WO2020032294A1 - 자성 나노입자를 이용한 바이오센서, 이를 이용하는 검출 장치 및 검출 방법 - Google Patents

자성 나노입자를 이용한 바이오센서, 이를 이용하는 검출 장치 및 검출 방법 Download PDF

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    • G01N33/553—Metal or metal coated

Definitions

  • An embodiment relates to a biosensor using magnetic nanoparticles.
  • Embodiments relate to a detection device using a biosensor.
  • An embodiment relates to a detection method of a detection device using a biosensor.
  • POCT field test
  • the embodiment provides a biosensor for improving the problem of deterioration of accuracy by background.
  • the embodiment provides a biosensor in which a signal to be detected is stabilized to improve detection sensitivity.
  • a biosensor includes: a reaction unit including a magnetic nanoparticle composite, a first electrode, and a second electrode; And a sample introduction unit forming a passage to allow a sample to be introduced into the reaction unit from the outside of the biosensor, wherein the magnetic nanoparticle composite includes: a first capture material and magnetic nano to capture a first target material Particles and a reaction material for performing at least one of the oxidation reaction and the reduction reaction, wherein the magnetic nanoparticle complex is magnetic in the reaction portion to change the motility according to the change of the condition (condition) condition of the reaction portion And a second capture material for capturing a second target material, and the second electrode is an electrode different from the first electrode, and the first target material and At least one of the second target material may be included in the sample, a biosensor may be provided.
  • the magnetic nanoparticle composite includes: a first capture material and magnetic nano to capture a first target material Particles and a reaction material for performing at least one of the oxidation reaction and the reduction reaction, wherein the magnetic
  • a magnetic nanoparticle composite comprising a first capture material, a magnetic nanoparticle, and a reaction material for performing at least one of an oxidation reaction and a reduction reaction for capturing a first target material, A first electrode to which a second capture material for capturing a target material is fixed, wherein at least one of the first target material and the second target material is included in the sample; and a second electrode different from the first electrode
  • An electrode unit that may be electrically connected to a biosensor including two electrodes; And a voltage applied between the first electrode and the second electrode to detect whether the second target material is captured in the sample introduced into the biosensor by detecting a current according to a change in the applied voltage.
  • Control to provide a voltage comprising a first step of raising and a second step of falling, and prior to providing a voltage to include the first and second steps, at least the stabilization of the curve of the current.
  • a control unit for controlling to provide a voltage for applying a voltage higher than a lowest voltage of at least one of the lowest voltage in the first step and the lowest voltage in the second step for a predetermined time or more. Can be.
  • the embodiment it is possible to provide a biosensor that improves the problem of deterioration of accuracy due to background through washing by changing environmental conditions in the reaction unit.
  • FIG. 1 is a view for explaining a detection system 1 according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 2 is a view for explaining the biosensor 1000 according to an embodiment of the present application.
  • FIG 3 is a view for explaining a reaction unit 1200 according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 4 is a view for explaining the magnetic nanoparticle composite 1210 according to an embodiment of the present application.
  • FIG 5 is a view for explaining the first electrode 1220 according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 6 is a view for explaining the general operation of the biosensor 1000 according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation of the biosensor 1000 according to the first embodiment of the present application.
  • FIG 8 is an enlarged view illustrating an arrangement of a third electrode for providing a magnetic field according to an embodiment of the present application.
  • FIG 9 is a view for explaining a current change according to the voltage of the biosensor 1000 including the first electrode 1220 is fixed BSA according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 10 is a view for explaining a detection apparatus 2000 according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 11 is a view for explaining the operation of the detection apparatus 2000 according to an embodiment of the present application.
  • S2000 second signal
  • FIG. 13 is a diagram for describing provision of a second-3 signal (S2300) according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 14 is a diagram for describing an operation of performing pre-reduction treatment prior to providing the 2-3 signal according to the third exemplary embodiment of the present application (S2300).
  • FIG. 15 is a diagram for describing a detection graph of the third signal according to the provision of the second-2 signal (S2200) and the provision of the 2-3 signal (S2300) according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 16 is a view for explaining an operation of performing pre-oxidation processing prior to providing a second signal (S2300) according to the fourth embodiment of the present application.
  • a biosensor includes: a reaction unit including a magnetic nanoparticle composite, a first electrode, and a second electrode; And a sample introduction unit forming a passage to allow a sample to be introduced into the reaction unit from the outside of the biosensor, wherein the magnetic nanoparticle composite includes: a first capture material and magnetic nano to capture a first target material Particles and a reaction material for performing at least one of the oxidation reaction and the reduction reaction, wherein the magnetic nanoparticle complex is magnetic in the reaction portion to change the motility according to the change of the condition (condition) condition of the reaction portion And a second capture material for capturing a second target material, and the second electrode is an electrode different from the first electrode, and the first target material and At least one of the second target material may be included in the sample, a biosensor may be provided.
  • the magnetic nanoparticle composite includes: a first capture material and magnetic nano to capture a first target material Particles and a reaction material for performing at least one of the oxidation reaction and the reduction reaction, wherein the magnetic
  • the magnetic nanoparticles are deformed to expose the reactor to the outside of the magnetic nanoparticles, the reactor may be provided with a biosensor, characterized in that the reaction material is fixed.
  • the reactor may be provided with a biosensor, characterized in that the amine group (amine), the reaction material is gold (gold).
  • the first sensor may be provided with a biosensor, characterized in that the first capture material is fixed to the reaction material fixed to the reactor.
  • At least a portion of the first electrode may be provided with a biosensor in which a blocking material for preventing adsorption of the second target material is disposed.
  • the blocking material may be a biosensor, characterized in that the Bosa Serum Albumin (BSA).
  • BSA Bosa Serum Albumin
  • the first capture material comprises at least one of an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog, an aptamer, a nucleic acid, a lipid and a viral protein antigen
  • the second capture material comprises an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog.
  • a biosensor may be provided, comprising at least one of aptamer, nucleic acid, lipid and viral protein antigens.
  • the first target material may be the same material as the second target material included in the sample, and the first capture material may be provided with a biosensor that is the same material as the second capture material.
  • the first target material is a second capture material fixed to the first electrode
  • the second target material is the same material as the first capture material
  • the first capture material is included in the sample.
  • Biosensors can be provided.
  • the first target material is a second capture material fixed to the first electrode, the second target material is the same material as the first capture material, and the second capture material is included in the sample Biosensors can be provided.
  • a biosensor When the magnetic field formed in the reaction unit is changed, a biosensor may be provided in which the direction of movement of the magnetic nanoparticle composite is changed.
  • a biosensor When the voltage applied between the first electrode and the second electrode is changed, a biosensor may be provided in which the direction of movement of the magnetic nanoparticle composite is changed.
  • the biosensor includes a third electrode having a coil shape different from the first electrode and the second electrode, and when the current applied to the third electrode is changed, the direction of movement of the magnetic nanoparticle composite is changed. Can be provided.
  • At least a portion of the fourth electrode electrically connected to the first electrode and at least a portion of the fifth electrode electrically connected to the second electrode may be exposed to the outside of the biosensor.
  • the first electrode and the fourth electrode may be composed of one electrode, the second electrode and the fifth electrode is composed of one electrode, a biosensor may be provided.
  • At least a portion of the fourth electrode and at least a portion of the fifth electrode may be provided with a biosensor that is electrically connected with a device capable of measuring current.
  • the voltage applied between the first electrode and the second electrode is controlled by the device and depends on the current according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode.
  • a biosensor can be provided that can confirm whether a substance is included.
  • a magnetic nanoparticle composite comprising a first capture material, a magnetic nanoparticle, and a reaction material for performing at least one of an oxidation reaction and a reduction reaction for capturing a first target material, A first electrode to which a second capture material for capturing a target material is fixed, at least one of the first target material and the second target material is included in a sample; and a second electrode that is different from the first electrode An electrode unit electrically connected to a biosensor including an electrode; And a voltage applied between the first electrode and the second electrode to detect whether the second target material is captured in the sample introduced into the biosensor by detecting a current according to a change in the applied voltage.
  • Control to provide a voltage comprising a first step of raising and a second step of falling, and prior to providing a voltage to include the first and second steps, at least the stabilization of the curve of the current.
  • a control unit for controlling to provide a voltage for applying a voltage higher than a lowest voltage of at least one of the lowest voltage in the first step and the lowest voltage in the second step for a predetermined time or more. Can be.
  • the first capture material comprises at least one of an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog, an aptamer, a nucleic acid, a lipid and a viral protein antigen
  • the second capture material comprises an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog.
  • a detection device can be provided, comprising at least one of an aptamer, nucleic acid, lipid, and viral protein antigen.
  • first capture material is the same material as the second capture material
  • first target material is the same material as the second target material
  • first target material is included in the sample. May be provided.
  • the controller may be configured to provide a voltage for increasing a voltage between the first electrode and the second electrode to be at least 1 V or less from 0 V or less in the first step, and in the second step, A detection device may be provided which controls to provide a voltage for decreasing the voltage between the electrode and the second electrode to be at least 0V or less.
  • the control unit may be provided with a detection device that controls to provide a voltage applied by a voltage of at least 1V or more for at least 2 seconds between the first electrode and the second electrode to stabilize the curve of the current.
  • the control unit controls to provide a voltage applied by a voltage of at least 1 V or more between the first electrode and the second electrode for at least 2 seconds to stabilize the curve of the current, and then the first electrode and the first electrode.
  • a detection device may be provided, which controls to provide a voltage at which the voltage between the two electrodes falls from at least 1V to at least 0V.
  • the control unit controls to provide a voltage for decreasing the voltage between the first electrode and the second electrode to drop from at least 1V to at least 0V, in order to stabilize the curve of the current, and then the first electrode and the A detection device may be provided that controls to provide a voltage that raises the voltage between the second electrodes to at least 1 V at least 0 V or less.
  • the control unit controls to provide a voltage applied by a voltage of at least 1 V or more between the first electrode and the second electrode for at least 2 seconds to stabilize the curve of the current, and then the first electrode and the first electrode.
  • a detection device may be provided that controls to provide a voltage that raises the voltage between the two electrodes to at least 1V at least 0V or less.
  • a magnetic nanoparticle composite comprising a first capture material, a magnetic nanoparticle, and a reaction material for performing at least one of an oxidation reaction and a reduction reaction for capturing a first target material, A first electrode to which a second capture material for capturing a target material is fixed, at least one of the first target material and the second target material is included in a sample; and a second electrode that is different from the first electrode
  • a detection method of a detection device electrically connected to a biosensor including an electrode the method comprising: detecting a current according to a change in an applied voltage to determine whether the second target material is captured in the sample introduced into the biosensor To provide a circulating voltage including a first step of raising a voltage applied between the first electrode and the second electrode and a second step of lowering the voltage; Prior to the voltage control step, a signal for applying a voltage higher than a minimum voltage of at least one of the lowest voltage in the first step and the lowest voltage in the second step for a predetermined time or more
  • the first capture material comprises at least one of an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog, an aptamer, a nucleic acid, a lipid, and a viral protein antigen
  • the second capture material comprises an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog.
  • a detection method may be provided comprising at least one of aptamer, nucleic acid, lipid and viral protein antigens.
  • the first capture material is the same material as the second capture material
  • the first target material is the same material as the second target material
  • the first target material is included in the sample. This may be provided.
  • the first step is to increase the voltage between the first electrode and the second electrode to at least 1V or more from at least 0V or less, and in the second step, between the first electrode and the second electrode
  • a detection method can be provided, which is a step of causing the voltage to drop from at least 1V to at least 0V.
  • the signal stabilizing step may include applying a voltage higher than a minimum voltage of at least one of a lowest voltage in the first step and a minimum voltage in the second step for a predetermined time, the first electrode and A detection method may be provided, comprising providing a voltage to allow a voltage of at least 1 V or more to be applied between the second electrodes for at least 2 seconds.
  • the signal stabilizing step may include providing a voltage for applying a voltage of at least 1 V or more between the first electrode and the second electrode for at least 2 seconds, wherein the voltage between the first electrode and the second electrode is
  • a detection method can be provided that includes providing a voltage to drop from at least 1V to at least 0V.
  • the signal stabilizing step includes providing a voltage such that the voltage between the first electrode and the second electrode drops from at least 1V to at least 0V, followed by a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • a detection method can be provided, comprising providing a voltage to rise from this at least 0V or less to at least 1V or more.
  • the signal stabilizing may include providing a voltage applied by a voltage of at least 1 V for at least 2 seconds between the first electrode and the second electrode, wherein the voltage between the first electrode and the second electrode is at least
  • a detection method can be provided that includes providing a voltage that rises below 0V to at least 1V.
  • the detection system 1 which can detect the presence or absence of a target substance in a sample is disclosed.
  • RNA ie, the presence of a target substance target disease
  • the detection system 1 which can detect the presence or absence of the disease to be confirmed is disclosed.
  • FIG. 1 is a view for explaining a detection system 1 according to an embodiment of the present application.
  • the detection system 1 may include a biosensor 1000 and a detection device 2000.
  • the biosensor 1000 may include a target material included in a sample and a biological receptor capable of inducing a specific reaction, and may be involved in converting the reaction into an electrical or optical signal. It may be a device manufactured to detect the presence or absence of the target material in the sample through).
  • the biosensor 1000 may be a microfluidics-based biosensor 1000 manufactured to move a sample under the influence of the surface tension of the fluid in the microfluidic channel.
  • the biosensor 1000 may be made of an object having rigidity.
  • the biosensor 1000 may include plastic, and / or the biosensor 1000 may include glass.
  • the biosensor 1000 according to an embodiment of the present application will be described in more detail below.
  • the detection device 2000 recognizes the change in the electrical, optical, magnetic, and / or thermal signals resulting from the reaction in the biosensor 1000 to confirm the presence or absence of a target substance in the sample. It may be a device.
  • the detection apparatus 2000 has an inlet through which the biosensor 1000 is input, and based on the electrical change of the biosensor 1000, the detection material 2000 of the target material into the sample introduced into the biosensor 1000. You can check the presence or absence.
  • the detection device 2000 is a single device manufactured to detect a result value according to the biosensor 1000 or a device including other functions modified to detect a result value according to the biosensor 1000. Can be.
  • the detection device 2000 may be a detection device 2000 for the biosensor 1000, or may be a mobile phone device in which one region is modified so that the biosensor 1000 may be input, or integrated into a home appliance. It may be a device implemented in the form.
  • the detection apparatus 2000 which is not limited to the above-described example and can be easily derived from the disclosure of the detection apparatus 2000 according to an embodiment of the present application described below, is all the detection apparatus according to the present specification. Of course, it may correspond to (2000).
  • FIG. 2 is a view for explaining the biosensor 1000 according to an embodiment of the present application.
  • the biosensor 1000 may include a sample introduction unit 1100, a reaction unit 1200, and / or a contact unit 1300. However, all of the above components are not to be included, and each component may be omitted or overlapped, and the biosensor 1000 is manufactured in a form further including components other than the previously disclosed components. It is also possible.
  • the sample introduction unit 1100 may be an area in which a sample is introduced into the biosensor 1000 from the outside of the biosensor 1000.
  • the sample introducing unit 1100 may be a region for forming a passage so that the sample can be introduced into the reaction unit 1200 to be described later.
  • the sample may be a material including a target material.
  • the sample may be secretion secreted from a living body.
  • the sample may be blood, plasma, serum, saliva, urine, and the like.
  • the sample may be a material obtained for research purposes.
  • the sample may be a DNA sample, an RNA sample, or the like obtained at the scene of an event, or may be a DNA sample, an RNA sample, or the like extracted from an animal cell or virus.
  • the sample provided to the sample introduction unit 1100 may move inside the biosensor 1000.
  • the sample provided to the sample introducing unit 1100 may move from the sample introducing unit 1100 to the reaction unit 1200.
  • the sample may move along the microchannel.
  • the sample may move on the membrane.
  • the specimen provided through the sample introduction unit 1100 may move according to a movement method implemented through various methods utilized in the biosensor 1000.
  • the reaction unit 1200 may be a region where a specific reaction is performed.
  • the reaction unit 1200 may be a region in which the specific reaction between the target material and the capture material for capturing the target material is performed in the biosensor 1000.
  • the target material may be a material to be detected included in the sample.
  • the target material may be an antigen.
  • the target substance may be an antigen related to a disease that is detected in the blood of a patient having the disease.
  • the target material may be DNA.
  • the target material may be DNA of a virus detected in blood or the like of a diseased patient.
  • the capture material may be a material that specifically binds to the target material.
  • the capture material may be an antibody.
  • the capture agent may be an antibody that specifically binds to the antigen based on an antigen-antibody response.
  • the capture material may be DNA.
  • the capture agent may be DNA that binds specifically to the DNA based on complementarity of specific sequences.
  • FIG 3 is a view for explaining a reaction unit 1200 according to an embodiment of the present application.
  • the reaction unit 1200 may include a magnetic nanoparticle composite 1210, a first electrode 1220, and / or a second electrode 1230. However, all of the above components are not to be included, and each component may be omitted or overlapped, and the reaction unit 1200 may further include components other than the previously disclosed components. It is also possible that the biosensor 1000 is manufactured.
  • the first electrode 1220 may be disposed upstream of the second electrode 1230.
  • upstream may mean that the sample is upstream with respect to the moving direction moving from the point introduced through the sample introduction unit 1100 to the reaction unit 1200.
  • the first electrode 1220 may be closer to the sample introduction unit 1100 than the second electrode 1230.
  • the first electrode 1220 may be disposed downstream of the second electrode 1230.
  • downstream may mean that the sample is downstream based on the moving direction moving from the point introduced through the sample introduction unit 1100 to the reaction unit 1200.
  • the second electrode 1230 may be closer to the sample introduction unit 1100 than the first electrode 1220.
  • first electrode 1220 and the second electrode 1230 may be disposed to face each other.
  • the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may have the same distance from the sample introduction unit 1100.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may be disposed upstream of the first electrode 1220.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may be disposed upstream of the second electrode 1230.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may be disposed upstream of the first electrode 1220 and the second electrode 1230.
  • FIG. 4 is a view for explaining the magnetic nanoparticle composite 1210 according to an embodiment of the present application.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may include a magnetic nanoparticle 1211, a reactant 1212, and / or a first capture material 1213. However, all of the above components are not to be included, and each component may be omitted or overlapped with each other, and the magnetic nanoparticle composite 1210 may further include components other than the previously disclosed components. It may be provided.
  • the magnetic nanoparticles 1211 are magnetic particles, and examples thereof include iron oxides (Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4), ferrites (a form in which Fe is replaced with another magnetic related atom in Fe 3 O 4, ex: CoFe 2 O 4, MnFe 2 O 4)), and / Or alloys (oxidation problems caused by magnetic atoms, alloys with precious metals to increase conductivity and stability, ex: FePt, CoPt, etc.).
  • the magnetic nanoparticles 1211 may be Fe 2 O 3 particles having a size of 200 to 500 nm and ferromagnetic.
  • the reactive material 1212 may be a material that performs at least one of an oxidation reaction and a reduction reaction.
  • the reactive material 1212 is a material having high thermal conductivity and electrical conductivity, and may include a transition metal, a post-transition metal, and / or a metalloid.
  • the reactant 1212 may refer to gold particles Au.
  • the reactant 1212 may mean silver particles (Ag).
