KR101156504B1 - Device and method for calibration of a biosensor - Google Patents

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김대환
정인영
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A device and a method for the calibration of a biosensor are provided to control the operation point of a biosensor by controlling bias voltage supplied to the biosensor. CONSTITUTION: A device(100) for the calibration of a biosensor comprises a biosensor unit(110), a comparison unit(120), a counter unit(130), and a Digital/Analog converter(140). The biosensor unit changes the conductivity of a semiconductor material. The comparison unit compares the output value from the biosensor unit with reference voltage. The counter unit controls a digital value outputted depending on the output value from the comparison unit. The D/A converter generates bias voltage corresponding to the digital value and supplies the bias voltage to the biosensor unit.

Description

바이오센서의 캘리브레이션 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR CALIBRATION OF A BIOSENSOR}Calibration device and method of biosensor {DEVICE AND METHOD FOR CALIBRATION OF A BIOSENSOR}

본 발명은 바이오센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오센서의 동작점을 조정함으로써 바이오센서의 민감도(sensitivity)를 조정할 수 있는 바이오센서의 캘리브레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부 및 한국연구재단(이공분야)의 기초연구사업-중견연구자 지원사업 (도약연구)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2011-0000313, 과제명 : 투명 유연 산화물 반도체 소자 모델 및 적층형 회로 개발 (3차년도/총5차연도)].
The present invention relates to a biosensor, and more particularly, to a calibration apparatus and method of a biosensor capable of adjusting the sensitivity of the biosensor by adjusting the operating point of the biosensor.
The present invention is derived from the research carried out as part of the Basic Research Project of the Ministry of Education, Science and Technology and the Korea Research Foundation (Science and Engineering Field)-Supporting Researchers for Mid-sized Researchers (Jumping Research). Development of Flexible Oxide Semiconductor Device Model and Stacked Circuit (3rd Year / 5th Year)].

일반적으로 바이오센서는 생화학적, 광학적, 열적 또는 전기적 반응에 따른 변화를 측정하는 소자로서, 최근에 전기화학적 바이오센서에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 전기화학적 바이오센서는 주로 탄소 나노튜브(carbon nano tube, CNT) 또는 실리콘 나노와이어(silicon nano wire, SiNW)와 같은 기저 물질에 프로브가 배열되고 타겟분자와 프로브분자 간의 상호반응 시 발생하는 기저 물질의 변화, 예컨대, 전기 전도도(conductivity)의 변화를 감지하여 특정 바이오 물질을 검출한다. 전기화학적 바이오센서 의 구조 및 동작원리에 대하여 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In general, a biosensor is a device for measuring changes according to biochemical, optical, thermal or electrical reactions. Recently, research on electrochemical biosensors has been actively conducted. Electrochemical biosensors are primarily based on the formation of a base material, such as carbon nanotubes (CNTs) or silicon nanowires (SiNWs), that occur when a probe interacts with a target molecule. Specific biomaterials are detected by sensing changes, such as changes in electrical conductivity. The structure and operation principle of the electrochemical biosensor will be described in detail with reference to FIG. 8.

도 8은 종래의 전기화학적 바이오센서의 구조 및 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the structure and operation principle of a conventional electrochemical biosensor.

도 8을 참조하면, 전기화학적 바이오센서의 반도체 기판 상에 소스(S)와 드레인(D)이 형성되어 있으며, 소스(S)와 드레인(D) 사이에 직선 형상의 실리콘 나노와이어(810)가 형성되어 있다. 실리콘 나노와이어(810)는 절연층(830)에 의해 반도체 기판과 절연되며, 실리콘 나노와이어(810)의 표면에는 프로브분자(820)들이 고정되어 있다. 타겟분자들이 프로브분자(820)들과 결합하게 되면, 타겟분자들과 프로브분자(820)들의 전기적 특성에 의해 실리콘 나노와이어(810)의 전기장이 변화되고, 이에 따라 실리콘 나노와이어(810) 표면에 양(+) 또는 음(-)의 전하의 농도가 변화되어 결국 실리콘 나노와이어(810)의 전기 전도도가 변화된다. 이러한 전기 전도도의 변화를 실시간으로 관찰함으로써 타겟분자를 검출할 수 있다.Referring to FIG. 8, a source S and a drain D are formed on a semiconductor substrate of an electrochemical biosensor, and a linear silicon nanowire 810 is formed between the source S and the drain D. FIG. Formed. The silicon nanowires 810 are insulated from the semiconductor substrate by the insulating layer 830, and probe molecules 820 are fixed to the surface of the silicon nanowires 810. When the target molecules are combined with the probe molecules 820, the electric field of the silicon nanowires 810 is changed by the electrical properties of the target molecules and the probe molecules 820, and thus the surface of the silicon nanowires 810 is changed. The concentration of the positive or negative charge changes, which in turn changes the electrical conductivity of the silicon nanowires 810. By observing such a change in electrical conductivity in real time, the target molecule can be detected.

상술한 바와 같은 전기화학적 바이오센서는 타겟분자들과 프로브분자(820)들의 결합 전에도, 측정 환경의 환경 변수(예: 온도, 습도 등)의 영향에 의하여 실리콘 나노와이어(810)의 전기 전도도가 변화할 수 있다. 따라서 타겟분자의 농도가 동일하다고 하더라도, 측정 환경의 환경 변수에 따라 검출결과가 상이하게 되어 타겟분자를 유효하게 검출할 수 없다.In the electrochemical biosensor as described above, the electrical conductivity of the silicon nanowires 810 is changed even before the target molecules and the probe molecules 820 are combined, due to the influence of environmental variables (eg, temperature, humidity, etc.) of the measurement environment. can do. Therefore, even if the concentration of the target molecules is the same, the detection result is different depending on the environmental variables of the measurement environment, so that the target molecules cannot be effectively detected.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이오센서의 동작점을 조정함으로써 타겟분자를 유효하게 검출할 수 있는, 바이오센서의 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a calibration apparatus and method of a biosensor capable of effectively detecting a target molecule by adjusting an operating point of the biosensor.

또한, 본 발명은 최초 배지를 기준으로 바이오센서의 동작점을 고정하여, 측정 환경의 환경 변수의 영향을 받지 않고 타겟분자를 유효하게 검출할 수 있는, 바이오센서의 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is to provide a calibration device and method of the biosensor to fix the operating point of the biosensor on the basis of the initial medium, which can effectively detect the target molecules without being affected by the environmental variables of the measurement environment. The purpose.

