KR20090128276A - 금속 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브를 포함하는 바이오센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 트랜지스터의 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자가 탄소와 탄소 사이의 공유결합을 파괴하지 않으면서 결합되어 있고, 전기전도도의 변화를 측정하여 목표 바이오 분자를 검출하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서에 관한 것이고, 또한 탄소나노튜브 트랜지스터를 금속 이온이 녹아있는 용액에 넣고 금속을 환원시켜 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 점재시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조방법에 관한 것이며, 또한 상기 바이오 센서를 이용한 목표 바이오 분자의 검출방법에 관한 것이다.

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Description

금속 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브를 포함하는 바이오 센서 및 그 제조방법 {Biosensor comprising metal immobilized carbon nanotube and a preparing method thereof}

본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 바이오 센서에 관한 것이다.

본 발명은 금속 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브를 포함하는 바이오 센서 및 그 제조방법과 상기 바이오 센서를 이용한 목표 바이오분자의 검출방법에 관한 것이다. 이하 본 명세서에서 바이오 센서는 금속 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브를 포함하는 것이라면 DNA칩, 단백질칩 또는 랩온어칩과 같은 바이오 칩을 포함하는 것으로 해석한다.

탄소나노튜브 및 반도체 나노와이어 등의 나노 구조는 표면적의 비율이 매우 커서 표면에서의 미세한 화학적, 물리적 반응을 민감하게 반영할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 탄소나노튜브 또는 반도체 나노와이어를 사용하여 가스, 유기 저분자, 핵산, 단백질 등의 바이오 분자를 고감도로 검출할 수 있는 다양한 방식의 센서 개발이 가능하다. 이 중에서도 탄소나노튜브로 트랜지스터, 즉 소 스와 드레인, 게이트 전극로 구성된 소자를 제작하여 전기전도도를 측정하는 경우, 탄소나노튜브의 표면에 흡착 또는 반응하는 바이오 분자에 의해 탄소나노튜브에서의 전류 흐름이 미세하게 변화되고 이를 신호로 검출하므로, 바이오 분자 또는 바이오 분자 인식물질에 별도의 라벨링이 필요하지 않고 실시간으로 전기전도도 측정이 가능한 고감도의 전기전도도 검출방식 바이오 센서를 제작할 수 있다. 전기전도도 검출방식의 센서는 여타 방식의 센서에 비해 상대적으로 장치의 제작이 저가로 간단히 이루어질 수 있으며 원격 신호 전달 및 휴대용 검출기 개발이 가능하다는 장점도 동시에 가지고 있다.

센서에 선택성을 부여하기 위해서는 특정 가스, 유기 저분자, 핵산, 단백질 등의 바이오 분자와 결합 또는 반응할 수 있는 바이오 분자 인식물질을 센서 표면에 고정화하는 작업이 필요하고 가장 널리 이용되는 DNA 칩 및 단백질 칩의 경우, 주로 금 판에 고정화하거나 폴리머 매트릭스, 젤 등을 이용하여 고정화가 이루어져 왔다. 그러나 특히 탄소나노튜브를 센서물질로 이용하는 경우에 바이오 분자 인식물질의 고정화는 쉽지 않은 문제로 남아있다.

탄소나노튜브에 바이오 분자 인식물질을 공유결합을 통해 고정화할 경우에 탄소와 탄소 사이의 공유결합을 파괴하는 작업이 선행되어야 하므로 이것은 탄소나노튜브가 가진 우수한 전기전도도 특성을 잃게 할 수 있고, 탄소나노튜브에 피렌(pyrene) 이나 트윈(tween) 등의 비공유결합성 링커를 사용할 경우에는 링커의 결합력 부족으로 탄소나노튜브 소자 제작과정 또는 제조 후 센싱 과정 등에서 링커 자체가 탄소나노튜브에서 분리되는 현상이 일어날 수 있다.

기존의 금속 나노입자 고정화 기술의 경우 공정이 비교적 복잡하고, 탄소나노튜브의 공유 결합이 깨져 전기적 특성이 약화되므로, 본 발명은 이를 감안하여 탄소나노튜브의 탄소와 탄소 사이의 공유결합을 파괴하지 않으면서 비공유결합 방식으로 금속 나노입자를 고정화시키고 여기에 바이오 분자 인식물질을 고정화시킨 바이오 센서 및 그 바이오 센서의 제조방법과 상기 바이오 센서를 이용한 표적 바이오 물질의 검출방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 탄소나노튜브에 고정화되는 금속 나노입자 사이의 간격을 조절하여 바이오 분자들이 활성을 최대한으로 유지하도록 거리를 두고 고정화할 수 있다.

본 발명은 탄소나노튜브 트랜지스터의 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자가 탄소와 탄소 사이의 공유결합을 파괴하지 않으면서 결합되어 있고, 전기전도도를 측정하여 목표 바이오 분자를 검출하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서, 탄소나노튜브 트랜지스터를 금속 콜로이드 용액에 넣고 금속을 환원시켜 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 고정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조방법, 및 상기 바이오 센서를 이용한 목표 바이오분자의 검출방법에 관한 것이다.

본 발명은 하나의 구현예로서, 소스전극, 드레인전극, 게이트 및 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 트랜지스터를 제조하는 단계; 상기 탄소나노튜브 트랜지스터에서 탄소나노튜브를 제외한 모든 전극을 절연시키는 단계; 및 상기 절연시킨 탄소나노튜브 트랜지스터를 금속 이온이 포함된 용액에 넣고 금속을 환원시켜 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 고정화시키는 단계;를 포함하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 다른 구현예로서, 상기 금속 나노입자에 바이오 분자 인식물질을 공유결합시키는 단계를 추가로 포함한는 바이오 센서의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 바람직한 구현예로서, 상기 금속을 환원시키는 단계에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또다른 구현예로서, 상기 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조방법에 있어서, 상기 전압을 인가하는 단계에서 탄소나노튜브의 저항, 인가하는 전압의 크기 및 전압의 인가 시간 중에서 선택된 어느 하나 이상의 변수를 조절하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 탄소나노튜브 표면에 고정된 금속 나노입자의 크기 또는 밀도를 조절하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또다른 구현예로서, 상기 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조방법에 있어서, 상기 전압을 인가하는 단계에서 탄소나노튜브의 저항, 전압의 순환 속도 및 전압의 범위 중에서 선택된 어느 하나 이상의 변수를 조절하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 탄소나노튜브 표면에 고정된 금속 나노입자의 크기 또는 밀도를 조절하는 방법을 제공한다.

본 발명은 하나의 구현예로서, 소스전극, 드레인전극, 게이트 및 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 트랜지스터에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 측면 벽에 금속 나노입자가 탄소와 탄소 사이의 공유결합을 파괴하지 않으면서 흡착되어 있고, 상기 금속나노입자에 바이오 분자 인식물질이 공유결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출방식 바이오 센서를 제공한다. 상기 금속 나노입자의 탄소나노튜브 표면(실질적으로 측면 벽)에의 흡착에는 피렌(pyrene) 이나 트윈(tween) 등의 비공유결합성 링커가 사용되지 않는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 탄소나노튜브는 단일 벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 구현예로서, 상기 금속은 금, 은, 백금, 니켈 또는 알루미늄 인 것을 특징으로 한다.

또 다른 바람직한 구현예로서, 상기 바이오 분자 인식물질은 상기 금속과 결합하는 작용기를 포함하거나 또는 상기 금속과 결합하는 작용기가 포함되도록 변형된 것임을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 작용기는 티올기(-SH) 또는 시안기(-CN)인 것을 특징으로 한다.

또 다른 구현예로서, 상기 작용기는 히스티딘-테그(histidine-tag) 인것을 특징으로 한다.

다른 더욱 바람직한 구현예로서, 상기 바이오 분자 인식물질은 핵산, 압타머, 아미노산, 펩티드, 단백질, 효소기질, 리간드, 코펙터, 유기저분자 또는 탄수 화물인 것을 특징으로 한다.

더욱더 바람직한 구현예로서, 상기 핵산은 단일 사슬 데옥시뉴클레오티드인 것을 특징으로 한다.

또 다른 구현예로서, 전기전도도 검출방식 바이오 센서를 이용하는 바이오분자 인식물질과 결합하거나 반응하는 목표 바이오 분자의 검출방법을 제공한다.

본 발명에 따라 금 나노입자 또는 니켈 나노입자를 고정화시킨 탄소나노튜브 트랜지스터 센서를 제작하게 되면 바이오 분자 인식물질을 고정화하기 위해 탄소나노튜브의 탄소와 탄소 사이 공유결합을 깨거나 미약한 비공유결합성 링커를 사용하는 대신에 바이오 분자를 탄소나노튜브 표면에 고정할 수 있다.

따라서 탄소나노튜브가 가진 우수한 전기적 특성에 방해를 주지 않는 동시에 이미 잘 알려진 화학적 방법을 사용하여 바이오 분자 인식물질을 안정적으로 고정화하는 것이 가능해지고 바이오 분자와 바이오 분자 인식물질의 상호 반응 또는 결합에 필요한 거리를 최적화하여 고정화된 바이오 분자 인식물질의 활성을 최대한으로 유지함으로써 탄소나노튜브를 이용한 바이오 센서의 양산에 이용할 수 있다.

도 1의 (a)에 탄소나노튜브(30) 양단에 각각 소스 및 드레인 전극(20)을 붙이고 전극을 절연(40)시켜 실리콘 기판을 게이트(10)로 사용하는 본 발명의 일 실 시 형태인 단순한 구조의 탄소나노튜브 트랜지스터를 나타내었다. 탄소나노튜브 트랜지스터는 다른 실시 형태로는 게이트의 지배력을 높이기 위해 탄소나노튜브 위에 절연체를 증착하고 그 위에 게이트 전극을 붙이는 방법(top gate)과 탄소나노튜브의 좌우에 게이트를 붙이는 방법(side gate) 및 탄소나노튜브를 수직으로 교차시켜서 그 중 하나를 게이트로 이용하는 방법(floated top gate) 등 다양한 방식이 사용될 수 있고, 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 한 특별히 제한없이 사용될 수 있다.

본 발명의 탄소나노튜브 트랜지스터를 제조하는 한 실시 형태로서, 우선, 탄소나노튜브 트랜지스터를 제작하기 위해, SiO₂ 층으로 절연된 실리콘 기판에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 이용하여 액상의 카탈리스트가 남을 패턴을 제작한다. 액상의 카탈리스트와 반응한 실리콘 기판은 아세톤 용액에 담가 PMMA층을 제거한 후, 900℃ 로(furnace)에서 CH₄, H₂ 분위기에서 10분간 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킨다. 성장된 탄소나노튜브에 포토리소그라피와 열증착(thermal evaporation)을 이용하여 전극을 형성함으로써, 탄소나노튜브 트랜지스터의 제작이 이루어지게 된다.

또 다른 실시 형태로서, 미리 전자빔리소그라피를 이용하여 좌표계를 형성한 기판위에 레이저 박리(ablation) 또는 아크 방전(arc discharge)을 이용하여 합성된 탄소나노튜브 용액을 분산시킨 뒤, 각각의 탄소나노튜브의 위치를 원자력힘현미경(AFM) 등을 이용하여 알아내고, 알아낸 위치에 전자빔리소그라피를 이용하여 전 극을 생성시켜 탄소나노튜브 트랜지스터를 제작할 수도 있다.

본 발명의 탄소나노튜브는 트랜지스터의 반도체 채널로 이용되기 위해서 반도체의 특성을 갖는 물질이어야 한다. 탄소나노튜브의 구조는 하나의 흑연면을 둥글게 말아놓은 구조로서 한 개의 흑연면으로 이루어진 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube)와 여러 겹의 흑연면이 하나의 중심축으로 말린 것이 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube)가 있다. 상기 단일벽 탄소나노튜브는 직경에 따라 금속 특성 또는 반도체 특성을 가지고, 반도체 특성 탄소나노튜브의 경우 에너지 갭은 그 직경에 반비례하여 나타난다. 한편 상기 다중벽 탄소나노튜브는 대부분 금속 특성을 가지고, 다만 다중벽 탄소나노튜브라도 하나의 나노튜브 안에서 구조가 다른 두 나노튜브가 접합되어 있거나, 육각형으로 이루어진 흑연면에 오각 또는 칠각형 쌍이 도입되어 결함이 존재할 경우 반도체의 특성을 나타낸다.

