KR20220037750A - 다중 물질 측정용 바이오 센서, 그의 제조방법 및 다중 물질 측정 방법 - Google Patents

다중 물질 측정용 바이오 센서, 그의 제조방법 및 다중 물질 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다중 물질 측정용 바이오 센서, 그의 제조방법 및 다중 물질 측정 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서는, 분석 대상의 검출을 위한 반응 영역을 포함하는 분석 기판층; 상기 분석 기판층 상에 형성된 분석 대상의 반응 영역을 구분하는 마스크층; 및 상기 마스크층 상에 형성된 종이 기반 다중 미세유체채널;을 포함한다.

Description

다중 물질 측정용 바이오 센서, 그의 제조방법 및 다중 물질 측정 방법{BIOSENSOR FOR MULTIMATERIAL DETECTION, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND DETECTION METHOD FOR MULTIMATERIAL}
본 발명은 다중 물질 측정용 바이오 센서, 그의 제조방법 및 다중 물질 측정 방법에 관한 것이다.
인플루엔자는 RNA 바이러스인 오르토믹소 바이러스과(Orthomyxoviridae)에 포함되는 5개의 속(屬, genus) 중 세 개로 구별되어, 인플루엔자 A, B 및 C로 표시된다. 인플루엔자 A, B, C형 각각의 전체적 구조는 동일하다. 비리온(virion)은 직경 80~120nm의 크기이며, 중앙의 핵을 둘러싸고 있는 바이러스성 외피는 크게 두 종류로 구별할 수 있는 당단백질이고, 핵은 바이러스성 RNA(viral RNA)와 이를 보호하고 활성화하는데 필요한 바이러스성 단백질(viral protein)을 포함한다.
인플루엔자 바이러스는 멤브레인으로 둘러싸인 RNA 바이러스이며, 음성가닥 RNA의 분절된 세그먼트로 구성되고, 조류(avians)와 인간이 주요 감염원이다.
그 중 조류 인플루엔자는 조류 인플루엔자 바이러스(Avian influenza virus)의 감염으로 인해 발생하는 병으로 주로 닭, 오리 등의 조류에 발병하는 전염성 호흡기 질환이다. 인간에게 옮을 가능성은 낮지만 일단 옮으면 치사율이 매우 높다. 조류 인플루엔자는 저병원성과 고병원성으로 분류되는데 저병원성은 질병이 없거나 약한 증상이 나타나고 고병원성은 심각한 질병이 나타나고 높은 치사율을 보이며 사람에게 전염될 수 있다. 저병원성이 유전자 변형을 일으켜 고병원성으로 바뀌기도 한다. 조류 인플루엔자가 인체에 감염되는 원인으로는 조류 인플루엔자 바이러스에 감염된 조류와의 접촉으로 발생한다. 특히 바이러스에 감염된 조류의 배설물은 감염의 주요 매개체이다.
2003년 말부터 2008년 2월까지 고병원성 조류 인플루엔자 바이러스가 인체에 감염된 사례가 640건 이상 보고되어 있다. 이 중 많은 경우는 조류 인플루엔자의 원인이 된 조류와 연관이 있는 사람들에서 발생하였으며, 사람 사이의 감염은 낮은 것으로 보인다. 하지만, 인체에 감염된 경우 높은 사망률을 보여, 향후 조류 인플루엔자가 사람의 전염병으로 바뀔 가능성에 대해 세계 각국의 의학계가 주시하고 있다. 조류 인플루엔자의 경우 사람에게 전염이 가능한 아형들이 있으며 그 중에는 사망률이 높은 고위험성 아형들이 존재한다. 주 원인으로 야생 조류의 배설물이나 철새의 이동을 통한 전파가 원인으로 지목되며 조류 사육 시설 또는 사람에게 감염과 2차 전파를 일으켜 큰 피해를 초래한다.
따라서, 고위험성 조류 인플루엔자에 대처하기 위해서는 조류인플루엔자 발생 지역에 신속한 탐지를 통해 어떤 아형의 바이러스가 존재하는지 파악하는 것이 중요하다.
현재 조류 인플루엔자에 대한 진단방법으로는 검체로부터 조류 인플루엔자 바이러스를 배양하거나 DNA나 항원을 검출하는 방법을 사용하고 있다. 즉, 감염이 의심되는 환자에게서 얻은 검체(주로 인후두의 분비물을 검체로 사용)에서 조류 인플루엔자 바이러스가 배양되거나 바이러스의 DNA나 항원(인체의 면역 체계를 자극하여 항체를 만들어내도록 하는 물질)이 검출되면 조류 인플루엔자로 진단할 수 있다. 환자의 가래나 대변에서도 바이러스가 검출될 수 있다. 그 외에 혈액 검사를 통해 조류 인플루엔자 바이러스에 대한 항체의 증가를 확인하여 진단하기도 한다. 하지만, 이러한 방법들은 진단하는데 시간이 많이 걸리며, 비용이 많이 든다는 단점이 있는바, 조기진단이 필요한 조류 인플루엔자 진단에는 적합하지 않다.
