KR102471431B1 - 도파민 검출을 위한 바이오 센서 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents
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Abstract
도파민 검출을 위한 바이오 센서 및 이를 포함하는 시스템이 개시된다. 다양한 실시예에 따른 도파민을 측정하기 위한 바이오 센서는, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 복수의 전극들을 포함하고, 샘플이 담기는 웰이 상기 기판 상에 위치할 때, 상기 복수의 전극들 각각의 일부는 상기 웰의 하부면과 중첩되는 것일 수 있다.
Description
본 발명의 다양한 실시예들은 도파민 검출을 위한 바이오 센서 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
도파민은 중뇌에서 분비되고 뇌와 신장에서 발견되는 신경전달물질로 도파민의 분비 조절에 이상이 생길 경우 우울증, 파킨슨병 등과 같은 뇌질환이 유발된다. 정상적인 중뇌 유사체(midbrain-like organoid)와 질병 줄기세포를 이용한 중뇌 유사체를 각각 제작하여 도파민 분비 차이를 확인하는 등의 질병모델링 연구가 가능하다.
일반적으로 사용되는 중뇌 유사체에서 분비된 도파민을 검출하는 방법에는 HPLC-MS(high-performance liquid chromatography-mass spectrometry), ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay)와 같은 방법이 있다. HPLC-MS의 경우 LOD(limit of detection)가 6.5 
로 매우 낮은 농도까지의 민감도 높은 측정법이라는 장점이 있지만 장비의 가격이 비싸고 경우에 따라 특이도가 높지 않으며 즉각적인 측정이 불가능하다는 단점이 존재한다. ELISA의 경우에도 HPLC-MS와 비교였을 때 간단하고 항원-항체반응을 이용한 방법으로 특이도가 높다는 장점이 있지만 즉각적인 측정이 불가능하다는 단점이 여전히 존재한다.
중뇌 유사체에서 분비된 도파민을 검출하는 방법에는 전기 화학적 센서를 사용하는 방법도 있다. 전기 화학적 센서를 사용할 경우 비교적 매우 간단한 시스템으로 배양 환경 내에서 즉각적으로 도파민 유무를 확인할 수 있다.
위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
현재 상용화 되어있는 바이오 센서(예: 전기 화학적 센서)에서, 전기화학적 측정을 위한 전극들은 일반적으로 사용되는 웰(예: 4-to-8 웰) 내부로 들어갈 수 없는 큰 사이즈를 가지며, 각각의 전극이 독립적으로 존재하기에 실험 환경을 세팅하는 데에 불필요한 시간과 부피를 차지할 수 있다. 현재 상용화 되어있는 바이오 센서(또는 시스템)으로는 일반적인 세포 배양 환경에 즉각적으로 적용하기 어려울 수 있다. 이에, 중뇌 유사체의 일반적인 세포 배양 환경에서 즉각적으로 도파민 검출을 하는 바이오 센서(또는 시스템)가 필요할 수 있다.
다양한 실시예들은 일반적인 중뇌 유사체 배양 환경에서 즉각적인 도파민 검출이 가능하여 복잡한 검출 과정 없이 도파민 유무를 판단하는 바이오 센서를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들은 세포 배양 시 높은 빈도로 사용되는 4-to-8 웰 사이즈와 호환이 가능한 바이오 센서를 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 도파민을 측정하기 위한 바이오 센서는, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 복수의 전극들을 포함하고, 샘플이 담기는 웰이 상기 기판 상에 위치할 때, 상기 복수의 전극들 각각의 일부는 상기 웰의 하부면과 중첩되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 전극들은 작업 전극과, 기준 전극과, 상대 전극을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상대 전극 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 상기 작업 전극의 일단을 감싸도록 형성되는 것이고, 상기 기준 전국, 상기 상대 전극, 및 상기 작업 전극의 타단은 외부의 측정 장치가 접촉하는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 반원 형태로 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 샘플은, 중뇌 유사체(midbrain-like organoid)인 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 도파민을 측정하기 위한 시스템은, 기판 및 상기 기판 상에 형성된 복수의 전극들을 포함하는 바이오 센서와, 샘플이 담기며, 하부면이 상기 복수의 전극들 각각의 일부에 중첩되도록 상기 기판 상에 위치하는 챔버를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 챔버는 상기 기판과 탈부착이 가능한 PDMS 챔버일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 전극들은, 작업 전극과, 기준 전극과, 상대 전극을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상대 전극 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 상기 작업 전극의 일단을 감싸도록 형성되는 것이고, 상기 기준 전국, 상기 상대 전극, 및 상기 작업 전극의 타단은 외부의 측정 장치가 접촉하는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 반원 형태로 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 샘플은 중뇌 유사체(midbrain-like organoid)인 것일 수 있다.
