KR101144063B1 - 나노갭 센서 및 그를 구비한 바이오물질 분석장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 나노갭 센서는, 베이스 판; 베이스 판 위에 배치된 제1 상판; 베이스 판에 형성된 적어도 한 개의 제1 하부 비접촉전극, 및 제1 상판에 형성되고 제1하부 비접촉접극에 대향하게 배치된 적어도 한 개의 제1상부 비접촉전극을 포함하는 제1측정 전극부; 및 베이스 판과 제1 상판 사이에 배치되고 제1하부 비접촉전극과 제1상부 비접촉전극 사이를 적어도 한 개의 제1 나노갭을 두고 유지하는 제1 스페이서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노갭 센서 및 그를 구비한 바이오물질 분석장치{Nano gap sensor and biosubstance analysis apparatus having the same}

본 발명은 병원균 분석, 유전자 분석, 생체 정보분석 등에 사용되는 바이오물질 분석장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노갭 사이에서 바이오물질과 인식물질의 결합정도에 따라 발생하는 전기적 신호의 차이에 의해 특정한 바이오물질을 검출하는 나노갭 센서, 그 제조방법, 및 그것을 구비한 바이오물질 분석장치와 그 분석방법에 관한 것이다.

일반적으로, 바이오센서(biosensor)는 항원, 타겟 DNA 등과 같은 검출할 특정한 바이오물질과 이에 대해 선택적으로 반응하는 항체, 프로브 DNA 등과 같은 인식물질의 혼성화(hybridization) 또는 반응을 광학신호와 같은 측정가능한 양으로 변환함으로서 특정한 바이오물질을 검출한다.

이러한 바이오센서의 대표적인 예로는 형광물질을 이용한 DNA 또는 병원균 검출장치가 알려져 있다. 이러한 병원균 검출장치는 병원균의 유무를 검출할 경우 먼저 항원 특이성 항체가 고정되어 있는 미세벽면(microwall)에 항원-항체반응을 일으키도록 항원용액(혈청)이 주입된다. 이어서, 항원용액이 세척되고, Cy3 또는 Cy5와 같은 형광반응을 일으키는 염료 또는 효소를 부착한 2차 항체가 주입된다. 2차 항체는 항원-항체 결합이 일어난 항원에 결합되어 2차 항체에 의한 항체-항원반응을 일으킨다. 이때, 2차 항체에 부착되어 있는 효소는 효소의 기질과 반응하여 형광생성물을 만든다. 그 후, 형광생성물의 정도는 형광 스케너 또는 광분석 기기(spectrophotometer)에 의해 발색정도에 따른 값으로 측정되고, 그 결과, 병원균의 유무와 개체수는 발색정도에 따른 측정값의 차이에 의해 검출된다.

그러나, 이러한 병원균 검출장치는 2차 항체에 형광반응을 일으키는 고가의 효소와 이 효소에 의한 발색정도를 측정하는 고가의 광분석 기기를 필요로 하므로, 검출비용이 많이 소요될 뿐 아니라, 광분석 기기 자체가 이동성이 없기 때문에 개개인이 휴대하여 직접 검출결과를 확인할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 개선하고자 창출된 것으로, 본 발명의 한 목적은 간편하게 휴대하여 사용할 수 있고, 별도의 동력원이나 장비 없이 저 비용으로 간단하고 신속하게 바이오물질을 분석할 수 있게 한 나노갭 센서, 그 제조방법, 및 그것을 구비한 바이오물질 분석장치와 그 분석방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 여러 가지 바이오물질을 동시에 검출할 수 있을 뿐 아니라 제작불량, 조립불량 등을 검출하여 바이오물질의 오검출을 방지할 수 있게 한 나노갭 센서, 그 제조방법, 및 그것을 구비한 바이오물질 분석장치와 그 분석방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 바이오물질의 검출 정확성을 더 향상시키고 나노갭의 설계 자유도를 향상시킬 수 있게 한 나노갭 센서, 이것을 구비한 바이오물질 분석장치, 그 제조방법, 및 그것을 구비한 바이오물질 분석장치와 그 분석방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 나노갭 센서는, 베이스 판; 베이스 판 위에 배치된 제1 상판; 베이스 판에 형성된 적어도 한 개의 제1 하부 비접촉전극, 및 제1 상판에 형성되고 제1 하부 비접촉전극에 대향하게 배치된 적어도 한 개의 제1상부 비접촉전극을 포함하는 제1측정 전극부; 및 베이스 판과 제1 상판 사이에 배치되고, 제1하부 비접촉전극과 제1상부 비접촉전극 사이를 적어도 한 개의 제1 나노갭을 두고 유지하는 제1 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1 나노갭은 10 내지 900nm의 범위를 가지도록 형성된 것이 바람직하다.

제1 스페이서는 베이스 판과 제1 상판 사이에 배치된 적어도 한 개의 필라 또는 비드로 형성될 수 있다.

제1측정 전극부의 제1하부 비접촉전극과 제1상부 비접촉전극은 각각 복수 개로 구성될 수 있다. 이때, 복수 개의 제1하부 비접촉전극은 베이스 판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치되고, 복수 개의 제1상부 비접촉전극은 제1 상판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 제1하부 비접촉전극은 각각 일단부에 X자 형태의 선 상에 위치하도록 배치된 제1하부 비접촉접점을 구비하고, 복수 개의 제1상부 비접촉전극은 각각 일단부에 제1하부 비접촉접점이 배치된 X자 형태의 선에 대향하는 X자 형태의 선 상에 위치하도록 배치된 제1상부 비접촉접점을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1 나노갭은 제1하부 비접촉접점들과 상응하는 제1상부 비접촉접점들 사이에서 서로 동일하거나 각각 또는 군별로 서로 다른 간극으로 형성된 복수 개의 제1 나노갭으로 구성될 수 있다.

베이스 판과 제1 상판 사이의 정상 조립여부를 확인하기 위해, 본 발명의 나노갭 센서는 베이스 판에 형성된 적어도 한 개의 제1하부 접촉전극, 및 제1 상판에 형성되고 제1하부 접촉전극과 접촉하게 배치된 적어도 한 개의 제1상부 접촉전극을 구비하는 제1접촉 전극부를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1접촉 전극부의 제1하부 접촉전극과 제1상부 접촉전극은 각각 복수 개로 구성될 수 있다. 복수 개의 제1하부 접촉전극은 베이스 판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치되고, 복수 개의 제1상부 접촉전극은 제1 상판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 제1하부 접촉전극은 각각 일단부에 X자 형태의 선의 끝단부들 상에 위치하도록 배치된 제1하부 접촉접점을 구비하고, 복수 개의 제1상부 접촉전극은 각각 일단부에 제1하부 접촉접점이 배치된 X자 형태의 선의 끝단부들에 대향하는 X자 형태의 선의 끝단부들 상에 위치하도록 배치된 제1상부 접촉접점을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1하부 접촉접점들과 제1상부 접촉접점들은 각각 필라 또는 요철 형태로 형성될 수 있다.

선택적으로, 제1접촉 전극부는 제1 스페이서와 별도로 형성되는 대신, 제1 스페이서를 대체하여 제1 스페이서를 구성할 수 있다.

제1측정 전극부와 제1접촉 전극부는 와이어에 의해 외부에 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 나노갭 센서는 베이스 판과 접합되고 제1측정 전극부의 제1하부 비접촉전극 및 제1접촉 전극부의 제1하부 접촉전극과 와이어로 연결된 제1 PCB, 및 제1 상판과 접합되고 제1측정 전극부의 제1상부 비접촉전극 및 제1접촉 전극부의 제1상부 접촉전극과 와이어로 연결된 제2 PCB를 더 포함할 수 있다. 이때, 와이어들은 에폭시 수지로 밀봉될 수 있다.

제1 나노갭은 검출할 목표물질에 대해 선택적으로 반응하는 인식물질이 고정될 수 있다. 이때, 목표물질은 항원, 또는 타겟 DNA을 포함하고, 인식물질은 항체, 또는 프로브 DNA일 수 있다.

목표물질을 함유한 시료를 인식물질이 고정된 나노갭에 투입할 때 시료가 흘러내리지 않도록 하기 위해, 본 발명의 나노갭 센서는 베이스 판과 제1 상판 사이의 공간을 가장자리를 따라 밀봉하는 밀봉부를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 본 발명의 나노갭 센서는 제1 상판 위에 배치된 제2상판, 제1 상판에 형성된 적어도 한 개의 제2하부 비접촉전극과 제2상판에 형성되고 제2하부 비접촉전극에 대향하게 배치된 적어도 한 개의 제2상부 비접촉전극을 포함하는 제2측정 전극부, 및 제1 상판과 제2상판 사이에 배치되고, 제2하부 비접촉전극과 제2상부 비접촉전극 사이를 적어도 한 개의 제2 나노갭을 두고 유지하는 제2 스페이서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 나노갭 센서의 제조방법은, 베이스 판에 제1측정 전극부와 제1 스페이서의 하부부분을 형성하는 단계, 제1 상판에 제1측정 전극부와 제1 스페이서의 상부부분을 형성하는 단계, 제1측정 전극부의 상부부분 및/또는 하부부분에 인식물질을 고정하는 단계, 및 제1 스페이서의 상부부분과 하부부분이 서로 접촉하고 제1측정 전극부의 상부부분과 하부부분 사이에 적어도 한 개의 제1 나노갭이 형성되도록 베이스 판과 제1 상판을 결합하는 단계를 포함한다.

제1측정 전극부와 제1 스페이서의 하부부분을 형성하는 단계는 베이스 판에 제1측정 전극부의 제1하부 비접촉전극과 제1 스페이서의 제1 하부부분을 형성하는 단계, 및 제1 스페이서의 제1 하부부분에 제1 스페이서의 제1 하부 중간부분을 형성하는 단계로 구성될 수 있다.

제1측정 전극부와 제1 스페이서의 상부부분을 형성하는 단계는 제1 상판에 제1측정 전극부의 제1상부 비접촉전극과 제1 스페이서의 제1 상부부분을 형성하는 단계, 및 제1 스페이서의 제1 상부부분에 제1 스페이서의 제1 상부 중간부분을 형성하는 단계로 구성될 수 있다.

인식물질을 고정하는 단계는 제1측정 전극부의 제1하부 비접촉전극 및/또는 제1상부 비접촉전극에 인식물질을 고정하는 단계로 구성될 수 있다.

베이스 판과 제1 상판을 결합하는 단계는 제1 스페이서의 제1 하부 중간부분과 제1 상부 중간부분이 서로 접촉하고 제1측정 전극부의 제1하부 비접촉전극과 제1상부 비접촉전극 사이에 적어도 한 개의 제1 나노갭이 형성되도록 베이스 판에 제1 상판을 결합시키는 단계로 구성될 수 있다.

본 발명의 나노갭 센서의 제조방법은 제1측정 전극부의 제1하부 비접촉전극과 제1상부 비접촉전극을 와이어를 사용하여 외부와 전기적으로 연결하는 단계, 및 베이스 판과 제1 상판 사이의 공간을 가장자리를 따라 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 나노갭 센서를 구비한 바이오물질 분석장치는, 위에서 서술한 나노갭 센서, 및 인식물질이 고정된 나노갭 센서의 제1 나노갭에 검출할 목표물질을 함유하는 시료를 투입할 때 인식물질과 목표물질 사이의 결합정도에 따라 발생하는 제1 전기적 신호를 검출하는 신호분석 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

신호분석 유닛은 제1 전기적 신호를 검출하고 검출된 제1 전기적 신호를 검출할 목표물질에 따라 미리 설정된 제1 전기적 신호 값과 비교하여 검출할 목표물질인 지의 여부를 판단하는 측정제어부, 및 검출된 제1 전기적 신호 값 및/또는 판단결과를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함할 수 있다. 이때, 측정제어부는 나노갭 센서의 제1접촉 전극부의 제1하부 및 상부 접촉전극 사이의 접촉여부에 따라 발생하는 제2 전기적 신호를 더 검출하고, 검출된 제2 전기적 신호를 미리 설정된 제2 전기적 신호 값과 비교하여 나노갭 센서의 제작 또는 조립불량을 판단하고, 검출된 제2 전기적 신호 값 및/또는 판단결과를 디스플레이부를 통해 디스플레이하도록 제어할 수도 있다. 이때, 제1 및 제2 전기적 신호는 전기저항, 캐패시턴스, 및/또는 인덕턴스를 포함할 수 있다.

선택적으로, 신호분석 유닛은 전기저항을 측정하여 디스플레이하는 저항 측정기, 캐패시턴스를 측정하여 디스플레이하는 캐패시턴스 미터, 인덕턴스를 측정하여 디스플레이하는 인덕턴스 측정기, 또는 전기저항, 캐패시턴스, 및/또는 인덕턴스를 측정하여 디스플레이하는 복합 측정기일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 바이오물질 분석방법은, 인식물질이 고정된 제1 나노갭에 검출할 목표물질과 목표물질에 접합된 신호감도를 변화시키기 위한 표지물질을 함유하는 시료를 투입시키는 단계, 및 인식물질과 목표물질 사이의 결합정도에 따라 발생하는 제1 전기적 신호를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

제1 나노갭은 검출할 목표물질의 종류에 따라 10 내지 900nm의 범위를 가지도록 형성될 수 있다.

표지물질은 전도체 또는 유전체를 포함할 수 있다. 이때, 전도체는 1 nm 내지 9μm의 크기를 가지는 금 입자일 수 있다.

제1 전기적 신호를 측정하는 단계는 제1 전기적 신호를 검출하는 단계, 검출된 제1 전기적 신호를 검출할 목표물질에 따라 미리 설정된 제1 전기적 신호 값과 비교하여 검출할 목표물질인 지의 여부를 판단하는 단계, 및 검출된 제1 전기적 신호값 및/또는 판단결과를 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제1 전기적 신호를 측정하는 단계는 제1 전기적 신호를 검출하는 단계, 및 검출된 제1 전기적 신호 값을 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전기적 신호는 전기저항, 캐패시턴스, 및/또는 인덕턴스를 포함할 수 있다.

본 발명의 바이오물질 분석방법은 나노갭 센서의 접촉 전극부의 하부 및 상부 접촉전극 사이의 제2 전기적 신호를 검출하는 단계, 검출된 제2 전기적 신호를 미리 설정된 제2 전기적 신호 값과 비교하여 나노갭 센서의 제작 또는 조립불량을 판단하는 단계, 및 검출된 제2 전기적 신호 및/또는 판단결과를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노갭 센서, 그것을 구비한 바이오물질 분석장치 및 그 분석방법은 나노갭에서 바이오물질과 인식물질의 결합정도에 따라 발생하는 전기적 신호의 차이에 의해 특정한 바이오물질을 검출한다. 따라서, 본 발명의 나노갭 센서, 그것을 구비한 바이오물질 분석장치 및 그 분석방법은 간편하게 휴대하여 이용할 수 있을 뿐 아니라 별도의 동력원이나 장비 없이 저 비용으로 간단하고 신속하게 바이오물질을 분석할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 나노갭 센서, 그 제조방법, 및 그것을 구비한 바이오물질 분석장치와 그 분석방법은 검출할 바이오물질의 종류 또는 크기에 대응하여 서로 다른 크기로 형성된 복수 개의 나노갭을 구비한 측정 전극부와 베이스 판과 상판의 조립시 서로 접촉하는 상부 및 하부 접촉전극을 구비하는 접촉 전극부를 포함하여 구성되고 이를 이용한다. 따라서, 본 발명의 나노갭 센서, 그 제조방법, 및 그것을 구비한 바이오물질 분석장치와 그 분석방법은 특정 바이오물질이 그에 대응하는 크기의 나노갭에서 인식물질과 결합할 때 발생하는 전기적 신호의 차이를 이용하여 여러 가지 바이오물질을 동시에 검출할 수 있다. 또한, 베이스 판과 상판의 결합시 상부 및 하부 접촉전극의 접촉정도에 따라 발생하는 전기적 신호의 차이를 이용하여 나노갭 센서의 제작불량 또는 베이스 판과 상판 사이의 오조립 여부를 검출할 수 있으므로, 베이스 판과 상판이 잘못 결합된 상태에서 바이오물질을 검출할 때 발생하는 검출오류를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 나노갭 센서를 구비한 바이오물질 분석장치 및 그 분석방법은 바이오물질 검출시 신호감도를 변화시키기 위한 표지물질이 접합된 목표물질을 함유하는 시료를 사용할 수 있다. 따라서, 이 경우, 나노갭에서 표지물질이 접합된 바이오물질이 인식물질과 결합되므로, 바이오물질과 인식물질의 결합정도 뿐 아니라 사용된 표지물질의 전기전도성 및/또는 유전율에 따라 나노갭에서 발생하는 전기적 신호의 차이가 변화된다. 그러므로, 나노갭의 간극을 더 크게 설계하더라도, 표지물질을 적당하게 선택함에 따라 바이오물질을 검출하는데 필요한 신호감도를 유지할 수 있게 되고, 그 결과, 나노갭의 설계 자유도가 향상되어 나노갭 센서의 제조가 쉽게 되고, 바이오물질의 검출 정확성이 더 향상될 수 있다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노갭 센서를 구비한 바이오물질 분석장치를 예시하는 개략도,
도 2는 도 1에 도시한 바이오물질 분석장치의 나노갭 센서를 예시하는 평면도,
도 3a 내지 도 3g 및 도 4a 내지 도 4f는 각각 도 2에 도시한 나노갭 센서의 제조방법을 예시하는 도 5a의 선 III-III 및 도 5 b의 선 IV-IV 방향으로 취한 단면도,
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시한 나노갭 센서의 베이스 판의 상면과 제1상판의 하면에 형성된 제1측정 전극부, 제1 스페이서, 및 제1접촉 전극부를 예시하는 평면도,
도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시한 나노갭 센서의 제1 나노갭에 고정되는 인식물질과 이 인식물질과 결합하는 목표물질을 예시하는 부분도, 및
도 7은 도 1에 도시한 바이오물질 분석장치를 사용하는 바이오물질 분석방법을 예시하는 플로우챠트이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 나노갭 센서, 그 제조방법, 및 그것을 구비한 바이오물질 분석장치와 그 분석방법을 첨부도면에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노갭 센서를 구비한 바이오물질 분석장치(1)가 도시되어 있다. 바이오물질 분석장치(1)는 나노갭을 이용한 전기적 신호측정 방식의 분석장치로서, 나노갭 센서(10), 및 신호분석 유닛(15)을 포함한다.

도 3g, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 나노갭 센서(10)는 검출할 특정 바이오물질인 항원, 타겟 DNA와 같은 목표물질(2; 도 6b 참조)과 이에 대해 선택적으로 반응하는 항체, 프로브 DNA와 같은 인식물질(3; 도 6A 참조)의 결합정도를 전기적 신호로 변환하기 위한 것으로, 베이스 판(11), 제1 상판(31), 제1측정 전극부( 51), 및 제1 스페이서(81)를 포함한다.

베이스 판(11)은 장방형 형태의 유리기판으로 구성된다. 베이스 판(11)은 유리기판 외에 제1측정 전극부(51)의 제1 하부 비접촉전극(53)을 형성할 수 있는 다른 재료의 기판, 예를들면, 실리콘 기판 또는 폴리머 기판으로 구성될 수 있다.

제1 상판(31)은 베이스 판(11)과 마찬가지로, 장방형 형태의 유리기판으로 구성되고, 베이스 판(11) 위에 십자 형태로 교차되게 배치된다.

