KR101420916B1 - 세포 계수 장치 및 세포 계수 방법 - Google Patents

세포 계수 장치 및 세포 계수 방법 Download PDF

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Abstract

세포 계수 장치 및 세포 계수 방법이 제공된다. 세포 계수 장치는 반도체 기판 상의 일측에 형성되는 기준 전극부, 센싱 유전층 및 상기 센싱 유전층 상에 형성된 프로브 패턴을 구비하는 센싱부를 포함하며, 표적 세포를 탐지하는 프로브를 패턴 형태로 형성함으로써 상기 센싱 커패시터의 전체 크기를 축소시키지 않고도 유효 면적을 감소시켜, 표적 세포 부착시 커패시턴스의 변화 비율을 증가시킬 수 있다. 이로써 센싱 민감도가 증가되어 보다 정확하게 표적 세포를 계수할 수 있다. 세포 계수 방법은 표적 세포가 포획되는 순간 기준 커패시터와 센싱 커패시터가 나타내는 합성 커패시턴스의 변화를 감지하여 정확하고 용이하게 세포를 계수할 수 있다.

Description

세포 계수 장치 및 세포 계수 방법{Device for cell counting and method for cell counting}
본 발명은 세포 계수 장치 및 세포 계수 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 EIS 구조 기반의 세포 계수 장치 및 그 장치를 이용한 세포 계수 방법에 관한 것이다.
세포의 정확한 계수와 분류는 다양한 분야에서 필수적으로 요구된다. 따라서, 세포 계수 장치에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0573621호에서는 세포 개체수 계수용 및 그 제조방법에 대해 개시하고 있다. 상기 특허문헌에 개시된 바와 같이, 종래의 세포 계수 장치는 현미경을 통해서 가시적으로 세포를 계수하는 방식을 사용하였다. 그러나, 상기 방식은 검출 과정에서 시간이 많이 소요되며, 세포의 정확한 계수가 어려운 문제점이 있었다.
한편, EIS(Electrolyte-Insulator-Semiconductor) 센서는 화학 용액이 가지는 이온 농도를 측정할 수 있는 화학 센서로서, 최근 바이오 기술의 발전과 더불어 그 연구가 활발하게 진행되고 있다.
EIS 센서는 전해액과 접촉하는 참조 전극을 통해 전압을 인가하고, VFB(flat band voltage)의 시프트(shift)를 이용하여 화학 용액이 가지는 이온 농도를 측정하는 센서이다. 상기 EIS 센서는 간단한 구조, 작은 소자 크기, 소자 집적의 용이성, 비표지 방식의 생체 물질 검지 능력, 빠른 응답 속도 등의 이점을 가진다. 또한, EIS 센서는 기존의 반도체 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 공정과 호환 가능하여, 적은 비용으로 용이하게 제조할 수 있는 이점을 가진다. 따라서, EIS 센서를 응용하여 혈액 내에 존재하는 다양한 세포를 계수하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
상기 EIS 센서의 감지막(sensing membrane)은 센서의 감지 특성을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 감지막은 검출 대상 물질과 물리적으로 접촉하므로, 기계적/화학적으로 우수한 실리콘 산화막(SiO2)을 주로 사용한다. 그러나, 감지막은 혈액에 장시간 노출되는 경우, 혈액 내에 함유된 다양한 이온들로 인해 오염되는 문제점이 있다. 감지막의 오염은 비정상적인 VFB의 변화를 가져와, 정확한 세포의 계수에 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 프로브 패턴에 표적 세포가 포획되는 순간 커패시터의 커패시턴스 변화를 감지하고, 상기 커패시턴스의 변화로부터 정확하고 용이하게 세포를 계수할 수 있는 세포 계수 장치 및 세포 계수 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 세포 계수 장치를 제공한다. 상기 세포 계수 장치는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상의 일측에 형성되는 기준 전극부, 상기 반도체 기판 상의 타측에 형성되며, 상기 기준 전극부와 연결되는 센싱부 및 상기 기준 전극부와 센싱부 상에 형성되는 세포액 챔버를 포함하되,상기 센싱부는 상기 반도체 기판 상에 형성된 센싱 유전층과, 상기 센싱 유전층 상에 형성된 프로브 패턴을 포함한다.
상기 기준 전극, 상기 반도체 기판 및 이들 사이에 개재된 상기 기준 유전층이 기준 커패시터를 형성하고, 상기 기준 전극, 상기 반도체 기판 및 이들 사이에 개재된 상기 센싱 유전층이 센싱 커패시터를 형성할 수 있다.
