KR101956860B1 - Fet based biosensor using membrane with microfluidic channel for multiplex detection and detection method using the same - Google Patents

Fet based biosensor using membrane with microfluidic channel for multiplex detection and detection method using the same Download PDF

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KR101956860B1 KR1020170172247A KR20170172247A KR101956860B1 KR 101956860 B1 KR101956860 B1 KR 101956860B1 KR 1020170172247 A KR1020170172247 A KR 1020170172247A KR 20170172247 A KR20170172247 A KR 20170172247A KR 101956860 B1 KR101956860 B1 KR 101956860B1
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김동훈
최원영
이정수
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a field effect transistor (FET)-based multi-biosensor using a membrane with a microfluidic channel, capable of easily detecting multiple target substances with high reliability, and a detection method using the same. According to the present invention, the FET-based multi-biosensor using a membrane with a microfluidic channel comprises: a membrane assay having a simple pad, a membrane with a microfluidic channel, and an absorption pad sequentially formed thereon; and a multi-FET formed on the membrane assay. The multi-FET comprises: an FET receiving part including receiving gates and receiving gate electrodes, which are independent from each other and are prepared by a number (N) greater than kinds of multiple target substances; an FET detection unit having independent FET channel arrays by a number (M) less than the number of receiving gates; and an FET reference unit including one or more reference gates and reference gate electrodes. The microfluidic channel electrically connects the FET receiving unit, the FET detection unit, and the FET reference unit.

Description

미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서 및 이를 이용한 검출 방법{FET BASED BIOSENSOR USING MEMBRANE WITH MICROFLUIDIC CHANNEL FOR MULTIPLEX DETECTION AND DETECTION METHOD USING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a FET-based multi-biosensor using a membrane having a microfluidic channel formed therein, and a detection method using the membrane.

본 발명은 미세유체 채널이 형성된 멤브레인 및 전계효과트랜지스터(FET)가 결합된 다중 바이오센서 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a membrane having a microfluidic channel and a multi-biosensor to which a field effect transistor (FET) is coupled, and a detection method using the same.

일반적으로 전계효과트랜지스터(FET)를 이용한 각종 바이오센서, 화학센서, 환경센서를 포함한 전기화학센서 소자들은 감지표면에 표적물질(target molecule)에 대해 선택적으로 인식기능을 갖는 수용물질을 고정하고, 고정된 수용물질이 생물학적 상호작용 및 인식반응을 통해 표적물질을 포획할 때 표적물질의 전하에 의해 센서의 전기전도도가 변하는 것을 이용하여 표적물질을 감지하고 신속하게 정량화 한다. In general, electrochemical sensor devices including various biosensors, chemical sensors, and environmental sensors using field effect transistors (FETs) fix a receptive material having a selective recognition function to a target molecule on a sensing surface, The target substance is detected and quantitated rapidly using the change in the electrical conductivity of the sensor by the charge of the target material when the acceptor material captures the target material through biological interaction and recognition reactions.

이러한 전기화학센서는 실시간 화학물질 감별 및 질병진단을 목적으로 시료수송이 가능한 미세유체 제어 장치를 필수적으로 요구하는데, 기존에는 PDMS와 같은 폴리머 기반으로 유체채널을 제작하고, 센서와 결합하여 랩온어칩(lab-on-a-chip) 형태로 제작하는 방식이 일반적이다. Such an electrochemical sensor essentially requires a microfluidic control device capable of sample transport in order to discriminate real-time chemicals and diagnose diseases. In the past, a fluid channel was fabricated based on a polymer such as PDMS, (lab-on-a-chip) type.

하지만 이러한 방식은 유체채널 제작 공정과 센서와의 부착을 위한 공정이 추가되고, 또한 시료의 수송과 유체 흐름을 생성시키기 위해 센서 외부에 별도의 구동력 인가, 속도 조절을 위한 장치가 필요하기 때문에 휴대용 진단키트에 적용하거나 일반인이 쉽게 사용하기에는 많은 어려움이 있다. However, this method adds a process for fabricating the fluid channel and attaching it to the sensor, and also requires a separate driving force and a device for speed control outside the sensor to generate the sample transport and fluid flow, There are many difficulties to apply to the kit or to use easily by the general public.

최근에 들어 FET와 멤브레인 채널을 결합해 별도의 구동 장치가 필요 없이 휴대 가능한 센서(국내특허등록번호:10-1720281)가 등장하는데, 이러한 센서는 단일 표적물질을 검출하는데는 큰 문제점이 없으나, 다중 표적물질을 검출하는 다중 센서를 목표로 제작할 경우, FET 채널 수와 수용물질 종류 수는 1:1 대응방식이므로, 멤브레인 채널 상에 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 FET 채널을 일렬로 배열하는 것이 필요하고, 표면의 면적이 수십 um2가 되는 각 FET 채널에 서로 다른 N개 종류의 수용물질을 고정화시키는 어려운 공정이 요구되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, N개의 FET 채널 중 한 개가 불량이 발생하는 경우 해당되는 표적물질에 대해서 감지가 불가능할 뿐만 아니라, N개의 값이 증가할수록 불량 발생률이 커져 전체 센서에 대한 신뢰도가 급격히 낮아지며, 한 번 수용물질로 고정화하기 위한 표면처리 작업이 되었거나 표적물질-수용물질 반응이 발생한 FET 채널은 재활용이 어려운 문제점이 있으므로, 기술적인 요구가 높아지고 비용이 상승되며 신뢰성이 감소하는 단점이 있다. In recent years, a portable sensor (Korean Patent Registration No. 10-1720281) has appeared, which does not require a separate driving unit by combining a FET and a membrane channel. Such a sensor does not have a big problem in detecting a single target substance, (N) FET channels are arranged in a line on the membrane channel because the number of FET channels and the number of receptive materials are 1: 1 in the case of targeting multiple sensors that detect a target substance. There is a problem that a difficult process is required to immobilize N different kinds of receiving materials on each FET channel whose surface area is several tens mu m < 2 & gt ;. In addition, when one of the N FET channels is defective, it is not possible to detect the target material. Also, as the N values increase, the defect occurrence rate becomes larger and the reliability of the entire sensor is drastically lowered. There is a disadvantage that the technical demands are increased, the cost is increased, and the reliability is decreased because there is a problem that the surface treatment for immobilizing the FET channel or the reaction of the target substance-receiving substance reaction is difficult to be recycled.

본 발명은 미세유체 채널이 형성된 멤브레인 및 전계효과트랜지스터(FET)가 결합된 다중 바이오센서를 용이하게 제작하고, 이를 이용하여 다중 표적물질을 높은 신뢰도로 손쉽게 검출하기 위한 것으로, 구체적으로, 본 발명은 샘플패드, 미세유체 채널이 형성된 멤브레인 및 흡수패드가 순차적으로 형성된 멤브레인 어세이; 및 상기 멤브레인 어세이 상에 형성된 다중 FET를 포함하고, 상기 다중 FET는 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트와 수용게이트 전극이 포함된 FET 수용부; 상기 수용게이트의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열이 포함된 FET 감지부; 및 적어도 하나 이상의 기준게이트와 기준게이트 전극이 포함된 FET 기준부를 포함하며, 상기 미세유체 채널은 상기 FET 수용부, 상기 FET 감지부 및 상기 FET 기준부를 전기적으로 연결하기 위한 것인 FET 기반 다중 바이오센서 등을 제공하고자 한다.The present invention easily manufactures a membrane and a multi-biosensor in which a microfluidic channel is formed and a field effect transistor (FET) is combined, and uses the same to easily detect a multi-target substance with high reliability. Specifically, A membrane assay in which a sample pad, a membrane on which a microfluidic channel is formed, and an absorption pad are sequentially formed; And a plurality of FETs formed on the membrane inspection, wherein the multiple FETs include an FET accommodating portion including at least N independent acceptance gates and a plurality of acceptance gate electrodes of at least one kind of multiple target materials; An FET sensing unit including a plurality of (M) independent FET channel arrangements; And a FET reference comprising at least one reference gate and a reference gate electrode, wherein the microfluidic channel is adapted to electrically connect the FET receiving portion, the FET sensing portion and the FET reference portion, And so on.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 멤브레인 하부기판 상에 샘플패드, 미세유체 채널이 형성된 멤브레인 및 흡수패드가 순차적으로 형성된 멤브레인 어세이; 및 상기 멤브레인 어세이 상에 형성된 다중 FET를 포함하고, 상기 다중 FET는 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트와 수용게이트 전극이 포함된 FET 수용부; 상기 수용게이트의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열이 포함된 FET 감지부; 및 적어도 하나 이상의 기준게이트와 기준게이트 전극이 포함된 FET 기준부를 포함하며, 상기 미세유체 채널은 상기 FET 수용부, 상기 FET 감지부 및 상기 FET 기준부를 전기적으로 연결하기 위한 것인 FET 기반 다중 바이오센서를 제공한다. The present invention provides a membrane-type analyzer comprising: a membrane analyzer having a sample pad, a membrane on which a microfluidic channel is formed, and an absorbent pad sequentially formed on a membrane lower substrate; And a plurality of FETs formed on the membrane inspection, wherein the multiple FETs include an FET accommodating portion including at least N independent acceptance gates and a plurality of acceptance gate electrodes of at least one kind of multiple target materials; An FET sensing unit including a plurality of (M) independent FET channel arrangements; And a FET reference comprising at least one reference gate and a reference gate electrode, wherein the microfluidic channel is adapted to electrically connect the FET receiving portion, the FET sensing portion and the FET reference portion, Lt; / RTI >

상기 FET 수용부 내 상기 수용게이트 표면 또는 상기 수용게이트와 접촉하는 멤브레인 표면에는 표적물질과 특이적인 결합을 위한 수용물질이 부착 및 고정될 수 있다. A receiving material for specific binding with the target material may be attached and fixed on the surface of the receiving gate in the FET receiving portion or on the surface of the membrane in contact with the receiving gate.

