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KR102530748B1 - Apparatus and method for detecting sample using nanowire fet - Google Patents

Apparatus and method for detecting sample using nanowire fet Download PDF

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KR102530748B1
KR102530748B1 KR1020210013373A KR20210013373A KR102530748B1 KR 102530748 B1 KR102530748 B1 KR 102530748B1 KR 1020210013373 A KR1020210013373 A KR 1020210013373A KR 20210013373 A KR20210013373 A KR 20210013373A KR 102530748 B1 KR102530748 B1 KR 102530748B1
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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.

Figure R1020210013373
Figure R1020210013373

Description

나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SAMPLE USING NANOWIRE FET}Sample detection device and method using nanowire FET {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SAMPLE USING NANOWIRE FET}

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.

K. Maehashi, K. Matsumoto, Y. Takamura, and E. Tamiya, "Aptamer-Based Label-Free Immunosensors Using Carbon Nanotube Field-Effect Transistors," Electroanalysis., 21 [11] 1285-90 (2009)K. Maehashi, K. Matsumoto, Y. Takamura, and E. Tamiya, "Aptamer-Based Label-Free Immunosensors Using Carbon Nanotube Field-Effect Transistors," Electroanalysis., 21 [11] 1285-90 (2009) J.-O Lee, H.-M. So, E.-K. Jeon, H. Chang, K.Won, and Y. H. Kim, "Aptamers as Molecular Recognition Elements for Electrical Nanobiosensors," Anal. Bioanal. Chem., 390 [4] 1023-32 (2008)J.-O Lee, H.-M. So, E. -K. Jeon, H. Chang, K. Won, and Y. H. Kim, "Aptamers as Molecular Recognition Elements for Electrical Nanobiosensors," Anal. Bioanal. Chem., 390 [4] 1023-32 (2008) Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor, Giwan Seo et al., ACS Nano 2020, 14, 4, 5135-5142Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor, Giwan Seo et al., ACS Nano 2020, 14, 4, 5135-5142

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 sample detection device 1000 using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a side perspective view of a sample detection device 1000 using a nanowire FET according to an embodiment of the present invention. It is a rear perspective view. 1C is a view showing a state in which the nanowire FET chip 1 is accommodated in the chip accommodating part 120 of the sample detection device 1000 using the nanowire FET shown in FIG. 1A.

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 sample detection device 1000 using the nanowire FET according to an embodiment of the present invention may include a housing 110, a chip accommodation unit 120, and a display 130. there is.

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 housing 110 serves to enclose internal components of the sample detection device 1000 to be described later. A chip accommodating part 120 may be provided on one side of the housing 110 , and the chip accommodating part 120 may be slidably coupled to the housing 110 .

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 display 130 may be driven by a touch method, and items displayed on the display 130 may be controlled by the MCU 300 to be described later. For example, an open menu of the chip accommodating unit 120, a close menu of the chip accommodating unit 120, a current measurement menu, and the like may be displayed on the display 130 under the control of the MCU 300. can

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 sample detecting device 1000 touches the open menu, the chip accommodating part 120 may protrude out of the housing 110 (see FIG. 1c), and when the user touches the close menu, the protruding chip accommodating part 120 may be inserted into the housing 110 (see FIG. 1A).

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 source electrodes 11, 21, and 31 to be described later, and accordingly, the source electrodes 11, 21, and 31 pass through the channels 12, 22, and 32 to the drain. Current flows through the electrodes 13, 23, and 33. At this time, current measurement and voltage conversion are performed by the I-V converters (230: 230-1, 230-2, 230-3), and amplification is performed by the operational amplifiers (240: 240-1, 240-2, 240-3). Then, conversion into a digital count value is performed by the ADCs 250 (250-1, 250-2, 250-3), and finally sample detection is performed by the MCU 300. Information on the samples detected by the MCU 300 may be displayed (sample amount, positive/negative, etc.) on the display 130 under the control of the MCU 300 .

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 power input unit 410 to which a DC 8.4V adapter (not shown) can be coupled may be provided at the rear of the housing 110 . Power input to the power input unit 410 may be supplied to a power switch 440 or a battery 450 to be described later.

