KR101209000B1 - Ionic device and DNA analyzing apparatus using graphene nanopore structure - Google Patents

Abstract

그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자 및 DNA 분석용 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자는, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버; 제1 영역에 위치하는 제1 전극; 제1 전극에 대향하여 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 위치하고, 그래핀층으로 구성되며, 그래핀층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막;을 포함하고, 나노 포어 막, 제1 전극 및 제2 전극에 인가되는 전기적 신호에 의해 나노 포어를 통과하는 이온 전류가 발생되는 것을 특징으로 한다.Provided are an ion device and a device for DNA analysis using graphene nanopore structures. An ion device using a graphene nanopore structure according to an embodiment of the present invention includes a chamber including a first region and a second region; A first electrode positioned in the first region; A second electrode positioned in the second region opposite the first electrode; And a nano pore membrane positioned between the first electrode and the second electrode, the graphene layer comprising nanopores penetrating the graphene layer, and applied to the nanopore membrane, the first electrode, and the second electrode. The ion current passing through the nanopores is generated by the electrical signal.

Description

그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자 및 ＤＮＡ 분석용 장치{Ionic device and DNA analyzing apparatus using graphene nanopore structure} Ionic device and DNA analyzing apparatus using graphene nanopore structure

본 발명은 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자 및 DNA 분석용 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이온 전계 효과를 이용한 이온 소자 및 DNA를 레이블링(labeling) 없이 분석할 수 있는 나노 포어를 이용한 DNA 분석용 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ion device and a DNA analysis device using a graphene nano-pore structure, and more particularly, DNA using a nano-pore that can analyze the ion device and the DNA using the ionic field effect without labeling (labeling) It relates to a device for analysis.

최근 전자 정보 기기의 소형화와 함께, 집적도와 처리 속도의 측면에서 실리콘을 대체할 물질을 찾는 것이 요구된다. 그래핀(graphene)은 전하 운반자(carrier)의 이동도(mobility)가 실리콘에서보다 빠르며 많은 전류를 흘릴 수 있어, 저전력에서도 많은 양의 정보를 프로세싱할 수 있고 스위칭 속도를 향상시킬 수 있으며, 소형화에 적합한 물질로 알려져 있다. 이에 따라, 최근 그래핀을 이용한 초고속 나노 메모리 소자, 투명 디스플레이, 차세대 태양 전지 등의 전자 소자의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. With the recent miniaturization of electronic information devices, there is a need for finding materials to replace silicon in terms of density and processing speed. Graphene has a higher mobility of charge carriers than silicon and can carry a lot of current, enabling processing of large amounts of information at low power, improving switching speed, and miniaturization. Known suitable materials. Accordingly, researches on electronic devices such as ultra-fast nano memory devices, transparent displays, and next-generation solar cells using graphene have been actively conducted.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 그래핀 나노 포어 구조를 이용하여 나노 포어 내부가 이온 선택성을 갖도록 함으로써 이온 전계 효과를 나타내는 이온 소자를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an ion device exhibiting an ionic field effect by allowing a graphene nanopore structure to have ion selectivity inside a nanopore.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 그래핀 나노 포어 구조를 이용하여 전기적 신호를 검출하여 DNA를 용이하게 분석할 수 있는 DNA 분석용 장치를 제공하는 것이다. In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an apparatus for DNA analysis that can easily analyze DNA by detecting an electrical signal using a graphene nano-pore structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자가 제공된다. 상기 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자는, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버; 상기 제1 영역에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 상기 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 사이에 위치하고, 그래핀층으로 구성되며, 상기 그래핀층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막;을 포함하고, 상기 나노 포어 막, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가되는 전기적 신호에 의해 상기 나노 포어를 통과하는 이온 전류가 발생되는 것을 특징으로 한다.An ion device using a graphene nano-pore structure according to an embodiment of the present invention is provided. An ion device using the graphene nanopore structure may include a chamber including a first region and a second region; A first electrode positioned in the first region; A second electrode positioned in the second region opposite the first electrode; And a nano pore membrane positioned between the first electrode and the second electrode, the graphene layer comprising nanopores penetrating the graphene layer, wherein the nanopore membrane, the first electrode, and The ion current passing through the nanopores is generated by an electrical signal applied to the second electrode.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 이온 소자는 상기 나노 포어 막, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가되는 전압에 의하여 이온 전계 트랜지스터로 동작할 수 있다. In some embodiments of the present disclosure, the ion device may operate as an ion field transistor by a voltage applied to the nanopore film, the first electrode, and the second electrode.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노 포어의 내부가 이온 채널(channel)로 동작할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the interior of the nanopores may operate as an ion channel.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 그래핀층은 단일층의 그래핀 시트(sheet)이거나 또는 다중층의 그래핀 시트들일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the graphene layer may be a single layer of graphene sheet or multilayer graphene sheets.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노 포어는 상하측의 지름이 동일한 원기둥 형상이거나 또는 상하측의 지름이 상이한 원뿔대 형상일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the nano-pores may have a cylindrical shape having the same upper and lower diameters or a truncated conical shape having different upper and lower diameters.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치가 제공된다. 상기 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치는, 용액을 수용하고, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버; 상기 제1 영역에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 상기 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 사이에 위치하고, 그래핀층 및 상기 그래핀층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막; 상기 그래핀층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되어, 제1 전기적 신호를 인가하고, 그들로부터 제2 전기적 신호를 수신하는 전기 신호부;를 포함하고, 상기 제2 전기적 신호를 이용하여 상기 용액 내의 DNA를 검출하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for DNA analysis using a graphene nano-pore structure according to an embodiment of the present invention is provided. The device for analyzing DNA using the graphene nano-pore structure may include a chamber containing a solution and including a first region and a second region; A first electrode positioned in the first region; A second electrode positioned in the second region opposite the first electrode; And a nano pore film disposed between the first electrode and the second electrode and including a graphene layer and a nano pore penetrating the graphene layer. And an electrical signal unit electrically connected to the graphene layer, the first electrode, and the second electrode to apply a first electrical signal and receive a second electrical signal therefrom. It is characterized by detecting the DNA in the solution.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과할 때 변화하는 상기 제2 전기적 신호를 이용하여, 상기 DNA를 구성하는 하나 또는 그 이상의 염기들을 검출할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the second electrical signal that changes when the DNA passes through the nanopores may be used to detect one or more bases constituting the DNA.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 DNA를 구성하는 염기에 따라 다른 값을 나타내는 상기 제2 전기적 신호를 순차적으로 검출하여, 상기 DNA의 시퀀싱을 수행할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the DNA may be sequentially sequenced by detecting the second electrical signal having a different value depending on the base constituting the DNA.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 그래핀층에 인가되는 상기 제1 전기적 신호에 따라 DNA의 이동 속도를 제어할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the movement speed of DNA may be controlled according to the first electrical signal applied to the graphene layer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노 포어 막은, 상기 DNA를 구성하는 뉴클레오티드 중 하나만이 상기 나노 포어 내에 포함될 수 있도록 단일층의 그래핀 시트로 이루어질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the nano-pore membrane may be composed of a single layer of graphene sheet so that only one of the nucleotides constituting the DNA may be included in the nano-pores.

본 발명의 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자에 따르면,　전도성을 갖는 그래핀에 게이트 전압을 인가함으로써, 나노 포어 내부에 이온 채널을 형성하여 나노 크기의 이온 전계 트랜지스터를 구현할 수 있다.According to the ion device using the graphene nano-pore structure of the present invention, by applying a gate voltage to the graphene having a conductivity, an ion channel may be formed inside the nano-pores to implement a nano-sized ion field transistor.

