KR20210020578A - 바이오 센서 - Google Patents

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KR20210020578A
KR20210020578A KR1020190100193A KR20190100193A KR20210020578A KR 20210020578 A KR20210020578 A KR 20210020578A KR 1020190100193 A KR1020190100193 A KR 1020190100193A KR 20190100193 A KR20190100193 A KR 20190100193A KR 20210020578 A KR20210020578 A KR 20210020578A
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권혜림
유민수
천승환
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예들의 바이오 센서는 기판, 기판 상에 배치되며 반응 전극 및 반응 전극에 연결된 배선을 포함하는 센싱 전극층, 기판 및 센싱 전극층을 부분적으로 커버하며 반응 전극을 노출시키는 개구부를 및 개구부와 연통되며 외부로 연결된 시료 전달 유로가 형성된 스페이서 층 및 스페이서 층을 덮는 보호 커버를 포함한다. 바이오 센서의 시료 요구량이 감소되고, 센싱 신뢰도가 향상될 수 있다.

Description

바이오 센서{BIO SENSOR}
본 발명은 바이오 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 감지 대상 물질의 농도를 검출할 수 있는 바이오 센서에 관한 것이다.
인간의 평균 수명이 증가함에 따라, 헬스 케어 산업이 급속히 팽창하고 있다. 특히, 여러 가지 생체 신호들을 어디서든 편리하게 측정할 수 있는 휴대 가능한 소형 바이오 센서에 대한 요구가 점차 증가하고 있다.
종래의 바이오 센서는 체액(땀, 눈물, 혈액 등)에 포함된 화학종들과 반응하는 효소를 사용한다. 상기 효소가 상기 화학종과 반응하여 전류가 발생하면, 이를 측정하여 해당 화학종의 농도를 측정한다.
바이오 센서에 대한 대부분의 연구들은 예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-1107506호에 개시된 바와 같이, 글루코스의 글루코노락톤 (gluconolactone)으로의 산화를 촉진하는 글루코스 산화 효소(glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소 효소와 같은 효소의 고정에 기반을 두고 있다.
바이오 센서를 구동하려면 센서 전극에 소정량의 시료를 공급하여야 한다. 센서의 최소 시료 요구량이 많을 수록, 해당 량의 시료(예를 들면, 땀 또는 혈액)를 확보하기 어렵다.
대한민국 등록특허공보 제10-1107506호
본 발명의 일 과제는 편의성 및 센싱 성능이 향상된 바이오 센서를 제공하는 것이다.
1. 기판; 상기 기판 상에 배치되며 반응 전극 및 상기 반응 전극에 연결된 배선을 포함하는 센싱 전극층; 상기 기판 및 센싱 전극층을 부분적으로 커버하며 상기 반응 전극을 노출시키는 개구부 및 상기 개구부와 연통되며 외부로 연결된 시료 전달 유로가 형성된 스페이서 층; 및 상기 스페이서 층을 덮는 보호 커버를 포함하는, 바이오 센서.
2. 위 1에 있어서, 상기 시료 전달 유로는 상기 바이오 센서의 길이 방향으로 상기 스페이서 층을 가로지르며 상기 개구부와 연결되며, 상기 개구부는 평면 방향에서 상기 반응 전극을 전부 포함하도록 확장된, 바이오 센서.
3. 위 1에 있어서, 상기 반응 전극은 갭을 사이에 두고 서로 마주보며 이격되도록 배치된 작업 전극 및 기준 전극을 포함하는, 바이오 센서.
4. 위 3에 있어서, 상기 시료 전달 유로로부터의 가상의 연장선은 평면 방향에서 상기 작업 전극 및 상기 기준 전극 사이의 갭 내에 위치하는, 바이오 센서.
5. 위 3에 있어서, 상기 시료 전달 유로로부터의 가상의 연장선은 평면 방향에서 상기 작업 전극, 상기 기준 전극 및 상기 갭을 포함하는 영역과 어긋나게 배치되는, 바이오 센서.
6. 위 1에 있어서, 상기 기판의 상면, 상기 스페이서 층의 상기 개구부의 내벽 및 상기 보호 커버의 내부면에 의해 상기 반응 전극이 수용되는 반응 챔버가 정의되는, 바이오 센서.
7. 위 6에 있어서, 상기 바이오 센서의 측면으로 상기 반응 챔버를 개방시키는 통기부를 더 포함하는, 바이오 센서.
8. 위 7에 있어서, 상기 통기부의 폭은 50 내지 5000㎛인, 바이오 센서.
9. 위 7에 있어서, 상기 통기부는 상기 바이오 센서의 측면 시료 전달 유로로 제공되는, 시료 전달 유로, 바이오 센서.
10. 위 1에 있어서, 상기 보호 커버의 수접촉각은 50° 이하인, 바이오 센서.
11. 위 1에 있어서, 상기 시료 전달 유로의 폭은 50 내지 3000㎛ 인, 바이오 센서.
12. 위 1에 있어서, 상기 스페이서 층의 두께는 30 내지 500㎛인, 바이오 센서.
13. 위 1에 있어서, 상기 반응 전극은 작업 전극 및 기준 전극을 포함하는, 바이오 센서.
14. 위 13에 있어서, 상기 작업 전극은, 상기 기판 상에 배치된 도전층; 상기 도전층 상에 배치된 전자 수송층; 및 상기 전자 수송층 상에 배치된 효소 반응층을 포함하는, 바이오 센서.
15. 위 14에 있어서, 상기 효소 반응층은 글루코스 산화 효소, 콜레스테롤 산화 효소, 락테이트 산화 효소, 아스코빅산 산화 효소 및 알코올 산화 효소 중 적어도 하나의 산화 효소 또는 글루코스 탈수소 효소, 글루탐산 탈수소 효소, 락테이트 탈수소 효소 및 알코올 탈수소 효소 중 적어도 하나의 탈수소 효소를 포함하는, 바이오 센서.
