KR102455443B1 - 트랜지스터 기반 비효소 당센서 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 트랜지스터 기반 비효소 당센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 트랜지스터 기반 비효소 당센서는, 소스 전극; 상기 소스 전극에서 이격되어 배치되는 드레인 전극; 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 연결하는 전도 부재; 상기 전도 부재에 연결되는 금속 재질의 코어층과 상기 코어층의 일단부 표면에 형성되는 산화층을 구비하는 마이크로 니들; 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극으로부터 이격되어 상기 코어층의 타단부에 연결되는 게이트 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 당센서의 제조와 관리가 용이하다.
이에 따라, 당센서의 제조와 관리가 용이하다.
Description
본 발명은 트랜지스터 기반 비효소 당센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 및 관리가 용이한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
당뇨병은 높은 혈당 수치가 오랜 기간 지속되는 대사 질환으로, 전 세계에서 5억명 이상이 앓고 있다. 당뇨병은 췌장이 충분한 인슐린을 만들어내지 못하거나 세포가 인슐린에 적절하게 반응하지 못하는 경우에 발생한다.
이러한 당뇨병을 효과적으로 치료하기 위해서는 혈당 수치를 측정하고 인슐린 공급을 조정해야 하는데, 이를 위해서는 혈당을 측정할 수 있는 혈당 센서가 필요하다.
시판중인 혈당 센서는 손가락 채혈기를 통해서 간헐적으로 채혈하여 혈당을 측정하는데, 측정 원리는 당산화효소(glucose oxidase enzyme)와 당의 전기화학적 산화-환원 반응을 이용하는 것이다.
그러나 이 방법은 채혈기로 손가락을 찔러야하기 때문에 거부감이 크고, 시간이 경과함에 따라 당산화효소의 특성이 저하되는 문제점 때문에 여러 번 사용이 어려워 경제적으로 부담이 될 수 있다. 또한, 연속적으로 혈당을 측정할 수 없는 문제점을 갖는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 마이크로 니들(micro meedle)을 이용한 침습식 연속혈당측정센서가 개발되었다. 마이크로 니들은 미세 구멍을 구비하여, 이를 배, 팔뚝 또는 허벅지 등과 같이 통증이 덜한 부위에 세포 간질액과 접촉하는 깊이까지 삽입하면 삼투압에 의해 미세 구멍을 통해 간질액을 빨아들일 수 있으며, 이렇게 빨아들여진 간질액은 당산화효소가 고정된 작업전극과 접하여 혈당을 측정할 수 있게 된다.
그러나 미세 구멍을 갖는 마이크로 니들과 작업전극 등은 복잡한 반도체 공정 기술을 이용하여 제조되기 때문에 제조가 용이하지 않고 재현성이 부족하며, 혈당의 측정에 여전히 당산화효소가 필요하기 때문에 시간 경과에 의해 당산화효소의 특성 저하에 의한 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제조가 용이하고 혈당 측정을 위해 당산화효소가 필요하지 않아 관리가 용이한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 소스 전극; 상기 소스 전극에서 이격되어 배치되는 드레인 전극; 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 연결하는 전도 부재; 상기 전도 부재에 연결되는 금속 재질의 코어층과 상기 코어층의 일단부 표면에 형성되는 산화층을 구비하는 마이크로 니들; 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극으로부터 이격되어 상기 코어층의 타단부에 연결되는 게이트 전극;을 포함하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서에 의해 달성된다.
상기 마이크로 니들은, 상기 전도 부재를 관통하여 상기 전도 부재와 교차하도록 배치될 수 있다.
상기 마이크로 니들의 일단부는, 뾰족하게 형성될 수 있다.
상기 코어층은, 금속 와이어로 이루어질 수 있다.
상기 마이크로 니들은, 다수 개가 구비될 수 있다.
상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 전도 부재는, 평평한 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 기판은, 폴리머 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서는, 상기 전도 부재 상에 형성되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 금속 재질의 코어층과 상기 코어층의 일단부 표면에 형성된 산화층을 구비하는 마이크로 니들을 준비하는 마이크로 니들 준비단계; 및 상기 코어층에 연결되는 전도 부재, 상기 전도 부재의 일단부에 연결되는 소스 전극, 상기 전도 부재의 타단부에 연결되는 드레인 전극, 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극으로부터 이격되어 상기 코어층의 타단부에 연결되는 게이트 전극을 형성하는 전극 형성단계;를 포함하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법이 제공된다.
