JP4932860B2 - ナノチャネルを形成する３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサ、その製作方法及び前記バイオセンサを含むバイオディスクシステム - Google Patents
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Description
本発明はナノチャネルを形成する３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサ、その製作方法及び前記バイオセンサを含むバイオディスクシステムに関し、より詳しくは、上部及び下部基板上に金属ナノワイヤを形成し、前記金属ナノワイヤを用いて上／下部基板を整列した後、これらを接着することで、３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサを製作する方法、前記方法により製作されたバイオセンサ及び前記バイオセンサを用いてバイオ分子を検出するためのバイオディスクシステムに関する。
この数十年間にわたって人間の寿命延長及び疾病の早期診断への関心が高まっているなかで、先端技術の融合の１つであるナノバイオ技術（Ｎａｎｏ−Ｂｉｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）がこのための１つの手段として浮上した。そのうち、ナノバイオセンサ／チップ（Ｎａｎｏ−Ｂｉｏ Ｓｅｎｓｏｒ／Ｃｈｉｐ）は、ナノバイオ技術の核心技術であって、先進諸国ではナノバイオセンサ／チップの感度と正確度などを高めるための努力が試みられている。
ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ又は蛋白質などのようなバイオ分子の大きさは通常、数ｎｍ〜数百ｎｍの間であるため、バイオ分子を検出するためのセンサの大きさだけでなく、検出のためにバイオ分子が移動する通路であるチャネルもナノミリメートルの大きさを有していなければ感度及び正確度を高めることができない。特に、高感度のセンサを製作するために、ナノギャップ又はナノワイヤを用いれば、更に効果的な検出が可能になる。
図１Ａは、従来のナノバイオセンサで用いられる平面上の金属ナノワイヤ電極の模式図である。図１Ａに示すように、従来のナノバイオセンサは、基板上に平面に配列されている金属ナノワイヤ１０上に抗体１を固定させた状態で、抗原２を含むサンプルを加え、抗原・抗体反応を測定することで、バイオ分子を検出していた。しかしながら、この場合、抗原が抗体に結合する確率が低く、抗原の濃度が低い場合に検出可能範囲が狭くなり、感度が低くなり得る。即ち、従来のナノバイオセンサは、高感度及び高効率の検出に用いるには限界があり、これを用いる場合、バイオ分子とバイオ分子を検出するセンサ部の接触確率が非常に低いため、バイオ分子を含むサンプルの量が非常に多く必要になるという短所がある。
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、上部及び下部基板上に金属ナノワイヤを形成し、前記金属ナノワイヤを用いて上／下部基板を整列した後、これらを接着することで、３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサを製作する方法、前記方法により製作されたバイオセンサ及び前記バイオセンサを用いてバイオ分子を検出するためのバイオディスクシステムを提供することにある。
本発明の一態様によれば、下部面に複数の金属ナノワイヤが形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口を備える上部基板と、上部面に複数の金属ナノワイヤが形成された下部基板と、前記上部及び下部基板が離間するように支持して一定間隔のナノチャネルを形成する支持部とを含み、前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤが３次元金属ナノワイヤ電極を形成することを特徴とするバイオセンサが提供される。
本発明の他の態様によれば、下部面に金属電極が形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口を備える上部基板と、上部面に金属電極が形成された下部基板と、前記上部及び下部基板が離間するように支持して一定間隔のナノチャネルを形成する支持部とを含み、前記上部及び下部基板に形成された金属電極のうちのいずれかは複数の金属ナノワイヤで形成され、前記上部及び下部基板に形成された金属電極が３次元金属ナノワイヤ電極を形成することを特徴とするバイオセンサが提供される。
