KR101195612B1 - 금층을 포함하는 전계 효과 트랜지스터, 상기 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 미세유동장치, 및 상기 전계 효과 트랜지스터 및 미세유동장치를 이용하여 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법 - Google Patents
금층을 포함하는 전계 효과 트랜지스터, 상기 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 미세유동장치, 및 상기 전계 효과 트랜지스터 및 미세유동장치를 이용하여 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반도체 재료로 구성된 기판; 상기 기판 내에 서로 이격되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역; 상기 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역; 상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층; 및 상기 절연층 위에 이격되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터에 있어서, 상기 절연층 상에 위치하는 금층을 더 포함하는, 티올기를 갖는 분석물을 검출하기 위한 전계 효과 트랜지스터, 상기 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 미세유동장치, 및 상기 전계 효과 트랜지스터 및 미세유동장치를 이용하여 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법을 제공한다.
FET, 금층, 티올기, 미세유동장치
Description
도 1은 0.01mM 인산 버퍼 (PB: phosphate buffer; pH 6.0), 0.1mM NaOAc, pH 4.7 버퍼 및 Qiagen 키트의 증류수 용출액을 흘려주었을 때의 FET 채널에서의 전류를 나타낸 그래프이다.
도 2a는 종래 FET의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b는 게이트 전극층(16)의 표면에 프로브 생분자(18)를 고정시키고, 상기 프로브 생분자(18)에 타겟 생분자가 결합하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 FET에 정제된 PCR 증폭 산물을 흘려준 다음, 전류의 변화를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 FET에 음성 대조군 실험으로써, 주형을 포함하지 않는 PCR 용액을 이용하여 PCR을 수행하여 PCR 산물을 얻고, 이를 정제하여 얻어진 정제 산물을 주입한 후의 전류 변화를 나타내는 도면이다.
본 발명은 금층을 포함하는 FET, 상기 FET를 포함하는 미세유동장치, 및 상기 FET 및 미세유동장치를 이용하여 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법에 관한 것이다.
전기적인 신호로 생분자 (biomolecule)를 검출하는 센서 중 트랜지스터를 포함하는 구조를 지닌 트랜지스터 기반 바이오 센서가 있다. 이는 반도체 공정을 이용하여 제작되는 것으로, 전기적인 신호의 전환이 빠르고, 집적회로 (integrated circuit)와 MEMS의 접목이 용이한 장점이 있어, 그 동안 이에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다.
전계 효과 트랜지스터(이하, "FET"라고도 함)를 사용하여, 생물학적 반응을 측정하는 원천 특허로 미국 특허 제4,238,757호가 있다. 이는 항원-항체 반응을 표면 전하 밀도(surface charge concentration) 변화로 인한 반도체 반전층 (inversion layer)의 변화를 전류로 측정하는 바이오 센서에 관한 것으로 생분자 중 단백질에 관한 것이다. 미국 특허 제4,777,019호는 생물학적 단량체를 게이트 표면에 흡착시켜 상보적인 단량체와의 혼성화 정도를 FET로 측정하는 것에 관한 것이다.
미국 특허 제5,846,708호는 CCD(charged coupled device)를 사용하여 결합된 생분자에 의한 흡광 현상으로 혼성화 여부를 측정하는 방법을 개시하였다. 미국 특허 제5,466,348호 및 제6,203,981호에서는 TFT(thin film transistor)를 사용하며, 회로를 접목시켜 신호 대 잡음 비를 향상시키는 내용을 개시하였다.
이와 같은 FET를 바이오 센서로 사용하는 경우에는 종래의 방식에 비해 비용 및 시간이 적게 들고, IC(integrated circuit)/MEMS 공정과의 접목이 용이하다는 점에서 큰 장점을 지니고 있다.