상기 수용물질의 부착 및 고정을 위해, 상기 수용게이트 표면 또는 상기 수용게이트와 접촉하는 멤브레인 표면은 생화학적 반응 방법 또는 물리적 증착 방법으로 표면처리될 수 있다. To adhere and fix the receiving material, the surface of the receiving gate or the surface of the membrane in contact with the receiving gate may be surface treated with a biochemical reaction method or physical vapor deposition method.

상기 수용게이트의 재질은 Au, Ag, Pt 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 금속; AgCl을 포함하는 금속화합물; 및 n형 또는 p형으로 도핑된 Si, Ge 및 그 화합물을 포함하는 반도체 계열 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 수용게이트의 형태는 직선형, 원형, 다각형, 벌집형 및 평판형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 2D 구조; 또는 상기 2D 구조를 결합한 3D 구조일 수 있다. Wherein the material of the receiving gate is a metal including at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Pt, and Cu; Metal compounds including AgCl; And semiconductor-based materials including n-type or p-type doped Si, Ge and a compound thereof, and the shape of the receiving gate may be a linear shape, a circular shape, a polygonal shape, a honeycomb shape, and a flat plate shape A 2D structure formed from at least one selected from the group consisting of; Or a 3D structure combining the 2D structure.

상기 FET 감지부 내 FET 채널 배열의 수(M개)는 적어도 하나 이상이고, 상기 FET 채널 배열은 소스 전극, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하기 위한 FET 채널을 포함할 수 있다. The number of FET channel arrangements (M) in the FET sensing unit is at least one, and the FET channel arrangement may include a FET channel for connecting a source electrode, a drain electrode, and the source and drain electrodes.

상기 FET 채널은 n형 또는 p형으로 도핑되거나 진성(intrinsic)으로 구현 된 것이고, 상기 FET 채널의 재질은 Si, Ge 및 그 화합물을 포함하는 반도체 계열 물질; 또는 그래핀을 포함하는 탄소(C)를 포함하고, 상기 FET 채널의 형태는 직선형, 원형, 다각형, 벌집형 및 평판형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 2D 구조; 또는 상기 2D 구조를 결합한 3D 구조일 수 있다. Wherein the FET channel is doped or intrinsically n-type or p-type, and the FET channel material is a semiconductor-based material including Si, Ge and a compound thereof; Or carbon (C) comprising graphene, wherein the shape of the FET channel is a 2D structure formed of at least one selected from the group consisting of linear, circular, polygonal, honeycomb, and planar; Or a 3D structure combining the 2D structure.

상기 FET 수용부 및 상기 FET 감지부는 별도의 반도체 기판에서 제작된 것일 수 있다. The FET receiving portion and the FET sensing portion may be fabricated on separate semiconductor substrates.

상기 멤브레인 내 상기 미세유체 채널은 2D 구조 또는 3D 구조일 수 있다. The microfluidic channel in the membrane may be a 2D structure or a 3D structure.

상기 샘플패드는 측정버퍼 용액을 투입하기 위한 제1 샘플패드 및 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 투입하기 위한 제2 샘플패드로 구분되고, 상기 제1 샘플패드와 연결되는 제1 미세유체 채널 및 상기 제2 샘플패드와 연결되는 제2 미세유체 채널은 상기 FET 수용부 전단에 형성된 교차연결점을 통해 합류될 수 있다. The sample pad is divided into a first sample pad for inputting a measurement buffer solution and a second sample pad for inputting a sample buffer solution containing a multi-target material, and a first microfluid channel And a second microfluidic channel connected to the second sample pad may be joined through a crossing point formed at a front end of the FET receiving part.

상기 제1 미세유체 채널은 상기 제2 미세유체 채널과 너비 또는 두께가 서로 상이할 수 있다. The first microfluidic channel may have a different width or thickness from the second microfluidic channel.

상기 제2 샘플패드 및 상기 교차연결점 사이에 형성되고, 신호증폭 접합체 물질이 결합된 컨쥬게이션 패드를 추가로 포함할 수 있다.And a conjugation pad formed between the second sample pad and the crossing point and having a signal amplification junction material bonded thereto.

본 발명의 일 구현예로, 상기 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출 방법에 있어서, (a) 측정버퍼 용액을 상기 제1 샘플패드에 투입한 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 이동시키면서 1차 미세유체 시료층을 형성하는 단계; (b) 상기 (a) 단계 중에 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하는 단계; (c) 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 상기 제2 샘플패드에 투입한 후, 상기 제2 미세유체 채널을 통해 상기 1차 미세유체 시료층과 합류시킨 다음, 상기 흡수패드 방향으로 이동시키는 과정에서 상기 다중 표적물질을 상기 FET 수용부에 포획시키는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 포획에 필요한 일정 시간 경과 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 지속적으로 이동 중인 상기 측정버퍼 용액으로 2차 미세유체 시료층을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계 중에 상기 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정한 다음, 상기 1차 전기전도도 측정 결과와의 비교를 통해 그 변화를 계산 및 보정하는 단계를 포함하는 검출 방법을 제공한다. In one embodiment of the present invention, the detection method using the FET-based multi-biosensor includes the steps of: (a) inputting a measurement buffer solution into the first sample pad, To form a first microfluidic sample layer; (b) measuring a primary electrical conductivity of the FET sensing unit by the reference gate during the step (a), and measuring a primary electrical conductivity of the FET sensing unit by the receiving gate; (c) introducing a sample buffer solution containing multiple target substances into the second sample pad, joining the sample fluid with the first microfluidic sample layer through the second microfluidic channel, and then moving the first sample fluid in the direction of the absorption pad Trapping the multi-target material in the FET receiving portion in the course of the step; (d) forming a second microfluidic sample layer from the measurement buffer solution continuously moving in the direction of the absorption pad through the first microfluidic channel after a predetermined time required for capturing in the step (c); And (e) measuring a secondary electrical conductivity of the FET sensing unit by the reference gate during the step (d), measuring a secondary electrical conductivity of the FET sensing unit by the receiving gate, And calculating and correcting the change through comparison with the result of the primary electrical conductivity measurement.

상기 (c) 단계에서 제2 샘플패드에 투입된 시료버퍼 용액은 신호증폭 접합체 물질이 결합된 컨쥬게이션 패드를 통과할 수 있다. In the step (c), the sample buffer solution injected into the second sample pad may pass through the conjugation pad to which the signal amplification conjugate material is coupled.

본 발명에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서는 수용게이트의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열이 포함된 FET 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 FET 기반 다중 바이오센서에서 FET 채널 배열 수와 수용물질 종류 수는 1:N 대응방식이므로, 상기 FET 감지부 내 극소수의(적어도 하나 이상의) FET 채널 배열을 포함하더라도, 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트에서 발생하는 표적물질-수용물질 반응을 감지할 수 있으므로, 다중 표적물질의 개별적인 검출이 가능한 이점을 가진다. 따라서, 상기 FET 감지부 내 FET 채널 배열의 수가 둘 이상인 경우, 이중 일부에 불량이 발생하더라도, 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트에서 발생하는 표적물질-수용물질 반응을 감지할 수 있으므로 센서의 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 FET 감지부 내 FET 채널 표면에는 별도의 수용물질이 부착 및 고정되어 있지 않으므로, 간단한 반도체 cleaning 공정을 통해 재활용 가능하다. The FET-based multi-biosensor using a membrane having a microfluidic channel formed thereon according to the present invention includes an FET sensing unit including a plurality (M) of independent FET channel arrangements. That is, in the FET-based multi-biosensor according to the present invention, the number of FET channel arrangements and the number of receptacle materials are 1: N, so that even if a few (at least one) FET channel arrangement is included in the FET sensing unit, It is possible to detect the target material-acceptor reaction occurring in more than one kind of material (N) independent receiving gates, thus having the advantage that individual detection of multiple target materials is possible. Therefore, when the number of FET channel arrangements in the FET sensing unit is more than two, even if a defect occurs in some of the FET channels, the target substance-accepting material reaction occurring in more than N kinds of independent receiving gates The reliability of the sensor can be further improved. In addition, since a separate receiving material is not attached or fixed to the surface of the FET channel in the FET sensing unit, it can be recycled through a simple semiconductor cleaning process.

