KR20070094727A

KR20070094727A - Surface plasmon resonance and quartz crystal microbalance sensor

Info

Publication number: KR20070094727A
Application number: KR1020077008553A
Authority: KR
Inventors: 광우 왕; 샤오띠 수; 볼프강 크놀; 잉-쥐 우
Original assignee: 에이전시 포 사이언스, 테크놀로지 앤드 리서치; 막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우.
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2007-09-21

Abstract

A sensor chip assembly for use in a sensor capable of Surface Plasmon Resonance (SPR) and gravimetric sensing. The assembly comprising a transparent piezoelectric substrate (1) having a first surface and a second surface opposite to the first surface. The assembly also comprising first and second thin film metal electrodes (2,3) respectively provided on the first and second surfaces of the substrate (1). The second thin film metal electrode (3) being position on the second surface of the substrate (1) such that a light beam is capable of being transmitted through the second surface of the substrate and reflected from the first thin film metal electrode. The assembly also comprising an attenuated total reflection (ATR) coupler (11) disposed adjacent to the second thin film metal electrode (3).

Description

표면 플라즈몬 공진 및 석영 결정 미량 저울 센서 {SURFACE PLASMON RESONANCE AND QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE SENSOR}SURFACE PLASMON RESONANCE AND QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE SENSOR}

본 발명은 일반적으로 생물학적 샘플 또는 생물화학적 샘플 또는 화학적 샘플을 감지하기 위한 센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 미소 중량(microgravimetric) 감지 기술을 사용하여, 생물학적 샘플, 생물화학적 샘플 또는 화학적 샘플을 감지할 수 있는 센서에 관한 것이다.The present invention generally relates to sensors for sensing biological or biochemical or chemical samples. More particularly, the present invention relates to sensors capable of sensing biological samples, biochemical samples or chemical samples using surface plasmon resonance (SPR) and microgravimetric sensing techniques.

표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance, SPR) 및 석영 결정 미량 저울(Quartz Crystal Microbalance, QCM)과 같은 미소 중량 감지 기술(Microgravimetric sensing technique)이 독립적으로 현장(in-situ)에 적합한 방법으로 알려져 있다. 표면 플라즈몬 공진(SPR) 또는 석영 결정 미량 저울(QCM)을 가지는 센서는 생물학적 샘플, 생물화학적 샘플 및 화학적 샘플을 분석하는데 사용되어 왔다.Microgravimetric sensing techniques, such as Surface Plasmon Resonance (SPR) and Quartz Crystal Microbalance (QCM), are independently known to be suitable for in-situ. Sensors with surface plasmon resonance (SPR) or quartz crystal microbalance (QCM) have been used to analyze biological, biochemical and chemical samples.

석영 결정 미량 저울 기기는 웨이퍼의 두 표면에 배치된 두 개의 평면 금속 전극을 가지는 석영 결정 웨이퍼를 포함한다. 분석될 샘플은 전극 중 하나의 표면에 흡착된다. 석영 결정 내에서의 이동(shift)은, 역 압전효과(inverse piezoelectric effect)에 기인하여 교대로 발생하는 전계에 의한 기계적 공진으로 여기될 수 있다. 공진 주파수는 전극 표면에 흡착된 재료의 질량에 의존한다. 예를 들어, 주파수는 질량이 증가하면 감소하고 질량이 감소하면 증가한다. 주파수의 이동은 해석 방정식(analytical equation)을 사용한 흡착된 질량과 관련이 있을 수 있다. 약 1ng/cm2 정도의 부하량(mass loading)이 검출될 수 있다.The quartz crystal microbalance instrument comprises a quartz crystal wafer having two planar metal electrodes disposed on two surfaces of the wafer. The sample to be analyzed is adsorbed onto the surface of one of the electrodes. Shifts in the quartz crystals can be excited by mechanical resonances caused by alternating electric fields due to inverse piezoelectric effects. The resonant frequency depends on the mass of material adsorbed on the electrode surface. For example, the frequency decreases with increasing mass and increases with decreasing mass. The shift in frequency can be related to the adsorbed mass using an analytical equation. A mass loading of about 1 ng / cm 2 can be detected.

SPR은 금속 박막의 표면에서 발생하는 화학적 변화를 검출하는 공지의 방법이다. SPR은 분자 흡착(molecular adsorption)으로 인해 생기는 광학적 두께(optical thickness)(즉, 굴절률)의 변화를 측정한다. SPR에서, (지수적으로 쇠퇴하는 파인) 지수 감쇠파(evanescent wave)는 센서 표면에 존재한다. 크레치만 기하(Kretchmann geometry)로 알려진 것에서, 지수 감쇠파는 입사광의 내부 전반사(total internal reflection)가 높은 굴절률을 가지는 물질과 낮은 굴절률을 가지는 물질의 계면(즉, 프리즘의 유리-공기 계면)에서 일어날 때 생성된다. 표면 플라즈몬 공진(SPR)은, 금속(예: 금 또는 은)의 박막이 표면에 배치될 때 일정한 조건하에서 발생한다. 입사광이 단색광(monochromatic)인 경우, 금속의 자유전자는 진동할 것이고(즉, 표면 플라즈몬이 여기된다), 일정한 각도의 입사광에 상응하는 에너지를 흡수할 것이다. 상기 각도를 표면 플라즈몬 공진(SPR) 각도라고 부른다. 이 표면 플라즈몬 공진(SPR) 각도는 반사되는 광의 강도를 측정함으로써 검출된다. 표면 플라즈몬 공진(SPR) 각도에서, 강도의 예리한 감소 또는 "급강하(dip)"는 표면 플라즈몬 흡수 에너지로서 측정된다.SPR is a known method for detecting chemical changes occurring on the surface of a metal thin film. SPR measures the change in optical thickness (ie, refractive index) resulting from molecular adsorption. In SPR, an evanescent wave (exponentially decaying) exists on the sensor surface. In what is known as the Kretchmann geometry, an exponentially attenuated wave is generated when total internal reflection of incident light occurs at the interface of a material with a high refractive index and a material with a low refractive index (ie, the glass-air interface of a prism). do. Surface plasmon resonance (SPR) occurs under certain conditions when a thin film of metal (eg gold or silver) is placed on the surface. If the incident light is monochromatic, the free electrons of the metal will vibrate (ie the surface plasmon is excited) and absorb energy corresponding to a certain angle of incident light. This angle is called the surface plasmon resonance (SPR) angle. This surface plasmon resonance (SPR) angle is detected by measuring the intensity of the reflected light. At the surface plasmon resonance (SPR) angle, a sharp decrease or "dip" in intensity is measured as the surface plasmon absorbed energy.

표면 플라즈몬 공진(SPR) 각도의 위치는 표면에 대한 분자의 결합에 따라 변화하는, 감지 표면의 굴절률에 의존한다. 따라서, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 각도 는 표면에 대한 분자 결합의 양에 따라 변화한다. 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 검출 한계는 대략 1ng/cm2이다.The position of the surface plasmon resonance (SPR) angle depends on the refractive index of the sensing surface, which changes with the binding of molecules to the surface. Thus, the surface plasmon resonance (SPR) angle varies with the amount of molecular bonds to the surface. The detection limit of surface plasmon resonance (SPR) is approximately 1 ng / cm 2.

표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 기술 각각은 그들 고유의 강점, 약점을 가지고, 데이터 수집 및 분석에서 고유한 가정을 가진다. 따라서, 각 기술은 박막 샘플의 상이한 특성에 민감하다. 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 기술을 모두 이용하는 분석 기기(analytical device)가 알려져 있다. 독일 특허 DE 제10024366호는 격자 결합기(grating coupler)를 사용하여 결합형의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 분석 기기를 개시하고 있다. 격자 결합기의 사용은 입사 광빔이 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 위해 샘플 용액을 통과하는 것을 필요로 하고 플로우셀(flow-cell) 및 샘플이 광학적으로 투명할 것을 요구한다. 이것은 낮은 신호대잡음비를 가지는 결과에 불리하다. 또, 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 측정 민감도는 프리즘 결합기 표면 플라즈몬 공진(SPR) 센서에 비해 낮다.Each of the Surface Plasmon Resonance (SPR) and Quartz Crystal Microbalance (QCM) techniques has their own strengths and weaknesses and unique assumptions in data collection and analysis. Thus, each technique is sensitive to different properties of thin film samples. Analytical devices are known that utilize both surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) techniques. DE 10024366 discloses a coupled surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) analysis instrument using a grating coupler. The use of a grating coupler requires the incident light beam to pass through the sample solution for surface plasmon resonance (SPR) and requires the flow-cell and the sample to be optically transparent. This is disadvantageous for results with low signal to noise ratios. In addition, the measurement sensitivity of the surface plasmon resonance (SPR) is lower than that of the prism coupler surface plasmon resonance (SPR) sensor.

따라서 이상의 단점들을 극복하거나 적어도 하나 이상은 완화할 수 있는 센서 및 분석 기술을 제공할 필요가 있다.Accordingly, there is a need to provide sensor and analysis techniques that can overcome the above disadvantages or mitigate at least one or more of them.

본 발명의 제1 실시양태에 따르면, 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance, SPR) 및 중량 감지(gravimetric sensing)가 가능한 센서에 사용하기 위한 어셈블리가 제공되고, 상기 어셈블리는,According to a first embodiment of the present invention, an assembly is provided for use in a sensor capable of surface plasmon resonance (SPR) and gravimetric sensing, the assembly comprising:

제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 제2 면을 가지는 투명한 압전 기판(piezoelectric substrate);A transparent piezoelectric substrate having a first side and a second side opposite the first side;

상기 기판의 제1 면에 설치된 제1 금속 박막 전극;A first metal thin film electrode provided on the first surface of the substrate;

광빔이 상기 기판의 제2 면을 투과하고 상기 제1 금속 박막 전극에서 반사할 수 있도록, 상기 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및A second metal thin film electrode provided on the second surface of the substrate so that a light beam can pass through the second surface of the substrate and reflect from the first metal thin film electrode; And

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치된 감쇠 전반사(attenuated total reflection, ATR) 결합기를 포함한다.And an attenuated total reflection (ATR) coupler disposed adjacent to the second metal thin film electrode.

일 실시예에서, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량 감지가 가능한 센서에 사용하기 위한 어셈블리가 제공되고, 상기 어셈블리는, In one embodiment, an assembly is provided for use in a sensor capable of surface plasmon resonance (SPR) and weight sensing, the assembly comprising:

제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 제2 면을 가지는 투명한 압전 기판;A transparent piezoelectric substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;

상기 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극;A second metal thin film electrode provided on the second surface of the substrate;

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치된 감쇠 전반사(ATR) 결합기; 및An attenuated total reflection (ATR) coupler disposed adjacent the second metal thin film electrode; And

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질를 포함한다.And an optical coupling medium disposed between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode to substantially match the refractive indices of the substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler.

본 발명의 제2 실시양태에 따르면, According to a second embodiment of the invention,

샘플을 위치시키기 위해 상기 기판의 제1 면에 설치된 제1 금속 박막 전극;A first metal thin film electrode disposed on a first side of the substrate to position a sample;

상기 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및A second metal thin film electrode provided on the second surface of the substrate; And

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치되고, 광빔 소스에서 상기 제1 금속 박막 전극으로의 광빔을 복수의 입사각에서 광학적으로 결합하여, 여기 시에 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 발생시킬 수 있는 감쇠 전반사(ATR) 결합기Attenuated total reflection disposed adjacent to the second metal thin film electrode and capable of optically coupling a light beam from a light beam source to the first metal thin film electrode at a plurality of incidence angles, thereby generating surface plasmon resonance (SPR) (ATR) combiner

를 포함하고,Including,

상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극은, 하나 이상의 선택된 주파수로 전계를 발진시키는 발진 회로(oscillator circuit)에 연결되어 상기 기판이 공진될 수 있도록 하는, 센서가 제공된다.The first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode are provided with a sensor connected to an oscillator circuit that oscillates an electric field at one or more selected frequencies to allow the substrate to resonate.

일 실시예에서, 상기 센서는 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질를 더 포함한다.In one embodiment, the sensor further comprises an optical coupling medium disposed between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode to substantially match the refractive indices of the substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler.

본 발명의 제3 실시양태에 따르면, 제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 제2 면을 가지는 투명한 압전 기판; 상기 기판의 제1 면에 설치된 제1 금속 박막 전극; 상기 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및 상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치된 감쇠 전반사(ATR) 결합기를 포함하는 센서를 사용한, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량 분석을 감지하는 방법을 제공하며, 상기 방법은,According to a third embodiment of the present invention, there is provided a transparent piezoelectric substrate having a first side and a second side opposite to the first side; A first metal thin film electrode provided on the first surface of the substrate; A second metal thin film electrode provided on the second surface of the substrate; And a sensor comprising attenuated total reflection (ATR) coupler disposed adjacent the second metal thin film electrode, the method for sensing surface plasmon resonance (SPR) and gravimetric analysis, the method comprising:

상기 제1 금속 박막 전극 상에 샘플을 제공하는 단계;Providing a sample on the first metal thin film electrode;

상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극을 통해, 하나 이상의 선택된 주파수로 전계를 발진시켜, 상기 기판을 공진시키는 단계; 및Resonating the substrate by oscillating an electric field at one or more selected frequencies through the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode; And

복수의 입사각에서 광빔을 상기 제1 금속 박막 전극으로부터 반사시켜 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으키는 단계를 포함한다. Reflecting a light beam from the first metal thin film electrode at a plurality of incident angles to produce a surface plasmon resonance (SPR).

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질를 제공하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, the method includes providing an optical coupling medium disposed between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode to substantially match the refractive indices of the substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler. It includes more.

본 발명의 제4 실시양태에 따르면, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량을 감지할 수 있는 센서에 사용하기 위한 어셈블리를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 어셈블리를 제조하는 방법은,According to a fourth embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing an assembly for use in a sensor capable of sensing surface plasmon resonance (SPR) and weight, the method of manufacturing the assembly comprising:

투명한 압전 기판의 제1 면에 제1 금속 박막 전극을 형성하는 단계;Forming a first metal thin film electrode on the first surface of the transparent piezoelectric substrate;

상기 기판의 제1 면 반대쪽의 제2 면에 제2 금속 박막 전극을, 광빔이 상기 기판의 제2 면을 투과하고 상기 제1 금속 박막 전극에서 반사될 수 있도록, 형성하는 단계; 및Forming a second metal thin film electrode on a second surface opposite the first surface of the substrate such that a light beam can pass through the second surface of the substrate and be reflected at the first metal thin film electrode; And

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 감쇠 전반사(ATR) 결합기를 장착하는 단계를 포함한다.Mounting an attenuated total reflection (ATR) coupler adjacent the second metal thin film electrode.