전기화학적으로 다중 측정 방법은 크게 두 종류로 나눌 수 있다. 첫 번째는 측정 타겟이 다른 여러 종류의 센서를 사용하거나 센서 내 여러개의 작업 전극을 제작하는 방법, 그리고 하나의 작업전극 위에 여러 종류의 측정 프로브(항체, 압타머 등)을 증착한 뒤 샌드위치 면역측정법(Sandwich immunoassay)을 이용하여 바이러스를 측정하나 측정 종류에 따라 서로 다른 산화환원제가 부착된 2차 프로브를 사용하여 독립적인 결과를 얻는 방법이 있다.
먼저 타겟이 다른 여러 개의 센서를 사용하는 방법은 단순하나 여러 개의 센서가 필요하며, 그 결과 또한 개별적으로 확인해야하기 때문에 측정 과정과 시간, 비용에 있어 비효율적인 측면이 있다. 센서 내 여러 개의 작업 전극을 제작하는 방법은 소형화가 가능한 MEMS 기반의 센서에서는 많이 사용되고 있다. 하지만 이러한 방법 역시 측정하고자 하는 종류마다 실험을 반복하며 그 결과도 개별적으로 확인해야 한다.
샌드위치 면역측정법을 이용하는 방법은 일반적인 3전극 시스템에 쉽게 사용할 수 있으면서 측정한 결과를 하나의 그래프로 확인할 수 있다. 하지만 샌드위치 면역측정법을 위한 2차 측정 프로브가 필수적으로 필요하며 그 프로브 종류에 따라 다른 종류의 산화환원제를 부착해야하는 과정이 필요로 한다.
따라서, 2차 측정 프로브를 필요로 하지 않으면서 3종류의 인플루엔자 바이러스를 동시에 탐지하고, 인플루엔자 바이러스 검출에 대하여 빠르고 신속하게 검출함과 동시에 민감도가 높은 측정 센서에 대한 연구 개발이 필요한 상황이다. 이를 위한 다양한 연구가 시도되고 있으나, 아직 미미한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 3종류의 인플루엔자 바이러스 감염 여부만이 아니라 다양한 인플루엔자 바이러스 아형을 동시에 진단할 수 있는 저비용의 효율적인 다중 물질 측정용 바이오 센서, 그의 제조벙법 및 다중 물질 측정 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서는, 분석 대상의 검출을 위한 반응 영역을 포함하는 분석 기판층; 상기 분석 기판층 상에 형성된 분석 대상의 반응 영역을 구분하는 마스크층; 및 상기 마스크층 상에 형성된 종이 기반 다중 미세유체채널;을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 분석 기판층은, 폴리머 기판 상에 전기화학적 3전극 시스템을 포함하고, 상기 전기화학적 3전극 시스템은, 상대전극(counter electrode, CE), 작업전극(working electrode, WE) 및 기준전극(reference electrode, RE)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 폴리머 기판은, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리파라자일릴렌(poly(p-xylylene), parylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리비닐피롤리돈(poly(vinyl pyrrolidone), PVP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레아, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰(polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드(polyetherimide), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyallylate), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate) 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(celluloseacetate propinoate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학적 3전극 시스템은, 탄성 물질 및 탄소 물질을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄성 물질은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리디에틸실록산(polydiethylsiloxane, PDES), 폴리메틸에틸실록산(polymethylethylsiloxane), 폴리페닐메틸실록산(polyphenylsiloxane) 및 폴리페닐에틸실록산(polyphenylethylsiloxane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소 물질은, 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT), 탄소나노섬유, 탄소나노리본, 탄소나노벨트, 탄소나노로드, 그래핀, 그래파이트, 그래핀옥사이드, 환원된 그래핀옥사이드, 카본블랙, 활성탄 및 메조포러스 카본으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 마스크층은, 상기 상대전극, 작업전극 및 기준전극에 상응되는 부분에, 각각, 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상대전극 및 작업전극 상에 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material), 카르복실기 기능화된 탄소물질(carboxyl-functionalized carbon material) 또는 이 둘을 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material), 카르복실기 기능화된 탄소물질(carboxyl-functionalized carbon material) 또는 이 둘 상에 각각 상이한 바이러스와 결합하는 항체를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 기준전극에 상응하는 패턴 상에 Ag/AgCl, Ag/Ag2SO4 및 포화 카멜 전극(Sat'd Camel Electrode, SCE)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전극 페이스트를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널은, 3개의 감지 영역들로 구성된 감지부를 각각 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널은, 상기 감지부 각각에 상이한 전해액을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 다중 물질 측정용 바이오 센서는 인플루엔자 바이러스의 검출 센서인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법은, 폴리머 기판 상에 상대전극, 작업전극 및 기준전극을 포함하는 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계; 상기 분석 기판층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 상에 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 단계;를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계는, 상기 폴리머 기판 상에 탄성 물질 : 탄소 물질의 혼합비가 2 : 1 내지 5 : 1인 페이스트를 프린팅하여 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계는, 스텐실 프린팅(stencil printing), 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 오프셋 프린팅, 패드 프린팅 및 그라비아 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 분석 기판층 상에 마스크층을 형성하는 단계는, 상기 상대전극, 작업전극 및 기준전극에 상응되는 부분에, 각각, 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 마스크층 상에 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 단계는, 상기 마스크층 상에 3개의 감지 영역들로 구성된 감지부를 각각 포함하는 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 물질 측정 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서의 전기화학적 3전극 시스템 중 작업전극 및 상대전극 상에 아민 기능화된 탄소 물질을 부착하는 단계; 상기 아민 기능화된 탄소 물질 상에 항체를 부착하는 단계; 상기 아민 기능화된 탄소 물질을 제외한 나머지 영역의 작업 전극 상에 폴리머 기판 상에 블로킹 물질을 형성하는 단계; 상기 전기화학적 3전극 시스템 상에 3개의 감지 영역들로 구성된 종이 기반 다중 미세유체채널을 연결하는 단계; 상기 종이 기반 다중 미세유체채널의 3개의 감지 영역들 각각에 상이한 전해질을 흘려주는 단계; 및 상기 전기화학 측정을 진행하여 인플루엔자 바이러스를 탐지 여부를 확인하는 단계;를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 블로킹 물질은 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimthoxysilane, APTMS), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 덱스트란(dextran), BSA(bovine serum albumin) 및 폴리에틸렌글리콜 실란[poly(ethylene glycol) silane]으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상이한 전해질은, 산화환원 전압이 각각 다른 물질인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학 측정을 진행하여 인플루엔자 바이러스를 탐지 여부를 확인하는 단계는, 상기 작업전극 내 3 개의 파트의 전기 전도성 변화를 하나의 실험 그래프에 3개의 피크 전류(peak current)를 통해 인플루엔자 바이러스의 탐지를 확인하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서는, 3전극 시스템을 이용함으로써, 2차 측정 프로브를 필요로 하지 않으면서 (Label free detection) 3종류의 인플루엔자 바이러스를 동시에 탐지하고 그 결과를 하나의 그래프로 확인할 수 있어 쉽고 빠르게 각각의 바이러스의 종류에 따른 탐지 여부 및 정량적 측정이 가능하다. 인플루엔자 바이러스 외에 다른 다중 물질도 측정 가능하며, 3개 종류 이상의 타겟 물질도 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법은, 프린팅과 카본 페이스트, 종이 기반 다중유체채널을 이용하여 다중 물질 측정용 바이오 센서를 쉽고 빠르게 제작할 수 있으며 2차 측정 프로브가 필요하지 않기 때문에 일회용 측정 센서의 경제적인 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정 방법은, 전기화학 기반의 측정법을 사용하기 때문에 동시에 각각의 바이러스의 종류에 따른 탐지 여부 및 정량적 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 분석 기판층을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1의 마스크층을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 1의 종이 기반 다중 미세유체채널을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인플루엔자 바이러스 검출 센서의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 참조부호를 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.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 다중 물질 측정용 바이오 센서, 그의 제조벙법 및 다중 물질 측정 방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서는, 분석 대상의 검출을 위한 반응 영역을 포함하는 분석 기판층; 상기 분석 기판층 상에 형성된 분석 대상의 반응 영역을 구분하는 마스크층; 및 상기 마스크층 상에 형성된 종이 기반 다중 미세유체채널;을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 다중 물질 측정용 바이오 센서는 인플루엔자 바이러스의 검출 센서인 것일 수 있다. 이하에서는, 상기 다중 물질 측정용 바이오 센서로서 인플루엔자 바이러스의 검출 센서를 예로 들 수 있으나, 인플루엔자 바이러스에만 한정되지 않고 모든 다중 물질 측정용 바이오 센서에 적용가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서는, 인플루엔자 바이러스의 다중 측정을 위한 전기화학 센서로서 일반적으로 사용하는 전기화학적 3전극 시스템 (상대전극, 작업전극, 기준전극)에 종이 기반의 미세유체 채널을 더하여 3가지 종류의 인플루엔자 바이러스를 동시에 측정할 수 있는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 분석 기판층을 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 3은 도 1의 마스크층을 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 1의 종이 기반 다중 미세유체채널을 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서(100)는, 분석 기판층(110), 마스크층(120) 및 종이 기반 다중 미세유체채널(130)을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 분석 기판층(110)은, 전기화학적 신호를 감지하기 위한 것으로 측정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 분석 기판층(110)은, 폴리머 기판(112) 상에 전기화학적 3전극 시스템(114)을 포함하고, 상기 전기화학적 3전극 시스템은, 상대전극(counter electrode, CE, 114a), 작업전극(working electrode, WE, 114b) 및 기준전극(reference electrode, RE, 114c)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 작업전극(114b) 상에 인플루엔자 바이러스 및 서로 다른 아형의 인플루엔자 바이러스와 결합하는 항체가 고정화되어 전기화학적 측정영역이 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 인플루엔자 바이러스는, H1N1, H3N2, H5N1, H7N3 및 H9N2로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 3 종의 인플루엔자 바이러스 아형을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 인플루엔자 바이러스 항체의 고정화는 물리적인 흡착(physisoprtion), 화학적인 흡착(chemical adsorption), EDC/NHS(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide/N-hydroxy succinimide) 등과 같은 공유결합(covalent-binding), 전기적인 결합(electrostatic attraction), 공중합체(co-polymerization) 또는 아비딘-바이오틴 결합 시스템(avidin-biotin affinity system) 등이 이용될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 폴리머 기판(112)은, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리파라자일릴렌(poly(p-xylylene), parylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리비닐피롤리돈(poly(vinyl pyrrolidone), PVP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레아, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰(polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드(polyetherimide), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyallylate), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate) 