도 1은 전기 화학적으로 도파민을 측정하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 또 다른 예를 나타낸다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 제작하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서의 일 구현 예를 나타낸다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서에서 복수의 전극들의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서에서 복수의 전극들이 전기 화학적 증착 방식으로 제작된 일 예를 나타낸다.
도 9는 다양한 실시예에 따른 샘플이 담기는 챔버의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 이용하여 도파민을 측정한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 이용하여 중뇌 유사체에서 분비된 도파민을 측정한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 또 다른 예를 나타낸다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 제작하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서의 일 구현 예를 나타낸다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서에서 복수의 전극들의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서에서 복수의 전극들이 전기 화학적 증착 방식으로 제작된 일 예를 나타낸다.
도 9는 다양한 실시예에 따른 샘플이 담기는 챔버의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 이용하여 도파민을 측정한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 이용하여 중뇌 유사체에서 분비된 도파민을 측정한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 전기 화학적으로 도파민을 측정하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 a)는 웰(예: 4-to-8 웰)의 일 예를 나타내는 것일 수 있다. 해당 웰은 중뇌 유사체의 배양 시에 사용되는 웰이며, 비교적 작은 사이즈로 배양액의 낭비를 줄일 수 있고 단위 면적 당 보다 많은 세포나 오가노이드를 수용할 수 있다.
도 1의 b)는 전기 화학적 도파민 측정 시스템의 일 예일 수 있다. 도 1의 b)에서는 약 30 mm, 높이가 약 50 mm인 30 mL 비커를 사용한다고 하였을 때 상용화되어 있는 전기 화학적 측정을 위한 전극들을 사용해서 도파민 측정을 하는 모식도를 나타내는 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 각각의 전극(예: 기준 전극, 작업 전극, 및 상대 전극)의 길이와 부피가 차지하는 비중이 크기 때문에 지름이 13 mm정도인 4-to-8 웰에 적용할 수 없고, 중뇌 유사체를 배양하는 환경, 예를 들어 인큐베이터 내부에서 사용하기에도 용이하지 않을 수 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 다양한 실시예에 따른, 측정 시스템(10)(예: 바이오 센서 시스템)은 바이오 센서(100) 및 측정 장치(200)(예: 외부의 측정 장치)를 포함할 수 있다. 바이오 센서(100)는 하나 이상의 웰(well)(예: 배양 환경을 제공하는 용기)의 내부에 담기는 샘플을 측정(예; 검출)하기 위한 전기 화학적 센서일 수 있다. 샘플은 중뇌 유사체(midbrain-like organoid)를 포함하며, 바이오 센서(100)는 샘플로부터 도파민을 측정(예; 검출)하기 위한 전기 화학적 센서 플랫폼일 수 있다. 바이오 센서(100)는 도파민을 측정하기 위한 센서에 한정되는 것은 아니며, 중뇌 유사체와 외에 웰에서 배양 가능한 세포(예: 일반적인 세포)에도 적용할 수 있는 전기 화학적 바이오 센서일 수 있다. 측정 장치(200)는 바이오 센서(100)와 연결되어 바이오 센서(100)로부터 신호(예: 전류의 세기 변화값 및/또는 변화 빈도)를 측정함으로써 도파민을 측정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 바이오 센서(100)는 기판(110)(예: 유리 기판) 및 복수의 전극들(131~135)(예: 기준 전극, 작업 전극, 및 상대 전극)을 포함할 수 있다. 복수의 전극들(131~135)은 기준 전극(131), 작업 전극(133), 및 상대 전극(135)을 포함하며, 기판 상에 형성(예: 증착)될 수 있다. 작업 전극(133)은 샘플로부터 도파민을 측정하기 위한 전극이고, 기준 전극(131)은 작업 전극(133)에 걸리는 전위의 기준인 전극(예: 전위 측정 시 단극 전위가 일정하여 기준이 될 수 있는 전극)이고, 상대 전극(135)은 작업 전극(133) 및 기준 전극(131) 중에서 하나 이상과 짝지어 전극 반응을 일으키는 전극일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 기준 전극(131), 작업 전극(133), 및 상대 전극(135)은 서로 중첩되지 않게 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 작업 전극(133)은 기준 전극(131)과 상대 전극(135) 사이에 위치하도록 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 기준 전극(131)의 일단과 상대 전극(135)의 일단은 작업 전극(133)의 일단을 감싸도록 반원 형태로 형성될 수 있다. 기준 전극(131), 작업 전극(133), 및 상대 전극(135) 각각의 타단은 측정 장치(200)가 접촉하는 부분일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 샘플이 담긴 웰이 기판(110) 상에 위치할 때, 복수의 전극들(131~135) 각각의 일부는 웰의 하부면과 중첩될 수 있다. 이에, 바이오 센서(100)는 복수의 전극들(131~135)을 통해 복수의 전극들(131~135) 상에 위치하는 웰 내부의 샘플로부터 도파민을 측정할 수 있다. 바이오 센서(100)는 중뇌 유사체의 배양 환경(예: 웰)에서 간단하고 즉각적으로 정확한 도파민 검출 유무를 확인할 수 있는 센서 플랫폼일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 샘플이 담긴 웰이 기판(110) 상에 위치할 때, 복수의 전극들에서 웰의 하부면과 중첩되지 않는 일부의 일단은 측정 장치(200)에 접속할 수 있다. 측정 장치(200)는 복수의 전극들에서 웰의 하부면과 중첩되지 않는 일부의 일단에 접속하여 복수의 전극들을 통해 신호(예: 전류의 세기 변화값 및/또는 변화 빈도)를 측정함으로써 도파민을 측정(예: 검출)할 수 있다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 다른 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 측정 시스템(20)은 바이오 센서(100) 및 측정 장치(200)를 포함할 수 있다. 측정 시스템(20)은 바이오 센서(100)에 탈부착이 가능한 챔버(300)를 더 포함할 수 있다. 챔버(300)는 PDMS(polydimethyl siloxane)로 형성된 PDMS 챔버일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 챔버(300)는 샘플(예: 중뇌 유사체)이 담기는 웰에 대응하는 것일 수 있다. 챔버(300)에는 샘플이 담길 수 있다. 이때, 챔버(300) 내부에는 메디아라고 하는 세포 배양액과 샘플이 함께 담길 수 있다. 챔버(300)는 기판(110) 상에 위치할 수 있다. 이때, 기판(110)과 접촉하는 챔버(300)의 하부면이 기판(110) 상에 형성된 복수의 전극들(131~135)의 일부에 중첩되도록, 챔버(300)는 기판(110) 상에 위치하여 부착될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 바이오 센서(100)는 기판(110) 및 복수의 전극들(131~135) 외에 챔버(300)를 더 포함할 수 있다. 챔버(300)가 포함된 바이오 센서(100)는 센서 플랫폼으로 제공(예: 구현)될 수 있다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 포함하는 측정 시스템의 또 다른 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 측정 시스템(30)은 바이오 센서(400) 및 측정 장치(200)를 포함할 수 있다. 바이오 센서(200)는 다채널 시스템일 수 있다. 바이오 센서(400)는 복수의 전극들(예: 도 2의 복수의 전극들(131~135))이 기판(예: 도 2의 기판(110)) 상에 위치하는 웰 및/또는 챔버(예: 도 3의 챔버(300))에 대응되도록 복수개가 형성된 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 측정 시스템(30)은 바이오 센서(400)에 탈부착이 가능한 N-to-M 챔버(300)(예: N-to-M 웰, N 및 M은 1보다 큰 자연수)를 더 포함할 수 있다. 챔버(300)는 PDMS(polydimethyl siloxane)로 형성된 챔버(예: 도 3의 챔버(300))가 복수 개로 제작된 것일 수 잇다.
다양한 실시예에 따르면, 바이오 센서(400)는 기판(110) 및 복수의 전극들(131~135) 외에 챔버(300)를 더 포함할 수 있다. 챔버(300)가 포함된 바이오 센서(400)는 센서 플랫폼으로 제공(예: 구현)될 수 있다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 제작하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서의 일 구현 예를 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 바이오 센서(예: 도 2의 바이오 센서(100)는 동작 510 내지 동작 550을 통해 제작될 수 있다.
동작 510에서, 기판(110)(예: 유리 기판)이 준비될 수 있다.
동작 520에서, 티타늄/금전극은 기판 상에 리소그래피 방법으로 패터닝될 수 있다. 해당 방법은 포토레지스트를 패터닝을 하고 티타늄/금전극을 열증착한 후 리프트 오프 공정을 통해 패터닝하는 것일 수 있다.
동작 530에서, 동작 520과 같은 방법으로 티타늄/백금 전극은 패터닝될 수 있다.
동작 540 및 동작 550에서, 직접적으로 드러나야하는 전극 부위를 제외한 나머지 전극 부위를 보호하기 위해 SU-8 포토레지스트(예: SU-8 포토레지스트)를 이용한 패터닝이 수행될 수 있다.
