KR20170134121A - Biosensor based on carbon nanotube using floating electrode - Google Patents
Biosensor based on carbon nanotube using floating electrode Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170134121A KR20170134121A KR1020160065928A KR20160065928A KR20170134121A KR 20170134121 A KR20170134121 A KR 20170134121A KR 1020160065928 A KR1020160065928 A KR 1020160065928A KR 20160065928 A KR20160065928 A KR 20160065928A KR 20170134121 A KR20170134121 A KR 20170134121A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- floating electrode
- electrode
- floating
- cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 83
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 82
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 66
- NTYJJOPFIAHURM-UHFFFAOYSA-N Histamine Chemical compound NCCC1=CN=CN1 NTYJJOPFIAHURM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 230000004044 response Effects 0.000 description 14
- 229960001340 histamine Drugs 0.000 description 10
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 9
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 9
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 239000000739 antihistaminic agent Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 108090000862 Ion Channels Proteins 0.000 description 6
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 description 6
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- GUGOEEXESWIERI-UHFFFAOYSA-N Terfenadine Chemical compound C1=CC(C(C)(C)C)=CC=C1C(O)CCCN1CCC(C(O)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)CC1 GUGOEEXESWIERI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001387 anti-histamine Effects 0.000 description 5
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 5
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 108090000312 Calcium Channels Proteins 0.000 description 3
- 102000003922 Calcium Channels Human genes 0.000 description 3
- 102000018697 Membrane Proteins Human genes 0.000 description 3
- 108010052285 Membrane Proteins Proteins 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 206010041067 Small cell lung cancer Diseases 0.000 description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000002547 new drug Substances 0.000 description 2
- 230000006461 physiological response Effects 0.000 description 2
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 2
- SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N (-)-Nicotine Chemical compound CN1CCC[C@H]1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940125715 antihistaminic agent Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036755 cellular response Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229940000406 drug candidate Drugs 0.000 description 1
- 238000003255 drug test Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 229960002715 nicotine Drugs 0.000 description 1
- SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N nicotine Natural products CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 102220093468 rs759289686 Human genes 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000019491 signal transduction Effects 0.000 description 1
- 208000000587 small cell lung carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
- G01N27/3278—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction involving nanosized elements, e.g. nanogaps or nanoparticles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hematology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는, 기판 상에 정제된 반도체성 탄소나노튜브가 도포되어 있는 탄소나노튜브층, 탄소나노튜브층 상에서 일측에 배치된 소스 전극, 탄소나노튜브층 상에서 타측에 배치된 드레인 전극 및 탄소나노튜브 패턴층 상에서 소스 전극 및 드레인 전극과 이격되어 그 사이에 배치된 플로팅 전극을 포함한다. A carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode according to an embodiment of the present invention includes a carbon nanotube layer coated with a purified semiconducting carbon nanotube on a substrate, a source electrode disposed on one side of the carbon nanotube layer, A drain electrode disposed on the other side of the carbon nanotube layer, and a floating electrode disposed between and spaced apart from the source and drain electrodes on the carbon nanotube pattern layer.
Description
플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서에 관한 것이다.To a carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode.
세포의 생리학적 반응을 전기적 신호로 측정하기 위해서는 높은 민감도를 가지는 센서가 필요하다.Sensors with high sensitivity are needed to measure the physiological responses of cells to electrical signals.
세포의 전기생리학적 반응을 측정하기 위한 종래기술로는 주로 마이크로 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 미세 전극 센서(electrode sensor)가 있다. 이들은 센서에 쉽게 부착하는 성질을 가진 부착성 세포(adherent cell)의 전기생리학적 반응을 측정하는데 활용되고 있다.Conventional techniques for measuring the electrophysiological response of cells include a micro field effect transistor (FET) or an electrode sensor. They are being used to measure the electrophysiological response of adherent cells with properties that are easily attached to the sensor.
최근 들어 높은 민감도를 가지고 다양한 세포들의 전기생리학적 반응을 모니터링할 수 있는 나노스케일의 센서에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 기존 나노소자를 이용한 센서들은 암 세포와 같이 바닥에 붙지 않고 떠다니는 성질을 가진 비부착성 세포(non-adherent cell)에 대해서는 측정할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 비부착성 세포의 경우 세포의 위치가 유동적이기 때문에 생리학적 반응을 실시간으로 관찰하기 어려운 특성을 가지고 있다.Recently, nanoscale sensors capable of monitoring electrophysiological responses of various cells with high sensitivity are under study. However, existing nanodevice sensors have a problem that they can not be measured for non-adherent cells which are floating on the floor like cancer cells. In addition, in the case of nonadherent cells, since the cell position is fluid, it is difficult to observe physiological responses in real time.
한편, 나노소자 중 하나인 탄소나노튜브는 일차원적인 구조와 반도체적인 특성 때문에 높은 민감도를 요구하는 바이오센서의 주요 소자로 활용되고 있다. 그러나, 기존 탄소나노튜브를 이용한 바이오센서의 경우 한번 사용한 소자는 다시 사용할 수 없는 경우가 많기 때문에 여러 개의 소자를 이용하여 세포의 반응을 측정하는 것이 일반적이다. 즉, 종래의 바이오센서는 세포가 탄소나노튜브 소자에 흡착되었을 때 물리적으로 변형되어 다시 사용할 수 없는 문제점이 있다.On the other hand, carbon nanotube, one of the nano devices, is utilized as a major element of a biosensor requiring high sensitivity due to its one-dimensional structure and semiconductor characteristics. However, in the case of a conventional biosensor using carbon nanotubes, since a device once used can not be used again, it is common to measure the response of a cell using several devices. That is, the conventional biosensor is physically deformed when the cell is adsorbed on the carbon nanotube device, and thus can not be used again.
