KR100907474B1 - Bio sensor, its manufacturing method and detecting method of bio material using it - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바이오 센서는 긴 단일 나노와이어 소자의 표면을 직렬로 구획하여 특정의 목표 바이오 분자와 결합할 수 있도록 기능화하여, 동일 또는 다중의 목표 바이오 분자를 동시에 검출한다.The biosensor of the present invention functionalizes the surface of a long single nanowire device in series to be combined with a specific target biomolecule, thereby simultaneously detecting the same or multiple target biomolecules.
이를 통해 다양한 바이오 물질을 정성적 및/또는 정량적으로 효과적으로 검출할 수 있다. 따라서, 제조공정의 비용을 줄일 수 있으며 여러 가지 바이오 분자에 대한 검출을 빠른 시간에 달성함과 동시에 정확한 분석을 가능하게 한다.This allows for the efficient detection of various biomaterials qualitatively and / or quantitatively. Therefore, the cost of the manufacturing process can be reduced, and the detection of various biomolecules can be achieved quickly and at the same time accurate analysis is possible.
검지단위, 바이오 센서, 탄소나노튜브, 다중 검출 Detection unit, biosensor, carbon nanotube, multiple detection
Description
본 발명은 바이오 센서, 그 제조방법 및 이를 이용한 바이오 물질의 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 긴 단일 나노와이어 소자의 표면을 직렬로 구획하여 특정의 목표 바이오 분자와 결합할 수 있도록 기능화하여, 동일 또는 다중의 목표 바이오 분자를 동시에 검출하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서, 그 제조방법 및 이를 이용한 바이오 물질의 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor, a method for manufacturing the same, and a method for detecting a biomaterial using the same. More specifically, the surface of a long single nanowire device is partitioned in series to be functionalized to be combined with a specific target biomolecule. The present invention relates to a biosensor, a manufacturing method thereof, and a biomaterial detection method using the same, wherein the same or multiple target biomolecules are simultaneously detected.
통상적인 나노와이어를 이용한 바이오센서에 관한 종래기술들, 예를 들면 장(Zheng) 등에 의해 네이쳐 바이오테크날러지 23호 1294-1301 (1995)의 "나노와이어 배열 센서로 이루어진 다중 종양 인지자의 전기적인 측정" 미국공개특허 제06/0269927호의 "나노 스케일 센서들" 및 미국등록특허 제7,129,554호의 "나노센서들"을 참조하면, 두 개 이상의 서로 다른 종류의 타겟 바이오분자를 검출하기 위한 센서의 배열들의 구조를 살펴보면, 서로 다른 나노와이어에 각각의 다른 바이오 인지분자로 기능화한 구조를 가지고 있다. 이처럼 통상적인 나노와이어의 경우 각 나노와이어들의 전기적인 특성을 동일하게 제작하기는 매우 어렵고, 특히 탄소나노튜브를 사용하는 경우 그 전기적인 특성이 반도체 혹은 금속성을 가질 수 있으며, 이것을 직렬적으로 구획하여 탄소나노튜브 바이오 센서를 제조하는 방법은 현재까지 알려져 있지 않다. 따라서, 위와 같이 통상적으로 나노와이어를 병렬적으로 각각 다른 종류의 바이오 인지분자로 기능화하였을 때 각각의 트랜지스터의 전기적 성질이 매우 다르기 때문에, 타겟분자에 대한 반응 후의 결과를 해석하는 데 있어서 정확성이 현저하게 떨어지는 문제가 있다.Conventional techniques on biosensors using conventional nanowires, for example, "Electrical Measurement of Multiple Tumor Recognizers Consisting of Nanowire Array Sensors" by Nature Biotechnology No. 23 1294-1301 (1995) by Zheng et al. Referring to "nano scale sensors" of US Patent Publication No. 06/0269927 and "nano sensors" of US Patent No. 7,129,554, the structure of the arrangement of the sensor for detecting two or more different kinds of target biomolecules is shown. Looking at it, it has a structure functionalized with different biocognitive molecules on different nanowires. As such, in the case of conventional nanowires, it is very difficult to produce the same electrical characteristics of each nanowire. In particular, when carbon nanotubes are used, the electrical characteristics may be semiconductor or metallic. There is no known method for manufacturing carbon nanotube biosensors. Therefore, when the nanowires are functionalized with different kinds of bio-cognitive molecules in parallel as described above, the electrical properties of each transistor are very different. Therefore, the accuracy in analyzing the result after the reaction with the target molecule is remarkably accurate. There is a problem falling.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 긴 단일 나노와이어 소자의 표면을 직렬로 구획하여 특정의 목표 바이오 분자와 결합할 수 있도록 기능화하여, 동일 또는 다중의 목표 바이오 분자를 동시에 검출하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to partition a surface of a long single nanowire device in series and functionalize it to be combined with a specific target biomolecule, thereby allowing the same or multiple target bios. The present invention provides a biosensor and a method of manufacturing the same, wherein the molecules are detected simultaneously.
본 발명의 다른 목적은, 나노와이어 소자의 표면을 직렬로 구획하기 위하여 나노와이어의 길이를 10㎛ 이상으로 연장시킬 수 있는 바이오 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a biosensor capable of extending the length of the nanowire to 10 μm or more in order to partition the surface of the nanowire device in series.
본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명의 바이오 센서를 이용하여 동일 또는 다중의 목표 바이오 분자를 검출하는 검출방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a detection method for detecting the same or multiple target biomolecules using the biosensor of the present invention.
상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바이오 센서는, 소스전극, 드레인 전극, 게이트 및 나노와이어로 구성되는 트랜지스터를 포함하는 바이오 센서에 있어서, 상기 나노와이어는 길이방향으로 구획되는 복수개의 검지단위를 구비한다. In the biosensor of the present invention for achieving the above-described problem, the biosensor comprising a transistor consisting of a source electrode, a drain electrode, a gate and a nanowire, the nanowire is a plurality of partitioned in the longitudinal direction A detection unit is provided.
상기 나노와이어는 바람직하게는 탄소나노튜브이며, 보다 바람직하게는 반도 체 특성을 가지는 단일 벽 탄소나노튜브이며, 실리콘, 게르마늄 또는 GaN의 화합물 반도체를 사용할 수 있다.The nanowires are preferably carbon nanotubes, more preferably single-walled carbon nanotubes having semiconductor properties, and compound semiconductors of silicon, germanium or GaN may be used.
상기 트랜지스터의 길이는 바람직하게는 100㎛ ~ 10㎝이다.The length of the transistor is preferably 100 µm to 10 cm.
상기 검지단위는 바람직하게는 독립적인 드레인 전극을 가지고 소스전극을 공유하지 않거나 또는 독립적인 드레인 전극을 가지고 소스전극을 공유하며, 더욱 바람직하게는 독립적인 드레인 전극의 양쪽에 대칭구조의 소스 전극을 가진다.The detection unit preferably has an independent drain electrode and does not share a source electrode or has an independent drain electrode and shares a source electrode, and more preferably has a symmetrical structure of source electrodes on both sides of the independent drain electrode. .
