JP2007183259A - イオン物質検出用のｆｅｔ基盤のセンサー、それを備えるイオン物質の検出装置及びそれを利用したイオン物質の検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度のイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサー、それを備えるイオン物質の検出装置及びそれを利用したイオン物質の検出方法を提供する。
【解決手段】一の基準電極１４及び複数のセンシングＦＥＴ１２を備えるセンシングチャンバ１０と、他の基準電極１４及び複数の基準ＦＥＴ１３を備える基準チャンバ１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサー、それを備えるイオン物質の検出装置及びそれを利用したイオン物質の検出方法に関する。

電気的な信号でイオン物質、特に生分子を検出するセンサーのうち、トランジスタを備える構造を有するトランジスタ基盤のバイオセンサーがある。これは、半導体工程を利用して製作されるものであって、電気的な信号の遷移が速く、集積回路とＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｒｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）との接続が容易であるという長所があり、これまでこれについての多くの研究が進められてきた。

電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とする。）を使用して、生物学的な反応を測定する基本特許としては特許文献１がある。これは、抗原−抗体反応を表面電荷密度の変化による半導体反転層の変化を電流で測定するバイオセンサーに関するものであり、また、生分子のうち蛋白質に関するものである。

このようなＦＥＴをバイオセンサーとして使用する場合には、従来の方式に比べてコスト及び時間が短縮できることに加え、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＥＭＳ工程との結合が容易であるという点で大きな利点を有している。

前記ＦＥＴ基盤のバイオセンサーのゲート電極の表面にプローブ生分子が固定されている場合もあるし、固定されていない場合もある。ＦＥＴ基盤のバイオセンサーを利用した生分子の検出方法は、前記プローブ生分子が固定されているか、または固定されていないゲート電極の表面とターゲットの生分子が結合することによる電流変化を測定することによって行われるという方法が含まれている。一方、プローブ生分子が固定されていないゲート電極の一定距離内にターゲット生分子が存在することに起因する電流の変化を測定するという方法もある。

従来のＦＥＴ基盤のバイオセンサーの例として、単一のＦＥＴで構成されたセンサーがある。

しかし、従来の前記バイオセンサーは、ゲート電極の表面反応によって自然発生的に発生するドリフトによるノイズや、溶液の流入による圧力によって発生するノイズからターゲット生分子による信号を分離できないという問題がある。

従来のＦＥＴ基盤のバイオセンサーの他の例として、特許文献２がある。前記バイオセンサーは、一つのチャンバ内に異なる構造及び電気的特性を有する２個のＦＥＴで構成され、そのうち一つのＦＥＴのゲート表面にプローブ生分子が固定されており、他の一つのＦＥＴは、基準ＦＥＴとして使用される。

しかし、前記バイオセンサーの二つのＦＥＴの表面物質が異なっており、基準ＦＥＴの信号がセンシングＦＥＴのようなドリフトを表さないので、基準ＦＥＴの信号をセンシングＦＥＴの信号の補正に利用できない。したがって、前記バイオセンサーは、依然として感度が低いという問題がある。
米国特許第４,２３８,７５７号明細書 特開第２００３−３２２６３３号公報

本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、低い濃度のイオン物質も検出できる、感度が非常に高いイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを提供することである。

本発明の他の目的は、低い濃度のイオン物質も検出できる、感度が非常に高いイオン物質の検出装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、低い濃度のイオン物質も検出できる、感度が非常に高いイオン物質の検出方法を提供することである。

なお、本発明はＦＥＴのゲート電極近くにターゲット生分子が存在することによりゲート表面上の電荷密度が変化し、これによりＦＥＴのゲート電位、ＦＥＴの電流が変化するという現象を前提とするものである。従って、プローブ生分子を用いる必要はない。

本発明の目的を達成するために、本発明は、一の基準電極及び複数のＦＥＴを備え、前記ＦＥＴの露出したゲート電極を内側に向けて配置したセンシングチャンバと、他の基準電極及び複数の基準ＦＥＴを備え、前記基準ＦＥＴの露出したゲート電極を内側に向けて配置した基準チャンバと、を備えるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを提供する。

前記複数のセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴは、構造及び電気的特性が同一であり得る。

前記複数のセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴは、それぞれアレイ状に配列され得る。

前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴは、基板と、前記基板の両側端に形成され前記基板と逆極性にそれぞれドーピングされたソース及びドレインと、前記ソース及びドレインと接し、前記基板上に形成されたゲートを備え得る。

前記ゲートは、酸化層及び前記酸化層上のポリシリコン層で構成され得る。

前記イオン物質は、生分子であり得る。

前記生分子は、核酸または蛋白質であり得る。

前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択され得る。

前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択され得る。

前記センシングチャンバ及び基準チャンバは、それぞれ溶液が流入及び流出される流入口及び流出口をさらに備え得る。

前記センシングチャンバ及び基準チャンバは、それぞれ溶液を流入及び流出させるためのマイクロポンプをさらに備え得る。

また、本発明は、前記本発明によるＦＥＴ基盤のセンサーを備えるイオン物質の検出装置を提供する。

さらに、本発明は、前記本発明によるＦＥＴ基盤のセンサーのセンシングチャンバ及び基準チャンバに同じ溶液を流入及び流出させながらセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴそれぞれのソースとドレインとの間のチャンネル領域に流れる電流値を測定するステップと、その後、前記基準チャンバに前記と同じ溶液を流入及び流出させ続け、前記センシングチャンバにイオン物質を含有すると推定される溶液を流入及び流出させながら前記センシングＦＥＴ及び前記基準ＦＥＴそれぞれのソースとドレインとの間のチャンネル領域に流れる電流値を測定するステップと、を含み、前記センシングＦＥＴの電流値から基準ＦＥＴの電流値を減算して、前記センシングＦＥＴの電流値を補正することを含むイオン物質の検出方法を提供する。

前記溶液を流入及び流出するステップは、センシングチャンバ及び基準チャンバにおいて同じ圧力で行われ得る。

前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値は、それぞれ複数のセンシングＦＥＴ及び複数の基準ＦＥＴの平均電流値であり得る。

前記イオン物質は、生分子であり得る。

前記生分子は、核酸または蛋白質であり得る。

前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択され得る。

前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択され得る。

本発明によれば、ゲート電極の表面反応によって自然発生的に発生するドリフト信号のようなノイズ及び溶液の流入による圧力によって発生する信号のようなノイズから標的生体分子による信号を明確に分離でき、したがって、感度が非常に高く、低い濃度のイオン物質、例えば、核酸または蛋白質のような生体分子も良好に検出できる。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の一側面は、感度が非常に高く、低い濃度のイオン物質も検出できるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーに関する。

本発明はＦＥＴのゲート電極近くにターゲット生分子が存在することによりゲート表面上の電荷密度が変化し、これによりＦＥＴのゲート電位、ＦＥＴの電流が変化するという現象を前提としている。

図１は、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーの一実施形態を概略的に示したものある。

図１には、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーは、基準電極１４及び複数のセンシングＦＥＴ１２を備えるセンシングチャンバ１０と、基準電極１４及び複数の基準ＦＥＴ１３を備える基準チャンバ１１と、を備えるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーが示されている。

また、図１によれば、前記センシングチャンバ１０は、下部基板１８、側壁１５、１７、及び基準電極１４の役割を行う上部基板により構成される。同様に、前記基準チャンバ１１は、下部基板１８、側壁１６、１７、及び基準電極１４の役割を行う上部基板により構成される。

本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーにおいて、前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴは、構造及び電気的特性が同一であり得る。このように、前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの構造が同一で電気的特性がほぼ揃っているか同一である場合は、各ＦＥＴから得られる信号を補正することによって、さらに正確に信号を検出し得る。

また、図１を参照すれば、前記センシングＦＥＴ１２及び基準ＦＥＴ１３は、それぞれ１個ずつ示されているが、これは、図面を単純化するために記載を省略したためである。

前記センシングＦＥＴ１２及び基準ＦＥＴ１３は、それぞれ前記センシングチャンバ１０及び基準チャンバ１１内に多様な形態に配列されることができ、その形態は特に限定されない。

例えば、前記センシングＦＥＴ１２及び基準ＦＥＴ１３は、それぞれ同じ基板上にアレイ状に配列され得る。

本発明の第一の側面によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーにおいて、前記各ＦＥＴは、基板、前記基板の両側端に形成され前記基板と逆極性にそれぞれドーピングされたソース及びドレイン、及び前記ソース及びドレインと接し、前記基板上に形成されたゲートを備え得る。

前記ＦＥＴは、従来のバイオセンサーまたはＣＭＯＳ素子に使用されるいかなるＦＥＴも使用することができ、ｎ−ＭＯＳ及びｐ−ＭＯＳの２種類のＭＯＳトランジスターの何れも使用することができる。例えば、前記基板がｎ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインは、それぞれｐ型にドーピングされ、逆に、前記基板がｐ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインは、それぞれｎ型にドーピングされる。

前記ＦＥＴにおいて、ソースは、例えば自由電子または正孔といったキャリアを供給する。ドレインには、前記ソースから供給されたキャリアが到達する。ゲートは、前記ソースとドレインとの間のキャリアの流れを制御する。前記ＦＥＴは、電解質内における生体分子のようなイオン物質の検索に最も適したセンサー形態であって、前記イオン物質の有無を標識を用いずに検出し得る。

本発明において、前記ゲートは、酸化層と前記酸化層上のポリシリコン層で構成され得る。前記ＦＥＴを前記ポリシリコン層が露出されている形態にするためには、例えば、市販されているＦＥＴのパッシベーション層及びゲート電極層を除去することによって製作され得る。

また、前記ゲートは、酸化層、前記酸化層上に形成されたポリシリコン層及び前記ポリシリコン層上に形成されたゲート電極層から構成され得る。前記ゲート電極層は、いかなる材質によっても形成し得るが、金であることが望ましい。

本発明においては、ターゲット生分子である前記イオン物質は、特に限定されない。例えば、前記イオン物質は、核酸または蛋白質のような生分子であり得る。

前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択され、前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択され得る。

本発明においては、前記センシングチャンバ及び基準チャンバは、それぞれ溶液が流入、流出される流入口、流出口をさらに備え得る。

本発明においては、前記センシングチャンバ及び基準チャンバは、それぞれ溶液を流入及び流出させるためのマイクロポンプをさらに備え得る。

本発明の第二の側面は、低い濃度のイオン物質も検出できる、感度の非常に高いイオン物質の検出装置に関する。

図２は、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを備えるイオン物質の検出装置の一実施形態を概念的に示したものである。

図２によれば、前記本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを備えるイオン物質の検出装置は、基準電極及び複数のセンシングＦＥＴを備えるセンシングチャンバ１０と、基準電極及び複数の基準ＦＥＴを備える基準チャンバ１１とを備える。

また、前記本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを備えるイオン物質の検出装置は、前記センシングチャンバ１０に供給する溶液を保存する１次保存器２１及び前記１次保存器２１からセンシングチャンバ１０に溶液を供給する１次マイクロポンプ１９を備え得る。

同様に、前記本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを備えるイオン物質の検出装置は、前記基準チャンバ１１に供給する溶液を保存する２次保存器２２及び前記２次保存器２２から基準チャンバ１１に溶液を供給する２次マイクロポンプ２０を備え得る。

また、前記イオン物質の検出装置は、センシングチャンバ１０及び基準チャンバ１１からそれぞれ溶液を排出する排水２３、２４を備え得る。

本発明の第三の側面は、低い濃度のイオン物質も検出できる、感度が非常に高いイオン物質の検出方法に関する。

本発明によるイオン物質の検出方法は、本発明によるＦＥＴ基盤のセンサーのセンシングチャンバ及び基準チャンバに同じ溶液を流入及び流出させながらセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴそれぞれのソースとドレインの間のチャンネル領域に流れる電流値を測定するステップと、その後、前記基準チャンバに前記と同じ溶液を流入及び流出させ続け、前記センシングチャンバにイオン物質を含有すると推定される溶液を流入及び流出させながら前記センシングＦＥＴ及び前記基準ＦＥＴそれぞれのソースとドレインの間のチャンネル領域に流れる電流値を測定するステップと、を含み、前記センシングＦＥＴの電流値から基準ＦＥＴの電流値を減算して前記電流値を補正するステップと、を含む。

本発明によるイオン物質の検出方法において、前記センシングチャンバ及び基準チャンバへ流入及び流出する溶液は、電解質水溶液であることが望ましい。

本発明によるイオン物質の検出方法において、前記溶液を流入及び流出するステップは、センシングチャンバ及び基準チャンバにおいて同じ圧力で行われ得る。これは、前記チャンバに溶液を注入する圧力自体によって、ＦＥＴで測定される電流値が変わることがあるからである。

本発明によるイオン物質の検出方法において、複数のセンシングＦＥＴのうち一つのセンシングＦＥＴの電流値から複数の基準ＦＥＴのうち一つの基準ＦＥＴの電流値を減算して電流値を補正することもできるが、この場合、ゲート電極の表面反応によって自然発生的に発生するドリフトのノイズや溶液の流入による圧力によって発生するノイズから標的生分子による信号をよく分離できないという問題点がある。

したがって、前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値は、それぞれ複数のセンシングＦＥＴ及び複数の基準ＦＥＴの平均電流値であることがより望ましい。前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値は、それぞれ可能な限り多くの複数のセンシングＦＥＴ及び複数の基準ＦＥＴから得た電流値を平均したものがさらに望ましい。

本発明によるイオン物質の検出方法において、前記イオン物質は、特に限定されない。例えば、前記イオン物質は、核酸または蛋白質のような生分子であり得る。

前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択され、前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択され得る。

本発明の一実施形態において、それぞれ従来の単一のチャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサー、及び本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用してＤＮＡを検出できるか否かを確認した。

その結果、それぞれ従来の単一のチャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用した場合、ＤＮＡを全く検出できなかった（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。一方、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用した場合、ＤＮＡを非常に効果的に検出できた（図４Ａないし図５Ｂ参照）。

以下、本発明を実施形態を通じてさらに詳細に説明する。しかし、これら実施形態は、本発明を例示的に説明するためのものであって、本発明の範囲がこれらの実施形態に限定されるものではない。

＜実施形態＞
（ａ）本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーの製造について
本発明で使用したＦＥＴ素子は、Ｘ−ＦＡＢ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ（Ｇｅｒｍａｎｙ）へ注文製作した。前記注文製作した製品は、構造が同一で電気的特性がほぼ揃っているかまたは同じである１９２個（４×４８）のＦＥＴがアレイ状に配列されている。前記製品は、Ｘ−ＦＡＢ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ社の設備を利用して製作され、前記企業固有のＣＭＯＳ工程を使用した。ＣＭＯＳ標準工程は、企業によって若干の差はあるが、ＦＥＴ素子の特性に大きい影響を与える因子ではなく、前記企業の標準工程は本発明とも関係ないので説明は省略する。

前記アレイ状に配置された各ＦＥＴのパッシベーション層及びゲート電極層を除去することによりポリシリコン層を外部に露出させ、次いで、露出されたポリシリコン層を備えるＦＥＴの表面を十分に洗浄した。洗浄は、純水アセトン及び水で行い、洗浄した後に乾燥した。前記基板の洗浄過程は、半導体製造工程で使用されるウェットステーションを使用した。洗浄が終わった後にスピンドライを利用して乾燥させた。

前記アレイ基板上にチャンバの側壁を設置し、基準電極として白金がコーティングされた上部基板を設置することによって、２個のチャンバ、すなわち、センシングチャンバ及び基準チャンバを備える本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを製作した。

前記センシングチャンバ及び基準チャンバは、それぞれ露出されたゲートの表面が３００μｍ×１００μｍであるＦＥＴ基盤のセンサー１２個（４×３）をそれぞれ含む。全部で４８個（４×１２）のＦＥＴ基盤のセンサーのうち、上記以外の２４個（４×６）は、前記製作過程中にチャンバの側壁によって覆われたため、チャンバ内に含まれなかった。

（ｂ）単一のチャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーの製造について
上記実施形態と性能の比較をするために、単一のチャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーの製造をした。

上記実施形態で使われた１９２個（１２×１６）のＦＥＴアレイ（Ｘ−ＦＡＢ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ社、Ｇｅｒｍａｎｙ）の各ＦＥＴのパッシベーション層及びゲート電極層を除去してポリシリコン層を外部に露出させ、次いで、上記実施形態と同じ方法で露出させたポリシリコン層を備えるＦＥＴの表面をよく洗浄した。

前記アレイ基板上にチャンバの側壁を設置し、基準電極として白金がコーティングされた上部基板を設置することによって、１個のチャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを製作した。 前記チャンバは、計４８個（１２×４）のＦＥＴ基盤のセンサーを備えた。
＜実験例１＞
単一のチャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用したＤＮＡの検出
本発明に係る実施形態との比較のために製造した単一のチャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーのチャンバに０.０１ｍＭ ＰＢＳ緩衝溶液（ｐＨ７.０）及び１５−ｍｅｒオリゴヌクレオシド（ＴＧＴＴＣＴＣＴＴＧＴＣＴＴＧ）を含む溶液を交互に流入及び流出させた。

具体的には、０.５μｌ／ｍｉｎの速度で０.０１ｍＭ濃度のＰＢＳ、４０ｎＭのオリゴヌクレオシド、０.０１Ｍｍ濃度のＰＢＳ（５００μｌ）、ＰＢＳ（１０００μｌ）、２００ｎＭのオリゴヌクレオシド（５００μｌ）、ＰＢＳ（５００μｌ）、１μＭのオリゴヌクレオシド（５００μｌ）及びＰＢＳ（１０００μｌ）の順に、それぞれ数分間の間隔をもって、それぞれの溶液をチャンバに流入させた後、次の溶液を流入させつつ流入された溶液をチャンバから流出させた。

比較例１のＦＥＴ基盤のセンサー１２個をセンシングＦＥＴとして使用し、残りの１２個を基準ＦＥＴとして使用して、それぞれの電流値を測定及び平均し、前記センシングＦＥＴの平均電流値から基準ＦＥＴの平均電流値を減算することにより前記電流値を補正した。前記結果を図３Ａ及び図３Ｂに示した。

図３Ａは、従来の単一チャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用してＤＮＡを検出した個別的な結果を示すグラフであり、図３Ｂは、図３Ａに示したセンシングＦＥＴと基準ＦＥＴの電流値の平均値を示すグラフである。

図３Ａにおいて、上部分の二つの太線は、それぞれセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値を表し、下部分の一つの太線は、センシングＦＥＴの平均電流値から基準ＦＥＴの平均電流値を減算して補正した値である。図３Ｂは、センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値の平均を表したものであり、図３Ａの太線に対応したものである。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、前記センシングＦＥＴの電流値によっても、それを基準ＦＥＴ値で補正した値によっても、ＤＮＡを効果的に検出できないということが分かる。
＜実験例２＞
本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用したＤＮＡ検出−１次実験
本発明の上記実施形態により製造したイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーのセンシングチャンバ及び基準チャンバに０.０１ｍＭ ＰＢＳ緩衝溶液（ｐＨ７.０）を同じ圧力で流入及び流出させた。次いで、ある瞬間に前記基準チャンバには、前記と同じＰＢＳ緩衝溶液を流入及び流出させ、前記センシングチャンバには、１５−ｍｅｒオリゴヌクレオシド（ＴＧＴＴＣＴＣＴＴＧＴＣＴＴＧ）を含む溶液を同じ圧力で流入及び流出させた。

具体的には、ＰＢＳをセンシングチャンバ及び基準チャンバそれぞれに３回注入し、ある時点に基準チャンバには前記と同じＰＢＳを注入し、センシングチャンバには１μＭのオリゴヌクレオシドを流入させ、次いで、ＰＢＳをセンシングチャンバ及び基準チャンバそれぞれに３回注入した。最後に、基準チャンバ及びセンサーチャンバに順次に空気をポンピングした。

上記実施形態のＦＥＴ基盤のセンサーのうち、センシングチャンバ内にあるＦＥＴ基盤のセンサー１２個の電流値をそれぞれ測定し、基準チャンバ内にあるＦＥＴ基盤のセンサー１２個の電流値をそれぞれ測定して、前記センシングＦＥＴの平均電流値から基準ＦＥＴの平均電流値を減算して前記センシングＦＥＴの電流値を補正した。前記結果を図４Ａ及び図４Ｂに示した。

図４Ａは、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用してＤＮＡを検出した個別的な結果を示すグラフであり、図４Ｂは、図４Ａに示した結果の平均値を示すグラフである。

図４Ａにおいて、上部分の二つの太線は、それぞれセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値を表し、下部分の一つの太線は、センシングＦＥＴの電流値から基準ＦＥＴの平均電流値を減算することにより補正した値である。図４Ｂは、センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値の平均を表したものであり、図４Ａの太線に対応したものである。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用すれば、ゲート電極の表面反応によって自然発生的に発生するドリフトのノイズ及び溶液の流入による圧力によって発生するノイズからターゲット生分子による信号を明確に分離できるということが分かる（図４Ａ及び図４Ｂの四角形部分を参照）。したがって、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーは、感度が非常に高く、低い濃度のイオン物質、例えば、核酸または蛋白質のような生分子も良好に検出できるということが分かる。
＜実験例３＞
本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用したＤＮＡ検出−２次実験
上記実施形態で製造した本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーに対して、前記実施形態と同じ方法を利用して注入時点を若干異ならせてＤＮＡ検出実験を行った。前記結果を図５Ａ及び図５Ｂに表した。

図５Ａは、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用してＤＮＡを検出した各センサー個別電流値の測定結果を示すグラフであり、図５Ｂは、図５Ａに示した結果の平均値を示すグラフである。

図５Ａにおいて、上部分の二つの太線は、それぞれセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値を表し、下部分の一つの太線は、センシングＦＥＴの平均電流値から基準ＦＥＴの電流値を減算することにより補正した値である。図５Ｂは、センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値の平均を表したものであり、図５Ａの太線に対応したものである。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを使用すれば、ゲート電極の表面反応によって自然発生的に発生するドリフトによるノイズ及び溶液の流入による圧力によって発生するノイズからターゲット生分子による信号を明確に分離できるということが分かる（図５Ａ及び図５Ｂの四角形部分を参照）。したがって、本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーは、感度が非常に高く、低い濃度のイオン物質、例えば、核酸または蛋白質のような生分子もよく検出できるということが分かる。

以上、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明したが、当業者は、本発明が本発明の本質的な思想から逸脱しない範囲で変形された形態によっても具現されうるということが分かるであろう。したがって、開示された実施形態は、説明のために用いた一例であって、それによって本発明の範囲が限定されてはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲において定められるものであり、特許請求の範囲に係る発明と同等な範囲内にある全ての発明は本発明に含まれていると解釈されなければならない。

本発明は、特にイオン物質検出装置関連の技術分野に適用可能である。

本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーの一実施形態を概略的に示す図面である。 本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを備えるイオン物質の検出装置の一実施形態を概念的に示す図面である。 従来の単一チャンバで構成されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用してＤＮＡを検出したときの前記センサーを構成する複数のＦＥＴの個別電流値の結果を示すグラフである。 図３Ａの複数のＦＥＴの個別電流値の結果の平均値を示すグラフである。 本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用してＤＮＡを検出したときの前記センサーを構成する複数のＦＥＴの個別電流値の結果を示すグラフである。 図４Ａの複数のＦＥＴの個別電流値の結果の平均値を示すグラフである。 本発明によるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサーを利用してＤＮＡを検出したときの前記センサーを構成する複数のＦＥＴの個別電流値の結果を示す他のグラフである。 図５Ａの複数のＦＥＴの個別電流値の結果の平均値を示すグラフである。

符号の説明

１０ センシングチャンバ、
１１ 基準チャンバ、
１２ センシングＦＥＴ、
１３ 基準ＦＥＴ、
１４ 基準電極、
１５、１６、１７ 側壁、
１８ 下部基板。

Claims (19)

1. 一の基準電極及び複数のＦＥＴを備え、前記複数のＦＥＴの露出したゲート電極を内側に向けて配置したセンシングチャンバと、
   他の基準電極及び複数の基準ＦＥＴを備え、前記複数の基準ＦＥＴの露出したゲート電極を内側に向けて配置した基準チャンバと、を備えることを特徴とするイオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサー。
2. 前記複数のセンシングＦＥＴ及び前記複数の基準ＦＥＴは、構造が同一で電気的特性がほぼ揃っているか同一であることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
3. 前記複数のセンシングＦＥＴ及び前記複数の基準ＦＥＴは、それぞれアレイ状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
4. 前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴは、基板と、前記基板の両側端に形成され前記基板と逆極性にそれぞれドーピングされたソース及びドレインと、前記ソース及びドレインと接し、前記基板上に形成されたゲートを備えることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
5. 前記ゲートは、酸化層及び前記酸化層上のポリシリコン層で構成されることを特徴とする請求項４に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
6. 前記イオン物質は、生分子であることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
7. 前記生分子は、核酸または蛋白質であることを特徴とする請求項６に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
8. 前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択されることを特徴とする請求項７に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
9. 前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されることを特徴とする請求項７に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
10. 前記センシングチャンバ及び基準チャンバは、それぞれ溶液が流入及び流出される流入口及び流出口をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
11. 前記センシングチャンバ及び基準チャンバは、それぞれ溶液を流入及び流出させるためのマイクロポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＦＥＴ基盤のセンサー。
12. 請求項１ないし１１のうち何れか１項に記載のＦＥＴ基盤のセンサーを備えることを特徴とするイオン物質検出装置。
13. 請求項１ないし１１のうち何れか１項に記載のＦＥＴ基盤のセンサーのセンシングチャンバ及び基準チャンバに同じ溶液を流入及び流出させながらセンシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴそれぞれのソースとドレインとの間のチャンネル領域に流れる電流値を測定するステップと、
    その後、前記基準チャンバに前記と同じ溶液を流入及び流出させ続け、前記センシングチャンバにイオン物質を含有すると推定される溶液を流入及び流出させながら前記センシングＦＥＴ及び前記基準ＦＥＴそれぞれのソースとドレインとの間のチャンネル領域に流れる電流値を測定するステップと、を含み、
    前記センシングＦＥＴの電流値から基準ＦＥＴの電流値を減算して前記センシングＦＥＴの電流値を補正することを特徴とするイオン物質の検出方法。
14. 前記溶液を流入及び流出するステップは、センシングチャンバ及び基準チャンバにおいて同じ圧力で行われることを特徴とする請求項１３に記載のイオン物質の検出方法。
15. 前記センシングＦＥＴ及び基準ＦＥＴの電流値は、それぞれ複数のセンシングＦＥＴ及び複数の基準ＦＥＴの平均電流値であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン物質の検出方法。
16. 前記イオン物質は、生分子であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン物質の検出方法。
17. 前記生分子は、核酸または蛋白質であることを特徴とする請求項１６に記載のイオン物質の検出方法。
18. 前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択されることを特徴とする請求項１７に記載のイオン物質の検出方法。
19. 前記蛋白質は、酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択されることを特徴とする請求項１７に記載のイオン物質の検出方法。