(57)【要約】【課題】バイオセンサチップを提供する。【解決手段】本発明は、バイオセンサチップに関し、ターゲット物質と感知物質との間の相互反応によって、前記ターゲット物質を検出するセンシング部と、前記センシング部と電気的に接続された基板回路部と、前記ターゲット物質を含む溶液性物質を前記センシング部に提供するチャンネル部と、前記基板回路部と結合して前記チャンネル部及びセンシング部を覆うカバーと、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット物質と感知物質との間の相互反応によって前記ターゲット物質を検出するセンシング部と、
前記センシング部と電気的に接続された基板回路部と、
前記ターゲット物質を含む溶液性物質を前記センシング部に提供するチャンネル部と、
前記基板回路部と結合して前記チャンネル部及びセンシング部を覆うカバーとを含むことを特徴とする、センサチップ。
【請求項２】
前記カバーが、前記溶液性物質の前記チャンネルへの入出経路を提供する溶液引入口と、溶液引出口とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のセンサチップ。
【請求項３】
前記カバーが、ポリメチルメタクリレートと、ポリカーボネートと、サイクリックオレフィンコーポリマと、ポリエチレンスルホンと、ポリスチレンと、これらの組合のうちで選択された何れか一つに構成された透明性の体とを含むことを特徴とする、請求項２に記載のセンサチップ。
【請求項４】
前記チャンネル部が、
前記溶液引入口と上下整列されて、前記溶液引入口から前記センシング部への溶液性物質の流れ経路を提供するチャンネル溶液引入口と、
前記溶液引出口と上下整列されて、前記センシング部から前記溶液引出口への溶液性物質の流れ経路を提供するチャンネル溶液引出口と、
前記チャンネル溶液引入口から前記チャンネル溶液引出口まで延長されて前記溶液性物質の流れ経路を前記センシング部に制限させる流体チャンネルとを含むことを特徴とする、請求項２に記載のセンサチップ。
【請求項５】
前記チャンネル部が、ポリジメチルシロキサンに構成された透明性の体を含むことを特徴とする、請求項４に記載のセンサチップ。
【請求項６】
前記センシング部が、
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置されて、前記チャンネル溶液引入口を通じて提供された溶液性物質と接触されて前記溶液性物質内のターゲット物質と相互反応する感知物質が固定されたセンサとを含むことを特徴とする、請求項４に記載のセンサチップ。
【請求項７】
前記基板回路部が、
前記センシング部の配置位置を導くガイド溝を有する上部チップガイドと、
前記センシング部と電気的に接続されて前記センシング部の電気信号入出力を担当する下部回路基板とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のセンサチップ。
【請求項８】
前記基板回路部が、前記カバーとの結合のための結合溝を含んでなり、
前記カバーが、前記結合溝に挿入される結合突起を含むことを特徴とする、請求項１に記載のセンサチップ。
【請求項９】
半導体基板上に感知物質が固定されたセンサを含むセンシング部と、
前記感知物質と相互反応するターゲット物質を含む溶液性物質を前記センシング部に提供して、前記溶液性物質を前記センサに接触させるチャンネル部と、
前記センシング部と電気的に接続されて外部装置と前記センシング部との間の電気的な信号の入出力を担当する基板回路部と、
前記基板回路部を覆って前記センシング部及びチャンネル部の配置空間を提供し、前記溶液性物質の入出経路を提供するカバーとを含むことを特徴とする、センサチップ。
【請求項１０】
前記カバーが、前記溶液性物質の前記チャンネル部への入出経路を提供する第１溶液引入口及び第１溶液引出口が設けられた第１透明性カバーを含むことを特徴とする、請求項９に記載のセンサチップ。
【請求項１１】
前記カバーが、前記第１透明性カバーを覆う第２透明性カバーをさらに含んでなり、
前記第２透明性カバーが、
前記溶液性物質の流れ経路を提供する溶液フローチャンネルと、
前記溶液性物質をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタリングされた溶液性物質の前記第１透明性カバーへの入出経路を提供する第２溶液引入口及び第２溶液引出口と、
前記第２溶液引出口を通じて排出される溶液性物質を格納する格納容器とを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のセンサチップ。
【請求項１２】
前記センサが、
互いに異なる蛋白質メーカを独立的に検出する複数個のセンサグループと、
前記センシング部の電気信号変化の基準信号を得る少なくとも一つのセンサグループとを含むことを特徴とする、請求項９に記載のセンサチップ。
【請求項１３】
前記基板回路部が、
前記センシング部の配置位置を導くガイド溝が含まれたチップガイドと、
前記センシング部の半導体基板とは伝導性両面接着テープによって接続される基板バイアスパッドと、
前記センシング部とはボンディングワイヤによって接続されるボンディングパッドを有する上部回路基板と、
前記基板バイアスパッド及びボンディングパッドと接続された複数個の電気的な配線を有する第１レイヤと、
前記複数個の電気的な配線と接続された複数個の接続パッドを有する第２レイヤを含む下部回路基板とを含むことを特徴とする、請求項９に記載のセンサチップ。
【請求項１４】
半導体基板上に感知物質が固定された複数個のナノワイヤセンサを含むセンシング部と、
前記感知物質と相互反応するターゲット物質を含む溶液性物質を前記複数個のナノワイヤセンサを横切って流れるように導く透明性チャンネル部と、
前記センシング部と電気的に接続されて、外部装置と前記センシング部との間の電気的な信号の入出力を担当する基板回路部と、
前記基板回路部を覆って前記センシング部及びチャンネル部の配置空間を提供する下部透明性カバーと、
前記下部透明性カバーを覆う上部透明性カバーとを含むことを特徴とする、センサチップ。
【請求項１５】
前記下部透明性カバーが、前記溶液性物質の前記チャンネル部への入出経路を提供する下部溶液引入口及び下部溶液引出口を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のセンサチップ。
【請求項１６】
前記上部透明性カバーが、
前記下部溶液引入口及び下部溶液引出口と上下整列された上部溶液引入口及び上部溶液引出口と、
前記上部溶液引入口に提供される溶液性物質をフィルタリングするフィルタと、
引出口から排出される溶液性物質を格納する格納容器と、
前記溶液性物質の前記フィルタから前記上部溶液引入口への流れ経路を提供する第１溶液フローチャンネルと、
前記溶液性物質の引出口から前記格納容器への流れ経路を提供する第２溶液フローチャンネルとを含むことを特徴とする、請求項１５に記載のセンサチップ。
【請求項１７】
前記透明性チャンネル部が、
前記下部溶液引入口及び下部溶液引出口と上下整列されたチャンネル溶液引入口及びチャンネル溶液引出口と、
前記チャンネル溶液引入口から前記チャンネル溶液引出口まで延長されて、前記溶液性物質を前記複数個のナノワイヤセンサ上に流れるように制限する流体チャンネルとを含むことを特徴とする、請求項１６に記載のセンサチップ。
【請求項１８】
前記ナノワイヤセンサが、
前記溶液性物質と接触する不純物がドーピングされたシリコンナノチャンネルと、
前記シリコンナノチャンネルの両側に配置されたソース/ドレーンとを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のセンサチップ。
【請求項１９】
前記基板回路部が、
前記センシング部の配置位置を導くガイド溝と、
前記下部透明性カバーとの結合のための結合溝を有する上部チップガイドと、
前記センシング部と接続される内部接続パッドと、
前記内部接続パッドと電気的に接続された電気的な配線と、
前記電気的な配線と接続され、外部装置が接続される外部接続パッドを有する下部印刷回路基板とを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のセンサチップ。
【請求項２０】
前記下部透明性カバーが、前記結合溝に挿入される結合突起を含むことを特徴とする、請求項１９に記載のセンサチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ（センサー）チップに関し、より詳細には、バイオセンサ（センサー）チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にバイオセンサは、生化学的、光学的、熱的、電気的な反応による変化を測定する素子として、電気化学的バイオセンサに対する研究が活発に行われていることが最近の動向である。電気化学的バイオセンサは、測定原理によってその種類が多様であるが、生体分子検出のためにシリコン電界効果トランジスタＦＥＴ原理を利用したバイオセンサがそのうちの一つである。
【０００３】
前記原理を利用するバイオセンサは、シリコンナノワイヤでターゲット分子と感知分子との間の相互反応する際に発生する電気伝導度（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）の変化を感知して特定バイオ物質を検出することである。このようなバイオセンサは、高い敏感度のために多くの研究が行われている。
【０００４】
このようなバイオセンサは、家庭はもちろん医療界を始まった産業全般にかけて、多くの応用になると予想される。従って、比較的に低廉な価格にバイオセンサを提供することができるように製作費用が低く、製作過程が単純で、ターゲット物質が效果的にセンサに伝達されて電気的な信号が安定的に読み出されるべきである。
【０００５】
一方、バイオセンサは、ターゲット物質を分離するために遠心分離機のような装置の使用が必要である。尚、ターゲット物質を含む物質を外部からセンサ内部に移動させるためにシリンジポンプの使用によって携帯が容易ではないという短所がある。特に、検出物質を測定する際にシリンジポンプの高費用及び大きい体積がバイオセンサの商用化にもっとも大きい障害物である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６、８７０、２３５号公報
【特許文献２】米国特許公開第２００６‐００５４９３６号公報
【特許文献３】韓国特許第１０−０８４１３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、携帯が簡便なバイオセンサチップを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、製作費用が比較的に低廉で、使用しやすいバイオセンサチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明によるバイオセンサチップは、シリコンナノワイヤが形成された電界効果トランジスタＦＥＴセンシング部と、流体チャンネルを有する透明性チャンネル部と、印刷回路基板と、透明性カバー(cover:被覆物)と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
前記の特徴を具現することができる本発明の実施形態によるバイオセンサチップは、ターゲット物質と感知物質との間の相互反応によって前記ターゲット物質を検出するセンシング部と、前記センシング部と電気的に接続された基板回路部と、前記ターゲット物質を含む溶液性物質を前記センシング部に提供するチャンネル部と、前記基板回路部と結合して前記チャンネル部及びセンシング部を覆うカバーと、を含むことができる。
【００１１】
本発明の実施形態において、前記カバーは、前記溶液性物質の前記チャンネル部への入出経路を提供する溶液引入口と、溶液引出口と、を含むことができる。
【００１２】
本発明の実施形態において、前記カバーは、ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）と、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）と、サイクリックオレフィンコーポリマ（Ｃｙｃｌｉｃ  ｏｌｅｆｉｎｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）と、ポリエチレンスルホン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｏｎｅ）と、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）と、これらの組合に構成された透明性の体と、を含むことができる。
【００１３】
本発明の実施形態において、前記チャンネル部は、前記溶液引入口と上下整列されて、前記溶液引入口から前記センシング部への溶液性物質の流れ経路を提供するチャンネル溶液引入口と、前記溶液引出口と上下整列されて、前記センシング部から前記溶液引出口への溶液性物質の流れ経路を提供するチャンネル溶液引出口と、前記チャンネル溶液引入口から前記チャンネル溶液引出口まで延長されて前記溶液性物質の流れ経路を前記センシング部に制限させる流体チャンネルと、を含むことができる。
【００１４】
本発明の実施形態において、前記チャンネル部は、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）に構成された透明性の体を含むことができる。
【００１５】
本発明の実施形態において、前記センシング部は、半導体基板と、前記半導体基板上に配置されて、前記チャンネル溶液引入口を通じて提供された溶液性物質と接触されて前記溶液性物質内のターゲット物質と相互反応する感知物質が固定されたセンサと、を含むことができる。
【００１６】
本発明の実施形態において、前記基板回路部は、前記センシング部の配置位置を導くガイド溝を有する上部チップガイドと、前記センシング部と電気的に接続されて前記センシング部の電気信号入出力を担当する下部回路基板と、を含むことができる。
【００１７】
本発明の実施形態において、前記基板回路部は、前記カバーとの結合のための結合溝を含み、前記カバーは、前記結合溝に挿入される結合突起を含むことができる。
【００１８】
前記の特徴を具現することができる本発明の変形実施形態によるバイオセンサチップは、半導体基板上に感知物質が固定されたセンサを含むセンシング部と、前記感知物質と相互反応するターゲット物質を含む溶液性物質を前記センシング部に提供して、前記溶液性物質を前記センサに接触させるチャンネル部と、前記センシング部と電気的に接続されて外部装置と前記センシング部との間の電気的な信号の入出力を担当する基板回路部と、前記基板回路部を覆って前記センシング部及びチャンネル部の配置空間を提供し、前記溶液性物質の入出経路を提供するカバーと、を含むことができる。
【００１９】
本発明の変形実施形態において、前記カバーは、前記溶液性物質の前記チャンネル部への入出経路を提供する第１溶液引入口及び第１溶液引出口が設けられた第１透明性カバーを含むことができる。
【００２０】
本発明の変形実施形態において、前記カバーは、前記第１透明性カバーを覆う第２透明性カバーをさらに含み、前記第２透明性カバーは、前記溶液性物質の流れ経路を提供する溶液フローチャンネルと、前記溶液性物質をフィルタリングするフィルタと、前記フィルタリングされた溶液性物質の前記第１透明性カバーへの入出経路を提供する第２溶液引入口及び第２溶液引出口と、前記第２溶液引出口を通じて排出される溶液性物質を格納する格納容器と、を含むことができる。
【００２１】
本発明の変形実施形態において、前記センサは、互いに異なる蛋白質メーカを独立的に検出する複数個のセンサグループと、前記センシング部の電気信号変化の基準信号を得る少なくとも一つのセンサグループと、を含むことができる。
【００２２】
本発明の変形実施形態において、前記基板回路部は、前記センシング部の配置位置を導くガイド溝が含まれたチップガイドと、前記センシング部の半導体基板とは伝導性両面接着テープによって接続される基板バイアスパッドと前記センシング部とはボンディングワイヤによって接続されるボンディングパッドを有する上部回路基板と、前記基板バイアスパッド及びボンディングパッドと接続された複数個の電気的な配線を有する第１レイヤと前記複数個の電気的な配線と接続された複数個の接続パッドを有する第２レイヤとを含む下部回路基板と、を含むことができる。
【００２３】
前記の特徴を具現することができる本発明の他の変形実施形態によるバイオセンサチップは、半導体基板上に感知物質が固定された複数個のナノワイヤセンサを含むセンシング部と、前記感知物質と相互反応するターゲット物質を含む溶液性物質を前記複数個のナノワイヤセンサを横切って流れるように導く透明性チャンネル部と、前記センシング部と電気的に接続されて外部装置と前記センシング部との間の電気的な信号の入出力を担当する基板回路部と、前記基板回路部を覆って前記センシング部及びチャンネル部の配置空間を提供する下部透明性カバーと、前記下部透明性カバーを覆う上部透明性カバーと、を含むことができる。
【００２４】
本発明の他の変形実施形態において、前記下部透明性カバーは、前記溶液性物質の前記チャンネル部への入出経路を提供する下部溶液引入口と、下部溶液引出口と、を含むことができる。
【００２５】
本発明の他の変形実施形態において、前記上部透明性カバーは、前記下部溶液引入口及び下部溶液引出口と上下整列された上部溶液引入口及び上部溶液引出口と、前記上部溶液引入口に提供さいる溶液性物質をフィルタリングするフィルタと、前記上部溶液引出口から排出される溶液性物質を格納する格納容器と、前記溶液性物質の前記フィルタから前記上部溶液引入口への流れ経路を提供する第１溶液フローチャンネルと、前記溶液性物質の前記上部溶液引出口から前記格納容器への流れ経路を提供する第２溶液フローチャンネルと、を含むことができる。
【００２６】
本発明の他の変形実施形態において、前記透明性チャンネル部は、前記下部溶液引入口及び下部溶液引出口と上下整列されたチャンネル溶液引入口及びチャンネル溶液引出口と、前記チャンネル溶液引入口から前記チャンネル溶液引出口まで延長されて前記溶液性物質を前記複数個のナノワイヤセンサの上に流れるように制限する流体チャンネルと、を含むことができる。
【００２７】
本発明の他の変形実施形態において、前記ナノワイヤセンサは、前記溶液性物質と接触する不純物がドーピングされたシリコンナノチャンネルと、前記シリコンナノチャンネルの両側に配置されたソース/ドレーンと、を含むことができる。
【００２８】
本発明の他の変形実施形態において、前記基板回路部は、前記センシング部の配置位置を導くガイド溝と、前記下部透明性カバーとの結合のための結合溝を有する上部チップガイドと、前記センシング部と接続される内部接続パッドと、前記内部接続パッドと電気的に接続された電気的な配線と、前記電気的な配線と接続され、外部装置が接続される外部接続パッドを有する下部印刷回路基板と、を含むことができる。
【００２９】
本発明の他の変形実施形態において、前記下部透明性カバーは、前記結合溝に挿入される結合突起を含むことができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、製作工程が単純で製作費用が比較的に低廉であり、携帯が容易で、簡便にターゲット物質を検出することができて病院のような医療機関、或いは一般家庭でも難無く使用することができる効果がある。他の側面でバイオセンサチップの自体に溶液性物質をフィルタリングしてターゲット物質を分離することができるように構成することによって、溶液性物質を遠心分離機のような装置の助けなしに容易に分離することができ、毛細管現状によって溶液性物質をセンシング部に移動させることができて、検出物質を測定する際にシリンジポンプのような装置が要らなくて携帯性及び使用容易性を極大化することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態によるバイオセンサチップを示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態によるバイオセンサチップを示した分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態によるバイオセンサチップのカバーを示した斜視図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップのチャンネル部を示した斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップのチャンネル部を製作するためのモールドを示した平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップのセンシング部を示した平面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップのセンサを拡大して示した平面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップの基板回路部を示した斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップの基板回路部を示した分解斜視図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップにおいて、基板回路部の上部チップガイドを示した平面図である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップにおいて、基板回路部の上部回路基板を示した平面図である。
【図６Ｅ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップにおいて、基板回路部の下部回路基板を示した平面図である。
【図６Ｆ】本発明の実施形態によるバイオセンサチップにおいて、基板回路部の下部回路基板を示した平面図である。
【図７Ａ】本発明の変形実施にによるバイオセンサチップを示した斜視図である。
【図７Ｂ】本発明の変形実施形態によるバイオセンサチップを示した分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態によるバイオセンサチップを添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
本発明と従来技術と比較した利点は、添付された図面を参照した詳細な説明と特許請求範囲を通じて明白になるはずである。特に、本発明は、特許請求範囲で指摘され、明白に請求される。しかし、本発明は、添付された図面に関して、次の詳細な説明を参照することによってよく理解されることができる。図面において同一の参照符号は多様な図面を通じて同一の構成要素を示す。
【実施形態】
【００３４】
図１は、本発明の実施形態によるバイオセンサチップを示した斜視図である。
【００３５】
図１を参照すると、本発明の実施形態によるバイオセンサチップ１００は、外部で投入された溶液性物質に含まれたターゲット物質をセンシングするセンシング部１５０と、ターゲット物質を含む溶液性物質をセンシング部１５０に移動させるチャンネル部１４０と、センシング部１５０及びチャンネル部１４０を覆うカバー１２０と、センシング部１５０と電気的に接続されてセンシング部１５０と外部装置（例えば、リーダ器）の間の電気的な入出力信号を伝達する基板回路部１３０と、を含むことができる。
【００３６】
ターゲット物質を含む溶液性物質は、溶液引入口１２４を通じて外部からバイオセンサチップ１００内部に提供され、溶液引出口１２５を通じてバイオセンサチップ１００内部から外部に排出されることができる。バイオセンサチップ１００内部に提供された溶液性物質は、チャンネル部１４０によってセンシング部１５０に提供され特定成分がセンシングされることができる。図面での点線矢印は、溶液性物質の移動経路を示す。本発明の実施形態によると、溶液性物質は、血液、血清、又は血漿に希釈された溶液を含むことができる。
【００３７】
図２は、本発明の実施形態によるバイオセンサチップを示した分解斜視図である。
【００３８】
図２を参照すると、カバー１２０は、基板回路部１３０と結合されることができる。このためにカバー１２０は、結合突起１２８を含み、基板回路部１３０は、結合突起１２８が挿入されることができる結合溝１３８を含むことができる。一例としてカバー１２０は、四角形の形状を有することができ、結合突起１２８は、四角形の四つの角に形成されることができる。類似に基板回路部１３０は、四角形の形状を有することができ、結合溝１３８は、結合突起１２８と上下整列された位置に基板回路部１３０の四つの角に形成されることができる。結合突起１２８が結合溝１３８に挿入されることによって、カバー１２０と基板回路部１３０が結合され、これらの間にセンシング部１５０とチャンネル部１４０が自然に整列されて内蔵されることができる。
【００３９】
カバー１２０と基板回路部１３０との間には、外部から提供された溶液性物質のうち、検出物質（ターゲット物質）をセンシングするセンシング部１５０と、溶液引入口１２４を通じて提供されたターゲット物質を含む溶液性物質をセンシング部１５０に提供するチャンネル部１４０とが提供されることができる。センシング部１５０は、基板回路部１３０と電気的に接続されることができ、チャンネル部１４０は、センシング部１５０上に置かれることができる。
【００４０】
溶液性物質、例えば血液が溶液引入口１２４を通じてチャンネル部１４０に提供されると、その血液は、チャンネル部１４０によってセンシング部１５０に提供されてセンシング部１５０に含まれた感知物質と反応することができる。血液は、感知物質との反応の以後に溶液引出口１２５を通じて排出されることができる。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態によるバイオセンサチップのカバーを示した斜視図である。
【００４２】
図３を図２と共に参照すると、カバー１２０は、チャンネル部１４０とセンシング部１５０を覆ってこれらを外部から保護する役割をすることができる。又、カバー１２０は、適当な圧縮力にチャンネル部１４０を押さえて、センシング部１５０との堅固な結合を具現してチャンネル部１４０に沿って流れる溶液性物質が漏水されることを防止する役割をすることができる。これによって、カバー１２０は、チャンネル部１４０とセンシング部１５０の位置が固定されることができるように設計された構造であることが望ましい。例えば、カバー１２０は、チャンネル部１４０の全、或いはチャンネル部１４０の上部が挿入されることができる空間１２６と、センシング部１５０が挿入されることができる空間１２７とを提供することができる構造を有することができる。センシング部１５０が挿入されることができる空間１２７は、センシング部１５０と基板回路部１３０との電気的な連結のためのボンディングワイヤを保護する空間をさらに含むことができる。これらの空間１２６、１２７は、陰刻パターンによって定義されることができる。
【００４３】
バイオセンサチップ１００内部での溶液性物質の流れ状態、或いは漏水可否、センシング部１５０とチャンネル部１４０の整列状態、センシング部１５０と基板回路部１３０との電気的な連結状態などを外部で観察しやすいようにカバー１２０の体１２１は、透明性材質に構成されることが望ましい。一例として、カバー１２０の体１２１を構成する透明性材質は、ポリメチルメタクリレート（以下、‘ＰＭＭＡ’と称する）のような透明なプラスチックを含むことができる。
【００４４】
ＰＭＭＡは、熱可塑性アクリルの一種として、ガラスの代替物に多く使われ、扱いやすく、価格が低廉である特徴がある。又、ＰＭＭＡは、熱可塑性であるので、加熱した状態で金属モールドの上に置いて圧力を加えると、モールドとは反対の形状のプラスチックパターンが形成されることができるので望みの形態に作りやすいという特徴がある。カバー１２０の体１２１を構成することができる透明性材質として、上述したＰＭＭＡの以外にポリカーボネートと、サイクリックオレフィンコーポリマと、ポリエチレンスルホンと、ポリスチレンと、これらの組合などを採択することができる。
【００４５】
溶液引入口１２４と溶液引出口１２５は、カバー１２０に提供されることができる。例えば、溶液引入口１２４と溶液引出口１２５は、カバー１２０の体１２１を貫通して形成された上下開口された形態であることができる。
【００４６】
図４Ａは、本発明の実施形態によるバイオセンサチップのチャンネル部を示した斜視図であり、図４Ｂは、チャンネル部を製作するためのモールドを示した平面図である。
【００４７】
図４Ａを図２と共に参照すると、チャンネル部１４０は、溶液性物質を望む経路に流れるように導くことであることができる。チャンネル部１４０は、溶液性物質が流れる経路を提供する流体チャンネル１４３と、流体チャンネル１４３の一端に形成されて流体チャンネル１４３に提供される溶液性物質が流入される経路を提供するチャンネル溶液引入口１４４と、流体チャンネル１４３を通過した溶液性物質が流出される経路を提供するチャンネル溶液引出口１４５が体１４１に形成されたことであることができる。チャンネル溶液引入口１４４とチャンネル溶液引出口１４５は、体１４１を貫通して形成された上下開口された形態であることができる。カバー１２０とチャンネル部１４０との間での溶液性物質の円滑な流れのためにチャンネル部１４０のチャンネル溶液引入口１４４及びチャンネル溶液引出口１４５は、カバー１２０の溶液引入口１２４及び溶液引出口１２５と上下整列される位置に、さらにその大きさが同一であることが望ましい。
【００４８】
チャンネル部１４０は、下側のセンシング部１５０と相接し、流体チャンネル１４３に流れる溶液性物質の漏水が発生しないように上側のカバー１２０によって適当な力に押さえられることができる。従って、チャンネル部１４０の体１４１は、伸縮性を有し、溶液性物質の流れと漏水可否、センシング部１５０との整列状態などを外部で容易に観察することができるように透明性材質、例えば、ポリジメチルシロキサン（以下、‘ＰＤＭＳ’と称する）に構成されることができる。ＰＤＭＳは、コンタクトレンズを始まった医療機器に広く使われているシリコン基盤の有機ポリマとして生体的互換性（ｂｉｏ-ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）材質である。
【００４９】
図４Ｂを参照すると、ＰＤＭＳは、モールドに注いだ後に固めて製作することができるので、望みの形態の反対の形状を有したモールド１４６を先に製作してチャンネル部１４０を形成することができる。一例としてＰＤＭＳモールド１４６は、例えば４インチのシリコンウエハ１４７上にＭＥＭＳ工程にパターン１４８、例えばＳｕ-８パターンを形成して製作することができる。これによって、チャンネル部１４０は、大量生産が可能である。
【００５０】
図４Ａを再び参照すると、流体チャンネル１４３の断面積は、溶液性物質が流れる速度に影響を与え、全体の流れる溶液性物質の単位体積当たりのセンシング部１５０と相互作用することができる体積にも影響を与えることができる。従って、流体チャンネル１４３の断面積は、これを考慮してターゲット分子（ターゲット物質）とプローブ分子（感知物質）との反応が発生されるように適当な大きさに設計することが適切である。例えば、流体チャンネル１４３は、四角形（例えば、長方形）の断面を有することができ、体１４１のうちでセンシング部１５０と接触する下部に制限的に形成されることができる。
【００５１】
図５Ａは、本発明の実施形態によるバイオセンサチップのセンシング部を示した平面図であり、図５Ｂは、センサを拡大して示した平面図である。
【００５２】
図５Ａを図２と共に参照すると、センシング部１５０は、半導体基板１５１上に形成された複数個のセンサ１５２を含むことができる。センシング部１５０は、概略１５ｍｍ×２５ｍｍ程度の大きさを有することができる。チャンネル部１４０のチャンネル溶液引入口１４４を通じて提供された溶液性物質が流体チャンネル１４３の案内によってセンサ１５２を横切って流れ、この際のセンサ１５２は、流れる溶液性物質のうちでターゲット物質を感知することができる。
【００５３】
半導体基板１５１は、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることができる。センサ１５２は、互いに異なるターゲット物質を感知することができるように設計されることができる。一例としてセンサ１５２は、幾つかのグループ、例えば、第１グループ１５２ａ、第２グループ１５２ｂ、第３グループ１５２ｃ及び第４グループ１５２ｄに区分されることができる。第１乃至第３グループ１５２ａ〜１５２ｃは、互いに異なる３種の蛋白質メーカを独立的に感知するためのことであり、第４グループ１５２ｄは、センシング部１５０の電気信号変化の基準信号を得ることであることができる。４個のグループ１５２ａ〜１５２ｄの各々は、複数個、例えば８個のセンサ１５２を含むことができる。図５Ｂは、センサ１５２のうちで、その一部１５３を示したことである。
【００５４】
図５Ｂを参照すると、センサ１５２は、シリコンナノワイヤを含むことができる。一例として、センサ１５２は、ナノチャンネル１５４と、その両端のソース/ドレーン１５５と、を含んで構成されることができる。ナノチャンネル１５４の高さ（半導体基板１５１の厚さ）は、数十ｎｍ範囲の値を有することができる。ナノチャンネル１５４は、Ｐ型又はＮ型にドーピングされたシリコンに形成されることができ、その表面には、検出しようとするメーカ（検出物質）と特異的な結合を形成する抗体（感知物質）がバイオ表面反応を通じて固定されることができる。各々のグループ１５２ａ〜１５２ｄに属するセンサ１５２は、同一のチャンネル幅Ｗと長さＬを有することができる。一例として、ナノチャンネル１５４は、数十〜数百ｎｍ範囲の幅Ｗと、２〜２０ｍｍ範囲の長さＬを有することができる。ソース/ドレーン１５５は、金Ａｕ、金Ａｕ/クロムＣｒ、金Ａｕ/チタンＴｉ、金Ａｕ/クロムＣｒ/アルミニウムＡｌなどの金属電極に形成されることができ、ソース/ドレーン１５５を通じて外部電圧がナノチャンネル１５４に印加されることができるように構成されることができる。他の例として、センシング部１５０は、特許文献１、或いは特許文献２に開示されたように構成されることができ、これらの特許文献は、本明細書に参照文献に結合される。
【００５５】
図６Ａは、本発明の実施形態によるバイオセンサチップの基板回路部を示した斜視図であり、図６Ｂは、基板回路部の分解斜視図である。
【００５６】
図６Ａを図２と共に参照すると、基板回路部１３０は、センシング部１５０がパッケージングされるために置かれる場所を提供し、センシング部１５０で発生された電気信号の入出力を担当することであることができる。基板回路部１３０は、大体にリーダ器のような外部装置と互換が可能になるように設計されることができる。一例として、基板回路部１３０は、一般的なスライドグラスの大きさ、概略７６ｍｍ×２５ｍｍ程度の大きさを有する大体に長方形の形状の印刷回路基板１３１を含むことができる。印刷回路基板１３１は、例えばエポキシレジンが含まれたガラス繊維を多重に重ねて製作することができる。印刷回路基板１３１は、カバー１２０とのパッケージング結合する際にセンシング部１５０に圧縮力が集中されなくて分散されるように伸縮性を有し、いくらの曲がれる特性を有していることが望ましい。印刷回路基板１３１の四つの角には、既に上述したようにカバー１２０に形成された結合突起１２８が挿入される結合溝１３８が含まれることができる。
【００５７】
印刷回路基板１３１には、センシング部１５０と電気的に接続される内部接続パッド１３２、１３４と、内部接続パッド１３２、１３４を露出させて、センシング部１５０の整列位置を導くガイド溝１３５が含まれることができる。印刷回路基板１３１は、一つの層に構成された単一層構造、或いはいくつかの層が重なった複合層構造を有することができる。本発明の実施形態によると、図６Ｃ乃至図６Ｆを参照して後述のように複合層構造を有することができる。
【００５８】
図６Ｂを参照すると、例えば、印刷回路基板１３１は、センシング部１５０が入る位置を導く上部チップガイド１３１ａと、電気的な回路が形成された回路基板１３１ｂ、１３１ｃを含む複合層構造であることができる。回路基板１３１ｂ、１３１ｃは、センシング部１５０と電気的に接続される上部回路基板１３１ｂと、外部装置、例えばリーダ器と電気的に接続されることができる下部回路基板１３１ｃと、を含むことができる。
【００５９】
図６Ｃは、基板回路部の上部チップガイドを示した平面図であり、図６Ｄは、基板回路部の上部回路基板を示した平面図であり、図６Ｅ及び６Ｆは、基板回路部の下部回路基板を示した平面図である。
【００６０】
図６Ｃを図６Ｂと共に参照すると、上部チップガイド１３１ａは、四つの角に配置された結合溝１３８と、センシング部１５０が入る位置を導くガイド溝１３５と、を含むことができる。ガイド溝１３５は、バック基板バイアスパッド１３２を露出させる第１溝１３５ａと、ボンディングパッド１３４を露出させる第２溝１３５ｂと、を含むことができる。
【００６１】
図６Ｄを図６Ｂと共に参照すると、上部回路基板１３１ｂには、センシング部１５０と電気的に接続される内部接続パッド１３２、１３４が含まれることができる。内部接続パッド１３２、１３４は、バック基板バイアスパッド１３２とボンディングパッド１３４が含まれることができる。バック基板バイアスパッド１３２上にセンシング部１５０が位置すると、例えば金Ａｕに構成されたボンディングワイヤ１３９の一端と他端がセンシング部１５０とボンディングパッド１３４に各々に接続されることができる。これによって、センシング部１５０は、基板回路部１３０と電気的に接続されることができる。内部接続パッド１３２、１３４は、銅箔に製造されることができる。ボンディングパッド１３４の表面には金箔がさらにコーティングされていることができる。センシング部１５０の半導体基板１５１とバック基板バイアスパッド１３２との間には、伝導性両面接着カーボンテープが挿入されることができる。例えば、バック基板バイアスパッド１３２は、例えば一つが提供され、ボンディングパッド１３４は、四つの対が提供されることができる。四つの対のボンディングパッド１３４は、センシング部１５０の四つのグループ（図５Ａの１５２ａ〜１５２ｄ）と対応されることができる。一例として、一つの対のボンディングパッド１３４は、一つのグループ１５２ａに属するセンサ１５２とボンディングワイヤ１３９によって電気的に接続されることができる。パッド１３２、１３４の数は、上述したことに限定されずに、これより大きい、或いは小さいことでありうる。
【００６２】
図６Ｂを再び参照すると、下部回路基板１３１ｃは、複数個の電気的な配線１６１が形成された第１レイヤ１３６と、複数個の電気的な配線１６１と電気的に接続された複数個の外部接続パッド１６２が形成された第２レイヤ１３７と、を含むことができる。回路基板１３１ｃ、１３１ｄは、三つのレイヤ、即ち、最上層の上部回路基板１３１ｃと、中間層の第１レイヤ１３６と、最下層の第２レイヤ１３７に構成されることができる。
【００６３】
図６Ｅを図６Ｂと共に参照すると、第１レイヤ１３６には、一例として、四つの対のボンディングパッド１３４と電気的に接続される四つの対の第１配線１６１ａと、バック基板バイアスパッド１３２と電気的に接続される一つの第２配線１６１ｂと、を含む総九つの電気的な配線１６１が含まれることができる。電気的な配線１６１の数は、これに限定されずに、これより大きい、或いは小さい数であることができる。電気的な配線１６１は、銅箔に形成されることができる。第１レイヤ１３６は、上部回路基板１３１ｂと第２レイヤ１３７との間に位置するので、第１レイヤ１３６に形成された複数個の電気的な配線１６１は、外部接触、或いは溶液性物質から保護されることができる。
【００６４】
図６Ｆを図６Ｂと共に参照すると、第２レイヤ１３７には、一例として、九つの電気的な配線１６１と電気的に接続される九つの外部接続パッド１６２が含まれることができる。外部接続パッド１６２の数は、これに限定されずに、これより大きい、或いは小さいことができる。外部接続パッド１６２は、リーダ器のような外部装置と電気的に接続されることができる。これによって、センシング部１５０の電気的な信号がリーダ器まで伝えられることができる。外部接続パッド１６２は、銅箔に形成されることができ、その表面は、金箔にコーティングされていることができる。
【００６５】
第１及び第２レイヤ１３６、１３７を貫通し、リーダ器のソケット結合のための複数個の孔１６３が形成されていることができる。孔１６３の内壁には、銅Ｃｕ、金Ａｕ、又は銅Ｃｕ/金Ａｕのような金属がコーティングされていることができる。
【変形実施形態】
【００６６】
図７Ａは、本発明の変形実施形態によるバイオセンサチップを示した斜視図である。
【００６７】
図７Ａを参照すると、本発明の変形実施形態によるバイオセンサチップ２００は、ターゲット物質を含む溶液性物質の外部からの投入及び排出を担当するカバー１１０と、投入された溶液性物質をセンシングするセンシング部１５０と溶液性物質をセンシング部１５０に移動させるチャンネル部１４０を覆うカバー１２０と、センシング部１５０と外部装置（例えば、リーダ器）との間の電気的な入出力信号を伝達する基板回路部１３０と、を含むことができる。
【００６８】
以下で、カバー１１０とカバー１２０の区別の便宜のために、カバー１１０は、上部カバー１１０と称し、カバー１２０は、下部カバー１２０と称する。上部カバー１１０と下部カバー１２０は、各々に別個の構造体として、２階構造のカバーを構成することができる。或いは、上部カバー１１０と下部カバー１２０は、一体に構成されて単層構造のカバーを構成することができる。
【００６９】
本発明の変形実施形態によると、バイオセンサチップ２００は、溶液性物質を外部から提供し、検出過程（センシング過程）を経た溶液性物質が提供されて格納することができる提供部１９０を含むことができる。このような提供部１９０は、上部カバー１１０に設計されることができる。
【００７０】
図７Ｂは、本発明の変形実施形態によるバイオセンサチップを示した分解斜視図である。
【００７１】
図７Ｂを参照すると、上部カバー１１０は、既に上述で言及されたことのように溶液性物質を提供する提供部１１９を含むことができる。提供部１１９は、溶液性物質の移動経路を提供する溶液フローチャンネル１１３ａ、１１３ｂと、液性物質を投入するための上部溶液引入口１１４と、溶液性物質を排出するための上部溶液引出口１１５と、を含むことができる。溶液フローチャンネル１１３ａ、１１３ｂのうちで、第１溶液フローチャンネル１１３ａの一端には、溶液性物質のうち、特性成分を分離することができるフィルタ１１６が配置されることができる。第２溶液フローチャンネル１１３ｂの一端には、検出過程が完了された溶液性物質を格納する格納容器１１７が配置されることができる。
【００７２】
一例として、溶液性物質が血液（ｂｌｏｏｄ）である場合、フィルタ１１６は、全血（ｗｈｏｌｅ  ｂｌｏｏｄ）のうちで、血球（ｂｌｏｏｄ  ｃｏｒｐｕｓｃｌｅ）をフィルタリングして、血漿（ｂｌｏｏｄｐｌａｓｍａ）或いは血清（ｂｌｏｏｄ  ｓｅｒｕｍ）を分離することができることである。フィルタ１１６は、紙フィルタ、例えばＭＤＩ-ＦＲＩという品名に商用化されたことを含むことができる。血液がフィルタ１１６に提供されると、血液は、フィルタ１１６に吸収されて血液内の赤血球、白血球、血小板のような血球成分が除去されることができる。全血のうち、血球成分が除去された血漿、或いは血清は、第１溶液フローチャンネル１１３ａを通過することができる。この際、検出しようとするターゲット物質を含む血液は、毛細管現状によって上部溶液引入口１１４に到達して、上部溶液引入口１１４を通過した血液は、チャンネル部１４０を経て、センシング部１５０に提供されて血液のうち、特性成分が検出されることができる。
【００７３】
上部カバー１１０の体１１１は、溶液性物質の流れ状態が漏水可否を外部で容易に観察することができるように透明性材質に構成されることができる。例えば、上部カバー１１０の体１１１は、ポリメチルメタクリレートと、ポリカーボネートと、サイクリックオレフィンコーポリマと、ポリエチレンスルホンと、ポリスチレンと、これらの組合などに形成されることができる。
【００７４】
下部カバー１２０と、チャンネル部１４０と、センシング部１５０と、基板回路部１３０は、図１乃至図６Ｆを参照して説明したことと大体に同一であることであることができる。概略的に説明すると、下部カバー１２０と基板回路部１３０は、結合突起１２８が結合溝１３８に挿入されることによって、互いに結合されることができる。結合された下部カバー１２０と基板回路部１３０との間には、チャンネル部１４０とセンシング部１５０がパッケージングされることができる。下部カバー１２０には、上部溶液引入口１１４と上下整列された溶液引入口１２４（以下、‘下部溶液引入口’と称する）と、上部溶液引出口１１５と上下整列された溶液引出口１２５（以下、‘下部溶液引出口’と称する）と、を含むことができる。チャンネル部１４０は、下部溶液引入口１２４と上下整列されたチャンネル溶液引入口１４４と、下部溶液引出口１２５と上下整列されたチャンネル溶液引出口１４５と、チャンネル溶液引入口１４４とチャンネル溶液引出口１４５との間に形成されて溶液性物質をセンシング部１５０のセンサ１５２を横切って流れるように導く流体チャンネル１４３と、を含むことができる。基板回路部１３０は、バック基板バイアスパッド１３２と、ボンディングパッド１３４と、リーダ器のような外部装置が結合される電気的な回路が形成された印刷回路基板１３１と、を含むことができる。
【００７５】
本発明の変形実施形態によるバイオセンサチップ２００は、遠心分離機の使用なしにフィルタ１１６によって血液を血球と血漿（又は血清）に容易に分離することができる。又、シリンジポンプの使用なしに毛細管現状によって、血液は上部溶液引入口１１４と、下部溶液引入口１２４と、チャンネル溶液引入口１４４を順次に経て流体チャンネル１４３に流れてセンシング部１５０に移動されることができる。ターゲット物質を含む血液が毛細管現状によってセンシング部１５０に伝えられると、ターゲット物質と感知物質との相互反応が発生して電気伝導度の変化が発生して、これによってターゲット物質の存在、或いはその濃度などを検出することができる。検出過程が完了された血液は、チャンネル溶液引出口１４５と、下部溶液引出口１２５と、上部溶液引出口１１５を通じて順次に排出されて、排出された血液は、第２溶液フローチャンネル１１３ｂによって格納容器１１７に流れて格納されることができる。
【００７６】
以上、本発明を、実施形態を参照しながら説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、バイオセンサチップを製作する半導体産業に適用可能であり、特に製造業、又はこれを応用する医療機器及びその他の健康機器などに適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１２０      カバー
１２４      溶液引入口
１２５      溶液引出口
１２８      結合突起
１３０      基板回路部
１３８      結合溝
１４０      チャンネル部
１５０      センシング部
【図１】
2010127931.tif 000003
【図２】
2010127931.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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