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 nanowire FET chip 1 may be accommodated in the chip accommodating unit 120 as shown in FIG. 1C. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the nanowire FET chip 1 accommodated in the chip accommodating unit 120 . As shown in FIG. 2 , the nanowire FET chip 1 may include one or more nanowire FETs 10 , 20 , and 30 .

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 first nanowire FET 10 includes a source electrode 11 and a drain electrode 13, and a nanowire and a receptor are provided in a channel 12 connecting the source electrode 11 and the drain electrode 13. . The second nanowire FET 20 also includes a source electrode 21 and a drain electrode 23, and a nanowire and a receptor are provided in the channel 22 connecting the source electrode 21 and the drain electrode 23, , The third nanowire FET 30 also has a source electrode 31 and a drain electrode 33, and a nanowire and a receptor are provided in the channel 32 connecting the source electrode 31 and the drain electrode 33 there is.

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 source electrodes 11, 21, 31 and the channels 12, 22, 32 are electrically connected, and the channels 12, 22, 32 and the drain electrodes 13, 23, 33 are also electrically connected. there is.

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 channel 12 and capable of immobilizing a receptor, and the receptor refers to a sensing material immobilized on the nanowire and capable of receiving a sample. .

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 channels 12, 22, and 32 serve as a kind of gate electrode in the nanowire FETs 10, 20, and 30. When only nanowires and receptors are provided in the channels 12, 22, and 32, the channel resistance (or the resistance between the source and drain electrodes) is very large, so that the current flows from the source electrode 11 to the drain electrode 13. less occur On the other hand, when the sample (DNA, RNA, antibody, hormone, cell, etc.) contained in the sample and the receptor bind, the channel resistance decreases and a relatively large current flows from the source electrode 11 to the drain electrode 13. will do In the present invention, it is determined whether or not the sample is present in the specimen by measuring the current generated when the sample included in the specimen binds to the receptor.

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 sample detection device 1000 using nanowire FETs 10, 20, and 30 according to an embodiment of the present invention together with a nanowire FET chip 1. Referring to FIG.

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 sample detection device 1000 using the nanowire FETs 10, 20, and 30 according to an embodiment of the present invention includes a source electrode connector 210 and a drain electrode connector 220 in a housing 110. ), an I-V converter 230, an operational amplifier 240, an ADC 250, and a controller 300.

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 nanowire FET chip 1 is accommodated in the chip accommodating part 120, the source electrodes 11, 21, and 31 of the nanowire FETs 10, 20, and 30 form a source electrode connector. (210: 210-1, 210-2, 210-3) and the drain electrodes 13, 23, 33 of the nanowire FETs 10, 20, 30 are connected to the drain electrode connector 220: 220- 1, 220-2, 220-3) are electrically connected.

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 channels 12, 22, and 32 where the nanowires and receptors are provided, the channel resistance decreases as described above, and thus the source electrodes 11, 21, and 31 move to the drain electrodes 13, 23, and 33 current flow occurs.

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 channels 12, 22, 32), when a sample is applied, the current flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 13, 23, and 33 is measured, and the measured current is converted into a voltage. The reason why the I-V converter (230: 230-1, 230-2, 230-3) converts the current into voltage is that the channel resistance is reduced so that the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 13, 23, and 33 ), even if current flows, the magnitude of the generated current is still only a small level, so amplification is required.

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 MCU 300 detects samples included in the specimen through the digital count value converted by the ADC. For example, a digital count value for a case in which a sample is included in a sample may be preset in the MCU 300 . Accordingly, when the digital count value converted by the ADC (250: 250-1, 250-2, 250-3) is greater than or equal to the preset digital count value, the MCU 300 determines that the sample is included in the specimen, Information about the sample may be displayed through the display 130 . If the digital count value converted by the ADCs (250: 250-1, 250-2, 250-3) is less than the preset digital count value, the MCU 300 determines that the sample does not contain the sample, and Information about can be displayed through the display 130.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 FET를 이용한 샘플 검출 장치(1000)는 전원 입력부(410) 및 배터리(450)를 포함할 수 있다.The sample detection device 1000 using the nanowire FET according to an embodiment of the present invention may include a power input unit 410 and a battery 450 .