일 실시예에서, 상기 어셈블리를 제조하는 방법은, 상기 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질를, 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 밀봉하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, the method of manufacturing the assembly comprises an optical coupling medium that substantially matches the refractive index of the substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode. Further comprising the step of sealing.

본 발명의 제5 실시양태에 따르면, 생물학적 샘플 또는 생물화학적 샘플 또는 화학적 샘플의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량을 감지할 수 있는 센서 시스템이 제공되며, 상기 센서 시스템은,According to a fifth embodiment of the present invention, there is provided a sensor system capable of sensing the surface plasmon resonance (SPR) and weight of a biological sample or biochemical sample or chemical sample, the sensor system comprising:

샘플을 장착하기 위한 챔버(chamber)를 가지는 하우징;A housing having a chamber for mounting a sample;

석영으로된 상기 압전 기판의 제1 면에 설치되고, 상기 챔버와 유체로 연결된 제1 금속 박막 전극;A first metal thin film electrode disposed on a first surface of the piezoelectric substrate made of quartz and connected to the chamber in fluid;

석영으로된 상기 압전 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극;A second metal thin film electrode provided on a second surface of the piezoelectric substrate made of quartz;

상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극에 연결되어, 하나 이상의 선택된 주파수로 전계를 발진시켜 상기 기판이 공진 주파수에서 공진될 수 있도록 하는 발진 회로;An oscillation circuit connected to the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode to oscillate an electric field at one or more selected frequencies so that the substrate can be resonated at a resonant frequency;

중량 측정 신호(gravimetric signal)를 검출할 수 있도록 공진 주파수를 검출하는 공진 주파수 검출기;A resonant frequency detector for detecting a resonant frequency so as to detect a gravimetric signal;

복수의 입사각으로 광빔을 생성하는 광빔 소스;A light beam source for generating a light beam at a plurality of incident angles;

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치되고, 내부적으로 반사된 광빔이 상기 제1 금속 박막 전극에서 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으킬 입사각으로 반사되도록 상기 광빔 소스에 광학적으로 결합되는 감쇠 전반사(ATR) 결합기; 및An attenuated total reflection (ATR) disposed adjacent to the second metal thin film electrode and optically coupled to the light beam source such that the internally reflected light beam is reflected at the angle of incidence that will cause surface plasmon resonance (SPR) at the first metal thin film electrode Coupler; And

상기 내부적으로 반사된 광빔을 수광하고, 상기 샘플과 상기 제1 금속 박막 전극 사이의 반응에 의존하는 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 특징을 검출하는 검출기를 포함한다.And a detector that receives the internally reflected light beam and detects a feature of surface plasmon resonance (SPR) that depends on the reaction between the sample and the first metal thin film electrode.

본 발명의 제6 실시양태에 따르면, 제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 제2 면을 가지는 투명한 압전 기판; 상기 기판의 제1 면에 설치된 제1 금속 박막 전극; 상기 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및 상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치된 감쇠 전반사(ATR) 결합기를 포함하는 센서를 사용한, 샘플 액체 의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량을 감지하는 방법을 제공하며, 상기 방법은,According to a sixth embodiment of the present invention, there is provided a transparent piezoelectric substrate having a first side and a second side opposite to the first side; A first metal thin film electrode provided on the first surface of the substrate; A second metal thin film electrode provided on the second surface of the substrate; And sensing a surface plasmon resonance (SPR) and weight of a sample liquid using a sensor comprising an attenuated total reflection (ATR) coupler disposed adjacent the second metal thin film electrode, the method comprising:

(a) 상기 제1 금속 박막 전극 상에 샘플 액체를 제공하는 단계;(a) providing a sample liquid on the first metal thin film electrode;

(b) 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기를 통해 광빔을 투과시켜 상기 제1 금속 박막 전극에서 광을 반사시키는 단계;(b) reflecting light at the first metal thin film electrode by transmitting a light beam through the attenuated total reflection (ATR) coupler;

(c) 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 검출하기 위해 반사된 광의 강도를 검출하는 단계;(c) detecting the intensity of the reflected light to detect surface plasmon resonance (SPR);

(d) 상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극 양단에 전계를 인가하는 단계; 및(d) applying an electric field across the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode; And

(e) 상기 전계의 공진 주파수를 측정하는 단계를 포함한다.(e) measuring the resonance frequency of the electric field.

상기 투명한 압전 기판은 수정(quartz), 리튬 탄탈레이트(lithium tantalate) 및 리튬 니오베이트(lithium niobate)로 이루어지는 군에서 선택된 재료를 포함할 수 있다.The transparent piezoelectric substrate may include a material selected from the group consisting of quartz, lithium tantalate, and lithium niobate.

특정 파장의 광에 의해 공진하여, 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으킬 수 있는 임의의 재료가 금속 박막 전극의 재료로 사용될 수 있다. 상기 금속 박막 전극 재료는 알루미늄; 크롬; 코발트; 구리; 금, 인듐, 몰리브덴; 니켈; 팔라듐; 백금; 은; 주석; 티타늄; 텅스텐 및 아연으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.Any material that can resonate with light of a specific wavelength and cause surface plasmon resonance (SPR) can be used as the material of the metal thin film electrode. The metal thin film electrode material is aluminum; chrome; cobalt; Copper; Gold, indium, molybdenum; nickel; Palladium; platinum; silver; Remark; titanium; It may be selected from the group consisting of tungsten and zinc.

상기 광결합 매질는, 1.50 ~ 1.60, 1.51 ~ 1.59, 1.52 ~ 1.58, 1.52 ~ 1.57, 1.52 ~ 1.56, 1.52 ~ 1.55, 1.53 ~ 1.55로 이루어진 군에서 선택된 범위의 굴절률을 가지는 임의의 투명한 액체일 수 있다. 상기 기판이 수정인 실시예에서, 상기 광결합 매질는 6.32.8 nm의 파장에서 약 1.54의 굴절률을 가질 수 있다.The optical coupling medium may be any transparent liquid having a refractive index in the range selected from the group consisting of 1.50 to 1.60, 1.51 to 1.59, 1.52 to 1.58, 1.52 to 1.57, 1.52 to 1.56, 1.52 to 1.55, and 1.53 to 1.55. In embodiments in which the substrate is a crystal, the photocoupling medium may have a refractive index of about 1.54 at a wavelength of 6.32.8 nm.

상기 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기 사이에 캐비티가 존재할 수 있으며, 이 캐비티는 굴절률이 정합하는 매질로 채워져 밀봉될 수 있다 상기 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기 사이의 거리는, 0.5mm ~ 2.5mm; 0.75mm ~ 2.25mm; 및 1mm ~ 2mm로 이루어지는 군에서 선택된 범위 내일 수 있다. 상기 광결합 매질는 물에 비해 상대적으로 밀도가 낮은 것일 수 있고, 상기 밀도는 1.05 ~ 1.3; 1.1 ~ 1.25; 및 1.1 ~ 1.2로 이루어지는 군에서 선택된 범위 내일 수 있다.A cavity may be present between the substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler, the cavity may be filled and sealed with a matching medium with a refractive index. The distance between the substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler is between 0.5 mm and 2.5. mm; 0.75 mm to 2.25 mm; And it may be in the range selected from the group consisting of 1mm ~ 2mm. The photocoupling medium may have a relatively low density compared to water, and the density may be 1.05 to 1.3; 1.1 to 1.25; And it may be in the range selected from the group consisting of 1.1 to 1.2.

상기 광결합 매질은 수용성 매질(aqueous medium) 또는 비수용성 매질(non-atueous medium)일 수 있다. 일 실시예에서, 광결합 매질은 1 ~ 25; 2 ~ 20; 3 ~ 18; 4 ~ 15; 5 ~ 12; 및 5 ~ 10으로 이루어지는 군에서 선택된 범위 내의 탄소 원자를 가지는 하이드로카본(탄화수소)이다. 상기 광결합 매질은 스티렌, 톨루엔, 벤질 알콜, 부틸벤젠, 테트라하이드로나프탈렌, 아세토페논, 벤조니트릴, 디브로모메탄, 벤질아민, 3-피리딘메탄올, 2-메틸벤젠메탄아민, 페닐옥시란으로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.The optical coupling medium may be an aqueous medium or a non-atueous medium. In one embodiment, the photocoupling medium is 1-25; 2 to 20; 3 to 18; 4 to 15; 5 to 12; And hydrocarbon having a carbon atom within a range selected from the group consisting of 5 to 10 (hydrocarbon). The photocoupling medium is composed of styrene, toluene, benzyl alcohol, butylbenzene, tetrahydronaphthalene, acetophenone, benzonitrile, dibromomethane, benzylamine, 3-pyridinmethanol, 2-methylbenzenemethanamine, phenyloxirane Can be selected from the group.

상기 광 결합 매질은 1.05 ~ 1.3; 1.1 ~ 1.25; 및 1.1 ~ 1.2로 이루어지는 군에서 선택된 범위 내에서 물에 비례하는 밀도를 가질 수 있다.The optical coupling medium is 1.05 to 1.3; 1.1 to 1.25; And it may have a density proportional to water in the range selected from the group consisting of 1.1 to 1.2.

일 실시예에서, 상기 제2 금속 박막 전극에는 광빔이 투과되도록 하는 하나 이상의 개구부가 형성될 수 있다. 상기 제2 금속 박막 전극에는 복수의 개구부가 형성될 수 있다. 상기 개구부는, 다수의 광빔이 통과하고 상기 기판과 상기 제1 금속 박막 전극의 계면에서 반사될 수 있기에 충분한 크기를 가질 수 있다. In one embodiment, one or more openings may be formed in the second metal thin film electrode to allow the light beam to pass therethrough. A plurality of openings may be formed in the second metal thin film electrode. The opening may have a size sufficient to allow a plurality of light beams to pass through and be reflected at an interface between the substrate and the first metal thin film electrode.

중량 감지는 석영 결정 미량 저울 감지; 표면 탄성파 감지(surface acoustic wave sensing); 벌크 탄성파 감지 (bulk acoustic, wave sensing)로 이루어지는 그룹에서 선택될 수 있다.Weight detection, quartz crystal microbalance detection; Surface acoustic wave sensing; It can be selected from the group consisting of bulk acoustic wave sensing.

일 실시예에서, 실질적으로 반구형, 실질적으로 직사각형, 실질적으로 사각형, 및 실질적으로 원통형으로 이루어지는 군에서 선택된 형상을 가지는 프리즘일 수 있는 감쇠 전반사(ATR) 결합기가 제공된다.In one embodiment, an attenuated total reflection (ATR) coupler is provided that can be a prism having a shape selected from the group consisting of substantially hemispherical, substantially rectangular, substantially rectangular, and substantially cylindrical.

최선의 실시형태를 포함하여 본 발명의 비(非)한정예, 및 비교예를 참조하여 첨부도면을 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, with reference to the non-limiting examples and comparative examples of the present invention, including the best embodiments.

도 1a는 석영 결정 미량 저울(QCM)과 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 동시에 결합할 수 있는 센서칩의 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a sensor chip capable of simultaneously combining a quartz crystal microbalance (QCM) and a surface plasmon resonance (SPR).

도 1b는, 도 1a의 센서칩의 평면도이다.FIG. 1B is a plan view of the sensor chip of FIG. 1A.

도 1c는, 도 1a의 센서칩의 저면도이다.FIG. 1C is a bottom view of the sensor chip of FIG. 1A.

도 2는 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 위한 크레치만 구성(Kretschmann configuration)의 감쇠 전반사 광결합 장치의 개략도이다. FIG. 2 is a schematic diagram of an attenuated total reflection optical coupling device of the Kretschmann configuration for surface plasmon resonance (SPR). FIG.

도 3은, 도 1a ~ 도 1c의 센서칩을 사용하여, 석영 결정 미량 저울(QCM) 및 표면 플라즈몬 공진(SPR) 분석 기술을 행하는 센서 장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a sensor device that performs a quartz crystal microbalance (QCM) and surface plasmon resonance (SPR) analysis technique using the sensor chip of FIGS. 1A to 1C.

도 4의 (a) ~ (d)는 각각, 4개의 상이한 감쇠 전반사 광결합 표면 플라즈몬 공진(SPR) 구성의 단면도이다.4A to 4D are cross-sectional views of four different attenuated total reflection optical coupling surface plasmon resonance (SPR) configurations, respectively.

도 5 (a)는 석영 결정 미량 저울(QCM) 및 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 동시에 결합할 수 있는 센서칩의 다른 실시예의 단면도이다.FIG. 5A is a cross-sectional view of another embodiment of a sensor chip capable of simultaneously combining a quartz crystal microbalance (QCM) and a surface plasmon resonance (SPR).

도 5 (b)는, 도 5 (a)의 센서칩의 평면도이다.FIG. 5B is a plan view of the sensor chip of FIG. 5A.

도 5 (c)는, 도 5 (a)의 센서칩 장치를 사용하는, 크레치만 구성의 감쇠 전반사 광결합 장치의 단면도이다. FIG. 5C is a cross-sectional view of the attenuated total reflection optical coupling device of the Crechman configuration using the sensor chip device of FIG. 5A.

도 6 (a)는, 도 5 (a)의 센서칩을 사용하는, 일회용 크레치만 구성의 감쇠 전반사 광결합 장치의 다른 실시예의 단면도이다. FIG. 6 (a) is a cross-sectional view of another embodiment of the attenuated total reflection optical coupling device of the disposable Crechman configuration using the sensor chip of FIG. 5 (a).

도 6 (b)는, 도 6 (a)의 센서칩 및 크레치만 구성의 감쇠 전반사 광결합 장치의 평면도이다.FIG. 6 (b) is a plan view of the attenuated total reflection optical coupling device of the sensor chip and Crechman configuration shown in FIG. 6 (a).

도 7은, 도 1a ~ 도 1c의 센서칩을 사용하는, 석영 결정 미량 저울(QCM) 및 표면 플라즈몬 공진(SPR) 분석 기술을 행하는 센서 장치의 다른 실시예의 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of another embodiment of a sensor device performing a quartz crystal microbalance (QCM) and surface plasmon resonance (SPR) analysis technique using the sensor chip of FIGS. 1A-1C.

도 8은 석영 결정 미량 저울(QCM) 및 표면 플라즈몬 공진(SPR) 분석을 다중 모드 측정으로 행하는 센서 장치의 다른 실시예의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of another embodiment of a sensor apparatus for performing quartz crystal microbalance (QCM) and surface plasmon resonance (SPR) analysis with multi-mode measurements.

도 9 (a)는, 석영 기판에 설치된 금속 전극의 어레이를 개시하는 실시예의 단면도이다.FIG. 9A is a cross-sectional view of an embodiment illustrating an array of metal electrodes provided on a quartz substrate. FIG.

도 9 (b)는 석영 기판의 상부면에 설치된 금속 전극의 어레이의 평면도이다.9B is a plan view of an array of metal electrodes provided on the upper surface of the quartz substrate.

