KR20160059500A

KR20160059500A - 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법

Info

Publication number: KR20160059500A
Application number: KR1020140160598A
Authority: KR
Inventors: 주형규; 안성수
Original assignee: 가천대학교 산학협력단
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-27
Also published as: KR101629848B1

Abstract

본 발명은 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법으로서, 센서 제공단계와, 제1린싱단계와, 제2린싱단계를 포함한다. 센서 제공단계는 광섬유 코어와, 광섬유 코어에 적층되는 금속층과, 금속층에 적층되는 니켈층으로 구성된 센서 헤드와, 일단부의 히스티딘이 니켈층에 결합되는 히스티딘 태그 펩타이드와, 히스티딘 태그 펩타이드의 타단부의 펩타이드에 결합되고 타깃 항원을 캡쳐하는 항체를 구비하는 바이오센서를 제공한다. 제1린싱단계는 니켈층으로부터 히스티딘 태그 펩타이드와 항체를 분리하기 위하여 니켈층에 히스티딘과 니켈층의 결합을 끊는 분리용액을 주입한다. 제2린싱단계는 분리용액을 세정하기 위하여 니켈층에 산성 용액을 주입한다. 제1린싱단계 및 제2린싱단계 후 센서 헤드로부터 히스티딘 태그 펩타이드와 항체가 제거되어 센서 헤드가 재생 가능하다.

Description

바이오센서의 센서 헤드의 재생방법{METHOD FOR REPRODUCING SENSOR HEAD OF BIOSENSOR}

본 발명은 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비표지 방식의 바이오센서를 사용한 후 센서 헤드를 재사용 가능하도록 바이오센서의 센서 헤드를 재생하는 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 관한 것이다.

바이오센서란 특정한 물질에 대한 인식기능을 갖는 생물학적 수용체가 전기 또는 광학적 변환기(transducer)와 결합되어 생물학적 상호작용 및 인식반응을 전기적 또는 광학적 신호로 변환함으로써 분석하고자 하는 극미량의 생화학 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 소자를 말한다.

종래 바이오센서는 타깃(target) 생체물질에 별도의 형광 표지자(label)를 부착시킨 뒤 광학 스캐너 등을 이용하여 생체물질을 검출하는 방식을 채택하고 있어서, 신호 검출을 위해 고가의 광학계를 갖춘 대형 분석기기가 필요하고 다양한 타깃 물질들을 형광물질로 균일하게 표지해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 라벨링(labeling)에 따른 생체물질들의 구조변화를 초래할 염려가 있었고, 실시간 모니터링이 불가하였으며 라벨링을 위한 여러 준비단계들이 번거로우며, 오염의 문제까지 있었다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 비표지 바이오센서 기술들이 연구되고 있다. 광부품을 이용한 비표지 바이오센서는 광신호가 전송되는 센서 헤드와, 센서 헤드에 결합되는 항체로 구성되는데, 항체에서 검출하고자 하는 타깃 항원을 캡쳐한 후 센서 헤드를 통해 광신호가 전송되면서 광신호의 변화를 통해 타깃 항원을 정량적으로 검출한다.

