KR20150139639A - Paper based biosensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 친수성 재질의 종이 위에, 샘플의 항체와 금 나노입자를 결 합하게 하는 금 결합 라인, 소혈청알부민과 결합된 코티졸(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인(기준선), 항체로 이루어진 테스트 라인(검사선)을 구비하며, 상기 종이의 저면 및 테두리에 왁스장벽을 형성하고, 테스트 라인 및 콘트롤 라인 각각의 양단에 왁스장벽을 형성하여 그 길이를 줄임에 의해, 테스트 라인 및 콘트롤 라인에서 분석시료가 가운데에 모아지게 이루어져, 신호증폭 효과를 가져오게 하는, 인간감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센서에 관한 것이다.The present invention is based on a paper made of hydrophilic material, comprising a gold binding line for binding gold nanoparticles to an antibody of a sample, a control line (baseline) consisting of cortisol-BSA combined with bovine serum albumin, (Test line), forming a wax barrier at the bottom and edges of the paper, and forming wax barriers at each end of each of the test and control lines to reduce the length thereof. To a paper-based biosensor capable of measuring human sensibility, wherein a sample is collected in the center, resulting in a signal amplification effect.
스트레스를 받게 되면 교감신경계가 흥분하고 맥박과 호흡이 빨라지는 등 생리적인 현상이 나타나게 되고 이후 외부 자극에 대해 적응을 하거나 저항하게 된다. 그러나 적응하려고 노력하는데도 그 자극이 계속되거나 적응에 실패하면 내부의 에너지가 고갈되고 심리적으로 자포자기 하거나 우울해 지는 단계를 겪게 된다. When stressed, the sympathetic nervous system becomes excited, the pulse and respiration accelerate, and the physiological phenomenon appears, and then the adaptation or resistance to the external stimulus becomes. However, even if you try to adapt, if the stimulus persists or fails to adapt, you will experience internal energy exhaustion and psychological depression or depression.
자살자의 80%는 우울증을 경험하게 된다고 하며, 한국의 경우, 2000년대 들어 우울증 환자와 자살자 수도 빠르게 늘어나고 있는 추세에 있다. 80% of suicide victims experience depression. In Korea, the number of depressed patients and suicide victims is increasing rapidly in the 2000s.
일반적으로 체액 속 감성바이오마커는 우리 몸의 항상성을 유지하고자 하는 피드백 반응에 의해 그 농도가 실시간 변화하게 된다. 때문에 감성측정센서는 실시간으로 변화하는 감성을 측정할 수 있게 휴대할 수 있어야 하고, 측정속도가 빨라야 하며, 일회용으로 가격이 저렴하여야 한다.Generally, emotional biomarkers in body fluids are changed in real time by the feedback reaction to maintain the homogeneity of the body. Therefore, the sensor needs to be able to carry it so that it can measure emotions changing in real time, it has to be fast in measurement, and the price should be low for disposable use.
이를 위해 본 발명자들은 국내 공개특허 제10-2012-0057596호를 특허출원한 바 있다. 국내 공개특허 제10-2012-0057596호는 타액내 스트레스 측정 지표인 코티졸(cortisol)을 소형 초고주파 공진소자를 이용하여 검출하는 스트레스 측정을 위한 전기소자 기반 바이오 센서에 관한 것으로, 이 바이오 센서로 스트레스를 측정하기위해서는 초고주파 측정 시스템을 필요로 한다. 그러나 이러한 초고주파 측정 시스템을 소형화하는 것은 상당히 어려운 일이다.For this purpose, the present inventors filed a patent application in Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0057596. Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0057596 relates to an electric device-based biosensor for measuring stress, which detects cortisol, which is an index of stress in saliva, using a small microwave resonant element, To measure, a very high frequency measurement system is required. However, miniaturization of such a microwave measurement system is extremely difficult.
이를 위해 종이기반 센서를 고려할 수 있는데, 종이는 값이 싸고, 사용 및 보관이 편리하며, 생체적합한 장점이 있지만, 아직까지 정량적 진단이 어렵다. Paper-based sensors can be considered for this purpose. Paper is cheap, easy to use and store, and has a biocompatible advantage, but quantitative diagnosis is still difficult.
종이를 이용한 바이오센서 스트립으로서, 국내 등록특허 제10-1359750호가 있다. 국내 등록특허 제10-1359750호는 종이재질의 하판에 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린터를 이용한 카본잉크 인쇄공정을 통하여 전극패턴을 인쇄하고, 전극패턴이 인쇄된 하판 상부면 중 채널이 형성될 영역을 제외한 부분에 접착막을 형성하여 생체시료 삽입을 위한 채널을 형성하고, 공기배출구를 채널의 상부에 형성한 종이재질의 상판을, 접착막과 접착하여 형성한다.As a biosensor strip using paper, there is Korean Patent No. 10-1359750. Korean Patent No. 10-1359750 discloses a method of printing an electrode pattern through a carbon ink printing process using a screen printing or an ink jet printer on a lower plate of a paper material, A channel for inserting a living body sample is formed, and an upper plate made of a paper material formed on an upper portion of the channel by an air outlet is adhered to the adhesive film.
