KR20210057476A - Method and apparatus for detecting target dna based on current using field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 표적 DNA를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극에 베이스 DNA를 고정시키고 드레인 전류 변화를 측정하여 표적 DNA를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for detecting target DNA using a field effect transistor, and more particularly, a method for detecting a target DNA by fixing a base DNA to a gate electrode of a field effect transistor and measuring a change in drain current, and It relates to the device.
최근 생명 공학이 널리 발달함에 따라 유전자 물질을 검출하고 대조하는 기술이 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 바이러스나 병원체로 유발되는 질병의 원인을 분석하기 위해 박테리아나 바이러스의 핵산(DNA나 RNA 등)을 검출할 수 있다. 또한, 인체의 유전적 질환을 탐지하거나 범죄 현장에서 채취한 DNA를 이용하여 특정인의 DNA와 비교하는 등 다양한 분야에서 DNA 검출 기술이 활용되고 있다.Recently, as biotechnology has been widely developed, technologies for detecting and contrasting genetic materials are being used in various fields. For example, nucleic acids (such as DNA or RNA) of bacteria or viruses can be detected to analyze the cause of diseases caused by viruses or pathogens. In addition, DNA detection technologies are being used in various fields, such as detecting genetic diseases in the human body or comparing DNA collected at a crime scene with DNA of a specific person.
DNA(deoxyribonucleic acid)는, 디옥시리보오스를 가지고 있는 핵산으로 바이러스를 비롯한 일부를 제외하고 거의 모든 생물의 유전 물질에 해당한다. 이 때문에 표적 DNA를 검출하는 기술이 유전자 물질 검출 기술의 대표적 기술로서 사용된다.DNA (deoxyribonucleic acid) is a nucleic acid containing deoxyribose, which is the genetic material of almost all living things except for viruses and others. For this reason, a technology for detecting a target DNA is used as a representative technology for detecting a genetic material.
표적 DNA를 검출하기 위해서는 먼저 순수한 DNA를 얻기 위한 전처리 과정, 및 중합효소연쇄반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 이용하여 DNA를 증폭시키는 과정이 선행된다. PCR 과정을 통해 표적 DNA를 수억 배 증폭시킬 수 있어 극미량의 표적 DNA에 대해서도 검출이 가능하게 되었다.In order to detect the target DNA, a pretreatment process for obtaining pure DNA and a process of amplifying DNA using a polymerase chain reaction (PCR) are preceded. Through the PCR process, target DNA can be amplified hundreds of millions of times, making it possible to detect even trace amounts of target DNA.
특히, 최근에는 소형화, 집적화를 통해서 작은 칩 위에서 반도체 기술, 나노 기술, 생명 공학 기술 등의 연구를 수행할 수 있도록 만든 장치인 랩온어칩(Lab-on-a-chip, LOC)이 소개되었다. 랩온어칩의 경우, 샘플의 전처리부터 운송, 제어, 분리, 분석, 검출까지 모든 과정을 한 번에 하나의 칩 위에서 수행할 수 있으며, 적은 양의 샘플만이 사용되어 비용도 줄일 수 있을 뿐 아니라 시간 또한 단축시킬 수 있다.In particular, recently, lab-on-a-chip (LOC), a device that enables research on semiconductor technology, nanotechnology, biotechnology, etc., on a small chip through miniaturization and integration has been introduced. In the case of lab-on-a-chip, all processes from sample pretreatment to transportation, control, separation, analysis, and detection can be performed on one chip at a time. Time can also be shortened.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 표적 DNA를 검출하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method and apparatus for detecting a target DNA using a field effect transistor.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 표적 DNA를 검출하는 방법을 제공한다.One aspect of the present invention for achieving the above object provides a method of detecting a target DNA using a field effect transistor.