상기 나노와이어는 양 끝단에 소스전극 및 드레인 전극을 구비한다.The nanowires have source and drain electrodes at both ends.
상기 복수개의 검지단위는 그 표면에 타겟 바이오 물질과 특이적으로 반응 또는 결합하는 압타머를 구비하며, 상기 타겟 바이오 물질은 바람직하게는 CEA, AFP, PSA 등의 종양표지자, 또는 단백질, 유기저분자이고, 상기 압타머는 바람직하게는 핵산, 아미노산, 펩티드, 단백질, 효소기질, 리간드, 코펙터, 안티센스, 유기저분자 및 탄수화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 이 중 상기 핵산은 바람직하게는 단일 사슬 데옥시뉴클레오티드를 사용할 수 있다.The plurality of detection units have an aptamer that specifically reacts or binds to a target biomaterial on its surface, and the target biomaterial is preferably a tumor marker such as CEA, AFP, PSA, or a protein, an organic small molecule. The aptamer is preferably any one or more selected from the group consisting of nucleic acids, amino acids, peptides, proteins, enzyme substrates, ligands, cofactors, antisense, organic small molecules and carbohydrates, wherein the nucleic acid is preferably a single Chain deoxynucleotides can be used.
본 발명의 상기 검지단위들은 각각 특정 바이오분자를 검지할 수 있는 압타머를 구비하되 검지하고자 하는 타겟 바이오분자의 종류의 목표 개수를 충족할만큼의 압타머 종류를 구비하게 되며, 통상적으로 1 ~ 6 개 종류의 바이오분자를 검지할 수 있는 압타머로 이루어지는 것이 바람직하다. The detection units of the present invention are each provided with an aptamer capable of detecting a specific biomolecule, but have a kind of aptamer sufficient to meet a target number of types of target biomolecules to be detected, typically 1 to 6 It is preferable to consist of an aptamer which can detect dog biomolecules.
한편, 상기 나노와이어는 바람직하게는 압타머를 구비하지 않는 구획을 포함 한다.On the other hand, the nanowires preferably include a section having no aptamer.
본 발명의 다른 특징에 따른 바이오 분자의 검출방법은, 상술한 바이오 센서에서, 하나의 검지단위에 구비된 드레인과 공유된 소스전극간의 전기전도도의 변화를 통해 바이오 분자를 검출한다.In the biomolecule detection method according to another feature of the present invention, the biomolecule is detected by changing the electrical conductivity between the drain provided in one detection unit and the shared source electrode.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 바이오 분자의 검출방법은, 4점 탐침기의 방법으로 복수개의 검지단위의 전기전도도를 측정하여 바이오 분자를 검출한다.According to another aspect of the present invention, a biomolecule detection method detects biomolecules by measuring electrical conductivity of a plurality of detection units by a four-point probe method.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 바이오 센서의 제조방법은, 1) 소스전극, 드레인전극, 게이트 및 나노와이어를 포함하는 트랜지스터를 제조하는 단계, 2) 상기 제조된 트랜지스터 중 나노와이어를 제외한 모든 전극을 절연시키는 단계; 및 3) 상기 나노와이어를 길이방향으로 복수개의 검지단위로 구획하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a biosensor, which includes: 1) manufacturing a transistor including a source electrode, a drain electrode, a gate, and a nanowire; Insulating; And 3) dividing the nanowire into a plurality of detection units in a longitudinal direction.
상기 1) 단계의 트랜지스터를 제조하는 방법은, 알콜에 녹인 FeCl3 촉매를 SiO2 기판의 일부 또는 전부에 증착하고 수소 또는 산소와 아르곤을 상기 기판에 접촉시키면서 800 ~ 1200℃까지 온도를 상승시키는 전처리 단계, 상기 전처리 단계를 거친 기판을 온도를 유지하면서 15 ~ 30분 동안 탄소와 수소를 공급하여 탄소나노튜브를 성장시키는 단계, 그 성장이 완료된 기판을 15 ~ 30℃ 까지 온도를 낮추면서 수소 또는 산소와 아르곤을 상기 기판에 접촉시켜 상기 기판을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the transistor of step 1), a FeCl 3 catalyst dissolved in alcohol is deposited on part or all of the SiO 2 substrate, and the pretreatment is performed to raise the temperature to 800 to 1200 ° C. while contacting the substrate with hydrogen or oxygen and argon. Step, growing the carbon nanotubes by supplying carbon and hydrogen for 15 to 30 minutes while maintaining the temperature of the substrate subjected to the pretreatment step, hydrogen or oxygen while lowering the temperature to 15 ~ 30 ℃ the substrate is completed growth And argon contacting the substrate to cool the substrate.
상기 1) 단계의 트랜지스터를 제조하는 또 다른 방법은, SiO2 기판의 일부 또는 전부에 백금 촉매를 1 ~ 3 nm의 두께로 증착하는 단계, 상기 기판에 수소를 접촉시키면서 800 ~ 1200℃까지 온도를 상승시키는 단계, 상기 온도가 상승된 기판에 20 ~ 40분 동안 SiCl4 SiH2Cl2 및 SiH4 중 어느 하나 이상의 화합물을 접촉시키는 단계, 및 상기 기판의 온도를 15 ~ 30℃ 까지 낮추면서 수소를 접촉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Another method of manufacturing the transistor of step 1), the step of depositing a platinum catalyst on a portion or all of the SiO 2 substrate to a thickness of 1 to 3 nm, the temperature to 800 ~ 1200 ℃ while contacting the hydrogen to the substrate Increasing the temperature, increasing the temperature of the SiCl 4 to the substrate for 20-40 minutes SiH 2 Cl 2 And SiH 4 Contacting any one or more of the compounds, and contacting the hydrogen while lowering the temperature of the substrate to 15 ~ 30 ℃.
상기 트랜지스터의 길이는 바람직하게는 100㎛ ~ 10 cm이며. 상기 복수개의 검지단위는 그 표면에 타겟 바이오 물질과 특이적으로 반응 또는 결합하는 압타머를 구비하며, 상기 바이오 물질은 바람직하게는 CEA, AFP, PSA 등을 포함하는 종양표지자, 또는 단백질, 유기저분자 등을 사용할 수 있고, 상기 압타머는 바람직하게는 핵산, 아미노산, 펩티드, 단백질, 효소기질, 리간드, 코펙터, 안티센스, 유기저분자 및 탄수화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 이 중 상기 핵산은 바람직하게는 단일 사슬 데옥시뉴클레오티드를 사용할 수 있다.The length of the transistor is preferably 100 μm to 10 cm. The plurality of detection units have an aptamer that specifically reacts or binds to a target biomaterial on its surface, and the biomaterial is preferably a tumor marker including a CEA, AFP, PSA, or the like, or a protein, an organic small molecule. And the like, and the aptamer is preferably any one or more selected from the group consisting of nucleic acids, amino acids, peptides, proteins, enzyme substrates, ligands, cofactors, antisenses, organic small molecules and carbohydrates, among which Is preferably a single chain deoxynucleotide.
