KR101043598B1 - Field effect transistor -type biosensor with changeable electrode plate - Google Patents
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Abstract
일 실시 예에 의한 FET 형 바이오 센서는 회로 기판 상에 배치되고 소스, 드레인 및 게이트를 포함하는 전계효과트랜지스터(FET)를 포함한다. 또한, FET 형 바이오 센서는 바이오 물질을 감지할 수 있는 금속막을 포함하는 전극판 및 상기 회로 기판 상에 배치되고 상기 전극판을 부착 및 탈착시킬 수 있는 전극판 소켓을 포함한다. 상기 전극판 소켓 내에 부착되는 전극판과 상기 FET의 게이트는 서로 전기적으로 연결된다.The FET type biosensor according to an embodiment includes a field effect transistor (FET) disposed on a circuit board and including a source, a drain, and a gate. In addition, the FET type biosensor includes an electrode plate including a metal film capable of sensing a biomaterial, and an electrode plate socket disposed on the circuit board and capable of attaching and detaching the electrode plate. The electrode plate attached in the electrode plate socket and the gate of the FET are electrically connected to each other.
Description
본 출원은 전계 효과 트랜지스터 형 바이오 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교환 가능한 전극을 구비하는 전계 효과 트랜지스터 형 바이오 센서에 관한 것이다.The present application relates to a field effect transistor type biosensor, and more particularly, to a field effect transistor type biosensor having a replaceable electrode.
바이오 센서란 생물체의 기능 물질(일례로서, 효소, 항체 등)이 특정 물질과 민감하게 반응하는 특성을 이용하여, 시료에 함유되어 있는 화학물질을 선택적으로 검출하는데 사용되는 화학센서를 의미한다. 바이오 센서는 생체물질들이 가진 분자간 선택적 반응을 이용하여 전기적 신호를 발생시켜, 다양한 생리활성 물질의 농도를 신속하게 정량화 할 수 있는 센서이다.The biosensor refers to a chemical sensor used to selectively detect a chemical contained in a sample by using a characteristic in which a functional material of an organism (eg, an enzyme or an antibody) reacts sensitively with a specific substance. Biosensor is a sensor that can quickly quantify the concentration of various bioactive substances by generating an electrical signal by using the intermolecular reactions of biological materials.
근래에는 이러한 바이오 센서로서, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 FET) 형 바이오 센서가 관심의 대상이 되고 있다. FET 형 바이오 센서란 반도체 집적 회로 공정과 같은 미세가공기술로 제조되는 FET의 동작 원리가 접목된 바이오 센서를 총칭하는 것으로서, 센서의 초소형화, 다기능화, 시스템화등을 이룰수 있는 장점이 있다.Recently, as such a biosensor, a field effect transistor (FET) type biosensor has been of interest. FET-type biosensor is a generic term for biosensors in which the operating principle of FETs manufactured by microfabrication technology such as semiconductor integrated circuit process is combined, and has the advantage of achieving miniaturization, multifunction, and systemization of sensors.
이러한 FET 형 바이오 센서에 대하여, 미국특허 4,238, 757호는 항원(antigen)-항체(antibody) 반응을 이용하여 표면 전하 밀도(surface charge concentration)를 변화시키고, 이로 인해 발생하는 반도체 반전(inversion)층의 변화를 전류로서 측정하는 바이오 센서를 개시하고 있다. 또, 미국 특허 제 4,777,019호는 게이트 표면에 흡착시킨 바이오 단량체(biological monomers)와 상보적인(complementary) 단량체간의 혼성화(hybridization) 정도를 전계 효과 트랜지스터로 측정하는 기술을 개시하고 있다. 대한민국공개특허 제10-2006-0084735에서는 게이트 금속이 있는 FET 형 바이오 센서에 있어서 게이트 금속 표면에 핵산의 측면과 결합 가능한 리간드가 도입되는 기술을 개시하고 있다. For such FET type biosensors, U.S. Patent No. 4,238,757 uses an antigen-antibody reaction to change the surface charge density, resulting in a semiconductor inversion layer. Disclosed is a biosensor for measuring a change in power as a current. U.S. Patent No. 4,777,019 also discloses a technique for measuring the degree of hybridization between a biological monomer and a complementary monomer adsorbed on a gate surface with a field effect transistor. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2006-0084735 discloses a technique in which a ligand capable of binding to a side surface of a nucleic acid is introduced into a gate metal surface in a FET-type biosensor having a gate metal.
일 실시 예에 있어서, FET 형 바이오 센서는 회로 기판 상에 배치되고 소스, 드레인 및 게이트를 포함하는 전계효과트랜지스터(FET)를 포함한다. 또한, FET 형 바이오 센서는 바이오 물질을 감지할 수 있는 금속막을 포함하는 전극판 및 상기 회로 기판 상에 배치되고 상기 전극판을 부착 및 탈착시킬 수 있는 전극판 소켓을 포함한다. 이 경우, 상기 전극판 소켓 내에 부착되는 전극판과 상기 FET의 게이트는 서로 전기적으로 연결된다.In one embodiment, a FET type biosensor includes a field effect transistor (FET) disposed on a circuit board and including a source, a drain, and a gate. In addition, the FET type biosensor includes an electrode plate including a metal film capable of sensing a biomaterial, and an electrode plate socket disposed on the circuit board and capable of attaching and detaching the electrode plate. In this case, the electrode plate attached in the electrode plate socket and the gate of the FET are electrically connected to each other.
다른 실시 예에 있어서, FET 형 바이오 센서는 소스, 드레인 및 게이트를 포함하는 전계효과트랜지스터(FET)를 포함한다. 또한, FET 형 바이오 센서는 바이오 물질을 감지할 수 있는 금속막을 포함하는 전극판을 포함한다. 그리고, FET 형 바이오 센서는 상기 전극판을 부착 및 탈착시킬 수 있으며 상기 FET를 포함하는 전극판 소켓을 포함한다. 이 경우, 상기 전극판 소켓 내에 부착되는 전극판과 상기 FET의 게이트는 서로 전기적으로 연결된다.In another embodiment, a FET type biosensor includes a field effect transistor (FET) that includes a source, a drain, and a gate. In addition, the FET type biosensor includes an electrode plate including a metal film capable of sensing a biomaterial. The FET-type biosensor may attach and detach the electrode plate and includes an electrode plate socket including the FET. In this case, the electrode plate attached in the electrode plate socket and the gate of the FET are electrically connected to each other.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시되는 기술의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기 재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시되는 기술의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 일 구성요소 또는 일 층이 다른 구성요소 또는 다른 층 “의 위에” 라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소 또는 상기 일 층이 상기 다른 구성요소 또는 다른 층의 바로 위에 형성되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소 또는 층이 개재되는 경우도 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 “및/또는” 은 하나 또는 그 이상으로 관련되어 열거되는 목록들 중 어느 것들의 결합 또는 목록들 전체의 결합을 포함할 수 있다. Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Unless otherwise indicated in the text, like reference numerals in the drawings indicate like elements. The illustrative embodiments described above in the detailed description, drawings, and claims are not meant to be limiting, other embodiments may be utilized, and other changes may be made without departing from the spirit or scope of the technology disclosed herein. Those skilled in the art can arrange, construct, combine, and designate the components of the disclosed technology, that is, the components generally described herein and described in the figures, in various other configurations, all of which are explicitly devised It will be readily appreciated that they form part of the disclosed technology. When one component or one layer is referred to as “on top of” another component or another layer, there is, of course, the case where the one component or one layer is formed directly on top of the other component or another layer, It may also include cases where additional components or layers are interposed. As used herein, “and / or” may include a combination of any of the lists enumerated in one or more or a combination of the entire lists.