본 발명의 탄소나노튜브 트랜지스터의 채널로는 반도체 특성을 가지는 것이면 어떠한 구조의 탄소나노튜브도 사용할 수 있으나, 다중벽 탄소나노튜브의 경우에는 재현성 있게 흑연면의 결함을 만들기 어려우므로 단일벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하고, 그 단일벽 탄소나노튜브는 직경이 0.5 ~ 2.0 nm 로 작고 길이가 0.5 ~ 수십 mm 로 길며 트랜지스터로 만들었을 때 ON/OFF 전류비가 10³ ~ 10⁷ 로서 상대적으로 큰 특성을 가지는 것이 바람직하다. 직경이 매우 큰 나노튜브의 경우, 반도체 나노튜브임에도 불구하고 갭의 크기가 작아서 우수한 트랜지스터 특 성을 보이지 않는 경우가 많으며 on/off 비가 클수록 센서의 감도가 좋아지기 때문이다. 한편, 본 발명의 탄소나노튜브 소자는 완전한 반도체 특성을 보이는 것이 바람직하며 저항이 0.2 ~ 5 MΩ 바람직하게는 0.4 ~ 1 MΩ사이의 값을 가지는 것이 금속 나노입자의 크기를 조절하는데 유리하다.

본 발명은 상기 탄소나노튜브 트랜지스터의 탄소나노튜브 표면에 강한 결합력을 갖도록 바이오분자 인식물질을 고정화하기 위해 금속 나노입자를 탄소나노튜브의 탄소와 탄소 사이의 공유결합을 파괴하지 않고 비공유결합 방식으로 흡착되어 고정화되는 것에 특징이 있다.

본 발명의 금속 나노입자는 부위는 탄소나노튜브가 일차원적 나노소재라는 특성으로 인하여 탄소나노튜브의 측면 벽(side wall)에 대부분 고정화된다.

본 발명의 탄소나노튜브의 표면에 고정화된 금속 나노입자는 평균 입자의 크기가 10 ~ 90 nm, 바람직하게는 20 ~ 40 nm인 것이 소자의 우수한 전기적 특성을 유지한다는 점에서 바람직하고, 가장 바람직하게는 전체 금속 나노입자 중에서 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상이 20 ~ 40 nm에 포함될 정도로 균일한 것이다.

또한, 탄소나노튜브 표면에 고정화된 금속 나노입자의 밀도는 단위 mm의 탄소나노튜브에 4 ~ 40 개의 금속 나노입자, 바람직하게는 5 ~ 20 개의 금속 나노입자가 고정되어 있는 것으로, 고밀도로 고정화되어 있는 것이다.

본 발명의 탄소나노튜브에 고정화되는 금속은 금, 은, 백금, 니켈 또는 알루미늄이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 금, 백금 또는 니켈이며, 가장 바람직하게는 금을 사용하는 것이다. 도 2에는 본 발명의 일 실시예로서 탄소나노튜브 표면 에서 금 또는 백금이 자발적 환원에 의해 금 또는 백금 나노입자를 생성하는 원리를 보여주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)의 일함수는 대략 4~5 eV 사이로 용액 속의 금 또는 백금이온이 갖는 준위에 비해 상대적으로 높이 위치하므로 탄소나노튜브의 전자가 용액 속의 금 또는 백금 이온으로 전달되게 된다. 이는 탄소나노튜브의 입장에서 보아 홀 도핑효과로 볼 수 있어 이 경우에 탄소나노튜브의 전기 전도도가 증가하는 장점도 동시에 얻을 수 있게 한다.

본 발명의 탄소나노튜브 트랜지스터의 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 고정화시키는 한 실시 형태로서, 탄소나노튜브 트랜지스터를 묽게 희석된(10~50 mM) HAuCl₄ 용액에 담가 약 10 분 이내, 바람직하게는 3~5 분간 반응시키면 탄소나노튜브의 전자들이 용액내의 금 이온들을 환원시키면서 탄소나노튜브 표면, 실질적으로 측면 벽에 금 나노입자들이 생성되게 된다. 상기 금 나노입자의 환원을 위해서는 HAuCl₄ 이외에도, HAuBr4, AuCl₄K, AuCl₄Na, AuBr₄K, AuBr₄Na 들과 같은 금 콜로이드 용액을 사용하는 것도 가능하다. 이러한 자발적 환원에 의한 금속 나노입자의 고정화는 외부 에너지 영향 없이 상온·상압 하에서 순수한 자발적 화학 반응을 통하여 금속 나노입자를 형성하게 된다. 이 현상은 탄소나노튜브의 일함수가 금속 이온의 환원 전위보다 낮아 전자가 탄소나노튜브에서 용액 속의 금속 이온으로 이동하면서 발생하는 것으로, 반응시간이 늘어나면서 생성된 금속 나노입자의 크기의 증가가 관측되나, 나노입자의 밀도가 증가하지는 않는 특성을 가지고 있 다. 이 때, 금속 나노입자, 예를 들어 금 나노입자의 생성을 촉진하기 위하여 HAuCl₄ 용액에 약간의 에탄올이 첨가되는 것이 바람직하고, 에탄올은 소수성인 나노튜브 부근에 금속 이온의 접근성을 용이하게 한다.

탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 고정화시키는 다른 실시 형태로서, 탄소나노튜브 트랜지스터의 모든 전극들을 SU-8 등의 네가티브 레지스트나 포토레지스트, 이빔레지스트, 또는 SiO₂ 등의 절연층으로 감싸 탄소나노튜브 채널만이 노출되도록 한 후, 금속 용액을 탄소나노튜브 트랜지스터에 떨어뜨리고 소스 전극에 전압을 인가하는 대시간전류법(chronoamperometry)을 통해 탄소나노튜브 표면에서 금속 나노입자의 생성을 관측할 수 있다. 예를 들어, 금 나노입자의 생성을 위해서는 1~100 μM(실시예 1의 농도는 10 이므로 하한 조정이 바람직함) 정도의 HAuCl₄ 용액을 탄소나노튜브 트랜지스터에 떨어뜨리고 작업 전극(여기서는 탄소 나노튜브 소자의 소스와 드레인에 해당한다)에 -0.2~-1 V의 전압을 용액내의 기준전극(예를 들어 Ag/AgCl 표준전극)에 대해 약 1분 이내, 바람직하게는 1 ~ 20초, 더욱 바람직하게는 약 10초간 인가하여 주면 탄소나노튜브 표면에 역시 금 나노입자의 생성을 관측할 수 있다. 한편 소스 전극에 전압을 인가함에 있어서 순환전압전류법 (cyclic voltammetry)을 통해 탄소나노튜브 표면에서 금속 나노입자의 생성을 관측할 수 있다. 순환전압전류법을 수행함에 있어서, 음의 전압은 -1.0 ~ -0.2 V, 양의 전압은 0.2 ~ 1.2 V 사이의 값을 사용할 수 있다.

상기와 같이 전압을 인가하여 금속을 환원시키는 전기화학적 환원을 위한 장 치의 모식도는 도 3에 나타내었다. 이러한 전기화학적 환원은 자발적 환원과는 달리 탄소나노튜브의 소수성에 영향을 받지 않으므로 별도의 에탄올 용액이 필요하지 않으면서 인가해주는 전압의 크기에 따라 생성되는 나노입자의 크기 및 밀도를 조절할 수 있는 장점을 갖는다.

이와 같이, 탄소나노튜브 소자를 HAuCl₄ 용액에 담가 금 나노입자의 자발적 환원을 유도하거나 강제적으로 전압을 인가하여 용액 중의 금 나노입자를 환원시키면 탄소나노튜브 표면에 비교적 균일한 크기와 간격을 유지하는 금 나노입자가 생성되는 것을 볼 수 있다. 그러나 본 발명과 달리 탄소나노튜브 트랜지스터에 열 증착 또는 이빔 증착방식을 이용하여 금속을 증착시키면 마찬가지로 탄소나노튜브 표면에 금 나노입자들의 흡착을 관찰할 수는 있으나, 금속 나노입자가 탄소나노튜브 표면 뿐만이 아니라 전체 기판에 흡착이 되는 문제점이 있을 수 있다.

한편 탄소나노튜브 트랜지스터의 탄소나노튜브 표면에 고정화된 금속 나노입자는 핵산, 아미노산, 펩티드, 단백질, 효소기질, 리간드, 코펙터, 유기 저분자 또는 탄수화물과 같은 생체 또는 비생체 유래의 바이오분자 인식물질들이 공유결합을 통해 고정화될 수 있는 플랫폼을 제공함으로써 탄소나노튜브 표면에 바이오 분자 인식물질의 고정화가 가능하게 한다. 상기 바이오 분자 인식물질은 목표 바이오 분자와 특이적으로 반응하거나 결합하는 특성을 가진 것으로 목표 바이오 분자에 따라 달리 사용된다.

본 발명의 하나의 구현예로서 핵산은 단일 사슬 데옥시뉴클레오티드 또는 펩 티드 뉴클레익액시드(PNA) 일 수 있다. 펩티드 뉴클레익액시드 (PNA) 는 DNA 의 sugar-phosphate backbone 대신에 펩타이드를 가지면서 베이스는 DNA 와 동일한 구조를 가지고 있으나, DNA 와는 달리, 전하를 띠지 않기 때문에 상보적 결합이 주변환경의 변화에 크게 영향을 받지 않고 (DNA-DNA 상보적 결합을 위해서는 일정 이온농도가 필요합니다) 일어나는 특징이 있어 전기적 방식의 센서에 있어서는 유리한 물질이다.

예를 들어, 본 발명의 탄소나노튜브 트랜지스터의 탄소나노튜브 표면에 고정화되는 바이오 분자 인식물질과 이에 특이적으로 반응 또는 결합하는 한 실시 형태로서, 리간드인 비오틴을 탄소나노튜브 표면에 고정화 시키고 상기 비오틴과 특이적으로 반응하는 스트렙토아비딘을 검출할 수 있고, 다른 실시 형태로서 탄소나노튜브 표면에 DNA를 고정화시키고 이 DNA에 상보적으로 결합하는 DNA를 검출하여 게놈분석, 돌연변이 검색, 병원성균 진단 등에 이용할 수 있다. 또 다른 실시 형태로는 탄소나노튜브 표면에 단일사슬 데옥시뉴클레오티드를 고정화시키고, 트리메틸아민 등의 가스 검출에 이용할 수 있다.

본 발명의 바이오분자 인식물질의 한 실시 형태는 처음부터 금속 나노입자와 결합할 수 있는 작용기를 가진 것이고, 다른 실시 형태는 금속 나노입자와 결합할 수 있는 작용기를 포함하도록 변형된 것이며, 상기 작용기는 금속 나노입자와 공유결합이 가능한 작용기로서 티올기(-SH), 시안기(-CN) 또는 히스티딘-테그가 사용될 수 있고, 바람직하게는 금속 입자의 종류에 따라 금 나노입자에 대하여 티올기(-SH) 또는 시안기(-CN), 니켈 나노입자에 대하여는 히스티딘-테그를 사용한다.

본 발명의 금속 나노입자를 탄소나노튜브의 표면에 고정화시키는 기술은 탄소나노튜브 내의 탄소와 탄소 사이의 공유결합을 끊고, 이 끊어진 부위에 바이오 분자 인식 물질 또는 이와 결합시키기 위한 링커를 공유결합시키는 기술에 비해 탄소나노튜브 고유의 우수한 전기적 특성을 파괴하지 않는 장점을 지니고, 피렌 또는 트윈과 같은 비공유결합성 링커의 취약점인 미약한 결합력의 문제를 동시에 해결한 바이오 분자 인식물질 고정화 기술이다.

또한 금 또는 니켈 등의 금속 표면에 바이오 분자 인식물질을 고정화하는 기술을 이미 많은 연구와 개발이 이루어진 상태여서 단순히 이와 같은 고정화 기술을 본 발명에 적용 가능하다는 점에서도 장점이 있다. 뿐만 아니라 금속 나노입자의 환원에 전압을 인가할 경우 금속 나노입자들의 간격을 적절히 조절하여 고정화되는 바이오 분자 인식물질들의 간격을 조절함으로써, 바이오 분자와 바이오 분자 인식물질 사이의 반응 또는 결합에 최적인 공간을 확보하는 것을 인위적으로 조절할 수 있는 장점을 가진다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의하여 보다 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1:

폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 패턴되고, SiO₂로 한면을 절연시킨 실리콘 기판 위에 Fe/Mo 카탈리스트 용액을 뿌리고 리프트 오프(lift-off)한 뒤, 900℃ 로(furnace)에서 CH₄, H₂ 분위기에서 10분간 단일벽 탄소나노튜브를 성장시켰다.

이어서, 탄소나노튜브가 성장된 기판 위에 포토리소그라피로 전극 패턴을 형성한 후, 1 X 10^-6 mbar 진공에서 열적 증착(thermal evaporation)을 이용하여 진공을 깨지 않고, 5 nm의 Ti 와 30nm의 Au 를 연속 증착시킨 후, 샘플을 아세톤 용액에 담가 원하지 않는 부위의 금속(metal)을 제거하여 탄소나노튜브 트랜지스터를 제조하였다. 탄소나노튜브 채널영역을 제외한 모든 전극은 네거티브 포토레지스트 SU-8을 코팅하여 절연막을 형성하였다.

비교예 :

상기 제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터를 왕수 (황산:질산=3:1)에 의해 2시간 산 처리 한 후 이를 비교예 1로 하였다.

상기 비교예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터를 100 mM HAuCl₄ 용액에 5분간 담가 금 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브 트랜지스터를 제조한 후 이를 비교예 2로 하였다.

실시예 1:

제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터를 50 mM 농도의 HAuCl₄ 용액(에탄올 농도 1:1 (v/v)%)에 3 분간 담가 탄소나노튜브 표면에 금 나노입자의 자발적 환원을 유도하였다. 이후 증류수로 트랜지스터를 충분히 씻어낸 후 질소분위기로 건조하였다.

실시예 2:

제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터를 도 3의 모식도에 나타낸 것과 같이 트랜지스터에 10 μM 농도의 HAuCl₄ 용액을 떨어뜨리고, 120mM 의 KCl 을 보조제로 첨가하고, 용액내에 Ag/AgCl 기준전극과 Pt 카운터 전극을 꽂아 대시간전류법 실험 (chronoamperometry)으로 10초간 -0.8 V 를 가하여 금 나노입자를 환원시켰다.

실시예 3:

제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터를 도 3의 모식도에 나타낸 것과 같이 트랜지스터에 10 μM 농도의 HAuCl₄ 용액을 떨어뜨리고, 120mM 의 KCl 을 보조제로 첨가하고, 용액내에 Ag/AgCl 기준전극과 Pt 카운터 전극을 꽂은 후, 순환전압전류법 (cyclic voltammetry)으로 -0.4 V ~1 V, 20~50 mV/s 로 금 나노입자를 환원시켰다.

실시예 4:

제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터를 도 3의 모식도에 나타낸 것과 같이 트랜지스터에 100 mM KCl 용액에 0.2 mM NiSO4, 1 mM H3BO3 가 첨가된 니켈 도금액 을 떨어뜨리고, 용액 내에 Ag/AgCl 기준전극과 Pt 카운터 전극을 꽂은 후, 대시간전류법 실험 (chronoamperometry)으로 10초간 -0.9 V 를 가하여 니켈 나노입자를 환원시켰다.

실시예 5

상기한 실시예 2의 탄소나노튜브 트랜지스터에 바이오분자 인식물질로 SH 말단을 갖는 서열번호 1의 단일사슬 데옥시뉴클레오티드(ssDNA), 또는 펩타이드 뉴클레익액시드 (PNA)를 금 나노입자에 고정화시켜 바이오 센서를 제조하였다. 이를 위해 먼저 서열번호 1, 즉 5'-TCA AGG AGC AGG AGC GAG GG-3'의 ssDNA의 5' 터미널에 티올기(-SH)를 부착시켰다. 이와 같이 티올기를 말단에 포함하도록 변형시킨 ssDNA 이 용액을 실시예 2의 금 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브 트랜지스터에 떨어뜨린 뒤 휴미드 챔버(Humid chamber) 에서 6 시간 이상 반응시켰다.

실험예 1 : 전기적 특성 비교

탄소나노튜브 트랜지스터의 전기적 특성은 상온에서, 데이터의 수집과 제어를 위해 Data Aquisition board(National Instruments Inc.)와 Labview 프로그램(National Instruments Inc.)을 사용하여 소스-드레인에 전압을 가하고 소스-드레인 전류 (I _ds - V _ds )를 측정하거나 게이트 전압에 따른 소스-드레인의 전류 (I _ds - V _g )를 측정하였다.

도 5는 비교예와 같이 실험하여 탄소나노튜브 트랜지스터의 산 처리 전?후와 고정화된 금 나노입자에 의한 전기적 특성의 변화를 보여준다. 상기 그림에서 A(적색 선)는 제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터, B(청색 선)는 비교예 1의 산처리 탄소나노튜브 트랜지스터 및 C(살구색 선)는 비교예 1의 산처리 후 금 나노입자를 고정화시킨 비교예 2의 탄소나노튜브 트랜지스터를 나타낸다. 산 처리 후 탄소나노튜브 트랜지스터(B)의 전기전도도는 처리 전의 것(A)에 비해 감소하였으며, 산처리 후 금 나노입자를 고정화시킨 탄소나노튜브 트랜지스터(C)는 오히려 전기전도도가 더욱 감소하였음을 알 수 있다.

또한 C의 탄소나노튜브 트랜지스터는 도 6의 원자력힘 현미경(AFM) 이미지에서 보는 바와 같이 탄소나노튜브의 결합이 끊어진 곳에만 금 나노입자의 형성이 가능하기 때문에 균일하게 나노튜브 표면에 금 나노입자가 생성될 수 없는 문제점도 있었다. 따라서 왕수에 의해 산 처리된 탄소나노튜브에 금 나노입자를 고정화시킨 경우(C)에서는 탄소와 탄소 사이의 공유결합이 끊어져 카르복실기(COOH)를 표면에 노출하게 된 탄소나노튜브는 그 자체의 전기적 특성을 잃어 금 나노입자가 고정되었을 때 조차도 탄소나노튜브에 홀 도핑 효과를 기대할 수 없었다.

