KR20070000667A - 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및이것을 이용한 타겟물질 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질(단백질) 검출 방법을 제공하고자 한 것이다.
특히, 본 발명은 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 구성하고 있는 탄소나노튜브 표면에 프로브 물질로서, 단백질에 높은 친화력을 가지는 DNA 핵산가닥인 압타머(Aptamer)를 흡착 고정시킴으로써, 이 압타머에 특정 타겟물질이 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브의 전기적인 변화로 압타머와 특이적으로 결합하는 타겟(target)물질 즉, 특정분자(단백질, 펩티드, 아미노산, 유/무기화합물 등)의 검출이 가능한 압타머 및 탄소나노튜브 트랜지스터를 이용한 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법을 제공하고자 한 것이다.
탄소나노튜브 트랜지스터, 압타머, 바이오센서, 단백질, 피렌, 전기전도도 변화

Description

압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법{Carbon nanotube biosensors with aptamers as molecular recognition elements and method for sensing target material using the same}
도 1은 본 발명에 따른 DNA 압타머(aptamer) 및 탄소나노튜브 트랜지스터를 이용한 바이오센서를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 압타머 및 탄소나노튜브 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 실험예로서, 압타머에 트롬빈(thrombin)을 반응시켰을 때 트랜지스터의 전류 특성 곡선을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 압타머 및 탄소나노튜브 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 실험예로서, 압타머에 트롬빈(thrombin)을 반응시켰을 때 트랜지스터의 실시간으로 전류 특성 곡선을 나타내는 그래프.
도 4는 트롬빈을 반응시키고 난 후의 소자에 대한 AFM 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 탄소나노튜브 트랜지스터 12 : 소스
14 : 드레인 16 : 게이트
18 : 탄소나노튜브 20 : 압타머
22 : 고정물질
본 발명은 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 DNA 압타머(aptamer)를 이용하여 특정 단백질을 인식할 수 있도록 한 탄소나노튜브 트랜지스터 바이오센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 이루는 탄소나노튜브에 특정 단백질과 결합할 수 있는 압타머를 흡착시킴으로써, 압타머와 특이적으로 결합하는 특정 단백질이 압타머에 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브의 전기저항 변화로 특정 단백질을 용이하게 검출할 수 있도록 한 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)란, 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터(nm=10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질을 말한다.
탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 지니며 현존하는 물질중 결함이 거의 없는 완벽 한 신소재로 알려져 있고, 전기방전법, 열분해법, 레이저증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 열화학기상증착법, 전기분해방법, Flame합성방법 등과 같은 고도의 합성기술에 의해 제조되고 있다.
이러한 탄소나노튜브는 과학의 발전정도에 따라 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 재료산업, 의약의료, 전자컴퓨터, 보안안전, 등 거의 모든 분야에 실제로 응용되고 있으며, 그 중 하나가 탄소나노튜브 트랜지스터이다.
상기 탄소나노튜브 트랜지스터는 소스, 드레인, 게이트로 이루어진 구성에 채널영역이 탄소나노튜브로 적용된 구조로 제작된 것이다.
상기 트랜지스터의 채널영역을 이루는 탄소나노튜브는 반도체 혹은 금속 특성을 보이면서 전기전도도가 매우 높고, 열전도도가 높아 열 방출 효과가 좋은 장점이 있고, 또한 가벼우면서도 강철보다 100배 이상 강하고, 화학적 특성으로 다른 화합물과 반응을 잘 하지 않아 매우 안정적이기 때문에 전자소자의 안정적 동작에 매우 유리한 장점이 있다.
이에, 탄소나노튜브를 이용한 새로운 응용소자의 연구가 계속 진행되고 있으며, 의학 및 바이오 분야에도 여러가지 형태의 연구가 진행되고 있다.
한편, 급격한 고령화 추세에 따라 수명연장 및 건강한 삶이 절대적인 목표로 대두되고 있는 바, 암을 비롯한 각종 중증 질병을 조기에 발견하고 이러한 질병의 치료비용 및 치료시간을 절약할 수 있으며, 수시로 자가진단이 가능한 기기 및 장치의 개발을 도모할 수 있는 의학적 투자가 요구되고 있다.
이에 따라, 질병의 조기 진단 및 치료 등을 위하여 혈액 등에 포함되어 있는 특정분자(단백질, 펩티드, 아미노산, 유/무기화합물 등)의 유무를 검출/확인하는 것은 매우 중요하다 할 것이다.
