KR101441964B1 - 센서 시스템 - Google Patents

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KR101441964B1 KR1020120141170A KR20120141170A KR101441964B1 KR 101441964 B1 KR101441964 B1 KR 101441964B1 KR 1020120141170 A KR1020120141170 A KR 1020120141170A KR 20120141170 A KR20120141170 A KR 20120141170A KR 101441964 B1 KR101441964 B1 KR 101441964B1
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Abstract

본 발명의 센서 시스템은, 감지 대상에 대한 검사를 수행하는 센서부;를 포함하는 센서 시스템에 있어서, 상기 센서부는 복수의 단위 센서를 포함하는 센서를 포함하며,
상기 단위 센서는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 전극. 상기 기판 상에 상기 제1 전극과 이격되게 배치되게 배치되는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 감지 대상에 따라서 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나의 나노구조물을 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 단위 센서가 어레이를 이루며 배치된다.

Description

센서 시스템{SENSOR SYSTEM}
본 발명은 센서 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감지 대상에 대한 검사를 수행하는 센서부를 포함하는 센서 시스템에 있어서, 상기 센서부는 복수의 단위 센서를 포함하는 센서를 포함하며, 상기 단위 센서는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 전극. 상기 기판 상에 상기 제1 전극과 이격되게 배치되는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 감지 대상에 따라서 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나의 나노구조물을 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 단위 센서가 어레이를 이루며 배치된 센서 시스템에 관한 것이다.
과학 기술 및 의료 기술의 발달에 따라 각종 센서 장치가 꾸준히 개발되어 사용되고 있다. 특히, 최근에는 탄소 나노튜브와 같은 나노구조물의 특성을 이용한 화학적, 생물학적 센서를 개발하고 있는 실정이며 다양한 종류의 탄소 나노튜브를 기반으로 한 센서 구조가 사용되고 있다.
탄소 나노튜브를 기반으로 종래 기술에 의한 센서의 일 예로, 복수의 탄소 나노튜브와 상기 복수의 탄소 나노튜브의 양단에 위치한 제1 및 제2 전극으로 구성된 센서가 있다. 종래 기술에 의한 센서에 있어서, 제2 전극에는 기준 전압이 인가되며, 탄소 나노튜브는 감지 대상에 따라 저항이 변화하며, 제1 전극의 전압 또는 전류는 탄소 나노튜브의 저항에 따라 변화할 수 있다.
이러한 탄소 나노튜브를 이용한 센서는 감지 대상에 따라 변화하는 전기적 성질을 통해 검사를 수행할 수 있으므로, 정확한 검사 결과를 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 탄소 나노튜브를 이용한 센서의 경우 감지 대상의 신뢰성있는 부착 및 그를 통한 정확한 검사 결과 도출이 검사 신뢰성에 큰 영향을 미치게 된다.
공개특허 10-2012-0006454
본 발명은, 감지 대상에 대한 검사를 수행하는 센서부를 포함하는 센서 시스템에 있어서, 상기 센서부는 복수의 단위 센서를 포함하는 센서를 포함하며, 상기 단위 센서는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 전극. 상기 기판 상에 상기 제1 전극과 이격되게 배치되는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 감지 대상에 따라서 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나의 나노구조물을 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 단위 센서가 어레이를 이루며 배치되어 검사 정밀도가 향상된 센서 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 센서 시스템은, 감지 대상에 대한 검사를 수행하는 센서부;를 포함하는 센서 시스템에 있어서, 상기 센서부는 복수의 단위 센서를 포함하는 센서를 포함하며,
상기 단위 센서는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 전극. 상기 기판 상에 상기 제1 전극과 이격되게 배치되는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 감지 대상에 따라서 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나의 나노구조물을 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 단위 센서가 어레이를 이루며 배치된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 단위 센서는 M×N 의 매트릭스 구조를 갖도록 배치된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 기판 상에 배치되되, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 절연체를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 나노구조물은, 나노튜브, 나노와이어, 나노로드, 나노리본, 나노필름, 및 나노볼 중 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 제1 전극 상에 배치되며 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 도전체, 및 상기 제2 전극 상에 배치되며 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 도전체를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 나노구조물의 일부가 상기 제1 전극과 상기 제1 도전체 사이에 배치되고, 상기 적어도 하나의 나노구조물의 일부가 상기 제2 전극과 상기 제2 도전체 사이에 배치된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 센서는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 하부에 위치하도록 배치되는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 더 포함하며, 상기 MOSFET 의 소스, 게이트, 및 드레인 중 적어도 어느 하나는 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 센서부는 인쇄 회로 기판을 포함하며, 상기 센서는 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치되고, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 센서 시스템에 대해 탈착가능하게 구성된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 샘플 공급부;를 더 포함하며, 상기 샘플 공급부는, 솔루션으로부터 솔루션 내의 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리부를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 입자 분리부는, 포어 어레이를 이루는 복수의 서로 이격된 포어들이 형성된 몸체, 및 상기 몸체 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 전기장을 형성하는 전극을 포함하며,
상기 전극은, 상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 포어로써, 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제2 전극까지의 최단거리가 서로 상이한 포어가 하나 이상 존재한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 포어 어레이를 형성하는 포어 중 하나 이상의 포어는, 상기 제1 전극, 또는 상기 제2 전극과 하게 배치된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 제1 전극은 제1 전극 패드, 및 상기 제1 전극 패드와 연결되는 복수의 제1 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극 패드, 및 상기 제2 전극 패드와 연결되는 제2 가지 전극을 포함하며,
상기 제1 가지 전극과 제2 가지 전극 사이에 위치하는 포어로써, 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제1 가지 전극까지의 최단거리와 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제2 가지 전극까지의 최단거리가 서로 상이한 포어가 하나 이상 존재한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 하나 이상의 포어는 상기 제1 가지 전극 또는 상기 제2 가지 전극과 접하게 구성된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 제1 및 제2 가지 전극의 측부에는 상기 포어 어레이의 형상에 대응하는 요철이 형성되며, 상기 요철이 형성된 부분에 상기 포어 어레이가 배치된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 몸체는 기저부, 상기 기저부 상에 배치되는 친수성 코팅층, 및 상기 친수성 코팅층 상에 배치되는 소수성 코팅층을 포함하며, 상기 친수성 코팅층은 상기 포어의 내주면을 형성하고, 상기 포어 어레이가 형성된 부분 하부의 기저부가 제거되게 구성된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 센서 시스템은 외부 기기와 신호를 송, 수신할 수 있는 송수신부를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템은, 상기 센서부에서 검사된 결과값을 처리하여 패턴형 신호를 발생하는 신호처리부; 및 상기 결과를 출력하는 디스플레이부;를 더 포함하며, 상기 신호처리부는 상기 결과값을 처리하여 패턴형 신호를 발생하며, 상기 디스플레이부는 상기 패턴형 결과값을 출력한다.
본 발명의 센서 시스템을 이용한 검사 방법은. 감지 대상에 대한 검사를 수행하는 센서부;를 포함하는 센서 시스템으로서,상기 센서부는 복수의 단위 센서를 포함하는 센서를 포함하며, 상기 단위 센서는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 전극, 상기 기판 상에 상기 제1 전극과 이격되게 배치되는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 감지 대상에 따라서 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나의 나노구조물을 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 단위 센서가 어레이를 이루며 배치된 센서 시스템을 사용하는 검사 방법으로서,
검사하고자 하는 샘플을 상기 샘플 공급부에 공급하는 단계;
하나 이상의 리셉터를 상기 센서 상의 하나 이상의 영역에 각각 공급하는 단계;
상기 샘플을 상기 센서부 상에 공급하는 단계; 및
상기 리셉터와 상기 샘플 사이의 반응을 검사하는 단계를 포함하는 센서 시스템을 이용한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 이용한 검사 방법은, 상기 센서를 하나 이상의 단위 센서(S)를 포함하는 복수의 영역으로 구획하며 상기 구획된 각각의 영역 상에 하나 이상의 리셉터를 공급하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 이용한 검사 방법은, 상기 리셉터와 상기 센서의 흡착 여부를 검사하는 단계; 및 상기 리셉터가 상기 센서에 흡착된 센서를 선택하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 이용한 검사 방법은, 상기 센서 시스템은 샘플 공급부를 더 포함하며, 상기 샘플 공급부는 솔루션으로부터 솔루션 내의 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리부를 포함하여,
상기 샘플을 분리하는 전처리 단계; 를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 이용한 검사 방법은, 상기 센서부에서 검사된 결과값을 처리하여 신호를 발생하는 신호처리부, 및 상기 결과를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 신호처리부에서 결과값을 처리하여 패턴형 신호를 발생하는 단계; 상기 디스플레이부에 상기 결과값이 패턴 형태로 출력되는 단계; 를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 이용한 검사 방법은, 상기 리셉터와 샘플 사이의 반응 패턴과 반응 지표 패턴을 대조하는 패턴 분석 진단 단계;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 센서 시스템에 의하면, MOSFET 를 포함한 CMOS 회로를 포함하는 센서를 포함함에 따라서, 검사 결과를 전기적 신호로 도출할 수 있다. 즉, 증폭기 및/또는 ADC 등으로 사용될 수 있는 MOSFET 를 포함함에 따라서, 나노구조물의 전기적 특성의 변화를 기판에서 바로 증폭 및/또는 디지털 변환할 수 있으므로 측정의 정확도가 향상될 수 있다. 예컨대 항원-항체 반응을 통해 병원체의 유무, 또는 암세포의 유무와 같은 이상 여부를 검사하고자 할 때, 본 발명에 따른 센서는 검사 결과가 전기적 신호로 나타날 수 있으므로, 검사 결과가 명료하게 도출되어 검사 신뢰성이 향상되며 검사 결과 판단을 위한 별도의 태그(TAG) 사용이 불필요하게 되어 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서는 복수의 단위 센서(S)가 어레이를 이루며 구성됨에 따라서 하기와 같은 장점을 가질 수 있다.
