KR20110104245A

KR20110104245A - Fet based biosensor, method for manufacturing the same, and method for detecting target materials

Info

Publication number: KR20110104245A
Application number: KR1020100023271A
Authority: KR
Inventors: 정연희; 윤성호; 이정목; 유가영; 최종환
Original assignee: 주식회사 나노플랫폼
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-09-22

Abstract

본 발명은 기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 고정된 리셉터를 포함하며, 상기 리셉터는 ⅰ) 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터; 또는 ⅱ) 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된, 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하는 FET 기반 바이오센서, 이의 제조방법 및 이를 이용하는 표적 물질 검출방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 단백질 및 핵산을 동시에 직접적으로 검출할 수 있어 단시간 내에 높은 검출한계로 표적 물질을 검출할 수 있으므로, 에이즈 등의 질병 진단, 유해 바이러스 검지, 식품 안전 등 다양한 분야에 있어서 다각도로 적용이 가능하다.The present invention relates to a substrate; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And a transistor comprising one or more channels of nanostructures; And a receptor immobilized on a nanostructure forming a channel of the transistor, wherein the receptor comprises: a) a complex receptor consisting of a mixture of protein and nucleic acid; Or ii) a FET-based biosensor comprising a first receptor made of protein and a second receptor made of nucleic acid, each individually immobilized on a nanostructure forming a separate channel from each other, a manufacturing method thereof, and a target material detection method using the same It is about. According to the present invention, since the protein and nucleic acid can be detected directly at the same time and the target substance can be detected with a high detection limit within a short time, it can be applied at various angles in various fields such as disease diagnosis of AIDS, harmful virus detection, food safety, etc. This is possible.

Description

ＦＥＴ 기반 바이오센서, 이의 제조방법, 및 이를 이용하는 표적 물질 검출방법{FET BASED BIOSENSOR, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD FOR DETECTING TARGET MATERIALS}FET-based biosensor, manufacturing method thereof, and target material detection method using same {FET BASED BIOSENSOR, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD FOR DETECTING TARGET MATERIALS}

본 발명은 FET 기반 바이오센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단백질 및 핵산의 동시 검출에 의하여 에이즈 등의 각종 질병 원인을 단시간 내에 고감도로 검출할 수 있는 FET 기반 바이오센서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표적 물질 검출방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a FET-based biosensor, and more particularly, to a FET-based biosensor capable of detecting various diseases such as AIDS in a short time with high sensitivity by simultaneous detection of proteins and nucleic acids, a manufacturing method thereof, and a target using the same. It relates to a substance detection method.

단일 전자 트랜지스터 소자 및 광소자 재료로 각광받고 있는 나노선, 특히 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 우수한 전계방출 특성, 고효율의 수소저장 매체 특성 등을 보유하는 신소재로 광범위한 분야에서의 적용에 대한 연구가 이루어지고 있다.Nanowires, especially carbon nanotubes, have been spotlighted as single-electron transistor devices and optical device materials. They are new materials with excellent mechanical properties, electrical selectivity, excellent field emission characteristics, and high efficiency hydrogen storage media. Research is being done.

최근 바이오분자 등의 검출 분야에 있어서, 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 이용하는 고선택성 바이오센서에 대한 연구 개발이 다각도로 이루어지고 있다. 탄소나노튜브를 이용하는 경우 별도의 레이블링이 필요 없고, 단백질의 변형 없이 수용액 상에서 반응을 진행시킬 수 있으며, 탄소나노튜브의 전기적 특성을 이용함으로써 인체에 대한 유해성 없이 보다 간편하고 정확하게 반응결과를 검출할 수 있다는 이점이 있다.Recently, in the field of detection of biomolecules, research and development of high-selectivity biosensors using nanostructures such as carbon nanotubes have been conducted at various angles. If carbon nanotubes are used, no additional labeling is required, and the reaction can be carried out in an aqueous solution without modification of protein. By using the electrical properties of carbon nanotubes, the reaction results can be detected more simply and accurately without harmful effects to the human body. There is an advantage that it is.

이와 같은 탄소나노튜브를 이용한 바이오센서는 질병 진단, 반-생물 테러, 식품 안전 등의 다양한 분야에의 적용가능성이 검토되고 있다.Such biosensors using carbon nanotubes are being reviewed for their applicability to various fields such as disease diagnosis, anti-biological terrorism, and food safety.

그러나 탄소나노튜브를 이용한 바이오센서에 있어서도 탄소나노튜브 상에 생체물질과 반응할 수 있는 물질을 결합시키게 되면, 전기적 특성 저하로 인하여 검출시 감도 저하의 문제가 있다. 또한 탄소나노튜브 표면에 폴리머 막을 형성하거나 링커 분자를 통해 생체물질을 고정화시키는 경우에도 전기적 특성이 크게 변형될 우려가 있다.However, even in a biosensor using carbon nanotubes, when a material capable of reacting with a biomaterial is combined on the carbon nanotubes, there is a problem of deterioration in sensitivity due to deterioration of electrical properties. In addition, when the polymer film is formed on the surface of the carbon nanotubes or the biomaterial is immobilized through the linker molecule, the electrical properties may be greatly modified.

현재, 에이즈 등의 다양한 질병 진단에 있어서는 주로 항원항체반응을 이용하여 항원 및 항체를 검출하는 ELISA(Enzyme-linked immunosorbent assay), 신속진단키트, 또는 핵산을 증폭시키는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 방법을 이용하는 RNA나 DNA 검사가 적용되고 있다.Currently, in diagnosing various diseases such as AIDS, ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) for detecting antigens and antibodies using antigen-antibody reactions, rapid diagnostic kits, or PCR (Polymerase Chain Reaction) method for amplifying nucleic acids are used. RNA and DNA tests are being applied.

이들은 DNA 또는 RNA 등을 고정화시킨 핵산 칩 또는 항원, 항체 등의 단백질을 고정화시킨 단백질 칩의 형태로 이용된다. 그러나 이와 같이 핵산 칩 또는 단백질 칩 등을 이용하는 경우, 검출한계가 uM 내지 nM 단위에 지나지 않으며, 신호 발생 시간이 수분 내지 수시간에 이르는 등 만족스러운 결과에 이르지 못하고 있다. 즉, 이와 같은 방법을 이용하는 핵산이나 단백질 검출에 의한 질병 진단 방법은 신뢰성 및 실용화 측면에서 여전히 문제점을 갖고 있다. These are used in the form of nucleic acid chips immobilized with DNA or RNA, or protein chips immobilized with proteins such as antigens and antibodies. However, when a nucleic acid chip or a protein chip is used in this way, the detection limit is only uM to nM units, and the signal generation time is not satisfactory, such as several minutes to several hours. That is, a disease diagnosis method using nucleic acid or protein detection using such a method still has problems in terms of reliability and practical use.

따라서, 에이즈 등의 질병 진단에 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 이용한 바이오센서를 이용하는 경우, 단시간 내에 고감도로 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있는 향상된 방법에 대한 요구가 여전히 존재하는 실정이다.
Accordingly, when biosensors using nanostructures such as carbon nanotubes are used for diagnosing diseases such as AIDS, there is still a need for an improved method for obtaining highly reliable and reliable results in a short time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 이용하는 FET 기반 바이오센서에 있어서, 단백질 및 핵산으로 이루어진 리셉터를 이용함으로써, 항원, 항체 등의 단백질 및 DNA, RNA 등의 핵산을 동시에 직접 검출하여, 단시간 내에 높은 검출한계로 신뢰성 있는 검출 결과를 얻을 수 있는 FET 기반 바이오센서, 이의 제조방법 및 이를 이용하는 표적 물질 검출방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, in the FET-based biosensor using nanostructures, such as carbon nanotubes, by using a receptor consisting of proteins and nucleic acids, proteins, such as antigens, antibodies, DNA, RNA, etc. It is an object of the present invention to provide a FET-based biosensor, a method of manufacturing the same, and a method for detecting a target substance using the same, by directly detecting a nucleic acid of the same and obtaining a reliable detection result with a high detection limit within a short time.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention, which are not mentioned above, can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 고정된 리셉터를 포함하며, 상기 리셉터는 ⅰ) 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터; 또는 ⅱ) 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된, 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하는 FET 기반 바이오센서를 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is a substrate; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And a transistor comprising one or more channels of nanostructures; And a receptor immobilized on a nanostructure forming a channel of the transistor, wherein the receptor comprises: a) a complex receptor consisting of a mixture of protein and nucleic acid; Or ii) a FET-based biosensor comprising a first receptor made of protein and a second receptor made of nucleic acid, each individually immobilized on a nanostructure forming a separate channel from each other.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터를 제공하는 단계; 및 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 리셉터를 고정시키는 단계를 포함하며, 상기 리셉터는 ⅰ) 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터; 또는 ⅱ) 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된, 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하는 FET 기반 바이오센서의 제조방법을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention is a substrate; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And providing a transistor comprising one or more channels of nanostructures; And immobilizing the receptor on a nanostructure forming the channel of the transistor, wherein the receptor comprises: i) a complex receptor consisting of a mixture of protein and nucleic acid; Or ii) a method of manufacturing a FET-based biosensor comprising a first receptor made of protein and a second receptor made of nucleic acid, each immobilized on a nanostructure forming a separate channel from each other.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 FET 기반 바이오센서를 표적 물질에 노출시키는 단계; 및 상기 바이오센서의 전기 전도도 변화를 관찰하는 단계를 포함하는 표적 물질 검출방법을 제공한다.
In addition, another embodiment of the present invention comprises the steps of exposing the FET-based biosensor to a target material; And it provides a target material detection method comprising the step of observing the electrical conductivity change of the biosensor.

본 발명에 따르면 별도의 레이블링이 필요 없고, 단백질의 변형 없이 수용액 상에서 반응을 진행시킬 수 있으며, 인체에 대한 유해성 없이 보다 간편하고 정확하게 반응결과를 검출할 수 있는 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 이용하는 FET 기반 바이오센서를 이용하여 항원, 항체 등의 단백질과 DNA, RNA 등의 핵산을 동시에 직접적으로 검출할 수 있다.According to the present invention, there is no need for additional labeling, and the reaction can be carried out in an aqueous solution without modification of the protein, and the FET using nanostructures such as carbon nanotubes which can detect the reaction result more easily and accurately without harming the human body. Based on biosensors, proteins such as antigens and antibodies and nucleic acids such as DNA and RNA can be detected directly at the same time.

따라서, 본 발명에 따른 FET 기반 바이오센서는 종래 방법에 비하여 단시간 내에 높은 검출한계로 표적 물질을 검출할 수 있으므로, 에이즈 등의 질병 진단, 유해 바이러스 검지, 식품 안전 등 다양한 분야에 적용되어 신뢰성이 확보된 결과를 제공할 수 있다.Therefore, the FET-based biosensor according to the present invention can detect a target substance with a high detection limit within a short time as compared with the conventional method, and is applied to various fields such as disease diagnosis, harmful virus detection, and food safety such as AIDS, thereby ensuring reliability. Can provide the result.

또한, 본 발명에 따르면 시스템 집적화 및 소형 휴대용 분석 시스템 구축이 저비용으로도 실용화될 수 있으므로, 광범위하게 적용가능하다.
In addition, according to the present invention, since system integration and small portable analysis system construction can be put into practical use at low cost, it is widely applicable.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FET 기반 바이오센서의 개략도.
도 2는 실시예 2에 따른 p24 항원의 농도별 검출 결과를 나타내는 그래프.
도 3은 실시예 3에 따른 PSA-ACT 복합체 항원의 검출 결과를 나타내는 그래프.
도 4는 실시예 4에 따른 인간 혈청에서의 gp41 항체의 검출 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 실시예 5에 따른 HIV RNA 검출 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 실시예 6에 따른 인간 혈청에서의 HIV RNA 검출 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 실시예 7에 따른 p24 항원 및 HIV RNA의 연속 검출 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 실시예 8에 따른 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료의 농도별 검출 결과를 나타내는 그래프.
도 9는 실시예 9에 따른 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료의 검출 결과를 나타내는 그래프.1 is a schematic diagram of a FET based biosensor in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the detection results for each concentration of the p24 antigen according to Example 2.
Figure 3 is a graph showing the detection result of the PSA-ACT complex antigen according to Example 3.
4 is a graph showing the detection result of gp41 antibody in human serum according to Example 4. FIG.
5 is a graph showing the results of HIV RNA detection according to Example 5. FIG.
6 is a graph showing the results of HIV RNA detection in human serum according to Example 6. FIG.
7 is a graph showing the results of continuous detection of p24 antigen and HIV RNA according to Example 7. FIG.
Figure 8 is a graph showing the results of the detection by concentration of the mixed sample containing the p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA according to Example 8.
9 is a graph showing the detection result of the mixed sample containing the p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA according to Example 9. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 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 일 실시예에 따른 FET 기반 바이오센서는 기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 고정된 리셉터를 포함하며, 상기 리셉터는 ⅰ) 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터; 또는 ⅱ) 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된, 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하는 것을 특징으로 한다.FET-based biosensor according to an embodiment of the present invention is a substrate; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And a transistor comprising one or more channels of nanostructures; And a receptor immobilized on a nanostructure forming a channel of the transistor, wherein the receptor comprises: a) a complex receptor consisting of a mixture of protein and nucleic acid; Or ii) a first receptor made of protein and a second receptor made of nucleic acid, each individually immobilized on a nanostructure forming a separate channel from each other.

