KR101235845B1

KR101235845B1 - 자기저항센서를 이용한 검출시스템 및 이를 이용한 검출방법

Info

Publication number: KR101235845B1
Application number: KR1020100078613A
Authority: KR
Inventors: 최만휴; 강구삼; 김정률; 박종원
Original assignee: 주식회사 엘지생명과학
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2013-02-21
Also published as: KR20120016344A

Abstract

본 발명은 자기저항센서를 이용한 검출시스템에 관한 것으로, 특히 자성입자와 결합한 검체에 대한 자기신호를 자기저항(MR)센서로 감지하여 자기적 성분으로 분리하고 분석하는 검출기기와 상기 검출기기에서 생성된 자기신호를 증폭하는 증폭부 및 상기 증폭부를 통과한 검출신호를 자성입자의 존재영역 및 비존재영역의 신호를 차동하여 잡음신호를 제거하는 신호처리부를 포함되어 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템을 제공하되, 자기저항센서에 인가되는 자기장의 방향을 자기저항센서의 Y축 방향과 Z축 방향에서 인가하여 센서의 감도 성능이 최대화할 수 있으며, 특히, 시료의 스캔시 발생하는 신호를 구분하여 노이즈를 제거하는 노이즈 저감 회로로 구성되는 신호처리부를 구비하여 노이즈와 진동으로 인한 신호의 잡음을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

자기저항센서를 이용한 검출시스템 및 이를 이용한 검출방법{System for signal detection of specimen using magnetic resistance sensor and Detecting Method of the same}

본 발명은 자기저항센서를 이용하여 노이즈를 효율적으로 제거하고, 자성입자를 정량적으로 측정하는 고감도 검사시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근의 노령화 사회로의 진입 및 건강한 삶에 대한 욕망의 증가는 휴대용 건강 진단 시스템 (Health Care System) 시장을 확장 시키며 각종 생리활성 물질 및 화학 물질을 분석, 측정, 진단, 검색해 낼 수 있는 바이오 센서에 대한 중요성이 점차 증가하고 있다.

바이오 센서는 분자간의 선택적 반응을 이용하므로 다른 물질에 의한 간섭을 줄이고, 측정대상 물질을 고감도로 구별해 낼 수 있어야 하며, 생산 단가를 낮추어 대량생산도 가능하고, 감응 속도를 빠르게 할 수 있어 원하는 곳 어디에서나 실시간으로 모니터링할 필요가 있다.

지금까지의 바이오 센서 개발 연구는 특정 생리활성 물질의 농도를 정량 하거나 분석하는 도구로서 다양한 연구 개발 노력이 진행되어 왔다.

이미 혈당측정기, 혈액이온성분 분석기, 생체시료 연구용 기기 등과 같이 의료 및 환경 산업 분야에 사용 될 수 있는 휴대용 측정기와 연구 목적의 자동화 분석 기기 형태로 관련 시장이 형성되어 있고, 임상 및 의료용 진단과 식품 위생, 농업, 정밀화학 분야 등에 걸쳐 광범위한 응용이 기대되고 있다.

최근에는 인간의 유전정보 규명, 질병 진단, 예방 의학, 그리고 신약 후보 물질의 대량 검색 수단으로서 DNA 칩, 단백질 칩과 같은 바이오 칩 기술이 급속히 발전되고 있기 때문에 바이오 센서의 기능 또한 단순한 분석 수단을 뛰어 넘어 진단과 대량 검색의 기능이 강조되고 있다.

이와 같은 바이오 센서는 물질을 감지하기 위해 자기 저항 센서(Magneto resistance, Hall 센서)를 이용한 자성입자 검출 장치를 이용하게 된다. 이러한 자성 입자 검출 장치는 교류 전류 및 직류 전원의 복합적인 전원을 사용해야 한다. 또한, 자기 저항 센서 중 민감도가 좋지 않기 때문에 수직 방향의 강력한 자계를 인가하여 센서를 구동해야 한다. 그리고 교류 파형의 입력 신호를 이용하기 때문에 외부 노이즈에 민감한 측면이 있으며, 기준 전압을 가변 저항을 이용하여 변환시켜야하는 어려운 문제점을 가지고 있다.