또한, 본 발명에 따른 FET 기반 다중 바이오센서는 FET 수용부 내 수용게이트 표면 또는 상기 수용게이트와 접촉하는 멤브레인 표면에 수용물질이 부착 및 고정된 것을 특징으로 할 수 있는데, 이러한 표면의 면적은 수만~수십만 ㎛2 크기인 것으로, 표면의 면적이 수십 ㎛2 크기인 FET 채널에 비해, 표면처리 공정이 용이할 뿐만 아니라, 전기적 신호를 크게 증폭되는 이점이 있다. Further, the FET-based multi-biosensor according to the present invention may be characterized in that a receiving material is adhered and fixed on the surface of the receiving gate in the FET receiving portion or on the surface of the membrane in contact with the receiving gate, be the size of hundreds of thousands ㎛ 2, the area of the surface compared to the size of several tens of ㎛ 2-channel FET, as well as to facilitate the surface treatment process, there is the advantage that significantly amplifies the electrical signal.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 FET 기반 다중 바이오센서는 FET 수용부 및 FET 감지부를 별도의 반도체 기판에서 탑다운 방식을 통해 용이하게 제작할 수 있어, 저비용 대량 생산이 가능하다. In addition, the FET-based multi-biosensor according to the present invention can easily manufacture the FET accommodating portion and the FET sensing portion on a separate semiconductor substrate through a top-down method, thereby enabling low-cost mass production.

또한, 본 발명에 따른 FET 기반 다중 바이오센서는 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있는데, 상기 미세유체 채널의 모세관 현상으로 인하여 별도의 구동력, 압력 및 속력을 조절하기 위한 장치를 구비하지 않더라도 측정버퍼 용액 및 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 이동시킴으로써 유체 흐름을 생성 및 제어할 수 있다. In addition, the FET-based multi-biosensor according to the present invention may include a membrane having a microfluidic channel formed therein. Because of the capillary phenomenon of the microfluidic channel, an apparatus for adjusting driving force, pressure, Even if not provided, fluid flow can be generated and controlled by moving the sample buffer solution containing the measurement buffer solution and the multi-target material.

따라서, 본 발명에 따른 FET 기반 다중 바이오센서는 키트 플랫폼 형태 등으로 용이하게 대량 제작가능하고, 다중 표적물질을 높은 신뢰도로 손쉽게 검출할 수 있으므로, 휴대용 바이오센서로 활용가능할 것이다. Therefore, the FET-based multi-biosensor according to the present invention can be easily mass-produced in the form of a kit platform and can be easily used as a portable biosensor because it can easily detect a multi-target substance with high reliability.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서의 구조 및 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서의 구성 중, 미세유체 채널(130), FET 수용부(200), FET 감지부(300), FET 기준부(400)를 포함하는 영역을 확대하여 보여주는 저면 사시도이다. FIG. 1 is a perspective view illustrating the structure and configuration of a FET-based multi-biosensor using a membrane on which a microfluidic channel is formed according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a microfluidic channel 130, an FET receiving part 200, an FET sensing part 300, a FET And is a bottom perspective view showing an enlarged view of a region including the reference portion 400. FIG.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.

이하에서 기재의 “상(또는 하)”에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상(또는 하)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상(또는 하)에 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the formation of an arbitrary structure in the above-mentioned " upper (or lower) " means not only that an arbitrary structure is formed in contact with the upper (or lower) The present invention is not limited to the configuration including any other configuration.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

FET 기반 다중 바이오센서FET based multi-biosensor

본 발명은 멤브레인 하부기판 상에 샘플패드, 미세유체 채널이 형성된 멤브레인 및 흡수패드가 순차적으로 형성된 멤브레인 어세이; 및 상기 멤브레인 어세이 상에 형성된 다중 FET를 포함하고, 상기 다중 FET는 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트와 수용게이트 전극이 포함된 FET 수용부; 상기 수용게이트의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열이 포함된 FET 감지부; 및 적어도 하나 이상의 기준게이트와 기준게이트 전극이 포함된 FET 기준부를 포함하며, 상기 미세유체 채널은 상기 FET 수용부, 상기 FET 감지부 및 상기 FET 기준부를 전기적으로 연결하기 위한 것인 FET 기반 다중 바이오센서를 제공한다.The present invention provides a membrane-type analyzer comprising: a membrane analyzer having a sample pad, a membrane on which a microfluidic channel is formed, and an absorbent pad sequentially formed on a membrane lower substrate; And a plurality of FETs formed on the membrane inspection, wherein the multiple FETs include an FET accommodating portion including at least N independent acceptance gates and a plurality of acceptance gate electrodes of at least one kind of multiple target materials; An FET sensing unit including a plurality of (M) independent FET channel arrangements; And a FET reference comprising at least one reference gate and a reference gate electrode, wherein the microfluidic channel is adapted to electrically connect the FET receiving portion, the FET sensing portion and the FET reference portion, Lt; / RTI >

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서의 구조 및 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서의 구성 중, 미세유체 채널(130), FET 수용부(200), FET 감지부(300), FET 기준부(400)를 포함하는 영역을 확대하여 보여주는 저면 사시도이다. FIG. 1 is a perspective view showing the structure and construction of a FET-based multi-biosensor using a membrane having a microfluidic channel formed therein according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross- An FET sensing unit 300, and an FET reference unit 400. The FET sensing unit 300 includes a microfluidic channel 130, an FET receiving unit 200, an FET sensing unit 300, and an FET reference unit 400. [

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서는 멤브레인 하부기판(110) 상에 샘플패드(120), 미세유체 채널(130)이 형성된 멤브레인(140) 및 흡수패드(150)가 순차적으로 형성된 멤브레인 어세이; 및 상기 멤브레인 어세이 상에 형성된 다중 FET를 포함하고, 상기 다중 FET는 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트(210)와 수용게이트 전극(220)이 포함된 FET 수용부(200); 상기 수용게이트의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열이 포함된 FET 감지부(300); 및 적어도 하나 이상의 기준게이트(410)와 기준게이트 전극(420)이 포함된 FET 기준부(400)를 포함하여 구성된다.1 and 2, an FET-based multi-biosensor using a membrane having a microfluidic channel according to an embodiment of the present invention includes a sample pad 120, a microfluid channel (140) and an absorbent pad (150) sequentially formed on the membrane (130); And a plurality of FETs formed on the membrane inspection, wherein the multiple FETs include an FET receiving portion (N) including a plurality of (N) independent receiving gates (210) and a receiving gate electrode (220) 200); An FET sensing unit 300 including a plurality of (M) independent FET channel arrangements; And an FET reference part 400 including at least one reference gate 410 and a reference gate electrode 420.

먼저, 본 발명의 일 구현예에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서는 멤브레인 하부기판(110) 상에 샘플패드(120), 미세유체 채널(130)이 형성된 멤브레인(140) 및 흡수패드(150)가 순차적으로 형성된 멤브레인 어세이를 포함한다. First, a FET-based multi-biosensor using a microfluidic channel-forming membrane according to an embodiment of the present invention includes a sample pad 120, a membrane 140 having a microfluidic channel 130 formed on a membrane lower substrate 110, And an absorbent pad 150 are sequentially formed.

상기 멤브레인 하부기판(110)은 상기 샘플패드(120), 상기 미세유체 채널(130)이 형성된 멤브레인(140) 및 상기 흡수패드(150)를 지지하기 위한 역할을 한다. The membrane lower substrate 110 serves to support the sample pad 120, the membrane 140 formed with the microfluidic channel 130, and the absorption pad 150.

상기 샘플패드(120)는 측정버퍼 용액 및 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 투입하기 위한 것으로, 시료 내에 포함된 이물질을 1차적으로 제거하기 위한 역할을 할 수 있다. 경우에 따라, 상기 샘플패드(120)는 측정버퍼 용액을 투입하기 위한 제1 샘플패드(120a) 및 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 투입하기 위한 제2 샘플패드(120b)로 구분될 수 있다. The sample pad 120 is for inputting a sample buffer solution containing a measurement buffer solution and a multi-target substance, and may serve to primarily remove foreign substances contained in the sample. In some cases, the sample pad 120 can be divided into a first sample pad 120a for inputting a measurement buffer solution and a second sample pad 120b for inputting a sample buffer solution containing a multi-target material have.

구체적으로, 상기 샘플패드(120)는 유리섬유, 폴리에스테르, 셀룰로오스 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. Specifically, the sample pad 120 is formed of at least one material selected from the group consisting of glass fiber, polyester, cellulose, and polypropylene, but is not limited thereto.

