KR960004971B1 - 백금전극을 내장한 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 종래 일반적인 바이오센서의 단면구조도.
제2도는 본 발명 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서를 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 A-A'선 단면도이다.
제3도는 본 발명 바이오센서와 종래 바이오센서의 시간 응답을 비교하여 나타낸 그래프.
제4도는 본 발명 바이오센서와 종래 바이오센서의 검정선을 비교하여 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 소오스 2 : 감이온게이트
3 : 드레인 4 : 이온감지막
5 : 효소고정화막 6 : 백금전극
본 발명은 감이온 전계효과 트랜지스터(Ion-Sensitive Field-Effect Transistor ; 이하 ISFET라 함)를 이용한 바이오센서에 관한 것으로, 특히 바이오센서에 백금전극을 내장하여 바이오센서의 감지능력을 대폭적으로 향상시키기 위하여 백금전극을 내장한 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서에 관한 것이다.
생체관련물질을 감지하는 화학량센서로 사용되는 바이오센서는 각종 의료진단과 기초과학 및 식품공학등의 분야에서 널리 그 활용이 요구되고 있는 실정에 있으며, 종래부터 사용되고 있는 바이오센서는 분광광도계나 유리전극을 이용한 것으로서 크기가 크고 가격이 고가일 뿐만 아니라 유지 및 관리가 까다로운 점 등의 많은 문제점이 있다.
따라서 최근에는 의료진단 및 식품생산공정 등의 분야에서 상기한 문제점들을 극복할 수 있는 새로운 형태의 바이오센서가 요구되고 있는바, 이러한 요구를 충족시켜주는 반도체 이온센서인 ISFET가 개발되어 있다. ISFET를 이용한 바이오센서는 집적회로의 제조공정으로 제조되기 때문에 소형화 및 규격화가 가능하고 대량생산이 가능하다고 하는 많은 장점이 있어서 그의 개발잠재력은 매우 크다고 할 수 있다.
그러나 현재 개발되어 있는 ISFET를 이용한 바이오센서는 응답크기가 작고 응답속도가 느리기 때문에 실용화에 많은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 발명한 것으로, 기존의 ISFET바이오센서에 백금전극을 내장하여 바이오센서의 감지성능을 향상시킨 백금전극을 내장한 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 바이오센서는 소오스(1)와 감이온게이트(2) 및 드레인(3)을 구비한 ISFETT에 있어서, 상기 감이온게이트(2)상에 이온감지막(4)을 형성하고, 이온감지막(4)상에 백금전극(6)을 형성한 구조를 갖는다.
미설명부호 5는 효소고정화막을 나타낸다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
제1도는 현재 사용되고 있는 일반적인 ISFET바이오센서의 단면구조로도서, 도면부호 1은 소오스, 2는 감이온게이트, 3은 드레인, 4는 이온감지막, 5는 효소고정화막을 각각 나타낸다.
이러한 ISFET바이오센서는 ISFET의 감이온 게이트(2) 부분에 이온감지막(4)이 형성되고, 이온감지막(4)상에 특정의 생체물질을 감지하는 효소고정화막(5)이 형성된 구조를 가지며, 효소고정화막(5)을 제외한 부분이 ISFET가 된다.
제1도에 도시한 일반적인 ISFET바이오센서를 측정용액에 담그면, 용액내의 측정하고자 하는 특정 생체관련 물질과 효소고정화막(5)이 반응을 일으키게 된다. 이 반응에 따라 특정 생체관련 물질의 농도에 비례하는 만큼의 이온의 농도변화가 효소고정화막(5)내에서 일어나게 되므로 이온농도의 변화분을 ISFET가 감지함으로써 측정하고자 하는 특정생체관련 물질의 농도를 알 수 있게 된다.
일예로서 ISFET포도당(β-D-glucose)센서의 경우, 효소고정화막속으로 포도당이 확산해 들어가면 포도당을 분해하는 효소인 글루코스 옥시다제(glucose oxidase)가 다음과 같은 반응을 일으킨다.
즉, 수소이온이 증가하게 되는데, 이를 바탕소자인 pH-ISFET가 감지하게 됨으로써 포도당의 농도를 알 수 있게 된다. 그러나 이 효소반응에서 수소이온의 해리상수가 작기 때문에 응답크기가 작고 응답시간이 길다고 하는 결점이 있다.
이러한 결점을 해소하기 위하여 발명한 본 발명 백금전극을 내장한 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서가 제2도에 도시되어 있다.
제2도에 있어서, (a)는 본 발명 바이오센서의 평면도이고, (b)는 그 A-A'선 단면도로서, 기준전극에 대해 0.7V의 전압을 백금전극(6)에 인가하면, 상기 (1)식의 효소반응에 의하여 생기는 부산물인 H2O2가 다음 반응과 같이 전기분해되어 수소이온을 더 발생시키게 된다.
이때 추가로 발생된 수소이온을 ISFET가 더 감지함으로써 포도당에 대한 응답크기와 감응시간이 향상되게 된다.
지금까지 백금전극을 포도당센서에 이용한 경우에 대하여 설명하였지만, 이 백금전극의 이용은 포도당 뿐만 아니라 효소반응에서 H2O2를 발생시키는 모든 ISFET바이오센서<유당(lactose), 설탕(sucrose), 각종 L-아미노산(L-aminoacid)센서 등>에 이용가능하며, 그 각각의 경우 반응식은 다음과 같다.
1) 유당(lactose)의 경우
2) 설탕(sucrose)의 경우
3) L-아미노산의 경우
상기 1), 2), 0 3)에서와 같이 그 효소반응에서 H2O2가 발생되므로 백금전극의 이용이 가능하며, H2O2가 상기한 (2)식의 반응에 의하여 전기분해되어 수소이온이 더 많이 발생하게 된다.
제3도는 본 발명 백금전극을 내장한 ISFET포도당센서의 시간응답(X)과 기존 ISFET포도당센서(백금전극이 없는 센서)의 시간응답(Y)을 세가지의 포도당농도(10mg/dl, 100mg/dl, 1,000mg19/dl)에 대하여 비교해 보인 것이다.
제4도는 본 발명 백금전극을 내장한 ISFET포도당센더의 검정선(儉定線)(X')과 기존 ISFET포도당센서의 검정선(Y')을 세가지의 포도당 농도(10mg/dl, 100mg/dl, 1,000mg/dl)에 대하여 비교해 보인 것이다.
제3도 및 제4도로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이 기존의 포도당센서 보다 본 발명 포도당센서가 보다 우수한 감지성능을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 작용하는 본 발명 백금전극을 내장한 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 종래의 바이오센서보다 3배정도 더 많은 수소이온의 생성으로 응답이 클 뿐만 아니라 응답속도 또한 매우 빠른 장점이 있다.
Claims (2)
- 소오스(1)와 감이온게이트(2) 및 드레인(3)을 구비한 감이온 전계효과 트랜지스터에 있어서, 상기 감이온게이트(2)상에 이온감지막(4)을 형성하고, 이온감지막(4)상에 백금전극(6)을 형성함과 더불어 효소고정화막(5)을 형성한 것을 특징으로 하는 백금전극을 내장한 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
- 제1항에 있어서, 기준전극에 대하여 H2O2를 전기분해할 수 있는 전압을 백금전극(6)에 인가함으로써 효소반응에서 H2O2를 발생시키는 생체관련물질센서(포도당센서, 유당센서, 설탕센서, 각종 L-아미노산센서 등)의 감지능력을 향상시킬 수 있음을 특징으로 하는 백금전극을 내장한 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
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