상술한 바와 같이 종래의 FET 형 바이오 센서들은 반도체 공정을 이용하여 제작하는 것으로 전기적인 신호의 전환이 빠르고 집적회로와의 접목이 용이하다. 하지만, 고비용의 반도체 공정을 적용한 것에 비해, 바이오 센서의 특성상 바이오 물질의 감지를 위한 전극을 1회 사용하면 더 이상 사용할 수 없다는 단점이 있을 수 있다. As described above, the conventional FET-type biosensors are manufactured by using a semiconductor process, so that electrical signals are quickly converted and easily integrated with integrated circuits. However, compared to applying a high-cost semiconductor process, the use of an electrode for the detection of biomaterials once, due to the characteristics of the biosensor, may not be usable anymore.
도 1은 일 실시 예에 따른 FET 형 바이오 센서를 개략적으로 설명하는 평면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 일 실시 예에 따른 FET 형 바이오 센서를 A-A’ 라인을 따라 절취한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, FET 형 바이오 센서(100)은 FET(120), 전극판(130) 및 전극판 소켓(160)을 포함한다. 1 is a plan view schematically illustrating a FET type biosensor according to an embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the FET-type biosensor according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1. 1 and 2, the
FET(120)은 회로 기판(110)에 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(110)은 일례로서, 반도체 기판, 유리기판 또는 플라스틱 기판에 회로가 집적된 단일층 기판 또 는 다층 기판일 수 있다. 일례로서, 상기 회로 기판(140)은 PCB(printed circuit board) 또는 LTCC(low temperature co-fired ceramic) 일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, FET(120)는 회로 기판(110) 위에 배치될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, FET(120)는 회로 기판(110) 내부에 집적될 수 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, FET(120)는 회로 기판(110)에 배치되는 집적 회로 내에 집적될 수 있다.The FET 120 may be disposed on the
일 실시 예에 따르면, FET(120)는 소스(122), 드레인(124) 및 게이트(126)를 포함한다. FET(120)는 게이트(126)에 인가되는 전압에 의존하여, 소스(122)쪽로부터 드레인(124)방향으로, 또는 반대 방향으로 전류를 흐르게 한다. 게이트(126)는 후술할 금속막(150)과 전기적으로 연결되고 금속막(150) 상에서의 항원 항체 반응에 의존하여, 소스(122)와 드레인(124) 사이에 흐르는 전류 수준을 변화시킨다.According to one embodiment, the FET 120 includes a
FET(120)는 일례로서, N채널 FET 또는 P채널 FET 일 수 있다. 또, FET(120)는 일례로서, 공핍 모드(depletion mode) FET 또는 강화 모드(enhanced mode) FET 일 수 있다. FET 120 may be, for example, an N-channel FET or a P-channel FET. In addition, the FET 120 may be, for example, a depletion mode FET or an enhanced mode FET.