상기 멤브레인(140)은 미세유체 채널(130)이 형성된 것으로, 상기 미세유체 채널(130)의 모세관 현상으로 인하여 별도의 구동력, 압력 및 속력을 조절하기 위한 장치를 구비하지 않더라도 측정버퍼 용액 또는 시료버퍼 용액을 상기 흡수패드(150) 방향으로 이동시킴으로써 미세유체 시료층(600)의 유체 흐름을 생성 및 제어할 수 있다. 이때, 상기 미세유체 채널의 너비 또는 두께 조절을 통해, 상기 미세유체 시료층(600)의 유속을 결정할 수 있다. 이와 동시에, 상기 미세유체 채널(130)은 상기 미세유체 시료층(600)을 통해 상기 FET 수용부(200), 상기 FET 감지부(300) 및 상기 FET 기준부(400)를 전기적으로 연결하기 위한 역할을 한다. The membrane 140 is formed with a microfluidic channel 130. The microfluidic channel 130 is not provided with a device for adjusting driving force, pressure and speed due to the capillary phenomenon of the microfluidic channel 130, The fluid flow of the microfluidic sample layer 600 can be generated and controlled by moving the solution toward the absorption pad 150. At this time, the flow rate of the microfluidic material layer 600 can be determined by adjusting the width or the thickness of the microfluidic channel. At the same time, the microfluidic channel 130 is electrically connected to the FET receiving portion 200, the FET sensing portion 300, and the FET reference portion 400 through the microfluidic material layer 600 It plays a role.

만일 상기 샘플패드(120)가 제1 샘플패드(120a) 및 제2 샘플패드(120b)로 구분되는 경우, 상기 FET 수용부(200) 전단의 상기 미세유체 채널(130)은 상기 제1 샘플패드(120a)와 연결되는 제1 미세유체 채널(130a) 및 상기 제2 샘플패드(120b)와 연결되는 제2 미세유체 채널(130b)로 구분될 수 있고, 상기 제1 미세유체 채널(130a) 및 상기 제2 미세유체 채널(130b)은 상기 FET 수용부(200) 전단에 형성된 교차연결점을 통해 합류될 수 있다. 이때, 상기 제1 미세유체 채널(130a)은 상기 제2 미세유체 채널(130b)과 너비 또는 두께가 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있는데, 상기 제1 미세유체 채널(130a)의 너비 또는 두께를 상기 제2 미세유체 채널(130b)에 비해 얇게 함으로써, 상기 제1 미세유체 채널(130a)을 통과하는 유체의 유속을 상기 제2 미세유체 채널(130b)을 통과하는 유체의 유속에 비해 늦출 수 있다. If the sample pad 120 is divided into the first sample pad 120a and the second sample pad 120b, the microfluidic channel 130 at the front end of the FET receiving part 200 may be divided into the first sample pad 120a and the second sample pad 120b. A first microfluidic channel 130a connected to the first sample pad 120a and a second microfluidic channel 130b connected to the second sample pad 120b. The second microfluidic channel 130b may be joined through a crossing point formed at a front end of the FET accommodating unit 200. The first microfluidic channel 130a may have the same width or thickness as the second microfluidic channel 130b and may be different from each other. The width or the thickness of the first microfluidic channel 130a The flow rate of the fluid passing through the first microfluidic channel 130a can be lowered compared to the flow rate of the fluid passing through the second microfluidic channel 130b by making the second microfluidic channel 130b thinner than the second microfluidic channel 130b. have.

구체적으로, 상기 멤브레인(140)은 유리섬유, 니트로셀룰로오스, 나일론, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 및 폴리스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 멤브레인(140) 내 상기 미세유체 채널(130)은 2D 구조 또는 3D 구조로 자유롭게 설계 및 구현될 수 있다. More specifically, the membrane 140 is preferably formed of one or more materials selected from the group consisting of glass fiber, nitrocellulose, nylon, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polycarbonate and polystyrene , But is not limited thereto. In addition, the microfluidic channel 130 in the membrane 140 can be freely designed and implemented in a 2D structure or a 3D structure.

상기 흡수패드(150)는 상기 미세유체 채널을 통과하는 상기 미세유체 시료층(600)이 이동하여 최종적으로 흡수되기 위한 것이다.The absorption pad 150 is for the microfluidic material layer 600 passing through the microfluidic channel to move and be finally absorbed.

구체적으로, 상기 흡수패드(150) 역시 유리섬유, 폴리에스테르, 셀룰로오스 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. Specifically, the absorbent pad 150 is preferably formed of one or more materials selected from the group consisting of glass fiber, polyester, cellulose, and polypropylene, but is not limited thereto.

만일 상기 샘플패드(120)가 제1 샘플패드(120a) 및 제2 샘플패드(120b)로 구분되는 경우, 상기 제2 샘플패드(120b) 및 상기 교차연결점 사이에 형성되고, 신호증폭 접합체 물질이 결합된 컨쥬게이션 패드(160)를 추가로 포함할 수 있다. 기본적으로 FET 기반 다중 바이오센서는 라벨링이 필요없지만, 상기 컨쥬게이션 패드(160)에 신호증폭 접합체 물질의 도포 및 건조를 통해 결합함으로써 2차적인 전기적 신호를 증폭시킬 수 있는 이점을 가질 수 있다. If the sample pad 120 is divided into a first sample pad 120a and a second sample pad 120b, a signal amplification junction material formed between the second sample pad 120b and the cross- And may further include a combined conjugation pad 160. Basically, the FET-based multi-biosensor does not require labeling, but may have the advantage of amplifying a secondary electrical signal by coupling to the conjugation pad 160 through application and drying of the signal amplification conjugate material.

구체적으로, 상기 신호증폭 접합체 물질은 AuNP, AgNP, CuNP과 같은 금속 나노입자, 효소, 효소 기질, 효소반응 생성물질, 항체 및 전기화학적 신호발생 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. Specifically, the signal amplification conjugate material preferably includes at least one selected from the group consisting of metal nanoparticles such as AuNP, AgNP, and CuNP, an enzyme, an enzyme substrate, an enzyme reaction product, an antibody, and an electrochemical signal generating substance , But is not limited thereto.

다음으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 미세유체 채널이 형성된 멤브레인을 이용한 FET 기반 다중 바이오센서는 다중 FET를 포함하는데, 상기 다중 FET는 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트(210)와 수용게이트 전극(220)이 포함된 FET 수용부(200); 상기 수용게이트의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열이 포함된 FET 감지부(300); 및 적어도 하나 이상의 기준게이트(410)와 기준게이트 전극(420)이 포함된 FET 기준부(400)를 포함한다. Next, an FET-based multi-biosensor using a microfluidic channel-formed membrane according to an exemplary embodiment of the present invention includes multiple FETs, which are multi-target materials (N) An FET receiving portion 200 including a gate electrode 210 and a receiving gate electrode 220; An FET sensing unit 300 including a plurality of (M) independent FET channel arrangements; And an FET reference portion 400 including at least one reference gate 410 and a reference gate electrode 420.

상기 FET 수용부(200)는 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트(210)와 수용게이트 전극(220)을 포함하는 것으로, 상기 수용게이트(210)의 수(N개)는 검출하고자 하는 표적물질(다중 표적물질)의 수(n개)와 동일하거나 더 많은 것을 특징으로 한다. 즉, N ≥ n이다. 상기 FET 수용부(200)는 검출 과정 중에 표적물질(250)-수용물질(260) 반응을 측정하기 위한 것으로, 구체적으로, 상기 FET 수용부(200)는 표적물질(250)-수용물질(260) 특이적 결합 과정에서 발생하는 전기화학적 반응 또는 표적물질(250) 자체의 전하로 인해 상기 수용게이트(210)의 일함수(work function) 또는 상기 수용게이트(210)와 버퍼 용액 간의 이중층 전기 용량(double-layer capacitance)의 변화가 발생하면서 FET 채널의 전기전도도 변화를 야기시키는데, 이를 측정하기 위한 것이다.(N) number of the receiving gate 210, and the number of the receiving gate 210 is greater than the number of the receiving gate 210, Is characterized by being equal to or greater than the number (n) of target substances (multi-target substances) to be detected. That is, N ≥ n. The FET receiving part 200 measures the response of the target material 250 to the receiving material 260 during the detection process. Specifically, the FET receiving part 200 includes a target material 250 - a receiving material 260 The work function of the receiving gate 210 or the double layer capacitance between the receiving gate 210 and the buffer solution due to the electrochemical reaction occurring in the specific binding process or the charge of the target material 250 itself double-layer capacitance) of the FET channel, causing the change in the electrical conductivity of the FET channel.

상기 FET 수용부(200) 내 수용게이트(210) 표면 또는 상기 수용게이트(210)와 접촉하는 멤브레인(140) 표면에는 각각의 표적물질과 특이적인 결합을 위한 수용물질(260)이 각각 부착 및 고정된 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 표면의 면적은 수만~수십만 ㎛2 크기인 것으로, 표면의 면적이 수십 ㎛2 크기인 FET 채널에 비해, 표면처리 공정이 용이할 뿐만 아니라, 전기적 신호를 크게 증폭되는 이점이 있다. A receiving material 260 for specific bonding with each target material is attached and fixed to the surface of the receiving gate 210 in the FET receiving part 200 or the surface of the membrane 140 in contact with the receiving gate 210, . The area of the surface is several tens of thousands to several hundreds of thousands 탆 2 in size. Compared with an FET channel having a surface area of several tens 탆 2 , the surface treatment process is easy and the electric signal is greatly amplified.

이때, 상기 수용물질(260)의 부착 및 고정을 위해, 상기 수용게이트(210) 표면 또는 상기 수용게이트(210)와 접촉하는 멤브레인(140) 표면은 생화학적 반응 방법 또는 물리적 증착 방법으로 표면처리된 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 상기 표면처리는 상기 수용게이트(210) 표면 또는 상기 수용게이트(210)와 접촉하는 멤브레인(140) 표면 중 적어도 하나의 표면에 수행될 수 있고, 6-아미노헥산에탄올 및 글루타르알데하이드의 조합; 3-아미노프로필트리에톡시실란 및 글루타르알데하이드의 조합; 3-메캅토프로피오닉산; 숙신이미딜프로피오네이트; 환원된 L-글루타티온, b-1-에틸-3-디메틸아미노프로필 카보디이미드 및 설포-N-하이드록시숙신이미드의 조합; 프로테인 A; 프로테인 G; 프로테인 L; 아민기(-NH-)를 가진 파릴렌-A 및 글루타르알데하이드의 조합; 포르밀기(-CHO)를 가진 파릴렌-C; 및 포르밀기(-CHO)를 가진 파릴렌-H로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 통해 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The surface of the receiving gate 210 or the surface of the membrane 140 in contact with the receiving gate 210 may be surface treated with a biochemical reaction method or physical vapor deposition method But is not limited thereto. Specifically, the surface treatment may be performed on the surface of the receiving gate 210 or on the surface of at least one of the surfaces of the membrane 140 in contact with the receiving gate 210, Combination; A combination of 3-aminopropyltriethoxysilane and glutaraldehyde; 3-mercaptopropionic acid; Succinimidyl propionate; A combination of reduced L-glutathione, b-1-ethyl-3-dimethylaminopropylcarbodiimide and sulfo-N-hydroxysuccinimide; Protein A; Protein G; Protein L; A combination of parylene-A and glutaraldehyde having an amine group (-NH-); Parylene-C having a formyl group (-CHO); And parylene-H having a formyl group (-CHO), but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 수용게이트(210)의 재질은 전계 효과 특성에 따라 결정될 수 있는데, 상기 수용게이트(210)의 재질은 Au, Ag, Pt 및 Cu 등과 같이 내부식성 및 전도성이 우수한 금속; AgCl 등과 같이 전도성이 우수한 금속화합물; 및 n형 또는 p형으로 도핑된 Si, Ge 및 그 화합물을 포함하는 반도체 계열 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 수용게이트의 형태는 직선형, 원형, 다각형, 벌집형 및 평판형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 2D 구조; 또는 상기 2D 구조를 결합한 3D 구조일 수 있는데, 상기 수용게이트(210) 표면 또는 상기 수용게이트(210)와 접촉하는 멤브레인(140) 표면에 최대한 많은 양의 수용물질(260)을 부착 및 고정함으로써 보다 강한 전기적 신호를 획득하기 위해서, 표면적이 넓은 3D 구조로 설계 및 구현되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. Specifically, the material of the receiving gate 210 may be determined according to the field effect characteristics. The material of the receiving gate 210 may be a metal having excellent corrosion resistance and conductivity, such as Au, Ag, Pt, and Cu; Metal compounds having excellent conductivity such as AgCl and the like; And semiconductor-based materials including n-type or p-type doped Si, Ge, and a compound thereof, and the shape of the receiving gate may be any of linear, circular, polygonal, honeycomb, and flat A 2D structure formed from at least one member selected from the group consisting of polyolefins; Or a 3D structure combining the 2D structure by attaching and fixing a maximum amount of the receiving material 260 to the surface of the receiving gate 210 or the surface of the membrane 140 in contact with the receiving gate 210 In order to obtain a strong electrical signal, it is preferable but not limited to be designed and implemented in a 3D structure having a wide surface area.

한편, 상기 FET 수용부(200)는 FET 수용부 기판(230) 상에 형성될 수 있고, 상기 수용게이트(210)는 외부 신호처리 단말기와 전기적 연결을 위해 상기 수용게이트 전극(220) 및 수용게이트 전극 연결부(240)와 연결될 수 있고, 이때, 상기 수용게이트 전극(220)은 PCB 기판(500) 상에 금속 접합 등을 통하여 접합될 수 있다. 이때, 외부 신호처리 단말기는 상기 FET 감지부에서 송신한 전기적 신호를 증폭기를 통해 추가적으로 증폭시킴으로써, 센서의 검출한계와 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. Meanwhile, the FET receiving part 200 may be formed on the FET receiving part substrate 230, and the receiving gate 210 may be formed on the receiving gate electrode 220 and the receiving gate electrode 220 for electrical connection with the external signal processing terminal. The receiving gate electrode 220 may be connected to the PCB substrate 500 through metal bonding or the like. At this time, the external signal processing terminal further amplifies the electrical signal transmitted from the FET sensing unit through the amplifier, thereby further improving the detection limit and reliability of the sensor.

상기 FET 감지부(300)는 상기 수용게이트(210)의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열을 포함하는 것으로, 상기 FET 채널 배열 수(M개)는 상기 수용게이트(210)의 수(N개) 보다 적은 것을 특징으로 하고, 상기 FET 채널 배열의 수(M개)는 적어도 하나 이상인 것이 바람직하고, 둘 이상인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 즉, N > M이고, N > M ≥ 1인 것이 바람직하고, N > M ≥ 2인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The number of FET channel arrangements (M) is less than the number of the receiving gate 210 (M), and the number of FET channel arrangements (M) is the number of the receiving gate 210 (N), and the number of FET channel arrangements (M) is preferably at least one, more preferably two or more, but is not limited thereto. That is, it is preferable that N> M, N> M ≥ 1, and N> M ≥ 2, but it is not limited thereto.

다시 말해, 상기 FET 채널 배열 수와 수용물질(260) 종류 수는 1:N 대응방식이므로, FET 감지부(300) 내 극소수의(적어도 하나 이상의) FET 채널 배열을 포함하더라도, 다중 표적물질(250)의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트에서 발생하는 표적물질(250)-수용물질(260) 반응을 감지할 수 있으므로, 다중 표적물질(250)의 개별적인 검출이 가능한 이점을 가진다. 따라서, 상기 FET 감지부(300) 내 FET 채널 배열의 수가 둘 이상인 경우, 이중 일부에 불량이 발생하더라도, 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트(210)에서 발생하는 표적물질(250)-수용물질(260) 반응을 감지할 수 있으므로 센서의 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 FET 감지부(300) 내 FET 채널(330) 표면에는 별도의 수용물질이 부착 및 고정되어 있지 않으므로, 간단한 반도체 cleaning 공정을 통해 재활용 가능하다. In other words, since the number of FET channel arrangements and the number of types of receiving materials 260 are 1: N, the number of FET target channels 250 (including at least one FET channel arrangement) (250) -receptive material (260) reactions occurring in more than one type of (N) independent receiving gates, thereby enabling the individual detection of multiple target materials (250). Therefore, even if the number of FET channel arrangements in the FET sensing unit 300 is two or more, even if some of the FET channels are defective, a target substance (N) (250) -receptive material (260) reaction can be detected, thereby further improving the reliability of the sensor. In addition, since a separate receiving material is not attached or fixed on the surface of the FET channel 330 in the FET sensing unit 300, it can be recycled through a simple semiconductor cleaning process.

구체적으로, 상기 FET 채널 배열은 소스 전극(310), 드레인 전극(320) 및 상기 소스 및 드레인 전극(310, 320)을 연결하기 위한 FET 채널(330)을 포함할 수 있다. Specifically, the FET channel array may include a source electrode 310, a drain electrode 320, and an FET channel 330 for connecting the source and drain electrodes 310 and 320.

상기 FET 채널(330)은 표적물질(250a, 250b)의 전기화학적 특성에 따라 n형 또는 p형으로 도핑되거나 진성(intrinsic)으로 구현될 수 있는데, 상기 FET 채널의 재질은 Si, Ge 및 그 화합물을 포함하는 반도체 계열 물질; 또는 그래핀을 포함하는 탄소(C)를 포함할 수 있고, 상기 FET 채널의 형태는 직선형, 원형, 다각형, 벌집형 및 평판형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 2D 구조(나노 구조); 또는 상기 2D 구조를 결합한 3D 구조(나노 부유 구조)일 수 있는데, 표면적이 넓은 3D 구조로 설계 및 구현되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The FET channel 330 may be doped n-type or p-type or intrinsic depending on the electrochemical characteristics of the target materials 250a and 250b. The material of the FET channel may be Si, Ge, A semiconductor-based material; Or carbon (C) including graphene, and the shape of the FET channel may be a 2D structure (nanostructure) formed of at least one selected from the group consisting of linear, circular, polygonal, honeycomb, and planar; Or a 3D structure (nano floating structure) combining the 2D structure. However, it is preferable that the 3D structure is designed and implemented with a wide surface area, but the present invention is not limited thereto.