전계 효과 트랜지스터를 이용하여 표적 DNA를 검출하는 방법은, 베이스 DNA를 시료 도입부에 고정하는 단계; 베이스 DNA가 고정된 시료 도입부에 검출 대상 시료를 도입하는 단계; 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 측정하는 단계; 측정된 드레인 전류를 기준 전류와 비교하는 단계; 및 비교 결과에 따라 표적 DNA를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.A method of detecting a target DNA using a field effect transistor, comprising: fixing a base DNA to a sample introduction portion; Introducing a sample to be detected into a sample introduction portion to which the base DNA is fixed; Measuring the drain current of the field effect transistor; Comparing the measured drain current with a reference current; And detecting the target DNA according to the comparison result.
베이스 DNA를 시료 도입부에 도입하는 단계 이후에, 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 측정하고, 측정된 드레인 전류를 기준 전류로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of introducing the base DNA into the sample introduction portion, the step of measuring a drain current of the field effect transistor and setting the measured drain current as a reference current may be further included.
드레인 전류를 측정하는 단계는, 기준 전원의 전압을 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. Measuring the drain current may include supplying a voltage of the reference power to the gate electrode of the field effect transistor.
기준 전원(Vref)은 전계 효과 트랜지스터를 턴-온 시킬 수 있다.The reference power Vref may turn on the field effect transistor.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 표적 DNA를 검출하는 장치를 제공한다.Another aspect of the present invention for achieving the above object is to provide an apparatus for detecting a target DNA using a field effect transistor.
전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)를 이용하여 표적 DNA를 검출하는 장치는, 기준 전원과 연결된 게이트 전극, 전류 검출부와 연결된 드레인 전극, 및 접지와 연결된 소스 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터; 베이스 DNA가 미리 도입되어 상기 게이트 전극에 결합된 시료 도입부; 상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 검출하는 전류 검출부, 및 상기 드레인 전류를 기준 전류와 비교하여 표적 DNA를 검출하는 판독부를 포함할 수 있다.An apparatus for detecting a target DNA using a field effect transistor (FET) includes: a field effect transistor including a gate electrode connected to a reference power source, a drain electrode connected to a current detector, and a source electrode connected to ground; A sample introduction part to which the base DNA was previously introduced and bonded to the gate electrode; A current detection unit for detecting a drain current of the field effect transistor, and a read unit for detecting a target DNA by comparing the drain current with a reference current.
상기 베이스 DNA는, 상기 표적 DNA와 상보적 서열을 갖는 상보 DNA; 및 상기 표적 DNA의 일 단과 결합하는 프라이머(primer)를 포함할 수 있다.The base DNA is a complementary DNA having a sequence complementary to the target DNA; And a primer that binds to one end of the target DNA.
상기 전계 효과 트랜지스터는, 버퍼층이 형성된 베이스 층의 일면 상에 배치되고, 채널을 형성하는 채널 영역과 상기 채널 영역의 양측에 배치된 드레인 영역 및 소스 영역을 포함하는 활성층 패턴을 포함할 수 있다.The field effect transistor may include an active layer pattern disposed on one surface of a base layer on which a buffer layer is formed and including a channel region forming a channel and a drain region and a source region disposed on both sides of the channel region.
상기와 같은 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 표적 DNA를 검출하는 방법 및 장치를 이용할 경우에는 특정 염기 서열을 가진 표적 DNA를 빠르고 정확하게 검출할 수 있다.When using the method and apparatus for detecting target DNA using the field effect transistor according to the present invention as described above, it is possible to quickly and accurately detect target DNA having a specific nucleotide sequence.
또한, 다양한 DNA를 대상으로도 표적 DNA를 한번에 검출할 수 있는 장점이 있다.In addition, it has the advantage of being able to detect target DNA at once even for various DNAs.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터(FET)를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하는 장치에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하기 위한 베이스 DNA를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하는 장치를 어레이로 구현한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하는 방법에 대한 흐름도이다.1 is a cross-sectional view showing a field effect transistor (FET) according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram of an apparatus for detecting a target DNA according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing a base DNA for detecting a target DNA according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram in which an apparatus for detecting target DNA according to an embodiment of the present invention is implemented as an array.
