KR100829400B1

KR100829400B1 - 바이오센서

Info

Publication number: KR100829400B1
Application number: KR1020060120043A
Authority: KR
Inventors: 배병우; 이성동; 석홍성; 유진아; 김지수; 양정윤
Original assignee: 주식회사 인포피아
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-05-15
Also published as: EP1927851A3; CN101191783A; EP1927851A2; CN101191783B; US20080128278A1

Abstract

본 발명에 따른 바이오센서는, 전극 리드선을 통해 리드 단자와 연결되는 작동 전극과 기준 전극과, 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층이 상기 전극들 위에 형성되는 절연성 하부기판, 하부기판과 소정의 상부기판을 접착하며 시료가 효소반응층을 따라 전극들의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료도입공간이 형성되는 스페이서 및 스페이서를 통해 하부기판과 마주보게 접착되는 절연성 상부기판을 포함하며, 하부기판에는 작동 전극 및 기준 전극과 이격되게 설치되어 효소 반응층을 고정하며 전극 리드선과 연결되지 않는 더미(dummy) 전극이 형성된 것을 특징으로 한다.

바이오센서, 작동 전극, 기준 전극, 더미 전극, 효소

Description

바이오센서{Bio-sensor}

도 1은 본 발명에 따른 바이오센서의 분해사시도,

도 2는 도1 실시예에 따른 바이오센서의 부분 평면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 기판의 평면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 기판의 평면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오센서의 분해사시도,

도 6은 도1 실시예에 따른 바이오센서의 단면도,

도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 바이오센서의 일부를 확대한 도면,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 효과를 도시한 참고도이다.

<도면부호의 간단한 설명>

20,21,22 : 더미 전극

30 : 리드부

31 : 리드선 32 : 리드 단자

41 : 기준 전극 42 : 작동 전극

50 : 절연막 70, 120 : 효소반응층

100 : 바이오센서

110 : 하부 기판

130, 600 : 스페이서

131, 610 : 시료도입공간

150, 700 : 상부 기판

151 : 만곡홈 153, 710 : 공기 배출공간

본 발명은 바이오센서에 관한 것으로, 특히 생체시료 내에 존재하는 분석물질을 전기화학적으로 측정하는 바이오센서에 관련된다.

바이오센서는 전기절연성의 기판상에 스크린 인쇄 등의 방법으로 복수의 전극을 포함하는 전극계를 형성하고, 형성된 전극계상에 친수성 고분자와 산화환원효소 및 전자수용체로 이루어지는 효소반응층을 형성한 것이다. 이러한 바이오센서는 전기화학적으로 시료 내의 분석물질을 측정하는 것으로 미국특허등록공보 제5,171,689호와 제5,387,328호에 기재되어 있다.

일반적으로, 전기화학적으로 시료 내의 분석물질을 측정하는 바이오센서는 작동 전극(Working electrode) 및 기준 전극(Reference electrode)을 구비한다. 일예로 산화환원효소(Oxidoreductase)와 전자전달매개물질을 이용한 전기화학적 센서의 측정 원리를 보면 아래의 반응식과 같다.

[반응식]

분석물질 + 효소(환원상태) + 전자전달매개물질(산화상태) ===> 반응결과물질 + 효소(산화상태) + 전자전달매개물질(환원상태)

이 반응식에서 시료 내의 분석물질과 반응하여 생성된 환원상태의 전자전달매개물질은 시료 내에 존재하는 분석물질의 농도에 비례한다. 이를 이용하여 기준 전극(Reference electrode)을 기준으로 작동 전극(Working electrode)에 일정한 전압을 인가하여 환원상태의 전자전달매개물질을 산화시키며 이때 발생하는 산화 전류의 양을 측정하여 시료 내의 분석물질을 정량할 수 있다.

