KR101593545B1 - 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서 및 그 사용방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서의 깨끗한 상태를 유지하면서 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서 및 그 사용방법을 위하여, 센서 트랜스듀서(sensor transducer), 상기 센서 트랜스듀서의 적어도 일면 상에 형성된 강자성 패턴, 상기 센서 트랜스듀서에 가해지는 제 1 자기장 및 제 2 자기장의 방향에 따라, 상기 센서 트랜스듀서 상에 단층으로 포집 또는 방출 될 수 있는, 자성 나노 입자 및 상기 자성 나노 입자에 고정되며, 검지하고자 하는 타겟 물질과 결합할 수 있는, 수용체를 포함하는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서 및 그 사용방법을 제공한다.

Description

재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서 및 그 사용방법{Sensor for reusable chemical or biological and method of operating the same}
본 발명은 화학적 또는 생물학적 센서 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서 및 그 사용방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학적 또는 생물학적 센서는 신호발생장치(signal transducer)에 인식 물질(sensing material)로 작용하는 수용체(receptor)를 고정시킨 것으로 수용체와 분석물질(analyte) 사이의 특이적이고 강한 상호작용을 통해 분석물질을 매우 민감하게 검출할 수 있는 장점을 가지고 있다.
수용체란 분석물질과 특이적으로 결합할 수 있는 물질로서 대표적인 예로는 항체, DNA, 탄수화물 등을 들 수 있다. 이와 같은 바이오센서에서는 서로 다른 분석물질을 검출할 경우 각 분석물질에 대한 수용체를 고정시킨 서로 다른 센서 칩을 사용해야만 한다. 따라서 센서 칩의 개발에 많은 비용이 들고 사용이 번거로운 단점이 있다.
또한 식품이나 혈액과 같이 수많은 다른 물질들에 섞여 있는 분석물질을 검출하는 경우에는 다른 물질들의 간섭으로 인하여 정확한 검출이 어려워지는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수용체를 고정시킨 자성 나노입자(magnetic nanoparticle)를 이용하여 분석물질을 다른 물질들로부터 분리하는 전처리 방법들이 이용되고 있다.
그러나 자성 나노입자를 회수할 때 분석물질과 결합한 입자들뿐만 아니라 결합하지 않은 입자들도 함께 회수되기 때문에 분석물질만 검출하기 위해서는 또 다른 수용체를 고정시킨 센서 칩을 사용해야 한다.
좀 더 상세하게 설명하자면 자성 나노입자에 고정된 수용체를 A라고 하면 센서 칩에는 또 다른 수용체 B를 고정시켜야 하며, A와 B 두 수용체는 분석물질의 서로 다른 부위에 결합함으로써 한 수용체의 결합이 다른 수용체의 결합에 영향을 미치지 말아야 한다. 따라서 이러한 검출법을 위해서는 대개 두 종류의 단클론 항체를 사용해야하기 때문에 많은 노력과 비용이 소요될 뿐만 아니라 앞에서와 마찬가지로 서로 다른 분석물질에 대해서는 서로 다른 센서 칩을 사용해야 하는 단점이 있다.
<선행기술 문헌>
1. 한국등록특허 제10-0958198호 (2010.05.07)
2. 한국등록특허 제10-1350722호 (2014.01.07)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 센서의 깨끗한 상태를 유지하면서 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서 및 그 사용방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 센서 트랜스듀서(sensor transducer), 상기 센서 트랜스듀서의 적어도 일면 상에 형성된 강자성 패턴, 상기 센서 트랜스듀서에 가해지는 제 1 자기장 및 제 2 자기장의 방향에 따라, 상기 센서 트랜스듀서 상에 단층으로 포집 또는 방출 될 수 있는, 자성 나노 입자 및 상기 자성 나노 입자에 고정되며, 검지하고자 하는 타겟 물질과 결합할 수 있는, 수용체를 포함하는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서가 제공된다.
상기 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서에 있어서, 상기 강자성 패턴은 니켈 및 금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 패턴이며, 상기 센서 트랜스듀서는 실리콘 및 산화실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 상에 형성된 탄소 나노 튜브 기반 센서 트랜스듀서를 포함할 수 있다.
