바이오센서로서의 응용을 위한 단일벽 탄소나노튜브를 기반으로 하는 쇼트키 트랜지스터의 개발

Abstract

단일 벽 탄소나노튜브 (Single walled carbon nanotubes, SWNTs)는 그 자체의 독특한 전기적, 물리적인 성질로 인하여 전계 효과 트랜지스터, 유연 투명 전극, 화학 센서, 및 고 분해능 탐침과 같은 다양한 잠재적인 분야로 응용 가능 함으로서 광범위하게 연구되어왔다. 특히 단일 벽 탄소나노튜브 기반의 바이오센서는 비-표지검출, 높은 감도 및 소형화 소자로 제작 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 전계 효과를 이용하는 바이오센서의 경우 용액의 이온 농도가 증가할수록 짧아지는 디바이 거리의 한계로 인해 체액 이나 혈액과 같은 높은 이온 농도를 가지는 검체는 검출하기 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 쇼트키 장벽 기반의 탄소나노튜브 바이오 센서를 개발 하였다. 쇼트키 장벽을 유도하기 위해 단일 벽 탄소나노튜브 필름을 제작하였으며 탄소나노튜브의 밀도, 방향성 및 위치를 조절하고 재현성 있는 필름을 제작하기 위하여 Langmuir-Blodgett (LB)기법을 사용하였다. 그리고 제작된 SWNT LB 필름의 반도체성 성질을 향상 시키기 위하여 50 µm 선 폭을 가지는 라인 패턴형태를 포토리소그래피 공정을 통하여 제작하였다. 소자의 작동원리를 증명하기 위하여, 말단의 작용기 그룹이 서로 다른 4가지 종류의 싸이올 분자물질들을 금 검출영역에 자기조립 시키고 소자의 전도도 변화를 13시간 동안 관찰하였다. 말단 작용기의 종류에 따른 소자의 전도도 감소의 차이를 쇼트키 장벽이론을 이용하여 해석하였으며, 이를 통하여 소자의 작동원리를 규명하였다. 또한, 인간면역결핍 바이러스 타입 1 (HIV-1)항체를 이용하여 바이오 센서로의 응용을 보였다. HIV-1항체의 검출은 금 검출영역 위의 항원과의 반응을 통하여 이루어지며, 링커 물질을 금 검출영역 상에 자기조립 함에 따라 항원 (200 µl)을 고정화할 수 있었다. 그리고 혈청 내에 존재하는 여러 단백질들의 비 특이적 결합을 방지하기 위해 Tris buffer를 (0.05 M)사용하였다. Phosphate buffered saline buffer (PBS buffer, pH 7.4)상에서 실제 임상 혈청용액에 존재하는 HIV-1항체를 주입하였으며, 소자의 전기 전도도의 변화를 통하여 특이적 항체를 5분 이내에 검출함으로써 바이오센서로서의 가능성을 확인하였다.