작동 전극(Working electrode) 및 기준 전극(Reference electrode)이 카본과 같은 물질로 이루어질 경우, 작동 전극(Working electrode)에서 전자전달 매개물질의 산화반응이 일어나면, 기준 전극(Reference electrode)에서는 환원 반응이 일어나게 되어 산화환원의 전자수를 맞추게 된다. 그런데 작동 전극(Working electrode) 및 기준 전극(Reference electrode)의 거리가 너무 가깝게 되면, 생체 시료가 효소 반응층에 주입되는 경우 기준 전극(Reference electrode)에서의 전자전달 매개물질(환원상태)이 작동 전극(Working electrode) 쪽으로 확산(diffusion)될 수 있다. 즉, 전극간 거리가 너무 가깝게 되면 작동 전극(Working electrode) 위에서 산화전류가 더 많이 발생이 되어, 전극 측정오차가 발생하게 된다. 이에 작동 전극(Working electrode) 및 기준 전극(Reference electrode) 간의 거리가 어느 정도 떨어져 있어야 한다.

그러나, 작동 전극(Working electrode) 및 기준 전극(Reference electrode)의 거리가 너무 멀게 되면, 작동 전극(Working electrode) 및 기준 전극(Reference electrode) 사이에 노출되는 기판의 면적이 증가하게 된다. 그런데, 통상적으로 효소 수용액은 카본으로 형성된 전극 위에 잘 도포되지만 절연성 기판 위에는 잘 도포되지 않는다. 이는 전기절연성 기판은 카본보다 물에 대한 표면장력이 크기 때문이다. 또한, 절연성 기판은 카본으로 형성된 전극보다도 건조된 효소 반응층에 대한 흡착력이 좋지 못해서 건조된 효소반응층이 전극보다 기판에서 더 많이 들뜬다. 이에 두 전극 위에 놓여져 있는 효소반응층이 예컨대 생체 시료액 주입 시에 씻겨져 나가 정확한 측정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 생체 시료액의 신속한 흡입을 유도하며 나아가 효소반응층에 생체 시료액 주입 시 용해된 효소가 작동 전극 또는 기준 전극에서 완전히 씻겨지는 것을 방지하여 측정오차를 최소화하는 바이오센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 바이오센서 제조 시, 효소 반응층이 하부 기판이나 절연막에서 들뜨는 것을 방지하는 바이오센서를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 바이오센서는, 전극 리드선을 통해 리드 단자와 연결되는 작동 전극과 기준 전극과, 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층이 상기 전극들 위에 형성되는 절연성 하부기판, 하부기판과 소정의 상부기판을 접착하며 시료가 효소반응층을 따라 전극들의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료도입공간이 형성되는 스페이서 및 스페이서를 통해 하부기판과 마주보게 접착되는 절연성 상부기판을 포함하며, 하부기판에는 작동 전극 및 기준 전극과 이격되게 설치되어 효소 반응층을 고정하며 전극 리드선과 연결되지 않는 더미(dummy) 전극이 형성된 것을 특징으로 한다.

이 같은 양상에 따라 본 발명의 바이오센서는 하부 기판에 작동 전극 및 기준 전극외에 효소반응층을 고정하는 더미(dummy) 전극이 형성됨으로써, 효소 반응층에 생체 시료액이 주입되는 경우 용해된 효소가 작동 전극 또는 기준 전극에서 완전히 씻겨지는 것을 방지할 수 있다. 더 나아가 본 발명의 바이오센서 제조 시, 효소반응층이 기판이나 절연막에서 들뜨는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 하부기판에 형성되는 더미(dummy) 전극은 작동 전극 및 기준 전극과 동일한 재질, 예컨대 탄소, 흑연, 백금-탄소, 은, 금, 팔라듐, 또는 백금 중 하나로 구현된다. 이에 따라 본 발명의 바이오센서 제조공정은 하부 기판에 더미(dummy) 전극을 형성하기 위한 별도의 추가 공정이 필요치 않아 기존의 제조 공정을 그대로 유지할 수 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시예를 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오센서의 분해사시도이고, 도 2는 바이오센서의 부분 평면도이다. 도 1및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 바이오센서는 크게 절연성 하부기판(110), 스페이서(600) 및 상부기판(700)을 포함한다.

