(57)【要約】【課題】バイオチップ及び生体物質検出装置が提供される。【解決手段】バイオチップは、第１及び第２傾斜面によって形成された複数の尖鋭部を有する表面を含む基板と、第１及び第２傾斜面のうち少なくとも何れか一つの傾斜面上に形成された金属層と、金属層上に形成され、表面に標的分子と特異結合する捕捉分子が固定された誘電層と含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２傾斜面によって形成された複数の尖鋭部を有する表面を含む基板と、
前記第１及び第２傾斜面のうち少なくとも何れか一つの傾斜面上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成され、蛍光体で標識された標的分子と特異結合する捕捉分子が表面に固定された誘電層と、含むことを特徴とするバイオチップ。
【請求項２】
前記基板は、上面から所定深さにリセスされた微細流体チャネルをさらに含み、
前記尖鋭部を有する前記表面が前記微細流体チャネルに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項３】
前記基板は、シリコン基板、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項４】
前記金属層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項５】
前記誘電層の厚さは、前記金属層に照射される励起光によって前記金属層で誘導される表面プラズモン共鳴エネルギーの有効伝達距離であるかそれより小さいことを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項６】
前記誘電層は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3で形成されることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項７】
前記誘電層は、ポリリジン（ｐｏｌｙ  ｌｙｓｉｎｅ）を含むポリマーまたは自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項８】
前記捕捉分子は、前記誘電層の表面に誘導されたカルボキシル基（‐ＣＯＯＨ）、チオール基（‐ＳＨ）、水酸基（‐ＯＨ）、シラン基、アミン基（‐ＮＨ2）またはエポキシ基によって固定化されたことを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項９】
前記捕捉分子は、核酸、細胞、ウィルス、タンパク質、有機分子または無機分子からなるグループから選択された少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
【請求項１０】
前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びそれらの混合体からなるグループから選択された少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項９に記載のバイオチップ。
【請求項１１】
前記タンパク質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び収容体からなるグループから選択された少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項９に記載のバイオチップ。
【請求項１２】
第１及び第２傾斜面によって形成された複数の尖鋭部を有する表面を含む基板と、
前記第１及び第２傾斜面のうち少なくとも何れか一つの傾斜面上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成され、蛍光体で標識された標的分子と特異結合する捕捉分子が表面に固定された誘電層と、
前記基板の前記第１または第２傾斜面に対して所定角度に励起光を照射する光源部と、
前記基板の第１及び第２傾斜面のうち少なくとも何れか一つの傾斜面に、前記捕捉分子と前記標的分子の特異結合によって固定された蛍光体から放出される放出光を検出する検出部と、を含むことを特徴とする生体物質検出装置。
【請求項１３】
前記基板は、上面から所定深さにリセスされた微細流体チャネルをさらに含み、
前記尖鋭部を有する前記表面が前記微細流体チャネルに形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の生体物質検出装置。
【請求項１４】
前記誘電層の厚さは、前記励起光によって前記金属層で誘導された表面プラズモン共鳴エネルギーの有効伝達距離であるかそれより小さいことを特徴とする請求項１２に記載の生体物質検出装置。
【請求項１５】
前記光源部と前記検出は前記基板を間において設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の生体物質検出装置。
【請求項１６】
前記光源部は、前記第１または第２傾斜面に対して所定角度に励起光を照射する光源と、
前記励起光を透過及び反射させて、第１及び第２方向に分割するビームスプリッターと、
前記第１方向に照射される励起光を前記第１傾斜面に提供する第１反射ミラーと、
前記第２方向に照射される励起光を前記第２傾斜面に提供する第２反射ミラーと、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の生体物質検出装置。
【請求項１７】
前記検出部は、前記第１傾斜面上の前記蛍光体から放出される放出光と、第２傾斜面上の前記蛍光体から放出される放出光をそれぞれ検出することを特徴とする請求項１６に記載の生体物質検出装置。
【請求項１８】
前記光源部は、第１波長の励起光と第２波長の励起光を同時に照射し、前記検出部は、前記第１傾斜面から放出される放出光と前記第２傾斜面から放出される放出光を空間的に分離して検出することを特徴とする請求項１２に記載の生体物質検出装置。
【請求項１９】
前記光源部は、多種の励起光を異なる時間にそれぞれ照射し、前記検出部は、前記第１傾斜面から放出される放出光と前記第２傾斜面から放出される放出光を時間によって分割して検出することを特徴とする請求項１２に記載の生体物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオチップ及び生体物質検出装置に関し、より詳細には、表面プラズモン共鳴現象を利用する生体物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体物質検出装置（すなわち、バイオセンサー）とは、特定の生体物質に対する認識機能を有する生物学的収容体と分析しようとする分析体との選択的反応及び結合によって変化する光学または電気信号を感知できる素子である。すなわち、バイオセンサーは、生体物質の存在を確認したり、定性的または定量的に分析することができる。ここで、生物学的収容体（すなわち、感知物質）としては、特定物質と選択的に反応及び結合できる酵素、抗体及びＤＮＡなどが使用される。そして、信号感知方法としては、分析体の有無による電気信号の変化、収容体と分析体の化学反応による光学信号の変化など、様々な物理化学的方法を使用して生体物質を検出及び分析する。
【０００３】
光学信号の変化を利用する光学バイオセンサーの場合、表面プラズモンバイオセンサー（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ）、全反射エリプソメトリーバイオセンサー（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ）、光導波路バイオセンサー（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ）などの光学的方法を利用するバイオセンサーに対する研究開発が活発に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５６４１６４０号明細書
【特許文献２】米国特許第７３９７０４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、より容易に表面プラズモンを励起して、生体物質を分析するための蛍光信号の感知効率を向上させることができるバイオチップを提供することにある。
【０００６】
本発明が解決しようとする他の課題は、より容易に表面プラズモンを励起して、生体物質を分析するための蛍光信号の感知効率を向上させることができる生体物質検出装置を提供することにある。
【０００７】
本発明が解決しようとする他の課題は、以上で言及した課題に限定されず、言及されなかったまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解できるはずであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記解決しようとする課題を達成すべく、本発明の一実施例によるバイオチップは、第１及び第２傾斜面によって形成された複数の尖鋭部を有する表面を含む基板と、第１及び第２傾斜面のうち少なくとも何れか一つの傾斜面上に形成された金属層と、金属層上に形成され、表面に標的分子と特異結合する捕捉分子が固定された誘電層と含む。
【０００９】
上記解決しようとする他の課題を達成すべく、本発明の一実施例による生体物質検出装置は、第１及び第２傾斜面によって形成された複数の尖鋭部を有する表面を含む基板と、第１及び第２傾斜面のうち少なくとも何れか一つの傾斜面上に形成された金属層と、金属層上に形成され、蛍光体で標識された標的分子と特異結合する捕捉分子が表面に固定された誘電層と、基板の第１または第２傾斜面に対して所定角度に励起光を照射する光源部と、基板の第１及び第２傾斜面のうち少なくとも何れか一つの傾斜面に、捕捉分子と前記標的分子の特異結合によって固定された蛍光体から放出される放出光を検出する検出部とを含む。
【００１０】
その他の実施例の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のバイオチップ及び生体物質検出装置によると、捕捉分子と標的分子が特異結合する基板の上面を楔状に形成することによって、基板に対して所定入射角に照射される入射光が、表面プラズモン共鳴角に金属層に入射することができる。これによって、捕捉分子と標的分子の特異結合によって基板上部に固定された蛍光体から表面プラズモンによって励起された蛍光信号を放出することができる。
【００１２】
また、基板が楔状の上面を有するので、基板上面に標的分子を含む流体が供給されるとき、流体の供給量及び供給速度を制御することができる。
【００１３】
また、楔状の上面を有する基板に入射する入射光と、蛍光体から放出される放出光（すなわち、蛍光信号）が空間的に分離できるので、信号対雑音比が向上して、生体物質の感知効率がより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例によるバイオチップを示す図である。
【図２】本発明の 他の実施例によるバイオチップを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例によるバイオチップの製造方法を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例によるバイオチップの製造方法を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施例によるバイオチップの製造方法を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による生体物質検出装置を示す図である。
【図５】励起光の入射角による反射率変化を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施例による生体物質検出装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の利点及び特徴、そしてそれを達成する方法は添付図面とともに詳細に後述される実施例を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるのではなく、互いに異なる様々な形態に具体化されることができ、本実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の思想を十分に理解するために提供されるものであって、本発明は特許請求の範囲によって正義されるものである。明細書全体にわたって同一参照符号は同一構成要素を示す。
【００１６】
本明細書で使用された用語は実施例を説明するためのものであって、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で、単数形は特別な言及がない限り複数形も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」を利用して言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。
【００１７】
また、本明細書で記述する実施例は、本発明の理想的な例示図である断面図及び／または平面図を参考して説明される。図面において、膜及び領域の厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。よって、図面に例示された領域は概略的な属性を有し、図面に例示された領域の模様は素子の領域の特定形状を例示するためのものであって、発明の範囲を限定するためのものではない。
【００１８】
本明細書において標的分子（ｔａｒｇｅｔ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）とは、特定基質を表す生体分子であって、分析体または分析物（ａｎａｌｙｔｅｓ）と同じ意味に解釈でき、本発明の実施例において抗原に該当する。
【００１９】
本明細書において捕捉分子（ｃａｐｔｕｒｅ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）とは、標的分子と特異結合（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｂｉｎｄｉｎｇ）する生体分子であって、プローブ分子（ｐｒｏｂｅ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）、収容体（ｒｅｃｅｐｔｏｒ）またはアクセプター（ａｃｃｅｐｔｏｒ）と同じ意味に解釈でき、本発明の実施例において捕集抗体に該当する。
【００２０】
また、本発明の実施例では、生体物質を検出するために、サンドイッチ免疫測定法（ｓａｎｄｗｉｃｈ  ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ）を利用する。サンドイッチ免疫測定法とは、標的分子を感知分子と特異結合させ、感知分子が結合された標的分子を捕捉分子と特異結合させて、捕捉分子‐標的分子‐感知分子構造の複合体（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）を形成して生体物質を検出する方法である。
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の一実施例によるバイオチップについて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施例によるバイオチップを示す図である。
【００２３】
図１を参照すると、本発明の一実施例によるバイオチップ１００は、基板１１０、金属層１２０、誘電層１３０及び標的分子１４４と特異結合する捕捉分子１４２を含む。
【００２４】
基板１１０は、光が透過及び反射できる物質で形成される。例えば、基板１１０は、プラスチック、ガラスまたはシリコン基板であってもよい。また、基板１１０は、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＣＯＣ（ｃｙｃｌｉｃ  ｏｌｅｆｉｎ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＡ（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＰＥ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｅｔｈｅｒ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＯＭ（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＶＣ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ＰＢＴ（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＦＥＰ（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｅｔｈｙｌｅｎｅｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＦＡ（ｐｅｒｆｌｕｏｒａｌｋｏｘｙａｌｋａｎｅ）などのポリマーからなってもよい。
【００２５】
基板１１０は、所定領域に楔状の上面を含む。具体的に、基板１１０の上面には、第１及び第２傾斜面１１２、１１４によって形成された尖鋭部１１６が形成され、尖鋭部１１６は基板１１０の上面に複数個が形成されることができる。基板１１０に形成された第１及び第２傾斜面１１２、１１４は、所定角度に入射する励起光を表面プラズモン共鳴角に金属層１２０に入射させることができる。これについて、図４を参照してより詳しく説明する。
【００２６】
金属層１２０は、楔状の基板１１０上面に沿って形成され、金属層１２０の表面では外部から与えられる電磁波（すなわち、エネルギーまたは波長）によって表面プラズモン（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ）が発生する。例えば、金属層１２０は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）またはチタン（Ｔｉ）で形成されることができる。
【００２７】
また、基板１１０と金属層の界面には、金属層１２０の接着力を向上させるための接着層（図示せず）が形成されることができる。接着層（図示せず）としては、例えば、クロム（Ｃｒ）薄膜またはチタン（Ｔｉ）薄膜が用いられることができ、約１乃至５ｎｍの厚さに形成されることができる。
【００２８】
金属層１２０上には、捕捉分子１４２と標的分子１４４の特異結合によって固定される蛍光体１４８への表面プラズモン共鳴エネルギー伝達効率を向上させるための誘電層１３０が形成される。誘電層１３０は、例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5またはＡｌ2Ｏ3で形成されることができる。
【００２９】
蛍光体１４８が金属層１２０から所定間隔離隔して有効伝達距離内に位置する時、表面プラズモン共鳴エネルギーの伝達効率が向上する。有効伝達距離とは、金属層１２０で表面プラズモン共鳴が発生する時、金属層１２０で散乱する表面プラズモンのエネルギーフィールド（ｆｉｅｌｄ）である。。具体的に、金属層１２０から蛍光体１４８までの有効伝達距離が約２乃至２０ｎｍである時、表面プラズモン共鳴エネルギーの伝達効率が極大化されることができる。これによって、蛍光体１４８を金属層１２０との間の有効伝達距離内に位置させるために、所定厚さの誘電層１３０が形成される。
【００３０】
また、誘電層１３０の表面には、捕捉分子１４２が固定化（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）されることができる。そして、誘電層１３０の表面には、捕捉分子１４２がよりしっかり固定化（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）されるように表面処理されることができる。例えば、誘電層１３０の表面にポリリジン（ｐｏｌｙ  ｌｙｓｉｎｅ）を含むポリマーが形成されることができ、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）が形成されることができる。
【００３１】
また、誘電層１３０の表面には活性基が誘導されることができる。例えば、誘電層１３０の表面に、カルボキシル基（‐ＣＯＯＨ）、チオール基（‐ＳＨ）、水酸基（‐ＯＨ）、シラン基、アミン基またはエポキシ基のような活性基が誘導されることができる。
【００３２】
誘電層１３０の表面には、分析しようとする標的分子１４４と特異結合する捕捉分子１４２が固定化される。図面には基板１１０の第１傾斜面１１２の上部にのみ捕捉分子１４２が固定されると示されているが、第１傾斜面１１２だけでなく、第２傾斜面１１４上部にも捕捉分子が固定されることができる。
【００３３】
誘電層１３０の表面に捕捉分子１４２を固定化する方法としては、化学的吸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）、共有結合（ｃｏｖａｌｅｎｔ−ｂｉｎｄｉｎｇ）、電気的結合（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ）、共重合体（ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）、アビジン‐ビオチン結合システム（ａｖｉｄｉｎ−ｂｉｏｔｉｎ  ａｆｆｉｎｉｔｙ  ｓｙｓｔｅｍ）などが利用できる。
【００３４】
捕捉分子１４２は、例えば、タンパク質、細胞、ウィルス、核酸、有機分子または無機分子であることができる。タンパク質の場合、抗原、抗体、基質タンパク質、酵素、補酵素など何れの生体物質でも可能である。そして、核酸の場合、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡまたはそれらの混合体であることができる。具体的に、本発明の一実施例で、捕捉分子１４２は抗原と特異結合できる捕集抗体であることができる。
【００３５】
捕捉分子１４２には、分析しようとする標的分子（すなわち、抗原）１４４が特異結合する。この時、標的分子１４４は、蛍光体１４８によって標識されて、捕捉分子１４２に特異結合する。具体的に、蛍光体１４８が標識された感知分子１４６が標的分子１４４と特異結合することで、標的分子１４４が蛍光体１４８で標識されることができる。このとき、感知分子（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）１４６と捕捉分子１４２は、標的分子１４４と特異結合する場所（ｓｉｔｅ）が互いに異なる。本発明の一実施例で、感知分子１４６は抗原と特異結合できる感知抗体であることができる。
【００３６】
このように、本発明の一実施例によるバイオチップ１００において、基板１１０の上面、すなわち第１及び第２傾斜面１１２、１１２上には、金属層１２０及び誘電層１３０が形成され、誘電層１３０上には生体物質の分析のために捕捉分子１４２‐標的分子１４４‐感知分子１４６‐蛍光体１４８の結合構造物が形成されることができる。
【００３７】
一方、本発明の一実施例による生体物質検出装置に備えられるバイオチップは、ＤＮＡチップ、タンパク質チップ、マイクロアレイ、または微細流体チップに適用できる。
【００３８】
図２は、本発明の他の実施例によるバイオチップを示す図である。
【００３９】
図２を参照すると、本発明の他の実施例によるバイオチップは、微細流体チャネル１００´を含む。すなわち、バイオチップは、下部プレート１１０ａ及び上部プレート（図示せず）を含み、下部プレート１１０ａ及び上部プレート（図示せず）が互いに所定間隔（チャネル深さ、ｈ）離隔した状態で結合して、微細流体チャネル１００´を形成することができる。すなわち、微細流体チャネル１００´は、下部プレート１１０ａの所定領域を上面から一定深さｈ内にリセスして形成することができる。そして、下部プレート１１０ａの上面に上部プレート（図示せず）が接合されることができる。このような微細流体チャネル１００´では、毛細管現象によって標的分子を含む流体が移動することができる。
【００４０】
下部プレート１１０ａに形成された微細流体チャネル１００´表面には、生体物質が反応する所定領域が楔状に形成される。すなわち、下部プレート１１０ａの表面は、第１及び第２傾斜面１１２、１１４によって形成された尖鋭部１１６を含む。そして、尖鋭部１１６は、下部プレート１１０ａの上面に複数個が形成されることができる。下部プレート１１０ａに形成された第１及び第２傾斜面１１２、１１４は、所定角度に下部プレート１１０ａに入射する励起光を、表面プラズモン共鳴角に金属層１２０に入射させることができる。
【００４１】
また、下部プレート１１０ａに形成された尖鋭部１１６は、下部プレート１１０a及び上部プレート（図示せず）の間隔がｈに維持される領域と、下部プレート１１０ａ及び上部プレート（図示せず）の間隔がｈより減少する領域とを含む。よって、微細流体チャネル１００´に標的分子を含む流体が供給されるとき、流体の供給速度を制御することができる。
【００４２】
また、下部プレート１１０ａに形成された第１及び第２傾斜面１１２、１１４上には金属層（図１の１２０）及び誘電層（図１の１３０）が順に形成され、誘電層（図１の１３０）表面には標的分子１４４を感知するための捕捉分子１４２が固定化される。
【００４３】
図３Ａ乃至図３Ｃは、本発明の一実施例によるバイオチップの製造方法を示す図である。
【００４４】
所定領域に楔状の上面を有する基板は、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィまたはインプラント技術を利用して形成されることができる。
【００４５】
詳しく説明すると、図３Ａに示すように、単結晶シリコン基板１０を用意し、楔状の上面を形成するための所定領域を露出させるマスク１１を形成する。そして、シリコン基板１０に第１及び第２傾斜面１２、１４が形成されるように異方性ウェットエッチング工程を行って、シリコン基板１０に溝（ｇｒｏｏｖｅ）を形成することができる。例えば、約８０℃の温度で、ＫＯＨ溶液を利用してシリコン基板１０をエッチングすることで、第１及び第２傾斜面１２、１４間の角度を約５５°（特に、エッチング角５４．７°）に形成することができる。
【００４６】
図３Ｂを参照すると、楔状の溝を有するシリコン基板１０に一般的な電気めっき（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）方法を利用して金属物質を満たし、シリコン基板１０と金属膜を分離して金属スタンプ２０を形成することができる。これによって、シリコン基板１０に形成された楔状の溝が金属スタンプ２０の表面に形成されることができる。よって、金属スタンプ２０の表面に互いに所定角度を成す第１及び第２傾斜面２２、２４が形成されることができる。この時、金属スタンプ２０としては、Ｎｉ／Ｃｒ薄膜またはＮｉ／Ａｕ薄膜が用いられることができる。
【００４７】
図３Ｃを参照すると、バイオチップの基板を形成するためのプラスチックまたはポリマー基板１１０を用意し、金属スタンプ２０を用いて基板１１０の所定領域に第１及び第２傾斜面１１２、１１４を形成する。すなわち、金属スタンプ２０を利用してプラスチック基板を押出成形または射出成形して、楔状の上面を有する基板１１０を形成することができる。
【００４８】
図４は、本発明の一実施例による生体物質検出装置を示す図である。
【００４９】
図４を参照すると、生体物質検出装置は、バイオチップ１００、光源部２００及び検出部３００を含む。
【００５０】
バイオチップ１００は、図１を参照して説明したように、上面の所定領域が楔状に形成された基板１１０、金属層１２０、誘電層１３０及び捕捉分子１４４を含む。
【００５１】
捕捉分子１４２は、基板１１０の第１及び第２傾斜面１１２、１１４上部に固定され、捕捉分子１４２には蛍光体１４８で標識された標的分子１４４が特異結合する。
【００５２】
基板１１０の第１及び第２傾斜面１１２、１１４上に形成された金属層１２０では、特定角度に入射する励起光によって表面プラズモン共鳴現象が発生することができる。
【００５３】
具体的に、表面プラズモン現象とは、特定波長の光が金属層１２０の表面に照射されると、金属層１２０の内部に存在する電子が偏極されて（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）発生する量子化された（ｑｕａｎｔｉｚｅｄ）電子の振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）である。
【００５４】
また、特定波長の光が特定角度に金属層１２０の表面に入射する時、金属層１２０によって光が吸収（ａｂｓｏｒｂｉｎｇ）及び散乱（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）されて金属層１２０表面のプラズモンが励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）される表面プラズモン共鳴（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象が発生することができる。より詳しく説明すると、特定入射角（表面プラズモン共鳴角）θRに光が入射すると、金属層１２０と誘電層１３０の境界面で発生した表面プラズモンの波動と位相が一致するようになり、金属層１２０に入射する励起光のエネルギーがすべて金属層１２０に吸収されて、反射波が無くなる。すなわち、金属層１２０の表面では特定波長の光が吸収され、金属層１２０の表面を囲む物質によって特定波長の光が散乱される。これについて図５を参照して説明する。
【００５５】
このように、金属層１２０に入射する励起光の反射率が急激に減少する角度を表面プラズモン共鳴角（ＳＰＲ  ａｎｇｌｅ）とし、表面プラズモン共鳴角は金属層１２０の周辺物質（ａｍｂｉｅｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）によって異なる。これについて図５を参照して説明する。
【００５６】
これによって、金属層１２０で表面プラズモン共鳴現象を誘導するためには、励起光が特定角度に金属層１２０に入射する必要がある。ところが、表面プラズモン共鳴角が比較的に大きい場合、励起光を金属層１２０に表面プラズモン共鳴角に照射することが難しい場合がある。反面、本発明の一実施例では、金属層１２０を基板１１０の第１及び第２傾斜面１１２、１１４上に形成することで、平面基板に対して小さい入射角（９０−θ）の励起光でも、表面プラズモン共鳴角θRに金属層１２０に入射することができる。
【００５７】
また、表面プラズモン共鳴角θR￥に励起光が金属層１２０に入射する時、金属層１２０の表面で励起される表面プラズモンはエネルギーを有して散乱されるので、金属層１２０から放出される共鳴エネルギーが金属層１２０上部の捕捉分子１４２と標的分子１４４の特異結合によって固定される蛍光体１４８に伝達されることができる。
【００５８】
光源部２００は、バイオチップ１００、すなわち、楔状の基板１１０上に形成された金属層１２０に励起光を照射する。このとき、光源部２００は、平坦な基板１１０の下面に対して特定入射角（９０‐θ）に励起光ＬEXを照射する。そして、励起光ＬEXは第１または第２傾斜面１１２、１１４表面で表面プラズモン共鳴角θRに金属層１２０に入射することができる。
【００５９】
すなわち、光源部２００から照射される励起光ＬEXをプラズモン共鳴現象を起こす特定角度に照射しなくても、金属層１２０の第１または第２傾斜面１１２、１１４によって、励起光ＬEXが表面プラズモン共鳴角θRに金属層１２０に入射することができる。これによって、金属層１２０の表面で表面プラズモンが励起されることができる。
【００６０】
このような光源部２００としては、多色光（ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｌｉｇｈｔ）を出力するキセノンランプ（Ｘｅｎｏｎ  ｌａｍｐ）を用いることができる。キセノンランプを光源として用いる場合、光源部２００は、光フィルタを含んで、単色光（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｌｉｇｈｔ）を励起光として提供できる。また、光源部２００として、白色光源、レーザダイオード（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用できる。
【００６１】
検出部３００は、基板１１０の第１及び第２傾斜面１１２、１１４上部に固定された蛍光体１４８から放出される蛍光信号（ＬEM；すなわち、放出光）を検出する。このとき、蛍光体１４８から放出される蛍光信号（ＬEM；すなわち、放出光）は金属層１２０表面で励起された表面プラズモンの共鳴エネルギーを受信して放出されることができる。
【００６２】
図５は、入射光の入射角による反射率変化を示すグラフである。
【００６３】
図５のグラフは、金属層及び誘電層を含む微細流体チャネルに周辺物質を供給し、金属層に入射する入射光の入射角による反射率変化を検出して示している。微細流体チャネルに供給される周辺物質として空気層、水及びエタノールが用いられた。このうち空気層は、微細流体チャネルが乾燥していることを意味する。ここで、入射光としては、線形偏光（ｌｉｎｅａｒ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）された６６０ｎｍ波長の単色光を用いた。
【００６４】
図５参照すると、金属層の周辺物質（ａｍｂｉｅｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）別に、励起光の入射角による金属層での反射率変化を確認できる。すなわち、金属層表面に存在する誘電層別に特定入射角で反射率が急激に減少することが確認できる。言い換えれば、図５のグラフは、金属層に入射する光が特定入射角で共鳴吸収されることを意味する。そして、金属層で反射率が急激に減少する時の角度を表面プラズモン共鳴角（ＳＰＲ  ａｎｇｌｅ）とする。また、図５を参照すると、表面プラズモン共鳴角は金属層の表面に接触する物質によって異なることが分かる。
【００６５】
図６は、本発明の他の実施例による生体物質検出装置を示す図である。
【００６６】
図６を参照すると、本発明の他の実施例による生体物質検出装置は、特定角度に入射する励起光ＬEXによって基板１１０の第１及び第２傾斜面１１２、１１４表面から放出される蛍光信号ＬEM1、ＬEM2を検出できるようにする。
【００６７】
詳しく説明すると、本発明の他の実施例において光源部は、光源２１０、ビームスプリッター２２０、第１及び第２反射ミラー２３２、２３４を含む。
【００６８】
すなわち、光源２１０は、所定角度に特定波長の励起光ＬEXを照射する。所定入射角度に照射される励起光ＬEXは、ビームスプリッター２２０によって透過及び反射して、第１及び第２励起光ＬEX1、ＬEX2に分離されることができる。そして、第１励起光ＬEX1は、第１反射ミラー２３２に提供され、第１反射ミラー２３２に反射して基板１１０の第１傾斜面１１２に入射することができる。また、第２励起光ＬEX2は、第２反射ミラー２３４に提供され、第２反射ミラー２３４に反射して基板１１０の第２傾斜面１１４に入射することができる。すなわち、所定角度に入射した励起光ＬEXが第１及び第２励起光ＬEX1、ＬEX2に分離されて、第１及び第２傾斜面１１２、１１４にそれぞれ表面プラズモン共鳴角度に提供されることができる。
【００６９】
これによって、第１及び第２傾斜面１１２、１１４にそれぞれ表面プラズモン共鳴角度に励起光が入射することができる。従って、第１傾斜面１１２上に位置する金属層１２０で、第１励起光ＬEX1によって表面プラズモン共鳴現象が発生することができ、これによって第１傾斜面１１２上に標的分子１４４と捕捉分子１４２の特異結合によって固定された蛍光体１４８に表面プラズモン共鳴エネルギーが伝達されることができる。そして、第２傾斜面１１４上に位置する金属層１２０でも、第２励起光ＬEX2によって表面プラズモン共鳴現象が発生することができ、これによって第２傾斜面１１４上に固定された蛍光体１４８に表面プラズモン共鳴エネルギーが伝達されることができる。従って、検出部３００では、第１及び第２傾斜面１１２、１１４上の蛍光体１４８から放出される蛍光信号ＬEM1、ＬEM2を検出することができる。
【００７０】
また、本発明の実施例において、基板１１０に入射する励起光と、蛍光体１４８から放出される放出光が基板１１０によって空間的に互いに分離されるので、検出部３００では放出光のみを通過させる光フィルタを用いることなく、蛍光体１４８から放出される放出光のみを効率的に感知することができる。従って、標的分子１４４を検出するための蛍光信号の信号対雑音比が向上することができる。
【００７１】
一方、本発明の他の実施例において、光源２１０は、第１波長の励起光と第２波長の励起光に対して複数の励起光を時間間隔を置いて照射することができる。これによって、基板１１０の第１傾斜面１１２と基板１１０の第２傾斜面１１４に第１波長の励起光が入射する時点と第２波長の励起光が入射する時点をそれぞれ異なるようにすることができる。これによって、第１傾斜面１１２及び／または第２傾斜面１１４で第１波長の励起光による蛍光と第２波長の励起光による蛍光をそれぞれ異なる時点で傾向信号を得ることができる。従って、検出部３００では第１傾斜面１１２から放出される蛍光信号と、第２傾斜面１１４から放出される蛍光信号を時間的に分離して検出することができる。
【００７２】
そして、様々な種類の標的分子１４４を検出するために、光源２１０は所定入射角度に複数波長の励起光ＬEXを照射することができる。すなわち、ビームスプリッター２２０としてダイクロイックミラー（ｄｉｃｈｒｏｉｃ  ｍｉｒｒｏｒ）を使用する場合、所定入射角度に照射される励起光ＬEXが特徴波長に対して透過し特徴波長に対して反射して、第１及び第２励起光ＬEX1、ＬEX2に分離されることができる。従って、検出部３００では、第１傾斜面１１２から放出される蛍光信号と、第２傾斜面１１４から放出される蛍光信号は互いに異なる発光中心波長を有し、空間的に分離して検出することができる。上記のような方法で単一チャネルで多種の標的分子１４４を波長分割方法あるいは時間分割方法で検出可能である。
【００７３】
以上、添付図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更することなく他の具体的な形態に実施できるということを理解できるであろう。従って、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであって限定的ではないものと理解すべきである。
【符号の説明】
【００７４】
１００  バイオチップ
１１０  基板
１２０  金属層
１３０  誘電層
１４２  捕捉分子
１４４  標的分子
１４６  感知分子
１４８  蛍光体
２００  光源部
３００  検出部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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