KR20230133759A - 바이오센서 칩 - Google Patents

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KR20230133759A
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시-텡 카오
데이지 쳉
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선플러스 테크놀로지 코오퍼레이션, 리미티드.
시-텡 카오
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Abstract

바이오센서 칩은 기판 및 기판 상에 구비된 적어도 2개의 감지 유닛을 포함하고, 2개의 감지 유닛은 각각 기판에 전기적으로 연결되며, 그 중 하나의 감지 유닛은 다수의 생물학적 프로브를 갖고 다른 감지 유닛은 생물학적 프로브를 갖지 않으며, 표적물을 갖는 테스트할 샘플이 각각 2개의 감지 유닛에 접촉된 후, 하나의 감지 유닛의 다수의 생물학적 프로브는 테스트할 샘플 중의 표적물을 포획함으로써, 하나의 감지 유닛은 전압 변화를 일으켜 측정 가능한 신호 변화를 생성하고, 다른 감지 유닛은 음성 대조군으로 사용되며, 음성 대조군 및 신호 변화를 통해 테스트할 샘플 내의 표적물의 농도 또는 개수를 획득한다.

Description

바이오센서 칩{BIOSENSOR CHIP}
본 발명은 바이오센싱 기술분야에 관한 것으로, 특히 바이오센서 칩 및 이의 감지 방법에 관한 것이다.
바이오센서(biosensors)는 전자, 전기화학, 광학 및 역학 등의 검출 원리를 기반으로 작동하는 생체 분자의 감지 및 검출 장치이다. 트랜지스터를 포함하는 바이오센서는 생체 개체(bio-entities) 또는 생체 분자(biomolecules)의 전기적, 광자적 및 기계적 특성을 전기적으로 감지할 수 있는 센서이다. 검출은 유기체 또는 생체 분자 자체를 검출하거나 특정 반응물과 유기체 또는 생체 분자 사이의 상호작용(interaction) 및 반응(reactions) 등 방식을 통해 수행될 수 있다. 이 유형의 생화학 센서는 반도체 제조 공정을 사용하여 제작할 수 있으므로, 전자 신호를 빠르게 변환할 수 있고 집적 회로(ICs) 및 미세 전자 기계 시스템(MEMs)에 쉽게 적용할 수 있다.
바이오칩은 실질적으로 수백 또는 수천 가지의 생화학 반응을 동시에 수행할 수 있는 여러 개의 소형 실험실이다. 바이오칩은 특정 생체 분자를 검출하고 특성을 측정하며 신호를 처리하고 데이터를 직접 분석할 수 있다. 바이오칩은 연구자들이 질병 진단(disease diagnosis)에서 생물 반응 인자 검출(detection of bioreaction agents)에 이르는 등 다양한 목적을 위해 소량이지만 대량의 생물학적 분석물(biological analytes)을 신속하게 스크리닝할 수 있도록 한다. 첨단 바이오칩은 미세유체(microfluidics)를 동반한 다수의 센서를 사용하여 반응, 감지 및 시료 관리를 통합한다. 생물학적 전계 효과 트랜지스터(BioFET, biological field-effect transistor or bio-organic field-effect transistor)는 생체 분자 또는 유기체를 전기적으로 감지하기 위한 트랜지스터를 포함하는 바이오센서일 수 있다. 생물학적 전계 효과 트랜지스터는 많은 응용 분야에서 효과적인 동시에 제작 및/또는 작동의 도전도 함께 증가하는데, 이러한 도전은 반도체 제조 공정, 생물학적 응용, 반도체 제조 공정의 제한 및/또는 한계, 전자 신호 및 생물학적 응용의 감도 및 분해능, 및/또는 대규모 집적 회로 제조 공정(LSI process)의 구현에서 발생하는 다른 도전에서 비롯된다.