본 발명의 상기 하나의 검지단위에 구비되는 압타머들은 특정 종류의 바이오 물질을 인지하며, 검지하고자 하는 바이오분자 종류의 개수에 적합한 종류수의 압타머를 구비하게 되며 이 때, 대략 1 ~ 6개수의 종류를 갖는 것이 바람직하다. The aptamers provided in the one detection unit of the present invention recognize a specific kind of biomaterial and include aptamers of a kind suitable for the number of biomolecule types to be detected. It is preferable to have 1-6 types.
본 발명의 직렬 방식으로 구획된 검지단위들의 개수는 바람직하게는 1000 개 이하이다.The number of detection units partitioned in a serial manner of the present invention is preferably 1000 or less.
여기에서 검지단위는 특정 바이오 물질 혹은 분자를 검지할 수 있는 반도체 나노와이어에서 구획된 기본 단위를 뜻하는 것으로서, 바이오 물질의 검지시 혹은 전류를 측정할 때 나노와이어상의 전류가 흐르는 경로인 채널영역은 검지단위끼리 서로 겹치거나 공유하지 않는 직렬방식으로 구획됨을 특징으로 한다. Here, the detection unit refers to a basic unit partitioned from semiconductor nanowires capable of detecting a specific biomaterial or molecule, and the channel region, which is a path through which the current on the nanowire flows when the biomaterial is detected or the current is measured. The detection units are partitioned in a serial manner that does not overlap or share with each other.
상술한 바와 같이, 본 발명의 긴 나노와이어로 직렬로 구획되어 나누어진 트랜지스터들로 이루어진 바이오센서는 다양한 바이오 물질을 정성적 및/또는 정량적으로 효과적으로 검출할 수 있다. 따라서, 제조공정의 비용을 줄일 수 있으며 여러 가지 바이오 분자에 대한 검출을 빠른 시간에 달성함과 동시에 정확한 분석을 가능하게 한다. As described above, a biosensor made up of transistors divided in series into long nanowires of the present invention can efficiently detect various biomaterials qualitatively and / or quantitatively. Therefore, the cost of the manufacturing process can be reduced, and the detection of various biomolecules can be achieved quickly and at the same time accurate analysis is possible.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
상술한 바와 같이, 종래의 탄소나노튜브로 구성된 바이오 센서는, 다른 종류의 바이오 물질을 검출하기 위하여 나노와이어를 병렬적으로 구성하고 각각의 병렬적으로 구성된 나노와이어에 압타머를 고정하여 타겟 바이오 물질을 검출하였다. 따라서 각각의 트랜지스터의 전기적 성질이 매우 다르기 때문에, 타겟 바이오 물질 에 대한 검출결과를 해석하는 데 있어서 정확성이 현저하게 떨어지는 문제가 있었다.As described above, the conventional biosensor composed of carbon nanotubes is configured to configure nanowires in parallel in order to detect different kinds of biomaterials, and fix aptamers to the nanowires configured in parallel to target biomaterials. Was detected. Therefore, since the electrical properties of each transistor are very different, there is a problem that the accuracy of the detection result for the target biomaterial is significantly reduced.
이에 본 발명에서는, 하나의 나노와이어에 직렬방향(나노와이어의 길이방향)으로 여러 개로 구획하고 각 나노와이어 채널의 구획마다 특정 바이오 물질을 인지할 수 있도록 기능화시킴으로써 각 구획은 특정 바이오 분자를 검지하는 검지단위를 형성하게 한다. 이를 위하여 나노와이어의 길이는 적어도 10 ㎛ 이상이 바람직하다. 왜냐하면, 나노와이어의 길이가 10 ㎛ 이하일 때는 각 구획된 검지단위의 길이가 1 ㎛ 이하의 짧은 길이를 가지게 되어 충분한 숫자의 분자인식물질을 구비하기 어렵고, 특히 제조시 고분해능의 정렬을 구비할 수 있는 노광장치가 필요하여 제조가 난해해지고, 비용이 증가하게 된다. 이 경우 구획된 검지단위들은 그 고유의 전기적 특성은 동일하므로, 구획된 숫자만큼의 동일한 전기적 특성의 나노와이어 트랜지스터들을 쉽게 형성할 수 있다. 따라서, 각 검지단위의 트랜지스터의 전기전도도의 변화에 따라 특정한 여러 종류의 타겟 바이오 물질의 존재 유무를 정확히 판단할 수 있으며, 나아가 타겟 바이오 물질의 대략적인 농도도 판단할 수 있다. 또한 하나의 긴 소자에 여러 종류의 바이오 물질을 인지하는 압타머로 구획할 수 있기 때문에 제조비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있으며, 타겟 바이오 물질과 센서와의 반응 면적을 확장함으로써 타겟 바이오 물질에 대한 감응도를 높일 수 있다. Accordingly, in the present invention, each compartment detects a specific biomolecule by partitioning it into several nanowires in the serial direction (the longitudinal direction of the nanowire) and functionalizing the specific biomaterial in each nanowire channel. Form a detection unit. For this purpose, the length of the nanowires is preferably at least 10 ㎛. Because, when the length of the nanowire is 10 ㎛ or less, the length of each partitioned detection unit has a short length of 1 ㎛ or less, it is difficult to have a sufficient number of molecular recognition material, in particular, it can be provided with a high resolution alignment in the manufacturing An exposure apparatus is required, making manufacturing difficult and increasing costs. In this case, the partitioned detection units have the same electrical characteristics, so that the nanowire transistors having the same electrical characteristics as the number of partitions can be easily formed. Therefore, it is possible to accurately determine the presence or absence of specific kinds of target biomaterials according to the change in the electrical conductivity of the transistor of each detection unit, and also to determine the approximate concentration of the target biomaterial. In addition, a single long device can be divided into aptamers that recognize several types of biomaterials, thereby reducing manufacturing costs and increasing the response area between the target biomaterials and the sensor, thereby increasing the sensitivity of the target biomaterials. Can increase.
한편, 동일한 종류의 바이오 분자를 검출하는 경우에도 동일한 바이오 인지분자들을 하나의 동일한 긴 나노와이어를 사용하여 여러 개의 구획을 나누어 기능화하여 데이터의 신뢰를 증가시키는 방법을 제시한다. 이 경우 각각의 구획된 트랜지스터의 전기적 특성은 동일하기 때문에 보다 정량적인 데이터를 얻게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 만일 긴 나노와이어를 가지고 N개의 검지단위로 나누고 이들 검지단위들은 각각 동일한 바이오 물질을 인지하는 압타머들을 하나 이상을 구비하였다면, 이는 결국 동일한 종류의 물질을 검출하는 N개의 동일한 특성의 바이오센서를 제조하는 것과 같은 결과를 가져오게 되며, N개의 측정결과를 동시에 얻음으로써 바이오센서의 측정 데이터가 통계적으로 더욱더 정확한 효과를 얻는다.On the other hand, even when detecting the same kind of biomolecules, the same biocognitive molecules are functionalized by dividing several compartments using the same long nanowire to increase the reliability of the data. In this case, the electrical characteristics of each compartmentalized transistor are the same, so more quantitative data is obtained. More specifically, if you have long nanowires and divide them into N detection units, each of which has more than one aptamer that recognizes the same biomaterial, it will eventually be N identical that detect the same kind of material. The result is the same as manufacturing a characteristic biosensor, and by obtaining N measurement results simultaneously, the measurement data of the biosensor is statistically more accurate.
나아가, 긴 나노와이어를 직렬방식으로 검지단위로 구획화하는 경우 하나의 구획 이상을 의도적으로 기능화하지 않고 남겨두거나, 혹은 가장 전형적인 센서의 특징을 가질 수 있는 화학물질로 기능화하여 레퍼런스 트랜지스터로 사용할 수 있는 대조군으로 활용할 수 있다. 즉, 타겟물질과 반응시킨 후 모니터링되는 구획 트랜지스터와 상기한 레퍼런스 트랜지스터의 저항의 변화를 각각 비교함으로써 데이터의 신뢰성을 높일 수 있다. Furthermore, when long nanowires are partitioned into detection units in a serial fashion, one or more compartments can be left unintentionally functionalized, or they can be functionalized as chemicals that can characterize most typical sensors and used as reference transistors. Can be used as That is, the reliability of the data can be improved by comparing the change of the resistance of the partition transistor monitored and the reference transistor after reacting with the target material, respectively.
본 발명에서 사용되는 상기 나노와이어는 바람직하게는 탄소나노튜브이며, 보다 바람직하게는 단일 벽 탄소나노튜브이며 반도체 특성을 가진다. The nanowires used in the present invention are preferably carbon nanotubes, more preferably single wall carbon nanotubes, and have semiconductor characteristics.
상기 나노와이어는 양 끝단에 소스 전극 및 드레인 전극을 구비한다.The nanowires have source and drain electrodes at both ends.
또한 본 발명에서 상기 나노와이어를 직렬방향으로 검지단위로 구획하기 위해서는 상기 나노와이어의 길이는 최소한 10 ㎛ 이상이 적당하며 바람직하게는 10 ㎛ ~ 10 cm 의 범위를 유지하여야 한다. 만일 나노와이어의 길이가 10 ㎛ 미만이면 여러 개의 바이오 인식물질을 기능화하기 어렵고 그 제조비용이 상승하게 되며, 10 cm 이상이면 센서의 크기가 너무 커지게 되어 감도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.In addition, in the present invention, in order to partition the nanowires into the detection unit in the serial direction, the length of the nanowires is appropriately at least 10 μm, preferably in the range of 10 μm to 10 cm. If the length of the nanowire is less than 10 μm, it is difficult to functionalize a plurality of bio-recognition materials and the manufacturing cost is increased. If the length of the nanowire is 10 cm or more, the size of the sensor may be too large, resulting in a problem of deterioration of sensitivity.
한편, 나노와이어의 길이를 10 ㎛ 이상으로 연장하기 위하여 본 발명의 제1구현예에서는 알콜에 녹인 FeCl3 촉매를 SiO2 기판의 일부 또는 전부에 증착하고 수소 또는 산소와 아르곤을 상기 기판에 접촉시키면서 800 ~ 1200℃까지 온도를 상승시키고, 그 뒤 기판의 온도를 유지시키면서 15 ~ 30분 동안 탄소와 수소를 공급하여 탄소나노튜브를 성장하고, 그 기판을 15 ~ 30℃ 까지 온도를 낮추면서 수소 또는 산소와 아르곤을 상기 기판에 접촉시키는 공정을 통해 상기 탄소나노튜브의 길이를 10 ㎛ 이상의 크기로 성장시킬 수 있다. Meanwhile, in order to extend the length of the nanowire to 10 μm or more, in the first embodiment of the present invention, a FeCl 3 catalyst dissolved in alcohol is deposited on a part or all of the SiO 2 substrate, and hydrogen or oxygen and argon are brought into contact with the substrate. The temperature is increased to 800 to 1200 ° C, followed by supplying carbon and hydrogen for 15 to 30 minutes while maintaining the temperature of the substrate to grow carbon nanotubes, and lowering the substrate to 15 to 30 ° C, The length of the carbon nanotubes may be grown to a size of 10 μm or more through a process of contacting oxygen and argon to the substrate.
상기 제1구현예와는 달리 본 발명의 제2구현예에서는 SiO2 기판의 일부 또는 전부에 백금 촉매를 1 ~ 3 nm의 두께로 증착하고, 상기 증착된 기판에 수소를 접촉시키면서 800 ~ 1200℃까지 온도를 상승시키고, 그 뒤 온도가 상승된 기판에 20 ~ 40분 동안 SiCl4 , SiH2Cl2, SiH4 중 어느 하나 이상의 화합물을 접촉시킨다. 그 뒤 상기 기판의 온도를 15 ~ 30℃ 까지 낮추면서 수소를 접촉시켜 최종적으로 상기 나 노와이어(탄소나노튜브)의 길이를 10 ㎛ 이상의 크기로 성장시킬 수 있다. Unlike the first embodiment, in the second embodiment of the present invention, a platinum catalyst is deposited on a portion or all of the SiO 2 substrate to a thickness of 1 to 3 nm, and 800 to 1200 ° C. is brought into contact with hydrogen on the deposited substrate. The temperature was raised to, followed by SiCl 4 , SiH 2 Cl 2 , SiH 4 on the elevated temperature for 20-40 minutes. Contact any one or more of the compounds. Thereafter, the temperature of the substrate may be lowered to 15 to 30 ° C., and hydrogen may be contacted to finally grow the length of the nanowire (carbon nanotube) to a size of 10 μm or more.
또 다른 실시 형태로서, 미리 전자빔리소그라피를 이용하여 좌표계를 형성한 기판위에 레이저 박리(ablation) 또는 아크 방전(arc discharge)을 이용하여 합성된 탄소 나노튜브 혹은 나노와이어들이 포함된 용액을 분산시킨 뒤, 각각의 나노와이어의 위치를 원자력힘현미경(AFM) 등을 이용하여 알아내고, 알아낸 위치에 전자빔리소그라피를 이용하여 전극을 생성시켜 탄소 나노튜브 트랜지스터를 제작할 수도 있다. In another embodiment, after dispersing a solution containing carbon nanotubes or nanowires synthesized using laser ablation or arc discharge on a substrate on which coordinate systems have been previously formed using electron beam lithography, The location of each nanowire may be determined using an atomic force microscope (AFM) or the like, and carbon nanotube transistors may be fabricated by generating an electrode using electron beam lithography at the determined location.
나노와이어 트랜지스터 제작 후에 바이오인식분자 즉 압타머를 고정화하여 기능화하기 전에 금속전극과 금속선 다음의 절연물질들 예를 들면 PMMA, SiO2, 혹은 질화막 등으로 둘러쌓아 보호해주는 것이 바람직하다. 따라서, 화학작용에 부식되기 쉬운 금속전극은 전해질 등의 용액과의 반응을 차단시키고, 전해질 분위기의 측정에서 발생하는 이온전류에 의한 오프셋전류를 차단할 수 있다. After fabricating the nanowire transistor and before the biorecognition molecule, that is, the aptamer is immobilized and functionalized, it is desirable to protect the metal electrode and the insulating material following the metal wire, for example, PMMA, SiO 2 , or nitride film. Therefore, the metal electrode, which is susceptible to chemical action, can block the reaction with a solution such as an electrolyte, and can block the offset current due to the ion current generated in the measurement of the electrolyte atmosphere.
본 발명의 나노와이어는 트랜지스터의 채널로 이용되기 위해서 반도체의 특성을 갖는 물질임이 바람직하다. 예를 들면, 탄소 나노튜브의 구조는 하나의 흑연면을 둥글게 말아놓은 구조로서 한 개의 흑연면으로 이루어진 단일벽 탄소 나노튜브(single-walled carbon nanotube)와 여러 겹의 흑연면이 하나의 중심축으로 말린 것이 다중벽 탄소 나노튜브(multi-walled carbon nanotube)가 있다. 상기 단일벽 탄소 나노튜브는 직경에 따라 금속 특성 또는 반도체 특성을 가지고, 반도체 특성 탄소 나노튜브의 경우 에너지 갭은 그 직경에 반비례하여 나타나게 된다. The nanowire of the present invention is preferably a material having a semiconductor characteristic in order to be used as a channel of the transistor. For example, the structure of carbon nanotubes is a structure in which one graphite plane is rounded, and a single-walled carbon nanotube composed of one graphite plane and multiple layers of graphite planes form one central axis. Dried is multi-walled carbon nanotubes. The single-walled carbon nanotubes have metal or semiconductor properties depending on the diameter, and in the case of semiconductor-specific carbon nanotubes, energy gaps appear in inverse proportion to the diameter.
이러한 방법으로 제조된 본 발명의 트랜지스터를 형성하는 나노와이어는 하나 이상의 바이오 물질을 인지하는 복수개의 검지단위로서 직렬로 구획된다. 여기서 각각의 검지단위의 나노와이어 채널의 전기전도도를 측정하기 위하여, 각각의 소스 혹은 드레인 금속전극에 대응되도록 전기적으로 연결시킨다. 특히, 각각의 검지단위들을 하나의 나노와이어에 형성을 하되, 각각의 검지단위는 그 채널영역을 서로 겹치지 않게 직렬방식으로 구획함을 특징으로 한다. 특히, 각각의 검지단위들을 구획함에 있어서 꼭 같은 전기적 구조들을 갖추기 위하여 동일한 나노와이어의 채널 길이를 가지도록 구획할 수 있다. 이렇게 각각의 검지단위는 서로 그 채널영역을 공유하지 않음으로 각각의 검지단위는 고유의 채널영역을 가지고 있으며, 각각의 검지단위의 채널영역에 해당하는 나노와이어의 표면을 특정 바이오 분자를 인지하는 압타머 등으로 기능화함으로써, 특정 바이오 분자를 인지하는 검지단위를 형성하게 된다. 따라서, 특정 소스와 드레인 전극사이의 전기전도도를 측정함으로써, 특정하게 기능화된 특정 검지단위가 특정 바이오 분자와 반응하는 검지 신호를 측정할 수 있다. The nanowires forming the transistor of the present invention produced in this way are partitioned in series as a plurality of detection units that recognize one or more biomaterials. Here, in order to measure the electrical conductivity of the nanowire channel of each detection unit, it is electrically connected to correspond to each source or drain metal electrode. In particular, each detection unit is formed on one nanowire, but each detection unit is characterized in that the channel region is partitioned in series without overlapping each other. In particular, each of the detection units may be partitioned to have the same nanowire channel length in order to have exactly the same electrical structures. As each detection unit does not share its channel area, each detection unit has its own channel area, and the pressure for recognizing a specific biomolecule on the surface of the nanowire corresponding to the channel area of each detection unit. By functionalizing with a tamper or the like, a detection unit for recognizing a specific biomolecule is formed. Therefore, by measuring the electrical conductivity between the specific source and the drain electrode, it is possible to measure the detection signal in which the specific functionalized specific detection unit reacts with the specific biomolecule.
구체적으로, 상기 검지단위들은 각각 그 표면에 타겟 바이오 물질과 특이적으로 반응 또는 결합하는 압타머를 1개 이상 구비하며, 하나의 검지단위에 포함되는 압타머는 동일한 종류의 타겟 바이오 물질을 인지한다. 즉, 나노와이어에 압타머들이 직렬로 고정되고, 상기 압타머들은 연속하여 하나 이상 모여 하나의 검지단 위를 형성하며, 하나의 검지단위에 속하는 하나 또는 복수개의 압타머들은 모두 동일한 종류의 타겟 바이오 물질을 인지한다. 한편, 각각의 검지단위들은 모두 동일한 타겟 바이오 물질을 인지하거나 다른 종류의 타겟 바이오 물질을 인지할 수 있고 하나의 검지단위에 속하는 압타머의 수를 달리할 수 있으므로, 이를 통해 여러 종류의 타겟 바이오 물질을 한 번에 매우 정확하게 정성적으로 검출할 수 있을 뿐 아니라, 타겟 바이오 물질을 정량적으로 검출하는 것도 가능하다. 예를 들어, 나노와이어의 표면에 바이오 물질 A를 인식하는 압타머 a, 바이오 물질 B를 인식하는 압타머 b 및 바이오 물질 C를 인식하는 압타머 c가 "aaaabbccccaabc"의 형태로 직렬로 위치하는 경우, 검지단위는 "aaaa", "bb", "cccc", "aa", "b", "c"로서 모두 6개가 된다. 이 때, 시료에 바이오 물질이 "A", "B"만 존재한다면, 바이오 센서에 전류를 인가하면 3번째 및 6번째를 제외한 모든 검지단위에서 반응이 일어난다. 한편, 바이오 물질 A의 경우 이를 인지하는 검지단위가 두 개이지만 각각의 검지단위마다 그 민감성이 다르기 때문에 두 개의 전류변화를 비교하여 바이오 물질 A의 농도를 정량적으로 분석할 수 있다. 상술하면, 첫 번째 검지단위는 바이오물질 A의 특정 농도 X이상에서 감응하고, 세 번째 검지단위는 바이오물질 A 특정농도 Y(X보다 크다)에서 감응한다고 가정할 경우, 첫째와 세 째 검지단위가 둘다 감응하면 바이오 물질 A의 농도는 Y 이상이다. 만일 첫째 검지단위만 감응하였다고 하면 바이오물질의 농도는 X보다는 크고 Y 보다는 작다. 두 검지단위 모두 감응하지 않은 경우 바이오물질의 농도는 X이하이다. 즉, 이들 각각의 검지단위내에 구비된 압타머의 수가 상이하므로 전류를 인가하여 그래프의 피크를 확인하는 방법 등을 통하여 바이오 물질 A 정량적으로 분석하는 것도 가능하다. 