KR100887632B1 - Biosensor - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 바이오센서는 제1 기판, 제1 기판 위에 시료주입구를 구비하며 배치되는 접착덮개, 접착덮개를 덮는 제2 기판과, 제1 기판, 접착덮개 및 제2 기판을 관통하고, 시료주입구와 교차하는 방향으로 연장되어 형성되는 관통구를 포함한다.The biosensor according to the present invention includes a first substrate, an adhesive cover disposed on the first substrate with a sample inlet, a second substrate covering the adhesive cover, a first substrate, an adhesive cover and a second substrate, and a sample inlet It includes a through-hole extending in a direction intersecting with the.
바이오센서, 소량시료, 배면구멍, 조정시약, 다중기능 Biosensor, small sample, back hole, adjusting reagent, multi function
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오센서의 사시도이다. 1 is a perspective view of a biosensor according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오센서의 분해 사시도이다. 2 is an exploded perspective view of a biosensor according to a first embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오센서를 절단하는 것을 나타낸 평면도이다. 3 and 4 are plan views illustrating cutting a biosensor according to a first embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오센서를 절단하는 방법을 나타낸 개략 사시도이다. 5 to 7 are schematic perspective views showing a method of cutting a biosensor according to a first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오센서의 분해 사시도이다. 8 is an exploded perspective view of a biosensor according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오센서의 분해 사시도이다. 9 is an exploded perspective view of a biosensor according to a third embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오센서의 분해 사시도이다. 10 is an exploded perspective view of a biosensor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 바이오센서의 분해 사시도이다. 11 is an exploded perspective view of a biosensor according to a fifth embodiment of the present invention.
도 12은 본 발명의 실험예에서 정전압대전류법을 이용한 측정결과를 나타내는 동적감응곡선이다. 12 is a dynamic response curve showing a measurement result using the constant voltage vs. current method in the experimental example of the present invention.
도 13은 본 발명의 실험예에서 의한 바이오센서의 정전압대전류법을 이용한 측정원리를 나타내는 그래프이다. 13 is a graph showing the measuring principle using the constant voltage vs. current method of the biosensor according to the experimental example of the present invention.
도 14는 조정시약을 적합화하기 전에 적혈구 용적 및 포도당 농도를 달리하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 14 is a graph showing the results of different measurements of erythrocyte volume and glucose concentration before fitting the adjustment reagent. FIG.
도 15는 조정시약을 적합화한 후 적혈구 용적 및 포도당의 농도를 달리하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 15 is a graph showing the results obtained by varying erythrocyte volume and glucose concentration after fitting the adjustment reagent. FIG.
본 발명은 바이오센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혈액 시료에서 목표로 하는 물질을 측정하는 바이오센서에 관한 것이다. The present invention relates to a biosensor, and more particularly, to a biosensor for measuring a target substance in a blood sample.
일반적으로 혈당측정기와 같은 바이오센서는 주로 전기화학식 방법을 이용한다. 일반적으로 전기화학식 측정법에서는 양극과 음극으로 구성된 셀에 효소와 조정시약이 고정된 구조로 이루어진다. 이와 같은 바이오센서의 내부로 시료가 도입되면 시료 내의 목표물질이 효소의 촉매작용에 의해 산화할 때 산소 또는 전자전달 매개체가 환원되는데, 이때 환원된 산소 또는 전자전달 매개체는 전극의 전압에 의해 강제 산화되어 전자의 변화를 유발한다. 이와 같은 전자의 변화를 정량화하여 간접적으로 목표 물질의 양을 측정하는 방법이 전기화학식 측정법이다. In general, biosensors such as blood glucose meters mainly use electrochemical methods. In general, in the electrochemical measurement method, the enzyme and the adjusting reagent are fixed in a cell composed of a positive electrode and a negative electrode. When the sample is introduced into such a biosensor, oxygen or an electron transfer medium is reduced when the target substance in the sample is oxidized by the catalytic action of the enzyme, and the reduced oxygen or electron transfer medium is forcibly oxidized by the voltage of the electrode. To cause a change in electrons. Electrochemical measurement is a method of quantifying the change of the former and indirectly measuring the amount of the target substance.
이와 같은 바이오센서는 혈액을 검체로 사용하므로 다양한 혈액의 유형에 따라 방해간섭을 받게 된다. 또한, 바이오센서는 보다 적은 양의 혈액 시료를 사용하여 보다 빠르고 편리하며 정확한 측정을 할 수 있도록 개발되는 것이 필요하다. Since such biosensors use blood as a sample, interference is caused by various types of blood. In addition, biosensors need to be developed to enable faster, more convenient and accurate measurements using less blood samples.
보다 적은 양의 시료를 사용하는 바이오센서를 제공하고자 한다. 또한, 다양한 혈액유형과 간섭을 피하며, 정확하고 편리하게 측정할 수 있는 바이오센서를 제공하고자 한다. An attempt is made to provide a biosensor using a smaller amount of sample. In addition, to avoid interference with various blood types, to provide a biosensor that can be measured accurately and conveniently.
바이오센서는 제1 기판, 제1 기판 위에 시료주입구를 구비하며 배치되는 접착덮개, 접착덮개를 덮는 제2 기판과, 제1 기판, 접착덮개 및 제2 기판을 관통하고, 시료주입구와 교차하는 방향으로 연장되어 형성되는 하나 이상의 관통구를 포함한다. The biosensor penetrates through the first substrate, the adhesive cover disposed with the sample inlet on the first substrate, the second substrate covering the adhesive cover, the first substrate, the adhesive cover and the second substrate, and intersect with the sample inlet. It includes at least one through hole formed to extend.