따라서, 자기 저항 센서(홀 센서)를 구동하기 위하여 복잡한 시스템 장비를 구성해야 하며, 외부 노이즈에 민감하고, 많은 전력이 필요함으로 비용 면에서 큰 약점을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자기저항센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템을 제공하되, 자기저항센서에 인가되는 자기장의 방향을 자기저항센서의 Y축 방향과 Z축 방향에서 인가하여 센서의 감도 성능이 최대화할 수 있으며, 특히, 시료의 스캔시 발생하는 신호를 구분하여 노이즈를 제거하는 노이즈 저감 회로로 구성되는 신호처리부를 구비하여 노이즈와 진동으로 인한 신호의 잡음을 최소화할 수 있는 검출시스템 및 이를 이용한 검출 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 자성입자와 결합한 검체에 대한 자기신호를 자기저항(MR)센서로 감지하여 자기적 성분으로 분리하고 분석하는 검출기기;와 상기 검출기기에서 생성된 자기신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 증폭부를 통과한 검출신호를 자성입자의 존재영역 및 비존재영역의 신호를 차동하여 잡음신호를 제거하는 신호처리부;를 포함하는 자기저항센서를 이용한 검출시스템을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 상기 신호처리부는, 상기 검체를 구비한 검체고정유닛에서 자성입자가 없는 부분을 스캔하여 얻는 제1신호와 자성입자가 있는 부분에서의 스캔신호인 제2신호를 측정 저장하는 제어유닛; 상기 제어유닛에서 상기 제1호와 제2신호를 상호 차동(minus)하여 노이즈와 진동으로 인한 잡음신호가 제거된 제3신호를 형성하는 제어처리부;를 포함하여 구성될 수 있다.

아울러, 상기 신호처리부는, 상기 제3신호를 디지털화하여 처리하는 연산처리부 및 디지털화된 신호를 표시하는 신호표시부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 검출기기는 상기 자기저항센서에 적어도 하나의 방향으로 외부자기장을 인가하는 외부자기장인가장치를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 외부자기장인가장치는, 상기 자기저항센서에 제1방향인 수평방향(Y축)으로 자기장을 인가시키는 제1인가유닛; 상기 자기저항센서에 제2방향인 수직방향(Z축)으로 자기장을 인가시키는 제2인가유닛;을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 검체를 구비한 검체고정유닛은, 항체를 포함하는 바이오물질이 고정된 측정 카트리지 또는 멤브레인일 수 있다.

본 발명에 따른 외부자기장인가장치에서의 상기 제1인가유닛은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크, 영구자석 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어질 수 있으며, 상기 제2인가유닛은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2인가 유닛에 발생되는 자기장은 직류(DC)전류에 의해 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 자기저항센서는 거대자기저항(GMR)센서일 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 검출시스템은 다음과 같은 과정을 통해 검체의 측정을 구현할 수 있다.

구체적으로는, 자성입자에 외부자기장을 가하여 자기저항센서로 검체의 정량적 측정을 수행하는 검출방법에 있어서, 검체가 포함된 시료에서 자성입자가 없는 부분을 스캔하여 제1신호를 저장하는 단계; 상기 시료의 자성입자가 있는 부분에서의 스캔신호인 제2신호를 측정 저장하는 단계; 상기 제1호와 제2신호를 상호 차동(minus)하여 노이즈와 진동으로 인한 잡음신호가 제거된 제3신호;를 형성하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우 상기 검체에 자기장을 인가하는 방식은, 상기 검체에 유도자기장을 상기 자기저항 센서의 수평방향(Y축)으로 인가하고, 검체의 이동을 측정위치에 고정시킨 상태에서 상기 자성입자를 자화시키는 직류자기장(DC magmetic field)을 상기 자기저항 센서의 수직방향(Z축)으로 인가하도록 구현할 수 있다.

나아가. 상기 수평방향(Y축) 자기장의 범위 또는 자기저항센서(MR)가 반응가능한 범위는 2~30가우스(Gauss)로 형성하고, 상기 수직방향(Z축)에 인가되는 자기장은 1200 ~ 1800 가우스(Gauss)의 범위에서 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호검출 시스템을 제공하되, 자기저항센서에 인가되는 자기장의 방향을 자기저항센서의 Y축 방향과 Z축 방향에서 인가하여 센서의 감도 성능이 최대화할 수 있으며, 특히, 시료의 스캔시 발생하는 신호를 구분하여 노이즈를 제거하는 노이즈 저감 회로로 구성되는 신호처리부를 구비하여 노이즈와 진동으로 인한 신호의 잡음을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 비접촉식의 거대 자기저항 센서(Giant Magneto Resistance)를 활용하여 검체에 대한 센싱을 통해 효율적인 생체진단을 수행할 수 있다. 이에 POCT(Point of Care Testing)에 사용되는 멤브레인을 검체 진단 키트에 설치하여 효과적인 멤브레인 측정을 위한 측정기구를 개발할 수 있는 효과도 있으며, 시스템의 구동시 직류 전원전압만을 이용하여 종래의 홀센서에 비해 적은 전력으로도 구동이 가능한 바, 경제적인 장점도 구현된다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 자기저항센서의 센싱 원리를 설명한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기저항센서를 이용한 검출시스템을 도시한 블럭 개념도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 검출기기의 일 구현례를 도시한 것이다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 자기저항 센서 중 일 실시예로서 GMR 센서의 개념도를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에서 도시한 본 발명에 따른 검출시스템에서의 신호처리부의 작용을 도시한 것이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b에서 수행되는 신호처리부에서 나타나는 결과값을 도시한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 자기효과를 이용하는 진단기기에서 바이오물질(항체 또는 검체)의 측정에 사용되는 POCT 용 카트리지 혹은 스트립에 바이오물질에 자성입자를 마운팅하고, 검출시 발생하는 자기신호의 노이즈를 효율적으로 제거하여 출력되는 신호에서 불필요한 노이즈를 제거하여 저농도의 자성입자의 정밀한 검출이 가능한 진단 시스템을 제공하는 것을 요지로 한다.

도 1은, 본 발명에서 사용되는 자기저항센서의 센싱 원리를 설명한 개념도이다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 자기저항 센서 중 거대자기저항(GMR; Giant Magneto Resistance)를 이용한 센싱 원리를 일례로 설명하기로 한다.

이는 스핀 밸브 타입(Spin-valve type) GMR(Giant Magneto Resistance) 디바이스를 보인 것이다. 도시된 바와 같이, 자기저항센서는 두 개의 강자성체 금속층 사이에 비자성 금속층이 끼어 있는 형태로 첫 번째 층의 강자성층 금속층의 자력은 고정되어 있고, 두 번째 층의 강자성체의 자력을 가변적으로 조정하여 첫 번째 층과 자력이 평행할 경우 오직 특정방향으로 스핀이 배향된 전자만이 도체를 통과하는 원리를 이용한다. 즉, 두 강자성층의 자화방향의 정렬에 따라 재료 내부에서 유도되는 전기저항의 차이, 또는 전위차가 발생하고 이것을 디지털 신호로 인식하게 된다. 층간 물질이 도체인 경우가 바로 GMR 디바이스에 해당된다.

도 2는 본 발명에 따른 자기저항센서를 이용한 검출시스템(이하, '검출시스템'이라한다.)을 도시한 블럭 개념도이다.

본 발명에 따른 검출시스템은 자성입자와 결합한 검체에 대한 자기신호를 자기저항(MR)센서(130)로 감지하여 자기적 성분으로 분리하고 분석하는 검출기기(100)와 상기 검출기기에서 생성된 자기신호를 증폭하는 증폭부(140) 및 상기 증폭부를 통과한 검출신호를 자성입자의 존재영역 및 비존재영역의 신호를 차동하여 잡음신호를 제거하는 신호처리부(200)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 검출기기(100)는 자성입자가 결합된 검체(122)의 자기적 성분을 감지하는 자기저항(MR)센서(130)과 상기 자기저항센서(130)의 제1방향 및 제2방향 외부자기장을 인가하는 외부자기장인가장치(110)를 포함하여 구성된다.

즉, 외부 자기장 인가장치는 자기 저항 센서(130)에 제1 방향인 수평방향으로 자기장을 인가시키는 제1 인가유닛(111)과, 자기 저항 센서(130)에 제2 방향인 수직방향으로 자기장을 인가시키는 제2 인가유닛(112)를 포함한다.

이 기본 구조를 통해 검체를 검체고정유닛(121)에 마운팅(mounting)하고, 외부자기장인가장치(110)에서 외부자기장을 인가하며, 자기저항센서(130)에서 자기적 성분(자성입자)와 결합한 검체에 대한 자기신호를 감지하여 전기적 성분으로 분리하고 분석할 수 있도록 한다. 자성입자는 10~100emu/g의 자화 값을 구비할 수 있다. 이 경우 상기 자성입자는 그 특성이 초상자성(superparamagnetism) 또는 상자성(paramagnetism)을 갖을 수 있다. 아울러, 상기 검체(121)를 고정하는 검체고정유닛(121)은 측정 카트리지 또는 멤브레인일 수 있다. 검체가 고정되는 검체고정유닛을 포함하여 측정시료부(120)를 형성한다.

이와 같이 검출 기기는 자기 저항 센서에 적어도 하나의 방향으로 자기장을 인가하는 외부 인가 장치(111,112)를 이용함으로써 바이오 물질 내의 자성입자가 받는 자기력의 세기가 수평 방향과 수직 방향의 인가된 자기장의 합의 세기이므로 바이오 물질의 자화력을 높여 감도를 향상시킬 수 있다.

상기 자기저항센서(130)에서 검출되는 신호는 증폭부(140)에서 증폭되며, 상술한 신호처리부(200)에서 잡음신호가 제거되어 정확한 신호를 검출할 수 있게 된다. 즉, 상기 신호처리부(200)는 상기 검체(122)를 구비한 검체고정유닛(121)에서 자성입자가 없는 부분을 스캔하여 얻는 제1신호와 자성입자가 있는 부분에서의 스캔신호인 제2신호를 측정 저장하는 제어유닛(210)과 상기 제어유닛(210)에서 상기 제1호와 제2신호를 상호 차동(minus)하여 노이즈와 진동으로 인한 잡음신호가 제거된 제3신호를 형성하는 제어처리부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.

아울러, 상기 신호처리부(200)는 상기 제3신호를 디지털화하여 처리하는 연산처리부(230) 및 디지털화된 신호를 표시하는 신호표시부(240)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 상술한 본 검출시스템의 작용을 구체적인 일 구현례를 통해 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명에 따른 검출기기의 일 구현례를 도시한 것으로, 도시된 것과 같이, 검출하고자하는 검체와, 검체를 고정하는 검체고정유닛(121)과, 바이오 물질에 외부에서 자기장을 인가하는 외부 자기장 인가 장치(111,112)와, 자가 저항 센서(130)를 포함한다.