먼저, 센서 어레이 상에 소정의 면적을 갖는 복수의 구역 상에 리셉터를 포함한 솔루션 및 검사 대상이 스퍼터링됨에 따라서, 하나의 센서를 사용하여 복수의 리셉터에 대한 검사가 이루어질 수 있으며, 이에 따라서, 패턴 분석형 진단이 이루어질 수 있다. 예컨대, 실제 암세포를 이용한 항원-항체 반응 검사 결과 패턴과 감지 대상인 샘플의 항원-항체 반응 검사 결과 패턴을 비교하는 패턴 분석형 진단을 수행할 수 있으며, 이에 따라서 높은 확률 범위의 진단이 가능해진다.
또한, 복수의 단위 센서가 구비됨에 따라서, 상기 단위 센서, 또는 상기 단위 센서에 의해서 도출된 검사 결과를 선택적으로 사용할 수 있으므로 검사 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 센서부는 인쇄 회로 기판을 포함하며, 상기 센서는 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치되고, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 센서 시스템에 대해 탈착가능하게 구성되어 검사가 이루어짐에 따라서 센서부의 교체가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서 시스템은 샘플 공급부를 포함하되, 상기 샘플 공급부는 입자 분리부를 포함함에 따라서, 솔루션 형태의 샘플을 용이하게 분리하여 검사가 이루어질 수 있다. 또한, 상기 입자 분리부는 입자 분리부 상에 형성된 포어로부터 솔루션 내의 입자가 이격되게 구성됨에 따라서 상기 입자에 의한 포어 어레이의 폐쇄가 방지되며 상기 입자가 분리된 미디엄의 원활한 유동이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서 시스템의 입자 분리부는 포어 내측에 친수성 코팅층이 형성되며 상기한 부분 외의 부분에 소수성 코팅층이 형성됨에 따라서, 분리하고자 하는 샘플의 미디엄이 포어 어레이의 내측으로 유동하도록 유도함으로써 입자 분리 효율이 더욱 개선될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 센서 시스템의 입자 분리부는 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제조될 수 있으므로, 기존의 실리콘 정밀 가공 공정을 통해 대량 생산될 수 있으므로 제조 단가가 절감될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서 시스템은 송수신부를 구비함에 따라서, 센서부를 통해 검사된 결과가 의료 기관과 같은 전문 기관에 전달되어 상기 결과에 대한 상세한 진단이 이루어질 수 있다. 따라서, 시기와 장소에 구애받지 아니하고 검사가 이루어진 후 검사 결과가 상기 송수신부를 통해 전문 기관에 전달됨에 따라서 사용자의 편의가 개선될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 센서 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템의 샘플 공급부에 포함된 입자 분리부에 관한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템의 샘플 공급부에 포함된 입자 분리부에 관한 도면이다.
도 5 는 도 3 에 도시된 X - X 에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 확대 도시한 도면이다.
도 8 은 도 7 에 도시된 Y - Y 에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10 는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 센서 상에 배치된 나노구조물을 확대 도시한 도면이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 동작을 나타낸 도면이다.
도 12 는 건강상태가 양호한 피험자의 검사 결과를 나타낸 도면이다.
도 13 은 전립선암(Prostate Cancer)에 환자의 검사 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 센서 시스템은 입력부, 샘플 공급부, 이송부, 센서부, 송수신부, 및 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
입력부는 사용자의 의도에 따라서 소정의 신호를 생성하고 입력할 수 있다. 예컨대 입력부는 사용자가 선택에 따라서 소정의 신호를 인가하는 버튼과 같은 조작 장치를 포함하며, 상기 조작 장치의 입력에 따라서 소정의 신호가 생성되어 제어부로 전달될 수 있다.
샘플 공급부는 검사에 사용되는 샘플이 제공되도록 구비된다. 상기 샘플은 검사에 사용되는 시료로서 소정의 입자를 포함하는 솔루션 형태일 수 있고, 예컨대 혈액과 같은 액체일 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 이때, 샘플 공급부는 상기 샘플에서 검사에 필요한 목적 성분 또는 부위만을 추출할 수도 있으며 이를 위해 소정의 분리 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 검사를 위해 혈장이 필요할 경우 혈액에서 혈장을 분리해 내는 분리 장치를 포함할 수 있다. 한편, 상기 분리 장치는 유전영동을 이용한 혈장 분리 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
이송부는 상기 샘플 공급부를 통해 제공된 샘플을 센서 시스템의 각 부위로 이송한다. 예컨대, 상기 공급부를 통해 제공된 샘플을 센서부로 이송하여 검사 작업을 수행한 후, 상기 샘플을 폐기하는 배출 장치 또는 다른 장치 등으로 이송할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
센서부는 상기 샘플을 공급받아 검사를 수행하도록 구비되며, 상기 샘플에서 목적하는 데이터를 얻을 수 있도록 구성된다. 센서부는 예컨대 샘플에서 감지되는 전기 저항과 같은 각종 신호를 감지할 수 있으며, CMOS 회로를 포함할 수 있다.
송수신부는 상기 센서에 의해서 감지된 결과를 소정의 통신 회로를 통해 소정의 신호로 외부 기기에 전달하거나, 외부 기기로부터 전달된 신호를 수신하도록 구비된다.
예컨대 상기 송수신부는 블루투스(Bluetooth)와 같은 통신 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
상기 제어부는 상기 입력부, 센서부, 출력부 및 송수신부의 작동을 총괄한다. 예컨대 제어부는 소정의 메모리 및 연산 장치를 포함한 중앙 처리 장치일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 센서 시스템(1)의 구체적인 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 서술한다.
도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)은 입력부(10), 샘플 공급부(20), 이송부(40), 센서부(30)를 포함할 수 있다.
입력부(10)는 사용자의 의도에 따라서 소정의 신호를 생성하고 입력할 수 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 입력부(10)는 사용자가 선택에 따라서 소정의 신호를 인가하는 버튼과 같은 조작 장치를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 조작 장치의 입력에 따라서 소정의 신호가 생성되어 제어부(미도시)로 전달되며, 제어부(미도시)를 통해 센서 시스템(1)의 작동이 이루어질 수 있다.
샘플 공급부(20)는 검사하고자 하는 샘플이 센서 시스템(1)에 공급되도록 구비되며, 예컨대 혈액과 같은 솔루션이 드롭(drop) 상태로 놓여질 수 있는 소정의 포집 장치일 수 있고, 이에 한정하지 않는다. 이때, 상기 샘플을 검사하는 방식에 따라서 상기 샘플 공급부(20)는 소정의 분리 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 혈액 내의 혈장을 통하여 병원균, 및 세포 상태를 검사하고자 할 경우 혈액을 혈구와 혈장으로 분리하는 소정의 입자 분리부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 입자 분리부는 유전 영동 현상을 이용한 분리 장치로 구성될 수 있다. 상기 입자 분리부에 대해서는 후술하도록 한다.