전극판(130)은 바이오 물질을 감지할 수 있는 금속막(150)을 포함한다. 일 실시 예에 따르면, 전극판(130)은 절연 기판(140) 및 절연 기판(140) 상에 배치되는 금속막(150)을 포함한다. 절연 기판(140)은 절연 기판(140) 상에 배치되는 금속막(150)을 기계적으로 지지하는 기능을 수행한다. 절연 기판(140)은 일례로서, 유리 기판, 고분자 화합물 기판, 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator, SOI) 기판, 세라믹 기판, 등일 수 있다. The
금속막(150)은 게이트(126)에 전압을 인가할 수 있는 전도성 물질일 수 있 다. 금속막(150)으로부터 게이트(126)에 인가되는 전압은 FET(120)의 턴온 특성에 영향을 미칠 수 있다. 바이오 물질의 감지를 위하여, 금속막(150) 상에 항체 물질이 고정될 수 있으며, 이 경우 상기 항체 물질에 대응되는 항원 물질과 상기 항체 물질은 서로 반응할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 금속막(150)은 금(Au)으로 형성될 수 있으며, 항원 물질이 C-반응성 단백질(C-reactive protein, 이하 CRP)인 경우, 금속막(150) 상에는 항체 물질로 항 C-반응성 단백질(anti C-reactive protein)이 고정될 수 있다. 상기 C-반응성 단백질이 상기 항 C-반응성 단백질이 고정된 금속막(150) 상에 제공될 경우, 금속막(150) 상에서 항원-항체 반응이 발생할 수 있다.The
도면에 도시되어 있지는 않지만, 금속막(150)에 기준 전압을 인가하는 기준 전극(미도시)이 금속막 위에 배치될 수 있다. 상기 기준 전극으로부터 금속막(150)에 인가되는 기준 전압은 다시 FET(120)의 게이트(126)에 전달되고, 결과적으로 소스(122) 및 드레인(124) 사이에 일정한 전류가 흐르도록 조절할 수 있다. 상술한 바와 같이, 금속막(150) 상에서 상기 항원-항체 반응이 발생하는 경우, 상기 항원-항체 반응의 결과 금속막(150) 상에 형성되는 결과물은 상기 기준 전극으로부터 금속막(150)에 제공된 상기 기준 전압을 변경시킬 수 있으며, 이로 인해 변경된 전압이 게이트(126)에 전달될 수 있다. 이에 따라, 항원-항체 반응이 발생한 경우, 소스(122) 및 드레인(124) 사이에 흐르는 전류는 변화되고, 전류 변화를 모니터링함으로써 FET형 바이오 센서(100)은 소정의 바이오 물질을 감지할 수 있다.Although not shown in the drawings, a reference electrode (not shown) for applying a reference voltage to the
회로 기판(110)상에는 전극판 소켓(160)이 배치된다. 전극판 소켓(160)은 전 극판(130)을 수용하여 전극판(130)을 부착 및 탈착 시킬 수 있도록 구성된다. 전극판 소켓(160)은 전극판(130)을 부착하여 고정시키며, 전극판(130)의 교체를 위해 전극판(130)을 탈착 시킬 수 있는 요건을 만족하는 한 어떠한 형태도 가능하다. The
본 실시 예에 따르면, 상기 항원-항체 반응을 통한 바이오 물질의 검출을 위해 다른 종류 또는 같은 종류의 새로운 FET형 바이오 센서(100)가 요구되는 경우, FET형 바이오 센서(100) 전체를 교체할 필요 없이 기능이 종료된 금속막(150)을 포함하는 전극판(130)만을 전극판 소켓(160)으로부터 탈착하고 다른 종류 또는 같은 종류의 새로운 전극판(130)을 교체함으로써 상기 요구를 만족시킬 수 있다.According to the present embodiment, when a different or the same kind of new FET-
일 실시 예에 의하면, 전극 접속 핀(170)이 전극판 소켓(160)과 FET(120) 사이에 배치될 수 있다. 전극 접속 핀(170)은 전극판 소켓(160) 내부에 부착되는 전극판(130)의 금속막(150)을 FET(120)의 게이트(126)에 전기적으로 접속시킨다. 전극 접속 핀(170)은 전기적 전도성을 가지며, 상기 금속막(150)에 인가되는 전압을 게이트(126)로 전달한다. 전극 접속 핀(170)의 형상 및 배치는 전극판(130)의 금속막(150)과 FET(120)의 게이트를 전기적으로 연결시키는 요건을 만족하는 한 어떠한 형상 및 배치도 가능하다.According to an embodiment, the
상술한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 FET형 바이오 센서(100)는 바이오 물질을 감지하는 데 사용되는 금속막(150)을 FET(120)와는 별도로 구성할 수 있다. 따라서, 바이오 센서의 사용 수명이 다한 경우, 금속막(150)을 포함하는 전극판(130)만을 교체하여 재사용할 수 있어, 종래에 바이오 센서 전체를 교체하는 경우보다 경제적으로 유리한 효과가 있다. 또한, 금속막(150)을 포함하는 전극 판(130)의 교체에도 불구하고, 이전과 동일한 FET(120)를 사용할 수 있어서, 바이오 센서의 신호 변환 및 증폭 특성에 관련하여 신뢰성 있는 측정 결과를 확보할 수 있다.As described above, the FET-
