KR101608039B1 - 튜브형 지질막의 제조방법, 이에 따른 튜브형 지질막, 및 이를 포함하는 생체막 소자 - Google Patents

튜브형 지질막의 제조방법, 이에 따른 튜브형 지질막, 및 이를 포함하는 생체막 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 튜브형 지질막의 제조방법, 이에 따른 튜브형 지질막, 및 이를 포함하는 생체막 소자에 대한 것으로, 실제 섬모의 구성물질인 리피드 재질을 이용해서 기판 위에 형성된 가늘고 긴 튜브형의 인공생체막 구조물을 제조하는 것을 특징으로 하며, 이를 통해 섬모의 핵심기능인 생체신호 감지기능을 모사할 수 있고, 종래의 평면형 또는 구형 리포좀 구조의 이중막 보다 질병의 근본 원인 인자인 생체신호를 더욱 효과적으로 감지할 수 있는 생체모사 섬모(cilia) 기반의 생체신호 감지 기술을 제공할 수 있다.

Description

튜브형 지질막의 제조방법, 이에 따른 튜브형 지질막, 및 이를 포함하는 생체막 소자{Preparing method of tube type lipid membrane, tube type lipid membrane using the same, and tube type lipid membrane having the same}
본 발명은 튜브형 지질막 및 이를 이용한 생체막 소자에 대한 것으로, 특히 세포의 안테나로서 핵심적인 기관인 섬모(cilia)의 구조적 및/또는 기능적 특성을 가지는 생체모사 섬모(cilia) 기반의 생체물질 또는 생체신호 감지 기술에 대한 것이며, 더욱 상세하게는 질병의 근본 원인 인자인 생체물질 또는 생체신호를 더욱 효과적으로 감지할 수 있는 튜브형 지질막의 제조방법, 이에 따른 이에 따른 튜브형 지질막, 및 이를 포함하는 생체막 소자에 대한 것이다.
평균 수명의 증가에 따라 진단 및 치료에 필요한 비용이 증가하는 추세에 있다. 또한, 질병의 예방을 위한 건강에 대한 인식과 투자가 증가하는 등 건강한 삶에 대한 국내외 사회 경제적 중요도가 증대되고 있다. 특히, 고령화에 의한 퇴행성 질환의 대표적인 예인 알츠하이머병의 경우 아직까지 조기 진단 기술이 개발되고 있지 않아서, 이와 관련한 기전 연구 및 조기 발견을 위한 고감도 측정 감지 기술의 개발 필요성이 증대되고 있다.
지금까지 생체분자 검출 기술은 대부분 DNA나 항체의 선택적인 친화특성(affinity)을 이용하여 타겟 생체분자를 검출하는 방법을 이용해 왔다. 즉, 종래의 연구대상이 되었던 질환 유발 단백질은 주로 세포 내부에 존재하는 수용성 단백질로서, 이중에서도 특히 단백질의 분해, 합성 또는 인산화에 관여하여 단백질의 활성을 조절하는 프로테아제, 포스파타제, 및 카이나제 등을 중심으로 연구가 이루어져 왔다. 그러나, 실제 질환 유발 단백질의 대다수는 막단백질(membrane protein)이라 불리는 세포막에 존재하는 특수한 단백질이다.
막 단백질은 인간 유전체의 30%에 해당하며 신호전달, 물질투과, 에너지 생산 등 필수 생명현상을 수행하여 신약의 표적 단백질 중 과반수에 해당하여, 그것의 구조와 기작을 규명하는 기초연구는 신약 개발에 있어서 중요성이 높다. 특히, G단백질연결수용체(GPCR : G protein-coupled receptors)나 채널 단백질과 같은 신호 수용체 및 이온 투과 기능을 가지는 막단백질에 대한 구조와 기작 규명은 연구의 필요성이 매우 높지만, 아직까지 이에 대한 연구는 초기 단계이다.
이와 같이, 대부분의 질병은 신호전달과정의 오류에서 야기되는데, 지금까지의 질병진단용 나노 마이크로 바이오 센서 기술은 주로 무기물로 이루어진 고체표면을 기반으로 하여 DNA나 단백질 등을 검출하는 것을 목표로 하고 있어서, 질병의 근본 원인 인자인 생체신호 전달과정의 이상을 조기에 감지하기에는 한계가 있다. 따라서, 질병을 조기에 진단하기 위해서는 질병의 근본 원인 인자인 생체신호 또는 신호전달 과정을 효과적으로 감지할 수 있는 기술이 필요하다.
최근에는, 병인(etiology)이 비교적 많이 밝혀진 암과 같은 질병 뿐만 아니라, 정신성 질환과 같이 병인이 모호한 경우에도 과거처럼 단일 유전자나 단백질로부터 병인을 찾고자 하는 연구에서 벗어나, 구성 유전자 혹은 단백질 간의 유기적인 네트워크로 형성되는 신호 전달 조절 기작에서의 오류를 연구하는 것으로 패러다임이 변하고 있다. 따라서, 질병의 근본 원인 인자를 감지하기 위해서는 신호전달 조절 기작의 시작점인 생체신호를 효과적으로 감지하는 기술이 필요하다. 실제로 신약개발 과정에서 약 60% 이상의 후보군은 G단백질연결수용체(GPCR) 등의 생체신호 특이적 수용체 및 그것의 신호전달과정을 대상으로 하고 있다.
이처럼 생체막 기반 생체신호 감지기술의 필요성으로 인해 최근에는 이에 대한 연구가 증가하고 있지만, 아직까지 생체막 기반 생체신호 감지기술은 평면형 또는 구형의 지질 단백질(lipid protein)을 이용하기 때문에 생체신호 감지효율이 극히 낮은 문제점이 있다. 또한, 평면형 또는 구형의 지질 단백질(lipid protein)을 이용하는 경우 대상 생체신호 특이적 수용체 또한 매우 한정적이어서 질병 진단 및 신약개발 등에 다양하게 활용하기에는 한계가 있다.