그리고, 탄소나노튜브 소자는 각각 마다 전도도, 민감도 등의 특성이 완전히 일치하는 것이 아니기 때문에 같은 크기의 신호에 대해서 다른 크기의 반응을 나타낼 수 있다. 이로 인해 측정 결과들을 비교하기 어려워서 통계적으로 의미있는 정량적인 결과를 얻을 수 없는 문제점이 있다Since the carbon nanotube device does not completely match the characteristics such as the conductivity and the sensitivity, each of the carbon nanotube devices can exhibit a different size response to the same size signal. This makes it difficult to compare the measurement results, so that statistically significant quantitative results can not be obtained
세포의 전기생리학적인 약물 반응을 검지하는 방법으로는 패치 클램프 혹은 염료를 이용한 방법이 있다. 하지만 이러한 기술들은 매우 과정이 복잡하고 샘플을 준비하고 측정하는데 있어서 매우 많은 시간을 필요로 할 수 있다. 또한 검지에 사용되는 세포들은 장비들에 의해 혹은 화학적으로 손상을 입을 수 있다. Methods for detecting electrophysiological drug reactions of cells include patch clamps or dye-based methods. However, these techniques are very complex and require a great deal of time to prepare and measure the sample. Also, the cells used in the index finger may be damaged by the equipment or chemically.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 세포의 물리적 또는 화학적 손상을 최소화하기 위한 것이다. The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an embodiment of the present invention minimizes physical or chemical damage of cells.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 비침습적 방법으로 세포의 약물 반응을 검지하기 위한 것이다.A carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode according to an embodiment of the present invention is for detecting a drug reaction in a cell by a non-invasive method.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 민감도를 향상시키기 위한 것이다.The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an embodiment of the present invention is intended to improve the sensitivity.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 탄소나노튜브 소자의 물리적인 변형을 방지할 수 있는 안정적인 구조를 제공하여 다수의 비부착성 세포에 대하여 반복적으로 측정할 수 있도록 하기 위한 것이다.The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an embodiment of the present invention provides a stable structure capable of preventing physical deformation of the carbon nanotube device, and thus can be repeatedly measured on a large number of non-adherent cells .
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는, 기판 상에 정제된 반도체성 탄소나노튜브가 도포되어 있는 탄소나노튜브층, 탄소나노튜브층 상에서 일측에 배치된 소스 전극, 탄소나노튜브층 상에서 타측에 배치된 드레인 전극 및 탄소나노튜브 패턴층 상에서 소스 전극 및 드레인 전극과 이격되어 그 사이에 배치된 플로팅 전극을 포함한다. A carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode according to an embodiment of the present invention includes a carbon nanotube layer coated with a purified semiconducting carbon nanotube on a substrate, a source electrode disposed on one side of the carbon nanotube layer, A drain electrode disposed on the other side of the carbon nanotube layer, and a floating electrode disposed between and spaced apart from the source and drain electrodes on the carbon nanotube pattern layer.
여기서, 플로팅 전극은 2 이상이고, 상기 2 이상의 플로팅 전극은 서로 이격되어 있다.Here, the floating electrode is two or more, and the two or more floating electrodes are spaced apart from each other.
플로팅 전극은 제1 플로팅 전극과 제2 플로팅 전극을 포함하고, 제1 플로팅 전극과 제2 플로팅 전극은 각각 "ㄷ" 모양의 형태를 가질 수 있다.The floating electrode includes a first floating electrode and a second floating electrode, and the first floating electrode and the second floating electrode may each have a "C" shape.
제1 플로팅 전극과 제2 플로팅 전극은 서로 이격되어 있고, 서로 대향하며, 각 변이 서로 교차하고 있을 수 있다.The first floating electrode and the second floating electrode may be spaced apart from each other, facing each other, and intersecting each other.
게이트 바이어스 전압을 인가하기 위한 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.And a gate electrode for applying a gate bias voltage.
기판은 유리 또는 실리콘으로 이루어질 수 있다.The substrate may be made of glass or silicon.
탄소나노튜브층은 단일벽 탄소나노튜브로 이루어질 수 있다.The carbon nanotube layer may be composed of single-walled carbon nanotubes.
탄소나노튜브층은 탄소나노튜브 용액을 스핀 코팅하여 형성될 수 있다.The carbon nanotube layer can be formed by spin coating a carbon nanotube solution.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 세포의 물리적 또는 화학적 손상을 최소화할 수 있고, 비침습적 방법으로 세포의 약물 반응을 검지할 수 있으며, 민감도를 향상시킬 수 있다.The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an embodiment of the present invention can minimize the physical or chemical damage of the cell, can detect the drug reaction of the cell by a non-invasive method, have.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 정제된 반도체성 탄소나노튜브와 플로팅 전극의 접촉 면적이 증대되어 세포의 전기생리학적인 반응을 높은 on-off 비율로 민감하게 측정할 수 있고, 플로팅 전극이 정렬된 탄소나노튜브를 고정하게 되어 외부의 물리적인 충격에 대하여 안정적일 수 있다.The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an exemplary embodiment of the present invention increases the contact area between the purified semiconducting carbon nanotube and the floating electrode, thereby sensitizing the electrophysiological response of the cell to a high on-off ratio And the floating electrode is fixed to the aligned carbon nanotube, so that it can be stable against external physical impact.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 하나의 세포에 대하여 전기생리학적인 반응을 모니터링한 후 다른 세포들에 대하여 반복 사용이 가능하여, 하나의 바이오센서를 이용하여 다수의 세포에 대한 측정값을 얻을 수 있기 때문에 통계적으로 의미있는 정량적인 측정이 가능하다.The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an embodiment of the present invention can be used repeatedly for other cells after monitoring electrophysiological reaction for one cell, Since a number of cells can be measured, statistically significant quantitative measurements are possible.
도 1은 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 사시도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 평면도이다.
도 3은 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 특성 변화를 측정하기 위한 시스템을 나타낸다.
도 4는 세포 특성을 측정할 수 있는 챔버를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 나노센서를 사용한 바이오 스크리닝 실험과정을 나타낸다.1 is a perspective view of a carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode according to an embodiment.
2 is a plan view of a carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode according to an embodiment.
FIG. 3 illustrates a system for measuring changes in characteristics of a carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode according to an embodiment.
Fig. 4 shows a chamber capable of measuring cell characteristics.
FIGS. 5A and 5B show a process of bioscreening experiments using nanosensors.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In the case of publicly known technologies, a detailed description thereof will be omitted.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. It will be understood that when an element such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the element directly over another element, On the other hand, when a part is "directly on" another part, it means that there is no other part in the middle. On the contrary, when a portion such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "under" another portion, this includes not only the case where the other portion is "directly underneath" On the other hand, when a part is "directly beneath" another part, it means that there is no other part in the middle.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
실시예들은 나노센서를 이용한 실시간/재사용 가능 바이오 스크리닝 기술에 관한 것이다. 나노센서 위에 세포를 생장시켜 다양한 약물에 대한 세포반응을 실시간/비침습성으로 측정 가능하며, 동시에 형광 현미경을 통해 광학적 측정이 가능하여 실험결과의 정밀도를 높일 수 있다. 또한 센서 위에 성장한 세포를 제거하고 다시 올려놓는 것만으로 나노센서의 재사용이 가능하다. Embodiments relate to real-time / reusable biosensing techniques using nanosensors. By growing cells on the nanosensor, it is possible to measure the cellular response to various drugs in real time / non-invasive manner. At the same time, it is possible to perform optical measurement through fluorescence microscope, and the accuracy of the experiment result can be improved. In addition, it is possible to reuse the nanosensor simply by removing the cells that have grown on the sensor and then reloading them.
실시예들은 나노센서의 실시간 바이오 스크리닝 기술에 관한 것이며, 이는 빠른 속도를 요하는 바이오 스크리닝이나 장시간에 걸친 바이오 모니터링 등의 분야에 적용이 가능하다.Embodiments relate to real-time biosensing of nanosensors, which can be applied to fields such as biosensors requiring high speed and bio-monitoring for a long time.
탄소나노튜브는 우수한 전기적 특성을 가지고 있기 때문에 field effect transistor (FET) 기반 센서 제작에 사용되어 왔다. 구체적으로, 탄소나노튜브 채널 부근에 전하를 띄고 있는 물질이 접근할 경우 게이팅 효과가 발생하여 채널에 흐르는 전류의 양을 변화시키고, 이를 실시간으로 측정할 수 있다. 바이오 스크리닝 여부를 분석하기 위한 본 실험의 한 예로써, 세포를 센서 위에 생장시킨 뒤 투입된 약물에 대한 전기적 신호 변화를 확인하였다. 구체적으로, 세포막 단백질은 특정 약물과 반응하여 이온채널을 열게 되며, 이때 열린 이온채널을 통해 칼슘, 칼륨 등의 이온이 이동하여 탄소나노튜브 주위의 전하 분포 특성을 변화시키게 된다. 따라서 채널 주위의 변화된 전하 분포는 게이팅 효과로 작동하여 탄소나노튜브의 전류 양을 변화시키게 된다. 또한 반대로 세포막의 이온채널을 열림을 막는 약물을 사용하여, 이에 대한 효과 역시 바이오 스크리닝 할 수 있다.Carbon nanotubes have been used in field effect transistor (FET) based sensor fabrication because of their excellent electrical properties. Specifically, when a substance having a charge close to a carbon nanotube channel approaches, a gating effect is generated, thereby changing the amount of current flowing through the channel and measuring it in real time. As an example of this experiment for analyzing the biosensing, we observed the electrical signal changes for the injected drug after the cells were grown on the sensor. Specifically, the cell membrane protein reacts with a specific drug to open the ion channel, where ions such as calcium and potassium move through the open ion channel to change the charge distribution characteristic around the carbon nanotube. Thus, the changed charge distribution around the channel acts as a gating effect, changing the amount of current in the carbon nanotube. Conversely, a drug that prevents the opening of the ion channel of the cell membrane is used, and the effect thereof can also be biosreened.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 바이오센서는 세포의 전기생리학적 반응을 정량적으로 측정하고 모니터링하기 위한 것으로, 기판, 탄소나노튜브층, 소스 전극, 드레인 전극 및 플로팅 전극을 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 and 2, a biosensor according to an embodiment includes a substrate, a carbon nanotube layer, a source electrode, a drain electrode, and a floating electrode for quantitatively measuring and monitoring electrophysiological responses of cells. .
기판(substrate)은 유리(glass) 또는 실리콘(SiO2)으로 이루어진 고체 기판이 사용될 수 있다. 본 실시예에 의하면 피라나(piranha) 세정 공정을 통해 깨끗하게 세척된 유리 기판을 사용하였다.The substrate may be a solid substrate made of glass or silicon (SiO2). According to this embodiment, a glass substrate cleanly cleaned through a piranha cleaning process was used.
탄소나노튜브층은 정제된 반도체성 탄소나노튜브(purified semiconducting CNT)를 기판 상에 스핀 코팅하여 형성한 것이다. 이때, 탄소나노튜브 패턴층은 센서의 민감도를 더욱 높이기 위해 단일벽(single wall)의 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 다중벽(multi wall)의 탄소나노튜브를 사용할 수도 있다.The carbon nanotube layer is formed by spin-coating refined semiconducting carbon nanotubes (CNTs) on a substrate. At this time, it is preferable to use a single wall carbon nanotube to further increase the sensitivity of the carbon nanotube pattern layer. However, it is also possible to use multi-wall carbon nanotubes.
본 실시예에 의하면, 탄소나노튜브는 0.7 ~ 2nm의 직경과, 2 ~ 3μm의 길이를 가진 단일벽 탄소나노튜브를 사용하였으나, 실시예들은 이에 제한되지 않는다. 그리고, 탄소나노튜브층은 탄소나노튜브 용액을 스핀 코팅(spin coating)하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. According to this embodiment, single-walled carbon nanotubes having a diameter of 0.7 to 2 nm and a length of 2 to 3 μm are used for the carbon nanotubes, but the embodiments are not limited thereto. The carbon nanotube layer may be formed by spin coating a carbon nanotube solution, but is not limited thereto.
소스 전극(source electrode)은 탄소나노튜브층 상에서 탄소나노튜브층 상의 일측에 배치된다. 그리고, 드레인 전극(drain electrode)은 탄소나노튜브층 상에서 탄소나노튜브의 정렬 방향의 타측에 배치된다.A source electrode is disposed on one side of the carbon nanotube layer on the carbon nanotube layer. A drain electrode is disposed on the other side of the carbon nanotube alignment direction on the carbon nanotube layer.
플로팅 전극(floating electrode)은 탄소나노튜브층 상에서 소스 전극 및 드레인 전극과 이격되어 그 사이에 배치된다. 플로팅 전극은 1개가 구비되거나, 복수개가 구비되어 탄소나노튜브의 정렬 방향을 기준으로 일정 간격으로 배치될 수 있다.A floating electrode is spaced apart from the source electrode and the drain electrode on the carbon nanotube layer. One of the floating electrodes may be provided or a plurality of the floating electrodes may be disposed at regular intervals based on the alignment direction of the carbon nanotubes.
또한 플로팅 전극은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 플로팅 전극 및 제2 플로팅 전극을 포함할 수 있다. 제1 플로팅 전극 및 제2 플로팅 전극은 서로 이격되어 있으며, 각각 "ㄷ" 모양으로 절곡되어 있을 수 있다. 제1 플로팅 전극 및 제2 플로팅 전극은 각각 마주하는 제1 영역과 제3영역, 제1 영역과 제3영역을 연결하는 제2 영역으로 이루어질 수 있다. 제1 플로팅 전극과 제2 플로팅 전극이, 제1 플로팅 전극의 제1 영역과 제2 플로팅 전극의 제1 영역이 서로 대향하면서 포개어져 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1 플로팅 전극의 제1 영역은, 제2 플로팅 전극의 제1 영역과 제3 영역 사이에 위치하고, 제2 영역에 인접한다. 또한 제2 플로팅 전극의 제1 영역은, 제1 플로팅 전극의 제1 영역과 제3 영역 사이에 위치하고, 제 2영역에 인접한다.Also, the floating electrode may include a first floating electrode and a second floating electrode, as shown in FIGS. 1 and 2. The first floating electrode and the second floating electrode are spaced apart from each other and may be bent in a "C" shape. The first floating electrode and the second floating electrode may respectively have a first region and a third region facing each other, and a second region connecting the first region and the third region. The first floating electrode and the second floating electrode may be overlapped while the first region of the first floating electrode and the first region of the second floating electrode face each other. Specifically, the first region of the first floating electrode is located between the first region and the third region of the second floating electrode, and is adjacent to the second region. The first region of the second floating electrode is located between the first region and the third region of the first floating electrode and is adjacent to the second region.
여기서, 도 1 및 도 2는 설명의 편의를 위한 도면이고, 플로팅 전극의 개수나 형태, 이격되어 있는 거리 등은 설계에 따라 달라질 수 있다.Here, FIGS. 1 and 2 are diagrams for convenience of explanation, and the number and shape of the floating electrodes, the distanced distance, and the like may vary depending on the design.
탄소나노튜브는 스핀 코팅 등의 방법으로 도포되기 때문에, 기판 상에 불규칙하게 분포한다. 따라서 종래의 일반적인 바이오 센서에 비하여, 실시예에 따른 플로팅 전극은 탄소나노튜브와의 접촉 면적이 넓어질 수 있고, 이로 인해 더 많은 탄소나노튜브가 전기적으로 활성화될 수 있으며, 센서의 감도가 향상될 수 있다.Since carbon nanotubes are applied by spin coating or the like, they are distributed irregularly on the substrate. Therefore, compared with the conventional biosensor of the related art, the floating electrode according to the embodiment can enlarge the contact area with the carbon nanotubes, thereby enabling more carbon nanotubes to be electrically activated, and the sensitivity of the sensor is improved .
또한 실시예에 따라 탄소나노튜브와 접촉 면적이 넓어진 플로팅 전극은 탄소나노튜브를 더욱 안정적으로 고정할 수 있으며, 이로 인해 바이오 센서의 일관성 및 내구성이 향상될 수 있다.Also, according to the embodiment, the floating electrode having a wider contact area with the carbon nanotubes can more securely fix the carbon nanotubes, thereby improving the consistency and durability of the biosensor.
한편, 소스 전극, 드레인 전극 및 플로팅 전극은 소정의 폭과 길이를 가지며, 일정한 두께로 형성된다.On the other hand, the source electrode, the drain electrode, and the floating electrode have a predetermined width and length and are formed to have a constant thickness.
전극들은 포토리소그래피(photolithography)를 이용하여 전극 모양을 패턴하고, 열증착법(thermal deposition)을 이용하여 Pd(팔라듐)/Au(금) 층을 형성한 뒤 리프트-오프법(lift-off)을 적용하여 제조될 수 있다. 소스 전극과 드레인 전극 사이의 채널 부위를 제외한 나머지 부위는 산화 알루미늄으로 패시베이션(passivation) 처리된다. The electrodes were patterned by photolithography to form an electrode pattern and a Pd (palladium) / Au (gold) layer was formed by thermal deposition, followed by a lift-off method . Except for the channel region between the source electrode and the drain electrode, is passivated with aluminum oxide.
