KR100725374B1 - Ｄｎａ칩, ｄｎａ칩 키트 및 ｄｎａ칩의 제조 방법 - Google Patents

Ｄｎａ칩, ｄｎａ칩 키트 및 ｄｎａ칩의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100725374B1
KR100725374B1 KR1020060039703A KR20060039703A KR100725374B1 KR 100725374 B1 KR100725374 B1 KR 100725374B1 KR 1020060039703 A KR1020060039703 A KR 1020060039703A KR 20060039703 A KR20060039703 A KR 20060039703A KR 100725374 B1 KR100725374 B1 KR 100725374B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
substrate
dna chip
charge carrier
transport layer
Prior art date
Application number
KR1020060039703A
Other languages
English (en)
Inventor
김원선
지성민
하정환
김경선
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060039703A priority Critical patent/KR100725374B1/ko
Priority to US11/790,351 priority patent/US7935519B2/en
Priority to JP2007120794A priority patent/JP2007298516A/ja
Application granted granted Critical
Publication of KR100725374B1 publication Critical patent/KR100725374B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G01N27/3278—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction involving nanosized elements, e.g. nanogaps or nanoparticles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
    • C12Q1/6837—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2563/00—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties
    • C12Q2563/107—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties fluorescence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/70—Nanostructure
    • Y10S977/701—Integrated with dissimilar structures on a common substrate
    • Y10S977/702—Integrated with dissimilar structures on a common substrate having biological material component
    • Y10S977/704—Nucleic acids, e.g. DNA or RNA
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/70—Nanostructure
    • Y10S977/788—Of specified organic or carbon-based composition
    • Y10S977/789—Of specified organic or carbon-based composition in array format
    • Y10S977/79—Of specified organic or carbon-based composition in array format with heterogeneous nanostructures
    • Y10S977/791—Molecular array
    • Y10S977/792—Nucleic acid array, e.g. human genome array
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/902—Specified use of nanostructure
    • Y10S977/904—Specified use of nanostructure for medical, immunological, body treatment, or diagnosis
    • Y10S977/924—Specified use of nanostructure for medical, immunological, body treatment, or diagnosis using nanostructure as support of dna analysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

정밀한 DNA 분석이 가능한 DNA칩, DNA칩 키트, 및 DNA칩의 제조 방법이 제공된다. DNA칩은 기판 상에 서로 이격되어 대향하도록 형성된 적어도 하나의 제1 및 제2 전극과, 일단이 제1 전극 상에 고정되어 있는 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브, 및 제2 전극 상에 형성되며, 다수개의 프로브의 타단과 접하는 전하 캐리어 수송층을 포함한다.
DNA칩, 올리고뉴클레오타이드, 유기 발광 물질, 트렌치

Description

ＤＮＡ칩, ＤＮＡ칩 키트 및 ＤＮＡ칩의 제조 방법{DNA chip, DNA chip kit and method for fabricating DNA chip}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩의 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩을 이용하여 DNA를 분석하기 위한 단계를 나타내는 단면도들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 DNA칩의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 DNA칩의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다.
도 20은 본 발명의 제10 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제11 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제12 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제13 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제14 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩 키트의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 기판 200: 제1 전극
220: 올리고뉴클레오타이드 프로브 300: 제2 전극
320: 전하 캐리어 수송층 700: DNA칩
본 발명은 DNA칩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정밀한 DNA 분석이 가능한 DNA칩, DNA칩 키트, 및 DNA칩의 제조 방법에 관한 것이다.
바이오칩은 작은 기판 위에 DNA, 단백질 등의 생물분자들을 결합시켜 유전자 결함, 단백질 분포, 반응 양상 등을 분석해낼 수 있는 생물학적 마이크로 칩으로서, 최근 들어 게놈 분석 프로젝트가 발전함에 따라 다양한 유기체의 게놈 뉴클레 오타이드 서열이 밝혀졌으며, DNA칩과 같이 유기체의 DNA를 분석할 수 있는 마이크로 칩에 대한 관심이 증가하였다.
DNA칩에는 다수개의 단일 가닥 cDNA 프로브(probe) 또는 올리고뉴클레오타이드 프로브가 고정되어 있다. 고정되는 프로브의 종류 및 양은 DNA칩의 용도에 따라 다양하게 변할 수 있다.
이러한 DNA칩에 형광 물질 등으로 표지된 분석 대상 물질을 투입하면, 상보적 혼성화(hybridization)가 일어나게 된다. 혼성화가 이루어지면, 이를 세척하더라도 DNA칩에 표지 물질이 남아 있게 되는데, 이러한 표지 물질을 노광하게 되면, 특수한 파장의 형광빔이 방출된다. 방출된 형광빔은 광 검출 장치에 의해 분석되어 혼성화 여부 및 정도를 판단하게 된다.
여기서, 혼성화가 이루어진 DNA칩을 노광할 때, 표지 물질을 여기시킨 빛이 기판에서 난반사되거나, 표지 물질의 여기에 기여하지 않은 빛이 DNA칩의 기판에서 반사되어 정상적인 형광빔과 간섭할 수 있으며, 이 경우 전체적인 형광빔의 크기가 감쇄하는 등 시그널 노이즈로 작용하게 되어, 정밀한 DNA 분석이 어려워지는 등 DNA 분석의 신뢰도를 저하시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 DNA 분석의 신뢰도가 개선된 DNA칩을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 DNA 분석의 신뢰도가 개선된 DNA칩 키트를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기한 바와 같은 DNA칩을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩은 기판 상에 서로 이격되어 대향하도록 형성된 적어도 하나의 제1 및 제2 전극과, 일단이 상기 제1 전극 상에 고정되어 있는 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브, 및 상기 제2 전극 상에 형성되며, 상기 다수개의 프로브의 타단과 접하는 전하 캐리어 수송층을 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 DNA칩은 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브의 일단이 고정되어 있는 제1 전극이 형성되어 있는 제1 기판, 및 제2 전극 및 전하 캐리어 수송층이 형성되어 있는 제2 기판을 구비하되, 상기 제1 및 제2 기판은 상기 전하 캐리어 수송층이 상기 올리고뉴클레오타이드 프로브의 타단과 접하도록 대향 배치되어 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩 키트는 제1 기판, 상기 제1 기판 상의 제1 전극 및 상기 제1 전극 상에 일단이 고정된 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브를 포함하는 제1 유니트, 및 제2 기판, 상기 제2 기판 상의 제2 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 전하 캐리어 수송층을 포함하는 제2 유니트를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩의 제조 방법은 기판 상에 서로 이격되어 대향하는 적어도 하나의 제1 및 제2 전극을 형성하고, 상기 제2 전극 상에 전하 캐리어 수송층을 형성하고, 상기 제1 전극 상에 다수개의 프로브의 타단이 상기 전하 캐리어 수송층에 접하도록 상기다수개의 프로브의 일단을 고정하는 것을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 DNA칩을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩의 평면도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩(700)은 기판(100) 상에 형성된 제1 및 제2 전극(200, 300), 제1 전극(200)에 고정된 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브(220), 제2 전극(300)에 형성된 전하 캐리어 수송층(320)을 포함한다.
기판(100)은 제1 및 제2 전극(200, 300)이 형성되는 장소를 제공하며, 이들을 지지하는 역할을 한다. 기판(100)은 적용되는 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 종류, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 수 등에 따라 다양한 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 정사각형, 직사각형, 원형의 형상을 가질 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 본 실시예에 적용되는 기판(100)은 제1 및 제2 전극(200, 300) 등을 지지할 수 있는 기판이라면 어떠한 기판이라도 무방하며, 바람직하기로는 유리, 실리콘 웨이퍼, 융합 실리카, 폴리스티렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리카보네이트, 금, 은, 구리, 플라티넘 중 어느 하나로 이루어진 기판일 수 있다.
기판(100) 위에는 제1 전극(200) 및 제2 전극(300)이 교대로 형성되어 있다. 제1 전극(200)은 제1 방향(도 1에서 세로 방향)으로 연장되어 있다. 제1 전극(200) 은 기판(100) 상에 하나만 구비될 수도 있지만, 다수개의 액티브 영역을 정의하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 다수개가 구비되어 일정한 간격으로 평행하게 배열될 수 있다. 다수개의 제1 전극(200)은 기판(100)의 일단에서 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 1에서 가로 방향)으로 연장되어 있는 제1 연결 전극(250)에 의해 전기적으로 서로 연결되어 있다. 제1 전극(200) 또는 제1 연결 전극(250)의 가장 자리 영역에는 외부로부터 전압을 인가받는 제1 전극 패드(255)가 형성되어 있으며, 다수개의 제1 전극(200)은 제1 전극 패드(255) 및 제1 연결 전극(250)을 통해 각각 동일한 전압이 인가될 수 있다. 제1 전극(200)은 구리, 은, 알루미늄, 금, 인듐, 칼슘, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 제1 전극(200)이 캐소드(cathode)로 적용되는 경우 제1 전극(200)은 일함수가 낮은 물질인 구리, 은, 알루미늄, 금, 인듐, 칼슘 등이 사용될 수 있다.
제2 전극(300)은 제1 전극(200)과 같이 제1 방향으로 연장되어 있다. 제2 전극(300)은 제1 전극(200)과 동수로 구비된다. 제2 전극(300)은 제1 전극(200)과 쌍을 이루어 액티브 영역에 전계를 생성한다. 제2 전극(300)이 다수개 구비될 경우, 다수개의 제2 전극(300)은 일정한 간격으로 평행하게 배열된다. 다수개의 제2 전극(300)은 기판(100)의 타단에서 제2 방향으로 연장되어 있는 제2 연결 전극(350)에 의해 전기적으로 서로 연결되어 있다. 제2 전극(300) 또는 제2 연결 전극(350)의 가장 자리 영역에는 외부로부터 전압을 인가받는 제2 전극 패드(355)가 형성되어 있으며, 다수개의 제2 연결 전극(350)은 제2 전극 패드(355) 및 제2 연결 전극(350)에 의해 각각 동일한 전압이 인가될 수 있다. 제2 전극(300)은 구리, 은, 알루미늄, 금, 인듐, 칼슘, ITO, IZO 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 제2 전극(300)이 애노드(anode)로 적용되는 경우 제2 전극(300)은 일함수가 높은 물질인 ITO 또는 IZO 등으로 이루어질 수 있다.
제1 전극(200)의 일 측벽 표면 또는 표면 상의 액티브 영역에는 올리고뉴클레오타이드 합성용 모노머와 반응할 수 있는 활성화된 작용기가 포함되어 있다. 상기 활성화된 작용기는 제1 전극(200)의 표면에 코팅된 링커(미도시)로부터 유래할 수 있다. 또한, 활성화된 작용기는 제1 전극(200)의 표면, 즉 제1 전극(200)을 이루는 물질로부터 유래할 수도 있다. 활성화된 작용기로는 하이드록실기, 아미노기, 티올기, 알데히드기, 카르복실기, 아실기 등이 예시될 수 있다. 활성화된 작용기는 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)와 커플링됨으로써, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)를 제1 전극(200)에 고정한다. 한편, 제1 전극(200)의 액티브 영역에는 비활성화된 또는 아세틸기 등으로 캡핑된 작용기가 포함될 수도 있지만, 이러한 비활성화된 또는 캡핑된 작용기는 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 고정에 기여하지 않는다.
액티브 영역은 제1 전극(200)의 측벽 전체를 따라 형성될 수도 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 제1 전극(200)당 다수개의 액티브 영역으로 분리될 수 있다. 제1 전극(200)의 측벽 중 서로 분리된 인접하는 액티브 영역 사이의 영역은 인액티브(inactive) 영역[아이솔레이션(isolation) 영역]이 된다. 인액티브 영역은 활성화된 작용기를 포함하지 않는 영역으로서, 상기 예시된 작용기를 아예 포함하지 않거나, 비활성화된 또는 캡핑된 작용기만을 포함한다. 따라서 인액티브 영역에 서는 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)가 고정되지 않는다. 제1 전극(200)의 인액티브 영역에서도 작용기를 함유하는 링커가 포함될 수 있지만, 이 경우 상기 작용기는 비활성화 또는 캡핑되어 있다.
올리고뉴클레오타이드 프로브(220)는 액티브 영역에서 활성화된 작용기와 커플링되어 제1 전극(200)에 고정된다. 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)는 표적 물질과 상보적으로 결합될 수 있는 올리고뉴클레오타이드가 단일 가닥으로 연결되어 있다. 예를 들어 대상 물질의 DNA 서열을 검출하기 위한 것으로서 표적 물질이 DNA의 단일 가닥으로 이루어진 경우, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)는 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C) 모노머의 조합으로 이루어진 단일 가닥이 사용될 수 있다. 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)가 함유하는 모노머의 수는 약 5개 내지 30개일 수 있지만, 상기 예시에 제한되지 않음은 물론이다.
하나의 액티브 영역 내에는 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 일단이 고정되어 있다. 예를 들면, 하나의 액티브 영역 내에 500개 내지 100,000개의 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)가 고정되어 있을 수 있다. 이때, 일 액티브 영역에 고정되어 있는 모든 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)는 실질적으로 동일한 모노머 서열을 가질 수 있다. 또한, 다른 액티브 영역에 고정되는 올리고 뉴클레오타이드 프로브(220)는 필요에 따라 일 액티브 영역에 고정된 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)와 실질적으로 동일한 모노머 서열, 하나 또는 2개의 모노머가 다른 모노머로 치환된 유사 모노머 서열, 또는 전혀 다른 모노머 서열을 가질 수 있다.
제2 전극(300)의 일 측벽에는 전하 캐리어 수송층(320)이 형성되어 있다. 제2 전극(300)이 애노드로 적용되는 경우 전하 캐리어 수송층(320)은 제2 전극(300)으로부터 정공 캐리어를 수송하는 역할을 한다. 전하 캐리어 수송층(320)은 폴리(9-비닐카바졸)[poly(9-vinylcarbazole)], 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리(페닐렌비닐렌)[poly(phenylene vinylene)] 등의 물질로 이루어질 수 있다.
전하 캐리어 수송층(320)은 제1 전극(200)과 대향하는 제2 전극(300)의 일 측벽에 형성된다. 전하 캐리어 수송층(320)은 활성화된 작용기를 포함하는 액티브 영역에 속하는지 여부에 관계없이 제2 전극(300)의 측벽 전면에 형성된다.
전하 캐리어 수송층(320)의 표면은 제1 전극(200)에 고정된 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 타단과 접하거나 인접하여 위치한다. 즉, 제1 전극(200)과 전하 캐리어 수송층(320) 사이의 간격은 고정된 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 길이보다 작거나 같아서 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 타단이 전하 캐리어 수송층(320)의 표면에 접하도록 할 수 있다. 또한, 제1 전극(20)과 전하 캐리어 수송층(320) 사이의 간격이 고정된 올리고 뉴클레오타이드 프로브(220)의 길이보다 조금 더 커서, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 타단이 전하 캐리어 수송층(320)의 표면과 인접할 수 있다. 이 경우, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 타단과 전하 캐리어 수송층(320) 간의 이격거리는 적어도 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)가 유기 발광 물질을 함유하는 표적 물질과 혼성화(hybridization) 되었을 때, 유기 발광 물질이 전하 캐리어 수송층(320)과 맞닿을 수 있는 거리일 수 있다.
상술한 DNA칩은 표적 물질의 DNA를 분석하는 데에 사용될 수 있다. 이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩을 이용한 표적 물질의 DNA 분석 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩을 이용하여 DNA를 분석하기 위한 단계를 나타내는 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 먼저 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에서 서로 다른 올리고뉴클레오타이드 서열을 갖는 프로브를 구비하는 DNA칩을 준비한다. 이어서, 분석 대상이 되는 물질의 단일 가닥 DNA(801)를 준비하고, 말단에 유기 발광 물질(802)을 부착하여 표적 물질(800)을 준비한다. 유기 발광 물질(802)로는 알루미나퀴논(aluminaquinone), 안트라센(anthracene), 시클로펜타디엔(cyclopentadiene) 유도체, 페릴렌(perylene) 등의 유기 단분자 또는 폴리(페닐렌비닐렌), 폴리(p-페닐렌)[poly(p-phenylene), 폴리티오펜(polythiophene) 및 이들의 유도체가 사용될 수 있다.
이때, 제1 전극(200)에 고정된 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 일단이 3' 말단일 경우, 유기 발광 물질(802)은 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 타단 측에 결합되어야 하기 때문에, 유기 발광 물질이 부착되는 표적 물질의 단일 가닥 DNA의 말단은 3' 말단이 된다.
이어서, 유기 발광 물질(802)이 부착된 표적 물질(800)을 DNA칩 상에 공급한 다음 일정 시간 경과 후 세척한다.
도 5를 참조하면, DNA칩 상에 공급된 유기 발광 물질(802)이 부착된 표적 물 질(800)은 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)와 상보적으로 혼성화된다. 예를 들어 제1 영역(A1)의 올리고뉴클레이타이드 프로브의 염기 서열이 표적 물질(800)의 단일 가닥 DNA(801)의 염기 서열과 상보적일 경우 제1 영역(A1)에서 혼성화가 이루어지며, 표적 물질(800)의 단일 가닥 DNA(801)와 비상보적인 올리고뉴클레이타이드 프로브(220)를 함유하는 제2 영역(A2)에서는 혼성화가 이루어지지 않아, 올리고뉴클레이타이드 프로브(220)가 단일 가닥으로 그대로 남게 된다. 이때, 제1 영역(A1)에서 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)와 결합한 표적 물질(800)의 유기 발광 물질(802)은 전하 캐리어 수송층(320)의 표면과 접촉하게 된다. 여기서, 혼성화된 DNA(221)가 아래쪽으로 쳐져 전하 캐리어 수송층(320)과의 접촉하지 못하는 것을 방지하기 위해 버퍼액을 공급될 수 있다.
제1 영역(A1)에서 혼성화된 DNA(221)는 전기 전도성이 크기 때문에, 전자 수송 능력을 갖는다. 따라서, 제1 전극(200)에 음의 전압을, 제2 전극(300)에 양의 전압을 각각 인가하면, 제1 전극(200)으로부터 혼성화된 DNA(221)를 따라 전자가 수송되어 유기 발광 물질(802)에 이르게 되며, 동시에 제2 전극(300)으로부터 정공이 전하 캐리어 수송층(320)을 따라 수송되어 유기 발광 물질(802)에 이르게 된다. 이렇게 수송된 전자 및 전하가 유기 발광 물질(802)에서 결합하면, 그로부터 빛(850)이 발생하게 된다.
한편, 제2 영역(A2)의 단일 가닥 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)는 전기 전도성, 즉 전자의 수송 능력이 없거나 미미하다. 따라서, 제1 전극(200) 및 제2 전극(300)에 각각 음의 전압 및 양의 전압을 인가하더라도, 제1 전극(200)으로부터 전자가 거의 수송되지 않기 때문에 제2 영역에서는 빛이 발생하지 않는다.
이와 같은 빛의 발광 여부는 육안 또는 CCD, CIS 등과 같은 광 검출 장치를 이용하여 검출될 수 있다. 이러한 빛의 방출 결과로부터 표적 물질(800)의 단일 가닥 DNA(801) 서열이 제1 영역(A1)에 고정된 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 서열과 상보적임을 확인할 수 있다. 본 실시예에 따른 DNA칩(700)에서는 표적 물질(800)의 혼성화 여부가 유기 발광 물질(802)로부터 직접 발광된 빛에 의해 측정되기 때문에, 외부 광이나 그 반사광에 의한 노이즈 등이 발생하지 않는다. 따라서 보다 정밀한 DNA 분석이 가능하다.
계속해서 상기한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 DNA칩의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 기판 위에 제1 전극(200) 및 제2 전극(300)을 형성한다. 예를 들어 제1 전극(200)과 제2 전극(300)이 서로 다른 물질로 이루어진 경우, 먼저 제1 전극(200)을 구성하는 물질을 스퍼터링 등으로 증착하고 사진 식각 공정을 수행하여 패터닝한다. 이어서, 제2 전극(300)을 구성하는 물질을 스퍼터링 등으로 증착하고 사진 식각 공정을 수행하여 패터닝한다. 상기 제1 전극(200) 및 제2 전극(300)의 형성 순서는 반대가 되어도 무방함은 물론이다.
이어서, 제2 전극(300)과 마주하는 제1 전극(200)의 측면에 액티브 영역을 정의한다. 예를 들어 제1 전극(200)의 표면에 올리고뉴클레오타이드 합성용 모노머 와 반응할 수 있는 활성화된 작용기가 포함된 경우, 액티브 영역을 제외하고 나머지 영역을 비활성화 또는 캡핑한다. 만약 제1 전극(200)에 링커를 코팅한 경우, 액티브 영역에서만 활성화된 작용기를 갖도록 처리한다. 이때, 활성화된 작용기는 빛에 민감한(photolabile) 보호기로 보호되도록 한다.
이어서, 도 7을 참조하면, 제1 전극(200)과 마주하는 제2 전극(300)의 측면에 전하 캐리어 수송층(320)을 형성한다. 즉, 도 6의 결과물에 폴리(9-비닐카바졸), 폴리카보네이트, 폴리(페닐렌비닐렌) 등의 물질을 적층한 후, 사진 식각 공정 등을 통해 패터닝한다. 여기서, 본 단계는 상기 액티브 영역을 정의하는 단계 이전에 수행될 수도 있다.
이어서, 도 8을 참조하면, 제1 전극(200)에 정의된 액티브 영역에 올리고뉴클레오타이드 모노머를 포토리소그래프 공정을 이용하여 순차적으로 합성한다. 구체적으로, 마스크를 이용하여 활성화된 작용기에 부착된 보호기를 선택적으로 제거하고, 빛에 민감한 보호기 및 활성화된 작용기와 커플링할 수 있는 작용기가 결합되어 있는 제1 올리고뉴클레오타이드 모노머를 액티브 영역에 투입하여 반응시킨다. 이로써, 특정 위치에 제1 올리고뉴클레오타이드 모노머가 커플링된다. 이어서, 마스크를 이용하여 선택적으로 노광한 다음, 민감한 보호기 및 활성화된 작용기 또는 제1 올리고뉴클레오타이드 모노머와 커플링할 수 있는 작용기가 결합되어 있는 제2 올리고뉴클레오타이드 모노머를 투입한다. 그 결과, 특정 위치에 제2 올리고뉴클레오타이드 모노머가 커플링된다. 이와 같은 공정을 반복 수행하면, 원하는 크기 및 원하는 올리고뉴클레오타이드 모노머의 조합을 갖는 올리고뉴클레오타이드 프로 브(220)를 합성할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같은 DNA칩이 완성될 수 있다.
계속해서, 본 발명의 제2 내지 제8 실시예에 따른 DNA칩에 대해 설명한다. 본 발명의 다른 실시예들에서 선행하는 실시예로부터 이미 설명된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 중복 설명을 생략하거나 간략화하고, 그 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 DNA칩(701)은 기판(101)이 트렌치(150)를 포함하며, 제1 및 제2 전극(300)이 트렌치(150) 내에 형성되어 있는 점이 도 2의 실시예와 다르다.
구체적으로, 기판(101)은 기판(101)의 상면(101a)으로부터 소정 깊이(d1)만큼 함몰된 적어도 하나의 트렌치(150)를 포함한다. 트렌치(150)는 바닥면(150c)및 바닥면(150c)과 직교하는 측벽(150a, 150b)을 구비한다. 트렌치(150)의 일 측벽(150a)에는 제1 전극(200)이 형성되어 있으며, 일 측벽(150a)과 대향하는 타 측벽(150b)에는 제2 전극(300)이 형성되어 있다. 제1 전극(100)의 측벽에는 올리고뉴클레오타이드 프로브(200)가 고정되어 있으며, 제2 전극(300)의 측벽에 형성된 전하 캐리어 수송층(320)의 표면과 맞닿아 있다.
기판(101)에 구비되는 트렌치(150)의 형상 및 개수는 제한이 없으며, 트렌치에 형성되는 제1 전극(200)의 형상, 액티브 영역의 수 등에는 제한이 없다. 예를 들어 트렌치(150)의 측벽(150a, 150b)이 실질적인 정사각형 형상으로 이루어진 경우, 제1 전극(200)이 트렌치(150)의 측벽(150a, 150b)을 전부 덮으며, 트렌치올리 고뉴클레오타이드 프로브(200)가 고정되는 액티브 영역은 이러한 제1 전극(200)의 측면을 전부 포함할 수 있다. 트렌치(150)의 측벽(150a, 150b)이 가로 방향이 훨씬 긴 직사각형으로 형성된 경우, 제1 전극(200)이 트렌치(150)의 측벽(150a, 150b)을 전부 덮고, 이러한 제1 전극(200)의 측면을 다수의 영역으로 분할하여 이를 액티브 영역 또는 인액티브 영역으로 사용할 수도 있다. 또한, 상기의 경우, 제1 전극(200) 자체가 다수개의 영역으로 분할될 수도 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(200)이 트렌치의 측벽 상에 형성되기 때문에, 제1 및 제2 전극(200)이 폭에 비해 높이가 높더라도 안정된 구조를 가질 수 있다.
상기한 바와 같은 DNA칩(701)을 제조하는 방법은 기판에 트렌치를 형성하는 것을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에서와 동일하다. 트렌치는 본 기술 분야에서 공지된 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 본 발명이 한정적으로 해석되는 것을 회피하기 위하여 구체적인 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 DNA칩(702)은 본 발명의 제2 실시예에서와는 달리 트렌치(152)의 일 측벽(152b)이 트렌치(152)의 바닥면(152c)과 일정한 경사각(θ1)를 갖는다. 여기서, 경사각(θ1)은 90°를 초과하며, 예를 들어 95° 내지 170°의 범위일 수 있다. 또한, 트렌치(152)의 일 측벽(152b)에 형성되는 제2 전극(302) 및 전하 캐리어 수송층(322)도 상기 경사각(θ1)과 실질적으로 동일한 각도로 경사져 있다. 그 결과, 전하 캐리어 수송층(322)의 하단은 제1 전극(202) 측에 더욱 가깝게 위치하게 된다. 따라서, 제1 기판(202)의 측벽으로부터 수평 방향 으로 고정된 올리고뉴클레오타이드 프로브(202)들, 특히 제1 기판(202)의 상단에 고정된 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)들이 아래쪽으로 쳐지더라도 전하 캐리어 수송층(322)과 접촉할 수 있다.
한편, 트렌치(152)의 일 측벽(152b)과 대향하는 타 측벽(152a)은 일 측벽(152b)과 동일한 경사각을 가질 수 있으나, 수직이어도 무방하며, 특별히 경사 각도에 한정되지 않는다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 DNA칩(703)은 본 발명의 제3 실시예에서와 동일한 트렌치(152)를 구비하지만, 제2 전극(303) 및 전하 캐리어 수송층(323)이 트렌치(152)의 바닥면(152c) 상에도 형성되어 있다. 따라서, 올리고뉴클레오타이드 프로브(202)들이 아래쪽으로 과도하게 쳐지더라도 바닥면(152c) 상의 전하 캐리어 수송층(322)과 접촉할 수 있어, 올리고뉴클레오타이드 프로브(202)와 전하 캐리어 수송층(322)의 접촉이 더욱 확실하게 보장될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 DNA칩(704)은 기판(100) 상에 소정 높이(h1)의 격벽 패턴(300)을 구비하며, 격벽 패턴(300)의 측벽에 제1 및 제2 전극(200, 300)의 대향하는 측벽의 반대쪽 측벽, 즉 외측 측벽이 접한다. 격벽 패턴(400)으로 둘러싸인 공간은 본 발명의 제2 실시예에서의 트렌치와 실질적으로 동일하다. 격벽 패턴(400)의 형상은 제2 실시예에서의 트렌치의 다양한 변형 형상과 동일한 공간을 제공하기 위해 다양하게 변형될 수 있다. 이와 같은 격벽 패턴(400)에 의해 그 측 벽에 접하는 제1 및 제2 전극(200, 300)이 구조적인 안정성을 가질 수 있다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 DNA칩(705)은 격벽 패턴(405)의 측벽이 기판(100)의 상면과 소정 각도(θ2)를 이룬다. 본 실시예에서, 격벽 패턴(405)에 의해 둘러싸인 공간은 본 발명의 제3 실시예에서의 트렌치의 형상과 실질적으로 동일하다. 따라서, 격벽 패턴(405)의 측벽에 형성되는 제2 전극(305), 전하 캐리어 수송층(325)이 기판(100)의 상면과 경사져 있으며, 전하 캐리어 수송층(325)의 하단이 제1 전극(205)에 가까이 위치하기 때문에, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)들이 아래쪽으로 쳐지더라도 전하 캐리어 수송층(325)과의 접촉 확률을 높일 수 있다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 DNA칩의 평면도이다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 DNA칩(706)은 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예와 실질적으로 동일한 구조를 갖지만, 전하 캐리어 수송층(326)이 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)가 고정된 액티브 영역에 대응해서만 형성되어 있으며, 인액티브 영역에서는 분리되어 있는 점이 차이가 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 DNA칩(706)을 이용하여 DNA를 분석할 경우, 전하 캐리어 수송층(326)으로부터 무용한 영역으로 정공이 수송되는 것을 방지하며, 액티브 영역에서의 정공 수송 밀도를 높일 수 있다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 DNA칩의 평면도이다. 도 15를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 DNA칩(707)은 도 14에 도시된 본 발명의 제7 실 시예로부터 나아가, 제1 전극(207) 및 제2 전극(307)이 액티브 영역에만 형성되어 있으며, 이들은 각각 제1 전압 공급 라인(260) 및 제2 전압 공급 라인(360)에 연결되어 있다. 제1 전압 공급 라인(260) 및 제2 전압 공급 라인(360)은 각각 제1 전극 패드(255)와 제2 전극 패드(355)로부터 전압을 공급받아 이를 제1 전극(207)및 제2 전극(307)에 전달하게 된다. 상기 구조로부터 제1 전극(207) 및 제2 전극(307)에 의해 생성되는 전계의 밀도가 높아져, 전자 및 정공 수송 효율이 향상될 수 있다.
이하, 도 16 내지 도 24를 참조하여, 본 발명의 제9 내지 제14 실시예에 따른 DNA칩에 대해 설명한다. 이하의 실시예들에서 선행하는 실시예로부터 이미 설명된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일 참조 부호로 지칭하며, 중복 설명을 생략하거나 간략화하고, 그 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 16을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩(708)은 서로 대향 배치되어 있는 제1 기판(100) 및 제2 기판(500)을 포함한다.
제1 기판(100)은 도 1 내지 도 3의 실시예에서 설명한 기판과 실질적으로 동일한 기판으로 이루어지기 때문에 동일 참조 부호로 지칭되었다. 제1 기판(100) 위에는 제1 전극(208)이 형성되어 있다. 제1 전극(208)은 액티브 영역과 무관하게 하나의 층으로 이루어져 있다. 제1 전극(208) 위의 액티브 영역에는 올리고뉴클레오타이드 합성용 모노머와 반응할 수 있는 활성화된 작용기가 포함되어 있으며, 활성화된 작용기는 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 일단과 커플링되어 있다.
제2 기판(500)은 제1 기판(100)과 동일한 기판일 수 있지만, 제2 기판(500) 이 제1 기판(100) 위에 대향 배치되며, DNA 분석시 빛의 발광 여부를 측정하여야 하는 것을 감안하면, 제1 및 제2 기판(500) 중 적어도 하나는 투명 기판일 수 있다. 제2 기판(500) 아래에는 제2 전극(308)이 형성되어 있다. 제2 전극(308) 또한 액티브 영역과 무관하게 하나의 층으로 이루어진다. 제2 전극(308)의 아래면은 전하 캐리어 수송층(328)이 덮고 있다. 전하 캐리어 수송층(328)의 하부 표면은 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 타단과 접하거나 그에 인접한다.
제1 전극(208) 및 전하 캐리어 수송층(328) 사이에는 스페이서(600)가 배치되어 있다. 스페이서(600)는 상하로 대향 배치된 제1 및 제2 기판(100, 500)이 압착 변형되는 것을 방지하며, DNA 분석시 표적 물질이 각 액티브 영역의 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)에 공급될 수 있는 공간을 제공한다. 스페이서(600)의 위치는 액티브 영역을 제외한 어떠한 영역이어도 무방하며, 그 개수 및 크기는 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 실시예에 따른 DNA 칩(708)은 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)가 제1 기판(100) 및 제2 기판(500)의 사이에 샌드위치되어 있기 때문에, 표적 물질이 투입되는 투입구 및 배출되는 배출구를 더 구비할 수 있다. 투입구 및 배출구는 DNA 칩(708)의 측면부에 구비되거나, 제1 기판(100) 또는 제2 기판(500)의 일부 영역을 관통함으로써 구비될 수 있다.
계속해서, 상기한 바와 같은 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 17 내지 도 19는 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다.
먼저, 도 17을 참조하면, 제1 기판(100) 상에 제1 전극(208)을 형성하고, 그 위에 스페이서(600)를 형성한다. 스페이서(600)는 스페이서(600)를 이루는 물질을 제1 전극(208) 상에 적층하고 사진 식각함으로써 패터닝될 수 있다.
이어서, 도 18을 참조하면, 제1 전극(208) 상에 액티브 영역을 정의한다. 본 단계는 도 6의 액티브 영역 단계와 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 이어서, 액티브 영역에 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)를 합성한다. 이때, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 높이는 후속하는 제2 기판(500)과의 합착 공정에서 전하 캐리어 수송층과 확실하게 접촉할 수 있도록 일정한 마진을 가질 수 있다. 즉, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)는 스페이서(600)보다 소정 높이(h2)만큼 더 높게 합성할 수 있다. 또는, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 높이를 먼저 결정하고, 이를 고려하여 스페이서(600)의 제조 단계에 반영할 수도 있다.
이어서, 도 19를 참조하면, 제2 기판(500) 상에 제2 전극(308) 및 전하 캐리어 수송층(328)을 형성한다.
이어서, 제1 기판(100)과 제2 기판(500)을 대향 배치하고 이를 합착한다. 그 결과 도 16에 도시된 바와 같은 DNA칩(708)이 완성된다.
한편, 본 실시예의 변형예로서, 올리고머뉴클레오타이드 프로브(220)를 포토리소그라피 공정에 의해 합성하지 않고, 이미 합성된 올리고머뉴클레오타이드 프로브를 직접 스포팅(spotting)하거나 인쇄할 수도 있다.
도 20은 본 발명의 제10 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 20을 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 DNA칩(709)은 제1 전극(209)은 다수개로 서로 분리되어 액티브 영역에만 형성되어 있으며, 스페이서(609)가 제1 기판(100)의 상면과 전하 캐리어 수송층(328) 사이에 위치하기 때문에, 높이(h3)가 도 19의 스페이서(600)보다 제1 전극(209)의 두께만큼 더 높은 것을 제외하고는 본 발명의 제9 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 21은 본 발명의 제11 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 21을 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 DNA칩(710)은 전하 캐리어 수송층(330)이 다수개로 서로 분리되어 액티브 영역에만 형성되어 있으며, 스페이서(610)가 제1 기판(100)의 상면과 제2 전극(308) 사이에 위치하기 때문에, 높이(h4)가 도 20의 스페이서(609)보다 전하 캐리어 수송층(330)의 두께만큼 더 높은 것을 제외하고는 본 발명의 제10 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 22는 본 발명의 제12 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 22를 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 DNA칩(711)은 제2 전극(311)이 액티브 영역에만 형성되어 있으며, 스페이서(611)가 제1 기판(100)의 상면과 제2 기판(500) 사이에 위치하기 때문에, 높이(h4)가 도 21의 스페이서(610)보다 제2 전극(311)의 두께만큼 더 높은 것을 제외하고는 본 발명의 제11 실시예와 실질적으로 동일하다.
이상에서 설명한 본 발명의 제10 내지 제12 실시예에 따른 DNA칩(709-711)은 활성화된 영역으로 전자, 정공의 수송 또는 전계의 생성이 집중되기 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 23은 본 발명의 제13 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 23을 참조하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 DNA칩(712)은 제1 기판(112)의 상면(112a)으로 부터 소정 깊이(d2)로 함몰된 트렌치(162)를 포함한다. 트렌치(162)는 바닥면(162c) 및 측벽(162a, 162b)으로 이루어진다. 올리고머뉴클레오타이드 프로브(220)가 고정되어 있는 제1 전극(209)은 트렌치(162)의 바닥면(162c)에 형성되어 있다. 스페이서(612)의 높이(h6)는 제1 기판(112)의 상면(112a)과 전하 캐리어 수송층(328) 사이의 간격과 동일하다. 본 실시예 따른 DNA칩(712)은 트렌치(162) 내부에 제1 전극(209) 및 올리고머뉴클레오타이드 프로브(220)의 대부분이 배치되어 있기 때문에, 칩(712) 두께를 줄일 수 있으며, 올리고머뉴클레오타이드 프로브(220)의 보호에 유리하다.
도 24는 본 발명의 제14 실시예에 따른 DNA칩의 단면도이다. 도 24를 참조하면, 본 발명의 제14 실시예에 따른 DNA칩(713)은 제2 기판(500)의 상측에 광 검출부(650)가 더 구비되어 있는 것을 제외하고는 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩과 실질적으로 동일하다. 이 경우 제2 기판(500)은 투명 기판이 적용된다. 광 검출부(650)는 제2 기판(500) 또는 제1 기판(100)에 일체형으로 결합되거나 분리 가능하게 결합되어 있다. 광 검출부(650)로는 예컨대, CCD, CIS 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에 따른 DNA칩(713)은 표적 물질의 혼성화 후, 보다 신속하게 DNA를 분석하는데 유리하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩 키트에 대해 설명한다. 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩 키트의 단면도이다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩 키트(900)는 제1 기판(100)을 포함하여 구성되는 제1 유니트(910) 및 제2 기판(500)을 포함하여 구성 되는 제2 유니트(920)를 포함한다.
제1 유니트(910)의 제1 기판(100) 상에는 액티브 영역과 무관하게 제1 전극(208)이 하나의 층으로 형성되어 있다. 제1 전극(208) 위의 액티브 영역에는 올리고뉴클레오타이드 합성용 모노머와 반응할 수 있는 활성화된 작용기가 포함되어 있으며, 활성화된 작용기는 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 일단과 커플링되어 있다. 제1 유니트(910)는 스페이서(619)를 더 포함할 수 있다. 스페이서(619)는 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)의 타단과 제2 유니트의 전하 캐러어 수송층(328)의 접촉 마진을 확보하도록 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)보다 소정 높이(h7)만큼 낮을 수 있다.
제2 유니트(920)의 제2 기판(500) 위에는 제2 전극(308) 및 전하 캐리어 수송층(328)이 순차적으로 형성되어 있다.
또한, 도 25에는 도시되지 않았지만, DNA칩 키트(900)는 제3 유니트로서, 올리고뉴클레오타이드 프로브(220)에 결합될 수 있는 유기 발광 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 발광 물질로는 도 4의 실시예에서 설명된 물질이 사용될 수 있다.
상기한 바와 같은 DNA칩 키트(900)는 본 발명의 제9 실시예에 따른 DNA칩을 제1 기판 및 제2 기판을 중심으로 서로 분리해 놓은 것과 실질적으로 동일한 구조이다. 다만, DNA칩 키트(900)의 경우 DNA를 분석할 때, 제1 유니트(910)의 상부가 개방되어 있기 때문에 표적 물질을 공급하기가 용이하므로, 추가적인 투입구 및 배출구를 요하지 않는다. 제1 유니트(910)에 표적 물질을 공급하고 혼성화한 다음에는 제2 유니트(920)를 제1 유니트(910)에 대향 결합하여 전압을 인가하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 DNA칩 키트의 일 예시로서, 도 16의 DNA칩이 유니트별로 분리된 경우를 설명하였지만, 도 17 내지 도 24에 도시된 DNA칩의 경우에도 유니트별로 분리하여 DNA칩 키트로서 사용할 수 있음은 물론이다.
또한 상술한 실시예들은 상호 조합되어 실시될 수 있다. 예를 들어 도 11의 실시예와 도 13의 실시예를 조합하여 격벽 패턴을 포함하되, 제2 전극 및 전하 캐리어 수송층이 기판의 상면에까지 연장되도록 실시될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA칩에 의하면, DNA 분석이 전기적 방법에 의해 유기 발광 물질로부터 직접 발광된 빛을 측정함으로써 이루어지기 때문에, 외부 광이나 그 반사광 등에 의한 노이즈 등이 억제될 수 있다. 따라서, 보다 정밀한 DNA 분석을 할 수 있어, DNA 분석의 신뢰도가 증가할 수 있다.

Claims (21)

  1. 기판 상에 서로 이격되어 대향하도록 형성된 적어도 하나의 제1 및 제2 전극;
    일단이 상기 제1 전극 상에 고정되어 있는 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브; 및
    상기 제2 전극 상에 형성되며, 상기 다수개의 프로브의 타단과 접하는 전하 캐리어 수송층을 포함하는 DNA칩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 제2 전극과 대향하는 상기 제1 전극의 측벽 상에 고정화되고, 상기 전하 캐리어 수송층은 상기 제1 전극과 대향하는 상기 제2 전극의 측벽 상에 형성되어 있는 DNA칩.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 기판은 트렌치를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극은 상기 트렌치의 대향하는 측벽에 각각 형성되어 있는 DNA칩.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 대향하는 제1 전극 및 제2 전극의 외측벽에 각각 접하는 격벽 패턴을 더 포함하는 DNA칩.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 대향하는 상기 제1 전극의 반대 방향으로 경사져 있는 DNA칩.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 표면에 또는 표면 상에 올리고뉴클레오타이드 합성용 모노머와 반응할 수 있는 활성화된 작용기를 포함하는 DNA칩.
  7. 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브의 일단이 고정되어 있는 제1 전극이 형성되어 있는 제1 기판; 및
    제2 전극 및 전하 캐리어 수송층이 형성되어 있는 제2 기판을 구비하되,
    상기 제1 및 제2 기판은 상기 전하 캐리어 수송층이 상기 올리고뉴클레오타이드 프로브의 타단과 접하도록 대향 배치되어 있는 DNA칩.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 다수개로 서로 분리되어 형성되어 있는 DNA칩.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 적어도 하나의 트렌치를 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 트렌치의 바닥면에 배치되어 있는 DNA칩.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 전하 캐리어 수송층은 다수개로 서로 분리되어 형성되어 있는 DNA칩.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 표면에 또는 표면 상에 올리고뉴클레오타이드 합성용 모노머와 반응할 수 있는 활성화된 작용기를 포함하는 DNA칩.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 스페이서를 더 포함하는 DNA칩.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 결합되어 있으며, 상기 올리고뉴클레오타이드 프로와와 결합되는 표적 물질의 발광 물질로부터 발광되는 광 검출부를 더 포함하는 DNA칩.
  14. 제1 기판, 상기 제1 기판 상의 제1 전극 및 상기 제1 전극 상에 일단이 고정 된 다수개의 올리고뉴클레오타이드 프로브를 포함하는 제1 유니트; 및
    제2 기판, 상기 제2 기판 상의 제2 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 전하 캐리어 수송층을 포함하는 제2 유니트를 포함하는 바이오 칩 키트.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 다수개로 서로 분리되어 형성되어 있는 DNA칩 키트.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 적어도 하나의 트렌치를 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 트렌치의 바닥면에 배치되어 있는 DNA칩 키트.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 전하 캐리어 수송층은 다수개로 서로 분리되어 형성되어 있는 DNA칩 키트.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 표면에 또는 표면 상에 올리고뉴클레오타이드 합성용 모노머와 반응할 수 있는 활성화된 작용기를 포함하는 DNA칩 키트.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 올리고뉴클레오타이드 프로브에 결합되는 유기 발광 물질을 더 포함하는 DNA칩 키트.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 결합되어 있으며, 상기 올리고뉴클레오타이드 프로와와 결합되는 표적 물질의 발광 물질로부터 발광되는 광 검출부를 더 포함하는 DNA칩 키트.
  21. 기판 상에 서로 이격되어 대향하는 적어도 하나의 제1 및 제2 전극을 형성하고,
    상기 제2 전극 상에 전하 캐리어 수송층을 형성하고,
    상기 제1 전극 상에 다수개의 프로브의 타단이 상기 전하 캐리어 수송층에 접하도록 상기다수개의 프로브의 일단을 고정하는 것을 포함하는 DNA칩의 제조 방법.
KR1020060039703A 2006-05-02 2006-05-02 Ｄｎａ칩, ｄｎａ칩 키트 및 ｄｎａ칩의 제조 방법 KR100725374B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060039703A KR100725374B1 (ko) 2006-05-02 2006-05-02 Ｄｎａ칩, ｄｎａ칩 키트 및 ｄｎａ칩의 제조 방법
US11/790,351 US7935519B2 (en) 2006-05-02 2007-04-25 DNA chip, DNA chip kit, and method of manufacturing the DNA chip
JP2007120794A JP2007298516A (ja) 2006-05-02 2007-05-01 Ｄｎａチップ、ｄｎａチップキット及びｄｎａチップの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060039703A KR100725374B1 (ko) 2006-05-02 2006-05-02 Ｄｎａ칩, ｄｎａ칩 키트 및 ｄｎａ칩의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100725374B1 true KR100725374B1 (ko) 2007-06-07

Family

ID=38358454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060039703A KR100725374B1 (ko) 2006-05-02 2006-05-02 Ｄｎａ칩, ｄｎａ칩 키트 및 ｄｎａ칩의 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7935519B2 (ko)
JP (1) JP2007298516A (ko)
KR (1) KR100725374B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100069253A1 (en) * 2008-09-12 2010-03-18 Gindilis Andrei L Impedance Spectroscopy Measurement of DNA
US20110281368A1 (en) * 2010-05-14 2011-11-17 Sharp Laboratories Of America, Inc. Nanoparticle derivatization of targets for detecting and determining the concentrations of targets by impeadance-spectroscopy-based sensors
CN103255052B (zh) * 2013-05-08 2014-07-30 中山大学达安基因股份有限公司 一种电化学基因芯片
CN103224878B (zh) * 2013-05-08 2014-07-16 中山大学达安基因股份有限公司 一种基于基因芯片的检测装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050089924A1 (en) 2000-08-14 2005-04-28 Chih-Ming Ho Biosensors and methods for their use
KR20050119419A (ko) * 2004-06-16 2005-12-21 삼성전자주식회사 패턴화된 박막층을 갖는 마이크로어레이 기판 및마이크로어레이, 상기 마이크로어레이 기판 및마이크로어레이를 제조하는 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020137066A1 (en) * 2000-12-26 2002-09-26 Hitachi, Ltd. Polynucleotide assay apparatus and polynucleotide assay method
KR100386606B1 (ko) 2001-02-03 2003-06-02 엘지전자 주식회사 Ｄｎａ 검출 방법 및 그 장치
WO2003001615A1 (en) * 2001-06-25 2003-01-03 Showa Denko K. K. Light-emitting material and organic light-emitting device
KR100994752B1 (ko) 2003-03-31 2010-11-16 디지탈 지노믹스(주) 디엔에이 하이브리드형성의 전기적 검출방법과 이를 위한디엔에이칩 및 그 제조방법
KR100598375B1 (ko) 2003-08-09 2006-07-06 엘지전자 주식회사 바이오 물질의 특성 측정 시스템 및 방법
WO2006076793A1 (en) * 2005-01-19 2006-07-27 Grade Biosense Inc. Dna sequence recognition

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050089924A1 (en) 2000-08-14 2005-04-28 Chih-Ming Ho Biosensors and methods for their use
KR20050119419A (ko) * 2004-06-16 2005-12-21 삼성전자주식회사 패턴화된 박막층을 갖는 마이크로어레이 기판 및마이크로어레이, 상기 마이크로어레이 기판 및마이크로어레이를 제조하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20070259418A1 (en) 2007-11-08
US7935519B2 (en) 2011-05-03
JP2007298516A (ja) 2007-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102657576B1 (ko) 생물학적 또는 화학적 분석을 위한 바이오센서 및 그 제조 방법
US20060105449A1 (en) Biochip having an electode array on a substrate
US20190203289A1 (en) Gene sequencing chip and sequencing method thereof, and gene sequencing device
CN112740016B (zh) 流动池及与其相关的方法
CN212111105U (zh) 流动池系统及生物和/或化学检测系统
KR100725374B1 (ko) Ｄｎａ칩, ｄｎａ칩 키트 및 ｄｎａ칩의 제조 방법
US10513734B2 (en) Integrated photonic electronic sensor arrays for nucleic acid sequencing
CN113227767B (zh) 改善生物传感器光收集效率的方法和结构
JP4741966B2 (ja) 撮像装置、生体高分子分析チップ、遺伝子の発現解析方法、及び抗原の検出方法
TWI841638B (zh) 用於整合生物晶片的系統和方法
JP4741967B2 (ja) 遺伝子の発現解析方法及び抗原の検出方法
KR20230118501A (ko) 이미지 센서 구조 및 관련된 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130422

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140424

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee