KR101371844B1

KR101371844B1 - 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법

Info

Publication number: KR101371844B1
Application number: KR1020110144993A
Authority: KR
Inventors: 신흥주; 허정일; 임영진
Original assignee: 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2014-03-11
Also published as: KR20130076412A

Abstract

실리콘 기판 상측에 구비되는 제1 탄소 전극; 상기 제1 탄소 전극과 소정 간격 이격되되 상기 제1 탄소 전극의 외주변을 따라 구비되는 제2 탄소 전극; 상기 제2 탄소 전극 상부를 연결하되 상기 제1 탄소 전극 상부에 구비되는 탄소 와이어; 및 상기 제2 탄소 전극 및 상기 탄소 와이어 상부에 구비되는 마이크로 채널을 포함하는 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법이 개시된다. 상기 구성에 의하여 바이오 센서의 구조를 개선하여 크기를 감소시키고 센서의 센싱 감도를 향상시킬 수 있으며, 바이오 센서의 친수성을 높이고, 바이오 센서 외부로 산화/환원된 바이오 물질이 방출되는 것을 방지하여 바이오 물질의 산화/환원이 지속적으로 반복될 수 있다.

Description

바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법{BIO SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 중첩형 탄소 마이크로/나노구조를 통하여 특정 바이오 물질을 센싱하는 센서를 제조하는 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법에 관한 것이다.

최근 환경문제에 대한 관심 증가와 정보통신 기기의 발전과 더불어 다양한 바이오 물질에 대한 센서가 개발되고 있는 가운데 반도체 기술을 접목함으로써 제조가 간편해지고 그 성능이 향상되고 있다. 모든 센서는 성능 향상을 위하여 감지도를 높이는 것이 최대 목표이며, 이러한 목표를 달성하기 위한 노력도 증가되고 있다.

한편, 바이오 센싱에는 전기화학적 센서 또는 광 센서가 주로 사용되어지고 있다. 상기 광 센서는, 여타의 센서에 비하여 반응 속도가 빠르고, 그 감지도도 높은 편이나 크기가 큰 편이어서 공간 활용성이 떨어지고 사용에 불편함에 있다는 단점이 있다.

상기 광 센서의 단점은 전기화학적 센서를 사용하여 극복할 수 있는데, 상기 전기화학적 센서는 대상 물질을 전기화학적으로 산화 또는 환원하여 외부 회로에 흐를 전류를 측정하거나 전해질 용액이나 고체에 용해 또는 이온화한 가스 상의 이온이 이온 전극에 작용하여 생기는 기전력을 이용하는 것으로 이는 그 크기는 작으나, 매우 느린 반응속도를 나타냄과 더불어 감도가 낮다는 단점이 있다.

즉 한국등록특허 제0741187호에 따르면, 분석물의 농도를 측정하는 전기화학 센서는 전류 측정을 적절하도록 하는 임피던스를 가진 두 개의 전극을 포함하는 전기화학 셀에서 반응영역에 샘플을 놓음으로써 수성 액체 샘플 중 분석하고자 하는 성분의 농도를 측정한다. 상기 분석하고자 하는 성분은 산화환원제와 직접 또는 간접적으로 반응하여 분석할 성분의 농도에 상응하는 양으로 산화 도는 환원 가능한 물질을 형성한다. 이어서, 존재하는 산화 또는 환원 가능한 물질의 양은 전기화학적으로 측정된다. 일반적으로 상기 방법은 전기분해 생성물이 다른 전극에 닿지 못하고 측정 가능한 동안에는 다음 전극에서 반응을 간섭하지 못하도록 전극간의 충분한 격리를 요구하고, 그 제조 원가가 고가인데다 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.

더불어, 상기 전기화학적 센서는 산화 또는 환원된 바이오 물질이 외부로 배출되는 구조로 시간이 지날수록 바이오 물질량이 감소되어 반복 사용에 어려움이 따르며, 이로 인한 감도도 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 바이오 센서의 구조를 개선하여 크기를 감소시키고 센서의 센싱 감도를 향상시킨 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 바이오 센서의 친수성을 높이고, 바이오 센서 외부로 산화/환원된 바이오 물질이 방출되는 것을 방지하여 바이오 물질의 산화/환원이 지속적으로 반복될 수 있는 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 탄소 마이크로/나노 와이어의 위치, 개수, 구조 등의 형태를 자유롭게 제어할 수 있으며, 나노 와이어 기반의 센서의 생산 비용이 적으며 생산성이 획기적으로 높여 대량생산이 가능한 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서는 실리콘 기판 상측에 구비되는 제1 탄소 전극; 상기 제1 탄소 전극과 소정 간격 이격되되 상기 제1 탄소 전극의 외주변을 따라 구비되는 제2 탄소 전극; 상기 제2 탄소 전극 상부를 연결하되 상기 제1 탄소 전극 상부에 구비되는 탄소 와이어; 및 상기 제2 탄소 전극 및 상기 탄소 와이어 상부에 구비되는 마이크로 채널을 포함한다.

상기 구성에 의하여 바이오 센서의 구조를 개선하여 크기를 감소시키고 센서의 센싱 감도를 향상시킬 수 있으며, 바이오 센서 외부로 산화/환원된 바이오 물질이 방출되는 것을 방지하여 바이오 물질의 산화/환원이 지속적으로 반복될 수 있다. 또한, 마이크로 채널이 탄소 전극 및 탄소 와이어의 상부를 보호하여 탄소 와이어의 파손을 방지하고, 산화/환원된 바이오 물질이 외부로 방출되는 것을 방지하여 산화/환원이 지속적으로 이루어질 수 있게 된다.

상기 마이크로 채널은, 상기 제2 탄소 전극과 상기 마이크로 채널 사이에 옥시젼(Oxygen) 플라즈마를 이용하여 접합 형성할 수 있다. 상기 마이크로 채널은 친수성 재질로 형성된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 제조 방법은, (a) 실리콘 기판 상측의 제1 전극영역 및 복수의 제2 전극영역을 포함하는 전극영역에 절연층을 형성하는 단계; (b) 상기 절연층 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계; (d) 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계; (e) 상기 (d) 단계 후 상기 제1 전극영역 및 상기 절연층 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (f) 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계; (g) 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계; (h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계; (i) 상기 제1 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 탄소 전극과 탄소 와이어를 형성하는 단계; 및 (j) 상기 탄소 전극 상에 마이크로 채널을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 (g) 단계에서, 상기 제1 전극영역은 상기 제2 전극영역을 연결하는 상기 와이어 하부에 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 제1 전극영역은 산화전극으로의 역할을 할 수 있으며, 제2 전극영역 및 탄소 와이어는 환원전극으로의 역할을 할 수 있다. 또는 제 1 전극영역이 환원전극으로, 제 2 전극 영역 및 탄소와이어는 산화전극으로의 역할을 할 수도 있다.

상기 (i) 단계에서 상기 탄소 와이어는 메시(mesh)형상 또는 허니콤(honey comb)형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 탄소와이어 및 2차 전극과 1차 전극 사이에서 바이오 물질의 산화 및 환원 반응이 반복해서 일어나기 때문에 바이오 센서의 감지도가 향상될 수 있다.

상기 (j) 단계에서, 상기 마이크로 채널은 친수성 재질로 형성되며, 상기 탄소 와이어의 메시 또는 허니콤 사이의 공극을 통해 외부로 산화/환원된 바이오 물질이 방출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 (j) 단계에서, 상기 탄소 전극 상에 옥사이드를 코팅하는 단계를 더 포함하고 옥시젼(oxygen) 플라즈마를 통해 상기 마이크로 채널에 OH가 발생할 수 있게 한다. 한편, 상기 본 발명의 실시예에서는 옥사이드 코팅 후 옥시젼 플라즈마를 통해 마이크로 채널에 OH가 발생하는 예를 들어 설명하지만, 플라즈마를 이용하지 않고 탄소 전극 상에 마이크로 채널을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서 제조 방법은 (a) 제1 전극영역, 복수의 제2 전극영역을 포함하며, 절연 물질로 이루어진 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 기판 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계; (d) 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계; (e) 상기 (d) 단계 후 상기 제1 전극영역 및 상기 기판 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (f) 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계; (g) 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계; (h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계; (i) 상기 제1 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 탄소 전극과 탄소 와이어를 형성하는 단계; 및 (j) 상기 탄소 전극 상에 마이크로 채널을 형성하는 단계를 포함한다. 상기와 같이 기판을 절연 물질로 이루어짐에 따라 별도로 절연층을 형성하지 않아도 된다.

본 발명에 따른 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 탄소 전극 상에 마이크로 채널을 구비하여 산화/환원 작용이 가능한 바이오 물질이 바이오 센서 외부로 방출되는 것을 방지하여 바이오 물질의 산화/환원이 지속적으로 반복될 수 있으며, 충격에 의한 바이오 센서의 파손을 방지할 수 있다.

둘째, 탄소 전극 상에 친수성 재질의 마이크로 채널을 구비하여 바이오 센서가 수액을 보다 용이하게 수용할 수 있으며, 마이크로 채널에 의해 탄소 와이어의 파손을 방지할 수 있다.

셋째, 중첩 형태의 제2차 탄소 전극과 탄소 와이어는 제1차 탄소 전극과 일정 간격 이격된 형태를 가지고 있어 마이크로 채널이 탄소 와이어 상부에 집적되었을 경우 제2차 탄소 전극과 제1 차 탄소 전극 사이의 공극도 마이크로 채널의 역할을 수행한다. 따라서 마이크로 채널의 형태가 움푹 패인 형태가 아닌 평면의 형태를 가지고 있어도 마이크로 채널을 형성할 수 있다.

넷째, 중첩 형태의 탄소 와이어를 1차 및 2차 내지 3차 노광 공정과 현상 제거 과정을 통해 간단하게 저 비용의 일괄 고정으로 생산할 수 있다.

다섯째, 탄소 와이어가 중첩형으로 형성되기 때문에 바이오 물질의 산화 및 환원 반응의 반복 반응의 효율이 증가하여 바이오 센서의 감도가 향상될 수 있다.

여섯째, 본 제조방법으로 제조되는 탄소 전극 기반 센서는 바이오 물질뿐만 아니라 산화 및 환원이 가능한 물질에 대한 센싱에 광범위하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 바이오 센서 제조 방법 순서도이다.
도 4는 도 3의 바이오 센서 제조 방법 공정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 다른 실시예의 바이오 센서 제조 방법 공정을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 바이오 센서의 단면을 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 바이오 센서 제조 방법 순서도이고, 도 4는 도 3의 바이오 센서 제조 방법 공정을 도시한 도면이며, 도 5는 도 3의 다른 실시예의 바이오 센서 제조 방법 공정을 도시한 도면이다.

우선, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서(200)는 제1 탄소 전극(230), 제2 탄소 전극(240), 탄소 와이어(250) 및 마이크로 채널(300)을 포함한다.

상기 제1 탄소 전극(230)은 실리콘 기판 상측에 구비될 수 있으며, 제2 탄소 전극(240)은 제1 탄소 전극(230)과 소정 간격 이격되되 제1 탄소 전극의 외주변을 따라 구비될 수 있다. 즉, 제1 탄소 전극(230)은 제2 탄소 전극(240) 내측 안쪽 영역에 구비될 수 있다.

이때, 탄소 와이어(250)는 제1 탄소 전극(230) 상에 위치할 수 있으며, 메시(mesh), 허니콤(honey comb)등의 형상으로 형성되어 탄소 와이어(250)가 중첩되는 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 탄소 와이어(250)가 중첩형으로 형성됨에 따라 바이오 물질의 산화/환원 반복 반응의 효율이 증가될 수 있다.

한편, 상기 마이크로 채널(300)은 제2 탄소 전극(240) 및 탄소 와이어(250) 상부에 구비될 수 있다. 보다 자세하게, 마이크로 채널(300)은 상기 바이오 센서(200) 상부 전체를 수용하도록 구비되어 탄소 와이어(250)의 파손을 방지할 수 있다.

이때, 상기 마이크로 채널(300)은 친수성 재질로 형성될 수 있다. 예시적으로 마이크로 채널(300)은 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 마이크로 채널(300)은 PDMS를 예를 들어 설명하지만 PDMS 이외의 친수성 재질로 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 바이오 센서(200)를 보다 자세하게 살펴보기 위하여 도 3 및 도 4를 참고하여 바이오 센서의 제조 방법을 통해 살펴보기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 제조 방법은, 실리콘 기판 상측의 제1 전극영역 및 복수의 제2 전극영역을 포함하는 전극영역에 절연층을 형성하는 단계(S110), 상기 절연층 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계(S120), 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계(S130), 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계(S140), 상기 제1 전극영역 및 상기 절연층 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계(S150), 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계(S160),상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계(S170), 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계(S180), 상기 제1 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 탄소 전극과 탄소 와이어를 형성하는 단계(S190) 및 상기 탄소 전극 상에 마이크로 채널을 형성하는 단계(S200)를 포함한다.

상기 실리콘 기판 상측의 제1 전극영역 및 복수의 제2 전극영역을 포함하는 전극영역에 절연층을 형성하는 단계(S110)는 우선, 실리콘 기판(110) 상면 전체에 1차 절연층(120)을 형성한다. 상기 1차 절연층은 이산화규소, 또는 실리콘 나이트라이드 (silicon nitride) 등의 절연 물질로 이루어진다.

본 실시예에서는 실리콘 기판 상측에 절연층을 형성하였으나, 절연층을 형성하는 단계를 생략하고 기판 재질을 절연 재질로 형성하는 것도 가능하다.

상기 절연층(120)을 형성하면, 상기 절연층(120) 상에 1차 포토레지스트(130)를 이용하여 1차로 코팅할 수 있다(S120). 이후, 1차 포토마스크를 통하여 포토레지스트(130)를 자외선에 노출시켜 제1 전극영역(135)을 형성하기 위한 1차 노광이 수행될 수 있다(S130). 상기와 같이 1차 노광이 완료되면 1차 절연부 상부에는 전극 모양으로 포토레지스트가 경화되어 제1 전극영역(135)이 형성될 수 있다.

1차 노광이 완료되면, 제1 전극영역(135)을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하게 된다(S140). 이후, 상기 제1 전극영역(135)을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하면, 상기 제1 전극영역(135) 및 절연층(120) 상부에 2차 포토레지스트(140)를 코팅할 수 있다(S150).

상기와 같이 제1 전극영역(135) 및 절연층(120) 상부에 2차 포토레지스트(140)를 코팅하면, 제2 전극영역(145)을 형성하기 위하여 2차 포토마스크를 통해 2차로 노광하여 제2 전극영역(145)을 형성하게 된다(S160). 상기 2차 노광 단계에서 2차 포토레지스트가 흡수할 수 있는 자외선의 에너지는 2차 포토레지스트(140) 최상부부터 절연층(120) 바로 위까지 경화될 수 있을 만큼 충분하여야 한다.

이후, 상기 제2 전극영역(145) 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역(145)을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광을 수행한다(S170). 상기 3차 노광은 1차 및 2차 노광보다 적은 에너지로 포토레지스트 상단만을 경화할 수 있도록 한다. 상기 3차 노광을 통하여 제2 전극영역(145)을 연결하는 포토레지스트 일부가 와이어 형상으로 경화되면, 상기 제2 전극영역(145)을 연결하는 마이크로 포토레지스트 와이어(150)를 형성한다. 이때, 제1 전극영역(135)은 제2 전극영역(145)을 연결하는 와이어(150) 하부에 구비될 수 있으며, 상기 제1 전극영역(135)과 와이어(150)는 소정 간격 이격되도록 형성될 수 있다.

3차 노광이 완료되면, 상기 1차 및 2차 내지 3차 노광 단계에서 노광된 부분을 제외한 부분의 포토레지스트를 현상 제거할 수 있다(S180). 이때, 상기 1차 및 2차 내지 3차 노광 단계에서 노광되지 않은 부분의 포토레지스트를 현상 제거할 때, 상기 제1 전극영역(135)과 상기 와이어(150) 사이의 영역을 포토레지스트도 현상 제거하게 된다. 상기 과정을 통해 제1 전극영역(135), 제2 전극영역(145) 및 제1 전극영역(135) 상부의 마이크로 포토레지스트 와이어(150)만이 남게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 1차 및 2차 내지 3차 노광 단계에서 상기 포토레지스트는 SU-8 포토레지스트를 포함한 네가티브 포토레지스트를 이용할 수 있으며, 포토레지스트의 종류에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 전극영역(135), 제2 전극영역(145) 및 와이어(150)는 열분해를 통해 마이크로 또는 나노 크기의 탄소 구조체로 형성될 수 있다(S190). 이를 위하여 진공 상태나 불활성 가스 환경에서 800°C 이상의 고열에서 열분해할 수 있다. 상기 열분해를 통해 제1 전극영역(135) 및 제2 전극영역(145)은 제1 탄소 전극(230) 및 제2 탄소 전극(240)으로 변환되고, 상기 와이어(150)는 탄소 와이어(250)로 변환될 수 있다.

이때, 상기 탄소 와이어(250)는 메시(mesh) 형상 또는 허니콤(honey comb) 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같이 탄소 와이어(250)가 메시 또는 허니콤 형상으로 형성됨에 따라 바이오 물질의 제 1차 탄소 전극부(230) 및 제 2차 탄소 전극부로의 공급이 원활해지며, 산화 환원 반응의 면적이 증가하고 산화환원 반복 반응의 효율이 증대되어 바이오 센서의 센싱 감도가 증가할 수 있다. 여기서, 탄소 와이어(250)와 제2 탄소 전극(240)은 바이오 물질을 산화시키는 산화전극으로 작용하고, 제1 탄소 전극(230)은 산화된 바이오 물질을 환원시키는 환원전극으로 작용할 수 있다. 또는 탄소 와이어 (250)과 제2 탄소 전극부(240)는 바이오 물질을 환원시키는 환원전극으로 작용하고, 상기 제1 탄소 전극부(230)는 상기 바이오 물질을 산화시키는 산화전극으로도 작용할 수 있다.

또한, 탄소 와이어 구조가 마이크로 단위의 포토레지스트의 열분해를 통한 부피 감소로 인하여 형성되므로 고가의 나노공정 장비 없이 저비용으로 나노 구조체를 생산할 수 있게 된다.

이후, 제2 탄소 전극(240) 상에 마이크로 채널(300)을 형성할 수 있다(S200). 보다 자세하게, 마이크로 채널(300)은 제1 및 제2 탄소 전극(230, 240) 및 탄소 와이어(250)를 상부에서 커버할 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 마이크로 채널(300)는 상기 탄소 와이어(250)의 메시 또는 허니콤 구조에서 형성된 공극으로 산화/환원된 바이오 물질이 외부로 방출되는 것을 방지하는 덮개와 같은 역할을 할 수 있다.

이때, 마이크로 채널(300)을 형성하기 위해서 제2 탄소 전극(240) 중 상기 마이크로 채널(300)이 접촉하는 부분 상에 포토리쏘그래피를 이용하여 국부적으로 옥사이드를 코팅하게 된다. 이는 마이크로 채널(300)과 제2 탄소 전극(240)의 접촉하는 부분만의 접합성을 향상시키기 위함이다. 이후, 상기 실리콘 기판과 상기 마이크로 채널(300)에 옥시젼 플라즈마 공정을 통하여 마이크로 채널(300)을 제2 탄소 전극(240) 상에 부착하게 된다. 이때, 상기 옥시젼 플라즈마에 의하여 실리콘 기판 상의 절연층(120)과 상기 제2 탄소 전극(240)에 코팅된 옥사이드 및, 상기 마이크로 채널(300)에 OH가 생성될 수 있으며, 상기 마이크로 채널(300)이 탄소전극(230, 240) 및 탄소 와이어(250) 상에 위치함에 따라 상기 바이오 센서(200)에 가해지는 충격을 흡수함으로써, 탄소 와이어(250)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 상기 마이크로 채널(300)은 PDMS과 같은 소수성 재질로 형성되었으나 상기 마이크로 채널(300)을 옥시젼 플라즈마 처리하여 OH를 형성하여 친수성으로 변환시킴으로서 바이오 센서(200)가 수액을 수용하는데 보다 용이해질 수 있게 된다. 한편, 상기 본 발명의 실시예에서는 옥사이드 코팅 후 옥시젼 플라즈마를 통해 마이크로 채널에 OH가 발생하는 예를 들어 설명하지만, 플라즈마를 이용하지 않고 탄소 전극 상에 마이크로 채널을 형성할 수 있다. 마이크로 채널은 도 4와 같이 PDMS층 하단에 마이크로 채널 형태로 움푹 패인 부분을 가공하여 완성할 수 있다.

또한 마이크로 채널은 평면 형태의 PDMS층을 직접 제2 탄소 전극부 상단에 접합함으로써 완성할 수 있다. 즉, 도 5를 참고하면, 중첩 형태의 제2차 탄소 전극과 탄소 와이어는 제1차 탄소 전극과 일정 간격 이격된 형태를 가지고 있어 마이크로 채널이 탄소 와이어 상부에 집적되었을 경우 제2차 탄소 전극과 제1 차 탄소 전극 사이의 공극도 마이크로 채널의 역할을 수행한다. 따라서 PDMS 구조의 형태가 움푹 패인 채널 형태가 아닌 평면의 형태를 가지고 있어도 탄소 전극으로도 마이크로 채널을 형성할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

120: 절연층 135: 제1 전극영역
145: 제2 전극영역 150: 마이크로 포토레지스트 와이어
230: 제1 탄소 전극 240: 제2 탄소 전극
250: 탄소 와이어 300: 마이크로 채널

Claims

절연층이 코팅된 실리콘 기판 상측에 구비되는 제1 탄소 전극;
상기 제1 탄소 전극과 소정 간격 이격되되 상기 제1 탄소 전극의 외주변을 따라 구비되는 제2 탄소 전극;
상기 제2 탄소 전극 상부를 연결하되 상기 제1 탄소 전극 상부에 구비되는 탄소 와이어와;
상기 제2 탄소 전극에 코팅되는 옥사이드; 및,
상기 제2 탄소 전극 및 상기 탄소 와이어 상부에 구비되는 마이크로 채널을 포함하며,
상기 마이크로 채널은,
상기 옥사이드가 코팅된 상기 제2 탄소 전극과 상기 마이크로 채널에 옥시젼(Oxygen) 플라즈마를 개재하여 접합 형성되며, 상기 옥시젼 플라즈마에 의해 상기 제2 탄소 전극과 상기 마이크로 채널이 접합시 상기 제2탄소 전극에 코팅된 옥사이드와 상기 마이크로 채널 및, 상기 실리콘 기판 상부에 형성된 절연층에 OH가 생성 포함되는 바이오 센서.
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(a) 제1 전극영역 및 복수의 제2 전극영역을 포함하는 전극영역이 형성될 절연층을 실리콘 기판 상측에 형성하는 단계;
(b) 상기 절연층 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계;
(c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계;
(d) 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계;
(e) 상기 (d) 단계 후 상기 제1 전극영역 및 상기 절연층 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계;
(f) 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계;
(g) 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계;
(h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거할 때, 제1전극영역과 와이어 사이 영역의 포토레지스를 현상 제거하는 단계;
(i) 상기 제1 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 탄소 전극과 탄소 와이어를 형성하는 단계; 및
(j) 상기 탄소 전극 상에 마이크로 채널을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 j단계는, 상기 제2 전극영역으로부터 형성된 탄소 전극 상에 옥사이드 코팅하는 단계를 더 포함하며,
상기 제2 전극영역으로부터 형성된 탄소 전극 및 마이크로 채널에 옥시젼 플라즈마를 개재한 후 상기 제2 전극영역으로부터 형성된 탄소 전극 및 상기 실리콘 기판 상의 절연층 상에 상기 마이크로채널을 상호 접합되게 하면, 상기 실리콘 기판 상의 절연층과 제2 전극영역으로부터 형성된 탄소 전극 상에 코팅된 옥사이드 및, 상기 마이크로채널에는 상기 옥시젼 플라즈마에 의해 OH가 생성되는 바이오센서 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (g) 단계는,
상기 제1 전극영역은 상기 제2 전극영역을 연결하는 상기 와이어 하부에 형성되는 바이오센서 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (i) 단계에서 상기 탄소 와이어는 메시(mesh)형상 또는 허니콤(honey comb)형상인 바이오센서 제조 방법.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 청구항에 있어서,
상기 (j) 단계에서,
상기 마이크로 채널은 친수성 재질로 형성되며, 상기 탄소 와이어의 메시 또는 허니콤 사이의 공극을 통해 외부로 산화/환원된 바이오 물질이 방출되는 것을 방지하는 바이오센서 제조 방법.
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