KR20190045064A - Biosensor resistant to coffee ring effect - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 2017년 10월 23일에 출원된 한국 특허출원 제10-2017-0137669호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.This application is a priority claim based on Korean Patent Application No. 10-2017-0137669 filed on October 23, 2017, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.
본 발명은 전기화학 바이오센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 타깃 바이오 물질과의 전기화학 반응을 일으키기 위한 반응 물질이 바이오센서의 전극에 코팅될 때 발생하는 커피링 효과에 강인한 특성을 가지는 바이오센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical biosensor, and more particularly, to an electrochemical biosensor having a characteristic strong against a coffee ring effect generated when a reaction material for causing an electrochemical reaction with a target biomaterial is coated on an electrode of the biosensor. .
일반적으로, 전기화학 바이오센서(electrochemical biosensor)는 효소, 항원, 항체, 호르몬 등과 같이 생물학적 특이성을 가진 반응 물질이 코팅된 전극(electrode)을 이용하여, 분석 타깃이 되는 바이오 물질과 상기 반응 물질 간의 전기화학 반응에 따른 전기적 신호를 출력하는 장치를 말한다. 즉, 전기화학 바이오센서는 바이오 물질에 관한 특정 정보를 전류값 또는 전압값으로 제공하는 장치이다. 최근, 이러한 바이오센서가 혈당 측정 시스템이나 각종 정밀 의료 진단 시스템 등에 적용되면서, 바이오센서를 통해 측정되는 측정값의 정확성과 재현성을 개선하는 기술에 대한 관심과 요청이 급증하고 있다.Generally, an electrochemical biosensor is an electrochemical biosensor that uses an electrode coated with a biologically specific reactant such as an enzyme, an antigen, an antibody, a hormone, and the like, Means an apparatus that outputs an electrical signal according to a chemical reaction. That is, an electrochemical biosensor is a device that provides specific information about a bio material as a current value or a voltage value. Recently, as these biosensors have been applied to blood glucose measurement systems and various kinds of precision medical diagnosis systems, there is a growing interest and demand for techniques for improving the accuracy and reproducibility of measured values measured by a biosensor.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2004-0028437호, 한국 공개특허공보 제10-2014-0005156호 등에 개시된 바와 같이, 타깃 바이오 물질과의 전기화학 반응을 위한 반응 물질을 바이오센서의 전극에 고정하여 사용하는 기존 기술은, 실제 제조시 액상의 반응 물질을 전극 상에 도포한 후 건조하는 공정을 거치기 때문에, 건조 과정에서 발생하는 커피링 효과(coffee ring effect)로 인해 반응 물질 입자들이 반응 물질 도포 영역의 가장자리 부분에 불균일하게 편중됨은 물론, 편중되는 입자의 양이나 밀도 등도 바이오센서마다 상이하게 되어, 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 떨어뜨리고, 측정값의 신뢰성을 보장할 수 없게 되는 문제가 있다.However, as disclosed in Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2004-0028437 and 10-2014-0005156, a reaction material for an electrochemical reaction with a target biomaterial is fixed to an electrode of a biosensor In the conventional technology, since the liquid material is applied on the electrode in the actual manufacturing process and then dried, the reactant particles are dispersed in the reactive material application region due to the coffee ring effect generated in the drying process. The amount and density of biased particles are different for each biosensor as well as the accuracy and reproducibility of the measurement value using the biosensor are deteriorated and the reliability of the measurement value can not be guaranteed .
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 바이오센서의 실제 제조 과정에서 발생하는 커피링 효과나 제조 공차에 불구하고 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 개선하고 측정값의 신뢰성을 보장하는 바이오센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a biosensor that improves the accuracy and reproducibility of measured values using a biosensor and ensures the reliability of measured values, .
본 발명의 일 실시예에 따른 커피링 효과에 강인한 바이오센서는, 기판; 상기 기판의 일면에 각각 도전성 소재로 패터닝된 적어도 하나의 작업 전극과 적어도 하나의 기준 전극; 타깃 바이오 물질과 전기화학 반응을 일으키는 물질을 포함하며, 상기 작업 전극과 기준 전극이 패터닝된 상기 기판의 일면에 일정 면적으로 도포되어 일부분이 상기 작업 전극의 일부에 적층되고 다른 일부분이 상기 기준 전극의 일부에 적층되는 반응 물질층; 및 상기 작업 전극과 기준 전극이 패터닝된 상기 기판의 일면에 적층되며, 상기 반응 물질층이 노출되도록 일정 폭을 가지며 연장된 슬롯을 구비하는 필름층을 포함하고, 상기 작업 전극 및 상기 기준 전극은 각각, 상기 슬롯의 외부 영역에 위치하는 단자부; 상기 슬롯의 내부 영역에 위치하고, 일정 폭을 가지며 상기 슬롯의 폭 방향으로 일정 길이만큼 연장되되 길이 방향 양측 말단이 각각 상기 슬롯의 폭 방향으로 대향하고 있는 상기 슬롯의 측벽과 일정 간격을 두고 이격된 반응부; 및 상기 반응부보다 좁은 폭을 가지며 상기 반응부에서 연장되어 상기 단자부에 연결된 연결부를 포함한다.A biosensor robust against a coffee ring effect according to an embodiment of the present invention includes: a substrate; At least one working electrode and at least one reference electrode patterned on a surface of the substrate, respectively, with a conductive material; Wherein the working electrode and the reference electrode are coated with a predetermined area on one surface of the substrate on which the working electrode and the reference electrode are patterned and a part of the working electrode is stacked on a part of the working electrode, A layer of reactive material deposited on a portion; And a film layer stacked on one surface of the substrate on which the working electrode and the reference electrode are patterned and having a slot having a predetermined width so as to expose the reactive material layer, A terminal portion located in an outer region of the slot; A plurality of spaced-apart reaction slots spaced apart from the sidewalls of the slots, each slot having a predetermined width and extending in a widthwise direction of the slots, part; And a connection part having a narrower width than the reaction part and extending from the reaction part and connected to the terminal part.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서는, 상기 슬롯의 폭이 Ws이고 상기 슬롯의 측벽과 대향하는 상기 반응부의 길이 방향 말단과 상기 측벽 간의 간격이 d일 때, 아래의 수학식 1을 만족하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the biosensor is configured such that when the width of the slot is Ws and the distance between the longitudinal end of the reaction part facing the sidewall of the slot and the sidewall is d, .
[수학식 1][Equation 1]
0.075Ws ≤ d ≤ 0.2Ws0.075Ws? D? 0.2Ws
일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서는, 상기 반응부의 폭이 Wr이고 상기 연결부의 폭이 Wc일 때, 아래의 수학식 2를 만족하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the biosensor may be configured to satisfy the following equation (2) when the width of the reaction part is Wr and the width of the connection part is Wc.
[수학식 2]&Quot; (2) "
0.2Wr ≤ Wc ≤ 0.5Wr0.2 Wr? Wc? 0.5 Wr
일 실시예에 있어서, 상기 작업 전극 및 상기 기준 전극은 각각, 상기 연결부와 동일한 폭을 가지며 상기 반응부에서 연장되어 말단이 상기 슬롯의 외부 영역에 위치하는 연장부를 더 포함하고, 상기 연결부와 상기 연장부는, 상기 반응부에서 각각 상기 슬롯의 폭 방향으로 연장되되 서로 반대 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the working electrode and the reference electrode each further include an extension having the same width as the connection portion and extending from the reaction portion and having an end located in an outer region of the slot, May be configured to extend in the width direction of the slot in the reaction part, respectively, and extend in opposite directions to each other in the reaction part.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서는, 상기 슬롯의 폭이 Ws이고 상기 연장부의 길이가 Le일 때, 아래의 수학식 3을 만족하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the biosensor may be configured to satisfy Equation (3) below when the width of the slot is Ws and the length of the extension is Le.
[수학식 3]&Quot; (3) "
0.2Ws < Le ≤ 0.4Ws0.2Ws <Le? 0.4Ws
일 실시예에 있어서, 상기 슬롯의 폭은, 1.5 mm 이상 3 mm 이하의 범위에 해당하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the width of the slot may be configured to correspond to a range of 1.5 mm to 3 mm.
본 발명에 따르면, 타깃 바이오 물질이 유입되는 바이오센서의 슬롯 내부 영역에 위치하여 반응 물질이 도포되는 전극의 반응부가, 슬롯의 측벽들과 일정 간격을 두고 이격되어 슬롯의 측벽 근처에 위치하는 반응 물질의 가장자리 부분과 접촉하지 않도록 구성됨으로써, 전극에 도포되는 반응 물질의 가장자리를 따라 반응 물질 입자들이 불균일하게 편중되는 커피링 효과에 불구하고 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 개선하고 측정값의 신뢰성을 보장할 수 있다.According to the present invention, a reaction part of an electrode to which a reactive material is applied is located in an area of a slot of a biosensor into which a target biomaterial is introduced, a reaction part which is spaced apart from the sidewalls of the slot, It is possible to improve the accuracy and reproducibility of the measurement value using the biosensor in spite of the coffee ring effect that the reactant particles are unevenly distributed along the edge of the reactive substance applied to the electrode, Reliability can be assured.
또한, 전극의 반응부에서 슬롯의 폭 방향으로 연장되어 전극의 단자부에 연결되는 연결부와 함께, 전극의 반응부에서 상기 연결부와 반대 방향으로 연장되어 말단이 슬롯의 외부 영역에 위치하는 연장부가 마련됨으로써, 슬롯을 가진 필름층을 기판에 적층하는 과정에서 슬롯의 폭 방향으로 공차가 발생하는 경우에도 슬롯 내부 영역에 위치하는 전극의 면적을 일정하게 유지할 수 있으며, 그 결과 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 더욱 개선할 수 있다.In addition, an extension part extending in the width direction of the slot in the reaction part of the electrode and connected to the terminal part of the electrode is provided in the reaction part of the electrode so as to extend in the direction opposite to the connection part, , The area of the electrode located in the slot area can be kept constant even when tolerance is generated in the width direction of the slot in the process of laminating the film layer having the slot on the substrate. As a result, And reproducibility can be further improved.
또한, 바이오센서의 슬롯과 전극 간의 구조적 상관관계와, 전극의 반응부, 연결부 및 연장부 간의 구조적 상관관계에 대하여, 새로운 자재나 물질의 적용 없이 바이오센서를 이용한 측정값의 재현성을 높은 수준으로 유지할 수 있는 최적화된 수치 범위가 제공됨으로써, 바이오센서의 설계를 용이하게 하고 바이오센서의 제조에 요구되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.Further, regarding the structural correlation between the slot and the electrode of the biosensor and the structural correlation between the electrode reaction part, the connection part and the extension part, the reproducibility of the measurement value using the biosensor can be maintained at a high level without applying new materials or materials By providing an optimized numerical range, it is possible to facilitate the design of the biosensor and reduce the time and cost required for manufacturing the biosensor.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various embodiments of the present invention can be accomplished without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피링 효과에 강인한 바이오센서를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 바이오센서를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 전극 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 일반적 구조의 전극에 도포된 반응 물질층을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 전극에 도포된 반응 물질층을 나타낸 도면이다.
도 6은 연장부를 포함하지 않은 전극이 패터닝된 기판에 필름층을 적층한 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 연장부를 포함하지 않은 전극이 패터닝된 기판에 필름층을 적층한 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 연장부를 포함한 전극이 패터닝된 기판에 필름층을 적층한 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 연장부를 포함한 전극이 패터닝된 기판에 필름층을 적층한 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 슬롯 측벽과 전극의 반응부 간 간격에 따른 바이오센서의 변동계수를 나타낸 그래프이다.
도 11은 전극의 연결부 폭에 따른 바이오센서의 변동계수를 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view illustrating a biosensor robust to a coffee ring effect according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view showing the biosensor of FIG.
3 is a view illustrating an electrode structure of a biosensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a reactive material layer applied to electrodes of a general structure.
5 is a view illustrating a layer of a reactive material applied to an electrode of a biosensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an example in which a film layer is laminated on a substrate on which electrodes having no extension portion are patterned.
7 is a view showing another example in which a film layer is laminated on a substrate on which an electrode not including an extension portion is patterned.
8 is a view showing an example in which a film layer is laminated on a substrate on which an electrode including an extended portion is patterned.
9 is a view showing another example in which a film layer is laminated on a substrate on which an electrode including an extension portion is patterned.
10 is a graph showing the coefficient of variation of the biosensor according to the interval between the reaction part of the slot side wall and the electrode.
11 is a graph showing the coefficient of variation of the biosensor according to the connection width of the electrode.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to clarify solutions for technical problems of the present invention. In the following description of the present invention, however, the description of related arts will be omitted if the gist of the present invention becomes obscure. In addition, terms used in this specification are defined in consideration of the functions of the present invention, and they may vary depending on the intention or custom of a designer, a manufacturer, and the like. Therefore, the definitions of the following terms should be based on the contents throughout this specification.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피링 효과에 강인한 바이오센서(100)가 사시도로 도시되어 있다.FIG. 1 is a perspective view of a
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서(100)는 기판(110), 전극(120, 130), 반응 물질층(140) 및 필름층(150) 등을 포함하며, 실시예에 따라 외부 필름층(160) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 바이오센서(100)는 기판(110)의 일면에 전극(120, 130), 반응 물질층(140), 필름층(150), 외부 필름층(160) 등이 적층된 적층 구조를 가질 수 있다.1, a
기판(110)에 적층되는 필름층(150)에는 분석 대상인 타깃 바이오 물질이 입력되는 슬롯(slot)(152)이 마련된다. 또한, 필름층(150)에 적층되는 외부 필름층(160)에는 타깃 바이오 물질이 슬롯(152)에 유입됨에 따라 슬롯(152)의 내부 공기를 배출하는 배출구(162)가 마련될 수 있다. 타깃 바이오 물질과 전기화학 반응을 일으키는 물질을 포함하는 반응 물질층(140)은, 전체 기판(110) 중 슬롯(152)의 내부 영역에 대응하는 기판 부분에 도포되어 적층된다.A
한편, 본 명세서에서 ‘바이오 물질’은, 전기화학적 테크닉들 중 암페로메트리(amperometry)를 적용하여 그 특성을 정량적으로 측정할 수 있는 모든 바이오 물질을 포함하는 의미이다. 예컨대, 타깃 바이오 물질은 혈액, 타액, 세포, 유전자 등과 같은 생체 물질이거나, 생화학 물질이거나, 생체 물질 또는 생화학 물질로부터 유래된 물질일 수 있다.In the present specification, 'biomaterial' is meant to include all biomaterials capable of quantitatively measuring the characteristics of amorphometry applied to electrochemical techniques. For example, the target biomaterial may be a biological material such as blood, saliva, a cell, a gene, or the like, a biochemical material, or a biomaterial or a material derived from a biochemical material.
도 2에는 도 1의 바이오센서(100)가 분해 사시도로 도시되어 있다.2 is an exploded perspective view of the
도 2에 도시된 바와 같이, 기판(110)은 바이오센서(100)의 기저층에 해당하는 것으로서, 절연성 소재로 구성될 수 있다. 이러한 기판(110)의 일면에 적어도 하나의 작업 전극(120)과 적어도 하나의 기준 전극(130)이 도전성 소재로 패터닝된다. 예컨대, 작업 전극(120)과 기준 전극(130)은 탄소잉크를 사용하는 스크린 프린트 공정을 통해 기판(110)의 일면에 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the
반응 물질층(140)은, 타깃 바이오 물질과 전기화학 반응을 일으키는 물질을 포함하며, 작업 전극(120)과 기준 전극(130)이 패터닝된 기판(110)의 일면에 일정 면적으로 도포되어, 그 일부분이 작업 전극(120)의 일부에 적층되고 다른 일부분이 기준 전극(130)의 일부에 적층된다.The
필름층(150)은, 작업 전극(120)과 기준 전극(130)이 패터닝된 기판(110)의 일면에 적층되며, 반응 물질층(140)이 노출되도록 일정 폭을 가지며 연장된 슬롯(152)을 구비한다. 이 경우, 슬롯(152)은 필름층(150)의 수평 방향 단면상, 필름층(150)의 가장자리에 개구를 가지고 필름층(150)의 중심부 측으로 일정 폭을 가지면 만입된 ‘U’자형 홈으로 구성될 수 있다. 반응 물질층(140)과 필름층(150) 간의 적층 순서는 실시예에 따라 적절히 변경될 수 있다.The
외부 필름층(160)은, 필름층(150)에 적층되어 반응 물질층(140)이 위치한 슬롯(152)의 내부 공간을 보호하도록 구성된다. 외부 필름층(160)에 형성된 배출구(162)는, 타깃 바이오 물질이 모세관 현상 등에 의해 슬롯(152)의 내부 공간으로 유입됨에 따라 슬롯(152)의 내부 공기가 외부로 배출되도록, 슬롯(152)의 말단부와 연통되는 위치에 형성될 수 있다. 이러한 외부 필름층(160)은 친수성 소재로 구성될 수 있다. 외부 필름층(160)이 친수성 소재로 구성되는 경우, 수분을 함유한 타깃 바이오 물질의 유입을 용이하게 할 수 있다.The
상술한 바이오센서(100)를 이용하여 타깃 바이오 물질의 특성을 측정하는 측정 시스템은, 전기화학적 테크닉들 중 암페로메트리(amperometry)를 적용하여 타깃 바이오 물질의 특성을 정량적으로 측정할 수 있다. 즉, 상기 측정 시스템은 바이오센서(100)의 작업 전극(120)에 일정한 크기의 전압을 인가하고, 바이오센서(100)에 입력된 타깃 바이오 물질의 농도나 함량 등에 비례하여 바이오센서(100)에서 발생하는 산화-환원 전류의 크기를 측정함으로써, 타깃 바이오 물질에 대한 정량화된 측정값을 제공할 수 있다.The measurement system for measuring the characteristics of the target biomaterial using the
예컨대, 바이오센서(100)가 혈당 측정 시스템에 이용되는 혈당 센서로 구성되는 경우, 반응 물질층(140)은 혈액에 포함된 당과 반응하는 GOx(glucose oxidase)나 GDH(glucose dehydrogenase) 등의 효소와, 효소 반응시 전자를 받아 환원되는 전자 전달 매개체 등이 혼합된 반응 물질로 구성될 수 있다. 이 경우, 반응 물질에는 당과 반응하여 매개체에 전자를 공급하는 역할을 하는 GOx나 GDH 등의 효소가 1000~5000 U/ml 농도로 포함되고, 효소와 작업 전극(120) 간의 전자 전달 매개체 역할을 하는 페리시아나이드(ferricyanide), 루테늄(ruthenium) 또는 오스뮴(osmium) 계열의 화합물이 100~500 mM 포함될 수 있다. 또한, 반응 물질에는 효소의 활성도를 유지해주는 BSA(Bovine serum albumin)가 0.1~10 wt%로 포함되고, 액상의 반응 물질이 전극(120, 130) 위에 잘 퍼지도록 도와주는 TritonX-100나 Tween-20 등의 계면활성제가 0.1~2 wt%로 포함되고, 반응 물질의 고정을 도와주는 PEG(Polyethyleneglycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone), 또는 아가로스(Agarose) 등과 같은 고정제가 0.1~1 wt%로 포함될 수 있다.For example, when the
상술한 바이오센서(100)를 이용한 혈당 측정 시스템은, 바이오센서(100)에서 혈당과 효소의 반응으로 인해 발생되는 전자들을 직접 측정하는 것이 아니라, 해당 전자들을 받아 환원된 전자 전달 매개체가 다시 산화되면서 발생하는 산화-환원 전류의 크기, 즉 바이오센서(100)의 작업 전극(120)을 통해 출력되는 전류의 크기를 측정함으로써 혈당량을 측정하게 된다.The blood glucose measurement system using the
한편, 암페로메트리를 적용한 바이오센서의 시간별 전류값 i(t)은, 아래와 같은 코트렐 식(Cottrell's equation)을 통해 산출될 수 있다.On the other hand, the current value i (t) of the biosensor applying amperometry over time can be calculated through the Cottrell's equation as follows.
[코트렐 식][Cotrel type]
i(t) = (nFAD1/2C0) / (πt)1/2 i (t) = (nFAD 1/2 C 0 ) / (tt) 1/2
코트렐 식에서, n은 전기화학 반응에 참여하는 전자 수, F는 패러데이 상수, A는 전극 면적, D는 확산 계수, C0는 물질(환원된 매개체)의 초기 농도, π는 원주율, t는 시간이다.In the Coctrel equation, n is the number of electrons involved in the electrochemical reaction, F is the Faraday constant, A is the electrode area, D is the diffusion coefficient, C 0 is the initial concentration of the material (reduced medium) .
코트렐 식에 나타난 바와 같이, 바이오센서의 전류값은 반응에 참여하는 전자의 수(n)와 전극의 면적(A)을 각각 인자로 하여 결정된다. 따라서, 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 개선하기 위해서는, 커피링 효과로 인해 반응 물질 입자가 예측 불가능하게 편중되는 반응 물질층(140)의 가장자리 부분이 전기화학 반응에 참여하는 것을 방지하는 한편, 전기화학 반응에 사용되는 전극의 면적을 일정하게 유지할 필요가 있다.As shown in the Coctrel equation, the current value of the biosensor is determined by taking the number (n) of electrons participating in the reaction and the area (A) of the electrode as factors, respectively. Accordingly, in order to improve the accuracy and reproducibility of the measurement value using the biosensor, it is necessary to prevent the edge portion of the
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서(100)의 작업 전극(120)과 기준 전극(130)은 각각, 단자부(122, 132), 반응부(124, 134) 및 연결부(126, 136)를 포함하며, 실시예에 따라 연장부(128, 138)를 더 포함할 수 있다.The working
단자부(122, 132)는, 기판(110)에 적층된 필름층(150)에 형성되어 있는 슬롯(152)의 외부 영역에 위치하며, 외부 회로와 전기적으로 연결되도록 구성된다. 단자부(122, 132)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.The
반응부(124, 134)는, 상기 슬롯(152)의 내부 영역에 위치하고, 일정 폭을 가지며 슬롯(152)의 폭 방향으로 일정 길이만큼 연장되되 길이 방향 양측 말단이 각각 슬롯(152)의 폭 방향으로 대향하고 있는 슬롯(152)의 측벽과 일정 간격을 두고 이격되도록 구성된다.The
연결부(126, 136)는, 반응부(124, 134)보다 좁은 폭을 가지며 상기 반응부(124, 134)에서 연장되어 단자부(122, 132)에 연결되도록 구성된다. 이 경우, 연결부(126, 136)의 일 단부는 슬롯(152)의 내부 영역에 위치하게 되고, 연결부(126, 136)의 타 단부는 슬롯(152)의 외부 영역에 위치하게 된다.The
작업 전극(120)과 기준 전극(130)이 각각, 연장부(128, 138)를 더 포함하는 경우, 연장부(128, 138)부는 연결부(126, 136)와 동일한 폭을 가지며 반응부(124, 134)에서 연장되어 말단이 슬롯(152)의 외부 영역에 위치하도록 구성된다. 이 경우, 연결부(126, 136)부와 연장부(128, 138)부는, 반응부(124, 134)에서 각각 슬롯(152)의 폭 방향으로 연장되되 서로 반대 방향으로 연장되도록 구성된다.When the working
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서(100)의 전극 구조가 도시되어 있다.3 shows an electrode structure of the
도 3에 도시된 바와 같이, 각 전극(120, 130)의 반응부(124, 134)는, 슬롯(152)의 내부 영역에 위치하며, 일정 폭을 가지며 슬롯(152)의 폭 방향으로 일정 길이만큼 연장되되, 그 길이 방향 양측 말단이 각각 슬롯(152)의 폭 방향으로 대향하고 있는 슬롯(152)의 측벽과 일정 간격(d1, d2)을 두고 이격되도록 구성된다.3, the
이 경우, 반응부(124, 134)와 슬롯(152)의 측벽 간의 간격(d1, d2)은, 슬롯(152)의 내부 영역에 도포되어 건조되는 반응 물질층(140)의 가장자리 부분이 반응부(124, 134)와 직접 접촉하지 않으면서도, 반응부(124, 134)의 면적이 지나치게 작아지지 않는 범위에서 결정되어야 한다. 이를 위해, 슬롯(152)의 측벽과 대향하는 반응부(124, 134)의 길이 방향 말단과 해당 측벽 간의 간격은, 아래의 수학식 1을 만족하는 범위 내에서 결정될 수 있다.In this case, the spaces d1 and d2 between the
[수학식 1][Equation 1]
0.075Ws ≤ d ≤ 0.2Ws [mm]0.075Ws? D? 0.2Ws [mm]
수학식 1에서, Ws는 슬롯(152)의 폭, d는 슬롯(152)의 측벽과 대향하는 반응부(124, 134)의 길이 방향 말단과 해당 측벽 간의 간격이다. 이 경우, 슬롯(152)의 폭(Ws)은, 1.5 mm 이상 3 mm 이하의 범위에 해당하는 크기를 가질 수 있다.In Equation 1, Ws is the width of the
도 3에서, d1과 d2는 각각, 0.075Ws 이상 0.2Ws 이하 범위에 해당하는 크기를 가진다. d1과 d2가 0.075Ws보다 작은 경우, 커피링 효과로 인해 반응 물질 입자가 불균일하게 편중된 반응 물질층(140)의 가장자리 부분이, 반응부(124, 134) 상에 접촉하여 타깃 바이오 물질과의 산화환원 반응에 참여하게 됨으로써, 바이오센서(100)를 이용한 측정값의 재현성을 떨어뜨리게 된다. 또한, d1과 d2가 0.2Ws보다 큰 경우, 반응부(124, 134)의 면적이 지나치게 작아져 바이오센서(100)의 출력 전류가 감소하게 되고, 그 결과 바이오센서(100)를 이용한 측정값의 정확도를 오히려 떨어뜨리게 된다.In Fig. 3, d1 and d2 have a size corresponding to a range of 0.075 Ws to 0.2 Ws, respectively. When d1 and d2 are smaller than 0.075 Ws, the edge portions of the
앞서 언급한 바와 같이, 전극(120, 130)의 연결부(126, 136)는, 반응부(124, 134)에서 상기 반응부(124, 134)보다 좁은 폭을 가지며 연장되어 단자부(122, 132)에 연결되도록 구성된다.The
이 경우, 연결부(126, 136)의 폭(Wc)은, 반응 물질층(140)의 가장자리 부분과의 접촉 면적을 최소화하면서도, 구현이 용이하고 단선이 발생하지 않는 범위에서 결정되어야 한다. 이를 위해, 연결부(126, 136)의 폭(Wc)은 아래의 수학식 2를 만족하는 범위 내에서 결정될 수 있다.In this case, the width Wc of the
[수학식 2]&Quot; (2) "
0.2Wr ≤ Wc ≤ 0.5Wr [mm]0.2 Wr? Wc? 0.5 Wr [mm]
수학식 2에서, Wr은 반응부(124, 134)의 폭, Wc는 연결부(126, 136)의 폭이다. 이 경우, 작업 전극(120)의 반응부(124) 폭은 0.2 mm 이상 3 mm 이하의 범위에 해당하는 크기를 가질 수 있으며, 기준 전극(130)의 반응부(134) 폭은 0.2mm 이상 4.5 mm 이하의 범위에 해당하는 크기를 가질 수 있다.In Equation (2), Wr is the width of the reacting
도 3에서, 연결부(126)의 폭(Wc)은 0.2Wr 이상 0.5Wr 이하의 범위에 해당하는 크기를 가진다. 연결부(126)의 폭(Wc)이 0.2Wr보다 작은 경우, 실제 구현이 곤란하고 제조 불량이나 단선을 초래하게 된다. 또한, 연결부(126)의 폭(Wc)이 0.5Wr보다 큰 경우, 반응 물질층(140)의 가장자리 부분과 연결부(126) 사이의 접촉 면적이 증가하여, 바이오센서(100)를 이용한 측정값의 재현성을 떨어뜨리게 된다.3, the width Wc of the connecting
한편, 작업 전극(120)과 기준 전극(130)이 각각, 반응부(124, 134)에서 연결부(126, 136)와 반대 방향으로 연장된 연장부(128, 138)를 더 포함하는 경우, 연장부(128, 138)는 연결부(126, 136)와 동일한 폭을 가지도록 구성될 수 있다.On the other hand, in the case where the working
도 4는 일반적 구조의 전극(12, 14)에 도포된 반응 물질층(16)이 도시되어 있다.Figure 4 shows a layer of
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 형성된 일반적 구조의 전극(12, 14) 위에 도포된 반응 물질 용액이 건조되어 반응 물질층(16)이 형성되는 경우, 건조 과정에서 발생하는 커피링 효과(coffee ring effect)로 인해 반응 물질 입자들이 반응 물질층(16)의 가장자리를 따라 불균일하게 편중되고, 편중되는 입자의 양이나 밀도 등도 바이오센서마다 상이하게 된다. 일반적 구조의 전극(12, 14)은 이러한 반응 물질층(16)의 가장자리 부분과 접촉하는 부분들(x1 내지 x4)의 면적이 크기 때문에, 반응 물질층(16)의 가장자리 부분이 타깃 바이오 물질과의 전기화학 반응 또는 산화환원 반응에 상당한 비율로 참여하게 되고, 그 결과, 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 떨어뜨리고, 측정값의 신뢰성을 보장할 수 없게 된다.As shown in FIG. 4, when the reactant solution coated on the
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 전극(120, 130)에 도포된 반응 물질층(140)을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a view illustrating a
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 경우, 기판(110)에 도포된 반응 물질 입자들이 커피링 효과로 인해 반응 물질층(140)의 가장자리를 따라 불균일하게 편중되더라도, 반응 물질층(140)의 가장자리 부분과 접촉하는 연결부(126, 136)와 연장부(128, 138)의 부분들(y1 내지 y4)의 면적이 작기 때문에, 타깃 바이오 물질과의 산화환원 반응에는 주로 전극(120, 130)의 반응부(124, 134)와 접촉하는 반응 물질층(140)의 중심 부분이 참여하게 되고, 반응 물질층(140)의 가장자리 부분은 측정값에 영향을 주지 않는 매우 낮은 비율로 참여하게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 개선하고, 측정값의 신뢰성을 보장할 수 있다.5, in the present invention, even though the reactant particles applied to the
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 기판(110)에 패터닝된 작업 전극(120)과 기준 전극(130)은 각각, 연결부(126, 136)와 동일한 폭을 가지며 반응부(124, 134)에서 연장되어 말단이 슬롯(152)의 외부 영역에 위치하도록 구성된 연장부(128, 138)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 연결부(126, 136)부와 연장부(128, 138)는, 반응부(124, 134)에서 각각 슬롯(152)의 폭 방향으로 연장되되 서로 반대 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다.3, the working
이와 같이 바이오센서(100)의 전극(120, 130)에 연장부(128, 138)를 마련하는 이유는, 슬롯(152)을 가진 필름층(150)을 기판(110)에 적층하는 과정에서 슬롯(152)의 폭(Ws) 방향으로 공차가 발생하는 경우에도 슬롯(152)의 내부 영역에 위치하는 전극의 면적을 일정하게 유지하여, 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 더욱 개선하기 위함이다.The reason why the
이를 위해, 연장부(128, 138)의 길이(Le)는, 아래의 수학식 3의 범위를 만족하도록 결정될 수 있다.To this end, the length Le of the
[수학식 3]&Quot; (3) "
0.2Ws < Le ≤ 0.4Ws [mm]0.2Ws <Le? 0.4Ws [mm]
수학식 3에서, Ws는 슬롯(152)의 폭, Le는 연장부(128, 138)의 길이이다.In Equation (3), Ws is the width of the
기판(110)에 필름층(150)을 적층하는 과정에서 슬롯(152)의 폭(Ws) 방향으로 공차가 발생하는 경우에도, 슬롯(152)의 내부 영역에 위치하는 전극의 면적을 일정하게 유지하기 위해서는, 연장부(128, 138)가 슬롯(152)의 외부 영역에 일정 길이(l0)의 마진을 가지고 있어야 한다. 따라서, 연장부(128, 138)의 길이(Le)는, 적어도 d1 또는 d2의 최대치인 0.2Ws보다 길어야 한다. 또한, 필름층(150) 적층 시의 공차는 전극(120, 130)의 반응부(124, 134)가 슬롯(152)의 내부 영역에 위치하는 경우에만 허용되는 것이므로, 연장부(128, 138)의 길이(Le)는 d1+d2의 최대치인 0.4Ws보다 길 필요는 없다.Even when a tolerance is generated in the direction of the width Ws of the
한편, 도 3에서, 작업 전극(120)의 연결부(126)는 그 연장부(128)보다 짧지 않으면서 기준 전극(130)의 연장부(138)보다 길게 형성되어야 한다. 또한, 기준 전극(130)의 연결부(136)도 그 연장부(138)보다 짧지 않게 형성되어야 한다.3, the connecting
도 6에는 연장부를 포함하지 않은 전극(120a)이 패터닝된 기판(110a)에 필름층(150a)을 적층한 일례가 도시되어 있다.FIG. 6 shows an example in which a
도 7에는 연장부를 포함하지 않은 전극(120a)이 패터닝된 기판(110a)에 필름층(150a)을 적층한 다른 일례가 도시되어 있다.7 shows another example in which the
도 6에 도시된 바와 같이, 단자부(122a), 반응부(124a) 및 연결부(126a) 만으로 구성된 전극(120a)이 패터닝된 기판(110a)에, 필름층(150a)이 적층되는 과정에서 좌측으로 공차가 발생하는 경우, 필름층(150)의 슬롯 내부 영역에 위치하는 연결부(126a)의 면적(Sa)이 좁아져서, 전기화학 반응에 사용되는 전극 면적이 감소하게 된다.6, when the
반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 단자부(122a), 반응부(124a) 및 연결부(126a) 만으로 구성된 전극(120a)이 패터닝된 기판(110a)에, 필름층(150a)이 적층되는 과정에서 우측으로 공차가 발생하는 경우, 필름층(150)의 슬롯 내부 영역에 위치하는 연결부(126a)의 면적(Sa')이 넓어져서, 전기화학 반응에 사용되는 전극 면적이 증가하게 된다.7, in the process of stacking the
이와 같이, 바이오센서의 전극이 상술한 연장부를 포함하지 않는 경우, 바이오센서의 제조시 발생하는 공차로 인해 전기화학 반응에 사용되는 전극 면적이 바이오센서마다 달라진다.When the electrode of the biosensor does not include the extension portion, the electrode area used for the electrochemical reaction differs from one biosensor to another because of the tolerance generated in manufacturing the biosensor.
도 8에는 연장부(128)를 포함한 전극(120)이 패터닝된 기판(110)에 필름층(150)을 적층한 일례가 도시되어 있다.8 shows an example in which a
도 9에는 연장부(128)를 포함한 전극(120)이 패터닝된 기판(110)에 필름층(150)을 적층한 다른 일례가 도시되어 있다.9 shows another example in which the
도 8에 도시된 바와 같이, 단자부(122), 반응부(124), 연결부(126), 및 연장부(128)를 포함한 전극(120)이 패터닝된 기판(110)에, 필름층(150)이 적층되는 과정에서 좌측으로 공차가 발생하는 경우, 필름층(150)의 슬롯 내부 영역에 위치하는 연결부(126)의 면적(S2)은 좁아지지만, 필름층(150)의 슬롯 내부 영역에 위치하는 연장부(128)의 면적(S1)은 넓어지게 된다. 연결부(126)와 연장부(128)는 동일한 폭을 가지므로, 전기화학 반응에 사용되는 전극 면적은 공차에 불구하고 일정하게 유지된다.The
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 단자부(122), 반응부(124), 연결부(126), 및 연장부(128)를 포함한 전극(120)이 패터닝된 기판(110)에, 필름층(150)이 적층되는 과정에서 우측으로 공차가 발생하는 경우, 필름층(150)의 슬롯 내부 영역에 위치하는 연결부(126)의 면적(S2')은 넓어지지만, 필름층(150)의 슬롯 내부 영역에 위치하는 연장부(128)의 면적(S1')은 좁아지게 된다. 연결부(126)와 연장부(128)는 동일한 폭을 가지므로, 전기화학 반응에 사용되는 전극 면적은 공차에 불구하고 일정하게 유지된다.9, an
이와 같이, 바이오센서의 전극이 상술한 연장부를 포함하는 경우, 바이오센서의 제조시 발생하는 공차에 불구하고, 전기화학 반응에 사용되는 전극 면적이 모든 바이오센서에서 일정하게 유지되며, 그 결과 바이오센서를 이용한 측정값의 재현성을 높은 수준으로 보장할 수 있게 된다.In this way, when the electrode of the biosensor includes the above-described extension, the electrode area used for the electrochemical reaction is kept constant in all the biosensors, regardless of the tolerance generated in manufacturing the biosensor, It is possible to ensure the reproducibility of the measured values using a high level.
이하, 변동계수(coefficient of variation) 측정 실험 결과를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 재현성 개선 효과를 검증한다.Hereinafter, the reproducibility improvement effect of the biosensor according to one embodiment of the present invention will be verified with reference to the experimental results of the measurement of the coefficient of variation.
변동계수는, 바이오센서로 측정된 혈당값들로 이루어진 모집단의 표준편차를 모집단의 평균치에 대한 백분율로 나타낸 것으로서, 그 크기가 작을수록 재현성이 높다는 것을 의미한다.The coefficient of variation indicates the standard deviation of the population consisting of blood glucose values measured by the biosensor as a percentage of the average value of the population, and the smaller the size, the higher the reproducibility.
변동계수 측정 실험에서는, 전체적으로 도 2와 같은 구조를 가지며 혈당 센서로서 구성된 바이오센서들을 사용하였으며, 타깃 바이오 물질로서 혈당량 119 mg/dL의 저혈당 혈액과 혈당량 299 mg/dL의 고혈당 혈액을 사용하였다.In the experiment of measuring the coefficient of variation, a biosensor having a structure as shown in FIG. 2 as a whole and using a biosensor constructed as a blood glucose sensor was used. Hypoglycemia blood having a blood glucose level of 119 mg / dL and high blood glucose blood glucose having a blood glucose level of 299 mg / dL were used as a target biomaterial.
도 10에는 슬롯의 측벽과 전극의 반응부 간 간격에 따른 바이오센서의 변동계수가 그래프로 도시되어 있다. 도 10과 관련된 실험에서는, 바이오센서별로 슬롯의 폭(Ws)을 일정하게 유지하고 전극의 반응부 길이를 변경하면서, 혈당량 119 mg/dL의 저혈당 혈액에 대해서는 30회씩, 혈당량 299 mg/dL의 고혈당 혈액에 대해서는 20회씩 혈당량 측정을 진행하였다.FIG. 10 is a graph showing the variation coefficient of the biosensor according to the interval between the side wall of the slot and the reaction part of the electrode. In the experiment related to Fig. 10, while maintaining the width Ws of the slot for each biosensor constantly and changing the length of the reaction part of the electrode, the hypoglycemia blood having a blood sugar level of 119 mg / dL was administered 30 times with a blood glucose level of 299 mg / Blood was measured 20 times for blood.
도 10에 도시된 바와 같이, 슬롯의 측벽과 전극의 반응부 사이의 간격(d1, d2)이 슬롯의 폭(Ws)에 대하여 0.05Ws 이상으로 커지면, 고혈당 혈액은 물론 저혈당 혈액에 대해서도 측정값들의 변동계수가 4% 이내의 값을 가지며 높은 수준의 재현성을 나타냄을 알 수 있다. 특히, 상기 간격(d1, d2)이 슬롯(152)의 폭(Ws)에 대하여 0.075Ws 이상 0.2Ws 이하 범위에 해당하는 경우, 변동계수가 3% 이내의 값을 가지며 상대적으로 더 높은 수준의 재현성을 나타냄을 알 수 있다. 다만, 상기 간격(d1, d2)이 0.2Ws보다 커지면 전극의 반응부 면적이 지나치게 감소되어 재현성이 오히려 떨어짐을 알 수 있다.As shown in FIG. 10, when the intervals d1 and d2 between the sidewalls of the slots and the reacting portions of the electrodes become larger than the width Ws of the slot by 0.05 Ws or more, It can be seen that the coefficient of variation has a value within 4% and shows a high level of reproducibility. Particularly, when the intervals d1 and d2 fall within the range of 0.075 Ws to 0.2 Ws with respect to the width Ws of the
도 11에는 전극의 연결부 폭에 따른 바이오센서의 변동계수를 나타낸 그래프이다. 도 11과 관련된 실험에서는, 바이오센서별로 전극의 반응부 폭(Wr)을 일정하게 유지하고 전극의 연결부와 연장부의 폭(Wc)을 변경하면서, 혈당량 119 mg/dL의 저혈당 혈액에 대해서는 30회씩, 혈당량 299 mg/dL의 고혈당 혈액에 대해서는 20회씩 혈당량 측정을 진행하였다.11 is a graph showing the coefficient of variation of the biosensor according to the connection width of the electrode. In the experiment related to Fig. 11, 30 times for hypoglycemic blood having a blood glucose level of 119 mg / dL, while maintaining the reaction width Wr of the electrode constant for each biosensor and changing the width Wc of the connecting portion and the extension portion of the electrode, The blood glucose level was measured 20 times for hyperglycemic blood having a blood sugar level of 299 mg / dL.
도 11에 도시된 바와 같이, 연결부와 연장부의 폭(Wc)이 반응부 폭(Wr)에 대하여 0.5Wr 이하로 작아지면, 고혈당 혈액은 물론 저혈당 혈액에 대해서도 측정값들의 변동계수가 4% 이내의 값을 가지며 높은 수준의 재현성을 나타냄을 알 수 있다. 다만, 연결부와 연장부의 폭(Wc)이 0.2Wr보다 작아지면, 실제 구현이 곤란하고 제조 불량이나 단선을 초래하게 된다. As shown in FIG. 11, if the width Wc of the connecting portion and the extending portion is reduced to 0.5 Wr or less with respect to the width Wr of the reaction portion, the coefficient of variation of measured values is within 4% for hyperglycemic blood as well as hypoglycemic blood Value and high level of reproducibility. However, if the width (Wc) of the connecting portion and the extending portion is less than 0.2 Wr, it is difficult to realize the actual implementation, resulting in manufacturing failure and disconnection.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 타깃 바이오 물질이 유입되는 바이오센서의 슬롯 내부 영역에 위치하여 반응 물질이 도포되는 전극의 반응부가, 슬롯의 측벽들과 일정 간격을 두고 이격되어 슬롯의 측벽 근처에 위치하는 반응 물질의 가장자리 부분과 접촉하지 않도록 구성됨으로써, 전극에 도포되는 반응 물질의 가장자리를 따라 반응 물질 입자들이 불균일하게 편중되는 커피링 효과에 불구하고 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 개선하고 측정값의 신뢰성을 보장할 수 있다.As described above, according to the present invention, a reaction part of an electrode to which a reactive material is applied is located in a region of a slot of a biosensor into which a target biomolecule flows, and the reaction part of the electrode is spaced apart from the sidewalls of the slot, So that the accuracy and reproducibility of the measured value using the biosensor can be improved in spite of the coffee ring effect in which the reactant particles are unevenly biased along the edge of the reactive substance applied to the electrode And the reliability of the measured value can be guaranteed.
또한, 전극의 반응부에서 슬롯의 폭 방향으로 연장되어 전극의 단자부에 연결되는 연결부와 함께, 전극의 반응부에서 상기 연결부와 반대 방향으로 연장되어 말단이 슬롯의 외부 영역에 위치하는 연장부가 마련됨으로써, 슬롯을 가진 필름층을 기판에 적층하는 과정에서 슬롯의 폭 방향으로 공차가 발생하는 경우에도 슬롯 내부 영역에 위치하는 전극의 면적을 일정하게 유지할 수 있으며, 그 결과 바이오센서를 이용한 측정값의 정확성과 재현성을 더욱 개선할 수 있다.In addition, an extension part extending in the width direction of the slot in the reaction part of the electrode and connected to the terminal part of the electrode is provided in the reaction part of the electrode so as to extend in the direction opposite to the connection part, , The area of the electrode located in the slot area can be kept constant even when tolerance is generated in the width direction of the slot in the process of laminating the film layer having the slot on the substrate. As a result, And reproducibility can be further improved.
또한, 바이오센서의 슬롯과 전극 간의 구조적 상관관계와, 전극의 반응부, 연결부 및 연장부 간의 구조적 상관관계에 대하여, 새로운 자재나 물질의 적용 없이 바이오센서를 이용한 측정값의 재현성을 높은 수준으로 유지할 수 있는 최적화된 수치 범위가 제공됨으로써, 바이오센서의 설계를 용이하게 하고 바이오센서의 제조에 요구되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.Further, regarding the structural correlation between the slot and the electrode of the biosensor and the structural correlation between the electrode reaction part, the connection part and the extension part, the reproducibility of the measurement value using the biosensor can be maintained at a high level without applying new materials or materials By providing an optimized numerical range, it is possible to facilitate the design of the biosensor and reduce the time and cost required for manufacturing the biosensor.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.Furthermore, it should be understood that the embodiments according to the present invention can solve various technical problems other than those mentioned in the specification in the related technical field as well as the related art.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to specific embodiments. It will be apparent, however, to one skilled in the art that various modifications may be practiced within the technical scope of the invention. Therefore, the above-described embodiments should be considered from an illustrative point of view, not from a restrictive viewpoint. That is, the scope of the true technical idea of the present invention is shown in the claims, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
100 : 바이오센서 110 : 기판
120 : 작업 전극 130 : 기준 전극
140 : 반응 물질층 150 : 필름층
152 : 슬롯 160 : 외부 필름층100: biosensor 110: substrate
120: working electrode 130: reference electrode
140: Reactive material layer 150: Film layer
152: Slot 160: outer film layer
Claims (6)
상기 작업 전극 및 상기 기준 전극은 각각,
상기 슬롯의 외부 영역에 위치하는 단자부;
상기 슬롯의 내부 영역에 위치하고, 일정 폭을 가지며 상기 슬롯의 폭 방향으로 일정 길이만큼 연장되되 길이 방향 양측 말단이 각각 상기 슬롯의 폭 방향으로 대향하고 있는 상기 슬롯의 측벽과 일정 간격을 두고 이격된 반응부; 및
상기 반응부보다 좁은 폭을 가지며 상기 반응부에서 연장되어 상기 단자부에 연결된 연결부를 포함하는 커피링 효과에 강인한 바이오센서.Board; At least one working electrode and at least one reference electrode patterned on a surface of the substrate, respectively, with a conductive material; Wherein the working electrode and the reference electrode are coated with a predetermined area on one surface of the substrate on which the working electrode and the reference electrode are patterned and a part of the working electrode is stacked on a part of the working electrode, A layer of reactive material deposited on a portion; And a film layer laminated on one surface of the substrate on which the working electrode and the reference electrode are patterned and having a slot having a predetermined width so as to expose the reactive material layer,
Wherein the working electrode and the reference electrode each comprise:
A terminal portion located in an outer region of the slot;
A plurality of spaced-apart reaction slots spaced apart from the sidewalls of the slots, each slot having a predetermined width and extending in a widthwise direction of the slots, part; And
And a connection portion extending from the reaction portion and connected to the terminal portion, the connection portion being narrower in width than the reaction portion.
상기 슬롯의 폭이 Ws이고, 상기 슬롯의 측벽과 대향하는 상기 반응부의 길이 방향 말단과 상기 측벽 간의 간격이 d일 때, 아래의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 커피링 효과에 강인한 바이오센서.
[수학식 1]
0.075Ws ≤ d ≤ 0.2WsThe method of claim 1, wherein
When the width of the slot is Ws and the distance between the longitudinal end of the reaction part facing the side wall of the slot and the sidewall is d, the following equation (1) is satisfied: .
[Equation 1]
0.075Ws? D? 0.2Ws
상기 반응부의 폭이 Wr이고, 상기 연결부의 폭이 Wc일 때, 아래의 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 커피링 효과에 강인한 바이오센서.
[수학식 2]
0.2Wr ≤ Wc ≤ 0.5WrThe method according to claim 1,
Wherein a width of the reaction part is Wr and a width of the connection part is Wc, the following formula (2) is satisfied.
&Quot; (2) "
0.2 Wr? Wc? 0.5 Wr
상기 작업 전극 및 상기 기준 전극은 각각, 상기 연결부와 동일한 폭을 가지며 상기 반응부에서 연장되어 말단이 상기 슬롯의 외부 영역에 위치하는 연장부를 더 포함하고,
상기 연결부와 상기 연장부는, 상기 반응부에서 각각 상기 슬롯의 폭 방향으로 연장되되 서로 반대 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 커피링 효과에 강인한 바이오센서.The method according to claim 1,
Wherein the working electrode and the reference electrode each include an extension portion having the same width as the connection portion and extending in the reaction portion and having an end located in an outer region of the slot,
Wherein the connection portion and the extension portion extend in the width direction of the slot in the reaction portion and extend in opposite directions to each other in the reaction portion.
상기 슬롯의 폭이 Ws이고, 상기 연장부의 길이가 Le일 때, 아래의 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 커피링 효과에 강인한 바이오센서.
[수학식 3]
0.2Ws < Le ≤ 0.4Ws5. The method of claim 4,
Wherein when the width of the slot is Ws and the length of the extended portion is Le, the following expression (3) is satisfied.
&Quot; (3) "
0.2Ws <Le? 0.4Ws
상기 슬롯의 폭은, 1.5 mm 이상 3 mm 이하의 범위에 해당하는 것을 특징으로 하는 커피링 효과에 강인한 바이오센서.The method according to claim 1,
Wherein the width of the slot corresponds to a range of 1.5 mm or more and 3 mm or less.
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