KR100773550B1 - 생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여생분자를 검출하는 방법 - Google Patents

생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여생분자를 검출하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100773550B1
KR100773550B1 KR1020060030170A KR20060030170A KR100773550B1 KR 100773550 B1 KR100773550 B1 KR 100773550B1 KR 1020060030170 A KR1020060030170 A KR 1020060030170A KR 20060030170 A KR20060030170 A KR 20060030170A KR 100773550 B1 KR100773550 B1 KR 100773550B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
field effect
effect transistor
biomolecule
insulating layer
gate electrode
Prior art date
Application number
KR1020060030170A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070099151A (ko
Inventor
유규태
이규상
정원석
심저영
조연자
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060030170A priority Critical patent/KR100773550B1/ko
Priority to DE602007003768T priority patent/DE602007003768D1/de
Priority to EP07104460A priority patent/EP1843157B1/en
Priority to JP2007092611A priority patent/JP2007279035A/ja
Priority to US11/695,905 priority patent/US8038943B2/en
Priority to CNA2007100916179A priority patent/CN101051037A/zh
Publication of KR20070099151A publication Critical patent/KR20070099151A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100773550B1 publication Critical patent/KR100773550B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133604—Direct backlight with lamps
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133612—Electrical details

Abstract

본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자의 고정 없이 타겟 생분자의 존재 또는 농도를 검출하는 방법을 제공한다. 상기 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 반도체 재료로 구성된 기판, 상기 기판 내에 서로 이격 되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역, 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역, 상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층, 및 상기 절연층 위에 이격 되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하고, 또한 제 1 타겟 생분자를 함유하는 제 1 시료를 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층 및 게이트 전극에 공급하는 단계; 및 상기 전계 효과 트랜지스터의 전기적 신호 변화를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자를 검출하는 방법{Method of detecting bio-molecules using field effect transistor without fixing bio-molecules}
도 1a는 종래 FET의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 도 1a의 FET의 게이트 전극 표면에 프로브 생분자를 고정시키고, 상기 프로브 생분자에 타겟 생분자가 결합하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 생분자 검출 방법에 사용되는 전계 효과 트랜지스터의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터의 센싱표면인 절연층과 게이트 전극에 PCR 산물 및 세척용 버퍼를 교대로 주입하는 순서를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3b는 도 3a와 같은 순서로 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 PCR 산물 및 세척용 버퍼를 교대로 주입하는 경우의 전류 변화를 측정한 그래프이다.
본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 타겟 생분자의 존재 또는 농도를 검출하는 방법에 관한 것이다.
전기적인 신호로 생분자(Biomolecule)를 검출하는 센서 중 트랜지스터를 포함하는 구조를 지닌 트랜지스터 기반 바이오 센서가 있다. 이는 반도체 공정을 이용하여 제작되는 것으로, 전기적인 신호의 전환이 빠른 장점이 있어, 그 동안 이에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다.