제1측정 전극부(51)는 베이스 판(11)의 상면에 형성된 적어도 한 개의 제1 하부 비접촉전극(53), 및 제1 상판(31)의 하면에 형성된 적어도 한 개의 제1상부 비접촉전극(59)을 포함한다. 제1 하부 비접촉전극(53)과 제1상부 비접촉전극(59)은 금과 같은 전도성이 우수한 금속으로 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 하부 비접촉전극(53)은 도 5a에 도시한 바와 같이 베이스 판(11)의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된 복수 개, 예를들면, 12 개로 구성된다. 제1 하부 비접촉전극들(53)은 각각, 일단부에서는 제1 하부 비접촉접점(53a)이 형성되고 타단부에서는 외부에 전기적 연결을 위한 제1 하부 비접촉전극 패드(53b)가 형성된다. 제1 하부 비접촉접점들(53a)은 X자 형태의 선 상에 일정 간격을 두고 배치되고, 제1 하부 비접촉전극 패드들(53b)은 베이스 판(11)의 좌우측 가장자리를 따라 일정 간격을 두고 배치된다. 제1 하부 비접촉접점들(53a)은 베이스 판(11)의 상면 위에서, 예를들면, 300nm의 높이로 형성되고, 제1 하부 비접촉전극 패드들(53b)은 베이스 판(11)의 상면 위에서, 제1 하부 비접촉접점들(53a)과 비교하여, 예를들면, 5 내지 450nm 범위의 제1 하부 추가 비접촉 전극패드 부분(53b'; 도 3c 내지 도 3g 참조)을 더 포함하여 305 내지 750nm 범위의 높이로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 하부 비접촉접점들(53a)은, 후술하는 바와 같이 복수 개의 제1 나노갭(25)을 서로 동일한 크기로 형성하여 크기가 동일한 한 종류의 목표물질을 검출하도록 서로 동일한 높이로 형성된 것으로 예시하였지만, 복수 개의 제1 나노갭(25)을 서로 다른 크기로 형성하여 크기가 다른 여러 종류의 목표물질을 검출할 수 있도록 각각 또는 군별로 서로 다른 높이로 형성될 수 있다.

제1상부 비접촉전극(59)은 도 5b에 도시한 바와 같이 제1 상판(31)의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된 복수 개, 예를 들면, 12 개로 구성된다. 제1 하부 비접촉전극(53)과 마찬가지로, 제1 상부 비접촉전극들(59)은 각각, 일단부에서는 제1 상부 비접촉접점(59a)이 형성되고 타단부에서는 외부에 전기적 연결을 위한 제1 상부 비접촉전극 패드(59b)가 형성된다. 제1 상부 비접촉접점들(59a)은 제1 하부 비접촉접점들(53a)의 X자 형태와 대향하는 X자 형태의 선 상에 일정 간격을 두고 배치되고, 제1 상부 비접촉전극 패드들(59b)은 제1 상판(11)의 상하측 가장자리를 따라 일정간격을 두고 배치된다. 제1 상부 비접촉접점들(59a)은 제1 상판(31)의 하면 위에서, 예를들면, 300nm의 높이로 형성되고, 제1 상부 비접촉전극 패드들(59b)은 제1 상판(31)의 하면 위에서, 예를들면, 5 내지 450nm 범위의 제1 상부 추가 비접촉전극 패드부분(59b'; 도 4c 내지 도 4f 참조)을 더 포함하여 305 내지 750nm 범위의 높이로 형성될 수 있다. 제1 하부 비접촉접점들(53a)과 마찬가지로, 제1 상부 비접촉접점들(59a)은 서로 동일한 높이로 형성된 것으로 예시하였지만, 서로 개별적 또는 군별로 다른 높이로 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1상부 비접촉전극(59)은 제1 하부 비접촉전극(53)과 비교하여 90도 각도로 세워진 것(도 2 및 도 5b 기준)을 제외하고는 실질적으로 동일한 패턴을 가진다.

제1 스페이서(81)는 베이스 판(11)의 하면과 제1 상판(31)의 하면 사이에 배치되고, 필라 또는 비드 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 스페이서(81)는 베이스 판(11)의 하면과 제1 상판(31)의 하면의 중앙의 한 곳에서 금과 같은 금속에 의해 필라 형태로 형성된다. 이를 위해, 제1 스페이서(81)는 제1 하부 비접촉전극(53)의 형성시 베이스 판(11)의 상면 중앙에 300nm의 높이로 함께 형성된 제1 하부 원형부분(도시하지 않음), 제1 하부 비접촉전극(53)의 제1 하부 비접촉전극 패드들(53b)의 제1 하부 추가 비접촉 전극패드 부분들(53b')의 형성시 베이스 판(11)의 상면 중앙에 5 내지 450nm 범위의 높이로 함께 형성된 제1 하부 중간 원형부분(83), 제1 상부 비접촉전극(59)의 형성시 제1 상판(31)의 상면 중앙에 300nm의 높이로 함께 형성된 제1 상부 원형부분(도시하지 않음), 및 제1 상부 비접촉전극(59)의 제1 상부 비접촉전극 패드들(59b)의 제1 상부 추가 비접촉전극 패드부분들(59b')의 형성시 제1 상판(31)의 상면 중앙에 5 내지 450nm 범위의 높이로 형성된 제1 상부 중간 원형부분(85)으로 구성된다. 따라서, 제1 스페이서(81)는 610 내지 1500nm 범위의 높이를 가진다.

이러한 제1 스페이서(81)는 본 실시예에서 베이스 판(11)의 상면과 제1 상판(31)의 하면의 중앙의 한 곳에만 형성되는 것으로 예시 및 설명하였지만, 설계에 따라 베이스 판(11)의 상면과 제1 상판(31)의 하면의 네 모서리 부분에도 추가 형성되거나 중앙에는 형성되지 않고 네 모서리 부분에만 형성될 수도 있다.

이러한 구성에 따라, 제1 스페이서(81)는 베이스 판(11)과 제1 상판(31)사이를 일정한 간격을 두고 유지함과 함께 제1하부 비접촉접점(53a)과 제1상부 비접촉접점(59a) 사이를 복수 개의 제1 나노갭(25)을 두고 유지할 수 있다. 본 실시예에서는 제1하부 비접촉접점들(53a)과 제1상부 비접촉접점들(59a)이 각각 12 개씩 형성되므로, 제1 나노갭(25)은 제1하부 비접촉접점들(53a)과 제1상부 비접촉접점들(59a) 사이에서 12 개가 형성된다. 또한, 제1 나노갭(25)은 제1 스페이서(81)에 의해 10 내지 900nm 범위의 동일한 간극 가지게 된다.

도 3d, 도 4d, 도 3g 및 도 6a에 도시한 바와 같이, 제1 나노갭(25)은 항원 또는 타겟 DNA와 같은 검출한 목표물질에 대해 선택적으로 반응하는 항체 또는 프로브 DNA와 같은 인식물질(3)이 공지의 방법으로 고정(immobilization)된다.

베이스 판(11)과 제1 상판(31) 사이의 정상 결합여부를 확인하여 나노갭 센서(10)의 제작불량 또는 베이스 판(11)과 제1 상판(31) 사이의 결합 또는 조립불량으로 인한 목표물질(2)의 오검출을 방지하기 위해, 나노갭 센서(10)는 제1접촉 전극부(61)를 더 포함할 수 있다. 제1접촉 전극부(61)는 베이스 판(11)의 상면에 형성된 적어도 한 개의 제1하부 접촉전극(63), 및 제1 상판(31)의 하면에 형성된 적어도 한 개의 제1상부 접촉전극(69)을 구비한다. 제1 하부 비접촉전극(53) 및 제1상부 비접촉전(59)과 마찬가지로, 제1 하부 접촉전극(63)과 제1상부 접촉전극(69)은 금과 같은 전도성이 우수한 금속으로 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 제1하부 접촉전극(63)은 도 5a에 도시한 바와 같이 베이스 판(11)의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된, 예를들면, 4 개로 구성된다. 제1 하부 접촉전극들(63)은 각각, 일단부에서는 제1 하부 접촉접점(63a)이 형성되고 타단부에서는 외부에 전기적 연결을 위한 제1 하부 접촉전극 패드(63b)가 형성된다. 제1 하부 접촉접점들(63a)은 각각, 제1 하부 비접촉접점들(53a)이 배치된 X자 형태의 선의 끝단부들 상에 배치되고, 제1 하부 접촉전극 패드들(63b)은 각각, 제1 하부 비접촉전극 패드들(53b)이 배치된 베이스 판(11)의 좌우측 가장자리의 상하단에 배치된다. 제1 하부 접촉접점들(63a)과 제1 하부 접촉전극 패드들(63b)은 각각, 제1 스페이서(81)의 제1 하부 중간 원형부분(83)의 형성시 베이스 판(11)의 상면에 5 내지 450nm 범위의 높이로 함계 형성된 제1 하부 추가 접촉접점 부분(63a'; 도 3c 내지 도 3g 및 도 5a 참조)과 제1 하부 추가 접촉전극 패드부분(63b'; 도 5a 참조)을 포함하여 305 내지 750nm 범위의 높이로 형성된다. 또한, 제1상부 접촉전극(69)은 도 5b에 도시한 바와 같이 제1 상판(31)의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된, 예를들면, 4 개로 구성된다. 제1 상부 접촉접점들(69)은 각각, 일단부에서는 제1 상부 접촉접점(69a)이 형성되고 타단부에서는 외부에 전기적 연결을 위한 제1 상부 접촉전극 패드(69b)가 형성된다. 제1 상부 접촉접점들(69a)은 각각, 제1 상부 비접촉접점들(59a)이 배치된 X자 형태의 선의 끝단부들 상에 배치되고, 제1 상부 접촉전극 패드들(69b)은 각각, 제1 상부 비접촉전극 패드들(59b)이 배치된 제1 상판(31)의 상하측 가장자리의 좌우단에 배치된다. 제1 상부 접촉접점들(69a)과 제1 상부 접촉전극 패드들(69b)은 각각, 제1 스페이서(81)의 제1 상부 중간 원형부분(85)의 형성시 제1 상판(31)의 하면에 5 내지 450nm 범위의 높이로 형성된 제1 상부 추가 접촉접점 부분(69a'; 도 5b 참조)과 제1 상부 추가 접촉전극 패드부분(69b')을 포함하여 305 내지 750nm 범위의 높이로 형성된다.

이러한 제1 상부 접촉접점들(69a)과 제1 상부 접촉전극 패드들(69b)은 베이스 판(11)과 제1 상판(31)이 서로 결합하여 조립될 때 제1 하부 접촉접점(63a)과 제1 하부 접촉전극 패드들(63b)과 함께 총 610 내지 1500nm 범위의 높이를 가지며, 이 높이는 제1 스페이서(81)의 높이와 동일하다. 그러므로, 제1 상부 접촉 접점들(69a)과 제1 하부 접촉접점들(63a)은 베이스 판(11)과 제1 상판(31)이 서로 결합될 때 위에서 설명한 제1 스페이서(81)와 동일한 스페이서 역할을 할 수 있다.

또한, 제1하부 접촉접점(63a)과 제1상부 접촉접점(69a)은 베이스 판(11)과 제1 상판(31)이 서로 결합될 때 서로 양호한 접촉을 유지할 수 있도록 필라 또는 요철 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1하부 접촉접점(63a)과 제1상부 접촉접점(69a)은 필라 형태로 형성된다.

이와 같은 제1접촉 전극부(61)의 구성에 따라, 베이스 판(11)과 제1 상판(31)이 잘못 정렬되어 결합될 경우, 제1접촉 전극부(61)에 대해 측정되는 저항, 캐패시턴스, 인덕턴스 등의 제2 전기적인 신호 값은 베이스 판(11)과 제1 상판(31)이 정상적으로 정렬되어 결합될 경우의 제2 전기적인 신호 값과 비교하여 다른 값을 가지게 된다. 이러한 제2 전기적인 신호 값의 차이는 바이오물질 분석장치(1)의 동작시 신호분석 유닛(15)에 의해 측정된다. 즉, 신호분석 유닛(15)은 후술하는 바와 같이 제1접촉 전극부(61)에 대해 제2 전기적인 신호 값을 측정하고, 측정된 제2 전기적 신호 값을 미리 설정된 정상결합시의 제2 전기적 신호 값과 비교하여 베이스 판(11)과 제1 상판(31)의 정상결합 여부 또는 나노갭 센서(10)의 제작불량 여부를 판단한다.

도 3f, 도 3g, 도 4e, 및 도 4f에 도시한 바와 같이, 제1측정 전극부(51)와 제1접촉 전극부(61)는 와이어(71)에 의해 외부에 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 나노갭 센서(10)는 베이스 판(11)의 하면에 접합되고 제1측정 전극부(51)의 제1하부 비접촉전극(53)의 제1하부 비접촉전극 패드들(53b) 및 제1접촉 전극부(61)의 제1하부 접촉전극(63)의 제1 하부 접촉전극 패드들(63b)과 와이어(71)로 연결된 제1 PCB(75), 및 제1 상판(31)의 상면에 접합되고 제1측정 전극부(51)의 제1상부 비접촉전극(59)의 제1상부 비접촉전극 패드들(59b) 및 제1접촉 전극부(61)의 제1상부 접촉전극(69)의 제1 하부 접촉전극 패드들(69b)과 와이어(71)로 연결된 제2 PCB(77)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 PCB(75, 77)는 신호분석 유닛(15)의 접속부에 연결되며, 신호분석 유닛(15)와의 연결을 쉽게 하기 위해 연성 PCB로 구성될 수 있다. 또한, 와이어들(71)은 예를들면, 약 25μm 직경의 금과 같은 전기전도성이 양호한 금속으로 형성되고, 에폭시 수지(78)로 밀봉될 수 있다.

목표물질(2)을 함유한 시료를 인식물질(3)이 고정된 제1나노갭(25)에 투입할 때 시료가 흘러내리지 않도록 하기 위해, 나노갭 센서(10)는 도 3g에 도시한 바와 같이, 베이스 판(11)과 제1 상판(31) 사이의 공간을 가장자리를 따라 밀봉하는 밀봉부(83)를 더 포함할 수 있다.

밀봉부(83)는 제1 스페이서(81)와 제1접촉 전극부(61)에 의해 베이스 판(11)과 제1 상판(31)사이에 형성되는 공간의 가장자리를 따라 배치되고, 퍼티, 코킹재, 폴리설파이드계 실란트, 실리콘계 실란트, 우레탄계 실란트 등과 같은 시일재로 형성된다.

밀봉부(83)를 형성한 후 시료 투입을 쉽게 하기 위해, 밀봉부(83)에는 목표물질(2)을 함유한 시료를 모세관 현상을 이용하여 제1 스페이서(81)에 의해 형성되는 공간에 주입하기 위한 주입구(도시하지 않은)와 시료 주입을 원활하게 하기 위한 공기배출구(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 하지만, 밀봉부(83)를 형성하기 전에 시료를 투입하도록 나노갭 센서(10)를 구성할 경우에는 밀봉부(83)에 위와 같은 주입구와 공기배출구를 형성하지 않아도 무방하다.

이상에서, 나노갭 센서(10)는, 제1 스페이서(81)와 제1접촉 전극부(61)가 각각 별도로 모두 구비된 것으로 설명하였지만, 베이스 판(11)과 제1 상판(31)이 서로 결합될 때 제1접촉 전극부(61)의 제1하부 접촉전극(63)의 제1하부 접촉접점들(63a)과 제1상부 접촉전극(69)의 제1 상부 접촉접점들(69a)이 제1 스페이서(81)와 동일한 스페이서 역할을 하므로, 제1 스페이서(81)를 별도로 형성하지 않고 제1접촉 전극부(61)가 제1 스페이서(81)의 역할을 하도록 구성될 수도 있을 것이다.

또한, 나노갭 센서(10)는, 베이스 판(11) 위에 제1 상판(31)만 배치하고 그 사이에 제1측정 전극부(51), 제1 스페이서(81), 및 제1접촉 전극부(61)를 설치하는 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 예를들면, 보다 많은 목표물질을 검출 및 분석하기 위하여, 나노갭 센서(도시하지 않음)는 제1 상판(31) 위에 별도로 제2상판(도시하지 않음)을 추가로 배치하고 그 사이에 제1측정 전극부(51), 제1 스페이서(81), 및 제1접촉 전극부(61)와 동일한 구성을 가지는 제2측정 전극부(도시하지 않음), 제2스페이서(도시하지 않음), 및 제2접촉 전극부(도시하지 않음)를 설치하도록 구성될 수도 있다.

이와 같이 구성된 나노갭 센서(10)의 제조방법을 도 3a 내지 도 4e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 베이스 판(11)을 위한 유리기판이 준비된 후, 도 3b에 도시한 바와 같이, 제1측정 전극부(51)의 제1하부 비접촉전극(53), 제1 스페이서(81)의 제1 하부 부분, 및 제1접촉 전극부(61)의 제1하부 접촉전극(63)의 하부부분이 상응 패턴을 가지는 마스크를 사용하는 전자빔 증착법에 의해 유리기판(11)의 상면에 금과 같은 전도성이 양호한 금속으로, 예를들면, 약 300nm의 두께로 증착된다.

그 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 제1하부 비접촉전극(53)의 제1 하부 비접촉전극 패드(53b)를 형성하기 위한 제1 하부 추가 비접촉전극 패드부분(53b'), 제1 스페이서(81)의 제1 하부 중간부분(83), 및 제1하부 접촉전극(63)의 제1하부 접촉접점(63a)을 형성하기 위한 제1 하부 추가 접촉접점 부분(63a')과 제1하부 접촉전극 패드(63b)를 형성하기 위한 제1 하부 추가 접촉전극 패드부분(63b')이 상응 패턴의 마스크를 사용하는 전자빔 증착법에 의해 베이스 판(11)의 상면에 금과 같은 금속으로, 예를들면, 약 100nm의 두께로 더 증착된다.

여기서, 제1측정 전극부(51)의 제1하부 비접촉전극(53), 제1 스페이서(81), 및 제1접촉 전극부(61)의 제1하부 접촉전극(63)은 전자빔 증착법에 의해 형성하는 것으로 설명하였으나, 유리기판의 상면에 금속막을 형성한 다음 포토레지스트로 형성된 식각마스크를 사용하여 금속막을 식각하는 포토리소그래피 공정으로도 형성될 수도 있을 것이다.

그후, 도 3d에 도시한 바와 같이, 항원 또는 타겟 DNA와 같은 검출한 목표물질(2)에 대해 선택적으로 반응하는 항체 또는 프로브 DNA와 같은 인식물질(3)이 제1하부 비접촉전극(53)의 제1하부 비접촉접점(53a)에 투입되어 고정된다.

이어서, 도 3e에 도시한 바와 같이, 베이스 판(11)의 하면에 외부와 전기적으로 연결하기 위한 제1 PCB(75)가 부착된 후, 제1하부 비접촉전극(53)의 제1하부 비접촉전극 패드(53b)는 약 25μm 직경의 금으로 형성된 와이어(71)를 사용하여 제1 PCB(75)의 상응 연결패드에 연결된다. 그 다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, 와이어(71)는 에폭시수지(78)로 밀봉된다.

마찬가지 방법으로, 도 4a 내지 도 4f에 도시한 바와 같이, 제1 상판(31)을 위한 유리기판의 상면에 제1측정 전극부(51)의 제1상부 비접촉전극(59), 제1 스페이서(81)의 제1 하부 부분과 제1상부 중간부분(83), 및 제1접촉 전극부(61)의 제1상부 접촉전극(69)이 형성되고, 제1상판(31)의 하면에 제2 PCB(77)가 부착된 다음, 제1상부 비접촉전극(59)의 제1상부 비접촉 전극패드(59b)가 와이어(73)에 의해 제2 PCB(77)의 상응 연결패드에 연결되고, 와이어(71)가 에폭시수지(78)로 밀봉된다. 이러한 제1상판(31)의 구성은 베이스 판(11)의 구성과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 제1상판(31)은 베이스 판(11)과 별도로 형성할 필요없이 위에서 설명한 베이스 판(11)을 두 개 형성한 다음, 하나는 베이스 판(11)으로 사용하고 다른 하나는 제1상판(31)으로 사용하는 것이 바람직할 것이다.

이와 같이 베이스 판(11)과 제1상판(31)이 형성된 후, 베이스 판(11)과 제1상판(31)은, 제2 PCB(77)가 위로 향하도록 제1상판(31)을 뒤집어서 제1상판(31)의 상면이 베이스 판(11)의 상면과 대향하도록 위치시킨 후, 도 3g에 도시한 바와 같이, 제1 스페이서(81)의 제1 하부 중간부분(81)과 제1 상부 중간부분(83)이 서로 접촉하고 제1하부 비접촉전극(53)의 제1하부 비접촉접점(53a)과 제1상부 비접촉전극(59)의 제1상부 비접촉접점(59a) 사이에 약 200nm의 제1 나노갭(25)이 형성되도록 서로 결합된다. 이때, 도 2, 도 5a, 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 베이스 판(11)과 제1상판(31)은 제1하부 비접촉접점(53a)과 제1상부 비접촉접점(59a)을 제외한 제1하부 비접촉전극(53)과 제1상부 비접촉전극(59)의 부분들이 서로 접촉하지 않도록 서로 직각으로 교차하여 십자 형태로 결합된다.

그 후, 베이스 판(11)과 제1상판(31)은 그 사이의 공간을 밀봉하도록 공간의 가장자리를 따라 밀봉부(83)로 밀봉되고, 그 결과, 나노갭 소자(10)의 제조가 완료된다.

다시, 도 1을 참조하면, 신호분석 유닛(15)은 인식물질(3)이 고정된 제1하부 비접촉접점(53a)과 제1상부 비접촉접점(59a) 사이의 제1 나노갭(25)에 검출할 목표물질(2)을 함유하는 시료를 투입할 때 인식물질(3)과 목표물질(2) 사이의 결합정도에 따라 발생하는 제1 전기적 신호를 검출하여 분석하고, 검출된 제1 전기적 신호 및/또는 분석된 결과를 디스플레이한다. 이를 위해, 신호분석 유닛(15)은 측정제어부(17), 및 디스플레이부(19)를 구비한다.

측정제어부(17)는 제1 나노갭(25)에 의해 발생하는 전기저항, 캐패시턴스, 및/또는 인덕턴스와 같은 제1 전기적 신호를 검출하고, 검출된 제1 전기적 신호 값을 검출할 목표물질(3)에 따라 미리 설정된 제1 전기적 신호 값과 비교하여 시료내의 목표물질(3)이 검출할 목표물질(3)인 지의 여부를 판단한다. 예를들면, 인식물질(2)이 고정된 200nm 간극의 제1 나노갭(25)에서 측정되는 전기저항은 수 MΩ이며, 캐패시턴스는 수 nF ～ 수 nF이지만, 제1 나노갭(25)에 목표물질(3)이 주입되어 목표물질(3)이 인식물질(2)과 결합되면, 전기저항은 목표물질(3)의 유전율에 따라 수 MΩ 이하로 낮아지고, 캐패시턴스 역시 목표물질의 유전율에 따라 수 nF ～ 수 nF 이하로 낮아진다. 따라서, 측정제어부(17)는 미리 실험에 의해 검출할 목표물질(3)에 대해 설정되어 저장된 전기저항값 또는 캐패시턴스값을 검출된 전기저항값 또는 캐패시턴스값과 비교하여 시료내의 목표물질(3)이 검출할 목표물질(3)인 지의 여부를 판단할 수 있다.

이때, 제1 나노갭(25)의 간극을 더 크게 설계하더라도 적당한 신호감도를 유지할 수 있도록 함으로서 나노갭 센서(10)의 제조를 쉽게 하기 위해, 도 6b에 도시한 바와 같이, 시료는 목표물질(3)에 신호감도를 변화시키기 위한 표지물질(5)이 접합되도록 구성될 수 있다. 표지물질(5)은 유전체와 전도체 모두 사용할 수 있지만, 제1 나노갭(25)의 간격을 더 크게 설계하더라도, 제1 나노갭(25)에서 목표물질(3)과 인식물질(2)의 결합시 적정한 전기저항 또는 캐패시턴스가 검출될 수 있도록 하기 위해서는 전도체를 사용하는 것이 더 바람직하다. 본 실시예에서는 1 nm 내지 9μm의 크기의 금 입자가 전도체 재료로 사용된다.

또한, 측정제어부(17)는 제1접촉 전극부(61)의 제1하부 및 상부 접촉전극(63, 69) 사이의 접촉정도에 따라 발생하는 전기저항, 캐패시턴스, 및/또는 인덕턴스와 같은 제2 전기적 신호를 측정하고, 측정된 제2 전기적 신호값을 미리 설정된 제2 전기적 신호 값과 비교하여 베이스 판(11)과 제1상판(21) 사이의 오조립 또는 나노갭 센서(10)의 제작불량을 판단하고, 측정된 제2 전기적 신호값 및/또는 판단결과를 디스플레이부(19)를 통해 디스플레이하도록 제어할 수도 있다.

디스플레이부(19)는 측정제어부(17)의 제어하에 측정된 제1 및 제2 전기적 신호 값과 판단결과를 디스플레이한다.

이러한 신호분석 유닛(15)은 전기저항을 측정하여 디스플레이하는 저항 측정기, 캐패시턴스를 측정하여 디스플레이하는 캐패시턴스 미터, 인덕턴스를 측정하여 디스플레이하는 인덕턴스 측정기, 또는 전기저항, 캐패시턴스 및/또는 인덕턴스를 측정하여 디스플레이할 수 있는 복합 측정기에 의해 구현될 수 있다. 이 측정기들은 위에서 설명한 바와 같이 측정된 제1 및 제2 전기적 신호값을 미리 설정된 제1 및 제2 전기적 신호 값과 비교하여 시료내의 목표물질(3)이 검출할 목표물질(3)인 지의 여부 및 베이스 판(11)과 제1상판(31)사이의 오조립 또는 나노갭 센서(10)의 제작불량을 판단하는 처리 프로그램을 측정제어부(17)에 내장하도록 구성되거나, 별도의 처리 프로그램을 측정제어유닛(17)에 내장하지 않고 측정된 제1 및 제2 전기적 신호 값만 측정하여 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 후자의 경우에는 검사자가 직접 측정된 제1 및 제2 전기적 신호 값을 모니터링하면서 시료 내의 목표물질(3)이 검출할 목표물질(3)인 지의 여부를 판단함과 함께 베이스 판(11)과 제1상판(31)사이의 오조립 또는 나노갭 센서(10)의 제작불량 여부를 판단하여야 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 바이오물질 분석장치(1)의 작용을 도 7과 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 검출할 목표물질(2)과 표지물질(5)로서 목표물질(3)에 접합된, 예를들면, 1 nm 내지 9μm 크기의 금 입자를 함유하는 시료는 밀봉부(83)의 주입구를 통해 인식물질(3)이 고정된, 예를들면, 200nm의 간극을 갖는 제1측정 전극부(51)의 제1 나노갭(25)에 주입된다(S1). 그 결과, 도 6b에 도시한 바와 같이, 금 입자가 접합된 목표물질(2)은 인식물질(3)과 반응하여 혼성화(hybridization)된다. 이때, 선택적으로, 시료는, 베이스 판(11)과 제1상판(31)이 서로 결합되어 밀봉부(83)에 의해 밀봉되기 전에 서로 분리된 상태에서 베이스 판(11)에 시료를 떨어뜨리는 것에 의해 투입될 수 있다.

이어서, 측정제어부(17)는 인식물질(3)과 표지물질(5)이 접합된 목표물질(2) 사이의 결합정도와 결합된 인식물질(3)과 목표물질(2)의 전기전도도 및/또는 유전율에 따라 제1 나노갭(15)에서 발생하는 전기저항, 캐패시턴스, 및/또는 인덕턴스와 같은 제1 전기적 신호를 검출하고, 검출된 제1 전기적 신호 값을 검출할 목표물질에 따라 미리 설정되어 저장된 제1 전기적 신호 값과 비교하여 시료에 포함된 목표물질(2)이 검출할 목표물질(2)인 지의 여부를 판단한다(S2). 아울러, 측정제어부(17)는 제1접촉 전극부(61)의 제1하부 및 상부 접촉전극(63, 69) 사이의 접촉정도에 따라 발생하는 전기저항, 캐패시턴스, 및/또는 인덕턴스와 같은 제2 전기적 신호를 검출하고, 검출된 제2 전기적 신호값을 미리 설정되어 저장된 제2 전기적 신호 값과 비교하여 베이스 판(11)과 제1상판(31)사이의 오조립 또는 나노갭 센서(10)의 제작불량 여부를 판단한다(S3). 이때, 측정제어부(17)가 위의 단계들(S2 및 S3)을 처리하는 처리 프로그램을 내장하지 않을 경우 제1 및 제2 전기적 신호 값만 검출한다.

이어서, 측정제어부(17)는 디스플레이부(19)를 제어하여 검출된 제1 및 제2 전기적 신호 값 및/또는 위의 단계들(S2, S3)의 판단결과를 디스플레이한다(S4).이때, 측정제어부(17)가 위의 단계들(S2 및 S3)을 처리하는 처리 프로그램을 내장하지 않아 디스플레이부(19)를 통해 제1 및 제2 전기적 신호 값만 디스프레이되는 경우, 검사자는 직접 디스플레이되는 제1 및 제2 전기적 신호 값을 토대로 시료에 포함된 목표물질(2)이 검출할 목표물질(2)인 지의 여부를 판단함과 함께 베이스 판(11)과 제1상판(31) 사이의 오조립 또는 나노갭 센서(10)의 제작불량 여부를 판단한다.

이상에서, 본 발명은 원리를 예시하기 위한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 구성 및 작용으로 한정되지 않는다. 또, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 벗어 나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경과 수정이 가능함은 당업자들에게는 잘 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 대한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

1: 바이오물질 분석장치 10: 나노갭 센서
11: 베이스 판 15: 신호분석 유닛
17: 측정제어부 19: 디스플레이부
25: 나노갭 31: 상판
51: 측정 전극부 53, 59: 비접촉전극
61: 접촉 전극부 63, 69: 접촉전극
81: 스페이서 83: 밀봉부

Claims (13)

1. 베이스 판;
   상기 베이스 판 위에 배치된 제1상판;
   상기 베이스 판에 형성된 적어도 한 개의 제1 하부 비접촉전극, 및 상기 제1상판에 형성되고 상기 제1 하부 비접촉전극에 대향하게 배치된 적어도 한 개의 제1상부 비접촉전극을 포함하는 제1측정 전극부; 및
   상기 베이스 판과 상기 제1상판 사이에 배치되고, 상기 제1하부 비접촉전극과 상기 제1상부 비접촉전극 사이를 적어도 한 개의 제1 나노갭을 두고 유지하는 제1 스페이서를 포함하되,
   상기 제1하부 비접촉전극은 상기 베이스 판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된 복수 개의 제1하부 비접촉전극을 포함하며,
   상기 제1상부 비접촉전극은 상기 제1상판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된 복수 개의 제1상부 비접촉전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스페이서는 상기 베이스 판과 상기 제1상판 사이에 배치된 적어도 한 개의 필라와 적어도 한 개의 비드 중에서 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 제1하부 비접촉전극은 각각 일단부에 X자 형태의 선 상에 위치하도록 배치된 제1하부 비접촉접점을 구비하며,
   상기 복수 개의 제1상부 비접촉전극은 각각 일단부에 상기 제1하부 비접촉접점이 배치된 상기 X자 형태의 선에 대향하는 X자 형태의 선 상에 위치하도록 배치된 제1상부 비접촉접점을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 나노갭은 상기 제1하부 비접촉접점들과 상응하는 상기 제1상부 비접촉접점들 사이에서 각각 또는 군별로 서로 다른 간극으로 형성된 복수 개의 제1 나노갭을 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
6. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 판에 형성된 적어도 한 개의 제1하부 접촉전극, 및 상기 제1상판에 형성되고 상기 제1하부 접촉전극과 접촉하게 배치된 적어도 한 개의 제1상부 접촉전극을 구비하는 제1접촉 전극부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1하부 접촉전극은 상기 베이스 판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된 복수 개의 제1하부 접촉전극을 포함하며,
   상기 제1상부 접촉전극은 상기 제1상판의 가로 및 세로 중심선을 중심으로 상하 및 좌우대칭 형태로 배치된 복수 개의 제1상부 접촉전극을 포함하고,
   상기 복수 개의 제1하부 접촉전극은 각각 일단부에 X자 형태의 선의 끝단부들 상에 위치하도록 배치된 제1하부 접촉접점을 포함하고,
   상기 복수 개의 제1상부 접촉전극은 각각 일단부에 상기 제1하부 접촉접점이 배치된 상기 X자 형태의 선의 상기 끝단부들에 대향하는 X자 형태의 선의 끝단부들 상에 위치하도록 배치된 제1상부 접촉접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스페이서는, 상기 베이스 판에 형성된 적어도 한 개의 제1하부 접촉전극, 및 상기 제1상판에 형성되고 상기 제1하부 접촉전극과 접촉하게 배치된 적어도 한 개의 제1상부 접촉전극을 구비하는 제1접촉 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 나노갭은 검출할 목표물질에 대해 선택적으로 반응하는 인식물질이 고정된 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 판과 상기 제1상판 사이의 공간을 가장자리를 따라 밀봉하는 밀봉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1상판 위에 배치된 제2상판;
    상기 제1상판에 형성된 적어도 한 개의 제2하부 비접촉전극, 및 상기 제2상판에 형성되고 상기 제2하부 비접촉전극에 대향하게 배치된 적어도 한 개의 제2상부 비접촉전극을 포함하는 제2측정 전극부; 및
    상기 제1상판과 상기 제2상판 사이에 배치되고, 상기 제2하부 비접촉전극과 상기 제2상부 비접촉전극 사이를 적어도 한 개의 제2 나노갭을 두고 유지하는 제2스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서.
12. 제1,2항, 제 4항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 기재된 나노갭 센서; 및
    인식물질이 고정된 상기 나노갭 센서의 제1 나노갭에 검출할 목표물질을 함유하는 시료를 투입할 때 상기 인식물질과 상기 목표물질 사이의 결합정도에 따라 발생하는 제1 전기적 신호를 검출하는 신호분석 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서를 구비한 바이오물질 분석장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 신호분석 유닛은,
    상기 제1 전기적 신호를 검출하고 상기 검출된 제1 전기적 신호를 상기 검출할 목표물질에 따라 미리 설정된 제1 전기적 신호 값과 비교하여 상기 검출할 목표물질인 지의 여부를 판단하는 측정제어부; 및
    검출된 제1 전기적 신호 값과 판단결과 중에서 적어도 하나를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노갭 센서를 구비한 바이오물질 분석장치.

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