상기 센싱부의 면적은 표적 세포 면적의 10배 ∼ 100배이고, 상기 프로브 패턴은 격자 패턴이며, 상기 프로브 패턴 하부에 배치된 센싱 유전층의 일부가 노출될 수 있다. 상기 센싱 유전층은 7 이상의 유전 상수를 가지는 유전 물질로 이루어진 층일 수 있다.
상기 기준 전극부는 상기 기판의 일부를 식각한 트렌치 영역을 둘러싸는 기준 유전층 및 상기 트렌치 영역 내 배치되는 기준 전극을 포함할 수 있다.
상기 세포액은 혈액이며, 상기 프로브 패턴은 혈중 암세포와 결합하는 항체로 이루어질 수 있다. 상기 세포액 챔버의 일측 종단에 형성되는 세포액 배출구를 더 포함할 수 있다.
상기 기판의 하부에 경사를 가지는 지지대를 더 포함하며, 상기 지지대의 경사는 상기 기준 전극부에서 상기 센싱부로 갈수록 낮아질 수 있다.
상기 기준 커패시터와 상기 센싱 커패시터의 합성 커패시턴스 변화를 화면에 출력하는 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 세포 계수 방법을 제공한다. 상기 세포 계수 방법은 기준 커패시터와 센싱 커패시터를 포함하는 세포 계수 장치를 제공하는 단계, 상기 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제1 합성 커패시턴스를 측정하는 단계, 상기 세포 계수 장치에 표적 세포를 함유하는 세포액을 주입하여 상기 표적 세포를 포획하는 단계, 상기 표적 세포 포획시 상기 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제2 합성 커패시턴스를 측정하는 단계 및 상기 제1 합성 커패시턴스에서 제2 합성 커패시턴스로의 변화량을 센싱하여 표적 세포를 계수하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 표적 세포가 포획되는 순간 기준 커패시터와 센싱 커패시터가 나타내는 합성 커패시턴스의 변화를 감지하여 정확하고 용이하게 세포를 계수할 수 있다. 또한, 표적 세포를 탐지하는 프로브를 패턴 형태로 형성함으로써 상기 센싱 커패시터의 전체 크기를 축소시키지 않고도 유효 면적을 감소시켜, 표적 세포 부착시 커패시턴스의 변화 비율을 증가시킬 수 있다. 이로써 센싱 민감도가 증가되어 보다 정확하게 표적 세포를 계수할 수 있다. 더욱이, 기준 커패시터의 커패시턴스는 0에 가깝게 설정하여 표적 세포가 프로브 패턴에 부착되는 순간의 센싱 커패시터의 커패시턴스의 변화를 보다 정밀하게 감지해 낼 수 있다. 나아가, 표적 세포가 상기 프로브 패턴에 결합되는 순간 합성 커패시터의 커패시턴스 변화를 즉각적으로 모니터링하여 편리하게 세포를 계수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치의 센싱부의 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치를 이용한 세포 계수 방법을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 계수 장치의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 그 기준에 따라 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며 절대적인 방향을 의미하는 것으로 한정 해석되어서는 안 된다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 생략된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기저에 배치되는 반도체 기판(10)은 실리콘 기판일 수 있다. 일 예로, 상기 반도체 기판(10)은 (100) 방향의 p형 실리콘 기판일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기준 전극부(20)는 상기 반도체 기판(10) 상의 일측에 형성될 수 있다. 상기 기준 전극부(20)는 기준 유전층(22)과 기준 전극(24)을 포함할 수 있다.
상기 기준 전극(24), 상기 반도체 기판(10) 및 이들 사이에 개재된 상기 기준 유전층(22)은 기준 커패시터를 형성한다.
일 예로, 상기 기준 전극부(20)는 반도체 기판(10)의 일부를 식각하여 형성한 트렌치(trench) 영역에 형성될 수 있다. 상기 기준 유전층(22)은 상기 트렌치 영역 내부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 기준 유전층(22)은 그 자체의 커패시턴스를 무시할 수 있도록 매우 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 기준 유전층(22)의 두께는 1μm 이상일 수 있다. 또한, 상기 기준 유전층(24)은 그 자체의 커패시턴스를 무시할 수 있도록 낮은 유전율을 가지는 물질을 함유하는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 기준 유전층(24)은 0 ∼ 6의 유전 상수를 가지는 유전 물질을 함유할 수 있다. 예컨대, 상기 기준 유전층(24)은 SiO2 또는 TiO2일 수 있다. 상기 트렌치 영역 내에 기준 전극(24)이 배치될 수 있다.
센싱부(30)는 상기 반도체 기판(10) 상의 타측에 형성되며, 상기 기준 전극부(20)와 연결될 수 있다. 상기 센싱부(30)는 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 센싱 유전층(32)과, 상기 센싱 유전층(32) 상에 형성된 프로브 패턴(34)을 포함할 수 있다.
상기 기준 전극(24), 상기 반도체 기판(10) 및 이들 사이에 개재된 상기 센싱 유전층(32)은 센싱 커패시터를 형성한다. 상기 기준 커패시터와 상기 센싱 커패시터는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 센싱부(30)의 면적은 표적 세포의 면적의 10배 ∼ 100배인 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 표적 세포가 혈중 암세포인 경우, 혈중 암세포는 약 100μm2 ∼ 400μm2의 면적을 가지므로, 상기 센싱부(30)의 면적은 1000μm2 ∼ 40000μm2일 수 있다. 이 경우, 상기 표적 세포가 프로브 패턴(34)에 부착되는 순간의 커패시턴스 변화를 감지하는 것이 용이하다.
상기 센싱부(30)의 센싱 커패시터는 큰 커패시턴스를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 표적 세포가 프로브 패턴(34)에 부착되는 순간의 커패시턴스 변화를 보다 민감하게 감지해낼 수 있다. 이를 위해 상기 센싱 유전층(32)은 고유전율을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 센싱 유전층(32)은 7 이상의 유전 상수를 가지는 유전 물질을 함유하는 층일 수 있다. 예컨대, 상기 센싱 유전층(32)은 Si3N4, Al2O3, CeO2, HfO2, La2O3, Ta2O5, Y2O3, ZrO2, ZrAlO, HfAlO, ZrTiO4, SnTiO4 및 SrTiO3 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 센싱 유전층(32)은 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 센싱 유전층(32)의 두께는 1nm ~ 20nm일 수 있다. 이와 같이, 상기 센싱 유전층(32)이 얇은 두께의 고유전 물질층인 경우, 상기 센싱 커패시터의 커패시턴스를 극대화할 수 있다.
상기 프로브 패턴(34)은 상기 센싱 유전층(32) 상에 형성될 수 있다. 상기 프로브 패턴(34)은 세포액 내에 함유된 표적 세포와 결합하는 항체로 구성된 패턴일 수 있다. 일 예로, 상기 표적 세포가 암세포인 경우, 상기 프로브 패턴(34)은 암세포와 특이적으로 결합하는 항체로 구성될 수 있다. 이 경우, 표적 세포는 상기 프로브 패턴(34)의 일부에 부착될 수 있다.
상기 프로브 패턴(34)은 하부에 배치된 센싱 유전층(32)이 노출되도록 일정한 형태를 가질 수 있다. 이 때, 상기 센싱 커패시터의 커패시턴스는 상기 센싱 유전층(32)이 노출된 부분의 면적에 의존한다. 상기 센싱 유전층(32)이 상기 프로브 패턴(34)에 의해 차폐된 부분은 센싱 커패시터의 커패시턴스에 거의 기여하지 않으므로, 상기 센싱 유전층(32)의 노출된 부분의 면적이 센싱 커패시터의 유효 면적이 될 수 있다. 따라서, 상기 프로브 패턴(34)을 이용하여 상기 센싱부(30)의 전체 크기를 축소시키지 않고도 유효 면적을 감소시킬 수 있다. 상기 유효 면적의 감소는 상기 프로브 패턴(34)에 표적 세포 부착시 커패시턴스의 변화 비율을 증가시킬 수 있다. 이로써 센싱 민감도가 증가될 수 있다.
세포액 챔버(40)는 상기 기준 전극부(20)와 센싱부(30) 상에 형성될 수 있다. 상기 세포액 챔버(40)는 세포액이 유입되어 흐르는 통로일 수 있다. 일 예로, 상기 세포액 챔버(40)는 속이 빈 원통형으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 세포액 챔버(40)를 통해 유입된 세포액은 상기 기준 전극부(20)와 센싱부(30)를 통과하여 흐를 수 있다. 이 경우, 상기 세포액은 상기 센싱부(30)에 포함된 센싱 유전층(32) 및 프로브 패턴(34)과도 직접 접촉할 수 있다.
