KR101372285B1

KR101372285B1 - Surface modification of nanostructure using poly(ethylene glycol) and manufaturing nanofluidic devices using the same

Info

Publication number: KR101372285B1
Application number: KR1020130041734A
Authority: KR
Inventors: 이상엽; 맹준호; 김세훈
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-03-19

Abstract

A method of manufacturing a nanostructure can comprise: a step of binding layer comprising polyethylene glycol (PEG) coupled with a function group on the upper substrate formed with polymer material; and a step of binding for binding the upper substrate with the lower substrate using the binding layer. At this time, a nanochannel can be defined by a dented area between the upper substrate and the lower substrate. Coating the surface of the upper substrate with PEG before binding the upper substrate with the lower substrate allows the coating of the surface of the nanochannel and the binding between the substrates to be performed in one process, and allows biofouling with respect to the surface to be prevented by reducing non-specific bindings while maintaining hydrophilicity of the surface of the nanochannel, as well as allows electroosmotic flow within the nanochannel to be reduced.

Description

SURFACE MODIFICATION OF NANOSTRUCTURE USING POLY (ETHYLENE GLYCOL) AND MANUFATURING NANOFLUIDIC DEVICES USING THE SAME

실시예들은 폴리에틸렌 글라이콜(poly(ethylene glycol))을 이용한 나노구조물(nanostructure)의 표면 개질 및 이를 이용한 나노플루이딕(nanofluidic) 장치의 제작에 관한 것이다. Embodiments relate to the surface modification of nanostructures using polyethylene glycol (poly (ethylene glycol)) and the fabrication of nanofluidic device using the same.

핵산 분석 방법에 있어서, 나노구조물(nanostructure) 가공기술 및 나노측정 등 나노기술의 발전과 함께 나노채널(nanochannel)과 같이 DNA와 비교될 만한 작은 크기의 구조물을 이용하여 DNA의 절단 없이 긴 DNA로부터 각각의 염기서열을 전기적 또는 광학적으로 읽어내는 방법이 개발되고 있다. Nucleic acid analysis method, with the development of nanotechnology, such as nanostructure processing technology and nano measurement, using a small size structure that is comparable to DNA such as nanochannel, each from long DNA without cutting A method of electrically or optically reading the nucleotide sequence of has been developed.

나노채널 등 나노구조물의 가공을 위한 기술로, 전자빔 또는 집속된 이온 빔을 이용한 리소그래피(lithography) 방법, 매몰 채널 기술(buried channel technology), 및 폴리디메틸실록세인(poly dimethyl siloxane; PDMS)의 크랙(crack) 또는 주름(wrinkle)을 이용한 방법 등이 있다. 그러나, 전자빔 또는 집속된 이온 빔을 이용한 리소그래피는 비용이 높으며 제작에 장시간이 소요되는 단점이 있다. 또한, 매몰 채널 기술은 채널 내를 흐르는 유체의 시각화가 불가능한 단점이 있다. 나아가, PDMS의 크랙 또는 주름을 이용하는 방법은 다수의 채널이 직선으로 배열되거나 가지 모양으로 배열되는 등의 복잡한 형상을 구현하는 것이 어려운 단점이 있다. As a technology for processing nanostructures such as nanochannels, a lithography method using an electron beam or a focused ion beam, a buried channel technology, and a crack of poly dimethyl siloxane (PDMS) cracks or wrinkles; However, lithography using electron beams or focused ion beams has the disadvantage of high cost and long time to manufacture. In addition, the buried channel technology has the disadvantage that it is impossible to visualize the fluid flowing in the channel. Furthermore, the method of using cracks or wrinkles of the PDMS has a disadvantage in that it is difficult to implement a complicated shape such as a plurality of channels arranged in a straight line or a branch shape.

나노구조물의 가공을 위한 또 다른 기술로, 나노임프린팅 리소그래피(nano imprinting lithography; NIL) 방법이 있다. NIL 방법에 의하면 대량 생산이 가능하고, 나노구조물의 제작이 낮은 비용으로 쉽고 빠르게 이루어질 수 있으며, 복잡한 2차원의 나노채널 제작이 가능하다. Another technique for the processing of nanostructures is the nano imprinting lithography (NIL) method. According to the NIL method, mass production is possible, and nanostructures can be produced easily and quickly at low cost, and complex two-dimensional nanochannels can be produced.

한편, 나노구조물은 생분자를 낮은 농도, 즉 단일분자 수준에서 검출할 수 있다는 장점이 있으나, 나노구조물의 표면의 전하와 표면 거칠기 등으로 인해 주입된 상당량의 샘플이 표면에 달라 붙는 단점이 있다. 따라서, 나노채널을 이용한 DNA 등 생분자 검출에 있어서, 표면코팅(coating)은 표면의 전하값 조절, 흡착방지 등을 위해 매우 필요한 기술이다. 그러나, 마이크로채널(microchannel)과 달리 나노채널은 나노채널 내를 흐르는 유체를 펌프(pump)에 의해 제어하는 것이 어려우며, 따라서 검출 대상 생분자의 주입 전에 나노채널 내를 프리코팅(pre-coating)하는 것이 어려운 문제점이 있다. On the other hand, nanostructures have the advantage of detecting biomolecules at low concentrations, that is, single molecule levels, but a significant amount of injected samples due to the charge and surface roughness of the surface of the nanostructures has a disadvantage. Therefore, in the detection of biomolecules such as DNA using nanochannels, surface coating is a very necessary technique for controlling the charge value of the surface, preventing adsorption, and the like. However, unlike microchannels, nanochannels are difficult to control by fluid pumping through the nanochannels, thus pre-coating the nanochannels prior to injection of the biomolecules to be detected. There is a difficult problem.

이민정, 김연상, "나노 임프린트 기법을 위한 고분자 복제 몰드 제작법", Electronic Materials Letters, Vol. 3, No. 3 (2007), pp. 155-162 Min-Jung Lee, Yeon-Sang Kim, "Manufacturing Polymer Replica Mold for Nanoimprint Technique", Electronic Materials Letters, Vol. 3, No. 3 (2007), pp. 155-162

본 발명의 일 측면에 따르면, 나노구조물(nanostructure) 표면에 대한 코팅(coating)과 하부의 유리 기판과의 결합을 하나의 공정에서 수행할 수 있는 나노구조물의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 나노구조물을 포함하는 기판 구조물을 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, a method of fabricating a nanostructure and a nanostructure fabricated thereby, which can perform the coating (coating) on the surface of the nanostructure and the bonding of the glass substrate at the bottom in a single process It can provide a substrate structure comprising.

일 실시예에 따른 나노구조물(nanostructure)의 제작 방법은, 폴리머(polymer) 물질로 이루어지는 상부 기판상에, 작용기와 결합된 폴리에틸렌 글라이콜(poly(ethylene glycol); PEG)로 이루어지는 결합층을 형성하는 단계; 및 상기 결합층을 이용하여 상기 상부 기판을 하부 기판과 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이의 상기 함몰 영역에 의해 나노플루이딕 장치가 정의될 수도 있다.According to one or more exemplary embodiments, a method for manufacturing a nanostructure includes forming a bonding layer made of polyethylene glycol (PEG) bonded to a functional group on an upper substrate made of a polymer material. Making; And combining the upper substrate with the lower substrate using the bonding layer. In this case, the nanofluidic device may be defined by the recessed region between the upper substrate and the lower substrate.

일 실시예에 따른 기판 구조물은, 폴리머 물질로 이루어지는 상부 기판; 상기 상부 기판과 대향하는 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치하며, 작용기와 결합된 PEG로 이루어지는 결합층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이의 함몰 영역에 의해 나노채널이 정의될 수도 있다.According to one embodiment, a substrate structure includes: an upper substrate made of a polymer material; A lower substrate facing the upper substrate; And a bonding layer positioned between the upper substrate and the lower substrate and formed of PEG bonded to a functional group. In this case, the nanochannel may be defined by the recessed region between the upper substrate and the lower substrate.

본 발명의 일 측면에 따르면, 나노구조물(nanostructure)이 형성된 폴리머 기판을 유리 기판과 결합하기 전에, 나노구조물의 표면 및 결합면을 작용기와 결합된 폴리에틸렌 글라이콜(poly(ethylene glycol); PEG)로 코팅하고, 상기 작용기를 유리 기판상의 하이드록시기와 결합시킴으로써 나노구조물을 제작할 수 있다. 예컨대, 나노구조물로서 나노플루이딕 장치(nanofluidic device)를 제작할 수 있다. 이상과 같이 제작된 나노채널에 의하면, 나노채널 표면의 친수성을 유지하면서 샘플과 표면의 비 특이적 결합을 감소시켜 표면에 대한 생물 부착을 방지(anti-biofouling)할 수 있고, 나노플루이딕 장치 내의 전기삼투흐름(electroosmotic flow)을 감소시킬 수 있다. According to an aspect of the present invention, before bonding the polymer substrate on which the nanostructure is formed to the glass substrate, the surface and the bonding surface of the nanostructure is bonded to a functional group of polyethylene (poly (ethylene glycol); PEG) Nanostructures can be prepared by coating with and bonding the functional groups to hydroxyl groups on a glass substrate. For example, nanofluidic devices can be fabricated as nanostructures. According to the nanochannel fabricated as described above, it is possible to prevent non-biofouling on the surface by reducing the nonspecific binding of the sample and the surface while maintaining the hydrophilicity of the nanochannel surface, and in the nanofluidic device Electroosmotic flow can be reduced.

도 1a 내지 1h는 일 실시예에 따른 나노구조물(nanostructure)의 제작 방법의 각 단계를 도시하는 단면도이다.
도 2a 내지 2e는 일 실시예에 따른 나노구조물의 제작 방법에서 폴리에틸렌 글라이콜(poly(ethylene glycol); PEG)을 이용한 결합 과정을 도시하는 단면도이다.
도 3a 내지 3c는 실시예들에 따라 제작된 나노채널(nanochannel)의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 이미지이다.
도 4a 내지 4c는 다른 실시예들에 따라 제작된 나노채널의 SEM 이미지이다.
도 5a 내지 5c는 또 다른 실시예들에 따라 제작된 나노채널의 SEM 이미지이다.
도 6은 플라즈마 처리된 다양한 물질의 시간에 따른 변화를 나타내는 이미지이다.
도 7은 도 6에 도시된 물질의 시간에 따른 물 접촉각 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 다양한 물질과 유리 기판의 결합력을 측정하기 위한 장치 구성의 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 단면도이다.
도 8c 및 8d는 도 8a 및 8b에 도시된 장치의 구현예를 나타내는 사진이다.
도 8e는, 도 8a 내지 8d의 장치에 의해 측정된, 다양한 물질과 유리 기판의 결합력을 나타내는 그래프이다.
도 9a 및 9b는 일 실시예에 따른 나노채널 어레이에 형광 물질을 주입한 후 촬영한 이미지이다.
도 9c는 도 9b의 이미지에서 픽셀 위치에 따른 빛의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 10a 및 10b는 종래의 나노채널 어레이에 형성 물질을 주입한 후 촬영한 이미지이다.
도 10c는 도 10b의 이미지에서 픽셀 위치에 따른 빛의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 11a 내지 11f는 실시예들에 따른 나노채널 내를 통과하는 신장된 DNA의 이미지이다. 1A to 1H are cross-sectional views illustrating each step of a method of manufacturing a nanostructure, according to an embodiment.
2A to 2E are cross-sectional views illustrating a bonding process using polyethylene glycol (poly (ethylene glycol); PEG) in a method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment.
3A to 3C are scanning electron microscope (SEM) images of nanochannels prepared according to embodiments.
4A-4C are SEM images of nanochannels fabricated in accordance with other embodiments.
5A through 5C are SEM images of nanochannels fabricated in accordance with yet other embodiments.
6 is an image showing a change over time of various plasma-treated materials.
FIG. 7 is a graph showing a change in water contact angle with time of the material shown in FIG. 6.
8A is a plan view of an apparatus configuration for measuring the bonding force of various materials and glass substrates.
8B is a cross-sectional view of FIG. 8A.
8C and 8D are photographs showing an embodiment of the device shown in FIGS. 8A and 8B.
FIG. 8E is a graph showing the bonding force of various materials and glass substrates, measured by the apparatus of FIGS. 8A-8D.
9A and 9B are images taken after a fluorescent material is injected into a nanochannel array according to an embodiment.
FIG. 9C is a graph showing the intensity of light according to pixel position in the image of FIG. 9B.
10A and 10B are images taken after injecting a forming material into a conventional nanochannel array.
FIG. 10C is a graph showing the intensity of light according to pixel position in the image of FIG. 10B.
11A-11F are images of stretched DNA passing through nanochannels according to embodiments.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1a 내지 1h는 일 실시예에 따른 나노구조물(nanostructure)의 제작 방법의 각 단계를 도시하는 단면도이다. 본 명세서의 실시예들에서는 나노채널(nanochannel)을 기준으로 나노구조물의 제작에 대하여 설명한다. 그러나, 실시예들에 따라 제작될 수 있는 나노구조물은 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예들은 채널 형태뿐만 아니라 다양한 구조 및 형상의 다른 나노구조물을 포함하는 임의의 나노플루이딕(nanofluidic) 장치에 적용될 수 있다.1A to 1H are cross-sectional views illustrating each step of a method of manufacturing a nanostructure, according to an embodiment. Embodiments of the present specification describe the fabrication of nanostructures based on nanochannels. However, nanostructures that can be fabricated in accordance with embodiments are not limited thereto, and embodiments can be applied to any nanofluidic device including channel structures as well as other nanostructures of various structures and shapes. have.

도 1a를 참조하면, 지지 기판(10)상에 제1 층(20)을 형성할 수 있다. 제1 층(20)은 지지 기판(10)상에 별도의 물질을 증착함으로써 형성될 수도 있으며, 또는 지지 기판(10)에서 제1 층(20)에 해당하는 영역을 제외한 나머지 영역을 일정 깊이로 제거함으로써 형성될 수도 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 제1 층(20)은 제1 층(20)에 해당하는 부분을 제외한 지지 기판(10)의 다른 영역을 전자빔 리소그래피(E-beam lithography) 공정과 적절한 식각공정에 의해 제거함으로써 형성된다. 지지 기판(10) 및/또는 제1 층(20)은 실리콘 산화물로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 1A, the first layer 20 may be formed on the support substrate 10. The first layer 20 may be formed by depositing a separate material on the support substrate 10, or the remaining region of the support substrate 10 except for the region corresponding to the first layer 20 to a predetermined depth. It may be formed by removing. For example, in one embodiment, the first layer 20 may remove other regions of the support substrate 10 except portions corresponding to the first layer 20 by an E-beam lithography process and an appropriate etching process. It is formed by removing. The support substrate 10 and / or the first layer 20 may be made of silicon oxide, but is not limited thereto.

도 1b를 참조하면, 제1 층(20)이 형성된 지지 기판(10) 상에 제2 층(30)을 형성할 수 있다. 제2 층(30)은 제1 층(20)을 사이에 두고 제1 층(10)의 양단에 위치할 수 있다. 제2 층(30)의 두께는 제1 층(20)의 두께에 비해 클 수 있다. 제2 층(30)은 지지 기판(10)의 전면상에 물질을 증착한 후 이를 부분적으로 제거함으로써 도시된 것과 같이 형성될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 제2 층(30)은 포토레지스트(photoresist)로 이루어지며 광 리소그래피(photolithography) 공정을 통해 도 1b에 도시된 형상으로 패터닝된다. 제 2 층(30)은 Su-8 포토레지스트로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 1B, a second layer 30 may be formed on the supporting substrate 10 on which the first layer 20 is formed. The second layer 30 may be located at both ends of the first layer 10 with the first layer 20 therebetween. The thickness of the second layer 30 may be greater than the thickness of the first layer 20. The second layer 30 can be formed as shown by depositing a material on the front surface of the support substrate 10 and then partially removing it. For example, in one embodiment, the second layer 30 is made of photoresist and is patterned into the shape shown in FIG. 1B through a photolithography process. The second layer 30 may be made of Su-8 photoresist, but is not limited thereto.

제1 층(20) 및 제2 층(30)의 형상은 추후 형성하고자 하는 나노채널의 길이 및 높이에 기초하여 결정될 수 있다. 제2 층(30)에 의하여 덮이지 않고 노출된 제1 층(20)의 길이가 나노채널의 길이에 대응되며, 제1 층(20)의 두께가 나노채널의 높이에 대응될 수 있다. 또한, 제2 층(30)의 길이 및 두께는 나노채널의 양단에 형성될 마이크로채널(microchannal)의 길이 및 높이에 각각 대응될 수 있다. The shape of the first layer 20 and the second layer 30 may be determined based on the length and height of the nanochannel to be formed later. The length of the first layer 20 exposed and not covered by the second layer 30 may correspond to the length of the nanochannel, and the thickness of the first layer 20 may correspond to the height of the nanochannel. In addition, the length and thickness of the second layer 30 may correspond to the length and height of the microchannels to be formed at both ends of the nanochannels, respectively.

도 1c를 참조하면, 제1 층(20) 및 제2 층(30)이 형성된 지지 기판(10)의 전면상에 폴리디메틸실록세인(poly dimethyl siloxane; PDMS) 층(40)을 형성할 수 있다. PDMS 층(40)은 추후 그 위에 형성될 상부 기판을 하부의 구조로부터 용이하게 분리하기 위한 층이다. Referring to FIG. 1C, a poly dimethyl siloxane (PDMS) layer 40 may be formed on the entire surface of the support substrate 10 on which the first layer 20 and the second layer 30 are formed. . The PDMS layer 40 is a layer for easily separating the upper substrate to be formed thereon from the structure below.

도 1d를 참조하면, 지지 기판(10), 제1 층(20), 제2 층(30) 및 PDMS 층(40)으로 이루어지는 구조를 챔버(55) 내에 위치시킬 수 있다. 다음으로, 폴리머 물질을 챔버(55) 내에 붓고 경화시킴으로써 폴리머 물질로 이루어지는 상부 기판(50)을 형성할 수 있다. 그 결과 형성되는 상부 기판(50)은, 제1 층(20) 및 제2 층(30)의 형상에 대칭적인 형상을 갖도록 형성되어, 추후 나노채널을 형성하기 위한 몰드(mold)의 역할을 할 수 있다. Referring to FIG. 1D, a structure including the support substrate 10, the first layer 20, the second layer 30, and the PDMS layer 40 may be located in the chamber 55. Next, the upper substrate 50 made of the polymer material may be formed by pouring and curing the polymer material into the chamber 55. The upper substrate 50 formed as a result is formed to have a symmetrical shape to the shapes of the first layer 20 and the second layer 30, and thus serve as a mold for forming nanochannels later. Can be.

일 실시예에서, 상부 기판(50)을 구성하는 폴리머 물질은 NOA(Norland Optical Adhesive)일 수 있다. NOA는 메르캅토 에스테르(mercapto ester)를 포함하는 고분자 중합체로서, 점도가 있는 액체 상태에서 자외선을 조사할 경우 고체 상태로 변화하게 된다. 이러한 성질을 이용하여, NOA를 챔버(55) 내에 붓고 자외선을 조사함으로써 이를 경화시켜 상부 기판(50)을 형성할 수 있다. NOA는 PDMS 등에 비하여 상대적으로 높은 영율(Young's modulus)을 가져, 미세한 구조를 형성하는 것이 용이하며 전사(transfer)력이 우수하다. NOA는 NOA 63, NOA 65 등 다양한 종류로 세분화될 수 있으며, 상부 기판(50)은 이들 중 임의의 물질로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the polymeric material that makes up the upper substrate 50 may be a Norland Optical Adhesive (NOA). NOA is a high molecular polymer including a mercapto ester, and changes to a solid state when irradiated with ultraviolet rays in a viscous liquid state. Using this property, the NOA may be poured into the chamber 55 and irradiated with ultraviolet rays to cure it to form the upper substrate 50. NOA has a relatively high Young's modulus compared to PDMS, so that it is easy to form a fine structure and has excellent transfer force. The NOA may be subdivided into various types such as NOA 63 and NOA 65, and the upper substrate 50 may be made of any of these materials.

일 실시예에서, 상부 기판(50)을 형성하는 과정에서 NOA의 경화를 위하여 약 250 내지 400 nm의 파장을 갖는 자외선이 약 4 W/cm²의 강도로 약 10분간 조사될 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 자외선의 파장, 강도 및/또는 지속시간은 경화시키고자 하는 폴리머 물질의 종류에 따라 상이할 수 있다. In one embodiment, ultraviolet light having a wavelength of about 250 to 400 nm may be irradiated for about 10 minutes at an intensity of about 4 W / cm ² for curing the NOA in the process of forming the upper substrate 50. However, this is exemplary, and the wavelength, intensity, and / or duration of ultraviolet light may be different depending on the kind of polymer material to be cured.

그러나, 다른 실시예에서 상부 기판(50)은 NOA 외에 다른 폴리머 물질로 이루어질 수도 있다. 예컨대, 상부 기판(50)은 PDMS로 이루어질 수도 있으며, 또는 NOA에 PDMS가 코팅된 물질로 이루어질 수도 있다. However, in other embodiments, the upper substrate 50 may be made of a polymer material other than NOA. For example, the upper substrate 50 may be made of PDMS, or may be made of a material coated with PDMS on NOA.

도 1e를 참조하면, 경화된 폴리머 물질로 이루어지는 상부 기판(50)을 하부의 구조로부터 분리하고, 상부 기판(50)에 유입구(51) 및 유출구(52)를 형성할 수 있다. 상부 기판(50)은, 제1 층(20) 및 제2 층(30)의 형상에 대칭적으로 형성된 함몰 영역을 갖는다. 추후 상부 기판(50)을 하부 기판에 접합시켜 함몰 영역을 덮음으로써 유체가 흐를 수 있는 채널이 형성된다. 채널의 높이는 상부 기판(50)에서 함몰 영역의 깊이에 대응된다. Referring to FIG. 1E, an upper substrate 50 made of a cured polymer material may be separated from a lower structure, and an inlet 51 and an outlet 52 may be formed in the upper substrate 50. The upper substrate 50 has a recessed area formed symmetrically in the shape of the first layer 20 and the second layer 30. Subsequently, the upper substrate 50 is bonded to the lower substrate to cover the recessed area, thereby forming a channel through which the fluid can flow. The height of the channel corresponds to the depth of the recessed area in the upper substrate 50.

도 1e에 도시된 실시예에서, 함몰 영역은 나노채널에 대응되는 제1 영역(53) 및 나노채널의 양단에 위치하는 마이크로채널에 대응되는 제2 영역(54, 55)을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로서, 다른 실시예에서 상부 기판(50)에 형성되는 함몰 영역의 형태는 전술한 것과 상이할 수도 있다.In the embodiment illustrated in FIG. 1E, the recessed region may include a first region 53 corresponding to the nanochannel and second regions 54 and 55 corresponding to the microchannel positioned at both ends of the nanochannel. However, this is exemplary and in other embodiments, the shape of the recessed area formed in the upper substrate 50 may be different from that described above.

상부 기판(50)에 형성되는 유입구(51) 및 유출구(52)는 나노채널로 유체가 유입되거나 나노채널로부터 유체가 유출되기 위한 부분이다. 일 실시예에서, 유입구(51) 및 유출구(52)는, 경화 후 분리된 상부 기판(50)을 드릴링(drilling)함으로써 형성될 수 있다. 드릴링 시 상부 기판(50)의 구성 물질이 부스러기 형태로 분리되는 것을 방지하기 위하여 상부 기판(50)의 표면을 테이핑(taping)할 수도 있다. The inlet 51 and the outlet 52 formed in the upper substrate 50 are portions for flowing fluid into or out of the nanochannel. In one embodiment, the inlet 51 and outlet 52 can be formed by drilling the upper substrate 50 separated after curing. In order to prevent the constituent material of the upper substrate 50 from being separated in the form of debris during drilling, the surface of the upper substrate 50 may be taped.

또한, 드릴링을 통해 유입구(51) 및 유출구(52)가 형성된 후, 상부 기판(50)상의 테이프를 제거하며, 상부 기판(50)을 탈이온수(deionized water)에 담근 채로 약 5분간 초음파 처리(sonication)할 수 있다. 또한, 상부 기판(50)을 탈이온수에서 꺼내어 질소(N₂)로 건조시킨 후 이소프로필 알코올(isoprophyl alchohol; IPA)에 담근 채로 다시 약 5분간 초음파 처리할 수 있다. 또한, IPA에서 꺼내어진 상부 기판(50)은 다시 탈이온수에 의한 세척 및 질소에 의한 건조 과정을 거칠 수 있다. In addition, after the inlet 51 and the outlet 52 are formed by drilling, the tape on the upper substrate 50 is removed, and ultrasonic treatment is performed for about 5 minutes while the upper substrate 50 is soaked in deionized water. sonication). In addition, the upper substrate 50 may be removed from deionized water, dried with nitrogen (N ₂ ), and sonicated for about 5 minutes while being soaked in isopropyl alcohol (IPA). In addition, the upper substrate 50 taken out from the IPA may be subjected to washing with deionized water and drying with nitrogen.

그러나, 이상에 기재한 유입구(51) 및 유출구(52)의 형성 방법은 단지 예시적인 것으로서, 다른 실시예에서 유입구(51) 및 유출구(52)는 다른 상이한 방법에 의하여 형성될 수도 있다. However, the method of forming the inlet 51 and the outlet 52 described above is merely exemplary, and in other embodiments, the inlet 51 and the outlet 52 may be formed by other different methods.

도 1f를 참조하면, 함몰 영역을 갖는 상부 기판(50)의 표면을 활성화시킬 수 있다. 아무런 처리가 되지 않은 폴리머 물질의 경우 표면 에너지가 낮으며, 따라서 물과의 접촉각(contact angle)이 매우 높아 소수성(hydrophobic)이며 또한 다른 물질과의 반응성이 매우 낮다. 본 명세서에서 "활성화"란, 이와 같은 반응성이 낮은 표면에 작용기(functional group)를 형성함으로써 반응성을 증가시키는 것을 지칭한다. 예컨대, 활성화에 의해 표면에 하이드록시기(-OH)가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1F, the surface of the upper substrate 50 having the recessed region may be activated. Untreated polymer materials have a low surface energy and, therefore, have a very high contact angle with water, which is hydrophobic and very low in reactivity with other materials. As used herein, "activation" refers to increasing reactivity by forming functional groups on such low reactivity surfaces. For example, a hydroxyl group (-OH) may be formed on the surface by activation.

일 실시예에서, 상부 기판(50)의 표면을 산소 플라즈마(O₂ plasma)에 노출시킴으로써 상부 기판(50)의 표면상에 하이드록시기를 형성할 수 있다. 다른 실시예에서는, 상부 기판(50)의 표면에 높은 에너지를 갖는 자외선을 표면에 조사함으로써 표면을 하이드록시기로 바꿀 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, H₂O₂ 등과 같이 하이드록시기를 포함하는 용매로 상부 기판(50)의 표면을 처리하여 표면을 하이드록시기로 바꿀 수도 있다. 실시예에 따라서는, 이상에 기술한 활성화 방법 중 하나 이상의 조합이 사용될 수도 있다. In one embodiment, hydroxyl groups may be formed on the surface of the upper substrate 50 by exposing the surface of the upper substrate 50 to oxygen plasma (O ₂ plasma). In another embodiment, the surface may be changed to a hydroxyl group by irradiating the surface with ultraviolet light having a high energy on the surface of the upper substrate 50. In another embodiment, the surface of the upper substrate 50 may be treated with a solvent containing a hydroxyl group such as H ₂ O ₂ to change the surface to a hydroxyl group. Depending on the embodiment, a combination of one or more of the activation methods described above may be used.

도 1g를 참조하면, 상부 기판(50)의 활성화된 표면상에 결합층(60)을 형성할 수 있다. 결합층(60)은 하이드록시기와 반응할 수 있는 작용기와 결합되도록 변형된 폴리에틸렌 글라이콜(poly(ethylene glycol); PEG)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 결합층(60)은 에폭시기와 결합된 PEG, 즉, PEG-에폭사이드(PEG-epoxide)로 이루어질 수 있다. 또는, 결합층(60)은 PEG-니트로페닐 카보네이트(PEG-nitrophenyl carbonate; PEG-NPC) 또는 PEG-이소시아네이트(PEG-isocyanate)로 이루어질 수도 있다.Referring to FIG. 1G, the bonding layer 60 may be formed on the activated surface of the upper substrate 50. The bonding layer 60 may be made of polyethylene (poly (ethylene glycol); PEG) modified to bond with a functional group capable of reacting with a hydroxyl group. For example, the bonding layer 60 may be made of PEG, that is, PEG-epoxide bonded to an epoxy group. Alternatively, the bonding layer 60 may be made of PEG-nitrophenyl carbonate (PEG-NPC) or PEG-isocyanate.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예들은 PEG의 작용기와 하이드록시기의 결합을 이용하도록 구성되나, 이는 예시적인 것으로서, 다른 실시예에서는 PEG의 작용기와 다른 상이한 물질의 결합을 이용할 수도 있다. 예컨대, PEG-에폭사이드에서 에폭시기는 하이드록시기(-OH) 외에도 아민기(-NH₂), 티올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 실라놀(silanol)기(-SiOH) 등과 결합할 수 있다. 따라서, 상부 기판(50)의 표면상에 아민기(-NH₂), 티올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 또는 실라놀기(-SiOH) 중 어느 하나를 형성하고, PEG-에폭사이드로 결합층(60)을 형성할 수도 있다.In addition, the embodiments described herein are configured to utilize a bond of a functional group and a hydroxy group of PEG, but this is exemplary, and in other embodiments, a combination of a functional group of PEG and another material may be used. For example, in the PEG-epoxide, an epoxy group is combined with an amine group (-NH ₂ ), a thiol group (-SH), a carboxyl group (-COOH), a silanol group (-SiOH), etc., in addition to the hydroxyl group (-OH). can do. Accordingly, any one of an amine group (-NH ₂ ), a thiol group (-SH), a carboxyl group (-COOH), or a silanol group (-SiOH) is formed on the surface of the upper substrate 50, and a PEG-epoxide is formed. The bonding layer 60 may be formed.

결합층(60)을 구성하는 PEG는 상부 기판(50)의 표면상에 직접 형성될 수도 있으며, 또는 상부 기판(50)의 표면상에 다른 하나 이상의 물질이 형성된 후 그 위에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 산소 플라즈마에 의해 처리되어 하이드록시기를 갖는 상부 기판(50)의 표면상에 3-(아미노프로필 트리에톡시실레인)(3-(aminopropyl triethoxysilane); APTES) 또는 폴리(글리시딜 메타크릴레이트)(poly(glycidyl methacrylate); PGMA)를 먼저 형성하고, APTES 또는 PGMA상에 PEG를 형성할 수도 있다. 또한, 형성된 PEG가 소정의 작용기를 갖도록 끝을 변형할 수 있다. The PEG constituting the bonding layer 60 may be formed directly on the surface of the upper substrate 50, or may be formed thereon after one or more other materials are formed on the surface of the upper substrate 50. For example, 3- (aminopropyl triethoxysilane) (3- (aminopropyl triethoxysilane); APTES) or poly (glycidyl) on the surface of the upper substrate 50 having a hydroxyl group treated by oxygen plasma. Methacrylate (poly (glycidyl methacrylate); PGMA) may be formed first, and PEG may be formed on APTES or PGMA. In addition, the ends can be modified such that the PEG formed has the desired functionality.

일 실시예에서, 결합층(60)을 형성하기 위하여, PEG가 약 0.5 wt%의 농도로 탈이온수 내에 녹아있는 용액에 상부 기판(50)을 담그고, 약 2시간 동안 상온에서 반응시킬 수 있다. 반응 후 상부 기판(50) 및 상부 기판(50)상에 형성된 결합층(60)은 탈이온수에 의한 세척 및 질소에 의한 건조 과정을 거칠 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 반응 후 상부 기판(50) 및 결합층(60)을 열처리할 수도 있다. 예컨대, 상부 기판(50)의 저면을 약 110도의 온도로 가열된 플레이트상에 약 10분간 올려둘 수 있다. In one embodiment, to form the bonding layer 60, the upper substrate 50 may be immersed in a solution in which PEG is dissolved in deionized water at a concentration of about 0.5 wt%, and reacted at room temperature for about 2 hours. After the reaction, the bonding layer 60 formed on the upper substrate 50 and the upper substrate 50 may be washed with deionized water and dried with nitrogen. In addition, in one embodiment, after the reaction, the upper substrate 50 and the bonding layer 60 may be heat treated. For example, the bottom surface of the upper substrate 50 may be placed on a plate heated to a temperature of about 110 degrees for about 10 minutes.

도 1h를 참조하면, 결합층(60)을 이용하여 상부 기판(50)을 하부 기판(70)에 결합할 수 있다. 하부 기판(70)은 유리로 이루어질 수 있다. 결합을 위하여, 먼저 결합층(60) 및 하부 기판(70)의 표면을 활성화할 수도 있다. 예컨대, 결합층(60) 및 하부 기판(70)을 약 48 W/cm²의 세기를 갖는 산소 플라즈마에 약 1분간 노출시킬 수 있다. 다음으로, 상부 기판(50)을 하부 기판(70)상에 올려 놓고 약간의 압력을 가하여 결합시킬 수 있다. 그 결과, 상부 기판(50)의 함몰 영역이 하부 기판(70)에 의하여 덮임으로써 유체가 흐를 수 있는 나노채널(80)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1H, the upper substrate 50 may be bonded to the lower substrate 70 using the bonding layer 60. The lower substrate 70 may be made of glass. For bonding, first, the surfaces of the bonding layer 60 and the lower substrate 70 may be activated. For example, the bonding layer 60 and the lower substrate 70 may be exposed to an oxygen plasma having an intensity of about 48 W / cm ² for about 1 minute. Next, the upper substrate 50 may be placed on the lower substrate 70 to be joined by applying a slight pressure. As a result, the recessed region of the upper substrate 50 may be covered by the lower substrate 70 to form a nanochannel 80 through which fluid may flow.

상부 기판(50) 및 하부 기판(70)의 결합에 필요한 공정 조건은 상부 기판(50) 및/또는 하부 기판(70)의 재질에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 상부 기판(50)이 강도가 상대적으로 낮은 NOA 65으로 이루어지며 하부 기판(70)이 유리로 이루어지는 경우, 상부 기판(50)을 하부 기판(70)에 밀착시킨 후 트위저(tweezer) 등으로 살짝 눌러 결합시킬 수 있다. 한편, 상부 기판(50)이 경화 후 강도가 상대적으로 높은 NOA 63으로 이루어지는 경우에는, 유리로 된 하부 기판(70)을 가열된 플레이트(예컨대, 약 80도)상에 놓고, 그 위에 상부 기판(50)을 올려둔 상태에서 일정 시간(예컨대, 약 3분) 동안 예열할 수 있다. 그 후, 예열된 상부 기판(50) 및 하부 기판(70)에 트위저 등으로 약간의 압력을 가하여 결합시킬 수 있다. Process conditions required for the coupling of the upper substrate 50 and the lower substrate 70 may vary depending on the material of the upper substrate 50 and / or the lower substrate 70. For example, when the upper substrate 50 is made of relatively low strength NOA 65 and the lower substrate 70 is made of glass, the upper substrate 50 is in close contact with the lower substrate 70 and then a tweezer. It can be combined by pressing lightly. On the other hand, when the upper substrate 50 is made of NOA 63 having a relatively high strength after curing, the lower substrate 70 made of glass is placed on a heated plate (for example, about 80 degrees), and the upper substrate ( 50) can be preheated for a period of time (e.g., about 3 minutes). Thereafter, the preheated upper substrate 50 and the lower substrate 70 may be joined by applying a slight pressure with a tweezer or the like.

그러나 이상에서 기재한 상부 기판(50) 및 하부 기판(70)의 결합 과정은 단지 예시적인 것으로서, 상부 기판(50) 및 하부 기판(70)의 결합에 요구되는 압력 및/또는 열 등의 공정 조건은 상부 기판(50) 및 하부 기판(70)을 구성하는 물질에 따라 본 명세서에 기재된 것과 상이하게 적절히 결정될 수 있다. However, the bonding process of the upper substrate 50 and the lower substrate 70 described above is merely illustrative, and process conditions such as pressure and / or heat required for the bonding of the upper substrate 50 and the lower substrate 70 are described. The silver may be appropriately determined differently from that described herein depending on the materials constituting the upper substrate 50 and the lower substrate 70.

도 2a 내지 2e는 일 실시예에 따른 나노구조물의 제작 방법에서 PEG를 이용한 결합 과정을 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하여 전술한 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에서 나노구조물은 나노채널의 형태로 예시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a bonding process using PEG in a method of manufacturing a nanostructure, according to an embodiment. Like the embodiment described above with reference to FIG. 1, the nanostructures in this embodiment are illustrated in the form of nanochannels, but are not limited thereto.

도 2a를 참조하면, 상부 기판(50)상에 하이드록시기(-OH)를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 상부 기판(50)상의 하이드록시기는 상부 기판(50)을 산소 플라즈마, 자외선 또는 수신기를 포함하는 용매 중 하나 이상에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2A, a hydroxyl group (—OH) may be formed on the upper substrate 50. In one embodiment, the hydroxyl groups on the upper substrate 50 may be formed by exposing the upper substrate 50 to one or more of an oxygen plasma, ultraviolet light or a solvent comprising a receiver.

도 2b를 참조하면, 하이드록시기가 형성된 상부 기판(50)상에 결합층(60)을 형성할 수 있다. 결합층(60)은 수신기와 결합 가능한 작용기를 갖도록 변형된 PEG로 이루어질 수 있다. 변형되지 않은 PEG는, 하기 화학식 1과 같은 구조를 가지며, [ ] 안의 구조가 n번(n은 임의의 자연수) 반복되는 구조를 갖는 폴리머이다. Referring to FIG. 2B, the bonding layer 60 may be formed on the upper substrate 50 on which the hydroxyl group is formed. The binding layer 60 may be made of PEG modified to have a functional group capable of binding to the receiver. Unmodified PEG is a polymer having a structure similar to the following formula (1), and having a structure in which the structure in [] is repeated n times (n is any natural number).

실시예들에 따른 나노구조물의 제작 방법에서 결합층(60)은, 화학식 1의 기본 구조에서 하이드록시기와 결합 가능한 소정의 작용기를 갖도록 변형된 PEG로 이루어진다. 예컨대, 결합층(60)은 하기 화학식 2에 도시된 것과 같이 한쪽 끝에 메틸기를 가지며 다른 쪽 끝에 에폭시기를 갖는 mPEG-에폭사이드(mPEG-epoxide)(Mw2132)로 이루어질 수도 있다. In the nanostructure fabrication method according to the embodiment, the bonding layer 60 is made of PEG modified to have a predetermined functional group bondable with a hydroxyl group in the basic structure of Chemical Formula 1. For example, the bonding layer 60 may be made of mPEG-epoxide (mw2132) having a methyl group at one end and an epoxy group at the other end, as shown in Chemical Formula 2 below.

그러나, 결합층(60)을 구성하는 변형된 PEG에서 작용기는 에폭시기에 한정되는 것은 아니며, 결합층(60)은 하이드록시기와 결합될 수 있는 다른 적당한 작용기를 갖는 PEG로 이루어질 수도 있다. 예컨대, 하기 화학식 3 및 화학식 4에 도시된것과 같이 다양한 작용기를 갖는 PEG에 의해 결합층(60)을 구성할 수 있다. However, the functional groups in the modified PEG constituting the bonding layer 60 are not limited to epoxy groups, and the bonding layer 60 may be made of PEG having other suitable functional groups that can be bonded to a hydroxyl group. For example, the bonding layer 60 may be constituted by PEG having various functional groups as shown in the following Chemical Formulas 3 and 4.

도 2c를 참조하면, 하부 기판(70)의 표면에 하이드록시기(-OH)를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 하부 기판(70)상의 하이드록시기는 이들을 산소 플라즈마, 자외선 또는 수신기를 포함하는 용매 중 하나 이상에 노출시킴으로써 형성될 수도 있다. 또한, 이상의 공정에서 상부 기판(50)상의 결합층(60)에도 하이드록시기가 형성될 수도 있다. Referring to FIG. 2C, a hydroxyl group (—OH) may be formed on the surface of the lower substrate 70. In one embodiment, the hydroxyl groups on the lower substrate 70 may be formed by exposing them to one or more of an oxygen plasma, ultraviolet light or a solvent comprising a receiver. In addition, a hydroxyl group may be formed on the bonding layer 60 on the upper substrate 50 in the above process.

도 2d를 참조하면, 결합층(60)의 작용기와 하부 기판(70)상의 하이드록시기 사이에 결합이 이루어질 수 있다. 예컨대, 결합층(60)이 mPEG-에폭사이드로 이루어지는 경우, 에폭시기의 산소 원자와 하부 기판(70)상의 OH 분자 사이에 수소 결합(hydrogen bond)이 이루어질 수 있다. 또한, 에폭시기의 OH 분자와 하부 기판(70)상의 OH 분자 사이에 공유 결합(covalent bond)이 이루어질 수도 있다. Referring to FIG. 2D, a bond may be formed between the functional group of the bonding layer 60 and the hydroxyl group on the lower substrate 70. For example, when the bonding layer 60 is made of mPEG-epoxide, a hydrogen bond may be formed between the oxygen atom of the epoxy group and the OH molecule on the lower substrate 70. In addition, a covalent bond may be formed between the OH molecules of the epoxy group and the OH molecules on the lower substrate 70.

도 2e를 참조하면, 도 2d에 도시된 원자 및/또는 분자들 사이의 결합에 의해 상부 기판(50)이 하부 기판(70)에 결합될 수 있다. 상부 기판(50)에 형성된 함몰 영역이 하부 기판(70)에 의해 덮임으로써, 상부 기판(50) 및 하부 기판(70) 사이에 유체가 흐를 수 있는 나노채널(80)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2E, the upper substrate 50 may be coupled to the lower substrate 70 by the bonding between the atoms and / or molecules shown in FIG. 2D. Since the recessed region formed in the upper substrate 50 is covered by the lower substrate 70, a nanochannel 80 through which fluid can flow may be formed between the upper substrate 50 and the lower substrate 70.

이상과 같이 형성된 나노채널(80)에서, 나노채널(80) 내부의 표면은 PEG를 포함하여 이루어지는 결합층(60)에 의하여 코팅되어 있다. 따라서, 나노채널(80) 표면에 대한 원치 않는 물질의 비특이적 결합을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 또한, PEG의 극성으로 인하여 나노채널(80) 내부 표면의 친수성이 증가된다. 나아가, 나노채널(80) 내의 전기삼투흐름(electroosmotic flow)을 감소시킴으로써 전기영동 흐름(electrophoretic flow)에 의해 생분자의 이동을 제어하는 것이 용이해질 수 있다. In the nanochannel 80 formed as above, the surface inside the nanochannel 80 is coated by a bonding layer 60 comprising PEG. Thus, nonspecific binding of unwanted materials to the nanochannel 80 surface can be prevented or reduced. In addition, the polarity of PEG increases the hydrophilicity of the inner surface of nanochannel 80. Furthermore, controlling the movement of biomolecules by electrophoretic flow can be facilitated by reducing electroosmotic flow in nanochannel 80.

도 3a 내지 3c는 실시예들에 따라 제작된 나노채널의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 이미지이다. 도 3a 내지 3c는 NOA 63으로 이루어지는 상부 기판을 이용하여 높이와 폭을 달리하여 제작된 나노채널을 도시한다. 도 3a는 높이 약 100 nm, 폭 약 70 nm인 나노채널을 도시하며, 도 3b는 높이 약 100 nm, 폭 약 200 nm인 나노채널을 도시하고, 도 3c는 높이 약 200 nm, 폭 약 400 nm인 나노채널을 도시한다. 3A to 3C are Scanning Electron Microscope (SEM) images of nanochannels made according to the Examples. 3A to 3C illustrate nanochannels fabricated at different heights and widths using an upper substrate made of NOA 63. 3A shows nanochannels about 100 nm high and about 70 nm wide, FIG. 3B shows nanochannels about 100 nm high and about 200 nm wide, and FIG. 3C shows about 200 nm high and about 400 nm wide. Phosphorous nanochannels are shown.

도 4a 내지 4c는 다른 실시예들에 따라 제작된 나노채널의 SEM 이미지이다. 도 4a 내지 4c는 NOA 65로 이루어지는 상부 기판을 이용하여 높이와 폭을 달리하여 제작된 나노채널을 도시한다. 도 4a 내지 4c에 각각 도시된 나노채널의 높이 및 폭은, 도 3a 내지 3c에 각각 도시된 나노채널의 높이 및 폭과 동일하다. 4A-4C are SEM images of nanochannels fabricated in accordance with other embodiments. 4A to 4C illustrate nanochannels fabricated at different heights and widths using an upper substrate made of NOA 65. The heights and widths of the nanochannels respectively shown in FIGS. 4A-4C are the same as the heights and widths of the nanochannels respectively shown in FIGS. 3A-3C.

도 5a 내지 5c는 또 다른 실시예들에 따라 제작된 나노채널의 SEM 이미지이다. 도 5a 내지 5c는 PDMS로 이루어지는 상부 기판을 이용하여 높이와 폭을 달리하여 제작된 나노채널을 도시한다. 도 4a 내지 4c에 각각 도시된 나노채널의 높이 및 폭은, 도 3a 내지 3c에 각각 도시된 나노채널의 높이 및 폭과 동일하다. 5A through 5C are SEM images of nanochannels fabricated in accordance with yet other embodiments. 5a to 5c show nanochannels fabricated at different heights and widths using an upper substrate made of PDMS. The heights and widths of the nanochannels respectively shown in FIGS. 4A-4C are the same as the heights and widths of the nanochannels respectively shown in FIGS. 3A-3C.

도 3 내지 도 5를 비교하면, PDMS에 비하여 상대적으로 강도가 높은 NOA 65에서, 또한 NOA 65에 비해 상대적으로 강도가 높은 NOA 63에서 나노채널의 단면 형상이 분명하게 유지되어 나노채널의 구현도(fidelity)가 높음을 확인할 수 있다. 그러나, 나노채널을 형성하기 위한 상부 기판의 재질은 NOA 63 또는 NOA 65 등에 한정되는 것은 아니며, 형성하고자 하는 나노채널의 형상 및 용도 등에 따라 적절한 물질로 상부 기판을 구성할 수 있다. 3 to 5, the cross-sectional shape of the nanochannel is clearly maintained in NOA 65 having a relatively high strength compared to PDMS, and in NOA 63 having a relatively high strength compared to NOA 65 so that the implementation of the nanochannel ( fidelity) is high. However, the material of the upper substrate for forming the nanochannel is not limited to NOA 63 or NOA 65 and the like, and the upper substrate may be formed of a suitable material according to the shape and use of the nanochannel to be formed.

도 6은 플라즈마 처리된 다양한 물질의 표면에너지에 대한 시간에 따른 변화를 나타내는 이미지이다. 도 6의 (a1) 내지 (a4)는 각각 플라즈마 처리 전, 플라즈마 처리 후, 플라즈마 처리로부터 4일 경과 후, 및 플라즈마 처리로부터 10일 경과 후의 PDMS를 나타낸다. 또한, 도 6의 (b1) 내지 (b4)는 각각 플라즈마 처리 전, 플라즈마 처리 후, 플라즈마 처리로부터 4일 경과 후, 및 플라즈마 처리로부터 10일 경과 후의 NOA 63을 나타낸다. 또한, 도 6의 (c1) 내지 (c4)는 각각 플라즈마 처리 전, 플라즈마 처리 후, 플라즈마 처리로부터 4일 경과 후, 및 플라즈마 처리로부터 10일 경과 후의 NOA 65를 나타낸다. 6 is an image showing a change over time with respect to the surface energy of various plasma-treated materials. 6A to 6A show PDMS before the plasma treatment, after the plasma treatment, 4 days after the plasma treatment, and 10 days after the plasma treatment, respectively. 6 (b1) to (b4) show NOA 63 after 4 days from the plasma treatment, 10 days after the plasma treatment, and before the plasma treatment, respectively. 6C to 6C show NOA 65 before the plasma treatment, after the plasma treatment, 4 days after the plasma treatment, and 10 days after the plasma treatment, respectively.

도 6의 (d1) 내지 (d4)는, 플라즈마 처리된, PDMS에 의해 표면이 코팅된 NOA 63의 시간에 따른 변화를 나타내는 이미지이다. 도 6의 (d1) 내지 (d4)는 각각 플라즈마 처리 전, 플라즈마 처리 후, 플라즈마 처리로부터 4일 경과 후, 및 플라즈마 처리로부터 10일 경과 후에 대응된다. 6 (d1) to (d4) are images showing the change over time of the NOA 63 coated with the PDMS by plasma treatment. 6D to 6D correspond to before the plasma treatment, after the plasma treatment, 4 days after the plasma treatment, and 10 days after the plasma treatment, respectively.

또한, 도 6의 (e1) 내지 (e4)는, 플라즈마 처리된, PEG에 의해 표면이 코팅된 NOA 65의 시간에 따른 변화를 나타내는 이미지이다. 도 6의 (e1) 내지 (e4)는 각각 플라즈마 처리 전, 플라즈마 처리 후, 플라즈마 처리로부터 4일 경과 후, 및 플라즈마 처리로부터 10일 경과 후에 대응된다. In addition, (e1) to (e4) of Figure 6 is an image showing the change over time of NOA 65 surface-coated with PEG, plasma-treated. 6E to 6E correspond to before the plasma treatment, after the plasma treatment, 4 days after the plasma treatment, and 10 days after the plasma treatment, respectively.

도 6의 (a1) 내지 (e5)를 각각 비교하면, NOA 65의 표면에 PEG를 코팅할 경우 플라즈마 처리 후 시간 경과에 따른 형상 변화가 다른 물질에 비하여 상대적으로 적은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 나노채널이 형성될 상부 기판을 NOA 65로 구성하고 그 표면에 PEG를 코팅함으로써, 나노채널이 플라즈마 처리에 의하여 변형되는 것을 방지하거나 또는 감소시킬 수 있다. Comparing (a1) to (e5) of FIG. 6, it can be seen that when PEG is coated on the surface of NOA 65, the shape change over time after plasma treatment is relatively smaller than that of other materials. Thus, by constructing the upper substrate on which the nanochannels are to be formed of NOA 65 and coating PEG on the surface thereof, the nanochannels can be prevented or reduced from being deformed by plasma treatment.

도 7은 도 6에 도시된 물질의 시간에 따른 물 접촉각 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7에서 그래프(111)는 PDMS에 대응되며, 그래프(112)는 NOA 63에 대응되고, 그래프(113)는 NOA 65에 대응된다. 또한, 그래프(114)는 PDMS로 코팅된 NOA 63에 대응되며, 그래프(115)는 PEG로 코팅된 NOA 65에 대응된다. 도시되는 바와 같이, PEG로 코팅된 NOA 65의 경우 시간 경과에 따른 물 접촉각의 변화가 상대적으로 적으며 낮은 물 접촉각을 유지한다. 따라서, 나노채널의 표면을 PEG로 코팅함으로써 나노채널의 표면이 높은 친수성을 유지할 수 있다. FIG. 7 is a graph showing a change in water contact angle with time of the material shown in FIG. 6. In FIG. 7, the graph 111 corresponds to the PDMS, the graph 112 corresponds to NOA 63, and the graph 113 corresponds to NOA 65. In addition, graph 114 corresponds to NOA 63 coated with PDMS, and graph 115 corresponds to NOA 65 coated with PEG. As shown, NOA 65 coated with PEG has a relatively small change in water contact angle over time and maintains a low water contact angle. Thus, by coating the surface of the nanochannels with PEG, the surface of the nanochannels can maintain high hydrophilicity.

도 8a는 다양한 물질과 유리 기판의 결합력을 측정하기 위한 장치 구성의 평면도이며, 도 8b는 도 8a의 단면도이다. 또한, 도 8c 및 8d는 도 8a 및 8b에 도시된 장치의 구현예를 나타내는 사진이다. 도 8c는 사선 방향에서 보여지는 장치를 나타내며, 도 8d는 장치의 저면을 나타낸다.8A is a plan view of a device configuration for measuring the bonding force between various materials and a glass substrate, and FIG. 8B is a cross-sectional view of FIG. 8A. 8C and 8D are photographs showing an embodiment of the apparatus shown in FIGS. 8A and 8B. FIG. 8C shows the device as seen in the oblique direction, and FIG. 8D shows the bottom of the device.

도 8a 내지 8d를 참조하면, 유리로 이루어진 하부 기판(120)상에 도넛 형상의 블록(121)을 위치시킬 수 있다. 블록(121)은 NOA, PDMS로 코팅된 NOA, 또는 PEG로 코팅된 NOA 등으로 이루어질 수 있으며, 이는 도 8e를 참조하여 후술한다. 블록(121)의 직경(D₁)은 약 20 mm이며, 블록(121)에서 중앙의 천공 부분의 직경(D₂)은 약 4.2 mm이다. 블록(121)은 팁(tip)(122)과 결합되었다. 8A to 8D, a donut-shaped block 121 may be positioned on a lower substrate 120 made of glass. Block 121 may be made of NOA, NOA coated with PDMS, or NOA coated with PEG, which will be described below with reference to FIG. 8E. The diameter D ₁ of the block 121 is about 20 mm, and the diameter D ₂ of the central perforated portion in the block 121 is about 4.2 mm. Block 121 is coupled with tip 122.

도 8b에서 팁(122)은 블록(121)의 상부 표면과 결합되었으나, 다른 실시예에서는 팁(122)이 블록(121) 내에 위치하여 블록(121)에 결합되거나, 또는 블록(121)이 하나 이상의 층으로 이루어져 블록(121)을 구성하는 층들 사이에 팁(122)이 결합될 수 있다. 예컨대, 도 8c의 사진과 같이 팁의 측면과 상부면도 블록에 의하여 덮음으로써, 팁을 통해 주입되는 기체가 팁과 블록 사이의 틈으로 새어나가는 것을 방지할 수도 있다. In FIG. 8B, the tip 122 is joined to the top surface of the block 121, but in other embodiments the tip 122 is located within the block 121 and joined to the block 121, or one block 121. Tip 122 may be coupled between the layers constituting the block 121 composed of the above layers. For example, by covering the side and the top surface of the tip as shown in Figure 8c by the block, it is also possible to prevent the gas injected through the tip to leak into the gap between the tip and the block.

초기 위치에서, 팁(122)의 하단과 하부 기판(120) 사이의 간격(T₁)은 약 3 mm이며, 블록(121)의 높이(T₂)는 약 10 mm가 되도록 하였다. 블록(121)과 하부 기판(120) 사이의 결합 면적은 약 95.59 πmm²이며, 블록(121)의 내부 부피는 약 286.77 πmm²이다. 초기 위치로부터, 팁(122) 내의 채널(미도시)을 통하여 기체(예컨대, 질소)를 주입함으로써 블록(121) 내부의 공간에 기체를 충진하였다. 주입되는 기체의 압력을 점차 증가시키면서 블록(121)이 하부 기판(120)으로부터 들뜨는 것, 즉, 기체가 블록(121)과 하부 기판(120)의 접합면을 통해 침투함으로써 블록(121)이 하부 기판(120)으로부터 분리되는 것을 관찰하였다. 주입되는 기체의 압력을 약 50 kPa씩 증가시키면서 약 30초 동안 관찰을 수행하였으며, 블록(121)이 하부 기판(120)으로부터 분리되는 순간의 기체 압력을 결합력으로 측정하였다. In the initial position, the distance T ₁ between the bottom of the tip 122 and the lower substrate 120 is about 3 mm and the height T ₂ of the block 121 is about 10 mm. The bonding area between the block 121 and the lower substrate 120 is about 95.59 pi ² , and the internal volume of the block 121 is about 286.77 pi ² . From the initial position, gas was filled into the space inside block 121 by injecting gas (eg, nitrogen) through a channel (not shown) in tip 122. The block 121 is lifted from the lower substrate 120 while gradually increasing the pressure of the gas to be injected, that is, the block 121 is lowered as the gas penetrates through the bonding surface of the block 121 and the lower substrate 120. It was observed to separate from the substrate 120. Observation was performed for about 30 seconds while increasing the pressure of the injected gas by about 50 kPa, and the gas pressure at the moment when the block 121 was separated from the lower substrate 120 was measured as a binding force.

도 8e는, 도 8a 내지 8d의 장치에 의해 측정된, 다양한 물질과 유리 기판의 결합력을 나타내는 그래프이다. FIG. 8E is a graph showing the bonding force of various materials and glass substrates, measured by the apparatus of FIGS. 8A-8D.

도 8e에서 그래프(123)는 NOA 65로 이루어지며 산소 플라즈마로 처리된 블록과 유리 기판의 결합력을 나타내며, 그래프(124)는 그래프(123)에서 사용된 블록에 열 처리가 추가적으로 이루어진 후 유리 기판과의 결합력을 나타낸다. 또한, 그래프(125)는 NOA 65로 이루어지며 PDMS로 코팅된 블록과 유리 기판의 결합력을 나타내며, 그래프(126)는 NOA 65로 이루어지며 PEG로 코팅된 블록과 유리 기판의 결합력을 나타낸다. In FIG. 8E, the graph 123 is made of NOA 65 and shows the bonding force between the block treated with the oxygen plasma and the glass substrate, and the graph 124 shows the glass substrate after the heat treatment is additionally performed to the block used in the graph 123. Indicates the binding force of. In addition, the graph 125 is made of NOA 65 and shows the bonding force of the block and the glass substrate coated with PDMS, the graph 126 is made of NOA 65 and shows the bonding force of the glass substrate and the block coated with PEG.

한편, 그래프(127)는 NOA 63으로 이루어지며 산소 플라즈마 처리 및 열 처리가 이루어진 블록과 유리 기판의 결합력을 나타낸다. 또한, 그래프(128)는 NOA 63으로 이루어지며 PDMS로 코팅된 후 열 처리가 이루어진 블록과 유리 기판의 결합력을 나타낸다. 나아가, 그래프(129)는 NOA 63으로 이루어지며 PEG로 코팅된 후 열 처리가 이루어진 블록과 유리 기판의 결합력을 나타낸다. 도 8e에 도시된 그래프들에서 열 처리는 약 80도의 온도에서 이루어졌다. On the other hand, the graph 127 is made of NOA 63 and shows the bonding force between the glass substrate and the block subjected to oxygen plasma treatment and heat treatment. In addition, the graph 128 is made of NOA 63 and shows the bonding force between the glass substrate and the block subjected to heat treatment after being coated with PDMS. Further, the graph 129 is made of NOA 63 and shows the bonding force between the glass substrate and the block subjected to heat treatment after being coated with PEG. In the graphs shown in FIG. 8E, the heat treatment was at a temperature of about 80 degrees.

도시되는 바와 같이, 화살표에 의해 지시된, PEG에 의하여 코팅된 블록(126, 129)이 PDMS로 코팅된 블록들(125, 128)과 비교하여 크게 차이나지 않는 높은 결합력을 갖는 것으로 나타났다. 따라서, 실시예들에서 폴리머 물질로 이루어진 상부 기판에 PEG를 코팅함으로써 유리로 이루어진 하부 기판과 용이한 결합이 가능함을 확인할 수 있다. As shown, the blocks coated by PEG, 126 and 129, indicated by the arrows, have been shown to have a high binding force that is not significantly different compared to the blocks 125 and 128 coated with PDMS. Therefore, it can be seen in the embodiments that the PEG is coated on the upper substrate made of a polymer material to facilitate bonding with the lower substrate made of glass.

도 9a 및 9b는 일 실시예에 따른 나노채널 어레이에 형광 물질을 주입한 후 촬영한 이미지로서, NOA 63에 PEG를 코팅한 후 산소 플라즈마에 의하여 처리된 표면을 갖는 나노채널을 나타낸다. 도 9a는 형광 물질의 주입 직후를 나타내며, 도 9b는 형광 물질의 주입 후 30분 후를 나타낸다. 도 9a 및 9b에서 형광으로 인하여 밝게 나타나는 부분이 나노채널이며, 도시되는 것과 같이 각각 길이를 갖는 복수 개의 나노 채널이 길이 방향과 수직한 방향으로 서로 이격하여 나열된 나노채널 어레이가 이용되었다.9A and 9B are images taken after a fluorescent material is injected into a nanochannel array according to an embodiment, and show a nanochannel having a surface treated by oxygen plasma after PEG is coated on NOA 63. Figure 9a shows immediately after the injection of the fluorescent material, Figure 9b shows 30 minutes after the injection of the fluorescent material. In FIG. 9A and FIG. 9B, the portions appearing bright due to fluorescence are nanochannels, and as illustrated, a plurality of nanochannel arrays each having a length and the nanochannel arrays spaced apart from each other in a direction perpendicular to the length direction were used.

도 9c는 도 9b의 이미지에서 픽셀 위치에 따른 빛의 강도를 나타내는 그래프이다. 도시되는 바와 같이, 나노채널에 해당하는 픽셀 영역에서는 형광으로 인하여 픽셀 강도가 높게 나타나므로 그래프에서 복수 개의 뚜렷한 피크(peak)가 형성되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 9C is a graph showing the intensity of light according to pixel position in the image of FIG. 9B. As shown, since the pixel intensity is high in the pixel region corresponding to the nanochannel due to fluorescence, it can be seen that a plurality of distinct peaks are formed in the graph.

도 10a 및 10b는 실시예와의 비교를 위하여 NOA 63으로 이루어지며 산소 플라즈마 처리된 표면을 갖는 나노채널을 이용하여 촬영된 이미지를 나타낸다. 도 10a는 형광 물질의 주입 직후를 나타내며, 도 10b는 형광 물질의 주입 후 30분 후를 나타낸다.10A and 10B show images taken using a nanochannel made of NOA 63 and having an oxygen plasma treated surface for comparison with the embodiment. 10A shows immediately after the injection of the fluorescent material, and FIG. 10B shows 30 minutes after the injection of the fluorescent material.

도 10c는 도 10b의 이미지에서 픽셀 위치에 따른 빛의 강도를 나타내는 그래프이다. 도 10c를 도 9c와 비교하면, PEG에 의해 코팅되지 않은 NOA 63으로 이루어지는 나노채널의 경우 그래프의 피크가 상대적으로 뚜렷하지 않다. 이는 형광 물질이 나노채널의 외부로 새어나가기 때문이며, 따라서 나노채널의 표면에 PEG를 코팅함으로써 나노채널 내를 흐르는 물질의 제어가 용이해지는 것을 확인할 수 있다. FIG. 10C is a graph showing the intensity of light according to pixel position in the image of FIG. 10B. Comparing FIG. 10C with FIG. 9C, the peaks in the graph are relatively indistinct for nanochannels consisting of NOA 63 not coated with PEG. This is because the fluorescent material leaks out of the nanochannel, and thus, it can be seen that the control of the material flowing in the nanochannel is facilitated by coating PEG on the surface of the nanochannel.

도 11a 내지 11f는 실시예들에 따른 나노채널 내를 통과하는 신장된(stretched) 람다-DNA(λ-DNA)의 이미지이다. 도 11a 내지 11f의 이미지는, YOYO-1 염료에 의해 염색된 DNA를 pH가 약 8.0인 1X TE 버퍼(buffer) 내에 주입하고, 약 2 V/mm의 전기장을 인가함으로써 나노채널을 통과하여 DNA를 이동시키면서 얻어졌다. 11A-11F are images of stretched lambda-DNA (λ-DNA) passing through a nanochannel in accordance with embodiments. 11A-11F show that DNA stained with YOYO-1 dye is injected into a 1X TE buffer having a pH of about 8.0, and the DNA is passed through the nanochannel by applying an electric field of about 2 V / mm. Obtained while moving.

도 11a는 약 100 nm의 폭을 갖는 나노채널을 이용하여 얻어진 이미지이며, 도 11b는 도 11a에서 DNA가 위치하는 영역(151)의 확대도이다. 또한, 도 11c는 약 200 nm의 폭을 갖는 나노채널을 이용하여 얻어진 이미지이며, 도 11d는 도 11c에서 DNA가 위치하는 영역(152)의 확대도이다. 나아가, 도 11e는 약 400 nm의 폭을 갖는 나노채널을 이용하여 얻어진 이미지이며, 도 11f는 도 11e에서 DNA가 위치하는 영역(153)의 확대도이다. 또한, 도 11a 내지 11f를 얻기 위하여 사용된 나노채널의 높이는 약 200 nm이며, DNA의 이동 방향을 따른 나노채널의 길이는 약 500 ㎛이다. FIG. 11A is an image obtained using a nanochannel having a width of about 100 nm, and FIG. 11B is an enlarged view of the region 151 in which DNA is located in FIG. 11A. FIG. 11C is an image obtained using a nanochannel having a width of about 200 nm, and FIG. 11D is an enlarged view of the region 152 in which DNA is located in FIG. 11C. Furthermore, FIG. 11E is an image obtained using nanochannels having a width of about 400 nm, and FIG. 11F is an enlarged view of the region 153 in which DNA is located in FIG. 11E. Also, the height of the nanochannels used to obtain FIGS. 11A to 11F is about 200 nm, and the length of the nanochannels along the direction of DNA movement is about 500 μm.

꼬인 가닥으로 이루어지는 DNA는 나노미터 수준의 폭을 갖는 나노채널 내를 통과하기 위하여 가닥이 풀어지면서 신장되어 길이가 늘어나며, DNA의 늘어난 길이는 나노채널의 폭에 따라 결정된다. 예컨대, 도 11b, 도 11d 및 도 11f에 도시된 DNA는 각각 약 8.2 ㎛, 약 7.7 ㎛ 및 약 5.8 ㎛의 길이를 갖는다. 따라서, 실시예들에 따라 제작된 나노채널이 DNA 검출을 위한 나노채널로서의 역할을 수행 가능함을 확인할 수 있다. The stranded DNA is stretched as the strand unwinds to pass through the nanometer-wide nanochannel, and the length of the DNA is determined by the width of the nanochannel. For example, the DNAs shown in FIGS. 11B, 11D and 11F have lengths of about 8.2 μm, about 7.7 μm and about 5.8 μm, respectively. Therefore, it can be seen that the nanochannels prepared according to the embodiments can serve as nanochannels for DNA detection.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. However, it should be understood that such modifications are within the technical scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims

Forming a bonding layer of polyethylene (poly (ethylene glycol); PEG) bonded to a functional group on an upper substrate made of a polymer material; And
The method of manufacturing a nanostructure, comprising the step of bonding the upper substrate with the lower substrate using the bonding layer.

The method of claim 1,
The upper substrate includes a recessed region,
And a nanofluidic device is defined by the recessed region between the upper substrate and the lower substrate.

The method of claim 1,
The functional group is a method of manufacturing a nanostructure, characterized in that the material capable of bonding with a hydroxyl group.

The method of claim 3, wherein
The bonding layer is a method for producing a nanostructure, characterized in that it comprises at least one of PEG-epoxide, PEG-nitrophenyl carbonate and PEG-isocyanate.

The method of claim 1,
Before forming the bonding layer, further comprising forming a hydroxyl group on the surface of the upper substrate.

6. The method of claim 5,
Forming a hydroxyl group on the surface of the upper substrate, fabricating a nanostructure, characterized in that for exposing the upper substrate to one or more of a solvent containing an oxygen plasma, ultraviolet light, or a hydroxyl group Way.

The method of claim 1,
Coupling the upper substrate with the lower substrate,
Forming a hydroxyl group on a surface of the lower substrate; And
And combining the functional group with a hydroxyl group on the surface of the lower substrate.

8. The method of claim 7,
Bonding the functional group to a hydroxyl group on the surface of the lower substrate is performed using one or more of hydrogen bonds between oxygen atoms and hydroxyl groups and covalent bonds between hydroxyl group molecules. Method of making the structure.

The method of claim 1,
The upper substrate is a manufacturing method of the nanostructures, characterized in that made of NOA (Norland Optical Adhesive).

The method of claim 1,
The lower substrate is a method of manufacturing a nanostructure, characterized in that made of glass.

An upper substrate made of a polymeric material;
A lower substrate facing the upper substrate; And
And a bonding layer between the upper substrate and the lower substrate, the bonding layer comprising polyethylene glycol (PEG) bonded to a functional group.

12. The method of claim 11,
The substrate includes a recessed region,
And the nanochannel is defined by the recessed region between the upper substrate and the lower substrate.

13. The method of claim 12,
The substrate structure, characterized in that the bonding layer is located on the surface of the nanochannel.

12. The method of claim 11,
And the functional group is a substance capable of bonding with a hydroxyl group.

15. The method of claim 14,
Wherein said bonding layer comprises at least one of PEG-epoxide, PEG-nitrophenyl carbonate and PEG-isocyanate.

12. The method of claim 11,
The upper substrate is a substrate structure, characterized in that made of NOA (Norland Optical Adhesive).

12. The method of claim 11,
And the lower substrate is made of glass.