KR20100090480A - 단분자 검출 바이오 센서, 그 제조방법 및 바이오 센서를 이용한 단분자 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 기판 및 제2 기판 사이에 형상된 나노채널, 상기 나노채널 폭에 정렬되어 배치된 구조체 및 상기 나노채널 내부에 존재하는 양자점(quantum dot)을 포함하여 검출하고자 하는 단분자와 양자점 사이에 양자점 FRET 현상을 유도함으로써 검출하고자 하는 단분자를 정밀하게 검출할 수 있는 단분자 검출 바이오 센서, 상기 바이오 센서의 제조방법 및 상기 바이오 센서를 이용하여 단분자를 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 실시간으로 양자점 FRET 현상을 이용하여 높은 공간분해능을 가지는 광학적 신호를 검출하여 고감도, 고효율 및 저잡음의 신호 검출이 가능한 단분자 검출 바이오 센서의 제공이 가능하며, 이러한 바이오 센서는
나노채널의 집적에 의하여 검출 속도 및 비용 면에서 획기적이다.
바이오 센서, 단분자, 양자점 FRET, 구조체, 나노채널

Description

단분자 검출 바이오 센서, 그 제조방법 및 바이오 센서를 이용한 단분자 검출 방법{Single Molecule Detection Biosensor, Manufacturing Method Thereof and Detecting Method Using the Biosensor}
본 발명은 단분자를 검출할 수 있는 바이오 센서, 그 제조방법 및 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오 센서에 형성된 나노채널(nanochannel) 폭에 정렬된 구조체 및 상기 나노채널 내부에 존재하는 양자점으로 양자점 FRET(quantum dot florescence resonance energy transfer) 현상을 이용하여 단분자를 보다 효율적이고 정밀하게 검출할 수 있는 바이오 센서, 그 제조방법 및 검출방법에 관한 것이다.
단분자 검출 기술(single-molecule detection, SMD) 검출 기술은 다양한 기술 분야에서 각종 기본현상을 연구할 수 있는 목적으로 사용된다. 특히, 바이오나 의학 관련 분야에서는 이를 이용하여 생명 현상을 파악하는 것은 물론, 생체 분자 상호간의 반응, 작용 기작 등을 효과적으로 검출할 수 있어 생체 시스템의 원리 규 명에 도움을 줄 수 있다.
최근에는 바이오 센서, 즉 DNA, RNA, PNA, 각종 단백질(protein) 등을 검출하는 센서 기술에서도 이러한 단분자 검출 기술이 각광을 받고 있는데, 일반적으로 DNA, RNA, PNA 등의 바이오 물질의 크기는 수 nm에서 수백 nm 사이이므로, 이러한 물질의 형상이나 상호 반응 과정을 규명하기 위해서는 나노미터 수준 또는 그 이하의 검출 감도를 가지는 높은 감도의 검출 방법 및 센서가 요구된다. 나아가, DNA, RNA 등의 생체 분자들은 실타래처럼 꼬여있거나 뭉쳐있는 경우가 많아 이러한 구조를 일렬로 풀어서 각각의 분자에 대하여 검출하여야 하는 문제도 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에 사용된 방법은, DNA, RNA, PNA 등을 PCR(polymerase chain reaction)을 이용하여 증폭한 후, 형광표지자를 각각 DNA, RNA, PNA 등에 염색, 표시한 후, 전기영동(electrophoresis)에 기반한 Sanger 방법을 통해 검출하는 방법이었다. 하지만, 이러한 방법은 polymerase로 형광표지자가 부착된 뉴클레오티드를 조합하는 경우 형광표지자가 효소의 작용을 방해할 수 있어 인식 길이(read length)가 제한된다. 따라서, DNA, RNA, PNA의 각각 단분자인 염기서열 분석속도는 저하되고 비용은 증가할 수 밖에 없다는 문제점이 존재한다.