인간 게놈 프로젝트의 완성으로 얻어진 엄청난 양의 생물학적 정보와 나노기술을 결합하여 새로운 진단 및 치료 기술을 개발하려는 노력이 전 세계적으로 활발하게 이루어지고 있는 가운데, 특히 탄소나노튜브나 반도체 나노와이어의 전기적 특성을 이용하여 고감도 바이오센서를 제작하려는 시도가 두드러지고 있다.
현재까지의 진단용 센서는 대개의 경우 항원-항체 반응을 이용한 진단용 센서가 센서 시장의 대부분을 차지하고 있으며, 항원-항체 반응은 그 특이성이 매우 뛰어나서 정확한 진단용 도구로 매우 가치가 높은 장점을 가지고는 있으나, 항체가 단백질로 이루어져 있다는 단점도 가지고 있다.
특정 항체의 합성은 고 난이도의 배양과 합성을 요구하며 각 배치에 따라 합성된 항체의 특성이 조금씩 다를 수 있다는 문제점도 내포하고 있고 무엇보다 고가에서 오는 문제점이 상용화의 최대 걸림돌이 되고 있다.
또한, 단백질이 갖는 안정성의 문제는 항원-항체 반응을 이용한 바이오센서의 유통기한에 제한을 줄 수 밖에 없고, 이 또한 단가 상승 및 진단센서의 오작동의 원인이 될 수 있다.
따라서, 항체와 유사하거나 더욱 우수한 기질 특이성을 갖는 동시에 단백질인 항체와는 달리 뛰어난 안정성을 가지고 있으며 저가 생산이 가능한 진단센서의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 구성하고 있는 탄소나노튜브 표면에 프로브 물질로서, 단백질에 높은 친화력을 가지는 DNA 핵산가닥인 압타머(Aptamer)를 흡착 고정시킴으로써, 압타머와 특이적으로 결합하는 타겟(target)물질인 특정 단백질의 검출이 가능한 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명의 목적은 특정분자(단백질, 펩티드, 아미노산, 유/무기화합물 등)와 특이적인 결합을 할 수 있는 DNA/RNA 분자인 압타머를 탄성길이와 위상 산란길이가 긴 1차원 전도체 탄소나노튜브에 흡착시키고, 이 압타머에 특정단백질이 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브의 전기적인 변화로 해당 특정단백질의 유무를 용이하게 검출/확인할 수 있도록 한 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법을 제공하고자 한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는 소스, 드레인, 게이트를 포함하며, 채널영역이 탄소나노튜브로 구성된 탄소나노튜브 트랜지스터와; 상기 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 구성하고 있는 탄소나노튜브의 표면에 흡착 개질된 DNA 압타머(aptamer)와; 상기 압타머를 탄소나노튜브에 고정시키는 고정물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 압타머 및 탄소나노튜브 트랜지스터를 이용한 바이오센서를 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 탄소나노튜브로 구성된 채널은 단일벽, 다중벽 나노튜브로 이루어진 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 탄소나노튜브로 구성된 채널은 뛰어난 트랜지스터 특성을 보이는 각종 금속 산화물 나노와이어 및 반도체 나노와이어이며, 상기 나노와이어로 구성된 채널의 나노와이어는 종류에 관계없이 압타머를 인식물질로 사용하는 것으로서, 그 직경은 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 단일벽 나노튜브는 2 nm 이하의 직경을 가진 탄소나노튜브이고, 상기 다중벽 나노튜브는 50 nm 이하의 직경을 가진 탄소나노튜브인 것을 특징으로 한다.
상기 압타머를 탄소나노튜브 표면에 고정화시키는 고정물질은 피렌(pyrene) 및 탄소나노튜브와 친화력이 좋은 다른 분자중 선택된 어느 하나이다.
특히, 상기 고정물질의 소수성을 갖는 한쪽 부분이 상기 탄소나노튜브에 흡착되고, 다른 한쪽 부분이 상기 압타머와 공유결합되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 이루는 탄소나노튜브에 타켓 물질과 결합할 수 있는 압타머를 흡착시킨 구조의 탄소나노튜브 트랜지스터의 제작 구비하는 단계와; 상기 압타머와 특이적으로 결합하는 타켓 물질이 압타머에 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브의 전기전도도 변화를 측정하는 단계와; 상기 전기전도도 변화 데이타를 근거로 해당 타켓 물질을 검출/확인하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오센 서를 이용한 타켓물질 검출 방법을 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 타겟물질은 단백질(proteins), 펩티드(peptides), 아미노산(amino acids), 뉴클레오티드(nucleotides), 드러그(drugs), 비타민(vitamins), 유/무기화합물(organic/ inorganic compound)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 DNA 압타머(aptamer) 및 탄소나노튜브 트랜지스터를 이용한 바이오센서를 나타내는 개략도이다.
본 발명은 DNA 압타머(aptamer)를 탄소나노튜브 트랜지스터의 탄소나노튜브 표면상에 흡착하여 개질시킨 바이오센서로서, 단일 바이러스, 유기저분자 및 단백질을 감지할 만큼의 뛰어난 감도를 가지고, 저농도를 감지할 수 있으며, 자신과 잘 맞는 분자만을 선택적으로 골라 낼 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
전술한 바와 같이, 상기 탄소나노튜브 트랜지스터(10)는 일반적인 트랜지스터와 같이 소스(12), 드레인(14), 게이트(16)로 이루어진 구성에 채널영역이 탄소나노튜브(18)로 적용된 구조로 제작된 것으로서, 상기 탄소나노튜브(18)는 탄성길이와 위상산란 길이가 길며 화학적 성질 및 전기 전도도가 뛰어난 나노소자의 대표물질이라 할 수 있다.
이러한 구조의 탄소나노튜브 트랜지스터에 있어서, 탄소나노튜브(18)의 표면에 DNA 압타머(20: aptamer)를 고정물질(22)을 이용하여 흡착 고정시켜 표면 개질시킨다.
상기 압타머(20)는 특정분자(단백질, 펩티드, 아미노산, 유/무기화합물 등)와 특이적인 결합을 할 수 있는 DNA/RNA 분자로서 항체의 단점을 보완할 수 있는 분자로 잘 알려져 있으며, 또한 고친화력(high-affinity)과 특이력(specificity), 선택성(selectivity)를 갖는 장점이 있어 바이오테크놀로지의 다양한 분야에서 인식요구를 충족시킬만한 분자라 할 것이다.
이때, 상기 압타머(20)를 탄소나노튜브(18)의 표면에 고정시키는 고정물질(22)은 탄소나노튜브(18)와 친화성이 있는 크로스-링커(cross-linker)를 사용하며, 탄소나노튜브(18)의 소수성 성질을 이용하여 크로스-링커의 소수성 성질을 가진 한 쪽 끝이 탄소나노튜브(18)에 흡착되고, 다른 한 쪽이 압타머(20)와 공유결합을 하게 된다.
바람직하게는, 상기 압타머(20)를 탄소나노튜브(18) 표면에 고정화시키는 고정물질(22)은 피렌(pyrene)이고, 그 밖에 탄소나노튜브와 친화력이 좋은 다른 분자중에서 선택될 수 있다.
한편, 상기 탄소나노튜브(18)로 구성된 채널영역은 단일벽, 다중벽 나노튜브로 이루어진 것이며, 바람직하게는, 상기 단일벽 나노튜브는 2 nm 이하의 직경을 가진 탄소나노튜브이고, 상기 다중벽 나노튜브는 50 nm 이하의 직경을 가진 탄소나노튜브가 적용된다.
이렇게 상기 탄소나노튜브 트랜지스터(10)의 탄소나노튜브(18) 표면에 흡착된 압타머(20)는 타겟 물질의 검출이 가능하다. 즉, 압타머(20)에 타겟물질이 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브(18)의 전기전도도 변화로 타겟물질의 감지가 가능하다.
상기 압타머(20)에 붙는 타겟물질은 단백질(proteins), 펩티드(peptides), 아미노산(amino acids), 뉴클레오티드(nucleotides), 드러그(drugs), 비타민(vitamins), 유/무기화합물(organic/ inorganic compound) 등이 고려될 수 있다.
따라서, 상기 압타머(20)에 특정단백질이 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브(18)의 전기적인 변화를 측정하여 해당 타겟물질, 특히 특정 단백질의 유무를 용이하게 검출/확인할 수 있다.
이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 이루고 있는 탄소나노튜브의 표면에 특정 분자를 감지하기 위해 특정 분자와 결합력이 좋은 압타머를 고정물질로 흡착 고정시키는 바, 탄소나노튜브와 친화성이 좋은 피렌(pyrene)을 이용하여 압타머를 탄소나노튜브에 흡착 고정시켜 표면 개질시켰다.
즉, 탄소나노튜브에 피렌(pyrene)의 한 쪽 끝을 흡착시키고, 다른 한 쪽은 압타머와 반응시켜 압타머가 탄소나노튜브에 흡착 고정되도록 하였다.
이와 같이, 피렌으로 고정한 상기 압타머에 트롬빈(thrombin: 혈액 응고에 관여하는 프로테아제(단백분해효소))를 반응시켜, 반응 전과 후의 전기적인 변화를 측정하였으며, 그 결과는 피렌으로 압타머를 고정한 후 트랜지스터의 전류 특성곡선을 측정한 도 3의 그래프에 나타낸 바와 같다.
즉, 도 3은 소스-드레인 전극의 바이어스를 1V로 고정하고 게이트 전압을 변화시키면서 측정한 게이트 특성을 나타낸 것으로서, 파란색 선은 피렌(pyrene)을, 초록색은 압타머(aptamer)를, 노란색은 트롬빈(thrombin)을 반응시켰을 때를 나타내며, DNA 압타머를 고정한 후 문턱전압이 오른쪽으로 이동하는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 음전하로 이루어진 DNA 압타머의 백본(backbone)에 의한 도핑효과에 기인한 것이다.
첨부한 도 4는 연결분자(linking molecule) 즉, 고정물질로 CDI-tween 20을 사용하여 압타머(aptamer)를 탄소나노튜브에 흡착 고정시키고, 이 압타머에 트롬빈(thrombin)을 반응시키면서 측정한 실시간 데이터이고, 도 4는 트롬빈을 반응시키고 난 후의 소자에 대한 AFM 사진이다.
이렇게 압타머에 트롬빈을 떨어뜨리자마자 탄소나노튜브 트랜지스터의 전기전도도가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 탄소나노튜브 표면에 질병관련 단백질을 검출할 수 있는 압타머와 같은 분자를 흡착하여 혈액 중에 존재하는 단백질이 탄소나노튜브 표면상의 압타머에 붙게 되면, 탄소나노튜브의 전도도 변화가 발생하게 되는 바, 이 전기전도도 변화를 측정한 전기적 신호로 해당 단백질을 용이하게 검출/확인할 수 있게 된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트 랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법에 의하면, 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 구성하고 있는 탄소나노튜브 표면에 압타머(Aptamer)를 흡착 고정시켜, 압타머에 특정단백질이 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브의 전기적인 변화로 해당 특정단백질의 유무를 용이하게 검출/확인할 수 있는 유용한 효과를 제공한다.
이러한 본 발명의 바이오센서에 의한 전기적 측정법은 시스템 집적화 및 소형 분석 시스템 구축이 저비용으로도 가능하여 나노 바이오센서 개발에 촉매제가 되는 장점을 제공한다.
특히, 뛰어난 감도를 가진 탄소나노튜브와 선택성을 가진 DNA 압타머를 이용한 본 발명의 바이오센서는 질병의 조기 진단 및 치료 등을 위하여 혈액 등에 포함되어 있는 특정분자(단백질, 펩티드, 아미노산, 유/무기화합물 등)의 유무를 용이하게 검출/확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 소스, 드레인, 게이트를 포함하며, 채널영역이 탄소나노튜브로 구성된 탄소나노튜브 트랜지스터와;
    상기 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 구성하고 있는 탄소나노튜브의 표면에 흡착 개질된 DNA 압타머(aptamer)와;
    상기 압타머를 탄소나노튜브에 고정시키는 고정물질로 이루어진 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노튜브로 구성된 채널은 단일벽 또는 다중벽 나노튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노튜브로 구성된 채널은 뛰어난 트랜지스터 특성을 보이는 각종 금속 산화물 나노와이어 및 반도체 나노와이어인 것을 특징으로 하는 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 나노와이어로 구성된 채널의 나노와이어는 종류에 관계없이 압타머를 인식물질로 사용하는 것으로서, 그 직경은 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 단일벽 나노튜브는 2 nm 이하의 직경을 가진 탄소나노튜브이고, 상기 다중벽 나노튜브는 50 nm 이하의 직경을 가진 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 압타머를 탄소나노튜브 표면에 고정화시키는 고정물질은 피렌(pyrene) 및 탄소나노튜브와 친화력이 좋은 다른 분자중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서.
  7. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서, 상기 고정물질의 소수성을 갖는 한쪽 부분이 상기 탄소나노튜브에 흡착되고, 다른 한쪽 부분이 상기 압타머와 공유결합되는 것을 특징으로 하는 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서.
  8. 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널영역을 이루는 탄소나노튜브에 타켓 물질과 결합할 수 있는 압타머를 흡착시킨 구조의 탄소나노튜브 트랜지스터의 제작 구비하는 단계와;
    상기 압타머와 특이적으로 결합하는 타켓 물질이 압타머에 노출되었을 때 나타나는 탄소나노튜브의 전기전도도 변화를 측정하는 단계와;
    상기 전기전도도 변화 데이타를 근거로 해당 타켓 물질을 검출/확인하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 바이오센서를 이용한 타겟물질 검출 방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 타겟물질은 단백질(proteins), 펩티드(peptides), 아미노산(amino acids), 뉴클레오티드(nucleotides), 드러그(drugs), 비타민(vitamins), 유/무기화합물(organic/ inorganic compound)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 청구항 1의 바이오센서를 이용한 타겟물질 검출 방법.
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CN200580050014.3A CN101194162B (zh) 2005-06-28 2005-12-19 一种以适配体作为分子识别元件的碳纳米管晶体管生物传感器及其用于检测靶材料的方法
PCT/KR2005/004372 WO2007102629A1 (en) 2005-06-28 2005-12-19 Carbon nanotube transistor biosensors with aptamers as molecular recognition elements and method for sensing a target material using the same
EP05858774.2A EP1896847B1 (en) 2005-06-28 2005-12-19 Carbon nanotube transistor biosensors with aptamers as molecular recognition elements and method for sensing a target material using the same
JP2008515615A JP2008542786A (ja) 2005-06-28 2005-12-19 アプタマーを利用したカーボンナノチューブトランジスタバイオセンサーおよびこれを利用したターゲット物質の検出方法
US11/952,310 US7854826B2 (en) 2005-06-28 2007-12-07 Carbon nanotube biosensors with aptamers as molecular recognition elements and method for sensing target material using the same

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100888017B1 (ko) * 2007-04-17 2009-03-09 성균관대학교산학협력단 극소량의 표적 물질 검출용 트랜지스터 기반 바이오센서
KR100907474B1 (ko) * 2007-07-19 2009-07-13 한국화학연구원 바이오 센서, 그 제조방법 및 이를 이용한 바이오 물질의검출방법
WO2009037600A3 (en) * 2007-09-17 2009-09-24 Postech Academy-Industry Foundation Solid substrate with surface bound molecules and methods for producing and using the same
WO2009151219A1 (ko) * 2008-06-11 2009-12-17 서울대학교산학협력단 복수의 금속 판들을 갖는 생체분자 센서 및 그 제조 방법
KR100944940B1 (ko) * 2007-11-23 2010-03-03 재단법인서울대학교산학협력재단 압타머 리셉터가 부착된 일차원적 전도성 고분자나노재료를 이용한 비표지식 전계효과 트랜지스터바이오센서 제조방법
KR20110108661A (ko) * 2010-03-29 2011-10-06 서울대학교산학협력단 미각 수용체 기능화된 탄소 나노튜브 전계효과 트랜지스터 기반 미각센서 및 이를 포함한 고선택성 바이오 전자혀
KR101136881B1 (ko) * 2008-12-03 2012-04-20 한국전자통신연구원 트랜지스터 구조의 바이오 센서 및 그의 제조방법
KR101525299B1 (ko) * 2013-01-22 2015-06-03 연세대학교 원주산학협력단 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 바이오센서 및 이를 이용한 타겟 물질 검출방법
KR20220153785A (ko) * 2021-05-12 2022-11-21 주식회사 포스코 반도체성 탄소나노튜브를 이용한 알츠하이머병 진단 센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 알츠하이머병 진단 센서

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009085356A2 (en) * 2007-10-01 2009-07-09 University Of Southern California Usc Stevens Methods of using and constructing nanosensor platforms
US7759729B2 (en) * 2008-02-07 2010-07-20 International Business Machines Corporation Metal-oxide-semiconductor device including an energy filter
US8951473B2 (en) * 2008-03-04 2015-02-10 Massachusetts Institute Of Technology Devices and methods for determination of species including chemical warfare agents
WO2013154750A1 (en) 2012-04-10 2013-10-17 The Trustees Of Columbia Unversity In The City Of New York Systems and methods for biological ion channel interfaces
CN101377463B (zh) * 2008-10-22 2011-11-23 南开大学 组氨酸标签蛋白功能化的碳纳米管的制备方法及应用
US8735313B2 (en) * 2008-12-12 2014-05-27 Massachusetts Institute Of Technology High charge density structures, including carbon-based nanostructures and applications thereof
US8106428B2 (en) * 2009-03-03 2012-01-31 Board Of Regents, The University Of Texas System Nano-scale bridge biosensors
US8456073B2 (en) 2009-05-29 2013-06-04 Massachusetts Institute Of Technology Field emission devices including nanotubes or other nanoscale articles
US20110171629A1 (en) * 2009-11-04 2011-07-14 Massachusetts Institute Of Technology Nanostructured devices including analyte detectors, and related methods
CN101852763B (zh) * 2010-05-07 2013-06-26 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种基于场效应晶体管的手性传感器及其制备方法
CN102375007A (zh) * 2010-08-13 2012-03-14 北京大学 一种分子生物传感器及其对dna或蛋白质进行单分子检测的方法
US8716029B1 (en) 2010-09-21 2014-05-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The United States Carbon nanotube sensors employing synthetic multifunctional peptides for surface functionalization
CN102456702B (zh) * 2010-10-14 2014-03-19 北京大学 一种基于石墨烯电极的功能化分子电子器件及其制备方法与应用
US20120171093A1 (en) 2010-11-03 2012-07-05 Massachusetts Institute Of Technology Compositions comprising functionalized carbon-based nanostructures and related methods
WO2012097074A2 (en) 2011-01-11 2012-07-19 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for single-molecule detection using nanotubes
CN103380369B (zh) 2011-02-23 2016-12-28 纽约市哥伦比亚大学理事会 使用纳米孔进行单分子检测的系统和方法
GB2489504A (en) 2011-03-31 2012-10-03 Sapient Sensors A device for identifying the presence of a specific target molecule or biomarker by sensing an electrical property
US8471249B2 (en) * 2011-05-10 2013-06-25 International Business Machines Corporation Carbon field effect transistors having charged monolayers to reduce parasitic resistance
WO2013158280A1 (en) 2012-04-20 2013-10-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for single-molecule nucleic-acid assay platforms
JP5882834B2 (ja) * 2012-06-06 2016-03-09 日本電信電話株式会社 生体分子検出素子および生体分子検出素子の製造方法
EP2735868B1 (en) * 2012-11-26 2015-11-25 University College Cork Nanowire electrode sensor
AU2014268416A1 (en) 2013-05-23 2015-11-26 Iphenotype Llc Phenotypic integrated social search database and method
CN103293309A (zh) * 2013-06-27 2013-09-11 桂林电子科技大学 用于肿瘤标志物检测的碳纳米管微悬臂梁生物传感器
CN104345082B (zh) * 2013-08-06 2017-02-15 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 生物传感器、生物传感器的制作方法及其检测方法
US20170212104A1 (en) * 2014-07-15 2017-07-27 C2Sense, Inc. Formulations for enhanced chemiresistive sensing
WO2016061590A1 (en) 2014-10-17 2016-04-21 Wardell Mark R Method for detecting proteases and active infection in biological fluids and tissues
CN104330454B (zh) * 2014-11-01 2015-10-21 济南大学 一种SrTiO3/CoO-WO3纳米复合材料光电适配体传感器的制备方法及应用
KR101659471B1 (ko) * 2015-03-10 2016-09-26 서울여자대학교 산학협력단 요실금 팬티와 이를 이용한 원격 진료 시스템
KR101663910B1 (ko) * 2015-09-01 2016-10-07 고려대학교 산학협력단 산화아연 나노와이어 검출용 센서 및 이를 이용한 수계 중 산화아연 나노와이어 검출방법
KR101872484B1 (ko) * 2016-03-31 2018-06-28 주식회사 엔디디 바이오 감지 장치
US11505467B2 (en) 2017-11-06 2022-11-22 Massachusetts Institute Of Technology High functionalization density graphene