상기 세포액 챔버(40)의 일측 종단에는 세포액 배출구(42)가 형성될 수 있다. 상기 세포액 챔버(40)의 일측 종단은 상기 센싱부(30)가 형성된 반도체 기판(10)의 일측 종단과 동일한 방향일 수 있다. 따라서, 상기 세포액 챔버(40)에 유입된 세포액은 기준 전극부(20)와 센싱부(30)를 지나, 세포액 배출구(42)를 통해 배출될 수 있다.
반도체 기판(10)의 하부에 일정 각도의 경사를 가지는 지지대(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지대(50)의 경사는 상기 기준 전극부(20)에서 센싱부(30)로 갈수록 완만하게 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치의 센싱부의 일부 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기준 전극부(20)와 센싱부(30)는 나란히 배치되어, 서로 연결될 수 있다. 상기 기준 전극부(20)에 기준 유전층(22)과 기준 전극(24)이 배치되며, 상기 센싱부(30)에 센싱 유전층(32)과 프로브 패턴(34)이 배치된다. 상기 센싱부(30)는 상기 기준 전극부(20)보다 작은 면적을 가질 수 있다.
상기 기준 유전층(22)은 저유전율을 가지는 물질로 이루어지는 반면, 상기 센싱 유전층(32)은 고유전율을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 기준 유전층(22)은 0 ∼ 6의 유전 상수를 가지는 유전 물질을 함유할 수 있으며, 상기 센싱 유전층(32)는 7 이상의 유전 상수를 가지는 유전 물질을 함유할 수 있다. 또한, 상기 기준 유전층(22)은 두껍게 형성되는 것이 바람직한 반면, 센싱 유전층(32)은 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 기준 유전층(22)의 두께는 1μm 이상일 수 있으며, 상기 센싱 유전층(32)의 두께는 1nm ∼ 20nm일 수 있다. 이 경우, 상기 기준 전극부(20)의 커패시턴스를 0에 가깝도록 설정할 수 있으며, 상기 센싱부(30)의 커패시턴스를 극대화할 수 있다.
상기 프로브 패턴(34)은 세포액 내에 함유된 표적 세포를 포획할 수 있다. 상기 프로브 패턴(34)은 표적 세포와 특이적으로 결합할 수 있는 항체를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 프로브 패턴(34)은 격자 패턴일 수 있다. 이 때, 상기 격자의 피치(pitch)는 1μm ∼ 10μm 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 1μm ∼ 2μm일 수 있다. 그러나, 상기 프로브 패턴(34)의 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 센싱 유전층(32) 영역이 노출되도록 하는 패턴이라면 어떤 형태든 가능하다.
이와 같이, 표적 세포를 포획하는 프로브가 패턴 형태로 형성된 경우, 상기 패턴이 형성되지 않은 부분의 하부 센싱 유전층(32)은 노출될 수 있다. 상기 센싱 유전층(32)은 얇은 두께의 고유전층으로서 큰 커패시턴스를 가지므로, 상기 센싱 유전층(32)의 노출로 작은 면적에서 상기 센싱부(30)의 커패시턴스를 극대화할 수 있다. 이로써, 표적 세포가 상기 프로브 패턴(34)에 부착되는 순간 상기 센싱부(30)의 커패시턴스의 변화를 보다 정밀하게 감지해 낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 계수 장치를 이용한 세포 계수 방법을 나타내는 개략도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 기준 커패시터와 센싱 커패시터를 포함하는 세포 계수 장치를 제공한다(S1).
상기 세포 계수 장치는 반도체 기판(10) 상에 기준 유전층(22)과 기준 전극(24)을 구비하는 기준 전극부(20), 센싱 유전층(32)과 프로브 패턴(34)을 구비하는 센싱부(30) 및 상기 기준 전극부(20)와 센싱부(30) 상에 배치되는 세포액 챔버(40)를 포함할 수 있다.
상기 기준 전극(24), 상기 반도체 기판(10) 및 이들 사이에 개재된 상기 기준 유전층(22)은 기준 커패시터를 형성하고, 상기 기준 전극(24), 상기 반도체 기판(10) 및 이들 사이에 개재된 상기 센싱 유전층(32)은 센싱 커패시터를 형성한다. 상기 기준 커패시터와 상기 센싱 커패시터는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 세포 계수 장치에 대한 자세한 설명은 도 1과 같으므로 생략하기로 한다.
상기 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제1 합성 커패시턴스를 측정한다(S2).
상기 기준 전극부(20)를 통해 기준 전압을 인가한다. 구체적으로, 상기 기준 전극(24)을 통해 세포액에 기준 전압을 인가할 수 있다. 이후, 상기 센싱부(30)를 통해 병렬로 연결된 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제1 합성 커패시턴스를 측정할 수 있다. 이 때, 기준 커패시터의 커패시턴스는 0에 가까운 값을 가질 수 있다.
상기 세포 계수 장치에 표적 세포를 함유하는 세포액을 주입하여 상기 표적 세포를 포획한다(S3).
일 예로, 상기 센싱부(30) 상에 형성된 세포액 챔버(40)를 통해 다수의 표적 세포가 포함된 세포액을 주입할 수 있다. 상기 세포액은 세포액 챔버(40)의 일측에 주입되어 기준 전극부(20)를 지나 센싱부(30)로 흐를 수 있다. 이 때, 기판(10)의 하부에 배치된 지지대(50)의 경사도를 조절하거나, 상기 세포액의 희석도를 조절하여 상기 센싱부(30)로 흐르는 세포액의 유동 속도를 변화시킬 수 있다.
일 예로, 상기 세포액은 혈액일 수 있으며, 상기 표적 세포는 암세포일 수 있다. 예컨대, 상기 암세포는 위암, 폐암, 간암, 대장암, 직장암, 유방암, 전립선암, 피부암, 두경부암, 췌장암, 난소암, 방광암, 신장암, 흑색종, 육종, 신경아교종, T-세포 림프종 또는 B-세포 림프종 조직의 세포일 수 있다. 상기 암세포의 크기는 10μm ∼ 20μm일 수 있다.
상기 세포액은 상기 기준 전극부(20)를 통과하면서 전압이 인가된 기준 전극(22)과 접촉할 수 있다. 이후, 상기 세포액은 센싱부(30)를 통과하여 흐를 수 있다. 이 때, 상기 표적 세포는 프로브 패턴(34)에 부착될 수 있다. 상기 표적 세포가 프로브 패턴(34)에 부착되면 센싱 유전층(32)의 일부가 차폐된다.
상기 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제2 합성 커패시턴스를 측정한다(S4).
프로브 패턴(34)에 표적 세포 부착시, 상기 센싱부(30)를 통해 병렬로 연결된 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제2 합성 커패시턴스를 측정할 수 있다. 상기 표적 세포가 부착되면, 상기 센싱 커패시터의 커패시턴스가 변화될 수 있다. 구체적으로, 상기 센싱 커패시터의 커패시턴스는 상기 프로브 패턴(34)의 하부에 배치된 센싱 유전층(32)이 노출된 영역에서 우세할 수 있다. 상기 표적 세포가 프로브 패턴(34)에 부착되면, 상기 표적 세포의 면적만큼 상기 노출된 센싱 유전층(32)의 일부가 차폐될 수 있다. 따라서, 상기 센싱 커패시터의 커패시턴스가 변화할 수 있다.
일 예로, 상기 표적 세포가 암세포인 경우 상기 암세포는 Na+, H+ 이온을 풍부하게 함유한다. 따라서, 상기 암세포가 프로브 패턴(34)에 결합하면 Na+ 또는 H+ 이온은 상기 프로브 패턴(34) 하부의 센싱 유전층(32) 내로 침투(penetration)할 수 있다. 이 경우, 상기 센싱 유전층(32)에 전하 트랩(charge trap)이 일어나, 이동 전하(mobile charge)가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 센싱 커패시터의 커패시턴스가 변화할 수 있다.
상기 제1 합성 커패시턴스에서 제2 합성 커패시턴스로의 변화량을 센싱하여 표적 세포를 계수한다(S5).
상기 제1 합성 커패시턴스와 비교하여 제2 합성 커패시턴스의 변화량은 세포액 내에 함유된 표적 세포의 개수에 비례할 수 있다. 따라서, 센서(60)를 이용하여 상기 변화량을 센싱하여 표적 세포를 계수할 수 있다. 또한, 상기 센서(60)는 모니터를 포함할 수 있다. 상기 모니터는 C-V 측정 곡선을 나타낼 수 있다. 상기 제2 합성 커패시턴스의 변화는 C-V 측정 곡선에서 C( FB )(flat band capacitance)의 시프트(shift)를 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 모니터를 이용하여 C-V 특성 곡선에서의 C( FB ) 시프트를 즉각적으로 모니터링함으로써 편리하게 표적 세포를 계수할 수 있다.
이후, 상기 세포액은 세포액 챔버(40)의 종단에 형성된 세포액 배출구(42)를 통해 배출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 계수 장치의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 기준 전극부(20)는 상기 반도체 기판(10) 상의 일측에 형성될 수 있다. 상기 기준 전극부(20)는 기준 유전층(22)과 기준 전극(22)을 포함할 수 있다. 상기 기준 유전층(22)은 상기 반도체 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 상기 기준 유전층(22)에 대한 자세한 설명은 도 1과 같으므로, 생략하기로 한다.
센싱부(30)는 상기 반도체 기판(10) 상의 타측에 형성될 수 있다. 또한, 상기 센싱부(30)는 상기 기준 전극부(20)에 비해 낮은 영역에 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 센싱부(30)는 반도체 기판(10)의 일부를 식각하여 높이가 낮아진 영역에 형성될 수 있다. 상기 센싱부(30)는 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 센싱 유전층(32)과, 상기 센싱 유전층(32) 상에 형성된 프로브 패턴(34)을 포함할 수 있다. 상기 센싱부(30)에 대한 자세한 설명은 도 1과 같으므로 생략하기로 한다.
세포액 챔버(40)는 상기 기준 전극부(20) 상에 형성될 수 있다. 상기 세포액 챔버(40)는 세포액이 유입되어 흐르는 통로일 수 있다. 일 예로, 상기 세포액 챔버(40)는 속이 빈 원통형으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 세포액 챔버(40)를 통해 유입된 세포액은 상기 기준 전극부(20)와 상기 센싱부(30)를 통과하여 흐를 수 있다. 이 때, 상기 기준 전극부(20)와 센싱부(30)의 높이 차이로 인해 상기 세포액은 기준 전극부(20)에서 센싱부(30)로 흐를 수 있다.
10: 반도체 기판 20: 기준 전극부
30: 센싱부 40: 세포액 챔버
50: 지지대 60: 센서

Claims (11)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 상의 일측에 형성되는 기준 전극부;
    상기 반도체 기판 상의 타측에 형성되며, 상기 기준 전극부와 연결되는 센싱부; 및
    상기 기준 전극부와 센싱부 상에 형성되는 세포액 챔버를 포함하되,
    상기 센싱부는 상기 반도체 기판 상에 형성된 센싱 유전층과, 상기 센싱 유전층 상에 형성된 프로브 패턴을 포함하는 세포 계수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전극부는 상기 기판의 일부를 식각한 트렌치 영역을 둘러싸는 기준 유전층; 및 상기 트렌치 영역 내 배치되는 기준 전극을 포함하는 세포 계수 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준 전극, 상기 반도체 기판 및 이들 사이에 개재된 상기 기준 유전층이 기준 커패시터를 형성하고, 상기 기준 전극, 상기 반도체 기판 및 이들 사이에 개재된 상기 센싱 유전층이 센싱 커패시터를 형성하는 세포 계수 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부의 면적은 표적 세포 면적의 10배 ∼ 100배인 세포 계수 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 패턴은 격자 패턴이며, 상기 프로브 패턴 하부에 배치된 센싱 유전층의 일부가 노출되는 세포 계수 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 유전층은 7 이상의 유전 상수를 가지는 유전 물질로 이루어진 층인 세포 계수 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세포액은 혈액이며, 상기 프로브 패턴은 혈중 암세포와 결합하는 항체로 이루어진 세포 계수 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세포액 챔버의 일측 종단에 형성되는 세포액 배출구를 더 포함하는 세포 계수 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 하부에 경사를 가지는 지지대를 더 포함하며, 상기 지지대의 경사는 상기 기준 전극부에서 상기 센싱부로 갈수록 낮아지는 세포 계수 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 기준 커패시터와 상기 센싱 커패시터의 합성 커패시턴스 변화를 화면에 출력하는 센서를 더 포함하는 세포 계수 장치.
  11. 기준 커패시터와 센싱 커패시터를 포함하는 세포 계수 장치를 제공하는 단계;
    상기 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제1 합성 커패시턴스를 측정하는 단계;
    상기 세포 계수 장치에 표적 세포를 함유하는 세포액을 주입하여 상기 표적 세포를 포획하는 단계;
    상기 표적 세포 포획시 상기 기준 커패시터와 센싱 커패시터의 제2 합성 커패시턴스를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 합성 커패시턴스에서 제2 합성 커패시턴스로의 변화량을 센싱하여 표적 세포를 계수하는 단계를 포함하는 세포 계수 방법.


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