KR101596287B1 - 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법 및 이를 이용한 면역센서칩 - Google Patents

바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법 및 이를 이용한 면역센서칩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항체 등의 바이오물질 부착을 위한 폴리우레탄필름표면처리방법 및 바이오물질을 부착한 면역센서칩에 관한 것으로, 필름표면을 카르복시기능기(-COOH)로 개질하는 표면처리과정을 통하여 아민기를 가지고 있는 바이오물질과 공유결합을 통해 필름표면 위에 바이오물질을 안정적으로 부착하는 기술에 관한 것이다. 이에, 본 발명은 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법에 있어서, 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100), 상기 기질필름의 표면에 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액을 반응시켜 APTES의 에톡시실란기와 상기 히드록실기(-OH)(110)를 결합시킴으로써 기질필름(100)의 표면을 아민(-NH2)기(120)로 치환하는 단계(s200), 상기 아민(-NH2)기(120)로 치환된 필름표면에 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)를 테트라하이드로퓨란(THF; Tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 반응시켜 기질필름(100) 표면을 카르복실기(130)로 개질시키는 단계(s300), 상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드(imide)계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 항체부착 단계(s400), 에탄올아민 용액으로 반응하지 않은 상기 이미드(imide)계 화합물의 에스터 기능기를 비활성화시키는 단계(s500)를 포함하는 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법을 제공한다.

Description

바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법 및 이를 이용한 면역센서칩{A surface treatment method for bio-material deposition and an immunoassay chip using the same}
본 발명은 항체 등의 바이오물질 부착을 위한 폴리우레탄 등을 재질로 하는 기질필름의 표면처리방법 및 상기의 방법에 의하여 바이오물질을 부착한 면역센서칩에 관한 것으로서, 필름표면을 카르복시기능기(-COOH)로 개질하는 표면처리과정을 통하여 아민기를 가지고 있는 바이오물질과 공유결합을 통해 필름표면 위에 바이오물질을 안정적으로 부착하는 기술에 관한 것이다.
항원 항체 반응을 이용한 면역 분석법은 진단 및 의약 분야뿐만 아니라 유해 환경 물질의 분석에 이르기까지 널리 활용되고 있다. 항원 항체 간의 강한 특이성 결합력을 이용한 면역분석법은 타 방법에 비해 검출 한도가 매우 낮아서, 낮은 농도로 존재하는 생리 활성 물질의 측정에 적합한 특성을 갖고 있다.
또한 최근 센서개발의 경향을 간단히 살펴보면 소량의 생체시료로 분석이 가능한 소형 센서 개발이 주류를 이루고 있다. 면역센서는 이러한 소량의 생체시료에 포함되어 있는 소량의 항원, 항체 등의 검출에 보다 유용한 방법이다.
또한, 최근 들어 바이오센서의 미소화에 따라 생체분자(biomolecule)의 감지에 참여할 시료의 절대량이 극도로 제한되므로 신호 검출의 고감도화, 신호의 정확성 및 생체분자물질 정량화 관점에서 전자 공학 분야와 기술적으로 융합된 전기화학적 바이오센서에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
면역분석 방법은 발전을 거듭하여 많은 테크닉들이 소개되었고, 현재는 효소에 의한 신호증폭을 사용하는 효소면역측정법(ELISA: enzyme - linked immunosorbent assay)와 형광기질을 사용한 형광기반검출방법(western blotting) 등으로 대표된다. 그러나 이러한 분석 방법들은 주로 실험실에서 숙련된 연구원에 의해 이루어질 수밖에 없기 때문에, 일반인들이 일상에서 손쉽고, 간단하게 자가진단을 할 수 있는 장치의 필요성이 대두 되었다.
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면역센서라 함은 적절한 신호변환기(transducer)와 연동된 분자 간의 친화력을 이용하여 고체상에서 분석이 이루어지게 고안된 장치를 말한다. 신호변환기의 방식으로는 형광 또는 발광 등의 광학적 방식과 미세 무게 변화를 감지하는 방식, 프리즘을 이용하여 광원의 입사각과 반사각과의 각 차를 감지하는 방식, 전기화학적인 방식 등이 있다.
고체 표면상에서 항체를 전기화학적으로 검출하여 그 농도를 정량하는 시스템은 항체가 전극 표면에 고정화된 리간드에 결합하면서 전극 표면까지의 전자 전달을 저해하는 방식, 과산화효소(horse radish peroxidase: HRP)로 라벨링(labelling)된 이차 항체(secondary antibody)를 이용하여 HRP로부터 생기는 생성물이 전극 표면에 침전되어 표면적을 줄여 검출 신호가 줄어드는 방식 등이 소개된바 있다.
광학적인 방식은 측정 시스템이 복잡하고, 비용이 비싸며 소형화하기 어려운 단점이 있다. 압전 소자 위에 항체를 고정하고 항원과 결합시 발생하는 미세 무게 변화를 주파수의 변화로써 검출하는 방법은 생체시료에 존재하는 여러가지 단백질 성분의 비특이적 결합으로 인해 정확성이 떨어지는 단점이 있다. 금속과 액체 계면에서 발생하는 표면 플라즈마 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR)현상으로 금속 위에 고정된 항체와 생체 시료 중 항원과의 결합에 의해 빛의 각도 및 방향의 변화를 이용해 검출하는 방식 역시 시스템이 복잡하고 분석비용이 고가이며, 비특이적 결합에 의해 정확성이 떨어지는 단점이 있다.
이와 비교하여 전기화학을 이용한 방식은 시스템이 간단하여 저렴하고 소형화가 용이하고 검출되는 신호의 데이터가 수치화 되므로 쉽게 비교 분석할 수 있는 장점이 있다.
한국 등록 특허 제 10-0531787 호는 인터컬레이터에 의하여 유도되는 루테늄 이온의 전기화학발광(electrochemiluminescence)을 이용하여 단백질 상호작용을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 전극과 별도의 기판에 단백질(항체)을 자기조립법(selfassembly)으로 고정화시키고, 인터컬레이터를 이용하여 루테늄 이온의 전기화학발광을 유도하여 발생하는 빛을 측정함으로써 기판에 고정화된 항체와 면역반응을 일으키는 항원의 존재 여부 및 존재정도를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 전극과 별도의 전기화학 발광특성이 우수한 미세 제작된 기판 위에 항체를 자기조립법으로 고정화시키고, 이와 선택적이며 특이적으로 결합하는 항원의 결합 여부 및 결합 정도를 전기화학발광을 이용하여 선택적으로 검출하는 장치 및 방법을 제공하여, 항원-항체 간 상호 반응작용을 간편하고 용이하게 고감도로 검출할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있으나, 항원 검출의 민감도를 높이는 효과가 미약하며, 루테늄 이온의 전기화학발광 (electrochemi - luminescence)을 이용하여 단백질 상호작용을 검출하기 위해 루테늄 이온이 포함된 수용액을 이용하는 단계를 포함하며, 기판위에 항체를 자기조립법으로 고정화시키는 과정의 신뢰성이 부족한 문제점이 있었다.
한국 등록 특허 제10-0531787호 / 엘지전자주식회사
본 발명의 목적은 소수성 표면을 가지고 있는 필름 표면을 카르복시기능기로 개질함으로써 바이오물질을 안정적으로 부착하는 기술을 제공함에 있다.
면역센서 필름표면은 일반적으로 고분자 계열의 재질이므로 대부분 소수성 표면을 가지고 있어 표면개질을 하기 위한 활성화 기능기를 생성하기가 용이하지 아니하였다. 이러한 고분자 기반의 디바이스 표면을 활성을 가지는 기능기로 표면으로 개질하기 위해서 산소 플라즈마 또는 대기 중 코로나 방전으로 필름표면을 하이드록실기로 개질하는데, 이 방법들은 표면 개질이 유지되는 시간이 6시간 내외로 비교적 짧기 때문에 장시간 보존해야 하는 경우 적합하지 않은 단점이 있다. 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로 기질필름의 표면을 옥사이드 코팅을 통해 하이드록실기를 가지는 활성화 표면으로 개질한 후 필름표면의 하이드록실기능기를 다시 카르복시기능기로 개질하여 아민기를 가지는 바이오물질을 필름표면에 안정적으로 부착하는 기술을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기의 바이오물질을 필름표면에 안정적으로 부착하는 기술을 이용하여 면역센서를 제공한다.
이에, 본 발명은 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법에 있어서, 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100), 상기 기질필름의 표면에 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액을 반응시켜 APTES의 에톡시실란기와 상기 히드록실기(-OH)(110)를 결합시킴으로써 기질필름(100)의 표면을 아민(-NH2)기(120)로 치환하는 단계(s200), 상기 아민(-NH2)기(120)로 치환된 필름표면에 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)를 테트라하이드로퓨란(THF; Tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 반응시켜 기질필름(100) 표면을 카르복실기(130)로 개질시키는 단계(s300), 상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드(imide)계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 항체부착 단계(s400), 에탄올아민 용액으로 반응하지 않은 상기 이미드(imide)계 화합물의 에스터 기능기를 비활성화시키는 단계(s500)를 포함하는 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법을 제공함으로써 상기와 같은 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은 스퍼터링 장치를 이용하여 옥사이드 코팅을 함으로써 소수성 표면을 가진 필름표면을 하이드록실기능기를 가지도록 한 후, 필름표면을 카르복시기능기로 개질하였다. 상기와 같은 방법에 따라 본 발명은, 개질된 필름표면에 아민기를 가진 바이오물질을 부착하여 면역센서칩을 위한 항체를 안정적으로 부착하는 방법을 제공한다.
본 발명의 표면처리방법은 옥사이드 코팅을 통해 생성된 하이드록실기능기 표면에서 카르복시기능기로의 직접적인 개질이 아니라, APTES 를 중간층으로 거쳐서 필름표면을 카르복시기능기로 치환하여, 이 기능기들이 필름표면에서 더 멀리 떨어져 있는 개질방법을 제공한다. 이는 필름표면에 바이오물질을 부착할 때 입체장애효과를 줄여줌으로써 바이오물질 부착 시 보다 안정적이고 높은 효율을 기대할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100)를 도시한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 기질필름의 표면에 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액을 반응시켜 APTES의 에톡시실란기와 상기 히드록실기(-OH)(110)를 결합시킴으로써 기질필름(100)의 표면을 아민(-NH2)기(120)로 치환하는 단계(s200)의 설명도이다.
도 4는 상기 아민(-NH2)기(120)로 치환된 필름표면에 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)를 테트라하이드로퓨란(THF; Tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 반응시켜 기질필름(100) 표면을 카르복실기(130)로 개질시키는 단계(s300)의 설명도이다.
도 5는 상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드(imide)계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 항체부착 단계(s400)의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법을 적용한 면역센서칩의 요부단면도이다.
본 발명은 항체 등의 바이오물질 부착을 위한 기질필름 표면처리방법 및 바이오물질을 부착한 면역센서칩에 관한 것으로, 필름표면을 카르복시기능기(-COOH)로 개질 하는 표면처리과정을 통하여 아민기를 가지고 있는 바이오물질과 공유결합을 통해 필름표면 위에 바이오물질을 안정적으로 부착하는 기술에 관한 것이다. 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법에 있어서, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100), 상기 기질필름의 표면에 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액을 반응시켜 APTES의 에톡시실란기와 상기 히드록실기(-OH)(110)를 결합시킴으로써 기질필름(100)의 표면을 아민(-NH2)기(120)로 치환하는 단계(s200), 상기 아민(-NH2)기(120)로 치환된 필름표면에 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)를 테트라하이드로퓨란(THF; Tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 반응시켜 기질필름(100) 표면을 카르복실기(130)로 개질시키는 단계(s300), 상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드(imide)계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 항체부착 단계(s400), 에탄올아민 용액으로 반응하지 않은 상기 이미드(imide)계 화합물의 에스터 기능기를 비활성화시키는 단계(s500)를 포함하는 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100)를 도시한 설명도이다. 상기의 단계(s100)에서, 상기 기질필름(100)은 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리이미드, 아크릴수지 중 선택되는 하나 이상인 것을 선택하여 적용할 수 있다. 그러나 상기 기판의 재질은 이에 한정되지 아니함은 물론이며, 전기 화학식 면역 분석법을 적용하기 위한 금속박막 또는 전도성금속이 증착된 필름을 적용할 수도 있다.
상기 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100)는, 실리콘옥사이드타겟이 설치된 스퍼터링(sputtering) 장치의 챔버(chamber) 내에 상기 기질필름(100)을 기판대 위에 장착하는 단계(s110), 상기 기질필름이 놓여져 있는 기판대를 회전시키면서, 챔버 내를 플라즈마 상태로 하여, 상기 실리콘옥사이드를 필름표면에 증착하는 단계(s120)를 포함하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 기질필름의 표면에 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액을 반응시켜 APTES의 에톡시실란기와 상기 히드록실기(-OH)(110)를 결합시킴으로써 기질필름(100)의 표면을 아민(-NH2)기(120)로 치환하는 단계(s200)의 설명도이다. 상기의 단계(s200)에서, 상기 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액의 용매는 아세톤과 물의 혼합물이며, 상기 용매의 아세톤:물의 조성비는 10:1 - 10:5를 적용한다. 상기 용매의 아세톤:물의 더욱 바람직한 조성비는 5:1이다.
이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 아민(-NH2)기(120)로 치환된 필름표면에 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)를 테트라하이드로퓨란(THF; Tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 반응시켜 기질필름(100) 표면을 카르복실기(130)로 개질시키는 단계(s300)를 수행하게 된다. 이 때, SA의 오각형링이 열리면서 두 카르복시기 중 한 쪽면의 카르복시기는 기질필름(100) 표면의 아민기(120)와 결합하고, 나머지 한쪽의 카르복시기(130)는 필름표면에 올라와 전체적으로 필름 표면은 카르복시기로 개질된다.
도 5는 상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드(imide)계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 항체부착 단계(s400)의 설명도이다. 상기 단계(s400)에서, 상기 가교제는 EDC(Ethylene Dichloride)(CarbodiimideCrosslinker)를 적용할 수 있으며, 상기 이미드계 화합물은 N-하이드로숙신이미드(NHS ; N-Hydroxysuccinimide) 또는 프탈이미드(phthalimide)인 것이 바람직하다.
상기 항체(140)는 단백질, 미생물, 바이러스 및 화학물질 중의 적어도 어느 하나 이상의 항원에 대하여 항원-항체 반응을 하는 것으로서, 상기 부착된 항체(140)에 대한 항원의 부착 정도가 분석의 대상이 된다. 기질필름(100)의 표면상에서 항체-항원을 분석하는 방법으로서, 전기화학적으로 검출하여 항체가 전극 표면에 고정화된 리간드에 결합하면서 전극 표면까지의 임피던스(impedance)를 측정하는 방법, 과산화효소(horse radish peroxidase: HRP)로 라벨링(labelling)된 이차 항체(secondary antibody)를 이용하여 HRP로부터 생기는 생성물이 전극 표면에 침전되어 표면적을 줄여 검출 신호가 줄어드는 방법, 또는 형광, 인광 등의 광학적 발광현상을 이용하는 방법과 미세 무게 변화를 감지하는 방법, 프리즘을 이용하여 광원의 입사각과 반사각과의 각 차를 감지하는 방법 등을 적용할 수 있으며, 본 발명에서는 상기와 같은 방법들에 제한을 두지 아니한다.