전극들은 그 상면에 비부착성 세포가 안착되어 세포의 전기생리학적인 반응을 측정하게 된다. 이때, 플로팅 전극은 하부에 배치된 탄소나노튜브층의 탄소나노튜브를 고정하게 된다. 이와 같은 안정적인 구조를 가진 바이오센서는 다수의 세포에 대하여 반복적인 사용이 가능하다.The electrodes are placed on the top surface of the non-adherent cells to measure the electrophysiological response of the cells. At this time, the floating electrode fixes the carbon nanotubes of the carbon nanotube layer disposed below. Such a biosensor having a stable structure can be used repeatedly for a large number of cells.
상술한 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 바이오센서는 완충용액(미도시)에 넣어 사용하게 된다. 이때, 완충용액에는 와이어 형태의 게이트 전극이 연결되며, 게이트 전극을 통해 인가되는 게이트 바이어스 전압(gate bias voltage)의 변화에 따라 탄소나노튜브 소자의 전도도가 변하게 된다. 이는 탄소나노튜브 소자가 전위의 변화를 감지할 수 있는 센서로 사용될 수 있다는 것을 보여준다.The biosensor according to the present invention having the above-described structure is used in a buffer solution (not shown). At this time, a wire-shaped gate electrode is connected to the buffer solution, and the conductivity of the carbon nanotube device changes according to a change in gate bias voltage applied through the gate electrode. This indicates that the carbon nanotube device can be used as a sensor capable of detecting a change in potential.
플로팅 전극은 종래의 플로팅 전극과 비교하여 보다 넓은 면적을 가지고 있으며, 이는 채널 내부에 분산되어 있는 CNT들과 연결면적을 넓힘으로써 높은 전도도를 구현할 수 있다. 이로 인해 종래의 플로팅 전극보다 많은 CNT가 플로팅 전극에 전기적으로 연결되기 때문에, 더 많은 CNT가 활성화될 수 있고, 이는 센서의 감도를 높이는 역할을 할 수 있다. 또한 플로팅 전극은 기판에 흡착되어있는 CNT가 외부로부터의 물리적인 힘에 의해 떨어지지 않도록 보호함으로써, 센서가 보다 안정적으로 구동될 수 있다.The floating electrode has a wider area than the conventional floating electrode and can realize high conductivity by widening the connection area with the CNT dispersed in the channel. As a result, since more CNTs are electrically connected to the floating electrode than the conventional floating electrode, more CNTs can be activated, which can increase the sensitivity of the sensor. In addition, the floating electrode protects the CNT adsorbed on the substrate from being detached by a physical force from the outside, so that the sensor can be driven more stably.
도 3을 참조하면, 실시예들에 따른 센서의 특성 변화를 측정하기 위한 시스템을 보여주고 있으며, preamplifier, DC power, 그리고 DAQ를 통해 나노센서로 전달되는 신호를 실시간으로 해석한다. Referring to FIG. 3, there is shown a system for measuring a change in characteristics of a sensor according to embodiments, and real-time analyzes of a signal transmitted to a nanosensor through a preamplifier, a DC power, and a DAQ.
도 4를 참조하면, 세포를 살아있는 사이에서 측정할 수 있도록 제작된 챔버를 보여주고 있으며, 두 개의 기판(frame, platform) 사이에 나노센서를 배치하도록 제작하였다. 도면에서 상부의 Frame은 개구를 포함하고, 개구를 통해 탄소나노튜브 기반의 바이오센서가 노출되고, 그 위에 대상이 되는 세포를 위치시킬 수 있다.Referring to FIG. 4, there is shown a chamber designed to measure cells in a live environment, and a nanosensor is disposed between two substrates (frames, platforms). In the drawing, the upper frame includes an opening, and the carbon nanotube-based biosensor is exposed through the opening, and the target cell can be positioned thereon.
도 5a 및 도 5b는 나노센서를 사용한 바이오 스크리닝 실험과정을 나타낸다.FIGS. 5A and 5B show a process of bioscreening experiments using nanosensors.
도 5a에서 나노센서로 상태변화를 측정하게 될 세포를 기르고(좌) 띄어내는 과정(우)을 도식화한 그림이다. 도 5b의 i)는 스핀코팅을 통해 증착된 탄소나노튜브 네트워크 위에, 리소 그래피 공정을 사용하여 Ti/Au 전극을 증착한 탄소나노튜브 나노센서를 보여준다. 도 5b의 ii)는 세포(HeLa cell)를 Microcapillary를 사용하여 나노센서 위에 옮기는 과정을 보여준다. 도 5b의 iii)는 나노센서 위에 옮겨진 HeLa Cell 세포를 보여주며, Anti-Histamine 또는 Histamine 약물에 대한 세포의 상태 변화를 검지한다.FIG. 5A is a diagram illustrating a process of growing (left) cells (right) that will measure a state change with a nanosensor. Figure 5b i) shows a carbon nanotube nanosensor on which a Ti / Au electrode is deposited using a lithography process on a carbon nanotube network deposited via spin coating. FIG. 5 (ii) shows a process of transferring a cell (HeLa cell) onto a nanosensor using a microcapillary. Iii) of FIG. 5b shows the HeLa cell cell transferred on the nanosensor, and detects the change of the cell state with respect to the anti-histamine or histamine drug.