상기 마이크로 니들 준비단계는, 상기 코어층으로서의 금속 와이어를 준비하는 금속 와이어 준비단계, 및 상기 금속 와이어의 일단부 표면에 산화층을 형성하는 산화층 형성단계를 포함할 수 있다.
상기 마이크로 니들 준비단계는, 상기 산화층 형성단계 후에 진행되는 것으로서, 상기 금속 와이어의 일단부를 비스듬하게 절단하는 금속 와이어 절단단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 형성단계는, 상기 마이크로 니들과 교차하도록 상기 전도 부재를 형성하는 전도 부재 형성단계, 상기 전도 부재의 일단부에 상기 소스 전극을 형성하고 상기 전도 부재의 타단부에 상기 드레인 전극을 형성하는 소스-드레인 전극 형성단계, 상기 전도 부재 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계, 및 상기 절연층 상에 상기 게이트 전극을 형성하는 게이트 전극 형성단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법은, 상기 마이크로 니들 준비단계와 상기 전극 형성단계 사이에 진행되는 것으로서, 상기 마이크로 니들과 교차하도록 배치되는 기판을 형성하는 기판 형성단계를 더 포함하고, 상기 전극 형성단계에서는, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 전도 부재를 상기 기판 상에 형성할 수 있다.
상기 기판 형성단계는, 상기 기판에 구멍을 형성하는 구멍 형성단계, 및 상기 구멍에 상기 마이크로 니들을 삽입하는 마이크로 니들 삽입단계를 포함할 수 있다.
상기 전극 형성단계에서, 상기 전도 부재, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 게이트 전극은 프린팅 방법, 열증발법 또는 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서는 당산화효소 없이도 마이크로 니들 표면의 산화층과 당의 반응에 의해 당의 농도를 측정하는 것이 가능하여, 당의 농도를 지속적으로 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
또한, 마이크로 니들이 직접 작업전극과 같은 역할을 할 수 있으므로, 당센서를 간단하게 구성하는 것이 가능하다. 이에 따라, 당센서의 제조가 용이하며, 당센서에 고장이 발생할 염려가 적다.
본 발명의 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법에 의하면, 금속 와이어를 이용하여 마이크로 니들을 형성할 수 있고, 전도 부재 등을 반도체 제조 공정과 같은 복잡한 공정을 통해 형성할 필요가 없으므로, 매우 쉽게 당센서를 제조하는 것이 가능하다.
그리고 균질한 품질을 가지는 기성의 금속 와이어를 이용하고, 프린팅 방법 등을 통해 전도 부재를 설계한 규격으로 정확하게 형성하는 것이 가능하므로, 제조되는 당센서의 성능이 우수할 뿐만 아니라 재현성 또한 우수하다.
도 1은 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서의 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서의 사용 상태도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서의 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법의 순서도,
도 5는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법의 단계별 설명도이다.
도 2는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서의 사용 상태도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서의 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법의 순서도,
도 5는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법의 단계별 설명도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.
도 1에는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)는 소스 전극(10), 드레인 전극(20), 전도 부재(30), 마이크로 니들(40) 및 게이트 전극(50)을 포함하여 이루어진다.
소스 전극(10)과 드레인 전극(20)은 서로 이격되어 배치되며, 예를 들어 Ag, Al, Cu, Pt, Au 또는 카본 등과 같은 전도성 재질로 이루어질 수 있다.
전도 부재(30)는 서로 이격된 소스 전극(10)과 드레인 전극(20)을 연결하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 Ag, Al, Cu, Pt, Au, ZnO, TiO2 또는 카본 등과 같은 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 소스 전극(10), 드레인 전극(20) 및 전도 부재(30)는, 소스 전극(10)과 드레인 전극(20)을 연결하는 전선에 의해, 폐쇄 회로를 형성할 수 있다.
마이크로 니들(40)은 바늘 형상의 부재로서, 횡단면 중심에 위치하는 금속 재질의 코어층(41), 그리고 코어층(41)의 일단부 표면에 형성되는 산화층(42)으로 이루어진다. 코어층(41)은 전도 부재(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 코어층(41)은 예를 들어, 직경 0.01 ~ 1mm, 길이 0.5 ~ 2.0mm로 형성될 수 있으며, Cu, Ni, Fe, Al, Ag, Au, Pt 또는 W 등의 재질로 이루어질 수 있다. 산화층(42)은 예를 들어, CuO, NiO, Fe2O3 또는 WO3 등의 재질로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(50)은 마이크로 니들(40)의 코어층(41) 타단부에 연결되되, 소스 전극(10) 및 드레인 전극(20)으로부터는 이격되어 배치된다. 게이트 전극(50)과 소스 전극(10)은 전선에 의해 연결될 수 있고 전선 중간에는 전원이 위치하여, 전원에 의해 게이트 전극(50)에 연결된 코어층(41)에 전압이 가해질 수 있다.
이러한 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)는 도 2의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 니들(40)을 세포 간질액과 접촉하는 깊이까지 삽입하여 사용할 수 있으며, 전계효과 트랜지스터와 유사하게 동작하여 혈당을 측정하는 것이 가능하다. 참고로, 도 2의 (b)는 본 발명에 의한 당센서(1) 동작시의 배선도와 상기 배선도 내에서의 전기 흐름을 나타내고, 도 2의 (c)는 도 2의 (b)에 도시된 배선도의 등가회로도를 나타낸다.
구체적으로, 마이크로 니들(40)이 간질액과 접촉하면 마이크로 니들(40) 표면의 산화층(42)에서 간질액 중의 당과 산화-환원 반응이 일어나는데, 이때 당은 산화되어 글루코노락톤(Gluconolactone)이 되고 반응 부산물로서 과산화수소(H2O2)가 생성된다. 그리고 게이트 전극(50)에 연결된 전원에 의해 코어층(41)에 예를 들어 0.4 ~ 0.6V의 전압이 가해지면 과산화수소가 환원되면서 전자가 발생하고, 발생한 전자는 코어층(41)을 따라 전도 부재(30)로 이동하여 소스 전극(10)과 드레인 전극(20) 사이에서 전류를 발생시킨다.
간질액 내 당의 농도가 높은 경우, 당의 산화시 생성되는 과산화수소의 양이 많아지고, 이에 따라 과산화수소의 분해시 발생하는 전자의 양이 많아져 소스 전극(10)과 드레인 전극(20) 사이에서 강한 전류가 발생하게 된다. 반대로, 간질액 내 당의 농도가 낮은 경우에는 당의 산화시 생성되는 과산화수소의 양이 적어지고, 이에 따라 과산화수소의 분해시 발생하는 전자의 양이 적어져 소스 전극(10)과 드레인 전극(20) 사이에서 약한 전류가 발생하게 된다.
결과적으로, 간질액 내 당의 농도에 의해 소스 전극(10)과 드레인 전극(20) 사이에서 발생하는 전류의 세기가 달라지게 되므로, 전류의 세기를 통해 당의 농도를 측정하는 것이 가능하다.
이러한 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)는 당산화효소 없이도 마이크로 니들(40) 표면의 산화층(42)과 당의 반응에 의해 당의 농도를 측정하는 것이 가능한데, 당산화효소와 달리 산화층(42)은 환경이나 시간 경과에 의해 특성이 저하되지 않으므로 당의 농도를 지속적으로 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
또한, 기존의 마이크로 니들을 이용한 당센서가 마이크로 니들 단면 중앙의 미세 구멍을 통해 간질액을 빨아들여 간질액이 작업전극 등과 접하도록 하였던 것과는 달리, 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)에서는 마이크로 니들(40)이 직접 작업전극과 같은 역할을 할 수 있으므로, 당센서(1)를 간단하게 구성하는 것이 가능하다. 이에 따라, 당센서(1)의 제조가 용이하며, 마이크로 니들의 단면 중앙에 미세 구멍이 막히어 당센서가 제대로 작동하지 못하게 되는 문제를 방지할 수 있다.
마이크로 니들(40)은 전도 부재(30)를 관통하여 전도 부재(30)와 교차하도록 배치될 수 있다.
이 경우, 마이크로 니들(40)이 전도 부재(30)와 수직을 이루면서 전도 부재(30)로부터 돌출되는 형상으로 위치하기 때문에, 마이크로 니들(40)을 피부 내로 용이하게 삽입할 수 있을 뿐만 아니라, 전도 부재(30) 부분이 피부 외측 표면에 걸쳐지게 되어 마이크로 니들(40)이 너무 깊숙이 피부 내로 삽입되는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 니들(40)의 일단부는 뾰족하게 형성되어, 마이크로 니들(40)을 피부 내로 보다 용이하게 삽입할 수 있고, 삽입시 통증을 줄일 수 있다.
마이크로 니들(40)의 코어층(41)은 금속 와이어로 이루어질 수 있다. 즉, 기성의 금속 와이어를 마이크로 니들(40)로 하여 본 발명에 의한 당센서(1)를 제조하는 것이 가능하다.
상기했던 바와 같이, 본 발명의 당센서(1)에서 마이크로 니들(40)은 단면 중앙에 미세한 구멍이 없기 때문에 기성의 금속 와이어를 마이크로 니들(40)로 사용하는 것이 가능하며, 이에 따라 기존에 미세 구멍을 구비한 마이크로 니들을 복잡한 반도체 제조 공정을 통해 제조하였던 것과는 달리, 마이크로 니들(40)을 매우 쉽게 형성하는 것이 가능하다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)는 마이크로 니들(40)을 다수 개 구비할 수 있다. 다수 개의 마이크로 니들(40)은 서로 나란하게 위치할 수 있다.
이 경우, 보다 넓은 면적에서 당의 산화가 이루어지면서 소스 전극(10)과 드레인 전극(20) 사이의 전류가 증폭되는 효과가 발휘되기 때문에, 당의 농도를 보다 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
소스 전극(10), 드레인 전극(20) 및 전도 부재(30)는 평평한 기판(60) 상에 형성될 수 있다.
기판(60)은 전도 부재(30) 등을 지지하여 전도 부재(30) 등이 안정적인 연결 상태를 유지할 수 있도록 하고, 본 발명에 의한 당센서(1)의 제조시 기판(60) 상에 전도 부재(30) 등을 형성할 수 있으므로 전도 부재(30) 등의 배치 관계를 쉽게 형성할 수 있도록 한다.
기판(60)은 예를 들어, 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 나프타할레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(PES) 또는 폴리카보네이트(PC) 등과 같은 폴리머 재질로 이루어질 수 있다.
마이크로 니들(40)이 전도 부재(30)를 관통하여 전도 부재(30)와 교차하도록 배치되는 경우, 마이크로 니들(40)의 일단부가 당센서(1) 본체의 외측으로 돌출되기 위해서는 전도 부재(30) 등을 지지하는 기판(60) 또한 관통하도록 형성되어야 할 것인데, 기판(60)이 폴리머 재질로 이루어지면 쉽게 마이크로 니들(40)이 기판(60)을 관통하도록 형성하는 것이 가능하다. 즉, 기판(60)에 구멍을 뚫은 상태에서 마이크로 니들(40)을 기판(60)의 구멍에 삽입하거나 기판(60)이 경화되지 않은 상태에서 마이크로 니들(40)을 통과시키는 방법 등을 통해 마이크로 니들(40)이 기판(60)을 관통하는 상태로 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)는 절연층(70)을 더 포함할 수 있다.
절연층(70)은 전도 부재(30) 상에 전도 부재(30)를 덮는 형태로 형성된다. 마이크로 니들(40)의 코어층(41) 타단부가 게이트 전극(50)과 연결될 수 있도록 마이크로 니들(40)의 타단부는 절연층(70)을 관통하여 절연층(70) 상에서 돌출된 상태로 형성된다.
이러한 절연층(70)은 전도 부재(30)를 보호할 뿐만 아니라, 코어층(41)의 타단부에 연결되는 게이트 전극(50)이 소스 전극(10)과 드레인 전극(20)으로부터 이격된 상태에서 안정적으로 지지될 수 있도록 한다.
절연층(70)은 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 또는 폴리우레탄(PU) 등의 재질로 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법에 대해 설명하면서 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서(1)의 설명시 언급한 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다.
도 4에는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법의 순서도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법의 단계별 설명도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법은 크게, 마이크로 니들 준비단계(S10)와 전극 형성단계(S30)로 이루어진다.
마이크로 니들 준비단계(S10)에서는 금속 재질의 코어층(41), 및 코어층(41)의 일단부 표면에 형성된 산화층(42)을 구비하는 마이크로 니들(40)을 준비한다.
마이크로 니들 준비단계(S10)는 보다 구체적으로, 금속 와이어 준비단계(S11) 및 산화층 형성단계(S12)를 포함할 수 있다.
금속 와이어 준비단계(S11)에서는 도 5의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 코어층(41)으로서의 금속 와이어(W)를 준비한다. 금속 와이어(W)는 0.01 ~ 1mm 직경의 기성품 금속 와이어를 0.5 ~ 2.0mm의 길이로 절단하여 만들어질 수 있다. 이처럼 기성의 금속 와이어를 이용하면, 마이크로 니들(40)을 쉽게 제조하는 것이 가능하다.
산화층 형성단계(S12)에서는 도 5의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 금속 와이어의 일단부 표면에 산화층(42)을 형성한다. 산화층(42)은 예를 들어, 산소 분위기 하의 열산화법, 졸-겔법, 양극산화법, 화학 증착법, 원자 증착법 또는 스퍼터링법 등을 통해 형성될 수 있다.
마이크로 니들 준비단계(S10)는 금속 와이어 절단단계(S13)를 더 포함할 수 있다.
금속 와이어 절단단계(S13)는 산화층 형성단계(S12) 후에 진행되는 것으로서, 금속 와이어의 일단부를 비스듬하게 절단하는 과정이다. 이에 의해, 마이크로 니들(40)의 일단부는 뾰족하게 형성되어 당 농도 측정시 피부 내로 쉽게 삽입될 수 있다.
금속 와이어 절단단계(S13)는 금속 와이어 준비단계(S11)와 산화층 형성단계(S12) 사이에 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 금속 와이어의 일단부가 절단된 후에 산화층(42)이 형성되기 때문에 마이크로 니들(40) 일단부에서 코어층(41)이 노출되지 않는다.
전극 형성단계(S30)에서는, 전도 부재(30), 소스 전극(10), 드레인 전극(20) 및 게이트 전극(50)을 형성한다.
전도 부재(30)는 코어층(41)과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 소스 전극(10)은 전도 부재(30)의 일단부에 연결되며 드레인 전극(20)은 전도 부재(30)의 타단부에 연결되도록 형성된다. 그리고 게이트 전극(50)은 소스 전극(10)과 드레인 전극(20)으로부터 이격된 상태에서 코어층(41)의 타단부에 전기적으로 연결되도록 형성된다.
게이트 전극(50)과 전기적으로 연결되는 마이크로 니들(40)의 코어층(41)에는 게이트 전극(50)과 연결되는 전원에 의해 전압이 가해질 수 있고, 이에 따라 산화층(42)에서 당이 산화되면서 생성된 과산화수소는 전압에 의해 환원되어 전자를 발생시키며, 이렇게 발생한 전자는 코어층(41)을 따라 이동하여 전도 부재(30)를 통해 코어층(41)과 전기적으로 연결된 소스 전극(10)과 드레인 전극(20) 사이에서 전류를 발생시킬 수 있다.
마이크로 니들 준비단계(S10)와 전극 형성단계(S30) 사이에는 기판 형성단계(S20)가 더 진행될 수 있다.
기판 형성단계(S20)에서는 기판(60)을 마이크로 니들(40)과 교차하도록 배치한다. 이에 의해, 마이크로 니들(40)의 일단부는 기판(60)의 하부로 돌출되고 타단부는 기판(60)의 상부로 돌출되게 위치하게 된다.
기판 형성단계(S20)가 더 포함되는 경우, 전극 형성단계(S30)에서는 소스 전극(10), 드레인 전극(20) 및 전도 부재(30)를 기판(60) 상에 형성한다. 이에 따라, 전도 부재(30) 등의 형성시 전도 부재(30) 등을 형성하는 재료가 기판(60)에 의해 지지될 수 있어 전도 부재(30) 등을 서로 연결된 상태로 쉽게 형성하는 것이 가능하다. 그리고 전도 부재(30) 등을 형성하면서 전도 부재(30) 등의 재료가 마이크로 니들(40)의 일단부로 접근하게 되는 것을 방지할 수 있다.
기판 형성단계(S20)는 보다 구체적으로, 구멍 형성단계(S21)와 마이크로 니들 삽입단계(S22)를 포함할 수 있다.
구멍 형성단계(S21)에서는 도 5의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 평평한 판 형상으로 이루어진 기판(60)의 중간에 구멍을 형성한다. 구멍은 마이크로 니들(40)의 직경에 대응되는 직경을 갖도록 형성된다.
마이크로 니들 삽입단계(S22)에서는 도 5의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이, 기판(60)의 중간에 형성된 구멍에 마이크로 니들(40)을 삽입한다. 이에 의해, 마이크로 니들(40)은 기판(60)을 통과하는 형태로 기판(60)에 고정되며, 기판(60)에 의해 마이크로 니들(40)의 일단부가 위치하는 공간과 타단부가 위치하는 공간이 구분되게 된다.
전극 형성단계(S30)는 보다 구체적으로, 전도 부재 형성단계(S31), 소스-드레인 전극 형성단계(S32), 절연층 형성단계(S33) 및 게이트 전극 형성단계(S34)를 포함할 수 있다.
전도 부재 형성단계(S31)에서는 도 5의 (e)에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로 니들(40)과 교차하도록 전도 부재(30)를 형성한다. 전도 부재(30)는 마이크로 니들(40)의 코어층(41)을 둘러싸는 부분을 갖는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 프린팅 방법, 열증발법 또는 스퍼터링법 등 박막을 형성할 수 있는 모든 방법에 의해 형성될 수 있다.
전도 부재 형성단계(S31) 전에 기판 형성단계(S20)가 진행된 경우, 기판(60) 위에 전도 부재(30)를 형성한다.
소스-드레인 전극 형성단계(S32)에서는 도 5의 (f)에 도시되어 있는 바와 같이, 전도 부재(30)의 일단부에 소스 전극(10)을 형성하고 타단부에는 드레인 전극(20)을 형성한다. 소스 전극(10)과 드레인 전극(20)은 각각 전도 부재(30)와 전기적으로 연결된다. 소스 전극(10)과 드레인 전극(20)은 전도 부재(30)와 마찬가지로 프린팅 방법, 열증발법 또는 스퍼터링법 등 박막을 형성할 수 있는 모든 방법에 의해 형성될 수 있다.
소스 전극(10)과 드레인 전극(20)은 전도 부재(30)는 서로 동일한 재질로 한 번의 공정을 통해 형성되되, 소스 전극(10)과 드레인 전극(20) 부분을 전도 부재(30) 부분보다 더 두껍게 형성되어 전도 부재(30) 부분과 구분되게 할 수 있다.
절연층 형성단계(S33)에서는 도 5의 (g)에 도시되어 있는 바와 같이, 전도 부재(30) 상에 절연층(70)을 형성한다. 절연층(70)은 전도 부재(30)는 덮고, 소스 전극(10)과 드레인 전극(20)은 덮지 않도록 형성된다. 그리고 마이크로 니들(40)의 코어층(41)의 둘레부를 둘러싸되 코어층(41)의 타단의 최단부는 둘러싸지 않도록 형성되어, 전연층 상으로 코어층(41)의 타단부가 돌출된 부분을 갖도록 한다. 절연층(70)은 예를 들어, 프린팅 방법 또는 코팅 방법 등에 의해 형성될 수 있다.
게이트 전극 형성단계(S34)에서는 도 5의 (h)에 도시되어 있는 바와 같이, 절연층(70) 상에 마이크로 니들(40)의 코어층(41) 타단부에 연결되는 게이트 전극(50)을 형성한다. 절연층(70)에 의해 게이트 전극(50)은 소스 전극(10), 드레인 전극(20) 및 전도 부재(30)와 이격된 상태로 위치할 수 있다. 게이트 전극(50)은 예를 들어, 프린팅 방법, 열증발법 또는 스퍼터링법 등 박막을 형성할 수 있는 모든 방법에 의해 형성될 수 있다.
위와 같은 본 발명의 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법에 의하면, 금속 와이어를 이용하여 마이크로 니들(40)을 형성할 수 있고, 전도 부재(30), 소스 전극(10), 드레인 전극(20), 게이트 전극(50), 절연층(70)을 반도체 제조 공정과 같은 복잡한 공정을 통해 형성할 필요가 없으므로, 매우 쉽게 당센서(1)를 제조하는 것이 가능하다.
그리고 균질한 품질을 가지는 기성의 금속 와이어를 이용하고, 프린팅 방법 등을 통해 전도 부재(30)를 설계한 규격으로 정확하게 형성하는 것이 가능하므로, 제조되는 당센서(1)의 성능이 우수할 뿐만 아니라 재현성 또한 우수하다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
1 : 트랜지스터 기반 비효소 당센서
10 : 소스 전극 20 : 드레인 전극
30 : 전도 부재 40 : 마이크로 니들
41 : 코어층 42 : 산화층
50 : 게이트 전극 60 : 기판
70 : 절연층
10 : 소스 전극 20 : 드레인 전극
30 : 전도 부재 40 : 마이크로 니들
41 : 코어층 42 : 산화층
50 : 게이트 전극 60 : 기판
70 : 절연층
Claims (15)
- 소스 전극;
상기 소스 전극에서 이격되어 배치되는 드레인 전극;
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 연결하는 전도 부재;
상기 전도 부재에 연결되는 금속 재질의 코어층과, 당의 산화-환원 반응을 위해 상기 코어층의 일단부 표면에 형성되는 산화층을 구비하는 마이크로 니들;
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극으로부터 이격되어 상기 코어층의 타단부에 연결되는 게이트 전극; 및
폴리머 재질로 이루어지고, 상기 소스 전극, 드레인 전극, 및 전도 부재의 하부면에 형성되며, 상기 마이크로 니들과 교차하도록 배치되는 기판을 포함하고,
상기 마이크로 니들은, 상기 전도 부재를 관통하여 상기 전도 부재와 수직을 이루면서 교차하도록 배치되며, 위로는 상기 전도 부재로부터 돌출되고, 아래로는 상기 기판으로부터 돌출되는 형상으로 형성되고,
상기 마이크로 니들은 피부 내로 삽입되어 상기 산화층을 이용하여 당의 농도를 측정하며, 상기 전도 부재 및 상기 기판은 피부 외측 표면에 걸쳐짐에 따라 상기 마이크로 니들이 정해진 피부 내 깊이만큼만 삽입되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로 니들의 일단부는, 뾰족하게 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서.
- 제1항에 있어서,
상기 코어층은, 금속 와이어인 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서.
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로 니들은, 다수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서.
- 제1항에 있어서,
상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 전도 부재는, 평평한 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전도 부재 상에 형성되는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서.
- 금속 재질의 코어층과 당의 산화-환원 반응을 위해 상기 코어층의 일단부 표면에 형성된 산화층을 구비하는 마이크로 니들을 준비하는 마이크로 니들 준비단계;
폴리머 재질로 이루어지고, 소스 전극, 드레인 전극, 및 전도 부재의 하부면에 형성되며, 상기 마이크로 니들과 교차하도록 배치되는 기판을 형성하는 기판 형성단계; 및
상기 코어층에 연결되는 상기 전도 부재, 상기 전도 부재의 일단부에 연결되는 상기 소스 전극, 상기 전도 부재의 타단부에 연결되는 상기 드레인 전극, 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극으로부터 이격되어 상기 코어층의 타단부에 연결되는 게이트 전극을 형성하는 전극 형성단계;를 포함하고,
상기 마이크로 니들은, 상기 전도 부재를 관통하여 상기 전도 부재와 수직을 이루면서 교차하도록 배치되며, 위로는 상기 전도 부재로부터 돌출되고, 아래로는 상기 기판으로부터 돌출되는 형상으로 형성되고,
상기 마이크로 니들은 피부 내로 삽입되어 상기 산화층을 이용하여 당의 농도를 측정하며, 상기 전도 부재 및 상기 기판은 피부 외측 표면에 걸쳐짐에 따라 상기 마이크로 니들이 정해진 피부 내 깊이만큼만 삽입되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 마이크로 니들 준비단계는,
상기 코어층으로서의 금속 와이어를 준비하는 금속 와이어 준비단계, 및
상기 금속 와이어의 일단부 표면에 산화층을 형성하는 산화층 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 마이크로 니들 준비단계는,
상기 산화층 형성단계 후에 진행되는 것으로서, 상기 금속 와이어의 일단부를 비스듬하게 절단하는 금속 와이어 절단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 전극 형성단계는,
상기 마이크로 니들과 교차하도록 상기 전도 부재를 형성하는 전도 부재 형성단계,
상기 전도 부재의 일단부에 상기 소스 전극을 형성하고 상기 전도 부재의 타단부에 상기 드레인 전극을 형성하는 소스-드레인 전극 형성단계,
상기 전도 부재 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계, 및
상기 절연층 상에 상기 게이트 전극을 형성하는 게이트 전극 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 기판 형성단계는,
상기 기판에 구멍을 형성하는 구멍 형성단계, 및
상기 구멍에 상기 마이크로 니들을 삽입하는 마이크로 니들 삽입단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 전극 형성단계에서,
상기 전도 부재, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 게이트 전극은 프린팅 방법, 열증발법 또는 스퍼터링법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 기반 비효소 당센서 제조방법.
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