  • the reactant 1212 may be fixed to the magnetic nanoparticle 1211.
  • the reactant 1212 may be fixed to the magnetic nanoparticle 1211 through a chemical bonding force with the magnetic nanoparticle 1211.
  • the reactant 1212 may be bonded to the amine group exposed to the outside of the magnetic nanoparticle 1211 and may be fixed to the magnetic nanoparticle 1211.
  • the first capture material 1213 may be a material specifically binding to the first target material.
  • the first target material may be a target material (ie, a material to be detected in a sample).
  • the first capture material 1213 may specifically bind to the target material.
  • the first target material may be a material specifically binding to the target material.
  • the first capture material 1213 may specifically bind to a material that specifically binds to the target material competitively with the target material.
  • the first capture material 1213 may include at least one of an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog, an aptamer, a nucleic acid (eg, DNA, RNA), a lipid, and a viral protein antigen.
  • an antigen e.g, an antibody, a modified antibody, an antibody analog, an aptamer, a nucleic acid (eg, DNA, RNA), a lipid, and a viral protein antigen.
  • the first capture material 1213 may be an antibody.
  • the first capture material 1213 has a single structure that includes a sequence complementarily binding to a single strand of the DNA (ie, the target material). Strand of DNA.
  • the first capture material 1213 may be fixed to the reactant material 1212.
  • the first capture material 1213 may be fixed to the magnetic nanoparticle 1211 by combining with the reactant 1212 after the reactant 1212 is fixed to the magnetic nanoparticle 1211. have.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 includes the reactive material 1212, and the magnetic nanoparticle composite 1210 is located in an adjacent region of the second trapping material 1222 on the first electrode 1220, which will be described later. Is fixed, it is involved in varying the detection signal in the biosensor 1000, so that it is possible to detect the presence or absence of a target substance using the biosensor 1000,
  • the first capture material 1213 of the magnetic nanoparticle composite 1210 is fixed through bonding with the reactant 1212 and exposed to the outside of the reactant 1212, thereby allowing the magnetic nanoparticle composite 1210 to be exposed. Degradation of reactivity between the target material and the first capture material 1213 as the reaction material 1212 is included in the
  • the optimal magnetic nanoparticles composites in which the magnetic properties of the magnetic nanoparticle composites 1210 may not disappear. 1210 may be implemented.
  • the anti-PSA detecting antibody of the gold and silver reactant 1212 is only one embodiment of the first capture material 1213, and the reactant 1212 may be easily replaced by other reactants 1212 (eg, with silver, it will be apparent that the first capture material 1213 may be replaced with another first capture material 1213 (eg, antibodies to other diseases, antigens, DNA, etc.). .
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 In order to synthesize the magnetic nanoparticle composite 1210 according to an embodiment of the present application, 50 ml of a solution containing 1 mg of magnetic nanoparticle 1211 having a diameter of 500 nm modified with an amine group was sonicated for 1 hour. Thereafter, 1 ml of a solution containing 6 mg of HAuCl 4 .3H 2 O was added while stirring the sonicated solution continuously on ice for 1 hour.
  • Gold (Au) -fixed magnetic nanoparticles 1211 formed through the above procedure were washed twice with PBS solution (phosphate buffered saline solution). After washing, the PBS solution was discarded, 10 mM DSP (dithiobis (succinimidyl propionate)) dissolved in DMSO (dimethyl sulfoxide) was added to the magnetic nanoparticles to which gold (Au) was fixed, and incubated at room temperature for 30 minutes.
  • the DSP may function as a linker between gold (Au) and an anti-PSA detection antibody (ie, one aspect of the first capture substance 1213) to be added later.
  • the magnetic nanoparticles 1211 immobilized with gold (Au) in the incubated solution were then washed with PBS solution to remove unbound DSP in the incubated solution, after which the anti-PSA detection antibody was gold. (Au) was added to the fixed magnetic nanoparticles 1211 and incubated for 1 hour at room temperature and 16 hours at 4 ° C.
  • the anti-PSA antibody-immobilized gold (Au) -immobilized magnetic nanoparticles 1211 i.e., magnetic nanoparticle complexes 1210 formed through the above procedure were washed twice with PBS at 4 ° C until further use. Kept.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may be synthesized, and the magnetic nanoparticle composite 1210 may be provided in the biosensor 1000 and included in the sample. Can react with
  • FIG 5 is a view for explaining the first electrode 1220 according to an embodiment of the present application.
  • the first electrode 1220 is a conductive medium that emits or accepts electrons, and may include at least one of materials used as electrodes in the art, such as carbon, aluminum, platinum, gold, and / or silver.
  • a blocking material 1221 and a second capture material 1222 may be disposed on the first electrode 1220.
  • the biosensor 1000 may be manufactured in such a manner that the blocking material 1221 is not fixed on the first electrode 1220, the second capture material 1222 is not disposed, or another material is further formed. have.
  • the blocking material 1221 may be a material for preventing adsorption of the target material included in the sample onto the first electrode 1220.
  • the blocking material 1221 may be a material for preventing fixing of the target material included in the sample to the first electrode 1220.
  • the blocking material 1221 may be a material for preventing adsorption of other materials (ie, non-target material) to the first electrode 1220 in addition to the target material included in the sample.
  • the blocking material 1221 may be a material for preventing the non-target material from being fixed to the first electrode 1220.
  • the blocking material 1221 may be a protein such as BSA (Bovine Serum Albumin), a saccharide such as sucrose, a detergent such as Tween-20, or Triton X-100.
  • the blocking material 1221 may be disposed on the first electrode 1220.
  • the blocking material 1221 may be disposed in at least a portion of the first electrode 1220.
  • the blocking material 1221 may be fixed to at least a portion of the first electrode 1220.
  • Producing the biosensor 1000 in the form of the blocking material 1221 disposed on the first electrode 1220 may be essential in the biosensor 1000 including the magnetic nanoparticle complex 1210. .
  • it will be described in detail with the result graph according to the experiment below.
  • the second capture material 1222 may be a material that specifically binds to the second target material.
  • the second target material may be a target material (ie, a material to be detected in a sample).
  • the second capture material 1222 may specifically bind to the target material.
  • the second capture material 1222 may include at least one of an antigen, an antibody, a modified antibody, an antibody analog, an aptamer, a nucleic acid (eg, DNA, RNA), a lipid, and a viral protein antigen.
  • an antigen e.g, an antibody, a modified antibody, an antibody analog, an aptamer, a nucleic acid (eg, DNA, RNA), a lipid, and a viral protein antigen.
  • the second capture material 1222 may be an antibody.
  • the second capture material 1222 may be a single strand of DNA including a sequence complementarily binding to a single strand of the DNA (ie, the target material). Can be.
  • the second capture material 1222 may be the same material as the first capture material 1213.
  • the first capture material 1213 may be the same anti-PSA antibody.
  • the second capture material 1222 may be a different material from the first capture material 1213.
  • the first capture material 1213 responds to PSA, but is different from the epitope to which the second capture material 1222 binds. It may be an antibody that specifically binds to an epitope.
  • the second capture material 1222 may be fixed on the first electrode 1220.
  • the blocking material 1221 is fixed after the second capture material 1222 is fixed on the first electrode 1220, thereby improving detection signal of the blocking material 1221 in the biosensor 1000.
  • the degree of the second trapping material 1222 may not be reduced.
  • the blocking material 1221 and the second capture material 1222 using the BSA (Bovine Serum Albumin) as the blocking material 1221 and the anti-PSA detecting antibody are fixed to the second capture material 1222.
  • BSA Bovine Serum Albumin
  • the BSA is only one embodiment of the blocking material 1221
  • the anti-PSA detection antibody is only one embodiment of the second trapping material 1222.
  • the blocking material 1221 is easily transferred to the other blocking material 1221 by those skilled in the art. It will be apparent that the second capture material 1222 may be replaced with another second capture material 1222 (eg, antibodies to other diseases, antigens, DNA, etc.).
  • a screen-printed carbon electrode (SPCE) is manufactured.
  • SPCE screen-printed carbon electrode
  • Carbodiimide crosslinking can be used to immobilize anti-PSA antibodies.
  • the surface of the carbon electrode was treated with hexamethylenediamine (HMD) at room temperature overnight to introduce amine functionalities, the carbon electrode was washed with deionized water (ie purified water), and then the electrode was washed with 0.4 in MES buffer (pH 4.7).
  • Controlled humidity chamber with mixed solution of M EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride), 0.1 M sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) and 0.1 mg / ml anti-PSA antibody Incubated at room temperature for 2 hours.
  • the first electrode 1220 to which the blocking material 1221 and the second capture material 1222 are fixed may be manufactured, and the first electrode 1220 may be manufactured. It is provided in the biosensor 1000 may react with the target material included in the sample.
  • the first electrode 1220 to which the blocking material 1221 and the second capture material 1222 are fixed may function as a working electrode in the biosensor 1000.
  • the function of the specific first electrode 1220 it may be easily understood through the specific embodiments described in the operation of the biosensor 1000.
  • the second electrode 1230 is a conductive medium that emits or receives electrons, and may include at least one of materials used as electrodes in the related fields, such as carbon, aluminum, platinum, gold, and / or silver.
  • the second electrode 1230 may be disposed separately from the first electrode 1220.
  • the second electrode 1230 may be physically spaced apart from the first electrode 1220.
  • the second electrode 1230 may be an electrode different from the first electrode 1220.
  • the difference between the second electrode 1230 and the first electrode 1220 means that the first electrode 1220 and the first electrode 1220 and the second electrode 1230 are different from each other in the case of different material configurations.
  • the material configuration constituting the second electrode 1230 is the same, the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may include a case in which there are two electrodes that are physically separated from each other.
  • the second electrode 1230 may function as a reference electrode in the biosensor 1000. Regarding the function of the second electrode 1230, it may be easily understood through the specific embodiments described in the operation of the biosensor 1000.
  • the contact part 1300 may be made of a material having electrical conductivity.
  • the contact unit 1300 may be a conductive medium that emits or accepts electrons, and may include at least one material used as an electrode in a related field such as carbon, aluminum, platinum, gold, and / or silver.
  • the contact part 1300 may include a first terminal electrically connected to the first electrode 1220 and a second terminal electrically connected to the second electrode 1230.
  • the contact portion 1300 may include a fourth electrode electrically connected to the first electrode and a fifth electrode electrically connected to the second electrode 1230. .
  • At least a portion of the contact portion 1300 may be exposed to the outside of the biosensor 1000.
  • the contact part 1300 includes a first terminal electrically connected to the first electrode 1220 and a second terminal electrically connected to the second electrode 1230
  • at least a part of the first terminal At least a portion of the second terminal may be exposed to the outside of the biosensor 1000.
  • the contact portion 1300 is formed of an electrode material
  • at least a portion of the fourth electrode electrically connected to the first electrode 1220 and at least a fifth electrode electrically connected to the second electrode 1230 may be exposed to the outside of the biosensor 1000.
  • the contact part 1300 includes the first electrode 1220 and the fourth electrode as one electrode, and the second electrode 1230 and the fifth electrode are one It may be implemented in the form of an electrode.
  • the first electrode 1220 and the fourth electrode is composed of one electrode means that one side of one electrode is connected to the reaction unit 1200, the second capture material 1222 is fixed, the same electrode The other side may refer to a form that is exposed to the outside of the biosensor 1000.
  • the second electrode 1230 and the fifth electrode is composed of one electrode means that one side of one electrode is connected to the reaction unit 1200, the other side of the same electrode is the outside of the biosensor 1000 It can mean the form exposed.
  • the contact unit 1300 may perform a function of being electrically connected to the detection apparatus 2000 which will be described later.
  • An area exposed to the outside of the biosensor 1000 of the contact unit 1300 may perform a function of being electrically connected to the detection device 2000.
  • Electrical connection between the contact unit 1300 and the detection device 2000 may be implemented through a physical connection.
  • the contact part 1300 may implement an electrical connection with the detection device 2000 in a form flowing into the detection device 2000.
  • the contact unit 1300 according to the exemplary embodiment of the present application is electrically connected to the detection device 2000, and the first electrode 1220 and the second electrode through the control unit 2400 of the detection device 2000.
  • the voltage applied between 1230 can be controlled.
  • the contact part 1300 according to the exemplary embodiment of the present application is electrically connected to the detection device 2000, and the voltages of the first electrode 1220 and the second electrode 1230 in the biosensor 1000 and / or Alternatively, the detection device 2000 may detect information about current.
  • Target detection methods of the conventional biosensor 1000 may be classified into a sandwich method and a competitive method.
  • the biosensor 1000 including the magnetic nanoparticle composite 1210 an operation of detecting a target material in a sample using a sandwich method will be described, and a target material in a sample using a competitive method will be described. Only the configuration and operation to be changed in operation will be described in detail.
  • FIG. 6 is a view for explaining the general operation of the biosensor 1000 according to an embodiment of the present application.
  • a sample may be provided to the sample introduction unit 1100 of the biosensor 1000.
  • the sample may include the target material.
  • the sample may include target material and non-target material.
  • the non-target material may mean a material which exists in the sample but does not specifically bind to the first capture material 1213 and the second capture material 1222.
  • the sample When the sample is provided to the sample introduction unit 1100 of the biosensor 1000, the sample may move along a path in the biosensor 1000.
  • the biosensor 1000 may have a fine flow path (or a microtube), and the sample provided to the sample introduction unit 1100 may move under the action of capillary force.
  • the sample may move to the reaction unit 1200 through the sample introduction unit 1100.
  • the magnetic nanoparticle complex 1210 may be present in the reaction unit 1200.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may include the magnetic nanoparticle 1211, the reactant 1212, and the first capture material 1213.
  • the first capture material 1213 may be an antibody that can specifically bind to a target material (ie, the first target material).
  • the antibody may include both a fragment antibody such as a Fab (fragment antigen binding) including a CDR region, a fragment crystallizable (Fc), and / or a full antibody such as IgG (Immunoglobulin G).
  • the target material included in the sample moved from the sample introducing unit 1100 may specifically bind to the magnetic nanoparticle composite 1210.
  • the target material may be combined with the first capture material 1213 of the magnetic nanoparticle composite 1210.
  • the magnetic nanoparticle complex 1210 and the target material may perform binding according to the antigen-antibody reaction.
  • the antigen-antibody reaction may be performed in the reaction unit 1200 of the biosensor 1000.
  • the first electrode 1220 on which the second capture material 1222 is fixed, and the second electrode 1230 may be fixed to the reaction unit 1200.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 combined with the target material may be captured by a second capture material 1222 fixed on the first electrode 1220.
  • the second capture material 1222 fixed on the first electrode 1220 may bind to a target material (ie, a second target material) coupled to the magnetic nanoparticle composite 1210, and By the binding between the capture material and the target material, the magnetic nanoparticle composite 1210 may be captured by the second capture material 1222.
  • the antibody 1222 immobilized on the first electrode 1220 may react with an antigen (ie, a target material) in a sample. have.
  • the antigen bound to the antibody 1222 immobilized on the first electrode 1220 may be bound to the magnetic nanoparticle complex 1210.
  • the antigen bound to the antibody 1222 immobilized on the first electrode 1220 may be bound to the antibody 1212 of the magnetic nanoparticle complex 1210 after being immobilized on the antibody 1222.
  • the first target material and the second target material may be the same material.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 and the target material captured by the second capture material 1222 of the first electrode 1220 may be moved downstream based on the reaction unit 1200.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210, the target material, and the non-target material, which are not captured by the first electrode 1220 may be moved to a sample processing unit (not shown). In the sample processing unit, a plurality of samples that are not captured by the first electrode 1220 may be collected.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 When the magnetic nanoparticle composite 1210 is captured by the second capture material 1222 fixed on the first electrode 1220, the magnetic nanoparticle composite 1210 is applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230.
  • the current value according to the voltage (that is, the current value output according to the applied voltage) may vary.
  • the change in the current value according to the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 depends on the oxidation / reduction of the reaction material 1212 fixed to the magnetic nanoparticle composite 1210. It may be due to a change in material properties on the first electrode 1220 or the second electrode 1230.
  • the biosensor 1000 using the magnetic nanoparticle composite 1210 may be provided as a diagnostic kit in a competitive manner.
  • the first capture material 1213 of the magnetic nanoparticle composite 1210 may be an antigen.
  • the first capture material 1213 binds to the second capture material 1222 on the first electrode 1220 competitively with the antigen (ie, the target material) in the sample.
  • the antigen ie, the target material
  • the first target material captured by the first capture material 1213 may be a second capture material 1222.
  • Antigen (ie, target material) in the sample may also bind to the second capture material 1222 on the first electrode 1220.
  • the second target material of the second capture material 1222 may be the first capture material 1213 and the antigen in the sample.
  • the first capture material 1213 and the antigen in the sample are competitively bound to the second capture material 1222, so that the second capture material on the first electrode 1220 increases as the amount of the antigen in the sample increases.
  • the amount of first capture material 1213 captured in 1222 may be reduced.
  • the second capture material 1222 fixed on the first electrode 1220 When the magnetic nanoparticle composite 1210 is captured by the second capture material 1222 fixed on the first electrode 1220, the second capture material 1222 fixed on the first electrode 1220.
  • the amount of target material (i.e. antigen) captured by can be reduced.
  • the current value according to the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 has a large number of the target material is included in the sample compared to the case where the target material is not included in the sample In this case, the detection may be insignificant. Unlike the sandwich type biosensor 1000, if the measured detection value is insignificant, the amount of the target substance in the sample may be confirmed.
  • the first capture material 1213 of the magnetic nanoparticle complex 1210 may be an antibody.
  • the first capture material 1213 may bind to an antigen (ie, a target material) in a sample.
  • the first capture material 1213 may be combined with the second capture material 1222 on the first electrode 1220.
  • the second capture material 1222 may be an antigen.
  • the second target material of the second capture material 1222 may be an antibody. In other words, the second target material of the second capture material 1222 may be the first capture material 1213.
  • the antigen in the sample ie, the target material
  • the second capture material 1222 immobilized on the electrode may compete for the first capture material 1213.
  • the amount of the first capture material 1213 bound to the second capture material 1222 may decrease.
  • the first capture material 1213 bound to the second capture material 1222 may increase.
  • the current value according to the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is contained in the sample a large number compared to the case where the target material is not included in the sample It can be detected insignificantly, and if the detected detection value is insignificant, it can be confirmed that the amount of target substance in the sample is large.
  • the magnetic nanoparticle complex 1210 having magnetic properties may be provided in the reaction unit 1200 of the biosensor 1000, and as a result, the state condition of the reaction unit 1200 may be conditions) may be altered to control the mobility of the magnetic nanoparticle composite 1210.
  • the second capture material 1222 on the first electrode 1220 is not coupled (that is, the second Other materials that are not captured by the capture material 1222 may be washed.
  • the other materials may include the magnetic nanoparticle composite 1210, the target material, and the non-target material, which are not captured by the first electrode 1220.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 or the like that is not captured by the first electrode 1220 is disposed in an adjacent region of the first electrode 1220, a negative signal is detected even when the target material is not included in the sample.
  • the state condition of the reaction unit 1200 to wash other substances, it is possible to derive the accuracy, sensitivity, background reduction, etc. of the biosensor 1000 to the effect. There is an advantage to that.
