KR100479265B1 - 생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치 및이를 이용한 생체 고분자 어레이 형성 장치 - Google Patents

생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치 및이를 이용한 생체 고분자 어레이 형성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 패턴 광 발생 장치는, 생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치이다. 이 패턴 광 발생 장치는 복수개의 단위 광 발생 장치들 및 구동부를 포함하여 구성된다. 복수개의 단위 광 발생 장치들은 동일 평면상에서 어레이 형태로 배열된다. 그리고 구동부는, 복수개의 단위 광 발생 장치들 중에서 원하는 패턴 형상에 대응하는 일부 단위 광 발생 장치들만을 선택적으로 동작시켜 원하는 패턴 형상의 광이 발생되도록 한다.

Description

생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치 및 이를 이용한 생체 고분자 어레이 형성 장치{Apparatus for generating patterned light for fabrication of biopolymer array and apparatus for fabricating the biopolymer array using the same}
본 발명은 생체 고분자 어레이를 형성하는데 사용되는 장치들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치 및 이를 이용한 생체 고분자 어레이 형성 장치에 관한 것이다.
최근 바이오칩(bio-chip)의 응용 분야가 확대됨에 따라 그에 대한 관심이 크게 증대되고 있는 추세이며, 이와 같은 추세에 따라 바이오칩에 대한 연구 개발이 활발하게 진행중이다. 일반적으로 이와 같은 바이오칩 내에는, 생체 고분자들이 기판상에 어레이 형태로 배열되어 있는 생체 고분자 어레이(biopolymer array)가 포함된다. 여기서 생체 고분자의 대표적인 예로서는 단백질, 탄수화물, 폴리펩티드(polypeptide), DNA(DeoxyriboNucleic Acid), RNA(RiboNucleic Acid) 등이 있다.
상기 바이오칩 내의 생체 고분자 어레이를 형성하는 방법에는 여러 가지 방법들이 제안된 바 있으며, 현재도 새로운 방법들이 제안되고 있다. 그 중 하나는 광 반응을 이용하여 생체 고분자 어레이를 형성하는 방법이다. 광 반응을 이용하는 종래의 방법 중에서 단일 자외선 광원 발생 장치와 포토 마스크를 이용하여 광 패턴을 형성시키는 방법이 있다. 이 방법은 기존의 반도체 소자 제조 공정에서 사용하는 크롬(Cr) 포토 마스크를 이용하므로, 대략 1㎛ 이하의 미세 패턴 광 형성을 가능하게 해준다. 또한 광이 통과하는 지점과 광이 차단되는 지점 사이의 광세기 대조비(contrast ratio)가 좋으므로 생체 고분자 어레이를 고밀도로 형성할 수 있다는 장점도 제공한다. 그러나 이 방법에서 사용되는 포토 마스크의 패턴은 그 변경이 불가능하다는 제한이 있다. 따라서 연속적인 합성을 통하여 생체 고분자 배열을 형성하고자 하는 경우 많은 수의 포토 마스크가 요구되어 많은 비용이 소요되며, 이와 더불어 포토 마스크와 기판 사이의 정렬이 여러 번 요구되기 때문에 많은 시간도 또한 소요된다. 일 예로 DNA 길이가 n인 올리고머(oligomer)를 어레이로 합성하기 위해서는 A, C, T 및 G의 네 가지 염기로 구성되므로 (4×n)개의 포토 마스크가 요구된다.
따라서 최근에는 광 반응을 이용하되, 광 패턴을 가변적으로 변경할 수 있는 방법들이 최근 제안되고 있다. 이 중 한가지 방법은 단일 광원에서 나오는 광이 기판 위에서는 패턴 형태로 도달되도록 중간에 광 패턴 형성 수단을 삽입하는 방법이다.
도 1은 이와 같은 종래의 패턴 광 발생 장치를 채용한 생체 고분자 어레이 형성 장치를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 반응기(11) 위에 생체 고분자 어레이가 형성될 기판(12)이 장착된다. 생체 고분자 반응은, 반응기(11)와 기판(12) 사이의 반응 공간(13)에서 일어난다. 이 생체 고분자 반응을 위해서는 반응 공간(13) 내에 반응 시약이 주입되고 배출되어야 한다. 이를 위하여 반응기(11)를 관통하여 반응 공간(13) 내로 반응 시약을 주입하는 반응 시약 주입구(14) 및 반응기(11)를 관통하여 반응 공간(13) 밖으로 반응 시약을 배출시키는 반응 시약 배출구(15)가 장착된다.
기판(12)의 표면들 중 반응 공간(13)이 접하는 표면의 반대 표면 위에는 패턴 광 발생 장치(20)가 배치된다. 이 패턴 광 발생 장치(20)는, 광원(21)과 이 광원(21)으로부터 발생되는 광을 기판(12)에 균일하게 조사하기 위한 광학 렌즈계(22)와, 그리고 이 광학 렌즈계(22)로부터의 균일한 형태의 광을 패턴 형태의 광으로 바꾸는 통과시키는 광 모듈레이터(23)를 포함한다. 이 광 모튤레이터(23)로는 미소 거울 어레이(micro-mirror array) 또는 액정을 사용할 수 있다.
이와 같은 종래의 패턴 광 발생 장치를 이용하는 경우, 광 모듈레이터(23)에 의해 광 패턴을 가변적으로 변경시킬 수 있다는 장점이 제공된다. 그러나 광 모듈레이터(23)로서 미소 거울 어레이를 사용하는 경우, 광학 렌즈계(22)를 포함하므로 전체적인 배치를 정밀하게 하여야 한다는 제약이 있으며, 인접 화소 사이의 간섭이 필연적으로 발생된다는 한계도 포함한다. 또한 광 모듈레이터(23)로서 액정을 사용하는 경우에도, 일반적으로 이용되는 340-450㎚의 파장 영역에서 효율이 좋고 얇은 편광판을 구현하기가 어려우며, 이에 따라 광세기 대조비가 낮아지며, 액정 패널에 사용되는 소재들이 자외선 노출 시간에 따라 변성되는 문제가 발생한다.
지금까지 설명한 바와 같이, 단일 광원을 사용하는 종래의 여러 패턴 광 발생 장치들은 모두 한계 또는 단점들을 포함하고 있다는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실이다. 따라서 최근에는 이와 같은 한계나 단점들을 극복하기 위하여, 단일 광원을 사용하는 대신에 많은 소형 광원들을 어레이 형태로 만들고, 이를 독립적으로 구동시켜 광원으로부터 원하는 패턴의 광을 발생시키는 방법이 제안된바 있다. 일 예로서 발광 다이오드를 이용하여 소형 광원들의 어레이 구조를 만드는 기술이 제안된 바 있다. 그러나 이 방법은 좋은 효율을 갖는 UV 방출 다이오드를 구현하기 어렵고, 또한 발광 다이오드를 제조하기 위해서는 공정 제어가 어렵다고 알려진 에피택시(epitaxy) 성장 공정을 사용하여야 한다는 제약도 존재한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 단일 광원을 사용하지 않고 패턴 광을 발생시킬 수 있으며, 그 제조 공정에 대한 제약도 거의 없는 생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 패턴 광 발생 장치를 이용한 생체 고분자 어레이 형성 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치는, 생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치에 있어서, 동일 평면상에서 어레이 형태로 배열된 복수개의 단위 광 발생 장치들; 및 상기 복수개의 단위 광 발생 장치들 중에서 원하는 패턴 형상에 대응하는 일부 단위 광 발생 장치들만을 선택적으로 동작시켜 상기 원하는 패턴 형상의 광이 발생되도록 하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동부는, 행으로 배열된 단위 광 발생 장치를 선택하기 위한 제1 및 제2 주사 구동부, 및 열로 배열된 상기 단위 광 발생 장치를 선택하기 위한 어드레스 구동부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단위 광 발생 장치는, 상호 대향하는 하부 기판 및 상부 기판; 상기 상부 기판의 대향면 위에서 상호 일정 간격 이격되도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극; 상기 상부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극을 완전히 덮는 제1 유전체막; 상기 제1 유전체막 위에 형성된 보호막; 상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극과 교차되도록 배치된 제3 전극; 상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제3 전극을 완전히 덮는 제2 유전체막; 상기 제2 유전체막에서 진공 상태이며 방전 가스를 포함하는 반응 공간을 한정하는 격막; 및 상기 격막 내부의 반응 공간 내에서 상기 반응 공간 내에서 발생된 광의 파장을 변화시키기 위하여 상기 제2 유전체막 위에 형성된 형광체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 방전 가스는 He 및 Xe의 혼합 가스, Ne 및 Xe의 혼합 가스, 또는 He, Ne 및 Xe의 혼합 가스인 것이 바람직하다.
상기 단위 광 발생 장치는, 상호 대향하는 하부 기판 및 상부 기판; 상기 상부 기판의 대향면 위에서 상호 일정 간격 이격되도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극; 상기 상부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극을 완전히 덮는 제1 유전체막; 상기 제1 유전체막 위에 형성된 보호막; 상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극과 교차되도록 배치된 제3 전극; 상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제3 전극을 완전히 덮는 제2 유전체막; 상기 제2 유전체막 위에 진공 상태이며 방전 가스를 포함하는 반응 공간을 한정하는 격막; 및 상기 격막 내부 표면 위에 배치되어 상기 반응 공간 내에서 발생된 광을 반사시키는 반사막을 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우 상기 방전 가스는 Hg 가스와 적어도 하나 이상의 할로겐족 원자로 이루어진 가스들을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치는, 생체 고분자 어레이가 만들어지는 기판; 상기 기판을 지지하며, 상기 기판 사이의 합성 반응 공간을 한정하는 반응기; 상기 반응기를 관통하여 상기 합성 반응 공간 내로 반응 시약을 주입시키는 반응 시약 주입구; 상기 반응기를 관통하여 상기 합성 반응 공간 밖으로 반응 시약을 배출시키는 반응 시약 배출구; 및 동일 평면상에서 어레이 형태로 배열된 복수개의 단위 광 발생 장치들, 및 상기 복수개의 단위 광 발생 장치들 중에서 원하는 패턴 형상에 대응하는 일부 단위 광 발생 장치들만을 선택적으로 동작시키는 구동부를 포함하여 상기 원하는 패턴 형상의 광이 상기 기판으로 조사되도록 하는 패턴 광 발생 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 기판과 상기 패턴 광 발생 장치 사이에 배치되어 상기 패턴 광 발생 장치로부터의 광을 축소시키는 광 축소 렌즈를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 2는 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치의 어레이 구성을 나타내 보인 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치는, 복수개의 단위 광 발생 장치(A)들이 행과 열에 따라 배열된 어레이 형태로 배치된다. 복수개의 단위 광 발생 장치(A)들은 전극 사이에 존재하는 할로겐족 원소들 및 Hg 원자를 포함하는 혼합 기체 시료가 존재하는 상태에서 전기장에 의한 글로우(glow) 방전을 발생시켜 광을 발생시키는 장치로서, 그 구조 및 동작에 관해서는 뒤에 상세히 설명하기로 한다. 각각의 단위 패턴 발생 장치(A)들은 제1 주사 라인(211) 및 제2 주사 라인(212)과 어드레스 라인(220)과 모두 연결된다. 제1 주사 라인(211)은 제1 주사 구동부(231)에 의해 선택적으로 제1 주사 신호가 전달되는 통로로서 이용된다. 제2 주사 라인(212)은 제2 주사 구동부(232)에 의해 선택적으로 제2 주사 신호가 전달되는 통로로서 이용된다. 그리고 어드레스 라인(220)은 어드레스 구동부(240)에 의해 선택적으로 어드레스 신호가 전달되는 통로로서 이용된다. 결과적으로 제1 주사 구동부(231), 제2 주사 구동부(232) 및 어드레스 구동부(240)에 의해 선택적으로 단위 광 발생 장치(A)들이 선택되며, 이에 따라 패턴 형태의 광이 패턴 광 발생 장치로부터 출사된다.
도 3은 도 2의 단위 광 발생 장치의 일 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상부 기판(310) 및 하부 기판(320)이 상호 일정 간격 이격되면서 대향되도록 배치된다. 광이 상부 기판(310)을 관통하여 나오므로(도면에서 화살표로 표시), 상부 기판(310)으로는 석영 기판을 사용한다. 이 석영 기판은 생체 고분자 어레이 제작에 유용한 340-450㎚ 파장 영역에서 투과 특성이 좋은 것으로 알려져 있다. 하부 기판(320)으로는 유리 기판 또는 세라믹 기판을 이용한다. 상부 기판(310)은 하부 기판(320)을 향하는 제1 면(310a)과 반대되는 제2 면(310b)을 갖는다. 하부 기판(320)도 상부 기판(310)을 향하는 제1 면(320a)과 반대되는 제2 면(320b)을 갖는다.
상부 기판(310)의 제1 면(310a) 위에는 제1 주사 전극(311) 및 제2 주사 전극(312)이 상호 이격되어 배치된다. 그리고 상부 유전체막(313)이 제1 주사 전극(311) 및 제2 주사 전극(312)을 완전히 덮도록 상부 기판(310)의 제1 면(310a) 위에 형성된다. 상부 유전체막(313) 위에는 상부 보호막(314)이 형성된다.
제1 주사 전극(311) 및 제2 주사 전극(312)으로는 투과 특성이 좋은 투명 전극을 사용한다. 일반적으로 투명 전극으로서 ITO막 또는 SnO막을 사용할 수 있다. 그러나 ITO막 또는 SnO막과 같은 투명 전극은 금속 전극에 비하여 상대적으로 높은 저항을 갖는다. 따라서 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 투명 전극 위에 수 ㎛ 선폭을 갖는 금속 버스 전극을 형성하여 사용한다.
상부 유전체막(313)은 방전이 이루어지는 동안 커패시터의 유전체막으로 작용하여 전류를 제한하는 기능을 수행한다. 이 상부 유전체막(313)은, 저융점 유리 분말을 주성분으로 하는 페이스트를 스크린 인쇄법을 사용하여 대략 20-40㎛ 두께로 형성한 후 소성하여 만든다. 상부 보호막(314)은 방전이 이루어지는 동안 상부 유전체막(313)이 손상되는 것을 막아주는 기능을 수행한다. 이 상부 보호막(314)은 진공 증착법을 이용하여 대략 500㎚ 두께의 MgO 박막을 증착함으로써 형성할 수 있다.
하부 기판(320)의 제1 면(320a) 위에는 어드레스 전극(321)이 배치된다. 그리고 하부 유전체막(322)이 어드레스 전극(321)을 완전히 덮도록 하부 기판(320)의 제1 면(320a) 위에 형성된다. 어드레스 전극(321)은 은(Ag) 페이스트를 대략 70-80㎛ 두께로 스크린 프린팅함으로써 만들 수 있다. 하부 유전체막(322)은 상부 유전체막(313)과 동일하게 만들 수 있다.
하부 유전체막(322) 위에는, 하부 유전체막(322)과 상부 보호막(314) 사이에서 방전 공간을 한정하는 격벽(330)이 배치된다. 즉 격벽(330)에 의해 둘러싸인 내부 공간에서 방전이 일어나서 방전 플라즈마(350)가 만들어진다. 따라서 이 방전이 일어나는 방전 공간은 진공 상태가 유지되며, 이 방전 공간 내에 방전 가스가 분포한다. 방전 가스로는, 할로겐족 원소, 예컨대 He, Ne 또는 Xe나 Hg 원자로 구성된 혼합 기체를 사용한다. 대략 500torr 정도의 압력을 갖는 He, Ne 및 Xe 혼합 기체를 방전시켜 발생되는 자외선은 대략 147㎚ 및 173㎚ 파장의 광이다. 상기 격벽(330)은, 도시된 바와 같이 우물 형상을 갖도록 만들 수 있으며, 또는 라인 형상을 갖도록 만들 수도 있다. 격벽(330)의 폭은 대략 50-100㎛가 되도록 하고, 높이는 대략 100-200㎛가 되도록 한다. 격벽(330)을 형성하기 위하여 사용되는 재료로는 저융점 유리에 유기물과 각종 첨가물, 예컨대 알루미나, 금속 등을 혼합한 재료를 사용한다.
격벽(330)의 내벽과 격벽(330)에 의해 둘러싸인 방전 공간 내에서의 하부 유전체막(322) 위에는 형광체(340)가 배치된다. 이 형광체(340)는, 방전 영역에서 발생되는 광이 할로겐족 원소 조합으로 구성된 가스 방전으로 인해 발생되는 광인 경우, 진공 자외선인 이 광을 생체 고분자 합성에 주로 이용되는 대략 340-450㎚ 파장의 광으로 전환시키는 기능을 수행한다. 형광체(340)는 회토류 금속을 발광 중심으로 하는 산화물, 예컨대 알루미네이트, 규산, 붕산 등의 분말을 사용하여 형성한다.
이와 같은 구조의 단위 광 발생 장치의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 단위 광 발생 장치의 구동은 어드레싱 방전, 유지 방전 및 소거 방전의 3단계 방전을 통해 이루어진다. 제1 단계 방전인 어드레싱 방전은, 제1 주사 전극(311)과 어드레스 전극(321) 사이에서 화소를 선택하기 위한 벽전하를 발생시키는 방전이다. 제2 단계 방전인 유지 방전은, 어드레싱 방전에 의해 만들어진 벽전하가 존재하는 화소에서 연속적으로 방전이 일어나도록 하여 광을 발생시키는 방전이다. 그리고 제3 단계 방전인 소거 방전은, 완전히 소거되지 못하고 남아 있는 잔존 벽전하를 제거하여 공간 전하가 고르게 분포되도록 하는 방전이다.
구체적으로 먼저 제1 주사 전극(311)과 어드레스 전극(321) 사이에 일정 크기의 전압을 인가하면, 제1 주사 전극(311)과 제2 주사 전극(312) 사이에 벽전하가 만들어진다(어드레싱 방전). 다음에 벽전하가 형성된 상태에서 어드레스 전극(321)에 일정 크기의 전압을 인가한다. 그리고 제1 주사 전극(311) 및 제2 주사 전극(312) 사이에 극성이 다른 고전압 교류를 인가해준다. 그러면 벽전하의 극성이 제1 주사 전극(311) 및 제2 주사 전극(312)을 중심으로 반전되면서 방전이 유지되고, 이 방전에 의해 방전 가스가 들어있는 방전 공간에는 방전 플라즈마(350)가 만들어진다. 그리고 이 방전 플라즈마(350)에 의한 대략 147㎚ 및 173㎚ 파장의 자외선 방사에 의해 형광체(340)가 여기되어 대략 340-450㎚ 파장의 광이 발생된다. 발생된 광은 상부 기판(310)을 관통하여 외부로 출사된다(유지 방전). 다음에 제1 주사 전극(311) 및 제2 주사 전극(312)을 그라운드(ground) 인가한 상태에서 제1 주사 전극(311) 및 제2 주사 전극(312) 사이에 방전을 일으킴으로써 내부 벽전하가 제거되도록 한다(소거 방전).
도 4는 도 2의 단위 광 발생 장치의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이다. 앞서 설명한 이전 실시예에 따른 단위 광 발생 장치에서는, 방전에 의해 만들어진 광이 형광체에 의해 파장이 변화되어 출사되었다. 그러나 본 실시예에 따른 단위 광 발생 장치는, 방전에 의해 만들어진 광을 파장 변화 없이 직접 출사시킨다는 점에서 차이가 있다.
도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 상부 기판(410) 및 하부 기판(420)이 상호 일정 간격 이격되면서 대향되도록 배치된다. 상부 기판(410)은 하부 기판(420)을 향하는 제1 면(410a)과 반대되는 제2 면(410b)을 갖는다. 하부 기판(420)도 상부 기판(410)을 향하는 제1 면(420a)과 반대되는 제2 면(420b)을 갖는다. 상부 기판(410)의 제1 면(410a) 위에는 제1 주사 전극(411) 및 제2 주사 전극(412)이 상호 이격되어 배치된다. 그리고 상부 유전체막(413)이 제1 주사 전극(411) 및 제2 주사 전극(412)을 완전히 덮도록 상부 기판(410)의 제1 면(410a) 위에 형성된다. 상부 유전체막(413) 위에는 상부 보호막(414)이 형성된다.
하부 기판(420)의 제1 면(420a) 위에는 어드레스 전극(421)이 배치된다. 그리고 하부 유전체막(422)이 어드레스 전극(421)을 완전히 덮도록 하부 기판(420)의 제1 면(420a) 위에 형성된다. 하부 유전체막(422)의 전 표면 위에는, 하부 유전체막(422)과 상부 보호막(414) 사이에서 방전 공간을 한정하는 격벽(430)이 배치되는데, 이 격벽(430)의 내부는 오목 거울 형태로 이루어진다. 격벽(430) 표면에는 반사막(440)이 도포된다. 반사막(440)은 방전 공간에서 만들어진 광이 분산되지 않도록 하면서 그 세기를 증대시켜 출사되도록 하기 위한 것이다. 상기 방전이 일어나는 방전 공간은 진공 상태가 유지되며, 이 방전 공간 내에 방전 가스가 분포한다.
본 실시예에 따른 단위 광 발생 장치의 동작 과정은 도 3을 참조하여 설명한 단위 광 발생 장치의 동작 과정과 동일하며, 단지 방전 플라즈마(450)에 의해 만들어진 자외선이 반사막(440)에 의해 반사되어 외부로 출사된다는 점만 상이하다.
도 5는 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치의 구동 회로의 일 예를 나타내 보인 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치의 구동 회로의 다른 예를 나타내 보인 도면이다.
도 5의 구동 회로의 경우, 패턴 광 발생 장치(510)가 교류 방전형 패턴 광 발생 장치인 경우를 나타낸 것이며, 도 6의 구동 회로의 경우, 패턴 광 발생 장치(610)가 직류 방전형 패턴 광 발생 장치인 경우를 나타낸 것이다. 즉 도 5의 교류 방전형 패턴 광 발생 장치(510)의 경우, 전원(520)은 패턴 광 발생 장치(510)로 교류 전원을 공급한다. 이때 교류 전원 공급에 의한 과전류 흐름을 억제하기 위하여 패턴 광 발생 장치(510)의 상부 전극(531) 및 하부 전극(532) 표면에 각각 상부 유전체막(541) 및 하부 유전체막(542)을 형성할 필요가 있다. 이와 대조적으로 도 6의 직류 방전형 패턴 광 발생 장치(610)의 경우, 전원(560)은 패턴 광 발생 장치(610)로 직류 전원을 공급한다. 이때 과도하게 직류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 패턴 광 발생 장치(610)와 전원(620) 사이에 전류 제한 저항기(R)를 삽입한다. 그리고 교류 방전형 패턴 광 발생 장치(510)의 경우와 다르게, 상부 전극(631) 및 하부 전극(632)을 덮는 유전체막은 불필요하다.