도 6a 및 도 6b는 상기 이미지는 본 발명에 사용된 플로팅 일렉트로드 전극 기반의 탄소나노튜브 나노센서의 예를 보여준다. 도 6a는 atomic force microscope (AFM)를 통한 나노센서의 채널 부분을 보여주며, 가장 위/아래의 Source/Drain 전극과 가운데의 3개 플로팅 일렉트로드, 그리고 채널 부분에 분포되어 있는 탄소나노튜브를 확인할 수 있다. 도 6b는 본 발명의 실험에 사용된 소자의 구체적인 도면의 한 예를 보여준다. 각 플로팅 일렉트로드 간의 간격은 2μm 이고 일렉트로드의 너비는 2μm 이다. 그리고 총 채널의 길이는 약 12μm 가량 된다. 채널 부위를 제외한 나머지 부분은 100nm 두께의 Al2O3 박막으로 passivation 시킨다.6A and 6B show an example of a floating electrode electrode-based carbon nanotube nanosensor used in the present invention. FIG. 6A shows the channel portion of the nanosensor through an atomic force microscope (AFM), showing the top / bottom source / drain electrodes, three floating electrodes in the middle, and carbon nanotubes distributed in the channel region . 6B shows an example of a specific drawing of the device used in the experiment of the present invention. The spacing between each floating electrode is 2 μm and the width of the electrode is 2 μm. The total channel length is about 12 micrometers. Except for the channel region, is passivated with a 100 nm thick Al 2 O 3 thin film.
도 7a 내지 도 7c는 상기 이미지들은 나노센서를 사용하여 측정가능한 바이오 스크리닝의 한 예로써, 헬라셀(HeLa cell)의 히스타민(Histamine)에 대한 전기 생리학적인 반응을 보여주는 실험에 대한 설명이다.FIGS. 7A to 7C are explanatory views of an experiment showing electrophysiological responses to histamine of HeLa cell as an example of bio-screening that can be measured using nanosensors.
도 7a는 헬라셀의 히스타민에 대한 전기생리학적인 반응 과정을 도식적으로 보여준다. 세포막 단백질(H1R)에 히스타민이 결합하게 되면, 헬라셀의 칼슘 이온채널(voltage dependent calcium channel, VDCC) 이 열려 이를 통해서 칼슘 이온이 세포 막을 투과해 들어오는 것을 보여준다.7a schematically illustrates the electrophysiological reaction process of histamine in Helacel. When histamine binds to the cell membrane protein (H1R), the voltage-dependent calcium channel (VDCC) of Helacel opens and calcium ions penetrate through the cell membrane.
도 7b는 히스타민에 반응하는 헬라셀에 의한 나노 소자의 전기적 특성 변화를 보여주는 실시간 그래프이다. 5 μM 칼슘 이온과 100 μM 히스타민이 포함된 용액을 투여하였을 때, 세포막의 이온 채널이 열려 칼슘이온이 세포 내부로 이동하고, 이에 따라 나노센서에 흐르는 전류의 세기가 커진 다음 천천히 감소하는 것을 보여준다. 전류의 세기가 천천히 감소하는 것은, 세포내부의 칼슘이온 농도증가가 세포 내부/외부의 농도 평형을 맞추기 위한 세포 활동으로 인해 다시 외부로 빠져나갔기 때문이다.FIG. 7B is a real-time graph showing changes in electric characteristics of nano-elements due to hella cells responding to histamine. When a solution containing 5 μM calcium ion and 100 μM histamine is administered, the ion channel of the cell membrane is opened to move the calcium ion into the cell, thereby increasing the intensity of the current flowing through the nanosensor and then slowly decreasing. The slow decrease in the intensity of the current is due to the fact that the increase in the calcium ion concentration inside the cell has exited to the outside due to the cell activity to balance the concentration inside / outside of the cell.
도 7c의 전기측정실험과 병행하여 동시에 진행된 형광현미경 반응 이미지로써, 칼슘이온이 포함된 히스타민 용액의 투여 전후의 형광 밝기 변화를 보여준다. 이 때 세포막의 이온 채널이 열려 칼슘이온이 세포 내로 침투해 세포 내의 형광 염료와 반응하여 형광의 밝기가 밝아짐을 확인할 수 있다. FIG. 7C is a fluorescence microscope image showing the fluorescence intensity change before and after the administration of the histamine solution containing calcium ions. At this time, the ion channel of the cell membrane is opened, and the calcium ions permeate into the cell and react with the fluorescent dye in the cell, so that the brightness of fluorescence becomes bright.
도 8a 및 도 8b의 이미지들은 항 히스타민 약물(anti-histamine)에 의해 통제된 헬라셀의 전기 생리학적인 반응에 관한 한 예를 보여준다.The images of Figures 8a and 8b show an example of the electrophysiological response of a Helix cell controlled by anti-histamine.
도 8a는 항 히스타민을 헬라셀에 전처리 함으로써, 히스타민에 의해 이온채널이 작동하지 않음을 보여주는 모식도이다. 투여된 항 히스타민이 세포막 단백질인 H11R과 결합하여, 히스타민이 투여되었음에도 불구하고 칼슘이온 채널이 열리지 않게 된다. 이러한 실험 예제는, 항 히스타민과 유사한 역할을 할 수 있는 약물 검사 등에 활용할 수 있다.FIG. 8A is a schematic diagram showing that the ion channel is not activated by histamine by pretreating the antihistamine with Helacel. FIG. The administered antihistamine binds to the cell membrane protein H11R, so that the calcium ion channel is not opened even though histamine is administered. These experimental examples can be used for drug tests that can play a role similar to antihistamines.
도 8b는 10 μM의 항 히스타민으로 전처리된 헬라셀에 5μM 칼슘이온과 100 μM의 히스타민이 포함된 용액을 투여하였을 때 나노센서의 신호 반응을 측정한 실시간 그래프이다. 히스타민 투여로 전기신호가 증가하지만 급격히 감소하고 있음을 볼 수 있으며, 이는 칼슘이온의 세포 내부로 이동하지 않았음을 의미한다. 즉, 앞의 실험에서 보여주었던 세포활동으로 인해 전류가 서서히 감소하는 반응과는 상반된 결과를 보여준다.FIG. 8B is a graph showing a real-time measurement of the signal response of a nanosensor when a solution containing 5 μM calcium ions and 100 μM histamine was administered to 10 μM of anti-histamine-pretreated hel cells. Histamine administration showed an increase in electrical signal but decreased rapidly, indicating that calcium ions did not migrate into the cells. In other words, it shows the opposite result from the slow decrease of current due to the cell activity shown in the previous experiment.
이하에서는, 세포의 전기생리학적 반응을 측정하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of measuring the electrophysiological response of cells will be described.
본 발명에 따른 바이오센서와 측정하고자 하는 비부착성 세포를 완충용액에 넣게 된다. 예를 들어, 세포는 소세포성 폐암 세포(SCLC cell)와 같은 암 세포나, HELA 세포일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The biosensor according to the present invention and the non-adherent cells to be measured are put into a buffer solution. For example, the cell may be, but is not limited to, a cancer cell such as a small cell lung cancer cell (SCLC cell) or a HELA cell.
다음으로, 마이크로 피펫(microcapillary)을 이용하여 세포를 바이오센서의 전극 위에 올리게 된다.Next, the cell is placed on the electrode of the biosensor using a microcapillary.
다음으로, 마이크로 피펫으로 세포를 누른 상태에서 바이오센서의 소스-드레인 전류를 실시간으로 모니터링하면서, 니코틴 용액을 완충용액에 넣어준다. 이때, 세포내부의 신호전달과정을 통해 세포 외부의 칼슘이온이 세포 내부로 유입된다. 이로 인해 세포막 외부의 전위가 변하게 되고, 이 전위 변화로 인한 탄소나노튜브 소자의 전도도 변화를 관찰하여 비부착성 세포의 전기생리학적인 반응을 실시간으로 모니터링할 수 있다.Next, while holding the cell with a micropipette, the source-drain current of the biosensor is monitored in real time, and the nicotine solution is added to the buffer solution. At this time, the calcium ions inside the cells are introduced into the cells through the internal signal transduction process. Thus, the electrophysiological response of the non-adherent cells can be monitored in real time by observing the change of the conductivity of the carbon nanotube device due to the change of the electric potential outside the cell membrane.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 세포의 물리적 또는 화학적 손상을 최소화할 수 있고, 비침습적 방법으로 세포의 약물 반응을 검지할 수 있으며, 민감도를 향상시킬 수 있다.The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an embodiment of the present invention can minimize the physical or chemical damage of the cell, can detect the drug reaction of the cell by a non-invasive method, have.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 정제된 반도체성 탄소나노튜브와 플로팅 전극의 접촉 면적이 증대되어 세포의 전기생리학적인 반응을 높은 on-off 비율로 민감하게 측정할 수 있고, 플로팅 전극이 정렬된 탄소나노튜브를 고정하게 되어 외부의 물리적인 충격에 대하여 안정적일 수 있다.The carbon nanotube-based biosensor using the floating electrode according to an exemplary embodiment of the present invention increases the contact area between the purified semiconducting carbon nanotube and the floating electrode, thereby sensitizing the electrophysiological response of the cell to a high on-off ratio And the floating electrode is fixed to the aligned carbon nanotube, so that it can be stable against external physical impact.
본 발명의 한 실시예에 따른 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 하나의 세포에 대하여 전기생리학적인 반응을 실시간으로 모니터링한 후 다른 세포들에 대하여 반복 사용이 가능하여, 하나의 바이오센서를 이용하여 다수의 세포에 대한 측정값을 얻을 수 있기 때문에 통계적으로 의미있는 정량적인 측정이 가능하다. A carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode according to an exemplary embodiment of the present invention can monitor an electrophysiological reaction in real time on one cell and can repeatedly use the same on other cells, , It is possible to obtain a statistically meaningful quantitative measurement.
이러한 바이오 스크리닝 기술은 신약개발을 위한 신약 후보물질 스크리닝 등에 활용 가능하며, 넓게는 유해 바이오 물질 검지 센서나 인공 후/미각 등의 신개념 소자에 개발에 적용 가능하다.Such a bio-screening technology can be used for screening candidates for new drug candidates for development of new drugs, and can be broadly applied to development of new concept devices such as sensors for detection of harmful bio-materials and artificial hair / taste.
바이오 스크리닝 기술은 의료 분야뿐 아니라 환경, 식품, 국방 등 여러 분야에서 요구되는 핵심 기술 중 하나이다. 본 특허에서 제안된 기술은 나노센서를 이용하여 빠른 시간 내에 바이오 스크리닝 검사를 가능하게 하는 기술로써, 기존의 오랜 검사 시간이 필요했던 세포의 약물반응 실험, 유해 바이오물질 검지 시스템과 같은 다양한 바이오 스크리닝 분야에 적용 가능하다.Bio-screening technology is one of the core technologies required in various fields such as environment, food, defense as well as medical field. The technology proposed in this patent is a technology that enables a biosensor inspection in a short time using a nanosensor. It is a technology for various biological screening such as a drug reaction test of a cell, Lt; / RTI >
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
소스 전극 드레인 전극The source electrode drain electrode
Claims (7)
상기 기판 상에 정제된 반도체성 탄소나노튜브가 도포되어 있는 탄소나노튜브층;
상기 탄소나노튜브층 상에서 일측에 배치된 소스 전극;
상기 탄소나노튜브층 상에서 타측에 배치된 드레인 전극; 및
상기 탄소나노튜브 패턴층 상에서 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 이격되어 그 사이에 배치된 플로팅 전극을 포함하고,
상기 플로팅 전극은 2 이상이고, 상기 2 이상의 플로팅 전극은 서로 이격되어 있는 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서.
Board;
A carbon nanotube layer coated with the purified semiconducting carbon nanotube on the substrate;
A source electrode disposed on one side of the carbon nanotube layer;
A drain electrode disposed on the other side of the carbon nanotube layer; And
And a floating electrode disposed on the carbon nanotube pattern layer, the floating electrode being spaced apart from the source electrode and the drain electrode,
Wherein the floating electrode is at least two, and the at least two floating electrodes are spaced apart from each other.
