KR101490108B1 - Biochip capable of monitoring hybridization reaction - Google Patents

Biochip capable of monitoring hybridization reaction Download PDF

Info

Publication number
KR101490108B1
KR101490108B1 KR20090000826A KR20090000826A KR101490108B1 KR 101490108 B1 KR101490108 B1 KR 101490108B1 KR 20090000826 A KR20090000826 A KR 20090000826A KR 20090000826 A KR20090000826 A KR 20090000826A KR 101490108 B1 KR101490108 B1 KR 101490108B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
probe region
probe
monitoring
biochip
transparent substrate
Prior art date
Application number
KR20090000826A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100081539A (en
Inventor
권영은
정선옥
이동호
허남
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR20090000826A priority Critical patent/KR101490108B1/en
Priority to US12/624,639 priority patent/US20100173798A1/en
Priority to JP2010000589A priority patent/JP5574713B2/en
Publication of KR20100081539A publication Critical patent/KR20100081539A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101490108B1 publication Critical patent/KR101490108B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/531—Production of immunochemical test materials
    • G01N33/532—Production of labelled immunochemicals
    • G01N33/533—Production of labelled immunochemicals with fluorescent label
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/52—Use of compounds or compositions for colorimetric, spectrophotometric or fluorometric investigation, e.g. use of reagent paper and including single- and multilayer analytical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"

Abstract

형광 검출을 통한 샘플 분석과 혼성화 반응에 대한 실시간 모니터링이 가능하도록 구성된 바이오칩이 개시된다. 개시된 바이오칩은 형광 검출법을 통해 샘플을 분석을 위한 제 1 프로브 영역과 SPR-검출법을 통해 혼성화 반응 모니터링을 위한 제 2 프로브 영역을 갖는다. 개시된 바이오칩에 따르면, SPR-검출법을 통해 혼성화 반응을 실시간 모니터링할 수 있고, 혼성화 반응 완료 후 형광 검출법을 통해 샘플의 정밀 검출이 가능하다. 따라서, 혼성화 반응을 모니터링하여 혼성화가 완료되는 즉시 반응을 종결시킬 수 있기 때문에, 혼성화에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.A biochip configured to enable sample analysis through fluorescence detection and real-time monitoring of a hybridization reaction is disclosed. The disclosed biochip has a first probe region for analyzing a sample through a fluorescence detection method and a second probe region for monitoring a hybridization reaction through an SPR-detection method. According to the disclosed biochip, the hybridization reaction can be monitored in real time through the SPR-detection method, and the fluorescence detection method can be used to precisely detect the sample after completion of the hybridization reaction. Therefore, the hybridization reaction can be monitored to terminate the reaction as soon as the hybridization is completed, so that the time required for hybridization can be minimized.

Description

혼성화 반응의 모니터링이 가능한 바이오칩 {Biochip capable of monitoring hybridization reaction}[0001] The present invention relates to a biochip capable of monitoring a hybridization reaction,

본 개시는 바이오칩에 관한 것으로, 형광 검출을 통한 샘플 분석과 혼성화 반응에 대한 실시간 모니터링이 가능하도록 구성된 바이오칩에 관한 것이다.The present disclosure relates to a biochip, and relates to a biochip configured to enable sample analysis through fluorescence detection and real-time monitoring of a hybridization reaction.

바이오칩은 생물의 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경 세포 등과 같은 생체 유기물을 조합하여 마치 반도체칩과 같이 작은 칩의 형태로 만든 생체 검사용 소자이다. 예를 들어, DNA 칩은 DNA 올리고머(oligomer)를 고체 기판 위에 마이크로 어레이의 형태로 고정화시켜, 이를 이용하여 다양한 DNA 기반 검사를 수행할 수 있게 한다. 이렇게 바이오칩의 기판 위에 미리 고정된 단백질이나 항체, DNA 올리고머 등을 프로브라고 부른다. 바이오칩에 샘플을 흘려주면, 특정 프로브에 대응하는 유전자나 단백질만이 해당하는 프로브에 결합되며, 결합이 되지 않은 나머지들은 후처리 과정에서 씻겨 나가게 된다. 따라서, 바이오칩 내의 어떤 프로브에 샘플이 결합되어 있는지를 검사하면 샘플의 생체 정보를 쉽게 알 수 있다. 특히, 최근 인간 유전자의 전체 염기서열에 관한 연구가 결실을 맺으면서, DNA 칩을 이용한 유전자의 기능에 관한 연구, 유전자 발현 양상들의 연구, 선천성 질병에 관한 이해와 치료 방법의 개발, 신약개발 등에 대한 관심이 급증하고 있다.A biochip is a biomedical device formed by combining bio-organic materials such as enzymes, proteins, antibodies, DNA, microorganisms, animal and plant cells, organs, and nerve cells, into a chip like a semiconductor chip. For example, a DNA chip allows DNA oligomers to be immobilized on a solid substrate in the form of microarrays, which can be used to perform a variety of DNA-based assays. Proteins, antibodies, DNA oligomers, etc. immobilized on the substrate of the biochip are called probes. When the sample is flowed into the biochip, only the gene or protein corresponding to the specific probe is bound to the corresponding probe, and the unbound residue is washed out in the post-treatment process. Therefore, it is easy to know the biometric information of the sample by inspecting which probe in the biochip is bound to the sample. In particular, recent studies on the entire nucleotide sequence of human genes have resulted in research on the function of genes using DNA chips, study of gene expression patterns, understanding of congenital diseases, development of therapeutic methods, Interest is growing rapidly.

이러한 바이오칩을 이용한 검사는 여러 가지 장점을 제공한다. 예를 들어, 작은 크기의 기판 위에 수백만 개 이상의 프로브가 집적되어 있기 때문에, 극소량의 샘플로도 매우 다양한 검사가 가능하다. 또한, 수백만 개의 반응이 하나의 챔버 내에서 동일한 조건 하에서 진행되기 때문에, 각 프로브로부터 얻어진 데이터의 직접적인 비교가 가능하며 검사 결과에 대한 정량적인 분석이 가능하다. 또한, 공정의 자동화가 가능하다는 장점도 있다.This biochip-based inspection offers several advantages. For example, because there are millions of probes integrated on a small-sized substrate, a very wide variety of samples can be tested with very small amounts of sample. In addition, since millions of reactions proceed in one chamber under the same conditions, direct comparison of the data obtained from each probe is possible and quantitative analysis of the test results is possible. It also has the advantage of automating the process.

한편, 바이오칩 내의 어떤 프로브에 샘플이 결합되어 있는지를 확인하는 방법으로서 다양한 기술들이 제안되었는데, 그 중 대표적인 것은 형광 검출법이다. 형광 검출법의 경우, 여기광에 의해 여기되어 특정 색을 방출하는 형광 성질을 띤 형광 물질을 샘플에 미리 결합시킨다. 이렇게 조작된 샘플을 바이오칩에 흘려준 다음, 바이오칩에 여기광을 조명하여 얻은 형광 이미지를 분석함으로써, 샘플이 어떠한 프로브에 결합되어 있는지를 쉽게 확인할 수 있다. 이러한 형광 검출법은 매우 정밀한 검출이 가능하여 고밀도 바이오칩의 분석에 사용하기에 적합하다.On the other hand, various techniques have been proposed as a method of confirming whether a sample is coupled to a probe in a biochip, and a typical example thereof is a fluorescence detection method. In the case of the fluorescence detection method, a fluorescent substance which is excited by the excitation light and emits a specific color is bound in advance to the sample. By analyzing the fluorescence image obtained by illuminating the excitation light on the biochip after flowing the manipulated sample to the biochip, it is easy to confirm which probe the sample is bound to. This fluorescence detection method is suitable for use in high-density biochip analysis because of its extremely precise detection.