한편, 섬모는 세포 표면으로부터 외부로 돌출되어 있는 가늘고 긴 모양의 기관으로 직경은 수백 나노미터, 길이는 수 마이크로미터에 이르는 튜브형 생체막 구조물이다(도 1 참조). 대부분의 세포 표면에는 하나 또는 다수의 섬모가 존재하는데, 세포의 유영기능을 하는 편모와 형태적으로는 유사하지만 별다른 기능이 없어 오랫동안 편모가 퇴화하여 흔적기관으로 남은 것으로 간주되었다. 하지만 최근 섬모의 기능이상이 다양한 질병과 밀접하게 연관되어 있다는 것이 밝혀지면서 ciliopathies라는 새로운 분야가 관심을 끌고 있다. 즉, 섬모는 세포의 안테나로서 세포외부의 생체신호를 효과적으로 감지하여 신호전달과정을 정밀하게 조절하는 핵심적인 기관으로 이는 섬모의 구조적인 특징에 기인한다. 세포 표면으로부터 외부로 돌출되어 있는 섬모의 가늘고 긴 튜브형의 구조는 표면적이 증대할 뿐만 아니라 그 표면에는 생체신호 특이적 수용체가 집중적으로 분포하고 있어 세포외부의 생체신호를 효과적으로 감지할 수 있으며, 세포내부와 독립적으로 존재하는 미세공간에서 신호전달과정을 정밀하게 조절할 수 있다.
이처럼 섬모의 중요성이 부각되면서 섬모의 구조적/기능적 특징을 모사하는 연구가 시도되고 있지만, 지금까지의 생체모사 섬모 연구에서는 재료적/기술적 한계로 인해 섬모의 운동기능 모사에만 그치고 있으며, 섬모의 핵심기능인 생체신호 감지기능 모사는 아직 구현되지 못하고 있다.
최근, 리피드 재질을 이용하여 튜브형의 인공생체막 구조물을 제작하는 몇몇 방법이 제시되고 있지만, 단순히 구조적으로 긴 튜브 형태로 이루어진 구조물을 제작에 그치고 있으며, 아직까지 어떤 기판 위에 섬모 형태로 형성된 인공생체막 구조물은 개발되어 있지 않다.
도 2는 종래기술에 따라 리피드 재질을 이용하여 제조된 긴 튜브 형태의 구조물과 그것의 제조방법을 개략적으로 나타내고 있는 모식도이다.
여기에 나타난 thermally 방법은 1984년에 발표된 것으로 DC8,9PC 와 같은 특정한 리피드 재질을 이용하는 것이며, 먼저 구형의 DC8,9PC vesicle을 제조한 후 이를 유리전이온도 이하로 냉각시키거나 에탄올에 첨가하여 침전시키게 되면 리피드들이 속이 빈 튜브 형태의 구조물로 재조립되는 현상을 이용하는 방법인데, 이렇게 만들어진 구조물은 단순히 3차원 공간에 떠다니는 튜브형 구조물일 뿐이다.
그리고, electromechanically 방법은 구형의 vesicle에서 유리모세관을 이용하여 가느다란 튜브 형태의 리피드 구조물을 뽑아내는 방법으로서, 구형의 리피드 구조물과 튜브형의 리피드 구조물을 연결하여 일종의 network를 형성하는 방법에 불과하다.
또한, biologically 방법은 평면형의 리피드 인공생체막 위에 펩타이드를 첨가하게 되면 리피드들이 튜브 형태로 재조립되는 현상을 이용하는 방법으로서, 튜브형태의 리피드 구조물이 표면에서 불규칙적으로 생성되며, 이 역시 어떤 기판 위에 형성된 섬모형태의 인공생체막 구조물이라고는 할 수 없다.
또한, mechanically 방법은 유체의 흐름을 이용하는 것으로서, 최종적으로 생성되는 리피드 구조물이 표면에서 수직 방향으로 생성되지 않고 유체의 흐름 방향에 따라서 생성되며, 이에 따라 구조물이 유체 흐름 방향으로 길게 늘어지기 때문에 길이를 제어할 수 없는 문제점이 있다.
또한, electrically 방법은 구형의 리피드 구조물을 제조한 후 여기에 전기장을 인가하는 것인데, 이에 따라 구형의 리피드 구조물에서 튜브형의 리피드 구조물이 전기장 방향으로 불규칙적으로 뽑아져 나가는 단점이 있으며, 이 역시 어떤 기판 위에 형성된 섬모형태의 인공생체막 구조물은 아니다.
상기한 바와 같이, 섬모의 핵심기능인 생체신호 감지기능을 모사하기 위해서는 실제 섬모의 구성물질인 리피드 재질을 이용하여 어떤 기판 위에 수직방향으로 가늘고 긴 튜브형의 인공생체막 구조물을 제작해야하는 것이 필수적인데, 아직까지 어떤 기판 위에 섬모 형태로 형성된 인공생체막 구조물은 개발되어 있지 않다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 리피드 재질을 이용해서 기판 위에 형성된 가늘고 긴 튜브형의 인공생체막 구조물을 제공하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 종래의 평면형 또는 구형 리포좀 구조의 이중막 보다 질병의 근본 원인 인자인 생체신호를 더욱 효과적으로 감지할 수 있는 튜브(tube)형 또는 섬모(cilia) 형상을 갖는 지질막(lipid membrane)을 제공하는 것이 목적이다.
