매몰형 전극 구조의 용량성 바이오센서 연구

Abstract

오늘날 높은 발병률과 높은 사망률, 치료 후 재발생의 이유로 암의 진단 및 치료 법은 많은 사람들의 관심을 받고 있다. 이러한 암 또는 다양한 질병에 대한 진단 시스템을 개발하기 위해 다양한 종류의 바이오센서가 연구되고 있다. 이미 혈중 글루코오스나 혈류 내 가스 측정 등의 바이오센서는 의학적 응용분야에 사용되고 있다. 하지만, 암 진단에 관련된 바이오센서는 소수만이 임상실험에 적용되고 있으며, 여전히 만족스러운 결과를 내지 못하고 있다. 한편, 1980년대 이후부터 광학적, 미소질량, 전기화학적인 특성을 이용한 감지기들이 연구되어오고 있으며, 생화학적 친화력 및 항체-항원 반응을 응용한 생체 연구 및 질병 진단 시스템 개발을 위해 다양한 구조의 바이오센서들이 제안되고 있다. 이러한 바이오센서들은 기존의 CMOS 공정을 사용함으로써 소자의 대량생산 및 낮은 제작비용, 높은 신뢰성 등의 장점을 갖고 있다. 반도체 기반의 바이오센서에는 EIS 구조, ISFET, LAPS 등이 대표적으로 알려져 있고, 현재 의학, 농업, 바이오산업, 군사, 생화학테러 탐지 및 예방 등의 분야에 응용되고 있다. 현재까지의 암 진단 및 치료법은 일반적으로 알려진 암세포(CTC)를 제거하는 것에 대해서만 초점이 맞추어졌으며, 암 줄기세포(CSC)는 치료목적에서 소외되어 왔다. 이러한 암 세포는 암의 발생과정에서 특정 세포에 유전자 변이가 초래되어 발생한다. 줄기세포처럼 무한히 분열 증식 및 다양한 표현형을 가진 암세포를 끊임없이 만들어내는 암 줄기세포는 종양 조직 내에 소수가 존재함이 최근 연구를 통해 밝혀지고 있 다. 또한, 기존의 항암제를 이용한 치료에 대한 내성 및 재발, 전이를 유발시키는 메커니즘에 대한 설명이 가능함이 알려지고 있다. 본 연구에서는 새로운 패러다임으로 등장한 혈중 암 줄기세포(CCSC)의 측정이 가능하고, 이를 위하여 반도체 기술을 기반으로 하는 바이오센서에 대한 기초 연구를 실시하였다. 논문에서는 다양한 변환기 중 전해질과 절연체 계면에서 발생하는 생화학적 반응을 전기적인 Capacitance 변화를 통해 감지가 가능한 Electrolyte Insulator Semiconductor(EIS) 구조를 응용하였으며, 이 구조는 전계효과를 이용하여 전기적인 신호 판독이 가능한 감지기로써 기존의 Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) 구조와 유사하지만 금속 부분이 전해질과 전극으로 대체되어 있다. 본 연구에 사용된 센서는 전해 질로부터 전극을 보호하기 위해 매몰형 전극을 사용하였고, 감지기의 기본적인 특성을 분석하기 위해 C-V 측정을 진행하였다. 이 감지기의 여러 기생 저항으로 인해 낮은 주파수 (100 Hz∼1 kHz)에서 일반적인 C-V 특성이 측정될 수 있음을 확인하였다.