  • a magnet may be positioned in an area adjacent to the first electrode 1220, and then a magnet may be positioned in an area opposite to the first electrode, thereby changing the magnetic field formed in the reaction unit 1200. have.
  • the operation of the specific biosensor 1000 in this regard will be described below with reference to FIG. 7.
  • the electric field may be changed by changing the magnitude, frequency, etc. of the voltage applied between the first electrode 1220 and the second electrode 1230.
  • the first electrode 1220 and the In the biosensor 1000 including a third electrode having a coil shape different from that of the second electrode 1230, a magnetic field formed in the reaction part 1200 by changing a current applied to the third electrode and / or Or you can change the electric field.
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation of the biosensor 1000 according to the first embodiment of the present application.
  • the formation of the magnetic field may also be controlled by the distance between the magnet and the first electrode 1220. If the distance between the magnet and the first electrode 1220 is narrow, the magnetic field in the reaction unit 1200 is stronger.
  • the magnets are alternately positioned at the bottom and top of the first electrode 1220, or alternately turned ON / OFF of the mechanism for forming the magnetic field located at the top or bottom, the magnetic nanoparticle composite 1210 according to the number of times or the holding time. ) Will change the movement.
  • the reaction unit 1200 when the magnetic nanoparticle composite 1210 is located in the reaction unit 1200, the reaction unit 1200 When the magnet is repeatedly placed at the top and bottom of the
  • the signal is slightly small but relatively stable (i.e., when the magnet is repeatedly positioned up / down 100 times of the reaction unit 1200). , a smaller error bar)
  • the detection signal is larger than when the magnet is repeatedly positioned 100 times or 200 times above and below the reaction unit 1200. It is confirmed that the pattern is stable and uniformity is improved.
  • the sample When the sample is provided to the sample introduction unit 1100 of the biosensor 1000, the sample may move along a path in the biosensor 1000.
  • the bio-control unit may start to control the environmental conditions of the reaction unit 1200.
  • the sample introduction unit 1100 of the sensor 1000 may be provided with a separate electrode different from the first electrode 1220 and the second electrode 1230.
  • the sample may move to the reaction unit 1200 through the sample introduction unit 1100.
  • the magnetic nanoparticle complex 1210 may be present in the reaction unit 1200.
  • the mechanism for generating a magnetic field disposed at the upper and lower ends of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200 is turned off, the magnetic nanoparticle complex 1210 and the sample move in a downstream direction from the sample introduction unit 1100. Can be.
  • the target material may be combined with the first capture material 1213 of the magnetic nanoparticle composite 1210.
  • the magnetic nanoparticle complex 1210 and the target material may perform binding according to the antigen-antibody reaction.
  • the antigen-antibody reaction may be performed in the reaction unit 1200 of the biosensor 1000.
  • the target material may be combined with the second capture material 1222 of the first electrode 1220.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 coupled with the target material bound to the second capture material 1222 may be captured by the second capture material 1222 to be involved in the variation of the detection signal of the biosensor 1000.
  • the mechanism for generating a magnetic field disposed on the upper end of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200 is turned off, the first electrode 1220 of the reaction unit 1200
  • the mechanism for generating a magnetic field disposed at the bottom is turned on, the movement of the magnetic nanoparticle composite 1210 may be induced toward the first electrode 1220 of the reaction unit 1200.
  • the reaction between the first capture material 1213 and the target material of the magnetic nanoparticle composite 1210 and / or between the target material and the second capture material 1222 of the first electrode 1220 may be improved. Can be.
  • the mechanism for generating the magnetic field disposed at the lower end of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200 is turned off, and the magnetic field disposed at the upper end of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200 is generated.
  • the mechanism When the mechanism is turned on, the movement of the magnetic nanoparticle composite 1210 may be induced toward the upper side of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 that is not trapped by the second capture material 1222 of the first electrode 1220 is led to the upper side of the first electrode 1220, so that the first electrode 1220
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 that is not trapped in the region adjacent to the second trapping material 1222 of FIG. 3) may be washed.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 which is not captured by the second capture material 1222 of the first electrode 1220 is guided to the upper side of the first electrode 1220, so that the first electrode 1220 The magnetic nanoparticle composite 1210 that is not captured from the region adjacent to the second trapping material 1222 may be removed.
  • the mechanism for generating a magnetic field disposed on the upper end of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200 is turned off, the first electrode 1220 of the reaction unit 1200
  • the second environmental condition in which the mechanism for generating the magnetic field disposed on the upper end of the first electrode 1220 is turned on may be repeatedly performed.
  • the first environmental condition is formed in the reaction unit 1200 in addition to the embodiment where the second environmental condition is formed.
  • the second environmental condition is established, and then, the first environmental condition and the second environmental condition may be controlled to be sequentially and repeatedly formed.
  • the target material included in the sample may be more specifically bound to the magnetic nanoparticle complex 1210.
  • the target material included in the sample may increase the specific binding degree with the magnetic nanoparticle complex 1210, and as a result, the sensitivity of the biosensor 1000 may be improved.
  • the mechanism for generating the magnetic field disposed on the upper end of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200 is turned off, the mechanism for generating the magnetic field disposed on the lower end of the first electrode 1220 of the reaction unit 1200 When is turned off, the magnetic nanoparticles 1211, the target material, and the non-target material not captured by the second capture material 1222 may move downstream of the reaction unit 1200.
  • the magnetic nanoparticles 1211, the target material, and the non-target material that are not captured by the second capture material 1222 move to the sample processing unit located downstream of the reaction unit 1200, the first electrode 1220. And detecting the current value according to the voltage applied to the second electrode 1230 to confirm the presence or absence of the target material in the sample.
  • the third electrode having a coil shape may be disposed on the upper and lower portions of the reaction part 1200.
  • the magnetic field formed in the reaction unit 1200 may be controlled.
  • FIG 8 is an enlarged view illustrating an arrangement of a third electrode for providing a magnetic field according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the reaction unit 1200 in the biosensor 1000 shown in FIG. 2.
  • Coil-shaped third electrodes may be formed on upper and lower portions of the reaction part 1200.
  • a current applied to the third electrode may be controlled.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may move to a position adjacent to the third electrode located above the reaction unit 1200.
  • an effect similar to that of a magnet disposed below the reaction unit 1200 may be induced.
  • the magnetic nanoparticle composite 1210 may move to a position adjacent to the third electrode located below the reaction unit 1200.
  • the mobility of the magnetic nanoparticle composite 1210 is controlled. This can be controlled.
  • Mobility of the magnetic nanoparticle composite 1210 can be controlled in a form to be performed as.
  • the biosensor 1000 may include a first electrode 1220 to which a blocking material 1221 is fixed. More specifically, the biosensor 1000 according to the embodiment of the present application may include a first electrode 1220 to which the BSA is fixed.
  • the BSA is fixed on the first electrode 1220, in addition to simply performing a blocking function to prevent the target material contained in the sample is adsorbed on the first electrode 1220, the magnetic nanoparticles A function of assisting oxidation / reduction of the reactant 1212 of the complex 1210 may be performed.
  • FIG 9 is a view for explaining a current change according to the voltage of the biosensor 1000 including the first electrode 1220 is fixed BSA according to an embodiment of the present application.
  • a sample containing a target material is provided to a biosensor 1000 including a first electrode 1220 in which a BSA is not fixed and a second capture material 1222 is fixed, thereby performing detection.
  • a change in current according to a change in voltage was not detected (BSAX in the graph shown).
  • the biomaterial 1000 including the first electrode 1220 to which the BSA and the second capture material 1222 are fixed can detect whether the target material is present in the sample.
  • the blocking material 1221 eg, BSA
  • the biosensor 1000 including the magnetic nanoparticle complex 1210 may perform a function of assisting oxidation / reduction in the biosensor 1000 including the magnetic nanoparticle complex 1210.
  • FIG. 10 is a view for explaining a detection apparatus 2000 according to an embodiment of the present application.
  • the detection device 2000 may include an electrode unit 2100, a memory unit 2200, an electrical signal generator 2300, and / or a controller 2400. However, not all of the above components should be included, and each component may be omitted or duplicated, and the detection apparatus 2000 may be manufactured in a form that further includes components other than the previously disclosed components. It is also possible.
  • the electrode unit 2100 may be a conductive medium that emits or receives electrons, and may include at least one of materials used as electrodes in the related fields, such as carbon, aluminum, platinum, gold, and / or silver.
  • the electrode unit 2100 may perform a function of being electrically connected to the contact unit 1300 of the biosensor 1000.
  • the electrode unit 2100 is a first electrode terminal electrically connected to the first electrode 1220 of the biosensor 1000, a second electrode electrically connected to the second electrode 1230 of the biosensor 1000. It may include an electrode terminal.
  • the first electrode terminal and the second electrode terminal, a fourth electrode and the fifth electrode electrically connected to the second electrode 1230, the contact portion 1300 of the biosensor 1000 is electrically connected to the first electrode.
  • the first electrode terminal is electrically connected to the first electrode 1220 and the fourth electrode
  • the second electrode terminal is electrically connected to the second electrode 1230 and the fifth electrode. Can be.
  • the electrode unit 2100 is electrically connected to the biosensor 1000, and the voltages of the first electrode 1220 and the second electrode 1230 in the biosensor 1000 and And / or information about the current may be detected by the detection device 2000.
  • the electrode unit 2100 is electrically connected to the biosensor 1000, and the electrical energy (eg, voltage and / or current) generated in the detection device 2000 may be converted into the biosensor.
  • a function of transferring the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the sensor 1000 may be performed.
  • the electrode part 2100 may be physically connected to the contact part 1300 of the biosensor 1000.
  • the biosensor 1000 may be fitted into a portion of the detection device 2000 so that the contact part 1300 of the biosensor 1000 and the electrode part 2100 of the detection device 2000 may contact each other. .
  • the electrode unit 2100 With respect to the function of the electrode unit 2100 according to an embodiment of the present application, it will be easily understood through the specific embodiment described in the operation of the detection device 2000.
  • the memory unit 2200 may perform a function of temporarily or non-temporarily storing information.
  • the memory unit 2200 may include a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), a flash memory, a read-only memory (ROM), and / or a RAM. Random access memory).
  • the memory unit 2200 may be implemented to be connected to another server through wireless communication to store necessary information in another server.
  • the functional unit which performs the function of storing the information so that the detection apparatus 2000 can utilize the information is not limited thereto, regardless of which hardware or software structure the functional unit has, the memory unit 2200 may be used. Can correspond.
  • the memory unit 2200 may store information about voltage values to be applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000.
  • the memory unit 2200 detects a current value according to a voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 to determine whether the target material is included in the sample introduced into the biosensor 1000.
  • information about a voltage value between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 to be applied may be stored.
  • the electrical signal generator 2300 may perform a function of generating a voltage and / or a current.
  • the electrical signal generator 2300 may include DC voltage / current generators.
  • the electrical signal generator 2300 may include a PWM output generator.
  • the electrical signal generator 2300 may include an AC standard voltage generator.
  • the electrical signal generator 2300 may be implemented in the form of an electronic circuit such as an IC chip that performs a function of generating a voltage and / or a current, and may be implemented as a computer or a similar device according to hardware, software, or a combination thereof. In an exemplary embodiment of the present application, the electrical signal generator 2300 may be implemented in a form included in the controller 2400.
  • the controller 2400 may control the overall operation of the detection apparatus 2000.
  • the controller 2400 may perform calculation and processing of various types of information and control operations of components of the detection apparatus 2000.
  • the controller 2400 may be implemented as a computer or a similar device according to hardware, software, or a combination thereof.
  • the controller 2400 may be provided in the form of an electronic circuit such as a CPU chip that processes an electrical signal and performs a control function. Can be.
  • the controller 2400 may control the electrical signal generator 2300 to provide a voltage and / or a current to the biosensor 1000 through the electrode unit 2100.
  • the controller 2400 detects a current according to a change in voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000.
  • the control unit 2400 according to an embodiment of the present application, the voltage higher than the lowest voltage of at least one of the lowest voltage in the first step and the lowest voltage in the second step to stabilize the curve of the current It can be controlled to provide a voltage for applying a predetermined time or more.
  • the meaning of stabilization means that in the current graph according to the voltage in the cyclic voltage providing step, the potential / reduction potential is relatively increased when the current is maximum, and / or the potential / oxidation potential value is decreased when the current is minimum. It may mean a relatively decrease.
  • the term of stabilization may mean that the maximum current value is relatively increased and / or the minimum current value is relatively decreased in the current graph according to the voltage in the cyclic voltage providing step.
  • the stabilization, in the current graph according to the voltage in the cyclic voltage providing step, the current according to the oxidation (current according to the voltage increase) and the current according to the reduction (current due to the voltage reduction) corresponding to the voltage 0V ) May mean a relatively more match.
  • the controller 2400 may control to change an environmental condition of the reaction unit 1200 of the biosensor 1000 through the electrode unit 2100 or a separate magnetic field forming mechanism.
  • the controller 2400 may control an electrical signal provided to the first electrode 1220, the second electrode 1230, and / or the third electrode electrically connected to the electrode unit 2100. It may be controlled to change the environmental conditions of the reaction unit 1200 of the biosensor 1000.
  • the controller 2400 controls ON / OFF of a separate magnetic forming mechanism included in the detection device 2000 to change an environmental condition of the reaction unit 1200 of the biosensor 1000. Can be controlled.
  • the operation of the detection apparatus 2000 may be interpreted to be performed by the control of the controller 2400.
  • the function of the control unit 2400 according to an embodiment of the present application, it will be easily understood through the specific embodiment described in the operation of the detection device 2000.
  • FIG. 11 is a view for explaining the operation of the detection apparatus 2000 according to an embodiment of the present application.
  • the detection device 2000 may provide a second signal (S2000) and detect a third signal (S3000).
  • S2000 second signal
  • S3000 third signal
  • each step is not necessarily to be performed, each step may be omitted or duplicated, other procedures may be additionally performed.
  • the detection apparatus 2000 may receive a first signal (S1000).
  • the first signal may refer to a signal received when a sample is introduced into the sample introduction unit 1100 of the biosensor 1000 through an additional electrode, which is additionally provided in the biosensor 1000. have.
  • the first signal may mean a signal that is received when a sample reaches the reaction unit 1200 of the biosensor 1000 through a separate electrode additionally provided in the biosensor 1000. have.
  • the first signal is a sample reaching the reaction unit 1200 of the biosensor 1000 through the first electrode 1220 and / or the second electrode 1230 of the biosensor 1000. In one case, this may mean a received signal.
  • the first signal is received when a sample arrives at the sample processing unit of the biosensor 1000 through the first electrode 1220 and / or the second electrode 1230 of the biosensor 1000. It may mean a signal to be.
  • the controller 2400 of the detection apparatus 2000 may start providing the second signal S2000 when the first signal is received.
  • the detection device 2000 may provide a second signal (S2000).
  • the second signal may be a signal for the detection device 2000 to control an operation of the biosensor 1000.
  • the second signal 1) may mean a signal transmitted to the biosensor 1000 to change the environmental conditions of the reaction unit 1200 of the biosensor 1000, 2) the biosensor Whether the target material is captured in the sample introduced into the biosensor 1000 by detecting a current according to a change in voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of 1000.
  • the biosensor 1000 to provide a voltage comprising a first step of increasing the voltage applied between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 and a second step of falling.
  • Establish voltage To provide a voltage that is applied over time may represent a signal to be delivered to the biosensor 1000.
  • S2000 second signal
  • the detection apparatus 2000 provides a 2-1 signal (S2100), provides a 2-2 signal (S2200), and provides a 2-3 signal (S2300). can do.
  • S2100 2-1 signal
  • S2200 2-2 signal
  • S2300 2-3 signal
  • each step is not necessarily to be performed, each step may be omitted or duplicated, other procedures may be additionally performed.
  • the electrical signal from the detection device 2000 to the biosensor 1000 may mean an operation to be transferred.
  • the controller 2400 may provide an electrical signal for changing the magnitude, frequency, and the like of the voltages applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230, thereby providing the biosensor 1000 of the biosensor 1000.
  • the controller 2400 may provide an electrical signal for changing the magnitude, frequency, and the like of the voltages applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230, thereby providing the biosensor 1000 of the biosensor 1000.
  • the controller 2400 may provide an electrical signal for changing a current applied to a third electrode having a coil shape included in the biosensor 1000, and thus, the control unit 1200 of the biosensor 1000.
  • the mobility of the magnetic nanoparticle composite 1210, the target material and / or the non-target material positioned in the reaction unit 1200 of the biosensor 1000 may be changed.
  • the electric signal for applying a specific voltage may mean an operation of transferring from the detection device to the biosensor 1000.
  • the second capture material of the first electrode 1220 in the providing of the second-2 signal (S2200), before detecting the presence or absence of the target material from the current curve according to the 2-3 signal, the second capture material of the first electrode 1220. By inducing the oxidation / reduction reaction of the magnetic nanoparticle composite 1210 captured in, it can perform a function to stabilize the curve of the current according to the 2-3 signal.
  • a specific voltage is applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for a predetermined time or more, so that the magnetic nanoparticle composite
  • the reactant 1212 of 1210 may be subjected to oxidation pretreatment.
  • a voltage of at least 1 V or more is applied between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for at least 2 seconds.
  • a voltage of 1.5 V may be applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for 10 seconds.
  • the second-2 signal (S2200) a specific voltage is applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for a predetermined time or more, so that the magnetic nanoparticle composite
  • the reactive material 1212 of 1210 is subjected to oxidation pretreatment, and thereafter, the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is decreased, thereby reducing the magnetic nanoparticle composite.
  • the reactant 1212 of 1210 may be subjected to reduction pretreatment.
  • a voltage of at least 1 V or more is applied between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for at least 2 seconds.
  • a voltage may be applied such that the voltage between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 drops from at least 1V to at least 0V.
  • a voltage of 1.5 V is applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for 10 seconds, and then The voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may be reduced at a rate of ⁇ 0.1 V / s from 1.5 V to ⁇ 0.2 V.
  • a specific voltage is applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for a predetermined time or more, so that the magnetic nanoparticle composite
  • the reactive material 1212 of 1210 is subjected to oxidation pretreatment, and thereafter, the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is decreased, thereby reducing the magnetic nanoparticle composite.
  • the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is increased to increase the magnetic nanoparticle composite 1210.
  • the reactant 1212 may be subjected to oxidation pretreatment.
  • a voltage of at least 1 V or more is applied between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for at least 2 seconds. Subsequently, a voltage is applied such that the voltage between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 drops from at least 1V to at least 0V, and then the first electrode 1220 and the second are applied. A voltage may be applied such that the voltage between the electrodes 1230 rises from at least 0V to at least 1V.
  • a voltage of 1.5 V is applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 for 10 seconds, and then After the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is reduced at a rate of -0.1V / s from 1.5V to -0.2V, the first electrode 1220 and the second electrode 1230 Can be increased at -0.1V / s from -0.2V to 1.5V.
  • the biosensor detects a current according to a change in voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000.
  • a first step of increasing and applying a voltage applied between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is performed.
  • a signal for providing a voltage including a second step may be transmitted from the detection device to the biosensor 1000.
  • FIG. 13 is a diagram for describing provision of a second-3 signal (S2300) according to an embodiment of the present application.
  • the target material is included in the sample by cyclic voltammetry (qualitative analysis) and / or the relative of the target material included in the sample.
  • a function of providing a switching potential including the rising potential and the falling potential of the voltage of at least one period T may be performed.
  • the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 After the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is increased, the first electrode 1220. And a voltage applied to the second electrode 1230 is decreased, so that the detection device 2000 obtains a detection value according to oxidation of the reaction material 1212 of the magnetic nanoparticle composite 1210, and the magnetic nanoparticles. A detection value according to the reduction of the reactant 1212 of the complex 1210 may be obtained.
  • the voltage between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is at least 0V or less and at least 1V or more.
  • a voltage for decreasing the voltage between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 from at least 1V to at least 0V may be applied.
  • the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is 0.1V / from 0.0V to 1.2V. Then, the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may be decreased at a speed of ⁇ 0.1 V / s from 1.2 V to 0.0 V.
  • the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 After the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is reduced, the first electrode 1220. And the voltage applied to the second electrode 1230 is increased, so that the detection apparatus 2000 obtains a detection value according to the reduction of the reaction material 1212 of the magnetic nanoparticle composite 1210, and the magnetic nanoparticles. A detection value according to oxidation of the reactant 1212 of the complex 1210 may be obtained.
  • the voltage between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is at least 1V and at least 0V.
  • a voltage for lowering is applied, and a voltage for increasing the voltage between the first electrode 1220 and the second electrode 1230 to at least 1V or more may be applied at least 0V or less.
  • the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is -0.1 from 1.2V to 0.0V. Subsequently, the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may be increased at a speed of 0.1V / s from 0.0V to 1.2V.
  • the detection device 2000 may detect a third signal (S3000).
  • the detection of the third signal may be performed by the detection apparatus 2000.
  • the 2-3 signal obtained through the detection of the third signal Of the target material to the sample by confirming that the current graph according to the rising potential and the falling potential of the first electrode 1220 and the second electrode 1230 by the provision of (s2300) has a maximum current value and a minimum current value. I can confirm the existence.
  • FIG. 14 is a diagram for describing an operation of performing pre-reduction treatment prior to providing the 2-3 signal according to the third exemplary embodiment of the present application (S2300).
  • the detection apparatus 2000 may apply to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 according to the provision of the second-3 signal (S2300).
  • the voltage applied is increased at a rate of 0.1V / s from 0.0V to 1.2V, and then the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is -0.1V / from 1.2V to 0.0V.
  • the pre-reduction treatment may be performed on the reaction unit 1200 of the biosensor 1000 prior to the provision of the 2-3 signal (S2300).
  • the second-2 signal may be provided (S2200) such that the pre-reduction treatment is performed on the reaction unit 1200 of the biosensor 1000.
  • the detection apparatus 2000 may provide a voltage of 1.5V to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 according to the provision of the second-2 signal. After being applied for 10 seconds, the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may be reduced at a rate of ⁇ 0.1 V / s from 1.5 V to ⁇ 0.2 V.
  • FIG. 15 is a diagram for describing a detection graph of the third signal according to the provision of the second-2 signal (S2200) and the provision of the 2-3 signal (S2300) according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 15A illustrates a voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 from 0.0V to 1.2V according to the provision of the second-3 signal (S2300).
  • the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is decreased so that the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 decreases from -1.2 V to 0.0 V at a rate of -0.1 V / s.
  • the first electrode 1220 and the second electrode (1220) of the biosensor 1000 according to the provision of the second-2 signal (S2200).
  • the voltage of 1.5V is applied to the first electrode 1220 for 10 seconds, and then the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 decreases from -1.5V to -0.2V at -0.1V / s. And the current according to the voltage of the second-3 signal when the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is increased at a rate of 0.1V / s from -0.2V to 1.5V. A graph is shown.
  • FIG. 15B is a current graph according to the voltage of the second-3 signal when a voltage corresponding to the voltage graph over time shown in FIG. 13 is applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230. It is shown.
  • 15C illustrates that the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is 0.0V to 1.2V according to the provision of the second-3 signal (S2300).
  • the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is decreased so that the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 decreases from -1.2 V to 0.0 V at a rate of -0.1 V / s.
  • 1230 shows a current graph according to the voltage caused by the 2-3 signal when a voltage of 1.5 V is applied for 10 seconds.
  • the current according to the oxidation and the current corresponding to the reduction corresponding to the voltage 0V are more consistent than those of the voltage-current graph corresponding to A and C. You can check it.
  • the pre-reduction treatment is performed before the 2-3 signal. In this case, it was confirmed that the detection value according to the 2-3 signal was stabilized.
  • FIG. 16 is a view for explaining an operation of performing pre-oxidation processing prior to providing a second signal (S2300) according to the fourth embodiment of the present application.
  • the detection apparatus 2000 may apply to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 according to the provision of the second-3 signal (S2300).
  • the voltage applied is reduced at -0.1V / s from 1.2V to 0.0V, and then the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is 0.1V / from 0.0V to 1.2V.
  • the 2-3 signal is provided to increase at the s speed (S2300), prior to providing the 2-3 signal (S2300), the pre-oxidation treatment is performed on the reaction unit 1200 of the biosensor 1000. Can be.
  • the second signal Prior to the provision of the second signal (S2300), the second signal may be provided (S2200) such that the oxidation pretreatment is performed on the reaction unit 1200 of the biosensor 1000.
  • the detection apparatus 2000 may have 1.5 in the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 according to the provision of the second-2 signal (S2200).
  • the voltage of V can be applied for 10 seconds.
  • the detection apparatus 2000 may have 1.5 in the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 according to the provision of the second-2 signal (S2200). After the voltage of V is applied for 10 seconds, the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 is decreased at a rate of -0.1V / s from 1.5V to -0.2V, and then The voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may be increased at a rate of 0.1V / s from -0.2V to 1.5V.
  • the detection apparatus 2000 may have 1.5 in the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 according to the provision of the second-2 signal (S2200). After the voltage of V is applied for 10 seconds, the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 may be increased at a rate of 0.1V / s from -0.2V to 1.5V.
  • the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 of the biosensor 1000 is 0.1V from 0.0V to 1.2V according to the provision of the second-3 signal (S2300).
  • the second-3 signal is provided such that the voltage applied to the first electrode 1220 and the second electrode 1230 decreases at -0.1V / s from 1.2V to 0.0V.
  • S2300 as shown in the graph of FIG. 15, it is possible to obtain a current graph according to the voltage by the most stabilized 2-3 signal.
  • the pulse signal may be provided in the form of 200 ms.
  • a graph of the current according to the applied pulse may be shown, and by checking whether the graph has the maximum current value or the minimum current value, the target material to the sample. The presence of can be confirmed.

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Abstract

본 출원의 일실시예에 따르면, 바이오센서에 있어서, 자성 나노입자 복합체, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 반응부; 및 상기 바이오센서의 외부로부터 상기 반응부에 시료가 도입될 수 있도록 통로를 형성하는 시료 도입부;를 포함하고, 상기 자성 나노입자 복합체는, 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하며, 상기 자성 나노입자 복합체는 상기 반응부 내에서 자성을 띠어 상기 반응부의 상태 조건(condition) 변화에 따라 운동성이 변화될 수 있는 특성을 가지며, 상기 제1 전극은, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극과는 다른 전극이고, 상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 상기 시료에 포함된 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.

Description

자성 나노입자를 이용한 바이오센서, 이를 이용하는 검출 장치 및 검출 방법
실시예는 자성 나노입자를 이용한 바이오센서에 관한 것이다.
실시예는 바이오센서를 이용하는 검출 장치에 관한 것이다.
실시예는 바이오센서를 이용하는 검출 장치의 검출 방법에 관한 것이다.
고령화 사회의 도래로 질병 예방 및 조기진단을 위한 현장검사(POCT)에 대한 요구가 증대되면서, 멤브레인(membrane)을 이용한 바이오센서 및 미세유관(Micro fluidic channel)을 이용한 바이오센서 등 다양한 현장 진단키트가 상용화 되었고, 이러한 제품에 대한 수요 역시 급진적으로 증가하고 있다.
다만, 아직까지 대형병원 등 임상 분석실에서 사람에 의해 진행되는 ELISA 방식의 질병 진단 방법의 질병 진단 정확도 및 민감도에 비해 다양한 현장 진단키트의 질병 진단 정확도 및 민감도는 현저히 떨어지는 문제가 있다.
질병 진단 정확도 및 민감도가 떨어지는 원인 중 하나는 시료 등에 의한 백그라운드가 검출 정확도를 저해하기 때문인데, 이는, 별도의 외력을 제공하지 않고 모세관힘에 의해 시료등의 이동 및 반응이 수행되는 바이오센서의 특성상 추가적이고 비용이 높은 기구 설계나, 사람의 세척(washing) 작업 없이는 백그라운드를 제거하기는 어려워 현장 진단키트의 고질적인 문제점으로 남아있는 실정이다.
이에 따라, 간단한 방법을 통해 현장 진단키트상의 불필요한 반응물을 세척하여 백그라운드를 제거하고 검출 정확도 및 검출 민감도를 향상시키기 위한 수단이 요구된다.
실시예는 백그라운드(background)에 의해 정확도가 저하되는 문제를 개선하기 위한 바이오센서를 제공한다.
실시예는 검출되는 신호가 안정화되어 검출 민감도(sensitivity)가 향상된 바이오센서를 제공한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 바이오센서에 있어서, 자성 나노입자 복합체, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 반응부; 및 상기 바이오센서의 외부로부터 상기 반응부에 시료가 도입될 수 있도록 통로를 형성하는 시료 도입부;를 포함하고, 상기 자성 나노입자 복합체는, 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하며, 상기 자성 나노입자 복합체는 상기 반응부 내에서 자성을 띠어 상기 반응부의 상태 조건(condition) 변화에 따라 운동성이 변화될 수 있는 특성을 가지며, 상기 제1 전극은, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극과는 다른 전극이며, 상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 상기 시료에 포함되는 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하는 자성 나노입자 복합체, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되는 제1 전극-상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 상기 시료에 포함됨-, 및 상기 제1 전극과는 다른 전극인 제2 전극을 포함하는 바이오센서와 전기적으로 연결될 수 있는 전극부; 및 인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서에 유입된 상기 시료에 상기 제2 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 전압을 제공하도록 제어하고, 상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 포함하도록 전압을 제공하기에 앞서, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는, 제어부;를 포함하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 반응부내의 환경 조건을 변경하여 워싱(washing)을 통해 백그라운드(background)에 의해 정확도가 저하되는 문제를 개선한 바이오센서를 제공할 수 있다.
실시예에 따르면 검출 단계 이전에 신호를 안정화 시키기 위한 전압을 제공하여, 검출 민감도(sensitivity)가 향상된 바이오센서를 제공할 수 있다.
본 출원의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 검출 시스템(1)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 바이오센서(1000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 반응부(1200)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 자성 나노입자 복합체(1210)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 제1 전극(1220)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 바이오센서(1000)의 일반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 출원의 제1 실시예에 따른 바이오센서(1000)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 자기장 제공을 위한 제3 전극의 배치를 설명하기 위한 확대도이다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 BSA이 고정된 제1 전극(1220)을 포함하는 바이오센서(1000)의 전압에 따른 전류 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은 본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 제2 신호의 제공(S2000)을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 출원의 일 실시예에 따른 제2-3 신호의 제공(S2300)을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 출원의 제3 실시예에 따른 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 환원전처리를 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 출원의 일 실시예에 따른 제2-2 신호의 제공(S2200) 및 제 2-3 신호의 제공(S2300)에 따른 제3 신호의 검출 그래프를 설명하기 위한 도면이다.
도16은 본 출원의 제4 실시예에 따른 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 산화전처리를 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 출원은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 출원과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 바이오센서에 있어서, 자성 나노입자 복합체, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 반응부; 및 상기 바이오센서의 외부로부터 상기 반응부에 시료가 도입될 수 있도록 통로를 형성하는 시료 도입부;를 포함하고, 상기 자성 나노입자 복합체는, 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하며, 상기 자성 나노입자 복합체는 상기 반응부 내에서 자성을 띠어 상기 반응부의 상태 조건(condition) 변화에 따라 운동성이 변화될 수 있는 특성을 가지며, 상기 제1 전극은, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극과는 다른 전극이며, 상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 시료에 포함되는 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 자성 나노입자는 상기 자성 나노입자의 외측으로 반응기가 노출되도록 변형되고, 상기 반응기에는 상기 반응 물질이 고정되는 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 반응기는 아민기(amine)이고, 상기 반응 물질은 금(gold)인 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 포획 물질은 상기 반응기에 고정된 반응 물질에 고정되는 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 전극의 적어도 일부 영역에는 상기 제2 타겟 물질의 흡착을 방지하는 블로킹 물질이 배치되어 있는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 블로킹 물질은 BSA(Bovine Serum Albumin)인 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 타겟 물질은, 상기 시료에 포함된 상기 제2 타겟 물질과 동일한 물질이고, 상기 제1 포획 물질은, 상기 제2 포획 물질과 동일한 물질인, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 타겟 물질은, 상기 제1 전극에 고정된 제2 포획 물질이고, 상기 제2 타겟 물질은, 상기 제1 포획 물질과 동일한 물질이며, 상기 제1 포획 물질은 시료에 포함된 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 타겟 물질은, 상기 제1 전극에 고정된 제2 포획 물질이고, 상기 제2 타겟 물질은, 상기 제1 포획 물질과 동일한 물질이며, 상기 제2 포획 물질은 시료에 포함된 것을 특징으로 하는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 반응부에 형성되는 자기장이 변경되면, 상기 자성 나노입자 복합체의 운동 방향이 변경되는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압이 변경되면, 상기 자성 나노입자 복합체의 운동 방향이 변경되는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과는 다른 코일 형태의 제3 전극을 포함하고, 상기 제3 전극에 인가되는 전류가 변경되면, 상기 자성 나노입자 복합체의 운동운동 방향이 변경되는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제4 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제5 전극의 적어도 일부는 상기 바이오센서의 외부로 노출되는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제4 전극은 하나의 전극으로 구성되고, 상기 제2 전극과 상기 제5 전극은 하나의 전극으로 구성되는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제4 전극의 적어도 일부 및 상기 제5 전극의 적어도 일부는 전류를 측정할 수 있는 디바이스와 전기적으로 연결되는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압은, 상기 디바이스에 의해 제어되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따른 전류에 따라, 상기 시료에 상기 제2 타겟 물질이 포함되었는지 여부를 확인할 수 있는, 바이오센서가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하는 자성 나노입자 복합체, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되는 제1 전극-상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 시료에 포함됨-, 및 상기 제1 전극과는 다른 전극인 제2 전극을 포함하는 바이오센서와 전기적으로 연결될 수 있는 전극부; 및 인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서에 유입된 상기 시료에 상기 제2 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 전압을 제공하도록 제어하고, 상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 포함하도록 전압을 제공하기에 앞서, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는, 제어부;를 포함하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 포획 물질은 상기 제2 포획 물질과 동일한 물질이고, 상기 제1 타겟 물질은 상기 제2 타겟 물질과 동일한 물질이며, 상기 제1 타겟 물질은 상기 시료에 포함된 것을 특징으로 하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 단계에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승시키는 하는 전압을 제공하도록 제어하고, 상기 제2 단계에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압을 제공하도록 제어하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는데 이어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압을 제공하도록 제어하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압을 제공하도록 제어하는데 이어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승시키는 전압을 제공하도록 제어하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는데 이어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도 1V이상으로 상승시키는 전압을 제공하도록 제어하는, 검출 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하는 자성 나노입자 복합체, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되는 제1 전극-상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 시료에 포함됨-, 및 상기 제1 전극과는 다른 전극인 제2 전극을 포함하는 바이오센서와 전기적으로 연결되는 검출 장치의 검출 방법에 있어서, 인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서에 유입된 상기 시료에 상기 제2 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 순환 전압 제공 단계; 상기 전압 제어 단계에 앞서, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 신호 안정화 단계; 및 상기 제1 단계에 따른 전류 및 상기 제2 단계에 따른 전류를 검출하는 신호 검출 단계;를 포함하는, 검출 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하는, 검출 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 포획 물질은 상기 제2 포획 물질과 동일한 물질이고, 상기 제1 타겟 물질은 상기 제2 타겟 물질과 동일한 물질이며, 상기 제1 타겟 물질은 상기 시료에 포함된 것을 특징으로 하는, 검출 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승하도록 하는 단계이고, 상기 제2 단계에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강하도록 하는 단계인, 검출 방법이 제공될 수 있다.
상기 신호 안정화 단계는, 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 신호 안정화 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가되도록 하는 전압을 제공하는 단계를 포함하는, 검출 방법이 제공될 수 있다.
상기 신호 안정화 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가되도록 하는 전압을 제공하는 단계에 이어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강하도록 하는 전압을 제공하는 단계를 포함하는, 검출 방법이 제공될 수 있다.
상기 신호 안정화 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강하도록 하는 전압을 제공하는 단계에 이어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승하도록 하는 전압을 제공하는 단계를 포함하는, 검출 방법이 제공될 수 있다.
상기 신호 안정화 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하는 단계에 이어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도 1V이상으로 상승시키는 전압을 제공하는 단계를 포함하는, 검출 방법이 제공될 수 있다.
<검출 시스템(1)>
이하에서는, 시료(sample) 내에 타겟 물질의 유무를 검출할 수 있는 검출 시스템(1)에 대해서 개시한다.
일 예로, 인체로부터 추출될 수 있는 혈액, 소변, DNA 샘플 등과 같은 시료로부터, 특정 항원, 항체, DNA, 및/또는 RNA 등의 유무(즉, 타겟 물질의 유무)에 기초하여 타겟 질병(즉, 확인하고자 하는 질병)의 유무를 검출할 수 있는 검출 시스템(1)에 대해서 개시한다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 검출 시스템(1)을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예 따르면, 상기 검출 시스템(1)은, 바이오센서(1000) 및 검출 장치(2000)를 포함할 수 있다.
상기 바이오센서(1000)는, 시료내에 포함된 타겟 물질과 특정 반응이 유도될 수 있는 생물학적 수용체를 포함하고, 이러한 반응을 전기적 또는 광학적 신호로 변환하는 데에 관여하여, 단독으로 또는 검출 장치(2000) 등을 통해 시료내의 타겟 물질의 유무를 감지할 수 있도록 제작된 소자일 수 있다.
일 예로, 상기 바이오센서(1000)는, 미세 유체 채널 내에서 유체의 표면장력 등의 영향으로 시료가 이동하도록 제작된 미세 유체 역학 기반의 바이오센서(1000)일 수 있다. 이 때, 상기 바이오센서(1000)는 강성을 가지는 물체로 제작될 수 있다. 일 예로, 상기 바이오센서(1000)는 플라스틱을 포함할 수 있고, 및/또는 상기 바이오센서(1000)는 유리를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 바이오센서(1000)에 대해서는, 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 검출 장치(2000)는, 상기 바이오센서(1000)내의 반응에 따른 결과로 도출되는 전기적, 광학적, 자기적, 및/또는 열적 신호의 변화를 인식하여 상기 시료에의 타겟 물질의 유무를 확인하는 장치일 수 있다.
일 예로, 상기 검출 장치(2000)는 상기 바이오센서(1000)가 투입되는 투입구를 가지며, 상기 바이오센서(1000)의 전기적 변화에 기초하여 상기 바이오센서(1000)에 도입된 시료에의 타겟 물질의 유무를 확인할 수 있다.
상기 검출 장치(2000)는 상기 바이오센서(1000)에 따른 결과값을 검출하기 위해 제작된 단독의 장치이거나, 상기 바이오센서(1000)에 따른 결과값을 검출하기 위해 변형된 타 기능을 포함하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 검출 장치(2000)는 바이오센서(1000)용 검출 장치(2000)일 수 있고, 바이오센서(1000)가 투입될 수 있도록 일 영역이 변형된 휴대 전화 장치이거나, 가전 제품에 일체된 형태로 구현된 장치일 수 있다.
또한, 전술한 예시에 한정되지 않고, 이하에서 설명하는 본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)에 대한 개시로부터 용이하게 도출될 수 있는 검출 장치(2000)는 모두 본 명세서에 따른 검출 장치(2000)에 대응될 수 있음은 물론이다.
<바이오센서(1000)>
1. 바이오센서(1000)의 구성
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 바이오센서(1000)를 설명하기 위한 도면이다.
상기 바이오센서(1000)는 시료도입부(1100), 반응부(1200) 및/또는 접촉부(1300)를 포함할 수 있다. 다만, 위의 구성요소가 모두 포함되어야 하는 것은 아니고, 각 구성 요소는 생략되거나, 중복될 수 있으며, 기 개시되어 있는 구성요소 이외의 구성요소를 더 포함하는 형태로 바이오센서(1000)가 제작되는 것도 가능하다.
1.1 시료도입부(1100)
상기 시료도입부(1100)는, 상기 바이오센서(1000)의 외부로부터 상기 바이오센서(1000)의 내부로 시료가 도입되는 영역일 수 있다. 다시 말해, 상기 시료도입부(1100)는 이하에서 설명할 반응부(1200)에 시료가 도입될 수 있도록 통로를 형성하는 영역일 수 있다.
상기 시료는, 타겟 물질을 포함한 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 시료는, 생체로부터 분비된 분비물일 수 있다. 상기 검체는 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 소변, 등일 수 있다. 다른 예로, 상기 검체는 연구 목적으로 획득된 물질일 수 있다. 상기 검체는 사건 현장에서 획득된 DNA 샘플, RNA 샘플 등일 수 있고, 동물의 세포 및 바이러스 등으로부터 추출된 DNA 샘플, RNA 샘플 등일 수 있다.
상기 시료도입부(1100)로 제공된 시료는 바이오센서(1000)의 내부에서 이동할 수 있다. 상기 시료도입부(1100)로 제공된 시료는 상기 시료도입부(1100)로부터 상기 반응부(1200)로 이동할 수 있다.
상기 시료는 미세 유로를 따라 이동할 수 있다. 상기 검체는 멤브레인 상을 이동할 수 있다. 이외에도, 바이오센서(1000)에서 활용되는 다양한 방식을 통해 구현되는 이동 방법에 따라 시료도입부(1100)를 통해 제공된 검체가 이동할 수 있다.
1.2 반응부(1200)
상기 반응부(1200)는 특이적 반응이 수행되는 영역일 수 있다. 상기 반응부(1200)는 상기 바이오센서(1000)내에서 타겟 물질과 타겟 물질을 포획하기 위한 포획 물질 사이의 특이적 반응이 수행되는 영역일 수 있다.
상기 타겟 물질은 상기 시료에 포함되어 있는 검출하고자 하는 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 타겟 물질은 항원일 수 있다. 다시 말해 상기 타겟 물질은 질병을 가지는 환자의 혈액 등에서 검출되는 질병에 관련된 항원일 수 있다. 다른 예로, 상기 타겟 물질은 DNA일 수 있다. 다시 말해, 상기 타겟 물질은 질병을 가지는 환자의 혈액 등에서 검출되는 바이러스의 DNA일 수 있다.
상기 포획 물질은 상기 타겟 물질에 특이적으로 결합하는 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 포획 물질은 항체일 수 있다. 상기 포획 물질은 상기 항원에 항원-항체 반응에 기초하여 특이적으로 결합하는 항체일 수 있다. 다른 예로, 상기 포획 물질은 DNA일 수 있다. 상기 포획 물질은 상기 DNA에 특이적 서열의 상보성에 기초하여 특이적으로 결합하는 DNA일 수 있다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 반응부(1200)를 설명하기 위한 도면이다.
상기 반응부(1200)는 자성 나노입자 복합체(1210), 제1 전극(1220) 및/또는 제2 전극(1230)을 포함할 수 있다. 다만, 위의 구성요소가 모두 포함되어야 하는 것은 아니고, 각 구성 요소는 생략되거나, 중복될 수 있으며, 기 개시되어 있는 구성요소 이외의 구성요소를 더 포함하는 형태의 반응부(1200)를 포함하는 바이오센서(1000)가 제작되는 것도 가능하다.
제1 전극(1220)은 제2 전극(1230)에 비해 상류에 배치될 수 있다. 여기서, "상류"라 함은, 시료가 시료도입부(1100)를 통해 도입된 지점으로부터 반응부(1200)측으로 이동하는 이동방향을 기준으로 상류에 있음을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극(1220)은 상기 제2 전극(1230)에 비해 시료도입부(1100)와 가까울 수 있다.
또는, 제1 전극(1220)은 제2 전극(1230)에 비해 하류에 배치될 수 있다. 여기서, "하류"라 함은, 시료가 시료도입부(1100)를 통해 도입된 지점으로부터 반응부(1200)측으로 이동하는 이동방향을 기준으로 하류에 있음을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 제2 전극(1230)은 상기 제1 전극(1220)에 비해 시료도입부(1100)와 가까울 수 있다.
또는, 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)은 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)은 상기 시료도입부(1100)로부터의 거리가 동일할 수 있다.
자성 나노입자 복합체(1210)는 상기 제1 전극(1220)에 비해 상류에 배치될 수 있다. 자성 나노입자 복합체(1210)는 상기 제2 전극(1230)에 비해 상류에 배치될 수 있다. 자성 나노입자 복합체(1210)는 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 비해 상류에 배치될 수 있다.
이하에서는, 각각의 구성요소에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
1.2.1 자성 나노입자 복합체(1210)
1.2.1.1 의의
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 자성 나노입자 복합체(1210)를 설명하기 위한 도면이다.
상기 자성 나노입자 복합체(1210)는 자성 나노입자(1211), 반응 물질(1212) 및/또는 제1 포획 물질(1213)을 포함할 수 있다. 다만, 위의 구성요소가 모두 포함되어야 하는 것은 아니고, 각 구성 요소는 생략되거나, 중복될 수 있으며, 기 개시되어 있는 구성요소 이외의 구성요소를 더 포함하는 형태의 자성 나노입자 복합체(1210)가 제공될 수 도 있다.
상기 자성 나노입자(1211)는 자성을 띠는 입자로, 그 종류로는, 산화철(Fe2O3, Fe3O4), Ferrite(Fe3O4에서 Fe 하나가 다른 자성 관련 원자로 바뀐 형태, ex: CoFe2O4, MnFe2O4)) 및/또는 합금(자성원자들로 인해 나타나는 산화문제, 전도성 및 안정성을 높이기 위해 귀금속과 합금시킨 것, ex: FePt, CoPt 등) 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 자성 나노입자(1211)는 200 ~ 500 nm의 크기를 갖고 강자성을 띠는 Fe2O3 입자일 수 있다.
상기 반응 물질(1212)은, 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 물질 일 수 있다. 상기 반응 물질(1212)은 열 전도성 및 전기 전도도가 높은 물질로, 전이 금속, 전이후 금속, 및/또는 준금속을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 반응 물질(1212)은 금입자(Au)를 의미할 수 있다. 다른 예로, 상기 반응 물질(1212)은 은입자(Ag)를 의미할 수 있다.
상기 반응 물질(1212)은 상기 자성 나노입자(1211)에 고정될 수 있다. 일 예로, 상기 반응 물질(1212)은, 상기 자성 나노입자(1211)와의 화학적 결합력을 통해, 상기 자성 나노입자(1211)에 고정될 수 있다. 다른 예로, 상기 반응 물질(1212)은 상기 자성 나노입자(1211)의 외측으로 노출된 아민기에 결합되어, 상기 자성 나노입자(1211)에 고정될 수 있다.
상기 제1 포획 물질(1213)은 제1 타겟 물질과 특이적으로 결합하는 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 타겟 물질은 타겟 물질(즉, 시료에 포함된 검출하고자 하는 물질)일 수 있다. 이 때, 상기 제1 포획 물질(1213)은 상기 타겟 물질과 특이적으로 결합할 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 타겟 물질은 상기 타겟 물질과 특이적으로 결합하는 물질일 수 있다. 이 때, 상기 제1 포획 물질(1213)은 상기 타겟 물질과 경쟁적으로 상기 타겟 물질과 특이적으로 결합하는 물질과 특이적으로 결합할 수 있다.
상기 제1 포획 물질(1213)은 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산(예, DNA, RNA), 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제1 타겟 물질이 '항원'인 경우, 상기 제1 포획 물질(1213)은 항체일 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 타겟 물질이 'DNA'인 경우, 상기 제1 포획 물질(1213)은 상기 DNA(즉, 타겟 물질)의 싱글 스트랜드(single strand)와 상보적으로 결합하는 서열을 포함하는 싱글 스트랜드의 DNA일 수 있다.
상기 제1 포획 물질(1213)은, 상기 반응 물질(1212)에 고정될 수 있다. 상기 제1 포획 물질(1213)은, 상기 반응 물질(1212)이 상기 자성 나노입자(1211)에 고정된 이후에 상기 반응 물질(1212)과 결합하여, 상기 자성 나노입자(1211)에 고정될 수 있다.
이로써, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)는 상기 반응 물질(1212)을 포함하여, 이후 설명할 제1 전극(1220) 상의 제2 포획 물질(1222)의 인접한 영역에 상기 자성 나노입자 복합체(1210)가 고정되면 상기 바이오센서(1000)내의 검출 신호를 변동시키는데에 관여하여, 바이오센서(1000)를 이용하여 타겟 물질의 유무를 검출하는 것이 가능하도록 하고,
상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 제1 포획 물질(1213)이 상기 반응 물질(1212)과의 결합을 통해 고정되어 상기 반응 물질(1212)의 외측으로 노출됨으로써, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)에 반응 물질(1212)이 포함됨에 따른 타겟 물질과 제1 포획 물질(1213) 사이의 반응성 저하가 방지되며,
상기 자성 나노입자(1211)의 아민기의 노출 정도에 따라 반응 물질(1212)의 결합 정도가 제어됨으로써, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 자성이 소멸되지 않을 수 있는 최적의 자성 나노입자 복합체(1210)가 구현될 수 있다.
이하에서는, 본 출원의 일 실시예에 따른 자성 나노입자 복합체(1210)의 합성 방법에 대해서 구체적으로 개시하기로 한다.
1.2.1.2. 합성 방법
이하에서는, 반응 물질(1212)로 금(gold)을 이용하고, 제1 포획 물질(1213)로 항-PSA 검출 항체를 이용한 자성 나노입자 복합체(1210)를 합성하는 방법에 대해서 개시한다. 다만, 금은 반응 물질(1212)의, 항-PSA 검출 항체는 제1 포획 물질(1213)의 일 실시예에 불과할 뿐, 당업자에 의해서 용이하게 반응 물질(1212)은 타 반응 물질(1212)(예를 들어, 은)로, 제1 포획 물질(1213)은 타 제1 포획 물질(1213)(예를 들어, 다른 질병에 대한 항체, 항원, DNA 등)으로 대체될 수 있을 것임은 자명할 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 자성 나노입자 복합체(1210)를 합성하기 위해서, 아민기로 변형된 500nm의 지름을 갖는 자성 나노입자(1211)가 1ml에 1mg 들어있는 용액 50ml를 1시간 동안 초음파 처리한 후, 초음파 처리된 용액을 얼음 위에서 연속적으로 1시간동안 저으면서 HAuCl4·3H2O가 1ml에 6mg 들어있는 용액 1ml를 첨가하였다.
그 후, HAuCl4·3H2O가 첨가된 용액에 0.2M 수소화 붕소 나트륨 0.2ml를 환원제로 서서히 첨가하고 3 시간 동안 휘저었고, 그 후 형성된 금(Au)이 고정된 자성 나노입자(1211)를 탈 이온수(즉, 정제수)로 2회 세척하고 이후 사용시까지 4°C에서 보관하였다.
위의 절차를 통해 형성된 금(Au)이 고정된 자성 나노입자(1211)를 PBS 용액(phosphate buffered saline solution)으로 2회 세척하였다. 세척 후 PBS 용액을 폐기하고, 금(Au)이 고정된 자성 나노 입자에 DMSO(Dimethyl sulfoxide)에 용해 된 10 mM DSP(dithiobis(succinimidyl propionate))를 첨가하고, 실온에서 30 분 동안 인큐베이션 하였다. 본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 DSP는 금(Au)과 추후 첨가될 항 -PSA 검출 항체(즉, 제1 포획 물질(1213)의 일 양태) 사이의 링커로써 기능할 수 있다.
이후, 인큐베이션한 용액내의 금(Au)이 고정된 자성 나노입자(1211)를 PBS 용액으로 세척하여, 인큐베이션한 용액내의 바인딩(binding)되지 않은 DSP를 제거하였고, 이후, 항-PSA 검출 항체를 금(Au)이 고정된 자성 나노입자(1211)에 첨가하고, 실온에서 1시간 그리고 4°C에서 16시간 동안 인큐베이션 하였다.
위의 절차를 통해 형성된 항-PSA 항체가 고정된 금(Au)이 고정된 자성 나노입자(1211)(즉, 자성 나노입자 복합체(1210))를 PBS로 2 회 세척하고 추후 사용시까지 4 ℃에서 보관 하였다.
전술한 절차를 통해, 본 출원의 일 실시예에 따른 자성 나노입자 복합체(1210)는 합성될 수 있고, 이러한 자성 나노입자 복합체(1210)는 바이오센서(1000) 내에 제공되어 시료에 포함된 타겟 물질과 반응할 수 있다.
구체적인 자성 나노입자 복합체(1210)의 동작과 관련하여서는, 이하에서 설명하기로 한다.
1.2.2. 제1 전극(1220)
1.2.2.1. 의의
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 제1 전극(1220)을 설명하기 위한 도면이다.
상기 제1 전극(1220)은, 전자를 방출하거나 수용하는 전도성 매개체로, 탄소, 알루미늄, 백금, 금 및/또는 은 등 해당 분야에서 전극으로 이용되는 물질 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(1220) 상에는 블로킹 물질(1221) 및 제2 포획 물질(1222)이 배치될 수 있다. 다만, 상기 제1 전극(1220) 상에 블로킹 물질(1221)이 고정되지 않거나, 제2 포획 물질(1222)이 배치되지 않거나, 다른 물질이 더 구성되는 형태로 바이오센서(1000)가 제작될 수도 있다.
상기 블로킹 물질(1221)은 시료에 포함된 타겟 물질의 상기 제1 전극(1220)에의 흡착을 방지하는 물질일 수 있다. 상기 블로킹 물질(1221)은 시료에 포함된 타겟 물질의 상기 제1 전극(1220)에의 고정을 방지하는 물질일 수 있다. 상기 블로킹 물질(1221)은 시료에 포함된 타겟 물질 이외에 기타 물질(즉, 비타겟 물질)의 상기 제1 전극(1220)에의 흡착을 방지하는 물질일 수 있다. 다시 말해, 상기 블로킹 물질(1221)은 비타겟 물질의 상기 제1 전극(1220)에의 고정을 방지하는 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 블로킹 물질(1221)은 BSA(Bovine Serum Albumin) 등의 단백질, sucrose등과 같은 saccharide, Tween-20, Triton X-100 등과 같은 detergent 일 수 있다.
상기 블로킹 물질(1221)은 상기 제1 전극(1220) 상에 배치될 수 있다. 상기 블로킹 물질(1221)은 상기 제1 전극(1220) 중 적어도 일부 영역에 배치될 수 있다. 상기 블로킹 물질(1221)은 상기 제1 전극(1220) 중 적어도 일부 영역에 고정될 수 있다.
상기 제1 전극(1220) 상에 상기 블로킹 물질(1221)이 배치된 형태로 바이오센서(1000)가 제작되는 것은 자성 나노입자 복합체(1210)를 포함하는 바이오센서(1000)에 있어서 필수적일 수 있다. 이와 관련하여서는 이하에서 실험에 따른 결과 그래프와 함께 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 제2 포획 물질(1222)는 제2 타겟 물질과 특이적으로 결합하는 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 제2 타겟 물질은 타겟 물질(즉, 시료에 포함된 검출하고자 하는 물질)일 수 있다. 이 때, 상기 제2 포획 물질(1222)은 상기 타겟 물질과 특이적으로 결합할 수 있다.
상기 제2 포획 물질(1222)은 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산(예, DNA, RNA), 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제2 타겟 물질이 '항원'인 경우, 상기 제2 포획 물질(1222)은 항체일 수 있다. 다른 예로, 상기 제2 타겟 물질이 'DNA'인 경우, 상기 제2 포획 물질(1222)은 상기 DNA(즉, 타겟 물질)의 싱글 스트랜드와 상보적으로 결합하는 서열을 포함하는 싱글 스트랜드의 DNA일 수 있다.
상기 제2 포획 물질(1222)은 상기 제1 포획 물질(1213)과 동일한 물질일 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 포획 물질(1222)이 항-PSA 항체인 경우, 상기 제1 포획 물질(1213)이 동일한 항 -PSA 항체일 수 있다.
또는, 상기 제2 포획 물질(1222)은 상기 제1 포획 물질(1213)과 상이한 물질일 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 포획 물질(1222)이 항-PSA 항체인 경우, 상기 제1 포획 물질(1213)은 PSA에 반응하되, 제2 포획 물질(1222)이 결합하는 항원 결정기(epitope)와 다른 항원 결정기(epitope)에 특이적으로 결합하는 항체일 수 있다.
상기 제2 포획 물질(1222)은, 상기 제1 전극(1220) 상에 고정될 수 있다. 이로써, 상기 제2 포획 물질(1222)이 상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 이후 상기 블로킹 물질(1221)이 고정되어, 상기 블로킹 물질(1221)의 상기 바이오센서(1000)내의 검출 신호 개선 정도를 상기 제2 포획 물질(1222)이 저하하지 않게 될 수 있다.
이하에서는, 본 출원의 일 실시예에 따른 블로킹 물질(1221) 및 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)의 제작 방법에 대해서 구체적으로 개시하기로 한다.
1.2.1.2 블로킹 물질(1221) 및 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)의 제작 방법
이하에서는, 블로킹 물질(1221)로 BSA(Bovine Serum Albumin)을 이용하고, 제2 포획 물질(1222)로 항-PSA 검출 항체를 이용한 블로킹 물질(1221) 및 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)의 제작 방법에 대해서 개시한다.
다만, BSA는 블로킹 물질(1221)의, 항-PSA 검출 항체는 제2 포획 물질(1222)의 일 실시예에 불과할 뿐, 당업자에 의해서 용이하게 블로킹 물질(1221)은 타 블로킹 물질(1221)로, 제2 포획 물질(1222)은 타 제2 포획 물질(1222)(예를 들어, 다른 질병에 대한 항체, 항원, DNA 등)으로 대체될 수 있을 것임은 자명할 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 블로킹 물질(1221) 및 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)을 제작하기 위해서, 스크린 인쇄된 탄소 전극(screen-printed carbon electrode, SPCE)에 카르보디이미드 가교결합(carbodiimide crosslinking)을 통해 항-PSA 항체를 고정시킬 수 있다.
그 일 방법으로, 탄소 전극 표면을 실온에서 밤새 HMD(Hexamethylenediamine)로 처리하여 아민 작용기를 도입하였고, 탄소 전극을 탈 이온수(즉, 정제수)로 세척한 후, 전극에 MES 완충액(pH 4.7) 에 0.4M EDC(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride), 0.1 M sulfo-NHS(N-hydroxysulfosuccinimide) 및 0.1 mg/ml의 항-PSA 항체가 혼합된 혼합 용액을 두고, 제어된 습도 챔버에서 실온에서 2시간동안 인큐베이션 하였다.
위의 절차를 통해 생성된 제2 포획 물질(1222)(일 예로, 항-PSA 항체)가 고정된 전극에 블로킹 물질(1221)의 일 예인 BSA를 처리하기 위해, 위의 절차를 거친 전극에 1% BSA용액을 처리하며 서서히 저어준 후, PBA 용액으로 세척 하였다.
이후, 세척된 블로킹 물질(1221)(일 예로, BSA) 및 제2 포획 물질(1222)(일 예로, 항 -PSA 항체)가 고정된 전극을 N2 기체로 블로우 드라잉(blow drying)한 후, 추후 사용시까지 4°C에서 보관하였다.
전술한 절차를 통해, 본 출원의 일 실시예에 따른 블로킹 물질(1221) 및 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)이 제작될 수 있고, 이러한 제1 전극(1220)은 바이오센서(1000) 내에 제공되어 시료에 포함된 타겟 물질과 반응할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 블로킹 물질(1221) 및 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)은 바이오센서(1000)내에서 작동 전극(working electrode)로 기능할 수 있다. 구체적인 제1 전극(1220)의 기능과 관련하여서는, 바이오센서(1000)의 동작에서 설명되는 구체적인 실시예를 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
1.2.3 제2 전극(1230)
상기 제2 전극(1230)은, 전자를 방출하거나 수용하는 전도성 매개체로, 탄소, 알루미늄, 백금, 금 및/또는 은 등 해당 분야에서 전극으로 이용되는 물질 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극(1230)은 상기 제1 전극(1220)과 별도로 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(1230)은 상기 제1 전극(1220)과 물리적으로 이격되어 있을 수 있다. 상기 제2 전극(1230)은 상기 제1 전극(1220)과는 다른 전극일 수 있다.
여기서, 상기 제2 전극(1230)과 상기 제1 전극(1220)이 다르다는 것은 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)을 구성하는 물질 구성이 상이한 경우 이외에도, 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)을 구성하는 물질 구성이 동일하더라도, 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)이 물리적으로 이격되어 구분되는 2개의 전극이 있는 경우를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 제2 전극(1230)은 바이오센서(1000)내에서 기준 전극(reference electrode)로 기능할 수 있다. 구체적인 제2 전극(1230)의 기능과 관련하여서는, 바이오센서(1000)의 동작에서 설명되는 구체적인 실시예를 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
1.3 접촉부(1300)
상기 접촉부(1300)는 전기 전도성이 있는 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 접촉부(1300)는 전자를 방출하거나 수용하는 전도성 매개체로, 탄소, 알루미늄, 백금, 금 및/또는 은 등 해당 분야에서 전극으로 이용되는 물질 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 접촉부(1300)는 상기 제1 전극(1220)과 전기적으로 연결된 제1 단자와, 상기 제2 전극(1230)과 전기적으로 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다. 상기 접촉부(1300)가 전극 물질로 구성되는 경우, 상기 접촉부(1300)는 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제4 전극 및 상기 제2 전극(1230)과 전기적으로 연결된 제5 전극을 포함할 수 있다.
상기 접촉부(1300)의 적어도 일부 영역은 상기 바이오센서(1000)의 외부로 노출될 수 있다. 일 예로, 상기 접촉부(1300)가 상기 제1 전극(1220)과 전기적으로 연결된 제1 단자 및 상기 제2 전극(1230)과 전기적으로 연결된 제2 단자를 포함하는 경우, 상기 제1 단자의 적어도 일부 및 상기 제2 단자의 적어도 일부는 상기 바이오센서(1000)의 외부로 노출될 수 있다. 다른 예로, 상기 접촉부(1300)가 전극 물질로 구성되는 경우, 상기 제1 전극(1220)과 전기적으로 연결된 제4 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극(1230)과 전기적으로 연결된 제5 전극의 적어도 일부는 상기 바이오센서(1000)의 외부로 노출될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉부(1300)는 상기 제1 전극(1220)과 상기 제4 전극이 하나의 전극으로 구성되고, 상기 제2 전극(1230)과 상기 제5 전극이 하나의 전극으로 구성되는 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극(1220)과 상기 제4 전극이 하나의 전극으로 구성된다는 것은 하나의 전극의 일측이 반응부(1200)와 연결되며 제2 포획 물질(1222)이 고정되어 있고, 동일한 전극의 타측이 상기 바이오센서(1000)의 외측으로 노출되어 있는 형태를 의미할 수 있다. 여기서, 상기 제2 전극(1230)과 상기 제5 전극이 하나의 전극으로 구성된다는 것은 하나의 전극의 일측이 반응부(1200)와 연결되며, 동일한 전극의 타측이 상기 바이오센서(1000)의 외측으로 노출되어 있는 형태를 의미할 수 있다.
상기 접촉부(1300)는, 이후 설명할 검출 장치(2000)와 전기적으로 연결되는 기능을 수행할 수 있다. 상기 접촉부(1300)의 상기 바이오센서(1000)의 외부로 노출된 영역은 상기 검출 장치(2000)와 전기적으로 연결되는 기능을 수행할 수 있다.
상기 접촉부(1300)와 상기 검출 장치(2000) 사이의 전기적 연결은 물리적인 연결을 통해 구현될 수 있다. 상기 접촉부(1300)는 상기 검출 장치(2000)의 내부로 유입되는 형태로 상기 검출 장치(2000)와의 전기적인 연결을 구현할 수 있다.
*본 출원의 일 실시예에 따른 접촉부(1300)는 검출 장치(2000)와 전기적으로 연결되어, 상기 검출 장치(2000)의 제어부(2400)를 통해 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 인가되는 전압이 제어될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 접촉부(1300)는 검출 장치(2000)와 전기적으로 연결되어, 상기 바이오센서(1000) 내의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)의 전압 및/또는 전류에 대한 정보를 상기 검출 장치(2000)에서 검출할 수 있도록 할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 접촉부(1300)의 기능과 관련하여서는, 바이오센서(1000)의 동작에서 설명되는 구체적인 실시예를 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
2. 바이오센서(1000)의 동작
종래 이용되어 온 바이오센서(1000)의 타겟 검출 방식은 크게 샌드위치 방식 및 경쟁적 방식으로 분류될 수 있다.
따라서, 자성 나노입자 복합체(1210)를 포함하는 바이오센서(1000)에 있어서, 샌드위치 방식을 이용하여 시료내의 타겟 물질을 검출하는 동작에 대해서 설명하고, 경쟁적 방식을 이용하여 시료내의 타겟 물질을 검출하는 동작에 있어서 변경되어야 하는 구성 및 동작에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.
2.1 바이오센서(1000)의 일반적인 동작
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 바이오센서(1000)의 일반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
바이오센서(1000)의 시료도입부(1100)에는 시료가 제공될 수 있다. 시료에는 타겟 물질이 포함될 수 있다. 시료에는 타겟 물질 및 비타겟 물질이 포함되어 있을 수 있다. 여기서, 비타겟 물질이라 함은 시료내에 존재하기는 하지만 제1 포획 물질(1213) 및 제2 포획 물질(1222)과 특이적으로 결합되지 않는 물질을 의미할 수 있다.
시료가 바이오센서(1000)의 시료도입부(1100)에 제공되면, 시료는 바이오센서(1000)내의 경로를 따라 이동할 수 있다. 일 예로, 바이오센서(1000)는 미세 유로(또는 미세 유관)가 형성되어 있고, 시료도입부(1100)에 제공된 시료는 모세관힘(Capillary Force)의 작용으로 이동하게 될 수 있다.
시료는 시료도입부(1100)를 지나 반응부(1200)로 이동할 수 있다. 상기 반응부(1200)에는 자성 나노입자 복합체(1210)가 존재할 수 있다. 상기 자성 나노입자 복합체(1210)는 기 설명한 바와 같이, 자성 나노입자(1211), 반응 물질(1212) 및 제1 포획 물질(1213)을 포함할 수 있다. 상기 제1 포획 물질(1213)의 경우, 타겟 물질(즉, 제1 타겟 물질)과 특이적으로 결합 가능한 항체일 수 있다. 이 때, 항체는 CDR영역을 포함하는 Fab(fragment antigen binding), Fc(fragment crystallizable) 등의 단편 형태의 항체, 및/또는 IgG(Immunoglobulin G) 등의 full antibody를 모두 포함할 수 있다.
상기 시료도입부(1100)로부터 이동된 시료에 포함된 타겟 물질은 상기 자성 나노입자 복합체(1210)와 특이적으로 결합할 수 있다. 상기 타겟 물질은 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 제1 포획 물질(1213)과 결합할 수 있다. 상기 자성 나노입자 복합체(1210) 및 타겟 물질은 항원-항체 반응에 따른 결합을 수행할 수 있다. 상기 항원-항체 반응은 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에서 수행될 수 있다.
상기 반응부(1200)에는 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220), 및 제2 전극(1230)이 고정되어 있을 수 있다. 상기 타겟 물질과 결합한 자성 나노입자 복합체(1210)는, 상기 제1 전극(1220)상에 고정된 제2 포획 물질(1222)에 의해 포획될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 제2 포획 물질(1222)은 상기 자성 나노입자 복합체(1210)와 결합된 타겟 물질(즉, 제2 타겟 물질)과 결합할 수 있고, 상기 2 포획 물질과 상기 타겟 물질 사이의 결합에 의해, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)는 상기 제2 포획 물질(1222)에 포획될 수 있다.
상기 제1 포획 물질(1213) 및 제2 포획 물질(1222)이 항체인 경우, 상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 항체(1222)는 시료 내의 항원(즉, 타겟 물질)과 반응할 수 있다. 상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 항체(1222)에 결합된 항원은 자성 나노입자 복합체(1210)와 결합되어 있을 수 있다. 또는, 상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 항체(1222)에 결합된 항원은, 항체(1222)에 고정된 이후 자성 나노입자 복합체(1210)의 항체(1212) 와 결합될 수 있다. 이 때, 상기 제1 타겟 물질과 상기 제2 타겟 물질은 동일한 물질일 수 있다.
시료가 시료도입부(1100)에 제공된 이후 일정 시간이 경과하면, 상기 제1 전극(1220)의 제2 포획 물질(1222)에 의해 포획된 자성 나노입자 복합체(1210) 및 타겟 물질을 제외하고는 상기 반응부(1200)를 기준으로 하류로 이동될 수 있다. 제1 전극(1220)에 포획되지 않은 자성 나노입자 복합체(1210), 타겟 물질 및 비타겟 물질은 시료처리부(미도시)로 이동될 수 있다. 시료처리부에는, 제1 전극(1220)에 포획되지 않은 다수의 시료가 수집될 수 있다.
상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 제2 포획 물질(1222)에 의해 자성 나노입자 복합체(1210)가 포획된 경우, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압에 따른 전류값(즉, 인가되는 전압에 따라 출력되는 전류값)이 변동될 수 있다. 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압에 따른 전류값이 변동되는 것은, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)에 고정된 반응 물질(1212)의 산화/환원에 따라 상기 제1 전극(1220) 또는 상기 제2 전극(1230) 상의 물질 특성의 변동에 기인한 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 자성 나노입자 복합체(1210)를 이용한 바이오센서(1000)는 경쟁적 방식의 진단키트로 제공될 수 있다.
상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 상기 제1 포획 물질(1213)은 항원일 수 있다. 상기 제1 포획 물질(1213)이 항원인 경우, 상기 제1 포획 물질(1213)은 시료 내의 항원(즉, 타겟 물질)과 경쟁적으로 제1 전극(1220) 상의 제2 포획 물질(1222)과 결합될 수 있다. 이 때, 상기 제1 포획 물질(1213)에 의해 포획되는 제1 타겟 물질은 제2 포획 물질(1222)일 수 있다.
시료 내의 항원(즉, 타겟 물질)도 제1 전극(1220) 상의 제2 포획 물질(1222)과 결합할 수 있다. 이 때, 제2 포획 물질(1222)의 제2 타겟 물질은 제1 포획 물질(1213) 및 시료 내의 항원일 수 있다.
결과적으로, 상기 제2 포획 물질(1222)에는 제1 포획 물질(1213) 및 시료 내의 항원이 경쟁적으로 결합하여, 시료 내의 항원의 양이 증가할수록 상기 제1 전극(1220) 상의 제2 포획 물질(1222)에 포획되는 제1 포획 물질(1213)의 양이 감소될 수 있다.
상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 제2 포획 물질(1222)에 의해 자성 나노입자 복합체(1210)가 포획된 경우, 상기 제1 전극(1220) 상에 고정된 제2 포획 물질(1222)에 의해 포획된 타겟 물질(즉, 항원)의 양은 감소할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압에 따른 전류값이 상기 타겟 물질이 시료에 포함되어 있지 않은 경우에 비해 상기 타겟 물질이 시료에 다수 포함되어 있는 경우 미미하게 검출될 수 있고, 샌드위치 방식의 바이오센서(1000)와는 달리, 측정된 검출값이 미미하면 시료 내의 타겟 물질의 양이 많은 것으로 확인할 수 있다.
본 출원에 따른 또 다른 실시예에 따르면, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 상기 제1 포획 물질(1213)은 항체일 수 있다. 상기 제1 포획 물질(1213)이 항체인 경우, 상기 제1 포획 물질(1213)은 시료 내의 항원(즉, 타겟 물질)과 결합할 수 있다. 또는, 상기 제1 포획 물질(1213)은 제1 전극(1220) 상의 제2 포획 물질(1222)과 결합될 수 있다. 이 때, 제2 포획 물질(1222)은 항원일 수 있다. 상기 제2 포획 물질(1222)의 제2 타겟 물질은 항체일 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 포획 물질(1222)의 제2 타겟 물질은 제1 포획 물질(1213)일 수 있다.
시료 내의 항원(즉, 타겟 물질) 및 전극에 고정된 제2 포획 물질(1222)은 제1 포획 물질(1213)을 두고 경쟁할 수 있다.
결과적으로, 시료내의 항원이 많을수록 상기 제2 포획 물질(1222)에 결합된 제1 포획 물질(1213)의 양은 감소할 수 있다. 시료내의 항원이 적을수록 상기 제2 포획 물질(1222)에 결합된 제1 포획 물질(1213)은 증가할 수 있다.
따라서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압에 따른 전류값이 상기 타겟 물질이 시료에 포함되어 있지 않은 경우에 비해 상기 타겟 물질이 시료에 다수 포함되어 있는 경우 미미하게 검출될 수 있고, 측정된 검출값이 미미하면 시료 내의 타겟 물질의 양이 많은 것으로 확인할 수 있다.
2.2 제1 실시예에 따른 바이오센서(1000)의 동작
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에는 자성을 띠는 자성 나노입자 복합체(1210)가 제공될 수 있고, 그 결과 반응부(1200)의 상태 조건(condition)을 변경하여 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 운동성을 제어할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 운동성을 제어하는 절차를 통해, 상기 제1 전극(1220) 상의 제2 포획 물질(1222)과 결합하지 않은(즉, 제2 포획 물질(1222)에 의해 포획되지 않은) 기타 물질들을 세척(washing)할 수 있다.
여기서, 기타 물질이라 함은, 제1 전극(1220)에 포획되지 않은 자성 나노입자 복합체(1210), 타겟 물질 및 비타겟 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극(1220)에 포획되지 않은 자성 나노입자 복합체(1210) 등이 상기 제1 전극(1220)의 인접한 영역에 배치됨으로 인해, 상기 시료내에 타겟 물질이 포함되어 있지 않음에도 negative signal이 검출되어 위양성으로 진단되거나 하는 등의 문제를 해결하기 위해, 상기 반응부(1200)의 상태 조건을 변경하여 기타 물질을 세척함으로써, 바이오센서(1000)의 정확도, 민감도, 백그라운드 감소 등을 효과로 도출할 수 있는 이점이 있다.
상기 반응부(1200)의 상태 조건을 변경하는 방법으로는, 1) 상기 반응부(1200)에 형성되는 자기장을 변경하거나, 2) 상기 반응부(1200)에 형성되는 전기장을 변경하거나, 3) 상기 반응부(1200)에 형성되는 자기장 및 전기장을 변경하는 형태가 포함될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 전극(1220)과 인접한 영역에 자석을 위치시키고, 이후, 상기 제1전극과 대향되는 영역에 자석을 위치시키는 형태로, 상기 반응부(1200)에 형성되는 자기장을 변경할 수 있다. 이와 관련한 구체적인 바이오센서(1000)의 동작은 이하에서 도7을 통해 설명하기로 한다.
다른 예로, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 인가되는 전압의 크기, 주파수 등을 변경하여 전기장을 변경할 수 있고, 또 다른 예로, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)과는 다른 코일 형태의 제3 전극을 포함하는 바이오센서(1000)에 있어서, 상기 제3 전극에 인가되는 전류를 변경하여, 상기 반응부(1200)에 형성되는 자기장 및/또는 전기장을 변경할 수 있다.
도 7은 본 출원의 제1 실시예에 따른 바이오센서(1000)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220) 하단 및 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220) 상단에 자기장(magnetic field)을 형성하기 위한 기구가 배치될 수 있고, 상기 자기장을 형성하기 위한 기구의 ON/OFF가 제어될 수 있다.
상기 자기장의 형성은 자석과 제1전극(1220)의 간격에 의해서도 제어될 수 있다. 자석과 제 1 전극(1220)의 간격이 좁으면 상기 반응부(1200) 내 자기장이 더 강해진다. 자석을 제 1 전극 (1220) 하단과 상단에 번갈아 위치시키거나, 상단 또는 하단에 위치한 자기장 형성을 위한 기구의 ON/OFF를 번갈아 수행하였을 때, 그 횟수나 유지 시간에 따라 자성 나노입자 복합체(1210)의 운동이 달라진다.
