Abstract
In this paper, we have studied on the possibilities of the biomaterial detection using single-walled carbon nanotube (SWNT) based on interdigital capacitors. For the four different configurations, such as interdigital capacitor, SWNT in the $5\;{\mu}m$ gap interdigital capacitor, biotinlated SWNT, and biotin and sreptavidin immobilization cases, the resonant frequency has been measured as 10.02 GHz, 11.02 GHz, 10.82 GHz, and 10.22 GHz, respectively. Assuming that the resonant frequency reflects the capacitance changes due to binding of two-different permittivity biomaterials, we have suggested an equivalent circuit model based on measured results, confirming the capacitance changes. For biotinlated SWNT and biotin-streptavidin immobilization cases, the capacitances are $C_b=0.55\;pF$ and $C_s=0.95\;pF$. In this work, we experimentally demonstrated that the specific biomaterial binding causes the capacitance change and therefore this gives rise to resonant frequency. In conclusion, we confirmed the sufficient possibility as CNT biosensor because an analyte biomaterial(streptavidin) binding arouses a considerable resonant frequency change.
본 논문에서는 인터디지털 커패시트 기반의 단일벽 탄소 나노 튜브(single-walled carbon nanotube, SWNT)를 이용한 바이오 물질 검출에 관한 연구를 수행하였다. 먼저 인터디지털 커패시트의 경우, 다음으로 $5\;{\mu}m$ 틈 사이에 SWNT 경우, 그리고 SWNT 상에 biotin이 고정된 경우, 마지막으로 biotin과 streptavidin이 고정화된 경우, 공진 주파수는 각각 10.02 GHz, 11.02 GHz, 10.82 GHz, 10.22 GHz로 나타났다. 이러한 공진 주파수의 민감한 변화는 유전 상수값이 다른 두 바이오 물질이 결합함에 따라 커패시턴스 값이 달라질 것이라는 가정 하에, 측정된 결과를 근거로 등가회로를 구현함으로써 실제로 커패시턴스 값들이 달라짐을 확인할 수 있었다. SWNT 상에 biotin이 고정된 경우와 biotin과 streptavidin이 고정화된 경우, 커패시턴스 값은 각각 $C_b=0.55\;pF$, $C_s=0.95\;pF$으로 나타났다. 본 연구를 통해서, 탄소 나노 튜브상에 특정 바이오 물질간의 결합이 커패시턴스 값의 변화를 유발시키게 되고, 이로 인해서 공진 주파수가 변화됨을 실험적으로 증명하였다. 결론적으로, 제안된 바이오 센싱 소자는 표적 바이오 물질(streptavidin)이 결합할 때 큰 공진 주파수 변화를 일으킴으로 CNT 바이오센서로서 충분한 가능성이 있음을 확인하였다.
