KR101262476B1

KR101262476B1 - 플라스틱 바이오 센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101262476B1
Application number: KR1020100131806A
Authority: KR
Inventors: 이건재; 이상용; 유현균; 박태정; 이상엽; 이석재; 이병주; 오재섭
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2013-05-09
Also published as: KR20120089911A

Abstract

플라스틱 바이오 센서 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 플라스틱 바이오 센서는 소정 깊이의 홈이 구비되며, 상기 홈의 양 측면에 각각 금속라인이 연결된 플라스틱 기판; 상기 홈 내부로 안착되며, 소스, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 노출된 실리콘 기판을 포함하는 바이오 센서 단위소자; 및 상기 바이오 센서의 상부에 구비되며, 상기 단위소자의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판을 지나며, 하부의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판과 수직으로 유체연통하는 미세 채널이 구비된 상부기판을 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 바이오센서는 플렉서블한 플라스틱 기판상에 구현되므로, 종래의 실리콘 기판상에 구현된 바이오센서가 가지는 기판의 한계를 효과적으로 극복할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 바이오센서 소자는 고성능 마이크로 구조 반도체를 이용하여 플라스틱 기판에서 바이오 물질을 검출하기 때문에, 기존 바이오 센서보다 우수한 감응도를 갖는다.

Description

플라스틱 바이오 센서 및 그 제조방법{Flexible biosensor and manufacturing method for the same}

본 발명은 플라스틱 바이오 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래의 실리콘 기판상에 구현된 바이오센서가 가지는 기판의 한계를 효과적으로 극복할 수 있으며, 경제성과 공정 응용성이 우수한, 플라스틱 바이오 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

인간을 포함한 생물 개체들은 많은 감각기관을 가지고 있어서 오감은 물론 아픔이나 물론 아픔이나 온도감지 등 외부에서 오는 여러 가지 자극을 감지한다. 이렇게 감지된 자극은 뇌에서 이미 경험에 의하여 교육된 자극자료와 비교함으로써 미묘한 맛이나 향의 변화 등을 인지하게 된다. 이러한 기능을 생명체에서는 감각기관이라고 하고, 기계나 기구에서는 센서라고 한다. 생물기능을 모사하여 전자 공학을 응용함으로써 외부로부터 받은 물리?화학적 자극을 감지할 수 있는 생명소자를 보통 바이오센서라 한다.

하지만, 종래의 바이오센서는 실리콘 기판과 같이 딱딱한 기판상에 형성된 마이크로어쎄이 또는 마이크로플루이딕채널(microfluidic, 이하 미세유체 채널이라 한다) 상에서 제조되므로, 다양한 구조를 가지기 어려웠다. 이러한 기판의 한계를 극복하기 위하여 Lieber 등은 기판 상에서 촉매를 이용하여 실리콘 나노와이어를 성장시키는, 이른바 바텀-업(bottome-up) 방식의 센싱 소자 제조방법을 개시한다. 하지만 이러한 바텀-업 방식의 센싱소자는 나노와이어를 기판상에 직접 성장시켜야하므로, 전체적인 반도체 소자의 성능이 떨어지고, 또한 균질성이 떨어진다는 문제가 있다 (nature biotechnology vol. 23, 1294, 2005).

상기 바텀-업 방식의 센싱소자 제조방법의 단점을 해결하고자, McAlpine 등은 마이크로구조-반도체(Microstructure Semiconductor, μs-Sc)기술을 이용한 탑-다운(top-down)방식으로, 플라스틱 기판상의 나노와이어를 이용하는 화학 센서를 개시한다(Nature Materials, Vol6, May 2007, 이하 종래기술). 하지만, 상기 종래기술은 기체의 일정 성분을 검출하는 기술에 관한 것으로서, 물과 같은 용매에 의하여 이루어지는 바이오센서에는 바로 적용하기는 어렵고, 또한, 복수 종류의 물질을 검출하고자 하는 경우 복수 개의 센서를 제조하여야 한다는 문제가 있다.

따라서, 플렉서블 기판상에 구현되며, 복수 종류의 검출물질을 고성능 반도체를 이용하여 매우 효과적으로 센싱할 수 있는 새로운 개념의 플렉서블 고감도 바이오 센서, 특히 반도체 센서는 아직까지 구현되지 않았다. 특히 반도체 제조공정의 극심한 조건과 플렉서블 기판(일반적으로 고분자 재질) 및 바이오 물질의 약한 내열성, 내화학 특징 등은 아직까지 양립하기 어려운 것으로 고려되었으며, 그 결과 플렉서블 기판상에 구현된 바이오 센서, 특히 반도체를 이용하는 바이오 센서는 아직까지 개시되지 못한 실정이다.

더 나아가, 다양한 금속을 이용하는 바이오센서의 경우 칩 전극에 생물학적 활성물질(단백질, 펩티드)을 고정화시키기 위한 화학적 전처리 공정이 요구된다. 하지만, 상기 방법은 복잡하고 비특이적인 단백질과 결합 등의 큰 단점을 가지고 있으며, 결합력이 약할 뿐만 아니라 많은 화학물질에 영향을 받을 수 있기 때문에 여러 단백질-단백질 상호작용 검사 시에는 제한점이 많아 실용화가 어렵다. 더 나아가, 이러한 화학 공정을 플라스틱과 같은 플렉서블 기판에서 수행하는 경우 기판 자체에도 나쁜 영향을 줄 수 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 바이오 활성물질의 특이적 결합에 따라 효과적인 바이오 물질 검출이 가능하며, 응용성 및 경제성이 높은 새로운 개념의 플라스틱 바이오 센서를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 바이오 활성물질의 특이적 결합에 따라 효과적인 바이오 물질 검출이 가능하며, 응용성 및 경제성이 높은 새로운 개념의 새로운 개념의 플라스틱 바이오 센서의 효과적이고, 경제적인 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 소정 깊이의 홈이 구비되며, 상기 홈의 양 측면에 각각 금속라인이 연결된 플라스틱 기판; 상기 홈 내부로 안착되며, 소스, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 노출된 실리콘 기판을 포함하는 바이오 센서 단위소자; 및 상기 바이오 센서의 상부에 구비되며, 상기 단위소자의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판을 지나며, 하부의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판과 수직으로 유체연통하는 미세 채널이 구비된 상부기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 상부기판 하부에는 금속층이 포함되며, 상기 금속층은 상기 플라스틱 기판의 금속라인과 바이오 센서 단위소자의 소스 및 드레인 전극과 각각 전기적으로 연결되며, 상기 플라스틱 바이오 센서 단위소자는 1mm x 1mm 이하의 크기를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 기판에 바이오 물질을 탐침하기 위한 탐침물질이 고정되며, 상기 플라스틱 기판의 미세채널 양 단부에는 상기 미세채널로 바이오 물질 함유 용액을 주입하기 위한 주입 웰 및 배출 웰이 구비된다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 플라스틱 기판과 상부기판 사이에는 충전제가 주입되어, 상기 플라스틱 기판과 상부기판 사이의 이격공간을 메운다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 소정 깊이의 홈이 구비되며, 상기 소정 홈의 양 측면에 각각 금속라인이 연결된 플라스틱 기판; 상기 홈 내부로 안착되며, 소스, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 노출된 실리콘 기판을 포함하는 바이오 센서 단위소자; 및 상기 바이오 센서의 상부에 구비되며, 상기 단위소자의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판을 지나며, 하부의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판과 수직으로 유체연통하는 미세 채널이 구비된 상부기판을 포함하며, 상기 바이오 센서 단위소자는 순차적으로 적층된 벌크 실리콘 기판, 절연층 및 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 상기 단결정 실리콘 기판이 상기 단위소자의 노출된 실리콘 기판은 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서를 제공한다.

또한 본 발명은 소정 깊이의 홈이 구비되며, 상기 소정 홈의 양 측면에 각각 금속라인이 연결된 플라스틱 기판; 상기 홈 내부로 안착되며, 소스, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 노출된 실리콘 기판을 포함하는 바이오 센서 단위소자; 및 상기 바이오 센서의 상부에 구비되며, 상기 단위소자의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판을 지나며, 하부의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판과 수직으로 유체연통하는 미세 채널이 구비된 상부기판을 포함하며, 상기 바이오 센서 단위소자는 순차적으로 적층된 벌크 실리콘 기판, 절연층 및 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 상기 단결정 실리콘 기판이 상기 단위소자의 노출된 실리콘 기판은 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서를 제공하며, 상기 금속층은 상기 플라스틱 기판의 금속라인과 바이오 센서 단위소자의 소스 및 드레인 전극과 각각 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 금속층과 소스, 드레인 전극 사이 및 상기 금속층과 금속라인 사이에는 이방성 전도성 물질이 충전되며, 이에 따라 상기 금속층은 상기 플라스틱 기판의 금속라인과 바이오 센서 단위소자의 소스 및 드레인 전극과 각각 전기적으로 연결되며, 상기 단위소자와 홈 사이에는 별도의 탄성부재가 구비된다. 또한, 상기 단결정 실리콘 기판에 소정 바이오 물질과 특이적으로 결합할 수 있는 탐침 물질이 고정된다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (a) 벌크 실리콘 기판, 절연층 및 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 SOI 기판 상에 소스 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터 방식의 바이오 센서 단위소자를 제조하는 단계; (b) 상기 하부 벌크 실리콘 기판을 그라인딩하여, 상기 단위소자 높이를 감소시키는 단계; (c) 상기 단위소자를 소정 깊이 및 면적의 홈이 구비된 플라스틱 기판의 홈 내부에 전사시키는 단계; (d) 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 단위소자 게이트 채널 및 상기 플라스틱 기판을 지나며, 하부 단위소자 게이트 채널 및 플라스틱 기판과 유체연통하는 미세채널이 구비된 상부기판을 상기 전사된 단위소자 상부에 결합시키는 단계; 및 (e) 상기 미세채널을 통하여 탐침물질을 흘려 상기 단위소자 게이트 채널의 실리콘 기판과 상기 탐침물질을 고정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 상부기판 하부에는 금속층이 구비되며, 상기 금속층은 소스, 드레인 전극과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 탐침물질은 게이트 채널의 상기 실리콘 기판과 특이적으로 결합하는 단백질이 융합된 물질이다. 또한, (d)와 (e) 단계 사이에는 상기 상부기판과 플라스틱 기판 사이를 충전제로 채우는 단계가 더 포함된다.

본 발명은 또한 상술한 방법에 의하여 제조된 바이오 센서를 제공한다.

본 발명은 또한 (a) 벌크 실리콘 기판, 절연층 및 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 SOI 기판 상에 소정 간격으로 이격된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터 방식인 복수 개의 바이오 센서 단위소자를 제조하는 단계; (b) 상기 하부 벌크 실리콘 기판을 그라인딩하여, 상기 단위소자 높이를 감소시키는 단계; (c) 상기 복수 개의 단위소자를 광학적 방식으로 절단하여 상기 단위소자를 서로 분리시키는 단계; (d) 상기 분리된 단위소자의 측면과 하단부에 탄성부재를 접합시키는 단계; (e) 소정 깊이 및 면적의 홈이 구비되며, 상기 홈 양 측면에 금속라인이 연결된 플라스틱 기판의 홈 내부에 상기 단위소자를 전사시키는 단계; (f) 하부면에 금속층이 구비되며, 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 단위소자 게이트 채널과 유체연통하는 미세채널이 구비된 상부기판을 상기 전사된 단위소자 상부에 결합시키는 단계; (g) 상기 소스 및 드레인 전극과 금속층 사이, 상기 금속라인과 금속층 사이의 공간에 전도성 물질을 채우는 단계; (h) 상기 플라스틱 기판과 상부기판 사이의 공간을 충진제로 메우는 단계; 및 (i) 상기 미세채널을 통하여 탐침물질을 흘려 상기 단위소자 게이트 채널의 실리콘 기판과 상기 탐침물질을 고정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 단위소자의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에는 소정 높이만큼 돌출되어, 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 상기 상부기판의 금속층과 직접 연결되지 않도록 하는 절연층이 더 구비되며, 상기 전도성 물질은 이방성 전도성 물질일 수 있다.

본 발명에 따른 바이오센서는 플렉서블한 플라스틱 기판상에 구현되므로, 종래의 실리콘 기판상에 구현된 바이오센서가 가지는 기판의 한계를 효과적으로 극복할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 바이오센서 소자는 고성능 마이크로 구조 반도체를 이용하여 플라스틱 기판에서 바이오 물질을 검출하기 때문에, 기존 바이오 센서보다 우수한 감응도를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 바이오센서는 플렉서블 기판의 한계를 극복하기 위하여, 별도의 금속 전극 패드의 전처리 과정 없이 원하는 생물학적 활성 물질을 특이적으로 실리콘 기판, 즉, 게이트 기판에 결합시킬 수 있으므로, 경제성과 공정 응용성이 우수하다. 즉, 기존의 자기조립 단일층(Self-Assembled Monolayer, SAM) 기반의 바이오 물질 고정화 기술에 비해 표면수식화 공정 없이 바이오 리셉터의 방향을 유지하면서, 보다 간단한 공정으로 효율적으로 원하는 바이오 리셉터로 표면을 기능화시킬 수 있다. 더 나아가, 전기적 검출 기반의 고감도 바이오센서를 투명한 플라스틱 기판 위에 구현할 경우, 바이오 신호를 디지털 전기신호로 전환하여 타 정보처리 디바이스와의 연계성이 높아지며, 휴대성이 좋고 전기적 검출뿐만 아니라 광학적인 검출도 가능하고 생산원가도 낮아지는 등 많은 이점이 존재하게 된다.

도 1 내지 21은 본 발명에 따른 플라스틱 바이오 센서 제조방법의 단계도이다.
도 22 및 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 USB 방식의 바이오 센서의 사진이다.
도 24는 본 발명에 따른 바이오 센서를 이용한 항원 검출 방법을 설명하는 모식도이다.
도 25는 SBP-항체 융합 단백질을 실리콘 표면에 결합시킨 후, 항원을 흘려주었을 때 나타나는 드레인 전류 변화값을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타내며, 본 명세서에 첨부된 도면은 모두 전체 평면도 및 부분 단면(A-A')을 절개한 단면도의 형식으로 해석된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 실리콘 기판상에 소스, 드레인을 형성함으로써 바이오센서 영역을 정의한 후, 해당영역을 플렉서블 기판에 전사하는 방식의 플렉서블 바이오센서 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플라스틱 바이오센서를 제공한다. 상기 실리콘 기판은 Si (111) 기판으로부터 분리, 전사되거나 또는 절연체위에 적층된 실리콘 기판(SOI 기판)으로부터 분리, 전사될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 플라스틱 기판은 실리콘 기판과 달리 소정의 탄성을 가지며, 저가로 생산될 수 있는 중합체 기판을 의미하며, 본 발명은 특히 플라스틱 기판과 실리콘 기반의 바이오 센서 단위소자를 결합시켜, 두 기판을 하나의 미세채널이 지나는 방식으로 바이오 센서를 제조한다.

본 발명의 일 실시예는 플라스틱 기판에 소정 깊이의 홈을 형성한 후, 소정 수준의 두께인 실리콘 기판 바이오 소자를 안착시키는 방식이다. 본 발명에서 상기 바이오 소자는 실리콘 기판에서 제조된 트랜지스터 방식으로, 소스, 드레인 전극 및 상기 소스, 드레인 전극에 대응되는 소스, 드레인 영역 사이의 게이트 채널을 포함한다. 또한, 본 발명은 플라스틱 기판의 홈의 양 측면에 각각 금속라인이 연결되며, 상기 금속라인은 소스, 드레인 라인이 된다. 따라서, 본 발명은 상기 소스, 드레인 전극과 금속라인을 전기적으로 연결하며, 게이트 채널 기판에 유체를 흘릴 수 있는 미세채널이 구비된 별도의 상부 기판으로 상기 홈에 안착된 바이오 센서 소자를 커버한다. 여기에서 상기 미세채널은 플라스틱 기판 및 바이오 센서를 동시에 지나며, 상부 기판의 위아래를 관통하는 구조이다. 특히 본 발명은 실리콘 기판만을 미세채널을 지나는 종래 방식과 달리 미세채널이 플라스틱 기판으로부터 실리콘 기반의 바이오 센서 단위소자를 지나는 방식을 취한다. 따라서, 적은 크기의 실리콘 기판을 사용, 바이오 센서를 제조할 수 있으므로, 보다 경제적인 바이오 센서 제조방법이 실현 가능하다.

아래의 도면은 본 발명의 다양한 형태의 실시태양을 연속적인 공정으로 표현한 것으로, 아래 도면에서 설명되는 공정의 전체 단계가 하나의 발명으로 해석되지 않는다.

도 1 내지 21은 본 발명에 따른 플렉서블 바이오 센서 제조방법의 단계도이다.

하부 벌크 실리콘 기판(110) 상에 실리콘층(130)이 구비된 SOI(Silicon On Insulator) 기판(100)이 개시된다. 본 발명에 따른 SOI 기판(100)은 절연층(120)을 두 실리콘 층, 벌크 실리콘 기판(110)과 상부 실리콘 기판(130) 사이에 인위적으로 형성시켜 기층부로부터의 영향을 제거하여 절연체 위에 형성된 고순도 실리콘(130)층의 가공, 효율 및 특성을 대폭 향상시킨 SOI 기판 기반의 바이오 센서를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 상부 실리콘 기판은 단결정 실리콘 기판이나, 본 발명의 범위는 이제 제한되지 않는다.

본 발명에서 상기 상부 실리콘층(130)은 p 형 불순물이 약 10¹⁷/ cm³ 내지 10¹⁸/ cm³으로 도핑된 상태이다. 또한, 상기 하부 벌크 실리코 기판의 두께는 700㎛, 절연층의 두께는 200nm, 그리고 상부 실리콘 기판(130)의 두께는 40 내지 50nm 수준이었다.

도 2를 참조하면, 상기 상부 실리콘 기판(130)에 고농도의 p형 불순물을 주입하여, 소정 간격으로 이격된 소스 및 드레인 영역(140)을 형성한다. 여기에서 고농도라 함은 도 1에서 주입된 p형 불순몰 농도보다 높은 농도를 의미하며, 고농도의 p형 불순물이 도핑된 소스-드레인 영역이 SOI 기판상에 복수 형성된다.

도 3을 참조하면, 상기 하부 벌크 실리콘 기판(110)을 그라인딩(grinding)하여 두께를 감소시킨다. 본 발명의 일 실시예에서는 하부 벌크 실리콘 기판의 그라인딩으로 전체 SOI 기판의 두께가 60 내지 200㎛ 수준이 되도록 하였다.

도 4를 참조하면, 상기 소스 및 드레인 영역 상에 금속층을 적층, 패터닝하여 소스, 드레인 전극(150)을 형성한다. 상기 금속층 적층은 리프트-오프 공정 또는 리쏘그래피-식각 공정으로 진행될 수 있으며, 이때 상기 소스, 드레인 전극(150)의 면적은 소스 및 드레인 영역(140) 보다 작은 것이 바람직하다. 이로써 소스 드레인 영역(140)의 일부는 외부로 노출되며, 소스 및 드레인 영역(140) 사이의 게이트 채널 또한 외부로 노출된다.

도 5를 참조하면, 상기 소스 및 드레인 영역(140)이 형성된 상부 실리콘 기판(130)의 일부 영역(이하, 단위 영역)을 제외하고, 나머지 상부 실리콘 기판(130)이 식각 공정 등에 의하여 제거된다. 이때 상기 소스-드레인 영역(140) 사이의 게이트 채널 중 일부 상부 실리콘 기판(130a)은 남게 되며, 즉, 소스 및 드레인 영역 사이에 형성된 게이트 채널의 상부 실리콘 기판은 바이오 활물질이 고정화되는 대상 기판으로 기능한다. 이때 상기 게이트 채널의 실리콘 기판에 대한 패터닝은 다양한 방식으로 진행될 수 있으며, 예를 들면 유효 면적을 극대화시키는 브릿지 형태로 상기 게이트 채널의 실리콘 기판을 구성할 수 있다. 또한 상부 실리콘 기판이 단결정 실리콘인 경우, 상기 게이트 채널의 실리콘 기판은 단결정 실리콘으로 이루어진다.

도 6을 참조하면, 브릿지 형태, 즉, 아래에도 채널이 형성된 형태로 게이트 채널의 실리콘 기판을 패터닝한다. 노출된 절연층(120)은 BOE 식각 공정에 의하여 제거되며, 이로써 하부 벌크 실리콘층(110) 상에 복수 개의 분리된 센서(소자) 기판이 제조된다. 특히 소스 및 드레인 영역(140a, 140b) 사이의 실리콘층(즉, 게이트 채널)은 채널 아래 부분이 노출됨으로써 상부 실리콘층 상부면과 하부면이 모두 노출된 구조, 즉 이중층 구조를 이루는데, 이러한 구조를 통하여 바이오 물질이 결합할 수 있는 실리콘 표면적을 증가시키며, 그 결과 센서의 민감도가 증가하게 된다. 즉, BOE를 이용한 식각 공정에서, 게이트 채널의 너비를 소스 및 드레인 영역의 너비보다 매우 좁게 구성하는 경우, 게이트 채널 부분 아래의 산화물층 식각속도가 소스, 드레인 부분의 산화물층의 식각 속도에 비해 훨씬 빠르기 때문에 적당한 시간동안 식각을 진행하게 되면 실리콘 아래 부분의 산화물층, 즉, 절연층(120)만 제거되고 소스, 드레인 부분의 절연층(120)은 남아 있게 된다. 또한, 게이트 채널의 너비 및 식각 공정 시간 조절을 통하여, 게이트 채널 아래 부분의 절연층(120)을 제거하고, 단결정인 게이트 채널 실리콘 기판(130a)의 아랫면과 윗면을 모두 외부로 노출시켜, 센서의 유효 활성 면적을 증가시킨다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 게이트 채널(소스 및 드레인 영역 사이의 채널)은 소스 또는 드레인 영역 너비의 1/2미만인 것이 바람직하며, 만약 1/2이상인 경우 게이트 채널 아래의 산화물층이 잔류하는 문제가 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 소스 및 드레인 영역의 너비는 100 내지 14㎛, 채널 너비는 2㎛이하이었다.

도 7을 참조하면, 상기 기판 상에 또 다른 절연층(제 2 절연층, 160)을 적층한 후, 패터닝한다. 상기 패터닝을 통하여, 상기 소스 및 드레인 전극(150)이 일부 노출되며, 상부 실리콘 기판 하부의 절연층(제 1 절연층, 120) 측면은 상기 제 2 절연층(160)에 의하여 보호된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 절연층(160)은 접합성과 가공성이 우수한 SU-8 이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.

도 8을 참조하면, 상기 바이오 소자 영역(즉, 소스 및 드레인 영역 및 게이트 채널을 포함하는 단위 기판 영역)을 절단하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 바이오 소자 영역의 절단은 소자 영역 주변의 SOI 기판을 절단하는 공정으로, 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정을 사용하였다. 이로써 전사되는 단위 바이오 센서의 단위 소자들이 서로 분리되어 제거되며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 단위 소자들의 크기는 약 1900um x 900um이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 절단된 단위 소자는 여전히 고정된 기판에 적층된 형태이며, 광학적인 방식으로 절단된 형태이므로, 여전히 최초의 정렬상태를 유지하면, 절단에도 불구하고, 위치 이동 등의 문제가 발생하지 않는다.

도 9를 참조하면, 기계적인 방식이 아닌 광학적 방식으로 절단된 단위 소자 상에 전사층(200)이 접촉된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 전사층(200)은 플라스틱 형태로서 소정의 접착층(미도시)가 도포된 형태일 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 전사층(200)에 전사된 단위 소자는 상기 전사층(200)에 의하여, 상기 단위 소자 크기 및 두께에 대응하는 홈이 구비된 커버(300)에 안착되며, 상기 커버(300)의 홈 두께는 상기 소스 및 드레인 전극 아래의 SOI 기판 두께에 대응된다. 이로써 소스-드레인 전극만 상기 고분자 커버(300) 위로 돌출된 구조가 형성된다. 상기 커버(300)는 플라스틱 기판의 홈에 소자를 전사했을 때 틈이 있으면 바이오 물질이 새어나가는 문제가 생기기 때문에 이를 방지하기 위해 사용된다.

도 11a를 참조하면, 바이오 센서를 전사하고자 하는 플라스틱 기판(400)에 소정 크기의 홈(410)을 형성시킨다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 플라스틱 기판(400)은 인쇄회로기판(PCB) 기판일 수 있으며, 상기 홈(410)은 플라스틱 기판(400)에 COC를 이용, 제조될 수 있으며, 이 경우 드릴링을 통해 홈의 깊이를 조절가능하다. 하지만 상기 홈(410)은 하나의 플라스틱 기판을 드릴링하여 제조되는 방식 이외에, 기존의 플라스틱 기판에 별도의 플라스틱 기판을 올리는 방식으로도 제조될 수 있다. 도 11b 및 11c는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 플라스틱 기판의 홈 형성 방법이다.

도 11b 및 11c를 참조하면, 평평한 제 1 플라스틱 기판(401) 상에 제 2 플라스틱 기판(402)이 적층된다. 상기 제 2 플라스틱 기판(402)의 일부 영역은 상하가 개방된 형태로서, 제 1 플라스틱 기판(401)과 제 2 플라스틱 기판(402)의 결합에 따라, 소정의 홈(411)이 형성된다.

도 12a를 참조하면, 상기 플라스틱 기판(400) 상에 금속층을 적층한 후, 리쏘그래피 및 식각 공정을 통하여 패터닝한다. 이를 통하여, 상기 홈(410)의 양 측면상에 소정 길이를 갖는 전극라인(420)이 형성된다. 홈(410)의 양 측면에 연결된 전극라인(420)은 이후 홈(410) 내부에 안착되는 바이오 센서의 소스 및 드레인 전극(150)과 연결되어, 소스 및 드레인 라인을 형성하게 된다. 하지만, 두 개의 플라스틱 기판의 접합에 따라 소정 홈이 형성된 경우라면, 도 12b와 같이 제 2 플라스틱 기판(402) 상에 금속 라인(421)이 적층될 수 있다.

도 13a를 참조하면, 상기 도 12a의 홈(410) 내부에 도 10에서 제조된 바이오 센서 단위소자가 전사된다. 이때 전사는 상기 단위소자 상부에 접합된 전사층(200)을 이용하며, 예를 들면, LED 전사 장치를 이용하여, 상기 단위소자(B)를 플라스틱 기판 홈(410) 내부로 전사될 수 있다. 상술한 바와 같이 플라스틱 기판의 홈과 바이오 센서 사이에는 탄성부재인 커버층(300)이 채우게 되며, 상기 커버층(300)은 바이오 물질 용액이 플라스틱 기판 내부로 스며드는 문제를 방지하기 위한 것으로, 소정의 탄성을 갖는 고무와 같은 고분자 물질을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 플라스틱 기판의 홈이 두 개의 플라스틱 기판의 결합에 따라 형성된 경우(도 11b, 11c 및 12b 참조), 도 13b와 같은 구조로 바이오 센서 단위소자가 안착된다.

이후 상기 전사층(200)은 바이오 센서 단위소자(B)로부터 분리된다(도 14 참조).

도 15를 참조하면, 하부에 금속층(431)이 적층되며, 하부 단위소자의 게이트 채널에 대응되는 채널과 상기 채널의 양쪽에 연결된 웰 영역(주입 웰, 배출 웰)이 개방된

상부기판(430)을 상기 단위 소자의 제 2 절연층(160) 상에 결합시킨다. 즉, 도 15에서 상기 상부기판에는 개방된 미세채널(432b)이 형성되며, 상기 미세채널(432b)의 양 끝에는 동일하게 개방된 주입 웰(432a) 및 배출 웰(432b)가 구비된다. 실리콘 기판을 미세채널이 전체적으로 지나는 종래 기술과 달리 본 발명은 소스 및 드레인 전극 사이의 단위소자 게이트 채널 및 상기 플라스틱 기판을 상기 미세채널이 순차적으로 지나며, 이때 상기 미세채널은 하부 단위소자 게이트 채널 및 플라스틱 기판과 유체연통한다. 따라서, 이러한 구조의 미세채널을 통하여 단위소자의 게이트 채널 기판은 외부로 노출되며, 미세채널에 연결된 주입 웰(430a)로 주입되어, 미세 채널을 흐르는 바이오 물질 용액은 바이오 소자의 게이트 채널(실리콘 기판)과 접촉, 결합하게 된다. 따라서, 최소 수준의 실리콘 기반 바이오 센서 단위소자를 사용하여 플라스틱 바이오 센서를 제조할 수 있다. 본 발명의 경우 상기 단위소자의 크기가 1mm x 1mm 이하인 경우에도 충분한 바이오 물질 센싱이 가능하다는 것을 실험적으로 증명하였다. 즉, 이렇게 마이크론 스케일로 바이오 센서 단위 소자를 작게 만들고, 이를 플라스틱 기판에 안착시키는 경우, 바이오 센서에서의 3cm 정도 되는 유체흐름은 실리콘 소자와 플라스틱 기판을 순차적으로 흐를 수 밖에 없다. 따라서, 본 발명은 이러한 구성을 통하여 8인치 실리콘 기판에서 3cm x 3cm 로 바이오 소자를 만드는 종래 기술에 비하여, 많게는 수만 배 이상의 바이오 센서를 만들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 상부기판(430)은 유리와 같은 투명기판이었으며, 상기 상부기판(430)은 단위소자의 소스 및 드레인 전극 및 플라스틱 기판의 각 측면에 구비된 전극라인(420)에 하부의 금속층(431)이 각각 중첩되는 형태를 갖는다.

상기 상부기판(430) 하부의 금속층(431)은 단위소자의 소스, 드레인 전극(150)과 플라스틱 기판 상에 적층된 전극 라인(420)을 전기적으로 연결하는 브릿지 역할을 수행한다. 따라서 상기 상부기판(430)의 일부는 소스 또는 드레인 전극에 중첩됨과 동시에, 또 다른 일부는 플라스틱 기판 상의 전극라인(420)에 중첩되어야 한다. 여기에서 중첩이라 함은 수직으로 관찰하였을 때, 서로 오버랩되는 형태를 의미한다. 하지만, 도 15에서 알 수 있듯이, 상부 기판(430)과 하부의 단위소자는 소정 높이로 돌출된 제 2 절연층을 통하여 결합된 바, 실제 단위소자 전극(150) 또는 전극라인(420)과 상부기판의 전극(431) 사이에는 소정 높이의 공간이 이격되어 있는 상태이다. 즉, 본 발명은 절연층을 통하여 소스, 드레인 전극, 그리고 금속라인이 바로 상부기판의 금속층과 전기적으로 연결되지 않게 하며, 각 금속부재 사이를 전도성 물질로 다시 채우는 방식으로 바이오 센서를 제조하였다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 소스 및 드레인 전극과 상부기판 전극(431) 사이의 공간과 플라스틱 기판의 전극라인(420)과 상부기판 전극(431) 사이의 공간에 전도성 물질(440)을 채우는데, 본 발명의 일 실시예에서는 소자 전극과 상부기판 전극 사이의 전류 흐름은 수직인 점에 착안하여, 비등방성 전도성 에폭시 수지를 상기 전도성 물질(440)로 사용하였으며, 여기에서 비등방석 전도성 에폭시 수지는 전류를 위, 아래로만 흐르게 하므로, 단위 소자의 드레인 전극에서 발생한 전류는 상부기판의 전극(431)을 흐르게 되고, 다시 플라스틱 기판의 전극라인(420)로 이어진다.

하지만, 상기 단위소자 측면공간(A)은 여전히 빈 공간으로 남아 있는 상태이며, 이 공간을 통하여 실제 바이오 물질 용액이 누액되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 플라스틱 기판(400)과 상기 기판(430) 사이에도 소정 높이만큼 이격된 형태로서, 만약 상기 주입 웰(432a)를 통하여 바이오 물질을 흘리는 경우, 채널(432b)로 흐르지 않고, 플라스틱 기판 아래로 흘러 나갈 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 상기 단위소자 측면공간, 그리고 상기 플라스틱 기판(400)과 상부기판(430) 사이에 별도의 액상 충진제(filler)를 주입하게 되는데, 상기 주입된 충전제(filler)는 상술한 단위소자 측면공간(A)을 채울 뿐만 아니라, 커버층(200)과 플라스틱 기판 사이의 공간을 채워 주게 된다. 또한 상기 충전제(filler 또는 gap filler)는 상부 기판(430)과 플라스틱 기판(420) 사이의 공간을 채우며, 이로써 상기 상부기판 중 개방된 영역(432a, 432b, 432c)을 통하여 바이오 물질 함유 용액이 흐를 수 있다.

도 17을 참조하면, 도 16의 공동 공간(A)에 충진제(450)가 채워지는 것을 알 수 있다.

도 18을 참조하면, 하부의 바이오 센서를 지나는 채널(432b)의 단부에 연결된 배출 웰(432c)에 흡습지와 같은 용액 흡수 부재(460)를 설치한다. 이로서 주입 웰(432a)로부터 채널(432b)를 통하여 흐르는 바이오 물질 용액은 배출 웰(432c)에 구비된 흡습지로 흡수되어, 용이하게 제거된다. 상기 채널(432b)를 흐르는 바이오 물질은 상부기판(430) 아래의 바이오센서 단위소자의 게이트 채널 실리콘 기판을 접촉하게 되며, 이로써 탐침물질(probe)의 고정화(immobilizatioin) 및 검출물질과 탐침물질 사이의 반응에 따른 특이적 결합반응이 일어날 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 바이오 센서는 상부기판(430)과 하부의 플라스틱 기판(400)의 결합에 따라 미세채널(430b) 및 상기 미세채널의 양 끝에는 바이오 물질이 주입되는 주입 웰(432a)과 바이오 물질이 배출되는 배출 웰(432b)을 포함한다. 여기에서 상기 주입 웰(432a)과 배출 웰(432c)은 상기 수직 연통하는 상부기판(430)과 상기 상부기판(430) 아래의 충진제(440)의 결합에 따라 소정 깊이와 넓이로 형성된다.

도 19를 참조하면, 주입 웰(430a)로 탐침물질(probe, p)을 주입하여, 미세채널(430b)로 탐침물질(p)을 흘린다. 특히 실리콘에 특이적으로 결합하는 바이오 물질(예를 들면, 실리콘 결합 단백질(SBP))과 융합된 탐침물질(p)인 경우 바이오 센서의 단위소자의 게이트 전극(130a)에 결합한다.

본 발명의 일 실시예에서는 하기 실시예의 실리콘 결합 단백질과 항체를 결합시킨 탐침물질을 사용하였다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침물질 결합 방식을 설명하는 모식도이며, SBP-항원 융합 단백질(fusion protein)이 탐침물질로 사용되었다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서의 경우 게이트 기판(130a) 구조를 이중층 구조로 함으로써 바이오 물질과 접촉하는 게이트 기판 면적을 극대화시키며, 이에 따라 센서의 검출 효능을 극대화시킨다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서는 좁은 횡면적에도 불구하고, 게이트 채널 기판의 전면과 배면을 모두 노출시킴으로써 실제 탐침물질의 결합량을 증가시킨다.

도 21을 참조하면, 상기 상부기판(430) 상에 플라스틱 커버(500)을 덮게 된다. 상기 플라스틱 커버(500)에는 주입 웰(432a)로 바이오 물질을 주입하기 위한, 별도의 홀(h)이 구비된다.

도 22 및 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 USB 방식의 바이오 센서의 사진이다.

도 22 및 23을 참조하면, PCB 기판에 미세 크기의 실리콘 기반 바이오 센서가 안착되어, 효과적인 바이오 물질 검출이 가능하다는 것을 알 수 있다.

이하 상기 제조된 바이오 센서를 이용한 바이오 물질 센싱 방법을 도면을 이용, 상세히 설명한다.

도 24는 본 발명에 따른 바이오 센서를 이용한 항원 검출 방법을 설명하는 모식도이다.

도 24를 참조하면, 상기 플라스틱 커버(500)에 구비된 홀(h)을 통하여, 바이오 물질(t) 함유 용액을 주입한다. 여기에서 바이오 물질이라 함은 DNA, 단백질, 항체 등과 같은 바이오 물질을 모두 포함하는 것으로 해석된다.

예를 들면, 상기 게이트 채널 전극(130a)에 결합된 바이오 물질이 실리콘 결합 단백질과 융합된 항체인 경우, 도 22 에서 주입되는 바이오 물질은 항체와 결합 가능한 항원일 수 있다.

만약 항원-항체와 같은 바이오 물질 간의 특이적 결합이 발생하는 경우, 드레인 전류의 변화가 발생하며, 이를 센싱함으로써 주입된 용액에서 바이오 물질의 종류를 알 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명은 보다 상세히 설명한다. 하지만, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되지 않는다.

실시예 1

항원 검출

본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 플렉서블 바이오 센서를 이용하여, 항원을 검출하는 실시예를 나타낸다.

본 실험예에서 사용된 SBP는 아래의 염기서열 및 아미노산 서열을 따른다.

1. rplB1

5'-GCTATCGTTAAATGTAAGCCGACCTCCGCTGGTCGTCGTCACGTTGTTAAAATCGTGAACCCTGAATTACATAAGGGTAAACCTTACGCACCTTTATTAGATACTAAATCTAAAACTGGTGGTCGTAATAATTTAGGACGTATCACTACTCGTCATATCGGTGGTGGTCATAAACAA-3

RplB1

H2N-AIVKCKPTSAGRRHVVKIVNPELHKGKPYAPLLDTKSKTGGRNNLGRITTRHIGGGHKQ-COOH

2. rplB2

5'-GTACTTGGTAAAGCCGGTGCCAACCGCTGGAGAGGCGTTCGCCCTACAGTTCGCGGTACTGCGATGAACCCGGTAGATCACCCGCACGGTGGTGGTGAAGGTCGTAACTTTGGTAAACACCCGGTATCACCTTGGGGCGTTCAAACCAAAGGTAAGAAAACTCGTCACAACAAACGTACCGATAAATATATCGTACGTCGTCGTGGCAAA-3

RplB2

H2N-VLGKAGANRWRGVRPTVRGTAMNPVDHPHGGGEGRNFGKHPVSPWGVQTKGKKTRHNKRTDKYIVRRRGK-COOH

3. rplB12

5'-ATGGCTATCGTTAAATGTAAGCCGACCTCCGCTGGTCGTCGTCACGTTGTTAAAATCGTGAACCCTGAATTACATAAGGGTAAACCTTACGCACCTTTATTAGATACTAAATCTAAAACTGGTGGTCGTAATAATTTAGGACGTATCACTACTCGTCATATCGGTGGTGGTCATAAACAAgtcgacGTACTTGGTAAAGCCGGTGCCAACCGCTGGAGAGGCGTTCGCCCTACAGTTCGCGGTACTGCGATGAACCCGGTAGATCACCCGCACGGTGGTGGTGAAGGTCGTAACTTTGGTAAACACCCGGTATCACCTTGGGGCGTTCAAACCAAAGGTAAGAAAACTCGTCACAACAAACGTACCGATAAATATATCGTACGTCGTCGTGGCAAA-3

RplB12

H2N-MAIVKCKPTSAGRRHVVKIVNPELHKGKPYAPLLDTKSKTGGRNNLGRITTRHIGGGHKQVDVLGKAGANRWRGVRPTVRGTAMNPVDHPHGGGEGRNFGKHPVSPWGVQTKGKKTRHNKRTDKYIVRRRGK-COOH

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예는 하기의 염기 서열 및 아미노산 서열의 SBP를 이용한다.

SBP1-coding gene

5'-ATGAGCCCACACCCGCACCCACGTCACCATCACACC-3'

SBP1

H2N-MSPHPHPRHHHT-COOH

SBP5-coding gene

5'-AAACCGAGCCACCACCACCACCACACCGGCGCGAAC-3'

SBP5

H2N- KPSHHHHHTGAN-COOH

SBP10-coding gene

5'-CGTGGCCGTCGTCGTCGTCTGTCTTGCCGTCTGCTG-3'

SBP10

H2N-RGRRRRLSCRLL-COOH

본 발명은 상기 SBP 단백질과 Protein A 또는 G의 융합 단백질을 생물학적 활성 물질로 사용하였는데, 상기 융합 단백질은 실리카에 특이적으로 결합하는 SBP와 항체와 특이적으로 결합하는 SpG의 두 가지 종류의 단백질을 모두 함유하는 형태로서, 먼저 SBP에 의하여 게이트 영역의 실리콘 기판에 상기 융합 단백질이 고정된다.

아래의 아미노산 서열은 본 실시예에서 SpA 및 SpG로 사용된 Protein A 및 G의 아미노산 서열이다.

Protein A

H2N-AQHDEAQQNAFYQVLNMPNLNADQRNGFIQSLKDDPSQSANVLGEAQKLNDSQAPKADAQQNNFNKDQQSAFYEILNMPNLNEAQRNGFIQSLKDDPSQSTNVLGEAKKLNESQAPKADNNFNKEQQNAFYEILNMPNLNEEQRNGFIQSLKDDPSQSANLLSEAKKLNESQAPKADNKFNKEQQNAFYEILHLPNLNEEQRNGFIQSLKDDPSVSKEILAEAKKLNDAQAPKEEDNKKPGKEDGNKPGKEDGNKPGKEDNKKPGKEDGNKPGKEDNNKPGKEDGNKPGKEDNNKPGKEDGNKPGKEDGNKPGKEDGNGVHVVKPGDTVNDIAKANGTTADKIAADNKLADKNMIKPGQELVVDKKQPANHADANKAQALPETGEENPFIGTTVFGGLSLALGAALLAGRRREL-COOH

Protein G

H2N-LKGETTTEAVDAATAEKVFKQYANDNGVDGEWTYDDATKTFTVTEKPEVIDASELTPAVTTYKLVINGKTLKGETTTEAVDAATAEKVFKQYANDNGVDGEWTYDDATKTFTVTEKPEVIDASELTPAVTTYKLVINGKTLKGETTTKAVDAETAEKAFKQYANDNGVDGVWTYDDATKTFTVTE-COOH

상기 융합단백질 합성 방법은 상술한 SBP를 코딩하는 유전자와 protein A 또는 G를 코딩하는 유전자를 함유하고, 상기 두 유전자가 융합된 형태로 발현되도록 구성된 재조합벡터를 대장균에 삽입하여, 형질전환을 시키고, 상기 형질전환된 미생물을 배양하여, SBP-protein G의 융합 단백질(SBP-SpG)을 발현시킨다. 다시 융합단백질이 발현된 세포를 회수하고, 분쇄한 후, 다시 상기 융합단백질을 함유하는 수용성 분획을 분리하였다. 이로써, 실리콘 기판에 특이적으로 결합하는 생물학적 활성인 탐침물질이 제조된다.

이후 본 발명에 따라 제조된 바이오 센서의 주입 웰(432a)에 탐침물질을 주입하여, 실리카 결합 단백질(Silica Binding Protein, 이하 SBP)을 포함하는 탐침물질을 흘린다. 이로써, 상기 탐침물질은 바이오 실리콘 기판인 게이트 채널(특히 이중층 기판의 상하면)에 모두 특이적으로 결합되며, 고정화(immobilization)된다.

이후, 상기 미세유체 채널에 PBS를 다시 흘림으로써 미세유체 채널 및 실리콘 기판에 잔류하는 부산물 등을 모두 제거한다. 상기 PBS 등의 유체 투입 및 배출은 플라스틱 커버층에 구비된 홀과 배출 웰(432c)의 흡습부재를 통하여 수행됨은 상술한 바와 같다. 이후, 다시 상기 미세유체 채널(432b)에 항체를 흘리게 된다. 상기 항체는 실리콘 기판(게이트 영역)에 고정된 융합 단백질의 SpG와 특이적으로 결합하게 되며, 이에 따라 컬랙터 전류가 증가하게 되며, 이를 통하여 바이오 물질의 센싱이 가능하다.

도 25는 SBP-항체 융합 단백질을 실리콘 표면에 결합시킨 후, 항원을 흘려주었을 때 나타나는 드레인 전류 변화값을 나타낸다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 바이오 센서는 플라스틱 기판과 실리콘 기반 소자를 결합시켜, 우수한 제조 경제성 및 효과적인 바이오 물질이 가능하다.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 첨부하는 특허청구범위에 의하여 결정되며, 전술한 실시 예에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

또한, 당업자에게 자명하고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 본질에서 벗어나지 않는, 변경, 개량 내지 수정된 기술도 본 발명의 권리범위에 포함됨이 명백하게 이해된다.

Claims

소정 깊이의 홈이 구비되며, 상기 홈의 양 측면에 각각 금속라인이 연결된 플라스틱 기판;
상기 홈 내부로 안착되며, 소스, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 노출된 실리콘 기판을 포함하는 바이오 센서 단위소자; 및
상기 바이오 센서의 상부에 구비되며, 상기 단위소자의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판을 지나며, 하부의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판과 수직으로 유체연통하는 미세 채널이 구비된 상부기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 1항에 있어서,
상기 상부기판 하부에는 금속층이 포함되며, 상기 금속층은 상기 플라스틱 기판의 금속라인과 바이오 센서 단위소자의 소스 및 드레인 전극과 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 1항에 있어서,
상기 플라스틱 바이오 센서 단위소자는 1mm x 1mm 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 1항에 있어서,
상기 실리콘 기판에 바이오 물질을 탐침하기 위한 탐침물질이 고정된 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 1항에 있어서,
상기 플라스틱 기판의 미세채널 양 단부에는 상기 미세채널로 바이오 물질 함유 용액을 주입하기 위한 주입 웰 및 배출 웰이 구비되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 1항에 있어서,
상기 플라스틱 기판과 상부기판 사이에는 충전제가 주입되어, 상기 플라스틱 기판과 상부기판 사이의 이격공간을 메우는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
소정 깊이의 홈이 구비되며, 상기 소정 홈의 양 측면에 각각 금속라인이 연결된 플라스틱 기판;
상기 홈 내부로 안착되며, 소스, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 노출된 실리콘 기판을 포함하는 바이오 센서 단위소자; 및
상기 바이오 센서의 상부에 구비되며, 상기 단위소자의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판을 지나며, 하부의 실리콘 기판 및 플라스틱 기판과 수직으로 유체연통하는 미세 채널이 구비된 상부기판을 포함하며, 상기 바이오 센서 단위소자는 순차적으로 적층된 벌크 실리콘 기판, 절연층 및 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 상기 단결정 실리콘 기판이 상기 단위소자의 노출된 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 7항에 있어서,
상기 플라스틱 기판의 금속라인과 바이오 센서 단위소자의 소스 및 드레인 전극은, 상기 플라스틱 기판의 금속라인과 바이오 센서 단위소자의 소스 및 드레인 전극 상에 적층되는 금속층에 의하여 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 7항에 있어서,
상기 바이오 센서 단위소자는 1mm x 1mm 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 8항에 있어서,
상기 금속층과 소스, 드레인 전극 사이, 그리고 상기 금속층과 금속라인 사이에는 이방성 전도성 물질이 충전되며, 이에 따라 상기 금속층은 상기 플라스틱 기판의 금속라인과 바이오 센서 단위소자의 소스 및 드레인 전극과 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 7항에 있어서,
상기 단위소자와 홈 사이에는 별도의 탄성부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
제 11항에 있어서,
상기 단결정 실리콘 기판에 소정 바이오 물질과 특이적으로 결합할 수 있는 탐침 물질이 고정된 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서.
(a) 벌크 실리콘 기판, 절연층 및 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 SOI 기판 상에 소스 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터 방식의 바이오 센서 단위소자를 제조하는 단계;
(b) 상기 벌크 실리콘 기판을 그라인딩하여, 상기 단위소자 높이를 감소시키는 단계;
(c) 상기 단위소자를 소정 깊이 및 면적의 홈이 구비된 플라스틱 기판의 홈 내부에 전사시키는 단계;
(d) 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 단위소자 게이트 채널 및 상기 플라스틱 기판을 지나며, 하부 단위소자 게이트 채널 및 플라스틱 기판과 유체연통하는 미세채널이 구비된 상부기판을 상기 전사된 단위소자 상부에 결합시키는 단계; 및
(e) 상기 미세채널을 통하여 탐침물질을 흘려 상기 단위소자 게이트 채널의 실리콘 기판과 상기 탐침물질을 고정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서 제조방법.
제 13항에 있어서,
상기 상부기판 하부에는 금속층이 구비되며, 상기 금속층은 소스, 드레인 전극과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 플라스틱 바이오 센서 제조방법.
제 13항에 있어서,
상기 탐침물질은 게이트 채널의 상기 실리콘 기판과 특이적으로 결합하는 단백질이 융합된 물질인 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 13항에 있어서,
(d)와 (e) 단계 사이에는 상기 상부기판과 플라스틱 기판 사이를 충전제로 채우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 13항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 바이오 센서.
(a) 벌크 실리콘 기판, 절연층 및 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 SOI 기판 상에 소정 간격으로 이격된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 트랜지스터 방식인 복수 개의 바이오 센서 단위소자를 제조하는 단계;
(b) 상기 벌크 실리콘 기판을 그라인딩하여, 상기 단위소자 높이를 감소시키는 단계;
(c) 상기 복수 개의 단위소자를 광학적 방식으로 절단하여 상기 단위소자를 서로 분리시키는 단계;
(d) 상기 분리된 단위소자의 측면과 하단부에 탄성부재를 접합시키는 단계;
(e) 소정 깊이 및 면적의 홈이 구비되며, 상기 홈 양 측면에 금속라인이 연결된 플라스틱 기판의 홈 내부에 상기 단위소자를 전사시키는 단계;
(f) 하부면에 금속층이 구비되며, 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 단위소자 게이트 채널과 유체연통하는 미세채널이 구비된 상부기판을 상기 전사된 단위소자 상부에 결합시키는 단계;
(g) 상기 소스 및 드레인 전극과 금속층 사이, 상기 금속라인과 금속층 사이의 공간에 전도성 물질을 채우는 단계;
(h) 상기 플라스틱 기판과 상부기판 사이의 공간을 충진제로 메우는 단계; 및
(i) 상기 미세채널을 통하여 탐침물질을 흘려 상기 단위소자 게이트 채널의 실리콘 기판과 상기 탐침물질을 고정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 18항에 있어서,
상기 단위소자의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에는 소정 높이만큼 돌출되어, 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 상기 상부기판의 금속층과 직접 연결되지 않도록 하는 절연층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 19항에 있어서,
상기 전도성 물질은 이방성 전도성 물질인 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 바이오 센서.