CN110088610A - 生物感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物感测装置，其包括：源极及漏极，彼此隔开配置；栅极，配置在源极及漏极之间并且与源极及漏极隔开；绝缘膜图案，配置在栅极上，以使栅极与源极和漏极电绝缘；感测膜，其作为连接源极及漏极的通道，配置在源极及漏极的至少一部分以及绝缘膜图案上，并包含单壁碳纳米管材料；以及锚定结构体，其作为用于将感测膜结合到绝缘膜图案的结构体，配置在绝缘膜图案上，并包含多壁碳纳米管材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物感测装置，更加详细而言，涉及一种具有电极结构的生物感测装置。
背景技术
用于疾病诊断的检查方法主要基于通过酶反应的显色、荧光等，但是近来也使用利用了抗原与抗体之间的免疫反应的免疫检查方法。现有的免疫分析法中最常使用的方法为将酶的催化反应与光学标记结合的光学测定方法。这种方法的缺点是，主要由实验室的熟练研究人员进行，需要复杂的步骤，并且用于分析的装置为昂贵的大型装置，分析时间长。
发明内容
技术问题
本发明用于解决包括上述问题在内的各种问题，其目的在于，提供一种生物感测装置，可以最大限度地提高感测膜的性能，并且缩短分析时间，费用相对低廉。但是，这种技术问题是示例性的，本发明的范围并非限定于此。
技术方案
为了解决上述技术问题，提供本发明的一方面涉及的生物感测装置。所述生物感测装置包括：源极及漏极，彼此隔开配置；栅极，配置在源极及漏极之间并且与源极及漏极隔开；绝缘膜图案，配置在栅极上，以使栅极与源极和漏极电绝缘；感测膜，其作为连接源极及漏极的通道，配置在源极及漏极的至少一部分以及绝缘膜图案上，并包含单壁碳纳米管(SWCNT)材料；以及，锚定结构体，其作为用于将感测膜结合到绝缘膜图案的结构体，配置在绝缘膜图案上，并包含多壁碳纳米管(MWCNT)材料。
为了解决上述技术问题，提供本发明的另一方面涉及的生物感测装置。所述生物感测装置包括：源极及漏极，彼此隔开配置；栅极，配置在源极及漏极之间并且与源极及漏极隔开；绝缘膜图案，配置在栅极上，以使栅极与源极和漏极电绝缘；感测膜，其作为连接源极及漏极的通道，配置在源极及漏极的至少一部分以及绝缘膜图案上，并包含单壁碳纳米管(SWCNT)材料；以及锚定结构体，其作为用于将感测膜结合到绝缘膜图案的结构体，配置在绝缘膜图案上，并包含选自石墨烯(graphene)、金(Au)及钯(Pd)中的任一种材料。
在所述生物感测装置中，锚定结构体可以包括彼此隔开的多个线条图案，且线条图案的长度方向垂直于源极与漏极的连接方向。
在所述生物感测装置中，锚定结构体可以包括彼此隔开的多个线条图案，且线条图案的长度方向平行于源极与漏极的连接方向。
在所述生物感测装置中，锚定结构体可以包括彼此隔开的多个闭合多边形形状的图案。
所述生物感测装置可以进一步包括受体，该受体附着在感测膜上且能够与靶物质结合。
在所述生物感测装置中，所述受体可以通过官能团附着在所述感测膜上，所述受体为选自酶底物、配体、氨基酸、肽、适体、蛋白质、核酸、脂质及碳水化合物中的任意一种以上。
在所述生物感测装置中，所述官能团可以为选自胺基、羧基及硫醇基中的至少一种。
在所述生物感测装置中，所述靶物质可以为选自蛋白质、肽、适体、核酸、低聚糖、氨基酸、碳水化合物、溶解气体、氧化硫气体、氧化氮气体、残留农药、重金属及环境污染物质中的至少一种。
发明效果
根据如上所述构成的本发明的部分实施例，能够提供一种生物感测装置，该生物感测装置能够最大限度地提高感测膜的功能，并且缩短分析时间，费用相对低廉。当然，本发明的范围并非限定于这种效果。
附图说明
图1a及图1b是示出在本发明的一实施例涉及的生物感测装置的制造过程中锚定结构体的形状的剖面图及俯视图。
图1c及图1d是示出在本发明的另一实施例涉及的生物感测装置的制造过程中锚定结构体的形状的俯视图。
图2a及图2b是示出在本发明的一实施例涉及的生物感测装置的制造过程中形成与锚定结构体结合的感测膜的状态的剖面图及俯视图。
图3是示出本发明的一实施例涉及的生物感测装置的剖面图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的多个实施例进行示例说明。在整篇说明书中，当提及诸如膜、图案、区域或基板的某一构成要素位于其他构成要素“上”时，可以解释为所述某一构成要素直接接触在所述另一构成要素的“上部”或可以存在介于其中间的又一构成要素。反之，当提及某一构成要素位于另一构成要素的“直接上部”时，应解释为其中间不存在其他构成要素。
附图中，例如，根据制造技术及/或者公差(tolerance)，能够预想到图示的形状的变形。因此，本发明思想的实施例不应被解释为限于本说明书所示区域的特征形状，而应包括例如由制造引起的形状的变化。另外，为了方便及明确性，可以夸大附图中各层的厚度、大小。相同的附图标记指代相同的要素。
图1a及图1b是示出在本发明的一实施例涉及的生物感测装置的制造过程中锚定结构体的形状的剖面图及俯视图，图2a及图2b是示出在本发明的一实施例涉及的生物感测装置的制造过程中形成与锚定结构体结合的感测膜的状态的剖面图及俯视图，图3是示出本发明的一实施例涉及的生物感测装置的剖面图。
参照图1a及图1b，本发明的一实施例涉及的生物感测装置包括：源极140及漏极150，在基板130的上方彼此隔开配置；栅极110，配置在源极140及漏极150之间并且与源极140及漏极150隔开；绝缘膜图案170，配置在栅极110上，以使栅极110与源极140和漏极150电绝缘。
源极140、漏极150及栅极110由导电性物质形成，例如，作为材料，可以包含金(Au)。虽未图示，但是在源极140与基板130之间，以及漏极150与基板130之间可以插入阻挡层(例如，Ti层)。例如，绝缘膜图案170可以是例如氧化铝(Al2O3)图案。
进一步地，本发明的一实施例涉及的生物感测装置，作为将在后述工艺中形成的感测膜190结合到绝缘膜图案170的结构体，在绝缘膜图案170上形成锚定结构体180。
参照图2a及图2b，本发明的一实施例涉及的生物感测装置在源极140及漏极150的至少一部分以及绝缘膜图案170上形成感测膜，作为使源极140及漏极150连接的通道。
感测膜190可以包括例如单壁碳纳米管(SWCNT)材料。此时，将液态的前体溶液供给到包括源极140与漏极150之间的空间在内的区域后，固化前体溶液，以形成感测膜190。固化过程可以包括选自自然干燥、加热干燥及气流干燥中的至少一种的工艺过程。
锚定结构体180是用于形成感测膜190的液态的前体溶液在固化的同时，使感测膜190与绝缘膜图案170结合的结构体。特别是，在感测膜190包含单壁碳纳米管(SWCNT)的情况下，当锚定结构体180包含多壁碳纳米管(MWCNT)时，单壁碳纳米管(SWCNT)与多壁碳纳米管(MWCNT)的结合变得牢固，从而可以诱使感测膜190更加强烈地结合到绝缘膜图案170上。单壁碳纳米管(SWCNT)与多壁碳纳米管(MWCNT)通过一种同类结合来增强结合力的现象被发现，而本发明利用了这一现象。
另一方面，碳纳米管(Carbon Nano Tube)的电荷传递特性良好，并且纵横比(Aspect Ratio)大，以确保多个电荷传递通道，从而同时实现高电荷迁移率和高透明度，并且弹性良好，对大弯曲具有电学及机械稳定特性。
单壁碳纳米管(SWCNT)具有半导体特性，多壁碳纳米管(MWCNT)具有导体特性，优选地，用于构成通道的感测膜190由具有半导体特性的单壁碳纳米管(SWCNT)形成。只是，经确认，在用于构成单壁碳纳米管(SWCNT)的单位分枝通过互相连接而确保半导体性电路径的过程中，由于由多壁碳纳米管(MWCNT)形成而具有导电特性的锚定结构体180提供重要的作用。
另一方面，作为另一例，在感测膜190包含单壁碳纳米管(SWCNT)材质的情况下，锚定结构体180可以包含选自石墨烯(graphene)、金(Au)及钯(Pd)中的任一种材料。
另一方面，锚定结构体180具有用于收纳液态的前体溶液的作用，通过供给该前体溶液来形成感测膜190。即，在以喷墨方式供给到包括源极140与漏极150之间的空间在内的区域的前体溶液进行固化的过程中，锚定结构体180可发挥阻断作用，以使前体溶液限定于所需要的规定区域内，同时避免流动到不需要的区域。
具有上述多种作用的锚定结构体180可以在绝缘膜图案170上具有多种形状。
参照图1b，锚定结构体180可以包括彼此隔开的多个线条图案，且线条图案的长度方向(y方向)垂直于源极与漏极的连接方向(x方向)。
参照图1c，锚定结构体180可以包括彼此隔开的多个线条图案，且线条图案的长度方向(x方向)平行于源极与漏极的连接方向(x方向)。
参照图1d，锚定结构体180可以包括彼此隔开的多个闭合多边形形状的图案。
另一方面，虽未图示，但是在源极140及漏极150中与感测膜190相接的区域还可以具有梳齿状的梳子(comb)形状。根据这种结构，可以改善感测膜190与电极140、150的粘合力或互连性。
参照图3，受体195通过官能团195附着在感测膜190上。受体可以为选自例如酶底物、配体、氨基酸、肽、适体、蛋白质、核酸、脂质及碳水化合物中的任意一种以上。另一方面，所述官能团可以为选自例如胺基、羧基及硫醇基中的至少一种。另外，所述靶物质可以为选自例如蛋白质、肽、适体、核酸、低聚糖、氨基酸、碳水化合物、溶解气体、氧化硫气体、氧化氮气体、残留农药、重金属及环境污染物质中的至少一种。
感测膜190可以由能够根据受体195及与此结合的靶物质来改变电阻的物质形成。感测膜190的材料除了单壁碳纳米管(SWCNT)以外，还可以包含例如石墨烯(graphene)、二硫化钼(MoS2)或磷烯(phosphorene)。另一方面，在本发明的变形实施例的生物感测装置中，受体195可以由能够直接与上述靶物质反应而不借助感测膜190的电阻可变物质形成。
上述本发明的一实施例涉及的生物感测装置可用作用于诊断疾病的检查装置，根据感测膜和受体的种类，能够用作利用了抗原与抗体之间的免疫反应的感测装置。此时，由于利用了电学测定结果，在分析过程中不需要复杂的步骤，用于分析的装置相对低廉，分析时间不长。
本发明参照附图所示的实施例进行了说明，但是应当理解这仅仅是示例性的，本领域技术人员能够由此实施多种变形及其他等同的实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应当由所附的权利要求书的技术思想来限定。
Claims (9)
1.一种生物感测装置，其特征在于，包括：
源极及漏极，彼此隔开配置；
栅极，配置在所述源极及所述漏极之间并且与所述源极及所述漏极隔开；
绝缘膜图案，配置在栅极上，以使所述栅极与源极和漏极电绝缘；
感测膜，其作为连接源极和漏极的通道，配置在所述源极及漏极的至少一部分以及所述绝缘膜图案上，并包含单壁碳纳米管(SWCNT)材料；以及，
锚定结构体，其作为用于将所述感测膜结合到所述绝缘膜图案的结构体，配置在所述绝缘膜图案上，并包含多壁碳纳米管(MWCNT)材料。
2.一种生物感测装置，其特征在于，包括：
源极及漏极，彼此隔开配置；
栅极，配置在所述源极及所述漏极之间并且与所述源极及所述漏极隔开；
绝缘膜图案，配置在栅极上，以使所述栅极与所述源极和漏极电绝缘；
感测膜，其作为连接源极和漏极的通道，配置在所述源极及漏极的至少一部分以及绝缘膜图案上，并包含单壁碳纳米管(SWCNT)材料；以及，
锚定结构体，其作为用于将所述感测膜结合到所述绝缘膜图案的结构体，配置在所述绝缘膜图案上，并包含选自石墨烯(graphene)、金(Au)及钯(Pd)中的任一种材料。
3.根据权利要求1或2所述的生物感测装置，其特征在于，
所述锚定结构体包括彼此隔开的多个线条图案，且所述线条图案的长度方向垂直于所述源极与漏极的连接方向。
4.根据权利要求1或2所述的生物感测装置，其特征在于，
所述锚定结构体包括彼此隔开的多个线条图案，且所述线条图案的长度方向平行于所述源极与漏极的连接方向。
5.根据权利要求1或2所述的生物感测装置，其特征在于，
所述锚定结构体包括彼此隔开的多个闭合多边形形状的图案。
6.根据权利要求1或2所述的生物感测装置，其特征在于，
进一步包括受体，该受体附着在所述感测膜上且能够与靶物质结合。
7.根据权利要求6所述的生物感测装置，其特征在于，
所述受体通过官能团附着在所述感测膜上，并且是选自酶底物、配体、氨基酸、肽、适体、蛋白质、核酸、脂质及碳水化合物中的任意一种以上。
8.根据权利要求7所述的生物感测装置，其特征在于，
所述官能团为选自胺基、羧基及硫醇基中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的生物感测装置，其特征在于，
所述靶物质为选自蛋白质、肽、适体、核酸、低聚糖、氨基酸、碳水化合物、溶解气体、氧化硫气体、氧化氮气体、残留农药、重金属及环境污染物质中的至少一种。
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