센서부(30)는 상기 샘플을 검사하도록 마련된다. 센서부(30)는 샘플의 검사를 위해 소정의 센서를 포함할 수 있으며, 예컨대 CMOS 회로를 포함한 센서가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서부(30)는 탈착가능하여 교체 가능하게 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 센서부(30)는 상기 센서 시스템(1)에 탈착가능한 회로 기판 상에 구비되어 샘플에 대해서 1회 검사를 수행한 후 교체 가능하게 구성될 수 있다. 따라서, 검사가 이루어진 후 센서부(30)를 교체하여 검사가 수행될 수 있으므로 검사 신뢰성이 향상될 수 있다.
센서부(30)의 구체적인 구성에 대해서는 후술하여 상세히 기술한다.
이송부(40)는 예컨대 소정의 펌프를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 혈액 등과 같이 솔루션 형태로 이루어진 샘플을 펌핑하여 센서부(30) 또는 배출부(50) 등으로 이송시킬 수 있도록 펌프가 구비될 수 있다.
한편, 도 2 에 도시되지는 아니하였으나, 송수신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 송수신부(미도시)는 통신 회로를 포함하며, 상기 센서부(30)에 의해서 검사된 정보를 상기 통신 회로를 통해 소정의 신호로 외부 기기에 전달하거나, 외부 기기로부터 전달된 신호를 수신하도록 구비된다. 예컨대 상기 송수신부(미도시)는 블루투스(Bluetooth) 통신 모듈과 같은 소정의 통신 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
송수신부(미도시)를 구비함에 따라서, 센서부(30)를 통해 검사된 결과가 의료 기관과 같은 전문 기관에 전달되어 상기 결과에 대한 상세한 진단이 이루어질 수 있다. 따라서, 시기와 장소에 구애받지 아니하고 검사가 이루어진 후 검사 결과가 상기 송수신부(미도시)를 통해 전문 기관에 전달됨에 따라서 사용자의 편의가 개선될 수 있다.
한편, 검사가 완료된 샘플을 처리하여 배출할 수 있도록 배출부(50)가 구비될 수 있다. 상술한 바와 같이, 샘플은 상기 이송부(40)에 의해서 안내되어 센서부(30) 및 배출부(50)로 이동할 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 따라서 입자 분리부(100)에 관해 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)의 샘플 공급부(20)는 입자 분리부(100)를 포함할 수 있다. 도 3 내지 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 공급부(20)의 입자 분리부(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리부(100)를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리부(100)를 나타낸 도면이고, 도 5 는 도 3 에 도시된 X - X 에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 입자 분리부(100)는 포어 어레이(114)가 형성된 몸체(110), 및 상기 몸체(110) 상에 배치되며 전기장을 발생시키는 전극(120)을 포함한다.
먼저, 몸체(110)에 대하여 설명한다.
몸체(110)는 소정의 두께 및 넓이를 갖는 판형으로 구성된다. 몸체(110)의 일 부분(C)에는 수개의 포어(pore)(115)가 형성된다. 바람직하게는, 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 포어(115)는 소정의 어레이를 갖도록 배치되어 포어 어레이(pore array)(114)를 형성하며, 이에 한정하지 아니한다. 포어 어레이(114)는 몸체(110)의 일부를 관통하는 수개의 포어(115)가 수개의 열을 갖게 배치됨으로서 어레이를 형성하게 구성된다. 포어(115)는 예컨대 소정의 에칭 공정에 따라서 몸체(110)의 일부가 관통되도록 함으로써 형성될 수 있다. 각각의 포어(115)는 예컨대 원형으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는, 각각의 포어(115)의 내경(W1)은 10 nm 내지 100 nm 의 크기를 가질 수 있다. 아울러, 각각의 포어(115) 내경에 대한 포어(115) 사이의 간격(W2) 비율이 지나치게 작거나 클 경우 입자 분리 효율이 저하될 수 있으므로, 포어(115)의 내경(W1)과 포어(115) 사이의 간격(W2)의 비율은 1:1 내지 1:10 일 수 있다.
몸체(110)는 기저부(111), 친수성 코팅층(112), 및 소수성 코팅층(113)을 포함하게 구성될 수 있다.
기저부(111)는 소정의 두께 및 넓이를 갖게 구성되며 몸체(110)를 지지한다. 기저부(111)는 전극(120)에 의한 전기장 형성에 영향을 주지 아니하도록 절연성 재질로 이루어지며, 부분 식각 등의 가공이 용이하게 이루어질 수 있도록 가공성이 좋은 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 기저부(111)는 실리콘을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 소정의 두께와 넓이를 갖는 실리콘 웨이퍼로 구성되고 실리콘 웨이퍼 가공 공정을 통해 가공될 수 있다.
한편, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상술한 포어 어레이(114)가 형성된 부분(C) 하부의 기저부(111)가 제거될 수 있다. 따라서, 포어 어레이(114)가 형성된 부분(C)은 타 부분에 비해 상대적으로 얇게 구성되어, 분리하고자 하는 솔루션 샘플이 용이하게 포어 어레이(114)를 빠져나가 하부로 유동하도록 할 수 있다. 이때, 포어 어레이(114)가 형성된 부분의 기저부(111)를 제거하는 것은 소정의 에칭 방법을 사용함으로써 이루어질 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
바람직하게는, 기저부(111) 상에 친수성 코팅층(112) 및 소수성 코팅층(113)을 형성하고, 일 부분(C)에 포어 어레이(114)를 형성하는 공정을 수행한 후, 상기 포어 어레이(114)가 형성된 부분(C) 하부의 기저부(111)를 제거하는 에칭 공정을 수행함으로써, 포어 어레이(114)가 형성된 부분에는 포어 어레이(114)가 형성된 친수성 코팅층(112) 및 소수성 코팅층(113)만이 남도록 할 수 있다.
상기 기저부(111) 상에 코팅층이 구비된다. 코팅층은 기저부(111) 상에 배치되는 친수성 코팅층(112), 및 상기 친수성 코팅층(112) 상에 배치되는 소수성 코팅층(113)으로 구성되며, 친수성 코팅층(112) 및 소수성 코팅층(113)은 상기 기저부(111) 상에 소정의 재질을 증착(deposition)하는 공정을 통해 소정의 두께를 갖는 막을 형성함으로써 구비될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
친수성 코팅층(112)은 소수성 코팅층(113)에 비해서 강한 수분 친화력을 갖는 재질로 형성된 층으로서, 예컨대 SiO2 와 같은 재질로 구성될 수 있다. 친수성 코팅층(112)은 기저부(111) 상에 형성됨에 따라서 소수성 코팅층(113)과 기저부(111) 사이에 배치되게 구성될 수 있다. 한편, 친수성 코팅층(112)은 도 5 에 도시된 바와 같이, 각각의 포어(115)의 내주면을 형성하도록 구성될 수 있다.
소수성 코팅층(113)은 친수성 코팅층(112)에 비해서 작은 수분 친화력을 갖는 재질로 형성된 층으로서, 예컨대 Si3N4 와 같은 재질로 구성될 수 있다. 소수성 코팅층(113)은 친수성 코팅층(112) 상부에 배치되며, 따라서 몸체(110)부의 상면을 형성할 수 있다.
한편, 각각의 코팅층(112, 113)이 지나치게 얇거나 두꺼울 경우 입자 분리 효율이 저하될 수 있으므로, 친수성 코팅층(112)의 두께는 10 nm 내지 1 um 일 수 있으며, 소수성 코팅층(113)의 두께는 10 nm 내지 1 um일 수 있다.
본 발명에 따른 입자 분리부(100)는, 샘플인 솔루션이 유동하는 상부면에 소수성 코팅층(113)이 형성되고 하부면에 친수성 코팅층(112)이 형성되고, 상기 친수성 코팅층(112)은 포어(115)의 내주면을 형성함에 따라서, 포어(115)를 통한 미디엄(medium)의 유동이 촉진될 수 있다. 즉, 포어(115)의 내측 및 소수성 코팅층(113) 하부에 친수성 코팅층(112)이 형성됨에 따라서, 수분 친화력이 큰 포어(115)의 내측 방향으로 미디엄이 유동하도록 유도되므로, 미디엄의 유동이 촉진되며 입자 분리 효율이 향상될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 입자 분리부(100)를 이용하여 혈액 내의 혈장 및 혈구를 분리할 경우, 혈장은 친수성 코팅층(112)이 형성된 포어(115)의 내측 방향으로 유도됨으로써, 혈구와 혈장의 분리 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이하에서는 전극(120)에 관해 설명한다.
몸체(110) 상에는 전극(120)이 형성된다. 전극(120)은 다양한 전도성 재질, 예를 들면 알루미늄, 금, 백금, 구리, 은, 텅스텐, 티타늄과 같은 금속, 또는 ITO, SnO2 와 같은 금속 산화물, 전도성 플라스틱, 및 금속함침 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 재질로 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 한편, 바람직하게는 상기 전극(120)은 부식성이 적은 금으로 구성될 수 있다.
