KR20160109220A - 바이오센서와 이를 이용한 생체 데이터 센싱 방법, 그리고 바이오센서 제조 방법 - Google Patents

바이오센서와 이를 이용한 생체 데이터 센싱 방법, 그리고 바이오센서 제조 방법 Download PDF

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Abstract

바이오센서와 이를 이용한 생체 데이터 센싱 방법, 그리고 바이오센서 제조 방법이 개시된다. 바이오센서는 대칭적으로 배치된 꾸불꾸불한 금속라인과 금속라인의 일부를 가로질러 형성된 에어-브릿지 구조를 포함하며, 피측정물질의 농도에 따른 공진 주파수의 변화를 기초로 피측정물질의 농도를 파악한다.

Description

바이오센서와 이를 이용한 생체 데이터 센싱 방법, 그리고 바이오센서 제조 방법{Biosensor, method for sensing physiological data using a biosensor, and method for manufacturing a biosensor}
본 발명은 생체 데이터를 측정하는 바이오센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어-브릿지 구조에 의한 유전율 특성을 이용하여 글루코스 농도와 같은 생체 데이터를 측정하는 바이오센서, 이를 이용한 생체 데이터 측정 방법, 그리고 바이오센서의 제조방법에 관한 것이다.
당뇨병 치료를 위해 정확한 혈당 농도의 측정은 중요하다. 전기화학적 방법, 메타물질 방법, 효소 산화 방법 등을 이용하는 침습적 당뇨 검출 방법이 종래 존재한다. 효소 산화 방법은 가장 유망한 침습적 기술이기는 하나, 여전히 불안정성 등의 심각한 한계를 가지고 있다.
특허공개공보 제2002-0066792호 특허공개공보 제2001-0047992호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 비침습적 방법을 이용하여 신속하고 정확하게 글루코스 등과 같은 생체 데이터를 측정하고 재사용이 가능한 바이오센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 바이오센서의 에어-브릿지 구조에 의한 유전율의 변화를 이용하여 글루코스 등의 생체 데이터를 센싱하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 유전율의 변화를 이용하여 생체 데이터를 측정할 수 있는 에어-브릿지 구조의 바이오센서를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 바이오센서의 일 예는, 꾸불꾸불한 제1 금속라인; 꾸불꾸불한 제2 금속라인; 및 상기 제1 금속라인의 일부와 상기 제2 금속라인의 일부의 위를 가로질러 상기 제1 금속라인과 상기 제2 금속라인을 연결하는 에어-브릿지 구조;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 센싱 방법의 일 예는, 꾸불꾸불한 금속라인과 에어-브릿지로 구성된 바이오센서를 이용한 센싱 방법에 있어서, 무선주파수 신호를 입력받는 단계; 상기 바이오센서의 에어-브릿지에 위치한 피측정물질에 따라 변화하는 바이오센서의 공진주파수를 파악하는 단계; 및 상기 공진주파수 변화를 기초로 상기 피측정물질의 농도를 파악하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법의 일 예는, 제1 패시베이션층을 기판 위에 형성하는 단계; 상기 제1 패시베이션층 위에, 꾸불꾸불한 금속라인을 구성하는 제1 메탈층을 형성하는 단계; 상기 제1 메탈층과 에어-브릿지 사이에 제2 패시베이션층을 형성하는 단계; 꾸불꾸불한 금속라인의 일부를 가로지는 에어-브릿지 구조의 형성을 위한 에어-브릿지 포토 프로세서를 수행하는 단계; 및 에어-브릿지 구조를 포함한 제2 메탈층을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 에어-브릿지 구조에 의한 복소 유전율의 변화를 기초로 글루코스 등의 피측정물질의 농도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있다. 또한 바이오센서를 PBS(phosphate buffer solution) 등으로 세척하여 재사용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오센서의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 바이오센서의 상면의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 바이오센서의 에어-브릿지 부분을 확대 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 바이오센서의 에어-브릿지 구조의 단면을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 바이오센서의 에어-브릿지에 피측정물질을 떨어뜨린 상태의 일 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 바이오센서를 이용하여 생체 데이터를 측정하기 위한 시스템의 일 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 바이오센서의 측정 소요 시간에 따른 공진 주파수 변화의 회귀분석 결과를 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 바이오센서의 등가회로의 일 예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 바이오센서의 복소 유전율의 측정 결과를 도시한 일 예,
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 바이오센서의 측정 예를 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 바이오센서의 주파수 특성의 일 예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 바이오센서의 반복 실험 결과의 일 예를 도시한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 생체 데이터의 센싱 방법의 일 예를 도시한 흐름도, 그리고,
도 14는 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바이오센서와 이를 이용한 생체 데이터 센싱 방법, 그리고 바이오센서의 제조 방법에 대해 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오센서의 일 예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이오센서의 상면의 일 예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 바이오센서의 에어-브릿지 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 바이오센서(100)는 기판(110) 위에 꾸불꾸불한 금속라인(120)과 에어-브릿지 부분(130), 입출력 포트(140)를 포함한다.