また、本発明の他の態様によれば、（ａ）下部基板の上部面に金属電極を形成するステップと、（ｂ）上部基板の下部面に塗布されたレジストにナノチャネルの幅と長さを決定するナノチャネルをパターニングするステップと、（ｃ）前記（ｂ）ステップで形成されたパターンをマスクとして用いてナノチャネルをエッチングするステップと、（ｄ）前記（ｃ）ステップで形成されたナノチャネル上に金属電極を形成するステップと、（ｅ）前記上部及び下部基板に形成された金属電極を用いて前記上部及び下部基板を整列するステップと、（ｆ）前記（ｅ）ステップで整列された前記上部及び下部基板を接着するステップとを含むことを特徴とするバイオセンサの製作方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、（ａ）下部基板の上部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、（ｂ）上部基板の下部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、（ｃ）下部基板の上部面にナノチャネルを形成するためのポリマーをスピンコーティングするステップと、（ｄ）ナノチャネルの幅と長さを決定し、マスクパターンを用いてポリマーをエッチングするステップと、（ｅ）前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤを用いて前記上部及び下部基板を整列するステップと、（ｆ）前記（ｅ）ステップで整列された前記上部及び下部基板を接着するステップとを含むことを特徴とするバイオセンサの製作方法が提供される。
本発明の別の態様によれば、（ａ）下部基板の上部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、（ｂ）上部基板の下部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、（ｃ）下部基板の上部面にナノチャネルを形成するためのポリマーをスピンコーティングするステップと、（ｄ）前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤを用いて前記上部及び下部基板を整列するステップと、（ｅ）前記（ｄ）ステップで整列された前記上部及び下部基板を接着するステップと、（ｆ）ナノチャネルの幅と長さを決定し、マスクパターンを用いてポリマーをエッチングするステップとを含むことを特徴とするバイオセンサの製作方法が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、前記態様のいずれか１つによるバイオセンサを用いて注入されるサンプルからバイオ分子を検出するバイオディスクシステムが提供される。
更に、本発明の他の態様によれば、前記バイオセンサは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、バイオＣＤ又はバイオＤＶＤのような薄膜形態のディスク状本体に配置されることを特徴とするバイオディスクシステムが提供される。
前述したように、上部及び下部基板上に金属ナノワイヤを形成し、前記金属ナノワイヤを用いて上／下部基板を整列した後、これらを接着することで、製作した３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサを用いれば、リアルタイムで電気的な信号を検出して高感度かつ高効率の検出を行うことができ、バイオ分子とバイオ分子を検出するセンサ部の接触確率を高めて低濃度のサンプル又は少量のサンプルからバイオ分子を検出できるという効果を奏する。また、前記バイオセンサを用いて製作したバイオディスクシステムは、その製作費用が安価であるだけでなく、従来の光ディスクなどを用いて家庭で手軽に製作でき、家庭内での自己診断方法を提供できる。
以下、本発明の好適な実施形態が添付された図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。図面のうち、同じ構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されても可能な限り同じ参照番号で示していることに留意されたい。下記で本発明を説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にし得ると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
図１Ｂは、本発明によるナノバイオセンサのための３次元金属ナノワイヤ電極の模式図である。
図１Ｂを参照すれば、本発明による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサでは、金属ナノワイヤ１０上に離間して金属ナノワイヤ１０を配置させることで、上／下部の金属ナノワイヤ１０の間にギャップが形成されるようにする。従って、本発明を用いれば、平面上の金属ナノワイヤ間のギャップだけでなく、上／下部の金属ナノワイヤ１０間のギャップ（以下、「３次元金属ナノワイヤギャップ」という）を通じて抗原が抗体に結合する確率を高めることができる。また、３次元金属ナノワイヤギャップにより電気的に検出できる電極の個数が増加するので、センシング感度が高くなる。
更に具体的に説明すれば、本発明による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサを用いて分析する場合、それぞれの基板上の金属ナノワイヤ間の抵抗、キャパシタンス、インダクタンス又はインピーダンス測定方法だけでなく、上／下部の金属ナノワイヤ１０間の抵抗、キャパシタンス、インダクタンス又はインピーダンス測定方法を共に利用できるようになるので、センシング感度が高くなる。
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの断面図及び上部平面図である。
図２Ａを参照すれば、本発明の第１実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサは、下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０が形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口３１０を備える上部基板２００、上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０が形成された下部基板１００、及び前記上部及び下部基板２００、１００が離間するように支持して一定間隔のナノチャネル３００を形成する支持部１５０を含む。
このとき、前記金属ナノワイヤ２１０、１１０は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ及びこれらの金属を含む合金などのような抵抗が小さい金属からなる。また、前記支持部１５０は、平面形状の上部基板２００及び下部基板１００の間に前記基板２００、１００とは異なる物質（例えば、ポリマー）で形成されてもよく、又は上部基板２００又は下部基板１００と一体となるものであってもよい。
このとき、前記金属ナノワイヤ２１０、１１０は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ及びこれらの金属を含む合金などのような抵抗が小さい金属からなる。また、前記支持部１５０は、平面形状の上部基板２００及び下部基板１００の間に前記基板２００、１００とは異なる物質（例えば、ポリマー）で形成されてもよく、又は上部基板２００又は下部基板１００と一体となるものであってもよい。
図２Ｂに示すように、上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤ２１０、１１０は、ナノチャネル３００と垂直に配列され、互いに重なるように配列される。即ち、上から見た場合、下部基板の金属ナノワイヤ１１０は上部基板の金属ナノワイヤ２１０に遮られるように配列される。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの断面図及び上部平面図である。
図３Ａを参照すれば、本発明の第２実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサは、前述した本発明の第１実施形態と同様に、下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０が形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口３１０を備える上部基板２００、上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０が形成された下部基板１００、及び前記上部及び下部基板２００、１００が離間するように支持して一定間隔のナノチャネル３００を形成する支持部１５０を含む。
図３Ｂに示すように、上部及び下部基板２００、１００に形成された金属ナノワイヤ２１０、１１０は、ナノチャネル３００と垂直に配列され、１つずつ交互に配列される。即ち、上から見た場合、複数の上部基板の金属ナノワイヤ２１０の間から下部基板の金属ナノワイヤ１１０が見えるように配列される。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第３実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの断面図及び上部平面図である。
図４Ａを参照すれば、本発明の第３実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサは、前述した本発明の実施形態と同様に、下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０が形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口３１０を備える上部基板２００、上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０が形成された下部基板１００、及び前記上部及び下部基板２００、１００が離間するように支持して一定間隔のナノチャネル３００を形成する支持部１５０を含む。
図４Ｂに示すように、上部及び下部基板２００、１００に形成された金属ナノワイヤ２１０、１１０のいずれか１つ、例えば第３実施形態の場合に上部基板の金属ナノワイヤ２１０はナノチャネル３００と垂直に配列され、もう１つ、例えば下部金属ナノワイヤ１１０はナノチャネル３００と水平に配列される。即ち、上から見た場合、上部基板の金属ナノワイヤ２１０と下部基板の金属ナノワイヤ１１０とは互いに垂直に交差するように配列される。
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第４実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの断面図及び上部平面図である。
図５Ａを参照すれば、本発明の第４実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサは、前述した本発明の実施形態と同様に、下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０が形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口３１０を備える上部基板２００、上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０が形成された下部基板１００、及び前記上部及び下部基板２００、１００が離間するように支持して一定間隔のナノチャネル３００を形成する支持部１５０を含む。
図５Ｂに示すように、上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤ２１０、１１０は、ナノチャネル３００と垂直及び水平でない任意の角度を有するように配列される。即ち、上から見た場合、上部基板の金属ナノワイヤ２１０と下部基板の金属ナノワイヤ１１０とは互いに所定の角を有するように配列される。
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第５実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの断面図及び上部平面図である。
図６Ａを参照すれば、本発明の第５実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサは、下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０が形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口３１０を備える上部基板２００、上部面に金属電極１１０が形成された下部基板１００、及び前記上部及び下部基板２００、１００が離間するように支持して一定間隔のナノチャネル３００を形成する支持部１５０を含む。
また、図６Ｂを参照すれば、本発明の第５実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサは、下部面に金属電極２１０が形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口３１０を備える上部基板２００、上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０が形成された下部基板１００、及び前記上部及び下部基板２００、１００が離間するように支持して一定間隔のナノチャネル３００を形成する支持部１５０を含む。
即ち、本発明の第５実施形態によれば、上部及び下部基板２００、１００のうちのいずれかの電極のみ金属ナノワイヤで構成され、もう１つは平面形状の金属電極で構成される。
前述した本発明の多様な実施形態によれば、本発明の３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサは、複数の金属ナノワイヤを含む上／下部基板２００、１００と、上／下部基板が一定間隔で離間するように支持する支持部１５０とで構成される。検出しようとするバイオ分子が含まれているサンプルは、注入口３１０を介して注入され、ナノチャネル３００を介して３次元金属ナノワイヤ電極を経て排出口３２０に排出される。このとき、注入口３１０を介して入ってきたサンプルは、ナノチャネル３００による毛細管現象により別途のポンピングがなくてもナノチャネル３００を通過できる。
一方、上／下部基板２００、１００上に金属ナノワイヤを多様な形態、例えば、ナノチャネル３００と垂直、水平、又は垂直及び水平でない任意の角度を有するように配置することで、検出しようとするサンプルの種類に応じてナノチャネル３００の前端で発生し得るブロッキング現象を緩和又は防止できる。
図７は、本発明の一実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの製作方法に関するフローチャートである。
まず、下部基板１００の上部面にレジスト４００を塗布した後（Ｓ１）、例えば、電子ビームリソグラフィ技術又はナノインプリンティング技術などのようなナノパターンが可能な方法でレジスト４００にパターン４１０を形成する（Ｓ２）。このとき、パターン４１０の位置及び整列に応じて上／下部基板２００、１００上の金属ナノワイヤ２１０、１１０を多様に形成でき、また、ナノチャネル３００の形態を多様に形成できる。その後、下部基板１００に金属ナノワイヤ１１０を形成するために下部基板１００のパターン４１０に金属を蒸着する（Ｓ３）。このとき、下部基板の金属ナノワイヤ１１０は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ及びこれらの金属を含む合金等のような抵抗が小さい金属からなる。その後、レジスト４００を除去することで（Ｓ４）、下部基板１００の上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０を形成する。