상기 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서에 있어서, 상기 강자성 패턴은 PEG(polyethylene glycol) 패시베이션(passivation)을 포함하고, 상기 센서 트랜스듀서는 OTS(octadecyltrichlorosilane) 패시베이션을 포함할 수 있다.
상기 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서에 있어서, 상기 수용체는 항체이고, 상기 타겟 물질은 항원일 수 있다.
상기 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서에 있어서, 상기 제 1 자기장 및 제 2 자기장은 서로 반대 방향으로 상기 센서 트랜스듀서에 가해질 수 있다.
상기 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서에 있어서, 상기 수용체는 상기 강자성 패턴에 의하여 유발되는 제 1 자기장의 세기차이로 인하여 상기 센서 트랜스듀서 상에 포집될 수 있다.
상기 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서에 있어서, 상기 수용체는 상기 강자성 패턴에 의하여 유발되는 제 2 자기장의 세기차이로 인하여 상기 센서 트랜스듀서 상에서 방출될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 화학적 또는 생물학적 센서를 준비하는 단계, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 제 1 자기장을 인가하여, 상기 강자성 패턴 상에 상기 자성 나노 입자 및 상기 자성 나노 입자에 고정되는 상기 수용체를 포집하는 단계, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 검지하고자 하는 타겟 물질을 공급함으로써 상기 수용체가 상기 타겟 물질을 수용하는 단계, 광학적 방법 또는 전기적 신호 측정방법에 의하여, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 타겟 물질을 검지하는 단계 및 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 상기 제 1 자기장과 반대방향인 제 2 자기장을 인가하여, 상기 자성 나노 입자 및 상기 수용체를 방출하는 단계를 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용 방법이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서의 깨끗한 상태를 유지하면서 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서 및 그 사용방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 4는 도 2의 자성 나노 입자가 니켈 패턴 위에 단층 포집 및 방출된 후의 SEM 이미지이다.
도 5는 도 2의 항원에 반응한 항체의 형광 이미지이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 7은 도 6의 시간에 따른 전류변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 6의 실험예들의 로그 농도에 따른 전류 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 6의 트랜지스터의 특성이 변화하는 정도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서를 개략적으로 도시하는 모식도이며, 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 화학적 또는 생물학적 센서는, 센서 트랜스듀서(sensor transducer)(10), 강자성 패턴(20), 자성 나노 입자(30) 및 수용체(40)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 적어도 일면 상에 강자성 패턴(20)이 형성된 센서 트랜스듀서(10) 및 센서 트랜스듀서(10)에 가해지는 제 1 자기장(A) 및 제 2 자기장(B)의 방향에 따라, 센서 트랜스듀서(10) 상에 단층으로 포집 또는 방출 될 수 있는, 자성 나노 입자(30), 자성 나노 입자(30)에 고정되며, 검지하고자 하는 타겟 물질(50)과 결합할 수 있는, 수용체(40)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서는, 센서를 준비하는 단계(S10), 상기 센서에 제 1 자기장을 인가하여 강자성 패턴 상에 자성 나노 입자 및 수용체를 단층으로 포집하는 단계(S20), 상기 센서에 타겟 물질을 공급하여 상기 수용체가 상기 타겟 물질을 수용하는 단계(S30), 상기 센서에 상기 타겟 물질을 검지하는 단계(S40) 및 상기 센서에 제 2 자기장을 인가하여 상기 자성 나노 입자 및 수용체를 방출하는 단계(S50)를 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하여 재사용될 수 있다.
예컨대, 상기 화학적 또는 생물학적 센서를 준비하고, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 제 1 자기장을 인가하여, 상기 강자성 패턴 상에 상기 자성 나노 입자 및 상기 자성 나노 입자에 고정되는 상기 수용체를 단층으로 포집한다.
이때, 상기 강자성 패턴 상에 상기 자성 나노 입자 및 상기 자성 나노 입자에 고정되는 상기 수용체를 단층으로 포집하면, 상기 타겟 물질의 정량적 검지를 가능하게 할 수 있다.
