KR20120000520A - 나노 포어 구조를 이용한 ｄｎａ 분석용 장치, 분석 방법 및 ｐｃｒ 정량 검출 장치 - Google Patents

나노 포어 구조를 이용한 ｄｎａ 분석용 장치, 분석 방법 및 ｐｃｒ 정량 검출 장치 Download PDF

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Abstract

나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치, DNA 분석 방법 및 PCR 정량 검출 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치는, 용액을 수용하고, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버; 제1 영역에 위치하는 제1 전극; 제1 전극에 대향하여 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 위치하고, 도전층 및 도전층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막; 도전층, 제1 전극 및 제2 전극에 전기적으로 연결되어, 제1 전기적 신호를 인가하고, 그들로부터 제2 전기적 신호를 수신하는 전기 신호부;를 포함하고, 제2 전기적 신호를 이용하여 용액 내의 DNA를 검출하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노 포어 구조를 이용한 ＤＮＡ 분석용 장치, 분석 방법 및 ＰＣＲ 정량 검출 장치{DNA analyzing apparatus using nanopore structure, analyzing method and apparatus for quantitative detection of PCR products}
본 발명은 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치, 이를 이용한 분석 방법 및 PCR 정량 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, DNA를 레이블링(labeling) 없이 분석할 수 있는 나노 포어를 이용한 DNA 분석용 장치, 이를 이용한 분석 방법 및 PCR 정량 검출 장치에 관한 것이다.
용매 내에 양이온과 음이온이 존재하는 경우, 이온의 움직임을 선택적으로 조절하여, 용매 내에서 전하를 갖고 있는 입자의 흐름을 조절할 수 있게 하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이와 같은 노력은 최근에 들어 DNA, RNA 및 단백질과 같은 생체 물질의 흐름을 조절함으로써, 생체 기작의 원리를 규명하고자 하는 전 세계적인 연구방향과 일치하여 많은 연구가 진행되고 있다.　 이러한 소자를 제조하기 위해서는 나노미터 크기의 채널(channel) 구조 또는 포어(pore) 구조를 형성하는 것이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 나노 포어 구조를 이용하여 전기적 신호를 검출하여 DNA를 용이하게 분석할 수 있는 DNA 분석용 장치 및 PCR 정량 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, DNA 분석용 장치를 이용하여 전기적 신호를 인가하고 검출함으로써 용이하게 DNA를 분석하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치가 제공된다. 상기 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치는, 용액을 수용하고, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버; 상기 제1 영역에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 상기 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 위치하고, 도전층 및 상기 도전층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막; 상기 도전층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되어, 제1 전기적 신호를 인가하고, 그들로부터 제2 전기적 신호를 수신하는 전기 신호부;를 포함하고, 상기 제2 전기적 신호를 이용하여 상기 용액 내의 DNA를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과할 때 변화하는 상기 제2 전기적 신호를 이용하여, 상기 DNA를 구성하는 하나 또는 그 이상의 염기들을 검출할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 DNA를 구성하는 염기에 따라 다른 값을 나타내는 상기 제2 전기적 신호를 순차적으로 검출하여, 상기 DNA의 시퀀싱을 수행할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노 포어 막은, 상기 도전층의 상측, 하측 또는 양측에 적층된 제1 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노 포어 막은, 상기 나노 포어에 인접한 상기 도전층의 측면 및 상기 제1 절연층의 측면 상에 형성되며 상기 제1 절연층을 둘러싸는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 도전층은 티타늄 질화물(TiN)을 포함하고, 상기 제1 절연층은 실리콘 산화물(SiO2)을 포함하며, 상기 제2 절연층은 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 DNA 분석용 장치는, 상기 전기 신호부가 상기 도전층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가하는 전압에 의하여 이온 전계 트랜지스터로 동작할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 DNA 분석용 장치는, 상기 나노 포어는 상하측의 지름이 동일한 원기둥 형상이거나 또는 상하측의 지름이 상이한 원뿔대 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치를 이용한 DNA 분석 방법이 제공된다. 상기 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석 방법은, 상기의 DNA 분석용 장치를 준비하는 단계; 상기 DNA 분석용 장치의 상기 챔버 내에 DNA를 포함하는 용액을 수용시키는 단계; 상기 전기 신호부로부터 상기 도전층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 제1 전기적 신호를 인가하는 단계; 및 상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과할 때 발생하는 상기 제2 전기적 신호를 수신하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 전기적 신호를 수신하는 단계는, 상기 DNA의 이동 속도를 제어하기 위하여, 상기 도전층에 인가되는 상기 제1 전기적 신호를 변화시켜 인가하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 도전층에 인가되는 상기 제1 전기적 신호가 증가됨에 따라 상기 DNA의 이동 속도는 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치가 제공된다. 상기 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치는 DNA를 포함하는 시료 및 버퍼 용액을 제공하는 적어도 하나의 투입부; 상기 DNA의 증폭이 수행되는 반응부; 및 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 DNA 분석용 장치를 포함하며, 증폭된 상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과하면서 발생되는 전기적 신호를 통해 상기 DNA를 정량적으로 분석하는 검출부를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 반응부와 상기 검출부 사이에 위치하며, 상기 투입부로부터 상기 버퍼 용액을 공급받아, 증폭된 상기 DNA의 농도를 제어하는 농도 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치에 따르면,　10nm 이하의 크기를 갖는 나노 포어를 이용하며 나노 포어 표면의 전하를 용이하게 조절 가능하여, DNA의 이동 속도를 효율적으로 조절할 수 있다. 이에 의해, DNA의 분석을 위한 시간을 확보할 수 있으며, 전기적 신호의 크기도 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석 방법에 따르면, 나노 포어가 형성된 막에 인가되는 전압의 조절을 통해 DNA의 이동을 조절하여 DNA의 효율적인 시퀀싱이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 포어 막의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 나노 포어 막을 제조하기 위한 예시적인 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 나노 포어가 형성되는 모습을 도시하는 사진들이다.