시료주입구는 접착덮개의 일측에 형성되는 제1 시료주입구와 접착덮개의 다른 일측에 형성되는 제2 시료주입구를 포함하고, 제1 시료주입구와 제2 시료주입구는 서로 어긋나는 위치에 형성될 수 있다. The sample inlet may include a first sample inlet formed on one side of the adhesive cover and a second sample inlet formed on the other side of the adhesive cover, and the first sample inlet and the second sample inlet may be formed at positions shifted from each other.
바이오센서는 제1 기판과 접착덮개의 사이에 제1 기판의 둘레를 따라 형성되는 제1 전극, 및 제1 전극에 둘러싸여 형성되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다. 이때 제2 전극은 관통구를 감싸도록 형성될 수 있다. The biosensor may further include a first electrode formed along a circumference of the first substrate between the first substrate and the adhesive cover, and a second electrode formed surrounded by the first electrode. In this case, the second electrode may be formed to surround the through hole.
바이오센서는 제1 전극 및 제2 전극과 접착덮개의 사이에 제1 전극과 제2 전극의 일부를 노출시키며 배치되는 비전도성 물질층을 더 포함할 수 있다. The biosensor may further include a non-conductive material layer disposed between the first electrode and the second electrode and the adhesive cover to expose a portion of the first electrode and the second electrode.
바이오센서는 접착덮개와 제2 기판의 사이에 배치되는 제3 전극을 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극은 탄소(C), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 티타늄(Ti)의 금속, 금속염 혹은 반죽의 형태로 이루어진 물질로 형성될 수 있다. The biosensor may further include a third electrode disposed between the adhesive cover and the second substrate. In this case, the first electrode, the second electrode and the third electrode may be formed of a metal, a metal salt or a paste of carbon (C), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), titanium (Ti), and the like. It may be formed of a material in the form.
한편, 바이오센서는 제1 기판과 접착덮개의 사이에 제1 기판의 전면을 덮으며 형성되는 제1 전극과, 접착덮개와 제2 기판 사이에 제2 기판의 전면을 덮으며 형성되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the biosensor is a first electrode formed between the first substrate and the adhesive cover covering the entire surface of the first substrate, and a second electrode formed covering the entire surface of the second substrate between the adhesive cover and the second substrate It may further include.
또한, 하나 이상의 관통구는 복수의 관통구들을 포함하고, 복수의 관통구들은 서로 평행하게 연장되어 형성될 수 있다. 이때, 제1 기판과 접착덮개 사이에 관통구를 노출시키며 형성되는 제1 전극과, 접착덮개와 제2 기판 사이에 관통구를 노출시키며 형성되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다. In addition, the one or more through holes may include a plurality of through holes, and the plurality of through holes may be formed to extend in parallel to each other. At this time, the first electrode formed by exposing the through hole between the first substrate and the adhesive cover, and the second electrode formed by exposing the through hole between the adhesive cover and the second substrate may be further included.
한편, 바이오센서는 제1 기판 위에 형성되는 제1 전극, 제1 전극 위에 형성되는 절연층 및 절연층 위에 형성되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다. 제1 전극은 관통구들의 사이에 관통구들과 평행한 방향으로 연장되어 형성되는 제1 시료 측정부를 포함하고, 제2 전극은 제1 시료 측정부와 일정 거리만큼 이격되어 평행하게 형성되는 제2 시료 측정부를 포함할 수 있다. The biosensor may further include a first electrode formed on the first substrate, an insulating layer formed on the first electrode, and a second electrode formed on the insulating layer. The first electrode includes a first sample measuring unit extending in a direction parallel to the through holes between the through holes, and the second electrode is spaced apart from the first sample measuring unit by a predetermined distance and formed in parallel with the second sample. It may include a measuring unit.
한편, 바이오센서는 시료주입구에 배치되는 조정시약을 더 포함하고, 조정시약은 시료주입구로 주입되는 시료에 포함되는 물질에 반응하는 효소, 효소에서 발생하는 전자를 전달하는 전자전달 매개체와, 효소와 전자전달 매개체를 분산 및 안정화시키는 분산안정제를 포함할 수 있다. On the other hand, the biosensor further comprises an adjustment reagent disposed at the sample inlet, the adjustment reagent is an enzyme that reacts to the material contained in the sample injected into the sample inlet, an electron transfer medium for delivering electrons generated from the enzyme, and Dispersion stabilizers for dispersing and stabilizing electron transfer mediators may be included.
효소는 포도당 산화효소(glucose oxidase), 포도당 탈수소효소(glucose dehydrogenase), 알코올 산화효소(alcohol oxidase), 알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase), PQQ(pyrroloquinone) 및 NAD/NADH (nicotinamide adenine dinucleotide/hydrogen, 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오타이드) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Enzymes include glucose oxidase, glucose dehydrogenase, alcohol oxidase, alcohol dehydrogenase, PQQ (pyrroloquinone) and nicotinamide adenine dinucleotide / hydrogen, nicotine Amide adenine dinucleotides).
전자전달 매개체는 페로센(ferrocene), 퀴논(quinone), 코발트(cobalt), 니 켈(nickel), 루테늄(ruthenium), 페리시안화합물, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 헥사아민루테늄(III)클로라이드와 이들을 포함하는 유도체, 전이금속(transition element) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Electron transfer mediators are ferrocene, quinone, cobalt, nickel, ruthenium, ferricane compounds, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, and hexaamineruthenium (III). ) Chloride, derivatives containing them, and transition metals.