전계 효과 트랜지스터(이하, 'FET'라고도 함)를 사용하여, 생물학적 반응을 측정하는 원천 특허로 미국 특허 제 4,238,757호가 있다. 이는 항원-항체 반응을 표면 전하 밀도(surface charge concentration) 변화로 인한 반도체 inversion 층의 변화를 전류로 측정하는 바이오 센서에 관한 것으로 생분자 중 단백질(protein)에 관한 것이다. 미국 특허 제 4,777,019호는 바이오 단량체(biological monomers)를 게이트 표면에 흡착시켜 상보적인(complementary) 단량체와의 혼성화(hybridization) 정도를 FET로 측정하는 것에 관한 것이다.
미국 특허 제 5,846,708호는 CCD(charged coupled device)를 사용하여 결합된 생분자에 의한 흡광 현상으로 혼성화 여부를 측정하는 방법을 개시하였다. 미국 특허 제 5,466,348호 및 제 6,203,981호에서는 TFT(thin film transistor)를 사용하며, 회로를 접목시켜 신호 대 잡음 비를 향상시키는 내용을 개시하였다.
이와 같은 FET를 바이오 센서로 사용하는 경우에는 종래의 방식에 비해 비용 및 시간이 적게 들고, IC(integrated circuit)/MEMS 공정과의 접목이 용이하다는 점에서 큰 장점을 지니고 있다.
도 1a는 종래 FET의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1a를 참조하면, n형 또는 p형으로 도핑된 기판(11) 상에 양측부에 기판(11)과 반대 극성으로 도핑된 소스(12a) 및 드레인(12b)이 형성되어 있으며, 기판(11) 상에 소스(12a) 및 드레인(12b)과 접촉하는 게이트(13)가 형성되어 있다. 일반적으로 상기 게이트(13)는 산화층(14), 폴리 실리콘층(15) 및 게이트 전극(16)으로 구성되며, 기준 전극(17)에 대향하는 게이트 전극(16)에는 프로브 생분자가 부착된다. 프로브 생분자는 소정의 타겟 생분자와 수소 결합 등에 의해 결합하며, 이를 전기적인 방법으로 측정하여 프로브 생분자와 타겟 생분자와의 결합 정도를 측정한다.
도 1b는 게이트 전극(16)의 표면에 프로브 생분자(18)를 고정시키고, 상기 프로브 생분자(18)에 타겟 생분자가 결합하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1b를 참조하면, 상기 게이트 전극(16)의 표면에 프로브 생분자(18)의 고정 여부, 및 상기 고정된 프로브 생분자(18)에 타겟 생분자의 결합 여부에 따라 채널을 통해 흐르는 전류 세기가 각각 달라지게 되고, 따라서 그에 의해 타겟 생분자를 검출할 수 있다.
상기한 바와 같은 종래의 모든 FET 구조는 게이트 전극의 표면에 예컨대, 올리고뉴클레오티드 또는 PCR 산물과 같은 생분자를 고정시킨 것을 특징으로 한다. 상기 고정화를 위하여, 마이크로어레이의 제작에 사용되는 고정 기술이 그대로 또는 변형되어 사용된다. 예컨대, WO 제 03/062811호에서는 습식 공정을 통해 게이트 전극 표면에 양의 전하를 띄는 폴리-L-라이신(poly-L-lysine; PLL)을 처리하고, 상기 표면에 스팟터(spotter)를 이용하여 DNA를 스팟팅한 후, 스팟팅 전후의 전압 차이를 측정하였다.
하지만, 게이트 전극 표면에 생분자가 고정된 FET를 이용한 생분자 검출 방 법은 단 1회의 사용 후 상기 FET를 폐기해야 하고, 센서의 반응이 느린 문제점이 있다. 또한, 생분자를 고정하기 위한 추가 층의 코팅 또는 증착의 추가적인 제작 공정이 필요하고, 상기 추가 고정에 의해 장치 간 성능의 산포가 발생할 가능성이 매우 높다. 또한, 스팟팅 기술로 생분자를 고정하는 경우 랩온어칩(lab-on-a-chip)에 사용되기 힘든 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 생분자의 존재 또는 농도를 연속적으로 용이하고 정확하게 검출할 수 있는 생분자 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 타겟 생분자의 존재 또는 농도를 검출하는 방법에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 반도체 재료로 구성된 기판, 상기 기판 내에 서로 이격 되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역, 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역, 상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층, 및 상기 절연층 위에 이격 되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하고, 제 1 타겟 생분자를 함유하는 제 1 시료를 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 공급하는 단계; 및 상기 전계 효과 트랜지스터의 전기적 신호 변화를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분자의 고정 없이 생분자를 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 제 2 타겟 생분자를 함유하는 제 2 시료를 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극의 사이에 공급하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제 2 시료 제공 단계 이전에 생분자를 함유하지 않는 용액을 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 사이에 공급하여 절연층과 게이트 전극의 표면을 세척하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터의 전기적 신호는 드레인 전류, 게이트-소스 전압, 및 소스-드레인 전압 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 생분자는 핵산 또는 단백질일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 핵산은 DNA, RNA, PNA, LNA 및 그 혼성체로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 단백질은 효소, 기질, 항원, 항체, 리간드, 압타머 및 수용체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 핵산은 PCR 산물 또는 그의 정제물일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 반도체 재료는 실리콘이고, 상기 전기적 절연 재료는 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드 또는 메탈 옥사이드일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 기판은 n형으로 도핑 되어 있고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 각각 p형으로 도핑 되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 기판은 p형으로 도핑 되어 있고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 각각 n형으로 도핑 되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 마이크로채널 내에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 기판은 상기 마이크로채널의 내부면을 구성하는 것일 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자의 고정 없이 타겟 생분자의 존재 또는 농도를 검출하는 방법에 관한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 생분자 검출 방법에 사용되는 전계 효과 트랜지스터의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 생분자 검출 방법에 사용되는 전계 효과 트랜지스터는 반도체 재료로 구성된 기판(21), 상기 기판(21) 내에 서로 이격 되어 형성되고 상기 기판(21)과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역(22a) 및 드레인 영역(22b), 상기 소스 영역(22a) 및 드레인 영역(22b) 사이에 배치된 채널 영역, 상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층(23), 및 상기 절연층(23) 위에 이격 되어 배치된 게이트 전극(24)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 종래 바이오 센서 또는 CMOS 소자 등에 사용되어오던 어떤 FET도 사용될 수 있으며, n-MOS 및 p-MOS 두 가지가 모두 가능하다. 예컨대, 상기 기판(21)이 n형으로 도핑된 경우, 상기 소스(22a) 및 드레인(22b)은 각각 p형으로 도핑될 수 있고, 반대로 상기 기판(21)이 p형으로 도핑된 경우, 상기 소스(22a) 및 드레인(22b)은 각각 n형으로 도핑될 수 있다.
상기 전계 효과 트랜지스터에 있어서, 소스(22a)는 캐리어, 예컨대 자유전자 또는 정공을 공급하고, 드레인(22b)은 상기 소스(22a)에서 공급된 캐리어가 도달하는 부위이고, 절연층(23)은 상기 소스(22a) 및 드레인(22b) 사이의 캐리어의 흐름을 제어하는 역할을 한다.
상기 기판(21)을 구성하는 반도체 재료는 실리콘이고, 상기 절연층(23)을 구성하는 전기적 절연 재료는 생분자가 고정되지 않는 임의의 재료일 수 있고, 예컨대, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드 또는 메탈 옥사이드일 수 있다. 또한, 상기 절연층(23)에 생분자가 고정되지 않는 다른 재료로 구성되는 부가층이 형성되어 있을 수도 있다.
바람직하게, 상기 전계 효과 트랜지스터는 마이크로채널 내에 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 기판(21)은 상기 마이크로채널의 내부면을 구성할 수 있고, 상기 게이트 전극(24)은 상기 마이크로채널 내부 또는 내부면에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 생분자 검출 방법은 생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법을 이용하여 생분자를 검출하기 위해서, 먼저 제 1 타겟 생분자를 함유하는 제 1 시료를 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극 사이에 공급한다.
본 발명에 있어서, 상기 생분자는 핵산 또는 단백질일 수 있다.
상기 핵산은 다양한 핵산, 유사핵산, 또는 그 혼성체를 의미하고, 예컨대 DNA, RNA, PNA(Peptide Nucleic Acid), LNA(Locked Nucleic Acid) 및 그 혼성체로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 핵산은 올리고뉴클레오티드 또는 PCR 산물일 수 있지만, PCR 산물 또는 그의 정제물인 것이 바람직하다.
상기 단백질은 예컨대, 효소, 기질, 항원, 항체, 리간드, 압타머 및 수용체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 시료를 제공한 후에 생분자를 함유하지 않는 용액을 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 공급하여 세척할 수 있다. 상기 용액은 전해질 용액인 것이 바람직하다.
다음으로, 제 2 타겟 생분자를 함유하는 제 2 시료를 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 공급될 수 있다. 상기 제 2 타겟 생분자는 상기 제 1 타겟 생분자와 종류 또는 농도가 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
상기 생분자를 함유하는 시료 제공 단계 및 생분자를 함유하지 않는 용액 제공 단계 동안에 상기 전계 효과 트랜지스터의 전기적 신호 변화를 측정한다.
