KR102530748B1 - Apparatus and method for detecting sample using nanowire fet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노선 FET의 소스 전극 및 드레인 전극과 전기적으로 접속 가능한 소스 전극 커넥터 및 드레인 전극 커넥터를 구비하고 있고, 또한 나노선 FET의 소스 전극에서 드레인 전극으로 흐르는 전류를 I-V 컨버터, 연산 증폭기 및 ADC를 통해 측정하도록 구성됨에 따라, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출이 가능하고, 대형 미세 전류 측정 장비를 필요로 하지 않아 장치를 소형화하는 것이 가능하다.The present invention is provided with a source electrode connector and a drain electrode connector electrically connectable to the source electrode and the drain electrode of the nanowire FET, and also provides a current flowing from the source electrode to the drain electrode of the nanowire FET to an I-V converter, an operational amplifier, and an ADC. As it is configured to measure through, it is possible to detect the sample using the nanowire FET, and it is possible to miniaturize the device because it does not require large-scale microcurrent measurement equipment.
Description
본 발명은 나노선 FET(Field Effect Transistor)를 이용해서 검체에 포함된 샘플을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for detecting a sample included in a specimen using a nanowire field effect transistor (FET).
Silicon Nanowire, Carbon Nanotube 또는 Graphene 등으로 이루어지는 나노선을 이용한 FET(이하, '나노선 FET'라 칭함) 기반의 바이오 센서 기술은, 채널에 나노선을 마련하고, 상기 나노선에 수용체(감지 물질)를 고정시킨 뒤, 검체에 포함된 샘플(DNA, RNA, 항체, 호르몬, 세포 등)이 수용체에 결합함에 따라 발생하는 전류를 측정하여, 상기 검체에 샘플이 존재하는지 여부를 결정하는 기술이다.In the FET (hereinafter referred to as 'nanowire FET')-based biosensor technology using nanowires made of Silicon Nanowire, Carbon Nanotube, or Graphene, a nanowire is provided in a channel, and a receptor (sensing material) is attached to the nanowire. After fixing the sample (DNA, RNA, antibody, hormone, cell, etc.) contained in the sample, it is a technique to determine whether the sample exists in the sample by measuring the current generated as it binds to the receptor.
이러한 나노선 FET 기반의 바이오 센서 기술은 현재 일반적으로 사용되고 있는 진단 기술에 비해 반응 민감도(즉, 샘플과 수용체가 반응하는 정도)가 월등히 높아 매우 적은 양의 검체만으로도 진단(즉, 검체에 샘플이 포함되어 있는지 여부)이 가능하다. 또한, 나노선 FET 기반의 바이오 센서 기술은 검체가 수용액이라 하더라도 샘플과의 반응을 진행시킬 수 있기 때문에, 미세 전류 검출을 위해 고가의 형광 물질을 사용할 필요가 없어 검사 비용이 매우 저렴하고, 전류를 검출하는 데까지 걸리는 시간이 수초 이내로 짧아 현장 진단용 검사 방법으로 사용하기에 매우 적합한 기술이다.This nanowire FET-based biosensor technology has a significantly higher reaction sensitivity (i.e., the degree of reaction between the sample and the receptor) compared to diagnostic technologies that are currently generally used, making diagnosis with only a very small amount of sample (i.e., the sample contains the sample). whether or not) is possible. In addition, nanowire FET-based biosensor technology can react with a sample even if the sample is an aqueous solution, so there is no need to use expensive fluorescent materials for microcurrent detection, so the test cost is very low and the current The time required for detection is within a few seconds, making it a very suitable technology for use as an on-site diagnostic test method.
종래에는 실리콘 나노선 FET 바이오 센서를 이용하여 전립선 특이 항원인Prostate Specific Antigen(PSA) 분자들을 0.9pg/ml의 극미량까지 검출하는데 성공하였고, 탄소나노튜브 FET 바이오 센서를 이용하여 IgE 단백질, streptavidin, DNA, 포도당 등 다양한 종류의 바이오 물질을 검출한 연구 결과도 보고되고 있다. 국내의 경우에는 암 진단, 단분자 검출, 유해 가스 검출 등이 가능한 고성능의 탄소나노튜브 FET 바이오 센서를 개발한 연구 결과가 보고된 바 있다. 게다가, 최근 국내 연구진은 그래핀을 이용하여 코로나바이러스-19의 검출에 성공하여 혁신적인 진단 기술 개발의 가능성을 보여주었다.Conventionally, it has been successful in detecting prostate-specific antigen, Prostate Specific Antigen (PSA) molecules, up to a very small amount of 0.9 pg/ml using a silicon nanowire FET biosensor, Research results of detecting various types of biomaterials such as IgE protein, streptavidin, DNA, and glucose using a carbon nanotube FET biosensor have also been reported. In Korea, research results have been reported on the development of a high-performance carbon nanotube FET biosensor capable of cancer diagnosis, single molecule detection, and harmful gas detection. In addition, a Korean research team recently succeeded in detecting COVID-19 using graphene, demonstrating the possibility of developing innovative diagnostic technology.
이러한 성공적인 연구 결과에도 불구하고 나노선 FET를 이용한 진단 기술이 상용화되지 못하고 있는 이유는 바로 나노선 FET 칩 제조의 어려움에 있다. 보다 상세하게는, 첫째, 나노선을 용매에 균일한 밀도로 분산시키기 어렵고, 둘째는 나노선 FET 칩을 구성하는 나노선 FET들이 일정한 저항을 가지도록, 소스 전극과 드레인 전극을 연결하는 채널에 나노선을 배열시키는 기술이 아직 부족하기 때문이다. 이러한 사정 때문에 나노선 FET 칩을 이용한 진단 기술은 대학이나 연구소 등에서 아직 연구 수준에 머물러 있으며, 이에 따라 실제 현장에서는 대부분 프로브스테이션이라 불리는 고가의 대형 미세 전류 측정 장비를 이용하고 있는 실정이다.Despite these successful research results, the reason why the diagnostic technology using the nanowire FET has not been commercialized is the difficulty in manufacturing the nanowire FET chip. More specifically, first, it is difficult to disperse the nanowires in a solvent with a uniform density, and secondly, the nanowire FETs constituting the nanowire FET chip appear in the channel connecting the source electrode and the drain electrode so that they have a constant resistance. This is because the technology for arranging routes is still lacking. Because of these circumstances, the diagnosis technology using the nanowire FET chip is still at the research level in universities or research institutes, and accordingly, in most actual fields, expensive large-scale microcurrent measurement equipment called probe stations are used.
가까운 미래에 바이오 센서를 이용하여 유전자 진단이나 질병 진단과 같은 건강 상태 진단을 실시간으로 할 수 있는 시대가 도래할 것은 자명한 일로 인식되고 있다. 또한, 현재 바이오 센서의 절대 다수를 차지하고 있는 의료용 바이오 센서뿐 아니라 생화학 무기 탐지, 환경(수질/대기/토양) 감시, 동식물 품질 검사 등의 분야에서 바이오 센서의 활용이 급속도로 확대될 것으로 예상되고 있다. 이에 따라, 바이오 센서 기술의 발전도 BT-IT-NT 융합 기술을 활용하여 현재의 한계 기술을 뛰어넘은 고품질 다기능의 바이오 센서가 개발될 것으로 예측된다.It is recognized as self-evident that an era in which health status diagnosis such as genetic diagnosis or disease diagnosis can be performed in real time using a biosensor will come in the near future. In addition, it is expected that the use of biosensors will rapidly expand not only in medical biosensors, which currently account for the vast majority of biosensors, but also in biochemical weapon detection, environmental (water/air/soil) monitoring, and animal and plant quality inspections. . Accordingly, it is predicted that the development of biosensor technology will also develop a high-quality multifunctional biosensor that overcomes the current limitations by utilizing the BT-IT-NT convergence technology.
나노선 FET 기반의 바이오 센서 기술은 반응의 민감도, 필요 검체량, 검출 시간, 경제성 등 모든 측면에서 현장 진단 기술(POCT)로서 가장 적합한 기술이다. 이러한 측면에서 비추어 보았을 때, 나노선 FET를 이용하여 현장에서도 손쉽게 활용 가능한 소형화된 샘플 검출 장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.Nanowire FET-based biosensor technology is the most suitable technology as a point-of-care technology (POCT) in all aspects, such as reaction sensitivity, required sample amount, detection time, and economic feasibility. In light of this aspect, there is an urgent need to develop a miniaturized sample detection device that can be easily utilized in the field using nanowire FETs.