그러나, 종래의 광부품을 이용한 비표지 바이오센서의 경우, 사용 후 재생이 불가능하여 바이오센서 전체를 폐기해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광신호가 전송되는 센서 헤드와, 센서 헤드에 결합되는 항체로 구성된 바이오센서를 사용한 후, 센서 헤드의 재사용이 가능하도록 센서 헤드로부터 항체를 제거함으로써, 자원과 비용의 낭비를 방지할 수 있는 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법은, 광섬유 코어와, 상기 광섬유 코어에 적층되는 금속층과, 상기 금속층에 적층되는 니켈층으로 구성된 센서 헤드와, 일단부의 히스티딘이 상기 니켈층에 결합되는 히스티딘 태그 펩타이드와, 상기 히스티딘 태그 펩타이드의 타단부의 펩타이드에 결합되고 타깃 항원을 캡쳐하는 항체를 구비하는 바이오센서를 제공하는 센서 제공단계; 상기 니켈층으로부터 상기 히스티딘 태그 펩타이드와 상기 항체를 분리하기 위하여 상기 니켈층에 상기 히스티딘과 상기 니켈층의 결합을 끊는 분리용액을 주입하는 제1린싱단계; 및 상기 분리용액을 세정하기 위하여 상기 니켈층에 산성 용액을 주입하는 제2린싱단계;를 포함하며, 상기 제1린싱단계 및 상기 제2린싱단계 후 상기 센서 헤드로부터 상기 히스티딘 태그 펩타이드와 상기 항체가 제거되어 상기 센서 헤드가 재생 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 있어서, 상기 제1린싱단계 전, 상기 타깃 항원이 상기 니켈층에 결합되는 것을 차단하기 위한 차단용액을 상기 니켈층에 도포하여 차단층을 형성하는 차단층 형성단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 있어서, 상기 제1린싱단계의 분리용액은 이미다졸(Immidazole) 용액을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 있어서, 상기 제2린싱단계의 산성 용액은 아세틱에시드(Acetic acid) 용액을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 있어서, 상기 금속층은, 상기 광섬유 코어에 적층되는 금(Au)층과, 상기 금층에 적층되는 알루미늄(Al)층을 포함하는 이중층 구조 또는 상기 광섬유 코어에 적층되는 은(Ag)층과, 상기 은층에 적층되는 알루미늄(Al)층을 포함하는 이중층 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 따르면, 자원과 비용의 낭비를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 따르면, 바이오센서의 신호 왜곡을 방지하고, 재생된 센세 헤드에서 반복적으로 사용되는 니켈층의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 제공되는 바이오센서를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 바이오센서를 이용하여 타깃 항원을 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법을 순차적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 3의 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 의해 재생된 센서 헤드의 성능을 표시하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법은, 비표지 방식의 바이오센서를 사용한 후 센서 헤드를 재사용 가능하도록 바이오센서의 센서 헤드를 재생하기 위한 것으로서, 센서 제공단계(S10)와, 차단층 형성단계(S20)와, 제1린싱단계(S30)와, 제2린싱단계(S40)를 포함한다.

상기 센서 제공단계(S10)는 센서 헤드(10)가 재생될 바이오센서(20)를 제공한다. 본 실시예에서 바이오센서(20)는 센서 헤드(10)와, 히스티딘 태그 펩타이드(21)와, 항체(22)를 구비한다.

도 1을 참조하면, 센서 헤드(10)는 광섬유 코어(11)와, 광섬유 코어(11)에 적층되는 금속층(12)과, 금속층(12)에 적층되는 니켈층(13)으로 구성된다. 실리카(Silica) 재질의 코어(11)와 폴리머(Polymer) 재질의 클래딩을 포함하는 광섬유에서 클래딩을 벗겨내고, 클래딩이 제거된 광섬유 코어(11)에 금속층(12)을 증착한다. 이때, 금속층(12)은 광섬유 코어(11)에 적층되는 금(Au)(12a)과, 금(11)에 적층되는 알루미늄(Al)(12b)을 포함하는 이중층 구조(바이-메탈)로 형성될 수 있고, 또는 광섬유 코어(11)에 적층되는 은(Ag)과, 은에 적층되는 알루미늄(Al)(12b)을 포함하는 이중층 구조로 형성될 수도 있다. 금속층(12)이 형성된 후, 금속층(12)에 니켈층(13)이 적층된다.

금속층(12) 및 니켈층(13)의 적층방법으로는 금속기상증착(Metal Vapor Deposition)이 유용한데 그 중에서도 열증착법(Thermal evaporation)이 이용될 수 있다. 금속층(12) 및 니켈층(13)의 형성방법은 이에 한정되지 않으며 스퍼터링(sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation) 등 다양한 방법으로 수행될 수 있다.

히스티딘 태그 펩타이드(Histidine-tagged peptide)(21)는 일단부(21a)에는 히스티딘이 연결되어 있고, 타단부(21b)에는 펩타이드가 연결되어 있는 형태이다. 히스티딘이 연결된 히스티딘 태그 펩타이드의 일단부(21a)가 니켈층(13)에 결합된다.