상기 전계 효과 트랜지스터의 전기적 신호는 드레인 전류, 게이트-소스 전압, 및 소스-드레인 전압 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 생분자 검출 방법의 가장 바람직한 구체예는 상기 PCR 산물 을 검출하는 것이다. 만약 시료 내에 표적 생분자가 존재하였다면 PCR이 수행되었을 것이고 반대로 시료 내에 표적 생분자가 존재하지 않았다면 PCR이 수행되지 않았을 것이기 때문에, PCR 산물을 검출함으로써 상기 시료 내에 표적 생분자가 존재하는지 및 그의 농도를 검출할 수 있다.
본 발명의 생분자 검출 방법에 따르면 FET를 이용하여 복수의 상이한 생분자들을 연속적으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 FET를 1회 사용 후에 폐기할 필요 없이 이후에도 계속적으로 생분자 검출에 사용할 수 있다. 또한, FET를 이용한 생분자 검출 반응의 속도가 빠르다는 장점을 갖는다. 또한, 생분자가 고정된 FET를 사용하지 않기 때문에 FET 제작시 공정이 간단하고 추가 공정시 생기는 FET들 간의 성능의 산포를 상당히 낮춰 생분자 검출의 정확성을 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
<실시예 1>
본 발명에 따른 FET 기반 바이오 센서의 제조
본 발명에서 사용한 FET 소자는 X-FAB Semiconductor Foundries (Germany)의 설비를 이용하여 제작하였으며 상기 업체의 XC10-1.0um CMOS 공정을 사용하였다. 이후, 게이트 상부면을 실리콘 옥사이드로 된 절연층 이전까지 에칭하고, 그와 이격시켜 게이트 전극을 형성하여, 도 2와 같은 형태의 FET를 제조하였다.
다음으로, 노출된 절연층(실리콘 옥사이드) 및 게이트 전극을 포함하는 FET 표면을 주의 깊게 세정하였다. 세정은 순수 아세톤과 물로 수행하고, 씻어 낸 다음, 건조하였다. 상기 기판 세정 과정은 반도체 제조 공정에서 이용되는 웨트 스테이션(wet station)을 이용하였다. 세정이 끝난 후에 스핀 드라이를 이용하여 건조하였다.
<실시예 2>
본 발명에 따른 FET 기반 바이오 센서를 이용한 PCR 산물의 검출
실시예 1에서 제조한 FET 기반 바이오 센서를 이용하여 센싱 표면인 절연층에 PCR 산물을 고정하지 않고도 그를 검출할 수 있는지 여부 및 상기 PCR 산물을 세척한 후에 상기 FET 기반 바이오 센서를 이용하여 다시 다른 PCR 산물을 검출할 수 있는지 여부를 확인하였다.
이를 위해, 상기 FET 기반 바이오 센서에 PCR 산물 및 세척 용액을 번갈아 주입하였다.
도 3a는 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터의 센싱 표면인 절연층과 게이트 전극 사이에 PCR 산물 및 세척용 버퍼를 교대로 주입하는 순서를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3a를 참조하면, 하나 이상의 FET 기반 바이오 센서(31)에 차례로 세척 용액(33a), PCR 산물(32a), 세척 용액(33b), PCR 산물(32b), 세척 용액(33c), PCR 산물(32c) 및 세척 용액(33d)을 차례로 공급하였다.
본 실시예에서 사용된 세척 용액은 0.01 mM 포스페이트 버퍼 (pH 6.04)를 이용하였다.
또한, 본 실시예에서 사용된 PCR 산물은 스타필로코쿠스 아우레우 스(Staphylococcus aureus) 박테리아의 주형(template)을 이용하여 PCR 증폭과정을 거쳤으며 사용된 순방향(forward) 및 역방향(reverse) 프라이머의 염기서열은 각각 5'-(TAG CAT ATC AGA AGG CAC ACC C)-3' 및 5'-(ATC CAC TCA AGA GAG ACA ACA TT)-3'였다. 증폭이 완료된 PCR 산물은 240 bp의 크기를 가졌고, 상기 PCR 산물을 함유하는 포스페이트 버퍼의 pH는 6.47이었고, PCR 산물의 농도는 10 ng/㎕였다.
도 3b는 도 3a와 같은 순서로 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극에 PCR 산물 및 세척용 버퍼를 교대로 주입하는 경우의 전류 변화를 측정한 그래프이다.
도 3b를 참조하면, PCR 산물을 주입하는 경우(32a,32b,32c) 전류가 급격히 감소하고, 반대로, 세척 용액을 주입하는 경우(33b,33c,33d) 전류가 원래의 값으로 급격히 증가함을 알 수 있다.
상기 전류 변화량을 절연층 표면 전압 변화량으로 환산한 결과를 표 1에 나타내었다.
<표 1>
PCR 산물 주입 세척 용액 주입
32a 88.59 mV 감소 33b 90.14 mV 증가
32b 83.34 mV 감소 33c 90.54 mV 증가
32c 78.06 mV 감소 33d 84.83 mV 증가
표 1에 나타난 바와 같이, PCR 산물을 주입하는 경우의 전압 감소 값 및 세척 용액을 주입하는 경우의 전압 증가 값이 현저하였다.
PCR 산물을 함유하는 용액과 세척 용액의 pH 차이가 상기 전압 변화에 영향을 미쳤는지 확인한 결과, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 두 용액의 pH 차이는 0.43이고, 그에 따른 전압 변화는 10 mV에 불과하여 상기 전압 변화에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다.