그리고, 본 발명은 세포의 안테나로서 핵심적인 기관인 섬모(cilia)의 구조적 및/또는 기능적 특성을 가져서, 섬모의 핵심기능인 생체신호 감지기능을 모사하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 타켓물질의 결합에 의해 이온의 유입 또는 유출이 이루어지는 이온채널(ion channel)과 이에 따른 이온 변화를 감지하는 이온 감지부가 더 포함된 생체모사 섬모(cilia) 기반의 생체신호 감지 소자를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 튜브형 지질막(tubular lipid membrane)의 제조방법은, 지지체 일 면에, 홀(hole)을 가지는 다공성 템플레이트(porous tamplate)를 위치시키고, 상기 다공성 템플레이트 위에 리피드 용액을 가한 후 건조시켜서 형성된 리피드 필름층을 포함하는 서브스트레이트(substrate)를 준비하는 단계; 기판 일 면에 형성된 접착층에 상기 서브스트레이트의 리피드 필름층을 접착시키고, 상기 서브스트레이트의 지지체를 제거하는 단계; 및 상기 지지체가 제거된 서브스트레이트의 리피드 필름층에 버퍼를 가하여 수화시킴으로서, 상기 리피드 필름층으로부터 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하는 튜브형 구조물(tubular structure)을 형성하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 리피드 용액은 리피드 물질이 메탄올 용매에 용해되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 지지체를 제거하는 단계는, 기판 일 면에 자외선 경화형 폴리머를 형성하는 단계; 상기 자외선 경화형 폴리머에 상기 서브스트레이트의 리피드 필름층을 접촉시키고, 자외선을 가하여 상기 자외선 경화형 폴리머를 경화시키는 단계; 및 상기 자외선 경화형 폴리머가 경화된 서브스트레이트에서 지지체를 제거하는 단계;를 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기 튜브형 구조물을 형성하는 단계는, 상기 지지체가 제거된 서브스트레이트 상에 키토산이 포함된 버퍼를 가하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태는 상기한 제조방법에 의해 제조되어, 상기 리피드 필름층으로부터 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하여 형서된 튜브형 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막이다.
이와 함께, 본 발명의 다른 구체예는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 접착층; 상기 접착층 위에 형성된 리피드 필름층; 상기 리피드 필름층 내에 일부가 삽입되고, 홀(hole)을 가지는 다공성 템플레이트(porous tamplate); 상기 리피드 필름층으로부터 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하여 형성된 튜브형 구조물(tubular structure);을 포함하는 튜브형 지질막(tubular lipid membrane)이다.
여기서, 상기 접착층은 자외선 경화형 폴리머로 이루어진 것이 바람직하다.
그리고, 상기 리피드 필름층은 DMPC와 DOPS가 혼합된 리피드 물질을 주요성분으로 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기 다공성 템플레이트는 1㎛~100㎛ 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 다공성 템플레이트의 홀은 100nm~10㎛ 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 튜브형 구조물은 상기 기판에 대하여 수직한 방향으로 형성되어 섬모 형상을 가지는 것이 가능하다.
또한, 상기 튜브형 구조물은 리피드로 형성된 외부막과 상기 외부막에 의해 둘러싸인 내부공간을 가질 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 구체예는 상기한 튜브형 지질막; 상기 튜브형 지질막의 외부막에 포함된 단백질 수용체(membrane protein receptor); 및 상기 튜브형 지질막의 내외부 이온 변화를 감지하는 물질로 이루어진 이온 감지부;를 포함하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자이다.
여기서, 상기 이온 감지부는 상기 튜브형 지질막의 내부공간에 위치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 이온 감지부는 상기 튜브형 지질막의 다공성 템플레이트에 형성된 홀에 대응되는 위치에 구비된 것이 가능하다.
또한, 상기 이온 감지부는 상기 튜브형 지질막의 기판에 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 이온 감지부는 전극(eletrode)이거나 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 단백질 수용체는 타켓물질이 결합되는 경우 이온의 유입 또는 유출이 이루어지는 이온채널(ion channel)을 가지는 것이 가능하다.
또한, 상기 이온 감지부는 상기 이온의 유입 또는 유출에 의한 이온 농도 변화를 검출할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이러한 본 발명은 리피드 재질을 이용해서 기판 위에 형성된 가늘고 긴 튜브형의 인공생체막 구조물을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은 종래의 평면형 또는 구형 리포좀 구조의 이중막 보다 질병의 근본 원인 인자인 생체신호를 더욱 효과적으로 감지할 수 있는 튜브(tube)형 또는 섬모(cilia) 형상을 갖는 지질막(lipid membrane)을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명은 세포의 안테나로서 핵심적인 기관인 섬모(cilia)의 구조적 및/또는 기능적 특성을 가지는 생체모사 튜브형 지질막을 통하여, 섬모의 핵심기능인 생체신호 감지기능을 모사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 타켓물질의 결합에 의해 이온의 유입 또는 유출이 이루어지는 이온채널(ion channel)과 이에 따른 이온 변화를 감지하는 이온 감지부가 더 포함된 생체모사 섬모(cilia) 기반의 생체신호 감지 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 실제 섬모(cilia)의 구조 일례를 설명하기 위한 모식도이고,
도 2는 종래기술에 따라 리피드 재질을 이용하여 제조된 긴 튜브 형태의 구조물과 그것의 제조방법을 개략적으로 나타내고 있는 모식도이고,
도 3은 본 발명에 따른 지지체와 다공성 템플레이트와 리피드 필름층이 포함되어 이루어진 서브스트레이트의 일례를 나타내는 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 서브스트레이트를 기판에 접착시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 5은 본 발명에 따른 서브스트레이트가 기판에 접착된 상태의 일례를 나타내는 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 서브스트레이트에서 지지체를 제거한 상태의 일례를 나타내는 단면도이고,
도 7은 본 발명에 따라 버퍼를 가하여 다공성 템플레이트의 홀 사이로 튜브형 구조물을 형성하는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이고,
도 8은 리피드 필름 수화에 의한 리피드의 층간 분리를 설명하기 위한, 구형 리피드 구조물의 제작 과정을 나타내는 모식도이고,
도 9는 본 발명에 따라 다공성 템플레이트의 홀 사이로 튜브형 구조물이 형성되는 상태의 일례를 설명하기 위한 사시도이고,
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자의 전체적인 구성을 나타내는 개략도이고,
도 11는 도 10의 개념도이고,
도 12는 본 발명에 따른 튜브형 지질막이 이온 채널을 포함하고 있는 양상을 설명하기 위한 모식도이고,
도 13은 본 발명에 따른 튜브형 지질막의 외부막에 단백질 수용체(membrane protein receptor)를 결합시키는 방법의 일례를 설명하기 위한 모식도이고,
도 14는 본 발명에 따른 튜브형 지질막에 이온 감지부를 부가하는 방법을 설명하기 위한, 종래의 평면형 리피드 구조물의 일례를 나타내는 단면도이고,
도 15는 본 발명에 따른 튜브형 지질막에 이온 감지부를 부가하는 방법을 설명하기 위한, 종래의 구형 리피드 구조물의 일례를 나타내는 단면도이고,
도 16 내지 도 18은 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 튜브형 지질막의 일례를 나타내는 사진이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 지지체와 다공성 템플레이트와 리피드 필름층이 포함되어 이루어진 서브스트레이트의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 서브스트레이트를 기판에 접착시키는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이며, 도 5은 본 발명에 따른 서브스트레이트가 기판에 접착된 상태의 일례를 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 따른 서브스트레이트에서 지지체를 제거한 상태의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따라 버퍼를 가하여 다공성 템플레이트의 홀 사이로 튜브형 구조물을 형성하는 과정의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.
