KR20120065934A - Nanosenser and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20120065934A
KR20120065934A KR1020110115928A KR20110115928A KR20120065934A KR 20120065934 A KR20120065934 A KR 20120065934A KR 1020110115928 A KR1020110115928 A KR 1020110115928A KR 20110115928 A KR20110115928 A KR 20110115928A KR 20120065934 A KR20120065934 A KR 20120065934A
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이동호
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Abstract

PURPOSE: A nano sensor and manufacturing method thereof are provided to manufacture a thin porous layer not to seclude a movement of a DNA polymer passing through a nano pore. CONSTITUTION: A nano sensor(100) comprises a substrate(10), a first layer(20), and a second layer(30). A hole(16) is formed on the substrate. A first layer is arranged on the substrate. A first nano pore(25) connected to the hole is formed on the first layer. The second layer formed with porous materials is arranged in the first layer.

Description

나노 센서 및 그 제조 방법{Nanosenser and method for manufacturing the same}Nano sensor and method for manufacturing the same

나노 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 나노포어를 이용하여 핵산을 검출할 수 있는 나노 센서 및 그 나노 센서의 제조 방법에 관한 것이다.A nano sensor and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a nanosensor capable of detecting a nucleic acid using nanopores and a method of manufacturing the nanosensor.

DNA의 염기 서열을 결정하는 방법에는 맥삼-길버트 방법(Maxam-Gilbert's method), 생어 방법(Sanger's method) 등이 있다. 맥삼-길버트 방법은 DNA 염기 서열 중에서 특정 염기가 있는 곳을 무작위적으로 끊어서 길이가 서로 다른 DNA 가닥들을 전기 영동으로 분리하여, DNA 염기 서열을 결정하는 방법이다. 그리고, 생어 방법은 주형 DNA, DNA 중합 효소, 프라이머, 정상적인 dNTP(deoxy nucleotide triphosphate) 및 ddNTP(dideoxy nucleotide triphosphate)를 함께 튜브에 넣어 상보적인 DNA를 합성한다. 상보적인 DNA 합성중에 ddNTP가 첨가되면 DNA 합성은 종결되고, 길이가 서로 다른 상보적인 DNA를 얻을 수 있으며, 이를 전기 영동으로 분리하여, DNA 염기 서열을 결정할 수 있다. 하지만, 종래의 DNA 시퀀싱 방법들은 염기 서열을 결정하는데 많은 시간과 노력이 필요하였다. 따라서, 최근 새로운 방법으로 DNA의 염기 서열을 결정할 수 있는 차세대 DNA 시퀀싱(next generation sequencing) 방법에 대한 연구들이 활발하게 진행되고 있다.Methods of determining the base sequence of DNA include Maxam-Gilbert's method and Sanger's method. The Mcsam-Gilbert method is a method of determining DNA sequence by electrophoretic separation of DNA strands of different lengths by randomly breaking a specific base in a DNA sequence. The Sanger method synthesizes complementary DNA by adding template DNA, DNA polymerase, primer, normal dNTP (deoxy nucleotide triphosphate) and ddNTP (dideoxy nucleotide triphosphate) together. When ddNTP is added during complementary DNA synthesis, DNA synthesis is terminated, and complementary DNA of different lengths can be obtained, which can be separated by electrophoresis to determine DNA base sequence. However, conventional DNA sequencing methods require a lot of time and effort to determine the sequence. Therefore, recent studies on the next generation sequencing method that can determine the nucleotide sequence of DNA by a new method are actively conducted.

나노 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.A nano sensor and a method of manufacturing the same are provided.

개시된 나노 센서는The disclosed nanosensor

홀이 형성된 기판;A substrate on which holes are formed;

상기 기판 상에 마련되고, 상기 홀과 연결된 제1나노포어(nanopore)가 형성된 제1층; 및A first layer formed on the substrate and having a first nanopore connected to the hole; And

상기 제1층 상에 마련되고, 다공성 재료로 형성된 제2층;을 포함할 수 있다.And a second layer provided on the first layer and formed of a porous material.

상기 다공성 재료는 젤라틴(gelatin) 또는 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) dimethacrylate)를 포함할 수 있다.The porous material may include gelatin or poly (ethylene glycol) dimethacrylate.

상기 제1층은 SiN, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3 및 PbTiO3 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first layer may include at least one selected from SiN, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3, and PbTiO 3 .

상기 제1층은 빛이 투과되는 것을 방지할 수 있다.The first layer may prevent light from being transmitted.

상기 제2층은 상기 제1층 상에 마련될 수 있다.The second layer may be provided on the first layer.

상기 제2층은 상기 나노포어를 덮도록, 상기 제1층의 일 영역 상에 마련될 수 있다.The second layer may be provided on one region of the first layer to cover the nanopores.

상기 제2층은 상기 제1나노포어의 적어도 일부를 채우도록 마련될 수 있다.The second layer may be provided to fill at least a portion of the first nanopores.

상기 제1층 상에 마련되고, 상기 나노포어와 연결되는 제2나노포어가 형성된 전극층을 더 포함할 수 있다.The electrode layer may further include an electrode layer provided on the first layer and having a second nanopore connected to the nanopores.

상기 전극층은 상기 제1나노포어를 사이에 두고 서로 이격되어 마련되고, 나노갭(nanogap)을 형성하는 제1 및 제2전극을 포함할 수 있다.The electrode layer may include first and second electrodes spaced apart from each other with the first nanopores interposed therebetween to form a nanogap.

상기 나노 센서를 둘러싸고, 상기 기판에 의해서 두 영역으로 분리된 하우징을 더 포함할 수 있다.The housing may further include a housing surrounding the nano sensor and separated into two regions by the substrate.

상기 두 영역은 각각 제3 및 제4전극을 더 포함할 수 있다.The two regions may further include third and fourth electrodes, respectively.

상기 하우징은 물 또는 전해질 용액으로 채워질 수 있다.The housing can be filled with water or electrolyte solution.

개시된 나노 센서의 제조 방법은The manufacturing method of the disclosed nanosensor

기판에 홀을 형성하는 단계;Forming holes in the substrate;

상기 기판 상에 제1층을 형성하는 단계;Forming a first layer on the substrate;

상기 제1층에 상기 홀과 연결되는 나노포어를 형성하는 단계; 및Forming nanopores connected to the holes in the first layer; And

상기 제1층 상에 다공성 재료로 제2층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.And forming a second layer of a porous material on the first layer.

상기 제1층 상에 전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an electrode layer on the first layer.

상기 제2층은 상기 제1층 상에 다공성의 재료를 도포하여 형성할 수 있다.The second layer may be formed by applying a porous material on the first layer.

상기 나노포어는 전자 빔(electron beam), 집속 이온 빔(focused ion beam), 중성자 빔(neutron beam), 알파선(alpha-ray), 베타선(beta-ray), 엑스-레이(X-ray), 감마-레이(γ-ray) 중에서 선택된 어느 하나를 조사하여 형성할 수 있다.The nanopores may include an electron beam, a focused ion beam, a neutron beam, an alpha-ray, a beta-ray, an X-ray, It can be formed by irradiating any one selected from gamma-ray (γ-ray).

상기 제2층을 형성하는 단계는Forming the second layer

상기 제1층 상에 감광성을 갖는 다공성의 재료를 스핀 코팅하는 단계;Spin coating a porous photosensitive material on the first layer;

상기 기판의 하부에서 빛을 조사하여, 상기 다공성 재료를 경화시키는 단계; 및Irradiating light from the bottom of the substrate to cure the porous material; And

상기 다공성 재료의 경화되지 않은 나머지 부분을 식각하여, 상기 제2층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.And etching the remaining uncured portion of the porous material to form the second layer.

상기 다공성 재료를 경화시키는 단계는 상기 기판의 상기 홀을 통과한 소멸파(evanescent wave)로 상기 다공성 재료를 경화시킬 수 있다.Curing the porous material may cure the porous material with an evanescent wave passing through the hole of the substrate.

상기 빛은 가시광선(Visible light), 자외선(UV), 극자외선(Extreme UV) 및 X선(X-ray) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The light may include at least one of visible light, ultraviolet (UV), extreme ultraviolet (UV), and X-ray (X-ray).

상기 제2층은 상기 제1층 상에 형성할 수 있다.The second layer may be formed on the first layer.

상기 제2층은 상기 나노포어를 덮도록, 상기 제1층의 일 영역 상에 형성할 수 있다.The second layer may be formed on one region of the first layer to cover the nanopores.

상기 제2층은 상기 나노포어의 적어도 일부를 채우도록 형성할 수 있다.The second layer may be formed to fill at least a portion of the nanopores.

개시된 나노 센서는 나노포어를 통과하는 DNA 폴리머의 이동(transloaction) 속도를 늦춰서, DNA 폴리머를 구성하는 염기를 각각 판별할 수 있다. 따라서, 개시된 나노 센서는 차세대 DNA 시퀀싱(next generation sequencing) 방법으로서, 빠르고, 정확하게 DNA의 염기 서열을 결정할 수 있다. 그리고, 개시된 나노 센서의 제조 방법은 나노포어를 통과하는 DNA 폴리머의 이동을 차단하지 않도록 충분히 얇은 다공성층을 제조할 수 있다. 따라서, 개시된 나노 센서는 나노포어에서 DNA 폴리머의 이동 속도를 늦출 뿐, 그 이동을 차단하지 않을 수 있다.The disclosed nanosensors can slow down the transloaction rate of the DNA polymer through the nanopores to determine the bases that make up the DNA polymer, respectively. Thus, the disclosed nanosensors are the next generation sequencing method that can determine the DNA sequence quickly and accurately. In addition, the disclosed method for manufacturing a nanosensor can produce a porous layer sufficiently thin so as not to block the movement of the DNA polymer through the nanopores. Thus, the disclosed nanosensors may only slow the rate of movement of the DNA polymer in the nanopores, but may not block the movement.