국내 등록특허 제10-1359750호의 바이오센서는 종이로 이루어지지만, 공기배출구 등을 구비한 특정구조로 이루어져, 복잡하며, 제조하기 쉽지않으며, 가격도 저가로 하기 어렵다. 또한, 감성을 측정하기 위한 정량적 진단을 위한 신호 증폭이 가능하지 않다.Although the biosensor of the Korean Patent No. 10-1359750 is made of paper, it has a specific structure including an air vent, and is complicated, difficult to manufacture, and low in cost. Also, it is not possible to amplify the signal for quantitative diagnosis to measure emotion.
값이 싸고, 사용 및 보관이 편리하며, 생체적합한 종이기반 센서로서, 정량적 진단이 가능한, 인간감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센가 요망된다.A paper-based biosensor capable of quantitatively diagnosing and measuring human sensibility is desired as a biocompatible paper-based sensor, which is cheap, convenient to use, and easy to store.
또한, 구조가 간단하고, 제조공정이 간단하며, 실시간으로 변화하는 감성을 측정할 수 있게 휴대할 수 있어야 하고, 측정속도가 빠른, 인간감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센가 요망된다.In addition, a paper-based biosensor capable of measuring human sensibility with a simple structure, a simple manufacturing process, a portable measuring device capable of measuring emotions changing in real time, and a measuring speed is desired.
또한, 감성을 측정하기 위한 정량적 진단을 위해 신호 증폭이 가능케 하는 종이기반 미세유체 칩(μPAD)에 민감도를 향상시킨, 종이기반 바이오 센서가 요망된다.In addition, a paper-based biosensor having improved sensitivity to a paper-based microfluidic chip (μPAD) capable of signal amplification for quantitative diagnosis for measuring sensitivity is desired.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 친수성 재질의 종이 위에, 샘플의 항체와 금 나노입자를 결합(AuNP-antibpdy, AuNPs-Ab)하게 하는 금 결합 라인(금 나노입자 항체 결합체, gold nanoparticles-antibody conjugate, AuNPs-Ab), 소혈청알부민과 결합된 코티졸(코티졸-BSA, cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인(기준선), 항체(면역글로불린 g, immunoglobulin G, IgG))로 이루어진 테스트 라인(검사선)을 구비하며, 상기 종이의 저면 및 테두리에 왁스장벽을 형성하고, 테스트 라인 및 콘트롤 라인 각각의 양단에 왁스장벽을 형성하여 그 길이를 줄임에 의해, 테스트 라인 및 콘트롤 라인에서 분석시료가 가운데에 모아지도록 이루어져, 신호증폭 효과를 가져오게 하는, 인간감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센서를 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a gold binding line (a gold nanoparticle-antibody conjugate) which binds a sample antibody with gold nanoparticles (AuNP-antibpdy, AuNPs-Ab) (Test line) consisting of a control line (baseline) consisting of cortisol (cortisol-BSA) bound to bovine serum albumin, an antibody (immunoglobulin g, immunoglobulin G, IgG) Forming a wax barrier on the bottom and edges of the paper and forming wax barriers at both ends of each of the test and control lines to reduce the length of the test and control lines, The present invention also provides a paper-based biosensor capable of measuring human sensibility, which causes a signal amplification effect.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 구조가 간단하고, 제조공정이 간단하며, 실시간으로 변화하는 감성을 측정할 수 있게 휴대할 수 있어야 하고, 측정속도가 빠르며, 값이 싸고, 사용 및 보관이 편리하며, 생체적합한 종이기반 센서로서, 정량적 진단이 가능한, 인간감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센서를 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a method and apparatus which can be easily carried out in a simple structure, simple in manufacturing process, capable of measuring emotions changing in real time, fast in measurement speed, A paper-based biosensor capable of measuring human sensibility, which is convenient and biocompatible paper-based sensor capable of quantitative diagnosis.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 감성의 정량적 진단을 위해 신호 증폭이 가능케 하는 종이기반 미세유체 칩(μPAD)에 민감도를 향상시킨, 인간감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a paper-based biosensor capable of measuring human sensibility, which has improved sensitivity to a paper-based microfluidic chip (μPAD) capable of signal amplification for quantitative diagnosis of emotion.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 종이기반 바이오 센서는, 친수성 재질로 이루어진 종이; 상기 종이의 일단에서 이격되어 위치되되, 분석시료의 항체와 금 나노입자가 결합하도록 하기 위해, 상기 종이 위에 금 나노입자로 이루어진 금 결합라인; 상기 종이 위에서 금 결합라인으로부터 이격되어 위치되되, 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인; 상기 종이 위에서 상기 테스트 라인으로부터 이격되어 위치되되, 면역글로불린 g(immunoglobulin G, IgG)로 이루어진 테스트 라인; 상기 종이의 밑면과 테두리에 왁스를 굳혀 장벽을 형성하는 왁스부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a paper-based biosensor comprising: a paper made of a hydrophilic material; A gold binding line made of gold nanoparticles on the paper so that the antibody of the assay sample and the gold nanoparticles are bonded to each other; A control line spaced from the gold binding line on the paper, the control line consisting of cortisol-BSA; A test line spaced from the test line on the paper, the test line comprising immunoglobulin g (IgG); And a wax portion that forms a barrier by hardening wax on a bottom surface and an edge of the paper.
또한, 본 발명의 종이기반 바이오 센서는, 친수성 재질로 이루어진 종이의 밑면과 테두리에 왁스를 굳혀 장벽을 형성함에 의해 유체채널을 형성한 것을 특징으로 한다.In addition, the paper-based biosensor of the present invention is characterized in that a fluid channel is formed by forming a barrier wall by hardening wax on a bottom surface and a rim of a paper made of a hydrophilic material.
테스트 라인의 양측에 왁스장벽을 형성하여, 분석시료가 흘러서 가운데에 있는 테스트 라인에서 모아지도록 이루어진다.A wax barrier is formed on both sides of the test line so that the test sample flows and collects in the middle test line.
콘트롤 라인의 양측에 왁스장벽을 형성하여, 분석시료가 흘러서 가운데에 있는 콘트롤 라인에서 모아지도록 이루어진다.A wax barrier is formed on both sides of the control line so that the analytical sample flows and collects in the control line in the middle.
상기 종이는 와트만 크로마토그래피(Whatman Chromatography)에 이용되는 종이로 이루어진다.The paper consists of paper used in Whatman Chromatography.
콘트롤 라인의 길이는 3mm 내지 4mm이며, 테스트 라인의 길이는 3mm 내지 4mm이다.The length of the control line is 3 mm to 4 mm, and the length of the test line is 3 mm to 4 mm.
또한, 본 발명의 종이기반 바이오센서의 제조방법은, 친수성 재질로 이루어진 종이의 밑면과 테두리에 왁스를 굳혀 장벽을 형성하도록, 고체왁스프린트로 프린트하는 제1단계; 제1단계 후, 상기 종이를 125도의 오븐에서 약 1분간 구워내는 제2단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a paper-based biosensor according to the present invention comprises: a first step of printing with a solid wax print so as to form a barrier by solidifying wax on the bottom and edges of a paper made of a hydrophilic material; And a second step of baking the paper in an oven at 125 degrees for about 1 minute after the first step.
제2단계 후, 상기 종이) 위에, 금나노입자로 이루어진 금 결합라인, 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인, 면역글로불린 g(immunoglobulin G, IgG)로 이루어진 테스트 라인을 형성하는 제3단계;를 더 포함한다.On the paper after the second step, a control line consisting of a gold binding line consisting of gold nanoparticles, a cortisol-BSA, a third line forming a test line consisting of immunoglobulin G (IgG) Further comprising:
제1단계에서, 테스트 라인의 양측에 형성된 왁스장벽인 테스트 라인 왁스장벽과, 콘트롤 라인의 양측에 형성된 왁스장벽인 콘트롤 라인 왁스장벽도 형성하는 것을 더 포함한다.In a first step, the method further comprises forming a test line wax barrier, which is a wax barrier formed on both sides of the test line, and a control line wax barrier, which is a wax barrier formed on both sides of the control line.
본 발명에 따르면, 친수성 재질의 종이 위에, 샘플의 항체와 금 나노입자를 결합하게 하는 금 결합 라인, 소혈청알부민과 결합된 코티졸(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인(기준선), 항체로 이루어진 테스트 라인(검사선)을 구비하며, 상기 종이의 저면 및 테두리에 왁스장벽을 형성하고, 테스트 라인 및 콘트롤 라인 각각의 양단에 왁스장벽을 형성하여 그 길이를 줄임에 의해, 테스트 라인 및 콘트롤 라인에서 분석시료가 가운데에 모아지게 이루어져, 신호증폭 효과를 가져오게 하는, 인간감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센서를 제공한다.According to the present invention, on a paper made of a hydrophilic material, a gold-binding line for binding the antibody of the sample and gold nanoparticles, a control line (baseline) consisting of cortisol-BSA combined with bovine serum albumin, (Test line), forming a wax barrier at the bottom and edges of the paper, and forming wax barriers at each end of each of the test and control lines to reduce the length thereof. The present invention provides a paper-based biosensor capable of measuring human sensibility, wherein the sample is collected in the center, thereby causing a signal amplification effect.
또한, 본 발명은, 구조가 간단하고, 제조공정이 간단하며, 실시간으로 변화하는 감성을 측정할 수 있고, 측정속도가 빠르며, 값이 싸고, 사용 및 보관이 편리하며, 생체적합한 종이기반 센서로 이루어지며, 인간감성에 대해 정량적 진단이 가능하다.The present invention also provides a paper-based sensor that is simple in structure, simple in manufacturing process, capable of measuring emotions changing in real time, fast in measurement speed, low in cost, easy to use and store, And quantitative diagnosis of human emotion is possible.
또한, 본 발명은, 감성의 정량적 진단을 위해 신호 증폭이 가능케 하는 종이기반 미세유체 칩(μPAD)에 민감도를 향상시킨, 종이기반 바이오 센서를 제공한다.The present invention also provides a paper-based biosensor having improved sensitivity to a paper-based microfluidic chip (μPAD) capable of signal amplification for quantitative diagnosis of emotion.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센서의 모식도이다.
