KR101895123B1 - Double nano-pore device and method of manufacturing the same - Google Patents

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고려대학교 산학협력단
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Abstract

이중 나노 포어 소자는, 피검사체를 포함하는 용액을 수용할 수 있는 수용 공간이 제1 높이로 형성된 스페이서 유닛, 상기 스페이서 유닛의 상부에 배치되며, 제1 저장소 및 상기 제1 저장소로부터 상기 수용 공간으로 상기 용액을 공급할 수 있는 제1 나노 포어를 갖는 제1 나노 포어 유닛 및 상기 스페이서 유닛의 하부에 배치되며, 제2 저장소 및 상기 용액을 상기 수용 공간으로부터 상기 제2 저장소로 배출될 수 있는 제2 나노 포어를 갖는 제2 나노 포어 유닛을 포함한다.The dual nanopore element includes a spacer unit formed at a first height to accommodate a solution containing an object to be examined, a spacer unit disposed at an upper portion of the spacer unit, the spacer unit including a first reservoir and a second reservoir A first nanopore unit having a first nanopore capable of supplying the solution and a second nanopore unit disposed below the spacer unit and having a second reservoir and a second nanopore unit capable of discharging the solution from the accommodation space to the second reservoir, And a second nanopore unit having a pore.

Description

이중 나노 포어 소자 및 이의 제조 방법{DOUBLE NANO-PORE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a double-

본 발명은 이중 나노 포어 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DNA와 같은 나노 크기의 물질을 분석할 수 있는 이중 나노 포어 소자 및 상기 이중 나노 포어 소자의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a dual nanopore device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a dual nanopore device capable of analyzing a nanoscale material such as DNA and a method of manufacturing the dual nanopore device.

나노 포어 소자는 매우 적은 양의 이온의 통과를 제어하고, 또 나노 포어를 통과하는 물질들을 분석할 수 있다. 이는, 기존의 콜터 카운터(Coulter counter)의 원리와 유사하지만, 포어의 크기가 1um 또는 100nm이하의 미세한 나노 포어를 가진다는 특징이 있어서 최근에는 상기 나노 포어 소자에 관하여 활발히 연구되고 있다. Nanopore devices can control the passage of very small amounts of ions, and can also analyze materials passing through the nanopore. This is similar to the principle of a conventional Coulter counter, but it has recently been studied actively with respect to the nanopore device because it has a pore size of 1 nm or less and a fine nanopore of 100 nm or less.

예를 들면 나노 포어 소자는 생명체의 이온 채널과 유사한 구조를 가지므로, 상기 나노 포어 소자에 형성된 나노 포어(PORE)를 통과할 수 있는, DNA와 같은 물질들에 포함된 A,G,T,C와 같은 염기서열에 검출 연구가 진행 중에 있다. 상기 DNA와 같은 물질이 나노 포어를 통과할 경우, 정전기적 상호 작용 또는 기하학적 제한 등에 의한 에너지 장벽이 존재한다. 따라서, 상기 DNA는 상기 에너지 장벽을 극복하여 통과할 수 있다. 이로써 상기 나노 포어 내부를 통과하는 DNA는 상기 나노 포어 내부를 차지함으로써, 상기 DNA는 전해질(electrolyte) 내에 존재하는 이온의 이동에 의한 전류의 흐름을 블로킹(blocking)하게 된다. 결과적으로, 나노 포어 내부에 아무것도 없는 경우에 정상적인 이온만이 용이하게 통과할 때의 전위차(potential)와 비교할 때 상기 DNA가 나노 포어의 내부를 차지할 경우 상대적으로 낮은 전위차가 발생하여 측정된 전류(current)가 감소된다. 이를 블로킹 전류(blocking current)라고 하는데 상기 블로킹 전류의 크기를 이용해 상기 DNA를 sequencing하려는 연구가 진행되고 있다. For example, a nanopore device has a structure similar to an ion channel of a living organism. Therefore, the nanopore device is capable of passing through a nanopore formed in the nanopore device, such as A, G, T, C And the like. When a material such as the DNA passes through the nanopore, there is an energy barrier due to electrostatic interaction or geometric limitation. Therefore, the DNA can pass through the energy barrier. As a result, the DNA passing through the inside of the nanopore occupies the inside of the nanopore, so that the DNA blocks the flow of current due to the movement of ions present in the electrolyte. As a result, when there is nothing in the nanopore, a relatively low potential difference occurs when the DNA occupies the inside of the nanopore as compared with the potential at which only normal ions pass easily, ) Is reduced. Research on the sequencing of the DNA using the size of the blocking current is under way, which is called a blocking current.

이와 더불어 DNA 뿐만 아니라 마이크로 RNA나 나노와이어, 폴리머체인 등 나노 포어의 크기보다 작은 나노물질을 통과시키면서 이들을 분석하는 연구 또한 진행 중이다. In addition, research is underway to analyze nanomaterials that are smaller than nanopores, such as microRNAs, nanowires, and polymer chains, as well as DNA.

