KR100479128B1 - 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법 - Google Patents

디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100479128B1
KR100479128B1 KR10-2002-0042879A KR20020042879A KR100479128B1 KR 100479128 B1 KR100479128 B1 KR 100479128B1 KR 20020042879 A KR20020042879 A KR 20020042879A KR 100479128 B1 KR100479128 B1 KR 100479128B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetostrictive
dna
thin film
biosensor
tungsten
Prior art date
Application number
KR10-2002-0042879A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040009059A (ko
Inventor
김창경
윤종승
이지현
유청식
Original Assignee
학교법인 한양학원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 학교법인 한양학원 filed Critical 학교법인 한양학원
Priority to KR10-2002-0042879A priority Critical patent/KR100479128B1/ko
Priority to US10/268,405 priority patent/US20040014201A1/en
Priority to JP2002299195A priority patent/JP3699951B2/ja
Priority to FR0213584A priority patent/FR2842605B1/fr
Publication of KR20040009059A publication Critical patent/KR20040009059A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100479128B1 publication Critical patent/KR100479128B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
    • C12Q1/6825—Nucleic acid detection involving sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00655—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being bound to magnets embedded in or on the solid supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
    • G01N2291/0257—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors with a layer containing at least one organic compound

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 교류자기장에 의해 진동하는 자기변형(磁歪, Magnetostriction) 센서의 배열을 활성화함에 의해, 동위원소나 효소 및 형광염료 등과 같은 표식을 사용하지 않고서도 유전물질의 분석과, 디앤에이(DNA) 교배 과정과 같은 동적정보를 간단하면서 빠르게 실시간으로 관찰하는 것이 가능한 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 실리콘 박막의 밑면에 실리콘 질화막이 증착되고, 그 상면에 스퍼터링 기법을 이용하여 텅스텐 박막이 증착되는 단계와, 상기 텅스텐 박막 상에 자기변형 센서재료를 위한 자성층이 증착되는 단계, 상기 자성층이 광리소그라피 방식을 이용하여 패턴화되는 단계, 상기 자성층의 상면에 스퍼터링 기법을 이용하여 디앤에이(DNA)의 고정을 위한 금층을 증착시키는 단계, 스퍼터링 기법을 이용하여 텅스텐의 캡핑층(Capping Layer)이 증착되는 단계, 상기 증착된 텅스텐 박막이 패턴화되는 단계, 상기 실리콘 기판을 수용액으로 식각처리시키는 단계 및, 상기 텅스텐의 캡핑층을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법{Micro-magnetoelastic biosensor arry for detection of DNA hybridization and fabricating method thereof}
본 발명은 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동/식물의 유전물질 분석을 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 미세한 자기변형 바이오센서를 제조하기 위한 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 동/식물의 구성성분을 관찰하고 연구하기 위한 분자생물학 분야에서는 개개의 단백질이나 복합 생물학적 분자들의 특성 및 정량에 대한 분석에 의거하여, 일정한 단백질의 존재나 농도에 따라 질병의 예방이나 진단, 병원균의 존재검출 등과 같이 광범위한 의학분야에 적용하고 있는 추세이다.
한편, 디앤에이(DNA), 알앤에이(RNA), 단백질, 바이러스, 박테리아 및 효소 등과 같은 다양한 목표 바이오 재료를 검출하기 위해서는 특정한 디앤에이(DNA)와 목표 탐침의 결합에 의한 핵산 교배(Nucleic Acid Hybridization)를 자주 이용하는 바, 통상적으로 디앤에이(DNA) 교배의 검출에는 방사성 표식이 이루어진 올리고뉴클레오티드(Oligonucleotide) 탐침을 사용한다.
또한, 다른 디앤에이(DNA) 검출 방식으로는 직접 검출방법으로서 디앤에이(DNA) 탐침이 광화학 반응을 이용하는 방법(PCT 특허 공개번호 WO 9942813호 A1 19990826 참조)이나, 리소그라피 방식(J. Photopolym. Sci. Technol, 13(4), 551-558 (2000년) 참조)(Science 251, 767-773 (1991년) 참조) 또는 표면개선과 직접 화학 흡착(Analytical Biochemistry 247, 96-101 (1997년) 참조)(Biophysical Journal 71, 1079-1086 (1996년) 참조) 등과 같은 여러 가지 다양한 방법에 의해 물질 표면에 고정될 수 있도록 하고 있다.