분산안정제는 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 카르복시 메틸셀룰로스(Carbonyl methyl cellulose), 히드록시메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose), 2-히드록시에틸셀룰로스(2-hydroxy ethyl cellulose), 히드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose), 미세결정 셀룰로오스(microcrystalline cellulose), 폴리비닐피놀리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리플루오르화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methylmethacrylate), 스티렌부틸고무(stylene butyl rubber) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Dispersion stabilizers include polyvinylalcohol, polyethyleneoxide, polyethyleneglycol, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, 2-hydroxyethyl cellulose ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidenefluoride, polymethylmethacrylate, It may include at least one of styrene butyl rubber (stylene butyl rubber).
조정시약은 계면활성제를 더 포함하고, 계면활성제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 및 비이온성 계면활성제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 음이온 계면활성제는 비누(soap) 및 알킬벤젠술폰산염(alkylbenzene sulfonate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The modulating reagent may further include a surfactant, and the surfactant may include at least one of an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and a nonionic surfactant. The anionic surfactant may include at least one of soap and alkylbenzene sulfonate.
조정시약은 상전이 촉매를 더 포함하고, 상전이 촉매는 포스포늄기반(phosponium based), 크라운에테르기반(crown ethers based), 암모늄기반(ammonium based) 및 폴리에틸렌글리콜기반(PEG, polythylene glycol based)의 시약 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The modulating reagent further comprises a phase transfer catalyst, wherein the phase transfer catalyst is one of phosphonium based, crown ethers based, ammonium based and polyethylene glycol based (PEG) reagents. It may include at least one.
한편, 조정시약은 포도당 산화효소(glucose oxidase), 헥사아민루테늄(III) 클로라이드, 카르복시 메틸셀룰로스(Carbonyl methyl cellulose), 미세결정 셀룰로오스(microcrystalline cellulose), 트리카프릴메틸 염화암모늄(Tricaprylmethyl ammonium chloride), t-옥틸페녹시폴리에톡시에탄올(t-Octylphenoxypolyethoxyethanol) 및 비누(soap)를 포함할 수 있다. On the other hand, the adjustment reagents include glucose oxidase, hexaamineruthenium (III) chloride, carbonyl methyl cellulose, microcrystalline cellulose, tricaprylmethyl ammonium chloride, t-octylphenoxypolyethoxyethanol (t-Octylphenoxypolyethoxyethanol) and soap (soap) may be included.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described an embodiment of the present invention. These embodiments of the present invention are merely for illustrating the present invention and the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오센서(100)의 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 바이오센서(100)는 제1 기판(10), 제1 기판(10) 위에 형성되는 제1 전극(50) 및 제2 전극(52), 제1 기판(10) 위에 시료주입구(22)를 구비하며 배치되는 접착덮개(20) 및 접착덮개(20)를 덮는 제2 기판(30)을 포함한다. 또한, 바이오센서(100)는 상기한 제1 기판(10), 접착덮개(20) 및 제2 기판(30)을 관통하도록 형성된 관통구(40)를 포함한다. 시료주입구(22)는 바이오센서(100)의 어느 한 측면에 구비되는 제1 시료주입구(22a)와 다른 한 측면에 구비되는 제2 시료주입구(22b)를 포함하고, 관통구(40)는 이러한 제1 시료주입구(22a) 및 제2 시료주입구(22b)와 교차하는 방향으로 형성된다. 1 is a perspective view of a
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오센서(100)의 분해 사시도이다. 이하에서는 도 2를 참고하여 바이오센서(100)의 각 구성요소에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다. 2 is an exploded perspective view of the
도 2에 도시한 바와 같이, 바이오센서(100)는 상기한 전극에서 특정부위의 한정된 전극 위에 도입되는 조정시약(62)을 포함한다. 본 실시예에서 조정시약(62)은 제1 전극(50)의 일정 부분 위에 고정된다. 조정시약(62)은 시료주입구(22)로 주입되는 시료에 포함되는 물질에 반응하는 효소와, 효소에서 발생하는 전자를 전달하는 전자전달 매개체 및 효소와 전자전달 매개체를 분산 및 안정화시키는 분산안정제를 포함한다. 조정시약(62)의 성분에 대하여는 후술하기로 한다.As shown in FIG. 2, the
제1 기판(10)과 제2 기판(30)에는 관통구(40)의 일부를 형성하는 구멍들(40a, 40e)이 각각 형성된다. 제1 기판(10) 및 제2 기판(30)은 플라스틱, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 계통의 고분자 재료, 세라믹, 유리 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에스터계의 PET(polyethyleneterephthalate) 필름을 사용할 수 있다.