도 2a는 종래 FET의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2a를 참조하면, n형 또는 p형으로 도핑된 기판(11) 상에 양측부에 기판(11)과 반대 극성으로 도핑된 소스(12a) 및 드레인(12b)이 형성되어 있으며, 기판(11) 상에 소스(12a) 및 드레인(12b)과 접촉하는 게이트(13)가 형성되어 있다. 일반적으로 상기 게이트(13)는 산화층(14), 폴리 실리콘층(15) 및 게이트 전극층(16)으로 구성되며, 게이트 전극층(16)에는 프로브 생분자가 부착된다. 프로브 생분자는 소정의 타겟 생분자와 수소 결합 등에 의해 결합하며, 이를 전기적인 방법으로 측정하여 프로브 생분자와 타겟 생분자와의 결합 정도를 측정한다.
도 2b는 게이트 전극층(16)의 표면에 프로브 생분자(18)를 고정시키고, 상기 프로브 생분자(18)에 타겟 생분자가 결합하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2b를 참조하면, 상기 게이트 전극층(16)의 표면에 프로브 생분자(18)의 고정 여부, 및 상기 고정된 프로브 생분자(18)에 타겟 생분자의 결합 여부에 따라 채널을 통해 흐르는 전류 세기가 각각 달라지게 되고, 따라서 그에 의해 타겟 생분자를 검출할 수 있다.
상기한 바와 같은 종래의 FET 구조는 모두 프로브가 채널의 표면에 고정화되 어 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 프로브가 고정화되어 있지 않으며, 상기 채널의 표면이 금층으로 코팅되어 있는 FET 및 이를 포함하는 미세유동장치는 개시된 바가 없다.
종래의 FET는 이온 농도에 따라 FET의 채널에 흐르는 전류가 영향을 많이 받으며, 민감도가 떨어지는 단점이 있었다. 이러한 현상은 이온 농도가 높아짐에 따라 분자 전하가 차폐되어 센서의 감도가 떨어지는 것으로 여겨진다. 미국특허공개 제2006001191호에는 PCR 산물의 분석을 예를 들면, PCR 산물을 버퍼, 예를 들면 10mM Tris HCl 버퍼를 이용하여 정제하고, 이를 폴리라이신이 고정화되어 있는 FET에 스팟팅하고, 세척하고, 0.01mM KCl 용액 중에서 전기적으로 검출하는 방법이 개시되어 있다. 따라서, 반드시 세척단계를 거쳐야 한다. 그러나, 랩온어 칩 (Lab-0n-a chip:LOC)의 경우, 측정뿐만 아니라, 시료의 채취, 분리, 증폭 및 정제의 일련의 과정이 요구되며, 이러한 일련의 과정에 사용되는 용액은 대부분은 높은 이온 농도를 가진다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점, 즉 낮은 이온 농도에서만 측정가능하며 측정 용액의 치환이 필요하다는 점을 해결하기 위한 것으로, 티올기를 가진 분자가 금에 자발적으로 빠르게 결합한다는 성질을 이용하여 분석물을 검출할 수 있는 장치 및 방법을 연구하던 중 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 티올기를 포함하는 분석물을 높은 이온 농도에서도 검출할 수 있는 FET 및 미세유동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 FET 및 미세유동장치를 이용하여 티올기를 포함하는 분석물을 높은 민감도로 분석할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 반도체 재료로 구성된 기판;
상기 기판 내에 서로 이격되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역;
상기 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역;
상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층; 및
상기 절연층 위에 이격되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터에 있어서,
상기 절연층 상에 위치하는 금층을 더 포함하는, 티올기를 갖는 분석물을 검출하기 위한 전계 효과 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘이고, 상기 절연층은 실리콘 디옥사이드 및 실리콘 니트라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 절연층과 금층 사이에 폴리실리콘층을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 기판은 n 형으로 도핑되어 있고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 p 형으로 도핑되어 있는 것일 수 있다. 또한, 상기 기판은 p 형으로 도핑되어 있고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 n 형으로 도핑되어 있는 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 입구와 출구가 마이크로채널에 의하여 연결되어 있는 미세유동장치에 있어서,
반도체 재료로 구성된 기판;
상기 기판 내에 서로 이격되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역;
상기 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역;
상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층; 및
상기 절연층 위에 이격되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터에 있어서,
상기 절연층 상에 위치하는 금층을 더 포함하는, 티올기를 갖는 분석물을 검출하기 위한 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 전계 효과 트랜지스터는 마이크로채널에 형성되어 있는 미세유동장치를 제공한다.