그런 다음에, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 검지하고자 하는 타겟 물질을 공급함으로써 상기 수용체가 상기 타겟 물질을 수용하고, 광학적 방법 또는 전기적 신호 측정방법에 의하여, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 타겟 물질을 검지한다.
그런 다음에, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 상기 제 1 자기장과 반대방향인 제 2 자기장을 인가하여, 상기 자성 나노 입자 및 상기 수용체를 방출하고, 이러한 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 재사용될 수 있다.
더 구체적인 예를 들어, 강자성 패턴(20)이 형성된 센서 트랜스듀서(10)를 수용체(40)가 고정된 자성 나노 입자(30) 용액에 넣고, 센서 트랜스듀서(10) 전체에 외부 자기장(제 1 자기장(A))을 인가한다. 이때, 강자성 패턴(20)에 의하여 자기장의 세기차이가 유발되고, 자성 나노 입자(30)가 강자성 패턴(20)에 포집될 수 있다. 그런 다음에 수용체(40)가 고정된 센서 트랜스듀서(10)를 포함하는 센서를 구현할 수 있다.
그런 다음에. 상기 센서에 검지하고자 하는 타겟 물질(50)을 공급하여, 상기 센서가 타겟 물질(50)을 검지하게 한다. 이때, 상기 검지 방법은 예를 들어, 광학적 방법 및/또는 전기적 신호 측정방법 등을 포함할 수 있다.
상기 검지가 끝난 후, 앞서 걸어주었던 상기 자기장의 반대방향으로 약한 자기장(제 2 자기장(B))을 인가한다. 이때, 강자성 패턴(20)에 인가하였던 자기장(제 1 자기장(A)) 방향의 자성이 존재하여, 주변과의 자기장 세기차이가 유발된다. 이로 인하여 자성 나노 입자(30)가 방출되고, 센서 트랜스듀서(10)만 남게 될 수 있다.
본 발명은 상술한 과정을 반복함으로써, 센서 트랜스듀서(10) 수용체(40)를 반복적으로 포집 및 방출할 수가 있으며, 이로 인하여 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서를 구현할 수 있다.
또한, 화학물질을 사용하지 않고, 자기적 방법으로 수용체(40)를 효과적으로 포집 및 방출할 수 있기 때문에. 화학적 또는 생물학적 센서의 청결 상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 센서를 어느 한 위치에 고정시키고 상시 검지가 가능한 시스템을 구현할 수 있다. 또한, 소형화된 센서를 구현할 수도 있다.
센서 트랜스듀서(10)는, 예를 들어, 실리콘 및 산화실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 상에 형성된 탄소 나노 튜브 기반 센서 트랜스듀서를 포함할 수 있다.
또한, 센서 트랜스듀서(10) 상에 타겟 물질(50)의 비선택적인 흡착을 방지하기 위해서, 구체적인 예를 들어, OTS(Octadecyltrichlorosilane)으로 기판 부분을 패시베이션(passivation) 할 수 있다.
또한, 강자성 패턴(20)은, 예컨대, 니켈 및 금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 패턴으로, 강자성 패턴(20) 상에 타겟 물질(50)의 비선택적인 흡착을 방지하기 위해서. 예를 들어, PEG(Polyethylene glycol)를 이용해 패시베이션 할 수 있다.
자성 나노 입자(30)는, 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 1과 같이, 구형 모양으로 형성될 수 있으며. 정육면체, 정사면체 등 수용체(40)가 고정될 수 있는 다양한 모양으로 형성될 수 있다.
제 1 자기장(A) 및 제 2 자기장(B)은 서로 반대 방향으로 센서 트랜스듀서(10)에 가해지며, 수용체(40)는 강자성 패턴(20)에 의하여 유발되는 제 1 자기장(A)의 세기차이로 인하여, 센서 트랜스듀서(10) 상에 포집될 수 있다. 한편, 수용체(40)는 강자성 패턴(20)에 의하여 유발되는 제 2 자기장(A)의 세기차이로 인하여, 센서 트랜스듀서(10) 상에서 방출될 수 있다.