상기 FET 기반 바이오센서에 포함되는 트랜지스터는 일반적인 트랜지스터와 같이 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극으로 이루어진 구성에 일 이상의 채널이 탄소나노튜브 등의 나노구조체로 이루어진 것이다.The transistor included in the FET-based biosensor is one or more channels composed of a source structure, a drain electrode, and a gate electrode, as in a general transistor, made of nanostructures such as carbon nanotubes.

상기 기판은 실리콘, 유리, 석영, 금속, 플라스틱, 산화물 및 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The substrate may be selected from the group consisting of silicon, glass, quartz, metal, plastic, oxide, and PDMS (polydimethylsiloxane).

상기 소스 전극 및 드레인 전극은 백금, 금, 크롬, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택되는 일 이상의 금속으로 형성될 수 있다.The source electrode and the drain electrode may be formed of one or more metals selected from the group consisting of platinum, gold, chromium, copper, aluminum, nickel, palladium, and titanium.

상기 나노구조체는 나노튜브, 나노와이어, 나노로드, 나노리본, 나노필름 및 나노볼로 이루어진 군으로부터 선택되는 일 이상의 형태일 수 있다.The nanostructures may be one or more forms selected from the group consisting of nanotubes, nanowires, nanorods, nanoribbons, nanofilms and nanoballs.

예를 들어, 상기 나노구조체는 탄소나노튜브, 예를 들어, 단일벽 또는 다중벽 탄소나노튜브, 실리콘 나노와이어, 산화아연 나노와이어, 산화바나듐 나노와이어 등을 이용할 수 있으며, 높은 생체적합성 및 소자 특성의 관점에서 탄소나노튜브(CNTs), 특히 단일벽 탄소나노튜브(swCNTs)가 특히 바람직하다.For example, the nanostructures may use carbon nanotubes such as single-walled or multi-walled carbon nanotubes, silicon nanowires, zinc oxide nanowires, vanadium oxide nanowires, and the like. From the standpoint of carbon nanotubes (CNTs), in particular single-walled carbon nanotubes (swCNTs) are particularly preferred.

본 발명에 따른 FET 기반 바이오센서는 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 이용하는 FET 기반의 트랜지스터의 리셉터로 단백질 및 핵산을 함께 이용함으로써, 시료 중의 단백질 및 핵산을 동시에 직접적으로 검출할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 단백질 칩과 핵산 칩의 검출 작용을 동시에 적용하는 효과를 발휘할 수 있다.The FET-based biosensor according to the present invention can directly and simultaneously detect proteins and nucleic acids in a sample by using proteins and nucleic acids as receptors for FET-based transistors using nanostructures such as carbon nanotubes. Therefore, according to the present invention, it is possible to exert the effect of simultaneously applying the detection action of the protein chip and the nucleic acid chip.

본 발명에 있어서, 리셉터는 표적 물질과 결합하여 이를 검출할 수 있는 프로브 역할을 하는 생물학적 물질이다.In the present invention, the receptor is a biological material that serves as a probe that can bind to and detect the target material.

리셉터에 포함되는 단백질은 항원, 항체, 효소 기질, 리간드 및 펩티드 압타머(petide aptamer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The protein included in the receptor may be one or more selected from the group consisting of an antigen, an antibody, an enzyme substrate, a ligand, and a peptide aptamer.

또한, 리셉터에 포함되는 핵산은 DNA, RNA 및 핵산 압타머(nucleic acid aptamer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In addition, the nucleic acid included in the receptor may be one or more selected from the group consisting of DNA, RNA and nucleic acid aptamers.

일 실시예에서, 리셉터는 상기와 같은 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터일 수 있다.In one embodiment, the receptor may be a composite receptor consisting of a mixture of such proteins and nucleic acids.

또는, 다른 일 실시예에서, 리셉터는 상기와 같은 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 상기와 같은 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하며, 제1 리셉터 및 제2 리셉터는 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된 형태일 수 있다.Alternatively, in another embodiment, the receptor comprises a first receptor consisting of such a protein and a second receptor consisting of such a nucleic acid, wherein the first receptor and the second receptor are on a nanostructure forming a separate channel from each other. Each may be individually fixed.

일 실시예에서, 리셉터는 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 링커 분자를 통하여 고정될 수 있다. In one embodiment, the receptor may be immobilized via linker molecules on the nanostructures that make up the channel of the transistor.

본 발명에 이용될 수 있는 링커 분자는 숙신이미딜 에스테르(succinimidyl ester), 카르보닐디이미다졸(carbonyldiimidazole), 말레이미드(maleimide), 바이오틴(biotin) 및 카르복실기(carboxyl group)를 갖는 분자로 이루어진 군에서 선택되는 일 이상일 수 있다.The linker molecule that can be used in the present invention is a group consisting of molecules having succinimidyl ester, carbonyldiimidazole, maleimide, biotin and carboxyl group It may be more than one selected from.

이와 같이, 본 발명에 따른 FET 기반 바이오센서는 단백질 및 핵산의 동시 검출용인 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 종래 면역 센서 및 핵산 검출 센서의 검출 결과를 동시에 구현하면서도, 매우 높은 감도로 표적 물질을 검출할 수 있으며, 종래 방법에 비하여 표적 물질 검출 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다.As such, the FET-based biosensor according to the present invention is characterized by simultaneous detection of proteins and nucleic acids. Therefore, according to the present invention, while simultaneously implementing the detection results of the conventional immune sensor and nucleic acid detection sensor, it is possible to detect the target material with a very high sensitivity, it is possible to significantly reduce the target material detection time compared to the conventional method.

특히, 본 발명에 따른 FET 기반 바이오센서는 특정 질병 진단, 예를 들어 에이즈 진단 등에 있어서 매우 우수한 효과를 발휘할 수 있다.In particular, the FET-based biosensor according to the present invention can exhibit a very good effect in the diagnosis of certain diseases, for example, AIDS.

예를 들어 HIV에 대한 항원 및 항체, 및 HIV RNA를 인식하는 DNA 압타머를 리셉터로 이용함으로써, 상기 FET 기반 바이오센서는 에이즈 진단용으로 적용될 수 있다. 구체적으로는, 리셉터로 HIV type 1의 항체인 p24 항체, HIV type 1의 항원인 gp41 항원, HIV type 2의 항원인 gp36 항원, 및 HIV RNA를 인식하는 DNA 압타머를 이용함으로써, p24 항원, gp41 항체, gp36 항체, 및 HIV RNA를 동시에 직접 검출할 수 있다. For example, by using antigens and antibodies against HIV and DNA aptamers that recognize HIV RNA as receptors, the FET based biosensors can be applied for AIDS diagnosis. Specifically, the p24 antigen and gp41 are used as receptors by using a p24 antibody that is an HIV type 1 antibody, a gp41 antigen that is an HIV type 1 antigen, a gp36 antigen that is an HIV type 2 antigen, and a DNA aptamer that recognizes HIV RNA. Antibodies, gp36 antibodies, and HIV RNA can be directly detected simultaneously.

특히 이와 같이 HIV 형태에 따른 항원, 항체, 및 핵산을 복수 리셉터의 형태로 이용함으로써, 검출 한계를 높일 수 있을 뿐 아니라, HIV의 감염 후 유전자 삽입, 번식기, 잠복기, 활성기로 진행되는 HIV 라이프 사이클(life cycle)의 단계까지도 검출할 수 있는 이점을 갖는다.In particular, by using antigens, antibodies, and nucleic acids according to the HIV type in the form of a plurality of receptors, not only the limit of detection can be raised, but also the HIV life cycle that progresses to gene insertion, breeding, incubation period, and activator after HIV infection. Even the stages of the life cycle can be detected.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 FET 기반 바이오센서의 제조방법은 기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터를 제공하는 단계; 및 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 리셉터를 고정시키는 단계를 포함하며, 상기 리셉터는 ⅰ) 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터; 또는 ⅱ) 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된, 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the manufacturing method of the FET-based biosensor according to another embodiment of the present invention is a substrate; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And providing a transistor comprising one or more channels of nanostructures; And immobilizing the receptor on a nanostructure forming the channel of the transistor, wherein the receptor comprises: i) a complex receptor consisting of a mixture of protein and nucleic acid; Or ii) a first receptor made of protein and a second receptor made of nucleic acid, each individually immobilized on a nanostructure forming a separate channel from each other.

상기에서 기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터를 제공하는 단계는 당업계에 공지된 방법을 이용하여 이루어질 수 있다.A substrate from above; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And providing a transistor comprising one or more channels of nanostructures can be made using methods known in the art.

예를 들어, 채널 형성시에는, 기판 상에 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 화학기상증착법, 레이저 어블레이션법, 전기방전법, 플라즈마강화 화학기상증착법, 열화학기상증착법, 기상합성법, 전기분해법 또는 플레임 합성법 등에 의하여 증착할 수 있다.For example, in forming a channel, nanostructures, such as carbon nanotubes, are deposited on a substrate by chemical vapor deposition, laser ablation, electro-discharge, plasma-enhanced chemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, vapor phase synthesis, electrolysis, or flame. It can deposit by a synthesis method or the like.

소스 전극 및 드레인 전극은 예를 들어, 물리기상증착법, 전자빔 증발법 또는 열증발법 등에 의하여 증착할 수 있다.The source electrode and the drain electrode can be deposited by, for example, physical vapor deposition, electron beam evaporation, thermal evaporation, or the like.

본 발명에 있어서, 리셉터에 포함되는 단백질은 항원, 항체, 효소 기질, 리간드 및 펩티드 압타머(petide aptamer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the protein included in the receptor may be one or more selected from the group consisting of antigen, antibody, enzyme substrate, ligand and peptide aptamer.

일 실시예에서, 상기 리셉터를 고정시키는 단계는 상기와 같은 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터를 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 고정시킴으로써 이루어질 수 있다.In one embodiment, the step of fixing the receptor may be achieved by fixing a complex receptor consisting of a mixture of such proteins and nucleic acids on the nanostructures forming the channel of the transistor.

또는, 다른 일 실시예에서, 상기 리셉터를 고정시키는 단계는 상기와 같은 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 상기와 같은 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정시킴으로써 이루어질 수 있다.Alternatively, in another embodiment, the fixing of the receptor may be performed by individually fixing the first receptor made of the above protein and the second receptor made of the above nucleic acid, respectively, on the nanostructures forming separate channels from each other. Can be done.

일 실시예에서, 상기 고정 단계는 상기 채널을 이루는 나노구조체 상에 리셉터를 링커 분자를 통하여 고정시킴으로써 이루어질 수 있다.In one embodiment, the fixing step may be accomplished by fixing a receptor through a linker molecule on the nanostructure forming the channel.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표적 물질 검출방법은 상기 FET 기반 바이오센서를 표적 물질에 노출시키는 단계; 및 상기 바이오센서의 전기 전도도 변화를 관찰하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the target material detection method according to another embodiment of the present invention comprises the steps of exposing the FET-based biosensor to a target material; And observing a change in electrical conductivity of the biosensor.

상기 표적 물질은 바이오센서의 리셉터와 결합할 수 있는 바이오분자로서, 예를 들어, 항원, 항체, 효소, 단백질, 펩티드, 아미노산, DNA, RNA 등일 수 있다.The target material is a biomolecule capable of binding to the receptor of the biosensor, and may be, for example, an antigen, an antibody, an enzyme, a protein, a peptide, an amino acid, a DNA, an RNA, or the like.

본 발명의 FET 기반 바이오센서에 리셉터와 반응할 수 있는 표적 물질이 노출되면, 리셉터인 단백질 및 핵산과 표적 물질의 특이적 반응에 의하여, 탄소나노튜브 등의 나노구조체의 전기 전도도가 변화하게 되어, 표적 물질을 용이하게 정량적으로 검출할 수 있다.When the target material capable of reacting with the receptor is exposed to the FET-based biosensor of the present invention, the electrical conductivity of nanostructures such as carbon nanotubes is changed by the specific reaction of the target protein with nucleic acid and receptor, Target substances can be easily and quantitatively detected.

이와 같이, 본 발명에 따른 표적 물질 검출방법은 단백질 및 핵산의 동시 검출에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.As described above, the method for detecting a target substance according to the present invention is characterized by the simultaneous detection of protein and nucleic acid.

본 발명에 따른 검출방법은 특정 질병, 예를 들면 에이즈 등의 진단에 있어서 단시간 내에 높은 검출한계로 신뢰성 있는 결과를 제공할 수 있는 특징을 갖는다.The detection method according to the present invention has a feature that can provide a reliable result with a high detection limit within a short time in the diagnosis of a specific disease, for example AIDS.

특히, 본 발명에 따르면, 검출한계가 pM 내지 fM 까지도 가능하므로, 혈액뿐 아니라 구강 타액에서도 검출이 가능할 수 있다. 또한, 수초 내에 검출 결과를 확인할 수 있으므로, 종래 방법에 비하여 검출에 소요되는 시간이 현저하게 감소되어 현장에서 실시간으로 적용될 수 있다.
In particular, according to the present invention, since the detection limit is possible up to pM to fM, not only blood but also oral saliva can be detected. In addition, since the detection result can be confirmed within a few seconds, the time required for detection is significantly reduced compared to the conventional method, and can be applied in real time in the field.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1: One: FETFET 기반 바이오센서 제조 Based Biosensor Manufacturing

(1) 도 1과 같이, 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 기판 상에 탄소나노튜브를 증착하여 4개 채널을 형성하고(도 1(b) 참조), 그 양 말단에 금속 전극을 증착함으로써 탄소나노튜브 트랜지스터를 형성하였다.(1) As shown in FIG. 1, four channels are formed by depositing carbon nanotubes on a silicon substrate on which a silicon oxide film is formed (see FIG. 1 (b)), and carbon nanotube transistors are deposited by depositing metal electrodes at both ends thereof. Was formed.

1 mM의 1-피렌부티르산 숙신이미딜 에스테르(1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester), 및 1 mM의 1-피렌부탄올(1-pyrenebutanol)을 적당한 비율로 혼합한 스페이서-링커 용액 30 ㎖에, 상기 트랜지스터를 넣은 후 실온에서 2시간 동안 반응시켰다.The transistor was added to 30 ml of a spacer-linker solution containing 1 mM of 1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester and 1 mM of 1-pyrenebutanol in an appropriate ratio. After the reaction, the reaction was carried out at room temperature for 2 hours.

이후, 메탄올 및 탈이온수로 조심스럽게 씻은 후, N2 gun으로 건조한 후, 패시베이션(passivation) 공정을 수행하였다. 이후, 고온건조기에서 1~2시간 동안 130℃에서 고온건조한 후, N2 데시케이터(desiccator)에 보관하였다.Then, carefully washed with methanol and deionized water, dried with N2 gun, and then passivation (passivation) process. Then, after drying at 130 ° C. for 1 to 2 hours in a high temperature dryer, the mixture was stored in an N 2 desiccator.

상기 트랜지스터의 각각의 채널에 리셉터로서 p24 항체(Goat anti HIV-Ⅰ p24 protein; 20 ㎍/㎖), gp41 재조합 항원/gp36 재조합 항원, HIV RNA를 인식하는 DNA 압타머를 4℃에서 하룻밤동안 반응시켜, 서로 별개의 채널을 이루는 탄소나노튜브 상의 링커 분자를 통하여 각각 개별적으로 고정시켰다. 또한, 일 채널은 대조군(control)으로 이용하였다.Each channel of the transistor was reacted with a p24 antibody (Goat anti HIV-I p24 protein; 20 µg / ml), a gp41 recombinant antigen / gp36 recombinant antigen, and a DNA aptamer recognizing HIV RNA at 4 ° C. overnight as a receptor. Each was individually fixed through linker molecules on carbon nanotubes forming separate channels. In addition, one channel was used as a control.

다음으로, PBS로 3회 세척하고, 블로킹 용액(에탄올아민을 1mM로 메탄올에 혼합시킨 용액) 약 30 ㎖를 넣고, 실온에서 2시간 동안 반응시킨 후 건조시켜 FET 기반 바이오센서를 제조하였다.Next, the plate was washed three times with PBS, about 30 ml of a blocking solution (a solution of ethanolamine mixed in methanol at 1 mM) was added thereto, reacted at room temperature for 2 hours, and dried to prepare a FET-based biosensor.

(2) 트랜지스터의 채널을 단일 채널로 형성하고, 리셉터로 p24 항체 및 HIV RNA를 인식하는 DNA 압타머의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터를 이용한 점을 제외하고는, 상기 (1)과 유사한 방법에 따라 FET 기반의 바이오센서를 제조하였다.(2) FET according to the method similar to the above (1), except that the channel of the transistor was formed into a single channel, and the receptor was used as a composite receptor consisting of a mixture of p24 antibody and a DNA aptamer that recognizes HIV RNA. Based biosensors were prepared.

(3) 트랜지스터의 채널을 단일 채널로 형성하고, 리셉터로 p24 항체, gp41 항원 및 HIV RNA를 인식하는 DNA 압타머의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터를 이용한 점을 제외하고는, 상기 (1)과 유사한 방법에 따라 FET 기반의 바이오센서를 제조하였다.(3) A method similar to the above (1) except that the channel of the transistor is formed into a single channel, and the receptor is used as a receptor, a complex receptor consisting of a mixture of ap24 antibody, a gp41 antigen and a DNA aptamer that recognizes HIV RNA. FET based biosensor was prepared.

(4) 트랜지스터의 채널을 단일 채널로 형성하고, 리셉터로 PSA-ACT 복합체 항원과 결합할 수 있는 항체를 이용한 점을 제외하고는 상기 (1)과 유사한 방법에 따라 FET 기반의 바이오센서를 제조하였다.
(4) A FET-based biosensor was manufactured according to the method similar to the above (1) except that the channel of the transistor was formed into a single channel and the receptor was used as an antibody capable of binding to the PSA-ACT complex antigen. .

실시예Example 2: 2: p24p24 항원의 농도별 검출 Detection of antigen by concentration

상기 실시예 1(1)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 p24 항원을 검출하였다. 리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 PBS를 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다.P24 antigen was detected using the FET-based biosensor prepared in Example 1 (1). 9 μl of PBS was added to the region where the receptor was fixed, and reacted at room temperature for 50 to 100 seconds, and it was confirmed that the current value reached an equilibrium state.

시료로는 50 ng/㎖, 5 ng/㎖ 및 5 pg/㎖의 농도를 갖는 p24 항원을 함유하는 PBS를 준비하고, 이 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.As a sample, a PBS containing p24 antigen having a concentration of 50 ng / ml, 5 ng / ml and 5 pg / ml was prepared, and 1 µl of this sample was put into the biosensor, and a change in current value occurred. It was confirmed whether the amount of change over sec was maintained.

도 2에 p24 항원의 농도별 검출 결과를 나타낸다. 도 2로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 5 pg/㎖의 농도의 민감성을 나타내는 것을 알 수 있다.
Figure 2 shows the detection results for each concentration of the p24 antigen. As can be seen from Figure 2, it can be seen that the biosensor according to the present invention exhibits a sensitivity of 5 pg / ㎖ concentration.

실시예Example 3: 3: PSAPSA -- ACTACT 복합체 항원의 검출 Detection of Complex Antigens

상기 실시예 1(2)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 PSA-ACT 복합체 항원을 검출하였다.PSA-ACT complex antigen was detected using the FET-based biosensor prepared in Example 1 (2).

리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 혈청을 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다. 시료로는 PSA-ACT complex 항원을 함유하지 않는 혈청(blank), 및 PSA-ACT 복합체 항원을 함유하는 혈청 및 전혈을 준비하고, 각각의 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.9 μl of serum was added to the region where the receptor was fixed, and after reacting at room temperature for 50 to 100 seconds, it was confirmed that the current value reached an equilibrium state. As a sample, a serum (blank) containing no PSA-ACT complex antigen and a serum and whole blood containing a PSA-ACT complex antigen were prepared, and 1 μl of each sample was put into the biosensor, and the change in the current value was It was confirmed that the change amount is maintained over 100 sec.

도 3에 PSA-ACT 항원의 검출 결과를 나타낸다. 도 3으로부터 혈청이나 전혈과 같은 혈액 시료에서도 본 발명에 따른 FET 기반 바이오센서의 선택성 및 민감성이 유지됨을 확인할 수 있다.
3 shows the detection result of the PSA-ACT antigen. It can be seen from FIG. 3 that the selectivity and sensitivity of the FET-based biosensor according to the present invention are maintained even in blood samples such as serum or whole blood.

실시예Example 4: 인간 혈청에서의 4: in human serum gp41gp41 항체의 농도별 검출 Detection of antibody by concentration

상기 실시예 1(1)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 gp41 항체를 검출하였다. 리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 혈청을 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다.The gp41 antibody was detected using the FET-based biosensor prepared in Example 1 (1). 9 μl of serum was added to the region where the receptor was fixed, and after reacting at room temperature for 50 to 100 seconds, it was confirmed that the current value reached an equilibrium state.

시료로는 1 pM, 10 pM 및 100 pM의 농도를 갖는 gp41 항체를 함유하는 인간 혈청을 준비하고, 이 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.As a sample, human serum containing gp41 antibody having concentrations of 1 pM, 10 pM and 100 pM was prepared, and 1 μl of this sample was put into the biosensor, and a change in current value occurred to maintain a change amount of 100 sec or more. Was checked.

도 4에 gp41 항체의 농도별 검출 결과를 나타낸다. 도 4로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 1.0 pM의 농도의 민감성을 나타내는 것을 알 수 있다.
4 shows the detection results for each concentration of the gp41 antibody. As can be seen from Figure 4, it can be seen that the biosensor according to the present invention exhibits a sensitivity of the concentration of 1.0 pM.

실시예Example 5: 5: HIVHIV RNARNA 의 농도별 검출Concentration detection

상기 실시예 1(1)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 HIV RNA를 검출하였다. 리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 PBS를 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다.HIV RNA was detected using the FET-based biosensor prepared in Example 1 (1). 9 μl of PBS was added to the region where the receptor was fixed, and reacted at room temperature for 50 to 100 seconds, and it was confirmed that the current value reached an equilibrium state.

시료로는 0.1 pM, 1 pM 및 10 pM의 농도를 갖는 HIV RNA를 함유하는 PBS를 준비하고, 이 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.As a sample, PBS containing HIV RNA having concentrations of 0.1 pM, 1 pM, and 10 pM was prepared, and 1 μl of this sample was put into the biosensor, and a change in the current value occurred to maintain the change over 100 sec. Confirmed.

도 5에 HIV RNA의 농도별 검출 결과를 나타낸다. 도 5로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 0.1 pM의 농도의 민감성을 나타내는 것을 알 수 있다.
5 shows the detection results for each concentration of HIV RNA. As can be seen from Figure 5, it can be seen that the biosensor according to the present invention exhibits a sensitivity of the concentration of 0.1 pM.

실시예Example 6: 인간 혈청에서 6: in human serum HIVHIV RNARNA 의 검출Detection

상기 실시예 1(1)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 HIV RNA를 검출하였다. 리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 혈청을 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다.HIV RNA was detected using the FET-based biosensor prepared in Example 1 (1). 9 μl of serum was added to the region where the receptor was fixed, and after reacting at room temperature for 50 to 100 seconds, it was confirmed that the current value reached an equilibrium state.

시료로는 1.0 pM의 농도를 갖는 HIV RNA를 함유하는 인간 혈청을 준비하고, 90 ㎕의 0.1 mM PBS, 0.1% tween-20에 10 ㎕의 혈청 시료를 가하여 1분 동안 격렬하게 혼합하여 전처리하였다. 이 전처리된 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.As a sample, human serum containing HIV RNA having a concentration of 1.0 pM was prepared, and 10 μl of serum sample was added to 90 μl of 0.1 mM PBS and 0.1% tween-20, and mixed vigorously for 1 minute and pretreated. 1 μl of this pretreated sample was put into the biosensor, and a change in current value occurred to confirm whether the change amount was maintained for 100 sec or more.

도 6에 인간 혈청에서의 HIV RNA의 검출 결과를 나타낸다. 도 5로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 인간 혈청에서 1.0 pM의 HIV RNA를 검출할 수 있다.
6 shows the detection result of HIV RNA in human serum. As can be seen from FIG. 5, the biosensor according to the present invention can detect 1.0 pM of HIV RNA in human serum.

실시예Example 7: 인간 혈청에서의 7: in human serum p24p24 항원과 Antigen and HIVHIV RNARNA 의 연속 검출Continuous detection of

상기 실시예 1(2)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 p24 항원과 HIV RNA를 연속으로 검출하였다. 리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 혈청을 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다.P24 antigen and HIV RNA were continuously detected using the FET-based biosensor prepared in Example 1 (2). 9 μl of serum was added to the region where the receptor was fixed, and after reacting at room temperature for 50 to 100 seconds, it was confirmed that the current value reached an equilibrium state.

시료로는 0.1 pM의 농도를 갖는 p24 항원 및 HIV RNA를 각각 함유하는 인간 혈청을 준비하고, 90 ㎕의 0.1 mM PBS, 0.1% tween-20에 10 ㎕의 혈청 시료를 가하여 1분 동안 격렬하게 혼합하여 전처리하였다. 이 전처리된 p24 항원 함유 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인한 후, 계속하여 전처리된 HIV RNA 함유 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.As a sample, human serum containing p24 antigen and HIV RNA each having a concentration of 0.1 pM was prepared, and 10 μl of serum sample was added to 90 μl of 0.1 mM PBS and 0.1% tween-20 and mixed vigorously for 1 minute. Pretreatment. 1 μl of the pre-treated p24 antigen-containing sample was put into the biosensor, and after confirming that a change in the current value occurred to maintain the amount of change over 100 sec, 1 μl of the pre-treated HIV RNA-containing sample was continuously put into the biosensor, It was confirmed that the change in the current value occurred and the amount of change over 100 sec was maintained.

도 7에 인간 혈청에서의 p24 항원 및 HIV RNA의 연속 검출 결과를 나타낸다. 도 7로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 인간 혈청에서 0.1 pM의 p24 항원 및 HIV RNA를 연속적으로 검출할 수 있다.
7 shows the results of continuous detection of p24 antigen and HIV RNA in human serum. As can be seen from FIG. 7, the biosensor according to the present invention can continuously detect 0.1 pM p24 antigen and HIV RNA in human serum.

실시예Example 8: 인간 혈청에서의 8: in human serum p24p24 항원, antigen, gp41gp41 항체 및 Antibodies and HIVHIV RNARNA 의 농도별 검출Concentration detection

상기 실시예 1(3)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료를 농도별로 검출하였다. 리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 혈청을 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다.Mixed samples containing p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA were detected for each concentration using the FET-based biosensor prepared in Example 1 (3). 9 μl of serum was added to the region where the receptor was fixed, and after reacting at room temperature for 50 to 100 seconds, it was confirmed that the current value reached an equilibrium state.

시료로는 1 fM, 10 fM, 100 fM, 1 pM, 10 pM 및 100 pM의 농도를 갖는 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA의 혼합물을 함유하는 인간 혈청을 준비하고, 90 ㎕의 0.1 mM PBS, 0.1% tween-20에 10 ㎕의 혈청 시료를 가하여 1분 동안 격렬하게 혼합하여 전처리하였다. 이 전처리된 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.Samples were prepared from human serum containing a mixture of p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA having concentrations of 1 fM, 10 fM, 100 fM, 1 pM, 10 pM and 100 pM, and 90 μl of 0.1 mM PBS, 10 μl of serum samples were added to 0.1% tween-20 and mixed vigorously for 1 minute to pretreat. 1 μl of this pretreated sample was put into the biosensor, and a change in current value occurred to confirm whether the change amount was maintained for 100 sec or more.

도 8에 인간 혈청에서의 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료의 농도별 검출 결과를 나타낸다. 도 8로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 인간 혈청에서 10 fM의 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료를 검출할 수 있다.
8 shows the results of detection for each concentration of a mixed sample containing p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA in human serum. As can be seen from Figure 8, the biosensor according to the present invention can detect a mixed sample containing 10 fM p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA in human serum.

실시예Example 9: 인간 혈청에서의 9: in human serum p24p24 항원, antigen, gp41gp41 항체 및 Antibodies and HIVHIV RNARNA 의 검출Detection

상기 실시예 1(3)에서 제조된 FET 기반 바이오센서를 이용하여 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료를 검출하였다. 리셉터가 고정된 영역에 9 ㎕의 혈청을 가하고, 상온에서 50~100초 동안 반응시킨 후, 전류값이 평형 상태에 도달한 것을 확인하였다.Mixed samples containing p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA were detected using the FET based biosensor prepared in Example 1 (3). 9 μl of serum was added to the region where the receptor was fixed, and after reacting at room temperature for 50 to 100 seconds, it was confirmed that the current value reached an equilibrium state.

시료로는 10 fM의 농도를 갖는 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA의 혼합물을 함유하는 인간 혈청을 준비하고, 90 ㎕의 0.1 mM PBS, 0.1% tween-20에 10 ㎕의 혈청 시료를 가하여 1분 동안 격렬하게 혼합하여 전처리하였다. 이 전처리된 시료 1 ㎕을 상기 바이오센서에 넣고, 전류값의 변화가 발생하여 100 sec 이상 변화량이 유지되는지 확인하였다.As a sample, human serum containing a mixture of p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA having a concentration of 10 fM was prepared. Premix by vigorously mixing. 1 μl of this pretreated sample was put into the biosensor, and a change in current value occurred to confirm whether the change amount was maintained for 100 sec or more.

도 9에 인간 혈청에서의 10 fM의 농도를 갖는 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료의 검출 결과를 나타낸다. 도 9로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서는 인간 혈청에서 10 fM의 p24 항원, gp41 항체 및 HIV RNA를 포함하는 혼합 시료를 검출할 수 있다.9 shows the detection result of a mixed sample containing p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA having a concentration of 10 fM in human serum. As can be seen from FIG. 9, the biosensor according to the present invention can detect a mixed sample containing 10 fM p24 antigen, gp41 antibody and HIV RNA in human serum.

도 8 및 도 9의 결과로부터, 본 발명에 따르면 리셉터로서 복합 리셉터를 이용하는 경우 센서의 검출 민감도가 10 fM까지 향상되는 것을 확인할 수 있다.
8 and 9, according to the present invention, it can be seen that the detection sensitivity of the sensor is improved to 10 fM when the composite receptor is used as the receptor.

Claims

기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 고정된 리셉터를 포함하며,
상기 리셉터는
ⅰ) 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터; 또는
ⅱ) 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된, 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하는
FET 기반 바이오센서.
Board; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And a transistor comprising one or more channels of nanostructures; And a receptor fixed on the nanostructure forming the channel of the transistor,
The receptor is
Iii) a composite receptor consisting of a mixture of protein and nucleic acid; or
Ii) a first receptor consisting of a protein and a second receptor consisting of a nucleic acid, each immobilized separately on a nanostructure forming a separate channel from each other;
FET-based biosensors.

제1항에 있어서,
상기 단백질은 항원, 항체, 효소 기질, 리간드 및 펩티드 압타머(petide aptamer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
상기 핵산은 DNA, RNA 및 핵산 압타머(nucleic acid aptamer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인
FET 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
The protein is at least one member selected from the group consisting of an antigen, an antibody, an enzyme substrate, a ligand, and a peptide aptamer,
The nucleic acid is one or more selected from the group consisting of DNA, RNA and nucleic acid aptamers
FET-based biosensors.

제1항에 있어서,
상기 리셉터는 상기 나노구조체 상에 링커 분자를 통하여 고정되는
FET 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
The receptor is immobilized via a linker molecule on the nanostructure
FET-based biosensors.

제3항에 있어서,
상기 링커 분자는 숙신이미딜 에스테르(succinimidyl ester), 카르보닐디이미다졸(carbonyldiimidazole), 말레이미드(maleimide), 바이오틴(biotin) 및 카르복실기(carboxyl group)를 갖는 분자로 이루어진 군에서 선택되는 일 이상인
FET 기반 바이오센서.
The method of claim 3,
The linker molecule is at least one selected from the group consisting of succinimidyl ester, carbonyldiimidazole, maleimide, biotin and a carboxyl group.
FET-based biosensors.

제1항에 있어서,
상기 나노구조체는 탄소나노튜브인
FET 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
The nanostructure is carbon nanotubes
FET-based biosensors.

제1항에 있어서,
상기 바이오센서는 단백질 및 핵산의 동시 검출용인 것을 특징으로 하는
FET 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
The biosensor is for the simultaneous detection of proteins and nucleic acids
FET-based biosensors.

제1항에 있어서,
상기 바이오센서는 에이즈 진단에 이용되는 것을 특징으로 하는
FET 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
The biosensor is used for the diagnosis of AIDS
FET-based biosensors.

기판; 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극; 및 나노구조체로 이루어진 일 이상의 채널을 포함하는 트랜지스터를 제공하는 단계; 및 상기 트랜지스터의 채널을 이루는 나노구조체 상에 리셉터를 고정시키는 단계를 포함하며,
상기 리셉터는
ⅰ) 단백질 및 핵산의 혼합물로 이루어진 복합 리셉터; 또는
ⅱ) 서로 별개의 채널을 이루는 나노구조체 상에 각각 개별적으로 고정된, 단백질로 이루어진 제1 리셉터 및 핵산으로 이루어진 제2 리셉터를 포함하는
FET 기반 바이오센서의 제조방법.
Board; A source electrode, a drain electrode and a gate electrode; And providing a transistor comprising one or more channels of nanostructures; And fixing a receptor on a nanostructure forming a channel of the transistor,
The receptor is
Iii) a composite receptor consisting of a mixture of protein and nucleic acid; or
Ii) a first receptor consisting of a protein and a second receptor consisting of a nucleic acid, each immobilized separately on a nanostructure forming a separate channel from each other;
FET based biosensor manufacturing method.

제8항에 있어서,
상기 단백질은 항원, 항체, 효소 기질, 리간드 및 펩티드 압타머(petide aptamer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
상기 핵산은 DNA, RNA 및 핵산 압타머(nucleic acid aptamer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인
FET 기반 바이오센서의 제조방법.
The method of claim 8,
The protein is at least one member selected from the group consisting of an antigen, an antibody, an enzyme substrate, a ligand, and a peptide aptamer,
The nucleic acid is one or more selected from the group consisting of DNA, RNA and nucleic acid aptamers
FET based biosensor manufacturing method.

제8항에 있어서,
상기 고정 단계는 링커 분자를 통하여 리셉터를 나노구조체 상에 고정시키는 것을 포함하는
FET 기반 바이오센서의 제조방법.
The method of claim 8,
The fixing step includes fixing the receptor onto the nanostructure through a linker molecule.
FET based biosensor manufacturing method.

제10항에 있어서,
상기 링커 분자는 숙신이미딜 에스테르(succinimidyl ester), 카르보닐디이미다졸(carbonyldiimidazole), 말레이미드(maleimide), 바이오틴(biotin) 및 카르복실기(carboxyl group)를 갖는 분자로 이루어진 군에서 선택되는 일 이상인
FET 기반 바이오센서의 제조방법.
The method of claim 10,
The linker molecule is at least one selected from the group consisting of succinimidyl ester, carbonyldiimidazole, maleimide, biotin and a carboxyl group.
FET based biosensor manufacturing method.

제8항에 있어서,
상기 나노구조체는 탄소나노튜브인
FET 기반 바이오센서의 제조방법.
The method of claim 8,
The nanostructure is carbon nanotubes
FET based biosensor manufacturing method.

제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 FET 기반 바이오센서를 표적 물질에 노출시키는 단계; 및
상기 바이오센서의 전기 전도도 변화를 관찰하는 단계를 포함하는
표적 물질 검출방법.
Exposing the FET-based biosensor according to any one of claims 1 to 7 to a target material; And
Observing a change in electrical conductivity of the biosensor
Target material detection method.

제13항에 있어서,
상기 표적 물질은 상기 바이오센서의 리셉터와 결합할 수 있는 바이오분자인
표적 물질 검출방법.
The method of claim 13,
The target material is a biomolecule capable of binding to the receptor of the biosensor
Target material detection method.

제13항에 있어서,
상기 검출방법은 단백질 및 핵산의 동시 검출에 의하여 이루어지는
표적 물질 검출방법.The method of claim 13,
The detection method is made by simultaneous detection of protein and nucleic acid
Target material detection method.