또한 본 발명은 측정 대상 및 측정 환경을 고려하여 바이오센서의 측정 민감도(sensitivity)를 조정할 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a means for adjusting the measurement sensitivity (sensitivity) of the biosensor in consideration of the measurement object and the measurement environment.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치는, 반도체 물질의 표면에 형성된 검지단위와, 측정대상으로부터 제공되는 타겟단위 간의 상호 반응에 따라 상기 반도체 물질의 전기 전도도가 변화하는 바이오센서부; 상기 바이오센서부의 출력 값을 기준전압과 비교하는 비교부; 상기 비교부의 출력 값에 따라, 출력되는 디지털 값을 조정하는 카운터부; 및 상기 카운터부의 상기 디지털 값에 대응하는 바이어스 전압을 생성하고, 상기 바이어스 전압을 상기 바이오센서부에 공급하는 디지털 아날로그 변환부; 를 포함하고, 상기 반도체 물질은 n타입 또는 p타입으로 구현된다. In order to achieve the above object, the calibration apparatus for a biosensor according to an embodiment of the present invention has an electrical conductivity of the semiconductor material according to a mutual reaction between a detection unit formed on a surface of the semiconductor material and a target unit provided from a measurement object. Changing biosensor unit; A comparison unit comparing the output value of the biosensor unit with a reference voltage; A counter unit for adjusting an output digital value according to an output value of the comparator; And a digital-to-analog converter for generating a bias voltage corresponding to the digital value of the counter and supplying the bias voltage to the biosensor. It includes, the semiconductor material is implemented in n type or p type.

바람직하게는, 상기 바이오센서부, 상기 비교부, 상기 카운터부, 및 상기 디지털 아날로그 변환부는 상기 바이오센서부의 출력 값이 상기 기준전압과 일치하도록 상기 바이오센서부의 출력 값을 조정하는 부궤환 루프를 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the biosensor unit, the comparison unit, the counter unit, and the digital analog converter form a negative feedback loop for adjusting the output value of the biosensor unit so that the output value of the biosensor unit matches the reference voltage. Characterized in that.

또한, 상기 카운터부는 제어 신호에 의하여 선택되는 비트 수만큼 상기 디지털 값을 조정하는 것을 특징으로 한다.The counter may adjust the digital value by the number of bits selected by the control signal.

또한, 상기 디지털 아날로그 변환부는, 전원 전압 외에 외부에서 초과 전압을 공급받거나, 차지펌프(charge pump)에 의하여 상기 전원 전압으로부터 상기 초과 전압을 생성하는 것을 특징으로 한다. The digital-to-analog converter may be configured to receive the excess voltage from the outside in addition to the power supply voltage or to generate the excess voltage from the power supply voltage by a charge pump.

또한, 상기 카운터부는, 상기 바이오센서가 최초 배지에서 측정 대상으로 투입되기 전에 현재의 디지털 값으로 고정되어 동작하는 것을 특징으로 한다.In addition, the counter unit, characterized in that the biosensor is fixed to the current digital value before being input to the measurement target in the first medium.

또한, 상기 바이오센서부는 절연체 상 실리콘 (SOI) 소자로 구현되고, 상기 바이어스 전압은 상기 바이오센서부의 벡게이트 전압으로 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, the biosensor unit is implemented as a silicon on insulator (SOI) device, the bias voltage is characterized in that the supply of the back gate voltage of the biosensor unit.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 방법은 바이오센서의 출력 값을 기준전압과 비교하는 단계; 상기 비교결과에 따라 디지털 값을 조정하여 출력하는 단계; 상기 조정된 상기 디지털 값을 디지털 아날로그 컨버터에 의해 바이어스 전압으로 변환하는 단계; 및 상기 바이오센서에 상기 바이어슨 전압을 공급하는 단계; 를 포함한다.On the other hand, the calibration method of the biosensor according to an embodiment of the present invention comprises the steps of comparing the output value of the biosensor with a reference voltage; Adjusting and outputting a digital value according to the comparison result; Converting the adjusted digital value into a bias voltage by a digital to analog converter; And supplying the biaser voltage to the biosensor. It includes.

또한, 상기 바이오센서가 최초 배지에서 측정 대상으로 투입되기 전에 현재의 디지털 값을 고정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, fixing the current digital value before the biosensor is introduced into the measurement target in the first medium; It characterized in that it further comprises.

본 발명에 따르면, 바이오센서의 동작점을 조정함으로써 타겟분자를 유효하게 검출할 수 있다. 종래 기술에 의하면, 바이오센서의 몸체를 형성하는 물질의 상태가 외부 환경 변수(센서가 노출된 물질의 특성, 온도, 습도, 압력 등을 포함함)에 의하여 영향을 받으므로, 측정 환경에 따라 측정 결과가 상이하게 도출되는 등의 문제점이 있었다. 본 발명은 외부 환경의 변화에 대응하여 바이오센서의 동작점을 최적화하고 이를 유지함으로써 바이오센서의 측정 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.According to the present invention, the target molecule can be effectively detected by adjusting the operating point of the biosensor. According to the prior art, since the state of the material forming the body of the biosensor is affected by external environmental variables (including the properties of the material to which the sensor is exposed, temperature, humidity, pressure, etc.), it is measured according to the measurement environment. There was a problem that the results were derived differently. The present invention can increase the reliability of the measurement results of the biosensor by optimizing and maintaining the operating point of the biosensor in response to changes in the external environment.

본 발명에 따르면 바이오센서의 측정 환경과 측정 대상의 특성을 고려하여 바이오센서의 측정 민감도를 조정할 수 있다. 예를 들어 검출하고자 하는 타겟물질의 농도 범위를 측정의 목적에 맞게 조정하기 위하여 바이오센서의 동작점을 조정할 수 있다.According to the present invention, the measurement sensitivity of the biosensor may be adjusted in consideration of the measurement environment of the biosensor and the characteristics of the measurement object. For example, the operating point of the biosensor may be adjusted to adjust the concentration range of the target material to be detected according to the purpose of the measurement.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 디지털 아날로그 변환부가 초과 전압을 생성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 디지털 아날로그 변환부가 초과 전압을 생성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 바이오센서부가 절연체 상 실리콘 (SOI) 소자로 구현된 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 8은 종래의 전기화학적 바이오센서의 구조를 나타내는 도면이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a calibration device for a biosensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a schematic configuration of a calibration device for a biosensor according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a process of generating an excess voltage by a digital-to-analog converter of a calibration device of a biosensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a process of generating an excess voltage by a digital-to-analog converter of a calibration device for a biosensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a structure in which a biosensor part of a calibration device for a biosensor according to an embodiment of the present invention is implemented as a silicon on insulator (SOI) device.
6 is a schematic flowchart of a calibration method of a biosensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic flowchart of a calibration method of a biosensor according to another embodiment of the present invention.
8 is a view showing the structure of a conventional electrochemical biosensor.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a calibration device for a biosensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치는 바이오센서부(110), 비교부(120), 카운터부(130), 디지털 아날로그 변환부(140)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the calibration device for a biosensor according to an embodiment of the present invention includes a biosensor 110, a comparator 120, a counter 130, and a digital analog converter 140. do.

