KR20210017071A - 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치 - Google Patents

표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치 Download PDF

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Abstract

표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치가 개시된다. 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치는 특이결합 가능한 수용체를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서의 선택적 활성화를 통해, 용액에 포함된 특정 생체분자를 연속적으로 측정할 수 있다.

Description

표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치{CONTINUOUS MEASUREMENT DEVICE USING SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR}
본 발명은 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치에 관한 것이다.
표면 플라즈몬 공명 현상(Surface Plasmon Resonance)은 입사된 광이 금이나 은과 같은 금속 박막 또는 나노 입자 또는 나노 구조물과 반응할 때 자유전자의 집단적 진동에 의해 발생하는 현상이다.
표면 플라즈몬 공명 현상을 통해 특정 표시자 없이 생체 물질 간의 반응을 실시간으로 측정할 수 있어 단백질 칩 분석 및 다양한 바이오 반응들을 측정할 수 있는 바이오 센서에 응용되고 있다. 표면 플라즈몬 공명 센서는 이와 같은 표면 플라즈몬 공명 현상을 통해 단백질 간 특이결합(specific binding) 등과 같은 다양한 측정에 활용될 수 있다.
본 발명은 특이 결합이 가능한 수용체를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서의 선택적 활성화를 통해, 용액에 포함된 특정 생체분자를 연속적으로 측정하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치는, 특정 생체분자를 포함하는 용액과 표면 플라즈몬 공명 센서의 접촉을 차단하는 광분해성막; 상기 광분해성막에 광을 조사하는 복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들을 포함하고, 상기 복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들은, 순차적으로 또는 선택적으로 활성화되어 광분해막에 광을 조사할 수 있다.
상기 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 조사된 광에 의해 광분해성막이 분해되는 경우, 상기 광분해성막이 분해된 영역으로 침투된 용액이 상기 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉하여 공명 반응할 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공명 센서는, 상기 광 분해막에 대해 특정 배열로 배치되어, 선택적으로 또는 순차적으로 활성화되어 광 분해막에 광을 조사할 수 있다.
복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들은, (i) 미리 설정된 패턴에 따라 순차적으로 활성화되거나, (ii) 미리 설정된 개수만큼 동시에 활성화되거나, (iii) 미리 설정된 조건에 따라 어느 하나가 선택적으로 활성화될 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공명 센서는, 출력 신호의 세기의 변화가 없는 경우 비활성화되어 광을 조사하지 않는다.
상기 표면 플라즈몬 공명 센서는, 광을 조사한 이후에 일정시간이 경과되면 비활성화되어 광을 조사하지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치는, 특정 생체분자를 포함하는 용액과 표면 플라즈몬 공명 센서의 접촉을 차단하는 광분해성막; 상기 광분해성막에 광을 조사하는 적어도 하나의 표면 플라즈몬 공명 센서들을 포함하고, 상기 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 조사된 광에 의해 광분해성막이 분해되는 경우, 상기 광분해성막이 분해된 영역으로 침투된 용액이 상기 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉하여 공명 반응하며, 상기 표면 플라즈몬 공명 센서의 광 섬유의 끝 부분에 나노 구조물이 배치될 수 있다.
상기 광을 조사하는 광 섬유의 끝 부분에 배치된 미세 탐침의 특정 영역에 나노 구조물이 배치되고, 상기 나노 구조물은, 나노 사이즈의 간격을 유지하는 전도층 사이에 절연층이 위치하고, 상기 특정 영역은, 상기 광 섬유의 끝 부분에서 일정 거리만큼 이격된 위치에 존재할 수 있다.
상기 절연층은, 상기 나노 사이즈의 두께를 가질 수 있다.
상기 나노 구조물은, 상기 광섬유의 코어층의 끝 부분에 배치된 미세 탐침의 특정 영역에 위치할 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공명 센서는, 상기 광 분해막에 대해 특정 배열로 배치되어, 선택적으로 또는 순차적으로 활성화되어 광 분해막에 광을 조사할 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공명 센서의 나노 구조물은, 상기 용액에 포함된 특정 생체분자와 특이 결합할 수 있는 수용체가 흡착될 수 있는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용할 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공명 센서는, 출력 신호의 세기의 변화가 없는 경우 비활성화되어 광을 조사하지 않을 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공명 센서는, 광을 조사한 이후에 일정시간이 경과되면 비활성화되어 광을 조사하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치는, 특정 생체분자를 포함하는 용액과 표면 플라즈몬 공명 센서의 접촉을 차단하는 광분해성막; 상기 광분해성막에 광을 조사하는 적어도 하나의 표면 플라즈몬 공명 센서들을 포함하고, 상기 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 조사된 광에 의해 광분해성막이 분해되는 경우, 상기 광분해성막이 분해된 영역으로 침투된 용액이 상기 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉하여 공명 반응하며, 상기 표면 플라즈몬 공명 센서의 광 섬유의 끝 부분에 나노 입자가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치는, 특이 결합이 가능한 수용체를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서의 선택적 활성화를 통해, 용액에 포함된 특정 생체분자를 연속적으로 측정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 연속 측정 장치에서 표면 플라즈몬 공명 센서를 활성화하기 전의 상태를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른, 연속 측정 장치에서 표면 플라즈몬 공명 센서를 활성화한 상태를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른, 연속 측정 장치에서 다른 표면 플라즈몬 공명 센서를 활성화한 상태를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른, 표면 플라즈몬 공명 센서에 배치된 나노 구조물을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 표면 플라즈몬 공명 센서에 배치된 나노 입자를 나타낸 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른, 연속 측정 장치에서 표면 플라즈몬 공명 센서를 활성화하기 전의 상태를 나타낸다. 도 2는 일 실시예에 따른, 연속 측정 장치에서 표면 플라즈몬 공명 센서를 활성화한 상태를 나타낸다. 도 3은 일 실시예에 따른, 연속 측정 장치에서 다른 표면 플라즈몬 공명 센서를 활성화한 상태를 나타낸다.
표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance)은 입사된 빛이 금이나 은의 금속 박막 또는 나노 입자 또는 나노 구조물과 반응할 때, 자유전자의 집단적 진동에 의해 발생하는 현상을 나타낸다. 표면 플라즈몬 공명은 특정 표시자 없이 생체물질 간의 반응을 실시간으로 측정할 수 있는 장점 때문에 단백질 칩 분석 및 다양한 바이오 반응들을 측정할 수 있는 바이오 센서에 응용될 수 있다. 표면 플라즈몬 공명 센서는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 바이오 센서로서, 센서의 표면에 흡착된 항체와 분석 대상물인 항원의 반응에 의한 출력 신호를 통해 단백질 간 특이결합(specific binding)과 같은 측정을 할 수 있다.
연속 측정 장치는 표면 플라즈몬 공명 현상을 검출하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 포함할 수 있다. 표면 플라즈몬 공명 센서는 빛이 이동하는 통로인 광섬유 및 광섬유의 끝 부분의 표면에 나노 구조물 또는 나노 입자가 배치될 수 있다. 표면 플라즈몬 공명 센서에 대한 자세한 구조는 이하 도 4 및 도 5를 참조한다.
도 1에 도시된 연속 측정 장치(110)는 복수의 표면 플라즈몬 공명 센서와 광분해성막(112), 미세 유체 소자(111, 113)를 포함할 수 있다. 특정 생체분자를 포함하는 용액은 미세 유체 소자(111)과 광분해성 막(112) 사이를 통과할 수 있다. 이때, 광분해성 막(112)은 미세 유체 소자(113)위에 도포된 상태일 수 있다.
여기서, 특정 생체분자는 일례로서 항원(antigen), DNA, 박테리아를 포함할 수 있다. 특정 생체분자를 포함하는 용액은 미세 유체 소자(111)와 광분해성 막(112) 사이를 흐를 수 있으나, 도 1과 같이 표면 플라즈몬 공명 센서가 활성화되지 않으면 용액이 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉할 수 없다.
또한, 특정 생체분자와 특이결합 할 수 있는 수용체가 표면 플라즈몬 공명 센서에 흡착될 수 있다. 이때, 수용체는 일례로서 항체(antibody), DNA, 앞타머(aptamer)를 포함할 수 있다. 또한, 표적 생체분자-수용체 간의 특이결합 이외의 비특이 결합을 방지할 수 있는 차폐물질이 표면 플라즈몬 공명 센서에는 흡착될 수 있다. 차폐 물질은 일례로서 소 혈청 알부민, 에탄올아민, 글리신등을 포함할 수 있다. 본 발명의 권리범위는 위 항원, 항체 및 차폐 물질의 일례에 제한되지 않으며, 특이 결합하는 다른 물질 또한 포함할 수 있다.
여기서, 광분해는 화합물이 광자에 의해 분해되는 화학 반응으로서, 광분해성 막(112)은 빛에 의해 광분해되는 막으로서 예를 들면 poly(ε-caprolactone) 또는 poly(glycolic acid)로 구성될 수 있다.
복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들은 미세 유체 소자(113)에 삽입된 구조일 수 있다. 미세 유체 소자(113)에 삽입되는 표면 플라즈몬 공명 센서의 수는 연속 측정하려는 목적에 따라 상이할 수 있으며, 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이 미세 유체 소자에 삽입되는 표면 플라즈몬 공명 센서의 수는 일례에 불과하며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 연속 측정 장치(110)는 미세 유체 소자(111, 113), 광분해성 막(112), 미세 유체 소자에 삽입되는 적어도 하나의 표면 플라즈몬 공명 센서를 포함할 수 있다.
특정 생체분자를 포함하는 용액은 미세 유체 소자(111)과 광분해성 막(112) 사이를 흐를 수 있다. 이때, 표면 플라즈몬 공명 센서가 활성화되지 않으면 광분해성 막은 광분해되지 않을 수 있으므로, 특정 생체분자를 포함하는 용액은 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉하지 않을 수 있다. 도 1의 그래프(120)은 미세 유체 소자(113)에 있는 복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들 전부가 활성화되지 않았을 때의 출력 신호의 세기를 나타낸다.
복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들 중 어느 하나의 표면 플라즈몬 공명 센서가 활성화된 경우, 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서에 포함된 광섬유를 통해 광이 출력된다. 그러면, 출력된 광에 의해 광분해성 막(112)을 광분해할 수 있다. 광분해성 막이 광분해된 경우, 미세 유체 소자(111)과 광분해성 막(112) 사이를 흐르는 용액은 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉할 수 있다. 따라서, 용액에 포함된 특정 생체분자는 수용체와 특이 결합할 수 있고, 특이 결합에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 출력 신호의 세기의 변화가 검출될 수 있다.
도 2의 연속 측정 장치(210)은 표면 플라즈몬 공명 센서 1이 활성화된 상태를 나타낸다. 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서 1의 광섬유를 통해 이동한 빛이 표면 플라즈몬 공명 센서 1의 상단에 위치한 광분해성 막(112)을 광분해할 수 있다. 따라서, 미세 유체 소자(111)와 광분해성 막(112) 사이를 흐르는 용액은 표면 플라즈몬 공명 센서 1과 접촉할 수 있고, 표면 플라즈몬 공명 센서 1은 특이 결합에 따른 출력 신호의 세기 변화를 검출할 수 있다.
이때, 용액에 포함된 특정 생체분자와 수용체가 특이 결합 가능하지 않는 경우 그래프(220)와 달리 표면 플라즈몬 공명 센서의 출력 신호의 세기 변화가 없을 수 있거나, 또는 용액에 포함된 특정 생체분자와 표면 플라즈몬 공명 센서의 흡착된 수용체가 특이 결합 가능한 경우 그래프(220)와 같이 표면 플라즈몬 공명 센서의 출력 신호의 세기 변화가 검출될 수 있다. 이때, 출력 신호의 세기 변화를 통해 용액에 포함된 특정 생체분자의 종류 및 특정 생체분자의 농도가 결정될 수 있다.
여기서, 특정 생체분자와 수용체 간의 특이 결합은 비가역적인 반응일 수 있다. 따라서, 표면 플라즈몬 공명 센서 1에 흡착된 수용체와 용액에 포함된 특정 생체분자 간의 반응은 비가역적인 반응으로서, 표면 플라즈몬 공명 센서 1에 흡착된 수용체 이상 반응이 발생하지 않을 수 있다. 이와 같이 표면 플라즈몬 공명 센서와 특정 생체분자가 더 이상 반응하지 않아 출력 신호의 세기 변화가 없는 상태를 포화 상태로 볼 수 있다.
포화 상태인 경우, 표면 플라즈몬 공명 센서 1이 아닌 표면 플라즈몬 공명 센서 2가 활성화될 수 있다. 도 3의 연속 측정 장치(310)은 표면 플라즈몬 공명 센서 2가 활성화된 상태로서, 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서 2의 광섬유를 통해 이동한 빛이 표면 플라즈몬 공명 센서 2의 상단에 위치한 광분해성 막(112)을 광분해할 수 있다. 따라서, 미세 유체 소자(111)와 광분해성 막(112) 사이를 흐르는 용액은 표면 플라즈몬 공명 센서 2와 접촉할 수 있고, 표면 플라즈몬 공명 센서 2는 특이 결합에 따른 출력 신호의 세기 변화를 검출할 수 있다.
이때, 표면 플라즈몬 공명 센서 2에 흡착된 수용체와 표면 플라즈몬 공명 센서 1에 흡착된 수용체는 서로 다른 수용체일 수 있다. 예를 들면, 표면 플라즈몬 공명 센서 1에 흡착된 수용체는 전립선 암을 검출하는 수용체이고, 표면 플라즈몬 공명 센서 2에 흡착된 수용체는 간암을 검출하는 수용체일 수 있다.
따라서, 특정 생체분자와 특이 결합에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서 1 및 표면 플라즈몬 공명 센서 2의 출력 신호의 세기 변화는 서로 상이할 수 있다. 출력 신호의 세기 변화를 통해 용액에 포함된 특정 생체분자의 종류 및 특정 생체분자의 농도가 결정될 수 있다.
표면 플라즈몬 공명 센서 2에 흡착된 수용체와 용액에 포함된 특정 생체분자 간의 반응은 비가역적인 반응으로서, 표면 플라즈몬 공명 센서 2에 흡착된 수용체 이상 반응이 발생하지 않을 수 있고, 이와 같이 표면 플라즈몬 공명 센서 2와 특정 생체분자가 더 이상 반응하지 않아 출력 신호의 세기 변화가 없는 경우 다른 표면 플라즈몬 공명 센서 3이 활성화될 수 있다.
전술한 바와 같이 표면 플라즈몬 공명 센서의 출력 신호의 세기 변화가 없는 상태인 경우, 출력 신호의 세기 변화가 없는 표면 플라즈몬 공명 센서에 인접한 다른 표면 플라즈몬 공명 센서가 활성화될 수 있다. 또는, 표면 플라즈몬 공명 센서가 활성화된 이후 사전에 설정된 일정시간이 경과한 경우, 포화 여부에 관계없이 다른 표면 플라즈몬 공명 센서가 활성화될 수 있다. 예를 들면, 표면 플라즈몬 공명 센서 1이 활성화된 이후 사전에 설정된 일정시간이 경과한 경우, 표면 플라즈몬 공명 센서 1의 포화여부에 관계없이 표면 플라즈몬 공명 센서 2가 활성화될 수 있다.
연속 측정 장치의 연속 측정 가능 시간은 표면 플라즈몬 공명 센서의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 미세 유체 소자에 삽입된 표면 플라즈몬 공명 센서가 2개인 경우 보다 4개인 경우, 연속 측정 장치의 연속 측정 가능 시간은 상대적으로 더 길 수 있다. 또한, 연속 측정 장치의 연속 측정 가능 시간은 표면 플라즈몬 공명 센서가 포화되는 시간에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 표면 플라즈몬 공명 센서에 상대적으로 많은 수용체가 흡착 가능한 경우, 연속 측정 장치의 연속 측정 가능 시간은 상대적으로 더 길 수 있다.
일 실시예에 따르면, 표면 플라즈몬 공명 센서의 선택적인 활성화에 의해 연속적인 측정에 따른 연속 모니터링이 가능할 수 있다. 또한, 미세한 크기의 광섬유를 포함하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 통해 연속 측정 장치는 소형화될 수 있어, 현장진단 혹은 휴대용으로 제작될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른, 표면 플라즈몬 공명 센서에 배치된 나노 구조물을 나타낸 도면이다.
표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance)은 입사된 빛이 금이나 은과 같은 금속 박막 또는 나노 입자 또는 나노 구조물과 반응할 때, 자유전자의 집단적 진동에 의해 발생하는 현상을 나타낸다. 표면 플라즈몬 공명은 특정 표시자 없이 생체물질 간의 반응을 실시간으로 측정할 수 있는 장점 때문에 단백질 칩 분석 및 다양한 바이오 반응들을 측정할 수 있는 바이오 센서에 응용될 수 있다. 표면 플라즈몬 공명 센서는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 센서이다. 표면 플라즈몬 공명 센서는 센서의 표면에 흡착된 항체와 분석 대상물인 항원의 반응에 의한 출력 신호를 통해 단백질 간 특이결합(specific binding)과 같은 것을 측정하는데 활용될 수 있다.
일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는, 광섬유(440)의 끝 부분에 나노 구조물(420)이 배치될 수 있다. 광섬유(440)는 코어층(444) 및 클래딩층(442)으로 구분될 수 있으며, 빛은 광섬유(440)의 코어층(444)에서 전반사를 통해 이동될 수 있다.
이 때, 나노 구조물(420)은 광 섬유(440)의 코어층(444)에 배치된 미세 탐침(421)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 4b와 같이, 미세 탐침(421)의 특정 영역에 나노 구조물(420)이 배치될 수 있다.
도 4b를 참고하면, 나노 구조물(420)은 전도층(422) 및 전도층(424) 사이에 절연층(422)이 배치됨으로써 구성된다. 이 때, 전도층(422)과 전도층(424)는 나노 사이즈의 간격만큼 이격되어 있고, 전도층(422)과 전도층(424) 사이에 절연층(423)이 배치된다. 이 때, 전도층(422)과 전도층(424)은 전기 전도성을 나타내는 금속 물질(예를 들면, 금, 은, 구리 등)로 이루어질 수 있다. 그리고, 절연층(423)은 파릴렌과 같은 절연이 가능한 고분자 물질로 구성될 수 있다. 즉, 금속 물질로 구성될 수 있는 전도층(422)과 전도층(424) 사이가 나노 사이즈의 간격을 유지함으로써 핫 스팟 효과가 극대화될 수 있다.
본 발명에서 나노 구조물(420)은 하나의 절연층(423) 사이에 2개의 전도층(422, 421)로 구성되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 전도층(422)과 전도층(424) 사이에 절연층(423)이 배치된 구조가 복수 개로 적층된 구조를 나타내는 나노 구조물(420)까지 포함한다.
도 4a 및 도 4b에서 볼 수 있듯이, 광섬유(440)의 코어층(444)에 미세 탐침(422)이 배치되고, 미세 탐침(422)의 특정 영역에 나노 구조물(420)이 배치된다. 미세 탐침(422)은 고분자 물질로 구성될 수 있다. 도 4a의 경우, 미세 탐침(422)은 원뿔 형태를 나타내나, 본 발명은 나노 구조물(420)이 배치될 수 있는 어떤 형태의 구조를 모두 포함한다.
이 때, 특정 영역은, 광섬유(440)의 끝 부분에서 일정 거리(H)만큼 이격된 위치에 있다. 즉, 나노 구조물(420)은 광섬유(440)의 끝 부분에서 일정 거리만큼 이격된 위치에 배치되고, 이에 따라 감도 저하가 억제될 수 있다.
일례로, 전도층(422)과 전도층(424)는 금으로 구성될 수 있고, 절연층(423)은 파릴렌으로 구성될 수 있다. 그리고, 절연층(423)은 나노 사이즈의 두께를 가질 수 있으며, 이에 따라 전도층(422)과 전도층(424)은 나노 사이즈의 간격만큼 떨어질 수 있다.
또한, 전도층(422), 절연층(423) 및 전도층(424)으로 구성된 나노 구조물(420)은 제작 과정에서 광섬유(440)의 코어층(444)의 끝 부분으로부터 일정 거리(H)만큼 이격된다. 즉, 나노 구조물(420)이 광섬유(420)의 끝 부분의 표면으로부터 일정 거리만큼 이격됨으로써 표면 플라즈몬 공명 센서의 감도가 저하되는 특성이 억제될 수 있다. 또한, 전도층(422)과 전도층(424) 사이에 나노 사이즈의 두께를 가지는 절연층(423)이 배치됨으로써, 전도층(422)과 전도층(424)이 나노 사이즈의 간격을 유지할 수 있고, 이에 따라 핫스팟 효과가 극대화될 수 있다. 이와 같은 나노 구조물(420)에 대한 자세한 공정은 이하 도면을 참조한다.
광섬유(440) 내부에서 전반사되어 이동한 빛은 광섬유(440) 표면에 흡착된 나노 구조물(420)과 반응을 통해 빛을 반사할 수 있고, 반사된 빛은 검출기를 통해 측정될 수 있다. 이때, 항원-항체가 결합된 경우 반사된 빛의 신호 세기가 변할 수 있고, 결합 전후의 신호 세기의 변화를 통해 항원-항체 결합된 양이 판단될 수 있다. 예를 들면, 나노 구조물(420)의 상단에 항체가 흡착된 경우 광섬유를 통해 입사된 빛의 반사 신호 세기를 측정할 수 있고, 나노 구조물(420)의 상단에 항체-항원이 결합된 경우 광섬유를 통해 입사된 빛의 반사 신호 세기를 측정할 수 있어, 반사 신호 세기의 변화를 통해 특정한 항원의 존재 유무 및 항원-항체 결합된 양이 판단될 수 있다.
여기서, 측정시 반사되는 빛의 수용성을 높이기 위해 표면 플라즈몬 공명 센서의 표면적이 넓고 여러 경로의 빛을 수용할 수 있도록 일례로서 코어(core) 직경이 405um, 클래딩(cladding) 직경이 425um인 다중모드 광섬유가 사용될 수 있고, 광섬유의 자켓은 광섬유 스트리퍼를 이용하여 일정 길이 제거될 수 있다.
항체는 나노 구조물(420)의 상단에 흡착될 수 있다. 이때, 나노 구조물(420)의 상단에 흡착된 항체는 각기 다른 항체일 수 있다. 예를 들면, 나노 구조물의 상단에 흡착된 항체와 다른 나노 구조물의 상단에 흡착된 항체는 서로 다른 항원과 결합되는 항체일 수 있다. 보다 구체적으로, 표면 플라즈몬 공명 센서와 혈액이 접촉한 경우, 서로 다른 항체가 흡착된 센서로 인해 혈액 내에 존재하는 서로 다른 종류의 항원을 검출하여, 질병의 유/무가 판단될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른, 표면 플라즈몬 공명 센서에 배치된 나노 입자를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4와 달리, 나노 구조물 대신에 나노 입자가 흡착된 상태를 나타낸다. 광섬유 표면이 유기물 제거와 수산화기(hydroxy group)의 활성화를 위해 황산(sulfuric acid)과 과수(hydrogen peroxide)를 4:1로 혼합한 용액에 일정 시간 담가진 상태에서, 한쪽 끝이 에톡시 그룹(ethoxy group)으로 구성되어 있어 광섬유 표면과 O-Si-O 결합을 하고 반대쪽은 양전하를 띠는 아미노 그룹(amino group)이 있는 5% 3-(ethoxydimethlysilyl)-propylamine(APMES) 용액에 일정 시간 담가 금 나노 입자를 광섬유 표면에 고정하는 자기조립단분자층(Self Assembled Monolayer, SAM)이 형성될 수 있다.
또한, 자기조립단분자층이 형성된 광섬유 표면을 금 콜로이드 용액에 담가두면, 자기조립단분자층 말단의 아미노 그룹에 의한 양전하와 금 나노입자를 둘러싸고 있는 시트레이트(citrate)의 음전하가 정전기적 인력에 의해 결합하여, 도 5와 같이 금 나노 입자가 광섬유 표면에 흡착될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 도 4 및 도 5와 같은 표면 플라즈몬 공명 센서의 구조에 한정되지 않고, 도 4 및 도 5 이외의 구조에 의해 표면 플라즈몬 공명 반응을 검출할 수 있는 표면 플라즈몬 공명 센서도 포함할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 특정 생체분자를 포함하는 용액과 표면 플라즈몬 공명 센서의 접촉을 차단하는 광분해성막;
    상기 광분해성막에 광을 조사하는 복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들;
    을 포함하고,
    상기 복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들은, 순차적으로 또는 선택적으로 활성화되어 광분해막에 광을 조사하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 조사된 광에 의해 광분해성막이 분해되는 경우, 상기 광분해성막이 분해된 영역으로 침투된 용액이 상기 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉하여 공명 반응하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서는,
    상기 광 분해막에 대해 특정 배열로 배치되어, 선택적으로 또는 순차적으로 활성화되어 광 분해막에 광을 조사하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 표면 플라즈몬 공명 센서들은,
    (i) 미리 설정된 패턴에 따라 순차적으로 활성화되거나, (ii) 미리 설정된 개수만큼 동시에 활성화되거나, (iii) 미리 설정된 조건에 따라 어느 하나가 선택적으로 활성화되는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서는,
    출력 신호의 세기의 변화가 없는 경우 비활성화되어 광을 조사하지 않는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서는,
    광을 조사한 이후에 일정시간이 경과되면 비활성화되어 광을 조사하지 않는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  7. 특정 생체분자를 포함하는 용액과 표면 플라즈몬 공명 센서의 접촉을 차단하는 광분해성막;
    상기 광분해성막에 광을 조사하는 적어도 하나의 표면 플라즈몬 공명 센서들;
    을 포함하고,
    상기 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 조사된 광에 의해 광분해성막이 분해되는 경우, 상기 광분해성막이 분해된 영역으로 침투된 용액이 상기 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉하여 공명 반응하며,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서의 광 섬유의 끝 부분에 나노 구조물이 배치되는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 광 섬유의 끝 부분에 배치된 미세 탐침의 특정 영역에 나노 구조물이 배치되고,
    상기 나노 구조물은, 나노 사이즈의 간격을 유지하는 전도층 사이에 절연층이 위치하고,
    상기 특정 영역은, 상기 광 섬유의 끝 부분에서 일정 거리만큼 이격된 위치에 존재하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 나노 사이즈의 두께를 가지는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 나노 구조물은, 상기 광섬유의 코어층의 끝 부분에 배치된 미세 탐침의 특정 영역에 위치하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서는,
    상기 광 분해막에 대해 특정 배열로 배치되어, 선택적으로 또는 순차적으로 활성화되어 광 분해막에 광을 조사하는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서의 나노 구조물은, 상기 용액에 포함된 특정 생체분자와 특이 결합할 수 있는 수용체가 흡착될 수 있는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서는,
    출력 신호의 세기의 변화가 없는 경우 비활성화되어 광을 조사하지 않는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서는,
    광을 조사한 이후에 일정시간이 경과되면 비활성화되어 광을 조사하지 않는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
  15. 특정 생체분자를 포함하는 용액과 표면 플라즈몬 공명 센서의 접촉을 차단하는 광분해성막;
    상기 광분해성막에 광을 조사하는 적어도 하나의 표면 플라즈몬 공명 센서들;
    을 포함하고,
    상기 활성화된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 조사된 광에 의해 광분해성막이 분해되는 경우, 상기 광분해성막이 분해된 영역으로 침투된 용액이 상기 표면 플라즈몬 공명 센서와 접촉하여 공명 반응하며,
    상기 표면 플라즈몬 공명 센서의 광 섬유의 끝 부분에 나노 입자가 배치되는 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용한 연속 측정 장치.
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