KR20070105568A - 물질 분석용 칩과 이를 포함하는 물질 분석 장치 - Google Patents

물질 분석용 칩과 이를 포함하는 물질 분석 장치 Download PDF

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KR20070105568A
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Abstract

본 발명은 물질 분석용 칩에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 물질 분석용 칩은, 적어도 일부의 광이 투과되는 기판; 및 상기 기판의 일면에 돌출되게 마련되며, 피검사물질이 놓여지는 적어도 하나의 나노 구조체;를 포함하며, 상기 기판을 투과한 광으로부터 상기 나노 구조체에 놓여진 피검사물질의 정보를 검출한다. 이와 같은 구성에 의해, 피검사물질을 정밀하게 분석할 수 있다.
나노 구조체, 피검사물질, 생물학적 물질, 표면 플라즈몬 공명

Description

물질 분석용 칩과 이를 포함하는 물질 분석 장치{CHIP FOR ANALYZING MATTER AND MATTER ANALYSIS APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 장치를 개략적으로 나타낸 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 물질 분석 장치의 제어 블럭도,
도 3은 도 1의 A부분에 대한 상세도,
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절개한 단면도로서 항체와 항원이 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 5a 내지 도 5c 각각은 도 4a 내지 도 4c 각각에 도시된 상태에서 물질 분석용 칩을 투과된 광을 검출한 그래프,
도 6a 내지 도 6d는 도 1에 도시된 물질 분석용 칩의 제조 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10; 물질 분석용 칩 12; 기판
14; 나노 구조체 16; 폴리머층
18; 금속층 20; 광원
22, 32; 제1 및 제2광파이버 24, 34; 제1 및 제2렌즈
30; 검출부 40; 이송유닛
50; 제어부
본 발명은 생물학적 물질과 같은 물질을 분석하기 위한 물질 분석용 칩과 이를 포함하는 물질 분석 장치에 관한 것이다.
최근 바이오 기술이 발전함에 따라 생물학적 물질을 검출하기 위한 다양한 바이오 센서가 출시되고 있다. 일반적으로 바이오 센서는 형광체와 같은 표시자(labeling or marker)를 사용하여 생물학적 물질의 정량 정성분석을 하게 된다. 보다 상세하게 살펴보면, 생물학적 물질에 형광체를 고정시키고 형광체가 고정된 생물학적 물질에 광을 조사하여 형광체로부터 발광하는 광량을 측정하며, 측정된 광량으로부터 생물학적 물질의 양과 성분을 산출한다. 그러나 형광체의 가격이 비싸고, 형광체를 고정시키는 공정을 수행해야 하는 등 많은 단점을 가지고 있어서, 최근에는 표지자를 필요로 하지 않는 바이오 센서에 대한 연구가 진행되고 있다.
그 대표적인 예로 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR) 현상을 이용한 바이오 센서를 들 수 있다. 상기 표면 플라즈몬 공명을 이용한 바이오 센서의 분석과정을 살펴보면, 우선 기판의 일면에 일정 패턴의 금속 박막을 증착시키고 상기 금속 박막에 피검사물질을 고정화시킨다. 그리고 피검사물질이 고정화된 상기 기판의 타면에 광을 조사하고 상기 기판으로부터 반사된 광의 세기 및 굴절각 을 검출하여 피검사물질의 정량분석을 하게 된다.
그러나 상술한 바와 같은 바이오 센서는 광원으로부터 출사된 광을 평행광으로 변경시키기 위한 복수의 렌즈 및 거울로 구성된 광유도부와, 상기 광유도부로부터 출사된 평행광을 일정한 패턴으로 편광시키기 위한 편광기와, 상기 편광기에 의해 편광된 광을 기판의 일면에 조사시키기 위한 프리즘과 같은 입사부가 필요하다. 즉, 상기의 바이오 센서는 많은 광학부품이 필수적으로 사용되어야 하므로 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라 광학부품의 초기 세팅이 어렵고 초기 세팅에 장시간이 소요되어 제작이 어렵다.