상기 자기저항센서(130)의 제1방향 및 제2방향 외부자기장을 인가하는 구성으로 구현하되, 제1방향은 수평자기장을 만들어주는 역할을 담당하여 자기자항 센서의 초기위치를 잡아주는 역할과 주변의 노이즈를 차단시켜 센서의 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 구체적으로는 제1방향 및 제2방향은 특히 바람직하게는 상기 자기저항센서에 제1방향인 수평방향(Y축)으로 자기장을 인가시키는 제1인가유닛(111), 그리고 상기 자기저항센서에 제2방향인 수직방향(Z축)으로 자기장을 인가시키는 제2인가유닛(112)를 포함함이 바람직하다. 물론 상술한 수평 방향 수직 방향은 상기 자기저항 센서의 입면에 반드시 수직만을 의미하는 것이 아니라, 일정 정도의 입사방향의 유동성을 구비하는 것을 포함하는 개념이다. 또한, 상기 제2인가유닛(112)는 전류를 통해 자기장의 변화를 줄 수 있도록 구현할 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 수평방향(Y축) 자기장의 범위 또는 자기저항센서(MR)가 반응가능한 범위는 2~30가우스(Gauss)로 형성하고, 상기 수직방향(Z축)에 인가되는 자기장은 1200 ~ 1800 가우스(Gauss)의 범위에서 형성할 수 있다.

따라서, 상기 제1인가유닛(111)은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크, 영구자석 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어져 고정적인 자기장을 인가하는 구성으로 구현할 수 있으며, 상기 제2인가유닛(112)은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어질 수 있다.

아울러, 본 발명의 자기저항센서(130)는 정상자기저항(Ortrinary Magnetoresistance, OMR)센서, 이방성 자기저항(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)센서, 거대자기저항(giant Magnetoresistance, GMR)센서, 초거대자기저항(Colossal Magnetoresistance, CMR)센서, 터널링자기저항(Tunnelling Magnetoresistance, TMR)센서, MJT (Magnetic Tunneling Junction)센서, 평면홀저항(Planar Hall Resistance)센서 중 선택되는 어느 하나를 이용함이 바람직하다. 특히 바람직하게는 거대자기저항(Giant Magnetoresistance, GMR)센서를 활용할 수 있다.

도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 자기저항 센서 중 일 실시예로서 GMR 센서의 개념도를 도시한 것으로, 이는 자기저항 센서가 적용되는 검출디바이스에서 자기저항센서의 개념도이다. 도시된 개념도에서 화살표는 박막형 물질의 적층으로 구성되는 센서를 중심으로, 박막형 물질의 수평방향(X축 방향), 박막형물질의 수평방향(Y축 방향), 박막형 물질의 수직방향(Z축 방향)을 나타낸다. 이러한 GMR 센서는 센서와 직각 방향(Y축)의 자기장에 대해서만 매우 강한 영향을 받고, 센서와 평행한 방향(X축)에 대해서는 약간의 영향을 받는 반면에 센서와 수직인 방향(Z축)에 대해서는 전혀 영향을 받지 않는 특성을 지닌다. 또한, Y축 방향의 자기장에 대해서는 고유의 선형 구간(linear range) 안에서 편향(biasing) 조절이 가능하다.

따라서, GMR 센서의 최대 성능 구현을 위한 시스템 디자인은 Z축 방향으로 직류 자기장(DC magnetic field)을 인가하여 초상자성의 자성입자를 포화 자화시키고, Y축 방향으로 자기장을 인가하여 센서의 감도 성능이 최대가 되는 편향 조절을 하는 것이 필수적이다. 이때, Y축 방향의 자기장 인가는 직류전류(DC current)를 통해 발생되는 유도 자기장(induced magnetic field)을 사용하는 것이 신호 대 잡음 비 향상에 매우 효과적이다.

도 4a 및 도 4b는 도 2에서 도시한 본 발명에 따른 검출시스템에서의 신호처리부의 작용을 도시한 것이다.

본 작용을 구현하기 위한 도 3c와 같은 스핀 밸브 타입의 GMR 소자를 이용한 측정 키트를 예로 들어 설명하자면, 측정 키트 내에 바이오 센서용 스핀 밸브 타입의 GMR 소자를 적어도 하나 이상을 설치하여 전극 패턴을 형성한다. 이때, 사용되는 GMR 소자는 0.3mm, 0.5mm, 1.0mm 또는 0.25mm, 1.0mm, 1.5mm의 체적을 갖는 규격으로 포화 영역(Saturation field)이 3~150Gauss이고, 감도는 0.9~18mV/V-0e되는 것을 이용하기로 한다. GMR 소자 자체 인터페이스는 휘스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 사용하여 전원 공급하며, 전원 전압은 5V를 인가하였고, 센싱 엘리먼트는 수Ω~수㏀ 범위로 측정되는 것을 사용하였다.

이를 테면, 도 3a에 도시된 검출기기에서 검체의 자성입자 밴드를 측정하기 위해 시간적으로 변화하는 자화값을 측정하기 위해 모터를 이용한 스캔 방식을 이용하는 경우, 출력되는 신호는 스캔시 발생하는 노이즈와 진동으로 인한 잡음신호와 함께 검체에서 나오는 신호가 혼합되어 있어, 정확한 신호를 얻기 힘들며, 특히 저농도의 자성입자에 해당하는 경우에는 신호를 정확하기 확인하기 어렵게 된다.

따라서, 도 4a에서 도시된 것과 같이, 검체를 포함하는 검체고정유닛(120)에서 자성입자가 없는 부분(X)을 스캐너(SC)로 스캔하여 스캔시 발생하는 진동노이즈(제1신호)를 제어유닛(도 2의 210)에서 저장한다. 이후, 도 4b에 도시된 것 처럼, 자성밴드(B)를 형성하는 자성입자가 있는 부분을 다시 스캔하여 발생하는 진동 노이즈 및 검체상의 자성입자에서 발생하는 신호(제2신호)를 저장한다.

이후, 도 2의 제어처리부(220)를 통해서, 상기 제1신호 및 제2신호를 서로 차동(minus)하면 스캔시 발생하는 진동 노이즈에 해당하는 값이 제거되어 시료상에서 자정입자가 있는 신호부분(제3신호)만 남게 된다.이를 편의상 메이킹(making)작업이라 정의하며, 이렇게 되면 스캔시 발생하는 노이즈와 진동으로 인한 잡음신호가 제거되어 순수 검체상의 자성입자에서 나오는 신호가 측정되어 정확한 신호를 얻을 수 있게 된다.

이후, 연산처리부를 통해 신호처리를 수행하게 되면, 노이즈가 저감 및 제거된 정확한 신호가 신호표시부(도 2의 240)에서 디스플레이될 수 있게 된다.

도 5는 도 4a 및 도 4b에서 수행되는 신호처리부에서 나타나는 결과값을 도시한 것이다.

일반적으로, 검출신호의 저농도 자성입자를 검출한 신호파형은, 저농도 자성입자의 신호가 스캔시 발생하는 노이즈에 묻혀서 정확한 값이 검출되지 않는다. 즉, 어떤 값이 자성입자의 신호인지 구분하기 어려운 문제가 있다. 이는 신호에 대한 연산값 및 확실히 매칭된 분석을 위한 기준점 설정이 되지 않아 분석에 곤란성이 많아지게 된다.

도시된 (a)는 도 4b에서 수행한 것처럼, 자성입자가 있는 부분을 스캔한 결과이며, (b)는 도 4a에서 수행한 것처럼 자성입자가 없는 부분을 스캔할 결과이며, (c)는 상술한 (a)와 (b)를 차동하여 메이킹 작업을 시행한 결과 값을 도시한 것이다. 이 경우 저농도의 자성입자에 대하여 명백한 신호피크를 확인할 수 있음을 알 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 검출시스템에서의 신호처리부의 구성으로 인해, 검체(시료)의 정보를 읽기위해 모터를 이용하는 스캐너를 사용하는 방식에서 발생하는 검출의 부정확성을 제거하기 위하여, 시료의 스캔시 발생하는 노이즈와 진동으로 인한 신호의 잡음을 최소화할 수 있게 된다. 이는 시료의 특성에 따라 스캔의 속도가 달라지는 자기저항방식의 검출기기에서 다양한 적용이 가능하며, 자기저항센서 중 우수한 MR ratio 및 민감도를 가지는 거대자기저항센서를 사용하는 경우, 더욱 효과적으로 자성입자를 검출할 수 있으며, 검출시스테의 구동시에는 직류 전원전압만을 이용하기 때문에 저전력으로도 구동이 가능한바, 비용면에서도 유리한 장점이 구현된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 외부자기장인가장치
111: 제1인가유닛
112: 제2인가유닛
120: 검체고정유닛
121: 검체(시료)
130: 자기저항센서
140: 증폭부
200: 신호처리부
210: 제어유닛
220: 제어처리부
230: 연산처리부
240: 신호표시부