여기에 도시된 본 발명에 따른 튜브형 지질막(tubular lipid membrane)의 제조방법은, 크게는 서브스트레이트(100)를 준비하는 단계(S100); 지지체(110)를 제거하는 단계(S200); 및 튜브형 구조물(140)을 형성하는 단계(S300);를 포함한다.
본 발명은 소정의 일 표면으로부터 돌출되어 있고 리피드 재질로 이루어진 섬모형태의 인공생체막 구조물을 제작하기 위하여, 나노미터 또는 마이크로미터 크기의 홀(121)이 형성된 다공성 템플레이트(120)와 리피드 필름층(130)의 수화 방법을 이용한 것이다. 즉, 상기 다공성 템플레이트(120)의 일 면에 리피드 필름층(130)을 형성하고, 이것을 자외선 경화 폴리머와 같은 접착층(210)을 매개로 별도의 기판(200)에 접착시키며, 상기 리피드 필름층(130)을 수화시키기 위하여 버퍼를 그 위에 부가하는 것이다. 그러면, 상기 리피드 필름층(130)이 수화되고, 이에 따라 그로부터 분리된 리피드 층이 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 통과하면서 가늘고 긴 섬모형태의 리피드 튜브 구조물을 형성한다. 아래에서는, 이러한 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 상기 서브스트레이트(100)를 준비하는 단계(S100)는 지지체(110) 일 면에, 홀(121)을 가지는 다공성 템플레이트(120)를 위치시키고, 상기 다공성 템플레이트(120) 위에 리피드 용액을 가한 후 건조시켜서 형성된 리피드 필름층(130)을 포함하는 서브스트레이트(100)를 준비하는 것이다(도 3 참조). 예를 들어, PDMS로 이루어진 지지체 위에 나노미터 또는 마이크로미터 크기의 홀(121)을 가지는 다공성 템플레이트(120)를 올려 놓고, 그 위에 에탄올 또는 메탄올 등의 용매에 리피드 물질이 용해되어 있는 리피드 용액을 떨어뜨리면, 약 10분 후 용매가 증발되면서 상기 다공성 템플레이트(120)의 표면에 리피드 필름이 코팅된 서브스트레이트(100)를 준비할 수 있다.
여기서, 상기 리피드 용액은 리피드 물질이 포함된 용매이면 특별히 제한되지 않으나, 그 중에서도 메탄올 또는 에탄올 용매를 이용하는 것이 바람직하고, 특히 메탄올을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명자들의 실험 결과 다양한 유기용매 중에서도 메탄올과 에탄올이 안정적이었고, 최종적으로 생성된 튜브형 리피드 구조물의 형태를 보았을 때 메탄올을 이용하는 경우에 더욱 안정적이면서 균일한 구조물을 제조할 수 있었다. 이것은 아마도 용매의 용해 능력 크기에 따라서 리피드 분자들의 배열 형태가 조금씩 달라지기 때문인 것으로 판단된다.
그리고, 상기 지지체(110)를 제거하는 단계(S200)는 기판(200) 일 면에 형성된 접착층(210)에 상기 서브스트레이트(100)의 리피드 필름층(130)을 접착시키고, 상기 서브스트레이트(100)의 지지체(110)를 제거하는 것이다.
일 구체예로서, 상기 지지체를 제거하는 단계(S200)는 기판(200) 일 면에 자외선 경화형 폴리머를 형성하는 단계(S210); 상기 자외선 경화형 폴리머에 상기 서브스트레이트(100)의 리피드 필름층(130)을 접촉시키고, 자외선을 가하여 상기 자외선 경화형 폴리머를 경화시키는 단계(S220); 및 상기 자외선 경화형 폴리머가 경화된 서브스트레이트(100)에서 지지체(110)를 제거하는 단계(S230);를 포함하여 이루어질 수 있다.
예를 들어서, 유리 기판(200) 위에 접착제로서 자외선에 경화가 되는 폴리머를 떨어뜨려서 접착층(210)을 형성할 수 있고(도 4 참조), 이 유리 기판(200)의 접착층(210) 위에 상기 리피드 필름층(130)이 아래로 향하도록 서브스트레이트(100)를 위치시킨 후 접촉시킨 다음, 자외선을 쪼여서 상기 폴리머를 경화시킴으로서, 상기 기판(200) 일 면에 상기 서브스트레이트(100)의 리피드 필름층(130)을 접착시킬 수 있다(도 5 참조).
그런 다음에는, 상기 서브스트레이트(100)의 지지체(110)를 제거하는 것이다(도 6 참조). 그러면, 유리 기판(200) 위에 리피드 필름층(130)이 코팅된 다공성 템플레이트(120)를 얻을 수 있다. 상기 지지체(110)를 제거하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 간단하게 손으로 상기 지지체(110)를 뜯어내는 것도 가능하다, 이에 따르면 리피드 필름층(130)이 코팅된 다공성 템플레이트(120)는 기판(200)에 고정되어 있고, PDMS로 이루어진 지지체(110)만을 간단하게 들어서 제거할 수 있다.
이어서, 상기 튜브형 구조물(140)을 형성하는 단계(S300)는 상기 지지체(110)가 제거된 서브스트레이트(100)의 리피드 필름층(130)에 버퍼(150)를 가하여 수화시킴으로서, 상기 리피드 필름층(130)으로부터 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 관통하는 튜브형 구조물(140)을 형성하는 것이다(도 7 참조).
예를 들어, 상기 지지체(110)가 제거된 서브스트레이트(100)나 이것의 다공성 템플레이트(120) 또는 리피드 필름층(130) 위에 PBS 등의 버퍼를 떨어뜨리면, 상기 리피드 필름층(130)이 수화되면서 발달되는 리피드 구조물이 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 통과하면서 가늘고 긴 섬모형태의 리피드 튜브형 구조물(140)을 생성하는 것이다.
도 8은 리피드 필름 수화에 의한 리피드의 층간 분리를 설명하기 위한, 구형 리피드 구조물의 제작 과정을 나타내는 모식도이고, 도 9는 본 발명에 따라 다공성 템플레이트의 홀 사이로 튜브형 구조물이 형성되는 상태의 일례를 설명하기 위한 사시도이다.
기본적으로 리피드는 친수성과 소수성기를 동시에 가지고 있는 양친성의 분자로서, 친수성의 머리 부분은 바깥쪽으로 향하고, 소수성의 꼬리 부분은 안쪽으로 향하게 되어 bilayer를 이루게 된다. 건조된 리피드 필름층(130)은 리피드 bilayer가 여러 층으로 겹겹이 쌓여있는 형태가 되는데, 여기에 버퍼(150)를 첨가하게 되면, 물 분자들이 리피드 bilayer 사이로 침투하면서 삼투압을 발생시키고, 이에 따라 리피드 층들이 분리되게 된다.
리피드 필름층을 수화하여 리피드 구조물을 제작하는 방법은 기존에 알려진 다양한 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 기본적으로 유리와 같은 고체 기판 위에 리피드 필름을 코팅하고 여기에 버퍼를 첨가하여 리피드 필름을 수화시켜서 giant unilamellar vesicle (GUV) 등의 구형의 리피드 구조물을 제작하는 방법 등("Giant Vesicles: Preparations and Applications", ChemBioChem 2010, 11, 845-865., "Liposomes: Technologies and Analytical Applications", Annu. Rev. Anal. Chem. 2008, 1, 801-832)을 적용시키는 것이 가능하다.
이와 같이, 리피드 필름층(130)을 수화하여 리피드 구조물을 생성하기 위해서는 건조되어 겹겹이 쌓여 있는 리피드 층을 분리하여 하는데, 리피드 층간 분리가 잘 일어나도록 하기 위해서는 어느 정도 전하를 띄고 있는 리피드를 사용할 수도 있다. 또한, 리피드 층간의 분리가 잘 일어나도록 하기 위해서는, 리피드의 유리전이온도에 따른 리피드의 물성, 즉 liquid-disordered state가 중요한 역할을 하기 때문에, 리피드 필름을 만들 때 삼투압이 잘 발생되도록 리피드에 다른 첨가물을 혼합하거나 버퍼의 조성, 온도 등을 조절하여 수화 조건을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼(150)에 salt를 첨가하거나, 리피드 필름층(130)을 만들 때 sugar를 첨가하거나, 또는 상기 버퍼(150)에 이온을 첨가하여 이온 간의 반발력을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 수화하는 동안에 평면의 ITO 유리 기판에 백금 wire 등을 이용하여 전기장을 인가함으로서, 리피드 층간의 분리가 잘 일어나도록 하는 것도 가능하다.
또한, 상기 튜브형 구조물을 형성하는 단계(S300)는, 상기 지지체(110)가 제거된 서브스트레이트(100) 상에 키토산이 포함된 버퍼(150)를 가하는 단계(S310)를 포함할 수도 있다. 키토산이 포함된 버퍼(150)를 이용하면, 키토산이 포함되어 있지 않은 버퍼를 사용한 경우보다 더 가늘고 긴 형태의 리피드 튜브 구조물을 제조할 수 있음을 확인하였다. 이는 튜브형의 리피드 구조물이 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 통과하면서 생성될 때, 키토산이 튜브형 리피드 구조물 표면에 흡착되면서 리피드 막의 강성을 향상시켜서 보다 안정적인 리피드 구조물을 형성하는 것으로 판단된다. 즉, 키토산이 포함된 버퍼(150)를 이용하는 경우 최종 생성된 튜브형 리피드 구조물의 지름 크기가 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121) 직경과 유사한 크기로 형성됨을 확인할 수 있었으며, 이를 통해서 키토산이 리피드 막에 흡착하여 리피드 막의 강성을 높인다는 것을 알 수 있었다.
상기한 바와 같은, 본 발명에 따른 방법은 기본적으로 기존에 알려진 리피드 필름의 수화 방법을 이용하였으나, 특별히 기판(200) 위에서 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 이용한 것이 특징이다. 즉, 리피드 필름층(130) 위에 홀(121)을 가지는 다공성 템플레이트(120)를 추가하여 수화시킴으로서, 상기 다공성 템플레이트(120) 및 그것의 홀(121)을 통하여, 기판 위에 가늘고 긴 튜브 형태의 리피드 구조물을 제작할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 상기 다공성 템플레이트(120)의 두께 및/또는 그것의 홀(121) 크기를 달리하여 튜브형 구조물(140)의 형태를 조절할 수도 있다. 또한, 기존에 알려진 리피드 필름 수화 방법을 기본으로 하였기 때문에, 기존에 알려진 수화 조건들을 그대로 적용할 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태는 상기한 제조방법에 의해 제조되어, 상기 리피드 필름층(130)으로부터 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 관통하여 형서된 튜브형 구조물(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막이다.
즉, 본 발명의 다른 구체예는, 기판(200); 접착층(210); 리피드 필름층(130); 다공성 템플레이트(120); 튜브형 구조물(140);을 포함하는 튜브형 지질막이다.