그러나 형광 검출법은, 반응에 참여하지 않은 샘플이 존재하는 경우에는, 남아 있는 샘플에 결합된 형광 물질로 인하여 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 이유로 반응이 완료된 후 샘플이 결합된 바이오칩을 세척하는 등의 후처리를 수행할 필요가 있다. 이로 인해, 형광 검출법에 따르면, 바이오칩의 프로브들을 샘플에 결합시키는 혼성화 반응에 대한 실시간 모니터링에 많은 제약이 있다. 따라서, 형광 검출법을 사용하는 혼성화 분석에 있어서, 혼성화 과정에 대한 여러 가지 조건들을 제어하여 혼성화 반응을 최적화하기가 어렵고, 혼성화 반응이 완료되었지 여부를 쉽게 알 수 없다.However, the fluorescence detection method is disadvantageous in that, when a sample not participating in the reaction is present, accurate analysis is difficult due to the fluorescent material bound to the remaining sample. For this reason, it is necessary to perform a post-treatment such as washing the biochip to which the sample is bound after the reaction is completed. Therefore, according to the fluorescence detection method, there are many restrictions on real-time monitoring of the hybridization reaction that binds the probes of the biochip to the sample. Therefore, in the hybridization analysis using the fluorescence detection method, it is difficult to optimize the hybridization reaction by controlling various conditions for the hybridization process, and it is difficult to know whether or not the hybridization reaction has been completed.

본 개시는 형광 검출을 통한 샘플 분석과 혼성화 반응에 대한 실시간 모니터링이 가능하도록 구성된 바이오칩을 제공한다.The present disclosure provides a biochip configured to enable sample analysis through fluorescence detection and real-time monitoring of a hybridization reaction.

한 유형에 따른 바이오칩은, 투명 기판; 상기 투명 기판 위에 형성된 것으로, 형광 검출법에 따라 샘플 분석에 사용되는 분석용 프로브를 갖는 제 1 프로브 영역과 SPR-검출법에 따라 혼성화 반응의 모니터링에 사용되는 모니터링용 프로브를 갖는 제 2 프로브 영역; 및 상기 제 2 프로브 영역과 상기 투명 기판 사이에 개재된 금속 박막를 포함할 수 있다.One type of biochip is a transparent substrate; A second probe region formed on the transparent substrate and having a first probe region having an analysis probe used for sample analysis according to the fluorescence detection method and a monitoring probe used for monitoring the hybridization reaction according to the SPR-detection method; And a metal thin film interposed between the second probe region and the transparent substrate.

상기 바이오칩은 상기 제 2 프로브 영역과 상기 금속 박막 사이에 개재된 투명 유전체층을 더 포함할 수 있다.The bio-chip may further include a transparent dielectric layer interposed between the second probe region and the metal thin film.

예컨대, 상기 투명 유전체층은 이산화규소, 다이아몬드 및 글래시카본 중에서 어느 하나의 재료로 이루어질 수 있다.For example, the transparent dielectric layer may be made of any one of silicon dioxide, diamond, and glaucic acid.

또한, 상기 투명 유전체층의 두께는, 예컨대 1Å 내지 1㎛일 수 있다.The thickness of the transparent dielectric layer may be, for example, 1 A to 1 占 퐉.

일 실시예에 따르면, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 제 1 프로브 영역 내에 위치하도록 배치될 수 있다.According to one embodiment, the second probe region may be arranged to be located in the first probe region.

다른 실시예에서, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 제 1 프로브 영역 외부의 투명 기판 위에 배치될 수도 있다.In another embodiment, the second probe region may be disposed on a transparent substrate outside the first probe region.

상기 바이오칩에서 상기 투명 기판의 표면 위에 광식각 공정에서 사용되는 마스크의 정렬을 위한 정렬 마크가 배치될 수 있는데, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 정렬 마크 위에 형성될 수 있다.An alignment mark for alignment of a mask used in an optical type etching process may be disposed on the surface of the transparent substrate in the bio-chip, and the second probe region may be formed on the alignment mark.

상기 제 2 프로브 영역은 상기 투명 기판 위에 돌출되어 배치될 수 있다.The second probe region may be disposed so as to protrude from the transparent substrate.

또는, 상기 투명 기판의 표면에 홈이 형성되어 있으며, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 투명 기판의 표면에 형성된 홈내에 형성될 수 있다.Alternatively, a groove may be formed on a surface of the transparent substrate, and the second probe region may be formed in a groove formed on a surface of the transparent substrate.

이때, 상기 투명 기판의 표면과 상기 제 2 프로브 영역의 표면이 동일한 높이가 되도록 형성되거나, 또는 상기 제 2 프로브 영역이 투명 기판의 표면 안쪽으로 형성될 수 있다.At this time, the surface of the transparent substrate and the surface of the second probe region may have the same height, or the second probe region may be formed inside the surface of the transparent substrate.

예컨대, 상기 제 2 프로브 영역의 크기는 적어도 1㎛×1㎛일 수 있다.For example, the size of the second probe region may be at least 1 탆 1 탆.

일 실시예에 따르면, 상기 투명 기판 위에 복수의 제 2 프로브 영역이 배치될 수 있다.According to one embodiment, a plurality of second probe regions may be disposed on the transparent substrate.

상기 제 1 프로브 영역은 분석용 프로브로서 DNA 올리고머를 가질 수 있다.The first probe region may have a DNA oligomer as an analyzing probe.

상기 제 2 프로브 영역의 모니터링용 프로브는 상기 제 1 프로브 영역의 분석용 프로브를 대표하도록 상기 제 1 프로브 영역의 분석용 프로브들로부터 선택된 것이거나, 또는 상기 제 1 프로브 영역의 평균적인 분석용 프로브를 대표하도록 조작된 것일 수 있다.Wherein the monitoring probe of the second probe region is selected from the analysis probes of the first probe region to represent the analysis probe of the first probe region or the average probe of the first probe region It may be manipulated to represent.

이때, 상기 제 2 프로브 영역 상의 모니터링용 프로브들에 결합되는 샘플이 제 1 프로브 영역 상의 분석용 프로브들에 결합되는 샘플과 동일한 종류일 수 있 다.At this time, the sample coupled to the monitoring probes on the second probe region may be the same kind as the sample to be coupled to the analysis probes on the first probe region.

또는, 상기 제 2 프로브 영역 상의 모니터링용 프로브들에 결합되는 샘플이 제 1 프로브 영역 상의 분석용 프로브들에 결합되는 샘플과 상이한 종류일 수 있다.Alternatively, the sample coupled to the monitoring probes on the second probe region may be of a different type than the sample to be coupled to the analysis probes on the first probe region.

상기 제 2 프로브 영역의 모니터링용 프로브들은 바이오칩의 제작 직전에 분석용 프로브들과 함께 바이오칩에 동시에 도입되어 고정될 수 있다.The probes for monitoring the second probe region may be simultaneously introduced into the biochip together with the probes for analysis immediately before fabrication of the biochip.

또는, 상기 제 2 프로브 영역의 모니터링용 프로브들은 혼성화 반응 진행시에 바이오칩에 도입되어, 자기조립법의 원리에 따라 상기 금속 박막의 표면에 스스로 결합되도록 형성될 수도 있다.Alternatively, the monitoring probes of the second probe region may be introduced into the biochip at the time of the hybridization reaction, and may be formed to be self-bonded to the surface of the metal thin film according to the principle of the self-assembly method.

