WO2010140773A2 - 생체물질을 측정하는 바이오센서 - Google Patents

생체물질을 측정하는 바이오센서 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for measuring a biomaterial, and particularly, when the substrate constituting the biosensor has a three-dimensional structure having a substantial thickness, the sample inlet is not blocked when the sample is introduced by contacting the finger with the finger.
  • the present invention relates to a biomaterial measuring apparatus.
  • Biosensor refers to a measuring device that investigates the properties of materials by using functions of living organisms. Since biomaterials are used as detection devices, they have excellent sensitivity and reaction specificity. Therefore, it is used in a wide range of fields such as clinical chemical analysis in the medical / medical field, process measurement in the bio industry, environmental measurement, and stability evaluation of chemicals. Especially in the field of medical diagnostics, biosensors are widely used to analyze biological samples including samples. Biosensors include an enzyme assay and an immunoassay according to the type of detection device, and an optical biosensor and an electrochemical biosensor according to a method of quantitatively analyzing a target substance in a biological sample.
  • Enzyme assay biosensors use specific reactions of enzymes and substrates, enzymes and enzyme inhibitors.
  • Immunoassay biosensors use specific reactions of antigens and antibodies.
  • the optical biosensor is a method of measuring the concentration of a target substance by measuring light transmittance, absorbance or wavelength change, and is the most commonly used method.
  • the reaction mechanism of the various materials to be analyzed is already known, and since the reaction is performed after sufficient reaction time, there is an advantage that the variation in measurement time is small.
  • the measurement time is long and a large amount of samples is required.
  • the measurement result is affected by the turbidity of the sample and it is difficult to miniaturize the optical unit.
  • Electrochemical biosensor is a method of measuring the concentration of the target material by measuring the electrical signal obtained from the reaction. Electrochemical biosensors have the advantages of being able to amplify signals with very small amounts of samples, being easy to miniaturize, reliably acquiring measurement signals, and being easily integrated with information and communication devices, but requiring electrode processes and high production costs. The disadvantage is that the measurement signal is very sensitive to the reaction time.
  • the conventional disposable biosensor having a capillary structure for introducing a sample has a fear that if the sample introduction port is a straight line, the sample introduction port is completely blocked when a finger or the like is brought to introduce blood. Therefore, as illustrated in FIG. 1, the biosensor manufactured by Roche forms an indentation and a notch in the sample inlet 12 so that the sample inlet is not blocked by the finger. In addition, the biosensor manufactured by Arkray (Arkray), as shown in Figure 2, to sharpen the portion forming the sample inlet (14, 16) so that the sample inlet (14, 16) is not blocked by the finger. Doing.
  • conventional biosensors may not be able to fill the capillary space sufficiently because the sample does not fill the capillary space if the finger is removed before the capillary is sufficiently filled with blood.
  • an object of the present invention is to prevent the sample inlet from being blocked when the sample is introduced into the sample inlet when the substrate to be used has a substantially three-dimensional structure.
  • Another object of the present invention is to solve the problem that the sample does not sufficiently fill the capillary space when the finger is released before the sample is sufficiently filled in the capillary space and affects the measurement result.
  • the present invention provides a device for measuring a biomaterial, the first substrate having a concave portion formed on one side, a reference electrode and a working electrode at which a biochemical reaction with respect to the biomaterial occurs, and the biochemical reaction result.
  • a second substrate having first and second transfer electrodes for transmitting a generated electrical signal to a detection device, wherein the recessed portion forms a sample inlet and the reference electrode and the working electrode face the recessed portion;
  • a second substrate is attached to the first substrate, and comprises an assay reagent fixed to the second substrate and causing a biochemical reaction with the biomaterial, wherein the first substrate or the second substrate is connected to the sample introduction port. It characterized in that it has an inclined surface in the height direction toward.
  • the present invention provides a device for measuring a biological material, a first substrate, a second substrate attached to the first substrate to form a reaction chamber and a sample introduction port, and the first substrate or the second substrate in the reaction chamber A reference electrode and a working electrode attached to a substrate, and an analytical reagent positioned in the reaction chamber and causing a biochemical reaction with the biological material, wherein the first substrate or the second substrate has a height direction toward the sample inlet; It is another feature to have an inclined surface.
  • the inclined surface formed in the height direction toward the sample inlet can prevent the finger from introducing the sample when the sample is introduced into the sample inlet when the substrate to be used has a substantially three-dimensional structure.