바이오센서부(110)의 일 실시예는 도 8에 도시된 바와 같이 공지의 바이오센서를 이용하여 구성될 수 있다. 바이오센서부(110)의 몸체(810)는 반도체 물질로 구성되고, 몸체의 표면에 검지단위 또는 프로브분자(820)가 형성된다. 검지단위 또는 프로브분자(820)는 측정대상 내에 포함된 타겟분자와 결합하여 양(+)전하 또는 음(-)전하를 가질 수 있다. 검지단위 또는 프로브분자(820)와 타겟분자 간의 결합에 의하여 발생하는 전하의 종류 및 양에 따라 몸체(810)의 표면의 전하 분포가 변화한다. 이 때 몸체(810)의 전기적 특성(전기 전도도를 포함함)이 변화한다.One embodiment of the biosensor unit 110 may be configured using a known biosensor as shown in FIG. The body 810 of the biosensor unit 110 is made of a semiconductor material, the detection unit or the probe molecule 820 is formed on the surface of the body. The detection unit or probe molecule 820 may have a positive charge or a negative charge in combination with a target molecule included in a measurement object. The charge distribution on the surface of the body 810 varies depending on the type and amount of charge generated by the detection unit or the coupling between the probe molecule 820 and the target molecule. At this time, the electrical characteristics (including electrical conductivity) of the body 810 change.

바이오센서부(110)는 생화학적 입력(측정대상 입력 내의 타겟분자 등)에 대응하여 전기적 출력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 몸체(810)가 부하 저항을 통하여 전원 전압에 연결되어 있다면, 몸체(810)의 전기 전도도의 변화에 따라 몸체(810)와 부하 저항 간의 연결 노드(node)의 전압이 변화할 수 있다.The biosensor 110 may generate an electrical output in response to a biochemical input (a target molecule in a measurement target input, etc.). For example, if the body 810 is connected to the power supply voltage through a load resistor, the voltage at the connection node between the body 810 and the load resistor may change according to the change in the electrical conductivity of the body 810. have.

바이오센서부(110)는 p타입 반도체(PMOS) 기반의 바이오센서와 n타입 반도체(NMOS) 기반의 바이오센서가 직렬로 연결된 형태의 인버터이거나, p타입 반도체 또는 n타입 반도체 기반의 바이오센서가 부하저항과 직렬로 연결된 형태의 회로일 수 있다.The biosensor unit 110 is an inverter in which a p-type semiconductor (PMOS) based biosensor and an n-type semiconductor (NMOS) based biosensor are connected in series, or a p-type semiconductor or an n-type semiconductor-based biosensor is loaded. It may be a circuit of a type connected in series with a resistor.

바이오센서부(110)를 구성하는 반도체 물질은 p타입 또는 n타입으로 구현될 수 있는 물질로서, 예를 들어 실리콘 나노와이어, 탄소 나노튜브 등을 들 수 있다. 바이오센서부(110)의 전기적 출력은 비교부(120)의 입력의 일 측으로 전달된다. 비교부(120)는 바이오센서부(110)의 출력 값과 기준전압을 입력받아, 기준전압과 바이오센서부(110)의 출력 값을 비교하고, 비교 결과를 카운터부(130)로 출력한다. 비교부(120)의 일 실시예로는 차동 증폭기(도시되지 않음)를 들 수 있다. 차동 증폭기는 비교 결과를 증폭하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 비교부(120)는 바이오센서부(110)의 출력이 기준전압보다 크면 양(+)의 출력 전압을 출력하고, 바이오센서부(110)의 출력이 기준전압보다 작으면 음(-)의 출력 전압을 출력할 수도 있다. 바이오센서부(110)의 출력과 기준전압이 동일하거나 비교부(120)의 비교 해상도 이하이면 비교부(120)는 "0"을 출력할 수도 있다.The semiconductor material constituting the biosensor unit 110 may be a p-type or n-type material, for example, silicon nanowires, carbon nanotubes, and the like. The electrical output of the biosensor 110 is transmitted to one side of the input of the comparator 120. The comparison unit 120 receives the output value and the reference voltage of the biosensor unit 110, compares the reference voltage and the output value of the biosensor unit 110, and outputs the comparison result to the counter unit 130. One embodiment of the comparator 120 may include a differential amplifier (not shown). The differential amplifier can amplify and output the comparison result. For example, the comparator 120 outputs a positive output voltage when the output of the biosensor unit 110 is greater than the reference voltage, and negative when the output of the biosensor unit 110 is smaller than the reference voltage. You can also output the output voltage of-). If the output of the biosensor 110 and the reference voltage are the same or less than the comparison resolution of the comparator 120, the comparator 120 may output “0”.

카운터부(130)는 비교부(120)의 출력 값을 입력으로 한다. 카운터부(130)는 비교부(120)의 출력 값을 업/다운 선택신호로 하여 일정한 비트 수에 해당하는 디지털 값을 업카운트 또는 다운카운트할 수 있다. 상기 업카운트 또는 다운카운트 동작은, 예를 들면 카운터부(130)에 인가되는 클럭펄스에 맞추어 순차적으로 수행될 수 있다. 카운터부(130)는 디지털 아날로그 변환부(140)와 연결되어 상기 카운트한 디지털 값을 출력한다. 예를 들어, 카운터부(130)는 상기 비교부(120)의 출력 값이 양의 전압인 경우 현재의 디지털 값을 증가하여 출력하고, 상기 비교부(120)의 출력 값이 음의 전압인 경우 현재의 디지털 값을 감소하여 출력한다. 상기 비교부(120)의 출력이 0인 경우, 카운터부(130)는 현재의 디지털 출력 값을 유지할 수 있다.The counter 130 receives an output value of the comparator 120 as an input. The counter 130 may up or down count a digital value corresponding to a certain number of bits by using the output value of the comparator 120 as an up / down selection signal. The up count or down count operation may be performed sequentially in accordance with, for example, a clock pulse applied to the counter 130. The counter 130 is connected to the digital-to-analog converter 140 and outputs the counted digital value. For example, when the output value of the comparator 120 is a positive voltage, the counter 130 increases and outputs a current digital value, and when the output value of the comparator 120 is a negative voltage. Output the current digital value by decreasing it. When the output of the comparator 120 is 0, the counter 130 may maintain the current digital output value.