Claims

자성입자와 결합한 검체에 대한 자기신호를 자기저항(MR)센서로 감지하여 자기적 성분으로 분리하고 분석하는 검출기기;와
상기 검출기기에서 생성된 자기신호를 증폭하는 증폭부; 및
상기 증폭부를 통과한 검출신호를 자성입자의 존재영역 및 비존재영역의 신호를 차동하여 잡음신호를 제거하는 신호처리부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 검체를 구비한 검체고정유닛에서 자성입자가 없는 부분을 스캔하여 얻는 제1신호와 자성입자가 있는 부분에서의 스캔신호인 제2신호를 측정 저장하는 제어유닛;
상기 제어유닛에서 상기 제1호와 제2신호를 상호 차동(minus)하여 노이즈와 진동으로 인한 잡음신호가 제거된 제3신호를 형성하는 제어처리부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 제3신호를 디지털화하여 처리하는 연산처리부 및 디지털화된 신호를 표시하는 신호표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기기는,
상기 자기저항센서에 적어도 하나의 방향으로 외부자기장을 인가하는 외부자기장인가장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 외부자기장인가장치는,
상기 자기저항센서에 제1방향인 수평방향(Y축)으로 자기장을 인가시키는 제1인가유닛;
상기 자기저항센서에 제2방향인 수직방향(Z축)으로 자기장을 인가시키는 제2인가유닛;
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 검체를 구비한 검체고정유닛은,
항체를 포함하는 바이오물질이 고정된 측정 카트리지 또는 멤브레인인 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제1인가유닛은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크, 영구자석 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어져 고정적인 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제2인가유닛은, 자기장발생유닛이 솔레노이드 코일, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 전자석 요크 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수로 이루어져 가변적인 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 제2인가 유닛에 발생되는 자기장은 직류(DC)전류에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 자기저항센서는 거대자기저항(GMR)센서인 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출시스템.
자성입자에 외부자기장을 가하여 자기저항센서로 검체의 정량적 측정을 수행하는 검체의 신호 검출방법에 있어서,
검체가 포함된 시료에서 자성입자가 없는 부분을 스캔하여 제1신호를 저장하는 단계;
상기 시료의 자성입자가 있는 부분에서의 스캔신호인 제2신호를 측정 저장하는 단계;
상기 제1호와 제2신호를 상호 차동(minus)하여 노이즈와 진동으로 인한 잡음신호가 제거된 제3신호;를 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출방법.
청구항 11에 있어서,
상기 검체에 자기장을 인가하는 방식은,
상기 검체에 유도자기장을 상기 자기저항 센서의 수평방향(Y축)으로 인가하고, 검체의 이동을 측정위치에 고정시킨 상태에서 상기 자성입자를 자화시키는
직류자기장(DC magmetic field)을 상기 자기저항 센서의 수직방향(Z축)으로 인가하도록 구현되는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출방법.
청구항 12에 있어서,
상기 수평방향(Y축) 자기장의 범위 또는 자기저항센서(MR)가 반응가능한 범위는 2~30가우스(Gauss)로 형성하고,
상기 수직방향(Z축)에 인가되는 자기장은 1200 ~ 1800 가우스(Gauss)의 범위에서 형성하는 것을 특징으로 하는, 자기저항센서를 이용한 검체의 신호 검출방법.