KR101550221B1 - 신호대 잡음비 향상 금속 형광강화 기판 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 바이오칩 - Google Patents

신호대 잡음비 향상 금속 형광강화 기판 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 바이오칩 Download PDF

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Abstract

기존의 금속 나노 구조를 갖는 금속 강화 형광 기판보다 노이즈가 제거되어 높은 신호 특성을 갖는 동시에, 형광 물질이 도포되는 스팟 영역에서 형광 물질의 고정을 효과적으로 수행할 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법은, 분석 대상이 되는 생체 수용기가 도포되는 스팟 영역인 양각층과, 비스팟 영역인 음각층이 형성된 제1 기판을 제조하는 단계; 및 제1 기판의 상면 중 양각층에 제1 기판의 높이 방향으로 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

신호대 잡음비 향상 금속 형광강화 기판 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 바이오칩{High signal to background metal enhanced fluorescence substrate, method for manufacturing substrate thereof, and the biochip using the substrate thereof}
본 발명은 금속 나노 구조의 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 형광신호를 증폭하는 금속 강화 형광 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 생체 수용기의 부착 영역을 마이크로 구조물을 이용하여 한정 시킴으로써 생체 수용기 부착 형상 및 균일도를 향상시키고, 생체 수용기의 부착 영역에만 금속 나노 구조를 형성하여 생체 수용기의 부착영역에서 형광신호를 증폭함과 동시에 생체 수용기가 부착되지 않은 영역에서는 금속 나노 구조에 의한 형광신호 증폭이 발생하지 않아 형광 분석 과정의 신호대 잡음비가 향상되는 강화형광 기판에 관한 것이다.
생체역학 기술의 다양한 응용 분야에 있어서, 형광 분석법은 가장 중요한 분석 방법으로서, DNA 및 Protein의 반응 분석을 위한 마이크로 어레이 에세이(Microarrays assays)에 널리 사용되고 있다. 현재의 형광 마이크로어레이 바이오칩 기술은, 고농도 시료에 대해서는 비교적 정확한 분석이 가능하나, 저농도 시료에 대해서는 낮은 검출 한계로 인하여 신뢰성 및 일관성을 확보하기 어려운 문제가 있어, 일반인의 질병 진단 등에 응용되기 위해서는 저농도 시료에 대해서도 높은 신뢰성의 결과를 얻을 수 있는 기술 개발이 요구된다.
저농도 시료에 대한 분석 신뢰도 향상을 위해 다양한 형태의 형광신호 증폭 연구가 널리 이루어지고 있으며, 대표적으로 금속 나노 구조의 표면 플라즈몬 효과를 이용하는 금속 강화 형광 기판이 개발되고 있다. 기존의 금속 나노구조 강화 형광 기판의 경우, 기판(슬라이드 글라스) 전면에 금속의 나노 구조가 형성된 관계로, 마이크로 어레이 분석 수행시, 금속 나노 구조에 의한 형광 신호 증폭 효과가 분석 시료가 부착되는 스팟(spot) 영역뿐 아니라 분석 시료가 부착되지 않는 비스팟 (non-spot) 영역에서도 발생하기 때문에, 신호뿐 아니라 노이즈가 함께 증가하여 신호대 잡음비의 향상 정도가 낮은 문제점이 지적되어 왔다. 또한 기존 금속 나노 구조 강화형광 기판의 경우 나노 구조 표면의 특성에 의해 스팟된 생체 수용기의 영역이 일정하지 않아 분석의 정확도에 영향을 주는 문제가 있었다.