한편, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제 1 자기장은 센서 트랜스듀서(10)에 자기장을 인가할 수 있는 모든 방향을 포함할 수 있으며, 제 2 자기장은 상기 제 1 자기장과 반대되는 모든 방향을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 예를 들어, 형광 검지 방법을 이용하여, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서를 구현할 수 있다. 이때, 수용체(40)는 항체를 포함할 수 있고, 타겟 물질(50)은 항원를 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 도 3의 (a)와 같이, Si/SiO2 기판 상에 Ni패턴(21)/Au패턴(22)을 포함하는 강자성 패턴(20)이 형성된 센서 트랜스듀서(10)를 제작할 수 있다.
그런 다음에, 타겟 물질(50)의 비선택적인 흡착을 막기 위해서, OTS(Octadecyltrichlorosilane)으로 상기 기판 부분을 패시베이션(passivation)하여 OTS 층(70)을 형성하고, PEG(Polyethylene glycol)를 이용해 상기 금박(Au)을 패시베이션하여, PEG 층(60)을 형성할 수 있다.
그런 다음에, 제 1 검출 항체(수용체(40))가 고정된 자성 나노 입자(30) 용액을 준비한다.
그런 다음에, 도 3의 (b)와 같이, 센서 트랜스듀서(10)를 상기 자성 나노 입자(30) 용액에 넣고, 제 1 자기장(A)을 약 1분간 인가하여, 자성 나노 입자(30)가 강자성 패턴(20) 상에 한 층 정도로 쌓이도록 할 수 있다. 이때, 도 4의 ⅰ)를 참조하면, 도 3의 자성 나노 입자(30)가 강자성 패턴(20) 상에 단층으로 포집된 것을 확인할 수 있었다.
단층으로 자성 나노 입자(30)를 포집하는 것은 여러 층으로 포집하는 것에 비해 정량적인 검지가 가능하게 하는 장점이 있다. 이를 가능하게 하는 것은 도 4에 나와 있는 것 같은 강자성 패턴의 모양, 두께, 인가해 주는 자성의 세기, 자성의 인가 시간에 의존한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 자성 나노 입자(30)는 강자성 패턴(20) 상에 복층으로 포집될 수도 있다.
그런 다음에, 기판에 포집되지 않은 자성 나노 입자(30)를 PBS(Phosphate buffered saline)로 세척하고, 도 3의 (c)와 같이, 검출하고자 하는 항원(타겟 물질(50))을 투여할 수 있다.
그런 다음에, 검출 항체(수용체(40))에 결합되지 않은 항원(타겟 물질(50))을 세척하고, 도 3의 (d)와 같이, 형광물질과 결합한 제 2 검출 항체(51)를 투여할 수 있다. 이때, 형광물질은 예를 들어, FITC를 포함할 수 있다.
그런 다음에, 항원(타겟 물질(50))과 결합하지 않은 제 2 검출 항체(51)를 세척하고, 형광 현미경을 이용해 형광 세기로 항원을 검지할 수 있다.
그런 다음에, 제 1 자기장(A)과 반대방향의 제 2 자기장(B)(미도시)을 인가하여, 자성 나노 입자(30)를 센서 트랜스듀서(10) 상에서 방출할 수 있다. 이때, 도 4의 ⅱ)를 참조하면, 도 3의 자성 나노 입자(30)가 강자성 패턴(20) 상에서 방출된 것을 확일 할 수 있었다.
상술한 자성 나노 입자(30)가 방출된 센서 트랜스듀서(10)를 포함하는, 화학적 또는 생물학적 센서는 상술한 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하여 반복적으로 사용할 수 있다.
도 5의 ⅰ)를 참조하면, 도 3의 제 1 검출 항체(수용체(40))와 결합된 항원(타겟 물질(50)), 및 항원(타겟 물질(50))과 결합된 제 2 검출 항체(51)가 제 1 자기장(A)에 의하여, 센서 트랜스듀서(10) 상에 포집된 것을 알 수 있었다. 또한, 도 5의 ⅱ)를 참조하면, 도 3의 제 1 검출 항체(수용체(40))와 결합된 항원(타겟 물질(50)), 및 항원(타겟 물질(50))과 결합된 제 2 검출 항체(51)가 제 2 자기장(B)에 의하여, 센서 트랜스듀서(10) 상에서 방출된 것을 알 수 있었다.