또한, 본 발명은 이에 나아가 도 6에 도시된 바와 같이, 기질필름(100)과, 상기 기판에 형성되는 개질(改質)레이어(200)와, 상기 개질레이어(200) 위에 형성되는 항체레이어(300)로 구성되는 면역센서칩의 제조방법에 있어서, 상술한 바와 같은 기질필름의 표면처리방법을 포함하는 항체가 부착되는 개질표면을 갖는 면역센서칩의 제조방법을 제공한다.
상기의 면역센서칩의 개질레이어(200)는 산화물레이어(210)와, 상기 산화물레이어(210)의 히드록실기(-OH)와 결합하는 아민기(-NH2) 제공레이어(220)와, 상기 아민기 제공레이어(220)의 아민기와 결합하는 카르복실기 제공레이어(230)를 포함한다. 상기 아민기(-NH2) 제공레이어(220)는 상술한 바와 같이, APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane)의 에톡시실란기가 산화물레이어(210)의 히드록시기(-OH)와 결합하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 카르복실기 제공레이어(230)는 상술한 바와 같이, 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)의 풀린 오각형의 고리에서 파생된 두 개의 카르복실기 중 일단의 카르복실기는 아민기 제공레이어의 아민기와 결합하고, 타단의 카르복실기가 개질레이어(200)의 표면측으로 향하여 형성된다. 상기 항체레이어(300)의 항체는 상기 카르복실기 제공레이어(230)의 상기 표면측으로 형성된 카르복실기와 아미드결합(amide bond)으로 연결되는 것이 바람직하다.
이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
<실 시 예>
먼저, 실리콘옥사이드타겟이 설치된 스퍼터링(sputtering) 장치의 챔버(chamber) 내에 기질필름(100)으로서 폴리우레탄 필름을 기판대 위에 장착하고, 상기 필름이 놓여져 있는 기판대를 회전시키면서, 챔버 내를 플라즈마 상태로 하여, 실리콘옥사이드를 필름표면에 증착하여 하이드록실기(-OH)가 표면에 치환되도록 한다. 다음으로, 아세톤과 물을 5:1 의 부피비로 섞은 용액에 5 mM APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 를 만들어 하이드록실기가 치환된 필름 표면에 30분간 올려놓은 후 APTES 를 녹인 용매 (아세톤:물= 5:1)로 세척한다. 이 때 APTES 에 있는 에톡시실란기와 하이드록실기가 결합하여 필름표면은 아민기로 치환된다. 아민기로 치환된 필름표면에 THF (Tetrahydrofuran) 에 5mg/ml SA (Succinic anhydride) 를 녹인 용액으로 4시간 올려놓는다. 이 때 SA의 오각형링이 열리면서 두 카르복시기 중 한 쪽면의 카르복시기는 필름표면의 아민기와 결합하고, 나머지 한쪽의 카르복시기는 필름표면에 올라와 전체적으로 필 름 표면은 카르복시기로 개질된다. 이 때 50 mg/ml EDC (CarbodiimideCrosslinker), 5mg/ml NHS (N-Hydroxysuccinimide), 그리고 100 ug/ml 농도의 항체를 함께 섞어 필름표면 위에서 3시간동안 반응시킨다. 마지막으로 0.1 M 에탄올아민 용액으로 반응하지 않은 NHS 에스터기능기를 비활성화 시킨다.
상기와 같은 방법으로 개질되어 항체가 부착된 기질필름(100)은 면역센서칩으로서 전기화학적인 방법, 형광, 인광 등의 광학적 발광현상을 이용하는 방법과 미세 무게 변화를 감지하는 방법, 프리즘을 이용하여 광원의 입사각과 반사각과의 각 차를 감지하는 방법 등을 적용하여 분석의 대상이 된다.
즉, 본 발명에 따르면, 기질필름(100)의 표면 개질에 있어서, 옥사이드 코팅을 통해 생성된 하이드록실기능기 표면에서 카르복시기능기로의 직접적인 개질이 아니라, APTES 를 중간층으로 거쳐서 필름표면을 카르복시기능기로 치환하여, 이 기능기들이 필름표면에서 더 멀리 떨어져 있게 개질하는 기술을 제공한다. 이는 필름표면에 바이오물질을 부착할 때 입체장애효과를 줄여줌으로써 바이오물질 부착 시 보다 안정적이고 높은 효율을 기대할 수 있는 장점이 있다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
100. 기질필름
110. 히드록실기(-OH)
120. 아민(-NH2)기
130. 카르복실기
140. 항체
200. 개질레이어
210. 산화물레이어
220. 아민기(-NH2) 제공레이어
230. 카르복실기 제공레이어

Claims (12)

  1. 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법에 있어서,
    i) 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 스퍼터(sputter) 방법으로 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100);
    ii) 상기 기질필름의 표면에 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액을 반응시켜 APTES의 에톡시실란기와 상기 히드록실기(-OH)(110)를 결합시킴으로써 기질필름(100)의 표면을 아민(-NH2)기(120)로 치환하는 단계(s200);
    iii) 상기 아민(-NH2)기(120)로 치환된 필름표면에 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)를 테트라하이드로퓨란(THF; Tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 반응시켜 기질필름(100) 표면을 카르복실기(130)로 개질시키는 단계(s300);
    iv) 상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드(imide)계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 항체부착 단계(s400);
    v) 에탄올아민 용액으로 반응하지 않은 상기 이미드(imide)계 화합물의 에스터 기능기를 비활성화시키는 단계(s500);
    를 포함하며,
    상기 기질필름(100)의 표면에 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액을 반응시켜 APTES의 에톡시실란기와 히드록실기(-OH)(110)를 결합시킴으로써 기질필름(100)의 표면을 아민(-NH2)기(120)로 치환하는 단계(s200)에서, 상기 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액의 용매는 아세톤과 물의 혼합물이며, 상기 용매의 아세톤:물의 조성비는 10:1 - 10:5 이고,
    상기 아민(-NH2)기(120)로 치환된 필름표면에 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)를 테트라하이드로퓨란(THF; Tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 반응시켜 기질필름(100) 표면을 카르복실기(130)로 개질시키는 단계(s300)에서, 상기 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)의 풀린 고리에서 파생된 두 개의 카르복실기 중 일단의 카르복실기는 기질필름(100) 표면의 아민기와 결합하고, 타단의 카르복실기는 필름표면에 올라와 상기 기질필름(100)의 표면 전체가 카르복실 기로 개질되며,
    상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 단계(s400)에서, 상기 가교제는 EDC(Ethylene Dichloride)(CarbodiimideCrosslinker)이고, 상기 이미드계 화합물은 N-하이드로숙신이미드(NHS ; N-Hydroxysuccinimide) 또는 프탈이미드(phthalimide)인 것을 특징으로 하는 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기질필름(100)에 실리콘옥사이드를 증착하여 히드록실기(-OH)(110)를 기질필름(100)의 표면에 형성시키는 단계(s100)에서, 상기 기질필름(100)은 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리이미드, 아크릴수지 중 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 카르복실기(130)로 개질된 기질필름(100)에 가교제와 이미드계 화합물 및 항체(140)를 반응시키는 단계(s400)에서,
    상기 항체(140)는 단백질, 미생물, 바이러스 및 화학물질 중의 적어도 어느 하나 이상의 항원에 대하여 항원-항체 반응을 하는 것임을 특징으로 하는 바이오물질 부착을 위한 기질필름의 표면처리방법.
  8. 기질필름(100)과, 상기 기질필름(100)에 형성되는 개질레이어(200)와, 상기 개질레이어(200) 위에 형성되는 항체레이어(300)로 구성되는 면역센서칩의 제조방법에 있어서,
    상기 제 1항, 제 2항, 또는 제 7항 중 어느 한 항의 기질필름의 표면처리방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 항체가 부착되는 개질표면을 갖는 면역센서칩의 제조방법.
  9. 기질필름(100)과, 상기 기질필름(100)에 형성되는 개질레이어(200)와, 상기 개질레이어(200) 위에 형성되는 항체레이어(300)로 구성되며, 제 8항에 따른 항체가 부착되는 개질표면을 갖는 면역센서칩의 제조방법에 의해 제조되는 면역센서칩으로서,
    상기 개질레이어(200)는 산화물레이어(210)와, 상기 산화물레이어(210)의 히드록실기(-OH)와 결합하는 아민기(NH2) 제공레이어(220)와, 상기 아민기(NH2) 제공레이어(220)의 아민기(NH2)와 결합하는 카르복실기 제공레이어(230)를 포함하며, 항체레이어(300)의 항체는 상기 카르복실기 제공레이어(230)와 아미드 결합(amide bond)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 항체가 부착되는 개질표면을 갖는 면역센서칩.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 아민기(-NH2) 제공레이어(220)는 APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane)의 에톡시실란기가 산화물레이어(210)의 히드록시기(-OH)와 결합하여 형성된 것임을 특징으로 하는 항체가 부착되는 개질표면을 갖는 면역센서칩.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 카르복실기 제공레이어(230)는 숙신안하이드라이드(SA; Succinic anhydride)의 풀린 고리에서 파생된 두 개의 카르복실기 중 일단의 카르복실기는 아민기 제공레이어의 아민기와 결합하고, 타단의 카르복실기가 개질레이어(200)의 표면측으로 향하여 형성되는 것을 특징으로 하는 항체가 부착되는 개질표면을 갖는 면역센서칩.
  12. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220133563A (ko) * 2021-03-25 2022-10-05 재단법인대구경북과학기술원 마이크로 디스크를 포함하는 바이오 센서 및 이의 제조 방법
KR20230034001A (ko) 2021-09-02 2023-03-09 숙명여자대학교산학협력단 전기화학적 면역분석을 위한 표면 개질 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101875471B1 (ko) * 2017-04-04 2018-07-06 한국생명공학연구원 바이오 센서 기판, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 바이오 센서
KR101875470B1 (ko) * 2017-04-04 2018-07-06 한국생명공학연구원 바이오 센서 기판, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 바이오 센서
KR102028108B1 (ko) * 2017-11-17 2019-10-02 국방과학연구소 석영 모세관을 이용한 형광표지 없는 생물입자 검출 시스템
KR102550375B1 (ko) * 2018-11-26 2023-07-04 주식회사 엘지화학 바이오 센서 및 그 제조 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100531787B1 (ko) 2003-02-24 2005-11-29 엘지전자 주식회사 전기화학 발광 방식의 인터컬레이터를 이용하는 항원검출기 및 항원 검출방법
KR100556580B1 (ko) * 2003-07-26 2006-03-06 한국과학기술원 고밀도 탄소나노튜브 필름
KR20050014409A (ko) * 2003-07-31 2005-02-07 삼성에스디아이 주식회사 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법
KR101009938B1 (ko) * 2008-10-24 2011-01-20 포항공과대학교 산학협력단 혈관성장인자 감지를 위한 압타머 기반의 암 진단용 실리콘나노와이어 바이오센서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 혈관 성장인자 검출방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220133563A (ko) * 2021-03-25 2022-10-05 재단법인대구경북과학기술원 마이크로 디스크를 포함하는 바이오 센서 및 이의 제조 방법
KR102514711B1 (ko) 2021-03-25 2023-03-27 재단법인대구경북과학기술원 마이크로 디스크를 포함하는 바이오 센서 및 이의 제조 방법
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