WO2012115349A2 - 정전영량 방식의 터치스크린을 이용한 생테분자의 검출방법 - Google Patents

정전영량 방식의 터치스크린을 이용한 생테분자의 검출방법 Download PDF

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WO2012115349A2
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biomolecule
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touch panel
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박현규
원병연
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한국과학기술원
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G01N27/3276—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction being a hybridisation with immobilised receptors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0443—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a single layer of sensing electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a method of detecting biomolecules using a capacitive touch screen that receives a contact of a conductor as an input signal and outputs the same to a display screen. More specifically, the present invention applies a biomolecule having electrical conductivity to a touch panel. The present invention relates to a method for detecting a target biomolecule by detecting a change in capacitance of a touch panel surface generated according to the biomolecule concentration.
  • a touch screen is a device that does not use an input device such as a keyboard or a mouse, and detects the position of a person's hand or an object on a screen or a specific position to process a specific function.
  • the touch screen basically consists of a touch panel, a touch controller, and a driver SW.
  • the touch panel is responsible for determining the presence or absence of contact input, detecting input coordinates, and transmitting signals to the touch controller.
  • the controller converts signals transmitted from the touch panel into digital signals and outputs them as coordinates on the display.
  • the driver SW is a program that receives the digital signal from the controller and implements the touch panel for each operating system.
  • the touch screen is classified into a resistive method, a capacitive method, a surface accoustic wave (SAW) method, an infrared (IR) method, and the like according to an implementation method of the touch panel.
  • a resistive method a capacitive method
  • a surface accoustic wave (SAW) method a surface accoustic wave (SAW) method
  • IR infrared
  • the resistive film is a structure in which two substrates coated with a transparent electrode are bonded together. An electric signal is generated when the upper and lower electrode layers are contacted by applying pressure with a finger or a pen. It is high in size and advantageous in miniaturization, and the capacitive type is a method of sensing and driving static electricity generated in the human body, which is strong in durability, short in reaction time and excellent in permeability.
  • the SAW method detects that the emitted ultrasonic wave meets an obstacle and reduces the amplitude of the wave.
  • the light transmittance is good, the accuracy and clarity are excellent, and the IR touch panel is a light emitting device and a light receiving device. (Light detecting) It is arranged to face each other and recognizes the coordinates blocked by touch. It does not need ITO film, so it can be realized even with one sheet of glass, so it has the best transmittance (Recommendation et al. , 20, 2008).
  • the capacitive touch screen is an input device which is widely used in various small terminal devices such as a smart phone or a tablet PC recently (FIG. 1).
  • a constant voltage is applied to the four corners of the touch panel to form a capacitive layer on the surface of the touch panel, and the panel is contacted with a conductor (human body, mainly a finger) to change the capacitance at the contact portion.
  • the touch controller detects this change, calculates the contact position, and outputs it to the external display device.
  • the in vitro diagnostic field for analyzing biomolecules related to various diseases is an early diagnosis of various diseases as well as a field for examining the state of health or the progress of the disease.
  • the in vitro diagnostic fields include screening of disease groups, prevention of diseases, It is actively used in veterinary medicine, environmental management and food management as a diagnostic and monitoring of treatment, personal health test, genetic testing and non-medical fields.
  • epidemic diseases such as strains of influenza virus and foot-and-mouth disease are creating a national crisis, and demands for improving the quality of life are also increasing, and the demand and importance of treatment monitoring and regular health examinations are highlighted. It is true. Accordingly, the analysis technology of various disease-related biomolecules is very important economically and technically, and has been actively studied worldwide since it has a great industrial ripple effect.
  • the present inventors have made efforts to develop a method for detecting biomolecules that can easily carry out in vitro molecular analysis in the home, instead of the existing in vitro diagnostic apparatus that requires a specialized analysis device and expertise, and the electrical conductivity varies according to the concentration.
  • the biomolecule is contacted with a capacitive touch screen to directly or indirectly measure the capacitance of the touch panel which changes according to the concentration change, it was confirmed that the detection and quantification of the biomolecule were possible and the present invention was completed. .
  • An object of the present invention is to provide a method for detecting biomolecules using a cheap and simple touch screen method.
  • the present invention comprises the steps of (a) applying a reference sample and one or more biomolecules to be detected on the touch panel of the touch screen of the single contact capacitive type; (b) stacking the auxiliary panel coated with a transparent electrode to which the conductor is connected or the auxiliary panel coated on both sides with the transparent electrode on the touch panel of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode contacts the touch panel. Laminating; (c) changing the capacitance of the touch panel surface by contacting the touch conductor with the conductive electrode connected to the transparent electrode or the transparent electrode on the opposite side in contact with the touch panel; And (d) measuring the position of one touch signal using a touch controller to detect the concentration of the biomolecules.
  • the present invention also comprises the steps of (a) applying a biomolecule to be detected on the touch panel of the touch screen of the single contact capacitive type; (b) stacking the auxiliary panel coated with a transparent electrode to which the conductor is connected or the auxiliary panel coated on both sides with the transparent electrode on the touch panel of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode contacts the touch panel.
  • a touch controller further comprising an analog signal output device for measuring and outputting a capacitance change amount of the touch panel to measure a change in capacitance of one touch signal position and a touch signal position to determine the concentration of the biomolecule. It provides a method for detecting biomolecules using a single touch capacitive touch screen comprising the step of detecting.
  • the present invention also includes the steps of: (a) stacking a non-conductive analysis frame including a sample inlet, a sample moving channel, a sample contact position and a tablet membrane on a touch panel of a single contact capacitive touch screen; (b) a secondary panel coated with a transparent electrode connected with a conductive wire or an auxiliary panel coated with a transparent electrode on both sides thereof is laminated on the analysis frame of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode is Laminating to contact; (c) injecting a biomolecule to be detected into the sample inlet; (d) changing the capacitance of the touch panel surface by contacting the touch conductor with the conductive electrode connected to the transparent electrode or the transparent electrode on the opposite side in contact with the touch panel; And
  • a touch controller further comprising an analog signal output element that measures and outputs the capacitance change amount of the touch panel to detect the concentration of the biomolecule by measuring the capacitance change for one touch signal position and the touch signal position. It provides a method of detecting biomolecules using a single touch capacitive touch screen comprising the step of.
  • the present invention also includes the steps of (a) applying one or more biomolecules to be detected on the touch panel of the multi-contact capacitive touch screen; (b) stacking the auxiliary panel coated with a transparent electrode to which the conductor is connected or the auxiliary panel coated on both sides with the transparent electrode on the touch panel of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode contacts the touch panel.
  • the present invention also includes the steps of: (a) immobilizing probes respectively coupled to one or more target biomolecules on a touch panel of a multi-contact capacitive touch screen; (b) stacking a non-conductive analysis frame including a sample inlet and a reaction chamber on the touch panel to which the probes are fixed, and then using a transparent electrode coated auxiliary panel to which conductive wires are connected or both sides of the transparent electrode.
  • the present invention also provides a capacitive touch screen in which a sample containing biomolecules is deposited; And an auxiliary panel coated with a transparent electrode to which conductive wires to which a touch conductor is contacted is connected, or an auxiliary panel coated with a transparent electrode on both sides thereof.
  • FIG. 1 illustrates a signal input principle by changing a capacitance of a touch panel by directly touching a finger with a touch panel in a conventional touch screen system.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method of detecting biomolecules using a capacitive touch screen.
  • 3 is a graph showing the change in conductivity according to the concentration change of the nucleic acid solution.
  • Figure 4 shows the principle input signal by the capacitance change of the touch panel by the biomolecule contact and the actual picture of the touch panel.
  • FIG. 5 shows the distance (L) from the recognized position and the position of the reference sample (50 ng / ⁇ l) to the recognized position according to various concentrations of the two kinds of nucleic acid samples A and B using a single contact capacitive touch screen system. And angle? Are shown, respectively.
  • FIG. 6 graphically shows the equations of L and ⁇ values and the relationship between two nucleic acid sample concentrations and L values, and two nucleic acid sample concentrations and ⁇ values according to the concentrations of two kinds of nucleic acid samples A and B, respectively.
  • 7 is a single contact capacitive touch screen system using the relationship between x-axis, L-value, and ⁇ -value of the concentration of Chlamydia trachomatis nucleic acid solution amplified by PCR using a conventional absorbance-based nucleic acid analysis method. The measured values are plotted on the y-axis.
  • FIG. 8 is a schematic view of a touch controller capable of outputting a change in capacitance and an amount of contact signal to which an analog signal output element directly outputting a capacitance change amount of a touch panel is added.
  • FIG. 9 shows a single-touch capacitive touch screen system with a tablet membrane capable of separating specific biomolecules.
  • FIG. 10 illustrates a system capable of simultaneously measuring concentrations of several biomolecules using a terminal device equipped with a touch controller in which a multi-contact capacitive touch screen and an analog signal output element are added.
  • FIG. 11 illustrates a multi-contact capacitive touchscreen system immobilized on a panel of different types of probe materials that react specifically with biomolecules to detect unknown biomolecules.
  • a method comprising: (a) applying a reference sample and at least one biomolecule to be detected on a touch panel of a single touch capacitive touch screen; (b) stacking the auxiliary panel coated with a transparent electrode to which the conductor is connected or the auxiliary panel coated on both sides with the transparent electrode on the touch panel of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode contacts the touch panel. Laminating; (c) changing the capacitance of the touch panel surface by contacting the touch conductor with the conductive electrode connected to the transparent electrode or the transparent electrode on the opposite side in contact with the touch panel; And (d) detecting the concentration of the biomolecule by measuring the position of one touch signal using the touch controller.
  • the reference sample may be characterized in that the electrolyte solution having a known concentration, the biomolecule may be selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, inorganic ions in vivo and mixtures thereof. have.
  • the auxiliary panel may be selected from the group consisting of glass, acrylic and plastic, and the transparent electrode is indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • -Oxide IZO
  • GZO gallium-zinc-oxide
  • AZO aluminum-zinc-oxide
  • carbon nanotubes CNT, carbon nanotube
  • graphene graphene
  • the touch conductor may be selected from the group consisting of a finger, a stylus pen applicable to the capacitive type, and a touch glove applicable to the capacitive type, wherein step (d) is performed by the touch controller.
  • the concentration of the biomolecule may be calculated by substituting the equation prepared using the reference sample containing the biomolecule to be detected.
  • the capacitive touch screen is recognized as an input signal due to the change of capacitance on the surface of the touch panel even when a contact is made through an electrically conductive material, and the change in capacitance is proportional to the electrical conductivity of the material. Therefore, since the capacitive touch screen recognizes the contact of the conductor, the touch through the electrolyte solution can also be recognized.
  • the electrical conductivity of the electrolyte is different depending on the concentration of ions dissolved in the solution, the electrical conductivity also varies depending on the concentration of the biomolecule because the biomolecule acts as an electrolyte in the dissolved state.
  • the contact signal is generated even if the biomolecule is dropped on the touch panel without touching the surface of the touch panel directly with a finger and the tip of the drop is touched with a finger (FIG. 2).
  • a variety of 10-100 ng / ⁇ l on the touch panel of the single contact capacitive touch screen 1 ⁇ l of each of the nucleic acid solutions A and B having a concentration was added to the designated positions, and the reference nucleic acid solution (50 ng / ⁇ l) was added to another designated position, and then the auxiliary panel coated with the transparent electrode was placed on the transparent electrode. Covered so as to be in contact with each other, by contacting the conductive wire connected to the transparent electrode with a finger at the same time to contact the three points, to confirm the contact position of one point between the three points (Fig. 5).
  • the capacitive touch screen uses a single touch capacitive touch screen (ESCAP7000, eGALAX) including a touch panel and a touch controller, but the present invention is not limited thereto. All are available.
  • [A] represents the concentration of nucleic acid solution A
  • [B] represents the concentration of nucleic acid solution B
  • the contact signal position generated by simultaneously contacting the reference sample with two unknown samples is measured, and the distance L between the position of the reference sample (50 ng / ⁇ l) applied on the touch panel and the measured contact signal position is measured. And by measuring the angle ⁇ and substituting it into Equations 1 and 2, the concentration of two unknown biomolecules can be measured simultaneously.
  • the result of measuring the concentration of the PCR amplified Chlamydia trachomatis nucleic acid solution using the above method and the result measured using the conventional absorbance-based nucleic acid analysis method as a result the touch screen The method used was confirmed to show results similar to those using the absorbance-based nucleic acid analysis method (FIG. 7).
  • a method for detecting biomolecules on a touch panel of a single touch capacitive touch screen comprising: (b) stacking the auxiliary panel coated with a transparent electrode to which the conductor is connected or the auxiliary panel coated on both sides with the transparent electrode on the touch panel of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode contacts the touch panel.
  • the present invention relates to a method for detecting biomolecules using a single touch capacitive touch screen including detecting the same.
  • the biomolecule may be selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, in vivo inorganic ions and mixtures thereof.
  • the auxiliary panel may be selected from the group consisting of glass, acrylic and plastic, and the transparent electrode is indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • -Oxide IZO
  • GZO gallium-zinc-oxide
  • AZO aluminum-zinc-oxide
  • carbon nanotubes CNT, carbon nanotube
  • graphene graphene
  • the touch conductor may be selected from the group consisting of a finger, a stylus pen applicable to the capacitive method, and a touch glove applicable to the capacitive method. It may be characterized by being proportional to the concentration of the molecule.
  • the controller turns on or off the contact by judging more than the change as an effective input signal and the less than noise based on a certain amount of change in capacitance. Output only digital signal of.
  • an analog signal output element capable of outputting the capacitance change value is added to the controller to change the capacitance of the touch panel. When directly output, the concentration of biomolecules can be measured.
  • FIG. 8 A schematic diagram of a touch controller in which an analog signal output element capable of outputting a capacitance change value is added is shown in FIG. 8.
  • a method for manufacturing a display device including: (a) stacking an analytical frame including a sample inlet, a sample moving channel, a sample contact position, and a purification membrane on a touch panel of a single touch capacitive touch screen; (b) a secondary panel coated with a transparent electrode connected with a conductive wire or an auxiliary panel coated with a transparent electrode on both sides thereof is laminated on the analysis frame of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode is Laminating to contact; (c) injecting a biomolecule to be detected into the sample inlet; (d) changing the capacitance of the touch panel surface by contacting the touch conductor with the conductive electrode connected to the transparent electrode or the transparent electrode on the opposite side in contact with the touch panel; And (e) a touch controller further comprising an analog signal output device for measuring and outputting a capacitance change amount of the touch panel to measure the concentration of the biomolecule by measuring the capacitance change for one touch signal position and the touch signal position.