그러나, 상기한 종래의 방사성 표식에 의한 디앤에이(DNA) 검출방식의 경우에는 교배를 생성시키는데 장시간이 소요되고, 교배 이후에 반응시간이 짧기 때문에 방사선 사진의 분석을 단시간 내에 수행해야 한다는 불리함이 있다.
또한, 광화학 반응에 의한 광화학물 또는 형광염료를 사용하는 방식의 경우에는 실험에 장시간이 소요되는 것은 물론, 이를 다루기 위해서는 숙련된 기술자가 필요하다는 단점이 있다.
더욱이, 광리소그라피 기술을 위한 디앤에이(DNA) 검출방식에서는 미소 올리고뉴클리티드 탐침의 배열을 포함하는 디앤에이(DNA)칩(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 91(11), 5022-5026 (1994년) 참조)이 이용되어 병렬 염기쌍 교배를 동시에 관찰할 수 있도록 되어 있지만, 상대적으로 고가의 장비를 구비하여야 하고, 형광 염료로 탐침을 표시해야 한다는 단점이 있다. 또한, 최근에는 CMOS 바이오칩(Sensors & Actuators B61, 154-162 (1999년) 참조)이 개발되고 있지만, 교배된 디앤에이(DNA) 탐침을 검출하기 위해서는 정교한 온-보드 레이저(On-Board Razor)를 이용해야 한다는 불리함이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 교류자기장에 의해 진동하는 자기변형센서의 배열을 활성화함에 의해, 동위원소나 효소 및 형광염료 등과 같은 표식을 사용하지 않고서도 유전물질의 분석과, 디앤에이(DNA) 교배 과정과 같은 동적정보를 간단하면서 빠르게 실시간으로 관찰하는 것이 가능한 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 외부로부터의 교류자기장이 길이방향을 따라 인가되는 자기변형 센서부와, 상기 자기변형 센서부와 결합된 플랫폼에 고정 배치되고서, 목표 디앤에이(DNA) 연속체와 교배되어 자기변형 센서부로부터 인가되는 교류자기장에 대한 공명 주파수의 변화가 발생되는 디앤에이(DNA) 탐침으로 구성된 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제조방법에 따르면, 실리콘 박막의 밑면에 실리콘 질화막이 증착되고, 그 상면에 스퍼터링 기법을 이용하여 텅스텐 박막이 증착되는 단계와, 상기 텅스텐 박막 상에 자기변형 센서재료를 위한 자성층이 증착되는 단계, 상기 자성층이 광리소그라피 방식을 이용하여 패턴화되는 단계, 상기 자성층의 상면에 스퍼터링 기법을 이용하여 디앤에이(DNA)의 고정을 위한 금층을 증착시키는 단계, 스퍼터링 기법을 이용하여 텅스텐의 캡핑층(Capping Layer)이 증착되는 단계, 상기 증착된 텅스텐 박막이 패턴화되는 단계, 상기 실리콘 기판을 수용액으로 식각처리시키는 단계 및, 상기 텅스텐의 캡핑층을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법을 제공한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
즉, 도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 자기변형 바이오센서의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일예에 따른 자기변형 바이오센서는 복수의 디앤에이(DNA) 탐침(4)이 각각 고정되어 있는 자기변형 센서부(2)가 배열되어 있는 구조로 이루어져 있는 바, 각 자기변형 센서부(2)는 하나의 조화공명 주파수에 대해서 하나의 센서부가 반응하도록 각기 다른 기하학적 배치를 갖도록 되어 있고, 자기변형 박막은 디앤에이(DNA) 탐침(4)을 고정하는 플랫폼으로 사용된다.
상기 디앤에이(DNA) 탐침(4)의 교배는 탐침 플랫폼의 물리적인 성질 변화(예컨대 공명 진동수와 굴절률 등)에 의해 관찰될 수 있는 바, 이는 유전물질의 분석을 쉽게 수행할 수 있고 디앤에이(DNA) 고정과 교배과정 등과 같은 동적 정보의 실시간 관찰이 가능하게 된다.
