KR101397714B1 - 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노다공성 알루미나를 고정의 패턴으로 분리할 수 있고, 유연한 고분자 기판의 특정위치에 전사시킬 수 있는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법에 관한 것으로, 제1기판의 일면에 알루미늄을 증착하는 단계와, 상기 제1기판에 증착된 알루미늄에 양극 산화 공정을 통해 나노 다공성 알루미나를 제작하는 단계와, 상기 나노 다공성 알루미나 상단에 소정의 패턴으로 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층이 형성된 나노 다공성 알루미나를 에칭하여 나노다공성 알루미나 패턴을 형성하는 단계와, 상기 절연층을 제거하는 단계와, 상기 제1기판에서 나노다공성 알루미나 패턴을 이송하여 제2기판에 전사하는 단계를 포함한다.

Description

다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법{manufacture method for porous alumina based bio chip }
본 발명은 다공성 알루미나 기반 바이오칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노다공성 알루미나를 고정의 패턴으로 분리할 수 있고, 유연한 고분자 기판의 특정위치에 전사시킬 수 있는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 다공성 알루미나의 경우, 단백질이 고정되기 좋은 조건을 가지고 있다고 알려, 바이오 칩에 다양하게 적용되어지고 있으며, 그에 따른 연구가 활발히 진행되고 있다.
기존에는 알루미늄 판에 선택적으로 양극산화공정을 수행하는 방법과 실리콘이나 유리기판에 알루미늄을 증착하고 선택적으로 양극산화공정을 수행하는 방법 등이 있었다. 이런 방법들은 알루미늄표면에 절연층을 코팅하고 그것을 패터닝하여 선택적인 부분에 양극산화를 수행하게 된다.
도 1 내지 도 2는 기존 다공성 알루미나를 만드는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 1의 경우, 알루미늄 판에 선택적으로 양극산화공정을 수행했을 경우이다. 즉, 알루미늄(11) 상단에 절연층(12)을 형성하고, 양극산화 공정을 거쳐 다공성 알루미나(13)를 형성한 뒤, 절연층(12)을 제거하고, 용도에 맞춰 다공성 알루미나(13)와 알루미늄(11)을 자른 후 사용하였다. 하지만, 이 경우 많은 알루미늄의 양이 필요하고 그에 따라 비용이 상승하는 문제점이 있다.
한편, 도 2의 경우, 실리콘이나 유리기판에 알루미늄을 증착하여 양극산화공정을 수행하는 방법이다. 먼저, 기판(21)에 알루미늄(22)을 적층하고, 알루미늄(22) 상단에 절연층(23)을 형성한 뒤, 양극산화 공정을 거쳐 다공성 알루미나(24)를 형성한 다음, 절연층(23)을 제거하고, 용도에 맞춰 기판(21)과 다공성 알루미나(24)를 동시에 자른 후 사용하였다. 이 경우, 마찬가지로 실리콘 또는 유리기판을 함께 사용해야 하기 때문에 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 기존 바이오칩에 적용된 비드, 금 박막, 다공성 멤브레인 등의 문제점을 보완하고, 유연한 고분자 기판에 적용하여 균일성을 유지하며 높은 민감도를 가질 수 있으며, 비용도 절감시킬 수 있는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법은 제1기판의 일면에 알루미늄을 증착하는 단계와, 상기 제1기판에 증착된 알루미늄에 양극 산화 공정을 통해 나노 다공성 알루미나를 제작하는 단계와, 상기 나노 다공성 알루미나 상단에 소정의 패턴으로 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층이 형성된 나노 다공성 알루미나를 에칭하여 나노다공성 알루미나 패턴을 형성하는 단계와, 상기 절연층을 제거하는 단계와, 상기 제1기판에서 나노다공성 알루미나 패턴을 이송하여 제2기판에 전사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2기판에 전사된 나노 다공성 알루미나 패턴에 항체를 고정시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1기판은 실리콘재질로 이루어진다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 절연층은 상기 나노 다공성 알루미나 상단에 포토레지스트를 도포하여 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2기판은 유연한 고분자소재로 이루어진다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 나노다공성 알루미나 패턴은 PDMS 스탬프를 통해 상기 제1기판에서 제2기판으로 이송된다.
