KR101532112B1 - Bio chip - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오 칩에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 칩은 기판; 상기 기판 상에 소정의 간격을 두고 형성되는 작업 전극 및 상대 전극; 및 상기 작업 전극 상에 분산 매트릭스에 의하여 고정되며 3차원 배열을 갖는 생체 물질;을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 3차원 배열을 갖는 생체 물질을 이용하여 보다 생체 내 실험이나 임상 실험 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있고, 전기 화학적 신호를 변화시키는 물질이 3차원으로 전달되어 보다 정확하고 효율적으로 생체 물질을 분석할 수 있다.The present invention relates to a biochip, and a biochip according to an embodiment of the present invention includes a substrate; A working electrode and a counter electrode formed on the substrate at predetermined intervals; And a biomaterial fixed on the working electrode by a dispersion matrix and having a three-dimensional arrangement. According to one embodiment of the present invention, a bio-material having a three-dimensional array can be used to obtain results similar to those of in vivo experiments or clinical experiments, and a substance that changes electrochemical signals is transmitted in three dimensions, And the biomaterial can be analyzed efficiently.

Description

바이오 칩 {Bio chip}Biochip {Bio chip}

본 발명은 바이오 칩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 측정 효율 및 정확도가 우수한 바이오 칩에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biochip, and more particularly, to a biochip having excellent measurement efficiency and accuracy.

최근 인간 게놈 프로젝트를 필두로 사람의 생명에 관한 연구가 비약적으로 발전하고 있다. 생명체에 대한 연구가 진행될수록 생명체에 대한 많은 정보를 빠르게 분석 및 처리하는 기술이 점차 대두하고 있고, 생물체에 관한 정보를 빠르게 분석할 수 있는 바이오 칩에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, studies on human life have been progressing rapidly, beginning with the human genome project. As research on living organisms progresses, technologies for rapidly analyzing and processing a large amount of information on living organisms are increasing, and interest in biochips capable of quickly analyzing information on living organisms is increasing.

바이오 칩은 기판 위에 고정되는 바이오 물질의 종류에 따라 DNA 칩, 단백질 칩 및 세포 칩으로 나눌 수 있다. 초기에는 인간의 유전 정보에 대한 이해와 맞물려 DNA 칩이 크게 부각되었으나 점차 생명활동의 근간이 되는 단백질과 이들의 결합체로서 생명체의 중추가 되는 세포에 대한 관심이 높아지면서 단백질 칩과 세포 칩이 새로운 관심거리도 대두되고 있다.Biochips can be divided into DNA chips, protein chips, and cell chips depending on the type of biomaterial fixed on the substrate. In the early days, the DNA chip was greatly emphasized by the understanding of human genetic information. However, as the protein and the combination of these proteins, which are gradually becoming the basis of life activity, became more interested in the cell that is the backbone of life, Is also emerging.

단백질 칩은 초기에 비선택적 흡착이라는 난제로 어려움이 있었으나 이에 대해 최근 여러 가지 주목할 만한 결과가 나타나고 있다.Protein chips have had difficulties in the early days of nonselective adsorption, but several notable results have recently emerged.

세포 칩은 신약개발, 지노믹스(genomics), 단백질체학 등 다양한 분야로의 접근이 가능한 효과적인 매개체로써, 관심이 집중되고 있다. 세포 칩은 세포의 성질을 변화시키지 않고, 기판에 고정화하는 것이 중요하다.The cell chip is attracting attention as an effective mediator for access to diverse fields such as new drug development, genomics, and proteomics. It is important to immobilize the cell chip on the substrate without changing the properties of the cell.

기판 위에 세포가 고정화되어 세포 성장 및 분열할 수 있게 되면 세포에 대한 분석이 쉽게 가능하다. 예를 들어 새로운 약물에 대한 세포의 영향이나 호르몬과 같은 다른 생체 내 물질에 대한 세포 반응을 쉽게 알아볼 수 있는 강점을 가지고 있다. 그러나 세포 칩의 개발에는 많은 양의 세포의 고정화, 고정화시 세포 간 뭉침 방지, 세포의 조직성 유지 등의 해결해야 할 문제가 있다.Once the cells are immobilized on the substrate to allow for cell growth and cleavage, analysis of the cells is readily possible. For example, it has the advantage of being able to easily identify cell effects on new drugs or cellular responses to other in vivo substances such as hormones. However, in the development of cell chips, there is a problem to be solved such as immobilization of a large amount of cells, prevention of intercellular aggregation and maintenance of cell tissue when immobilized.