상기 기판(200)은 본 발명에 따른 튜브형 지질막의 기본 베이스가 되는 것으로서, 그 형태나 크기, 재질은 특별히 제한되지 않으나, 그 중에서도 유리 기판을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 접착층(210)은 상기 기판(200) 위에 형성된 것으로, 그 위에 리피드 필름층(130)을 고정시키는 기능을 가진다. 상기 접착층(210)의 성분 역시 특별히 제한되지 않지만, 그 중에서도 자외선 경화형 폴리머로 이루어진 것이 바람직하다. 만약, 기판(200)과 리피드 필름층(130) 사이에 작은 공간이 있게 되면 리피드 필름층(130)을 수화하여 리피드 구조물을 생성할 때, 다공성 템플레이트(120)의 홀(121) 이외에 상기 기판(200)과 리피드 필름층(130) 사이의 공간에서도 리피드 구조물이 생성되는 문제점이 있는데, 자외선에 경화가 되는 폴리머를 이용하는 경우에는 상기 기판(200)과 리피드 필름층(130) 사이에 빈 공간이 생기지 않도록 접착시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 리피드 필름층(130)을 고정시키는 접착제는 리피드에 유해하지 않은 물질이어야 하는데, 이에 적합한 물질이 자외선에 경화가 되는 폴리머이며, 자외선을 약 30초 정도 쬐여주는 것만으로 쉽게 경화가 되므로 간편하게 기판(200)과 리피드 필름층(130)을 접착할 수 있다. 상기 자외선 경화형 폴리머로는 이 기술분야에 알려진 다양한 것을 모두 포함할 수 있고, 그 중에서도 polyurethane acrylate 계열의 자외선 경화 폴리머 및/또는 PEGDA와 같은 polyethylene glycol 계열의 자외선 경화 폴리머가 더욱 바람직하다.
상기 리피드 필름층(130)은 상기 접착층(210) 위에 형성된 것으로, 이로부터 튜브형 구조물(140)이 생성되는 것이다. 상기 리피드 필름층(130)은 리피드 물질을 주요성분으로 포함하는 코팅층일 수 있고, 상기 리피드 물질은 특별히 제한되지 않으며, 그 중에서도 DMPC(1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine)와 DOPS(1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine)가 혼합된 리피드 물질을 주요성분으로 포함하는 것이 리피드 수화에 가장 바람직하다.
건조된 리피드 필름을 수화하여 리피드 층간의 분리가 잘 일어나도록 하기 위해서는, 리피드 재질의 물리적인 특성인 유리전이온도 및 전기적인 특성인 전하량에 따라서 리피드 필름 수화 양상이 달라지기 때문에, 상기 유리전이온도 및 전하량을 고령하여 리피드 물질을 선택하는 것이 바람직하다. DMPC의 경우는 중성의 리피드로 유리전이온도는 24℃이며, DOPS의 경우는 음의 전하량을 가지는 리피드로 유리전이온도는 -11℃ 인데, 이것의 혼합이 본 발명에 따른 튜브형 구조물(140)을 형성하기에 가장 적합하였다. 또한, 상기 DMPC와 DOPS는 8:2의 비율로 혼합되어 있는 경우, 다른 비율로 혼합되어 있는 경우보다 튜브 형태의 리피드 구조물을 가장 안정적으로 형성할 수 있었다.
상기 다공성 템플레이트(120)는 상기 리피드 필름층(130) 내에 일부가 삽입되고, 홀(121)을 가지는 것이다. 즉, 상기 다공성 템플레이트(120)는 리피드 필름층(130)으로부터 튜브형 구조물(140)을 만들어 낼 수 있도록 홀(121)을 가지고, 상기 리피드 필름층(130) 위에 구비되어 있으며, 그것의 하단 일부가 상기 리피드 필름층(130) 내에 포함되어 있는 경우 상기 홀(121)을 통하여 튜브형 구조물(140)을 만들어 내기가 용이하다.
상기 다공성 템플레이트(120)의 두께는 특별히 제한되지는 않지만, 1㎛~100㎛ 범위 내의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 최소한 1 ㎛ 이상의 두께를 가져야만 리피드 구조물이 튜브 형태로 형성되는 것을 유도할 수 있다. 그 중에서도 상기 다공성 템플레이트(120)는 5~15 ㎛ 범위 내의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하고, 약 10 ㎛ 의 두께를 갖는 것이 가장 바람직하다. 상기 다공성 템플레이트(120)의 두께가 1㎛ 미만이면 리피드 구조물이 튜브 형태로 형성되기가 어렵고, 100㎛를 초과하면 튜브형 구조물의 길이가 짧게되는 단점이 있다.
또한, 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)의 크기는 특별히 제한되지는 않지만, 100nm~10㎛ 범위 내의 직경을 가질 수 있고, 300~500 nm 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하며, 그 중에서도 약 400 nm 의 직경을 갖는 것이 가장 바람직하다. 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)의 직경 및 두께의 비율이 높을수록 뷰브 형태의 리피드 구조물을 형성하는 유도 능력이 크기 때문에, 최소한 100 nm 이상의 직경을 갖는 것이 바람직하고, 10㎛ 를 초과하면 가늘고 긴 튜브 형상을 만들기에 부적합하다. 이와 함께, 상기 홀(121)의 크기를 약 300~500 nm 로 하면, 실제 섬모와 유사한 크기의 구조물을 제조할 수 있는 장점도 있다.
상기 튜브형 구조물(140)은 상기 리피드 필름층(130)으로부터 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 관통하여 형성된 것이다. 즉, 상기 튜브형 구조물(140)은 상술한 바와 같이 버퍼에 의한 수화 반응에 의하여, 상기 리피드 필름층(130)으로부터 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 관통하여 가늘고 긴 섬모형상으로 형성될 수 있다.
상기 튜브형 구조물(140)은 상기 기판(200)에 대하여 수직한 방향으로 형성되어 섬모 형상을 가지는 것이 가능하고, 수화 반응에 의한 층간 분리로 상기 튜브형 구조물(140)은 리피드로 형성된 외부막과 상기 외부막에 의해 둘러싸인 내부공간을 가질 수 있다.
이러한 본 발명은 리피드 재질을 이용해서 기판 위에 형성된 가늘고 긴 튜브형의 인공생체막 구조물을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은 종래의 평면형 또는 구형 리포좀 구조의 이중막 보다 질병의 근본 원인 인자인 생체신호를 더욱 효과적으로 감지할 수 있는 튜브(tube)형 또는 섬모(cilia) 형상을 갖는 지질막(lipid membrane)을 제공할 수 있다. 그리고, 본 발명은 세포의 안테나로서 핵심적인 기관인 섬모(cilia)의 구조적 및/또는 기능적 특성을 가지는 생체모사 튜브형 지질막을 통하여, 섬모의 핵심기능인 생체신호 감지기능을 모사할 수 있는 효과가 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자의 전체적인 구성을 나타내는 개략도이고, 도 11는 도 10의 개념도이며, 도 12는 본 발명에 따른 튜브형 지질막이 이온 채널을 포함하고 있는 양상을 설명하기 위한 모식도이다.
여기에 도시된 본 발명의 다른 구체예는 상기한 튜브형 지질막; 단백질 수용체(300); 및 이온 감지부(400);를 포함하여 이루어진 생체막 소자이다.
상기 튜브형 지질막은 실제 섬모의 구성물질인 리피드 재질에 의해 제조된 것으로, 가늘고 긴 튜브형의 인공생체막 구조물이다. 이렇게 제작된 섬모형태의 인공생체막 구조물을 이용하여 생체신호 감지용 센서 소자로 응용하기 위해서는, 생체신호에 특이적인 단백질 수용체(300)를 섬모형태의 인공생체막 구조물에 결합하고, 수용체의 반응에 따라서 변화되는 이온 농도를 감지하기 위한 이온 감지부(400) 또는 전극을 포함시키는 것이 바람직하다.
상기 단백질 수용체(300)는 상기 튜브형 지질막의 외부막에 포함된 것이다. 그래서, 상기 단백질 수용체(300)는 타켓물질이 결합되는 경우 이온의 유입 또는 유출이 이루어지는 이온채널(ion channel)을 가지는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 튜브형 지질막의 외부막에 단백질 수용체(300)를 결합시키는 방법이나 형태는 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 널리 알려진 다양한 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 종래의 평면형 또는 구형의 리피드 인공생체막 구조물에 수용체를 결합시키는 방법을 이용할 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 튜브형 지질막의 외부막에 단백질 수용체(membrane protein receptor)를 결합시키는 방법의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
여기에 나타난 바와 같이, 본 발명은 수용액 상에 micelle에 의해 안정화되어 있는 막단백질을 suspended 리피드 막에 결합하는 방법(a1)에 의하거나, 수용액 상에 micelle 에 의해 안정화되어 있는 막단백질을 먼저 고체 기판 위에 고정화한 다음 리피드 vesicle을 첨가하여 막단백질을 리피드 막에 결합하는 방법(a2)에 의하거나, 애초에 막단백질이 결합되어 있는 proteoliposome을 이미 형성되어 있는 suspended 리피드 막에 융합하는 방법(b1)에 의하거나, 막단백질이 결합되어 있는 proteoliposome을 고체 기판 위에 첨가하여 고체 기판 표면에서 자가조립하여 막단백질이 융합된 리피드 막을 형성하는 방법(b2)에 의하거나, 실제 세포막을 직접 뜯어내어 막단백질 포함되어 있는 리피드 막을 제조하는 방법(c2)에 의하거나, 실제 세포막에서 분리된 proteovesicle을 고체 기판 위에 첨가하여 고체 기판 표면에서 자가조립하여 막단백질이 포함된 리피드 막을 형성하는 방법(c2)에 의하여, 본 발명에 따른 튜브형 구조물(140)의 외부막에 단백질 수용체(300)를 결합시킬 수 있다.
상기 이온 감지부(400)는 상기 튜브형 지질막의 내외부 이온 변화를 감지하는 물질로 이루어진 것이다. 이에 따라, 상기 이온 감지부(400)는 상기 단백질 수용체(300)를 통한 이온의 유입 또는 유출에 의한 이온 농도 변화를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 상기 이온 감지부(400)는 전극(eletrode)이거나 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 물질로 이루어진 것이 바람직하고, 특별히 상기 튜브형 지질막의 내부공간에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 생체막 소자 및/또는 튜브형 지질막에 이온 감지부(400)를 구비시키는 방법이나 형태는 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 널리 알려진 다양한 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 종래의 평면형 또는 구형의 리피드 인공생체막 구조물에 전극을 구비시키는 방법을 이용할 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 튜브형 지질막에 이온 감지부를 부가하는 방법을 설명하기 위한, 종래의 평면형 리피드 구조물의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 15는 본 발명에 따른 튜브형 지질막에 이온 감지부를 부가하는 방법을 설명하기 위한, 종래의 구형 리피드 구조물의 일례를 나타내는 단면도이다.
예를 들어, 도 14의 평면형 리피드 인공생체막 구조물을 이용하여 이온농도변화를 측정한 예에서 볼 수 있듯이, 기본적인 원리는 리피드 막으로 이루어진 구조물의 안과 밖의 이온농도변화를 측정하기 위해서, 리피드 막의 안쪽에 제1 전극을 위치시키고 상기 리피드 막의 바깥쪽에는 또 다른 제2 전극을 구비시킨 후, 상기 두 전극 사이의 전기적인 특성 변화를 측정하는 것이 가능하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 섬모형태의 리피드 구조물에 전극을 도입할 수 있는 하나의 방법은 상기 이온 감지부(400)를 상기 튜브형 지질막의 기판(200)에 형성하는 것이다. 예를 들어, 상기 튜브형 지질막의 다공성 템플레이트(120)에 형성된 홀(121)에 대응되는 위치에 전극을 구비시키는 것이 가능하다. 또한, 상기 기판(200)에서 수직인 방향으로 입체형상의 3차원 전극이 상기 다공성 템플레이트(120)의 홀(121)을 통과하도록 해서, 상기 튜브형 지질막의 내부 공간에 전극을 위치시키는 것도 가능하다.
이러한 본 발명은 튜브형 지질막에 더하여. 타켓물질의 결합에 의해 이온의 유입 또는 유출이 이루어지는 이온채널(ion channel)과 이에 따른 이온 변화를 감지하는 이온 감지부가 더 포함된 생체모사 섬모(cilia) 기반의 생체신호 감지 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 : 튜브형 지질막의 제조
먼저, PDMS로 이루어진 지지체를 준비하고, 그 위에 400nm의 홀을 가진 두께 10㎛의 다공성 템플레이트(porous tamplate)를 올려 놓았다. 그리고, DMPC(1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine)와 DOPS(1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine)가 8:2의 비율로 혼합되어 있는 리피드 물질을 메탄올 용매에 용해하여 리피드 용액을 준비하였다. 이어서, 상기 준비한 리피드 용액 3㎕를 상기 다공성 템플레이트 위에 떨어뜨리고, 약 10분 동안 용매를 증발시켜서 상기 다공성 템플레이트 위에 리피드 필름이 코팅된 서브스트레이트(substrate)를 제조하였다.
이와는 별도로, 유리 기판 위에 polyurethane 계열의 자외선 경화 폴리머(한국 미뉴타텍 사의 PUA311RM 제품) 3㎕를 떨어뜨려서, 자외선 경화 폴리머가 형성된 기판을 준비하였다.
그런 다음, 상기 제조한 서브스트레이트의 리피드 필름이 아래쪽을 향하게 하여, 상기 기판의 자외선 경화 폴리머에 접촉시키고, 약 30초 동안 자외선을 가하여 상기 자외선 경화 폴리머를 경화시키었다.
이어서, 상기 서브스트레이트의 PDMS 지지체를 들어내어 제거하였다.
이후에는, 상기 PDMS 지지체가 제거된 서브스트레이트 위에, 키토산이 포함된 PBS 버퍼 약 10㎕를 떨어뜨려 주었다.
이에 따르면, 상기 PBS 버퍼는 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하여 상기 리피드 필름과 반응하게 되고, 그러면 상기 리피드 필름이 수화되면서 리피드 층들이 분리되게 되며, 이렇게 부풀어 오른 리피드 층은 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하여 가늘고 긴 튜브 형상의 구조물을 형성하게 된다.
도 16 내지 도 18은 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 튜브형 지질막의 일례를 나타내는 사진이다.
즉, 다공성 템플레이트의 각 홀에서 수직 방향으로 튜브형 구조물이 돌출되어 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 도 16 및 도 17에서 이미지가 흐릿한 것은, 제작된 뷰브형 구조물이 3차원 형상이고, 고정되어 있지 않으며, 버퍼의 미세한 흐름에 따라 계속 움직이는 상태이기 때문이다.
이러한 본 발명은 튜브(tube)형 또는 섬모(cilia) 형상을 갖는 지질막(lipid membrane)을 이용함으로서, 종래의 평면형 또는 구형 리포좀 구조의 이중막 보다 질병의 근본 원인 인자인 생체신호를 더욱 효과적으로 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 세포의 안테나로서 핵심적인 기관인 섬모(cilia)의 구조적 및/또는 기능적 특성을 가지는, 생체모사 섬모(cilia) 기반의 생체신호 감지 기술을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
100 : 서브스트레이트
110 : 지지체
120 : 템플레이트
121 : 홀
130 : 필름층
140 : 튜브형 구조물
150 : 버퍼
200 : 기판
210 : 접착층

Claims (19)

  1. 지지체 일 면에, 홀(hole)을 가지는 다공성 템플레이트(porous tamplate)를 위치시키고, 상기 다공성 템플레이트 위에 리피드 용액을 가한 후 건조시켜서 형성된 리피드 필름층을 포함하는 서브스트레이트(substrate)를 준비하는 단계;
    기판 일 면에 형성된 접착층에 상기 서브스트레이트의 리피드 필름층을 접착시키고, 상기 서브스트레이트의 지지체를 제거하는 단계; 및
    상기 지지체가 제거된 서브스트레이트의 리피드 필름층에 버퍼를 가하여 수화시킴으로서, 상기 리피드 필름층으로부터 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하는 튜브형 구조물(tubular structure)을 형성하는 단계;를 포함하는 튜브형 지질막(tubular lipid membrane)의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리피드 용액은 리피드 물질이 메탄올 용매에 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지체를 제거하는 단계는,
    기판 일 면에 자외선 경화형 폴리머를 형성하는 단계;
    상기 자외선 경화형 폴리머에 상기 서브스트레이트의 리피드 필름층을 접촉시키고, 자외선을 가하여 상기 자외선 경화형 폴리머를 경화시키는 단계; 및
    상기 자외선 경화형 폴리머가 경화된 서브스트레이트에서 지지체를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 튜브형 구조물을 형성하는 단계는,
    상기 지지체가 제거된 서브스트레이트 상에 키토산이 포함된 버퍼를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해,
    상기 기판, 상기 접착층, 상기 리피드 필름층, 및 상기 다공성 템플레이트를 포함하되, 상기 리피드 필름층으로부터 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하여 형성된 튜브형 구조물을 포함하여 제조된 튜브형 지질막.
  6. 기판;
    상기 기판 위에 형성된 접착층;
    상기 접착층 위에 형성된 리피드 필름층;
    상기 리피드 필름층 내에 일부가 삽입되고, 홀(hole)을 가지는 다공성 템플레이트(porous tamplate);
    상기 리피드 필름층으로부터 상기 다공성 템플레이트의 홀을 관통하여 형성된 튜브형 구조물(tubular structure);을 포함하는 튜브형 지질막(tubular lipid membrane).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접착층은 자외선 경화형 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 리피드 필름층은 DMPC와 DOPS가 혼합된 리피드 물질을 주요성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 템플레이트는 1㎛~100㎛ 범위 내의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 템플레이트의 홀은 100nm~10㎛ 범위 내의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 튜브형 구조물은 상기 기판에 대하여 수직한 방향으로 형성되어 섬모 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 튜브형 구조물은 리피드로 형성된 외부막과 상기 외부막에 의해 둘러싸인 내부공간을 갖는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 튜브형 지질막;
    상기 튜브형 지질막의 외부막에 포함된 단백질 수용체(membrane protein receptor); 및
    상기 튜브형 지질막의 내외부 이온 변화를 감지하는 물질로 이루어진 이온 감지부;를 포함하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이온 감지부는 상기 튜브형 지질막의 내부공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 이온 감지부는 상기 튜브형 지질막의 다공성 템플레이트에 형성된 홀에 대응되는 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 이온 감지부는 상기 튜브형 지질막의 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 이온 감지부는 전극(eletrode)이거나 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 단백질 수용체는 타켓물질이 결합되는 경우 이온의 유입 또는 유출이 이루어지는 이온채널(ion channel)을 가지는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이온 감지부는 상기 이온의 유입 또는 유출에 의한 이온 농도 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 튜브형 지질막을 가지는 생체막 소자.

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