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(celluloseacetate propinoate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리머 기판은, 폴리에스테르(polyester)인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학적 3전극 시스템(114)은, 탄성 물질 및 탄소 물질을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄성 물질은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리디에틸실록산(polydiethylsiloxane, PDES), 폴리메틸에틸실록산(polymethylethylsiloxane), 폴리페닐메틸실록산(polyphenylsiloxane) 및 폴리페닐에틸실록산(polyphenylethylsiloxane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄성 물질은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소 물질은, 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT), 탄소나노섬유, 탄소나노리본, 탄소나노벨트, 탄소나노로드, 그래핀, 그래파이트, 그래핀옥사이드, 환원된 그래핀옥사이드, 카본블랙, 활성탄 및 메조포러스 카본으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄소 물질은, 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)인 것일 수 있다. 상기 다중벽 탄소 나노튜브(MWNT)의 직경은 1 nm 내지 5 nm이고, 길이는 10 ㎛ 내지 20 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 마스크층(120)은, 상기 분석 기판층(110) 상에서 상대전극(114a), 작업전극(114b) 및 기준전극(114c), 각각이 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 마스크층(120)으로 인하여 하나의 전극이 3개의 측정 파트로 나누어지게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 3 개의 측정 파트로 나누어지는 패턴은, 상기 상대전극(114a)이 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴(122a, 122b, 122c)을 포함할 수 있고, 상기 작업전극(114b)이 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴(124a, 124b, 124c)을 포함할 수 있고, 상기 기준전극(114c)이 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴(126a, 126b, 126c)을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상대전극(114a)의 패턴(122a, 122b, 122c)은 하부의 상대전극(114a)이 보이도록 개구가 형성된 패턴인 것일 수 있다. 또한, 상기 작업전극(114b)의 패턴(124a, 124b, 124c) 역시 하부의 작업전극(114b)이 보이도록 개구가 형성된 패턴인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상대전극(114a) 및 작업전극(114b) 상에 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material), 카르복실기 기능화된 탄소물질(carboxyl-functionalized carbon material) 또는 이 둘을 더 포함하는 것일 수 있다. 항체를 전극에 증착하기 위한 화학 작용기로 아민기 및 카르복실기 모두 사용 가능하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소 물질은, 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT), 탄소나노섬유, 탄소나노리본, 탄소나노벨트, 탄소나노로드, 그래핀, 그래파이트, 그래핀옥사이드, 환원된 그래핀옥사이드, 카본블랙, 활성탄 및 메조포러스 카본으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 아민 기능화된 탄소 물질은, 아민 기능화된 단일 탄소나노튜브(SWNT)인 것일 수 있다. 이러한 아민 기능화된 탄소 물질은, 상기 상대전극(114a) 및 작업전극(114b)의 전기화학적 전도성을 증가시킴과 동시에 작업전극에 항체를 부착하는데 사용되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material), 카르복실기 기능화된 탄소물질(carboxyl-functionalized carbon material) 또는 이 둘 상에 각각 상이한 바이러스와 결합하는 항체를 더 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 인플루엔자 바이러스의 5가지 아형들(H1N1, H3N2, H5N1, H7N3 및 H9N2)을 각각 검출하기 위한 3종의 항체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이외에도 다른 인플루엔자 바이러스 아형들을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 아민 기능화된 탄소 물질을 제외한 나머지 영역의 작업 전극 상에 폴리머 기판 상에 블로킹 물질을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 블로킹 물질은 작업 전극에 바이러스가 항체 이외에 부분에 부착되는 현상을 방지한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 블로킹 물질은 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimthoxysilane, APTMS), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 덱스트란(dextran), BSA(bovine serum albumin) 및 폴리에틸렌글리콜 실란[poly(ethylene glycol) silane]으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 블로킹 물질은 BSA(bovine serum albumin)인 것을 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 기준전극(114c)에 상응하는 패턴 상에 Ag/AgCl, Ag/Ag2SO4 및 포화 카멜 전극(Sat'd Camel Electrode, SCE)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전극 페이스트를 포함하는 것일 수 있다 구체적으로, 상기 기준전극(114c)의 패턴(126a, 126b, 126c) 상에, 각각, 독립적으로, Ag/AgCl, Ag/Ag2SO4 및 포화 카멜 전극(Sat'd Camel Electrode, SCE)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나가 형성된 것을 수 있다. 바람직하게는, Ag/AgCl 페이스트가 형성된 것일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은, 상대전극(114a), 작업전극(114b), 기준전극(114c) 위에 부착하여 전기화학적 3전극 시스템(114)을 연결하는 것일 수 있다. 각 전극은 3개의 측정 파트로 나누어져 있으므로, 총 3개의 미세유체 채널이 센서 위에 존재하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은, 구조가 간단하고, 제조공정이 간단하며, 측정속도가 빠르며, 값이 싸고, 사용 및 보관이 편리하며, 생체적합한 종이기반 센서로서, 정량적 진단이 가능하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이는 와트만 크로마토그래피(Whatman Chromatography)에 이용되는 종이로 이루어질 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은, 3개의 감지 영역들로 구성된 감지부(130a, 130b, 130c)를 각각 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)의 감지부(130a, 130b, 130c)는 3개의 감지 영역들로 구성되기 때문에, 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은 생체시료에 포함된 인플루엔자 바이러스의 3가지 아형들을 동시에 검출할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은, 상기 감지부 각각에 상이한 전해액을 포함하는 것일 수 있다. 