본 발명은 기본적으로 나노선 FET를 이용하여 검체에 포함된 샘플을 검출할 수 있는 방안을 제공하는 것에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for detecting a sample included in a specimen by using a nanowire FET.
또한, 본 발명은 나노선 FET들이 일정한 저항을 가지도록 채널에 나노선을 배열시키지 못하는 기술의 한계를 극복함으로써, 장치를 소형화시킬 수 있는 방안을 제공하는 것에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for miniaturizing a device by overcoming a technology limitation in not arranging nanowires in a channel so that nanowire FETs have a constant resistance.
나아가, 본 발명은 검체에 포함된 샘플의 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 방안을 제공하는 것에 그 목적이 있다.Furthermore, an object of the present invention is to provide a method capable of improving the detection accuracy of a sample included in a specimen.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치는, 소스 전극 및 드레인 전극을 구비하고 있으며, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 연결하는 채널에 나노선과 수용체가 마련되어 있는 적어도 하나 이상의 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치로서, 상기 소스 전극과 전기적으로 접속되는 소스 전극 커넥터; 상기 드레인 전극과 전기적으로 접속되는 드레인 전극 커넥터; 상기 드레인 전극 커넥터에 전기적으로 연결되며, 상기 채널에 검체가 가해질 경우 상기 소스 전극에서 상기 드레인 전극으로 흐르는 전류를 전압으로 변환하는 I-V 컨버터; 상기 I-V 컨버터에 의해 변환된 전압을 증폭하는 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기에 의해 증폭된 전압을 디지털 카운트값으로 변환하는 ADC(Analog-Digital Converter); 및 상기 ADC에 의해 변환된 디지털 카운트값을 통해 상기 검체에 포함된 샘플을 검출하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a sample detection device using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention includes a source electrode and a drain electrode, and a channel connecting the source electrode and the drain electrode includes a nanowire. A sample detection device using at least one nanowire FET provided with a wire and a receptor, comprising: a source electrode connector electrically connected to the source electrode; a drain electrode connector electrically connected to the drain electrode; an I-V converter electrically connected to the drain electrode connector and converting a current flowing from the source electrode to the drain electrode into a voltage when an analyte is applied to the channel; an operational amplifier amplifying the voltage converted by the I-V converter; an ADC (Analog-Digital Converter) for converting the voltage amplified by the operational amplifier into a digital count value; and a micro controller unit (MCU) for detecting a sample included in the specimen through a digital count value converted by the ADC.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치는, 상기 소스 전극 커넥터에 전기적으로 연결되며, 상기 MCU에서 출력되는 소스 전압 인가 명령을 입력받고, 상기 소스 전압 인가 명령에 따라 상기 소스 전극에 소스 전압을 인가하는 DAC(Digital-Analog Converter)를 더 포함할 수 있다.A sample detection device using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention is electrically connected to the source electrode connector, receives a source voltage application command output from the MCU, and receives the source voltage application command according to the source voltage application command. A digital-analog converter (DAC) for applying a source voltage to the electrode may be further included.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치는, 외부 전원을 입력받는 전원 입력부; 및 상기 전원 입력부에 입력된 외부 전원에 의해 충전이 이루어지는 배터리를 더 포함할 수 있으며, 상기 I-V 컨버터, 상기 연산 증폭기, 상기 ADC, 상기 MCU 및 상기 DAC는 상기 배터리에 충전된 전원에 의해 동작이 이루어질 수 있다.A sample detection device using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention includes a power input unit receiving external power; and a battery charged by external power input to the power input unit, wherein the I-V converter, the operational amplifier, the ADC, the MCU, and the DAC are operated by the power charged in the battery. can
상기 MCU는, 상기 채널에 검체가 가해지기 이전에, 상기 채널에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 백그라운드 신호를 획득하고, 상기 백그라운드 신호가 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 DAC에 소스 전압 조정 명령을 출력하여, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 할 수 있다.The MCU obtains a background signal, which is a digital count value output by the ADC, in a state in which only the nanowire and the receptor are provided in the channel, before a sample is applied to the channel, and the background signal is present within a preset background signal range and if the background signal does not exist within the preset background signal range, a source voltage adjustment command may be output to the DAC so that the background signal exists within the preset background signal range. .
또한, 상기 MCU는, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 한 이후에, 상기 채널에 블랭크 시약이 가해진 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 획득하고, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 연산 증폭기의 저항 이득값을 조정하여, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하도록 할 수 있다.In addition, the MCU obtains a blank signal, which is a digital count value output by the ADC in a state in which a blank reagent is applied to the channel after the background signal is present within the preset background signal range, and the blank signal It is determined whether a value obtained by subtracting the background signal from is within a preset subtraction signal range, and when the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is not within the preset subtraction signal range, the operational amplifier By adjusting the resistance gain value of , a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal may be within the preset subtracted signal range.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법은, 소스 전극 및 드레인 전극을 구비하고 있으며, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 연결하는 채널에 나노선과 수용체가 마련되어 있는 적어도 하나 이상의 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치에 의해 수행되는 샘플 검출 방법으로서, 소스 전극 커넥터에 상기 소스 전극이 전기적으로 접속되고, 드레인 전극 커넥터에 상기 드레인 전극이 전기적으로 접속되는 단계; 상기 채널에 검체가 가해질 경우, 상기 드레인 전극 커넥터에 전기적으로 연결되어 있는 I-V 컨버터가, 상기 소스 전극에서 상기 드레인 전극으로 흐르는 전류를 전압으로 변환하는 단계; 연산 증폭기가 상기 I-V 컨버터에 의해 변환된 전압을 증폭하는 단계; ADC가 상기 연산 증폭기에 의해 증폭된 전압을 디지털 카운트값으로 변환하는 단계; 및 MCU가 상기 ADC에 의해 변환된 디지털 카운트값을 통해 상기 검체에 포함된 샘플을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, in order to achieve the above object, a sample detection method using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention includes a source electrode and a drain electrode, and a channel connecting the source electrode and the drain electrode A sample detection method performed by a sample detection device using at least one nanowire FET provided with a nanowire and a receptor, wherein the source electrode is electrically connected to a source electrode connector, and the drain electrode is electrically connected to a drain electrode connector. being connected; converting, by an I-V converter electrically connected to the drain electrode connector, a current flowing from the source electrode to the drain electrode into a voltage when a sample is applied to the channel; amplifying the voltage converted by the I-V converter by an operational amplifier; Converting, by an ADC, the voltage amplified by the operational amplifier into a digital count value; and detecting, by an MCU, samples included in the sample through the digital count value converted by the ADC.
여기서, 상기 샘플 검출 장치는, 상기 소스 전극 커넥터에 전기적으로 연결되며, 상기 MCU에서 출력되는 소스 전압 인가 명령을 입력받고, 상기 소스 전압 인가 명령에 따라 상기 소스 전극에 소스 전압을 인가하는 DAC를 포함할 수 있으며, 상기 소스 전극에서 상기 드레인 전극으로 흐르는 전류는, 상기 DAC가 상기 소스 전극에 인가한 소스 전압으로 인해 비롯되는 것일 수 있다.Here, the sample detection device includes a DAC electrically connected to the source electrode connector, receiving a source voltage application command output from the MCU, and applying a source voltage to the source electrode according to the source voltage application command. The current flowing from the source electrode to the drain electrode may be caused by a source voltage applied to the source electrode by the DAC.
또한, 상기 샘플 검출 장치는, 외부 전원을 입력받는 전원 입력부; 및 상기 전원 입력부에 입력된 외부 전원에 의해 충전이 이루어지는 배터리를 포함할 수 있으며, 상기 I-V 컨버터, 상기 연산 증폭기, 상기 ADC, 상기 MCU 및 상기 DAC는 상기 배터리에 충전된 전원에 의해 동작이 이루어질 수 있다.In addition, the sample detection device may include a power input unit receiving external power; and a battery charged by external power input to the power input unit, and the I-V converter, the operational amplifier, the ADC, the MCU, and the DAC can be operated by the power charged in the battery. there is.
