KR101296967B1 - 스핀코팅법을 이용한 ｓｐｒ 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법 - Google Patents

스핀코팅법을 이용한 ｓｐｒ 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법 Download PDF

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조용진
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 프리즘(Prism)의 일 표면에 액상의 제1 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 S1 단계; S1 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제1 표면처리 박막층(10a)을 형성시키는 S2 단계; S2 단계를 거친 프리즘의 제1 표면처리 박막층 상에 액상 금속용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 S3 단계; 및 S3 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 나노금속 박막층(200)을 형성시키는 S4 단계를 포함하는 것을 특징한다.

Description

스핀코팅법을 이용한 ＳＰＲ 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF PRISM MODULE FOR SPR BIOSENSOR BY USING SPIN-COATING PROCESS}
본 발명은 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 액상 표면처리제 및 액상 금속용액을 스핀코팅하여 SPR 바이오센서용 프리즘모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 표면에 존재하는 전자들은 그 표면에 대하여 종 방향으로(normal) 진동하여 집단적인 요동(collective vibration) 운동을 하는데, 이를 표면 플라즈몬 파동(surface plasmon wave)이라 한다. 양자화된(quantized) 전자의 요동이 곧 표면 플라즈몬 혹은 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polariton)이다.
표면 플라즈몬이 광파(light waves)에 의해서 여기되는 현상을 이용하여 물질을 정량적으로 분석하기 위해서 다양한 표면 플라즈몬 센서들이 제시되어 왔다.
SPR(Surface Plasmon Resonance)현상은 센싱하고자 하는 바이오물질의 농도를 광학적 현상으로 측정하기 위해 제안된 방법이다. TM(Transverse Magnetic)모드로 편광된 빛이 금(Au), 은(Ag)과 같이 유전함수(dielectric function)의 실수부(real part)가 음(-)의 값을 갖는 금속 박막에 입사하게 되면, 금속 표면에 존재하는 전자들의 집합적인 요동인 표면 플라즈몬과 결합(coupling)하게 되고, 공명 조건을 만족하는 특정 입사각에서는 공명 현상이 일어나게 되는데 이것을 표면 플라즈몬 공명(SPR:Surface Plasmon Resonance)이라고 한다.
특히, 금속 박막에 입사하는 광원의 파수벡터(wave vector)와 표면 플라즈몬의 파수벡터(wave vector)가 서로 일치하게 되는 공명 조건에서는 입사되는 빛의 에너지가 거의 모두 표면 플라즈몬 모드로 흡수되기 때문에, 결과적으로 금속 표면에서 전반사되는 빛의 세기는 최소가 된다. 여기서, 금속 표면 위에 존재하는 유전 물질의 미세한 굴절률의 변화가 공명 조건을 변화시키게 되는데, 이러한 변화를 측정함으로써 생화학적 상호 작용들을 실시간으로 정량 분석할 수 있다.
이러한 SPR 현상을 바이오 센서로 응용하려는 노력은 지속적으로 이루어져 왔으며, 그 결과 SPR 바이오센서는 생체 분자의 상호 작용을 형광물질과 같은 표지자 없이 측정할 수 있는 대표적인 비표지 방식 바이오센서 시스템의 하나로 등장하게 되었다.
종래 SPR 현상 및 이를 이용한 바이오센서와 관련된 선행특허문헌으로서, 한국특허출원 제10-2007-0019572호 '고감도 표면 플라즈몬 공명측정장치', 한국특허출원 제10-2007-0071784호 'SPR현상을 이용한 광바이오센서' 및 한국특허출원 제10-2007-0132293호 '일회용 표면 플라즈몬 공명 바이오센서 및 이를 이용한표면 플라즈몬 공명 바이오센서 시스템'이 있었다.
종래 SPR 바이오센서용 프리즘모듈은 프리즘 상면에 100nm미만의 금(Au) 또는 은(Ag) 박막을 열증착(Thermal evaporation) 또는 진공증착(Vacuum deposition)과 같은 증착 방법에 의해 만들어졌다.
이와 같은 진공증착방법은 유리재질의 프리즘 상면에 귀금속인 금, 은 박막이 용이하게 형성되게 하기 위하여, 접착성이 높은 천이금속인 크롬(Cr) 또는 타이타늄(Ti)을 10~40nm정도의 두께로 프리즘 상면에 미리 부착시켜왔다.
그런데, 접착성을 높이기 위해 부착된 천이금속으로 인해, 표면플라즈몬 공명의 효과가 감소되는 문제점이 있었다. 또한 프리즘에 입사/출사되는 빛의 움직임에도 영향을 주어 바이오센서의 민감도를 저하시키는 문제점이 있었다.
한편, SPR용 바이오센서는 몇 번 사용하고 버리는 사용실태 하에서 고가의 바이오센서의 경제성 또한 문제가 되었다.
본 발명은 종래 진공증착방법에 의해 발생되는 상기 문제점들을 스핀코팅 프로세스를 이용한 제조방법의 관점에서 해결하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 종래 접착성을 높이기 위해 진공증착시키는 천이금속을 사용하지 않는 방법을 구현하고자 한다.
둘째, 종래 진공증착방법보다 저온, 단시간, 비진공에서 나노금속박막층을 형성시키고자 한다.
셋째, 종래 진공증착방법에 의한 바이오센서보다 기능이 향상시키고자 한다.
넷째, 종래 진공증착방법보다 저비용으로 제조하고자 한다.
다섯째, 1회용이 아닌 다수 회 사용이 가능하도록 내구성을 향상시키고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법은 프리즘(Prism)의 일 표면에 액상의 제1 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 S1 단계를 포함한다.
본 발명은 S1 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제1 표면처리 박막층(10a)을 형성시키는 S2 단계를 포함한다.
본 발명은 S2 단계를 거친 프리즘의 제1 표면처리 박막층 상에 액상 금속용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 S3 단계를 포함한다.
본 발명은 S3 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 나노금속 박막층(200)을 형성시키는 S4 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 프리즘은 유리재질인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S1 단계의 제1 표면처리제는 아미노-트리메톡시 실란(amino-trimethoxy silane)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S1 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S2 단계는 110~130℃에서 1~3분 동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S3 단계의 액상 금속용액은 투명(transparent)한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S3 단계의 액상 금속용액은 은이온(silver ion)과 암모늄 카보나이트염(ammonium carbonite salt)로 이루어진 투명 은 복합용액(transparent organic silver complex solution)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S3 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S4 단계는 120~170℃에서 2~3분 동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명은 S4 단계를 거친 프리즘(prism)의 나노금속 박막층 상에 액상의 제2 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 S5 단계를 포함한다.
본 발명은 S5 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제2 표면처리 박막층을 형성시키는 S6 단계를 포함한다.
본 발명은 S6 단계를 거친 프리즘의 상면에 액상 투명 고분자용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 S7 단계를 포함한다.
본 발명은 S7 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 고분자 박막층(300)을 형성시키는 S8 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 S5 단계의 제2 표면처리제는 메타크리레이트-트리메톡시 실란(methacrylate-trimethoxy silane)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S5 단계의 스핀코팅은 3000rpm으로 30초동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S6 단계는 110℃에서 2분 동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S7 단계의 액상 투명 고분자용액은 가시광 영역에서 흡수율이 10% 미만이며, 굴절률이 1.5 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S7 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S8 단계는 UV오븐에서 5분 동안 자외선 경화가 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 천이금속이 아닌 표면처리제(표면조촉매)를 사용함으로써, 천이금속 접착에 의한 효율저하를 방지하는 효과가 있다.
둘째, 액상 금속용액을 스핀코팅법을 통해 박막형성시킴으로써, 종래 진공증착법 대비 진공이 아닌 조건하에서, 저온으로, 또한 단시간에 프리즘 상면에 나노박막층을 형성시키는 효과가 있다.
셋째, 고분자박막층을 추가형성시킴으로써, 내구성을 향상시켜 다수회 사용가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 SPR을 이용한 바이오센서의 개념도이다.
도 2는 종래 진공증착법에 의해 천이금속이 사용되는 프리즘모듈의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스핀코팅법에 의해 제1 표면처리 박막층 및 나노금속 박막층이 형성된 프리즘모듈의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스핀코팅법에 의해 제2 표면처리 박막층 및 고분자 박막층이 형성된 프리즘모듈의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프리즘모듈을 SPR 이미지센서에 적용했을 때, 은 박막층(나노금속박막층)의 두께에 따른 알코올 표준 용액에 대한 결정 상수 (Coefficient of Determination, R2)를 나타낸다.
도 6은 100nm정도의 고분자 박막층이 도포된 프리즘 모듈(도 4)을 SPR 이미지 센서에 적용했을 때, 은 박막층(나노금속박막층)박막층의 두께에 따른 알코올 표준 용액에 대한 결정 상수를 보여주고 있다.
도 7은 고분자 박막층이 없을 때, 바이오센서를 다수 회 사용함에 따라 결정 상수가 급격히 떨어지나, 100nm정도의 고분자 박막층이 있을 때, 수십 회를 사용하더라도 결정 상수가 매우 조금씩 천천히 떨어져 60회 이상 사용 가능함을 보여주고 있다.
전술한 바와 같이, 100nm 미만의 금, 은 박막은 다양한 진공 증착법인 종래기술로 제작할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 고가의 진공 증착 장비가 필요하고, 회수율이 낮아, 금, 은의 소비가 많아 비경제적이다. 그리고 진공을 위해 장시간이 요구되는 단점이 있었다. 본 발명은 이러한 단점을 해결하기 위하여 스핀코팅법을 채택하였다.
프리즘(Prism)은 광학적 평면을 2개 이상 이루고 있고, 한 쌍의 면은 평행이 아닌 투명체로 정의된다. 본 발명에 따른 프리즘의 소재는 광학적 유리가 주로 사용되며, 수정, 암염 등이 광선의 유형에 따라 사용될 수도 있다. 본 발명에서 프리즘모듈(Prism module)은 프리즘에 제1 표면처리박막층과 나노금속박막층이 형성된 것을 의미하며, 나아가 추가로 제2 표면처리박막층과 고분자박막층이 형성된 것도 포함한다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명을 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 스핀코팅법에 의해 제1 표면처리 박막층 및 나노금속 박막층이 형성된 프리즘모듈의 개념도이다.
본 발명은 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법에 관한 것으로서, 프리즘(Prism)의 일 표면에 액상의 제1 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 S1 단계; S1 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제1 표면처리 박막층(10a)을 형성시키는 S2 단계; S2 단계를 거친 프리즘의 제1 표면처리 박막층 상에 액상 금속용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 S3 단계; 및 S3 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 나노금속 박막층(200)을 형성시키는 S4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다,
이하, 각 단계를 구체적으로 살펴보고자 한다.
본 발명에 따른 S1 단계는 프리즘(Prism)의 일 표면에 액상(liquid)의 제1 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 단계이다.
전술한 종래기술은 나노박막층이 프리즘에 잘 증착이 되도록 하기 위하여, 프리즘의 표면에 크롬(Cr) 또는 타이타늄(Ti) 등의 천이금속을 먼저 진공증착시켰다. 그런데 이러한 천이금속의 존재로 인해 바이오센서의 효율과 경제성이 저하되는 문제점은 전술한 바 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 스핀코팅법(spin coating process)를 도입하였다. 종래기술인 진공증착법인 건식방법인 반면, 스핀코팅법은 회전하는 대상체에 액상 코팅대상물질을 떨어뜨려(drop) 원심력에 의해 퍼져나가면서 막이 코팅되는 습식방법에 해당된다.
본 발명의 S1 단계에 따른 스핀코팅은 종래기술인 진공전자빔 또는 스퍼터 증착에 의존하는 접착용 크롬(Cr)이나 타이타늄(Ti) 대신에 액상 표면 조촉매를 제1 표면처리제로 사용한다. S1 단계의 제1 표면처리제는 아미노-트리메톡시 실란(amino-trimethoxy silane)인 것이 바람직하다. 단일 원자층 수준의 아미노-트리메톡시 실란에서 실란은 프리즘과의 접착력을, 아미노는 귀금속과의 접착력을 가지고 있어서, 천이금속의 사용 없이도 귀금속 박막과 프리즘의 접착력을 견고히 하는 기능을 한다. 이로써, 표면 플라즈몬 공명 효과의 저하없이 바이오센서의 민감도를 향상시키는 효과가 있으며, 경제성도 확보할 수 있는 장점이 있다.
액상의 제1 표면처리제가 아미노-트리메톡시 실란인 경우, 1000~3000rpm으로 30초동안 스핀코팅이 수행되는 것이 바람직하다. 상기 조건에서 단일원자층 수준의 박막이 용이하게 형성되기 때문이다. 즉 단일 원자층 수준의 박막을 형성시키는 것이 필요한데, 상기 조건보다 고속rpm, 장시간으로 진행되거나, 상기 조건보다 저속rpm, 단시간으로 진행되면 단일 원자층 수준의 박막 형성이 곤란해지는 것이 실험적으로 확인되었다.