본 발명에 따라 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서는, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층을 전극위에 형성하는 절연성 하부기판(110)과, 하부기판(600)과 상부기판(700)을 접착하며 시료가 효소반응층(120)을 따라 전극들(21,41,42)의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료도입공간(610)을 형성하는 스페이서(600) 및 하부기판과 마주보며 시료도입공간을 통해 시료와 함께 흡입된 공기가 배출되는 공기배출공간(710)을 구비한 절연성 상부기판(700)을 포함하며, 공기배출공간(710)은 시료도입공간(610)과 별개의 다른 층(layer)에 형성되는 입체모양인 것을 특징으로 한다.

이 때, 공기배출공간은 시료의 흡입속도를 높이기 위하여 시료도입공간(610)과 별개의 다른 층에 터널 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 공기배출공간(710)은 시료의 흡입방향과 수직한 방향으로 형성된 반원통형의 형상인 것이 바람직하다.

하부기판(110)은 50~400um의 두께를 가지는 절연성 물질이 사용될 수 있다. 하부기판(110)은 일측 끝단에 리드 단자(32)와 각각의 리드 단자(32)로부터 뻗어 있는 리드선(31)을 포함하는 리드부(30)가 형성된다. 또한, 하부기판(110)은 리드선(31)과 연결되는 전극들(21,41,42)이 스크린 프린팅 기법으로 형성된다. 전극들(21,41,42)은 탄소, 흑연, 백금 처리된 탄소, 은, 금, 팔라듐 또는 백금 성분 등을 이용하여 제작된다. 예를 들면, 탄소나 백금 처리된 탄소로 구성된 잉크, 또는 팔라듐을 포함하는 잉크를 사용하여 하부 기판(110)에 전극을 인쇄할 수 있다.

이러한 전극들(21,41,42)에서 참조부호 21은 더미(dummy) 전극이며, 41은 기 준 전극이며, 42는 작동 전극이다. 여기서 기준 전극(41)과 작동 전극(42)은 후술할 효소반응층(70)에서 전자수용체 산화 혹은 환원시 발생하는 전류량을 검출하는 역할을 수행한다. 더미(dummy) 전극(21)은 작동 전극(42) 및 기준 전극(41)과 이격되어 효소반응층(70)을 고정하며 전극 리드선과 연결되지 않는다. 이러한 더미(dummy) 전극(21)은 효소 반응층(70)에 생체 시료액이 주입되는 경우 용해된 효소가 작동 전극(42) 또는 기준 전극(41)에서 완전히 씻겨지는 것을 방지하고, 나아가 본 발명의 바이오센서 제조 시, 효소반응층(70)이 하부기판(110)이나 절연막(50)에 완전히 고정되지 않고 들뜨는 것을 방지하는 역활을 한다. 도1에 도시한 바와 같이, 더미(dummy) 전극(21)은 작동 전극(42)과 기준 전극(41) 사이에 형성될 수 있다.

효소반응층(120)은 시료가 흡입되어 반응을 일으키기 위한 층으로, 시료 내의 분석물질과 반응하는 효소와, 효소와 반응하는 전자전달매개물질, 그리고 완충용액 물질, 효소 안정제, 기타 이러한 구성 물질들을 전극 위에 고정하는 고분자 지지체로 구성된다. 효소반응층(120)은 전극들(21,41,42) 위에 도포되어 고정된다.

여기서, 효소로는 글루코스 산화효소, 락테이트 산화효소, 콜레스테롤 산화효소, 알코올 산화효소 등 여러 종류의 산화환원효소와, 글루코스 탈수소효소, GOT(glutamate oxaloacPETate trnasmianse), GPT(glutamate pyruvate trnasmianse)등 여러 종류의 전이효소와 가수분해효소가 사용될 수 있다. 또한, 전자전달매개물질로는 포타슘페리시안나이드(potassium ferricyanide), 포타슘페로시안나이 드(potassium ferrocyanide), 헥사아민루세늄클로라이드(hexaamineruthenium chloride), 페로센(ferrocene) 및 그 유도체, 퀴논(quinine) 및 그 유도체 등 효소와 반응하여 산화 또는 환원 할 수 있는 물질들이 사용될 수 있다.