보다 구체적으로, 본 출원의 일 실시예에 따른 자성 나노입자 복합체(1210)를 이용하여 실험을 진행하여 본 결과, 자성 나노입자 복합체(1210)가 반응부(1200)에 위치하는 경우 반응부(1200)의 상/하로 자석을 반복해서 위치시켰을 때,
자석이 반응부(1200)의 상/하로 100회 반복해서 위치되는 경우에 비해 자석이 반응부(1200)의 상/하로 200회 반복해서 위치되는 경우에 신호는 미약하게 작아졌지만 상대적으로 안정적인(즉, error bar가 작아진) 양상을 보였으며,
자석이 반응부(1200)의 상/하로 400회 반복해서 위치되는 경우에는 자석이 반응부(1200)의 상/하로 100회 반복해서 위치되거나 200회 반복해서 위치되는 경우에 비해 검출 신호가 커지고, 안정적이며, 균일성도 향상되는 양상을 보임을 확인하였다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해서 위의 실시예에 기초한 바이오센서(1000)의 동작을 설명하지만, 자기장을 형성하기 위한 기구의 배치 위치가 변경되거나, 기 설명한 바와 같이 자기장 및/또는 전기장을 변경하여 반응부(1200)의 환경 조건을 변경시키는 경우에도 당업자에 의해서 용이하게 구현될 수 있을 것인바, 각 경우의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
시료가 바이오센서(1000)의 시료도입부(1100)에 제공되면, 시료는 바이오센서(1000)내의 경로를 따라 이동할 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 따르면, 필수적이지는 않지만, 상기 시료가 바이오센서(1000)의 시료도입부(1100)에 제공되면, 상기 반응부(1200)의 환경 조건 제어를 개시할 수 있도록, 상기 바이오센서(1000)의 시료도입부(1100)에는 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)과는 다른 별도의 전극이 구비되어 있을 수 있다.
시료는 시료도입부(1100)를 지나 반응부(1200)로 이동할 수 있다. 상기 반응부(1200)에는 자성 나노입자 복합체(1210)가 존재할 수 있다. 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 상/하단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 OFF되면, 상기 자성 나노입자 복합체(1210) 및 시료는 시료도입부(1100)로부터 하류 방향으로 이동될 수 있다.
상기 타겟 물질은 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 제1 포획 물질(1213)과 결합할 수 있다. 상기 자성 나노입자 복합체(1210) 및 타겟 물질은 항원-항체 반응에 따른 결합을 수행할 수 있다. 상기 항원-항체 반응은 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에서 수행될 수 있다.
상기 타겟 물질은 상기 제1 전극(1220)의 제2 포획 물질(1222)과 결합할 수 있다. 상기 제2 포획 물질(1222)과 결합한 타겟 물질과 결합한 자성 나노입자 복합체(1210)는 상기 제2 포획 물질(1222)에 의해 포획되어 바이오센서(1000)의 검출 신호의 변동에 관여할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 상단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 OFF되고, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 하단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 ON되면, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220) 측으로 자성 나노입자 복합체(1210)의 운동이 유도될 수 있다. 이러한 절차를 통해, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 제1 포획 물질(1213) 및 타겟 물질간 및/또는 타겟 물질 및 제1 전극(1220)의 제2 포획 물질(1222)간 반응이 향상될 수 있다.
이후, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 하단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 OFF되고, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 상단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 ON되면, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 상단 측으로 자성 나노입자 복합체(1210)의 운동이 유도될 수 있다. 이러한 환경 조건에서, 상기 제1 전극(1220)의 제2 포획 물질(1222)에 포획되지 않은 자성 나노입자 복합체(1210)가 제1 전극(1220)의 상단측으로 유도되어, 상기 제1 전극(1220)의 제2 포획 물질(1222)과 인접한 영역에 포획되지 않은 자성 나노입자 복합체(1210)가 세척(washing)될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 전극(1220)의 제2 포획 물질(1222)에 포획되지 않은 자성 나노입자 복합체(1210)가 제1 전극(1220)의 상단측으로 유도되어, 상기 제1 전극(1220)의 제2 포획 물질(1222)과 인접한 영역으로부터 포획되지 않은 자성 나노입자 복합체(1210)가 제거(remove)될 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 따르면, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 상단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 OFF되고, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 하단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 ON되는 제1 환경 조건 및 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 하단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 OFF되고, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 상단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 ON되는 제2 환경 조건은 반복적으로 수행될 수 있다.
다시 말해, 상기 반응부(1200)에 제1 환경 조건이 조성되고 일정 시간이 경과한 후, 제2 환경 조건이 조성되는 경우의 실시예 이외에도, 상기 반응부(1200)에 제1 환경 조건이 조성된 후, 제2 환경 조건이 조성되고, 이후, 제1 환경 조건 및 제2 환경 조건이 순차적으로 반복적으로 조성되도록 제어될 수 있다.
이러한 절차를 통해, 시료에 포함된 타겟 물질은 상기 자성 나노입자 복합체(1210)와 특이적으로 결합은 보다 활발해 질 수 있다. 다시 말해, 이러한 절차를 통해, 시료에 포함된 타겟 물질은 상기 자성 나노입자 복합체(1210)와 특이적 결합 정도는 증가될 수 있고, 그 결과, 바이오센서(1000)의 민감도는 향상될 수 있다.
상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 상단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 OFF되고, 상기 반응부(1200)의 제1 전극(1220)의 하단에 배치된 자기장을 발생시키는 기구가 OFF되면, 제2 포획 물질(1222)에 포획되지 않은 자성 나노입자(1211), 타겟 물질 및 비타겟 물질은 상기 반응부(1200)의 하류로 이동할 수 있다.
상기 제2 포획 물질(1222)에 포획되지 않은 자성 나노입자(1211), 타겟 물질 및 비타겟 물질이 상기 반응부(1200)의 하류에 위치한 시료처리부로 이동하고 나면, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압에 따른 전류값을 검출하여 시료내의 타겟 물질의 유무를 확인할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 코일 형태의 제3 전극을 반응부(1200)의 상부 및 하부에 배치할 수 있다. 상기 반응부(1200)의 상부 및 하부에 배치된 제3 전극에 인가되는 전류를 조절함으로써, 상기 반응부(1200)에 형성되는 자기장을 제어할 수 있다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 자기장 제공을 위한 제3 전극의 배치를 설명하기 위한 확대도이다.
도8은, 도 2에 도시된 바이오센서(1000)에 있어서 반응부(1200)를 확대하여 도시한 도면이다.
상기 반응부(1200)의 상부 및 하부에는 코일 형태의 제3 전극이 형성되어 있을 수 있다. 상기 바이오센서(1000)가 검출 장치(2000)와 전기적으로 연결되면, 제3 전극에 인가되는 전류가 제어될 수 있다.
구체적으로, 반응부(1200)의 상부에 위치한 제3 전극에 전류가 인가되면, 반응부(1200)의 상부에 자석이 배치된 것과 유사한 효과가 유발될 수 있다. 일 예로, 반응부(1200)의 상부에 위치한 제3 전극에 전류가 인가되면, 자성 나노입자 복합체(1210)는 상기 반응부(1200)의 상부에 위치한 제3 전극에 인접한 위치로 이동할 수 있다. 또한, 반응부(1200)의 하부에 위치한 제3 전극에 전류가 인가되면, 반응부(1200)의 하부에 자석이 배치된 것과 유사한 효과가 유발될 수 있다. 일 예로, 반응부(1200)의 하부에 위치한 제3 전극에 전류가 인가되면, 자성 나노입자 복합체(1210)는 상기 반응부(1200)의 하부에 위치한 제3 전극에 인접한 위치로 이동할 수 있다.
이와 같이, 상기 반응부(1200)의 상부에 배치된 제3 전극 및 상기 반응부(1200)의 하부에 배치된 제3 전극에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 운동성이 제어될 수 있다.
경우에 따라서, 상기 반응부(1200)의 상부에 배치된 제3 전극에 제1 전류를 인가하고, 상기 반응부(1200)의 하부에 배치된 제3 전극에 제2 전류를 인가하는 동작을 반복적으로 수행하는 형태로 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 운동성이 제어될 수 있다.
2.3 제2 실시예에 따른 바이오센서(1000)의 동작
본 출원의 일 실시예에 따른 바이오센서(1000)는, 블로킹 물질(1221)이 고정된 제1 전극(1220)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 출원의 일 실시예에 따른 바이오센서(1000)는, BSA가 고정된 제1 전극(1220)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(1220) 상에 BSA가 고정되는 것은, 단순히 시료에 포함된 타겟 물질이 상기 제1 전극(1220) 상에 흡착되는 것을 방지하기 위한 블로킹 기능을 수행하는 것 이외에도, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)의 산화/환원 작용을 보조하는 기능을 수행할 수 있다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 BSA이 고정된 제1 전극(1220)을 포함하는 바이오센서(1000)의 전압에 따른 전류 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도8을 참조하면, BSA가 고정되어 있지 않고 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)을 포함하는 바이오센서(1000)에, 타겟 물질을 포함하는 시료를 제공하여 검출을 진행하여 본 결과, 전압의 변화에 따른 전류의 변화가 검출되지 않는 것을 확인하였다(도시된 그래프의 BSAX).
다만, 동일한 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220)에 BSA를 고정시킨 경우에 타겟 물질을 포함하는 시료를 제공하여 검출을 진행하여 본 결과, 전압의 변화에 따른 전류의 변화가 검출되는 것을 확인하였다(도시된 그래프의 BSAO).
이러한 결과 그래프를 통해, BSA및 제2 포획 물질(1222)이 고정된 제1 전극(1220)을 포함하는 바이오센서(1000)를 이용하여 시료에 타겟 물질이 존재하는지 여부를 검출할 수 있다는 것을 확인하였고, 블로킹 물질(1221)(예, BSA)는 자성 나노입자 복합체(1210)를 포함하는 바이오센서(1000)에 있어서 산화/환원 작용을 보조하는 기능을 수행할 수 있다는 것을 확인하였다.
<검출 장치(2000)>
1. 검출 장치(2000)
1.1 검출 장치(2000)의 구성
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)를 설명하기 위한 도면이다.
상기 검출 장치(2000)는 전극부(2100), 메모리부(2200), 전기적신호발생부(2300) 및/또는 제어부(2400)를 포함할 수 있다. 다만, 위의 구성요소가 모두 포함되어야 하는 것은 아니고, 각 구성 요소는 생략되거나, 중복될 수 있으며, 기 개시되어 있는 구성요소 이외의 구성요소를 더 포함하는 형태로 검출 장치(2000)가 제작되는 것도 가능하다.
1.1.1 전극부(2100)
상기 전극부(2100)는, 전자를 방출하거나 수용하는 전도성 매개체로, 탄소, 알루미늄, 백금, 금 및/또는 은 등 해당 분야에서 전극으로 이용되는 물질 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 전극부(2100)는, 상기 바이오센서(1000)의 접촉부(1300)와 전기적으로 연결되는 기능을 수행할 수 있다. 상기 전극부(2100)는 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220)과 전기적으로 연결되는 제1 전극단자, 상기 바이오센서(1000)의 제2 전극(1230)과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극단자 및 상기 제2 전극단자는, 상기 바이오센서(1000)의 접촉부(1300)가 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제4 전극 및 상기 제2 전극(1230)과 전기적으로 연결된 제5 전극을 포함하는 경우, 상기 제1 전극단자는 상기 제1 전극(1220) 및 제4 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극단자는 상기 제2 전극(1230) 및 제5 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 전극부(2100)는 바이오센서(1000)와 전기적으로 연결되어, 상기 바이오센서(1000) 내의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)의 전압 및/또는 전류에 대한 정보를 상기 검출 장치(2000)에서 검출할 수 있도록 할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 전극부(2100)는 바이오센서(1000)와 전기적으로 연결되어, 상기 검출 장치(2000)내에서 발생한 전기적 에너지(예를 들어, 전압 및/또는 전류)를 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 전극부(2100)는 상기 바이오센서(1000)의 접촉부(1300)와 물리적으로 연결될 수 있다. 상기 바이오센서(1000)는 상기 검출 장치(2000)의 일부 영역에 끼움 결합되어, 상기 바이오센서(1000)의 접촉부(1300)와 상기 검출 장치(2000)의 전극부(2100)가 접촉할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 전극부(2100)의 기능과 관련하여서는, 검출 장치(2000) 의 동작에서 설명되는 구체적인 실시예를 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
1.1.2 메모리부(2200)
상기 메모리부(2200)는 정보를 일시적 또는 비일시적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 메모리부(2200)는 하드디스크(HDD: Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 플래쉬 메모리(flash memory), 롬(ROM: Read-Only Memory), 및/또는 램(RAM: Random Access Memory) 등을 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 메모리부(2200)는 무선 통신을 통해 타 서버와 연결되어 필요한 정보를 타 서버에 저장하는 형태로 구현될 수도 있다. 이에 한정되지 않고, 상기 검출 장치(2000)에서 해당 정보를 활용할 수 있도록 정보를 저장하는 기능을 수행하는 기능적 유닛은 어떤 하드웨어적 또는 소프트웨어적 구조를 가졌는지 여부는 불문하고, 상기 메모리부(2200)에 대응될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 메모리부(2200)는, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가될 전압값에 관한 정보를 저장할 수 있다. 상기 메모리부(2200)는 상기 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압에 따른 전류값을 검출하여 상기 바이오센서(1000)에 도입된 시료에 타겟 물질이 포함되었는지 여부를 검출하기 위해, 인가되어야 하는 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230) 사이의 전압값에 관한 정보가 저장되어 있을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 메모리부(2200)의 기능과 관련하여서는, 검출 장치(2000) 의 동작에서 설명되는 구체적인 실시예를 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
1.1.3 전기적신호발생부(2300)
상기 전기적신호발생부(2300)는, 전압 및/또는 전류를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 전기적신호발생부(2300)는 직류 전압/전류 발생기(DC voltage/current generators)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 전기적신호발생부(2300)는 PWM출력 발생기를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 전기적신호발생부(2300)는 교류 표준 전압 발생기를 포함할 수 있다.
상기 전기적신호발생부(2300)는, 전압 및/또는 전류를 발생시키는 기능을 수행하는 IC칩등의 전자 회로 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 따라 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있고, 본 출원의 일 실시예에 따르는 경우, 상기 전기적신호발생부(2300)는 상기 제어부(2400)에 포함된 형태로 구현될 수도 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 전기적신호발생부(2300)의 기능과 관련하여서는, 검출 장치(2000)의 동작에서 설명되는 구체적인 실시예를 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
1.1.4 제어부(2400)
상기 제어부(2400)는 검출 장치(2000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어부(2400)는 이를 위해 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 상기 검출 장치(2000)의 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다.
상기 제어부(2400)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 따라 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 제어부(2400)는 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 CPU 칩 등의 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 제어부(2400)를 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
상기 제어부(2400)는 상기 전극부(2100)를 통해 상기 바이오센서(1000)에 전압 및/또는 전류를 제공하도록 상기 전기적신호발생부(2300)를 제어할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 제어부(2400)는, 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서(1000)에 유입된 상기 시료에 상기 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 전압을 제공하도록 제어할 수 있다. 이는, 순환 전압을 제공하여, 시료에 포함된 타겟 물질의 정성 및/또는 정량 분석을 진행하기 위함일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 제어부(2400)는, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 전압을 제공하도록 제어할 수 있다.
여기서, 안정화된다는 것의 의미는, 순환 전압 제공 단계에서의 전압에 따른 전류 그래프에서, 전류가 최대일 때 전위/환원전위가 상대적으로 증가하거나, 및/또는 전류가 최소일 때 전위/산화전위 값이 상대적으로 감소하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 여기서, 안정화된다는 것의 의미는, 순환 전압 제공 단계에서의 전압에 따른 전류 그래프에서, 최대 전류값이 상대적으로 증가하거나, 및/또는 최소 전류값이 상대적으로 감소하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 여기서, 안정화된다는 것의 의미는, 순환 전압 제공 단계에서의 전압에 따른 전류 그래프에서, 전압 0V에 대응되는 산화에 따른 전류(전압 증가에 따른 전류) 및 환원에 따른 전류(전압 감소에 따른 전류)이 상대적으로 더욱 일치하는 것을 의미할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 제어부(2400)는, 상기 전극부(2100) 또는 별도의 자기장 형성 기구를 통해 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)의 환경 조건을 변경하도록 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 제어부(2400)는 상기 전극부(2100)와 전기적으로 연결된 상기 제1 전극(1220), 상기 제2 전극(1230) 및/또는 상기 제3 전극에 제공되는 전기적 신호를 제어하여, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)의 환경 조건을 변경하도록 제어할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어부(2400)는 상기 검출 장치(2000)에 포함된 별도의 자기적 형성 기구의 ON/OFF를 제어하여, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)의 환경 조건을 변경하도록 제어할 수 있다.
이하에서 특별한 언급이 없는 경우에는, 검출 장치(2000)의 동작은 제어부(2400)의 제어에 의해 수행되는 것으로 해석될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(2400)의 기능과 관련하여서는, 검출 장치(2000)의 동작에서 설명되는 구체적인 실시예를 통해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
1.2 검출 장치(2000)의 동작
도 11은 본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 검출 장치(2000)는 제1 신호가 수신(S1000)되면, 제2 신호를 제공(S2000)하고, 제3 신호를 검출(S3000)할 수 있다. 다만, 각 단계가 반드시 수행되어야 하는 것은 아니고, 각 단계를 생략되거나 중복되어 수행될 수 있고, 다른 절차가 추가적으로 수행되는 것도 가능하다.
1.2.1 제1 신호의 수신(S1000)
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 검출 장치(2000)는 제1 신호를 수신(S1000)할 수 있다. 일 예로, 제1 신호라 함은 상기 바이오센서(1000)에 추가적으로 구비된 별도의 전극 등을 통해 상기 바이오센서(1000)의 시료도입부(1100)에 시료가 도입된 경우 수신되는 신호를 의미할 수 있다. 다른 예로, 제1 신호라 함은 상기 바이오센서(1000)에 추가적으로 구비된 별도의 전극 등을 통해 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 시료가 도달한 경우 수신되는 신호를 의미할 수 있다. 또 다른 예로, 제1 신호라 함은 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및/또는 제2 전극(1230)를 통해 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 시료가 도달한 경우 수신되는 신호를 의미할 수 있다. 또 다른 예로, 제1 신호라 함은 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및/또는 제2 전극(1230)를 통해 상기 바이오센서(1000)의 시료처리부에 시료가 도달한 경우 수신되는 신호를 의미할 수 있다.
상기 검출 장치(2000)의 제어부(2400)는, 제1 신호가 수신되면 제2 신호(S2000)의 제공을 개시할 수 있다.
1.2.2 제2 신호의 제공(S2000)
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 검출 장치(2000)는 제2 신호를 제공(S2000)할 수 있다.
일 예로, 제2 신호라 함은, 상기 검출 장치(2000)가 상기 바이오센서(1000)의 일 동작을 제어하기 위한 신호일 수 있다. 상기 제2 신호의 예시로, 1) 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)의 환경 조건을 변경하기 위해 상기 바이오센서(1000)로 전달되는 신호를 의미할 수 있고, 2) 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서(1000)에 유입된 상기 시료에 상기 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 전압을 제공하기 위해 상기 바이오센서(1000)로 전달되는 신호를 의미할 수 있으며, 및/또는 3) 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 전압을 제공하기 위해 상기 바이오센서(1000)로 전달되는 신호를 의미할 수 있다.
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 제2 신호의 제공(S2000)을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 검출 장치(2000)는 제2-1 신호를 제공(S2100)하고, 제 2-2 신호를 제공(S2200)하며, 제 2-3 신호를 제공(S2300)할 수 있다. 다만, 각 단계가 반드시 수행되어야 하는 것은 아니고, 각 단계를 생략되거나 중복되어 수행될 수 있고, 다른 절차가 추가적으로 수행되는 것도 가능하다.