GB201719555D0 (en) 2017-11-24 2018-01-10 Univ London Queen Mary Biosensor device and assembly methods

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7160869B2 (en) * 1998-12-16 2007-01-09 University Of Saskatchewan Biologically active metal-containing nucleic acids
US6858390B2 (en) * 1998-12-31 2005-02-22 Ingeneus Corporation Aptamers containing sequences of nucleic acid or nucleic acid analogues bound homologously, or in novel complexes
KR20030059187A (ko) * 2000-10-10 2003-07-07 바이오포스 나노사이언스, 인크. 나노미터 크기 검측용 감지기
JP3777984B2 (ja) * 2001-01-10 2006-05-24 株式会社島津製作所 核酸アプタマー自己集積化バイオセンサー及びそれを検出部として備えたチップデバイス
US20040132070A1 (en) 2002-01-16 2004-07-08 Nanomix, Inc. Nonotube-based electronic detection of biological molecules
JP4547852B2 (ja) * 2002-09-04 2010-09-22 富士ゼロックス株式会社 電気部品の製造方法
US20050045867A1 (en) 2002-10-30 2005-03-03 Ozkan Cengiz S. Nanoscale heterojunctions and methods of making and using thereof
AU2003291385A1 (en) * 2002-11-08 2004-06-03 Nanomix, Inc. Nanotube-based electronic detection of biological molecules
ATE486277T1 (de) * 2002-11-19 2010-11-15 Univ Rice William M Feldeffektransistor mit funktionalisierter kohlenstoffnanoröhre und dessen herstellungsfervahren
US20040200734A1 (en) * 2002-12-19 2004-10-14 Co Man Sung Nanotube-based sensors for biomolecules
CA2525810A1 (en) * 2003-05-14 2005-03-03 Nantero, Inc. Sensor platform using a horizontally oriented nanotube element
JP2004347532A (ja) 2003-05-23 2004-12-09 Japan Science & Technology Agency バイオセンサー
KR100525764B1 (ko) * 2003-06-13 2005-11-04 한국과학기술원 전도성 탄소나노튜브를 이용한 바이오센서 및 그 제조방법
JP4669213B2 (ja) * 2003-08-29 2011-04-13 独立行政法人科学技術振興機構 電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタ並びにそれを用いたセンサ

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100888017B1 (ko) * 2007-04-17 2009-03-09 성균관대학교산학협력단 극소량의 표적 물질 검출용 트랜지스터 기반 바이오센서
KR100907474B1 (ko) * 2007-07-19 2009-07-13 한국화학연구원 바이오 센서, 그 제조방법 및 이를 이용한 바이오 물질의검출방법
WO2009037600A3 (en) * 2007-09-17 2009-09-24 Postech Academy-Industry Foundation Solid substrate with surface bound molecules and methods for producing and using the same
KR100944940B1 (ko) * 2007-11-23 2010-03-03 재단법인서울대학교산학협력재단 압타머 리셉터가 부착된 일차원적 전도성 고분자나노재료를 이용한 비표지식 전계효과 트랜지스터바이오센서 제조방법
WO2009151219A1 (ko) * 2008-06-11 2009-12-17 서울대학교산학협력단 복수의 금속 판들을 갖는 생체분자 센서 및 그 제조 방법
US9034265B2 (en) 2008-06-11 2015-05-19 Snu R&Db Foundation Biomolecular sensor with plural metal plates and manufacturing method thereof
KR101136881B1 (ko) * 2008-12-03 2012-04-20 한국전자통신연구원 트랜지스터 구조의 바이오 센서 및 그의 제조방법
KR20110108661A (ko) * 2010-03-29 2011-10-06 서울대학교산학협력단 미각 수용체 기능화된 탄소 나노튜브 전계효과 트랜지스터 기반 미각센서 및 이를 포함한 고선택성 바이오 전자혀
KR101525299B1 (ko) * 2013-01-22 2015-06-03 연세대학교 원주산학협력단 압타머를 이용한 탄소 나노튜브 바이오센서 및 이를 이용한 타겟 물질 검출방법
KR20220153785A (ko) * 2021-05-12 2022-11-21 주식회사 포스코 반도체성 탄소나노튜브를 이용한 알츠하이머병 진단 센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 알츠하이머병 진단 센서

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Mishra et al. Nanosensor Technology in Biomarker Detection
De Micheli et al. Integrated biosensors for personalized medicine
Han et al. Advances in electrochemical biosensors for the detection of common oral diseases

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