개시된 바이오칩에 따르면, 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance; SPR) 검출법을 통해 혼성화 반응을 실시간 모니터링할 수 있고, 혼성화 반응 완료 후 형광 검출법을 통해 샘플의 정밀 검출이 가능하다. 따라서, 혼성화 반응을 모니터링하여 혼성화가 완료되는 즉시 반응을 종결시킬 수 있기 때문에, 혼성화에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다. 또한, 혼성화 반응의 진행 정도를 실시간으로 정량적으로 모니터링할 수 있기 때문에, 혼성화 반응을 원하는 수준까지만 진행시키는 것이 가능하고, 여러 가지 조건을 변화시켜 혼성화 반응을 최적화하는 것도 가능하다.According to the disclosed biochip, the hybridization reaction can be monitored in real time through the surface plasmon resonance (SPR) detection method, and the fluorescence detection method can be used to precisely detect the sample after completion of the hybridization reaction. Therefore, the hybridization reaction can be monitored to terminate the reaction as soon as the hybridization is completed, so that the time required for hybridization can be minimized. In addition, since the progress of the hybridization reaction can be monitored quantitatively in real time, it is possible to advance the hybridization reaction to a desired level, and it is also possible to optimize the hybridization reaction by changing various conditions.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩에 대 해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a biochip according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예에 따른 바이오칩은 형광 검출법에 따라 샘플을 분석하기 위한 영역과 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance; SPR)을 이용한 검출법(이하, SPR-검출법)에 따라 혼성화 반응을 모니터링하기 위한 영역을 동시에 갖도록 형성된다. SPR-검출법은 일반적으로 실시간 모니터링에는 유용하지만, 형광 검출법에 비하여 감도가 낮고 비교적 넓은 센싱 면적(sensing area)을 필요로 한다. 이러한 이유로 DNA 칩의 분석과 같은 극미량의 샘플 분석을 위한 용도로는 SPR-검출법이 널리 사용되지 않고 있다. 본 실시예에서는, 정밀한 샘플 분석에는 형광 검출법을 적용하고 혼성화 반응 모니터링에는 SPR-검출법을 적용하도록 바이오칩이 구성된다. 그러면, 형광 검출법의 장점을 유지하면서 실시간으로 혼성화 반응을 모니터링하는 것이 가능하게 된다.The biochip according to the present embodiment may be configured to have a region for monitoring a hybridization reaction according to a region for analyzing a sample according to a fluorescence detection method and a detection method using a surface plasmon resonance (SPR) . SPR-detection is generally useful for real-time monitoring, but it requires less sensitivity and a relatively large sensing area compared to fluorescence detection. For this reason, SPR-detection is not widely used for the analysis of trace amounts of samples, such as analysis of DNA chips. In this embodiment, the biochip is configured to apply fluorescence detection to precise sample analysis and SPR-detection to hybridization reaction monitoring. Then, it becomes possible to monitor the hybridization reaction in real time while maintaining the advantages of the fluorescence detection method.

도 1은 이러한 형광 검출법과 SPR-검출법이 모두 수행될 수 있도록 하기 위한 바이오칩(10)의 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 바이오칩(10)은 투명 기판(11)을 가지며, 투명 기판(11) 위에는 제 1 프로브 영역(15)과 제 2 프로브 영역(16)이 각각 형성되어 있다. 예컨대, 제 1 프로브 영역(15)은 샘플 분석에 사용되는 분석용 프로브(analytical probe)를 갖는 영역일 수 있다. 그리고, 제 1 프로브 영역(15) 내의 상대적으로 작은 제 2 프로브 영역(16)은 혼성화 반응의 모니터링에 사용되는 모니터링용 프로브를 갖는 영역일 수 있다. 따라서, 제 1 프로브 영역(15)은 형광 검출법에 따라 분석되며, 제 2 프로브 영역(16)은 SPR-검출법에 따라 모니터링된다.FIG. 1 exemplarily shows the structure of the biochip 10 so that both the fluorescence detection method and the SPR-detection method can be performed. Referring to FIG. 1, the biochip 10 has a transparent substrate 11, and a first probe region 15 and a second probe region 16 are formed on the transparent substrate 11. For example, the first probe region 15 may be an area having an analytical probe used for sample analysis. The relatively small second probe region 16 in the first probe region 15 may be a region having a monitoring probe used for monitoring the hybridization reaction. Thus, the first probe region 15 is analyzed according to the fluorescence detection method, and the second probe region 16 is monitored according to the SPR-detection method.

도 2a 및 도 2b는 이러한 제 2 프로브 영역(16)에 대한 단면을 도시하고 있다. 도 2a를 참조하면, 투명 기판(11) 위에 금속 박막(12)이 형성되어 있으며, 그 위에 모니터링용 프로브(14)가 배치된다. 금속 박막(12)은 전자들의 집단적인 진동에 의해 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위하여 제공된다. 금속 박막(12)으로는, 예컨대, 금(gold)과 같은 재료를 사용할 수 있다. 모니터링용 프로브(14)는 그 재료에 따라 금속 박막(12) 위에 직접 형성되기 어려울 수도 있다. 이 경우에는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 금속 박막(12)과 모니터링용 프로브(14) 사이에 투명한 유전체층(17)을 더 개재시킬 수도 있다. 투명 유전체층(17)으로서, 예컨대, 이산화규소(SiO2), 다이아몬드, 글래시카본(glassy carbon) 등을 사용할 수 있다. 여기서, 투명 유전체층(17)의 두께는, SPR-검출에 영향을 주지 않도록 가능한 얇은 것이 좋다. 예컨대, 투명 유전체층(17)의 두께는 약 1㎛ 또는 그 이하(예컨대, 1Å)일 수 있다.FIGS. 2A and 2B show cross sections of the second probe region 16. Referring to FIG. 2A, a metal thin film 12 is formed on a transparent substrate 11, and a monitoring probe 14 is disposed thereon. The metal foil 12 is provided to cause surface plasmon resonance by collective oscillation of electrons. As the metal thin film 12, for example, a material such as gold may be used. The monitoring probe 14 may be difficult to be formed directly on the metal foil 12 depending on the material thereof. In this case, as shown in Fig. 2B, a transparent dielectric layer 17 may be further interposed between the metal foil 12 and the monitoring probe 14. Fig. As the transparent dielectric layer 17, for example, silicon dioxide (SiO 2 ), diamond, glassy carbon, or the like can be used. Here, the thickness of the transparent dielectric layer 17 should be as thin as possible so as not to affect the SPR-detection. For example, the thickness of the transparent dielectric layer 17 may be about 1 탆 or less (e.g., 1 Å).

도 3a 내지 도 3c는 본 실시예에 따른 바이오칩(10)에서 투명 기판(11)과 제 2 프로브 영역(16)의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 2 프로브 영역(16)은 투명 기판(11)의 표면 위에 돌출하여 배치될 수 있다. 또한, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 투명 기판(11)의 표면에 홈을 형성하고 그 홈 내에 제 2 프로브 영역(16)이 배치될 수도 있다. 이때, 도 3b에 도시된 바와 같이, 투명 기판(11)의 표면과 제 2 프로브 영역(16)의 표면이 동일한 높이가 되도록 형성될 수도 있으며, 또는 도 3c에 도시된 바와 같이, 제 2 프로브 영 역(16)이 투명 기판(11)의 표면 안쪽으로 배치될 수도 있다. 이러한 배치는 설계에 따라 자유롭게 선택될 수 있다.3A to 3C are cross-sectional views schematically showing structures of the transparent substrate 11 and the second probe region 16 in the biochip 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3A, the second probe region 16 may be disposed on the surface of the transparent substrate 11 in a protruding manner. 3B and 3C, a groove may be formed on the surface of the transparent substrate 11 and a second probe region 16 may be disposed in the groove. 3B, the surface of the transparent substrate 11 and the surface of the second probe region 16 may be formed to have the same height. Alternatively, as shown in FIG. 3C, The station 16 may be disposed inside the surface of the transparent substrate 11. This arrangement can be freely selected according to the design.

본 실시예에 따르면, 제 2 프로브 영역(16)은 SPR-검출법에 따라 센싱이 가능하도록, 적어도 약 1㎛×1㎛(예컨대 1mm×3mm) 정도 또는 그 이상의 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 제 2 프로브 영역(16)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 프로브 영역(15) 내에 위치할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에 따라서는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 프로브 영역(15) 외부에 제 2 프로브 영역(16)이 배치되는 것도 역시 가능하다. 바이오칩의 제작 과정에서 포토리소그래피 공정을 사용하는 경우, 바이오칩(10)의 투명 기판(11)의 표면에는, 마스크의 정렬을 위하여 금속으로 된 정렬 마크가 배치되는데, 이러한 정렬 마크를 제 2 프로브 영역(16)의 금속 박막(12)으로서 사용할 수도 있다. 또는, 제 2 프로브 영역(16)을 바이오칩(10)을 위한 정렬 마크로서 사용할 수도 있다. 이를 위해, 제 2 프로브 영역(16)은 다양한 형태의 패턴으로 형성되는 것도 가능하다.According to the present embodiment, the second probe region 16 may have a size of at least about 1 탆 x 1 탆 (e.g., 1 mm x 3 mm) or more so as to enable sensing according to the SPR-detection method. For example, the second probe region 16 may be located in the first probe region 15, as shown in Fig. However, according to another embodiment, it is also possible that the second probe region 16 is disposed outside the first probe region 15 as shown in FIGS. 4A and 4B. When a photolithography process is used in the fabrication process of the biochip, an alignment mark made of a metal is arranged on the surface of the transparent substrate 11 of the biochip 10 for alignment of the mask. 16 may be used as the metal thin film 12. Alternatively, the second probe region 16 may be used as an alignment mark for the biochip 10. For this purpose, the second probe region 16 may be formed in various patterns.

앞서 설명한 바와 같이, 제 1 프로브 영역(15) 상의 분석용 프로브들은 형광 검출법에 따라 샘플을 분석하기 위한 일반적인 프로브들일 수 있다. 예를 들어, 바이오칩(10)이 DNA 칩인 경우, 분석용 프로브들은 DNA 올리고머(oligomer)일 수 있으며, 샘플은 인간으로부터 채취한 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)일 수 있다. 한편, 제 2 프로브 영역(16)의 모니터링용 프로브들은 제 1 프로브 영역(15) 상의 DNA 올리고머들을 대표하도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 제 1 프로브 영역(15)에는 분석의 정확도를 높이기 위하여 동일한 염기서열을 갖는 다수의 DNA 올 리고머들이 집합을 이루고 있으며, 상이한 염기서열을 갖는 많은 수의 집합들이 어레이를 이루고 있다. 제 2 프로브 영역(16)에는 예를 들어 이러한 집합들로부터 각각 하나씩 선택된 DNA 올리고머들이 배치될 수 있다. 또는 그 대신에, 제 1 프로브 영역(15) 상의 평균적인 DNA 올리고머들을 대표하도록 특수하게 염기서열이 조작된 DNA 올리고머들을 모니터링용 프로브로서 사용할 수도 있다. 또한, 도 1에는 다수의 제 2 프로브 영역(16)이 도시되어 있는데, 각각의 제 2 프로브 영역(16)이 모두 동일한 것일 수도 있으며, 또는 각각의 제 2 프로브 영역(16)마다 상이한 모니터링용 프로브들이 배치될 수도 있다.As described above, the analytical probes on the first probe region 15 may be general probes for analyzing samples according to the fluorescence detection method. For example, when the biochip 10 is a DNA chip, the probes for analysis may be DNA oligomers, and the sample may be an oligonucleotide collected from a human. On the other hand, the monitoring probes of the second probe region 16 may be selected to represent the DNA oligomers on the first probe region 15. Generally, in the first probe region 15, a plurality of DNA oligomers having the same base sequence are assembled to increase the accuracy of analysis, and a large number of sets having different base sequences form an array. In the second probe region 16, for example, DNA oligomers selected one from each of these sets can be arranged. Alternatively, DNA oligomers that have been specifically sequenced to represent the average DNA oligomers on the first probe region 15 may be used as monitoring probes. Also shown in FIG. 1 is a plurality of second probe regions 16, wherein each second probe region 16 may be the same, or a different monitoring probe 16 may be provided for each second probe region 16, May be disposed.

또한, 제 2 프로브 영역(16) 상의 모니터링용 프로브들에 결합되는 샘플이 제 1 프로브 영역(15) 상의 분석용 프로브들에 결합되는 샘플과 다를 수도 있다. 예를 들어, 제 1 프로브 영역(15) 상의 분석용 프로브들은 인간으로부터 채취한 샘플과 결합하는 DNA 올리고머인 반면, 제 2 프로브 영역(16) 상의 모니터링용 프로브들은 SPR-검출을 위해 제공된 별도의 모니터링용 샘플에만 결합하는 올리고머일 수도 있다.In addition, the sample coupled to the monitoring probes on the second probe region 16 may be different from the sample coupled to the analyzing probes on the first probe region 15. For example, the analytical probes on the first probe region 15 are DNA oligomers that combine with samples taken from humans, while the monitoring probes on the second probe region 16 are separate monitors (provided for SPR-detection) Lt; RTI ID = 0.0 > oligomer. ≪ / RTI >

이러한 제 2 프로브 영역(16)의 모니터링용 프로브들은 바이오칩(10)의 제작 직전에 분석용 프로브들과 함께 바이오칩(10)에 동시에 도입되어 고정될 수다. 그러나, 혼성화 반응 진행시에 모니터링용 프로브들이 바이오칩(10)에 도입되는 것도 가능하다. 이는 자기조립법(self-assembled monolayer, SAM)의 원리를 이용하는 것이다. 예를 들어, 금속 박막(12)이 금으로 이루어진 경우에, 티올(thiol)과 같은 리간드는 스스로 금의 표면에 결합될 수 있다. 따라서, 모니터링용 프로브의 끝에 티올과 같은 리간드를 결합하여 바이오칩(10)에 제공하면, 모니터링용 프로브들이 자기조립법의 원리에 따라 제 2 프로브 영역(16)에 스스로 결합될 수 있다. 자기조립법의 원리에 따라 결합될 수 있는 금속의 종류와 리간드의 종류는 다양하게 공지되어 있으므로, 이에 대한 더 상세한 설명은 생략한다.The monitoring probes of the second probe region 16 may be simultaneously introduced into the biochip 10 together with the probes for analysis immediately before the biochip 10 is fabricated. However, it is also possible that the probes for monitoring are introduced into the biochip 10 during the hybridization reaction. This is based on the principle of self-assembled monolayer (SAM). For example, when the metal foil 12 is made of gold, the ligand, such as thiol, Can be bonded to the surface of gold. Accordingly, when a ligand such as thiol is bonded to the end of the monitoring probe and provided to the biochip 10, the monitoring probes can be self-assembled to the second probe region 16 according to the principle of the self-assembly method. The types of metals and the types of ligands that can be combined according to the principle of the self-assembly method are variously known, and a detailed description thereof will be omitted.

도 5는 SPR-검출법의 원리를 설명하는 단면도이다. 도 5를 참조하여, SPR-검출법에 따라 제 2 프로브 영역(16)에서의 혼성화 반응이 모니터링되는 원리를 설명한다.5 is a cross-sectional view illustrating the principle of the SPR-detection method. Referring to FIG. 5, the principle of monitoring the hybridization reaction in the second probe region 16 according to the SPR-detection method will be described.

먼저, 표면 플라즈몬이란 금속 박막과 유전체의 경계 면을 따라 진행하는 표면 전자기파의 일종이다. 표면 플라즈몬 공명 현상은 금속 박막 표면에서 일어나는 전자들의 집단적인 진동에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다. 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 광학적인 방법으로는, 굴절률이 서로 다른 두 개의 매질의 경계면에 금속 박막을 적층하고, 상기 경계면에 전반사각 보다 큰 각으로 빛을 입사시키는 방법이 있다. 이 경우, 전반사가 일어나면서 두 매질의 경계면에서 굴절률이 낮은 매질 쪽으로 매우 짧은 유효거리를 갖는 소멸파(evanescent wave)가 발생한다. 이때, 금속 박막의 두께는 이러한 소산파의 유효거리 보다 작아야 한다. 예컨대, 금속 박막의 두께는 약 50nm 이하인 것이 좋다.First, surface plasmon is a type of surface electromagnetic wave propagating along the interface between a metal thin film and a dielectric. Surface plasmon resonance is known to be caused by the collective oscillation of electrons on the surface of metal thin films. As an optical method for generating surface plasmon resonance, there is a method of laminating a metal thin film on the interface between two media having different refractive indexes, and irradiating light at an angle larger than the total reflection angle at the interface. In this case, as the total reflection occurs, an evanescent wave having a very short effective distance toward the medium having a low refractive index is generated at the interface between the two media. At this time, the thickness of the metal thin film should be smaller than the effective distance of such dissipated wave. For example, the thickness of the metal thin film is preferably about 50 nm or less.

도 5를 참조하면, 바이오칩(10)의 투명 기판(11)의 상부면에서 제 2 프로브 영역(16) 내에는 금속 박막(12)이 증착되어 있다. 그리고, 투명 기판(11)의 하부에는 프리즘(20)이 배치된다. 도 5에는 편의상 제 2 프로브 영역(16)에만 대응하도록 프리즘(20)이 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 실제로는 바이오칩(10)의 투 명 기판(11)의 전체 영역에 대해 하나의 프리즘(20)만이 배치될 수 있다. 금속 박막(12) 위로는 샘플 용액(13)이 흐르는 것으로 도시되어 있다. 이러한 구성에서, 프리즘(20)의 광입사면(20a)을 통해 바이오칩(10)에 광을 조사하면, 투명 기판(11)과 금속 박막(12) 사이의 계면에서 전반사가 일어난다. 전반사된 광은 프리즘(20)의 광출사면(20b)을 통해 출사되며, 상기 광출사면(20b)에 대향하여 배치된 광검출기(25)로 진행한다. 이때, 표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상에 의해 금속 박막(12)의 상부에 있는 물질의 굴절률에 따라 특정한 입사 각도에서 광흡수가 일어난다. 이를 표면 플라즈몬이 여기되었다고 한다.5, a metal thin film 12 is deposited on the upper surface of the transparent substrate 11 of the bio-chip 10 in the second probe region 16. In FIG. A prism 20 is disposed under the transparent substrate 11. 5 shows that the prism 20 is arranged to correspond to only the second probe region 16 for convenience. However, in reality, only one prism 20 can be arranged for the entire region of the transparent substrate 11 of the biochip 10. [ The sample solution 13 is shown as flowing above the metal foil 12. In this configuration, when light is irradiated to the biochip 10 through the light incident surface 20a of the prism 20, total reflection occurs at the interface between the transparent substrate 11 and the metal thin film 12. [ The totally-reflected light exits through the light exit surface 20b of the prism 20 and proceeds to the photodetector 25 disposed opposite to the light exit surface 20b. At this time, light absorption occurs at a specific incident angle according to the refractive index of the material on the metal thin film 12 due to the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon. It is said that surface plasmons are excited.

도 6a 내지 도 6c는 이러한 SPR 현상에 의해 발생하는 입사 각도에 따른 흡광도 그래프를 보이고 있다. 예를 들어, 도 6a는 금속 박막(12) 위에 모니터링용 프로브(14)가 도입되기 전의 상태에 대한 SPR 현상에 의한 흡수 각도를 보여주며, 도 6b는 금속 박막(12) 위에 모니터링용 프로브(14)가 도입된 후의 상태를 나타내고, 도 6c는 모니터링용 프로브(14)에 타깃 샘플(18)이 결합된 후의 상태를 보여준다. 도 6a의 상부에 도시된 바와 같이, 금속 박막(12) 위에 모니터링용 프로브(14)가 도입되지 않고 샘플 용액(13)만이 흐르는 상태에서는, 도 6a의 하부에 있는 그래프와 같이 각도 θ1에서 SPR 현상에 의한 광흡수가 일어난다. 여기서, 도 6a의 그래프의 가로축은 각도를 나타내며, 세로축은 반사율을 나타낸다. 한편, 도 6b의 상부에 도시된 바와 같이, 금속 박막(12) 위에 모니터링용 프로브(14)가 도입되면 굴절률의 증가로 인하여, 도 6b의 하부에 있는 그래프와 같이 광흡수 각도가 θ2로 시 프트된다. 그리고, 도 6c의 상부에 도시된 바와 같이, 모니터링용 프로브(14)에 타깃 샘플(18)이 결합되면 굴절률이 더욱 증가하여, 도 6c의 하부에 있는 그래프와 같이 광흡수 각도가 θ3로 더 시프트된다. 일반적으로, 모니터링용 프로브(14)에 타깃 샘플(18)이 결합될 때, 굴절률의 변화량은 결합된 타깃 샘플(18)의 양에 비례한다. 따라서, 상술한 광흡수 각도의 시프트 정도를 관찰하면 바이오칩(10) 상에서 혼성화 반응이 어느 정도 진행되었는지를 쉽게 알 수 있으며, 혼성화 반응의 진행 정도가 정량화될 수 있다.FIGS. 6A to 6C show absorbance graphs according to incidence angles generated by the SPR phenomenon. For example, FIG. 6A shows the absorption angle due to the SPR phenomenon before the monitoring probe 14 is introduced onto the metal thin film 12, and FIG. 6B shows the absorption angle by the monitoring probe 14 FIG. 6C shows a state after the target sample 18 is bonded to the monitoring probe 14. FIG. FIG SPR in, the angle θ 1 as shown in the graph in the lower portion of Figure 6a in a state flows, the metal thin film 12, only a sample solution (13) without introducing the probe (14) on the monitor, as shown in the upper of Figure 6a Light absorption occurs due to development. Here, the horizontal axis of the graph of FIG. 6A represents the angle, and the vertical axis represents the reflectance. On the other hand, when in a due to an increase in the refractive index, light absorption angle as shown in the graph at the bottom of Figure 6b θ 2 when the metal thin film 12 has a probe 14 for monitoring the introduction above, as shown in the upper part of Figure 6b . Then, when the, target sample 18 is coupled to for the monitoring probe 14, as shown at the upper portion of Figure 6c and the refractive index is further increased, the more as the light absorbing angle θ 3 as shown in the graph in the lower portion of Figure 6c Shifted. Generally, when the target sample 18 is coupled to the monitoring probe 14, the amount of change in the refractive index is proportional to the amount of the combined target sample 18. Therefore, by observing the degree of shift of the light absorption angle, it can be easily known how far the hybridization reaction has progressed on the biochip 10, and the progress of the hybridization reaction can be quantified.

도 7은 도 6a 내지 도 6c에 도시된 흡광도 그래프를 비교하여 도시하고 있다. 도 7에서 그래프 A는 금속 박막(12) 위에 모니터링용 프로브(14)가 도입되기 전의 상태에 대한 SPR 현상에 의한 흡광도를 보여주며, 그래프 B는 금속 박막(12) 위에 모니터링용 프로브(14)가 도입된 후의 상태이고, 그래프 C는 모니터링용 프로브(14)에 타깃 샘플(18)이 결합된 후의 상태이다. 도 7의 그래프에 도시된 바와 같이, 금속 박막(12) 위에서의 굴절률이 증가하게 될수록 그래프가 오른쪽으로 시프트된다. 따라서, 프리즘(20)을 통해 금속 박막(12)에 입사하는 광의 입사각을 변화시키면서 흡광도가 가장 높은(즉, 반사도가 가장 낮은) 각도(θ1~θ3)를 관찰하면, 혼성화 반응의 진행 정도를 실시간으로 알 수 있다. 또한 다른 측면에서 볼 때, 금속 박막(12) 위에서의 굴절률이 증가하게 될수록 특정 각도(θ)에서의 반사도가 R1으로부터 R3로 변화한다. 따라서, 프리즘(20)을 통해 금속 박막(12)에 입사하는 광의 입사각을 고정시킨 상태에서 반사도를 관찰함으로써(즉, 광검출기(25)에 입사하 는 반사광의 세기를 측정함으로써) 혼성화 반응의 진행 정도를 실시간으로 알 수 있다. 이러한 방식으로, 모니터링용 프로브(14)에 결합되는 타깃 샘플(18)의 양을 실시간으로 정량적으로 분석할 수 있다.Fig. 7 shows a comparison of the absorbance graphs shown in Figs. 6A to 6C. 7 shows the absorbance by the SPR phenomenon before the monitoring probe 14 is introduced onto the metal thin film 12 and the graph B shows the absorbance of the monitoring probe 14 on the metal thin film 12 And the graph C shows a state after the target sample 18 is bonded to the monitoring probe 14. As shown in the graph of FIG. 7, as the refractive index on the metal foil 12 increases, the graph shifts to the right. Therefore, observing the angles (? 1 to? 3 ) with the highest absorbance (that is, the lowest reflectivity) while changing the incident angle of light incident on the metal thin film 12 through the prism 20, the progress of the hybridization reaction In real time. In other respects, as the refractive index on the metal foil 12 increases, the reflectivity at a specific angle? Changes from R 1 to R 3 . Therefore, by observing the reflectance (that is, by measuring the intensity of the reflected light incident on the photodetector 25) while fixing the incident angle of the light incident on the metal thin film 12 through the prism 20, Can be known in real time. In this way, the amount of the target sample 18 coupled to the monitoring probe 14 can be quantitatively analyzed in real time.

도 8은 본 실시예에 따른 바이오칩(10) 상의 혼성화 반응을 상술한 원리에 따라 모니터링하기 위한 예를 개략적으로 도시하고 있다. 도 8을 참조하면, 바이오칩(10)의 하부에 SPR-검출법을 위한 프리즘(20)이 배치된다. 그리고, 프로브가 결합된 바이오칩(10)의 상부에는 혼성화 반응이 진행되는 챔버(30)가 결합된다. 챔버(30)에는 샘플이 공급되는 유입구(31)와 샘플이 배출되는 배출구(32)가 각각 형성되어 있다. 이때, 샘플의 유출을 방지하기 위하여 챔버(30)는 바이오칩(10)의 상부에 밀착되어 있다. 또는, 챔버(30)의 내부에 바이오칩(10)을 장착할 수도 있다. 이 경우, 챔버(30)의 하부에는 광이 드나들 수 있도록 투명한 윈도우(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 이러한 구조에서 유입구(31)를 통해 챔버(30) 내부로 샘플이 공급되면, 바이오칩(10) 상의 대응하는 프로브에 샘플이 결합하는 혼성화 반응이 일어난다. 만약, 혼성화 반응시에 모니터링용 프로브들이 바이오칩(10)에 도입되는 경우에는, 챔버(30)에 샘플을 공급하기 전에 모니터링용 프로브들을 먼저 공급한다. 그러면, 상술한 자기조립법의 원리에 따라 챔버(30) 내에서 모니터링용 프로브들이 제 2 프로브 영역(16)에 스스로 고정된다.FIG. 8 schematically shows an example for monitoring the hybridization reaction on the biochip 10 according to the present embodiment according to the above-described principle. Referring to FIG. 8, a prism 20 for the SPR-detection method is disposed below the biochip 10. The chamber 30 in which the hybridization reaction proceeds is coupled to the upper portion of the biochip 10 to which the probes are coupled. The chamber 30 is formed with an inlet 31 through which a sample is supplied and an outlet 32 via which a sample is discharged. At this time, the chamber 30 is in close contact with the upper portion of the biochip 10 to prevent leakage of the sample. Alternatively, the biochip 10 may be mounted inside the chamber 30. In this case, a transparent window (not shown) may be installed in the lower portion of the chamber 30 to allow light to pass therethrough. In this structure, when a sample is supplied into the chamber 30 through the inlet 31, a hybridization reaction occurs in which the sample binds to a corresponding probe on the biochip 10. If the monitoring probes are introduced into the biochip 10 during the hybridization reaction, the monitoring probes are first supplied to the chamber 30 before the sample is supplied to the chamber 30. Then, in accordance with the principle of the above-described self-assembly method, the probes for monitoring in the chamber 30 are fixed to the second probe region 16 by themselves.

동일한 샘플이 제 1 프로브 영역(15) 상의 분석용 프로브들과 제 2 프로브 영역(16) 상의 모니터링용 프로브들에 모두 결합되는 경우라면, 챔버(30)를 통해 한 종류의 샘플만이 제공될 수 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 제 2 프로브 영역(16) 상의 모니터링용 프로브들에 결합되는 샘플이 제 1 프로브 영역(15) 상의 분석용 프로브들에 결합되는 샘플과 다를 수도 있다. 이 경우에는, 챔버(30)의 유입구(31)를 통해 서로 다른 두 종류의 샘플, 즉, 분석 대상이 되는 실제 샘플과 혼성화 반응을 모니터링하기 위하여 모니터링용 프로브들에만 결합되는 모니터링용 샘플이 동시에 챔버(30)의 내부로 공급된다. 이때, 모니터링용 샘플은 SPR 현상에 의한 흡광이 일어나는 입사각의 변화를 크게 할 수 있도록 분자량이 큰 재료를 사용할 수 있다. 즉, 분석 대상이 되는 실제 샘플보다 상대적으로 분자량이 큰 재료를 모니터링용 샘플로 사용함으로써, 모니터링용 샘플이 모니터링용 프로브에 결합될 때 굴절률 변화가 더 커지도록 한다. 그러면, 도 7에 도시된 그래프의 시프트 정도가 커지면서 더욱 정밀한 SPR-검출이 가능하게 된다. 예를 들어, 모니터링용 샘플로서 금(gold)으로 된 나노입자, 단백질 또는 폴리머와 결합된 올리고머를 사용할 수 있다.If only one kind of sample can be provided through the chamber 30 if the same sample is both bound to the analytical probes on the first probe region 15 and the monitoring probes on the second probe region 16 have. However, as described above, the sample coupled to the monitoring probes on the second probe region 16 may be different from the sample coupled to the analytical probes on the first probe region 15. In this case, the monitoring sample, which is only coupled to the monitoring probes to monitor the hybridization reaction with two different kinds of samples, that is, the actual sample to be analyzed, through the inlet 31 of the chamber 30, (30). At this time, a material having a high molecular weight can be used for the monitoring sample so as to increase the change in the incident angle at which absorption by the SPR phenomenon occurs. That is, by using a material having a relatively higher molecular weight than that of the actual sample to be analyzed as a sample for monitoring, the refractive index change is increased when the monitoring sample is bonded to the monitoring probe. Then, the degree of shift of the graph shown in Fig. 7 becomes larger, and more accurate SPR-detection becomes possible. For example, oligomers bonded with gold nanoparticles, proteins or polymers can be used as monitoring samples.

이러한 방식으로 혼성화 반응이 진행되고 있는 동안, 프리즘(20)을 통해 바이오칩(10)에 광을 조사하면, 광은 제 2 프로브 영역(16)에 있는 금속 박막(12)과 투명 기판(11) 사이의 계면에서 전반사되어 광검출기(25)로 입사한다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, SPR 현상이 발생하면서, 혼성화 반응의 진행 정도에 따라 흡광이 일어나는 입사각이 변화하게 된다. 이러한 변화는 광검출기(25)에 입사하는 광의 세기를 측정함으로써 감지할 수 있다. 이렇게 측정된 결과를 미리 얻어진 실험 데이터와 비교함으로써, 혼성화 반응의 진행 정도를 실시간으로 그리고 정량적으로 분석할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, 제 2 프로브 영역(16)에 배열된 모니터 링용 프로브들의 종류별로, 흡광이 일어나는 각도의 변화와 혼성화 반응의 진행 정도와의 상관 관계에 대한 데이터를 실험을 통해 미리 축적할 수 있다. 이렇게 축적된 상관 관계에 대한 데이터를 참조함으로써, 정확한 분석이 가능하게 된다. 이러한 원리에 따라, 반응 온도 등과 같은 혼성화 반응에 관련된 여러 가지 조건들을 변경시킴으로써 최적의 혼성화 조건을 찾을 수도 있다. 이렇게 얻은 최적의 혼성화 조건에 대한 정보를 이용하여, 혼성화 반응이 완료될 때까지 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 그런 후, 혼성화 반응이 완료되면, 공지된 통상적인 방법에 따라 형광 검출법을 이용하여 샘플을 분석할 수 있다.When light is irradiated to the biochip 10 through the prism 20 while the hybridization reaction is proceeding in this manner, light is transmitted between the metal thin film 12 in the second probe region 16 and the transparent substrate 11 And is incident on the photodetector 25. At this time, as described above, as the SPR phenomenon occurs, the incidence angle at which the absorption occurs varies depending on the progress of the hybridization reaction. Such a change can be detected by measuring the intensity of the light incident on the photodetector 25. By comparing the measured results with previously obtained experimental data, it is possible to analyze the progress of the hybridization reaction in real time and quantitatively. For this purpose, for example, data on the correlation between the change in the angle at which the light absorption takes place and the progress of the hybridization reaction is stored in advance for each kind of monitoring probes arranged in the second probe region 16 . By referring to the accumulated correlation data, an accurate analysis is possible. According to this principle, optimal hybridization conditions may be found by changing various conditions related to the hybridization reaction such as reaction temperature and the like. Using the information on the optimal hybridization conditions thus obtained, the time required until the hybridization reaction is completed can be shortened. Then, when the hybridization reaction is completed, the sample can be analyzed using fluorescence detection method according to a known conventional method.

상술한 본 실시예에 따르면, 형광 검출법으로 샘플을 분석하여 샘플 분석의 감도를 높게 유지하면서, 동시에 혼성화 반응의 진행 정도를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 따라서, 혼성화가 완료되는 즉시 반응을 종결시킬 수 있기 때문에, 혼성화에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다. 또한, 혼성화 반응의 진행 정도를 실시간으로 정량적으로 모니터링할 수 있기 때문에, 혼성화 반응을 원하는 수준까지만 진행시키는 것이 가능하고, 여러 가지 조건을 변화시켜 혼성화 반응을 최적화하는 것도 가능하다.According to the present embodiment described above, the sample can be analyzed by the fluorescence detection method, and the progress of the hybridization reaction can be simultaneously monitored in real time while the sensitivity of the sample analysis is kept high. Therefore, since the reaction can be terminated immediately after the hybridization is completed, the time required for hybridization can be minimized. In addition, since the progress of the hybridization reaction can be monitored quantitatively in real time, it is possible to advance the hybridization reaction to a desired level, and it is also possible to optimize the hybridization reaction by changing various conditions.

지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예들이 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문 이다.Various embodiments have been described and shown in the accompanying drawings to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that such embodiments are for the purpose of illustrating the invention and not in limitation. And it is to be understood that the invention is not limited to the details shown and described. Since various other modifications may occur to those of ordinary skill in the art.

도 1은 형광 검출법과 SPR-검출법이 모두 수행될 수 있도록 하기 위한 바이오칩의 구조를 예시적으로 도시한다.FIG. 1 exemplarily shows a structure of a biochip for performing both a fluorescence detection method and a SPR-detection method.

도 2a 및 도 2b는 바이오칩의 제 2 프로브 영역에 대한 부분적인 단면도이다.2A and 2B are partial sectional views of the second probe region of the biochip.

도 3a 내지 도 3c는 바이오칩에서 투명 기판과 제 2 프로브 영역의 구조적인 관계를 개략적으로 나타내는 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views schematically showing a structural relationship between a transparent substrate and a second probe region in a biochip.

도 4a 및 도 4b는 바이오칩 표면에서의 제 1 프로브 영역과 제 2 프로브 영역의 배치를 도시한다.4A and 4B show the arrangement of the first probe region and the second probe region on the biochip surface.

도 5는 도 1에 도시된 바이오칩을 이용한 SPR-검출법의 원리를 설명하는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating the principle of the SPR-detection method using the biochip shown in FIG.

도 6a 내지 도 6c는 각각 모니터링용 프로브가 금속 박막 위에 도입되기 전, 모니터링용 프로브가 금속 박막 위에 도입된 후, 및 모니터링용 프로브에 타깃이 결합된 후에 대한 SPR 현상에 의한 흡수 각도를 보여준다.6A to 6C show absorption angles due to the SPR phenomenon after the monitoring probe is introduced onto the metal thin film, before the monitoring probe is introduced onto the metal thin film, and after the target is bonded to the monitoring probe, respectively.

도 7은 모니터링용 프로브가 금속 박막 위에 도입되기 전, 모니터링용 프로브가 금속 박막 위에 도입된 후, 및 모니터링용 프로브에 타깃 샘플이 결합된 후에 대한 SPR 현상에 의한 흡수 각도의 변화를 비교하여 보여준다.FIG. 7 shows a comparison of changes in the absorption angle due to the SPR phenomenon after the monitoring probe is introduced onto the metal thin film, before the monitoring probe is introduced onto the metal thin film, and after the target sample is bonded to the monitoring probe.

도 8은 SPR-검출법에 따라 바이오칩 상의 혼성화 반응을 모니터링하는 예를 개략적으로 도시한다.Fig. 8 schematically shows an example of monitoring the hybridization reaction on the biochip according to the SPR-detection method.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

10.....바이오칩 11.....투명 기판10 ..... Biochip 11 ..... Transparent substrate

12.....금속 박막 13.....샘플 용액12 ..... metal thin film 13 ..... sample solution

14.....모니터링용 프로브 15.....제 1 프로브 영역14 ..... Monitoring probe 15 ..... First probe area

16.....제 2 프로브 영역 17.....투명 유전체층16 ..... second probe region 17 ..... transparent dielectric layer

18.....타깃 샘플 20.....프리즘18 ..... target sample 20 ..... prism

25.....검출기 30.....챔버25 ..... detector 30 ..... chamber

Claims (18)

투명 기판;A transparent substrate; 상기 투명 기판 위에 형성된 것으로, 형광 검출법에 따라 샘플 분석에 사용되는 분석용 프로브를 갖는 제 1 프로브 영역과 SPR-검출법에 따라 혼성화 반응의 모니터링에 사용되는 모니터링용 프로브를 갖는 제 2 프로브 영역; 및A second probe region formed on the transparent substrate and having a first probe region having an analysis probe used for sample analysis according to the fluorescence detection method and a monitoring probe used for monitoring the hybridization reaction according to the SPR-detection method; And 상기 제 2 프로브 영역과 상기 투명 기판 사이에 개재된 금속 박막를 포함하는 바이오칩.And a metal thin film interposed between the second probe region and the transparent substrate. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역과 상기 금속 박막 사이에 개재된 투명 유전체층을 더 포함하는 바이오칩.And a transparent dielectric layer interposed between the second probe region and the metal thin film. 제 2 항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 투명 유전체층은 이산화규소, 다이아몬드 및 글래시카본 중에서 어느 하나의 재료로 이루어지는 바이오칩.Wherein the transparent dielectric layer is made of any one material selected from silicon dioxide, diamond and glaucic acid. 제 2 항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 투명 유전체층의 두께는 1Å 내지 1㎛인 바이오칩.Wherein the transparent dielectric layer has a thickness of 1 to 1 占 퐉. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 제 1 프로브 영역 내에 위치하도록 배치되는 바이오칩.And the second probe region is disposed in the first probe region. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 제 1 프로브 영역 외부의 투명 기판 위에 배치되는 바이오칩.And the second probe region is disposed on a transparent substrate outside the first probe region. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 투명 기판의 표면 위에 금속 정렬 마크가 배치되며, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 정렬 마크 위에 형성되는 바이오칩.Wherein a metal alignment mark is disposed on a surface of the transparent substrate, and the second probe region is formed on the alignment mark. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 투명 기판 위에 돌출되어 배치되는 바이오칩.And the second probe region is protruded from the transparent substrate. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 투명 기판의 표면에 홈이 형성되어 있으며, 상기 제 2 프로브 영역은 상기 투명 기판의 표면에 형성된 홈내에 형성되어 있는 바이오칩.Wherein a groove is formed on a surface of the transparent substrate, and the second probe region is formed in a groove formed on a surface of the transparent substrate. 제 9 항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 투명 기판의 표면과 상기 제 2 프로브 영역의 표면이 동일한 높이가 되도록 형성되거나, 또는 상기 제 2 프로브 영역이 투명 기판의 표면 안쪽으로 형성되는 바이오칩.Wherein the surface of the transparent substrate and the surface of the second probe region are formed to have the same height or the second probe region is formed inside the surface of the transparent substrate. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역의 크기는 적어도 1㎛×1㎛인 바이오칩.And the size of the second probe region is at least 1 占 퐉 占 1 占 퐉. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 투명 기판 위에 복수의 제 2 프로브 영역이 배치되는 바이오칩.And a plurality of second probe regions are disposed on the transparent substrate. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 프로브 영역은 분석용 프로브로서 DNA 올리고머를 갖는 바이오칩.Wherein the first probe region has a DNA oligomer as an analyzing probe. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역의 모니터링용 프로브는 상기 제 1 프로브 영역의 분석용 프로브를 대표하도록 상기 제 1 프로브 영역의 분석용 프로브들로부터 선택된 것이거나, 또는 상기 제 1 프로브 영역의 평균적인 분석용 프로브를 대표하도록 조작된 것인 바이오칩.Wherein the monitoring probe of the second probe region is selected from the analysis probes of the first probe region to represent the analysis probe of the first probe region or the average probe of the first probe region A biochip manipulated to represent the biochip. 제 14 항에 있어서,15. The method of claim 14, 상기 제 2 프로브 영역 상의 모니터링용 프로브들에 결합되는 샘플이 제 1 프로브 영역 상의 분석용 프로브들에 결합되는 샘플과 동일한 종류인 바이오칩.Wherein the sample coupled to the monitoring probes on the second probe region is of the same type as the sample to be coupled to the analysis probes on the first probe region. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역 상의 모니터링용 프로브들에 결합되는 샘플이 제 1 프로브 영역 상의 분석용 프로브들에 결합되는 샘플과 상이한 종류인 바이오칩.Wherein the sample coupled to the monitoring probes on the second probe region is of a different type than the sample coupled to the analysis probes on the first probe region. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역의 모니터링용 프로브들은 바이오칩의 제작 직전에 분석용 프로브들과 함께 바이오칩에 동시에 도입되어 고정되어 있는 바이오칩.Wherein the probes for monitoring the second probe region are simultaneously introduced into the biochip together with the probes for analysis immediately before the biochip is manufactured. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 2 프로브 영역의 모니터링용 프로브들은 혼성화 반응 진행시에 바이오칩에 도입되어, 자기조립법의 원리에 따라 상기 금속 박막의 표면에 스스로 결합되도록 형성된 바이오칩.The probes for monitoring the second probe region are introduced into the biochip at the time of the hybridization reaction and are self-bonded to the surface of the metal foil according to the principle of self-assembly.
KR20090000826A 2009-01-06 2009-01-06 Biochip capable of monitoring hybridization reaction KR101490108B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20090000826A KR101490108B1 (en) 2009-01-06 2009-01-06 Biochip capable of monitoring hybridization reaction
US12/624,639 US20100173798A1 (en) 2009-01-06 2009-11-24 Biochip in which hybridization can be monitored, apparatus for monitoring hybridization on biochip and method of monitoring hybridization on biochip
JP2010000589A JP5574713B2 (en) 2009-01-06 2010-01-05 Biochip capable of monitoring hybridization reaction, apparatus for monitoring hybridization reaction on biochip, and hybridization monitoring method on biochip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20090000826A KR101490108B1 (en) 2009-01-06 2009-01-06 Biochip capable of monitoring hybridization reaction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100081539A KR20100081539A (en) 2010-07-15
KR101490108B1 true KR101490108B1 (en) 2015-02-06

Family

ID=42641935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20090000826A KR101490108B1 (en) 2009-01-06 2009-01-06 Biochip capable of monitoring hybridization reaction

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101490108B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101750464B1 (en) 2014-11-28 2017-06-28 케이맥바이오센터주식회사 The probe system for real time quantitative and qualitative analyzing of biomaterial, the reaction chamber with said probe system, and the analyzing method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10307141A (en) * 1997-04-14 1998-11-17 Boehringer Mannheim Gmbh Method for simultaneously detecting mutual reaction of organism molecule using plasmon resonance and fluorescent detection
JP2002062255A (en) 2000-08-22 2002-02-28 Nippon Laser & Electronics Lab Detector for detecting surface plasmon resonance angle and fluorescence concurrently
KR20040039553A (en) * 2002-11-02 2004-05-12 한국전자통신연구원 Apparatus of localized surface plasmon sensor using ordered nano-sized metal structures and method manufacturing the same
JP2006208294A (en) 2005-01-31 2006-08-10 Canon Inc Device and method for concurrently imaging plasmon resonance and fluorescence

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10307141A (en) * 1997-04-14 1998-11-17 Boehringer Mannheim Gmbh Method for simultaneously detecting mutual reaction of organism molecule using plasmon resonance and fluorescent detection
JP2002062255A (en) 2000-08-22 2002-02-28 Nippon Laser & Electronics Lab Detector for detecting surface plasmon resonance angle and fluorescence concurrently
KR20040039553A (en) * 2002-11-02 2004-05-12 한국전자통신연구원 Apparatus of localized surface plasmon sensor using ordered nano-sized metal structures and method manufacturing the same
JP2006208294A (en) 2005-01-31 2006-08-10 Canon Inc Device and method for concurrently imaging plasmon resonance and fluorescence

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100081539A (en) 2010-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210181105A1 (en) Digital lspr for enhanced assay sensitivity
AU2008233214B2 (en) Calibration and normalization method for biosensors
JP5006494B2 (en) Device and method for measuring multiple analytes
JP5146311B2 (en) Chip for surface plasmon resonance sensor and surface plasmon resonance sensor
US7175811B2 (en) Micro-array evanescent wave fluorescence detection device
EP2158474B1 (en) Method using a grating-based sensor combining label-free binding detection and fluorescence amplification
US6956651B2 (en) Bioanalysis systems including optical integrated circuit
US20170191125A1 (en) Sequencing device
JP2005337771A (en) Optical element comprising integrated pillar structure having nanostructure
JP2007218900A (en) Element for detecting target substance
US20100028898A1 (en) Method of identifying a target analyte using photonic crystal resonators, and related device
JP5574713B2 (en) Biochip capable of monitoring hybridization reaction, apparatus for monitoring hybridization reaction on biochip, and hybridization monitoring method on biochip
US20100159616A1 (en) Bio-Chip of Pattern-Arranged in Line, Method for Manufacturing the Same, and Method for Detecting an Analyte Bound in the Same
KR101490108B1 (en) Biochip capable of monitoring hybridization reaction
KR20100081540A (en) Apparatus of monitoring hybridization reaction on biochip
KR20100081541A (en) Methode of monitoring hybridization reaction on biochip
Wu et al. A biosensor chip design for phase-stepping interferometry of surface plasmon resonance

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee