KR100680132B1

KR100680132B1 - 자기성 물질을 이용한 탄소나노튜브 어레이의 제조방법

Info

Publication number: KR100680132B1
Application number: KR1020040032278A
Authority: KR
Inventors: 이상엽; 정희태; 박종필; 이석재; 박태정; 정대환
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2007-02-07
Also published as: KR20050107094A

Abstract

본 발명은 카르복실기가 노출된 탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNT)에 자기성 물질을 결합시키고, 상기 자기성 물질이 고정된 CNT를 기질 상에 위치시킨 다음, 수직 또는 수평 방향으로 자기장을 인가하여 CNT를 기질상에 어레이하는 것을 특징으로 하는 수직 또는 수평으로 정렬된 CNT 어레이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기의 CNT 어레이에 바이오 리셉터를 결합시키는 것을 특징으로 하는 CNT-바이오칩의 제조방법 및 이에 의해 제조된 CNT-바이오칩을 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 리셉터와 결합하거나 반응하는 표적 바이오물질 또는 유기화합물의 검출방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 종래의 화학합성방법(chemical vapor deposition)에 의한 성장 또는 마이크로 패턴(micro pattern)에 의한 어레이 방법에 비하여 결함이 적으면서도 고도로 CNT를 수직 또는 수평 방향으로 어레이할 수 있다.

탄소나노튜브(CNT), 어레이, 자기장, 바이오칩, 검출방법, 바이오물질

Description

자기성 물질을 이용한 탄소나노튜브 어레이의 제조방법{Method for Carbon Nanotubes Array Using Magnetic Material}

도 1은 본 발명에 따른 자기성 물질을 이용한 탄소나노튜브 어레이의 제조과정을 보여주는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 자기성 물질을 이용한 탄소나노튜브 어레이의 SEM 분석결과를 나타낸 것이다.

탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNT)란 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터(nm=10 억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다. CNT는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 지니며 현존하는 물질 중 결함이 거의 없는 완벽한 신소재로 알려져 있다.

CNT는 이처럼 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가질 수 있으며, 직경이 작고 길이가 상대적으로 매우 긴 특성 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 등의 소재로서 뛰어난 성질을 보이고, 나노크기의 각종 전자소자로서의 응용성이 매우 크다(Dai et al., Acc. Chem. Res., 35:1035, 2002).

상기 표현한 특성들을 보다 다양하게 응용하기 위해 단일벽 CNT를 강산을 사용하여 잘게 자르기 시작했다. 이렇게 잘라진 CNT들은 잘려진 말단(ends) 및 옆면(sidewall)의 일부에 주로 -COOH 작용기를 가지게 된다. 이러한 화학적 작용기를 이용하여 다양한 물질들을 화학적으로 붙이기 시작하여 CNT의 성질을 개질하기도 하였다.

더 나아가 화학적 기작에 의해 CNT의 작용기를 -SH 작용기로 치환한 후, 금 표면에 미세접촉 인쇄(micro contact printing) 기법을 이용하여 표면에 패턴화 한 보고(Nan, X. et al., J. Colloid Interface Sci., 245:311, 2002)와 정전기적 방법(electrostatic method)을 이용하여 CNT를 표면에 다중막으로 고착시킨 보고가 있다(Rouse, J.H. et al., Nano Lett., 3:59, 2003). 그러나 전자는 CNT의 표면 밀도가 낮고 결합력이 약하다는 단점이 있으며, 후자는 선택적으로 표면에 고정하는 패터닝 방법을 적용할 수 없다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 따라서 새로운 형태의 표면 고정법 개발이 절실히 요구되고 있다.

CNT는 튜브의 자라는 방향(alignment)의 규칙성이 중요하며, 리(Li) 등(Li et al, Science, 274:1701, 1996)은 졸겔 방법으로 제조한 메조포어 실리카 내부에 철 나노입자를 촉매로 심고, CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 아세틸렌 가스를 주입하여 700℃에서 탄화시켜서 규칙적으로 배열된 CNT를 제조한 바 있다. CVD법은 열 CVD법, DC 플라즈마 CVD법, RF 플라즈마 CVD법, 마이크로파 플라즈마 CVD법으로 구분할 수 있다. 이러한 CVD 방법은 기존의 전기방전법이나 레이저증착법에서는 불가능한 CNT의 수직배향 합성이 가능할 뿐만 아니라 저온합성, 고순도 합성, 대면적 기판합성이 가능하며 나아가서는 CNT의 구조제어가 용이한 장점을 가지고 있다. 현재까지, 화학적 방법을 이용한 CNT의 수평 자기정렬에 대한 많은 보고가 있다(Ajayan et al., Adv. Mater, 7:489, 1995). 그러나, 상기 CNT의 수평 및 수직 정렬방법은 고온에서 이루어져야 하기 때문에 상당한 결함이 생길 수 있다는 단점이 있다.

한편, 폴리머릭 메트릭스(polymeric matrix)를 통해서 CNT의 배향을 조절한 보고가 있으며(Yuan et al., J. Appl. Polym. Sci, 81:251, 2001; Kalay et al., J. Appl. Sci. Part B; Polymer Phys, 35:265, 1997; Lincoln et al., Poly. Eng. Sci., 39:1903, 1999), 최근에는 단일분산된 Fe/Mo 나노입자(monodispersed Fe/Mo nanoparticles)에 코발트(C_O)를 공급 기체(feeding gas)로 이용하여 단일가닥 CNT를 정렬한 보고가 있다(Huang et al., JACS, 125:5636, 2003).

또한, 테론스(Terrones) 등은 코발트를 촉매제로 사용하여 2-아미노-4,6-디클로로-스트리아진(2-amino-4,6-dichloro-striazine)의 열분해(pyrolysis) 방법에 의하여 탄소나노튜브를 성장시켰으며(Terrones et al., Nature, 388:52, 1997), 라오(Rao) 등은 주형(template)없이 프리스틴 석영 기질(pristine quartz substrate) 위에서 페로센(ferrocene)의 열분해 방법에 의해서 약 990℃에서 잘 정렬된 탄소나노튜브의 어레이에 대해서 보고하였고(Rao et al., Chem. Commun., 1525, 1998), 렌(Ren) 등은 이보다 더 낮은 660℃에서 유리 표면위에서 radio-frequency sputter-coating a thin nickel layer를 수행하여 잘 정렬된 CNT를 제조한 바 있다(Ren et al., Science, 282:1105, 1998).

리우(Liu) 등은 CNT의 말단잔기에 -SH기를 도입하여 골드(Au) 기판위에서의 수직 정렬방법을 보고하였으며(Liu et al., Langmuir, 16:3569, 2000), 우(Wu) 등은 산화금속(metal oxide) 기판위에서 -COOH기를 이용한 CNT의 수직 정렬방법에 대해 보고한 바 있다(Wu et al., J. Phys. Chem. B., 105:5075, 2001).

또한, CNT뿐만 아니라 펩티드(peptide), 무기신소재(inorganic material)를 이용한 자기정렬 방법도 많이 보고되고 있다(Gong et al., J. Mater. Res., 16:3331, 2001; Bao et al., Adv. Mater., 13:1631, 2001). 공(Gong) 등은 수용액상에서 티타늄 옥사이드 나노튜브(titanium oxide nanotube)를 정렬하였으며, 바오(Bao) 등은 마그네틱 니켈 나노튜브(Ni nanotubules)를 길이 35μm, 직경 160nm로 전기적 증착방법에 의하여 높은 방향성으로 정렬한 바 있다(Bao et al., Adv. Mater., 13:1631, 2001).

최근, CNT에 바이오물질을 고정한 다음, CNT의 전기화학적인 변화를 이용하여 단백질-단백질 및 단백질-리간드간의 반응을 검출하는 연구가 진행되고 있다(Dai, H. et al., ACC. Chem. Res., 35:1035, 2002; Sotiropoulou S. et al., Anal. Bioanal. Chem., 375:103, 2003; Erlanger, B.F. et al., Nano Lett., 1:465, 2001; Azamian, B.R. et al., JACS, 124:12664, 2002).

단백질-리간드 반응으로써 대표적인 예로, 아비딘(avidin)-바이오틴(biotin) 반응을 들 수 있는데, 스타(Star) 등은 고분자로 처리된 기질위에 CNT를 이용하여 채널을 형성한 다음, 전기화학적인 방법을 통하여 스트렙토아비딘의 결합을 측정하였다(Star, A. et al., Nano Lett., 3:459, 2003).

바이오칩으로서 CNT가 주목받는 이유는 첫째, 레이블링이 필요없고 둘째, 신호의 변화에 매우 민감하며 셋째, 단백질의 변형없이 수용액 상에서 반응을 진행시킬 수 있기 때문이다. 새로운 나노물질과 생물학적 시스템의 결합은 질병진단(유전병), 프로테오믹스, 나노바이오기술 분야에서 중요한 응용기술들을 창출해 나갈 것이다.

한편, CNT를 생명공학분야에서 응용하는 사례가 최근에 많이 등장하고 있다. 글루코스 센서, 단백질의 검출, 특정 DNA 서열의 검출(Sotiropoulou, S. et al., Anal. Bioanal. Chem., 375:103, 2003; Chen, R.J. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100:4984, 2003; Cai, H. et al. Anal. Bioanal. Chem., 375:287, 2003) 등 바이오칩에 대한 CNT의 응용 가능성이 제시되고 있다. CNT를 기반으로 한 다층(multilayer)에서의 생물분자 검색은 표면적이 넓고 전기전도도 성질이 우수하여 DNA와 같은 생물분자가 고정되는 양을 늘릴 수 있고, 생물분자에 대한 검출 민감도를 증대시킬 수 있다.

PNA(peptide nucleic acid: DNA 유사체)를 단일벽(single walled) CNT에 위치 특이적으로 고정하고, 목적 DNA와 상보적으로 결합하는 것을 검출한 보고(Williams, K.A. et al., Nature, 420:761, 2001)와 전기화학적인 방법을 통해 올리고뉴클레오티드를 CNT 어레이에 고정하고, 구아니딘 산화(guanidine oxidation) 방법을 통해 DNA를 검출한 보고(Li, J. et al., Nano Lett., 3:597, 2003)가 있다. 그러나 이것들은 CNT를 바이오칩의 제작 및 개발에 적용한 것은 아니다.

최근, CNT를 이용한 고용량의 바이오분자 검출센서(WO 03/016901 A1)가 알려져 있다. 기질 위에 화학적 연결체를 사용하여 복수의 CNT를 배열하고 여러 종류의 리셉터를 부착하여 얻어지는 멀티채널형 바이오칩에 관한 것으로, 비교적 주변 환경변화에 약한 단점을 가지고 있다.

현재로서는 바이오칩에서 반응결과를 검출하는 방법은 기존의 형광물질과 동위원소 등을 이용하는 방법이 가장 보편적이나(Toriba, A. et al., Biomed. Chromatography:BMC., 17:126, 2003), 좀더 손쉽고 정확하게 전기적 또는 전기화학 적 신호를 측정할 수 있는 새로운 방법들이 시도되면서 CNT라는 신소재의 필요성이 더욱 증대되고 있다.

이에 본 발명자들은 자기장에서 CNT의 배열을 정확히 조절하기 위하여 예의 노력한 결과, 카르복실기가 노출된 CNT에 마그네틱 비드를 결합시키고, 이를 고체 기질상에 위치시킨 다음, 자기장을 인가함으로써 우수한 배열성을 가지는 CNT 어레이가 얻어지는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

결국, 본 발명의 주된 목적은 카르복실기가 노출된 탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNT)에 자기성 물질을 결합시키고, 상기 자기성 물질이 고정된 CNT를 기질 상에 위치시킨 다음, 수직 또는 수평 방향으로 자기장을 인가하여 기질상에 어레이하는 것을 특징으로 하는 수직 또는 수평 정렬된 CNT 어레이의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 방법으로 제조된 CNT 어레이에 바이오 리셉터를 결합시키는 것을 특징으로 하는 CNT-바이오칩의 제조방법 및 이에 의해 제조된 CNT-바이오칩을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 CNT-바이오칩을 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 리셉터와 결합하거나 반응하는 표적 바이오물질 또는 유기화합물의 검출방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) CNT 말단에 카르복실기가 노출된 CNT를 제공하는 단계; (b) 상기 카르복실기가 노출되어 있는 CNT에, 아민기와 바이오틴을 가지는 물질을 아미드 결합을 통하여 결합시켜, 바이오틴이 노출된 CNT를 제조하는 단계; (c) 상기 바이오틴에 자기성 물질을 결합시켜 자기성 물질이 고정된 CNT를 제공하는 단계; 및 (d) 상기 자기성 물질이 고정된 CNT를 기질상에 위치시킨 다음, 자기장을 수직 또는 수평 방향으로 인가하여 CNT를 기질상에 어레이하는 단계를 포함하는 CNT 어레이의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 강산을 이용하여 절단하거나, 산소플라즈마(O₂)를 이용하거나 또는 카르복실기와 파이-스태킹(π-stacking)이 가능한 부위를 가지고 있는 화학물질을 물리적으로 고정시켜 CNT 말단에 카르복실기를 노출시키는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 카르복실기와 파이-스태킹이 가능한 부위를 가지고 있는 화학물질은 피렌-R₁-COOH임을 특징으로 할 수 있다. 여기서, R₁은 C₁ 내지 C₂₀인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이다.

본 발명에 있어서, 상기 자기성 물질은 자기박테리아(magnetic bacteria) 유래의 마그네틱 파티클(magnetic particle) 또는 마그네틱 비드(magnetic bead)인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 자기성 물질은 특히, 바이딘이 결합되어 있는 마그네틱 비드인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 자기박테리아는 마그네토스피릴럼 마그네토탁티쿰 MS-1(Magnetospirillum magnetotacticum MS-1), 마그네토스피릴럼 그리피스발덴세(Magnetospirillum gryphiswaldense) 또는 마그네토스피릴럼 속 AMB-1(Magnetospirillum sp. AMB-1)인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조된 CNT 어레이에서 말단의 마그네틱 비드를 제거하는 단계; 및 (b) 상기 마그네틱 비드의 제거에 의해 노출된 바이오틴에, 아비딘이 부착되어 있는 바이오 리셉터를 아비딘-바이오틴 결합에 의해 고정시키는 단계를 포함하는 CNT-바이오칩의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조된 CNT 어레이에서 말단의 마그네틱 비드를 제거하는 단계; (b) 상기 마그네틱 비드의 제거에 의해 노출된 바이오틴을 제거하여 CNT 말단에 카르복실기를 노출시키는 단계; 및 (c) 상기 카르복실기가 노출된 CNT에, 상기 카르복실기와 결합하는 작용기를 가진 바이오 리셉터를 화학적 또는 물리화학적으로 결합시키는 단계를 포함하는 CNT-바이오칩의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 바이오틴은 산처리에 의해 제거하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 카르복실기와 결합하는 작용기는 아민기 또는 수산기인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조되고, 바이오틴이 노출된 CNT 어레이에, 아비딘이 부착되어 있는 바이오 리셉터가 아비딘-바이오틴 결합에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 CNT-바이오칩을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조되고, 카르복실기가 노출된 CNT 어레 이에, 상기 카르복실기와 바이오 리셉터의 아민기가 아미드 결합에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 CNT-바이오칩을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 바이오 리셉터는 DNA, PNA, RNA, 단백질, 펩티드, 아미노산, 효소기질, 리간드, 아미노산, 코펙터, 탄수화물, 지질 또는 올리고뉴클레오티드인 것을 특징으로 하는 할 수 있고, 상기 탄수화물은 폴리싸카라이드(polysaccharide), 올리고당(oligosaccharide), 디싸카라이드(disaccharide), 모노싸카라이드(monosaccharide), 자연유래 또는 상기 탄수화물을 전구체로 한 변성체 또는 합성가능한 탄수화물인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 바이오 리셉터는 특히 DNA인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 CNT-바이오칩을 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 리셉터와 결합하거나 반응하는 표적 바이오물질 또는 유기화합물의 검출방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 표적 바이오물질은 항체, 효소, 단백질, 핵산, 지질 또는 바이오리셉터와 반응할 수 있는 기타 바이오분자인 것을 특징으로 할 수 있고, 특히, 질병에 관련된 단백질인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조된 CNT-DNA 칩을 이용하는 것을 특징으로 하는 DNA 혼성화 반응의 검출방법을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 'CNT-바이오칩'이란 용어는 CNT 어레이에 바이오 리셉터가 화학적 또는 물리화학적으로 결합되어 있는 것을 포괄하는 개념으로, CNT 어레이에 바이오 리셉터가 화학적 또는 물리화학적 결합으로 부착되어 있는 바이오칩 을 포함하는 것으로 정의된다.

또한, 본 발명에서 사용되는 '바이오 리셉터'는 DNA, PNA, RNA, 단백질, 펩티드, 아미노산, 효소기질, 리간드, 아미노산, 코펙터, 탄수화물, 지질, 올리고뉴클레오티드 등 생체로부터 유래한 물질을 총칭하는 것으로 정의된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 마그네틱 비드가 고정된 CNT의 제조

본 발명에 사용된 CNT는 카보렉스사(CarboLex Inc., USA)로부터 입수하여 분리 및 정제한 후 사용하였으며(Rao et al., Science, 275:187, 1997), 바이딘이 결합되어 있는 마그네틱비드는 바이오클론사(Bioclone Inc.)로부터 입수하여 전처리 공정없이 사용하였다. 도 1은 본 발명에 대한 전체적인 구성도를 나타낸다.

본 발명에서는 파이-스태킹(π-stacking)이 가능한 부위를 가지고 있는 하기 구조식 1에 해당하는 화학물질(6mM)을 DMF 용매에 녹인 다음, 정제(purified)되거나 절단(cut)된 CNT를 1~24시간 동안 침지시켜, CNT 상에 상기 화합물을 물리적으로 고정시켜 카르복실기가 노출되어 있는 CNT를 제조하였다.

구조식 1

상기 카르복실기가 노출된 CNT에 아민기를 가진 바이오틴을 아미드 반응을 통해 결합시켰다. 이때, 아미드 결합을 형성하기 위해 커플링제로서 EDC(1-ethyl-3-(3-dimethylamini-propyl)arbodiimide hydrochloride)(31.6mM)와 베이스로서 NHS(N-hydroxysuccinimide)(4.2mM)를 사용하였다. 상기 커플링제는 -COOH 작용기와 -NH₂ 작용기가 아미드 결합(-CONH-)을 형성하는 역할을 하며, 상기 베이스는 커플링제가 아미드 결합을 형성할 때 효율을 높일 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

25mM MES 버퍼용액에 상기 바이오틴을 0.01mM 농도로 제조하였고, 이 버퍼용액에 상기 카르복실기가 노출된 CNT 50mg을 분산시켰다. 상기 CNT가 분산된 버퍼용액에 EDC(0.1㎖)/NHS(0.2㎖)를 첨가하고 30분간 교반한 다음, 상기 아민기를 가진 바이오틴 용액을 첨가한 후 2~20시간 동안 교반하였다. 카르복실기가 노출된 CNT에 아민기를 가진 바이오틴이 결합되어진 CNT를 제조하였다.

다음으로 바이오틴이 결합되어 있는 CNT 용액(0.5㎖)에 미리 전처리된 아비딘이 결합되어 있는 마그네틱 비드(0.5㎖)를 바인딩 버퍼(binding buffer, Tris-HCl buffer containing 1% BSA, pH 7.0)에서 3분 동안 반응시킨 후, 자기장을 이용하여 반응물을 분리하고 다시 바인딩 버퍼(1㎖)에서 3분 동안 반응하였다. 상기 반응을 3-4회 반복 수행하여 마그네틱 비드가 고정된 CNT를 제조하였다.

실시예 2: 마그네틱 비드가 고정된 CNT의 방향제어

상기 실시예 1로부터 제조된, 마그네틱 비드가 고정된 CNT를 수평 및 수직방향으로 정렬하기 위하여, 마그네틱 비드가 고정된 CNT를 3차 증류수(Deionized water)에 분산시켰으며, 분산된 현탁액을 마이크로 피펫을 이용하여 약 100㎕의 액적(droplet)을 실리콘 웨이퍼 상에 떨어뜨렸다.

다음으로 상기 실리콘 웨이퍼를 0.1~15 테슬라(Tesla, T)의 자기장 속에 놓아 마그네틱 비드가 고정된 CNT의 정렬을 수행하였다. 이때, 자기장 사이의 간격은 1~50cm이었고, 자기장을 걸어둔 시간은 약 1~10 시간이었다. 그 후, 액적의 수분이 천천히 건조되면서 마그네틱 비드가 고정된 CNT는 자기장의 방향에 따라 배열되었다.

상기 마그네틱 비드가 고정된 CNT의 수평방향 배열을 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인한 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 마그네틱 비드가 고정된 CNT가 자기장을 걸어준 방향과 동일하게 어레이되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3: CNT 어레이를 이용한 CNT-바이오칩의 제조

상기 실시예 2로부터 얻은 CNT 어레이에 바이오 리셉터를 화학적으로 결합시키기 위하여, 상기 CNT 어레이를 일루션 버퍼(eltution buffer, 0.1M Glycine-HCl, pH 2.5)로 처리하여 0.5~5분 동안 반응시킨 다음, 다시 중성버퍼(neutralization buffer, 1M Tris-HCl, pH 9.0)를 넣어 상기 용액의 pH를 7.0으로 맞추어, CNT 어레이 말단의 마그네틱 비드를 제거하였다. 상기 방법에 의하여 CNT 말단의 마그네틱 비드가 제거되어 바이오틴이 노출된 CNT 어레이와, 상기 바이오틴과 결합하는 아비딘이 부착되어 있는 바이오 리셉터를 아비딘-바이오틴 결합으로 고정시켜 CNT-바이오칩을 제작할 수 있다 (Star, A. et al., Nano Lett., 3:459, 2003).

또 다른 방법으로는, 상기 마그네틱 비드가 제거된 CNT 어레이를, 다시 황산:질산을 2.65:1로 하여 상온에서 초음파 세포파쇄기에서 15시간 반응시킨 후, 100~200nm 필터로 분리하여 바이오틴이 제거되어 카르복실기가 노출된 CNT 어레이를 제조하였다. 상기 카르복실기가 노출된 CNT 어레이에, 본 출원인에 의한 한국특허출원 제2003-0051826에 개시된 방법에 따라,상기 카르복실기와 결합하는 바이오 리셉터를, 바람직하게는 DNA의 아민기를 결합시켜 CNT-DNA 칩을 제조할 수 있다.

실시예 4: CNT-바이오칩을 이용한 검출

상기 실시예 3에 따른 CNT-바이오칩을 이용하여 바이오 리셉터와 결합하거나 반응하는 표적 바이오물질을 검출할 수 있다. 즉, 다양한 종류의 리셉터가 부착된 하나의 칩 위에 병을 진단할 수 있는 표적 단백질이 포함된 시료용액을 떨어뜨린 다음, 결합하는 표적 단백질을 검출하거나 탄소나노튜브에 부착된 리셉터와의 상호작용의 차이에 의해 다양한 질병을 진단할 수 있다(KR 2003-0014997A).

또 다른 방법으로는, 상기 실시예 3에 따른 CNT-DNA 칩을 이용하여, 본 출원 인에 의한 한국특허출원 제2003-0051826호에 개시된 방법에 따라 혼성화 반응을 수행할 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 기존의 CNT보다 결함이 적으면서도 고도로 정렬된 CNT 어레이, 상기 CNT 어레이에 바이오 리셉터를 부착한 바이오칩 및 상기 바이오칩을 이용한 바이오물질의 검출방법을 제공하는 효과가 있다

Claims

다음 단계를 포함하는 탄소나노튜브(CNT) 어레이의 제조방법:

(a) CNT 말단에 카르복실기가 노출된 CNT를 제공하는 단계;

(b) 상기 카르복실기가 노출되어 있는 CNT에, 아민기와 바이오틴을 가지는 물질을 아미드 결합을 통하여 결합시켜, 바이오틴이 노출된 CNT를 제조하는 단계;

(c) 상기 바이오틴에 자기성 물질을 결합시켜 자기성 물질이 고정된 CNT를 제공하는 단계; 및

(d) 상기 자기성 물질이 고정된 CNT를 기질상에 위치시킨 다음, 자기장을 수직 또는 수평 방향으로 인가하여 CNT를 기질상에 어레이 하는 단계.
제1항에 있어서, (a) 단계는 강산을 이용하여 절단하거나, 산소 플라즈마(O₂)를 이용하거나 또는 카르복실기와 파이-스태킹(π-stacking)이 가능한 부위를 가지고 있는 화학물질을 물리적으로 고정시켜 탄소나노튜브(CNT) 말단에 카르복실기를 노출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 카르복실기와 파이-스태킹이 가능한 부위를 가지고 있는 화학물질은 피렌-R₁-COOH임을 특징으로 하는 방법(여기서 R₁은 C₁ 내지 C ₂₀인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이다).
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제1항에 있어서, 자기성 물질은 바이딘이 결합되어 있는 마그네틱 비드인 것을 특징으로 하는 방법.
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(a) 제5항의 방법에 의해 제조된 탄소나노튜브(CNT) 어레이에서 말단의 마그네틱 비드를 제거하는 단계; 및

(b) 상기 마그네틱 비드의 제거에 의해 노출된 바이오틴에, 아비딘이 부착되어 있는 바이오 리셉터를 아비딘-바이오틴 결합에 의해 고정시키는 단계를 포함하는 CNT-바이오칩의 제조방법.
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제7항의 방법에 의해 제조되고, 바이오틴이 노출된 탄소나노튜브(CNT) 어레이에, 아비딘이 부착되어 있는 바이오 리셉터가 아비딘-바이오틴 결합에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 CNT-바이오칩.
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