KR101120158B1 - 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법 - Google Patents

액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101120158B1
KR101120158B1 KR1020100024180A KR20100024180A KR101120158B1 KR 101120158 B1 KR101120158 B1 KR 101120158B1 KR 1020100024180 A KR1020100024180 A KR 1020100024180A KR 20100024180 A KR20100024180 A KR 20100024180A KR 101120158 B1 KR101120158 B1 KR 101120158B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
protein
substrate
liquid crystal
present
printed
Prior art date
Application number
KR1020100024180A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110105110A (ko
Inventor
장창현
Original Assignee
가천대학교 산학협력단
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 가천대학교 산학협력단 filed Critical 가천대학교 산학협력단
Priority to KR1020100024180A priority Critical patent/KR101120158B1/ko
Publication of KR20110105110A publication Critical patent/KR20110105110A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101120158B1 publication Critical patent/KR101120158B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1396Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

본 발명은 (a) 유니버셜 결합파트너(universal binding partner)로서의 단백질이 표면에 포함되어 있는 스탬프(stamp)를 제조하는 단계; (b) 상기 스탬프를 롤링하여 제1기판(substrate)상의 표면에 상기 단백질을 프린팅하는 단계; (c) 상기 결합파트너와 결합카운터파트너(binding counter-partner)로서의 단백질과 반응시키는 단계; 및 (d) 상기 제1기판에 제2기판을 덮은 후 이 기판들 사이에 액정을 주입하여 광학 셀을 제조하는 단계를 포함하는 액정(liquid crystal)을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀(optical cell) 제조방법 및 이의 방법에 의하여 제조된 광학 셀에 관한 것이다. 본 발명은 롤러 프린터된 단백질 필름에 특이적인 바이오 분자 상호간 작용을 액정을 이용하여 디스플레이 함으로써, 액정-기반 단백질 분자 분석에 사용하는 경우 복잡한 기계사용 및 노동력을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 액정-기반을 이용하는 바이오칩 또는 바이오 센서와 같은 분야에 있어서 기초적인 자료를 제공한다.

Description

액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법{Methods of Preparation for Optical Cell Displaying Proteins Interaction Using Liquid Crystal}
본 발명은 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법에 관한 것이다.
액정 물질은 다양한 탐지 응용분야에 있어서 매우 큰 잠재성을 가지고 있다. 액정의 배향적인 특성은 나노 구조의 표면에서의 생물학적 결합을 광학적 결과물로 증폭 및 도입시킬 수 있다.1-3 또한, 서브마이크로미터 스파셜 솔루션(submicrometer spatial resolution)을 이용하여 표면에서의 리셉터-매개 단백질 결합을 이미지화 하는데 이용될 수 있다.4,5 이러한 방법은 효소적 또는 형광성 레이블의 이용을 필요로 하지 않기 때문에 잠재적으로 유용하며, 이러한 레이블은 표면-기반 분석에 있어서 매우 복잡하고, 높은 멀티플렉싱 수준을 억제한다.6,7 또한, 이러한 방법은 복잡한 기구8 및 노동 기술9의 이용을 필요로 하지 않는다. 표면상에서 바이오분자의 상호작용을 탐지하기 위한 LC를 이용하는 접근법은 경사적으로 증착된 금(gold) 필름상에서의 SAMs (self-assembled monolayers)의 나노미터-규모 구조를 이용한 것이다.10-13 금(Au) 표면상에 유기 황 화합물(organosulfur compounds)로 제조된 SAMs가 나노구조로된 표면위에서 높은 컨트롤이 가능하게 하더라도, 이러한 접근법은 금 필름의 증착을 위해서 초고진공 체임버(ultra high vacuum chamber)를 필요로 한다.14-16 그러므로, 이러한 접근법의 폭 넓은 사용은 매우 제한적이다.
본 연구자들은 액정-기반 바이오분자 분석에서의 사용을 위하여 기판을 제조하면서 복잡한 기계 사용을 필요로 하지 않는 간단하고 다재다능한 기술을 개발하였다. 본 연구는 원통의 스탬프를 이용하여 단백질의 롤러-프린팅을 기반으로 한 기술이며, 유리 현미경 슬라이드상에서 전-활성된 표면에 공유결합으로 부착된 단백질 필름을 형성한다. LC를 이용하여 롤러 프린팅 과정 및 광학적 셀의 제조를 도 1에 대략적으로 도시하였다.
이러한 과정을 통하여 개발된 이방성의(anisotropic) 표면 구조는 LC-기반 바이오분자 분석을 할 수 있도록 다음과 같은 필수적인 특성을 가지고 있다. 첫 번째, 롤러 프린터된 단백질 필름은 액정의 방향성을 동일하게 한다. 두 번째, 프린터된 단백질은 용액에서 타겟 분자와 특이적으로 결합 할 수 있다. 세 번째, 린싱(rinsing)을 통하여 프린터된 표면에 비특이적으로 결합되었던 단백질을 쉽게 제거한다. 네 번째, 프린터된 단백질 필름에 대한 타겟 분자의 결합은 LC의 나란한 정렬에서 측정할 수 있는 범위의 변화를 유도한다.
본 연구에서, 본 연구자들은 롤러 프린팅을 이용하는 접근법의 가능성 및 전-활성된 금 표면상으로 아비딘을 공유결합으로 고정화에키는 것에 대하여 기술하였다. 네마틱(nematic) 5CB (4-cyano-4’-pentylbiphenyl)의 방향성이 바이오틴 용액과 인큐베이션하기 전에 프린트된 아비딘 표면의 평면에 평행한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 단백질-리셉터 착물화(complexation)는 5CB의 자유로운 방향성을 유도하였으며, 단백질-리셉터 복합체들은 프린트된 단백질 표면의 나노스케일 표현 형태를 방해하였다. 바이오틴 결합 전 및 후에 롤러 프린터된 아비딘의 구조를 특성화하기 위하여 AFM (Atomic force microscopy) 및 타원편광분석(ellipsometry)을 이용하였다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명자들은 보다 경제적이고 효율성이 높은 단백질 상호반응을 기판 상에서 디스플레이 할 수 있는 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 원통모양의 롤러에 고정된 단백질을 기판상 표면에 형성된 SAM(self-assembled monolayer)에 롤러 프린트하고, 프린트된 단백질이 액정의 방향성을 일정한 방향(예컨대, 롤러 방향과 수평 및 기판과의 수직 방향) 유도함으로써, 프린트된 단백질과 이에 특이적 단백질과의 상호작용에 대한 디스플레이가 가능하다는 것을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 액정(liquid crystal)을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀(optical cell) 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 액정(liquid crystal)을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀(optical cell)을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 유니버셜 결합파트너(universal binding partner)로서의 단백질이 표면에 포함되어 있는 스탬프(stamp)를 제조하는 단계; (b) 상기 스탬프를 롤링하여 제1기판(substrate)상의 표면에 상기 단백질을 프린팅하는 단계; (c) 상기 결합파트너와 결합카운터파트너(binding counter-partner)로서의 단백질과 반응시키는 단계; 및 (d) 상기 제1기판에 제2기판을 덮은 후 이 기판들 사이에 액정을 주입하여 광학 셀을 제조하는 단계를 포함하는 액정(liquid crystal)을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀(optical cell) 제조방법을 제공한다.
본 발명자들은 보다 경제적이고 효율성이 높은 단백질 상호반응을 기판 상에서 디스플레이 할 수 있는 방법을 개발하고자 노력하였으며, 그 결과, 원통모양의 롤러에 고정된 단백질을 기판상 표면에 형성된 SAM(self-assembled monolayer)에 롤러 프린트하고, 프린트된 단백질이 액정의 방향성을 일정한 방향(예컨대, 롤러 방향과 수평 및 기판과의 수직 방향) 유도함으로써, 프린트된 단백질과 이에 특이적 단백질과의 상호작용에 대한 디스플레이가 가능하다는 것을 편광현미경으로 확인하였다.
본 발명은 단백질이 코팅된 원통형 롤러를 이용하여 코딩된 단백질이 액정의 방향성을 일정한 방향으로 조절함으로써, 기판을 통과한 편광을 통하여 특정 단백질간의 결합에 대한 디스플레이가 가능하다. 따라서, 본 발명은 이러한 특성을 이용하여 특정 단백질간의 상호작용을 간단하고 빠른 시간내 검출할 수 있는 특징을 가지고 있다.
본 발명에서 표현 “유니버셜 결합파트너로서의 단백질”은 검출 또는 탐지시키고자 하는 특정 단백질과 특이적으로 결합할 수 있는 단백질을 의미하며, “결합카운터파트너로서의 단백질”은 시료(예컨대, 혈액, 혈청, 혈장, 소변 또는 그 외의 체액)에 포함된 특정 단백질을 의미한다.
본 발명에서의 용어 “스탬프(stamp)"는 기판에 상기 유니버셜 결합카운터를 붙이기 위하여 사용되는 물질이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 스템프는 실리콘 중합체 또는 공중합체, 에폭시 중합체 또는 공중합체, 또는 아크릴 중합체 또는 공중합체이다.
본 발명에서 이용되는 탄성기질은 중합체이며, 이는 선형 또는 분쇄형 백본을 가질 수 있고, 교차결합 또는 비교차결합된 중합체이다.
본 발명에서 이용될 수 있는 에폭시 중합체는 에폭시기로 알려져 있는 3-멤버 환형 에테르기의 존재에 의해 특징 지워진다. 예를 들어, 비스페놀 A의 다이글라이시딜 에테르 등이 본 발명에 이용될 수 있다.
본 발명에서 이용될 수 있는 실리콘 탄성체는, 클로로실란(예컨대, 메틸클로로실란, 에틸클로로실란 및 페닐클롤로실란) 등과 같은 전구체로부터 형성되는 중합체이다. 특히 바람직한 실리콘 중합체는 폴리다이메틸실론산(PDMS)이다. 예시적인 폴리다이메틸 실론산 중합체는 (주)다우 케미컬에서 Sylgard 상표명으로 판매되는 것이며, 특히 Sylgard 182, Sylgard 184 및 Sylgard 186이 적합하다.
탄성기질 표면 상에 산화막을 형성시키는 방법은 당업계에 공지된 어떠한 프로토콜에 따라 실시하여도 무방하다. 바람직하게는, 상기 산화막은 산소 플라즈마를 이용하여 형성된다.
본 발명에서 상기 스템프 표면에 부착된 단백질을 기판에 부착시키는 경우, 다양한 방법(예컨대, 기판에 수직방향으로 힘을 가하여 부착)으로 단백질을 기판에 부착할 수 있다. 그러나, 스템프와 기판사이에 원하지 않은 공간으로 인하여 단백질 기판에 균일하게 부착시키는 것은 매우 어려운 결과를 초래한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 단계 (a)에서의 스탬프는 원통형 지지체에 부착시킨 후 기판의 일정한 방향으로 롤링(rolling)하는 단계를 추가적으로 포함한다.
본 발명에서 이용하는 제1기판은 통상적으로 유리(SiO2)로 제조되는 것이 바람직하며, 추가적으로 고상기질을 포함한다.
본 발명에서 이용될 수 있는 고상 기질은 표면 특성에 무관하게 어떠한 것도 이용 가능하다. 예를 들어, 고상 기질은, 금속(예컨대, 금, 금과 구리의 합금, 알루미눔), 금속 옥사이드, 유리, 세라믹, 석영, 실리콘, 반도체, Si/SiO2 웨이퍼, 게르마늄, 갈륨 아르세나이드, 카본, 탄소나노튜브, 폴리머(예컨대, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴아미드), 세파로스, 아가로스 및 콜로이드를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 고상 기질로서 이용될 수 있는 금속은 특별하게 제한되지 않으며, 당업계에서 이용되는 어떠한 금속도 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 이용되는 금속 고상 기질은의 표면의 형상, 크기 및 화학적 조성은 특별히 제한되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 “금속 고상 기질”은 금속, 금속 옥사이드 및 합금의 기질을 모두 포괄하는 의미를 갖는다. 예를 들어, 본 발명에서 이용될 수 있는 금속 고상 기질은, 금, 은, 동, 백금, 알루미늄, 상기 금속의 합금(예컨대, 금과 구리의 합금) 또는 금속 옥사이드 기판을 포함한다. 금속 고상 기질은 금속으로 이루어진 고상 기질뿐만 아니라, 금속이 표면 코팅된 기판도 포함한다.
가장 바람직하게는, 본 발명에서 이용되는 고상 기질은 금(Au)이다.
본 발명에서 상기 제1기판은 고상 기질과의 접착을 향상시키기 위하여 티타늄을 제1기판에 증착한 후 고상 기질을 증착시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용하는 상기 제1기판은 기판 표면에 고상 기질이 증착된 기판이며, 보다 바람직하게는 상기 고상 기질과 제1기판 사이에 티타늄이 증착된 기판이다.
바람직하게는, 본 발명에서의 제1기판은 제1기판의 표면 및 단백질과의 공유결합을 할 수 있는 링커를 앵커링(anchoring)시키는 단계를 추가적으로 포함한다.
본 발명에서 링커로 이용 가능한 것은, 다양한 단량체들이 이용될 수 있으며, 예를 들어, 아크릴산, 아크릴로니트릴, 알릴아민, 메타크릴산, 알킬 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 부타디엔, 카보메틸실란, (카보네이트)우레탄, 폴리디메틸실록산의 아크릴레이트, 폴리디메틸 실록산의 메타크릴레이트, 에틸렌, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, (에테르) 우레탄, 우레탄, 비닐 클로라이드, 비닐 알코올, 말레산 무수물, 셀룰로오스 클로라이드, 비닐 알코올, 셀룰로오스 니트레이트, 카복시 메틸 셀룰로오스, 덱스트란, 덱스트란 설페이트, 프로필렌, 에스테르, 카보네이트, 에테르, 부텐, 말레산, 플루오로폴리머 모노머 단위, 불포화 폴리머 모노머, 이소프렌, 멜라민, 설폰, 생물학적 폴리머 모노머 단위, 단백질, 젤라틴, 단백질, 젤라틴, 엘라스틴, 부틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 디글라이시달 에테르, 폴리프로필렌 글리콜 디글라이시딜 에테르, N-아크릴옥시석니너마이드, 글라이시딜 메타크릴레이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 아크로레인, 글리세롤 모노메타클리레이트, 헤파린 메타크릴레이트, 메타크릴로일에틸 포스포릴콜린, 부틸 아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 사이클로헥실 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 헥사데실 메타크릴레이트, 옥타데실 메타크릴레이트, 스틸렌, 메틸 스틸렌, 비닐 톨루엔, 터트-부틸 아크릴레이트, n-비닐 피롤리돈, 글리코라이드, 락타이드, 부티로락톤, 카프로락톤, 하이드록시알카노에이트, 3-하이드록시부티레이트, 4-하이드록시부티레이트, 3-하이드록시발러레이트, 3-하이드록시헥사노에이트, 11-머캅토언데카카노익 산(mercaptoundecanoic acid; HOOC(CH2)10SH)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용하는 링커는 11-머캅토언데카카노익 산이다.
상기 링커에는 반응기가 결합되어 있다. 이 링커는 단백질과 반응하여 공유결합을 형성할 수 있는 것이다. 따라서, 링커에 있는 반응기는 다양한 반응기를 포함한다. 예를 들어, 링커에 있는 반응기는, 알데하이드; 에폭시; 할로알킬; 1차아민; 티올; 말레이미드; 에스테르(바람직하게는 N-하이드록시석시너마이드 에스테르 작용기); 그리고 카르복실기(하이드록시-석시너마이드 에스테르 형성에 의해 활성화됨)와 히드록실기(사이아노겐 브로마이드로 활성화됨)와 같은 활성화되는 반응기를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가장 바람직하게는, 링커에는 반응기로서 카르복실기를 포함한다.
본 발명에서 링커가 반응기로서 카르복실기를 포함하는 경우, 바람직하게는, 이 카르복실기는 N-히드록시숙시니마이드(N-Hydroxysuccinimide: NHS), 석시너미딜 에스테르, 설포-석시너미딜 에스테르, 2,3,5,6-테트라플루오로페놀 에스테르, 4-설포-2,3,5,6-테트라플루오로페놀 에스테르, 알데하이드, 산무수화물, 아자이드, 아졸리드, 카보이마이드, 에폭사이드, 에스테르, 글리시딜 에테르, 할라이드, 이미다졸 또는 이미데이트에 의해 활성화 되어 있다. 가장 바람직하게는, 반응기로서의 카르복실기는 N-히드록시숙시니마이드 또는 석시너미딜 에스테르에 의해 활성화 되어 있다.
상기 고상 기질에 코팅된 링커로부터 유래된 반응기에 단백질을 공유결합된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 고상 기질 상에 코팅되는 링커는 고상 기질 상에 자가-조립 단일막(self assembled monolayer) 형태로 존재한다.
고상 기질 상에 형성된 자가-조립 단일막은, 0.8-2 nm, 바람직하게는 0.9-1.3 nm의 두께를 갖는다.
본 발명에서 상기 단계 (d)에서의 광학 셀은 제1기판에 제2기판을 포함한다. 바람직하게는, 상기 기판 사이 간격은 5-100 ㎛이며, 보다 바람직하게는 7-15 ㎛이고, 보다 더 바람직하게는 10-14 ㎛이다.
일반적으로 서모트로픽(themotropic)액정은 액정물질들의 상(phase)과 전기적인 힘이 가해졌을 때 발생하는 상 구조의 변화에 따라 스메크틱(smectic)액정, 네바틱액정 및 콜레스테릭 액정으로 분류된다.
스메크틱 액정은 가늘고 긴 분자가 일정 방향으로 배열되어 층상 구조를 이루고 있다. 따라서, 층 사이의 결합력이 약해서 층 사이에 유동성을 갖으며 액정중에서 분자 배열의 규칙성이 가장 높고, 고체 결정에 가까운 성질을 갖는다.
네마틱 액정은 분자가 일정 방향으로 배열되어 있지만 스메크틱 액정처럼 층상 구조는 아니며 스메크틱 액정과 같이 2차원적인 결정성을 갖고 있는 것이 아니라 1차원의 결정성을 가지고 있다. 각 분자는 장축 방향으로 자유롭게 움직일 수 있으므로 스메크틱 액정에 비해 점성이 작아 흐르기 쉽다. 또한, 전기장이나 자기장, 게다가 표면력 등으로 분자 방향을 일정하게 정돈하기 쉬우므로 표시 소자에 많이 이용된다.
콜레스테릭 액정은 어떤 층 속에서는 일정한 방향을 갖지만, 옆의 층마다 조금씩 방향이 틀어져 나선 구조를 이루고 있다. 콜레스테롤 화합물에서 많이 발견되므로 콜레스테릭이라고 명명하는데, 이 나선의 회전 폭에 따라 액정이 띠는 색채는 온도, 힘, 전기장, 자기장의 작용을 받아 크게 변한다. 콜레스테릭 액정은 이 성질을 이용해서 여러 분야에서 널리 이용된다.
본 발명에서는 나노표면지형 및 화학적물성에 의하여 액정 분자의 배열이 전환되는 특성을 이용한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용하는 액정은 네마틱 액정이며, 보다 바람직하게는 4-시아노-4’펜틸비페닐(4-cyano-4’-pentylbiphenyl), 4-시아노-4’헥실비페닐(4-cyano-4’hexylbiphenyl), 4-시아노-4’헵틸비페닐(4-cyano-4'-heptylbiphenyl), 4-시아노-4’옥틸비페닐(4-cyano-4'octylbiphenyl), 4-시아노-4’노닐비페닐(4-cyano-4'nonylbiphenyl), 4-시아노-4’데실비페닐(4-cyano-4'decylbiphenyl), 4-시아노-4’언더데실비페닐(4-cyano-4'underdecylbiphenyl) 또는 4-시아노-4’도데실비페닐(4-cyano-4'dodecylbiphenyl)이며, 보다 더 바람직하게는 4-시아노-4’펜틸비페닐(4-cyano-4’-pentylbiphenyl) 또는 4-시아노-4’헥실비페닐(4-cyano-4’hexylbiphenyl)이고, 가장 바람직하게는 4-시아노-4’펜틸비페닐이다.
본 발명에서 상기 단계 (d)에서의 제2기판은 옥틸트리클로로실란(Octyltrichlorosilane)으로 코팅된 유리 현미경 슬라이드가 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 따르며, 본 발명은 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀을 제공한다.
본 발명은 상기 광학 셀 제조방법에 의하여 제조되는 광학 셀이므로, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(ⅰ) 본 발명은 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법, 이의 방법에 의하여 제조된 광학 셀 및 단백질 칩을 제공한다.
(ⅱ) 본 발명은 롤러 프린터된 단백질 필름에 특이적인 바이오 분자 상호간 작용을 액정을 이용하여 디스플레이 함으로써, 액정-기반 단백질 분자 분석에 사용하는 경우 복잡한 기계사용 및 노동력을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
(ⅲ) 또한, 본 발명은 액정-기반을 이용하는 바이오칩 또는 바이오 센서와 같은 분야에 있어서 기초적인 자료를 제공한다.
도 1은 액정을 이용하여 롤러 프린팅 및 단백질의 이미지를 위하여 이용된 과정을 대략적인 모식도 표현한 것이다.
도 2는 1 ㎎/㎖ 아비딘에서 인큐베이션된 원통의 스탬프와 함께 접촉 전(패널 A) 및 후(패널 B)에 카르복실릭 산-말단을 가지는 모노레이어상에서 지지된 네마틱 5CB의 광학적 양태(교차 극)를 나타낸 것이다. 45°까지 상기 이미지에 나타난 셀을 회전한 후에 보다 낮은 이미지를 얻을 수 있었다(패널 A 및 패널 B). 흰색 화살표는 롤러 프린팅 방향을 나타낸 것이며, 각 이미지의 수평 치수는 3.2 ㎜이었다.
도 3은 롤러 프린터된 표면의 광학적 이미지를 나타낸 것이다. 패널 A는 아비딘 용액과 함께 인큐베이션 시킨 스탬프로 프린트된 카르복실릭 산-말단을 가지는 표면 롤러와 접촉하여 네마틱 5CB 필름의 광학적 이미지를 나타낸 것이다. 롤러 프린터된 표면을 PBS 용액(패널 B), 1 ㎎/㎖ BSA를 포함하는 PBS 용액(패널 C) 및 1 ㎎/㎖ 바이오틴을 포함하는 PBS 용액(패널 D)에 30℃에서 1시간 동안 담갔다. 각각의 용액으로부터 표면을 제거한 뒤, 0.01% Triton X-100이 포함된 PBS, PBS 및 물로 스템프를 연속적으로 린스하고 N2 스트림하에서 건조시켰다. 45°까지 상기 이미지에 나타난 셀 회전 후에 낮은 이미지를 얻을 수 있었다. 흰색 화살표는 롤러 프린팅 방향을 나타낸 것이며, 각 이미지의 수평 치수는 3.2 ㎜이었다.
도 4는 롤러 프린터된 아비딘 필름상으로 흡수된 단백질의 타원편광적(Ellipsometric) 두께를 나타낸 것이다.
도 5는 각각의 다양한 용액에서 롤러 프린트된 아비딘 필름의 AFM 이미지를 나타낸 것이다. 패널 (A)는 인큐베이션 전, 패널 (B)는 1 ㎎/㎖ BSA를 포함하는 PBS 용액과 함께 인큐베이션한 후, 패널 (C)는 1 ㎎/㎖ 바이오틴을 포함하는 PBS 용액과 함께 인큐베이션한 후의 롤러 프린트된 아비딘 필름의 AFM 이미지를 나타낸 것이다. 각 이미지 상에서 검은 색 화살표는 절단 방향을 나타낸 것이고, 패널 (A)에서 2개의 프로파일은 횡단면도(cross-sectional views)와 일치한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
다른 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) 부 또는 %, 고체/액체는 (중량/부피) 부 또는 %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) 부 또는 %이다.
재료 및 방법
1. 재료
International Advanced Materials(NewYork, NY)사로부터 티타늄(Titanium; 99.999%) 및 금 (99.999%)을 구입하였다. 유리 현미경 슬라이드는 Fisher Scientific(Pittsburgh, PA)로부터 구입한 프리미엄급 슬라이드인 Fisher’s Finest이다. BDH사에 의하여 제조된 네마틱(nematic) 액정 5CB (4-cyano-4’-pentylbiphenyl)을 EM Industries사(Hawthorne, NY)로부터 구입하였다. 또한, 실리콘 센스(Silicon Sense; Nashua, NH)사로부터 광택 실리콘 (100) 와이퍼(wafers)를 구입하였으며, PDMS(Polydimethylsiloxane) 스탬프는 Sylgard 184 (Dow Corning, Midland, MI)사로부터 구입하였다. OTS (Octyltrichlorosilane), APES (3-aminopropyltriethoxysilane), SA (succinic anhydride), 11-머캅토운데카노익 산(11-mercaptoundecanoic acid), NHS (N-hydxysuccinimide), EDC (N-(3-dimethylaminopropyl)-N’-ethylcarbodiimide hydrochloride), 아비딘(avidin), 바이오틴(biotin) 및 PBS (phosphate buffered saline)는 Sigma-Aldrich사에서 구입하였다. pH 7.4, PBS에서 모든 단백질 용액을 제조하였다. 모든 수용액은 Milli-Q 워터 퓨리피케이션 시스템(Milli-Q water purification system; Millipore, Bedford, MA)을 이용하여 고 순도 탈이온수(18 MΩ cm)로 제조하였다.
2. 기판 세척
80℃에서 1시간 동안 “피란하 솔루션(piranha solution; 70% H2SO4/30% H2O2”을 이용하여 유리 현미경 슬라이드를 세척하였다. 세척액을 제거한 후, 탈 이온수, 에탄올 및 메탄올로 기판을 린스하고, N2 조건하에서 건조시켰다. 120℃ 오븐에서 세척된 기판을 하룻밤 저장하였다.
3. OTS로 처리된 유리 슬라이드의 제조
30분 동안 OTS/n-헵탄 용액에 피란하로 세척된 유리 슬라이드를 담갔다. 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)로 슬라이드를 린스하였고, N2 스트림하에서 건조시켰다. 두 개의 OTS 슬라이드에 끼워진 5CB의 방향성을 관찰하여 OTS 슬라이드의 수직배향(homeotropic alignment)에 대한 테스트하였다. 수직 배향을 나타내지 않는 슬라이드는 제거되었다.
4. 금 필름 증착
액정 콤비네이션에서의 사용을 위하여, 전자빔 증발기(electron beam evaporator)를 사용하여 회전하는 평판위에 놓인 깨끗한 유리 현미경 슬라이드위로 200 두께의 금 반투명 필름을 증착하였다. 평판상에서의 기판 회전은 금이 입사(incidence)의 선호하는 방향 없이 증착이 된다는 것을 증명한다. 유리 현미경 슬라이드와 금 필름 사이에서의 접착을 촉진시키기 위하여 80 두께의 티타늄 층을 이용하였다. 금 및 티타늄의 증착 비율은 0.2 /s이었다. 증착하는 동안 증발기 압력은 < 5 x 10-7 Torr 였다.
5. 카르복실릭 산-말단을 가지는 SAMs(Self-assembled monolayers)
2 mM 11-머캅토언데카카노익 산(mercaptoundecanoic acid; HOOC(CH2)10SH)을 포함하는 에타놀릭(ethanolic) 용액에 필름을 담가 금 필름 표면상에서 SAMs를 형성시켰다. 2시간의 후, 에탄올로 슬라이드를 린스하고 N2 가스 스트림하에서 건조하였다. 단백질이 프린트되기 전에 NHS 에스테르로 슬라이드 표면을 활성화시켰다.
6. 스탬프 제조
페트리 디쉬에 있는 실리콘 마스터상에 Sylgard 184를 투여하여 PDMS 스탬프를 제조하고, 80℃에서 하룻밤 유지하였다. PDMS를 해리(release) 위하여 진공상태에서 하룻밤 동안 (트리데카플루오로-1,1,2,2,-테트라하이드로옥틸)-1-트리클로로실란((tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane) 증기로 마스터를 실란화하였다. 다음 단계를 위하여 PDMS를 15 mm x 3 mm 스탬프로 절단하였다.
7. 단백질 롤러 프린팅
30분 동안 PBS (phosphate buffer saline)에 포함된 1 ㎎/㎖ 아비딘(avidin)으로 전체 스탬프를 커버하였다. 항체가 묻은 스탬프를 물로 간단히 린스하고, N2 가스 스트림에서 건조한 다음, 더블-사이드(double-sided tape) 테입을 이용하여 유리 실린더 주변을 둘러쌌다. 그 다음, NHS 에스테르로 전-활성화된 카르복실레이트(carboxylate)-말단을 가지는 모노레이어를 포함하는 표면에 스템프를 롤링하여 아비딘 레이어를 인쇄하였다. 롤링시 스탬프와 모노레이어 사이를 접촉시키기 위하여 부드럽게 압력을 주었다.
8. 단백질 형성 용액 결합
pH 7.4, 35℃에서 1시간 동안 단백질 PBS 용액에서 기판을 인큐베이션을 통하여 롤러 프린트된 공유결합-고정 아비딘 필름에 특이적 및 비특이적 단백질들을 결합시켰다. 1 ㎎/㎖ 비오틴 및 BSA (bovine serum albumin)이 포함된 10 mM의 PBS을 이용하였다. PBS내 0.01% 트리톤 X-100이 포함된 PBS, PBS 및 탈이온수로 기판을 연속적으로 린스하였다. 단백질 용액을 제거하고, 즉시 기판 N2 스트림하에서 건조시켰다.
9. 광학 셀 제조
아비딘으로 폴러 프린트된 표면과 OTS로 처리된 유리 현미경 슬라이드를 페어링하여 광학 셀을 제조하였다. 슬라이드들을 서로 마주보게 정렬하고, 표면 끝에 필름 스페이서(12 ㎛이하의 두께)를 삽입하여 떨어뜨려 놓았다. 미니 바인더 클립을 이용하여 셀을 고정하였다. 따뜻한 플레이트에 셀들을 올려 놓고 히트 건(heat gun)으로 40℃까지 가열하였다. 광학 셀의 끝에 유리 주사기안에서 등방성 상태(isotropic phase; > 35℃)로 가열된 5CB를 균일하게 분배하였다. 그 다음, 모세관 힘을 이용하여 두 개의 표면 사이에 있는 공간으로 5CB를 흘러 들여보냈다. 1시간 이상 실온에서 천천히 셀을 냉각시켰다. 냉각시키자 마자, 5CB는 등방성 상태에서 네마틱(nematic) 상태로 변하였다.
10. 이미지 캡쳐
네마틱 5CB로 채워진 광학 셀을 통하여 전달된 빛에 의하여 형성된 광학 텍스쳐(textures)를 이미지화하는데 편광 현미경(polarized light microscope; ECLIPSE LV100POL, Nikon, Tokyo, Japan)를 이용하였다. 직교 편광판(crossed polarizers)사이에 4개의 대물렌즈를 이용하여 이미지를 얻었다. 편광 현미경이 부착된 디지탈 카메라(DS-2Mv, Nikon, Tokyo, Japan)로 각 액정 셀의 광학적 양태를 캡쳐하였다. 1600 x 1200 픽셀(pixels)의 해상도, x 1.00 및 1/10s 셔터 속도에서 이미지를 캡쳐하였다.
11. 박막두께 측정기(Ellipsometry)
380-1100 ㎚의 파장 및 70° 입사각에서 Elli-SE(UV)FM8 (Ellipsotechnology)를 이용하여 박막의 두께를 측정하였다. 유리 현미경 슬라이드상에서 롤러 프린트된 아비딘 필름을 제조에 사용된 동일한 과정으로 처리된 실리콘 와이퍼를 사용하여 측정하였다. 유기 레이어의 굴절률을 1.18로 예측하여 간단한 두 개의 층 모델(SiO2/Si)을 이용하여 단백질 결합 후 유기 레이어 두께의 증가를 계산하였다.
12. 원자 현미경(Atomic Force Microscopy)
롤러 프린트된 아비딘 필름과 결합된 단백질 이미지는 탭핑 모드(tapping mode)에서 작동하는 Veeco Nanoscope IIIa (Santa Barbara, CA)을 이용하는 AFM에 의하여 얻었다. 샘플은 평균 10 nm이하의 반경을 가지는 실리콘 팁을 이용하여 샘플을 이미지화하였다. 이미지는 한 라인당 256 샘플 포인트로 1.0 Hz의 스캔 비율로 얻어졌다.
실험결과
1. 공유결합으로 고정화된 롤러 프린트된 아비딘 필름상에서의 5CB 방향
본 연구자들은 롤러 프린트된 단백질이 4가지의 필수적 특성을 가지는 표면을 디자인함으로써 액정으로 이미지화할 수 있다는 가설에 대하여 테스트 하였다. 표면상에서 네마스틱 5CB의 방향 특성을 확인하기 위하여, 얇은 필름 스페이서로 분리된 두 개의 표면을 포함하고 있는 광학 셀을 조립하였다. 한 쪽 표면은 유리 현미경 슬라이드상에 증착된 평편한 금 필름에서의 11-머캅토언데카노익 산로부터 형성된 카르복실레이트-말단을 가지는 모노레이어로 구성되었다. 다른 표면은 OTS(octyltrichlorosilane)으로 기능화된 유리 현미경 슬라이드로 구성되었다. OTS는 5CB의 수직(직각) 방향성을 야기하는 것으로 알려져 있다.17,18 두 개의 표면사이에 공간으로 증착된 LC 필름 두께는 12-13 ㎛로 측정되었다. 현미경 단계에서 교차 극(crossed polars)사이에 광학 셀을 회전시킴으로써 광학 셀안에서의 5CB 방향을 결정하였다. 현미경 단계에서의 샘플 방향은 단백질 프린팅 방향과 광학 현미경의 편광판과의 각으로 결정하였다.
도 2a에 1 ㎎/㎖ 아비딘에서 인큐베이션한 원통형 스탬프로 접촉시킨 전과 후의 카르복실릭 산-말단을 가지는 모노레이어상에서 지지된 네마틱 5CB 필름의 광학적 양상을 나타내었다. 아비딘이 표면에 프린트되지 않은 경우, 액정의 광학적 모습은 복잡하고 불규칙적이었다(도 2a). LC의 불규칙한 모습은 선호된 방위각의 방향성 없이 네마틱 5CB가 모노레이어 필름상에 고정되어 있다는 것을 의미하였다. 이와 대조적으로, 5CB가 롤러 프린트된 아비딘 필름상에서 지지되는 경우, 5CB의 광학 모습은 규칙적으로 통일되었다(도 2b). 이러한 결과는 액정이 롤러 프린트된 아비딘의 필름의 표면상에서 규칙적으로 통일성 있게 방향성을 나타낸다는 것을 의미한다. 1/4 파장 판(quarter wave plate)을 사용하여, 표면상의 5CB 액정은 롤러 프린팅 방향과 평행한 방향으로 배열되어 있는 양상을 나타내었다. 직교 편광판들을 회전시키는 경우, 롤러 프린트된 아비딘 필름사이에서 고정된 5CB의 광학적 양태가 명암을 변화시키는 것으로 밝혀졌다(도 2b). 네가틱 상태의 광학적 축이 편광판 또는 분광기와 나란히 배열되는 경우 액정은 어둡게 나타났다. 이러한 결과를 토대로, 본 연구자들은 롤러 프린트된 화학적으로 고정된 아비딘 필름이 프린팅 방향과 평행한 방향에서 5CB의 네마틱 상태의 “균일(uniform)”하고 “평면(planar)” 고정을 유도하는 것으로 판단하였다.
2. 롤러 프린트된 아비딘 필름에 바이오틴의 특이적 결합 후 5CB 방향성
LC의 방향에 있어서 롤러 프린트된 아비딘 필름에 특이적인 단백질 결합 및 이의 결합에 대한 결과를 조사하였다. 도 3a에 아비딘 용액으로 인큐베이션한 스탬프로 롤러 프린트된 카르복실레이트-말단을 가지는 표면과 접촉시켜 네마틱 5CB 필름의 광학적 이미지(직교 편광판)를 나타내었다. 불규칙한 모습을 나타내는 영역은 원통의 스탬프에 의하여 접촉되지 않는 카르복실레이트-말단을 가지는 표면의 영역과 일치하였다. 이와 대조적으로, LC는 아비딘과 반응시킨 스템프와 접촉한 영역에서 밝은 그린색을 나타내었다. 교차 극 사이에서의 샘플 회전은 이 영역에서 LC의 방향을 평행하게 하였으며, LC의 방향은 롤러 프린팅 방향과 평행한 방향을 나타내었다.
본 발명자들은 액정 방향성에 있어서 프린트된 아비딘 표면에 대한 단백질의 특이적인 결합 효과에 대하여 조사하였다. 공유결합으로 고정화된 바이오틴의 프린트된 필름은 1 ㎎/㎖ 바이오틴을 포함하는 PBS 용액과 함께 35℃에서 1시간 반응시켰다. 바이오틴 용액으로부터 표면 제거 후, 이 표면을 0.01% 트리톤 X-100이 포함된 PBS, PBS, 및 물로 연속적으로 린스하였고, N2 스트림하에서 건조시켰다. 도 3의 패널 (D)에 이러한 표면과 접촉시킨 5CB 필름의 광학적 이미지를 나타내었다. 이러한 조건하에서, LC의 광학적 양상은 매우 불규칙적이었다. 샘플에 통과된 빛의 강도에 있어서 교차 극 사이에서 샘플의 회전은 재생할 수 있는 조절을 하지 못하였다. 이러한 결과는 바이오틴의 특이적인 결합이 롤러 프린트된 아비딘의 필름의 이방성구조를 지우고, 롤러 프린트된 아비딘의 필름이 LC를 규칙적으로 나란하게 배열시킨다는 것을 제시한다.
그러나, 본 발명자들은 프린트된 단백질 표면상에서 비특이적인 단백질의 흡수가 동일한 LC의 방향성을 충분히 지울 수 있다고 의문을 가졌다. 비특이적인 흡수가 표면에 대한 단백질의 특이적인 결합 효과를 가리기 때문에, 이러한 단백질의 비특이적인 흡수는 LC를 기반으로 하는 바이오분자 분석에 대한 기판으로서의 이용에 있어서 제한적이게 한다.
이러한 가능성을 테스트하기 위하여, 본 연구자들은 2가지 대조군(35℃에서 1시간 동안 PBS 용액과 아비딘 표면과의 인큐베이션 및 1 ㎎/㎖ BSA가 포함된 PBS와 아비딘 표면과의 인큐베이션) 실험을 하였다. 각각의 용액으로부터 표면을 제거한 뒤, 0.01% Triton X-100이 포함된 PBS, PBS, 및 물로 스탬프를 연속적으로 린스하고 N2 스트림하에서 건조시켰다. 도 3의 패널 (B) 및 (C)는 PBS와 1 ㎎/㎖ BSA가 포함된 PBS에 담그고 빼낸 프린트된 아비딘 필름상에 고정된 5CB의 광학적 양상을 각각 나타낸 결과이다. 대조군 용액에 담구었던 필름상에 지지된 LC의 광학적 모습에서 결점이 나타나더라도 남겨진 LCs의 크기는 같은 모양으로 향하였다. 그러므로, 본 연구자들은 연속적인 린스 후 롤러 프린트된 아비딘 필름상에서 BSA의 비특이적인 흡수가 같은 모양의 LC 고정을 방해하지 못한다고 판단되었다. 이러한 결과는 프린트된 아비딘 필름에 특이적인 바이오틴 결합으로부터의 결과 대조적이며, 특이적인 단백질 상호작용이 LC의 비균일적인 고정을 유발하였다.
3. 롤러 프린트된 아비딘 필름에 결합하는 단백질의 타원편광분석 및 표면형태 분석
네마틱 5CB의 방향성 이동이 결합하는 단백질 양의 변화에 의한 것인지를 결정하기 위하여, 롤러 프린트된 필름에 결합하는 외분 단백질을 측정하는 타원편광분석을 이용하였다. APES (3-aminopropyltriethoxysilane) 및 SA (succinic anhydride)을 이용하여 카르복실릭 산-말단을 가지는 실리콘 와이퍼를 기능화시켰다. 그 다음, 아비딘을 롤러로 프린트하고, NHS/EDC 화합물을 이용하여 아비딘을 표면상에 공유결합으로 고정화하였다. 도 4에 나타내었듯이, 비특이적 단백질 흡수로 인하여 타원편광분석 두께는 변화되지 않았다. 반대로, 프린트된 아비딘 표면에 특이적인 바이오틴 결합은 유의적인 광학적 두께의 증가를 나타내었다. 결합된 바이오틴의 타원편광학적 두께는 7.3 ㎚이었다. 본 연구에서 이용된 바이오틴 분자의 크기는 약 5 ㎚ 이하(퍼옥시다아제-바이오틴아미드코프로일 콘주게이트(peroxidase-biotinamidcoproyl conjugate), SIGMA: HRP(horseradish peroxidase)의 분자량은 약 44 kDa, 치환도는 2.2 바이오틴/몰)이며, 타원편광학적 두께(7 ㎚)의 증가는 모노레이어 범위와 거의 일치한다.
본 발명자들은 단백질 용액과의 인큐베이션 전과 후에의 롤러 프린트된 아비딘 필름의 나노미터 규모의 표면 형태에 대한 변화를 측정하였다. 도 5의 패널 (A)에는 아비딘 필름의 표면 형태 이미지 및 횡단면(cross-sectional) 프로파일을 나타내었으며, 표면 형태 구조상에서 롤러 프린팅의 효과가 관찰되었다. 횡단면 라인은 롤러 프린팅이 아비딘 필름에 이방성(anisotropic) 표면 형태를 나타나게 했다는 것을 의미한다. 비특이적 단백질(BSA) 용액과 표면과의 인큐베이션은 표현 형태에 있어서 어떠한 유의적인 변화를 유도하지 못하였다(도 5의 패널 (B)). 이와는 대조적으로, 바이오틴 용액으로 아비딘 표면을 담근 경우에는 특이적인 단백질 결합으로 인하여 표면 형태 및 표면의 두께가 유의적으로 증가되었다(도 5의 패널 (C)). 도 5a 및 도 5c의 비교에서 롤러 프린트된 아비딘과 바이오틴의 결합은 결합된 바이오틴이 없을 때에 AFM에 의하여 측정된 이방성 표면 형태가 나타나지 아니하였다. 이러한 결과를 기초로 하여, 본 연구자들은 바이오틴의 결합으로인하여 롤러 프린트된 아비딘 표면의 이방성 구조의 제거가 표면상에서 LC(일정한 평면부터 랜덤까지)의 방향성을 이동 시킬 수 있다고 판단하였다.
결론
본 연구는 유리 현미경 슬라이드상에 공유결합으로 고정된 아비딘의 롤러 프린트된 필름이 LC를 동일한 방향으로 맞출 수 있다고 제시하였다. 수용액으로부터 비특이적으로 흡수된 단백질은 LC의 동일하고 나란한 배열을 유지하기에 어려울 수준으로 헹굼을 통하여 쉽게 제거되었다. 이와 대조적으로, 이러한 표면에 대한 특이적인 단백질 결합은 롤러 프린터된 단백질의 이방성 구조를 제거하여 LC의 방향성 전환을 유발시켰다. 이러한 특성들은 롤러 프린터된 단백질 필름이 특이적인 바이오분자간 상호작용이 LC에 의하여 이미지화 될 수 있는 기판으로서 유용할 수 있다는 것을 제시한다. 그러므로, 본 연구는 LC에 의하여 이미지화 할 수 있는 단백질 칩에 대한 기판으로서 표면상에 공유결합으로 고정된 롤러 프린트된 단백질 필름이 사용될 수 있음을 최초로 제시한 것이다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
참조 문헌
1. V. K. Gupta, J. J. Skaife, T. B. Dubrovsky, N. L. Abbott, Science, 279, 2077 (1998).
2. M. L. Tingey, S. Wilyana, E. J. Snodgrass, N. L. Abbott, Langmuir, 20, 6818 (2004).
3. C. H. Jang, M. L. Tingey, N. L. Korpi, N. L. Abbott, J. Am. Chem. Soc., 127, 8912 (2005).
4. J. J. Skaife, N. L. Abbott, Langmuir, 16, 3529 (2000).
5. C. H. Jang, L. L. Cheng, C. W. Olsen, N. L. Abbott, Nano Lett, 6, 5, 1053 (2006).
6. U. B.Nielsen, M. H. Cardone, A. J Sinskey, G. MacBeath, P. K.Sorger, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 100, 9330, (2003).
7. E. Harlow, D. Lane, Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, New York (1998).
8. A. Pandey, M. Mann, Nature, 405, 837 (2000).
9. A. Venien, D. Levieux, E. J. Dufour, Colloid Interface Sci., 223, 215 (2000).
10. Y. Y. Luk, M. L. Tingey, D. J.Hall, B. A. Israel, C. J. Murphy, P. J. Bertics, N. L. Abbott, Langmuir, 19, 1671 (2003).
11. L. A. Tercero Espinoza, Y. Y. Luk, K. Schumann, B. A. Israel, N. L. Abbott, Langmuir, 20, 2375 (2004).
12. M. L. Tingey, Y. Y. Luk, N. L. Abbott, Adv. Mater., 14, 1224 (2002).
13. Y. Y. Luk, N. L. Abbott, Science, 301, 623 (2003).
14. J. J. Skaife, N. L. Abbott, Langmuir, 16, 3529 (2000).
15. D. L. Everitt, W. J. W. Miller, N. L. Abbott, X. D. Zhu, Phys. Rev. B, 62, 8, 4833 (2000).
16. J. Appl. Phys., 90, 7, 3291 (2001).
17. J. S. Park, C. H. Jang, M. L. Tingey, A. M. Lowe, N. L. Abbott, J. Colloid Interf. Sci., 304, 459 (2006).
18. B. H. Clare, K. Efimenko, D. A. Fischer, J. Genzer, N. L. Abbott, Chem. Mater, 18, 2357 (2006).

Claims (10)

  1. 다음을 단계를 포함하는 액정(liquid crystal)을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀(optical cell) 제조방법:
    (a) 유니버셜 결합파트너(universal binding partner)로서의 단백질이 표면에 포함되어 있는 스탬프(stamp)를 제조하는 단계;
    (b) 상기 스탬프를 롤링하여 제1기판(substrate)상의 표면에 상기 단백질을 프린팅하는 단계;
    (c) 상기 결합파트너와 결합카운터파트너(binding counter-partner)로서의 단백질과 반응시키는 단계; 및
    (d) 상기 제1기판에 제2기판을 덮은 후 이 기판들 사이에 액정을 주입하여 광학 셀을 제조하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 스탬프는 실리콘 중합체 또는 공중합체, 에폭시 중합체 또는 중합체, 또는 아크릴 중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스탬프는 실리콘 중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스탬프는 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 스탬프를 원통형 지지체에 부착시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 상기 제1기판은 고상기질이 제1기판 표면에 증착되어 있는 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (d)에서 액정은 네마틱(nematic) 액정인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 4-시아노-4’-펜틸비페닐(4-cyano-4’-pentylbiphenyl)인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제2기판은 옥틸트리클로로실란(Octyltrichlorosilane)으로 코팅된 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 상기 제 1 항 내지 제 9 항의 방법 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조된 광학 셀.
KR1020100024180A 2010-03-18 2010-03-18 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법 KR101120158B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100024180A KR101120158B1 (ko) 2010-03-18 2010-03-18 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100024180A KR101120158B1 (ko) 2010-03-18 2010-03-18 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110105110A KR20110105110A (ko) 2011-09-26
KR101120158B1 true KR101120158B1 (ko) 2012-03-22

Family

ID=44955563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100024180A KR101120158B1 (ko) 2010-03-18 2010-03-18 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101120158B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910001434A (ko) * 1988-06-15 1991-01-30 다니이 아끼오 배향제어막과 배향제어법 및 액정소자
KR20040049466A (ko) * 2002-12-06 2004-06-12 학교법인 포항공과대학교 단일 공정을 통해 ito 유리 표면에 아민기 함유분자층을 형성하는 방법
KR20050033312A (ko) * 2003-10-06 2005-04-12 한국과학기술원 블록 공중합체의 나노패턴을 이용한 나노-바이오칩의제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910001434A (ko) * 1988-06-15 1991-01-30 다니이 아끼오 배향제어막과 배향제어법 및 액정소자
KR20040049466A (ko) * 2002-12-06 2004-06-12 학교법인 포항공과대학교 단일 공정을 통해 ito 유리 표면에 아민기 함유분자층을 형성하는 방법
KR20050033312A (ko) * 2003-10-06 2005-04-12 한국과학기술원 블록 공중합체의 나노패턴을 이용한 나노-바이오칩의제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110105110A (ko) 2011-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Clare et al. Orientations of nematic liquid crystals on surfaces presenting controlled densities of peptides: amplification of protein− peptide binding events
Gupta et al. Uniform anchoring of nematic liquid crystals on self-assembled monolayers formed from alkanethiols on obliquely deposited films of gold
JP2007506982A (ja) アフィニティー・マイクロコンタクトプリントされた生体分子を検出するための液晶の使用
Shah et al. Using Liquid Crystals To Image Reactants and Products of Acid− Base Reactions on Surfaces with Micrometer Resolution
Lautner et al. Selective artificial receptors based on micropatterned surface‐imprinted polymers for label‐free detection of proteins by SPR Imaging
Han et al. Label-free detection of viruses on a polymeric surface using liquid crystals
AU774673B2 (en) Biochemical blocking layer for liquid crystal assay
Herron et al. Specific recognition-induced self-assembly of a biotin lipid/streptavidin/Fab fragment triple layer at the air/water interface: ellipsometric and fluorescence microscopy investigations
Skaife et al. Influence of nanometer-scale topography of surfaces on the orientational response of liquid crystals to proteins specifically bound to surface-immobilized receptors
Kim et al. Rubbed films of functionalized bovine serum albumin as substrates for the imaging of protein–receptor interactions using liquid crystals
US8569043B2 (en) Detection of post-translationally modified peptides with liquid crystals
Luderer et al. Immobilization of oligonucleotides for biochemical sensing by self-assembled monolayers: thiol-organic bonding on gold and silanization on silica surfaces
Tingey et al. Imaging of affinity microcontact printed proteins by using liquid crystals
Tercero Espinoza et al. Orientational behavior of thermotropic liquid crystals on surfaces presenting electrostatically bound vesicular stomatitis virus
Skaife et al. Influence of molecular-level interactions on the orientations of liquid crystals supported on nanostructured surfaces presenting specifically bound proteins
Fukumoto et al. Photo-alignment behavior of mesoporous silica thin films synthesized on a photo-cross-linkable polymer film
Li et al. Polymer brush nanopatterns with controllable features for protein pattern applications
Chen et al. Two-dimensional periodic relief grating as a versatile platform for selective immunosorbent assay and visualizing of antigens
Park et al. Development of reflective biosensor using fabrication of functionalized photonic nanocrystals
WO2004044583A1 (en) Surfaces with gradients in surface topography
Han et al. Measuring ligand–receptor binding events on polymeric surfaces with periodic wave patterns using liquid crystals
Kim et al. Diagnosis of tuberculosis using a liquid crystal-based optical sensor
KR101120158B1 (ko) 액정을 이용하는 단백질 상호반응 디스플레이용 광학 셀 제조방법
JP2012246163A (ja) ナノ多孔質薄膜、およびその製造方法
Carion et al. Chemical micropatterning of polycarbonate for site‐specific peptide immobilization and biomolecular interactions

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: 20141204

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160128

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180208

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190129

Year of fee payment: 8