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 power input unit 410 receives external power from a DC 8.4V adapter, and the external power input to the power input unit 410 passes through the DPDT (Double Pole Double Through) relay 420 to the power switch ( 440) and the battery 450.

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 DPDT relay 420 is connected to the power input unit 410, and accordingly, the DPDT relay 420 supplies external power input to the power input unit 410 to the power switch 440 and the battery 450, or supply can be cut off.

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 MCU 300 may control the DPDT relay 420. When the MCU 300 controls the DPDT relay 420 to connect the other end of the DPDT relay 420 to point A in FIG. 3, the external power input to the power input unit 410 is applied to the power switch 440 and the battery. It is supplied to 450. At this time, the external power input to the power input unit 410 is the I-V converter 230, operational amplifier 240, ADC 250, MCU ( 300) and a DAC 260 to be described later. That is, the sample detection device 1000 may be operated by external power input to the power input unit 410 . In addition, when the MCU 300 controls the DPDT relay 420 to connect the other end of the DPDT relay 420 to point A in FIG. charging takes place.

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 sample detection device 1000, that is, the I-V converter 230, the operational amplifier 240, the ADC 250, the MCU 300, and the DAC 260 are input to the power input unit 410. When driven by an external power supply, ripples and noise generated in the AC-DC conversion circuit (not shown) in the DC 8.4V adapter are introduced into the elements through the power input unit 410, and current-voltage conversion, voltage amplification, etc. In particular, since the size of the current flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 13, 23, and 33 is very fine on a micro or nano scale, ripples and noise may be introduced through the power input unit 410. In this case, whether or not the specimen contains the sample cannot be accurately detected.

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 sample detecting device 1000, such as detecting the sample included in the sample, external power is not used but the power charged in the battery 450. It is preferable to use only That is, the power charged in the battery 450 has significantly less ripple and noise than external power, so that it is possible to supply stable power to the elements constituting the sample detection device 1000, and as a result, the MCU 300 detects the sample. It is possible to detect with high accuracy whether or not the sample is included.

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 battery 450 during the operation of the sample detection device 1000, the MCU 300 controls the DPDT relay 420 to move the other end of the DPDT relay 420 to point B in FIG. can be linked to In this case, external power input to the power input unit 410 is supplied to the resistor 431 and the light emitting diode 432, so that the light emitting diode 432 emits light. In addition, in this case, elements constituting the sample detection device 1000, that is, the I-V converter 230, the operational amplifier 240, the ADC 250, the MCU 300, and the DAC 260 are stored in the battery 450. The operation is performed by the charged power, and as a result, the elements are relatively less affected by ripple and noise, so that whether or not the sample is included in the specimen can be detected with high accuracy.

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 source electrodes 11, 21, and 31 according to the source voltage application command. As a result, the current flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 13, 23, and 33 is transmitted through the DAC 260 (260-1, 260-2, 260-3) to the source electrodes 11, 21 , 31) is caused by the source voltage applied to .

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 battery 450 may be used for the operation of the DACs 260 (260-1, 260-2, 260-3). The MCU 300 basically outputs a source voltage application command to the DACs 260 (260: 260-1, 260-2, 260-3) when detecting a sample from the sample applied to the channels 12, 22, and 32. When the background signal is adjusted, a source voltage adjustment command may be output to the DACs 260 (260-1, 260-2, 260-3). Here, the source voltage adjustment command corresponds to an adjusted value of the source voltage application command, that is, an adjusted source voltage application command. As described above, according to the present invention, when the DACs (260: 260-1, 260-2, 260-3) are used both when detecting a sample from the sample applied to the channels 12, 22, and 32 and when adjusting the background signal, Because of this, it is economical compared to the case of separately providing a source voltage source, and control of the source voltage can also be easily achieved.

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 nanowire FETs 10 , 20 , and 30 according to an embodiment of the present invention may be performed by the sample detection device 1000 described above. At this time, each of the nanowire FETs 10, 20, and 30 includes source electrodes 11, 21, and 31 and drain electrodes 13, 23, and 33, and the source electrodes 11, 21, and 31 and the drain electrode A nanowire and a receptor may be provided in the channels 12, 22, and 32 connecting the channels 13, 23, and 33.

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 source electrodes 11, 21, and 31 are electrically connected to the source electrode connectors 210: 210-1, 210-2, and 210-3. A step of electrically connecting the drain electrodes 12, 22, and 32 to the drain electrode connectors 220: 220-1, 220-2, and 220-3 may be performed (S100). In other words, step S100 corresponds to a step in which the nanowire FET chip 1 is accommodated in the chip accommodating part 120 .

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 channels 12, 22, and 32, and the I-V converter (230: 230) electrically connected to the drain electrode connectors (220: 220-1, 220-2, 220-3) -1, 230-2, and 230-3 may convert a current flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 13, 23, and 33 into a voltage (S800).

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 nanowire FETs 10, 20, and 30 constituting the nanowire FET chip 1 has a difference in electrical characteristics for each channel 12, 22, and 32, because the nanowire FET ( This is because there are limitations in the manufacturing process of 10, 20, and 30).

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 channels 12, 22, and 32, a water dispersion technique using an organic solvent (EtOH, etc.) or water is applied. However, it is very difficult to evenly disperse the nanowire material in the channels 12, 22, and 32 due to strong hydrophobicity and insoluble aggregation characteristics of the nanowire material.

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 nanowire FETs 10, 20, and 30, electrical characteristics vary between the channels 12, 22, and 32 of the nanowire FETs 10, 20, and 30, and as a result, the nanowire FETs ( 10, 20, 30), it is difficult to manufacture constant channel resistance values. Until now, there is no way to physically compensate for this channel resistance difference. In some cases, the nanowire FETs 10, 20, and 30 are considered defective even though the channel resistance values of the nanowire FETs 10, 20, and 30 are out of the measurement range, and measurement is not impossible at all. may be discarded as well.

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 channels 12, 22, and 32, the range measured by the ADC (250: 250-1, 250-2, 250-3) is measured by the MCU (300) We propose a method that can actively change. According to the present invention, since sample detection is possible through the nanowire FETs 10, 20, and 30 having various channel resistances, the production yield of the nanowire FET chip 1 can be increased, and the measurement limit can also be improved. be able to

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 MCU 300 connects the nanowires and receptors to the channels 12, 22, and 32. A background signal, which is a digital count value output by the ADCs 250 (250: 250-1, 250-2, 250-3) can be obtained (S200). When only the nanowires and receptors are provided in the channels 12, 22, and 32, the channel resistance is very high, so very fine signals flow from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 12, 22, and 32.

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 channel 12, 22, and 32, and the channel resistance is different for each channel 12, 22, and 32. Accordingly, the channel 12, 22, and 32 In a state in which only the nanowire and the receptor are provided, currents flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 12, 22, and 32 are different. At this time, the current flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 12, 22, and 32 is converted into a voltage by I-V converters 230 (230-1, 230-2, and 230-3), and the conversion The resulting voltage is amplified by operational amplifiers 240 (240-1, 240-2, 240-3), and the amplified voltage is digitally counted by ADCs (250: 250-1, 250-2, 250-3) converted to a value

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 channel 12, 22, and 32, all digital count values converted by the ADCs 250 (250: 250-1, 250-2, 250-3) should be the same. Since it is difficult for the nanowire material to be evenly distributed in each channel 12, 22, 32, the digital count values converted by the ADCs 250 (250: 250-1, 250-2, 250-3) may be different. there is.

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 MCU 300 can determine whether the background signal exists within a preset background signal range (S300).

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 source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 12, 22, and 32 is digital You can increase or decrease the count value. Accordingly, when the digital count value that can actually be used by the 16-bit ADC (250: 250-1, 250-2, 250-3) is, for example, 26,000, the MCU 300 calculates its median value of 13,000 A range of ±10% in may be preset as a background signal range.

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 MCU 300 in the step S300, when the background signal acquired in the step S200 does not exist within the preset background signal range, the MCU 300 converts the DACs 260: 260-1, 260-2, 260-3), a source voltage adjustment command is output so that the background signal exists within the preset background signal range (S400).

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 MCU 300 in the step S300, if the background signal obtained in the step S200 is within the preset background signal range, the MCU 300 converts the DACs 260: 260-1, 260-2, Step S500 is performed without outputting a source voltage adjustment command to 260-3).

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 first nanowire FET 10 is R 1 , the channel resistance of the second nanowire FET 20 is R 2 , and the channel resistance of the third nanowire FET 30 is R 3 , At this time, assuming that the channel resistance has a relationship of R 2 > R 1 > R 3 , in a state in which only the nanowire and the receptor are provided in each channel 12, 22, and 32, in the source electrodes 11, 21, and 31 A current flowing through the drain electrodes 13, 23, and 33 is the smallest in the second nanowire FET 20 and the largest in the third nanowire FET 30.

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 source electrode 11 to the drain electrode 13 of the first nanowire FET 10 is I 1 , the I 1 is converted into a voltage by the IV converter 230-1, and the operation When amplified by the amplifier 240-1 and converted to a digital count value by the ADC 250-1, the converted digital count value is within the range of -10% to +10% from the median value of 13,000 In this case, the MCU 300 does not output a source voltage adjustment command to the DAC 260-1.

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 source electrode 21 to the drain electrode 23 of the second nanowire FET 20 is I 2 , the I 2 is converted into a voltage by the IV converter 230-2, and the operational amplifier When amplified by (240-2) and converted to a digital count value by ADC (250-2), the converted digital count value may exist within the range of less than -10% from the median value of 13,000, in this case The MCU 300 outputs a source voltage adjustment command to the DAC 260-2. Specifically, when the magnitude of the voltage applied to the source electrode 21 of the second nanowire FET 20 is V S2 , the MCU 300 calculates that the converted digital count value is a median value of 13,000 to -10% A source voltage adjustment command for increasing I 2 may be output to the DAC 260-2 so as to be within the range of +10% or less. In this case, the DAC 260-2 may apply a source voltage greater than V S2 to the source electrode 21 according to the source voltage adjustment command.

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 source electrode 31 to the drain electrode 33 of the third nanowire FET 30 is I 3 , the I 3 is converted into a voltage by the IV converter 230-3, and the operational amplifier When amplified by (240-3) and converted to a digital count value by ADC (250-3), the converted digital count value may exist within the range of +10% from the median value of 13,000, in this case The MCU 300 outputs a source voltage adjustment command to the DAC 260-3. Specifically, when the magnitude of the voltage applied to the source electrode 31 of the third nanowire FET 30 is V S3 , the MCU 300 calculates that the converted digital count value is a median value of 13,000 to -10% A source voltage adjustment command for lowering the I 3 to exist within a range of greater than or equal to +10% may be output to the DAC 260-3. In this case, the DAC 260-3 may apply a source voltage smaller than V S3 to the source electrode 31 according to the source voltage adjustment command.

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 nanowire FETs 10, 20, and 30 are matched by varying the source voltage in the above process, the amount of current change resulting from the same sample amount may not be displayed at the same level. That is, even if the same amount of sample is applied to each channel 12, 22, and 32, the magnitude of the current flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 13, 23, and 33 may be different. Therefore, the digital count values output by the ADCs 250-1, 250-2, and 250-3 may all be different. Therefore, it can be expressed as the same current change value for the same amount of sample only after going through a process of matching the sensitivity of measurement. To this end, a blank reagent having a specific concentration of electrolyte ions is added to each channel (12, 22, 32), and then ADCs (250-1, 250-2, 250-3) output the same digital count value. A step of automatically adjusting the resistor gain values of the operational amplifiers 240-1, 240-2, and 240-3 is performed.

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 MCU 300 controls the ADC 250-1 and 250-2 in a state in which a blank reagent is applied to the channels 12, 22, and 32 after allowing the background signal to exist within the preset background signal range. , 250-3) can obtain a blank signal that is a digital count value (S500). A blank reagent having a specific concentration of electrolyte ions has an effect of increasing a certain amount of current flowing from the source electrodes 11, 21, and 31 to the drain electrodes 13, 23, and 33.

