KR101264101B1 - 바이오센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 바이오센서 - Google Patents

바이오센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 바이오센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오센서를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 바이오센서으로서, 표면 플라즈몬 공명 바이오센서를 제조하는 방법에 있어서, 베이스 기판 상에 금속 박막층을 형성시키는 단계; 금속염 및 환원제를 함유한 용액에 상기 금속 박막층이 형성된 베이스 기판을 침지시키는 단계; 및 상기 금속 박막층의 표면에 금속 이온의 환원 반응으로 금속 나노 돌기가 형성되어, 상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법과 이로 제조된 바이오센서이며, 이와 같은 본 발명에 의하면 바이오센서의 금속 박막에 나노 돌기를 형성시켜 표면의 거칠기를 증가시킴으로써 바이오센서의 감도를 향상시킬 수 있다.

Description

바이오센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 바이오센서 {METHOD FOR MANUFACTURING BIOSENSOR AND BIOSENSOR MANUFACTURED BY THIS METHOD}
본 발명은 바이오센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 바이오센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오센서의 유전체층과 접하는 금속 박막층 상의 표면에 돌출된 나노 돌기들을 형성시켜 상기 나노 돌기들의 거칠기에 의해 상기 유전체층에 대한 SPR(Surface Plasmon Resonance) 공명각의 변화량이 조절되는 바이오센서를 제조하는 방법과 이에 의해 제조된 바이오센서에 대한 것이다.
바이오센서(Biosensor)는 생물학적 요소와 분석 대상 물질과의 반응에서 나타나는 전기화학적 변화, 열에너지 변화, 형광 또는 색의 변화 등을 인식 가능한 신호로 변화시켜주는 장치를 통해 효소나 항체 또는 DNA 등의 생체 물질이 가지는 분자 인식 기능을 이용하여 각종 단백질, 화학 물질 또는 병원균 검출 대상 물질을 검출할 수 있는 장치이다.
바이오센서는 생물 공학, 화학 공학, 전자 공학, 생명 공학 및 컴퓨터 공학 등의 여러 분야가 접목되면서 급속도로 연구 및 개발되고 있다. 이와 같은 바이오센서의 종류는 측정 대상 물질, 센서에 고정된 생물학적 요소 또는 신호변화기신호변환기의 종류에 따라 나눈다. 신호 변환 방법으로는 전기화학(electrochemical), 열(thermal), 광학(optical), 역학적(mechanical) 등의 다양한 물리화학적 방법이 사용되고 있다.
특히 나노 기술의 발전에 따른 바이오센서 개발의 증가로 우수한 검출 성능을 갖는 감지층의 개발과 활용을 위한 연구가 증대되고 있으며, 최근에는 선택적 특이 결합을 이용할 수 있어 고감도 검출이 가능한 광학 검출용 바이오센서를 개발하는 연구가 급속히 증가하고 있다.
광학 검출용 바이오센서 중 Proteomics 분야에서 각광 받고 있는 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance; 이하 'SPR'이라 칭함)법을 이용하여 광 변화를 전기 신호로 변환시켜 반응을 검출하는 광학 바이오센서 분야에 대한 개발이 활발히 진행되고 있는데, 표면 플라즈몬이란 금속 표면과 같은 도체 표면을 따라서 전파되는 자유전자의 양자화된 진동으로서, 이와 같은 표면 플라즈몬은 프리즘과 같은 유전매체를 지나 유전 매체의 임계각 이상의 각도로 금속박막에 입사하는 입사광에 의해 여기되며, 일정한 각도에서 공명을 일으킨다. 이러한 SPR이 일어나는 입사각, 즉 공명각은 금속 박막에 근접한 물질의 굴절률 변화에 민감하다.
SPR 센서는 이러한 성질을 이용하여 금속 박막에 근접한 물질, 즉 시료의 굴절률 변화로부터 시료의 정량 분석, 정성 분석 및 박막인 시료의 두께를 측정하는데 이용할 수 있는데, 가령 SPR 센서 기술은 단백질과 같은 생체물질이 센서 표면에 결합될 경우 신호 변화를 일으키는 현상을 이용하여 바이오센서 및 바이오칩 측정방법으로 많이 이용되고 있다.
SPR 센서의 장점은 방사성 물질이나 형광물질을 이용한 별도의 표식 없이 광학적 원리만으로도 분자들 간의 상호작용 계측이 가능하고 실시간으로 결합 친화도를 측정할 수 있으며, 또한 분자 인식 검출에 우수한 감도를 가진다는 것이다.
종래에는 이와 같은 SPR 기반의 바이오센서에서 검출 성능을 향상시키기 위하여 전체적인 기구부의 개선에 초점이 맞춰져 있어 개선된 바이오센서를 위해서는 전체적으로 기구를 교체해야하는 번거러움과 이로 인한 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
또한 종래의 SPR 기반의 바이오센서를 제조함에 있어서 센서의 감도를 용이하게 조절하는 것이 불가능하여 상황에 따라 다양한 센서 감도를 갖는 바이오센서를 제공하는 것이 어려운 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, SPR 기반의 바이오센서 장치에서 입사각의 분해능을 향상시키기 위해 기구부를 향상시키는 경우에 전체적인 센서 장비를 교체해야하는 불편함과 이로 인한 추가적인 비용 발생 문제를 해결하기 위한 바이오센서의 제조 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
특히, 기존의 바이오센서 장비에 적용가능하면서 바이오센서의 간단한 구조 변경을 통해 바이오센서의 검출 감도를 향상시킬 수 있는 바이오센서를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
나아가서 SPR 센서의 감도를 조절할 수 있는 바이오센서를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, 표면 플라즈몬 공명 바이오센서를 제조하는 방법에 있어서, 베이스 기판 상에 금속 박막층을 형성시키는 단계; 금속염과 환원제를 함유한 용액에 상기 금속 박막층이 형성된 베이스 기판을 침지시키는 단계; 및 상기 금속 박막층의 표면에 금속 이온의 환원 반응으로 금속 나노 돌기가 형성되어, 상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법이다.
바람직하게는 상기 베이스 기판을 침지시키는 단계는, 상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 조절하기 위하여 상기 금속염과 환원제의 농도를 조절한 금속염과 환원제를 함유한 용액을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 금속염은 금, 은, 구리 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함하고, 상기 환원제는 아민 계열 성분을 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 금속염은, 상기 금속 박막층과 동일한 물질이 선택될 수 있다.
또한 상기 환원제는, 하이드록시아민(Hydroxylamine) 또는 아소코빅산(ascobic acid)이 선택될 수 있다.
나아가서 상기 베이스 기판을 침지시키는 단계는, 상기 금속염과 환원제를 함유한 용액에 계면활성제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 증가시키는 단계는, 상기 금속 박막층의 표면에 나노 돌기의 형성시에 반응 온도 및 반응 시간을 조절하여 상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 조절할 수 있다.
여기서 상기 베이스 기판은, 유리 기판, 프리즘 또는 투명 플라스틱 기판이 이용될 수 있다.
또한 본 발명은 표면 플라즈몬 공명 바이오센서에 있어서, 프리즘의 하면에 형성된 금속 박막층과 상기 금속 박막층의 하면에 형성되어 분자 인식 물질이 고정화된 유전체층을 포함하되, 상기 금속 박막층은, 상기 유전체층과 접하는 표면에 상기 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법으로 금속 나노 돌기가 형성되어, 상기 나노 돌기에 의해 상기 유전체층에 대한 SPR(Surface Plasmon Resonance) 공명각의 변화량이 조절되는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 바이오센서의 유전체층과 접합 금속박막층의 거칠기 변화에 따른 고감도의 바이오센서를 제조할 수 있다.
특히 본 발명에서는 바이오센서의 금속 박막에 나노 돌기를 형성시키는 방법을 제시하여 금속 박막의 표면 거칠기를 증가시킴으로써 바이오센서의 감도를 향상시키는데, 여기서 형성되는 나노 돌기에 의한 금속 박막 표면의 거칠기를 조절함으로써 바이오센서의 검출 감도를 조정할 수 있다.
나아가서 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 바이오센서는 전체적인 센서 장비의 교체 없이 바로 기존의 센서 장비에 적용이 가능하므로 추가적인 비용이 발생되지 않는다.
도 1은 본 발명이 적용되는 SPR 기반의 바이오센서 장치의 개략적인 구성과 동작도를 도시하며,
도 2는 SPR 기반 바이오센서에서 입사각 변화에 따른 반사도의 변화 양상을 도시하는 그래프이며,
도 3은 종래기술에 따른 바이오센서의 구성을 도시하며,
도 4는 종래기술에 따른 바이오센서의 금속 박막층의 표면을 나타내며,
도 5는 본 발명에 따른 바이오센서에 대한 실시예의 구성을 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법에 대한 흐름도를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 공정에 대한 실시예를 도시하며,
도 8은 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 골드 박막층의 표면을 나타내며,
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의해 제조된 골드 박막층의 표면을 나타내며,
도 10은 종래기술에 따른 바이오센서의 입사각 변화에 따른 반사도의 변화 양상을 도시하는 그래프이며,
도 11은 본 발명에 따른 바이오센서의 입사각 변화에 따른 반사도의 변화 양상을 도시하는 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 바이오센서를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 바이오센서로서, 바이오센서에서 유전체층과 접하는 금속 박막층의 표면의 거칠기를 조절하기 위해 돌출된 복수개의 나노 돌기를 형성시켜 상기 복수개의 나노 돌기에 의해 상기 유전체층에 대한 SPR(Surface Plasmon Resonance) 공명각의 변화량이 조절되는 바이오센서를 제조하는 방법과 이에 의해 제조된 바이오센서이다.
본 발명의 바이오센서가 적용되는 SPR 기반의 바이오센서 장치는 개략적으로 광원부, 바이오센서부 및 광 검출부로 구성되는데, 도 1은 본 발명이 적용되는 바이오센서 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 1에 도시된 바이오센서 장치는 광원부(30), 바이오센서(100) 및 광 검출부(50)로 구성되며, 여기서 광원부(30)에서 발생되는 광원은 자외선 파장에서 근적외선 파장 영역을 가지는 텅스텐 램프, 텅스텐 할로겐 램프, 제논 램프, 레이저 등과 같은 다양한 광원이 이용될 수 있다.
실질적으로 바이오센서 장치에는 광원부(30)로부터의 방사된 광을 모아 직진시키기 위한 렌즈, 렌즈를 통한 광의 양을 조절하며 평행하게 만들기 위한 조리개, TM(transverse magnetic) 모드의 빛을 만들어 주는 편광기 등의 구성이 필요할 수 있으며 또한 광 검출부(50)도 반사된 광을 검출하여 분석하기 위한 다양한 구성들이 포함될 수 있으나, 이들 구성은 일반적인 SPR 기반의 바이오센서 장치의 구성들로 본 발명의 주된 구성요소가 아니므로 그 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서 바이오센서(100)는 프리즘(110), 금속 박막층(130) 및 유전체층(140)을 포함하는데, 유전체층(140)은 분자 인식 물질이 고정되어 상기 분자 인식 물질과 검출 대상 물질의 결합이 발생되는 부분이며, 상기 분자 인식 물질과 검출 대상 물질의 결합에 의해 상기 프리즘(110)을 통과하여 반사되는 광에는 미세한 굴절율 변화가 발생되어 광 검출부(50)가 이러한 미세한 변화를 측정하게 된다.
즉, SPR은 금속 박막층(130)과 유전체층(140)의 경계면에서 발생하는 전자의 진동을 의미하며, 상기 분자 인식 물질과 검출 대상 물질의 결합에 따른 유전체층(140)의 굴절율 또는 두께의 변화가 SPR 현상에 영향을 주어 이와 같은 SPR 현상의 변화를 광 검출부(50)가 검출함으로써 분자 인식 물질과 검출 대상 물질의 결합을 검출하게 된다.
도 2는 SPR 기반 바이오센서에서 입사각 변화에 따른 반사도의 변화 양상을 도시하는 그래프인데, 상기 도 2에서 가장 낮은 반사도를 나타내는 입사각을 SPR 공명각 또는 SPR 각이라 칭하며, SPR 각은 유전체층의 굴절률 또는 두께의 변화에 따라 변하게 된다.
본 발명에서는 분자 인식 물질이 고정화된 유전체층과 접하는 금속 박막층을 제조하는 방법과 이로 제조된 금속 박막층에 주된 특징적 구성이 있으므로, 프리즘, 유전체층 및 금속 박막층을 하나의 바이오센서로 명칭하여 이하에서 이를 중심으로 본 발명을 살펴보기로 한다.
이하에서는 본 발명의 특징적 구성인 바이오센서에 대하여 자세히 살펴보기로 하며, 본 발명의 특징적 구성을 보다 효과적으로 쉽게 설명하기 위해 종래기술에 따른 바이오센서와 대비하여 설명하기로 한다.
도 3은 종래기술에 따른 바이오센서의 구성을 도시하며, 도 4는 종래기술에 따른 바이오센서의 금속표면을 나타낸다.
먼저 종래기술에 따른 바이오센서의 구성을 도 3을 참조하여 살펴보면, 프리즘(11)의 일면과 접하여 금속 박막층(13)이 형성되고 금속 박막층(13)과 접하여 유전체층(14)이 형성되는데, 도 3에서 확대부분을 살펴보면, 종래기술에 따른 바이오센서의 경우에는 평평한 금속 박막층(13)의 표면 상에 유전체층(14)이 형성되게 된다.
이와 같은 도 3의 종래기술에 따른 바이오센서의 금속 박막층(13)으로 형성된 골드 박막층의 표면을 원자 현미경(atomic force microscopy)로 촬영한 사진이 도 4에 나타나 있는데, 종래기술에 따른 바이오센서의 금속 박막층인 골드 박막층의 경우에 표면의 평균 거칠기는 대략 0.64nm로 측정되었다. 이러한 종래기술에 따른 바이오센서에서 금속 박막층의 평균 거칠기는 거의 무시될 수 있는 수준이다.
본 발명에서는 표면 플라즈몬 현상의 원리적인 측면에서 이러한 금속 막박층의 표면 거칠기를 증가시킴으로써 바이오센서의 감도를 향상시킬 수 있는 방법을 제시한다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오센서에 대한 실시예의 구성을 도시한다.
도 5에 도시된 본 발명에 따른 바이오센서의 실시예에서 구성은 앞서 살펴본 도 1에서의 바이오센서(100)의 구성과 동일하며, 프리즘(110), 금속 박막층(130) 및 유전체층(140)을 포함한다.
본 발명에 따른 바이오센서(100)의 특징은 금속 박막층(130)의 표면 거칠기를 증가시키는 것인데, 도 5를 참조하여 살펴보면, 프리즘(110)의 일면에 접하여 금속 박막층(130)이 형성되고 금속 박막층(130)과 접하여 유전체층(140)이 형성된다. 여기서 본 발명의 경우에는 도 5의 확대부분에 도시된 바와 같이 유전체층(140)과 접하는 금속 박막층(130)의 표면에 유전체층(140)으로 돌출된 나노 돌기(135)가 형성되어 금속 박막층(130) 표면의 거칠기를 증가시킨다.
이와 같은 나노 돌기가 형성되어 표면 거칠기가 증가된 금속 박막층을 포함하는 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법을 살펴보기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법에 대한 흐름도를 도시하는데, 도 6을 참조하면 먼저 베이스 기판의 상부에 얇은 금속 박막층을 형성시킨다.(S110) 여기서 상기 베이스 기판으로는 투명 유리 등이 이용될 수 있으며, 상황에 따라서는 프리즘 자체 또는 투명 플라스틱 기판을 베이스 기판으로 이용할 수도 있을 것이고, 금속 박막층을 형성시키는 공정은 일반적인 증착 등의 박막 형성 공정을 이용할 수 있다.
그리고 금속염과 환원제를 함유한 용액을 제조(S130)하는데, 여기서 상기 금속염은 금, 은, 구리 또는 알루미늄 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있는데, 상기 베이스 기판에 형성된 금속 박막층과 동일한 금속 물질이 선택되는 것이 바람직하다.
상기 환원제는 아민 계열 성분을 포함하며, 바람직하게는 하이드록시아민(Hydroxylamine) 또는 아소코빅산(ascobic acid) 등이 이용될 수 있다.
나아가서 상기 용액 상의 금속 입자들이 상기 금속 박막층에 증착되는 것을 돕기 위해 상기 금속염과 환원제를 함유한 용액 상에 계면활성제가 추가적으로 첨가될 수도 있다.
상기 도 6의 흐름도에서는 먼저 베이스 기판 상에 금속 박막층을 형성시키고 그 후 금속염과 환원제를 함유한 용액을 제조하는 것으로 도시되어 있으나, 이와 같은 순서는 선택적인 사항으로서 상황에 따라서는 먼저 금속염과 환원제를 함유한 용액을 제조하고 그 후 베이스 기판 상에 금속 박막층을 형성시킬 수도 있을 것이다.
이와 같이 금속 박막층이 형성된 베이스 기판과 금속염과 환원제를 함유한 용액이 준비되면, 상기 금속염과 환원제를 함유한 용액 상에 금속 박막층이 형성된 베이스 기판을 침지(S150)시킨다. 그러면 상기 용액 상의 금속 이온은 환원제에 의해 활발한 환원반응이 발생되며 이로 인해 상기 베이스 기판의 금속 박막층 표면에 금속 나노 돌기가 형성(S170)되게 된다.
여기서 형성되는 나노 돌기의 크기 및 간격 등이 획일적이지는 않지만, 상기 금속염과 환원제의 농도 비율, 환원반응시 온도 및 반응 시간 등을 조절하면 어느 정도의 나노 돌기의 크기와 형성되는 간격 등이 조절될 수 있으며, 이를 통해 상기 금속 박막층의 표면 거칠기의 조절이 가능해진다.
이와 같이 상기 베이스 기판의 금속 박막층 표면에 금속 나노 돌기를 형성시켜 그 표면 거칠기가 증가된 금속 박막층을 형성(S190)시킨다.
본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법에 대한 실시예를 통해 좀 더 살펴보자면, 도 7은 골드염을 이용한 본 발명에 따른 바이오센서의 제조 과정을 도시한다.
우선 도 7의 a)에 도시된 바와 같이 베이스 기판인 유리 기판(120) 상에 금속 박막층인 골드 박막층(130)을 형성시키는데, 본 실시예에서는 골드 박막층(130)의 두께를 43nm로 형성시켰다. 여기서 골드 박막층(130)의 형성은 열증착 방식이나 스퍼터링 방식 등 일반적인 다양한 방식이 이용될 수 있다.
그리고 골드염과 환원제를 함유하는 용액(200)을 제조하고 도 7의 b)에 도시된 바와 같이 골드염(210)과 환원제를 함유하는 용액(200) 상에 골드 박막층(130)이 형성된 유리 기판(120)을 침지시킨다.
여기서 골드염과 환원제를 함유한 용액은 용매에 골드염과 1mM 농도의 환원제를 함유하도록 제조하였는데, 사용되는 환원제는 골드염과 반응하여 용액 상에서 골드 입자의 덩어리를 형성시키는 것보다 골드 박막층(130)의 표면 상에서 골드 환원이 더 빠르게 반응되도록 선정되는 것이 바람직하며, 이와 같은 환원 반응을 위해서 본 실시예에서는 환원제로 하이드록시아민(NH2OH)를 이용하였다.
또한 용액(200) 상에는 골드 박막층(130) 상에 나노 돌기의 형성을 돕기 위해 골드염과 환원제를 함유하는 용액(200)에는 계면활성제를 첨가할 수 있다.
이와 같이 제조된 골드염과 환원제를 함유한 용액(200)에 골드 박막층(130)이 형성된 유리 기판(120)을 침지시키면, 도 7의 c)에 도시된 바와 같이 골드염(210)의 환원 반응이 골드 박막층(130)의 표면에서 발생되어 골드 박막층(130)의 표면에 국소적인 화학적 증착 반응이 수행되며, 본 실시예에서는 1시간 동안 골드 증착 반응을 수행하였다.
상기의 과정을 통해 도 7의 d)에 도시된 바와 같이 골드 박막층(130)의 표면에 불규칙적인 나노 돌기(135)가 형성되며, 본 실시예에서 나노 돌기(135)가 형성 골드 박막층(130) 표면을 원자 현미경으로 촬영한 사진이 도 8에 나타나 있다.
본 실시예에 따른 골드 박막층(130)의 표면 거칠기를 측정해본 결과 평균 거칠기가 2.4nm로서, 상기 도 4의 금속 박막층(13)의 평균 거칠기 0.64nm보다 본 발명의 실시예에 따른 골드 박막층(130)의 평균 거칠기가 대략 2nm정도가 증가되었음을 알 수 있었다.
나아가서 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 골드염과 환원제를 함유한 용액의 제조시에 환원제인 하이드록시아민(NH2OH)의 농도를 10mM로 높이고 상기 도 7의 실시예와 동일한 조건으로 나노 돌기가 형성된 골드 박막층을 제조하였으며, 이를 원자 현미경으로 촬영한 사진이 도 9에 나타나 있다.
상기 도 9의 실시예에서는 골드 박막층의 평균 거칠기가 1.481nm로 측정되었으며, 이를 통해 금속 입자가 함유된 용액의 제조시에 금속염과 환원제의 농도를 조절함으로써 형성시키고자하는 금속 박막층의 거칠기를 조절할 수 있으며, 또한 금속 박막층의 표면에 화학적 증착에 의해 나노 돌기를 형성시키는 반응 시간과 반응 온도를 조절하여서도 금속 박막층의 거칠기를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오센서의 제조 방법으로 제조된 금속 박막층의 SPR 공명각을 측정해보기 위해, 종래기술에 따라 제조된 상기 도 4의 금속 박막층(13)과 본 발명의 실시예에 따라 제조된 상기 도 8의 나노 돌기(135)가 형성된 골드 박막층(130)에 각각 유기 박막을 형성시키고, 입사각에 따른 반사도의 양상을 측정하였다.
여기서 유기 박막은 두 종류의 핵산티올(hexanethiol)과 옥타데칸티올(octadecanethiol)의 유기 물질을 자기조립 방법으로 코팅하였으며, 핵산티올은 메틸기가 6이고 이를 유기박막으로 형성시켰을때 대략 0.7~1.0nm의 두께를 가지며, 옥타데카티올은 메틸기가 18로서 유기박막을 형성시켰을때 핵산티올의 3배정도의 두께를 가진다.
도 10은 종래기술에 따라 제조된 도 4의 금속박막층에 대한 측정 결과 그래프를 나타내며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 도 9의 골드박막층에 대한 측정 결과 그래프를 나타낸다.
상기 도 10의 종래기술에 따라 제조된 금속박막층의 측정 결과 그래프에 나타난 바와 같이 종래기술에 따라 제조된 금속박막층의 경우에는 반사도가 최소가 되는 SPR 공명각의 크기가 거의 변화하지 않았으나, 상기 도 11의 본 발명의 실시예에 따라 제조된 골드 박막층의 경우에는 반사도가 최소가 되는 SPR 공명각은 핵산티올일 때는 61.1도이고 옥타데칸티올일 때는 63.5도로 측정된 결과를 얻었으며, 유기 박막의 두께가 대략적으로 1.4~2nm 증가할 때 SPR 공명각도 약 2.4도 증가함을 알 수 있다. 이는 거칠기가 증가된 금속박막층을 갖는 바이오센서가 유기 박막의 두께 변화에 더 민감하게 변화된다는 것을 알려주는 결과이다.
이와 같은 본 발명에 따른 제조 방법을 통해 프리즘의 하면에 형성된 금속 박막층에 금속 나노 돌기를 형성시켜 그 거칠기를 증가시키고 그 상부에 분자 인식 물질이 고정화된 유전체층을 형성시킴으로써, 상기 나노 돌기에 의해 상기 유전체층에 대한 SPR 공명각의 변화량이 조절되는 바이오센서의 제공이 가능해진다.
특히 본 발명에서는 나노 돌기에 의한 금속 박막층의 표면 거칠기를 조절함으로써 바이오센서의 감도를 조절할 수 있는데, 이는 형성되는 나노 돌기의 크기, 분포되는 개수 및 그 간격에 따라 입사각에 따른 반사각의 변화가 발생되므로 SPR 공명각의 변화량이 조절될 수 있기 때문에 그 감도가 향상된 바이오센서를 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 100 : 바이오센서,
11, 110 : 프리즘,
120 : 베이스 기판,
13, 130 : 금속 박막층,
135 : 나노 돌기,
200 : 금속염과 환원제를 함유한 용액,
210 : 금속염.

Claims (9)

  1. 표면 플라즈몬 공명 바이오센서를 제조하는 방법에 있어서,
    베이스 기판 상에 금속 박막층을 형성시키는 단계;
    금속염과 환원제를 함유한 용액에 상기 금속 박막층이 형성된 베이스 기판을 침지시키는 단계; 및
    상기 금속 박막층의 표면에 금속 이온의 환원 반응으로 금속 나노 돌기가 형성되어, 상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판을 침지시키는 단계는,
    상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 조절하기 위하여 상기 금속염과 환원제의 농도를 조절한 금속염과 환원제를 함유한 용액을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속염은,
    금, 은, 구리 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 환원제는,
    아민 계열 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속염은,
    상기 금속 박막층과 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 환원제는,
    하이드록시아민(Hydroxylamine) 또는 아소코빅산(ascobic acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 기판을 침지시키는 단계는,
    상기 금속염과 환원제를 함유한 용액에 계면활성제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 증가시키는 단계는,
    상기 금속 박막층의 표면에 나노 돌기의 형성시에 반응 온도 및 반응 시간을 조절하여 상기 금속 박막층의 표면 거칠기를 조절하는 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은,
    유리 기판, 프리즘 또는 투명 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 바이오센서의 제조 방법.
  9. 삭제
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