  • the inclined surface according to the present invention additionally retains the sample so that the sample sufficiently fills the capillary space even when the finger is removed before the sample is sufficiently filled in the capillary space, thereby obtaining a constant measurement result for the same sample.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional biosensor with indentation and notch
  • FIG. 2 is a view for explaining a conventional biosensor having a sample introduction port in the form of a protrusion
  • FIG. 3 is a view for explaining the structure of the biosensor to which the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a view illustrating various embodiments of the present invention having an inclined surface in a height direction at a sample inlet
  • FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a circular protrusion or groove on the inclined surface
  • FIG. 6 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a plurality of circular projections or grooves on the inclined surface
  • FIG. 7 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a strip-shaped protrusion or groove on the inclined surface
  • FIG. 8 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a projection or notch at the edge of the inclined surface
  • FIG. 9 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a notch at the edge of the inclined surface and a projection or groove in the form of a circular or band inside the inclined surface,
  • 10 is a view for explaining another embodiment of electrically connecting the reaction electrode and the transfer electrode of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the structure of the biosensor to which the present invention is applied.
  • Figure 3 (a) is a side view of the biosensor
  • Figure 3 (b) is a plan view of the biosensor
  • Figure 3 (c) is a front view of the biosensor.
  • the bonded substrate 105 serves as a physical support, and a recess 110 having a sample introduction port 101 is formed at one side thereof.
  • the reactor plate 104 includes a reference electrode 102, a working electrode 103, and transfer electrodes 112 and 113.
  • An analyte reagent (not shown) is fixed to the reactor plate 104 across the reference electrode 102 and the working electrode 103 and positioned in the recess 110.
  • the biochemical reaction between the assay reagent and the sample occurs around the reference electrode 102 and the working electrode 103 to which the assay reagent is fixed.
  • the transfer electrode 112 is electrically connected to the reference electrode 102, and the transfer electrode 113 is electrically connected to the reaction electrode 103, resulting in a biochemical reaction between the assay reagent and the sample.
  • the electrical signal generated at 103 is transmitted to the detection device.
  • the electrodes related to the biochemical reaction such as the reference electrode and the working electrode, are collectively referred to as the 'reaction electrode', and are distinguished from the transfer electrode which transmits the signal generated by the biochemical reaction to the measuring device.
  • Reference electrodes are also commonly referred to in the art as counter electrodes.
  • the sample inlet 101 is formed by joining a bonded substrate 105 having a concave portion 110 having an open front surface and a reactor plate 104 having a planar structure in which electrodes are formed.
  • the sample introduction port may be formed by covering only a part of the concave portion of which the front surface is not open and allowing the remaining part of the concave portion to be opened.
  • the bonded substrate 105 and the reactor substrate 104 are joined to form a reaction chamber having a capillary structure.
  • the reactor plate 104 allows the reference electrode 102 and the working electrode 103 to face the recess 110, while the recess 110 is vented with at least one edge face 109 of the reactor plate 104. It is attached to the bonded substrate 105 to form a slit 107.
  • the vent slit 107 is formed in the longitudinal direction of the biosensor 100 in succession with the sample introduction port 101.
  • the longitudinal direction of the biosensor 100 means a direction in which the sample is introduced into the recess 110 or the reaction chamber.
  • the reference electrode 102 and the working electrode 103 are formed on the side facing the recess 110 in the reactor plate 104, and the opposite side operates with the transfer electrode 112 electrically connected to the reference electrode 102.
  • the transfer electrode 113 is electrically connected to the electrode 103 is formed.
  • the transfer electrodes 112 and 113 are electrically connected to the reference electrode 102 and the working electrode 103 through the conductor 114 passing through the reactor plate 104.
  • the transfer electrodes 112 and 113 are formed on the side of the reactor plate 104 different from the reference electrode 102 and the working electrode 103, but may be formed on the same side.
  • a vent hole 106 is formed in the bonded substrate 105 at the opposite side of the sample inlet 101, the vent hole may be formed in the reactor board 104 or may not be formed on any substrate. .
  • the sample is introduced into the reaction chamber by capillary action, which is not only formed between the side of the reactor plate 104 facing the recess 110 and the bottom surface of the recess 110 of the bonded substrate 105. It is also formed between the edge surface 109 of the reactor plate 104 and the wall surface 111 of the recess 110. That is, the vent slit 107 not only forms an air outlet for outflowing the air in the reaction chamber as the sample is introduced, but also forms a capillary tube for introducing the sample into the reaction chamber, so that the sample flows into the reaction chamber very quickly. Be sure to
  • the reactor plate 104 is physically isolated. That is, unlike the existing biosensors, the reactor plate 104 is positioned without contacting any other substrate by the vent slit 107.
  • the vent slit 107 is not made by processing a specific substrate separately, but is formed three-dimensionally as a result of the positional relationship between the reactor board 104 and the bonded substrate 105. The space of the vent slit 107 can be easily adjusted by the thickness of the reactor plate 104.
  • FIG. 4 is a view illustrating various embodiments of the present invention having an inclined surface in a height direction at a sample inlet, and is an enlarged dotted line portion A of FIG. 3.
  • FIG. 4A illustrates a sensor provided on the reactor plate 402 with an inclined surface 408 in the height direction toward the sample inlet 406.
  • the sample inlet 406 is formed by the reactor plate 402 and the bonded substrate 404, and the ends of the reactor plate 402 and the bonded substrate 404 coincide with each other.
  • FIG. 4B illustrates a sensor provided on the bonded substrate 412 with an inclined surface 416 in the height direction toward the sample inlet 414.
  • the sample inlet 414 is formed by the reactor plate 410 and the bonded substrate 412, and the end portions of the reactor plate 410 and the bonded substrate 416 coincide with each other.
  • FIG. 4C illustrates a sensor provided on the reactor plate 418 with an inclined surface 424 in the height direction toward the sample inlet 422.
  • the sample inlet 422 is formed by the reactor plate 418 and the bonded substrate 420, and the end portion of the reactor plate 418 having the inclined surface 424 protrudes forward than the end portion of the bonded substrate 420.
  • FIG. 4D illustrates a sensor provided on the bonded substrate 428 with an inclined surface 432 in the height direction toward the sample inlet 430.
  • the sample inlet 430 is formed by the reactor plate 426 and the bonded substrate 428, and the end portion of the bonded substrate 428 on which the inclined surface 432 is formed protrudes forward than the end portion of the reactor plate 426. have.
  • the finger when the inclined surface in the height direction toward the sample inlet is formed on the portion of the bonded substrate or the reactor plate defining the sample inlet, the finger does not block the sample inlet when the finger is touched to introduce the sample. Sample introduction becomes easy.
  • the inclined surface retains the capillary sufficiently by additionally retaining the sample, such as a reservoir, so that the measurement result is constant according to the sample.
  • FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a circular protrusion on an inclined surface.
  • An inclined surface 504 is formed at the end of the bonded substrate 502, and a circular protrusion 506 is formed at the central portion of the inclined surface 504.
  • the projection 506 formed on the inclined surface 504 more effectively prevents the sample introduction port 508 from being blocked by the finger, and makes it easier to additionally retain the sample by causing the sample to be caught by the projection 506.
  • protrusions are formed in FIG. 5, concave grooves may be formed.
  • FIG. 6 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a circular protrusion on the inclined surface.
  • 6 (a) shows a case where one circular protrusion 602 is formed on the inclined surface 604
  • FIG. 6 (b) shows a case where a plurality of circular protrusions are formed on the inclined surface in one line
  • FIG. 6 (c) shows a plurality of This is the case where the circular protrusion is formed on the inclined surface in an array form.
  • the more circular protrusions are formed on the inclined surface, the more likely the sample inlet is blocked by the finger and the ability to hold the sample is greater.
  • a concave groove may be formed.
  • FIG. 7 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a strip-shaped projection on the inclined surface.
  • FIG. 7A illustrates a case where one strip-shaped protrusion 702 is formed on the inclined surface 704, and
  • FIG. 7B illustrates a case where a plurality of strip-shaped protrusions are formed on the inclined surface in the horizontal direction.
  • c) is a case where a plurality of strip-shaped protrusions are formed on the inclined surface in the vertical direction.
  • the more strip-shaped protrusions are formed on the inclined surface the more likely the sample introduction port is prevented from being blocked by the fingers and the ability to hold the sample is greater.
  • concave grooves may be formed.
  • the inclined surface may be formed in a step shape.
  • FIG. 8 is a view for explaining another embodiment of the present invention having a projection or notch on the edge of the inclined surface.
  • FIG. 8A illustrates a case where protrusions 804 are formed at the bottom edge 803 of the inclined surface 802.
  • FIG. 8B illustrates a case where the notch 808 is formed at the bottom edge 807 of the inclined surface 806. to be.
  • FIG. 9 is a view for explaining another embodiment of the present invention in which a notch formed at an edge of an inclined surface and a protrusion having a circular or band shape formed inside the inclined surface are combined.
  • FIG. 9A illustrates a case where a notch 904 formed at an edge of the inclined surface 902 and a circular protrusion 906 in an array form formed inside the inclined surface 902 are combined
  • FIG. 9B is an inclined surface 908. This is a case where the notch 910 formed at the edge of the slit and the strip-shaped protrusion 912 formed in the vertical direction on the inclined surface 908 are combined.
  • the protrusions in the form of a circle or strip is formed inside the inclined surface, a concave groove may be formed.
  • FIG 10 is a view for explaining another embodiment of electrically connecting the reaction electrode and the transfer electrode of the present invention.
  • the transfer electrode 1406 formed at one side of the reactor plate 1402 is connected to the reaction electrode 1404 through a conductive clamping member 1408 installed at the corner of the reactor plate 1402. Can be electrically connected.
  • an elastic material As the conductive clamping member 1408.

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Abstract

본 발명은 생체물질을 측정하는 장치에 있어서, 오목부가 일 측면에 형성된 제1 기판과, 상기 생체물질에 대한 생화학 반응이 일어나는 기준전극 및 작동전극과 상기 생화학 반응 결과 발생하는 전기신호를 검출장치로 전달하는 제1 및 제2 전달 전극을 구비하는 제2 기판과, 상기 제 2 기판에 고정되며 상기 생체물질과 생화학 반응을 일으키는 분석시약을 포함하며, 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판은 상기 시료 도입구를 향해 높이 방향의 경사면을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 오목부의 일부가 시료 도입구를 형성하고 상기 기준전극 및 작동전극이 상기 오목부를 향하도록 상기 제2 기판이 상기 제1 기판에 부착된다. 본 발명에 의해 시료 도입구를 향해 높이 방향으로 형성된 경사면은 사용하는 기판이 실질적으로 두께가 있는 3차원 구조를 가지는 경우 시료 도입구에 시료를 도입할 때 손가락이 시료 도입구를 방지할 수 있다.

Description

생체물질을 측정하는 바이오센서
본 발명은 생체물질을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 특히 바이오센서를 구성하는 기판이 실질적인 두께를 가지는 3차원 구조를 가지는 경우 시료 도입구에 손가락 등을 접촉하여 시료를 도입할 때 시료 도입구가 막히지 않도록 하는 생체물질 측정장치에 관한 것이다.
바이오센서(biosensor)는 생물이 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 측정 장치를 말하며, 생체 물질을 탐지소자로 사용하므로 감도와 반응 특이성이 우수하다. 따라서 의료/의약 분야에서의 임상화학분석, 바이오산업의 공정계측, 환경계측, 화학물질의 안정성 평가 등 광범위한 분야에서 사용되고 있고 그 범위는 계속 확대되고 있다. 특히 의약 진단 분야에서는 시료를 포함한 생체 시료를 분석하기 위하여 바이오센서가 많이 사용되고 있다. 바이오센서는 탐지 소자의 종류에 따라 효소 분석법과 면역 분석법이 있고, 생체 시료 내 목적 물질을 정량 분석하는 방법에 따라 광학적 바이오센서와 전기화학적 바이오센서가 있다.
효소분석법 바이오센서는 효소와 기질, 효소와 효소 저해제의 특이적인 반응을 이용하는 것이고, 면역분석법 바이오센서는 항원과 항체의 특이적인 반응을 이용하는 것이다.
광학적 바이오센서는 광투과도, 흡광도 또는 파장 변화를 측정하여 목적 물질의 농도를 측정하는 방법으로서, 가장 일반적으로 사용되어 온 방법이다. 분석하고자 하는 다양한 물질들의 반응 메커니즘이 이미 밝혀져 있고, 충분한 시간동안 반응이 이루어진 후에 측정하므로 측정 시간에 대한 편차가 적다는 장점이 있다. 그러나 전기화학적 바이오센서에 비해 측정 시간이 길고 많은 양의 시료가 필요하다는 문제점이 있다. 또한 시료의 혼탁도에 의해 측정 결과가 영향을 받고 광학부의 소형화가 어렵다는 문제점이 있다.
전기화학적 바이오센서는 반응으로부터 얻어지는 전기 신호를 측정하여 목적 물질의 농도를 측정하는 방법이다. 전기화학적 바이오센서는 극소량의 시료로도 신호 증폭이 가능하고 소형화가 쉬우며 측정 신호를 안정적으로 획득할 수 있고 정보통신기기 등과 쉽게 융합될 수 있다는 장점이 있으나, 전극 공정이 필요하고 생산 비용이 높으며 측정 신호가 반응 시간에 매우 민감하다는 단점이 있다.
한편, 시료 도입을 위해 모세관 구조를 갖는 기존의 일회용 바이오센서는 시료 도입구가 직선인 경우 혈액 도입을 위해 손가락 등을 가져다 대면 시료 도입구가 완전히 막혀 시료 도입이 진행되지 않을 우려가 있다. 따라서 로쉬(Roche)가 제작한 바이오센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 시료 도입구(12)에 만입(Indentation)과 노치(Notch)를 형성하여 시료 도입구가 손가락에 의해 막히지 않도록 한다. 또한 아크레이(Arkray)가 제작한 바이오센서는 도 2에 도시된 바와 같이, 시료 도입구(14, 16)를 형성하는 부분을 뾰족하게 만들어 손가락에 의해 시료 도입구(14, 16)가 막히지 않도록 하고 있다.
이러한 기존의 바이오센서는 모두 얇은 필름을 사용하는 평면적인 구조이므로 평면 가공만 가능하여 평면상에서 노치를 구현한다. 그러나 바이오센서의 제작에 사용하는 기판이 실질적으로 두께가 있는 3차원 구조를 가지는 경우에는 시료 도입구에 노치를 구현하는 것만으로는 시료 도입구가 손가락에 의해 막히는 것을 방지하는데 충분하지 않다.
또한 기존의 바이오센서는 손가락을 가져다 댄 후 모세관에 혈액이 충분히 채워지기 전에 손가락을 떼는 경우 시료가 충분히 모세관 공간을 채우지 못해서 측정 결과가 일정하지 못할 우려가 있다.
따라서 본 발명은 사용하는 기판이 실질적으로 두께가 있는 3차원 구조를 가지는 경우 시료 도입구에 시료를 도입할 때 시료 도입구가 막히지 않도록 하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 모세관 공간에 시료가 충분히 채워지기 전에 손가락을 떼는 경우 시료가 모세관 공간을 충분히 채워주지 못하여 측정 결과에 영향을 주는 문제를 해결하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해 도출된 본 발명은 생체물질을 측정하는 장치에 있어서, 오목부가 일 측면에 형성된 제1 기판과, 상기 생체물질에 대한 생화학 반응이 일어나는 기준전극 및 작동전극과 상기 생화학 반응 결과 발생하는 전기신호를 검출장치로 전달하는 제1 및 제2 전달 전극을 구비하는 제2 기판 - 여기서, 상기 오목부의 일부가 시료 도입구를 형성하고 상기 기준전극 및 작동전극이 상기 오목부를 향하도록 상기 제2 기판이 상기 제1 기판에 부착됨 - 과, 상기 제 2 기판에 고정되며 상기 생체물질과 생화학 반응을 일으키는 분석시약을 포함하며, 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판은 상기 시료 도입구를 향해 높이 방향의 경사면을 갖는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 생체물질을 측정하는 장치에 있어서, 제1 기판과, 시료 도입구와 반응챔버를 형성하도록 상기 제1 기판에 부착되는 제2 기판과, 상기 반응챔버 내에서 상기 제1 기판 또는 제2 기판에 부착되는 기준전극 및 작동전극과, 상기 반응챔버 내에 위치하며 상기 생체물질과 생화학 반응을 일으키는 분석시약을 포함하며, 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판은 상기 시료 도입구를 향해 높이 방향의 경사면을 갖는 것을 다른 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의해 시료 도입구를 향해 높이 방향으로 형성된 경사면은 사용하는 기판이 실질적으로 두께가 있는 3차원 구조를 가지는 경우 시료 도입구에 시료를 도입할 때 손가락이 시료 도입구를 방지할 수 있다. 또한 본 발명에 의한 경사면은 시료를 추가적으로 보유함으로써 모세관 공간에 시료가 충분히 채워지기 전에 손가락을 떼는 경우에도 시료가 모세관 공간을 충분히 채우도록 하여 동일한 시료에 대해 일정한 측정 결과를 얻을 수 있도록 한다.
도 1은 만입(indentation)과 노치(notch)를 구비한 종래 바이오센서를 설명하는 도면이고,
도 2는 시료 도입구를 돌출 형태로 갖는 종래 바이오센서를 설명하는 도면이며,
도 3은 본 발명이 적용되는 바이오센서의 구조를 설명하는 도면이고,
도 4는 시료 도입구에 높이 방향의 경사면을 구비한 본 발명의 여러 실시예들을 설명하는 도면이며,
도 5는 경사면에 원형의 돌기 또는 홈을 구비한 본 발명의 다른 실시예들을 설명하는 도면이고,
도 6은 경사면에 원형의 돌기 또는 홈을 복수개 구비한 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이며,
도 7은 경사면에 띠 형태의 돌기 또는 홈을 구비한 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이고,
도 8은 경사면의 모서리에 돌기 또는 노치를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이며,
도 9는 경사면의 모서리에 노치를 구비하고 경사면 내부에 원형 또는 띠 형태의 돌기 또는 홈을 구비한 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이고,
도 10은 본 발명의 반응 전극과 전달 전극을 전기적으로 연결하는 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명이 적용되는 바이오센서의 구조를 설명하는 도면이다. 도 3(a)은 바이오센서의 측면도이고, 도 3(b)은 바이오센서의 평면도이며, 도 3(c)은 바이오센서의 전면도이다.
접합기판(105)은 물리적 지지 역할을 하며, 시료 도입구(101)를 구비하는 오목부(110)가 일 측면에 형성된다. 반응기판(104)은 기준전극(102)과 작동전극(103)과 전달 전극(112, 113)을 구비한다. 분석시약(도시되지 않음)은 기준전극(102)과 작동전극(103)을 가로질러 반응기판(104)에 고정되어 오목부(110) 내에 위치한다. 분석시약과 시료와의 생화학 반응은 분석시약이 고정된 기준전극(102)과 작동전극(103) 주위에서 일어난다. 전달 전극(112)은 기준전극(102)과 전기적으로 연결되며, 전달 전극(113)은 반응전극(103)과 전기적으로 연결되므로써 분석시약과 시료 사이의 생화학 반응 결과 기준전극(102)과 작동전극(103)에 발생하는 전기신호를 검출장치로 전달한다. 여기에서는 기준전극 및 작동전극과 같이 생화학 반응에 관련되는 전극을 총칭하여 '반응 전극'이라고 하여, 생화학 반응에 의해 생성된 신호를 측정 장치에 전달하는 전달 전극과 구별하여 사용한다. 기준전극(reference electrode)은 이 기술분야에서 흔히 대응전극(counter electrode)이라고도 불린다.
도 3에서 시료 도입구(101)는 전면이 개방된 오목부(110)를 구비하는 접합기판(105)과 전극들이 형성된 평면 구조의 반응기판(104)을 접합하므로써 형성된다. 그러나 전면이 개방되지 않은 오목부의 일부만을 반응기판이 덮고 나머지 일부의 오목부가 개방되도록 함으로써 시료 도입구를 형성할 수도 있다.
접합기판(105)과 반응기판(104)은 접합되면서 모세관 구조의 반응챔버(reaction chamber)를 형성한다. 반응기판(104)은 기준전극(102)과 작동전극(103)이 오목부(110)를 향하도록 하면서, 오목부(110)가 반응기판(104)의 적어도 하나의 모서리 면(109)과 벤트 슬릿(vent slit)(107)을 형성하도록 접합기판(105)에 부착된다. 벤트 슬릿(107)은 시료 도입구(101)와 연속하여 바이오센서(100)의 길이 방향으로 형성된다. 여기서 바이오센서(100)의 길이 방향은 시료가 오목부(110) 또는 반응챔버에 도입되는 방향을 의미한다.
반응기판(104)에서 오목부(110)를 향하는 측면에는 기준전극(102) 및 작동전극(103)이 형성되고, 반대 면에는 기준전극(102)과 전기적으로 연결되는 전달 전극(112)과 작동전극(103)과 전기적으로 연결되는 전달 전극(113)이 형성된다. 전달 전극(112, 113)은 반응기판(104)을 관통하는 전도체(114)를 통해 기준전극(102) 및 작동전극(103)과 전기적으로 연결된다.
본 실시예에서는 전달 전극(112, 113)이 반응기판(104)에서 기준전극(102) 및 작동전극(103)과 다른 측면에 형성되나, 동일 측면에 형성될 수도 있다. 또한, 시료 도입구(101)의 반대쪽에서 접합기판(105)에 벤트 호울(vent hole)(106)이 형성되어 있으나, 벤트 호울은 반응기판(104)에 형성되거나 어느 기판에도 형성되지 않을 수 있다.
시료는 모세관 현상에 의해 반응챔버 내로 도입되며, 이러한 모세관은 오목부(110)를 향하는 반응기판(104)의 측면과 접합기판(105)의 오목부(110)의 바닥면 사이에서 형성될 뿐만 아니라, 또한 반응기판(104)의 모서리 면(109)과 오목부(110)의 벽면(111) 사이에서도 형성된다. 즉, 벤트 슬릿(107)은 시료가 도입됨에 따라 반응챔버 내의 공기를 외부로 유출시키는 공기 출구를 형성할 뿐만 아니라, 반응챔버 내로 시료가 도입되도록 하는 모세관을 형성하므로 시료가 반응챔버 내로 아주 빠르게 유입되도록 한다.
시료가 분석시약과 반응하는 공간에서 반응기판(104)은 물리적으로 고립되어 있다. 즉, 기존의 바이오센서들과는 달리 반응기판(104)은 벤트 슬릿(107)에 의해 다른 어떤 기판과도 접촉하지 않은 상태로 위치하게 된다. 본 실시에에서 벤트 슬릿(107)은 특정 기판을 별도로 가공해서 만들어지는 것이 아니라, 반응기판(104)과 접합기판(105)의 위치 관계의 결과로서 3차원적으로 형성된다. 벤트 슬릿(107)의 공간은 반응기판(104)의 두께에 의해 손쉽게 조절이 가능하다.
도 4는 시료 도입구에 높이 방향의 경사면을 구비한 본 발명의 여러 실시예들을 설명하는 도면으로서, 도 3의 점선 부분(A)을 확대한 것이다.
도 4(a)는 시료 도입구(406)를 향한 높이 방향의 경사면(408)이 반응기판(402)에 구비된 센서를 도시한 것이다. 시료 도입구(406)는 반응기판(402)과 접합기판(404)에 의해 형성되며, 반응기판(402)과 접합기판(404)은 끝 부분이 일치한다. 도 4(b)는 시료 도입구(414)를 향한 높이 방향의 경사면(416)이 접합기판(412)에 구비된 센서를 도시한 것이다. 시료 도입구(414)는 반응기판(410)과 접합기판(412)에 의해 형성되며, 반응기판(410)과 접합기판(416)은 끝 부분이 일치한다.
도 4(c)는 시료 도입구(422)를 향한 높이 방향의 경사면(424)이 반응기판(418)에 구비된 센서를 도시한 것이다. 시료 도입구(422)는 반응기판(418)과 접합기판(420)에 의해 형성되며, 경사면(424)이 형성된 반응기판(418)의 끝 부분은 접합기판(420)의 끝 부분보다 앞으로 돌출되어 있다. 도 4(d)는 시료 도입구(430)를 향한 높이 방향의 경사면(432)이 접합기판(428)에 구비된 센서를 도시한 것이다. 시료 도입구(430)는 반응기판(426)과 접합기판(428)에 의해 형성되며, 경사면(432)이 형성된 접합기판(428)의 끝 부분은 반응기판(426)의 끝 부분보다 앞으로 돌출되어 있다. 도 4(c)와 도 4(d)와 같이 반응기판과 접합기판의 끝 부분이 일치하지 않는 경우 손가락에 의해 시료 도입구가 막히는 것을 방지하는 효과가 크나, 짧은 쪽을 기준으로 전극이 형성되어 전극 면적이 좁아지는 약점이 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 시료 도입구를 정의하는 접합기판 또는 반응기판 부분에 시료 도입구를 향하는 높이 방향의 경사면을 형성하면 시료 도입을 위해 손가락을 가져다 댔을 때 손가락이 시료 도입구를 막지 않아 시료 도입이 용이해진다. 또한 경사면은 저장소(reservoir)와 같이 시료를 추가적으로 보유하므로써 모세관이 충분히 채워지도록 하여 시료에 따라 측정 결과가 일정하도록 한다.
도 5는 경사면에 원형의 돌기를 구비한 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 도면이다. 접합기판(502)의 끝 부분에 경사면(504)이 형성되고, 경사면(504)의 중앙 부분에 원형의 돌기(506)가 형성되어 있다. 경사면(504)에 형성된 돌기(506)는 시료 도입구(508)가 손가락에 의해 막히는 것을 더욱 효과적으로 방지할 뿐만 아니라, 시료가 돌기(506)에 걸리도록 하여 시료를 추가적으로 보유하는 것이 용이하다. 도 5에는 돌기가 형성되어 있으나, 오목한 홈이 형성될 수도 있다.
도 6은 경사면에 원형의 돌기를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이다. 도 6(a)는 하나의 원형 돌기(602)가 경사면(604)에 형성된 경우이고, 도 6(b)는 복수개의 원형 돌기가 한 줄로 경사면에 형성된 경우이며, 도 6(c)는 복수개의 원형 돌기가 어레이 형태로 경사면에 형성된 경우이다. 원형 돌기가 경사면에 많이 형성될수록 시료 도입구가 손가락에 의해 막히는 것을 방지하고 시료를 보유하는 능력이 큰 경향이 있다. 도 6에는 돌기가 형성되어 있으나, 오목한 홈이 형성될 수도 있다.
도 7은 경사면에 띠 형태의 돌기를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이다. 도 7(a)는 하나의 띠 형태의 돌기(702)가 경사면(704)에 형성된 경우이고, 도 7(b)는 복수개의 띠 형태의 돌기가 수평 방향으로 경사면에 형성된 경우이며, 도 7(c)는 복수개의 띠 형태의 돌기가 수직 방향으로 경사면에 형성된 경우이다. 띠 형태의 돌기가 경사면에 많이 형성될수록 시료 도입구가 손가락에 의해 막히는 것을 방지하고 시료를 보유하는 능력이 큰 경향이 있다. 도 7에는 돌기가 형성되어 있으나, 오목한 홈이 형성될 수도 있다. 또한 경사면이 계단 형태로 형성될 수도 있다.
한편, 도 7(b)와 같이 복수개의 띠 형태의 돌기가 수평 방향으로 경사면에 형성된 경우에는 시료 보유 능력이 크며, 도 7(c)와 같이 띠 형태의 돌기가 수직 방향으로 경사면에 형성된 경우에는 띠 형태의 돌기가 시료 도입의 가이드 역할을 하므로 모세관 공간으로 시료를 도입하는 능력이 크다.
도 8은 경사면의 모서리에 돌기 또는 노치를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이다. 도 8(a)는 경사면(802)의 하단 모서리(803)에 돌기(804)가 있는 경우이다, 도 8(b)는 경사면(806)의 하단 모서리(807)에 노치(808)가 형성된 경우이다. 이러한 돌기(804)와 노치(808)는 경사면(802, 806)과 함께 시료 도입구가 손가락에 의해 막히는 것을 방지한다.
도 9는 경사면의 모서리에 형성된 노치와 경사면 내부에 형성된 원형 또는 띠 형태의 돌기가 조합된 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하는 도면이다. 도 9(a)는 경사면(902)의 모서리에 형성된 노치(904)와 경사면(902)의 내부에 형성된 어레이 형태의 원형 돌기(906)가 조합된 경우이고, 도 9(b)는 경사면(908)의 모서리에 형성된 노치(910)와 경사면(908)에 수직 방향으로 형성된 띠 형태의 돌기(912)가 조합된 경우이다. 도 9에는 경사면 내부에 원형 또는 띠 형태의 돌기가 형성되어 있으나, 오목한 홈이 형성될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 반응 전극과 전달 전극을 전기적으로 연결하는 다른 실시예를 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 반응기판(1402)의 일 측에 형성된 전달 전극(1406)은 반응기판(1402)의 모서리에 설치되는 전도성 클램핑 부재(conductive clamping member)(1408)를 통해 반응 전극(1404)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전달 전극(1406)과 반응 전극(1404)을 안정적으로 고정하기 위하여 전도성 클램핑 부재(1408)로는 탄성이 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 특히, 위 실시예는 2 전극계를 대상으로 하나, 본 발명은 3 전극계를 포함한 모든 전극 형태에 적용된다.

Claims (10)

  1. 생체물질을 측정하는 장치에 있어서,
    오목부가 일 측면에 형성된 제1 기판과,
    상기 생체물질에 대한 생화학 반응이 일어나는 복수의 반응 전극과 상기 생화학 반응에 의해 발생하는 신호를 검출장치로 전달하는 복수의 전달 전극을 구비하는 제2 기판 - 여기서, 상기 오목부의 일부가 시료 도입구를 형성하고 상기 반응 전극이 상기 오목부를 향하도록 상기 제2 기판이 상기 제1 기판에 부착됨 - 과,
    상기 오목부 내에 위치하며 상기 생체물질과 생화학 반응을 일으키는 분석시약을 포함하며,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판은 상기 시료 도입구를 향해 높이 방향의 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  2. 생체물질을 측정하는 장치에 있어서,
    제1 기판과,
    시료 도입구와 반응챔버를 형성하도록 상기 제1 기판에 부착되는 제2 기판과,
    상기 반응챔버 내에서 상기 제1 기판 또는 제2 기판에 부착되는 복수의 전극과,
    상기 반응챔버 내에 위치하며 상기 생체물질과 생화학 반응을 일으키는 분석시약을 포함하며,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판은 상기 시료 도입구를 향해 높이 방향의 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 도입구를 형성하는 상기 오목부의 일부가 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부가 상기 제2 기판의 적어도 하나의 모서리 면과 벤트 슬릿(vent slit)을 형성하는 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 경사면은 돌기 또는 홈을 더 갖는 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌기 또는 홈은 띠 형태인 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌기 또는 홈은 복수개인 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 경사면은 계단 형태인 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 제2 기판은 노치(notch)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 경사면은 수직 방향으로 띠 형태의 돌기 또는 홈을 더 구비하며, 상기 띠 형태의 돌기 또는 홈은 상기 노치와 연결되는 것을 특징으로 하는 생체물질 측정장치.
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