이에 본 발명은, 금속 강화 형광 기판 제조 기술에 있어서, 마이크로 구조물을 이용하여 생체 수용기가 도포되는 영역 즉, 스팟(Spot) 영역과 스팟 영역 이외의 영역 즉 비스팟 (non-spot) 영역을 구분하고 스팟영역에 한정적으로 금속 나노 구조물이 형성된 금속 강화 형광기판을 제공한다. 이를 통해 스팟 영역에서만 금속 나노구조에 의한 형광 신호 증폭효과가 발생하고 비스팟 영역에서는 형광신호가 증폭되지 않아 신호대 잡음비 향상이 가능하며, 마이크로 구조물에 의해 생체 수용기의 스팟 영역 크기가 균일화 되는 특징을 갖는 강화형광기판을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 마이크로 구조물에 의해 스팟(spot) 영역과 비스팟 (non-spot) 영역이 서로 다른 높이로 구현됨으로써 형광신호 분석시 마이크로어레이 스캐너의 초첨영역에 스팟 영역만이 위치함으로써 효과적으로 비스팟 영역에서의 형광신호를 차단할 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 실시예와 같이 금속 강화형광기판 제작 시, 저가의 플라스틱 복제공정과 회전경사증착공정을 활용하여 금속 강화형광기판의 제작 원가를 절감하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법은, 분석 대상이 되는 생체 수용기가 도포되는 스팟 영역인 양각층과, 비스팟 영역인 음각층이 형성된 제1 기판을 제조하는 단계; 및 상기 제1 기판의 상면 중 상기 양각층에 상기 제1 기판의 높이 방향으로 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법은, 분석 대상이 되는 분석 대상이 되는 생체 수용기가 도포되는 스팟 영역인 음각층과, 비스팟 영역인 양각층이 형성된 제1 기판을 제조하는 단계; 상기 제1 기판의 상면에 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 금속층 중, 상기 양각층에 형성된 금속층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 마이크로 어레이 칩 제작시 생체 수용기를 강화 형광 기판내 금속 나노 구조가 선택적으로 형성된 음각층 또는 양각층에 정렬하여 도포하는 경우, 음각 혹은 양각의 마이크로 구조에 의하여 균일한 크기의 스팟 영역을 획득 할 수 있으며, 스팟 영역내에만 금속 나노 구조의 표면 플라즈몬 효과에 의한 형광 증폭 현상이 발생하게 된다.
이에 따라서, 기존의 금속 나노 구조를 갖는 금속 강화 형광 기판에 비하여 스팟 영역 이외의 영역에서 형광신호가 증폭되지 않아 신호대 잡음비가 높아지며, 스팟 영역의 크기를 균일하게 할 수 있는 특징을 갖는 효과가 있다..
또한, 스팟 영역이 비스팟 영역과 높이차이를 가지므로, 형광신호 분석시 스팟 영역에 초첨을 맞추어 측정을 수행하면 비스팟 영역에서의 형광신호를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술인 기판 전면에 금속 나노 구조가 형성된 기존의 금속 강화 형광 기판의 구조를 나타내기 위한 기판의 일부에 대한 측단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예 또는 제 3 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 일부에 대한 측단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예 또는 제 4 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 일부에 대한 측단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법 중 나노복제 공정을 활용한 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법 중 나노복제 공정을 활용한 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법 중 나노복제 공정을 활용한 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 제2 및 제4 실시예의 구현에 있어 금속층을 제거하는 실시예를 설명하기 위한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판 및 그의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 종래의 기술인 기판 전면에 금속 나노 구조가 형성된 기존의 금속 강화 형광 기판의 구조를 나타내기 위한 기판의 일부에 대한 측단면도 이다.
도 1과 함께 상기 언급한 기존의 금속 강화 형광 기판의 구조에 대한 설명을 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 금속 강화 형광 기판은, 글라스 기판(10), 금속층(30)으로 구성되며, 금속층(30)의 상부 영역에 생체 수용기(40)가 도포되어 있다.
이때, 기존의 금속 강화 형광 기판은, 글라스 기판(10)의 상면 전체에 걸쳐 금속층(30)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 금속층(30)은 다양한 형태와 제조방법으로 제작된 금속 나노 구조이며, 형광 신호 분석 시 기판 전체에 표면 플라즈몬 효과가 발생하게 되며, 기판 전체에서 형광 신호가 증폭된다. 따라서 비스팟 영역에서 형광신호의 증폭 효과가 발생하기 때문에 신호대 잡음비가 낮아지게 된다.