상기 디앤에이(DNA) 탐침(4)은 자기변형 센서부(2)의 길이 방향을 따라 인가되는 교류 자기장에 의해 공명주파수에서 진동을 수행하게 되고, 각 자기변형 센서 고유의 조화공명 주파수에서 디앤에이(DNA) 탐침(4)과 교배가 촉진되는 동시에, 샘플의 여기를 증진시키기 위해 시간에 따라 변동되는 자기장의 적용으로 자기변형센서의 배열이 활성화된다.
상기 디앤에이(DNA) 탐침(4)의 교배를 이용하면 탐침 플랫폼의 물리적인 성질 변화(예컨대 공명 진동수와 굴절률 등)에 의해 관찰될 수 있는 바, 일반적인 디앤에이(DNA)의 직접 검출 방법의 장점인 쉬운 유전물질의 분석과 디앤에이(DNA) 고정, 교배 과정 등을 실시간 관찰할 수 있어서 매우 많은 동적 정보를 얻을 수 있다.
상기 자기변형센서의 배열은 픽업 코일(Pick-up Coil)을 사용하여 디앤에이(DNA) 탐침(4)의 교배를 검출하기 위해 고자기 변형률의 Co-Fe 비정질 합금(Metall. Mater. Trans, 27A, 3203-3213 (1996년) 참조)(미국특허 6,057,766호 참조)을 기본으로 하여 외부 자기장 자극에 의한 기계적 진동을 이용하게 되는 바, 이러한 공명 진동수는 온도, 압력, 유랭속력과 하중 등과 같은 외부 환경 변수에 반응하여 변화되도록 이루어진다(Smart Mater. Struct., 10(2), 347-353 (2001년) 참조).상기한 성질을 이용하여 박막 자기변형센서는 온도와 압력을 원격으로 탐지할 수 있게 된다(Smart Mater. Struct., 8(5), 639-646(1999년) 참조).
도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 자기변형 센서부(2)에는 목표 바이오물질과 교배가 이루어진 디앤에이(DNA) 탐침(6)이 고정적으로 배열되는 바, 각 자기변형 센서 배열의 공명주파수는 목표 바이오물질과 교배된 디앤에이(DNA) 탐침(6)이 플랫폼의 질량 및 방향의 미소 변화로 인한 자기변형 센서의 공명주파수 변화를 검출함에 의해 측정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 고유한 교배 주파수의 변화는 목표 디앤에이(DNA) 연속체와 결합한 교배 디앤에이(DNA) 탐침(6)에서 측정할 수 있게 되는 것이다.
다음에, 도 2는 본 발명에 따른 자기변형 바이오센서에 대한 공명주파수의 측정에 의해 디앤에이(DNA) 교배를 검출하기 위한 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자기변형 바이오센서가 적용되는 장치는 자기변형센서 어레이(10)와, 센서코일(15), 임피던스 분석기(20) 및, 컴퓨터장치(25)로 구성된다.
상기 자기변형센서 어레이(10)는 다수의 자기변형 센서부(2)가 어레이 형태로 배열되고서, 디앤에이(DNA) 탐침의 공명 주파수에 따른 특정 영역에서의 교류 자기장 주파수 변화에 따라 임피던스 변화를 나타내게 된다.
상기 센서코일(15)은 상기 자기변형센서 어레이(10)의 공명 주파수 변화에 따른 임피던스 변화를 감지하여 임피던스값을 발생한다.
상기 임피던스 분석기(20)는 상기 자기변형센서 어레이(10)의 공명 주파수에 대해 설정된 1MHz∼500MHz의 주파수 영역에서 각 주파수의 증가에 따른 임피던스값을 측정하되, 그 공명 주파수는 측정된 임피던스의 최대값으로 관찰된다.
여기서, 상기 자기변형센서 어레이(10) 내에서는 디앤에이(DNA) 탐침의 염기쌍이 여기되는 동안에 각각 목표 디앤에이(DNA) 연속체와 교배되고, 이러한 교배에 의해 공명 주파수의 측정과 주파수 영역의 주사를 반복적으로 검출할 수 있게 된다.
상기 컴퓨터장치(25)는 상기 임피던스 분석기(20)에서 측정되어 분석되는 공명 주파수에 따른 임피던스 최대값에 의해, 교배와 목표 디앤에이(DNA) 연속체와의 교배과정을 조회가 가능하게 가시적으로 표시한다.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 자기변형 바이오센서의 제조공정을 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(30)의 하면에는 ECR-플라즈마 CVD를 이용한 에칭공정에 대한 소자의 보호를 위해서 500∼2000nm 두께로 실리콘 질화막(SiNx)(32)을 증착하는 한편, 그 실리콘 기판(30)의 상면에는 고주파 마그네트론 스퍼터링 시스템(RF Magnetron Sputtering System)을 이용하여 10∼1000nm 두께로 텅스텐 박막(Tungsten(W) Film)(34)을 증착한다(텅스텐 400, 아르곤(Ar) 6mtorr).
그 상태에서, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 실리콘 기판(30) 상면에 증착된 텅스텐 막(34) 상에 고주파 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용하여 자기변형센서의 재료를 구성하는 CoxFe80-x(BSi)20 (20 < x < 60)(코발트-철 비결정 금속박막)의 자성층(36)을 증착하게 되는 바, 그 자기변형센서의 층두께는 50∼2000nm 이다.
다음에, 도 3c에 도시된 바와 같이 자기변형센서로서 실리콘 기판(30) 상에 증착되는 자성층(36)은 표준 광리소그라피 방식을 이용하여 패턴화 되는 바, 자성층(36)에 대해 3%-HNO3 (식각속도가 20 nm/sec)으로 식각하게 된다.
또한, 자기변형센서의 패턴화가 이루어지게 되면, 도 3d에 도시된 바와 같이 패턴화된 자성층(36)의 주변을 따라 디앤에이(DNA)의 고정을 위한 금층(Gold Film)(38)이 접촉 금속 마스크를 이용하여 자성층(36)의 윗면으로 증착되는 바, 이는 고주파 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용하여 10∼100 nm의 층두께로 증착된다.
한편, 상기한 바와 같이 금층(38)의 증착이 이루어진 이후에, 도 3e에 도시된 바와 같이 고주파 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용하여 텅스텐(W)의 캡핑층(Capping Layer)(40)을 층 두께가 10∼1000 nm로 증착시키게 된다.
그 다음에, 캡핑층(40)의 증착이 이루어지면, 도 3f에 도시된 바와 같이 20℃의 온도에서 과산화수소(H2O2)를 이용하여 30nm/sec의 식각속도로 증착된 텅스텐 박막(34)을 패턴하게 된다.
그 상태에서, 도 3g에 도시된 바와 같이 외팔보(Cantilever) 형의 보를 형성하기 위해서는 80℃의 온도 조건에서 30%-KOH 용액으로 2㎛/sec의 식각속도로 실리콘 기판(30)을 식각처리하게 된다.
외팔보 형태의 식각처리가 이루어지면, 도 3h에 도시된 바와 같이 최종적으로 텅스텐 캡핑층을 20℃의 온도 조건 하에서 과산화수소(H2O2)로 제거하게 된다.
상기한 바와 같은 자기변형센서의 형성공정에 있어서, 디앤에이(DNA) 탐침을 고정하기 위해서는 5′-cag agg ttg agt cct ttg-3′과 18-mer single-stranded oligonucleotide를 실험에 사용하고서, 5′-인산염 끝에 Dithioethoxy 그룹을 결합시켜서 18-mer single-stranded oligonucleotide 탐침을 제작하도록 한다.
이 때, 5′-인산염의 끝에 이황화 그룹을 결합시키기 위해 수용성의 Carbodimide를 적용하였고, 금의 표면은 고정 공정 이전에 에탄올과 물로 헹궈주게 된다. 디앤에이(DNA) 탐침은 금 표면과 화학결합을 하는 이황화물 그룹과 18-mer oligonucleotide 탐침을 적용하여 직접 금표면에 고정시키게 되고, 센서는 10㎍/㎖의 이황화물 그룹과 디앤에이(DNA) 탐침을 포함하는 0.3몰(M)의 염화나트륨(NaCl) 수용액에 1시간동안 담근 이후에 헹궈주게 된다.