  • the biomolecule may be selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, in vivo inorganic ions and mixtures thereof.
  • the auxiliary panel may be selected from the group consisting of glass, acrylic and plastic, and the transparent electrode is indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • -Oxide IZO
  • GZO gallium-zinc-oxide
  • AZO aluminum-zinc-oxide
  • carbon nanotubes CNT, carbon nanotube
  • graphene graphene
  • the touch conductor may be selected from the group consisting of a finger, a stylus pen applicable to the capacitive method, and a touch glove applicable to the capacitive method. It may be characterized by being proportional to the concentration of the molecule.
  • the present invention provides a method for manufacturing a multi-contact capacitive touch screen, the method comprising: applying one or more biomolecules to be detected on a touch panel of a multi-contact capacitive touch screen; (b) stacking the auxiliary panel coated with a transparent electrode to which the conductor is connected or the auxiliary panel coated on both sides with the transparent electrode on the touch panel of (a), wherein the surface coated with the transparent electrode contacts the touch panel.
  • Multi-touch touch screen is a touch screen method that is most used in smartphones and tablet PCs because it can recognize each point as a contact signal, unlike a single touch method when it touches several points of the touch panel.
  • a single touch capacitive touch screen a certain amount of capacitance change is recognized as a touch signal, and only a digital signal is output. Therefore, when an analog signal output element capable of directly outputting a change in capacitance is added to a controller, several biomolecules are added. The concentration of can be measured simultaneously. 10 shows a system for simultaneously measuring concentrations of various biomolecules using a multi-contact capacitive touch screen-based terminal device equipped with a touch controller in which an analog signal output element is added.
  • the terminal device when detecting biomolecules using a capacitive touch screen-based terminal device, the terminal device is contaminated by attaching a conductive adhesive film on the terminal device instead of applying a sample directly on the terminal device, and then applying a sample.
  • the biomolecules can be detected conveniently without making them.
  • the biomolecule may be selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, in vivo inorganic ions and mixtures thereof.
  • the auxiliary panel may be selected from the group consisting of glass, acrylic and plastic, and the transparent electrode is indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • -Oxide IZO
  • GZO gallium-zinc-oxide
  • AZO aluminum-zinc-oxide
  • carbon nanotubes CNT, carbon nanotube
  • graphene graphene
  • the touch conductor may be selected from the group consisting of a finger, a stylus pen applicable to the capacitive method, and a touch glove applicable to the capacitive method. It may be characterized by being proportional to the concentration of the molecule.
  • the present invention provides a method for manufacturing a multi-contact capacitive touch screen, the method comprising: immobilizing probes respectively coupled to one or more target biomolecules on a touch panel of a multi-contact capacitive touch screen; (b) stacking a non-conductive analysis frame including a sample inlet and a reaction chamber on the touch panel to which the probes are fixed, and then using a transparent electrode coated auxiliary panel to which conductive wires are connected or both sides of the transparent electrode.
  • the present invention relates to a method for detecting biomolecules using a multi-touch capacitive touch screen including detecting the same.
  • the electrical conductivity of nucleic acids is higher when hybridized and when present in double strands than when present in single strands. Therefore, the probes that specifically bind to the target biomolecules are immobilized in a predetermined pattern on the touch panel of the multi-touch capacitive touch screen, and the probes fixed on the touch panel and the biomolecules to be detected are reacted.
  • the locations of the probes coupled to the target biomolecules are increased in electrical conductivity and change in capacitance to be recognized as contact signals.
  • the target biomolecule can be detected (Fig. 11).
  • the biomolecule may be selected from the group consisting of nucleic acids, proteins and mixtures thereof.
  • the auxiliary panel may be selected from the group consisting of glass, acrylic and plastic, and the transparent electrode may be indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), or indium zinc.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • -Oxide (IZO), gallium-zinc-oxide (GZO), aluminum-zinc-oxide (AZO) and carbon nanotubes (CNT, carbon nanotube) or graphene (graphene) may be selected from the group consisting of have.
  • the touch conductor may be selected from the group consisting of a finger, a stylus pen applicable to the capacitive method, and a touch glove applicable to the capacitive method.
  • the present invention provides a capacitive touch screen in which a sample containing biomolecules is deposited; And an auxiliary panel coated with a transparent electrode to which conductive wires to which a touch conductor is contacted is connected, or an auxiliary panel coated with a transparent electrode on both sides thereof.
  • the capacitive touch screen may be characterized in that it comprises a touch panel and a touch controller, the touch controller further comprises an analog signal output element for measuring and outputting the capacitance change amount of the touch panel. It may be characterized by including.
  • the capacitive touch screen may be selected from the group consisting of a single touch capacitive touch screen and a multi-touch capacitive touch screen, wherein the auxiliary panel is made of glass or acrylic.
  • the transparent electrode is made of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), gallium zinc oxide (GZO).
  • Aluminum-zinc-oxide (AZO) and carbon nanotubes (CNT, carbon nanotube) or graphene (graphene) may be selected from the group consisting of.
  • the biomolecule may be selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, in vivo inorganic ions and mixtures thereof.
  • the biomolecule detection device may further comprise an analysis frame that is not conductive, the analysis frame includes a sample inlet, a sample moving channel, a sample contact position, and a purification membrane. Or a sample inlet and a reaction chamber.
  • the capacitive touch screen recognizes the contact of the conductor, the touch through the electrolyte solution can also be recognized. That is, instead of directly touching the surface of the touch panel with a finger, a drop of an electrolyte solution is dropped on the touch panel and a contact signal is generated even if the end of the drop is touched with a finger. This is because the capacitance on the surface of the touch panel is changed by the electrical conductivity of the electrolyte, and the electrical conductivity of the electrolyte depends on the concentration of ions dissolved in the solution. Since the biomolecule acts as an electrolyte in the dissolved state, the electrical conductivity varies according to the concentration of the biomolecule.
  • PCR amplified Chlamydia trachomatis nucleic acid was prepared at various concentrations of 25 to 375 ng / ⁇ l, and the resistance value of the nucleic acid solution according to each concentration was measured using an RMS multimeter (FLUKE 177). ) was used to calculate the electrical conductivity of each nucleic acid solution.
  • the concentration of the biomolecule in the solution can be measured.
  • each touch does not recognize each touch, and the center point is recognized as a touch signal. This is because the two fingers have the same electrical conductivity.
  • the contact position is recognized from the center of the two points to the higher electric conductivity, and the difference in concentration The position to be recognized also changes according to the solution. If you use a solution of known concentration as a reference solution and add an unknown biomolecular solution to a predetermined position and make contact with the reference solution at the same time, a contact signal is generated between the two points. From the concentration of the reference solution and the biomolecule concentration of the unknown sample can be measured.
  • the biomolecular concentrations of the two unknown samples are estimated by measuring the distance and the angle from the reference position with respect to the contact signal positions generated by simultaneously applying the reference solution and the two unknown samples at the predetermined positions. This allows simultaneous measurement of two unknown samples.
