糖化蛋白质检测传感器以及具备该传感器的便携式糖化蛋白质检测装置

摘要

涉及糖化蛋白质检测传感器以及便携式糖化蛋白质检测装置。根据本发明一实施方式的糖化蛋白质检测传感器，其特征在于，具备：检测膜（300），形成在规定的基材（100）上；第一和第二单位传感器（10′、10″），其包含阳（+）极（400）和阴（－）极（500），该阳（+）极（400）和阴（－）极（500）隔着规定间隔对置地形成在检测膜（300）的两端，在第一单位传感器（10′）的第一检测膜（300）上配置有配体组合物（600′），该配体组合（600′）物包含与第一目标物质（700）结合的芳香族硼酸作为有效成分，在第二单位传感器（10″）的第二检测膜（300）上配置有与第一或第二目标物质（700）结合的受体（600″），第一目标物质（700）为糖化蛋白质（700′），第二目标物质（700）为蛋白质（700″）。

说明书

技术领域

本发明涉及糖化蛋白质检测传感器以及具备该传感器的便携式糖化蛋白 质检测装置。更具体地，涉及无需进行采血，而仅仅将唾液（saliva）接触于 检测传感器上，就能够简单地检测糖化蛋白质数值的糖化蛋白质检测传感器 以及具备该传感器的便携式糖化蛋白质检测装置。

背景技术

纳米大小的物质因其独特的电子、光学、机械特性，作为非常重要的物 质，最近受到关注。目前为止的关于纳米结构物的研究，通过量子尺寸效应 等新的现象，预示着将来作为新型光学元件的可应用性。特别是纳米结构物， 由于不仅能够应用于电子晶体管元件，而且也能够应用于各种化学传感器以 及生物传感器等，因此受到更多的关注。

利用具备纳米结构物的生物传感器来检测目标物质的方法为，固定在纳 米结构物表面上的受体使所要检测的目标物质（化学因子、生物分子、疾病 表示因子）吸附在纳米结构物表面，通过这种方式被吸附的目标物质引起纳 米结构物的导电性变化。

通过利用这种纳米结构物的导电性变化，也可以检测身体内部的目标物 质，例如糖尿病患者的血浆蛋白质。

糖尿病是胰脏分泌的胰岛素的分泌量不足或者无法进行正常功能等代谢 性疾病的一种，为了控制血液中的糖的含量，糖尿病患者进行食疗法、运动 疗法、药物疗法等。因此，对于糖尿病患者而言，为了进行上述的疗法，每 天定期检测糖数值是必须的。

现有的糖数值检测方法为，刺破患者的手指，采取少量的血液样品，将 血液样品导入至经过化学处理的传感器中，以检测血液中的糖数值。这种方 法被韩国公开专利公报第2010-0086039号等公开。

发明内容

技术问题

由于这种现有的糖数值检测方法需要频繁地采血，导致给患者带来痛苦， 而且还存在引起细菌感染等问题。此外，由于将血液样品导入至经过化学处 理的传感器中的过程需要一定的时间，因此导致检测血液中的糖数值存在误 差。因此，需要开发出通过不采血的方式更加准确地实时检测糖尿病患者的 糖数值的方法。

解决问题的方法

由此，本发明旨在解决如上所述的现有技术的所有问题，本发明提供一 种糖化蛋白质检测传感器以及具备该传感器的便携式糖化蛋白质检测装置， 其无需进行采血，仅仅将唾液接触于检测传感器上，就能够简单地检测糖化 蛋白质数值。

此外，本发明提供一种能够实时、简单地检测糖化蛋白质数值的糖化蛋 白质检测传感器以及具备该传感器的便携式糖化蛋白质检测装置。

此外，本发明提供一种提高检测精度且制造过程简单的糖化蛋白质检测 传感器以及具备该传感器的便携式糖化蛋白质检测装置。

有利效果

根据如上所述的结构，无需进行采血，仅仅将唾液接触于检测装置上， 就能够简单地检测糖化蛋白质数值。

此外，本发明能够实时简单地检测糖化蛋白质数值。

此外，本发明能够以最小误差检测糖化蛋白质数值，而且能够简单地制 造。

附图说明

图1是根据本发明的一实施方式的糖化蛋白质检测单位传感器的结构示 意图。

图2是根据本发明的一实施方式的糖化蛋白质检测传感器的结构示意图。

图3是根据本发明的一实施方式的配体组合物的结构示意图。

图4是表示根据本发明的一实施方式的配体组合物和糖化蛋白质的结合 的图。

图5是根据本发明的一实施方式的芳香族硼酸和糖化人血清白蛋白 （gHSA）的结合状态的示意图。

图6是根据本发明的一实施方式的便携式糖化蛋白质检测装置的示意图。

图7是根据本发明的一实施方式的将便携式糖化蛋白质检测装置连接在 读取部上的示意图。

附图标记

10：单位传感器

10′：第一单位传感器

10″：第二单位传感器

100：基材、便携式糖化蛋白质检测基材

200：氧化物层

300：检测膜

400、400′400″：阳（+）级、源极

500、500′500″：阴（+）级、漏极

600′：配体组合物

600″：受体

700：目标物质

700′：糖化蛋白质

700″：蛋白质

800：栅极

900：传感器主体

910：多个孔

920：端子部

930：槽

1000：读取部

1010：显示部

具体实施方式

为了实现上述目的，本发明的一实施方式的糖化蛋白质检测传感器的特 征在于，包含配体组合物，该配体组合物包含作为有效成分的芳香族硼酸。

此外，为了实现上述目的，根据本发明的一实施方式的糖化蛋白质检测 传感器的特征在于，具备：检测膜，形成在规定的基材上；第一单位传感器 和第二单位传感器，包含阳（+）极和阴（－）极，该阳（+）极和阴（－） 极隔着规定的间隔对置地形成在检测膜的两端上，其中，在第一单位传感器 的第一检测膜上配置有配体组合物，该配体组合物包含与第一目标物质结合 的芳香族硼酸作为有效成分，在第二单位传感器的第二检测膜上配置有与第 一目标物质或第二目标物质结合的受体，第一目标物质为糖化蛋白质，第二 目标物质为蛋白质。

当第一单位传感器的第一检测膜的至少一部分区域与唾液（saliva）接触 时，检测第一检测膜通过配体组合物与唾液中的糖化蛋白质连接而产生的第 一检测膜的电流变化，其中，该配体组合物含有作为有效成分的芳香族硼酸， 当第二单位传感器的第二检测膜的至少一部分区域与唾液（saliva）接触时， 检测第二检测膜通过受体与唾液中的糖化蛋白质或蛋白质连接而产生的第二 检测膜的电流变化。

基材的材质包括硅、玻璃、塑料以及聚合物中的任一种，而且，基材的 表面可以具有疏水性。

第一检测膜和第二检测膜的材质相同，可以包括碳纳米管和石墨烯中的 任一种。

阳（+）极和阴（－）极的材质可以包括金。

第一单位传感器的阴（－）极和第二单位传感器的阴（－）极共同，并 且接地。

芳香族硼酸可以包括苯（phenyl）硼酸、萘（naphthalene）硼酸、菲 （phenanthrene）硼酸以及芘（pyrene）硼酸中的任意一种。

受体可以包括硫醇基。

糖化蛋白质可以包括糖化人血清白蛋白（gHSA：glycated human serum  albumin）、糖化免疫球蛋白G(IgG：Immunoglobulin G)、糖化免疫球蛋白 M(IgM：Immunoglobulin M）中的任一种。

蛋白质可以包括人血清白蛋白(HAS：human serum albumin)、IgG、IgM 中的任一种。

当阳（+）极为源极，阴（－）极为漏极时，还可以包括作为其他阴（－） 极的栅极。

此外，为了实现上述目的，根据本发明的一实施方式的便携式糖化蛋白 质检测装置可以包括：所述糖化蛋白质检测传感器；传感器主体，覆盖糖化 蛋白质检测传感器，并且形成外观；端子部，形成在蛋白质检测传感器的端 部上。

此外，为了实现上述目的，根据本发明的一实施方式的便携式糖化蛋白 质检测方法，能够利用所述糖化蛋白质检测传感器来进行检测。

以下，参照附图来详细说明实施本发明的特定实施方式。通过这些实施 方式，所属领域的技术人员能够充分实施本发明。应理解为，虽然本发明的 各种实施方式有所不同，但并非具有排他性。例如，在不超过本发明的精神 和范围的基础上，在此记载的特定形状以及特性，一种实施方式能够以其他 的实施方式实施。此外，应理解为，每个实施方式的个别构成要素的位置或 配置在不脱离本发明的精神和范围的基础上能够进行变更。因此，后述的本 发明并非旨在限定，本发明的范围包括权利要求中所要求的范围以及与其均 等的所有范围。附图中类似的附图标记在不同侧面表示相同或类似的构成要 素，为了便于说明，长度、面积、厚度等有可能夸大表示。

以下，为了所属另一的技术人员能够容易地实施本发明，参照附图详细 说明本发明的优选实施方式。

糖化蛋白质检测传感器的结构

图1是根据本发明的一实施方式的单位传感器10的结构示意图。

参照图1，单位传感器10可以包括基材100、氧化物层200、检测膜300、 第一电极400以及第二电极500。

基材100作为糖化蛋白质检测基材发挥作用，可以使用普通的硅晶片的 一部分，但是并非限定于此，根据情况，也可以使用玻璃、塑料、聚合物材 质的基材。此外，虽然图1中表示基材100的尺寸限定于单位传感器10的尺 寸，但是如图2所示，在基材100（便携式糖化蛋白质检测基材）的局部上可 以设置作为单位传感器10的构成要素的氧化物层200、检测膜300、阳（+） 极400、阴（－）极500等。即，在便携式糖化蛋白质检测基材100上可以形 成有两个以上的单位传感器10。

氧化物层200形成在基材100上，并且可以包括二氧化硅（SiO2）。氧化 物层200可以起到栅绝缘膜的作用。氧化物层200可以通过热氧化法、物理 气相沉积法（PVD：Physical Vapor Deposition）、化学气相沉积法（CVD： Chemical Vapor Deposition）等形成，但并非限定于此，可以利用公知的任何 薄膜形成方法。

检测膜300形成在氧化物层200上，起到半导体的作用，即，当其表面 吸附作为目标物质700的糖化蛋白质700′或蛋白质700″时，流通在一对阳 （+）极400和阴（－）极之间的电流的量能够发生变化。

特别是，作为构成本发明的检测膜300的物质可以使用碳纳米管（CNT： Carbon nano tube）或石墨烯（graphene）中的任一种。使用于检测膜300的碳 纳米管可以具有单壁、双壁、多壁等形状，根据情况，也可以具有绳索形状。 石墨烯是具有石墨（graphite）的单层形状且由一个碳原子的厚度形成的薄碳 膜。其电传导性、热传导性优越，而且具有较大的强度，化学性质与碳纳米 管类似。

碳纳米管具有强疏水性（hydrophobic）。因此，为了便于在氧化物层200 上形成由碳纳米管构成的检测膜300，可以对氧化物层200的上表面进行改质， 使其具有疏水性。

阳（+）极400和阴（－）极500可以隔着规定的间隔相互对置地配置在 检测膜300的两端上。优选为，阳（+）极400和阴（－）极500的材质为金 （Au）。此外，如后所述，阳（+）极400可以做成独立电极，阴（－）极500 可以做成共同电极。

图2是根据本发明的一实施方式的糖化蛋白质检测传感器的结构示意图。

参照图2，本发明的糖化蛋白质检测传感器可以包括两个以上的单位传感 器10，以下，以糖化蛋白质检测传感器包括两个单位传感器10，即第一单位 传感器10′和第二单位传感器10″的结构作为示例进行说明。第一单位传感 器10′和第二单位传感器10″中，基材100、氧化物层200、检测膜300、阳 （+）极400以及阴（－）极500的构成要素实质上相同。

在第一单位传感器10′的第一检测膜300上配置有配体组合物600′。 本发明中的“配置”可以理解为，通过涂覆、吸附、沉积等方式，将规定的 物质均匀地置于检测膜300的上侧。配体组合物600′能够与作为第一目标物 质700的糖化蛋白质700′结合，从而将糖化蛋白质700′附着在检测膜300 上。这种配体组合物600′可以包含芳香族硼酸（aromatic boronic acid）作为 有效成分，具体为，可以是包含苯（phenyl）硼酸、萘（naphthalene）硼酸、 菲（phenanthrene）硼酸以及芘（pyrene）硼酸中的任一种的物质。图3的（a） 表示苯硼酸化学式，（b）表示1-萘硼酸化学式、（c）表示9-菲硼酸化学式、（d） 表示1-芘硼酸化学式。

糖化蛋白质700′可以是糖化人血清白蛋白（gHSA：glycated human serum  albumin）、糖化免疫球蛋白G(IgG)、糖化免疫球蛋白M(IgM）中的任一种。

第二单位传感器10″的第二检测膜300上配置有受体600″。受体600 ″通过与作为第一或第二目标物质700的糖化蛋白质700′或蛋白质700″结 合，使糖化蛋白质700′或蛋白质700″附着在检测膜300上。受体600″可 以是选自酶基质、配体、氨基酸、肽、蛋白质、核酸、脂质、碳水化合物中 的物质，优选为甲状腺素（thyroxine）。

蛋白质700″可以是人血清白蛋白(HAS：human serum albumin)、IgG、IgM 中的任一种。

如上所述的单位传感器10具有与金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOS-FET：metal oxide semiconductor field effect transistor）类似的结构，而 且，检测膜300可以起到沟道（channel）的作用，阳（+）极400可以起到源 （source）极的作用，阴（－）极500可以起到漏（drain）极的作用。此外， 便携式糖化蛋白质检测基材100上可以形成作为另一阴（－）极的栅极800。 特别是，当使用具有半导体特性的碳纳米管构成检测膜300的物质时，单位 传感器10可以作为碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET：carbon nanotube field  effect transistor）发挥作用。

存在于唾液中的糖化蛋白质700′通过与第一单位传感器10′的配体组 合物600′结合，附着在第一检测膜300上，从而能够改变第一单位传感器 10′的电流值。即，第一检测膜300可以通过配体组合物600′与糖化蛋白质 700′连接，使第一检测膜300的电流发生变化。此外，存在于唾液中的糖化 蛋白质700′或蛋白质700″通过与第二单位传感器10″的受体600″结合， 附着在第二检测膜300上，从而能够改变第二单位传感器10″的电流值。即， 第二检测膜300可以通过受体600″与糖化蛋白质700′或蛋白质700″连接， 使第二检测膜300的电流发生变化。因此，第一单位传感器10′或第二单位 传感器10″内部的电流量可以根据一定的检测溶液（即唾液）内所包含的糖 化蛋白质700′或蛋白质700″的量而发生变化。

此外，虽然图2中表示糖化蛋白质检测传感器上配置有两个单位传感器 10，但是并非限定于此，根据本发明的实施目的，可以增加单位传感器10的 数量。作为一实施方式，当需要配置四个单位传感器10时，可以分别追加第 一单位传感器10′和第二单位传感器10″。

阳（+）极400在配置有两个以上的单位传感器10的糖化蛋白质检测传 感器中可以作为独立电极400起到源极的作用。此外，阳（+）极400并非限 定于图二所示的电极的大小、形状等，阳（+）极400可以在起到源极作用的 范围内进行各种变形。

此外，再参照图2，阴（－）极500在配置有两个以上的单位传感器10 的糖化蛋白质检测传感器中可以作为共同电极500，例如作为第一单位传感器 10′或第二单位传感器10″所共有的共同的电极发挥作用。共同电极500通 过与多个单位传感器10连接，从电压施加单元（未图示）接收对地电压，从 而能够起到漏极的作用。

此外，电压施加单元通过与阳（+）极400接触，能够施加正电压。并且， 电压施加单元通过与阴（－）极500接触，能够施加对地电压，如此，当由 所述电压施加单元向各电极施加电压时，可以通过与阳（+）极400以及阴（－） 极500连接的端子部920(参照图6)，检测各个单元传感器的电流的变化。

特别是，通过检测第一单位传感器10′的电流变化量和第二单位传感器 10″的电流变化量，从而能够比较由第一单位传感器10′检测的糖化蛋白质 数值和由第二单位传感器10″检测的总蛋白质数值（糖化蛋白质以及蛋白质 的数值）。即，gHSA/总HAS(gHSA+HSA)的值，即，通过检测存在于糖尿病 患者唾液中的总蛋白质中转化为糖化蛋白质的量，从而能够判定被检测者是 否属于糖尿病患者。例如，当所述检测值为14%以上时，表示总蛋白质中14% 转化为糖化蛋白质，可以判定被检测者为糖尿病患者。

实施方式

以下的实施方式中，在制造本发明的糖化蛋白质检测传感器（CNT-FET） 后，确认了糖化蛋白质和碳纳米管结合引起的电流的变化。

本发明中，用于制造糖化蛋白质检测传感器的材料如下：

使用直径为0.7nm至1.4nm、长度为20nm至80nm的单壁CNT（碳纳米 管）。糖化蛋白质检测传感器是通过标准的光刻和剥离工艺制造。芳香族硼酸 使用芘硼酸、9-菲硼酸、1-萘硼酸、苯硼酸。此外还准备了山梨醇、二甲基甲 酰胺（DMF：dimethylformamide）、乙醇、gHSA(每摩尔白蛋白含有1-5摩尔 果糖胺（fructosamine）)以及3-(N-吗啡啉)丙磺酸（MOPS）。

本发明的糖化蛋白质检测传感器的制造过程以及gHSA的检测方法如下：

在二甲基甲酰胺（DMF）中溶解了芳香族硼酸。芳香族硼酸的最佳涂覆 浓度是通过在DMF中进行连续的稀释后适用于CNT-FET而确定。为了防止 蒸发，在密封容器内，将溶解了4ml的芳香族硼酸的DMF混合液，在CNT-FET 上常温培养了30分钟。培养后用乙醇清洗CNT-FET，然后在常温下干燥一小 时。CNT-FET的基准阻抗值通过以下方式获得：在CNT-FET里添加4ml的 0.1M的PH为7.5的3-(N-吗啡啉)丙磺酸（MOPS）以及5mM的氯化镁（MgCl2） (结合缓冲液)约30秒，然后，将相同缓冲液里的4的gHSA添加到CNT-FET 上，再追加检测阻抗值的变化两分钟后获得。将对gHSA检测的阻抗值使用 该缓冲液的基准值进行归一化（normalization）。利用低电流检测系统来检测 与CNT-FET结合的目标物质的电子特性，该低电流检测系统与CNT-FET的 源极以及漏极电连接。电信号检测期间保持100mV的源/漏偏压，脉冲的宽幅 为1秒。

图4是表示根据本发明的一实施方式的配体组合物和糖化蛋白质的结合 的图。

参照图4可以确认，配置在第一单位传感器10′的第一检测膜300上的 配体组合物600′和糖化蛋白质700′的结合。

作为糖化过程的初期生成物的N-链果糖胺-蛋白质加合物 （fructosamine-protein adduct）具有能够与硼酸形成共价酯键的1、2-顺式二醇 （1、2-cis diol）。由于硼酸是平面形，因此只能与平面形顺式二醇结合。由于 这种立体特异结合（stereo-specific bond），被固定化（immobilized）的氨基酸 -苯硼酸可以作为对第一传感器10的目标物质700即糖化蛋白质700′的亲和 性配体组合物600′使用。

图5是根据本发明的一实施方式的芳香族硼酸和糖化人血清白蛋白 （gHSA）的结合状态的示意图。

参照图5，当适用包含目标物质的检测溶液时（图5中用箭头表示），可 以确认，涂覆有1-芘硼酸的CNT-FET（粗实线）相对于未涂覆的CNT-FET(点 线)，阻抗的变化大。由此可以确认，gHSA附着在配置有芳香族硼酸的 CNT-FET上，能够使流经CNT-FET内部的电流量发生变化。

便携式糖化蛋白质检测装置的结构

图6是根据本发明的一实施方式的便携式糖化蛋白质检测装置的示意图。 图6的（a）是便携式糖化蛋白质检测装置的俯视图，（b）是侧视图。

参照图6，根据本发明的一实施方式的便携式糖化蛋白质检测装置具备传 感器主体900以及端子部920。

传感器主体900覆盖便携式糖化蛋白质检测基材100或者糖化蛋白质检 测传感器，以保护便携式糖化蛋白质检测装置免受到来自外部的检测溶剂的 腐蚀以及冲击，而且能够构成便携式糖化蛋白质检测装置的外观。优选为传 感器主体900的材质为塑料，但是只要能够覆盖糖化蛋白质检测传感器以构 成外观，也可以使用其他材质。

传感器主体900上可以形成有可供唾液通过的多个孔910。唾液能够通过 多个孔910并接触到存在于传感器主体900内部的糖化蛋白质检测传感器。

优选为，传感器主体900上形成有能够保持唾液的槽930。槽930可供使 用者吐出唾液，或者容易地挪移已从体内分离的唾液，从而能够检测糖化蛋 白质的数值。

此外，便携式糖化蛋白质检测装置还可以包括用于覆盖单位传感器10的 传感器覆盖部件（未图示）。传感器覆盖部件的材质可以包括塑料。传感器覆 盖部件上形成有多个细微孔，只有存在于检测溶液中的目标物质700，例如存 在于唾液中的糖化蛋白质700′或蛋白质700″才能够通过细微孔，与配体组 合物600′以及受体600″结合。

端子部920与糖化蛋白质检测传感器10连接，并且可以向传感器主体900 的外部突出。端子部920的布线921、922、923、924分别连接于与第一单位 传感器10′连接的阳（+）极400、与第二单位传感器10′连接的阳（+）极 400、阴（－）极500、栅极800。当然，随着单位传感器10的增加，布线的 数量也有可能变更。

图7是根据本发明的一实施方式的将糖化蛋白质检测装置连接在读取部 上的示意图。

参照图7，本发明的便携式糖化蛋白质检测装置还可以包括读取部1000。 读取部1000可拆装地安装在传感器主体900上，并且形成有可供端子部920 插入的端子部孔（未图示）。端子部920插入于读取部1000内，并向读取部 1000的控制部（未图示）传递关于糖化蛋白质以及蛋白质数值的电流信号， 从而使读取部1000分析糖化蛋白质以及蛋白质数值，以算出gHSA/总 HAS(gHSA+HSA)的值。gHSA/总HAS(gHSA+HSA)的值也可以通过设置在读 取部1000上的显示部1010来显示。

此外，并不限定于读取部1000，也可以将计算机、智能手机等其他末端 器连接在端子部920上，通过分析电流信号，检测糖化蛋白质数值。本发明 的便携式糖化蛋白质检测装置可以制作成棉棒或体温计等大小的低廉的方 式，作为一次性装置可简单地检测糖化蛋白质数值。

本发明无需进行采血，而仅仅将唾液接触于包含与糖化蛋白质结合的配 体组合物的糖化蛋白质检测传感器上，就能够实时简单地检测糖化蛋白质数 值。此外，本发明中，CNT与作为目标物质的糖化蛋白质之间的距离相对较 短，从而能够提高检测精度，而且制造过程简单。

虽然通过优选实施方式对本发明进行了说明，但是本发明并非限定于上 述实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内，所属领域的技术人员能够进 行各种变形和变更。应理解为这种变形以及变形也属于本发明以及添附的权 利要求范围。