KR20150061683A - Electrode structure for capacitive biosensor having interdigitated electrode, method for manufacturing the electrode structure, and capacitive biosensor having the electrode structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체, 상기 전극 구조체의 제조방법 및 상기 전극 구조체를 포함하는 용량성 바이오 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode structure for a capacitive biosensor having a crossed electrode structure, a method for manufacturing the electrode structure, and a capacitive biosensor including the electrode structure.
면역친화적 바이오 센서(immunoaffinity biosensor)가 복잡한 혼합물에서 목표인 분석 대상물을 검지하기 위한 고감도 항원-항체 반응에 이용되고 있다. 통상적으로, 면역친화적 바이오 센서의 비표지 검출(non-labeled detection)은 전기화학, 표면 플라즈마 공진, 고민감성과 같은 다양한 종류의 변환기(transducer)를 이용하여 달성된다. 변환기 중 용량성 바이오 센서는 민감도가 우수하고 상대적으로 단순한 구조를 갖고 있어서 항원-항체의 비표지 검출용으로 주목받고 있다.
Immunoaffinity biosensors have been used in highly sensitive antigen-antibody reactions to detect target analytes in complex mixtures. Typically, non-labeled detection of immunoaffinity biosensors is achieved using a wide variety of transducers such as electrochemistry, surface plasmon resonance, and sensitive sensitivity. Capacitive biosensors among transducers have high sensitivity and relatively simple structure, and are attracting attention for the non-labeling of antigen-antibody.
한편, 용량성 바이오 센서로서 교차지 전극(interdigitated electron)을 이용하는 방법이 주로 이용되었다. 교차지 전극은 마이크로 또는 나노 크기의 간격을 갖고 전기적으로 분리된 빗 형상 전극으로 구성된다. 하지만, 교차지 전극을 형성할 경우 통상적으로 포토 리소그래피법이 이용되는데, 포토 리소그래피법을 이용할 경우 5㎛ 이하의 폭을 갖는 포토마스크 형성이 곤란하므로, 결국 빗 형상 전극의 전극 사이 간격을 5㎛ 이하로 형성하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 상기 문제를 극복하기 위하여 이온빔을 이용할 수도 있지만, 이온빔을 이용하는 것은 많은 비용이 요구되고, 상용화가 어렵다는 단점이 있다.Meanwhile, a method of using interdigitated electron as a capacitive biosensor has been mainly used. The crossing electrode is composed of a comb-shaped electrode electrically separated by a micro or nano-sized gap. However, when a cross electrode is formed, a photolithography method is usually used. When a photolithography method is used, it is difficult to form a photomask having a width of 5 mu m or less, Which is difficult to form. In order to overcome the above problem, an ion beam may be used. However, the use of an ion beam requires a large cost and is difficult to commercialize.
또한, 바이오 센서용 전극으로서 교차지 전극을 이용하는 대신, 수직으로 복수의 전극층을 형성하되, 상기 전극층 사이에 실리콘 절연층을 형성하는 방법이 대안으로 제시되고 있다. 하지만, 이 경우에도 절연체를 수 ~ 수십 나노미터 크기의 간격을 갖도록 일정하게 형성하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 소요된다. 또한, 실리콘 절연층을 100nm 이하의 두께로 형성할 경우 충분히 절연이 되지 않으므로 바이오 센서 등 정밀함을 요구하는 부품에는 적용이 곤란하다는 단점이 있다.
Further, instead of using an alternate electrode as an electrode for a biosensor, a method of forming a plurality of electrode layers vertically and forming a silicon insulating layer between the electrode layers has been proposed as an alternative. However, even in this case, it is very difficult and expensive to form the insulator uniformly with intervals of several to several tens of nanometers. In addition, when the silicon insulating layer is formed to a thickness of 100 nm or less, it is not sufficiently insulated, which is disadvantageous in application to components requiring precision such as a biosensor.
따라서, 본 발명은 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체로서, 교차지 전극의 전극 사이 폭은 5㎛ 또는 그 이상 수준으로 유지하면서도 5㎛ 이하의 전극 사이 폭을 갖는 것 교차지 전극을 형성한 것과 실질적으로 유사한 효과를 얻을 수 있는 전극 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention provides an electrode structure for a capacitive biosensor having a crossed electrode structure, wherein the interelectrode width of the crossed electrode is 5 占 퐉 or more, And an electrode structure capable of obtaining an effect substantially similar to that of the electrode structure.
또한, 본 발명은 상기 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide a capacitive biosensor having the electrode structure.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체는:According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode structure for a capacitive biosensor having an electrode structure,
기판, 상기 전극의 표면에 형성되며 복수의 전극지(finger)를 포함하는 교차지 전극(interdigitated electrode), 및 상기 복수의 전극지 중 인접한 두 개의 전극지 사이에 형성된 복수의 나노 섬(nano island)을 포함하는 것을 특징으로 한다.A substrate, an interdigitated electrode formed on a surface of the electrode and including a plurality of electrode fingers, and a plurality of nanoislands formed between two adjacent electrode fingers of the plurality of electrode fingers, .
또한, 상기 교차지 전극 및 상기 나노 섬은 파릴렌 박막으로 증착되는 것이 바람직하다.The cross electrode and the nano-island are preferably deposited as a parylene film.
이 경우, 상기 파릴렌 박막은 10nm 내지 100nm의 두께로 증착되는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the parylene film is deposited to a thickness of 10 nm to 100 nm.
또한, 상기 파릴렌 박막은 단백질 고정효율을 증가시킬 수 있는 화학기능기를 더 포함하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the parylene film further includes a chemical functional group capable of increasing the protein fixing efficiency.
이 경우, 상기 화학기능기는 아민기 또는 포르밀기인 것이 바람직하다.In this case, the functional group is preferably an amine group or a formyl group.
또한, 상기 인접한 두개의 전극지 사이의 간격은 5㎛ 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that an interval between the adjacent two electrode fingers is 5 mu m or more.
또한, 상기 나노 섬은 Au 나노 섬인 것이 바람직하다.The nano-islands are preferably Au nano-islands.
또한, 상기 교차지 전극은 포토 리소그래피법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
The intersection electrode is preferably formed by photolithography.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체의 제조방법은:According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode structure for a capacitive biosensor having an electrode structure,
기판 위에 교차지 전극을 형성하는 단계;Forming an intersection electrode on the substrate;
상기 포토 마스크가 제거된 기판 위에 나노 섬 형성용 박막을 증착하는 단계;Depositing a thin film for forming a nano-island on the substrate from which the photomask has been removed;
상기 나노 섬 형성용 박막이 증착된 기판을 열처리하여 나노 섬 형성용 박막으로부터 복수의 나노 섬을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
And heat treating the substrate on which the nano-island-forming thin film is deposited to form a plurality of nano-islands from the nano-island-forming thin film.
또한, 상기 교차지 전극은 Au 박막인 것이 바람직하다.The intersection electrode is preferably an Au thin film.
또한, 상기 나노 섬 형성용 박막은 Au 박막인 것이 바람직하다.The nano-island forming thin film is preferably an Au thin film.
또한, 상기 나노 섬 형성용 박막은 0.5nm 내지 3nm의 두께로 증착되는 것이 바람직하다.In addition, the nano-island forming thin film is preferably deposited to a thickness of 0.5 nm to 3 nm.
또한, 상기 나노섬을 형성하는 단계에서 열처리는 500℃ 이상의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.Also, in the step of forming the nano-islands, the heat treatment is preferably performed at a temperature of 500 ° C or higher.
또한, 상기 방법은 상기 나노 섬을 형성하는 단계에 이어서, 파릴렌 박막을 증착하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the method may further include the step of depositing the parylene film after the step of forming the nano-islands.
이 경우, 파릴렌 박막은 단백질의 고정의 고정효율을 증가시키기 위한 아민, 포르밀 등 화학 기능기를 포함하고 있으며, 상기 파릴렌 박막은 10nm 내지 100nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.In this case, the parylene film includes chemical functional groups such as amines and formyls to increase the fixing efficiency of the protein, and the parylene film preferably has a thickness of 10 nm to 100 nm.
또한, 상기 파릴렌 박막은 단백질 고정효율을 증가시킬 수 있는 화학기능기를 더 포함하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the parylene film further includes a chemical functional group capable of increasing the protein fixing efficiency.
이 경우, 상기 화학기능기는 아민기 또는 포르밀기인 것이 바람직하다.In this case, the functional group is preferably an amine group or a formyl group.
또한, 상기 교차지 전극은 포토 리소그래피법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.The intersection electrode is preferably formed by photolithography.
또한, 상기 포토 리소그래피법에 의하여 교차지 전극을 형성하는 단계는 포토레지스트(photo regist)를 기판 위에 증착하는 단계; 상기 증착된 포토레지스트를 베이킹(baking)하는 단계; 상기 베이킹된 포토레지스트 위에 패터닝된 포토마스크(photomask)를 도포하는 단계; 상기 포토마스크가 도포된 포토레지스트를 자외선에 노출하여 포토레지스트를 일부 제거하는 단계; 상기 포토레지스트가 일부 제거된 기판 위에 교차지 전극용 전극 재료를 증착하는 단계; 및 상기 교차지 전극용 전극 재료가 증착되면 포토마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the step of forming the intersection electrode by the photolithography method includes the steps of: depositing a photo regist on the substrate; Baking the deposited photoresist; Applying a patterned photomask over the baked photoresist; Exposing the photoresist coated with the photomask to ultraviolet light to partially remove the photoresist; Depositing an electrode material for the cross electrode on the substrate from which the photoresist is partially removed; And removing the photomask when the electrode material for the electrode is deposited.
또한, 상기 방법은 상기 포토레지스트를 일부 제거하는 단계에 이어서 접착층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. The method may further include the step of depositing an adhesive layer following the step of partially removing the photoresist.
이 경우, 상기 접착층은 Ti 층인 것이 바람직하다.
In this case, the adhesive layer is preferably a Ti layer.
또한, 본 발명에 따른 용량성 바이오 센서는 상기 전극 구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The capacitive biosensor according to the present invention includes the electrode structure.
본 발명에 따라 형성된 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서를 이용하면 교차지 전극을 구성하는 전극지 사이의 간격을 크게 하면서도 커패시턴스를 크게 할 수 있고, 용량성 바이오 센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 기능성 파릴렌 박막을 도포하여 센서상의 단백질 고정효율을 제고하여 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
By using the capacitive biosensor having the cross electrode structure formed according to the present invention, it is possible to increase the capacitance while increasing the interval between the electrode fingers constituting the cross electrode, and the performance of the capacitive biosensor can be greatly improved. In addition, the sensitivity of the sensor can be improved by applying the functionalized parylene film to improve the protein fixing efficiency on the sensor.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면;
도 2(a)는 도 1에 도시된 방법을 이용하여 형성된 교차지 전극 구조의 개략적인 구조도;
도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 전극 구조의 SEM 사진;
도 2(c)는 도 2(a)에 도시된 전극 구조의 AFM 이미지;
도 3(a) 는 나노 섬을 형성하지 않은 상태의 전극 구조체와 나노 섬을 형성한 경우의 전극 구조체를 이용하여 형성된 용량성 바이오 센서를 이용하여 임피던스 변화를 측정한 결과를 도시하는 도면;
도 3(b) 는 나노 섬을 형성하지 않은 상태의 전극 구조체와 나노 섬을 형성한 경우의 전극 구조체를 이용하여 형성된 용량성 바이오 센서를 이용하여 커패시턴스 변화를 측정한 결과를 도시하는 도면;
도 4는 나노 섬을 형성하지 않은 상태의 전극 구조체와 나노 섬을 형성한 경우의 전극 구조체를 이용하여 형성된 용량성 바이오 센서를 이용하여 다양한 성분에 대한 커패시턴스 변화를 측정한 결과를 도시하는 도면; 및
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 섬이 형성된 전극 구조체 위에 파릴렌 박막을 증착한 경우와 파릴렌 박막을 증착하지 않고 나노 섬만 형성된 전극 구조체의 커패시턴스 변화를 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a method of manufacturing an electrode structure for a capacitive biosensor having an electrode structure according to a preferred embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 (a) is a schematic structural view of a crossed electrode structure formed using the method shown in FIG. 1; FIG.