효소 반응층(120)에 분석물질을 포함한 시료를 떨어뜨리면, 시료에 의해 효소반응층(120)이 용해되며 시료 내에 포함된 분석물질과 효소(Enzyme)가 반응하여 분석물질이 산화되고, 이에 따라 전자수용체가 환원된다. 효소반응 종료 후 이 환원된 전자수용체를 전기화학적으로 산화하여 얻어지는 산화 전류치를 전극(41 ,42)과 연결된 리드선(32)에 접촉되는 측정 장치(도면 도시 생략)를 통해 측정함으로써 시료 중에 포함된 분석물질의 농도를 구할 수 있다.

스페이서(600)는 상부기판(700)과 하부기판(110)을 접착하여 형성되는 시료도입공간(610)를 통해 모세관을 형성한다. 스페이서(600)의 두께는 효소반응층(120)의 두께보다 적어도 같거나 두꺼워야 한다. 그 이유는 시료가 효소반응층(120)에 흡입 시 시료 주입을 보다 용이하도록 하기 위함이다. 즉, 스페이서(600)의 두께가 효소반응층(120)의 두께보다 클 경우 그 여유 공간으로 시료 주입이 용이해진다. 스페이서(600)는 양면테이프로 구성되며 10~300um의 두께를 가지는 양면테이프를 사용할 수 있다. 특히, 주입되는 시료의 양을 최소로 하기 위하여 양면테이프의 두께를 10~150um로 하는 것이 바람직하다. 시료도입공간(610)을 통해 측정하고자 하는 시료가 모세관 현상으로 자동 주입되며, 시료도입공간(610)에 존재하던 공기는 시료의 유입으로 인해 상부기판(700)에 형성된 공기배출공간(710)을 통해 외부로 배출된다.

이 때, 공기배출공간(710)은 시료의 흡입속도를 높이기 위하여 시료도입공간과 별개의 다른 층(layer)에 형성되는 입체모양인 것이 바람직하며, 특히 시료도입공간(610)과 별개의 다른 층에 터널 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 공기배출공간(710)은 시료와 효소반응층(120)이 존재할 수 없는 층(layer)에 형성되는 것으로 이를 통해서 공기만 빠져나가게 된다. 특히 공기배출공간(710)은 시료의 흡입방향과 수직한 방향으로 형성된 반원통형의 형상인 것이 바람직하며, 그 이외에도 다양한 입체형상으로 구현될 수 있다.

이에 따라, 효소반응층(120)에 시료가 흡입되기 시작하면, 효소반응층 주변에 존재하던 공기는 점점 시료도입공간(610) 안쪽으로 밀리게 되고, 압력에 의해 상부기판(700)에 시료주입방향과 수직한 방향으로 형성된 공기배출공간(710)을 통해 공기가 외부로 배출되게 된다. 시료도입공간(610)과 별개의 다른 층에 터널 형태로 형성되는 공기배출공간(710)을 통해 공기만 외부로 배출됨에 따라 시료흡입 속도가 향상되게 된다.

즉, 본원 발명은 종래의 기술들과는 달리 산화 반응이 일어나는 효소반응층(120)과 공기가 배출되는 공기배출공간(710)이 별도의 다른 층(Layer)에 형성되므로, 측정에 필요한 시료의 양이 공기배출공간(710)의 크기에 무관하여 시료 양을 효소반응층(120) 크기만큼으로 줄일 수 있다. 또한, 공기배출공간(710)을 효소반응층(120)의 크기에 상관없이 늘릴 수 있어 효율적인 공기배출이 가능하며, 공기배출이 효소반응층(120)을 거치지 않고 일어나게 되어 공기 배출 속도와 시료 주입속도가 무관하고, 이에 따라 기체인 공기의 움직임이 액체인 시료의 움직임 보다 윌 등히 빠르므로 공기배출 속도가 향상되어 결과적으로 시료흡입속도를 높일 수 있다. 나아가, 측정 후 바이오센서(스트립)를 측정장치에서 제거할 때 시료가 손에 묻을 염려가 적다.

이하, 도 3 내지 도 4는 더미(dummy) 전극이 하부 기판 상에 배치되는 실시예를 도시한다. 본 실시예에서는 더미(dummy) 전극이 1개인 것을 예시하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 2개이상 사용될 수 있다. 또한, 작동 전극과 기준 전극이 각각 1개인 것을 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 작동 전극이 2개인 바이오센서에도 하부 기판 상에 더미(dummy) 전극이 형성될 수 있다.

도 3 에 도시한 바와 같이, 더미(dummy) 전극(22)은 작동 전극(42) 및 기준 전극(41)과 이웃하는 위치에 형성될 수 있으며, 도 4 에 도시한 바와 같이, 더미(dummy) 전극(23)은 효소반응층(70)이 형성되는 하부기판의 끝단에서 기판의 중심 방향으로 형성될 수 있다. 바이오센서 절단면에 효소반응층(70)과 흡착력이 좋은 더미(dummy) 전극(22)이 형성됨으로써, 바이오센서를 절단하는 공정에서 효소 반응층이 깨지는 위험성을 줄일 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 바이오센서의 분해사시도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서(100)는 크게 하부 기판(110)과 스페이서(130)와 상부 기판(150)을 포함한다.

하부기판(110)은 50~400um의 두께를 가지는 절연성 물질이 사용될 수 있다. 하부기판(110)은 일측 끝단에 리드 단자(32)와 각각의 리드 단자(32)로부터 뻗어 있는 리드선(31)을 포함하는 리드부(30)가 형성된다. 또한, 하부기판(110)은 리드 선(31)과 연결되는 전극들(21,41,42)이 스크린 프린팅 기법으로 형성된다. 전극들(21,41,42)은 탄소, 흑연, 백금 처리된 탄소, 은, 금, 팔라듐 또는 백금 성분 등을 이용하여 제작된다. 예를 들면, 탄소나 백금 처리된 탄소로 구성된 잉크, 또는 팔라듐을 포함하는 잉크를 사용하여 하부 기판(110)에 전극을 인쇄할 수 있다.

이러한 전극들(21,41,42)에서 참조부호 21은 더미(dummy) 전극이며, 41은 기준 전극이며, 42는 작동 전극이다. 여기서 기준 전극(41)과 작동 전극(42)은 후술할 효소반응층(70)에서 전자수용체 산화 혹은 환원시 발생하는 전류량을 검출하는 역할을 수행한다. 더미(dummy) 전극(21)은 작동 전극(42) 및 기준 전극(41)과 이격되어 효소반응층(70)을 고정하며 전극 리드선과 연결되지 않는다. 이러한 더미(dummy) 전극(21)은 효소 반응층(70)에 생체 시료액이 주입되는 경우 용해된 효소가 작동 전극(42) 또는 기준 전극(41)에서 완전히 씻겨지는 것을 방지하고, 나아가 본 발명의 바이오센서 제조 시, 효소반응층(70)이 하부기판(110)이나 절연막(50)에 완전히 고정되지 않고 들뜨는 것을 방지하는 역활을 한다. 도1에 도시한 바와 같이, 더미(dummy) 전극(21)은 작동 전극(42)과 기준 전극(41) 사이에 형성될 수 있다.

또한, 하부기판(110)은 전극들(21,41,42) 위에 효소반응층(70)이 도포되어 고정된다. 효소반응층(70)은 시료 내의 분석물질과 반응하는 효소와, 효소와 반응하는 전자전달매개물질, 그리고 완충용액 물질, 효소 안정제, 기타 이러한 구성 물질들을 전극들(21,41,42)에 고정하는 고분자 지지체로 구성된다.

스페이서(130)는 하부기판(110)과 상부기판(150)을 접착하며 시료가 효소반 응층(70)을 따라 전극들(21,41,42)의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료도입공간(131)이 형성된다.

상부기판(150)은 PET, PVC 또는 폴리카본에이트로 구성된 얇은 판이 사용될 수 있다. 상부기판(150)은 모세관 현상에 의해 시료(예 :혈액)가 효소반응층(70)에 주입되도록 스페이서(130)에 의해 형성되는 시료도입공간(131) 내의 공기를 배출시키는 공기배출구(153)가 형성된다. 이러한 공기배출구(153)는 상부기판(150)의 일 끝단에서 전극들(21,41,42)이 형성되어 있는 방향으로 만곡되어 있는 만곡홈(151)으로부터 형성되기 시작하여 적어도 전극들(21,41,42) 위까지 연장된다.