또한, 상기 기판으로부터 반사된 광은 피검사체의 종류 및 양에 따라 그 굴절각도가 변경되어 굴절 각도에 따라 수광센서를 배치해야 하며, 피검사체의 종류 만큼 수광센서를 배치해야 한다. 이러한 이유로 검사할 수 있는 피검사체의 종류가 한정되어 있고, 수광센서의 집적도에 검사 정밀도가 의존하여 검사의 정밀도를 향상시키는데 한계가 있다. 또한, 다량의 피검사체를 신속하게 검사할 수 없다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 다수의 피검사물질을 신속하게 분석할 수 있는 물질 분석용 칩 및 이를 포함하는 물질 분석장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 물질의 정량분석 및 정성분석을 정밀하게 할 수 있는 물질 분석용 칩 및 이를 포함하는 물질 분석 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 부품 수를 최소화할 수 있는 물질 분석용 칩 및 이를 포함하는 물질 분석 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물질 분석용 칩은, 적어도 일부의 광이 투과되는 기판; 및 상기 기판의 일면에 돌출되게 마련되며, 피검사물질이 놓여지는 적어도 하나의 나노 구조체;를 포함하며, 상기 기판을 투과한 광으로부터 상기 나노 구조체에 놓여진 피검사물질의 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 바와 같은 목적은, 피검사물질이 고정되는 적어도 하나의 나노 구조체가 형성된 물질 분석용 칩; 상기 물질 분석용 칩에 광을 조사하는 광원; 상기 물질 분석용 칩을 투과한 광을 감지하여 신호를 출력하는 검출부; 및 상기 검출부로부터 출력된 신호로부터 피검사물질의 성분과 피검사물질의 양 중 적어도 어느 하나를 산출하는 제어부;를 포함하는 물질 분석 장치에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광원으로부터 출사되는 광은 200~3500nm의 파장을 가지며, 상기의 물질 분석장치는 상기 광원으로부터 출사되는 광을 상기 물질 분석용 칩으로 안내하기 위한 제1광파이버; 상기 제1광파이버로부터 출사된 광을 상기 물질 분석용 칩에 집광시키기 위한 제1렌즈; 상기 물질 분석용 칩을 투과한 광을 상기 검출부로 안내하기 위한 제2광파이버; 및 상기 물질 분석용 칩을 투과한 광을 상기 제2광파이버로 집광시키기 위한 제2렌즈;를 포함한다.
또한, 상기 물질 분석용 칩은 다수의 피검사물질 각각이 분리되어 놓여지도록 다수의 영역으로 구분되며, 상기의 물질 분석 장치는 상기 물질 분석용 칩의 다 수의 영역 각각에 놓여진 피검사물질이 제1 및 제2렌즈의 사이에 위치되도록 상기 물질 분석용 칩을 이송시키는 이송유닛;을 포함한다.
상기 피검사물질은 생물학적 물질일 수 있으며, 상기 생물학적 물질은, 항체 및 항원, 단백질, 유전자 물질(DNA, RNA), 탄수화물, 앱타머(Aptamer)중 어느 하나일 수 있다.
상기 검출부가 출력하는 신호는 상기 물질 분석용 칩을 투과한 광의 파장과 광의 세기이며, 상기 제어부는 상기 검출기로부터 검출된 광의 파장과 광의 세기로부터 피검사물질의 양과 성분 중 적어도 어느 하나를 산출한다.
상기 물질 분석용 칩은, 적어도 광의 일부가 투과되는 기판을 포함하며, 상기 나노 구조체는 복수 개가 상기 기판상에 일정 간격 이격되도록 마련된다.
상기 각 나노 구조체의 높이는 100~120nm이고, 상기 복수의 나노 구조체 사이의 간격은 60~70nm이며, 상기 각 나노 구조체의 폭은 100~120nm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 나노 구조체는, 상기 기판상에 돌출되게 형성되는 폴리머층; 및
상기 폴리머층에 도포된 금속층;을 포함하며, 상기 금속층의 두께는 40~50nm인 것이 바람직하고, 상기 금속층은 금, 은, 동, 백금, 팔라듐, 알루미늄 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성된다.
상기 나노 구조체는 상기 기판에 폴리머층을 코팅하고, 상기 기판에 코팅된 폴리머층을 상기 나노 구조체의 형상에 대응하는 몰드(mold)로 임프린트(imprint)한 후, 상기 금속층을 상기 임프린트된 폴리머층에 증착시켜 제조된다.
상기 금속층은 경사 증착으로 상기 폴리머층에 증착되는 것이 바람직하며, 상기 기판은 수정 결정판, 석영 유리, 폴리에틸렌 테레프탈산 에스테르(polyethylene terephthalate ester), 폴리 카보네이트(poly carbonate) 중 어느 하나로 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석용 칩 및 이를 구비한 물질 분석 장치에 대하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 검출 장치는, 피검사물질이 놓여지는 물질 분석용 칩(10)과, 상기 물질 분석용 칩(10)에 광을 조사하기 위한 광원(20)과, 상기 물질 분석용 칩(10)을 투과한 광을 감지하여 신호를 출력하는 검출부(30)와, 상기 물질 분석용 칩(10)을 이송시키기 위한 이송유닛(40) 및 상기 검출부(30)로부터 출력되는 신호로부터 피검사물질에 대한 정보를 산출하는 제어부(50)를 포함한다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 물질 분석용 칩(10)은 기판(12)과, 상기 기판(12)상에 형성된 나노 구조체(14)를 포함한다.
상기 기판(12)은 수정 결정판, 석영유리(quartz glass), 폴리에틸렌 테레프탈산 에스테르(polyethylene terephthalate ester), 폴리 카보네이트(poly carbonate)와 같은 재질로 형성될 수 있으나, 이외에도 광이 투과될 수 있는 재질이라면 이에 한정되지 않고 다양한 재질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 기판(12)은 적어도 일부의 광이 투과될 수 있는 모든 재질로 형성될 수 있다.
상기 나노 구조체(14)는 나노 단위의 스케일로 형성되는 구조물로서, 상기 기판(12)상에 다수 개가 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 기판(12)의 일면으로부터 돌출되게 형성된다. 이러한 나노 구조체(14)는 폴리머(polymer) 재질로 형성된 폴리머층(16)과, 상기 폴리머층(16) 상에 도포되는 금속층(18)을 포함한다.
상기 금속층(18)은 금(Au)인 것이 바람직하나 은(Ag), 동(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al) 등으로 형성될 수도 있다. 즉, 금속층(18)은 물질 분석용 칩(10)에 조사된 광으로부터 표면 플라즈몬 공명을 발생시킬 수 있도록 자유전자의 방출이 용이한 다양한 금속 재질로 형성될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 나노 구조체(14)는 그 폭(W1)이 100~120nm의 범위인 것이 바람직하고, 복수의 나노 구조체(14) 간격(W2)은 60~70nm인 것이 바람직하며, 폴리머층(16)의 높이(H1)는 대략 70nm인 것이 바람직하고, 상기 금속층(18)의 두께(H2)는 40~50nm인 것이 바람직하다. 즉, 상기 나노 구조체(14)의 높이는 110~120nm인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같은 나노 구조체(14)의 치수는 물질 분석용 칩(10)을 투과한 광으로부터 물질의 성분 및 양을 정확하게 측정할 수 있도록 실험적으로 최적화된 치수이다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 물질 분석용 칩(10)은 검사에 필요한 피검사물질의 양보다 훨씬 크게 형성되어 있어서, 다종의 피검사물질의 액적(S)을 가로(x축)와 세로(y축)로 일정 간격 이격되게 배치할 수 있다. 즉, 상기 물질 분석용 칩(10)은 다수의 피검사물질이 분리되어 놓여지도록 복수의 가상 영역으로 분리 된 것으로 표현될 수 있다. 이와 같이 하나의 물질 분석용 칩(10)에 다수의 피검사물질을 배치할 수 있게 되어, 다종의 피검사물질을 신속하게 분석할 수 있다. 즉, 다수의 피검사물질을 신속하게 정량분석 및 정성분석 할 수 있게 된다. 한편, 상기 나노 구조체(14)는 도 1의 세로(Y축) 방향으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라 가로(X축) 방향으로도 형성될 수 있다.
상기 광원(20)은 물질 분석용 칩(10)에 광을 조사하기 위한 것으로서, 텅스텐 램프, 텅스텐 할로겐램프, 제논램프 등이 이용될 수 있으며, 상기 광원(20)으로부터 출사되는 광은 200~3500nm에 이르는 광범위한 파장을 가지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 광원(20)으로부터 출사된 광은 제1광파이버(22)에 의해 물질 분석용 칩(10)까지 안내되며, 상기 제1광파이버(22)의 일단에는 제1렌즈(24)가 배치된다. 상기 제1렌즈(24)는 제1광파이버(22)로부터 출사되는 광을 일정한 크기로 집속시켜 물질 분석용 칩(10)에 조사시킨다. 상기 광원(20)을 상기 물질 분석용 칩(10)에 근접되게 배치할 경우, 상기 제1광파이버(22) 및 상기 제1렌즈(24)는 생략될 수도 있다.
상기 검출부(30)는 그레이팅(grating) 분광기 등과 같은 분광기와 광센서를 구비하고 있어서, 물질 분석용 칩(10)을 투과한 광을 분광시키고 분광된 광으로부터 광의 파장과 광의 세기를 검출한다. 그러나 본 실시예와 달리 광의 주파수 등을 측정할 수도 있다.
한편, 상기 검출부(30)와 물질 분석용 칩(10)의 사이에는 상기 물질 분석용 칩(10)을 통과한 광을 상기 검출부(30)로 안내하기 위한 제2광파이버(32)가 마련된 다. 또한, 상기 제2광파이버(32)의 일단에는 상기 물질 분석용 칩(10)을 통과한 광을 상기 제2광파이버(32)로 집속시키기 위한 제2렌즈(24)가 마련된다. 그러나 상기 검출부(30)를 상기 물질 분석용 칩(10)에 근접되는 적소에 배치할 경우, 상기 제2광파이버(32)가 상기 제2렌즈(24)는 생략될 수도 있다.
상기 제어부(50)는 상기 검출부(30)가 검출한 광의 파장 및 광의 세기로부터 피검사물질의 양과 성분을 산출한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제어부(50)는 검출부(30)에서 출력된 광의 파장 및 광의 세기를 메모리(70)에 기설정된 광의 세기 및 광의 파장과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 메모리(70)에 저장된 물질의 성분과 양을 산출한다.
또한, 상기 제어부(50)는 이송유닛(40)을 제어하여 물질 분석용 칩(10)을 기설정된 거리 만큼 기설정된 방향(X축 또는 Y축)으로 이송시키며, 이에 의해 물질 분석용 칩(10)의 각 영역에 부착된 피검사물질이 제1 및 제2렌즈(24)(34)의 사이에 위치하게 된다. 이에 의해, 상기 물질 분석용 칩(10)의 각 영역에 부착된 피검사물질의 양 및 성분을 모두 순차적으로 측정할 수 있게 되며, 실시간으로 피검사물질을 측정할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 상기 이송유닛(40)에 의해 물질 분석용 칩(10)이 이동하는 것을 예시하였으나, 제1 및 제2렌즈(24)(34) 및 제1 및 제2광파이버(22)(32)를 이송시킬 수도 있다.
또한, 상기 제어부(50)는 일정한 시간에 광을 출사하도록 광원(20)을 제어하며, 표시부(60)로 피검사 물질 분석 결과를 출력한다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 물질 분석 장치의 동작을 설명한다.
우선, 도 1을 참조하면, 수동 또는 자동으로 다종의 또는 다수의 동일한 피검사물질을 물질 분석용 칩(10)에 소정 행렬의 패턴으로 공급한다. 이러한 피검사물질은 항체, 항원, 단백질, 유전자 시료(DNA, RNA), 탄수화물, 앱타머(Aptamer)와 같은 생물학적 물질일 수 있을 뿐만 아니라 화학 물질일 수도 있다. 물질 분석용 칩(10)에 공급된 피검사물질은 자기조립 분자박막(self-assembled monolayer, SAM) 등의 다양한 공지의 고정화 기술에 의해 나노 구조체(14)에 부착된다.
피검사물질이 소정의 행렬 패턴으로 공급되면, 제어부(50)는 이송유닛(40)을 구동시켜 피검사물질을 제1 및 제2렌즈(24)(34)의 사이에 위치되도록 물질 분석용 칩(10)을 이동시킨다. 그리고 제어부(50)는 광원(20)을 구동시켜 광을 출사시키고, 출사된 광은 제1광파이버(22) 및 제1렌즈(24)를 통해 물질 분석용 칩(10)에 조사된다. 물질 분석용 칩(10)에 조사된 광은 투과되어 제2렌즈(24)에 의해 제2광파이버(32)에 집속되며, 제2광파이버(32)에 집속된 광은 검출부(30)로 안내된다.
이때, 상기 제1렌즈(24)를 통해 상기 물질 분석용 칩(10)에 조사된 광은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 나노 구조체(14)에 부착된 물질의 특성에 따라 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 투광된 광의 특성이 변화된다. 일정한 크기 이상의 파장을 가지는 광은 나노 구조체(14) 사이의 간격에 의해 투과되지 못하고 또한, 일정 범위의 파장을 가지는 광은 폴리머층(16)과 금속층(18)사이의 계면에서 발생되는 표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상에 의해 표면 플라즈몬 파로 전환되어 투과되지 못한다. 따라서, 투과된 광을 검출하면, 일정한 파장(λ1, λ2, λ3, 이하 '중심 파장'이라 함)에서 광의 세기가 피크치를 갖는 현상이 발생한다.
이러한 이유로 나노 구조체(14)에 물질이 부착된 경우, 표면 플라즈몬 공명에 의해 흡수되는 광의 파장 영역이 변하게 되어, 중심 파장(λ1, λ2, λ3)이 변경될 뿐만 아니라 중심 파장(λ1, λ2, λ3)에서의 광의 세기도 변한다. 단, 도 5a 내지 도 5c에서는 발명의 이해를 돕기 위해 중심 파장(λ1, λ2, λ3)에서 광의 세기가 동일하도록 도시하였다. 이하에서 상술한 바와 같은 현상을 구체적으로 살펴본다.
도 4a를 참조하면, 상기 물질 분석용 칩(10)의 나노 구조체(14)에 아무런 물질이 부착되지 않은 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이 제1중심 파장(λ1)에서 광의 세기가 피크가 된다. 이는 제1중심 파장(λ1)의 광을 제외한 파장 영역의 광은 나노 구조체(14)의 간격과 표면 플라즈몬 공명에 의해 나노 구조체(14)를 용이하게 투과하지 못하고 제1중심 파장(λ1)의 광만이 투과되어 검출되기 때문이다.
도 4b를 참조하면, 상기 물질 분석용 칩(10)의 나노 구조체(14)에 항체(B)를 고정한 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2중심파장(λ2)에서 광의 세기가 피크가 되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 광 세기의 피크가 발생하는 파장이 제1중심 파장(λ1)에서 제2중심 파장(λ2)으로 이동되었음을 알 수 있으며, 이는 금속층(18)에 부착된 항체에 의해 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 파장영역이 변경된 것에 기인한다.
도 4c를 참조하면, 상기 물질 분석용 칩(10)의 타면에 형성된 나노 구조체(14)에 고정된 항체에 항원을 결합시킨 경우, 도 5c에 도시된 바와 같이 제3중심 파장(λ3)에서 광세기의 피크가 발생됨을 알 수 있으며, 이는 금속층(18)에 부착된 항체(B) 및 항원(G)에 의해 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 파장 영역이 변경된 것에 기인한다.
이와 같이, 물질 분석용 칩(10)의 나노 구조체(14)에 부착된 물질에 따라 광세기의 피크치가 형성되는 중심 파장(λ1, λ2, λ3)이 변경되는 것을 알 수 있으며, 또한 도면에는 도시되지 않았으나, 각 중심파장(λ1, λ2, λ3)에서의 광 세기도 변화된다. 따라서, 상기 중심 파장(λ1, λ2, λ3)에 대한 정보와 각 중심 파장(λ1, λ2, λ3)에서의 광의 세기에 대한 정보를 메모리에 저장하고, 저장된 정보로부터 실시간으로 검출되는 중심 파장과 광의 세기에 대한 정보를 메모리에 저장된 정보와 비교하여 피검사물질의 성분과 양을 산출할 수 있게 된다.