상기 플로팅 전극은 제1 플로팅 전극과 제2 플로팅 전극을 포함하고,
상기 제1 플로팅 전극과 상기 제2 플로팅 전극은 각각 "ㄷ" 모양의 형태를 갖는 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
Wherein the floating electrode includes a first floating electrode and a second floating electrode,
Wherein the first floating electrode and the second floating electrode each have a " C "shape.
상기 제1 플로팅 전극과 상기 제2 플로팅 전극은 서로 이격되어 있고, 서로 대향하며, 각 변이 서로 교차하고 있는 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the first floating electrode and the second floating electrode are spaced apart from each other and opposed to each other, wherein the floating electrode crosses each other.
게이트 바이어스 전압을 인가하기 위한 게이트 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서.
4. The method of claim 3,
And a gate electrode for applying a gate bias voltage to the gate electrode.
상기 기판은 유리 또는 실리콘으로 이루어진 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
The substrate is a carbon nanotube-based biosensor using a floating electrode made of glass or silicon.
상기 탄소나노튜브층은 단일벽 탄소나노튜브로 이루어진 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서.
The method of claim 1,
Wherein the carbon nanotube layer is a floating electrode formed of a single-walled carbon nanotube.
상기 탄소나노튜브층은 탄소나노튜브 용액을 스핀 코팅하여 형성된 플로팅 전극을 이용한 탄소나노튜브 기반 바이오센서.The method of claim 1,
Wherein the carbon nanotube layer is a floating electrode formed by spin coating a carbon nanotube solution.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160065928A KR20170134121A (en) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | Biosensor based on carbon nanotube using floating electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160065928A KR20170134121A (en) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | Biosensor based on carbon nanotube using floating electrode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170134121A true KR20170134121A (en) | 2017-12-06 |
Family
ID=60922352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160065928A Withdrawn KR20170134121A (en) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | Biosensor based on carbon nanotube using floating electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170134121A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190075433A (en) * | 2017-12-21 | 2019-07-01 | 주식회사 엔디디 | Bio-sensing device |
| KR20200085668A (en) * | 2019-01-07 | 2020-07-15 | 서울대학교산학협력단 | Carbon nanotube based device for monitoring cell ion-channel activity, manufacturing method, and measuring method of using the same |
| CN115616058A (en) * | 2021-07-16 | 2023-01-17 | 德州奥格锐生生物科技有限公司 | Graphene sensor, manufacturing method thereof and real-time in-situ detection method for hepatocyte differentiation |
-
2016
- 2016-05-27 KR KR1020160065928A patent/KR20170134121A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190075433A (en) * | 2017-12-21 | 2019-07-01 | 주식회사 엔디디 | Bio-sensing device |
| KR20200085668A (en) * | 2019-01-07 | 2020-07-15 | 서울대학교산학협력단 | Carbon nanotube based device for monitoring cell ion-channel activity, manufacturing method, and measuring method of using the same |
| CN115616058A (en) * | 2021-07-16 | 2023-01-17 | 德州奥格锐生生物科技有限公司 | Graphene sensor, manufacturing method thereof and real-time in-situ detection method for hepatocyte differentiation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11105791B2 (en) | Electronic detectors inside nanofluidic channels for detection, analysis, and manipulation of molecules, small particles, and small samples of material | |
| KR101551876B1 (en) | Biosensor based on carbon nanotube using floating electrode and Manufacturing method of the same and Measuring method of electrophysiological responses from a non-adherent cell | |
| CN103901089B (en) | The detection sensor of neurocyte electricity physiological signal and manufacture method and detection method | |
| JP2008536124A5 (en) | ||
| KR20140132869A (en) | Bio-sensor array for measuring glucose, glycated protein and total albumin | |
| WO2004104568A1 (en) | Single-electron transistor, field-effect transistor, sensor, method for producing sensor, and sensing method | |
| US8895340B1 (en) | Biosensor and system and process for forming | |
| Lee et al. | Vertical nanowire probes for intracellular signaling of living cells | |
| Zhou et al. | A supported lipid bilayer-based lab-on-a-chip biosensor for the rapid electrical screening of coronavirus drugs | |
| US11536721B2 (en) | Electrochemical immunosensors | |
| KR20170134121A (en) | Biosensor based on carbon nanotube using floating electrode | |
| Mahmoodi et al. | Multiwell plate impedance analysis of a nanowell array sensor for label-free detection of cytokines in mouse serum | |
| US10684250B2 (en) | Method for making polymer single nanowires and sensors utilizing the same | |
| US20040251145A1 (en) | High throughput screening (HTS) method and apparatus for monitoring ion channels | |
| KR20160001133A (en) | Method of fabricating carbon nanotube biosensor | |
| Maïno et al. | Impedance spectroscopy of the cell/nanovolcano interface enables optimization for electrophysiology | |
| US9354250B1 (en) | Nanoscale probe structure and application thereof | |
| WO2005108966A1 (en) | Biosensor | |
| Lee et al. | Transparent vertical nanotube electrode arrays on graphene for cellular recording and optical imaging | |
| KR101112498B1 (en) | Portable Glycation Protein Measuring Device | |
| JP2017032468A (en) | Ethanolamine phosphate sensor and manufacturing method thereof | |
| Lee et al. | Electrical detection-based analytic biodevice technology | |
| Meyburg et al. | Advanced CMOS process for floating gate field-effect transistors in bioelectronic applications | |
| JP2015187593A (en) | Stress measurement transistor type sensor and stress measurement method using the same | |
| Kwiat et al. | 2 Interfacing Biomolecules, Cells and Tissues with Nanowire-based Electrical Devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20160527 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination |