KR100737860B1 - 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
바이오결합 유무에 따른 프로브 생분자가 형성된 무선 안테나를 통해 전송되는 신호의 변화를 측정함으로써 바이오결합을 검출하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법이 개시된다. 본 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치는 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전 정보를 탐색할 수 있도록 하는 프로브 생분자가 형성되며, 신호를 전송할 수 있는 안테나를 구비하는 송신부, 및 프로브 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 송신부로부터 전송된 신호의 특성을 비교하여 바이오결합 유무를 검출하는 수신부를 포함한다. 이에 의해, 무선 안테나 상부에 프로브 생분자를 형성하여 바이오결합 전후에 무선 안테나를 통해 전송되는 신호 특성 변화를 측정함으로써 용이하게 바이오결합 유무를 검출할 수 있다.
안테나, RF 안테나, 신호의 특성
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면,
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 바이오결합 검출장치를 이용한 바이오결합 검출방법을 설명하기 위한 도면, 그리고
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 발생부 200: 제1 안테나
300: 제2 안테나 400: 분석부
500: 프로브 생분자 600: 시료 생분자
700: 송신부 750: 수신부
본 발명은 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법에 관한 것 으로, 더욱 상세하게는 바이오결합 유무에 따른 프로브 생분자가 형성된 무선 안테나를 통해 전송되는 신호의 변화를 측정함으로써 바이오결합을 검출하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.
바이오칩은 유리, 실리콘, 또는 나일론 등의 재질로 된 작은 고형의 기판 위에 그 서열이 알려진 DNA, DNA 조각, RNA 등의 생분자들(biomolecules)을 수백 개부터 수십만 개까지 일정 간격으로 배열하여 부착시킴으로써 유전자의 발현 방식, 분포 양상 및 돌연변이 등을 분석할 수 있는 생물학적 마이크로칩을 말한다. 바이오칩 기술은 이처럼 좁은 의미로는 유전자 분석의 첨단기술로 인정되고 있는 DNA 마이크로어레이 기술을 의미하나, 넓은 의미로는 생체물질과 기존의 물리, 화학, 및 광변환기를 조합한 바이오센서(biosensor), DNA 탐침이 내장된 DNA 마이크로어레이, 효소나 항체항원 등과 같은 단백질이 사용된 단백질 칩, 식물세포를 이용한 셀칩(cell chip), 신경세포를 직접 사용한 뉴런칩(nureon chip) 등을 의미한다.
바이오칩 상에는 시료에 포함된 특정 유전 정보를 탐색할 수 있게 하는 프로브(probe)의 역할을 할 수 있는 물질들을 칩의 표면에 고정시킨다. 바이오칩에 분석하고자 하는 시료를 반응시키면 시료에 함유되어 있는 물질과 바이오칩 표면에 고정된 프로브는 각기 결합하여 혼성화(hybridization) 상태를 이루게 되며, 이를 검출하고 해석함으로써 시료가 함유하고 있는 물질에 관한 정보를 동시에 얻을 수 있다.
바이오칩과 관련된 기술로는 프로브의 부착 및 고정 기술, 신호 검출 기술 및 정보 처리기술 등을 들 수 있다. 현재 사용되는 신호 검출 방법은 광학적 바이 오 결합 검출법, 화학적 변화를 이용한 바이오 결합 검출법, 기계적 변화를 이용한 바이오 결합 검출법 등이 있다.
광학적 바이오결합 검출 방법은 시료에 형광 물질을 결합시키고, 시료와 프로브 생분자의 결합 반응 후에 형광 검출 기기로 그 결과를 판독함으로써 광학적으로 프로브 생분자와의 결합 여부를 구별하는 방법이다. 그러나 이 방법은 프로브 생분자와 시료 생분자의 결합 반응 전에 시료 생분자에 형광 물질을 결합시키는 전처리 반응을 필요로 하기 때문에 시료의 손실이나 오염을 유발할 수 있다. 또한, 프로브 생분자와 시료 생분자의 결합 반응 후에 이를 판별하기 위한 광학 판독계가 복잡하며 고가의 계측장비가 필요로 하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 광학적인 검출법은 소형화가 어렵고, 디지털화된 출력을 볼 수 없는 문제점도 있다.
기계적 변화를 이용한 바이오결합 검출 방법은 캔틸레버(cantilever)를 이용하는 경우, SAW 바이오센서를 이용하는 경우, 그리고 SPM(Scanning Probe Microscope)을 이용하는 경우 등이 있다. 캔틸레버를 이용하는 방법은 프로브 생분자와 시료 생분자의 결합 전후의 분자간 결합력을 측정하여 바이오 결합 유무를 검출한다. 그러나 이 방법은 캔틸레버빔(beam)의 굴절을 아주 정밀하게 측정하여야 하는데, 이를 위하여 레이저 등의 부수적인 장비가 필요하다.
SAW 바이오센서를 이용하는 방법은 특정 주파수의 신호를 입력하고 SAW 필터 위에 형성된 프로브 생분자와 시료 생분자의 반응으로 인한 SAW 필터의 필터링의 변화를 이용하여 바이오 결합 유무를 검출한다. 그리고, SPM(Scanning Probe Microscope)을 이용한 바이오결합 검출방법은 레이저 장비와 포토다이오드(photo diode) 등의 부수적인 장비가 필요하다는 문제점이 있다.
화학적 변화를 이용한 바이오결합 검출 방법은 프로브 생분자와 시료 생분자의 결합이 일어난 전극 상에서 다른 화학물질의 전기화학반응, 즉 반응의 정도를 이용하여 프로브 생분자의 결합여부를 검출하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 광학적 바이오 결합 검출법에 비해 비교적 검출력이 떨어지는 문제점이 있다.
전기적 변화를 이용한 바이오결합 검출 방법은 트랜치 형태의 캐패시턴스 소자를 이용하는 경우, 평면형태의 캐패시턴스 소자를 이용하는 경우 등이 있다. 캐패시턴스 소자의 특성 변화를 이용할 경우 소형의 캐패시턴스 소자를 형성하는 것에는 문제점이 있다. 캐패시턴스는 단면적에 비례하고 두께에 반비례하기 때문에 단면적을 넓히면서 바이오 처리가 용이하도록 설계하는 것은 매우 어렵다.
트렌치 형태의 캐패시터를 이용한 바이오 결합 검출 방법은 트렌치를 깊게 형성시켜 두께를 얇게하고 단면적을 넓히는 방법을 이용한 것으로 실제 갭이 매우 작아 바이오 처리가 매우 어려운 문제점이 있다. 평면에서 콤(comb) 모양으로 캐패시턴스 소자를 형성한 캐패시터를 이용한 바이오결합 검출 방법은 금속막의 두께가 매우 얇아 소량의 캐패시턴스 소자가 형성되며, 바이오결합 검출 감도가 좋지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 바이오결합이 안테나 상부에서 발생되도록 함으로써 안테를 통해 전송되는 신호가 바이오결합 유무에 따라 변화하는 것을 이용하여 용이하게 바이오결합 유무를 검출할 수 있는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검 출장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치는 신호를 전송할 수 있는 안테나를 구비하며, 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전 정보를 탐색할 수 있도록 하는 프로브 생분자가 상기 안테나의 일부 영역에 결합되는 송신부, 및 프로브 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 송신부로부터 전송된 신호의 특성을 비교하여 바이오결합 유무를 검출하는 수신부를 포함한다.
바람직하게는 송신부는, 프로브 생분자가 상부에 결합되며, 생성되는 신호를 송신하는 제1 안테나, 및 제1 안테나와 연결되어 제1 안테나가 송신하는 신호를 생성하는 발생부를 포함한다.
또한, 바람직하게는 수신부는, 송신부가 전송하는 신호를 수신하는 제2 안테나, 및 제2 안테나와 연결되어 제2 안테나가 수신한 신호의 특성을 분석하며, 프로브 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 분석한 신호의 특성을 비교하여 바이오결합 유무를 검출하는 분석부를 포함한다.
여기서, 신호의 특성은 주파수, 진폭, 에너지, 위상, 에너지 중 어느 하나이다.
이때, 안테나는 RF 안테나이다.
한편, 본 발명의 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출방법은 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전 정보를 탐색할 수 있도록 하는 프로브 생분자를 송신 안테나에 결합하는 단계, 송신 안테나가 송신하는 신호를 수신 안테나가 수신한 후, 수신한 신호의 특성을 분석하는 단계, 프로브 생분자와 시료를 바이오 결합시킨 후, 프로브 생분자와 결합하지 않는 시료를 제거하는 단계, 및 바이오결합 후에 수신한 신호의 특성을 분석하며, 바이오결합 전후의 분석한 신호의 특성의 변화 유무에 따라 바이오결합 유무를 검출하는 단계를 포함한다.
여기서, 신호의 특성은 수신한 신호의 주파수, 진폭, 에너지, 위상, 에너지 중 어느 하나이다.
이때, 송신 안테나 및 수신 안테나는 RF 안테나이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치는 프로브 생분자가 형성되며 신호를 송신하는 송신부(700) 및 송신부(700)로부터의 신호를 수신하며 수신된 신호의 특성을 분석하는 수신부(750)를 포함한다. 이때, 송신부(700)는 발생부(100) 및 제1 안테나(200)를 구비하며, 수신부(750)는 제2 안테나(300), 및 분석부(400)를 구비한다.
먼저, 발생부(100)는 안테나를 통해 전송될 신호를 생성한다. 여기서 안테나는 RF 안테나이며, RF 안테나란 고주파 무선 신호를 송수신할 수 있는 안테나를 의미하며, 고주파 신호는 전자기파의 일종이다. 생성된 신호는 제1 안테나(200)로 전송된다.
제1 안테나(200)는 발생부(100)와 연결되어 발생부(100)가 생성된 신호를 제2 안테나(300)로 전송한다. 그리고, 제1 안테나(200) 상부에는 분석하고자 하는 시료가 포함하는 특정 유전 정보를 탐색할 수 있도록 하는 프로브 생분자 형성된다.
제2 안테나(300)는 제1 안테나(200)와 신호를 송수신할 수 있으며, 제1 안테나(300)로부터 전송되는 신호를 분석부(400)로 전송한다. 이 때, 제1 안테나(200)로부터 제2 안테나(300)로 송신되는 신호는 제1 안테나(200) 상부에 형성되는 프로브 생분자의 성질에 따라 특성이 변할 수 있다. RF 신호는 전자기파의 일종이므로 통과하게 되는 매질의 성질에 영향을 받기 때문이다.
분석부(400)는 제2 안테나(300)와 연결되며, 제2 안테나(300)가 제1 안테나(200)로부터 수신한 신호의 특성을 분석한다. 여기서, 신호의 특성은 신호의 주파수, 진폭, 위상, 에너지 등이 될 수 있다. 그리고, 분석부(400)는 프로브 생분자와 시료의 바이오결합 전후의 제2 안테나(300)가 수신한 신호의 특성을 분석하여 분석한 신호의 특성이 바이오결합 전후에 상이한 경우에는 바이오결합이 발생한 것으로 판단한다. 이는 바이오 결합이 발생한 경우, 프로브 생분자와 시료 생분자의 결합 전후에 생분자간 상호 작용에 의해 분자의 점도, 구조, 크기, 및 질량 등이 변하게 되고 이에 따라 유전상수, 굴절율 등도 변하게 되므로 프로브 생분자와 시료 생분자와의 결합 전후에 이를 통과하게 되는 RF 신호의 특성(주파수, 진폭, 위상, 에너지 등)도 변하기 때문이다. RF신호의 특성을 분석하는 기능을 하는 분석부(400) 구성은 당업자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 바이오결합 검출장치를 이용한 바이오결합 검출방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 제1 안테나(200)에 프로브 생분자(500)가 형성된 경우이며, 도 2b는 제1 안테나(200)에 형성된 프로브 생분자(500)와 시료 생분자(600)가 바이오결합하는 경우이다. 그리고, 도 2c는 프로브 생분자(600)와 결합하지 않는 시료 생분자(700)를 클리닝하는 경우이다.
도 2a를 참조하면, 제1 안테나(200) 상부에 프로브 생분자(500)를 형성하며, 프로브 생분자(500) 시료 생분자(600)와 결합하지 않은 프로브 생분자(500)가 형성된 제1 안테나(200)가 제2 안테나(300)로 전송한 신호의 주파수, 진폭, 위상 등 신호의 특성을 분석한다.
도 2b를 참조하면, 분석하고자 하는 시료 생분자(600)와 제1 안테나(200) 상부에 형성된 프로브 생분자(500)를 바이오 결합시킨다. 그리고, 프로브 생분자 (500)와 결합하지 않는 시료 생분자(600)를 제거한다.
도 2c를 참조하면, 바이오결합 후에 제1 안테나(200)로부터 제2 안테나(300)로 전송되는 신호의 특성을 분석한다. 프로브 생분자(500)가 시료 생분자(600)와 바이오결합하는 경우에는 제1 안테나(200) 상부에 형성되는 시료 생분자(600)에 의해 제2 안테나(300)로 전송되는 신호의 특성을 변화하게 된다. 따라서, 분석부(400)는 바이오결합 전후에 제2 안테나(300)로 수신되는 신호의 특성이 변화하는 경우, 제1 안테나(200) 상부에 형성된 프로브 생분자(500)와 시료 생분자(600)가 바이오결합한 것으로 판단한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출방법은 프로브 생분자가 형성되는 제1 안테나(200)를 구비하는 송신부(700), 및 송신부(700)로부터 수신한 신호의 특성을 분석하는 수신부(750)를 구비하는 바이오결합 검출장치를 예로 들어 설명한다.
먼저, 송신부의 제1 안테나(200) 상부에 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전 정보를 탐색할 수 있는 프로브 생분자(500)를 형성한다(S801).
이어, 제1 안테나(200)를 통해 수신부(750)로 송신할 신호가 생성되며, 수신부(750)로 전송된 신호는 분석된다(S803). 발생부(100)에서 생성된 신호는 제1 안테나(200)를 통해 수신부(750)의 안테나로 전송되며, 전송된 신호의 주파수, 진폭, 위상, 에너지 등이 분석된다. 분석된 신호의 특성에 관한 정보는 수신부(750)의 분 석부(400)에 저장된다.
이어, 제1 안테나(200)에 형성된 프로브 생분자(500)와 시료 생분자(600)를 바이오결합시킨다(S805). 시료 생분자(600)들 중 프로브 생분자(500)와 일치하는 형태를 갖는 시료 생분자(600)만이 프로브 생분자(500)와 바이오결합을 한다. 따라서, 프로브 생분자(500)와 일치하는 형태를 갖지 않는 시료 생분자(600)를 제거한다.
이어, 프로브 생분자(500)와 시료 생분자(600)가 바이오결합한 후에 제1 안테나(200)를 통해 수신부(750)로 전송되는 신호의 특성을 분석한다(S807). 바이오결합 전에 제1 안테나(200)를 통해 전송되는 신호의 특성을 분석하 경우와 동일한 방식으로 전송되는 신호의 주파수, 위상, 진폭, 에너지 등을 분석한다. 바이오결합 후에 분석한 신호의 특성이 바이오결합 전에 분석한 신호의 특성과 상이한 경우에는 제1 안테나 상부에서 바이오결합이 발생한 것으로 판단한다. 프로브 생분자(500)가 시료 생분자(600)와 바이오 결합함으로써 제1 안테나(200) 상부의 유전체의 변화에 의해 제1 안테나(200)를 통해 전송되는 신호의 특성은 변화하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 무선 안테나 상부에 프로브 생분자를 형성하여 바이오결합 전후에 무선 안테나를 통해 전송되는 신호 특성 변화를 측정함으로써 용이하게 바이오결합 유무를 검출할 수 있다.
이에 따라 바이오결합 검출을 위한 장치의 제조 및 구조가 간단하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지 만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (8)
- 신호를 전송할 수 있는 안테나를 구비하며, 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전 정보를 탐색할 수 있도록 하는 프로브 생분자가 상기 안테나의 일부 영역에 결합되는 송신부; 및상기 프로브 생분자와 상기 시료의 바이오결합 전후의 상기 송신부로부터 전송된 신호의 특성을 비교하여 상기 바이오결합 유무를 검출하는 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치.
- 제1항에 있어서,상기 송신부는,상기 프로브 생분자가 상부에 결합되며, 생성되는 신호를 송신하는 제1 안테나; 및상기 제1 안테나와 연결되어 상기 제1 안테나가 송신하는 신호를 생성하는 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치.
- 제1항에 있어서,상기 수신부는,상기 송신부가 전송하는 신호를 수신하는 제2 안테나; 및상기 제2 안테나와 연결되어 상기 제2 안테나가 수신한 신호의 특성을 분석하며, 상기 프로브 생분자와 상기 시료의 바이오결합 전후의 상기 분석한 신호의 특성을 비교하여 상기 바이오결합 유무를 검출하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치.
- 제1항에 있어서,상기 신호의 특성은 주파수, 진폭, 에너지, 위상, 에너지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치.
- 제1항에 있어서,상기 안테나는 RF 안테나인 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출장치.
- 분석하고자 하는 시료가 포함한 특정 유전 정보를 탐색할 수 있도록 하는 프로브 생분자를 송신 안테나에 결합하는 단계;상기 송신 안테나가 송신하는 신호를 수신 안테나가 수신한 후, 상기 수신한 신호의 특성을 분석하는 단계;상기 프로브 생분자와 상기 시료를 바이오 결합시킨 후, 상기 프로브 생분자와 결합하지 않는 시료를 제거하는 단계; 및상기 바이오결합 후에 수신한 신호의 특성을 분석하며, 상기 바이오결합 전후의 상기 분석한 신호의 특성의 변화 유무에 따라 상기 바이오결합 유무를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출방법.
- 제6항에 있어서,상기 신호의 특성은 상기 수신한 신호의 주파수, 진폭, 에너지, 위상, 에너지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출방법.
- 제6항에 있어서.상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나는 RF 안테나인 것을 특징으로 하는 무선 안테나를 이용한 바이오결합 검출방법.
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