본 발명은 측정 효율 및 정확도가 우수한 바이오 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a biochip having excellent measurement efficiency and accuracy.

본 발명의 일 실시형태는 기판; 상기 기판 상에 소정의 간격을 두고 형성되는 작업 전극 및 상대 전극; 및 상기 작업 전극 상에 분산 매트릭스에 의하여 고정되며 3차원 배열을 갖는 생체 물질;을 포함하는 바이오 칩을 제공한다.One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device comprising: a substrate; A working electrode and a counter electrode formed on the substrate at predetermined intervals; And a biomaterial fixed on the working electrode by a dispersion matrix and having a three-dimensional arrangement.

상기 분산 매트릭스는 다공성 물질일 수 있다.The dispersion matrix may be a porous material.

상기 분산 매트릭스는 졸-겔(sol-gel), 하이드로 겔(Hydrogel), 알지네이트 겔(Alginate gel), 유기겔(Organogel), 매트리겔(Matrigel) 또는 크세로겔(Xerogel) 형태일 수 있다.The dispersion matrix may be in the form of a sol-gel, a hydrogel, an alginate gel, an organic gel, a Matrigel or a Xerogel.

상기 분산 매트릭스는 겔화 촉진 물질을 포함할 수 있다.The dispersion matrix may include a gelation promoting material.

상기 바이오 칩은 작업 전극 상에 생체 물질 고정층이 추가로 형성될 수 있다.The biochip may further include a biochemical fixing layer on the working electrode.

상기 작업 전극 또는 상대 전극은 Au, Cr, Ag, Pt, Cu, Ti, C, CNT(Carbon Nanotube) 및 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전도성 물질로 형성될 수 있다.The working electrode or the counter electrode may be formed of at least one conductive material selected from the group consisting of Au, Cr, Ag, Pt, Cu, Ti, C, carbon nanotubes (CNTs) and indium tin oxide (ITO)

상기 작업 전극은 표면에 복수 개의 미세 돌기가 형성될 수 있다.The working electrode may have a plurality of fine protrusions formed on its surface.

상기 작업 전극은 표면에 서로 소정의 간격을 두고 형성되는 복수 개의 마이크로 필러를 포함할 수 있다.The working electrode may include a plurality of micro pillars formed on a surface of the working electrode at predetermined intervals.

상기 작업 전극은 작업 전극의 표면으로부터 가상의 구면을 향하여 배치되는 복수 개의 마이크로 플레이트가 형성될 수 있다.The working electrode may be formed with a plurality of microplates arranged from a surface of the working electrode toward a virtual spherical surface.

상기 바이오 칩은 상기 기판 상에 생체 물질이 고정된 작업 전극이 노출될 수 있는 홀이 구비된 보조 기판을 추가로 포함할 수 있다.The biochip may further include an auxiliary substrate having a hole through which the working electrode on which the biomaterial is immobilized may be exposed.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 바이오 칩은 작업 전극과 상기 상대 전극을 이용하여 생체 물질의 반응 전·후에 따른 전기 화학적 신호 변화가 측정될 수 있다. 상기 신호 변화를 분석하여 생체 물질의 배양 상태, 약물 처리 반응을 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the biochip can measure the electrochemical signal change before and after the reaction of the biomaterial using the working electrode and the counter electrode. By analyzing the signal change, it is possible to measure the culture state of the biomaterial and the drug treatment reaction.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 3차원 배열을 갖는 생체 물질은 세포 분산 물질 내에서 반응이 수행되고, 전기화학적 신호를 변화시키는 물질이 3차원으로 작업 전극에 전달될 수 있다. 또한, 생체 물질에 세포 배양액, 특정 약물, 각종 시료 등의 주입이 용이하고, 실시간으로 전기화학적 신호 변화를 측정할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a biomaterial having a three-dimensional arrangement is subjected to a reaction in a cell dispersion material, and a substance that changes an electrochemical signal can be transmitted to the working electrode in three dimensions. In addition, it is easy to inject a cell culture fluid, a specific drug, various samples, and the like into the biomaterial, and the electrochemical signal change can be measured in real time.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 3차원 배열을 갖는 생체 물질을 이용하여 보다 생체 내 실험이나 임상 실험 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있고, 전기 화학적 신호를 변화시키는 물질이 3차원으로 전달되어 보다 정확하고 효율적으로 생체 물질을 분석할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a bio-material having a three-dimensional array can be used to obtain results similar to those of in vivo experiments or clinical experiments, and a substance that changes electrochemical signals is transmitted in three dimensions, And the biomaterial can be analyzed efficiently.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 일부를 나타내는 상부 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 일부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 작업 전극을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 작업 전극을 개략적으로 나타내는 사시도이다.1 is a schematic perspective view illustrating a biochip according to an embodiment of the present invention.
2 is a top plan view showing a part of a biochip according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a biochip according to an embodiment of the present invention.
4 is a partial perspective view showing a part of a biochip according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically showing a working electrode of a biochip according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view schematically showing a working electrode of a biochip according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 다만, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Furthermore, embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩을 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 일부를 나타내는 상부 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 일부를 나타내는 부분 사시도이다.
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a biochip according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top plan view showing a part of a biochip according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a biochip according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a partial perspective view illustrating a part of a biochip according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩은 기판(100), 상기 기판 상에 형성된 작업 전극(210, Working Electrode) 및 상대 전극(220, Counter Electrode); 및 상기 작업 전극 상에 형성된 생체 물질(C)을 포함한다.
1 to 4, a biochip according to an exemplary embodiment of the present invention includes a substrate 100, a working electrode 210 and a counter electrode 220 formed on the substrate. And a biomaterial (C) formed on the working electrode.

본 발명에서 사용되는 기판(100)은 전극이 형성될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 세라믹, 실리콘, 유리, 또는 폴리머 등의 절연 재료로 된 기판일 수 있다.The substrate 100 used in the present invention is not particularly limited as long as an electrode can be formed. For example, the substrate 100 may be a substrate made of an insulating material such as ceramic, silicon, glass, or polymer.

상기 폴리머 기판은 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 싸이클릭 올레핀 코폴리머(Cyclic olefin copolymer), 폴리노르보넨(polynorbonene), 스틸렌-부타디엔 코폴리머(SBC), 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene)으로 이루어진 기판일 수 있다.
The polymer substrate is not limited thereto, and examples thereof include polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), cyclic olefin copolymer, polynorbonene, , Styrene-butadiene copolymer (SBC), or acrylonitrile butadiene styrene.

상기 기판(110)에는 작업 전극(210) 및 상대 전극(220)이 소정의 간격을 두고 형성될 수 있다.A working electrode 210 and a counter electrode 220 may be formed on the substrate 110 at predetermined intervals.

상기 작업 전극(210) 및 상대 전극(220)은 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, Au, Cr, Ag, Pt, Cu, Ti, C, CNT(Carbon Nanotube), 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 작업 전극(210) 및 상대 전극(220)은 단일층으로 형성되거나, 다층 구조로 형성될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, Au로 된 단일층으로 형성되거나, Cr/Au 가 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다.
The working electrode 210 and the counter electrode 220 may be formed of a conductive material such as Au, Cr, Ag, Pt, Cu, Ti, C, CNT (Carbon Nanotube) , Or ITO (Indium Tin Oxide). The working electrode 210 and the counter electrode 220 may be formed as a single layer or may have a multi-layer structure. But is not limited thereto. For example, it may be formed as a single layer of Au, or may be formed of a multilayer structure in which Cr / Au is laminated.

상기 작업 전극(210) 및 상대 전극(220)의 형상 및 배치는 서로 절연될 수 있으면 특별히 제한되지 않는다.The shape and arrangement of the working electrode 210 and the counter electrode 220 are not particularly limited as long as they can be insulated from each other.

도 2에 도시된 바와 같이 작업 전극(210)은 원형으로 형성되고, 상기 작업 전극을 둘러싸도록 상대 전극(220)이 형성될 수 있다.2, the working electrode 210 is formed in a circular shape, and a counter electrode 220 may be formed to surround the working electrode.

또한, 상기 작업 전극(210) 및 상대 전극(220)과의 전기적 연결이 용이한 위치에 기준 전극(230, Reference Electrode)이 형성될 수 있다. 상기 기준 전극(230)은 작업 전극(210) 및 상대 전극(220)의 전기화학적 신호를 측정하기 위한 기준이 되는 전극으로 전도성 물질로 형성될 수 있다.
Also, a reference electrode 230 may be formed at a position where electrical connection with the working electrode 210 and the counter electrode 220 is easy. The reference electrode 230 is a reference electrode for measuring electrochemical signals of the working electrode 210 and the counter electrode 220, and may be formed of a conductive material.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 작업 전극(210) 상에는 생체 물질(C)이 형성될 수 있다.
As shown in FIGS. 3 and 4, the living body C may be formed on the working electrode 210.

본 발명에서 생체 물질이란 다양한 생체 분자 또는 생체 물질을 의미하는 것으로, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, RNA, DNA 등의 핵산 배열, 펩타이드, 단백질, 지방질, 유기 또는 무기 화학분자, 바이러스 입자, 원핵 세포, 세포 소기관 등을 의미할 수 있다. 상기 세포의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 미생물, 동식물 세포, 암세포, 신경세포, 혈관 내 세포, 면역 세포 등 일 수 있다.
In the present invention, a biomaterial refers to various biomolecules or biomaterials, including, but not limited to, nucleic acid sequences such as RNA and DNA, peptides, proteins, fats, organic or inorganic chemical molecules, Prokaryotic cells, cell organelles, and the like. The type of the cell is not particularly limited and may be, for example, a microorganism, an animal or plant cell, a cancer cell, a nerve cell, an intravascular cell, an immune cell, or the like.

상기 생체 물질(C)은 분산 매트릭스(310)에 의하여 상기 작업 전극(210) 상에 고정될 수 있으며, 상기 생체 물질(C)은 분산 매트릭스 내에 3차원으로 배열될 수 있다. 즉, 분산 매트릭스 내에 3차원으로 분산되어 있으며, 3차원 분산 구조가 유지된 상태로 작업 전극 상에 형성될 수 있다. The biocompatible material C may be fixed on the working electrode 210 by a dispersion matrix 310 and the biocompatible material C may be three-dimensionally arranged in the dispersion matrix. That is, they are dispersed three-dimensionally in the dispersion matrix and can be formed on the working electrode with the three-dimensional dispersion structure maintained.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 작업 전극(210)은 전극의 표면적을 넓히기 위하여 전극 표면에 미세 돌기가 형성될 수 있다. 이에 따라, 생체 물질의 전기 화학적 신호 변화의 검출 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 대한, 보다 구체적인 사항은 후술하도록 한다.
According to an embodiment of the present invention, the working electrode 210 may be provided with fine protrusions on the electrode surface in order to widen the surface area of the electrode. Thus, the detection efficiency of the electrochemical signal change of the biomaterial can be improved. Hereinafter, more specific details will be described later.

상기 생체 물질은 분산 매트릭스(310)에 의하여 3차원 배열이 유지되며, 기능 및 조직이 유지될 수 있다. 상기 분산 매트릭스(310)은 다공성 물질로써, 세포 배양액, 특정 약물, 각종 수용액 등의 투과가 가능할 수 있다.The bio-material is maintained in three-dimensional arrangement by the dispersion matrix 310, and the function and the tissue can be maintained. The dispersion matrix 310 may be a porous material, and may be permeable to a cell culture fluid, a specific drug, various aqueous solutions, and the like.

상기 분산 매트릭스(310)는 겔 형태일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 졸-겔(sol-gel), 하이드로 겔(Hydrogel), 알지네이트 겔(Alginate gel), 유기겔(Organogel), 매트리겔(Matrigel) 또는 크세로겔(Xerogel) 형태일 수 있다.
The dispersion matrix 310 may be in the form of a gel, for example, but not limited to, a sol-gel, a hydrogel, an alginate gel, an organic gel, May be in the form of Matrigel or Xerogel.

상기 작업 전극 상에 3차원 배열을 갖는 생체 물질(C)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다.There is no particular limitation on the method of forming the three-dimensional arrayed biocomponent (C) on the working electrode.

이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 세포와 배양액이 혼합되어 있는 분산액을 상기 분산 매트릭스와 혼합하고, 이 혼합액을 작업 전극 상에 스포팅(spotting)하고, 일정 시간 동안 겔화(gelation)시켜 형성할 수 있다.But it is not limited thereto. For example, a dispersion in which cells and a culture medium are mixed can be mixed with the dispersion matrix, spotted on the working electrode, and gelated for a certain period of time .

상기 분산 매트릭스 내에 3차원으로 분산된 생체 물질은 3차원 분산 구조가 유지된 상태로 작업 전극 상에 형성될 수 있다.The biomaterial dispersed three-dimensionally in the dispersion matrix may be formed on the working electrode with the three-dimensional dispersion structure maintained.

상기 세포가 형성된 기판(100)을 배양액에 담그거나 세포에 배양액이 공급될 수 있도록 미세 유체 채널(Micro fluidic channel)을 형성하면 세포는 3차원 배열을 유지하며 배양될 수 있다.
When the substrate 100 on which the cells are formed is immersed in a culture medium or a microfluidic channel is formed so that a culture medium can be supplied to the cells, the cells can be cultured while maintaining a three-dimensional array.

또한, 상기 분산 매트릭스에는 상기 분산 매트릭스(130)의 겔화를 촉진할 수 있는 겔화 촉진 물질을 포함할 수 있다.In addition, the dispersion matrix may include a gelation promoting material capable of promoting gelation of the dispersion matrix 130.

상기 겔화 촉진 물질은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, BaCl2, 팔라듐 아세테이트(palladium acetate), N,N'-비스(살리시리덴)펜타메틸렌디아민(N,N'-Bis(salicylidene)pentamethylenediamine), 또는 포타슘 포스페이트(potassium phosphate) 등이 있고, 이들은 1종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.
The gelation promoting materials include, but are not limited to, BaCl 2 , palladium acetate, N, N'-bis (salicylidene) salicylidene pentamethylenediamine ), Or potassium phosphate, and these may be used singly or in combination.

또한, 도시되지 않았으나, 작업 전극(210) 상에는 생체 물질 고정층이 형성될 수 있다. 상기 생체 물질 고정층은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 폴리에틸렌 이민, 폴리 라이신, 폴리비닐 아민, 폴리 아릴 아민, 피브로넥틴, 젤라틴, 콜라겐, 엘라스틴, 또는 라미닌 등일 수 있고, 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 생체 물질 고정층은 생체 물질이 금속성의 작업 전극 상에 보다 효과적으로 고정될 수 있도록 할 수 있다.
Further, although not shown, a biochemical fixing layer may be formed on the working electrode 210. The biocompatible layer may be, for example, polyethyleneimine, polylysine, polyvinylamine, polyarylamine, fibronectin, gelatin, collagen, elastin, or laminin. The biochemical fixing layer may enable the biomaterial to be more effectively fixed on the metallic working electrode.

본 발명에서, 작업 전극(210)은 전기화학적 신호의 측정대상이 되는 전극을 일컫는다. 본 발명에 따른 바이오 칩은 작업 전극(210)과 상기 상대 전극(220)을 이용하여 생체 물질의 반응 전·후에 따른 전기 화학적 신호 변화가 측정될 수 있다.
In the present invention, the working electrode 210 refers to an electrode to be measured for an electrochemical signal. The biochip according to the present invention can measure electrochemical signal changes before and after the reaction of the biomaterial using the working electrode 210 and the counter electrode 220.

상기 전기 화학적 신호 변화는 임피던스(impedance) 차이를 이용한 방법, 순환 전압전류법(Cyclic voltammertry;CV), Chronoaperometry(CA), 시차펄스 전압전류법(Differential Pulse Voltammetry; DPV), 네모파 전압전류법(Square-wave Voltammetry; SWV) 등의 전기화학적 검출 방식을 이용할 수 있다.
The electrochemical signal change can be detected by a method using an impedance difference, a cyclic voltammetry (CV), a chronoaperometry (CA), a differential pulse voltammetry (DPV) Square-wave Voltammetry (SWV).

도 3에 도시된 바와 같이, 전기화학적 신호의 검출을 위하여 상기 작업 전극(210), 상대 전극(220) 및 기준 전극(230)을 덮도록 전해질(320, electrolyte)이 형성될 수 있다.
3, an electrolyte 320 may be formed to cover the working electrode 210, the counter electrode 220, and the reference electrode 230 in order to detect an electrochemical signal.

정전위장치(P)가 연결될 수 있고, 전기 화학적 신호가 검출되어 컴퓨터 등의 분석장비와 연결될 수 있다.A constant-potential device P may be connected, and an electrochemical signal may be detected and coupled to an analytical instrument such as a computer.

또한, 상기 작업 전극, 상대 전극 및 기준 전극은 정전위장치 및 분석 장비와 연결되기 위하여 리드선(211, 221, 231)이 형성될 수 있다.In addition, the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode may be formed with lead wires 211, 221, and 231 to be connected to the electrostatic charging device and the analyzing device.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 리드선을 덮도록 상기 기판(100) 상에 보조 기판(110)이 형성될 수 있다. 상기 보조 기판(110)은 생체 물질(C)이 형성된 작업 전극(210)이 노출될 수 있도록 홀(H)이 구비될 수 있고, 상기 홀(H)을 통하여 전해질이 형성되거나, 세포 배양액, 특정 약물, 각종 시료 등이 등의 주입될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, an auxiliary substrate 110 may be formed on the substrate 100 so as to cover the lead wires. The auxiliary substrate 110 may include a hole H for exposing the working electrode 210 on which the biocomponent C is formed and an electrolyte may be formed through the hole H, Drugs, various samples, etc. can be injected.

작업 전극(210)에 전압 또는 전류가 가해지고, 생체 물질(C)에 세포 배양액, 특정 약물, 각종 시료 등이 등의 주입되면 작업 전극에 전기화학 신호의 변화가 발생할 수 있다. 전기화학적 신호는 예를 들어, 전류, 전압, 컨덕턴스, 임피던스 등일 수 있다.When a voltage or current is applied to the working electrode 210 and a cell culture liquid, a specific drug, various samples, etc. are injected into the living body C, the electrochemical signal may change in the working electrode. The electrochemical signal can be, for example, current, voltage, conductance, impedance, and the like.

상기 생체 물질의 반응 전·후의 작업 전극(210)의 전기화학 신호와 상대 전극의 전기화학적 신호가 측정될 수 있다.The electrochemical signal of the working electrode 210 before and after the reaction of the biomaterial and the electrochemical signal of the counter electrode can be measured.

상기 신호 변화를 분석하여 생체 물질의 배양 상태, 약물 처리 반응을 측정할 수 있다.
By analyzing the signal change, it is possible to measure the culture state of the biomaterial and the drug treatment reaction.

즉, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 칩은 작업 전극(210) 상에 형성된 생체물질의 반응 전후의 전기화학적 신호 변화를 분석하여 생체 물질(C)의 특성을 측정하는 전기화학적인 측정 방법을 이용한 것이다.That is, the biochip according to one embodiment of the present invention includes an electrochemical measurement method for measuring a characteristic of a living body (C) by analyzing electrochemical signal changes before and after a reaction of the living body formed on the working electrode 210 .

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 3차원 배열을 갖는 생체 물질은 세포 분산 물질 내에서 반응이 수행되고, 전기화학적 신호를 변화시키는 물질이 3차원으로 작업 전극에 전달될 수 있다. 또한, 생체 물질에 세포 배양액, 특정 약물, 각종 시료 등의 주입이 용이하고, 실시간으로 전기화학적 신호 변화를 측정할 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, a biomaterial having a three-dimensional arrangement is subjected to a reaction in a cell dispersion material, and a substance that changes an electrochemical signal can be transmitted to the working electrode in three dimensions. In addition, it is easy to inject a cell culture fluid, a specific drug, various samples, and the like into the biomaterial, and the electrochemical signal change can be measured in real time.

생체 물질을 분석하는 방법에는 전기적 방법, 광학적 방법, 화학적 분석 방법 등이 있다.Methods for analyzing biomaterials include electrical methods, optical methods, and chemical analysis methods.

전기적 방법으로 생체 물질을 분석하는 경우 전극 상에 생체 물질을 2차원으로 배열한 후 생체 물질의 신호를 측정하였다. 그러나 2차원으로 배열된 생체 물질의 약물 반응 등의 실험 결과를 정확히 측정하는 데는 다소 한계가 있다. 즉, 3차원으로 배양된 세포 등이 생체 내(in-vivo)　실험이나 임상 실험 결과와 보다 유사하다.When analyzing biomaterials by an electrical method, the biomaterials were arranged in two dimensions on the electrodes, and the signals of the biomaterials were measured. However, there are some limitations in accurately measuring experimental results such as drug reactions of biomaterials arranged in two dimensions. In other words, the cells cultured in three dimensions are more similar to in-vivo experiments or clinical experiments.

또한, 광학적 방법으로 3차원 배열된 생체 물질을 분석하는 경우 그 특성상 세포의 구조를 확인하기에는 부족한 면이 있다.
In addition, when analyzing biomaterials three-dimensionally arranged by an optical method, there is a problem in that the structure of the cells is insufficient to confirm the nature thereof.

그러나, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 3차원 배열을 갖는 생체 물질을 이용하여 보다 생체 내 실험이나 임상 실험 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있고, 전기 화학적 신호를 변화시키는 물질이 3차원으로 전달되어 보다 정확하고 효율적으로 생체 물질을 분석할 수 있다.
However, according to one embodiment of the present invention, a bio-material having a three-dimensional array can be used to obtain results similar to those of in vivo experiments or clinical experiments, and a substance that changes electrochemical signals is transmitted in three dimensions The biomaterial can be analyzed more accurately and efficiently.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 칩의 작업 전극을 개략적으로 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view schematically showing a working electrode of a biochip according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 작업 전극(210)의 전극 표면에는 미세 돌기가 형성될 수 있다. 상기 미세 돌기는 작업 전극과 동일한 재료로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않고, 기타 전도성 물질로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, fine protrusions may be formed on the electrode surface of the working electrode 210 as shown in FIG. The fine protrusions may be formed of the same material as the working electrode, but not limited thereto, and may be formed of other conductive materials.

상기 미세 돌기는 마이크로 필러(210P)일 수 있고, 상기 마이크로 필러(210P)는 서로 소정의 간격을 두고 작업 전극 표면에 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 상기 마이크로 필러(210P)의 직경, 간격, 높이 등은 목적에 따라 적절히 변경될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 상기 마이크로 필러(210P)의 직경은 20 내지 800nm일 수 있다. 또한 상기 마이크로 필러(210P) 간의 간격은 10 내지 1000nm일 수 있다. 또한 상기 마이크로 필러(210P)의 높이는 50 내지 2000nm일 수 있다.The fine protrusions may be micro pillar 210P, and the micro pillar 210P may be arranged in a matrix form on the working electrode surface at a predetermined interval. The diameter, spacing, height, and the like of the micro pillars 210P may be appropriately changed according to the purpose. For example, the diameter of the micropipes 210P may be 20 to 800 nm. The distance between the micro pillars 210P may be 10 to 1000 nm. The height of the micropipes 210P may be 50 to 2000 nm.

상기 마이크로 필러(210P)에 의하여 전극의 표면적은 넓어지고, 생체 물질의 전기 화학적 신호 변화의 검출 효율을 향상시킬 수 있다.
The surface area of the electrode is enlarged by the micropiller 210P and the detection efficiency of electrochemical signal change of the biomaterial can be improved.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오 칩의 작업 전극을 개략적으로 나타내는 사시도이다.6 is a perspective view schematically showing a working electrode of a biochip according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 작업 전극(210)의 전극 표면에는 미세 돌기가 형성될 수 있다. 상기 미세 돌기는 작업 전극과 동일한 재료로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않고, 기타 전도성 물질로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, fine protrusions may be formed on the electrode surface of the working electrode 210 as shown in FIG. The fine protrusions may be formed of the same material as the working electrode, but not limited thereto, and may be formed of other conductive materials.

상기 미세 돌기는 복수 개의 마이크로 플레이트(210S)일 수 있고, 상기 마이크로 플레이트(210S)는 작업 전극 표면에 3차원 방사형으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 작업 전극(210)의 표면으로부터 복수의 마이크로 플레이트(210S)는 가상의 구면을 향하여 배치될 수 있다. 상기 마이크로 플레이트(210S)의 두께, 너비, 길이, 형태 등은 목적에 따라 적절히 변경될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 상기 마이크로 플레이트(210S)의 두께는 5 내지 100nm일 수 있다. 또한 상기 마이크로 플레이트(210S)의 너비는 20 내지 800nm일 수 있다. 또한 상기 마이크로 플레이트(210S)의 길이는 50 내지 2000nm일 수 있다.The micro-projection 210S may be a plurality of micro-plates 210S, and the micro-plate 210S may be three-dimensionally radially arranged on the working electrode surface. More specifically, a plurality of microplates 210S from the surface of the working electrode 210 may be disposed toward a virtual spherical surface. The thickness, width, length, shape, and the like of the microplate 210S may be appropriately changed according to the purpose. For example, the thickness of the microplate 210S may be 5 to 100 nm. The width of the microplate 210S may be 20 to 800 nm. The length of the microplate 210S may be 50 to 2000 nm.

상기 마이크로 플레이트(210S)에 의하여 전극의 표면적은 넓어지고, 생체 물질의 전기 화학적 신호 변화의 검출 효율을 향상시킬 수 있다.
The surface area of the electrode is enlarged by the microplate 210S, and the detection efficiency of the electrochemical signal change of the biomaterial can be improved.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited only by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.

100: 기판 110: 보조기판
210: 작업 전극 220: 상대 전극
230: 기준 전극 211, 221, 231: 리드선
310: 분산 매트릭스 320: 전해질
210P: 마이크로 필러 210S: 마이크로 플레이트100: substrate 110: auxiliary substrate
210: working electrode 220: counter electrode
230: reference electrode 211, 221, 231: lead wire
310: dispersion matrix 320: electrolyte
210P: Micropiller 210S: Microplate

Claims (10)

기판;
상기 기판 상에 소정의 간격을 두고 형성되는 작업 전극 및 상대 전극; 및
상기 작업 전극 상에 분산 매트릭스에 의하여 고정되며 3차원 배열을 갖는 생체 물질;
을 포함하는 바이오 칩.
Board;
A working electrode and a counter electrode formed on the substrate at predetermined intervals; And
A biomaterial fixed on the working electrode by a dispersion matrix and having a three-dimensional arrangement;
.
제1항에 있어서,
상기 분산 매트릭스는 다공성 물질인 바이오 칩.
The method according to claim 1,
The dispersion matrix is a porous material.
제1항에 있어서,
상기 분산 매트릭스는 졸-겔(sol-gel), 하이드로 겔(Hydrogel), 알지네이트 겔(Alginate gel), 유기겔(Organogel), 매트리겔(Matrigel) 또는 크세로겔(Xerogel) 형태인 바이오 칩.
The method according to claim 1,
The dispersion matrix may be a biochip in the form of a sol-gel, a hydrogel, an alginate gel, an organic gel, a Matrigel or a Xerogel.
제1항에 있어서,
상기 분산 매트릭스는 겔화 촉진 물질을 포함하는 바이오 칩.
The method according to claim 1,
Wherein the dispersion matrix comprises a gelation promoting substance.
제1항에 있어서,
상기 작업 전극 상에 생체 물질 고정층이 추가로 형성된 바이오 칩.
The method according to claim 1,
And a bio-material fixing layer is further formed on the working electrode.
제1항에 있어서,
상기 작업 전극 또는 상대 전극은 Au, Cr, Ag, Pt, Cu, Ti, C, CNT(Carbon Nanotube) 및 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전도성 물질로 형성되는 바이오 칩.
The method according to claim 1,
Wherein the working electrode or the counter electrode is formed of at least one conductive material selected from the group consisting of Au, Cr, Ag, Pt, Cu, Ti, C, carbon nanotubes (CNTs) and indium tin oxide (ITO).
제1항에 있어서,
상기 작업 전극은 표면에 복수 개의 미세 돌기가 형성된 바이오 칩.
The method according to claim 1,
The working electrode has a plurality of fine protrusions formed on the surface thereof.
제1항에 있어서,
상기 작업 전극은 표면에 서로 소정의 간격을 두고 형성되는 복수 개의 마이크로 필러를 포함하는 바이오 칩.
The method according to claim 1,
Wherein the working electrode comprises a plurality of micropillers formed on a surface of the working electrode at predetermined intervals.
제1항에 있어서,
상기 작업 전극은 작업 전극의 표면으로부터 가상의 구면을 향하여 배치되는 복수 개의 마이크로 플레이트가 형성된 바이오 칩.
The method according to claim 1,
Wherein the working electrode has a plurality of microplates arranged from a surface of the working electrode toward a virtual spherical surface.
제1항에 있어서,
상기 기판 상에 생체 물질이 고정된 작업 전극이 노출될 수 있는 홀이 구비된 보조 기판이 추가로 형성된 바이오 칩.The method according to claim 1,
And an auxiliary substrate having a hole through which a working electrode on which a biomaterial is immobilized may be exposed.
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Citations (4)

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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070004572A (en) * 2003-12-15 2007-01-09 나노-프로프리어터리, 인크. Matrix array nanobiosensor
WO2010019969A1 (en) * 2008-08-15 2010-02-18 Cornell University Device for rapid identification of nucleic acids for binding to specific chemical targets
KR20100126994A (en) * 2009-05-25 2010-12-03 삼성전기주식회사 Biochip using aptamer and manufacturing method thereof
KR20110051697A (en) * 2009-11-11 2011-05-18 광주과학기술원 Functional block copolymer-nanoparticle composite and organic electronic device using the same

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