선행기술의 결함에 따르면, 본 발명의 주요 목적은 전계 효과 트랜지스터의 게이트를 확장하여 마이크로 감지 게이트 구조를 갖는 바이오센서 칩을 형성하는 것이며, 이는 마이크로 감지 게이트를 이용하여 테스트할 샘플 내의 표적물을 검출하고, 확장된 마이크로 감지 게이트를 통해 전계 효과 트랜지스터와 테스트할 샘플 사이의 직접적인 접촉을 방지하여, 전체 바이오센서 칩의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터로 구성된 바이오센서 칩을 제공하는 것이며, 표면 화학 고정 기술을 이용하여 다수의 생물학적 프로브를 전계 효과 트랜지스터의 마이크로 감지 게이트에 고정하고, 이러한 프로브를 이용하여 테스트할 샘플 내의 표적물을 포획하며, 이러한 표적물 자체의 음전하는 전계 효과 트랜지스터의 전하 분포에 영향을 미치므로, 전계 효과 트랜지스터의 전기적 특성을 일으켜 측정 가능한 신호 변화를 생성하고, 이러한 신호 변화는 테스트할 샘플 중의 표적물의 개수 또는 농도를 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 바이오센서 칩을 제공하는 것이며, 바이오센서 칩은 다수의 감지 영역을 갖고, 각 감지 영역은 다수의 감지 유닛을 가지며, 상이한 감지 영역 내의 감지 유닛은 상이한 생물학적 프로브를 갖고, 각 유형의 프로브는 특정 표적물에 대응하므로, 동일한 시간 내에 바이오센서 칩은 동일한 테스트할 샘플에서 상이한 표적물의 농도 또는 개수를 검출할 수 있고, 검출 결과를 신속하게 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 바이오센서 칩을 제공하는 것이며, 이는 안테나 효과를 이용하여 바이오센서 칩이 테스트할 샘플에 접촉된 후 획득된 생체 신호를 증폭하여 검출 결과가 보다 정확하도록 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 바이오센서 칩을 제공하는 것이다. 이 바이오센서 칩의 제조 공정은 표준 반도체 제조 공정를 결합할 수 있으므로, 안정성이 우수하고 대량 생산이 가능하다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 기판 및 기판 상에 구비된 적어도 2개의 감지 유닛을 포함하는 바이오센서 칩을 제공하고, 2개의 감지 유닛은 각각 기판에 전기적으로 연결되며, 그 중 하나의 감지 유닛은 다수의 생물학적 프로브를 갖고 다른 감지 유닛은 생물학적 프로브를 갖지 않으며, 표적물을 갖는 테스트할 샘플이 각각 2개의 감지 유닛에 접촉된 후, 하나의 감지 유닛의 다수의 생물학적 프로브는 테스트할 샘플 중의 표적물을 포획함으로써, 하나의 감지 유닛은 전압 변화를 일으켜 측정 가능한 신호 변화를 생성하고, 다른 감지 유닛은 음성 대조군(negative control)으로 사용되며, 음성 대조군 및 신호 변화를 통해 테스트할 샘플의 표적물의 농도 또는 개수를 획득한다.
상기에 따라, 본 발명은 또한 적어도 제1 감지 영역 및 제2 감지 영역을 갖는 기판, 및 다수의 감지 유닛을 포함하는 바이오센서 칩을 제공하고, 이러한 감지 유닛은 기판 상에 구비되고 기판에 전기적으로 연결되며, 그 중 일부 감지 유닛은 기판의 제1 감지 영역에 구비되고 다른 일부 감지 유닛은 기판의 제2 영역에 구비되며, 제1 감지 영역 내의 일부 감지 유닛은 다수의 제1 생물학적 프로브를 갖고 하나의 감지 유닛은 생물학적 프로브를 갖지 않으며, 제2 영역 내의 다른 일부 감지 유닛은 다수의 제2 생물학적 프로브를 갖고 제2 감지 영역 내의 하나의 감지 유닛은 제2 생물학적 프로브를 갖지 않으며, 테스트할 샘플이 상기 제1 감지 영역의 일부 감지 유닛 및 제2 감지 영역의 다른 일부 감지 유닛에 접촉된 후, 제1 감지 영역에서 일부 감지 유닛의 제1 생물학적 프로브는 테스트할 샘플의 제1 표적물을 포획함으로써, 제1 감지 영역에서 제1 생물학적 프로브를 갖는 일부 감지 유닛은 제1 총 전압 변화를 일으켜 측정 가능한 제1 신호 변화를 생성하고, 제1 감지 영역에서 제1 생물학적 프로브를 갖지 않는 하나의 감지 유닛은 제1 음성 대조군으로 사용되어, 제1 감지 영역에서 획득된 제1 음성 대조군 및 제1 신호 변화를 통해 테스트할 샘플의 제1 표적물의 제1 농도 또는 제1 개수를 획득하며, 제2 감지 영역에서 다른 일부 감지 유닛의 제2 생물학적 프로브는 테스트할 샘플의 제2 표적물을 포획함으로써, 제2 감지 영역에서 제2 생물학적 프로브를 갖는 다른 일부 감지 유닛은 제2 총 전압 변화를 일으켜 측정 가능한 제2 신호 변화를 생성하고, 제2 감지 영역에서 제2 생물학적 프로브를 갖지 않는 하나의 감지 유닛은 제2 음성 대조군으로 사용되어, 제2 감지 영역에서 획득된 음성 대조군 및 제2 신호 변화를 통해 테스트할 샘플의 제2 표적물의 제2 농도 또는 제2 개수를 획득한다.
도 1은 본 발명에서 공개되는 기술에 따른 바이오센서 칩의 구조 모식도이다.
도 2a는 본 발명에서 공개되는 기술에 따른 바이오센서 칩을 구성하는 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 구조 모식도이다.
도 2b는 본 발명에서 공개되는 기술에 따른 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 테스트할 샘플을 검출하는 회로의 구조 모식도이다.
도 3은 본 발명에서 공개되는 기술에 따른 바이오센서 칩을 이용한 pH 값 측정의 데이터도이다.
도 4는 본 발명에서 공개되는 기술에 따른 바이오센서 칩을 이용한 박테이라 측정의 데이터도이다.
도 5는 본 발명에서 공개되는 기술에 따른 바이오센서 칩을 이용한 전혈 간섭 테스트의 데이터도이다.
도 6은 본 발명에서 공개되는 기술에 따른 바이오센서 칩에, 동일한 테스트할 샘플에서 다양한 표적물을 검출하기 위한 다수의 감지 유닛을 갖는 다수의 감지 영역이 구비되는 모식도이다.
우선 도 1을 참조한다. 도 1은 바이오센서 칩의 모식도이다. 도 1에서, 바이오센서 칩(1)은 적어도 제1 감지 유닛(20) 및 제2 감지 유닛(30)으로 구성되며, 여기서 제1 감지 유닛(20) 및 제2 감지 유닛(30)은 각각 기판(10) 상에 구비되고, 기판(10)에 전기적으로 연결되며, 제1 감지 유닛(20)과 제2 감지 유닛(30)은 각각 전기적으로 독립되어 있다. 이 밖에, 제1 감지 유닛(20)은 또한 다수의 생물학적 프로브(28)를 갖고, 제2 감지 유닛(30)은 임의의 생물학적 프로브(28)를 갖지 않으며, 여기서 제2 감지 유닛(30)은 제1 감지 유닛(20)의 음성 대조군(negative control)으로 사용되고, 표적물(미도시)을 갖는 테스트할 샘플(미도시)이 각각 제1 감지 유닛(20) 및 제2 감지 유닛(30)에 접촉된 후, 제1 감지 유닛(20)만 생물학적 프로브(28)를 갖고 있기 때문에, 생물학적 프로브(28)를 통해 테스트할 샘플(미도시) 중의 표적물(미도시)을 포획함으로써, 제1 감지 유닛(20)은 생물학적 프로브(28)의 존재로 인해 측정 가능한 신호 변화를 생성하고, 제2 감지 유닛(30)은 임의의 생물학적 프로브(28)가 없으므로 임의의 신호 변화를 생성하지 않으며, 따라서 제2 감지 유닛(30)의 음성 대조군 및 제1 감지 유닛(20)에 의해 생성된 신호 변화를 통해 테스트할 샘플(미도시)의 표적물(미도시)의 농도 또는 개수를 획득할 수 있다. 설명해야 할 것은, 본 발명에서 공개되는 바이오센서 칩(1) 중의 제1 감지 유닛(20) 및 제2 감지 유닛(30)은 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터로 구성되고, 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 구조는 하기에서 설명된다.
이어서, 도 2a를 참조한다. 도 2a는 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 구조 모식도이다. 도 2a에서, 마이크로 감지 게이트(250)를 갖는 전계 효과 트랜지스터는 예를 들어 N형 금속 산화물 반도체(NMOS)일 수 있고, 이의 구조는 적어도 실리콘 기판(202), 소스 전극(source electrode)(212), 드레인 전극(drain electrode)(214), 및 소스 전극(212)과 드레인 전극(214) 사이의 채널 영역(channel region)(220), 채널 영역(220) 상에 구비되고 실리콘 기판(202)의 표면 상에 위치하는 분리층(또는 필드 산화층)(230) 및 분리층(230) 상에 구비된 금속층(240)을 포함하며, 금속층(240) 위에는 테스트할 샘플(미도시)과 접촉하기 위한 웰 영역(well region)(260)이 있고, 웰 영역(260) 내에는 마이크로 감지 게이트(250)가 있으며, 이 마이크로 감지 게이트(250)는 전계 효과 트랜지스터 중의 금속층(240)에 전기적으로 연결된다. 설명해야 할 것은, 상기 마이크로 감지 게이트(250)를 갖는 전계 효과 트랜지스터는 적절한 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 제조 공정을 이용하여 형성되고, 형성 단계는 본 발명의 주요 기술특징이 아니므로 여기에서는 추가로 설명하지 않는다.
이 밖에, 마이크로 감지 게이트(250)는 다수의 생물학적 프로브(28)를 갖고, 이러한 생물학적 프로브(28)는 표면 화학 개질 기술을 이용하며, 바이오센서 칩(1)(도 1에 도시된 바와 같이) 생산 후 생물학적 프로브 가공 과정에서 예를 들어 디스펜서를 이용하여, 생물학적 프로브(28)를 전계 효과 트랜지스터의 마이크로 감지 게이트(250)에 고정한다. 이러한 생물학적 프로브(28)는 테스트할 샘플(미도시) 중의 표적물(미도시)을 포획하고, 표적물(미도시)이 생물학적 프로브(28)에 의해 포획된 후, 표적물(미도시) 자체는 전하를 띠기 때문에 마이크로 감지 게이트(250)의 전하 분포에 영향을 미쳐, 마이크로 감지 게이트(250)를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 전기적 변화를 일으켜, 측정 가능한 신호 변화를 생성할 수 있다. 본 발명에서, 테스트할 샘플은 체액, 혈장 또는 전혈일 수 있다. 테스트할 샘플 중의 표적물은 대장균과 같은 박테리아 또는 바이러스일 수 있으며, 설명해야 할 것은 본 발명의 검출을 수행할 때 체액, 혈장 또는 전혈의 이러한 테스트할 샘플은 체액, 혈장 또는 전혈 중의 노이즈를 제거하기 위해 완충 용액(buffer)을 이용하여 희석해야 하고, 희석 배수는 10 ~ 100배이다.
이어서, 도 2b를 참조한다. 도 2b는 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 테스트할 샘플을 검출하는 회로의 구조 모식도이다. 도 2b에서, 드레인 전극(214) 및 소스 전극(212)은 각각 외부 처리 유닛(50)에 전기적으로 연결되며, 표적물(42)을 갖는 테스트할 샘플(40)을 웰 영역(260) 내에 놓고 전계 효과 트랜지스터의 마이크로 감지 게이트(250)에 접촉시킬 때, 동시에 드레인 전극(214)에 2V의 전압을 인가하고, 기준 전극(52)을 테스트할 샘플(40)에 접촉시켜, 마이크로 감지 게이트(250)의 전?? 값 변화를 측정할 때 필요한 전압을 공급하며, 마이크로 감지 게이트(250)의 생물학적 프로브(28)는 테스트할 샘플(40) 내의 표적물(42)을 포획하고, 표적물(42) 자체는 전하를 띠기 때문에, 생물학적 프로브(28)가 표적물(42)을 포획하는 동시에 마이크로 감지 게이트(250)의 전하 분포에 영향을 미쳐, 마이크로 감지 게이트(250)의 전압 변화를 일으키고, 전체 전계 효과 트랜지스터는 측정 가능한 신호 변화를 생성한다.
도 1의 바이오센서 칩(1)을 예로 들면, 테스트할 샘플(40) 중의 표적물(42), 예를 들어 대장균(E. coli)의 농도 또는 개수를 검출하려면, 먼저 테스트할 샘플(40)을 각각 제1 감지 유닛(20) 및 제2 감지 유닛(30)에 접촉시키고, 구체적으로 테스트할 샘플을 웰 영역(260)에 놓고 전계 효과 트랜지스터의 마이크로 감지 게이트(250)에 접촉시키며, 마찬가지로 제1 감지 유닛(20) 및 제2 감지 유닛(30) 중의 드레인 전극(214)에 2V의 전압을 인가하고, 기준 전극(52)을 각각 제1 감지 유닛(20) 및 제2 감지 유닛(30) 상의 테스트할 샘플(40)에 접촉시킨다. 일정 시간 동안 정치한 후, 제1 감지 유닛(20)으로서 마이크로 감지 게이트(250)를 갖는 전계 효과 트랜지스터는 생물학적 프로브(28)를 갖기 때문에, 테스트할 샘플(40) 중의 대장균(42)은 마이크로 감지 게이트(250) 상의 생물학적 프로브(28)에 의해 포획되고, 대장균(42)의 세포벽은 대부분 음전하를 띠기 때문에, 이 음전하는 마이크로 감지 게이트(250)를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 전하 분포에 영향을 미쳐, 마이크로 감지 게이트(250)를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 전기적 변화를 일으키며, 따라서 측정 가능한 신호 변화를 생성할 수 있다. 또한, 제2 감지 유닛(30)으로서 다른 전계 효과 트랜지스터의 마이크로 감지 게이트는 생물학적 프로브를 갖지 않기 때문에, 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터는 드레인 전극에 인가되는 전압(Vd=2V)만 있고, 따라서 제2 감지 유닛(30)에서 외부 처리 유닛으로 전달되는 신호를 음성 대조군 또는 블랭크 시험군으로 간주할 수 있으며, 제1 감지 유닛(20)에 의해 측정된 신호 변화 및 제2 감지 유닛(30)의 음성 대조군을 통해 테스트할 샘플(40) 중의 표적물(42), 즉 대장균의 농도 또는 개수를 획득할 수 있다.
이 밖에, 본 발명에서 바이오센서 칩(1)의 pH 값 및 대장균의 농도 검출 능력을 더 이해하기 위해 각각 pH 값 및 대장균 테스트를 수행한다.
pH 값 테스트:
본 발명에서 공개되는 바이오센서 칩(1)은 상이한 신호 반응을 획득하기 위해 상이한 pH 값의 액체 환경에 놓으며, 도 3에 도시된 바와 같다. 도 3에서, pH=7의 pH 값을 표준 상태(도면에서 각각 G의 곡선 및 B의 곡선으로 표시)로 하고, 바이오센서 칩(1)이 pH 값이 5(pH=5)와 같은 산성 환경에 있는 경우, 왼쪽으로 오프셋되는 신호 반응을 생성하며, 즉 도면에서 O로 표시되는 곡선이다. 바이오센서 칩(1)이 pH 값이 8(pH=8)과 같은 염기성 환경에 있는 경우, 오르쪽으로 오프셋되는 신호 반응을 생성하며, 즉 도면에서 Y로 표시되는 곡선이다. 이로부터 알 수 있다시피, 본 발명에서 공개되는 바이오센서 칩(1)의 신호 반응은 액체의 pH 값과 관련이 있다.
대장균 테스트:
이 대장균 테스트에서, 본 발명에서 공개되는 바이오센서 칩(1)의 표면 상의 생물학적 프로브는 대장균 프로브이고, 이때 테스트할 샘플은 대장균을 갖는 전혈이며, 이의 부피는 100 uL이다. 대장균을 갖는 전혈의 테스트할 샘플을 도 2b의 웰 영역(260) 내에 놓으면, 마이크로 감지 게이트(250) 상의 대장균 프로브(28)는 전혈(테스트할 샘플) 중의 대장균을 포획할 수 있고, 신호의 변화를 통해 106cfu/mL의 대장균 농도를 측정할 수 있으며, 도 4에서 Y1로 표시된 곡선과 같다. 기존의 검출 방법에 비해, 감도는 10 ~ 1000배로 높고, 테스트할 샘플은 별도의 배양 시간이 필요하지 않으므로, 검출에 필요한 시간을 크게 단축시킨다.
멸균 전혈 테스트:
이 멸균 전혈 테스트에서, 바이오센서 칩(1)의 표면 상의 생물학적 프로브(28)도 대장균 프로브이고, 마찬가지로 멸균 전혈(테스트할 샘플)을 도 2b의 웰 영역(260) 내에 놓으며, 전혈의 테스트할 샘플 내에 임의의 대장균이 없기 때문에, 마이크로 감지 게이트(250) 상의 대장균 프로브(28)는 임의의 대장균을 포획할 수 없으므로, 임의의 신호가 생성하지 않으며, 도 5에 도시된 바와 같다.
이어서 도 6을 참조한다. 도 6은 바이오센서 칩에, 동일한 테스트할 샘플에서 다양한 표적물을 검출하기 위한 다수의 감지 유닛을 갖는 다수의 감지 영역이 구비되는 다른 실시예의 모식도이다. 도 3에서, 바이오센서 칩(2)은 적어도 2개의 감지 영역(60A 및 60B)을 가지며, 제1 감지 영역(60A)은 다수의 제1 감지 유닛(70)을 갖고 제2 감지 영역(60B)은 다수의 제2 감지 유닛(80)을 가지며, 여기서 다수의 제1 감지 유닛(70) 및 다수의 제2 감지 유닛(80)은 각각 기판(60)에 전기적으로 연결되고, 다수의 제1 감지 유닛(70) 사이는 서로 병렬 방식으로 전기적으로 연결되며, 다수의 제2 감지 유닛(80)은 서로 병렬 방식으로 전기적으로 연결되고 제1 감지 영역(60A) 내의 다수의 제1 감지 유닛(70)과 제2 감지 영역(60B) 내의 다수의 제2 감지 유닛(80) 사이는 서로 전기적으로 독립되어 있다. 제1 감지 영역(60A) 중의 일부 제1 감지 유닛(70)은 제1 생물학적 프로브(78)를 갖고, 제1 감지 영역(60A) 중의 하나의 제1 감지 유닛(72)은 임의의 생물학적 프로브를 갖지 않으며; 마찬가지로, 제2 감지 영역(60B) 중의 일부 제2 감지 유닛(80)은 제2 생물학적 프로브(88)를 갖고, 제2 감지 영역(60B) 중의 하나의 제2 감지 유닛(82)은 임의의 생물학적 프로브를 갖지 않는다. 이 실시예에서, 제1 생물학적 프로브(78)와 제2 생물학적 프로브(88)는 상이한 생물학적 프로브로, 동일한 테스트할 샘플 중의 2개의 상이한 표적물을 포획하는 데 사용된다. 예를 들어, 제1 생물학적 프로브(78)는 대장균과 같은 박테리아를 포획하는 데 사용되고, 제2 생물학적 프로브(88)는 바이러스를 포획하는 데 사용되며, 그 반대도 마찬가지이다. 다른 실시예에서, 바이오센서 칩(2)은 또한 4개, 6개 또는 그 이상의 감지 영역으로 분할될 수 있고, 상이한 감지 영역의 다수의 감지 유닛은 동일한 테스트할 샘플 중의 다수의 상이한 표적물을 포획하기 위한 상이한 생물학적 프로브를 가지며, 따라서 단일 테스트할 샘플에서 테스트할 샘플 중의 다양한 표적물을 더 빠르게 검출하여, 후속 관련 작업자가 더 정확한 판단 또는 연구를 수행하도록 제공할 수 있다.
따라서, 도 6의 바이오센서 칩(2)을 예로 들면, 테스트할 샘플 중의 다수의 표적물의 농도 또는 개수를 검출하려면, 먼저 테스트할 샘플을 제1 감지 영역(60A)의 다수의 제1 감지 유닛(70) 및 제2 감지 영역(60B)의 다수의 제2 감지 유닛(80)에 동시에 배치하고, 그 다음 전술한 도 2b와 같이 제1 감지 영역(60A)의 다수의 제1 감지 유닛(70) 상의 제1 생물학적 프로브(78)가 테스트할 샘플에 접촉하여 제1 표적물을 포획한 후 생성되는 제1 전압 값 변화의 경우, 제1 감지 유닛(70)으로서 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터가 이 제1 전압 변화를 외부 처리 유닛에 출력한 다음, 병렬 방식으로 제1 감지 영역(60A)의 다수의 제1 감지 유닛(70)의 총 출력 제1 전압 값 변화를 계산하고 총 출력 제1 전압 값 변화에 대응되는 제1 신호 변화를 생성한다. 이 밖에, 제1 감지 영역(60A) 중의 하나의 제1 감지 유닛(72)은 임의의 제1 생물학적 프로브(78)를 갖지 않고, 이 제1 감지 유닛(72)도 테스트할 샘플에 접촉하지만, 제1 표적물을 포획하기 위한 제1 생물학적 프로브(78)가 없으므로, 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극(도 2b에 도시된 바와 같이)에 인가되는 전압(Vd=2V)만 있으며, 따라서 제1 감지 유닛(72)에서 외부 처리 유닛에 전달되는 신호를 음성 대조군 또는 블랭크 시험군으로 간주할 수 있다. 따라서 음성 대조군(또는 블랭크 시험군) 및 제1 신호 변화를 통해 테스트할 샘플 내의 제1 표적물의 총 개수 또는 총 농도를 판단한다.
마찬가지로, 제2 감지 영역(60B)의 다수의 제2 감지 유닛(80)의 제2 생물학적 프로브(88)가 테스트할 샘플 내의 제2 표적물을 포획한 후 제2 전압 값 변화를 생성하고, 그 다음 제2 감지 유닛(80)으로서의 전계 효과 트랜지스터를 통해 이 제2 전압 값 변화를 외부 처리 유닛에 출력하며, 병렬 방식으로 제2 감지 영역(60B)의 다수의 제2 감지 유닛(80)의 총 출력 제2 전?? 값 변화를 계산하고 이 총 출력 제2 전압 값 변화에 대응되는 제2 신호 변화를 생성한다. 전술한 바와 같이, 제2 감지 영역(60B) 중의 하나의 제2 감지 유닛(82)은 생물학적 프로브(88)를 갖지 않고, 이 제2 감지 유닛(82)도 테스트할 샘플에 접촉하지만, 제2 표적물을 포획하지 않으므로, 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극(도 2b에 도시된 바와 같이)에 인가되는 전압(Vd=2V)만 있으며, 따라서 이 제2 감지 유닛(82)에서 외부 처리 유닛에 전달되는 신호를 음성 대조군 또는 블랭크 시험군으로 간주할 수 있다. 따라서 음성 대조군(또는 블랭크 시험군) 및 제2 신호 변화를 통해 테스트할 샘플 내의 제2 표적물의 총 개수 또는 총 농도를 판단한다. 이로부터 바이오센서 칩(2)을 통해 동일한 테스트할 샘플 내의 다수의 상이한 표적물의 개수 또는 농도를 검출할 수 있고, 후속 관련 작업자가 연구 및 판단하도록 빠르게 제공할 수 있어, 선행기술의 바이오센서 칩이 표적물의 존재 여부만 검출할 수 있을 뿐 표적물의 정량화 또는 정성화할 수 없는 기술적 과제를 해결하였다.
1, 2 바이오센서 칩 10, 60 기판
202 실리콘 기판 212 소스 전극
214 드레인 전극 220 채널 영역
230 분리층 240 금속층
250 마이크로 감지 게이트 260 웰 영역
28 생물학적 프로브 30 제2 감지 유닛
40 테스트할 샘플 42 표적물
50 외부 처리 유닛 52 기준 전극
60A 제1 감지 영역 60B 제2 감지 영역
70 제1 생물학적 프로브를 갖는 제1 감지 유닛
72 제1 생물학적 프로브를 갖지 않는 제1 감지 유닛
78 제1 생물학적 프로브
80 제2 생물학적 프로브를 갖는 제2 감지 유닛
82 제2 생물학적 프로브를 갖지 않는 제2 감지 유닛
88 제2 생물학적 프로브

Claims (8)

  1. 바이오센서 칩으로서,
    기판 및 적어도 2개의 감지 유닛을 포함하되,
    상기 적어도 2개의 감지 유닛은 상기 기판 상에 구비되고, 각각의 상기 감지 유닛은 상기 기판에 전기적으로 연결되며, 그 중 하나의 상기 감지 유닛은 다수의 생물학적 프로브를 갖고 다른 상기 감지 유닛은 상기 생물학적 프로브들을 갖지 않으며, 상기 2개의 감지 유닛은 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터이고,
    표적물을 갖는 테스트할 샘플이 각각 상기 2개의 감지 유닛에 접촉된 후, 상기 감지 유닛들의 상기 생물학적 프로브들은 상기 테스트할 샘플 중의 상기 표적물을 포획함으로써, 하나의 상기 감지 유닛은 전압 변화를 일으켜 측정 가능한 신호 변화를 생성하고, 다른 상기 감지 유닛은 음성 대조군으로 사용되며, 상기 음성 대조군 및 상기 신호 변화를 통해 상기 테스트할 샘플의 상기 표적물의 농도 또는 개수를 획득하는 바이오센서 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테스트할 샘플의 상기 표적물은 박테리아 또는 바이러스일 수 있는 바이오센서 칩.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 테스트할 샘플은 혈장 또는 전혈일 수 있는 바이오센서 칩.
  4. 바이오센서 칩으로서,
    기판 및 다수의 감지 유닛을 포함하되,
    상기 기판은 적어도 제1 감지 영역 및 제2 감지 영역을 갖고;
    상기 감지 유닛들은 상기 기판 상에 구비되고 상기 기판에 전기적으로 연결되며, 그 중 일부 상기 감지 유닛들은 상기 기판의 상기 제1 감지 영역에 구비되고 다른 일부 상기 감지 유닛들은 상기 기판의 상기 제2 감지 영역에 구비되며, 상기 제1 감지 영역 내의 일부 상기 감지 유닛들은 다수의 제1 생물학적 프로브를 갖고 하나의 상기 감지 유닛은 상기 생물학적 프로브들을 갖지 않으며, 상기 제2 감지 영역 내의 다른 일부 상기 감지 유닛들은 다수의 제2 생물학적 프로브를 갖고 상기 제2 감지 영역 내의 하나의 상기 감지 유닛은 상기 제2 생물학적 프로브들을 갖지 않으며, 상기 감지 유닛들은 마이크로 감지 게이트를 갖는 전계 효과 트랜지스터이고;
    테스트할 샘플이 상기 제1 감지 영역의 일부 상기 감지 유닛들 및 상기 제2 감지 영역의 다른 일부 상기 감지 유닛들에 접촉된 후, 상기 제1 감지 영역에서 일부 상기 감지 유닛들의 상기 제1 생물학적 프로브들은 상기 테스트할 샘플의 제1 표적물을 포획함으로써, 상기 제1 감지 영역에서 상기 제1 생물학적 프로브들을 갖는 일부 상기 감지 유닛들은 제1 총 전압 변화를 일으켜 측정 가능한 제1 신호 변화를 생성하고, 상기 제1 감지 영역에서 상기 제1 생물학적 프로브들을 갖지 않는 하나의 상기 감지 유닛은 제1 음성 대조군으로 사용되어, 상기 제1 감지 영역에서 획득된 상기 음성 대조군 및 상기 제1 신호 변화를 통해 상기 테스트할 샘플의 상기 제1 표적물의 제1 농도 또는 제1 개수를 획득하며, 상기 제2 감지 영역에서 다른 일부 상기 감지 유닛들의 상기 제2 생물학적 프로브들은 상기 테스트할 샘플의 제2 표적물을 포획함으로써, 상기 제2 감지 영역에서 상기 제2 생물학적 프로브들을 갖는 다른 일부 상기 감지 유닛들은 제2 총 전압 변화를 일으켜 측정 가능한 제2 신호 변화를 생성하고, 상기 제2 감지 영역에서 상기 제2 생물학적 프로브들을 갖지 않는 하나의 상기 감지 유닛은 제2 음성 대조군으로 사용되어, 상기 제2 감지 영역에서 획득된 상기 음성 대조군 및 상기 제2 신호 변화를 통해 상기 테스트할 샘플의 상기 제2 표적물의 제2 농도 또는 제2 개수를 획득하는 바이오센서 칩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 감지 영역의 상기 감지 유닛들은 서로 전기적으로 연결되고 상기 제2 감지 영역의 다른 상기 감지 유닛들은 서로 전기적으로 연결되며, 상기 제1 감지 영역의 상기 감지 유닛들과 상기 제2 감지 영역의 다른 상기 감지 유닛들은 서로 전기적으로 독립되어 있는 바이오센서 칩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 테스트할 샘플은 혈장 또는 전혈일 수 있는 바이오센서 칩.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 표적물과 상기 제2 표적물은 상이한 바이오센서 칩.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 표적물은 박테리아일 수 있고 상기 제2 표적물은 바이러스일 수 있는 바이오센서 칩.
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JP2010127757A (ja) 2008-11-27 2010-06-10 Hitachi Ltd 無線センサチップ及び測定システム
TW201142290A (en) * 2010-01-05 2011-12-01 Shi-Ming Lin Preparation method of molecular probe chip with organoconductive anchoring compound
TW201319563A (zh) * 2011-11-08 2013-05-16 Jung-Tang Huang 整合ｉｃ晶片與塑膠微流體基板的檢測系統
CN104487834B (zh) 2011-12-22 2018-07-17 Bd公司 用于快速检测传染性微生物的方法和设备
US20150355129A1 (en) 2014-06-05 2015-12-10 Avails Medical, Inc. Systems and methods for detecting substances in bodily fluids
CN111919118A (zh) * 2018-04-13 2020-11-10 豪夫迈·罗氏有限公司 用于检测和分析分析物的方法和组合物
JP2021152477A (ja) 2020-03-24 2021-09-30 株式会社WorldTryout バイオセンサ及び複合センサ
CN114106004A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 福建师范大学 一种螯合型锌离子荧光探针及其制备方法和生物学应用

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