또한, 도 5의 ⅲ)를 참조하면, 상술한 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하여, 동일한 센서 상에 새로운 제 3 검출 항체(수용체)와 결합된 항원(타겟 물질), 및 상기 항원(타겟 물질)과 결합된 제 4 검출 항체(형광물질과 결합한 검출 항체)가 포집된 것을 알 수 있다. 이 결과로, 상기 검출 항체(수용체)들을 반복적으로 방출 및 포집해도, 상기 센서가 잘 작동함을 알 수 있었다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용방법을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 6을 참조하면, 예를 들어, 전기적 검지 방법을 이용하여, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서를 구현할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 도 6의 (a)와 같이, Si/SiO2 기판 상에 단일벽 탄소 나노튜브 (Single-walled carborn nanotube; SWCNT) 채널(80)이 형성되고, 단일벽 탄소 나노튜브(80) 상에 Ni패턴(21)/Au패턴(22)을 포함하는 강자성 패턴(20)이 형성된, 탄소 나노 튜브 기반의 센서 트랜스듀서(10)를 제작할 수 있다. 또한, 강자성 패턴(20)을 중심으로 양쪽에 Ti패턴(90)/Au패턴(91) 패턴이 형성된 소스(Source) 및 드레인(Drain)을 형성할 수 있다.
그런 다음에, 타겟 물질(50)의 비선택적 흡착을 방지하기 위하여, 센서 트랜스듀서(10)에 PEG로 패시베이션 한 후, PEG 층(60)을 형성할 수 있다.
그런 다음에, 항체(수용체(40))가 고정된 자성 나노 입자(30) 용액을 준비한다.
그런 다음에, 도 6의 (b)와 같이, 센서 트랜스듀서(10)를 상기 자성 나노 입자(30) 용액에 넣고, 제 1 자기장(A)을 인가하여, 강자성 패턴(20) 상에 자성 나노 입자(30)를 포집 할 수 있다.
그런 다음에, 강자성 패턴(20) 상에 포집 되지 않은 자성 나노 입자(30)를 세척하고, 도 6의 (c)와 같이, 검출하고자 하는 항원(타겟 물질(50))을 투여하여 항체(수용체(40))와 항원(타겟 물질(50))을 결합시킬 수 있다.
그런 다음에, 항체(수용체(40))와 항원(타겟 물질(50))이 결합하면서, 강자성 패턴(20)의 일 함수를 변화시킬 수 있다. 이로 인하여, 소스와 드레인 사이의 전류를 변화시켜 항원(타겟 물질(50))을 선택적으로 검지할 수 있다. 이때, 도 7을 참조하면, 550s에서 센서 트랜스듀서(10)에 포집된 항체(수용체(40))와 항원(타겟 물질(50))의 선택적 결합에 의하여 전류가 점진적으로 감소하다가 약 575s 부근에서 일정해지는 것을 알 수 있었다.
또한, 항원(타겟 물질(50))이 검지된 후, 제 1 자기장(A)과 반대방향인 제 2 자기장(미도시)을 센서 트랜스듀서(10)에 약하게 인가하여 자성 나노 입자(30)를 센서 트랜스듀서(10)로부터 방출시킬 수 있다.
상술한 자성 나노 입자(30)가 방출된 센서 트랜스듀서(10)를 포함하는, 화학적 또는 생물학적 센서는 상술한 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하여 반복적으로 사용할 수 있다.
도 8은 도 6의 실험예들의 로그 농도에 따른 전류 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 화학적 또는 생물학적 센서를 사용하여, 상술한 방법으로 Human IL-4 를 검지(실험예 1)한 후, 동일한 화학적 또는 생물학적 센서를 사용하여, Human IL-10을 검지(실험예 2)했을 때의 로그 농도에 따른 전류 변화량을 알 수 있었다. 실험예 1 및 실험예 2의 경우 모두, 로그 농도의 증가에 따라 전류 변화량이 증가하는 그래프가 나타났으며, 이는 반복적으로 상기 센서를 재사용해도 상기 센서가 잘 작동하는 것을 알 수 있었다.
도 9는 도 6의 트랜지스터의 특성이 변화하는 정도를 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 1은 탄소 나노 튜브 기반의 센서 트랜스듀서(도 6의 (a))를 나타내며, 2는 강자성 패턴 상에 자성 나노 입자가 포집(도 6의 (b))된 것을 나타낸다. 또한, 3은 항체와 항원이 결합되어 검지(도 6의 (b))된 것을 나타내며, 4는 센서 트랜스듀서(10) 상에서 자성 나노 입자(30)를 방출하였을 때를 나타낸다.
상기 3에서 나노 입자를 제거 한 상기 4의 특성을 확인해 보면 상기 1의 곡선과 비슷하게 특성 곡선이 복구 되는 것으로 보아 나노 입자가 효과적으로 잘 제거 되는 것을 확인 할 수 있고, 이를 통해 센서의 재사용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 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.
10: 센서 트랜스듀서
20: 강자성 패턴
21: Ni패턴
22: Au패턴
30: 자성 나노 입자
40: 수용체 , 제 1 검출 항체, 항체
50: 타겟 물질, 항원
51: 제 2 검출 항체
60: PEG 층
70: OTS 층
80: SWCNT 채널
90: Ti패턴
91: Au패턴

Claims (8)

  1. 센서 트랜스듀서(sensor transducer);
    상기 센서 트랜스듀서의 적어도 일면 상에 형성된 강자성 패턴;
    상기 센서 트랜스듀서에 가해지는 제 1 자기장 및 제 2 자기장의 방향에 따라, 상기 센서 트랜스듀서 상에 단층으로 포집 또는 방출 될 수 있는, 자성 나노 입자; 및
    상기 자성 나노 입자에 고정되며, 검지하고자 하는 타겟 물질과 결합할 수 있는, 수용체;
    를 포함하고,
    상기 제 1 자기장 및 제 2 자기장은 서로 반대 방향으로 상기 센서 트랜스듀서에 가해지는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴은 니켈을 포함하는 패턴이며,
    상기 센서 트랜스듀서는 실리콘 및 산화실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 상에 형성된 탄소 나노 튜브 기반 센서 트랜스듀서를 포함하는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴은 PEG(polyethylene glycol) 패시베이션(passivation)을 포함하고, 상기 센서 트랜스듀서는 OTS(octadecyltrichlorosilane) 패시베이션을 포함하는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 수용체는 항체이고, 상기 타겟 물질은 항원인, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용체는 상기 강자성 패턴에 의하여 유발되는 제 1 자기장의 세기차이로 인하여 상기 센서 트랜스듀서 상에 포집될 수 있는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용체는 상기 강자성 패턴에 의하여 유발되는 제 2 자기장의 세기차이로 인하여 상기 센서 트랜스듀서 상에서 방출될 수 있는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항, 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 상기 화학적 또는 생물학적 센서를 준비하는 단계;
    상기 화학적 또는 생물학적 센서에 제 1 자기장을 인가하여, 상기 강자성 패턴 상에 상기 자성 나노 입자 및 상기 자성 나노 입자에 고정되는 상기 수용체를 포집하는 단계;
    상기 화학적 또는 생물학적 센서에 검지하고자 하는 타겟 물질을 공급함으로써 상기 수용체가 상기 타겟 물질을 수용하는 단계;
    광학적 방법 또는 전기적 신호 측정방법에 의하여, 상기 화학적 또는 생물학적 센서에 타겟 물질을 검지하는 단계; 및
    상기 화학적 또는 생물학적 센서에 상기 제 1 자기장과 반대방향인 제 2 자기장을 인가하여, 상기 자성 나노 입자 및 상기 수용체를 방출하는 단계;
    를 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하는, 재사용이 가능한 화학적 또는 생물학적 센서의 사용 방법.
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