상기 결과로부터, 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자의 고정 없이 타겟 생분자의 존재 또는 농도를 검출하는 방법은 복수의 생분자를 연속적으로 용이하고 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 동일한 전계 효과 트랜지스터를 세척하여 반영구적으로 생분자 검출에 사용할 수 있음을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 생분자 검출 방법에 따르면 FET를 이용하여 복수의 상이한 생분자들을 연속적으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 FET를 1회 사용 후에 폐기할 필요 없이 이후에도 계속적으로 생분자 검출에 사용할 수 있다. 또한, FET를 이용한 생분자 검출 반응의 속도가 빠르다는 장점을 갖는다. 또한, 생분자가 고정된 FET를 사용하지 않기 때문에 FET 제작시 공정이 간단하고 추가 공정시 생기는 FET들 간의 성능의 산포를 상당히 낮춰 생분자 검출의 정확성을 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 타겟 생분자의 존재 또는 농도를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 전계 효과 트랜지스터는 반도체 재료로 구성된 기판, 상기 기판 내에 서로 이격 되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역, 상기 소스 영역 및 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역, 상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층, 및 상기 절연층 위에 이격 되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    제 1 타겟 생분자를 함유하는 제 1 시료를 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 공급하는 단계; 및
    상기 전계 효과 트랜지스터의 전기적 신호 변화를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분자의 고정 없이 생분자를 검출하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 2 타겟 생분자를 함유하는 제 2 시료를 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 공급하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 시료 제공 단계 이전에 생분자를 함유하지 않는 용액을 상기 전계 효과 트랜지스터의 절연층과 게이트 전극에 공급하여 세척하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전계 효과 트랜지스터의 전기적 신호는 드레인 전류, 게이트-소스 전압, 및 소스-드레인 전압 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 생분자는 핵산 또는 단백질인 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 핵산은 DNA, RNA, PNA, LNA 및 그 혼성체로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 단백질은 효소, 기질, 항원, 항체, 리간드, 압타머 및 수용체로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 핵산은 PCR 산물 또는 그의 정제물인 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 재료는 실리콘이고, 상기 전기적 절연 재료는 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드 또는 메탈 옥사이드인 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전계 효과 트랜지스터는 마이크로채널 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기판은 상기 마이크로채널의 내부면을 구성하는 것을 특징으로 하는 생분자 검출 방법.
KR1020060030170A 2006-04-03 2006-04-03 생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여생분자를 검출하는 방법 KR100773550B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060030170A KR100773550B1 (ko) 2006-04-03 2006-04-03 생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여생분자를 검출하는 방법
DE602007003768T DE602007003768D1 (de) 2006-04-03 2007-03-20 Verfahren zur Erkennung von Biomolekülen über einen Feldeffekttransistor ohne Fixierung von Biomolekülen auf der Weichenmessoberfläche
EP07104460A EP1843157B1 (en) 2006-04-03 2007-03-20 Method of detecting bio-molecules using field effect transistor without fixing bio-molecules on the gate sensing surface
JP2007092611A JP2007279035A (ja) 2006-04-03 2007-03-30 生分子を固定せずに電界効果トランジスタを利用して生分子を検出する方法
US11/695,905 US8038943B2 (en) 2006-04-03 2007-04-03 Method of detecting bio-molecules using field effect transistor without fixing probe bio-molecules on the gate sensing surface
CNA2007100916179A CN101051037A (zh) 2006-04-03 2007-04-03 使用场效应晶体管检测生物分子的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060030170A KR100773550B1 (ko) 2006-04-03 2006-04-03 생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여생분자를 검출하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070099151A KR20070099151A (ko) 2007-10-09
KR100773550B1 true KR100773550B1 (ko) 2007-11-07