도 2는 도 1의 종이기반 바이오 센서에서 테스트 라인과 콘트롤 라인의 길이(또는 폭)를 조정함에 의한 민감도 향상을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명에서 제작된 종이기반 바이오 센서의 채널 단면의 예이다.
도 4는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서의 출력강도 비교의 예이다.
도 5는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서의 출력강도 비교를 위한 광강도 검출 결과의 예이다.
도 6은 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서에서 유체의 흐름을 비교하는 실험결과의 예이다.
도 7은 민감도 향상을 위해 채널폭을 줄일때 채널폭이 줄어드는 각도(θ)에 따른 유체의 흐름을 비교하는 실험결과의 예이다.
도 8은 1차 채널축소만 가질때와 2차 채널축소를 가질때의 유체의 흐름을 비교하는 실험결과의 예이다.
도 9는 채널축소가 없을 때, 1차 채널축소만 가질때, 2차 채널축소를 가질때의 출력강도를 비교하는 실험결과의 예이다.
도 10은 2차 채널축소를 가질때 종이기반 바이오 센서의 코티졸 농도에 따른 출력강도를 나타낸다. 1 is a schematic diagram of a paper-based biosensor capable of measuring emotion according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view for explaining sensitivity improvement by adjusting the length (or width) of a test line and a control line in the paper-based biosensor of FIG. 1;
3 is an example of a channel section of the paper-based biosensor manufactured in the present invention.
4 is an example of the output intensity comparison of a paper-based biosensor with different channel widths.
5 is an example of light intensity detection results for comparing output intensities of paper-based biosensors with different channel widths.
FIG. 6 is an example of experimental results comparing fluid flow in a paper-based biosensor with different channel widths.
FIG. 7 is an example of an experimental result for comparing the flow of fluid according to the angle (?) At which the channel width decreases when the channel width is reduced to improve the sensitivity.
Figure 8 is an example of an experimental result comparing the flow of fluids when there is only a primary channel reduction and when there is a secondary channel reduction.
FIG. 9 is an example of an experimental result comparing the output strength when there is no channel reduction, only the first channel reduction, and the second channel reduction.
FIG. 10 shows the output intensity according to the cortisol concentration of the paper-based biosensor with secondary channel shrinkage.
이하, 본 발명의 종이기반 바이오센서를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a paper-based biosensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 감성을 측정가능한 종이기반 바이오 센서의 모식도이고, 도 2는 도 1의 종이기반 바이오 센서에서 테스트 라인과 콘트롤 라인의 길이(또는 폭)를 조정함에 의한 민감도 향상을 설명하기 위한 설명도이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a paper-based biosensor capable of measuring sensibility according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing sensitivity (sensitivity) by adjusting the length Fig.
도 1에서와 같이, 본 발명의 바이오센서는 친수성 재질의 종이(100) 위에 샘플의 항체와 금 나노입자가 결합(AuNP-antibpdy, AuNPs-Ab)하도록 하기 위한 금 결합라인(120), 소혈청알부민과 결합된 코티졸로서 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인(140)(기준선), 항체인 면역글로불린 g(immunoglobulin G, IgG)로 이루어진 테스트 라인(160)(검사선)을 구비하며, 종이(100)의 밑면과 테두리에 왁스를 굳혀 장벽을 형성한다. 여기서, 설명의 편의상, 종이(100)의 밑면의 왁스장벽을 밑면 왁스부(220)라 하고, 종이(100)의 테두리의 왁스장벽을 테두리 왁스부(240)이라 한다. 또한, 금 결합라인(120)은 금 나노입자 항체 결합체(gold nanoparticles-antibody conjugate, AuNPs-Ab) 라인이라고도 할 수 있다.1, the biosensor of the present invention includes a gold
콘트롤 라인(140)과 테스트 라인(160)의 양측에 왁스장벽을 형성하여, 콘트롤 라인(140)과 테스트 라인(160)의 길이를 줄임에 의해, 콘트롤 라인(140)과 테스트 라인(160)이 중간에 위치되게 하며, 이에 따라 분석시료가 흘러가서 가운데에 모아지게 된다. 여기서, 설명의 편의상, 콘트롤 라인(140)의 양측에 형성된 왁스장벽을 테스트 라인 왁스장벽(250)이라하고, 테스트 라인(160)의 양측에 형성된 왁스장벽을 콘트롤 라인 왁스장벽(260)이라 한다. 다시말해, 도 2의 (a)에 비해 도 2의 (b)에서의 콘트롤 라인(140)과 테스트 라인(160)의 길이가 줄어듬에 의해, 분석시료가 한군데 모이는 효과를 가져오며, 결과적으로 신호증폭효과를 가져온다. 본 발명의 바이오센서는 신호 증폭이 가능케 하는 종이기반 미세유체 칩(μPAD)으로, 테스트 라인 왁스장벽(250)과 콘트롤 라인 왁스장벽(260)를 조절함에 의해 민감도를 조절가능하다.A
