KR101191232B1 - 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 분자 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 분자 검출 방법이 제공된다. 바이오 센서는 기판 상에 배치되며, 프로브 분자들과 특이 결합하는 검출용 타겟 분자들이 표면에 고정된 감지부 및 프로브 분자들을 포함하는 분석 용액을 검출용 타겟 분자들로 제공하는 유체 채널을 포함하되, 프로브 분자는 타겟 분자 및 검출용 타겟 분자들과 특이 결합한다.
바이오 센서, 하전되지 않은 분자, 저분자

Description

바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 분자 검출 방법{Bio-sensor and method for detecting low molecular weight biomolecules and non-charged biomolecules by using the bio-sensor}
본 발명은 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 분자 검출 방법에 관한 것으로서, 전하를 적게 띄는 바이오 분자들을 전기 화학적으로 검출할 수 있는 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 분자 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-007-03, 과제명: 유비쿼터스 건강관리용 모듈 시스템].
바이오 센서란, 특정한 물질에 대한 인식기능을 갖는 생물학적 수용체(acceptor)가 전기 또는 광학적 변환기(transducer)와 결합되어 생물학적 상호작용 및 인식반응을 전기적 또는 광학적 신호로 변환함으로써 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 소자이며, 이러한 바이오 센서는 임상학적으로 가치가 있는 생화학적 물질의 농도를 측정하는 분야에 널리 응용되고 있다. 바이오 센서 응용 분야는 크게 의료(임상적 진단), 제약, 환경, 식품, 군사 및 연구용으로 나눌 수 있으며, 바이오 센서 산업의 특성은 그 응용 분야에 따라 조금씩 차이가 있다. 바이오 센서에 대한 수요가 가장 많은 분야는 의료부문으로, 의료용 바이오센서는 향후에도 바이오 센서 산업 성장의 견인차 역할을 할 것으로 예상되고 있다.
다양한 바이오 센서 중, 효소와 측정하고자 하는 생화학적 물질 간의 반응을 전기화학적(electrochemical) 방법으로 검출하는 전기화학적 바이오 센서가 현재 가장 널리 사용되고 있다. 전기화학을 이용한 바이오센서는 생물학적인 시료의 양을 정보처리가 쉬운 전기 신호로 전환하기 때문에 매우 유용하다. 특히 전계효과트랜지스터를 기반으로 하는 바이오 센서는, 바이오 센서에 흡착되며, 전하를 띈 거대분자인 바이오 물질에 의해 전기장이 변화되고, 전기장 변화에 따라 변화되는 전류를 측정하여 상기 바이오 물질을 감지한다. 전기적인 신호로 타겟분자(target molecules)를 검출하는 장치 중, 트랜지스터 구조를 기반으로 하는 바이오 센서는, 기존의 반도체 공정을 이용하여 제작되므로, 집적화하여 소형의 바이오 센서를 제작할 수 있으며 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 전하를 적게 띄거나 하전되지 않은 분자들을 전기 화학적으로 검출할 수 있는 바이오 센서를 제공하는데 있다.
본원 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전하를 적게 띄거나 하전되지 않은 분자들을 전기 화학적으로 검출할 수 있는 바이오 분자 검출 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서는 기판 상에 배치되며, 프로브 분자들과 특이 결합하는 검출용 타겟 분자들이 표면에 고정된 감지부 및 감지부를 가로지르며, 프로브 분자들을 포함하는 분석 용액을 검출용 타겟 분자들로 제공하는 유체 채널을 포함하되, 프로브 분자는 타겟 분자 및 검출용 타겟 분자들과 특이 결합한다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 분자 검출 방법은 분석용 타겟 분자들과 프로브 분자들이 결합된 결합체 및 잉여 프로브 분자들을 포함하는 분석 용액을 준비하는 단계, 기판 상에 배치되며, 프로브 분자들과 특이 결합하는 검출용 타겟 분자들이 표면에 고정된 감지부 및 감 지부를 가로지르며, 상기 타겟 분자 및 상기 검출용 타겟 분자들과 특이 결합하는 프로브 분자들을 포함하는 분석 용액을 상기 검출용 타겟 분자들로 제공하는 유체 채널을 포함하는 바이오 센서의 상기 유체 채널로 상기 분석 용액을 공급하는 단계, 감지부의 검출용 타겟 분자들과, 잉여 프로브 분자들을 결합시키는 단계 및 감지부에서의 전도도 변화를 측정하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 분자 검출 방법에 따르면, 하전되지 않거나, 전하를 적게 띄며 분자량이 작은 타겟 분자들을 전기 화학적 방법으로 검출할 수 있다. 다시 말해, 전하량이 작은 타겟 분자들을 검출할 수 있다.
즉, 분석 용액 내에 존재하는 전하량이 작은 타겟 분자들을 프로브 분자들과 결합시킨 후, 잔류하는 프로브 분자들을 바이오 센서의 검출용 타겟 분자들과 결합시켜, 분석 용액 내의 타겟 분자들을 검출할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알 려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 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 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 타겟 분자(target molecules)란, 특정 기질을 나타내는 생체 분자로서, 분석체 또는 애널라이트(analytes)와 동일한 의미로 해석될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에서 항원에 해당한다.
본 명세서에서 프로브 분자(probe molecules)란, 타겟 분자와 특이 결합(specific binding)하는 생체 분자로서, 수용체(receptor) 또는 억셉터(acceptor)와 동일한 의미로 해석될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에서 항체에 해당한다.
전기 화학적 바이오 센서는, 프로브 분자가 고정된 감지부에 타겟 분자가 포함된 용액이 유입되었을 때, 감지부의 프로브 분자와 타겟 분자가 특이적으로 결합하고, 타겟 분자의 전하량에 따른 전도도의 변화를 감지하여 타겟 분자를 검출할 수 있다. 구체적으로, 감지부에서 프로브 분자와 타겟 분자가 특이 결합될 경우, 채널 영역에 전달되는 표면 전하의 변화에 의해, 채널 영역에 흐르는 전류량이 변화한다. 그리고, 채널 영역의 전류를 측정함으로써, 타겟 분자를 검출할 수 있다. 즉, 바이오 센서는, 타겟 분자에 의해 채널 영역에 전달되는 표면 전하를 감지하므로, 타겟 분자는 전하를 띄고 있어야 하며, 전하의 양이 많을수록 검출이 유리하다.
한편, 바이오 센서는, 타겟 분자가 하전되지 않거나(non-charged, 즉, 전기적으로 중성), 전하를 적게 띄며 분자량이 작은 경우에도, 타겟 분자를 검출할 수 있어야 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생분자 검출 장치의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생분자 검출 장치의 단면도 이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서(100)는 기판(110), 소오스 및 드레인 전극(120), 감지부(130), 검출용 타겟 분자(144) 및 유체 채널(150)을 포함한다.
기판(110)은 벌크(bulk) 반도체 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 또한, 산화티탄, 아크릴수지, 에폭시수지, 폴리이미드 등의 절연물로 형성된 기판을 사용할 수도 있다. 또한, 바이오 센서의 누설 전류를 감소시키고, 구동 전류를 증가시키기 위하여 SOI(Silicon-On-Insulator) 기판이 이용될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 SOI 기판을 예로 들어 설명한다. SOI 기판(110)은 기계적인 지지를 위한 지지 기판(111), 지지 기판(111) 상부에 형성된 절연층(113), 절연층(113) 상부에 형성된 도핑층(115)을 포함할 수 있다.
절연층(113)은 지지 기판(111)과 도핑층(115)이 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위해 산화물 또는 질화물 계열의 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다. 실리콘 산화막으로는 HDP(High Density Plasma), BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate), USG(Un-doped Silicate Glass), FSG(Fluorinated Silicate Glass), CDO(Carbon Doped Oxide) 및 OSG(Organo Silicate Glass)막일 수 있다.
도핑층(115)은 지지 기판(111)에 n형 또는 p형 불순물의 확산(diffusion)을 통하여 형성된 불순물 영역이거나, 불순물 이온주입을 통하여 형성된 이온주입층 또는 에피택셜 성장을 통하여 형성된 에피택셜층일 수 있다.
소오스 및 드레인 전극들(120)은 기판(110) 상에 소정 간격을 두고 이격되어 배치되며, 소오스 및 드레인 전극(120)에 전압이 인가될 수 있다. 소오스 및 드레인 전극들(120) 사이에는 감지부(130), 즉, 채널 영역이 형성된다. 또한, 소오스 및 드레인 전극(120) 아래에, 감지부(130)와 소오스 및 드레인 전극(120)을 전기적으로 연결하는 도핑층(115)이 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시예에서, 소오스 및 드레인 전극(120)은 반도체 기판(110) 내에 불순물이 도핑된 불순물 영역일 수도 있다.
소오스 및 드레인 전극들(120) 사이의 채널 영역은 바이오 분자들을 감지하는 감지부(130)로서, 감지부(130)는 외부 전기장에 의하여 전기적 특성이 변하는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 불순물이 도핑된 도핑층, 반도체층, 산화물층, 화합물층, 탄소 나노 튜브(CNT) 또는 반도체 나노 와이어를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는 감지부(130)는 도핑층으로 형성되는 것으로 설명한다. 그리고, 도핑층으로 형성된 감지부(130)는 바이오 센서의 감도를 향상시키기 위해 나노 사이즈로 형성될 수 있다.
또한, 감지부(130)의 표면에는, 전하를 적게 띄며 분자량이 작은 바이오 분자들 또는 하전되지 않은 바이오 분자들을 검출할 수 있도록, 검출용 타겟 분자(144)들이 고정된다. 검출용 타겟 분자(144)들은 감지부(130) 표면에 직접 고정되거나, 중간 매개체 분자로서 링커(linker; 142)들을 이용하여 감지부(130) 표면에 고정될 수 있다. 감지부(130)에 고정된 검출용 타겟 분자(144)는, 특정 기질을 나타내는 바이오 분자로서, 프로브 분자와 특이 결합될 수 있다. 예를 들어 검출용 타겟 분자(144)는 단백질, 핵산, 유기 분자, 무기 분자, 산화물 또는 금속 산화물일 수 있다. 단백질 분자의 경우, 항원, 항체, 기질 단백질, 효소, 조효소 등 어떠한 바이오 분자라도 가능하다. 그리고 핵산의 경우, DNA, RNA, PNA, LNA 또는 그들의 혼성체일 수 있다.
감지부(130) 표면에 검출용 타겟 분자(144)들을 고정화시키는 방법으로는, 물리적인 흡착 (physisoprtion), 화학적인 흡착(chemical adsorption), 공유결합(covalent-binding), 전기적인 결합(electrostatic attraction), 공중합체(co-polymerization) 또는 아비딘-바이오틴 결합 시스템(avidin-biotin affinity system) 등이 이용될 수 있다.
또한, 감지부(130)의 표면은, 타겟 분자(144)들이 보다 단단히 고정시키는 링커(142)들이 유도될 수 있도록, 표면 처리될 수 있다. 구체적으로, 검출용 타겟 분자(144)들을 감지부(130)의 표면에 고정화시키기 위해, 감지부(130)의 표면에 작용기(functional group)가 유도될 수 있다. 예를 들어, 감지부(130)의 표면에, 이소티올기, 카르보닐기, 카르복실기, 아민기, 이민기, 에폭시기, 나이트로기, 하이드록실기, 페닐기, 나이트릴기, 이소시아노기, 이소티옥시아노기, 티올기 또는 실란기와 같은 작용기들이 유도될 수 있다.
유체 채널(150)은 감지부(130)를 가로질러 형성되며, 유체 채널(150)에 의해 검출하고자 하는 바이오 분자들이 감지부(130) 표면으로 제공될 수 있다. 다시 말해, 유체 채널(150)은 감지부(130)로 바이오 분자들을 포함하는 분석 용액을 제 공하는 통로이다. 즉, 분석 용액은 분석용 타겟 분자들, 프로브 분자들 및 비특이성(non-specific) 분자들을 포함한다. 분석 용액은 예를 들어, 혈액, 혈장, 혈청, 간질액, 세척물(lavage), 땀(perspiration), 타액, 소변과 같은 생리적 체액일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 분석 용액 내의 분석용 타겟 분자들은, 전하를 적게 띄는 저분자량 분자들 또는 하전되지 않는 분자들을 포함한다. 그리고, 프로브 분자들은 검출 및 분석하고자 하는 분석용 타겟 분자들과 선택적으로 특이 결합(specific binding)될 수 있는 물질이다. 또한, 프로브 분자들은 분석용 타겟 분자들보다 전하량이 큰 분자들이다. 프로브 분자들은, 예를 들어, 단백질, 세포, 바이러스, 핵산, 유기 분자 또는 무기 분자일 수 있다. 단백질의 경우, 항원, 항체, 기질 단백질, 효소, 조효소 등 어떠한 바이오 물질이라도 가능하다. 그리고 핵산의 경우, DNA, RNA, PNA, LNA 또는 그들의 혼성체일 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 분자 검출 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 분자 검출 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석용 타겟 분자들을 포함하는 분석 용액의 모식도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석용 타겟 분자들 및 프로브 분자들을 포함하는 분석 용액의 모식도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 바이오 센서에 분석 용액을 제공하는 것을 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전하를 적게 띄는 저분자량의 분석용 타겟 분 자(210)들 또는 하전되지 않는 타겟 분자(210)들을 포함하는 분석 용액(200)을 준비한다(S10).
상세히 설명하면, 분석 용액(200)은 생체로부터 얻어진 물질로서, 예를 들어, 혈액, 혈청, 혈장, 간질액, 세척물, 땀, 소변 또는 타액과 같은 체액일 수 있다. 분석 용액(200) 내에는, 특정 기질을 가지며, 프로브 분자들과 특이 결합하되, 하전되지 않거나 전하를 적게 띄는 저분자량의 분석용 타겟 분자(210)들이 존재한다. 또한, 분석 용액(200) 내에는 프로브 분자들과 결합하지 않는 비특이성(nonspecific) 분자(222, 224, 226)들을 포함할 수 있다.
분석 용액(200) 내의 분석용 타겟 분자(210)들은 예를 들어, 핵산, 세포, 바이러스, 단백질, 유기 분자 또는 무기 분자일 수 있다. 단백질 분자의 경우, 항원, 항체, 기질 단백질, 효소, 조효소 등 어떠한 바이오 물질이라도 가능하다. 그리고 핵산의 경우, DNA, RNA, PNA, LNA 또는 그들의 혼성체일 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 분석 용액(200) 내의 분석용 타겟 분자(210)들과 프로브 분자(230a, 230b)들을 결합시킨다(S20).
즉, 하전되지 않거나 분자량이 작은 분석용 타겟 분자(210)들을 포함하는 분석 용액(200) 내에 프로브 분자(230a, 230b)들을 제공한다. 프로브 분자(230a, 230b)들을 분석 용액(200) 내에 제공함에 따라, 타겟 분자(210)-프로브 분자(230a) 결합체(conjugate)가 생성된다.
프로브 분자(230a, 230b)들은, 비특이성 분자들(222, 224, 226)과는 결합하지 않으며, 분석하고자 하는 분석용 타겟 분자(210)들과 특이 결합(specific binding)될 수 있는 물질이다. 그리고, 프로브 분자(230a, 230b)들은, 바이오 센서의 감지부(도 1의 130)에서 전도도 변화를 감지할 수 있는 정도의 전하를 띄고 있는 분자들이다.
한편, 분석 용액(200) 내의 모든 분석용 타겟 분자(210)들이 프로브 분자들(230a, 230b)과 결합될 수 있도록, 분석 용액(200) 내에서, 프로브 분자(230a, 230b)의 농도는 타겟 분자(210)들의 농도보다 높다. 이에 따라, 프로브 분자들 중 일부(230a)는 분석용 타겟 분자(210)들과 결합되며, 나머지(230b)는 타겟 분자(210)들과 결합되지 않고 분석 용액(200) 내에 존재한다. 즉, 분석 용액(200) 내에 존재하는 거의 모든 분석용 타겟 분자(210)들은, 프로브 분자(230a)들과 결합될 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 검출용 타겟 분자(144)들이 고정된 바이오 센서의 감지부(130)에, 분석 용액(200)을 제공한다(S30).
즉, 검출용 타겟 분자(144)들이 고정된 감지부(130)에, 타겟 분자(210)-프로브 분자(230a) 결합체들과, 분석용 타겟 분자(210)들과 결합되지 않은 잉여 프로브 분자들(230b)을 포함하는 분석 용액(200)을 공급한다. 이에 따라, 분석 용액(200) 내의 잉여 프로브 분자들(230b)이, 감지부(130)의 검출용 타겟 분자(144)들과 특이 결합될 수 있다. 그리고, 감지부(130)의 검출용 타겟 분자(144)들과 특이 결합되는 잉여 프로브 분자들(230b)의 양은, 분석 용액에서 분석용 타겟 분자(210)의 농도에 따라 달라질 수 있다. 이에 대해 도 7 및 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
이후, 도 3을 참조하면, 검출용 타겟 분자(144)와 잉여 프로브 분자(230b)들이 결합된 감지부(130)에서, 전도도 변화를 측정한다(S50). 즉, 전하의 변화를 감지할 수 있을 정도의 전하를 띄고 있는 프로브 분자들이, 감지부의 검출용 타겟 분자들과 결합함에 따라, 소오스 및 드레인 전극(120)에 전압을 인가하면 감지부에서 전류가 흐를 수 있다. 즉, 감지부(130)의 표면에 고정화되는 프로브 분자(230b)의 표면 전하 밀도(surface charge density)의 변화에 따라, 감지부(130), 즉, 채널 영역에 흐르는 전류 값의 변화를 측정한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 고농도의 분석용 타겟 분자들을 포함하는 분석 용액으로부터 분석용 타겟 분자들을 검출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7을 참조하면, 바이오 센서(100)는 n형 불순물이 도핑된 도핑층(115)을 가질 수 있다. 고농도의 분석 용액(200a) 내에는, 하전되지 않거나, 분자량이 작은 분석용 타겟 분자(210)들이 다량으로 존재하므로, 분석 용액(200a)의 분석용 타겟 분자(210)들과 결합하고 남는 잉여 프로브 분자(230b)들의 수가 적다. 이에 따라, 감지부(130)의 검출용 타겟 분자(144)들과 특이 결합하여, 감지부(130)의 표면에 고정화되는 잉여 프로브 분자(230b)들의 수가 적어진다.
즉, 고농도 분석 용액(200a)의 경우, 감지부(130) 상에 고정되며, 음전하를 갖는 잉여 프로브 분자(230b)들이 감소하므로, 감지부(130)에 전달될 수 있는 표면 전하량이 적어진다. 이에 따라, 소오스 및 드레인 전극(120)에 전압을 인가하였을 때, 감지부(130)에서 변화하는 전도도 변화가 감소할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 저농도의 분석용 타겟 분자들을 포함하는 분석 용액으로부터 분석용 타겟 분자들을 검출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8을 참조하면, 바이오 센서(100)는 n형 불순물이 도핑된 도핑층(115)을 가질 수 있다. 저농도의 분석 용액(200b) 내에는, 하전되지 않거나 분자량이 작은 분석용 타겟 분자(210)들의 양이 적으므로, 분석 용액(200a)의 분석용 타겟 분자(210)들과 결합하고 남는 잉여 프로브 분자(230b)들의 수가 많다. 그러므로, 음전하를 갖는 다량의 잉여 프로브 분자(230b)들이, 감지부(130)의 검출용 타겟 분자(144)들과 특이 결합하여, 감지부(130)의 표면에 고정화될 수 있다.
즉, 저농도 분석 용액(200b)의 경우, 감지부(130) 표면에 고정화되며, 음전하들을 갖는 잉여 프로브 분자(230b)들의 수가 많으므로, 감지부(130)에 전달되는 표면 전하량이 증가될 수 있다. 따라서, 이에 따라, 소오스 및 드레인 전극(120)에 전압을 인가하였을 때, 감지부(130)에서 변화하는 전도도 변화가 증가할 수 있다.
도 9는 분석용 타겟 분자의 농도가 알려진 기준 분석 용액들을 이용하여 얻어진 타겟 분자의 농도에 따른 전도도 변화를 나타내는 그래프이다. 즉, 도 9는 분석용 타겟 분자의 농도에 따라, 분석 용액 내에서 특이 반응하지 않고 잔류하는 프로브 분자에 의한 전도도 변화를 나타낸다. 도 9에 나타난 바와 같이, 분석 용액 내의 분석용 타겟 분자의 농도와 전도도 변화는 반비례 관계를 갖는다. 이에 따라, 분석 용액 내의 잉여 프로브 분자들에 의한 전도도 변화를 측정하여, 분석 용액 내의 분석용 타겟 분자들의 농도를 정량화할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 분자 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 분자 검출 방법을 순서대로 나타내는 모식도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 고농도의 타겟 분자들을 포함하는 분석용액으로부터 타겟 분자들을 검출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 저농도의 타겟 분자들을 포함하는 분석용액으로부터 타겟 분자들을 검출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 타겟 분자의 농도에 따른 바이오 센서의 전도도 변화를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100: 바이오 센서 110: 기판
120: 소오스 및 드레인 전극 130: 감지부
142: 링커 144: 검출용 타겟 분자
150: 유체 채널 200: 분석 용액
210: 분석용 타겟 분자 222, 224, 226: 비특이성 분자
230a, 230b: 프로브 분자

Claims (21)

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  10. 분석용 타겟 분자들과 프로브 분자들이 결합된 결합체 및 상기 분석용 타겟 분자들과 결합되지 않은 잉여 프로브 분자들을 포함하는 분석 용액을 준비하는 단계;
    기판 상에 배치되며, 상기 잉여 프로브 분자들과 특이 결합하는 검출용 타겟 분자들이 표면에 고정된 바이오 센서의 감지부로 상기 분석 용액을 공급하는 단계;
    상기 감지부의 상기 검출용 타겟 분자들과, 상기 잉여 프로브 분자들을 결합시키는 단계; 및
    상기 검출용 타겟 분자들과 상기 잉여 프로브 분자들을 결합에 의한 상기 감지부에서의 전도도 변화를 측정하는 단계를 포함하는 바이오 분자 검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로브 분자들은 상기 분석용 타겟 분자들 및 상기 검출용 타겟 분자들보다 전하량이 큰 것을 특징으로 하는 바이오 분자 검출 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 분석용 타겟 분자들과, 상기 검출용 타겟 분자들은, 동일한 바이오 물질인 것을 특징으로 하는 바이오 분자 검출 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 분석 용액을 준비하는 단계는,
    상기 분석용 타겟 분자들을 포함하는 용액을 준비하는 단계;
    상기 용액에 프로브 분자들을 제공하는 단계 및
    상기 분석용 타겟 분자들과 상기 프로브 분자들을 결합시켜 상기 결합체를 형성하는 단계를 포함하는 바이오 분자 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 용액 내에서, 상기 프로브 분자들의 농도가 상기 분석용 타겟 분자들의 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 바이오 분자 검출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 잉여 프로브 분자는, 상기 분석용 타겟 분자들과 비결합된 프로브 분자들인 것을 특징으로 하는 바이오 분자 검출 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로브 분자와 상기 분석용 및 검출용 타겟 분자들 간의 결합은, 핵산 혼성화, 항원-항체 반응 또는 효소 결합 반응을 포함하는 바이오 분자 검출 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 분석 용액은 혈액, 혈청, 혈장, 간질액, 세척물, 땀, 소변 및 타액 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오 분자 검출 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로브 분자 및 상기 분석용 및 검출용 타겟 분자들은, 핵산, 세포, 바이러스, 단백질, 유기 분자 및 무기 분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 바이오 분자 검출 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 핵산은 DNA, RNA, PNA, LNA 및 그들의 혼성체로 이루어진 군으로부터 선택되는 바이오 분자 검출 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 단백질은 효소, 기질, 항원, 항체, 리간드, 압타머 및 수용체로 이루어진 군으로부터 선택되는 바이오 분자 검출 방법.
  21. 분석용 타겟 분자들과 프로브 분자들이 결합된 결합체 및 상기 분석용 타겟 분자들과 결합되지 않은 잉여 프로브 분자들을 포함하는 분석 용액을 준비하는 단계;
    소오스 및 드레인 전극들 사이에 연결되고, 상기 잉여 프로브 분자들과 특이 결합하는 검출용 타겟 분자들이 표면에 고정된 감지부를 포함하는 바이오 센서로 상기 분석 용액을 공급하는 단계;
    상기 감지부의 상기 검출용 타겟 분자들과 상기 잉여 프로브 분자들을 결합시키는 단계; 및
    상기 검출용 타겟 분자들과, 상기 잉여 프로브 분자들을 결합에 의한 상기 감지부에서의 전도도 변화를 검출하는 단계를 포함하는 바이오 분자 검출 방법.
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