동작 510 내지 동작 550으로 제작된 다양한 실시예에 따른 바이오 센서(예: 도 2의 바이오 센서(100))는 도 6에 도시된 바와 같을 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 기준 전극, 작업 전극, 및 상대 전극은 서로 중첩되지 않게 기판(예: 도 2의 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 작업 전극은 기준 전극과 상대 전극 상이에 위치하도록 기판 상에 형성될 수 있다. 기준 전극의 일단과 상대 전극의 일단은 작업 전극의 일단을 감싸도록 반원 형태로 형성될 수 있다. 기준 전극, 작업 전극, 및 상대 전극 각각의 타단은 측정 장치(예: 도 2의 측정 장치(200))가 접촉하는 부분일 수 있다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서에서 복수의 전극들의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서에서 복수의 전극들이 전기 화학적 증착 방식으로 제작된 일 예를 나타낸다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 바이오 센서(예: 도 2의 바이오 센서(100))에 형성되는 복수의 전극들 중에서 기준 전극과 작업 전극은 전기 화학적 증착 방식으로 제작될 수 있다. 상대전극의 경우는 특별한 전기 화학적 증착없이 공정 과정에서 백금 전극을 열증착하여 제작될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 선택적으로 도파민 측정이 가능하게 하는 작업 전극은 OPPy/SDS-CNT 전기화학적 증착을 통해 제작될 수 있고, 기준 전극은 산화 이리듐 막 전극으로 제작될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 작업 전극의 전기 화학적 증착 모식도는 도 7과 같을 수 있다. 작업 전극은 황산으로 클리닝을 한 후 제작된 PPy/SDS-CNT 용액 내에서 0.7 V의 일정한 전압을 걸어주어 전기 화학적 증착을 진행할 수 있다. 다음으로 NaOH 용액에서 0 V에서 1 V까지 cyclic voltammetry를 해줌으로써 over-oxidization을 진행할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 기준 전극으로 사용된 산화 이리듐 전극은 대부분의 수용액에서 안정하게 존재하고 pH에 따른 전위 변화가 거의 없기 때문에 체내 삽입형 바이오 센서에서도 기준 전극으로 사용될 수 있다. 기준 전극의 제작은 염화 이리듐, 옥살산, 탄산칼륨으로 제작된 알칼리성의 용액에서 약 10℃를 유지한 상태로 100 
전류를 15분간 가해주는 방식의 전기 화학적 증착 방법이 사용될 수 있다. 제작된 전극의 실제 표면 상태의 일 예는 도 8에 도시된 바와 같을 수 있다.
도 9는 다양한 실시예에 따른 샘플이 담기는 챔버의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 샘플이 담기는 PDMS 챔버(예: 도 3의 챔버(300))는 바이오 센서(예: 바이오 센서의 기판)에 부착될 수 있다. PDMS 챔버는 지름 13 mm 원통 모양의 몰드로 제작될 수 있다. 10:1의 비율의 PDMS 용액을 약 1 cm 정도 높이로 플라스틱 샬레에 부어주고 원통형 몰드를 중앙에 배치한 후 60℃ 오븐에서 4시간동안 굳혀줄 수 있다. 이후 몰드를 제거하고 원하는 사이즈로 커팅을 한 후 샬레에서 꺼낼 수 있다. 만들어진 PDMS 챔버를 바이오 센서에 위치시키고 주변부를 다시 동일하게 제작된 PDMS 용액으로 발라서 60℃ 오븐에서 2시간가량 굳혀줄 수 있다. 도 9는 설명한 방법으로 제작된 PDMS 챔버를 바이오 센서에 부착한 일 예일 수 있다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 이용하여 도파민을 측정한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 10의 A)(예: CV 측정법을 이용한 농도별 도파민 측정 그래프)는 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 이용하여 서로 다른 농도의 도파민을 cyclic voltammetry(CV)를 이용하여 측정한 결과일 수 있다. 도파민은 약 산화 반응이 진행될 때 약 0.2 V에서 최대 전류값을 가지는 것을 해당 결과에서도 확인할 수 있다. 약 1 
에서 500
까지 농도가 증가할수록 최대 전류 값 역시 증가하는 양상을 보이는 것을 알 수 있다.
도 10의 B)(예: DPV 측정법을 이용한 농도별 도파민 측정 그래프)는 differential pulse voltammetry(DPV) 방법을 이용해 농도 별 도파민을 측정한 결과일 수 있다. CV보다 더 낮은 농도까지 측정이 가능한 DPV를 이용하였을 때 약 1 nM에서 100 nM까지 농도가 증가함에 따라 최대 전류 값이 증가하는 양상을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 해당 DPV 결과에서 최대 전류값을 플롯해보았을 때 도 10의 C)(예: DPV 측정에서의 최대 전류 선형성 그래프)와 같은 결과가 나왔다. 비교적 낮은 농도에서와 높은 농도에서 두 경우에서 선형성을 나타낸 것을 확인할 수 있다. 도 10의 D)(예: 1 nM에서 30 nM까지의 최대 전류 선형성 그래프)는 낮은 농도에서의 선형성 그래프 추출한 것으로 계산결과 보이는 것과 같은 선형 함수와 높은 선형 계수를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예에 따른 바이오 센서가 서로 다른 농도의 도파민을 효과적으로 검출하였고 농도별 최대 전류값을 플롯하였을 때 선형의 그래프를 그리는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 바이오 센서를 이용하여 중뇌 유사체에서 분비된 도파민을 측정한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11에서는 중뇌 유사체 배양 환경에서 분비된 도파민 검출 가능성을 확인하기 위해 DPV 검출법을 이용하여 중뇌 유사체 배양 메디아와 중뇌 유사체에서 분비된 도파민을 함유하고 있는 메디아의 값을 비교하였다. 두 검출 전류의 기준 전류선이 서로 다른 것을 맞춰주기 위해 NOVA 2.1.2 프로그램의 Baseline correction의 Moving average를 사용하였다. 도 11의 A)는 기준 전류선을 맞춰주지 않은 상태에서 각각 증정된 결과이다. 도 11의 B)는 해당 프로그램을 통해 기준 전류선을 맞춰준 결과이다. 해당 결과에서 메디아를 측정한 값과 비교했을 때 중뇌 유사체에서 분비한 도파민이 함유되어 있는 메디아를 측정한 값이 약 0.2 V에서 최대전류를 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는 중뇌 유사체 배양 메디아에서도 도파민 검출이 가능하며 중뇌 유사체에서 분비하는 농도의 도파민 측정이 가능하다는 것을 보여주는 것일 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (13)
- 도파민을 측정하기 위한 바이오 센서에 있어서,
기판; 및
상기 기판 상에 형성된 복수의 전극들;
을 포함하고,
샘플이 담기는 웰이 상기 기판 상에 위치할 때, 상기 복수의 전극들 각각의 일부는 상기 웰의 하부면과 중첩되는 것이고,
상기 복수의 전극들은,
작업 전극, 기준 전극, 및 상대 전극을 포함하며,
상기 작업 전극은,
도파민 측정을 가능하게 하는 전극으로 OPPy/SDS-CNT 전기화학적 증착을 통해 제작되는 것인, 바이오 센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상대 전극 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 형성되는 것인, 바이오 센서.
- 제3항에 있어서,
상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 상기 작업 전극의 일단을 감싸도록 형성되는 것이고,
상기 기준 전극, 상기 상대 전극, 및 상기 작업 전극의 타단은 외부의 측정 장치가 접촉하는 것인, 바이오 센서.
- 제4항에 있어서,
상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 반원 형태로 형성되는 것인, 바이오 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 샘플은,
중뇌 유사체(midbrain-like organoid)인 것인, 바이오 센서.
- 도파민을 측정하기 위한 시스템에 있어서,
기판 및 상기 기판 상에 형성된 복수의 전극들을 포함하는 바이오 센서; 및
샘플이 담기며, 하부면이 상기 복수의 전극들 각각의 일부에 중첩되도록 상기 기판 상에 위치하는 챔버
를 포함하고,
상기 복수의 전극들은,
작업 전극, 기준 전극, 및 상대 전극을 포함하며,
상기 작업 전극은,
도파민 측정을 가능하게 하는 전극으로 OPPy/SDS-CNT 전기화학적 증착을 통해 제작되는 것인, 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 챔버는,
상기 기판과 탈부착이 가능한 PDMS 챔버인, 시스템.
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상대 전극 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 형성되는 것인, 시스템.
- 제10항에 있어서,
상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 상기 작업 전극의 일단을 감싸도록 형성되는 것이고,
상기 기준 전극, 상기 상대 전극, 및 상기 작업 전극의 타단은 외부의 측정 장치가 접촉하는 것인, 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 기준 전극 및 상기 상대 전극의 일단은 반원 형태로 형성되는 것인, 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 샘플은,
중뇌 유사체(midbrain-like organoid)인 것인, 시스템.
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| JP2010511412A (ja) * | 2006-10-25 | 2010-04-15 | セレクトリコン アーベー | センサー周辺の溶液環境を迅速に変化させるシステム及び方法 |
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2021
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