도 6은 도1 실시예에 따른 바이오센서의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 절연성 하부기판(110) 위에 전극들(21,41,42)이 형성되며, 전극들(21,41,42) 위에는 효소반응층(120)이 고정된다. 이러한 하부기판(110)은 시료도입공간(610)을 가지는 스페이서(600)에 의해 상부기판(700)과 결합된다. 상부 기판(700)에는 시료도입공간(610)를 통해 시료가 주입됨에 따라 공기가 배출되는 공기배출공간(710)이 시료주입방향과 수직한 방향의 터널 형태로 형성되어 있다.

본 발명의 바이오센서는 공기배출공간(710)을 통해 공기만 빠른 속도로 배출되고 시료는 외부로 유출되지 않는 피 퍼짐 현상을 방지하고자 다양한 해결책을 구비하고 있다. 도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 바이오센서의 일부를 확대한 도면이다.

피 퍼짐 현상을 방지하기 위한 첫 번째 해결책은 공기배출공간(710)의 폭(Width)과 높이(Height)를 제한하는 것이다. 공기배출공간의 단면이 너무 작을 경우 모세관 현상(capillary action)에 의해 피 퍼짐 현상이 발생할 수 있다. 따라서 공기배출공간(710)의 단면적을 크게 할수록 모세관 현상을 방지하고 공기의 배출속도를 높여 시료흡입속도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 공기배출공간(710)을 무제한 크게 할 수는 없다. 공기배출공간의 모양이 터널 형태의 입체모양이므로 단면적이 너무 커지면 바이오센서 제작과정에서 공기배출공간의 모양(forming)을 제대로 형성하기 힘들며, 공기배출공간을 형성한 후에도 눌리거나 모양이 틀어질 염려가 있기 때문이다.

따라서, 실험적으로 얻어진 결과에 따르면 본 발명에 따른 바이오센서에 있어서, 공기배출공간(710)의 단면은 약 0.3mm ~ 3mm 내외의 폭과, 약 0.1mm ~ 3mm 내외의 높이를 가지는 것이 바람직하다. 이때 시료도입공간을 통해 주입되는 시료는 약 1㎕이하인 것이 특히 바람직하다.

피 퍼짐 현상을 방지하기 위한 두 번째 해결책은 시료 및 시료에 용해된 효소반응층(120)이 친수성인 성질을 이용하여 소수성 재질로 공기배출공간(710)의 내부를 도포하는 것이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 터널 형태의 공기배출공간의 내벽은 피 퍼짐 현상을 방지하기 위하여 소수성이 강한 물질로 도포하는 것이 바람직하다. 이에 따라 친수성이 강한 시료가 공기배출공간(710)으로 퍼져나가지 못하도록 피 퍼짐 현상을 방지할 수 있다. 또한, 스페이서는 피 퍼짐을 방지하기 위하여 소수성 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 나아가 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 스페이서(600)의 상부기판이나 하부기판과 접촉하는 면에 소수성이 강한 재질의 접착 제를 도포하는 것이 바람직하다.

즉, 시료가 효소반응층(120)에 흡입될 때 시료가 효소반응층(120) 외부로 스며들지 않도록 하기위해, 효소반응층(120)에 흡입되는 친수성(Hydrophilic) 있는 시료의 진로를 방해할 수 있는 소수성(Hydrophobic) 재질을 이용해 효소반응층(120)주변을 구현함으로써 센서 내/외부로 시료가 스며들지 않도록 할 수 있다.