도 1a는 개시된 나노 센서의 개략적인 평면도이고, 도 1b는 개시된 나노 센서의 개략적인 단면도이며, 도 1c는 하우징으로 둘러싸인 개시된 나노 센서의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 개시된 다른 나노 센서의 개략적인 평면도이고, 도 2b는 개시된 다른 나노 센서의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 개시된 또 다른 나노 센서의 개략적인 평면도이고, 도 3b는 개시된 또 다른 나노 센서의 개략적인 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 개시된 나노 센서의 제조 방법의 일 공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 개시된 또 다른 나노 센서의 개략적인 단면도들이다.
도 6은 나노포어에 입사되는 광과 나노포어로부터 출사되는 광을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b는 나노포어의 깊이(d)에 따른 빛의 세기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 개시된 또 다른 나노 센서의 개략적인 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9f는 개시된 또 다른 나노 센서의 제조 방법의 각 공정을 개략적으로 도시한 것이다.1A is a schematic plan view of the disclosed nanosensor, FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the disclosed nanosensor, and FIG. 1C is a schematic cross-sectional view of the disclosed nanosensor surrounded by a housing.
2A is a schematic plan view of another disclosed nanosensor, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of another disclosed nanosensor.
3A is a schematic plan view of another disclosed nanosensor, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of another disclosed nanosensor.
4A and 4B are schematic cross-sectional views illustrating one process of the method of manufacturing the disclosed nanosensor.
5A-5C are schematic cross-sectional views of yet another nano sensor disclosed.
FIG. 6 schematically illustrates light incident on the nanopores and light emitted from the nanopores.
7A and 7B schematically show the light intensity according to the depth d of the nanopores.
8A-8C are schematic cross-sectional views of yet another nano sensor disclosed.
9A-9F schematically illustrate each process of a method of manufacturing another disclosed nanosensor.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 나노 센서 및 그 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail for the disclosed nano-sensor and its manufacturing method. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

도 1a는 개시된 나노 센서(100)의 개략적인 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 AA`에서 바라본 개시된 나노 센서(100)의 개략적인 단면도이다. 그리고, 도 1c는 하우징으로 둘러싸인 개시된 나노 센서(100)의 개략적인 단면도이다.1A is a schematic plan view of the disclosed nanosensor 100, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the disclosed nanosensor 100 as seen from AA ′ of FIG. 1A. 1C is a schematic cross-sectional view of the disclosed nanosensor 100 surrounded by a housing.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 개시된 나노 센서(100)는 홀(16)이 마련된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(nanopore)(25)를 구비하는 제1층(20) 및 제1층(20) 상에 마련되고, 다공성 재료로 형성된 제2층(30)을 포함할 수 있다.1A and 1B, the disclosed nano sensor 100 is provided on a substrate 10 having a hole 16, a substrate 10 provided on a substrate 10, and connected to a hole 16. The first layer 20 having the 25 and the second layer 30 provided on the first layer 20 and formed of a porous material may be included.

기판(10)은 그 위에 마련된 제1층(20) 및 제2층(30)을 지지하고 있으며, 반도체 재료, 폴리머 재료 등으로 형성될 수 있다. 상기 반도체 재료는 예들 들어, Si, Ge, GaAs, GaN 등을 포함할 수 있고, 상기 폴리머 재료는 유기 폴리머와 무기 폴리머를 포함할 수 있다. 그 밖에 기판(10)은 석영(quartz), 유리 등으로 형성될 수도 있다. 기판(10)에 형성된 홀(16)은 그 크기가 수 ㎛ 이하일 수 있으며, 기판(10)의 하면으로부터 제1층(20)이 마련된 기판(10)의 상면으로 갈수록 좁아질 수 있다. 즉, 홀(16)은 기판(10)의 하부로부터 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼 구조(tapered structure)로 형성될 수 있다. 따라서, 경사진 홀(16)은 표적 분자가 기판(10)의 하부로부터 나노포어(25)로 용이하게 유입되도록 가이드할 수 있다. 한편, 홀(16)은 선택적 식각(selective etch)을 통해서 형성될 수 있다.The substrate 10 supports the first layer 20 and the second layer 30 provided thereon, and may be formed of a semiconductor material, a polymer material, or the like. The semiconductor material may include, for example, Si, Ge, GaAs, GaN, and the like, and the polymer material may include an organic polymer and an inorganic polymer. In addition, the substrate 10 may be formed of quartz, glass, or the like. The hole 16 formed in the substrate 10 may have a size of several μm or less and may become narrower from the lower surface of the substrate 10 to the upper surface of the substrate 10 on which the first layer 20 is provided. That is, the hole 16 may be formed in a tapered structure that becomes narrower from the bottom to the top of the substrate 10. Accordingly, the inclined hole 16 may guide the target molecule to be easily introduced into the nanopores 25 from the bottom of the substrate 10. On the other hand, the hole 16 may be formed through a selective etch (selective etch).

제1층(20)은 기판(10) 상에 마련되며, 홀(16)을 덮도록 기판(10)의 일 영역 상에 마련될 수 있다. 제1층(20)은 절연 재료로 형성될 수 있으며, 상기 절연 재료는 예를 들어, SiN, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, PbTiO3 등을 포함할 수 있다. 또한, 제1층(20)은 빛이 투과하지 못하게, 빛을 반사하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제1층(20)은 금속으로 도핑된 SiN, Si이 N보다 훨씬 많은 조성비를 갖는 SixNy(x>>y) 등으로 이루어질 수 있다. 또는 제1층(20)은 빛을 흡수하는 Au, Ag, Al, Cu 및 TiN 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 재료로써 수십 nm 이상의 얇은 박막 일 수 도 있다. The first layer 20 may be provided on the substrate 10 and may be provided on one region of the substrate 10 to cover the hole 16. The first layer 20 may be formed of an insulating material, and the insulating material may include, for example, SiN, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 , PbTiO 3, or the like. In addition, the first layer 20 may reflect or absorb light to prevent light from being transmitted. For example, the first layer 20 may be formed of SiN doped with metal, Si x N y (x >> y), etc., in which Si has a much larger composition ratio than N. Alternatively, the first layer 20 may be a thin film of several tens of nm or more as at least one metal material selected from light absorbing Au, Ag, Al, Cu, and TiN.

제1층(20)에 형성된 제1나노포어(25)는 기판(10)의 홀(16)과 연결될 수 있다. 즉, 제1나노포어(25)는 홀(16)에 대응되는 영역에 마련될 수 있다. 제1나노포어(25)의 크기는 검출하고자하는 표적 분자의 크기에 따라서 선택할 수 있다. 제1나노포어(25)의 지름은 수 ㎚에서 수십 ㎚ 사이일 수 있으며, 예를 들어, 제1나노포어(25)의 지름은 약 1 ㎚에서 약 50 ㎚ 사이일 수 있다. 제1나노포어(25)는 예를 들어, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM), 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 그리고, 제1나노포어(25)는 상기 장치들로부터 방출되는 전자 빔(electron beam), 집속 이온 빔(focused ion beam), 중성자 빔(neutron beam), 알파선(alpha-ray), 베타선(beta-ray), 엑스-레이(X-ray), 감마-레이(γ-ray) 등을 사용하여 형성될 수 있다.The first nanopores 25 formed in the first layer 20 may be connected to the holes 16 of the substrate 10. That is, the first nano pore 25 may be provided in an area corresponding to the hole 16. The size of the first nanopores 25 may be selected according to the size of the target molecule to be detected. The diameter of the first nanopores 25 may be between several nm and several tens of nm, for example, the diameter of the first nanopores 25 may be between about 1 nm and about 50 nm. The first nanopores 25 may be formed using, for example, a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), or the like. In addition, the first nanopores 25 may be formed of an electron beam, a focused ion beam, a neutron beam, an alpha-ray, and a beta-ray emitted from the devices. ray, X-ray, gamma-ray and the like.

제2층(30)은 제1층(20) 상에 마련될 수 있으며, 다공성(porous) 재료로 형성될 수 있다. 상기 다공성 재료는 예를 들어, 젤라틴(gelatin) 또는 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) dimethacrylate, PEGDMA) 등을 포함할 수 있다. 제2층(30)의 두께와 공극률(porosity)은 검출하려는 표적 분자의 이동(translocation) 속도를 늦추고자하는 정도에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들어, 제2층(30)의 두께는 수 ㎚에서 수 ㎛ 사이일 수 있다. 한편, 제2층(30)은 제1층(20)에 구비된 제1나노포어(25)를 덮도록, 제1층(20)의 일 영역 상에 형성될 수 있다. 도 4b를 참조하면, 제2층(35)은 나노포어(25)를 덮을 수 있도록 제1나노포어(25) 및 제1나노포어(25) 주위의 제1층(20) 상에 마련될 수 있다. 제2층(30)은 제1나노포어(25)를 통과하는 표적 분자의 이동 속도를 늦출 수 있다. 종래에 나노포어를 사용하여 DNA를 시퀀싱하는 경우, 나노포어를 통과하는 DNA의 이동 속도는 약 107 base/sec로서, 그 속도가 너무 빨라서, 약 0.37 ㎚ 간격의 서로 다른 네 개의 염기(base)들 예를 들어, 아데닌(adenine), 구아닌(guanine), 시토신(cytosine), 티민(thymine)을 분별할 수 없었다. 따라서, DNA 가닥 전체가 이동한 시간을 측정하여, 그 전체의 이동을 판별할 수밖에 없었다. 하지마, 개시된 나노 센서(100)는 제2층(30)은 제1나노포어(25)를 통과하는 표적 분자의 이동 속도를 늦출 수 있으므로, DNA 가닥을 구성하는 염기를 각각 판별할 수 있다. 따라서, 개시된 나노 센서(100)는 차세대 DNA 시퀀싱(next generation sequencing) 방법으로서, 빠르고 정확하게 DNA 가닥의 염기 서열을 결정할 수 있다.The second layer 30 may be provided on the first layer 20 and may be formed of a porous material. The porous material may include, for example, gelatin or poly (ethylene glycol) dimethacrylate, PEGDMA, or the like. The thickness and porosity of the second layer 30 may be selected according to the degree of slowing down the translocation rate of the target molecule to be detected. For example, the thickness of the second layer 30 may be between several nm and several μm. The second layer 30 may be formed on one region of the first layer 20 to cover the first nanopores 25 provided in the first layer 20. Referring to FIG. 4B, the second layer 35 may be provided on the first nanopore 25 and the first layer 20 around the first nanopore 25 to cover the nanopores 25. have. The second layer 30 may slow down the moving speed of the target molecule passing through the first nanopores 25. Conventionally, when sequencing DNA using nanopores, the rate of transfer of DNA through the nanopores is about 10 7 base / sec, which is so fast that four different bases with about 0.37 nm spacing are present. For example, adenine, guanine, cytosine and thymine could not be distinguished. Therefore, the time when the whole DNA strand moved was measured, and the movement of the whole DNA was inevitably determined. However, the disclosed nanosensor 100 may slow down the moving speed of the target molecule passing through the first nanopores 25, so that the bases constituting the DNA strands may be determined. Accordingly, the disclosed nanosensor 100 is a next generation sequencing method, and can quickly and accurately determine the nucleotide sequence of a DNA strand.

