적 신호를 수신하여 혈당을 측정하여 표시부(미도시됨)에 디스플레이 한다.

이때, 상기 작동 전극(111a)은 측정 감도를 향상시킬 수 있도록 충분한 반응 전류량을 도출한다.

여기서, 상기 바이오 센서(100)의 구체적인 동작 설명은 앞서 언급한 본 발명의제 1 실시예와 동일하여 생략한다.

또한, 도 8은, 본 발명의 제 1, 2 실시예의 바이오 센서(10)(100)의 혈당 농도별 반응 전류값을 나타낸 그래프 이다.

즉, 도 8과 같이, 본 발명의 바이오 센서(10)(100)의 전극부와 기존의 바이오 센서(1)의 전극부와의 농도별 반응 전류값을 살펴보면, 기존의 전극부보다 본 발명의 전극부(80; 도 1에 도시됨)가 약 4.7배정도 높은 감도를 지님을 알 수 있다.

즉, 기존의 바이오 센서는 하부 기판의 기준 전극은 단지 작동 전극의 한쪽면과 대응되도록 배치되어 있어 상기 작동 적극과 상기 기준 전극의 대면하는 면적이 너무 작아 충분한 반응 전류량을 도출해 내기 힘들어 바이오 센서의 혈당 측정 감도를 저하시키는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 제 1, 2 실시예에서(10)(100)는 이러한 단점을 극복하기 위해 기준 전극 및 보조 전극이 작동 전극의 둘레 전체면을 감싸도록 구성함과 동시에 대면되는 전극의 면적을 다수 또는 넓게 하여 적은 량의 시료로도 작동 전극의 충분한 반응 전류량을 도출해 낼 수 있고, 이로인해 제품의 혈당 측정 감도를 증가시킬 수 있다.

또한, 기존의 전극부는 기준 전극과 작동 전극이 한쪽면만 대응되어 배열시 정렬 오차가 발생되는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 제 1, 2 실시예에서(10)(100)는 전극부(80; 도 2에 도시됨)의 기준 전극 및 보조 전극이 작동 전극의 전체 둘레면을 감싸면서 배치시킴으로써, 상기 전극들과 상기 절연층의 시료 유입구와의 조립시 발생되던 정렬 오차를 최소한으로 줄임과 동시에 바이오 센서의 조립 정밀도를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 상기 바이오 센서는 대표적인 적용예로 혈당 측정 장치에 적용 가능하다. 하지만, 상기 본 발명은 혈당 측정 장치에만 한정되는 것은 아니며, 혈액 시료를 채취하여 분석하기 위한 다양한 형태의 전기화학적 시험용 센서에 적용될 수 있다.(예컨대, 휴대용 시험 장치등)

이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시예의 바이오 센서는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

하부 기판 : 20, 110 절연층 : 30, 120
제 1, 2 스페이서층 : 40, 50, 130, 140 상부 기판 : 60, 160
전극부 : 80, 111 작동 전극 : 81, 111a
기준 전극 : 82, 111b 보조 전극 : 83, 111c
효소부 : 60, 150

Claims

바이오 센서에 있어서,
다수의 전극부를 구비하는 하부 기판;
상기 하부 기판의 상부에 구비되는 절연층;
상기 절연층의 상부에 구비되는 제 1, 2 스페이서층;
상기 제 1, 2 스페이서층의 사이에 구비되는 효소부; 및
상기 제 2 스페이서층의 상부에 구비되는 상부 기판을 포함하고,
상기 전극부는,
작동 전극; 및
상기 작동 전극과 대면함과 아울러 상기 작동 전극의 둘레면을 감싸면서 구비되는 기준 전극 및 보조 전극을 포함하는 바이오 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 작동 전극의 제 1, 2 및 3 면을 감싸고, 상기 보조 전극은 상기 작동 전극의 나머지 제 4 면을 감싸는 바이오 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 기준 전극 및 상기 보조 전극은 상기 작동 전극의 전체면을 감싸도록 하는 바이오 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 작동 전극은 “ I “ 자 형상으로 이루어지고, 상기 기준 전극은 “ U “ 자 형상으로 이루어지는 바이오 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판, 상기 절연층 및 상기 제 1, 2 스페이서층을 조립시 상기 절연층에 구비된 시료 유입부와 상기 제 1, 2 스페이서층에 구비된 시료 유입부가 서로 대응되고, 상기 각각의 시료 유입부내에서 상기 기준 전극 및 상기 보조 전극이 상기 작동 전극의 둘레 전체면을 감싸도록 구비하는 바이오 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 전극부들의 재질은 에폭시, 팔라듐, 구리, 금, 백금, 이리듐, 은/염화은 및 탄소들 중 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 바이오 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 전극부들은 상기 하부 기판에 스크린 프링팅, 증기 착상, 에칭 및 도체 테이프들등 중 어느 하나로 부착됨을 특징으로 하는 바이오 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판의 재질은 세라믹, 유리판 및 고분자 재료 중 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 바이오 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 고분자 재료는 폴리 에스테르, 폴리 비닐클로라이드 및 폴리 카보네이트등으로 이루어짐을 특징으로 하는 바이오 센서.
바이오 센서에 있어서,
다수의 전극부를 구비하는 하부 기판;
상기 하부 기판의 상부에 구비되는 절연층;
상기 절연층의 상부에 구비되는 제 1, 2 스페이서층;
상기 제 1, 2 스페이서층의 사이에 구비되는 효소부; 및
상기 제 2 스페이서층의 상부에 구비되는 상부 기판을 포함하고,
상기 전극부는,
작동 전극; 및
상기 작동 전극과 대면함과 아울러 상기 작동 전극의 형상을 따라서 구비되는 기준 전극 및 보조 전극을 포함하는 바이오 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 작동 전극 및 상기 기준 전극은 “ L “ 자 또는 번개 형상들 중 어느 하나로 이루어지는 바이오 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 작동 전극의 측면을 따라서 구비되고, 상기 보조 전극은 상기 작동 전극의 하면에 구비되는 바이오 센서.