도 9 (c)는 석영 기판의 하부면에 설치되어 있고, 내부에 개구부가 설치되어 있는 금속 전극의 어레이의 저면도이다.Fig. 9C is a bottom view of the array of metal electrodes provided on the lower surface of the quartz substrate and having openings provided therein.

도 10a는 굴절률(index)을 정합하기 위해 톨루엔을 사용한, 도 1의 센서칩에 의해 취득된 각도 스캔 곡선(angular scan curve)을 나타낸 것이다.FIG. 10A shows an angular scan curve obtained by the sensor chip of FIG. 1 using toluene to match the index of refraction.

도 10b는 굴절률을 정합하기 위해 각각 톨루엔, 스티렌, 및 벤질 알콜을 사용한, 도 1의 센서칩에 의해 취득된 3개의 각도 스캔 곡선을 나타낸 것이다. FIG. 10B shows three angular scan curves obtained by the sensor chip of FIG. 1 using toluene, styrene, and benzyl alcohol, respectively, to match the refractive indices.

도 10c는 Autolab 표면 플라즈몬 공진(SPR) 장치로 측정한 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 안정성을 나타낸 것이다.Figure 10c shows the stability of the surface plasmon resonance (SPR) measured by the Autolab surface plasmon resonance (SPR) device.

도 11 (a)는 석영 결정이 공기에 노출된 하부면을 가지는 노출에 대해, 석영 결정 미량 저울의 동시 주파수(simultaneous frequency) 및 운동 저항(motional resistance) 응답을 나타낸 그래프이다.FIG. 11 (a) is a graph showing the simultaneous frequency and the motional resistance response of a quartz crystal microbalance for exposure with a quartz crystal exposed to the bottom surface.

도 11 (b)는 석영 결정이 톨루엔에 노출된 하부면을 가지는 노출에 대해, 석영 결정 미량 저울의 동시 주파수 및 운동 저항 응답을 나타낸 그래프이다.FIG. 11 (b) is a graph showing the simultaneous frequency and kinetic resistance response of the quartz crystal microbalance for exposure with quartz crystals having a bottom surface exposed to toluene.

도 12는 상부 전극 상의 PBS(Phosphate Buffered Saline) 버퍼에 의한 BSA(Bovine Serum Albumin) 흡착작용에 대한, 활성화된 석영 결정 미량 저울(QCM)의 주파수 응답을 나타낸 그래프이다.FIG. 12 is a graph showing the frequency response of an activated quartz crystal microbalance (QCM) to Bovine Serum Albumin (BSA) adsorption by a Phosphate Buffered Saline (PBS) buffer on the top electrode.

도 13은 석영 결정 미량 저울(QCM)에 대한 반경 종속성의 질량 민감도(radial dependent mass sensitivity)를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing radial dependent mass sensitivity for quartz crystal microbalance (QCM).

도 14는 BSA 흡착작용 반응에 대한 P/P 및 P/R 전극형(electroded) 석영 결정 미량 저울)QCM)의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.FIG. 14 shows P / P and P / R electrode types for BSA adsorption reaction. It is a graph showing the frequency response of quartz crystal microbalance (QCM).

도 15는, 도 3의 센서 장치의 동시 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울 신호(QCM)의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.FIG. 15 is a graph showing the frequency response of simultaneous surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance signal (QCM) of the sensor device of FIG. 3.

도 1a ~ 도 1c(이하, 도 1이라고도 한다)는 결합형(combined) 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 중량 감지를 활용할 수 있는 전체로서 화살표 30으로 나타낸 센서칩 장치를 개시한다.1A-1C (hereinafter also referred to as FIG. 1) disclose a sensor chip device as indicated by arrow 30 as a whole that may utilize combined surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) weight sensing. do.

센서칩(30)은 석영 기판(1) 형태의 투명한 압전 기판을 포함한다. 전극(2) 형태의 제1 금속 박막 전극은 석영 기판(1) 상부면에 설치되어 있다. 전극(3) 형태의 제2 금속 박막 전극은 석영 기판(1)의 반대쪽에 설치되어 있다. 전극(3)에는 이하에 더욱 자세하게 설명하는 바와 같이 레이저광을 석영 기판(1)으로 투과시킬 수 있는 개구부(32)를 가지고 있다.The sensor chip 30 includes a transparent piezoelectric substrate in the form of a quartz substrate 1. The first metal thin film electrode in the form of the electrode 2 is provided on the upper surface of the quartz substrate 1. The second metal thin film electrode in the form of an electrode 3 is provided on the opposite side of the quartz substrate 1. As described in more detail below, the electrode 3 has an opening 32 through which a laser beam can be transmitted to the quartz substrate 1.

전극(3)은 도 1에 도시된 바와 같이, 석영 기판(1)의 오른쪽 에지 주변을 감싸는 금속 스트립(4)에 접속되어 있다. 석영 기판(1)에는 갭(2A)이 형성되어 있어, 사용 시에 샘플이 석영 기판(1)에 접촉할 수 있도록 한다. 금속 스트립(4)은 전극(3)이 일측에서 전기적으로 접속될 수 있게 한다. 전극(2, 3) 및 석영 기판(1)은 석영 결정 미량 저울(QCM) 감지를 가능하게 한다. 도 1c에서 볼 수 있는 바와 같이, 전극(3) 중심의 개구부(32)(또는 "창")는, 특정 입사각에서 광밤이 내부 전반사를 일으켜서 감지하는 전극(2)의 표면에서 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으키도록, 입사 광빔이 석영 기판(1)을 통과할 수 있도록 함으로써 수행되는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 분석을 가능하게 한다. 개구부(32)가 광이 직접 석영 기판(1)을 통과할 수 있도록 한다는 것을 인식할 것이다.The electrode 3 is connected to a metal strip 4 which wraps around the right edge of the quartz substrate 1, as shown in FIG. 1. A gap 2A is formed in the quartz substrate 1 to allow the sample to contact the quartz substrate 1 in use. The metal strip 4 allows the electrode 3 to be electrically connected at one side. The electrodes 2, 3 and the quartz substrate 1 allow for quartz crystal microbalance (QCM) sensing. As can be seen in FIG. 1C, the opening 32 (or “window”) in the center of the electrode 3 is characterized by a surface plasmon resonance (SPR) at the surface of the electrode 2, which is sensed by light night causing total internal reflection at a particular angle of incidence. Enable surface plasmon resonance (SPR) analysis to be performed by allowing the incident light beam to pass through the quartz substrate 1. It will be appreciated that the opening 32 allows light to pass directly through the quartz substrate 1.

도 2는 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 분석하기 위한 감쇠 전반사(ATR) 프리즘 결합기를 나타낸 것이다. 도 2의 장치는 "크레치만 구성(Kretschmann arrangement)"이라고 부르며, 기저면(base surface)이 감지 디스크(16)에 탑재되어 있는 프리즘(18)을 포함하고, 감지 디스크(16)는 굴절률이 프리즘(18)의 굴절률과 동일한 재료로 이루어져 있다. 감지 디스크(16)와 프리즘(18) 사이의 에어갭(air gap)은 광결합을 위해 다량의 굴절률 정합 유체(17) 로 채워져 있다. 석영 기판(1)과 프리즘(18) 사이의 굴절률 정합 유체(17)는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 여기 시에 생성되는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 신호의 품질을, 특히 굴절의 영향으로 생성된 표면 플라즈몬 공진(SPR) 신호와 관련된 임의의 노이즈를 감소시킴으로써, 강화하기 위해 사용된다. 특히, 에어갭을 만들기 위해 석영 기판(1)과 프리즘(18) 사이의 거리를 5nm ~ 15nm 증가시키는 것은 표면 플라즈몬 공진(SPR) 신호의 발진을 상당히 증가시킬 수 있어, 신호의 품질을 향상시킨다.2 shows an attenuated total reflection (ATR) prism coupler for analyzing surface plasmon resonance (SPR). The apparatus of FIG. 2 is called a “Kretschmann arrangement” and includes a prism 18 having a base surface mounted on the sensing disk 16, the sensing disk 16 having a refractive index of prism 18. It is made of the same material as the refractive index of The air gap between the sensing disk 16 and the prism 18 is filled with a large amount of refractive index matching fluid 17 for optical coupling. The refractive index matching fluid 17 between the quartz substrate 1 and the prism 18 is responsible for the quality of the surface plasmon resonance (SPR) signal generated upon surface plasmon resonance (SPR) excitation, in particular the surface plasmon generated under the influence of refraction. It is used to enhance by reducing any noise associated with the resonance (SPR) signal. In particular, increasing the distance between the quartz substrate 1 and the prism 18 by 5 nm to 15 nm to create an air gap can significantly increase the oscillation of the surface plasmon resonance (SPR) signal, thereby improving the signal quality.

감지 디스크(16)의 상부면은 얇은 금속층(19)(예: 금)으로 코팅되어 있다. 이 금속층은 사용 싱에 표면 플라즈몬이 여기되는 전도성의 표면층을 제공한다.The top surface of the sensing disk 16 is coated with a thin metal layer 19 (eg gold). This metal layer provides a conductive surface layer on which the surface plasmon is excited during use.

도 3은 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 감지를 수행하기 위한 센서 시스템의 단면도이다. 이 실시예에서, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 과 석영 결정 미량 저울(QCM)의 감지는 동시에 수행된다. 도 1의 센서칩(30)은 크레치만 구성의 프리즘(11) 형태의 감쇠 전반사(ATR) 결합기와, 샘플(8)을 수용하는 챔버를 포함하는 셀(5) 형태의 샘플 수용 셀 사이에 고정(clamp)되어 있다. 셀(5)은 전극(2)에서 노출되어 있다. 셀(5)은 또한 샘플 주입관(sample inlet conduit)(8a) 및 샘플 배출관(sample outlet conduit)(8b)을 포함한다. 이 개시된 실시예에서, 샘플은 액체의 분석대상(analyte) 샘플(8)이다. 하지만, 다른 실시예들에서, 샘플은 기체 형태일 수도 있다.3 is a cross-sectional view of a sensor system for performing surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) sensing. In this embodiment, the detection of surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) is performed simultaneously. The sensor chip 30 of FIG. 1 is fixed between an attenuated total reflection (ATR) coupler in the form of a prism 11 of the Crechman configuration and a sample receiving cell in the form of a cell 5 including a chamber for receiving the sample 8 clamped. The cell 5 is exposed at the electrode 2. The cell 5 also includes a sample inlet conduit 8a and a sample outlet conduit 8b. In this disclosed embodiment, the sample is an analyte sample 8 of liquid. However, in other embodiments, the sample may be in gaseous form.

센서칩(30)은 프리즘(11)과 셀(5) 사이에 두개의 O자형 링(O0ring)(7, 9)에 의해 고정되어 있다.The sensor chip 30 is fixed by two O-rings 7 and 9 between the prism 11 and the cell 5.

프리즘(11)과 전극(3) 사이에는 캐비티가 형성되어 있고, 굴절률 정합 액체(10) 형태의 광결합 매질로 채워져 있다.A cavity is formed between the prism 11 and the electrode 3 and filled with an optical coupling medium in the form of a refractive index matching liquid 10.

광은, 레이저(14) 형태의 광원으로부터 프리즘 어셈블리를 향한다. 이 실시예에서, 레이저(14)의 출력 파장은 500nm ~ 900nm 범위이다. 굴절률 정합 액체(10) 및 석영 기판(1)을 통과하는 입사빔(15)은, 석영 기판(1)과 전극(3)의 계변에서 굴절된다. 반사빔(12)은 다시 프리즘(11)을 통과하여 검출기(13)로 간다.Light is directed from the light source in the form of a laser 14 towards the prism assembly. In this embodiment, the output wavelength of the laser 14 is in the range of 500 nm to 900 nm. The incident beam 15 passing through the refractive index matching liquid 10 and the quartz substrate 1 is refracted at the boundary between the quartz substrate 1 and the electrode 3. The reflected beam 12 passes through the prism 11 again to the detector 13.

일정한 조건 하에서, 석영 기판(1)과 전극(3)의 계면에서 내부 전반사를 거치는 광은, 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으킨다. 따라서, 샘플인 분석대상 용액(8)이 감지하는 전극(3)에 도출되어 있는 동안에 그것의 흡착작용(adsorption)을 모니터링할 수 있다.Under certain conditions, light passing through total internal reflection at the interface between the quartz substrate 1 and the electrode 3 causes surface plasmon resonance (SPR). Thus, its adsorption can be monitored while the sample to be analyzed (8) is drawn to the sensing electrode (3).

센서 시스템(36)은 또한 석영 결정 미량 저울(QCM) 분석을 수행하는데 사용되는 발진 회로(6) 및 주파수 카운터(7)를 포함한다. AC 전원(도시하지 않음) 형태의 전계를 발진 회로(6)에서 석영 기판(1)을 거쳐 전극(2, 3)에 인가하여 전단 모드 발진(shear mode oscillation)을 자극한다. 이것이 분석대상 용액(8)의 흡착작용을 일으키므로, 석영 결정 미량 저울(QCM) 신호를 취득할 수 있다. 표면 플라즈몬 공진(SPR) 신호 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 신호는 동시에 또는 비(非)동시에 취득될 수 있음을 알아야 한다.Sensor system 36 also includes an oscillation circuit 6 and a frequency counter 7 used to perform quartz crystal microbalance (QCM) analysis. An electric field in the form of an AC power source (not shown) is applied to the electrodes 2 and 3 in the oscillation circuit 6 via the quartz substrate 1 to stimulate shear mode oscillation. Since this causes the adsorption action of the solution 8 to be analyzed, the quartz crystal microbalance (QCM) signal can be obtained. It should be noted that the surface plasmon resonance (SPR) signal and the quartz crystal microbalance (QCM) signal can be acquired simultaneously or non-simultaneously.

도 4a ~ 도 4d는 센서칩(30)에 광학적으로 결합되는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 구성에 기초한 4개의 상이한 감쇠 전반사 결합을 나타낸 것이다. 도 4 (a)에는, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 기술에 기초한 감쇠 전반사(ATR) 결합을 이용하 는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM)의 결합이 도시되어 있다. 이 구성은 부채 형상(예: 반구형 렌즈)의 투명한 블록(20) 프리즘을 사용하여 광빔의 초점을 모아서 굴절률 정합 액체(10)를 통해 전극(3)에 조사한다. 감쇠 전반사(ATR) 결합기에 사용하기 위한 팬 형상의 프리즘에 대한 완전한 개시내용은 특허문헌 EP-Al-0305109에 개시되어 있어서, 그 내용 전부는 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.4A-4D show four different attenuated total reflection couplings based on surface plasmon resonance (SPR) configurations optically coupled to the sensor chip 30. 4 (a) shows the combination of surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) using attenuated total reflection (ATR) coupling based on surface plasmon resonance (SPR) technology. This configuration uses a transparent block 20 prism in the shape of a fan (eg hemispherical lens) to focus the light beam and irradiate the electrode 3 through the refractive index matching liquid 10. A complete disclosure of a fan-shaped prism for use in an attenuated total reflection (ATR) coupler is disclosed in patent document EP-Al-0305109, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

도 4 (b)는 사다리꼴의 투명한 블록(21)을 사용하여 광빔의 초점을 모아서 굴절률 정합 액체(10)를 통해 전극(3)에 조사하는 구성을 개시하고 있다. 도 4 (c)는 직사각형의 투명한 블록(22)을 사용하여 광빔의 초점을 모아서 굴절률 정합 액체(10)를 통해 전극(3)에 조사하는 구성을 개시하고 있다. 도 4 (d)는 원통형의 투명한 블록(23)을 사용하여 광빔의 초점을 모아서 굴절률 정합 액체(10)를 통해 전극(3)에 조사하는 구성을 개시하고 있다.4B discloses a configuration in which a light beam is focused using a trapezoidal transparent block 21 and irradiated to the electrode 3 through the refractive index matching liquid 10. 4 (c) discloses a configuration in which the light beam is focused using a rectangular transparent block 22 and irradiated to the electrode 3 through the refractive index matching liquid 10. 4 (d) discloses a configuration in which a light beam is focused using a cylindrical transparent block 23 and irradiated to the electrode 3 through the refractive index matching liquid 10.

도 5 (a)는 소형이고, 캐비티(15)가 형성되어 있는 지지 슬라이드(24)에 연결되어 있는 센서칩(30')을 포함하는 디스크 장치(40)의 단면도이다. 이 실시예에서, 센서칩(30')는 센서칩(30)과 기능적으로 유사하므로, 유사한 요소에는 프라임(') 심볼이 붙은 유사한 도면부호를 붙인다. 하지만, 센서칩(30)과 센서칩(30')에는 구조상 약간의 차이점이 존재한다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 이 실시예는 사각(oblique angle)(15b')을 가지는 얕은 캐비티(15a')를 보여준다. 이 사각(15b')의 규정(provision)은, 캐비티 표면이 센서 디스크와 평행하지 않아서, 압축파 공진(compressional wave resonance)에 의해 유발되는 응답을 최소화함으로써 석영 결정 미량 저울(QCM)의 성능 향상을 보증한다.FIG. 5A is a cross-sectional view of the disk apparatus 40 which is compact and includes a sensor chip 30 'connected to a supporting slide 24 on which a cavity 15 is formed. In this embodiment, the sensor chip 30 'is functionally similar to the sensor chip 30, so that similar elements are given similar reference numerals with a prime (') symbol. However, it should be noted that there is a slight difference in structure between the sensor chip 30 and the sensor chip 30 '. For example, this embodiment shows a shallow cavity 15a 'having an oblique angle 15b'. The provision of this square 15b 'improves the performance of the quartz crystal microbalance (QCM) by minimizing the response caused by the compression wave resonance since the cavity surface is not parallel to the sensor disk. Guarantee.

이 실시예에서, 슬라이드(24')는 석영 기판(1)과 프리즘(11') 사이에 배치되어 있다. 슬라이드(24')는 632.8nm 파장에서 굴절률 1.54의 유리로 이루어져 있다. 얕은 캐비티(15')는 저(低)점성 및 저(低)밀도의 굴절률 정합 액체(10')로 채워져 있다. 센서칩(30')은 양호한 밀봉을 보증하기 위해 슬라이드(24') 상에 부착되어 있다.In this embodiment, the slide 24 'is disposed between the quartz substrate 1 and the prism 11'. The slide 24 'is made of glass with a refractive index of 1.54 at 632.8 nm wavelength. The shallow cavity 15 'is filled with a low viscosity and low density refractive index matching liquid 10'. The sensor chip 30 'is attached on the slide 24' to ensure good sealing.

도 5 (c)는 위의 도 4 (a)의 실시예에 대해 설명한 바와 같이, 반구형의 프리즘(11')에 부착된 디스크 장치(40')를 나타낸 것이다. 센서칩(36')은 소형이고, Eco Chemie B.V. of Utrecht, The Netherlands(회사명)가 제조한 Autolab^TM ESPR (electrochemical surface plasmon resonance) 분석기와 같은 기존의 상업용 표면 플라즈몬 공진(SPR) 기계에 유리하게 통합될 수 있다.5 (c) shows the disk device 40 ′ attached to the hemispherical prism 11 ′ as described with respect to the embodiment of FIG. 4 (a) above. The sensor chip 36 'is compact and favors conventional commercial surface plasmon resonance (SPR) machines such as the Autolab ^TM electrochemical surface plasmon resonance (ESPR) analyzer manufactured by Eco Chemie BV of Utrecht, The Netherlands. Can be integrated.

이 실시예에서, 지지하는 슬라이드(24')는 두께 0.82mm, 직경 25.4mm이고 BK7 유리로 이루어져 있다. 슬라이드(24)의 캐비티(15)는 전극(3')의 표면에 사각(25)으로 배치되어 있다. (도 5의 소형 센서 디스크 장치에 관한 한) 액체의 깊이가 ~1mm 정도로 낮은 경우에 상당할 수 있는, 압축파 공진에 의해 유발된 응답을 최소화하는 것이다.In this embodiment, the supporting slide 24 'is 0.82 mm thick, 25.4 mm diameter and consists of BK7 glass. The cavity 15 of the slide 24 is arranged in a square 25 on the surface of the electrode 3 '. Minimize the response caused by the compression wave resonance, which can be equivalent to a case where the depth of the liquid is as low as ˜1 mm (as for the small sensor disk device of FIG. 5).

캐비티(15')는 스티렌 용액 형태의 굴절률 정합 액체로 채워져 있고 센서칩(30')에 의해 덮여있다. 이 실시예에서, 센서칩(30')은 두께 0.276mm이고 직경 20mm인 6 MHz 결합형 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 센서 디스크이다. 전극(2', 3')은 직경 10mm이고, 전극(3')은 내부 직경 5mm의 개구부(32')를 가지고 있다.The cavity 15 'is filled with a refractive index matching liquid in the form of a styrene solution and covered by the sensor chip 30'. In this embodiment, the sensor chip 30 'is a 6 MHz coupled surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) sensor disk with a thickness of 0.276 mm and a diameter of 20 mm. The electrodes 2 'and 3' are 10 mm in diameter, and the electrodes 3 'have openings 32' with an inner diameter of 5 mm.

디스크(30')의 에지는 아교(glue)와 같은 밀봉제(sealant)로 밀봉되어 있다. 적합한 접착제는 미국 미네소타 메이플우드 소재의 Minnesota Mining & Manufacturing Company사의 3M^TM Auto Glass Adhesive(제품명)일 수 있다.The edge of the disk 30 'is sealed with a sealant such as glue. A suitable adhesive may be 3M ^™ Auto Glass Adhesive (trade name) from Minnesota Mining & Manufacturing Company, Maplewood, Minnesota, USA.

디스크 장치(disk arrangement)(40')는 소형이어서 Autolab^TM 표면 플라즈몬 공진(SPR) 기계와 같은 기존의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 기계에 이용될 수 있다.Disk arrangement 40 'is compact and can be used in existing surface plasmon resonance (SPR) machines, such as Autolab ^™ surface plasmon resonance (SPR) machines.

디스크 장치(40')는 굴절률 정합 오일(17')의 얇은 층을 코팅함으로써 프리즘(11') 상에 탑재될 수 있다. 디스크 장치(40')는 생물학적 샘플, 생물화학적 샘플 또는 화학적 샘플을 측정하는 데 사용될 수 있다는 점에서 바이오센서(biosensor)로 사용될 수 있다.The disk device 40 'may be mounted on the prism 11' by coating a thin layer of refractive index matching oil 17 '. Disk device 40 ′ can be used as a biosensor in that it can be used to measure biological, biochemical or chemical samples.

사용 시에, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM)은, 해당 기술분에 알려져 있는 것처럼 석영 결정 미량 저울(QCM)을 개시하도록, 전극(2', 3') 모두를 (도 2에 도시된 발진 회로(6)와 같은) 발진기 및 (도 2에 도시된 주파수 카운터(7)와 같은) 주파수 카운터에 접속시킴으로써 동시에 측정될 수 있다. 대표적인 석영 결정 미량 저울(QCM) 방법은 미국특허 제6,156,578호 및 제5,201,215호에 개시되어 있으며, 이들의 내용 전부는 참조를 위해 본 명세서에 통합된다. 동시에, 레이저광은 전극(3')의 개구부(32')를 통해 입사되어 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으킨다.In use, the surface plasmon resonance (SPR) and the quartz crystal microbalance (QCM) are shown in FIG. 2, in order to initiate the quartz crystal microbalance (QCM) as shown in the art. It can be measured simultaneously by connecting to an oscillator (such as oscillator circuit 6 shown in Fig. 2) and a frequency counter (such as frequency counter 7 shown in Fig. 2). Representative quartz crystal microbalance (QCM) methods are disclosed in US Pat. Nos. 6,156,578 and 5,201,215, all of which are incorporated herein by reference. At the same time, the laser light is incident through the opening 32 'of the electrode 3', causing surface plasmon resonance (SPR).

도 6은 소형의 일회용 디스크 장치(50'')의 단면도이다. 디스크 장치(50'')는 센서칩(30'')를 포함한다. 이 실시예에서, 센서칩(30'')는 센서칩(30)과 기능적으로 유사하므로, 유사한 요소에는 두개의 프라임('') 심볼이 붙은 유사한 도면부호를 붙인다. 하지만, 센서칩(30)과 센서칩(30'')에는 구조상 약간의 차이점이 존재한다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 이 실시예는 프리즘(26'') 내에 제공된 얕은 캐비티(27'')를 보여준다.6 is a cross-sectional view of a small disposable disk device 50 ''. The disk device 50 '' includes a sensor chip 30 ''. In this embodiment, the sensor chip 30 " is functionally similar to the sensor chip 30, and therefore similar elements are given similar reference numerals with two prime (") symbols. However, it should be noted that there are some differences in structure between the sensor chip 30 and the sensor chip 30 ″. For example, this embodiment shows a shallow cavity 27 '' provided within the prism 26 ''.

프리즘(26'')은 몰딩된 플라스틱 프리즘(26'')으로 석영 기판(1'')과 정합되도록 약 1.54의 굴절률을 가진다. 얕은 캐비티(27'')는 반구형 프리즘(26'')의 기저부의 중심부에 형서되어 있다. 전술한 센서칩(40')처럼, 캐비티(27'')는 The prism 26 '' has a refractive index of about 1.54 to match the quartz substrate 1 '' with the molded plastic prism 26 ''. The shallow cavity 27 '' is shaped at the center of the base of the hemispherical prism 26 ''. Like the sensor chip 40 'described above, the cavity 27' '

저점성 및 저밀도 액체인 굴절률 정합 액체(10'')로 채워져 있고 센서칩(50'')으로 덮여있다. It is filled with a refractive index matching liquid 10 ", a low viscosity and low density liquid, and covered with a sensor chip 50 ".

굴절률 정합 액체(10'')는, 그것이 캐비티(27'')로부터 누설되거나 증발되는 것을 방지하기 위해 적합한 밀봉체로 캐비티(27'') 내에 밀봉되어 있다.The refractive index matching liquid 10 " is sealed in the cavity 27 " with a suitable seal to prevent it from leaking or evaporating from the cavity 27 ".

도 7은 센서칩(30''')을 포함하는 분석대상 기기(60''')의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이 실시예에서, 센서칩(30''')는 센서칩(30)과 기능적으로 유사하므로, 유사한 요소에는 세 개의 프라임(''') 심볼이 붙은 유사한 도면부호를 붙인다. 하지만, 이 실시예는 도파관(waveguide)(28''')을 포함한다.FIG. 7 shows another embodiment of the analyte to be analyzed 60 '' 'including the sensor chip 30' ''. In this embodiment, the sensor chip 30 '' 'is functionally similar to the sensor chip 30, so similar elements are given similar reference numerals with three prime (' '') symbols. However, this embodiment includes a waveguide 28 '' '.

센서칩(30''')은 프리즘(11''')의 한 면 및, 분석대상 샘플(8''')로 채워져 있는 셀(5''') 형태의 샘플 수용 셀에 부착되어 있고, 위의 도 3과 관련하여 설명한 센서 시스템(36)과 동일합 방식으로 동작한다.The sensor chip 30 '' 'is attached to one side of the prism 11' '' and a sample receiving cell in the form of a cell 5 '' 'filled with the sample to be analyzed 8' '', It operates in the same manner as the sensor system 36 described in connection with FIG. 3 above.

따라서, 디스크 장치(30''')는 결합형 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 분석 기술을 적용할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 적합한 도파관(28''')이 감지하는 전극(2''') 상에 코팅되어 있다. 분석대상 용액(8''')은 도파관(286''')에서 노출되어 있고, 도파관 기반 표면 플라즈몬 공진(SPR) 분석에서 유도된 감쇠 전반사(ATR)를 일으킨다. 도파관(28''')은 다층의 강성 고체 막(rigid solid film)으로 이루어져 있다. 이 실시예에서, 도판관(28''')의 전체 두께는 1 마이크로미터 ~ 2 마이크로미터 범위 내이다. 본 발명자들의 경험에 의해, 고체 막의 경우, 석영 결정 미량 저울(QCM)은 최대 10 마이크로미터까지 검출할 수 있는 것으로 밝혀졌다.Thus, the disk device 30 '' 'can employ coupled surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) analysis techniques. As shown in FIG. 7, in this embodiment, a suitable waveguide 28 '' 'is coated on the sensing electrode 2' ''. The analyte solution 8 '' 'is exposed in the waveguide 286' '' and causes attenuated total reflection (ATR) induced in the waveguide based surface plasmon resonance (SPR) analysis. Waveguide 28 '' 'consists of a multi-layer rigid solid film. In this embodiment, the overall thickness of the conduit 28 '' 'is in the range of 1 micrometer to 2 micrometers. In our experience, it has been found that for solid membranes, quartz crystal microbalance (QCM) can detect up to 10 micrometers.

도 8은 결합형 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 센서칩(30＾)의 사시도이다. 이 실시예에서, 센서칩(30＾)은 센서칩(30)과 기능적으로 유사하므로, 유사한 요소에는 (＾) 심볼이 붙은 유사한 도면부호를 붙인다. 센서칩(30＾)은 다른 실시예에서 설명한 다른 전극들(3', 3'', 3''')의 개구부(32)에 비해 더 큰 개구부(32＾)로 인한 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 측정하는 다수의 채널을 수용할 수 있다. 개구부(32＾)는 다수의 광빔이 통과할 수 있을 정도로 충분히 커서, 전극(2＾)과 석영 결정 기판(1＾)의 계면에 대한 더 많을 정보를 얻기 위한 다중 채널(multi-channel) 표면 플라즈몬 공진(SPR) 측정이 실행될 수 있도록 한다.8 is a perspective view of the coupled surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) sensor chip 30 '. In this embodiment, the sensor chip 30 'is functionally similar to the sensor chip 30, and therefore similar elements are given similar reference numerals with symbols (i). The sensor chip 30 'has a surface plasmon resonance (SPR) due to a larger opening 32' compared to the opening 32 of the other electrodes 3 ', 3' ', 3' '' described in another embodiment. It can accommodate multiple channels that measure. The opening 32 'is large enough to allow a large number of light beams to pass through, so that the multi-channel surface plasmon to obtain more information about the interface between the electrode 2' and the quartz crystal substrate 1 '. Allow resonance (SPR) measurements to be performed.

도 9 (a)는 다른 실시예의 센서칩(30＾＾)의 단면도이다. 이 실시예에서, 센서칩(30＾＾)은 센서칩(30)과 기능적으로 유사하므로, 유사한 요소에는 두개의 (＾＾) 심볼이 붙은 유사한 도면부호를 붙인다. 이 디스크 장치(30＾＾)는 석영 기판(1＾＾) 상에 설치된 금속 전극의 어레이를 포함한다.9A is a sectional view of a sensor chip 30 'of another embodiment. In this embodiment, the sensor chip 30 'is functionally similar to the sensor chip 30, and therefore similar elements are given similar reference numerals with two symbols. This disk device 30 'includes an array of metal electrodes provided on a quartz substrate 1'.

도 9 (b)는 복수의 전극(2＾＾)이 형성되어 있는 석영 기판(1＾＾)의 상부면의 평면도이다. 도 9 (c)는 석영 기판(1＾＾)의 하부면 상의, 내부에 개구부(32＾＾)를 가지는 전극(3＾＾)의 어레이의 평면도이다.FIG. 9B is a plan view of the upper surface of the quartz substrate 1 'on which the plurality of electrodes 2' are formed. FIG. 9C is a plan view of an array of electrodes 3 'having an opening 32' therein on the lower surface of the quartz substrate 1 '.

여기에서 개시한 결합형 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 센서칩들(30, 30', 30'', 30''', 30＾, 30＾＾)은 프리즘, 초점 렌즈, 또는 도파관에 감쇠 전반사(ATR) 결합될 수 있다는 것을 알 것이다. 이 센서칩들(30, 30', 30'', 30''', 30＾, 30＾＾)은 단일 또는 다수의 입사 광빔을 수광할 수 있다는 점에서 단일 모드(single mode) 또는 다중 모드(multi-mode)일 수 있다.The coupled surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) sensor chips disclosed herein are prisms, focusing lenses, 30 ', 30', 30 ', 30' '', 30 ', 30' It will be appreciated that attenuated total reflection (ATR) may be coupled to the waveguide. These sensor chips 30, 30 ', 30' ', 30' '', 30 ', 30' are capable of receiving a single or multiple incident light beams in a single mode or multiple mode ( multi-mode).

여기에 개시된 센서들은 액체 및 기체에 의한 흡착작용을 검출하는데 사용될 수 있다. 해당 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 여기에 개시된 발명에 대해 다수의 변형예 및/또는 변경예가 가능하다는 것을 알 것이다. 따라서 본 발명은 모든 점에서 예시하는 것으로 간주되어야 하고, 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다.The sensors disclosed herein can be used to detect adsorption by liquids and gases. Those skilled in the art will appreciate that many variations and / or modifications may be made to the invention disclosed herein without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention should be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

센서칩Sensor chip 어셈블리의 제조 Manufacture of assembly

개시된 센서칩 어셈블리는 다음과 같이 제조될 수 있다.The disclosed sensor chip assembly can be manufactured as follows.

석영 결정 기판(quartz crystal substrate)은 예를 들면, 미국 산타페 스프링스 소재의 Maxtek, Inc.사로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 석영 결정 기판은 평면이고 디스크 형상이다. 석영 결정 기판은 미리 커팅된 것을 입수하거나 필요 한 사이즈로 커팅할 수 있다.Quartz crystal substrates are commercially available, for example, from Maxtek, Inc., Santa Fe Springs, USA. The quartz crystal substrate is planar and disk shaped. The quartz crystal substrate can be pre-cut or cut to the required size.

대략 50nm의 금속을 평면의 석영 결정 기판의 제1 면에 기상 증착(vapor deposition)하여 제1의 금속 박막 전극(2, 2', 2'', 2''', 2＾, 2＾＾)을 형성한다. 상기 기판의 반대쪽의 제2 면에 추가로 50nm를 기상 증착하여 제2 금속 박막 전극(3, 3', 3'', 3''', 3＾, 3＾＾)을 형성하기 전에, 원형의 패치를 상기 전극의 반대면에 둘 수 있다. 그런 다음, 패치를 제거하여 개구부(32, 32', 32'', 32''', 32＾, 32＾＾)를 드러낸다. 상기 기판의 한 면에 금속층(4, 4', 4'', 4''', 4＾, 4＾＾)을 배치하여 전극(2, 2', 2'', 2''', 2＾, 2＾＾) 및 전극(3, 3', 3'', 3''', 3＾, 3＾＾)과 접속한다.Approximately 50 nm of metal is vapor deposited on the first surface of the planar quartz crystal substrate to deposit the first metal thin film electrodes 2, 2 ′, 2 ″, 2 ′, 2 ′, 2 ＾, 2 ＾＾ To form. Before further vapor deposition on the second side opposite the substrate to form the second metal thin film electrodes 3, 3 ', 3' ', 3' '', 3 ', 3', The patch can be placed on the opposite side of the electrode. The patch is then removed to reveal the openings 32, 32 ', 32' ', 32' '', 32 ', 32'. Metal layers 4, 4 ', 4 ", 4' ", 4 ", 4 " are disposed on one side of the substrate, and electrodes 2, 2 ', 2 ", 2' " , 2 ') and electrodes 3, 3', 3 '', 3 '' ', 3', 3 ').

크레치만 프리즘(11, 11', 11'', 11''', 11＾, 11＾＾)은 독일 제나 소재의 Hellma Optik Gmbh사로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 크레치만 프리즘(11, 11', 11'', 11''', 11＾, 11＾＾)을 프리즘 홀더(holed)에 의해 전극(3, 3', 3'', 3''', 3＾, 3＾＾)과 접속한다. 그리고 광결합 매질(10, 10', 10'', 10''', 10＾, 10＾＾)을 크레치만 프리즘(11, 11', 11'', 11''', 11＾, 11＾＾)과 전극(3, 3', 3'', 3''', 3＾, 3＾＾) 사이에 주입하고, O자형 링(7)과 같은 것으로 밀봉한다.Krechman prisms (11, 11 ', 11' ', 11' '', 11 ', 11') are commercially available from Hellma Optik Gmbh of Zena, Germany. The Crechman prisms 11, 11 ', 11 ", 11' ", 11 ", 11 " are electrode 3, 3 ', 3 ", 3' " , 3 ＾＾). Then, the optical coupling medium (10, 10 ', 10' ', 10' '', 10 ', 10') was applied to the Creechmann prism (11, 11 ', 11' ', 11' '', 11 ', 11'). ) And the electrodes 3, 3 ', 3 ", 3' ", 3 ', 3', and are sealed with the same thing as the O-shaped ring 7.

굴절률 Refractive index 정합coordination 유체 Fluid

액체 샘플에 의해 생성된 석영 결정 미량 저울(QCM) 신호의 발진 품질은 주로 액체의 점도 및 밀도에 의해 결정된다. 석영 결정 미량 저울(QCM)의 흡착작용 분석용으로 알려진 센서의 경우, 기판의 한 면은 샘플 액체에 노출되어 있고 기판의 다른 면은 공기에 노출되어 있다. 가장 생물학적인 흡착작용 분석의 경우, 예 를 들면, 석영 결정 미량 저울(QCM) 품질 계수(quality factor)가 약 25000인[즉, 미국 오클라호마 소재의 International Crystal Manufacturing Co., Inc사의 10MHz 석영 결정 미량 저울(QCM) 같은 것] PBS(Phosphate Buffered Saline)를 자주 매질로 사용한다. 이 발진 품질은 충분히 안정적이고 주파수 측정은 정밀하다. 동일한 10MHz 석영 결정 미량 저울(QCM)의 경우, 한 면이 PBS에 노출되고 다른 면이 굴절률 정합 오일에 노출되면, 품질계수(Q)는 500 아래로 대단히 떨어진다. 5배나 낮은 품질계수(Q)는 주파수 스펙트럼이 5배 확장되는 것을 의미하며, 이것은 안정적인 발진과 정확한 주파수 측정을 불가능하지는 않으면, 곤란하게 만들다. 또, 석영 결정 미량 저울(QCM)이 고(高)점성의 굴절률 정합 오일을 통해 프리즘 상에 배치하는 경우, 철저한 완충 효과(drastic damping effect)가 진동을 거의 검출할 수 없게 만든다.The oscillation quality of the quartz crystal microbalance (QCM) signal generated by the liquid sample is mainly determined by the viscosity and density of the liquid. In the case of sensors known for adsorption analysis of quartz crystal microbalances (QCM), one side of the substrate is exposed to the sample liquid and the other side of the substrate is exposed to air. For the most biological adsorption assays, for example, a quartz crystal microbalance (QCM) quality factor of about 25000 [i.e. 10 MHz quartz crystal microbalance from International Crystal Manufacturing Co., Inc., Oklahoma, USA). (QCM)] PBS (Phosphate Buffered Saline) is often used as a medium. This oscillation quality is sufficiently stable and the frequency measurement is precise. For the same 10 MHz quartz crystal microbalance (QCM), if one side is exposed to PBS and the other side is to refractive index matching oil, the quality factor (Q) drops significantly below 500. A five-fold lower quality factor (Q) means a five-fold extension of the frequency spectrum, which makes it difficult to achieve stable oscillation and accurate frequency measurements. In addition, when the quartz crystal microbalance (QCM) is placed on the prism through a highly viscous refractive index matching oil, a thorough damping effect makes the vibration hardly detectable.

본 발명의 실시예에서는, 오일이 아니라 점성이 낮은 액체를 굴절률 정합 유체로 사용한다. 표 1은 개시된 실시예에서 광결합을 위해 사용될 수 있는 몇몇의 유기계 용제의 재료 특성을 나타낸 것이다.In the embodiment of the present invention, a low viscosity liquid, not oil, is used as the refractive index matching fluid. Table 1 shows the material properties of some organic solvents that can be used for optical coupling in the disclosed examples.

여기서 "PBS는 인산완충식염수(Phosphate-Buffered Saline)이고, "IMO"는 굴절률 정합 오일이다.Where "PBS is Phosphate-Buffered Saline" and "IMO" is refractive index matching oil.

예 1Example 1

예 1에서는, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM)의 측정을, 도 3을 참조하여 위에서 설명한 것과 같은 동일한 센서 시스템 장치를 사용하였다. 따라서, 이 예의 센서 시스템 장치는 동일한 도면부호를 사용하고, 도 3을참조하여 설명할 것이다.In Example 1, measurements of surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) were used with the same sensor system apparatus as described above with reference to FIG. Therefore, the sensor system apparatus of this example uses the same reference numerals and will be described with reference to FIG.

동시 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM)의 측정값을, 기판으로서 금이 코팅된 석영 디스크(gold-coated quartz disk)를 사용하여 얻었다. 감쇠 전반사(ATR) 표면 플라즈몬 공진(SPR)은 석영 기판(1)의 제1 면 상의 전극(2)에 의해 발생하였다. 석영 결정 미량 저울(QCM)의 발진을 전극(2, 3)을 통해 석영 기판(1)에 AC 전압을 인가함으로써 구동하였다. 감쇠 전반사(ATR) 표면 플라즈몬 공진(SPR) 여기를 위해, 굴절률 정합 톨루엔(10) 형태의 굴절률 정합 액체를 O자형 링(7)들 사이에 밀봉하였다. 톨루엔은 비도전성이고, 물에 비해 점도 및 밀도가 낮다. 굴절률 정합 톨루엔은 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 여기에 대해 수동(passive) 광결합 계면으로 작용한다.Measurements of simultaneous surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) were obtained using gold-coated quartz disks as substrates. Attenuation total reflection (ATR) surface plasmon resonance (SPR) was generated by the electrode 2 on the first side of the quartz substrate 1. The oscillation of the quartz crystal microbalance (QCM) was driven by applying an AC voltage to the quartz substrate 1 through the electrodes 2, 3. For attenuated total reflection (ATR) surface plasmon resonance (SPR) excitation, a refractive index matching liquid in the form of refractive index matching toluene (10) was sealed between the O-shaped rings (7). Toluene is nonconductive and has a lower viscosity and density than water. The refractive index matched toluene acts as a passive photocoupling interface to the excitation of surface plasmon resonance (SPR).

이 예에서, 석영 기판(1)은 두께 0.276mm이고 직경 25.4mm인 6 MHz AT-절단(cut) 석영판(quartz plate)이다. 5nm 크롬 접착층을 가지는 45 nm의 금층을 석영 기판(1)에 적층하여 박막 전극(2)을 형성하였다. 내부 직경이 6.35mm인 개구부를 가지는 금 전극층을 석영 기판(2)의 반대면에 적층하여 박막 전극(3)을 형성하였다.In this example, the quartz substrate 1 is a 6 MHz AT-cut quartz plate 0.276 mm thick and 25.4 mm diameter. A 45 nm gold layer having a 5 nm chromium adhesive layer was laminated on the quartz substrate 1 to form a thin film electrode 2. A gold electrode layer having an opening having an internal diameter of 6.35 mm was laminated on the opposite side of the quartz substrate 2 to form a thin film electrode 3.

프리즘(11)을 BK7 유리로 만들어서 O자형 링(7)들 사이에 밀봉된 굴절률 정합 톨루엔(10)과 함께 전극(3)에 인접하여 배치하였다.The prism 11 was made of BK7 glass and placed adjacent to the electrode 3 with the refractive index matched toluene 10 sealed between the O-shaped rings 7.

미국 캘리포니아 소재의 Melles Griot of Carlsbad의 p 편광형(p-polarized) He-Ne 레이저(14)(632.8nm) 형태의 광원을 사용하였다. 레이저(14)로부터의 광빔(15)은, 프리즘(11)에 입사하기 전에 록인 증폭기(lock-in amplifier)로 기계적으로 초핑(chopping)하였다. 금 전극(2)과 석영 기판(1)의 계면에서 반사된 빔의 강도를 광다이오드 검출기로 검출하여 "각도 스캔(angular-sacn)" 측정을 위해 입사각의 함수로서 기록하였다.A light source in the form of a p-polarized He-Ne laser 14 (632.8 nm) from Melles Griot of Carlsbad, California, USA was used. The light beam 15 from the laser 14 was mechanically chopped with a lock-in amplifier before entering the prism 11. The intensity of the beam reflected at the interface between the gold electrode 2 and the quartz substrate 1 was detected with a photodiode detector and recorded as a function of the angle of incidence for an "angular-sacn" measurement.

도 10a는 굴절률 정합 톨루엔(10)을 사용하여 얻은 각도 스캔 곡선(angular scan curve)을 나타낸 것이다. 도 10a의 곡선은 43.5도의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 각도에서의 깊이 강도 손실(deep intensity loss)을 나타낸 것이다. 평탄한 반사 강도는 센서 시스템(36)이 굴절률 정합 톨루엔과 우수한 광결합을 이룬다 는 것을 나타내는 입사 각도의 편들(verses)을 변화시킨다.FIG. 10A shows an angular scan curve obtained using refractive index matched toluene 10. The curve of FIG. 10A shows the depth intensity loss at the surface plasmon resonance (SPR) angle of 43.5 degrees. The flat reflection intensity changes the inverses of the angle of incidence indicating that the sensor system 36 is in good optical coupling with the refractive index matched toluene.

예 2Example 2

예 2에서는, 도 5의 센서칩(30')과 동일한, 네덜란드 위트레흐트 소재의 Eco Chemie B.V.로부터 상업적으로 입수 가능한 UTOLAB ESPIRIT^TM 표면 플라즈몬 공진(SPR) 장치를 사용하였다. 따라서, 이 예의 센서칩(30')은 도 5와 동일한 도면부호를 사용하고, 도 5을 참조하여 설명할 것이다.In Example 2, the same UTOLAB ESPIRIT ^™ Surface Plasmon Resonance (SPR) device commercially available from Eco Chemie BV, Utrecht, Netherlands, was used, the same as the sensor chip 30 'of FIG. 5. Therefore, the sensor chip 30 'of this example uses the same reference numerals as in FIG. 5 and will be described with reference to FIG.

이 예에서는, 두께 0.166mm의 10MHz 석영 기판(1)을, 지지하는 슬라이드(14')와 함께 반구형의 프리즘(11') 상에 배치하였다. 지지하는 슬라이드(24') 캐비티(15a')에 굴절률 정합 액체(10')를 주입하였다.In this example, a 10 MHz quartz substrate 1 having a thickness of 0.166 mm was disposed on the hemispherical prism 11 'together with the supporting slide 14'. The refractive index matching liquid 10 'was injected into the supporting slide 24' cavity 15a '.

도 10b는 Autolab 표면 플라즈몬 공진(SPR) 장치로 측정되는 센서칩에 의해 취득된 각도 스캔 곡선을 나타낸다. Autolab 표면 플라즈몬 공진(SPR) 장치는 파장 670nm의 레이저 다이오드 및 진동 미러를 사용하여 기판 상이 p 편광된 광빔의 입사각을 변조한다. 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으키는 방법에 대한 완전한 설명은 Ward 등의 논문(Anal. Biochem. 2000, 285, 179)에 개시되어 있으며, 그 내용 전부는 참조를 위해 본 명세서 통합된다.FIG. 10B shows the angular scan curve acquired by the sensor chip measured with an Autolab surface plasmon resonance (SPR) device. Autolab surface plasmon resonance (SPR) devices use laser diodes and vibration mirrors with a wavelength of 670 nm to modulate the angle of incidence of p-polarized light beams on a substrate. A complete description of how to cause surface plasmon resonance (SPR) is disclosed in Ward et al. (Anal. Biochem. 2000, 285, 179), the entire contents of which are incorporated herein by reference.

세 개의 상이한 굴절률 정합 액체(10'), 톨루엔, 스티렌, 및 벤질 알콜을 각각 캐비티(15a')에 주입함으로써 세 개의 상이한 표면 플라즈몬 공진(SPR) 신호가 생성되었다. 이 세 개의 굴절률 정합 유체에 대한 표면 플라즈몬 공진(SPR) 스펙트럼은 도 10b에서 볼 수 있다. 따라서, 톨루엔, 스티렌, 및 벤질 알콜이 석영 기 판/BK7 유리 프리즘 장치를 가지는 센서칩의 굴절률 정합 액체로서 유망한 용액이라는 것을 알았다. 그 이유는 세 가지 액체 모두가 그들의 공진 주파수에서 반사 최저점을 분명하게 나타내기 때문이다.Three different surface plasmon resonance (SPR) signals were generated by injecting three different refractive index matching liquids 10 ', toluene, styrene, and benzyl alcohol into the cavity 15a', respectively. Surface plasmon resonance (SPR) spectra for these three refractive index matching fluids can be seen in FIG. 10B. Thus, it was found that toluene, styrene, and benzyl alcohol are promising solutions as refractive index matching liquids for sensor chips with quartz substrate / BK7 glass prism devices. The reason is that all three liquids clearly show the lowest reflection at their resonant frequency.

도 10c는 Autolab 표면 플라즈몬 공진(SPR)에 의해 측정된 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 안정성을 나타낸 것이다. 표준 Autolab 시스템에서, 30분에 걸친 베이스라인 표면 플라즈몬 공진(SPR) 각도 안정성은 약 ± 0.5 mdegree이었고, 이는 대부분의 계면 분석에서 호의적으로 받아들일 수 있는 것이다.FIG. 10C shows the stability of surface plasmon resonance (SPR) measured by Autolab surface plasmon resonance (SPR). In a standard Autolab system, the baseline surface plasmon resonance (SPR) angular stability over 30 minutes was about ± 0.5 mdegree, which is favorably acceptable for most interface analysis.

예 3Example 3

이 예에서는, 석영 기판의 한 면이 액체 용액에 노출되고 석명 기판의 다른 면이 굴절률 정합 액체에 노출되었을 때의 석영 결정 미량 저울(QCM) 발진 거동(발진 품질 및 안정성)을 조사하였다.In this example, the quartz crystal microbalance (QCM) oscillation behavior (oscillation quality and stability) when one side of the quartz substrate was exposed to the liquid solution and the other side of the clear substrate was exposed to the refractive index matching liquid was investigated.

미국 오클라호마주 오클라호마시 소재의 International Crystal Manufacturers Inc사의 두께 0.166mm이고 직경 13.66mm인 10MHz, AT 절단 석영 기판을 사용하여, 석영 결정 미량 저울(QCM) 상의 BSA(Bovine Serum Albumin) 흡착작용을 측정하였다. 석영 기판의 양면에 100nm 두께의 금 전극을, 전극 직경 5mm로 형성하되, 어떤 전극에도 개구부 없이 형성하였다.Bovine Serum Albumin (BSA) adsorption on a quartz crystal microbalance (QCM) was measured using a 10 MHz, AT cut quartz substrate having a thickness of 0.166 mm and a diameter of 13.66 mm from International Crystal Manufacturers Inc. of Oklahoma, Oklahoma, USA. Gold electrodes having a thickness of 100 nm were formed on both surfaces of the quartz substrate with an electrode diameter of 5 mm, but no electrodes were formed without openings.

현장에서의 액체의 주파수 측정의 경우, 석영 결정 미량 저울(QCM)의 결정을 두 개의 플렉시유리(plexiglas, 상표명) 블록에 네오프렌 O자형 링 밀봉재와 함께 고정시켰다. 개방 액체 셀(open liquid cell)의 바닥(base)에 석영의 상부면을 형성하였고, 폐쇄 액체 셀(closed liquid cell)의 바닥에 하부면을 형성하였다. 개 방 액체 셀은 부피 1mL까지 액체를 넣을 수 있도록 하였고, 폐쇄 액체 셀은 사각(oblique angle)으로 부피 약 70uL의 액체를 넣을 수 있도록 하였다. 이 설정을 사용하여, 결정의 상부면은 PBS 용액에 노출시켰고, 하부면은 공기 또는 비전도성이고 낮은 점성 및 밀도를 가지는 유기계 용제에 노출시켰다. 미국 루이지애나 마타리 소재의 Universal Sensors, Inc.사의 PzTools 하드웨어 및 소프트웨어를 사용하여 주파수 응답을 측정하였다. 주파수 안정성은 1Hz이었다. 임피던스 분석에서, 동일한 설정을 미국 아리조나주 피닉스 소재의 Saunders & Associates, Inc사의 S&A 250B Network Analyzer에 적용하여, 주파수 스펙트럼 및 품질(Q) 계수를 포함하는 임피던스 파라미터를 기록하였다. Network Analyzer의 주파수 안정성은 4Hz이었다.For the frequency measurement of liquids in the field, the crystals of the quartz crystal microbalance (QCM) were fixed together with a neoprene O-shaped ring seal in two plexiglass (trade name) blocks. An upper surface of quartz was formed at the base of an open liquid cell, and a lower surface was formed at the bottom of a closed liquid cell. The open liquid cell was allowed to hold liquid up to 1 mL in volume, and the closed liquid cell was allowed to hold liquid of about 70 uL in volume at oblique angle. Using this setting, the top face of the crystals was exposed to PBS solution and the bottom face was exposed to air or an organic solvent with non-conductive, low viscosity and density. Frequency response was measured using PzTools hardware and software from Universal Sensors, Inc. of Matari, Louisiana, USA. Frequency stability was 1 Hz. In impedance analysis, the same setup was applied to the S & A 250B Network Analyzer from Saunders & Associates, Inc. of Phoenix, Arizona, to record impedance parameters including frequency spectrum and quality (Q) coefficients. The frequency stability of the Network Analyzer was 4 Hz.

도 11은 PBS/공기에 노출된 경우(도 11 (a)) 또는 PBS/톨루엔(도 11 (b))에 노출된 경우에 Network Analyzer로 측정한 석영 결정 미량 저울(QCM)의 동시 주파수(simultaneous frequency) 및 운동 저항(motional resistance) 응답을 나타낸 것이다. 공기에 노출된 하부면을 가지는 수정 결정의 노이즈 레벨은 4Hz이었고 품질(Q) 계수는 2.5k이었고(도 11 (a)), 톨루엔에 노출된 하부면을 가지는 석영 결정의 노이즈 레벨은 10Hz이었고 품질(Q) 계수는 1.35k이었다(도 11 (b)), PzTools 장치를 사용하는 경우, 노이즈 레벨은 각각 1Hz와 3Hz이었다.FIG. 11 shows the simultaneous frequency of quartz crystal microbalance (QCM) measured by Network Analyzer when exposed to PBS / air (FIG. 11 (a)) or when exposed to PBS / toluene (FIG. 11 (b)). frequency) and motional resistance. The noise level of the quartz crystal with the bottom face exposed to air was 4 Hz and the quality (Q) coefficient was 2.5 k (FIG. 11 (a)). The noise level of the quartz crystal with the bottom face exposed to toluene was 10 Hz and the quality was (Q) The coefficient was 1.35 k (FIG. 11 (b)). When using the PzTools apparatus, the noise levels were 1 Hz and 3 Hz, respectively.

예 4Example 4

예 4에서는, 도 3을 참조하여 전술한 바와 같은 동일한 센서 시스템 장치를 사용하여 표면 플라즈몬 공진(SPR) 측정을 하였다.In Example 4, surface plasmon resonance (SPR) measurements were made using the same sensor system apparatus as described above with reference to FIG.

예 4에서는, 센서칩(36)의 반경에 의존하는 석영 결정 미량 저울(QCM)의 질량 민감도(radial dependent mass sensitivity)을 BSA 흡착작용 반응에 대해 조사하였다. 이 예에서, BSA 흡착 실험은, 이러한 노출 조건을 가지는 석영 결정 미량 저울(QCM)이 실제의 계면 분석에 유리하게 적용할 수 있음을 나타냈다. 현장(in-situ) 프로테인 유도(protein immobilization)를 수행하기 위해, 새롭게 깨끗이 손질한 석영 결정 미량 저울(QCM) 결정을 먼저 10mM 1l-MUA(Mercaptondecanoic acid))로 12-24시간 동안 처리하였다. COOH기를 표면에서 활성화시킨 후, EDC/NHS 화학적 성질(chemistry)을 사용하여, 공유결합 BSA 부착을 준비하였다.In Example 4, the radial dependent mass sensitivity of the quartz crystal microbalance (QCM) depending on the radius of the sensor chip 36 was investigated for the BSA adsorption reaction. In this example, the BSA adsorption experiment showed that a quartz crystal microbalance (QCM) with such exposure conditions can be advantageously applied to the actual interfacial analysis. To perform in-situ protein immobilization, freshly trimmed quartz crystal microbalance (QCM) crystals were first treated with 10 mM 1 l-Mercaptondecanoic acid (MUA) for 12-24 hours. After activating the COOH group on the surface, covalent BSA attachment was prepared using EDC / NHS chemistry.

두께가 0.166mm이고 직경이 13.66mm인 10MHz의 AT 절단 석영 기판을 사용하였다. 이 기판상에, 45nm의 금과 5nm의 크롬(Cr)을 증착하여, 전극(2, 3)을 형성하였다. 이 전극(3)에는, 내부 직경이 3.5mm인 개구부(35)가 형성되어 있다. 양측에 전극(2)을 가진 석영 결정 미량 저울(QCM)(P/P 전극을 가진 QCM)과 전극(2, 3)을 가진 석영 결정 미량 저울(QCM)(P/R 전극을 가진 QCM)의 반경 종속성 질량 민감도 분포에 대한 연구를 위해, 1990년 1월판의, P. J. Cumpson과 M. P. Seah의 논문 Meas. Sci. Technol, 544-555에 개시된 바와 같은, 도트-잉크 캘리브레이션(Dot-ink calibration) 방법이 사용되었다. 상기 참고 문헌은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 통합된다. [NB. P/P는 플레이트/플레이트를 나타내며, 플레이트 전극은 개구부가 없는 고체 전극이다. P/R은 플레이트/링을 나타내며, 링 전극은 개구부를 갖는 전극이다] BSA 흡착작용 반응은 석영 결정 미량 저울(QCM)을 이용하여 모니터링하였다. BSA 흡착작용 연구를 위한 실험적 설정은, 예 3에 개시 한 것과 동일하게 되었다. MUA를 이용하여 전극(2)의 사전 처리를 수행한 후에, 결정 미량 저울(QCM)은, 플렉시유리 블록 액체 셀 내부에 고정되고, Network analyzer에 접속된다. 석영 결정 미량 저울(QCM)의 전극(2)은, BSA를 사용하기 전에, 주파수 기준선을 교정하기 위해 PBS 버퍼 용액에 노출시켰다. A 10 MHz AT cut quartz substrate with a thickness of 0.166 mm and a diameter of 13.66 mm was used. On this substrate, 45 nm gold and 5 nm chromium (Cr) were deposited to form electrodes 2 and 3. The electrode 3 has an opening 35 having an internal diameter of 3.5 mm. Of quartz crystal microbalance (QCM) with electrodes 2 on both sides (QCM with P / P electrodes) and quartz crystal microbalance (QCM) with electrodes 2, 3 (QCM with P / R electrodes) For a study of the radial dependence mass sensitivity distribution, a paper by PJ Cumpson and MP Seah of the January 1990 edition, Meas. Sci. The Dot-ink calibration method, as disclosed in Technol, 544-555, was used. The references are hereby incorporated by reference in their entirety. [NB. P / P stands for plate / plate, and the plate electrode is a solid electrode with no openings. P / R represents plate / ring, ring electrode is an electrode with openings] The BSA adsorption reaction was monitored using a quartz crystal microbalance (QCM). The experimental setup for the study of BSA adsorption was the same as that described in Example 3. After performing the pretreatment of the electrode 2 using the MUA, the crystal microbalance (QCM) is fixed inside the plexiglass block liquid cell and connected to the network analyzer. Electrode 2 of quartz crystal microbalance (QCM) was exposed to PBS buffer solution to calibrate the frequency baseline before using BSA.

도 12는 상부 전극에 대하여 PBS 버퍼 용액으로부터 BSA를 흡수에 대한 활성화된 석영 결정 미량 저울(QCM)의 주파수 응답을 나타낸다. 화살표 70으로 나타낸 PBS/공기와 화살표 72로 나타낸 PBS/톨루엔에, BSA 용액을 사용함으로써, 포화 상태에서 대략 150Hz의 안정된 주파수 강하를 갖게 된다. 이것은, 시간의 경과에 따라 계면에 단백질 분자가 축적되는 것을 의미한다. 톨루엔이 사용된 하부면을 가진 시스템이, 공기에 노출시킨 하부면을 가진 시스템보다 노이즈 레벨이 높다고 하더라도, 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, BSA 흡수 측정에서 충분한 안정성과 감도를 얻을 수 있다. FIG. 12 shows the frequency response of the activated quartz crystal microbalance (QCM) for absorbing BSA from PBS buffer solution for the top electrode. By using the BSA solution in PBS / air shown by arrow 70 and PBS / toluene shown by arrow 72, a saturated frequency drop of approximately 150 Hz is achieved in saturation. This means that protein molecules accumulate at the interface with time. Even if a system having a bottom surface to which toluene is used has a higher noise level than a system having a bottom surface exposed to air, sufficient stability and sensitivity can be obtained in the BSA absorption measurement, as can be seen from FIG.

적합한 유기계 용제에 석영 결정 미량 저울(QCM)을 노출시키는 것은, 계면적 분석에서의 변동 품질에 영향을 주지 않을 것이라는 결론을 얻을 수 있다. It can be concluded that exposing the quartz crystal microbalance (QCM) to a suitable organic solvent will not affect the quality of variation in the interfacial analysis.

도 13은 이들 석영 결정 미량 저울(QCM)에 대한 반경 종속성 질량 민감도를 나타낸다. P/P 전극 석영 결정 미량 저울(QCM)의 종 모양의 감도 분포는, 전극이 있는 영역의 중심에 많은 에너지가 갇혀 있다는 것을 보여준다. P/R 전극이 있는 석영 결정 미량 저울(QCM)은, 복잡한 감도 분포와 감소하는 전체 질량 민감도를 가지며, 실험에 의하면, 이들 석영 결정 미량 저울(QCM)이, 바람직한 주파수 응답을 가진 흡수 반응을 모니터하는데에 계속해서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 13 shows the radial dependency mass sensitivity for these quartz crystal microbalances (QCM). The bell-shaped sensitivity distribution of the P / P electrode quartz crystal microbalance (QCM) shows that much energy is trapped in the center of the area where the electrode is located. Quartz crystal microbalances (QCMs) with P / R electrodes have complex sensitivity distributions and decreasing overall mass sensitivity, and experimentally these quartz crystal microbalances (QCMs) monitor the absorption response with the desired frequency response. It can be seen that it can be used continuously.

도 14는 화살표 76으로 나타낸 P/P와 화살표 74로 나타낸 P/R의, 전극을 가진 QCM의 BSA 흡수 반응에 대한 주파수 응답을 나타낸다. 포화 주파수 감소는, 전극을 가진 석영 결정 미량 저울(QCM)의 P/P에 대해서는, 140Hz(상승 이전)/130Hz(상승 이후)이고, P/R에 대해서는 125Hz(상승 이전)/110Hz(상승 이후)이다. 신호의 감소(대략 10%)에 불구하고, 주파수 응답은 유사한 경향을 보이며, 계면 결합 과정을 잘 나타내고 있다. FIG. 14 shows the frequency response to the BSA absorption response of the QCM with electrodes of P / P indicated by arrow 76 and P / R indicated by arrow 74. FIG. The saturation frequency reduction is 140 Hz (before rise) / 130 Hz (after rise) for P / P of quartz crystal microbalance (QCM) with electrodes and 125 Hz (before rise) / 110 Hz (after rise) for P / R )to be. In spite of the decrease in signal (approximately 10%), the frequency response shows a similar trend and well represents the interfacial coupling process.

예 5Example 5

예 5에서는, 도 3을 참조하여 상기 설명한 바와 동일한 센서 시스템 구성을 이용하여, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM)의 측정값을 얻었다. 이에 따라, 본 실험예에 대한 센서 시스템 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다. In Example 5, measurements of surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) were obtained using the same sensor system configuration as described above with reference to FIG. Accordingly, the sensor system configuration according to the present experimental example will be described with reference to FIG. 3 using the same reference numerals.

표면 플라즈몬 공진(SPR) 측정값 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 측정값은, 기판과 같은 금으로 피복한 석영 디스크를 이용하여 동시에 구했다. 감쇠 전반사(ATR) 표면 플라즈몬 공진(SPR)은, 석영 기판(1)의 제1 면 상의 전극(2)으로부터 생성되었다. 석영 결정 미량 저울(QCM)의 진동은, 미국 캘리포니아주 산타페 스프링스 소재의 Maxtek사에서 만든 RQCM 기구를 사용하여, 전극(2, 3)을 통해 석영 기판(1) 상에서 작동되었다. 석영 결정 미량 저울(QCM)의 주파수 응답은 RQCM 장치에 의해 양호하게 기록되었다. Surface plasmon resonance (SPR) measurements and quartz crystal microbalance (QCM) measurements were simultaneously obtained using a quartz disk coated with gold, such as a substrate. Attenuation total reflection (ATR) surface plasmon resonance (SPR) was generated from the electrode 2 on the first side of the quartz substrate 1. The vibration of the quartz crystal microbalance (QCM) was operated on the quartz substrate 1 through the electrodes 2, 3 using an RQCM instrument made by Maxtek, Santa Fe Springs, CA. The frequency response of the quartz crystal microbalance (QCM) was well recorded by the RQCM apparatus.

감쇠 전반사(ATR) 결합기 표면 플라즈몬 공진(SPR) 여기에 대해, 굴절률 정합 톨루엔(10)의 형태로 된 굴절률 정합 액체를 O자형 링(7) 사이에 밀봉하였다. 톨루엔은, 비도전성이며, 물에 비해 점성이 낮고, 밀도가 낮다. 굴절률 정합 톨루엔은, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 여기를 위해 수동형 광결합 계면으로서 작용한다.For attenuated total reflection (ATR) coupler surface plasmon resonance (SPR) excitation, a refractive index matching liquid in the form of refractive index matching toluene 10 was sealed between O-shaped rings 7. Toluene is non-conductive, has low viscosity and low density compared with water. The refractive index matched toluene acts as a passive photocoupling interface for surface plasmon resonance (SPR) excitation.

이 예에서, 기판(1)은 두께가 0.276㎜이고 직경이 25.4㎜인 6㎒ ATn 절단 석영판이다. 5㎚의 크롬(Cr) 접착층을 갖는 45㎚의 금으로 이루어진 층을 석영 기판(1)에 적층하여 박막 전극(2)을 형성하였다. 내경이 6.35㎜인 개구부를 갖는 금으로 이루어지는 전극층을 석영 기판(1)의 반대측에 적층하여 박막 전극(3)을 형성하였다.In this example, the substrate 1 is a 6 MHz ATn cut quartz plate with a thickness of 0.276 mm and a diameter of 25.4 mm. A layer made of 45 nm gold having a 5 nm chromium (Cr) adhesive layer was laminated on the quartz substrate 1 to form a thin film electrode 2. An electrode layer made of gold having an opening having an inner diameter of 6.35 mm was laminated on the opposite side of the quartz substrate 1 to form a thin film electrode 3.

프리즘(11)은 그 사이에 O자형 링(7)에 의해 밀봉된 굴절률 정합 톨루엔(10)을 갖는 전극에 인접하여 배치하였다..The prism 11 was disposed adjacent to the electrode having the refractive index matched toluene 10 sealed therebetween by an O-shaped ring 7.

미국 캘리포니아주 칼스배드 소재의 Mells Griot사로부터 입수 가능한 p 편광 He-Ne 레이저(14)(632.8㎚) 형태의 광원을 사용하였다. 레이저(14)로부터의 광빔(15)은 프리즘(11)에 입사하기 전에 록인 증폭기(lock-in amplifier)에 관련하여 기계적으 초핑(chopping)되었다. 금 전극(2)과 석영 기판(1)의 계면에서 반사된 빔의 강도는 광다이오드 검출기에 의해 검출되어, 동적인 측정을 위해 시간을 함수로 하여 기록하였다.A light source in the form of a p-polarized He-Ne laser 14 (632.8 nm) available from Mells Griot, Carlsbad, Calif., USA, was used. The light beam 15 from the laser 14 was mechanically chopped with respect to the lock-in amplifier before entering the prism 11. The intensity of the beam reflected at the interface between the gold electrode 2 and the quartz substrate 1 was detected by a photodiode detector and recorded as a function of time for dynamic measurement.

도 15는 화살표 78에 의해 나타내진 바와 같은 동시 기록된 석영 결정 미량 저울(QCM)의 주파수로 검사되는 BSA와 화살표 80에 의해 나타내진 바와 같은 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 굴절률을 나타낸다. 석영 기판(1) 상의 전극(2)이 PBS 버퍼에 노출될 때에 기준 주파수 및 굴절률이 기록된다.FIG. 15 shows the refractive index of the surface plasmon resonance (SPR) as indicated by arrow 80 and BSA examined at the frequency of the simultaneously recorded quartz crystal microbalance (QCM) as indicated by arrow 78. The reference frequency and refractive index are recorded when the electrode 2 on the quartz substrate 1 is exposed to the PBS buffer.

안정화 후에는 PBS 버퍼를 대체하기 위해 BSA(PBS에서 5mg/mL)를 주입하였 다. 흡착 완료시, 불안정한 흡착을 제거하기 위해 셀을 PBS 버퍼로 세척하였다.After stabilization, BSA (5 mg / mL in PBS) was injected to replace PBS buffer. Upon completion of the adsorption, the cells were washed with PBS buffer to remove unstable adsorption.

도 15로부터, 주파수 및 굴절률 양자가 시간 경과에 따른 금으로 이루어진 표면 상의 단백질 분자의 축적량/이탈량을 나타내준다는 것을 알 수 있다.From Fig. 15, it can be seen that both the frequency and the refractive index show the accumulation / deletion amount of the protein molecules on the surface of gold over time.

개시된 센서 실시예는 동시 표면 플라스몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM)을 감지하기 위한 바이오센서로서 사용될 수 있다. 센서 실시예는 현장에서, 결합 반응의 라벨 프리 분석을 위해 이용될 수 있다.The disclosed sensor embodiment can be used as a biosensor for sensing simultaneous surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM). Sensor embodiments can be used in the field for label-free analysis of binding reactions.

개시된 센서 실시예는 2개의 기본적으로 상이한 측정 기술을 동시에 이용하여 계면에서의 현상에 대한 모니터링을 가능하게 한다. 복합 소자에 의해 획득된 서로 상보적인 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM)의 신호는 데이터 분석 시에 반드시 뒤따르는 몇몇 가정의 유효성을 시험하면서 감지 기술의 성능 상의 장점을 취한다.The disclosed sensor embodiments enable the monitoring of phenomena at the interface using two fundamentally different measurement techniques simultaneously. The signals of mutually complementary surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) obtained by the composite device take advantage of the performance of the sensing technology while testing the validity of some assumptions that necessarily follow in data analysis.

개시된 센서 실시예에서는, 표면 플라즈몬 공진(SPR)이 프리즘을 통한 센서칩의 후면으로부터의 레이저 빔의 입사에 기초하며, 광이 시험되고 있는 용액 내로 침투할 필요가 없으며, 특정 물질에 대한 감도 영역이 지수 감쇠파(evanescent wave)의 연장 길이, 즉 감지 표면측으로부터 액체 매질 내로 침투하는 전자기파의 깊이까지로 제한된다. 결과적으로, 결합되지 않은 샘플 분자가 특수하게 결합된 분석대상(analyte)의 분자에 연결된 응답에 미치는 영향이 최소가 될 것이다. 또한, 전술한 바와 같이, 감쇠 전반사(ATR) 프리즘 결합기에 기초한 표면 플라즈몬 공진(SPR) 기기의 감도는 격자 결합기를 이용하는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 센서보 다 훨씬 더 높다.In the disclosed sensor embodiment, the surface plasmon resonance (SPR) is based on the incidence of the laser beam from the back of the sensor chip through the prism, and the light does not need to penetrate into the solution being tested, and the sensitivity region for a particular material The extension length of the evanescent wave is limited to the depth of the electromagnetic wave penetrating into the liquid medium from the sensing surface side. As a result, the effect of unbound sample molecules on the responses linked to the molecules of a specially bound analyte will be minimal. Also, as discussed above, the sensitivity of surface plasmon resonance (SPR) devices based on attenuated total reflection (ATR) prism couplers is much higher than surface plasmon resonance (SPR) sensors using lattice couplers.

개시된 센서 실시예는 석영 기판에 결합하기 위한 격자 구조로만 제한되지 않는다. 따라서, 개시된 실시예의 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 측정은 샘플 용액을 광빔을 입사시키는 것으로만 제한되지 않는다. 따라서, 현재 개시된 실시예에서 분석이 이루어지고 있는 샘플은 광학적으로 투명한 것일 필요가 없다.The disclosed sensor embodiment is not limited to only a grating structure for coupling to a quartz substrate. Thus, the measurement of the surface plasmon resonance (SPR) of the disclosed embodiment is not limited to only incident the light beam through the sample solution. Thus, the sample being analyzed in the presently disclosed embodiment need not be optically transparent.

개시된 센서 실시예는 격자 결합기에 비해 더 낮은 신호대잡음비를 갖는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 석영 결정 미량 저울(QCM) 신호가 생성된다.The disclosed sensor embodiment produces surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance (QCM) signals with lower signal-to-noise ratios compared to grating couplers.

전극(3, 3', 3", 3'", 3^, 3^^) 상에 개구부를 이용하는 개시된 센서 실시예는 광이 직접 기판 상으로 통과되도록 한다. 이에 따라, 개시된 센서 실시예는 레이저광의 투과를 허용하기 위해 투명한 ITO 전극을 사용하는 것을 반드시 필요로 하지는 않는다. ITO 막을 이용하면, 632.8㎚의 파장으로 광이 조사될 때, 석영 결정의 굴절률과 스퍼터링 증착된 ITO 막의 굴절률은 각각 1.54와 1.95이 된다. ITO 막이 매우 박막(약 100㎚)이기는 하지만, 정합되지 않은 굴절률에 의해 야기되는 굴절이 상당하여, 그 결과 낮은 신호/잡음비를 발생한다.The disclosed sensor embodiment using openings on the electrodes 3, 3 ', 3 ", 3'", 3 ^, 3 ^^ allows the light to pass directly onto the substrate. Thus, the disclosed sensor embodiments do not necessarily require the use of transparent ITO electrodes to allow transmission of laser light. Using an ITO film, when light is irradiated at a wavelength of 632.8 nm, the refractive index of the quartz crystal and the refractive index of the sputter deposited ITO film are 1.54 and 1.95, respectively. Although the ITO film is very thin (about 100 nm), the refraction caused by the unmatched refractive index is significant, resulting in a low signal / noise ratio.

개시된 일실시예에서, 석영 기판은 한 측면에는 금으로 이루어지는 평면형 전극이 코팅되고, 다른 한 측면에는 개구를 포함하는 전극이 코팅된다. 이러한 윈도우형 전극은 레이저광으로 하여금 석영 기판을 통해 입사하여 금으로 이루어진 평면형 전극에 도달할 수 있도록 하며, 이 때 금으로 이루어진 이 평면형 전극에서는 표면 플라즈몬이 여기된다.In one disclosed embodiment, the quartz substrate is coated on one side with a planar electrode made of gold and on the other side with an electrode comprising an opening. This window type electrode allows laser light to enter through a quartz substrate and reach a planar electrode made of gold, whereby surface plasmon is excited in this planar electrode made of gold.

본 발명의 기술 요지 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 본 발명에 대한 다양한 기타 수정 및 변경이 이루어질 수 있으며, 이러한 수정 및 변경은 모두 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.Various other modifications and changes to the present invention can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention, and all such modifications and changes are included in the spirit of the present invention.

Claims

표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance, SPR) 및 중량 감지(gravimetric sensing)가 가능한 센서에 사용하기 위한 센서칩 어셈블리로서,Sensor chip assembly for use in sensors capable of surface plasmon resonance (SPR) and gravimetric sensing,

상기 압전 기판의 제1 면에 설치된 제1 금속 박막 전극;A first metal thin film electrode provided on the first surface of the piezoelectric substrate;

광빔이 상기 압전 기판의 제2 면을 투과하고 상기 제1 금속 박막 전극에서 반사할 수 있도록, 상기 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및A second metal thin film electrode provided on the second surface of the substrate so that a light beam can pass through the second surface of the piezoelectric substrate and reflect from the first metal thin film electrode; And

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치된 감쇠 전반사(Attenuated Total Reflection, ATR) 결합기Attenuated Total Reflection (ATR) combiner disposed adjacent to the second metal thin film electrode

를 포함하는 센서칩 어셈블리.Sensor chip assembly comprising a.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 배치되어, 상기 압전 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질(lignt coupling medium)을 더 포함하는 센서칩 어셈블리.A sensor disposed between the damped total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode, the sensor further comprising a light coupling medium that substantially matches the refractive indices of the piezoelectric substrate and the damped total reflection (ATR) coupler; Chip assembly.

제1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 제2 금속 박막 전극은, 광빔이 통과할 수 있도록 하는 개구부를 포함하 는, 센서칩 어셈블리.The second metal thin film electrode, the sensor chip assembly including an opening for allowing the light beam to pass.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 제2 금속 박막 전극의 개구부는 복수의 광빔이 통과할 수 있을 정도로 큰, 센서칩 어셈블리.The opening of the second metal thin film electrode is large enough to allow a plurality of light beams to pass through.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 압전 기판에는 복수의 상기 제1 금속 박막 전극; 또는, 복수의 상기 제2 금속 박막 전극; 또는, 복수의 상기 제1 및 제2 금속 박막 전극이 배치되어 있는, 센서칩 어셈블리. The piezoelectric substrate may include a plurality of first metal thin film electrodes; Or a plurality of the second metal thin film electrodes; Or a plurality of the first and second metal thin film electrodes are arranged.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 제1 금속 박막 전극과 상기 제2 금속 박막 전극은 서로 전기적으로 연결되어 있는, 센서칩 어셈블리.And the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode are electrically connected to each other.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 광결합 매질은, 1.50 ~ 1.60, 1.51 ~ 1.59, 1.52 ~ 1.58, 1.52 ~ 1.57, 1.52 ~ 1.56, 1.52 ~ 1.55, 및 1.53 ~ 1.55로 이루어진 군에서 선택된 범위의 굴절률을 가지는, 센서칩 어셈블리.The optical coupling medium has a refractive index of the range selected from the group consisting of 1.50 to 1.60, 1.51 to 1.59, 1.52 to 1.58, 1.52 to 1.57, 1.52 to 1.56, 1.52 to 1.55, and 1.53 to 1.55.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 배치된 투명한 블록을 더 포함하고,And a transparent block disposed between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode.

상기 투명한 블록은 상기 광결합 매질이 있는 캐비티(cavity)를 가지는, 센서칩 어셈블리.And the transparent block has a cavity with the optical coupling medium.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기는 크레치만 구성(Kretchrnann configuration)의 프리즘인, 센서칩 어셈블리.The attenuated total reflection (ATR) coupler is a prism of a Kretchrnann configuration.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 프리즘은, 실질적으로 반구형(hemispherical), 실질적으로 직사각형, 실질적으로 사각형, 및 실질적으로 원통형으로 이루어지는 군에서 선택된 형상을 가지는, 센서칩 어셈블리.Wherein said prism has a shape selected from the group consisting of substantially hemispherical, substantially rectangular, substantially square, and substantially cylindrical.

상기 압전 기판의 제1 면에 설치된, 샘플을 올려놓기 위한 제1 금속 박막 전극;A first metal thin film electrode mounted on the first surface of the piezoelectric substrate, for placing a sample thereon;

상기 압전 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및A second metal thin film electrode provided on the second surface of the piezoelectric substrate; And

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치되고, 광빔 소스에서 상기 제1 금 속 박막 전극으로의 광빔을 복수의 입사각에서 광학적으로 결합하여, 여기 시에 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으킬 수 있는 감쇠 전반사(ATR) 결합기Attenuated total reflection disposed adjacent to the second metal thin film electrode and capable of optically coupling a light beam from a light beam source to the first metal thin film electrode at a plurality of incidence angles, thereby causing surface plasmon resonance (SPR) (ATR) combiner

를 포함하고,Including,

상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극은, 하나 이상의 선택된 주파수로 전계를 발진시키는 발진 회로(oscillator circuit)에 연결되어 상기 압전 기판을 공진시킬 수 있는, 센서.Wherein the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode are connected to an oscillator circuit that oscillates an electric field at one or more selected frequencies to resonate the piezoelectric substrate.

제11항에 있어서,The method of claim 11,

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 배치되어, 상기 압전 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질을 더 포함하는 센서.And a photocoupling medium disposed between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode to substantially match the refractive indices of the piezoelectric substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler.

제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 제2 면을 가지는 투명한 압전 기판; 상기 압전 기판의 제1 면에 설치된 제1 금속 박막 전극; 상기 압전 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및 상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치된 감쇠 전반사(ATR) 결합기를 포함하는 센서를 사용한, 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량 분석을 감지하는 방법으로서,A transparent piezoelectric substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface; A first metal thin film electrode provided on the first surface of the piezoelectric substrate; A second metal thin film electrode provided on the second surface of the piezoelectric substrate; And a surface plasmon resonance (SPR) and gravimetric analysis using a sensor comprising an attenuated total reflection (ATR) coupler disposed adjacent to the second metal thin film electrode.

상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극에 의해, 하나 이상의 선택된 주파수로 전계를 발진시켜, 상기 압전 기판을 공진시키는 단계; 및Resonating the piezoelectric substrate by oscillating an electric field at one or more selected frequencies by the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode; And

상기 제1 금속 박막 전극으로부터 광빔을 복수의 입사각에서 반사시켜 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으키는 단계Reflecting a light beam from the first metal thin film electrode at a plurality of incident angles to cause surface plasmon resonance (SPR)

를 포함하는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량 분석을 감지하는 방법.Method for detecting a surface plasmon resonance (SPR) and gravimetric analysis comprising a.

제13항에 있어서,The method of claim 13,

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에, 상기 압전 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질을 제공하는 단계를 더 포함하는 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량 분석을 감지하는 방법And providing an optical coupling medium between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode to substantially match the refractive indices of the piezoelectric substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler. SPR) and gravimetric analysis

표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량 감지가 가능한 센서에 사용하기 위한 어셈블리를 제조하는 방법으로서,A method of manufacturing an assembly for use in a sensor capable of surface plasmon resonance (SPR) and weight sensing,

상기 압전 기판의 제1 면 반대쪽의 제2 면에 제2 금속 박막 전극을, 광빔이 상기 압전 기판의 제2 면을 투과하고 상기 제1 금속 박막 전극에서 반사될 수 있도록 형성하는 단계; 및Forming a second metal thin film electrode on a second surface opposite the first surface of the piezoelectric substrate such that a light beam can pass through the second surface of the piezoelectric substrate and be reflected from the first metal thin film electrode; And

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 감쇠 전반사(ATR) 결합기를 장착하는 단계Mounting an attenuated total reflection (ATR) coupler adjacent the second metal thin film electrode;

를 포함하는 어셈블리를 제조하는 방법.Method of manufacturing an assembly comprising a.

제15항에 있어서,The method of claim 15,

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에, 상기 압전 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질을 밀봉하는 단계를 더 포함하는 어셈블리를 제조하는 방법.Sealing an optical coupling medium between the damped total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode to substantially match the refractive indices of the piezoelectric substrate and the damped total reflection (ATR) coupler. Way.

생물학적 샘플 또는 생물화학적 샘플 또는 화학적 샘플의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량 감지가 가능한 센서 시스템으로서,A sensor system capable of surface plasmon resonance (SPR) and weight sensing of a biological or biochemical or chemical sample,

샘플을 넣어두기 위한 챔버(chamber)를 가지는 하우징;A housing having a chamber for storing a sample;

석영(quartz)으로 된 상기 압전 기판의 제1 면에 설치되고, 상기 챔버와 유체로 연결된 제1 금속 박막 전극;A first metal thin film electrode disposed on a first surface of the piezoelectric substrate made of quartz and fluidly connected to the chamber;

석영으로 된 상기 압전 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극;A second metal thin film electrode provided on a second surface of the piezoelectric substrate made of quartz;

상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극에 연결되어, 하나 이상의 선택된 주파수로 전계를 발진시켜 상기 압전 기판이 공진 주파수에서 공진될 수 있도록 하는 발진 회로;An oscillation circuit connected to the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode to oscillate an electric field at one or more selected frequencies so that the piezoelectric substrate can be resonated at a resonant frequency;

중량 신호(gravimetric signal)를 검출할 수 있도록 공진 주파수를 검출하는 공진 주파수 검출기;A resonant frequency detector for detecting a resonant frequency to detect gravimetric signals;

상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치되고, 내부적으로 반사된 광빔이 상기 제1 금속 박막 전극에서 표면 플라즈몬 공진(SPR)을 일으킬 입사각으로 반사 되도록 상기 광빔 소스에 광학적으로 결합되는 감쇠 전반사(ATR) 결합기; 및An attenuated total reflection (ATR) disposed adjacent to the second metal thin film electrode and optically coupled to the light beam source such that the internally reflected light beam is reflected at the angle of incidence that will cause surface plasmon resonance (SPR) at the first metal thin film electrode Coupler; And

상기 내부적으로 반사된 광빔을 수광하고, 상기 샘플과 상기 제1 금속 박막 전극 사이의 반응에 의존하는 표면 플라즈몬 공진(SPR)의 특징을 검출하는 검출기A detector that receives the internally reflected light beam and detects a feature of surface plasmon resonance (SPR) that depends on the reaction between the sample and the first metal thin film electrode

를 포함하는 센서 시스템.Sensor system comprising a.

제17항에 있어서,The method of claim 17,

상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기와 상기 제2 금속 박막 전극 사이에 배치되어, 상기 압전 기판과 상기 감쇠 전반사(ATR) 결합기의 굴절률을 실질적으로 정합시키는 광결합 매질을 더 포함하는 센서 시스템.And a light coupling medium disposed between the attenuated total reflection (ATR) coupler and the second metal thin film electrode to substantially match the refractive indices of the piezoelectric substrate and the attenuated total reflection (ATR) coupler.

제17항에 있어서,The method of claim 17,

상기 제2 금속 박막 전극은, 광빔이 통과할 수 있도록 하는 개구부를 포함하는, 센서 시스템.And the second metal thin film electrode includes an opening through which the light beam can pass.

제17항에 있어서,The method of claim 17,

상기 압전 기판에는 복수의 상기 제1 금속 박막 전극; 또는, 복수의 상기 제2 금속 박막 전극; 또는, 복수의 상기 제1 및 제2 금속 박막 전극이 배치되어 있는, 센서 시스템.The piezoelectric substrate may include a plurality of first metal thin film electrodes; Or a plurality of the second metal thin film electrodes; Or a plurality of the first and second metal thin film electrodes are disposed.

제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 제2 면을 가지는 투명한 압전 기판; 상기 압전 기판의 제1 면에 설치된 제1 금속 박막 전극; 상기 압전 기판의 제2 면에 설치된 제2 금속 박막 전극; 및 상기 제2 금속 박막 전극에 인접하여 배치된 감쇠 전반사(ATR) 결합기를 포함하는 센서를 사용한, 샘플 액체의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량을 감지하는 방법으로서,A transparent piezoelectric substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface; A first metal thin film electrode provided on the first surface of the piezoelectric substrate; A second metal thin film electrode provided on the second surface of the piezoelectric substrate; And a surface plasmon resonance (SPR) and weight of a sample liquid using a sensor including an attenuated total reflection (ATR) coupler disposed adjacent to the second metal thin film electrode.

(d) 상기 제1 금속 박막 전극 및 상기 제2 금속 박막 전극의 양단에 전계를 인가하는 단계; 및(d) applying an electric field to both ends of the first metal thin film electrode and the second metal thin film electrode; And

(e) 상기 전계의 공진 주파수를 측정하는 단계(e) measuring the resonance frequency of the electric field

를 포함하는 샘플 액체의 표면 플라즈몬 공진(SPR) 및 중량을 감지하는 방법.Method for sensing the surface plasmon resonance (SPR) and weight of the sample liquid comprising a.