KR102122082B1 - Biosensor having vertical channel - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 의한 바이오 센서는: 채널 홀이 형성된 덮개(cover)와, 채널 홀이 형성된 기판(substrate)과, 타겟과 특이적으로 반응하여 전기적 특성이 변화하는 프로브가 배치된 다공성 전도체와, 기판과 다공성 전도체 사이에 위치하여 다공성 전도체를 지지하는 스페이서(spacer)와, 다공성 전도체의 일단과 타단과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극을 포함하는 감지 구조(detection structure) 및 덮개 및 기판에 형성된 채널 홀들은 스페이서와 함께 수직 방향의 채널(channel)을 형성한다.The biosensor according to the present embodiment includes: a cover having a channel hole formed thereon, a substrate having a channel hole formed thereon, a porous conductor having a probe that specifically reacts with a target to change electrical characteristics, and a substrate A detection structure including a spacer positioned between the porous member and the porous conductor to support the porous conductor, and first and second electrodes electrically connected to one end and the other end of the porous conductor, respectively, and formed on the cover and the substrate. The channel holes form a vertical channel together with the spacer.

Figure R1020180061383
Figure R1020180061383

Description

수직 채널을 포함하는 바이오 센서 {BIOSENSOR HAVING VERTICAL CHANNEL}Biosensor with vertical channel {BIOSENSOR HAVING VERTICAL CHANNEL}

본 기술은 수직 채널을 포함하는 바이오 센서에 관한 것이다. The present technology relates to a biosensor comprising a vertical channel.

바이오 센서를 포함하는 종래 대부분의 센서 사용시 타겟 혹은 타겟을 포함한 유체(fluid)는 수평 방향으로 형성된 채널을 따라 이동하고, 채널의 바닥면에 위치하는 프로브(probe)와 접촉하여 타겟과 반응이 이루어진다. When using most conventional sensors including a biosensor, a target or a fluid containing a target moves along a channel formed in a horizontal direction, and reacts with a target by contacting a probe located on a bottom surface of the channel.

채널이 수평 방향으로 형성된 바이오 센서는 타겟과 프로브와의 반응 횟수를 증가시키기 위하여 채널을 길게 형성하여야 하고, 결과적으로 채널이 형성된 바이오 센서의 면적을 증가시켜야 한다.A biosensor with a channel formed in a horizontal direction must have a long channel to increase the number of reactions between a target and a probe, and as a result, an area of the biosensor with a channel increased.

상기한 종래 기술에 의하면 바이오 센서의 검출 민감도를 향상시키기 위하여 센서의 크기를 증가시켜야 하므로 센서의 크기가 증가하여 근래의 바이오 센서들의 높은 휴대성, 소형화 추세에 부합하지 않는다. According to the above-described prior art, since the size of the sensor has to be increased in order to improve the detection sensitivity of the biosensor, the size of the sensor increases, and thus, the portability and miniaturization trend of recent biosensors are not met.

본 실시예는 상기한 난점을 해소하기 위한 것으로 검출 민감도 특성을 유지하면서 소형으로 높은 휴대성을 가지는 바이오 센서를 제공하기 위한 것이다. The present embodiment is intended to solve the above-mentioned difficulties, and to provide a biosensor having small size and high portability while maintaining detection sensitivity characteristics.

본 실시예에 의한 바이오 센서는: 채널 홀이 형성된 덮개(cover)와, 채널 홀이 형성된 기판(substrate)과, 타겟과 특이적으로 반응하여 전기적 특성이 변화하는 프로브가 배치된 다공성 전도체와, 기판과 다공성 전도체 사이에 위치하여 다공성 전도체를 지지하는 스페이서(spacer)와, 다공성 전도체의 일단과 타단과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극을 포함하는 감지 구조(detection structure) 및 덮개 및 기판에 형성된 채널 홀들은 스페이서와 함께 수직 방향의 채널(channel)을 형성한다.The biosensor according to the present embodiment includes: a cover having a channel hole formed thereon, a substrate having a channel hole formed thereon, a porous conductor having a probe that specifically reacts with a target to change electrical characteristics, and a substrate A detection structure including a spacer positioned between the porous member and the porous conductor to support the porous conductor, and first and second electrodes electrically connected to one end and the other end of the porous conductor, respectively, and formed on the cover and the substrate. The channel holes form a vertical channel together with the spacer.

본 실시예에 의한 바이오 센서는 수직 방향으로 채널을 형성하므로, 바이오 센서를 형성하기 위한 면적을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바이오 센서를 보다 소형으로 형성할 수 있다는 장점이 제공된다. 아울러, 타겟을 포함하는 유체가 다공성 전도체 내부까지 유입되므로 프로브와 타겟 사이의 반응성이 증대되고, 결과적으로 타겟 검출의 민감도를 향상시킬 수 있다는 장점이 제공된다.Since the biosensor according to this embodiment forms a channel in the vertical direction, it is possible to reduce the area for forming the biosensor. Therefore, the advantage that the biosensor can be formed in a smaller size is provided. In addition, since the fluid containing the target flows into the porous conductor, the reactivity between the probe and the target is increased, and as a result, the sensitivity of target detection can be improved.

도 1은 본 실시예에 의한 바이오 센서의 단면도이다.
도 2는 바이오 센서의 절단 사시도이다.
도 3(A)와 도 3(B)는 바이오 센서의 일부를 개요적으로 도시한 개요도이다.
도 4와 도 5는 각각 바이오 센서의 다른 실시예를 도시한 단면도와 단면 사시도이다.
도 6은 바이오 센서 실시예의 개요를 도시한 부분 단면도이다.1 is a cross-sectional view of the biosensor according to the present embodiment.
2 is a cut-away perspective view of the biosensor.
3A and 3B are schematic views schematically showing a part of the biosensor.
4 and 5 are cross-sectional and cross-sectional perspective views, respectively, showing another embodiment of the biosensor.
6 is a partial cross-sectional view showing an overview of a biosensor embodiment.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the description of the present invention is merely an example for structural or functional description, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the examples described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing technical ideas.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. Meanwhile, the meaning of terms described in the present application should be understood as follows.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Singular expressions are to be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "comprises" or "have" include the features, numbers, steps, actions, components, parts or components described. It is to be understood that the combination is intended to indicate the existence, and does not preclude the existence or addition possibility of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다. Each step may take place differently from the order specified, unless a specific order has been explicitly stated in the context. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다. All terms used herein have the same meaning as generally understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains, unless otherwise defined. Terms, such as those defined in the commonly used dictionary, should be interpreted as being consistent with meanings in the context of related technologies, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. .

도 1은 본 실시예에 의한 바이오 센서의 단면도이고, 도 2는 바이오 센서의 절단 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 바이오 센서(1)는 채널 홀(H)이 형성된 덮개(cover, 400)와, 채널 홀이 형성된 기판(substrate, 100)과, 타겟과 특이적으로 반응하여 전기적 특성이 변화하는 프로브가 배치된 다공성 전도체(210)와, 기판(100)과 다공성 전도체(210) 사이에 위치하여 다공성 전도체를 지지하는 스페이서(spacer, 230)와, 다공성 전도체의 일단과 타단과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극(220)을 포함하는 감지 구조(detection structure, 200) 및 덮개(400) 및 기판(100)에 형성된 채널 홀(H)들은 스페이서(s)와 함께 채널(channel)을 형성한다. 1 is a cross-sectional view of the biosensor according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cut-away perspective view of the biosensor. 1 and 2, the biosensor 1 according to the present embodiment includes a cover 400 formed with a channel hole H, a substrate 100 formed with a channel hole, a target, and a specificity. The porous conductor 210 in which a probe for changing electrical properties by reacting with the enemy is disposed, and a spacer 230 positioned between the substrate 100 and the porous conductor 210 to support the porous conductor, and a porous conductor The detection structure 200 including the first and second electrodes 220 electrically connected to one end and the other end, and channel holes H formed in the cover 400 and the substrate 100 are spacers s. Together, form a channel.

본 실시예에서, 검출 대상인 타겟은 유체(fluid)에 포함되어 채널로 제공된다. 기판(100) 및 커버(400)에는 채널 홀(H)이 형성되며, 기판(100) 및 커버(400)에 형성된 채널 홀(H)들은 채널의 일부를 정의한다. In this embodiment, the target to be detected is included in a fluid and provided as a channel. Channel holes H are formed in the substrate 100 and the cover 400, and the channel holes H formed in the substrate 100 and the cover 400 define a part of the channel.

일 실시예로, 기판(100) 및 커버(400)는 유체와의 상호 작용을 감소시킬 수 있는 고분자 중합체(polymer)로 형성될 수 있으며, 일 예로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)로 형성될 수 있다. In one embodiment, the substrate 100 and the cover 400 may be formed of a polymer that can reduce the interaction with the fluid (polymer), for example, formed of polyethylene terephthalate (PET) Can be.

기판(100) 및/또는 커버(T)에서 유체와 접촉하는 부분은 모세관 현상을 촉진하도록 친수성 표면 처리될 수 있다. 도 1로 예시된 실시예와 같이 커버(T)에서 적어도 유체와 직접 접촉하는 면은 친수성 막(hydrophilic film)으로 코팅되거나, 친수성으로 표면 개질될 수 있다.The portion of the substrate 100 and/or the cover T in contact with the fluid may be hydrophilic surface treated to promote capillary action. As in the embodiment illustrated in FIG. 1, at least the surface in direct contact with the fluid in the cover T may be coated with a hydrophilic film, or surface modified with a hydrophilic film.

