나노기술 및 정책 정보

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중국 베이징(北京) 대학교 정보 과학기술 대학 전자학부 연구원이며, "베이징 대학교 탄소 베이스 전자학 연구 센터" 및 "나노 디바이스 물리 및 화학 교육부 중점 실험실" 연구원인 쑨워이(孫偉) 박사 연구팀은 바이오센서용 탄소 나노튜브 트랜지스터 개발에 성공함.

연구팀은 이번 연구를 통해 바이오-탄소 나노튜브 복합 인터페이스 및 대면적 방향 확정 배열을 조정 제어하는 새로운 방법에 대한 탐색 작업을 수행하였으며, DNA 템플릿(Template)에 기반하여 고성능 탄소 나노튜브 트랜지스터를 개발하였는데, 동 탄소 나노튜브 트랜지스터는 바이오 템플릿에 기반한 대규모 전자 디바이스 분야에서 응용 잠재력을 가지고 있는 동시에 미래 바이오센서 및 구동 장치에 폭넓게 응용될 것으로 전망됨.

바이오 자체 조립 구조는 정밀 3차원 형태를 보유하고 있는데 이런 형태의 관건적인 구조 매개 변수는 포토리소그래피(photo lithography) 등 전통 나노 가공 수단의 해상도 극한보다 작은 상황이며, 자체 조립 바이오 분자를 가공 템플릿으로 사용하면 금속 소재, 탄소 베이스 소재, 산화물 소재에 대한 제어 가능한 형태의 합성을 실현할 수 있음.

전기학 디바이스 성능은 일반적으로 전통 방법으로 제조한 동일 유형 디바이스에 비해 크게 뒤떨어져 있을 뿐만 아니라 장거리 방향 확정 규정성(規整性)이 부족하기 때문에 고성능 디바이스 중에서의 바이오 템플릿 응용을 제약하고 있는 상황임.

고성능 전자 디바이스와 바이오 분자 자체 조립 교차 분야에서 직면한 난제를 해결하기 위해 연구팀은 탈산소 핵당(核糖) 핵산(核酸)(DNA) 템플릿과 평행되는 탄소 나노튜브(CNT) 배열을 모델 시스템으로 사용하고 인터페이스 바이오 분자 구성이 디바이스 성능에 끼치는 영향을 분석하고 일종 고정-세탈(洗脫) 아이디어에 기반한 인터페이스 공정 방법을 개발하고 탄소튜브 배열을 개변시키지 않는 기초 상에서 인터페이스에서의 금속 이온 및 바이오 분자 등 불순물을 효과적으로 제거하는데 성공하였음.

연구팀은 인터페이스 공정 실행을 통해 바이오 템플릿에 기반한 탄소튜브 배열 트랜지스터가 양호한 오픈 상태 성능과 신속한 전류 스위치 교체 성능을 보유하고 있다는 점을 발견하였으며, 고정밀도 바이오 템플릿이 고성능 트랜지스터 분야에서 응용 잠재력을 보유하고 있다는 점을 입증하였음.

연구팀은 공간 제한 효과에 기반하여 배열 방향을 확정할 수 있는 새로운 방법을 개발하였으며, 방향 확정 배열의 정밀도를 결정하는 관건적인 요소에 대한 분석 작업을 실행하였음.

연구팀이 개발한 바이오 템플릿에 기반한 대규모 전자 디바이스는 응용 잠재력을 보유하고 있는 것으로 나타났음.

연구팀은 이번 연구를 수행하는 과정에서 포토리소그래피(photo lithography) 기술과 임베디드 부분의 폴리머 특정 방향 조립 기술을 결합시켜 고 해상도 바이오 제조가 대면적, 작은 사이즈의 고성능 전자 설비에 응용될 수 있다는 점을 입증하였으며, 전기학 특성과 바이오 응답 특성을 동시에 보유하고 있는 고성능 전자-바이오 융합 디바이스도 바이오센서와 구동 장치에 응용될 수 있다는 점을 입증하였음.

본 연구 성과는 ‘Science’ ("DNA-directed nanofabrication of high-performance carbon nanotube field-effect transistors") 지에 게재됨.