다만, 실제 회전수와 회전시간은 용액의 점성 등을 고려하여, 단일 원자층 수준의 박막형성이 용이하도록, 적절히 조절/변경될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 S2 단계는 위의 S1 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제1 표면처리 박막층(10a)을 형성시키는 단계이다. S2 단계는 110~130℃에서 1~3분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 온도 및 시간조건은 박막에 존재하는 용매들을 증발시키기 위해 필요한 조건이다. 따라서 용매의 종류에 따라 결정될 수 있을 것이다. 예로 110℃에서 2분도 가능하고, 110℃에서 1분30초도 가능하고, 120℃에서 1분도 가능할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 S3 단계는 위의 S2 단계를 거친 프리즘의 제1 표면처리 박막층 상에 액상 금속용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 단계이다. S3 단계의 액상 금속용액은 투명(transparent)한 것으로서, 은이온(silver ion)과 암모늄 카보나이트염(ammonium carbonite salt)로 이루어진 투명 은 복합용액(transparent organic silver complex solution)인 것이 바람직하다.
S3 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것이 바람직하다. 일 실시예로 투명 은 복합용액을 이소프로필알코올(IPA)로 희석시켜 사용하며, 회전속도와 시간은 희석의 정도 및 원하는 박막의 두께정도에 따라 회전속도는 적절히 조절될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 스핀코팅시 대개 10~20초 정도의 회전에서 박막은 형성되나, 박막의 평편도를 증가시키기 위해 대략 30초로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S4 단계는 위의 S3 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 나노금속 박막층(200)을 형성시키는 단계이다. S4 단계는 120~170℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 130~150℃에서 2~3분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 온도조건과 시간조건은 투명 은복합용액과 이소프로필알코올(IPA)속에 있는 잔류 용매가 충분히 증발할 수 있는 조건이면 족하다. 예로 130℃에서 3분 또는 150℃에서 2분도 가능하다.
다만, 120℃ 미만의 온도 및 170℃ 초과 온도는 바람직하지 않다. 왜냐하면, 120℃ 미만의 온도에서는 잔류 용매가 증발되지 않으며, 170℃ 초과 온도에서는 은이온이 핵생성 성장하기 전에 투명 은복합용액중의 유기물이 연소되어(burning) 박막 형성이 곤란하기 때문이다.
본 발명에 따른 프리즘모듈 제조방법은 S4 단계를 거친 프리즘(prism)의 나노금속 박막층 상에 액상의 제2 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 S5 단계; S5 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제2 표면처리 박막층을 형성시키는 S6 단계; S6 단계를 거친 프리즘의 상면에 액상 투명 고분자용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 S7 단계; 및 S7 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 고분자 박막층(300)을 형성시키는 S8 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S5 단계는 위의 S4 단계를 거친 프리즘(prism)의 나노금속 박막층 상에 액상의 제2 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 단계이다.
S5 단계의 제2 표면처리제는 메타크리레이트-트리메톡시 실란(methacrylate-trimethoxy silane)인 것이 바람직하다.
전술한 제1표면처리제에서 아미노-트리메톡시 실란(amino-trimethoxy silane)에서 실란은 프리즘(기판)과의 접착력을 견고히 하기 위한 것이고, 아미노는 귀금속과의 접착력을 견고히 하기 위한 것이었다. 본 제2 표면처리제인 메타크릴레이트-트리메톡시 실란(methacrylate-trimethoxy silane)에서 실란은 귀금속 박막(이 상태에서 기판)과의 접착력을 견고히 하기 위한 것이고, 메타크릴레이트는 고분자와의 접착력을 견고히 하기 위한 것이다.
S5 단계의 스핀코팅은 3000rpm으로 30초동안 수행되는 것이 바람직하다. 이는 상기 조건에서 단일원자층 수준의 박막이 용이하게 형성되기 때문이다. 즉 단일 원자층 수준의 박막을 형성시키는 것이 필요한데, 상기 조건보다 고속rpm, 장시간으로 진행되거나, 상기 조건보다 저속rpm, 단시간으로 진행되면 단일 원자층 수준의 박막 형성이 곤란해지는 것이 실험적으로 확인되었다. 다만, 실제 회전수와 회전시간은 용액의 점성 등을 고려하여, 단일 원자층 수준의 박막형성이 용이하도록, 적절히 조절/변경될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 S6 단계는 위의 S5 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제2 표면처리 박막층을 형성시키는 단계이다.
S6 단계는 110℃에서 2분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 온도 및 시간조건은 제2 표면처리제 박막에 존재하는 용매들을 증발시키기 위해 필요한 조건이다. 따라서 용매의 종류에 따라 결정될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 S7 단계는 위의 S6 단계를 거친 프리즘의 상면에 액상 투명 고분자용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 단계이다.
S7 단계의 액상 투명 고분자용액은 가시광 영역에서 흡수율이 10% 미만이며, 굴절률이 1.5 이하인 것이 바람직하다. 본 실시예에서 사용된 고분자용액은 무색 투명한데, 이는 가시광 영역에서 광흡수에 의한 손실이 없다는 것을 의미한다. 광흡수와 관련하여, 저손실은 가시광과 근접 적외선광 영역에서 고분자에 의한 광의 흡수가 일어나지 않음을 의미한다. 즉, 이 영역에서는 가시광과 근접 적외선광이 통과하여, 박막으로 제조시에 투명하게 된다. 또한 굴절률 1은 공기(진공)의 굴절률인데, 저굴절률은 이에 가깝다는 의미로 사용되고 있다. 일반적으로 고분자 박막에서 굴절률은 1.5이하를 의미하며, 본 발명의 실험에서는 굴절률이 1.45인 고분자 박막을 사용하였다. 따라서 본 발명에 따른 액상 투명 고분자용액은 가시광 영역에서 흡수율이 10% 미만이며, 굴절률이 1.5 이하인 것이 바람직하다.
S7 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것이 바람직하다. 실제 회전수와 회전시간은 용액의 점성 등을 고려하여, 원하는 두께를 형성하도록 하기위해 적절히 조절/변경될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 S8 단계는 위의 S7 단계를 거친 프리즘을 질소분위기의 UV오븐(UltraViolet Oven)에서 자외선경화(UV cured)시켜 고분자 박막층(300)을 형성시키는 단계이다. S8 단계는 UV오븐에서 5분 동안 수행되며, 자외선에 의해 가교되어 경화되는 고분자가 사용되는 것이다. 참고로, 열경화성 고분자를 사용하는 경우는 열오븐에서 열경화를 하는 것이 바람직할 것이다.
<실시예 1>
프리즘표면에 제1 표면처리제로 아미노-트리메톡시 실란(amino-trimethoxy silane)을 사용하여 1000rpm으로 30초동안 스핀코팅을 하였다. 그후, 핫플레이트에서 110℃에서 2분 동안 베이킹을 하여 제1 표면처리박층(10a)을 형성시켰다.
다음으로, 상기 제1 표면처리 박막층 상에 이소프로필알코올(IPA)로 2:1 희석된 투명 은 복합용액(transparent organic silver complex solution)을 드롭하여 3000rpm으로 30초동안 스핀코팅을 하였다. 그 후 핫 플레이트에서 130℃에서 3분 동안 열경화시켜 은나노 금속박막층(200)을 형성시켰다.
도 5는 본 발명에 따른 프리즘모듈을 SPR 이미지센서에 적용했을 때, 은 박막층(나노금속박막층)의 두께에 따른 알코올 표준 용액에 대한 결정 상수 (Coefficient of Determination, R2)를 나타낸다. 은 박막의 두께가 40 nm일 때 결정상수 값이 0.99로서, 매우 우수한 바이오센서용 프리즘모듈임을 보여 주고 있다.
<실시예 2>
대부분의 바이오센서용 프리즘 모듈은 매우 얇은 금속 박막이 표면에 노출되어 있어, 몇 번 사용하지 못하고 새것으로 교체해야 하는 불편함이 있다. 이에 본 발명에서는 투명고분자 박막을 추가로 형성시켰다.
상기 실시예 1로 제조된 프리즘모듈의 은나노금속 박막층(200) 상에 액상의 제2 표면처리제인 메타크리레이트-트리메톡시 실란(methacrylate-trimethoxy silane)를 드롭(drop)하여 3000rpm으로 30초동안 스핀코팅을 하였다. 그 후, 핫플레이트에서 110℃에서 2분 동안 베이킹을 하여 제2 표면처리박막층(10b)을 형성시켰다.
다음으로, 상기 제2 표면처리 박막층 상에 액상 투명인 UV 가교형 아릴렌이소 불소치환 고분자 용액을 드롭하여 3000rpm으로 30초동안 스핀코팅을 하였다. 그 후 그 후 UV 오븐에서 5분 동안 UV 경화시켜 고분자박막층(300)을 형성시켰다.
도 6은 100nm정도의 고분자 박막층이 도포된 프리즘 모듈(도 4)을 SPR 이미지 센서에 적용했을 때, 은 박막층(나노금속박막층)박막층의 두께에 따른 알코올 표준 용액에 대한 결정 상수를 보여주고 있다.
비록 100nm정도의 고분자 박막을 추가하였으나, 센서의 민감도 저하는 일어나지 않고 내구성을 증대시키는 장점이 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 고분자 박막층이 없을 때, 바이오센서를 다수 회 사용함에 따라 결정 상수가 급격히 떨어지나, 100nm정도의 고분자 박막층이 있을 때, 수십 회를 사용하더라도 결정 상수가 매우 조금씩 천천히 떨어져 60회 이상 사용 가능함을 보여주고 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 프리즘
10a : 제1 표면처리 박막층
200 : 나노금속 박막층
10b : 제2 표면처리 박막층
300 : 고분자 박막층

Claims (16)

  1. SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법에 있어서,
    프리즘(Prism)의 일 표면에 액상의 제1 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 S1 단계;
    S1 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제1 표면처리 박막층(10a)을 형성시키는 S2 단계;
    S2 단계를 거친 프리즘의 제1 표면처리 박막층 상에 액상 금속용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 S3 단계; 및
    S3 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 나노금속 박막층(200)을 형성시키는 S4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘은 유리재질인 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    S1 단계의 제1 표면처리제는 아미노-트리메톡시 실란(amino-trimethoxy silane)인 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    S1 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    S2 단계는 110~130℃에서 1~3분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    S3 단계의 액상 금속용액은 투명(transparent)한 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    S3 단계의 액상 금속용액은 은이온(silver ion)과 암모늄 카보나이트염(ammonium carbonite salt)로 이루어진 투명 은 복합용액(transparent organic silver complex solution)인 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    S3 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    S4 단계는 120~170℃에서 2~3분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    S4 단계를 거친 프리즘(prism)의 나노금속 박막층 상에 액상의 제2 표면처리제(surface treatment agent)를 드롭(drop)하여 스핀코팅(spin-coating)시키는 S5 단계;
    S5 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 제2 표면처리 박막층을 형성시키는 S6 단계;
    S6 단계를 거친 프리즘의 상면에 액상 투명 고분자용액을 드롭하여 스핀코팅시키는 S7 단계; 및
    S7 단계를 거친 프리즘을 핫플레이트(hot plate)에서 열경화(thermally cured)시켜 고분자 박막층(300)을 형성시키는 S8 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    S5 단계의 제2 표면처리제는 메타크리레이트-트리메톡시 실란(methacrylate-trimethoxy silane)인 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    S5 단계의 스핀코팅은 3000rpm으로 30초동안 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    S6 단계는 110℃에서 2분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법
  14. 제10항에 있어서,
    S7 단계의 액상 투명 고분자용액은 가시광 영역에서 흡수율이 10% 미만이며, 굴절률이 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    S7 단계의 스핀코팅은 1000~3000rpm으로 30초동안 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    S8 단계는 UV오븐에서 5분 동안 자외선 경화가 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀코팅법을 이용한 SPR 바이오센서용 프리즘모듈 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009053129A (ja) 2007-08-29 2009-03-12 Fujifilm Corp バイオセンサー用チップおよびその製造方法並びに表面プラズモン共鳴分析用センサー
KR20090048003A (ko) * 2007-11-09 2009-05-13 지에스건설 주식회사 표면 플라즈몬 공명을 이용한 가스 센서 칩 및 그 제조방법
JP2012032282A (ja) 2010-07-30 2012-02-16 Konica Minolta Holdings Inc プラズモン励起センサチップおよびこれを用いたプラズモン励起センサ、並びにアナライトの検出方法

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