또한 검지단위에 포함되는 압타머의 수를 동일하게 구비하여 센서의 정확성을 도모하는 것 역시 가능하다.Specifically, the detection units each have one or more aptamers that specifically react or bind with the target biomaterial on its surface, and the aptamer included in one detection unit recognizes the same kind of target biomaterial. That is, the aptamers are fixed in series on the nanowires, and the aptamers are gathered one or more in succession to form one detection unit, and one or a plurality of aptamers belonging to one detection unit are all the same type of target biomass. Recognize matter. On the other hand, since each detection unit can recognize the same target biomaterial or different types of target biomaterials, and can vary the number of aptamers belonging to one detection unit, this allows for different types of target biomaterials. Can be detected very precisely and qualitatively at a time, as well as quantitatively detecting the target biomaterial. For example, the aptamer a that recognizes the biomaterial A, the aptamer b that recognizes the biomaterial B, and the aptamer c that recognizes the biomaterial C are positioned in series in the form of "aaaabbccccaabc" on the surface of the nanowire. The detection units are "aaaa", "bb", "cccc", "aa", "b", and "c" which are all six. At this time, if only the biomaterials "A" and "B" exist in the sample, when a current is applied to the biosensor, the reaction occurs in all detection units except the third and sixth. On the other hand, in the case of biomaterial A, there are two detection units that recognize this, but since the sensitivity is different for each detection unit, the concentration of biomaterial A may be quantitatively analyzed by comparing two current changes. Specifically, assuming that the first detection unit is sensitive above the specific concentration X of biomaterial A, and the third detection unit is sensitive at the specific concentration Y of biomaterial A (greater than X), the first and third detection units If both are sensitive, the concentration of biomaterial A is above Y. If only the first detection unit is sensitized, the concentration of biomaterial is greater than X and less than Y. If neither detection unit is sensitive, the concentration of biomaterial is below X. That is, since the number of aptamers provided in each detection unit is different, it is also possible to quantitatively analyze the biomaterial A through a method of applying a current to check the peak of the graph. In addition, it is also possible to achieve the accuracy of the sensor by having the same number of aptamers included in the detection unit.
상기 검지단위를 전기적으로 연결하는 방법에 있어서, 도 1에서 도시한 바와 같이 각각의 검지단위는 소스 전극(14)을 공유하지만 드레인 전극(15)를 독립적으로 형성하는 방법을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 각각의 검지단위에 해당하는 전기전도도를 측정할 경우 소스 전극은 고정시키고 드레인 전극만 바꾸어가면서 전기전도도를 측정함으로써 순차적으로 모든 검지단위의 전기적 신호를 측정할 수 있다. 이 경우 더욱 바람직하게는 독립적인 드레인 전극의 양쪽에 대칭구조의 소스 전극을 가짐으로써, 하나의 검지단위에 동일한 두 개의 채널 구조를 가질 수 있게 하여 나노와이어의 표면을 효과적으로 사용할 수 있다.In the method of electrically connecting the detection units, as illustrated in FIG. 1, it is preferable that each detection unit shares a source electrode 14 but has a method of independently forming a
또 다른 전기적 연결방법을 예시하면, 도 2에서 도시한 바와 같이 하나의 전극은 이웃하는 양쪽의 인접 검지단위의 전극으로 동시에 공유하게 쓰일 수 있는 간략한 구조를 제공한다. 보다 구체적으로는, 도 2의 특정 압타머(16)로 기능화된 특정 검지단위의 전기 전도도를 측정하기 위하여 전극 32와 전극 33이 사용될 수 있다. 이 경우, 그 인접한 채널인 특정 압타머(17)로 기능화된 검지단위의 전기전도도를 측정하기 위하여 전극(33)은 소스 전극으로 재사용되어 공간적인 간단하고 효율적인 방법을 제공한다.As another example of the electrical connection method, as shown in Figure 2, one electrode provides a simple structure that can be used simultaneously to share the electrode of the neighboring detection unit of both neighboring. More specifically, the
한편, 본 발명에 사용가능한 바이오 물질은 통상의 바이오 센서로 검출가능 한 것이면 종류의 제한이 없으며, 바람직하게는 CEA, AFP, PSA를 비롯한 종양표지자 뿐 아니라 대장균, 바이러스 등이 될 수 있고, 상기 바이오 물질과 반응 또는 결합되는 압타머는 바람직하게는 핵산, 아미노산, 펩티드, 단백질, 효소기질, 리간드, 코펙터, 안티센스, 유기저분자 및 탄수화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물 중 바이오 물질의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있으며, 이 중 상기 핵산은 바람직하게는 단일 사슬 데옥시뉴클레오티드를 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 나노와이어의 표면에 압타머로서 리간드인 비오틴을 고정화시키고 상기 비오틴과 특이적으로 반응하는 스트렙토아비딘을 검출할 수 있고, DNA를 고정화시키고 이 DNA에 상보적으로 결합하는 DNA를 검출하여 게놈분석, 돌연변이 검색, 병원성균 진단 등에 이용할 수 있다. 또한 나노와이어의 표면에 단일사슬 데옥시뉴클레오티드를 고정화시키고, 트리메틸아민 등의 가스 검출에 이용할 수 있다.On the other hand, the biomaterials usable in the present invention are not limited as long as they can be detected by conventional biosensors, and preferably, not only tumor markers including CEA, AFP, PSA, but also E. coli, viruses, and the like. The aptamer to be reacted or bound with the substance is preferably used for the type of biomaterial in any one or more compounds selected from the group consisting of nucleic acids, amino acids, peptides, proteins, enzyme substrates, ligands, cofactors, antisenses, organic small molecules and carbohydrates. According to the present invention, the nucleic acid may be preferably a single chain deoxynucleotide. For example, DNA which immobilizes a ligand biotin as an aptamer on the surface of the nanowire of the present invention and detects streptoavidin which specifically reacts with the biotin, immobilizes DNA and complementarily binds to the DNA Can be detected and used for genome analysis, mutation search, pathogenic bacteria diagnosis, and the like. Furthermore, single-chain deoxynucleotides can be immobilized on the surface of the nanowires and used for gas detection such as trimethylamine.
본 발명에 따른 바이오 분자의 검출방법을 구체적으로 설명하면 상술한 바이오 센서에서, 하나의 검지단위에 구비된 드레인과 공유된 소스 전극간의 전기전도도의 변화를 통해 바이오 분자를 검출할 수 있다. 예를 들면, 하나의 특정 검지단위에 해당되는 특정 바이오 분자가 결합하게 되어 검지단위의 전기전도도가 변화하며 이 때 전기전도도의 변화를 읽음으로써, 특정 바이오 분자의 존재를 검출하게 된다.The biomolecule detection method according to the present invention will be described in detail. In the above-described biosensor, biomolecules can be detected through a change in electrical conductivity between a drain provided in one detection unit and a shared source electrode. For example, specific biomolecules corresponding to one specific detection unit are combined to change the electrical conductivity of the detection unit. At this time, the presence of the specific biomolecule is detected by reading the change in electrical conductivity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 바이오 분자의 검출방법은, 통상의 전류를 측정하는 방법 중 하나인 4점 탐침기의 방법으로 복수개의 검지단위의 전기전도도를 측정하여 바이오 분자를 검출할 수 있다. 예를 들면 나노와이어 양 끝을 일정한 전류소스계에 연결하여 일정한 전류가 흐르도록 하고 각 검지단위의 전압강하를 전압측정기로 측정하여 그 검지단위의 저항값 혹은 전기전도도를 측정하는 방법을 제공한다. 이 경우 전극과 연결된 금속선과 나노와이어의 접합저항에 의한 측정의 오류를 제거할 수 있는 장점을 제공한다.According to another aspect of the present invention, a method for detecting biomolecules may detect biomolecules by measuring electrical conductivity of a plurality of detection units by a method of a four-point probe, which is one of methods for measuring current. For example, by connecting both ends of a nanowire to a constant current source system to allow a constant current to flow, and to measure the voltage drop of each detection unit with a voltage meter to measure the resistance value or electrical conductivity of the detection unit. In this case, it provides an advantage of eliminating the measurement error due to the junction resistance of the metal wire and the nanowire connected to the electrode.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 도 1은 본 발명의 1실시예로서 트랜지스터의 일부분을 형성하는 나노와이어(10)에 관한 것으로, 상기 나노와이어는 기판(11)에 배치되어 있으며, 상기 나노와이어의 소정의 위치에서 연장되는 금속선(12, 13)과 상기 금속전극과 연결되어 소스 전극(14)과 드레인 전극(15)을 통하여 상기 나노와이어로 전류를 인가한다. 상기 나노와이어의 표면에 상기 금속전극에 의하여 구획되는 타겟 바이오 물질을 검출하는 압타머(16 ~ 21)가 위치한다. 이 때, 나노와이어의 표면에 길이방향으로 직렬로 고정되는 압타머는 상기 금속전극에 연결된 금속선(13)에 의하여 각각 구획되며 하나의 특정 드레인 전극(15)과 소스 전극(14) 사이의 전류의 경로를 따라서는 동일한 바이오 분자인식 물질을 형성하게 한다. 즉, 도 1에서 모양이 같은 압타머는 동일한 종류의 바이오 물질을 인지한다. 그러므로 도면부호 16 ~ 21의 압타머는 모두 상이한 종류의 바이오 물질을 인지하는 것이다. 실제 바이오 분자를 검출하는 방법은 다음과 같다. 검사하고자 하는 환자의 혈액을 센서반응부(나노와이어)에 떨어뜨려 센서 를 반응시키고 적당한 시간이 지난 후 각각의 드레인 전극과 공유된 소스전극(14)에서 전기전도도의 변화를 측정한다. 이때 센서의 채널에는 지속적으로 전압을 공급할 필요는 없으며, 각각의 검지단위의 전기전도도를 측정하기 위한 측정기, 예를 들면 저항측정계 등을 연결하여 저항을 읽을 수 있다. 보다 바람직하게는 실시간 검지신호를 모니터링하기 위해서는, 도 1a의 소스전극(14)를 측정기 소스단자에 연결한 상태에, 검지하고자 하는 타겟 물질 예를 들면 혈액을 센서반응부(나노와이어)에 떨어뜨린다. 이때 자동 스위칭변환장치(도 6의 74) 등을 통하여 각 주기마다, 각각의 드레인 전극(15)의 전류를 측정함으로써 각 주기마다의 전기전도도를 실시간으로 기록할 수 있다. 각 주기는 1초 ~ 1분 단위가 바람직하며 타겟 바이오 분자의 반응속도에 따라서, 그 실시간 측정 기록시간은 진단의 목적에 따라 임의로 조정할 수 있다. 보다 바람직한 측정방법으로 정량적인 측정을 위하여 동일한 검지 단위를 여러 개 형성하고, 이 때 전기전도의 변화가 생긴 검지단위를 조사하여 타겟 물질을 정성적으로 측정한다.The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 1 relates to a
도 2는 본 발명의 2실시예로서 금속과 반도체 사이에 접합 저항의 효과를 무시할 수 있도록 나노와이어의 저항을 측정할 수 있는 4점탐침기 방식의 측정방법을 적용할 수 있도록 구성된다. 이하에서는 상기 1실시예와 동일한 부분은 제외하고 상이한 부분을 중심으로 설명한다. 예를 들면 도 2에서 금속전극(40)과 금속전극(41) 사이에 전류소스계를 전기적으로 연결하여 일정한 전류가 흐르도록 한다. 이 때 직렬방식으로 구획되어 있으므로 모든 검지단위의 채널에는 동일한 전류가 흐르게 되며, 이때 각 검지단위의 구획의 양측 전극의 전압차이를 전압계로 읽음으로써 그 검지단위의 저항값 혹은 전기전도도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 압타머(16)로 기능화된 검지단위의 전기전도도를 측정하기 위하여 전극(32)와 전극(33) 사이의 전압차이를 전압계로 측정하여 정확한 전기전도도를 측정할 수 있다. 이 경우 전극과 연결된 금속선과 나노와이어의 접합저항에 의한 측정의 오류를 제거할 수 있는 장점을 제공한다.2 is configured to apply a four-point probe method of measuring the resistance of the nanowires so as to ignore the effect of the junction resistance between the metal and the semiconductor as an embodiment of the present invention. Hereinafter, except for the same parts as in the first embodiment, the description will be mainly focused on different parts. For example, in FIG. 2, a current source system is electrically connected between the metal electrode 40 and the metal electrode 41 so that a constant current flows. At this time, since it is partitioned in series, the same current flows through the channels of all detection units. At this time, the resistance value or the electric conductivity of the detection unit can be measured by reading the voltage difference between the electrodes on both sides of each detection unit. have. For example, in order to measure the electrical conductivity of the detection unit functionalized by the
도 3은 나노와이어 표면에 바이오인식 분자인 압타머를 고정화할 때 특정 구획에 선택적으로 진행하는 방법은 나타낸 것으로 도 3a는 사진공정의 방법이고 도 3b는 마이크로스파터를 이용하는 방법이나 이에 한정되지는 않는다. 구체적으로 도 3a와 같이 특정 구획에 기능화를 위하여 포토마스킹 작업을 진행하여 감광막이 기능화시킬 영역만 열려있도록 사진공정을 수행한다. 이 후 압타머(52)가 포함된 용액에 담그거나 혹은 용액을 떨어뜨려 압타머를 고정시킨다. 3 shows a method of selectively proceeding to a specific compartment when immobilizing the aptamer, a biorecognition molecule, on the surface of the nanowire. FIG. 3A is a photographic process and FIG. 3B is a method using a micro spatter, but is not limited thereto. Do not. In detail, as shown in FIG. 3A, a photomasking operation is performed for functionalization in a specific section, and the photolithography process is performed so that only a region to be functionalized is opened. Thereafter, the
한편, 마이크로스파터를 이용하는 방법은 더욱 간단하다. 구체적으로 도 3b와 같이 압타머(52)가 포함된 용액 용액을 특정 부분에 직접 분사시켜 기능화하는 방법이다. 생산성과 비용 제조의 속도를 감안하여 두 가지 방법 중에 적당한 방법을 사용할 수 있으며 두 방법을 절충하여 사용할 수도 있다. 바람직한 예로 각 구획의 길이는 20~50 ㎛가 적당하지만, 사진공정을 이용한 경우 1 ㎛ 이내의 길이를 갖는 구획도 가능하다. 이때 직렬로 기능화되어 제조된 트랜지스터의 각 구획된 전극들(드레인)과 소스쪽의 전극들은 와이어본더 등을 이용하여 하나의 칩으로 패 키징되어 측정장비와 쉽게 전기적인 인터페이스를 하게 된다. On the other hand, the method of using the micro spatter is simpler. Specifically, as illustrated in FIG. 3B, the solution containing the
도 4는 본 발명의 1000㎛ 이상의 길이를 가지는 나노와이어의 광학현미경 사진으로서, 주기적으로 배열된 금속선(60)에 1000 마이크로미터 이상의 길이를 가지는 실리콘 나노와이어를 배치하였다. 실리콘 나노와이어는 화살표(61)에서 시작되어 광학현미경의 이미지 밖으로 확장되어 있다.Figure 4 is an optical micrograph of a nanowire having a length of 1000㎛ or more of the present invention, silicon nanowires having a length of 1000 micrometers or more are disposed on the
도 5는 탄소 나노튜브 트랜지스터에 간암 세포에 존재하는 AFP를 타겟팅하는 AFP-항체로 기능화된 나노튜브 트랜지스터에 AFP 가 포함된 용액 5㎕ 에 노출되었을 때 그 전기적인 전도도가 변하는 것을 실시간으로 보여준다. FIG. 5 shows in real time the electrical conductivity of carbon nanotube transistors when exposed to 5 μl of a solution containing AFP in an AFP-antibody functionalized nanotube transistor targeting AFP present in liver cancer cells.
도 6은 하나의 나노와이어에 여러가지 다양한 바이오인식분자를 직렬로 구획을 나누고 기능화한 그림을 나타낸다. 예를 들면, A, B, C, D, E, F는 각각 CEA, AFP, PSA, b-hcg, CA 125, CA 19-9에 잘 반응하여 결합하는 항체들로 기능화한다. 이때 전기적 혹은 기계적인 스위치(74)를 이용하여 특정 타겟분자를 선택하여 측정할 수 있다. 예를 들면, A 는 유방암, B는 간암, C는 전립선암, D는 위암, F는 유방암, 전립선암, 식도암; G는 식도암과 관련 있는 타겟 분자들이다. 기능화가 완료되어 웨이퍼상으로 제조된 나노와이어 센서는 금선(73) 등으로 와이어 본딩 진행하여, 측정하고자 하는 구획을 스위치(74)로 선택하여 전류계(75) 등으로 그 값을 읽게 된다. FIG. 6 shows a diagram of partitioning and functionalizing various biorecognized molecules in series on one nanowire. For example, A, B, C, D, E, F function as antibodies that bind and respond well to CEA, AFP, PSA, b-hcg, CA 125, CA 19-9, respectively. At this time, the specific target molecule may be selected and measured by using an electrical or
본 발명은 다양한 바이오 물질을 정성적 및/또는 정량적으로 효과적으로 검출할 수 있어, 바이오 센서 산업에 매우 유용하게 활용될 수 있다.The present invention can detect various biomaterials qualitatively and / or quantitatively effectively, and thus may be very useful for the biosensor industry.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 1실시예에 따른 직렬로 기능화된 바이오 센서의 평면도 및 단면도이다.1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view of a serially functionalized biosensor in accordance with one embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 2실시예에 따른 바이오 센서의 평면도 및 단면도이다.2A and 2B are plan and cross-sectional views of a biosensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a는 긴 나노와이어를 다중 인지분자로 기능화하는 방법 중 사진공정을 이용하는 방법에 대한 개념도이고, 도 3b는 마이크로스파터(microspotter)를 이용하는 방법에 대한 개념도이다.3A is a conceptual diagram of a method of using a photographic process among the methods of functionalizing long nanowires into multiple cognitive molecules, and FIG. 3B is a conceptual diagram of a method of using a microspotter.
도 4는 본 발명의 1000 μm 이상의 길이를 가지는 나노와이어의 광학현미경 사진이다.4 is an optical micrograph of a nanowire having a length of 1000 μm or more of the present invention.
도 5a는 특정 항체로 기능화된 나노와이어트랜지스터의 AFP 종양표지자에 의한 실시간 전기적 특성 측정을 나타내는 개념도이고, 도 5b는 그 결과에 대한 그래프이다.FIG. 5A is a conceptual diagram showing real-time electrical property measurement by AFP tumor markers of nanowire transistors functionalized with specific antibodies, and FIG. 5B is a graph of the results.
도 6은 본 발명의 바이오 센서를 이용하여 바이오 물질을 검출하는 과정을 나타내는 개념도이다.6 is a conceptual diagram illustrating a process of detecting a biomaterial using the biosensor of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 나노와이어10: nanowire
11 : 기판11: substrate
12, 13 : 금속선 12, 13: metal wire
14 : 소스 전극 14: source electrode
15 : 드레인 전극15: drain electrode
16, 17, 18, 19, 20, 21 : 압타머 16, 17, 18, 19, 20, 21: aptamer
30, 31: 금속선30, 31: metal wire
32, 33, 34, 35, 37, 37, 38 : 전압측정전극 32, 33, 34, 35, 37, 37, 38: voltage measuring electrode
40, 41 : 소스, 드레인 전극40, 41: source and drain electrodes
50 : 감광막 51 분자인식물질을 포함하는 액체50: liquid containing the photosensitive film 51 molecular recognition material
52 : 압타머 55 마이크로스파터52:
60 금속선60 metal wire
70, 72: 소스, 드레인 전극70, 72: source and drain electrodes
71: 금속선71: metal wire
73 : 전기신호연결선 (금선)73: electric signal connection cable (gold wire)
74 : 선택 스위치74: selector switch
75 : 전류미터75: current meter
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