2 (b) is a SEM photograph of the electrode structure shown in FIG. 2 (a);
FIG. 2 (c) is an AFM image of the electrode structure shown in FIG. 2 (a);
FIG. 3 (a) is a view showing a result of measurement of impedance change using a capacitive biosensor formed using an electrode structure in which nano-islands are not formed and an electrode structure in the case where nano-islands are formed;
FIG. 3 (b) is a graph showing a result of measurement of capacitance change using a capacitive biosensor formed using an electrode structure in which a nano island is not formed and an electrode structure in a case where a nano island is formed;
FIG. 4 is a graph showing a result of measuring a change in capacitance of various components using a capacitive biosensor formed using an electrode structure in which a nano island is not formed and an electrode structure in a case where a nano island is formed; And
FIG. 5 is a graph showing a change in capacitance of a nano-island electrode structure formed by depositing a parylene film on a nano-island electrode structure and a nano-island structure without depositing a parylene film thereon according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체 및 그 제조방법을 이하에서 설명한다.
An electrode structure for a capacitive biosensor having a crossed electrode structure according to a preferred embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described below.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view sequentially illustrating a method of manufacturing an electrode structure for a capacitive biosensor having an electrode structure according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG.
먼저 바람직한 실시예에 따른 용량성 바이오 센서용 전극 구조체는 포토 리소그래피법에 의하여 기판 위에 교차지 전극을 형성한다.First, an electrode structure for a capacitive biosensor according to a preferred embodiment forms an intersection electrode on a substrate by photolithography.
즉, 도 1에서 보듯이 기판 위에 포토레지스트(photo regist)를 증착하고, 증착된 포토레지스트를 베이킹(baking)한다. 본 실시예에서 기판은 유리 기판을 사용하였지만 반드시 유리 기판으로 한정되는 것은 아니고, 통상적으로 이용되는 기판이면 그 종류를 한정하지 않는다. 또한, 포토레지스트는 스핀 코팅(spin coating)법과 같이 일반적으로 사용되는 포토레지스트의 증착방법을 이용한다. 본 실시예에서 베이킹은 소프트 베이킹으로서 110℃에서 약 2분간 실행되었다. 다음으로, 베이킹된 포토레지스트 위에 패터닝된 포토마스크(photomask)를 도포하고, 포토마스크가 도포된 포토레지스트를 자외선에 기판을 노출하여 포토레지스트를 일부 제거한다. 다음으로, 포토레지스트를 일부 제거한 후 접착층(adhesion layer)을 형성한다. 본 실시예는 접착층으로 Ti 박막을 5nm의 두께로 형성하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다음으로, 교차지 전극용 전극 재료를 증착하고 포토마스크를 제거한다. 본 실시예는 전극 재료로 Au 박막을 100nm의 두께로 형성하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.That is, as shown in FIG. 1, a photoresist is deposited on the substrate, and the deposited photoresist is baked. Although a glass substrate is used as the substrate in this embodiment, it is not necessarily limited to a glass substrate, and the type of substrate is not limited as long as it is a commonly used substrate. The photoresist uses a commonly used photoresist deposition method such as a spin coating method. In this embodiment, baking was carried out at 110 DEG C for about 2 minutes as soft baking. Next, a patterned photomask is applied on the baked photoresist, and the photoresist coated with the photomask is exposed to ultraviolet light to partially remove the photoresist. Next, after removing a part of the photoresist, an adhesion layer is formed. In this embodiment, the Ti thin film is formed to have a thickness of 5 nm as the adhesive layer, but the present invention is not limited thereto. Next, the electrode material for the cross electrode is deposited and the photomask is removed. In this embodiment, an Au thin film is formed to a thickness of 100 nm as an electrode material, but it is not limited thereto.
다음으로, 교차지 전극이 형성된 기판 위에 나노 섬 형성을 위한 박막을 증착한다. 본 실시예에서 나노 섬 형성을 위한 박막으로서 Au를 1nm 두께로 증착하였다.Next, a thin film for nano-island formation is deposited on the substrate on which the cross electrode is formed. In this embodiment, Au was deposited to a thickness of 1 nm as a thin film for nano-island formation.
다음으로, 나노 섬 형성용 박막이 증착된 기판을 열처리하면 나노 섬 형성용 박막으로부터 복수의 나노 섬이 형성된다. 본 실시예는 500℃에서 1시간 정도 수행되었지만, 상기 열처리는 나노 섬이 형성될 정도라면 온도와 시간을 특별히 제한하지 않는다.Next, when the substrate on which the nano-island forming thin film is deposited is heat-treated, a plurality of nano-islands are formed from the nano-island forming thin film. Although this embodiment was performed for about 1 hour at 500 ° C, the heat treatment does not specifically limit the temperature and time as long as the nano-islands are formed.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 나노 섬을 형성하는 단계에 이어서, 파릴렌 박막을 증착하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 파릴렌 박막은 센서표면에 단백질 고정효율을 제고하기 위한 화학적 기능기를 포함하고 있으며, 10nm 내지 100nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that the method further comprises a step of depositing a parylene film after the step of forming the nano-island. In this case, the parylene film includes a chemical functional group for enhancing protein immobilization efficiency on the sensor surface, and is preferably formed to a thickness of 10 nm to 100 nm.
상기 파릴렌 박막은 예컨데 파릴렌 다이머를 파릴렌을 기화시키는 제 1 단계, 상기 기화된 파릴레 다이머를 열분해하여 중간 생성물을 형성하는 제 2 단계 및 상기 중간 생성물을 증착 챔버 내부로 도입하여, 상기 증착 챔버 내부에 형성된 기판 위에 파릴렌 박막을 증착시키는 제 3 단계에 의하여 증착될 수 있다.
The parylene film may include a first step of vaporizing parylene in the parylene thin film, a second step of pyrolyzing the vaporized parylene dimer to form an intermediate product, and a step of introducing the intermediate product into the deposition chamber, And a third step of depositing a parylene film on the substrate formed inside the chamber.
도 2(a)는 도 1에 도시된 방법을 이용하여 형성된 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서의 개략적인 구조도 및 실제 제품 사진을 도시한 도면이다. 도 2(a)에서 보듯이, 도 1에 도시된 방법에 따라서 형성된 전극 구조체는 전극지 사이사이에 많은 나노 섬이 형성되어 있다. 또한, 도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 전극 구조의 SEM 사진이다. 도 2(b)에서 보듯이, 1nm 수준으로 형성된 박막은 열처리에 의하여 10~15nm 정도의 직경을 갖는 복수의 원형 나노 섬(nano island)를 형성하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 2(c)는 도 2(a)에 도시된 전극 구조의 AFM 이미지로서, Au 전극의 거칠기(roughness; Rq)를 측정하면, 나노 섬이 형성되지 않은 경우의 Rq는 0.237nm인 반면, 나노 섬이 형성된 경우의 Rq는 1.519로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법에 의하여 나노 섬이 형성되었으며, 대략 반구형의 형상을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 2(b) 및 도 2(c)에서 보듯이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 나노 섬은 전극 사이에서 균질하게 형성되며, 2ㅧ1011~6ㅧ1011나노섬/cm2의 비표면적을 갖는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 2 (a) is a schematic structural view of a capacitive biosensor having an electrode structure formed using the method shown in FIG. 1 and a photograph of an actual product. As shown in FIG. 2 (a), in the electrode structure formed according to the method shown in FIG. 1, many nano-islands are formed between the electrode fingers. 2 (b) is an SEM photograph of the electrode structure shown in Fig. 2 (a). As shown in FIG. 2 (b), it can be confirmed that the thin film formed at a level of 1 nm forms a plurality of circular nano islands having a diameter of about 10 to 15 nm by heat treatment. 2 (c) is an AFM image of the electrode structure shown in Fig. 2 (a). When the roughness (R q ) of the Au electrode is measured, R q in the case where the nano- While R q of the nano-islands formed was 1.519, indicating that the nano-islands were formed by the method according to the preferred embodiment of the present invention. In addition, FIG. 2 (b) and, as shown in Fig. 2 (c), according to a preferred embodiment of the invention the nano-island is uniformly formed between the electrodes, 2 ㅧ 10 11-6 ㅧ 10 11 nano-island / cm 2 < / RTI >
도 3(a) 및 도 3(b)는 나노 섬을 형성하지 않은 상태의 전극 구조체(IDE w/o)와 나노 섬을 형성한 경우의 전극 구조체(IDE w/)로부터 용량성 바이오 센서를 각각 제작한 후 다양한 농도(0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 3.0%)의 표준 식염수에서 임피던스 변화와 커패시턴스 변화를 측정한 결과를 도시하는 도면이다. 참고로, 본 실시예에서 용량성 바이오 센서는 종래의 기술에 따라 교차지 전극을 이용하여 형성되는 바이오 센서의 구조와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 하지만, 종래의 교차지 전극을 이용한 용량성 바이오 센서 구조는 본 발명에 일체로 합체된다.3 (a) and 3 (b) show an electrode structure (IDE w / o) in a state where a nano island is not formed and a capacitive biosensor from an electrode structure (IDE w / And the change in impedance and the change in capacitance were measured in standard saline at various concentrations (0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, and 3.0%). For reference, the capacitive biosensor according to the present embodiment is substantially the same as the structure of the biosensor formed by using the conventional electrode according to the conventional technique, and thus a detailed description thereof will be omitted. However, a capacitive biosensor structure using conventional crossing electrodes is incorporated in the present invention.
도 3에서 보듯이, 나노 섬을 형성하지 않은 상태의 전극 구조체(IDE w/o)를 이용한 경우에 비하여 나노 섬을 형성한 경우의 전극 구조체(IDE w/)를 이용한 경우 임피던스는 크게 감소하고, 커패시턴스는 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3, when the electrode structure (IDE w /) in the case of forming the nano island is used compared to the case of using the electrode structure (IDE w / o) without the nano island, It can be seen that the capacitance increases greatly.
또한, 도 4는 나노 섬을 형성하지 않은 상태의 전극 구조체와 나노 섬을 형성한 경우의 전극 구조체로부터 용량성 바이오 센서를 각각 제작한 후, HRP 단백질 고정와 BSA 단백질 처리시의 커패시턴스 변화를 측정한 결과와, 고정된 HRP 단백질에 선택적으로 흡착을 일으키는 항-HRP 항체 (100ng/ml), 항-HRP 항체 (1000ng/ml)을 검출할 때 커패시턴스 변화를 측정한 도면이다. 도 3에서 보듯이, 검출대상물의 종류에 상관없이 나노 섬을 형성하지 않은 상태의 전극 구조체를 이용한 경우에 비하여 나노 섬을 형성한 경우의 전극 구조체를 이용할 경우 커패시턴스가 수십배 이상 증가하는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 4 is a graph showing changes in capacitance during HRP protein immobilization and BSA protein treatment after fabricating a capacitive biosensor from an electrode structure in which nano-islands are not formed and an electrode structure in the case where nano- HRP antibody (100 ng / ml) and anti-HRP antibody (1000 ng / ml), which cause selective adsorption to fixed HRP proteins. As shown in FIG. 3, it can be seen that the capacitance increases by several tens of times when the electrode structure in the case of forming the nano island is used, compared with the case where the electrode structure in which the nano island is not formed is used regardless of the kind of the object to be detected .
즉, 포토리소그래피법을 이용하여 교차지 전극을 형성할 경우 교차지 전극을 구성하는 각각의 전극지(finger) 사이의 간격을 5㎛ 이하로 형성하는 것은 곤란하다. 하지만, 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 교차지 전극을 구성하는 전극지 사이에 복수의 나노 섬이 형성되는데, 이 나노섬이 전극지 전극 사이에서 전극으로 작용함으로써, 용량성 센서 등으로 사용될 때 커패시턴스를 크게 증가시킬 수 있다.
That is, when the cross electrode is formed by using the photolithography method, it is difficult to form the interval between the finger electrodes constituting the cross electrode to 5 탆 or less. However, when the method according to the present invention is used, a plurality of nano-islands are formed between the electrode fingers constituting the cross electrode. Since the nano-island serves as an electrode between the electrode finger electrodes, Can be greatly increased.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 섬이 형성된 전극 구조체 위에 파릴렌 박막을 증착한 경우와 파릴렌 박막을 증착하지 않고 나노 섬만 형성한 전극 구조체의 커패시턴스 변화를 도시하는 도면이다. 도 5에서 보듯이, 파릴렌 박막이 증착된 경우 파릴렌 박막이 증착되지 않은 경우에 비하여 커패시턴스가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 5 is a graph showing a change in capacitance of an electrode structure in which a nylon is formed without depositing a parylene film and a case where a parylene film is deposited on an electrode structure having a nano island according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, when the parylene film is deposited, the capacitance is greatly increased as compared with the case where the parylene film is not deposited.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하였다. 하지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 구성에 대한 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 오직 뒤에서 설명할 특허청구범위에 의해서만 한정된다.The electrode structure for a capacitive biosensor having an electrode structure according to a preferred embodiment of the present invention and a method for fabricating the electrode structure are described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention. Accordingly, the scope of the present invention is limited only by the scope of the following claims.
Claims (22)
상기 전극의 표면에 형성되며 복수의 전극지(finger)를 포함하는 교차지 전극(interdigitated electrode), 및
상기 복수의 전극지 중 인접한 두 개의 전극지 사이에 형성된 복수의 나노 섬(nano island)을 포함하는 것을 특징으로 하는 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체.Board,
An interdigitated electrode formed on a surface of the electrode and including a plurality of electrode fingers,
And a plurality of nano-islands formed between two adjacent electrode fingers of the plurality of electrode fingers.
상기 포토 마스크가 제거된 기판 위에 나노 섬 형성용 박막을 증착하는 단계;
상기 나노 섬 형성용 박막이 증착된 기판을 열처리하여 나노 섬 형성용 박막으로부터 복수의 나노 섬을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교차지 전극 구조를 갖는 용량성 바이오 센서용 전극 구조체의 제조방법.Forming an intersection electrode on the substrate;
Depositing a thin film for forming a nano-island on the substrate from which the photomask has been removed;
And forming a plurality of nano-islands from the nano-island forming thin film by heat-treating the substrate having the nano-island-forming thin film deposited thereon.
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|---|---|---|---|---|
| KR20180037443A (en) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | 한국과학기술연구원 | Bio-sensor having interdigitated microelectrode improved response of receptor and target bioproducts |
| CN111956218A (en) * | 2020-08-10 | 2020-11-20 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Flexible brain electrode with electrochemical and electrophysiological detection functions and preparation method thereof |
| KR20210046156A (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-28 | 한밭대학교 산학협력단 | Lactate sensing structure having interdigitated electrode and method thereof |
| KR20210046159A (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-28 | 한밭대학교 산학협력단 | lactate sensor system using phase change |
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2013
- 2013-11-27 KR KR1020130145276A patent/KR101608817B1/en active IP Right Grant
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| KR101608817B1 (en) | 2016-04-05 |
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