이 3가지 전해액은 산화환원 전압이 다른 물질을 사용하는 것일 수 있다. 따라서, 전기화학 측정실험을 진행하게 되면 하나의 그래프에 3개의 피크 전류(peak current)를 확인할 수 있고, 이는 즉 작업 전극 내 3개의 파트의 전기화학적 전도성 변화를 하나의 실험 그래프를 통해 독립적으로 확인할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서(100)는 전기화학적 신호를 검출하기 위한 본 발명의 기술분야에서 적용되는 다양한 장치, 예를 들어, 전기화학적 분석기가 결합 또는 연결될 수 있고, 이외에도 열적, 광학적, 전기적, 화학적 또는 물리적 검출신호를 감지 및 분석을 위한 장치 및 전극 등이 더 연결 또는 배치될 수 있으나, 본 명세서는 구체적으로 언급하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서는, 3전극 시스템을 이용함으로써, 2차 측정 프로브를 필요로 하지 않으면서 (Label free detection) 3종류의 인플루엔자 바이러스를 동시에 탐지하고 그 결과를 하나의 그래프로 확인할 수 있어 쉽고 빠르게 각각의 바이러스의 종류에 따른 탐지 여부 및 정량적 측정이 가능하다. 인플루엔자 바이러스 외에 다른 다중 물질도 측정 가능하며, 3개 종류 이상의 타겟 물질도 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법은, 폴리머 기판 상에 상대전극, 작업전극 및 기준전극을 포함하는 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계; 상기 분석 기판층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 상에 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 단계;를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인플루엔자 바이러스 검출 센서의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인플루엔자 바이러스 검출 센서의 제조방법은 분석 기판층 형성 단계 (210), 마스크층 형성 단계 (220) 및 종이 기반 미세유체채널 형성 단계 (230)를 포함할 수 있다
일 실시형태에 있어서, 상기 분석 기판층 형성 단계 (210)는, 폴리머 기판 상에 상대전극, 작업전극 및 기준전극을 포함하는 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계이다.
앞서 살펴 본 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분석 기판층(110)은, 폴리머 기판(112) 상에 전기화학적 3전극 시스템(114)을 포함하고, 상기 전기화학적 3전극 시스템은, 상대전극(counter electrode, CE, 114a), 작업전극(working electrode, WE, 114b) 및 기준전극(reference electrode, RE, 114c)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 폴리머 기판(112)은, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리파라자일릴렌(poly(p-xylylene), parylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리비닐피롤리돈(poly(vinyl pyrrolidone), PVP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레아, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰(polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드(polyetherimide), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyallylate), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate) 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(celluloseacetate propinoate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리머 기판은, 폴리에스테르(polyester)인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계는, 상기 폴리머 기판 상에 탄성 물질 : 탄소 물질의 혼합비가 2 : 1 내지 5 : 1인 페이스트를 프린팅하여 형성하는 것일 수 있다. 상기 탄성 물질 : 탄소 물질의 혼합비가 2 : 1 미만인 경우 탄성 물질이 적어 페이스트가 제작되지 않으며,, 5 : 1 초과인 경우 전도성 물질의 양이 적어 전극으로 사용하기에 전기전도도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄성 물질은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리디에틸실록산(polydiethylsiloxane, PDES), 폴리메틸에틸실록산(polymethylethylsiloxane), 폴리페닐메틸실록산(polyphenylsiloxane) 및 폴리페닐에틸실록산(polyphenylethylsiloxane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄성 물질은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)인 것일 수 있으나, 실리콘 고무라고 통칭되는 물질을 모두 사용하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소 물질은 상기 탄성 물질에 분산되어 있으며, 상기 전기전도성을 부여하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소 물질은, 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT), 탄소나노섬유, 탄소나노리본, 탄소나노벨트, 탄소나노로드, 그래핀, 그래파이트, 그래핀옥사이드, 환원된 그래핀옥사이드, 카본블랙, 활성탄 및 메조포러스 카본으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄소 물질은, 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 다중벽 탄소 나노튜브(MWNT)의 직경은 1 nm 내지 5 nm이고, 길이는 10 ㎛ 내지 20 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계는, 스텐실 프린팅(stencil printing), 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 오프셋 프린팅, 패드 프린팅 및 그라비아 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 폴리에스테르 기판 상에 스텐실 프린팅(stencil printing)을 이용하여 PDMS 기반의 다중벽 탄소나노튜브(MWNT) 전극을 형성하는 것일 수 있다. PDMS 기반의 다중벽 탄소나노튜브(MWNT) 전극은 상기 폴리머 기판 상에 강한 부착이 가능하고, 물리적으로 튼튼하면서 전도성이 높은 전극이 가능하게 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 마스크층 형성 단계 (220)는 상기 분석 기판층 상에 마스크층을 형성하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 분석 기판층 상에 마스크층을 형성하는 단계는, 상기 상대전극, 작업전극 및 기준전극에 상응되는 부분에, 각각, 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴을 형성하는 것일 수 있다.
앞서 살펴본 도 3에서와 같이, 상기 3 개의 측정 파트로 나누어지는 패턴은, 상기 상대전극(114a)이 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴(122a, 122b, 122c)을 포함할 수 있고, 상기 작업전극(114b)이 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴(124a, 124b, 124c)을 포함할 수 있고, 상기 기준전극(114c)이 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴(126a, 126b, 126c)을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상대전극(114a)의 패턴(122a, 122b, 122c)은 하부의 상대전극(114a)이 보이도록 개구가 형성된 패턴인 것일 수 있다. 또한, 상기 작업전극(114b)의 패턴(124a, 124b, 124c) 역시 하부의 작업전극(114b)이 보이도록 개구가 형성된 패턴인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상대전극(114a) 및 작업전극(114b) 상에 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material), 카르복실기 기능화된 탄소물질(carboxyl-functionalized carbon material) 또는 이 둘을 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material) 상에 각각 상이한 바이러스와 결합하는 항체를 더 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 인플루엔자 바이러스의 5가지 아형들(H1N1, H3N2, H5N1, H7N3 및 H9N2)을 각각 검출하기 위한 3종의 항체를 부착하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 아민 기능화된 탄소 물질을 제외한 나머지 영역의 작업 전극 상에 폴리머 기판 상에 블로킹 물질을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 블로킹 물질은 작업 전극에 바이러스가 항체 이외에 부분에 부착되는 현상을 방지한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 블로킹 물질은 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimthoxysilane, APTMS), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 덱스트란(dextran), BSA(bovine serum albumin) 및 폴리에틸렌글리콜 실란[poly(ethylene glycol) silane]으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 블로킹 물질은 BSA(bovine serum albumin)인 것을 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 인플루엔자 바이러스 항체의 고정화는 물리적인 흡착(physisoprtion), 화학적인 흡착(chemical adsorption), EDC/NHS(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide/N-hydroxy succinimide) 등과 같은 공유결합(covalent-binding), 전기적인 결합(electrostatic attraction), 공중합체(co-polymerization) 또는 아비딘-바이오틴 결합 시스템(avidin-biotin affinity system) 등이 이용될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 기준전극(114c)에 상응하는 패턴 상에 Ag/AgCl, Ag/Ag2SO4 및 포화 카멜 전극(Sat'd Camel Electrode, SCE)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전극 페이스트를 포함하는 것일 수 있다 구체적으로, 상기 기준전극(114c)의 패턴(126a, 126b, 126c) 상에, 각각, Ag/AgCl, Ag/Ag2SO4 및 포화 카멜 전극(Sat'd Camel Electrode, SCE)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나가 형성된 것을 수 있다. 바람직하게는, Ag/AgCl 페이스트가 형성된 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 미세유체채널 형성 단계 (230)는, 상기 마스크층 상에 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 단계이다
일 실시형태에 있어서, 상기 마스크층 상에 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 단계는, 상기 마스크층 상에 3개의 감지 영역들로 구성된 감지부(130a, 130b, 130c)를 각각 포함하는 종이 기반 다중 미세유체채널(130)을 형성하는 것일 수 있다.
앞서 살펴본 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은, 상대전극(114a), 작업전극(114b), 기준전극(114c) 위에 부착하여 전기화학적 3전극 시스템(114)을 연결하는 것일 수 있다. 각 전극은 3개의 측정 파트로 나누어져 있으므로, 총 3개의 미세유체 채널이 센서 위에 존재하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은, 3개의 감지 영역들로 구성된 감지부(130a, 130b, 130c)를 각각 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)의 감지부(130a, 130b, 130c)는 3개의 감지 영역들로 구성되기 때문에, 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은 생체시료에 포함된 인플루엔자 바이러스의 3가지 아형들을 동시에 검출할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널(130)은, 상기 감지부 각각에 상이한 전해액을 포함하는 것일 수 있다. 이 3가지 전해액은 산화환원 전압이 다른 물질을 사용하는 것일 수 있다. 따라서, 전기화학 측정실험을 진행하게 되면 하나의 그래프에 3개의 피크 전류(peak current)를 확인할 수 있고, 이는 즉 작업 전극 내 3개의 파트의 전기화학적 전도성 변화를 하나의 실험 그래프를 통해 독립적으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서는 추가적으로 전기화학적 신호를 검출하기 위한 본 발명의 기술분야에서 적용되는 다양한 장치, 예를 들어, 전기화학적 분석기가 결합 또는 연결될 수 있고, 이외에도 열적, 광학적, 전기적, 화학적 또는 물리적 검출신호를 감지 및 분석을 위한 장치 및 전극 등이 더 연결 또는 배치될 수 있으나, 본 명세서는 구체적으로 언급하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법은, 프린팅과 카본 페이스트, 종이 기반 다중유체채널을 이용하여 다중 물질 측정용 바이오 센서를 쉽고 빠르게 제작할 수 있으며 2차 측정 프로브가 필요하지 않기 때문에 일회용 측정 센서의 경제적인 제조가 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 물질 측정 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정용 바이오 센서의 전기화학적 3전극 시스템 중 작업전극 및 상대전극 상에 아민 기능화된 탄소 물질을 부착하는 단계; 상기 아민 기능화된 탄소 물질 상에 항체를 부착하는 단계; 상기 아민 기능화된 탄소 물질을 제외한 나머지 영역의 작업 전극 상에 폴리머 기판 상에 블로킹 물질을 형성하는 단계; 상기 전기화학적 3전극 시스템 상에 3개의 감지 영역들로 구성된 종이 기반 다중 미세유체채널을 연결하는 단계; 상기 종이 기반 다중 미세유체채널의 3개의 감지 영역들 각각에 상이한 전해질을 흘려주는 단계; 및 상기 전기화학 측정을 진행하여 인플루엔자 바이러스를 탐지 여부를 확인하는 단계;를 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 전기화학적 3전극 시스템 중 작업전극 상에 아민 기능화된 탄소 물질을 부착하는 단계이다. 도면에서는, 상기 작업전극이 탄소-PDMS 전극을 형성하는 것으로 도시되어 있으나, 이외에 탄성 물질 및 탄소 물질을 포함하는 것일 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 아민 기능화된 탄소 물질 상에 항체를 부착하는 단계이다. 바람직하게는, 상기 아민 기능화된 탄소 물질은, 아민 기능화된 단일 탄소나노튜브(SWNT)인 것일 수 있다.
도 7의 (c)를 참조하면, 아민 기능화된 탄소 물질 상에 항체를 부착하는 단계이다. 상기 항체는, 예를 들어, 인플루엔자 바이러스의 5가지 아형들(H1N1, H3N2, H5N1, H7N3 및 H9N2)을 검출하기 위한 항체를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 인플루엔자 바이러스 항체의 고정화는 물리적인 흡착(physisoprtion), 화학적인 흡착(chemical adsorption), EDC/NHS(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide/N-hydroxy succinimide) 등과 같은 공유결합(covalent-binding), 전기적인 결합(electrostatic attraction), 공중합체(co-polymerization) 또는 아비딘-바이오틴 결합 시스템(avidin-biotin affinity system) 등이 이용될 수 있다.
도 7의 (d)를 참조하면, 아민 기능화된 탄소 물질을 제외한 나머지 영역의 작업 전극 상에 폴리머 기판 상에 블로킹 물질을 형성하는 단계이다. 상기 블로킹 물질은 작업 전극에 바이러스가 항체 이외에 부분에 부착되는 현상을 방지한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 블로킹 물질은 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimthoxysilane, APTMS), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 덱스트란(dextran), BSA(bovine serum albumin) 및 폴리에틸렌글리콜 실란[poly(ethylene glycol) silane]으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 블로킹 물질은 BSA(bovine serum albumin)인 것일 수 있다.
이어서, 도면에 도시되어 있지 않으나, 다중 물질 측정 방법은 전기화학적 3전극 시스템 상에 3개의 감지 영역들로 구성된 종이 기반 다중 미세유체채널을 연결하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널은, 3개의 감지 영역들로 구성된 감지부를 각각 포함하는 것일 수 있고, 3개의 감지 영역들로 구성되기 때문에, 종이 기반 다중 미세유체채널은 생체시료에 포함된 인플루엔자 바이러스의 3가지 아형들을 동시에 검출할 수 있다.
이어서, 도면에 도시되어 있지 않으나, 다중 물질 측정 방법은 종이 기반 다중 미세유체채널의 3개의 감지 영역들 각각에 상이한 전해질을 흘려주는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 종이 기반 다중 미세유체채널은, 상기 감지부 각각에 상이한 전해액을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상이한 전해질은, 산화환원 전압이 각각 다른 물질인 것일 수 있다.
이어서, 도면에 도시되어 있지 않으나, 다중 물질 측정 방법은 전기화학 측정을 진행하여 인플루엔자 바이러스를 탐지 여부를 확인하는 단계를 포함한다. 전기화학 측정실험을 진행하게 되면 하나의 그래프에 3개의 피크 전류(peak current)를 확인할 수 있고, 이는 즉 작업 전극 내 3개의 파트의 전기화학적 전도성 변화를 하나의 실험 그래프를 통해 독립적으로 확인할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전기화학 측정을 진행하여 인플루엔자 바이러스를 탐지 여부를 확인하는 단계는, 상기 작업전극 내 3 개의 파트의 전기 전도성 변화를 하나의 실험 그래프에 3개의 피크 전류(peak current)를 통해 인플루엔자 바이러스의 탐지를 확인하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 물질 측정 방법은, 전기화학 기반의 측정법을 사용하기 때문에 동시에 각각의 바이러스의 종류에 따른 탐지 여부 및 정량적 측정이 가능하다.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 다중 물질 측정용 바이오 센서
110: 분석 기판층
112: 폴리머 기판
114: 전기화학적 3전극 시스템
114a: 상대전극
114b: 작업전극
114c: 기준전극
120: 마스크층
126a, 126b, 126c: 패턴
130: 종이 기반 다중 미세유체채널
130a, 130b, 130c: 감지부

Claims (18)

  1. 분석 대상의 검출을 위한 반응 영역을 포함하는 분석 기판층;
    상기 분석 기판층 상에 형성된 분석 대상의 반응 영역을 구분하는 마스크층; 및
    상기 마스크층 상에 형성된 종이 기반 다중 미세유체채널;
    을 포함하는,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분석 기판층은, 폴리머 기판 상에 전기화학적 3전극 시스템을 포함하고,
    상기 전기화학적 3전극 시스템은, 상대전극(counter electrode, CE), 작업전극(working electrode, WE) 및 기준전극(reference electrode, RE)을 포함하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마스크층은, 상기 상대전극, 작업전극 및 기준전극에 상응되는 부분에, 각각, 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴을 포함하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상대전극 및 작업전극 상에 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material), 카르복실기 기능화된 탄소물질(carboxyl-functionalized carbon material) 또는 이 둘을 더 포함하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아민 기능화된 탄소 물질(Amine-functionalized carbon material), 카르복실기 기능화된 탄소물질(carboxyl-functionalized carbon material) 또는 이 둘 상에 각각 상이한 바이러스와 결합하는 항체를 더 포함하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 기준전극에 상응하는 패턴 상에 Ag/AgCl, Ag/Ag2SO4 및 포화 카멜 전극(Sat'd Camel Electrode, SCE)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전극 페이스트를 포함하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 종이 기반 다중 미세유체채널은,
    3개의 감지 영역들로 구성된 감지부를 각각 포함하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 종이 기반 다중 미세유체채널은,
    상기 감지부 각각에 상이한 전해액을 포함하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다중 물질 측정용 바이오 센서는 인플루엔자 바이러스의 검출 센서인 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서.
  10. 폴리머 기판 상에 상대전극, 작업전극 및 기준전극을 포함하는 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계;
    상기 분석 기판층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크층 상에 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 단계;
    를 포함하는,
    다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계는,
    상기 폴리머 기판 상에 탄성 물질 : 탄소 물질의 혼합비가 2 : 1 내지 5 : 1인 페이스트를 프린팅하여 형성하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전기화학적 3전극 시스템을 프린팅하여 분석 기판층을 형성하는 단계는,
    스텐실 프린팅(stencil printing), 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 오프셋 프린팅, 패드 프린팅 및 그라비아 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 분석 기판층 상에 마스크층을 형성하는 단계는,
    상기 상대전극, 작업전극 및 기준전극에 상응되는 부분에, 각각, 3 개의 측정 파트로 나누어지도록 패턴을 형성하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 마스크층 상에 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 단계는,
    상기 마스크층 상에 3개의 감지 영역들로 구성된 감지부를 각각 포함하는 종이 기반 다중 미세유체채널을 형성하는 것인,
    다중 물질 측정용 바이오 센서의 제조방법.
  15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 다중 물질 측정용 바이오 센서의 전기화학적 3전극 시스템 중 작업전극 및 상대전극 상에 아민 기능화된 탄소 물질을 부착하는 단계;
    상기 아민 기능화된 탄소 물질 상에 항체를 부착하는 단계;
    상기 아민 기능화된 탄소 물질을 제외한 나머지 영역의 작업 전극 상에 폴리머 기판 상에 블로킹 물질을 형성하는 단계;
    상기 전기화학적 3전극 시스템 상에 3개의 감지 영역들로 구성된 종이 기반 다중 미세유체채널을 연결하는 단계;
    상기 종이 기반 다중 미세유체채널의 3개의 감지 영역들 각각에 상이한 전해질을 흘려주는 단계; 및
    상기 전기화학 측정을 진행하여 인플루엔자 바이러스를 탐지 여부를 확인하는 단계;
    를 포함하는,
    다중 물질 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 블로킹 물질은 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimthoxysilane, APTMS), 테트라에틸 오르소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 덱스트란(dextran), BSA(bovine serum albumin) 및 폴리에틸렌글리콜 실란[poly(ethylene glycol) silane]으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    다중 물질 측정 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 상이한 전해질은, 산화환원 전압이 각각 다른 물질인 것인,
    다중 물질 측정 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전기화학 측정을 진행하여 인플루엔자 바이러스를 탐지 여부를 확인하는 단계는,
    상기 작업전극 내 3 개의 파트의 전기 전도성 변화를 하나의 실험 그래프에 3개의 피크 전류(peak current)를 통해 인플루엔자 바이러스의 탐지를 확인하는 것인,
    다중 물질 측정 방법.

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