KR100843147B1 - 올리고머 프로브 어레이용 기판과 올리고머 프로브 어레이및 이들의 제조 방법 - Google Patents

올리고머 프로브 어레이용 기판과 올리고머 프로브 어레이및 이들의 제조 방법 Download PDF

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하정환
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Abstract

올리고머 프로브 어레이용 기판 및 올리고머 프로브 어레이가 제공된다. 올리고머 프로브 어레이용 기판은 기판 및 기판 상에 형성된 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00001
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
올리고머 프로브 어레이, 다이아조 케토기, 중간막

Description

올리고머 프로브 어레이용 기판과 올리고머 프로브 어레이 및 이들의 제조 방법{Substrate for oligomer probe array, Oligomer probe array and the method of fabricating the same}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레이의 단면도이다.
도 4는 제8 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100, 101: 올리고머 프로브 어레이용 기판 110, 111: 기판
120, 121: 고정화층 130, 131: 중간층
140: 링커 150: 스페이서
160: 올리고머 프로브 350: 레티클
A: 활성화 영역 B: 비활성화 영역
본 발명은 올리고머 프로브 어레이용 기판, 올리고머 프로브 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 게놈 프로젝트가 발전하면서 다양한 유기체의 게놈 뉴클레오타이드 서열이 밝혀짐에 따라 바이오 폴리머 마이크로칩, 그 중에서도 올리고머 프로브 어레이에 대한 관심이 증가하고 있다. 올리고머 프로브 어레이는 유전자 발현 분석(expression profiling), 유전자형 분석(genotyping), SNP와 같은 돌연 변이(mutation) 및 다형(polymorphism)의 검출, 단백질 및 펩티드 분석, 잠재적인 약의 스크리닝, 신약 개발과 제조 등에 널리 사용되고 있다.
이러한 올리고머 프로브 어레이를 개발하기 위해서는 생체 물질과 실리콘과 같은 반도체 사이의 분자 인터페이스를 효율적으로 실현시키고 생체물질의 고유 기능을 최대한 활용할 수 있게 하는 것이 중요하다. 이를 위해 올리고머 프로브를 기판에 결합을 용이하게 하거나, 올리고머 프로브와 타겟 샘플간의 혼성을 위한 공간적 마진을 제공하는 물질로 활용될 수 있는 화합물이 개발되고 있다.
뿐만 아니라 올리고머 프로브 특히 DNA 칩이나 단백질 칩 등과 같은 생체물질을 마이크로미터 스케일의 제한된 영역에 고정화시키는 일이 무엇보다 중요하다. 올리고머 프로브 어레이를 사용하여 분석하고자 하는 유전 정보의 형태가 유전자에서 DNA의 최소 구성 단위인 뉴클레오타이드 수준까지 다양화됨에 따라 프로브 셀의 디자인 룰이 수십 μm에서 수 μm 이하로 감소하고 있다. 따라서 올리고머 프로브 어레이는 반응 수율이 향상되는 방향으로 고집적화되는 것이 요구되고 이에 부합하기 위한 새로운 방법이 모색되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반응 수율이 향상된 올리고머 프로브 어레이용 기판을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 올리고머 프로브 어레용 기판을 사용하여 형성된 올리고머 프로브 어레이를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제들은 이러한 올리고머 프로브 어레이용 기판 및 올리고머 프로브 어레이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 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 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판은 기판 및 기판 상에 형성된 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00002
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이는 기판, 기판 상의 올리고머 프로브 및 기판과 올리고머 프로브 사이에 개재된 중간막으로서 하기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함한다.
<화학식 2>
Figure 112007012891035-pat00003
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케 닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 Y에서 링커, 스페이서 또는 올리고머 프로브가 커플링되고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이는 올리고머 프로브, 올리고머 프로브가 커플링 되는 활성화영역과 올리고머 프로브가 커플링 되지 않는 비활성화 영역을 포함하는 기판 및 기판상에 형성된 중간막으로서 활성화 영역 상에서 하기 화학식 2로 표시되는 화학구조를 포함하고, 비활성화 영역 상에서 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00004
<화학식 2>
Figure 112007012891035-pat00005
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 Y에서 링커, 스페이서 또는 올리고머 프로브가 커플링되고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법은 기판을 제공하고, 기판 상에 형성된 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 형성하는 것을 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00006
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이의 제조 방법은 기판을 제공하고, 기판에 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 형성하고, 중간막의 적어도 일부를 노광하고, 노광된 중간막의 적어도 일부에 올리고머 프로브를 커플링하는 것을 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00007
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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.
따라서, 몇몇 실시예들에서 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이 상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, ″및/또는″은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 설명의 편의상, 각 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판에 대해 설명한다. 도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 단면도들이다.
도 1a를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(100)은 기판(110) 및 기판(110) 상에 형성된 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(130)을 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00008
(단, 상기 R1는 하이드록실, 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되고,
상기 R1 또는 상기 R2는
Figure 112007012891035-pat00009
,
Figure 112007012891035-pat00010
,
Figure 112007012891035-pat00011
,
Figure 112007012891035-pat00012
,
Figure 112007012891035-pat00013
및
Figure 112007012891035-pat00014
으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디엔기와
Figure 112007012891035-pat00015
,
Figure 112007012891035-pat00016
,
Figure 112007012891035-pat00017
,
Figure 112007012891035-pat00018
,
Figure 112007012891035-pat00019
및
Figure 112007012891035-pat00020
로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디에노필을 딜스 앨더 반응에 의해 반응시켜 형성된 것일 수 있다.)
기판(110)은 혼성화(hybridization) 과정 동안 원하지 않는 비특이적 결합을 최소화 나아가 실질적으로 0으로 할 수 있으며 가시광 및/또는 UV 등에 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 가요성(flexible) 또는 강성(rigid) 기판일 수 있다. 가요성 기판은 나일론, 니트로셀룰로오스 등의 멤브레인 또는 플라스틱 필름 등일 수 있다. 강성 기판은 실리콘 기판, 소다 석회 유리와 같은 투명 유리 기판 등일 수 있다. 실리콘 기판 또는 투명 유리 기판의 경우에는 혼성화 과정 동안 비특이적 결합이 거의 일어나지 않는 장점이 있다. 또, 투명 유리 기판의 경우에는 가시광 및/또는 UV 등에 투명해서 형광 물질의 검출에 유리하다. 실리콘 기판 또는 투명 유리 기판은 반도체 소자의 제조 공정 또는 LCD 패널의 제조 공정에서 이미 안정적으로 확립되어 적용되는 다양한 박막의 제조 공정 및 사진 식각 공정 등을 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다.
중간막(130)은 상기 화학식 1의 상기 X에서 기판(110)과 직접 커플링(coupling)되어 형성된 것일 수 있다. 커플링이란 화학 결합을 의미할 수 있으며, 예를 들어 공유 결합일 수 있다.
기판(110)에 형성된 중간막(130)은 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함한다. 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조는 다이아조 케토기(diazoketo)기를 포함한다. 다이아조 케토기를 포함하는 중간막(130)에 원적외선(248nm 또는 193nm) 등을 조사하게 되면 다이아조기가 이탈하면서 하기 반응식1과 같은 일련의 반응을 거쳐 카르복실산이 형성될 수 있으나, 도 1에 예시된 중간막(130)은 카르복실산이 형성되기 전인 다이아조 케토기를 포함한다.
<반응식 1>
Figure 112007012891035-pat00021
그 결과, 다이아조 케토기를 포함하는 중간막(130)은 이후 다이아조기가 이탈하면서 중간막(130)의 작용기로 카르복실기가 형성되어 카르복실기와 반응가능한 작용기와 커플링할 수 있다. 카르복실기와 결합할 수 있는 작용기로는 아민기, 하이드록실기 등이 있으나 이에 제한되지 않음은 물론이다. 따라서, 올리고머 프로브 어레이용 기판(100)은 이후, 카르복실기와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는 올리고머 프로브, 링커, 스페이서, 나노 입자 등과 커플링하여 올리고머 프로브 어레이로 사용될 수 있는 것이다. 중간막(130)이 올리고머 프로브와 커플링하게 되면, 중간막(130)이 링커(linker) 또는 스페이서(spacer)의 기능을 할 수 있다. 즉, 중간막(130)은 링커 또는 스페이서로서 올리고머 프로브 어레이에서 올리고머 프로브가 타겟 샘플과 자유롭게 상호 작용, 예컨대 혼성화가 일어나도록 할 수 있다.
이하, 도 1b를 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(101)에 대하여 설명한다. 도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 단면도이다. 본 실시예의 올리고머 프로브 어레이용 기판(101)은 도 1a에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 올리고머 프로브 어레이용 기판(100)과 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다. 이하의 실시예들 에서 앞서 설명한 구성요소의 구조 재료 등과 중복되는 경우, 그 설명을 생략하거나 간략화하기로 한다.
제2 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(101)은 기판(110), 기판(110) 상에 형성된 고정화층(120) 및 고정화층(120)에 형성된 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(130)을 포함한다. 올리고머 프로브 어레이용 기판(101)은 중간막(130)이 고정화층(120)을 매개로 하여 기판(110)과 커플링되어 있다.
고정화층(120)은 예를 들어, 실록산 수지로 이루어진 실록산수지층일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 화학식 1에서 상기 고정화층은 Si(OR)3일 수 있다. (단, R은 알킬이다.) 고정화층(120)이 존재하여 기판(110)에 중간막(130)이 보다 용이하게 커플링될 수 있으므로, 중간막(130)의 링커 또는 스페이서로서의 기능이 더욱 향상되고 궁극적으로는 타겟 샘플과의 반응 수율 또한 높일 수 있다.
도 1c를 참고하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(102)에 대하여 설명한다. 도 1c는 제3 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 단면도이다. 본 실시예의 올리고머 프로브 어레이용 기판(102)은 도 1c에 나타낸 바와 같이, 제2 실시예의 올리고머 프로브 어레이용 기판(101)과 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
제3 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(102)는 3차원의 표면을 포함한 기판(111), 기판(111) 상에 형성된 고정화층(121) 및 상기 화학식 1로 표시 되는 화학 구조를 포함하는 중간막(131)을 포함한다. 제2 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(102)은 기판(111) 상 또는 기판(111) 내에 3차원의 표면을 포함하고, 중간막(131)은 기판(111)의 3차원 표면 상에 형성된다. 기판(111), 고정화층(121) 및 중간막(131)은 3차원의 표면을 가지게 된다는 점에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(100)의 기판(110), 고정화층(120) 및 중간막(130)과 다른 도면 부호를 사용하였지만, 상기와 같은 차이점 이외에는 실질적으로 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
기판(111)의 표면이 3차원인 경우, 올리고머 프로브 어레이용 기판(102)에 올리고머 프로브가 보다 고밀도로 집적될 수 있으며, 이는 디자인룰은 감소시키고 반응 수율을 증가시킨다.
다음으로, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레이에 대해 설명한다.
도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레이의 단면도이다
도 2a를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(200)는 기판(110), 기판(110) 상의 올리고머 프로브(160) 및 기판(110)과 올리고머 프로브(160) 사이에 개재된 중간막(130)으로서 하기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함한다.
<화학식 2>
Figure 112007012891035-pat00022
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 Y에서 링커, 스페이서 또는 올리고머 프로브가 커플링되고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
기판(110)은 제1 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(101)의 기판(110)과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
중간막(230)은 상기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함한다. 제1 실시예의 올리고머 프로브 어레이용 기판(100)의 경우, 기판(110) 상에 형성된 중간막(130)이 다이아조 케토기를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함한다. 그러나, 다이아조 케토기를 포함하는 화학식 1로 표시되는 화학 구조는 노광에 의해 카르복실기로 변경되고, 이 카르복실기가 노출된 이후 올리고머 프로브(160)가 커플링된다. 제1 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(200)는 제1 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판(100)과 달리 올리고머 프로브(160)와 커플링 되어 있으므로, 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함하게 된다. 상기 반응식 1에서 설명한 바와 같은 메커니즘을 거치기 때문이다. 중간막(230)은 기판(110)과 올리고머 프로브(160)를 매개하는 링커(linker molecule) 또는 이후 타겟 샘플과의 혼성화에 필요한 공간적 마진을 제공하는 스페이서(spacer)의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 중간막(230)은 올리고머 프로브와 커플링하여 이후의 타겟 샘플과의 혼성화(hybridization)에 필요한 공간적 마진을 제공할 수 있다.
올리고머 프로브(160)는 공유 결합된 두 개 이상의 모노머(monomer)로 이루어진 폴리머(polymer)로서, 분자량이 대략 1,000 이하의 것을 지칭할 수 있으나, 상기 수치에 한정되는 것은 아니다. 올리고머는 약 2 내지 500개의 모노머, 바람직하기로는 5 내지 30개의 모노머를 포함할 수 있다. 모노머는 올리고머 프로브 어레이에 고정된 프로브의 종류에 따라 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 아미노산, 펩티드 등이 될 수 있다.
뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드는 공지의 퓨린 및 피리미딘 염기를 포함할 뿐만 아니라, 메틸화된 퓨린 또는 피리미딘, 아실화된 퓨린 또는 피리미딘 등을 포함할 수 있다. 또, 뉴클레오 사이드 및 뉴클레오타이드는 종래의 리보스 및 디옥시리보스 당을 포함할 뿐만 아니라, 하나 이상의 하이드록실기가 할로겐 원자 또는 지방족으로 치환되거나 에테르, 아민 등의 작용기가 결합한 변형된 당을 포함할 수 있다.
아미노산은 자연에서 발견되는 아미노산의 L-, D-, 및 비키랄(nonchiral)형 아미노산 뿐 아니라, 변형 아미노산(modified amino acid), 또는 아미노산 유사 체(analog) 등일 수 있다.
펩티드는 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기 사이의 아미드 결합에 의해 생성된 화합물을 지칭한다.
올리고머 프로브(160)는 두개 이상의 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 아미노산, 펩티드 등으로 이루어질 수 있다.
올리고머 프로브(160)는 중간막(230)과 올리고머 프로브(160)가 직접 커플링하게 되므로, 올리고머 프로브(160)는 중간막(230)의 카르복실기와 커플링 할 수 있는 작용기가 포함되어야한다. 카르복실기와 커플링할 수 있는 작용기로는 아민기, 하이드록실기 등이 있으나 이에 제한되지 않음은 물론이다. 커플링은 화학 결합 중 공유 결합을 의미할 수 있다.
이하, 도 2b를 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(201)에 대하여 설명한다. 도 2b는 제2 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이의 단면도이다. 제2 실시예의 올리고머 프로브 어레이(201)는 제1 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(200)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
제2 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(201)는 기판(110), 기판(110) 상에 형성된 고정화층(120) 및 상기 고정화층 상에 형성된 상기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(130) 및 중간막(130)에 커플링된 올리고머 프로브(160)을 포함한다. 올리고머 프로브 어레이(201)은 중간막(130)이 고정화층(120)을 매개로 하여 기판(110)과 커플링되어 있다. 고정화층(120)은 예를 들어 실록산 수지로 이루어진 실록산수지층일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 화학식 1에서 상기 고정화층은 Si(OR)3일 수 있다. (단, R은 알킬이다.) 고정화층(120)이 존재하여 기판(110)에 중간막(130)이 보다 용이하게 커플링될 수 있으므로, 중간막(130)의 링커 또는 스페이서로서의 기능이 더욱 향상되고 궁극적으로는 타겟 샘플과의 반응 수율 또한 높일 수 있다.
이하, 도 2c를 참고하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(202)에 대하여 설명한다. 도 2c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이의 단면도이다. 제3 실시예의 올리고머 프로브 어레이(202)는 제2 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(201)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
제3 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(202)는 3차원의 표면을 포함한 기판(111), 기판(111) 상에 형성된 고정화층(121) 및 상기 고정화층 상에 형성된 상기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(231) 및 중간막(131)에 커플링된 올리고머 프로브(160)를 포함한다. 기판(111), 고정화층(121) 및 중간막(231)은 3차원의 표면을 가지게 된다는 점에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(200)의 기판(110), 고정화층(120) 및 중간막(230)과 다른 도면 부호를 사용하였지만, 상기와 같은 차이점 이외에는 실질적으로 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
기판(111)의 표면이 3차원인 경우, 올리고머 프로브 어레이(202)에 올리고머 프로브(160)가 보다 고밀도로 집적될 수 있으며, 이는 디자인룰의 감소 및 반응 수 율의 증가의 효과 있다.
이하, 도 2d를 참고하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(203)에 대하여 설명한다. 도 2d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이의 단면도이다. 제4 실시예의 올리고머 프로브 어레이(203)는 제3 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(202)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
제4 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(203)는 3차원의 표면을 포함한 기판(111), 기판(111) 상에 형성된 고정화층(121) 및 상기 고정화층(121) 상에 형성된 상기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(231), 중간막(231)에 커플링된 링커(140) 및 링커(140)에 커플링된 올리고머 프로브(160)를 포함한다. 도 2d에는 링커(140)가 표시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 스페이서(spacer), 나노 입자(nano particle)등이 중간막(231)과 올리고머 프로브(160)을 매개할 수 있다. 링커(140)나 스페이서, 나노 입자 등은 기판 또는 올리고머 프로브(160)와 커플링될 수 있는 작용기를 가지고 있고, 올리고머 프로브가 기판 등과 커플링되는 것을 용이하게 하거나, 타겟 샘플과의 혼성화를 위한 공간적 마진(margin)을 제공할 수 있다. 앞서 살펴보았듯이, 중간막(231)은 그 자체가 링커(140), 스페이서 및 나노 입자가 수행하는 역할을 하지만, 다른 링커(140), 스페이서 또는 나노 입자와 커플링될 수 있다. 중간막(231) 자체가 링커로서의 기능을 하지만, 다른 링커가 더 개재되어 보다 향상된 반응 수율을 가지는 올리고머 프로브 어레이를 제공할 수 있다. 링커(140)는 중간막(231)의 카르복실기와 결합할 수 있는 작용기를 포함해야한 다. 올리고머 프로브(160)는 중간막(231)과 결합하게 되므로 반드시 카르복실기와 결합할 수 있는 작용기를 포함해야하는 것은 아니다.
이하, 도 3a를 참고하여 본 발명의 제 5 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(300)에 대하여 설명한다. 본 발명의 제5 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(300)는 제1 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(200)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
도 3a를 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(300)는 올리고머 프로브(160), 올리고머 프로브(160)가 커플링 되는 활성화영역(A)과 올리고머 프로브(160)가 커플링 되지 않는 비활성화 영역(B)을 포함하는 기판(310) 및 상기 활성화 영역 상(A)에서 하기 화학식 2로 표시되는 화학구조를 포함하고, 상기 비활성화 영역(B) 상에서 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(330)을 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00023
<화학식 2>
Figure 112007012891035-pat00024
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 Y에서 링커, 스페이서 또는 올리고머 프로브가 커플링되고,
상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링된다.)
즉, 제 5 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(300)의 기판(310)은 올리고머 프로브(160)가 커플링 되는 활성화영역(A)과 올리고머 프로브(160)가 커플링 되지 않는 비활성화 영역(B)을 포함할 수 있다. 기판(310)상에 형성되는 중간막(330)은 활성화 영역(A) 상에서 형성된 상기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함하는 영역(330a)과 비활성화 영역(B) 상에서 형성된 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 영역(330b)을 포함할 수 있다. 활성화 영역(A) 상에 형성된 중간막(330a)은 올리고머 프로브(160)가 커플링되어 있다. 비활성화 영역(B) 상에 형성된 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 영역의 중간막(330b)은 올리고머 프로브(160)와 커플링되어 있지 않다. 올리고머 프로브(160)가 중간막(330) 전면에 커플링되는 것이 아니라 특정 영역(330a)에 커플링됨으로써 선택적 활성화 영역을 제공할 수 있다. 이는 보다 정교하게 다양한 올리고머 프로브(160)을 타겟 샘플과 반응시키는 것을 가능하게 한다. 중간막(330)이 기판(110)과 올리고머 프로브(160)를 매개하는 링커(linker molecule) 또는 이후 타겟 샘플과의 혼성화에 필요한 공간적 마진을 제공하는 스페이서(spacer)의 역할을 동시에 할 수 있음은 물론이다.
제5 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(300)의 기판(310), 중간막(330)은 제1 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(200)의 기판(110), 중간막(230)과 상기와 같은 다른 점이 있어서 다른 도면 부호를 사용하고 있으나, 상기와 같은 차이점 이외는 실질적으로 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
이하, 도 3b를 참고하여 본 발명의 제 6 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(301)에 대하여 설명한다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(301)는 제5 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(300)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
도 3b를 참고하면, 올리고머 프로브(160), 올리고머 프로브(160)가 커플링 되는 활성화영역(A)과 올리고머 프로브(160)가 커플링 되지 않는 비활성화 영역(B)을 포함하는 기판(310), 기판(310) 상에 형성된 고정화층(120) 및 고정화층(120)에 형성되고, 활성화 영역 상(A)에서 하기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함하는 영역(330a)과 비활성화 영역(B) 상에서 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 영역(330b)으로 형성된 중간막(330)을 포함한다. 즉, 제 6 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(301)는 중간막(330)이 고정화층(120)을 매개로 하여 기 판(310)과 커플링되어 있다. 고정화층(120)은 예를 들어, 실록산 수지로 이루어진 실록산수지층일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 화학식 1에서 상기 고정화층은 Si(OR)3일 수 있다. (단, R은 알킬이다.) 고정화층(120)이 존재하여 기판(110)에 중간막(130)이 보다 용이하게 커플링될 수 있으므로, 중간막(130)의 링커 또는 스페이서로서의 기능이 더욱 향상되고 궁극적으로는 타겟 샘플과의 반응 수율 또한 높일 수 있다.
이하, 도 3c를 참고하여 본 발명의 제7 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(302)에 대하여 설명한다. 본 발명의 제7 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(302)는 제6 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(300)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
도 3c를 참고하면, 제7 실시예의 올리고머 프로브 어레이(302)는 제6 실시예의 올리고머 프로브 어레이(301)와, 기판(311)이 3차원의 표면을 가진다는 점이 다르다. 기판(311)의 표면이 3차원이므로, 기판(311) 표면에 형성된 고정화층(121)도 3차원의 표면을 가지고, 고정화층(121)에 형성되는 중간막(331)도 3차원의 표면을 가진다. 중간막(331)은 3차원의 표면을 가지게 된다는 점에서 본 발명의 제6 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(301)의 중간막(330)과 다른 도면 부호를 사용하였지만, 상기와 같은 차이점 이외에는 실질적으로 동일하다.
기판(311)의 표면이 3차원인 경우, 올리고머 프로브 어레이(302)에 올리고머 프로브(160)가 보다 고밀도로 집적될 수 있으며, 이는 디자인룰의 감소 및 반응 수 율의 증가 효과가 있다.
이하, 도 3d를 참고하여 본 발명의 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(303)에 대하여 설명한다. 본 발명의 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(303)는 제7 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(302)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
도 3d를 참고하면, 제8 실시예의 올리고머 프로브 어레이(303)는 제7 실시예의 올리고머 프로브 어레이(302)와, 올리고머 프로브(160)가 링커(140)를 매개로 하여 중간막(331)과 커플링된다는 점이 다르다. 도 3d에는 링커(140)가 표시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 스페이서(spacer), 나노 입자(nano particle)등이 중간막(331)과 올리고머 프로브(160)을 매개할 수 있다. 링커(140)나 스페이서, 나노 입자 등은 기판 또는 올리고머 프로브(160)와 커플링될 수 있는 작용기를 가지고 있어서, 올리고머 프로브가 기판 등과 커플링되는 것을 용이하게 하거나, 타겟 샘플과의 혼성화를 위한 공간적 마진(margin)을 제공할 수 있다. 앞서 살펴보았듯이, 중간막(331)은 그 자체가 링커(140), 스페이서 및 나노 입자가 수행하는 역할을 하지만, 다른 링커(140), 스페이서 또는 나노 입자와 커플링되어 보다 향상된 반응 수율을 가지는 올리고머 프로브 어레이를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면 전체를 참조하여, 본 발명의 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이의 제조 방법에 대하여 설명한다. 보다 직접적으로는 도 4 및 도 5a 내지 도 5h를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 제8 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(303)의 제조 방법은 기판(310)을 제공하고(S10), 기판(310)의 표면을 3차원으로 형성하고(S20), 3차원으로 형성된 기판(311) 상에 고정화층(121)을 형성하고(S30), 고정화층(121)에 중간막을 (331)을 형성하고(S40), 중간막의 적어도 일부를 노광하고(S50), 노광된 중간막(331a) 상에 링커(140)를 커플링시키고(S60), 커플링된 링커(140)와 올리고머 프로브(160)를 커플링시키는(S70) 것을 포함한다.
우선, 도 5a에 예시한 바와 같이, 기판(310)을 제공한다(S10).
기판(310)은 혼성화(hybridization) 과정 동안 원하지 않는 비특이적 결합을 최소화 나아가 실질적으로 0으로 할 수 있으며 가시광 및/또는 UV 등에 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 가요성(flexible) 또는 강성(rigid) 기판일 수 있다. 가요성 기판은 나일론, 니트로셀룰로오스 등의 멤브레인 또는 플라스틱 필름 등일 수 있다. 강성 기판은 실리콘 기판, 소다 석회 유리와 같은 투명 유리 기판 등일 수 있다. 실리콘 기판 또는 투명 유리 기판의 경우에는 혼성화 과정 동안 비특이적 결합이 거의 일어나지 않는 장점이 있다. 또, 투명 유리 기판의 경우에는 가시광 및/또는 UV 등에 투명해서 형광 물질의 검출에 유리하다. 실리콘 기판 또는 투명 유리 기판은 반도체 소자의 제조 공정 또는 LCD 패널의 제조 공정에서 이미 안정적으로 확립되어 적용되는 다양한 박막의 제조 공정 및 사진 식각 공정 등을 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다.
다음으로, 도 5b에서와 같이, 제공된 기판(310)의 표면을 3차원으로 형성한다(S20).
도면에 도시하지는 않았으나, 제공된 기판(310) 상에 3차원 형상의 표면을 형성하기 위한 폴리머층을 형성할 수 있다. 3차원 형상의 표면을 형성하기 위한 폴리머층으로는 예를 들어, PE-TEOS막, HDP 산화막 또는 P-SiH4 산화막, 열산화막 등의 실리콘 산화막, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 등의 실리케이트, 실리콘 질화막, 지르코늄산질화막 등의 금속 산질화막, 티타늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 지르코늄 산화막, ITO 등의 금속 산화막, 폴리이미드, 폴리아민, 금, 은, 구리, 팔라듐 등의 금속, 또는 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리비닐 등을 들 수 있다. 3차원 형상의 표면을 형성하기 위한 폴리머층 반도체 제조 공정 또는 LCD 제조 공정에서 안정적으로 적용되고 있는 증착 방법, 예컨대, CVD(Chemical Vapor Deposition), SACVD(Sub-Atmospheric CVD), LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD), 스퍼터링(Sputtering), 스핀 코팅(Spin Coating) 등의 방법을 적용할 수 있으며 기판(310) 상에 안정적으로 형성할 수 있는 물질이 바람직하다. 이후, 포토레지스트막을 형성한 후, 형성하고자 하는 3차원 패턴에 따라 제조된 마스크를 사용하는 투영(projection) 노광기에서 포토레지스트막을 노광하여 기판 표면이 3차원으로 형성되게 할 수 있다. 예를 들어, 기판 표면에 형성되는 3차원 패턴은 바둑판 형태(checkboard type)일 수 있다.
이후, 도 5c에 예시된 바와 같이, 3차원의 표면을 가지는 기판(311) 상에 고정화층(121)을 형성한다(S30).
고정화층(121)은 예를 들어, 실록산 수지로 형성된 실록산수지층, 특히 Si(OR)3를 포함하는 층일 수있다.(단, R은 알킬이다.) 고정화층(121)이 개재됨으로써, 이후의 중간막(331)이 보다 용이하게 기판(311)에 커플링 될 수 있으므로, 고정화층(121)이 개재되지 않는 경우보다 타겟 샘플과의 반응 수율이 높아질 수 있다. 기판(311)의 표면이 예를 들어, 하이드록실기인 경우 고정화층(121)의 SiO(OR)3가 커플링하여, 기판(311) 표면에 고정화층(121)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 고정화(121)층으로 실록산수지층, 특히 Si(OR)3를 포함하는 실록산 수지층을 사용하는 경우의 제조 방법에 대하여 설명한다. 실록산 수지층은 예컨대, 슬릿 코팅 또는 스핀 코팅의 방법으로 형성될 수 있다. 여기서, 슬릿 코팅 또는 스핀 코팅은 산화 공정이나 화학 기상 증착 등에 비하여 간편하며, 공정 시간이 짧기 때문에 공정 효율을 개선할 수 있다. 이렇게 형성된 실록산 수지층을 베이크한다. 베이크 온도는 약 100℃ 내지 400℃, 바람직하기로는 200℃ 내지 300℃의 범위일 수 있다. 베이크 시간은 약 30초 내지 1시간일 수 있다. 베이크의 결과 실록산 수지간에 서로 크로스 링크되어, 실록산 수지층이 견고해질 수 있다.
이후, 도 5d에 예시된 바와 같이, 형성된 고정화층(121) 상에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(331)을 형성한다.(S40)
일단, 화학식 1로 표시되는 화학구조를 포함하는 중간막(331) 형성용 화학물질은 예를 들어 다음의 방법으로 형성될 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112007012891035-pat00025
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 X는 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되는 사이트이다.)
화학식 1로 표시되는 화학구조를 포함하는 중간막(331) 형성용 화학물질은 다이아조 케토기를 포함하므로, 우선 다이아조 케토기를 포함하는 화합물을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
다이아조 케토기는 예를 들어, 디에노필(dienophile) 화합물과 콘쥬게이티드 디엔(conjugated dien)화합물을 딜스-앨더 반응을 시켜 고리화하여 다이케토 구조를 함유하는 다이케톤을 합성하고, 이것을 파라카르복시벤젠설포닐아자이드(p-carboxybenzenesulfonyl azide), 파라톨루엔설포닐아자이드(p-toluene -sulfonyl azide), 파라도데실벤젠설포닐아자이드(p-dodecylbenezene sulfonyl azide) 등과 같은 다이아조 트랜스퍼 시약(diazo transfer reagent)와 0 ℃, 대기압에서 30 내 지 60분 동안 반응시켜 형성할 수 있다.
딜스-앨더 반응(Diels-Alder Reaction)은 이중 결합 또는 삼중 결합을 가지고 있는 디에노필(dienophile)을 콘쥬게이트 디엔(conjugated diene)에 1,4-첨가반응을 통하여 육원자고리(six-membered ring)화합물을 제조할 수 있는 반응이다. 딜스-앨더 반응의 메커니즘은 아직까지 확실히 밝혀지지 않고 있지만 반응 자체는 매우 빠르고 촉매가 필요한 경우도 있으나, 일반적으로 촉매가 필수적이 아닌 경우도 있다. 많은 경우 디에노필과 디엔을 그냥 섞어만 주어도 반응이 완결되기도 한다.
예를 들어, 중간막(331)에 포함되는 다이아조 케토기를 형성할 할 때, 딜스 앨더 반응에 의해
Figure 112007012891035-pat00026
,
Figure 112007012891035-pat00027
,
Figure 112007012891035-pat00028
,
Figure 112007012891035-pat00029
,
Figure 112007012891035-pat00030
및
Figure 112007012891035-pat00031
으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디엔기와
Figure 112007012891035-pat00032
,
Figure 112007012891035-pat00033
,
Figure 112007012891035-pat00034
,
Figure 112007012891035-pat00035
,
Figure 112007012891035-pat00036
및
Figure 112007012891035-pat00037
로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디에노필을 반응시켜, 육원자고리 화합물을 형성할 수 있다. 한쪽이 디엔인 경우, 다른 한쪽이 디에노필이어야 함은 물론이다.
예를 들어, 하기 반응식 2와 같이, 메틸 비닐 케톤(methyl vinyl ketone)용 액에 시클로펜타디엑(cyclopentadien)을 가해 딜스 앨더 반응에 의해 2-아세틸-5-노르보르넨(2-acetyl-5-norbornene)을 제조한다. 디메틸 카르보네이트(dimethyl carbonate)와 반응시켜, 메틸(5-노르보르네닐)-3-옥소-프로피오네이트(methyl (5-norbornenyl)-3-oxo-propionate)를 제조할 수 있다.
<반응식 2>
Figure 112007012891035-pat00038
다음으로, 다이아조 케토기를 포함하는 화합물로 형성된 중간막(331)을 기판(311) 상에 존재하는 고정화층(121)과 커플링시킨다.
커플링은, 화학 결합 중 공유 결합일 수 있다. 고정화층(121)과 중간막(331) 표면의 다양한 작용기간의 반응으로 중간막(331)과 고정화층(121)을 커플링할 수 있다. 예를 들어, 중간막(331)과 고정화층(121)이 디에노필과 디엔으로 딜스 앨더 반응에 의해 커플링될 수 있다.
예를 들어, 하기 화학식 3으로 표시되는 화학 구조를 참조하면, 기판(311) 상에 고정화층(121)으로 형성된 트리에톡시(10-언데시닐-실란의 작용기인 알켄은 디엔기이다. 다이아조 케토기를 포함하는 중간막(331)의 2-(13-하이드록시-2-옥사트리데카닐-퓨란 등은 디에노필기이다. 이들 고정화층(121)의 디엔기와 중간막(331)의 디에노필기를 딜스 앨더 반응을 통해 커플링시킬 수 있다.
<화학식 3>
Figure 112007012891035-pat00039
딜스 앨더 반응 이외에도, 고정화층(121)과 중간막(331)은 다양한 작용기를 통해 커플링 될 수 있다. 고정화층(121) 또는 중간막(331) 중 어느 하나는 아민, 카르복실기, 하이드록실기 등의 작용기를 가지고 나머지 하나는 이러한 작용기와 반응하는 화합물인 경우에도, 고정화층(121)과 중간막(331)은 커플링시킬 수 있다.
도 4 및 도 5c 내지 도 5d에서는 고정화층(121)을 먼저 형성한 후, 중간막(331)을 형성하는 방법에 대하여 예시하고 있으나, 이에 제한되지않고, 고정화층(121)과 중간막(331)을 별도의 공정에서 먼저 형성한 후에, 이를 기판(331) 상에 결합시킬 수도 있다. 다시 말해, 중간막(331)과 고정화층(121)을 먼저 커플링하여 하기 화학식4로 표시되는 화합물을 먼저 형성한후, 형성된 화합물을 기판(331)에 커플링시킬 수 있다.
<화학식 4>
Figure 112007012891035-pat00040
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 R3는 알킬이다.)
기판(331)이 예를 들어 하이드록실기인 경우, 상기 중간막(331)과 고정화층(121)이 커플링된 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 Si(OR3)3를 기판의 하이드록실기와 커플링 시킬 수 있다.
형성된 중간막(331)은 링커 또는 스페이서로서 올리고머 프로브 어레이에서 올리고머 프로브가 타겟 샘플과 자유롭게 상호 작용, 예컨대 혼성화가 일어나도록 할 수 있다.
계속하여, 도 5e 및 도 5f에 예시된 바와 같이, 형성된 중간막(331)의 적어도 일부를 노광하여, 카르복실기가 노출된 영역의 중간막(331a)과 상기 화학식 1의 화학 구조를 포함하는 중간막(331b)을 형성한다.(S50)
도 3d에 예시된 바와 같은 제8 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(303)을 제조하기 위해서는 형성된 중간막(331) 일부에 노광을 하게된다. 형성된 중간막(331) 일부에 노광을 하는 경우는 중간막(331)의 특정 영역에만 선택적으로 올리고머 프로브를 커플링시킬 수 있게 된다. 일부 노광된 영역은 중간막(331) 중에서도 올리고머 프로브(160)과 커플링할 수 있는 활성화 영역(A)에 대응되는 중간막(331a)이 되고, 노광되지 않은 영역은 올리고머 프로브(160)가 커플링되지 않는 비활성화 영역(B)에 대응되는 중간막(331b)이 된다.
상기 중간막(331)의 적어도 일부를 노광하는 것은 190nm 내지 450nm의 파장의 빛으로 가능하다. 이는 이후, 올리고머 프로브의 커플링에 사용되는 광분해성 보호기 등의 노광이 340nm 이상이어야 하는 것과 차이가 있다. S50 단계에서, 광분해성 보호기의 사용시 사용되는 빛과 별개로, 248nm 등의 빛도 사용할 수 있는 결과, 분해능이 높아질 수 있다. 이는 올리고머 프로브 어레이의 고집적화를 도와줄 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조는 다이아조 케토기(diazoketo)기를 포함한다. 다이아조 케토기를 포함하는 중간막(331)에 원적외선(248nm 또는 193nm) 등을 조사하게 되면 다이아조기가 이탈하면서 하기 반응식1과 같은 일련의 반응을 거쳐 카르복실기가 형성된다.
<반응식 1>
Figure 112007012891035-pat00041
중간막(331)을 일부 노광한 경우, 중간막(331)은 노광되어 카르복실기가 노출된 중간막(331a)과 노광되지 않아 여전히 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(331b)로 나눠지게 된다. 카르복실기를 포함하는 중간막(331a)은 기판(311)의 활성화영역(A)에 대응되며, 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(331b)은 기판(311)의 비활성화영역(B)에 대응된다.
참고로 도면에 도시되어 있지는 않지만, 중간막(331a)의 카르복실기에는 보호기가 부착되어 있을 수 있다. 보호기는 부착되어 있는 위치가 화학 반응에 참여하는 것을 차단하는 기를 지칭하며, 탈보호는 보호기가 부착 위치로부터 분리되어 상기 위치가 화학 반응에 참여할 수 있도록 하는 것을 지칭한다. 예를 들면 중간막(331)에 결합되어 있는 카르복실기에 산분해(acid labile)성 또는 광분해(photo labile)성 보호기가 부착되어 있어서 작용기를 보호하고 있다가 이후 링커나 올리고머 프로브의 인-시츄 포토리소그래피 합성을 위한 모노머의 커플링 또는 합성 올리고머 프로브(160)의 커플링 전에 제거되어 작용기를 노출시킬 수 있다.
이후, 도 5g에 예시된 바와 같이, 활성화 영역(A)에 대응되는 중간막(331a)에 링커(140)을 커플링시킨다.(S60).
카르복실기를 포함하는 중간막(331a)과 커플링되는 링커(140)는 카르복실기와 반응할 수 있는 작용기를 가져야함은 물론이다.
링커가 중간막(331a)의 카르복실기와 커플링됨으로써, 기판(311)의 활성화영역(A)에 대응되는 중간막(331a)은 하기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함한다.
<화학식 2>
Figure 112007012891035-pat00042
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 Y는 링커가 커플링되는 사이트이고,
상기 X는 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되는 사이트이다.)
도 5g에는 링커(140)가 표시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 스페이서(spacer), 나노 입자(nano particle)등이 중간막(331)과 이후의 올리고머 프로브(160)를 매개할 수 있다. 링커(140)나 스페이서, 나노 입자 등은 기판 또는 올리 고머 프로브(160)와 커플링될 수 있는 작용기를 가지고 있어서, 올리고머 프로브가 기판 등과 커플링되는 것을 용이하게 하거나, 타겟 샘플과의 혼성화를 위한 공간적 마진(margin)을 제공할 수 있다. 앞서 살펴보았듯이, 중간막(231)은 그 자체가 링커(140), 스페이서 및 나노 입자가 수행하는 역할을 하지만, 다른 링커(140), 스페이서 또는 나노 입자와 커플링되어 보다 향상된 반응 수율을 가지는 올리고머 프로브 어레이를 제공할 수 있다. 다만, 이때의 링커(140)는 활성화 영역(A)에 대응되는 중간막(331a)의 카르복실기과 커플링될 수 있는 작용기를 포함하고 있어야 함은 물론이다.
참고로 도면에 도시되어 있지는 않지만, 링커(140)에도 효과적인 커플링을 위한 보호기가 부착되어 있을 수 있다. 보호기는 앞에서 설명했듯이, 부착되어 있는 위치가 화학 반응에 참여하는 것을 차단하는 기를 지칭하며, 탈보호는 보호기가 부착 위치로부터 분리되어 상기 위치가 화학 반응에 참여할 수 있도록 하는 것을 지칭한다.
다음으로, 도 5h에 예시된 바와 같이, 링커(140)에 올리고머 프로브(160)를 커플링시킨다.(S70).
올리고머 프로브(160)은 도 2a를 참고하여 설명한 본 발명의 제1 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(100)에서 설명한 바와 같으므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
올리고머 프로브(160)은 링커(140)와 커플링할 수 있고, 이때의 커플링은 화학 결합 중 공유 결합을 의미할 수 있다. 올리고머 프로브(160)을 링커(140)에 커 플링시키는 것은 인-시츄 합성으로 올리고머 프로브(160)의 모노머를 합성하는 것을 의미할 수 있다. 참고로 도면에 도시되어 있지는 않지만, 올리고머 프로브(160) 합성을 위한 올리고머 프로브의 모노머에도 효과적인 커플링을 위한 보호기가 부착되어 있을 수 있다. 보호기는 앞에서 설명했듯이, 부착되어 있는 위치가 화학 반응에 참여하는 것을 차단하는 기를 지칭하며, 탈보호는 보호기가 부착 위치로부터 분리되어 상기 위치가 화학 반응에 참여할 수 있도록 하는 것을 지칭한다.
올리고머 프로브(160)의 구체적인 예로, 인-시츄 포토리소그래피에 의해 올리고뉴클레오타이드 프로브를 합성하는 것을 상세히 설명한다. 링커(140)의 작용기를 노출 시킨후, 노출된 작용기에 광분해성 보호기가 결합된 뉴클레오타이드 포스포아미디트 모노머를 커플링시키고(coupling), 커플링에 참여하지 않은 작용기를 비활성 캡핑하고(capping), 포스포아미디트와 5'-히드록시기 사이의 결합에 의해 생성된 포스파이트 트리에스터(phosphite triester) 구조를 포스페이트(phosphate) 구조로 변환시키기 위해 산화(oxidation)시킨다. 이와 같이, 원하는 활성화 영역(A) 상의 링커(140)를 탈보호하여(deprotection), 원하는 서열의 모노머를 커플링시키고(coupling), 커플링에 참여하지 않은 작용기를 비활성 캡핑하고(capping), 포스페이트 구조로 변환시키기 위한 산화(oxidation) 공정을 순차적으로 반복 진행하여 원하는 서열의 올리고뉴클레오타이드 프로브(160)를 각 활성화 영역(A) 상에 합성할 수 있다.
상기 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브 어레이(303)에서 설명한 바를 토대로, 도 1a 내지 도3d를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레 이용 기판 및 올리고머 프로브 어레이의 제조 방법을 설명한다. 각 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법 및 본 발명의 제1 내지 제7 실시예에 따른 올리고머 프로브의 제조 방법은 상기 제8 실시예에 따른 올리고머 프로브의 제조 방법 중에서 적어도 한단계 이상을 생략하는 것을 포함한다. 각각을 설명하되, 제8 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(303)의 설명과 공통되는 부분은 설명을 생략한다.
도 1a에 예시된, 제1 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(100)의 제조 방법은 기판(110)을 제공하고(S10) 및 형성된 기판(110) 상에 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(130)을 형성하는 것(S40)을 포함한다.
도 1b에 예시된, 제2 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(101)의 제조 방법은 기판(110)을 제공하고(S10), 제공된 기판(110) 상에 고정화층(120)을 형성하고(S30), 형성된 고정화층(120)에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(130)을 형성하는 것(S40)을 포함한다.
도 1c에 예시된, 제3 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(102)의 제조 방법은 기판(110)을 제공하고(S10), 제공된 기판(110)의 표면을 3차원으로 형성하고(S20), 3차원으로 형성된 기판(311) 상에 고정화층(121)을 형성하고(S30), 형성된 고정화층(121)에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(130)을 형성하는 것(S40)을 포함한다.
도 2a에 예시된, 제1 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(200)의 제조 방법은 기판(110)을 제공하고(S10), 형성된 기판(110) 상에 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막 형성용 화학물질을 기판(110) 상에 형성하고(S40), 중간막 형성용 화학물질을 전면 노광하여 카르복실기를 노출시키고(S50) 중간막(230)의 노출된 카르복실기와 올리고머 프로브(160)를 커플링시키는 것(S70)을 포함한다. 중간막(230)은 전면이 노광되고, 올리고머 프로브(160)는 중간막의 카르복실기와 커플링할 수 있는 작용기를 포함해야한다. 그 결과, 올리고머 프로브 어레이(200)의 중간막(230)은 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 포함한다.
<화학식 2>
Figure 112007012891035-pat00043
(단, 상기 R1는 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
상기 R2는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
상기 Y는 올리고머 프로브가 커플링되는 사이트이고,
상기 X는 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되는 사이트이다.)
이때의 중간막(230)은 올리고머 프로브와(160)의 커플링 및 타겟 샘플과의 혼성화를 용이하게 하는 링커 또는 스페이서의 역할을 할 수 있다.
도 2b에 예시된, 제2 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(201)의 제조 방법은 기판(110)을 제공하고(S10), 제공된 기판(110) 상에 고정화층(120)을 형성하고(S30), 형성된 고정화층(120)에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(230)을 형성하고(S40), 중간막(230)의 전면을 노광하여 카르복실기를 노출시키고(S50), 노광된 중간막(230)과 올리고머 프로브(160)을 커플링시키는 것(S70)을 포함한다.
도 2c에 예시된, 제3 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(202)의 제조 방법은 기판(110)을 제공하고(S10), 제공된 기판(110)의 표면을 3차원으로 형성하고(S20), 3차원으로 형성된 기판(311) 상에 고정화층(121)을 형성하고(S30), 형성된 고정화층(121)에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(231)을 형성하고(S40), 중간막(231)을 전면 노광하여 카르복실기를 노출시키고(S50), 노출된 카르복실기와 올리고머 프로브(160)를 커플링시키는 단계(S70)를 포함한다.
도 2d에 예시된, 제4 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(203)의 제조 방법은 기판(110)을 제공하고(S10), 제공된 기판(110)의 표면을 3차원으로 형성하고(S20), 3차원으로 형성된 기판(311) 상에 고정화층(121)을 형성하고(S30), 형성된 고정화층(121)에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막(231)을 형성하고(S40), 중간막(231)을 전면 노광하여 카르복실기를 노출시키고(S50), 노출된 카르복실기와 링커(140)를 커플링시키고(S60), 링커(140)와 올리고머 프로 브(160)를 커플링시키는 것(S70)을 포함한다. 링커가 중간막(231)의 카르복실기가 반응할 수 있는 작용기를 포함해야함은 물론이다.
도 3a에 예시된, 제5 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이(300)의 제조 방법은 기판(310)을 제공하고(S10), 형성된 기판(310) 상에 상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막 형성용 화학물질을 기판(110) 상에 형성하고(S40), 중간막 형성용 화학물질을을 일부 노광하여 카르복실기가 노출된 중간막(330a)과 여전히 상기 화학식 1로 표시되는 화학구조를 포함하는 중간막(330b)을 구분하고(S50), 카르복실기가 노출된 중간막(330a)과 올리고머 프로브(160)를 커플링시키는 것(S70)을 포함한다. 중간막(230)은 일부가 노광되고, 올리고머 프로브(160)는 중간막의 카르복실기와 커플링할 수 있는 작용기를 포함해야한다. 일부 노광으로 올리고머 프로브(160)가 중간막(330) 전면에 커플링되는 것이 아니라 특정 영역(330a)에 커플링됨으로써 선택적 활성화 영역을 제공할 수 있다. 이는 보다 정교하게 다양한 올리고머 프로브(160)을 타겟 샘플과 반응시키는 것을 가능하게 한다. 중간막(330)이 기판(110)과 올리고머 프로브(160)를 매개하는 링커(linker molecule) 또는 이후 타겟 샘플과의 혼성화에 필요한 공간적 마진을 제공하는 스페이서(spacer)의 역할을 동시에 할 수 있음은 물론이다.
도 3b에 예시된, 제6 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(301)의 제조 방법은 기판(310)을 제공하고(S10), 제공된 기판(310) 상에 고정화층(120)을 형성하고(S30), 형성된 고정화층(120)에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막 형성용 화학물질을 기판(110)상에 형성하고(S40), 중간막 형성용 화학물 질을을 일부 노광하여 카르복실기가 노출된 중간막(330a)과 여전히 상기 화학식 1로 표시되는 화학구조를 포함하는 중간막(330b)을 구분하고(S50), 카르복실기가 노출된 중간막(330a)과 올리고머 프로브(160)를 커플링시키는 것(S70)을 포함한다.
도 3c에 예시된, 제7 실시예에 의한 올리고머 프로브 어레이용 기판(302)의 제조 방법은 기판(310)을 제공하고(S10), 제공된 기판(310)의 표면을 3차원으로 형성하고(S20), 3차원으로 형성된 기판(311) 상에 고정화층(121)을 형성하고(S30), 형성된 고정화층(121)에 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막 형성용 화학물질을 기판(311) 상에 형성하고(S40), 중간막 형성용 화학물질을을 일부 노광하여 카르복실기가 노출된 중간막(331a)과 여전히 상기 화학식 1로 표시되는 화학구조를 포함하는 중간막(331b)을 구분하고(S50), 카르복실기가 노출된 중간막(331a)과 올리고머 프로브(160)를 커플링시키는 것(S70)을 포함한다.
본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 다음의 구체적인 실험예들을 통하여 설명하며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다.
< 실험예 1 : 기판의 표면이 3차원 형상인 올리고머 프로브 어레이용 기판 제작>
실리콘 기판 상에 실록산의 일종인 XP4739(Rohm&Haas Electronic Materials)를 스핀-코팅(spin-coating)으로 90nm를 형성한 뒤 60분 동안 250℃로 하드 베이크 하였다. 기판 위에 I7010 1.2mm를 2000rpm에서 스핀 코팅하였고 100℃로 60초간 베이크한 뒤 11mm의 개구 사이즈를(opening size)를 갖는 바둑판 무늬(checkerboard type)의 다크 톤 마스크(dark tone mask)를 사용하여 ASML PAS5500 100D 설비에서 365nm 파장의 빛을 투사, 노광하고 2.38% TMAH 수용액으로 현상하여 가로 세로 교차되는 직선 영역을 오픈 하였다. 기판을 CF4 조건 하에서 플라즈마 식각을 진행하여 포토레지스트 중 현상되어 있는 부분의 실록산을 제거한 후 박막 제거(thinner strip)을 통해 남아 있던 포토레지스트 마스크를 제거하였다. 황산 처리를 하여 하이드록실기를 활성화 시킨 후 기판에 TEL 마크 8 액트 트랙(TEL Mark 8 Act track)을 사용하여 아미노트리에톡실프로필실란의 0.1% toluene 용액을 50rpm에서 60초간 스핀 커플링 한후 14분 동안 건조시키고 120℃ 에서 40분간 bake 한 후 DI water 흐르는 물에 10분간 세척, 소니케이터(sonicator)에서 15분 세척, 흐르는 순수액(DI water)에 10분간 세척을 하였다. 그 이후에 TEL 마크 8 액트 트랙(TEL Mark 8 Act track)에서 아세토니트릴로 60초간 세척하였다. [N-(3-트리에톡실프로필)-4-하이드록시 부티라민(N-(3-triethoxyxilylpropyl)-4-hydroxy butyramie)의 0.1% EtOH 용액을 50rpm에서 60초간 스핀 커플링(spin-coupling)한 뒤 IPA로 세척하고 110℃에서 10분간 큐어링(curing)하였다. 기판에 TEL 마크 8 액트 트랙을 사용하여 니트로페닐프로필옥시카르보닐-테트라에틸렌글리콜-시아노에틸포스포르 아미디트(nitrophenylpropyloxycarbonyl-tetradethyleneglycol-cyanoethylphosphor amidite)와 테트라졸이 각각 1mM과 5mM로 녹아 있는 아세토니트릴 용액 10ml를 가하고 상온에서 5분간 방치 후 1000rpm 회전과 함께 아세토니르틸을 처리하여 반응이 진행되지 않은 물질들을 제거한 후 2500rpm서 스핀 건조(spin drying)로 남은 용매를 제거하였다.
< 실험예 2 : 고정화층 형성>
실리콘 기판 상에 PAD-Oxide 1000Å 을 성장시켰다. 기판 위에 BC70 KrF Nega PR을　2000rpm에서 스핀-코팅하고 100℃로 60초간 베이크한 뒤 11mm의 개구 사이즈를 갖는 바둑판 무늬(checkerboard type)의 다크 톤 마스크(dark tone mask)를 사용하여 KrF 광원을 사용하는 노광기 ASML 설비에서 248nm 파장의 빛을 투사, 노광하고 2.38% TMAH 수용액으로 현상하여 가로 세로 교차되는 직선 영역을 오픈하였다. 기판을 CF4 조건 하에서 플라즈마 식각을 진행하여 포토 레지스트가 현상되어 있는 부분을 제거한 후 박막 제거(thinner strip)를 통해 남아 있던 포토 레지스트 마스크를 제거하여 패턴 형성된 PAD-Oxide 영역을 오픈하였다. 어레이가 형성될 PAD-Oxide영역의 하이드록시(hydroxyl)기를 120℃에서 1시간 가량　피란하(piranha, 황산: 과산화수소 =70:30) 처리하여　활성화 시켰다. 다이아조케토기를 가지는 실란 화합물을 실리콘 기판의 하이드록시기와 반응시켜 단일막을 형성하였다. 실란 화합물을 톨루엔에 용해시킨 후 실리콘 표면에 이머싱(immersing)하여 100도에서 24-48시간 동안 반응시켰다.
< 실험예 3 : 디아조케토기를 지닌 중간막용 화합물의 합성>
(1) 메틸 (5- 노르보르네닐 )-3-옥소-프로피오네이트( Methyl (5- norbornenyl )-3- oxo -propionate)의 합성　
하기 반응식 2를 참조하여 보면, 에틸 에테르(Ethyl ether)에 녹인 메틸 비닐 케톤(methyl vinyl ketone)용액에 시클로펜타디엑(cyclopentadien)을 첨가하고 12시간 정도 실온에서 반응을 시킨 뒤 용매를 제거하고 진공 증류로 순수한 2-아세틸-5-노르보르넨(2-acetyl-5-norbornene)을 얻었다. 질소 충전이 된 THF가 들어 있는 플라스크에 디메틸 카르보네이트(dimethyl carbonate)를 넣은 다음 소디움 하이드라이드(sodium hydride)를 넣어주었다. 교반하면서 2-아세틸-5-노르보르넨(2-acetyl-5-norbornene)을 천천히 첨가하였다. 80℃ 에서 24시간 정도 반응을 시킨 뒤에 아세트산을 이용하여 산성화(acidification)하였다. 용매를 제거하고 난 뒤 물과 에틸 에테르를 이용하여 추출을 하였다. 추출한 유기층을 소디움 클로라이드(sodium chloride) 용액으로 씻고 MgSO4로 말리고 용매를 제거한 후 진공 증류로 순수한 메틸(5-노르보르네닐)-3-옥소-프로피오네이트(methyl (5-norbornenyl)-3-oxo-propionate)를 얻었다.
<반응식 2>
Figure 112007012891035-pat00044
1H NMR (CDCl3, ppm) : 5.82-6.14 (2H, endo-olefinic proton, exo-olefinic proton), 3.7 (3H, -OCH3), 3.15-3.53 (2H, hydrogens), 2.9-3.0 (2H), 1.24-1.9 (5H). 13C NMR (CDCl3, ppm) : 204 (-C=O, ketone), 167 (-COO-, ester), 131-138 (C=C), 27.62-52.27 (aliphatic carbons). FT-IR (NaCl plate, cm-1) : 1755 (C=O, ketone), 1712 (-COO-, ester), 1625 (C=C, vinyl).
(2) 메틸 (5- 노르보르네닐 )-2- 디아조 -3-옥소-프로피오네이트( Methyl (5-norbornenyl)-2-diazo-3-oxo-propionate)의 합성　
반응식 3을 참조하면, 플라스크에 아세토니트릴을 넣고 메틸 (5-노르보르네닐)-2-디아조-3-옥소-프로피오네이트 (methyl (5-norbornenyl)-3-oxo-propionate)를 첨가한 후　0oC 얼음물에 담구어 차게하였다. 트리에틸아민(Triethylamine)을 천천히 넣고 디아조 전이 시약(diazo transfer reagent)인 p-카르복시벤젠술포닐 아자이드(p-carboxybenzenesulfonyl azide)를 넣는다. 0oC에서 15분 정도 유지 시킨 후 실온에서 2시간 반응을 시켰다. 용매를 제거한 뒤 물과 석유 에테르(petroleum ether)를 이용하여 추출했다. 추출한　석유 에테르층을 유리 필터로 거른 후 용매를 제거한 뒤 진공에서 건조시켜 메틸 (5-노르보르네닐)-2-디아조-3-옥소-프로피오네이트를 얻었다.
<반응식 3> 　
Figure 112007012891035-pat00045
　　　　　　　　　　　　　　　　　
1H NMR (CDCl3, ppm) : 5.82-6.20 (2H, endo-olefinic proton, exo-olefinic proton), 3.7 (3H, -OCH3), 2.9-3.0 (2H), 1.24-1.9 (5H). 13C NMR (CDCl3, ppm) : 194 (-C=O, ketone), 161 (-COO-, ester), 131-138 (C=C), 27.62-52.27 (aliphatic carbons). FT-IR (NaCl plate, cm-1) : 2139 (-N2, diazo),1722 (C=O, ketone), 1651 (-COO-, ester).
< 실험예 4 : 중간막을 고정화층에 형성>
기판 상에 고정화층으로 트리에톡시10-언데시닐-실란을 형성하였다. 2-(13-하이드록시-2-옥사트리데카닐-퓨란 의 하이드록시기와 다이아조 케토기를 포함하는 2-다이아조-3-옥소-헥사놀릭에시드 에스터 메탄과 반응 하여 중간막을 형성하였다. 고정화층의 알켄을 디엔기로하고 2-(13-하이드록시-2-옥사트리데카닐-퓨란을 디에노필로 하여 딜스 앨더 반응을 시켜, 다음과 같이 중간막을 고정화층에 형성하였다.
Figure 112007012891035-pat00046
< 실험예 5 : 스페이서 형성>
실험예 4를 통해 형성된 중간막을 선택적으로 ASML PAS5500 100D 스테퍼를 이용하여 노광을 진행한 후　노광되어 카르복실기가 노출된 중간막에 스페이서를 형성하였다. 스페이서 길이를 늘이는 방법으로 TEL 마크 8 액트 트랙을 사용하여　니트로페닐프로필옥시카르보닐테트라에틸렌글리콜 시아노에틸포스포아미디트(nitrophenylpropyloxy carbonyltetraethyleneglycol cyanoethylphosphor amidite)와　테트라졸이 각각 1mM 과 5mM로 녹아 있는 아세토니트릴 용액 10ml를 가하고 상온에서 5분간 방치 한 후 1000rpm의 속도로 회전시켜 반응이 진행 되지 않은 물질들을 제거한 후 2500rpm에서 스핀 건조로 남은 용매를 제거하며, 아세토니트릴이 기판에 젖도록 세척 하였다.
< 실험예 6 : 핵산의 성장>
핵산 반응이 진행될 영역에 248nm 또는 365 nm의 파장을 가지는 ASML PAS5500 100D 스테퍼를 이용하여 광반응 진행 후 후속 반응을 진행시켰다. 기판에 TEL 마크 8 액트 트랙을 사용하여 아데닌/티민/구아닌/시토신의 당-포스포아마디트(adenine/thymine/guanie/cytosine의 sugar-phosphoramidite)와 테트라졸이 각각 1mM과 5mM로 녹아 있는 아세토니트릴 용액 10ml를 가하고 상온에서 5분간 방치 후 1000rpm 회전과 함께 아세토니트릴을 처리하여 반응이 진행되지 않은 물질들을 제거한 후 2500rpm서 스핀 건조로 남은 용매를 제거하였다. 기판에 TEL 마크 8 액트 트랙을 사용하여 Ac2O/py/메틸이미다졸(Ac2O/py/methylimidazole) 1:1:1의 THF 용액 및 0.02M의 요오드 THF 용액을 처리하여 커플링되지 않은 핵산의 캡핑 및 산화를 진행하였다. 이후 빛 활성화에 의한 핵산 합성이 진행되었다. ASML PAS5500 100D 스테퍼에서 365nm 파장을 사용하고 11um의 개구 사이즈를 갖는 바둑판무늬의 크롬 온 쿼쯔 마스크(chrome on quartz mask)를 활용하여 5000mJ의 에너지로 노광하여 니트로아로마틱 보호기를 제거 하였다. 이어 아데닌/티민/구아닌/시토신의 당-포스포아마디트(adenine/thymine/guanie/cytosine의 sugar-phosphoramidite)를 사용하여 커플링(coupling), 캡핑(capping), 산화(oxidation), 및 광분해(photo deprotection)를 반복하여 원하는 서열의 핵산을 합성하였다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이 며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 올리고머 프로브 어레이용 기판와 올리고머 프로브 어레이 및 이들의 제조 방법에 따르면, 올리고머 프로브 어레이의 집적도와 반응 수율의 향상을 가져온다. 올리고머 프로브 어레이용 기판 및 올리고머 프로브 어레이에 포함된 중간막을 통해 링커 또는 스페이서의 기능을 할 수 있으며, 올리고머 프로브와의 선택적 반응 영역을 제공할 수 있기 때문이다. 상기 중간막은 엉킴현상이 덜하고, 카르복실기로 반응기를 노출시키는 것이 248nm 등에서도 사용가능하므로 분해능이 월등하다는 잇점도 있다.

Claims (26)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 형성된 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 포함하는 올리고머 프로브 어레이용 기판.
    <화학식 1>
    Figure 112008017614900-pat00047
    (단, 상기 R1는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
    상기 R2는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
    상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되고,
    상기 고정화층은 Si(OR)3를 포함하고,
    상기 R은 C1 또는 C2 알킬이다.)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 R1 또는 상기 R2는
    Figure 112008017614900-pat00048
    ,
    Figure 112008017614900-pat00049
    ,
    Figure 112008017614900-pat00050
    ,
    Figure 112008017614900-pat00051
    ,
    Figure 112008017614900-pat00052
    및
    Figure 112008017614900-pat00053
    으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디엔기와
    Figure 112008017614900-pat00054
    ,
    Figure 112008017614900-pat00055
    ,
    Figure 112008017614900-pat00056
    ,
    Figure 112008017614900-pat00057
    ,
    Figure 112008017614900-pat00058
    및
    Figure 112008017614900-pat00059
    로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디에노필을 딜스 앨더 반응에 의해 반응시켜 형성된 올리고머 프로브 어레이용 기판.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판 상 또는 상기 기판 내에 3차원의 표면을 포함하고,
    상기 중간막은 상기 3차원의 표면 상에 형성된 올리고머 프로브 어레이용 기판.
  4. 기판;
    상기 기판 상의 올리고머 프로브; 및
    상기 기판과 상기 올리고머 프로브 사이에 개재된 중간막으로서 하기 화학식 2로 표시되는 화학 구조를 포함하는 올리고머 프로브 어레이.
    <화학식 2>
    Figure 112008017614900-pat00060
    (단, 상기 R1는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
    상기 R2는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
    상기 Y에서 링커, 스페이서 또는 올리고머 프로브가 커플링되고,
    상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되고,
    상기 고정화층은 Si(OR)3를 포함하고,
    상기 R은 C1 또는 C2 알킬이다.)
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 R1 또는 상기 R2는
    Figure 112008017614900-pat00061
    ,
    Figure 112008017614900-pat00062
    ,
    Figure 112008017614900-pat00063
    ,
    Figure 112008017614900-pat00064
    ,
    Figure 112008017614900-pat00065
    및
    Figure 112008017614900-pat00066
    으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디엔기와
    Figure 112008017614900-pat00067
    ,
    Figure 112008017614900-pat00068
    ,
    Figure 112008017614900-pat00069
    ,
    Figure 112008017614900-pat00070
    ,
    Figure 112008017614900-pat00071
    및
    Figure 112008017614900-pat00072
    로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디에노필을 딜스 앨더 반응에 의해 반응시켜 형성된 올리고머 프로브 어레이.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판 상 또는 상기 기판 내에 3차원의 표면을 포함하고,
    상기 중간막은 상기 3차원의 표면 상에 형성된 올리고머 프로브 어레이.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 중간막과 상기 올리고머 프로브 사이에 링커 또는 스페이서를 더 포함하는 올리고머 프로브 어레이.
  8. 올리고머 프로브;
    상기 올리고머 프로브가 커플링 되는 활성화영역과 상기 올리고머 프로브가 커플링 되지 않는 비활성화 영역을 포함하는 기판; 및
    상기 활성화 영역 상에서 하기 화학식 2로 표시되는 화학구조를 포함하고, 상기 비활성화 영역 상에서 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 포함하는 올리고머 프로브 어레이.
    <화학식 1>
    Figure 112008017614900-pat00073
    <화학식 2>
    Figure 112008017614900-pat00074
    (단, 상기 R1는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
    상기 R2는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
    상기 Y에서 링커, 스페이서 또는 올리고머 프로브가 커플링되고,
    상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되고,
    상기 고정화층은 Si(OR)3를 포함하고,
    상기 R은 C1 또는 C2 알킬이다.)
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 활성화 영역 상의 상기 중간막과 상기 올리고머 프로브 사이에 링커 또는 스페이서를 더 포함하는 올리고머 프로브 어레이.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판 상 또는 상기 기판 내에 3차원의 표면을 포함하고,
    상기 중간막은 상기 3차원의 표면을 포함하는 기판 상에 형성된 올리고머 프로브 어레이.
  11. 기판을 제공하고,
    상기 기판 상에 형성된 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 형성하는 것을 포함하는 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법.
    <화학식 1>
    Figure 112008017614900-pat00075
    (단, 상기 R1는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
    상기 R2는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
    상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되고,
    상기 고정화층은 Si(OR)3를 포함하고,
    상기 R은 C1 또는 C2 알킬이다.)
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 R1 또는 상기 R2는
    Figure 112008017614900-pat00076
    ,
    Figure 112008017614900-pat00077
    ,
    Figure 112008017614900-pat00078
    ,
    Figure 112008017614900-pat00079
    ,
    Figure 112008017614900-pat00080
    및
    Figure 112008017614900-pat00081
    으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디엔기와
    Figure 112008017614900-pat00082
    ,
    Figure 112008017614900-pat00083
    ,
    Figure 112008017614900-pat00084
    ,
    Figure 112008017614900-pat00085
    ,
    Figure 112008017614900-pat00086
    및
    Figure 112008017614900-pat00087
    로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디에노필을 딜스 앨더 반응에 의해 반응시켜 형성하는 것을 포함하는 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판 상 또는 상기 기판 내에 3차원의 표면을 포함하고,
    상기 중간막은 상기 3차원의 표면 상에 형성된 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조는
    Figure 112008017614900-pat00088
    ,
    Figure 112008017614900-pat00089
    ,
    Figure 112008017614900-pat00090
    ,
    Figure 112008017614900-pat00091
    ,
    Figure 112008017614900-pat00092
    및
    Figure 112008017614900-pat00093
    로 표시되는 디엔 화합물 중 어느 하나와
    Figure 112008017614900-pat00094
    ,
    Figure 112008017614900-pat00095
    ,
    Figure 112008017614900-pat00096
    ,
    Figure 112008017614900-pat00097
    ,
    Figure 112008017614900-pat00098
    및
    Figure 112008017614900-pat00099
    로 표시되는 디에노필(dienophile) 화합물 중 어느 하나를 딜스-앨더 반응을 시켜 고리화하여 다이케토 구조를 함유하는 다이케톤을 합성하고,
    상기 다이케토 구조를 포함하는 다이케톤을 다이아조 트랜스퍼 시약(diazo transfer reagent)와 반응시켜 다이아조 케토기를 형성하는 것에 의해 제조된 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 다이아조 트랜스퍼 시약은 파라카르복시벤젠설포닐아자이드(p-carboxybenzenesulfonyl azide), 파라톨루엔설포닐아자이드(p-toluene -sulfonyl azide), 또는 파라도데실벤젠설포닐아자이드(p-dodecylbenezene sulfonyl azide)인 올리고머 프로브 어레이용 기판의 제조 방법.
  16. 기판을 제공하고,
    상기 기판에 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조를 포함하는 중간막을 형성하고,
    상기 중간막의 적어도 일부를 노광하고,
    상기 노광된 중간막의 적어도 일부에 올리고머 프로브를 커플링하는 것을 포함하는 올리고머 프로브 어레이 제조 방법.
    <화학식 1>
    Figure 112008017614900-pat00100
    (단, 상기 R1는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬(cycloalkyl) 또는 시클로알케닐(cycloalkenyl)이고,
    상기 R2는 C2 내지 C8인, 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로알케닐이고,
    상기 X에서 직접 또는 고정화층을 매개로 하여 상기 기판과 커플링되고,
    상기 고정화층은 Si(OR)3를 포함하고,
    상기 R은 C1 또는 C2 알킬이다.)
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 중간막의 적어도 일부를 노광하는 것은 190nm 내지 450nm의 파장의 빛으로 노광하는 것인 올리고머 프로브 어레이 제조 방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 R1 또는 상기 R2는
    Figure 112008017614900-pat00101
    ,
    Figure 112008017614900-pat00102
    ,
    Figure 112008017614900-pat00103
    ,
    Figure 112008017614900-pat00104
    ,
    Figure 112008017614900-pat00105
    및
    Figure 112008017614900-pat00106
    으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디엔기와
    Figure 112008017614900-pat00107
    ,
    Figure 112008017614900-pat00108
    ,
    Figure 112008017614900-pat00109
    ,
    Figure 112008017614900-pat00110
    ,
    Figure 112008017614900-pat00111
    및
    Figure 112008017614900-pat00112
    로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 디에노필을 딜스 앨더 반응에 의해 반응시켜 형성하는 것을 포함하는 올리고머 프로브 어레이 제조 방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판 상 또는 상기 기판 내에 3차원의 표면을 포함하고,
    상기 중간막은 상기 3차원의 표면 상에 형성된 올리고머 프로브 어레이 제조 방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화학 구조는
    Figure 112008017614900-pat00113
    ,
    Figure 112008017614900-pat00114
    ,
    Figure 112008017614900-pat00115
    ,
    Figure 112008017614900-pat00116
    ,
    Figure 112008017614900-pat00117
    및
    Figure 112008017614900-pat00118
    로 표시되는 디엔 화합물 중 어느 하나와
    Figure 112008017614900-pat00119
    ,
    Figure 112008017614900-pat00120
    ,
    Figure 112008017614900-pat00121
    ,
    Figure 112008017614900-pat00122
    ,
    Figure 112008017614900-pat00123
    및
    Figure 112008017614900-pat00124
    로 표시되는 디에노필(dienophile) 화합물 중 어느 하나를 딜스-앨더 반응을 시켜 고리화하여 다이케토 구조를 함유하는 다이케톤을 합성하고,
    상기 다이케토 구조를 포함하는 다이케톤을 다이아조 트랜스퍼 시약(diazo transfer reagent)와 반응시켜 다이아조 케토기를 형성하는 것에 의해 제조된 올리고머 프로브 어레이 제조 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 다이아조 트랜스퍼 시약은 파라카르복시벤젠설포닐아자이드(p-carboxybenzenesulfonyl azide), 파라톨루엔설포닐아자이드(p-toluene -sulfonyl azide), 또는 파라도데실벤젠설포닐아자이드(p-dodecylbenezene sulfonyl azide)인 올리고머 프로브 어레이 제조 방법.
  22. 제16 항에 있어서,
    상기 노광된 중간막의 적어도 일부에 올리고머 프로브를 커플링하는 것은 링커 또는 스페이서를 매개로 하여 커플링하는 것인 올리고머 프로브 어레이 제조 방법..
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