항체(antibody)(22)는 히스티딘 태그 펩타이드(21)의 타단부(21b)의 펩타이드에 결합되고, 타깃 항원(1)을 캡쳐한다. 예를 들어, lgG와 같은 항체(22)가 히스티딘 태그 펩타이드(21)에 결합된 후, 피브리노겐(fibrinogen)과 같은 타깃 항원(1)을 캡쳐할 수 있다. 피브리노겐은 혈액의 혈장에서 추출한 단백질의 일종으로서, 치매의 마커(marker) 역할을 하는 단백질로 알려져 있다.

도 2를 참조하면, 광섬유 코어(11)와 같은 도파관에 입사된 원형편광된 입사광(S1)이 광섬유 코어(11)를 따라 진행하면서(S2) 항체(22)를 통해 금속층(12)과 센싱되는 타깃 항원(1)을 경유하고, 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR)에 따른 여기를 경험하면서 출사광(S3)에 편광 변화를 가져다주는데 이를 분석하여 타깃 항원(1)의 농도 등을 알 수 있게 된다. 피브리노겐과 같은 타깃 항원(1)의 농도 정보를 통해 치매의 진행 정도를 파악할 수 있다.

상기 차단층 형성단계(S20)는 타깃 항원(1)이 니켈층(13)에 결합되는 것을 차단하기 위한 차단용액을 니켈층(13)에 도포하여 차단층(50)을 형성한다. 이때, 차단층 형성단계(S20)는 제1린싱단계(S30) 전에 수행하는 것이 바람직하다.

차단층(50)이 없는 상태에서 타깃 항원(1)의 일부는 항체(22)에 결합되고, 다른 일부는 니켈층(13)에 결합될 수 있다. 타깃 항원(1)과 니켈층(13)의 비특이적 결합이 이루어지면, 니켈층(13)에 결합된 타깃 항원(1)에 의해 광섬유 코어(11)를 따라 진행하는 광신호에 왜곡이 발생하면서 타깃 항원(1)의 정보를 정확하게 파악할 수 없다.

또한, 타깃 항원(1)과 니켈층(13)의 비특이적 결합이 이루어지면, 반복되는 제1린싱단계(S30) 및 제2린싱단계(S40)에서 니켈층(13)이 손상될 염려가 있다. 가급적 니켈층(13)을 양호한 상태로 유지하여야 바이오센서의 센서 헤드(10)를 재생한 후에도 센서 헤드(10)를 재활용하여 바이오센서(20)를 제조할 수 있다.

따라서, 바이오센서(20)를 사용하기 전, 니켈층(13) 위에 차단층(50)을 형성하여 바이오센서(20)의 신호 왜곡을 방지하고, 니켈층(13)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 제1린싱단계(S30)는 니켈층(13)에 히스티딘과 니켈층(13)의 결합을 끊는 분리용액(30)을 주입한다. 바이오센서의 센서 헤드(10)를 재생하기 위하여, 우선, 니켈층(13)으로부터 히스티딘 태그 펩타이드(21)와 항체(22)를 분리해야 한다. 따라서, 히스티딘 태그 펩타이드(21)의 히스티딘과 니켈층(13)의 결합을 끊는 분리용액(30)을 니켈층(13)에 주입함으로써, 차단층(50), 히스티딘 태그 펩타이드(21) 및 항체(22)가 니켈층(13)으로부터 제거될 수 있다.

본 실시예의 제1린싱단계(S30)의 분리용액은 이미다졸(Immidazole) 용액인 것이 바람직하다.

상기 제2린싱단계(S40)는 니켈층(13)에 산성 용액(40)을 주입한다. 제1린싱단계(S30)를 수행한 후, 니켈층(13) 위에는 히스티딘 태그 펩타이드(21) 및 분리용액(30)의 잔여물이 남겨질 수 있다. 니켈층(13)에 산성 용액(40)을 주입함으로써, 니켈층(13)에 남겨진 잔여물을 깨끗하게 세정할 수 있다.

본 실시예의 제2린싱단계(S40)의 산성 용액(40)은 아세틱에시드(Acetic acid) 용액인 것이 바람직하다.