5 is a flowchart of a method of detecting a target DNA according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터(FET)를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a field effect transistor (FET) according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전계 효과 트랜지스터(FET, 100)는, 버퍼층(120)이 형성된 베이스 층(110)의 일면 상에 배치되고, 채널을 형성하는 채널 영역(132)과 채널 영역(132)의 양측에 배치된 제1 영역(131) 및 제2 영역(133)을 포함하는 활성층 패턴(130), 제1 절연막(140)에 의해 활성층 패턴(130)과 이격되며, 활성층 패턴(202)과 중첩되는 게이트 전극(180), 제1 절연막(140) 및 제2 절연막(150)에 의해 활성층 패턴(130)과 이격되며 상기 활성층 패턴(130)의 제1 영역(131) 및 제2 영역(133)에 각각 연결되는 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a field effect transistor (FET) 100 is disposed on one surface of the
제1 영역(131)과 제2 영역(133) 중 하나는 소스(source) 영역일 수 있고, 다른 하나는 드레인(drain) 영역일 수 있다. 일 예로, 제1 영역(131)이 소스 영역이면, 제2 영역(133)은 드레인 영역일 수 있다. 반대로, 제1 영역(131)이 드레인 영역이면, 제2 영역(133)은 소스 영역일 수 있다. 이는, 전계 효과 트랜지스터(100)의 캐리어 타입(일 예로, N 타입 또는 P 타입) 및 전류의 방향 등에 따라 달라질 수 있다.One of the
또한, 본 발명에서 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)의 위치가 특별히 한정되지는 않으며, 이는 실시예에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터(100)가 제1 영역(131)을 통해 다른 회로 소자(일 예로, 적어도 하나의 다른 트랜지스터 및/또는 커패시터 등)에 바로 연결될 경우, 제1 전극(160)이 생략될 수 있다. 유사하게, 전계 효과 트랜지스터(100)가 제2 영역(133)을 통해 다른 회로 소자에 바로 연결되는 경우, 제2 전극(170)이 생략될 수도 있다. In addition, in the present invention, the positions of the
또한, 관점에 따라서는 제1 및/또는 제2 영역들(131, 133)을 전계 효과 트랜지스터(100)의 소스 및/또는 드레인 전극들로 간주하고, 제1 및/또는 제2 전극들(160, 170)을 전계 효과 트랜지스터(100)의 일 전극에 연결되는 배선들 또는 다른 회로 소자의 전극들로 간주할 수도 있다. 제1 영역(131)과 제2 영역(133)에는 p-type 또는 n-type 채널을 형성할 수 있도록 이온 도핑이 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 p 타입 채널을 형성하는 것으로 전제할 수 있다.In addition, depending on the viewpoint, the first and/or
채널 영역(132), 제1 영역(131), 및 제2 영역(133)은, 각각 다결정 실리콘(Poly-Si, polysilicon)을 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극(180)은 채널 영역(132)의 길이와 동일한 너비를 가질 수 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. The
게이트 전극(180)은 하나 이상의 DNA 시료가 도입될 수 있도록 외부 표면이 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(180)의 표면은, 금(Gold), SiO2, TiO2, Al2O3로 구성된 군에서 선택된 재질로 구성될 수 있다. An outer surface of the
이하에서는, 설명의 편의를 위해 제1 영역(131)은, 드레인 영역, 제2 영역(133)은 소스 영역, 제1 전극(160)은 드레인 전극, 제2 전극(170)은 소스 전극으로 전제하고 설명한다.Hereinafter, for convenience of description, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하는 장치에 대한 개념도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하기 위한 베이스 DNA를 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram of an apparatus for detecting a target DNA according to an embodiment of the present invention. 3 is a conceptual diagram showing a base DNA for detecting a target DNA according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 표적 DNA를 검출하는 장치(1000)는, 전계 효과 트랜지스터(100), 시료 도입부(200), 전류 검출부(210), 및 판독부(220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, an
시료 도입부(200)는, 전계 효과 트랜지스터(100)의 게이트 전극(180) 표면에 박막 공정을 통해 실장될 수 있으며, 시료 도입부(200)는, 베이스 DNA(20)와 특이적으로 결합하여 베이스 DNA(20)를 게이트 전극(180) 표면에 고정시킬 수 있는 수용 물질을 포함할 수 있다. 시료 도입부(200)는, 베이스 DNA(20)와 특이적으로 결합되어 전계 효과 트랜지스터(100)의 채널을 형성하도록 유도할 수 있다.The
도 3을 참조하면, 베이스 DNA(20)는, 표적 DNA(30)와 상보적 결합을 수행할 수 있는 유전자 물질로서, 프라이머(primer, 15) 및 표적 DNA(30)의 상보 DNA(10)를 포함할 수 있다. 상보 DNA(10)는 표적 DNA(30)와 상보적 결합(예를 들어 약한 수소 결합)이 가능한 단일 가닥일 수 있다. 프라이머(15)는, 표적 DNA(30)의 일 단과 결합될 수 있는 짧은 유전자 서열로서, 프라이머(15)의 3'말단에서부터 표적 DNA(30)와 결합되어 단일 가닥을 형성할 수 있다. 따라서, 베이스 DNA(20)는, 상보 DNA(10)와 프라이머(15)가 서로 상보적으로 결합되어 일부 이중 가닥이 형성된 DNA일 수 있다.Referring to FIG. 3, the
이러한 베이스 DNA(20)에 표적 DNA(30)가 (DNA 중합 효소에 의해) 상보적으로 결합될 수 있다. 구체적으로, 베이스 DNA(20)에 포함된 프라이머(150)와 표적 DNA(30)가 서로 연결되어 단일 가닥이 형성될 수 있고, 여기서 형성된 단일 가닥이 상보 DNA(10)와 상보적으로 결합됨으로써 이중 가닥(40)을 형성할 수 있다. The
상술한 베이스 DNA(20)와 표적 DNA(30)는 DNA를 전제로 설명하였으나, RNA, PNA(Peptide Nucleic Acid), LNA(Locked Nucleic Acid) 및 그 혼성체 중에서 선택된 물질로 치환 또는 대체될 수 있다.The
다시 도 2를 참조하면, 시료 도입부(200)에는 미리 베이스 DNA(20)가 고정되어 전계 효과 트랜지스터(100)의 게이트 전극(180)에 결합될 수 있다. Referring back to FIG. 2, the
전계 효과 트랜지스터(100)의 게이트 전극(180)은, 기준 전원(Vref)과 연결될 수 있고, 드레인 전극(160)은, 전류 검출부(210)와 연결될 수 있다. 또한, 소스 전극(170)은, 가상 접지(virtual ground) 또는 접지(ground)를 포함할 수 있다. 기준 전원(Vref)은 전계 효과 트랜지스터(100)의 게이트 온 레벨에 따른 전압을 게이트 전극(180)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 기준 전원(vref)는, 전계 효과 트랜지스터(100)가 p 타입 트랜지스터인 경우 로우 레벨 전압을 공급할 수 있고, n 타입 트랜지스터인 경우 하이 레벨 전압을 공급할 수 있다.The
전류 검출부(210)는, 전계 효과 트랜지스터(100)의 드레인 전류를 검출하고, 검출된 드레인 전류를 판독부(220)로 제공할 수 있다. 전류 검출부(210)는, 하나 이상의 저항 분배 회로를 포함할 수 있다.The
판독부(220)는 전류 검출부(210)로부터 제공된 드레인 전류를 기준 전류와 비교하여 표적 DNA의 검출 여부를 표시할 수 있다. 이때, 기준 전류는 사용자에 의해 전류 비교부(210)에 미리 설정될 수도 있다. The
도 2에 따른 판독부(220)는, 마이크로프로세싱 유닛(microprocessing unit, MPU) 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. The
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 도 2에 따른 장치(1000)는, 메모리 및 저장 장치를 더 포함할 수도 있다. 메모리 및 저장 장치 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 또한, 도 2에 따른 장치(1000)는, 무선 네트워크를 통해 통신을 수행하는 송수신 장치(transceiver), 입력 인터페이스 장치, 출력 인터페이스 장치, 저장 장치 등을 더 포함할 수 있다. Further, although not shown in the drawings, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하는 장치를 어레이로 구현한 예시도이다.4 is an exemplary diagram in which an apparatus for detecting a target DNA according to an embodiment of the present invention is implemented as an array.
도 4를 참조하면, 표적 DNA를 검출하는 장치는, 복수의 전계 효과 트랜지스터가 어레이로 구성된 트랜지스터 어레이(110) 및 트랜지스터 어레이(110)에 포함된 각각의 드레인 전극과 연결되는 복수의 전류 검출부(230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, an apparatus for detecting a target DNA includes a
트랜지스터 어레이(110)는 도 1에 따른 전계 효과 트랜지스터(100)들이 서로 병렬 연결된 구조일 수 있다. 이때, 전계 효과 트랜지스터들 중 일부는 제1 드레인 전극(및 드레인 영역)을 공유할 수 있다. 예를 들어, 동일한 행에 배치된 전계 효과 트랜지스터들은 서로 동일한 제1 드레인 전극을 공유할 수 있다. 또 다른 표현으로, 전계 효과들 중 일부(예를 들어 동일한 행에 배치된 전계 효과 트랜지스터)는 하나의 제1 공통 드레인 영역을 가질 수 있고, 공통 드레인 영역에 연결되는 제1 드레인 전극을 포함할 수 있다.The
또한, 동일한 열에 배치된 전계 효과 트랜지스터들은 서로 동일한 제2 드레인 전극을 공유할 수 있다. 또 다른 표현으로, 전계 효과들 중 일부(예를 들어 동일한 행에 배치된 전계 효과 트랜지스터)는 하나의 제2 공통 드레인 영역을 가질 수 있고, 공통 드레인 영역에 연결되는 제2 드레인 전극을 포함할 수 있다.In addition, field effect transistors disposed in the same column may share the same second drain electrode with each other. As another expression, some of the field effects (for example, field effect transistors arranged in the same row) may have one second common drain region, and may include a second drain electrode connected to the common drain region. have.
또한, 트랜지스터 어레이(110)에 포함된 전계 효과 트랜지스터들 일부 또는 전부는 동일한 소스 전극을 공유할 수 있다. 트랜지스터 어레이(110)에 포함된 복수의 전계 효과 트랜지스터들의 소스 전극은 가상 접지 또는 접지(GND)와 연결될 수 있다.In addition, some or all of the field effect transistors included in the
트랜지스터 어레이(110)에 포함된 복수의 전계 효과 트랜지스터들 각각은 서로 독립한 게이트 전극을 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 게이트 전극에는 도 2에 따른 시료 도입부(200)가 결합될 수 있다.Each of the plurality of field effect transistors included in the
복수의 전류 검출부(230)는, 복수의 행 전류 검출부 및 복수의 열 전류 검출부를 포함할 수 있다.The plurality of
트랜지스터 어레이(110)에 포함된 복수의 전계 효과 트랜지스터들의 제1 드레인 전극은 복수의 행 전류 검출부와 연결될 수 있다. 예를 들어, 첫번째 행에 배치된 전계 효과 트랜지스터들은, 제1 행 전류 검출부와 연결될 수 있고, 두번째 행에 배치된 전계 효과 트랜지스터들은, 제2 행 전류 검출부와 연결될 수 있다.The first drain electrodes of the plurality of field effect transistors included in the
또한, 트랜지스터 어레이(110)에 포함된 복수의 전계 효과 트랜지스터들의 제2 드레인 전극은 복수의 열 전류 검출부와 연결될 수 있다. 예를 들어, 첫번째 열에 배치된 전계 효과 트랜지스터들은, 제1 열 전류 검출부와 연결될 수 있고, 열번째 행에 배치된 전계 효과 트랜지스터들은, 제2 열 전류 검출부와 연결될 수 있다.In addition, the second drain electrodes of the plurality of field effect transistors included in the
따라서, 복수의 열 전류 검출부 및 복수의 행 전류 검출부 각각은 도 2에 따른 전류 검출부(210)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 즉, 복수의 열 전류 검출부 및 복수의 행 전류 검출부 각각은 행 단위로 배치된 복수의 전계 효과 트랜지스터들의 드레인 전류들 및 열 단위로 배치된 복수의 전계 효과 트랜지스터들의 드레인 전류들을 검출할 수 있다.Accordingly, each of the plurality of column current detection units and the plurality of row current detection units may perform the same functions as the
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 복수의 전류 검출부(230)와 연결된 판독부(220)를 포함할 수 있다. 판독부(220)는, 복수의 행 전류 검출부에서 검출된 드레인 전류들을 기준 전류와 비교하여 임계값 이상 차이가 있는 드레인 전류가 검출된 행 전류 검출부를 특정할 수 있다. 또한, 복수의 열 전류 검출부에서 검출된 드레인 전류들을 기준 전류와 비교하여 임계값 이상 차이가 있는 드레인 전류가 검출된 열 전류 검출부를 특정할 수 있다. 따라서, 판독부(220)는 특정된 행 전류 검출부와 열 전류 검출부를 조합하여 특정 행과 열에 배치된 전계 효과 트랜지스터에 도입된 표적 DNA를 검출할 수 있다.Further, although not shown in the drawing, it may include a
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 DNA를 검출하는 방법에 대한 흐름도이다.5 is a flowchart of a method of detecting a target DNA according to an embodiment of the present invention.
도 5에 따른 방법은, 도 2에 따른 표적 DNA를 검출하는 장치에 의해 수행될 수 있다.The method according to FIG. 5 may be performed by the apparatus for detecting the target DNA according to FIG. 2.
도 5를 참조하면, 베이스 DNA를 시료 도입부에 고정하는 단계(S100); 베이스 DNA가 고정된 시료 도입부에 검출 대상 시료를 도입하는 단계(S110); 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 측정하는 단계(S120); 측정된 드레인 전류를 기준 전류와 비교하는 단계(S130); 및 비교 결과에 따라 표적 DNA를 검출하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.5, the step of fixing the base DNA to the sample introduction portion (S100); Introducing a sample to be detected into a sample introduction portion to which the base DNA is fixed (S110); Measuring the drain current of the field effect transistor (S120); Comparing the measured drain current with a reference current (S130); And detecting the target DNA according to the comparison result (S140).
베이스 DNA를 시료 도입부에 고정하는 단계(S100) 이후에, 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 측정하고, 측정된 드레인 전류를 기준 전류로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of fixing the base DNA to the sample introduction portion (S100), the step of measuring the drain current of the field effect transistor and setting the measured drain current as a reference current may be further included.
드레인 전류를 측정하는 단계(S120)는, 기준 전원(Vref)의 전압을 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극(180)에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 기준 전원(Vref)은 전계 효과 트랜지스터(100)를 턴-온 시킬 수 있다.Measuring the drain current (S120) may include supplying a voltage of the reference power Vref to the
비교 결과에 따라 표적 DNA를 검출하는 단계(S140)는, 비교 결과 기준 전류와 드레인 전류 사이의 차분값이 임계값 이상인 경우, 표적 DNA가 검출된 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출 대상 시료에 표적 DNA가 포함되어 있는 경우, 표적 DNA는 베이스 DNA와 상보적 결합되므로 전계 효과 트랜지스터(100)의 전기적 특성이 변화될 수 있다. 따라서, 여기서 측정되는 드레인 전류는 기준 전류와 차이가 발생할 수 있다.The step of detecting the target DNA according to the comparison result (S140) may include determining that the target DNA has been detected when the difference value between the reference current and the drain current as a result of the comparison is greater than or equal to a threshold value. For example, when a target DNA is included in a sample to be detected, the target DNA is complementarily combined with the base DNA, so that the electric characteristics of the
한편, 비교 결과에 따라 표적 DNA를 검출하는 단계(S140)는, 비교 결과 기준 전류와 드레인 전류 사이의 차분값이 임계값 이하(또는 미만)인 경우, 표적 DNA가 검출되지 않은 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출 대상 시료에 표적 DNA가 포함되어 있지 않은 경우, 베이스 DNA에 검출 대상 시료가 결합되지 않는다. 따라서, 전계 효과 트랜지스터(100)의 전기적 특성이 변화되지 않으므로, 여기서 측정되는 드레인 전류는 기준 전류와 동일하거나 거의 유사할 수 있다.On the other hand, the step of detecting the target DNA according to the comparison result (S140), when the difference value between the reference current and the drain current as a result of the comparison is less than (or less than) a threshold, determining that the target DNA has not been detected. Can include. For example, when the target DNA is not included in the target sample, the target sample is not bound to the base DNA. Accordingly, since the electric characteristics of the
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The methods according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the computer-readable medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of computer-readable media may include hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions may include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The above-described hardware device may be configured to operate as at least one software module to perform the operation of the present invention, and vice versa.
또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다. In addition, the above-described method or apparatus may be implemented by combining all or part of its configuration or function, or may be implemented separately.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.
10: 상보 DNA
15: 프라이머
20: 베이스 DNA
30: 표적 DNA
100: 전계 효과 트랜지스터
110: 트랜지스터 어레이
200: 시료 도입부
210: 전류 검출부
220: 판독부
230: 복수의 전류 검출부
1000: 표적 DNA를 검출하는 장치10: complementary DNA 15: primer
20: base DNA 30: target DNA
100: field effect transistor 110: transistor array
200: sample introduction unit 210: current detection unit
220: reading unit 230: a plurality of current detection units
1000: device to detect target DNA
Claims (3)
기준 전원과 연결된 게이트 전극, 전류 검출부와 연결된 드레인 전극, 및 접지와 연결된 소스 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터;
베이스 DNA가 미리 고정되어 상기 게이트 전극에 결합된 시료 도입부;
상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 검출하는 전류 검출부, 및
상기 드레인 전류를 기준 전류와 비교하여 표적 DNA를 검출하는 판독부를 포함를 포함하는, 표적 DNA를 검출하는 장치.A device that detects target DNA using a field effect transistor (FET),
A field effect transistor including a gate electrode connected to a reference power source, a drain electrode connected to a current detector, and a source electrode connected to ground;
A sample introduction part to which the base DNA is fixed in advance and coupled to the gate electrode;
A current detector for detecting a drain current of the field effect transistor, and
Comprising a reader for detecting the target DNA by comparing the drain current with a reference current, the apparatus for detecting the target DNA.
상기 베이스 DNA는,
상기 표적 DNA와 상보적 서열을 갖는 상보 DNA; 및
상기 표적 DNA의 일 단과 결합하는 프라이머(primer)를 포함하는, 표적 DNA를 검출하는 장치.In claim 1,
The base DNA,
A complementary DNA having a sequence complementary to the target DNA; And
An apparatus for detecting a target DNA, comprising a primer that binds to one end of the target DNA.
상기 전계 효과 트랜지스터는,
버퍼층이 형성된 베이스 층의 일면 상에 배치되고, 채널을 형성하는 채널 영역과 상기 채널 영역의 양측에 배치된 드레인 영역 및 소스 영역을 포함하는 활성층 패턴을 포함하는, 표적 DNA를 검출하는 장치.In claim 1,
The field effect transistor,
An apparatus for detecting a target DNA, comprising: an active layer pattern disposed on one surface of a base layer on which a buffer layer is formed and including a channel region forming a channel and a drain region and a source region disposed on both sides of the channel region.
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