WO2017135505A1 - 나노 와이어를 감지 채널로 이용하고 멤브레인을 유동 채널로 이용하는 ｆｅｔ 기반 바이오 센서, 및 이를 이용한 검출 방법 - Google Patents

나노 와이어를 감지 채널로 이용하고 멤브레인을 유동 채널로 이용하는 ｆｅｔ 기반 바이오 센서, 및 이를 이용한 검출 방법 Download PDF

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WO2017135505A1
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target material
fet
membrane
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flow channel
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PCT/KR2016/002494
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이상대
박형기
유재우
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주식회사 아이엠헬스케어
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals

Definitions

  • the present invention relates to a membrane flow channel-coupled FET-based biosensor for electrochemically detecting a target material in a target material for disease diagnosis, and more particularly, to a detection method using the same.
  • the present invention relates to a biosensor and a detection method that are simple to assemble and require no sample pretreatment by using a membrane and introducing a membrane into a flow channel.
  • a biosensor is a biological / chemical receptor (receptor) that has a recognition function for a target material (eg, an enzyme, an antibody, DNA, etc.) having a specific function of an organism, and is combined with a signal converter so that the biological interaction
  • a target material eg, an enzyme, an antibody, DNA, etc.
  • a signal converter so that the biological interaction
  • It refers to an electrochemical sensor that can selectively detect a substance to be analyzed by converting its action and recognition reaction into an electrical signal, and through this, it is possible to quickly quantify the concentrations of various bioactive substances.
  • the device is expected to be widely used for chemical and environmental applications.
  • the sensitivity of the target substance must be high enough to show a large change in the signal, and the chemical stability and fluid flow that can withstand the chemical components of the body fluid It must have physical stability that is not affected.
  • the existing measuring platform should be available for easy use and manufactured in a structure that is easy to mass production for economical and practical use.
  • a field effect transistor-based biosensor that combines the principle of operation of a FET manufactured by a microfabrication technology such as an integrated circuit process has been of interest as a device most suitable for the requirements of the electrochemical sensor.
  • FET-based biosensors measure the surface charge density of a channel as the target material is physically / chemically coupled to a receptor (receptor), and measure the amount of change in channel current caused by changes in the semiconductor inversion layer or Schottky barrier. .
  • the unlabeled / ultra-high sensitivity can be measured by the detection principle of the charge measuring method
  • the signal can be detected by the pH of a standard solution including a biological sample or by the surface charge of salts and other substances. Because of the inherent limitations that arise, it is difficult to eliminate noise by these factors.
  • Patent Document 1 Publication No. 10-2010-0045640
  • Patent Document 2 Publication No. 10-2012-0117231
  • FET-based biosensors detect signals of a target material by measuring chemical gating caused by the adsorption of charged material onto a receptor anchored to the nanochannel surface and the resulting change in the resistance of the nanochannel.
  • the ionic concentration, pH concentration, salt concentration, temperature of the standard solution containing the target material, and noise caused by the surface charge of other materials causing the non-specific reaction are mixed. do.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a sample pre-treatment means for removing noise due to pH or salinity in order to increase the reliability of the inspection,
  • the present invention provides a FET-based biosensor capable of further amplifying a signal by quantitative sample transport and specific binding, and a biodetection method using the same.
  • another object of the present invention is to provide a FET-based biosensor and bio-detection method using the same to ensure the reliability of the test even with a very small amount of sample in the detection of the blood (blood) and other samples in the biosensor. .
  • a probe material that is specifically coupled to the target material is treated on one surface, the resistance change according to the presence or absence of the target material
  • a FET for measuring the target material to detect the target material
  • a membrane assay to help pretreatment of the sample containing the target material, flow and adsorption of the sample.
  • the bio-detection method of the present invention the target material is introduced by using a sample pad, the target material is moved laterally along the membrane flow channel, is moved along the membrane flow channel The target material is dissolved in the buffer solution while passing through a sample pretreatment unit, and the buffer solution containing the target material is moved along the membrane flow channel to be trapped in the probe material fixed on the sensing and reaction zone and at the same time the fluid sample. Forming a layer, by-products and foreign substances other than the target material moving along the membrane flow channel are discharged to a moisture absorption pad to remove contamination of the buffer of the sensing area, and have a constant pH or salt concentration environment.
  • capillary phenomena of the membrane create a constant / constant flow of fluid, enabling automatic fluid transfer without the need for a separate device for transfer.
  • the sample pretreatment unit may be variously configured to generate a physicochemical effect on each target material.
  • the use of the membrane as the flow channel has the economic advantage that the fluid channel formation is very simple and the cost is greatly reduced.
  • by simply attaching the membrane on the side extending support to simplify the assembly process and easy replacement parts it is possible to manufacture a platform in the form of a kit that enables low-cost mass production.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a FET-based biosensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view enlarging f in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a FET-based biosensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view enlarging g of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of a FET-based biosensor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of a FET-based biosensor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of a FET-based biosensor according to a fifth embodiment of the present invention.
  • biosensor 200 FET
  • source electrode 220 drain electrode
  • gate electrode 240 sensing channel
  • drain electrode connection portion 430 gate electrode connection portion
  • Embodiments described herein will be described with reference to plan and cross-sectional views, which are ideal schematic diagrams of the invention. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in forms generated according to manufacturing processes. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shape of the regions illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of region of the device and is not intended to limit the scope of the invention.
  • the FET-based nanowire biosensor attaches a receiving material (hereinafter referred to as probe material P) to a target material T to be detected on a thin film or wire-type structure of a very small size, and thus the target material (T).
  • probe material P a receiving material
  • T a target material
  • T a target material
  • T a target material
  • T a target material
  • T a target material
  • T a target material
  • T Detects a change in electrical conductivity (or change in resistance) of the semiconductor structure channel to which the probe material P is attached when the probe material P is combined with the probe material P.
  • An electrochemical reaction occurs when the target material (T) binds to the probe material (P), or when the target material (T) itself has a charge when the target material (T) binds to the probe material (P).
  • FIG. 1 and 3 are respectively shown in perspective view the configuration of the FET-based biosensor according to the first and second embodiments of the present invention.
  • (a) shows a bottom perspective view
  • (b) shows a top perspective view
  • 2 is an enlarged perspective view of enlarged f in FIG. 1
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of enlarged g of FIG. 3.
  • the membrane flow channel coupled FET based biosensor 100 of the present invention includes a FET 200 for measuring a target material T through a probe material P, and a target material ( Membrane assay 300 to facilitate the flow and adsorption of T).
  • the FET 200 is treated with a probe material P that specifically binds the target material T to one surface (especially, a sensing channel described later) or a membrane surface that is in contact with the sensing channel. Measure the change in resistance depending on the presence of.
  • the target material T may be detected through the resistance change.
  • the FET 200 includes a source electrode 210, a drain electrode 220, a gate electrode 230, and source and drain electrodes 210 and 220 that are connected to a reader (not shown) of the biosensor 100.
  • the sensing channel 240 to be connected and the thin film type reference electrode 250 connected to the gate electrode 230 are included.
  • the source electrode 210, the drain electrode 220, the gate electrode 230, the sensing channel 240, and the thin film type reference electrode 250 are formed on the substrate 202 and may be disposed in substantially the same plane.
  • the substrate 202 is not particularly limited, including a PCB, but may include some regions that are coupled with the membrane assay 300 and extension regions for engaging the reader.
  • the sensing channel 240 may detect the target material T by measuring a change in the current of the channel due to the specific binding by flowing a current of the source-drain channel by a constant source voltage.
  • the thin film type reference electrode 250 maintains the potential of the channel surface due to the ion change of the standard solution to maintain the homeostasis of the source-drain current and controls it.
  • the sensing channel 240 is attached to the surface of the probe material (P), which can bind or react with the target material (T), and the electrical material at the surface when the target material (T) binds or reacts with the probe material (P).
  • the semiconductor structure functions as a chemical change.
  • the sensing channel 240 may include nano-wires. Nanowires are made of silicon (Si), germanium (Ge), or a semiconductor-based material made of the compound or metals such as carbon (C), copper (Cu), and gold (Au). It can be formed of extreme fine lines.
  • Nanowires are not necessarily limited to linear, but may be formed in a plate shape or a mesh shape.
  • the nanowires may be formed into a net structure having various shapes, even if they are manufactured linearly to increase the contact area with the target material (T) and increase the sensing sensitivity.
  • the sensing density can be significantly increased by depositing a nano thin film and removing a portion of the thin film to form various mesh paths.
  • the membrane assay 300 includes a membrane support 310 extending laterally, a sample pad 320 disposed on one side of the membrane support 310, and a moisture absorbing pad 330 disposed on the other side of the membrane support 310. And a membrane flow channel 340 connecting the sample pad 320 and the moisture absorbing pad 330 and supported by the membrane support 310.
  • the membrane support 310 is required to support the membrane flow channel 340, which is very thin, and may be molded of plastic.
  • the membrane flow channel 340 may extend laterally or vertically.
  • the sample pad 320 has a predetermined width so that the target material T can be injected.
  • the sample pad 320 may perform a filter function for primary filtering of the target material T on the detection sample. Solids, particles, and the like that may be present on the sample may be filtered to transfer only liquid solution to the membrane flow channel 340.
  • the moisture absorbing pad 330 is provided to create a constant and constant target material T movement because the target material T does not flow smoothly only by the absorbing force of the membrane flow channel 340.
  • the membrane flow channel 340 may be formed of nitrocellulose, glass fiber, polyethylene, polycarbonate, polystyrene, and poly to allow the target material (T) to flow. It may be selected from polysulfone and polyethersulfone.
  • a probe material P that traps the target material T is disposed between the membrane flow channel 340 and the sensing channel 240. Therefore, the probe material P is formed above the membrane flow channel 340 or under the FET 200 so that the target material T can be effectively collected.
  • the probe material (P) is a single or hybrid of an antibody, aptamer, peptide, protein, DNA, RNA, amino acid, nanoparticles in order to detect or bind to and react with the target material (T).
  • the target substance (T) has an antigen function
  • the probe substance (P) performs an antibody function, so that the target substance (T) and the probe substance (P) have an antigen-antibody reaction.
  • electrochemical action, and this chemical action has an electric field effect to perform the desired biotest.
  • the membrane assay 300 further includes a fluid sample layer 350 formed by a buffer solution.
  • the buffer solution is used to create a flow of the flow channel for the transport of the target material (T) and to form a fluid sample layer 350 that provides a constant background environment in the measurement. Flowing along 340 extends fluid sample layer 350 laterally to membrane flow channel 340.
  • the buffer solution may be simply mixed with the target material (T) and injected into the sample pad 320, but the following description will be more preferred.
  • the target material (T) is a more general example, when mixed in the blood (blood) is mixed with foreign matter that generates a variety of non-specific bonds and noise.
  • a marker for detecting a specific disease is present in a blood cell, which may require a cell lysis step to finally react with the probe substance P.
  • the buffer solution is also used for the purpose of separating and removing the target material (T) from the foreign matter, which is applied to the sample pretreatment unit 360 included in the membrane assay 300 of FIGS. 3 and 4. Dropped and dried, dissolved in the injected fluid sample, the action proceeds.
  • the sample primarily filtered by the sample pad 320 or the sample pretreatment 360 is flowed by the flow channel so that only the target material T is fixed to the sensing channel 240 or the membrane surface in contact with it. Captured by material P, noise sources, including the remaining non-specific material, flow along membrane flow channel 340 and are discharged by moisture absorbing pad 330. In the end, only the target material T trapped in the probe material P together with the buffer in which foreign matters are excluded on the sensing channel 240 remains to form the fluid sample layer 350 in a constant measurement environment. It makes it possible to increase the reliability of the inspection.
  • the sample pretreatment unit 360 may be provided in the form of a functional pad.
  • the functional pad may include a cell lysis buffer, a buffer for maintaining homeostasis of the measurement, a nanoparticle for secondary signal amplification, Antibodies, enzymes.
  • a sample sample is introduced using the sample pad 320.
  • the target material T moves laterally along the flow channel 340 by capillary forces of the sample pad 320, the membrane and the moisture absorbing pad 330.
  • the sample primarily filtered by the sample pad 320 or the sample pretreatment 360 is moved along the flow channel 340 to be dissolved in the buffer solution in the sample pretreatment 360, and the dissolved by-products and the target material (
  • the sample mixed with T) is flowed by the flow channel 340 and transferred to the sensing and reaction zone (f in FIG. 1).
  • the target material T is captured by the probe material P fixed to the sensing channel 240 or the membrane surface in contact with it, and the noise sources including the remaining non-specific material are along the membrane flow channel 340. It flows and is discharged by the moisture absorption pad 330.
  • only the target material T trapped in the probe material P is left in the sensing and reaction region (f) of FIG.
  • the fluid sample layer 350 in a constant measurement environment having the same pH, salt concentration, etc. can be formed to improve the reliability of the test.
  • nanowire FET-based biosensors do not require additional labeling due to their higher sensitivity compared to existing sensor platforms, but in some cases, additional signal amplification may be required.
  • the amplifier stage can be configured simply without devices or external processes.
  • the multichannel FET based biosensor 100 may include a test FET 200a and a control FET 200b.
  • a test FET 200a For inspection and control, two or more FETs 200a and 200b may be connected in series or in parallel.
  • the noise due to nonspecific adsorption of the target material T can be measured.
  • the noise due to the ion concentration or the noise due to the pH change of the solution can be grasped.
  • the probe material P to be treated may be set differently to perform a sensor function targeting multiple types.
  • bio-detection is performed using the plurality of FETs as described above, noise effects due to various materials mixed in the target material T may be detected and signal correction may be performed.
  • a multi-channel sensor signal reader (not shown) is provided to simultaneously measure and record signal changes of the plurality of arrays.
  • a multi-channel PCB board 400 may be further provided to connect the multi-channel sensor signal reader, each test FET 200a, and the control FET 200b.
  • the multi-channel PCB board 400 may be designed to be disposed on substantially the same plane as the substrate 202 described above.
  • the source electrode connector 410 and the gate electrode connector 420 may be formed, respectively, but the gate electrode connector 430 may be used as a common electrode.
  • Each electrode 210, 220, 230 of the inspection FET 200a and the control FET 200b and each electrode connection portion 410, 420, 430 of the multi-channel PCB board 400 may use metal paste. Can be bonded. It can be epoxy fixed after bonding.
  • a dummy housing 500 may be further included to integrally assemble and protect the test FET 200a, the control FET 200b, the membrane assay 300, and the multi-channel PCB board 400.
  • the upper and lower dummy housings 500 are separated and manufactured for convenience of assembly.
  • the dummy housing 500 may be made of rubber or silicon, and the upper and lower plates may be separately molded and molded. Of course, the portion where the target material (T) is injected is opened.
  • the present invention uses a nano-wire field effect transistor as a biosensor, introduces a membrane as a flow channel, and couples a sample pretreatment to one side of the flow channel, so that the pretreatment of the sample is performed without additional processing from the outside. Not only is it possible to measure the signal within the same measurement environment, but also in the same measurement environment. Within the scope of the basic technical idea of the present invention, many other modifications will be possible to those skilled in the art.
  • the present invention uses nanowires as a sensing channel of a FET-based biosensor and a membrane as a flow channel, so that a functional pad can be easily introduced, thereby eliminating the problem of pretreatment and noise source removal by a single sample injection without a separate pretreatment process.
  • it is possible to solve the secondary signal amplification and measurement in a constant standard environment, thereby increasing the reliability of quantification and measurement due to the increased sensitivity.

Abstract

본 발명의 감지 채널로 나노 와이어를 사용하고 유동 채널로 멤브레인을 이용하는 FET 기반 바이오 센서는 일측 표면에는 타켓 물질과 특이적 결합하는 프로브 물질이 처리되고, 상기 타켓 물질의 존재 여부에 따른 저항 변화를 측정하여 타겟물질(T)를 검출하는 FET, 및 상기 타켓 물질의 전처리, 유동 및 흡착을 돕는 멤브레인 아세이를 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 별도의 전 처리 수단 및 공정을 거치지 않기 때문에 검사가 단순하고 신뢰성이 높다.

Description

나노 와이어를 감지 채널로 이용하고 멤브레인을 유동 채널로 이용하는 ＦＥＴ 기반 바이오 센서, 및 이를 이용한 검출 방법
본 발명은, 질병 진단에 필요한 대상 물질 내의 타겟 물질을 전기 화학적으로 검출하는 멤브레인 유동 채널 결합형 FET 기반 바이오 센서 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감지 채널로 나노 와이어(nano-wire)를 이용하고 유동 채널로 멤브레인(membrane)을 도입함으로써 극소량의 시료만으로도 측정의 신뢰성이 높아지고, 별도의 시료 전 처리가 필요 없어 조립이 간단한 바이오 센서 및 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 바이오 센서(biosensor)란 생물체의 특정한 기능을 가지는 표적물질(일례로서, 효소, 항체, DNA 등)에 대한 인식기능을 갖는 생물/화학적 수용물질(리셉터)이 신호 변환장치와 결합되어 생물학적 상호작용 및 인식반응을 전기적 신호로 변환함으로써 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 전기 화학적 센서를 의미하며 이를 통해 다양한 생리활성 물질의 농도를 신속하게 정량화 할 수 있어 대상 물질의 종류에 따라 바이오, 화학, 환경 등의 활용 용도로 널리 사용될 것으로 기대되는 소자이다.
전기 화학적 센서를 이용한 대상 물질의 검출 및 분석을 위해서는 대상 물질이 가지는 미세한 특성에도 신호의 변화가 크게 나타날 수 있도록 높은 감도를 가지고 있어야 하며, 체액의 화학성분에 견딜 수 있는 화학적 안정성과 유체의 흐름에도 영향을 받지 않는 물리적 안정성을 지니고 있어야 한다. 또한 용이한 사용을 위하여 기존의 측정 플랫폼을 이용할 수 있어야 하며 경제성과 실용성을 위하여 대량 생산이 용이한 구조로 제작 되어야 한다.
최근에 상기 전기 화학적 센서의 요건에 가장 적합한 소자로써 집적 회로 공정과 같은 미세가공 기술로 제조되는 FET의 동작 원리를 접목시킨 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor) 기반 바이오 센서가 관심의 대상이 되고 있다.
FET 기반 바이오 센서는 대상 물질이 수용 물질(리셉터)에 물리/화학적 결합함에 따라 채널의 표면 전하 밀도가 변화되는데 이로 인해 발생되는 반도체 반전층 또는 쇼트키 장벽의 변화에 의한 채널 전류의 변화량을 측정한다.
하지만 상기 전하량 측정 방식의 검출 원리에 의해 비표지/초고감도 측정이 가능한 반면, 생체 시료가 포함된 표준 시약(background solution)의 pH 혹은 염(salt) 및 대상 물질외 물질들의 표면 전하에 의해서도 신호가 발생되는 태생적 한계를 지니고 있기 때문에 이러한 요소들에 의한 노이즈 제거에 많은 어려움이 따르게 된다.
이를 해결하기 위해서는 생체 시료의 전처리 과정 및 정량의 생체시료 수송이 필수적인데 기존에는 PDMS 등의 폴리머를 이용한 원 칩(One-chip)형태의 유체 채널을 도입하는 방식이 일반적으로 널리 연구되고 있다.
하지만 상기 방식은 별도의 몰드(Mold) 제작 공정 및 소자의 부착을 위한 공정이 추가됨에 따라 그 절차 및 비용이 상승되며 시료의 주입에 있어서도 원 스텝 신호 측정이 아닌 추가적인 버퍼 주입을 위한 단계가 존재하기 때문에 실제 사용 시에 불편함을 감수해야 해야 하는 단점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 공개번호 10-2010-0045640
(특허문헌 2) 공개번호 10-2012-0117231
전술한 바와 같이 FET 기반 바이오 센서는 전하를 띤 대상 물질이 나노 채널 표면 고정되어 있는 리셉터에 흡착함에 따라 발생되는 화학적 게이팅 및 이로 인해 유도되는 나노 채널의 저항 변화를 측정함으로써 대상 물질의 신호를 검출하게 되는데 이때, 특이 반응에 의한 실제 신호 외에도 대상 물질이 포함된 표준 시약(background solution)의 이온 농도, pH 농도, 염 농도, 온도 및 비특이 반응을 유발하는 다른 물질의 표면 전하에 의한 노이즈가 혼재하게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 검사의 신뢰성을 높이기 위하여 pH 혹은 염도 등에 의한 노이즈를 제거하는 시료 전 처리 수단이 일체로 제공되고, 정량의 시료 수송 및 특이 결합에 의한 신호의 추가적인 증폭이 가능한 FET 기반 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 검출 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 혈(blood)을 비롯한 기타 시료를 바이오 센서에서 수용하여 검출함에 있어서, 극소량의 시료만으로도 검사의 신뢰성을 확보하는 FET 기반 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 검출 방법을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 바이오 센서는, 일측 표면에는 타켓 물질과 특이적 결합을 하는 프로브 물질이 처리되고, 상기 타켓 물질의 존재 여부에 따른 저항 변화를 측정하여 상기 타겟 물질을 검출하는 FET, 및 상기 타켓 물질이 포함된 시료의 전처리, 상기 시료의 유동 및 흡착을 돕는 멤브레인 아세이를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 바이오 검출 방법은, 샘플 패드를 이용하여 타켓 물질을 투입하고, 상기 타켓 물질이 멤브레인 유동 채널을 따라 측방으로 이동하는 단계, 상기 멤브레인 유동 채널을 따라 이동되는 상기 타켓 물질은 시료 전처리부를 통과하면서 상기 버퍼 용액에 용해되는 단계, 상기 타겟 물질이 포함된 버퍼 용액이 상기 멤브레인 유동 채널을 따라 이동하여 감지 및 반응 영역 상에 고정된 프로브 물질에 포획됨과 동시에 유체 시료층을 형성하는 단계, 상기 멤브레인 유동 채널을 따라 이동되는 상기 타켓 물질을 제외한 부산물 및 이물질이 흡습 패드로 배출되어 상기 감지 영역의 버퍼의 오염도가 제거되는 단계, 및 일정한 pH, 혹은 염농도의 환경을 가지는 상기 버퍼 용액으로 구성된 유체 시료층 하에서 상기 프로브 물질에 의해 포획된 상기 타겟 물질을 검출하는 단계를 포함한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, FET 기반 바이오 센서의 감지 채널로 나노 와이어를 이용하고 유동 채널로 멤브레인을 이용함으로써, 기능성 패드를 쉽게 도입할 수 있어 별도의 전처리과정 없이 한 번의 시료 주입에 의한 전처리 및 노이즈 소스 제거 문제를 해결할 수 있으며 추가적으로 이차적 신호 증폭 효과 및 일정한 표준 환경에서의 측정이 가능해져 감도 상승으로 인한 정량화 및 측정의 신뢰성이 향상된다.
둘째, 멤브레인의 모세관 현상에 의해 일정량/일정방향의 유체 흐름을 생성시키기 때문에 별도의 전송을 위한 인위적 장치 없이 자동 유체 전송을 가능케 한다.
셋째, 필요한 경우 시료 전처리부(기능성 패드)를 각각의 타겟 물질에 대해 물리 화학적인 효과를 발생시키도록 다양하게 구성할 수 있다.
넷째, 유동 채널로서 멤브레인을 이용함으로써 유체 채널 형성이 매우 간단하고 비용이 크게 절감되는 경제적 이점이 있다. 특히, 측방으로 연장되는 지지대 상에 멤브레인을 간단하게 부착시켜 조립 공정이 간단하고 부품 교체가 용이한 공정상의 이점이 있어 저가의 대량 생산이 가능한 키트형태의 플랫폼으로 제작 가능하다.
다섯째, 한 개의 유동채널에 FET센서를 직 / 병렬형태로 추가가 용이하기 때문에 다수의 타겟 물질에 대한 대응이 가능해 진다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 FET 기반 바이오 센서의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에서 f를 확대한 확대 사시도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 FET 기반 바이오 센서의 구성을 나타내는 사시도.
도 4는 도 3의 g를 확대한 확대 사시도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 FET 기반 바이오 센서의 구성을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 FET 기반 바이오 센서의 구성을 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 의한 FET 기반 바이오 센서의 구성을 나타내는 사시도.
- 부호의 설명 -
100: 바이오 센서 200: FET
210: 소스 전극 220: 드레인 전극
230: 게이트 전극 240: 감지 채널
250: 박막형 기준 전극 300: 멤브레인 아세이
310: 멤브레인 지지대 320: 샘플 패드
330: 흡습 패드 340: 멤브레인 유동 채널
350: 유체 시료층 360: 시료 전처리부
400: 다채널 PCB 보드 410: 소스 전극 연결부
420: 드레인 전극 연결부 430: 게이트 전극 연결부
500: 더미 하우징
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 FET 기반 바이오 센서의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명에서 FET 기반 나노와이어 바이오 센서는 매우 작은 크기의 박막 혹은 와이어 타입의 구조체에 검출하고자 하는 타켓 물질(T)과 결합하는 수용 물질(이하 프로브 물질(P))을 부착하여, 타켓 물질(T)이 프로브 물질(P)과 결합했을 때 프로브 물질(P)이 부착된 반도체 구조체 채널의 전기전도도(혹은 저항 변화)의 변화를 검출하는 센서를 정의한다. 타켓 물질(T)이 프로브 물질(P)과 결합할 때 전기 화학적인 반응이 일어나거나, 타켓 물질(T) 자체가 전하를 갖는 경우 타켓 물질(T)이 프로브 물질(P)과 결합할 때 그로 인한 전계효과(field-effect)가 발생하여, 유니폴러(unipolar) 특성을 나타내는 P형 또는 N형의 단 채널 나노선 FET의 경우는 반도체 구조체의 전자 또는 정공이 축적(accumulation)되거나 공핍(depletion)되고, 바이폴러(bipolar) 특성을 나타는 쇼트키 접합을 이용한 나노선 FET의 경우는 쇼트키 장벽의 변화에 의한 전기전도도의 변화를 야기 시키게 되어 이 때 발생하는 전류의 변화량을 측정 하게 됨으로써 센싱이 가능해 진다.
도 1 및 도 3에는 각각 본 발명의 제1 및 제2실시예에 의한 FET 기반 바이오 센서의 구성이 사시도로 도시되어 있다. 특히 (a)는 저면 사시도를 나타내고, (b)는 상면 사시도를 나타낸다. 도 2는 도 1에서 f를 확대한 확대 사시도이고, 도 4는 도 3의 g를 확대한 확대 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 멤브레인 유동 채널 결합형 FET 기반 바이오 센서(100)는, 프로브 물질(P)을 통하여 타켓 물질(T)을 측정하는 FET(200), 및 타켓 물질(T)의 유동 및 흡착을 용이하게 하는 멤브레인 아세이(300)를 포함한다.
FET(200)는, 일측 표면(특히, 후술하는 감지 채널) 혹은 감지 채널에 접촉되어 있는 멤브레인 표면에 타켓 물질(T)과 특이적 결합하는 프로브 물질(P)이 처리됨으로써, 타켓 물질(T)의 존재 여부에 따른 저항 변화를 측정한다. 저항 변화를 통하여 타켓 물질(T)을 검출할 수 있다.
FET(200)는, 바이오 센서(100)의 리더기(도시되지 않음)와 연결되는 소스 전극(210), 드레인 전극(220), 및 게이트 전극(230), 소스와 드레인 전극(210, 220)을 연결하는 감지 채널(240), 게이트 전극(230)과 연결되는 박막형 기준 전극(250)을 포함한다.
소스 전극(210), 드레인 전극(220), 게이트 전극(230), 감지 채널(240), 및 박막형 기준 전극(250)은 기판(202) 상에 형성되며, 실질적으로 동일 평면에 배치될 수 있다. 기판(202)은 PCB를 포함하여 특별히 제한되지 않지만, 멤브레인 아세이(300)와 결합되는 일부 영역과, 리더기와 결합하기 위한 연장 영역을 포함할 수 있다.
감지 채널(240)은 일정 소스 전압에 의해 소스-드레인 채널의 전류가 흐르고 상기한 특이적 결합에 의한 채널의 전류 변화를 측정하여 타겟 물질(T)을 검출할 수 있다. 박막형 기준 전극(250)은 표준 시약(background solution)의 이온 변화에 의한 채널 표면의 전위를 일정하게 유지시켜 주어 소스-드레인 전류의 측정 항상성을 유지하고, 이를 조절하는 기능을 수행한다.
감지 채널(240)은 타켓 물질(T)과 결합하거나 반응할 수 있는 프로브 물질(P)이 표면에 부착되고, 타켓 물질(T)이 프로브 물질(P)과 결합하거나 반응할 때 그 표면에서 전기화학적 변화가 발생하는 반도체 구조체로 기능한다면 특별히 제한되지 않는다.
하지만, 센싱 밀도 및 감도를 보다 강화하기 위하여 감지 채널(240)은 나노 와이어(nano-wire)를 포함할 수 있다. 나노 와이어는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 그 화합물로 이루어진 반도체 계열의 물질 또는 탄소(C), 구리(Cu), 및 금(Au)등의 금속을 이용한 그 직경이 수~수십 나노미터 정도의 극 미세선으로 형성될 수 있다.
나노 와이어는 반드시 선형으로 제한되는 것은 아니고, 판형 혹은 그물형 등으로 형성될 수 있다. 특히 나노 와이어는 타켓 물질(T)과의 접촉 면적을 넓히고 센싱 감도를 높이기 위하여 선형으로 제작되더라도 다양한 형상의 그물 구조로 성형될 수 있다. 가령, 나노 박막을 증착하고, 박막의 일부를 제거하여 다양한 그물 형태의 경로를 형성함으로써 센싱 밀도를 현저하게 높일 수 있다.
멤브레인 아세이(300)는, 측방으로 연장(lateral flow)되는 멤브레인 지지대(310), 멤브레인 지지대(310) 일측에 배치되는 샘플 패드(320), 멤브레인 지지대(310) 타측에 배치되는 흡습 패드(330), 및 샘플 패드(320)와 흡습 패드(330)를 연결하고, 멤브레인 지지대(310)에 지지되는 멤브레인 유동 채널(340)을 포함한다.
멤브레인 지지대(310)는 그 두께가 매우 얇은 멤브레인 유동 채널(340)을 지지하기 위하여 필요하며, 플라스틱으로 성형될 수 있다. 멤브레인 유동 채널(340)의 경우 측방으로 연장되거나 혹은 연직으로 연장(vertical flow) 될 수 있다.
샘플 패드(320)는, 타켓 물질(T)이 투입될 수 있도록 소정 넓이를 가진다. 이때 샘플 패드(320)는 도면에는 도시되어 있지 않지만 검출 시료 상의 타켓 물질(T)을 1차적으로 걸러내기 위한 필터 기능을 수행할 수 있는데 추가적으로 다층으로 패드로 구성시킬 경우 혈구(blood cell) 등과 같은 시료 상에 존재할 수 있는 고체, 입자 등이 필터링 되어 액체 용액만 멤브레인 유동 채널(340)로 전송할 수 있다.
흡습 패드(330)는, 타켓 물질(T)이 멤브레인 유동 채널(340)의 흡수력만으로는 유동이 원활하게 진행되지 않기 때문에, 일정하고 지속적인 타켓 물질(T) 이동을 생성시키기 위해 제공된다.
맴브레인 유동 채널(340)은, 타켓 물질(T)이 유동할 수 있도록, 니트로셀룰로오스(Nitrocellulose), 글라스 화이버(glass fiber), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴르스틸렌(polystyrene), 폴리슬폰(polysulfone), 폴리에테르슬폰(polyethersulfone) 중에서 선택될 수 있다.
멤브레인 유동 채널(340)이 FET(200)와 결합되는 센싱 영역에는 멤브레인 유동 채널(340)과 감지 채널(240) 사이에 타켓 물질(T)을 포획하는 프로브 물질(P)이 처리된다. 따라서 프로브 물질(P)이 멤브레인 유동 채널(340) 상부 혹은 FET(200) 하부에 형성되어 타켓 물질(T)을 효과적으로 포집할 수 있도록 한다.
프로브 물질(P)은 타켓 물질(T)과 결합하거나 반응하는 식으로 이를 감지하기 위하여 항체, 압타머(aptamer), 펩타이드(peptide), 단백질, DNA, RNA, 아미노산, 나노입자의 단일체이거나 이의 혼성체일 수 있다.
타켓 물질(T)은 항원(antigen) 기능을 포함하고, 프로브 물질(P)은 항체(antibody) 기능을 수행함으로써, 타켓 물질(T)과 프로브 물질(P)은 항원 항체 반응(Antigen-Antibody reaction)을 통하여 전기 화학적 작용을 하고, 이러한 화학적 작용은 전계 효과를 가져와 목적하는 바이오 검사를 수행할 수 있다.
멤브레인 아세이(300)는, 버퍼 용액에 의하여 형성되는 유체 시료층(350)을 더 포함한다. 타겟 물질(T)의 수송을 위한 유동 채널의 흐름을 생성시키고 측정 시 일정한 표준(background) 환경을 제공하는 유체 시료층(350)을 형성시키기 위하여 버퍼 용액을 사용하게 되는데 버퍼 용액은 멤브레인 유동 채널(340)을 따라 유동하면서 멤브레인 유동 채널(340)의 측방으로 유체 시료층(350)을 연장 형성(lateral flow)한다. 버퍼 용액은 단순하게는 타겟 물질(T)과 혼합하여 샘플 패드(320)에 주입하여 사용할 수 있으나 후술될 내용이 좀 더 바람직한 실시예가 될 것이다.
타켓 물질(T)은 좀 더 일반적인 예로 혈(blood) 속에 섞여 있는 경우 여러 가지 비특이 결합 및 노이즈를 생성시키는 이물질이 혼재되어 있다. 또한 특정 질병을 검출하는 마커(maker)는 혈구(Blood cell) 내부에 존재하는데 이를 최종적으로 프로브 물질(P)과 반응시키기 위해서는 세포 분쇄(cell lysis)단계를 거쳐야 하는 경우도 있다. 상기 전술한 기능에 더하여 이러한 이물질로부터 타겟 물질(T)과의 분리 제거를 위한 목적으로도 버퍼용액이 사용되며 이는 도 3 및 도 4의 멤브레인 아세이(300)에 포함된 시료 전처리부(360)에 점적 및 건조되어 존재하며 주입된 유체 시료에 용해되어 상기 작용 진행된다. 샘플 패드(320) 혹은 시료 전처리부(360)에 의해 1차적으로 필터링 된 시료는 유동 채널에 의해 유동되어 타겟 물질(T)만이 감지채널(240) 혹은 그와 접촉되어 있는 멤브레인 표면에 고정된 프로브 물질(P)에 포획되며, 나머지 비특이 물질을 비롯한 노이즈 소스들은 멤브레인 유동 채널(340)을 따라 유동하여 흡습 패드(330)에 의해 배출된다. 종국에는 감지 채널(240) 상에 이물질이 배제된 버퍼와 함께 프로브 물질(P)에 포획된 타겟 물질(T)만이 남아 일정한 측정 환경의 유체 시료층(350)을 형성시키게 되며 이는 최소량의 시료만으로도 검사의 신뢰성을 높이는 것을 가능케 한다.
본 발명의 경우 시료 전처리부(360)는 기능성 패드 형태로 제공될 수 있는데, 기능성 패드는 세포 분쇄 버퍼(Cell lysis buffer), 측정의 항상성을 유지시키기 위한 버퍼, 2차적 신호 증폭을 위한 나노입자, 항체, 효소(enzyme)를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 바이오 센서를 이용하여 타겟물질(T) 검출하는 과정을 설명한다.
샘플 패드(320)를 이용하여 검체 시료를 투입한다. 타켓 물질(T)은 샘플 패드(320), 멤브레인 및 흡습패드(330)의 모세관 힘(Capillary force)에 의해 유동 채널(340)을 따라 측방으로 이동한다.
샘플 패드(320)혹은 시료 전처리부(360)에 의해 1차적으로 필터링 된 시료는 유동 채널(340)을 따라 이동하여 시료 전처리부(360)에서 버퍼 용액에 용해되고, 용해된 부산물과 타겟 물질(T)이 섞여 있는 시료는 유동 채널(340)에 의해 유동되어 감지 및 반응 영역(도 1의 f)으로 이송된다. 이 때 타겟 물질(T)만이 감지 채널(240) 혹은 그와 접촉되어 있는 멤브레인 표면에 고정된 프로브 물질(P)에 포획되며, 나머지 비특이 물질을 비롯한 노이즈 소스들은 멤브레인 유동 채널(340)을 따라 유동하여 흡습 패드(330)에 의해 배출된다. 결국 감지 및 반응 영역(도 1의 f)에는 감지 채널(240)상에 이물질이 배제된 버퍼와 함께 프로브 물질(P)에 포획된 타겟 물질(T)만이 남아 타겟 물질(T)의 순도를 높여 줌과 동시에 pH, 염농도 등이 동일한 일정한 측정 환경의 유체 시료층(350)을 형성시켜 검사의 신뢰성이 향상을 가능케 한다.
기본적으로 나노 와이어 FET 기반 바이오 센서는 기존 센서 플랫폼 대비 고감도의 특성으로 추가적인 라벨링이 필요치 않으나 경우에 따라서는 추가적인 신호 증폭이 필요할 수 있는데 이때 시료 전처리부(360)에 나노입자 혹은 효소를 점적함으로써 별도의 디바이스나 외부 공정 없이 간단하게 증폭단을 구성할 수 있다.
<다채널 FET 기반 바이오 센서>
도 5를 참조하면, 다채널 FET 기반 바이오 센서(100)는, 검사 FET(200a) 및 제어 FET(200b)를 포함할 수 있다. 검사 및 제어를 2 개 이상의 FET(200a, 200b)가 직렬 혹은 병렬 구조로 연결될 수 있다.
적어도 2개 이상의 FET를 설치하여, 복수 채널에 의한 검출을 통하여 센서 동작의 재현성 확인할 수 있다. 일례로 검사 FET(200a)에는 프로브 물질(P)을 처리하고, 제어 FET(200b)에는 프로브 물질(P)을 처리하지 않으면, 타켓 물질(T)의 비특이적 흡착에 의한 노이즈를 측정할 수 있다. 가령, 이온 농도에 의한 노이즈, 혹은 용액의 pH 변화에 의한 노이즈를 파악할 수 있다.
혹은 처리되는 프로브 물질(P)을 달리 설정하여 다종을 타겟으로 하는 센서 기능을 수행할 수 있다. 이와 같이 복수개의 FET를 이용하여 바이오 검출하게 되면, 타켓 물질(T)에 혼재하는 다양한 물질들에 의한 노이즈 영향을 감지할 수 있고, 신호 보정을 수행할 수 있다.
만약, 복수의 검사 FET(200a)와 제어 FET(200b)를 병렬로 어레이하게 되면, 복수 어레이의 신호 변화를 동시에 측정하고 기록하기 위하여 다채널 센서 신호 리더기(도시되지 않음)를 구비한다.
도 6을 참조하면, 다채널 센서 신호 리더기와 각 검사 FET(200a)와 제어 FET(200b)를 연결하기 위하여 다채널 PCB 보드(400)가 더 구비될 수 있다.
여기서 다채널 PCB 보드(400)는 전술한 기판(202)과 실질적으로 동일한 평면에 배치될 수 있도록 설계될 수 있다. 소스 전극 연결부(410), 게이트 전극 연결부(420)를 각각 형성하되 게이트 전극 연결부(430)는 공통 전극으로 사용될 수 있다. 검사 FET(200a) 및 제어 FET(200b)의 각 전극(210, 220, 230)과 다채널 PCB 보드(400)의 각 전극 연결부(410, 420, 430)는 금속 페이스트(metal paste)를 이용하여 접합될 수 있다. 접합 후 에폭시 고정될 수 있다.
<바이오 센서 더미 하우징>
도 7을 참조하면, 검사 FET(200a), 제어 FET(200b), 멤브레인 아세이(300) 및 다채널 PCB 보드(400)을 일체로 조립하고 보호하기 위하여 더미 하우징(500)이 더 포함될 수 있다. 조립의 편의성을 위하여 상/하부 더미 하우징(500)이 분리되어 제작된다.
더미 하우징(500)은 고무(rubber) 혹은 실리콘으로 형성되고, 상/하판이 각각 분리되어 몰딩 될 수 있다. 물론 타켓 물질(T)이 투입되는 부분은 오픈된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 바이오 센서로 나노 와이어 전계 효과 트랜지스터를 이용하고, 유동 채널로서 멤브레인을 도입하며, 유동 채널 일측에 시료 전처리부를 결합함으로써, 시료의 전 처리가 외부에서의 추가 과정 없이 측정 플랫폼 내에서 가능할 뿐 아니라 항상 동일한 측정환경 내에서 신호를 검출하기 때문에 극미량 시료에 대한 측정 신뢰성을 확보하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
본 발명은 FET 기반 바이오 센서의 감지 채널로 나노 와이어를 이용하고 유동 채널로 멤브레인을 이용하는 것으로, 기능성 패드를 쉽게 도입할 수 있어 별도의 전처리과정 없이 한 번의 시료 주입에 의한 전처리 및 노이즈 소스 제거 문제를 해결할 수 있으며 추가적으로 이차적 신호 증폭 효과 및 일정한 표준 환경에서의 측정이 가능해져 감도 상승으로 인한 정량화 및 측정의 신뢰성을 높일 수 있는 것으로 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (11)

  1. 일측 표면에는 타켓 물질과 특이적 결합을 하는 프로브 물질이 처리되고, 상기 타켓 물질의 존재 여부에 따른 저항 변화를 측정하여 타겟물질(T)를 검출하는 FET; 및
    상기 타켓 물질이 포함된 시료의 전처리, 상기 시료의 유동 및 흡착을 돕는 멤브레인 아세이를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 FET는,
    상기 바이오 센서의 리더기와 연결되는 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극;
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 연결하고, 상기 특이적 결합에 의하여 상기 소스-드레인 전극에 흐르는 전류의 변화를 감지하는 채널; 및
    상기 게이트 전극에 연결되고, 상기 소스-드레인 전류의 측정 항상성을 유지 및 조절하는 박막형 기준 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 상기 게이트 전극, 상기 감지 채널, 및 상기 박막형 기준 전극은 실질적으로 동일 평면에 배치되고,
    상기 감지 채널은 나노 와이어를 포함하고,
    상기 나노 와이어는 선형, 판형, 혹은 그물 타입으로 형성되는 것을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 아세이는,
    측방으로 연장되는 멤브레인 지지대;
    상기 멤브레인 지지대 일측의 샘플 패드;
    상기 멤브레인 지지대 타측의 흡습 패드; 및
    상기 샘플 패드와 상기 흡습 패드를 연결하고, 상기 멤브레인 지지대에 지지되는 멤브레인 유동 채널을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 멤브레인 유동 채널은 니트로셀룰로오스(Nitrocellulose), 글라스 화이버(glass fiber), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴르스틸렌(polystyrene), 폴리슬폰(polysulfone), 폴리에테르슬폰(polyethersulfone) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 멤브레인 아세이는, 버퍼 용액에 의하여 상기 멤브레인 유동 채널과 상기 감지 채널 사이에 형성되는 유체 시료층을 더 포함하고,
    상기 버퍼 용액은, 세포 분쇄 버퍼, 나노입자, 항체, 혹은 효소 및 전기 화학적 신호 발생 물질 중 1종 이상의 조합으로 구성되며,
    상기 박막형 기준 전극은 상기 멤브레인 유동 채널과 상기 감지 채널 사이에 형성되는 상기 유체 시료층에 수중 게이트 전압을 인가 및 조절하는 것을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 멤브레인 아세이는, 상기 버퍼 용액이 투입되는 시료 전처리부를 더 포함하고,
    상기 시표 전처리부는 기능성 패드로 제공되며
    상기 기능성 패드는 단일 혹은 다층, 측방 혹은 연직 방향으로 구성됨을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 타켓 물질은 항원, 단백질, 아미노산, DNA, RNA, 펩타이드(peptide) 중 1종 이상으로 구성 되고,
    상기 타켓 물질을 포획하는 상기 프로브 물질은 항체, 압타머(aptamer), 아미노산, 펩타이드(peptide), 단백질, DNA, RNA, 나노입자 중 1종 이상으로 구성 되며,
    상기 타겟-프로브 물질의 반응을 통하여 상기 저항 변화를 측정하고,
    상기 프로브 물질은 상기 멤브레인 유동 채널 상부 혹은 상기 FET 하부에 처리되는 것을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타겟 물질(T)은 혈(blood) 속에 섞여 있는 혈구(Blood cell)에 포함될 수 있고,
    상기 버퍼 용액은 상기 타겟 물질(T)를 분해하여 상기 혈구에서 상기 이물질을 제거하고,
    상기 시료 전처리부를 통하여 상기 버퍼 용액이 제공되고, 유동되는 상기 버퍼 용액은 상기 멤브레인 유동 채널 상에 상기 시료 전처리부를 형성하는 것을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서.
  10. 샘플 패드를 이용하여 타켓 물질을 투입하고, 상기 타켓 물질이 멤브레인 유동 채널을 따라 측방으로 이동하는 단계;
    상기 멤브레인 유동 채널을 따라 이동되는 상기 타켓 물질은 시료 전처리부를 통과하면서 상기 버퍼 용액에 용해되는 단계;
    상기 타겟 물질이 포함된 버퍼 용액이 상기 멤브레인 유동 채널을 따라 이동하여 감지 및 반응 영역 상에 고정된 프로브 물질에 포획됨과 동시에 유체 시료층을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인 유동 채널을 따라 이동되는 상기 타켓 물질을 제외한 부산물 및 이물질이 흡습 패드로 배출되어 상기 감지 영역의 버퍼의 오염도가 제거되는 단계; 및
    일정한 pH, 혹은 염농도의 환경을 가지는 상기 버퍼 용액으로 구성된 유체 시료층 하에서 상기 프로브 물질에 의해 포획된 상기 타겟 물질을 검출하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 FET 기반 바이오 센서를 이용한 바이오 검출 방법.
  11. 감지 채널을 형성하되 프로브 물질이 처리되는 소스 및 드레인 전극, 그리고 공통 전극의 게이트 전극을 포함하는 검출 FET;
    감지 채널을 형성하되 프로브 물질이 처리되지 않은 소스 및 드레인 전극, 그리고 공통 전극의 게이트 전극을 포함하는 제어 FET; 및
    상기 검출 FET의 감지 채널과, 상기 제어 FET의 감지 채널이 일정한 간격을 유지하고 병렬로 배치되는 멤브레인 유동 채널을 포함하여 구성되는 FET 기반 바이오 센서.
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