KR20150106541A - Appratus for detecting drug and detecting method of drug using the apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 백색광을 발광하는 백색광 공급원과, 상기 백색광 공급원으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 센서부로부터 방출되는 반사광을 수집하기 위한 포커싱 렌즈와, 상기 포커싱 렌즈로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도가 변하는 것을 측정하기 위한 스펙트로미터와, 상기 포커싱 렌즈 하부에 구비되고 상기 포커싱 렌즈로부터 방출된 포커싱된 백색광이 유입되고 백색광에 대한 반사광을 방출하는 센서부를 포함하며, 상기 센서부는 티타늄 기판과, 상기 티타늄 기판 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩과, 상기 티타늄 기판 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간을 형성하기 위한 측벽과, 상기 센싱 칩에 대하여 이격되고 상기 측벽 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판과, 상기 저장공간에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관과, 상기 저장공간에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 검출 장치 및 이를 이용한 약물 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 광간섭 바이오 센싱을 통하여 약물을 생체외(in-vitro) 실험으로 감지할 수 있다. A focusing lens for focusing the white light emitted from the white light source and collecting reflected light emitted from the sensor unit; and a light source for measuring a spectrum wavelength of the reflected light transmitted from the focusing lens, And a sensor unit provided below the focusing lens to emit the focused white light emitted from the focusing lens and emit the reflected light to the white light, wherein the sensor unit comprises a titanium substrate, A porous sensing chip provided on a part of the substrate and facing the storage space and having TiO 2 nanotubes formed thereon; a sidewall for forming a storage space for temporarily storing the liquid mixed with the drug, And a sensing chip And a discharge pipe for discharging the drug mixture liquid contained in the storage space. The drug detection device according to claim 1, And a drug detection method using the same. According to the present invention, the drug can be detected by an in-vitro experiment through optical interference biosensing.
Description
본 발명은 약물 검출 장치 및 약물 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광간섭 바이오 센싱을 통하여 약물을 생체외(in-vitro) 실험으로 감지할 수 있는 약물 검출 장치 및 이를 이용한 약물 검출 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a drug detection apparatus and a drug detection method, and more particularly, to a drug detection apparatus capable of detecting a drug through an in-vitro experiment through optical interference biosensing and a drug detection method using the same will be.
전통적인 약물전달은 경구 또는 정맥(intravenous) 주사 등을 통하게 되며, 약물의 농도가 필요 이상으로 높아져 유독 범위(toxic level) 이상이 되거나 최저 유효 농도 이하로 투약되는 현상이 반복되었다. 이러한 약물의 반복적인 투여는 환자에게 약물의 독성에 의한 부작용을 일으킬 수 있는 위험성이 있다. Traditional drug delivery has been through oral or intravenous injections and has repeated the toxic level or less than the lowest effective dose because the drug concentration has risen beyond necessity. Repeated administration of these drugs presents the risk of causing adverse effects due to the toxicity of the drug to the patient.
나노 기술을 접목한 약물전달체는 나노 입자 형태로 나노 입자 표면에 부착된 약물이 목표 부위에 도달하여 약물을 전달하는 방식으로, 나노 입자 표면에 위치하고 있는 약물이 급격한 용출에 의한 일시적인 약물 과다가 발생할 수 있다. 또한 나노 입자에서의 용출량을 제어하는 기술이 확보되지 않은 상황이고, 장기간의 안정적인 약물 투여가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.The drug delivery system that incorporates nanotechnology is a method in which the drug attached to the surface of the nanoparticles reaches the target site in the form of nanoparticles and the drug is delivered to the target site. Thus, the drug positioned on the surface of the nanoparticles may be temporarily overdosed have. In addition, there is a problem in that a technique for controlling the amount of elution in nanoparticles is not secured, and a long-term stable drug administration can not be achieved.
따라서, 약물전달체를 통해 동물이나 인체의 신체로 주입되는 경우를 고려하여 동물이나 인체의 신체 내에서 약물이 용출되는 양을 생체외(in-vitro) 실험으로 감지할 수 있는 약물 검출 장치 및 약물 검출 방법이 요구되고 있다.
Therefore, in consideration of the case of being injected into the body of an animal or human body through the drug delivery system, a drug detection apparatus and a drug detection apparatus capable of detecting the amount of drug elution in the body of an animal or human body as an in- A method is required.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광간섭 바이오 센싱을 통하여 약물을 생체외(in-vitro) 실험으로 감지할 수 있는 약물 검출 장치 및 약물 검출 방법을 제공함에 있다.
The present invention provides a drug detection apparatus and a drug detection method capable of detecting a drug through in-vitro experiments through optical interference biosensing.
본 발명은, 백색광을 발광하는 백색광 공급원과, 상기 백색광 공급원으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 센서부로부터 방출되는 반사광을 수집하기 위한 포커싱 렌즈와, 상기 포커싱 렌즈로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도가 변하는 것을 측정하기 위한 스펙트로미터와, 상기 포커싱 렌즈 하부에 구비되고 상기 포커싱 렌즈로부터 방출된 포커싱된 백색광이 유입되고 백색광에 대한 반사광을 방출하는 센서부를 포함하며, 상기 센서부는 티타늄 기판과, 상기 티타늄 기판 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩과, 상기 티타늄 기판 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간을 형성하기 위한 측벽과, 상기 센싱 칩에 대하여 이격되고 상기 측벽 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판과, 상기 저장공간에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관과, 상기 저장공간에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 검출 장치를 제공한다. A focusing lens for focusing the white light emitted from the white light source and collecting reflected light emitted from the sensor unit; and a light source for measuring a spectrum wavelength of the reflected light transmitted from the focusing lens, And a sensor unit provided below the focusing lens to emit the focused white light emitted from the focusing lens and emit the reflected light to the white light, wherein the sensor unit comprises a titanium substrate, A porous sensing chip provided on a part of the substrate and facing the storage space and having TiO 2 nanotubes formed thereon; a sidewall for forming a storage space for temporarily storing the liquid mixed with the drug, And a sensing chip And a discharge pipe for discharging the drug mixture liquid contained in the storage space. The drug detection device according to claim 1, wherein the drug detection device further comprises: to provide.
상기 약물은 형광입자 또는 자성입자를 포함하는 조영제, 클로르헥시딘, 테트라사이클린, 미노클린(미노사이클린), 독소루비신, 파클리탁셀, 캄토테신, 사이로리무스, 라파마이신, 치옥트산, 골 성장 인자 또는 치주인대 형성인자로 이루어진 것일 수 있다.The drug may be selected from the group consisting of contrast agents including fluorescent particles or magnetic particles, chlorhexidine, tetracycline, minocycline (minocycline), doxorubicin, paclitaxel, camptothecin, cholorimus, rapamycin, thioctic acid, Lt; / RTI >
상기 투광 기판은 유리 또는 아크릴 재질의 투명 기판으로 이루어질 수 있고, 상기 스펙트로미터는 CCD(charged coupled device) 스펙트로미터로 이루어질 수 있다.The light-transmitting substrate may be a glass or acrylic transparent substrate, and the spectrometer may be a CCD (charged coupled device) spectrometer.
상기 TiO2 나노튜브는 포커싱된 백색광이 상기 센싱 칩으로 입사되는 방향에 평행한 방향으로 길이를 이루게 구비되고, 상기 TiO2 나노튜브의 내부 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The TiO 2 nanotubes may have a length in a direction parallel to the direction in which the focused white light is incident on the sensing chip, and the inner diameter of the TiO 2 nanotubes may have a size of 1 to 300 nm.
또한, 본 발명은, 백색광을 발광하는 백색광 공급원과, 상기 백색광 공급원으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 상기 센서부로부터 방출되는 반사광을 수집하기 위한 포커싱 렌즈와, 상기 포커싱 렌즈로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도가 변하는 것을 측정하기 위한 스펙트로미터를 준비하는 단계와, 티타늄 기판 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩과, 상기 티타늄 기판 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간을 형성하기 위한 측벽과, 상기 센싱 칩에 대하여 이격되고 상기 측벽 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판과, 상기 저장공간에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관과, 상기 저장공간에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관을 포함하는 센서부를 준비하는 단계와, 약물이 혼합된 액체를 상기 유입관을 통해 상기 저장공간에 유입시키는 단계와, 상기 백색광 공급원에서 백색광을 방출하고, 상기 백색광 공급원으로부터 발광되어 나온 백색광을 상기 포커싱 렌즈를 통하여 상기 센싱 칩 위에 포커싱시키는 단계와, 상기 백색광이 입사된 후에 간섭되어 나오는 반사광을 상기 스펙트로미터를 사용해서 수집하는 단계 및 상기 수집된 반사광을 고속 푸리에 변환하여 상기 센싱 칩 내의 약물에 의해 나타나는 광학두께를 측정하여 약물을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 검출 방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an optical pickup device comprising: a white light source for emitting white light; a focusing lens for focusing white light emitted from the white light source and collecting reflected light emitted from the sensor; A porous sensing chip provided on a part of the titanium substrate and facing the storage space, the porous sensing chip having TiO 2 nanotubes formed thereon; A light-transmitting substrate which is spaced apart from the sensing chip and which is provided in close contact with the upper portion of the side wall, and a liquid- An inlet pipe, and a discharge port for discharging the drug mixture liquid contained in the storage space The method comprising the steps of: preparing a sensor section including a discharge tube; introducing a drug-mixed liquid into the storage space through the inlet tube; emitting white light from the white light source; Focusing on the sensing chip through the focusing lens; collecting the reflected light, which is interfered after the white light is incident, by using the spectrometer; and fast Fourier transforming the collected reflected light, And detecting the drug by measuring the optical thickness exhibited by the drug.
상기 약물은 형광입자 또는 자성입자를 포함하는 조영제, 클로르헥시딘, 테트라사이클린, 미노클린(미노사이클린), 독소루비신, 파클리탁셀, 캄토테신, 사이로리무스, 라파마이신, 치옥트산, 골 성장 인자 또는 치주인대 형성인자로 이루어진 것일 수 있다.The drug may be selected from the group consisting of contrast agents including fluorescent particles or magnetic particles, chlorhexidine, tetracycline, minocycline (minocycline), doxorubicin, paclitaxel, camptothecin, cholorimus, rapamycin, thioctic acid, Lt; / RTI >
상기 투광 기판은 유리 또는 아크릴 재질의 투명 기판으로 이루어질 수 있고, 상기 스펙트로미터는 CCD(charged coupled device) 스펙트로미터로 이루어질 수 있다.The light-transmitting substrate may be a glass or acrylic transparent substrate, and the spectrometer may be a CCD (charged coupled device) spectrometer.
상기 TiO2 나노튜브는 포커싱된 백색광이 상기 센싱 칩으로 입사되는 방향에 평행한 방향으로 길이를 이루게 구비되고, 상기 TiO2 나노튜브의 내부 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
The TiO 2 nanotubes may have a length in a direction parallel to the direction in which the focused white light is incident on the sensing chip, and the inner diameter of the TiO 2 nanotubes may have a size of 1 to 300 nm.
본 발명의 약물 검출 장치 및 약물 검출 방법에 의하면, 광간섭 바이오 센싱을 통하여 약물을 생체외(in-vitro) 실험으로 감지할 수 있다.
According to the drug detection apparatus and the drug detection method of the present invention, the drug can be detected as an in-vitro experiment through optical interference biosensing.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 약물 검출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 티타늄 기판에 센싱 칩을 형성하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 양극산화법을 수행하기 위한 장비의 개략적인 구성도이다.
도 5는 유입관(160)을 통해 저장공간(130)으로 탈이온수(D.I. Water)를 1일 동안 플로우시킨 후에, 골 성장 인자(Bone morphogenetic protein-2; BMP-2)와 탈이온수가 혼합된 액체를 플로우시키면서 시간에 따른 유효 광학두께(effective optical thickness; EOT)를 측정한 그래프이다. 1 is a schematic view of a drug detection device according to a preferred embodiment of the present invention.
FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining a method of forming a sensing chip on a titanium substrate.
4 is a schematic configuration diagram of an apparatus for performing an anodic oxidation method.
5 is a view showing a state in which deionized water (DI Water) is flowed into the
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 약물 검출 장치는, 백색광을 발광하는 백색광 공급원과, 상기 백색광 공급원으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 센서부로부터 방출되는 반사광을 수집하기 위한 포커싱 렌즈와, 상기 포커싱 렌즈로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도가 변하는 것을 측정하기 위한 스펙트로미터와, 상기 포커싱 렌즈 하부에 구비되고 상기 포커싱 렌즈로부터 방출된 포커싱된 백색광이 유입되고 백색광에 대한 반사광을 방출하는 센서부를 포함하며, 상기 센서부는 티타늄 기판과, 상기 티타늄 기판 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩과, 상기 티타늄 기판 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간을 형성하기 위한 측벽과, 상기 센싱 칩에 대하여 이격되고 상기 측벽 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판과, 상기 저장공간에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관과, 상기 저장공간에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관을 포함한다. A drug detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes: a white light source for emitting white light; a focusing lens for focusing white light emitted from the white light source and collecting reflected light emitted from the sensor unit; And a sensor unit provided below the focusing lens and adapted to emit the focused white light emitted from the focusing lens and emit the reflected light to the white light, wherein the spectral sensor measures the intensity of the reflected light, The sensor unit includes a titanium substrate, a porous sensing chip provided in a partial region of the titanium substrate and facing the storage space, the TiO 2 nanotube being formed on the titanium substrate, A side wall for forming a storage space And a discharge tube for discharging the drug mixture liquid contained in the storage space, the discharge tube for discharging the drug mixture liquid contained in the storage space, the discharge tube for discharging the drug mixture liquid contained in the storage space, .
상기 약물은 형광입자 또는 자성입자를 포함하는 조영제, 클로르헥시딘, 테트라사이클린, 미노클린(미노사이클린), 독소루비신, 파클리탁셀, 캄토테신, 사이로리무스, 라파마이신, 치옥트산, 골 성장 인자 또는 치주인대 형성인자로 이루어진 것일 수 있다.The drug may be selected from the group consisting of contrast agents including fluorescent particles or magnetic particles, chlorhexidine, tetracycline, minocycline (minocycline), doxorubicin, paclitaxel, camptothecin, cholorimus, rapamycin, thioctic acid, Lt; / RTI >
상기 투광 기판은 유리 또는 아크릴 재질의 투명 기판으로 이루어질 수 있고, 상기 스펙트로미터는 CCD(charged coupled device) 스펙트로미터로 이루어질 수 있다.The light-transmitting substrate may be a glass or acrylic transparent substrate, and the spectrometer may be a CCD (charged coupled device) spectrometer.
상기 TiO2 나노튜브는 포커싱된 백색광이 상기 센싱 칩으로 입사되는 방향에 평행한 방향으로 길이를 이루게 구비되고, 상기 TiO2 나노튜브의 내부 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The TiO 2 nanotubes may have a length in a direction parallel to the direction in which the focused white light is incident on the sensing chip, and the inner diameter of the TiO 2 nanotubes may have a size of 1 to 300 nm.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 약물 검출 방법은, 백색광을 발광하는 백색광 공급원과, 상기 백색광 공급원으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 상기 센서부로부터 방출되는 반사광을 수집하기 위한 포커싱 렌즈와, 상기 포커싱 렌즈로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도가 변하는 것을 측정하기 위한 스펙트로미터를 준비하는 단계와, 티타늄 기판 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩과, 상기 티타늄 기판 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간을 형성하기 위한 측벽과, 상기 센싱 칩에 대하여 이격되고 상기 측벽 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판과, 상기 저장공간에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관과, 상기 저장공간에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관을 포함하는 센서부를 준비하는 단계와, 약물이 혼합된 액체를 상기 유입관을 통해 상기 저장공간에 유입시키는 단계와, 상기 백색광 공급원에서 백색광을 방출하고, 상기 백색광 공급원으로부터 발광되어 나온 백색광을 상기 포커싱 렌즈를 통하여 상기 센싱 칩 위에 포커싱시키는 단계와, 상기 백색광이 입사된 후에 간섭되어 나오는 반사광을 상기 스펙트로미터를 사용해서 수집하는 단계 및 상기 수집된 반사광을 고속 푸리에 변환하여 상기 센싱 칩 내의 약물에 의해 나타나는 광학두께를 측정하여 약물을 검출하는 단계를 포함한다. A drug detection method according to a preferred embodiment of the present invention includes: a white light source for emitting white light; a focusing lens for focusing white light emitted from the white light source and collecting reflected light emitted from the sensor unit; Preparing a spectrometer for measuring a change in intensity of a transmitted spectrum of the reflected light by measuring a spectral wavelength of the transmitted light, a porous sensing chip provided in a partial region of the titanium substrate and facing the storage space and formed of TiO 2 nanotubes, A sidewall for forming a storage space for temporarily storing the liquid mixed with the drug, provided on the titanium substrate, a transparent substrate spaced apart from the sensing chip and closely contacting the upper surface of the sidewall, An inlet pipe for introducing the drug-mixing liquid, The method comprising the steps of: preparing a sensor portion including a discharge tube for discharging a drug-mixing liquid contained in the drug solution; introducing a drug-mixed liquid into the storage space through the inlet tube; emitting white light from the white light source; Focusing the white light emitted from the white light source on the sensing chip through the focusing lens; collecting the reflected light interfered with after the white light is incident using the spectrometer; And detecting the drug by measuring the optical thickness represented by the drug in the sensing chip.
상기 약물은 형광입자 또는 자성입자를 포함하는 조영제, 클로르헥시딘, 테트라사이클린, 미노클린(미노사이클린), 독소루비신, 파클리탁셀, 캄토테신, 사이로리무스, 라파마이신, 치옥트산, 골 성장 인자 또는 치주인대 형성인자로 이루어진 것일 수 있다.The drug may be selected from the group consisting of contrast agents including fluorescent particles or magnetic particles, chlorhexidine, tetracycline, minocycline (minocycline), doxorubicin, paclitaxel, camptothecin, cholorimus, rapamycin, thioctic acid, Lt; / RTI >
상기 투광 기판은 유리 또는 아크릴 재질의 투명 기판으로 이루어질 수 있고, 상기 스펙트로미터는 CCD(charged coupled device) 스펙트로미터로 이루어질 수 있다.The light-transmitting substrate may be a glass or acrylic transparent substrate, and the spectrometer may be a CCD (charged coupled device) spectrometer.
상기 TiO2 나노튜브는 포커싱된 백색광이 상기 센싱 칩으로 입사되는 방향에 평행한 방향으로 길이를 이루게 구비되고, 상기 TiO2 나노튜브의 내부 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The TiO 2 nanotubes may have a length in a direction parallel to the direction in which the focused white light is incident on the sensing chip, and the inner diameter of the TiO 2 nanotubes may have a size of 1 to 300 nm.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 약물 검출 장치 및 이를 이용한 약물 검출 방법을 설명한다. Hereinafter, a drug detection apparatus and a drug detection method using the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
먼저, 약물 검출 장치를 더욱 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 약물 검출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. First, the drug detection device will be described in more detail. 1 is a schematic view of a drug detection device according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 약물 검출 장치는, 백색광을 발광하는 백색광 공급원(10)과, 백색광 공급원(10)으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 센서부(100)로부터 방출되는 반사광을 수집하기 위한 포커싱 렌즈(20)와, 포커싱 렌즈(20)로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도(intensity)가 변하는 것을 측정하기 위한 스펙트로미터(30)와, 포커싱 렌즈(20) 하부에 구비되고 포커싱 렌즈(20)로부터 방출된 포커싱된 백색광(60)이 유입되고 백색광에 대한 반사광을 방출하는 센서부(100)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a drug detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes a
센서부(100)는 티타늄(Ti) 기판(110)과, 티타늄 기판(110) 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간(130)에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩(120)과, 티타늄 기판(110) 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체(약물 혼합 액체)를 일시 저장하기 위한 저장공간(130)을 형성하기 위한 측벽(140)과, 센싱 칩(120)에 대하여 이격되고 측벽(140) 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판(150)과, 저장공간(130)에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관(inlet)(160)과, 저장공간(130)에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관(outlet)(170)을 포함한다. 센서부(100)에는 이를 지지하기 위한 받침대(180)가 더 구비될 수 있고, 티타늄 기판(110)은 받침대(180) 위에 위치될 수 있다. The
백색광 공급원(10)은 백색광을 발광하는 램프이며, 백색광을 발광하는 텅스텐 램프 등을 그 예로 들 수 있다. The
포커싱 렌즈(20)는 백색광 공급원(10)으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 센서부(100)로부터 방출되는 반사광(70)을 수집하는 역할을 한다. 백색광 공급원(10)과 포커싱 렌즈(20)는 광섬유와 같은 제1 케이블(40)을 통해 연결되어 있을 수 있다. The focusing
스펙트로미터(30)는 포커싱 렌즈(20)로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도(intensity)가 변하는 것을 측정하는 역할을 한다. 스펙트로미터(30)는 CCD(charged coupled device) 스펙트로미터가 그 예일 수 있다. 스펙트로미터(30)와 포커싱 렌즈(20)는 광섬유와 같은 제2 케이블(50)을 통해 연결되어 있을 수 있다. The
센싱 칩(120)은 티타늄 기판(110) 내의 일부 영역에 구비되고 TiO2 나노튜브가 형성되어 있어 다공성을 나타낸다. 센싱 칩(120)은 저장공간(130)에 인접하여 마주하며, 저장공간(130)으로 유입된 액체는 센싱 칩(120)에 형성된 TiO2 나노튜브 내에 유입되게 된다. 센싱 칩(120)은 포커싱 렌즈(20)로부터 방출된 포커싱된 백색광이 도달하는 종착점으로서, 투광 기판(150)과 마주하게 구비된다. 상기 TiO2 나노튜브는 포커싱된 백색광이 센싱 칩(120)으로 입사되는 방향에 평행한 방향으로 길이를 이루게 구비되고, 상기 TiO2 나노튜브의 내부 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 센싱 칩(120)을 형성하는 방법은 후술한다. The
측벽(140)은 티타늄 기판(110) 상부에 구비되고 약물 혼합 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간(130)을 형성한다. 측벽(140)은 저장공간(130)에 담긴 액체가 외부로 누설되지 않게 실링(sealing)하는 역할을 하며, 실리콘, 고무와 같은 재질로 이루어질 수 있으며, 액체에 함유된 약물과 화학적으로 반응하지 않는 재질이라면 그 제한이 있는 것은 아니다. The
투광 기판(150)은 센싱 칩(120)에 대하여 이격되고 측벽(140) 상부와 밀착되게 구비된다. 투광 기판(150)은 백색광이 투과할 수 있는 투명한 재질로 이루어지는데, 예컨대 유리, 아크릴 등의 재질로 이루어질 수 있다. 투광 기판(150)은 센싱 칩(120)과 마주하게 구비되고, 포커싱 렌즈(20) 하부에 위치된다. The light-transmitting
상기 액체는 검출 대상물인 약물을 포함하는 액체일 수 있으며, 예컨대 탈이온수에 약물이 혼합된 것일 수 있고, 혈액에 약물이 혼합된 것일 수 있다. 약물이라 함은 형광입자 또는 자성입자를 포함하는 조영제, 클로르헥시딘(chlorhexidine), 테트라사이클린, 미노클린(미노사이클린), 독소루비신, 파클리탁셀, 캄토테신, 사이로리무스, 라파마이신, 치옥트산, 골 성장 인자, 치주인대 형성인자, 기능성 약제, 기능성 성분 등을 그 예로 들 수 있다. 상기 골 성장 인자는 Bone morphogenetic protein-2(BMP-2) 등을 그 예로 들 수 있다. 상기 기능성 성분으로는 칼슘(Ca), 인(P), 마그네슘(Mg)과 같이 인체 또는 동물의 몸체를 구성하는 성분을 그 예로 들 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 검출 장치는 상술한 약물 이외에도 세균, 특정 단백질과 같은 바이오 물질을 검출할 수도 있다. 이러한 바이오 물질의 예로 대장균, O157:H7과 같은 식중독균 등을 그 예로 들 수 있다. The liquid may be a liquid containing a drug to be detected, for example, a drug may be mixed with deionized water, or a drug may be mixed with blood. Drug means a contrast agent including fluorescent particles or magnetic particles, chlorhexidine, tetracycline, minocycline (minocycline), doxorubicin, paclitaxel, camptothecin, sirolimus, rapamycin, thioctic acid, Forming agents, functional agents, functional ingredients, and the like. Examples of the bone growth factor include bone morphogenetic protein-2 (BMP-2). Examples of the functional ingredient include components constituting the body of a human or animal such as calcium (Ca), phosphorus (P), and magnesium (Mg). The detection device according to the preferred embodiment of the present invention may detect biomaterials such as bacteria and specific proteins in addition to the above-mentioned drugs. Examples of such biomaterials include E. coli, food poisoning bacteria such as O157: H7, and the like.
유입관(160)은 저장공간(130)에 액체를 유입시키기 위한 도관 또는 파이프이다. 약물 혼합 액체는 유입관(160)을 통해 저장공간(130)에 유입되게 된다. The
배출관(170)은 저장공간(130)에 담긴 약물 혼합 액체를 외부로 배출하기 위한 도관 또는 파이프이다. 저장공간(130)에 담긴 액체는 플로우(flow)되어 배출관(170)을 통해 외부로 배출되게 된다. The
이하에서, 약물 검출 방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the drug detection method will be described in more detail.
센싱 칩(120)에 약물을 보내기 위해 플로우 셀(flow cell) 방법을 사용하며, 플로우 셀(flow cell)을 위해 증류수, 탈이온수 등의 액체를 사용한다. 플로우(Flow)는 실제 광간섭 바이오센싱을 하는 센싱 칩(120) 쪽으로 약물을 이동시킨다. 약물을 검출하기 위해 약물 혼합 액체가 저장공간을 통과하여 플로우(flow)될 수 있게 준비한다. 증류수, 혈액 등에 약물 혼합 액체를 유입관(160)을 통해 저장공간에 유입시킨다. 저장공간에 있는 불순물 등을 외부로 흘려보내기 위해 약물 혼합 액체를 유입시키기 전에 유입관을 통해 증류수를 먼저 플로우시킬 수도 있다. 저장공간(130)으로 유입된 약물 혼합 액체는 센싱 칩(120)에 형성된 TiO2 나노튜브 내에 일부 유입되게 된다.A flow cell method is used to send the drug to the
저장공간에 약물 혼합 액체가 담겨지면, 백색광 공급원(10)에서 백색광을 방출한다. 백색광 공급원(10)으로부터 발광되어 나온 백색광은 제1 케이블(40) 및 포커싱 렌즈(20)을 통하여 센싱 칩(120) 위에 포커싱된다. 더욱 구체적으로는, 백색광 공급원(10)으로부터 방출된 백색광은 제1 케이블(40)을 통해 포커싱 렌즈(20)로 유입되고, 포커싱 렌즈(20)는 백색광 공급원(10)으로부터 방출된 백색광을 포커싱하여 센싱 칩(120)으로 전달하며, 포커싱 렌즈(20)로부터 방출된 백색광은 투광 기판(150)을 투과하여 센싱 칩(120) 위에 포커싱된다. 이렇게 포커싱된 백색광 중에서 일부는 센싱 칩(120)의 표면을 투과하여 센싱 칩(120)의 내부로 입사되고 일부는 센싱 칩(120)의 표면에서 반사된다. 약물 혼합 액체는 센싱 칩(120)의 TiO2 나노튜브 내에도 존재하며, 백색광 중에서 약물의 표면에서 반사된 반사광과 약물의 밑면에서 반사된 백색광은 간섭 현상을 일으킨다. 이때 약물의 크기와 굴절률에 따라 간섭 현상의 정도가 결정된다. When the drug mixture liquid is contained in the storage space, the
간섭되어 나오는 반사광을 스펙트로미터(30)를 사용해서 수집한다. 간섭되어 나오는 반사광은 포커싱 렌즈(20)와 제2 케이블(50)을 통해 스펙트로미터(30)로 전달된다. 상기 수집된 반사광을 고속 푸리에 변환하여 약물의 잔존량을 나타내는 광학두께를 측정한다. 이로부터 약물에 대한 검출이 가능하다. The reflected light coming out from the interference is collected using the
센싱 칩(120)으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 스펙트로미터(30)를 사용해서 수집한다. 상기 수집된 반사광을 고속 푸리에 변환하여 상기 센싱 칩(120) 내의 약물에 의해 나타나는 광학두께를 측정한다. 약물은 광학두께를 변화시키고, 이로부터 약물에 대한 검출이 가능하다. And collects reflected light coming from the
약물을 센싱하기 위해 센싱 칩(120) 내에 존재하는 약물에 의한 굴절률 변화를 이용한다. 굴절률 변화를 측정하기 위해서 패브리-패로(Fabry-parot) 간섭 반사광을 사용한다. The change in refractive index caused by the drug present in the
포커싱된 백색광이 센싱 칩(120) 위에 입사된 면은 직경이 0.1∼1mm인 원 안에 포함되도록 초점을 맞추는 것이 바람직하다. 이때, 센싱 칩(120)으로부터 간섭되어 나오는 반사광을 스펙트로미터(예컨대, Ocean optics S-2000)(30)를 이용하여 수집할 수 있다. It is preferable to focus the surface of the
이하에서, 센싱 칩(120)에 대한 간섭 반사광을 측정하는 방법을 설명한다. 센싱 칩(120)에 약물 혼합 액체를 투여하지 않은 상태에서 스펙트로미터(30)를 이용하여 반사광 스펙트럼의 파장에 따라 강도(intensity)가 변하는 것을 측정할 수 있으며, 센싱 칩(120)에 약물 혼합 액체를 투여한 상태에서 반사광 스펙트럼의 파장에 따라 강도(intensity)가 변하는 것을 측정할 수 있다.Hereinafter, a method of measuring interference reflected light on the
먼저 패브리-패로 간섭 현상에 대하여 설명한다. 반사율이 높은 거울을 서로 평행하게 놓고 거울에 빛을 입사시켰을 때 거울을 투과한 빛은 평행한 거울의 표면에서 일부의 빛을 투과하지만, 대부분은 투과와 반사를 반복한다. 입사한 방향의 반대쪽에서는 두 거울 사이를 반사한 수만큼 아래 거울을 투과하여 나오는데, 각각의 빛이 경로 차이 만큼 간섭 현상을 보인다. First, the interference phenomenon with the Fabry-Perot will be explained. When a mirror with a high reflectance is placed parallel to each other and light is incident on the mirror, the light transmitted through the mirror transmits some light on the surface of the parallel mirror, but most of the light repeats transmission and reflection. On the opposite side of the incidence direction, the number of reflections between the two mirrors is transmitted through the lower mirror, where each light exhibits interference as much as the path difference.
센싱 칩(120)에 포커싱된 백색광을 입사시키면, 상단부와 하단부의 광 경로 차이에 의해서 광학두께에 관계된 간섭 패턴이 나타난다. When the focused white light is incident on the
광학두께라고 하는 것은 상술한 바와 같이, 상단부에서 반대편에 있는 하단부 사이의 간격, 즉 센싱 칩(120) 내에 약물 혼합 액체가 탑재되는 공간의 길이를 나타낸다. 이때 상단부와 하단부 사이에 약물이 들어 있으면 약물의 두께가 광학두께가 된다. The optical thickness refers to the distance between the upper end portion and the opposite lower end portion, that is, the length of the space in which the drug-mixing liquid is loaded in the
수학식 1은 굴절률(n)과 광학두께(L)의 관계를 보여준다. Equation (1) shows the relationship between the refractive index (n) and the optical thickness (L).
[수학식 1][Equation 1]
mλ=2nL m? = 2nL
여기서 m은 간섭 차수이고, λ는 m 차수에서 얻어지는 최대 간섭 파장이고, n은 센싱 칩(120)과 약물에 따른 굴절률이고, L은 약물의 광학두께(optical thickness)이다.Where m is the interference order,? Is the maximum interference wavelength obtained in the m-order, n is the index of refraction according to the
광학두께 L을 변화시킬 수 있다. 광학두께의 길이가 길어질수록 프린지(fringe)의 수가 증가하며, 간섭파장의 특성을 변화시킨다.The optical thickness L can be changed. The longer the optical thickness, the greater the number of fringes and changes the characteristics of the interference wavelength.
센싱 칩(120) 위에 백색광을 조사하면, 센싱 칩(120)의 상단부와 하단부의 광 경로 차에 의해서 패브리-패로 프린지 형태의 반사파형이 나타난다. When the white light is irradiated onto the
약물 혼합 액체를 투여함에 따라 패브리-패로 프린지 형태의 반사 파형이 백색광의 세기 변화와 반사 파장의 이동을 확인할 수 있다.As the drug mixture liquid is administered, the reflected waveform of the Fabry-Perof fringe shape can confirm the intensity change of the white light and the shift of the reflection wavelength.
백색광에 대한 패브리-패로 프린지 형태의 반사파장에 대한 스펙트럼을 고속 푸리에 변환(fast fourier transformation; FFT)을 시도한다. 고속 푸리에 변환은 푸리에 변환에 근거하여 근사공식을 이용한 이산 푸리에 변환(discrete fourier transform)을 계산할 때 연산회수를 줄일 수 있도록 고안된 알고리즘이다. 고속 푸리에 변환은 시간적 흐름의 소리 정보를 주파수의 흐름으로 변환시켜 주는 함수 계산 방식이다.We attempt fast Fourier transformation (FFT) on the spectrum for the reflected wavelength in the form of a Fabry-Perof fringe for white light. Fast Fourier transform is an algorithm designed to reduce the number of operations when computing a discrete fourier transform based on Fourier transform. Fast Fourier transform is a function calculation method that converts the temporal flow sound information into frequency flow.
반사광 스펙트럼을 고속 푸리에 변환(FFT)시키면, 특정한 광학두께를 갖는 피크(peak)를 얻을 수 있고, 이런 광학두께를 유효 광학두께라고 한다. 이런 유효 광학두께는 센싱 칩(120) 안에 들어있는 약물의 크기와 굴절률에 따른 스펙트럼의 변화에 따라 이동하게 된다. When a reflected light spectrum is subjected to a fast Fourier transform (FFT), a peak having a specific optical thickness can be obtained, and this optical thickness is referred to as an effective optical thickness. This effective optical thickness is shifted according to the change of the spectrum depending on the size and the refractive index of the drug contained in the
이하에서, 티타늄 기판(110)에 센싱 칩(120)을 형성하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of forming the
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 티타늄 기판(110)에 양극산화법을 이용하여 TiO2 나노튜브를 포함하는 센싱 칩(120)을 형성한다. 티타늄 기판(110)에 후술하는 양극산화법을 적용하게 되면 TiO2 나노튜브가 형성되게 되며, 센싱 칩(120)은 이와 같이 TiO2 나노튜브가 형성된 영역을 지칭한다. 2 and 3, a
양극산화법을 이용하여 TiO2 나노튜브를 형성하는 경우에, 티타늄 기판(110)의 제1 표면(112)으로부터 내부 방향으로 길이 방향을 이루는 복수 개의 TiO2 나노튜브가 형성되게 된다. TiO2 나노튜브는 노출된 표면(112)에 대하여 수직한 내부 방향으로 길이 방향을 이루면서 형성되게 되는데, 티타늄 기판(110)의 제1 표면(112)에 수직하게 내부 방향으로 길이를 이루는 TiO2 나노튜브가 복수 개 형성되게 된다. A plurality of TiO 2 nanotubes longitudinally extending inward from the
이하에서, 양극산화법을 이용하여 TiO2 나노튜브를 형성하는 방법을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of forming TiO 2 nanotubes by anodic oxidation will be described in more detail.
티타늄 기판(110)을 세척액에 담그고, 초음파 세척기를 이용하여 세척한다. The
세척한 티타늄 기판(110)에 대하여 나노튜브 구조의 TiO2를 형성시킨다. 나노튜브 구조의 TiO2(TiO2 나노튜브)는 양극산화법을 이용하여 형성할 수 있다. 양극산화법에서 사용되는 전해액으로는 황산, 오르토인산, 옥살산, 황산나트륨, 시트르산 수용액 또는 이들의 혼합액에 불소(F)가 첨가된 전해질 용액을 사용할 수 있다. 또한, 글리세롤, 에칠렌글리콜 또는 이들의 혼합액에 불소(F)가 첨가된 유기 전해액을 사용할 수도 있다. 양극산화법은 상기와 같은 전해액에서 10∼120V의 인가 전압, 0∼50℃의 온도 조건에서 실행된다. 나노튜브의 지름 및 길이는 전해액에 따라 조절할 수 있다. TiO 2 having a nanotube structure is formed on the cleaned
도 4는 양극산화법을 수행하기 위한 장비의 개략적인 구성도이다. 4 is a schematic configuration diagram of an apparatus for performing an anodic oxidation method.
도 4를 참조하면, 양극산화를 하기 위해 중요한 실험인자로는 전해액, 인가전압, 양극 산화 시간, 온도 등을 들을 수 있다. 상기 양극산화 장비는 실험인자들을 조절하기 위해 전해조(electrochemical bath)(210), 전해액(220), 양극(230), 음극(240), 전원 공급수단(power supply)(250), 자석 교반기(280), 교반용 자석 막대(290), 냉각장치(chiller)(285), 온도계(thermometer)(295) 등을 구비한다.Referring to FIG. 4, electrolyte, applied voltage, anodic oxidation time, temperature, and the like are important factors for anodization. The anodizing apparatus includes an
TiO2는 에너지 갭이 3.2eV이고, 화학적 및 생물학적으로 안정하며 부식도 잘 일어나지 않는다. TiO2는 아나타제상(anatase phase), 루타일상(rutile phase) 및 부르카이트상(brookite phase)의 세 형태로 존재하며, 아나타제상의 TiO2는 1100℃ 이상의 고온으로 처리하면 루타일상으로 바뀌게 된다. TiO2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 양극산화법을 이용하여 나노튜브 형태의 아나타제상을 갖도록 제조할 수 있다.TiO 2 has an energy gap of 3.2 eV, is chemically and biologically stable and does not corrode well. TiO 2 exists in three forms: anatase phase, rutile phase and brookite phase, and TiO 2 on anatase phase is converted to rutile phase when treated at a high temperature of 1100 ° C. or higher. TiO 2 may be prepared to have an anatase phase in nanotube form using anodization according to a preferred embodiment of the present invention.
양극산화 장비는, 전해조(electrochemical bath)(210)와, 양전압이 인가되고 나노튜브 구조의 TiO2가 형성되는 양극(230)과, 음전압이 인가되어 티타늄(Ti) 양이온에 전자를 공급하기 위한 음극(240)과, 상기 전해조(210) 내에 담겨지는 전해액(220)과, 양극(230)과 음극(240)에 전압을 공급하기 위한 전원 공급수단(250)을 포함한다. 양극(230)과 음극(240)은 소정 거리를 두고 서로 이격 배치된다. 양극(230)은 티타늄 기판(110)을 사용한다. The anodic oxidation equipment includes an
나노튜브 구조의 TiO2를 형성하기 위하여 티타늄 기판(110)을 준비하고, 이를 양극(230)에 장착한다. 음극(240)으로는 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 금(Au)과 같은 내산성 금속을 사용한다. 양극(230)은 음극(240)과 일정한 간격을 유지하여 전해액(220) 속에 잠길 수 있도록 설치한다. 양극(230)과 음극(240)은 전압 또는 전류를 인가하기 위한 전원 공급 수단(power supply)(250)에 연결되어 있다. 양극(230)에 인가되는 전압은 0V 내지 300V 정도이고, 음극(240)에 인가되는 전압은 0V 내지 -300V 정도이다. 양극(230)과 음극(240)의 전압차는 형성되는 나노튜브의 지름 크기, 나노튜브의 길이 등을 고려하여 적절하게 조절한다. A
전해조(210)에는 양극산화 공정 중 발열 반응에 의한 급격한 온도 상승을 방지하고, 금속막 전체에 전기 분해 또는 화학 반응의 균일성을 높이기 위해 냉각장치(Chiller)(285)가 구비되고, 또한 전해액을 교반하여 양극산화 공정이 용이하게 일어나도록 하기 위하여 자석 교반기(Magnetic Stirrer)(280)와 교반용 자석 막대(Stirring Magnetic Bar)(290)가 구비되어 있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 전해조 내의 온도을 일정하게 유지하기 위한 핫플레이트(Hot Plate)와 같은 온도 조절 장치가 설치되어 있을 수도 있다. The
전해액(220)은 전하를 띤 전자나 이온의 이동을 원활히 해주어 티타늄(Ti) 금속 표면에 TiO2를 형성하게 한다. 티타늄 금속 이온(Ti4 +)은 전해액(220)과 TiO2 계면에서 전해액(220)에 용해되며, 전해액(220)은 TiO2과 티타늄 기판(110) 계면에서 TiO2를 형성시킬 수 있도록 O2 -, OH- 이온과 결합한다.
양극산화 공정을 살펴보면, 전해액(220) 속의 물분자(H2O)는 전기분해에 의하여 아래의 반응식 1과 같이 수소 이온(H+)과 하이드록실기 이온(OH-)으로 전해된다. In the anodic oxidation process, water molecules (H 2 O) in the electrolyte (220) are electrolytically decomposed into hydrogen ions (H + ) and hydroxyl group ions (OH - ) as shown in the following reaction formula (1).
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
H2O→H++OH- H 2 O → H + + OH -
수소 이온(H+)은 음극(240)쪽으로 이동하고, 전해액(220)과 음극(240) 표면 사이에서 전자와 결합하여 수소 가스(H2)로 방출된다. The hydrogen ion H + moves toward the
하이드록실기 이온(OH-)은 양극(230)쪽으로 이동하고, 양극(230)(티타늄 기판) 표면에 형성된 자연산화막에서 산소 이온(O2 -)과 수소 이온(H+)으로 분리되어진다. 이때 분리되어진 산소 이온(O2 -)은 자연산화막을 침투하여 자연산화막과 티타늄 사이에서 티타늄 이온(Ti4 +)과 반응하여 아래의 반응식 2와 같이 TiO2를 형성하게 된다.The hydroxyl group ion (OH - ) migrates toward the
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
Ti4 ++2O2 -→TiO2 Ti 4 + + 2O 2 - > TiO 2
또한, 수소 이온(H+)은 TiO2와 반응하여 티타늄(Ti)과 산소의 결합을 부분적으로 끊고 수산화물을 형성하게 되며, 이것은 전해액(220)에 용해된다. 즉, TiO2와 전해액(220) 사이의 표면에서 산화물 에칭(etching)이 발생한다. 이렇게 자연산화막과 티타늄(Ti)막 사이의 계면에서는 TiO2가 형성되고, TiO2와 전해액(220) 사이의 계면에서는 TiO2가 에칭되어 나노튜브 형태의 아나타제상의 TiO2가 형성되게 된다. 나노튜브 형성 과정에 대하여는 정확한 이론이 정립되지는 않았지만, TiO2에서의 국부적인 과전류가 발생하게 되고 이러한 과전류에 의한 발열 반응으로 전해액에 의한 산화물 에칭(etching)이 국부적으로 가속화되어 나노튜브가 형성되는 것으로 파악된다.Also, the hydrogen ion (H + ) reacts with TiO 2 to partially break the bond between titanium (Ti) and oxygen to form a hydroxide, which is dissolved in the
이를 종합하여 반응식으로 나타내면, 다음의 반응식 3과 같다. If this is expressed as a reaction formula, the following reaction formula 3 is obtained.
[반응식 3][Reaction Scheme 3]
Ti + 2H2O → TiO2 + 4H+ + 4e- Ti + 2H 2 O → TiO 2 + 4H + + 4e -
전해질 용액속의 물분자는 양극에서 Ti 금속과 만나 TiO2가 반응식 3과 같이 형성된다.The water molecules in the electrolyte solution meet with the Ti metal at the anode and TiO 2 is formed as shown in Equation 3.
이렇게 형성된 TiO2는 전해질 용액에 포함되어 있는 소량의 불소이온 (fluorine ion, F-)에 의해 반응식 4와 같이 해리된다. The TiO 2 thus formed is dissociated as shown in Scheme 4 by a small amount of fluorine ion (F - ) contained in the electrolyte solution.
[반응식 4][Reaction Scheme 4]
TiO2 + 6F- + 4H+ → [TiF6]2- + 2H2O TiO 2 + 6F - + 4H + - [TiF 6 ] 2 - + 2H 2 O
이러한 해리 작용은 전체 TiO2에 걸쳐 발생하며 나노 크기의 나노튜브를 형성하게 된다. 또한 양극산화 시간이 증가될수록 반응식 3의 산화 반응과 반응식 4의 해리 반응이 동시에 발생하게 되고, 이로부터 나노튜브를 갖는 TiO2를 얻을 수 있다. 상기 나노튜브의 내부를 이루는 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는다.This dissociation occurs across the entire TiO 2 and forms nano-sized nanotubes. Also, as the anodic oxidation time is increased, the oxidation reaction of Reaction Formula 3 and the dissociation reaction of Reaction Formula 4 occur at the same time, from which TiO 2 having nanotubes can be obtained. The inside diameter of the nanotube is 1 to 300 nm in diameter.
TiO2의 두께(나노튜브의 길이에 해당)는 전원 공급 수단(power supply)(250)에서 공급되는 전압(Ua)과 산화막의 전계강도(Ea)에 의해 아래의 수학식 1에 따라 결정된다. The thickness of the TiO 2 (corresponding to the length of the nanotube) is determined according to the following equation (1) by the voltage U a supplied from the
[수학식 1][Equation 1]
dox=Ua/Ea=Ka·Ua d ox = U a / E a = K a · U a
여기서, Ka는 양극산화 상수이다. Here, K a is an anodic oxidation constant.
나노튜브 구조의 TiO2를 형성하는 경우, 나노튜브의 지름 크기, 나노튜브의 길이는 전해액의 농도, 인가되는 전압의 세기, 공정 시간, 전해조의 온도 등을 적절하게 제어함으로서 조절이 가능하다. In the case of forming the nanotube structure of TiO 2 , the diameter of the nanotube, the length of the nanotube can be controlled by suitably controlling the concentration of the electrolyte, the intensity of the applied voltage, the processing time, and the temperature of the electrolytic bath.
양극산화법을 이용하여 나노튜브 구조의 TiO2를 형성하면, 나노튜브 구조의 TiO2를 결정화시키기 위하여 열처리할 수 있다. 구체적으로 나노튜브 구조의 TiO2를 공기 분위기에서 분당 2∼5℃의 속도로 승온시키고 350∼550℃에서 10분∼6시간 열처리한 후 자연 냉각시킨다. When using an anode oxidation to form a TiO 2 nano-tube structure, it is possible to heat treatment in order to crystallize the TiO 2 of the nanotube structure. Specifically, the nanotube-structured TiO 2 is heated at a rate of 2 to 5 ° C per minute in an air atmosphere, heat-treated at 350 to 550 ° C for 10 minutes to 6 hours, and then naturally cooled.
상술한 바와 같이 평평한 티타늄 기판(110)을 양극산화 공정으로 나노튜브를 형성함으로써 센싱 칩(120)의 비표면적을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다. As described above, there is an advantage that the specific surface area of the
도 5는 유입관(160)을 통해 저장공간(130)으로 탈이온수(D.I. Water)를 1일 동안 플로우시킨 후에, 골 성장 인자(Bone morphogenetic protein-2; BMP-2)와 탈이온수가 혼합된 액체를 플로우시키면서 시간에 따른 유효 광학두께(effective optical thickness; EOT)를 측정한 그래프이다. 5 is a view showing a state in which deionized water (DI Water) is flowed into the
도 5를 참조하면, 백색광 공급원(10)에서 백색광을 방출시키고, 백색광 공급원(10)으로부터 발광되어 나온 백색광을 포커싱 렌즈(20)를 통하여 센싱 칩(120) 위에 포커싱시키며, 포커싱된 백색광이 입사된 후에 간섭되어 나오는 반사광을 스펙트로미터(30)를 사용해서 수집하고, 상기 수집된 반사광을 고속 푸리에 변환하여 상기 센싱 칩(120) 내의 BMP-2에 의해 나타나는 광학두께를 측정한 것을 보여준다. 광학두께의 차(△OT)가 약 120nm 정도로 나타났다.
5, white light is emitted from a
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.
10: 백색광 공급원
20: 포커싱 렌즈
30: 스펙트로미터
40: 제1 케이블
50: 제2 케이블
60: 포커싱된 백색광
70: 반사광
100: 센서부
110: 티타늄(Ti) 기판
120: 센싱 칩
130: 저장공간
140: 측벽
150: 투광 기판
160: 유입관
170: 배출관
180: 받침대
210: 전해조
220: 전해액
230: 양극
240: 음극
250: 전원 공급수단
280: 자석 교반기
285: 냉각장치
290: 교반용 자석 막대
295: 온도계10: source of white light 20: focusing lens
30: Spectrometer 40: First cable
50: second cable 60: focused white light
70: reflected light 100: sensor part
110: titanium (Ti) substrate 120: sensing chip
130: storage space 140: side wall
150: light-transmitting substrate 160: inlet pipe
170: discharge pipe 180: pedestal
210: electrolytic cell 220: electrolytic solution
230: anode 240: cathode
250: power supply means 280: magnetic stirrer
285: Cooling unit 290: Magnet bar for stirring
295: Thermometer
Claims (8)
상기 백색광 공급원으로부터 방출된 백색광을 포커싱하고 센서부로부터 방출되는 반사광을 수집하기 위한 포커싱 렌즈;
상기 포커싱 렌즈로부터 전달된 반사광의 스펙트럼 파장을 측정하여 강도가 변하는 것을 측정하기 위한 스펙트로미터; 및
상기 포커싱 렌즈 하부에 구비되고 상기 포커싱 렌즈로부터 방출된 포커싱된 백색광이 유입되고 백색광에 대한 반사광을 방출하는 센서부를 포함하며,
상기 센서부는 티타늄 기판;
상기 티타늄 기판 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩;
상기 티타늄 기판 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간을 형성하기 위한 측벽;
상기 센싱 칩에 대하여 이격되고 상기 측벽 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판;
상기 저장공간에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관; 및
상기 저장공간에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 검출 장치.
A white light source for emitting white light;
A focusing lens for focusing the white light emitted from the white light source and collecting reflected light emitted from the sensor part;
A spectrometer for measuring a spectral wavelength of the reflected light transmitted from the focusing lens to measure a change in intensity; And
And a sensor unit provided below the focusing lens to emit the focused white light emitted from the focusing lens and emit the reflected light to the white light,
The sensor unit includes a titanium substrate;
A porous sensing chip provided in a part of the titanium substrate and facing the storage space and formed of TiO 2 nanotubes;
A side wall provided on the titanium substrate to form a storage space for temporarily storing liquid mixed with the drug;
A light-transmitting substrate spaced apart from the sensing chip and closely contacting the upper surface of the sidewall;
An inlet pipe for introducing the drug-mixing liquid into the storage space; And
And a discharge pipe for discharging the drug-mixing liquid contained in the storage space.
The method according to claim 1, wherein the drug is selected from the group consisting of contrast agents including fluorescent particles or magnetic particles, chlorhexidine, tetracycline, minocycline (minocycline), doxorubicin, paclitaxel, camptothecin, sirolimus, rapamycin, And a periodontal ligament forming factor.
상기 스펙트로미터는 CCD(charged coupled device) 스펙트로미터로 이루어진 것을 특징으로 하는 약물 검출 장치.
The light-emitting device according to claim 1, wherein the light-transmitting substrate is made of a glass or acrylic transparent substrate,
Wherein the spectrometer comprises a charged coupled device (CCD) spectrometer.
상기 TiO2 나노튜브의 내부 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 약물 검출 장치.
The method of claim 1, wherein the TiO 2 nanotubes have lengths in a direction parallel to a direction in which focused white light is incident on the sensing chip,
Wherein the inner diameters of the TiO 2 nanotubes have a size of 1 to 300 nm.
티타늄 기판 내의 일부 영역에 구비되고 저장공간에 인접하여 마주하며 TiO2 나노튜브가 형성된 다공성의 센싱 칩과, 상기 티타늄 기판 상부에 구비되고 약물이 혼합된 액체를 일시 저장하기 위한 저장공간을 형성하기 위한 측벽과, 상기 센싱 칩에 대하여 이격되고 상기 측벽 상부와 밀착되게 구비되는 투광 기판과, 상기 저장공간에 약물 혼합 액체를 유입시키기 위한 유입관과, 상기 저장공간에 담긴 약물 혼합 액체를 배출하기 위한 배출관을 포함하는 센서부를 준비하는 단계;
약물이 혼합된 액체를 상기 유입관을 통해 상기 저장공간에 유입시키는 단계;
상기 백색광 공급원에서 백색광을 방출하고, 상기 백색광 공급원으로부터 발광되어 나온 백색광을 상기 포커싱 렌즈를 통하여 상기 센싱 칩 위에 포커싱시키는 단계;
상기 백색광이 입사된 후에 간섭되어 나오는 반사광을 상기 스펙트로미터를 사용해서 수집하는 단계; 및
상기 수집된 반사광을 고속 푸리에 변환하여 상기 센싱 칩 내의 약물에 의해 나타나는 광학두께를 측정하여 약물을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 검출 방법.
A focusing lens for focusing the white light emitted from the white light source and collecting the reflected light emitted from the sensor unit; and a condenser lens for measuring the spectral wavelength of the reflected light transmitted from the focusing lens, Preparing a spectrometer for measurement;
A porous sensing chip provided in a partial region of the titanium substrate and facing the storage space and having TiO 2 nanotubes formed thereon; and a liquid reservoir provided on the titanium substrate for forming a storage space for temporarily storing the liquid mixed with the drug A light-transmitting substrate spaced apart from the sensing chip and closely contacted with the upper portion of the side wall, an inlet pipe for introducing the drug-mixing liquid into the storage space, an outlet pipe for discharging the drug- Preparing a sensor unit including the sensor unit;
Introducing a drug-mixed liquid into the storage space through the inlet tube;
Emitting white light from the white light source and focusing the white light emitted from the white light source onto the sensing chip through the focusing lens;
Collecting reflected light that is interfered with after the white light is incident using the spectrometer; And
And detecting the drug by measuring the thickness of the optical light reflected by the drug in the sensing chip by performing a fast Fourier transform on the collected reflected light.
6. The method of claim 5, wherein the drug is selected from the group consisting of a contrast agent comprising fluorescent particles or magnetic particles, chlorhexidine, tetracycline, minocycline (minocycline), doxorubicin, paclitaxel, camptothecin, sirolimus, rapamycin, A periodontal ligament forming factor.
상기 스펙트로미터는 CCD(charged coupled device) 스펙트로미터를 사용하는 것을 특징으로 하는 약물 검출 방법.
6. The light-emitting device according to claim 5, wherein the light-transmitting substrate is a glass or acrylic transparent substrate,
Wherein the spectrometer uses a charged coupled device (CCD) spectrometer.
상기 TiO2 나노튜브의 내부 지름은 1∼300㎚의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 약물 검출 방법.The method of claim 5, wherein the TiO 2 nanotubes have lengths in a direction parallel to the direction in which the focused white light is incident on the sensing chip,
Wherein the inner diameter of the TiO 2 nanotube has a size of 1 to 300 nm.
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