도 10은 실시예 1의 자발적 환원에 의해 제조된 탄소나노튜브 트랜지스터의 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 그림에서 보는 바와 같이 트랜지스터의 on 상태의 전기전도도가 증가하며 문턱전압도 양의 게이트 전압 쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이 탄소나노튜브로부터 용액속의 금속 이온으로 전자가 이동하면서 탄소나노튜브에는 홀 도핑효과를 유도하여 전기전 도도가 증가한다.

한편, 도 11은 실시예 2(저항이 500kΩ인 도 7(d))의 전기화학적 환원에 의해 제조된 탄소나노튜브 트랜지스터의 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 전기화학적 환원방식의 경우에는 금 또는 백금이온의 환원이 탄소나노튜브에 의한 것이 아니라 탄소나노튜브에 걸리는 전기적 전위차에 의한 것이므로 탄소나노튜브의 전기적 특성에는 큰 영향을 미치지 않을 것으로 생각되나 도 11에서 보이는 바와 같이 자발적 환원법과 마찬가지로 홀 도핑효과가 나타나는 것을 볼 수 있다. 이것은 금 나노입자가 탄소나노튜브의 벽면에 환원된 이후에 탄소나노튜브에 비해 일함수가 높은 금 나노입자로 탄소나노튜브에서 전자이동이 일어난 것으로 설명할 수 있다.

실험예 2 : 금속 나노입자의 크기 및 밀도 조절

도 7은 제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터에 실시예 2에 따라 금 나노입자를 고정화시킨 시료들의 원자력현미경 사진을 보여준다. 실시예 2의 전기화학적인 환원법에 따라 금속 나노입자를 제조하는 경우, 탄소나노튜브 자체가 가지는 저항이 금속 나노입자의 크기 및 밀도에 중요한 역할을 할 수 있다. 도 7 (a)에서 (c)까지에서 보는 바와 같이 제조예 1에 따라 제작된 탄소나노튜브 트랜지스터의 저항이 150 kΩ 에서 10 MΩ 으로 변함에 따라 실시예 2의 탄소나노튜브 트랜지스터에서 금 나노입자의 크기 및 밀도가 변화하는 것을 볼 수 있다. 20~30 nm의 금 나노입자를 탄소나노튜브 벽에 생성시키기 위해서는 저항이 500 kΩ인 탄소나노 튜브 트랜지스터에 대시간전류법으로 -0.8 V 의 전압을 10초간 인가할 수 있다(도 7(d) 참조).

또는 제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터에 실시예 3와 같이 순환전압전류법을 이용하여 금속 나노입자를 고정화할 수 있다. 도 8은 실시예 3의 순환전압전류법을 이용하여 금 나노입자를 고정화한 예의 원자력 현미경 사진을 보여준다. 이 때, 순환속도(scan rate) 및 전압범위에 따라 금속 나노입자의 크기 및 밀도를 조절할 수 있다. 도 9의 (b)에서 보인 바와 같이 1 MΩ 의 저항을 갖는 탄소나노튜브 트랜지스터에 40 mV/s 의 속도로 -0.5~1V 의 순환전압전류법을 수행하였을 때 크기 약 30 nm 의 금 나노입자들을 균일하게 탄소나노튜브 표면에 형성시킬 수 있다.

실험예 3 : 바이오 분자의 고정

실시예 3의 금 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브 트랜지스터에 5′말단에는 SH, 3′ 말단에는 형광을 내는 Cy3 가 고정화된 PNA (peptide nucleic acid) 를 고정화하여 바이오 분자가 잘 고정될 수 있는지를 확인하였다. 도 12는 금 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브에 바이오 분자 인식물질인 서열번호 2(GAC ATT ACT CAC CCG)의 PNA (peptide nucleic acid) 10μM 을 가습 분위기에서 6시간 동안 반응시킨 후 세정하여 얻은 공촛점 현미경 (confocal microscope) 사진을 보여준다. 그림에서 보는 바와 같이, 금 나노입자가 고정화된 부분에서 Cy3 가 나타내는 적색 형광신호가 발생함을 볼 수 있어 바이오분자의 고정화가 잘 이루어졌음을 알 수 있다.

실험예 4 : 니켈 나노입자가 고정된 탄소나노튜브

니켈 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브는 니켈 이온, 또는 니켈 금속을 선호하는 his-tag (histidine-tag) 의 성질에 따라 his-tag 이 발현된 단백질 또는 바이오분자를 고정화하는데 사용할 수 있다.

제조예 1에 의거하여 제작된 탄소나노튜브 트랜지스터에 실시예 4에 의거하여 니켈 나노입자를 고정화하고, 이를 단백질을 고정화하는 플랫폼으로 사용할 수 있다. 도 13의 (a)는 대시간전류법으로 -1V, 10초간 Ni 나노입자를 형성한 소자의 원자력현미경 사진이고, 도 13의 (b)는 이와 같이 제조된 소자에 히스티딘-테그를 갖는 GFP(Green fluorescent protein)가 고정화 되었음을 확인하는 공촛점 현미경 사진이다. 그림에서 보는 바와 같이 니켈 나노입자가 고정화된 부분에서 해파리의 녹색단백질인 GFP에서 나타나는 형광신호가 발생하는 것을 알 수 있고 단백질이 잘 고정화되어 있음을 알 수 있다.

실험예 5 : 바이오 분자의 혼성화로 인한 전기적 특성 변화

도 14는 실시예 2(도 7의 (d))의 전기화학적 환원에 의해 제조된 탄소나노튜브 트랜지스터에 실시예 5와 같이 서열번호 1의 ssDNA가 고정화된 바이오 센서의 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 그림에서 보는 바와 같이 금 나노입자에 ssDNA 가 고정화되면서 탄소나노튜브 트랜지스터에서의 전기전도도가 감소하 는 현상을 보인다.

다음으로 이와 같이 실시예 5의 바이오 센서에 목표 바이오분자로 서열번호 3의 ssDNA, 즉5`-TTA CCC TCG CTC CTG CTC CTT GA-3`인 ssDNA를 반응시켰다. 도 15는 서열번호 1의 ssDNA가 고정화된 바이오 센서에 서열번호 3의 목표 ssDNA를 반응시켰을 때 바이오 센서의 전기적 특성의 변화를 나타낸다. 그림에서 보는 바와 같이 바이오 분자 인식물질인 서열번호 1의 ssDNA에 서열번호 3의 목표 ssDNA가 혼성화되면서 바이오 센서의 전기전도도가 증가하고 동시에 문턱전압이 오른쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있다. 한편 본 발명에서 제안한 방향적 고정화가 아닌 비특이적 반응으로 바이오 분자 인식물질인 서열번호 1 ssDNA를 고정화하고 목표 바이오 분자 서열번호 3의 ssDNA를 반응시켰을 경우에는 전기전도도의 감소가 관측이 된 바 있다.

실험예 6 : 바이오 분자의 혼성화 확인

실험예 5에서 관측된 전기 전도도의 변화가 서열번호 3의 목표 ssDNA 의 혼성화에서 오는 것임을 확인하기 위해, 실시예 3에 따라 제조된 금 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브 트랜지스터에 5'말단에 SH 가 고정화된 서열번호 1의 인식 ssDNA 를 고정화하고 이를 Cy3 표지가 달린 서열번호 3 의 목표 ssDNA 와 반응시킨 후 세정하였다. 도 17의 (a) 와 (b) 는 각각 금 나노입자가 고정화된 탄소나노튜브의 전자현미경 사진 및 서열번호 2의 목표 ssDNA 가 서열번호 1 의 인식 ssDNA 와 혼성화되어 발생하는 형광신호의 공촛점 현미경 사진을 보여준다. 공촛점 현미 경 사진에서 볼 수 있듯이 목표 ssDNA 가 서열번호 1의 인식 ssDNA 와 잘 혼성되었음을 확인할 수 있다.

도 1의 (a)는 탄소나노튜브(30) 양단에 각각 소스 및 드레인 전극(20)을 붙이고 전극을 절연(40)시켜 실리콘 기판을 게이트(10)로 사용하는 단순한 구조의 탄소나노튜브 트랜지스터, (b)는 상기 탄소나노튜브 트랜지스터에 금 나노입자(50) 또는 니켈 나노입자가 고정화된 상태, (c)는 상기 금 나노입자에 단일사슬 뉴클레오타이드(60)가 결합되고 있는 상태, 및 (d) 는 상기 단일사슬 뉴클레오타이드에 상보적인 DNA(70)이 결합하는 과정을 나타낸 본 발명의 일 실시 형태의 모식도이다.

도 2는 자발적 환원으로 탄소나노튜브 표면에 금 또는 백금 입자가 환원될 수 있는 원리를 보여준다.

도 3은 본 발명에 따라 전기화학적 환원으로 금 또는 니켈 나노입자를 탄소나노튜브 벽에 고정화시키는 공정의 모식도이다. 탄소나노튜브(30)에 금 이온이 포함된 용액 또는 니켈 이온이 포함된 도금액(80)을 떨어뜨리고, Ag/AgCl 기준전극(90)과 Pt 카운터 전극(91)을 연결한 후 전극과 용액 사이에 수백 밀리볼트의 전압을 인가하는 공정을 나타낸다.

도 4는 실시예 2의 전기화학적 환원에 의해 제조된 탄소나노튜브 트랜지스터의 광학현미경 및 원자력힘 현미경 사진이다. (a)는 광학현미경으로 탄소나노튜브 트랜지스터를 50 배 확대한 사진으로 팔처럼 보이는 부분은 전극이고, (b)는 상기 (a)의 동그라미로 표시한 부분을 다시 1000 배율로 확대한 것으로 소스와 드레인 전극 및 게이트가 모두 절연층으로 덮인 것을 보여주고 있고, (c) 및 (d)는 상기 (b)의 소스와 드레인 전극 사이의 탄소나노튜브 부분을 배율을 달리하여 원자력힘 현미경(AMF)로 살펴본 사진으로 금 나노입자가 빽빽하게 고정되어 있음을 보여준다.

도 5는 산 처리한 탄소나노튜브 트랜지스터에 금 나노입자를 고정화 하였을 때 전기적 특성의 변화를 나타낸다. A(적색 선)는 제조예 1의 탄소나노튜브 트랜지스터, B(청색 선)는 비교예 1의 산처리 탄소나노튜브 트랜지스터 및 C(살구색 선)는 비교예 1의 산처리 후 금 나노입자를 고정화시킨 비교예 2의 탄소나노튜브 트랜지스터를 나타낸다.

도 6은 비교예 1의 산처리 후 금 나노입자를 고정화시킨 탄소나노튜브 트랜지스터의 원자력힘 현미경 사진을 나타낸다.

도 7은 대시간전류법 (chronoamperometry) 을 이용하여, -0.8V 에서 10초간 전압을 인가하였을 때, 탄소나노튜브 벽에 금 나노입자가 제조된 모양을 보여주는 원자력현미경 사진이다. (a) 는 저항이 150 kΩ, (b) 는 1 MΩ, (c) 는 10 MΩ, (d) 는 500 kΩ인 소자에 각각 동일한 조건으로 도금을 시도하였다.

도 8은 순환전류법 (cyclic voltammetry) 을 이용하여 탄소나노튜브 벽에 금 나노입자를 제조한 예를 보여주는 원자력 현미경 사진이다.

도 9는 순환전류법을 이용하고 전류순환 속도를 빨리 하여 금 나노입자의 크기를 조절한 결과를 보여주는 원자력 현미경 사진이다.

도 10은 실시예 1의 자발적 환원에 의해 제조된 탄소나노튜브 트랜지스터의 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 11는 실시예 2의 전기화학적 환원에 의해 제조된 탄소나노튜브 트랜지스터의 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 12는 도 9의 순환전류법으로 고정화된 금 나노입자에 5′말단에는 SH, 3′말단에는 형광을 띠는 Cy3 가 고정화된 PNA (peptide nucleic acid) 를 고정화하여 고정화가 순조롭게 이루어졌음을 보여주는 공촛점 현미경 사진이다.

도 13은 (a) 와 (b) 는 각각 대시간전류법으로 -1V, 10초간 Ni 나노입자를 형성한 소자의 원자력현미경 사진 및, 이와 같이 제조된 소자에 his-tag 을 갖는 GFP(Green fluorescent protein) 을 고정화한 것을 보여주는 공촛점 현미경 사진이다.

도 14은 실시예 5의 전기화학적 환원에 의해 제조된 탄소나노튜브 트랜지스터에 ssDNA가 고정화된 바이오 센서의 전기적 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 15는 도 13의 바이오 분자 인식물질인 서열번호 1의 ssDNA가 고정화된 바이오 센서에 서열번호 3의 목표 ssDNA를 반응시켰을 때 바이오 센서의 전기적 특성의 변화를 나타낸다.

도 16는 제조예 1(Bare), 실시예 2(Au-electrodiposition), 실시예 5(SH-ssDNA),실험예 3(Hybridization)까지 각 고정화 단계에 따른 탄소나노튜브 트랜지스터의 전기적 특성의 변화를 보여준다.

도 17은 서열번호 2의 목표 ssDNA 와 반응이 제대로 이루어졌는지 확인하기 위해 목표 ssDNA의 5′말단에 Cy 3를 고정화하여 확인한 공촛점현미경 사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 Si/SiO₂ 기판

20 Ti/Au 또는 Cr/Au, Pd 등으로 이루어진 소스-드레인 전극

30 단일벽 탄소나노튜브

40 SU-8 네가티브 포토레지스트 또는 SiO2, Si3N4 등으로 이루어진 절연막

50 금 나노입자

60 5'또는 3'말단에 SH 그룹이 고정화된 프로브 ssDNA

70 프로브 ssDNA 와 상보적으로 결합할 수 있는 타겟 ssDNA

80 금 이온이 포함된 용액 또는 니켈 이온이 포함된 도금액

90 Ag/AgCl 기준전극

91 Pt 카운터 전극

<110> Korea Research Institute of Chemical Technology <120> Biosensor comprising metal immobilized carbon nanotube and a preparing method thereof <130> P-1242 <160> 3 <170> KopatentIn 1.7 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ssDNA <400> 1 tcaaggagca ggagcgaggg 20 <210> 2 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> peptide nucleic acid <400> 2 gacattactc acccg 15 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ssDNA <400> 3 ttaccctcgc tcctgctcct tga 23

Claims (15)

1. 소스전극, 드레인전극, 게이트 및 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 트랜지스터를 제조하는 단계;

   상기 탄소나노튜브 트랜지스터에서 탄소나노튜브를 제외한 모든 전극을 절연시키는 단계; 및

   상기 절연시킨 탄소나노튜브 트랜지스터를 금속 이온이 포함된 용액에 넣고 금속을 환원시켜 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 고정화시키는 단계;를 포함하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 나노입자를 고정화시키는 단계 이후에, 금속 나노입자에 바이오 분자 인식물질을 공유결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속을 환원시키는 단계에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 일정한 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 전압을 인가하면서 탄소나노튜브의 저항, 인가하는 전압의 크기 및 전압의 인가 시간 중에서 선택된 어느 하나 이상의 변수를 조절하여, 상기 탄소나노튜브의 표면에 고정화된 금속 나노입자의 평균 입자의 크기를 10 ~ 90 nm, 금속 나노입자의 밀도를 단위 mm의 탄소나노튜브에 4 ~ 40 개의 금속 나노입자가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
6. 제 3 항에 있어서, 양전압과 음전압으로 순환시키면서 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 전압을 인가하면서 탄소나노튜브의 저항, 전압의 순환 속도 및 전압의 범위 중에서 선택된 어느 하나 이상의 변수를 조절하여, 상기 탄소나노튜브의 표면에 고정화된 금속 나노입자의 평균 입자의 크기를 10 ~ 90 nm, 금속 나노입자의 밀도를 단위 mm의 탄소나노튜브에 4 ~ 40 개의 금속 나노입자가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일 벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 금, 은, 백금, 니켈 또는 알루미늄 인 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 바이오분자 인식물질은 상기 금속과 결합하는 작용기를 포함하거나 또는 상기 금속과 결합하는 작용기를 포함되도록 변형된 것임을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 작용기는 티올기(-SH), 시안기(-CN) 또는 히스티딘-테그(histidine-tag)인 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 바이오분자 인식물질은 핵산, 아미노산, 펩티드, 단백질, 효소기질, 리간드, 코펙터, 기능성 핵산인 앱타머, 안티센스, 유기저분자 또는 탄수화물인 것을 특징으로 하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서의 제조방법.
13. 소스전극, 드레인전극, 게이트 및 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 트랜지스터를 제조하는 단계;

    상기 탄소나노튜브 트랜지스터에서 탄소나노튜브를 제외한 모든 전극을 절연시키는 단계; 및

    상기 절연시킨 탄소나노튜브 트랜지스터를 금속 이온이 포함된 용액에 넣고 전압을 인가하여 금속을 환원시켜 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 고정화시키는 단계;를 포함하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서를 제조함에 있어서,

    상기 전압을 인가하는 단계에서 일정한 전압을 인가하면서 탄소나노튜브의 저항, 인가하는 전압의 크기 및 전압의 인가 시간 중에서 선택된 어느 하나 이상의 변수를 조절하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 탄소나노튜브 표면에 고정된 금속 나노입자의 크기 또는 밀도를 조절하는 방법.
14. 소스전극, 드레인전극, 게이트 및 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 트랜지스터를 제조하는 단계;

    상기 탄소나노튜브 트랜지스터에서 탄소나노튜브를 제외한 모든 전극을 절연시키는 단계; 및

    상기 절연시킨 탄소나노튜브 트랜지스터를 금속 이온이 포함된 용액에 넣고 전압을 인가하여 금속을 환원시켜 탄소나노튜브의 표면에 금속 나노입자를 고정화시키는 단계;를 포함하는 전기전도도 검출 방식의 바이오 센서를 제조함에 있어서,

    상기 전압을 인가하는 단계에서 양전압과 음전압으로 순환시키면서 전압을 인가하면서 탄소나노튜브의 저항, 전압의 순환 속도 및 전압의 범위 중에서 선택된 어느 하나 이상의 변수를 조절하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 탄소나노튜브 표면에 고정된 금속 나노입자의 크기 또는 밀도를 조절하는 방법.
15. 제 1 항의 방법으로 제조된 바이오 센서 및 제 13 항 또는 제 14 항의 방법으로 금속 나노입자의 크기 또는 밀도가 조절된 바이오 센서를 이용하는 것을 특징으로 바이오분자 인식물질과 결합하거나 반응하는 목표 바이오분자의 검출방법.

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