전극(120)은 외부 전원의 + 및 - 극성 단자와 각각 연결되는 제1 및 제2 전극(130, 140)을 포함한다. 제1 전극(130)과 제1 전극(140)은 서로 이격되게 형성되어 전기장을 형성한다.
제1 전극(130)은 제1 전극 패드(132), 및 제1 전극 패드(132)와 연결되는 수개의 제1 가지 전극(134)을 포함하게 구성되며, 제1 전극(140)은 제2 전극 패드(142), 및 제2 전극 패드(142)와 연결되는 수개의 제2 가지 전극(branch electrode)(144)을 포함하게 구성된다.
한편, 실시예 및 도면에서는 제1 및 제2 전극(130, 140)이 각각 전극 패드(132, 142) 및 상기 전극 패드(132, 142)와 연결되며 가지(branch) 형태로 연장되는 수개의 가지 전극(134, 144)을 포함하게 설명되었으나, 이에 한정하지 아니하며, 서로 반대 극성의 단자와 연결되며 임의의 구성 및 형상을 갖는 2 개의 전극(130, 140)이 마련되고 상기 전극(130, 140) 사이에 임의의 구성 및 형상을 갖는 포어 어레이(114)가 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극 패드(132, 142)는 외부 전원과 연결되며, 제1 및 제2 전극 패드(132, 142)는 각각 외부 전원의 일 극성 단자, 및 외부 전원의 반대 극성 단자와 연결된다. 한편, 제1 및 제2 전극 패드(132, 142)는 상기 몸체(110) 상의 포어 어레이(114)가 형성된 부분의 양 측부까지 연장되어 배치되게 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 유전 영동 효과는 인가되는 전원의 전압, 주파수 등에 따라서 다를 수 있으므로, 본 발명에 따른 입자 분리부(100)를 이용하여 솔루션 샘플의 분리를 수행할 경우, 인가되는 외부 전원은 10 V 이내의 전압 및 10 Hz 내지 10 kHz 의 주파수를 갖는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 가지 전극(134, 144)은 각각 제1 및 제2 전극 패드(132, 142)와 연결되며, 상기 포어 어레이(114)가 형성된 부분 상에 배치된다.
제1 가지 전극(134)과 제2 가지 전극(144)은 포어 어레이(114)가 형성된 부분(C) 상에 서로 교대로 배치되며, 제1 가지 전극(134)과 제2 가지 전극(144) 사이에는 유전 영동 효과에 의해 제1 및 제2 가지 전극(134, 144)으로부터 척력을 받아서 포획된 분극성 입자가 잔류할 수 있도록 잔류 공간이 마련될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 입자 분리부(100)의 상면에는 예컨대 제1 가지 전극(134) - 잔류 공간 - 제2 가지 전극(134) - 잔류 공간의 순서가 반복되게 배치될 수 있다.
포어 어레이(114)가 형성된 부분(C) 상에 수개의 제1 및 제2 가지 전극(134, 144)이 교대로 배치되게 구성되며, 제1 가지 전극(134) 및 제2 가지 전극(134)은 각각 서로 반대 극성의 전원과 연결됨으로써, 전극(120)에 교류 전원이 인가되면 각각의 제1 및 제2 가지 전극(134, 144)은 전기장을 발생시킬 수 있다.
포어 어레이(114)에 포함된 포어(115) 중 하나 이상의 포어(115) 중 상기 제1 전극(130)과 제1 전극(140) 사이에 위치하는 포어(115)로써, 상기 포어(115)로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극(130)까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제1 전극(140)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(115)가 하나 이상 존재할 수 있다.
예컨대, 상기 포어(115)와 제1 가지 전극(134) 사이의 거리와 상기 포어(115)와 제2 가지 전극(144) 사이의 거리가 서로 상이할 수 있다. 즉, 상기 포어(115)와 제1 가지 전극(134) 사이의 거리는 상기 포어(115)와 제2 가지 전극(144) 사이의 거리보다 클 수 있으며, 그 역도 성립한다. 따라서, 상기 포어(115)는 제1 가지 전극(134) 또는 제2 가지 전극(144) 중 어느 하나와 더 인접하게 배치될 수 있다. 한편, 바람직하게는, 포어(115)는 제1 및 제2 가지 전극(134, 144) 중 어느 하나와 접하게 형성될 수 있다.
예컨대, 도 5 에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 포어(H)와 제2 가지 전극(144) 사이의 최단거리는 K 일 수 있으며, 상기 포어(H)와 제1 가지 전극(134)은 서로 접하게 형성됨으로써 포어(H)와 제1 가지 전극(134)사이의 최단거리는 0 일 수 있다.
따라서, 포어(115)는 제1 및 제2 가지 전극(134, 144) 중 어느 하나와 인접하게 형성됨에 따라서, 솔루션 샘플 내의 분극성 입자가 제1 가지 전극(134)과 제2 가지 전극(144) 사이의 유전 영동 현상에 의한 척력을 받아 제1 및 제2 가지 전극(134, 144)으로부터 이격되게 이동할 때 상기 분극성 입자는 제1 및 제2 가지 전극(134, 144) 뿐만 아니라 포어(115)로부터도 이격되게 이동할 수 있다. 따라서, 분극성 입자에 의한 포어(115)의 폐쇄가 방지되어 입자 분리부(100)의 입자 분리 효율이 개선될 수 있다.
바람직하게는, 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 포어(115)는 제1 가지 전극(134), 또는 제2 가지 전극(144)과 접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 가지 전극(134, 144)의 측부에는 포어 어레이(114)의 형상과 대응하는 요철이 형성되게 구성될 수 있으며, 요철은 예컨대 반원형, 다각형 등의 형상을 가질 수 있고, 이에 한정하지 않는다.
제1 및 제2 가지 전극(134, 144)의 측부에 포어 어레이(114)의 형상과 대응되는 요철이 형성됨에 따라서, 제1 및 제2 가지 전극(134, 144)이 포어 어레이(114)를 가리지 아니함과 동시에, 포어 어레이(114)가 제1 및 제2 가지 전극(134, 144) 중 어느 하나와 접하게 배치될 수 있다. 따라서, 제1 가지 전극(134)과 제2 가지 전극(144) 사이에 생성된 전기장에 의한 유전 영동 현상에 의해 제1 가지 전극(134)과 제2 가지 전극(144)으로부터 척력을 받은 분극성 입자가 제1 가지 전극(134)과 제2 가지 전극(144) 및 포어(115)로부터 이격되며, 따라서 분극성 입자가 포어(115)를 폐쇄하지 아니하고 잔류 공간 상에 포획된 상태로 잔류할 수 있다.
상기 전극(120)에 교류 전원이 인가될 경우 상술한 바와 같은 전기장이 형성될 수 있다. 이어서 솔루션을 입자 분리부(100)에 유동시킬 경우 솔루션 내에 있는 분극성 입자는 전기장 내에서 유전 영동 효과를 갖게 되어 제1 및 제2 가지 전극(134, 144) 사이의 공간에 포획된 상태로 잔류하게 된다. 따라서, 분극성 입자에 의한 포어 어레이(114)의 폐쇄가 방지되며 미디엄의 원활한 유동이 확보될 수 있다.
즉, 단순히 포어 어레이(114)에 의해서 여과될 경우에는 분극성 입자가 각각의 포어(115)를 폐쇄하여 입자의 유동 통로를 막기 때문에 입자 분리 효율이 저하될 수 있는 반면에, 본 발명에 따른 입자 분리부(100)는 분극성 입자가 유전 영동 효과에 의하여 제1 및 제2 가지 전극(134, 144) 사이의 공간에 포획되기 때문에, 포어(115)의 폐쇄가 방지되어 입자 분리 효율이 개선될 수 있다.