본 발명의 미세유동장치에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘이고, 상기 절연층은 실리콘 디옥사이드 및 실리콘 니트라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 미세유동장치에 있어서, 상기 절연층과 금층 사이에 폴리실리콘층을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 미세유동장치에 있어서, 상기 기판은 n 형으로 도핑되어 있고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 p 형으로 도핑되어 있는 것일 수 있다. 또한, 상기 기판은 p 형으로 도핑되어 있고, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 n 형으로 도핑 되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 미세유동장치에 있어서, 상기 기판은 마이크로채널의 내부면을 이루는 반도체 물질일 수 있다. 상기 기판은 상기 내부면의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다.
본 발명의 미세유동장치의 일 구체예는, 마이크로채널 내부에 PCR 증폭부를 하고, 상기 PCR 증폭부는 상기 전계 효과 트랜지스터의 전단에 위치하는 것인 미세유동장치일 수 있다. 상기 PCR 증폭부는 히터, 냉각기 및 반응챔버를 포함하는 장치로서, 핵산을 중합반응에 의하여 증폭할 수 있도록 반응용액의 온도를 열순환적으로 조절할 수 있는 장치를 말한다. 이러한 PCR 장치는 당업자에게 널리 알려져 있으며, 본 발명의 미세유동장치에는 종래 알려진 이러한 PCR 장치를 포함한다.
본 발명은 또한, 티올기를 포함하는 분석물을 포함하는 시료를 본 발명에 따른 FET의 금층에 접촉시키는 단계; 및
상기 FET의 소스 영역 및 드레인 영역 사이의 채널에 흐르는 전류 값을 측정하는 단계:를 포함하는 상기 분석물을 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, 분석물은 티올기를 포함하는 것이면 어느 것이 포함되나, 예를 들면, 티올기를 갖는 단백질, 핵산 및 당이 포함되며, 바람직하게는, 3' 또는 5' 말단 또는 양쪽 말단이 티올기로 표지된 핵산이다. 또한, 상기 핵산은 순수 정제된 핵산 뿐만 아니라, PCR 산물 및 상업적으로 구입가능한 키트 (예, Qiagen 핵산 정제 키트)의 지침에 따라 용출된 핵산 정제물도 포함한다. 상기 키트에는 구아니딘 클로라이드와 같은 혼동제 (chaotropic agent)를 포함하는 키트를 포함한다. 전류의 측정은 게이트 전극을 통하여 전압을 인가하고, 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 사이에 흐르는 전류값을 측정하는 것을 말한다.
본 발명은 또한, 티올기를 포함하는 분석물을 포함하는 시료를 본 발명에 따른 미세유동장치의 FET의 금층에 접촉시키는 단계; 및
상기 FET의 소스 영역 및 드레인 영역 사이의 채널에 흐르는 전류 값을 측정하는 단계:를 포함하는 상기 분석물을 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, 분석물은 티올기를 포함하는 것이면 어느 것이 포함되나, 예를 들면, 티올기를 갖는 단백질, 핵산 및 당이 포함되며, 바람직하게는, 3' 또는 5' 말단 또는 양쪽 말단이 티올기로 표지된 핵산이다. 또한, 상기 핵산은 순수 정제된 핵산뿐만 아니라, PCR 산물 및 상업적으로 구입가능한 키트 (예, Qiagen 핵산 정제 키트)의 지침에 따라 용출된 핵산 정제물도 포함한다. 상기 키트에는 구아니딘 클로라이드와 같은 혼동제 (chaotropic agent)를 포함하는 키트를 포함한다. 전류의 측정은 게이트 전극을 통하여 전압을 인가하고, 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 사이에 흐르는 전류값을 측정하는 것을 말한다.