상기 제2-1 신호의 제공(S2100)은, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)의 환경 조건을 변경하기 위해, 상기 검출 장치(2000)로부터 상기 바이오센서(1000)로 전기적 신호가 전달되는 동작을 의미할 수 있다.
일 예로, 상기 제어부(2400)는 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압의 크기, 주파수 등을 변경하기 위한 전기적 신호를 제공하여, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)의 환경 조건을 변경함으로써, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 위치하는 자성 나노입자 복합체(1210), 타겟 물질 및/또는 비타겟 물질의 운동성을 변경할 수 있다.
다른 예로, 상기 제어부(2400)는 바이오센서(1000)에 포함된 코일 형태의 제3 전극에 인가되는 전류를 변경하기 위한 전기적 신호를 제공하여, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)의 환경 조건을 변경함으로써, 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 위치하는 자성 나노입자 복합체(1210), 타겟 물질 및/또는 비타겟 물질의 운동성을 변경할 수 있다.
상기 제2-2 신호의 제공(S2200)은, 이하에서 설명할 제2-3 신호의 제공(S2300)의 이전에, 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따른 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해, 특정 전압을 인가하기 위한 전기적 신호가 상기 검출장치로부터 상기 바이오센서(1000)로 전달되는 동작을 의미할 수 있다.
일 예로, 상기 제2-2신호의 제공(S2200) 단계에서는, 상기 2-3 신호에 따른 전류의 곡선으로부터 타겟 물질의 유무를 검출하기에 앞서, 상기 제1 전극(1220)의 제2 포획물질에 포획된 자성 나노입자 복합체(1210)의 산화/환원 반응을 유도하여, 상기 2-3 신호에 따른 전류의 곡선을 안정화 시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 기설정된 시간 이상 특정 전압이 인가되어, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)은 산화전처리가 진행될 수 있다. 일 예로, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가될 수 있다. 다른 예로, 상기 2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가될 수 있다.
상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 기설정된 시간 이상 특정 전압이 인가되어, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)은 산화전처리가 진행되고, 이후, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 감소되어 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)은 환원전처리가 진행될 수 있다. 일 예로, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압이 인가될 수 있다. 다른 예로, 상기 2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.5V에서 -0.2V로 -0.1V/s 속도로 감소될 수 있다.
상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 기설정된 시간 이상 특정 전압이 인가되어, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)은 산화전처리가 진행되고, 이후, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 감소되어 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)은 환원전처리가 진행된 후, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 증가되어 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)은 산화전처리가 진행될 수 있다. 일 예로, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압이 인가되고, 그후, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승시키는 전압이 인가될 수 있다. 다른 예로, 상기 2-2 신호의 제공(S2200)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.5V에서 -0.2V로 -0.1V/s 속도로 감소된 후, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 -0.2V에서 1.5V로 0.1V/s 속도로 증가될 수 있다
상기 제2-3 신호의 제공(S2300)은, 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서(1000)에 유입된 상기 시료에 상기 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 전압을 제공하기 위한 신호가 상기 검출장치로부터 상기 바이오센서(1000)로 전달되는 동작을 의미할 수 있다.
도 13은 본 출원의 일 실시예에 따른 제2-3 신호의 제공(S2300)을 설명하기 위한 도면이다.
일 예로, 상기 제2-3신호의 제공(S2300) 단계에서는, 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry)에 의해 시료에 타겟 물질이 포함되었는지 여부(정성분석) 및/또는 시료에 포함된 타겟 물질의 상대적인 양(정량분석)을 진행하기위해, 적어도 한 주기(T)의 전압의 상승 전위 및 하강 전위를 포함하는 스위칭 전압(switching potential)을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따르면, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 증가된 후, 상기 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 감소되어, 상기 검출 장치(2000)는 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)의 산화에 따른 검출값을 획득하고, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)의 환원에 따른 검출값을 획득할 수 있다. 일 예로, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승시키는 전압이 인가된 후, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압이 인가될 수 있다. 다른 예로, 상기 2-3 신호의 제공(S2300)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 0.0V에서 1.2V로 0.1V/s 속도로 증가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.2V에서 0.0V로 -0.1V/s 속도로 감소될 수 있다.
상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따르면, 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 감소된 후, 상기 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 증가되어, 상기 검출 장치(2000)는 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)의 환원에 따른 검출값을 획득하고, 상기 자성 나노입자 복합체(1210)의 반응 물질(1212)의 산화에 따른 검출값을 획득할 수 있다. 일 예로, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압이 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230) 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승시키는 전압이 인가될 수 있다. 다른 예로, 상기 2-3 신호의 제공(S2300)에 따르면 상기 바이오센서(1000)의 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.2V에서 0.0V로 -0.1V/s 속도로 감소되는데 이어서, 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 0.0V에서 1.2V로 0.1V/s 속도로 증가될 수 있다.
1.2.3 제3 신호의 검출(S3000)
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 검출 장치(2000)는 제3 신호를 검출(S3000)할 수 있다. 일 예로, 상기 제3 신호의 검출은 상기 검출 장치(2000)가 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따른 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)의 전류를 검출하는 동작을 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2-3 신호의 제공(S2300)이 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry)에 의해 타겟 물질의 유무를 분석하기 위해서인 경우, 제3 신호 검출을 통해 획득된 상기 제2-3 신호의 제공(s2300)에 의한 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)의 상승 전위 및 하강 전위에 따른 전류 그래프가 최대 전류값 및 최소 전류값을 가지는 것을 확인함으로써, 시료에의 타겟 물질의 존재를 확인할 수 있다.
1.3 제3 실시예에 따른 검출 장치(2000)의 동작
도 14는 본 출원의 제3 실시예에 따른 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 환원전처리를 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일실시예에 따른 검출 장치(2000)는, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 0.0V에서 1.2V로 0.1V/s 속도로 증가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.2V에서 0.0V로 -0.1V/s 속도로 감소되도록 제2-3 신호가 제공되는 경우, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 환원전처리가 수행되도록 할 수 있다.
상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 환원전처리가 수행되도록 제2-2 신호를 제공(S2200)할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)는, 상기 제2-2 신호의 제공에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.5V에서 -0.2V로 -0.1V/s 속도로 감소될 수 있다.
도 15는 본 출원의 일 실시예에 따른 제2-2 신호의 제공(S2200) 및 제 2-3 신호의 제공(S2300)에 따른 제3 신호의 검출 그래프를 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 A는 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 0.0V에서 1.2V로 0.1V/s 속도로 증가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.2V에서 0.0V로 -0.1V/s 속도로 감소되도록 제2-3 신호가 제공되는 경우, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.5V에서 -0.2V로 -0.1V/s 속도로 감소되고, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 -0.2V에서 1.5V로 0.1V/s 속도로 증가되는 경우의 제2-3 신호에 의한 전압에 따른 전류 그래프를 도시한 것이다.
도 15의 B는 도13에 도시된 시간에 따른 전압 그래프에 대응되는 전압이 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에 인가되는 경우의 제2-3 신호에 의한 전압에 따른 전류 그래프를 도시한 것이다.
도 15의 C는 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 0.0V에서 1.2V로 0.1V/s 속도로 증가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.2V에서 0.0V로 -0.1V/s 속도로 감소되도록 제2-3 신호가 제공되는 경우, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가되는 경우의 제2-3 신호에 의한 전압에 따른 전류 그래프를 도시한 것이다.
도 15를 참조하면, B에 대응되는 전압-전류 그래프에서 최대 전류값이 A, C에 대응되는 전압 대비 전류 그래프에서 최대 전류값 비해 증가한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 15를 참조하면, B에 대응되는 전압-전류 그래프에서 전류가 최대일 때 전위/환원전위가 A, C에 대응되는 전압-전류 그래프에서 전류가 최대일 때 전위/환원전위에 비해 증가한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 15를 참조하면, B에 대응되는 전압-전류 그래프에서 전압 0V에 대응되는 산화에 따른 전류 및 환원에 따른 전류가 A, C에 대응되는 전압-전류 그래프에 비해 상대적으로 더욱 일치하는 것을 확인할 수 있다.
1.4 제4 실시예에 따른 검출 장치(2000)의 동작
제3 실시예에 따른 검출 장치(2000)의 동작에서는, 제2-3 신호에 따라 산화에 따른 전류를 검출한 후에 환원에 따른 전류를 검출하는 경우, 환원전처리가 제2-3 신호에 앞서 수행되는 경우 제2-3 신호에 따른 검출값이 안정화되는 것을 확인하였다.
제4 실시예에 따른 검출 장치(2000)의 동작에서는, 제2-3 신호에 따라 환원에 따른 전류를 검출한 후에 산화에 따른 전류를 검출하는 경우, 안정화된 제2-3 신호에 따른 검출값을 획득하기 위해 산화전처리를 수행하는 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
도16은 본 출원의 제4 실시예에 따른 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 산화전처리를 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일실시예에 따른 검출 장치(2000)는, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.2V에서 0.0V로 -0.1V/s 속도로 감소되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 0.0V에서 1.2V로 0.1V/s 속도로 증가되도록 제2-3 신호가 제공(S2300)되는 경우, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 산화전처리가 수행되도록 할 수 있다.
상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 앞서 상기 바이오센서(1000)의 반응부(1200)에 산화전처리가 수행되도록 제2-2 신호를 제공(S2200)할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)는, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)는, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.5V에서 -0.2V로 -0.1V/s 속도로 감소된 후, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 -0.2V에서 1.5V로 0.1V/s 속도로 증가될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 검출 장치(2000)는, 상기 제2-2 신호의 제공(S2200)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 제2 전극(1230)에는 1.5V의 전압이 10초동안 인가되는데 이어서, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 -0.2V에서 1.5V로 0.1V/s 속도로 증가될 수 있다.
그 결과, 상기 제2-3 신호의 제공(S2300)에 따라 상기 바이오센서(1000)의 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 0.0V에서 1.2V로 0.1V/s 속도로 증가된 후, 상기 제1 전극(1220) 및 상기 제2 전극(1230)에 인가되는 전압이 1.2V에서 0.0V로 -0.1V/s 속도로 감소되도록 제2-3 신호가 제공(S2300)되는 경우에 따른, 도 15의 그래프에서와 같이 가장 안정화된 제2-3 신호에 의한 전압에 따른 전류 그래프를 획득할 수 있을 수 있다.
지금까지, 본 출원의 몇몇 실시예에 따른 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry)에 의해 타겟 물질의 유무를 분석하는 방법에 대해서 구체적으로 개시하였으나, 본 출원의 일 실시예에 따르면 차동 펄스 전압법(Differential pulse Voltammetry)에 따라서 타겟 물질의 유무를 분석하는 것도 가능하다.
구체적인 예를 들어, 상기 2-3 신호를 제공(S2300)하여, 제3 신호를 검출(S3000)하는 단계에 있어서, 상기 2-3 신호를 제공(S2300)하는 시점에 1V의 전압부터 0V의 전압까지 1) 4mV의 스텝 포텐셜(step potential)을 가지고, 2) -50mV의 변조 진폭(modulation amplitude)을 가지며, 3) 변조 시간(modulation time)이 5초이고, 4) 인터벌 타임(interval time)이 200ms인 형태로 펄스 신호가 제공될 수 있다.
그 결과, 상기 제3 신호를 검출(S3000)하는 단계에서는 인가 펄스에 따른 전류의 그래프가 도시될 수 있고, 도시된 그래프가 최대 전류값 또는 최소 전류값을 가지는지 확인함으로써, 시료에의 타겟 물질의 존재를 확인할 수 있다.
상기에서는 본 출원에 따른 실시예를 기준으로 본 출원의 구성과 특징을 설명하였으나 본 출원은 이에 한정되지 않으며, 본 출원의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 출원이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

Claims (33)

  1. 바이오센서에 있어서,
    자성 나노입자 복합체, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 반응부; 및
    상기 바이오센서의 외부로부터 상기 반응부에 시료가 도입될 수 있도록 통로를 형성하는 시료 도입부;를 포함하고,
    상기 자성 나노입자 복합체는, 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하며,
    상기 자성 나노입자 복합체는 상기 반응부 내에서 자성을 띠어 상기 반응부의 상태 조건(condition) 변화에 따라 운동성이 변화될 수 있는 특성을 가지며,
    상기 제1 전극은, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되고,
    상기 제2 전극은, 상기 제1 전극과는 다른 전극이며,
    상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 상기 시료에포함되는 것을 특징으로 하는,
    바이오센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 나노입자는 상기 자성 나노입자의 외측으로 반응기가 노출되도록 변형되고, 상기 반응기에는 상기 반응 물질이 고정되는 것을 특징으로 하는,
    바이오센서.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 반응기는 아민기(amine)이고, 상기 반응 물질은 금(gold)인 것을 특징으로 하는,
    바이오센서.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 포획 물질은 상기 반응기에 고정된 반응 물질에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    바이오센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 적어도 일부 영역에는 상기 제2 타겟 물질의 흡착을 방지하는 블로킹 물질이 배치되어 있는,
    바이오센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 블로킹 물질은 BSA(Bovine Serum Albumin)인 것을 특징으로 하는,
    바이오센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하는,
    바이오센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 타겟 물질은, 상기 시료에 포함된 상기 제2 타겟 물질과 동일한 물질이고,
    상기 제1 포획 물질은, 상기 제2 포획 물질과 동일한 물질인,
    바이오센서.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 타겟 물질은, 상기 제1 전극에 고정된 제2 포획 물질이고,
    상기 제2 타겟 물질은, 상기 제1 포획 물질과 동일한 물질이며,
    상기 제1 포획 물질은 시료에 포함된 것을 특징으로 하는,
    바이오센서.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 타겟 물질은, 상기 제1 전극에 고정된 제2 포획 물질이고,
    상기 제2 타겟 물질은, 상기 제1 포획 물질과 동일한 물질이며,
    상기 제2 포획 물질은 시료에 포함된 것을 특징으로 하는,
    바이오센서.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 반응부에 형성되는 자기장이 변경되면, 상기 자성 나노입자 복합체의 운동 방향이 변경되는,
    바이오센서.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압이 변경되면, 상기 자성 나노입자 복합체의 운동 방향이 변경되는,
    바이오센서.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과는 다른 코일 형태의 제3 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극에 인가되는 전류가 변경되면, 상기 자성 나노입자 복합체의 운동 방향이 변경되는,
    바이오센서.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제4 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제5 전극의 적어도 일부는 상기 바이오센서의 외부로 노출되는,
    바이오센서.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제4 전극은 하나의 전극으로 구성되고,
    상기 제2 전극과 상기 제5 전극은 하나의 전극으로 구성되는,
    바이오센서.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제4 전극의 적어도 일부 및 상기 제5 전극의 적어도 일부는 전류를 측정할 수 있는 디바이스와 전기적으로 연결되는,
    바이오센서.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압은, 상기 디바이스에 의해 제어되고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따른 전류에 따라, 상기 시료에 상기 제2 타겟 물질이 포함되었는지 여부를 확인할 수 있는,
    바이오센서.
  18. 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하는 자성 나노입자 복합체, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되는 제1 전극-상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 시료에 포함됨-, 및 상기 제1 전극과는 다른 전극인 제2 전극을 포함하는 바이오센서와 전기적으로 연결될 수 있는 전극부; 및
    인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서에 유입된 상기 시료에 상기 제2 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 전압을 제공하도록 제어하고,
    상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 포함하도록 전압을 제공하기에 앞서, 상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는,
    제어부;를 포함하는,
    검출 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하는,
    검출 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 포획 물질은 상기 제2 포획 물질과 동일한 물질이고,
    상기 제1 타겟 물질은 상기 제2 타겟 물질과 동일한 물질이며,
    상기 제1 타겟 물질은 상기 시료에 포함된 것을 특징으로 하는,
    검출 장치.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 단계에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도 1V이상으로 상승시키는 전압을 제공하도록 제어하고,
    상기 제2 단계에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압을 제공하도록 제어하는,
    검출 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는,
    검출 장치.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는데 이어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압을 제공하도록 제어하는,
    검출 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강시키는 전압을 제공하도록 제어하는데 이어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승시키는 전압을 제공하도록 제어하는,
    검출 장치.
  25. 제22 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류의 곡선을 안정화 시키기 위해,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하도록 제어하는데 이어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도 1V이상으로 상승시키는 전압을 제공하도록 제어하는,
    검출 장치.
  26. 제1 타겟 물질을 포획하기 위한 제1 포획 물질, 자성 나노입자 및 산화 반응 및 환원 반응 중 적어도 하나의 반응을 수행하는 반응 물질을 포함하는 자성 나노입자 복합체, 제2 타겟 물질을 포획하기 위한 제2 포획 물질이 고정되는 제1 전극-상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 시료에 포함됨-, 및 상기 제1 전극과는 다른 전극인 제2 전극을 포함하는 바이오센서와 전기적으로 연결되는 검출 장치의 검출 방법에 있어서,
    인가되는 전압의 변화에 따른 전류를 검출하여 상기 바이오센서에 유입된 상기 시료에 상기 제2 타겟 물질이 포획되었는지 여부를 확인하기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압을 상승시키는 제1 단계 및 하강시키는 제2 단계를 포함하는 순환 전압 제공 단계;
    상기 전압 제어 단계에 앞서, 상기 전류의 곡선을 안정화시키기 위해 적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 신호 안정화 단계; 및
    상기 제1 단계에 따른 전류 및 상기 제2 단계에 따른 전류를 검출하는 신호 검출 단계;를 포함하는,
    검출 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제1 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2 포획 물질은, 항원, 항체, 변형 항체, 항체 유사체, 압타머, 핵산, 지질 및 바이러스 단백질 항원 중 적어도 하나를 포함하는,
    검출 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1 포획 물질은 상기 제2 포획 물질과 동일한 물질이고,
    상기 제1 타겟 물질은 상기 제2 타겟 물질과 동일한 물질이며,
    상기 제1 타겟 물질은 상기 시료에 포함된 것을 특징으로 하는,
    검출 방법.
  29. 제26 항에 있어서,
    상기 제1 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승하도록 하는 단계이고,
    상기 제2 단계에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강하도록 하는 단계인,
    검출 방법.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 신호 안정화 단계는,
    적어도 상기 제1 단계에서의 최저 전압 및 상기 제2 단계에서의 최저 전압 중 적어도 하나의 최저 전압보다는 높은 전압을 기설정된 시간이상 인가시키는 신호 안정화 단계는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가되도록 하는 전압을 제공하는 단계를 포함하는,
    검출 방법.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 신호 안정화 단계는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가되도록 하는 전압을 제공하는 단계에 이어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강하도록 하는 전압을 제공하는 단계를 포함하는,
    검출 방법.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 신호 안정화 단계는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 1V이상에서 적어도 0V이하로 하강하도록 하는 전압을 제공하는 단계에 이어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도1V이상으로 상승하도록 하는 전압을 제공하는 단계를 포함하는,
    검출 방법.
  33. 제30 항에 있어서,
    상기 신호 안정화 단계는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 적어도 2초동안 적어도 1V이상의 전압이 인가시키는 전압을 제공하는 단계에 이어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전압이 적어도 0V이하에서 적어도 1V이상으로 상승시키는 전압을 제공하는 단계를 포함하는,
    검출 방법.
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