본 발명 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법에 따르면, 기존 바이오칩에 적용된 비드, 금 박막, 다공성 멤브레인 등의 문제점을 보완하고, 유연한 고분자 기판에 적용하여 균일성을 유지하며 높은 민감도를 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 나노다공성 알루미나를 유연한 고분자 기판의 특정위치에 전사시킬 수 있는 장점을 구비하고, 비용도 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 기존 다공성 알루미나를 만드는 방법을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법을 개략적으로 도시한 도면,
도 4 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법의 순서도,
도 5는 나노다공성 알루미나 패턴을 고분자 기판으로 전사하기 전과 전사시킨 후의 모습을 보인 사진,
도 6은 고분자 기판에 전사된 나노다공성 알루미나 패턴의 형광강도를 측정한그래프이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법의 순서도이다.
상기 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법은 제1기판(110)의 일면에 알루미늄(120)을 증착하는 단계(S10)와, 상기 제1기판(110)에 증착된 알루미늄(120)에 양극 산화 공정을 통해 나노 다공성 알루미나(121)를 제작하는 단계(S20)와, 상기 나노 다공성 알루미나(121) 상단에 소정의 패턴으로 절연층(130)을 형성하는 단계(S30)와, 상기 절연층(130)이 형성된 나노 다공성 알루미나(121)를 에칭하여 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 형성하는 단계(S40)와, 상기 절연층(130)을 제거하는 단계(S50)와, 상기 제1기판(110)에서 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 이송하여 제2기판(140)에 전사하는 단계(S60)를 포함한다.
먼저 (S10)단계는 제1기판(110)의 일면에 알루미늄(120)을 증착하는 단계로서, 시트 형태의 알루미늄(120)을 제1기판(110) 상에 적층시킨 구조를 취할 수 있다.
제1 기판(110)은 유리, 폴리스티렌(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 실리콘(silicon) 및 석영으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기에 열거한 종류의 기판은 편광에 대해서 이방성을 나타내지 않고, 가공성이 우수한 효과가 있다. 특히 실리콘으로 이루어질 경우, 유연성을 구비하고 내화학성 및 내열성이 우수하기 때문에 양극산화 및 에칭 공정이 용이하게 진행될 수 있으며, (S60)단계에서는 나노다공성 알루미나 패턴(122)이 쉽게 분리될 수 있다.
다음으로, (S20)단계는 상기 제1기판(110)에 증착된 알루미늄(120)에 양극 산화 공정을 통해 나노 다공성 알루미나(121)를 제작하는 단계이다.
양극산화(anodizing)란, 전해질 용액속에서 처리하려는 물질에 양극을 가하고 다른 금속 전극에 음극을 가하여 물질에 산화피막을 입히는 표면처리기술을 가리키며, 사용되는 전해질 용액 및 결정되는 산화피막의 종류에 따라 양극산화가 적용되는 물질의 내식성, 내구성 또는 접착성을 좋게 한다.
일반적으로, 양극산화는 보통 알루미늄 합금에 표면처리 기술로 많이 이용된다. 알루미늄 금속은 물리화학적 성질이 연약하여 알루미늄 금속으로 제조된 각종제품을 그대로 사용할 경우 쉽게 변질, 부식되어 제품의 외관 및 기능이 훼손되거나 상실될 우려가 있어, 이러한 알루미늄 금속의 취약성을 보완 및 개선하여 주며 알루미늄 금속 표면은 본래의 성질보다 향상된 강도, 내마모성, 내식성, 전기절연성 등을 나타내게 된다.
알루미늄 금속에 양극산화 처리를 하게 되면, 울퉁불퉁한 상태의 다공성 표면을 나타낸다. 이러한 양극산화 처리에 의한 다공성 표면은 표면적을 증가시켜 후속 표면처리의 접착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기에 언급한 바와 같이, 양극산화에 의한 알루미늄 금속 처리시 사용하는 각종 용액의 종류에 따라서 알루미늄 금속의 특성을 향상시켜 주며, 예를 들어, 크롬산 용액을 사용하면 알루미늄 금속의 내식성을 향상시키고, 인산 용액을 사용하면 접착성을 향상시킨다.
양극산화처리에 의해서 알루미늄(120)일부가 나노 다공성 알루미나(121)으로 전환된다. 상기 나노 다공성 알루미나(121)에는 다수 개의 기공이 배열되어 있으며, 본 발명에서 제작할 수 있는 기공의 크기는 수nm ~ 수천nm일 수 있다. 상기 범위 내의 크기를 가지는 기공을 형성할 때 다수 개의 기공이 유사한 크기로 일정하게 배열될 수 있다.
(S30)단계는 상기 나노 다공성 알루미나(121) 상단에 소정의 패턴으로 절연층(130)을 형성하는 단계이다. 상기 절연층(130)은 나노 다공성 알루미나(121) 표면을 절연하는 것으로서, 전기의 흐름을 차단하도록 구비된다. 따라서 상기 절연층(130)은 (S40)단계에서 에칭이 진행될 때, 절연층(130)이 형성된 나노 다공성 알루미나(121)에 식각이 이루어지지 못하도록 차단한다.
(S40)단계는 상기 절연층(130)이 형성된 나노 다공성 알루미나(121)를 에칭하여 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 형성하는 단계이다. 상기 에칭 공정을 거쳐, 나노 다공성 알루미나(121)는 소정의 패턴을 갖게 되는데, 절연층(130)이 형성된 부분은 에칭이 진행되지 않고, 절연층(130)이 형성되지 않은 부분만 에칭이 진행된다. 에칭이 진행된 부분(101)은 제1기판(110)이 노출되고, 이 노출된 부분(101)을 기준으로 나노다공성 알루미나 패턴(122)이 분리될 수 있다.
(S50)단계는 에칭이 진행되고 난 다음 나노다공성 알루미나 패턴(122)에서 상기 절연층(130)을 제거하는 단계이고, (S60)단계는 상기 제1기판(110)에서 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 이송하여 제2기판(140)에 전사하는 단계이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2기판(140)은 유연한 고분자소재로 이루어진다. 따라서, 본 발명의 방법으로 제작된 바이오칩은 유연성이 확보될 수 있으며, 균일성을 유지하고 높은 민감도를 확보할 수 있다.
도 5는 나노다공성 알루미나 패턴을 고분자 기판으로 전사하기 전과 전사시킨 후의 모습을 보인 사진으로서, 도 5를 참조하면, 전자 현미경 사진을 통하여 확인한 결과, 본 발명에서 제안한 PDMS 스탬프(150)를 이용하여 실리콘재질의 제1기판(110)에 형성된 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 유연한 고분자소재의 제2기판(140)위에 전사공정을 통해 이송하였을 때, 나노다공성 알루미나 패턴(122)의 형상의 손상 없이 고분자소재의 제2기판(140)에 적용됨을 확인할 수 있다.
도 6은 고분자 기판에 전사된 나노다공성 알루미나 패턴의 형광강도를 측정한그래프이다. 구체적으로, 도 6의 그래프는 고분자소재의 제2기판(140) 위에 전사된 나노다공성 알루미나 패턴(122)에 전립선암특이항원(prostate specific antigen, PSA)을 이용하여 항원-항체 반응을 수행한 결과이다. 수행 결과 평판에서 보다 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 이용한 경우 형광강도가 현저히 증가됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2기판(140)에 전사된 나노 다공성 알루미나 패턴(122)에 항체를 고정시키는 단계(S70)를 포함한다.
이때, 상기 (S70)단계에서 하나 이상의 항체를 나노 다공성 알루미나 패턴(122)에 고정시키는 방법은 당업계에서 바이오 칩 제조 시 통상적으로 사용되는 고정 방법을 이용할 수 있다. 참고로, 상기 나노 다공성 알루미나 패턴(122)에 고정되는 물질은 호르몬, DNA, PNA, 효소 및 세포로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 절연층(130)은 상기 나노 다공성 알루미나(121) 상단에 포토레지스트를 도포하여 형성된다.
포토레지스트(photoresist)는 빛에 노출됨으로써 약품에 대한 내성이 변화하는 고분자 재료를 이르는 것으로, 빛에 노출함으로써 약품에 대하여 불용성이 되는 네거형과 반대로 가용성으로 되는 포지형이 있다. 상기 나노 다공성 알루미나(121)의 표면에 선택 에칭 처리하기 위해 사용된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 나노다공성 알루미나 패턴(122)은 PDMS 스탬프(150)를 통해 상기 제1기판(110)에서 제2기판(140)으로 이송된다. 리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane)는 재질 특성 상 그 자체로 접착력이 있다. 따라서, 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 제1기판(110)에서 분리하고, 제2기판(140)까지 이송할 수 있다. 본 실시예에서 스탬프(150)가 PDMS의 소재를 포함하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 한정할 것은 아니다. 스탬프(150)는 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET: Polyethyleneterephthalate), acryloxy perfluoropolyether (a-PFPE), a copolymer of 2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole (PDD) 와 tetrafluoroethylene(TFE), R-o-ethacryloxy functionalized PFPE (PFPE-DMA)) 의 소재일 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 바이오 칩 제조과정을 설명하면 다음과 같다. 알루미늄 양극산화 공정(anodic aluminum oxidation)을 이용하여 나노다공성 알루미나(121)를 제작한 후, 나노다공성 알루미나(nanoporous alumina)를 원하는 형태 및 크기로 제작하고, 이를 고분자 탄성물질인 PDMS(polydimethylsiloxan)스탬프(150)를 이용하여 마이크로 어레이로 이루어진 나노다공성 알루미나 패턴(122)을 유연한 고분자 기판(140)의 특정 위치에 선택적으로 전사한 후 다공성 알루미나 패턴(122)에 항체를 고정시켜 각종 질병을 진단할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법은 기존 바이오칩에 적용된 비드, 금 박막, 다공성 멤브레인 등의 문제점을 보완하고, 유연한 고분자 기판에 적용하여 균일성을 유지하며 높은 민감도를 가질 수 있으며, 비용도 절감시킬 수 있는 장점이 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 제1기판
120 : 알루미늄
121 : 나노 다공성 알루미나
122 : 나노 다공성 알루미나 패턴
130 : 절연층
140 : 제2기판
150 : PDMS 스탬프

Claims (6)

  1. 제1기판의 일면에 알루미늄을 증착하는 단계;
    상기 제1기판에 증착된 알루미늄에 양극 산화 공정을 통해 나노 다공성 알루미나를 제작하는 단계;
    상기 나노 다공성 알루미나 상단에 소정의 패턴으로 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층이 형성된 나노 다공성 알루미나를 에칭하여 나노다공성 알루미나 패턴을 형성하는 단계;
    상기 절연층을 제거하는 단계;
    상기 제1기판에서 나노다공성 알루미나 패턴을 이송하여 제2기판에 전사하는 단계;
    상기 제2기판에 전사된 나노 다공성 알루미나 패턴에 항체를 고정시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1기판은 실리콘재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 나노 다공성 알루미나 상단에 포토레지스트를 도포하여 형성된 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2기판은 유연한 고분자소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 나노다공성 알루미나 패턴은 PDMS 스탬프를 통해 상기 제1기판에서 제2기판으로 이송되는 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 기반 바이오칩 제조방법.
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