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 MCU 300 may determine whether a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is within a preset subtraction signal range (S600).

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 channels 12, 22, and 32 where nanowires and receptors are provided, and at this time, the blank reagent calculates the digital count value output by the ADCs 250-1, 250-2, and 250-3. Assuming that it has an effect of increasing by 100, the MCU 300 may preset a range of ±10% from the digital count value of 100 as a subtraction signal range (ie, a range of 90 or more and 110 or less).

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 MCU 300 in the step S600, when the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal obtained in the step S500 does not exist within the preset subtraction signal range, the MCU 300 operates the operational amplifier ( 240: Adjust the resistor gain values of 240-1, 240-2, and 240-3 so that a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is within the preset subtracted signal range (S700).

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 MCU 300 in the step S600 is within the preset subtraction signal range, the MCU 300 operates the operational amplifier ( Step S800 is performed without adjusting the resistor gain values of 240: 240-1, 240-2, and 240-3).

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 channel 12 of the first nanowire FET 10, the blank signal, which is the digital count value output by the ADC 250-1, is output by the MCU ( 300) obtained, and as a result determined by the MCU 300, the background signal (meaning the background signal of the first nanowire FET 10 obtained by the MCU 300 in step S200) was subtracted from the blank signal. We can assume that the value exceeds 110. In this case, the MCU 300 may adjust the resistance gain value of the operational amplifier 240-1 so that a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is within the preset subtraction signal range. Specifically, according to FIG. 3, the resistance gain value R gain1 of the operational amplifier 240-1 is represented by R 12 /R 11 , and the MCU 300 adjusts the resistance gain value R gain1 by lowering R 12 or increasing R 11 . Lowering adjustments can be made.

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 channel 22 of the second nanowire FET 20, the blank signal, which is the digital count value output by the ADC 250-2, is sent to the MCU 300 is obtained, and as a result of the determination by the MCU 300, a value obtained by subtracting the background signal (meaning the background signal of the second nanowire FET 20 acquired by the MCU 300 in step S200) from the blank signal is It can be assumed to be less than 90. In this case, the MCU 300 may adjust the resistance gain value of the operational amplifier 240-2 so that a value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is within the preset subtraction signal range. Specifically, according to FIG. 3, the resistance gain value R gain2 of the operational amplifier 240-2 is represented by R 22 /R 21 , and the MCU 300 increases the resistance gain value R gain2 by increasing R 22 or lowering R 21 . Height can be adjusted.

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 channel 32 of the third nanowire FET 30, the blank signal, which is the digital count value output by the ADC 250-3, is sent to the MCU 300. is obtained, and as a result of determination by the MCU 300, a value obtained by subtracting the background signal (meaning the background signal of the third nanowire FET 30 obtained by the MCU 300 in step S200) from the blank signal is It can be assumed to exist within the range of 90 or more and 110 or less. In this case, the MCU 300 does not change the resistance gain value R gain3 of the operational amplifier 240-3 because the value obtained by subtracting the background signal from the blank signal is within the preset subtraction signal range. may not be

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 MCU 300 controls the resistance gain of the operational amplifier 240-3, when a sample is applied to each channel 12, 22, 32, the source electrodes 11, 21, 31 ) to the drain electrodes 13, 23, and 33 can be predicted sufficiently, thereby improving the detection accuracy of the sample included in the specimen.

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 nanowire FETs 10, 20, and 30 can be adjusted and matched, and the current change amount resulting from the same sample amount can be displayed at the same level. Accordingly, when the above-described steps S800 to S1100 are performed after the step S700, the sample included in the specimen can be detected with high accuracy. The MCU 300 may determine whether a sample is included in the specimen, and display the determination result (sample amount, positive/negative, etc.) through the display 130 .

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 장치
1: 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)

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);
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.
삭제delete 제1항에 있어서,
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.
삭제delete 제1항에 있어서,
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 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 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.
삭제delete 제6항에 있어서,
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.
삭제delete 제6항에 있어서,
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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