도 7은 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치의 일 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 반응기(711) 위에 생체 고분자 어레이가 형성될 기판(712)이 장착된다. 기판(712)은 자외선 광원에 대한 투과도가 높고, 전처리 화학 반응이 용이하게 일어날 수 있는 재료로 이루어져야 한다. 따라서 기판(712)으로는, 예컨대 표면이 평평한 유리 기판이나 또는 고분자 기판을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 석영 기판을 사용하는 것이다. 생체 고분자 반응은, 반응기(711)와 기판(712) 사이의 반응 공간(713)에서 일어난다. 이 생체 고분자 반응을 위해서는 반응 공간(713) 내에 반응 시약이 주입되고 배출되어야 한다. 이를 위하여 반응기(711)를 관통하여 반응 공간(713) 내로 반응 시약을 주입하는 반응 시약 주입구(714) 및 반응기(711)를 관통하여 반응 공간(713) 밖으로 반응 시약을 배출시키는 반응 시약 배출구(715)가 장착된다.
기판(712)의 표면들 중 반응 공간(713)이 접하는 표면의 반대 표면 위에는 패턴 광 발생 장치(700)가 배치된다. 이 패턴 광 발생 장치(700)는, 도 2에 도시된 바와 같은 패턴 광 발생 장치(700)이며, 따라서 복수개의 단위 광 발생 장치(701)들을 포함한다. 즉 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 주사 구동부(231), 제2 주사 구동부(232) 및 어드레스 구동부(240)에 의해, 패턴 광 발생 장치(700) 내의 복수개의 단위 광 발생 장치(701)들이 선택되고, 선택된 단위 광 발생 장치(701)들만 광을 출사시킴으로써 원하는 패턴 형상을 갖는 광이 기판(712)에 조사되게 된다. 상기 패턴 형상의 변경은 단지 제1 주사 구동부(231), 제2 주사 구동부(232) 및 어드레스 구동부(240)의 조작에 의해 이루어진다.
상기 생체 고분자 어레이 형성 장치에 의한 생체 고분자 어레이 형성 과정을 설명하면, 먼저 기판(712) 표면을 전처리 하여 기판(712) 표면에 광 활성화 그룹을 생성시킨다. 전처리는 유기물 시약을 사용하여 수행할 수 있다. 즉 유기물 끝단에 존재하는 반응기를 이용하여 생체 고분자와 효율적인 연결을 수행하도록 하는 것이다. 전처리 시약으로는 기판(712)과 반응할 수 있는 실란(silane)(-OSi) 그룹과 화학 결합 반응이 용이한 아민(-NR2), 하이드록시(-OH) 또는 알데하이드(-CHO) 그룹을 양단에 가지고 있는 물질을 사용한다. 이 표면 전처리 시약으로는 APTS(aminopropyltriethoxysilane), GPTS(glycidoxypropyltrimethoxysilane) 또는 bis(hydroxyethyl) APTS 등이 있다.
전처리에 의해 기판(712) 표면에 광 활성화 그룹이 생성되면, 패턴 광 발생 장치(700)를 구동하여 패턴화된 광을 기판(712)에 조사한다. 그러면 기판(712)에서 광이 입사되는 부분의 광 활성화 그룹은 제거되고, 광이 입사되지 않은 부분의 광 활성화 그룹은 남는다. 광 활성화 그룹이 제거된 부분에서는 하이드록시 그룹이 노출된다. 이 상태에서 반응 시약 주입구(714)를 통해 반응 공간(713) 내로 유기물 시약을 주입시킨다. 그러면 유기물 시약이 노출된 하이드록시 그룹과 반응하여 생체 고분자가 기판(712)에 부착되게 된다. 이 과정은 여러 번 반복되며, 이에 따라 생체 고분자를 연속적으로 합성시킬 수 있다. 유기물 시약의 종류는 생체 고분자에 따라 다양하다. 예컨대 광을 이용하여 유리 기판 위에 DNA 어레이를 형성하는 경우에는, 표면 전처리된 기판(712)이 갖는 -OH 그룹과 반응이 가능한 CEP(cyanoethylphosphoramidite) 그룹, 탄소 결합으로 일정 거리를 확보하는 중간 삽입 그룹, 광에 의해서 보호 그룹이 떨어지도록 하는 광 활성 그룹으로 이루어진 시약을 사용한다. 여기서 중간 삽입 물질로는 HEG(hexaethylene glycol)와 같은 물질이 있다. 광 활성 그룹으로는 MeNPOC(methyl-2-nitropiperonyloxycarbonyl), DMBOC(dimethoxybenzoincarbonate), NPPOC(2-(2-nitrophenyl)-propoxycarbonyl), PYMOC(1-pyrenylmethyloxycarbonyl)와 같은 물질이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이다. 본 실시예에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치는 광 축소 렌즈(816)를 구비한다는 점에서, 도 7에 도시된 생체 고분자 어레이 형성 장치와는 다르다.
즉 도 8을 참조하면, 반응기(811) 위에 생체 고분자 어레이가 형성될 기판(812)이 장착된다. 생체 고분자 반응은, 반응기(811)와 기판(812) 사이의 반응 공간(813)에서 일어난다. 이 생체 고분자 반응을 위해서는 반응 공간(813) 내에 반응 시약이 주입되고 배출되어야 한다. 이를 위하여 반응기(811)를 관통하여 반응 공간(813) 내로 반응 시약을 주입하는 반응 시약 주입구(814) 및 반응기(811)를 관통하여 반응 공간(813) 밖으로 반응 시약을 배출시키는 반응 시약 배출구(815)가 장착된다.
기판(812)의 표면들 중 반응 공간(813)이 접하는 표면의 반대 표면 위에는 패턴 광 발생 장치(800)가 배치된다. 이 패턴 광 발생 장치(800)는, 도 2에 도시된 바와 같은 패턴 광 발생 장치(800)이며, 따라서 복수개의 단위 광 발생 장치(801)들을 포함한다. 즉 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 주사 구동부(231), 제2 주사 구동부(232) 및 어드레스 구동부(240)에 의해, 패턴 광 발생 장치(800) 내의 복수개의 단위 광 발생 장치(801)들이 선택되고, 선택된 단위 광 발생 장치(801)들만 광을 출사시킴으로써 원하는 패턴 형상을 갖는 광이 기판(812)에 조사되게 된다. 상기 패턴 형상의 변경은 단지 제1 주사 구동부(231), 제2 주사 구동부(232) 및 어드레스 구동부(240)의 조작에 의해 이루어진다.
상기 패턴 광 발생 장치(800)와 기판(812) 사이에는 광 축소 렌즈(816)가 배치된다. 이 광 축소 렌즈(816)는 생체 고분자 어레이의 화소 크기를 감소시키기 위한 것으로, 패턴 광 발생 장치(800)로부터 출사되는 패턴 광을 축소하여 축소된 광이 기판(812)에 조사되도록 한다. 광 축소 렌즈 없이 본 발명에 의한 방법으로 제작 가능한 생체 고분자 어레이의 최소 사이즈가 대략 0.4㎜ 정도이므로, 그 이하 크기로 어레이 화소 크기를 감소시키는 경우 유용하다.
도 9 내지 도 14는 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치를 사용하여 생체 고분자 어레이가 형성되는 과정을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
먼저 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(912)과 패턴 광 발생 장치(900)가 상호 대향하도록 배치된 상태에서, 기판(912)이 전처리되면 기판(912) 표면에는 광 활성화 그룹(X)이 형성된다. 이 상태에서 생체 고분자 결합 반응을 발생시킬 제1 영역(B)에만 광이 조사되도록 패턴 광 발생 장치(900)를 구동하여 광(921)을 기판(912)에 조사시킨다. 여기서 참조 부호 "901"은 선택되지 않아서 광을 출사시키지 않는 단위 광 발생 장치이고, 참조 부호 "902"는 선택되어 광을 출사시키는 단위 광 발생 장치를 나타낸다. 상기 패턴화된 광(921)을 기판(912)에 조사시키면, 도 10에 도시된 바와 같이, 광(도 9의 921)이 조사된 제1 영역(B)의 광 활성화 그룹(도 9의 X)이 제거되고 그 자리에 하이드록시(OH) 그룹이 생성된다. 이 상태에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 반응 공간 내에 결합시키고자 하는 생체 물질(A-X)을 넣어주면 제1 영역(B)에서 결합 반응이 일어나게 된다. 다음에 연속적으로 다른 영역에 생체 고분자를 결합시키기 위하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 영역(C)만 광이 조사되도록 패턴 광 발생 장치(900)를 구동하여 광(922)을 기판(912)에 조사시킨다. 여기서도 참조 부호 "901"은 선택되지 않아서 광을 출사시키지 않는 단위 광 발생 장치이고, 참조 부호 "902"는 선택되어 광을 출사시키는 단위 광 발생 장치를 나타낸다. 패턴화된 광(922)을 기판(912)에 조사시키면, 도 13에 도시된 바와 같이, 광(도 11의 922)이 조사된 제2 영역(C)의 광 활성화 그룹(도 11의 X)이 제거되고 그 자리에 하이드록시(OH) 그룹이 생성되며, 이 상태에서, 반응 공간 내에 결합시키고자 하는 생체 물질(C-X)을 넣어주면 제2 영역(C)에서도 결합 반응이 일어나게 된다. 이와 같은 과정을 반복적으로 수행하면, 도 14에 도시된 바와 같이 기판(912)의 제1 영역(B) 및 제2 영역(C) 뿐 아니라 다른 영역에서 생체 고분자들을 결합시킬 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치 및 생체 고분자 어레이 형성 장치에 의하면, 단일 광원 구조가 아닌 복수개의 단위 광 발생 장치들이 어레이로 배열된 구조를 가지며, 제1 및 제2 주사 구동부 및 어드레스 구동부에 의해 일부 단위 광 발생 장치들을 선택하여 광을 출사시키므로 원하는 패턴의 광을 용이하게 발생시킬 수 있다. 그리고 별도의 렌즈계가 불필요하고 높은 광세기 대조비를 용이하게 얻을 수 있으며, 그 제조 방법에 있어서도 비교적 간단한 공정을 통해 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 생체 고분자 어레이 형성 장치를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치의 어레이 구성을 나타내 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 단위 광 발생 장치의 일 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 4는 도 2의 단위 광 발생 장치의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치의 구동 회로의 일 예를 나타내 보인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 패턴 광 발생 장치의 구동 회로의 다른 예를 나타내 보인 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치의 일 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 9 내지 도 14는 본 발명에 따른 생체 고분자 어레이 형성 장치를 사용하여 생체 고분자 어레이가 형성되는 과정을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.

Claims (8)

  1. 생체 고분자 어레이 형성을 위한 패턴 광 발생 장치에 있어서,
    동일 평면상에서 어레이 형태로 배열된 복수개의 단위 광 발생 장치들; 및
    상기 복수개의 단위 광 발생 장치들 중에서 원하는 패턴 형상에 대응하는 일부 단위 광 발생 장치들만을 선택적으로 동작시켜 상기 원하는 패턴 형상의 광이 발생되도록 하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 광 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부는,
    행으로 배열된 단위 광 발생 장치를 선택하기 위한 제1 및 제2 주사 구동부; 및
    열로 배열된 상기 단위 광 발생 장치를 선택하기 위한 어드레스 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 광 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단위 광 발생 장치는,
    상호 대향하는 하부 기판 및 상부 기판;
    상기 상부 기판의 대향면 위에서 상호 일정 간격 이격되도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 상부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극을 완전히 덮는 제1 유전체막;
    상기 제1 유전체막 위에 형성된 보호막;
    상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극과 교차되도록 배치된 제3 전극;
    상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제3 전극을 완전히 덮는 제2 유전체막;
    상기 제2 유전체막에서 진공 상태이며 방전 가스를 포함하는 반응 공간을 한정하는 격막; 및
    상기 격막 내부의 반응 공간 내에서 상기 반응 공간 내에서 발생된 광의 파장을 변화시키기 위하여 상기 제2 유전체막 위에 형성된 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 광 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방전 가스는 He 및 Xe의 혼합 가스, Ne 및 Xe의 혼합 가스, 또는 He, Ne 및 Xe의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 패턴 광 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단위 광 발생 장치는,
    상호 대향하는 하부 기판 및 상부 기판;
    상기 상부 기판의 대향면 위에서 상호 일정 간격 이격되도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 상부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극을 완전히 덮는 제1 유전체막;
    상기 제1 유전체막 위에 형성된 보호막;
    상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제1 전극 및 제2 전극과 교차되도록 배치된 제3 전극;
    상기 하부 기판의 대향면 위에서 상기 제3 전극을 완전히 덮는 제2 유전체막;
    상기 제2 유전체막 위에 진공 상태이며 방전 가스를 포함하는 반응 공간을 한정하는 격막; 및
    상기 격막 내부 표면 위에 배치되어 상기 반응 공간 내에서 발생된 광을 반사시키는 반사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 광 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방전 가스는 Hg 가스 및 할로겐족 원자로 이루어진 가스들을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 광 발생 장치.
  7. 생체 고분자 어레이가 만들어지는 기판;
    상기 기판을 지지하며, 상기 기판 사이의 합성 반응 공간을 한정하는 반응기;
    상기 반응기를 관통하여 상기 합성 반응 공간 내로 반응 시약을 주입시키는 반응 시약 주입구;
    상기 반응기를 관통하여 상기 합성 반응 공간 밖으로 반응 시약을 배출시키는 반응 시약 배출구; 및
    동일 평면상에서 어레이 형태로 배열된 복수개의 단위 광 발생 장치들, 및 상기 복수개의 단위 광 발생 장치들 중에서 원하는 패턴 형상에 대응하는 일부 단위 광 발생 장치들만을 선택적으로 동작시키는 구동부를 포함하여 상기 원하는 패턴 형상의 광이 상기 기판으로 조사되도록 하는 패턴 광 발생 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 고분자 어레이 형성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판과 상기 패턴 광 발생 장치 사이에 배치되어 상기 패턴 광 발생 장치로부터의 광을 축소시키는 광 축소 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 고분자 어레이 형성 장치.
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