감지 구조(200)는 다공성 전도체(210), 제1 전극 및 제2 전극(220) 및 스페이서(230)를 포함할 수 있다. 스페이서(230)는 기판(100) 및 커버(400)와 함께 채널의 일부를 정의한다. 일 실시예로, 스페이서(230)는 유체에 의한 부식 반응 등의 상호 작용을 최소화하는 부재로 형성될 수 있으며, 일 예로, 고분자 중합체 막(polymer film)의 상면과 하면에 접착제(adhesive)가 부착된 부재일 수 있다. 일 실시예로 스페이서는 PET로 형성될 수 있다.The sensing structure 200 may include a porous conductor 210, a first electrode and a second electrode 220, and a spacer 230. The spacer 230 together with the substrate 100 and the cover 400 defines a portion of the channel. In one embodiment, the spacer 230 may be formed of a member that minimizes interaction such as corrosion reaction by a fluid, and for example, adhesive is attached to the upper and lower surfaces of the polymer film. May be absent. In one embodiment, the spacer may be formed of PET.

제1 전극 및 제2 전극(220)은 다공성 전도체(210)의 일단과 타단에 전기적으로 연결된다. 일 예로, 전극(200)은 신호원(미도시)이 제공한 전기적 신호를 제공받아 다공성 전도체(100)에 전달하고, 다공성 전도체(100)로부터 전기적 신호를 전달받아 리드 아웃 회로(read-out circuitry, 미도시)에 제공한다. 제1 전극 및 제2 전극(220)은 은(silver)을 포함하는 물질로 실크 스크린, 잉크젯 프린팅 등의 방법으로 기판에 인쇄되어 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 전극(220)은 전도성 금속(conductive metal)일 수 있다.The first electrode and the second electrode 220 are electrically connected to one end and the other end of the porous conductor 210. For example, the electrode 200 receives an electrical signal provided by a signal source (not shown) and transmits it to the porous conductor 100, and receives an electrical signal from the porous conductor 100 to read-out circuitry , Not shown). The first electrode and the second electrode 220 are silver-containing materials, and may be formed by printing on a substrate by a method such as silk screen or inkjet printing. In another embodiment, the electrode 220 may be a conductive metal.

다공성 전도체(porous conduction structure, 210)는 타겟을 포함하는 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가질 수 있다. 도 3(A)와 도 3(B)는 바이오 센서의 일부를 개요적으로 도시한 개요도이다. 도 3(A)을 참조하면 다공성 전도체(210)는 미세 구조물(212)과 미세 구조물을 코팅하는 전도성 중합체(conductive polymer, 214)를 포함할 수 있으며, 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브(poobe, P)는 전도성 중합체(214) 상에 배치된다.The porous conduction structure 210 may have porosity so that the fluid containing the target permeates. 3A and 3B are schematic views schematically showing a part of the biosensor. Referring to Figure 3 (A), the porous conductor 210 may include a microstructure 212 and a conductive polymer (conductive polymer, 214) coating the microstructure, a probe that specifically reacts with the target (poobe, P) is disposed on the conductive polymer 214.

일 실시예로, 미세 구조물(212)은 다공성을 가지는 부직포일 수 있다. 부직포(不織布)는 열과 수지를 이용하여 미세 섬유가 서로 얽히도록 처리하여 천의 형태로 형성한 것을 의미한다. 부직포를 형성하는 미세 섬유는 서로 얽혀 있는 상태에서 경화되어 다공성을 가진다.In one embodiment, the microstructure 212 may be a nonwoven fabric having porosity. Non-woven fabric means that microfibers are formed in the form of cloth by processing them to entangle each other using heat and resin. The fine fibers forming the nonwoven fabric are cured in a state of being intertwined with each other and have porosity.

다른 실시예로, 미세 구조물(212)은 미세 섬유인 MFC(Microfibrilated Cellulose) 구조물일 수 있다. 일 예로, 용액 내 분산된 MFC 섬유에 PEO(polyethylene oxide)등의 바인더(binder)를 첨가한 후, 이를 인쇄하여 목적하는 형태의 MFC 미세 구조물을 형성할 수 있다. 일 예로, 인쇄 과정은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 방법으로 수행될 수 있다.In another embodiment, the microstructure 212 may be a microfibrilated cellulose (MFC) structure that is a microfiber. For example, after adding a binder such as polyethylene oxide (PEO) to the MFC fibers dispersed in the solution, it can be printed to form an MFC microstructure of a desired shape. As an example, the printing process may be performed by methods such as screen printing and inkjet printing.

전도성 중합체(214)는 부직포 또는 MFC 등의 미세 구조물(212)을 코팅하며, PEDOT, PEDOT:PSS, C4-PEDOT-COOH, C4-PEDOT-COOH:PSS 등의 전도성을 가지는 폴리머(polymer) 물질일 수 있다. 전도성 중합체로 코팅된 미세 구조물의 표면에는 바이오 센서로 검출하고자 하는 프로브(P)가 배치될 수 있다. The conductive polymer 214 is coated with a microstructure 212 such as a nonwoven fabric or MFC, and is a polymer material having conductivity such as PEDOT, PEDOT:PSS, C4-PEDOT-COOH, C4-PEDOT-COOH:PSS, etc. You can. A probe P to be detected by a biosensor may be disposed on the surface of the microstructure coated with the conductive polymer.

일 예로, 프로브(P)는 바이오 센서를 이용하여 검출하고자 하는 타겟(T)과 특이적으로 반응하여 다공성 전도체(210)의 전기적 특성을 변화시키는 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 타겟이 특정한 염기 서열을 가지는 디옥시리보핵산(DNA, deoxyribonucleic acid)이라면, 프로브(P)는 타겟의 염기 서열과 상보적 반응(complementary binding)하는 서열을 가지는 물질이다. 타겟이 리보핵산(RNA, ribonucleic Acid), 단백질(protein), 호르몬(hormone), 항원(antigen)이라면, 이들 각각의 RNA, 단백질, 호르몬 및 항원과 특이적으로 반응하는 물질을 프로브로 사용할 수 있다.For example, the probe P may be a material that specifically reacts with a target T to be detected using a biosensor to change the electrical properties of the porous conductor 210. In one embodiment, if the target is a deoxyribonucleic acid (DNA) having a specific base sequence, the probe P is a material having a sequence complementary to the base sequence of the target (complementary binding). If the target is ribonucleic acid (RNA), protein, hormone, or antigen, a substance that specifically reacts with each of these RNA, protein, hormone, and antigen can be used as a probe. .

도 3(B)를 참조하면, 다공성 전도체(210)에는 프로브(216)와 타겟(T)의 반응 결과를 더욱 크게 형성하기 위한 보조 프로브 구조(217)가 더 배치될 수 있다. 보조 프로브 구조(217)는 입자(219)와 결합된 프로브(218)를 포함할 수 있다. 입자(219)가 부착된 프로브(218)는 프로브(216)에 결합한 타겟(T)의 다른 부위에 결합한다. 보조 프로브 구조(217)는 타겟(T)과 프로브(216)와의 반응에 의한 전기적 특성의 변화보다 증폭된 전도성 중합체의 전기적 특성 변화를 유도할 수 있다. 상기 특정 입자(219)는 금속 나노입자, 자성 나노입자 및 고분자 중합체 비드가 될 수 있으며, 프로브(218)는 동일한 타겟(T)에 대하여 특이적으로 반응하는 프로브일 수 있다. 일 예로, 프로브(218)는 프로브(216)과 동일한 물질일 수 있다.Referring to FIG. 3(B), a porous probe 210 may further include an auxiliary probe structure 217 for forming a larger reaction result between the probe 216 and the target T. The auxiliary probe structure 217 can include a probe 218 coupled with particles 219. The probe 218 to which the particles 219 are attached binds to other sites of the target T bound to the probe 216. The auxiliary probe structure 217 may induce a change in the electrical properties of the amplified conductive polymer rather than a change in electrical properties due to the reaction between the target T and the probe 216. The specific particles 219 may be metal nanoparticles, magnetic nanoparticles, and polymer polymer beads, and the probe 218 may be a probe that specifically reacts to the same target T. For example, the probe 218 may be the same material as the probe 216.

도 4와 도 5는 각각 바이오 센서의 다른 실시예를 도시한 단면도와 단면 사시도이다. 도 4와 도 5를 참조하면, 바이오 센서(1)는 제2 감지 구조(300)를 더 포함할 수 있다. 제2 감지 구조(300)는 제2 다공성 전도체(310), 제3 전극 및 제4 전극(320) 및 제2 스페이서(330)를 포함할 수 있다. 제2 스페이서(330)는 스페이서(230), 기판(100) 및 커버(400)와 함께 타겟을 포함하는 유체가 흐르는 채널의 일부를 정의한다. 일 실시예로, 제2 감지 구조(300)에 포함된 제2 다공성 전도체(310), 제2 스페이서(330)와 제3 전극 및 제4 전극(320)은 감지 구조(200)에 포함된 다공성 전도체(210), 스페이서(230)와 제1 전극 및 제2 전극(220)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서(s)는 스페이서(230)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.4 and 5 are cross-sectional and cross-sectional perspective views, respectively, showing another embodiment of the biosensor. 4 and 5, the biosensor 1 may further include a second sensing structure 300. The second sensing structure 300 may include a second porous conductor 310, a third electrode and a fourth electrode 320, and a second spacer 330. The second spacer 330 defines a part of a channel through which a fluid including a target flows, along with the spacer 230, the substrate 100, and the cover 400. In one embodiment, the second porous conductor 310, the second spacer 330, the third electrode, and the fourth electrode 320 included in the second sensing structure 300 are porous included in the sensing structure 200 The conductor 210, the spacer 230, and the first electrode and the second electrode 220 may be formed of the same material. In addition, the spacer s may be formed of the same material as the spacer 230.

다만, 제2 감지 구조(300)에 포함된 프로브와 감지 구조(200)에 포함된 프로브(216)는 서로 다른 타겟과 반응할 수 있다. 따라서, 제2 감지 구조(300)를 포함하는 바이오 센서는 서로 다른 두 타겟을 동시에 검출할 수 있다. 다른 실시예로, 제2 감지 구조(300)에 포함된 프로브와 감지 구조(200)에 포함된 프로브(216)는 서로 동일한 타겟과 반응할 수 있다. 따라서, 제2 감지 구조(300)를 포함하는 바이오 센서는 타겟 검출의 민감도를 향상시킬 수 있다.However, the probe included in the second sensing structure 300 and the probe 216 included in the sensing structure 200 may react with different targets. Therefore, the biosensor including the second sensing structure 300 can simultaneously detect two different targets. In another embodiment, the probe included in the second sensing structure 300 and the probe 216 included in the sensing structure 200 may react with the same target. Therefore, the biosensor including the second sensing structure 300 can improve the sensitivity of target detection.

도 1, 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 바이오 센서(1)는 덮개(400)에 위치하여 채널 홀(H)로 유입되는 이물질을 걸러내는 거름망 필터(600)를 더 포함할 수 있다. 거름망 필터(600)는 미세한 구멍이 형성된 재질로 형성하여 외부로부터의 이물질의 유입을 차단하고, 유체 내 타겟보다 사이즈가 큰 비타깃 물질을 물리적 또는 화학적으로 걸러내고, 1차 정제 후 타겟을 포함하는 유체를 감지 구조(200), 제2 감지 구조(300)으로 제공한다. 일 예로 거름망 필터(600)는 특수 표면처리가 된 식물섬유 필터, 미네랄섬유 필터, 화학섬유 필터 및 유리섬유 필터로 형성될 수 있다. 1, 2, 4, and 5, the biosensor 1 may further include a filter screen filter 600 located in the cover 400 to filter out foreign substances flowing into the channel hole H. have. Filter filter 600 is formed of a material with a fine hole is formed to block the influx of foreign substances from the outside, physically or chemically filter out a non-target material having a size larger than the target in the fluid, and includes a target after primary purification The fluid is provided to the sensing structure 200 and the second sensing structure 300. For example, the filter screen filter 600 may be formed of a plant fiber filter, a mineral fiber filter, a chemical fiber filter, and a glass fiber filter with special surface treatment.

일 실시예로, 바이오 센서(1)는 기판 하부(100)에 위치하여 채널로부터 유출되는 유체를 저장하는 흡수제(500)를 더 포함할 수 있다. 흡수제(500)는 덮개(400)의 채널 홀(H)로부터 유입되어 채널을 거쳐 외부로 배출될 때, 채널을 따라 유체의 흐름을 형성하여 감지 구조(200)과 제2 감지 구조(300)에 포함된 프로브(216)와의 반응성을 높여주며, 유체가 외부로 누출되어 외부 환경이 생화학적으로 오염되는 것을 방지한다. 일 예로, 흡수제(500)는 흡수성 수지, 흡수성 펄브 및 흡수성 섬유로 단일 형성 및 혼합 형성될 수 있다.In one embodiment, the biosensor 1 may further include an absorbent 500 positioned at the bottom 100 of the substrate to store fluid flowing out of the channel. When the absorbent 500 is introduced from the channel hole H of the cover 400 and discharged through the channel to the outside, the absorbent 500 forms a flow of fluid along the channel to the sensing structure 200 and the second sensing structure 300. It increases the reactivity with the included probe 216 and prevents the fluid from leaking to the outside to contaminate the external environment. For example, the absorbent 500 may be formed of a single absorbent resin, absorbent pulp, and absorbent fibers to form a single mixture.

도 6은 바이오 센서 실시예의 개요를 도시한 부분 단면도이다. 도 6을 참조하면, 바이오 센서는 하우징(Housing)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(H)은 타겟을 포함하는 유체를 바이오 센서에 주입하는 스포이드 등의 주입기(I)의 단부와 결합하는 돌출부(700)를 더 포함할 수 있다. 돌출부(700)는 바이오 센서(1) 하우징(H)의 표면에서 돌출되며, 주입기(I)의 단부와 결합한다. 따라서, 주입기(I)가 유체를 채널에 제공할 때, 주입기(I)에서 제공되는 압력이 외부로 누설되지 않으며, 그로부터 유체가 외부로 누출되지 않고 채널에 주입되도록 한다.6 is a partial cross-sectional view showing an overview of a biosensor embodiment. Referring to FIG. 6, the biosensor may further include a housing, and the housing H may be a protrusion that engages an end of an injector I such as an eyedropper that injects a fluid containing a target into the biosensor ( 700) may be further included. The protrusion 700 protrudes from the surface of the housing H of the biosensor 1 and engages the end of the injector I. Therefore, when the injector I provides the fluid to the channel, the pressure provided by the injector I does not leak out, from which the fluid does not leak out and is injected into the channel.