도 3은 다른 실시 예에 따른 FET 형 바이오 센서를 개략적으로 설명하는 평면도이다. 도 4는 도 3의 도시된 FET 형 바이오 센서를 B-B’ 라인을 따라 절취한 단면도이다. 편의상 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 FET 바이오 센서(100)과 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, FET 바이오 센서(300)은 FET(120), 전극판(130) 및 전극판 소켓(160)을 포함한다.3 is a plan view schematically illustrating a FET type biosensor according to another exemplary embodiment. 4 is a cross-sectional view of the FET-type biosensor shown in FIG. 3 taken along the line B-B '. For convenience, descriptions of components substantially the same as those of the
도시된 바와 같이, FET(120)는 전극판 소켓(160)에 배치된다. 일 실시 예에 따르면, FET(120)은 전극판 소켓(160) 내에 집적된 상태로 패키지화 될 수 있다. 전극판 소켓(160)은 전극판(130)을 수용하여 전극판(130)을 부착 및 탈착 시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 전극판 소켓(160)은 전극판(130)을 수용하여 고정시키며, 전극판(130)의 교체를 위해 전극판(130)을 탈착 시킬 수 있는 요건을 만족하는 한 어떠한 형태도 가능하다. 전극판 소켓(160) 내에 FET(120)를 배치시킴으로써, 바이오 센서(300)의 집적도를 향상시킬 수 있으며, 금속막(150)과 FET(120) 사이의 도선 길이를 감소시킬 수 있어서 금속막(150)과 FET(120) 사이의 도선에 형성되는 전기적 저항을 낮출 수 있는 장점이 있을 수 있다.As shown, the
일 실시 예에 의하면, 전극판 소켓(160) 내부에서, 전극 접속 핀(170)이 전극판(130)과 FET(120) 사이에 배치될 수 있다. 전극 접속 핀(170)은 전극판 (130)의 금속막(150)을 FET(120)의 게이트(126)에 전기적으로 접속시킨다. 전극 접속 핀(170)은 전기적 전도성을 가지며, 상기 금속막(150)에 유지되는 전압을 게이트(126)로 전달한다. 전극 접속 핀(170)의 형상 및 배치는 전극판(130)의 금속막(150)과 FET(120)의 게이트를 연결시키는 요건을 만족하는 한 어떠한 형상 및 배치도 가능하다.According to an embodiment, the
상술한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 FET형 바이오 센서(300)는 바이오 물질을 감지하는 데 사용되는 금속막(150)을 FET(120)와는 별도로 구성하되, 전극판 소켓(160) 내부에 함께 패키지화 할 수 있다. 바이오 센서의 사용 수명이 다한 경우, 금속막(150)을 포함하는 전극판(130)만을 교체하여 재사용할 수 있어, 종래에 바이오 센서 전체를 교체하는 경우보다 경제적으로 유리한 효과가 있다. 또한, 금속막(150)을 포함하는 전극판(130)의 교체에도 불구하고, 이전과 동일한 FET(120)를 사용할 수 있어서, 바이오 센서의 신호 변환 및 증폭 특성에 관련하여 신뢰성 있는 측정 결과를 확보할 수 있다. 그리고, 전극판 소켓(160) 내에 FET(120)에 집적함으로써, 회로 기판(110) 상에 배치되는 전극판 소켓(160)의 집적도를 향상시킬 수 있으며, 금속막(150)과 FET(120)의 게이트간 도선 길이를 감소시킬 수 있어, 전기 저항 및 전기적 간섭을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the FET-
도 5는 일 실시 예에 따른 FET형 바이오 센서(500)의 구동을 개략적으로 설명하는 단면도이다. 편의상, 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 FET 바이오 센서(100)과 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating driving of the
