WO2014112746A1 - 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치 - Google Patents

마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치 Download PDF

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WO2014112746A1
WO2014112746A1 PCT/KR2014/000248 KR2014000248W WO2014112746A1 WO 2014112746 A1 WO2014112746 A1 WO 2014112746A1 KR 2014000248 W KR2014000248 W KR 2014000248W WO 2014112746 A1 WO2014112746 A1 WO 2014112746A1
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spot
electrode
voltage
homocysteine
concentration
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PCT/KR2014/000248
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김용상
신익수
이진필
로힛찬드
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이손이엔엘(주)
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    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
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    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
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    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"

Definitions

  • the present invention relates to a biosensor device including a microchip, and more particularly, to apply a voltage to the blood administered to the microchip, to extract homocysteine from the blood, and to measure the concentration of the extracted homocysteine.
  • the present invention relates to a biosensor device for predicting and determining in advance whether cardiovascular disease or senile dementia for a blood donor.
  • Homocysteine is an amino acid containing thiol-functional groups, an intermediate metabolite that occurs during the metabolism of the essential amino acid methionine to cysteine.
  • the concentration of Hcy in the blood of healthy people is generally 5-16 Keep in between. If a patient develops a deficiency in folic acid (vitamin B 6 ), vitamin B 9 , or B 12 , the concentration of Hcy in the blood increases.
  • Hcy acts as a factor in causing diseases such as hiperhomocysteinemia or homocystinuria.
  • Hypercysteinemia and homocystinuria are known as independent risk factors for atherosclerosis and thrombosis.
  • high concentrations of Hcy have not only been the most potent risk factor for cardiovascular disease, but also have been shown to have a clear correlation with senile dementia.
  • the conventional Hcy assay has a problem of using an expensive large analyzer to obtain a detection signal of Hcy only in serum.
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • the conventional Hcy diagnosis can only be studied and carried out at a large general hospital or a large laboratory unit, and thus it is very urgent to develop an easy and simple diagnosis method. Accordingly, there is an urgent need for the development of a technology that enables the general public to perform Hcy diagnosis in a relatively easy and simple manner to prevent and cope with cardiovascular diseases and senile dementia.
  • the present invention has been made to improve the prior art as described above, the present invention relates to a biosensor device including a microchip, and more particularly to the homocysteine from the blood by applying a voltage to the blood administered to the microchip
  • An object of the present invention is to provide a biosensor device for determining whether cardiovascular disease or senile dementia is provided to the donor of blood based on the concentration of the extracted homocysteine after measuring the extracted homocysteine.
  • the microchip of the biosensor device in order to achieve the above object and to solve the problems of the prior art, the microchip of the biosensor device according to an embodiment of the present invention, the first spot (spot) to which the blood injection port is connected and the first distance from the first spot A main channel formed by a flow path connecting second spots spaced apart from each other and formed of a polydimethylsiloxane (PDMS) filled with agarose gel; Branched from a first node positioned between the first spot and the second spot of the main channel, and formed as a flow path connecting the third spot and the first node spaced apart by a second distance from the second spot; A first subchannel formed of a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer filled with an agarose gel; And an electrode part including a first electrode connected to the first spot, a second electrode connected to the second spot, and a third electrode connected to the third spot.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • a first voltage is applied through the first electrode and the second electrode.
  • the first voltage is cut off and a second voltage is applied to the first subchannel through the first electrode and the third electrode when a first time elapses from the time when the first voltage is applied.
  • homocysteine Hcy: Homocysteine
  • the microchip of the biosensor device is branched from a second node located between the first node and the second spot of the main channel, and by a third distance from the second spot.
  • a second subchannel formed of a flow path connecting the fourth spot spaced apart from the second node and formed of a polydimethylsiloxane (PDMS) filled with agarose gel. It further comprises a fourth electrode connected to the spot.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • a first voltage is applied to the main channel through the first electrode and the second electrode.
  • the first voltage is cut off and a second voltage is applied to the first subchannel through the first electrode and the third electrode when a first time elapses from the time when the first voltage is applied.
  • a third voltage is applied to the second subchannel through a first electrode and the fourth electrode, and is extracted from the blood according to the application of the first voltage, the application of the second voltage, and the application of the third voltage. It is characterized in that homocysteine and cysteine (Cys: cysteine) is accommodated in the third spot and the fourth spot, respectively.
  • the main channel is formed of a flow path connecting the first spot and the second spot connected to the first electrode and the second electrode, respectively, the third electrode connected to the third electrode
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • a voltage applying unit connected to the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode to apply a voltage to the microchip
  • a memory in which an Hcy concentration table in which at least one current value and homocysteine concentration values corresponding to each current value are recorded is recorded;
  • a concentration measuring unit configured to measure the concentration of homocysteine extracted from blood introduced
  • the voltage applying unit of the biosensor device when the blood is injected into the first spot, the voltage applying unit of the biosensor device according to an embodiment of the present invention is provided to the main channel through the first electrode and the second electrode for a first time.
  • the first voltage is applied, and when the first time elapses, the first voltage is cut off, and then a second voltage is applied to the first subchannel through the first electrode and the third electrode.
  • the third voltage may be applied to the second subchannel through the fourth electrode.
  • the voltage applying unit of the biosensor device applies an Hcy detection voltage to the third spot
  • the concentration measuring unit applies the Hcy detection voltage. Read the peak value of the current flowing through the homocysteine according to the application, and reading the Hcy concentration value corresponding to the current peak value from the Hcy concentration table to measure the concentration of the homocysteine extracted from the blood It is done.