한편, 상기 FET 감지부(300)는 FET 감지부 기판(340) 상에 형성될 수 있고, 상기 FET 채널(330)은 외부 신호처리 단말기와 전기적 연결을 위해 상기 소스 전극(310) 및 소스 전극 연결부(350)와, 상기 드레인 전극(320) 및 드레인 전극 연결부(360)와 연결될 수 있고, 이때, 상기 소스 및 드레인 전극(310, 320)은 PCB 기판(500) 상에 금속 접합 등을 통하여 접합될 수 있다. The FET sensing part 300 may be formed on the FET sensing part substrate 340 and the FET channel 330 may be formed on the source electrode 310 and the source electrode connection part 330 for electrical connection with an external signal processing terminal. The source and drain electrodes 310 and 320 may be connected to the drain electrode 320 and the drain electrode connection 360. The source and drain electrodes 310 and 320 may be connected to the PCB substrate 500 through metal bonding or the like .

상기 FET 수용부(200) 및 상기 FET 감지부(300)는 별도의 반도체 기판에서 제작된 것일 수 있는데, 구체적으로, 상기 FET 수용부(200) 및 상기 FET 감지부(300)는 별도의 반도체 기판에서 탑다운 방식을 통해 용이하게 제작할 수 있어, 저비용 대량 생산이 가능하다.The FET accommodating unit 200 and the FET sensing unit 300 may be fabricated on separate semiconductor substrates. Specifically, the FET accommodating unit 200 and the FET sensing unit 300 may be separate semiconductor substrates, It is possible to easily manufacture the semiconductor device through a top-down method, thereby enabling low-cost mass production.

상기 FET 기준부(400)는 적어도 하나 이상의 기준게이트(410)와 기준게이트 전극(420)을 포함하는 것으로, 검출 과정 중에 미세유체 시료층(600) 형성 여부를 판단하고, 1차 및 2차 측정버퍼 용액 환경에서 FET 감지부(300)의 전기적 특성을 기록하기 위한 것으로, 최종 측정 정량화 결과에 따른 보정 작업을 위해 사용될 수 있다. The FET reference unit 400 includes at least one reference gate 410 and a reference gate electrode 420. The FET reference unit 400 determines whether a microfluidic sample layer 600 is formed during the detection process, For recording the electrical characteristics of the FET sensing unit 300 in the buffer solution environment and can be used for the correction operation according to the result of the final measurement quantification.

구체적으로, 상기 기준게이트(410) 재질 역시 전계 효과 특성에 따라 결정될 수 있는데, 상기 기준게이트(410)의 재질은 Au, Ag, Pt 및 Cu 등과 같이 내부식성 및 전도성이 우수한 금속; AgCl 등과 같이 전도성이 우수한 금속화합물; 및 n형 또는 p형으로 도핑된 Si, Ge 및 그 화합물을 포함하는 반도체 계열 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The material of the reference gate 410 may be a metal having excellent corrosion resistance and conductivity, such as Au, Ag, Pt, and Cu. Metal compounds having excellent conductivity such as AgCl and the like; And Si, Ge doped with n-type or p-type, and semiconductor-based materials including the compound.

한편, 상기 FET 기준부(400)는 FET 기준부 기판(430) 상에 형성될 수 있고, 상기 기준게이트(410)는 외부 신호처리 단말기와 전기적 연결을 위해 상기 기준게이트 전극(420) 및 기준게이트 전극 연결부(440)와 연결될 수 있고, 이때, 상기 기준게이트 전극(420)은 PCB 기판(500) 상에 금속 접합 등을 통하여 접합될 수 있다. Meanwhile, the FET reference portion 400 may be formed on the FET reference portion 430, and the reference gate 410 may be formed on the reference gate electrode 420 and the reference gate portion 420 for electrical connection with the external signal processing terminal, The reference gate electrode 420 may be connected to the PCB substrate 500 through metal bonding or the like.

또한, 상기 FET 기준부(400) 및 상기 FET 감지부(300)는 별도의 반도체 기판에서 제작되는 것이 바람직하나, 경우에 따라 같은 반도체 기판 내에서 제작될 수 있다. The FET reference unit 400 and the FET sensing unit 300 may be fabricated on separate semiconductor substrates, but they may be manufactured in the same semiconductor substrate.

FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출 방법Detection method using FET-based multi-biosensor

본 발명은 상기 제1 및 제2 샘플패드를 구분하여 포함하는 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출방법으로서, (a) 측정버퍼 용액을 상기 제1 샘플패드에 투입한 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 이동시키면서 1차 미세유체 시료층을 형성하는 단계; (b) 상기 (a) 단계 중에 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하는 단계; (c) 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 상기 제2 샘플패드에 투입한 후, 상기 제2 미세유체 채널을 통해 상기 1차 미세유체 시료층과 합류시킨 다음, 상기 흡수패드 방향으로 이동시키는 과정에서 상기 다중 표적물질을 상기 FET 수용부에 포획시키는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 포획에 필요한 일정 시간 경과 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 지속적으로 이동 중인 상기 측정버퍼 용액으로 2차 미세유체 시료층을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계 중에 상기 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정한 다음, 상기 1차 전기전도도 측정 결과와의 비교를 통해 그 변화를 계산 및 보정하는 단계를 포함하는 검출 방법을 제공한다.The present invention provides a detection method using a FET-based multi-biosensor including the first and second sample pads separately, comprising the steps of: (a) inputting a measurement buffer solution into the first sample pad, Forming a first microfluidic sample layer while moving the first microfluidic device layer in the direction toward the absorption pad; (b) measuring a primary electrical conductivity of the FET sensing unit by the reference gate during the step (a), and measuring a primary electrical conductivity of the FET sensing unit by the receiving gate; (c) introducing a sample buffer solution containing multiple target substances into the second sample pad, joining the sample fluid with the first microfluidic sample layer through the second microfluidic channel, and then moving the first sample fluid in the direction of the absorption pad Trapping the multi-target material in the FET receiving portion in the course of the step; (d) forming a second microfluidic sample layer from the measurement buffer solution continuously moving in the direction of the absorption pad through the first microfluidic channel after a predetermined time required for capturing in the step (c); And (e) measuring a secondary electrical conductivity of the FET sensing unit by the reference gate during the step (d), measuring a secondary electrical conductivity of the FET sensing unit by the receiving gate, And calculating and correcting the change through comparison with the result of the primary electrical conductivity measurement.

상기 제1 및 제2 샘플패드를 포함하는 FET 기반 다중 바이오센서의 구성에 대해서는 전술한바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다.Since the configuration of the FET-based multi-biosensor including the first and second sample pads has been described above, the duplicate description will be omitted.

먼저, 본 발명의 다른 구현예에 따른 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출방법은 측정버퍼 용액을 상기 제1 샘플패드에 투입한 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 이동시키면서 1차 미세유체 시료층을 형성하는 단계[(a) 단계]를 포함한다. First, in a detection method using a FET-based multi-biosensor according to another embodiment of the present invention, a measurement buffer solution is injected into the first sample pad and then moved toward the absorption pad through the first microfluidic channel, And a step (a) of forming a sub microfluidic sample layer.

구체적으로, 상기 측정버퍼 용액은 모세관 현상으로 인하여 상기 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 이동될 수 있다. 이때, 형성된 상기 1차 미세유체 시료층을 1차 측정버퍼 용액 환경이라고 볼 수 있다. Specifically, the measurement buffer solution can be moved toward the absorption pad through the microfluidic channel due to the capillary phenomenon. At this time, the formed first microfluidic sample layer may be regarded as a primary measurement buffer solution environment.

다음으로, 본 발명의 다른 구현예에 따른 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출방법은 상기 (a) 단계 중에 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하는 단계[(b) 단계]를 포함한다. Next, a detection method using a FET-based multi-biosensor according to another embodiment of the present invention includes measuring a primary electrical conductivity of the FET sensing unit by a reference gate during the step (a) And measuring the primary electrical conductivity of the FET sensing unit (step (b)).

구체적으로, 상기 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도 측정을 통해, 상기 1차 미세유체 시료층 형성 여부를 판단할 수 있고, 1차 측정버퍼 용액 환경에서 상기 FET 감지부의 전기적 특성을 기록할 수 있다. Specifically, it is possible to determine whether the primary microfluidic sample layer is formed or not by measuring the primary electrical conductivity with respect to the FET sensing part by the reference gate. In the first measurement buffer solution environment, Can be recorded.

또한, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도의 측정을 통해, 1차 측정버퍼 용액 환경에서 상기 수용게이트에 따른 상기 FET 감지부의 초기 전기전도도를 측정하여 기록할 수 있다. Also, the initial electrical conductivity of the FET sensing unit along the receiving gate in the primary measurement buffer solution environment can be measured and recorded through measurement of the primary electrical conductivity with respect to the FET sensing unit by the receiving gate.

다음으로, 본 발명의 다른 구현예에 따른 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출방법은 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 상기 제2 샘플패드에 투입한 후, 상기 제2 미세유체 채널을 통해 상기 1차 미세유체 시료층과 합류시킨 다음, 상기 흡수패드 방향으로 이동시키는 과정에서 상기 다중 표적물질을 상기 FET 수용부에 포획시키는 단계[(c) 단계]를 포함한다.Next, a detection method using a FET-based multi-biosensor according to another embodiment of the present invention includes: inputting a sample buffer solution containing a multi-target material to the second sample pad; (C) a step of trapping the multiple target material in the FET accommodating portion in a process of joining the first microfluidic material layer and moving the first target material layer in the direction of the absorption pad.

구체적으로, 상기 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액에서 시료 내에 포함된 이물질은 상기 제2 샘플패드에서 1차적으로 제거될 수 있다. 또한, 상기 다중 표적물질은 상기 시료버퍼 용액이 제2 미세유체 채널을 따라 상기 컨쥬게이션 패드를 통과할 때 신호증폭 접합체 물질과 반응 및 결합한 후, 상기 1차 미세유체 시료층과 합류된 다음, 상기 흡수패드 방향으로 이동하는 과정에서 상기 FET 수용부에 포획될 수 있다. 상기 제2 샘플패드에 투입된 상기 시료버퍼 용액에서 나머지 비특이 시료버퍼 용액은 최종적으로 흡수패드에 흡수될 수 있다.Specifically, foreign matter contained in the sample in the sample buffer solution containing the multi-target substance may be primarily removed from the second sample pad. Also, the multi-target material reacts with and binds to the signal amplification conjugate material when the sample buffer solution passes through the conjugation pad along a second microfluidic channel, and then joins with the first microfluidic sample layer, And may be trapped in the FET receiving portion in the process of moving toward the absorbing pad. The remaining non-specific sample buffer solution in the sample buffer solution put into the second sample pad can be finally absorbed into the absorption pad.

다음으로, 본 발명의 다른 구현예에 따른 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출방법은 상기 (c) 단계에서 포획에 필요한 일정 시간 경과 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 지속적으로 이동 중인 상기 측정버퍼 용액으로 2차 미세유체 시료층을 형성하는 단계[(d) 단계]를 포함한다. Next, in the detection method using the FET-based multi-biosensor according to another embodiment of the present invention, after a predetermined time required for capturing in the step (c), the detection method is continuously performed in the direction of the absorption pad through the first microfluidic channel And a step (d) of forming a second microfluidic sample layer with the measurement buffer solution being moved.

구체적으로, 상기 측정버퍼 용액은 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 지속적으로 이동하여 2차 미세유체 시료층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 2차 미세유체 시료층을 2차 측정버퍼 용액 환경이라고 볼 수 있다. 상기 (a) 단계에서 투입된 상기 측정버퍼 용액이 이미 상기 흡수패드 방향으로 모두 이동된 상태라면, 측정버퍼 용액을 상기 제1 샘플패드에 추가로 투입하여야 하나, 상기 (a) 단계에서 투입된 상기 측정버퍼 용액의 유속을 늦추어 상기 흡수패드 방향으로 이동중인 상태라면, 측정버퍼 용액을 상기 제1 샘플패드에 추가로 투입하지 않을 수 있다. Specifically, the measurement buffer solution may continuously move toward the absorption pad through the first microfluidic channel to form a second microfluidic sample layer. At this time, the secondary microfluidic sample layer can be regarded as a secondary measurement buffer solution environment. If the measurement buffer solution injected in step (a) has already been moved toward the absorption pad, the measurement buffer solution should be added to the first sample pad, but the measurement buffer injected in step (a) If the flow rate of the solution is slowed and is moving in the direction of the absorption pad, the measurement buffer solution may not be further added to the first sample pad.

다음으로, 본 발명의 다른 구현예에 따른 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출방법은 상기 (d) 단계 중에 상기 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정한 다음, 상기 1차 전기전도도 측정 결과와의 비교를 통해 그 변화를 계산 및 보정하는 단계[(e) 단계]를 포함한다. Next, in the detection method using the FET-based multi-biosensor according to another embodiment of the present invention, the secondary electrical conductivity of the FET sensing unit by the reference gate is measured during the step (d) (Step (e)) of measuring the secondary electrical conductivity of the FET sensing part by the comparison with the result of the primary electrical conductivity measurement and calculating and correcting the change through comparison with the primary electrical conductivity measurement result.

구체적으로, 상기 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도 측정을 통해, 상기 2차 미세유체 시료층의 형성 여부를 판단할 수 있고, 2차 측정버퍼 용액 환경에서 상기 FET 감지부의 전기적 특성을 기록할 수 있다. Specifically, it is possible to determine whether the secondary microfluidic sample layer is formed or not by measuring the secondary electrical conductivity of the FET sensing unit by the reference gate. In the secondary measurement buffer solution environment, The characteristics can be recorded.

또한, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도의 측정을 통해, 2차 측정버퍼 용액 환경에서 상기 수용게이트에 따른 상기 FET 감지부의 2차 전기전도도를 측정하여 기록하고 상기 1차 전기전도도 측정 결과와의 비교를 통해, 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트에서 발생하는 표적물질-수용물질 반응 정도를 정량화하여 기록할 수 있다. The secondary electrical conductivity of the FET sensing unit along the receiving gate in the secondary measurement buffer solution environment is measured and recorded through the measurement of the secondary electrical conductivity with respect to the FET sensing unit by the receiving gate, By comparing with the results of the electrical conductivity measurement, it is possible to quantitatively record the degree of target material-acceptor reaction occurring in more than (N) independent acceptance gates of multiple target substances.

이때, 상기 FET 감지부 내 FET 채널 배열의 수가 둘 이상인 경우에는, 각 FET 채널 배열 마다 측정된 전기전도도 결과를 통계처리하는 단계를 추가할 필요가 있다. At this time, when the number of FET channel arrangements in the FET sensing unit is two or more, it is necessary to add a step of statistically processing the electric conductivity results measured for each FET channel arrangement.

이후, 최종 측정 정량화 결과에 따른 보정 작업을 위해, 상기 1차 및 2차 측정버퍼 용액 환경에서 상기 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부의 전기적 특성을 기록한 결과를 반영할 수 있다. Thereafter, the result of recording the electrical characteristics of the FET sensing unit by the reference gates in the first and second measurement buffer solution environments may be reflected for the correction operation according to the final measurement quantification result.

따라서, 본 발명에 따른 FET 기반 다중 바이오센서는 키트 플랫폼 형태 등으로 용이하게 대량 제작가능하고, 다중 표적물질을 높은 신뢰도로 손쉽게 검출할 수 있으므로, 휴대용 바이오센서로 활용가능할 것이다. Therefore, the FET-based multi-biosensor according to the present invention can be easily mass-produced in the form of a kit platform and can be easily used as a portable biosensor because it can easily detect a multi-target substance with high reliability.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

110: 멤브레인 하부기판
120(120a, 120b): 샘플패드(제1 샘플패드, 제2 샘플패드)
130(130a, 130b): 미세유체 채널(제1 미세유체 채널, 제2 미세유체 채널)
140: 멤브레인
150: 흡수패드
160: 컨쥬게이션 패드
200: FET 수용부
210: 수용게이트
220: 수용게이트 전극
230: FET 수용부 기판
240: 수용게이트 전극 연결부
250a, 250b: 제1 표적물질, 제2 표적물질
260a, 260b: 제1 수용물질, 제2 수용물질
300: FET 감지부
310: 소스 전극
320: 드레인 전극
330: FET 채널
340: FET 감지부 기판
350: 소스 전극 연결부
360: 드레인 전극 연결부
400: FET 기준부
410: 기준게이트
420: 기준게이트 전극
430: FET 기준부 기판
440: 기준게이트 전극 연결부
500: PCB기판
600: 미세유체 시료층110: membrane lower substrate
120 (120a, 120b): sample pad (first sample pad, second sample pad)
130 (130a, 130b): a microfluidic channel (first microfluidic channel, second microfluidic channel)
140: Membrane
150: Absorption pad
160: Conjugation pad
200: FET accommodating portion
210:
220: receiving gate electrode
230: FET receiving portion substrate
240: receiving gate electrode connection
250a, 250b: a first target material, a second target material
260a, 260b: a first receiving material, a second receiving material
300: FET detection unit
310: source electrode
320: drain electrode
330: FET channel
340: FET sensing unit substrate
350: source electrode connection
360: drain electrode connection
400: FET reference part
410: reference gate
420: reference gate electrode
430: FET reference part substrate
440: reference gate electrode connection
500: PCB substrate
600: Microfluidic sample layer

Claims (13)

멤브레인 하부기판 상에 샘플패드, 미세유체 채널이 형성된 멤브레인 및 흡수패드가 순차적으로 형성된 멤브레인 어세이; 및
상기 멤브레인 어세이 상에 형성된 다중 FET를 포함하고,
상기 샘플패드는 측정버퍼 용액을 투입하기 위한 제1 샘플패드 및 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 투입하기 위한 제2 샘플패드로 구분되고,
상기 다중 FET는 다중 표적물질의 종류 이상(N개)의 독립적인 수용게이트와 수용게이트 전극이 포함된 FET 수용부; 상기 수용게이트의 수 미만(M개)의 독립적인 FET 채널 배열이 포함된 FET 감지부; 및 적어도 하나 이상의 기준게이트와 기준게이트 전극이 포함된 FET 기준부를 포함하고,
상기 제1 샘플패드와 연결되는 제1 미세유체 채널 및 상기 제2 샘플패드와 연결되는 제2 미세유체 채널은 상기 FET 수용부 전단에 형성된 교차연결점을 통해 합류되며,
상기 미세유체 채널은 상기 FET 수용부, 상기 FET 감지부 및 상기 FET 기준부를 전기적으로 연결하기 위한 것인
FET 기반 다중 바이오센서.
A membrane assay in which a sample pad, a membrane on which a microfluidic channel is formed, and an absorbent pad are sequentially formed on a membrane lower substrate; And
A plurality of FETs formed on the membrane,
The sample pad is divided into a first sample pad for inputting a measurement buffer solution and a second sample pad for inputting a sample buffer solution containing a multi-target material,
Wherein the multiple FET includes an FET receiving portion including at least (N) independent receiving gates and a receiving gate electrode of at least one kind of multiple target materials; An FET sensing unit including a plurality of (M) independent FET channel arrangements; And an FET reference portion including at least one reference gate and a reference gate electrode,
A first microfluidic channel connected to the first sample pad and a second microfluidic channel connected to the second sample pad are joined through a crossing point formed at a front end of the FET receiving part,
Wherein the microfluidic channel is for electrically connecting the FET receiving portion, the FET sensing portion, and the FET reference portion,
FET based multi-biosensor.
제1항에 있어서,
상기 FET 수용부 내 상기 수용게이트 표면 또는 상기 수용게이트와 접촉하는 멤브레인 표면에는 표적물질과 특이적인 결합을 위한 수용물질이 부착 및 고정된
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
A receiving material for specific binding with the target material is attached and fixed on the surface of the receiving gate in the FET receiving portion or on the surface of the membrane in contact with the receiving gate
FET based multi-biosensor.
제2항에 있어서,
상기 수용물질의 부착 및 고정을 위해, 상기 수용게이트 표면 또는 상기 수용게이트와 접촉하는 멤브레인 표면은 생화학적 반응 방법 또는 물리적 증착 방법으로 표면처리된
FET 기반 다중 바이오센서.
3. The method of claim 2,
In order to adhere and fix the receiving material, the surface of the receiving gate or the surface of the membrane in contact with the receiving gate is surface-treated with a biochemical reaction method or physical vapor deposition method
FET based multi-biosensor.
제1항에 있어서,
상기 수용게이트의 재질은 ⅰ) Au, Ag, Pt 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 금속; ⅱ) AgCl을 포함하는 금속화합물; 및 ⅲ) n형 또는 p형으로 도핑된 Si, Ge 및 그 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 반도체 계열 물질;로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 수용게이트의 형태는 직선형, 원형, 다각형, 벌집형 및 평판형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 2D 구조; 또는 상기 2D 구조를 결합한 3D 구조인
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
The material of the receiving gate is i) a metal containing at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Pt and Cu; Ii) metal compounds comprising AgCl; And iii) a semiconductor-based material comprising at least one selected from the group consisting of n-type or p-type doped Si, Ge and a compound thereof,
The shape of the receiving gate may be a 2D structure formed of at least one selected from the group consisting of a straight line, a circle, a polygon, a honeycomb, and a flat plate; Or a 3D structure combining the 2D structure
FET based multi-biosensor.
제1항에 있어서,
상기 FET 감지부 내 FET 채널 배열의 수(M개)는 적어도 하나 이상이고,
상기 FET 채널 배열은 소스 전극, 드레인 전극 및 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하기 위한 FET 채널을 포함하는
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
The number (M) of FET channel arrangements in the FET sensing unit is at least one,
Wherein the FET channel arrangement comprises a source electrode, a drain electrode, and an FET channel for connecting the source and drain electrodes
FET based multi-biosensor.
제1항에 있어서,
상기 FET 채널은 n형 또는 p형으로 도핑되거나 진성(intrinsic)으로 구현 된 것이고, 상기 FET 채널의 재질은 ⅰ) Si, Ge 및 그 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 반도체 계열 물질; 또는 ⅱ) 그래핀을 포함하는 탄소(C);를 포함하고,
상기 FET 채널의 형태는 직선형, 원형, 다각형, 벌집형 및 평판형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 2D 구조; 또는 상기 2D 구조를 결합한 3D 구조인
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
Wherein the FET channel is doped n-type or p-type or intrinsically implemented, and the material of the FET channel is i) a semiconductor-based material including at least one selected from the group consisting of Si, Ge and a compound thereof; Or ii) carbon (C) comprising graphene,
The shape of the FET channel may be a 2D structure formed of at least one selected from the group consisting of a straight line, a circle, a polygon, a honeycomb, and a flat plate; Or a 3D structure combining the 2D structure
FET based multi-biosensor.
제1항에 있어서,
상기 FET 수용부 및 상기 FET 감지부는 별도의 반도체 기판에서 제작된 것인
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
The FET accommodating portion and the FET sensing portion are made of a separate semiconductor substrate
FET based multi-biosensor.
제1항에 있어서,
상기 멤브레인 내 상기 미세유체 채널은 2D 구조 또는 3D 구조인
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
The microfluidic channel in the membrane may be a 2D structure or a 3D structure
FET based multi-biosensor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 미세유체 채널은 상기 제2 미세유체 채널과 너비 또는 두께가 서로 상이한
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
Wherein the first microfluidic channel has a width or thickness different from the second microfluidic channel
FET based multi-biosensor.
제1항에 있어서,
상기 제2 샘플패드 및 상기 교차연결점 사이에 형성되고, 신호증폭 접합체 물질이 결합된 컨쥬게이션 패드를 추가로 포함하는
FET 기반 다중 바이오센서.
The method according to claim 1,
Further comprising a conjugation pad formed between the second sample pad and the crossing point and coupled with a signal amplification junction material,
FET based multi-biosensor.
제1항에 따른 FET 기반 다중 바이오센서를 이용한 검출 방법에 있어서,
(a) 측정버퍼 용액을 상기 제1 샘플패드에 투입한 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 이동시키면서 1차 미세유체 시료층을 형성하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계 중에 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 1차 전기전도도를 측정하는 단계;
(c) 다중 표적물질이 포함된 시료버퍼 용액을 상기 제2 샘플패드에 투입한 후, 상기 제2 미세유체 채널을 통해 상기 1차 미세유체 시료층과 합류시킨 다음, 상기 흡수패드 방향으로 이동시키는 과정에서 상기 다중 표적물질을 상기 FET 수용부에 포획시키는 단계;
(d) 상기 (c) 단계에서 포획에 필요한 일정 시간 경과 후, 상기 제1 미세유체 채널을 통해 상기 흡수패드 방향으로 지속적으로 이동 중인 상기 측정버퍼 용액으로 2차 미세유체 시료층을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계 중에 상기 기준게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정하고, 상기 수용게이트에 의한 상기 FET 감지부에 대한 2차 전기전도도를 측정한 다음, 상기 1차 전기전도도 측정 결과와의 비교를 통해 그 변화를 계산 및 보정하는 단계를 포함하는
검출 방법.
A detection method using a FET-based multi-biosensor according to claim 1,
(a) injecting a measurement buffer solution into the first sample pad, and moving the first sample fluid in the direction of the absorption pad through the first microfluidic channel to form a first microfluidic sample layer;
(b) measuring a primary electrical conductivity of the FET sensing unit by the reference gate during the step (a), and measuring a primary electrical conductivity of the FET sensing unit by the receiving gate;
(c) introducing a sample buffer solution containing a plurality of target substances into the second sample pad, joining the first sample fluid with the first microfluidic channel through the second microfluidic channel, and then moving the first sample fluid in the direction of the absorption pad Trapping the multi-target material in the FET receiving portion in the course of the step;
(d) forming a second microfluidic sample layer from the measurement buffer solution continuously moving in the direction of the absorption pad through the first microfluidic channel after a predetermined time required for capturing in the step (c); And
(e) measuring a secondary electrical conductivity of the FET sensing part by the reference gate during the step (d), measuring a secondary electrical conductivity of the FET sensing part by the receiving gate, And calculating and correcting the change through comparison with the result of the differential electrical conductivity measurement
Detection method.
제12항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 제2 샘플패드에 투입된 시료버퍼 용액은 신호증폭 접합체 물질이 결합된 컨쥬게이션 패드를 통과하는
검출 방법. 13. The method of claim 12,
In the step (c), the sample buffer solution injected into the second sample pad passes through the conjugation pad to which the signal amplification conjugate material is bound
Detection method.
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