또한, 본 발명의 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치에 따르면,　10nm 이하의 크기를 갖는 나노 포어를 이용하며 나노 포어 표면의 전하를 용이하게 조절 가능하여, DNA의 이동 속도를 효율적으로 조절할 수 있다. 이에 의해, DNA의 분석을 위한 시간을 확보할 수 있으며, 전기적 신호의 크기도 조절할 수 있다. In addition, according to the DNA analysis apparatus using the graphene nano-pore structure of the present invention, by using a nano-pore having a size of less than 10nm and can easily control the charge on the surface of the nano-pores, it is possible to efficiently control the movement speed of DNA Can be. As a result, time for DNA analysis can be secured and the magnitude of the electrical signal can be adjusted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자를 도시하는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 이온 소자의 나노 포어 막을 구성하는 그래핀을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 3은 본 발명에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자의 동작 원리를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치를 도시하는 사시도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 그래핀 나노 포어 막을 제조하기 위한 예시적인 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 나노 포어를 통과하는 DNA를 도시하는 개략도들이다.
도 7은 DNA의 시퀀싱 방법을 설명하기 위해 전류의 흐름을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치를 이용한 DNA의 분석 과정을 도시하는 흐름도이다.1 is a cross-sectional view showing an ion device using a graphene nano-pore structure according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are schematic views for explaining graphene constituting the nanopore membrane of the ion device according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating the operation principle of the ion device using the graphene nano-pore structure according to the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing a device for DNA analysis using the graphene nano-pore structure according to an embodiment of the present invention.
5A to 5E are cross-sectional views according to a process sequence to explain an exemplary method for manufacturing the graphene nanopore film according to the present invention.
6A and 6B are schematic diagrams showing DNA passing through nanopores in accordance with the present invention.
Figure 7 is a graph showing the flow of current to explain the method of sequencing DNA.
8 is a flowchart illustrating a DNA analysis process using a device for DNA analysis using the nanopore structure according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다.　 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. In the following description, when a layer is described as being on top of another layer, it may be directly on top of the other layer, with a third layer intervening therebetween. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.　 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, "comprise" and / or "comprising" specifies the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or groups of these. It is not intended to exclude the presence or the addition of one or more other shapes, numbers, acts, members, elements and / or groups.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.　 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다. Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.　 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다.　 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions illustrated herein, including, for example, variations in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자(100)의 일 실시예를 도시하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an ion device 100 using a graphene nano-pore structure according to the spirit of the present invention.

도 1을 참조하면, 이온 소자(100)는 챔버(10) 및 나노 포어(25)가 형성된 막(membrane)(이하, '나노 포어 막'이라 한다)(20)을 포함한다. 나노 포어 막(20)의 양 측에 챔버(10)의 제1 영역(12) 및 제2 영역(14)이 배치된다. 제1 영역(12) 및 제2 영역(14) 내에는 각각 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)이 배치된다. 나노 포어 막(20)은 나노 포어(25)를 포함하며, 나노 포어(25)는 예를 들어 나노 포어 막(20)의 중앙에 위치할 수 있다. 제1 전극(30), 제2 전극(40) 및 나노 포어 막(20)은 외부로부터 전기적 신호를 인가 받고 출력할 수 있다.Referring to FIG. 1, the ion device 100 includes a membrane 10 (hereinafter, referred to as a “nanopore membrane”) 20 in which a chamber 10 and nanopores 25 are formed. The first region 12 and the second region 14 of the chamber 10 are disposed on both sides of the nanopore film 20. The first electrode 30 and the second electrode 40 are disposed in the first region 12 and the second region 14, respectively. The nano pore membrane 20 includes a nano pore 25, which may be located at the center of the nano pore membrane 20, for example. The first electrode 30, the second electrode 40, and the nano pore film 20 may receive and output an electrical signal from the outside.

챔버(10)는 나노 포어 막(20)에 의해 제1 영역(12) 및 제2 영역(14)으로 분리될 수 있으며, 각각 별개의 챔버로 구성되는 것도 가능하다. 챔버(10)는 전해질 용액을 수용하기 위한 것으로, 챔버(10)의 제1 영역(12) 및 제2 영역(14) 각각에 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)을 배치한다. 챔버(10)는 유리, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 플라스틱 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 챔버(10)는 전해질을 포함하는 용액을 수용할 수 있으며, 상기 용액은 유체 상태로 준비될 수 있고 임의의 전도성 용매가 사용될 수 있다. 챔버(10)의 외부에서 챔버(10) 내에 상기 용액을 주입 및 배출할 수 있는 주입부(미도시) 및 배출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 챔버(10)는 미소한 용량을 가질 수 있으며, 어느 한 방향의 길이가 수 마이크로 미터의 치수를 가질 수 있다.The chamber 10 may be separated into the first region 12 and the second region 14 by the nano-pore membrane 20, and may be configured as separate chambers, respectively. The chamber 10 is for accommodating an electrolyte solution, and the first electrode 30 and the second electrode 40 are disposed in each of the first region 12 and the second region 14 of the chamber 10. The chamber 10 may be made of one or more materials of glass, polydimethylsiloxane (PDMS), and plastic. Chamber 10 may contain a solution comprising an electrolyte, which solution may be prepared in a fluid state and any conductive solvent may be used. The apparatus may further include an injection unit (not shown) and a discharge unit (not shown) capable of injecting and discharging the solution into the chamber 10 outside the chamber 10. The chamber 10 may have a small capacity, and the length in either direction may have dimensions of several micrometers.

제1 전극(30)은 챔버(10)의 제1 영역(12)에 배치될 수 있고, 제2 전극(40)은 챔버(10)의 제2 영역(14)에 배치될 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 챔버(10) 내의 용액에 전압을 인가하여, 상기 용액 내의 이온을 유동시켜 결과적으로 전류의 흐름을 발생시킬 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 알루미늄(Al), 금(Au), 베릴륨(Be), 비스무트(Bi), 코발트(Co), 하프늄(Hf), 인듐(In), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 레늄(Re), 루테늄(Ru), 탄탈(Ta), 텔륨(Te), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 이들의 질화물, 및 이들의 실리사이드 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 각각 단일층이거나 또는 복합층일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 은(Ag) 또는 염화은(AgCl)의 복합층일 수 있다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 동일한 물질을 포함하거나 또는 서로 다른 물질을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 나노 포어 막(20)에 근접하도록 배치될 수 있다.The first electrode 30 may be disposed in the first region 12 of the chamber 10, and the second electrode 40 may be disposed in the second region 14 of the chamber 10. The first electrode 30 and the second electrode 40 may apply a voltage to the solution in the chamber 10 to flow ions in the solution, resulting in the flow of current. The first electrode 30 and the second electrode 40 are aluminum (Al), gold (Au), beryllium (Be), bismuth (Bi), cobalt (Co), hafnium (Hf), indium (In), and manganese. (Mn), molybdenum (Mo), nickel (Ni), lead (Pb), palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), rhenium (Re), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), tellium (Te), titanium (Ti), tungsten (W), zinc (Zn), zirconium (Zr), nitrides thereof, and silicides thereof. The first electrode 30 and the second electrode 40 may each be a single layer or a composite layer. For example, the first electrode 30 and the second electrode 40 may be a composite layer of silver (Ag) or silver chloride (AgCl). The first electrode 30 and the second electrode 40 may be configured to include the same material or different materials. In addition, the first electrode 30 and the second electrode 40 may be disposed to be close to the nano-pore film 20.

나노 포어 막(20)은 그래핀으로 구성된다. 나노 포어 막(20)은 중앙부에 형성된 나노 포어(25)를 포함하며, 나노 포어(25)는 나노 포어 막(20)을 관통한다. 그래핀은 탄소 원자 한 층으로 이루어진 벌집 구조의 2차원 박막을 말하며, 나노 포어 막(20)은 단일층(monolayer) 또는 다중층(multilayer)의 그래핀을 포함할 수 있다. 나노 포어 막(20)을 구성하는 그래핀에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 하기에 상세히 설명한다. The nano pore film 20 is composed of graphene. The nano pore membrane 20 includes a nano pore 25 formed at a central portion, and the nano pore 25 penetrates through the nano pore membrane 20. Graphene refers to a two-dimensional thin film of a honeycomb structure composed of a layer of carbon atoms, and the nano-pore film 20 may include a monolayer or a multilayer of graphene. Graphene constituting the nano-pore film 20 will be described in detail below with reference to FIGS. 2A and 2B.

나노 포어 막(20), 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)은 외부 장치(미도시)에 연결되어 각각에 전기적 신호, 예를 들어 전압을 인가받고, 이로부터 전기적 신호, 예를 들어 전류를 출력할 수 있다. 나노 포어 막(20)에 인가되는 전압은 게이트 전압(V_G), 제1 전극(30)에 인가되는 전압은 소스 전압(V_S), 제2 전극(40)에 인가되는 전압은 드레인 전압(V_D)으로 지칭할 수 있다. 외부 장치(미도시)는 도전성 부재, 예를 들어 도전성 와이어를 통해 나노 포어 막(20), 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 특히 나노 포어 막(20)과 연결되는 부분은 탐침(probe)(미도시)에 의해 연결될 수 있다. 또는, 상기 도전성 부재는 나노 와이어일 수 있으며, 상기 나노 와이어는 금속으로 일정한 패턴을 형성한 후 이온 주입(ion implantation) 또는 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 도선으로 증착될 수 있다.The nano pore film 20, the first electrode 30, and the second electrode 40 are connected to an external device (not shown) to receive an electrical signal, for example, a voltage, from which an electrical signal, for example, For example, it can output a current. The voltage applied to the nano-pore film 20 is the gate voltage (V _G ), the voltage applied to the first electrode 30 is the source voltage (V _S ), the voltage applied to the second electrode 40 is the drain voltage ( V _D ). The external device (not shown) may be electrically connected to the nano pore film 20, the first electrode 30, and the second electrode 40 through a conductive member, for example, a conductive wire, in particular the nano pore film 20 ) May be connected by a probe (not shown). Alternatively, the conductive member may be a nanowire, and the nanowire may be formed of a conductive pattern and then deposited as a conductive wire by using ion implantation or sputtering.

외부 장치(미도시)에 의해 인가되는 게이트 전압(V_G), 소스 전압(V_S) 및 드레인 전압(V_D)에 의해 상기 이온 소자(100)는 이온 전계 트랜지스터(ionic field effect transistor, IFET)로 동작할 수 있다. 이온 전계 트랜지스터는 채널을 이동하는 캐리어들이 전자 또는 홀이 아닌 전해질 이온들이라는 점을 제외하고는 통상적인 반도체 전계 효과 트랜지스터와 그 원리가 유사하다. 따라서, 전자의 이동이 아닌 이온의 이동에 의한 이온 전류가 흐르게 되며 나노 포어(25)는 이온의 이동에 대한 채널로서 작용한다. 챔버(10) 내에 전해질 용액을 수용하는 경우, 이온화된 양이온 및 음이온이 챔버(10)에 인가되는 소스 전압(V_S), 및 드레인 전압(V_D)에 의해 어느 한 방향으로 이동할 수 있게 되며, 나노 포어 막(20)에 인가되는 게이트 전압(V_G)에 의해 트랜지스터의 온(on) 상태 및 오프(off) 상태를 제어할 수 있다. By the gate voltage V _G , the source voltage V _S , and the drain voltage V _D applied by an external device (not shown), the ion device 100 is an ion field effect transistor (IFET). It can work as Ion field transistors are similar in principle to conventional semiconductor field effect transistors except that the carriers traveling through the channel are electrolyte ions, not electrons or holes. Therefore, the ion current flows due to the movement of the ions, not the movement of the electrons, and the nanopores 25 serve as channels for the movement of the ions. When receiving the electrolyte solution in the chamber 10, the ionized cations and anions can be moved in either direction by the source voltage (V _S ) and the drain voltage (V _D ) applied to the chamber 10, The on state and the off state of the transistor may be controlled by the gate voltage V _G applied to the nano pore film 20.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 기술적 사상에 따른 이온 소자의 나노 포어 막을 구성하는 그래핀을 설명하기 위한 개략도들이다.2A and 2B are schematic diagrams for describing graphene constituting a nano-pore membrane of an ion device according to the technical spirit of the present invention.

도 2a를 참조하면, 흑연(graphite)의 구조를 도시하며, 그래핀은 상기 흑연 구조의 한 층에 의해 형성되는 구조이다. 흑연은 탄소 원자(C)가 벌집의 단면처럼 연속적인 육각형의 구조를 가지고 있으며, 이러한 구조가 층층이 쌓여있는 결정 구조이다. 층 내의 탄소 원자(C)들은 공유결합으로 강하게 결합되어 있으나(A결합), 층간 결합력이 약하여 층을 구분하여 쉽게 부스러질 수 있다(B결합).Referring to FIG. 2A, the structure of graphite is shown, and graphene is a structure formed by one layer of the graphite structure. Graphite has a hexagonal structure in which carbon atoms (C) are continuous like a cross section of a honeycomb, and this structure is a crystal structure in which layers are stacked. The carbon atoms (C) in the layer are strongly bonded by covalent bonds (A bond), but the bond strength between layers is weak so that the layers can be easily broken (B bond).

도 2b를 참조하면, 그래핀은 탄소 원자(C) 한 층으로 이루어진 벌집 구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소 원자(C)는 sp² 혼성궤도에 의해 화학 결합하면 이차원의 탄소 육각망면을 형성한다. 탄소는 최외각 전자가 4개로, 결합을 할 때 4개의 전자가 혼성되어 결합에 참여한다. 탄소의 결합에는, sp³ 결합을 하는 방법과 sp² 결합을 하는 방법이 있으며, sp³ 결합만으로 이루어진 것이 정사각형의 다이아몬드이고 sp² 결합만으로 이루어진 물질이 흑연(graphite) 또는 흑연의 한 층인 그래핀이다. 예를 들면, 원래 s 궤도(orbital)와 p궤도에만 존재해야 할 전자들이, s와 p 궤도를 합친 sp² 및 sp³ 의 혼성 오비탈을 갖게 된다. 상기 sp2 혼성 오비탈은 s궤도에 전자 하나와 p궤도에 전자 두 개를 가지므로, sp2 혼성 오비탈은 총 전자 3개를 가지게 되고, 이때 각 전자의 에너지 준위는 동일하다. 각기 s와 p 오비탈을 갖는 것보다 이와 같이 혼성 오비탈을 갖는 것이 안정하기 때문에 혼성 오비탈 상태에 있게 된다. 이와 같은 평면 구조를 가지는 탄소 원자(C)의 집합체가 그래핀이며, 단일층의 두께는 탄소 원자(C) 하나의 크기에 불과하여 약 0.3nm이다. 그래핀은 그 특성이 금속성으로, 층방향으로 전도성을 가지며 열전도성이 우수하고, 전하 캐리어(carrier)의 이동도(mobility)가 커서 고속 전자 소자를 구현할 수 있다. 그래핀 시트(sheet)의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000cm²/Vs의 값을 가지는 것으로 알려져 있다. 그래핀은 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가지고 있으며, 직경이 작고 길이가 길어, 평판 표시 소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 및 나노 크기의 전자소자로의 응용성이 크다. 그래핀을 이용하면 종래의 반도체 공정 기술을 이용하여 소자를 제조하기 용이하며, 특히 대면적 집적화가 용이한 이점이 있다.Referring to FIG. 2B, graphene refers to a two-dimensional thin film of a honeycomb structure composed of one layer of carbon atoms (C). The carbon atom (C) forms a two-dimensional carbon hexagonal network surface when chemically bonded by an sp ² hybrid orbit. Carbon has four outermost electrons, and when combined, four electrons hybridize to participate. Carbon bonds include sp ³ bonds and sp ² bonds, and only sp ³ bonds are square diamond and sp ² bonds are graphite or graphene, a layer of graphite. . For example, electrons that would originally exist only in the orbital and p orbitals have a hybrid orbital of sp ² and sp ³ that combines the s and p orbits. Since the sp2 hybrid orbital has one electron in the orbit and two electrons in the orbit, the sp2 hybrid orbital has three electrons in total, wherein the energy levels of the respective electrons are the same. It is in a hybrid orbital state because it is more stable to have a hybrid orbital than to have s and p orbitals, respectively. The aggregate of carbon atoms (C) having such a planar structure is graphene, and the thickness of a single layer is about 0.3 nm because it is only one carbon atom (C) in size. Graphene has a metallic property, has conductivity in the layer direction, has excellent thermal conductivity, and has high mobility of charge carriers, thereby enabling high-speed electronic devices. It is known that the electron mobility of the graphene sheet has a value of about 20,000 to 50,000 cm ² / Vs. Graphene has excellent mechanical robustness and chemical stability, has both semiconductor and conductor properties, and is small in diameter and long in length, and thus has great applicability to flat panel display devices, transistors, energy storage devices, and nano-sized electronic devices. The use of graphene facilitates fabrication of devices using conventional semiconductor processing techniques, and particularly has the advantage of easy integration of large areas.

도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자의 동작 원리를 도시하는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an operating principle of an ion device using a graphene nano-pore structure according to the inventive concept.

도 1과 함께, 도 3을 참조하면, 먼저 외부 장치(미도시)에서 1 전극(30), 제2 전극(40) 및/또는 그래핀의 나노 포어 막(20)에 일정 전압을 인가하는 단계(S110)가 진행된다. 예를 들어, 양의 게이트 전압(V_G) 및 드레인 전압(V_D)과 음의 소스 전압(V_S)을 인가할 수 있다. 본 단계(S110)에서 게이트 전압(V_G)에 별도의 전압을 인가하지 않고, 소스 전압(V_S) 및 드레인 전압(V_D)만을 인가할 수도 있다. Referring to FIG. 3 together with FIG. 1, first, applying a predetermined voltage to the nano-pore film 20 of the first electrode 30, the second electrode 40 and / or graphene in an external device (not shown) S110 is performed. For example, a positive gate voltage V _G and a drain voltage V _D and a negative source voltage V _S may be applied. In operation S110, only the source voltage V _S and the drain voltage V _D may be applied without applying a separate voltage to the gate voltage V _G.

전압이 인가되면, 나노 포어(25) 내부에 전기적 이중층이 형성되는 단계(S120)가 진행될 수 있다. 게이트 전압(V_G)이 인가되면, 나노 포어(25) 측면의 나노 포어 막(20)을 이루는 그래핀의 표면이 특정 전하를 띠게 되며, 반대 전하를 갖는 이온들로 구성된 전기적 이중층이 형성된다. 이와 같이 표면 전하를 가리는 현상은 드바이 길이(Debye leghth)에 의해 해석 가능하며, 드바이 길이는 용액 내의 전해질의 농도의 제곱근에 반비례한다. When a voltage is applied, step S120 of forming an electrical double layer in the nanopores 25 may be performed. When the gate voltage V _G is applied, the surface of the graphene forming the nano-pore film 20 on the side of the nano-pores 25 has a specific charge, and an electrical double layer composed of ions having opposite charges is formed. This phenomenon of masking the surface charge can be interpreted by Debye leghth, which is inversely proportional to the square root of the concentration of the electrolyte in the solution.

상기 전기적 이중층이 형성되면, 나노 포어(25) 내부는 이온 선택성을 갖게 된다(S130). 나노 포어(25)의 크기가 작은 경우, 나노 포어(25)의 내부에서 전기적 이중층이 겹쳐지게 되어 나노 포어(25)의 내부가 반대 이온들에 의해 채워지며, 나노 포어(25)가 이온 선택성을 가질 수 있게 된다. 이 경우, 나노 포어(25) 내에 존재하는 이온의 종류와 양이 용액의 농도에 따라 변하지 않게 되어 이온 컨덕턴스의 포화가 일어나게 농도 구간이 발생하게 되며, 이와 같은 이온 선택성은 이온 트랜지스터로 동작하는 기반이 된다. When the electrical double layer is formed, the interior of the nano-pores 25 will have ion selectivity (S130). When the size of the nano-pores 25 is small, the electrical double layer overlaps inside the nano-pores 25 so that the interior of the nano-pores 25 are filled with counter ions, and the nano-pores 25 have ion selectivity. I can have it. In this case, the type and amount of ions present in the nano-pores 25 do not change according to the concentration of the solution, so that a concentration section occurs to cause saturation of the ion conductance. Such ion selectivity is the basis for operating as an ion transistor. do.

나노 포어(25)가 상기와 같이 이온 선택성을 갖게 되면, 나노 포어(25) 내의 이온 전류의 흐름을 제어할 수 있게 된다(S140). 인가되는 게이트 전압(V_G), 소스 전압(V_S) 및 드레인 전압(V_D)의 크기에 따라 특정 전하의 이온을 흐르게 할 수 있으며, 이온 전류의 양도 제어할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전압(V_G)에 양의 전압을 인가하는 경우, 나노 포어(25) 내에 음이온의 채널이 형성될 수 있으며, 상기 게이트 전압(V_G)에 음의 전압을 인가하는 경우, 양이온의 채널이 형성될 수 있다.When the nano-pores 25 have ion selectivity as described above, it is possible to control the flow of the ion current in the nano-pores 25 (S140). According to the magnitude of the applied gate voltage (V _G ), source voltage (V _S ) and drain voltage (V _D ) it is possible to flow ions of a specific charge, it is also possible to control the amount of ion current. For example, when applying a positive voltage to the gate voltage (V _G), may be of the anion channel in the nano-pores 25 formed in the case of applying a negative voltage to the gate voltage (V _G), Channels of cations can be formed.

도 4는 본 발명의 기술적 사상에 따른 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치(200)의 일 실시예를 도시하는 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing an embodiment of a device 200 for analyzing DNA using the graphene nano-pore structure according to the spirit of the present invention.

도 4에서, 도 1과 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 따라서 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 4를 참조하면, DNA 분석용 장치(200)는 챔버(10) 및 나노 포어(25)가 형성된 나노 포어 막(20)을 포함한다. 나노 포어 막(20)의 양 측에 챔버(10)의 제1 영역(12) 및 제2 영역(14)이 배치된다. 제1 영역(12) 및 제2 영역(14) 내에는 각각 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)이 배치된다. 나노 포어 막(20)은 나노 포어(25)를 포함하며, 나노 포어(25)는 예를 들어 나노 포어 막(20)의 중앙에 위치할 수 있다. 챔버(10) 외부에는 전기적 신호를 주고 받을 수 있는 전기 신호부(50)가 배치된다.In Fig. 4, the same reference numerals as those in Fig. 1 denote the same members, and thus detailed description thereof will be omitted here. Referring to FIG. 4, the device 200 for DNA analysis includes a nanopore membrane 20 in which a chamber 10 and nanopores 25 are formed. The first region 12 and the second region 14 of the chamber 10 are disposed on both sides of the nanopore film 20. The first electrode 30 and the second electrode 40 are disposed in the first region 12 and the second region 14, respectively. The nano pore membrane 20 includes a nano pore 25, which may be located at the center of the nano pore membrane 20, for example. The electrical signal unit 50 that can transmit and receive electrical signals is disposed outside the chamber 10.

챔버(10)의 내부에는 DNA와 같은 생체 분자를 포함하는 용액이 수용된다. 본 DNA 분석용 장치(200)는 생체 분자의 분석을 위해 사용될 수 있으며, 분석의 대상은 DNA에 한정되지 않으며, DNA, RNA, 펩타이드(peptide) 또는 단백질일 수 있다. 상기 용액은 염산(HCl), 염화나트륨(NaCl) 또는 염화칼륨(KCl) 등의 전해질 용매를 사용할 수 있다. 염화칼륨(KCl)의 경우 양이온과 음이온의 이온 이동도(mobility)의 차이가 거의 없는 특징을 갖는다. The chamber 10 contains a solution containing a biomolecule such as DNA. The DNA analysis device 200 may be used for the analysis of biomolecules, and the subject of analysis is not limited to DNA, and may be DNA, RNA, peptides, or proteins. The solution may be an electrolyte solvent such as hydrochloric acid (HCl), sodium chloride (NaCl) or potassium chloride (KCl). Potassium chloride (KCl) is characterized by almost no difference in the ion mobility (mobility) of the cation and anion.

본 실시예의 DNA 분석용 장치(200)는 도 1을 참조하여 상술한 이온 전계 효과를 이용하여 DNA를 분석할 수 있으며, 전기 신호부(50)에 의해 인가되는 게이트 전압(V_G), 소스 전압(V_S) 및 드레인 전압(V_D)에 의해 DNA가 이동을 제어할 수 있다. DNA 분석용 장치(200)를 이용하여 DNA를 분석하는 원리에 대해서는 도 6a 내지 도 7을 참조하여 하기에 상세히 기술한다. DNA analysis device 200 of the present embodiment can analyze the DNA using the ion field effect described above with reference to Figure 1, the gate voltage (V _G ), the source voltage applied by the electrical signal unit 50 The movement of DNA can be controlled by (V _S ) and the drain voltage (V _D ). The principle of analyzing DNA using the apparatus 200 for DNA analysis will be described in detail below with reference to FIGS. 6A to 7.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 기술적 사상에 따른 그래핀 나노 포어 막을 제조하기 위한 예시적인 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.5A through 5E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the graphene nanopore film according to the spirit of the present invention in order of process.

그래핀 시트를 형성하는 방법은 여러 가지가 공지되어 있다. 흑연 결정으로부터의 기계적 박리법 또는 실리콘 카바이드(SiC) 결정 열분해 방법에 의하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 기계적 박리법의 일종인 스카치 테이프방법(Scotch tape method)은, 미세 기계적 박리 방법으로 흑연 시료에 스카치 테이프를 붙인 다음, 스카치 테이프를 떼어내어 스카치 테이프 표면에서 흑연으로부터 떨어져 나온 그래핀 시트를 얻는 방식이다. 실리콘 탄화물(SiC) 결정 열분해 방법은, SiC 단결정을 가열하면 표면의 SiC가 분해되어 실리콘(Si)이 제거되며, 남아있는 탄소에 의해 그래핀 시트가 형성되는 원리를 이용한다. 이외에, 증착 공정을 이용하여 그래핀을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 사파이어 기판 상에 분자 빔 에피텍시(molecular beam epitaxy, MBE) 또는 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)를 이용하여 그래핀 에피텍시(epitaxy)를 성장시키며, 그래핀과 사파이어 기판 사이의 결정학적 적합성(crystallographic compatibility) 때문에 에피텍시의 성장이 용이하게 달성될 수 있다. 그 밖에도, 고정렬 열분해 흑연 (highly ordered pyrolytic graphite, HOPG)의 박편화, 산화 흑연 박편의 화학적 환원, 열 박편화 (thermal exfoliation), 정전기적 증착 (electrostatic deposition), 흑연의 액상 박편화 (liquid phase exfoliation of graphite), 아크 방전 (arc-discharging) 및 용매열 합성법 (solvothermal method) 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 CVD 방법을 이용한 공정을 사용하여 제조 공정을 예시적으로 설명하기로 한다.Various methods for forming the graphene sheet are known. It can be formed by mechanical peeling from graphite crystals or by pyrolysis of silicon carbide (SiC) crystals. For example, the Scotch tape method, which is a kind of mechanical peeling method, is a micro mechanical peeling method, in which a scotch tape is attached to a graphite sample, and then the scotch tape is peeled off and the graphene sheet separated from the graphite on the scotch tape surface. Is the way to get. The silicon carbide (SiC) crystal pyrolysis method uses the principle that when SiC single crystal is heated, SiC on the surface is decomposed to remove silicon (Si), and a graphene sheet is formed by the remaining carbon. In addition, graphene may be formed using a deposition process. For example, graphene epitaxy is grown on a sapphire substrate using molecular beam epitaxy (MBE) or chemical vapor deposition (CVD), and graphene and sapphire Growth of epitaxy can be readily achieved due to crystallographic compatibility between substrates. In addition, high ordered pyrolytic graphite (HOPG) flakes, chemical reduction of graphite oxide flakes, thermal exfoliation, electrostatic deposition, and liquid phase exfoliation of graphite of graphite, arc-discharging, and solvothermal methods can be used. In this embodiment, a manufacturing process will be exemplarily described using a process using a CVD method.

도 5a를 참조하면, 기판(60) 상에 희생층(70) 및 촉매층(80)을 적층한다. 기판(60)은, 예를 들어 실리콘(Si) 기판일 수 있다. 희생층(70)은, 예를 들어 실리콘 산화물(SiO₂)을 포함할 수 있으며, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 또는 반응성 스퍼터링(reactive sputtering) 등의 증착 방법을 이용하여 적층할 수 있다. 촉매층(80)은 그래파이트(graphite)화를 위한 촉매로, 니켈(Ni), 전이 금속 카바이드(transition-metal carbide) 또는 이들의 나노 입자(particle)를 포함할 수 있으며, 박막인 경우 스퍼터링(sputtering) 또는 전자빔 증발기(electro beam evaporator)와 같은 물리기상증착법(phisical vapor deposition, PVD)을 사용하여 증착할 수 있다. 희생층(70) 및 촉매층(80)은 200nm 내지 400nm의 두께로 증착될 수 있다. 다음으로, 기판(60)의 하면에 마스크층(90)을 적층한다. 마스크층(140)은 예컨대 실리콘 질화물(Si₃N₄)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5A, the sacrificial layer 70 and the catalyst layer 80 are stacked on the substrate 60. The substrate 60 may be, for example, a silicon (Si) substrate. The sacrificial layer 70 may include, for example, silicon oxide (SiO ₂ ), and may be deposited using a deposition method such as chemical vapor deposition (CVD) or reactive sputtering. . The catalyst layer 80 is a catalyst for graphite, and may include nickel (Ni), transition-metal carbide, or nanoparticles thereof, and in the case of a thin film, sputtering Alternatively, the deposition may be performed using a physical vapor deposition (PVD) method such as an electron beam evaporator. The sacrificial layer 70 and the catalyst layer 80 may be deposited to a thickness of 200nm to 400nm. Next, the mask layer 90 is laminated on the lower surface of the substrate 60. The mask layer 140 may include silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), for example.

도 5b를 참조하면, 촉매층(80) 상에 그래핀층(20a)을 형성한다. 그래핀층(20a)은 탄화수소(hydrocarbon)의 CVD에 의해 형성할 수 있으며, 예컨대, 약 1000도에서 메탄(CH₄), 수소(H₂) 및 아르곤(Ar)의 혼합 기체를 주입하여 그래핀층(20a)을 증착할 수 있다.Referring to FIG. 5B, a graphene layer 20a is formed on the catalyst layer 80. The graphene layer 20a may be formed by CVD of hydrocarbon, for example, by injecting a mixed gas of methane (CH ₄ ), hydrogen (H ₂ ) and argon (Ar) at about 1000 degrees. 20a) may be deposited.

도 5c를 참조하면, 기판(60)의 하면의 마스크층(90)에 패턴을 형성한다. 별도의 마스크층(미도시)을 사용하여 패턴을 형성하고, 이를 이용하여 마스크층(90)을 식각하여 상기 패턴을 형성할 수 있다. 상기 식각은 반응성 이온 식각법(reactive ion etching, RIE)을 이용할 수 있다. 다음으로, 패턴된 하면의 마스크층(90)을 이용하여 기판(60)을 식각한다. 기판(60)의 식각은 수산화칼륨(KOH)를 이용한 비등방성 습식 식각법을 이용할 수 있다. 본 단계에서 기판(60)의 중앙부를 식각함으로써, 후 공정에서의 나노 포어(25, 도 5d 참조)의 형성이 용이해질 수 있다.Referring to FIG. 5C, a pattern is formed on the mask layer 90 on the lower surface of the substrate 60. A pattern may be formed using a separate mask layer (not shown), and the pattern may be formed by etching the mask layer 90 using the mask layer 90. The etching may use reactive ion etching (RIE). Next, the substrate 60 is etched using the patterned mask layer 90 on the bottom surface. The substrate 60 may be etched using anisotropic wet etching using potassium hydroxide (KOH). By etching the central portion of the substrate 60 in this step, the formation of the nanopores 25 (see FIG. 5D) in a later process may be facilitated.

도 5d를 참조하면, 희생층(70), 촉매층(80) 및 그래핀층(20a)의 적층구조 상에 포토 레지스트층(미도시)을 적층한 후, 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)를 이용하여 나노 포어(25) 형성을 위한 패턴을 형성한다. 상기 패턴을 이용하여, 희생층(70), 촉매층(80) 및 그래핀층(20a)의 적층구조를 식각하여 나노 포어(25)를 형성한다. 이 경우, 별도의 포토 레지스트층(미도시)의 도포없이 직접 전자빔을 이용하여 나노 크기의 나노 포어(25)를 형성할 수도 있다. 집속 이온빔(focused ion beam, FIB)과 같은 이온빔 밀링(ion-beam milling) 또는 투과전자 현미경(transmission electron microscope, TEM)의 집속 빔을 사용하여 나노 포어(25)를 직접 형성할 수도 있다. 또한, 나노 와이어와 같은 나노 구조를 마스크로 이용하여 식각할 수도 있다.Referring to FIG. 5D, after a photoresist layer (not shown) is laminated on the lamination structure of the sacrificial layer 70, the catalyst layer 80, and the graphene layer 20a, an electron beam lithography is used. A pattern for forming the nano pores 25 is formed. By using the pattern, the nanopore 25 is formed by etching the stack structure of the sacrificial layer 70, the catalyst layer 80 and the graphene layer 20a. In this case, the nano-sized nanopores 25 may be formed using an electron beam directly without applying a separate photoresist layer (not shown). The nanopores 25 may also be directly formed using a focused beam of ion-beam milling or a transmission electron microscope (TEM), such as a focused ion beam (FIB). In addition, it is also possible to etch using a nanostructure, such as nanowires as a mask.

도 5e를 참조하면, 식각 공정을 통해, 기판(60) 상면의 희생층(70) 및 촉매층(80)을 순차적으로 식각한다. 이에 의해 도 5e와 같이, 그래핀층(20a) 하부 막들의 잔존 부분을 포함한 상태로 소자의 제조에 사용될 수 있다. 또는, 이후의 추가적인 공정을 통해 상기 희생층(70) 및 촉매층(80)을 모두 습식 식각하여 제거할 수 있으며, 예컨대 불산(HF)을 이용하여 식각할 수 있다. 이 경우, 촉매층(80)이 모두 제거되면, 그래핀층(20a)이 잔존하며, 이후 그래핀층(20a)을 소자 제작을 위한 기판(미도시)에 이동시켜 본 발명의 이온 소자 또는 DNA 분석 장치를 제조할 수 있다. 그래핀층(20a)은 도 1 및 도 4의 나노 포어 막(20)에 상응한다.Referring to FIG. 5E, through the etching process, the sacrificial layer 70 and the catalyst layer 80 on the upper surface of the substrate 60 are sequentially etched. As a result, as shown in FIG. 5E, the graphene layer 20a may be used to manufacture the device in a state including remaining portions of the lower layers. Alternatively, both the sacrificial layer 70 and the catalyst layer 80 may be removed by wet etching through an additional process, for example, may be etched using hydrofluoric acid (HF). In this case, when all of the catalyst layer 80 is removed, the graphene layer 20a remains, and then the graphene layer 20a is moved to a substrate (not shown) for device fabrication, thereby obtaining the ion device or DNA analysis device of the present invention. It can manufacture. The graphene layer 20a corresponds to the nano pore film 20 of FIGS. 1 and 4.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 기술적 사상에 따른 나노 포어(25)를 통과하는 DNA를 도시하는 개략도들이다.6A and 6B are schematic diagrams illustrating DNA passing through the nanopores 25 according to the inventive concept.

도 6a는 나노 포어 막(20)이 단일층의 그래핀층의 나노 포어 막(20)으로 구성된 경우를 도시하고, 도 6b는 나노 포어 막(20)이 2개의 그래핀층(20a, 20b)으로 구성된 다중층의 경우를 도시였다. 본 도면의 다중층은 그래핀층이 2개인 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 나노 포어 막(20)은 3개 이상의 그래핀층으로 구성될 수도 있다. DNA를 포함하는 용액 내의 DNA는 도시된 바와 같이 나노 포어(25)를 통과하게 된다. 용액에 포함된 DNA가 나노 포어(25)를 통과할 때, 나노 포어(25) 내의 정전기적 상호 작용(electrostatic interaction) 또는 기하학적인 제한 등의 요소들에 의한 에너지 장벽(energy barrier)이 존재한다. 용매 및 나노 포어 막(20) 에 인가되는 전압에 의해 DNA는 상기 장벽을 극복하며 일 방향으로 통과할 수 있다. DNA는 뉴클레오티드(nucleotide)들의 중합체이며, 뉴클레오티드는 5탄당, 인산 및 염기로 구성되어 있으며, 상기 인산기는 인산기를 구성하는 산소와 인과의 전기 음성도의 차이에 의해 음전하를 갖는다. 따라서, 상술한 이온 전계 효과에 의해 그 이동을 조절할 수 있다. 분석의 대상이 되는 DNA, RNA, 펩타이드 또는 단백질이 갖는 전하는 고유전하를 이용하거나, 특정 전하를 갖도록 용액의 pH를 제어할 수 있다. DNA가 나노 포어(25)를 통과하는 경우, 나노 포어(25) 내에 흐르는 이온에 의한 전류를 차단하게 되어 차단 신호(blockade signal)가 발생하게 되는데, 이에 의해 DNA의 구성 염기인 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G) 및 시토닌(C)의 종류에 따라 다른 전류값을 나타낼 수 있다. 상기 전류는 도 4의 DNA 분석 장치(200)의 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)으로부터 측정될 수 있으며, 이를 통해 DNA의 구성 염기를 분석할 수 있다. FIG. 6A shows a case where the nano-pore membrane 20 is composed of a nano-pore membrane 20 of a single graphene layer, and FIG. 6B shows that the nano-pore membrane 20 is composed of two graphene layers 20a and 20b. The case of multiple layers is shown. Although the multilayered layer of this figure shows a case where two graphene layers are present, the present invention is not limited thereto, and the nano-pore membrane 20 may be composed of three or more graphene layers. DNA in the solution containing the DNA passes through the nanopores 25 as shown. When the DNA contained in the solution passes through the nanopores 25, there is an energy barrier due to elements such as electrostatic interaction or geometric limitations in the nanopores 25. By the voltage applied to the solvent and the nano-pore membrane 20, DNA can pass in one direction to overcome the barrier. DNA is a polymer of nucleotides, and the nucleotide is composed of pentose sugar, phosphoric acid and base, and the phosphate group has a negative charge due to the difference in electronegativity between phosphorus and oxygen constituting the phosphate group. Therefore, the movement can be adjusted by the ion field effect mentioned above. The charge of the DNA, RNA, peptide or protein to be analyzed can be controlled by using a high charge or a specific charge to have a specific charge. When the DNA passes through the nano-pores (25), the current is blocked by the ions flowing in the nano-pores (25) to generate a blockade signal (blockade signal), whereby the adenine (A), the constituent base of the DNA, Different current values may be displayed depending on the type of thymine (T), guanine (G), and cytokine (C). The current may be measured from the first electrode 30 and the second electrode 40 of the DNA analysis apparatus 200 of FIG. 4, through which the base of the DNA may be analyzed.

일반적으로 10nm 이하의 나노 포어(25)를 사용하는 경우, DNA의 단일 가닥(single stranded) 및 이중 가닥(double stranded)의 구별이 가능한 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치에 의하면 10nm 이하의 나노 포어(25)를 사용하므로 상기와 같은 구별이 가능할 것이다. 또한, 나선 구조를 갖는 DNA는 나선의 지름이 약 2nm이며, DNA를 구성하는 뉴클레오티드 하나의 길이가 약 0.3nm이다. 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치(200, 도 4 참조)에서, 도 6a와 같이 나노 포어 막(20)에 단일층의 그래핀을 사용하는 경우, 나노 포어 막(20)의 두께가 뉴클레오티드의 길이와 비슷하게 된다. 따라서, DNA가 이동할 때, 나노 포어(25) 내에 하나의 뉴클레오티드만 존재할 수 있어 염기 서열 시퀀싱의 분해능이 향상될 수 있다. 이와 달리, 나노 포어 막(20)에 도 6b에 도시된 바와 같이 다중층의 그래핀을 사용하는 경우, 단일층의 경우보다 향상된 기계적(mechanical) 내구성을 가질 수 있다. DNA의 분석을 위해서는 DNA가 나노 포어(25)를 통과하는 통과 시간이 충분하여야 한다. 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치의 경우, 인가되는 전압을 제어하여, 이온 트랜지스터의 채널에 해당하는 나노 포어(25) 내부의 전하를 조절함으로써, DNA의 이동 속도를 제어할 수 있다. 구체적인 제어 과정은 도 8을 참조하여 하기에 설명한다.In general, when the nano-pores 25 of 10 nm or less are used, it is known that a single stranded and double stranded DNA can be distinguished, and according to the DNA analysis apparatus according to the present invention, 10 nm or less Since the use of nano pores 25 will be possible to distinguish as described above. DNA having a helical structure has a spiral diameter of about 2 nm and a length of one nucleotide constituting the DNA is about 0.3 nm. In the device for DNA analysis (200, see FIG. 4) according to the present invention, when a single layer of graphene is used for the nanopore membrane 20 as shown in FIG. 6A, the thickness of the nanopore membrane 20 is the length of the nucleotide. Will be similar to Thus, when DNA moves, only one nucleotide may be present in the nanopores 25 so that the resolution of base sequence sequencing can be improved. On the other hand, when using multiple layers of graphene as shown in Figure 6b in the nano-pore film 20, it may have an improved mechanical durability than that of a single layer. For the analysis of DNA, the transit time through which the DNA passes through the nanopores 25 should be sufficient. In the device for DNA analysis according to the present invention, by controlling the voltage applied, by controlling the charge in the nano-pores 25 corresponding to the channel of the ion transistor, it is possible to control the movement speed of the DNA. A detailed control process will be described below with reference to FIG. 8.

도 7은 DNA의 시퀀싱 방법을 설명하기 위해 전류의 흐름을 나타내는 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the flow of current to explain the method of sequencing DNA.

도 7을 참조하면, 상기 차단 신호에 의해 수신되는 전류와 전기적 신호를 이용하여, DNA 염기 서열을 시퀀싱(sequencing)하는 예시적인 방법을 나타낸다. 상기 전기적 신호를 검출 전류라 칭하면, DNA를 구성하는 각 염기들(A, T, G, C)은 다른 크기의 검출 전류를 나타낼 수 있다. 따라서 상기 검출 전류의 크기를 통해 DNA의 각각의 염기에 대한 순차적인 검출이 가능하며, 이에 의해 상기 DNA의 염기 서열의 시퀀싱이 가능하게 된다. 이 경우, 상기 전기적 신호의 용이한 분석을 위해서, 검출되는 전류량이 많고 염기 서열에 따른 전류값의 차이가 클 것이 요구된다. 본 발명에 따른 DNA 분석용 장치의 경우, 도 6a 및 도 6b의 나노 포어 막(20) 에 인가되는 게이트 전압(V_G)을 제어함으로써, 나노 포어(25)를 통과하는 전류의 양도 조절 가능할 수 있어, DNA의 시퀀싱이 용이해질 수 있다.Referring to FIG. 7, an exemplary method of sequencing DNA sequences using electrical current and electrical signals received by the blocking signal is shown. When the electrical signal is referred to as a detection current, each base constituting the DNA (A, T, G, C) may represent a detection current of a different size. Therefore, the sequential detection of each base of the DNA is possible through the magnitude of the detection current, thereby enabling the sequencing of the base sequence of the DNA. In this case, for easy analysis of the electrical signal, it is required that the amount of current to be detected is large and the difference of the current value according to the base sequence is large. In the device for DNA analysis according to the present invention, by controlling the gate voltage (V _G ) applied to the nano-pore membrane 20 of FIGS. 6A and 6B, the amount of current passing through the nano-pores 25 may also be adjustable. Thus, sequencing of DNA can be facilitated.

도 8은 본 발명의 기술적 사상에 따른 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치를 이용한 DNA의 분석 과정을 도시하는 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a DNA analysis process using a device for DNA analysis using a nano-pore structure according to the inventive concept.

도 4와 함께, 도 8을 참조하면, 도 4의 DNA 분석용 장치(200)를 준비하고, 챔버(10) 내에 용액을 수용시킨 후, 전기 신호부(50)에서 챔버(10) 내의 제1 전극(30), 제2 전극(40) 및/또는 나노 포어 막(20)에 전기적 신호, 예컨대 일정의 전압을 인가하는 단계(S110)가 진행된다. 예를 들어, 양의 게이트 전압(V_G) 및 드레인 전압(V_D)과 음의 소스 전압(V_S)을 인가할 수 있다. 이에 의해, 챔버(10)의 용액 내의 DNA가 이동하는 단계(S115)가 진행되며, 챔버(10)의 제1 영역(12)에서 제2 영역(14)으로 DNA가 이동될 수 있다. 본 단계(S110)에서는 게이트 전압(V_G)에 별도의 전압을 인가하지 않을 수도 있다. Referring to FIG. 8, with reference to FIG. 4, the DNA analysis apparatus 200 of FIG. 4 is prepared, a solution is accommodated in the chamber 10, and the electrical signal unit 50 firstly displays the first chamber 10. In operation S110, an electrical signal, for example, a predetermined voltage is applied to the electrode 30, the second electrode 40, and / or the nanopore film 20. For example, a positive gate voltage V _G and a drain voltage V _D and a negative source voltage V _S may be applied. As a result, the step S115 of moving the DNA in the solution of the chamber 10 proceeds, and the DNA may be moved from the first region 12 of the chamber 10 to the second region 14. In this step S110, a separate voltage may not be applied to the gate voltage V _G.

다음으로, 전기 신호부(50)에서 전기적 신호, 예컨대 전류를 수신하고 분석하는 단계(S220)가 진행된다. 상기 전기적 신호는 이온의 흐름에 의해 발생하는 전류일 수 있다. DNA가 나노 포어(25)를 통과하는 경우, 상술한 차단 신호가 발생하게 되어 상기 전류의 수신을 통해, DNA의 검출이 가능하며 염기 서열의 시퀀싱이 가능하다. DNA의 검출이 인지된 경우, DNA의 분석을 위해 이동 속도를 느리게 하거나 정지하게 할 필요가 있을 수 있다.Next, an operation (S220) of receiving and analyzing an electrical signal, for example, a current, is performed in the electrical signal unit 50. The electrical signal may be a current generated by the flow of ions. When the DNA passes through the nano-pores 25, the above-described blocking signal is generated, through the reception of the current, it is possible to detect the DNA and sequencing the base sequence. If detection of DNA is recognized, it may be necessary to slow down or stop the movement for analysis of DNA.

다음 단계에서, 나노 포어 막(20)에 인가되는 전기적 신호인 게이트 전압(V_G)를 조절하는 단계(S230)가 진행된다. 상기 전류의 수신 및 분석 단계(S220)에서 수신된 전류를 통해 DNA를 검출한 후 분석을 위해 DNA의 이동을 조절하기 위함이다. 본 단계(S230)에 의해 나노 포어(25) 내의 DNA의 이동 속도를 제어하는 단계(S235)가 수행된다. 예를 들어, 게이트 전압(V_G)에 양의 전압을 인가하는 경우, 전압의 크기에 따라서 음의 전하를 갖는 DNA의 이동이 정지되거나 이동 속도가 줄어들도록 할 수 있다. 따라서, DNA의 분석을 위한 통과 시간의 확보가 가능하다. 또한, 상기 전류의 수신 및 분석 단계(S220)에서 DNA가 검출되지 않은 경우에도, 필요에 따라 나노 포어(25) 내로 DNA의 진입을 막을 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전압(V_G)에 음의 전압을 인가하는 경우, DNA가 나노 포어(25) 내로 이동되지 않도록 차단 가능할 것이다.In a next step, step S230 of adjusting the gate voltage V _G , which is an electrical signal applied to the nano-pore film 20, is performed. This is to control the movement of DNA for analysis after detecting the DNA through the current received in the reception and analysis step (S220) of the current. In step S230, the step S235 of controlling the movement speed of the DNA in the nanopores 25 is performed. For example, when a positive voltage is applied to the gate voltage V _G , the movement of DNA having a negative charge may be stopped or the movement speed may be reduced according to the magnitude of the voltage. Therefore, it is possible to secure a transit time for analysis of DNA. In addition, even when DNA is not detected in the reception and analysis step (S220), the entry of DNA into the nanopores 25 may be prevented as necessary. For example, when a negative voltage is applied to the gate voltage V _G , the DNA may be blocked from moving into the nanopores 25.

DNA의 이동을 제어하면서 다시 전류의 수신 및 분석 단계(S220)를 통해 DNA의 분석이 수행되며, 게이트 전압(V_G)를 조절하며(S230) DNA의 이동을 제어(S235)하고 전류의 수신하고 분석(S220)하는 과정이 반복될 수 있다.While controlling the movement of DNA, the analysis of DNA is performed again through the reception and analysis of the current (S220), the gate voltage (V _G ) is adjusted (S230), the movement of the DNA is controlled (S235), and the reception of the current is performed. The analysis (S220) may be repeated.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of.

10 : 챔버 12 : 챔버의 제1 영역
14 : 챔버의 제2 영역 20a : 그래핀층
20 : 나노 포어 막 25 : 나노 포어
30 : 제1 전극 40 : 제2 전극
50 : 전기 신호부 60 : 기판
70 : 희생층 80 : 촉매층
90 : 마스크층 10 chamber 12 first region of chamber
14: second region of the chamber 20a: graphene layer
20: nano-pore membrane 25: nano-pore
30: first electrode 40: second electrode
50: electrical signal unit 60: substrate
70: sacrificial layer 80: catalyst layer
90 mask layer

Claims (10)

제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버;
상기 제1 영역에 위치하는 제1 전극;
상기 제1 전극에 대향하여 상기 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 사이에 위치하고, 그래핀층으로 구성되며, 상기 그래핀층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막;을 포함하고,
상기 나노 포어 막, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가되는 전기적 신호에 의해 상기 나노 포어를 통과하는 이온 전류가 발생되고, 상기 이온 전류는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 감지되는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자.A chamber comprising a first region and a second region;
A first electrode positioned in the first region;
A second electrode positioned in the second region opposite the first electrode; And
And a nano-pore membrane disposed between the first electrode and the second electrode, the graphene layer comprising nanopores penetrating the graphene layer.
An ion current passing through the nanopores is generated by electrical signals applied to the nanopore membrane, the first electrode, and the second electrode, and the ion current is sensed through the first electrode and the second electrode. Ion device using a graphene nano-pore structure, characterized in that. 제1 항에 있어서,
상기 이온 소자는 상기 나노 포어 막, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가되는 전압에 의하여 이온 전계 트랜지스터로 동작하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자.The method according to claim 1,
The ion device is an ion device using a graphene nano-pore structure, characterized in that for operating the ion field transistor by the voltage applied to the nano-pore membrane, the first electrode and the second electrode. 제2 항에 있어서,
상기 나노 포어의 내부가 이온 채널(channel)로 동작하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자.The method of claim 2,
An ion device using a graphene nano-pore structure, characterized in that the interior of the nano-pores operate as an ion channel (channel). 제1 항에 있어서,
상기 그래핀층은 단일층의 그래핀 시트(sheet)이거나 또는 다중층의 그래핀 시트들인 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자.The method according to claim 1,
The graphene layer is a single layer graphene sheet (sheet) or an ion device using a graphene nano-pore structure, characterized in that the graphene sheets of multiple layers. 제1 항에 있어서,
상기 나노 포어는 상하측의 지름이 동일한 원기둥 형상이거나 또는 상하측의 지름이 상이한 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자. The method according to claim 1,
The nano-pore is an ion device using a graphene nano-pore structure, characterized in that the cylindrical shape of the same diameter of the upper and lower sides or the truncated conical shape of the diameter of the upper and lower sides. 용액을 수용하고, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 챔버;
상기 제1 영역에 위치하는 제1 전극;
상기 제1 전극에 대향하여 상기 제2 영역에 위치하는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 사이에 위치하고, 그래핀층 및 상기 그래핀층을 관통하는 나노 포어를 포함하는 나노 포어 막;
상기 그래핀층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되어, 상기 그래핀층, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 제1 전기적 신호를 인가하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 제2 전기적 신호를 수신하는 전기 신호부;를 포함하고,
상기 제2 전기적 신호를 이용하여 상기 용액 내의 DNA를 검출하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.A chamber containing a solution, the chamber comprising a first region and a second region;
A first electrode positioned in the first region;
A second electrode positioned in the second region opposite the first electrode; And
A nano-pore membrane positioned between the first electrode and the second electrode and including a graphene layer and nanopores penetrating the graphene layer;
Electrically connected to the graphene layer, the first electrode, and the second electrode to apply a first electrical signal to the graphene layer, the first electrode, and the second electrode, and to apply the first electrode and the second electrode. An electrical signal unit for receiving a second electrical signal from the;
DNA analysis device using the graphene nano-pore structure, characterized in that for detecting the DNA in the solution using the second electrical signal. 제6 항에 있어서,
상기 DNA가 상기 나노 포어를 통과할 때 변화하는 상기 제2 전기적 신호를 이용하여, 상기 DNA를 구성하는 하나 또는 그 이상의 염기들을 검출하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.The method of claim 6,
The DNA analysis device using the graphene nano-pore structure, characterized in that for detecting one or more bases constituting the DNA using the second electrical signal that changes when the DNA passes through the nano-pores. 제6 항에 있어서,
상기 DNA를 구성하는 염기에 따라 다른 값을 나타내는 상기 제2 전기적 신호를 순차적으로 검출하여, 상기 DNA의 시퀀싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치. The method of claim 6,
DNA analysis device using the graphene nano-pore structure, characterized in that for sequentially detecting the second electrical signal showing a different value depending on the base constituting the DNA, the DNA sequencing. 제6 항에 있어서,
상기 그래핀층에 인가되는 상기 제1 전기적 신호에 따라 DNA의 이동 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.The method of claim 6,
DNA analysis device using the graphene nano-pore structure, characterized in that for controlling the movement speed of DNA in accordance with the first electrical signal applied to the graphene layer. 제6 항에 있어서,
상기 나노 포어 막은, 상기 DNA를 구성하는 뉴클레오티드 중 하나만이 상기 나노 포어 내에 포함될 수 있도록 단일층의 그래핀 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 DNA 분석용 장치.The method of claim 6,
The nano-pore membrane is a device for analyzing DNA using a graphene nano-pore structure, characterized in that consisting of a single layer of graphene sheet so that only one of the nucleotides constituting the DNA can be included in the nano-pores.

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