  • the memory of the biosensor device maintains a disease information table in which at least one reference concentration range and disease information corresponding to each of the reference concentration ranges are recorded, and wherein the bioinformation readout unit is The reference concentration range corresponding to the read concentration of homocysteine is read from the disease information table, and the disease information corresponding to the read reference concentration range is provided to an administrator.
  • biosensor device including the microchip of the present invention
  • the effect can be obtained.
  • the biosensor device including the microchip of the present invention since a low-cost electrochemical detection method is used, there is no need for a large existing device, and a single readout device is used based on a small disposable sensor. The effect of analyzing several patient samples at the same time can be obtained.
  • the biosensor device including the microchip of the present invention
  • all existing methods require a blood sample pretreatment process using various enzymes or chemical derivatives, but the biosensor of the present invention may be used on a microchip without pretreatment of a blood sample.
  • the cysteine can be selectively separated at the same time as Hcy, which is a detectable substance, by applying a simple voltage, it is possible to obtain homocysteine in blood more simply and accurately.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of a biosensor device microchip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a biosensor device microchip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a microchip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a biosensor device according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a graph illustrating current values of cysteines and current values of homocysteines according to respective detection voltages according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a graph illustrating concentration values of cysteine and concentration values of homocysteine according to respective current values according to an embodiment of the present invention.
  • the biosensor device including the microchip of the present invention relates to an electrochemical biosensor device for routinely monitoring blood homocysteine (Hcy).
  • Hcy analysis methods are optical detection method using separation analysis such as HPLC, electrochemical detection method, enzymatic method using one or two or more enzymatic reactions, and immunoassay methods. These analytical methods guarantee a relatively reliable level of analytical performance for Hcy, but have the disadvantage that detectors are very expensive, impossible to miniaturize and require rather cumbersome sample preparation.
  • the sensor device including the microchip mentioned herein may be used to implement a method for analyzing Hcy in blood through an electrochemical / electrochemical method.
  • the present invention has a feature that can complement all the disadvantages of the existing Hcy analysis method.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of a biosensor device microchip according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a view showing the structure of a biosensor device microchip according to an embodiment of the present invention.
  • the microchip 1000 may include a main channel 130, a first subchannel 160, and a second subchannel 220.
  • the main channel 130 may be formed as a flow path connecting the first spot 120 and the second spot 290 spaced apart from each other by the first distance 140 on the microchip 1000.
  • the blood inlet 110 may be connected to the first spot 120 of the main channel 130.
  • the first spot 120 may be connected to the first electrode 100.
  • the first electrode 100 includes a sample separation electrode S1 electrode.
  • the second spot 120 may be connected to the second electrode 270.
  • the second electrode 270 includes a working electrode W1 electrode, an auxiliary electrode C1 electrode, a reference electrode R1 electrode, and a sample separation electrode S2 electrode.
  • the main channel 130 includes a first node 150 and a second node 210.
  • the first node 150 may be formed at a position closer to the first spot 120 than the second node 210, and the second node 210 may be formed at the second spot 290 compared to the first node 150. It may be formed in a position closer to the. That is, the second node 210 may be located between the first node 150 and the second spot 290.
  • the first subchannel 160 may be formed as a flow path connecting the first node 150 and the third spot 170.
  • the third spot 170 may be implemented as a spot at a position spaced apart from the second spot 290 of the main channel 130 by a second distance. Therefore, the first sub-channel 160 may be implemented as a channel branched from the main channel 130 through the first node 150 and terminated in the third spot 170.
  • the third spot 170 which is the end of the first sub channel 160, may be connected to the third electrode 180.
  • the third electrode 180 includes a working electrode W3 electrode, an auxiliary electrode C3 electrode, a reference electrode R3 electrode, and a sample separation electrode S4 electrode.
  • the second sub-channel 220 may be formed as a flow path connecting the second node 210 and the fourth spot 230.
  • the fourth spot 230 may be implemented as a spot spaced apart from the second spot 290 of the main channel 130 by a third distance. Therefore, the second sub-channel 220 may be implemented as a channel branched from the main channel 130 through the second node 210 and terminated in the fourth spot 230.
  • the fourth spot 230 which is the end of the second sub channel 220, may be connected to the fourth electrode 250.
  • the fourth electrode 250 includes a working electrode W2 electrode, an auxiliary electrode C2 electrode, a reference electrode R2 electrode, and a sample separation electrode S3 electrode.
  • the second spot 290 of the main channel 130 may be connected to the blood extraction port 280, the third spot 170 of the first sub channel 160 may be connected to the homocysteine extraction port 190, The fourth spot 230 of the second sub channel 220 may be connected to the cysteine extraction port 240.
  • the ultrafine device for analyzing the microchip 1000 may be manufactured through a general photolithographic process. First, the gold electrodes are patterned on the glass substrate, and then the microchip 1000 and the channel may be fabricated by attaching a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomeric channel made by a negative molding method thereon.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the channel fabricated on the microchip 1000 may have one main channel as shown in FIGS. 1 and 2, and may have a form in which two side channels are positioned in a Y-shape in the middle of the main channel. Each channel is filled with an agarose gel to increase the separation efficiency of the sample.
  • 3 is a cross-sectional view of a microchip according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the gold electrode 210 is patterned on the glass substrate 300 to implement a chip, and a microchannel of the PDMS elastomer 320 filled with agarose gel may be formed on the chip. In addition, a sodium hydroxide (NaOH) solution may be received on the microchip together with the microchannel of the PDMS elastomer 320. To this end, the microchip circumference may be formed as shown in FIG. 1.
  • NaOH sodium hydroxide
  • a first voltage may be applied to the main channel 130 through the first electrode 100 and the second electrode 290.
  • the blood may be added 2uL. Due to the application of the first voltage, homocysteine (Hcy: Homocysteine) and cysteine (Cys: cysteine) included in the blood located in the first spot 120 are extracted from the blood and the second spot (via the main channel 130). 290).
  • the first voltage may be implemented as a voltage of 100V.
  • the homocysteine is located at the first node 150 of the main channel 130, and the cysteine is The second node 210 of the main channel 130 is located.
  • the first time may be implemented within about 230 seconds. Accordingly, the first node 150 and the second node 210 may be implemented as positions on the main channel 130 in consideration of the moving speed of the homocysteine and the moving speed of the cysteine, respectively.
  • the main channel is formed through the first electrode 100 and the second electrode 270.
  • the first voltage that was applied to 130 is cut off.
  • a second voltage is applied to the first sub channel 160 through the first electrode 100 and the third electrode 180, and the second voltage is applied through the first electrode 100 and the fourth electrode 250.
  • the third voltage may be applied to the sub channel 220.
  • the second voltage and the third voltage may be implemented at 100V like the first voltage.
  • the homocysteine which is located at the first node 150 due to the application of the second voltage and the third voltage, moves to the third spot 170 through the first subchannel 160 and to the second node 210.
  • the located cysteine may move to the fourth spot 230 through the second subchannel 220. Therefore, after a certain time, the homocysteine separated from the blood may be collected at the third spot 170 and the cysteine may be collected at the fourth spot 230.
  • the biosensor device including the microchip according to the present invention may display bioinformation about the blood through the homocysteine or the cysteine. Can be read. This will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a biosensor device according to an embodiment of the present invention.
  • the biosensor device 400 includes a voltage applying unit 410, a microchip 420, a concentration measuring unit 430, a bio information reading unit 440, and a memory 450. do.
  • the microchip 420 is connected to a main channel and a third electrode which are formed as flow paths connecting first and second spots respectively connected to the first and second electrodes.
  • a first sub-channel formed by a flow path connecting a third spot to be formed and a first node positioned between the first spot and the second spot, a fourth spot connected to a fourth electrode, the first node, and the first node It may be configured as a second sub-channel formed by a flow path connecting the second node located between the two spots.
  • the voltage applying unit 410 is connected to the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode to apply a voltage to the microchip. That is, a first voltage is applied to the main channel through the first electrode and the second electrode, and when the first time elapses, the second electrode is cut off and the first electrode is passed through the first electrode and the third electrode. A second voltage may be applied to one subchannel and a third voltage may be applied to the second subchannel through the first electrode and the fourth electrode. Accordingly, homocysteine extracted from blood may be accommodated in the third spot and cysteine may be received in the fourth spot.
  • the memory 450 may maintain an Hcy concentration table in which one or more current values and homocysteine concentration values corresponding to the respective current values are recorded.
  • the memory 450 may maintain a Cys concentration table in which one or more current values and cysteine concentration values corresponding to the respective current values are recorded.
  • the Hcy concentration table may be implemented in a graph such as (B) of FIG. 6, and the Cys concentration table may be implemented in a graph such as (A) of FIG. 6.
  • the concentration measuring unit 430 measures the concentration of the homocysteine accommodated in the third spot. First, when the homocysteine aggregates at the third spot, the voltage applying unit 410 applies the Hcy detection voltage to the third spot through the third electrode.
  • the Hcy detection voltage may be implemented as 0.48V.
  • the concentration measuring unit 430 measures a current flowing through the homocysteine accommodated in the third spot for a predetermined time according to the Hcy detection voltage.
  • the concentration measuring unit 430 may detect the peak value of the current flowing in the homocysteine. That is, as shown in the graph (B) of FIG. 5, when 120 seconds elapse, it is possible to detect 2.2 ⁇ 0.1 mA, which is a peak value of the current flowing through the homocysteine.
  • the concentration measuring unit 430 may read the Hcy concentration value corresponding to the current peak value from the graph of FIG. 6B which is the Hcy concentration table. For example, the Hcy concentration value corresponding to the current peak value is 5
  • the concentration of the homocysteine extracted from the blood can be measured by reading.
  • the concentration measuring unit 430 measures the concentration of the cysteine accommodated in the fourth spot. First, when the cysteine aggregates at the fourth spot, the voltage applying unit 410 applies a Cys detection voltage to the fourth spot through the fourth electrode.
  • the Cys detection voltage may be implemented at 0.42V.
  • the concentration measuring unit 430 measures a current flowing through the cysteine accommodated in the fourth spot for a predetermined time according to the Cys detection voltage.
  • the concentration measuring unit 430 may detect the peak value of the current flowing in the cysteine. That is, as shown in the graph of FIG. 5A, when 105 seconds elapses, the peak value of the current flowing in the cysteine, 2.4 ⁇ 0.1 mA, can be detected.
  • the concentration measuring unit 430 may read the Cys concentration value corresponding to the current peak value from the graph of FIG. 6A which is the Cys concentration table. For example, the Cys concentration value corresponding to the current peak value is 5
  • the concentration of the cysteine extracted from the blood can be measured by reading.
  • the bio information reader 440 reads bio information about the blood through the concentration of homocysteine.
  • the memory 450 may maintain one or more reference concentration ranges and a disease information table in which disease information corresponding to each of the reference concentration ranges is recorded.
  • disease information table information on cardiovascular disease or information on senile dementia according to homocysteine concentration per unit blood may be recorded.
  • the bioinformation reading unit 440 may read the reference concentration range corresponding to the read homocysteine concentration from the disease information table and provide the administrator with disease information corresponding to the read reference concentration range.
  • the bioinformation reading unit 440 may read not only the concentration of homocysteine but also disease information corresponding to the concentration of cysteine and provide it to an administrator.
  • the disease information table recorded in the memory may be implemented to include disease information corresponding to various factors such as disease information corresponding to homocysteine, disease information corresponding to cysteine, and disease information corresponding to correlation between homocysteine and cysteine. have.
  • the disease information reading method of the biosensor device may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • the medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, or the like.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩은, 혈액 주입구가 연결되는 제1 스팟(spot)과 상기 제1 스팟에서 제1 거리만큼 이격된 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되고, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 메인 채널; 상기 메인 채널의 상기 제1 스팟과 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제2 거리만큼 이격된 제3 스팟과 상기 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 제1 서브 채널; 및 상기 제1 스팟과 연결되는 제1 전극, 상기 제2 스팟과 연결되는 제2 전극, 및 상기 제3 스팟과 연결되는 제3 전극을 포함하는 전극부를 포함한다.

Description

마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치
본 발명은 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마이크로 칩에 투여되는 혈액에 전압을 인가하여 상기 혈액으로부터 호모시스테인을 추출하고 상기 추출된 호모시스테인의 농도를 측정한 후 상기 측정된 호모시스테인의 농도에 따라 상기 혈액의 제공자에 대한 심혈관 질환이나 노인성 치매 여부를 미리 예측하고 판단하는 바이오 센서장치에 관한 것이다.
호모시스테인(homocysteine, Hcy)은 thiol-작용기를 포함하고 있는 아미노산으로서 필수아미노산인 메티오닌(methionine)이 시스테인(Cysteine)으로 대사하는 과정에서 발생하는 중간 대사물이다. 건강한 사람의 혈액에 존재하는 Hcy의 농도는 일반적으로 5~16
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사이를 유지한다. 만약 환자가 엽산(folic acid, 비타민 B6), 비타민 B9, 혹은 B12에 있어 결핍이 발생하면 혈중 Hcy의 농도가 증가하게 된다.
이러한 높은 농도의 Hcy는 고시스테인혈증(hiperhomocysteinemia) 혹은 호모시스틴뇨증(homocystinuria) 등의 질병을 발생시키는 요인으로 작용한다. 고시스테인혈증과 호모시스틴뇨증은 죽상경화증(atherosclerosis) 및 혈전증(thrombosis)의 독립적인 위험인자로 알려져 있다. 더욱이 높은 농도의 Hcy는 심혈관 질환에 있어 가장 강력한 위험인자일 뿐만 아니라, 노인성 치매에 있어 뚜렷한 상관관계가 있음이 최근 밝혀졌다.
국내의 경우에도 최근 질병관리본부 국립보건연구원 생명외과학센터와 고려대학교 의과대학 안산노인연구소의 연구에 의하면 혈장 내의 호모시스테인의 양이 높음에 따라 경도인지장해의 위험성이 증가한다고 한다. 이 연구진은 이와 함께 Hcy의 양이 높을수록 엽산과 비타민 B12의 양이 낮아져 있다는 결과도 함께 얻어냈다. Hcy는 생채 내에서 일종의 부식제와 같은 역할을 하기 때문에, 일단 한번 고농도의 Hcy에 의해 손상이 발생하게 되면 이를 다시 치유할 길이 없는 특징을 지닌다. 따라서, 치유보다는 예방에 목적을 둔 진단방법이 매우 절실한 상황이다.
종래의 Hcy 분석법은 혈청 내에서 Hcy만의 검출 신호를 얻어내기 위해 고가의 대형 분석기기를 이용하고 있다는 문제점을 지니고 있다. 이들 방법은 Hcy를 분리하기 위해 고성능 액체크로마트그래피(HPLC) 장비를 필요로 하거나, 혈청에서 Hcy만의 검출 신호만을 얻어내기 위해 몇단계의 효소 반응을 필요로 하거나, Hcy이 포함되는 간단한 효소 반응 및 방사능 동위원소 표지를 붙여야 하는 등 방법론적으로 대단히 많은 시간과 단계를 요구하는 것들이다.
즉, 종래의 Hcy 진단은 현재 규모가 큰 종합병원이나 거대 규모의 실험실 단위에서만 연구하고 실시할 수 밖에 없어, 손쉽고 간단한 진단 방법의 개발이 대단히 절실한 상황이다. 이에, 일반인들도 비교적 손쉽고 간단한 방법으로 Hcy 진단을 실시하여 이와 관련된 심혈관 질환이나 노인성 치매를 사전에 예방하고 대처할 수 있도록 하는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마이크로 칩에 투여되는 혈액에 전압을 인가하여 상기 혈액으로부터 호모시스테인을 추출하고 상기 추출된 호모시스테인의 농도를 측정한 후 상기 측정된 호모시스테인의 농도에 따라 상기 혈액의 제공자에 대한 심혈관 질환이나 노인성 치매 여부를 판단하는 바이오 센서장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩은, 혈액 주입구가 연결되는 제1 스팟(spot)과 상기 제1 스팟에서 제1 거리만큼 이격된 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되고, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 메인 채널; 상기 메인 채널의 상기 제1 스팟과 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제2 거리만큼 이격된 제3 스팟과 상기 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 제1 서브 채널; 및 상기 제1 스팟과 연결되는 제1 전극, 상기 제2 스팟과 연결되는 제2 전극, 및 상기 제3 스팟과 연결되는 제3 전극을 포함하는 전극부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩에 있어서, 상기 혈액 주입구를 통해 상기 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 호모시스테인(Hcy: Homocysteine)이 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩은 상기 메인 채널의 상기 제1 노드와 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제3 거리만큼 이격된 제4 스팟과 상기 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 제2 서브 채널을 더 포함하고, 상기 전극부는 상기 제4 스팟과 연결되는 제4 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 마이크로 칩에 있어서, 상기 혈액 주입구를 통해 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압이 상기 제2 서브 채널에 인가되고, 상기 제1 전압의 인가, 상기 제2 전압의 인가, 및 상기 제3 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 추출되는 호모시스테인 및 시스테인(Cys: cysteine)이 상기 제3 스팟 및 상기 제4 스팟에 각각 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치는, 제1 전극 및 제2 전극과 각각 연결되는 제1 스팟 및 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되는 메인 채널, 제3 전극과 연결되는 제3 스팟과 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제1 서브 채널, 제4 전극과 연결되는 제4 스팟과 상기 제1 노드 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제2 서브 채널로 구성되고, 상기 각 채널은 아가로스(agarose) 젤이 충진된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체로 형성되는 마이크로 칩; 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 및 상기 제4 전극과 각각 연결되어 상기 마이크로 칩에 전압을 인가하는 전압 인가부; 하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 호모시스테인 농도값이 기록된 Hcy 농도 테이블이 기록된 메모리; 상기 제1 스팟에 투입된 혈액으로부터 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 호모시스테인의 농도를 측정하는 농도 측정부; 및 상기 호모시스테인의 농도를 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독하는 바이오 정보 판독부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 상기 전압 인가부는 상기 제1 스팟에 상기 혈액이 투입되는 경우, 제1 시간 동안 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 상기 메인 채널에 제1 전압을 인가하고, 상기 제1 시간이 경과하면 상기 제1 전압을 차단한 후 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압을 상기 제1 서브 채널에 인가하며, 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압을 상기 제2 서브 채널에 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 상기 전압 인가부는 상기 호모시스테인이 상기 제3 스팟에 수용되는 경우, 상기 제3 스팟에 Hcy 검출전압을 인가하고, 상기 농도 측정부는 Hcy 검출전압의 인가에 따라 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크(peak)값을 판독하며, 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값을 상기 Hcy 농도 테이블로부터 판독하여 상기 혈액으로부터 추출된 상기 호모시스테인의 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 상기 메모리는 하나 이상의 기준농도범위 및 상기 각 기준농도범위 각각에 대응하는 질환정보가 기록된 질환정보 테이블을 유지하고, 상기 바이오 정보 판독부는 상기 판독된 상기 호모시스테인의 농도에 해당하는 기준농도범위를 상기 질환정보 테이블로부터 판독하고, 상기 판독된 기준농도범위에 대응하는 질환정보를 관리자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 따르면, 대형병원이나 큰 규모의 실험실을 통하지 않고 간단한 방법으로 누구나 쉽게 언제 어디서나 혈액 내 호모시스테인 함유량을 검출하여 심혈관 질환이나 노인성 치매를 진단하여 예방할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 따르면, 저렴한 단가의 전기화학적 검출법을 이용하기 때문에, 기존의 대형 기기를 전혀 필요치 않고, 소형의 일회용 센서를 기반으로 하여 한 대의 readout 기기를 이용해 동시에 여러 명의 환자 샘플을 분석할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치에 따르면, 기존의 모든 방법에서는 각종 효소 혹은 화학적 유도체를 이용한 혈액 시료 전처리 과정이 필요하나, 본 발명의 바이오 센서는 혈액 시료의 전처리 없이 마이크로 칩 상에서 간단한 전압인가로 검출물인 Hcy와 동시에 시스테인을 모두 선택적으로 분리할 수 있기 때문에, 보다 간편하면서도 정확하게 혈액 내 호모시스테인을 검출할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구현예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 칩의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 각각의 검출전압에 따른 시스테인의 전류값 및 호모시스테인의 전류값을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각각의 전류값에 따른 시스테인의 농도값 및 호모시스테인의 농도값을 도시한 그래프이다.
본 발명의 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치는 혈중 호모시스테인(Hcy)을 일상적으로 모니터링하는 전기화학 바이오 센서장치에 관한 것이다.
현재 상용되고 있는 Hcy의 분석 방법은 HPLC 등의 분리분석을 이용한 광학적 검출법, 전기화학적 검출법, 그리고 한단계 혹은 두단계 이상의 효소반응을 이용한 효소법, 면역법 등의 방법들이다. 이들 분석 방법은 Hcy에 대한 비교적 신뢰할 만한 수준의 분석능을 보장하지만, 검출기기가 매우 고가이며, 소형화가 불가능하고, 다소 번거로운 시료 전처리 과정을 필요로 한다는 단점을 지닌다.
본 명세서에서 언급되는 마이크로 칩을 포함하는 센서장치는 전기적/전기화학적인 방법을 통해 혈중 Hcy을 분석하는 방법이 구현되는데 사용될 수 있다. 본 발명은 기존의 Hcy 분석 방법이 지니는 단점들을 모두 다 보완할 수 있는 특징을 지닌다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구현예를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치 마이크로 칩의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로 칩(1000)은 메인 채널(130), 제1 서브 채널(160), 및 제2 서브 채널(220)을 포함한다. 메인 채널(130)은 마이크로 칩(1000) 상에 서로 제1 거리(140)만큼 이격되어 있는 제1 스팟(120)과 제2 스팟(290)을 연결하는 유로로 형성될 수 있다. 메인 채널(130)의 제1 스팟(120)에는 혈액 주입구(110)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 스팟(120)은 제1 전극(100)과 연결될 수 있다. 제1 전극(100)은 시료분리용 전극은 S1 전극을 포함한다. 또한, 제2 스팟(120)은 제2 전극(270)과 연결될 수 있다. 제2 전극(270)은 작업전극인 W1 전극, 보조전극인 C1 전극, 기준전극인 R1 전극, 및 시료분리용 전극인 S2 전극을 포함한다.
메인 채널(130)은 제1 노드(150) 및 제2 노드(210)를 포함한다. 제1 노드(150)는 제2 노드(210) 대비 제1 스팟(120)과 더 근접한 위치에 형성될 수 있고, 제2 노드(210)는 제1 노드(150) 대비 제2 스팟(290)과 더 근접한 위치에 형성될 수 있다. 즉, 제2 노드(210)는 제1 노드(150) 및 제2 스팟(290) 사이에 위치할 수 있다.
제1 서브 채널(160)은 제1 노드(150) 및 제3 스팟(170)을 연결하는 유로로 형성될 수 있다. 제3 스팟(170)은 메인 채널(130)의 제2 스팟(290)과 제2 거리만큼 이격된 위치의 스팟으로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 서브 채널(160)은 제1 노드(150)를 통해 메인 채널(130)로부터 분기되어 제3 스팟(170)에서 종단되는 채널로 구현될 수 있다. 제1 서브 채널(160)의 종단인 제3 스팟(170)은 제3 전극(180)과 연결될 수 있다. 제3 전극(180)은 작업전극인 W3 전극, 보조전극인 C3 전극, 기준전극인 R3 전극, 및 시료분리용 전극인 S4 전극을 포함한다.
제2 서브 채널(220)은 제2 노드(210) 및 제4 스팟(230)을 연결하는 유로로 형성될 수 있다. 제4 스팟(230)은 메인 채널(130)의 제2 스팟(290)과 제3 거리만큼 이격된 위치의 스팟으로 구현될 수 있다. 따라서, 제2 서브 채널(220)은 제2 노드(210)를 통해 메인 채널(130)로부터 분기되어 제4 스팟(230)에서 종단되는 채널로 구현될 수 있다. 제2 서브 채널(220)의 종단인 제4 스팟(230)은 제4 전극(250)과 연결될 수 있다. 제4 전극(250)은 작업전극인 W2 전극, 보조전극인 C2 전극, 기준전극인 R2 전극, 및 시료분리용 전극인 S3 전극을 포함한다.
메인 채널(130)의 제2 스팟(290)은 혈액 추출구(280)와 연결될 수 있고, 제1 서브 채널(160)의 제3 스팟(170)은 호모시스테인 추출구(190)와 연결될 수 있으며, 제2 서브 채널(220)의 제4 스팟(230)은 시스테인 추출구(240)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로 칩(1000)의 분석을 위한 초미세소자는 일반적인 photolithographic 과정을 통해 제조될 수 있다. 먼저 유리기판 위에 금 전극들이 패터닝되고, 이후 네거티브 몰딩(negative molding) 방법으로 만들어진 PDMS(Polydimethylsiloxane) 탄성체 채널을 그 위에 부착하는 방식으로 마이크로 칩(1000)과 채널이 제작될 수 있다.
마이크로 칩(1000) 위에 제작된 채널은 도 1과 도 2에서와 같이 하나의 주 채널이 있고, 주 채널 중간에 Y자 형태로 곁채널이 두 개 위치한 형태로 구현될 수 있다. 각 채널 내부에는 아가로스(agarose) 젤이 충진되어 시료의 분리 효율을 증대시킬 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 칩의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유리기판(300) 위에 금 전극(210)을 패터닝하여 칩을 구현하고, 칩 위에 아가로스 젤이 충진된 PDMS 탄성체(320)의 마이크로 채널이 형성될 수 있다. 또한, 마이크로 칩 위에서는 PDMS 탄성체(320)의 마이크로 채널과 함께 수산화나트륨(NaOH) 용액이 수용될 수 있다. 이를 위하여 마이크로 칩 둘레는 도 1에서와 같이 형성될 수도 있다.
혈액 주입구(110)를 통해 제1 스팟(120)에 혈액이 주입되면 제1 전극(100)과 제2 전극(290)을 통해 메인 채널(130)에는 제1 전압이 인가될 수 있다. 상기 혈액은 2uL가 투입될 수 있다. 제1 전압의 인가로 인해 제1 스팟(120)에 위치하는 혈액이 포함하는 호모시스테인(Hcy: Homocysteine)과 시스테인(Cys: cysteine)은 상기 혈액으로부터 추출되어 메인 채널(130)을 통해 제2 스팟(290) 방향으로 이동된다. 이를 위하여 제1 전압은 100V의 전압으로 구현될 수 있다.
100V 전압의 인가에 따른 호모시스테인과 시스테인의 이동속도를 고려하면, 상기 제1 전압의 인가 후 제1 시간이 경과되면 호모시스테인은 메인 채널(130)의 제1 노드(150)에 위치하게 되고, 시스테인은 메인 채널(130)의 제2 노드(210)에 위치하게 된다. 상기 제1 시간은 230초 내외로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 노드(150) 및 제2 노드(210)는 호모시스테인의 이동속도와 시스테인의 이동속도를 고려한 메인 채널(130) 상 위치로 각각 구현될 수 있다.
상기 제1 시간이 경과하면, 즉, 호모시스테인이 제1 노드(150)에 위치하고 시스테인이 제2 노드(210)이 위치하게 되면, 제1 전극(100)과 제2 전극(270)을 통해 메인 채널(130)에 인가되었던 제1 전압은 차단된다. 이 후, 제1 전극(100)과 제3 전극(180)을 통해 제1 서브 채널(160)에 제2 전압이 인가되고, 제1 전극(100)과 제4 전극(250)을 통해 제2 서브 채널(220)에 제3 전압이 인가될 수 있다. 상기 제2 전압과 상기 제3 전압은 상기 제1 전압과 같이 100V로 구현될 수 있다.
상기 제2 전압과 상기 제3 전압의 인가로 인해 제1 노드(150)에 위치하고 있는 호모시스테인은 제1 서브 채널(160)을 통해 제3 스팟(170)으로 이동하고, 제2 노드(210)에 위치하고 있는 시스테인은 제2 서브 채널(220)을 통해 제4 스팟(230)으로 이동할 수 있다. 따라서, 일정시간이 경과하면 상기 혈액으로부터 분리된 호모시스테인은 제3 스팟(170)에 결집되고 시스테인은 제4 스팟(230)에 결집될 수 있다.
호모시스테인이 제3 스팟(170)에 결집되고 시스테인이 제4 스팟(230)에 결집되면, 본 발명에 따른 마이크로 칩을 포함하는 바이오 센서장치는 상기 호모시스테인이나 상기 시스테인을 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독할 수 있다. 이는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서장치(400)는 전압 인가부(410), 마이크로 칩(420), 농도 측정부(430), 바이오 정보 판독부(440), 및 메모리(450)를 포함한다.
마이크로 칩(420)은 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 바와 같이, 제1 전극 및 제2 전극과 각각 연결되는 제1 스팟 및 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되는 메인 채널, 제3 전극과 연결되는 제3 스팟과 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제1 서브 채널, 제4 전극과 연결되는 제4 스팟과 상기 제1 노드 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제2 서브 채널로 구성될 수 있다.
전압 인가부(410)는 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 및 상기 제4 전극과 각각 연결되어 상기 마이크로 칩에 전압을 인가한다. 즉, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 메인 채널에 제1 전압을 인가하고, 제1 시간이 경과되면 상기 제2 전극을 차단하고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 상기 제1 서브 채널에 제2 전압을 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 상기 제2 서브 채널에 제3 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 혈액으로부터 추출된 호모시스테인은 상기 제3 스팟에 수용되고, 시스테인은 상기 제4 스팟에 수용될 수 있다.
메모리(450)는 하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 호모시스테인 농도값이 기록된 Hcy 농도 테이블을 유지할 수 있다. 또한, 메모리(450)는 하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 시스테인 농도값이 기록된 Cys 농도 테이블을 유지할 수 있다. 상기 Hcy 농도 테이블은 도 6의 (B)와 같은 그래프로 구현될 수 있고, 상기 Cys 농도 테이블은 도 6의 (A)와 같은 그래프로 구현될 수 있다.
농도 측정부(430)는 상기 제3 스팟에 수용된 상기 호모시스테인의 농도를 측정한다. 우선, 전압 인가부(410)는 상기 호모시스테인이 상기 제3 스팟에 결집되면, 상기 제3 전극을 통해 상기 제3 스팟에 Hcy 검출전압을 인가한다. 상기 Hcy 검출전압은 0.48V로 구현될 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 Hcy 검출전압에 따라 상기 제3 스팟에 수용된 상기 호모시스테인에 흐르는 전류를 일정시간 동안 측정한다.
농도 측정부(430)는 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크값을 검출할 수 있다. 즉, 도 5의 (B) 그래프에서와 같이, 120초가 경과되면 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크값인 2.2±0.1㎂를 검출할 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값을 상기 Hcy 농도 테이블인 도 6의 (B) 그래프로부터 판독할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값으로 5
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을 판독함으로써 상기 혈액으로부터 추출된 상기 호모시스테인의 농도를 측정할 수 있다.
농도 측정부(430)는 상기 제4 스팟에 수용된 상기 시스테인의 농도를 측정한다. 우선, 전압 인가부(410)는 상기 시스테인이 상기 제4 스팟에 결집되면, 상기 제4 전극을 통해 상기 제4 스팟에 Cys 검출전압을 인가한다. 상기 Cys 검출전압은 0.42V로 구현될 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 Cys 검출전압에 따라 상기 제4 스팟에 수용된 상기 시스테인에 흐르는 전류를 일정시간 동안 측정한다.
농도 측정부(430)는 상기 시스테인에 흐르는 전류의 피크값을 검출할 수 있다. 즉, 도 5의 (A) 그래프에서와 같이, 105초가 경과되면 상기 시스테인에 흐르는 전류의 피크값인 2.4±0.1㎂를 검출할 수 있다. 농도 측정부(430)는 상기 전류 피크값에 대응하는 Cys 농도값을 상기 Cys 농도 테이블인 도 6의 (A) 그래프로부터 판독할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 피크값에 대응하는 Cys 농도값으로 5
Figure PCTKR2014000248-appb-I000003
을 판독함으로써 상기 혈액으로부터 추출된 상기 시스테인의 농도를 측정할 수 있다.
바이오 정보 판독부(440)는 상기 호모시스테인의 농도를 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독한다. 이를 위하여, 메모리(450)에는 하나 이상의 기준농도범위 및 상기 각 기준농도범위 각각에 대응하는 질환정보가 기록된 질환정보 테이블을 유지할 수 있다. 상기 질환정보 테이블에는 단위 혈액 당 호모시스테인 농도에 따른 심혈관계 질환에 대한 정보나 노인성 치매에 대한 정보가 기록될 수 있다. 바이오 정보 판독부(440)는 상기 판독된 상기 호모시스테인 농도에 해당하는 기준농도범위를 상기 질환정보 테이블로부터 판독하고, 상기 판독된 기준농도범위에 대응하는 질환정보를 관리자에게 제공할 수 있다. 바이오 정보 판독부(440)는 상기 호모시스테인의 농도뿐만 아니라, 시스테인의 농도에 대응하는 질환정보를 판독하여 관리자에게 제공할 수도 있다. 이를 위하여 메모리에 기록되는 상기 질환정보 테이블은 호모시스테인에 대응하는 질환정보와 시스테인에 대응하는 질환정보, 호모시스테인과 시스테인의 상관관계에 대응하는 질환정보 등 다양한 인자에 대응하는 질환정보를 포함하도록 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 센서장치의 질환정보 판독방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 혈액 주입구가 연결되는 제1 스팟(spot)과 상기 제1 스팟에서 제1 거리만큼 이격된 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되고, 상기 유로 내부에는 아가로스(agarose) 젤이 충진되는 메인 채널;
    상기 메인 채널의 상기 제1 스팟과 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제2 거리만큼 이격된 제3 스팟과 상기 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 상기 유로 내부에는 아가로스 젤이 충진되는 제1 서브 채널; 및
    상기 제1 스팟과 연결되는 제1 전극, 상기 제2 스팟과 연결되는 제2 전극, 및 상기 제3 스팟과 연결되는 제3 전극을 포함하는 전극부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치의 마이크로 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혈액 주입구를 통해 상기 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 호모시스테인(Hcy: Homocysteine)이 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치의 마이크로 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 채널의 상기 제1 노드와 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드로부터 분기되고, 상기 제2 스팟에서 제3 거리만큼 이격된 제4 스팟과 상기 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되며, 상기 유로 내부에는 아가로스 젤이 충진되는 제2 서브 채널
    을 더 포함하고, 상기 전극부는 상기 제4 스팟과 연결되는 제4 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치의 마이크로 칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 혈액 주입구를 통해 제1 스팟에 혈액이 주입되면 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 제1 전압이 상기 메인 채널에 인가되고, 상기 제1 전압이 인가된 시점부터 제1 시간이 경과되면 상기 제1 전압이 차단되고 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압이 상기 제1 서브 채널에 인가되며 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압이 상기 제2 서브 채널에 인가되고, 상기 제1 전압의 인가, 상기 제2 전압의 인가, 및 상기 제3 전압의 인가에 따라 상기 혈액으로부터 추출되는 호모시스테인 및 시스테인(Cys: cysteine)이 상기 제3 스팟 및 상기 제4 스팟에 각각 수용되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치의 마이크로 칩.
  5. 제1 전극 및 제2 전극과 각각 연결되는 제1 스팟 및 제2 스팟을 연결하는 유로로 형성되는 메인 채널, 제3 전극과 연결되는 제3 스팟과 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제1 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제1 서브 채널, 제4 전극과 연결되는 제4 스팟과 상기 제1 노드 및 상기 제2 스팟 사이에 위치하는 제2 노드를 연결하는 유로로 형성되는 제2 서브 채널로 구성되고, 상기 각 채널의 내부가 아가로스 젤로 충진되는 마이크로 칩;
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 및 상기 제4 전극과 각각 연결되어 상기 마이크로 칩에 전압을 인가하는 전압 인가부;
    하나 이상의 전류값 및 상기 각 전류값에 대응하는 호모시스테인 농도값이 기록된 Hcy 농도 테이블이 기록된 메모리;
    상기 제1 스팟에 투입된 혈액으로부터 추출되어 상기 제3 스팟에 수용되는 호모시스테인의 농도를 측정하는 농도 측정부; 및
    상기 호모시스테인의 농도를 통해 상기 혈액에 대한 바이오 정보를 판독하는 바이오 정보 판독부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 상기 제1 스팟에 상기 혈액이 투입되는 경우, 제1 시간 동안 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 상기 메인 채널에 제1 전압을 인가하고, 상기 제1 시간이 경과하면 상기 제1 전압을 차단한 후 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 통해 제2 전압을 상기 제1 서브 채널에 인가하며, 상기 제1 전극과 상기 제4 전극을 통해 제3 전압을 상기 제2 서브 채널에 인가하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 상기 호모시스테인이 상기 제3 스팟에 수용되는 경우, 상기 제3 스팟에 Hcy 검출전압을 인가하고,
    상기 농도 측정부는 Hcy 검출전압의 인가에 따라 상기 호모시스테인에 흐르는 전류의 피크(peak)값을 판독하며, 상기 전류 피크값에 대응하는 Hcy 농도값을 상기 Hcy 농도 테이블로부터 판독하여 상기 혈액으로부터 추출된 상기 호모시스테인의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 메모리는 하나 이상의 기준농도범위 및 상기 각 기준농도범위 각각에 대응하는 질환정보가 기록된 질환정보 테이블을 유지하고,
    상기 바이오 정보 판독부는 상기 판독된 상기 호모시스테인의 농도에 해당하는 기준농도범위를 상기 질환정보 테이블로부터 판독하고, 상기 판독된 기준농도범위에 대응하는 질환정보를 관리자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서장치.
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