16. 위 14에 있어서, 상기 전자 수송층은 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하는, 바이오 센서.
17. 위 14에 있어서, 상기 도전층은 금속층 및 금속 보호층을 포함하는, 바이오 센서.
18. 위 17에 있어서, 상기 금속층은 Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속 보호층은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함하는, 바이오 센서.
19. 위 14에 있어서, 상기 작업 전극은 상기 효소 반응층 상에 배치된 필터층을 더 포함하는, 바이오 센서.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 센싱 전극층과 보호 커버 사이에 개구부를 포함하는 스페이서 층이 개재되어 센싱 전극층의 반응 전극이 위치한 영역에 반응 챔버가 형성된다. 반응 챔버는 시료 전달 유로를 통해 외부와 연통된다. 시료 전달 유로를 통해 반응 챔버로 시료를 주입함으로써, 시료를 반응 전극에 균일하게 공급할 수 있다. 따라서, 소량의 시료로 바이오 센서를 구동할 수 있으며, 반응 챔버에 공급되는 시료의 양을 조절할 수 있어, 측정 편차를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 반응 챔버의 측부에 통기부가 형성될 수 있다. 상기 통기부를 통해 반응 챔버로부터 공기가 빠져나갈 수 있다. 이 경우, 시료 전달 유로 내부에서의 모세관 현상에 의한 시료 공급이 용이해질 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 센싱 전극층의 개략적인 평면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반응 전극의 개략적인 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 예시적인 실시예들에 따른 스페이서 층의 디자인을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반응 전극을 나타내는 개략적인 평면도이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 기판 상에 반응 전극을 포함하는 센싱 전극층, 센싱 전극층을 커버하며 반응 전극을 노출시키는 개구부 및 개구부와 연결된 시료 전달 유로를 포함하는 스페이서 층 및 스페이서 층을 덮는 보호 커버 포함하는 바이오 센서를 제공한다. 바이오 센서의 시료 요구량이 감소되고, 센싱 신뢰도가 향상될 수 있다.
본 명세서에서 '제1 방향'은 바이오 센서의 길이 방향(예를 들면, 센싱 전극층의 배선이 연장된 방향)을 의미할 수 있다. '제2 방향'은 바이오 센서의 폭 방향(예를 들면, 작업 전극 및 기준 전극이 마주보는 방향)을 의미할 수 있다. '제3 방향'은 바이오 센서의 두께(높이) 방향을 의미할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서는 기판(100), 센싱 전극층(110), 스페이서 층(120), 보호 커버(130) 및 시료 전달 유로(126)를 포함한다.
기판(100)은 센싱 전극층(110)이 배치되는 기재층으로 제공된다.
예를 들어, 기판(100)은 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름일 수 있으며, 구체적인 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다.
기판(100)의 두께는 적절히 결정될 수 있지만, 강도, 취급성, 작업성, 박층성 등을 고려하여, 1 내지 500㎛일 수 있다. 1 내지 300㎛가 바람직하고, 5 내지 200㎛가 보다 바람직하다.
예를 들면, 상기 기재 필름에는 1종 이상의 첨가제가 함유될 수 있다. 첨가제로는, 예컨대 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기재 필름은 필름의 일면 또는 양면에 하드코팅층, 반사방지층, 가스 배리어층과 같은 다양한 기능성층을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기재 필름은 표면 처리될 수 있다. 예를 들면, 표면 처리는 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 프라이머(primer) 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리를 포함할 수 있다.
센싱 전극층(110)은 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 센싱 전극층(110)은 반응 전극(112) 및 배선(114)을 포함할 수 있다. 반응 전극(112)은 바이오 센서의 검출 반응(예를 들면, 산화-환원 반응)이 일어나는 전극으로 제공되며, 배선(114)은 반응 전극(112)에 연결될 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 센싱 전극층의 개략적인 평면도이다.
도 2를 참고하면, 반응 전극(112)은 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)을 포함할 수 있다. 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)은 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)은 기판(100)의 평면 상에서 서로 마주보며 이격될 수 있다. 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)이 이격된 공간은 갭(330)을 정의할 수 있다. 예를 들면, 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)은 좌우로 마주보고 배치될 수 있다.
작업 전극(310) 및 기준 전극(320)의 사이에 시료를 공급할 경우, 상기 시료가 작업 전극(310) 및 기준 전극(320) 사이에서 전자/정공 및 산화-환원 물질의 이동을 매개할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 “반응 전극의 전체 폭”은 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)의 가장 멀리 떨어진 두 지점 사이의 거리를 의미할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 반응 전극(112)의 전체 폭은 0.3 내지 5mm일 수 있다. 상기 전체 폭이 0.3mm 미만일 경우, 감지 대상 물질 측정 시 발생하는 전기신호(전류)의 양이 감소하여 바이오 센서의 감도, 측정 속도 및/또는 최대 측정 농도가 감소할 수 있다. 상기 전체 폭이 5mm 초과일 경우, 바이오 센서의 구동에 필요한 최소 시료 양이 증가할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 바이오 센서의 최소 시료 요구량은 0.1 내지 5㎕일 수 있다. 예를 들면, 반응 전극(112)의 전체 폭이 0.3 내지 5mm일 경우, 약 5㎕ 이하의 시료로 상기 바이오 센서를 구동할 수 있다.
스페이서 층(120)은 기판(100) 및 센싱 전극층(110)을 적어도 부분적으로 커버할 수 있다. 스페이서 층(120)은 센싱 전극층(110)이 형성된 기판(100)의 상면과 보호 커버(130)의 저면 사이에 배치될 수 있다.
스페이서 층(120)은 센싱 전극층(110)의 반응 전극(112)을 덮지 않을 수 있다. 스페이서 층(120)은 반응 전극(112)을 노출시키는 개구부(122)를 포함할 수 있다.
개구부(122)는 스페이서 층(120)의 일 측면까지 확장될 수 있다. 예를 들면, 개구부(122)는 상기 제2 방향(스페이서 층의 폭 방향)으로 확장될 수 있다. 개구부(122)는 평면 방향에서 반응 전극(112)을 전부 포함할 수 있다. 이 경우, 반응 전극(112)은 스페이서 층(120)에 커버되지 않고 노출될 수 있다.
예를 들면, 기판(100)의 상면, 스페이서 층(120)의 개구부(122)의 내벽 및 보호 커버(130)의 내부면이 반응 챔버(124)를 정의할 수 있다.
반응 전극(112)은 반응 챔버(124) 내에 수용될 수 있다. 시료가 공급되는 공간을 반응 챔버(124)의 내부 공간으로 제한함으로써, 소량의 시료가 공급되더라도 반응 전극(112)과 실질적으로 균일하게 접촉될 수 있다. 또한, 반복 측정 시 반응 챔버(124)의 설계된 부피에 따라 반응 전극(112)에 일정한 양의 시료가 공급되도록 할 수 있다. 따라서, 바이오 센서의 최소 시료 요구량이 감소하고 센싱 신뢰도가 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 반응 챔버(124)의 통기부(128) 맞은 편 내벽은 반응 전극(112)의 측면과 실질적으로 동일한 프로파일을 가질 수 있다. 상기 내벽은 반응 전극(112)의 측면 프로파일이 소정 양으로 확대된 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 반응 전극(112)의 측면 프로파일이 반원형일 경우, 상기 내벽의 프로파일도 반원형일 수 있다. 이 경우, 적은 양의 시료를 이용하여 반응 챔버(124)의 반응 전극(112)이 위치한 영역을 효과적으로 채울 수 있다.
스페이서 층(120)은 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 고무계 수지, 실리콘계 수지 등을 포함할 수 있다. 또한, 스페이서 층(120)은 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 고무계 수지, 실리콘계 수지 등을 포함하는 점착제로 형성될 수 있으며, 광학 투명 점접착제(OCR)를 포함할 수 있다.
스페이서 층(120)은 시료 전달 유로(126)를 포함할 수 있다. 시료 전달 유로(126)는 개구부(122)와 연결될 수 있다. 시료 전달 유로(126)는 시료가 공급되는 통로로 제공될 수 있다. 시료 전달 유로(126)는 모세관 현상을 통해 시료를 이동시킬 수 있다. 따라서, 소량의 시료를 개구부(122) 및 개구부(122) 내부에 위치하는 반응 전극(112)에 효과적으로 공급할 수 있다. 또한, 시료의 공급 속도를 적절한 수준으로 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 시료 전달 유로(126)는 상기 제1 방향(바이오 센서의 길이 방향)으로 스페이서 층(120)을 가로지르며 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 시료 전달 유로(126)의 폭은 50 내지 3000㎛일 수 있다. 상기 폭이 50㎛ 미만일 경우, 시료가 시료 전달 유로(126)를 통과하지 못할 수 있다. 상기 폭이 3000㎛ 초과일 경우, 시료 전달 유로(126)에서의 모세관 현상이 실질적으로 일어나지 않을 수 있으며, 시료의 공급 속도를 조절하는 것이 불가능할 수 있다. 따라서, 정량의 시료를 공급하지 못할 수 있다. 바람직하게는, 시료 전달 유로(126)의 폭은 500 내지 2000㎛일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 시료 전달 유로(126)로부터의 가상의 연장선은 평면 방향에서 작업 전극(310) 및 기준 전극(320) 사이의 갭(330) 내에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 바이오 센서에 주입된 시료가 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)에 실질적으로 균일하게 전달될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 시료 전달 유로(126)는 반응 전극(112)의 중심 라인과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “반응 전극의 중심 라인”은 반응 전극(112)의 폭의 중심을 지나면서 상기 제1 방향(센싱 전극층의 연장 방향)으로 연장되는 선을 의미할 수 있다.
이 경우, 반응 전극(112)의 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)의 사이에 시료가 실질적으로 효율적으로 공급될 수 있으며, 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)에 시료가 실질적으로 균일하게 공급될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 시료 전달 유로(126)의 높이는 스페이서 층(120)의 두께 또는 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들면, 스페이서 층(120)을 소정 폭으로 제거한 영역이 시료 전달 유로(126)로 제공될 수 있다. 이 경우, 시료 전달 유로(126)가 충분한 높이를 확보하여 시료의 이동이 촉진될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 스페이서 층(120)의 두께는 30 내지 500㎛일 수 있다. 스페이서 층(120)의 두께가 30㎛ 미만일 경우, 시료 전달 유로(126)의 높이가 불충분하여 시료의 이동이 불가능할 수 있다. 또한, 반응 챔버(124)의 내부 공간이 감소하여 반응 전극(112)에 바이오 센서의 구동에 필요한 최소량의 시료가 공급되지 못할 수 있다. 스페이서 층(120)의 두께가 500㎛ 초과일 경우, 시료 전달 유로(126)에서 모세관 현상이 일어나지 않을 수 있으며, 시료 공급 양 및 속도를 제어하지 못할 수 있다. 또한, 반응 챔버(124)의 내부 공간이 증가하여 반응 전극(112)을 덮는데 필요한 시료의 양이 증가할 수 있다. 바람직하게는, 스페이서 층(120)의 두께는 50 내지 300㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 150 내지 300㎛일 수 있다.
보호 커버(130)는 센싱 전극층(110) 및 스페이서 층(120)을 적어도 부분적으로 커버할 수 있다. 예를 들면, 보호 커버(130)는 센싱 전극층(110)의 상면을 덮을 수 있다. 따라서, 센싱 전극층(110)의 오염을 방지할 수 있으며, 시료 외의 타 성분에 의한 센싱 신뢰도 저하를 방지할 수 있다.