피 퍼짐 현상을 방지하기 위한 세 번째 해결책은 스페이서(600)에 형성되는 시료도입공간(610)의 끝부분 모양을 점차 좁아지도록 형성하는 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이 시료도입공간(610)은 공기배출공간(710)과 만나는 끝부분에서의 피 퍼짐을 방지하기 위하여 시료도입공간(610)의 끝부분을 점차 좁아지도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 효과를 도시한 참고도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 특징적인 양상에 따라 형성되는 바이오센서에 의해 주입되는 시료는 효소반응층(120)과 같은 모양의 시료도입공간(610) 내에만 머물고 주변으로 퍼지지 않아 피 퍼짐 현상을 방지할 수 있으며 측정에 필요한 시료의 양을 최소화할 수 있다. 동시에 시료도입공간(610)과 별도의 층에 형성된 입체 모양으로 형성되어 상대적으로 부피가 큰 공기배출공간(710)을 통해 공기만 원활하게 빠져 나갈 수 있다. 이에 따라 시료 흡입 속도는 향상되면서도 피 퍼짐 현상을 방지할 수 있는 효율적인 바이오센서가 제공된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 시료도입공간이 상부 기판 의 공기배출구에 의해 오픈되어 있기 때문에 모세관 효과가 극대화되어 생체 시료액의 유입이 신속하게 이루질 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 바이오센서는 하부 기판에 작동 전극 및 기준 전극외에 효소반응층을 고정하는 더미(dummy) 전극이 형성됨으로써, 효소 반응층에 생체 시료액이 주입되는 경우 용해된 효소가 작동 전극 또는 기준 전극에서 완전히 씻겨지는 것을 방지할 수 있는 유용한 효과가 있다. 또한 본 발명의 바이오센서 제조 시, 효소 반응층이 절연성 기판이나 절연막에 완전히 고정되지 않고 들뜨는 것을 방지할 수 있는 유용한 효과가 있다. 또한, 하부기판에 형성되는 더미(dummy) 전극이 작동 전극 및 기준 전극과 동일한 재질로 구현됨으로써, 본 발명의 바이오센서 제조공정은 하부 기판에 더미(dummy) 전극을 형성하기 위한 별도의 추가 공정이 필요치 않아 기존의 제조 공정을 그대로 유지할 수 있는 유용한 효과가 있다.

본 발명에 따른 시료 흡입속도를 향상한 바이오센서는 시료주입방향과 되도록이면 수직한 방향으로 시료주입공간과는 별개의 다른 층에 상부기판에 입체모양의 공기배출공간을 형성함으로써, 시료 흡입시 공기가 외부로 매우 효과적으로 배출됨으로써 시료흡입속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 시료가 공기배출공간을 통해 주변으로 퍼져나가지 않도록 다양한 해결책을 제시하여 시료 누출의 염려가 없는 유용한 효과를 가진다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다라는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형예들을 포함하 도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 할 것이다.

Claims

시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서에 있어서,

각각이 전극 리드선을 통해 리드 단자와 연결되는 작동 전극 및 기준 전극과, 상기 시료 내에 존재하는 분석물질과 반응하는 효소반응층이 상기 전극들 위에 형성되는 절연성 하부기판;

상기 하부기판과 소정의 상부기판을 접착하며 상기 시료가 상기 효소반응층을 따라 상기 전극들의 위치까지 흡입되도록 유도하는 시료도입공간이 형성되는 스페이서; 및

상기 스페이서를 통해 상기 하부기판과 마주보게 접착되는 절연성 상부기판을 포함하며,

상기 하부기판에는 상기 작동 전극 및 기준 전극과 이격되게 설치되어 상기 효소 반응층을 고정하며 전극 리드선과는 연결되지 않는 적어도 하나의 더미(dummy) 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 하부기판에 형성되는 전극들의 성분은 탄소, 흑연, 백금-탄소, 은, 금, 팔라듐, 또는 백금 중 하나인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 더미(dummy) 전극은 상기 작동 전극과 기준 전극 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 더미(dummy) 전극은 상기 작동 전극 또는 기준 전극과 이웃하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 더미(dummy) 전극은 상기 효소반응층이 형성되는 하부기판의 끝단에서 기판의 중심 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판에는 상기 작동전극, 기준전극 및 더미(dummy) 전극을 절연시키는 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서, 상기 상부기판에는 상기 스페이서에 형성되는 시료도입공간을 통해 상기 시료와 함께 흡입된 공기를 배출하는 공기배출공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
제 1 항에 있어서,

상기 더미 전극은 전도성 물질 또는 비전도성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.