이하, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여, 물질 분석용 칩(10)의 제조과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 6a를 참조하면, 우선, 기판(12)상에 스핀코팅(spin coating)과 같은 코팅방법에 의해 폴리머층(16)을 형성한다.
도 6b 및 도 6c를 참조하면, 상기 기판(12)에 코팅된 폴리머층(16)을 상기 나노 구조체(14)의 형상에 대응하는 몰드(mold)로 임프린트(imprint)한다. 즉, 나노 구조물의 형상에 대응하는 형상을 가지는 기제작된 몰드(mold, m) 또는 스탬프(stamp)로 폴리머층(16)을 가압한다. 그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이 몰드(m)를 제거하면 폴리머층(16)에는 일정한 패턴을 가지는 나노 구조물이 형성된다. 이때, 폴리머층(16)은 유연성을 가질 수 있도록 전이온도에 근접한 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 몰드에 의한 임프린팅 공정에 의해 나노 구조물을 형성하는 것을 예시하였으나, 나노 구조물은 공지된 다양한 나노 구조물 제조공정에 의해 제조될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 나노 구조물이 형성되면, 나노 구조물에 대해 일정 각도 경사진 각도로 금속 분말 또는 가스를 분사시키는 경사 증착 방법에 의해 금속층(18)을 나노구조물이 형성된 폴리머층(16)에 증착시킨다. 이와 같이 경사 증착 방법을 이용하는 이유는 나노 구조물이 나노 단위의 작은 스케일로 형성되어서 각 나노 구조물의 돌출된 부분이 평탄화가 될 수 있는 점을 감안한 것이다. 그러나 금속층(18)을 얇게 형성한다면 경사 증착 방법을 사용하지 않을 수도 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 다수의 피검사물질을 물질 분석용 칩에 고정하고 이송유닛에 의해 물질 분석용 칩을 이송하면서 각 피검사물질의 양 및 성분을 검출함으로써, 다종의 피검사물질 및 다량의 피검사물질을 신속하게 실시간으로 분석할 수 있다.
또한, 나노 구조체에 의해 투과되는 파장의 광을 제한함으로써, 광원으로부터 출사되는 광을 일정한 형태나 일정한 편광이 되도록 처리할 필요가 없어서, 평행광 및 편광을 위한 광학부품을 생략할 수 있게 된다. 즉, 물질 분석 장치의 구조를 간단히 할 수 있을 뿐만 아니라 광학부품의 초기세팅을 할 필요가 없어 물질 분석 장치의 제조가 용이하다.
또한, 투과된 광의 굴절 각에 관계없이 투과된 광을 검출함으로써 수광 센서의 집적도에 관계없이 투과된 광의 파장 또는 세기를 통해 물질에 대한 정보를 산출함으로써, 피검사물질의 정량분석 및 정성분석을 정밀하게 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (25)

  1. 적어도 일부의 광이 투과되는 기판; 및
    상기 기판의 일면에 돌출되게 마련되며, 피검사물질이 놓여지는 적어도 하나의 나노 구조체;를 포함하며,
    상기 기판을 투과한 광으로부터 상기 나노 구조체에 놓여진 피검사물질의 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 복수 개가 일정 간격 이격되게 상기 기판상에 마련되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나노 구조체의 높이는 100~120nm이고,
    상기 복수의 나노 구조체 간격은 60~70nm이며,
    상기 각 나노 구조체의 폭은 100~120nm인 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  4. 제2항에 있어서, 상기 나노 구조체는,
    상기 기판상에 돌출되게 형성되는 폴리머층; 및
    상기 폴리머층에 도포된 금속층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 40~50nm인 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 금속층은 금, 은, 동, 백금, 팔라듐, 알루미늄 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  7. 제2항에 있어서, 상기 나노 구조체는,
    상기 기판에 폴리머층을 코팅하고, 상기 기판에 코팅된 폴리머층을 상기 나노 구조체의 형상에 대응하는 몰드(mold)로 임프린트(imprint)한 후, 상기 금속층을 상기 임프린트 된 폴리머층에 증착시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속층은 경사 증착으로 상기 폴리머층에 증착되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 수정 결정판, 석영 유리, 폴리에틸렌 테레프탈산 에스테르(polyethylene terephthalate ester), 폴리 카보네이트(poly carbonate) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
  10. 피검사물질이 고정되는 적어도 하나의 나노 구조체가 형성된 물질 분석용 칩;
    상기 물질 분석용 칩에 광을 조사하는 광원;
    상기 물질 분석용 칩을 투과한 광을 감지하여 신호를 출력하는 검출부; 및
    상기 검출부로부터 출력된 신호로부터 피검사물질의 성분과 피검사물질의 양 중 적어도 어느 하나를 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사되는 광은 200~3500nm의 파장을 가지는 광인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사되는 광을 상기 물질 분석용 칩으로 안내하기 위한 제1광파이버;
    상기 제1광파이버로부터 출사된 광을 상기 물질 분석용 칩에 집광시키기 위한 제1렌즈;
    상기 물질 분석용 칩을 투과한 광을 상기 검출부로 안내하기 위한 제2광파이버; 및
    상기 물질 분석용 칩을 투과한 광을 상기 제2광파이버로 집광시키기 위한 제2렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 물질 분석용 칩은 다수의 피검사물질 각각이 분리되어 놓여지도록 다수의 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 물질 분석용 칩의 다수의 영역 각각에 놓여진 피검사물질이 제1 및 제2렌즈의 사이에 위치되도록 상기 물질 분석용 칩을 이송시키는 이송유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 피검사물질은 생물학적 물질인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 생물학적 물질은 항체 및 항원, 단백질, 유전자 물질(DNA, RNA), 탄수화물, 앱타머(Aptamer)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 검출부가 출력하는 신호는 상기 물질 분석용 칩을 투과한 광의 파장과 광의 세기이며, 상기 제어부는 상기 검출기로부터 검출된 광의 파장과 광의 세기로부터 피검사물질의 양과 성분 중 적어도 어느 하나를 산출하는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 물질 분석용 칩은, 적어도 광의 일부가 투과되는 기판을 포함하며, 상기 나노 구조체는 복수 개가 상기 기판상에 일정 간격 이격되도록 마련된 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 각 나노 구조체의 높이는 100~120nm이고, 상기 복수의 나노 구조체 사이의 간격은 60~70nm이며, 상기 각 나노 구조체의 폭은 100~120nm인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 나노 구조체는,
    상기 기판상에 돌출되게 형성되는 폴리머층; 및
    상기 폴리머층에 도포된 금속층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 40~50nm인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 금속층은 금, 은, 동, 백금, 팔라듐, 알루미늄 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 나노 구조체는,
    상기 기판에 폴리머층을 코팅하고, 상기 기판에 코팅된 폴리머층을 상기 나노 구조체의 형상에 대응하는 몰드(mold)로 임프린트(imprint)한 후, 상기 금속층을 상기 임프린트된 폴리머층에 증착시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 금속층은 경사 증착으로 상기 폴리머층에 증착되는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 기판은 수정 결정판, 석영 유리, 폴리에틸렌 테레프탈산 에스테르(polyethylene terephthalate ester), 폴리 카보네이트(poly carbonate) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101338303B1 (ko) * 2012-12-17 2013-12-09 연세대학교 산학협력단 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법
KR20190129271A (ko) * 2018-05-10 2019-11-20 주식회사 나노바이오라이프 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8018595B2 (en) 2008-12-03 2011-09-13 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for detecting bio materials and method for detecting bio materials by using the apparatus
US8199325B2 (en) 2008-12-10 2012-06-12 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for detecting biomaterials and method for detecting biomaterials by using the apparatus
KR101338303B1 (ko) * 2012-12-17 2013-12-09 연세대학교 산학협력단 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법
KR20190129271A (ko) * 2018-05-10 2019-11-20 주식회사 나노바이오라이프 그리드 분할 투명기판을 가진 진단키트 및 이를 이용하는 광학 진단 장치

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