예를 들면, 보호 커버(130)의 측벽의 내부면은 스페이서 층(120)의 일부 측면(예를 들면, 스페이서 층의 3개 측면)과 맞닿을 수 있다. 이 경우, 스페이서 층(120)의 개구부(122) 내벽면은 보호 커버(130)의 측벽의 내부면과 이격될 수 있다.
보호 커버(130)의 내부면, 스페이서 층(120) 및 기판(100)으로 둘러싸인 공간은 반응 챔버(124)를 정의할 수 있으며, 반응 전극(112)이 반응 챔버(124) 내에 위치할 수 있다. 이 경우, 반응 챔버(124)에 시료를 정량 공급할 수 있으며, 소량의 시료로도 반응 전극(112)을 커버할 수 있다. 따라서, 상기 바이오 센서의 시료 요구량이 감소되고, 센싱 신뢰도가 향상될 수 있다.
스페이서 층(120)에 형성된 시료 전달 유로(126)는 보호 커버(130)의 측벽을 관통하여 연장될 수 있다. 예를 들면, 보호 커버(130)는 시료 전달 유로(126)가 연장되는 방향에 주입구(134)를 포함할 수 있다. 따라서, 시료 전달 유로(126)는 보호 커버(130)외부로부터 반응 챔버(124) 내부로 연통될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 보호 커버(130)는 필름 형태로 스페이서 층(120) 및 센싱 전극층(110)을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 보호 커버(130)는 스페이서 층(120)의 상면을 전체적으로 덮을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 보호 커버(130)의 폭(상기 제2 방향으로의 길이)은 스페이서 층(120)과 동일할 수 있다. 따라서, 보호 커버(130)와 스페이서 층(120)이 폭 방향의 중심선을 기준으로 정렬될 경우, 스페이서 층(120)의 개구부(122)는 상기 바이오 센서의 측면(예를 들면, 상기 제2 방향)으로 개방될 수 있다. 개구부(122)의 개방된 부분은 통기부(128)로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 보호 커버(130)의 일 변은 스페이서 층(120)의 전달 유로(126)가 형성된 변에 정렬될 수 있다. 따라서, 전달 유로(126)는 상기 바이오 센서의 일 측면으로 개방될 수 있다. 예를 들면, 전달 유로(126)는 상기 제1 방향으로 개방될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 보호 커버(130) 센싱 전극층(110)의 적어도 일부를 덮지 않을 수 있다. 예를 들면, 보호 커버(130)는 센싱 전극층(110)의 배선(114)의 적어도 일부를 덮지 않을 수 있다. 이 경우, 노출된 배선(114)을 구동 회로 칩에 연결할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 보호 커버(130)의 크기는 스페이서 층(120) 보다 클 수 있다. 이 경우, 스페이서 층(120)과 중첩되지 않는 부분은 스페이서 층(120)의 둘레를 따라 접히면서 스페이서 층(120)의 측면을 덮을 수 있다. 스페이서 층(120)의 측면을 덮는 부분은 보호 커버(130)의 측벽으로 제공될 수 있다.
예를 들면, 상기 측벽은 스페이서 층(120)의 전달 유로(126)와 연통된 제1 홀 및/또는 개구부(122)와 연통된 제2 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀에 의해 전달 유로(126) 및 개구부(122)가 외부와 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 보호 커버(130)는 기판(100)과 접합될 수 있다. 예를 들면, 보호 커버(130)의 상기 측벽의 저면이 기판(100)의 상면과 접합될 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 보호 커버(130)의 내부로 삽입될 수 있으며, 기판(100)의 측면이 보호 커버(130) 측벽의 내부면과 접합될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 기판(100)의 저면 상에 하부 보호 커버(미도시)가 배치될 수 있으며, 보호 커버(130)와 상기 하부 보호 커버가 접합될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 통기부(128)는 반응 챔버(124)와 연통될 수 있다. 통기부(128)는 반응 챔버(124) 내부의 공기가 배출되는 통로로 제공될 수 있다. 예를 들면, 시료와 함께 주입된 공기가 반응 챔버(124) 내부의 압력을 증가시킬 경우, 시료 전달 유로(126)에서의 모세관 현상에 의한 시료의 이동성이 감소할 수 있다. 통기부(128)에 의해 반응 챔버(124) 내부의 공기가 배출될 경우, 시료 전달 유로(126)를 통해 시료가 원활히 공급될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 통기부(128)의 폭은 50 내지 5000㎛일 수 있다. 상기 폭이 50㎛ 미만일 경우, 반응 챔버(124)로부터의 공기 배출이 불충분할 수 있다. 상기 폭이 5000㎛ 초과일 경우, 시료 외의 물질이 통기부(128)를 통해 반응 챔버(124)로 주입될 수 있다. 바람직하게는, 통기부(128)의 폭은 2000 내지 4000㎛일 수 있다.
예를 들면, 통기부(128)는 반응 챔버(124)로부터 상기 제2 방향(바이오 센서의 폭 방향)으로 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 보호 커버(130)의 수접촉각은 50° 이하일 수 있다. 보호 커버(130)의 수접촉각이 50° 초과일 경우, 혈액, 땀 등의 시료가 보호 커버(130)의 상기 주입구를 충분한 속도로 통과하지 못할 수 있다. 또한, 보호 커버(130)의 내부면이 시료 전달 유로(126)의 상면으로 제공되는 바, 상기 시료가 시료 전달 유로(126)를 통과하지 못할 수 있다. 예를 들면, 보호 커버(130)를 코로나 처리, 플라즈마 처리 등의 표면 처리하여 상기 수접촉각 범위를 구현할 수 있다.
보호 커버(130)는 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름 일 수 있으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 바이오 센서는 복수 개의 센싱 전극층(110)들을 포함할 수 있다. 센싱 전극층(110)들은 각각 상이한 감지 대상 물질들을 감지하거나, 동일한 감지 대상 물질들을 감지할 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반응 전극의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참고하면, 반응 전극(112)은 기판(100) 상에 배치된 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)을 포함할 수 있다.
작업 전극(310)은 도전층(312), 전자 수송층(314) 및 효소 반응층(316)을 포함할 수 있다. 또한, 필터층(318)을 더 포함할 수 있다. 도전층(312)은 금속층(312a) 및 금속 보호층(312b)을 포함할 수 있다. 기준 전극(320)은 제2 도전층(322) 및 기준 물질층(324)을 포함할 수 있다.
작업 전극(310)에서는 감지 대상 물질(측정 대상 물질)의 산화-환원 반응이 일어날 수 있다. 작업 전극(310)은 시료에 포함된 상기 감지 대상 물질이 반응하여 발생된 전기적 신호를 감지할 수 있다. 시료는 땀, 체액, 눈물, 혈액 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예를 들면, 상기 감지 대상 물질은 글루코스 또는 젖산(락테이트)을 포함할 수 있다.
도전층(312)은 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 도전층(312)은 감지 대상 물질의 산화-환원 반응에서 발생한 전자 또는 정공이 전달되는 통로로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 도전층(312)은 금속층(312a) 및 금속 보호층(312b)을 포함할 수 있다.
금속 보호층(312b)은 금속층(312a)의 상면을 전체적으로 덮을 수 있다. 예를 들면, 금속 보호층(312b)은 금속층(312a)과 직접 접촉할 수 있다. 금속 보호층(312b)은 산화-환원 반응으로 인해 금속층(312a)이 산화-환원되는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 금속층(312a)은 Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, APC(Ag-Pd-Cu) 합금이 사용될 수 있다. 금속층(312a)은 Au, Ag, APC 합금 및 Pt 중 적어도 하나만으로 형성될 수도 있다. 상기 Au, Ag, APC 합금 및 Pt는 도전층(312)의 전기 전도성을 향상시키고 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 바이오 센서의 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 금속 보호층(312b)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 보호층(312b)은 ITO 또는 IZO만으로 형성될 수 있다. ITO 및 IZO는 전기 전도성을 가지면서도 화학적으로 안정하여 금속층(312a)을 산화-환원 반응으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
예를 들면, 금속 보호층(312b)은 금속층(312a)이 대기와 직접 접촉하는 것을 방지하여 금속층(312a)을 구성하는 금속 성분의 산화를 방지할 수 있다. 따라서, 금속층(312a)에 의해 감지되는 전기적 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
전자 수송층(314)은 도전층(312) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도전층(312)을 직접 덮을 수 있다.
전자 수송층(314)은 상기 산화-환원 반응에서 발생한 전자 또는 정공을 도전층(312)까지 전달하는 전자/정공의 이동 통로 제공될 수 있다.
전자 수송층(314)은 전자 수송 물질을 포함할 수 있다. 상기 전자 수송 물질은 예를 들면, 효소 반응층(316)에서 일어나는 감지 대상 물질의 산화-환원 반응에서 발생한 전자/정공을 수용하여 산화 또는 환원되는 물질을 포함할 수 있다. 상기 산화 또는 환원을 통해 전자/정공이 전달될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전자 수송 물질은 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함할 수 있다. 프러시안 블루는 헥사시아노철(II)산철(III)칼륨이 주성분인 청색 안료로서, 높은 산화성을 가질 수 있다. 프러시안 블루를 도전층(312) 상에 배치할 경우 작업 전극(310)의 전기적 감도를 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전자 수송층(314)은 카본 페이스트를 더 포함할 수 있다.
효소 반응층(316)은 전자 수송층(314) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 전자 수송층(314)의 상면에 직접 접촉할 수 있다.
효소 반응층(316)은 시료에 포함되어 있는 감지 대상 물질의 화학 반응이 일어나는 층으로 제공될 수 있다. 효소 반응층(316)은 감지 대상 물질과 반응하는 산화 효소 또는 탈수소 효소를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 산화 효소는 효소 반응층(316)은 글루코스 산화 효소(glucose oxidase), 콜레스테롤 산화 효소(cholesterol oxidase), 락테이트 산화 효소(lactate oxidase), 아스코빅산 산화 효소(ascorbic acid oxidase) 및 알코올 산화 효소(alcohol oxidase) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 탈수소 효소는 글루코스 탈수소 효소(glucose dehydrogenase), 글루탐산 탈수소 효소(glutamate dehydrogenase), 락테이트 탈수소 효소(lactate dehydronase) 및 알코올 탈수소 효소(alcohol dehydrogenase) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 글루코스, 콜레스테롤, 락테이트, 아스코빅산, 알코올 또는 글루탐산의 농도를 측정할 수 있다.
예를 들면, 상기 바이오 센서가 글루코스 센서일 경우, 효소 반응층(316)은 글루코스 산화효소(Glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소효소(Glucose dehydrogenase)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 산화 효소 또는 상기 탈수소 효소는 바인더를 통해 고정될 수 있다. 상기 바인더는 당분야에서 통상적으로 사용되는 바인더를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 키토산을 포함할 수 있다.
예를 들면, 시료를 상기 바이오 센서에 주입하면, 시료에 포함되어 있는 감지 대상 물질이 산화 효소 또는 탈수소 효소에 의하여 산화되고, 과산화수소가 형성될 수 있다. 상기 전자 수송 물질(예를 들면, 프러시안 블루)는 과산화수소를 환원시키고, 자신은 산화될 수 있다. 산화된 전자 수송 물질은 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화될 수 있다.
시료 내의 감지 대상 물질의 농도는 전자 수송 물질이 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 상기 전류량을 측정함으로써 감지 대상 물질의 농도를 측정할 수 있다.
필터층(318)은 효소 반응층(316) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 효소 반응층(316)의 상면에 직접 덮을 수 있다.
필터층(318)은 효소 반응층(316)을 외부의 물리력으로부터 보호할 수 있다. 또한, 효소 반응층(316)의 산화 효소 또는 탈수소 효소가 외부 환경에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
필터층(318)은 시료 중에서 감지 대상 물질만을 통과시킬 수 있다. 따라서, 효소 반응층(316)이 감지 대상 물질 외의 타 물질에 의해 변성, 손상되는 것을 방지할 수 있다.
필터층(318)은 감지 대상 물질을 통과시키는 것이라면, 당분야에서 통상적으로 사용되는 이온 교환막이 사용될 수 있다. 상기 이온 교환막은 퍼플루오로술폰산계 수지 등의 양이온 교환 수지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 이온 교환막은 나피온(Nafion)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 기판(100) 상에 도전층(312)을 형성하고, 도전층(312) 상에 전자 수송층(314)을 형성하고, 전자 수송층(314) 상에 효소 반응층(316)을 형성함으로써, 작업 전극(310)을 제조할 수 있다.
도전층(312)은 기판(100) 상에 Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 금속막을 형성한 후, 이를 패터닝(patterning)하여 형성될 수 있다.
상기 패터닝은 당분야에서 통상적으로 사용되는 패터닝 공법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 포토리소그래피(photolithography)를 사용할 수 있다.
도전층(312)이 금속 보호층(312b)을 더 포함할 경우, 금속층(312a)을 먼저 패터닝한 후 금속 보호층(312b)을 형성하거나, 상기 금속막 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 도전성 산화물막을 형성한 후, 상기 금속막과 도전성 산화물막을 함께 패터닝하여 금속층(312a) 및 금속 보호층(312b)을 함께 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전자 수송층(314)은 전자 수송 물질 및 카본 페이스트의 혼합물을 도전층(312) 상에 도포하여 형성될 수 있다.
상기 도포는 당분야에서 통상적으로 사용되는 도포법이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 각종 프린팅 방법이 사용될 수 있다.
효소 반응층(316)은 예를 들면, 상기 산화 효소 또는 상기 탈수소 효소를 바인더와 혼합한 조성물을 전자 수송층(314) 상에 도포한 후 건조하여 형성될 수 있다.
기준 전극(320)은 기판(100) 상에 작업 전극(310)과 좌우로 마주보고 배치될 수 있다. 기준 전극(320)과 작업 전극(310)은 전기적으로 분리될 수 있다. 기준 전극(320)은 산화-환원 반응의 상대 전극(counter electrode)로 제공될 수 있다.
기준 전극(320)은 측정 시 작업 전극(310)에서 측정되는 전류 값 또는 전위 값에 대한 기준치를 제공할 수 있다. 기준 전극(320)의 전위 값을 기준치로 하여 작업 전극(310)에서 일어나는 감지 대상 물질의 산화-환원 반응을 특정할 수 있다. 또한, 상기 전류 값의 기준치와 작업 전극(310)에서 측정되는 전류 값을 비교하여 순수하게 감지 대상 물질에 의해 변화한 전류 량을 계산할 수 있다. 따라서, 상기 전류량으로부터 감지 대상 물질의 농도를 도출할 수 있다.
기준 전극(320)의 제2 도전층(322)은 작업 전극(310)의 도전층(312)과 실질적으로 동일한 소재 및 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 도전층(322)은 금속층 및 금속 보호층의 적층체를 포함할 수 있다.
제2 도전층(322) 상에 전자 수송층(314) 대신 기준 물질층(324)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 기준 전극(320)은 기판(100) 상에 제2 도전층(322) 및 상기 기준 물질층(324)이 적층되어 형성될 수 있다.
기준 물질층(324)은 예를 들면, Ag/AgCl 페이스트(paste)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 배선(114)은 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)에 각각 연결될 수 있다. 작업 전극(310)에 연결된 배선과 기준 전극(320)에 연결된 배선은 서로 전기적으로 이격될 수 있다. 배선(114)들은 구동 집적 회로(IC) 칩에 연결될 수 있다.
예를 들면, 배선(114)은 작업 전극(310)의 금속층(312a) 및 기준 전극(320)의 제2 도전층(322)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 배선(114)은 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판(100) 상에 금속 막을 형성하고 이를 패터닝함으로써 센싱 전극층(110) 및 배선(114)을 함께 형성할 수 있다.
작업 전극(310) 및 기준 전극(320)으로부터 측정된 전기적 신호가 배선(114)을 통해 구동 IC 칩에 전달될 수 있으며, 구동 IC 칩은 측정 대상 성분의 농도를 계산할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 예시적인 실시예들에 따른 스페이서 층의 디자인을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4 내지 도 8을 참고하면, 스페이서 층(120)의 개구부(122) 및 시료 전달 유로(126)의 위치 및 크기는 변경될 수 있다.
도 4 및 도 6을 참고하면, 개구부(122) 및 반응 챔버(124)의 상기 제2 방향으로의 길이는 스페이서 층(120)의 폭과 동일할 수 있다. 예를 들면, 개구부(122) 및 반응 챔버(124)는 스페이서 층(120)을 상기 폭 방향(상기 제2 방향)으로 관통할 수 있다. 이 경우, 반응 챔버(124)의 양 측부에 각각 제1 통기부(128) 및 제2 통기부가 형성될 수 있다.
도 4를 참고하면, 개구부(122) 및 반응 챔버(124)의 내벽은 직선으로 연장될 수 있다. 이 경우, 양 측부에 형성된 제1 통기부(128) 및 제2 통기부(129)는 크기(폭)가 동일할 수 있다.
도 5를 참고하면, 개구부(122) 및 반응 챔버(124)의 내벽은 상기 제2 방향으로 갈수록 좁아지는 프로파일을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 통기부(128)와 제2 통기부(129)의 크기(폭)가 상이할 수 있다.
도 6을 참고하면, 개구부(122) 및 반응 챔버(124)는 굴곡 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들면, 개구부(122) 및 반응 챔버(124)는 2회 굴곡될 수 있으며, 양 측부에 제1 통기부(128) 및 제2 통기부(129)가 각각 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 통기부(128) 및 제2 통기부(129)는 서로 어긋난 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 통기부(128) 및 제2 통기부(129)는 상기 제2 방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 통기부(128)는 상기 바이오 센서의 측면 시료 전달 유로로 제공될 수 있다. 이 경우, 통기부(128)를 통해 시료의 공급과 반응 챔버(124) 내부 공기의 배출이 함께 수행될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 시료 전달 유로(126)로부터의 가상의 연장선은 평면 방향에서 작업 전극(310), 기준 전극(320) 및 갭(330)을 포함하는 영역과 어긋나게 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 시료 전달 유로(126)는 반응 전극(112)의 중심 라인과 평행 이동되어 배치될 수 있다.
예를 들면, 반응 챔버(124)의 일 측벽(예를 들면, 통기부(128)가 형성된 벽의 반대 벽)부터 반응 시료가 채워지도록 하여, 시료와 함께 주입되는 공기를 용이하게 배출할 수 있다. 따라서, 시료의 공급 시 기포가 발생하지 않아, 센싱 신뢰도가 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 센싱 전극층(110)은 보조 센서(116)를 더 포함할 수 있다. 보조 센서(116)는 열감지 센서, pH 센서 및/또는 습도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 보조 센서(116)는 온도, pH 및/또는 습도를 측정하여, 바이오 센서의 측정 오차를 정정할 수 있다.
보조 센서(116)는 개구부(122) 및 반응 챔버(124) 내부에 배치될 수 있다. 센싱 전극층(110)은 보조 센서 배선(118)을 더 포함할 수 있으며, 보조 센서 배선(118)은 보조 센서(116)와 전기적으로 연결될 수 있다. 보조 센서 배선(118)은 배선(114)과 동일한 소재를 포함할 수 있다.
예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 바이오 센서가 보조 센서(116)를 포함할 경우, 시료 전달 유로(126)는 보조 센서(116) 측으로 옮겨질 수 있다. 이 경우, 소량의 시료가 사용되더라도, 보조 센서(116) 및 반응 전극(112)에 시료가 효과적으로 분배될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 시료 전달 유로(126)는 통기부(128)와 일체화될 수 있다. 따라서, 상기 바이오 센서에서 제1 방향으로 연장되는 시료 전달 유로(126)가 생략될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 별도의 시료 전달 유로(126)를 포함하지 않고, 반응 챔버(124)의 측면으로 연통되는 통기부(128)를 통해 시료가 주입될 수도 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반응 전극의 형상을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 9를 참고하면, 반응 전극(112)의 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)의 마주보는 면은 톱니 형상을 가질 수 있다.
작업 전극(310)은 제1 대향면(213)을 포함할 수 있으며, 제1 대향면(213)은 제1 볼록부(213a) 및 제1 오목부(213b)를 포함할 수 있다. 기준 전극(320)은 제2 대향면(223)을 포함할 수 있으며, 제2 대향면(223)은 제2 오목부(223a) 및 제2 볼록부(223b)를 포함할 수 있다. 제1 볼록부(213a), 제1 오목부(213b), 제2 오목부(223a) 및 제2 볼록부(223b)는 첨단부를 포함할 수 있다. 제1 볼록부(213a) 및 제1 오목부(213b)는 톱니 형상을 형성할 수 있다. 또한, 제2 오목부(223a) 및 제2 볼록부(223b)는 톱니 형상을 형성할 수 있다. 이 경우, 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)이 마주보는 면적이 증가하여 상기 바이오 센서의 센싱 성능이 향상될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 볼록부(213a)는 제2 오목부(223a)와 마주보고 배치되고, 제1 오목부(213b)는 제2 볼록부(223b)와 마주보고 배치될 수 있다. 따라서, 오목-볼록 형상이 짝을 이룸으로써, 센서의 단위 크기 당 마주보는 면적이 증가할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 볼록부의 형상 및 상기 오목부의 형상은 상보 관계일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “상보 관계”는 두 형상을 붙였을 때, 실질적으로 빈 공간 없이 일체화되는 것을 의미하나, 소정의 공차를 포함하는 경우를 포괄할 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 작업 전극(310) 및 기준 전극(320)을 이어 붙일 경우, 일체화된 원 또는 타원이 형성될 수 있다. 상기 상보 관계를 만족할 경우, 센서의 단위 크기 당 마주보는 면적이 증가할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
제조예 1: 스페이서 층의 제조
질소가스가 환류되고 냉각장치가 설치된 1L의 반응기에 에틸 헥실 아크릴레이트, 에틸 헥실 메타크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트로 이루어진 단량체 혼합물을 투입하였다. 산소를 제거하기 위하여 질소가스로 1시간 동안 퍼징한 후, 80℃로 유지하였다. 상기 단량체 혼합물을 균일하게 혼합하고, 상기 단량체 혼합물 총 100 중량부 기준 광개시제로 1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤을 0.5중량부 투입하였다. 이후 교반시키며, UV램프(10mW)를 조사하여 전환율 25%의 (메타)아크릴레이트 시럽을 제조하였다.
상기 제조된 (메타)아크릴레이트 시럽 100중량부에 광중합 개시제로서 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐 포스핀 옥사이드를 투입하고 교반 및 탈포하였다. 탈포된 시럽을 이형필름 상에 도포하여 하기 표 1의 두께로 예비 도막을 형성하고 상기 예비 도막 상에 추가 이형필름을 접합하여 UV를 통해 점착 시트를 제조하였다.
실시예 1 내지 5
기판 상에 약 2000Å 두께의 APC 금속층과 약 500Å 두께의 IZO 금속 보호층, 약 10㎛ 두께의 카본 페이스트 전극층(프러시안블루 3wt% 포함) 및 글루코스 산화효소가 키토산으로 고정된 효소 반응층을 순서대로 적층하여 작업 전극을 형성하였다.
기판 상에 작업 전극과 이격하여 Ag/AgCl 기준 전극을 형성하였다.
제조예 1의 점착시트를 레이저 또는 타발하여 도 2 내지 도 8의 디자인에 따라 개구부를 형성하고, 한쪽 면의 이형 필름을 벗긴 후 코로나 처리를 한 188㎛ PET와 접합하였다. 반대 면의 이형필름을 벗기고 점착면에 코로나 처리를 한 후, 작업 전극 및 기준 전극이 개구부 내부 영역에 배치되도록 정렬하여 기판과 접합하였다.
비교예 1 및 2
기판 상에 실시예 1과 동일한 작업 전극 및 기준 전극을 형성하고, 점착 시트 및 PET 필름을 부착하지 않은 비교예의 바이오 센서를 준비하였다.
실험예
실시예 및 비교예들의 바이오 센서에 하기 표 1에 기재된 양의 0.5mM 의 Glucose 표준용액을 주입하여 농도를 측정하였다.
5회 측정에 대한 표준 편차를 평균으로 나누어 상대표준편차(RSD)를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.
　 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 비교예1 비교예2
디자인 도 2 도 4 도 5 도 6 도 7 도 7 도8 - -
점착층 두께
[㎛]		 150 150 150 150 150 300 150 - -
시료량
[㎕]		 2.1 2.6 2.5 3.1 2.3 2.3 1.8 20 30
%RSD 5.2 4.9 4.8 4.9 5.1 4.7 5.0 15 13.2
표 1을 참고하면, 실시예들의 바이오 센서는 적은 시료량으로도 효과적으로 구동되었으며, 상대표준편차가 작은 것이 확인되었다.
100: 기판
110: 센싱 전극층 112: 반응 전극
114: 배선
120: 스페이서 층 122: 개구부
124: 반응 챔버 126: 시료 전달 유로
128: 통기부 130: 보호 커버
310: 작업 전극
312: 도전층 314: 전자 수송층
316: 효소 반응층 318: 필터층
320: 기준 전극
322: 제2 도전층 324: 기준 물질층
330: 갭

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며 반응 전극 및 상기 반응 전극에 연결된 배선을 포함하는 센싱 전극층;
    상기 기판 및 센싱 전극층을 부분적으로 커버하며 상기 반응 전극을 노출시키는 개구부 및 상기 개구부와 연통되며 외부로 연결된 시료 전달 유로가 형성된 스페이서 층; 및
    상기 스페이서 층을 덮는 보호 커버를 포함하는, 바이오 센서.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 시료 전달 유로는 상기 바이오 센서의 길이 방향으로 상기 스페이서 층을 가로지르며 상기 개구부와 연결되며,
    상기 개구부는 평면 방향에서 상기 반응 전극을 전부 포함하도록 확장된, 바이오 센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 전극은 갭을 사이에 두고 서로 마주보며 이격되도록 배치된 작업 전극 및 기준 전극을 포함하는, 바이오 센서.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 시료 전달 유로로부터의 가상의 연장선은 평면 방향에서 상기 작업 전극 및 상기 기준 전극 사이의 갭 내에 위치하는, 바이오 센서.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 시료 전달 유로로부터의 가상의 연장선은 평면 방향에서 상기 작업 전극, 상기 기준 전극 및 상기 갭을 포함하는 영역과 어긋나게 배치되는, 바이오 센서.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 기판의 상면, 상기 스페이서 층의 상기 개구부의 내벽 및 상기 보호 커버의 내부면에 의해 상기 반응 전극이 수용되는 반응 챔버가 정의되는, 바이오 센서.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 바이오 센서의 측면으로 상기 반응 챔버를 개방시키는 통기부를 더 포함하는, 바이오 센서.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 통기부의 폭은 50 내지 5000㎛인, 바이오 센서.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 통기부는 상기 바이오 센서의 측면 시료 전달 유로로 제공되는, 시료 전달 유로, 바이오 센서.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 보호 커버의 수접촉각은 50° 이하인, 바이오 센서.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 시료 전달 유로의 폭은 50 내지 3000㎛ 인, 바이오 센서.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 스페이서 층의 두께는 30 내지 500㎛인, 바이오 센서.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 전극은 작업 전극 및 기준 전극을 포함하는, 바이오 센서.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 작업 전극은,
    상기 기판 상에 배치된 도전층;
    상기 도전층 상에 배치된 전자 수송층; 및
    상기 전자 수송층 상에 배치된 효소 반응층을 포함하는, 바이오 센서.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 효소 반응층은 글루코스 산화 효소, 콜레스테롤 산화 효소, 락테이트 산화 효소, 아스코빅산 산화 효소 및 알코올 산화 효소 중 적어도 하나의 산화 효소 또는 글루코스 탈수소 효소, 글루탐산 탈수소 효소, 락테이트 탈수소 효소 및 알코올 탈수소 효소 중 적어도 하나의 탈수소 효소를 포함하는, 바이오 센서.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 전자 수송층은 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하는, 바이오 센서.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 도전층은 금속층 및 금속 보호층을 포함하는, 바이오 센서.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 금속층은 Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속 보호층은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함하는, 바이오 센서.
  19. 청구항 14에 있어서, 상기 작업 전극은 상기 효소 반응층 상에 배치된 필터층을 더 포함하는, 바이오 센서.
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