하지만, 상기 나노포어 소자에 포함된 한 쌍의 전극들은 포어를 중심으로 일반적으로 상, 하에 위치한 상기 DNA와 같은 피검사체가 저장되는 저장 용기에 위치한다. 이 경우, 두 전극들 사이에 존재하는 피검사체를 제외한 이온 물질들 자체 또는 그 이온 물질들의 이동과 같은 외란이 발생할 수 있다. 상기 외란에 영향에 의하여 검사의 정밀도가 악화되는 문제가 발생할 수 있다. However, the pair of electrodes included in the nanopore device are located in a storage container in which an object such as the DNA generally located above and below the pore is stored. In this case, disturbances such as movement of the ion materials themselves or their ionic materials other than the subject existing between the two electrodes may occur. The accuracy of the inspection may deteriorate due to the influence of the disturbance.

나아가, 상기 나노포어의 입구 또는 출구에 통과하려는 물질 일부가 부착되어 나노 포어에 클로킹(cloaking)이 발생함으로써 상기 나노 포어의 입구가 폐쇄되다가 다시 천천히 개방되어 상기 나노 포어 내부로 상기 피검사체가 이동하는 현상이 발생할 수도 있다. 이로써 상기 피검사체의 이동을 정확하게 확인하기 어려울 뿐 만 아니라 상기 나노 포어의 내부에서의 상기 피검사체의 유동에 따른 신호 감지가 어려운 문제가 있다. 이와 같이 단일 나노 포어를 이용하게 되면 실제로 나노물질이 통과했는지를 높은 신뢰성을 갖고 판단하기 어려운 측면이 있다. Further, a part of the substance to be passed through the entrance or exit of the nanopore is adhered and cloaking occurs in the nanopore, so that the entrance of the nanopore is closed and slowly opened again so that the subject moves into the nanopore A phenomenon may occur. As a result, it is difficult to precisely confirm the movement of the object, and it is difficult to detect a signal due to the flow of the object within the nanopore. As described above, when a single nanopore is used, it is difficult to judge whether the nanomaterial has actually passed through with high reliability.

이에 본 발명의 일 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피검사체를 포함하는 용액에 대하여 이중 나노 포어를 이용하여 검사 정밀도 및 신뢰성을 개선할 수 있는 이중 나노 포어 소자를 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide a dual nanopore device capable of improving inspection accuracy and reliability using a double nanopore for a solution containing an object to be inspected will be.

본 발명의 다른 목적은 상기 이중 나노 포어 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing the above dual nanopore device.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자는, 피검사체를 포함하는 용액을 수용할 수 있는 수용 공간이 제1 높이로 형성된 스페이서 유닛, 상기 스페이서 유닛의 상부에 배치되며, 제1 저장소 및 상기 제1 저장소로부터 상기 수용 공간으로 상기 용액을 공급할 수 있는 제1 나노 포어를 갖는 제1 나노 포어 유닛 및 상기 스페이서 유닛의 하부에 배치되며, 제2 저장소 및 상기 용액을 상기 수용 공간으로부터 상기 제2 저장소로 배출될 수 있는 제2 나노 포어를 갖는 제2 나노 포어 유닛을 포함한다.A dual nano-pore device according to an embodiment of the present invention includes a spacer unit formed at a first height to accommodate a solution containing an object to be tested, a spacer unit disposed on the spacer unit, A first nanopore unit having a first nanopore unit capable of supplying the solution from the first reservoir to the reservoir space and a second nanopore unit disposed below the spacer unit, And a second nanopore unit having a second nanopore that can be discharged to the second nanopore unit.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어 유닛들은 상기 스페이서 유닛을 중심으로 비대칭되게 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first and second nanopore units may be arranged asymmetrically about the spacer unit.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어들은 평면적으로 볼 때 상호 오버랩되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first and second nanopores may not overlap each other when viewed in a plan view.

여기서, 상기 수용 공간에는, 상기 제1 및 제2 나노 포어들 사이에 상기 피검사체를 스트레칭 시킬 수 있는 채널이 형성될 수 있다.Here, a channel for stretching the test object may be formed in the receiving space between the first and second nanopores.

또한, 상기 채널의 길이는 상기 피검사체의 길이보다 길 수 있다.In addition, the length of the channel may be longer than the length of the subject.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 높이는 상기 피검사체의 길이 대비 5배 이하 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first height may be less than 5 times the length of the test object.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어들은 서로 다른 직경을 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first and second nanopores may have different diameters.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 저장소, 상기 수용 공간 및 제2 저장소 각각에 존재하는 용액과 전기적으로 연결될 수 있는 제1 전극, 기준 전극 및 제2 전극이 구비될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a first electrode, a reference electrode, and a second electrode, which can be electrically connected to the solution present in each of the first reservoir, the accommodation space, and the second reservoir, may be provided.

여기서, 상기 제1 및 제2 전극들과 상기 기준 전극은 와이어 형태를 가질 수 있다.Here, the first and second electrodes and the reference electrode may have a wire shape.

