KR20210148865A - 바이오 타겟을 위한 바이오 검출기 디바이스 - Google Patents
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Abstract
바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 방법, 디바이스, 및 상기 디바이스를 제조하기 위한 방법이 본원에 설명된다. 디바이스는 상단 어셈블리 및 하단 어셈블리를 포함한다. 상단 어셈블리는 상단 층 상에 배치된 전극을 포함한다. 하단 어셈블리는 하단 층 상에 배치된 바이오 칩, 및 바이오 칩과 상단 어셈블리 사이에 배치된 폴리머 바디를 포함한다. 폴리머 바디는 채널을 포함한다. 상단 어셈블리의 전극은 채널 내에 위치결정된다. 채널은 분석물을 포함하는 바이오 타겟을 수용하도록 구성된다.
Description
우선권 주장
본 출원은 2020년 5월 28일에 출원된 미국 가출원 제63/030,947호에 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 통합된다.
기술 분야
본 출원은 일반적으로 전기 디바이스에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 바이오 타겟을 검출하기 위한 검출기 디바이스에 관한 것이다.
전 세계의 클리닉 및 병원은 진단 정보를 제공하고/하거나 의학적 상태를 나타낼 수 있기 때문에 세포 농도를 사용하여 환자의 건강을 결정한다. 미생물학자의 마이크로 조직 배양 연구 및/또는 의료 실험실에서의 질병 진행 연구와 같은 광범위한 응용 분야에서 샘플의 세포를 정밀하게 측정하는 것이 중요할 수 있다. 혈구 계를 사용한 수동 카운팅, 벤치탑 및 핸드헬드 디바이스를 사용하는 Coulter 카운터 기술과 같은 임피던스 시스템 사용 및/또는 광학 유세포 분석과 같은 광학 시스템 사용과 같이 샘플에서 세포 수를 결정하는 다수의 상이한 방법들이 있다.
본 개시의 양태는 첨부 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도를 예시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 1에 주석이 달린 단면 "A"를 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도를 예시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 1에 주석이 달린 단면 "B"를 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 또다른 측면도를 예시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상면도로부터 추출된 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 분해 측면도를 예시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오마커(510)를 갖는 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도를 예시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도를 예시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 사용한 예시적인 바이오 타겟 검출을 예시한다.
도 8a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 1 단계를 예시한다.
도 8b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 2 단계를 예시한다.
도 8c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 3 단계를 예시한다.
도 8d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 4 단계를 예시한다.
도 9a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 단면도를 예시한다.
도 9b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 또다른 단면도를 예시한다.
도 9c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 또다른 단면도를 예시한다.
도 9d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 또다른 단면도를 예시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도로부터의 기준 전극의 다양한 패턴의 분해도를 예시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도로부터 기준 전극의 다양한 패턴의 분해도를 예시한다.
도 12a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 실리콘 폴리머 바디의 측면도를 예시한다.
도 12b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 실리콘 폴리머 바디의 상면도를 예시한다.
도 13a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 1 단계를 예시한다.
도 13b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 2 단계를 예시한다.
도 13c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 3 단계를 예시한다.
도 13d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 4 단계를 예시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하기 위한 예시적인 흐름도 프로세스를 예시한다.
도 15는 본 개시 내용의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출 디바이스를 사용하여 분석물을 검출하기 위한 예시적인 흐름도를 예시한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도를 예시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 1에 주석이 달린 단면 "A"를 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도를 예시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 1에 주석이 달린 단면 "B"를 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 또다른 측면도를 예시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상면도로부터 추출된 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 분해 측면도를 예시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오마커(510)를 갖는 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도를 예시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도를 예시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 사용한 예시적인 바이오 타겟 검출을 예시한다.
도 8a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 1 단계를 예시한다.
도 8b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 2 단계를 예시한다.
도 8c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 3 단계를 예시한다.
도 8d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 4 단계를 예시한다.
도 9a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 단면도를 예시한다.
도 9b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 또다른 단면도를 예시한다.
도 9c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 또다른 단면도를 예시한다.
도 9d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극의 또다른 단면도를 예시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도로부터의 기준 전극의 다양한 패턴의 분해도를 예시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도로부터 기준 전극의 다양한 패턴의 분해도를 예시한다.
도 12a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 실리콘 폴리머 바디의 측면도를 예시한다.
도 12b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 실리콘 폴리머 바디의 상면도를 예시한다.
도 13a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 1 단계를 예시한다.
도 13b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 2 단계를 예시한다.
도 13c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 3 단계를 예시한다.
도 13d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 제 4 단계를 예시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하기 위한 예시적인 흐름도 프로세스를 예시한다.
도 15는 본 개시 내용의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출 디바이스를 사용하여 분석물을 검출하기 위한 예시적인 흐름도를 예시한다.
다음의 개시는 제공된 청구 대상의 상이한 피처들을 구현하기 위한 많은 상이한 실시예 또는 예시들을 제공한다. 본 개시를 단순화하기 위해 컴포넌트 및 배열의 특정 예가 아래에 설명된다. 물론, 이들은 단지 예시이며 제한하려는 의도는 아니다. 또한, 본 개시는 다양한 예들에서 참조 번호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성과 명료성을 위한 것이며 그 자체가 논의된 다양한 실시예 및/또는 구성 사이의 관계를 지시하는 것은 아니다.
실시예에서, 원자, 지질, 단백질, 세포, 박테리아, 바이러스, 데옥시리보핵산(DNA), 단백질 및/또는 배아체와 같은 다양한 사이즈의 바이오 타겟을 검출 및 식별하기 위해 저항성 센서로서 작용하는 바이오 검출기 디바이스가 본원에 설명된다. 바이오 타겟의 검출은, 예들 들어 약물 스크리닝 및/또는 현장 진단에 활용될 수 있다. 저항성 센서는 테스트중인 특정 물질 내에서 전기적 변화를 측정할 수 있다. 바이오 타겟 디바이스와 관련하여, 바이오 타겟의 샘플은 바이오 검출기 디바이스 내의 열린 공간 또는 채널 내에 배치되거나 그들 통과할 수 있다. 바이오 타겟 샘플이 바이오 검출기 디바이스 내에 있으면 전압이 디바이스에 인가되고 그 샘플 내의 전기적 변화가 측정된다. 열린 공간 또는 채널은 다양한 크기의 바이오 타겟을 용이하게 하기 위해 높이를 조정될 수 있다. 예를 들어, 저항성 센서의 해상도 폭은 전위 속도에 의존할 수 있고 진폭은 바이오 타겟의 부피에 의존할 수 있으므로 바이오 타겟의 크기를 추출할 수 있다. 채널의 조정된 높이와 함께 측정된 전기적 변화를 활용하여, 바이오 타겟 샘플은 검출되고 특성을 식별할 수 있다. 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 방법이 또한 본원에 설명된다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도(100)를 예시한다. 상면도(100)로부터 볼 수 있는, 바이오 검출기는 바이오-MOSFET 칩(110), 주변(perimeter) 층(120) 및 실리콘 폴리머 바디(130)를 포함한다. 실리콘 폴리머 바디(130)는 임의의 실리콘 폴리머로 제조될 수 있다. 일 예에서, 실리콘 폴리머 바디(130)는 폴리디메틸실록산(PDMS)이다. 실리콘 폴리머 바디(130)는 다수의 저장소 또는 채널(132)을 포함한다. 테스트중인 바이오 타겟은 채널(132)에 배치될 수 있다. 채널(132)의 높이는 가변적이며, 도 2에 더 상세히 설명된 바와 같이, 테스트되고 있는 바이오 타겟의 유형에 기초하여 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 테스트중인 바이오 타겟은 액체 샘플(예를 들어, 혈액 또는 체액)이다. 채널(132)은 일단 채널(132) 내에 배치되면 바이오 타겟의 버블링을 용이하게 하는 벤트(vent)(134)를 포함한다. 주변 층(120)은 바이오 검출기 디바이스를 둘러쌀 수 있다. 주변 층(120)의 위치결정에 따라, 도 2에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 주변 층(120)은 인쇄 회로 기판(PCB), 유리, 아크릴, 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 중 임의의 것일 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 1에 주석이 달린 단면 "A"를 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도(200)를 예시한다. 측면도(200)로부터 볼 수 있은, 바이오 검출기 디바이스는 바이오-MOSFET 칩(110), 실리콘 폴리머 바디(130), 기준 전극(232), 하단 층(222) 및 상단 층(224)을 포함한다. 측면도(200)의 하단 층(222) 및 상단 층(224)은 함께 도 1의 상면도(100)에 도시된 주변 층(120)을 형성한다. 바이오-MOSFET 칩(110)은 일부 실시예에 따라 PCB 상에 만들어진 하단 층(222)에 위치결정된다. 상단 층(224)은 PCB, 유리 또는 PMMA로 이루워질 수 있다. 실리콘 폴리머 바디(130)는 바이오-MOSFET 칩(100)과 상단 층(222) 사이에 위치결정된다. 도 12a 및 도 12b에 더 상세히 설명된 바와 같이, 하나 이상의 채널(132)이 실리콘 폴리머 바디(130) 내에 형성되어 바이오 타겟 또는 채널(132) 내의 임의의 다른 물질 위치의 테스트를 용이하게 한다. 기준 전극은 상단 층(224)에 결합되고 채널(132) 내에 위치결정되며, 그 형성은 도 8a 내지 도 8d에서 더 상세히 설명된다. 바이오-MOSFET(110)의 표면과 기준 전극(232) 사이의 거리 또는 높이(234)는 테스트되고 있는 특정 바이오 타겟(들)에 따라 조정될 수 있다. 이러한 바이오 타겟은 예를 들어 원자, 지질, 단백질, 세포, 박테리아, 바이러스, DNA, 단백질 및/또는 배아체를 포함할 수 있으며, 상대적 크기의 범위는 대수 스케일에서 0.1 nm 내지 1 smm이다(예를 들어, 원자 
0.1 nm, C60 
1 nm, 지질 
3 nm, 단백질 
8 nm, 독감 바이러스 
100 nm, 박테리아 또는 미토콘드리아 
1 ㎛, 적혈구 
7 ㎛, 동물 또는 식물 세포 
10 ㎛ 내지 100 ㎛, 화분 또는 인간 난자 
300 ㎛ 또는 개구리 알 
1 mm). 기준 전극(232)과 바이오-MOSFET(110)의 표면 사이의 바이오 타겟 크기와 높이(234) 사이의 비율은 대략 2 : 3이다. 일부 실시예에서, 바이오-MOSFET(110)의 표면과 기준 전극(232) 사이의 높이(234)는 기준 전극(232)의 두께를 수정함으로써 조정된다. 기준 전극(232)의 두께는 500 ㎛ 내지 2 mm의 범위일 수 있다. 기준 전극은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 염화은(AgCl) 또는 이들의 조합과 같은 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 바이오-MOSFET(110)의 표면과 기준 전극(232) 사이의 높이(234)는 실리콘 폴리머 바디(130)의 두께(236)를 수정함으로써 조정되며, 이는 2.01 mm 내지 3 mm의 범위일 수 있다(예를 들어, 2.01 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm). 또 다른 실시예에서, 바이오-MOSFET(110)의 표면과 기준 전극(232) 사이의 높이(234)는 기준 전극(232)과 실리콘 폴리머 바디(130) 모두의 두께를 수정하는 것의 조합에 의해 조정된다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 1에 주석이 달린 단면 "B"를 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 또다른 측면도(300)를 예시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상면도(450)로부터 추출된 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 분해 측면도(400)를 예시한다. 도 4에 예시된 실시예에서, 바이오-MOSFET(110)은 핸들링 기판(412), 상호접속부(414), 폴리 게이트(PG)(416), 베이스 전극(418), 소스/드레인 단자(420, 422), 절연체 층(424), 금속 상호접속 층(426), 실리콘(428) 및 감지 필름(430)으로 구성된 이온 감지 전계 효과 트랜지스터(ion-sensing field-effect transistor; ISFET)일 수 있다. 핸들링 기판(412)은 하단 층(222)에 결합된다. 개별 상호접속부(414)는 베이스 전극(418), 소스/드레인 단자, 및 PG(416) 각각을 핸들링 기판(412)에 결합한다. 금속 상호접속 층(426)은 상호접속부(414) 및 PG(416) 각각을 둘러싼다. 베이스 전극(418) 및 소스/드레인 단자(420, 422)는 실리콘(428) 내에 위치된다. 매립된 산화물 층과 같은 절연체 층(424)은 베이스 전극으로부터 감지 필름(430)을 분리한다. 감지 필름(430)은 임의의 고 k 감지 필름일 수 있으며, 하프늄 이산화물(HfO2), 지르코늄 이산화물(ZrO2) 및/또는 티타늄 이산화물(TiO2)과 같은 재료를 포함할 수 있다. 감지 필름(430)은 소스/드레인 단자(420, 422) 사이에 리세스 웰(440)을 형성한다. 일부 실시예에서 리세스 웰(440)의 깊이(444)는 약 1 ㎛일 수 있다. 상면도(450)는 리세스 웰(452)과 같은 리세스 웰의 크기가 상이한 크기의 바이오 타겟의 검출을 용이하게 하기 위해 변할 수 있음을 예시한다. 바이오 타겟을 갖는 완충액 및 세포 배양 배지를 함유하는 용액(442)이 채널(132) 및 리세스 웰(440)을 채운다. 감지 층(430)은 리세스 웰(440)의 영역 내에서 소스/드레인 단자(422, 422)와 접촉하여 바이오-MOSFET(110)과 테스트중인 바이오 타겟 사이의 전기적 접속을 용이하게 한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오마커(510)를 갖는 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도(500)를 예시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 바이오마커(510)가 바이오-MOSFET(110)의 표면에 본딩된다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 바이오마커(510)는 감지 필름(430)에 본딩될 수 있다. 바이오마커(510)는 용액(442) 내의 특정 바이오 타겟을 식별하는데 도움이 되는 상이한 세포 단백질일 수 있다. 예를 들어, 유방암 세포 바이오마커는 HER2이다. HER2의 단백질은 리세스 웰(440) 내의 감지 필름(420)에 결합될 수 있고 용액(442) 내에 함유된 임의의 유방암 세포와 바인딩될 수 있다. 용액(442)은 배수될 수 있고 바이오-MOSFET(110)의 표면은 최종 세척으로 세척될 수 있다. 이 예에서, 바이오마커(510)와 본딩된 임의의 유방암 세포는 리세스 웰(440) 내의 감지 필름(420)의 표면에 남아있을 것이고 바이오 타겟 내의 세포는 유방암 세포로서 식별될 수 있다. 도 5에 예시된 실시예는 유방암 세포 및 대응하는 바이오마커와 관련하여 설명되지만, 바이오 타겟 및 대응하는 바이오마커의 임의의 조합이 본원에 기재된 바이오 검출기 디바이스와 관련하여 사용될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 또다른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 측면도(600)를 예시한다. 바이오-MOSFET(610)는 감지 필름(630)을 제외하고 도 4 및 도 5에 설명된 바이오-MOSFET(110)과 구조적으로 유사하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 감지 필름(630)은 리세스 웰이 없는 평면이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 사용한 예시적인 바이오 타겟 검출을 예시한다. 이해의 편의를 위해, 프로세스는 도 4 및도 5에서 앞서 설명된 구조물을 참조하여 설명된다. 그러나 프로세스는 다른 많은 구조물에도 적용되는 것으로 이해된다. 이 예에서, 바이오 타겟(710)은 심장 세포(712)를 함유한다. 기준 전극(232)과 바이오-MOSFET(110)의 표면(예를 들어, 감지 필름(430)의 표면) 사이의 높이 또는 거리(734)는 이 예에서 약 2.05 mm이다. 도 7에 도시된 바이오 타겟 디바이스는 기준 전극(232)과 바이오-MOSFET(110) 사이의 전기적 특성(예를 들어, 전류)에 기초하여 심장 세포(734)(예를 들어, 분석물)의 존재를 검출할 수 있다. 심장 세포(712)는 나트륨 이온(NA+), 칼륨 이온(K+) 및/또는 칼슘 이온(CA2+)과 같은 이온을 포함한다. 나트륨 이온(NA+), 칼륨 이온(K+) 및/또는 칼슘 이온(CA2+) 중 임의의 것이 바이오 타겟(710) 안팎으로 수송될 수 있고 감지 필름(430)에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 심장 세포(712)는 인간의 심장이 뛸 때 인체 내의 세포외(extracellular) 칼슘 이온(CA2+)을 흡수한다. 이러한 세포외 이온은 체외에서(예를 들어, 바이오 타겟(710) 샘플 내에서) 채취할 때 심장 세포(710)로부터 배출되고, 세포외 칼슘 이온(CA2+)이 심장 세포로부터 배출되고 감지 필름(430)에 의해 감지됨에 따라 세포외 칼슘 이온의 함량이 감소한다. 기준 전극(232)과 바이오-MOSFET(110) 사이의 전류는 감지 필름(430) 상의 세포외 칼슘 이온(CA2+)의 존재에 기초하여 감소할 것이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 상단 층(224) 및 하나 이상의 기준 전극(232)을 갖는 상단 전극 어셈블리를 제조하는 다양한 단계를 예시한다. 도 8a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 1 단계(800)를 예시한다. 제 1 단계(800) 동안, 금속 층(802)은 예를 들어 스퍼터링 퇴적을 사용하여 기판(804) 상에 퇴적된다. 스퍼터링 퇴적은 기체 형태로 요소를 적용함으로써 기판 상에 박막이 퇴적되는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 방법이다. 일부 실시예에서, 금속 층(802)은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 염화은(AgCl) 또는 이들의 임의의 조합과 같은 재료를 포함할 수 있다. 기판(804)(예를 들어, 상단 층(224))은 PCB, 유리, 아크릴 또는 PMMA 중 임의의 것으로 구성될 수 있다.
도 8b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 2 단계(810)를 예시한다. 제 2 단계(810) 동안, 포토레지스트(PR) 마스크가 에칭을 위한 준비에서 금속 층(802)에 적용된다. PR 마스크는 도 10 및 도 11에서 보다 상세히 설명된 바와 같이 기준 전극(232)의 다양한 유형의 패터닝을 용이하게 할 수 있다.
도 8c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 3 단계(820)를 예시한다. 제 3 단계(820) 동안, 금속 층(802)은 금속 층(810)을 기준 전극(232)으로 패터닝하기 위해 금속 에칭을 사용하여 에칭된다. 제 3 단계(820) 동안의 이 패터닝으로부터 발생되는 다양한 치수가 도 9a 내지 도 9d에 더 상세하게 설명된다.
도 8d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 상단 전극 어셈블리를 제조하는 제 4 단계(830)를 예시한다. 제 4 단계(830) 동안, 금속 층(810)의 패터닝이 완료되면, PR 층(812)이 제거되고 결과적인 전극(232) 형성이 완료된다.
도 9a 내지 도 9d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 제조 프로세스로부터 발생하는 기준 전극(232)의 다양한 횡단면도를 예시한다. 도 9a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극(232)의 단면도(900)를 예시한다. 기준 전극(232)은 50 ㎛ 내지 900 ㎛ 범위의 길이(902)를 가질 수 있다. 도 9b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극(232)의 또다른 단면도(910)를 예시한다. 기준 전극(232)은 50 ㎛ 내지 900㎛ 범위의 폭(912)을 가질 수 있다. 도 9c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극(232)의 또다른 단면도(920)를 예시한다. 기준 전극(232)은 100 ㎛ 내지 2 mm 범위의 두께(922)를 가질 수 있다.
기준 전극(232)의 두께(922), 폭(912) 및 길이(902) 사이의 비율은 바이오-MOSFET(110)의 표면에 대한 기준 전극(232)의 접착에 영향을 미치지 않도록 적절하게 크기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 길이(902)와 폭(912) 사이의 비(예를 들어, L : W)는 약 1 : 18일 수 있다. 길이(902)와 두께(922) 사이의 비율(예를 들어, L : T)은 일부 실시예에서 약 1 : 5일 수 있다. 유사하게, 폭(912)과 두께(922) 사이의 비율(예를 들어, W : T)은 약 1 : 5일 수 있다.
도 9d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 기준 전극(232)의 또다른 단면도(930)를 예시한다. 이 실시예에서, 기준 전극(232)은 하단 층(932), 코어 재료(934) 및 외부 층(936)을 포함한다. 이들 층의 퇴적은 도 8a에서 앞서 설명된 것과 유사할 수 있다. 하단 층(932)은 크롬(Cr)으로 구성된다. 코어 재료(934)는 은(Ag) 또는 염화은(AgCl)일 수 있다. 외부 층(936)은 그래핀 산화물(GO)일 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도(450)로부터 기준 전극(232)의 다양한 패턴의 분해도를 예시한다. 도 10의 예시적인 바이오 검출기 디바이스는 채널 내에 위치된 하나의 기준 전극(232)을 갖는 단일 채널을 포함한다. 이러한 구성으로, 단일 기준 전극(232)은 다양한 방식으로 패터닝된다. 일례에서, 채널(1002)은 전압이 단일 사이트(site)에 인가되도록 패터닝된 단일 전극(1004)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 채널(1010)은 2개의 사이트: 내부 사이트(1012) 및 외부 사이트(1014)를 갖도록 패터닝된 단일 기준 전극을 포함한다. 전압은 그 전압을 집중시키기 위해 내부 사이트(1012)에 인가된다. 전압은 기준 전극(1010) 전체에 걸쳐 전압을 분산시키기 위해 외부 사이트(1014)에인가된다. 내부 사이트(1012) 및 외부 사이트(1014) 모두에 전압을 인가하는 것은 테스트되고 있는 바이오 타겟 내의 분석물의 3 차원(3D) 회전 운동으로 순차적으로 이어진다. 또 다른 예에서, 채널(1020)은 2개의 나란한 사이트: 좌측 사이트(1022) 및 우측 사이트(1024))를 갖도록 패터닝된 단일 기준 전극을 포함한다. 좌측 사이트(1022) 및 우측 사이트(1024)에 순차적으로(예를 들어, 좌측 사이트(1022)에서 우측 사이트(1024)로) 전압을 인가하는 것은, 테스트되고 있는 바이오 타겟 내의 분석물의 2 차원(2D) 회전으로 이어진다. 분석물의 회전은 감지 필름에 대한 분자 페어링 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 개시 내용의 다양한 실시예에 따른 예시적인 바이오 검출기 디바이스의 상면도(450)로부터 기준 전극(232)의 다양한 패턴의 분해도를 예시한다. 도 11의 예시적인 바이오 검출기 디바이스는 채널 내에 위치된 다수의 기준 전극(232)을 갖는 단일 채널을 포함한다. 이러한 구성으로, 다수의 기준 전극(232)은 도 10에 설명된 것과 같은 다수의 방식으로 패터닝된다. 하나의 예에서, 채널(1102)은 다중 기준 전극(1104)을 포함할 수 있다. 각 기준 전극은, 채널(1002)과 관련하여 기술된 바와 같이 단일 사이트에 전압이 인가되도록 패터닝된다. 다른 예에서, 채널(1110)은 다중 기준 전극(1114)을 포함한다. 각 기준 전극(1114)은 채널(1004)과 관련하여 상세하게 설명된 바와 같이 2개의 사이트를 갖도록 패터닝된다. 또 다른 예에서, 채널(1120)은 다중 기준 전극(1122)을 포함한다. 각 기준 전극은 채널(1020)과 관련하여 설명된 바와 같이 2개의 나란한 사이트를 갖도록 패터닝된다.
도 10 내지 도 11은 단일 채널과 관련하여 설명되어 있지만, 하나 이상의 전극을 갖는 다중 채널이 바이오 타겟 내에서 분석물을 검출하는데 사용될 수 있음을 인지할 수 있다. 다중 채널을 사용하면 분석물 유형에 따라 챔버 분리가 필요할 수 있다.
도 12a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 실리콘 폴리머 바디(130)의 측면도(1200)를 예시한다. 일부 실시예에서, PMMA 몰드는 일부 실시예에서 조각 기계를 사용하여 제조된다. 실리콘 폴리머 바디(130)는 PMMA 몰드를 사용하여 PDMS의 몰딩을 통해 형성된다. 도 12b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 실리콘 폴리머 바디(130)의 상면도(1210)를 예시한다.
도 13a 내지 도 13d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스를 제조하는 다양한 단계를 예시한다. 도 13a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스(1352)를 제조하는 제 1 단계(1300)를 예시한다. 제 1 단계(1300)에서, 2개의 개별 어셈블리가 제작된다. 상단 전극 어셈블리(1310)는 도 8a 내지 도 8d에 상세히 설명된 바와 같이 제조된다. 앞서 설명된 바와 같이, 상단 전극 어셈블리(1310)는 상단 층(224) 및 하나 이상의 기준 전극(232)을 포함한다. 하단 칩 어셈블리(1320)는 하단 층(222) 상에 도 4 내지 도 6에서 상세히 기술된 바이오-MOSFET 칩(110)을 배치함으로써 제조된다. 도 12a 및 도 12b에 앞서 설명된 바와 같이 제조된 실리콘 폴리머 바디(130)가 바이오-MOSFET 칩(110) 상에 배치된다. 도 13b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스(1352)를 제조하는 제 2 단계(1330)를 예시한다. 제 2 단계(1330) 동안, 상단 전극 어셈블리(1310) 및 하단 전극 어셈블리(1320)가 함께 어셈블링된다. 도 13c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스(1352)를 제조하는 제 3 단계(1340)를 예시한다. 제 3 단계(1340) 동안, 상부 커버(예를 들어, PMMA 모듈) 및 하부 리드(예를 들어, PMMA 모듈)가 레이저 조각 기계를 사용하여 제조된다. 도 13d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스(1352)를 제조하는 제 4 단계(1350)를 예시한다. 제 4 단계(1350) 동안, 함께 어셈블링된 상단 전극 어셈블리(1310) 및 하단 칩 어셈블리(1320)는 바이오 검출기(1352)를 형성하기 위해 상부 커버(1342) 및 하부 리드(1344) 내에 둘러싸여 진다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출기 디바이스(1352)를 제조하기 위한 예시적인 흐름도(1400) 프로세스를 예시한다. 이해의 편의를 위해, 프로세스는 본원에 앞서 설명된 구조물을 참조하여 설명된다. 그러나 프로세스는 다른 많은 구조물에도 적용되는 것으로 이해된다. 단계(1402)에서, 상단 어셈블리는 도 8a 내지 도 8d에서 앞서 상세하게 설명된 바와 같이 제조된다. 단계(1404)에서, 실리콘 폴리머 바디(132)는 도 12a 및 도 12b에 앞서 상세하게 설명된 바와 같이 몰딩된다. 단계(1406)에서, 하단 어셈블리는 도 13a 내지 도 13d에 상세하게 설명된 바와 같이 제조된다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 바이오 검출 디바이스(1352)를 사용하여 분석물을 검출하기 위한 예시적인 흐름도(1500)를 예시한다. 이해의 편의를 위해, 프로세스는 본원에서 앞서 설명된 구조물을 참조하여 설명된다. 그러나 프로세스는 다른 많은 구조물에도 적용되는 것으로 이해된다. 단계(1502)에서, 분석물(예를 들어, 심장 세포(712))을 갖는 바이오 타겟(예를 들어, 바이오 타겟(710))이 바이오 검출 디바이스(1352)에서 폴리머 바디(130)의 채널(132) 내에서 수신된다. 전압은 단계(1502) 동안에 바이오 검출 디바이스(1352)의 기준 전극(232)에 인가된다. 예를 들어, 전압은 도 10 및 도 11에 상세히 논의된 다양한 방식으로 인가될 수 있다. 바이오 타겟(예를 들어, 바이오 타겟(710)) 내의 분석물(예를 들어, 심장 세포(712))은 바이오 검출 디바이스(1352)의 기준 전극(232)과 바이오 칩(110) 사이의 전류에 기초하여 검출된다. 바이오 검출 디바이스는 도 4 내지 도 7 및 도 13d에 상세히 설명된 것들 중 임의의 것일 수 있다.
본원에 기술된 바와 같은 바이오 검출기의 사용은 실시예에서 많은 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전극 및 바이오-MOSFET 칩과 통합된 바이오 검출기는 작은 크기 및 저렴한 비용과 함께 높은 정밀도 및 처리량의 이점을 가지고, 이는 휴대용 현장 진료 진단에 적합하다. 통합된 검출기 디바이스의 설계는 PDMS 바디의 저장소에서의 바이오-MOSFET 칩의 감지 표면과 RF 전극 사이의 거리를 수정하거나 조정할 수 있게 하여 그러한 유연한 설계가 다양한 크기의 바이오 타겟을 진단 분석에서 검출하는데 적합하게 한다. 예를 들어, 다양한 크기의 바이오 타겟의 진단 분석을 위해, 전극과 바이오-MOSFET 칩 표면 사이의 거리는 특정 크기의 분석물이 통과할 수 있을 만큼 충분히 크도록 조정될 수 있다. 본원에 기재된 바와 같은 바이오 검출기의 사용은 세포 식별이 페어링된 분자로 센서 표면 상의 수정을 통해 수행될 수 있기 때문에 세포 염색 및 라벨링의 필요성을 없앨 수 있다.
한 실시예에서, 바이오 타겟 내에서 분석물을 검출하기 위한 디바이스는 상단 어셈블리 및 하단 어셈블리를 포함한다. 상단 어셈블리는 상단 층 상에 배치된 전극을 포함한다. 하단 어셈블리는 하단 층 상에 배치된 바이오 칩 및 바이오 칩과 상단 어셈블리 사이에 배치된 폴리머 바디를 포함한다. 폴리머 바디는 채널을 포함한다. 전극은 채널 내에 위치결정된다. 채널은 분석물을 포함하는 바이오 타겟을 수용하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 바이오 타겟 내에서 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법은, 상단 층 상에 배치된 전극을 갖는 상단 어셈블리를 제조하는 단계, 채널을 갖는 폴리머 바디를 몰딩하는 단계, 및 하단 층 상에 배치된 바이오 칩을 갖는 하단 어셈블리를 제조하는 단계를 포함한다. 상단 어셈블리, 하단 어셈블리 및 폴리머 바디는 상단 어셈블리와 하단 어셈블리 사이에 폴리머 바디와 함께 어셈블링된다. 전극은 채널 내에 위치결정되고, 채널은 분석물을 포함하는 바이오 타겟을 수용하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 바이오 검출 디바이스를 사용하여 분석물을 검출하는 방법은 바이오 검출 디바이스에서 폴리머 바디의 채널 내에 분석물을 갖는 바이오 타겟을 수신하는 단계를 포함한다. 바이오 검출 디바이스의 기준 전극에 전압이 인가된다. 분석물은 바이오 검출 디바이스의 기준 전극과 바이오 칩 사이의 전류에 기초하여 바이오 타겟 내에서 검출된다. 바이오 검출 디바이스는 상단 층 상에 배치된 전극을 갖는 상단 어셈블리, 하단 층 상에 배치된 바이오 칩을 포함하는 하단 어셈블리, 및 바이오 칩과 상단 어셈블리 사이에 배치된 폴리머 바디를 포함한다. 폴리머 바디는 채널을 포함하고 전극은 채널 내에 위치결정된다.
상기 내용은 당업자가 본 개시의 양태를 더 잘 이해할 수 있도록 여러 실시예의 특징들을 약술한다. 당업자는 본 명세서에 개시된 실시예들과 동일한 목적을 수행하고/하거나 동일한 이점을 성취하는 다른 프로세스들 및 구조물들을 설계하거나 수정하기 위해 본 발명개시를 기초로서 쉽게 사용할 수 있다는 것을 인지해야 한다. 또한, 당업자는 그러한 동등한 구성이 본 개시의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고, 이들은 본 개시의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정, 대체 및 변경이 가능하다는 것을 인지해야 한다.
실시예
1.
바이오 타겟 내의 분석물(analyte)을 검출하기 위한 디바이스에 있어서,
상단 층 상에 배치된 전극을 포함하는 상단 어셈블리; 및
하단 층 상에 배치된 바이오 칩 및 상기 바이오 칩과 상기 상단 어셈블리 사이에 배치된 폴리머 바디를 포함하는 하단 어셈블리
를 포함하며,
상기 폴리머 바디는 채널을 포함하고 상기 전극은 상기 채널 내에 위치결정되고,
상기 채널은 상기 분석물을 포함하는 상기 바이오 타겟을 수용하도록 구성되는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
2.
제 1 항에 있어서, 상기 분석물의 크기는 상기 채널의 높이 내에 피팅(fitting)되고, 상기 높이는 상기 채널 내의 상기 전극의 표면 및 상기 바이오 칩의 상부 표면으로부터 측정되는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
3.
제 1 항에 있어서, 상기 채널의 높이는 2.0 mm 내지 3.0 mm이고, 상기 전극의 두께 또는 상기 폴리머 바디의 두께에 기초하여 가변적인 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
4.
제 1 항에 있어서, 하나 이상의 바이오마커(biomarker)가 상기 채널 내의 상기 바이오 칩의 표면에 본딩되고, 상기 하나 이상의 바이오마커는 상기 분석물과 연관된 단백질을 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
5.
제 1 항에 있어서, 상기 바이오 칩은,
반도체 기판;
상기 반도체 기판에 내장된 소스 및 드레인;
상기 소스와 상기 드레인 사이에 배치된 채널 층; 및
상기 반도체 기판 위에 그리고 상기 채널 층 위에 배치된 감지 유전체 층(sensing dielectric layer)을 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
6.
제 1 항에 있어서, 상기 바이오 칩은 이온 감응성 전계 효과 트랜지스터(ion sensitive field effect transistor; IS-FET)이고 상기 감지 유전체 층은 이온 감응성 유전체 층인 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
7.
제 1 항에 있어서, 상기 감지 유전체 층은 하프늄 이산화물(HfO2), 지르코늄 이산화물(ZrO2) 또는 티타늄 이산화물(TiO2) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
8.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 플루토늄(Pt), 금(Au), 은(Ag) 또는 염화은(AgCl) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
9.
제 1 항에 있어서, 상기 상단 층은 인쇄 회로 기판(PCB), 유리, 아크릴 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 하단 층은 PCB를 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
10.
제 1 항에 있어서, 상기 전극의 폭은 50 ㎛ 내지 900 ㎛이고, 상기 전극의 길이는 50 ㎛ 내지 900 ㎛이고, 상기 전극의 두께는 100 ㎛ 내지 2 mm인 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
11.
제 10 항에 있어서, 상기 길이와 상기 폭의 비율은 1 : 18이고, 상기 길이와 상기 두께의 제 2 비율은 1 : 5이고, 상기 폭과 상기 두께의 제 3 비율은 1 : 5인 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
12.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 제 1 전압을 수신하도록 구성된 내부 사이트 및 제 2 전압을 수신하도록 구성된 외부 사이트를 갖도록 패터닝되고, 상기 전극은 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 순차적 인가(sequential application)에 기초하여 상기 분석물의 3차원 회전을 가능하게 하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
13.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 제 1 전압을 수신하도록 구성된 좌측 사이트 및 제 2 전압을 수신하도록 구성된 우측 사이트를 갖도록 패터닝되고, 상기 전극은 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 순차적 인가에 기초하여 상기 분석물의 2차원 회전을 가능하게 하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
14.
바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
상단 층 상에 배치된 전극을 갖는 상단 어셈블리를 제조하는 단계;
채널을 갖는 폴리머 바디를 몰딩하는 단계;
하단 층 상에 배치된 바이오 칩을 포함하는 하단 어셈블리를 제조하는 단계; 및
상기 상단 어셈블리, 상기 하단 어셈블리 및 상기 폴리머 바디를 함께 어셈블링하는 단계
를 포함하고,
상기 폴리머 바디는 상기 상단 어셈블리와 상기 하단 어셈블리 사이에 있고, 상기 전극은 상기 채널 내에 위치결정되고, 상기 채널은 상기 분석물을 포함하는 상기 바이오 타겟을 수용하도록 구성되는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법.
15.
제 14 항에 있어서, 상기 분석물의 크기는 채널의 높이 내에 피팅되고, 상기 높이는 상기 채널 내의 전극의 표면 및 바이오 칩의 상부 표면으로부터 측정되는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법.
16.
제 15 항에 있어서, 상기 전극을 제 1 두께를 갖도록 제조하거나 상기 폴리머 바디를 제 2 두께를 갖도록 몰딩함으로써 상기 채널의 높이를 조정하는 단계를 더 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법.
17.
제 14 항에 있어서, 상기 상단 어셈블리를 제조하는 단계는,
상기 상단 층 상에 금속 층을 퇴적하는 단계;
상기 금속 층 상에 포토레지스트 층을 도포하는 단계;
금속 에칭을 사용하여 상기 금속 층을 패터닝하는 단계; 및
상기 금속 층으로부터 상기 포토레지스트 층을 제거하는 단계
를 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법.
18.
제 14 항에 있어서, 상기 폴리머 바디를 몰딩하는 단계는,
복수의 채널을 갖는 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 몰드를 제작하는 단계, 및
상기 PMMA 몰드를 사용하여 상기 폴리머 바디를 몰딩하는 단계
를 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법.
19.
제 14 항에 있어서,
상부 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 모듈 및 하부 PMMA 모듈을 제조하는 단계; 및
상기 상부 PMMA 모듈과 하분 PMMA 모듈 사이에 상기 상단 어셈블리, 상기 폴리머 바디 및 상기 하단 어셈블리를 봉지하는 단계
를 더 포함하는, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법.
20.
바이오 검출 디바이스를 사용하여 분석물을 검출하는 방법에 있어서,
상기 바이오 검출 디바이스에서 폴리머 바디의 채널 내에 상기 분석물을 갖는 바이오 타겟을 수신하는 단계;
상기 바이오 검출 디바이스의 기준 전극에 전압을 인가하는 단계; 및
상기 바이오 검출 디바이스의 상기 기준 전극과 바이오 칩 사이의 전류에 기초하여 상기 바이오 타겟 내의 상기 분석물을 검출하는 단계
를 포함하고,
상기 바이오 검출 디바이스는,
상단 층 상에 배치된 전극을 포함하는 상단 어셈블리; 및
하단 층 상에 배치된 바이오 칩 및 상기 바이오 칩과 상기 상단 어셈블리 사이에 배치된 폴리머 바디를 포함하는 하단 어셈블리를 포함하며,
상기 폴리머 바디는 채널을 포함하고 상기 전극은 상기 채널 내에 위치결정되는 것인, 바이오 검출 디바이스를 사용하여 분석물을 검출하는 방법.
Claims (10)
- 바이오 타겟 내의 분석물(analyte)을 검출하기 위한 디바이스에 있어서,
상단 층 상에 배치된 전극을 포함하는 상단 어셈블리; 및
하단 층 상에 배치된 바이오 칩 및 상기 바이오 칩과 상기 상단 어셈블리 사이에 배치된 폴리머 바디를 포함하는 하단 어셈블리
를 포함하며,
상기 폴리머 바디는 채널을 포함하고 상기 전극은 상기 채널 내에 위치결정되고,
상기 채널은 상기 분석물을 포함하는 상기 바이오 타겟을 수용하도록 구성되는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서, 상기 분석물의 크기는 상기 채널의 높이 내에 피팅(fitting)되고, 상기 높이는 상기 채널 내의 상기 전극의 표면 및 상기 바이오 칩의 상부 표면으로부터 측정되는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 채널의 높이는 2.0 mm 내지 3.0 mm이고, 상기 전극의 두께 또는 상기 폴리머 바디의 두께에 기초하여 가변적인 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 바이오마커(biomarker)가 상기 채널 내의 상기 바이오 칩의 표면에 본딩되고, 상기 하나 이상의 바이오마커는 상기 분석물과 연관된 단백질을 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 바이오 칩은,
반도체 기판;
상기 반도체 기판에 내장된 소스 및 드레인;
상기 소스와 상기 드레인 사이에 배치된 채널 층; 및
상기 반도체 기판 위에 그리고 상기 채널 층 위에 배치된 감지 유전체 층(sensing dielectric layer)을 포함하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서, 상기 바이오 칩은 이온 감응성 전계 효과 트랜지스터(ion sensitive field effect transistor; IS-FET)이고 상기 감지 유전체 층은 이온 감응성 유전체 층인 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 제 1 전압을 수신하도록 구성된 내부 사이트 및 제 2 전압을 수신하도록 구성된 외부 사이트를 갖도록 패터닝되고, 상기 전극은 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 순차적 인가(sequential application)에 기초하여 상기 분석물의 3차원 회전을 가능하게 하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 제 1 전압을 수신하도록 구성된 좌측 사이트 및 제 2 전압을 수신하도록 구성된 우측 사이트를 갖도록 패터닝되고, 상기 전극은 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 순차적 인가에 기초하여 상기 분석물의 2차원 회전을 가능하게 하는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스.
- 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
상단 층 상에 배치된 전극을 갖는 상단 어셈블리를 제조하는 단계;
채널을 갖는 폴리머 바디를 몰딩하는 단계;
하단 층 상에 배치된 바이오 칩을 포함하는 하단 어셈블리를 제조하는 단계; 및
상기 상단 어셈블리, 상기 하단 어셈블리 및 상기 폴리머 바디를 함께 어셈블링하는 단계
를 포함하고,
상기 폴리머 바디는 상기 상단 어셈블리와 상기 하단 어셈블리 사이에 있고, 상기 전극은 상기 채널 내에 위치결정되고, 상기 채널은 상기 분석물을 포함하는 상기 바이오 타겟을 수용하도록 구성되는 것인, 바이오 타겟 내의 분석물을 검출하기 위한 디바이스를 제조하는 방법. - 바이오 검출 디바이스를 사용하여 분석물을 검출하는 방법에 있어서,
상기 바이오 검출 디바이스에서 폴리머 바디의 채널 내에 상기 분석물을 갖는 바이오 타겟을 수신하는 단계;
상기 바이오 검출 디바이스의 기준 전극에 전압을 인가하는 단계; 및
상기 바이오 검출 디바이스의 상기 기준 전극과 바이오 칩 사이의 전류에 기초하여 상기 바이오 타겟 내의 상기 분석물을 검출하는 단계
를 포함하고,
상기 바이오 검출 디바이스는,
상단 층 상에 배치된 전극을 포함하는 상단 어셈블리; 및
하단 층 상에 배치된 바이오 칩 및 상기 바이오 칩과 상기 상단 어셈블리 사이에 배치된 폴리머 바디를 포함하는 하단 어셈블리를 포함하며,
상기 폴리머 바디는 채널을 포함하고 상기 전극은 상기 채널 내에 위치결정되는 것인, 바이오 검출 디바이스를 사용하여 분석물을 검출하는 방법.
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