디지털 아날로그 변환부(140)는 카운터부(130)의 출력 값을 입력으로 한다. 디지털 아날로그 변환부(140)는 상기 디지털 값을 대응하는 바이어스 전압으로 변환하여 바이오센서부(110)에 공급한다. 디지털 아날로그 변환부(140)는 바이오센서부(110), 비교부(120) 및 카운터부(130)와 부궤환 루프(negative feedback loop)를 형성한다.The digital analog converter 140 receives an output value of the counter 130. The digital analog converter 140 converts the digital value into a corresponding bias voltage and supplies the digital value to the biosensor 110. The digital analog converter 140 forms a negative feedback loop with the biosensor 110, the comparator 120, and the counter 130.

상기 부궤환 루프를 형성하는 상기 비교부(120), 카운터부(130), 디지털 아날로그 변환부(140)의 동작이 반복됨에 따라, 바이오센서부(110)의 출력 값은 상기 기준전압과 일치하게 된다. 결과적으로, 부궤환 루프의 최종 출력인 바이어스 전압에 의해 바이오센서부(110)의 출력 값이 상기 기준전압과 일치하도록 바이오센서부 (110)의 동작점이 조정된다. 바이오 센서부(110)의 출력이 기준전압과 일치할 때, 타겟분자 농도의 차이에 의한 바이오 센서부(110)의 출력전압변화가 가장 크게 증폭될 수 있도록 상기 기준전압을 설정하는 것이 바람직하다.As the operations of the comparator 120, the counter 130, and the digital-analog converter 140 forming the negative feedback loop are repeated, the output value of the biosensor 110 is equal to the reference voltage. do. As a result, the operating point of the biosensor 110 is adjusted so that the output value of the biosensor 110 matches the reference voltage by the bias voltage which is the final output of the negative feedback loop. When the output of the biosensor 110 matches the reference voltage, it is preferable to set the reference voltage so that the change in the output voltage of the biosensor 110 due to the difference in target molecule concentration can be amplified most greatly.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서의 검출 동작은 다음과 같은 시퀀스를 거치게 된다. 바이오센서부(110)는 본격적인 검출 대상이 되는 액체시료에 노출되기 전에 먼저 KCl 혹은 NaCl 용액 등의, 목표물질을 포함하지 않는 버퍼용액(최초 배지)에 노출이 된다. 이와 같이 노출환경이 달라지면 바이오센서부(110)의 전기적 표면상태도 달라지게 되므로 바이오센서부의 전기적 저항이 달라지며, 따라서 바이오센서부(110) 출력도 예측하기 어렵게 변하게 된다. 이러한 기간 동안, 즉 검출대상 시료가 입력되기 전에 발생하는 환경의 변화에 관계없이 바이오센서부(110)의 출력을 일정하게 유지하기 위해 부궤환 루프를 통해 피드백 동작이 일어나도록 제어신호가 인가된다. 이러한 상태를 본 발명에서 바이오센서의 캘리브레이션이라고 한다. 이후 목표물질이 포함될 수 있는 검출대상의 액체시료가 버퍼용액에 첨가되며, 캘리브레이션 제어신호는 꺼지고 센싱 모드로 동작하게 된다. 이러한 센싱 모드에서는 부궤한 루프를 끊어줌으로써 목표물질과의 반응정도에 따른 바이오센서부의 출력전압을 얻게 된다.The detection operation of the biosensor according to an embodiment of the present invention goes through the following sequence. The biosensor unit 110 is first exposed to a buffer solution (first medium) that does not contain a target substance, such as a KCl or NaCl solution, before being exposed to a liquid sample to be detected in earnest. As such, when the exposure environment is changed, the electrical surface state of the biosensor unit 110 is also changed, so that the electrical resistance of the biosensor unit is changed, and thus the output of the biosensor unit 110 is difficult to predict. During this period, that is, a control signal is applied such that a feedback operation occurs through the negative feedback loop to maintain a constant output of the biosensor unit 110 regardless of a change in environment that occurs before the sample to be detected is input. This state is referred to as calibration of the biosensor in the present invention. Thereafter, a liquid sample to be detected, which may include a target substance, is added to the buffer solution, and the calibration control signal is turned off to operate in the sensing mode. In this sensing mode, the output loop is obtained by breaking the loop, which is dependent on the degree of reaction with the target material.

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram showing a schematic configuration of a calibration device for a biosensor according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치는 카운터부(230)의 제어신호를 더 포함하여 구성된다. 카운터부(230)는 상기 제어 신호에 따라 디지털 값이 업카운트 또는 다운카운트 되는 단위 크기(비트 수)를 선택할 수 있다. Referring to FIG. 2, the calibration device of the biosensor according to another embodiment of the present invention further includes a control signal of the counter unit 230. The counter 230 may select a unit size (number of bits) in which the digital value is counted up or down according to the control signal.

예를 들어 카운터부(230)가 8비트의 디지털 값을 출력하고, 디지털 아날로그 변환부(240)가 8비트의 디지털 값에 대응하는 256 단계의 아날로그 레벨의 바이어스 전압을 생성하는 경우를 가정한다.For example, it is assumed that the counter 230 outputs an 8-bit digital value, and the digital-to-analog converter 240 generates a bias voltage of 256 levels corresponding to the 8-bit digital value.

제어 신호가 제1 값을 가지는 경우, 카운터부(230)는 비교부(220)의 출력에 응답하여 디지털 값을 "1" 단위로 업카운트하거나, 다운카운트할 수 있다. 제어 신호가 제2 값을 가지는 경우, 카운터부(230)는 비교부(220)의 출력에 응답하여 디지털 값을 "2" 단위로 업카운트하거나 다운카운트할 수 있다. 즉, 카운터부(230)는 디지털 값을 2비트 단위로 조정할 수 있다.When the control signal has the first value, the counter 230 may up or down count the digital value in units of “1” in response to the output of the comparator 220. When the control signal has the second value, the counter 230 may up or down count the digital value in units of "2" in response to the output of the comparator 220. That is, the counter 230 may adjust the digital value in 2-bit units.

제어 신호가 제3 값을 가지는 경우, 카운터부(230)는 비교부(220)의 출력에 응답하여 디지털 값을 "16" 단위로 조정할 수도 있다. 이 때 카운터부(230)는 디지털 값을 4비트 단위로 조정한다.When the control signal has the third value, the counter 230 may adjust the digital value in units of "16" in response to the output of the comparator 220. At this time, the counter 230 adjusts the digital value in 4 bit units.

카운터부(230)가 4비트 단위로 디지털 출력 값을 조정하는 경우, 디지털 아날로그 변환부(240)는 현재의 아날로그 레벨보다 16단계 높거나 16단계 낮은 아날로그 레벨을 출력한다. 이 때 본 발명의 캘리브레이션 장치(200)는 바이오센서부(210)의 출력 값을 기준 전압에 가깝도록 빠르게 조정할 수 있지만, 정확한 최종 동작점에 도달하기는 어렵다. When the counter 230 adjusts the digital output value in units of 4 bits, the digital analog converter 240 outputs an analog level 16 steps higher or 16 steps lower than the current analog level. At this time, the calibration device 200 of the present invention can quickly adjust the output value of the biosensor unit 210 to be close to the reference voltage, but it is difficult to reach the correct final operating point.

반대로 카운터부(230)가 1비트 단위로 디지털 출력 값을 조정하는 경우, 디지털 아날로그 변환부(240)는 현재의 아날로그 레벨보다 1단계 높거나 1단계 낮은 아날로그 레벨을 출력한다. 이 때 본 발명의 캘리브레이션 장치(200)는 바이오센서부(210)의 출력 값을 기준 전압과 정밀하게 일치시킬 수 있지만, 최종 동작점에 도달하기까지 상대적으로 긴 시간이 걸린다.In contrast, when the counter 230 adjusts the digital output value in units of 1 bit, the digital-to-analog converter 240 outputs an analog level one step higher or one step lower than the current analog level. At this time, the calibration device 200 of the present invention can precisely match the output value of the biosensor unit 210 with the reference voltage, but it takes a relatively long time to reach the final operating point.

본 발명의 캘리브레이션 장치(200)는 카운터부(230)의 제어 신호를 생성하는 별도의 논리 회로(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 논리 회로는 타이머에 의하여 소정의 제1 시간 구간 동안은 카운터부(230)가 빠르게 디지털 출력 값을 조정하도록 제어하고, 그 이후의 제2 시간 구간 동안은 카운터부(230)가 정밀하게 디지털 출력 값을 조정하도록 제어할 수 있다. The calibration device 200 of the present invention may further include a separate logic circuit (not shown) for generating a control signal of the counter unit 230. The logic circuit controls the counter 230 to quickly adjust the digital output value during the first predetermined time interval by a timer, and the counter 230 precisely outputs the digital output value during the second time interval. Can be controlled to adjust.

또는, 논리 회로는 카운터부(230)의 디지털 출력 값의 변화 추이를 모니터링하여 제어 신호를 조정함으로써 캘리브레이션 장치(200)가 효과적으로 (빠르면서도 정확하게) 바이오센서부(210)의 최종 동작점을 찾을 수 있도록 유도할 수도 있다.Alternatively, the logic circuit may monitor the change in the digital output value of the counter 230 to adjust the control signal so that the calibration device 200 may effectively (finally and accurately) find the final operating point of the biosensor 210. You can also induce it.

도 2에서 제어 신호가 카운터부(230)의 카운팅 팩터를 결정하는 요인으로 설명되었으나, 제어 신호는 카운터부(230)의 카운팅 팩터 외에도 캘리브레이션 장치(200) 전체의 동작 모드를 결정하는 요인이 될 수 있다.In FIG. 2, the control signal is described as a factor for determining the counting factor of the counter 230, but the control signal may be a factor for determining the operation mode of the entire calibration apparatus 200 in addition to the counting factor of the counter 230. have.

즉, 바이오센서부(210)가 버퍼용액(최초 배지)에 노출된 상태에서는 바이오센서부(210) 및 캘리브레이션 장치(200)는 "캘리브레이션 모드"로 동작한다. 캘리브레이션 모드에서는 외부 환경의 변화에 무관하게 바이오센서부(210)의 출력을 최적의 동작점으로 유지하도록 부궤환 루프가 동작한다.That is, when the biosensor 210 is exposed to the buffer solution (first medium), the biosensor 210 and the calibration device 200 operate in a "calibration mode." In the calibration mode, the negative feedback loop operates to maintain the output of the biosensor unit 210 at the optimum operating point regardless of the change in the external environment.

바이오센서부(210)가 버퍼용액으로부터 벗어나 측정 대상 용액으로 투입되거나, 버퍼용액에 측정 대상 물질이 유입되는 경우 바이오센서부(210) 및 캘리브레이션 장치(200)는 "센싱 모드"로 동작한다. 이 때에는 타겟물질과의 상호 작용으로 바이오센서부(210)의 출력 전압이 변화해야 하므로 제어 신호에 의하여 카운터부 (230)가 현재의 디지털 값을 고정하여 디지털 아날로그 변환부(240)로 전달한다. 즉, 제어 신호는 캘리브레이션 장치(200)의 동작 모드를 "캘리브레이션 모드" 또는 "센싱 모드" 중 어느 하나로 제어할 수 있다.When the biosensor unit 210 is released from the buffer solution into the measurement target solution or the measurement target material is introduced into the buffer solution, the biosensor unit 210 and the calibration device 200 operate in the "sensing mode". In this case, since the output voltage of the biosensor unit 210 needs to change due to interaction with the target material, the counter unit 230 fixes the current digital value and transmits the current digital value to the digital-to-analog converter 240 according to a control signal. That is, the control signal may control the operation mode of the calibration apparatus 200 to either "calibration mode" or "sensing mode".

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 디지털 아날로그 변환부(310)가 초과 전압(excess voltage)을 생성하는 과정을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a process of generating an excess voltage by the digital-to-analog converter 310 of the calibration device for a biosensor according to an embodiment of the present invention.

일반적으로, 디지털 아날로그 변환부(310)는 공급 전원(power supply)에 의하여 공급되는 전압 내에서 출력되는 전압의 레벨을 결정할 수 있다. 즉, 공급 전원이 2.5V인 경우, 디지털 아날로그 변환부(310)는 0 V 내지 2.5V 범위 내의 전압을 출력한다. In general, the digital-to-analog converter 310 may determine a level of a voltage output within a voltage supplied by a power supply. That is, when the power supply is 2.5V, the digital analog converter 310 outputs a voltage within the range of 0V to 2.5V.

그러나 바이오센서부(110, 210)의 구조에 의하면 디지털 아날로그 변환부(310)가 공급 전원 전압의 범위를 초과하는 초과 전압을 생성해야 할 경우가 있다. 즉, 디지털 아날로그 변환부(310)가 -3V 또는 5V 등의 초과 전압을 생성해야 하는 경우가 발생한다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 디지털 아날로그 변환부(310)는 차지펌프(320)로부터 초과전압을 공급받는다. 디지털 아날로그 변환부(310)는 공급 전원의 전압과 상기 차지펌프(320)로부터 공급 받는 초과 전압을 이용하여 공급 전원의 전압의 범위를 넘어서는 바이어스 전압을 생성할 수 있다. 이 때 차지펌프(320)는 공지의 차지펌프 회로를 이용하여 구성될 수 있다.However, according to the structures of the biosensor units 110 and 210, the digital-to-analog converter 310 may need to generate an excess voltage exceeding a range of the supply voltage. That is, the digital-to-analog converter 310 needs to generate excess voltage such as -3V or 5V. Referring to FIG. 3, the digital-to-analog converter 310 of the calibration apparatus of the biosensor according to an embodiment of the present invention receives an excess voltage from the charge pump 320. The digital-to-analog converter 310 may generate a bias voltage that exceeds the range of the voltage of the power supply by using the voltage of the power supply and the excess voltage supplied from the charge pump 320. At this time, the charge pump 320 may be configured using a known charge pump circuit.

도 4는 디지털 아날로그 변환부(410)가 초과 전압을 생성하는 보다 간단한 실시예를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a simpler embodiment in which the digital-to-analog converter 410 generates an excess voltage.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 디지털 아날로그 변환부(410)는 외부 전원(420)으로부터 초과전압을 공급받는다. 디지털 아날로그 변환부(310)는 공급 전원의 전압과 상기 외부 전원(420)로부터 공급 받는 초과 전압을 이용하여 공급 전원의 전압의 범위를 넘어서는 바이어스 전압을 생성할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 바이오센서부(110, 210)가 절연체 상 실리콘 (SOI, Silicon on Insulator) 소자로 구현된 구조를 나타내는 도면이다.Referring to FIG. 4, the digital-to-analog converter 410 of the calibration apparatus of the biosensor according to another embodiment of the present invention receives an excess voltage from an external power source 420. The digital-to-analog converter 310 may generate a bias voltage exceeding a range of the voltage of the power supply using the voltage of the power supply and the excess voltage supplied from the external power 420. FIG. 5 is a diagram illustrating a structure in which biosensor units 110 and 210 of a calibration device for a biosensor according to an embodiment of the present invention are implemented as a silicon on insulator (SOI) device.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 장치의 바이오센서부(110, 210)는 절연체 상 실리콘 (SOI) 소자로 구현된다. 바이오센서부의 반도체 기판 하부에는 실리콘 백게이트층(520)과 절연층(510)이 형성되어 있다. 디지털 아날로그 변환부(140, 240)에서 생성되는 바이어스 전압은 상기 실리콘 백게이트층(520)에 백게이트 전압으로 공급된다. 백게이트 전압이 조정됨에 따라 바이오센서부(110, 210)의 동작점이 조정되며, 본 발명의 캘리브레이션 장치(100, 200)가 목표하는 최적의 동작점은 타겟분자의 작은 농도 차이에 의하여 바이오 센서부(210)의 출력전압의 변화가 최대가 될 수 있도록 설계하는 것이 유리하다. 이 때 최적의 동작점은 타겟분자와 프로브단위의 종류, 수량, 검출하고자 하는 타겟분자의 농도 또는 개수, 외부 환경 변수(온도 및 타겟분자 이외의 불순물의 농도를 포함함) 중 적어도 하나에 기초하여 설계될 수 있다.Referring to FIG. 5, the biosensor units 110 and 210 of the calibration device for a biosensor according to an embodiment of the present invention are implemented as a silicon on insulator (SOI) device. The silicon back gate layer 520 and the insulating layer 510 are formed under the semiconductor substrate of the biosensor unit. The bias voltage generated by the digital analog converters 140 and 240 is supplied to the silicon backgate layer 520 as a backgate voltage. As the back gate voltage is adjusted, the operating points of the biosensor units 110 and 210 are adjusted, and the optimal operating point targeted by the calibration devices 100 and 200 of the present invention is the biosensor unit due to a small difference in concentration of the target molecules. It is advantageous to design so that the change in the output voltage of 210 can be maximized. The optimum operating point is based on at least one of the type and quantity of target molecules and probe units, the concentration or number of target molecules to be detected, and external environmental variables (including temperature and concentrations of impurities other than target molecules). Can be designed.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션을 포함한 바이오센서에 의한 검출 시퀀스를 나타낸 개략적인 흐름도이다. 먼저 센서 소자를 타겟물질이 포함되어 있지 않은 KCl 또는 NaCl 용액 등의 버퍼용액에 노출시키게 되는데, 이 때가 바이오센서의 캘리브레이션이 지속적으로 이루어지고 있는 상태이다. 이후 검지하고자 하는 혈액 등의 타겟물질이 포함되었을 가능성이 있는 검진용액을 첨가하게 되면서, 제어신호에 의하여 캘리브레이션 모드를 멈추고 센싱 모드를 실시하게 된다. 센싱 모드에서는 상기 도1의 피드백 루프가 끊기게 되고 타겟물질의 농도에 따라 기준전압을 벗어나는 바이오센서부의 출력 전압값을 얻게 된다. 6 is a schematic flowchart illustrating a detection sequence by a biosensor including a calibration of a biosensor according to an embodiment of the present invention. First, the sensor element is exposed to a buffer solution such as KCl or NaCl solution that does not contain a target material. This is a state where the calibration of the biosensor is continuously performed. Thereafter, a detection solution that may contain a target substance such as blood to be detected is added, and the calibration mode is stopped and a sensing mode is executed by a control signal. In the sensing mode, the feedback loop of FIG. 1 is terminated and the output voltage value of the biosensor part that is out of the reference voltage according to the concentration of the target material is obtained.

도 6을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션을 포함한 센싱 동작을 설명하면, 제어신호에 의해 캘리브레이션 명령이 인가되면 먼저 비교기(120, 220)에 의해서 바이오센서부(110, 210)의 출력 값과 기준전압이 비교된다(S610). 비교기(120, 220)는 카운터(130, 230)로 상기 비교결과를 출력한다. 카운터(130, 230)는 상기 비교결과를 업다운 선택신호로 하여 일정한 비트 수에 해당하는 디지털 값만큼 이전 디지털 값을 업카운트 또는 다운카운트하여 조정한다(S620). 카운터(130, 230)는 디지털 아날로그 컨버터(140, 240)로 상기 조정된 디지털 값을 현재 디지털 값으로 출력한다(S620). 디지털 아날로그 컨버터(140, 240)는 상기 조정된 디지털 값을, 조정된 디지털 값에 대응하는 바이어스 전압으로 변환하여 바이오센서부(110, 210)에 공급한다. 상기 바이어스 전압은 디지털 아날로그 컨버터(140, 240)의 공급 전원 전압 또는 초과 전압으로부터 생성된다. Referring to FIG. 6, a sensing operation including calibration of a biosensor according to an embodiment of the present invention will be described. The output value of 210 and the reference voltage are compared (S610). Comparators 120 and 220 output the comparison results to counters 130 and 230. The counters 130 and 230 adjust the previous digital value by counting up or down the previous digital value by a digital value corresponding to a certain number of bits using the comparison result as an up-down selection signal (S620). The counters 130 and 230 output the adjusted digital value as the current digital value to the digital-to-analog converters 140 and 240 (S620). The digital-to-analog converters 140 and 240 convert the adjusted digital values into bias voltages corresponding to the adjusted digital values and supply them to the biosensor units 110 and 210. The bias voltage is generated from the supply power supply voltage or the excess voltage of the digital-to-analog converters 140 and 240.

도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 방법의 개략적인 흐름도이다.7 is a schematic flowchart of a calibration method of a biosensor according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 바이오센서의 캘리브레이션 방법을 설명하면, 카운터(130, 230)가 소정의 제어신호에 의해서 현재의 디지털 값을 고정할 지 여부를 판단한다(S720). 현재의 디지털 값을 고정하지 않는 경우 카운터(130, 230)는 디지털 아날로그 컨버터(140, 240)로 조정된 디지털 값을 출력한다(S721). 한편, 현재의 디지털 값을 고정하는 경우 카운터(130, 230)는 비교기(120, 220)의 비교 결과에 관계 없이 디지털 아날로그 컨버터(140, 240)로 현재의 디지털 값을 출력한다.Referring to FIG. 7, a calibration method of a biosensor according to another embodiment of the present invention will be described. It is determined whether the counters 130 and 230 fix the current digital value by a predetermined control signal ( S720). If the current digital value is not fixed, the counters 130 and 230 output the digital value adjusted by the digital-to-analog converters 140 and 240 (S721). Meanwhile, when fixing the current digital value, the counters 130 and 230 output the current digital value to the digital analog converters 140 and 240 regardless of the comparison result of the comparators 120 and 220.

비교기(120, 220)가 바이오센서부(110, 210)의 출력과 기준 전압을 비교하는 과정(S710), 디지털 아날로그 컨버터(140, 240)가 카운터(130, 230)의 디지털 출력 값에 대응하는 아날로그 레벨의 바이어스 전압을 생성하는 과정(S730), 생성된 바이어스 전압이 바이오센서부(110, 210)에 공급되는 과정(S740)은 도 6에서 설명한 내용과 동일하다.Comparators 120 and 220 compare the output of the biosensors 110 and 210 with the reference voltage (S710), and the digital analog converters 140 and 240 correspond to the digital output values of the counters 130 and 230. The process of generating the analog voltage bias voltage (S730) and the process of supplying the generated bias voltage to the biosensor units 110 and 210 (S740) are the same as those described with reference to FIG. 6.

단계 S720에서, 현재의 디지털 값을 고정하지 않는 경우에는 바이오센서부(110, 210)가 위치한 주변 환경의 상태 변수(온도, 불순물의 농도 등)에 따라 바이오센서부(110, 210)의 출력이 변화하는 만큼 바이어스 전압도 조정되어 바이오센서부(110, 210)의 출력이 일정한 수준으로 유지된다.In operation S720, when the current digital value is not fixed, the outputs of the biosensor units 110 and 210 are output according to the state variables (temperature, concentration of impurities, etc.) of the surrounding environment where the biosensor units 110 and 210 are located. As the voltage changes, the bias voltage is adjusted to maintain the output of the biosensor parts 110 and 210 at a constant level.

즉, 바이오센서부(110, 210)가 실질적인 측정에 투입되기에 앞서서 주변 환경의 변화에 바이오센서부(110, 210)의 동작점을 조정하여 바이오센서부(110, 210)가 최적의 동작점을 유지할 수 있도록 제어된다. 이 같은 과정은 바이오센서부(110, 210)가 최초 배지에 위치한 상태에서 최적의 동작점을 유지할 수 있도록 진행될 수 있다. 최초 배지는 측정 대상과 유사한 환경을 바이오센서부(110, 210)에 제공할 수 있도록 만들어질 수 있다.That is, before the biosensors 110 and 210 are put into the actual measurement, the operating points of the biosensors 110 and 210 are adjusted to the change of the surrounding environment so that the biosensors 110 and 210 are the optimal operating points. It is controlled to maintain. This process may be proceeded to maintain the optimal operating point in the biosensor unit 110, 210 is located in the initial medium. The initial medium may be made to provide an environment similar to the measurement object to the biosensor units 110 and 210.

바이오센서부(110, 210)가 최초 배지를 벗어나 실질적인 측정에 투입될 때에는(또는 최초 배지에 측정대상 물질이 유입되는 경우도 포함됨) 단계 S720에서 현재의 디지털 값을 고정하도록 카운터부(130, 230)에 제어 신호가 입력된다. 이와 같은 과정에 의하여 바이오센서부(110, 210)는 최적의 동작점을 유지한 채로 실질적인 측정에 투입되어 신뢰할 수 있는 측정 데이터를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는, 바이오센서부(110, 210)가 최초 배지로부터 실질적인 측정을 위하여 측정 대상에 투입되기 직전에 현재의 디지털 값이 고정될 수 있다.When the biosensors 110 and 210 are put out for the actual measurement out of the initial medium (or when the substance to be measured is introduced into the initial medium), the counters 130 and 230 are fixed to fix the current digital value in step S720. Is input to the control signal. By such a process, the biosensor parts 110 and 210 may be put into substantial measurement while maintaining the optimum operating point to obtain reliable measurement data. More specifically, the current digital value may be fixed immediately before the biosensor parts 110 and 210 are input to the measurement object for the actual measurement from the initial medium.

단계 S720을 제어하는 제어 신호는 퓨즈(fuse), 스위치 등의 수단을 통하여 생성될 수 있다. 즉, 바이오센서부(110, 210)가 실질적인 측정에 투입될 때 퓨즈 커팅(fuse cutting), 스위치 차단/개방 등의 조건에 의하여 제어 신호가 생성될 수 있다.The control signal for controlling step S720 may be generated through means such as a fuse, a switch, or the like. That is, when the biosensor parts 110 and 210 are put into substantial measurement, a control signal may be generated by conditions such as fuse cutting and switching off / opening of the switch.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 바이오센서의 캘리브레이션 장치 110: 바이오센서부
120: 비교부 130: 카운터부
140: 디지털 아날로그 변환부
200: 바이오센서의 캘리브레이션 장치 210: 바이오센서부
220: 비교부 230: 카운터부
240: 디지털 아날로그 변환부
310: 디지털 아날로그 변환부 320: 차지펌프
410: 디지털 아날로그 변환부 420: 외부전원
510: 절연층 520: 실리콘 백게이트층
810: 실리콘 나노와이어 820: 프로브분자
830: 절연층 840: 실리콘층100: calibration device of the biosensor 110: biosensor unit
120: comparison unit 130: counter unit
140: digital-to-analog converter
200: calibration device of the biosensor 210: biosensor unit
220: comparison unit 230: counter unit
240: digital-to-analog converter
310: digital-to-analog converter 320: charge pump
410: digital-to-analog converter 420: external power
510: insulating layer 520: silicon backgate layer
810: silicon nanowire 820: probe molecule
830: insulating layer 840: silicon layer

Claims (9)

반도체 물질의 표면에 형성된 검지단위와, 측정대상으로부터 제공되는 타겟단위 간의 상호 반응에 따라 상기 반도체 물질의 전기 전도도가 변화하는 바이오센서부;
상기 바이오센서부의 출력 값을 기준전압과 비교하는 비교부;
상기 비교부의 출력 값에 따라, 출력되는 디지털 값을 조정하는 카운터부; 및
상기 카운터부의 상기 디지털 값에 대응하는 바이어스 전압을 생성하고, 상기 바이어스 전압을 상기 바이오센서부에 공급하는 디지털 아날로그 변환부; 를 포함하고,
상기 반도체 물질은 n타입 또는 p타입으로 구현될 수 있는
바이오센서의 캘리브레이션 장치.A biosensor unit in which electrical conductivity of the semiconductor material is changed according to a mutual reaction between a detection unit formed on a surface of the semiconductor material and a target unit provided from a measurement object;
A comparison unit comparing the output value of the biosensor unit with a reference voltage;
A counter unit for adjusting an output digital value according to an output value of the comparator; And
A digital analog conversion unit generating a bias voltage corresponding to the digital value of the counter unit and supplying the bias voltage to the biosensor unit; Including,
The semiconductor material may be embodied in n type or p type
Calibration device of biosensor. 제1항에 있어서,
상기 바이오센서부, 상기 비교부, 상기 카운터부, 및 상기 디지털 아날로그 변환부는 상기 바이오센서부의 출력 값이 상기 기준전압과 일치하도록 상기 바이오센서부의 출력 값을 조정하는 부궤환 루프를 형성하는
바이오센서의 캘리브레이션 장치.The method of claim 1,
The biosensor unit, the comparison unit, the counter unit and the digital analog converter form a negative feedback loop for adjusting the output value of the biosensor unit so that the output value of the biosensor unit matches the reference voltage.
Calibration device of biosensor. 제1항에 있어서,
상기 카운터부는 제어 신호에 의하여 선택되는 비트 수만큼 상기 디지털 값을 조정하는
바이오센서의 캘리브레이션 장치.The method of claim 1,
The counter unit adjusts the digital value by the number of bits selected by the control signal.
Calibration device of biosensor. 제1항에 있어서,
상기 디지털 아날로그 변환부는,
전원 전압 외에 외부에서 초과 전압을 공급받거나,
차지펌프(charge pump)에 의하여 상기 전원 전압으로부터 상기 초과 전압을 생성하는
바이오센서의 캘리브레이션 장치.The method of claim 1,
The digital analog converter,
External voltage is supplied
Generating the excess voltage from the power supply voltage by a charge pump;
Calibration device of biosensor. 제1항에 있어서,
상기 카운터부는, 상기 바이오센서가 최초 배지로부터 측정 대상으로 투입되기 전에 현재의 디지털 값으로 고정되어 동작하는
바이오센서의 캘리브레이션 장치.The method of claim 1,
The counter unit is fixed to the current digital value before the biosensor is introduced into the measurement object from the initial medium.
Calibration device of biosensor. 제1항에 있어서,
상기 바이오센서부는 절연체 상 실리콘 (SOI) 소자로 구현되고, 상기 바이어스 전압은 상기 바이오센서부의 벡게이트 전압으로 공급되는
바이오센서의 캘리브레이션 장치.The method of claim 1,
The biosensor unit is implemented as a silicon on insulator (SOI) device, and the bias voltage is supplied to the back gate voltage of the biosensor unit.
Calibration device of biosensor. 바이오센서의 출력 값을 기준전압과 비교하는 단계;
상기 비교결과에 따라 디지털 값을 조정하여 출력하는 단계;
상기 조정된 상기 디지털 값을 디지털 아날로그 컨버터에 의해 바이어스 전압으로 변환하는 단계; 및
상기 바이오센서에 상기 바이어스 전압을 공급하는 단계; 를 포함하는
바이오센서의 캘리브레이션 방법.Comparing the output value of the biosensor with a reference voltage;
Adjusting and outputting a digital value according to the comparison result;
Converting the adjusted digital value into a bias voltage by a digital to analog converter; And
Supplying the bias voltage to the biosensor; Containing
Calibration method of biosensor. 제7항에 있어서,
상기 바이오센서가 최초 배지로부터 측정 대상으로 투입되기 전에 현재의 디지털 값을 고정하는 단계; 를 더 포함하는
바이오센서의 캘리브레이션 방법.The method of claim 7, wherein
Fixing a current digital value before the biosensor is introduced into the measurement object from the initial medium; Further comprising
Calibration method of biosensor. 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of any one of claims 7 to 8.
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