형광 분석법을 이용하기 위해 저농도의 시료로서 생체 수용기(40)가 도포된 영역이 존재하게 된다. 이때, 상기 언급한 바와 같이 표면 플라즈몬 효과는 금속 나노 구조로 형성된 금속층(30)에 의해 발생하게 된다. 형광 분석법을 정확하게 수행하기 위해서는, 형광 물질(40)이 도포된 스팟 영역에서의 형광 증폭이 이루어져야 한다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 금속 강화 형광 기판은, 금속층(30)이 글라스 기판(10)의 전 영역에 도포되어 있기 때문에, 생체 수용기(40)가 도포되지 않은 영역에서 역시 형광신호의 증폭 효과가 발생하기 때문에, 분석 대상이 되는 신호뿐 아니라 노이즈 신호 역시 증폭된다.
즉, 원하지 않은 노이즈 신호가 증폭됨에 따라서 형광 분석법을 이용하는 데 있어서 분석의 신뢰성 및 정확도가 떨어지게 되는 문제점이 발생하게 되는 것이다.
이에 이하 설명할 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에서는, 형광 물질이 도포되는 스팟 영역에 한정하여 금속의 나노 구조를 형성할 수 있는 기술을 제공하는 데 그 특징이 있다.
도 2는 본 발명의 제1 또는 제3 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 일부에 대한 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판은, 베이스가 되는 글라스 기판(11)과, 글라스 기판(11)의 상면에 형성되며, 상면에 기설정된 패턴(음양 구조가 형성하는 패턴)을 갖도록 형성되어 도 2에 도시된 바와 같이 음각층과 음각층보다 높이가 높은 양각층을 포함하도록 형성된 UV 경화 수지층 (21) 및 UV 경화 수지층 (21)의 상면 중, 양각층에 형성되는 나노 사이즈의 금속 구조물층(31)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 금속 구조물층(31)은 Au(금) 및 Ag(은)을 포함하여 구성될 수 있으나 이에 제한되지는 않을 것이다. 또한 금속 구조물층(31)의 제작 방법은 본 발명의 제1 내지 제2 실시예와 같은 회전경사증착공정 (GLAD, Glancing angle deposition)을 이용한 공정 혹은 제3 내지 제4 실시예와 같은 나노 구조물을 형성하기 위해 나노 패턴 구조상에 수행한 일반적인 증착 공정을 포함한 공정이며, 이에 제한되지 않을 것이다. 특히 본 발명의 제3 내지 제4 실시예에 있어서, 나노 복제 공정으로 제작한 나노패턴상에 증착공정을 수행하는 경우 나노 패턴 상부뿐 아니라 측면에도 금속층이 증착되어 초기 나노패턴의 간격보다 작은 간격을 갖는 금속 나노구조를 획득 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 제1 내지 제2 실시예에서는 회전경사증착 공정을 이용하여 금속 나노로드 구조를 제작한다. 회전경사증착 공정은, 기판을 증착물질의 입사 방향과 기설정된 각도(일반적으로 15도 이하)를 갖도록 위치시킨 후, 0 ~ 10 rpm 내외로 기판을 회전하면서 증착물질을 증착시키는 공정을 의미한다. 기판의 회전 각도와 회전속도에 따라서 상면에 증착되는 금속 재표의 형상이 변화된다. 회전 경사 증착 공정은 이 분야에서는 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
회전경사증착 공정에서는 기판의 양각 혹은 음각 구조와 증착공정의 입사각도에 따라 본 발명의 제1 실시예와 같이 기판의 양각층의 상면에만 금속나노로드 형상을 구현할 수있으며, 제2 실시예에서와 같이 양각과 음각층 모두에 금속나노로드를 형성할 수 도 있다. 본 발명의 제1 실시예에서 금속 구조물층(31)은 회전경사증착 공정을 통해 양각층에 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 음각층에는 금속층이 증착되지 않고, 양각층에만 금속층이 증착되면서, 나노복제층(21)의 높이 방향으로 금속층이 증착되므로, 높이 방향의 긴 로드가 양각층 상부에 복수개 형성됨에 따라서 도 2에 도시된 바와 같은 금속 구조물층(31)이 형성된다.
본 발명의 제1 및 제3 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판은, 상기와 같이 UV 경화 수지층 (21)의 양각층에만 금속 구조물층(31)이 형성되기 때문에, 생체 수용기(40)가 양각층의 스팟 영역에 위치하게 되면, 음각층에는 금속층이 형성되지 않기 때문에, 생체 수용기(40)가 도포되는 스팟 영역에서만 표면 플라즈몬 효과가 발생하여 형광 증폭이 이루어지게 된다. 즉, 음각층으로서 비스팟 영역에서는 금속 구조물층(31)이 형성되지 않아, 형광신호의 증폭효과가 발생하지 않는다.
이에 따라서, 스팟 영역에서만 표면 플라즈몬 효과에 의해서 형광증폭이 일어나 기존의 금속 강화형광기판에 비해 신호대 잡음비가 높아져 분석의 신뢰도와 정확도를 향상 시킬 수 있다. 또한 금속 나노 구조물에 의하여 표면적이 넓어져 생체 수용기(40)의 부착면적 향상에 의한 추가적인 신호 증폭 특성을 얻을 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 물론, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판에 있어서 양각층을 제작하기 위해서는, 다양한 마이크로 패터닝 공정을 활용할 수 있으며, 도 4는 이 중 나노 복제 공정을 활용한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 베이스 기판(100)의 상면에, 기설정된 패턴의 원기둥 어레이가 형성된 마스크(200)가 형성된 제2 기판(마스터 기판)을 준비하는 단계가 수행된다. 즉, 제2 기판은 베이스 기판(100) 마스크(200)를 포함하는 구성을 의미한다. 패턴이 형성된 마스크(200) 제작은, 포토 리소그래피 공정, 반도체 식각 공정, 기계가공, 원기둥 어레이가 형성된 필름을 부착하는 형태 등으로 구현될 수 있다. 제2 기판이 준비되면, 제2 기판을 복제하는 공정을 수행함으로써, 제2 기판과 동일한 패턴을 갖는 양각층 및 음각층이형성된 제1 기판을 제조하는 단계가 수행된다. 제1 기판을 제조하는 구체적인 단계를 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 개략적으로, 제1 기판을 제조하는 단계는, 제2 기판에 대한 광 복제 공정(UV Replication)을 통해 제1 기판을 제조하게 된다.
도 4의 두 번째 도면에 도시된 바와 같이, 제2 기판의 상면에 액상의 UV 경화성 수지(300) 및 필름층(400)을 차례로 도포하게 된다. 이후, 액상의 UV 경화성 수지(300) 및 필름층(400)을 광(UV light) 경화 처리한 뒤, 제2 기판 즉 베이스 기판(100) 및 마스크(200)를 제거함으로써, 필름층(400) 및 UV 경화 수지층(310)을 포함하는 제3 기판(스템프 기판)을 제조하는 단계를 수행한다. 본 발명의 제 3기판을 제작하는 방법에 있어서는, 전주도금, PDMS 복제공정, 다양한 폴리머 복제공정 등으로 제작될 수 있으며, 제2 기판으로부터 복제하여 제작되지 않고, 나노 패턴 음양 구조 기판의 선택적 식각 공정, 혹은 선택적 식각공정으로 제작된 패턴의 두번 복제 공정을 통해 구현될 수 있다.
도 4의 세 번째 및 네 번째 도면에 도시된 바와 같이, 제3 기판의 UV 경화 수지층(310)의 상면에, 후속 복제 공정 시 이형 특성을 향상시키기 위한 분리층(500), 액상의 UV 경화성 수지(600) 및 글라스 기판(700)을 차례로 적층하는 단계를 수행한다. 상기의 분리층(500)은 SiO2를 코팅하고 소수성 표면을 형성하는 자기조립단분자막 (SelfAssembled Monolayer) 를 코팅하는 것을 포함할 수 있으나, 경우에 따라 분리층이 형성되지 않을 수 도 있으며, Ni 등의 금속 박막 층이 형성될 수도 있다.
이후, 적층된 구조에 광 경화 처리를 수행한 뒤 제3 기판인 필름층(400) 및 UV 경화 수지층 (310)과 분리층(500)을 포함하는 기판을 제거함으로써, 글라스 기판(700) 및 마스크(200)와 동일한 원기둥 어레이 패턴을 갖는 UV 경화 수지층(610)을 포함하는 제1 기판을 제조하는 단계가 완료된다. 이와 같은 공정을 통해 도 4에 도시된 바와 같이 제1 기판은, 제2 기판과 동일한 패턴을 갖도록 형성된다.