종이(100)는 와트만 크로마토그래피(Whatman Chromatography)에 이용되는 종이를 사용할 수 있다. 즉, 와트만 종이 또는 와트만 거름종이(여과지)를 사용할 수 있다. The
종이(100)는 일측에 어떠한 라인도 설치되지 않은 제1이격부(115)를 구비하고, 제1이격부(115)의 옆에 금 결합라인(120)을 위치시키고, 금 결합라인(120)과 콘트롤 라인(140)의 사이에 제2이격부(125)가 위치되고, 콘트롤 라인(140)과 테스트 라인(160)의 사이에 제3이격부(145)가 위치되고, 테스트 라인(160)의 다음에 제4이격부(165)가 위치된다. 도 1에서는 콘트롤 라인(140)의 다음에 테스트 라인(160)을 나타내고 있으나, 이 위치는 서로 바뀔수 있다. 예를들어, 테스트 라인(160)이 위치되고 그 다음에 콘트롤 라인(140)이 위치될 수 있다.The
금 결합라인(120)은 종이(100)의 제1이격부(115)를 통해 들어온 샘플의 항체에 금 나노입자를 콘쥬게이트 혹은 결합(AuNP-antibpdy, AuNPs-Ab)하여 염색 지시자(indicator dye)로서 작용하게 하도록 하는 수단이다. 즉, 샘플 내의 항체(즉, 코티졸)가 금나노입자와 결합하여 복합체를 형성하고, 상기 복합체는 종이(100)를 따라 이동하게 된다.The
콘트롤 라인(140)(기준선)은 종이(100)의 위에 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 라인 처리를 행한 선이다. 테스트시, 콘트롤 라인(140)은 cortisol-BSA와 항원(코티졸)의 경쟁반응 원리로 진행이 된다.The control line 140 (reference line) is a line on which the
테스트 라인(160)(검사선)은 종이(100)의 위에 항체, 즉, 면역글로불린 g(immunoglobulin G, IgG)로 라인 처리를 행한 선이다. 테스트시, 금 결합라인(120)에서 형성된 복합체가 테스트 라인(160)의 항체와 결합하는 방식으로 진행된다. 결과적으로 코티졸의 농도가 증가함에 따라 검사선의 색깔이 진해진다.The test line 160 (test line) is a line on which the
다시말해, 타액 등의 샘플(즉, 생물학적 시료)이 종이(100)의 일측인 제1이격부(115)에 점적(로딩)되면 모세관 현상을 이용해 종이(100)의 다른 일측으로 흘러가게 되는데, 금 결합라인(120)을 통과함에 따라, 샘플 내의 항체(즉, 코티졸)는 금나노입자(예로, 골드-라벨된 프로틴 A) 등과 결합하여 복합체를 형성하고, 상기 복합체는 종이(100)를 따라 이동하게 되며, 이때 종이(100)의 테스트 라인(160)에 고정되어 있는 항체와 바인딩하여, 테스트 라인(160)이 붉은색으로 나타나게 된다.In other words, when a sample such as saliva (that is, a biological sample) is dripped (loaded) on the
도 1의 경우에, 왁스장벽을 형성하여 채널을 형성하였다. 그러나, 이는 일실시예로, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아님을 밝혀둔다. 일반적으로 종이(100)는 다양한 방법으로 채널 형성이 가능하며, 종이 속 유체의 흐름을 제어할 수 있다. 또한, 도 1의 경우에, 코티졸을 대상으로 하였으나, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아님을 밝혀둔다.
In the case of Fig. 1, a wax barrier was formed to form a channel. It is to be understood, however, that this is not to be construed as an example, and thus the invention is not limited thereto. Generally, the
<채널 형성방법><Channel formation method>
종이는 쉽게 모양을 바꿀 수 있고, 쉽게 자를 수 있으며, 또한 친수성이기 때문에 표면을 화학적으로 처리할 수 있다. Paper can easily change its shape, can be easily cut, and is also hydrophilic, so the surface can be chemically treated.
채널 형상 제작에 있어서는 크게 두 가지, 즉 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 나눌 수 있다. There are two major types of channel shape fabrication: physical and chemical.
물리적인 방법은 말 그대로 종이를 절단하는 방법으로, 손으로 절단이 어려운 패턴인 경우에는 레이저를 이용하여 제작할 수 있다.The physical method is literally a method of cutting paper, and in the case of a pattern that is difficult to cut by hand, it can be manufactured using a laser.
화학적인 방법으로는 친수성 재질의 종이 위에 소수성인 물질로 장애물을 만듦으로써 원하는 모양을 형상화할 수 있다. 그 예로 solvent물질이나, PDMS, 고체왁스 프린터기를 이용한 프린팅 기법이 있다. The chemical method can form a desired shape by making an obstacle with a hydrophobic material on paper made of hydrophilic material. Examples are printing methods using solvent materials, PDMS, and solid wax printers.
도 1의 경우, 컴퓨터를 이용하여 소정 모양으로 디자인 한 다음, 상용화된 고체왁스프린트로 채널을 프린트하였다. 정량적 진단을 위해 민감도를 향상시키기 위한 방법은 채널의 중간의 길이 또는 폭을 줄임으로써 분석시료가 가운데에 모아지게 흘러가게 만들었다. 이때 사용된 종이는 와트만 크로마토그래피(Whatman Chromatography)에 이용되는 종이이며, 125도의 오븐에서 약 1분간 구워내어 원하는 형상이 종이 속안까지 스며들게 만들었다. In the case of FIG. 1, a predetermined shape was designed using a computer, and then the channel was printed with a commercialized solid wax print. Methods for improving sensitivity for quantitative diagnosis have led to the concentration of the analytical sample in the middle by reducing the length or width of the middle of the channel. The paper used was paper used for Whatman Chromatography and baked in a 125 ° oven for about 1 minute to allow the desired shape to penetrate into the paper.
도 3은 본 발명에서 제작된 종이기반 바이오 센서의 채널 단면의 예이다.3 is an example of a channel section of the paper-based biosensor manufactured in the present invention.
도 3의 채널의 단면은 광학 현미경으로 촬영된 것이다. 여기서 채널은 제한시킨 영역을 설정하여 그 폭을 1mm의 간격으로 5mm부터 2mm까지 감소하도록 제작하였다.
The cross section of the channel of FIG. 3 is photographed with an optical microscope. In this case, the channel is set to have a limited area and the width thereof is reduced from 5 mm to 2 mm at intervals of 1 mm.
<표면처리 과정><Surface Treatment Process>
채널이 형성되기 전 또는 채널이 형성된 후의 종이(100) 위에, 금나노입자(예로, 골드-라벨된 프로틴 A)로 라인처리하여 금 결합라인(120)을 형성하며, 콘트롤 라인(140)(기준선)은 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 라인처리하여 형성하며, 테스트 라인(160)(검사선)은 면역글로불린 g(immunoglobulin G, IgG)로 라인처리하여 형성한다. 라인처리는 프린터를 이용할 수도 있으며, 스펜서 등 별도의 선긋는 도구를 이용하여 수작업 또는 자동으로 이루어질 수도 있으며, 그 이외의 다양한 방법으로 라인처리 할 수 있다.(For example, gold-labeled protein A) is formed on the
여기서, 외부의 자극에 의해서 변화하는 다양한 감성바이오마커 중 코티졸을 대상으로 하였으며, 전통적인 항원-항체 반응 중 경쟁적인 반응을 유도하였다. 코티졸은 정신적, 신체적 스트레스로 인한 위험에서 우리 몸을 보호하기 위한 기전으로 체내에서 그 농도가 변화하게 된다. 먼저 코티졸을 검침하기 위해서 코티졸의 항체와 골드파티클을 합성되도록 하였으며, 테스트 라인 표면에는 BSA-코티졸을 사용함으로써, 코티졸의 농도에 따라 경쟁적인 반응이 유도됨으로 테스트라인의 색신호의 강도가 떨어지게 된다.Here, cortisol among a variety of emotional biomarkers changed by external stimuli was targeted and induced a competitive reaction during the conventional antigen-antibody reaction. Cortisol is a mechanism that protects our body from the risks of mental and physical stress and changes its concentration in the body. First, the cortisol antibody and gold particles were synthesized to cortisol, and by using BSA-cortisol on the test line surface, the intensity of the color signal of the test line is lowered because the competitive reaction is induced according to the concentration of cortisol.
도 4는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서의 출력강도 비교의 예이다.4 is an example of the output intensity comparison of a paper-based biosensor with different channel widths.
도 4는 채널 폭의 변화에 따른 유체의 움직임을 확인하고자 한 실험에서, 채널 한쪽면에 100μl의 잉크를 떨어뜨리면서 제안시킨 채널 면을 통과하는 시간을 측정하였다. 폭이 4mm일때가 가장 도달시간이 짧아서, 이때가 속도가 가장 빠르다는 것을 확인할 수 있었다. 2mm의 채널 폭에서는 병목현상이 관찰되어 유체가 끝까지 확산되지 못하였다. 코티졸을 100ng/ml씩 로딩하였을 때 상용화된 5mm의 채널 폭 보다 3mm에서의 신호가 더 강하게 나온 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 유속과 신호의 증폭을 확인 할 수 있었다. FIG. 4 is a graph showing the flow of the fluid through the channel surface while dropping 100 μl of ink on one side of the channel. When the width was 4mm, the arrival time was shortest, and it was confirmed that the speed was the fastest. In a channel width of 2 mm, the bottleneck was observed and the fluid could not spread to the end. When cortisol was loaded at 100 ng / ml, it was confirmed that the signal at 3 mm was stronger than the commercialized channel width of 5 mm. This allowed us to check the flow rate and signal amplification.
도 5는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서의 출력강도 비교를 위한 광강도 검출 결과의 예이다.5 is an example of light intensity detection results for comparing output intensities of paper-based biosensors with different channel widths.
채널폭(도 5의 A,B 사이의 길이)을 달리한 종이기반 바이오 센서의 출력강도 비교를 위해, 도 4에서와 같이 실험을 행한 후, 532nm 파장을 투사하고 이때 적외선 카메라로 촬상하여 강도를 측정하였다. 도 5의 (a)는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서들을 나타내며, 도 5의 (b)는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서들의 출력 광강도를 나타낸다. 여기서도 채널폭이 3mm에서의 신호가 더 강하게 나타냄을 알 수 있다.In order to compare the output intensity of the paper-based biosensor having different channel widths (the lengths between A and B in FIG. 5), an experiment was conducted as shown in FIG. 4 and then a 532 nm wavelength was projected. Respectively. FIG. 5 (a) shows paper-based biosensors having different channel widths, and FIG. 5 (b) shows output light intensities of paper-based biosensors having different channel widths. Also in this case, it can be seen that the signal at the channel width of 3 mm is stronger.
도 6은 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서에서 유체의 흐름을 비교하는 실험결과의 예로, 도 6의 (a)는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서들을 나타내며, 도 6의 (b)는 종이기반 바이오 센서에서 채널폭에 따른 도달시간을 나타내는 그래프이다.6 (a) and 6 (b) show paper-based biosensors having different channel widths, and FIG. 6 (b) shows an example of a paper-based biosensor having different channel widths. FIG. 2 is a graph showing the arrival time according to the channel width in the paper-based biosensor. FIG.
도 4에서와 같이, 채널 한쪽면에 100μl의 잉크를 떨어뜨리면서 제안시킨 채널 면을 통과하는 시간을 측정하였다. 폭이 4mm일때가 가장 도달시간이 짧았으며, 따라서 폭이 4mm일때 속도가 가장 빠른 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 4, the time passing through the proposed channel surface was measured while dropping 100 μl of ink on one side of the channel. When the width was 4 mm, the fastest arrival time was shortest. Therefore, the speed was the fastest when the width was 4 mm.
도 7은 민감도 향상을 위해 채널폭을 줄일때 채널폭이 줄어드는 각도(θ)에 따른 유체의 흐름을 비교하는 실험결과의 예로, 도 7의 (a)는 채널폭이 줄어드는 각도(θ)를 달리한 종이기반 바이오 센서들을 나타내며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 종이기반 바이오 센서에서 채널폭에 따른 도달시간을 나타내는 그래프이다.7A and 7B illustrate experimental results for comparing the flow of the fluid according to the angle? At which the channel width decreases when the channel width is reduced to improve the sensitivity. In FIG. 7A, the angle? FIG. 7 (b) is a graph showing the arrival time according to the channel width in the paper-based biosensor of FIG. 7 (a). FIG.
도 4에서와 같이 실험을 행하여, 채널 면을 통과하는 시간을 측정하였다. 채널폭이 줄어드는 각도(θ)가 90도 일때가 도달시간이 가장 짧은 것을 알 수 있다.An experiment was conducted as shown in Fig. 4, and the time passing through the channel surface was measured. It can be seen that the reaching time is the shortest when the angle (θ) at which the channel width decreases is 90 degrees.
도 8은 1차 채널축소만 가질때와 2차 채널축소를 가질때의 유체의 흐름을 비교하는 실험결과의 예로, 도 8의 (a)는 1차 채널축소만 가지는 종이기반 바이오 센서(primarily)이고, 도 8의 (b)는 2차 채널축소를 가지는 종이기반 바이오 센서(architecture modifications u-PAD)이고, 도 8의 (c)는 이들 종이기반 바이오 센서에서 도달시간을 나타내는 그래프이다.8 shows an example of an experimental result comparing the flow of the fluid when only the primary channel reduction is performed and when the secondary channel reduction is performed. FIG. 8 (a) is a paper based biosensor (primarily) FIG. 8 (b) is a paper-based architecture modification u-PAD with secondary channel reduction, and FIG. 8 (c) is a graph showing the arrival time in these paper-based biosensors.
1차 채널축소만 가질때(primarily)보다 2차 채널축소를 가질때(architecture modifications u-PAD)가 도달시간이 더 빠름을 알 수 있다.It can be seen that the architecture modification u-PAD has a faster reach time than the primary channel reduction only (primarily).
도 9는 채널축소가 없을 때(primarily), 1차 채널축소만 가질때(architecture modifications u-PAD 1), 2차 채널축소를 가질때(architecture modifications u-PAD 2)의 출력강도를 비교하는 실험결과의 예로, 도 9의 (a)는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서들을 나타내며, 도 9의 (b)는 채널폭을 달리한 종이기반 바이오 센서들의 출력 강도를 나타낸다. 9 shows the results of an experiment comparing the output intensities of the architecture modification u-PAD 2 when there is no channel reduction, only the first channel reduction (architecture modifications u-PAD 1) and the second channel reduction (architecture modifications u-PAD 2) For example, FIG. 9A shows paper-based biosensors having different channel widths, and FIG. 9B shows output strengths of paper-based biosensors having different channel widths.
도 9에서 2차 채널축소를 가질때의 신호가 가장 강하게 나타냄을 알 수 있다.In FIG. 9, it can be seen that the signal when the secondary channel reduction is performed is the strongest.
도 10은 2차 채널축소를 가질때 종이기반 바이오 센서의 코티졸 농도에 따른 출력강도를 나타낸다. 도 10의 (a)는 코티졸 농도를 달리 적용한 경우의 종이기반 바이오 센서들이며, 도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 종이기반 바이오 센서들의 출력 강도를 나타낸 그래프이다. FIG. 10 shows the output intensity according to the cortisol concentration of the paper-based biosensor with secondary channel shrinkage. 10 (a) is a paper-based biosensor in which cortisol concentrations are differently applied, and FIG. 10 (b) is a graph showing output intensities of paper-based biosensors in FIG. 10 (a).
도 10에서 코티졸 농도에 따라 강도가 증가함을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 10 that the intensity increases with cortisol concentration.
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.
100 : 종이 115 : 제1이격부
120 : 금 결합라인 125 : 제2이격부
140 : 콘트롤 라인 145 : 제3이격부
160 : 테스트 라인 165 : 제4이격부
220 : 밑면 왁스부 240 : 테두리 왁스부
250 : 테스트 라인 왁스장벽 260 : 콘트롤 라인 왁스장벽100: paper 115: first separator
120: gold bonding line 125: second separation portion
140: Control line 145: Third separation part
160: Test line 165: Fourth separation part
220: bottom wax part 240: rim wax part
250: test line wax barrier 260: control line wax barrier
Claims (13)
상기 종이의 일단에서 이격되어 위치되되, 분석시료의 항체와 금 나노입자가 결합하도록 하기 위해, 상기 종이 위에 금 나노입자로 이루어진 금 결합라인;
상기 종이 위에서 금 결합라인으로부터 이격되어 위치되되, 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인;
상기 종이 위에서 상기 콘트롤 라인으로부터 이격되어 위치되되, 면역글로불린 g(immunoglobulin G, IgG)로 이루어진 테스트 라인;
상기 종이의 밑면과 테두리에 왁스를 굳혀 장벽을 형성하는 왁스부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.Paper made of a hydrophilic material;
A gold binding line made of gold nanoparticles on the paper so that the antibody of the assay sample and the gold nanoparticles are bonded to each other;
A control line spaced from the gold binding line on the paper, the control line consisting of cortisol-BSA;
A test line spaced from the control line on the paper, the test line comprising immunoglobulin G (IgG);
A wax portion that forms a barrier by solidifying wax on a bottom surface and an edge of the paper;
Based biosensor.
상기 종이 위에 분석시료의 항체와 금 나노입자가 결합하도록 하기 위해, 상기 종이 위에 금 나노입자로 이루어진 금 결합라인을 구비하는 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.3. The method of claim 2,
And a gold binding line made of gold nanoparticles is provided on the paper so that the antibody of the assay sample and the gold nanoparticles are bound to the paper.
상기 종이 위에 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.3. The method of claim 2,
And a control line made of cortisol-BSA on the paper.
상기 종이 위에 항체로 이루어진 테스트 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.3. The method of claim 2,
And a test line made of an antibody on the paper.
콘트롤 라인의 양측에 왁스장벽을 형성하여, 분석시료가 흘러서 가운데에 있는 콘트롤 라인에서 모아지도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein a wax barrier is formed on both sides of the control line so that the analytical sample flows and collects in the control line at the center.
테스트 라인의 양측에 왁스장벽을 형성하여, 분석시료가 흘러서 가운데에 있는 테스트 라인에서 모아지도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein a wax barrier is formed on both sides of the test line so that the analytical sample flows and collects in the middle test line.
상기 종이는 와트만 크로마토그래피(Whatman Chromatography)에 이용되는 종이인 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the paper is a paper used for Whatman chromatography.
테스트 라인의 길이는 3mm 내지 4mm인 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.8. The method of claim 7,
Wherein the length of the test line is from 3 mm to 4 mm.
콘트롤 라인의 길이는 3mm 내지 4mm인 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서.The method according to claim 6,
Wherein the length of the control line is 3 mm to 4 mm.
제1단계 후, 상기 종이를 125도의 오븐에서 약 1분간 구워내는 제2단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서의 제조방법.A first step of printing with a solid wax print so as to form a barrier by solidifying wax on the bottom and edges of a paper made of a hydrophilic material;
After the first step, the paper is baked in a 125 degree oven for about 1 minute;
Based biosensor according to any one of claims 1 to 3.
제2단계 후, 상기 종이) 위에, 금나노입자로 이루어진 금 결합라인, 코티졸-BSA(cortisol-BSA)로 이루어진 콘트롤 라인, 면역글로불린 g(immunoglobulin G, IgG)로 이루어진 테스트 라인을 형성하는 제3단계;
를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서의 제조방법.12. The method of claim 11,
On the paper after the second step, a control line consisting of a gold binding line consisting of gold nanoparticles, a cortisol-BSA, a third line forming a test line consisting of immunoglobulin G (IgG) step;
Further comprising the steps of: preparing a paper-based biosensor;
제1단계에서, 테스트 라인의 양측에 형성된 왁스장벽인 테스트 라인 왁스장벽과, 콘트롤 라인의 양측에 형성된 왁스장벽인 콘트롤 라인 왁스장벽도 형성하는 것을 특징으로 하는, 종이기반 바이오센서의 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein a test line wax barrier, which is a wax barrier formed on both sides of the test line, and a control line wax barrier which is a wax barrier formed on both sides of the control line are also formed in the first step.
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N231 | Notification of change of applicant | ||
J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2015101007325; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20151208 Effective date: 20170224 |
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J2X1 | Appeal (before the patent court) |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2017201002130; APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL |
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J302 | Written judgement (patent court) |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2017201002130; JUDGMENT (PATENT COURT) FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20170324 Effective date: 20170710 |