도 5를 참조하면, FET 형 바이오 센서(500)는 회로 기판(110) 상에 배치된 FET(120), 바이오 물질을 감지할 수 있는 금속막(150)을 포함하는 전극판(130), 전극판(130)을 부착 및 탈착 시킬 수 있는 전극판 소켓(160)을 포함한다. 전극 접속 핀(170)은 전극판(130)의 금속막(150)을 FET(120)의 게이트(126)에 전기적으로 접속시킨다. Referring to FIG. 5, the
부착 및 탈착 가능한 FET 형 바이오 센서(500)의 전극판(130)은 유동 셀(510) 내에 배치될 수 있다. 유동 셀(510)은 지지대(520), 반응실 구조물(540)을 포함한다.The
지지대(520)는 전극판(130)의 금속막(150) 상에서 항원-항체 반응이 일어나는 동안, 전극판 소켓(160)에 부착된 전극판(130)을 유동 셀(510) 내부에서 지지한다. 반응실 구조물(540)은 항원-항체 반응이 발생하는 반응실(530), 반응실(530) 내부로 전해액, 항원, 항체 등의 주입 또는 배출이 가능한 주입구(550) 및 배출구(560)을 포함한다. The
전해액(570)이 주입구(550)을 통해 반응실(530)로 주입될 수 있다. 전해액(570)은 일례로서 염화칼륨 수용액 또는 염화나트륨 수용액 등과 같이 전해질을 포함하는 용액일 수 있다. 반응실(530)에는 반응실(530) 외부로 전해액(570)의 유출을 방지하기 위해 밀봉부재(580)가 배치된다. 또, 반응실(530)에는 반응실 구조물(540)을 관통하여 기준 전극(590)이 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 기준 전극(590)은 전해액(570) 속에 담겨지며 전해액(570)을 통해 소정의 전압을 금속막(150)에 인가할 수 있다. 금속막(150)에 인가된 상기 전압은 전극 접속 핀(170)을 통하여 FET(120)의 게이트(126)에 전달되어 FET(120)를 턴온시킬 수 있다.The
반응실(530) 내에 항체를 제공하고, 상기 항체를 금속막(150) 상에 고정시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 항체로서 항 C-반응성 단백질(anti C-reactive protein)을 주입구(550)을 통해 주입할 수 있다. 반응실(530) 내에 주입된 항 C-반응성 단백질은 금속막(150) 상에 자기 정렬되어 고정될 수 있다. 고정되지 않은 항 C-반응성 단백질은 배출구(560)를 통해 반응실(530)로부터 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 주입구(550)을 통해 인산 완충염(phosphate buffered saline)을 주입함으로써 고정되지 않은 C-반응성 단백질을 반응실(530)로부터 배출시킬 수 있다. An antibody may be provided in the
반응실(530) 내에 항원을 제공하고, 금속막(150) 상에 고정된 상기 항체와 반응시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 항체로서 항 C-반응성 단백질을 금속막(150) 상에 고정한 경우, 항원으로서 C-반응성 단백질을 주입구(550)을 통해 반응실(530)로 유입시킴으로써, 금속막(150) 상에서 항원-항체 반응을 발생시킬 수 있다. 금속막(150) 상에서 발생하는 항원-항체 반응은 기준 전극(590)으로부터 금속막(150)에 제공되는 기준 전압의 크기를 변화시킬 수 있다. 상기 크기가 변화된 기준 전압은 FET(120)의 게이트(126)에 인가되는 전압을 변화시켜 FET(120)의 소스(122) 및 드레인(124) 사이에 흐르는 전류 값을 변화시킬 수 있다. An antigen may be provided in the
이와 같이, 반응실(530)에 임의의 항원을 주입하기 전 후에 FET(120)의 소스(122) 및 드레인(124) 사이에 흐르는 전류 값을 측정하고 모니터링함으로써, 소정의 항체와 반응하는 목적하는 항원의 존재 여부를 감지할 수 있게 된다.As such, by measuring and monitoring the current value flowing between the
도 6는 일 실시 예에 따른 FET형 바이오 센서를 구동하고 그 결과를 개략적 으로 나타내는 그래프이다.6 is a graph schematically illustrating a result of driving a FET-type biosensor according to an exemplary embodiment.
상기 FET 형 바이오 센서에 있어서, 금속막(150)은 금(Au)으로 형성되었으며, 금속막(150) 상에 고정되는 항체로는 항 C-반응성 단백질, 항원으로 C-반응성 단백질이 사용되었다. 기준 전극(590)은 은/염화은(Ag/AgCl)으로 형성되었다. FET(120)의 소스(122) 및 드레인(124) 사이에는 5 볼트의 전압이 인가되었으며, 기준 전압은 3 볼트가 인가되었다.In the FET type biosensor, the
반응실(530) 내에 전해액을 공급한 후에, 항 C-반응성 단백질을 주입하여 금속막(150) 상에 상기 항 C-반응성 단백질을 고정하고, 상기 인산 완충염을 주입하는 클리닝 공정을 통해, 고정되지 않고 전해액 속에 존재하는 항 C-반응성 단백질을 반응실(530)로부터 배출시켰다. After supplying the electrolyte solution into the
도 6을 참조하면, 상기 항 C-반응성 단백질을 반응실(530) 내에 주입한 후에, 상기 인산 완충염을 주입하는 제1 차 및 제2 차 클리닝(1st Cleaning, 2nd Cleaning) 을 실시함으로써, FET(120)을 통해 흐르는 전류량을 약 14.2 mA로 안정시켰다.Referring to FIG. 6, after injecting the anti-C-reactive protein into the
이후에, 상기 FET 형 바이오 센서의 감지 대상인 C-반응성 단백질을 반응실(530) 내에 주입하고(CRP Injection), 약 30분 동안 항원-항체 반응을 진행시켰다. 상기 시간이 경과 후에, 상기 인산 완충염을 주입하는 제3 차 및 제4 차 클리닝 공정(3rd Cleaning, 4th Cleaning)을 수행하여, 반응하지 않고 전해액 속에 존재하는 C-반응성 단백질을 제거하였다.Thereafter, the C-reactive protein, which is the target of detection of the FET-type biosensor, was injected into the reaction chamber 530 (CRP Injection), and the antigen-antibody reaction was performed for about 30 minutes. After this time, the third and fourth cleaning processes (3rd Cleaning, 4th Cleaning) in which the phosphate buffer salt was injected were performed to remove C-reactive protein present in the electrolyte without reacting.
도 6을 참조하면, 4차 클리닝(4th Cleaning) 수행 이후에, C-반응성 단백질 을 주입하기 이전보다 약 1.2mA 감소한 전류값이 FET(120)의 소스(122) 및 드레인(124) 사이에 흐르는 것이 관찰되었으며, 이는 금속막(150) 상에서 발생한 항원-항체 반응으로 말미암아 FET(120)의 게이트(126)에 인가되는 전압이 변화되었기 때문인 것으로 판단된다.Referring to FIG. 6, after performing the 4th Cleaning, a current value of about 1.2 mA decreased from the
이와 같이, 상기에서는 본 개시된 기술의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 개시된 기술의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 개시된 기술을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present disclosure has been described with reference to a preferred embodiment of the present disclosure, but a person skilled in the art may disclose the present disclosure without departing from the spirit and scope of the disclosed technique described in the claims below. It will be understood that various modifications and changes can be made.
도 1은 일 실시 예에 따른 FET 형 바이오 센서를 개략적으로 설명하는 평면도이다.1 is a plan view schematically illustrating a FET type biosensor according to an embodiment.
도 2는 도 1에 도시된 일 실시 예에 따른 FET 형 바이오 센서를 A-A’ 라인을 따라 절취한 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the FET-type biosensor according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1.
도 3은 다른 실시 예에 따른 FET 형 바이오 센서를 개략적으로 설명하는 평면도이다.3 is a plan view schematically illustrating a FET type biosensor according to another exemplary embodiment.
도 4는 도 3의 도시된 FET 형 바이오 센서를 B-B’ 라인을 따라 절취한 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the FET-type biosensor shown in FIG. 3 taken along the line B-B '.
도 5는 일 실시 예에 따른 FET형 바이오 센서의 구동을 개략적으로 설명하는 단면도이다.5 is a cross-sectional view schematically illustrating driving of a FET type biosensor according to an embodiment.
도 6는 일 실시 예에 따른 FET형 바이오 센서를 구동하고 그 결과를 개략적으로 나타내는 그래프이다.6 is a graph schematically illustrating a result of driving a FET-type biosensor according to an exemplary embodiment.
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