KR101180386B1

KR101180386B1 - Patterned substrate for immobilizing biomolecule, manufacturing method of the same, and microarray sensor of biochip

Info

Publication number: KR101180386B1
Application number: KR1020100081680A
Authority: KR
Inventors: 양성; 이동희
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-09-10
Also published as: KR20120018688A

Abstract

본 발명은 기판; 기판 상부에 형성된 소수성 막; 및 상기 소수성 막 상부의 소정 영역에 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막;을 포함하고, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 하는 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 제공한다. 본 발명에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 그 표면이 플라즈마 처리 및 리소그래피 공정에 의해 패턴화된 소수성 영역과 친수성 영역으로 개질되기 때문에 생물분자, 특히 단백질을 마이크로 수준의 해상도로 다양하게 패터닝시킬 수 있고 고밀도로 집적시켜 고정화시킬 수 있다. 또한, 플라스마 처리에 의해 개질된 소수성 표면과 친수성 표면은 물 접촉각의 차이가 매우 커서 동일 특성을 띠는 생물분자군, 특히 단백질군을 높은 선택성을 가지고 고정화시킬 수 있다.The present invention relates to a substrate; A hydrophobic film formed on the substrate; And a hydrophilic film formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophobic film, wherein the hydrophobic film is at least one selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen. A TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing gas and no oxygen, and the hydrophilic film is tetraethyl ortho in a gas atmosphere containing oxygen. Provided is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating silica (Tetraethyl orthosilicate, TEOS) with plasma. The patterned substrate for immobilizing biomolecules according to the present invention is capable of variously patterning biomolecules, especially proteins at micro-level resolution, since the surfaces thereof are modified into hydrophobic and hydrophilic regions patterned by plasma treatment and lithography processes. It can be fixed and integrated at a high density. In addition, the hydrophobic surface and the hydrophilic surface modified by the plasma treatment can immobilize biomolecule groups, particularly protein groups, which have the same characteristics because the difference in water contact angle is very large and have the same characteristics.

Description

Patterned substrate for immobilizing biomolecules, a method of manufacturing the same, and a microarray sensor for a biochip {Patterned substrate for immobilizing biomolecule, manufacturing method of the same, and microarray sensor of biochip}

본 발명은 생물분자 고정화용 패턴화 기판, 이의 제조 방법 및 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비활성기체 분위기 하의 플라즈마 처리에 의해 형성되고 패턴화된 소수성 TEOS 증착막 및 산소를 포함하는 분위기 하의 플라즈마 처리에 의해 형성되고 패턴화된 친수성 TEOS 증착막을 포함하는 생물분자 고정화용 패턴화 기판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a patterned substrate for immobilizing biomolecules, a method for manufacturing the same, and a microarray sensor for a biochip. The present invention relates to a patterned substrate for immobilizing a biomolecule, including a patterned hydrophilic TEOS deposited film formed by plasma treatment, a method for manufacturing the same, and a microarray sensor for a biochip including the same.

인간 게놈 프로젝트의 완료와 더불어 최근 인간의 질병의 원인과 치료 개발에 관한 기반연구가 특정 유전자나 단백질의 기능 분석에 국한하지 않고 수많은 유전자 혹은 단백질에 대해 High Throughput System (HTS)을 이용한 동시 분석이 많은 연구자에 의해 수행되고 있다. 이렇게 수많은 유전자 혹은 단백질의 동시분석을 수행하는 학문분야의 대상을 유전체(genome), 단백질체(proteome), 생리체 (Physiome)라 부르고 이들을 연구하는 연구 분야를 유전체학, 단백질체학, 생리체학이라 한다. 이와 같이 다량의 단백질 혹은 유전자에 관한 연구가 HTS 분석법에 의하여 수행됨에 따라 새로운 초고속대량(high-throughput) 분석 방법의 개발이 필요하게 되었고, 이의 중심에 바이오칩이 있다.With the completion of the Human Genome Project, recent research on the cause and treatment development of human diseases is not limited to the analysis of specific genes or proteins, but many simultaneous analyzes using the High Throughput System (HTS) for many genes or proteins. It is being done by researchers. The subjects of academic fields that perform simultaneous analysis of numerous genes or proteins are called genome, proteome and physiome, and the research fields that study them are genomics, proteomics and physiology. As such studies on a large amount of proteins or genes are performed by HTS analysis, it is necessary to develop a new high-throughput analysis method, and biochip is at the center thereof.

바이오칩이란 기재상에 생물분자가 고정되어 있는 생물학적 마이크로 칩을 뜻하며, 기재상에 고정되는 생물분자의 종류에 따라서 DNA칩, 단백질칩, 세포칩 등으로 구분될 수도 있다. 특히, 칩 상에 고정되어 있는 생물분자는 미지시료인 표적 생물분자와 혼성화함으로써 표적 생물분자에 대한 정보를 분석해 낼 수 있도록 하는 역할을 하며, 프로브(probe)라고 불리기도 한다. 유전체를 연구하는 데에 사용되는 DNA 칩은 이미 상용화가 많이 되어 있어, 새로운 DNA칩의 개발에 대한 연구의 필요성이 비교적 적으나, 단백질 칩의 경우 상용화된 예가 매우 적고, 다양한 응용이 이루어질 여지가 매우 커서 이에 대한 연구가 더욱 요구되고 있다. 또한 원천적으로 단백질은 생리활성 기능을 나타내는 다양한 화학 작용기가 있는데 이러한 작용기의 구조를 유지하는 것이 특정 조건에 한정되어있다. 이처럼 단백질은 구조적으로 안정성이 매우 약하기 때문에 단백질칩의 개발 자체가 DNA칩에 비해 매우 까다로우며 따라서 단백질칩의 개발은 매우 느리게 진행되고 있는 실정이다.Biochip refers to a biological microchip in which biomolecules are immobilized on a substrate, and may be classified into a DNA chip, a protein chip, and a cell chip according to the type of biomolecules immobilized on a substrate. In particular, the biomolecules immobilized on the chip are used to hybridize with the target biomolecules, which are unknown, to analyze information on the target biomolecules, and are also called probes. DNA chips used to study genomes have already been commercialized, so there is relatively little need for research on the development of new DNA chips, but there are very few commercialized cases for protein chips, and there is much room for various applications. There is a growing demand for further research. In addition, the protein has a variety of chemical functional groups that exhibit the biologically active function is limited to the specific conditions to maintain the structure of these functional groups. As the protein is structurally very weak in stability, the development of the protein chip itself is very difficult compared to the DNA chip, and thus the development of the protein chip is very slow.

바이오칩과 관련되어 개발이 요구되는 기술 분야로는 기재상에 생물분자를 고정화(immobilization) 시키는 기술, 바이오칩상에 고정화된 생물분자와 결합하는 시료를 도입하여 혼성화(hybridization)시키는 기술, 바이오칩에서 얻은 결과를 분석하여 표적 생물분자의 존재 및 종류를 알아내는 검출 기술 등이 있다. 이 중 생물분자의 고정화는 바이오센서, 바이오칩, 랩온어칩과 같은 생체물질의 감지 및 진단을 위한 시스템의 제작에 있어서 필수적이다. 이러한 마이크로디바이스 상에서 생체물질을 분석하기 위해서는 미세한 위치에 따라 생물분자를 선택적으로 고정화시키는 방법이 요구된다.The technical fields that require development in connection with biochips include techniques for immobilizing biomolecules on a substrate, hybridization by introducing samples that bind to biomolecules immobilized on biochips, and results obtained from biochips. And detection techniques to determine the presence and type of target biomolecules by analyzing them. Among these, immobilization of biomolecules is essential for the fabrication of systems for the detection and diagnosis of biomaterials such as biosensors, biochips, and lab-on-a-chips. In order to analyze biomaterials on such microdevices, a method of selectively immobilizing biomolecules according to a minute position is required.

한편, 단백질칩을 이용하면 단백질-단백질간의 상호관계에 관한 데이터 생성이 가능하며, 신약 개발시 시간 및 비용의 절감효과를 가져올 수 있는데, 한 예로 현재의 유전자를 이용한 치료약 개발보다 걸리는 시간을 비약적으로 단축시킬 수 있다. 또한, 단백질칩은 산업적 수요 뿐 아니라, 질환 진단, 환경 모니터링, 유해성 검진 등 잠재수요도 대단히 크다. 이러한 장점들로 인해 DNA칩보다 더 큰 시장을 형성할 것이라 예상되고 있어 단백질칩에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다. 단백질칩은 크게 마이크로어레이 센서(Microarray sensor)와 과 단백질 결합 분석 장치(Detection system)로 구성된다. 이 중 마이크로어레이 센서는 단백질칩의 핵심부분으로, 단백질칩의 발전 속도를 결정하고 있는 주요 요인이 되고 있는 부분이다. 상기 마이크로어레이 센서는 수십 내지 수백 개의 단백질이 작은 표면에 일정한 배열로 결합된 것인데, 대부분 슬라이드 크기의 유리나 플라스틱을 이용한다. 상기 마이크로어레이 센서에 있어서, 그 핵심기술은 단백질을 마이크로어레이 센서의 기판 표면에 결합시키는 단백질 고정화 기술이다. 단백질 고정화 기술은 특성에 따라 다음과 같이 세 가지로 나뉜다. 첫 번째는 카르복시메틸-덱스트란[CM(carboxymethyl)-dextran]을 이용하여 특정 단백질을 마이크로어레이 센서 기판의 표면에 고정하는 방법으로, 가장 널리 이용되고 있는 방법이다. 그 중 아민(amine)결합이 가장 보편적으로 이용되며, 산성을 띠는 단백질이나 DNA 등을 결합시키기 위한 티올(thiol)결합이나, 아비딘-바이오틴(avidin-biotin)결합이 이용되기도 한다. 두 번째 방법은 다수의 동일 특성을 띠는 단백질군을 결합할 수 있도록 마이크로어레이 센서 기판의 표면을 처리하는 방법인데, 현재 이용 가능한 표면은 친수성 단백질용 표면(hydrophilic surface), 소수성 단백질용 표면(hydrophobic surface), 이온교환용 표면(ion exchange surface), 금속 결합 단백질용 표면(immobilized metal surface) 등을 들 수 있다. 세 번째는 불특정 다수의 단백질을 결합시키는 방법으로, 폴리라이신(polylysine)이나 칼릭스 크라운(calix crown)을 예로 들 수 있다.On the other hand, protein chips can be used to generate data on the protein-protein interactions, which can save time and money in the development of new drugs. It can be shortened. In addition, the protein chip is not only industrial demand, but also potential demand, such as disease diagnosis, environmental monitoring and hazard screening. These advantages are expected to create a larger market than DNA chips, so the development of protein chips is urgently needed. Protein chips are largely composed of a microarray sensor and a protein binding analysis system. Among them, the microarray sensor is a core part of the protein chip, which is a major factor determining the speed of development of the protein chip. The microarray sensor is a combination of tens to hundreds of proteins in a small array on a small surface, mostly using a slide-size glass or plastic. In the microarray sensor, the core technology is a protein immobilization technique for binding a protein to the substrate surface of the microarray sensor. Protein immobilization techniques are divided into three categories according to their characteristics. The first method is to fix a specific protein on the surface of a microarray sensor substrate using carboxymethyl-dextran [CM], which is the most widely used method. Among them, amine (amine) bonds are most commonly used, thiol bonds for binding acidic proteins or DNA, and avidin-biotin bonds are also used. The second method is to treat the surface of the microarray sensor substrate to combine a large number of homogeneous protein groups. Currently available surfaces are hydrophilic and hydrophobic surfaces. surface, ion exchange surface, immobilized metal surface, and the like. The third is a method of binding a plurality of unspecified proteins, for example, polylysine or calix crown.

위에서 언급한 바와 같이 바이오칩을 제조함에 있어서, 기판상에 생물분자를 고정화시키는 기술이 중요하고, 생물분자의 고정화 방법으로 다양한 방법들이 소개되어 왔다. 기판에 생물분자를 고정함에 있어서, 생물분자의 고정화율이 높아야 함은 물론이고, 원하는 다양한 패턴(바람직하게는 미세패턴)으로 고정되어야 한다. 특히, DNA칩이나 단백질칩 등의 경우에는 생물분자를 가능한 한 마이크로미터 크기(micrometer scale)의 특정된 영역(spot)에 고밀도로 집적시켜 고정화시키는 것이 무엇보다 중요하다. 고밀도로 집적된 경우, 그만큼 유전 정보를 해독할 수 있는 능력이 향상되기 때문이다. 생물분자를 다양한 패턴 및 고밀도로 집적시켜 고정화시키기 위해서는 생물분자 고유의 물리화학적인 특성에 맞게 디바이스상에 고정화되어질 부분의 표면 특성을 선택적으로 개질하는 것이 필요하다.As mentioned above, in manufacturing a biochip, a technique of immobilizing biomolecules on a substrate is important, and various methods have been introduced as a method of immobilizing biomolecules. In fixing the biomolecules to the substrate, the immobilization rate of the biomolecules should be high, as well as fixed in various desired patterns (preferably fine patterns). In particular, in the case of DNA chips or protein chips, it is important to integrate biomolecules in a specific spot of a micrometer scale as high density as possible and to immobilize them. In the case of high density integration, the ability to decipher the genetic information is improved. In order to integrate and immobilize biomolecules in various patterns and densities, it is necessary to selectively modify the surface properties of the part to be immobilized on the device in accordance with the biophysical inherent physicochemical properties.

본 발명의 일 목적은 생물분자, 특히 단백질의 다양한 패턴 구현이 가능하고 생물분자, 특히 단백질을 고밀도로 집적시켜 고정화시킬 수 있는 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 제공하는데에 있다.One object of the present invention is to provide a patterning substrate for immobilizing biomolecules, in particular, biomolecules, which can implement various patterns of proteins, and can immobilize biomolecules, particularly proteins, at high density.

또한, 본 발명의 다른 목적은 생물분자, 특히 단백질의 다양한 패턴 구현이 가능하고 생물분자, 특히 단백질을 고밀도로 집적시켜 고정화시킬 수 있는 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법을 제공하는데에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing a patterned substrate for immobilizing biomolecules, which can implement various patterns of biomolecules, in particular proteins, and can immobilize biomolecules, particularly proteins, at high density.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 바이오칩, 특히 단백질칩의 핵심 요소인 마이크로어레이 센서로서, 생물분자, 특히 단백질이 마이크로미터 수준의 해상도를 갖는 다양한 패턴 및 고밀도로 고정화된 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제공하는데에 있다.In addition, another object of the present invention is a microarray sensor which is a key element of a biochip, in particular a protein chip, and provides a microarray sensor for biochips in which biomolecules, especially proteins, are immobilized in various patterns and densities having a micrometer resolution. It is in

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판; 기판 상부에 형성된 소수성 막; 및 상기 소수성 막 상부의 소정 영역에 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막;을 포함하고, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 하는 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 제공하다. 여기서, 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있다. 또한, 상기 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막 또는 상기 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 소수성 막의 두께는 0.1~1㎛ 인 것이 바람직한데, 이 경우 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 소수성 막과 친수성 막의 높이 차가 크지 않아 2차원 표면 구조를 가진다. 또한, 상기 친수성 막이 형성되지 않은 소수성 막 상부의 영역 또는 소수성 막이 형성되지 않은 친수성 막 상부의 영역은 일정 간격으로 배열된 라인 형상의 패턴, 일정 간격으로 배열된 서클(circle) 형태의 패턴, 또는 허니컴 형상의 패턴 등 다양한 패턴을 가질 수 있다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention is a substrate; A hydrophobic film formed on the substrate; And a hydrophilic film formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophobic film, wherein the hydrophobic film is at least one selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen. A hydrophobic TEOS deposition film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with a plasma in a gas atmosphere containing gas and no oxygen, and the hydrophilic film is tetraethyl ortho in the gas atmosphere containing oxygen. The present invention provides a patterned substrate for immobilizing biomolecules, which is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma. Here, the hydrophobic membrane may be interchanged with the hydrophilic membrane, and the hydrophilic membrane with the hydrophobic membrane. In addition, the thickness of the hydrophilic film formed by patterning the embossed structure or the hydrophobic film formed by patterning the embossed structure is preferably 0.1 ~ 1㎛, in this case the patterning substrate for biomolecule immobilization is the height of the hydrophobic film and the hydrophilic film The difference is not so large that it has a two-dimensional surface structure. In addition, the region on the hydrophobic membrane without the hydrophilic membrane formed or the region on the hydrophilic membrane without the hydrophobic membrane formed may be a line-shaped pattern arranged at regular intervals, a circle-shaped pattern arranged at regular intervals, or a honeycomb. It may have various patterns such as a pattern of a shape.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한 상부의 소정 영역이 홈 형상으로 패턴화된 기판; 기판의 홈이 형성되지 않은 상부에 형성된 소수성 막; 및 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 친수성 막을 포함하고, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 하는 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 제공한다. 여기서, 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있다. 또한, 상기 기판 상부에 형성된 홈의 깊이는 0.1~100㎛이고, 상기 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 친수성 막 또는 상기 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 소수성 막의 두께는 0.1~1㎛ 인 것이 바람직하다. 특히, 상기 기판 상부에 형성된 홈의 깊이가 10~~100㎛인 경우, 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 소수성 막과 친수성 막의 높이 차가 커서 3차원 표면 구조를 가진다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention also includes a substrate patterned in a groove shape a predetermined area of the upper; A hydrophobic film formed on an upper portion of which the groove of the substrate is not formed; And a hydrophilic film formed on the grooved portion of the substrate, wherein the hydrophobic film comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen and does not contain oxygen A hydrophobic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with a plasma in a gas atmosphere, and the hydrophilic film is tetraethyl orthosilicate (TEOS) in a gas atmosphere containing oxygen. ) Is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treatment with plasma). Here, the hydrophobic membrane may be interchanged with the hydrophilic membrane, and the hydrophilic membrane with the hydrophobic membrane. In addition, the depth of the groove formed in the upper portion of the substrate is 0.1 ~ 100㎛, the hydrophilic film formed on the upper portion of the groove formed on the substrate or the thickness of the hydrophobic film formed on the upper portion of the groove is formed is preferably 0.1 ~ 1㎛. . In particular, when the depth of the groove formed on the substrate is 10 ~ 100㎛, the height difference between the hydrophobic film and the hydrophilic film has a three-dimensional surface structure of the patterning substrate for biomolecule immobilization.

본 발명에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판에서 상기 친수성 막은 바람직하게는 물 접촉각이 10°이하인 초친수성 막인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 소수성 막은 바람직하게는 물 접촉각이 60°이상인 소수성 막인것을 특징으로 한다. 또한, 플라즈마 처리 과정에서 상기 산소를 포함하는 가스 분위기는 바람직하게는 산소 외에 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 더 포함하는 혼합 가스 분위기인 것을 특징으로 한다.
In the patterned substrate for biomolecule immobilization according to the present invention, the hydrophilic membrane is preferably a superhydrophilic membrane having a water contact angle of 10 ° or less. In addition, the hydrophobic membrane is preferably characterized in that the hydrophobic membrane having a water contact angle of 60 ° or more. In addition, the gas atmosphere including the oxygen in the plasma treatment is preferably a mixed gas further comprising at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen in addition to oxygen. It is an atmosphere.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상부에 소수성 막을 형성하는 단계; 상기 소수성 막 상부에 식각 마스크를 배치하고 패터닝 시키는 단계; 상기 패터닝된 식각 마스크의 상부 및 상기 패터닝에 의해 노출된 소수성 막의 상부에 친수성 막을 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 친수성 막을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 하는 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법을 제공한다. 여기서, 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention comprises the steps of forming a hydrophobic film on the substrate; Disposing and patterning an etching mask on the hydrophobic layer; Forming a hydrophilic film on top of the patterned etch mask and on top of the hydrophobic film exposed by the patterning; And removing the patterned etching mask and the hydrophilic film formed thereon, wherein the hydrophobic film comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen. Is a hydrophobic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing no oxygen, and the hydrophilic film is tetraethyl orthosilyl in a gas atmosphere containing oxygen. The present invention provides a method for manufacturing a patterned substrate for immobilizing biomolecules, characterized in that the hydrophilic TEOS deposited film is formed by treating kerit (Tetraethyl orthosilicate, TEOS) with plasma. Here, the hydrophobic membrane may be interchanged with the hydrophilic membrane, and the hydrophilic membrane with the hydrophobic membrane.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한 기판 상부에 소수성 막을 형성하는 단계; 상기 소수성 막 상부에 식각 마스크를 배치하고 패터닝 시키는 단계; 상기 패터닝에 의해 노출된 소수성 막 및 패터닝에 의해 노출된 소수성 막과 같은 영역의 기판 상부를 식각하여 기판 상부의 소정 영역에 홈 형상의 패턴을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 식각 마스크의 상부 및 상기 기판의 홈이 형성된 상부에 친수성 막을 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 친수성 막을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 하는 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법을 제공한다. 여기서, 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있다.In order to achieve the other object of the present invention, the present invention also comprises forming a hydrophobic film on the substrate; Disposing and patterning an etching mask on the hydrophobic layer; Etching the upper portion of the substrate in the same region as the hydrophobic film exposed by the patterning and the hydrophobic film exposed by the patterning to form a groove-shaped pattern in a predetermined region above the substrate; Forming a hydrophilic film on the patterned etch mask and on the grooved portion of the substrate; And removing the patterned etching mask and the hydrophilic film formed thereon, wherein the hydrophobic film comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen. Is a hydrophobic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing no oxygen, and the hydrophilic film is tetraethyl orthosilyl in a gas atmosphere containing oxygen. The present invention provides a method for manufacturing a patterned substrate for immobilizing biomolecules, characterized in that the hydrophilic TEOS deposited film is formed by treating kerit (Tetraethyl orthosilicate, TEOS) with plasma. Here, the hydrophobic membrane may be interchanged with the hydrophilic membrane, and the hydrophilic membrane with the hydrophobic membrane.

본 발명에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판에서, 상기 식각 마스크는 바람직하게는 감광성 폴리머, 메탈 하드 마스크, 이산화규소, 폴리실리콘 및 질화실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하고, 이때 상기 감광성 폴리머는 포토레지스트(Photoresist, PR)인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 기판 상부에 홈을 형성하기 위한 식각은 디프 반응성 이온 에칭법(Deep reactive-ion etching, DRIE)에 의해 수행되는 것이 바람직한데, 디프 반응성 이온 에칭법(Deep reactive-ion etching, DRIE)을 이용하는 경우 기판 상부에 깊이가 큰 홈을 원활하게 형성할 수 있다.
In the biomolecule immobilization patterned substrate according to the present invention, the etch mask is preferably made of any one selected from the group consisting of photosensitive polymers, metal hard masks, silicon dioxide, polysilicon and silicon nitride, wherein The photosensitive polymer is more preferably a photoresist (PR). In addition, the etching for forming a groove on the substrate is preferably performed by deep reactive ion etching (DRI), Deep reactive-ion etching (DRI) In the case of using, a groove having a large depth can be smoothly formed on the substrate.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판; 기판 상부에 형성된 소수성 막; 상기 소수성 막 상부의 소정 영역에 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막; 및 상기 친수성 막의 상부 또는 상기 친수성 막이 형성되지 않은 소수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성하는 생물분자;를 포함하고, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 하는 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제공한다. 여기서, 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention is a substrate; A hydrophobic film formed on the substrate; A hydrophilic film formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophobic film; And a biomolecule selectively immobilized on top of the hydrophilic membrane or on a hydrophobic membrane on which the hydrophilic membrane is not formed to form a pattern, wherein the hydrophobic membrane is made of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen A hydrophobic TEOS deposition film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing at least one inert gas selected from the group and containing no oxygen, wherein the hydrophilic film is oxygen Provided is a biochip microarray sensor, which is a hydrophilic TEOS deposition film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere. Here, the hydrophobic membrane may be interchanged with the hydrophilic membrane, and the hydrophilic membrane with the hydrophobic membrane.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한 상부의 소정 영역이 홈 형상으로 패턴화된 기판; 기판의 홈이 형성되지 않은 상부에 형성된 소수성 막; 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 친수성 막; 및 상기 소수성 막의 상부 또는 상기 친수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성하는 생물분자;를 포함하고, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 하는 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제공한다. 여기서 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention also provides a substrate having a predetermined region of the upper portion patterned in a groove shape; A hydrophobic film formed on an upper portion of which the groove of the substrate is not formed; A hydrophilic film formed on an upper portion of the grooves of the substrate; And biomolecules selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane or on the hydrophilic membrane to form a pattern, wherein the hydrophobic membrane is selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen. A hydrophobic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing at least one inert gas and not containing oxygen, and the hydrophilic film is in a gas atmosphere containing oxygen. The present invention provides a biochip microarray sensor, which is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma. Wherein the hydrophobic membrane can be interchanged with a hydrophilic membrane, and the hydrophilic membrane with a hydrophobic membrane.

본 발명에 따른 바이오칩용 마이크로어레이 센서에서, 상기 생물분자는 바람직하게는 단백질, 핵산, 호르몬, 효소 기질, 또는 항원 중 어느 하나인 것을 특징으로 하며, 이때, 단백질은 소수기를 포함하는 항체인 것이 보다 바람직하다.In the biochip microarray sensor according to the present invention, the biomolecule is preferably any one of a protein, a nucleic acid, a hormone, an enzyme substrate, or an antigen, wherein the protein is more preferably an antibody containing a hydrophobic group. desirable.

본 발명에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 그 표면이 플라즈마 처리 및 리소그래피 공정에 의해 패턴화딘 소수성 영역과 친수성 영역으로 개질되기 때문에 생물분자, 특히 단백질을 마이크로 수준의 해상도로 다양하게 패터닝시킬 수 있고 고밀도로 집적시켜 고정화시킬 수 있다. 또한, 플라스마 처리에 의해 개질된 소수성 표면과 친수성 표면은 물 접촉각의 차이가 매우 커서 동일 특성을 띠는 생물분자군, 특히 단백질군을 높은 선택성을 가지고 고정화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 포함하는 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 이용하면 생물분자, 특히 단백질 고정화의 집적도를 높인 단백질 칩의 제조가 가능하고, 초고속대량분석(high-throughput screening 또는 high-throughput sequencing) 시스템에 적용되어 질병 진단, 신약 개발 등에 유용하게 사용될 수 있다.The patterned substrate for biomolecule immobilization according to the present invention is capable of variously patterning biomolecules, especially proteins at micro-level resolution, since the surface thereof is modified into patterned hydrophobic and hydrophilic regions by plasma treatment and lithography processes. It can be integrated and fixed at a high density. In addition, the hydrophobic surface and the hydrophilic surface modified by the plasma treatment can immobilize biomolecule groups, particularly protein groups, which have the same characteristics because the difference in water contact angle is very large and have the same characteristics. Therefore, using the biochip microarray sensor including the patterning substrate for biomolecule immobilization according to the present invention, it is possible to manufacture protein chips with increased integration of biomolecules, especially protein immobilization, and high-throughput screening. In addition, it can be applied to high-throughput sequencing systems, which can be useful for diagnosing diseases and developing new drugs.

도 1은 본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 다른 일 예를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 이용하여 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서의 사시도이고, 도 6은 도 3에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 이용하여 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 생물분자 고정화용 패턴화 기판 표면의 플라즈마 처리 조건에 따른 물 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이고, 도 9는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 사진이며, 도 10은 본 발명의 실시예 3에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이며, 도 11은 본 발명의 실시예 4에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시예 5에서 제조한 3차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이고, 도 13은 본 발명의 실시예 6에서 제조한 3차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예 7에서 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 고정화된 TS2/4 단일클론 항체의 생물 활성을 TS2/4와 결합하는 2차 항체로 검증한 형광 사진이고, 도 15는 실시예 7에서 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 고정화된 TS2/4 단일클론 항체의 생물 활성을 T 세포(특히 T 세포 표면에 존재하는 LFA-1)로 검증한 형광 사진이다.1 is a perspective view of a biomolecule immobilization patterned substrate according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 shows a manufacturing process of the biomolecule immobilization patterned substrate shown in FIG.
3 is a perspective view illustrating another example of the patterned substrate for biomolecule immobilization according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 4 illustrates a manufacturing process of the patterned substrate for biomolecule immobilization shown in FIG. 3.
FIG. 5 is a perspective view of a biochip microarray sensor manufactured using the biomolecule immobilization patterned substrate shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a biochip manufactured using the biomolecule immobilization patterned substrate illustrated in FIG. 3. It is a perspective view of the microarray sensor.
7 is a graph showing a change in water contact angle according to plasma treatment conditions of the surface of the patterned substrate for biomolecule immobilization prepared in Example 1 of the present invention.
FIG. 8 is a photograph of a two-dimensional surface structure biochip microarray sensor manufactured in Example 1 of the present invention, analyzed by fluorescence microscopy, and FIG. 9 is a view of a biochip structured in two-dimensional surface structure, prepared in Example 2 of the present invention. The microarray sensor is a photograph under a fluorescence microscope, FIG. 10 is a photograph obtained by analyzing a microarray sensor for biochip microstructures having a two-dimensional surface structure prepared in Example 3 of the present invention, and FIG. 11 is a fourth embodiment of the present invention. Photomicrograph of a biochip microarray sensor having a two-dimensional surface structure manufactured by.
12 is a photomicrograph of a three-dimensional surface structure biochip microarray sensor manufactured in Example 5 of the present invention by a fluorescence microscope, Figure 13 is a biochip for a three-dimensional surface structure prepared in Example 6 of the present invention The microarray sensor is analyzed by fluorescence microscope.
FIG. 14 is a fluorescence photograph obtained by verifying the biological activity of a TS2 / 4 monoclonal antibody immobilized on a biochip microarray sensor prepared in Example 7 of the present invention with a secondary antibody that binds to TS2 / 4, and FIG. It is a fluorescence photograph verifying the biological activity of the TS2 / 4 monoclonal antibody immobilized on the biochip microarray sensor prepared in Example 7 with T cells (particularly LFA-1 present on the surface of T cells).

이하, 본 발명의 바람직한 구체예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 구체예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, detailed description is abbreviate | omitted when it is determined that it can obscure the summary of this invention. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited thereto, but may be implemented by those skilled in the art.

본 발명은 일 측면은 생물분자, 특히 단백질의 다양한 패턴 구현이 가능하고 생물분자, 특히 단백질을 고밀도로 집적시켜 고정화시킬 수 있는 생물분자 고정화용 패턴화 기판에 관한 것이고, 본 발명의 다른 측면은 상기 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a patterned substrate for immobilizing biomolecules, which is capable of embodying various patterns of biomolecules, particularly proteins, and capable of immobilizing biomolecules, particularly proteins, at high density. A method for producing a patterned substrate for biomolecule immobilization.

도 1은 본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 사시도이다. 도 1에서 보이는 바와 같이 본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판(100)은 기판(10), 기판 상부에 형성된 소수성 막(20), 및 상기 소수성 막 상부의 소정 영역에 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막(30)을 포함한다. 이때 소수성 막은 친수성 막의 패턴에 대응된 상태로 패턴화된다.1 is a perspective view of a patterned substrate for biomolecule immobilization according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the patterned substrate 100 for biomolecule immobilization according to the first embodiment of the present invention may be formed on the substrate 10, the hydrophobic film 20 formed on the substrate, and a predetermined region on the hydrophobic film. And a hydrophilic film 30 formed in a patterned relief structure. At this time, the hydrophobic membrane is patterned in a state corresponding to the pattern of the hydrophilic membrane.

기판(10)은 실리콘(Si) 웨이퍼, 유리, 석영, 세라믹, 금속 및 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료로 이루어진 고체 기판으로서, 바람직하게는 실리콘 웨이퍼, 또는 유리 기판에서 선택된다.The substrate 10 is a solid substrate made of a material selected from the group consisting of silicon (Si) wafers, glass, quartz, ceramics, metals and plastics, and is preferably selected from silicon wafers or glass substrates.

소수성 막(20)은 물 접촉각이 50°이상(예를 들어, 50~90°)인 박막으로서, 본 발명에서 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이다. 이때, 소수성 TEOS 증착 막은 바람직하게는 물 접촉각이 60°이상(예를 들어 60~90°), 보다 바람직하게는 65°이상(예를 들어 65~80°)인 것을 특징으로 한다. 친수성 막(30)은 물 접촉각이 30°이하인 박막으로서, 물 접촉각이 10° 이하인 초친수성 막을 포함하는 개념이다. 본 발명에서 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막이다. 이때, 친수성 TEOS 증착 막은 바람직하게는 물 접촉각이 10°이하(예를 들어 1~10°)인 초친수성 막인 것을 특징으로 한다.The hydrophobic membrane 20 is a thin film having a water contact angle of 50 ° or more (for example, 50 to 90 °), wherein the hydrophobic membrane is selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen. A hydrophobic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing at least one inert gas and containing no oxygen. At this time, the hydrophobic TEOS deposited film is preferably characterized in that the water contact angle is 60 ° or more (for example 60 to 90 °), more preferably 65 ° or more (for example 65 to 80 °). The hydrophilic membrane 30 is a thin film having a water contact angle of 30 ° or less, and includes a superhydrophilic film having a water contact angle of 10 ° or less. In the present invention, the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. At this time, the hydrophilic TEOS deposited film is preferably characterized in that the super-hydrophilic film having a water contact angle of 10 ° or less (for example 1 ~ 10 °).

본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 소수성 막 및 친수성 막은 플라즈마 처리에 의해 형성된다. 플라즈마(plasma)란 전기적으로 중성인 기체분자가 전기에너지 또는 열에너지를 흡수하여 이온과 전자로 분리되어 있는 상태를 말한다. 현재 플라즈마를 이용하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 반도체 공정에서 플라즈마 식각(plasma etching) 및 화학기상증착(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition), 금속이나 고분자의 표면처리, 인조 다이아몬드 등의 신물질의 합성, 플라즈마디스플레이(PDP: plasma display panel) 및 환경 정화 기술 등 그 응용분야가 점점 더 확대되고 있다. 본 발명에서 소수성 TEOS 증착 막 및 친수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리는 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 저압 플라즈마 처리, 또는 대기압 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있다. 이때 소수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 행해지며, 바람직하게는 헬륨, 네온, 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 행해진다. 한편, 친수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리는 산소를 포함하는 가스 분위기에서 행해지며, 바람직하게는 산소 외에 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 더 포함하는 혼합 가스 분위기에서 행해진다. 산소 존재하에서 플라즈마 처리를 하는 경우 산소 이온은 TEOS에 존재하는 -CH₂CH₃ 및 Si-O 결합을 공격하여 OH기를 형성하고, TEOS 증착 막의 표면 특성을 친수성으로 개질시키는 것으로 판단된다. 이때, 산소와 비활성 기체의 혼합 가스 분위기하에서 플라즈마 처리를 하는 경우 TEOS 증착 막의 친수성으로의 개질 정도를 보다 안정적이고 미세하게 제어할 수 있다. 또한, 소수성 TEOS 증착 막 및 친수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리의 공정 조건을 살펴보면, RF(radio frequency) 발생을 위한 인가 전력은 그 범위가 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 약 50~900W, 바람직하게는 150~450W이다. 이때 발생되는 RF(radio frequency) 주파수 범위도 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 약 30KHz~20MHz, 바람직하게는 500kHZ~15MHz이다.The hydrophobic film and the hydrophilic film of the patterning substrate for biomolecule immobilization according to the first embodiment of the present invention are formed by plasma treatment. Plasma refers to a state in which electrically neutral gas molecules are separated into ions and electrons by absorbing electrical or thermal energy. Currently, research on the technology using plasma is actively progressing. Plasma etching and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), surface treatment of metals and polymers, synthesis of new materials such as artificial diamond, plasma display panels (PDP) and environmental purification in semiconductor processes Applications such as technology are expanding. The plasma treatment used to form the hydrophobic TEOS deposited film and the hydrophilic TEOS deposited film in the present invention is not particularly limited in kind, and for example, low pressure plasma treatment, atmospheric pressure plasma treatment, or the like can be used. The plasma treatment used to form the hydrophobic TEOS deposited film is performed in a gas atmosphere containing at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen and containing no oxygen. It is preferably carried out in a gas atmosphere containing at least one inert gas from the group consisting of helium, neon, and argon and containing no oxygen. On the other hand, the plasma treatment used to form the hydrophilic TEOS deposited film is performed in a gas atmosphere containing oxygen, and preferably 1 selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen in addition to oxygen. It is performed in a mixed gas atmosphere which further contains at least a species of inert gas. In the case of plasma treatment in the presence of oxygen, oxygen ions attack the —CH ₂ CH ₃ and Si—O bonds present in TEOS to form OH groups, and the surface properties of the TEOS deposited film are modified to be hydrophilic. In this case, when the plasma treatment is performed in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas, the degree of modification of the TEOS deposited film to hydrophilicity can be more stably and finely controlled. In addition, referring to the process conditions of the plasma treatment used to form the hydrophobic TEOS deposited film and the hydrophilic TEOS deposited film, the applied power for generating radio frequency (RF) is not particularly limited in scope, specifically, about 50 to 900 W, Preferably it is 150-450W. At this time, the generated RF (radio frequency) frequency range is also not particularly limited, specifically about 30KHz ~ 20MHz, preferably 500kHZ ~ 15MHz.

본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판(100)에서 소수성 막 및 친수성 막의 두꼐는 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 수십 ㎚에서 수백 ㎛의 범위를 가지며, 특히 도 1에서 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막은 두께가 0.1~1 ㎛ 인 것이 보다 바람직하다. 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막은 두께가 0.1~1 ㎛ 인 경우, 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 실질적으로 2차원의 표면 구조를 가지게 된다.In the biomolecule immobilization patterned substrate 100 according to the first embodiment of the present invention, the thickness of the hydrophobic film and the hydrophilic film is not particularly limited. Preferably, the thickness of the hydrophobic film and the hydrophilic film is in the range of several tens of nm to several hundred μm. More preferably, the hydrophilic film formed by patterning with a structure is 0.1-1 micrometer in thickness. When the hydrophilic film formed by patterning the relief structure has a thickness of 0.1 to 1 μm, the patterned substrate for immobilizing biomolecules has a substantially two-dimensional surface structure.

또한, 도 1에서 친수성 막이 형성되지 않은 소수성 막 상부의 영역은 친수성 막의 패턴에 대응되는 다양한 패턴을 가지게 되는데, 이때 소수성 막의 패턴은 그 형상이 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 일정 간격으로 배열된 라인 형상의 패턴, 일정 간격으로 배열된 서클(circle) 형태의 패턴, 또는 허니컴 형상의 패턴 등이 있다.In addition, in FIG. 1, the region of the hydrophobic membrane on which the hydrophilic membrane is not formed has various patterns corresponding to the pattern of the hydrophilic membrane. In this case, the pattern of the hydrophobic membrane is not particularly limited, and in particular, line shapes are arranged at regular intervals. Patterns, circles-shaped patterns arranged at regular intervals, or honeycomb-shaped patterns.

도 2는 도 1에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조 과정을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법은 기판(10) 상부에 소수성 막(20)을 형성하는 단계(S10); 상기 소수성 막 상부에 식각 마스크(25)를 배치하고 패터닝 시키는 단계(S20); 상기 패터닝된 식각 마스크의 상부 및 상기 패터닝에 의해 노출된 소수성 막의 상부에 친수성 막(30)을 형성하는 단계(S30); 및 상기 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 친수성 막을 제거하는 단계(S40);를 포함한다. 이때, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 한다.FIG. 2 illustrates a manufacturing process of the patterned substrate for biomolecule immobilization shown in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the method of manufacturing a patterned substrate for immobilizing biomolecules according to the first embodiment of the present invention may include forming a hydrophobic film 20 on the substrate 10 (S10); Placing and patterning an etching mask 25 on the hydrophobic layer (S20); Forming a hydrophilic film (30) on top of the patterned etching mask and on a hydrophobic film exposed by the patterning (S30); And removing the patterned etching mask and the hydrophilic film formed thereon (S40). At this time, the hydrophobic membrane contains at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, tetraethyl orthosilicate (Tetraethyl) in a gas atmosphere containing no oxygen hydrophobic TEOS deposited film formed by treating plasma with orthosilicate (TEOS), and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. It features.

본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법에서 식각 마스크의 재질은 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 감광성 폴리머, 메탈 하드 마스크, 이산화규소, 폴리실리콘 및 질화실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지고, 보다 바람직하게는 감광성 폴리머, 특히, 포토레지스트(Photoresist, PR)로 이루어진다. 식각 마스크의 재질로 포토레지스트를 이용하는 경우 광리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 쉽게 식각 마스크를 패터닝 시킬 수 있다. 본 발명에서 식각 마스크는 그 하부에 위치하는 소수성 막(또는 후술하는 제2 구체예에서는 친수성 막)을 식각 등의 공정으로부터 보호하는 역할을 하며, 식각 마스크 하부에 위치하는 소수성 막(또는 후술하는 제2 구체예에서는 친수성 막)은 식각 마스크와 동일한 형상으로 패터닝된다. 식각 마스크의 패턴은 그 형상이 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 일정 간격으로 배열된 라인 형상의 패턴, 일정 간격으로 배열된 서클(circle) 형태의 패턴, 또는 허니컴 형상의 패턴 등이 있다.In the manufacturing method of the patterned substrate for biomolecule immobilization according to the first embodiment of the present invention, the material of the etch mask is not particularly limited. Preferably, the etching mask is made of a photosensitive polymer, a metal hard mask, silicon dioxide, polysilicon and silicon nitride. It consists of any one selected from the group, More preferably, it consists of a photosensitive polymer, especially photoresist (PR). When the photoresist is used as the material of the etching mask, the etching mask may be easily patterned using a photolithography process. In the present invention, the etching mask serves to protect the hydrophobic film (or hydrophilic film in the second embodiment, described later) located below the etching process, and the hydrophobic film (or the below-described manufacturing method) located below the etching mask. In two embodiments the hydrophilic film) is patterned in the same shape as the etch mask. The pattern of the etching mask is not particularly limited in shape, and specifically, the pattern of the etch mask includes a line-shaped pattern arranged at regular intervals, a circle-shaped pattern arranged at regular intervals, or a honeycomb-shaped pattern.

본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법에서 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 친수성 막의 제거(S40)는 통상적인 포토레지스트 스트립퍼(photoresist stripper)를 사용하여 수행될 수 있다.In the method of manufacturing a patterned substrate for biomolecule immobilization according to the first embodiment of the present invention, the removal of the patterned etching mask and the hydrophilic film formed thereon (S40) may be performed using a conventional photoresist stripper. Can be.

본 발명의 제2 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 도 1에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 소수성 막이 친수성 막으로, 친수성 막이 소수성 막으로 상호 교환된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제2 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 기판; 기판 상부에 형성된 친수성 막; 및 상기 친수성 막 상부의 소정 영역에 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 소수성 막;을 포함한다. 또한, 본 발명의 제2 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법은 기판 상부에 친수성 막을 형성하는 단계; 상기 친수성 막 상부에 식각 마스크를 배치하고 패터닝 시키는 단계; 상기 패터닝된 식각 마스크의 상부 및 상기 패터닝에 의해 노출된 친수성 막의 상부에 소수성 막을 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 소수성 막을 제거하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 제2 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 그 제조방법에서 소수성 막의 형성방법과 특징, 친수성 막의 형성방법과 특징, 식각 마스크의 패터닝 및 제거에 관한 사항은 본 발명의 제1 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 그 제조방법과 동일하다.
The biomolecule immobilization patterned substrate according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the hydrophobic membrane of the biomolecule immobilization patterned substrate shown in FIG. 1 is a hydrophilic membrane and the hydrophilic membrane is interchanged with a hydrophobic membrane. Biomolecule immobilization patterned substrate according to a second embodiment of the present invention is a substrate; A hydrophilic film formed on the substrate; And a hydrophobic membrane formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophilic membrane. In addition, the method of manufacturing a patterned substrate for biomolecule immobilization according to a second embodiment of the present invention comprises the steps of forming a hydrophilic film on the substrate; Disposing and patterning an etching mask on the hydrophilic layer; Forming a hydrophobic film on top of the patterned etch mask and on top of the hydrophilic film exposed by the patterning; And removing the patterned etching mask and the hydrophobic film formed thereon. In the biomolecule immobilization patterned substrate according to the second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same, a method and a feature of forming a hydrophobic film, a method and a feature of forming a hydrophilic film, and a patterning and removal of an etching mask are described in the first aspect of the present invention. It is the same as the biomolecule immobilization patterned substrate which concerns on a specific example, and its manufacturing method.

도 3은 본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 사시도이다. 도 3에서 보이는 바와 같이 본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판(200)은 상부의 소정 영역이 홈(111) 형상으로 패턴화된 기판(110), 기판의 홈이 형성되지 않은 상부에 형성된 소수성 막(120), 및 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 친수성 막(130)을 포함한다. 이때 기판의 홈이 형성되지 않은 상부 영역은 홈의 패턴에 대응된 상태로 패턴화된다.3 is a perspective view of a patterned substrate for biomolecule immobilization according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the biomolecule immobilization patterned substrate 200 according to the third embodiment of the present invention has a substrate 110 having a predetermined region patterned in the shape of a groove 111, and a groove of the substrate being formed. A hydrophobic film 120 formed on the upper portion of the substrate, and a hydrophilic film 130 formed on the grooved portion of the substrate. At this time, the upper region where the groove of the substrate is not formed is patterned in a state corresponding to the pattern of the groove.

기판(110)은 실리콘(Si) 웨이퍼, 유리, 석영, 세라믹, 금속 및 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료로 이루어진 고체 기판으로서, 바람직하게는 실리콘 웨이퍼, 또는 유리 기판에서 선택된다. 기판은 그 상부의 소정 영역이 홈을 형성하면서 패턴화된다.The substrate 110 is a solid substrate made of a material selected from the group consisting of silicon (Si) wafers, glass, quartz, ceramics, metals and plastics, and is preferably selected from silicon wafers or glass substrates. The substrate is patterned with predetermined regions on top thereof forming grooves.

소수성 막(120)은 물 접촉각이 50°이상(예를 들어, 50~90°)인 박막으로서, 본 발명에서 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이다. 이때, 소수성 TEOS 증착 막은 바람직하게는 물 접촉각이 60°이상(예를 들어 60~90°), 보다 바람직하게는 65°이상(예를 들어 65~80°)인 것을 특징으로 한다. 친수성 막(130)은 물 접촉각이 30°이하인 박막으로서, 물 접촉각이 10°이하인 초친수성 막을 포함하는 개념이다. 본 발명에서 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막이다. 이때, 친수성 TEOS 증착 막은 바람직하게는 물 접촉각이 10° 이하(예를 들어 1~10°)인 초친수성 막인 것을 특징으로 한다.Hydrophobic membrane 120 is a thin film having a water contact angle of 50 ° or more (for example, 50 to 90 °), wherein the hydrophobic membrane is selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen. A hydrophobic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing at least one inert gas and containing no oxygen. At this time, the hydrophobic TEOS deposited film is preferably characterized in that the water contact angle is 60 ° or more (for example 60 to 90 °), more preferably 65 ° or more (for example 65 to 80 °). The hydrophilic membrane 130 is a thin film having a water contact angle of 30 ° or less, and includes a superhydrophilic film having a water contact angle of 10 ° or less. In the present invention, the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. At this time, the hydrophilic TEOS deposited film is preferably characterized in that the super-hydrophilic film having a water contact angle of 10 ° or less (for example 1 ~ 10 °).

본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 소수성 막 및 친수성 막은 플라즈마 처리에 의해 형성된다. 플라즈마(plasma)란 전기적으로 중성인 기체분자가 전기에너지 또는 열에너지를 흡수하여 이온과 전자로 분리되어 있는 상태를 말한다. 현재 플라즈마를 이용하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 반도체 공정에서 플라즈마 식각(plasma etching) 및 화학기상증착(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition), 금속이나 고분자의 표면처리, 인조 다이아몬드 등의 신물질의 합성, 플라즈마디스플레이(PDP: plasma display panel) 및 환경 정화 기술 등 그 응용분야가 점점 더 확대되고 있다. 본 발명에서 소수성 TEOS 증착 막 및 친수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리는 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 저압 플라즈마 처리, 또는 대기압 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있다. 이때 소수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 행해지며, 바람직하게는 헬륨, 네온, 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 행해진다. 한편, 친수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리는 산소를 포함하는 가스 분위기에서 행해지며, 바람직하게는 산소 외에 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 더 포함하는 혼합 가스 분위기에서 행해진다. 산소 존재하에서 플라즈마 처리를 하는 경우 산소 이온은 TEOS에 존재하는 -CH₂CH₃ 및 Si-O 결합을 공격하여 OH기를 형성하고, TEOS 증착 막의 표면 특성을 친수성으로 개질시키는 것으로 판단된다. 이때, 산소와 비활성 기체의 혼합 가스 분위기하에서 플라즈마 처리를 하는 경우 TEOS 증착 막의 친수성으로의 개질 정도를 보다 안정적이고 미세하게 제어할 수 있다. 또한, 소수성 TEOS 증착 막 및 친수성 TEOS 증착 막을 형성하기 위해 사용하는 플라즈마 처리의 공정 조건을 살펴보면, RF(radio frequency) 발생을 위한 인가 전력은 그 범위가 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 약 50~900W, 바람직하게는 150~450W이다. 이때 발생되는 RF(radio frequency) 주파수 범위도 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 약 30KHz~20MHz, 바람직하게는 500kHZ~15MHz이다.The hydrophobic film and the hydrophilic film of the patterning substrate for biomolecule immobilization according to the third embodiment of the present invention are formed by plasma treatment. Plasma refers to a state in which electrically neutral gas molecules are separated into ions and electrons by absorbing electrical or thermal energy. Currently, research on the technology using plasma is actively progressing. Plasma etching and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), surface treatment of metals and polymers, synthesis of new materials such as artificial diamond, plasma display panels (PDP) and environmental purification in semiconductor processes Applications such as technology are expanding. The plasma treatment used to form the hydrophobic TEOS deposited film and the hydrophilic TEOS deposited film in the present invention is not particularly limited in kind, and for example, low pressure plasma treatment, atmospheric pressure plasma treatment, or the like can be used. The plasma treatment used to form the hydrophobic TEOS deposited film is performed in a gas atmosphere containing at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen and containing no oxygen. It is preferably carried out in a gas atmosphere containing at least one inert gas from the group consisting of helium, neon, and argon and containing no oxygen. On the other hand, the plasma treatment used to form the hydrophilic TEOS deposited film is performed in a gas atmosphere containing oxygen, and preferably 1 selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen in addition to oxygen. It is performed in a mixed gas atmosphere which further contains at least a species of inert gas. In the case of plasma treatment in the presence of oxygen, oxygen ions attack the —CH ₂ CH ₃ and Si—O bonds present in TEOS to form OH groups, and the surface properties of the TEOS deposited film are modified to be hydrophilic. In this case, when the plasma treatment is performed in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas, the degree of modification of the TEOS deposited film to hydrophilicity can be more stably and finely controlled. In addition, referring to the process conditions of the plasma treatment used to form the hydrophobic TEOS deposited film and the hydrophilic TEOS deposited film, the applied power for generating radio frequency (RF) is not particularly limited in scope, specifically, about 50 to 900 W, Preferably it is 150-450W. At this time, the generated RF (radio frequency) frequency range is also not particularly limited, specifically about 30KHz ~ 20MHz, preferably 500kHZ ~ 15MHz.

본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판(100)에서 소수성 막 및 친수성 막의 두꼐는 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 수십 ㎚에서 수백 ㎛의 범위를 가지며, 바람직하게는 수 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1~1㎛이다. 또한, 기판 상부에 형성된 홈의 깊이는 0.1~100㎛인 것이 바람직하다. 특히 기판 상부에 형성된 홈의 깊이가 10~100㎛이고, 상기 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 소수성 막(또는 후술하는 제4 구체예에서는 친수성 막)의 두께는 0.1~1㎛ 인 경우 기판의 홈이 형성된 상부 표면을 기준으로 소수성 막과 친수성 막 간에는 약 10~100㎛의 단차가 발생하고, 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 실질적으로 3차원의 표면 구조를 가지게 된다.In the biomolecule immobilization patterned substrate 100 according to the third embodiment of the present invention, the thickness of the hydrophobic film and the hydrophilic film is not particularly limited, but preferably has a range of several tens of nm to several hundred μm, preferably several μm. Hereinafter, More preferably, it is 0.1-1 micrometer. Moreover, it is preferable that the depth of the groove | channel formed in the board | substrate upper part is 0.1-100 micrometers. In particular, when the depth of the groove formed in the upper portion of the substrate is 10 ~ 100㎛, the thickness of the hydrophobic film (or hydrophilic film in the fourth embodiment to be described later) formed on the upper groove of the substrate is 0.1 ~ 1㎛ A step of about 10 to 100 μm occurs between the hydrophobic film and the hydrophilic film on the basis of the formed upper surface, and the biomolecule immobilization patterned substrate has a substantially three-dimensional surface structure.

또한, 도 3에서 기판의 홈이 형성되지 않은 상부 영역은 기판의 홈이 형성된 상부 영역의 패턴에 대응되는 다양한 패턴을 가지게 되며, 이때 소수성 막은 기판의 홈이 형성된 상부 영역의 패턴과 동일한 패턴을 가진다. 기판의 홈이 형성되지 않은 상부 영역의 패턴(또는 소수성 막의 패턴)은 그 형상이 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 일정 간격으로 배열된 라인 형상의 패턴, 일정 간격으로 배열된 서클(circle) 형태의 패턴, 또는 허니컴 형상의 패턴 등이 있다.In addition, in FIG. 3, the upper region in which the groove of the substrate is not formed has various patterns corresponding to the pattern of the upper region in which the groove of the substrate is formed, wherein the hydrophobic film has the same pattern as the pattern of the upper region in which the groove of the substrate is formed. . The pattern of the upper region in which the groove of the substrate is not formed (or the pattern of the hydrophobic film) is not particularly limited in shape, and specifically, a line-shaped pattern arranged at regular intervals and a pattern of circles arranged at regular intervals. Or honeycomb-shaped patterns.

도 4는 도 3에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조 과정을 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법은 기판(110) 상부에 소수성 막(120)을 형성하는 단계(S110); 상기 소수성 막 상부에 식각 마스크(125)를 배치하고 패터닝 시키는 단계(S120); 상기 패터닝에 의해 노출된 소수성 막 및 패터닝에 의해 노출된 소수성 막과 같은 영역의 기판 상부를 식각하여 기판 상부의 소정 영역에 홈(111) 형상의 패턴을 형성하는 단계(S130); 상기 패터닝된 식각 마스크의 상부 및 상기 기판의 홈이 형성된 상부에 친수성 막(130)을 형성하는 단계(S140); 및 상기 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 친수성 막을 제거하는 단계(S150);를 포함한다. 이때, 상기 소수성 막은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비활성기체를 포함하고 산소를 포함하지 않는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 소수성 TEOS 증착 막이고, 상기 친수성 막은 산소를 포함하는 가스 분위기에서 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 플라즈마로 처리하여 형성된 친수성 TEOS 증착 막인 것을 특징으로 한다.FIG. 4 illustrates a manufacturing process of the patterned substrate for biomolecule immobilization shown in FIG. 3. As shown in FIG. 4, the method of manufacturing a patterned substrate for immobilizing biomolecules according to the third embodiment of the present invention includes forming a hydrophobic film 120 on the substrate 110 (S110); Placing and patterning an etching mask 125 on the hydrophobic layer (S120); Etching the upper portion of the substrate in the same region as the hydrophobic film exposed by the patterning and the hydrophobic film exposed by the patterning to form a groove 111-shaped pattern in a predetermined region on the substrate (S130); Forming a hydrophilic layer (130) on an upper portion of the patterned etching mask and a groove on the substrate (S140); And removing the patterned etching mask and a hydrophilic film formed thereon (S150). At this time, the hydrophobic membrane contains at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, tetraethyl orthosilicate (Tetraethyl) in a gas atmosphere containing no oxygen hydrophobic TEOS deposited film formed by treating plasma with orthosilicate (TEOS), and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. It features.

본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법에서 식각 마스크의 재질은 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 감광성 폴리머, 메탈 하드 마스크, 이산화규소, 폴리실리콘 및 질화실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지고, 보다 바람직하게는 감광성 폴리머, 특히, 포토레지스트(Photoresist, PR)로 이루어진다. 식각 마스크의 재질로 포토레지스트를 이용하는 경우 광리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 쉽게 식각 마스크를 패터닝 시킬 수 있다. 본 발명에서 식각 마스크는 그 하부에 위치하는 소수성 막(또는 후술하는 제4 구체예에서는 친수성 막)을 식각 등의 공정으로부터 보호하는 역할을 하며, 식각 마스크 하부에 위치하는 소수성 막(또는 후술하는 제2 구체예에서는 친수성 막)은 식각 마스크와 동일한 형상으로 패터닝된다. 식각 마스크의 패턴은 그 형상이 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 일정 간격으로 배열된 라인 형상의 패턴, 일정 간격으로 배열된 서클(circle) 형태의 패턴, 또는 허니컴 형상의 패턴 등이 있다.In the manufacturing method of the patterned substrate for biomolecule immobilization according to the third embodiment of the present invention, the material of the etching mask is not particularly limited, and preferably, the photosensitive polymer, the metal hard mask, silicon dioxide, polysilicon, and silicon nitride are used. It consists of any one selected from the group, More preferably, it consists of a photosensitive polymer, especially photoresist (PR). When the photoresist is used as the material of the etching mask, the etching mask may be easily patterned using a photolithography process. In the present invention, the etching mask serves to protect the hydrophobic film (or the hydrophilic film in the fourth embodiment, described later) located below the etching process, and the hydrophobic film (or the below-described manufacturing method) located below the etching mask. In two embodiments the hydrophilic film) is patterned in the same shape as the etch mask. The pattern of the etching mask is not particularly limited in shape, and specifically, the pattern of the etch mask includes a line-shaped pattern arranged at regular intervals, a circle-shaped pattern arranged at regular intervals, or a honeycomb-shaped pattern.

본 발명에 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법 중 패터닝에 의해 노출된 소수성 막 및 패터닝에 의해 노출된 소수성 막과 같은 영역의 기판 상부를 식각하여 기판 상부의 소정 영역에 홈(111) 형상의 패턴을 형성하는 단계(S130)에서 식각은 통상의 건식 식각법, 또는 습식 식각법 등에 의해 수행될 수 있으며, 이중 건식 식각법, 특히 디프 반응성 이온 에칭법(Deep reactive-ion etching, DRIE)에 의해 수행되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 디프 반응성 이온 에칭법(Deep reactive-ion etching, DRIE)에 의해 기판 상부에 형성된 홈의 깊이는 0.1~100㎛인 것이 바람직하다.In the method of manufacturing a patterned substrate for biomolecule immobilization according to the third embodiment of the present invention, the upper part of the substrate, such as a hydrophobic film exposed by patterning and a hydrophobic film exposed by patterning, is etched to a predetermined region on the substrate. In the step S130 of forming the groove 111 shape pattern, the etching may be performed by a general dry etching method or a wet etching method, and a double dry etching method, particularly a deep reactive ion etching method (Deep reactive-ion method). more preferably, by etching or DRIE). In addition, the depth of the groove formed in the upper portion of the substrate by deep reactive ion etching (DRI) is preferably 0.1 to 100 µm.

본 발명에 제3 구체예에 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법에서 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 친수성 막의 제거(S150)는 통상적인 포토레지스트 스트립퍼(photoresist stripper)를 사용하여 수행될 수 있다.In the third embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a patterned substrate for immobilizing biomolecules, the removal of the patterned etching mask and the hydrophilic film formed thereon (S150) may be performed using a conventional photoresist stripper. have.

본 발명의 제4 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 도 3에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 소수성 막이 친수성 막으로, 친수성 막이 소수성 막으로 상호 교환된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판은 상부의 소정 영역이 홈 형상으로 패턴화된 기판; 기판의 홈이 형성되지 않은 상부에 형성된 친수성 막; 및 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 소수성 막을 포함한다. 또한, 본 발명의 제4 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 제조방법은 기판 상부에 친수성 막을 형성하는 단계; 상기 친수성 막 상부에 식각 마스크를 배치하고 패터닝 시키는 단계; 상기 패터닝에 의해 노출된 친수성 막 및 패터닝에 의해 노출된 친수성 막과 같은 영역의 기판 상부를 식각하여 기판 상부의 소정 영역에 홈 형상의 패턴을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 식각 마스크의 상부 및 상기 기판의 홈이 형성된 상부에 소수성 막을 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 식각 마스크 및 그 상부에 형성된 소수성 막을 제거하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 제4 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 그 제조방법에서 소수성 막의 형성방법과 특징, 친수성 막의 형성방법과 특징, 식각 마스크의 패터닝 및 제거, 기판 상부에 특정 패턴으로 형성된 홈 및 그 형성방법에 관한 사항은 본 발명의 제3 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 그 제조방법과 동일하다.
The biomolecule immobilization patterned substrate according to the fourth embodiment of the present invention is characterized in that the hydrophobic membrane of the biomolecule immobilization patterned substrate shown in FIG. 3 is a hydrophilic membrane, and the hydrophilic membrane is interchanged with a hydrophobic membrane. Biomolecule immobilization patterned substrate according to a third embodiment of the present invention comprises a substrate patterned in a predetermined region of the upper portion; A hydrophilic film formed on an upper portion of which a groove of the substrate is not formed; And a hydrophobic film formed on the top where the groove of the substrate is formed. In addition, the manufacturing method of the patterned substrate for biomolecule immobilization according to the fourth embodiment of the present invention comprises the steps of forming a hydrophilic film on the substrate; Disposing and patterning an etching mask on the hydrophilic layer; Etching the upper portion of the substrate in the same region as the hydrophilic film exposed by the patterning and the hydrophilic film exposed by the patterning to form a groove-shaped pattern in a predetermined region above the substrate; Forming a hydrophobic film on the patterned etch mask and on the groove on the substrate; And removing the patterned etching mask and the hydrophobic film formed thereon. In the biomolecule immobilization patterned substrate and its manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention, a method and features for forming a hydrophobic film, a method and features for forming a hydrophilic film, patterning and removal of an etching mask, a groove formed in a specific pattern on the substrate And matters relating to the formation method are the same as the patterned substrate for biomolecule immobilization and the method of manufacturing the same according to the third embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 바이오칩, 특히 단백질칩의 핵심 요소인 마이크로어레이 센서로서, 생물분자, 특히 단백질이 마이크로미터 수준의 해상도를 갖는 다양한 패턴 및 고밀도로 고정화된 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 관한 것이다. 도 5는 도 1에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 이용하여 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서의 사시도이고, 도 6은 도 3에 도시된 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 이용하여 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서의 사시도이다. 도 5 내지 도 6에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 바이오칩용 마이크로어레이 센서는 전술은 본 발명의 제1 구체예 내지 제4 구체예에 따른 생물분자 고정화용 패턴화 기판 중 패턴화된 소수성 막 또는 친수성 막 표면에 생물분자를 특정 패턴으로 고정화시킨 것이다.Another aspect of the present invention is a microarray sensor which is a key element of a biochip, in particular a protein chip, and relates to a microarray sensor for biochips in which biomolecules, especially proteins, are immobilized in various patterns and densities having a micrometer resolution. FIG. 5 is a perspective view of a biochip microarray sensor manufactured using the biomolecule immobilization patterned substrate shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a biochip manufactured using the biomolecule immobilization patterned substrate illustrated in FIG. 3. It is a perspective view of the microarray sensor. As shown in FIGS. 5 to 6, the microarray sensor for a biochip according to the present invention may include a patterned hydrophobic film or a hydrophilic pattern in a patterned substrate for biomolecule immobilization according to the first to fourth embodiments of the present invention. Biomolecules are immobilized in a specific pattern on the membrane surface.

도 5에 도시된 바이오칩용 마이크로어레이 센서(300)는 기판(210); 기판 상부에 형성된 소수성 막(220); 상기 소수성 막 상부의 소정 영역에 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 친수성 막(230); 및 상기 소수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성하는 생물분자(240)를 포함한다. 한편, 도 5에 도시된 바이오칩용 마이크로어레이 센서에서와 달리 생물분자가 주로 친수성을 띄고 있는 분자이면 소수성 막 대신 친수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성할 수도 있고, 이 경우 친수성 막과 친수성 생물분자와의 결합을 위해 칼릭스 크라운(calix crown) 유도체와 같은 고정화 링커를 삽입할 수도 있다. 다만, 생물분자는 소수성막에 고정화되어 패턴을 형성하는 것이 바람직한데, 이때 생물분자는 소수성 상호 결합과 같은 물리적인 흡착을 통해 고정화된다.The biochip microarray sensor 300 illustrated in FIG. 5 includes a substrate 210; A hydrophobic film 220 formed on the substrate; A hydrophilic film 230 formed by patterning an embossed structure on a predetermined region of the hydrophobic film; And biomolecules 240 selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane to form a pattern. On the other hand, unlike in the biochip microarray sensor shown in FIG. 5, if the biomolecule is mainly a hydrophilic molecule, it may be selectively immobilized on the hydrophilic membrane instead of the hydrophobic membrane to form a pattern, in which case the hydrophilic membrane and the hydrophilic organism Immobilized linkers such as calix crown derivatives can also be inserted for binding to the molecule. However, the biomolecules are preferably immobilized on the hydrophobic membrane to form a pattern. At this time, the biomolecules are immobilized through physical adsorption such as hydrophobic mutual bonding.

본 발명에 따른 바이오칩용 마이크로어레이 센서에서 소수성 막의 상부 또는 친수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성하는 생물분자는 그 종류가 제한되지 않으며, 예를 들어 단백질(주로 효소나 항체), 핵산, 호르몬, 효소 기질, 항원, 다당류, 지질, 박테리아, 효모, 진균, 바이러스 등이 있으며, 바람직하게는 단백질, 핵산, 호르몬, 효소 기질, 또는 항원에서 선택될 수 있고, 단백질은 소수기를 포함하는 것이 보다 바람직하며, 소수기를 포함하는 항체인 것이 특히 바람직하다. 단백질의 소수기는 일반적으로 소수성 아미노산으로 이루어지는데, 소수성 아미노산에는 알라닌, 이소류신, 류신, 메티오니, 페닐알라닌, 트립토판, 티로신, 발신 등이 있다. 단백질의 3차 구조는 접힙(fold)에 의해 내부에 소수성 코어를 가지는데, 단백질이 소수성 막의 표면에 노출되는 경우 내부의 소수성 코어가 풀리면서 소수성 상호 결합과 같은 물리적인 흡착을 통해 고정화되는 것으로 판단된다.In the biochip microarray sensor according to the present invention, biomolecules that are selectively immobilized on top of a hydrophobic membrane or on a hydrophilic membrane to form a pattern are not limited in kind, for example, proteins (mainly enzymes or antibodies), nucleic acids, hormones. , Enzyme substrates, antigens, polysaccharides, lipids, bacteria, yeasts, fungi, viruses and the like, preferably may be selected from proteins, nucleic acids, hormones, enzyme substrates, or antigens, more preferably the protein comprises a hydrophobic group It is especially preferable that it is an antibody containing a hydrophobic group. Hydrophobic groups of proteins generally consist of hydrophobic amino acids, which include alanine, isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, tryptophan, tyrosine, and the like. The tertiary structure of a protein has a hydrophobic core inside by a fold, and when the protein is exposed to the surface of the hydrophobic membrane, the inner hydrophobic core is released and is immobilized through physical adsorption such as hydrophobic mutual bonding. do.

또한, 도 5에 도시된 바이오칩용 마이크로어레이 센서에서 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있고, 이때 바이오칩용 마이크로어레이 센서는 기판; 기판 상부에 형성된 친수성 막; 상기 친수성 막 상부의 소정 영역에 양각 구조물로 패턴화되어 형성된 소수성 막; 및 상기 소수성 막의 상부 또는 상기 소수성 막이 형성되지 않은 친수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성하는 생물분자;를 포함한다.In addition, in the biochip microarray sensor illustrated in FIG. 5, the hydrophobic film may be interchanged with a hydrophilic film, and the hydrophilic film may be interchanged with a hydrophobic film, wherein the microchip microarray sensor may include a substrate; A hydrophilic film formed on the substrate; A hydrophobic membrane formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophilic membrane; And biomolecules selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane or on a hydrophilic membrane on which the hydrophobic membrane is not formed to form a pattern.

본 발명에 따른 바이오칩용 마이크로어레이 센서(400)는 도 6에 도시된 바와 같이 상부의 소정 영역이 홈(311) 형상으로 패턴화된 기판(310); 기판의 홈이 형성되지 않은 상부에 형성된 소수성 막(320); 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 친수성 막(330); 및 상기 소수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성하는 생물분자(340);를 포함한다. 한편, 도 6에 도시된 바이오칩용 마이크로어레이 센서에서와 달리 생물분자가 주로 친수성을 띄고 있는 분자이면 소수성 막 대신 친수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성할 수도 있고, 이 경우 친수성 막과 친수성 생물분자와의 결합을 위해 칼릭스 크라운(calix crown) 유도체와 같은 고정화 링커를 삽입할 수도 있다.Biochip microarray sensor 400 according to the present invention comprises a substrate 310 patterned in the shape of the groove 311 the upper portion as shown in Figure 6; A hydrophobic film 320 formed on an upper portion of which the groove of the substrate is not formed; A hydrophilic film 330 formed on an upper portion of the substrate in which grooves are formed; And biomolecules 340 selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane to form a pattern. On the other hand, unlike the biochip microarray sensor shown in FIG. 6, if the biomolecule is mainly a hydrophilic molecule, it may be selectively immobilized on the hydrophilic membrane instead of the hydrophobic membrane to form a pattern, in which case the hydrophilic membrane and the hydrophilic organism Immobilized linkers such as calix crown derivatives can also be inserted for binding to the molecule.

또한, 도 6에 도시된 바이오칩용 마이크로어레이 센서에서 소수성 막은 친수성 막으로, 친수성 막은 소수성 막으로 상호 교환될 수 있고, 이때 바이오칩용 마이크로어레이 센서는 상부의 소정 영역이 홈 형상으로 패턴화된 기판; 기판의 홈이 형성되지 않은 상부에 형성된 친수성 막; 기판의 홈이 형성된 상부에 형성된 소수성 막; 및 상기 소수성 막의 상부 또는 상기 친수성 막의 상부에 선택적으로 고정화되어 패턴을 형성하는 생물분자;를 포함한다.
In addition, in the biochip microarray sensor illustrated in FIG. 6, the hydrophobic film may be interchanged with a hydrophilic film, and the hydrophilic film may be interchanged with a hydrophobic film. A hydrophilic film formed on an upper portion of which a groove of the substrate is not formed; A hydrophobic film formed on the top of which the groove of the substrate is formed; And biomolecules selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane or on the hydrophilic membrane to form a pattern.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only intended to more clearly illustrate the present invention, and do not limit the protection scope of the present invention.

1. 2차원 표면 구조의 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 바이오칩용 1. Patterned substrate for biomolecule immobilization of 2D surface structure and biochip 마이크MIC 로어레이 센서의 제조Fabrication of Lower Ray Sensors

실시예 1.Example 1.

기판으로 실리콘 웨이퍼를 증착용 대기압 플라즈마 장치(IDP 1000, APP 주식회사, 한국)의 스테이지에 안착시키고, 반응 챔버에서 플라즈마로 처리하여 기판 표면에 약 200㎚ 두께의 소수성 TEOS 증착 막을 형성하였다. 이때, 플라즈마 처리의 공정 조건을 구체적으로 살펴보면, 운반 가스로는 초순도 헬륨을 사용하였고, 유량은 15 slm(standard liter per minute)이었다. 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)는 아르곤 버블러(Ar bubbler)에 의해 기화된 상태로 반응 챔버에 공급되었고, 유량은 1 slm(standard liter per minute)이었다. RF(radio frequency) 발생을 위한 인가 전력은 200W 이었다. 기판과 플라즈마 발생 헤드의 간격은 1.5㎜ 이었고, 기판이 안착된 스테이지가 20 ㎜/sec 속도로 플라즈마 발생 헤드를 통과하면서 기판 표면에 막이 증착되었고, 기판이 안착된 스테이지가 플라즈마 발생 헤드를 25회 통과하였을 때 플라즈마 처리를 종료하였다.As a substrate, a silicon wafer was placed on a stage of an atmospheric pressure plasma apparatus (IDP 1000, APP Co., Ltd.) for deposition, and treated with plasma in a reaction chamber to form a hydrophobic TEOS deposited film having a thickness of about 200 nm on the substrate surface. At this time, looking specifically at the process conditions of the plasma treatment, ultra-pure helium was used as the carrier gas, the flow rate was 15 slm (standard liter per minute). Tetraethyl orthosilicate (TEOS) was supplied to the reaction chamber in a vaporized state by an Ar bubbler, and the flow rate was 1 slm (standard liter per minute). The applied power for generating radio frequency (RF) was 200W. The distance between the substrate and the plasma generating head was 1.5 mm, the film was deposited on the surface of the substrate while the stage on which the substrate was seated passed through the plasma generating head at a rate of 20 mm / sec, and the stage on which the substrate was seated passed through the plasma generating head 25 times. When the plasma treatment was completed.

이후 기판의 소수성 막 위에 식각 마스크로 포토레지스트 AZ6612를 스핀코팅 하고, 4㎛의 폭을 가진 라인들로 패턴화된 광 마스크 및 노광, 현상 등과 같은 일련의 광리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 소수성 막 위에 포토레지스트를 패터닝 시켰다. 패터닝된 포토레지스트는 4㎛의 폭을 가진 라인들이 일정 간격으로 배열된 형상이다.Thereafter, the photoresist AZ6612 was spin-coated with an etching mask on the hydrophobic film of the substrate, and a hydrophobic film was formed by using a photolithography process such as an exposure mask and a photomask patterned with lines having a width of 4 μm. The photoresist was patterned on it. The patterned photoresist is a shape in which lines having a width of 4 μm are arranged at regular intervals.

이후, 패터닝된 포토레지스트의 상부면 및 포토레지스트가 패터닝되지 않아 외부로 노출된 소수성 TEOS 증착막 위에 대기압 플라즈마 장치를 이용하여 약 200㎚ 두께의 친수성 TEOS 증착 막을 형성하였다. 이때, 플라즈마 처리의 공정 조건을 구체적으로 살펴보면, 운반 가스로는 초순도 헬륨을 사용하였고, 유량은 15 slm(standard liter per minute)이었다. 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)는 아르곤 버블러(Ar bubbler)에 의해 기화된 상태로 반응 챔버에 공급되었고, 유량은 1 slm(standard liter per minute)이었다. 또한, 반응 가스로 산소를 사용하였고 유량은 100 sscm(standard cubic centimeter pre minute)이었다. RF(radio frequency) 발생을 위한 인가 전력은 200W 이었다. 기판과 플라즈마 발생 헤드의 간격은 1.5㎜ 이었고, 기판이 안착된 스테이지가 20 ㎜/sec 속도로 플라즈마 발생 헤드를 통과하면서 기판 표면에 막이 증착되었고, 기판이 안착된 스테이지가 플라즈마 발생 헤드를 20회 통과하였을 때 플라즈마 처리를 종료하였다.Thereafter, an upper surface of the patterned photoresist and the photoresist were not patterned to form a hydrophilic TEOS deposited film having a thickness of about 200 nm using an atmospheric pressure plasma apparatus on an externally exposed hydrophobic TEOS deposited film. At this time, looking specifically at the process conditions of the plasma treatment, ultra-pure helium was used as the carrier gas, the flow rate was 15 slm (standard liter per minute). Tetraethyl orthosilicate (TEOS) was supplied to the reaction chamber in a vaporized state by an Ar bubbler, and the flow rate was 1 slm (standard liter per minute). In addition, oxygen was used as the reaction gas and the flow rate was 100 sscm (standard cubic centimeter pre minute). The applied power for generating radio frequency (RF) was 200W. The distance between the substrate and the plasma generating head was 1.5 mm, the film was deposited on the surface of the substrate while the stage on which the substrate was seated passed through the plasma generating head at a rate of 20 mm / sec, and the stage on which the substrate was seated passed through the plasma generating head 20 times. When the plasma treatment was completed.

이후, 포토레지스트 스트립퍼(photoresist stripper)를 사용하여 패터닝된 포토레지스트 및 그 위에 형성된 친수성 TEOS 증착막을 제거하여(Lift-off 공정) 표면에 패턴화된 소수성 영역과 친수성 영역을 가지는 2차원 표면 구조의 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 제조하였다.Then, a photoresist stripper is used to remove the patterned photoresist and the hydrophilic TEOS deposited film formed thereon (Lift-off process), thereby forming a two-dimensional surface structure having a patterned hydrophobic region and a hydrophilic region on the surface. A patterned substrate for molecular immobilization was prepared.

이후 제조된 생물분자 고정화용 패턴화 기판상에 단백질을 고정화시켰다. 형광 염료인 로다민(rhodamine)으로 라벨링된 anti-Rabbit IgG 2차 항체(ab7087, ABCAM사)의 농도가 50㎍/㎖인 단백질 용액을 생물분자 고정화용 패턴화 기판상에 2시간 동안 37℃에서 배양시키고, 탈이온화된 물로 세척한 후, 질소 가스로 건조시켜 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제조하였다.
Thereafter, the protein was immobilized on the prepared biomolecule immobilization patterning substrate. A protein solution having a concentration of 50 μg / ml of an anti-Rabbit IgG secondary antibody (ab7087, ABCAM) labeled with the fluorescent dye rhodamine was applied at 37 ° C. for 2 hours on a patterned substrate for biomolecule immobilization. After culturing, washing with deionized water, and drying with nitrogen gas, a microarray sensor for a biochip was manufactured.

실시예 2.Example 2.

4㎛의 직경을 가진 서클(circle)들로 패턴화된 광 마스크를 사용하여 포토레지스트를 패터닝 시키고, 패터닝된 포토레지스트가 4㎛의 직경을 가진 서클(circle)들이 일정 간격으로 배열된 형상을 가지는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제조하였다.
The photoresist is patterned using a photomask patterned into circles having a diameter of 4 μm, and the patterned photoresist has a shape in which circles having a diameter of 4 μm are arranged at regular intervals. Except for the above, a patterned substrate for biomolecule immobilization and a microarray sensor for biochip were manufactured under the same conditions as in Example 1.

실시예 3.Example 3.

200㎛의 직경을 가진 서클(circle)들로 패턴화된 광 마스크를 사용하여 포토레지스트를 패터닝 시키고, 패터닝된 포토레지스트가 200㎛의 직경을 가진 서클(circle)들이 일정 간격으로 배열된 형상을 가지는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 제조하였다.The photoresist is patterned using a photomask patterned into circles having a diameter of 200 μm, and the patterned photoresist has a shape in which circles having a diameter of 200 μm are arranged at regular intervals. Except for that, a patterned substrate for immobilizing biomolecules was prepared under the same conditions as in Example 1.

이후 제조된 생물분자 고정화용 패턴화 기판상에 단백질을 고정화시켰다. 형광 염료인 Cy3로 라벨링된 마우스 유래 TS2/4 단일클론 항체(TS2/4 단일클론 항체는 T 세포의 표면 결합 단백질인 LFA-1의 알파서브유닛에 결합하는 항체로서, Celltech Limited, England 로부터 입수가 가능하며, 본 실험에서는 광주 과학 기술원이 보유하고 있는 것을 사용함)의 농도가 50㎍/㎖인 단백질 용액을 생물분자 고정화용 패턴화 기판상에 2시간 동안 37℃에서 배양시키고, 탈이온화된 물로 세척한 후, 질소 가스로 건조시켜 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제조하였다.
Thereafter, the protein was immobilized on the prepared biomolecule immobilization patterning substrate. Mouse-derived TS2 / 4 monoclonal antibody labeled with fluorescent dye Cy3 (TS2 / 4 monoclonal antibody is an antibody that binds to the alpha subunit of LFA-1, the surface binding protein of T cells, and is available from Celltech Limited, England. In this experiment, a protein solution having a concentration of 50 µg / ml is used in the experiment, and incubated at 37 ° C. for 2 hours on a patterned substrate for immobilizing biomolecules, and washed with deionized water. After drying with nitrogen gas, a microarray sensor for a biochip was manufactured.

실시예 4.Example 4.

5㎛의 폭을 가진 라인의 허니컴(Honyecomb) 형상으로 패턴화된 광 마스크를 사용하여 포토레지스트를 패터닝 시키고, 패터닝된 포토레지스트가 5㎛의 폭을 가진 라인의 허니컴(Honyecomb) 형상을 가지는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조건으로 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제조하였다.
The photoresist is patterned using a photomask patterned in a honeycomb shape of a line having a width of 5 μm, and the patterned photoresist has a honeycomb shape of a line having a width of 5 μm. Except for the biomolecule immobilization patterned substrate and biochip microarray sensor under the same conditions as in Example 3.

2. 3차원 표면 구조의 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 바이오칩용 2. Patterned substrate for biomolecule immobilization of 3D surface structure and biochip 마이크로어레이Microarray 센서의 제조 Manufacture of sensors

실시예 5.Example 5.

이후 기판의 소수성 막 위에 식각 마스크로 포토레지스트 AZ6612를 스핀코팅 하고, 200㎛의 직경을 가진 서클(circle)들로 패턴화된 광 마스크 및 노광, 현상 등과 같은 일련의 광리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 소수성 막 위에 포토레지스트를 패터닝 시켰다. 패터닝된 포토레지스트는 200㎛의 직경을 가진 서클(circle)들이 일정 간격으로 배열된 형상이다.Afterwards, the photoresist AZ6612 is spin-coated with an etching mask on the hydrophobic film of the substrate, and a photolithography process such as a photomask patterned with circles having a diameter of 200 μm and exposure and development is performed. The photoresist was patterned on the hydrophobic film. The patterned photoresist has a shape in which circles having a diameter of 200 mu m are arranged at regular intervals.

이후, 디프 반응성 이온 에칭법(Deep reactive-ion etching, DRIE)으로 포토레지스트가 패터닝되지 않아 외부로 노출된 소수성 TEOS 증착막 및 그와 맞닿은 기판의 상부 영역을 식각하여 기판 상부의 소정 영역에 홈 형상으로 패턴을 형성하였다. 이때 홈의 깊이는 본래 기판 상부면을 기준으로 12㎛이었다.Subsequently, the photoresist is not patterned by deep reactive-ion etching (DRIE) to etch the hydrophobic TEOS deposition film exposed to the outside and the upper region of the substrate in contact with the groove to form a groove shape in a predetermined region on the substrate. A pattern was formed. At this time, the depth of the groove was originally 12㎛ based on the upper surface of the substrate.

이후, 패터닝된 포토레지스트의 상부면 및 기판의 홈이 형성된 상부의 소정 영역에 대기압 플라즈마 장치를 이용하여 약 200㎚ 두께의 친수성 TEOS 증착 막을 형성하였다. 이때, 플라즈마 처리의 공정 조건을 구체적으로 살펴보면, 운반 가스로는 초순도 헬륨을 사용하였고, 유량은 15 slm(standard liter per minute)이었다. 테트라에틸 오르쏘실리케리트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)는 아르곤 버블러(Ar bubbler)에 의해 기화된 상태로 반응 챔버에 공급되었고, 유량은 1 slm(standard liter per minute)이었다. 또한, 반응 가스로 산소를 사용하였고 유량은 100 sscm(standard cubic centimeter pre minute)이었다. RF(radio frequency) 발생을 위한 인가 전력은 200W 이었다. 기판과 플라즈마 발생 헤드의 간격은 1.5㎜ 이었고, 기판이 안착된 스테이지가 20 ㎜/sec 속도로 플라즈마 발생 헤드를 통과하면서 기판 표면에 막이 증착되었고, 기판이 안착된 스테이지가 플라즈마 발생 헤드를 20회 통과하였을 때 플라즈마 처리를 종료하였다.Thereafter, a hydrophilic TEOS deposited film having a thickness of about 200 nm was formed on an upper surface of the patterned photoresist and an upper region where the groove of the substrate was formed by using an atmospheric pressure plasma apparatus. At this time, looking specifically at the process conditions of the plasma treatment, ultra-pure helium was used as the carrier gas, the flow rate was 15 slm (standard liter per minute). Tetraethyl orthosilicate (TEOS) was supplied to the reaction chamber in a vaporized state by an Ar bubbler, and the flow rate was 1 slm (standard liter per minute). In addition, oxygen was used as the reaction gas and the flow rate was 100 sscm (standard cubic centimeter pre minute). The applied power for generating radio frequency (RF) was 200W. The distance between the substrate and the plasma generating head was 1.5 mm, the film was deposited on the surface of the substrate while the stage on which the substrate was seated passed through the plasma generating head at a rate of 20 mm / sec, and the stage on which the substrate was seated passed through the plasma generating head 20 times. When the plasma treatment was completed.

이후, 포토레지스트 스트립퍼(photoresist stripper)를 사용하여 패터닝된 포토레지스트 및 그 위에 형성된 친수성으로 개질된 TEOS 증착막을 제거하여(Lift-off 공정) 표면에 패턴화된 소수성 영역과 친수성 영역을 가지고 소수성 영역과 친수성 영역의 높이 차에 의해 3차원 표면 구조를 가지는 생물분자 고정화용 패턴화 기판을 제조하였다.Then, a photoresist patterned using a photoresist stripper and a hydrophilic modified TEOS deposited film formed thereon (Lift-off process) are removed to have a hydrophobic region and a hydrophobic region having a patterned hydrophobic region and a hydrophilic region on the surface thereof. The patterned substrate for biomolecule immobilization having a three-dimensional surface structure was prepared by the height difference of the hydrophilic region.

실시예 6.Example 6.

5㎛의 폭을 가진 라인들로 패턴화된 광 마스크를 사용하여 포토레지스트를 패터닝 시키고, 패터닝된 포토레지스트가 5㎛의 폭을 가진 라인들이 일정 간격으로 배열된 형상을 가지는 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 조건으로 생물분자 고정화용 패턴화 기판 및 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제조하였다.
The photoresist is patterned using a photomask patterned with lines having a width of 5 μm, except that the patterned photoresist has a shape in which lines having a width of 5 μm are arranged at regular intervals. A patterned substrate for immobilizing biomolecules and a microarray sensor for biochips were prepared under the same conditions as in Example 5.

실시예 7.Example 7.

실시예 5에서 제조한 생물분자 고정화용 패턴화 기판상에 마우스 유래 TS2/4 단일클론 항체(TS2/4 단일클론 항체는 T 세포의 표면 결합 단백질인 LFA-1의 알파서브유닛에 결합하는 항체로서, Celltech Limited, England 로부터 입수가 가능하며, 본 실험에서는 광주 과학 기술원이 보유하고 있는 것을 사용함)의 농도가 50㎍/㎖인 단백질 용액을 생물분자 고정화용 패턴화 기판상에 2시간 동안 37℃에서 배양시키고, 탈이온화된 물로 세척한 후, 질소 가스로 건조시켜 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 제조하였다.
Mouse-derived TS2 / 4 monoclonal antibody (TS2 / 4 monoclonal antibody is an antibody that binds to the alpha subunit of LFA-1, a surface binding protein of T cells, on the biomolecule immobilization patterned substrate prepared in Example 5. , Which is available from Celltech Limited, England, and used in this experiment was used by the Gwangju Institute of Science and Technology), a protein solution having a concentration of 50 μg / ml was applied at 37 ° C. for 2 hours on a patterned substrate for biomolecule immobilization. After culturing, washing with deionized water, and drying with nitrogen gas, a microarray sensor for a biochip was manufactured.

3. 3. 플라즈마plasma 처리에 의해 By processing 개질된Reformed TEOSTEOS 증착 막의 특성 분석 Characterization of Deposition Films

플라스마 처리에 의해 형성된 TEOS 증착 막의 소수성 정도, 또는 친수성 정도를 알아보기 위하여 정적 세실 적하법(static sessile drop method)으로 물 접촉각을 측정하였다. 플라즈마 처리에 의해 형성된 TEOS 증착 막 표면에 물방울을 적하시키고, 물방울이 퍼지는 정도를 측정하는 막 표면의 친수성 정도를 판단하였다. 일반적으로 막 표면의 친수성 정도가 클수록 물방울이 널리 퍼져서 물 접촉각이 더 작아지며, 물 접촉각이 약 50° 미만일 경우 친수성을 띄는 것으로 본다.Water contact angle was measured by the static sessile drop method to determine the degree of hydrophobicity or hydrophilicity of the TEOS deposited film formed by plasma treatment. A drop of water was dropped on the surface of the TEOS deposited film formed by the plasma treatment, and the degree of hydrophilicity of the surface of the film was measured to determine the extent of the drop of water. In general, the greater the degree of hydrophilicity on the surface of the membrane, the wider the water droplets, the smaller the water contact angle, and when the water contact angle is less than about 50 °, it is considered to be hydrophilic.

도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 생물분자 고정화용 패턴화 기판 표면의 플라즈마 처리 조건에 따른 물 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 보이는 바와 같이 표면이 무처리된 실리콘 웨이퍼(도 7에서 플라즈마 처리 회수가 0인 경우임)의 물 접촉각은 16.6°로 친수성을 보였고, 산소를 포함하는 가스 분위기에서 플라즈마 처리되어 형성된 TEOS 증착 막의 물 접촉각이 약 5°로 초친수성(Superhydrophilic)을 보였으며, 비활성기체만을 포함하는 가스 분위기에서 플라즈마 처리되어 형성된 TEOS 증착막의 물 접촉각은 약 71°로 소수성을 보였다. 기판이 안착된 스테이지의 플라즈마 발생 헤드 통과 횟수, 즉 플라즈마 처리 횟수에 따른 표면 개질 정도를 살펴보면, 산소를 포함하는 가스 분위기와 비활성기체만을 포함하는 가스 분위기 모두에서 플라즈마 처리 횟수가 약 10회 이상일 때 표면 개질 정도는 포화에 이르렀다.7 is a graph showing a change in water contact angle according to plasma treatment conditions of the surface of the patterned substrate for biomolecule immobilization prepared in Example 1 of the present invention. As shown in FIG. 7, the water contact angle of the surface-treated silicon wafer (when the number of plasma treatments was 0 in FIG. 7) showed hydrophilicity of 16.6 °, and TEOS deposition formed by plasma treatment in a gas atmosphere containing oxygen. The water contact angle of the film was about 5 ° and superhydrophilic, and the water contact angle of the TEOS deposited film formed by plasma treatment in a gas atmosphere containing only inert gas was about 71 ° and hydrophobic. The number of passes of the plasma generating head of the stage on which the substrate is seated, that is, the degree of surface modification according to the number of plasma treatments, is determined when the number of plasma treatments is about 10 times or more in both the gas atmosphere containing oxygen and the gas atmosphere containing only inert gas. The degree of modification reached saturation.

상기의 결과로부터 실시예 1 내지 6에서 제조한 생물분자 고정화용 패턴화 기판의 표면에는 패턴화된 소수성 영역과 친수성 영역이 존재함을 알 수 있다.
From the above results, it can be seen that the patterned hydrophobic region and the hydrophilic region exist on the surface of the patterning substrate for biomolecule immobilization prepared in Examples 1 to 6.

4. 바이오칩용 4. Biochip 마이크로어레이Microarray 센서의 특성 분석 Sensor Characterization

(1) 바이오칩용 마이크로어레이 센서의 단백질 고정화 여부 및 패턴 분석(1) Protein Immobilization and Pattern Analysis of Biochip Microarray Sensors

실시예 1 내지 6에서 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서의 표면을 형광 현미경으로 분석하여 형광 이미지를 얻었다. 도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이고, 도 9는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이며, 도 10은 본 발명의 실시예 3에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이며, 도 11은 본 발명의 실시예 4에서 제조한 2차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이다. 또한, 도 12는 본 발명의 실시예 5에서 제조한 3차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이고, 도 13은 본 발명의 실시예 6에서 제조한 3차원 표면 구조의 바이오칩용 마이크로어레이 센서를 형광 현미경으로 분석한 사진이다.The surface of the biochip microarray sensor prepared in Examples 1 to 6 was analyzed with a fluorescence microscope to obtain a fluorescence image. FIG. 8 is a photograph of a two-dimensional surface structure biochip microarray sensor manufactured in Example 1 of the present invention, analyzed by fluorescence microscopy, and FIG. 9 is a view of a biochip structured in two-dimensional surface structure, prepared in Example 2 of the present invention. The microarray sensor is a photograph analyzed by a fluorescence microscope, Figure 10 is a photograph of a biochip microarray sensor of the two-dimensional surface structure prepared in Example 3 of the present invention by a fluorescence microscope, Figure 11 is an embodiment of the present invention It is the photograph which analyzed the biochip microarray sensor of the two-dimensional surface structure manufactured in Example 4 with the fluorescence microscope. 12 is a photograph of a biochip microarray sensor having a three-dimensional surface structure manufactured in Example 5 of the present invention with a fluorescence microscope, and FIG. 13 is a diagram of a three-dimensional surface structure prepared in Example 6 of the present invention. Biochip microarray sensor is analyzed by fluorescence microscope.

도 8 내지 도 13에서 보이는 바와 같이 단백질은 소수성으로 개질된 TEOS 증착막의 패턴과 동일한 패턴으로, 마이크로 수준의 해상도 및 높은 집적도를 보이며 고정화되었다. 상기의 결과로부터 본 발명의 실시예에서 사용된 단백질은 소수성 표면과의 상호결합과 같은 물리적인 흡착을 통해 고정화됨을 알 수 있다.
As shown in FIGS. 8 to 13, the protein was immobilized in the same pattern as that of the hydrophobically modified TEOS deposited film, showing micro-level resolution and high degree of integration. From the above results, it can be seen that the protein used in the embodiment of the present invention is immobilized through physical adsorption such as interaction with the hydrophobic surface.

(2) 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 고정화된 단백질의 생물 활성(bioactivity) 검증(2) Validation of bioactivity of proteins immobilized on biochip microarray sensor

실시예 7에서 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 고정화된 TS2/4 단일클론 항체의 생물 활성을 검증하기 위하여 TS2/4와 결합하는 2차 항체 및 T 세포를 이용하였다.Secondary antibodies and T cells binding to TS2 / 4 were used to verify the biological activity of the TS2 / 4 monoclonal antibody immobilized on the biochip microarray sensor prepared in Example 7.

실시예 7에서 제조한 바이오칩용 마이크로 어레이 센서 표면상에 형광 염료인 FITC(Fluorescein isothiocyanate)로 라벨링되고 마우스 유래 TS2/4 단일클론 항체와 특이적으로 결합하는 2차 항체(Celltech Limited, England 로부터 입수가 가능하며, 본 실험에서는 광주 과학 기술원이 보유하고 있는 것을 사용함)를 배양시키고, PBS 버퍼로 세척하였다. 이후 녹색 필터를 이용하여 형광 이미지를 얻고, 이를 통해 마우스 유래 TS2/4 단일클론 항체가 그의 2차 항체와 실제로 결합하는지 여부를 알아보았다.Secondary antibody labeled with Fluorescein isothiocyanate (FITC), a fluorescent dye on the surface of the microarray sensor for biochips prepared in Example 7, and specifically binding to mouse-derived TS2 / 4 monoclonal antibody (Celltech Limited, England) It is possible, in this experiment using the one possessed by Gwangju Institute of Science and Technology) was incubated and washed with PBS buffer. Afterwards, a fluorescence image was obtained using a green filter, and it was determined whether the mouse-derived TS2 / 4 monoclonal antibody actually binds to its secondary antibody.

또한, 실시예 7에서 제조한 바이오칩용 마이크로 어레이 센서 표면상에 형광 염료인 Cy3로 라벨된 T 세포(T 세포 표면에 존재하는 단밸질인 LFA-1의 알파서브유닛은 TS2/4 단일클론 항체와 특이적으로 결합함)를 배양시키고, PBS 버퍼로 세척하였다. 이후 오랜지색 필터를 이용하여 형광 이미지를 얻고, 이를 통해 마우스 유래 TS2/4 단일클론 항체가 LFA-1의 알파서브유닛과 결합하는지 여부를 알아보았다.In addition, T cells labeled with fluorescent dye Cy3 on the surface of the microchip sensor for biochips prepared in Example 7 (alpha subunits of LFA-1, a protein present on the T cell surface, were specific for TS2 / 4 monoclonal antibody). In combination), and washed with PBS buffer. Afterwards, a fluorescence image was obtained using an orange filter, and it was examined whether the mouse-derived TS2 / 4 monoclonal antibody binds to the alpha subunit of LFA-1.

도 14는 본 발명의 실시예 7에서 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 고정화된 TS2/4 단일클론 항체의 생물 활성을 TS2/4와 결합하는 2차 항체로 검증한 형광 사진이고, 도 15는 실시예 7에서 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 고정화된 TS2/4 단일클론 항체의 생물 활성을 T 세포(특히 T 세포 표면에 존재하는 LFA-1)로 검증한 형광 사진이다. 도 15 내지 도 16에서 보이는 바와 같이 2차 항체 및 T 세포는 고정화된 TS2/4 단일클론 항체와 결합하여 동일한 패턴의 형광 이미지를 제공하였고, 이로부터 본 발명의 실시예에서 제조한 바이오칩용 마이크로어레이 센서에 고정화된 단백질의 생물 활성이 유지됨을 알 수 있다.
FIG. 14 is a fluorescence photograph obtained by verifying the biological activity of a TS2 / 4 monoclonal antibody immobilized on a biochip microarray sensor prepared in Example 7 of the present invention with a secondary antibody that binds to TS2 / 4, and FIG. It is a fluorescence photograph verifying the biological activity of the TS2 / 4 monoclonal antibody immobilized on the biochip microarray sensor prepared in Example 7 with T cells (particularly LFA-1 present on the surface of T cells). As shown in FIGS. 15 to 16, the secondary antibody and the T cell were combined with the immobilized TS2 / 4 monoclonal antibody to provide a fluorescent image of the same pattern, from which the microchip for biochip prepared in the embodiment of the present invention. It can be seen that the biological activity of the protein immobilized on the sensor is maintained.

이제까지 본 발명을 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

10, 110, 210, 310 : 기판 25, 125 : 패터닝된 식각 마스크 111, 311 : 홈 20, 120, 220, 320 : 소수성 TEOS 증착막 30, 130, 230, 330 : 친수성 TEOS 증착막10, 110, 210, 310: substrate 25, 125: patterned etching mask 111, 311: groove 20, 120, 220, 320: hydrophobic TEOS deposited film 30, 130, 230, 330: hydrophilic TEOS deposited film

Claims

Board; A hydrophobic film formed on the substrate; And a hydrophilic film formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophobic film.
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Patterned substrate for biomolecule immobilization.

Board; A hydrophilic film formed on the substrate; And a hydrophobic membrane formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophilic membrane.
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Patterned substrate for biomolecule immobilization.

A substrate on which a predetermined region is patterned in a groove shape; A hydrophobic film formed on an upper portion of which the groove of the substrate is not formed; And a hydrophilic film formed on the grooved portion of the substrate,
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Patterned substrate for biomolecule immobilization.

A substrate on which a predetermined region is patterned in a groove shape; A hydrophilic film formed on an upper portion of which a groove of the substrate is not formed; And a hydrophobic film formed on the grooved portion of the substrate,
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Patterned substrate for biomolecule immobilization.

The patterned substrate for biomolecule immobilization according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrophilic membrane is a superhydrophilic membrane having a water contact angle of 1 ° to 10 °.

6. The patterned substrate for biochips according to claim 5, wherein the hydrophobic film is a hydrophobic film having a water contact angle of 60 ° to 90 °.

5. The gas atmosphere of claim 1, wherein the gas atmosphere containing oxygen comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, in addition to oxygen. A patterned substrate for biomolecule immobilization, further comprising a mixed gas atmosphere.

The patterned substrate for biomolecule immobilization according to claim 1 or 2, wherein a thickness of the hydrophilic film formed by patterning the embossed structure or the hydrophobic film formed by patterning the embossed structure is 0.1 to 1 µm.

According to claim 1 or claim 2, wherein the region on the hydrophobic membrane is not formed on the hydrophilic membrane or the region on the hydrophilic membrane is not formed on the line-like pattern arranged at regular intervals, circles arranged at regular intervals ( circle) pattern, or a honeycomb-shaped pattern characterized in that the patterned substrate for biomolecule immobilization.

The depth of the groove formed in the upper portion of the substrate is 0.1 ~ 100㎛, the thickness of the hydrophilic film formed on the upper portion formed the groove of the substrate or the hydrophobic film formed on the upper portion formed the groove of the substrate It is 0.1-1 micrometer, The patterning substrate for biomolecule immobilization characterized by the above-mentioned.

Forming a hydrophobic film on the substrate;
Disposing and patterning an etching mask on the hydrophobic layer;
Forming a hydrophilic film on top of the patterned etch mask and on top of the hydrophobic film exposed by the patterning; And
Removing the patterned etching mask and a hydrophilic film formed thereon;
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Method of producing a patterned substrate for biomolecule immobilization.

Forming a hydrophilic film on the substrate;
Disposing and patterning an etching mask on the hydrophilic layer;
Forming a hydrophobic film on top of the patterned etch mask and on top of the hydrophilic film exposed by the patterning; And
Removing the patterned etching mask and a hydrophobic film formed thereon;
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Method of producing a patterned substrate for biomolecule immobilization.

Forming a hydrophobic film on the substrate;
Disposing and patterning an etching mask on the hydrophobic layer;
Etching the upper portion of the substrate in the same region as the hydrophobic film exposed by the patterning and the hydrophobic film exposed by the patterning to form a groove-shaped pattern in a predetermined region above the substrate;
Forming a hydrophilic film on the patterned etch mask and on the grooved portion of the substrate; And
Removing the patterned etching mask and a hydrophilic film formed thereon;
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Method of producing a patterned substrate for biomolecule immobilization.

Forming a hydrophilic film on the substrate;
Disposing and patterning an etching mask on the hydrophilic layer;
Etching the upper portion of the substrate in the same region as the hydrophilic film exposed by the patterning and the hydrophilic film exposed by the patterning to form a groove-shaped pattern in a predetermined region above the substrate;
Forming a hydrophobic film on the patterned etch mask and on the groove on the substrate; And
Removing the patterned etching mask and a hydrophobic film formed thereon;
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Method of producing a patterned substrate for biomolecule immobilization.

The method of manufacturing a patterned substrate for biomolecule immobilization according to any one of claims 11 to 14, wherein the hydrophilic membrane is a superhydrophilic membrane having a water contact angle of 1 ° to 10 °.

The method of claim 15, wherein the hydrophobic membrane is a hydrophobic membrane having a water contact angle of 60 ° to 90 °.

15. The method of any one of claims 11 to 14, wherein the oxygen-containing gas atmosphere comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen in addition to oxygen. A method of producing a patterned substrate for biomolecule immobilization, further comprising a mixed gas atmosphere.

15. The method of claim 11, wherein the etching mask is a biomolecule immobilization, characterized in that any one selected from the group consisting of photosensitive polymer, metal hard mask, silicon dioxide, polysilicon and silicon nitride. Method of manufacturing a patterned substrate.

19. The method of claim 18, wherein the photosensitive polymer is a photoresist (PR).

15. The method of claim 13 or 14, wherein etching to form a groove on the substrate is performed by deep reactive ion etching (DRI), the deep reactive ion etching (Deep reactive- etching) Method of manufacturing a patterned substrate for biomolecule immobilization, characterized in that the depth of the groove formed on the substrate by ion etching (DRIE) is 0.1 ~ 100㎛.

Board; A hydrophobic film formed on the substrate; A hydrophilic film formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophobic film; And a biomolecule selectively immobilized on the hydrophilic membrane or on the hydrophobic membrane on which the hydrophilic membrane is not formed to form a pattern.
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Biochip microarray sensor.

Board; A hydrophilic film formed on the substrate; A hydrophobic membrane formed by patterning an embossed structure in a predetermined region on the hydrophilic membrane; And a biomolecule selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane or on a hydrophilic membrane on which the hydrophobic membrane is not formed to form a pattern.
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating a plasma with TEOS, and said hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Biochip microarray sensor.

A substrate on which a predetermined region is patterned in a groove shape; A hydrophobic film formed on an upper portion of which the groove of the substrate is not formed; A hydrophilic film formed on an upper portion of the groove on which the substrate is formed; And a biomolecule selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane or on top of the hydrophilic membrane to form a pattern.
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Biochip microarray sensor.

A substrate on which a predetermined region is patterned in a groove shape; A hydrophilic film formed on an upper portion of which a groove of the substrate is not formed; A hydrophobic film formed on the top of which the groove of the substrate is formed; And a biomolecule selectively immobilized on top of the hydrophobic membrane or on top of the hydrophilic membrane to form a pattern.
The hydrophobic membrane comprises at least one inert gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, and hydrogen, and contains tetraethyl orthosilicate in a gas atmosphere containing no oxygen. Hydrophobic TEOS deposited film formed by treating TEOS with plasma, and the hydrophilic film is a hydrophilic TEOS deposited film formed by treating tetraethyl orthosilicate (TEOS) with plasma in a gas atmosphere containing oxygen. Biochip microarray sensor.

The biochip microarray sensor according to any one of claims 21 to 24, wherein the hydrophilic membrane is a superhydrophilic membrane having a water contact angle of 1 ° to 10 °.

26. The microarray sensor for biochip according to claim 25, wherein the hydrophobic membrane is a hydrophobic membrane having a water contact angle of 60 ° to 90 °.

25. The microarray sensor for a biochip according to any one of claims 21 to 24, wherein the biomolecule is any one of a protein, a nucleic acid, a hormone, an enzyme substrate, and an antigen.

The microarray sensor for biochip according to claim 27, wherein the protein is an antibody containing a hydrophobic group.