KR100656104B1

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Publication number: KR100656104B1
Application number: KR1020050081929A
Authority: KR
Inventors: 배병우; 이성동; 석홍성; 유진아; 김민선; 유재현; 이기원
Original assignee: 주식회사 인포피아
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2006-12-11
Anticipated expiration: 2025-09-02

Abstract

Translated fromKorean

본 발명은 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서에 관한 것으로, 본 발명에 따른 바이오센서는, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 분석물질과 반응하는 효소반응층을 전극위에 형성하는 절연성 하부기판과, 하부기판과 마주보며 전도성 물질로 구성되는 상부기판, 그리고 효소반응층 위에 일정한 높이의 시료도입부를 형성하며 하부기판과 상부기판을 결합하는 접착판을 포함하며, 상부기판의 일측 끝단은 효소반응층에 포함된 전자전달 매개물질이 산화 또는 환원되는 전극으로 작용하고 다른 일측 끝단은 측정기기와 전기적으로 접촉하는 전기접촉부로 작용하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a biosensor for measuring an analyte present in a sample. The biosensor according to the present invention includes an insulating lower substrate having at least one electrode and forming an enzymatic reaction layer on the electrode to react with the analyte; , An upper substrate facing the lower substrate and formed of a conductive material, and an adhesive plate forming a sample introduction portion having a predetermined height on the enzyme reaction layer and combining the lower substrate and the upper substrate, and one end of the upper substrate is an enzyme reaction layer. The electron transport medium included in the acts as an electrode to be oxidized or reduced, and the other end is characterized in that it serves as an electrical contact in electrical contact with the measuring device.

이에 따라, 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하면서 센서의 제작공정을 단순화할 수 있다.Accordingly, the manufacturing process of the sensor can be simplified while minimizing the amount of blood required for the measurement.

Description

Translated fromKorean

바이오센서{Bio-sensor}Bio-sensor

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 상부기판의 평면도,1A is a plan view of an upper substrate of a biosensor according to an embodiment of the present invention;

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 접착판의 평면도,1B is a plan view of an adhesive plate of a biosensor according to an embodiment of the present invention;

도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 하부기판의 평면도,1C is a plan view of a lower substrate of a biosensor according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 평면도,2 is a plan view of a biosensor according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 분해사시도,3 is an exploded perspective view of a biosensor according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 단면도,4 is a cross-sectional view of a biosensor according to an embodiment of the present invention;

도 5는 도 4에 도시된 바이오센서의 A 방향의 단면도,5 is a cross-sectional view of the biosensor illustrated in FIG. 4 in the A direction;

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 바이오센서의 상부기판의 단면도들,6A and 6B are cross-sectional views of an upper substrate of a biosensor according to various embodiments of the present disclosure;

도 7은 본 발명에 따라 상부기판의 모양을 다양하게 변형한 바이오센서의 사시도들,7 is a perspective view of a biosensor in which the shape of the upper substrate is variously modified according to the present invention;

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서를 이용하여 혈당을 측정한 경우의 글루코스 농도에 따른 시그널의 상관관계를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing a correlation of signals according to glucose concentration when blood glucose is measured using a biosensor according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 상부기판11: 공기배출구10: upper substrate 11: air outlet

20: 접착판21: 시료도입부20: adhesive plate 21: sample introduction portion

30: 하부기판31: 작동 전극30: lower substrate 31: working electrode

32: 작동전극 연결선33: 효소반응층32: working electrode connecting line 33: enzyme reaction layer

40: 전기적 접촉부41: 전극부40: electrical contact portion 41: electrode portion

본 발명은 바이오센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체시료 내에 존재하는 분석물질을 전기화학적으로 검출하는 바이오센서에 관련된다.The present invention relates to a biosensor, and more particularly, to a biosensor that electrochemically detects an analyte present in a biological sample.

생체시료 내에 존재하는 분석물질을 정량 또는 정성으로 분석하는 것은 화학적으로나 임상학적으로 대단히 중요한 일이다. 당뇨환자를 위해 혈액 내에 혈당을 측정하거나 여러 성인병의 요인이 되는 콜레스테롤을 측정하는 것 등이 대표적인 예이다. 특히 당뇨환자의 경우 주기적으로 혈당을 측정하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라 여러 기업들이 혈당을 측정하는 제품들을 출시하고 있다.Quantitative or qualitative analysis of analytes present in biological samples is of great importance both chemically and clinically. For example, for diabetics, blood glucose levels in blood or cholesterol, which is a factor of various adult diseases, are typical examples. Especially for diabetics, it is very important to measure blood glucose periodically. As a result, companies are launching products that measure blood sugar levels.

대부분의 혈당 측정 제품들은 혈액을 채취하여 바이오센서를 사용하여 혈액 내의 혈당을 정량하는 방법을 이용한다. 그러나, 혈액을 채취하는 일은 환자에게 상당한 고통을 주는 행위이므로, 환자의 고통을 줄이기 위해서는 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하는 것이 요구된다.Most blood glucose measurement products use a method of taking blood and using a biosensor to quantify blood glucose in the blood. However, taking blood is a significant pain for the patient, so minimizing the amount of blood required for the measurement is required to reduce the patient's pain.

이를 위하여 NOK corporation사의 미국특허 제615,6173호, Therasense사의 미국특허 제661,6819호, Boehringer Manheim사의 미국특허 제543,7999호 등은 다수의 전극을 마주보도록 설계하여 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하였다. 종래의 바이오센서들이 측정을 위한 작동전극, 기준전극, 및/또는 보조전극을 하나의 기판에 모두 구성하였던 것에 비해, 전술한 특허들은 필요한 전극들을 상부기판과 하부기판에 나누어 마주보도록 설계하여 전극간 거리를 줄임으로써 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하도록 하였다.To this end, US Patent No. 615,6173 of NOK Corporation, US Patent 661,6819 of Therasense, US Patent 543,7999 of Boehringer Manheim, etc. are designed to face a plurality of electrodes to measure the amount of blood required for measurement. Minimized. Compared to the conventional biosensors in which the working electrode, the reference electrode, and / or the auxiliary electrode for the measurement are all configured on one substrate, the above-described patents are designed to face the necessary electrodes by dividing them between the upper substrate and the lower substrate. By reducing the distance, the amount of blood required for the measurement was minimized.

그러나, 필요한 전극들이 서로 마주보도록 설계하기 위해서는 절연체인 상부기판과 하부기판에 각각 필요한 전극을 구성하여야 한다. 또한, 절연체인 상부기판에 도입된 전극과 역시 절연체인 하부기판에 도입된 전극을 서로 연결하기 위해서는 각 전극들을 전도성 물질을 사용하여 별도로 제작하여야 한다. 즉, 하나의 기판에 필요한 전극들을 모두 구성하던 종래 기술에 비해, 제작 공정이 복잡해지고 제작비용이 증가하는 문제점이 발생한다.However, in order to design the necessary electrodes to face each other, the electrodes needed for the upper and lower substrates, which are insulators, must be configured. In addition, in order to connect the electrodes introduced into the upper substrate as the insulator and the electrodes introduced into the lower substrate as the insulator, each electrode must be manufactured separately using a conductive material. That is, compared with the prior art in which all the electrodes required for one substrate are configured, a manufacturing process is complicated and a manufacturing cost increases.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하면서 동시에 제작과정이 단순한 바이오센서를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be solved by the present invention to solve the above problems is to provide a biosensor having a simple manufacturing process while minimizing the amount of blood required for measurement.

본 발명에 따라 전술한 기술적 과제는, 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서에 있어서, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 분석물질과 반응하는 효소반응층을 전극위에 형성하는 절연성 하부기판; 하부기판과 마주보며 전도성 물질로 구성되는 상부기판; 및 효소반응층 위에 일정한 높이의 시료도입부를 형성하며 하부기판과 상부기판을 결합하는 접착판을 포함하며, 상부기판의 일측 끝단 은 효소반응층에 포함된 전자전달 매개물질이 산화 또는 환원되는 전극으로 작용하고 다른 일측 끝단은 측정기기와 전기적으로 접촉하는 전기접촉부로 작용하는 것을 특징으로 하는 바이오센서에 의해 달성된다.According to the present invention, there is provided a biosensor for measuring an analyte present in a sample, comprising: an insulating lower substrate having at least one electrode and forming an enzyme reaction layer on the electrode to react with the analyte; An upper substrate facing the lower substrate and made of a conductive material; And an adhesive plate for forming a sample introduction portion having a predetermined height on the enzyme reaction layer and combining the lower substrate and the upper substrate, and one end of the upper substrate is an electrode for oxidizing or reducing the electron transfer mediator included in the enzyme reaction layer. The other end, which acts, is achieved by the biosensor, which acts as an electrical contact in electrical contact with the measuring device.

이 때, 산화 또는 환원되는 전극으로 작용하는 상부기판의 일측 끝단과 하부기판 위에 형성된 전극은 서로 마주보는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the one end of the upper substrate and the electrode formed on the lower substrate to serve as an electrode to be oxidized or reduced face each other.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면 전술한 기술적 과제는, 시료 내에 존재하는 분석물질을 측정하는 바이오센서에 있어서, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하고 분석물질과 반응하는 효소반응층을 전극위에 형성하는 절연성 하부기판; 하부기판과 마주보며 전도성 물질로 구성되는 상부기판; 및 효소반응층 위에 일정한 높이의 시료도입부를 형성하며 하부기판과 상부기판을 부착하는 접착판을 포함하며, 상부기판의 일측 끝단 하부 면에는 효소반응층에 포함된 전자전달 매개물질이 산화 또는 환원되는 별도의 전극을 형성하고 다른 일측 끝단은 측정기기와 전기적으로 접촉하는 전기접촉부로 작용하는 것을 특징으로 하는 바이오센서에 의해 달성된다.On the other hand, according to another field of the present invention, in the biosensor for measuring the analyte present in the sample, the insulating layer having at least one electrode and forming an enzyme reaction layer on the electrode to react with the analyte Lower substrate; An upper substrate facing the lower substrate and made of a conductive material; And an adhesive plate for attaching a lower substrate and an upper substrate to form a sample introduction portion having a predetermined height on the enzyme reaction layer, and at one end of the upper substrate, an electron transfer mediator included in the enzyme reaction layer is oxidized or reduced. Forming a separate electrode and the other end is achieved by a biosensor, which acts as an electrical contact in electrical contact with the measuring device.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention; In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related well-known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

전술한 종래 기술들이 절연체를 상부기판으로 사용하고 그 상부기판에 별도의 전극을 형성하는 것과 달리, 본 발명은 상부기판으로 전도체 물질을 사용함으로써 별도의 전극을 구성할 필요 없이, 상부기판의 구성 물질 자체를 전극으로 사용하여 그 제작공정을 단순화하는데 그 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 상부기판은 시료 내의 분석물질과 반응하여 생성된 산화 또는 환원 상태의 전자전달매개물질이 자유롭게 산화 또는 환원할 수 있는 전도체로 구성된다.Unlike the above-described prior arts using an insulator as an upper substrate and forming a separate electrode on the upper substrate, the present invention does not need to configure a separate electrode by using a conductor material as the upper substrate. It is characterized by using itself as an electrode to simplify the manufacturing process. That is, the upper substrate according to the present invention is composed of a conductor capable of freely oxidizing or reducing an electron transfer mediator in an oxidized or reduced state generated by reacting with an analyte in a sample.

일반적으로, 전기화학적으로 시료 내의 분석물질을 측정하는 바이오센서는 작동전극(Working electrode)과, 기준전극(Reference electrode) 및/ 또는 보조전극(Counter electrode)을 구비한다. 일예로 산화환원효소(Oxidoreductase)와 전자전달매개물질을 이용한 전기화학적 센서의 측정 원리를 보면 아래의 반응식과 같다.In general, a biosensor for measuring analytes in a sample electrochemically includes a working electrode, a reference electrode, and / or a counter electrode. For example, the measuring principle of the electrochemical sensor using Oxidoreductase and an electron transfer mediator is shown below.

[반응식][Scheme]

분석물질 + 효소(산화상태) + 전자전달매개물질(산화상태) ===> 반응결과물질 + 효소(산화상태) + 전자전달매개물질(환원상태)Analyte + Enzyme (oxidation state) + Electron transfer mediator (oxidation state) ===> Resultant substance + Enzyme (oxidation state) + Electron transfer mediator (reduced state)

이 반응식에서 시료 내의 분석물질과 반응하여 생성된 환원상태의 전자전달매개물질은 시료 내에 존재하는 분석물질의 농도에 비례한다. 이를 이용하여 기준전극 또는 보조전극을 기준으로 작동전극에 일정한 전압을 인가하여 환원상태의 전자전달매개물질을 산화시키며 이때 발생하는 산화 전류의 양을 측정하여 시료 내의 분석물질을 정량할 수 있다.In this scheme, the reduced electron transfer mediator produced by reacting with the analyte in the sample is proportional to the concentration of the analyte present in the sample. By using this, a constant voltage is applied to the working electrode based on the reference electrode or the auxiliary electrode to oxidize the electron transfer mediator in a reduced state, and the analyte in the sample can be quantified by measuring the amount of oxidation current generated.

이 때, 효소로는 글루코스 산화효소, 락테이트 산화효소, 콜레스테롤 산화효소, 알코올 산화효소 등 여러 종류의 산화환원효소와, 글루코스 탈수소효소, GOT(glutamate oxaloacetate trnasmianse), GPT(glutamate pyruvate trnasmianse)등 여러 종류의 전이효소와 가수분해효소가 사용될 수 있다.In this case, various enzymes such as glucose oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, alcohol oxidase, glucose dehydrogenase, GOT (glutamate oxaloacetate trnasmianse), GPT (glutamate pyruvate trnasmianse) Kinds of transferases and hydrolases may be used.

또한, 전자전달매개물질로는 포타슘페리시안나이드(potassium ferricyanide), 포타슘페로시안나이드(potassium ferrocyanide), 헥사아민루세늄클로라이드(hexaamineruthenium chloride), 페로센(ferrocene) 및 그 유도체, 퀴논(quinine) 및 그 유도체 등 효소와 반응하여 산화 또는 환원 할 수 있는 물질들이 사용될 수 있다.In addition, as the electron transfer mediator, potassium ferricyanide, potassium ferrocyanide, hexaamineruthenium chloride, ferrocene and its derivatives, quinine and its derivatives Substances that can be oxidized or reduced by reacting with enzymes such as derivatives may be used.

한편, 본 발명에 따른 작동전극은 탄소, 흑연, 백금 처리된 탄소, 은, 금, 팔라듐 또는 백금 성분 등을 이용하여 제작된다. 예를 들면, 탄소나 백금 처리된 탄소로 구성된 잉크, 또는 팔라듐을 포함하는 잉크를 사용하여 하부기판에 작동 전극을 인쇄할 수 있다. 또는, 금을 이용한 진공증착에 의해 하부기판에 작동전극을 형성할 수도 있다.On the other hand, the working electrode according to the present invention is manufactured using carbon, graphite, platinum treated carbon, silver, gold, palladium or platinum components and the like. For example, the working electrode may be printed on the lower substrate using an ink composed of carbon or platinum treated carbon, or an ink containing palladium. Alternatively, the working electrode may be formed on the lower substrate by vacuum deposition using gold.

이하, 보다 구체적으로 본 발명에 따른 바이오센서의 구성을 살펴본다.Hereinafter, the configuration of the biosensor according to the present invention will be described in more detail.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 상부기판의 평면도이다.1A is a plan view of an upper substrate of a biosensor according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 상부기판(10)에는 모세관 현상에 의해 시료가 주입되도록 공기 배출구(11)가 포함된다. 상부기판(10)은 전도체 물질로 구성된다. 즉, 상부기판(10)은 시료 내의 분석물질과 반응하여 생성된 산화 또는 환원 상태의 전자전 달매개물질이 자유롭게 산화 또는 환원할 수 있는 전도체로 구성된다. 이에 따라 별도의 전극을 구성할 필요 없이, 상부기판의 구성 물질 자체를 전극으로 사용하여 센서의 제작과정을 단순화할 수 있다.Referring to FIG. 1A, theupper substrate 10 includes anair outlet 11 so that a sample is injected by a capillary phenomenon. Theupper substrate 10 is made of a conductor material. That is, theupper substrate 10 is composed of a conductor capable of freely oxidizing or reducing the electron transfer mediator in the oxidized or reduced state generated by reacting with the analyte in the sample. Accordingly, the manufacturing process of the sensor can be simplified by using the material of the upper substrate as an electrode without having to configure a separate electrode.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 접착판의 평면도이다.1B is a plan view of an adhesive plate of a biosensor according to an embodiment of the present invention.

도 1b를 참조하면, 접착판(20)은 상부기판(10)과 하부기판(30)을 접착하여 시료도입부(21)를 통해 모세관을 형성한다. 접착판(20)은 양면테이프로 구성되며 10~300um의 두께를 가지는 양면테이프를 사용할 수 있다. 특히, 도입되는 시료의 양을 최소로 하기 위하여 양면테이프의 두께를 10~150um로 하는 것이 바람직하다. 시료도입부(21)를 통해 측정하고자하는 시료가 모세관 현상으로 자동 주입되며, 시료도입부(21)에 존재하던 공기는 시료의 유입으로 인해 상부기판(10)의 공기배출구(11)를 통해 배출된다.Referring to FIG. 1B, theadhesive plate 20 bonds theupper substrate 10 and thelower substrate 30 to form a capillary tube through thesample introduction portion 21.Adhesive plate 20 is composed of a double-sided tape and may be a double-sided tape having a thickness of 10 ~ 300um. In particular, in order to minimize the amount of sample introduced, it is preferable that the thickness of the double-sided tape is 10 to 150um. The sample to be measured through thesample introduction unit 21 is automatically injected into the capillary phenomenon, the air existing in thesample introduction unit 21 is discharged through theair outlet 11 of theupper substrate 10 due to the inflow of the sample.

도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 하부기판의 평면도이다.1C is a plan view of a lower substrate of a biosensor according to an embodiment of the present invention.

도 1c를 참조하면, 하부기판(30)은 절연성 물질로 PET, PVC 또는 폴리카본에이트로 구성된 얇은 판이 사용될 수 있다. 하부기판(30)은 50~400um의 두께를 가지는 절연성 물질이 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 100~300um 두께를 가지는 절연성 물질을 사용하는 것이 적절하다.Referring to FIG. 1C, thelower substrate 30 may be a thin plate made of PET, PVC, or polycarbonate as an insulating material. Thelower substrate 30 may be an insulating material having a thickness of 50 ~ 400um, more preferably it is appropriate to use an insulating material having a thickness of 100 ~ 300um.

하부기판(20)에는 적어도 하나 이상의 전극과 연결선이 도입된다. 도 1c에서는 작동전극(31)과 작동전극 연결선(32)이 도입되어 있다. 작동전극 연결선(32)은 작동전극(31)과 동일한 조성을 사용할 수 있으며, 또한 전도체인 다른 조성을 사용할 수도 있다. 또한, 하부기판(30)은 시료 내의 분석물질을 측정하기 위한 효 소반응층(33)을 구비한다. 효소반응층(33)은 시료 내의 분석물질과 반응하는 효소와, 효소와 반응하는 전자전달매개물질, 그리고 완충용액 물질, 효소 안정제, 기타 이러한 구성 물질들을 작동전극(33) 또는 하부기판(30)에 고정하는 고분자 지지체로 구성된다. 효소반응층(33)은 작동 전극(31)을 충분히 덮도록 작동전극(31) 위에 도포되어 고정된다.At least one electrode and a connection line are introduced into thelower substrate 20. In FIG. 1C, the workingelectrode 31 and the workingelectrode connecting line 32 are introduced. The workingelectrode connecting line 32 may use the same composition as the workingelectrode 31, and may use another composition that is a conductor. In addition, thelower substrate 30 is provided with anreaction layer 33 for measuring the analyte in the sample.Enzyme reaction layer 33 is the workingelectrode 33 or thelower substrate 30, the enzyme reacts with the analyte in the sample, the electron transfer mediator reacts with the enzyme, buffer material, enzyme stabilizer and other such components It consists of a polymer support fixed to. Theenzyme reaction layer 33 is applied and fixed on the workingelectrode 31 to sufficiently cover the workingelectrode 31.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 분해사시도이다.2 is a plan view of a biosensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the biosensor according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 전술한 도 1a 내지 도 1c에 도시된 각 부분들을 결합한 바이오센서가 도시된다. 예를 들어, 시료도입부(21)를 통해 혈액이 주입되면, 혈액 내에 포함된 혈당이 효소반응층(33)에 포함된 글루코스 산화효소에 의해 산화되고, 글루코스 산화효소는 환원된다. 여기서 효소반응층(33)에 포함된 전자전달매개물질은 글루코스 산화효소를 산화시키고 자신은 환원된다. 환원된 전자전달매개물질은 일정한 전압이 가해지는 작동전극(31) 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 혈액 샘플 내의 혈당 농도는 전자전달매개물질이 산화되는 과정에서 발생하는 전류에 비례하므로, 이 전류량을 작동전극 연결선(32)을 통해 측정함으로써 혈당 농도를 측정할 수 있다. 이 때, 도시된 상부기판의 좌측 끝단은 기준전극 또는 보조전극으로 작용하게 되며, 반대편 우측 끝단은 측정장치와 연결되는 전기적 접촉부로 작용하게 된다.Referring to FIGS. 2 and 3, there is shown a biosensor combining the parts shown in FIGS. 1A-1C described above. For example, when blood is injected through thesample introduction part 21, blood glucose contained in the blood is oxidized by the glucose oxidase contained in theenzyme reaction layer 33, and the glucose oxidase is reduced. Here, the electron transfer mediator contained in theenzyme reaction layer 33 oxidizes the glucose oxidase and itself is reduced. The reduced electron transfer mediator loses electrons at the surface of the workingelectrode 31 subjected to a constant voltage and is oxidized electrochemically again. Since the blood glucose concentration in the blood sample is proportional to the current generated during the oxidation of the electron transfer mediator, the blood glucose concentration may be measured by measuring the current amount through the workingelectrode connecting line 32. In this case, the left end of the upper substrate shown serves as a reference electrode or an auxiliary electrode, and the opposite right end serves as an electrical contact connected to the measuring device.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 바이오센서의 A 방향의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the biosensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the biosensor shown in FIG. 4 in the A direction.

도 4 및 도 5를 참조하면, 절연성 하부기판(30) 위에 작동전극(31)과 작동전극 연결선(32)이 형성되며, 작동전극(31) 위에는 효소반응층(33)이 고정된다. 이러한 하부기판(30)은 시료도입부(21)를 가지는 접착판(20)에 의해 상부기판(10)과 결합된다. 전도성 물질로 이루어진 상부기판(10)에는 시료도입부(21)를 통해 시료가 주입됨에 따라 공기가 배출되는 공기배출구(11)가 형성되어 있다. 특히, 실험적으로 전도성 상부기판(10)의 선 저항은 3㏀/mm 미만인 것이 바람직하다. 이 때 상부기판(10)의 일측 끝단은 산화 또는 환원을 위한 전극으로 사용되며 다른 끝단은 전기적 접촉부로 사용된다. 따라서, 효소반응층(33)의 효소가 시료 중의 분석물질, 즉 혈당과 반응하면 하부기판(30)의 작동전극(31)과 상부기판의 일측 끝단인 전극(41) 간에 혈당 농도에 비례하는 산화 전류 또는 환원 전류가 생성된다. 이 산환 전류 또는 환원 전류를 전기적 접촉부(40)를 통해 연결된 측정 장치로 측정하면 혈당 농도를 측정할 수 있다.4 and 5, the workingelectrode 31 and the workingelectrode connecting line 32 are formed on the insulatinglower substrate 30, and theenzyme reaction layer 33 is fixed on the workingelectrode 31. Thelower substrate 30 is coupled to theupper substrate 10 by anadhesive plate 20 having asample introduction portion 21. Theupper substrate 10 made of a conductive material has anair outlet 11 through which the air is discharged as the sample is injected through thesample introduction part 21. In particular, it is preferable that the line resistance of the conductiveupper substrate 10 is less than 3 ㏀ / mm experimentally. At this time, one end of theupper substrate 10 is used as an electrode for oxidation or reduction and the other end is used as an electrical contact. Therefore, when the enzyme of theenzyme reaction layer 33 reacts with the analyte in the sample, that is, the blood sugar, oxidation is proportional to the blood glucose concentration between the workingelectrode 31 of thelower substrate 30 and theelectrode 41 at one end of the upper substrate. Current or reduction current is generated. When the conversion current or reduction current is measured by a measuring device connected through theelectrical contact 40, blood glucose concentration may be measured.

본 발명에 따른 상부기판은 다양한 형태로 제작될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예 따른 바이오센서의 상부기판의 단면도들이다.The upper substrate according to the present invention can be manufactured in various forms. More specifically, FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views of an upper substrate of a biosensor according to various embodiments of the present disclosure.

도 6a를 참조하면, 전도성 물질로 구성된 상부기판(10)의 일측 하부는 시료 내의 분석물질과 반응하여 생성된 전자전달매개물질의 산화 또는 환원 전류를 측정하기 위한 기준전극 및/또는 보조전극(41)으로 작용하며, 반대쪽 상부는 측정 장치(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되는 전기적 접촉부(40)로 작용한다.Referring to FIG. 6A, a lower portion of one side of theupper substrate 10 made of a conductive material may include a reference electrode and / or anauxiliary electrode 41 for measuring an oxidation or reduction current of an electron transfer mediator generated by reacting with an analyte in a sample. And the opposite top serves as anelectrical contact 40 which is electrically connected to a measuring device (not shown).

한편, 도 6b를 참조하면, 전도성 물질로 구성된 상부기판(10)의 일측 끝단의 하부 면에 상부기판의 물질과는 다른 전극물질을 인쇄 또는 증착하여 별도의 전극(41a)을 형성한 예가 도시된다. 이 전극(41a)은 기준전극, 보조전극 또는 작동전극으로 사용될 수 있다. 전극(41a)을 구성하는 물질은 전술한 하부기판(30) 위에 형성되는 작동전극(31)와 같은 물질이 사용될 수 있다. 즉, 탄소, 백금 처리된 탄소, 은, 염화은, 팔라듐, 금 등이 사용될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 시료와 접촉하는 전극(41 또는 41a)은 상부기판과 하부기판을 결합하는 접착판(20)에 형성된 시료도입부(21)에 의해 제한된다.Meanwhile, referring to FIG. 6B, an example in which aseparate electrode 41a is formed by printing or depositing an electrode material different from the material of the upper substrate on the lower surface of one end of theupper substrate 10 made of a conductive material is illustrated. . Thiselectrode 41a can be used as a reference electrode, an auxiliary electrode or a working electrode. The material constituting theelectrode 41a may be a material such as the workingelectrode 31 formed on thelower substrate 30 described above. That is, carbon, platinum treated carbon, silver, silver chloride, palladium, gold and the like can be used. Theelectrodes 41 or 41a in contact with the sample shown in FIGS. 6A and 6B are limited by thesample introduction portion 21 formed in theadhesive plate 20 that joins the upper substrate and the lower substrate.

도 7은 본 발명에 따라 상부기판의 모양을 다양하게 변형한 바이오센서의 사시도들이다.7 is a perspective view of a biosensor in which the shape of the upper substrate is variously modified according to the present invention.

도 7a는 상부기판의 공기배출구(11a)를 슬릿 모양으로 변형한 실시예이고, 도 7b는 상부기판의 공기배출구(11b)를 돌기 모양으로 변형한 실시예이다. 그밖에도 상부기판의 모양은 도시된 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형할 수 있다.FIG. 7A illustrates an embodiment in which theair outlet 11a of the upper substrate is modified into a slit shape, and FIG. 7B illustrates an embodiment in which theair outlet 11b of the upper substrate is modified into a protrusion shape. In addition, the shape of the upper substrate is not limited to the illustrated embodiment may be variously modified.

본 실시예에서는 상부기판(10)은 두께 0.2mm의 알루미늄 판을 사용하였고, 하부기판(30)은 0.17mm의 PET판 위에 에콘(ERCON)사의 탄소/흑연 잉크를 사용하여 작동전극(31)을 인쇄하였다. 접착판(20)은 0.03mm 투명 PET 양면에 접착제를 0.01mm 도포하여 제작하였다. 효소반응층(33)은 pH7.3의 인산염 완충용액에 수용성 고분자인 0.5% CMC(carboxylmethylcellulose)를 첨가하여 완전히 용해하였다. 이 용액100mL에 100mM의 전자전달매개물질인 포타슘페리시아나이드(K3Fe(CN)6)를 완전히 용해 후 글루코스 탈수소 효소(GDH)를 1,000U/mL가 되도록 서서히 첨가하여 완전히 용해하였다. 하부기판위에 접착판을 부착한 후 전술한 조제 용액을 소량 용액 분주기를 사용하여 시료도입부(21)에 0.001mL 분주하여 35℃ 오븐에서 30분 건조 후 상부기판을 접착판에 접착하여 글루코스 측정용 바이오센서를 제작하였다.In the present embodiment, theupper substrate 10 uses an aluminum plate having a thickness of 0.2 mm, and thelower substrate 30 uses the carbon / graphite ink of ECON (ERCON) on a 0.17 mm PET plate to operate the workingelectrode 31. Printed.Adhesive plate 20 was produced by applying an adhesive 0.01mm on both sides of 0.03mm transparent PET. Theenzyme reaction layer 33 was completely dissolved by adding 0.5% CMC (carboxylmethylcellulose), which is a water-soluble polymer, to a phosphate buffer solution of pH 7.3. 100 mM of this solution was dissolved completely with potassium ferricyanide (K3Fe (CN) 6), a 100 mM electron transfer mediator, and then slowly dissolved to form 1,000 U / mL of glucose dehydrogenase (GDH). After attaching the adhesive plate on the lower substrate, dispensing the above-described preparation solution into thesample introduction unit 21 using a small amount of dispenser, dried for 30 minutes in an oven at 35 ° C, and then adhering the upper substrate to the adhesive plate for glucose measurement. A biosensor was produced.

도 8을 참조하면, 전술한 실시예에 따른 바이오센서를 이용하여 혈당을 측정한 경우의 글루코스 농도에 따른 시그널의 상관관계를 나타낸다. 도시된 바와 같이 혈당값에 거의 비례하는 측정 시그널을 얻을 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, there is shown a correlation of signals according to glucose concentration when blood glucose is measured using the biosensor according to the above-described embodiment. As shown, it can be seen that a measurement signal almost proportional to the blood glucose value can be obtained.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화하면서 동시에 제작과정이 단순한 바이오센서가 제공된다.As described above, the present invention provides a biosensor having a simple manufacturing process while minimizing the amount of blood required for measurement.

즉, 본 발명에 따른 바이오센서는 작동 전극과 기준전극 또는 보조전극을 마주보게 설계하여 전극간의 거리를 줄임으로써 측정에 필요한 혈액의 양을 최소화할 뿐만 아니라, 시료 내에 존재하는 분석물질을 전기화학적으로 검출하는 바이오센서의 전극물질을 상부기판으로 사용함으로써, 바이오센서의 제작 과정을 단순화하고 전극의 도입을 용이하게 할 수 있다. 이에 따라 바이오센서의 제작비용을 절감할 수 있다.That is, the biosensor according to the present invention is designed to face the working electrode and the reference electrode or the auxiliary electrode to reduce the distance between the electrodes, thereby minimizing the amount of blood required for measurement, and electrochemically analyzing the analytes present in the sample. By using the electrode material of the biosensor to be detected as the upper substrate, it is possible to simplify the manufacturing process of the biosensor and to facilitate the introduction of the electrode. Accordingly, the manufacturing cost of the biosensor can be reduced.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.