KR0151203B1 - 다중전극형 바이오센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중전극형 바이오센서에 관한 것으로, 확률적으로 매우 적은 오차범위의 신뢰도를 가질 수 있도록 한 다중전극형 바이오센서에 관한 것이다.

본 발명은 한 샘플내에 존재하는 동일한 물질에 독립적으로 반응하여 각각의 신호를 발생시키는 2개 이상의 활성 지시전극과, 배경신호를 보정하기 위한 비활성 지시전극, 그리고 대전극과 기준전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중전극형 바이오센서를 제공함으로써 한번의 측정이 동일한 측정물질에 대한 다중신호를 발생시키도록 하여 이 신호들을 회로적으로 처리하여 평균값을 나타내 줌으로써 개개의 센서로 여러번 측정을 수행해야 얻어지는 측정의 정확도를 단 한번의 측정으로 얻을 수 있도록 한다.

Description

다중전극형 바이오센서

제1도는 본 발명에 의한 다중전극형 바이오센서의 평면도.

제2도는 본 발명에 의한 다중전극형 바이오센서의 단면도.

제3도는 본 발명에 의한 다중전극형 바이오센서와 종래의 바이오센서를 이용하여 각 농도의 에탄올에 대해 각각 측정을 행했을 때의 재현성을 비교하여 나타낸 표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 은도전선

3 : 탄소전극 4 : 절연층

5 : 기준전극 6a1, 6a2, 6a3, 6i : 지시전극

7 : 대전극 8 : 외부막

본 발명은 다중전극형 바이오센서(Multielectrode-type biosensor)에 관한 것으로, 특히 확률적으로 매우 적은 오차범위의 신뢰도를 가질 수 있도록 한 다중전극형 바이오센서에 관한 것이다. 특정한 물질에만 선택적으로 반응하는 생체물질을 이용하여 그 특정한 물질을 측정하고자 제작되는 바이오센서는 여러 가지 다른 종류의 물리, 화학센서에서는 볼 수 없는 장점들을 가지고 있다. 그러나 생체물질 자체의 불안정성으로 인하여 측정을 거듭할수록 활성이 저하되므로 자주 감지막을 교체해야 하는 불편함이 있다. 최근에는 후막소자 제작기술이 도입됨으로써 낮은 생산원가로 대량생산이 가능해져 아예 센서를 일회용으로 취급하여 측정기 본체에 장착하여 한번의 측정이 끝나면 버리는 제품들이 등장하였고, 이러한 일회용 바이오센서 개념이 일정부분 바이오센서의 제품개발 방향성을 끌고가고 있는 실정이다.

모든 측정이 그러하지만 특히나 극히 적은 양의 물질을 정확하게 측정해야 하는 임상적인 측면에 있어서는 측정의 정확성은 다른 어떤 분야보다도 중요시된다.

물리, 화학센서와는 달리 대부분의 바이오센서는 제작후 센서자체를 보정할 수 없다. 따라서 완벽환 정확도를 가지는 측정을 위해서는 한 배치(batch)로 제작되는 센서는 완전히 동일한 특성을 가져야만 한다. 예를 들어 효소를 이용한 바이오센서의 경우 후막소자 제조기술로 한 기판위에 수백개의 센서를 제작한다고 할 때 각 센서의 효소감지막은 완전히 동일한 양의 효소와 필요한 여러 보조인자를 가져야 하며, 뿐만 아니라 각 효소나 보조인자의 방향성도 완전히 같아야만 한다.

그러나 실제로는 이런 가정들이 성취가 불가능하므로 어떠한 바이오센서의 검정곡선도 일정한 한도내에서 허용되는 오차범위를 가지게 된다.

현재 시판되고 있는 제품들의 경우를 보면 10%, 심지어는 그 이상의 오차범위를 가지는 것도 있으며, 그 상업적 성공이 인정되고 있는 경우가 대개 5-6%의 오차범위를 보이고 있다. 그러나 비교적 정확하다고 여겨지는 제품들이 주장하는 오차범위도 측정자의 숙련도에 의존한다는 단서가 붙어 있는 경우가 대부분이다. 또한 5-6%의 오차범위를 가지는 기기를 이용한 측정이 의미를 가질 수 있는 것은 측정 자체의 특수성에 기인하는 측면이 있다. 예를 들어 가장 널리 이용되고 있는 것중의 하나인 혈당측정기의 경우를 보면 사용자에게 관심이 있는 측정치는 특정값 이상(고혈당)과 특정값 이하(저혈당)일뿐 그 중간의 값이나 구체적으로 어느 정도로 특정값 이상 또는 이하인가는 별다른 관심의 대상이 되지 못하는 것이다.

그러나 특정한 범위내에서 연속적인 값이 임상적으로 중요한 경우는 상기한 바와 같은 특수한 경우에 통용되는 오차범위가 정확도를 담보하지 못하는 것이다. 이 경우 거의 유일한 해결책은 사용자가 여러개의 센서로 여러번의 측정을 하여 그 값을 평균해 보는 것이다. 그러나 이러한 번거로움을 요구하는 측정기기의 사용은 병원같은 특수상황에서는 받아들여질지도 모르나, 일반적인 사용자에게는 용납되지 않을 것이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이오센서의 소형화, 대량생산 기술을 이용하여 한 개의 일회용 센서위에 여러개의 활성전극(working electrode)을 올려줌으로써 한번의 측정이 동일한 측정물질에 대한 다중신호를 발생시키도록 하여 이 신호들을 회로적으로 처리하여 평균값을 나타내 줌으로써 개개의 센서로 여러번 측정을 수행해야 얻어지는 측정의 정확도를 단 한번의 측정으로 얻을 수 있도록 한 다중전극형 바이오센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중전극형 바이오센서는 한 샘플내에 존재하는 동일한 물질에 독립적으로 반응하여 각각의 신호를 발생시키는 2개 이상의 활성 지시전극과, 배경신호를 보정하기 위한 비활성 지시전극, 그리고 대전극과 기준전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 한 개의 바이오센서를 이용하여 수행하는 한번의 측정시 동일한 샘플에 대한 두 개 이상의 신호를 동시에 발생시킬 수 있는 전극을 형성하는 것으로, 한 샘플에 대해 동시에 발생되는 신호들을 다채널 포텐시오 스탯을 이용하여 읽어들인 다음 평균값을 내는 것이다.

제1도에 본 발명의 일실시예로서 후막소자 제작기술을 이용하여 형성한 증기상태의 에탄올을 측정하기 위한 다중전극형 에탄올 바이오센서의 평면도를 나타내었고, 제2도에 그 단면도를 나타내었다.

후막소자는 제2도에 도시된 바와 같이 기본적으로 4개의 지시전극(working electrode; 6a1, 6a2, 6a3, 6i)과 1개의 기준전극(reference electrode; 5) 및 1개의 대전극(counter electrode;7)으로 이루어져 있다. 지시전극은 다시 3개의 활성 지시전극(6a1, 6a2, 6a3)과 1개의 비활성 지시전극(6i)으로 나뉘어져 전체적으로 차동증폭형 회로에 의해 신호가 처리되도록 구성되어 있다. 이의 제조방법을 설명하면, 먼저, 후막소자 제조단계로서, 폴리에스터기판(1)상에 은도전선(silver conducting path)(2)를 인쇄한 후, 110℃에서 10분간 열처리한 다음 기반 탄소전극(base carbon electrode; 3, 7)을 인쇄하고 같은 방법으로 열처리한다. 이들 기반 탄소전극(3)중 하나는 그위에 더 이상의 층이 올려지지 않은 상태로 대전극(7)의 역할을 하게 된다. 다음에 절연층(4)을 형성하고, 기준전극(5)을 100mM FeCl₃용액에 담가 Ag/AgCl기준 전극을 완성한다.

다음에 에탄올 바이오센서 제조단계로서, 2% 하이드록시에틸 셀룰로오즈(hydroxyethly cellulose) 4ml에 알코올 디하이드로게네이스(alcohol dehydrogenase-ADH) 405mg, NAD⁺45mg, DEAE-덱스트란(DEAE-dextran) 40mg, 락티톨(lactitol) 400mg, 탄소분말(carbon powder) 1.28g을 막자 사발에 넣고 균질화하여 만든 페이스트(paste)를 프린팅함으로써 상기 활성 지시전극(6a1, 6a2, 6a3)을 구성하고, 상기 조성중에서 ADH 대신 소 혈청 알부민(bovine serum albumin)을 같은 양으로 넣어 만든 페이스트를 프린팅하여 비활성 지시전극(6i)를 구성한다.

마지막으로 6% 하이드록시에틸 셀룰로오즈 페이스트를 프린팅하여 외부막(8)을 형성시킴으로써 에탄올 증기 측정용 다중전극형 바이오센서를 완성한다.

제3도는 상기와 같이 제작된 다중전극형 에탄올 바이오센서로 다채널 포텐시오스탯을 이용하여 에탄올 증기를 측정하여 그것의 재현성을 살펴 보고 이것을 지시전극 하나, 기준전극 하나 그리고 대전극 하나로만 이루어진 바이오센서(비다중전극형)로 측정했을때와 비교하여 나타낸 것으로, 본 발명의 다중전극형 에탄올 바이오센서의 오차범위가 종래의 비다중전극형 바이오센서보다 좁으므로 본 발명의 경우가 재현성이 우수함을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 생체물질을 이용하는 바이오센서를 제작함에 있어서, 특정한 물질과 반응하여 신호를 발생시키는 지시전극을 한 센서위에 여러개 구현함으로써 단 한번의 측정으로도 몇회의 독립적인 측정을 수행한 것과 동일한 효과를 가져올 수 있도록 한다. 즉, 개개의 센서를 이용하여 몇번을 측정하여 평균을 내야 믿을 수 있는 값을 얻는 번거오움을 피하게 함으로써 전문성이나 숙련도와는 무관하게 누구나 손쉽게 임상적으로 중요한 측정치를 간단하게 얻을 수 있게 된다.

따라서 지금까지 불연속적인 특정값 이하 또는 그 이상의 값만을 측정하는 자가 건강 진단장치의 상품화 범위를 보다 정밀도를 요하며 또한 연속적인 수치가 중요시되는 임상분야로까지 확대시킬 수 있음은 물론 바이오센서를 이용하는 모든 정밀 측정에 있어 높은 신뢰도를 보장할 수 있게 된다.

본 발명은 스크린 프린팅을 이용한 후막센서 또는 박막제조기술을 이용한 박막센서와 효소, 항원, 항체, 핵산, 분자수용체 등의 생체물질을 여러개의 지시전극위에 고정한 바이오센서 및 전기화학식, 광학시, 전위차식, 압전식, 면역화학식 및 표면플라즈마 공명식의 바이오센서 등에 적용될 수 있다.

Claims (2)

1. 한 샘플 내에 존재하는 동일한 물질에 독립적으로 반응하여 각각의 신호를 발생시키는 2개 이상의 활성지시전극과 배경신호를 보정하기 위한 비활성 지시전극, 그리고 대전극과 기준전극을 구비함을 특징으로 하는 다중전극형 바이오센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 활성지시전극은 효소, 항원, 항체, 핵산, 분자수용체로부터 선택된 적어도 하나이상의 생체 물질이 고정되게 구성됨을 특징으로 하는 다중전극형 바이오센서.