  • the single contact capacitive touch screen (ESCAP7000, eGALAX) with touch panel and touch controller and indium tin An oxide (ITO) coated slide glass (Asta Co., Ltd.) was prepared.
  • nucleic acid solutions A and B having various concentrations of 10-100 ng / ⁇ l, respectively.
  • the distance (L) and the angle ( ⁇ ) from the reference solution position according to the concentration of the two kinds of nucleic acid solution was calculated from the x, y coordinates (pixel) on the PC monitor of each point, Using these equations, the equations for L and ⁇ values according to the concentrations of two nucleic acid solutions, a graph showing the relationship between the two nucleic acid solution concentrations and the L value, and a graph showing the relationship between the two nucleic acid solution concentrations and the ⁇ value are used. Each was obtained using matlab (Fig. 6).
  • the biomolecule detection method according to the present invention can be mass-produced by using an inexpensive capacitive touch screen, thereby making it possible to perform experiments such as bulky and expensive absorbing or fluorescence-based dedicated analyzers and electrophoresis.
  • Smartphones and tablets with lower cost, shorter analysis times, and capacitive touch screens compared to conventional methods that could be performed only in laboratories equipped with specialized personnel due to technology or long analysis time Biomolecules can be detected easily in a personal terminal device such as a PC.

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Abstract

본 발명은 전도체의 접촉을 입력신호로 받아들여 디스플레이 화면에 출력하는 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 터치패널에 전기전도성이 있는 생체분자를 적용하고, 생체분자 농도에 따라 발생하는 터치패널 표면의 정전용량의 변화를 감지하여 목적 생체분자를 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 생체분자의 검출방법은 대량 생산이 가능하여 가격이 저렴한 정전용량 방식의 터치스크린을 이용함으로써, 부피가 크고 가격이 비싼 흡광 또는 형광 기반의 전용 분석장치, 전기영동법과 같이 숙련된 실험 기술 또는 긴 분석 시간을 필요로 하여 전문 인력과 시설을 갖춘 실험실에서만 수행할 수 있었던 종래 방법과 비교하여, 가격이 저렴하고 분석시간이 짧으며, 정전용량 방식의 터치스크린을 탑재한 스마트폰 및 태블릿 PC 등의 개인 단말기기에서 간편하게 생체분자를 검출할 수 있다.

Description

정전영량 방식의 터치스크린을 이용한 생테분자의 검출방법
본 발명은 전도체의 접촉을 입력신호로 받아들여 디스플레이 화면에 출력하는 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 터치패널에 전기전도성이 있는 생체분자를 적용하고, 생체분자 농도에 따라 발생하는 터치패널 표면의 정전용량의 변화를 감지하여 목적 생체분자를 검출하는 방법에 관한 것이다.
터치스크린은 키보드나 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고, 화면(스크린)에 나타난 문자나 특정위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면 그 위치를 파악하여 특정한 기능을 처리하도록 한 것을 말한다.
터치스크린은 기본적으로 터치패널, 터치 컨트롤러, 드라이버 SW 등으로 구성된다. 터치패널은 접촉입력의 유무를 판단하고 입력좌표를 검출하고 터치 컨트롤러로 신호를 전송하는 기능을 담당하고, 컨트롤러는 터치패널에서 전송된 신호를 디지털 신호로 변환하고 디스플레이상의 좌표로 출력하는 기능을 하며, 드라이버 SW는 컨트롤러에서 들어오는 디지털 신호를 받아 터치패널이 각 운영 시스템에 맞게 구현하도록 하는 프로그램이다.
터치스크린은 터치패널의 구현방식에 따라 저항막(Resistive) 방식, 정전용량(Capacitive) 방식, SAW(Surface Accoustic Wave; 초음파) 방식, IR(Infrared; 적외선) 방식 등으로 구분된다.
저항막 방식은 투명전극이 코팅되어 있는 두 장의 기판을 합착시킨 구조로써 손가락이나 펜으로 압력을 가해 상부와 하부의 전극 층이 접촉되면 전기적 신호가 발생되어 위치를 인지하는 방식으로, 가격이 싸고 정확도가 높으며 소형화에 유리하고, 정전용량 방식은 사람의 몸에서 발생하는 정전기를 감지해 구동하는 방식으로서 내구성이 강하고 반응시간이 짧으며 투과성이 우수하다.
SAW 방식은 방출된 초음파가 장애물로 만나 파동의 크기(Amplitude)가 줄어든 것을 감지하는 방식으로, 빛 투과율이 좋고, 정확성 및 선명도가 우수하며, IR방식의 터치패널은 발광(Light emitting)소자와 수광(Light detecting)소자가 마주하도록 배치되어 터치에 의해 차단된 좌표를 인식하게 되며, ITO 필름 등이 필요 없어 Glass 1장으로도 구현이 가능해 투과율이 가장 우수하다 (권지인 et al., 정보통신책, 20, 2008).
특히, 정전용량 방식의 터치스크린은 최근 스마트폰 또는 태블릿 PC 등 다양한 소형 단말기기에 널리 사용되고 있는 입력장치이다 (도 1). 구체적으로, 터치 컨트롤러에서 터치패널 네 귀퉁이에 일정 전압을 인가하여 터치패널 표면에 정전용량 층을 형성시키고, 이 패널을 전도체(인체, 주로 손가락) 등으로 접촉하여 접촉 부위에서 정전용량을 변화시킨 다음, 터치 컨트롤러가 이 변화를 감지하고 접촉 위치를 계산하여 외부 디스플레이 장치에 출력하는 원리이다.
한편, 현재 각종 질환과 관련된 생체분자를 분석하기 위한 체외 진단 분야는 각종 질병의 조기 진단을 비롯하여 건강 상태 또는 질병의 진전 상황 등을 살피기 위한 분야로서, 체외 진단 분야는 질병 집단의 선별과 질병 예방, 진단과 치료의 모니터링, 개인 건강 상태 검사, 유전자 검사 그리고 비의료 분야로서 수의학, 환경관리, 식품 관리 등에 매우 적극적으로 이용되고 있다. 최근 변종 인플루엔자 바이러스, 구제역 등의 고전염성 질병이 창궐하여 국가적 위기 상황이 발생하고 있으며, 삶의 질 향상에 대한 요구 또한 높아지고 있어, 치료 모니터링이나 정기적 건강 상태 검사에 대한 수요 및 그 중요성이 부각되고 있는 실정이다. 이에 따라 각종 질병 관련 생체분자의 분석 기술은 경제적기술적으로 매우 중요하며 산업적으로 큰 파급효과를 가지기 때문에 세계적으로 활발히 연구되고 있다.
현재 체외 진단 분야에서는 실시간 중합효소연쇄반응(real-time PCR), 효소결합면역흡착검사(ELISA, enzyme-linked immonosorbent assay) 등의 방법이 가장 많이 사용되고 있는데, 이와 같은 분석 방법은 부피가 크고 가격이 비싼 분석 장비를 필요로 하거나 숙련된 전문기술 또는 긴 분석 시간을 필요로 한다. 따라서 현재 대부분의 체외 진단은 반드시 전문적인 시설과 인력을 갖춘 대학/종합 병원 또는 전문 진단 기관에의 의뢰를 통해서만 가능한 실정이며, 시료의 채취부터 결과 통보까지 많은 시간과 비용이 소비된다. 이러한 한계를 극복하기 위해서, 지역 소규모 병원 및 보건소, 또는 가정에서도 활용 가능한 현장 진단 시스템(POCT, point-of-care testing)이 구현되어야 하며, 이를 위해, 간편하게 체외 분자 분석이 가능한 저렴하고 소형의 분석 장치의 개발이 필요하다.
이에, 본 발명자들은 전문 분석 장치 및 전문 기술을 필요로 하는 기존의 체외 진단 장치를 대신하여 가정에서도 간편하게 체외 분자 분석이 가능한 생체분자의 검출방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 농도에 따라 전기전도도가 달라지는 생체분자를 정전용량 방식의 터치스크린에 접촉시켜 농도변화에 따라 변화하는 터치패널의 정전용량을 직/간접적으로 측정할 경우, 해당 생체분자의 검출 및 정량이 가능한 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 저렴하고 간편한 터치스크린 방식을 이용한 생체분자의 검출방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 기준시료 및 검출하고자 하는 하나 이상의 생체분자를 적용하는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (d) 터치 컨트롤러를 이용하여 하나의 접촉신호 위치를 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 검출하고자 하는 생체분자를 적용하는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (d) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 시료 주입구, 시료 이동 채널, 시료 접촉 위치 및 정제막을 포함하고 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 적층시키는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 분석용 프레임 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 분석용 프레임과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 시료 주입구에 검출하고자 하는 생체분자를 주입하는 단계; (d) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및
(e) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 검출하고자 하는 하나 이상의 생체분자들을 적용하는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (d) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나 이상의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치들에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 하나 이상의 목적 생체분자들과 각각 결합하는 프로브들을 고정화시키는 단계; (b) 상기 프로브들이 고정된 터치패널 위에 시료 주입구 및 반응 챔버를 포함하고, 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 적층시킨 다음, 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 분석용 프레임 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 분석용 프레임과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 시료 주입구에 검출하고자 하는 생체분자를 주입하는 단계; (d) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (e) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 상기 프로브들과 주입된 생체분자의 결합에 의해 변화되는 정전용량을 측정하여 목적 생체분자를 검출하는 단계를 포함하는 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 생체분자를 함유하는 시료가 점적되는 정전용량 방식의 터치스크린; 및 터치용 전도체가 접촉되는 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치를 제공한다.
도 1은 종래 일반적인 터치스크린 시스템에서, 터치패널에 직접 손가락을 접촉하여 터치패널의 정전용량 변화에 의한 신호 입력 원리를 나타낸 것이다.
도 2는 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법을 모식도로 나타낸 것이다.
도 3은 핵산 용액의 농도 변화에 따른 전기전도도 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 생체분자 접촉에 의한 터치패널의 정전용량 변화에 의해 신호 입력 되는 원리 및 터치패널의 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 단일 접촉 정전용량 터치스크린 시스템을 이용하여 두 종류의 핵산 시료 A 및 B의 다양한 농도에 따라 인식되는 위치 및 기준시료(50 ng/μl)의 위치로부터 인식된 위치까지의 거리(L) 및 각도(θ)를 각각 나타낸 것이다.
도 6는 두 종류의 핵산 시료 A 및 B의 농도에 따라 각각의 L값 및 θ값의 방정식 및 두 핵산 시료 농도와 L값 및 두 핵산 시료 농도와 θ값과 관계를 각각 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 PCR로 증폭된 Chlamydia trachomatis 핵산 용액의 농도를 종래 흡광도 기반의 핵산 분석방법을 이용하여 측정한 값을 x축, L값 및 θ값의 관계를 이용하는 단일 접촉 정전용량 터치스크린 시스템을 이용하여 측정한 값을 y축으로 하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 8은 터치패널의 정전용량 변화량을 직접 출력해주는 아날로그 신호 출력 소자가 추가된 접촉신호 위치 및 정전용량 변화량을 출력할 수 있는 터치 컨트롤러의 모식도를 나타낸 것이다.
도 9는 특정 생체분자를 분리할 수 있는 정제막이 포함된 단일 접촉(single-touch) 정전용량 터치스크린 시스템을 나타낸 것이다.
도 10은 다중 접촉 정전용량 터치스크린 및 아날로그 신호 출력 소자가 추가된 터치 컨트롤러가 장착된 단말기기를 이용하여 여러 개의 생체분자의 농도를 동시에 측정할 수 있는 시스템을 나타낸 것이다.
도 11은 미지의 생체분자의 검출을 위해 생체분자와 특이적으로 반응하는 서로 다른 종류의 프로브 물질을 패널에 고정화한 다중 접촉 정전용량 터치스크린 시스템을 나타낸 것이다.
발명의 상세한 설명 및 구체적인 구현예
본 발명은 일 관점에서, (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 기준시료 및 검출하고자 하는 하나 이상의 생체분자를 적용하는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (d) 터치 컨트롤러를 이용하여 하나의 접촉신호 위치를 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 기준시료는 농도를 알고 있는 전해질 용액인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 (d) 단계는 터치 컨트롤러를 이용하여 측정된 터치패널 위에 접촉신호 위치와 터치패널 위에 적용된 기준시료의 위치 사이의 거리(L) 및 각도(θ)를 측정한 다음, 상기 측정된 거리(L) 및 각도(θ)값을 검출하고자 하는 생체분자를 함유한 기준시료를 이용하여 작성된 방정식에 대입하여 생체분자의 농도를 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
정전용량 방식의 터치스크린은 전기전도성이 있는 물질을 매개로 하여 접촉을 하여도 터치패널 표면의 정전용량이 변하여 입력신호로 인식하게 되며, 이 정전용량의 변화는 해당 물질의 전기전도도에 비례한다. 따라서, 정전용량 방식의 터치스크린은 전도체의 접촉을 인식하기 때문에 전해질 용액을 통한 접촉 또한 인식할 수 있다.
한편, 전해질의 전기전도도는 용액에 용해되어 있는 이온의 농도에 따라 다른데, 생체분자는 용액에 녹아 있는 상태에서 전해질로 작용하기 때문에 생체분자의 농도에 따라 전기전도도 또한 달라진다.
따라서, 터치패널 표면을 손가락으로 직접 접촉하지 않고, 생체분자를 터치패널 위에 떨어뜨리고 그 방울 끝을 손가락으로 접촉해도 접촉 신호가 발생하게 된다 (도 2).
단일 접촉(single-touch) 정전용량 방식의 터치스크린의 경우, 두 지점을 동시에 손가락으로 접촉했을 때 각각의 접촉을 인식하지 못하고, 그 가운데 지점을 접촉신호로 인식한다. 이는, 두 손가락의 전기전도도가 같기 때문인데, 서로 농도가 다른 전해질을 통하여 같은 방식으로 두 지점을 접촉하게 되면 두 지점의 가운데 위치에서부터 전기전도도가 더 높은 쪽으로 접촉 위치를 인식하게 되고, 그 농도 차이에 따라 인식하는 위치 또한 변한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 생체분자 농도에 따른 전기전도도의 변화를 측정하여, 생체분자의 농도가 증가할수록 전기전도도가 증가하는 것을 확인하였다 (도 3).
따라서, 이미 농도를 알고 있는 용액을 기준 시료로 사용하고 정해진 위치에 미지의 생체분자를 가하여 기준 시료와 동시에 접촉시키면, 두 지점 사이에서 접촉신호가 발생하게 된다. 따라서, 터치 컨트롤러를 이용하여 두 지점 사이의 접촉신호 위치를 측정하여 생체분자의 농도를 측정할 수 있다. 또한, 미지 시료가 두 개일 경우에도 정해진 위치에 기준 시료와 두 개의 미지 시료를 가하여 동시에 접촉시켜 발생하는 접촉신호 위치를 측정하여 두 개의 미지 시료의 동시 측정이 가능하다.
생체분자 접촉에 의한 터치패널의 정전용량 변화에 의해 신호 입력되는 원리 및 실제 터치패널의 사진을 도 4에 나타내었다.
본 발명의 일 실시예에서는, 단일 접촉 정전용량 터치스크린을 이용하여 두 개의 미지 시료 농도의 동시 측정이 가능함을 확인하기 위하여, 단일 접촉 정전용량 터치스크린의 터치패널 위에 10~100 ng/μl의 다양한 농도를 가지는 핵산 용액 A 및 B를 지정된 위치에 1 μl씩 각각 가하고 또 다른 지정된 위치에 기준 핵산 용액(50 ng/μl)을 가한 다음, 그 위에 투명전극이 코팅된 보조패널을 투명전극이 시료와 접촉하도록 덮고, 투명전극에 연결된 도선을 손가락으로 접촉하여 세 지점을 동시에 접촉시켜, 세 지점 사이의 한 점의 접촉 위치를 확인하였다 (도 5). 그리고, 두 종류 핵산 용액의 농도에 따라 접촉신호로 인식된 위치에 대하여 기준 시료 위치로부터의 거리(L)와 각도(θ)를 각각 측정하고, 이를 이용하여 하기 수학식에 나타난 바와 같이, 두 핵산 용액 농도에 따른 L값의 방정식 및 θ값의 방정식을 각각 얻었으며, 두 핵산 용액 농도와 L값의 관계를 나타내는 그래프 및 두 핵산 용액 농도와 θ값의 관계를 나타내는 그래프를 각각 얻었다 (도 6).
본 발명의 실시예에서는, 정전용량 터치스크린으로 터치패널 및 터치 컨트롤러를 포함하고 있는 단일 접촉 정전용량 터치스크린(ESCAP7000, eGALAX)을 사용하였으나, 이에 한정되지 않고, 정전용량 방식의 터치스크린이라면 어느 것이든 이용가능하다.
수학식 1
Figure PCTKR2012000220-appb-M000001
수학식 2
Figure PCTKR2012000220-appb-M000002
상기 수학식에서 [A]는 핵산 용액 A의 농도를 나타내며, 상기 [B]는 핵산 용액 B의 농도를 나타낸다.
따라서, 기준 시료와 두 개의 미지시료를 가하여 동시에 접촉시켜 발생하는 접촉신호 위치를 측정하고, 터치패널 위에 적용된 기준시료(50 ng/μl)의 위치와 상기 측정된 접촉신호 위치 사이의 거리(L) 및 각도(θ)를 측정한 다음, 이를 상기 수학식 1 및 수학식 2에 대입하여 계산함으로써, 두 개의 미지 생체분자의 농도를 동시에 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, PCR 증폭된 Chlamydia trachomatis 핵산 용액의 농도를 상기 방법을 이용하여 측정한 결과값과 종래 흡광도 기반의 핵산 분석 방법을 이용하여 측정한 결과값을 비교한 결과, 터치스크린을 이용한 방법은 흡광도 기반의 핵산 분석 방법을 이용한 결과와 유사한 결과를 나타내는 것을 확인하였다 (도 7).
본 발명은 다른 관점에서, (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 검출하고자 하는 생체분자를 적용하는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (d) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 정전용량의 변화량은 생체분자의 농도에 비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.
종래 정전용량 방식의 터치스크린은 정전용량의 변화를 접촉신호로 인식하기 위해 컨트롤러에서 일정량의 정전용량 변화를 기준으로 두어 그 이상의 변화를 유효 입력신호, 그 이하를 노이즈 등으로 판단하여 접촉 ON/OFF의 디지털 신호만 출력한다. 그러나, 터치패널 표면에서 변화하는 정전용량은 접촉에 이용된 생체분자의 농도에 따라 다르기 때문에 상기 컨트롤러에 정전용량 변화 값을 출력할 수 있는 아날로그 신호 출력 소자를 추가하여 터치패널의 정전용량의 변화량을 직접 출력할 경우, 생체분자의 농도를 측정할 수 있다. 정전용량 변화 값을 출력할 수 있는 아날로그 신호 출력 소자가 추가된 터치 컨트롤러의 모식도는 도 8에 나타내었다.
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 시료 주입구, 시료 이동 채널, 시료 접촉 위치 및 정제막을 포함하고 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 적층시키는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 분석용 프레임 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 분석용 프레임과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 시료 주입구에 검출하고자 하는 생체분자를 주입하는 단계; (d) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (e) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법에 관한 것이다.
무기질 등과 같은 기타 잔여물이 포함되어 있는 생체분자를 검출하는 경우, 검출 결과는 기타 잔여물의 영향을 많이 받기 때문에 검출하고자 하는 생체분자는 필수적으로 정제 과정이 필요하다. 따라서, 시료 주입구, 시료 이동 채널, 시료 접촉 위치 및 생체분자와 기타 잔여물을 분리할 수 있는 정제막을 포함하고, 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 이용함으로써, 번거로운 정제과정 없이 시료를 주입하는 것만으로도 생체분자의 검출이 가능하다 (도 9).
본 발명에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 정전용량의 변화량은 생체분자의 농도에 비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 검출하고자 하는 하나 이상의 생체분자들을 적용하는 단계; (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (d) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나 이상의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치들에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법에 관한 것이다.
다중 접촉(multi-touch) 터치스크린은 터치패널의 여러 지점을 접촉했을 때 단일 접촉 방식과 달리 각각의 지점을 접촉신호로 인식할 수 있어 최근 스마트폰 및 태블릿 PC 등에서 가장 많이 이용되는 터치스크린 방식이며, 단일 접촉 정전용량 터치스크린과 마찬가지로 일정량 이상의 정전용량 변화를 접촉신호로 인식하여 디지털 신호만 출력하기 때문에, 정전용량 변화를 직접 출력할 수 있는 아날로그 신호 출력 소자를 컨트롤러에 추가할 경우, 여러 생체분자의 농도를 동시에 측정할 수 있다. 아날로그 신호 출력 소자가 추가된 터치 컨트롤러가 장착되어 있는 다중 접촉 정전용량 터치스크린 기반의 단말기기를 이용한 여러 생체분자의 농도를 동시에 측정하는 시스템을 도 10에 나타내었다.
도 10에 나타난 바와 같이, 정전용량 터치스크린 기반의 단말기기를 이용하여 생체분자를 검출하는 경우, 단말기기 위에 직접 시료를 가하는 대신 단말기기 위에 전도성 부착 필름을 붙인 다음, 시료를 적용함으로써, 단말기기를 오염시키지 않고 편리하게 생체분자를 검출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 정전용량의 변화량은 생체분자의 농도에 비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 하나 이상의 목적 생체분자들과 각각 결합하는 프로브들을 고정화시키는 단계; (b) 상기 프로브들이 고정된 터치패널 위에 시료 주입구 및 반응 챔버를 포함하고, 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 적층시킨 다음, 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 분석용 프레임 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 분석용 프레임과 접촉하도록 적층시키는 단계; (c) 상기 시료 주입구에 검출하고자 하는 생체분자를 주입하는 단계; (d) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및 (e) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 상기 프로브들과 주입된 생체분자의 결합에 의해 변화되는 정전용량을 측정하여 목적 생체분자를 검출하는 단계를 포함하는 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법에 관한 것이다.
핵산의 전기전도도는 단일 가닥으로 존재하는 경우보다 혼성화하여 이중 가닥으로 존재할 경우, 전기전도도가 더 높아진다. 따라서, 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널에 목적 생체분자들과 특이적으로 결합반응을 하는 프로브들을 일정 패턴으로 고정화시키고, 상기 터치패널 위에 고정된 프로브들과 검출하고자 하는 생체분자들을 반응시켜 혼성화시키면, 목적 생체분자와 결합한 프로브들이 위치한 지점은 전기전도도가 높아지고 정전용량이 변하여 접촉신호로 인식하게 된다. 이렇게 접촉신호 위치로 인식된 위치의 프로브를 확인함으로써, 목적 생체분자를 검출할 수 있다 (도 11).
본 발명에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 투명전극은인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또 다른 관점에서, 생체분자를 함유하는 시료가 점적되는 정전용량 방식의 터치스크린; 및 터치용 전도체가 접촉되는 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 정전용량 방식의 터치스크린은 터치패널 및 터치 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 터치 컨트롤러는 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 정전용량 방식의 터치스크린은 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린 및 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로구성된군에서선택되는것을특징으로할수있으며, 상기 투명전극은인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 생체분자 검출용 장치는 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 분석용 프레임은 시료 주입구, 시료 이동 채널, 시료 접촉 위치 및 정제막을 포함하거나, 시료 주입구, 반응 챔버(reaction chamber)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 생체분자 농도에 따른 전기전도도의 변화
정전용량 방식의 터치스크린은 전도체의 접촉을 인식하기 때문에 전해질 용액을 통한 접촉 또한 인식할 수 있다. 즉, 터치패널 표면을 손가락으로 직접 접촉하는 대신에 전해질 용액 방울을 터치패널 위에 떨어뜨리고 그 방울 끝을 손가락으로 접촉해도 접촉신호가 발생하게 된다. 이는, 터치패널 표면의 정전용량이 전해질의 전기전도도에 의해 변화하기 때문이며, 전해질의 전기전도도는 용액에 용해되어 있는 이온의 농도에 따라 다르다. 생체분자는 용액에 녹아 있는 상태에서 전해질로 작용하기 때문에 생체분자의 농도에 따라 전기전도도는 달라진다.
생체분자 농도에 따라 전기전도도가 변하는 것을 확인하기 위해, PCR 증폭된 Chlamydia trachomatis 핵산을 25 ~ 375 ng/μl의 다양한 농도로 제조하고, 각 농도에 따른 핵산 용액의 저항값을 RMS 멀티미터(FLUKE 177)를 이용하여 측정하여 각 핵산 용액의 전기전도도를 계산하였다.
그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 핵산 용액의 농도가 증가할수록 전기전도도가 증가하는 것을 확인하였다.
따라서, 생체분자 용액에 의한 접촉을 통해 발생하는 정전용량의 변화를 직/간접적으로 측정하면 용액 중의 생체분자 농도를 측정할 수 있다.
실시예 2: 단일 접촉 정전용량 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출
단일 접촉 터치스크린은 두 지점을 동시에 손가락으로 접촉했을 때 각각의 접촉을 인식하지 못하고, 그 가운데 지점을 접촉신호로 인식한다. 이는, 두 손가락의 전기전도도가 같기 때문인데, 서로 농도가 다른 전해질을 통하여 같은 방식으로 두 지점을 접촉하게 되면 두 지점의 가운데 위치에서부터 전기전도도가 더 높은 쪽으로 접촉 위치를 인식하게 되고, 그 농도 차이에 따라 인식하는 위치 또한 변하기 때문에 이미 농도를 알고 있는 용액을 기준 용액으로 사용하고 정해진 위치에 미지의 생체분자 용액을 가하여 기준 용액과 동시에 접촉하면, 두 지점 사이에서 접촉신호가 발생하게 되고, 그 위치와 기준 용액의 농도로부터 미지 시료의 생체분자 농도를 측정할 수 있다.
또한, 미지 시료가 두 개일 경우, 정해진 위치에 기준 용액과 두 개의 미지 시료를 가하여 동시에 접촉하여 발생하는 접촉신호 위치에 대하여 기준 위치에서부터의 거리와 각도를 측정하여 두 미지 시료의 생체분자 농도를 추정하여 두 개의 미지 시료의 동시 측정이 가능하다.
정전용량 터치스크린을 이용하여 두 개의 미지 시료 농도의 동시 측정이 가능함을 확인하기 위하여, 터치패널 및 터치 컨트롤러를 포함하고 있는 단일 접촉 정전용량 터치스크린(ESCAP7000, eGALAX) 및 보조패널로 인듐-틴-옥사이드 (ITO)가 코팅된 슬라이드글라스((주)아스타)를 준비하였다.
두 개의 미지시료로는 Chlamydia trachomatis 유전자를 PCR 증폭한 후 정제 키트를 이용하여 정제하여 10~100 ng/μl의 다양한 농도를 가지는 핵산 용액 A 및 B를 각각 제조하였다.
상기 준비된 터치스크린의 터치패널 위의 고정된 두 지점에 10~100 ng/μl의 다양한 농도를 가지는 두 핵산 용액 A 및 B를 1 μl씩 각각 가하고 또 다른 고정된 위치에 PCR 증폭/정제 후 흡광도를 측정하여 농도를 50 ng/μl로 맞춘 기준 핵산 용액을 가한 다음, 그 위에 투명전극이 코팅된 보조패널을 투명전극이 시료와 접촉하도록 덮고, 투명전극에 연결된 도선을 손가락으로 접촉하여 시료가 가해진 터치패널 위의 세 지점을 동시에 접촉시켰다. 그리고, 터치패널에 연결된터치컨트롤러를이용하여세지점사이에한점의접촉신호위치를확인하였다. 그 다음, 두 종류 핵산 용액의 농도에 따라 접촉 위치로 인식된 지점에 대하여 기준 용액 위치로부터의 거리(L)와 각도(θ)를 각각 측정하였다.
그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 두 종류 핵산 용액의 농도에 따라 기준 용액 위치로부터의 거리(L) 및 각도(θ)를 각 지점의 PC 모니터 상의 x, y 좌표 (pixel)로부터 계산하였으며, 이를 이용하여 두 핵산 용액 농도에 따른 L값 및 θ값의 방정식 및 두 핵산 용액 농도와 L값의 관계를 나타내는 그래프 및 두 핵산 용액 농도와 θ값의 관계를 나타내는 그래프를 통계프로그램인 minitab과 연산프로그램인 matlab을 이용하여 각각 얻었다 (도 6).
또한, nanodrop ND-1000 spectrophotometer를 이용하여 260nm에서 PCR 증폭된 Chlamydia trachomatis 핵산 용액의 흡광도를 측정하여 PCR 증폭된 Chlamydia trachomatis 핵산 용액의 농도를 측정한 다음, 상기 터치스크린을 이용하여 측정한 결과값과 비교하였다.
그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 터치스크린을 이용한 방법은 종래 흡광도 기반의 핵산 분석 방법을 이용한 결과와 유사한 결과를 나타내는 것을 확인하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예 일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
부호의 설명
1. 손가락
2. 접촉에 의한 터치패널 표면의 정전용량 변화
3. 터치패널
4. 투명 보조패널
5. 투명전극 코팅층
6. 전극에 연결된 도선
7. 검출 시료(생체분자)
8. 전도성의 터치스크린 부착 필름
9. 시료 주입구
10. 시료 접촉 위치
11. 정제막
12. 기준시료 접촉 위치
13. 단말기기의 터치스크린
14. 케이블
15. 터치 컨트롤러
16. 아날로그 신호 출력 소자
17. 터치스크린 기반의 핵산 검출 장치(단말기기 등)
18. 반응 챔버(reaction chamber)
19. 목적 생체분자와 특이적으로 결합하는 프로브
20. 분석용 프레임
본 발명에 따른 생체분자의 검출방법은 대량 생산이 가능하여 가격이 저렴한 정전용량 방식의 터치스크린을 이용함으로써, 부피가 크고 가격이 비싼 흡광 또는 형광 기반의 전용 분석장치, 전기영동법과 같이 숙련된 실험 기술 또는 긴 분석 시간을 필요로 하여 전문 인력과 시설을 갖춘 실험실에서만 수행할 수 있었던 종래 방법과 비교하여, 가격이 저렴하고 분석시간이 짧으며, 정전용량 방식의 터치스크린을 탑재한 스마트폰 및 태블릿 PC 등의 개인 단말기기에서 간편하게 생체분자를 검출할 수 있다.

Claims (40)

  1. 다음 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법:
    (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 기준시료 및 검출하고자 하는 하나 이상의 생체분자를 적용하는 단계;
    (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계;
    (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및
    (d) 터치 컨트롤러를 이용하여 하나의 접촉신호 위치를 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준시료는 농도를 알고 있는 전해질 용액인 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는 터치 컨트롤러를 이용하여 측정된 터치패널 위에 접촉신호 위치와 터치패널 위에 적용된 기준시료의 위치 사이의 거리(L) 및 각도(θ)를 측정한 다음, 상기 측정된 거리(L) 및 각도(θ)값을 검출하고자 하는 생체분자를 함유한 기준시료를 이용하여 작성된 방정식에 대입하여 생체분자의 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  8. 다음 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법:
    (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 검출하고자 하는 생체분자를 적용하는 단계;
    (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계;
    (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및
    (d) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계.
  9. 제8항에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 정전용량의 변화량은 생체분자의 농도에 비례하는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  14. 다음 단계를 포함하는 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법:
    (a) 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 시료 주입구, 시료 이동 채널, 시료 접촉 위치 및 정제막을 포함하고 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 적층시키는 단계;
    (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 분석용 프레임 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 분석용 프레임과 접촉하도록 적층시키는 단계;
    (c) 상기 시료 주입구에 검출하고자 하는 생체분자를 주입하는 단계;
    (d) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및
    (e) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계.
  15. 제14항에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 정전용량의 변화량은 생체분자의 농도에 비례하는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  20. 다음 단계를 포함하는 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법:
    (a) 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 검출하고자 하는 하나 이상의 생체분자들을 적용하는 단계;
    (b) 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 (a)의 터치패널 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 터치패널과 접촉하도록 적층시키는 단계;
    (c) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및
    (d) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 하나 이상의 접촉신호 위치 및 접촉신호 위치들에 대한 정전용량의 변화량을 측정하여 생체분자의 농도를 검출하는 단계.
  21. 제20항에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  25. 제20항에 있어서, 상기 정전용량의 변화량은 생체분자의 농도에 비례하는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  26. 다음 단계를 포함하는 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린을 이용한 생체분자의 검출방법:
    (a) 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린의 터치패널 위에 하나 이상의 목적 생체분자들과 각각 결합하는 프로브들을 고정화시키는 단계;
    (b) 상기 프로브들이 고정된 터치패널 위에 시료 주입구 및 반응 챔버를 포함하고, 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 적층시킨 다음, 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 상기 분석용 프레임 위에 적층시키되, 투명전극이 코팅된 면이 상기 분석용 프레임과 접촉하도록 적층시키는 단계;
    (c) 상기 시료 주입구에 검출하고자 하는 생체분자를 주입하는 단계;
    (d) 상기 투명전극과 연결된 도선 또는 터치패널과 접촉된 반대 면의 투명전극에 터치용 전도체를 접촉하여 터치패널 표면의 정전용량이 변하도록 하는 단계; 및
    (e) 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 터치 컨트롤러로 상기 프로브들과 주입된 생체분자의 결합에 의해 변화되는 정전용량을 측정하여 목적 생체분자를 검출하는 단계.
  27. 제26항에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 투명전극은인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  30. 제26항에 있어서, 상기 터치용 전도체는 손가락, 정전용량 방식에 적용 가능한 스타일러스 펜, 및 정전용량 방식에 적용 가능한 터치 장갑으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자의 검출방법.
  31. 생체분자를 함유하는 시료가 점적되는 정전용량 방식의 터치스크린; 및 터치용 전도체가 접촉되는 도선이 연결되어 있는 투명전극이 코팅된 보조패널 또는 양면이 투명전극으로 코팅된 보조패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 정전용량 방식의 터치스크린은 터치패널 및 터치 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 생체분자 검출용 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 터치 컨트롤러는 터치패널의 정전용량 변화량을 측정하여 출력하는 아날로그 신호 출력 소자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  34. 제31항에 있어서, 상기 정전용량 방식의 터치스크린은 단일 접촉 정전용량 방식의 터치스크린 및 다중 접촉 정전용량 방식의 터치스크린으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  35. 제31항에 있어서, 상기 보조패널은 유리, 아크릴 및 플라스틱으로구성된군에서선택되는것을특징으로하는생체분자검출용장치.
  36. 제31항에 있어서, 상기 투명전극은인듐-틴-옥사이드(ITO), 징크-옥사이드 (ZnO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 갈륨-징크-옥사이드 (GZO), 알루미늄-징크-옥사이드 (AZO) 및 탄소나노튜브 (CNT, carbon nanotube) 또는 그래핀 (graphene)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  37. 제31항에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 단백질, 생체내 무기이온 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  38. 제31항에 있어서, 상기 생체분자 검출용 장치는 전도성을 띄지 않는 분석용 프레임을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 분석용 프레임은 시료 주입구, 시료 이동 채널, 시료 접촉 위치 및 정제막을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
  40. 제38항에 있어서, 상기 분석용 프레임은 시료 주입구, 반응 챔버(reaction chamber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 장치.
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