꾸불꾸불한 금속라인(120)은 대칭적으로 배치된 제1 금속라인(122)과 제2 금속라인(124)으로 구성된다. 제1 금속라인(122)과 제2 금속라인(124)은 각각 입출력포트(140)와 연결되는 공통라인과 공통라인으로부터 서로 대칭적으로 배치된 꾸불꾸불한 라인으로 구성된다.
예를 들어, 왼쪽의 제1 금속라인(122)은 바깥에서 안쪽으로 반시계 방향으로 사각형 형태로 일정 길이만큼 감긴 후 다시 시계방향으로 일정 길이만큼 감겨있는 형태이다. 오른쪽의 제2 금속라인(124)은 바깥에서 안쪽으로 시계방향으로 사각형 형태로 일정 길이만큼 감긴 후 다시 반시계방향으로 일정 길이만큼 감겨있는 형태이다. 금속라인(120)의 꾸불꾸불한 형태는 도 1에 도시된 예에 반드시 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형 설계가능하다.
에어-브릿지 구조(130)는 제1 금속라인(122)의 일부와 제2 금속라인(124)의 일부를 가로질러 제1 금속라인(122)과 제2 금속라인(124)을 연결한다. 예를 들어, 도 1과 같이, 각각 바깥에서 안쪽으로 감겨있는 제1 금속라인(122)과 제2 금속라인(124)의 안쪽 끝을 연결하여 에어-브릿지 구조(130)를 형성한다.
입출력포트(140)는 제1 금속라인(122)과 제2 금속라인(124)에 공통으로 연결된다.
바이오센서의 에어-브릿지 구조(130)에 생체조직(biological medium)이 존재하면 바이오센서의 전기적 특성이 변화하고, 이는 감쇠 레벨, 공진 주파수 등을 변화시킨다. 글루코스의 복소 유전율은 농도에 의존하므로, 글루코스의 농도에 따라 바이오센서(100)에 서로 다른 전기적 현상이 나타난다. 서로 다른 글루코스 농도에 대한 유전율의 변화는 바이오센서(100)의 에어-브릿지의 캐패시턴스(Cb)의 차이로 나타난다. 따라서 사람 혈청 내 존재하는 서로 다른 글루코스 농도에 대한 복소 유전율(complex permittivity)과 에어-브릿지(130)에 의해 나타나는 브릿지 캐패시턴스(Cb)의 변화를 이용하여 혈청 내 글루코스 농도를 신속하고 정확하게 파악할 수 있다. 예를 들어, 바이오센서(100)로부터 구한 각종 파라미터들, 즉, 공진 피크, 피크 감쇠 레벨, 다양한 글루코스 농도에 대한 복소 유전율, 캐패시턴스, 신호 위상 등을 이용하여 사람 혈청에 포함된 글루코스 농도를 효과적으로 모델링하고 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 바이오센서의 에어-브릿지 구조(300)의 단면을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 바이오센서(100)는 제1 메탈층(430)과 제2 메탈층(450)으로 구성된다. 제1 메탈층(430)과 제2 메탈층(450) 아래에는 각각 씨드-메탈층(420, 440)이 위치한다. 기판(400)과 씨드-메탈층(420) 사이에는 제1 패시베이션층(410)이 존재한다. 에어-브릿지는 제2 메탈층(450)으로 구성되며, 에어-브릿지 아래에는 제1 금속라인(122)과 제2 금속라인(124)의 제1 메탈층(432,436)과 입출력포트(140)와 연결된 공통라인의 제1 메탈층(434)이 위치한다. 에어-브릿지 아래에 위치한 제1 메탈층들(432,434,436)은 에어-브릿지의 메탈층(450)과의 단락을 방지하기 위하여 제2 패시베이션층(470)을 포함한다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오센서의 에어-브릿지에 피측정물질을 떨어뜨린 상태의 일 예를 도시한 도면이다. 도 5는 설명의 편의를 위하여 도 4에 도시된 에어-브릿지 구조의 아래에 위치한 3개의 메탈층(432,434,436)을 하나로 도시하였다.