도 1c를 참조하면, 개시된 나노 센서(100)는 나노 센서(100)를 둘러싸고 있는 하우징(11)을 더 포함할 수 있다. 하우징(11)은 기판(10)을 중심으로 두 영역으로 분리될 수 있다. 즉, 하우징(11)은 기판(10) 하부에 마련된 제1영역(17)과 기판(10) 상부에 마련된 제2영역(18)을 포함할 수 있다. 제1영역(17)과 제2영역(18)은 제1나노포어(25)를 통해서 연결될 수 있다. 그리고, 제1영역(17)과 제2영역(18)은 각각 제1 및 제2전극(15, 13)을 포함할 수 있으며, 외부 전원으로부터 제1 및 제2전극(15, 13)에 전압이 인가될 수 있다. 제1영역(17)에 마련된 제1전극(15)은 음(-)의 전극이고, 제2영역(18)에 마련된 제2전극(15)은 양(+)의 전극일 수 있다. 하우징(11)은 물, 탈이온수(deionized water), 전해질(electrolyte) 용액 등의 버퍼 용액으로 채워질 수 있다. 버퍼 용액은 나노 센서(100)가 검출할 표적 분자의 이동 매개체가 될 수 있다.Referring to FIG. 1C, the disclosed nano sensor 100 may further include a housing 11 surrounding the nano sensor 100. The housing 11 may be separated into two regions around the substrate 10. That is, the housing 11 may include a first region 17 provided below the substrate 10 and a second region 18 provided above the substrate 10. The first region 17 and the second region 18 may be connected through the first nanopore 25. In addition, the first region 17 and the second region 18 may include first and second electrodes 15 and 13, respectively, and voltage may be applied to the first and second electrodes 15 and 13 from an external power supply. Can be applied. The first electrode 15 provided in the first region 17 may be a negative electrode, and the second electrode 15 provided in the second region 18 may be a positive electrode. The housing 11 may be filled with a buffer solution such as water, deionized water, electrolyte solution, or the like. The buffer solution may be a moving medium of the target molecule to be detected by the nanosensor 100.

기판(10) 하부에 마련된 제1영역(17)은 외부로부터 표적 분자가 유입될 수 있다. 상기 표적 분자는 예를 들어, 뉴클리오타이드(nucleotide), 뉴클리오사이드(nucleoside), 단일 가닥(single strand)의 DNA, 이중 가닥(double strand)의 DNA 등을 포함할 수 있다. 도 1c에는 표적분자의 예로서, 단일 가닥의 DNA(19)가 도시되어 있다. 단일 가닥의 DNA(19)는 음(-)전하를 띄므로, 제1 및 제2전극(15, 13)에 인가된 전압에 의한 전기장에 의해서 음(-)의 전극(15)이 있는 제1영역(17)에서 양(+)의 전극(13)이 있는 제2영역(18)으로 이동할 수 있다. 즉, 제1영역(17)으로 유입된 단일 가닥의 DNA(19)는 인가된 전기장에 의해서, 기판(10)의 홀(16) 근처로 이동하게 되고, 홀(16)에 의해서 가이드되어 제1나노포어(25)로 접근하게 된다. 단일 가닥의 DNA(19)가 제1나노포어(25)를 통과하면, 다공성의 제2층(30)을 만나서, 그 이동 속도가 늦춰질 수 있다. 따라서, 단일 가닥의 DNA(19)가 제1나노포어(25)를 통과할 때, 제1나노포어(25) 양단의 전기적 신호 변화, 예를 들어 제1나노포어(25)를 흐르는 이온 전류 변화를 측정하여 염기를 구별할 수 있다. 즉, 단일 가닥의 DNA(19)를 구성하는 염기가 제1나노포어(25)를 통과하면서 제1나노포어(25)를 막는 순간의 차단 전류(blockade current) 변화를 측정하여, 그 염기를 분별해낼 수 있다.Target molecules may be introduced into the first region 17 provided under the substrate 10 from the outside. The target molecule may include, for example, nucleotides, nucleosides, single stranded DNA, double stranded DNA, and the like. In FIG. 1C, as an example of a target molecule, a single strand of DNA 19 is shown. Since the single-stranded DNA 19 has a negative charge, the first electrode having the negative electrode 15 is formed by an electric field due to a voltage applied to the first and second electrodes 15 and 13. It is possible to move from the region 17 to the second region 18 where the positive electrode 13 is located. That is, the single-stranded DNA 19 introduced into the first region 17 is moved near the hole 16 of the substrate 10 by the applied electric field, and is guided by the hole 16 to the first region. The nanopores 25 are approached. When a single strand of DNA 19 passes through the first nanopore 25, it meets the porous second layer 30, and the movement speed thereof may be slowed. Thus, when a single strand of DNA 19 passes through the first nanopore 25, a change in the electrical signal across the first nanopore 25, eg, a change in the ion current flowing through the first nanopore 25. The base can be distinguished by measuring. In other words, the base constituting the single-stranded DNA 19 passes through the first nanopore 25 and measures the change in the blockade current at the moment of blocking the first nanopore 25, thereby discriminating the base. I can do it.

도 2a는 개시된 다른 나노 센서(200)의 개략적인 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 BB`에서 바라본 개시된 다른 나노 센서(200)의 개략적인 단면도이다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 나노 센서(100)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.2A is a schematic plan view of another disclosed nanosensor 200, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of another disclosed nanosensor 200 seen from BB ′ of FIG. 2A. Differences from the nanosensor 100 shown in FIGS. 1A to 1C will be described in detail.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 개시된 나노 센서(200)는 홀(16)이 마련된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(nanopore)(25)를 구비하는 제1층(20), 제1층(20) 상에 마련되고, 제1나노포어(25)와 연결되는 제2나노포어(27)를 구비하는 전극층(40) 및 전극층(40) 상에 마련된 다공성 재료로 형성된 제2층(30)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2A and 2B, the disclosed nano sensor 200 may include a substrate 10 having a hole 16, a first nanopore formed on the substrate 10, and connected to the hole 16. The electrode layer 40 and the electrode layer provided on the first layer 20 having the 25, the second nanopore 27 provided on the first layer 20 and connected to the first nanopores 25. It may include a second layer 30 formed of a porous material provided on the 40.

전극층(40)은 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 상기 전도성 재료는 예를 들어, Cu, Al, Au, Ag 등을 포함할 수 있다. 전극층(40)에는 제2나노포어(27)가 형성될 수 있으며, 상기 제2나노포어(27)는 예를 들어, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM), 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 그리고, 제2나노포어(27)는 상기 장치들로부터 방출되는 전자 빔(electron beam), 집속 이온 빔(focused ion beam), 중성자 빔(neutron beam), 알파선(alpha-ray), 베타선(beta-ray), 엑스-레이(X-ray), 감마-레이(γ-ray) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 전극층(40)의 제2나노포어(27)는 제1층(20)의 제1나노포어(25)와 동시에 형성될 수 있다. 따라서, 전극층(40)의 제2나노포어(27)는 제1층(20)의 제1나노포어(25)와 연결되어 하나의 나노포어를 형성할 수 있다. 한편, 전극층(40)은 전극층(40) 상에 마련된 제2층(30)의 일 영역을 관통하여 마련된 전극 콘택(electrode contact)(41)을 포함할 수 있다. 상기 전극 콘택(41)을 통해서 외부로부터 전압이 인가될 수 있다. 또한, 전극 콘택(41)은 전도성 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, Cu, Al, Au, Ag 등으로 이루어질 수 있다.The electrode layer 40 may be formed of a conductive material, and the conductive material may include, for example, Cu, Al, Au, Ag, or the like. A second nano pore 27 may be formed in the electrode layer 40, and the second nano pore 27 may be, for example, a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope, SEM) or the like. In addition, the second nano-pores 27 are electron beams, focused ion beams, neutron beams, alpha rays, alpha rays, beta rays emitted from the devices. ray, X-ray, gamma-ray and the like. In addition, the second nanopores 27 of the electrode layer 40 may be formed simultaneously with the first nanopores 25 of the first layer 20. Accordingly, the second nanopores 27 of the electrode layer 40 may be connected to the first nanopores 25 of the first layer 20 to form one nanopore. The electrode layer 40 may include an electrode contact 41 provided through a region of the second layer 30 provided on the electrode layer 40. A voltage may be applied from the outside through the electrode contact 41. In addition, the electrode contact 41 may be made of a conductive material. For example, the electrode contact 41 may be made of Cu, Al, Au, Ag, or the like.

개시된 나노 센서(200)는 도 1c에 도시된 나노 센서(100)와 같이, 나노 센서(200)를 둘러싸고 있는 하우징(11)과 기판(10)을 중심으로 분리된 제1영역(17)과 제2영역(18)에 각각 마련된 제1 및 제2전극(15, 13)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 하우징(11)은 물, 탈이온수(deionized water), 전해질(electrolyte) 용액 등의 버퍼 용액으로 채워질 수 있다. 버퍼 용액은 나노 센서(200)가 검출할 표적 분자의 이동 매개체가 될 수 있다. 외부 전원으로부터 제1 및 제2전극(15, 13)에 전압이 인가되는 경우에, 전극층(40)에도 전압을 인가하여, 기판(10)의 홀(16)을 통해서 제1 및 제2나노포어(25, 27)로 접근하는 표적 분자의 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 표적 분자가 음(-)전하를 띄는 DNA 가닥인 경우, 전극층(40)에 양의 전압을 인가하면 DNA 가닥은 전기적 인력에 의해서 제1 및 제2나노포어(25, 27)로 더 빨리 접근할 수 있다. 반면에, 전극층(40)에 음의 전압을 인가하면 DNA 가닥은 전기적 반발력에 의해서 제1 및 제2나노포어(25, 27)로 더 천천히 접근할 수 있다.The disclosed nanosensor 200 may include a first region 17 and a first region 17 separated from the housing 11 surrounding the nanosensor 200 and the substrate 10, such as the nanosensor 100 illustrated in FIG. 1C. The display device may further include first and second electrodes 15 and 13 provided in the second region 18, respectively. The housing 11 may be filled with a buffer solution such as water, deionized water, and an electrolyte solution. The buffer solution may be a moving medium of the target molecule to be detected by the nanosensor 200. When a voltage is applied to the first and second electrodes 15 and 13 from an external power source, a voltage is also applied to the electrode layer 40 and the first and second nanopores through the hole 16 of the substrate 10. The speed of the target molecule approaching (25, 27) can be controlled. For example, if the target molecule is a negatively charged DNA strand, when a positive voltage is applied to the electrode layer 40, the DNA strand is transferred to the first and second nanopores 25 and 27 by electrical attraction. You can access faster. On the other hand, when a negative voltage is applied to the electrode layer 40, the DNA strands may approach the first and second nanopores 25 and 27 more slowly by electrical repulsive force.

도 3a는 개시된 또 다른 나노 센서(300)의 개략적인 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 CC'에서 바라본 개시된 또 다른 나노 센서(300)의 개략적인 단면도이다. 앞서 설명된 나노 센서(100, 200)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.3A is a schematic plan view of another disclosed nanosensor 300, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of another disclosed nanosensor 300 as seen from CC ′ of FIG. 3A. Differences from the above-described nano-sensors 100 and 200 will be described in detail.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 개시된 나노 센서(300)는 홀(16)이 마련된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(nanopore)(25)를 구비하는 제1층(20), 제1층(20) 상에 마련되며, 제1나노포어(25)를 사이에 두고 서로 이격되어 마련되고, 나노갭(nanogap, G)을 형성하는 제1 및 제2전극(45, 47) 및 제1층(20)과 제1 및 제2전극(45, 47) 상에 마련된 다공성 재료로 형성된 제2층(30)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B, the disclosed nano sensor 300 includes a substrate 10 provided with a hole 16, a first nanopore formed on the substrate 10, and connected to the hole 16. It is provided on the first layer 20, the first layer 20 having a 25, spaced apart from each other with the first nano-pores 25 therebetween to form a nanogap (nanogap, G) The first and second electrodes 45 and 47 and the first layer 20 and the second layer 30 formed of a porous material provided on the first and second electrodes 45 and 47 may be included.

제1 및 제2전극(45, 47)은 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 상기 전도성 재료는 예를 들어, Cu, Al, Au, Ag 등을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2전극(45, 47)은 적어도 하나의 그래핀 시트를 포함할 수도 있다. 제1 및 제2전극(45)은 제1층(20) 상에 마련되며, 제1나노포어(25)를 중심으로 서로 이격되어 마련될 수 있다. 그리고, 제1 및 제2전극(45, 47)은 그 사이에 나노갭(G)을 형성할 수 있다. 나노갭(G)의 크기는 제1층(20)의 제1나노포어(25)의 지름보다 크거나 같을 수 있다. 도 3b에는 나노갭(G)의 크기가 제1나노포어(25)의 지름과 서로 같은 경우가 도시되어 있다. 한편, 제1 및 제2전극 콘택(43, 49)이 제1 및 제2전극(45, 47) 상에 각각 더 마련될 수 있으며, 제1 및 제2전극 콘택(43, 49)은 제2층(30)의 일 영역을 관통하여 형성되어, 외부로 노출되어 있을 수 있다. 상기 제1 및 제2전극 콘택(43, 49)을 통해서 외부로부터 전압이 인가될 수 있으며, 또한 제1 및 제2전극(45, 47)의 사이 즉, 나노갭(G) 사이의 전기적 신호 변화를 측정할 수 있다. 한편, 제1 및 제2전극 콘택(43, 49)은 전도성 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, Cu, Al, Au, Ag 등으로 이루어질 수 있다.The first and second electrodes 45 and 47 may be formed of a conductive material, and the conductive material may include, for example, Cu, Al, Au, Ag, or the like. In addition, the first and second electrodes 45 and 47 may include at least one graphene sheet. The first and second electrodes 45 may be provided on the first layer 20 and spaced apart from each other with respect to the first nanopores 25. The first and second electrodes 45 and 47 may form a nanogap G therebetween. The size of the nanogap G may be greater than or equal to the diameter of the first nanopores 25 of the first layer 20. 3B illustrates a case where the size of the nanogap G is the same as the diameter of the first nanopore 25. Meanwhile, the first and second electrode contacts 43 and 49 may be further provided on the first and second electrodes 45 and 47, respectively, and the first and second electrode contacts 43 and 49 may be respectively provided. It may be formed through one region of the layer 30 and may be exposed to the outside. A voltage may be applied from the outside through the first and second electrode contacts 43 and 49, and an electrical signal change between the first and second electrodes 45 and 47, that is, between the nanogap G. Can be measured. Meanwhile, the first and second electrode contacts 43 and 49 may be made of a conductive material, for example, Cu, Al, Au, Ag, or the like.

개시된 나노 센서(300)는 도 1c에 도시된 나노 센서(100)와 같이, 나노 센서(300)를 둘러싸고 있는 하우징(11)과 기판(10)을 중심으로 분리된 제1영역(17)과 제2영역(18)에 각각 마련된 제3 및 제4전극(15, 13)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 하우징(11)은 물, 탈이온수(deionized water), 전해질(electrolyte) 용액 등의 버퍼 용액으로 채워질 수 있다. 버퍼 용액은 나노 센서(300)가 검출할 표적 분자의 이동 매개체가 될 수 있다. 외부 전원으로부터 제3 및 제4전극(15, 13)에 전압이 인가되는 경우에, 예를 들어 단일 가닥의 DNA(19)는 음(-)전하를 띄므로, 제3 및 제4전극(15, 13)에 인가된 전압에 의한 전기장에 의해서 음(-)의 전극(15)이 있는 제1영역(17)에서 양(+)의 전극(13)이 있는 제2영역(18)으로 이동할 수 있다. 즉, 제1영역(17))으로 유입된 단일 가닥의 DNA(19)는 인가된 전기장에 의해서, 기판(10)의 홀(16) 근처로 이동하게 되고, 홀(16)에 의해서 가이드되어 제1나노포어(25)로 접근하게 된다. 단일 가닥의 DNA(19)가 제1나노포어(25)와 제1 및 제2전극(45, 47) 사이의 나노갭(G)을 통과하면, 다공성의 제2층(30)에 도달하여, 그 이동 속도가 늦춰질 수 있다. 따라서, 단일 가닥의 DNA(19)가 나노갭(G)을 통과할 때, 제1 및 제2전극(45, 47) 사이의 전기적 신호 변화 예를 들어, 터널링 전류(tunneling current) 변화를 측정하여 염기를 구별할 수 있다. 즉, 단일 가닥의 DNA(19)를 구성하는 염기가 나노갭(G)을 통과하는 순간의 나노갭(G)에서의 터널링 전류 변화를 측정하여, 그 염기를 분별해낼 수 있다. 개시된 나노 센서(300)는 제1나노포어(25)의 차단 전류(blockade current)를 측정하는 대신에, 나노갭(G)의 터널링 전류를 측정할 수 있다.The disclosed nano sensor 300 may include a first region 17 and a first region 17 separated from the housing 11 and the substrate 10 surrounding the nano sensor 300, such as the nano sensor 100 illustrated in FIG. 1C. Third and fourth electrodes 15 and 13 respectively provided in the second region 18 may be further included. The housing 11 may be filled with a buffer solution such as water, deionized water, and an electrolyte solution. The buffer solution may be a moving medium of the target molecule to be detected by the nanosensor 300. When a voltage is applied to the third and fourth electrodes 15 and 13 from an external power source, for example, since the single-stranded DNA 19 has a negative charge, the third and fourth electrodes 15 Can move from the first region 17 with the negative electrode 15 to the second region 18 with the positive electrode 13 by the electric field due to the voltage applied to the have. That is, the single-stranded DNA 19 introduced into the first region 17 moves near the hole 16 of the substrate 10 by an applied electric field, and is guided by the hole 16 to form a first strand. One nanopore 25 is approached. When the single-stranded DNA 19 passes through the nanogap G between the first nanopores 25 and the first and second electrodes 45 and 47, the porous second layer 30 is reached. The speed of movement can be slowed down. Therefore, when a single strand of DNA 19 passes through the nanogap G, the electrical signal change between the first and second electrodes 45 and 47, for example, the tunneling current change is measured by measuring Bases can be distinguished. That is, the base constituting the single-stranded DNA 19 can be measured by measuring the change in the tunneling current at the nanogap G at the moment when the base constituting the single-stranded DNA 19 passes through the nanogap G. The disclosed nano sensor 300 may measure the tunneling current of the nanogap G, instead of measuring the blockade current of the first nanopore 25.

다음으로, 개시된 나노 센서의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Next, the manufacturing method of the disclosed nanosensor is demonstrated in detail.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 개시된 나노 센서의 제조 방법은 기판(10)에 홀(16)을 형성하는 단계, 기판(10) 상에 제1층(20)을 형성하는 단계, 제1층(20)에 홀(16)과 연결되는 나노포어(25)를 형성하는 단계 및 제1층(20) 상에 다공성 재료로 제2층(30)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.1A and 1B, a method of manufacturing a disclosed nanosensor includes forming a hole 16 in a substrate 10, forming a first layer 20 on a substrate 10, and a first layer. And forming the nanopores 25 connected to the holes 16 in the 20, and forming the second layer 30 from the porous material on the first layer 20.

기판(10)은 반도체 재료, 폴리머 재료 등을 사용할 수 있다. 상기 반도체 재료는 예들 들어, Si, Ge, GaAs, GaN 등을 포함할 수 있고, 상기 폴리머 재료는 유기 폴리머와 무기 폴리머를 포함할 수 있다. 그 밖에 기판(10)은 석영(quartz), 유리 등을 사용할 수 있다. 홀(16)은 레이저 드릴을 사용하거나, 식각 등을 통해서 형성할 수 있다. 홀(16)의 크기는 수 ㎛ 이하가 되도록 형성할 수 있으며, 기판(10)의 하면으로부터 제1층(20)이 마련된 기판(10)의 상면으로 갈수록 좁아지도록 형성할 수 있다 즉, 홀(16)은 선택적 식각(selective etch)을 통해서 기판(10)의 하부로부터 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼 구조(tapered structure)로 형성할 수 있다.The substrate 10 may be a semiconductor material, a polymer material, or the like. The semiconductor material may include, for example, Si, Ge, GaAs, GaN, and the like, and the polymer material may include an organic polymer and an inorganic polymer. In addition, the substrate 10 may be made of quartz, glass, or the like. The hole 16 may be formed by using a laser drill or etching. The hole 16 may be formed to have a size of several μm or less, and may be formed to be narrower from the lower surface of the substrate 10 to the upper surface of the substrate 10 on which the first layer 20 is provided. 16 may be formed as a tapered structure that becomes narrower from the lower portion to the upper portion of the substrate 10 through selective etching.

제1층(20)은 기판(10) 상에 도포하거나 증착하여 형성할 수 있다. 제1층(20)은 절연 재료로 형성할 수 있으며, 상기 절연 재료는 예를 들어, SiN, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, PbTiO3 등을 포함할 수 있다. 그리고, 제1층(20)에 기판(10)의 홀(16)과 연결되도록 나노포어(25)를 형성한다. 나노포어(25)는 홀(16)에 대응되는 영역에 예를 들어, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM), 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 나노포어(25)는 상기 장치들로부터 방출되는 전자 빔(electron beam), 집속 이온 빔(focused ion beam), 중성자 빔(neutron beam), 알파선(alpha-ray), 베타선(beta-ray), 엑스-레이(X-ray), 감마-레이(γ-ray) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 나노포어(25)의 크기는 검출하고자하는 표적 분자의 크기에 따라서 선택할 수 있는데, 나노포어(25)의 지름은 수 ㎚에서 수십 ㎚ 로 형성할 수 있으며, 예를 들어, 나노포어(25)의 지름은 약 1 ㎚에서 약 50 ㎚로 형성할 수 있다.The first layer 20 may be formed by applying or depositing on the substrate 10. The first layer 20 may be formed of an insulating material, and the insulating material may include, for example, SiN, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 , PbTiO 3, or the like. The nanopores 25 are formed in the first layer 20 to be connected to the holes 16 of the substrate 10. The nanopores 25 may be formed in, for example, a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), or the like in a region corresponding to the hole 16. That is, the nanopores 25 are electron beams, focused ion beams, neutron beams, alpha-rays, and beta-rays emitted from the devices. , X-rays, gamma-rays and the like can be formed. The size of the nanopores 25 may be selected according to the size of the target molecule to be detected. The diameter of the nanopores 25 may be formed from several nm to several tens of nm, and for example, The diameter can be formed from about 1 nm to about 50 nm.

제2층(30)은 제1층(20) 상에 다공성(porous) 재료로 형성할 수 있다. 상기 다공성 재료는 예를 들어, 젤라틴(gelatin) 등을 포함할 수 있다. 제2층(30)의 두께와 공극률(porosity)은 검출하려는 표적 분자의 이동(translocation) 속도를 늦추고자하는 정도에 따라서 선택할 수 있다. 예를 들어, 제2층(30)의 두께는 수 ㎚에서 수 ㎛ 사이가 되도록 형성할 수 있다. 하지만, 제2층(30)의 두께가 너무 두꺼우면, 다공성의 제2층(30)에서의 마찰힘이 외부에서 인가된 전기장에 의한 표적 분자가 이동하려는 힘보다 더 커져서, 표적 분자가 더 이상 나노포어(25)를 이동할 수 없게 될 수 있다. 따라서, 개시된 나노 센서의 제조 방법은 제2층(30)을 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 형성하여, 제2층(30)의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 도 4a에 도시된 바와 같이 포토리소그래피(photolithography) 방법으로 제2층(30)을 얇게 형성할 수 있다. 그러므로, 나노포어(25)를 통과하는 DNA 폴리머의 이동을 차단하지 않도록 충분히 얇은 다공성의 제2층(30)을 제조할 수 있다. 따라서, 개시된 나노 센서는 나노포어에서 DNA 폴리머의 이동 속도를 늦출 뿐, 그 이동을 차단하지 않을 수 있다.The second layer 30 may be formed of a porous material on the first layer 20. The porous material may include, for example, gelatin. The thickness and porosity of the second layer 30 may be selected according to the degree to which the translocation speed of the target molecule to be detected is to be slowed down. For example, the thickness of the second layer 30 may be formed to be between several nm and several μm. However, if the thickness of the second layer 30 is too thick, the frictional force in the porous second layer 30 becomes larger than the force to which the target molecule moves due to an externally applied electric field, so that the target molecule no longer exists. Nanopores 25 may not be able to move. Therefore, according to the disclosed method of manufacturing the nanosensor, the second layer 30 may be formed by a spin coating method to reduce the thickness of the second layer 30. In addition, as illustrated in FIG. 4A, the second layer 30 may be thinly formed by photolithography. Therefore, it is possible to produce a sufficiently thin second layer 30 so as not to block the movement of the DNA polymer through the nanopores 25. Thus, the disclosed nanosensors may only slow the rate of movement of the DNA polymer in the nanopores, but may not block the movement.

도 4a를 참조하면, 개시된 나노 센서의 제조 방법은 기판(10) 상에 제1층(20)을 형성한다. 그리고, 제1층(20) 상에 감광성을 갖는 다공성의 재료를 도포하거나 증착하여 예비 제2층(31)을 형성하고, 기판(10)과 제1층(20)에 각각 홀(16)과 제1나노포어(25)를 형성한다. 그 다음, 기판(10) 하부에서 빛을 조사하여, 예비 제2층(31)을 경화시키고, 경화되지 않은 다공성 재료를 식각하여, 제2층(35)을 형성할 수 있다. 여기에서, 제1층(20)은 빛을 투과시키지 않거나, 제2층(31)에 비해서 불투명한 재료를 사용할 수 있다. 제1층(20)은 빛이 투과하지 못하게, 빛을 반사하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제1층(20)은 금속으로 도핑된 SiN, Si이 N보다 훨씬 많은 조성비를 갖는 SixNy(x>>y) 등으로 이루어질 수 있다. 또는 제1층(20)은 빛을 흡수하는 Au, Ag, Al, Cu 및 TiN 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 재료로써 수십 nm 이상의 얇은 박막 일 수 도 있다. Referring to FIG. 4A, the method of manufacturing the disclosed nanosensor forms the first layer 20 on the substrate 10. The preliminary second layer 31 is formed by coating or depositing a photosensitive porous material on the first layer 20. The holes 16 and the first layer 20 are respectively formed in the substrate 10 and the first layer 20. The first nanopores 25 are formed. Subsequently, light may be irradiated under the substrate 10 to cure the preliminary second layer 31, and the uncured porous material may be etched to form the second layer 35. Here, the first layer 20 may not transmit light or may be made of a material that is opaque as compared with the second layer 31. The first layer 20 may reflect or absorb light so that light does not pass through. For example, the first layer 20 may be formed of SiN doped with metal, Si x N y (x >> y), etc., in which Si has a much larger composition ratio than N. Alternatively, the first layer 20 may be a thin film of several tens of nm or more as at least one metal material selected from light absorbing Au, Ag, Al, Cu, and TiN.

한편, 상기 빛의 파장이 제1나노포어(25)의 지름보다 큰 경우, 상기 빛은 제1나노포어(25)를 통과할 수 없지만, 상기 빛의 일부는 소멸파(evanescent wave)로 제1나노포어(25)를 통과할 수 있다. 그리고, 소멸파(evanescent wave)가 감광성을 갖는 다공성의 예비 제2층(31)을 경화시킬 수 있다. 이 경우, 소멸파는 제1나노포어(25)를 통해서 예비 제2층(31)의 일부까지만 도달할 수 있기 때문에, 제2층(35)은 제1나노포어(25)를 덮도록, 제1층(20)의 일 영역 상에 형성할 수 있다. 즉, 도 4b에 도시된 바와 같이 제2층(35)을 제1나노포어(25)를 덮을 수 있도록, 제1나노포어(25) 및 제1나노포어(25) 주변의 제1층(20) 상에 마련할 수 있다. On the other hand, when the wavelength of the light is larger than the diameter of the first nano-pores 25, the light cannot pass through the first nano-pores 25, but a part of the light is a evanescent wave (evanescent wave) May pass through the nanopores 25. In addition, an evanescent wave may cure the porous preliminary second layer 31 having photosensitivity. In this case, since the extinction wave can reach only a part of the preliminary second layer 31 through the first nanopores 25, the second layer 35 covers the first nanopores 25. It may be formed on one region of the layer (20). That is, as shown in FIG. 4B, the first layer 20 around the first nano-pores 25 and the first nano-pores 25 so that the second layer 35 may cover the first nano-pores 25. ) Can be provided.

도 1c를 참조하면, 개시된 나노 센서의 제조 방법은 나노 센서(100)를 둘러싸고 있는 하우징(11)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 하우징(11)은 기판(10)을 중심으로 기판(10) 하부의 제1영역(17)과 기판(10) 상부의 제2영역(18)으로 분리되도록 형성할 수 있다. 그리고, 제1영역(17)과 제2영역(18)에 각각 전극(15, 13)을 형성하고, 하우징(11)에 물, 탈이온수(deionized water), 전해질(electrolyte) 용액 등의 버퍼 용액을 채울 수 있다.Referring to FIG. 1C, the method of manufacturing the disclosed nanosensor may include forming a housing 11 surrounding the nanosensor 100. The housing 11 may be formed to be separated into a first region 17 below the substrate 10 and a second region 18 above the substrate 10 with respect to the substrate 10. In addition, electrodes 15 and 13 are formed in the first region 17 and the second region 18, respectively, and a buffer solution such as water, deionized water, and electrolyte solution in the housing 11. Can be filled.

한편, 도 2a 및 도2b를 참조하면, 개시된 나노 센서의 제조 방법은 제1층(20) 상에 전극층(40)을 형성하고 제1층(20)의 제1나노포어(25)와 연결되는 제2나노포어(27)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 개시된 나노 센서의 제조 방법은 제1층(20) 상에 제1나노포어(25)를 사이에 두고 서로 이격되어 마련되고, 나노갭(G)을 형성하는 제1 및 제2전극(45, 47)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 2A and 2B, the method for manufacturing the disclosed nanosensor forms an electrode layer 40 on the first layer 20 and is connected to the first nanopores 25 of the first layer 20. The method may further include forming a second nanopore 27. Alternatively, referring to FIGS. 3A and 3B, the method for manufacturing the disclosed nanosensor is provided on the first layer 20 and spaced apart from each other with the first nanopore 25 therebetween to form a nanogap (G). The method may further include forming first and second electrodes 45 and 47.

도 5a 내지 도 5c는 개시된 또 다른 나노 센서(500, 510, 520)의 개략적인 단면도들이다.5A-5C are schematic cross-sectional views of yet another nano sensor 500, 510, 520 disclosed.

도 5a를 참조하면, 나노 센서(500)는 홀(16)이 형성된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(25)가 형성된 제1층(20) 및 제1층(20)에 마련되고, 다공성 재료로 형성된 제2층(530)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5A, the nano sensor 500 may include a substrate 10 having holes 16 formed thereon, and a first layer provided on the substrate 10 and having first nanopores 25 connected to the holes 16 formed therein. And a second layer 530 provided on the first and second layers 20 and 20 and formed of a porous material.

제1층(20)은 빛이 투과하지 못하게, 빛을 반사하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제1층(20)은 금속으로 도핑된 SiN, Si이 N보다 훨씬 많은 조성비를 갖는 SixNy(x>>y) 등으로 이루어질 수 있다. 또는 제1층(20)은 빛을 흡수하는 Au, Ag, Al, Cu, TiN 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 재료의 수십 nm 이상의 얇은 박막 일 수도 있다. The first layer 20 may reflect or absorb light so that light does not pass through. For example, the first layer 20 may be formed of SiN doped with metal, Si x N y (x >> y), etc., in which Si has a much larger composition ratio than N. Alternatively, the first layer 20 may be a thin film of several tens of nm or more of at least one metal material selected from Au, Ag, Al, Cu, and TiN, which absorb light.

제2층(530)은 제1층(20)에 형성된 제1나노포어(25)에 형성될 수 있다. 즉, 제2층(530)은 제1나노포어(25)를 채워서 메꾸도록 형성될 수 있다. 제2층(530)은 예를 들어, 젤라틴(gelatin) 또는 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) dimethacrylate, PEGDMA) 등을 포함할 수 있다. 제2층(530)의 공극률은 검출하려는 표적 분자의 이동 속도를 늦추고자 하는 정도에 따라서 선택될 수 있다. 제2층(530)은 기판(10)의 하부 즉, 홀(16)에 빛을 조사하여, 제1층(20)에 도포된 다공성 재료를 경화시켜서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 재료는 기판(10)의 하부로부터 조사된 자외선(UV)에 의해서 경화될 수 있다. 다공성 재료는 자외선(UV)이외에도 가시광선(Visible light), 극자외선(Extreme UV) 및 X선(X-ray) 등에 의해서도 경화될 수 있다. The second layer 530 may be formed on the first nanopores 25 formed on the first layer 20. That is, the second layer 530 may be formed to fill and fill the first nanopores 25. The second layer 530 may include, for example, gelatin or poly (ethylene glycol) dimethacrylate (PEDDMA). The porosity of the second layer 530 may be selected according to the degree to which the moving speed of the target molecule to be detected is to be slowed down. The second layer 530 may be formed by irradiating light on the lower portion of the substrate 10, that is, the hole 16, to cure the porous material applied to the first layer 20. For example, the porous material may be cured by ultraviolet (UV) light emitted from the bottom of the substrate 10. The porous material may be cured not only by ultraviolet (UV) but also by visible light, extreme ultraviolet light, X-ray, and the like.

도 5b를 참조하면, 나노 센서(510)는 홀(16)이 형성된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(25)가 형성된 제1층(20) 및 제1층(20)에 마련되고, 다공성 재료로 형성된 제2층(531)을 포함할 수 있다. 제2층(531)은 제1층(20)에 형성된 제1나노포어(25)와 제1층(20) 상의 제1나노포어(25)의 주위에 형성될 수 있다. 즉, 제2층(531)은 제1나노포어(25)를 채워서 메꾸고, 제1나노포어(25)를 덮도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5B, the nano sensor 510 may include a substrate 10 having holes 16 formed thereon, and a first layer provided on the substrate 10 and having first nanopores 25 connected to the holes 16. It may include a second layer 531 provided in the 20 and the first layer 20, formed of a porous material. The second layer 531 may be formed around the first nanopores 25 formed on the first layer 20 and the first nanopores 25 on the first layer 20. That is, the second layer 531 may be formed to fill and fill the first nanopores 25 and cover the first nanopores 25.

도 5c를 참조하면, 나노 센서(520)는 홀(16)이 형성된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(25)가 형성된 제1층(20) 및 제1층(20)에 마련되고, 다공성 재료로 형성된 제2층(533)을 포함할 수 있다. 제2층(533)은 제1층(20)에 형성된 제1나노포어(25)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 즉, 제2층(533)은 제1나노포어(25)의 일부를 채우도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 재료를 경화 시킬 때, 빛을 짧은 시간 동안 조사하거나, 약한 세기의 빛을 조사하면, 제2층(533)의 두께를 얇게 형성할 수 있으며, 제1나노포어(25)의 일부만을 채울 수 있다.Referring to FIG. 5C, the nano sensor 520 may include a substrate 10 having a hole 16 and a first layer provided on the substrate 10 and having a first nanopore 25 connected to the hole 16. And a second layer 533 provided at the 20 and the first layer 20 and formed of a porous material. The second layer 533 may be formed on at least a portion of the first nanopores 25 formed in the first layer 20. That is, the second layer 533 may be formed to fill a part of the first nanopores 25. For example, when curing the porous material, by irradiating light for a short time or by irradiating light of low intensity, the thickness of the second layer 533 may be formed thin, the first nano-pores (25) Only part of can be filled.

도 6은 나노포어에 입사되는 광과 나노포어로부터 출사되는 광을 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 6 schematically illustrates light incident on the nanopores and light emitted from the nanopores.

도 6을 참조하면, 제1층(20)의 하부로부터 빛을 조사할 수 있다. 제1층(20)은 빛이 투과되는 것을 방지하므로, 입사된 빛은 제1나노포어(25)를 통해서 출사될 수 있다. 제1나노포어(25)는 단일 슬릿과 같이, 이를 통과한 빛을 회절시킬 수 있다. 즉, 입사광은 제1층(20)에 평행하도록 진행하지만, 출사광은 제1층(20)에 평행하지 않고, 회절되어 진행할 수 있다.Referring to FIG. 6, light may be irradiated from the bottom of the first layer 20. Since the first layer 20 prevents light from being transmitted, the incident light may be emitted through the first nanopores 25. The first nanopores 25 may diffract light passing through the same as the single slit. That is, the incident light proceeds to be parallel to the first layer 20, but the emitted light is not parallel to the first layer 20, and may be diffracted to proceed.

도 7a 및 도 7b는 나노포어의 깊이(d)에 따른 빛의 세기를 개략적으로 도시한 것이다.7A and 7B schematically show the light intensity according to the depth d of the nanopores.

도 7a를 참조하면, 제1나노포어(25)의 반지름(R)이 각각 약 5㎚ 인 경우와 약 2.5㎚인 경우의 제1나노포어(25)의 깊이(d)에 따른 빛의 세기가 도시되어 있다. 제1나노포어(25)의 깊이는 약 20㎚ 이상이며, 기판(10)의 하부로부터 약 150W의 자외선(UV)이 조사되었다. 제1나노포어(25)의 깊이(d)는 기판(10)으로부터 제1층(20) 방향으로 깊어지는 것으로 정의되었다. 제1나노포어(25)의 깊이(d)가 깊어질수록, 이에 도달하는 빛의 세기가 크게 감소한다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 다공성 재료가 경화되는데 필요한 빛의 임계 세기가 약 30W라면, 제1나노포어(25)의 반지름(R)이 약 5㎚ 인 경우, 제2층(도 5c의 533)의 두께가 약 13㎚ 정도로 형성될 수 있다. 그리고, 제1나노포어(25)의 반지름(R)이 약 2.5㎚ 인 경우, 제2층(533)의 두께는 약 8㎚ 정도로 형성될 수 있다. 따라서, 나노포어의 크기가 작아질수록, 나노포어의 내부에 도달하는 빛의 세기가 작아진다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 7A, when the radius R of the first nanopores 25 is about 5 nm and about 2.5 nm, the light intensity according to the depth d of the first nanopores 25 is Is shown. The depth of the first nanopores 25 is about 20 nm or more, and about 150 W of ultraviolet (UV) light is irradiated from the bottom of the substrate 10. The depth d of the first nanopores 25 is defined as being deeper from the substrate 10 toward the first layer 20. It can be seen that the deeper the depth d of the first nanopores 25 is, the greater the intensity of light reaching it. For example, if the critical intensity of light required to cure the porous material is about 30 W, when the radius R of the first nanopores 25 is about 5 nm, the thickness of the second layer (533 in FIG. 5C) may be It may be formed at about 13 nm. When the radius R of the first nanopores 25 is about 2.5 nm, the thickness of the second layer 533 may be about 8 nm. Accordingly, it can be seen that the smaller the size of the nanopores, the smaller the intensity of light reaching the interior of the nanopores.

도 7b를 참조하면, 제1나노포어(25)의 반지름(R)이 각각 약 5㎚ 인 경우에, 제1나노포어(25)의 깊이(d)에 따른 빛의 세기가 도시되어 있다. 제1나노포어(25)에는 약 200W의 자외선(UV)이 조사되었다. 예를 들어, 다공성 재료가 경화되는데 필요한 빛의 임계 세기가 약 30W라면, 약 20㎚ 이상의 제1나노포어(25)에 채워진 다공성 재료는 전부 경화될 수 있었다. 즉, 조사되는 빛의 세기를 달리하여, 제1나노포어(25)의 내부에 형성되는 제2층(도 5c의 533)의 두께를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 7B, when the radii R of the first nanopores 25 are about 5 nm, respectively, the intensity of light according to the depth d of the first nanopores 25 is illustrated. The first nanopores 25 were irradiated with ultraviolet light of about 200W. For example, if the critical intensity of light required to cure the porous material is about 30 W, the porous material filled in the first nanopores 25 of about 20 nm or more could be cured. That is, by varying the intensity of the irradiated light, it is possible to adjust the thickness of the second layer (533 of FIG. 5C) formed in the first nanopore 25.

도 8a 내지 도 8c는 개시된 또 다른 나노 센서(600, 610, 620)의 개략적인 단면도들이다.8A-8C are schematic cross-sectional views of yet another nano sensor 600, 610, 620 disclosed.

도 8a를 참조하면, 나노 센서(600)는 홀(16)이 형성된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(25)가 형성된 제1층(20), 제1층(20) 상에 제1나노포어(25)를 사이에 두고 서로 이격되어 마련되며, 나노갭(G)을 형성하는 제1 및 제2전극(45, 47) 및 제1층(20)과 제1 및 제2전극(45, 47) 사이에 마련된 다공성 재료로 형성된 제2층(630)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8A, the nano sensor 600 may include a substrate 10 having a hole 16 and a first layer provided on the substrate 10 and having a first nanopore 25 connected to the hole 16. 20 and the first and second electrodes 45 and 47 and the first electrode 20 spaced apart from each other with the first nanopores 25 therebetween to form a nanogap G. The second layer 630 may be formed of a porous material provided between the first layer 20 and the first and second electrodes 45 and 47.

제1층(20)은 빛이 투과하지 못하게, 빛을 반사하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제1층(20)은 금속으로 도핑된 SiN, Si이 N보다 훨씬 많은 조성비를 갖는 SixNy(x>>y) 등으로 이루어질 수 있다. 또는 제1층(20)은 빛을 흡수하는 Au, Ag, Al, Cu 및 TiN 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 재료로써 수십 nm 이상의 얇은 박막 일 수 도 있다. The first layer 20 may reflect or absorb light so that light does not pass through. For example, the first layer 20 may be formed of SiN doped with metal, Si x N y (x >> y), etc., in which Si has a much larger composition ratio than N. Alternatively, the first layer 20 may be a thin film of several tens of nm or more as at least one metal material selected from light absorbing Au, Ag, Al, Cu, and TiN.

제2층(630)은 제1층(20)에 형성된 제1나노포어(25)와 제1 및 제2전극(45, 47) 사이의 나노갭(G)에 형성될 수 있다. 즉, 제2층(630)은 제1나노포어(25)와 나노갭(G)을 메꾸도록 형성될 수 있다. 제2층(630)은 예를 들어, 젤라틴(gelatin) 또는 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) dimethacrylate, PEGDMA) 등을 포함할 수 있다. 제2층(630)의 공극률은 검출하려는 표적 분자의 이동 속도를 늦추고자 하는 정도에 따라서 선택될 수 있다. 제2층(630)은 기판(10)의 하부 즉, 홀(16)에 빛을 조사하여, 제1층(20)에 도포된 다공성 재료를 경화시켜서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 재료는 기판(10)의 하부로부터 조사된 자외선(UV)에 의해서 경화될 수 있다. 상기 다공성 재료는 자외선(UV) 이외에도 가시광선(Visible light), 극자외선(Extreme UV) 및 X선(X-ray)에 의해서도 경화될 수 있다. 한편, 제2층(630)은 제1나노포어(25)의 내부에만 형성될 수도 있다.The second layer 630 may be formed in the nanogap G between the first nanopores 25 formed in the first layer 20 and the first and second electrodes 45 and 47. That is, the second layer 630 may be formed to fill the first nanopore 25 and the nanogap (G). The second layer 630 may include, for example, gelatin or poly (ethylene glycol) dimethacrylate (PEDDMA). The porosity of the second layer 630 may be selected according to the degree to which the movement speed of the target molecule to be detected is to be slowed down. The second layer 630 may be formed by irradiating light on the lower portion of the substrate 10, that is, the hole 16, to cure the porous material applied to the first layer 20. For example, the porous material may be cured by ultraviolet (UV) light emitted from the bottom of the substrate 10. The porous material may be cured by visible light, extreme ultraviolet light and x-ray in addition to ultraviolet light. Meanwhile, the second layer 630 may be formed only inside the first nanopores 25.

도 8b를 참조하면, 나노 센서(610)는 홀(16)이 형성된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(25)가 형성된 제1층(20), 제1층(20) 상에 제1나노포어(25)를 사이에 두고 서로 이격되어 마련되며, 나노갭(G)을 형성하는 제1 및 제2전극(45, 47) 및 제1층(20)과 제1 및 제2전극(45, 47) 사이에 마련된 다공성 재료로 형성된 제2층(631)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8B, the nano sensor 610 may include a substrate 10 having a hole 16 and a first layer provided on the substrate 10 and having a first nanopore 25 connected to the hole 16. 20 and the first and second electrodes 45 and 47 and the first electrode 20 spaced apart from each other with the first nanopores 25 therebetween to form a nanogap G. The second layer 631 may be formed of a porous material provided between the first layer 20 and the first and second electrodes 45 and 47.

제2층(631)은 제1층(20)에 형성된 제1나노포어(25), 제1 및 제2전극(45, 47) 사이의 나노갭(G)과 제1 및 제2전극(45, 47) 상의 나노갭(G)의 주위에 형성될 수 있다. 즉, 제2층(631)은 제1나노포어(25)와 나노갭(G)를 채워서 메꾸고, 나노갭(G)을 덮도록 형성될 수 있다.The second layer 631 includes a nanogap G formed between the first nanopores 25 and the first and second electrodes 45 and 47 and the first and second electrodes 45 formed in the first layer 20. , 47) can be formed around the nanogap (G). That is, the second layer 631 may be formed to fill and fill the first nanopore 25 and the nanogap G, and cover the nanogap G.

도 8c를 참조하면, 나노 센서(620)는 홀(16)이 형성된 기판(10), 기판(10) 상에 마련되고, 홀(16)과 연결된 제1나노포어(25)가 형성된 제1층(20), 제1층(20) 상에 제1나노포어(25)를 사이에 두고 서로 이격되어 마련되며, 나노갭(G)을 형성하는 제1 및 제2전극(45, 47) 및 제1층(20)과 제1 및 제2전극(45, 47) 사이에 마련된 다공성 재료로 형성된 제2층(633)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8C, the nano sensor 620 may include a substrate 10 having a hole 16 and a first layer provided on the substrate 10 and having a first nanopore 25 connected to the hole 16. 20 and the first and second electrodes 45 and 47 and the first electrode 20 spaced apart from each other with the first nanopores 25 therebetween to form a nanogap G. The second layer 633 may be formed of a porous material provided between the first layer 20 and the first and second electrodes 45 and 47.

제2층(633)은 제1층(20)에 형성된 제1나노포어(25)와 제1 및 제2전극(45, 47) 사이의 나노갭(G)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 즉, 제2층(633)은 제1나노포어(25)를 전부 채우고, 나노갭(G)의 일부를 채우도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 재료를 경화 시킬 때, 빛을 짧은 시간 동안 조사하거나, 약한 세기의 빛을 조사하면, 제2층(633)의 두께를 얇게 형성할 수 있으며, 나노갭(G)의 일부만을 채울 수 있다. 한편, 제2층(633)은 제1나노포어(25)의 일부만을 채우도록 형성되고, 나노갭(G) 사이에는 형성되지 않을 수도 있다.The second layer 633 may be formed in at least a portion of the nanogap G between the first nanopore 25 formed in the first layer 20 and the first and second electrodes 45 and 47. That is, the second layer 633 may be formed to fill all of the first nanopores 25 and fill a portion of the nanogap G. For example, when curing the porous material, by irradiating light for a short time or by irradiating light of low intensity, it is possible to form a thin thickness of the second layer 633, only a portion of the nanogap (G). Can be filled. On the other hand, the second layer 633 is formed so as to fill only a portion of the first nano-pores 25, it may not be formed between the nanogap (G).

도 9a 내지 도 9f는 개시된 또 다른 나노 센서의 제조 방법의 각 공정을 개략적으로 도시한 것이다.9A-9F schematically illustrate each process of a method of manufacturing another disclosed nanosensor.

도 9a를 참조하면, 기판(10) 상에 제1층(20)을 형성할 수 있다. 제1층(20)은 빛이 투과하지 못하게, 빛을 반사하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제1층(20)은 SiN를 도포하고, 이 SiN층을 금속으로 도핑하거나, Si이 N보다 훨씬 많은 조성비를 갖는 SixNy(x>>y) 등을 도포하여 형성될 수 있다. 또는 제1층(20)은 빛을 흡수하는 Au, Ag, Al, Cu 및 TiN 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 재료로써 수십 nm 이상의 얇은 박막 일 수 도 있다. Referring to FIG. 9A, the first layer 20 may be formed on the substrate 10. The first layer 20 may reflect or absorb light so that light does not pass through. For example, the first layer 20 may be formed by applying SiN, doping the SiN layer with a metal, or applying Si x N y (x >> y) or the like in which Si has a much higher composition ratio than N. Can be. Alternatively, the first layer 20 may be a thin film of several tens of nm or more as at least one metal material selected from light absorbing Au, Ag, Al, Cu, and TiN.

도 9b를 참조하면, 기판(10)의 하부에 마스크층(11)을 형성하고, 식각하여 홀(16)을 형성할 수 있다. 홀(16)은 그 크기가 수 ㎛ 이하일 수 있으며, 기판(10)의 하면으로부터 제1층(20)이 마련된 기판(10)의 상면으로 갈수록 좁아지도록 형성될 수 있다. 즉, 홀(16)은 기판(10)의 하부로부터 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼 구조(tapered structure)로 형성될 수 있다. 한편, 홀(16)은 선택적 식각(selective etch)에 의해서 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 9B, the mask layer 11 may be formed under the substrate 10 and may be etched to form holes 16. The hole 16 may have a size of several μm or less, and may be formed to be narrower from the lower surface of the substrate 10 toward the upper surface of the substrate 10 on which the first layer 20 is provided. That is, the hole 16 may be formed in a tapered structure that becomes narrower from the bottom to the top of the substrate 10. On the other hand, the hole 16 may be formed by a selective etch (selective etch).

도 9c와 도 9d를 참조하면, 제1층(20) 상에 전도성 재료로 이루어진 층(42)을 형성하고, 상기 층(42)을 패터닝하여 서로 이격되어 나노갭(G)을 형성하는 제1 및 제2전극(45, 47)을 형성할 수 있다. 그리고, 제1층(20)과 상기 층(42)에 제1나노포어(25)를 형성할 수 있다. 제1나노포어(25)는 예를 들어, 전자 빔(electron beam), 집속 이온 빔(focused ion beam), 중성자 빔(neutron beam), 알파선(alpha-ray), 베타선(beta-ray), 엑스-레이(X-ray), 감마-레이(γ-ray) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2전극(45, 47) 상에 각각 제1 및 제2전극 컨택(43, 49)을 더 형성할 수 있다. 9C and 9D, a first layer forming a layer 42 made of a conductive material on the first layer 20 and patterning the layers 42 to be spaced apart from each other to form a nanogap G And second electrodes 45 and 47. In addition, the first nanopores 25 may be formed in the first layer 20 and the layer 42. The first nanopore 25 may be, for example, an electron beam, a focused ion beam, a neutron beam, an alpha-ray, a beta-ray, or an X. X-rays, gamma-rays and the like can be formed. In addition, first and second electrode contacts 43 and 49 may be further formed on the first and second electrodes 45 and 47, respectively.

도 9e를 참조하면, 제1층(20)과 제1 및 제2전극(45, 47) 상에 다공성 재료를 도포하여, 다공성 재료로 이루어진 층(635)을 형성할 수 있다. 상기 다공성 재료는 제1나노포어(25)에도 채워질 수 있다. 그리고, 기판(10)의 하면으로부터 빛, 예를 들어, 자외선(UV)를 조사하여, 상기 다공성 재료의 적어도 일부를 경화시킬 수 있다. 상기 다공성 재료의 경화 정도는 조사되는 빛의 파장, 빛의 세기, 온도, 빛을 조사하는 시간, 제1나노포어(25)의 깊이(d), 제1나노포어(25)의 반지름(R) 등에 의해서 조절될 수 있다.Referring to FIG. 9E, a porous material may be coated on the first layer 20 and the first and second electrodes 45 and 47 to form a layer 635 made of the porous material. The porous material may also be filled in the first nanopores 25. In addition, light, for example, ultraviolet rays (UV), may be irradiated from the lower surface of the substrate 10 to cure at least a portion of the porous material. Curing degree of the porous material is the wavelength of light to be irradiated, the intensity of light, the temperature, the time of irradiation of light, the depth (d) of the first nano-pores (25), the radius (R) of the first nano-pores (25) And the like can be adjusted.

한편, 상기 빛의 파장이 제1나노포어(25)의 지름보다 큰 경우, 상기 빛은 제1나노포어(25)를 통과할 수 없지만, 상기 빛의 일부는 소멸파(evanescent wave) 형태로 제1나노포어(25)를 통과할 수 있다. 그리고, 소멸파(evanescent wave)가 감광성을 갖는 상기 다공성의 층(635)을 경화시킬 수 있다. 이 경우, 소멸파는 제1나노포어(25)를 통해서 상기 층(635)의 일부까지만 도달할 수 있기 때문에, 제2층(631)은 나노갭(G)을 덮도록, 제1 및 제2전극(45, 47)의 일 영역 상에 형성될 수 있다.On the other hand, when the wavelength of the light is larger than the diameter of the first nano-pores 25, the light cannot pass through the first nano-pores 25, but a part of the light in the form of an evanescent wave (evanescent wave) It can pass through one nanopore 25. An evanescent wave can cure the porous layer 635 having photosensitivity. In this case, since the evanescent wave can reach only a part of the layer 635 through the first nanopore 25, the second layer 631 covers the nanogap G so that the first and second electrodes are covered. It may be formed on one region of (45, 47).

도 9f를 참조하면, 상기 다공성 재료 중에서 경화되지 않은 나머지를 식각하여 제거할 수 있다. 그러면, 제2층(631)이 제1나노포어(25), 제1 및 제2전극(45, 47) 사이의 나노갭(G)과 제1 및 제2전극(45, 47) 상의 나노갭(G)의 주위에 형성될 수 있다. 즉, 제2층(631)이 제1나노포어(25)와 나노갭(G)를 채워서 메꾸고, 나노갭(G)을 덮도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9F, the uncured residue of the porous material may be removed by etching. Then, the second layer 631 may have a nanogap G between the first nanopores 25, the first and second electrodes 45 and 47, and a nanogap on the first and second electrodes 45 and 47. It may be formed around (G). That is, the second layer 631 may be formed to fill and fill the first nanopore 25 and the nanogap G, and cover the nanogap G.

이러한 본 발명인 나노 센서 및 그 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.The present invention nano sensor and its manufacturing method have been described with reference to the embodiment shown in the drawings for clarity, but this is merely illustrative, and those skilled in the art from various modifications and equivalents therefrom It will be appreciated that embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.

10: 기판 11: 하우징
13, 15: 전극 16: 홀
17, 18: 제1 및 제2영역 19: 표적 분자
20: 제1층 25, 27: 제1 및 제2나노포어
30, 35: 제2층 40: 전극층
45, 47: 제1 및 제2전극 100, 200, 300, 400, 500, 600: 나노 센서10: substrate 11: housing
13, 15: electrode 16: hole
17, 18: first and second region 19: target molecule
20: first layer 25, 27: first and second nanopores
30, 35: second layer 40: electrode layer
45, 47: first and second electrodes 100, 200, 300, 400, 500, 600: nano sensor

Claims (23)

홀이 형성된 기판;
상기 기판 상에 마련되고, 상기 홀과 연결된 제1나노포어(nanopore)가 형성된 제1층; 및
상기 제1층에 마련되고, 다공성 재료로 형성된 제2층;을 포함하는 나노 센서.A substrate on which holes are formed;
A first layer formed on the substrate and having a first nanopore connected to the hole; And
And a second layer provided on the first layer and formed of a porous material. 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 재료는 젤라틴(gelatin) 또는 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) dimethacrylate)를 포함하는 나노 센서.The method of claim 1,
The porous material comprises gelatin (gelatin) or poly (ethylene glycol) dimethacrylate (poly (ethylene glycol) dimethacrylate). 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 SiN, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3 및 PbTiO3 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 나노 센서.The method of claim 1,
The first layer comprises at least one selected from SiN, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 and PbTiO 3 . 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 Au, Ag, Al, Cu 및 TiN 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 박막인 나노 센서. The method of claim 1,
The first sensor is a thin film including at least one selected from Au, Ag, Al, Cu and TiN. 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 빛이 투과되는 것을 방지하는 나노 센서.The method of claim 1,
The first layer is a nano sensor to prevent the transmission of light. 제 1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제1층 상에 마련되는 나노 센서.The method of claim 1,
And the second layer is provided on the first layer. 제 1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제1나노포어를 덮도록, 상기 제1층의 일 영역 상에 마련되는 나노 센서.The method of claim 1,
The second layer is provided on one region of the first layer to cover the first nano-pores. 제 1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제1나노포어의 적어도 일부를 채우도록 마련되는 나노 센서.The method of claim 1,
And the second layer is provided to fill at least a portion of the first nanopores. 제 1 항에 있어서,
상기 제1층 상에 마련되고, 상기 제1나노포어와 연결되는 제2나노포어가 형성된 전극층을 더 포함하는 나노 센서.The method of claim 1,
The nano sensor further comprising an electrode layer provided on the first layer and having a second nanopore connected to the first nanopore. 제 9항에 있어서,
상기 전극층은 상기 제1나노포어를 사이에 두고 서로 이격되어 마련되고, 나노갭(nanogap)을 형성하는 제1 및 제2전극을 포함하는 나노 센서.The method of claim 9,
The electrode layer is provided spaced apart from each other with the first nanopore therebetween, the nano-sensor comprising a first and a second electrode to form a nanogap (nanogap). 제 1 항에 있어서,
상기 나노 센서를 둘러싸고, 상기 기판에 의해서 두 영역으로 분리된 하우징을 더 포함하는 나노 센서.The method of claim 1,
And a housing surrounding the nanosensor and separated into two regions by the substrate. 제 11 항에 있어서,
상기 두 영역은 각각 제3 및 제4전극을 더 포함하는 나노 센서.The method of claim 11,
The two regions further include third and fourth electrodes, respectively. 제 11 항에 있어서,
상기 하우징은 물 또는 전해질 용액으로 채워진 나노 센서.The method of claim 11,
The housing is a nano sensor filled with water or an electrolyte solution. 기판에 홀을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 제1층을 형성하는 단계;
상기 제1층에 상기 홀과 연결되는 나노포어를 형성하는 단계; 및
상기 제1층에 다공성 재료로 제2층을 형성하는 단계;를 포함하는 나노 센서의 제조 방법.Forming holes in the substrate;
Forming a first layer on the substrate;
Forming nanopores connected to the holes in the first layer; And
Forming a second layer of the porous material on the first layer. 제 14 항에 있어서,
상기 제1층 상에 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 센서의 제조 방법,15. The method of claim 14,
Method of manufacturing a nano-sensor further comprising the step of forming an electrode layer on the first layer, 제 14 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제1층 상에 다공성의 재료를 도포하여 형성하는 나노 센서의 제조 방법.15. The method of claim 14,
And the second layer is formed by applying a porous material on the first layer. 제 14 항에 있어서,
상기 나노포어는 전자 빔(electron beam), 집속 이온 빔(focused ion beam), 중성자 빔(neutron beam), 알파선(alpha-ray), 베타선(beta-ray), 엑스-레이(X-ray), 감마-레이(γ-ray) 중에서 선택된 어느 하나를 조사하여 형성하는 나노 센서의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The nanopores may include an electron beam, a focused ion beam, a neutron beam, an alpha-ray, a beta-ray, an X-ray, Method of manufacturing a nano-sensor formed by irradiating any one selected from gamma-ray (γ-ray). 제 14항에 있어서,
상기 제2층을 형성하는 단계는
상기 제1층 상에 감광성을 갖는 다공성의 재료를 스핀 코팅하는 단계;
상기 기판의 하부에서 빛을 조사하여, 상기 다공성 재료의 일부를 경화시키는 단계; 및
상기 다공성 재료의 경화되지 않은 나머지 부분을 식각하여, 상기 제2층을 형성하는 단계;를 포함하는 나노 센서의 제조 방법.The method of claim 14,
Forming the second layer
Spin coating a porous photosensitive material on the first layer;
Irradiating light from the bottom of the substrate to cure a portion of the porous material; And
Etching the remaining uncured portion of the porous material to form the second layer. 제 18 항에 있어서,
상기 다공성 재료를 경화시키는 단계는 상기 기판의 상기 홀을 통과한 소멸파(evanescent wave)로 상기 다공성 재료를 경화시키는 나노 센서의 제조 방법.The method of claim 18,
The curing of the porous material may include curing the porous material with an evanescent wave passing through the hole of the substrate. 제 18 항에 있어서,
상기 빛은 가시광선(Visible light), 자외선(UV), 극자외선(Extreme UV) 및 X선(X-ray) 중 적어도 하나를 포함하는 나노 센서의 제조 방법.The method of claim 18,
The light is a method of manufacturing a nano-sensor comprising at least one of visible light, ultraviolet (UV), extreme ultraviolet (UV) and X-rays (X-ray). 제 14 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제1층 상에 형성하는 나노 센서의 제조 방법.15. The method of claim 14,
And the second layer is formed on the first layer. 제 14항에 있어서,
상기 제2층은 상기 나노포어를 덮도록, 상기 제1층의 일 영역 상에 형성하는 나노 센서의 제조 방법.The method of claim 14,
And the second layer is formed on one region of the first layer to cover the nanopores. 제 14 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 나노포어의 적어도 일부를 채우도록 형성하는 나노 센서의 제조 방법.15. The method of claim 14,
And the second layer is formed to fill at least a portion of the nanopores.
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