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KR100407822B1 - 전기화학식 면역 센서와 이를 이용한 생화학 시료검출장치 및 방법 - Google Patents

전기화학식 면역 센서와 이를 이용한 생화학 시료검출장치 및 방법 Download PDF

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KR100407822B1
KR100407822B1 KR10-2001-0076229A KR20010076229A KR100407822B1 KR 100407822 B1 KR100407822 B1 KR 100407822B1 KR 20010076229 A KR20010076229 A KR 20010076229A KR 100407822 B1 KR100407822 B1 KR 100407822B1
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immune sensor
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양해식
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Abstract

항원 또는 리간드가 부동화된 생체 감지막을 포함하는 전기화학식 면역 센서와, 생체 감지막에서 유도되는 생체 반응을 전기화학적으로 신호화하기 위한 생화학 시료 검출 장치 및 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 전기화학적 면역 센서는 기판과, 상기 기판 위에 형성된 전극과, 상기 전극 위에 형성되어 있고, 상면에 항원 또는 리간드 잔기가 부동화되어 있는 고분자 덴드라이머 단일막을 포함하는 생체 감지막으로 이루어진다. 상기 생체 감지막은 상기 전극과 고분자 덴드라이머 단일막 사이에 형성되어 있는 생체 분자 고정화 접착막을 더 포함한다.

Description

전기화학식 면역 센서와 이를 이용한 생화학 시료 검출 장치 및 방법 {Electrochemical immune-sensor, and kit and method for detecting biochemical analyte using the same}
본 발명은 바이오센서 및 이를 이용한 전기화학적 신호 검출 방법에 관한 것으로, 특히 바이오센서의 생체 감지막에서 유도되는 생체 인식 반응과 이에 따라 일어나는 효소 촉매 반응을 통한 침전 반응을 이용하는 전기화학식 면역 센서와 이를 이용한 생화학 시료 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
생명 공학과 임상 보건 의료의 목적을 위하여 생체특이 결합형 바이오센서의 개발을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 최근에 들어, 이 분야는 기존의 바이오센서 연구를 바탕으로 전자/정보통신 공학 분야와의 연결에 의하여 괄목할 만한 발전이 이루어지고 있다. 특히, 센서의 소형화를 위해 미소 전극과 전기화학적 측정 방식을 이용한 센서의 개발이 크게 요구된다. 또한, 이와 같은 생체특이 결합형 바이오센서의 개발을 위한 연구는 아직도 그 개발의 확장 단계에 있고, 다양한 생화학종(단백질 또는 리간드)에 대한 측정 요구가 증대되고 있다.
상기한 바와 같은 생체특이 결합형 바이오센서를 구현하기 위한 중요 과제는 크게 두 가지로 요약할 수 있다. 첫째는, 시험관 내에서 일어나는 반응과는 달리,상대적으로 좁은 전극의 면적에 생체 반응을 나타내는 생화학 종을 효율적으로 부동화(immobilization)하는 문제이고, 둘째는 이와 같은 센서 전극 표면에서 핵심이되는 생체 인식 반응을 효율적으로 신호화(transducing)하는 것이다. 즉, 측정 대상의 단백질이나 리간드를 좁은 면적의 고체(chip) 표면에 효율적으로 부동화시키는 기술을 개발하고, 각각의 생체 반응을 검출해 낼 수 있는 기술 개발이 그 목표가 된다. 이러한 관점에서 기술적으로 충족시켜야 할 중요한 문제점들이 대두된다. 우선, 부동화의 관점에서는 생체 인식 반응을 효율적으로 이루어내기 위하여, (1) 전극 표면에 수식화된 생체 탐지 리간드 밀도의 최적화, (2) 생체 인식 반응 효율의 극대화를 위한 생체 물질의 배향성 확보, 그리고 (3) 비특이적 흡착의 최소화 등이 중요하다. 그리고, 생체 인식 반응의 신호화 관점에서는 신호 추출의 고감도화 및 정확성을 확보하는 것이 필수적이다.
효율적인 생체물질의 부동화의 관점에서 지금까지 많은 연구 및 개발이 이루어 졌으며, 현재의 연구 경향은 자기조립 단분자막에 기반한 부동화 방법이 주류를 이루고 있다. 그리고, 최근에는 이러한 자기조립 단분자막의 장점과 함께, 기존의 방법인 고분자를 이용하는 경우 나타나는 높은 부동화 수율에 대한 장점을 동시에 추구하는 덴드라이머 고분자를 이용한 자기조립 단분자막 기반의 부동화 방법이 발표된 바 있다 (Yoon et al., Analytical Biochemistry, 282 (2000) 121; Langmuir, 17 (2001) 1234).