Family

ID=38134347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060030170A KR100773550B1 (ko) 2006-04-03 2006-04-03 생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여생분자를 검출하는 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8038943B2 (ko)
EP (1) EP1843157B1 (ko)
JP (1) JP2007279035A (ko)
KR (1) KR100773550B1 (ko)
CN (1) CN101051037A (ko)
DE (1) DE602007003768D1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010030057A1 (en) * 2008-09-10 2010-03-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for detecting biomolecules

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8198658B2 (en) * 2007-06-13 2012-06-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Device and method for detecting biomolecules using adsorptive medium and field effect transistor
WO2013154750A1 (en) 2012-04-10 2013-10-17 The Trustees Of Columbia Unversity In The City Of New York Systems and methods for biological ion channel interfaces
EP3444600B1 (en) 2011-01-11 2020-05-13 The Trustees of Columbia University in the City of New York System and methods for single-molecule detection using nanotubes
EP2678669A1 (en) 2011-02-23 2014-01-01 The Trustees of Columbia University in the City of New York Systems and methods for single-molecule detection using nanopores
EP2751565B1 (de) 2011-08-31 2022-10-05 Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf e.V. Trägermaterial für elektrisch polarisierbare biomaterialien, polyelektrolytmaterialien, atome, ionen und moleküle; dessen herstellung und verwendung
WO2013158280A1 (en) 2012-04-20 2013-10-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for single-molecule nucleic-acid assay platforms
KR20150039819A (ko) * 2012-07-30 2015-04-13 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 생체 분자 검출 테스트 스트립 설계
KR102592368B1 (ko) * 2014-07-02 2023-10-25 라이프 테크놀로지스 코포레이션 반도체 센서의 표면 처리
US10006910B2 (en) 2014-12-18 2018-06-26 Agilome, Inc. Chemically-sensitive field effect transistors, systems, and methods for manufacturing and using the same
US11782057B2 (en) 2014-12-18 2023-10-10 Cardea Bio, Inc. Ic with graphene fet sensor array patterned in layers above circuitry formed in a silicon based cmos wafer
US9618474B2 (en) 2014-12-18 2017-04-11 Edico Genome, Inc. Graphene FET devices, systems, and methods of using the same for sequencing nucleic acids
US11921112B2 (en) 2014-12-18 2024-03-05 Paragraf Usa Inc. Chemically-sensitive field effect transistors, systems, and methods for manufacturing and using the same
WO2016173547A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Winnoz Technology, Inc System and method for detecting biomarker
CN105021680A (zh) * 2015-06-30 2015-11-04 上海集成电路研发中心有限公司 基于石墨烯传感器检测MicroRNA的方法
CN107449812B (zh) * 2016-06-01 2020-06-19 张家港万众一芯生物科技有限公司 一种在cmos标准工艺下的生物化学传感器
CN106206227B (zh) * 2016-08-02 2018-01-09 天津理工大学 一种具备场效应晶体管功能的透射电镜样品台载样区
US11905552B2 (en) 2017-08-04 2024-02-20 Keck Graduate Institute Of Applied Life Sciences Immobilized RNPs for sequence-specific nucleic acid capture and digital detection
CN109060922B (zh) 2018-08-03 2020-06-05 京东方科技集团股份有限公司 一种薄膜晶体管及其制备方法、传感器
CN112444540B (zh) * 2019-09-04 2023-05-05 张家港万众一芯生物科技有限公司 一种生物传感器和生物传感器的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6150106A (en) 1994-07-07 2000-11-21 Martin; Jean-Rene Method for analyzing biological substances in a conductive liquid medium
KR20040086196A (ko) * 2003-04-02 2004-10-08 루센트 테크놀러지스 인크 선택된 종의 전기적 검출
KR20050077210A (ko) * 2004-01-27 2005-08-01 엘지전자 주식회사 이동 통신 단말기의 부재중 통화 방법
KR20050087955A (ko) * 2004-02-27 2005-09-01 삼성전자주식회사 드바이 길이 조절에 의한 바이오 ｆｅｔ를 이용한 바이오분자의 검출 방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US306A (en) * 1837-07-29 Coal cookincr-stove
US4238757A (en) 1976-03-19 1980-12-09 General Electric Company Field effect transistor for detection of biological reactions
DE3513168A1 (de) 1985-04-12 1986-10-16 Thomas 8000 München Dandekar Biosensor bestehend aus einem halbleiter auf silizium oder kohlenstoffbasis (elektronischer teil) und nukleinbasen (od. anderen biol. monomeren)
US4874499A (en) * 1988-05-23 1989-10-17 Massachusetts Institute Of Technology Electrochemical microsensors and method of making such sensors
AU2907092A (en) 1991-10-21 1993-05-21 James W. Holm-Kennedy Method and device for biochemical sensing
US5846708A (en) 1991-11-19 1998-12-08 Massachusetts Institiute Of Technology Optical and electrical methods and apparatus for molecule detection
EP0894148A4 (en) 1996-04-17 1999-06-16 Motorola Inc MOLECULAR DETECTION, APPARATUS AND METHOD WITH INTEGRATED TRANSISTOR
US6482639B2 (en) * 2000-06-23 2002-11-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Microelectronic device and method for label-free detection and quantification of biological and chemical molecules
GB0105831D0 (en) * 2001-03-09 2001-04-25 Toumaz Technology Ltd Method for dna sequencing utilising enzyme linked field effect transistors
EP1392860B1 (en) * 2001-04-23 2008-12-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for fabricating a molecular detection chip
FR2835058B1 (fr) 2002-01-21 2004-03-12 Centre Nat Rech Scient Procede de detection d'au moins un parametre caracteristique de molecules sondes fixees sur au moins une zone active d'un capteur
AU2003282548A1 (en) * 2002-10-10 2004-05-04 Nanosys, Inc. Nano-chem-fet based biosensors
US7317216B2 (en) * 2003-10-31 2008-01-08 University Of Hawaii Ultrasensitive biochemical sensing platform
US7190013B2 (en) * 2004-02-13 2007-03-13 National Yulin University Of Science And Technology ISFET using PbTiO3 as sensing film
DE102004014537A1 (de) * 2004-03-23 2005-10-13 Fujitsu Ltd., Kawasaki Chipintegrierter Detektor zum Analysieren von Flüssigkeiten