이하에서는 상기한 구성을 가진 바이오 센서(1)의 동작을 살펴본다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 타겟을 포함하는 유체가 기판(400)상의 채널 홀(H)을 통하여 채널 내부의 다공성 전도체(210)로 유입된다. 다공성 전도체(210), 제2 다공성 전도체(310)의 표면과 내부에는 프로브(216)가 배치되어 있어 용액 내의 타겟과 특이적으로 반응한다. Hereinafter, the operation of the biosensor 1 having the above-described configuration will be described. 1 to 6, a fluid including a target is introduced into the porous conductor 210 inside the channel through the channel hole H on the substrate 400. The probe 216 is disposed on the surfaces and inside of the porous conductor 210 and the second porous conductor 310 to specifically react with the target in the solution.

프로브와 타겟이 특이적으로 반응하면 미세 구조물(212)의 표면에 코팅된 전도성 중합체(214)의 전기적 특성에 영향을 미친다. 일 예로, 프로브와 타겟이 반응하면 타겟이 지닌 전기적 특성에 의하여 전도성 중합체의 전기적 특성이 영향을 받고, 전도성 중합체에 흐르는 전류, 전압 및 전도성 중합체의 전기 저항 중 어느 하나 이상의 요소가 영향을 받을 수 있다. When the probe and target react specifically, it affects the electrical properties of the conductive polymer 214 coated on the surface of the microstructure 212. For example, when the probe and the target react, the electrical properties of the conductive polymer are affected by the electrical properties of the target, and any one or more elements of current, voltage, and electrical resistance flowing through the conductive polymer may be affected. .

제1 전극 및 제2 전극(220) 및 제3 전극 및 제4 전극(320)은 각각 전도성 전도성 중합체(214, 314)를 포함하는 다공성 전도체(210, 310)와 일단과 타단이 연결되어 있다. 또한, 상기한 제1 전극 및 제2 전극(220) 및 제3 전극 및 제4 전극(320)은 리드 아웃 회로(미도시)에 전기적으로 연결되어 있어 전도성 중합체의 전기적 특성 변화를 검출하여 유체 내의 타겟 유무 및/또는 유체 내의 타겟 농도를 검출할 수 있다. The first electrode and the second electrode 220 and the third electrode and the fourth electrode 320 are respectively connected to the porous conductors 210 and 310 including the conductive conductive polymers 214 and 314, and one end to the other end. In addition, the first electrode and the second electrode 220 and the third electrode and the fourth electrode 320 are electrically connected to a lead-out circuit (not shown) to detect changes in the electrical properties of the conductive polymer, thereby Target presence and/or target concentration in the fluid can be detected.

본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다. In order to help the understanding of the present invention, it has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is an embodiment for implementation, and is merely exemplary, and those skilled in the art can make various modifications and equivalents therefrom. It will be understood that other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

100: 기판 200: 감지 구조
210: 다공성 전도체 212: 미세 구조물
214: 전도성 중합체 216: 프로브
217: 보조 프로브 구조 218: 프로브
219: 입자 220: 제1 및 제2 전극
230: 스페이서 300: 제2 감지 구조
310: 제2 다공성 전도체 320: 제3 및 제4 전극
330: 스페이서 400: 덮개
500: 흡수제 600: 거름망 필터
700: 돌출부100: substrate 200: sensing structure
210: porous conductor 212: microstructure
214: conductive polymer 216: probe
217: auxiliary probe structure 218: probe
219: particle 220: first and second electrodes
230: spacer 300: second sensing structure
310: second porous conductor 320: third and fourth electrodes
330: spacer 400: cover
500: absorbent 600: filter filter
700: protrusion

Claims (14)

유체에 포함된 바이오 타겟을 검출하는 바이오 센서로, 상기 바이오 센서는:
상기 유체가 흐르는 채널 홀이 형성된 덮개(cover);
상기 채널 홀이 형성된 기판(substrate);
상기 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브가 배치되어 상기 타겟과 반응 후 전기적 특성이 변화하는 다공성 전도체와, 상기 기판과 상기 다공성 전도체 사이에 위치하여 상기 다공성 전도체를 지지하는 스페이서(spacer)와, 상기 다공성 전도체의 일단과 타단과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극을 포함하는 감지 구조(detection structure); 및
상기 덮개 및 상기 기판에 형성된 채널 홀들은 상기 스페이서와 함께 수직 방향의 채널(channel)을 형성하고,
상기 다공성 전도체는 미세 섬유와, 상기 미세 섬유를 코팅하는 전도성 중합체를 포함하며,
상기 프로브는 상기 전도성 중합체의 표면에 배치되고,
상기 다공성 전도체는 상기 유체가 흐르는 상기 채널의 단면 전부를 가로질러 막는 바이오 센서.A biosensor that detects a biotarget contained in a fluid, the biosensor comprising:
A cover in which a channel hole through which the fluid flows is formed;
A substrate on which the channel hole is formed;
A porous conductor having a probe that specifically reacts with the target is disposed to change electrical properties after reaction with the target, a spacer positioned between the substrate and the porous conductor to support the porous conductor, and the porosity A detection structure including first and second electrodes electrically connected to one end and the other end of the conductor, respectively; And
The channel holes formed in the cover and the substrate form a channel in the vertical direction together with the spacer,
The porous conductor includes a fine fiber and a conductive polymer coating the fine fiber,
The probe is disposed on the surface of the conductive polymer,
The porous conductor is a biosensor blocking the entire cross-section of the channel through which the fluid flows. 제1항에 있어서,
상기 바이오 센서는,
제2 타겟과 특이적으로 반응하여 전기적 특성이 변화하는 제2 프로브가 배치된 제2 다공성 전도체와, 상기 제2 다공성 전도체와 상기 다공성 전도체 사이에 위치하여 상기 제2 다공성 전도체를 지지하는 제2 스페이서(spacer)와, 상기 제2 다공성 전도체의 일단과 타단과 각각 전기적으로 연결된 제3 및 제4 전극을 포함하는 제2 감지 구조(detection structure)를 더 포함하는 바이오 센서.According to claim 1,
The biosensor,
A second spacer, which is disposed between the second porous conductor and the porous conductor to support the second porous conductor, and a second porous conductor in which a second probe, which specifically reacts with a second target and whose electrical properties change, is disposed. A biosensor further comprising a second detection structure including a spacer and third and fourth electrodes electrically connected to one end and the other end of the second porous conductor, respectively. 제2항에 있어서,
상기 제2 감지 구조는 상기 감지 구조에 적층(stack)되어 형성된 바이오 센서.According to claim 2,
The second sensing structure is a biosensor formed by stacking on the sensing structure. 제2항에 있어서,
상기 덮개는 상기 제2 감지구조를 덮고,
상기 덮개, 상기 기판에 형성된 채널 홀들은 상기 스페이서 및 상기 제2 스페이서와 함께 채널을 형성하는 바이오 센서.According to claim 2,
The cover covers the second sensing structure,
The cover and the channel holes formed in the substrate form a channel together with the spacer and the second spacer. 제2항에 있어서,
상기 제2 프로브와 상기 프로브는 서로 다른 타겟과 반응하는 바이오 센서.According to claim 2,
The second probe and the probe are biosensors that react with different targets. 제1항에 있어서,
상기 미세 섬유는,
다공성 부직포에 포함된 미세 섬유인 바이오 센서.
According to claim 1,
The fine fiber,
A biosensor that is a fine fiber contained in a porous nonwoven fabric.
제1항에 있어서,
상기 미세 섬유는,
마이크로 피브릴 형태의 미세 섬유(MFC, Microfibrilated Cellulose)인 바이오 센서.According to claim 1,
The fine fiber,
Microfibril-type microfiber (MFC) is a biosensor. 제1항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전도성 중합체는 PEDOT, PEDOT:PSS, C4-PEDOT-COOH, C4-PEDOT-COOH:PSS중 어느 하나인 바이오 센서.The method of claim 1,
The conductive polymer is one of PEDOT, PEDOT:PSS, C4-PEDOT-COOH, C4-PEDOT-COOH:PSS biosensor. 제1항에 있어서,
상기 바이오 센서는
상기 덮개 하부에 위치하여 이물질의 유입을 방지하는 거름망 필터를 더 포함하는 바이오 센서.According to claim 1,
The biosensor
The biosensor further comprises a filter filter located at the bottom of the cover to prevent the entry of foreign matter. 제1항에 있어서,
상기 바이오 센서는
상기 기판 하부에 위치하여 타겟을 포함하는 유체를 흡수하는 흡수제를 더 포함하는 바이오 센서.According to claim 1,
The biosensor
A biosensor positioned below the substrate and further comprising an absorbent that absorbs a fluid containing a target. 제1항에 있어서,
상기 바이오 센서는
상기 바이오 센서는 하우징을 더 포함하며,
상기 하우징 상부에 형성되어 상기 타겟을 제공하는 주입기의 단부와 결합하는 돌출부를 더 포함하는 바이오 센서.According to claim 1,
The biosensor
The biosensor further includes a housing,
The biosensor further comprises a protrusion formed on the housing and engaging an end of an injector providing the target. 제1항에 있어서,
상기 타겟은 유체(fluid) 내에 포함되며,
상기 유체는 상기 채널을 따라 수직 방향으로 이동하는 바이오 센서.According to claim 1,
The target is contained in a fluid,
The fluid is a biosensor that moves vertically along the channel. 제1항에 있어서,
상기 바이오 센서는
보조 프로브 구조를 더 포함하되,
상기 보조 프로브 구조는
금속 나노입자, 자성 나노입자 및 고분자 중합체 비드 중 어느 하나인 입자와,
상기 입자와 접촉하여 상기 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브를 포함하며,
상기 보조 프로브 구조는 상기 프로브와 상기 타겟이 반응하여 상기 다공성 전도체의 변화된 전기적 특성을 더욱 변화시키는 바이오 센서.According to claim 1,
The biosensor
Further comprising an auxiliary probe structure,
The auxiliary probe structure
Metal nanoparticles, magnetic nanoparticles and particles of any one of the polymer polymer beads,
It includes a probe that reacts specifically with the target in contact with the particles,
The auxiliary probe structure is a biosensor in which the probe and the target react to further change the changed electrical properties of the porous conductor. 제2항에 있어서,
상기 감지 구조 및 상기 제2 감지 구조 중 어느 하나 이상은
보조 프로브 구조를 더 포함하되,
상기 보조 프로브 구조는
금속 나노입자, 자성 나노입자 및 고분자 중합체 비드 중 어느 하나인 입자와,
상기 입자와 접촉하여 상기 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브를 포함하며,
상기 보조 프로브 구조는 상기 프로브와 상기 타겟이 반응하여 상기 다공성 전도체의 변화된 전기적 특성을 더욱 변화시키는 바이오 센서.

According to claim 2,
Any one or more of the sensing structure and the second sensing structure
Further comprising an auxiliary probe structure,
The auxiliary probe structure
Metal nanoparticles, magnetic nanoparticles and particles of any one of the polymer polymer beads,
It includes a probe that reacts specifically with the target in contact with the particles,
The auxiliary probe structure is a biosensor in which the probe and the target react to further change the changed electrical properties of the porous conductor.

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100758285B1 (en) * 2006-09-27 2007-09-12 한국전자통신연구원 A bio sensor, method for manufacturing the same and a bio sensing apparatus with the same
JP2010217159A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Jiaotong Univ Label-free sensor
CN206020327U (en) 2016-08-19 2017-03-15 光合声科技股份有限公司 Electronic type biology sensor and the integrated structure of microfluidic device
JP2017513017A (en) 2014-03-12 2017-05-25 グルコベーション, インコーポレーテッドGlucovation, Inc. Electrochemical sensing system
CN206292198U (en) 2016-09-21 2017-06-30 光合声科技股份有限公司 Many substrate integrated structures of electronic type biology sensor and microfluidic device
US20170227497A1 (en) 2016-02-04 2017-08-10 Qorvo Us, Inc. Baw sensing and filtration device and related methods

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10267930A (en) * 1997-03-26 1998-10-09 Masao Karube Measurement chip for surface plasmon resonance biosensor and manufacture thereof
KR100889564B1 (en) * 2006-12-04 2009-03-23 한국전자통신연구원 Bio sensor and method for fabricating the same
KR101217576B1 (en) * 2009-09-22 2013-01-03 한국전자통신연구원 The bio sensor and the driving method thereof
KR20140090042A (en) * 2013-01-08 2014-07-16 삼성전자주식회사 Bio-sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100758285B1 (en) * 2006-09-27 2007-09-12 한국전자통신연구원 A bio sensor, method for manufacturing the same and a bio sensing apparatus with the same
JP2010217159A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Jiaotong Univ Label-free sensor
JP2017513017A (en) 2014-03-12 2017-05-25 グルコベーション, インコーポレーテッドGlucovation, Inc. Electrochemical sensing system
US20170227497A1 (en) 2016-02-04 2017-08-10 Qorvo Us, Inc. Baw sensing and filtration device and related methods
CN206020327U (en) 2016-08-19 2017-03-15 光合声科技股份有限公司 Electronic type biology sensor and the integrated structure of microfluidic device
CN206292198U (en) 2016-09-21 2017-06-30 光合声科技股份有限公司 Many substrate integrated structures of electronic type biology sensor and microfluidic device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
'Conductivity of PEDOT:PSS on Spin-Coated and Drop Cast Nanofibrillar Cellulose Thin Films', Dimitar Valtakari 외, Nanoscale Research Letters, 2015(10:386) (2015.10.05.)

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