또한, 상기 제1 및 제2 전극들과 상기 기준 전극은 Ag/AgCl 합금, 그래핀 또는 MoS2를 포함할 수 있다.In addition, the first and second electrodes and the reference electrode may include an Ag / AgCl alloy, graphene, or MoS2.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자의 제조 방법에 따르면, 피검사체를 포함하는 용액을 수용할 수 있는 수용 공간이 제1 높이로 형성된 스페이서 유닛를 준비한다. 상기 스페이서 유닛의 상부에, 제1 저장소 및 상기 제1 저장소로부터 상기 수용 공간으로 상기 용액을 공급할 수 있는 제1 나노 포어를 갖는 제1 나노 포어 유닛를 형성한다. 한편, 상기 스페이서 유닛의 하부에, 제2 저장소 및 상기 용액을 상기 수용 공간으로부터 상기 제2 저장소로 배출될 수 있는 제2 나노 포어를 갖는 제2 나노 포어 유닛을 형성한다.According to the method of manufacturing a dual nano-pore device according to an embodiment of the present invention, a spacer unit in which a space for accommodating a solution containing an object to be inspected is formed at a first height is prepared. On the top of the spacer unit, a first nanopore unit having a first reservoir and a first nanopore capable of supplying the solution from the first reservoir to the accommodating space is formed. On the other hand, a second nanopore unit having a second reservoir and a second nanopore that can be discharged to the second reservoir from the reservoir is formed in the lower portion of the spacer unit.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어 유닛들 각각은 접착부재를 이용하여 상기 스페이서 유닛의 상부 및 하부에 부착될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the first and second nanopore units may be attached to the upper and lower portions of the spacer unit using an adhesive member.

본 발명의 실시예들에 따른 이중 나노 포어 소자에 따르면, 구조적으로 제1 및 제2 나노 포어 및 채널이 결합된 구조가 형성된다. 이때, 제1 및 제2 나노 포어들이 상호 오버랩되지 않는다. 따라서, 제2 나노 포어에 진입하기 위해 피검사체의 이동 방향이 바뀌는 채널이 스페이서 유닛 내부에 형성됨으로써 피검사체의 형태를 조절하거나 보다 양질의 신호를 검출할 수 있다. According to the dual nanopore device according to the embodiments of the present invention, a structure in which first and second nanopores and channels are structurally combined is formed. At this time, the first and second nanopores do not overlap each other. Therefore, a channel in which the moving direction of the subject moves to enter the second nanopore is formed inside the spacer unit, so that the shape of the subject can be adjusted or a signal of higher quality can be detected.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 이중 나노 포어 소자의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자의 제조 방법을 설명하는 단면도들이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a dual nanopore device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating the operation of the dual nano-pore device of FIG.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a dual nanopore device according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating a dual nano-pore device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the accompanying drawings, the sizes and the quantities of objects are shown enlarged or reduced from the actual size for the sake of clarity of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "comprising", and the like are intended to specify that there is a feature, step, function, element, or combination of features disclosed in the specification, Quot; or " an " or < / RTI > combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

나노 포어 소자Nanopore element

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2는 도 1의 이중 나노 포어 소자의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a dual nanopore device according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view illustrating the operation of the dual nano-pore device of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자(100)는 스페이서 유닛(110), 제1 나노 포어 유닛(130) 및 제2 나노 포어 유닛(150)을 포함한다. Referring to FIGS. 1 and 2, a dual nanopore device 100 according to an embodiment of the present invention includes a spacer unit 110, a first nanopore unit 130, and a second nanopore unit 150 do.

상기 스페이서 유닛(110)에는 피검사체를 포함하는 용액을 수용할 수 있는 수용 공간(115)이 형성된다. 상기 수용 공간(115)은 제1 높이(h)로 형성된다. The spacer unit 110 is formed with a receiving space 115 capable of receiving a solution containing the object. The receiving space 115 is formed at a first height h.

상기 수용 공간(115) 내에는 상기 용액이 일시적으로 저장될 수 있다. 따라서, 상기 피검사체가 상기 수용 공간(115) 내에 일시적으로 잔류함에 따라, 상기 피검사체에 대한 검사 가능 시간이 증가할 수 있다. 또한, 상기 스페이서 유닛(110)은 그 상부 및 하부에 상기 제1 및 제2 나노 포어들(130, 150) 각각을 지지할 수 있다.The solution may be temporarily stored in the accommodation space 115. Therefore, as the subject to be inspected temporarily remains in the accommodating space 115, the inspection time for the subject can be increased. In addition, the spacer unit 110 may support the first and second nanopores 130 and 150 on the upper and lower portions of the spacer unit 110, respectively.

한편, 상기 수용 공간의(115) 제1 높이(h)는 상기 피검사체가 통과할 수 있는 경로의 폭에 해당할 수 있다. On the other hand, the first height h of the receiving space 115 may correspond to the width of the path through which the test object can pass.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 높이(h)는 상기 피검사체의 길이 대비 5배 이하일 수 있다. 나아가, 상기 제1 높이(h)는, 상기 피검사체의 길이와 같거나 이보다 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first height h may be less than 5 times the length of the subject. Further, the first height h may be equal to or less than the length of the test object.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스페이서 유닛(110)은, 관통홀(수용 공간에 대응됨)이 형성된 접착 부재(111; 도 5 참조)를 더 포함할 수 있다. 이로써, 상기 스페이서 유닛(110)의 상면 및 하면에 상기 제1 및 제2 나노 포어 유닛들(130, 150)이 각각 접착될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the spacer unit 110 may further include an adhesive member 111 (see FIG. 5) in which a through hole (corresponding to the accommodation space) is formed. Thus, the first and second nanopore units 130 and 150 may be bonded to the upper surface and the lower surface of the spacer unit 110, respectively.

이와 다르게, 상기 스페이서 유닛(110)은, 관통홀이 형성된 코팅층에 해당할 수 있다. Alternatively, the spacer unit 110 may correspond to a coating layer having a through-hole formed therein.