이와 같이 센서 제공단계(S10), 차단층 형성단계(S20), 제1린싱단계(S30) 및 제2린싱단계(S40)를 거치면서 센서 헤드(10)로부터 히스티딘 태그 펩타이드(21)와 항체(22)를 제거하면, 광섬유 코어(11)와, 금속층(12)과, 니켈층(13)으로 구성된 센서 헤드(10)를 다시 획득할 수 있고, 이렇게 재생된 센서 헤드(10)에 다시 히스티딘 태그 펩타이드(21)와 항체(22)를 결합함으로써 바이오센서(20)로 재사용할 수 있다.

도 4는 본 실시예의 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법에 의해 재생된 센서 헤드(10)의 성능을 확인하기 위한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 센서 헤드(10)에 히스티딘 태그 펩타이드(21)를 결합한 때 광섬유 코어(11)를 경유하여 출력되는 광신호의 출력값과, 분리용액(30)과 산성 용액(40)을 이용하여 제1린싱단계(S30) 및 제2린싱단계(S40)를 수행한 후 광섬유 코어(11)를 경유하여 출력되는 광신호의 출력값이 거의 동일하게 표시됨을 알 수 있다.

이를 통해 제1린싱단계(S30) 및 제2린싱단계(S40)를 거치면서 재생된 센서 헤드(10)의 성능이 재생 전의 센서 헤드(10)와 동일하게 복귀됨을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법은, 광신호가 전송되는 센서 헤드와, 센서 헤드에 결합되는 항체로 구성된 바이오센서를 사용한 후, 센서 헤드의 재사용이 가능하도록 센서 헤드로부터 항체를 제거함으로써, 자원과 비용의 낭비를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법은, 니켈층 위에 타깃 항원이 니켈층에 결합되는 것을 차단하기 위한 차단층을 형성함으로써, 바이오센서의 신호 왜곡을 방지하고, 재생된 센세 헤드에서 반복적으로 사용되는 니켈층의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10 : 센서 헤드
11 : 광섬유 코어
12 : 금속층
13 : 니켈층
20 : 바이오센서
21 : 히스티딘 태그 펩타이드
22 : 항체
30 : 분리용액
40 : 산성 용액

Claims

광섬유 코어와, 상기 광섬유 코어에 적층되는 금속층과, 상기 금속층에 적층되는 니켈층으로 구성된 센서 헤드와, 일단부의 히스티딘이 상기 니켈층에 결합되는 히스티딘 태그 펩타이드와, 상기 히스티딘 태그 펩타이드의 타단부의 펩타이드에 결합되고 타깃 항원을 캡쳐하는 항체를 구비하는 바이오센서를 제공하는 센서 제공단계;
상기 니켈층으로부터 상기 히스티딘 태그 펩타이드와 상기 항체를 분리하기 위하여 상기 니켈층에 상기 히스티딘과 상기 니켈층의 결합을 끊는 분리용액을 주입하는 제1린싱단계; 및
상기 분리용액을 세정하기 위하여 상기 니켈층에 산성 용액을 주입하는 제2린싱단계;를 포함하며,
상기 제1린싱단계 및 상기 제2린싱단계 후 상기 센서 헤드로부터 상기 히스티딘 태그 펩타이드와 상기 항체가 제거되어 상기 센서 헤드가 재생 가능한 것을 특징으로 하는 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제1린싱단계 전,
상기 타깃 항원이 상기 니켈층에 결합되는 것을 차단하기 위한 차단용액을 상기 니켈층에 도포하여 차단층을 형성하는 차단층 형성단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제1린싱단계의 분리용액은 이미다졸(Immidazole) 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제2린싱단계의 산성 용액은 아세틱에시드(Acetic acid) 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 금속층은,
상기 광섬유 코어에 적층되는 금(Au)층과, 상기 금층에 적층되는 알루미늄(Al)층을 포함하는 이중층 구조 또는 상기 광섬유 코어에 적층되는 은(Ag)층과, 상기 은층에 적층되는 알루미늄(Al)층을 포함하는 이중층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오센서의 센서 헤드의 재생방법.