본 발명의 방법에 의하면, 시료 중의 티올기를 포함하는 분석물이 FET의 게이트 영역 (이하 "채널 영역"이라고도 한다)에 포함되어 있는 금층에 접촉되는 경우, 티올기가 금과 자발적으로 빠르게 결합하게 된다. 이러한 결합에 의하여 상기 FET의 채널에 흐르는 전류 및 전압과 같은 전기적 신호가 변화하게 되고, 이러한 전기적 신호 값의 변화를 측정함으로써, 시료 중의 분석물을 검출할 수 있다.
본 발명의 방법에 의하면, 높은 이온 농도 예를 들면, 60mM 이상의 이온 농도에서도 높은 민감도로 티올기를 포함하는 분석물을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 의하면, 분석물을 FET의 게이트의 표면에 스팟팅한 다음 세척하는 단계를 거치지 않고 곧바로 측정할 수 있기 때문에, 소형화가 용이하여, 랩온어칩에 구현하기 용이하다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
비교예
1: 이온 농도가 종래의
FET
의 채널에 흐르는 전류에 미치는 영향
본 비교예에서 사용한 FET 소자는 X-FAB Semiconductor Foundries (Germany)로부터 주문 제작하였다. 상기 주문 제작한 제품은 구조 및 전기적 특성이 동일한 192개 (12x16)의 FET가 어레이 형태로 배열되어 있는 것이다. 상기 제품은 X-FAB Semiconductor Foundries 사의 설비를 이용하여 제작되었으며, 상기 업체의 고유의 CMOS 공정을 사용하였다. CMOS 표준 공정은 업체에 따라 약간의 차이가 있으나, FET 소자 특성에 큰 영향을 주는 인자는 아니며 상기 업체의 표준 공정은 본 발명과는 무관하므로 생략하였다.
상기 어레이 기판 상에 측벽을 설치하고 기준 전극으로 백금이 코팅된 상부 기판을 설치함으로써 2개의 챔버, 즉, 센싱 챔버 및 기준 챔버를 포함하는 이온 물질 검출용 FET 기반 센서를 제작하였다.
본 비교예에서는, 상기 제작된 이온 물질 검출용 FET 기반 센서에, 상업적으로 구입가능한 Qiagen 키트 (QIAquick PCR purification Kit)를 이용하여 DNA 없이 정제과정을 수행하고, 얻어진 용출액을 상기 FET 기반 센서에 주입하고, 게이트 전극을 통하여 전압을 인가하고, 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역에서의 전류를 측정하였다.
상기 DNA 없이 정제하는 과정은 먼저, Qiagen 키트의 정제 튜브에 결합 버퍼 (PB buffer, QIAquick 상용명)를 250㎕ 주입한 후 진공으로 10~30 초 동안 흡입하였다. 다음으로, 세정 버퍼 (PE buffer, QIAquick 상용명)를 750㎕ 주입한 후, 진공으로 10~30초간 흡입하고, 원심분리기로 13,000 rpm에서 1분간 원심분리하였다. 세정이 완료되면 증류수 30㎕를 주입하고, 1분 동안 배양한 다음, 원심분리기로 13,000rpm에서 1분간 원심분리하였다. 튜브 아래 쪽에 25~30 ㎕의 용출액을 얻었다.
상기 FET 기반 센서를 이용하여 전류를 측정하는 조건은, 상기 FET 기반 센서에 시료를 0.5㎕/분의 유속으로 흘려주고, 게이트 전극을 통하여 3.3V의 직류 전압을 가한 후, 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역에 흐르는 전류를 측정하였다.
그 결과, 상기 증류수 용출액을 FET에 주입하는 경우, 전류는 상승하였다 (도 1의 네모 부분 참조). 본 비교예에서 사용되는 FET는 NMOS 형으로 DNA가 채널에 접촉되는 경우, 전류가 감소한다. 상기 증류수 용출액은 DNA가 접촉할 때와는 반대의 신호를 나타내었다. 이는 증류수 용출액 중에 구아니딘 염산 (GuHCl)과 같 은 혼동제가 존재하여, FET의 전류에 영향을 미치는 것으로 여겨진다.