도 5를 참조하면, 바이오센서를 pH=7의 PBS(phosphate buffer solution) 용액으로 씻은 경우 Au로 형성된 메탈층 표면은 63.66nm의 RMS(Root Means Square)의 형태학적 구조를 가진다(step1). 혈청을 바이오센서의 표면에 떨어뜨리고 약 20초 후가 되면, 14.98nm RMS 값을 가진 표면 형태가 된다(Step2). 혈청을 떨어뜨리고 약 40초가 되면 공진 현상을 측정하여 농도를 파악한다(Step3). 그리고 PBS 용액으로 표면을 씻으면 66.46nm의 RMS 값을 가진 표면 형태가 되어 재사용이 가능하다(step 4).
도 6은 본 발명에 따른 바이오센서를 이용하여 생체 데이터를 측정하기 위한 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 바이오센서는 분석기(예를 들어, VNA(Vector Network Analyzer))(600)의 알루미늄 박스(610)에 고정되고, 바이오센서의 입출력포트는 분석기(600)의 입출력 라인에 각각 연결된다.
분석기(600)는 피측정물질이 없는 상태의 바이오센서와 피측정물질이 존재하는 상태의 바이오센서에 대해 각각 S-파라미터(예를 들어, 투과계수(S21), 반사계수(S11) 등)를 측정한다. 다양한 농도의 피측정물질(예를 들어, 5㎕의 글루코스 샘플)을 바이오센서에 떨어뜨려 각 농도별 공진 주파수 등의 전자기적 특성을 파악한다.
도 7은 본 발명에 따른 바이오센서의 측정 소요 시간에 따른 공진 주파수 변화의 회귀분석 결과를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 글루코스 용액 또는 혈청을 바이오센서에 떨어뜨린 후 대략 40초에서 글루코스 농도에 대한 공진 주파수의 쉬프트(shift)가 120초나 80초 등에서의 공진 주파수 쉬프트보다 더 큼을 보여준다. 이러한 빠른 응답은 본 발명에 따른 바이오센서가 당뇨병 환자들을 위한 현장 진단 테스트를 위해 사용될 수 있음을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 바이오센서의 등가회로의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 바이오센서의 금속라인은 제1 메탈층과 제2 메탈층으로 구성되고, 에어-브릿지는 제2 메탈층으로 구성된다. 등가회로에서, L1과 L2는 각각 대칭적으로 배치된 제1 및 제2 금속라인의 인덕턴스를 나타내고, Cg는 금속라인과 그라운드 사이의 캐패시턴스를 나타낸다. 그리고 Cb, L은 각각 에어-브릿지에 의해 형성된 캐패시턴스와 인덕턴스를 나타낸다. Z(=50Ω)는 전송라인의 입출력 임피던스를 나타낸다.
서로 다른 농도에 대한 바이오센서의 공진 주파수 변화는 복소 유전율을 변화시키는데, 이러한 유전율은 수용액에 대한 디바이 완화 공정(Debye relaxation process)으로 모델링하여 설명할 수 있다.
복소 비유전율(complex relative permittivity)(εr(ω))에 대한 수용액의 디바이 완화 공정은 고주파수에 대해 비유전율(ε∞), 정적 유전율(static permittivity), 각주파수(ω), 매체의 완화 시간 상수(τ)로 표현된다. 이원 수용액(binary aqueous solution)에 대한 복소 유전율은 각주파수와 mg/dl 단위의 글루코스 용액(κ)의 함수로 표현된다. 친수성 용액의 복소 유전율은 각주파수(ω)의 함수로 다음 수학식과 같이 근사화될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, ε∞(κ) = 5.38 + 30×exp(-3)×(κ), εs(κ)=80.68 - 0.207×exp(-3)×(κ), τ(κ)=9.68 + 0.23×exp(-3)×(κ)(ps)이다.
수학식 1의 복소 유전율의 크기는 다음 수학식과 같이 복소수로 표현될 수 있다. 실수부는 신호 감쇠에 대응하고, 허수부는 신호의 삽입 위상(insertion phase)에 대응한다.
Figure pat00002
바이오센서의 표면에 아무것도 없는 상태와 다양한 농도의 혈청이 있는 상태에 대한 위상 플롯(phase plot)은 수학식 3으로 파악될 수 있다. 바이오센서의 에어-브릿지 캐패시턴스(Cb)의 변화는 수학식 4와 같이 근사화될 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, εr은 바이오센서의 메탈층 사이에 위치한 매체의 유전상수이고, l은 에어-브릿지의 길이, b는 에어-브릿지의 폭, d는 메탈층과 에어브릿지 사이의 공기층(air cavity)의 높이를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 바이오센서의 복소 유전율의 측정 결과를 도시한 일 예이다.
도 9a를 참조하면, 다양한 글루코스 농도 레벨에 따른 복소 유전율의 실수부(εr') 및 허수부(εr")의 크기 값이 도시되어 있다. 도 9b를 참조하면 수학적 공식으로 얻은 복소 유전율의 크기가 도시되어 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 바이오센서의 측정 예를 도시한 도면이다.
도 10a을 참조하면, 표면에 아무것도 없는 상태, 다양한 농도의 글루코스 샘플을 표면에 떨어뜨린 상태의 바이오센서에 대한 S-파라미터의 측정값이 도시되어 있다. 표면에 아무것도 없는 상태의 바이오센서는 7.37GHz의 공진 주파수를 나타낸다. 바이오센서의 공진 주파수는 피측정물질의 농도가 증가함에 따라 하향 쉬프트 됨을 알 수 있다.
도 10b를 참조하면, 다양한 글루코스 농도에 대해 수학적 분석을 통해 얻은 복소 유전율의 허수부(Image{εr(ω)})와 에어-브릿지의 캐패시턴스가 도시되어 있다. 혈청 내 글루코스 농도 레벨은 수학식 1의 디바이 완화 공정에서 설명한 것과 같이 서로 다른 유전율을 나타낸다.
수치 시뮬레이션과 분석으로부터, 피측정물질이 없는 경우의 바이오센서의 복소 유전율의 실수부(Real{εr(ω)})는 80.68로 파악된다. 혈청 샘플에 대하여 얻은 측정 데이터는, 245mg/dl, 65mg/dl의 글루코스 농도에 대하여 유전율이 80.73에서 80.69로 미미한 변화를 나타냄을 보여준다. 복소 유전율의 허수부(Image{εr(ω)})는 245mg/dl, 65mg/dl의 글루코스 농도에 대하여 -661.64에서 -710.85로 변화한다. 이러한 허수부의 변화는 마이크로파 신호가 유전율의 변화를 통해 혈청 샘플의 전기적 특성을 변화시킴을 보여준다.
피측정물질이 없는 바이오센서의 유전율 크기는 733.35로 파악된다. 이는 글루코스 농도를 가진 샘플이 존재하는 경우의 바이오센서에 대한 유전율(도 9)보다 크다. 글루코스 농도에 따른 유전율의 변화는 도 10b와 같이 205에서 221pF로 Cb의 의미있는 변화를 만든다. Cb의 획득값은 3.4pF/mg이-1의 해상도를 가지며, 이러한 해상도는 글루코스 농도 레벨에 대한 공진 주파수에 있어 구분할 수 있는 정도의 변화를 보여주기에 충분하다. 도 10c에는 글루코스 농도에 대한 주파수 변화의 회귀분석 결과가 도시되어 있다.
도 11은 본 발명에 따른 바이오센서의 주파수 특성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 혈청과 D-글루코스 용액 모두에 대해 바이오센서의 공진 피크는 실온에서 40초의 최소 분석시간 내에 아래방향으로 쉬프트한다. 바이오센서는 65mg/dl와 245mg/dl의 글루코스 농도에 대해 각각 7.33과 6.82GHz의 공진 주파수를 나타낸다. 바이오센서는 185mg/dl, 65mg/dl의 글루코스 농도에 대하여 진폭 변화와 함께 70MHz와 30MHz의 최대 및 최소 상대적 이동을 보여준다. 바이오센서는 글루코스 레벨의 1mg/dl 당 0.61MHz의 해상도를 보이며, 이는 당뇨병 환자들의 혈청 내 글루코스 농도를 정확하게 측정하는데 충분하다.
공진 주파수와 글루코스 농도 사이는 최대 상관계수 0.9979를 가진 양의 선형 상관관계를 가진다. 1% 미만의 RSD(Relative Standard Deviation)을 가진 높은 상관관계는 주파수 쉬프트가 복소 유전율로부터 기인한 특정 변화에 의해 생성됨을 나타낸다. 게다가 D-글루코스 용액으로부터 얻은 결과는 25~250mg/dl 범위의 글루코스 농도 레벨에 대한 훌륭한 검출 능력을 가지는 상관관계 0.9986을 보여주고, 또한 도 10c에 도시된 것과 같이 사람 혈청에 대한 검량선(calibration curve)의 속성을 완벽히 반영한다.
도 11c를 참조하면, 바이오센서는 9.69mg/dl의 검출 한도(limit of detection, LOD)와 29.37mg/dl의 한계 용량(limit of quantization, LOQ)을 가진다. LOD는 구분될 수 있는 최소 글루코스 농도와 관련되고, LOQ는 신뢰도를 가지고 측정될 수 있는 최소의 글루코스 농도이다.
도 12는 본 발명에 따른 바이오센서의 반복 실험 결과의 일 예를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 서로 다른 농도를 가진 10개의 글루코스 샘플에 대해 3차까지 총 30번의 실험을 진행한 결과가 도시되어 있다. 각 실험에서 바이오센서의 공진 특성의 신호 왜곡은 발견되지 않았다. 각 농도에 대해 얻은 데이터는 뚜렷하게 구분되며 공진 주파수의 중첩 등은 없다. 이러한 특징은 본 발명에 따른 바이오센서의 안정성 및 재사용성을 보장한다. 얻은 결과의 추가적 타당성을 위하여 혈청 사용 전후의 위상 분석(수학식 4)을 수행한 결과, 혈청 없는 경우의 신호 위상은 -83.68°이다. 이값은 도 11b와 같이 글루코스 농도가 증가하고 -83.04°의 최소값에 이르면서 감소한다.
도 13은 본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 생체 데이터의 센싱 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 분석기는 피측정물질이 존재하는 바이오센서에 일정 범위의 무선주파수를 입력한다(S1300). 분석기는 바이오센서의 전기적 특성, 예를 들어 S-파리미터 등을 측정한다(S1310).
분석기는 바이오센서로부터 구한 각종 전기적 특성을 이용하여 피측정물질의 농도를 파악한다(S1320). 예를 들어, 피측정물질이 혈청인 경우에, 바이오센서는 혈청 내 포함된 글루코스 농도에 따라 도 9 내지 도 11에 도시된 것과 같이, 공진 주파수, 공진 피크, 복소 유전율 등 다양한 전기적 특성이 변화한다. 따라서 분석기는 바이오센서의 S-파라미터를 구하고, S-파라미터로부터 공진 주파수, 복소 유전율, 에어-브릿지 캐패시턴스, 위상 등을 구한 후, 미리 정의된 글루코스 농도와 공진 주파수 등과 같은 각종 전기적 특성 사이의 관계를 이용하여 글루코스 농도를 파악한다.
도 14는 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 바이오센서는 IPD(integrated passive device) 기술을 이용하여 GaAs 기판 위에 형성될 수 있다. 먼저 기판에 제1 패시베이션층을 형성한다(S1400). 예를 들어, 기생 캐패시턴스(parasitic capacitance)와 전도성 기판의 유도부하(inductive loading)를 피하기 위하여, 기판으로 6인치 반절연(semi-insulating) GaAs 웨이퍼(400㎛)가 사용될 수 있다. 제1 패시베이션층은 SiNx로 구성될 수 있으며, PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 기법을 통해 2000Å의 두께로 기판상에 증착된다.
제1 패시베이션층에 20/80㎚ 두께의 Ti/Au 씨트메탈층을 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착한다(S1410). 꾸불꾸불한 금속라인을 구성하는 제1 메탈층의 형성을 위한 제1 메탈 패터닝 프로세스가 수행된다(S1420). 제1 메탈층은 3.35㎛ 두께로 전기도금된 Cu로 형성될 수 있다.
제1 메탈층 형성 후에, 제1 메탈층과 에어-브릿지 사이의 단락을 방지하기 위하여, PECVD를 이용하여 200㎚의 제2 패시베이션층을 제1 메탈층과 에어-브릿지 사이에 증착한다(S1430). 이후, 제1 메탈층에 1000Å 두께의 Ti/Au 씨드 메탈층을 스퍼터링에 의해 증착하고(S1440), 마스크 작업 등의 에어-브릿지 포토 프로세스를 수행한다(S1450).
에어-브릿지 포트 프로세스 후에 Au로 구성된 제2 메탈층과 에어-브릿지 메탈층을 형성을 형성한다(S1460). 그리고 에어-브릿지 마스크를 제거하고 Ti/Au 씨드 메탈의 에칭과정을 수행한다(S1470,S1480).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 꾸불꾸불한 제1 금속라인;
    꾸불꾸불한 제2 금속라인; 및
    상기 제1 금속라인의 일부와 상기 제2 금속라인의 일부의 위를 가로질러 상기 제1 금속라인과 상기 제2 금속라인을 연결하는 에어-브릿지 구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 금속라인과 상기 제2 금속라인은 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 금속라인은, 반시계 방향으로 바깥에서 안쪽으로 감긴 꾸불꾸불한 형태이고,
    상기 제2 금속라인은 시계 방향으로 바깥에서 안쪽으로 감긴 꾸불꾸불한 형태인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 금속라인은, 반시계 방향으로 바깥에서 안쪽으로 일정 길이 동안 감긴 후 시계 방향으로 일정 길이 동안 다시 감긴 꾸불꾸불한 형태이고,
    상기 제2 금속라인은, 시계 방향으로 바깥에서 안쪽으로 일정 길이 동안 감긴 후 반시계 방향으로 일정 길이 동안 다시 감긴 꾸불꾸불한 형태인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 에어-브릿지 구조는 상기 제1 금속라인의 가장 안쪽의 라인과 상기 제2 금속라인의 가장 안쪽의 라인 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 금속라인과 상기 제2 금속라인에 공통으로 연결된 입출력포트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
  7. 꾸불꾸불한 금속라인과 에어-브릿지로 구성된 바이오센서를 이용한 센싱 방법에 있어서,
    무선주파수 신호를 입력받는 단계;
    상기 바이오센서의 에어-브릿지에 위치한 피측정물질에 따라 변화하는 바이오센서의 공진주파수를 파악하는 단계; 및
    상기 공진주파수 변화를 기초로 상기 피측정물질의 농도를 파악하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 이용한 센싱 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 피측정물질은 글루코스를 포함하는 용액인 것을 특징으로 하는 바이오센서를 이용한 센싱 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 입력하는 단계는, 기 설정된 주파수 범위 내에 존재하는 서로 다른 복수 개의 무선주파수 신호를 입력하는 단계를 포함하고,
    상기 공진주파수를 파악하는 단계는, 상기 복수 개의 무선주파수 신호에 대한 반사계수 또는 투과계수를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 반사계수 또는 투과계수를 기초로 공진주파수를 파악하는 단계;를 포함하고,
    상기 농도를 파악하는 단계는, 상기 공진주파수와 기 설정된 기준주파수 사이의 차이를 기초로 농도를 파악하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 이용한 센싱 방법.
  10. 제1 패시베이션층을 기판 위에 형성하는 단계;
    상기 제1 패시베이션층 위에, 꾸불꾸불한 금속라인을 구성하는 제1 메탈층을 형성하는 단계;
    상기 제1 메탈층과 에어-브릿지 사이에 제2 패시베이션층을 형성하는 단계;
    꾸불꾸불한 금속라인의 일부를 가로지는 에어-브릿지 구조의 형성을 위한 에어-브릿지 포토 프로세서를 수행하는 단계; 및
    에어-브릿지 구조를 포함한 제2 메탈층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.


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