도 5는 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치의 나노 포어 구조에서 측정된 염화칼륨(KCl) 용액의 농도에 따른 이온 컨덕턴스(conductance)를 도시한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치의 이온 트랜지스터의 드레인 전압(VD) 및 게이트 전압(VG)에 따른 이온 전류를 도시하는 그래프들이다.
도 7a는 본 발명에 따른 나노 포어를 통과하는 DNA를 도시하는 개략도이고, 도 7b는 DNA의 시퀀싱 방법을 설명하기 위해 전류의 흐름을 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치를 이용한 DNA의 분석 과정을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치를 도시하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다.　 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.　 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.　 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다.　 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치(100)의 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, DNA 분석용 장치(100)는 챔버(10) 및 나노 포어(25)가 형성된 막(membrane)(이하, '나노 포어 막'이라 한다)(20)을 포함한다. 나노 포어 막(20)의 양 측에 챔버(10)의 제1 영역(12) 및 제2 영역(14)이 배치된다. 제1 영역(12) 및 제2 영역(14) 내에는 각각 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)이 배치된다. 나노 포어 막(20)은 나노 포어(25)를 포함하며, 나노 포어(25)는 예를 들어 나노 포어 막(20)의 중앙에 위치할 수 있다. 나노 포어 막(20)은 도전층(21), 도전층(21)의 양측의 제1 절연층들(22a, 22b), 및 나노 포어(25)에 인접한 상기 도전층(21)의 측면 및 상기 제1 절연층들(22a, 22b)의 측면 상에 형성되며, 상기 제1 절연막들(22a, 22b)을 둘러싸는 제2 절연층(24)을 포함한다. 챔버(10) 외부에는 전기적 신호를 주고 받을 수 있는 전기 신호부(50)가 배치된다.
챔버(10)는 나노 포어 막(20)에 의해 제1 영역(12) 및 제2 영역(14)으로 분리될 수 있으며, 각각 별개의 챔버로 구성되는 것도 가능하다. 챔버(10)는 DNA를 포함하는 용액을 담기 위한 것으로, 챔버(10)의 상기 제1 영역(12) 및 상기 제2 영역(14) 각각에 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)을 배치한다. 챔버(10)는 유리, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 플라스틱 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 챔버(10)에 담기는 용액은 DNA를 포함하는 용액으로, 전도성을 갖는 용매에 DNA를 용해시켜 유체 상태로 준비되며, 임의의 전도성 용매가 사용될 수 있다. 분석의 대상은 DNA에 한정되지 않으며, DNA, RNA, 펩타이드(peptide) 또는 단백질일 수 있다. 상기 용액은 염산(HCl), 염화나트륨(NaCl) 또는 염화칼륨(KCl) 등의 전해질 용매를 사용할 수 있다. 염화칼륨(KCl)의 경우 양이온과 음이온의 이온 이동도(mobility)의 차이가 거의 없는 특징을 갖는다. 챔버(10)의 외부에서 챔버(10) 내에 상기 용액을 주입 및 배출할 수 있는 주입부(미도시) 및 배출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 챔버(10)는 미소한 용량을 가질 수 있으며, 어느 한 방향의 길이가 수 마이크로 미터의 치수를 가질 수 있다.
제1 전극(30)은 챔버(10)의 제1 영역(12)에 배치될 수 있고, 제2 전극(40)은 챔버(10)의 제2 영역(14)에 배치될 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 챔버(10) 내의 용액에 전압을 인가하여, 상기 용액 내의 이온을 유동시켜 결과적으로 전류의 흐름을 발생시킬 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 알루미늄(Al), 금(Au), 베릴륨(Be), 비스무트(Bi), 코발트(Co), 하프늄(Hf), 인듐(In), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 레늄(Re), 루테늄(Ru), 탄탈(Ta), 텔륨(Te), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 이들의 질화물, 및 이들의 실리사이드 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 각각 단일층이거나 또는 복합층일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 은(Ag) 또는 염화은(AgCl)의 복합층일 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 동일한 물질을 포함하거나 또는 서로 다른 물질을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 나노 포어 막(20)에 근접하도록 배치될 수 있다.
나노 포어 막(20)은 도전층(21), 도전층(21)의 양측의 제1 절연층들(22a, 22b), 및 나노 포어(25)에 인접한 상기 도전층(21)의 측면 및 상기 제1 절연층들(22a, 22b)의 측면 상에 형성되며, 상기 제1 절연막들(22a, 22b)을 둘러싸는 제2 절연층(24)을 포함한다. 나노 포어 막(20)은 중앙부에 형성된 나노 포어(25)를 포함하며, 나노 포어(25)는 나노 포어 막(20)을 관통한다. 나노 포어 막(20)에 대해서는 도 2를 참조하여 하기에 상세히 설명한다.
전기 신호부(50)는 제1 전극(30), 제2 전극(40) 및 나노 포어 막(20)의 도전층(21)에 제1 전기적 신호, 예를 들어 전압을 인가할 수 있다. 또한, 전기 신호부(50)는 제1 전극(30), 제2 전극(40) 및 나노 포어 막(20)의 도전층(21)으로부터 제2 전기적 신호, 예를 들어 전류를 수신할 수 있다.
상기 나노 포어 막(20)의 도전층(21)에 인가되는 전압은 게이트 전압(VG), 상기 제1 전극(30)에 인가되는 전압은 소스 전압(VS), 상기 제2 전극(40)에 인가되는 전압은 드레인 전압(VD)으로 지칭할 수 있다. 상기 전기 신호부(100b)는 도전성 부재, 예를 들어 도전성 와이어를 통해 나노 포어 막(20)의 도전층(21), 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 특히 도전층(21)과 연결되는 부분은 탐침(probe)(미도시)에 의해 연결될 수 있다.
전기 신호부(50)에 의해 인가되는 게이트 전압(VG), 소스 전압(VS) 및 드레인 전압(VD)에 의해 DNA 분석용 장치(100)는 이온 전계 트랜지스터(ionic field effect transistor, IFET)로 동작할 수 있다. 이온 전계 트랜지스터는 채널을 이동하는 캐리어들이 전자 또는 홀이 아닌 전해질 이온들이라는 점을 제외하고는 통상적인 반도체 전계 효과 트랜지스터와 그 원리가 유사하다. 따라서, 전자의 이동이 아닌 이온의 이동에 의한 이온 전류가 흐르게 되며 나노 포어(25)는 이온의 이동에 대한 채널로서 작용한다. 챔버(10) 내에 전해질 용액을 수용하는 경우, 이온화된 양이온 및 음이온이 챔버(10)에 인가되는 소스 전압(VS), 및 드레인 전압(VD)에 의해 어느 한 방향으로 이동할 수 있게 되며, 나노 포어 막(20)의 도전층(21)에 인가되는 게이트 전압(VG)에 의해 트랜지스터의 온(on) 상태 및 오프(off) 상태를 제어할 수 있다. 용액 내에 DNA가 포함되는 경우, 전기적 신호에 따른 DNA의 거동에 대해서는 도 7a 및 7b를 참조하여 하기에 상세히 기술한다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 포어 막(20)의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 나노 포어 막(20)은 도전층(21), 도전층(21)의 양측의 제1 절연층들(22a, 22b), 및 나노 포어(25)에 인접한 상기 도전층(21)의 측면 및 상기 제1 절연층들(22a, 22b)의 측면 상에 형성되고, 상기 제1 절연막들(22a, 22b)을 둘러싸는 제2 절연층(24)을 포함한다. 즉, 나노 포어(25)의 둘레는 제2 절연층(24)이 연장되어 도전층(21) 및 제1 절연층들(22a, 22b)을 감싸는 형태이며, 나노 포어(25) 둘레의 제2 절연층(24)은 이온 트랜지스터의 게이트 절연막으로 작용할 수 있다. 나노 포어(25)는 상하측의 지름이 동일한 원기둥 형상이거나 또는 상하측의 지름이 상이한 원뿔대 형상일 수 있다. 나노 포어 막(20)을 구성하는 도전층(21), 제1 절연층들(22a, 22b), 및 제2 절연층(24)의 두께는 수십 나노 미터일 수 있으며, 예를 들어 도전층(21)은 20nm 내지 40nm, 예를 들어 약 30nm의 두께를 가질 수 있고, 제1 절연층들(22a, 22b)은 각각 15nm 내지 25nm, 예를 들어 약 20nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 절연층(24)은 20nm 내지 40nm의 두께를 가질 수 있다.
도전층(21)은 알루미늄(Al), 금(Au), 베릴륨(Be), 비스무트(Bi), 코발트(Co), 하프늄(Hf), 인듐(In), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 레늄(Re), 루테늄(Ru), 탄탈(Ta), 텔륨(Te), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 이들의 질화물, 및 이들의 실리사이드 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 도전층(21)은 단일층이거나 또는 복합층일 수 있다.
제1 절연층들(22a, 22b) 및 제2 절연층(24)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON), 또는 고유전율(high-k) 유전물층 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 제1 절연층들(22a, 22b) 및 제2 절연층(24)은 단일층이거나 또는 복합층일 수 있다. 상기 고유전율(high-k) 유전물층은 알루미늄 산화물(Al2O3), 탄탈륨 산화물(Ta2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 지르코늄 실리콘 산화물(ZrSixOy), 하프늄 산화물(HfO2), 하프늄 실리콘 산화물(HfSixOy), 란탄 산화물(La2O3), 란탄 알루미늄 산화물(LaAlxOy), 란탄 하프늄 산화물(LaHfxOy), 하프늄 알루미늄 산화물(HfAlxOy), 및 프라세오디뮴 산화물(Pr2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 기술적 사상에 따른 나노 포어 막을 제조하기 위한 예시적인 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 기판(60) 상에 제1 절연층(22b), 도전층(21) 및 제2 절연층(22a)이 순서대로 적층된 적층막(20a)을 형성하고, 그 위에 제1 마스크층(70)을 적층한다. 상기 막들은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 또는 반응성 스퍼터링(reactive sputtering) 등의 증착 방법을 이용하여 적층할 수 있다. 이어서, 기판(60)의 하면 및 제1 마스크층(70) 상에 제2 마스크층들(80a, 80b)을 적층한다. 기판(60)은, 예를 들어 실리콘(Si) 기판일 수 있다. 제1 마스크층(70) 및 제2 마스크층들(80a, 80b)은 산화물, 질화물, 산질화물을 포함할 수 있다. 제1 마스크층(70)과 제2 마스크층들(80a, 80b)은 서로 다른 식각 선택비를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 마스크층(70)은 실리콘 산화물(SiO2)을 포함할 수 있고, 제2 마스크층들(80a, 80b)은 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함할 수 있다. 또는 이와 반대일 수 있다.
도 3b를 참조하면, 기판(60)을 식각하는 단계가 진행된다. 기판(60)의 하면의 제2 마스크층(80b)에 패턴을 형성한다. 별도의 마스크층(미도시)을 사용하여 패턴을 형성하고, 이를 이용하여 제2 마스크층(80b)을 식각하여 상기 패턴을 형성할 수 있다. 상기 식각은 반응성 이온 식각법(reactive ion etching, RIE)을 이용할 수 있다. 다음으로, 패턴된 하면의 제2 마스크층(80b)을 이용하여 기판(60)을 식각한다. 기판(60)의 식각은 수산화칼륨(KOH)를 이용한 비등방성 습식 식각법을 이용할 수 있다. 본 단계에서 기판(60)의 중앙부를 식각함으로써, 후 공정에서의 개구부(25a, 도 3d 참조)의 형성이 용이해질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제2 마스크층(80a) 상에 포토 레지스트층(90)을 적층한 후, 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)를 이용하여 나노 포어 형성을 위한 패턴을 형성한다. 포토 레지스트층(90)은 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA)을 포함할 수 있으며, 스핀 코팅(spin-coating)법에 의해 도포될 수 있다. 상기 패턴을 이용하여, 제2 마스크층(80a)을 식각하고, 포토 레지스트층(90)을 제거한다.
도 3d를 참조하면, 적층막(20a)의 중앙에 개구부(25a)를 형성하는 2 단계 식각 공정이 진행된다. 먼저, 패턴이 형성된 제2 마스크층(80a)을 이용하여 제1 마스크층(70)을 식각한다. 상기 식각은 RIE를 이용할 수 있다. 다음으로, 패턴된 제1 마스크층(70)을 이용하여 적층막(20a)을 식각한다. 이에 의해 적층막(20a)의 중앙에 개구부(25a)가 형성된다. 상기 식각은 RIE를 이용할 수 있으며, 집속 이온빔(focused ion beam, FIB)을 사용하여 개구부(25a)를 형성할 수도 있다. 개구부(25a)는 100nm 이하의 지름을 가질 수 있다. 적층막(20a)은 추가적인 식각 공정을 통해 하부의 주변부에 존재하는 기판(60), 제1 마스크층(70) 및 제2 마스크층들(80a, 80b)을 제거할 수 있으며, 적층막(20a) 하부의 기판(60) 및 제2 마스크층(80b)의 잔존 부분을 포함한 상태로 소자의 제조에 사용될 수도 있다.
도 3e를 참조하면, 제2 절연층(24)을 증착하여, 도 2의 나노 포어 막(20)을 형성할 수 있다. 제2 절연층(24)의 증착법으로는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)을 이용할 수 있다. CVD를 사용하는 경우에 비하여 ALD를 사용하는 경우, 수 나노 미터 두께의 막을 균일하게 성장시킬 수 있으며, 이에 의해 개구부(25a, 도 3d 참조) 둘레에도 균일한 막의 성장이 가능하다. 개구부(25a) 둘레에 제2 절연 물질이 증착되면서 개구부(25a)의 둘레가 점점 작아지게 되고, 소스가 되는 가스 분자가 더 이상 개구부(25a) 내로 들어가지 못하게 되어 증착이 계속되지 못하는 한계가 발생하게 된다. 이를 셀프-리미팅(self-limiting) 효과라고 하며, 이에 의해 균일하게 일정 크기를 갖는 나노 포어(25)가 형성될 수 있다. 제2 절연층(24)의 증착 두께는 목적하는 나노 포어(25)의 크기에 따라 제어되며, 이에 의해 10nm 이하의 크기를 갖는 나노 포어(25)를 형성할 수 있게 된다.
도 4a 및 도 4b는 나노 포어(25)가 형성되는 모습을 도시하는 사진들이다.
도 2와 함께, 도 4a 및 도 4b를 참조한다. 도 4a는 제2 절연층(24)이 증착되기 전의 개구부(25a)의 사진이고, 도 4b는 제2 절연층(24)이 증착된 후의 나노 포어(25)의 사진이다.
도 4a는 전자빔 리소그래피 및 반응성 이온 식각법을 사용하여 형성한 개구부(25a)를 도시하는 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy, SEM) 사진으로, 개구부(25a)의 크기는 70 내지 80nm 정도이다. 도 4b는 제2 절연층(24)의 증착 후 10nm 이하의 나노 포어(25)가 형성된 모습을 도시하는 주사 전자 현미경 사진이다. 상술한 셀프-리미팅 효과에 의해 개구부(25a)로부터 지름이 60nm 내지 70nm 정도 축소된 나노 포어(25)가 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 따른 DNA 분석용 장치의 나노 포어 구조에서 측정된 염화칼륨(KCl) 용액의 농도에 따른 이온 컨덕턴스(conductance)를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 염화칼륨(KCl)의 농도가 높은 경우, 이온 컨덕턴스는 전해질 농도에 선형적으로 비례한다. 측정에 사용된 나노 포어 막(20)은 전극층(21)이 30nm의 티타늄 질화물(TiN)이고, 제1 절연층(22a, 22b)이 20nm의 실리콘 질화물(Si3N4)이며, ALD에 의해 제2 절연층(24)인 티타늄산화물(TiO2)을 증착하여, 10nm 이하의 나노 포어(25)가 형성된 나노 포어 막(20)이다. 상기 염화칼륨(KCl)의 농도가 낮아지면, 이온 컨덕턴스는 상기와 같은 선형 비례 관계를 가지지 않게 되고, 특정 컨덕턴스를 나타내게 된다.
이와 같은 컨덕턴스 특성은, 제2 절연층(24) 자체가 표면 전하를 가지는데, 반대 이온(counter ion)으로 구성된 전기적 이중층(26)이 제2 절연층(24) 둘레에 형성되어 제2 절연층(24)의 표면 전하를 가리기(screening) 때문이다. 게이트 절연막인 제2 절연층(24)이 가지는 표면 전하는 절연 물질에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2), 티타늄 산화물(TiO2) 및 주석 산화물(SnO2)은 표면 전하가 음이고, 알루미늄 산화물(Al2O3) 및 아연 산화물(ZnO)은 표면 전하가 양일 수 있다. 상기와 같이 표면 전하를 가리는 현상은 드바이 길이(Debye leghth)에 의해 해석 가능하며, 드바이 길이는 용액 내의 전해질의 농도의 제곱근에 반비례한다.
도 5의 그래프 안에 삽입된 나노 포어 막(20)의 도시를 참조하면, 낮은 농도에서는 상대적으로 전기적 이중층(26)이 두껍게 형성 된다. 나노 포어(25) 내에서 전기적 이중층(26)이 겹쳐지게 되어 나노 포어(25)의 내부가 반대 이온들에 의해 채워지며, 나노 포어(25) 내에 존재하는 이온의 종류와 양이 염화칼륨(KCl)의 농도에 따라 변하지 않게 되어 이온 컨덕턴스의 포화가 일어나는 농도 구간이 발생하게 된다. 이와 같은 이온 선택성은 이온 트랜지스터로 동작하는 기반이 된다. 나노 포어(25)의 크기가 작아지면, 드바이 길이가 작아도 나노 포어(25) 내에서 전기적 이중층(26)이 겹쳐질 수 있다. 따라서, 더 높은 농도의 용액을 사용하더라도 나노 포어(25)가 이온 선택성을 가질 수 있게 된다. 높은 농도의 용액을 사용하는 경우, 이온 농도가 높아서 측정되는 이온 전류도 증가하므로 측정의 정밀도가 높아질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 기술적 사상에 따른 DNA 분석용 장치의 이온 트랜지스터의 드레인 전압(VD) 및 게이트 전압(VG)에 따른 이온 전류를 도시하는 그래프들이다. 도 5의 컨덕턴스 측정의 경우와 동일한 구조의 나노 포어 막을 사용하고, 10-4M 농도의 염화칼륨(KCl)을 사용한 결과이다.
도 6a를 참조하면, 게이트 전압(VG)이 -1V에서 1V로 변화할 때의 드레인 전압(VD)에 따른 이온 전류(ID)의 특성을 나타내며, 다이오드의 특성을 보인다. 이는 제작된 나노 포어의 비대칭적인 형상에 기인한 것으로 해석된다.
도 6b를 참조하면, 드레인 전압(VD)이 0V에서 1V로 변화할 때, 게이트 전압(VG)에 따른 이온 전류(ID)의 특성을 나타낸다. 내부에 삽입된 그래프는 이온 전류(ID)의 값을 로그(log) 스케일로 나타낸 그래프이다. 게이트 전압(VG)에 따라 이온 전류(ID)가 제어됨을 확인할 수 있으며, 상기 이온 트랜지스터는 통상적인 p-타입의 전계 효과 트랜지스터(pFET)와 유사하게 거동한다. 음의 게이트 전압(VG)에서 이온 전류(ID)가 흐르는 것을 통해 나노 포어 내부로 흐르는 이온은 양전하를 가진 것으로 생각할 수 있으며, 염화칼륨(KCl) 용액의 칼륨이온(K+)일 수 있다. 제2 절연층(24)인 티타늄산화물(TiO2)은 표면 전하가 음이므로 양이온인 K+이 나노 포어(25) 내에 채워져 채널을 통해 흐르는 것일 수 있으며, 이온의 이동도(mobility)는 약 1cm2/secV로 측정되었다.
도 7a는 본 발명의 기술적 사상에 따른 나노 포어(25)를 통과하는 DNA를 도시하는 개략도이고, 도 7b는 DNA의 시퀀싱 방법을 설명하기 위해 전류의 흐름을 나타내는 그래프이다.
도 7a를 참조하면, DNA를 포함하는 용액 내의 DNA는 도시된 바와 같이 나노 포어(25)를 통과하게 된다. 용액에 포함된 DNA가 나노 포어(25)를 통과할 때, 나노 포어(25) 내의 정전기적 상호 작용(electrostatic interaction) 또는 기하학적인 제한 등의 요소들에 의한 에너지 장벽(energy barrier)이 존재한다. 용액 및 나노 포어 막(20)의 전극층(21)에 인가되는 전압에 의해 DNA는 상기 장벽을 극복하며 일 방향으로 통과할 수 있다. DNA는 뉴클레오티드(nucleotide)들의 중합체이며, 뉴클레오티드는 5탄당, 인산 및 염기로 구성되어 있으며, 상기 인산기는 인산기를 구성하는 산소와 인과의 전기 음성도의 차이에 의해 음전하를 갖는다. 따라서, 상술한 이온 전계 효과에 의해 그 이동을 조절할 수 있다. 분석의 대상이 되는 DNA, RNA, 펩타이드 또는 단백질이 갖는 전하는 고유전하를 이용하거나, 특정 전하를 갖도록 용액의 pH를 제어할 수 있다. DNA가 나노 포어(25)를 통과하는 경우, 나노 포어(25) 내에 흐르는 이온에 의한 전류를 차단하게 되어 차단 신호(blockade signal)가 발생하게 되는데, 이에 의해 DNA의 구성 염기인 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G) 및 시토닌(C)의 종류에 따라 다른 제2 전기적 신호, 예컨대 전류값을 나타낼 수 있다. 상기 전류는 도 1의 DNA 분석 장치(100)의 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)으로부터 측정될 수 있으며, 이를 통해 DNA의 구성 염기를 분석할 수 있다.
일반적으로 10nm 이하의 나노 포어(25)를 사용하는 경우, DNA의 단일 가닥(single stranded) 및 이중 가닥(double stranded)의 구별이 가능할 수 있으며, 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치에 의하면 10nm 이하의 나노 포어(25)를 사용하므로 상기와 같은 구별이 가능할 수 있다. DNA의 분석을 위해서는 DNA가 나노 포어(25)를 통과하는 통과 시간이 충분하여야 한다. 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치의 경우, 인가되는 제1 전기적 신호, 예컨대 전압을 제어하여, 이온 트랜지스터의 채널에 해당하는 나노 포어(25) 내부의 전하를 제어함으로써, DNA의 이동 속도를 조절할 수 있다. 구체적인 제어 과정은 도 8을 참조하여 하기에 설명한다.
도 7b를 참조하면, 상기 차단 신호에 의해 수신되는 전류와 같은 제2 전기적 신호를 이용하여, DNA 염기 서열을 시퀀싱(sequencing)하는 예시적인 방법을 나타낸다. 상기 제2 전기적 신호를 검출 전류라 칭하면, DNA를 구성하는 각 염기들(A, T, G, C)은 다른 크기의 검출 전류를 나타낼 수 있다. 따라서 상기 검출 전류의 크기를 통해 DNA의 각각의 염기에 대한 순차적인 검출이 가능하며, 이에 의해 상기 DNA의 염기 서열의 시퀀싱이 가능하게 된다. 이 경우, 상기 제2 전기적 신호의 용이한 분석을 위해서, 검출되는 전류량이 많고 염기 서열에 따른 전류값의 차이가 클 것이 요구된다. 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치의 경우, 도 7a의 나노 포어 막(20)의 도전층(21)에 인가되는 게이트 전압(VG) 및 제2 절연층(24)의 표면 전하를 제어함으로써, 나노 포어(25)를 통과하는 전류의 양도 조절 가능할 수 있어, DNA의 시퀀싱이 용이해질 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치를 이용한 예시적인 DNA의 분석 과정을 도시하는 흐름도이다.
도 1과 함께, 도 8을 참조하면, 도 1의 DNA 분석용 장치(100)를 준비하고, 챔버(10) 내에 용액을 수용시킨 후, 전기 신호부(50)에서 챔버(10) 내의 제1 전극(30), 제2 전극(40) 및/또는 나노 포어 막(20)의 전극층(21)에 제1 전기적 신호, 예컨대 일정의 전압을 인가하는 단계(S110)가 진행된다. 예를 들어, 양의 게이트 전압(VG) 및 드레인 전압(VD)과 음의 소스 전압(VS)을 인가할 수 있다. 이에 의해, 챔버(10)의 용액 내의 DNA가 이동하는 단계(S115)가 진행되며, 챔버(10)의 제1 영역(12)에서 제2 영역(14)으로 DNA가 이동될 수 있다. 게이트 전압(VG)은 나노 포어 막(20)의 제1 절연층들(22a, 22b) 및 제2 절연층(24)이 항복(breakdown)되거나 누설 전류(leakage current)가 흐르지 않도록 1V 이하일 수 있으며, 본 단계(S110)에서는 게이트 전압(VG)에 별도의 전압을 인가하지 않을 수도 있다.
다음으로, 전기 신호부(50)에서 제2 전기적 신호, 예컨대 전류를 수신하고 분석하는 단계(S120)가 진행된다. 상기 제2 전기적 신호는 이온의 흐름에 의해 발생하는 전류일 수 있다. DNA가 나노 포어(25)를 통과하는 경우, 상술한 차단 신호가 발생하게 되어 상기 전류의 수신을 통해, DNA의 검출이 가능하며 염기 서열의 시퀀싱이 가능하다. DNA의 검출이 인지된 경우, DNA의 분석을 위해 이동 속도를 느리게 하거나 정지하게 할 필요가 있을 수 있다.
다음 단계에서, 나노 포어 막(20)의 도전층(21)에 인가되는 제1 전기적 신호인 게이트 전압(VG)를 조절하는 단계(S130)가 진행된다. 상기 전류의 수신 및 분석 단계(S120)에서 수신된 전류를 통해 DNA를 검출한 후 분석을 위해 DNA의 이동을 조절하기 위함이다. 본 단계(S130)에 의해 나노 포어(25) 내의 DNA의 이동 속도를 제어하는 단계(S135)가 수행된다. 예를 들어, 게이트 전압(VG)에 양의 전압을 인가하는 경우, 전압의 크기에 따라서 음의 전하를 갖는 DNA의 이동이 정지되거나 이동 속도가 줄어들도록 할 수 있다. 따라서, DNA의 분석을 위한 통과 시간의 확보가 가능하다. 또한, 상기 전류의 수신 및 분석 단계(S120)에서 DNA가 검출되지 않은 경우에도, 필요에 따라 나노 포어(25) 내로 DNA의 진입을 막을 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전압(VG)에 음의 전압을 인가하는 경우, DNA가 나노 포어(25) 내로 이동되지 않도록 차단 가능할 것이다.
DNA의 이동을 제어하면서 다시 전류의 수신 및 분석 단계(S120)를 통해 DNA의 분석이 수행되며, 게이트 전압(VG)를 조절하며(S130) DNA의 이동을 제어(S135)하고 전류를 수신하고 분석(S120)하는 과정이 반복될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치를 도시하는 개략도이다.
중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 DNA의 특정 부분을 복제 및 증폭시키는 기술로, 증폭된 DNA의 정량적 분석을 위해 리얼 타임 PCR 장치와 같은 다양한 기술들이 이용되고 있다.
도 9를 참조하면, 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치(1000)는, 버퍼 용액 투입부(210), 시료 투입부(220), 반응부(230), 농도 제어부(240), 검출부(250) 및 폐기부(260)를 포함할 수 있다. 버퍼 용액 투입부(210), 시료 투입부(220), 반응부(230), 농도 제어부(240), 검출부(250) 및 폐기부(260)의 사이는 복수 개의 개폐부가 위치하여, 독립적으로 물질의 이동이 수행될 수 있다.
버퍼 용액 투입부(210)는 버퍼(buffer) 용액을 반응부(230) 및 농도 제어부(240)에 투입할 수 있다. 상기 버퍼 용액은 DNA의 증폭 및 검출 환경 조성을 위한 버퍼 용액 또는 희석 용액을 제공할 수 있다. 버퍼 용액 투입부(210)는 시린지(syringe) 형태로 구성될 수 있으며, 이 경우 시린지 펌프와 같이 공압에 의해 제어되고 동작될 수 있다. 버퍼 용액 투입부(210)는 복수 개의 상기 시린지를 포함할 수도 있다.
시료 투입부(220)는 DNA의 증폭을 위한 시료들을 반응부(230)에 투입할 수 있다. 상기 시료는 DNA의 증폭을 위한 템플레이트(template) DAN, 프라이머(primer), DNA 뉴클레오티드(nucleotide), DNA 중합효소 등일 수 있다. 시료 투입부(220)도 시린지 형태로 구성될 수 있다.
반응부(230)는 PCR이 수행되는 챔버로서, 수 나노 리터 내지 수 마이크로 리터의 크기를 가질 수 있다. 반응부(230)는 버퍼 용액 투입부(210) 및 시료 투입부(220)로부터 PCR 수행에 필요한 물질을 제공받아 반응이 이루어질 수 있다. 반응부(230)는 펠티예(peltier) 소자 또는 저항 발열기 등을 포함할 수 있으며, 이에 의해 PCR이 수행되는 데 요구되는 온도가 제어될 수 있다.
농도 제어부(240)는 검출부(250)에서의 DNA의 검출을 최적화하기 위하여 반응부(230)에서 증폭된 DNA의 농도를 버퍼 용액 투입부(210)로부터의 버퍼 용액에 의해 제어할 수 있다. 농도 제어부(240)는 도면에 도시된 바와 같이 채널 형태로 구성될 수 있으며, 염화칼륨(KCl) 용액과 같은 희석 용액에 의해 DNA를 희석할 수 있다.
검출부(250)는 도 1의 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치(100)를 포함할 수 있다. 전기 영동에 의해 이동된 DNA는 검출부(250) 내의 나노 포어를 통과하면서 정량적으로 분석될 수 있다. 검출부(250)는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 상술한 DNA의 시퀀싱과 유사하게, 나노 포어를 통과하는 DNA에 의한 이온 전류의 변화에 의해 DNA의 길이 및 DNA의 양을 분석할 수 있다.
본 발명의 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치(1000)에 따르면, 나노포어를 통과시켜 DNA를 분석함으로써, 절대적인 정량 분석이 가능하다. 또한, 증폭 후 희석화를 거쳐 단시간에 정량 분석이 수행될 수 있으며, 비표지 방식이므로 저비용으로 분석이 가능하다. 본 실시예에서는 PCR에 의해 증폭된 DNA를 정량적으로 분석하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 용도에 있어 DNA의 정량적 분석에 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 챔버 12 : 챔버의 제1 영역
14 : 챔버의 제2 영역 20 : 나노 포어 막
20a : 적층막 21 : 도전층
22a, 22b : 제1 절연층 24 : 제2 절연층
25a : 개구부 25 : 나노 포어
30 : 제1 전극 40 : 제2 전극
50 : 전기 신호부 60 : 기판
70 : 제1 마스크층 80a, 80b : 제2 마스크층
90 : 포토 레지스트층

Claims (13)

  1. 용액을 수용하고, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버;
    상기 제1 영역에 위치하는 제1 전극;
    상기 제1 전극에 대향하여 상기 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 위치하고, 도전층 및 상기 도전층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막;
    상기 도전층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되어, 제1 전기적 신호를 인가하고, 그들로부터 제2 전기적 신호를 수신하는 전기 신호부;를 포함하고,
    상기 제2 전기적 신호를 이용하여 상기 용액 내의 DNA를 검출하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과할 때 변화하는 상기 제2 전기적 신호를 이용하여, 상기 DNA를 구성하는 하나 또는 그 이상의 염기들을 검출하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 DNA를 구성하는 염기에 따라 다른 값을 나타내는 상기 제2 전기적 신호를 순차적으로 검출하여, 상기 DNA의 시퀀싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 나노 포어 막은, 상기 도전층의 상측, 하측 또는 양측에 적층된 제1 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 나노 포어 막은, 상기 나노 포어에 인접한 상기 도전층의 측면 및 상기 제1 절연층의 측면 상에 형성되며 상기 제1 절연층을 둘러싸는 제2 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 도전층은 티타늄 질화물(TiN)을 포함하고, 상기 제1 절연층은 실리콘 산화물(SiO2)을 포함하며, 상기 제2 절연층은 티타늄 산화물(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 DNA 분석용 장치는, 상기 전기 신호부가 상기 도전층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가하는 전압에 의하여 이온 전계 트랜지스터로 동작하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 나노 포어는 상하측의 지름이 동일한 원기둥 형상이거나 또는 상하측의 지름이 상이한 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 DNA 분석용 장치를 준비하는 단계;
    상기 DNA 분석용 장치의 상기 챔버 내에 DNA를 포함하는 용액을 수용시키는 단계;
    상기 전기 신호부로부터 상기 도전층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 제1 전기적 신호를 인가하는 단계; 및
    상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과할 때 발생하는 상기 제2 전기적 신호를 수신하는 단계;를 포함하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 전기적 신호를 수신하는 단계는,
    상기 DNA의 이동 속도를 제어하기 위하여, 상기 도전층에 인가되는 상기 제1 전기적 신호를 변화시켜 인가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 도전층에 인가되는 상기 제1 전기적 신호가 증가됨에 따라 상기 DNA의 이동 속도는 감소되는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석 방법.
  12. DNA를 포함하는 시료 및 버퍼 용액을 제공하는 적어도 하나의 투입부;
    상기 DNA의 증폭이 수행되는 반응부; 및
    제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 DNA 분석용 장치를 포함하며, 증폭된 상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과하면서 발생되는 전기적 신호를 통해 상기 DNA를 정량적으로 분석하는 검출부를 포함하는 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 반응부와 상기 검출부 사이에 위치하며, 상기 투입부로부터 상기 버퍼 용액을 공급받아, 증폭된 상기 DNA의 농도를 제어하는 농도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 포어 구조를 이용한 PCR 정량 검출 장치.
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