그러나, 신호 측정 방법의 관점에서 전술한 신호 추출의 고감도화, 신호의 정확성 및 정량화의 편의성의 관점에서는 여전히 보다 진보된 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 생체 감지막에서 유도되는 생체 면역 반응으로부터의 신호 검출을 정확하고 편리하게 행할 수 있는 전기화학식 면역 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생체 감지막에서 유도되는 생체 반응을 전기화학적으로 신호화하는 데 있어서 신호 추출의 고감도화, 신호의 정확성 및 정량화의 편의성을 제공할 수 있는 생화학 시료 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생체 감지막에서 유도되는 생체 반응을 고감도로 정확하고 편리하게 전기화학적으로 신호화하여 정량화된 센서 신호를 측정할 수 있는 생화학 시료 검출 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기화학적 면역 센서의 요부 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 시료 검출 장치의 구성 및 신호 생성 반응의 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치를 이용하여 침전 기질에 의한 침전 반응을 유도한 결과를 나타내는 전극 표면의 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치를 이용하여 침전 기질에 의한 침전 반응을 행한 후 전기화학적 신호 검출 방법에 의해 생화학 시료를 검출한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에 따라 전극의 표면에서 일어난 생체특이적 결합 반응을 전기화학적으로 정량화한 결과로서, 사용된 항체의 농도에 따른 센서 신호의 검량 곡선을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 기판, 102: 전극, 103: 자기조립 단분자막, 104: 고분자 덴드라이머 단일막, 105: 항원, 106: 항체, 107: 표지된 촉매 효소, 108: 침전 기질, 109: 침전물, 110: 생체 감지막.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기화학적 면역 센서는 기판과, 상기 기판 위에 형성된 전극과, 상기 전극 위에 형성되어 있고, 상면에 항원 또는 리간드 잔기가 부동화되어 있는 고분자 덴드라이머 단일막을 포함하는 생체 감지막으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 기판은 실리콘 또는 유리로 이루어지고, 상기 전극은 금으로 이루어진다.
상기 고분자 덴드라이머 단일막의 상면에 항원이 부동화되어 있는 경우, 상기 항원은 숙신이미드 또는 알데히드를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 고분자 덴드라이머 단일막의 상면에 리간드 잔기가 부동화되어 있는 경우, 상기 리간드 잔기는 바이오틴으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 전기화학식 면역 센서에 있어서, 상기 생체 감지막은 상기전극과 고분자 덴드라이머 단일막 사이에 형성되어 있는 생체 분자 고정화 접착막을 더 포함할 수 있다. 상기 생체 분자 고정화 접착막은 티올 또는 아민을 기본 구조로 하는 자기조립 단분자막으로 이루어진다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치는 (a) 전극 위에 형성된 자기조립 단분자막과, 상기 자기조립 단분자막 위에 형성되고 상면에 항원 또는 리간드 잔기가 부동화되어 있는 고분자 덴드라이머 단일막으로 이루어지는 생체 감지막을 포함하는 전기화학식 면역 센서와, (b) 상기 항원 또는 리간드 잔기에 특이적으로 결합 가능한 항체 또는 리셉터가 희석되어 있는 완충 수용액과, (c) 침전 기질과, (d) 상기 항원과 항체간 또는 리간드 잔기와 리셉터간의 특이적 반응의 유무를 탐지하여 상기 침전 기질의 침전 형성 반응을 유도하기 위하여 상기 항체 또는 리셉터에 결합 가능한 표지된 촉매 효소로 이루어진다.
상기 고분자 덴드라이머 단일막에 항원이 부동화되어 있는 경우에는 상기 완충 수용액에는 상기 항원에 특이적으로 결합 가능한 항체가 희석되어 있고, 상기 고분자 덴드라이머 단일막에 리간드 잔기가 부동화되어 있는 경우에는 상기 완충 수용액에는 상기 리간드 잔기에 특이적으로 결합 가능한 리셉터가 희석되어 있다. 예를 들면, 상기 리간드 잔기는 바이오틴으로 이루어지고, 상기 리셉터는 아비딘 또는 스트렙트아비딘으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 침전 기질은 4-클로로-1-나프톨로 이루어진다. 또한, 상기 표지된 촉매 효소는 페록시디아제, 알칼라인 포스파타아제 또는 포도당 산화 효소로 이루어진다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전기화학식 면역 센서를 이용하여 액체 샘플중의 생화학 시료를 감지 및 정량하기 위하여, 먼저 상기 액체 샘플을 상기 생체 감지막과 반응시킨다. 그 후, 상기 생체 감지막 표면에 침전 기질과 표지된 촉매 효소의 혼합 용액을 공급하여 침전 형성 반응을 유도한다. 그리고, 순환 전압전류법을 이용하여 상기 전기화학식 면역 센서의 전극으로부터의 전기화학적 신호를 검출한다. 상기 전기화학적 신호를 검출하는 데 있어서, 상기 전기화학식 면역 센서의 유효 전극 면적의 감소에 따른 전기 신호의 감쇄를 측정하기 위하여 상기 검출된 전기화학적 신호로부터 얻어지는 전압전류의 파형의 변화 또는 최대 전류값의 변화를 측정한다.
본 발명에 의하면, 생체 감지막에서 유도되는 생체 면역 반응으로부터의 신호 검출을 전기화학식 면역 센서를 이용하여 생체특이적 결합 반응에 의한 침전 유도 방법으로 정확하고 편리하게 행할 수 있으며, 정량화된 센서 신호를 고감도로 정확하게 검출할 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기화학적 면역 센서의 요부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기화학적 면역 센서는 기판(101)과, 상기 기판(101) 위에 형성된 전극(102)과, 생체 감지막(110)을 포함한다. 상기기판(101)은 실리콘 또는 유리로 이루어질 수 있다. 상기 전극(102)은 증발 또는 스퍼터링 방법으로 증착된 금 박박으로 이루어질 수 있다. 상기 전극(102)을 금 박막으로 형성함으로써, 그 위에 티올 또는 아민을 기본 구조로 하는 자기조립 단분자막을 쉽게 형성할 수 있다. 상기 전극(102) 위에 형성된 상기 생체 감지막(110)은 생체 분자 고정화 접착막 역할을 하는 자기조립 단분자막(103)과, 상면에 항원(105) 또는 리간드 잔기가 부동화되어 있는 고분자 덴드라이머 단일막(104)을 포함한다. 상기 생체 감지막(110)은 상기 전극(101)의 표면으로부터 수 나노미터 이내의 범위에 형성된다. 상기 자기조립 단분자막(103)은 티올 또는 아민을 기본 구조로 한다. 상기 고분자 덴드라이머 단일막(104)은 카르보다이이미드와 히드록시 숙신산을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 항원(105) 또는 리간드 잔기는 상기 고분자 덴드라이머 단일막(104) 상부의 아민기를 이용하여 일반적인 화학 반응에 의하여 부동화시킬 수 있다.
상기 고분자 덴드라이머 단일막(104)의 상면에 부동화되어 있는 상기 항원(105)은 숙신이미드 또는 알데히드를 포함한다. 상기 고분자 덴드라이머 단일막(104)의 상면에 리간드 잔기가 부동화되어 있는 경우, 상기 리간드 잔기는 바이오틴으로 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 전기화학식 면역 센서를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 시료 검출 장치의 구성과, 상기 생체 감지막(110)의 표면에서 일어나는 생체 특이적 결합 반응 및 침전 형성 반응을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치는 상기 전극(101) 위에 형성된 생체 감지막(110)을 포함하는 전기화학식 면역 센서를 포함한다. 또한, 상기 생체 감지막(110)의 고분자 덴드라이머 단일막(104)에 고정화되어 있는 상기 항원(105) 또는 리간드 잔기에 특이적으로 결합 가능한 항체(106) 또는 리셉터가 희석되어 있는 완충 수용액과, 침전 기질(108)과, 상기 항원(105)과 항체(106)간 또는 리간드 잔기와 리셉터간의 특이적 반응의 유무를 탐지하여 상기 침전 기질(108)의 침전 형성 반응을 유도하기 위하여 상기 항체(106) 또는 리셉터에 결합 가능한 표지된 촉매 효소(107)에 의하여 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 장치가 구성된다.
상기 고분자 덴드라이머 단일막(104)에 리간드 잔기가 부동화되어 있는 경우, 상기 완충 수용액으로는 상기 리간드 잔기에 특이적으로 결합 가능한 리셉터가 희석되어 있는 것을 사용한다. 예를 들면, 상기 리간드 잔기가 바이오틴으로 이루어지고, 상기 리셉터가 아비딘 또는 스트렙트아비딘으로 이루어질 수 있다.
상기 침전 기질(108)로서 4-클로로-1-나프톨 (4-chloro-1-naphtol)이 특히 유용하다. 상기 표지된 촉매 효소(107)는 페록시디아제, 알칼라인 포스파타아제 또는 포도당 산화 효소로 이루어질 수 있다.
상기 항원(105) 또는 리간드 잔기를 부동화시킨 생체 감지막(110)은 항원(105)에 대한 항체(106) 또는 리간드 잔기에 대한 리셉터 시료와의 생체특이적 결합 반응을 통하여 바이오센싱을 수행하게 된다. 도 2 에는 부동화된 항원(105) 잔기에 대한 항체(106)의 생체특이적 결합이 도시되어 있다. 이 때, 측정하고자 하는 항체(106)에는 생체특이적 반응의 유무를 탐지하기 위한 표지된 촉매 효소(107), 예를 들면 페록시디아제가 붙어 있어 바이오센서 신호 검출을 위한 생체 촉매 반응을 수행한다.
상기 반응의 검출을 위해서는 인식되는 항체 단백질에 수식되어 있는 표지된 촉매 효소(107), 예를 들면 페록시디아제에 의해 촉매되는 침전 기질(108)의 변환에 의해 일어나는 전극 표면의 색 변화를 통한 정성 분석이 가능하며, 정량적인 센서 신호는 전기화학적 방법에 의하여 측정이 이루어진다.
상기 표지된 촉매 효소(107)에 의해 촉매되는 침전 기질(108)의 생화학적 변환에 의해 상기 전극(101)의 표면에 침전물(109)이 형성된다. 이 때, 상기 전극(101)의 표면에는 상기 침전물(109)로 이루어지는 얇은 막이 형성되며, 그 결과 상기 전극(101) 표면의 색 변화가 발생되고, 이와 같은 색 변화는 육안을 통하여 관찰할 수 있다.
도 3은 상기 침전 기질(108)에 의하여 유도된 침전 반응의 결과로서 음성 및 양성 반응이 나타난 경우 각각의 전극 표면의 사진들이다. 도 3에서, 전기화학식 면역 센서의 전극 중심 부위에 원형으로 생체특이적 반응을 유도하였을 때, 양성 결과 반응의 시편에서는 전극 표면에 생성된 침전물의 얇은막이 관찰됨을 확인할 수 있었으며, 음성 결과 반응의 전극은 반응의 전후에 전극 표면에 변화가 없음을 관찰할 수 있었다.
이와 같이, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 전기화학식 면역 센서를 이용하여, 다음과 같은 방법으로 액체 샘플중의생화학 시료를 감지 및 정량한다. 즉, 상기 항체(106) 또는 리간드 잔기가 밀리리터 당 수 마이크로그램 정도의 농도로 희석되어 있는 액체 샘플을 상기 생체 감지막(110)과 반응시킨다. 이를 위하여, 상기 항체(106) 또는 리간드 잔기가 희석되어 있는 액체 샘플을 피펫을 이용하여 상기 전극(101) 위에 있는 생체 감지막(110)상에 떨어뜨려서 결합 반응을 일으킨다. 소정의 시간, 예를 들면 약 10분 경과 후, 상기 생체 감지막(110)이 형성된 전극(101) 표면을 생리 식염수로 세척한다. 이어서, 상기 생체 감지막(110) 표면에 상기 침전 기질(108)과 표지된 촉매 효소(107)의 혼합 용액을 떨어뜨려서 수 분 동안에 걸쳐 침전 형성 반응을 유도한다. 이 반응을 통하여 양성 반응의 결과가 얻어지면 상기 전극(101)의 표면에는 침전물(109)로 이루어지는 얇은 막이 형성된다.
상기와 같이 침점 형성 반응을 거친 후, 상기 전기화학식 면역 센서의 전극(101)으로부터의 전기화학적 신호를 검출한다. 이에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 전기화학식 면역 센서의 전극(101)으로부터의 전기화학적 신호를 검출하는 데 있어서는 순환 전압전류법이 이용된다. 순환 전압전류법은 전기화학적인 신호 검출 방법으로서 널리 사용되는 것으로, 분광학적 방법 등과 같은 다른 방법에 비하여 시스템이 간단하여 저렴한 가격으로 센서 및 시스템을 제작할 수 있어서 유리하다. 순환 전압전류법을 이용하여 상기 전극(101)으로부터의 전기화학적 신호를 검출하기 위하여, 상기 전극(101)을 작업 전극으로 이용하고, 은/염화은 기준 전극, 그리고 백금선 전극을 보조 전극으로 하는 삼전극계를 구성하여 신호 검출을행한다. 순환 전압전류법을 수행하는 데 있어서, 측정을 위한 탐지 물질로는 전기활성을 갖는 수용성의 많은 물질들이 유용하다. 일반적으로, 첨가되는 전기화학적 활성종으로서 페로센 유도체(페로센 메탄올)를 주로 이용하며, 전해질 용액 내에 수 밀리몰 이하의 농도가 되도록 조제하여 사용한다. 상기 전기화학식 면역 센서의 유효 전극 면적의 감소에 따른 전기 신호의 감쇄를 측정하기 위하여 상기 침전 유도 반응의 전후에 동일 센서 전극에서 순환 전압전류법을 수행하여 검출된 전기화학적 신호로부터 얻어지는 전압전류의 파형의 변화 또는 최대 전류값의 변화를 측정하여 센서 신호를 정량 수치화한다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법은 생체특이 반응에 의해 전극 표면에 부동화된 항체와 여기에 붙어 있는 표지된 촉매 효소에 의하여 생성되는 침전물, 특히 수용액에 대하여 불용성인 산물의 생성과 침전, 그리고 이에 수반하여 유효 전극 면적이 감소되는 원리를 이용하는 것이다.
도 4는 상기 설명한 방법에서와 같이 침전 유도 반응을 행한 후 순환 전압전류법을 이용하여 전기화학적 신호 검출 방법에 의해 생화학 시료를 검출한 결과로서, 음성 반응 결과 및 양성 반응 결과를 각각 보여주는 그래프이다.
도 4에 나타낸 바와 같이 전기화학식 면역 센서에서 음성 반응 결과를 나타낸 경우에는 전극(101) 표면에 부동화되는 항체(106)가 없다. 따라서, 침전을 유도하는 반응이 일어나지 않게 되어 상기 전극(101)의 표면에 침전물(109)이 쌓이지 않게 되고, 그 결과 순환 전압전류법 측정을 위한 전해질 용액 내에 존재하는 페로센에 대한 완전히 발달한 순환 전압전류 신호 파형을 나타낸다. 반면, 부동화된 항체(106)가 존재하는 양성 반응 결과가 나타난 경우에는 전술한 바와 같이 전극(101) 표면에 침전물(109)이 얇은 막의 형태로 침착되고, 따라서 전극(101) 표면으로 전기화학적 활성종이 접근할 수 없게 되어 순환 전압전류법의 실험의 결과에서 전형적인 절연막의 파형을 나타낸다.
상기 전기화학적 신호 검출 방법을 이용하는 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법은 그 정확성 및 감도, 기기 구현의 관점에서 매우 유리하다. 또한, 본 발명에 따른 생체 감지막은 전극의 표면으로부터 수 나노미터 이내의 범위에 형성되고, 바로 이곳에서 수용성 기질의 불용화 및 침전이 이루어지기 때문에 반응 산물의 역확산과 여기서 기인하는 신호 간섭 등의 문제점이 배제되는 장점을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에서는 항체에 붙어있는 표지된 촉매 효소를 이용하는 면역 반응의 검출 방법을 이용하는 것으로서, 의료 임상 검사의 분야에 유리하게 응용될 수 있으며, 전기화학적 신호를 검출하는 데 있어서 기존의 흡광 측정에 의한 광학적 방법이 아닌 전기화학적 방법을 이용하므로 간단한 시스템 및 저렴한 비용으로 유리하게 적용될 수 있어 종래 기술에 대하여 차별성을 지닌다.
본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법은 항체와의 반응을 통한 면역 센서에 이용되는 것에만 한정되지 않고, 부동화되는 항원, 또는 리간드 잔기를 바이오틴으로 하는 경우에는 아비딘 또는 스트렙트아비딘으로 수식되는 형식의 생체 특이 결합 반응 검출에 널리 응용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에 따라 전극의 표면에서 일어난 생체특이적 결합 반응을 전기화학적으로 정량화하기 위하여, 사용된 항체의 농도에 따른 센서 신호의 검량 곡선을 나타낸 그래프이다. 도 5로부터, 침전 유도 방법을 이용하는 본 발명에 따른 생화학 시료 검출 방법에 따라 전극의 표면에서 일어난 생체특이적 결합 반응을 전기화학적으로 정량화할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에서는 상면에 항원 또는 리간드 잔기가 부동화되어 있는 고분자 덴드라이머 단일막을 포함하는 생체 감지막으로 이루어지는 전기화학식 면역 센서를 구현하였으며, 이로부터 전기화학식 면역 센서의 전극 표면에 형성된 생체 감지막에서 유도되는 생체 반응을 전기화학적으로 신호화하는 방법이 실현되었다. 즉, 본 발명에서는 자기조립 단분자막 기법으로 면역 반응 생체 감지막을 형성하고, 면역 반응을 통해 부동화된 표지 효소의 촉매 반응에 의한 전극 표면에서의 침전과 그에 따른 유효 전극 면적 감소 효과로부터 전기화학적인 측정을 행하여 전기 신호의 감쇄를 정량화한다. 본 발명에 의하면, 생체 감지막에서 유도되는 생체 면역 반응으로부터의 신호 검출을 전기화학식 면역 센서를 이용하여 생체특이적 결합 반응에 의한 침전 유도 방법으로 정확하고 편리하게 행할 수 있으며, 정량화된 센서 신호를 고감도로 정확하게 검출할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (20)

  1. 기판과,
    상기 기판 위에 형성된 전극과,
    상기 전극 위에 형성되어 있고, 상면에 항원 또는 리간드 잔기가 부동화되어 있는 고분자 덴드라이머 단일막을 포함하는 생체 감지막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 또는 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전극은 금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고분자 덴드라이머 단일막의 상면에 항원이 부동화되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 항원은 숙신이미드 또는 알데히드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고분자 덴드라이머 단일막의 상면에 리간드 잔기가 부동화되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 리간드 잔기는 바이오틴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 생체 감지막은 상기 전극과 고분자 덴드라이머 단일막 사이에 형성되어 있는 생체 분자 고정화 접착막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 생체 분자 고정화 접착막은 티올 또는 아민을 기본 구조로 하는 자기조립 단분자막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기화학식 면역 센서.
  10. (a) 전극 위에 형성된 자기조립 단분자막과, 상기 자기조립 단분자막 위에 형성되고 상면에 항원 또는 리간드 잔기가 부동화되어 있는 고분자 덴드라이머 단일막으로 이루어지는 생체 감지막을 포함하는 전기화학식 면역 센서와,
    (b) 상기 항원 또는 리간드 잔기에 특이적으로 결합 가능한 항체 또는 리셉터가 희석되어 있는 완충 수용액과,
    (c) 침전 기질과,
    (d) 상기 항원과 항체간 또는 리간드 잔기와 리셉터간의 특이적 반응의 유무를 탐지하여 상기 침전 기질의 침전 형성 반응을 유도하기 위하여 상기 항체 또는 리셉터에 결합 가능한 표지된 촉매 효소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자기조립 단분자막은 티올 또는 아민을 기본 구조로 하는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 고분자 덴드라이머 단일막에는 항원이 부동화되어 있고, 상기 완충 수용액에는 상기 항원에 특이적으로 결합 가능한 항체가 희석되어 있는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 고분자 덴드라이머 단일막에는 리간드 잔기가 부동화되어 있고, 상기 완충 수용액에는 상기 리간드 잔기에 특이적으로 결합 가능한 리셉터가 희석되어 있는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 리간드 잔기는 바이오틴으로 이루어지고, 상기 리셉터는 아비딘 또는 스트렙트아비딘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 침전 기질은 4-클로로-1-나프톨로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 표지된 촉매 효소는 페록시디아제, 알칼라인 포스파타아제 또는 포도당 산화 효소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 장치.
  17. 제1항 또는 제8항에 따른 전기화학식 면역 센서를 이용하여 액체 샘플중의 생화학 시료를 감지 및 정량하기 위하여,
    상기 액체 샘플을 상기 생체 감지막과 반응시키는 단계와,
    상기 생체 감지막 표면에 침전 기질과 표지된 촉매 효소의 혼합 용액을 공급하여 침전 형성 반응을 유도하는 단계와,
    순환 전압전류법을 이용하여 상기 전기화학식 면역 센서의 전극으로부터의 전기화학적 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 침전 기질은 4-클로로-1-나프톨로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 표지된 촉매 효소는 페록시디아제, 알칼라인 포스파타아제 또는 포도당 산화 효소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학 시료 검출 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 전기화학적 신호를 검출하는 단계는 상기 전기화학식 면역 센서의 유효 전극 면적의 감소에 따른 전기 신호의 감쇄를 측정하기 위하여 상기 검출된 전기화학적 신호로부터 얻어지는 전압전류의 파형의 변화 또는 최대 전류값의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 생화학 시료 검출 방법.
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