도 1은 0.01mM 인산 버퍼 (PB: phosphate buffer; pH 6.0), 0.1mM NaOAc, pH 4.7 버퍼 및 Qiagen 키트의 증류수 용출액을 흘려주었을 때의 FET 채널에서의 전류를 나타낸 그래프이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, DNA와 동일한 음전하를 띠는 NaOAc를 흘려 주었을 때, FET의 채널 전류는 감소하였으나, 증류수 용출액을 흘려주었을 때는 오히려 전류량이 증가함을 알 수 있다.
따라서, 높은 이온 농도에서도 분석물을 검출할 수 있는 FET의 채널 전류를 발생할 수 있는 FET 구조가 요구되고 있다.
실시예
1: 본 발명에 따른
FET
기반 바이오 센서 제조
이하 본 발명의 실시예에서 사용한 FET 소자는 X-FAB Semiconductor Foundries (Germany)의 설비를 이용하여 제작하였으며, 상기 업체의 KC10-1.0㎛ CMOS 공정을 사용하였다. 제조된 FET는 NMOS 형이었다. 상기 제작된 FET 소자는 구조 및 전기적 특성이 동일한 192개 (12x16)의 FET가 어레이 형태로 배열되어 있는 것이다. CMOS 표준 공정은 업체에 따라 약간의 차이가 있으나 FET 소자 특성에 큰 영향을 주는 인자는 아니며 상기 업체의 표준 공정은 본 발명과도 무관하므로 생략하였다.
먼저, FET의 패시베이션 층 (니트라이드층)을 제거하고 게이트 영역 (실리콘 옥사이드)을 외부로 노출시켰다. 상기 공정은 X-FAB 사에서 진행되었으며 이후 공정은 본 발명과 관계되므로 직접 진행하였다. 다음으로, 노출된 게이트 영역을 포함하는 FET 표면을 주의 깊게 세정하였다. 세정은 순수 아세톤과 물로 수행하고, 씻어낸 다음, 건조하였다. 상기 기판 세정 과정은 반도체 제조 공정에서 이용되는 웨트 스테이션(wet station)을 이용하였다. 세정이 끝난 후에 스핀 드라이를 이용하여 건조하였다.
제조된 FET 소자의 게이트 영역 표면상에 금 (Au)을 증착하였다. 증착은 리프트-오프 (lift-off) 공정을 이용하여 진행하였다. AZ5214 감광막을 이용하여 패터닝하였으며, 상기 케이트 영역의 실리콘 옥사이드 층 상에 50nm 두께의 Ti 및 500nm 두께의 Au 층의 증착 공정을 순차적으로 진행하였다. 리프트-오프 공정을 이용하여 게이트 상단에만 금 (Au)을 패터닝하였다.
이렇게 제작된 192개의 금층을 포함하는 FET를 포함하는 상기 어레이 기판 상에 측벽을 설치하고 기준 전극으로 백금이 코팅된 상부 기판을 설치함으로써 2개의 챔버, 즉, 센싱 챔버 및 기준 챔버를 포함하는 이온 물질 검출용 FET 기반 센서를 제작하였다.
실시예
2: 본 발명의
FET
를 이용한
티올기가
결합된
PCR
산물의 검출
1.
티올기가
결합된
PCR
산물의 검출
스타필로코커스 아우레우스 (Staphylococcus aureus) 게놈을 주형으로 하고,포워드 프라이머 (5´-HS-(CH2)6-TAG CAT ATC AGA AGG CAC ACC C-3´: 서열번호 1), 리버스 프라이머 (5´-HS-(CH2)6-ATC CAC TCA AGA GAG ACA ACA TT-3´: 서열번호 2)를 사용한 PCR을 통하여 DNA를 증폭하였다. 얻어진 PCR 산물은 증폭 산물뿐만 아니라 사용된 프라이머에도 티올기가 있어 FET 소자의 금(Au)과 반응하기 때문에, 상 기 PCR 산물을 정제하였다. 정제는 상기 비교예 1과 동일한 과정을 거쳐 수행하였다. 결합 버퍼 (PB buffer, QIAquick 상용명) 250㎕와 PCR 산물 50㎕를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 Qiagen 키트의 정제 튜브에 주입하였다. 진공으로 10~30초간 흡입하였다. 다음으로, 세정 버퍼 (PE buffer, QIAquick 상용명) 750㎕ 주입한 후 진공으로 10~30초간 흡입하고, 원심분리기로 13,000rpm에서 1분간 원심분리하였다. 세정이 완료되면 증류수 30㎕를 주입하고 1분간 방치한 후 원심분리기로 13,000 rpm에서 1분간 원심분리하였다. 튜브 아래 쪽에 25~30㎕의 용출액을 얻었다. 얻어진 용액을 정량한 뒤 농도를 조절하였다. FET 소자 실험에 주입하는 PCR 증폭산물의 농도는 9 ng/㎕이며 150mM PBS (pH 7.4) 용액을 이용하여 희석하였다.
상기 실시예 1에서 제조된 FET 소자를 자체 제작한 전류 측정 장비에 연결한 후 150mM PBS (pH 7.4)를 0.5㎕/분의 유속으로 흘려주고, 게이트 전극을 통하여 3.3V의 직류 전압을 인가하고, 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채녈 영역에서의 전류를 측정하였다. 모든 실험은 센싱 과정 (sensing experiment)과 표준 과정 (reference experiment)으로 나누어 진행하였다. 실제 반응이 일어나는 시료에 대한 실험을 센신 실험이라 하고, 표준 과정은 노이즈 보정을 위해 항상 150mM PBS (pH 7.4)m를 주입하여 실험을 하였다. 이와 같이, 2개의 과정으로 나누는 것은 신호 변이 (Signal drift)를 보정하기 위한 과정이며, 센싱 실험 값에서 표준 실험 값을 뺀 차이를 실제 신호로 나타내었다. FET 소자가 안정화되면 상기 정제된 PCR 증폭 산물을 주입하였다.
도 3은 본 발명에 따른 FET에 정제된 PCR 증폭 산물을 흘려준 다음, 전류의 변화를 측정한 결과를 나타내는 도면이다. FET 소자가 안정화되면 먼저, FET 소자에 150mM PBS 용액을 흘려 영향이 없음을 확인한 후, 상기 정제된 PCR 증폭산물을 주입하였다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 정제된 PCR 증폭 산물을 주입한 후 전류량이 증가함을 알 수 있다. 이는 상기 PCR 증폭 산물의 티올기가 상기 FET의 금 표면과 반응하여 FET 소자의 전기적 특성을 바꾸기 때문인 것으로 여겨진다. 전류는 약 25~30μA 정도 증가하였다. 또한, 상기 전류 값은 150mM PBS 용액을 흘려 세정 후 일시적으로 감소하다가 다시 원상태로 회복되는 형태로 변화하였다.
2. 음성 대조군 실험
상기 1에서 정제된 PCR 증폭 산물을 본 발명의 FET를 이용하여 검출할 수 있음을 확인하였다. 본 절에서는 PCR 용액이 본 발명의 FET를 이용한 검출 방법에 미치는 영향을 조사하였다.
먼저, 음성 대조군 실험으로써, 주형을 포함하지 않는 것을 제외하고는 상기 1과 동일하게 PCR 및 정제 과정을 수행하여, pH 7.47의 정제 산물 ("음성 대조군 용액"이라 한다)을 얻었다.
상기 실시예 1에서 제조된 FET 소자를 자체 제작한 전류 측정 장비에 연결한 후 150mM PBS를 주입하였다. FET 소자가 안정화되면 상기 얻어진 정제 산물을 주입하였다.
도 4는 본 발명의 FET에 대한 음성 대조군 실험으로써, 주형을 포함하지 않는 PCR 용액을 이용하여 PCR을 수행하여 PCR 산물을 얻고, 이를 정제하여 얻어진 정제 산물을 주입한 후의 전류 변화를 나타내는 도면이다. FET 소자가 안정화되면 먼저 150mM PBS 용액을 흘려 영향이 없음을 확인한 후 상기 음성 대조군 용액을 주입하였다. 음성 대조군 용액을 주입한 후 전류량이 약간 증가하지만, 실시예 2에 비하면 미미한 수준이었다. 5μA 정도의 전류가 증가하며, 이는 정제되지 않은 프라이머 영향인 것으로 해석할 수 있다.
본 발명에 따른 FET에 의하면, 높은 이온 농도에서도 티올기를 갖는 분석물을 전기적으로 검출하는데 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 미세유동장치에 의하면, 높은 이온 농도에서도 티올기를 갖는 분석물을 전기적으로 검출하는데 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 FET 및 미세유동장치를 이용한 분석물을 검출하는 방법에 의하면, 높은 이온 농도에서도 분석물을 높은 민감도로 검출할 수 있다.
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<211> 22
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Forward primer coupled with -(CH2)6SH at its 5 terminal
<400> 1
tagcatatca gaaggcacac cc 22
<210> 2
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<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Reverse primer coupled with -(CH2)6SH at its 5 terminal
<400> 2
atccactcaa gagagacaac att 23
Claims (13)
- 반도체 재료로 구성된 기판;상기 기판 내에 서로 이격되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역;상기 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역;상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층; 및상기 절연층 위에 이격되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터에 있어서,상기 절연층 상에 위치하는 금층을 더 포함하고 금층은 게이트 전극과 유체 소통가능하게 연결된 것인, 티올기를 갖는 분석물을 검출하기 위한 전계 효과 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘이고, 상기 절연층은 실리콘 디옥사이드 및 실리콘 니트라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 티올기를 갖는 분석물을 검출하기 위한 전계 효과 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 절연층과 금층 사이에 폴리실리콘층을 더 포함하는 것인 티올기를 갖는 분석물을 검출하기 위한 전계 효과 트랜지스터.
- 입구와 출구가 마이크로채널에 의하여 연결되어 있는 미세유동장치에 있어서,반도체 재료로 구성된 기판;상기 기판 내에 서로 이격되어 형성되고 상기 기판과 반대 극성으로 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역;상기 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된 채널 영역;상기 채널 영역 상에 배치되고 전기적 절연 재료로 구성된 절연층; 및상기 절연층 위에 이격되어 배치된 게이트 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터에 있어서,상기 절연층 상에 위치하는 금층을 더 포함하고 금층은 게이트 전극과 유체 소통가능하게 연결된 것인, 티올기를 갖는 분석물을 검출하기 위한 전계 효과 트랜지스터를 포함하고,상기 전계 효과 트랜지스터는 마이크로채널 내에 형성되어 있는 미세유동장치.
- 제4항에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘이고, 상기 절연층은 실리콘 디옥사이드 및 실리콘 니트라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 미세유동장치.
- 제4항에 있어서, 상기 절연층과 금층 사이에 폴리실리콘층을 더 포함하는 것인 미세유동장치.
- 제4항에 있어서, 상기 마이크로채널은 PCR 증폭부를 포함하고, 상기 PCR 증폭부는 상기 전계 효과 트랜지스터의 전단에 위치하는 미세유동장치.
- 티올기를 포함하는 분석물을 포함하는 시료를 제1항에 따른 전계 효과 트랜지스터의 금층에 접촉시키는 단계; 및상기 전계 효과 트랜지스터의 소스 영역 및 드레인 영역 사이의 채널에 흐르는 전류 값을 측정하는 단계:를 포함하는 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 분석물은 3' 또는 5' 말단 또는 양쪽 말단이 티올기로 표지된 핵산인 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 핵산은 PCR 산물 및 그의 정제물인 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법.
- 티올기를 포함하는 분석물을 포함하는 시료를 제4항에 따른 미세유동장치의 전계 효과 트랜지스터의 금층에 접촉시키는 단계; 및상기 전계 효과 트랜지스터의 소스 영역 및 드레인 영역 사이의 채널에 흐르는 전류 값을 측정하는 단계:를 포함하는 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 분석물은 3' 또는 5' 말단 또는 양쪽 말단이 티올기로 표지된 핵산인 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 핵산은 PCR 산물 및 그의 정제물인 티올기를 포함하는 분석물을 검출하는 방법.
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