상기 MCU는, 상기 채널에 검체가 가해지기 이전에, 상기 채널에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 백그라운드 신호를 획득하고, 상기 백그라운드 신호가 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 DAC에 소스 전압 조정 명령을 출력하여, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 할 수 있다.The MCU obtains a background signal, which is a digital count value output by the ADC, in a state in which only the nanowire and the receptor are provided in the channel, before a sample is applied to the channel, and the background signal is present within a preset background signal range and if the background signal does not exist within the preset background signal range, a source voltage adjustment command may be output to the DAC so that the background signal exists within the preset background signal range. .
또한, 상기 MCU는, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 한 이후에, 상기 채널에 블랭크 시약이 가해진 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 획득하고, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 연산 증폭기의 저항 이득값을 조정하여, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하도록 할 수 있다.In addition, the MCU obtains a blank signal, which is a digital count value output by the ADC in a state in which a blank reagent is applied to the channel after the background signal is present within the preset background signal range, and the blank signal It is determined whether a value obtained by subtracting the background signal from is within a preset subtraction signal range, and when the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is not within the preset subtraction signal range, the operational amplifier By adjusting the resistance gain value of , a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal may be within the preset subtracted signal range.
본 발명은 나노선 FET의 소스 전극 및 드레인 전극과 전기적으로 접속 가능한 소스 전극 커넥터 및 드레인 전극 커넥터를 구비하고 있고, 또한 나노선 FET의 소스 전극에서 드레인 전극으로 흐르는 전류를 I-V 컨버터, 연산 증폭기 및 ADC를 통해 측정하도록 구성됨에 따라, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출이 가능하고, 대형 미세 전류 측정 장비를 필요로 하지 않아 장치를 소형화하는 것이 가능하다.The present invention is provided with a source electrode connector and a drain electrode connector electrically connectable to the source electrode and the drain electrode of the nanowire FET, and also provides a current flowing from the source electrode to the drain electrode of the nanowire FET to an I-V converter, an operational amplifier, and an ADC. As it is configured to measure through, it is possible to detect the sample using the nanowire FET, and it is possible to miniaturize the device because it does not require large-scale microcurrent measurement equipment.
또한, 본 발명은 나노선 FET의 채널이 특정 저항을 가지도록 나노선을 배열시키는 대신에, 채널에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서 획득되는 백그라운드 신호의 조정을 통해 전류 측정 및 샘플 검출이 가능하도록 구성되어 있다. 이러한 본 발명에 의하면, 나노선 FET의 채널이 특정 저항을 가지도록 하는 별도의 저항 조정 장치를 필요로 하지 않기 때문에 장치를 소형화하는 것이 가능하다.In addition, instead of arranging the nanowires so that the channel of the nanowire FET has a specific resistance, the present invention is configured to enable current measurement and sample detection by adjusting the background signal obtained in a state in which only the nanowire and the receptor are provided in the channel has been According to the present invention, it is possible to miniaturize the device because a separate resistance adjusting device is not required so that the channel of the nanowire FET has a specific resistance.
또한, 본 발명은 샘플 검출 장치를 구성하고 있는 소자들이 외부 전원이 아닌 배터리에 충전된 전원에 의해 동작이 이루어지기 때문에, 전류 측정 및 샘플의 검출 정확도가 향상될 수 있다. 게다가, 본 발명은 채널에 블랭크 시약이 가해진 상태에서 획득되는 블랭크 신호를 통해 전류 측정의 감도가 조정되도록 구성되어 있기 때문에, 이 역시 전류 측정 및 샘플의 검출 정확도 향상에 크게 기여할 수 있게 된다.In addition, since the elements constituting the sample detection device of the present invention are operated by power charged in a battery rather than an external power source, current measurement and sample detection accuracy can be improved. In addition, since the present invention is configured to adjust the sensitivity of current measurement through a blank signal obtained in a state where a blank reagent is applied to the channel, this can also greatly contribute to improving the accuracy of current measurement and sample detection.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치의 측방 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치의 후방 사시도이다.
도 1c는 도 1a에 도시된 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치의 칩 수용부에 나노선 FET 칩이 수용된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 칩 수용부에 수용되는 나노선 FET 칩을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치의 내부 구성을 나노선 FET 칩과 함께 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 샘플 검출 방법에 의할 때, ADC가 출력하는 디지털 카운트값이 변화하는 과정을 나타낸 그래프이다.1A is a side perspective view of a sample detection device using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention.
1B is a rear perspective view of a sample detection device using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1C is a view showing a state in which a nanowire FET chip is accommodated in a chip accommodating unit of the sample detection device using the nanowire FET shown in FIG. 1A.
2 is a diagram schematically illustrating a nanowire FET chip accommodated in a chip accommodating unit.
3 is a diagram schematically illustrating an internal configuration of a sample detection device using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention along with a nanowire FET chip.
4 is a flowchart of a sample detection method using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating a process of changing a digital count value output by an ADC when the sample detection method of FIG. 4 is used.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치 및 샘플 검출 방법에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.Hereinafter, a sample detection device and a sample detection method using a nanowire FET according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are provided by way of example in order to sufficiently convey the technical idea of the present invention to those skilled in the art, and the present invention is not limited to the drawings presented below and can be embodied in any number of other forms. there is.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치(1000)의 측방 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치(1000)의 후방 사시도이다. 그리고 도 1c는 도 1a에 도시된 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치(1000)의 칩 수용부(120)에 나노선 FET 칩(1)이 수용된 모습을 나타낸 도면이다.1A is a side perspective view of a
도 1a 내지 도 1c에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치(1000)는 하우징(110), 칩 수용부(120) 및 디스플레이(130)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1A to 1C , the
하우징(110)은 후술하는 샘플 검출 장치(1000)의 내부 구성들을 감싸는 역할을 한다. 하우징(110)의 일측에는 칩 수용부(120)가 구비될 수 있으며, 칩 수용부(120)는 하우징(110)에 슬라이딩 결합될 수 있다.The
디스플레이(130)는 터치 방식으로 구동될 수 있으며, 디스플레이(130)에 표시되는 사항은 후술하는 MCU(300)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(130)에는 칩 수용부(120)의 오픈(open) 메뉴, 칩 수용부(120)의 클로우즈(close) 메뉴, 전류 측정 메뉴 등이 MCU(300)의 제어에 의해 표시될 수 있다.The
샘플 검출 장치(1000)의 사용자가 오픈 메뉴를 터치하면 칩 수용부(120)가 하우징(110)의 외부로 돌출될 수 있고(도 1c 참고), 사용자가 클로우즈 메뉴를 터치하면 돌출된 칩 수용부(120)가 하우징(110)의 내부로 삽입될 수 있다(도 1a 참고).When the user of the
또한, 사용자가 전류 측정 메뉴를 터치하면 후술하는 소스 전극(11, 21, 31)에 전압이 인가되고, 이에 따라 소스 전극(11, 21, 31)에서 채널(12, 22, 32)을 거쳐 드레인 전극(13, 23, 33)으로 전류가 흐르게 된다. 이때 I-V 컨버터(230: 230-1, 230-2, 230-3)에 의해 전류 측정 및 전압 변환이 이루어지고, 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)에 의해 증폭이 이루어지며, ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 디지털 카운트값으로의 변환이 이루어지고, 마지막으로 MCU(300)에 의해 샘플 검출이 이루어지게 된다. MCU(300)에 의해 검출된 샘플에 관한 정보는 MCU(300)의 제어에 의해 디스플레이(130)에 표시(샘플량, 양성/음성 등)될 수 있다.In addition, when the user touches the current measurement menu, a voltage is applied to the
도 1b에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 후방에는 DC 8.4V의 어댑터(미도시)가 결합 가능한 전원 입력부(410)가 구비될 수 있다. 전원 입력부(410)에 입력된 전원은 후술하는 전원 스위치(440) 또는 배터리(450)에 공급될 수 있다.As shown in FIG. 1B , a
한편, 칩 수용부(120)에는 도 1c에 도시된 바와 같이 나노선 FET 칩(1)이 수용될 수 있다. 도 2는 칩 수용부(120)에 수용되는 나노선 FET 칩(1)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 나노선 FET 칩(1)은 적어도 하나 이상의 나노선 FET(10, 20, 30)로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the
제1 나노선 FET(10)는 소스 전극(11) 및 드레인 전극(13)을 구비하고 있으며, 소스 전극(11) 및 드레인 전극(13)을 연결하는 채널(12)에 나노선과 수용체가 마련되어 있다. 제2 나노선 FET(20) 역시 소스 전극(21) 및 드레인 전극(23)을 구비하고 있으며, 소스 전극(21) 및 드레인 전극(23)을 연결하는 채널(22)에 나노선과 수용체가 마련되어 있고, 제3 나노선 FET(30) 역시 소스 전극(31) 및 드레인 전극(33)을 구비하고 있으며, 소스 전극(31) 및 드레인 전극(33)을 연결하는 채널(32)에 나노선과 수용체가 마련되어 있다.The
여기서, 소스 전극(11, 21, 31)과 채널(12, 22, 32)은 전기적으로 연결되어 있고, 채널(12, 22, 32)과 드레인 전극(13, 23, 33) 역시 전기적으로 연결되어 있다. Here, the
또한, 나노선은 Silicon Nanowire, Carbon Nanotube, Graphene 등과 같이, 상기 채널(12)에 마련되어 수용체를 고정시킬 수 있는 물질을 말하고, 수용체는 상기 나노선에 고정되어 샘플을 수용할 수 있는 감지 물질을 말한다. In addition, the nanowire refers to a material such as Silicon Nanowire, Carbon Nanotube, Graphene, etc. provided in the
채널(12, 22, 32)은 나노선 FET(10, 20, 30)에서 일종의 게이트 전극 역할을 한다. 채널(12, 22, 32)에 나노선과 수용체만 마련되어 있을 경우에는 채널 저항(또는, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 저항)이 매우 커서 소스 전극(11)에서 드레인 전극(13)으로 전류 흐름이 매우 적게 발생한다. 이에 반해, 검체에 포함된 샘플(DNA, RNA, 항체, 호르몬, 세포 등)과 수용체가 결합할 경우에는 채널 저항이 작아져 소스 전극(11)에서 드레인 전극(13)으로 비교적 큰 전류 흐름이 발생하게 된다. 본 발명에서는 이와 같이 검체에 포함된 샘플이 수용체와 결합함에 따라 발생하는 전류를 측정하여, 상기 검체에 샘플이 존재하는지 여부를 결정한다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET(10, 20, 30)를 이용한 샘플 검출 장치(1000)의 내부 구성을 나노선 FET 칩(1)과 함께 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an internal configuration of a
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET(10, 20, 30)를 이용한 샘플 검출 장치(1000)는 하우징(110) 내에 소스 전극 커넥터(210), 드레인 전극 커넥터(220), I-V 컨버터(230), 연산 증폭기(240), ADC(250) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
도 1c에 도시된 바와 같이 나노선 FET 칩(1)이 칩 수용부(120)에 수용될 경우, 나노선 FET(10, 20, 30)의 소스 전극(11, 21, 31)은 소스 전극 커넥터(210: 210-1, 210-2, 210-3)와 전기적으로 접속하고, 나노선 FET(10, 20, 30)의 드레인 전극(13, 23, 33)은 드레인 전극 커넥터(220: 220-1, 220-2, 220-3)와 전기적으로 접속하게 된다.As shown in FIG. 1C , when the
이때 나노선과 수용체가 마련되어 있는 채널(12, 22, 32)에 검체가 가해지면, 상술한 바와 같이 채널 저항이 작아져 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 전류 흐름이 발생하게 된다.At this time, when the sample is applied to the
I-V 컨버터(230: 230-1, 230-2, 230-3)는 드레인 전극 커넥터(220: 220-1, 220-2, 220-3)에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 채널(12, 22, 32)에 검체가 가해질 경우 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류를 측정하고, 그 측정된 전류를 전압으로 변화시킨다. I-V 컨버터(230: 230-1, 230-2, 230-3)가 전류를 전압으로 변화시키는 이유는, 채널 저항이 작아져 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 전류 흐름이 발생하더라도 그 발생한 전류의 크기는 여전히 작은 수준에 불과하기 때문에 증폭을 필요로 하기 때문이다.The I-V converters 230: 230-1, 230-2, and 230-3 are electrically connected to the drain electrode connectors 220: 220-1, 220-2, and 220-3, and the
연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)는 I-V 컨버터(230: 230-1, 230-2, 230-3)에 의해 변환된 전압을 증폭한다. 본 발명에서 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)는 반전 증폭기, 비반전 증폭기 등 여러 종류의 증폭기로 이루어질 수 있다. 또한, 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)는 1개의 증폭기만으로 이루어질 수 있지만, 저항 이득값을 충분히 크게 해야 할 경우에는 2개 이상의 증폭기가 캐스케이드(cascade)로 연결되어 이루어질 수도 있다.The operational amplifiers 240: 240-1, 240-2, and 240-3 amplify the voltages converted by the I-V converters 230: 230-1, 230-2, and 230-3. In the present invention, the operational amplifiers 240 (240-1, 240-2, 240-3) may be composed of various types of amplifiers such as inverting amplifiers and non-inverting amplifiers. In addition, the operational amplifiers 240 (240-1, 240-2, 240-3) can be composed of only one amplifier, but when the resistor gain value needs to be sufficiently large, two or more amplifiers are connected in cascade. may be done
ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)는 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)에 의해 증폭된 전압을 디지털 카운트값으로 변환한다. 만일 ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)가 16bit ADC일 경우, ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)가 나타낼 수 있는 전체 디지털 카운트값은 65,536개이다. 다만, 실제로는 이 중 일부 디지털 카운트값(예를 들어, 26,000개)만이 사용될 수 있다.The ADCs 250: 250-1, 250-2, and 250-3 convert the voltages amplified by the operational amplifiers 240: 240-1, 240-2, and 240-3 into digital count values. If the ADCs (250: 250-1, 250-2, 250-3) are 16-bit ADCs, the total number of digital counts that the ADCs (250: 250-1, 250-2, 250-3) can represent is 65,536. . However, in reality, only some of these digital count values (eg, 26,000) may be used.
MCU(300)는 ADC에 의해 변환된 디지털 카운트값을 통해 검체에 포함된 샘플을 검출한다. 예를 들어, MCU(300)에는 검체에 샘플이 포함되어 있을 경우에 대한 디지털 카운트값이 기 설정되어 있을 수 있다. 이에 따라, ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에서 변환한 디지털 카운트값이 상기 기 설정된 디지털 카운트값 이상인 경우, MCU(300)는 검체에 샘플이 포함되어 있다고 판단하고, 그 샘플에 관한 정보를 디스플레이(130)를 통해 표시할 수 있다. ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에서 변환한 디지털 카운트값이 상기 기 설정된 디지털 카운트값 미만일 경우, MCU(300)는 검체에 샘플이 포함되어 있지 않다고 판단하고, 그 샘플에 관한 정보를 디스플레이(130)를 통해 표시할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치(1000)는 전원 입력부(410) 및 배터리(450)를 포함할 수 있다.The
상술한 바와 같이, 전원 입력부(410)는 DC 8.4V의 어댑터로부터 외부 전원을 입력받으며, 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원은 DPDT(Double Pole Double Through) 릴레이(420)를 거쳐 전원 스위치(440) 및 배터리(450)에 공급될 수 있다.As described above, the
DPDT 릴레이(420)의 일단은 전원 입력부(410)에 연결되어 있으며, 이에 따라 DPDT 릴레이(420)는 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원을 전원 스위치(440) 및 배터리(450)에 공급하거나 공급 차단할 수 있다.One end of the
MCU(300)는 DPDT 릴레이(420)를 제어할 수 있다. MCU(300)가 DPDT 릴레이(420)를 제어하여 DPDT 릴레이(420)의 타단을 도 3의 A 지점에 연결시킬 경우에는, 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원이 전원 스위치(440) 및 배터리(450)에 공급되게 된다. 이때 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원은 전원 스위치(440)를 통해 샘플 검출 장치(1000)를 구성하고 있는 소자들인 I-V 컨버터(230), 연산 증폭기(240), ADC(250), MCU(300) 및 후술하는 DAC(260)에 공급될 수 있다. 즉, 샘플 검출 장치(1000)는 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원에 의해 동작이 이루어질 수 있다. 또한, MCU(300)가 DPDT 릴레이(420)를 제어해서 DPDT 릴레이(420)의 타단을 도 3의 A 지점에 연결시킬 경우, 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원에 의해 배터리(450)의 충전이 이루어지게 된다.The
다만, 샘플 검출 장치(1000)를 구성하고 있는 소자들, 즉 I-V 컨버터(230), 연산 증폭기(240), ADC(250), MCU(300) 및 DAC(260)가 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원에 의해 구동될 경우, DC 8.4V의 어댑터 내 AC-DC 변환 회로(미도시)에서 발생하는 리플과 노이즈가 전원 입력부(410)를 통해 상기 소자들에 유입되어 전류-전압 변환, 전압 증폭 등에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류의 크기는 마이크로 내지는 나노 스케일로서 매우 미세하기 때문에, 전원 입력부(410)를 통해 리플과 노이즈가 유입될 경우에는 검체에 샘플이 포함되어 있는지 여부가 정확히 검출될 수 없게 된다. However, elements constituting the
이에 따라, 검체에 샘플이 포함되어 있는지 여부를 정확도 높게 검출하기 위해서는, 검체에 포함된 샘플을 검출하는 등 샘플 검출 장치(1000)의 동작 시 외부 전원을 이용할 것이 아니라 배터리(450)에 충전된 전원만을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 배터리(450)에 충전된 전원에는 외부 전원에 비해 리플과 노이즈가 현저히 적어, 샘플 검출 장치(1000)를 구성하고 있는 소자들에 안정적인 전원 공급이 가능하며, 이로 인해 MCU(300)가 검체에 샘플이 포함되어 있는지 여부를 정확도 높게 검출할 수 있게 된다.Accordingly, in order to detect with high accuracy whether or not the sample is included in the sample, during operation of the
이와 같이 샘플 검출 장치(1000)의 동작 시 배터리(450)에 충전된 전원만을 이용하기 위하여, MCU(300)는 DPDT 릴레이(420)를 제어해서 DPDT 릴레이(420)의 타단을 도 3의 B 지점에 연결시킬 수 있다. 이 경우 전원 입력부(410)에 입력된 외부 전원은 저항(431) 및 발광 다이오드(432)에 공급되어, 발광 다이오드(432)에서는 발광 작용이 이루어지게 된다. 또한, 이 경우 샘플 검출 장치(1000)를 구성하고 있는 소자들, 즉 I-V 컨버터(230), 연산 증폭기(240), ADC(250), MCU(300) 및 DAC(260)는 배터리(450)에 충전된 전원에 의해 동작이 이루어지게 되며, 이로 인해 상기 소자들은 리플과 노이즈에 대한 영향을 상대적으로 덜 받게 되어 검체에 샘플이 포함되어 있는지 여부가 정확도 높게 검출될 수 있게 된다.In this way, in order to use only the power charged in the
한편, DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)는 소스 전극 커넥터(210: 210-1, 210-2, 210-3)에 전기적으로 연결되며, MCU(300)에서 출력되는 소스 전압 인가 명령을 입력받고, 상기 소스 전압 인가 명령에 따라 소스 전극(11, 21, 31)에 소스 전압을 인가한다. 이로 인해, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류는 DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)가 상기 소스 전극(11, 21, 31)에 인가한 소스 전압으로 인해 비롯되게 된다.Meanwhile, the DACs 260: 260-1, 260-2, and 260-3 are electrically connected to the source electrode connectors 210: 210-1, 210-2, and 210-3, and output from the MCU 300 A source voltage application command is received, and a source voltage is applied to the
DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)의 동작에는 배터리(450)에 충전된 전원이 이용될 수 있다. MCU(300)는 기본적으로 채널(12, 22, 32)에 가해진 검체에서 샘플을 검출할 때에는 DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)에 소스 전압 인가 명령을 출력하지만, 후술하는 백그라운드 신호 조절 시에는 DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)에 소스 전압 조정 명령을 출력할 수 있다. 여기서, 상기 소스 전압 조정 명령은 상기 소스 전압 인가 명령이 조정된 값, 즉 조정된 소스 전압 인가 명령에 해당한다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 채널(12, 22, 32)에 가해진 검체에서 샘플을 검출할 때와 백그라운드 신호를 조절할 때 모두 DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)를 이용하면 되기 때문에, 소스 전압원을 별개로 구비하는 경우에 비해 경제적이고, 소스 전압의 제어 또한 용이하게 이루어질 수 있게 된다.Power charged in the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법의 흐름도이고, 도 5는 도 4의 샘플 검출 방법에 의할 때, ADC가 출력하는 디지털 카운트값이 변화하는 과정을 나타낸 그래프이다. 이하에서는, 도 4 및 도 5를 더 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법에 대해 설명하기로 한다.4 is a flowchart of a sample detection method using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a process of changing a digital count value output from an ADC when the sample detection method of FIG. 4 is used. it's a graph Hereinafter, a sample detection method using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention will be described with further reference to FIGS. 4 and 5 .
본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET(10, 20, 30)를 이용한 샘플 검출 방법은 앞서 설명한 샘플 검출 장치(1000)에 의해 수행될 수 있다. 이때 각각의 나노선 FET(10, 20, 30)는 소스 전극(11, 21, 31) 및 드레인 전극(13, 23, 33)을 구비하고 있으며, 소스 전극(11, 21, 31) 및 드레인 전극(13, 23, 33)을 연결하는 채널(12, 22, 32)에는 나노선과 수용체가 마련되어 있을 수 있다.A sample detection method using the
본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법은, 먼저 소스 전극 커넥터(210: 210-1, 210-2, 210-3)에 소스 전극(11, 21, 31)이 전기적으로 접속되고, 드레인 전극 커넥터(220: 220-1, 220-2, 220-3)에 드레인 전극(12, 22, 32)이 전기적으로 접속되는 단계가 이루어질 수 있다(S100). 달리 말하면, 상기 S100 단계는 칩 수용부(120)에 나노선 FET 칩(1)이 수용되는 단계에 해당한다.In the sample detection method using the nanowire FET according to an embodiment of the present invention, first, the
기본적으로 상기 S100 단계 이후, 채널(12, 22, 32)에 검체가 가해져, 드레인 전극 커넥터(220: 220-1, 220-2, 220-3)에 전기적으로 연결되어 있는 I-V 컨버터(230: 230-1, 230-2, 230-3)가, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류를 전압으로 변환할 수 있다(S800).Basically, after the step S100, the sample is applied to the
상기 S800 단계 이후에는, 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)가 상기 I-V 컨버터(230: 230-1, 230-2, 230-3)에 의해 변환된 전압을 증폭할 수 있다(S900).After the step S800, the operational amplifiers 240: 240-1, 240-2, 240-3 amplify the voltages converted by the I-V converters 230: 230-1, 230-2, 230-3. It can (S900).
상기 S900 단계 이후에는, ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)가 상기 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)에 의해 증폭된 전압을 디지털 카운트값으로 변환할 수 있다(S1000).After the step S900, the ADC (250: 250-1, 250-2, 250-3) converts the voltage amplified by the operational amplifier (240: 240-1, 240-2, 240-3) into a digital count value It can be converted to (S1000).
상기 S1000 단계 이후에는, MCU(300)가 상기 ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 변환된 디지털 카운트값을 통해 상기 검체에 포함된 샘플을 검출할 수 있다(S1100).After the step S1000, the MCU (300) can detect the sample included in the sample through the digital count value converted by the ADC (250: 250-1, 250-2, 250-3) (S1100 ).
다만, 나노선 FET 칩(1)을 구성하고 있는 각각의 나노선 FET(10, 20, 30)는 채널(12, 22, 32)마다 전기적 특성의 차이가 존재하는데, 그 이유는 나노선 FET(10, 20, 30)의 제작 공정에 있어 제약 사항이 있기 때문이다.However, each of the
예를 들어, CNT(Carbon Nanotube)와 같은 나노선 소재는 채널(12, 22, 32)에 분산시킬 때 유기용매(EtOH 등)나 물을 이용한 수분산 기법을 적용한다. 그런데 나노선 소재의 강력한 소수성 특징과 불용성 응집 특성 때문에 채널(12, 22, 32)에 나노선 소재를 골고루 분산하는 것이 매우 어렵다.For example, when a nanowire material such as CNT (Carbon Nanotube) is dispersed in the
이러한 나노선 FET(10, 20, 30)의 제조 한계로 인해 나노선 FET(10, 20, 30)의 각 채널(12, 22, 32) 간에 전기적 특성 편차를 가지게 되며, 이로 인해 나노선 FET(10, 20, 30)의 채널 저항값을 일정하게 제조하는 것이 어렵다. 현재까지 이러한 채널 저항값 차이를 물리적으로 보정해줄 방법은 없다. 경우에 따라서는, 나노선 FET(10, 20, 30)의 채널 저항값이 측정 범위를 벗어났을 뿐, 측정이 아예 불가능하지 않음에도 불구하고 나노선 FET(10, 20, 30)를 불량으로 간주하여 폐기하기도 한다.Due to the manufacturing limitations of the
이에 대한 대안으로서, 본 발명에서는 채널(12, 22, 32)에 검체가 가해지기 이전에, ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 측정되는 범위를 MCU(300)가 능동적으로 가변할 수 있는 방안을 제안한다. 이러한 본 발명에 의하면, 다양한 채널 저항을 가진 나노선 FET(10, 20, 30)를 통해서도 샘플 검출이 가능하기 때문에, 나노선 FET 칩(1)의 생산 수율을 높일 수 있고, 측정 한계 또한 개선할 수 있게 된다.As an alternative to this, in the present invention, before the sample is applied to the
ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 측정되는 범위의 능동적 가변을 위해, 상기 S100 단계 이후에, MCU(300)는 채널(12, 22, 32)에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서 ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)가 출력하는 디지털 카운트값인 백그라운드 신호를 획득할 수 있다(S200). 채널(12, 22, 32)에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서는 채널 저항이 매우 크기 때문에 매우 미세한 신호가 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(12, 22, 32)으로 흐르게 된다.To actively vary the range measured by the ADCs 250 (250-1, 250-2, and 250-3), after step S100, the
상술한 바와 같이, 각 채널(12, 22, 32)에 나노선 소재가 골고루 분산되기 어려워 각 채널(12, 22, 32)마다 채널 저항이 상이하며, 이에 따라 채널(12, 22, 32)에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(12, 22, 32)으로 흐르는 전류는 상이하게 된다. 이때 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(12, 22, 32)으로 흐르는 전류는 I-V 컨버터(230: 230-1, 230-2, 230-3)에 의해 전압으로 변환되고, 상기 변환된 전압은 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)에 의해 증폭되며, 상기 증폭된 전압은 ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 디지털 카운트값으로 변환된다.As described above, it is difficult to evenly disperse the nanowire material in each
각 채널(12, 22, 32)에 나노선 소재가 골고루 분산되어 있을 경우에는, ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 변환된 디지털 카운트값은 모두 동일해야 하지만, 각 채널(12, 22, 32)에 나노선 소재가 골고루 분산되어 있기는 어렵기 때문에, ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 변환된 디지털 카운트값은 상이할 수 있다.When the nanowire material is evenly distributed in each
이때 ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)에 의해 변환된 디지털 카운트값은 검체와 무관하게 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(12, 22, 32)으로 흐르는 전류에 기반한 값이기 때문에 백그라운드 신호에 해당하며, MCU(300)는 상기 백그라운드 신호가 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S300).At this time, the digital count value converted by the ADC (250: 250-1, 250-2, 250-3) flows from the source electrodes (11, 21, 31) to the drain electrodes (12, 22, 32) regardless of the specimen. Since it is a current-based value, it corresponds to a background signal, and the
검체에 샘플이 포함되어 있을 경우, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(12, 22, 32)으로 흐르는 전류는 ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)의 디지털 카운트값을 높일 수도 있고 낮출 수도 있다. 이에 따라, 16bit ADC(250: 250-1, 250-2, 250-3)가 실제 사용할 수 있는 디지털 카운트값이 예를 들어 26,000개라고 했을 때, MCU(300)는 이의 메디안(Median) 값인 13,000에서 ±10% 범위를 백그라운드 신호 범위로서 기 설정할 수 있다.When a sample is included in the specimen, the current flowing from the
상기 S300 단계에서 MCU(300)가 판단한 결과, 상기 S200 단계에서 획득한 백그라운드 신호가 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, MCU(300)가 DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)에 소스 전압 조정 명령을 출력하여, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 한다(S400).As a result of the decision made by the
이에 반해, 상기 S300 단계에서 MCU(300)가 판단한 결과, 상기 S200 단계에서 획득한 백그라운드 신호가 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재할 경우, MCU(300)는 DAC(260: 260-1, 260-2, 260-3)에 소스 전압 조정 명령을 출력하지 않은 채 S500 단계가 이루어진다.On the other hand, as a result of the decision made by the
예를 들어, 제1 나노선 FET(10)의 채널 저항을 R1, 제2 나노선 FET(20)의 채널 저항을 R2, 제3 나노선 FET(30)의 채널 저항을 R3이라고 하고, 이때 채널 저항이 R2 > R1 > R3의 관계를 갖는다고 가정했을 때, 각 채널(12, 22, 32)에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류의 크기는 제2 나노선 FET(20)에서 가장 작고, 제3 나노선 FET(30)에서 가장 크게 된다.For example, the channel resistance of the
이때 제1 나노선 FET(10)의 소스 전극(11)에서 드레인 전극(13)으로 흐르는 전류의 크기가 I1이고, 상기 I1이 I-V 컨버터(230-1)에 의해 전압으로 변환되고, 연산 증폭기(240-1)에 의해 증폭되며, ADC(250-1)에 의해 디지털 카운트값으로 변환되었을 때, 상기 변환된 디지털 카운트값이 메디안 값인 13,000에서 -10% 이상 +10% 이하의 범위 내에 존재할 경우, MCU(300)는 DAC(260-1)에 소스 전압 조정 명령을 출력하지 않는다.At this time, the magnitude of the current flowing from the
제2 나노선 FET(20)의 소스 전극(21)에서 드레인 전극(23)으로 흐르는 전류의 크기가 I2이고, 상기 I2가 I-V 컨버터(230-2)에 의해 전압으로 변환되고, 연산 증폭기(240-2)에 의해 증폭되며, ADC(250-2)에 의해 디지털 카운트값으로 변환되었을 때, 상기 변환된 디지털 카운트값이 메디안 값인 13,000에서 -10% 미만의 범위 내에 존재할 수 있으며, 이 경우 MCU(300)는 DAC(260-2)에 소스 전압 조정 명령을 출력한다. 구체적으로, 제2 나노선 FET(20)의 소스 전극(21)에 인가되고 있던 전압의 크기를 VS2라고 했을 때, MCU(300)는 상기 변환된 디지털 카운트값이 메디안 값인 13,000에서 -10% 이상 +10% 이하의 범위 내에 존재하도록, 상기 I2를 높이기 위한 소스 전압 조정 명령을 DAC(260-2)에 출력할 수 있다. 이 경우 DAC(260-2)는 상기 소스 전압 조정 명령에 따라 상기 VS2보다 더 큰 소스 전압을 소스 전극(21)에 인가할 수 있다.The magnitude of the current flowing from the
제3 나노선 FET(30)의 소스 전극(31)에서 드레인 전극(33)으로 흐르는 전류의 크기가 I3이고, 상기 I3이 I-V 컨버터(230-3)에 의해 전압으로 변환되고, 연산 증폭기(240-3)에 의해 증폭되며, ADC(250-3)에 의해 디지털 카운트값으로 변환되었을 때, 상기 변환된 디지털 카운트값이 메디안 값인 13,000에서 +10% 초과의 범위 내에 존재할 수 있으며, 이 경우 MCU(300)는 DAC(260-3)에 소스 전압 조정 명령을 출력한다. 구체적으로, 제3 나노선 FET(30)의 소스 전극(31)에 인가되고 있던 전압의 크기를 VS3라고 했을 때, MCU(300)는 상기 변환된 디지털 카운트값이 메디안 값인 13,000에서 -10% 이상 +10% 이하의 범위 내에 존재하도록, 상기 I3를 낮추기 위한 소스 전압 조정 명령을 DAC(260-3)에 출력할 수 있다. 이 경우 DAC(260-3)는 상기 소스 전압 조정 명령에 따라 상기 VS3보다 더 작은 소스 전압을 소스 전극(31)에 인가할 수 있다.The magnitude of the current flowing from the
상기 과정에서 소스 전압을 가변하여 나노선 FET(10, 20, 30)의 백그라운드 신호 레벨을 일치시켰다 하더라도, 동일한 샘플량으로부터 기인한 전류 변화량을 같은 레벨로 표시하지 못할 수 있다. 즉, 각 채널(12, 22, 32)에 동일한 양의 샘플이 가해지더라도, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류의 크기는 다를 수 있으며, 이로 인해 ADC(250-1, 250-2, 250-3)가 출력하는 디지털 카운트값이 모두 다를 수 있다. 따라서, 측정의 감도를 일치시켜주는 과정을 거쳐야 동일한 양의 샘플에 대해 동일한 전류 변화값으로 표현될 수 있다. 이를 위해 특정 농도의 전해질 이온을 가진 블랭크(Blank) 시약을 각 채널(12, 22, 32)에 가한 뒤, ADC(250-1, 250-2, 250-3)에서 동일한 디지털 카운트값을 출력하도록 연산 증폭기(240-1, 240-2, 240-3)의 저항 이득값을 자동으로 조정하는 단계를 거친다.Even if the background signal levels of the
보다 구체적으로, MCU(300)는 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 한 이후에, 채널(12, 22, 32)에 블랭크 시약이 가해진 상태에서 ADC(250-1, 250-2, 250-3)가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 획득할 수 있다(S500). 특정 농도의 전해질 이온을 가진 블랭크 시약은 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류를 일정량 상승시키는 효과를 가진다.More specifically, the
상기 S500 단계 이후에, MCU(300)는 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S600).After the step S500, the
예를 들어, 나노선과 수용체가 마련되어 있는 채널(12, 22, 32)에 블랭크 시약이 가해지고, 이때 블랭크 시약이 ADC(250-1, 250-2, 250-3)가 출력하는 디지털 카운트값을 100만큼 상승시키는 효과를 가진다고 했을 때, MCU(300)에는 상기 디지털 카운트값 100에서 ±10% 범위를 감산 신호 범위(즉, 90 이상 110 이하의 범위)로서 기 설정할 수 있다.For example, a blank reagent is applied to the
상기 S600 단계에서 MCU(300)가 판단한 결과, 상기 S500 단계에서 획득한 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, MCU(300)가 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)의 저항 이득값을 조정하여, 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하도록 한다(S700).As a result of the determination by the
이에 반해, 상기 S600 단계에서 MCU(300)가 판단한 결과, 상기 S500 단계에서 획득한 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재할 경우, MCU(300)는 연산 증폭기(240: 240-1, 240-2, 240-3)의 저항 이득값을 조정하지 않은 채 S800 단계가 이루어진다.On the other hand, if the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal obtained in step S500 as a result of the determination by the
예를 들어, 제1 나노선 FET(10)의 채널(12)에 디지털 카운트값을 100만큼 상승시키는 블랭크 시약이 가해진 상태에서 ADC(250-1)가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 MCU(300)가 획득하고, MCU(300)가 판단한 결과, 상기 블랭크 신호에서 백그라운드 신호(상기 S200 단계에서 MCU(300)가 획득한 제1 나노선 FET(10)의 백그라운드 신호를 의미함)를 감산한 값이 110을 초과했다고 가정할 수 있다. 이 경우, MCU(300)는 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하도록, 연산 증폭기(240-1)의 저항 이득값을 조정할 수 있다. 구체적으로, 도 3에 의하면 연산 증폭기(240-1)의 저항 이득값 Rgain1은 R12/R11로 나타나며, MCU(300)는 R12를 낮추거나 R11을 높임으로써 저항 이득값 Rgain1을 낮추는 조정을 수행할 수 있다.For example, in a state where a blank reagent that increases the digital count value by 100 is applied to the
이번에는 제2 나노선 FET(20)의 채널(22)에 디지털 카운트값을 100만큼 상승시키는 블랭크 시약이 가해진 상태에서 ADC(250-2)가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 MCU(300)가 획득하고, MCU(300)가 판단한 결과, 상기 블랭크 신호에서 백그라운드 신호(상기 S200 단계에서 MCU(300)가 획득한 제2 나노선 FET(20)의 백그라운드 신호를 의미함)를 감산한 값이 90 미만이라고 가정할 수 있다. 이 경우, MCU(300)는 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하도록, 연산 증폭기(240-2)의 저항 이득값을 조정할 수 있다. 구체적으로, 도 3에 의하면 연산 증폭기(240-2)의 저항 이득값 Rgain2는 R22/R21로 나타나며, MCU(300)는 R22를 높이거나 R21을 낮춤으로써 저항 이득값 Rgain2를 높이는 조정을 수행할 수 있다.This time, in a state where a blank reagent that increases the digital count value by 100 is applied to the
또한, 제3 나노선 FET(30)의 채널(32)에 디지털 카운트값을 100만큼 상승시키는 블랭크 시약이 가해진 상태에서 ADC(250-3)가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 MCU(300)가 획득하고, MCU(300)가 판단한 결과, 상기 블랭크 신호에서 백그라운드 신호(상기 S200 단계에서 MCU(300)가 획득한 제3 나노선 FET(30)의 백그라운드 신호를 의미함)를 감산한 값이 90 이상 110 이하의 범위 내에 존재한다고 가정할 수 있다. 이 경우, MCU(300)는 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하므로, 연산 증폭기(240-3)의 저항 이득값 Rgain3를 변화시키는 조정을 수행하지 않을 수 있다.In addition, in a state in which a blank reagent that increases the digital count value by 100 is applied to the
이와 같이 MCU(300)가 연산 증폭기(240-3)의 저항 이득값에 대한 조종 제어를 수행함에 따라, 각 채널(12, 22, 32)에 샘플이 가해질 경우, 소스 전극(11, 21, 31)에서 드레인 전극(13, 23, 33)으로 흐르는 전류의 크기가 충분히 예측 가능해질 수 있게 되며, 이로 인해 검체에 포함된 샘플의 검출 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.In this way, as the
상술한 S200 내지 S700 단계를 거칠 경우, 나노선 FET(10, 20, 30)의 백그라운드 신호 레벨이 조정 및 일치될 수 있고, 동일한 샘플량으로부터 기인한 전류 변화량이 같은 레벨로 표시될 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 S700 단계 이후에 상술한 S800 단계 내지 S1100 단계가 이루어지게 되면, 검체에 포함된 샘플을 정확도 높게 검출할 수 있게 된다. MCU(300)는 검체에 샘플이 포함되어 있는지 여부를 결정하고, 그 결정 결과(샘플량, 양성/음성 등)를 디스플레이(130)를 통해 표시할 수 있다.When the above-described steps S200 to S700 are performed, the background signal levels of the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주 안에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art in the field to which the present invention belongs can make various modifications and transformation is possible Therefore, the technical spirit of the present invention should be grasped only by the claims, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to fall within the scope of the technical spirit of the present invention.
1: 나노선 FET 칩
10: 제1 나노선 FET
20; 제2 나노선 FET
30: 제3 나노선 FET
11, 21, 31: 소스 전극
12, 22, 32: 채널
13, 23, 33: 드레인 전극
110: 하우징
120: 칩 수용부
130: 디스플레이
210(210-1, 210-2, 210-3): 소스 전극 커넥터
220(220-1, 220-2, 220-3): 드레인 전극 커넥터
230(230-1, 230-2, 230-3): I-V 컨버터
240(240-1, 240-2, 240-3): 연산 증폭기
250(250-1, 250-2, 250-3): ADC
260(260-1, 260-2, 260-3): DAC
300: MCU
410: 전원 입력부
420: DPDT 릴레이
430: 저항
440: 발광 다이오드
450: 배터리
1000: 샘플 검출 장치1: nanowire FET chip
10: first nanowire FET
20; 2nd nanowire FET
30: third nanowire FET
11, 21, 31: source electrode
12, 22, 32: channels
13, 23, 33: drain electrode
110: housing
120: chip receiving unit
130: display
210 (210-1, 210-2, 210-3): source electrode connector
220 (220-1, 220-2, 220-3): drain electrode connector
230 (230-1, 230-2, 230-3): IV converter
240 (240-1, 240-2, 240-3): operational amplifiers
250 (250-1, 250-2, 250-3): ADC
260 (260-1, 260-2, 260-3): DAC
300: MCU
410: power input unit
420: DPDT relay
430 resistance
440: light emitting diode
450: battery
1000: sample detection device
Claims (10)
상기 소스 전극과 전기적으로 접속되는 소스 전극 커넥터;
상기 드레인 전극과 전기적으로 접속되는 드레인 전극 커넥터;
상기 드레인 전극 커넥터에 전기적으로 연결되며, 상기 채널에 검체가 가해질 경우 상기 소스 전극에서 상기 드레인 전극으로 흐르는 전류를 전압으로 변환하는 I-V 컨버터;
상기 I-V 컨버터에 의해 변환된 전압을 증폭하는 연산 증폭기;
상기 연산 증폭기에 의해 증폭된 전압을 디지털 카운트값으로 변환하는 ADC(Analog-Digital Converter);
상기 ADC에 의해 변환된 디지털 카운트값을 통해 상기 검체에 포함된 샘플을 검출하는 MCU(Micro Controller Unit); 및
상기 소스 전극 커넥터에 전기적으로 연결되며, 상기 MCU에서 출력되는 소스 전압 인가 명령을 입력받고, 상기 소스 전압 인가 명령에 따라 상기 소스 전극에 소스 전압을 인가하는 DAC(Digital-Analog Converter)를 포함하며,
상기 MCU는,
상기 채널에 검체가 가해지기 이전에,
상기 채널에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 백그라운드 신호를 획득하고,
상기 백그라운드 신호가 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며,
상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 DAC에 소스 전압 조정 명령을 출력하여, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치.
A sample detection device using at least one nanowire FET having a source electrode and a drain electrode, and having a nanowire and a receptor provided in a channel connecting the source electrode and the drain electrode,
a source electrode connector electrically connected to the source electrode;
a drain electrode connector electrically connected to the drain electrode;
an IV converter electrically connected to the drain electrode connector and converting a current flowing from the source electrode to the drain electrode into a voltage when a sample is applied to the channel;
an operational amplifier amplifying the voltage converted by the IV converter;
an ADC (Analog-Digital Converter) for converting the voltage amplified by the operational amplifier into a digital count value;
a micro controller unit (MCU) for detecting a sample included in the specimen through a digital count value converted by the ADC; and
A DAC (Digital-Analog Converter) electrically connected to the source electrode connector, receiving a source voltage application command output from the MCU, and applying a source voltage to the source electrode according to the source voltage application command,
The MCU,
Before the sample is applied to the channel,
Obtaining a background signal, which is a digital count value output by the ADC, when only the nanowire and the receptor are provided in the channel;
Determining whether the background signal exists within a preset background signal range;
When the background signal does not exist within the preset background signal range, a source voltage adjustment command is output to the DAC so that the background signal exists within the preset background signal range, nanowire FET Sample detection device using.
외부 전원을 입력받는 전원 입력부; 및
상기 전원 입력부에 입력된 외부 전원에 의해 충전이 이루어지는 배터리를 더 포함하며,
상기 I-V 컨버터, 상기 연산 증폭기, 상기 ADC, 상기 MCU 및 상기 DAC는 상기 배터리에 충전된 전원에 의해 동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치.
According to claim 1,
a power input unit receiving external power; and
Further comprising a battery that is charged by external power input to the power input unit,
The IV converter, the operational amplifier, the ADC, the MCU, and the DAC are operated by the power charged in the battery, the sample detection device using a nanowire FET.
상기 MCU는,
상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 한 이후에,
상기 채널에 블랭크 시약이 가해진 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 획득하고,
상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며,
상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 연산 증폭기의 저항 이득값을 조정하여, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치.
According to claim 1,
The MCU,
After making the background signal exist within the preset background signal range,
Obtaining a blank signal, which is a digital count value output by the ADC in a state where a blank reagent is applied to the channel;
determining whether a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is within a preset subtraction signal range;
When the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is not within the preset subtraction signal range, the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is obtained by adjusting the resistance gain value of the operational amplifier. A sample detection device using a nanowire FET, characterized in that it exists within a set subtraction signal range.
소스 전극 커넥터에 상기 소스 전극이 전기적으로 접속되고, 드레인 전극 커넥터에 상기 드레인 전극이 전기적으로 접속되는 단계;
상기 채널에 검체가 가해질 경우, 상기 드레인 전극 커넥터에 전기적으로 연결되어 있는 I-V 컨버터가, 상기 소스 전극에서 상기 드레인 전극으로 흐르는 전류를 전압으로 변환하는 단계;
연산 증폭기가 상기 I-V 컨버터에 의해 변환된 전압을 증폭하는 단계;
ADC가 상기 연산 증폭기에 의해 증폭된 전압을 디지털 카운트값으로 변환하는 단계; 및
MCU가 상기 ADC에 의해 변환된 디지털 카운트값을 통해 상기 검체에 포함된 샘플을 검출하는 단계를 포함하며,
상기 샘플 검출 장치는,
상기 소스 전극 커넥터에 전기적으로 연결되며, 상기 MCU에서 출력되는 소스 전압 인가 명령을 입력받고, 상기 소스 전압 인가 명령에 따라 상기 소스 전극에 소스 전압을 인가하는 DAC(Digital-Analog Converter)를 포함하며,
상기 소스 전극에서 상기 드레인 전극으로 흐르는 전류는, 상기 DAC가 상기 소스 전극에 인가한 소스 전압으로 인해 비롯되고,
상기 MCU는,
상기 채널에 검체가 가해지기 이전에,
상기 채널에 나노선과 수용체만 마련된 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 백그라운드 신호를 획득하고,
상기 백그라운드 신호가 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며,
상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 DAC에 소스 전압 조정 명령을 출력하여, 상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법.
A sample detection method performed by a sample detection device using at least one nanowire FET having a source electrode and a drain electrode and having a nanowire and a receptor provided in a channel connecting the source electrode and the drain electrode,
electrically connecting the source electrode to a source electrode connector and electrically connecting the drain electrode to a drain electrode connector;
converting, by an IV converter electrically connected to the drain electrode connector, a current flowing from the source electrode to the drain electrode into a voltage when a sample is applied to the channel;
amplifying the voltage converted by the IV converter by an operational amplifier;
Converting, by an ADC, the voltage amplified by the operational amplifier into a digital count value; and
Detecting, by an MCU, a sample included in the specimen through a digital count value converted by the ADC;
The sample detection device,
A DAC (Digital-Analog Converter) electrically connected to the source electrode connector, receiving a source voltage application command output from the MCU, and applying a source voltage to the source electrode according to the source voltage application command,
The current flowing from the source electrode to the drain electrode is caused by a source voltage applied to the source electrode by the DAC,
The MCU,
Before the sample is applied to the channel,
Obtaining a background signal, which is a digital count value output by the ADC, when only the nanowire and the receptor are provided in the channel;
Determining whether the background signal exists within a preset background signal range;
When the background signal does not exist within the preset background signal range, a source voltage adjustment command is output to the DAC so that the background signal exists within the preset background signal range, nanowire FET Sample detection method using.
상기 샘플 검출 장치는,
외부 전원을 입력받는 전원 입력부; 및
상기 전원 입력부에 입력된 외부 전원에 의해 충전이 이루어지는 배터리를 포함하며,
상기 I-V 컨버터, 상기 연산 증폭기, 상기 ADC, 상기 MCU 및 상기 DAC는 상기 배터리에 충전된 전원에 의해 동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법.
According to claim 6,
The sample detection device,
a power input unit receiving external power; and
And a battery that is charged by external power input to the power input unit,
The IV converter, the operational amplifier, the ADC, the MCU, and the DAC are operated by power charged in the battery, a sample detection method using a nanowire FET.
상기 MCU는,
상기 백그라운드 신호가 상기 기 설정된 백그라운드 신호 범위 내에 존재하도록 한 이후에,
상기 채널에 블랭크 시약이 가해진 상태에서 상기 ADC가 출력하는 디지털 카운트값인 블랭크 신호를 획득하고,
상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하며,
상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하지 않을 경우에는, 상기 연산 증폭기의 저항 이득값을 조정하여, 상기 블랭크 신호에서 상기 백그라운드 신호를 감산한 값이 상기 기 설정된 감산 신호 범위 내에 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는, 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 방법.According to claim 6,
The MCU,
After making the background signal exist within the preset background signal range,
Obtaining a blank signal, which is a digital count value output by the ADC in a state where a blank reagent is applied to the channel;
determining whether a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is within a preset subtraction signal range;
When the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is not within the preset subtraction signal range, the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is obtained by adjusting the resistance gain value of the operational amplifier. A sample detection method using a nanowire FET, characterized in that it exists within a set subtraction signal range.
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