예컨대, 혈액을 샘플로 하고, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)을 사용하여 신체 상태를 검사하고자 할 경우, 혈액 내의 혈장 및 혈구를 분리하여 목적하는 바에 따른 검사가 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기와 같은 입자 분리부(100)를 통해 혈장과 혈구 사이의 분리가 용이하게 이루어지며, 따라서 검사의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
바람직하게는, 입자 분리부(100)는, 상술한 바와 같이 상부면에 소수성 코팅층(113)이 형성되며, 하부면 및 상기 포어 어레이(114) 내주면에 친수성 코팅층(112)이 형성됨에 따라서, 분리하고자 하는 솔루션 샘플이 포어(115)의 내측 방향으로 유동하도록 유도되어 미디엄의 유동이 촉진되어 입자 분리 효율이 더욱 개선될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 입자 분리부(100)는 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제조될 수 있으므로, 기존의 실리콘 정밀 가공 공정을 통해 대량 생산될 수 있으므로 제조 단가가 절감될 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 의한 센서부(30)의 구조를 도면을 참조하여 설명한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(30)를 나타낸 도면이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(200)를 확대 도시한 도면이고, 도 8 은 도 7 에 도시된 Y - Y 에 따른 단면을 나타낸 도면이며, 도 9 및 도 10 는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 센서(S) 상에 배치된 나노구조물(240)을 확대 도시한 도면이다.
센서부(30)는 상술한 바와 같이, 소정의 회로 기판(32) 상에 구비된 센서(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 회로 기판(32)은 센서 시스템(1)에 대하여 탈착가능하게 구성되어, 사용에 따라서 교체가 이루어질 수 있다.
센서(200)는 복수의 단위 센서(S)를 포함하되, 상기 단위 센서(S)를 통해서 샘플의 검사가 이루어질 수 있다. 이때, 상기 단위 센서(S)는 M × N 구조의 행과 열을 갖는 매트릭스 구조를 이루며 배치될 수 있다.
도 6 내지 도 10 을 참조하면, 센서(200)는 기판(280), 제1 전극(250), 제2 전극(260), 및 적어도 하나의 나노구조물(240)을 구비한다.
또한, 센서(200)는 절연체(230), 제1 도전체(210), 제2 도전체(220), 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(이하 간략히 MOSFET이라 함, 280)를 더 구비할 수 있다.
하나의 단위 센서(S) 는 상술한 기판(280), 제1 전극(250), 제2 전극(260), 및 적어도 하나의 나노구조물(240)을 포함하며, 또한 절연체(230), 제1 도전체(210), 제2 도전체(220), 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(이하 간략히 MOSFET이라 함, 280)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
기판(280)으로서, 다양한 종류의 기판이 사용될 수 있다. 예로서, 기판(280)은 반도체 기판(일례: 실리콘 기판), 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator, SOI) 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
제1 전극(250)은 상기 기판(280) 위에 형성된다. 제1 전극(250)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 예로서, 제1 전극(250)은 단일층 구조일 수도 있고, 다층 구조일 수도 있다. 일례로, 제1 전극(250)은 알루미늄(Al)의 단일층으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 제1 전극(250)은 알루미늄 층과 그 위에 위치한 팔라듐(Pd) 층으로 구성될 수도 있다. 또 다른 예로, 제1 전극(250)은 알루미늄 층, 알루미늄 층 위에 위치한 팔라듐 층, 및 팔라듐 층 위에 위치한 금(Au) 층으로 구성될 수도 있다. 도면에는 제1 전극(250)(또는 제1 도전체(210))이 원형인 경우의 예가 도시되어 있으나, 제1 전극(250)은 다양하게 변형 가능하다.
제2 전극(260)도 상기 기판(280) 위에 형성되며, 제1 전극(250)과 유사하게 다양한 구조를 가질 수 있다. 제2 전극(260)은 제1 전극(250)과 이격되어 형성된다. 따라서, 제2 전극(260)은 제1 전극(250)에 직접 접촉되지 아니한다.
제2 전극(260)은 제1 전극(250)과 이격되게 배치된다. 한편, 도 7 에 도시된 바와 같이, 제2 전극(260)이 제1 전극(250)의 측면을 실질적으로 둘러싸는 배치 구조를 가질 수도 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
일 구현 예로서, 제2 전극(260)은 기판(280) 상에 형성된 소정의 플레이트(plate) 전극 형태로 구성되되, 상기 제2 전극(260)에 복수의 홀이 형성되며, 각각의 홀의 내측에 적어도 하나의 제1 전극(250)이 위치할 수 있다. 한편, 제2 전극(260)과 제1 전극(250)은 서로 이격되므로, 상기 홀의 내주(inner perimeter)는 제1 전극(250)의 외주(outer perimeter)로부터 소정 거리 이격되어 상기 제1 전극(250)의 외주를 실질적으로 둘러싸게 배치될 수 있다. 그러나, 이에 한정하지 아니하며, 제1 전극(250)과 제2 전극(260)이 서로 이격되는 구조를 가지면 충분하다.
한편, 제1 전극(250)이 제2 전극(260)과 같은 높이에 위치하여야 하는 것은 아니며, 제1 전극(250)과 제2 전극(260)이 서로 높이를 어느 정도 달리하여도 본 발명의 범주에 포함된다.
제2 전극(260)에는 소정의 전압인 기준 전압이 인가됨이 바람직하다(따라서, 제1 전극(250)의 전압 또는 전류가 나노구조물(240)의 전기적 특성의 변화에 따라 변화하는 것이 바람직하다.). 기준 전압은 일례로 전원 전압 또는 접지 전압일 수 있다.
적어도 하나의 나노구조물(240)은 제1 전극(250) 및 제2 전극(260)에 전기적으로 연결된다. 일례로, 하나의 나노구조물(240)의 일부분이 제1 전극(250)에 접촉하고, 상기 나노구조물(240)의 다른 일부분이 제2 전극(260)에 접촉하는 방식으로 나노구조물(240)이 제1 전극(250) 및 제2 전극(260)에 접속할 수 있다. 다른 예로, 하나의 나노구조물(240)의 일부분이 제1 전극(250)에 접촉하고, 다른 하나의 나노구조물(240)의 일부분이 제2 전극(260)에 접촉하고, 상기 하나의 나노구조물(240) 및 상기 다른 하나의 나노구조물(240)이 서로 접촉하는 방식으로, 나노구조물(240)들이 제1 전극(250) 및 제2 전극(260)에 접속할 수 있다. 또 다른 예로, 하나의 나노구조물(240)의 일부분이 제1 전극(250)에 접촉하고, 다른 하나의 나노구조물(240)의 일부분이 제2 전극(260)에 접촉하고, 상기 하나의 나노구조물(240) 및 상기 다른 하나의 나노구조물(240)이 또 다른 적어도 하나의 나노구조물(240)을 통하여 서로 접속하는 방식으로, 나노구조물(240)들이 제1 전극(250) 및 제2 전극(260)에 접속할 수 있다.
일 구현 예로서, 나노구조물(240)은 얽힌 그물처럼 밀집될(dense) 수 있다. 한편, 도 9 및 도 10 에 도시된 바와 같이, 나노구조물(240)은 제1 전극(250), 제2 전극(260), 및 절연체(230) 상에 밀집되게 배치된 후, 상기 제1 전극(250) 및 제2 전극(260) 상에 제1 도전체(210), 및 제2 도전체(220)가 적층되게 배치될 수 있다. 이에 따라서, 상기 나노구조물(240)은 제1 전극(250)과 제1 도전체(210) 사이, 및 제2 전극(260)과 제2 도전체(220) 사이에 게재될 수 있다.
나노구조물(240)로서 여러 종류의 나노구조물(240)이 사용될 수 있다. 예로, 나노구조물(240) 로서 나노튜브(nanotube), 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon), 나노필름(nanofilm) 또는 나노볼(nanoball)이 사용될 수 있다. 또한, 나노구조물(240)로서 카본 나노튜브(carbon nanotube, 이하 간략히 CNT라 함), 반도체 나노와이어(semiconductor nanowire) 또는 전도성 폴리머가 사용될 수 있다. CNT는 전기적 특성에 따라 금속의 특성을 가지는 CNT와 반도체의 특성을 가지는 CNT로 구분될 수 있으며, 벽의 수에 따라 단일벽(singlewalled) CNT, 이중벽(double-walled) CNT 및 다중벽(multi-walled) CNT 등으로 구분될 수 있다. 반도체 나노와이어를 구성하는 물질로는 SnO2, ZnO, In2O3 및 CdO 등을 포함하는 매우 다양한 물질들 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
일 구현 예로서, 나노구조물(240)은 그 단면의 치수보다 훨씬 큰 길이를 가질 수 있다. 그러한 나노구조물(240)은 와이어, 리본 및 튜브를 포함할 수 있다. 일 구현 예로서, 이러한 나노구조물(240)들은 이들이 위치한 구조물의 표면과 평행하기 뻗어 있도록 구조물 위에 배치될 수 있다.
나노구조물(240)의 전기적 특성은 감지 대상에 따라 변화한다. 변화되는 전기적 특성은 일례로 저항일 수 있다. 즉, 감지 대상의 유무 또는 농도에 따라 나노구조물(240)의 저항이 변화할 수 있다. 감지 대상은 일례로, 단백질, 디옥시리보핵산(이하 간략히 DNA라 함), 분자 또는 이온 등일 수 있다. 나노구조물(240)이 선택성을 가지도록, 즉 나노구조물(240)의 전기적 특성이 여러 감지 대상 중에서 특정 감지 대상에 따라 변화하도록, 나노구조물(240)이 특정 감지 대상에 반응하도록 하는 기능화(functionalization)가 수행될 수도 있다. 일 구현예로서, 기능화는 나노구조물(240)이 용액 내의 단백질, 종양 표지(tumor marker), 분자 및 바이러스를 검출할 수 있도록 영향을 주어, 센서가 전기적 특성을 검출할 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에 의한 센서에 사용되는 나노구조물(240)은 임의의(random) 배치를 가져도 무방하다.
예로서, 나노구조물(240)이 노출되는 감지 대상은 액상 또는 기상임(또는 감지 대상이 액체 또는 기체에 포함되어 있음)일 수 있다. 예컨대, 상술한 바와 같이 감지 대상은 혈장과 같이 미디엄을 포함하는 솔루션 형태일 수 있다. 다른 예로서, 감지 대상은 합성 분자(complex molecule)과 같은 분자일 수 있다. 한편, 분자는 용액 내에 위치할 수도 있다.
절연체(230)는 기판(280) 위에 형성되며, 제1 전극(250) 및 제2 전극(260) 사이에 위치한다. 즉, 제1 전극(250)과 제2 전극(260)이 서로 이격되게 배치되되, 상기 제1 전극(250)과 제2 전극(260) 사이에 상기 절연체(230)가 배치될 수 있다. 예컨대, 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 제1 전극(250)이 원형으로 구성되고, 제2 전극(260)이 상기 제1 전극(250)의 외주를 둘러싸도록 구성될 때, 상기 제1 전극(250)과 제2 전극(260) 사이의 공간에 상기 절연체(230)가 위치할 수 있다. 이때, 상기 절연체(230)는 고리 형태로 구성될 수 있고, 예컨대 원환형으로 이루어질 수 있다. 절연체(230)의 상면에 나노구조물(240)이 위치한다.
제1 도전체(210)는 적어도 하나의 나노구조물(240)을 사이에 두고 제1 전극(250) 위에 위치한다. 따라서, 적어도 하나의 나노구조물(240)의 일부가 제1 전극(250) 및 제1 도전체(210) 사이에 위치한다. 제1 도전체(210)는 일례로 금(Au) 층일 수 있다.
제2 도전체(220)는 적어도 하나의 나노구조물(240)을 사이에 두고 제2 전극(260) 위에 위치한다. 따라서, 적어도 하나의 나노구조물(240)의 일부가 제2 전극(260) 및 제2 도전체(220) 사이에 위치한다. 제2 도전체(220)도 일례로 금(Au) 층일 수 있다.
MOSFET(270)은 제1 전극(250) 및 제2 전극(260)의 아래에 위치한다. 도면에는 MOSFET(270)의 게이트(272)에 제1 전극(250)이 전기적으로 연결된 예가 표현되어 있으나, MOSFET(270)의 게이트(272), 소스(271) 및 드레인(273) 중 적어도 어느 하나가 제1 전극(250) 및 제2 전극(260) 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되어 있으면 충분하다. MOSFET(270)은 게이트(272), 소스(271), 드레인(273), 채널 영역(275), 게이트 절연막(274), 게이트 전극(286), 소스 전극(277), 드레인 전극(278) 및 절연막(279)을 포함한다. MOSFET(270)은 웰(well, 276)을 더 포함할수 있다. 도면에 표현된 MOSFET(270) 중 좌측은 PMOS(p-channel metal-oxide semiconductor, 소스와 게이트가 P 형으로 도핑되어 있으며, 웰은 N형으로 도핑되어 있음)를 나타내고 있으며, 우측은 NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor, 소스와 게이트가 N형으로 도핑되어 있으며, 기판은 P형 기판임)에 해당한다. MOSFET(270)은 기판(280)에 형성된 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 회로(미도시)의 일부분으로 사용될 수 있다.
CMOS 회로는 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 또는 여러 제1 전극(20, 100) 중에서 일부를 선택하는 스위치 등으로 사용될 수 있다. CMOS 회로에 의하여 나노구조물(240)의 전기적 특성의 변화에 대응하는 디지털 신호가 생성됨이 바람직하다.
한편, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 ?이, 제1 전극(250), 제2 전극(260), 나노구조물(240), 절연체(230) 및 MOSFET(270) 로 구성된 단위 센서(S)가 복수 형성되어 어레이 구조를 이룸으로써, 센서(200)는 센서 어레이 형태로 구현될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 센서(200)를 사용하여 검사를 수행할 때, 예컨대, 항원-항체 반응을 이용하여 이상 징후의 검사를 수행할 경우, 리셉터를 갖는 솔루션이 센서(200) 상에 놓일 수 있다. 이때, 상기 리셉터는 예컨대 항원-항체 반응을 일으킬 수 있는 소정의 항체일 수 있다.
상기 리셉터가 소정의 면적 범위 내에서 센서(200) 상에 부착되도록, 상기 솔루션은 스퍼터링 방법과 같은 소정의 방법에 의해서 상기 센서(200) 상에 놓일 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 센서(200)가 어레이를 형성하는 복수의 단위 센서(S)를 포함함에 따라서, 상기 솔루션은 상기 센서(200)의 소정의 면적 범위 상에 놓이며, 서로 상이한 리셉터를 포함한 복수의 솔루션이 하나의 센서(200)의 수개의 영역 상에 놓일 수 있다.
이어서, 상기 솔루션 상에 감지 대상인 샘플을 공급한다. 상술한 바와 같이, 검사 대상은 항원-항체 반응에서 항원을 갖는 혈장, 또는 세포 성분일 수 있다. 솔루션 상에 검사 대상이 공급됨에 따라서, 솔루션 내의 항체와 검사 대상 내의 항원이 항원-항체 반응을 일으킬 수 있고, 이에 따라서 나노구조물(240)의 전기적 특성이 변화할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 센서 시스템(1)을 사용한 검사 방법에 관해 설명한다.
본 발명에 따른 센서 시스템(1)을 사용한 검사 방법은, 검사하고자 하는 샘플을 샘플 공급부(20)에 공급하는 단계, 하나 이상의 리셉터를 센서부(30) 상의 하나 이상의 영역에 각각 공급하는 단계, 상기 샘플을 상기 센서부(30) 상에 공급하는 단계. 및 상기 리셉터와 상기 샘플 사이의 반응을 검사하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 검사하고자 하는 샘플을 상기 샘플 공급부(20)에 공급할 수 있다. 상기 샘플은 상술한 바와 같이 혈액과 같은 솔루션 형태일 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 상기 샘플 공급부(20)는 소정의 입자 분리부(100)를 포함할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 센서 시스템(1)을 사용한 검사 방법의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 샘플 공급부(20)에 공급된 샘플을 분리하여 상기 센서부(30)에 제공하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 입자 분리부(100)를 통해 샘플 내의 성분 중 검사에 사용되는 성분만이 분리되어 센서부(30)로 공급될 수 있으며, 상기 입자 분리부(100)는 예컨대 유전영동 효과를 이용한 입자 분리부(100)로 구성될 수 있다. 이러한 유전영동 효과를 이용한 입자 분리부(100)는 예컨대 혈액 내의 혈장 성분과 혈구 성분을 분리하여 혈장 성분만을 센서부(30)에 공급함으로써 상기 혈장 성분이 검사에 사용될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 하나 이상의 리셉터가 센서부(30) 상의 하나 이상의 영역에 각각 공급될 수 있다. 상기 리셉터는 소정의 솔루션 내에 포함된 형태로 제공될 수 있고, 이에 한정하지 않는다. 한편, 일 예에 따라서 리셉터를 포함한 솔루션이 센서부(30) 상에 놓여진 후, 상기 센서부(30)가 본 발명에 따른 센서 시스템(1)에 장착되어 검사가 진행될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 소정의 항체를 포함한 솔루션이 센서부(30) 상에 놓여져서 혈장과 항원 - 항체 반응을 일으키도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)의 센서부(30)는 복수의 단위 센서(S)를 포함하는 센서(200)를 포함하며, 상기 단위 센서(S)는, 기판(280), 상기 기판(280) 상에 배치되는 제1 전극(250), 상기 기판(280) 상에 상기 제1 전극(250)과 이격되게 배치되는 제2 전극(260), 및 상기 제1 전극(250) 및 상기 제2 전극(260)과 전기적으로 연결되며 감지 대상에 따라서 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나의 나노구조물(240)을 포함하고, 상기 센서(200)는 상기 복수의 단위 센서(S)가 어레이를 이루며 배치될 수 있다.
이러한 센서 구조에 의해서, 상기 센서 상의 영역이 수개의 영역으로 구획되어 각각의 영역 상에 하나 이상의 리셉터가 놓여지게 공급될 수 있으며, 각각의 영역에 상이한 리셉터가 공급되어 상기 각각의 상이한 리셉터를 동시에 사용한 검사가 이루어질 수 있다.
일 예로, 암세포 해당 여부의 검사에 사용되는 리셉터가 A,B,C,...I 일 경우, 각각의 리셉터를 포함하는 솔루션을 도 11 에 도시된 바와 같이 센서(200) 상의 소정의 면적 범위에 스퍼터링 한 후 검사를 진행할 수 있다.
한편, 이때 상기 리셉터가 상기 센서 상에 신뢰성있게 흡착되었는지 여부를 검사할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)을 이용한 검사 방법은 리셉터와 센서 사이의 흡착 여부를 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 선행 검사 단계는 예컨대 전기 저항의 변화와 같은 전기적 검사 단계일 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 상술한 바와 같이, 센서는 복수의 단위 센서(S)가 어레이를 이루는 구조를 가짐에 따라서, 복수의 단위 센서(S) 중 일부의 단위 센서(S)를 선택적으로 사용하여 검사를 진행할 수 있으며, 상기와 같이 리셉터가 가장 신뢰성있게 흡착된 단위 센서(S)를 선택하여 검사를 진행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)을 이용한 검사 방법은 상기 리셉터가 흡착된 단위 센서(S)를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 리셉터가 흡착된 단위 센서(S)를 선택한다 함은 상기 리셉터가 흡착된 단위 센서(S)(S)에서 도출된 검사 결과를 선택한다는 개념을 포함할 수 있다.
이어서, 샘플을 상기 센서부(30)에 공급하며, 상기 솔루션 내에 포함된 리셉터와 상기 샘플 사이의 반응을 검사한다. 이때, 상술한 바와 같이 센서부(30) 상에 적어도 하나 이상의 리셉터를 포함하는 복수의 솔루션이 센서부(30) 상의 수개의 영역에 놓이고, 상기 영역 상에 샘플이 공급됨에 따라서, 서로 상이한 종류의 리셉터를 동시에 사용하여 검사할 수 있다. 따라서, 각각의 리셉터에 의한 발현 정도가 입체적으로 나타날 수 있고, 이를 통해 도출된 결과를 검토하여 암세포의 해당 여부가 용이하게 파악될 수 있다.
예컨대 수 종류의 리셉터에 의한 발현 정도가 높은 것에 비해 그 외의 리셉터의 발현 정도가 낮을 경우 암세포일 가능성이 낮다고 판단되며, 발현 정도가 높은 리셉터의 종류가 많을수록 암세포 해당 가능성이 높다고 판단될 수 있다.
이와 같이, 수개의 리셉터를 동시에 이용한 입체적 검사가 가능함에 따라서, 패턴 분석형 진단이 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 센서 시스템(1)을 사용한 검사 방법의 바람직한 일 실시예에 따르면, 각 영역에 놓인 리셉터와 샘플 사이의 반응을 입체적으로 진단하는 패턴 분석형 진단을 수행할 수 있으며, 상기 패턴 분석형 진단 단계는 예컨대 상기 복수의 영역 상에 놓인 복수의 리셉터와 샘플 사이의 반응 패턴과 소정의 지표가 되는 반응 지표 패턴을 서로 대조하는 패턴 분석 진단 단계;를 더 포함할 수 있다.
예컨대 실제 암세포를 이용한 항원-항체 반응 검사 결과 패턴과 감지 대상인 샘플의 항원-항체 반응 검사 결과 패턴을 비교하는 패턴 분석형 진단이 이루어질 수 있으며, 이에 따라서 높은 확률 범위의 진단이 가능해진다.
또한, 패턴 분석형 진단이 가능해짐에 따라서 샘플의 검사 결과의 시계열적 변동 양상 및 변화 패턴 또한 함께 도출할 수 있으며, 따라서 진단의 신뢰성 및 정확성이 더욱 향상될 수 있다.
이에 따라서, 도면에 도시되지는 아니하였으나, 상기 센서부(30)에서 검사된 결과값을 확인할 수 있도록 신호를 변환하는 신호처리부, 및 소정의 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 신호처리부에서 결과값을 처리하는 단계. 및 디스플레이부에 상기 결과값이 패턴 형태로 출력되는 단계를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 신호처리부는 센서부(30)에서 감지된 신호를 처리하여, 패턴형 신호를 생성하며, 디스플레이부는 도 12 및 도 13 에 도시된 바와 같이 상기 결과를 패턴형으로 출력할 수 있다.
도 12 는 건강상태가 양호한 피험자의 검사 결과를 나타낸 도면이며, 도 13 은 전립선암(Prostate Cancer) 환자의 검사 결과를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13 을 비교, 대조할 때, 검사 결과가 나타내는 패턴은 건강상태가 양호한 피험자와 병리 상태의 피험자의 검사 결과가 나타내는 패턴은 상이함을 알 수 있다. 이에 따라서, 이에 따라서, 실제 피험자의 검사 결과를 상기와 같이 건강상태가 양호한 피험자의 검사 결과 및 병리 상태의 피험자의 검사 결과와 대조하여 패턴 형상이 실제 병리 상태의 피험자의 검사 결과와 유사하게 나타날수록 해당 피험자의 질환과 유사한 질환을 가지고 있음을 추측할 수 있으며, 따라서 패턴을 분석, 비교하는 패턴 분석형 진단이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 센서(200)는 MOSFET 를 포함한 CMOS 회로를 포함함에 따라서, 검사 결과를 전기적 신호로 도출할 수 있다. 즉, 증폭기 및/또는 ADC 등으로 사용될 수 있는 MOSFET 를 포함함에 따라서, 나노구조물(240)의 전기적 특성의 변화를 기판(280)에서 바로 증폭 및/또는 디지털 변환할 수 있으므로 측정의 정확도가 향상될 수 있다. 예컨대 항원-항체 반응을 통해 병원체의 유무, 또는 암세포의 유무와 같은 이상 여부를 검사하고자 할 때, 본 발명에 따른 센서(200)는 검사 결과가 전기적 신호로 나타날 수 있으므로, 검사 결과가 명료하게 도출되어 검사 신뢰성이 향상되며 검사 결과 판단을 위한 별도의 태그(TAG) 사용이 불필요하게 되어 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서(200)는 복수의 단위 센서(S)가 어레이를 이루며 구성됨에 따라서 하기와 같은 장점을 가질 수 있다.
먼저, 센서 어레이 상에 소정의 면적을 갖는 복수의 구역 상에 리셉터를 포함한 솔루션 및 검사 대상이 스퍼터링됨에 따라서, 하나의 센서(200)를 사용하여 복수의 검사가 이루어질 수 있다.
예컨대, 다양한 인자에서 이상 징후가 감지되는 암세포의 경우, 하나의 리셉터를 이용한 항원-항체 반응 검사만으로는 암세포 여부의 정확한 판단이 어렵게 된다. 그러나, 본 발명에 따른 센서(200)는 복수의 단위 센서(S)가 형성된 센서 어레이를 포함함에 따라서, 센서 어레이 상에 서로 상이한 종류의 리셉터를 포함한 복수의 솔루션이 스퍼터링되며, 상기 복수의 리셉터를 사용하여 입체적인 검사가 이루어질 수 있다.
일 예로, 암세포 해당 여부의 검사에 사용되는 리셉터가 A,B,C,...I 일 경우, 각각의 리셉터를 포함하는 솔루션을 도 12 에 도시된 바와 같이 센서(200)부 상의 소정의 면적 범위에 스퍼터링 한 후 검사를 진행할 수 있다. 서로 상이한 종류의 리셉터를 사용하여 검사함에 따라서 각각의 리셉터에 의한 발현 정도가 입체적으로 나타날 수 있고, 암세포의 해당 여부가 용이하게 파악될 수 있다. 예컨대 수 종류의 리셉터에 의한 발현 정도가 높은 것에 비해 그 외의 리셉터의 발현 정도가 낮을 경우 암세포일 가능성이 낮다고 판단되며, 발현 정도가 높은 리셉터의 종류가 많을수록 암세포 해당 가능성이 높다고 판단될 수 있다. 이와 같이, 수개의 리셉터를 동시에 이용한 입체적 검사가 가능함에 따라서, 패턴 분석형 진단이 이루어질 수 있다. 즉, 실제 암세포를 이용한 항원-항체 반응 검사 결과 패턴과 감지 대상인 샘플의 항원-항체 반응 검사 결과 패턴을 비교하는 패턴 분석형 진단을 수행할 수 있으며, 이에 따라서 높은 확률 범위의 진단이 가능해진다.
또한, 복수의 단위 센서(S)가 구비됨에 따라서, 상기 단위 센서(S), 또는 상기 단위 센서(S)에 의해서 도출된 검사 결과를 선택적으로 사용할 수 있으므로 검사 신뢰성이 향상될 수 있다.
예컨대 항원- 항체 반응을 이용하여 이상 징후의 검사를 수행하고자 할 때, 항원-항체 반응에 사용되는 리셉터가 가장 신뢰성있게 흡착된 단위 센서(S)를 선택하거나, 또는 상기 단위 센서(S)에 의해서 도출된 검사 결과를 선택하여 검사 결과의 도출에 사용할 수 있으므로, 검사 신뢰성이 향상될 수 있다.
일 예로, 도 11 에 도시된 바와 같이 일정 면적 범위 상에 리셉터를 부착하고 검사를 진행하기 전에, 각각의 리셉터가 흡착된 복수의 단위 센서(S) 중 리셉터가 가장 신뢰성있게 흡착된 단위 센서(S)를 선택하여 검사에 활용함으로써 신뢰성이 향상된 검사 결과를 도출할 수 있다. 이때, 상기 리셉터의 흡착 여부는 검사 전에 소정의 선행 검사를 진행함에 따라서 확인할 수 있다. 예컨대 소정의 전기 저항값 측정과 같은 선행 검사를 통해 리셉터의 흡착 여부를 확인할 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
1: 센서 시스템 10: 입력부
20: 샘플 공급부 30: 센서부
32: 인쇄 회로 기판 40: 이송부
50: 배출부 100: 입자 분리부
110: 몸체 111: 기저부
112: 친수성 코팅층 113: 소수성 코팅층
114: 포어 어레이 115: 포어
120: 전극 130: 제1 전극
132: 제1 전극 패드 134: 제1 가지 전극
140: 제2 전극 142: 제2 전극 패드
144: 제2 가지 전극 200: 센서
210: 제1 도전체 220: 제2 도전체
230: 절연체 240: 나노구조물
250: 제1 전극 260: 제2 전극
270: MOSFET 271: 소스
272: 게이트 273: 드레인
274: 게이트 절연막 275: 채널 영역
276: 웰 277: 소스 전극
278: 드레인 전극 279: 절연막
280: 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)
280: 기판 286: 게이트 전극

Claims (22)

  1. 샘플 공급부(20);및
    감지 대상에 대한 검사를 수행하는 센서부(30);를 포함하는 센서 시스템(1)에 있어서,
    상기 센서부(30)는 복수의 단위 센서(S)를 포함하는 센서(200)를 포함하며,
    상기 단위 센서(S)는,
    기판(280),
    상기 기판(280) 상에 배치되는 제1 전극(250).
    상기 기판(280) 상에 상기 제1 전극(250)과 이격되게 배치되는 제2 전극(260), 및
    상기 제1 전극(250) 및 상기 제2 전극(260)과 전기적으로 연결되며 감지 대상에 따라서 전기적 특성이 변화하는 적어도 하나의 나노구조물(240)을 포함하고,
    상기 센서(200)는 상기 복수의 단위 센서(S)가 어레이를 이루며 배치되고,
    상기 샘플 공급부(20)는,
    솔루션으로부터 솔루션 내의 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리부(100)를 포함하며,
    상기 입자 분리부(100)는,
    포어 어레이(114)를 이루는 복수의 서로 이격된 포어(115)들이 형성된 몸체(110), 및
    상기 몸체(110) 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 전기장을 형성하는 전극(120)을 포함하며,
    상기 전극(120)은,
    상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극(130), 및 제2 전극(140)을 포함하고,
    상기 제1 전극(130)과 제2 전극(140) 사이에 위치하는 포어(115)로써, 상기 포어(115)로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극(130)까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제2 전극(140)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(115)가 하나 이상 존재하는 센서 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 센서(S)는 M×N 의 매트릭스 구조를 갖도록 배치되는 센서 시스템(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판(280) 상에 배치되되, 상기 제1 전극(250)과 제2 전극(260) 사이에 배치되는 절연체를 더 포함하는 센서 시스템(1).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노구조물(240)은,
    나노튜브, 나노와이어, 나노로드, 나노리본, 나노필름, 및 나노볼 중 적어도 하나를 포함하는 센서 시스템(1).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극(250) 상에 배치되며 상기 제1 전극(250)과 전기적으로 연결되는 제1 도전체(210), 및
    상기 제2 전극(260) 상에 배치되며 상기 제2 전극(260)과 전기적으로 연결되는 제2 도전체(220)를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 나노구조물(240)의 일부가 상기 제1 전극(250)과 상기 제1 도전체(210) 사이에 배치되고,
    상기 적어도 하나의 나노구조물(240)의 일부가 상기 제2 전극(260)과 상기 제2 도전체(220) 사이에 배치되는 센서 시스템(1).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서(200)는,
    상기 제1 전극(250) 및 상기 제2 전극(260)의 하부에 위치하도록 배치되는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 더 포함하며,
    상기 MOSFET 의 소스(271), 게이트(272), 및 드레인(273) 중 적어도 어느 하나는 상기 제1 전극(250) 및 제2 전극(260) 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되는 센서 시스템(1).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서부(30)는 인쇄 회로 기판(32)을 포함하며,
    상기 센서(200)는 상기 인쇄 회로 기판(32) 상에 배치되고,
    상기 인쇄 회로 기판(32)은 상기 센서 시스템(1)에 대해 탈착가능하게 구성되는 센서 시스템(1)
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  10. 제1항에 있어서,
    상기 포어 어레이(114)를 형성하는 포어(115) 중 하나 이상의 포어(115)는,
    상기 제1 전극(250), 또는 상기 제2 전극(260)과 접하는 센서 시스템(1).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극(130)은 제1 전극 패드(132), 및 상기 제1 전극 패드(132)와 연결되는 복수의 제1 가지 전극(134)을 포함하고,
    상기 제2 전극(140)은 제2 전극 패드(142), 및 상기 제2 전극 패드(142)와 연결되는 제2 가지 전극(144)을 포함하며,
    상기 제1 가지 전극(134)과 제2 가지 전극(144) 사이에 위치하는 포어(115)로써, 상기 포어(115)로부터 가장 가까이에 있는 제1 가지 전극(134)까지의 최단거리와 상기 포어(115)로부터 가장 가까이에 있는 제2 가지 전극(144)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(115)가 하나 이상 존재하는 센서 시스템(1).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 포어(115)는 상기 제1 가지 전극(134) 또는 상기 제2 가지 전극(144)과 접하는 센서 시스템(1).
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 가지 전극(134) 및 제2 가지 전극(144)의 측부에는 상기 포어 어레이(114)의 형상에 대응하는 요철이 형성되며,
    상기 요철이 형성된 부분에 상기 포어 어레이(114)가 배치되는 센서 시스템(1).
  14. 제1항에 있어서,
    상기 몸체(110)는 기저부(111), 상기 기저부(111) 상에 배치되는 친수성 코팅층(112), 및 상기 친수성 코팅층(112) 상에 배치되는 소수성 코팅층(113)을 포함하며,
    상기 친수성 코팅층(112)은 상기 포어(115)의 내주면을 형성하고,
    상기 포어 어레이(114)가 형성된 부분 하부의 기저부(111)가 제거된 센서 시스템(1).
  15. 제1항에 있어서,
    상기 센서 시스템(1)은,
    외부 기기와 신호를 송, 수신할 수 있는 송수신부를 더 포함하는 센서 시스템(1).
  16. 제1항에 있어서,
    상기 센서부(30)에서 검사된 결과값을 처리하여 패턴형 신호를 발생하는 신호처리부; 및 상기 결과를 출력하는 디스플레이부;를 더 포함하며,
    상기 신호처리부는 상기 결과값을 처리하여 패턴형 신호를 발생하며, 상기 디스플레이부는 상기 패턴형 결과값을 출력하는 센서 시스템(1).
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