다른 방법으로는, 나노기공을 이용한 전기적 측정 방법이 있다. 상기 전기적 측정 방법은 나노기공에 DNA, RNA, PNA 가닥(strand)을 통과시키는 경우 발생하는 이온전류를 감지하여 각 단분자 염기서열을 판독하는 방법으로, 형광표지가 없이 전기적으로 측정하기 때문에 고속 및 저비용으로 검출이 가능하다. 하지만, 전기적 신호를 이용하는 방법은 대부분 나노기공의 막힘(blockage)전류 변화를 측정하는 원리를 사용하므로 단분자 염기서열 간의 차이를 측정하기에는 난점이 있다.
나아가 광학적으로 단분자를 검출하는 방법이 존재하는데, 광학적 검출 방법은 감지도 측면에서는 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 특히 단일광자 검출기 등의 기술 발달로 형광 측정을 통한 단일 분자 검출이 가능하다. 하지만, 단일 분자에서 발생하는 광 신호의 세기가 극히 미약한 경우가 많고, 주변에서 발생하는 잡음으로 인하여 측정 효율을 극대화시키는 것이 기술적으로 한계를 가진다. 또한, 측정 방식의 공간분해능 역시 일정 수준 이상으로 향상시키기 어렵다는 문제점도 나타난다.
본 발명은 상술한 종래의 단분자 검출 기술에 존재하는 문제점들을 해결하고 아울러 공간분해능의 한계를 극복할 수 있는 고감도, 고효율 및 저잡음 특성의 단분자 검출 시스템을 구비한 바이오 센서, 그 제조방법 및 검출방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 이를 위하여 제1 기판 및 제2 기판 사이에 형상된 나노채널, 상기 나노채널 폭에 정렬되어 배치된 구조체 및 상기 나노채널 내부에 존재하는 양자점(quantum dot)을 포함하여 검출하고자 하는 단분자와 양자점 사이에 양자점 FRET 현상을 유도하는 단분자 검출 바이오 센서를 제공한다. 이 경우, 상기 구조체는 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 또는 상기 제1 기판 및 제2 기판 모두에 형성할 수 있으며, 박막 형태의 반도체, 금속 도체 및 절연체 중 1 또는 2 이상을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 구조체는 나노채널에 자기 정렬될 수 있으며, 정렬된 분자의 집합 형태일 수도 있다
나아가, 본 발명은 기판에 레지스트를 도포한 후 패터닝하여 마스크를 형성하고, 상기 마스크를 통해 나노채널을 형성하기 위하여 식각하며, 상기 나노채널 폭에 정렬시킬 구조체를 증착시키고, 상기 마스크층을 제거하여 나노채널 폭에 정 렬된 상태의 구조체를 형성하며, 상기 나노채널의 폭에 정렬된 구조체 상에 재차 레지스트를 도포하고 패터닝한 후, 상기 구조체를 식각하고, 제1 기판 및 제2 기판을 접착하며, 상기 구조체에 표면 처리된 양자점을 부착시키거나 구조체를 양자점으로 구성하는 단분자 검출 바이오 센서를 제조하는 방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 제1 기판 및 제2 기판 사이에 형상된 나노채널에 단분자 또는 피검체를 투입하고 나노채널을 따라 양자점이 존재하는 방향으로 이동시키고, 상기 나노채널 폭에 정렬되었으며 양자점이 존재하는 위치에 레이저를 조사하며, 상기 양자점과 검출하고자 하는 단분자 사이에 양자점 FRET 현상이 발생하여 형광 방출이 일어나면, 방출된 형광에 의한 신호를 판독하는 단분자 검출 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 실시간으로 양자점 FRET 현상을 이용하여 높은 공간분해능을 가지는 광학적 신호를 검출하여 고감도, 고효율 및 저잡음의 신호 검출이 가능한 단분자 검출 바이오 센서의 제공이 가능하며, 이러한 바이오 센서는 나노채널의 집적에 의하여 검출 속도 및 비용 면에서 획기적인 효과를 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 바이오 센서는 나노사이즈, 이를 테면 수 nm~수백 nm 사이즈의 채 널(이하 "나노채널")을 포함하고, 상기 나노채널의 폭에 정렬, 바람직하게는 자기-정렬(self-align)된 구조체를 형성한다. 이러한 채널 구조 내부에는 양자점이 포함되며, 상기 양자점에 의한 FRET 현상을 이용하여 실시간으로 높은 공간분해능을 가지는 광학적 신호의 검출이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 바이오 센서는 유입되는 바이오 물질들을 원활하게 인식할 수 있도록 일렬로 펼 수 있는 나노채널이 집적되어 있어 검출 속도와 비용 면에서 우수한 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
이하 본 발명의 기본 원리에 관하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 단분자의 신호를 검출하는 시스템의 핵심적인 원리는 양자점 FRET(Florescence Resonance Energy Transfer)을 기반으로 한다. 일반적으로 FRET이란 형광물질 공여체(donor)가 빛에너지를 흡수하여 여기(excitation)되는 경우, 다시 형광으로 방출하는 대신 수nm 이내에 근접한 수용체에 공명현상을 통해 비 복사 에너지(non-radiative energy)의 형태로 전달하고, 수용체(acceptor)에서 흡수된 빛에너지에 비해 장파장인 형광으로 방출하는 원리를 의미한다.
이러한 FRET의 원리는, 수용체와 공여체가 멀리 있는 경우에는 공명에 의한 에너지 전이가 이루어지지 않으며, 또한 수용체의 흡광 파장 영역은 상대적으로 짧은 반면, 공여체의 발광 파장 영역은 흡광 파장 영역보다 길어져 오버랩이 발생하지 않아 신호의 잡음이 적으며 공간 분해능을 수 nm 이하까지 가져갈 수 있다는 장 점을 갖는다.
특히, 본 발명에서는 이러한 공여체로 양자점(quantum dot)을 사용하는 것을 특징으로 하는데, 양자점은 기존 형광 분자들이 나타내는 외부 빛에 의한 감쇠(photobleaching) 현상이 적어 장시간 측정이 가능하다는 장점을 갖기 때문이다. 또한, 양자점을 공여체로 사용한다면 이를 검출하는 단계에서 여러가지 광원을 사용할 수 있으므로 에너지 여기시 레이저의 선택 폭이 넓어지고 비용도 충분히 절약할 수 있다는 특징을 갖는다.
본 발명의 일견지에서는 이러한 양자점 FRET 시스템의 효율적인 사용을 위하여 나노채널 폭에 자기 정렬된 구조체에 양자점을 고정시킨 후, 검출하고자 하는 단분자를 나노채널에 흘려주는 방식을 사용한다. 즉, 채널 자체의 물리적인 형태를 규제하고 그러한 물리적인 형태를 통해 자연스럽게 단분자가 양자점과 수 nm 이내로 접근할 수 있는 환경이 조성되므로, 별도의 화학적인 방법, 예를 들어 단분자나 양자점의 농도를 높여 간접적으로 결합 확률을 높이는 방법을 사용하지 않아도 충분히 단분자의 본래 구조 및 현상의 파악할 수 있게 된다. 하지만, 본 발명의 다른 견지에서는 분자집합체 형태의 구조체가 사용될 수 있으며, 만일 양자점이 분자집합체 형태로 사용되는 경우에는 별도의 양자점 부착 과정이 필요하지 않다.
이하 본 명세서에 첨부된 도 1 및 2를 통해 본 발명의 바이오 센서의 세부구 조에 관하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 바이오 센서는 도 1에 나타난 바와 같이, 제1 및 제2 기판 사이에 형성된 나노채널(100), 상기 나노채널에 자기 정렬되어 배치된 구조체(30) 및 양자점(50)을 포함한다. 또한, 이러한 바이오 센서를 포함하는 단분자 검출 시스템은 상기 바이오 센서를 포함하는 소자 및 레이저, 아발란치 포토다이오드(Avalanche Photodiode) 및 광학 주변기기를 포함하는 광학 소자를 포함한다. 상기 나노채널을 통해 유입된 단분자는 상기 양자점(50)에 접근하여 양자점 FRET 현상이 발생하고 이로 인하여 발생하는 형광 방출은 광학 소자에 의하여 판독되는 것이다.
상기 나노채널(100) 내부에 양자점(50)이 존재하며, 형광 염색된 단분자가 이동하는 통로 및 양자점을 가두어 수용하는 역할을 하게 된다. 상기 나노채널(100)의 높이(깊이)와 폭은 크게 제한되지 않으며, 단분자을 이동시키거나 양자점을 가두어두는 것이 가능한 규격으로 구조체(30)의 증착두께 조절을 사용하여 조절할 수 있다.
도 1 및 2에서 볼 수 있듯이, 상기 구조체(30)는 상기 나노채널(100)의 폭에 정렬되어 배치되어 검출 오류 없이 나노채널(100) 내부에 양자점이 일정한 위치에 존재할 수 있도록 해준다. 상기 구조체(30)은 나노채널(100) 내부에 양자점이 위치 해야 하는 부분에 존재함으로써 양자점 부착이 용이하게 하며, 동시에 단분자는 지나갈 수 있는 통로를 형성한다. 상기 구조체(30)은 제1 기판(40), 제2 기판(10) 또는 양쪽 기판 모두에 형성, 부착될 수 있다. 상기 구조체(30)은 박막 형태의 반도체, 금속 도체, 절연체 등을 포함할 수 있으며, 표면처리된 양자점(50)과의 결합이 용이하다면 어떠한 물질도 사용이 가능하다.
나아가, 도 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 다른 견지에서 상기 구조체(30)는 도 2(a)와 같은 박막 형태 뿐만 아니라 도 2(b)와 같이 정렬된 분자의 집합 형태의 분자구조체일 수도 있다. 이 경우 사용될 수 있는 분자형태의 구조체 재료는 스트렙트아비딘(streptavidin), 아비딘(avidin), 뉴트라비딘(neutravidin), 캡트아비딘(captavidin), SAM(Self-assembled monolayer), DNA, RNA, PNA 중 1 또는 2 이상의 생화학 분자, 양자점 또는 나노구슬을 포함한다.
특히, 도 2와 같은 본 발명의 다른 견지에서 분자구조체의 구성요소로 양자점이 사용되는 경우에는, 구조체에 별도의 양자점 부착이 필요하지 않으며, 구조체를 형성하고 있는 양자점 자체로 양자점 FRET 현상을 유도할 수 있다.
본 발명의 나노채널(100)에 수용되는 양자점의 종류나 형태는 특별히 제한되지 않으나, 필요한 위치에 고정시킬 필요가 있는 경우, 적절히 표면처리 될 필요가 있다. 상기 표면처리는 스트렙트아비딘(streptavidin), 아비딘(avidin), 뉴트라비 딘(neutravidin), 캡트아비딘(captavidin), SAM(Self-assembled monolayer), DNA, RNA, PNA 중 1 또는 2 이상의 생화학 분자에 의한 것일 수 있다.
이하 본 발명의 바이오 센서를 제조하는 방법을 본 명세서에 첨부된 도 3 및 4를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 3(a) 내지 (j)를 중심으로 본 발명의 바이오 센서 제조방법을 살펴보면, 우선 ① 기판(10)에 레지스트(20a)를 도포한 후 패터닝하여 마스크를 형성하는 마스크 형성 단계(도 3(c)), ② 상기 마스크를 이용하여 나노채널(100)을 형성하기 위하여 식각하는 식각 단계(도 3(d)), ③ 상기 나노채널에 정렬시킬 구조체(30)를 증착시키는 구조체 증착 단계(도 3(e)), ④ 상기 마스크층을 제거하여 나노채널 폭에 정렬된 상태의 구조체(30)를 형성하는 마스크층 제거 단계(도 3(f)), ⑤ 상기 나노채널의 폭에 정렬된 구조체 상에 재차 레지스트(20b)를 도포하고 패터닝하는 구조체 패터닝 단계(도 3(g)), ⑥ 상기 구조체(30)를 식각하는 구조체 식각 단계(도 3(h)), ⑦ 제1 기판(40) 및 제2 기판(10)을 접착하는 접착 단계(도 3(j)) 및 ⑧ 상기 구조체에 표면 처리된 양자점을 부착시키는 양자점 부착 단계를 포함한다.
상기 바이오 센서 제조방법은 보다 정밀하게 구조체(30)를 형성하고 그 폭이 나노채널(100)에 정확하게 정렬될 수 있도록 구성된 단계를 포함하는 바, 이를 위하여 마스크층 제거 단계 이전에 구조체(30)를 미리 형성하는 특징을 갖는다.
이 때, 상기 구조체(30)를 부착하는 기판은 제1 기판(40), 제2 기판(10) 또는 제1 기판(40) 및 제2 기판(10)이 모두 이용될 수 있으며, 바람직하게는 공정이 상대적으로 용이하며 검출 단계에서 레이저의 선택이 자유로운 하부에 위치한 기판을 주로 이용할 수 있다. 도 3 및 4에서도 하부에 위치한 제2 기판에 구조체(30)를 부착한 예를 도시하고 있다. 상기 마스크는 레지스트를 도포하고 레지스트를 나노 패터닝한 후, 레지스트(20a)를 마스크로 사용하며, 나노패턴이 가능한 방법인 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노임프린팅(nanoimprinting) 등의 방법을 이용하여 상기 레지스트(20a) 상에 1차적으로 패터닝을 한다(도 3(c) 참고).
레지스트(20a)에 대해 1차 패터닝을 하여 마스크를 형성하고, 나노채널(100)의 깊이를 제어하며 기판을 식각한다(도 3(d) 참고). 이 경우, 식각 방법으로는 화학적 습식 식각, VPE(Vapor-Phase Etching), 플라즈마 에칭 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 중 1 또는 2 이상의 식각 방법을 사용할 수 있다. 본 식각 단계에서는 나노채널(100)의 깊이를 형성하며, 이러한 나노채널의 깊이는 검출 감도에 중요한 영향을 미치므로 정밀하게 제어될 필요가 있다.
식각 단계 이후에는 도 3(e)와 같이 구조체(30)를 증착시키는 과정을 거치게 된다. 구조체의 종류는 이미 상술하였으며, 이러한 구조체(30)를 증착하면서 증착 두께를 적절히 조절하여 나노채널(100)의 깊이, 간격 등을 제어할 수 있다. 구조 체(30)의 증착 두께는 유입되는 바이오 물질의 펴짐(stretching) 현상을 유도할 뿐만 아니라 양자점을 가둬둘 수 있는 물리적 공간의 형성에 깊은 관계가 있으므로 필요한 목적에 따라 그 두께를 조절하여 사용한다.
이후 도 3(f)와 같이 마스크층인 레지스트(20a)를 제거하여 나노채널 이외의 위치에 증착된 불필요한 구조체를 함께 제거하는 마스크층 제거 단계를 거치면서 기판에는 정렬된 구조체만 남게 된다.
마스크층을 제거한 후, 기판의 나노채널(100)에 증착된 자기 정렬된 구조체는 다시 필요한 형태로 패터닝이 되어야 하므로, 도 3(g)와 같이 재차 레지스트(20b)를 도포하고 상술한 나노패터닝 방법 중 1 이상의 방법을 적용하여 구조체 패터닝을 실시한다. 그리고 상기 식각 방법 중 1 이상의 방법을 이용하여 상기 구조체(30)를 식각하고 레지스트(20b)를 제거한다(도 3(h) 및 (i) 참고).
이렇게 형성된 기판을 상 하부로 접착하는데, 상기 접착은 애노딕 접착(anodic bonding), 퓨전 접착(fusion bonding), 폴리머를 이용한 접착, SAM(Self assembled monolayer) 중 1 또는 2 이상의 접착 방법을 사용할 수 있다.
그리고 상기 나노채널(100) 및 구조체(30)에 의해 형성된 공간에 양자점(50)을 투입 및 구조체에 부착시키는 과정을 거친다. 즉, 양자점을 나노채널에 투입하 고 나노채널 폭에 정렬된 구조체 방향으로 흘려, 구조체에 표면 처리된 양자점이 부착될 수 있도록 유도한 후, 다시 구조체 반대방향으로 유체를 흘려 잉여 양자점을 제거함으로써 최종적으로 본 발명의 바이오 센서를 제조할 수 있게 된다. 이러한 과정은 본 명세서에 첨부된 도 5의 (a) 내지 (c)의 과정으로 설명되어 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 도 3에 나타난 박막 형태의 구조체(30) 대신 도 4와 같이 정렬된 분자집합체(1)가 사용될 수 있다. 이 경우 상기 구조체 형성 단계는 구조체(30) 대신 분자집합체(1)를 이용하는 것으로 대체하면 된다. 분자집합체를 이용하여 바이오 센서를 제조하는 과정은 도 4 (a) 내지 (j)에 나타나 있다. 특히, 본 발명에서 양자점(50)의 집합체가 분자집합체(1)인 경우에는 별도의 양자점 부착 단계를 생략할 수 있다.
이하 도 1 및 도 5를 참고하여, 본 발명의 바이오 센서를 포함하는 단분자 검출 시스템을 이용하여 단분자를 효과적으로 검출하는 검출방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1에는 제1 기판(40) 및 제2 기판(10) 사이에 존재하는 나노채널, 상기 나노채널 내부에 증착된 구조체(30) 및 상기 구조체(30) 표면에 부착된 양자점(50)을 포함하는 바이오 센서가 이용되는 단분자 검출 시스템의 개략도가 나타나 있다.
상술한 바와 같이, 도 5(a) 내지 (c)와 같이 양자점을 부착한 후, 도 5(d)처럼 단분자 또는 단분자를 포함하는 피검체(60)가 나노채널을 통해 일정 방향으로 유입되어 흘러가게 된다. 이 때, 도 5(e)와 같이 구조체(30) 및 양자점(50)이 배치된 바이오 센서의 일정 부위에 레이저를 조사하여 상기 양자점(50)과 상기 양자점(50)에 수nm 이내로 근접한 단분자 사이에 양자점 FRET 현상을 유도한다. 이러한 양자점 FRET 현상을 유도하기 위하여, 검출하고자 하는 단분자 또는 피검체에 포함되는 단분자에는 미리 형광 염색을 해두는 것이 바람직하다.
만일 검출하고자 하는 단분자 또는 단분자를 포함하는 피검체(60)가 존재한다면, 상기 단분자는 센서 내부의 공간적인 배치에 의하여 구조체(30)에 부착된 양자점(50)에 수nm 이내로 접근할 확률이 매우 높으며, 단분자가 근접하면 양자점 FRET 현상에 의하여 일정 파장의 형광 방출(70)이 일어나게 된다.
일단 양자점 FRET 현상이 발생하여 형광 방출(70)이 나타나는 경우, 상기 형광 방출(70)은 양자점 FRET의 특성상 조사된 레이저와는 파장이 다르며, 이로 인하여 도 1에 나타난 광학 필터에 의하여 레이저와는 구분되어 SPD에서 수집될 수 있고, 그 결과를 컴퓨터 등에서 분석 및 판독할 수 있게 된다.
도 1은 나노채널 폭에 자기 정렬된 구조체 및 양자점 FRET 현상을 이용한 단분자 검출 시스템의 모식도.
도 2 (a) 내지 (c)는 본 발명의 바이오 센서에 양자점을 부착하는 단계를, (d) 및 (e)는 본 발명의 바이오 센서를 이용하여 단분자를 검출하는 단계를 나타내는 모식도.
도 3(a)는 본 발명의 바이오 센서 내부에 존재하는 나노채널 및 구조체를 나타내는 단면사시도이며, 도 3(b)는 분자의 집합 형태의 구조체를 가지는 바이오 센서의 단면사시도.
도 4는 본 발명의 바이오 센서를 제조하는 각 단계를 나타내는 단면사시도.
도 5는 본 발명에서 분자의 집합 형태의 구조체를 포함하는 바이오 센서를 제조하는 각 단계를 나타내는 단면사시도.
● 도면의 주요 부호에 대한 설명
1: 분자 집합 구조체, 10: 제2 기판, 20: 레지스트, 30: 구조체, 40: 제1 기판, 50: 양자점, 60: 피검체, 100: 나노채널,

Claims (17)

  1. 제1 기판 및 제2 기판 사이에 형상된 나노채널,
    상기 나노채널 폭에 정렬되어 배치된 구조체 및
    상기 나노채널 내부에 존재하는 양자점(quantum dot)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구조체는 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 또는 상기 제1 기판 및 제2 기판 모두에 형성된 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  3. 제1항 또는 제2항 있어서, 상기 구조체는 박막 형태의 반도체, 금속 도체 및 절연체 중 1 또는 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조체는 상기 나노채널 폭에 자기 정렬된 것임을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양자점은 상기 구조체 표면에 부착된 것임을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조체는 정렬된 분자의 집합 형태임을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구조체는 양자점으로 구성되는 것임을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  8. 제6항에 있어서, 상기 구조체는 스트렙트아비딘(streptavidin), 아비딘(avidin), 뉴트라비딘(neutravidin), 캡트아비딘(captavidin), SAM(Self-assembled monolayer), DNA, RNA 및 PNA로 이루어진 그룹에서 선택된 1 또는 2 이상의 생화학 분자, 양자점 및 나노구슬 중 1 또는 2 이상을 포함하는 것임을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서.
  9. 기판에 레지스트를 도포한 후 패터닝하여 마스크를 형성하는 마스크 형성 단계;
    상기 마스크를 통한 나노채널을 형성하기 위하여 식각하는 식각 단계;
    상기 나노채널에 정렬시킬 구조체를 증착시키는 구조체 증착 단계;
    상기 마스크층을 제거하여 나노채널 폭에 정렬된 상태의 구조체를 형성하는 마스크층 제거 단계;
    상기 나노채널의 폭에 정렬된 구조체 상에 재차 레지스트를 도포하고 패터닝하는 구조체 패터닝 단계;
    상기 구조체를 식각하는 구조체 식각 단계; 및
    제1 기판 및 제2 기판을 접착하는 접착 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법은 상기 구조체에 표면 처리된 양자점을 부착시키는 양자점 부착 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 마스크 형성 단계는 제1 기판, 제2 기판 또는 제1 기판 및 제2 기판 모두에 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 마스크 형성 단계는 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 및 나노임프린팅(nanoimprinting) 중 1 또는 2의 방법으로 상기 레지스트 상에 패터닝하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 식각 단계는 화학적 습식 식각, VPE(Vapor-Phase Etching), 플라즈마 에칭 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 중 1 또는 2 이상의 방법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 접착 단계는 애노딕 접착(anodic bonding), 퓨전 접착(fusion bonding), 폴리머를 이용한 접착, SAM(Self assembled monolayer) 중 1 또는 2 이상의 방법으로 접착하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 양자점 부착 단계는,
    상기 표면 처리된 양자점을 나노채널 폭에 정렬된 구조체 방향으로 흘리는 단계;
    상기 구조체에 표면 처리된 양자점을 부착하는 단계; 및
    상기 구조체 반대방향으로 유체를 흘려 잉여 양자점을 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 바이오 센서의 제조방법.
  16. 제1 기판 및 제2 기판 사이에 형상된 나노채널에 단분자 또는 피검체를 투입하고 나노채널을 따라 양자점이 존재하는 방향으로 이동시키는 단계;
    상기 나노채널에 자기 정렬되었으며 양자점이 존재하는 위치에 레이저를 조사하는 단계;
    상기 양자점과 검출하고자 하는 단분자 사이에 양자점 FRET 현상이 발생하여 형광 방출이 일어나면, 방출된 형광을 광학 필터가 필터링하고 SPD가 형광을 수집하는 단계; 및
    상기 수집된 형광에 의한 신호를 판독하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단분자 검출 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 단분자 또는 피검체는 형광 염색된 것을 특징으로 하는 단분자 검출 방법.
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