다음에, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 하나의 배열에 다수개의 바이오센서를 패터닝하여 형성한 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자기변형센서는 센서코일로부터 충분한 신호가 발생되도록 하기 위해, 하나의 배열에 예컨대 40개와 같은 다수개의 바이오센서를 리소그라피 공정으로 제작하게 되고, 마스크는 다수의 외팔보를 패턴하도록 수정하게 된다.
한편, 상기 자기변형센서의 소자는 직경이 3∼10mm 이고, 50∼500번으로 권취된 미세한 센서코일에 삽입할 수 있도록 하고, 상기 센서코일과 연결되어 있는 임피던스 분석기(20)는 1MHz∼500MHz 사이에서 코일의 여기 주파수가 변화하는 동안에 임피던스의 최대값을 검출하게 된다.
상기 자기변형 바이오센서의 교배를 위한 센서의 활성화에 있어서, 목표 디앤에이(DNA) 연속체는 0.05 M 4-(2-hydroxyethyl)-1-piper-azine-ethanesulfonic acid와 PH 7.5의 0.2M 염화나트륨(NaCl)을 완충용액으로 하여, 그 완충용액을 디앤에이(DNA) 탐침에 적용하게 되고, 공명 주파수에 대해서는 용액의 감쇠효과를 상충하기 위해 재계산할 수 있도록 하고, 목표 디앤에이(DNA)를 포함하는 1∼100㎕의 수용액을 적용하게 된다.
목표 디앤에이(DNA) 용액의 적용 이후에는, 센서를 교배 과정의 향상을 위해 30분과 같은 설정시간 동안 공명 주파수에서 활성화시키게 되고, 30분의 설정시간이 경과된 이후에는 목표 용액을 씻어내고 디앤에이(DNA) 탐침의 교배를 검출하기 위해서 공명 주파수의 측정을 반복하게 된다. 이 측정값은 교배 테스트를 예컨대 10번과 같이 복수회로 진행하는 동안의 공명 주파수 변화에 대한 검출 가능한 값을 나타낸다. 반면에, 교배 과정을 거치지 않고서도 0.1% 내에서 공명 주파수를 재생하여 바이오센서를 테스트할 수 있도록 한다.
그 다음에, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다중 배열에 다수개의 바이오센서를 패터닝하여 형성한 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 자기변형 바이오센서를 각각 다른 디앤에이(DNA) 탐침을 포함하는 다중 구획을 갖는 센서로서 확장할 수 있도록 되어 있는 바, 각 구획은 리소그라피를 통해서 다른 길이와 폭을 갖는 빔(Beam) 또는 다른 방향의 모양을 갖고서 각각 다른 공명 주파수로 작동하는 바이오센서의 세트(Set)를 포함한다. 바이오센서는 디앤에이(DNA) 탐침을 고정하는 동안 용액의 혼합을 막기 위하여 구획 장벽에 의해 분할되어 있다.
상기 공명 주파수는 외팔보의 길이에 역비례하도록 되어 있어서 각각 다른 길이로 분할되어 있는 외팔보에 의해서 각기 다른 공명 주파수가 발생된다. 상기 다중 구획을 갖는 센서는 임피던스 분석기의 측정 한계 내에서 공명 주파수가 나뉘어져 있기 때문에, 구획을 많은 수로 증가시킬 수 있고 각 디앤에이(DNA) 탐침과 고정되어 각각의 특정한 공명 주파수가 표시될 수 있다.
상기한 실시예를 갖는 본 발명은 그 실시양태에 구애받지 않고 그 기술적 요지를 벗어나지 않는 한도 내에서 얼마든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있도록 되어 있는 바, 본 발명의 실시예에 적용되는 자기변형센서가 외팔보 형태로 이루어져 있지만 그에 국한되지 않고 센서의 적용형태 및 기기의 특성에 따라 천공된 상태의 외팔보나, 접이식 또는 코일 형상으로 제조할 수 있도록 하는 것도 얼마든지 가능함은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 자기 기계적으로 결합된 비정질 금속성 박막 상에 다양한 디앤에이(DNA) 탐침이 고정되어 있는 바이오센서를 이용하여 센서의 조화공명 주파수를 측정함에 의해 디앤에이(DNA) 교배를 검출할 수 있도록 함에 따라, 어떠한 공명주파수 변화도 생성하지 않는 미결합 탐침을 제거하기 위한 불필요한 시간을 없애는 것이 가능할 뿐만 아니라, 목표시료를 형광염료 등으로 표시하기 위한 결합작업이 불필요하게 되면서, 디앤에이(DNA) 교배와 그 검출과정이 저가의 비용지출에 의해서도 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다는 효과를 갖게 된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 자기변형 바이오센서의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자기변형 바이오센서에 대한 공명주파수의 측정에 의해 디앤에이(DNA) 교배을 검출하기 위한 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 자기변형 바이오센서의 제조방법의 제조공정을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 하나의 배열에 다수개의 바이오센서를 패터닝하여 형성한 상태를 예시적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다중 배열에 다수개의 바이오센서를 패터닝하여 형성한 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2:자기변형 센서부, 4:디앤에이(DNA) 탐침,
6:교배 디앤에이(DNA) 탐침, 10:자기변형센서 어레이,
15:미세 센서코일, 20:임피던스 분석기,
25:컴퓨터장치.

Claims (12)

  1. 외부로부터의 교류자기장이 길이방향을 따라 인가되는 자기변형 센서부와,
    상기 자기변형 센서부와 결합된 플랫폼에 고정 배치되고서, 목표 디앤에이 연속체와 교배되어 자기변형 센서부로부터 인가되는 교류자기장에 대한 공명 주파수의 변화가 발생되는 디앤에이 탐침으로 구성된 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 디앤에이 탐침의 교배에 의한 공명 주파수 변화는 센서코일에 의해 임피던스의 변화 형태로 감지하게 되고, 센서코일에서 감지된 임피던스에 대해 임피던스 분석기에서 설정영역의 주파수에서의 임피던스 최대값을 측정할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 자기변형 센서소자가 상기 센서코일에 삽입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 디앤에이 탐침이 배치된 자기변형 센서부는 하나의 배열에 다수개가 배치되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 디앤에이 탐침이 배치된 자기변형 센서부는 각각 다른 공명주파수를 갖고 다른 길이/폭을 갖는 디앤에이 탐침이 다중 구획에 의해 분할되어 배치되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서.
  6. 실리콘 박막의 밑면에 실리콘 질화막이 증착되고, 그 상면에 스퍼터링 기법을 이용하여 텅스텐 박막이 증착되는 단계와,
    상기 텅스텐 박막 상에 자기변형 센서재료를 위한 자성층이 증착되는 단계,
    상기 자성층이 광리소그라피 방식을 이용하여 패턴화되는 단계,
    상기 자성층의 상면에 스퍼터링 기법을 이용하여 디앤에이의 고정을 위한 금층을 증착시키는 단계,
    스퍼터링 기법을 이용하여 텅스텐의 캡핑층(Capping Layer)이 증착되는 단계,
    상기 증착된 텅스텐 박막이 패턴화되는 단계,
    상기 실리콘 기판을 수용액으로 식각처리시키는 단계 및,
    상기 텅스텐의 캡핑층을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 자성층이 증착되는 단계에서,
    상기 자성층은 코발트-철 비결정 금속박막(CoxFe80-x(BSi)20 (20 < x < 60))으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 자성층이 패턴화되는 단계에서,
    상기 자성층은 3-HNO3의 용액으로 식각처리되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 증착된 텅스텐 박막이 패턴화되는 단계는,
    20℃의 온도조건에서 과산화수소(H2O2)를 이용하여 텅스텐 박막이 패턴화되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 실리콘 기판을 수용액으로 식각처리시키는 단계는,
    80℃의 온도조건에서 30%-KOH 용액으로 식각처리되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 실리콘 기판을 수용액으로 식각처리시키는 단계는,
    센서의 형상이 외팔보 형태로 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 텅스텐의 캡핑층을 제거시키는 단계는,
    20℃의 온도조건에서 과산화수소로 제거하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서의 제조방법.
KR10-2002-0042879A 2002-07-22 2002-07-22 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법 KR100479128B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0042879A KR100479128B1 (ko) 2002-07-22 2002-07-22 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법
US10/268,405 US20040014201A1 (en) 2002-07-22 2002-10-09 Micro-magnetoelastic biosensor array for detection of DNA hybridization and fabrication method thereof
JP2002299195A JP3699951B2 (ja) 2002-07-22 2002-10-11 Ｄｎａの交雑を検出するための磁気ひずみバイオセンサおよびその製造方法
FR0213584A FR2842605B1 (fr) 2002-07-22 2002-10-30 Un reseau de biocapteurs micro-magnetoelastique pour la detection de l'hybridation de l'adn et un procede de fabrication de tels reseaux de biocapteurs.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0042879A KR100479128B1 (ko) 2002-07-22 2002-07-22 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040009059A KR20040009059A (ko) 2004-01-31
KR100479128B1 true KR100479128B1 (ko) 2005-03-28

Family

ID=29997532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0042879A KR100479128B1 (ko) 2002-07-22 2002-07-22 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20040014201A1 (ko)
JP (1) JP3699951B2 (ko)
KR (1) KR100479128B1 (ko)
FR (1) FR2842605B1 (ko)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7176344B2 (en) * 2002-09-06 2007-02-13 Sca Hygiene Products Ab Sensoring absorbing article
KR100631213B1 (ko) * 2004-05-31 2006-10-04 삼성전자주식회사 인덕턴스 소자를 이용한 바이오결합 검출 장치 및 방법
WO2007072472A2 (en) * 2005-12-19 2007-06-28 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Systems and methods for analyzing and manipulating biological samples
WO2007073258A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-28 Sca Hygiene Products Ab Method for providing a film of a magnetoelastic material with a curvature, sensor product obtained by the method and sensor
AU2006230764B2 (en) * 2005-12-23 2007-09-06 Congaman Pty Ltd A method and system for providing document management
SE531775C2 (sv) * 2006-04-26 2009-08-04 Nems Ab Anordning och komponent för parallell detektion i realtid av individuella nanomekaniska rörelser hos en samling/array av individuella och oberoende oscillerande balkar
KR100891098B1 (ko) * 2007-08-27 2009-03-31 삼성전자주식회사 바이오칩 및 그 제조 방법
KR100891097B1 (ko) * 2007-08-27 2009-03-31 삼성전자주식회사 바이오칩 및 그 제조 방법
KR101013281B1 (ko) * 2008-02-26 2011-02-09 이혜인 공기 압축을 응용한 충격 흡수 완충 장치
US9533879B2 (en) 2008-06-02 2017-01-03 Bionano Genomics, Inc. Integrated analysis devices and related fabrication methods and analysis techniques
KR101056751B1 (ko) * 2009-05-25 2011-08-22 (주)노바마그네틱스 자기누설탐상용 비파괴센서 및 제조방법
US9399217B2 (en) 2010-10-04 2016-07-26 Genapsys, Inc. Chamber free nanoreactor system
US9184099B2 (en) 2010-10-04 2015-11-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Biosensor devices, systems and methods therefor
SG189839A1 (en) 2010-10-04 2013-06-28 Genapsys Inc Systems and methods for automated reusable parallel biological reactions
US8585973B2 (en) 2011-05-27 2013-11-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Nano-sensor array
US9926596B2 (en) 2011-05-27 2018-03-27 Genapsys, Inc. Systems and methods for genetic and biological analysis
EP2785868B1 (en) 2011-12-01 2017-04-12 Genapsys Inc. Systems and methods for high efficiency electronic sequencing and detection
WO2014152625A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Genapsys, Inc. Systems and methods for biological analysis
WO2015089238A1 (en) 2013-12-11 2015-06-18 Genapsys, Inc. Systems and methods for biological analysis and computation
WO2015161054A2 (en) 2014-04-18 2015-10-22 Genapsys, Inc. Methods and systems for nucleic acid amplification
CN105067471B (zh) * 2015-07-24 2017-12-29 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种微悬臂谐振结构传感器及其制造方法
WO2017116736A1 (en) 2015-12-30 2017-07-06 3M Innovative Properties Company Tape format magnetoelastic resonator markers
CN116397014A (zh) 2016-07-20 2023-07-07 测序健康公司 用于核酸测序的系统和方法
CN111566224A (zh) 2017-09-21 2020-08-21 吉纳普赛斯股份有限公司 用于核酸测序的系统和方法
CN109164164A (zh) * 2018-09-26 2019-01-08 深圳砺剑脑科学科技有限公司 一种磁致伸缩生物化学传感器的制备方法及制备装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07113700A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Toyota Autom Loom Works Ltd 磁歪式トルク検出装置及び磁歪式応力検出装置
JPH07113699A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Toyota Autom Loom Works Ltd 磁歪式トルク検出装置
JPH09145494A (ja) * 1995-11-21 1997-06-06 Yazaki Corp 磁歪式センサの制御方法、及び制御装置
US20010017541A1 (en) * 1999-03-17 2001-08-30 Hegeon Kwun Method and apparatus for inspecting pipelines from an in-line inspection vehicle using magnetostrictive probes

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057766A (en) * 1997-02-14 2000-05-02 Sensormatic Electronics Corporation Iron-rich magnetostrictive element having optimized bias-field-dependent resonant frequency characteristic
US20030054355A1 (en) * 2000-09-04 2003-03-20 Peter Warthoe Microsensors and method for detecting target analytes
EP1325333A4 (en) * 2000-10-10 2006-03-22 Aviva Biosciences Corp CHIPS WITH MICRO-ELECTROMAGNETIC UNITS ADDRESSABLE INDIVIDUALLY IN HORIZONTAL CONFIGURATIONS
US6688162B2 (en) * 2000-10-20 2004-02-10 University Of Kentucky Research Foundation Magnetoelastic sensor for characterizing properties of thin-film/coatings

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07113700A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Toyota Autom Loom Works Ltd 磁歪式トルク検出装置及び磁歪式応力検出装置
JPH07113699A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Toyota Autom Loom Works Ltd 磁歪式トルク検出装置
JPH09145494A (ja) * 1995-11-21 1997-06-06 Yazaki Corp 磁歪式センサの制御方法、及び制御装置
US20010017541A1 (en) * 1999-03-17 2001-08-30 Hegeon Kwun Method and apparatus for inspecting pipelines from an in-line inspection vehicle using magnetostrictive probes

Also Published As

Publication number Publication date
FR2842605B1 (fr) 2009-11-13
JP3699951B2 (ja) 2005-09-28
KR20040009059A (ko) 2004-01-31
JP2004053575A (ja) 2004-02-19
US20040014201A1 (en) 2004-01-22
FR2842605A1 (fr) 2004-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100479128B1 (ko) 디앤에이 교배 검출을 위한 자기변형 바이오센서 및 그 제조방법
US7655269B2 (en) Integrated nanomechanical sensor array chips
JP3711122B2 (ja) 分子検出の為の光学的装置
KR100455284B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 고용량의 바이오분자 검출센서
US8562806B2 (en) Electrochemical biosensor arrays and instruments and methods of making and using same
US20040115711A1 (en) Detecting molecular binding by monitoring feedback controlled cantilever deflections
JP2007500347A (ja) 改善されたｓｎｒを持つチップ上磁性粒子センサ
JP2005513475A (ja) マイクロアレイ上の磁気ナノ粒子の領域密度を測定するセンサー及び方法
CN109196117A (zh) 用于通过隧穿识别进行核酸测序的方法和系统
Lagae et al. Magnetic biosensors for genetic screening of cystic fibrosis
Balasubramanian et al. Si-based sensor for virus detection
WO2013056182A1 (en) Piezoelectric devices and methods
Lee et al. Label-free DNA microarray bioassays using a near-field scanning microwavemicroscope
Haring et al. Piezoelectric cantilever biosensors for label-free, real-time detection of DNA and RNA
Perret et al. Nano systems and devices for applications in biology and nanotechnology
CN108368537A (zh) 用于分析核酸分子的改进的装置
Grabiec et al. Microsystem technology as a road from macro to nanoworld
JP2003344403A (ja) 生化学反応体の検出方法とバイオチップ
JP4141442B2 (ja) センサー及び蛋白質検出デバイス
EP2388337B1 (en) Sensing device and manufacturing method thereof
Lee et al. Fabrication and evaluation of a novel protein sensor based on Lorentz force
Ham et al. The silicon that moves and feels small living things
KR20180055977A (ko) Dna 생체표지자의 초민감성 정량 분석 방법 및 장치
JP4890926B2 (ja) 検出方法、およびキット
KR100833389B1 (ko) 바이오 물질을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120116

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee