KR101238551B1

KR101238551B1 - 나노입자 어레이 제조방법, 이에 의하여 제조된 나노입자 어레이, 플라즈몬 나노입자를 포함하는 바이오 센서의 제조방법, 이에 의하여 제조된 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 물질 센싱방법

Info

Publication number: KR101238551B1
Application number: KR1020100094307A
Authority: KR
Inventors: 김상욱; 신동옥; 임용택
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2013-03-04
Also published as: KR20120060968A

Abstract

나노입자 어레이 제조방법, 이에 의하여 제조된 나노입자 어레이, 플라즈몬 나노입자를 포함하는 바이오 센서의 제조방법, 이에 의하여 제조된 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 물질 센싱방법이 제공된다.
본 발명에 따른 나노입자 어레이 제조방법은 고분자량의 제 1 중합체 및 저분자량의 제 2 중합체가 혼합된 혼합 블록공중합체를 기판 상에 적층하는 단계; 상기 적층된 혼합 블록공중합체를 열처리하여 자기조립하는 단계; 자기조립된 상기 블록공중합체층을 식각하여, 상기 블록공중합체에서 조립된 블록중합체의 일부 블록공중합체 영역을 선택적으로 제거하여, 패턴된 블록공중합체 주형을 제조하는 단계; 상기 제조된 블록공중합체 주형상에 나노입자 물질층을 적층하는 단계; 및상기 블록공중합체 주형을 제거하는 단계를 포함하며, 본 발명에 따른 나노입자 어레이 제조방법은 고밀도의 균일한 나노입자 어레이를 블록공중합체 리소그래피 방법으로 제조한다. 본 발명은 특히 적은 분자량의 블록공중합체를 자기조립을 위한 프로모터로 사용하며, 이에 따라 자기조립된 평행 배열의 블록공중합체는 육각 원뿔 구조의 나노입자 어레이를 대면적의 기판에 제조할 수 있게 한다. 또한, 또한, 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 플라즈몬 나노입자 어레이는 바이오센싱에 적합한 수준의 좁고, 강한 UV-Vis 흡광 밴드를 나타내며, 플라즈몬 나노입자 표면에서의 항원-항체간 특이 결합은 흡광 밴드를 상당 수준으로 이동시키므로, 염료와 같은 별도의 표지 물질을 사용하지 않고서도 바이오 물질의 효과적인 센싱이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서 사용된 은 플라즈몬 나노입자 어레이는 불과 0.1 내지 1ng/ml 수준의 상당히 적은 용량만으로도 표지물질 없이 전립선 암을 검출할 수 있으므로, 본 발명에 따라 블록공중합체 리소그래피를 이용하여 제조된 플라즈몬 나노구조물은 다양한 광전자 소자 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.

Description

나노입자 어레이 제조방법, 이에 의하여 제조된 나노입자 어레이, 플라즈몬 나노입자를 포함하는 바이오 센서의 제조방법, 이에 의하여 제조된 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 물질 센싱방법{Method for manufacturing nanoparticle array, nanoparticle array manufactured by the same, method for manufacturing bio-sensor having plasmonic nanoparticles, method for sensing bio-material using the bio-sensor}

본 발명은 나노입자 어레이 제조방법, 이에 의하여 제조된 나노입자 어레이, 플라즈몬 나노입자를 포함하는 바이오 센서의 제조방법, 이에 의하여 제조된 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 물질 센싱방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적은 분자량의 블록공중합체를 자기조립을 위한 프로모터로 사용하여, 나노입자 어레이를 대면적의 투명 기판에 균일하게 제조할 수 있고, 바이오 물질 센싱에 적합한 수준의 좁고, 강한 UV-Vis 흡광 밴드를 나타내므로, 염료와 같은 별도의 표지 물질을 사용하지 않고서도 바이오 물질의 효과적인 센싱이 가능한 나노입자 어레이 제조방법, 이에 의하여 제조된 나노입자 어레이, 플라즈몬 나노입자를 포함하는 바이오 센서의 제조방법, 이에 의하여 제조된 바이오 센서 및 이를 이용한 바이오 물질 센싱방법에 관한 것이다.

귀금속(Ag, Au, Pt) 나노구조의 특이한 광학특성은 플라즈몬 도파로, 표면 강화 라만 산란(SERS), 실시간 화학/생물학 센서와 같이 광범위한 분야에서 연구되고 있다. 즉, 조사하는 광자 주파수가 금속 자유전자의 집단 진동에 공명한다면, 상기 금속들은 벌크 태에서는 존재하지 않던 강한 UV-가시광선(UV-Vis) 흡광 밴드를 나타내게 된다. 그 결과, 국소 지점에서의 전자기장이 상당 수준으로 증가하며, 이러한 현상은 일반적으로 국소 표면 플라즈몬 공명(Local Surface Plasmon Resonance, LSPR)이라 알려져 있다. LSPR 스펙트럼들의 특징적 파장과 강도는 입자의 모양, 크기, 입자간 거리 및 입자 주변의 유전(dielectric) 환경에 의하여 민감하게 반응, 변화된다. 이러한 플라즈몬 금속 나노구조체를 제조하기 위하여 다양한 나노패터닝 방법, 예를 들면 전자빔 리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피(NIL) 방법이 사용되고 있다. 하지만, 상기 방법들은 연속 공정시 수율이 떨어지고, 또한 기계적 직접 접촉으로부터 발생하는 기술적 난제때문에 대량 생산 공정에서 적용되기 어렵다는 문제가 있다. 상기 방법들의 대안으로 나노크기를 가지는 조립블록의 자발적 정렬 현상에 기반한 자기조립기술이 제시되며, 상기 자기 조립기술은 주기적으로 반복되는 평행구조의 나노구조체를 대면적으로 생산 가능하게 한다. 그 예로서, 자기 조립된 육각의 나노스피어 어레이를 리소그래피 마스크로 사용하는 나노스피어 리소그래피(NSL)가 있다. NSL 법에 의하여 제조된 금속 나노구조체는 수백 나노미터 크기의 특징적 영역을 갖는 새로운 LSPR 소자에 성공적으로 적용될 수 있다. 또 다른 예로 블록공중합체 리소그래피가 있다. 상기 방법은 스피어(구립체) 또는 실린더형 어레이와 같이 주기적으로 반복되며, 다양한 나노크기의 모폴로지 구조 또는 층상 구조 등을 가지는 블록공중합체를 이용하여, 매우 정밀하고 고밀도의 나노패터닝을 5 내지 50nm 크기 수준으로 수행할 수 있다.

이와 같이 크기조절이 가능하고, 평행한 블록공중합체 조립체는 형태, 밀도 및 특성 크기에 대한 정밀한 조절과 함께, 대면적으로의 나노패터닝을 가능하게 하는 장점이 있다. 하지만, 블록공중합체의 이러한 우수성에도 불구하고, 현재까지 블록공중합체 리소그래피는 대부분 전자 또는 자기 나노구조체 제조에만 주로 사용되고 있다. 따라서, 고밀도를 가지며, 나노크기를 갖는 플라즈몬 나노입자 어레이를 블록공중합체 리소그래피 공정으로 균일하게 제조한 종래 기술은 전무한 실정이다.

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 대면적으로 균일한 입자간 거리를 갖는 나노입자 어레이를 제조하기 위한 제조방법 및 이에 의하여 제조된 나노입자 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 블록공중합체 주형에 의하여 제조된 플라즈몬 나노입자 어레이를 포함하는 바이오 소자를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 바이오 소자를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 별도의 염료 물질을 사용하지 않는 바이오 물질 센싱방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노입자 어레이 제조방법으로, 상기 방법은 고분자량의 제 1 중합체 및 저분자량의 제 2 중합체가 혼합된 혼합 블록공중합체를 기판 상에 적층하는 단계; 상기 적층된 혼합 블록공중합체를 열처리하여 자기조립하는 단계; 자기조립된 상기 블록공중합체층을 식각하여, 상기 블록공중합체에서 조립된 블록중합체의 일부 블록공중합체 영역을 선택적으로 제거하여, 패턴된 블록공중합체 주형을 제조하는 단계; 상기 제조된 블록공중합체 주형상에 나노입자 물질층을 적층하는 단계; 및 상기 블록공중합체 주형을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 블록공중합체 및 제 2 블록공중합체는 PS-b-PMMA이며, 상기 패턴은 육각형의 실린더 구조이다. 또한, 상기 나노입자 물질층은 플라즈몬 특성을 갖는 금속층일 수 있다.

상기 방법에 의하여 제조된 플라즈몬 특성의 나노입자는 원뿔 구조이며, 상기 금속층은 금, 백금, 은, 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 블록공중합체는 PS와 PMMA 블록의 분자량은 동일하며, 상기 제 2 블록공중합체는 PS와 PMMA 블록의 수평균분자량은 각각 5kg/mol 이하일 수 있다.

본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 나노입자 어레이를 제공한다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플라즈몬 나노입자를 포함하는 바이오 센서의 제조방법으로, 상기 방법은 기판 상에 블록공중합체층을 적층하는 단계; 상기 블록공중합체층을 열처리하여 자기조립하는 단계; 자기조립된 상기 블록공중합체층을 식각하여, 상기 블록공중합체에서 조립된 블록 중합체 영역 일부를 선택적으로 제거하여, 패턴된 블록공중합체 주형을 제조하는 단계; 상기 제조된 블록공중합체 주형 상에 금속층을 적층하는 단계; 상기 블록공중합체 주형을 제거하여 나노입자 어레이를 제조하는 단계; 및 상기 나노입자 표면 상에 생물학적 활성 물질을 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 금속층의 금속은 은이다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서 생물학적 활성물질은 항원이며, 상기 항원을 고정시키는 단계는 상기 나노입자 표면상에 카르복실기를 말단기로 함유하는 버퍼층을 상기 나노입자 표면에 적층하는 단계; 및 상기 카르복실기와 항원의 아민기를 아미드 결합시켜, 항원을 상기 버퍼층 표면에 고정시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 블록공중합체는 고분자량의 제 1 블록공중합체 및 저분자량의 제 2 블록공중합체로 이루어지며, 상기 제 1 블록공중합체 및 제 2 블록공중합체는 PS-b-PMMA이다.

본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 바이오 센서를 제공한다. 또한, 본 발명은 상훌한 바이오 센서를 이용한 바이오 물질 센싱 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 생물학적 활성물질이 고정된 나노입자에 표적 물질을 흘리는 단계; 상기 표적물질과 생물학적 활성물질 사이의 특이적 결합 유무를 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 흡광 밴드의 피크 변화로 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 나노입자 어레이 제조방법은 고밀도의 균일한 나노입자 어레이를 블록공중합체 리소그래피 방법으로 제조하는 방식으로, 본 발명은 특히 적은 분자량의 블록공중합체를 자기조립을 위한 프로모터로 사용하며, 이에 따라 자기조립된 평행 배열의 블록공중합체는 육각 원뿔 구조의 나노입자 어레이를 대면적의 기판에 제조할 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 플라즈몬 나노입자 어레이는 바이오센싱에 적합한 수준의 좁고, 강한 UV-Vis 흡광 밴드를 나타내며, 플라즈몬 나노입자 표면에서의 항원-항체간 특이 결합은 흡광 밴드를 상당 수준으로 이동시키므로, 염료와 같은 별도의 표지 물질을 사용하지 않고서도 바이오 물질의 효과적인 센싱이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서 사용된 은 플라즈몬 나노입자 어레이는 불과 0.1 내지 1ng/ml 수준의 상당히 적은 용량만으로도 표지물질 없이 전립선 암을 검출할 수 있으므로, 본 발명에 따라 블록공중합체 리소그래피를 이용하여 제조된 플라즈몬 나노구조물은 다양한 광전자 소자 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈몬 나노입자 어레이 제조방법의 단계도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈몬 바이오센서 어레이의 제조공정의 공정도이다.
도 3은 다양한 크기의 원뿔 구조의 은 플라즈몬 어레이의 입자 모식도 및 계산된 흡광 스펙트럼이다.
도 4a는 고분자량의 SM1 블록공중합체만을 사용하여, 실시예 1의 플라즈몬 나노입자 어레이를 기판에 제조한 경우의 모식도 및 SEM사진이다.
도 4b는 실시예 1에서 고분자량의 중합체(140k-60k PS-b-PMMA, SM1)와 함께 상대적으로 적은 분자량을 갖는 중합체(5k-5k PS-b-PMMA, SM2)를 함께 사용한 경우의 모식도 및 SEM 사진이다.
도 4c는 본 발명에 따라 제조된 은 나노입자 어레이가 매우 규칙적인 질서를 가지며, 조밀하게 대면적으로 배열된 모습을 나타내는 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 블록공중합체 리소그래피에 의하여 제조되며, 다양한 나노입자 높이(h)를 가지는 은 나노입자 어레이에 대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 본 발명에 따라 블록공중합체 리소그래피 방식으로 제조된 다양한 귀금속 나노입자의 UV-Vis 흡광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 높이가 5 내지 40nm인 은 나노입자 어레이의 UV-Vis 흡광 스펙트럼을 나타내는 그래프, 도 7b는 나노입자 어레이 높이(h)와 ?λ_max에 대한 그래프, 도 7c는 주위 매질의 굴절 지수에 따른 LSPR ?λ_max 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a 내지 8c는 공기(h=1), 물(h=1.33), 에탄올/톨루엔(h=1.429) 및 톨루엔(h=1.495)에서 높이(h)가 10nm, 20nm, 30nm인 은 나노입자에 대한 흡광 스펙트럼이다.
도 9a는 플라즈몬 나노입자 표면에 SAM, 항원(PSA), 항체(안티-PSA, Anti-PSA)를 연속적으로 고정시키는 방법을 설명하는 모식도, 도 9b 및 9c는 저농도(10ng/ml) 및 고농도(10μg/ml)의 안티-PSA 센싱에 대한 흡광 스펙트럼, 도9d는 안티-PSA 용액 농도(10 pg/ml to 100 mg/ml)에 대한 ?λ_max 크기를 나타내는 그래프이다.
도 9e 는 AFM 사진과 SAM으로 단독으로 개질된 나노입자 어레이의 높이 프로파일을 나타내며, 도 9f는 연속적인 SAM, PSA 및 안티-PSA 고정화된 AFM 이미지와 나노입자 어레이의 높이 프로파일을 각각 나타내는 사진이다.
도 10a는 “베어(bare)” 은 나노입자 어레이 칩을 20μg/ml EDC와 함께 10μg/ml 안티-PSA에서 인큐베이션된 후의 LSPR 흡광 스펙트럼이고, 도 10b는 비결합성의 안티-C 반응성 단백질(CRP)가 사용된 대조 실험에서의 LSPR 흡광 스펙트럼이다.

이하, 본 발명의 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 표시되는 약어는 본 명세서 내에서 별도의 다른 지칭이 없다면 당업계에서 통용되어, 이해되는 수준으로 해석되어야 한다.

본 발명은 블록공중합체 리소그래피 공정에 의하여 고밀도의 나노입자 어레이를 대면적 기판에서 제조한다. 특히 대면적 기판에서 고밀도의 나노입자 어레이를 균일한 분포로 제조하기 위하여, 본 발명은 고분자량과 저분자량의 블록공중합체를 혼합한 후, 이를 자기조립하는 방식으로 블록공중합체 주형을 제조한다. 본 발명의 이러한 방식에 의하여, 자기조립된 블록공중합체 주형은 패턴간 균일한 거리를 가지며, 따라서 이러한 주형에 의하여 제조된 나노입자 어레이는 전체적으로 균일한 수평 거리를 갖는다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 어레이 제조방법의 단계도이다.

도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 나노입자 어레이 제조방법은 기판상에 블록공중합체를 적층한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 블록공중합체는 고분자량과 저분자량의 블록공중합체가 혼합된 혼합 블록공중합체이며, 기판 상에 적층된 블록공중합체는 이후 열처리되어, 자기조립된다. 특히 본 발명에서는 자기조립이 어려운 수준의 낮은 분자량의 블록공중합체(제 2 블록공중합체)를 고분자량의 자기조립용 블록공중합체(제 1 블록공중합체)에 혼합, 사용함으로써 열처리에 의한 자기조립 속도를 높이고, 균일한 수평거리의 패턴을 주형에 형성시켰다.

이후, 자기조립된 상기 블록공중합체층을 식각하여, 상기 블록공중합체에서 조립된 블록중합체의 일부 블록 영역을 선택적으로 제거하여, 블록공중합체 박막을 패터닝한다. 이로써 소정 형태가 패턴된 블록공중합체 주형이 제조된다. 이후, 상기 제조된 블록공중합체 주형상에 나노입자 물질층을 적층하는데, 상기 나노입자 물질은 상기 패턴된 구조에 적층될 수 있는 임의의 물질, 예를 들면 금속, 고분자 등을 모두 포함한다. 이후, 상기 블록공중합체 주형은 리프토-오프 방식 등으로 제거되는데, 이로써 주형의 패턴에만 적층된 나노입자 물질층만이 기판에 남게 되어, 나노입자가 제조된다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 블록공중합체 리소그래피 공정에 의하여 고밀도의 나노크기 플라즈몬 나노구조체를 대면적으로 제조한다. 즉, 본 발명자는 금속, 세라믹, 반도체 및 고분자 등을 포함하는 표적 기재의 광역 스펙트럼에 대하여 블록공중합체 리소그래피가 매우 효과적이라는 점을 발견하였다. 이로부터 본 발명은 블록공중합체 리소그래피를 광학적으로 투명한 파이렉스(pyrex) 유리 기판에 응용시킴으로써, 특이적 생물학적 상호작용과 플라즈몬 공명 효과를 동시에 결합시킨, 새로운 분광 어레이를 제조하였으며, 이러한 분광 어레이가 바이오 센서 등의 센서로서 매우 효과적이다는 점으로부터 본 발명에 이르게 되었다. 따라서, 본 발명에서 광학적으로 투명한 기판(예를 들면 유리 기판)은 LSPR 흡수 밴드의 효과적인 분광학적인 검출에 있어 중요하다.

본 발명의 일 실시예의 블록공중합체 리소그래피는 고분자량의 블록공중합체(제 1 블록공중합체)와 저분자량의 블록공중합체(제 2 블록공중합체)를 혼입한 혼합 블록공중합체를 사용하였으며, 이로부터 육각 구조의 균일한 귀금속 나노입자 어레이를 유리기판 상에 형성시켰다. 상기 나노입자 어레이의 LSPR 특징들을 분석하였고, 나노입자 어레이 중 은 나노입자 어레이가 바이오센싱에 적용될 수 있는 수준의 좁고 강한 UV-가시광선(UV-Vis) 흡수 스펙트럼을 보인다는 결과를 얻었다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 생물학적 물질의 특이적 결합, 예를 들면 항체와 항원 사이의 특이적 결합으로부터 기인하는 전체 반응 중 LSPR 피크 파장에서의 생물학적 상호작용의 주요 영향을 분석하였다. 본 발명의 일 실시예에서는, 염료와 같은 표지물질이 없는 상태에서 전립선 특이 항체(anti-PSA)의 고감도 검출을 ng/ml 수준에서 성공적으로 수행하였다.

도 1b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 플라즈몬 나노입자 어레이 제조방법의 단계도이다.

도 1b를 참조하면, 먼저 기판 상에 블록공중합체를 적층한다. 이때 상기 기판은 분광학적 검출이 가능하도록 유리 등과 같이 투명 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 블록공중합체는 고분자량의 블록공중합체와 함께 저분자량의 블록공중합체를 사용하여, 고분자량 블록공중합체(제 2 블록공중합체)의 자기조립속도를 높이고, 자기조립된 구조가 보다 균일한 수평거리를 갖도록 하였다. 특히 본 발명에서는 자기조립된 주형을 직접 형성하지 못하는 저분자량 블록공중합체, 예를 들면, 폴리스티렌-폴리메타크릴레이트 블록공중합체(PS-b-PMMAP)의 PS 블록 수평균분자량이 5kg/mol, PMMA 블록 수평균분자량이 5kg/mol인 수준의 저분자량 블록공중합체 사용을 통하여 고분자량의 블록공중합체의 이동속도를 높였다.

이후, 상기 적층된 블록공중합체층을 열처리하여 자기조립한다. 상기 열처리에 의한 자기 조립에 의하여 블록공중합체는 소정형태로 자기조립되는데, 본 발명의 일 실시예에서는 PS 기재(matrix)에 PMMA가 육각 실린더 형태로 자기조립된 구조를 얻었다.

이후, 자기조립된 상기 블록공중합체층을 식각하여, 상기 블록공중합체의 자기조립된 일부 중합체 블록만을 선택적으로 제거하여, 블록공중합체 주형을 제조한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 블록공중합체 주형은 PS 기재를 남기고, 육각 실린더 구조의 PMMA가 제거된 구조를 갖는다.

이후, 상기 블록공중합체 주형 상에 금속층을 적층한 후, 상기 주형을 제거한다. 이로써, 블록공중합체 주형 패턴에만 금속층이 적층되어, 나노입자 어레이가 기판 상에 제조된다. 상기 금속층의 금속은 금, 백금, 은, 구리 등의 귀금속인 것이 바람직하며, 특히 상기 금속층이 은인 경우, 매우 우수한 흡광 밴드 특성을 보였다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 상술한 방법에 의하여 제조된 나노입자 표면에 생물학적 활성물질(예를 들면, 항원, 항체)을 고정시킨 후, 다시 상기 생물학적 활성물질과 표적물질간의 특이적 결합에 의한 흡광밴드 변화를 검출하는 방식의 바이오 센서를 제공한다.

이하 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명은 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

물질

PS-b-PMMAs (SM1: M _n (PS 블록): 140kg/mol, M _n (PMMA 블록): 60kg/mol, SM2: M _n (PS 블록: 5kg/mol, M _n (PMMA 블록): 5kg/mol)를 구입, 준비하였다. 금(99.999%), 은(99.99%), 구리(99.997%) 소스 및 백금 스퍼터링 타켓을 Tasco사로부터 구입하였다. 11-메르캅토운데칸산(11-mercaptoundecanoic acid, 11-MUA)와 1-옥탄티올(1-OT)를 Aldrich사로부터 구입하였다. 1-에틸-3-[3-디메틸아미노프로필]카르보디이미드 하이드로클로라이드(EDC)를 Pierce사로부터 구입하였다. 트리즈마 염기(Trizma base) 및 염화칼슘(CaCl2)을 Sigma사로부터 구입하였다. 염화나트륨(NaCl) 용액을 Junsei 사로부터 구입하였다. 10nM 및 pH 7.4인 포스페이트-완충 식염수(PBS) 용액을 Invitrogen 사로부터 구입하였다. 전립선 특이적 항원(PSA)로 알려진 Kallikrein 3을 R&D System Inc. 로부터 구입하고, PSA 항체(안티-PSA, 쥐 모노클로날 항체)를 Santa Cruz Biotechnology, Inc. 로부터, 안티 C-반응성 단백질을 ,Calbiochem 사로부터 구입하였다.

실시예 1-1

플라즈몬 금속 나노입자 어레이 제조

5인치 파이렉스(pyrex) 유리기판의 표면을 화학적으로 세척하고, 종래 기술에 따라 랜덤 브러쉬 공중합체(Random brush copolymer)로 개질하였다. 고분자량 SM1(제 1 블록공중합체)과 저분자량 SM2(제 2 블록공중합체)가 10:4로 혼합된 혼합 블록공중합체(blend)를 개질된 상기 유리기판상에 두께 75nm로 도포한 후, 스핀 코팅하였다. 이후 200°C로 고온 어닐링함에 따라, 혼합 블록공중합체는 자발적으로 자기조립되어, PS 매트릭스 내에 육각형의 수직 PMMA 실린더가 형성된 나노크기의 모폴로지 구조가 형성된다. 이후, 상기 블록공중합체 필름에 UV를 조사한 후, 아세트산/물로 린스하여, 선택적으로 PMMA의 실린더 구조체를 제거하고, 나머지 PS를 가교결합시켜, 육각 실린더 형상의 나노포어 구조가 패턴된 블록공중합체 주형을 유리 기판 위에 제조하였다. 상기 주형 제조 후, 5-인치 파이렉스 기판을 1.6 x 1.6 cm² 칩 사이즈로 절단, 분해시켰다.

이후 귀금속(Au, Ag, Cu, Pt)의 금속물질을 육각 구조의 나노포어가 패턴된 상기 블록공중합체 주형 위에 적층하고, 다시 이를 톨루엔에서 초음파처리함으로써 PS 매트릭스를 리프트-오프 방식으로 제거하였다. 그 결과, 블록공중합체의 주형 모폴로지 구조가 복사되어, 높은 균일도의 육각형 구조를 가지는 금속 나노입자 어레이를 투명한 파이렉스 유리 기판위에 제조하였다.

실시예 1-2

항체( anti - PSA ) 검출을 위한 바이오 센서 칩 제조

실시예 1-1에서 제조된 플라즈몬 금속입자 어레이를 자기조립 단일층(SAM) 혼합물(3 mol의 1 mM 1-옥탄티올(1-OT)과 1 mol 의 1 mM 11-메르캅토운데칸산(11-MUA) 혼합물)로 12 내지 24시간 에탄올 용액에서 인큐베이션함으로써 기능화시켰다. SAM 개질 후, 플라즈몬 어레이를 에탄올로 린스하고, 다시 질소로 건조시켰다. 이후 상기 어레이를 TCN 용액(0.15M NaCl, 10 mM CaCl₂) (pH 7.5) 및 1mg/ml의 PSA로 1시간 동안 인큐베이션하였다. 이때, 20 mg/ml 의 EDC 커플링제가 사용되어, PSA의 아민기와 SAM 종결화된 금속 나노입자 어레이 상의 카르복실기 사이에서 아미드 결합을 유도하였다. 마지막으로, 플라즈몬 어레이를 PSA 항체 용액으로 1시간 동안 인큐베이션한 후, PBS로 세척하고, 다시 질소로 건조시켰다. 이때 상기 PSA 항체 용액은 10mM의 PBS에서 다양한 농도로 희석된 상태로 사용되었다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈몬 바이오센서 어레이의 제조공정의 공정도이다.

도 2를 참조하면, 5인치 파이렉스 유리 기판을 중성의 P(S-r-MMA) 랜덤 공중합체 브러쉬로 개질하여, 기판 표면이 PS 및 PMMA 성분에 대하여 동일한 표면 장력을 갖도록 하였다. PS-b-PMMA 블록공중합체 혼합 필름을 중성 개질된 파이렉스 기판 표면에 스핀코팅하고, 200°C로 다시 어닐링하여, 육각형의 실린더 구조(PMMA)가 PS 매트릭스에 형성된 블록공중합체 주형을 제조하였다. 육각형 실린더 구조를 이루는 PMMA를 습식 에칭에 의하여 선택적으로 제거하고, 다시 금속층(Ag, Au, Cu 또는 Pt)을 증착하였다. 이후, 블록공중합체 주형의 매트릭스(PS)를 리프토-오프 방식으로 제거하였다. 이로써 파이렉스 유리 기판 위에 육각 실린더 구조의 금속 나노입자 어레이를 제조하였다. 나노입자의 크기(40nm이하)였으며, 이웃하는 나노입자 사이의 중심간 거리(80nm 이하)는 블록공중합체 주형의 자기조립된 반복 구조와 일치한다. 항체 검출을 위하여 얻어진 플라즈몬 나노입자 어레이를 카르복실산으로 종결된 버퍼층인 자기조립 단일층으로 개질하고, 다시 나노입자 표면을 전립선 특이적 항원(PSA)으로 개질하였으며, 버퍼층 카르복실산과 항원(PSA) 아민기 사이의 아미드 결합을 통하여 생물학적 활성 물질인 항원(PSA)이 버퍼층(즉, 나노입자)에 고정된다.

이후 상기 항원에 특징적으로 결합하는 항체(안티-PSA)를 흘림으로써 항원-항체 간의 특이적 결합 유무를 LSPA 흡광 밴드 피크 변화로 검출하였는데, 아래의 실험예에 의하여, 항원(PSA)과 항체(안티-PSA) 사이의 강한 특이적 결합이 UV-Vis 스펙트럼으로 검출되었다. PSA는 전립선 암에 대한 공지된 바이오마커이므로, PSA 또는 안티-PSA에 대한 고감도 검출은 전립선 암에 대한 조기 진단의 가능성을 제공한다. 전립선 암 진단을 위한 앗쎄이 모델로, 본 발명에 따른 플라즈몬 센서는 PSA에 특이적으로 결합하는 안티-PSA를 검출하도록 설계되었으나, 그 반대도 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

실험예

분석방법

플라즈몬 어레이의 UV-Vis 흡광 스펙트럼은 UV-3101 PC 스펙트로미터(Shimadzu Co., Japan)을 사용하여 분석하였다. 블록공중합체 박막의 나노크기 모폴로지 및 제조된 금속 나노입자 어레이는 Hitachi S-4800 SEM을 사용하여 영상화하였다. 금속 나노입자 어레이의 표면 모폴로지는 태핑(tapping)모드에서 AFM(Veeco, 미국)을 이용, 분석하였다.

크기분석

LSPR 나노구조체를 제조하기 위한 효과적인 방법은 적절한 구조적 크기(치수)를 가지며, 주기적인 금속 나노구조체를 저비용으로 대량생산하여야 한다. 본 발명은 이를 위하여 5인치 크기의 기판에 대하여 블록공중합체 리소그래피를 사용, 나노입자 어레이를 제조함으로써, 본 발명이 LSPR 나노구조체의 대량생산 가능성을 확인하였다. 블록공중합체 리소그래피에 의하여 달성될 수 있는 플라즈몬 어레이의 바람직한 구조 크기(치수)는 LSPR UV-Vis 흡광 거동을 모사함으로써 측정된다.

도 3은 다양한 크기의 원뿔 구조의 은 플라즈몬 어레이의 입자 모식도 및 흡광 스펙트럼이다.

도 3을 참조하면, 평균 직경(D)은 40nm이고, 중심간 거리가 80nm인 육각형의 은 나노입자 어레이(원뿔형 나노입자)가 가시광선 영역 대에서 강한 흡광 밴드 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

혼합 블록공중합체

본 발명은 상술한 바와 같이 높은 분자량의 비대칭 폴리스티렌-블록-폴리(메틸 메타클릴레이트)(PS-b-PMMA, SM1; M_n(PS block): 140kg/mol, M_n(PMMA block): 60kg/mol)를 사용하여, 원하는 크기의 나노구조체를 얻었다. 하지만, 이들 고분자량 중합체는 자기조립된 후 측면 배열이 상대적으로 불안정하고, 불규칙한데, 이것은 높은 분자량 블록공중합체의 느린 자기조립 현상에 기인한다. 도 4a는 고분자량의 SM1 블록공중합체만을 사용하여, 실시예 1의 플라즈몬 나노입자 어레이를 기판에 제조한 경우의 모식도 및 SEM사진이다.

도 4a를 참조하면, 나노입자 사이의 거리가 매우 불균일하다는 것을 알 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 저분자량의 PS-b-PMMA(SM2; M_n(PS & PMMA blocks): 5kg/mol)을 SM1과 블렌딩(혼합)하여 자기조립을 촉진시켰다. 이때 낮은 cN 값을 갖는 이들 저분자량 SM2는 PS 또는 PMMA 성분에 대한 특이한 선호 현상 없이 블록공중합체 필름 전체로 균일하게 분산되는데, 이러한 높은 분산 특성은 저분자량 중합체인 SM2의 PS 블록과 PMMA 블록이 동일한 분자량을 갖는 점에 기인한다.

SM1의 소량 첨가에 따라 블록공중합체의 이동특성은 현저히 향상되었지만, 자기조립된 모폴로지 구조 크기 등에는 크게 영향을 주지 않았다. 또한, 블록공중합체 모폴로지의 균일 배열 특성은 특히SM2/SM1 중량비가 0.4일 때 크게 향상된다. 상술한 금속 증착 공정과 이어지는 리프트-오프 공정에 따라 얻어지는 나노입자 어레이는 기판 면적에 상관없이 향상된 균일도를 나타내었다.

도 4b는 실시예 1에서 고분자량의 중합체(140k-60k PS-b-PMMA, SM1)와 함께 상대적으로 적은 분자량을 갖는 중합체(5k-5k PS-b-PMMA, SM2)를 함께 사용한 경우의 모식도 및 SEM 사진이다.

도 4b를 참조하면, 도 3b에 비하여 보다 조밀하고, 규칙적인 배열의 나노입자 어레이가 기판 상에 형성된 것을 알 수 있다.

도 4c는 본 발명에 따라 은 나노입자가 매우 규칙적인 질서를 가지며, 조밀하게 대면적으로 배열된 모습을 나타내는 SEM 사진이다.

도 4c를 참조하면, 전체적으로 나노입자 간 거리는 균일하며, 이러한 향상된 특성은 대면적 제조 시에도 동일하다는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 블록공중합체 리소그래피에 의하여 제조되며, 다양한 나노입자 높이(h)를 가지는 은 나노입자 어레이에 대한 주사 전자 형미경(SEM) 이미지이다. 도 5에서, 내부에 삽입된 이미지는 나노입자 어레이의 기울어진 단면도를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 증착된 금속층의 두께가 충분하지 않으면(h=5), 금속 나노입자는 상당히 불규칙한 형상을 나타낸다(도 5의 (a) 참조). 하지만, h가 10에서 30nm까지 커짐에 따라, 나노입자의 구조는 점차 원뿔 모양으로 변한다(도 5의 (b) 및 (c) 참조). 금속 입자의 원뿔 모양은 금속 증착 도중 주형의 나노포어 입구에서 금속이 점차 쌓여가는 현상에 기인한다(도 5의 (d) 참조).

도 6은 본 발명에 따라 블록공중합체 리소그래피 방식으로 제조된 다양한 귀금속 나노입자의 UV-Vis 흡광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 비록 나노입자 어레이의 모폴로지 구조가 동일하다고 하여도, 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt)의 LSPR λ_max 는 각각 상이한 영역대, 즉, 613, 567, 452 및 463 nm에 있었다. 이 중 은(Ag) 나노입자 어레이가 가장 강하고, 날카로운 흡광 밴드를 나타내었으며, 이는 바이오 센서 등에 응용되기 적합한 특성이다. 반대로 백금은 매우 넓으며, 약한 흡광 밴드를 나타낸다.

도 7a는 높이가 5 내지 40nm인 은 나노입자 어레이의 UV-Vis 흡광 스펙트럼을 나타낸다.

도 7a를 참조하면, 30nm 높이(h)의 나노입자 어레이가 가장 강한 흡광 피크를 나타내는 것을 알 수 있다.

도 7b는 나노입자 어레이 높이(h)와 λ_max 에 대한 그래프이다.

도 7b를 참조하면, 높이(h)의 함수로서 흡광 밴드는 청색 이동 현상이 발생한다. 소정 높이 변화에 대하여, 나노입자 높이가 적으면 청색 이동이 커진다. 이러한 현상은 금으로 이루어진 삼각형 프리즘의 플라즈몬 거동에 대한 이론적 예측 결과와 일치한다. 도 5b의 위쪽에 삽입된 이미지는 1.6 x 1.6 cm² 크기의 유리 칩 상에 제조된 은 플라즈몬 어레이의 사진이다. 이를 참조하면, 베어(bare) 파이렉스 유리 기판은 어떠한 광학적 신호를 발생시키지 않았으나, 상이한 높이의 은 플라즈몬 어레이는 다양한 색상 변화를 나타내는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈몬 구조의 센싱 능력을 확인하기 위하여, 주위 매질의 굴절 지수에 따른 LSPR ?λ_max 변화를 측정하였다.

도 7c는 주위 매질의 굴절 지수에 따른 LSPR ?λ_max 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7c를 참조하면, 상이한 굴절률(물: h=1.33, 에탄올/톨루엔: h=1.429, 톨루엔: h=1.495)을 갖는 세 종류의 용매에 침지시킨 은 나노입자의 LSPR λmax이동량(? λ_max)은 주변 용매의 굴절률에 대체로 비례하는 것을 알 수 있다.

선형 피팅으로부터, 감도 인자, ?λ_max/RIU가 얻어질 수 있으며, 이것은 주변 매질의 굴절률 변화에 대한 공명 파장의 상대적 변화량으로 정의될 수 있다.

도 8a 내지 8c는 공기(h=1), 물(h=1.33), 에탄올/톨루엔(h=1.429) 및 톨루엔(h=1.495)에서 높이(h)가 10nm, 20nm, 30nm인 은 나노입자에 대한 흡광 스펙트럼이다.

도 8a 내지 8c를 참조하면, h=10nm에서 감도 인자는 30nm/RIU, h=20nm에서는 37nm/RIU, 그리고 h=30nm에서는 47nm/RIU의 감도 인자를 보인다.

본 발명에 따라 제조된 바이오 센서는 항원(PSA)이 선택적으로 결합된 플라즈몬 어레이 칩에 기반하여, 특이적 항체를 검출한다. 본 발명의 이러한 접근은 특히 항원과 항체 사이의 특이적 상호작용을 검출하는 데 효과적일 뿐만 아니라, 알쯔하이머 등과 같은 특이질병을 이해하기 위한 정보를 제공해줄 수 있다.

도 9a는 플라즈몬 나노입자 표면에 SAM, 항원(PSA), 항체(Anti-PSA)를 연속적으로 고정시키는 방법을 설명하는 도면이다.

본 실험예에서는 높은 LSPR 감도 (D = 40 nm, h = 30 nm)의 나노입자 어레이를 사용하였다. UV-Vis 흡광 분석에 의하여 모니터링된 고정화 각 단계에서, LSPR λ_max의 점진적인 적색 이동이 나타났으며, 이는 도 9b및 9c에 도시된 바와 같다. 항체 검출을 위하여, 3:1의 1mM OT / 1mM 11-MUA으로 이루어진 SAM과, 20 μg/ml EDC, 1 μg/ml PSA를 함유하는 수용성 항원 용액으로 은 나노입자 표면을 처리하였다. PSA 항원 분자는 아미드 결합을 통하여 금속 표면과 공유결합한다. 마지막 항원 검출 단계에서 Δλ_max는 항체 용액의 농도에 상당히 의존한다. 10ng/ml의 안티-PSA 용액에서의 1시간 인큐베이션은 +4nm의 Δλ_max를 발생시켰지만, 10μg/ml 용액은 +19nm의 Δλ_max를 발생시켰다.

도 9e 는 AFM 이미지와 SAM으로 단독으로 개질된 나노입자 어레이의 높이 프로파일을 나타내며, 도 9f는 연속적인 SAM, PSA 및 안티-PSA 고정화된 AFM 이미지와 나노입자 어레이의 높이 프로파일을 각각 나타낸다. SAM으로 개질된 나노입자의 평균 높이는 18.24 ± 1.3 nm이며, 항원 및 항체 고정화 후에는 22.18 ± 1.5 nm (~4 nm 증가)까지 증가하는 것을 알 수 있다.

도 10a는 “베어(bare)” 은 나노입자 어레이 칩을 20μg/ml EDC와 함께 10μg/ml 안티-PSA에서 인큐베이션된 후의 LSPR 흡광 스펙트럼이고, 도 10b는 비결합성의 안티-C 반응성 단백질(CRP)가 사용된 대조 실험에서의 LSPR 흡광 스펙트럼이다.

도 10a 및 10b를 참조하면, 항원과 항체 사이의 특이적 결합이 없는 경우, Δλ_max는 미미하다는 것을 알 수 있다. 특히, 도 7a를 참조하면, 항원-항체간의 특이적 결합이 없는, 즉, SAM, 항원, 항체가 결합되지 않은 베어 은 나노입자는 Δλ_max 를 보이지 않았다. 특이적 결합에 의한 Δλ_max 효과를 확인하기 위하여, SAM 코팅된 은 나노입자 어레이 칩을 먼저 1μg/ml PSA(TCN 용액)에서 먼저 인큐베이션하고, PSA와의 특이적 결합성이 없는 안티-CRP(PBS)에서 1시간 동안 다시 인큐베이션 하였다. 이 역시 도 10a와 유사하게 주목할만한 수준의 Δλ_max 가 보이지 않았다.

본 발명은 상술한 바와 같이 고밀도의 균일한 플라즈몬 바이오 센서 어레이를 블록공중합체 리소그래피 방법으로 제조한다. 적은 분자량의 블록공중합체를 조립 프로모터로 사용하며, 대면적으로, 평행 배열의 블록공중합체는 육각 원뿔 구조의 금속 나노입자 어레이를 대면적의 투명 기판에 제조할 수 있게 한다. 이와 같은 방식으로 얻어진 플라즈몬 어레이는 바이오센싱에 적합한 수준의 좁고, 강한 UV-Vis 흡광 밴드를 나타낸다. 또한, 플라즈몬 나노입자 표면에서의 항원-항체간 특이 결합은 흡광 밴드의 상당 수준의 이동을 발생시킨다. 즉, 본 발명은 0.1 내지 1ng/ml 수준의 상당히 낮은 용량으로도 전립선 암 센서로서의 조건을 표지물질 없는 시스템으로 완성시킬 수 있다. 따라서, 블록공중합체 리소그래피를 이용하여 플라즈몬 나노구조체를 제조하는 본 발명은 다양한 광전자 소자 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

나노입자 어레이 제조방법으로, 상기 방법은
고분자량의 제 1 블록공중합체와 저분자량의 제 2 블록공공중합체로 이루어진 혼합 블록공중합체를 기판 상에 적층하는 단계;
적층된 상기 혼합 블록공중합체를 열처리하여 자기조립하는 단계;
자기조립된 상기 혼합 블록공중합체층을 식각하여, 상기 혼합 블록공중합체의 일부 중합체 영역을 선택적으로 제거하여, 패턴된 블록공중합체 주형을 제조하는 단계;
패턴된 상기 블록공중합체 주형상에 플라즈몬 특성의 금속인 나노입자 물질층을 적층하는 단계; 및
상기 블록공중합체 주형을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 블록공중합체 및 제 2 블록공중합체는 각각 PS-b-PMMA인 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법.
제 2항에 있어서,
상기 패턴은 육각형의 실린더 구조인 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법.
삭제
제 3항에 있어서,
상기 방법에 의하여 제조된 플라즈몬 특성의 나노입자는 원뿔 구조인 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 나노입자 물질은 금, 백금, 은, 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 제 2 블록공중합체는 PS와 PMMA 블록의 분자량이 동일한 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 제 2 블록공중합체는 PS와 PMMA 블록의 수평균분자량은 각각 5kg/mol 이하인 것을 특징으로 하는 나노입자 어레이 제조방법.
제 1항 내지 제 3항, 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 나노입자 어레이.
플라즈몬 나노입자를 포함하는 바이오 센서의 제조방법으로, 상기 방법은,
고분자량의 제 1 블록공중합체와 저분자량의 제 2 블록공공중합체로 이루어진 혼합 블록공중합체를 기판 상에 적층하는 단계;
기판 상에 적층된 상기 혼합 블록공중합체층을 열처리하여 자기조립하는 단계;
자기조립된 상기 혼합 블록공중합체층의 일부 중합체 영역을 식각 방식으로 선택적으로 제거하여, 패턴된 블록공중합체 주형을 제조하는 단계;
패턴된 상기 블록공중합체 주형 상에 플라즈몬 특성의 금속층을 적층하는 단계;
상기 블록공중합체 주형을 제거하여 나노입자 어레이를 제조하는 단계; 및
상기 나노입자 표면 상에 생물학적 활성 물질을 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 금속층의 금속은 은인 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 10항에 있어서,
생물학적 활성물질은 항원이며, 상기 항원을 고정시키는 단계는,
상기 나노입자 표면상에 카르복실기를 말단기로 함유하는 버퍼층을 상기 나노입자 표면에 적층하는 단계; 및
상기 카르복실기와 항원의 아민기를 아미드 결합시켜, 항원을 상기 버퍼층 표면에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
삭제
제 10항에 있어서,
상기 제 1 블록공중합체와 제 2 블록공중합체는 각각 PS-b-PMMA인 것을 특징으로 하는 바이오 센서 제조방법.
제 10항 내지 제 12항, 제 14항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 바이오 센서.
제 15항의 바이오 센서를 이용한 바이오 물질 센싱 방법으로, 상기 방법은
상기 생물학적 활성물질이 고정된 나노입자에 표적 물질을 흘리는 단계;
상기 표적물질과 생물학적 활성물질 사이의 특이적 결합 유무를 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 흡광 밴드의 피크 변화로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 물질 센싱 방법.