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6150106A (en) 1994-07-07 2000-11-21 Martin; Jean-Rene Method for analyzing biological substances in a conductive liquid medium
KR20040086196A (ko) * 2003-04-02 2004-10-08 루센트 테크놀러지스 인크 선택된 종의 전기적 검출
KR20050077210A (ko) * 2004-01-27 2005-08-01 엘지전자 주식회사 이동 통신 단말기의 부재중 통화 방법
KR20050087955A (ko) * 2004-02-27 2005-09-01 삼성전자주식회사 드바이 길이 조절에 의한 바이오 ｆｅｔ를 이용한 바이오분자의 검출 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010030057A1 (en) * 2008-09-10 2010-03-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for detecting biomolecules
US8529750B2 (en) 2008-09-10 2013-09-10 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for detecting biomolecules

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007279035A (ja) 2007-10-25
EP1843157A1 (en) 2007-10-10
EP1843157B1 (en) 2009-12-16
DE602007003768D1 (de) 2010-01-28
CN101051037A (zh) 2007-10-10
KR20070099151A (ko) 2007-10-09
US20090322354A1 (en) 2009-12-31
US8038943B2 (en) 2011-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100773550B1 (ko) 생분자의 고정 없이 전계 효과 트랜지스터를 이용하여생분자를 검출하는 방법
KR100773549B1 (ko) 동일 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자를 검출하는방법
US8035175B2 (en) Field effect transistor for detecting ionic material and method of detecting ionic material using the same
KR100738081B1 (ko) 무기막을 구비하는 ｆｅｔ 기반 바이오 센서, 그의 제조방법 및 그를 이용한 생분자 검출 방법
Sakata et al. Potential behavior of biochemically modified gold electrode for extended-gate field-effect transistor
US8357957B2 (en) FET-based sensor for detecting ionic material, ionic material detecting device using the FET-based sensor, and method of detecting ionic material using the FET-based sensor
KR101195612B1 (ko) 금층을 포함하는 전계 효과 트랜지스터, 상기 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 미세유동장치, 및 상기 전계 효과 트랜지스터 및 미세유동장치를 이용하여 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법
US7659149B2 (en) Method of electrically detecting biomolecule
US20100055699A1 (en) Method of manufacturing a semiconductor sensor device and semiconductor sensor device obtained with such method
KR101176547B1 (ko) 잡음이 감소된 이온 물질 검출 장치 및 방법
KR20080027041A (ko) Ｆｅｔ 기반 바이오 센서를 이용한 핵산 길이 측정 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: 20120914

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130924

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140922

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150917

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160920

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180917

Year of fee payment: 12