제1 기판(10)과 제2 기판(30)의 사이에 배치되는 접착덮개(20)는 제1 기판(10)과 제2기판 상호간을 접착시켜면서 시료주입구(22)를 형성한다. 이때, 접착덮개(20)에도 관통구(40)의 일부를 형성하는 구멍(40c)이 형성된다. 접착덮개(20)는 필름기재의 양면 또는 일면에 접착제가 도포된 테이프로 이루어질 수 있다. 접착덮개(20)를 이루는 테이프의 접착제로는 아크릴, 우레탄, 에폭시, 고무제, 폴리비닐에테르, 실리콘계통이 사용될 수 있으며, 필름기재로는 PET 필름을 사용할 수 있다. The
바이오센서(100)는 접착덮개(20)와 제2 기판(30) 사이에 배치되는 제3 전극(54)을 더 포함한다. 또한, 제1 전극(50)은 제1 기판(10) 위에서 제1 기판(10)의 둘레를 따라 형성되고, 제2 전극(52)은 제1 전극(50)에 의해 감싸지도록 배치되 고, 제1 기판(10)에 형성된 구멍을 감싸도록 형성된다. 이러한 전극들은 시료의 도입 후 반응에 의한 전자의 흐름을 전달하게 된다. 이때, 각각의 전극들은 작동전극, 상대전극, 인식전극으로 작용하게 되며, 필요에 따라 3개 이상의 전극을 더 형성할 수도 있다. 본 실시예에서는 일례로, 제1 전극(50)이 작동전극으로 작용하고, 제2 전극(52)은 인식전극으로 작용하며, 제3 전극(54)은 상대전극으로 작용한다. 한편, 제3 전극(54)에도 관통구(40)의 일부를 형성하는 구멍(40d)이 형성된다. The
상기한 제1 전극(50), 제2 전극(52) 및 제3 전극(54)은 금, 백금, 은, 탄소, 텅스텐, 니켈, 구리 등의 다양한 전극 물질을 사용하여 반죽(paste) 혹은 판(plate)의 형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 탄소반죽을 사용한다. 상기와 같은 전극들(50, 52, 54)은 스크린프린팅, 사진식각, 접착, 증착 등의 방법을 이용하여 기판 위에 형상화되고, 절연체(insulator)막 또는 접착제로 측정부위만이 구분되도록 형성될 수 있다. The
바이오센서(100)는 제1 전극(50) 및 제2 전극(52)과 접착덮개(20) 사이에 비전도성 물질층(60)을 더 구비하여 제1 전극(50)과 제2 전극(52) 중 일부만을 측정 부위로 사용하도록 한다. 비전도성 물질층(60)에도 관통구(40)의 일부를 형성하는 구멍(40b)이 형성된다. The
상술한 바와 같이, 관통구(40)는 제1 기판(10), 비전도성 물질층(60), 접착덮개(20), 제3 전극(54) 및 제2 기판(30)에 각각 동일한 위치로 형성되는 구멍들(40a, 40b, 40c, 40d, 40e)에 의해 바이오센서(100)의 전체를 관통하도록 형성된 다. 이러한 관통구(40)는 시료주입구(22)와 교차하는 방향으로 형성된다. 일례로, 관통구(40)는 서로 평행하게 형성된 제1 시료주입구(22a)와 제2 시료주입구(22b)와 직교하는 방향으로 연장되어 형성된다. As described above, the through
이와 같은 관통구(40)를 구비함에 따라 각각 제1 시료주입구(22a) 및 제2 시료주입구(22b)에 주입되는 시료가 서로 다른 시료주입구(22)로 유입되는 것이 방지된다. 따라서 각각의 시료주입구(22)를 별도로 사용하여 관통구(40)가 구비되지 않는 경우보다 시료의 양을 절반으로 줄일 수 있게 된다. 따라서 이러한 구조를 갖는 바이오센서(100)는 소량의 시료를 필요로 하는 전기화학식 바이오센서에 쉽게 적용할 수 있다. As the through
본 실시예에서 제1 시료주입구(22a)와 제2 시료주입구(22b)는 서로 어긋나도록 배치된다. 따라서 제2 시료주입구(22b)에 시료를 주입하여 측정하고, 제2 시료주입구(22b)가 형성된 부분을 절단하여 제1 시료주입구(22a)를 사용하여 다시 측정할 수 있게 된다. 한편, 도 1 및 도 2에 도시된 시료주입구(22) 및 관통구(40)의 형상은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 다양한 조건에 따라 형태, 기울기, 넓이, 폭을 변형하여 형성할 수도 있다. In this embodiment, the
도 3과 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오센서의 평면도로서 각각 절단 전(100)과 절단 후(100a)의 바이오 센서를 도시한다. 도시한 바와 같이, 바이오센서(100)는 A-A'으로 표시된 선을 따라 제2 시료주입구(22b)가 형성된 부분을 절단하고, 남은 제1 시료주입구(22a)가 형성된 부분을 재사용한다. 3 and 4 are plan views of the biosensor according to the first embodiment of the present invention, and show the biosensors before cutting 100 and after cutting 100a, respectively. As shown, the
도 5은 내지 도 7은 상기한 구조의 바이오센서(100)의 절단과정을 순차적으 로 예시한 개략도이다. 도시한 바와 같이, 바이오센서의 일부분을 절단장치(70)에 삽입하고, 절단장치(70)에 구비된 커터(70a)를 사용하여 바이오센서(100)를 절단한다. 이때, 절단장치(70)는 측정표시장치(72)의 내부 또는 외부에 배치되거나 측정표시장치(72)와 별도로 구비될 수 있다. 도 5 내지 도 7에는 일례로 측정표시장치(72)의 내부에 배치되는 것을 도시하였다. 5 to 7 is a schematic diagram sequentially illustrating a cutting process of the
이하에서는 조정시약(62)의 구성에 대하여 상술한다. 상술한 바와 같이, 조정시약(62)는 효소, 전자전달 매개체 및 결합안정제를 포함한다. Hereinafter, the configuration of the
효소는 측정하고자 하는 목표물질 즉, 당(glucose), 락테이트(lactate), 알코올(alcohol), 콜레스테롤(cholesterol), 크레아티닌(creatinine), 단백질, 아미노산, 환경물질, 산업물질에 따라 하나 이상으로 가능하다. 일례로, 효소는 포도당을 측정하기 위한 포도당 산화효소(glucose oxidase), 포도당 탈수소효소(glucose dehydrogenase)일 수 있으며, 알코올을 측정하기 위한 산화효소(alcohol oxidase) 및 탈수소효소(alcohol dehydrogenase), PQQ(pyrroloquinone), NAD/NADH(nicotinamide adenine dinucleotide/hydrogen, 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오타이드)일 수 있다. 바이오센서(100)의 특이성은 끝에 이러한 효소에 의해 결정된다. One or more enzymes can be used depending on the target substance to be measured, such as glucose, lactate, alcohol, cholesterol, creatinine, proteins, amino acids, environmental substances, or industrial substances. Do. In one example, the enzyme may be glucose oxidase (glucose oxidase), glucose dehydrogenase to measure glucose, alcohol oxidase (alcohol oxidase) and dehydrogenase (alcohol dehydrogenase), PQQ ( pyrroloquinone), NAD / NADH (nicotinamide adenine dinucleotide / hydrogen, nicotinamide adenine dinucleotide). The specificity of the
전자전달 매개체로는 페로센(ferrocene)과, 퀴논(quinone), 코발트(cobalt), 니켈(nickel), 루테늄(ruthenium), 페리시안화합물, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금 등과 그를 포함하는 유도체, 전이금속(transition element)을 포함한 유기 또는 무기 화합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 헥사아민루테늄(III)클로라 이드를 사용한다. 이와 같은 전자전달 매개체를 사용함에 따라 산소를 사용하는 경우에 비해 형식전위가 감소되어 방해종의 작용이 줄어들게 되며, 보다 정확한 결과를 도출할 수 있도록 한다. Examples of electron transfer mediators include ferrocene, quinone, cobalt, nickel, ruthenium, persian compounds, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum and derivatives thereof. In addition, organic or inorganic compounds including transition metals may be used. Preferably hexaamineruthenium (III) chloride is used. The use of these electron transfer mediators reduces the potential of the species, reducing the action of the interfering species, compared to the case of using oxygen, resulting in more accurate results.
결합안정제로는 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 카르복시 메틸셀룰로스(Carbonyl methyl cellulose), 히드록시메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose), 2-히드록시에틸셀룰로스(2-hydroxy ethyl cellulose), 히드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose), 미세결정 셀룰로오스(microcrystalline cellulose), 폴리비닐피놀리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리플루오르화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methylmethacrylate), 스티렌부틸고무(stylene butyl rubber) 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 카르복시 메틸셀룰로스와 미세결정 셀룰로오스를 사용한다. As a binding stabilizer, polyvinylalcohol, polyethyleneoxide, polyethyleneglycol, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, 2-hydroxyethyl cellulose hydroxy ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidenefluoride, polymethylmethacrylate , Styrene butyl rubber or the like can be used. Preferably, carboxy methylcellulose and microcrystalline cellulose are used.
또한, 조정시약(62)은 하나 이상의 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 계면활성제는 조정시약(62)의 더 나은 균일분산 능력과 용해성 및 반응속도의 향상을 위해 사용된다. 계면활성제는 분자 내에 비극성의 말단기(Hydrophobic or Lipophilic)와 극성의 말단기(Hydrohphilic or water soluble)를 동시에 지닌다. 또한, 계면활성제에서, 유기물과 친화력이 있는 말단기가 물과의 친화력이 없는 유기물을 안쪽에서 감싸게 되고, 바깥쪽으로 향한 극성기의 말단구조가 용해력을 지니게 된다. In addition, the
게면활성제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 및 비이온성 계면활성제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 음이온 계면활성제는 수용액에서 이온화하여 활성제의 주체가 음이온이 된다. 음이온 계면활성제로는 비누(soap) 또는 알킬벤젠술폰산염(alkylbenzene sulfonate) 등을 들 수 있다. 양이온 계면활성제는 이온화하여 양이온이 된다. 양이온 계면활성제로는 고급아민할로겐화물, 제4 암모늄염 또는 알킬피리디늄염 등을 들 수 있다. 양쪽성 계면활성제는 이온화하여 양이온 또는 음이온이 모두 될 수 있다. 양쪽성 계면활성제로는 아미노산(amino acid) 등을 들 수 있다. 비이온 계면활성제는 전리하지 않는다. 비이온 계면활성제로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol)류 등을 들 수 있다.The surfactant may comprise at least one of anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants. Anionic surfactants are ionized in an aqueous solution so that the main agent of the active agent becomes an anion. Anionic surfactants include soap or alkylbenzene sulfonate. Cationic surfactants ionize to become cations. Examples of the cationic surfactants include higher amine halides, quaternary ammonium salts, and alkylpyridinium salts. Amphoteric surfactants may be ionized to be either cations or anions. Amphoteric surfactants include amino acids. Nonionic surfactants are not ionized. Examples of nonionic surfactants include polyethylene glycols.
계면활성제는 세척력, 에멀션화, 분산력 등의 특성을 가진다. 따라서 그 특성에 따라 세척제, 에멀전제(emulsifying agent), 윤활제, 살균제, 분산제 등으로 널리 이용할 수 있다. 기능향상을 위하여 화합약품 및 보조제를 계면활성제와 함께 쓸 수 있다. Surfactants have properties such as washing power, emulsification, and dispersing power. Therefore, it can be widely used as a detergent, an emulsifying agent, a lubricant, a fungicide, a dispersant and the like according to its characteristics. Compounds and auxiliaries may be used with surfactants for improved function.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상전이 촉매(phase transfer catalyst)의 사용을 병행할 수 있다. 상전이 촉매는 조정시약(62)의 반응비율을 높여주고, 낮은 온도에서도 사용이 가능하게 하며, 유기화합물과 함께 쓰이는 반응에서도 유효하다. 상전이 촉매는 유기 용매에 용해되지 않는 무기물질과 유기화합물과의 합성과정에 이용되며, 물과 용매 사이를 왕래하는 상 이동반응은 수용액과, 상온, 상압 및 열린계에서 균일하게 일어나기 때문에 용이하게 쓰일 수 있다. 또한, 액-액 불균일계에서 효과적으로 쓰일 수 있다. 또한, 상전이를 통해서 향상된 유동성이 혈 액유형의 변화에 영향을 덜 받게 됨으로써 전기적 이동이 향상 보존되게 한다. 이러한 상전이 촉매로는 포스포늄기반(phosponium based), 크라운에테르기반(crown ethers based), 암모늄기반(ammonium based), 폴리에틸렌글리콜기반(PEG, polythylene glycol based) 등의 시약이 사용될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the use of a phase transfer catalyst may be parallel. The phase transfer catalyst increases the reaction rate of the adjusting
이들 주 조성물 및 보조제의 양은 총 조성물의 0.01 내지 약 20 중량 %일 수 있다. 예로서 0.01 내지 20 %의 비누(세제)를 혼입할 수 있다. 비누 분자는 양쪽성(polar, non-polar)모두를 가지고 있으며, 이는 비이온계 계면활성제 즉, 지방족 알콜, 산, 아미드 페놀, 알킬 페놀과 이들의 산화물을 상호 혹은 단일 반응시킨 생성물을 말한다. 양이온성 세제는 알킬메틸암모늄 할로겐화물과 같은 암모늄 화합물일 수 있다. 유리지방산(C6-20)은 본 발명의 조성물 내에 혼합될 수 있으며, 이들 유리 지방산은 단백질 흡착방지제로서 그리고 용해 향상제로서의 기능을 위해 존재한다. The amount of these main compositions and adjuvants may be from 0.01 to about 20 weight percent of the total composition. As an example, 0.01-20% soap (detergent) can be incorporated. Soap molecules have both polar and non-polar properties, which are products of nonionic surfactants such as aliphatic alcohols, acids, amide phenols, alkyl phenols and their oxides. The cationic detergent may be an ammonium compound such as alkylmethylammonium halide. Free fatty acids (C 6-20 ) can be mixed in the compositions of the present invention, and these free fatty acids are present for their function as protein adsorbents and as dissolution enhancers.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오센서(200)의 분해 사시도이다. 도시한 바와 같이, 본 실시예의 바이오센서(200)에서는 제1 기판(210)과 접착덮개(220)의 사이에만 전극이 형성된다. 즉, 본 실시예에서는 제1 기판(210) 위에 제1 전극(250)과 제2 전극(252)만이 형성되어 각각 작동전극과 상대전극으로 작용하게 된다. 본 실시예의 나머지 구성은 상술한 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명을 생략한다. 8 is an exploded perspective view of the
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오센서(300)의 분해 사시도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오센서(300)는 제1 기판(310) 위에 관통구(340)을 제외한 제1 기판(310)의 대략 전면을 덮는 하나의 전극(350)이 형성되고, 접착덮개(320)와 제2 기판(330)의 사이에 관통구(340)을 제외한 접착덮개(320)의 대략 전면을 덮는 나머지 하나의 전극(354)이 형성된다. 이때, 2 전극 중 어느 하나는 작동전극으로 작용하고, 나머지 하나는 상대전극으로 작용하여 대면형 전극을 이루게 된다. 9 is an exploded perspective view of the
이 경우, 전극(350, 354) 전체의 폭을 0.5 cm 이상으로 하였을 때에도 관통구(340)의 좌우 폭을 조절하여 절반 이하의 시료만을 도입할 수 있게 된다. In this case, even when the entire width of the
또한, 바이오센서(300)의 양측에 구비된 시료주입구(322)에 각각 서로 다른 용도의 조정시약을 도입하여 2 이상의 목적물질을 탐지 할 수 있다. 본 실시예에서 임의의 형태로 만들어진 측정부위 센서에는 효소, 항체, 또는 분자인지 물질을 전극 상에 직접 수식하거나 수식한 후 도입할 수 있으며 조정시약을 포함하는 다양한 막을 도입할 수도 있다. 본 실시예의 나머지 구성은 상술한 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명을 생략한다. In addition, two or more target substances may be detected by introducing adjustment reagents for different uses into sample injection holes 322 provided on both sides of the
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오센서(400)의 분해 사시도이다. 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오센서(400)는 관통구(440)가 복수로 구비되고, 복수로 구비되는 관통구들(440)은 서로 평행하게 연장되어 형성된다. 따라서 제1 기판(410)과 접착덮개(420) 사이에는 하나의 가지에서 여러 갈래로 뻗어져 나온 형상을 갖는 제1 전극(450)이 배치되고, 접착덮개(420)와 제2 기판(430)의 사이에는 제1 전극(450)과 대응되는 형상으로 이루어지는 제2 전극(454)이 배치된 다. 이때, 제1 전극(450)과 제2 전극(454)은 각각 작동전극과 상대전극으로 작용할 수 있다. 10 is an exploded perspective view of the
본 실시예에서 제1 전극(450)과 제2 전극(454)에서 여러 갈래로 형성된 전극셀들(450a, 454a)은 각각 시료의 측정셀로 이용될 수 있다. 이때, 병렬 형태로 전극셀(450a, 454a)을 더 형성할 수 있으며, 시료주입구(422)의 위치와 경로 또는 모양을 변경할 수 있고, 한정되는 전극셀(450a, 454a) 부분을 위 또는 아래로 조절하여 이격을 형성할 수도 있다. In the present exemplary embodiment, the
또한, 도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 바이오센서(500)의 분해 사시도이다. 본 실시예에 따른 바이오센서(500)에서는 2개의 전극이 모두 제1 기판(510) 위에 형성된다. 즉, 본 실시예의 바이오센서(500)는 제1 기판(510) 위에 형성되는 제1 전극(550), 제1 전극(550) 위에 형성되는 절연층(미도시) 및 절연층 위에 형성되는 제2 전극(552)을 포함한다. 또한, 제1 전극(550)은 관통구(540)들의 사이에 관통구들(540)과 평행한 방향으로 연장되어 형성되는 제1 시료 측정부(550a)를 포함하고, 제2 전극(552)은 상기 제1 시료 측정부(550a)와 일정 거리만큼 이격되어 평행하게 형성되는 제2 시료 측정부(552a)를 포함한다. 이에 따라 각각의 제1 전극(550)과 제2 전극(552)은 작동전극과 상대전극으로 작용하게 된다. 11 is an exploded perspective view of the
이하 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이하의 실험예는 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. The present invention will be described in detail by the following experimental examples. The following experimental examples illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto.
실험예Experimental Example
본 발명의 제1 실시예와 같은 바이오센서를 제작하였다. 제1 기판 위에 전 도성 탄소반죽(conducting carbon paste)으로 작동전극, 인식전극을 형성하였으며, 제 2 기판 위에 상대전극을 전극 연결부와 함께 스크린인쇄(screen printing)의 방법으로 동시에 형성하였다. 다음으로, 이를 드라이오븐을 사용하여 100 ℃에서 20분간 건조하였다. 이후, 전극 셀(cell)로 쓰일 특정 부분만을 남겨두고 나머지는 절연반죽(insulating paste)으로 도포하였다. A biosensor as in the first embodiment of the present invention was produced. A working electrode and a recognition electrode were formed on the first substrate by using conductive carbon paste, and the counter electrode was simultaneously formed on the second substrate by screen printing along with the electrode connection. Next, it was dried for 20 minutes at 100 ℃ using a dry oven. After that, only a specific portion to be used as an electrode cell was left, and the rest was applied with an insulating dough.
또한, 전극 및 접착덮개의 가운데 부분에 미리 가공된 금형을 프레스 압착하여 0.8 ×1 mm 크기의 관통구를 형성하였다. 이후 조정시약을 전극셀위에 고정한 후, 컨텍팅 부분을 남겨두고 나머지 부분을 접착덮개로 붙여 시료주입구를 형성하였다. 다음으로 아래의 표 1과 같은 배합비를 갖는 조용액 A와 용액 B를 제조하였다. In addition, a pre-processed mold was press-pressed to the center portion of the electrode and the adhesive cover to form a through hole having a size of 0.8 mm × 1 mm. After fixing the adjusting reagent on the electrode cell, leaving the contacting portion, and attaching the remaining portion with an adhesive cover to form a sample inlet. Next, crude solution A and solution B having a compounding ratio as shown in Table 1 below were prepared.
먼저, pH 6.5의 100mM 인산염 완충용액(PBS: phosphate buffered saline)를 제조하였다. 그 뒤 PBS 1 ml에 효소(glucose oxidase), 전자전달매개체[Ruthenium(III) hexaamine], 분산안정제인 카르복시메틸 셀룰로오스 (Carbonyl methyl cellulose), t-옥틸페녹시폴리에톡시에탄올(t-Octylphenoxypolyethoxyethanol) 10 mg을 차례대로 혼합하였다. First, 100 mM phosphate buffered solution (PBS: phosphate buffered saline) was prepared. Then, in 1 ml of PBS, enzyme (glucose oxidase), electron transfer medium (Ruthenium (III) hexaamine), dispersion stabilizer carboxymethyl cellulose, t-octylphenoxypolyethoxyethanol (t-Octylphenoxypolyethoxyethanol) 10 The mg was mixed in sequence.
용액 B에는 미세결정셀룰로오스(microcrystalline cellulose), 염화 트리카프릴메틸 암모늄 및 비누를 더 첨가하였다.To solution B, microcrystalline cellulose, tricaprylmethyl ammonium chloride, and soap were further added.
제조된 조성용액 용액 A와 용액 B를 각각 제1 기판 위의 전극에 각각 1.5 mg 도포한 후 50 ℃에서 20분간 건조시켜 고정화 하였다. 이후 성형된 접착덮개를 붙이고 다시 제 2 기판을 덮어 압착하였다. 1.5 mg of each of the prepared solution A and solution B were applied to the electrodes on the first substrate, and then dried at 50 ° C. for 20 minutes to fix them. Thereafter, a molded adhesive cover was attached and the second substrate was covered and pressed again.
먼저, 포도당 표준용액을 이용하여 바이오센서의 정전압대전류법(chronoamperometry)에 대한 감응성을 측정하였다. 도 12는 용액 B를 전극 위에 고정화한 후 위와 같이 제조한 바이오센서를 이용하여 정전압대전류법의 전기화학측정법을 이용하였을 때 나타난 동적 감응곡선이다. 이때, 측정범위는 표준 포도당 용액 0, 100, 200, 300, 400 mg/dL이었다. 시료가 시료주입구에 채워진 후 적용전위 300 mV 에서 정전압하여 시간이 지남에 따른 전류의 변화량을 측정하였다. 이때, 기울기는 0.06 [㎂/(mg/dL)]이고, 선형성은 0.99로 각 농도에서 우수한 직선성 감응성을 보여주었다. First, the sensitivity of the biosensor to the chronoamperometry was measured using a glucose standard solution. FIG. 12 is a dynamic response curve obtained when the solution B is immobilized on an electrode, and the electrochemical measurement method of the constant voltage vs. current method is performed using the biosensor prepared as described above. At this time, the measurement range was
다음으로, 조정시약의 최적화에 의한 바이오센서의 혈액시료에 대한 감응성을 측정하였다. 위와 같이 제조된 바이오센서를 이용하여 포도당 농도와 혈액의 적혈구 용적률(Hct: hematocrit)을 변화하여 도 13의 방법으로 측정하였다. Next, the sensitivity of the biosensor to the blood sample by the optimization of the adjusting reagent was measured. Using the biosensor prepared as described above was measured by the method of Figure 13 by changing the glucose concentration and blood red blood cell volume (Hct: hematocrit).
먼저 혈액시료가 시료주입구에 닿게 되면 자연적으로 빠른 시간 안에 통로전체에 채워지게 되며, 하기의 화학식 1의 촉매반응이 전개된다. First, when the blood sample comes into contact with the sample inlet, it is naturally filled in the entire passage in a short time, and the catalysis of the following Chemical Formula 1 is developed.
GOx-FADH2 + mediator (ox) → GOx-FAD + mediator (red) GO x -FADH 2 + mediator (ox) → GO x -FAD + mediator (red)
화학식 1에서, GOX-FADH2 및 GOX-FAD는 각각 포도당 산화효소(GOx: glucose oxidase)의 활성부위인 FAD(flavin adeninedin nucleotide)의 환원상태 및 산화상태를 나타낸다. In Formula 1, GO X -FADH 2 and GO X -FAD represents the reduction state and oxidation state of FAD (flavin adeninedin nucleotide) which is an active site of glucose oxidase (GOx), respectively.
시료가 인식전극에 닿을 때 전극 사이에 전압이 끊기게 되며, 6초간의 반응시간(incubation time)을 갖게 된다. 6초가 흐른 후 1초 동안 300 mV의 정전압이 작동전극과 상대전극 사이에 흐르게 된다. 이때 서로 간에 흐르는 전류양의 변화량으로 포도당의 농도를 측정하였다. When the sample touches the recognition electrode, the voltage is cut off between the electrodes, and the reaction time is 6 seconds. After 6 seconds, a constant voltage of 300 mV flows between the working electrode and the counter electrode for 1 second. At this time, the concentration of glucose was measured as the amount of change in the amount of current flowing between each other.
도 14는 용액 A를 도포한 후 혈액의 적혈구 용적률(Hct)을 37, 43, 61 %로 변화하여 포도당 농도에 따른 측정 결과 값을 도시한 그래프이고, 도 15는 바이오센서에 용액 B를 도포한 후 혈액의 적혈구 용적률을 32, 43, 57 %로 변화하여 포도당 농도에 따른 측정 결과 값을 도시한 그래프이다. 14 is a graph showing the measurement result according to the glucose concentration by changing the red blood cell volume ratio (Hct) of the blood to 37, 43, 61% after applying the solution A, Figure 15 is a solution B is applied to the biosensor It is a graph showing the measurement result value according to the glucose concentration by changing the red blood cell volume ratio of 32, 43, 57%.
이때, 바이오센서 100개에 평균적으로 투입되는 평균양은 0.6이었으며, 조정시약의 상호작용으로 혈액유형에 따른 영향이 작은 그래프 결과를 보여주었다. 도 14에서는 각 농도당 평균 변동계수(CV: coefficient of variation)가 5% 이상의 값을 나타내었고, 도 15에서는 변동계수 3% 이하의 값을 나타내었다. 이와 같이, 미세결정셀룰로오스, 염화 트리카프릴메틸 암모늄 및 비누를 더 첨가함에 따라 측정 의 정밀도가 향상되었음을 알 수 있다. At this time, the average amount input to 100 biosensors was 0.6, and the result of the graph shows that the influence of blood type was small due to the interaction of the adjusting reagents. In FIG. 14, the average coefficient of variation (CV) of each concentration was 5% or more, and FIG. 15 was 3% or less. As such, it can be seen that the precision of the measurement was improved by further adding microcrystalline cellulose, tricaprylmethyl ammonium chloride and soap.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
전술한 바와 같이, 바이오센서는 시료의 양을 크게 줄이고, 2회 이상 측정이 가능하며, 두 가지 이상의 목적물질의 측정에 이용할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 적합화된 조정시약을 사용하여 정확한 측정이 가능하다.As described above, the biosensor significantly reduces the amount of sample, can be measured two or more times, and has the effect that can be used for the measurement of two or more target substances. In addition, accurate measurement is possible using a suitable calibration reagent.
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