一方、上部基板２００の場合には、上部基板２００の下部面にレジスト４００を塗布した後（Ｓ１１）、レジスト４００にナノチャネル３００の幅と長さを決定するナノチャネルをパターニングする（Ｓ１２）。その後、前記パターニングされたレジスト４００をマスクとして用いて上部基板２００をエッチングするが（Ｓ１３）、エッチング過程でナノチャネル３００の深さを調節できる。前記エッチングは、化学的な湿式エッチング、ＶＰＥ（Ｖａｐｏｒ-Ｐｈａｓｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、プラズマエッチング（Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ）又はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程のうち、いずれか１つの工程により行われることができる。その後、下部基板１００の場合と同様に、上部基板２００の下部面にレジスト４００を再び塗布し（Ｓ１４）、レジスト４００にパターン４１０を形成した後（Ｓ１５）、上部基板２００のパターン４１０に金属を蒸着し（Ｓ１６）、レジスト４００を除去することで（Ｓ１７）、上部基板２００の下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０を形成する。その後、上部基板２００にサンプルを注入するための注入口３１０を形成する（Ｓ１８）。
最後に、上部及び下部基板の金属ナノワイヤ２１０、１１０を用いて光学的方法又は機械的方法を通じて上部及び下部基板２００、１００を整列した後、整列された上／下部基板２００、１００を接着する（Ｓ２１）。前記接着は、陽極ボンディング、融合ボンディング、ポリマーを用いたボンディング又はＳＡＭ（Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を用いたボンディングのうち、いずれか１つの工程により行われることができる。
前述した過程を通じて製作された本発明による３次元金属ナノワイヤギャップの距離は、ナノチャネル３００の深さ及び上／下部金属ナノワイヤ２１０、１１０の蒸着厚さを調節することで、異なるように形成されることができる。
また、前記実施形態では、上／下部基板２００、１００に金属ナノワイヤを蒸着すると説明したが、上部及び下部基板２００、１００のいずれかには平面形状の金属電極を蒸着し、もう１つには複数の金属ナノワイヤを蒸着することもできる。
図８は、本発明の他の実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの製作方法に関するフローチャートである。
まず、図７を参照して前述した方法を用いて下部基板１００の上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０を形成する（Ｓ３１〜Ｓ３４）。これと同様に、上部基板２００の下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０を形成した後（Ｓ４１〜Ｓ４４）、上部基板２００にサンプルを注入するための注入口３１０を形成する（Ｓ４５）。
その後、金属ナノワイヤ１１０が形成された下部基板１００の上部面にナノチャネル３００を形成するためのポリマー５００をスピンコーティングする（Ｓ３５）。このとき、ポリマー５００の粘度とスピンコーティングするＲＰＭ（Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）及び時間に応じてナノチャネル３００の厚さが決定される。
その後、ナノチャネル３００の幅と長さを決定し、マスクパターンを用いてポリマー５００をエッチングする（Ｓ３６）。前記エッチングは、化学的な湿式エッチング、ＶＰＥ、プラズマエッチング又はＲＩＥ工程のうち、いずれか１つの工程により行われることができる。
最後に、上部及び下部基板２００、１００の金属ナノワイヤ２１０、１１０を用いて光学的方法又は機械的方法を通じて上部及び下部基板２００、１００を整列した後、整列された上／下部基板２００、１００を接着する（Ｓ５１）。前記接着は、陽極ボンディング、融合ボンディング、ポリマーを用いたボンディング又はＳＡＭを用いたボンディングのうち、いずれか１つの工程により行われることができる。
前述した過程を通じて製作された本発明による３次元金属ナノワイヤギャップの距離は、ナノチャネル３００の深さ及び上／下部基板の金属ナノワイヤ２１０、１１０の蒸着厚さを調節することで、異なるように形成されることができる。
図９は、本発明の更に他の実施形態による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの製作方法に関するフローチャートである。
まず、図７を参照して前述した方法を用いて下部基板１００の上部面に複数の金属ナノワイヤ１１０を形成する（Ｓ６１〜Ｓ６４）。これと同様に、上部基板２００の下部面に複数の金属ナノワイヤ２１０を形成した後（Ｓ７１〜Ｓ７４）、上部基板２００にサンプルを注入するための注入口３１０を形成する（Ｓ７５）。
その後、金属ナノワイヤ１１０が形成された下部基板１００の上部面にナノチャネル３００を形成するためのポリマー５００をスピンコーティングする（Ｓ６５）。このとき、ポリマー５００の粘度とスピンコーティングするＲＰＭ及び時間に応じてナノチャネル３００の厚さが決定される。
その後、上部及び下部基板の金属ナノワイヤ２１０、１１０を用いて光学的方法又は機械的方法を通じて上部基板２００及び下部基板１００を整列した後、整列された上／下部基板２００、１００を接着する（Ｓ８１）。前記接着は、陽極ボンディング、融合ボンディング、ポリマーを用いたボンディング又はＳＡＭを用いたボンディングのうち、いずれか１つの工程により行われることができる。
最後に、ナノチャネル３００の幅と長さを決定し、前述したように、ポリマー５００を支持部として接着された上／下部基板２００、１００にマスクパターンを用いてポリマー５００を感光した後、注入口３１０及び排出口３２０を通じて感光されたポリマーを除去する（Ｓ８２）。
前述した過程を通じて製作された本発明による３次元金属ナノワイヤギャップの距離は、ナノチャネル３００の深さ及び上／下部基板の金属ナノワイヤ２１０、１１０の蒸着厚さを調節することで、異なるように形成されることができる。
図１０Ａは、本発明により製作されたバイオセンサを含むバイオディスクシステムの構成図である。
図１０Ａを参照すれば、本発明によるバイオディスクシステムは、３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサ６５０、バッファ注入チャンバ６１０、６１０’、サンプル注入チャンバ６２０、前処理チャンバ６３０、キャリブラント（ｃａｌｉｂｒａｎｔ）注入チャンバ６４０、排出チャンバ６６０、排出口６７０及びマイクロチャネル６８０で構成され、前記構成要素がディスク状本体に配置されてＬａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ（ＬＯＣ）で構成される。
前記バイオディスクシステムの動作原理について具体的に説明すれば、以下の通りである。
まず、サンプル注入チャンバ６２０に検出しようとするバイオ分子を含むサンプルを注入してディスクを回転させると、その遠心力により下部バッファ注入チャンバ６１０’から出るバッファによりバイオセンサ６５０が洗浄され、その後、キャリブラント注入チャンバ６４０から出るキャリブラント溶液によりバイオセンサ６５０の信号の基準点が補正される。
また、上部バッファ注入チャンバ６１０から出るバッファにより前処理チャンバ６３０が洗浄され、その後、サンプル注入チャンバ６２０に注入されたサンプルが前処理チャンバ６３０に流れ込み、前処理過程が行われる。このとき、バイオディスクシステムを用いて検出しようとするバイオ分子の種類に応じてそれに適合した前処理過程が施される。
その後、前処理チャンバ６３０で前処理されたサンプルがマイクロチャネル６８０を介してバイオセンサ６５０に流れ込み、本発明による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサを用いた検出過程が行われる。
その後、前処理チャンバ６３０で前処理されたサンプルがマイクロチャネル６８０を介してバイオセンサ６５０に流れ込み、本発明による３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサを用いた検出過程が行われる。
この後、検出過程を経たあらゆるサンプルは排出チャンバ６６０に溜まって排出口６７０を介して排出される。
図１０Ｂは、本発明により製作された３次元金属ナノワイヤ電極を含むバイオセンサの構成図である。
図１０Ｂを参照すれば、前記バイオディスクシステムに含まれるバイオセンサ６５０は、大きく入力端６５１、信号処理端６５２及び出力端６５３で構成される。入力端６５１は、本発明によるバイオセンサを含み、信号処理端６５２は入力端６５１の電極から出た信号を処理し、出力端６５３は信号処理端６５２で処理された信号を電気的、磁気的又は光学的信号として出力する。
図１０Ｃは、図１０Ａに示したバイオディスクシステムがディスク状本体に配列されていることを示す平面図である。
図１０Ａを参照して前述したバイオディスクシステムは、図１０Ｃに示すように、ディスク状本体に１つ以上配列され得る。このとき、ディスク状本体はＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、バイオＣＤ又はバイオＤＶＤなどのような薄膜形態のディスク本体を含み得る。
以上で説明した詳細な説明及び図面の内容は、本発明の好適な実施形態に限定して説明したものであり、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で本発明による構成要素を置換、変更又は削除が可能である。
従って、本発明の権利範囲は前記説明及び図面により決まるものではなく、添付された特許請求の範囲により決定されるべきである。
Claims (12)
- 下部面に複数の金属ナノワイヤが形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口を備える上部基板と、
上部面に複数の金属ナノワイヤが形成された下部基板と、
前記上部及び下部基板が離間するように支持して一定間隔のナノチャネルを形成する支持部と
を含み、
前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤが３次元金属ナノワイヤ電極を形成し、
前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤのうちのいずれかは、前記注入口から注入された前記サンプルが排出される方向に対して垂直に配列され、もう１つは該方向に対して水平に配列されることを特徴とするバイオセンサ。 - 下部面に複数の金属ナノワイヤが形成され、バイオ分子が含まれているサンプルが注入される注入口を備える上部基板と、
上部面に複数の金属ナノワイヤが形成された下部基板と、
前記上部及び下部基板が離間するように支持して一定間隔のナノチャネルを形成する支持部と
を含み、
前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤが３次元金属ナノワイヤ電極を形成し、
前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤが、前記注入口から注入された前記サンプルが排出される方向に対して所定の角度をなすように配列されることを特徴とするバイオセンサ。 - 前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔのうちのいずれか１つ、或いはこれらのうちのいずれか１つを含む合金からなることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオセンサ。
- （ａ）下部基板の上部面に金属電極を形成するステップと、
（ｂ）上部基板の下部面に塗布されたレジストにナノチャネルの幅と長さを決定するナノチャネルをパターニングするステップと、
（ｃ）前記（ｂ）ステップで形成されたパターンをマスクとして用いてナノチャネルをエッチングするステップと、
（ｄ）前記（ｃ）ステップで形成されたナノチャネル上に金属電極を形成するステップと、
（ｅ）前記上部及び下部基板に形成された金属電極を用いて前記上部及び下部基板を整列するステップと、
（ｆ）前記（ｅ）ステップで整列された前記上部及び下部基板を接着するステップと
を含むことを特徴とするバイオセンサの製作方法。 - 前記上部及び下部基板に形成する金属電極のうちの１つ以上は複数の金属ナノワイヤで構成することを特徴とする請求項４に記載のバイオセンサの製作方法。
- （ａ）下部基板の上部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、
（ｂ）上部基板の下部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、
（ｃ）下部基板の上部面にナノチャネルを形成するためのポリマーをスピンコーティングするステップと、
（ｄ）ナノチャネルの幅と長さを決定し、マスクパターンを用いてポリマーをエッチングするステップと、
（ｅ）前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤを用いて前記上部及び下部基板を整列するステップと、
（ｆ）前記（ｅ）ステップで整列された前記上部及び下部基板を接着するステップと
を含むことを特徴とするバイオセンサの製作方法。 - （ａ）下部基板の上部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、
（ｂ）上部基板の下部面に複数の金属ナノワイヤを形成するステップと、
（ｃ）下部基板の上部面にナノチャネルを形成するためのポリマーをスピンコーティングするステップと、
（ｄ）前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤを用いて前記上部及び下部基板を整列するステップと、
（ｅ）前記（ｄ）ステップで整列された前記上部及び下部基板を接着するステップと、
（ｆ）ナノチャネルの幅と長さを決定し、マスクパターンを用いてポリマーをエッチングするステップと
を含むことを特徴とするバイオセンサの製作方法。 - 前記エッチングするステップは、化学的な湿式エッチング、ＶＰＥ、プラズマエッチング及びＲＩＥ工程のうちのいずれか１つの工程により行われることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のバイオセンサの製作方法。
- 前記上部及び下部基板を接着するステップは、陽極ボンディング、融合ボンディング、ポリマーを用いたボンディング及びＳＡＭを用いたボンディングのうちのいずれか１つの工程により行われることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のバイオセンサの製作方法。
- 前記上部及び下部基板に形成された金属ナノワイヤの間、又は金属電極の間に形成されるギャップの距離は、前記ナノチャネルの深さ及び前記金属ナノワイヤ又は前記金属電極の蒸着厚さを調節することで、異なるように形成されることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のバイオセンサの製作方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項に従うバイオセンサを用いて注入されるサンプルからバイオ分子を検出するバイオディスクシステム。
- 前記バイオセンサは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、バイオＣＤ又はバイオＤＶＤのような薄膜形態のディスク状本体に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のバイオディスクシステム。
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