상기 스페이서 유닛(110)은 전체적으로 절연 물질로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 스페이서 유닛(110)은 상기 수용 공간(115) 내에 수용된 용액을 외부로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다. 상기 스페이서 유닛(110)을 이루는 물질은 절연 물질 또는 절연특성이 있는 유전체를 들 수 있다. 예를 들면, 유리, 마이카, 폴리머, SiN, Al2O3, SiO2, HfO2, hBN 등이 사용될 수 있다. The spacer unit 110 may be formed of an insulating material as a whole. Thereby, the spacer unit 110 can electrically insulate the solution contained in the accommodation space 115 from the outside. The material forming the spacer unit 110 may be an insulating material or a dielectric material having an insulating property. For example, glass, mica, polymer, SiN, Al 2 O 3 , SiO 2 , HfO 2 , hBN and the like can be used.

이와 다르게, 상기 스페이서 유닛(110)은, 폴리머로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 스페이서 유닛(110)은 필름 형태 또는 코팅층 형태를 가질 수 있다. 점성을 갖는 폴리머로 이루어진 스페이서 유닛(110)은 별도의 접착제 없이 제1 및 제2 나노 포어 유닛들(130, 150) 각각과 강하게 결합될 수 있다. Alternatively, the spacer unit 110 may be made of a polymer. In this case, the spacer unit 110 may have a film form or a coating layer form. The spacer unit 110 made of a polymer having a viscosity can be strongly bonded to each of the first and second nanopore units 130 and 150 without a separate adhesive.

상기 제1 나노 포어 유닛(130)은 상기 스페이서 유닛(110)의 상부에 배치된다.The first nanopore unit 130 is disposed on the spacer unit 110.

상기 제1 나노 포어 유닛(130)은 제1 저장소(137)가 형성된 제1 저장 부재(131) 및 제1 나노 포어(135)가 형성된 제1 멤브레인(133)을 포함한다.The first nanopore unit 130 includes a first storage member 131 having a first reservoir 137 and a first membrane 133 having a first nanopore 135 formed therein.

상기 제1 저장소(137)에는 그 상부로부터 상기 피검사체를 포함한 용액이 공급된다. 상기 제1 저장소(137)는 하부로 갈수록 작아지는 수평 직경을 갖는 측벽으로 정의될 수 있다. 이로써, 상기 제1 저장소(137)는 콘 모양을 가질 수 있다. The solution containing the test object is supplied to the first reservoir 137 from above. The first reservoir 137 may be defined as a sidewall having a horizontal diameter that becomes smaller as it goes down. Thus, the first reservoir 137 may have a cone shape.

상기 제1 멤브레인(133)에는 제1 나노 포어(135)가 형성된다. 상기 제1 나노 포어(135)를 통하여 상기 제1 저장소(137)로부터 상기 수용 공간(115)으로 상기 용액이 통과할 수 있다. 이때, 상기 제1 나노 포어(135)에 상기 피검사체가 잔류할 경우, 상기 제1 저장소(137) 및 상기 수용 공간(115) 사이에 제1 블로킹 전류가 측정될 수 있다.A first nanopore 135 is formed on the first membrane 133. The solution can pass from the first reservoir 137 to the accommodating space 115 through the first nanopore 135. At this time, if the test object remains in the first nanopore 135, a first blocking current may be measured between the first reservoir 137 and the accommodation space 115.

보다 상세하게는, 상기 피검사체가 없는 용액이 상기 제1 나노 포어(135)를 통하여 통과할 경우, 상기 제1 나노 포어(135)를 부분적으로 막는 물질이 없어서 상기 용액 내의 전해질에 의하여 정상 전류가 측정될 수 있다. 반면에, 상기 피검사체가 용해된 용액이 상기 제1 나노 포어(135)를 통하여 통과할 경우, 상기 피검사체가 상기 제1 나노 포어(135)를 부분적으로 블로킹하여 전기적 저항이 증가할 수 있다. 이로써, 상기 제1 저장소(137)로부터 상기 수용 공간(115) 사이에 흐르는 전류가 감소한다. 이때, 정상 전류를 기준으로 감소된 전류량이 블로킹 전류라 정의된다.More specifically, when the solution containing no analyte passes through the first nanopore 135, there is no substance that partially blocks the first nanopore 135, so that a normal current is generated by the electrolyte in the solution Can be measured. On the other hand, when the solution in which the analyte dissolves passes through the first nanopore 135, the test object partially blocks the first nanopore 135, so that the electrical resistance may increase. As a result, the current flowing between the first reservoir (137) and the accommodation space (115) is reduced. At this time, the amount of current reduced based on the normal current is defined as the blocking current.

상기 블로킹 전류값에 따라, 상기 피검사체의 평균 직경이 측정될 수 있다. 예를 들면, 블로킹 전류가 상대적으로 높을 경우, 상기 피검사체는 상대적으로 큰 직경을 가지는 반면에, 상기 블로킹 전류가 상대적으로 낮을 경우, 상기 피검사체는 상대적으로 작은 직경을 가지는 것을 알 수 있다.The average diameter of the object can be measured according to the blocking current value. For example, when the blocking current is relatively high, the subject has a relatively large diameter, whereas when the blocking current is relatively low, the subject has a relatively small diameter.

상기 제1 나노 포어(135)는, 실린더 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 제1 나노 포어(135)는 1,000 nm 이하의 수평 직경를 가지며, 10,000 nm 이하의 수직 길이를 갖도록 구비될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 나노 포어(135)는, 모래 시계(Hour glass) 또는 콘(cone) 형상일 수 있다. The first nanopore 135 may have a cylindrical shape. At this time, the first nanopore 135 may have a horizontal diameter of 1,000 nm or less and a vertical length of 10,000 nm or less. Alternatively, the first nanopore 135 may be in the form of an hourglass or a cone.

상기 제2 나노 포어 유닛(150)은 상기 스페이서 유닛(110)의 하부에 배치된다. 상기 제2 나노 포어 유닛(150)은 상기 스페이서 유닛(110)을 중심으로 상기 제1 나노 포어 유닛(130)에 대하여 비대칭 되게 위치할 수 있다. The second nanopore unit 150 is disposed below the spacer unit 110. The second nanopore unit 150 may be positioned asymmetrically with respect to the first nanopore unit 130 with respect to the spacer unit 110.

상기 제2 나노 포어 유닛(150)은 제2 저장소(157)가 형성된 제2 저장 부재(151) 및 제2 나노 포어(155)가 형성된 제2 멤브레인(153)를 가진다.The second nanopore unit 150 has a second storage member 151 having a second reservoir 157 and a second membrane 153 having a second nanopore 155 formed therein.

상기 제2 저장소(157)에는 상기 수용 공간(115)으로부터 상기 제2 나노 포어(155)를 통과한 용액이 저장된다. 상기 용액이 상기 수용 공간(115)으로부터 상기 제2 나노 포어(155)를 통과할 때, 상기 수용 공간(115) 및 상기 제2 저장소(157) 사이의 제2 블로킹 전류가 측정될 수 있다. In the second reservoir 157, the solution passing through the second nanopore 155 from the accommodation space 115 is stored. When the solution passes from the accommodation space 115 to the second nanopore 155, a second blocking current between the accommodation space 115 and the second reservoir 157 can be measured.

따라서, 상기 이중 나노 포어 소자(100)는 상기 제1 및 제2 블로킹 전류를 모두 측정할 수 있음에 따라 보다 개선된 정밀도를 확보할 수 있다.Accordingly, since the dual nanopore element 100 can measure both the first and second blocking currents, it is possible to secure an improved accuracy.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155)은 평면적으로 볼 때 상호 오버랩 되지 않게 위치할 수 있다. 이로써, 상기 피검사체를 포함한 용액이, 수직 방향으로 제1 나노 포어(135)를 통하여 유입되고 상기 수용 공간(115) 내에서 수평 방향으로 이동한 후, 제2 나노 포어(155)를 통하여 상기 제2 저장소(157)로 배출될 수 있다. 이로써, 상기 피검사체가 상기 수용 공간(1155) 내에 잔류하는 잔류 시간을 확보할 수 있음으로서, 상기 이중 나노 포어 소자(100)가 개선된 정밀도를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first and second nanopores 135 and 155 may be positioned so as not to overlap each other when viewed in plan view. Thus, the solution containing the test object flows in the vertical direction through the first nanopore 135, horizontally moves in the accommodation space 115, and then flows through the second nanopore 155 2 < / RTI > As a result, the double-nanopore element 100 can have an improved accuracy because the object to be inspected can secure the residual time remaining in the accommodation space 1155.

도 2를 참조하면, 상기 수용 공간(115)에는, 상기 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155) 사이에 상기 피검사체(10)를 스트레칭 시킬 수 있는 수용 공간(115) 내에 채널(117)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 피검사체(10)가 상기 채널(117)을 통하여 이동될 때, 상기 피검사체(10)가 펼쳐진 상태로 제2 나노 포어(155)를 향하여 보다 용이하게 진입할 수 있다. 이로써, 상기 제2 나노 포어(155)가 클로킹(cloaking)이 발생함으로써 상기 제2 나노 포어(155)의 입구가 폐쇄되는 것이 억제될 수 있다. 2, a channel 117 (see FIG. 2) is formed in the accommodation space 115 in an accommodation space 115 capable of stretching the test object 10 between the first and second nanopores 135 and 155 May be formed. Thereby, when the subject 10 is moved through the channel 117, the subject 10 can more easily enter the second nanopore 155 in an unfolded state. As a result, closure of the second nanopore 155 can be inhibited from closing the entrance of the second nanopore 155.

예를들어, 피검사체가 DNA일 경우, Base의 수에 따라 길이가 결정된다. 일반적으로 폭이 좁은 채널 내의 용액 안에서 DNA가 이동할 때는 유체의 흐름방향으로 일부 또는 전부가 펼쳐지는 특징이 있기 때문에 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155) 각각을 통과하면서 펼쳐질 뿐 아니라 상기 스페이서 유닛(110)에 형성된 채널(117)을 통과할 때에도 스트레칭 됨으로써, 상기 제2 나노 포어(155) 내로 상대적으로 용이하게 진입할 수 있다.For example, when the subject is DNA, the length is determined by the number of bases. Generally, when DNA moves in a solution in a narrow channel, the DNA is partially or wholly expanded in the flow direction of the fluid. Therefore, not only is it spread while passing through the first and second nanopores 135 and 155, Even when passing through the channel 117 formed in the unit 110, it is possible to relatively easily enter into the second nanopore 155 by stretching.

또한, 상기 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155) 간에 형성된 채널(117)의 수평 길이는, 상기 피검사체(10)의 길이보다 길 수 있다. 이로써, 상기 채널(117)을 통과하는 상기 피검사체(10)가 스트레칭될 수 있는 시간이 충분히 확보될 수 있다.The horizontal length of the channel 117 formed between the first and second nanopores 135 and 155 may be longer than the length of the subject 10. Thereby, a sufficient time can be secured that the subject 10 passing through the channel 117 can be stretched.

한편, 상기 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155)이 실린더 형상을 가질 경우, 상기 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155)은 서로 다른 직경을 갖도록 구비될 수 있다. 따라서, 서로 다른 직경을 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155)이 구비됨에 따라, 상기 제1 및 제2 나노 포어들(135, 155) 각각을 통과할 때 측정되는 블로킹 전류와 같은 신호가 서로 다르게 된다. 결과적으로, 서로 다른 신호값을 이용하여 보다 정확하게 피검사체에 대한 검사가 가능할 수 있다.Meanwhile, when the first and second nanopores 135 and 155 have a cylindrical shape, the first and second nanopores 135 and 155 may have different diameters. Accordingly, as the first and second nanopoles 135 and 155 are provided, the diameters of the first and second nanopores 135 and 155 are the same as the blocking current measured when passing through the first and second nanopores 135 and 155, . As a result, it is possible to more accurately examine the subject by using different signal values.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 저장소(137), 상기 수용 공간(115) 및 제2 저장소(157) 각각에 존재하는 용액과 전기적으로 연결될 수 있는 제1 전극(171), 기준 전극(170) 및 제2 전극(172)을 포함한다. 상기 제1 전극(171)과 기준 전극(170) 사이에 흐르는 제1 블로킹 전류 및 제2 전극(172)과 기준 전극(170) 사이에 흐르는 제2 블로킹 전류가 각각 측정될 수 있음으로써, 효과적인 피검사체에 대한 검사가 가능할 수 있다.1 and 3, a first electrode 171 that can be electrically connected to a solution existing in the first reservoir 137, the accommodating space 115, and the second reservoir 157, (170) and a second electrode (172). The first blocking current flowing between the first electrode 171 and the reference electrode 170 and the second blocking current flowing between the second electrode 172 and the reference electrode 170 can be measured respectively, Examination of the carcass may be possible.

상기 제1 전극(171) 및 상기 제2 전극(172)은 제1 및 제2 저장소들(137, 157) 각각의 내부에서부터 돌출된 형태로 삽입될 수 있다. 상기 제1 전극(171) 및 상기 제2 전극(172)은 상기 제1 및 제2 저장 부재들(131, 151) 각각으로부터 돌출되도록 구비될 수 있다. 한편, 상기 기준 전극(170)은, 스페이서 유닛(110)의 표면이나 그 내부를 통해 형성될 수 있다. The first electrode 171 and the second electrode 172 may be inserted into the first and second reservoirs 137 and 157 so as to protrude from the inside of the first and second reservoirs 137 and 157, respectively. The first electrode 171 and the second electrode 172 may protrude from the first and second storage members 131 and 151, respectively. Meanwhile, the reference electrode 170 may be formed on the surface of the spacer unit 110 or inside thereof.

여기서, 상기 제1 및 제2 전극들(171, 172)과 상기 기준 전극(170)은 와이어 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 전극들(171, 172)과 상기 기준 전극(170)은 금, 은, 구리와 같은 금속이나 AgCl과 같은 금속화합물 또는 그래핀, 환원된 그래핀과 같은 탄소나노물질 및 이의 복합체 또는 MoS2,WS2,h-BN와 같은 2차원 평면 물질 및 이의 복합체를 포함할 수 있다. Here, the first and second electrodes 171 and 172 and the reference electrode 170 may have a wire shape. The first and second electrodes 171 and 172 and the reference electrode 170 may be formed of a metal such as gold, silver or copper or a metallic compound such as AgCl or a carbon nano material such as graphene or reduced graphene and it may include a two-dimensional plane and its composite materials such as a composite thereof, or MoS 2, WS 2, h- BN.

이와 다르게, 상기 전극들(170, 171, 172)은 피검사체 이온에 대해 전기화학적 반응이 억제되는 전기화학적으로 안정된 물질을 포함할 수 있다. Alternatively, the electrodes 170, 171, and 172 may include an electrochemically stable material whose electrochemical reaction is inhibited with respect to the analyte ions.

예를 들면, 상기 전극들(170, 171, 172)은, 금속 원소가 도핑된 실리콘과 같이 우수한 전기 전도도를 갖는 물질이면 충분하다. 나아가 상기 2차원 평면 물질에 보론(B), 질소(nitrogen) 과 같은 원소가 도핑된 변형된 2차원 평면 물질을 사용할 수 있으며, 도핑할 수 있는 원소는 특별히 제한하지 않는다. 이 외에도 나노 물질들의 복합체로서 금 나노 입자가 도포된 그래핀이나 Cr/Au의 이중층으로 되어있는 전극과 같이 복합체로서의 전극을 사용할 수 있다. For example, the electrodes 170, 171, and 172 may be formed of a material having excellent electric conductivity such as silicon doped with a metal element. Furthermore, a modified two-dimensional planar material doped with an element such as boron (B) or nitrogen may be used for the two-dimensional planar material, and the element that can be doped is not particularly limited. In addition, as a composite of nanomaterials, electrodes such as graphene coated with gold nanoparticles or electrodes composed of a double layer of Cr / Au can be used.

나노 포어 소자의 제조 방법Manufacturing method of nanopore device

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자의 제조 방법을 설명하는 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자의 제조 방법을 설명하는 단면도들이다. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a dual nanopore device according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating a dual nano-pore device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나노 포어 소자의 제조 방법에 따르면, 피검사체를 포함하는 용액을 수용할 수 있는 수용 공간이 제1 높이로 형성된 스페이서 유닛를 준비한다(S110). 이어서, 상기 스페이서 유닛의 상부에, 제1 저장소 및 상기 제1 저장소로부터 상기 수용 공간으로 상기 용액을 공급할 수 있는 제1 나노 포어를 갖는 제1 나노 포어 유닛를 형성한다(S120). 한편, 상기 스페이서 유닛의 하부에, 제2 저장소 및 상기 용액을 상기 수용 공간으로부터 상기 제2 저장소로 배출될 수 있는 제2 나노 포어를 갖는 제2 나노 포어 유닛을 형성한다(S130). 이로써, 제1 및 제2 나노 포어 유닛들을 포함하는 이중 나노 포어 소자가 제조된다.Referring to FIG. 3, in accordance with a method of manufacturing a dual nano-pore device according to an embodiment of the present invention, a spacer unit having a receiving space capable of accommodating a solution containing an object to be tested is formed at a first height (S110) . Subsequently, a first nanopore unit having a first reservoir and a first nanopore capable of supplying the solution from the first reservoir to the accommodating space is formed on the spacer unit (S120). On the other hand, a second nanopore unit having a second reservoir and a second nanopore that can be discharged to the second reservoir from the reservoir is formed in the lower portion of the spacer unit (S130). Thereby, a double nanopore element including the first and second nanopore units is manufactured.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1 및 제2 나노 포어 유닛들(130, 150) 각각은, 포토리소그래피 공정 또는 임프린팅 공정 등을 통하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 기판위에 실리콘 질화물(SiN)층을 성장시킨다. 이 후에 포토리소그래피 공정을 이용해 실리콘 기판을 패터닝하여 제1 저장소가 형성된 제1 저장 부재(131)를 형성한다. 이후, 상기 실리콘 기판의 후면에 대하여 백사이드 에칭 공정을 통하여 실리콘 기판의 두께를 조절한다. Referring to FIGS. 3 and 4, each of the first and second nanopore units 130 and 150 may be formed through a photolithography process or an imprint process. For example, a silicon nitride (SiN) layer is grown on a silicon substrate. Thereafter, the silicon substrate is patterned using a photolithography process to form a first storage member 131 having a first reservoir. Thereafter, the thickness of the silicon substrate is adjusted through the backside etching process on the rear surface of the silicon substrate.

이후, 실리콘 질화물(SiN)층에 나노 포어를 형성하기 위해 Scanning Electron Microscope, Focused ion Beam, Transmission Electron Microscope와 같은 빔을 이용해 제1 나노 포어가 형성된 제1 멤브레인(133)을 형성할 수 있다. 또한 E-beam lithography 및 나노 임프린트와 같은 나노패터닝 기술 또는 전기화학적 에칭 기술을 포어를 생성할 수 있다. A first membrane 133 having a first nanopore may be formed using a beam such as a scanning electron microscope, a focused ion beam, or a transmission electron microscope to form a nanopore in the silicon nitride (SiN) layer. It can also produce pores with nanopatterning techniques such as E-beam lithography and nanoimprint or electrochemical etching techniques.

한편, 제2 나노 포어 유닛 또한 제1 나노 포어 유닛과 동일한 공정을 통하여 형성될 수 있다.On the other hand, the second nanopore unit may also be formed through the same process as the first nanopore unit.

이어서, 제1 및 제2 나노 포어 유닛들(130, 150)을 상기 스페이서 유닛에(110) 결합할 수 있다. 이때, 바람직하게는 스페이서 유닛(110)의 상하면 양면에 접착제를 코팅하여 상기 제 1 및 제 2 나노 포어 유닛들(130, 150) 각각을 부착할 수 있도록 한다. Next, the first and second nanopore units 130 and 150 may be coupled to the spacer unit 110. At this time, an adhesive is preferably coated on the upper and lower surfaces of the spacer unit 110 so that each of the first and second nanopore units 130 and 150 can be attached thereto.

이 때 제1 및 제2 나노 포어 유닛들(130, 150) 각각을 스페이서 유닛(110)에 부착시킬 때, 상기 제1 및 제2 나노 포어들(130, 150) 각각이 오버랩되지 않도록 배열할 수 있다.At this time, when the first and second nanopore units 130 and 150 are attached to the spacer unit 110, the first and second nanopores 130 and 150 may be arranged so as not to overlap each other. have.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 나노 포어 유닛들(130, 150)에 실리콘 질화물층들 각각을 스페이서 유닛(110)의 상면 및 하면에 부착시킨 후, 실리콘 질화물층들 각각에 나노 포어들 각각을 형성할 수도 있다.In one embodiment of the present invention, each of the first and second nanopore units 130 and 150 is attached to the top and bottom surfaces of the spacer unit 110, and then the silicon nitride layers are deposited on each of the silicon nitride layers It is possible to form each of the nanopores.

상기 이중 나노 포어 소자는 다양한 측정신호를 통해 보다 효과적으로 통과하는 피검사체를 분석할 수 있다. 따라서 상기 이중 나노 포어 소자는 DNA, 마이크로 RNA의 Sequencing뿐 아니라 다양한 나노물질을 분석하는 장치로 활용할 수 있다.The double nanopore device can analyze an object that passes through various measurement signals more effectively. Therefore, the double nanopore device can be utilized not only for DNA and microRNA sequencing but also for analyzing various nanomaterials.

100 : 이중 나노 포어 소자 110 : 스페이서 유닛
130 : 제1 나노 포어 유닛 150 : 제2 나노 포어 유닛
170 : 기준 전극 171 : 제1 전극
172 : 제2 전극
100: double nanopore element 110: spacer unit
130: first nanopore unit 150: second nanopore unit
170: reference electrode 171: first electrode
172: second electrode

Claims (12)

피검사체를 포함하는 용액을 수용할 수 있는 수용 공간이 제1 높이로 형성된 스페이서 유닛;
상기 스페이서 유닛의 상부에 배치되며, 제1 저장소 및 상기 제1 저장소로부터 상기 수용 공간으로 상기 용액을 공급할 수 있는 제1 나노 포어를 갖는 제1 나노 포어 유닛; 및
상기 스페이서 유닛의 하부에 배치되며, 제2 저장소 및 상기 용액을 상기 수용 공간으로부터 상기 제2 저장소로 배출될 수 있는 제2 나노 포어를 갖는 제2 나노 포어 유닛을 포함하고,
상기 제1 및 제2 나노 포어들은 평면적으로 볼 때 상호 오버랩되지 않고,
상기 수용 공간에는, 상기 제1 및 제2 나노 포어들 사이에 상기 피검사체를 스트레칭 시킬 수 있는 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.
A spacer unit formed at a first height to accommodate a solution containing the object to be inspected;
A first nanopore unit disposed on the spacer unit and having a first reservoir and a first nanopore capable of supplying the solution from the first reservoir to the accommodating space; And
And a second nanopore unit disposed below the spacer unit, the second nanopore unit having a second reservoir and a second nanopore that can discharge the solution from the accommodation space to the second reservoir,
The first and second nanopores do not overlap each other when viewed in a plan view,
Wherein a channel for stretching the test object is formed between the first and second nanopores in the receiving space.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어 유닛들은 상기 스페이서 유닛을 중심으로 비대칭되게 배치된 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.The dual nanopore element according to claim 1, wherein the first and second nanopore units are arranged asymmetrically with respect to the spacer unit. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 채널의 길이는 상기 피검사체의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.The dual nanopore element according to claim 1, wherein the length of the channel is longer than the length of the test object. 제1항에 있어서, 상기 제1 높이는 상기 피검사체의 길이 대비 5배 이하인 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.The dual nanopore element according to claim 1, wherein the first height is 5 times or less the length of the test object. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어들은 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.The dual nanopore device according to claim 1, wherein the first and second nanopores have different diameters. 제1항에 있어서, 상기 제1 저장소, 상기 수용 공간 및 제2 저장소 각각에 존재하는 용액과 전기적으로 연결될 수 있는 제1 전극, 기준 전극 및 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.The dual nano-pore device according to claim 1, comprising a first electrode, a reference electrode, and a second electrode that can be electrically connected to a solution present in each of the first reservoir, the accommodation space and the second reservoir . 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극들과 상기 기준 전극은 와이어 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.The dual nanopore element according to claim 8, wherein the first and second electrodes and the reference electrode have a wire shape. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극들과 상기 기준 전극은 Ag/AgCl 합금, 그래핀 또는 MoS2를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자.The dual nanopore element according to claim 8, wherein the first and second electrodes and the reference electrode comprise an Ag / AgCl alloy, graphene or MoS 2 . 피검사체를 포함하는 용액을 수용할 수 있는 수용 공간이 제1 높이로 형성된 스페이서 유닛를 준비하는 단계;
상기 스페이서 유닛의 상부에, 제1 저장소 및 상기 제1 저장소로부터 상기 수용 공간으로 상기 용액을 공급할 수 있는 제1 나노 포어를 갖는 제1 나노 포어 유닛를 형성하는 단계; 및
상기 스페이서 유닛의 하부에, 제2 저장소 및 상기 용액을 상기 수용 공간으로부터 상기 제2 저장소로 배출될 수 있는 제2 나노 포어를 갖는 제2 나노 포어 유닛을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 및 제2 나노 포어들은 평면적으로 볼 때 상호 오버랩되지 않고,
상기 수용 공간에는, 상기 제1 및 제2 나노 포어들 사이에 상기 피검사체를 스트레칭 시킬 수 있는 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자의 제조 방법.
Preparing a spacer unit in which a receiving space capable of receiving a solution containing an object to be inspected is formed at a first height;
Forming a first nanopore unit having a first reservoir and a first nanopore capable of supplying the solution from the first reservoir to the accommodation space, on top of the spacer unit; And
Forming a second reservoir and a second nanopore unit having a second nanopore that can be discharged to the second reservoir from the reservoir, at a lower portion of the spacer unit,
The first and second nanopores do not overlap each other when viewed in a plan view,
Wherein a channel capable of stretching the test object is formed between the first and second nanopores in the receiving space.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 포어 유닛들 각각은 접착부재를 이용하여 상기 스페이서 유닛의 상부 및 하부에 부착되는 것을 특징으로 하는 이중 나노 포어 소자의 제조 방법.12. The method of claim 11, wherein each of the first and second nanopore units is attached to an upper portion and a lower portion of the spacer unit using an adhesive member.
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