제1 기판이 제조되면, 회전경사증착공정을 통해, 제1 기판의 상면, 즉 UV 경화 수지층(610)의 상면 중 양각층에만 복수의 나노 사이즈의 금속 로드를 포함하는 금속 구조물층(800)을 형성하는 단계가 수행된다.
이와 같은 공정을 통해 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판이 제조된다.
한편, 도 3은 본 발명의 제2 또는 제4 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 일부에 대한 측단면도이다. 이하의 설명에 있어서, 도 1,2 및 4에 대한 설명과 중복되는 부분에 대한 설명은 이를 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 또는 제4 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판은, 베이스가 되는 글라스 기판(12)과, 글라스 기판(12)의 상면에 형성되며, 금속 구조물층(32)이 있는 음각층과, 음각층보다 높이가 높은 양각층을 포함하도록 형성된 UV 경화 수지층(22)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 금속 구조물층(32)은 제1 실시예와 동일하게 Au(금)및 Ag(은)을 포함하여 구성될 수 있으나 이에 제한되지는 않을 것이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판은, 상기와 같이 UV 경화 수지층(22)의 음각층에 회전경사증착공정 (GLAD, Glancing angle deposition)을 포함한 방법으로 금속 구조물층(32)이 증착되도록 형성되기 때문에, 생체 수용기(40)가 음각층의 스팟 영역에 위치하게 되고, 생체 수용기(40)가 도포되는 스팟 영역에서만 표면 플라즈몬 효과가 발생하여 형광 증폭이 이루어지게 된다.
본 발명의 제2 실시예 역시, 본 발명의 제1 실시예와 같이 스팟 영역에서만 금속 구조물층(32)이 존재하여 비스팟 영역에서 형광신호가 증폭되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있어, 기존의 금속 강화 형광 기판에 비해 신호대 잡음비가 높아져 분석의 신뢰도와 정확도를 향상 시킬 수 있다. 또한 음각층에 도포된 생체 수용기(40)의 도포 영역이 음각층 내부로 한정되어 균일한 크기의 스팟 크기를 얻을 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 구현에 있어 음각층의 제작은 다양한 마이크로 패터닝 공정을 활용할 수 있으나, 자외선 경화 나노복제 공정을 활용한 방법이 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법 중 나노 복제공정을 활용한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 UV 경화성 수지를 이용한 복제공정으로 제작되는 기판의 제작방법에 대한 도면이다.
도 5를 참조하면, 베이스 기판 (102)에 마이크로 구멍 어레이 형상으로서 패턴이 형성된 마스크(202)가 형성된 제2 기판을 준비하는 단계가 수행된다. 즉, 제2 기판은 베이스 기판(102)과 마스크(202)를 포함하는 구성을 의미한다.
제2 기판이 준비되면, 제2 기판의 상면에 액상의 UV 경화성 수지(302)를 도포한 이후 필름층(402)을 부착시킨다. 이후, 액상의 UV 경화성 수지(302)와 필름층(402)이 형성된 기판을 광 경화 처리한다. 이후 제2 기판을 제거함으로써, 필름층(402) 및 UV 경화 수지층(312)을 포함하는 원기둥 어레이 형상의 제3 기판(스탬프 기판)이 준비된다.
이후, 도 5의 세 번째 및 네 번째 도면에 도시된 바와 같이, 제3 기판의 UV 경화 수지층(310) 상면에, 후속 복제 공정시 이형특성을 향상시키기 위해 분리층(502)을 코팅한다. 상기의 분리층(502)은 도 4에서 설명한 것과 마찬가지로 자기조립단분자막를 형성하는 것을 포함할 수 있으나, 경우에 따라 분리층이 형성되지 않을 수 도 있다.
이후, 제3 기판 상에 액상의 UV 경화성 수지(602) 을 도포하고 글라스 기판(702)을 위치시킨 이후, 광 경화 처리를 수행한 뒤 제3 기판을 제거함으로써, 글라스 기판(702) 및 구멍 어레이 패턴을 갖는 UV 경화 수지층(612)을 포함하는 제1 기판을 제조하는 단계가 완료된다. 이와 같은 공정을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 제1 기판은, 마스터 기판인 제2 기판과 동일한 패턴을 갖도록 형성된다.
제1 기판이 제조되면, 제1 기판에 회전경사증착공정을 통해, 즉 UV 경화 수지층(612)의 상면, 양각층과 음각층에 복수의 금속 나노 로드를 포함하는 금속 나노 구조물층(802)을 형성하는 단계가 수행된다. 회전 경사 증착공정은 평판 기판을 사용하는 경우 기판 전면에 나노 로드 구조물을 형성하며, 요철형 기판을 사용하는 경우 요철형 기판의 형태 및 회전경사증착공정에서 기판과 재료의 입사 각도에 따라 도 4와 같이 요철 상부에만 나노 로드 구조를 형성하기도 하고 도 5와 같이 요철 상부와 하부에 나노 로드 구조를 형성하기도 한다. 도 5에서 보여주는 실시예 에서는 마이크로 구조물의 형상을 고려하여 마이크로 구조물 하부에도 나노 로드 구조가 형성되도록 회전경사증착공정의 기판과 재료의 입사각을 제어한다.
도 5의 다섯번째 도면과 같이 나도 사이즈의 금속 로드를 포함하는 금속 구조물층이 제1 기판의 전면에 형성된 상태에서 기판상에 평평한 접착 필름(902)을 부착하여 제1 기판위의 UV 경화 수지 층(610)의 상면에 형성된 금속 나노 로드층(802) 중, 양각층에 형성된 금속 나노 로드층(802)과 접착하게 한다. 이후 접착 필름(902)을 제1 기판과 분리하게 되면 양각층에 형성된 금속 구조물층이 접착 필름(902)에 접착되어 제1 기판에서 제거되며, 제1 기판에는 마이크로 구멍 영역의 금속 구조물층만 형성된다. 접착 필름(902)은 접착성을 가질 수 있는 다양한 필름이 포함되며, 이와 같은 공정을 통해 도 3에 도시된 것과 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판이 제조된다.
도 2와 도 3 에서 보여주는 강화형광기판 상의 금속 나노구조는 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 설명하는 것과 같은 회전 경사증착공정외에 나노 복제공정으로 제작된 나노구조 요철 상에 금속층을 증착하는 형태로 구현될 수 있다.
한편 도 6에는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 다른 제조 방법에 대한 예가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 먼저 상면에 기설정된 미세 나노 패턴의 음양 구조가 형성된 베이스 기판(101)의 상면에, 구멍 어레이가 형성된 마스크(201)가 형성된 제2 기판을 준비하는 단계가 수행된다. 즉, 제2 기판은 베이스 기판(101)와 마스크(201)를 포함하는 구성을 의미한다.
제2 기판이 준비되면, 제2 기판을 광 복제하는 공정(UV Replication)을 수행함으로써, 제2 기판과 양각과 음각이 반전된 구조, 즉 마이크로 기둥 어레이가 형성된 제3 기판을 제조하는 단계가 수행된다. 제1 기판을 제조하는 구체적인 단계를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 개략적으로, 제1 기판을 제조하는 단계는, 본 발명의 제1 실시예과 같이, 제3 기판에 대한 광 복제 공정(UV Replication)을 통해 제1 기판을 제조하게 된다.
도 6의 두 번째 도면에 도시된 바와 같이, 제2 기판의 상면에 액상의 광 UV 경화성 수지(301) 및 필름층(401)을 차례로 도포하게 된다. 이후, 액상의 UV 경화성 수지(301) 및 필름층(401)를 광(UV light) 경화 처리한 뒤, 제3 기판 즉 베이스 기판(101) 및 마스크(201)를 제거함으로써, 필름층(401) 및 UV 경화 수지층(311)을 포함하는 제3 기판을 제조하는 단계를 수행한다. UV 경화 수지층(311)에 대하여 도 5에 도시된 바를 확인하면, UV 경화 수지층 (311)의 상면은 베이스 기판(101)의 음양 구조 중 마스크(201)가 형성된 부분을 제외한 부분에서 베이스 기판(101)과 동일한 음양 구조를 갖게 된다.
이후, 도 5의 세 번째 및 네 번째 도면에 도시된 바와 같이, 제3 기판의 UV 경화 수지층(311)의 상면에, 액상의 UV 경화성 수지(601) 및 글라스 기판(701)을 차례로 적층하는 단계를 수행한다. 도 4와 동일하게 도 5에도 역시 분리층(501)이 UV 경화 수지층(311)과 UV 경화성 수지층(601) 사이에 도포될 수 있음은 당연할 것이다. 이후, 적층된 구조에 광 경화 처리를 수행한 뒤 제3 기판으로서 필름층(401) 및 UV 경화 수지층(311)과 분리층을 제거함으로써, 글라스 기판(701) 및 UV 경화 수지층(611)을 포함하는 제1 기판을 제조하는 단계가 완료된다. 이와 같은 공정을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 제1 기판은, 제2 기판과 동일한 패턴을 갖도록 형성된다. 즉, UV 경화 수지층(611)의 상면 중, 마스크(201)가 형성된 영역(양각층)을 제외한 음각층에 미세 나노 사이즈의 음양 구조가 형성된다.
제1 기판이 제조되면, 제1 기판의 상면에 금속층(801)을 형성하는 단계가 수행된다. 금속층을 형성하는 방법은 진공증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등으로 제작될 수 있다. 이후, 형성된 금속층 중, 양각층에 형성된 금속층을 제거하고 음각층의 금속층(811)만이 UV 경화 수지층(611)에 형성되도록 하는 단계를 수행하여, 최종적으로 도 3에 도시된 금속 강화 형광 기판이 제조된다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 금속 강화형광기판 제작 공정을 통해 도 2와 같은 형태의 금속강화형광기판 제작이 가능하며, 마이크로 원기둥 상부에 선택적으로 금속 나노구조가 형성된 강화형광 기판의 금속 나노구조를 나노구조 요철상에 금속층을 증착하는 형태로 구현하는 방법 중 나노 복제 공정을 활용한 방법은, 도 6의 세번째 도면에서 보여주는 스탬프 표면의 UV 복제층(311) 과 동일한 형상을 유리 기판상에 나노 복제공정을 통해 형성하고 금속 박막층을 형성하는 형태로 구현된다.한편 도 7에는, 도 5 및 6에 도시된 본 발명의 제2 실시예와 제4 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판의 제조 방법에 있어서, 양각층에 형성된 금속층을 형성 및 제거하는 구체적인 흐름에 대한 예가 도시되어 있다.
먼저 제1 기판의 상면에는 예를 들어 경화 수지층(611) 위에 금속층(801)을 회전 경사 증착 공정, 진공증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법등에 의해 형성될 수 있으며, 이는 도 5 및 6에 도시된 바와 같다.
이를 참조하여 도 6을 참조하면, 글라스 기판(701), UV 경화 수지층(611) 및 금속층(801)이 차례로 형성된 구조에서, 접착 필름(900)을 부착하는 단계가 수행된다. 접착 필름(900)이 부착되기 때문에, 접착 필름(900)은 UV 경화 수지층(611)의 상면에 형성된 금속층(801) 중, 양각층에 도포된 금속과 접착하게 된다.
이후, 접착된 접착 필름(900)을 제거하게 되면, 접착 필름(900)에는 양각층에 형성된 금속층(812)이 접착되어 함께 UV 경화 수지층(611)으로부터 제거되며, 이에 따라서 도 5의 마지막 도면에 도시된 바와 같이, 음각층의 금속층(811)만이 UV 경화 수지층(611)에 형성된다. 이와 같은 공정을 통해 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 강화 형광 기판이 제조된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 적어도 하나로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.

Claims (14)

  1. 분석 대상이 되는 생체 수용기가 도포되는 스팟 영역인 양각층과, 비스팟 영역인 음각층이 마이크로 사이즈로 형성되어, 상기 생체 수용기가 상기 스팟 영역에만 위치하도록 구성되는 제1 기판을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 기판의 상면 중 상기 양각층에 상기 제1 기판의 높이 방향으로 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 구조물층을 형성하는 단계는,
    상기 양각층에 회전 경사 증착 공정을 통해 상기 금속 구조물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양각층은 나노 사이즈의 음양구조로 이루어져 있고,
    상기 금속 구조물층을 형성하는 단계는,
    상기 양각층에 금속층을 증착하여 상기 금속 구조물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 경화 형광 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판을 제조하는 단계는,
    나노 사이즈의 음양구조가 있는 베이스 기판의 상면에 기설정된 패턴의 기둥 어레이가 형성된 마스크가 형성된 제2 기판을 준비하는 단계; 및
    상기 제2 기판에 대하여 광 복제 공정을 통해 상기 제2 기판과 동일한 패턴을 갖는 양각층 및 음각층이 형성된 상기 제1 기판을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 기판에 대하여 광 복제 공정을 통해 상기 제2 기판과 동일한 패턴을 갖는 양각층 및 음각층이 형성된 상기 제1 기판을 제조하는 단계는,
    상기 제2 기판의 상면에 액상의 UV 경화성 수지 및 필름층을 차례로 도포하는 단계;
    상기 액상의 UV 경화성 수지 및 필름층을 광 경화 처리한 뒤, 상기 제2 기판을 제거하여 필름층 및 UV 경화 수지층을 포함하는 제3 기판을 제조하는 단계;
    상기 제3 기판의 상기 UV 경화 수지층의 상면에 분리층, 액상의 UV 경화성 수지 및 글라스 기판을 차례로 적층하는 단계; 및
    상기 적층된 액상의 UV 경화성 수지 및 글라스 기판을 광 경화 처리한 뒤 상기 제3 기판 및 상기 분리층을 제거하여 상기 제1 기판을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분리층은 적어도 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  7. 분석 대상이 되는 생체 수용기가 도포되는 스팟 영역인 음각층과, 비스팟 영역인 양각층이 마이크로 사이즈로 형성되어, 상기 생체 수용기가 상기 스팟 영역에만 위치하도록 구성되는 제1 기판을 제조하는 단계;
    상기 제1 기판의 상면에 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 금속층 중, 상기 양각층에 형성된 금속층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 기판을 제조하는 단계는,
    상면에 나노 사이즈의 음양 구조가 형성된 베이스 기판의 상면에 기설정된 패턴의 구멍 어레이가 형성된 마스크를 형성하여, 상기 음양 구조의 일부가 외부에 노출된 제2 기판을 제조하는 단계; 및
    상기 제2 기판에 대하여 광 복제 공정을 통해 상기 제2 기판과 동일한 패턴을 갖는 상기 양각층 및 상기 음각층을 갖는 상기 제1 기판을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 기판에 대하여 광 복제 공정을 통해 상기 제2 기판과 동일한 패턴을 갖는 상기 양각층 및 상기 음각층을 갖는 상기 제1 기판을 제조하는 단계는,
    상기 제2 기판의 상면에 액상의 UV 경화성 수지 및 필름층을 차례로 도포하는 단계;
    상기 액상의 UV 경화성 수지 및 필름층을 광 경화 처리한 뒤, 상기 제2 기판을 제거하여 필름층 및 UV 경화 수지층을 포함하는 제3 기판을 제조하는 단계;
    상기 제3 기판의 상기 UV 경화 수지층의 상면에 분리층, 액상의 UV 경화성 수지 및 글라스 기판을 차례로 적층하는 단계; 및
    상기 적층된 분리층, 액상의 UV 경화성 수지 및 글라스 기판을 광 경화 처리한 뒤 상기 제3 기판 및 상기 분리층을 제거하여 상기 제1 기판을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분리층은 적어도 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 기판의 상면에 SiO2 및 은(Ag)을 차례로 코팅하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 양각층 및 상기 음각층은 상면이 평면이고,
    상기 금속층을 형성하는 단계는,
    회전 경사 증착 공정을 이용하여 상기 양각층 및 상기 음각층에 상기 제1 기판의 높이 방향으로 나노 사이즈의 금속 로드를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 강화 형광 기판의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 금속 강화 형광 기판.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 금속 강화 형광 기판의 상기 스팟 영역에 상기 생체 수용기가 부착된 마이크로 어레이 바이오 칩.
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