KR101768664B1 - 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치 - Google Patents

마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일성과 신뢰성이 향상된 자기조립단층을 형성하는 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판 제조방법은 (a) 베이스 기판을 세척하는 단계; (b) 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액에 상기 베이스 기판을 제공하는 단계; 및 (c) 상기 표면처리 용액이 수용된 용기의 내부에 전계를 형성하면서 상기 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치 {Method and apparatus for producing micro-array substrate}
본 발명은 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일성과 신뢰성이 향상된 자기조립단층을 형성하는 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치에 관한 것이다.
최근 들어, 게놈 프로젝트가 발전하면서 다양한 유기체의 게놈 뉴클레오타이드 서열이 밝혀짐에 따라 바이오 마이크로칩, 특히 마이크로 어레이에 대한 관심이 증가하고 있다. 마이크로 어레이는 유전자 발현분석(expression profiling), 유전자형 분석(genotyping), SNP와 같은 돌연변이(mutation) 및 다형(polymorphism)의 검출, 단백질 및 펩티드 분석, 잠재적인 약의 스크리닝, 신약 개발과 제조 등에 널리 사용되고 있다.
상기 열거된 분석이나 검출을 위해 사용되는 마이크로 어레이는 기판 상에 다수의 올리고머 프로브를 구비해야 하며, 다수의 올리고머 프로브들은 영역별로 서로 다른 서열을 가지고 기판 상에 고정되어 있다. 이때, 보다 안정적이고 집적된 올리고머 프로브를 고정하기 위해 기판 상에 올리고머 프로브의 커플링을 매개하는 작용기층, 즉 자기조립단층(Self-Assembled Monolayer; SAM)을 형성할 수 있다. 이후, 작용기층 위에 DNA, 단백질 등을 부착하는 등의 단계를 거쳐서 마이크로 어레이가 제작, 사용되고 있다. 이러한 방법으로 작용기층인 자기조립단층이 형성된 마이크로 어레이 기판을 생산할 때에 여러 번의 공정 단계를 거쳐야 하는 어려움이 있어서, 마이크로 어레이 기판의 신뢰성이나 양산성에서 문제가 있어 왔다.
한편, 종래기술에 마이크로 어레이 기판을 제조하기 위해서 알콜 등과 같은 용매에 올리고머 프로브의 커플링을 매개하는 작용기층 물질을 용해한 용액에 슬라이드 글라스를 담금(dipping)으로써 작용기층을 형성하는 방법도 제시되어 있으나, 이러한 담금법의 경우에 자유롭게 이동하는 작용기층 물질의 이온들 중에서 슬라이드 글라스의 표면에 도달하는 작용기층 물질의 이온만 슬라이드 글라스의 표면에 결합하게 되므로, 작용기층의 형성 속도가 느리고, 슬라이드 글라스 표면의 위치에 따라 작용기층 물질의 이온이 도달하는 양이 다를 수 있어 슬라이드 글라스 표면 전체에 고르게 작용기층을 형성하는 것이 용이하지 않다. 이로 인해 마이크로 어레이 기판의 양산성이 매우 낮고, 균일성과 신뢰성도 떨어지는 문제점이 발생한다.
한국등록특허공보 제10-0359941호
본 발명은 표면처리 용액에 전계를 형성하여 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성함으로써, 자기조립단층의 균일성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판 제조방법은 (a) 베이스 기판을 세척하는 단계; (b) 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액에 상기 베이스 기판을 제공하는 단계; 및 (c) 상기 표면처리 용액이 수용된 용기의 내부에 전계를 형성하면서 상기 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계 내지 (c) 단계는 상기 베이스 기판을 이송하면서 수행할 수 있다.
상기 (c) 단계에서는 상기 베이스 기판이 제공되는 영역에 전계를 형성할 수 있다.
상기 (c) 단계에서는 상기 베이스 기판의 표면에 수직한 전계를 형성할 수 있다.
상기 (c) 단계에서는 0.01 내지 0.3 V/m의 전계를 형성하여 상기 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성할 수 있다.
세척된 상기 베이스 기판의 표면을 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 표면처리 용액은 0.2 내지 1 wt%의 상기 표면개질 물질을 포함할 수 있다.
상기 표면개질 물질은 -NH2, -SH, -COOH, -CHO, 아크릴릭(acrylic), 시아나토(cyanato), 라이신(lysine), L-라이신(L-lysine), 폴리라이신(polylysine), 폴리 L-라이신(poly-L-lysine), 아민, 알데히드, 에폭시, 티올기, 실라놀기, 포스핀기 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 작용기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 어레이 기판 제조장치는 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액이 수용된 용기; 베이스 기판을 상기 용기의 내부로 이동시키는 기판 이송부; 상기 용기의 내부에 전계를 형성하는 전계 형성부; 및 상기 전계 형성부에 전원을 인가하는 전원공급부를 포함하고, 상기 전계 형성부에 의해서 상기 용기의 내부에 전계가 형성된 상태에서 상기 베이스 기판의 표면에 상기 표면개질 물질로 이루어진 자기조립단층을 형성할 수 있다.
상기 전계 형성부는 상기 베이스 기판을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 전계 형성부는 0.01 내지 0.3 V/m의 전계를 형성할 수 있다.
상기 베이스 기판을 세척하는 세척부; 세척된 상기 베이스 기판의 표면을 활성화하는 전처리부; 및 상기 용기에서 반출된 상기 베이스 기판에 세척, 건조, 열처리 중 적어도 어느 하나를 수행하는 후처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치에서는 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액에 베이스 기판을 사이에 두고 전계를 형성하면서 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성함으로써, 표면개질 물질의 결합 속도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 마이크로 어레이 기판의 양산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 표면처리 용액에 전계를 형성하여 표면개질 물질의 이온들을 일정한 방향으로 베이스 기판의 표면에 유도할 수 있어 베이스 기판의 표면 위치에 따라 표면개질 물질의 결합률이 변화하지 않고 표면개질 물질이 베이스 기판의 표면에 일정하게 결합될 수 있고, 이에 따라 균일성과 신뢰성이 향상된 마이크로 어레이 기판을 제조할 수 있다.
그리고 마이크로 어레이 기판을 제조하는 공정을 베이스 기판을 이송시키면서 인라인(In-line) 공정으로 수행하여 마이크로 어레이 기판의 양산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립단층의 구조를 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판의 제조공정을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 어레이 기판의 제조장치를 나타낸 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
마이크로 어레이 칩은 다수의 올리고머 프로브를 구비해야 하는데, 다수의 올리고머 프로브들은 영역별로 서로 다른 서열을 가지고 마이크로 어레이 기판 상에 고정되어야 한다. 마이크로 어레이 기판에 보다 안정적이고 집적된 올리고머 프로브를 고정하기 위해 올리고머 프로브의 커플링을 매개하는 작용기를 포함하는 자기조립단층(Self-Assembled Monolayer; SAM)을 형성하여 베이스 기판(100)의 표면을 표면개질하는 과정이 필요하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기조립단층의 구조를 나타내는 개념도로서, 베이스 기판(100) 상에 형성되는 자기조립단층(110)은 베이스 기판(100) 표면과 결합할 수 있는 헤드 그룹(head group, 111), 주로 알킬 사슬로 구성되는 백본(backbone, 112) 및 기능성을 부여할 수 있는 작용기를 포함하는 엔드 그룹(end group, 113)으로 구성된다.
헤드 그룹(111)은 베이스 기판(100)의 종류에 따라서 선택할 수 있는데, 흔히 사용되는 슬라이드 글라스(유리)나 규소의 경우에는 실란계가 선택되고, 베이스 기판(100)이 금속인 경우에는 티올계(-SH)가 선택될 수 있다. 그리고 헤드 그룹과 엔드 그룹을 연결하는 백본(112)은 하이드로 카본 체인이나 플로 카본 체인들일 수 있다. 마지막으로, 엔드 그룹(113)은 이후 반응이 될 부분, 즉 어떤 물질을 붙일 것이냐에 따라서 다양한 작용기 중에서 선택될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판의 제조공정을 나타낸 개략도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판 제조방법은 (a) 베이스 기판을 세척하는 단계(S100); (b) 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액에 상기 베이스 기판을 제공하는 단계(S200); 및 (c) 상기 표면처리 용액이 수용된 용기의 내부에 전계를 형성하면서 상기 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
먼저, 베이스 기판(100)을 세척한다(S100). 베이스 기판(100)은 마이크로 어레이 기판을 형성하는 가장 기본적인 구성으로, 후술하는 자기조립단층을 지지하고 마이크로 어레이 기판의 기본 구조를 구성하는 역할을 수행하는데, 유리, 금속, 고분자, 실리콘, 화합물 반도체 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 마이크로 어레이 기판의 제조가 수행되는 용기(210) 내부에 베이스 기판(100)이 제공되기 전에, 베이스 기판(100)은 표면에 이물질이 존재하지 않도록 다양한 방법을 통해 세척될 수 있다. 예를 들어, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 초순수(DI water) 순으로 10분씩 초음파 세척을 하여 표면의 이물질과 먼지 등을 제거할 수 있다.
다음으로, 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액(211)에 베이스 기판(100)을 제공한다(S200). 다양한 방법으로 베이스 기판(100)을 표면처리 용액(211)에 제공할 수 있는데, 세척된 베이스 기판(100)을 표면처리 용액(211)이 수용된 용기(200) 내부로 도입하여 표면처리 용액(211)에 베이스 기판(100)을 제공할 수 있다. 표면개질 물질은 자기조립단층(110)의 엔드 그룹(113)을 구성하는 -NH2, -SH, -COOH, -CHO, 아크릴릭(acrylic), 시아나토(cyanato), 라이신(lysine), L-라이신(L-lysine), 폴리라이신(polylysine), 폴리 L-라이신(poly-L-lysine), 아민, 알데히드, 에폭시, 티올기, 실라놀기, 포스핀기 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 작용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(100)이 유리인 경우에는 베이스 기판(100)의 표면에 결합되는 헤드 그룹(111)으로 실란계가 선택될 수 있는데, 표면개질 물질은 -NH2, -SH, -COOH, -CHO, 아크릴릭(acrylic), 시아나토(cyanato), 라이신(lysine), L-라이신(L-lysine), 폴리라이신(polylysine), 폴리 L-라이신(poly-L-lysine), 아민, 알데히드, 에폭시, 티올기, 실라놀기, 포스핀기 중 선택된 적어도 어느 하나의 작용기를 포함하는 실란계 물질로서, 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane; APTES) 등일 수 있다. 한편, 베이스 기판(100)는 기판 이송부(220)에 의해 이송되어 표면처리 용액(211)이 수용된 용기(210)의 내부에 도입될 수 있다.
이후에, 표면처리 용액(211)이 수용된 용기(210)의 내부에 전계를 형성하면서 베이스 기판(100)의 표면에 자기조립단층(110)을 형성한다(S300). 이때, 표면처리 용액(211)에 전계를 형성하고, 형성된 전계 내부에 베이스 기판(100)을 위치시켜 베이스 기판(100)의 표면에 자기조립단층(110)을 형성할 수 있으며, 직류 또는 교류 전원(예를 들어, RF 전원)을 인가하여 전계를 형성할 수 있다. 베이스 기판(100)이 표면처리 용액(211)에 제공되면, 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)의 표면에 도달하여 결합함으로써 자기조립단층(110)이 형성될 수 있는데, 표면처리 용액(211)에 전계를 형성하게 되면, 상기 표면개질 물질의 이온들이 베이스 기판(100)의 표면으로 유도되어 자기조립단층(110)의 형성률 및 형성 속도가 향상될 수 있다. 이에 따라 자기조립단층(110)의 형성 효과를 최대화할 수 있고, 마이크로 어레이 기판의 양산성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 표면개질 물질로 -NH2, -SH, -COOH, -CHO, 아크릴릭(acrylic), 시아나토(cyanato), 라이신(lysine), L-라이신(L-lysine), 폴리라이신(polylysine), 폴리 L-라이신(poly-L-lysine), 아민, 알데히드, 에폭시, 티올기, 실라놀기, 포스핀 중 선택된 적어도 어느 하나의 작용기를 포함하는 실란계 물질을 사용하는 경우에 실란계 물질에 포함된 실리콘이 베이스 기판(100)의 표면에 결합됨으로써 자기조립단층을 형성한다.
상기 표면개질 물질의 이온들은 극성을 띠고 있어서 표면처리 용액(211)에 전계를 형성하면 극성에 따라 상기 표면개질 물질의 이온들이 일정한 방향으로 유도되게 된다. 예를 들어, 양이온을 띠는 NH+ 이온은 (-) 전극 방향으로 유도되는데, 이러한 경우에 NH+ 이온이 (-) 전극 주위에 몰리게 되고, 베이스 기판(100)을 (-) 전극에 가까이 배치하면 베이스 기판(100)의 표면에 NH+ 이온이 활발히 결합하게 된다. 이에 따라 자기조립단층(110)의 형성률 및 형성 속도가 향상될 수 있다.
표면처리 용액(211)에 전계를 형성하지 않는 종래기술과는 달리 본 발명에서는 표면처리 용액(211)에 전계를 형성하고 형성된 전계 내부에 베이스 기판(100)을 위치시켜 상기 전계에 의해 베이스 기판(100)의 전체 영역에 균일하게 상기 표면개질 물질이 제공되어 베이스 기판(100)의 전체 표면에 균일한 특성의 자기조립단층(110)을 형성할 수 있게 된다. 이에 베이스 기판(100)의 표면 위치에 따라 상기 표면개질 물질의 결합률이 변화하지 않고 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)의 표면에 일정하게 결합될 수 있어서 균일성과 신뢰성이 향상된 마이크로 어레이 기판을 제조할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서는 베이스 기판(100)이 제공되는 영역에 전계를 형성할 수 있다. 이때, 베이스 기판(100)의 양측에서 중간 영역에 전계를 형성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(231)이 베이스 기판(100)의 상부에 베이스 기판(100)의 상부면과 대향하고 베이스 기판(100)의 하부에 베이스 기판(100)의 하부면과 대향하여 서로 대칭적으로 배치됨으로써 복수의 전극(231)의 사이 공간에 전계를 형성할 수 있다. 여기서, 베이스 기판(100)의 상부면은 상기 표면개질 물질이 결합되는 베이스 기판(100)의 표면일 수 있다. 이러한 경우, 결합되는 상기 표면개질 물질의 극성에 따라 이에 대응되는 극성의 전극(231) 쪽으로 베이스 기판(100)을 배치하면, 베이스 기판(100)의 표면에 활발하게 상기 표면개질 물질이 결합될 수 있다. 이에 자기조립단층(110)의 형성률 및 형성 속도가 향상될 수 있다. 또한, 전극(231)과 베이스 기판(100)이 서로 나란히 배치되면, 베이스 기판(100)의 표면과 수직한 방향으로 전계가 형성될 수 있다.
그리고 상기 (c) 단계에서는 베이스 기판(100)의 표면에 수직한 전계를 형성할 수 있다. 이러한 경우, 상기 표면개질 물질이 결합되는 베이스 기판(100)의 표면과 수직한 방향으로 형성된 전계로 인해 베이스 기판(100)의 표면에 상기 표면개질 물질이 수직하게 유도됨으로써 효과적으로 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)의 표면에 결합되고, 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다. 또한, 전계가 베이스 기판(100)의 전체 영역에 균일하게 분포하여 상기 전계에 의해 베이스 기판(100)의 전체 영역에 균일하게 상기 표면개질 물질이 제공됨으로써 베이스 기판(100)의 전체 표면에 균일한 특성의 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다. 이에 베이스 기판(100)의 표면 위치에 따라 상기 표면개질 물질의 결합률이 변화하지 않고 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)의 표면에 일정하게 결합될 수 있어서 마이크로 어레이 기판의 균일성과 신뢰성이 향상될 수 있다.
한편, 표면처리 용액(211)은 0.2 내지 1 wt%의 상기 표면개질 물질을 포함할 수 있다. 상기 표면개질 물질의 농도가 0.2 wt%보다 낮게 되면, 전계에 의해 유도될 수 있는 상기 표면개질 물질의 이온들의 양이 작아 베이스 기판(100)의 표면에 자기조립단층(110)의 형성 속도가 너무 느리게 되어 전체적인 마이크로 어레이 기판의 제조공정이 오래 걸리게 되고, 마이크로 어레이 기판의 양산성이 저하된다. 이는 인라인(In-line) 방식으로 마이크로 어레이 기판을 제조할 경우에 더욱 문제가 되는데, 베이스 기판(100)의 표면에 자기조립단층(110)을 형성하는 단계에서 계속 정체가 되어 인라인 공정의 장점이 없어지게 한다.
반면에, 상기 표면개질 물질의 농도가 1 wt%보다 높게 되면, 베이스 기판(100)의 표면에 자기조립단층(110)의 형성 속도가 너무 빠르게 되어 자기조립단층(110)의 형성 두께를 제어하기 어려워진다. 상기 표면개질 물질의 농도가 1 wt%보다 높은 경우, 짧은 시간에도 자기조립단층(110)의 두께가 늘어나게 되는데, 이로 인해 시간만을 조절하여 자기조립단층(110)의 형성 두께를 제어하기 어렵다. 하지만, 상기 표면개질 물질의 농도가 1 wt% 이하인 경우에는 상기 표면개질 물질의 농도를 일정하게 유지하면, 시간에 따라 자기조립단층(110)의 형성 두께를 제어할 수 있다. 그리고 상기 표면개질 물질의 농도가 너무 높으면, 전계에 의해 유도되어 전극 주위에 극성을 띠는 상기 표면개질 물질의 이온들이 너무 많아짐으로써 전계에 영향을 줄 수도 있다.
또한, 종래에는 상기 표면개질 물질의 농도가 1 wt%보다 높아도 자기조립단층(110)의 형성 속도가 빠르지 않았는데, 본 발명에서는 표면처리 용액(211)에 전계를 형성하여 자기조립단층(110)의 형성률 및 형성 속도를 향상시킴으로써 상기 표면개질 물질의 농도가 1 wt%보다 높을 필요없이 상기 표면개질 물질의 농도가 1 wt% 이하인 경우에도 효과적으로 베이스 기판(100)의 표면에 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 표면개질 물질의 사용량을 감소시킬 수 있다. 또한, 용기(210) 내부의 표면처리 용액(211)에 상기 표면개질 물질의 농도를 일정하게 유지시키기 위해서, 용기(210)의 일부분에 상기 표면개질 물질의 공급 수단(미도시)를 마련하여 표면처리 용액(211)에 상기 표면개질 물질의 농도가 일정하도록 상기 표면개질 물질을 공급할 수도 있다. 이러한 경우, 시간이 지남에 따라 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)에 결합됨으로 인한 상기 표면개질 물질의 농도가 낮아지는 문제를 해결할 수 있다.
상기 (c) 단계에서는 0.01 내지 0.3 V/m의 전계를 형성하여 상기 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성할 수 있다. 표면처리 용액(211)에 0.01 V/m보다 낮은 전계를 형성하게 되면, 상기 표면개질 물질의 이온들을 베이스 기판(100)의 표면으로 유도하는 효과가 미미하게 되며, 상기 표면개질 물질의 이온들이 베이스 기판(100)의 표면으로 가지 못하고 대부분 전계를 형성하는 전극(231) 등에 쌓이게 된다. 이는 전계 형성의 장점이 없어지게 한다.
반면에, 표면처리 용액(211)에 0.3 V/m보다 높은 전계를 형성하게 되면, 베이스 기판(100)의 표면으로 상기 표면개질 물질의 이온들이 유도되지만, 전계가 너무 강하여 상기 표면개질 물질의 이온들이 너무 빠른 속도로 이동하게 됨으로써 베이스 기판(100)의 표면에 결합되지 못하고 물리적으로 충돌하게 되며, -OH기에 영향을 주어 -OH기가 베이스 기판(100)의 표면에서 떨어져 나갈 수도 있다. 또한, 전계를 형성하는 전극(231) 사이에 강한 필드가 형성되어 베이스 기판(100) 하부의 전극(231)으로 많은 양의 상기 표면개질 물질의 이온들이 이동하게 되고, 용액에 전계를 형성하기 때문에 높은 전계가 형성되면 안정성에 문제가 발생할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 마이크로 어레이 기판 제조방법은 세척된 베이스 기판(100)의 표면을 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 베이스 기판(100)의 표면을 활성화하는 단계에서는 베이스 기판(100)의 표면에 -OH기가 형성되도록 할 수 있다. 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)의 표면에 잘 결합하도록 세척된 베이스 기판(100)의 표면에 -OH기를 형성하여 베이스 기판(100)의 표면을 활성화하는데, 암모니아수(NH4OH), 과산화수소(H2O2), 탈이온수(DI water, H2O)를 1:1:5로 혼합한 RCA 용액에 세척된 베이스 기판(100)을 5 내지 20분간 침지하여 베이스 기판(100)의 표면에 염기(OH)를 형성함으로써 자기조립단층(110)의 형성이 잘 될 수 있도록 유도할 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(100)의 표면에 활성화된 OH- 기와 상기 표면개질 물질의 NH+ 기가 결합하여 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다. 한편, RCA 용액을 분사하며 베이스 기판(100)의 표면에 -OH기를 형성할 수도 있고, 다양한 방법으로 베이스 기판(100)의 표면에 -OH기를 형성할 수 있으며, 이 외에도 다양한 방법으로 베이스 기판(100)의 표면을 활성화할 수 있다.
상기 (a) 단계 내지 (c) 단계는 베이스 기판(100)을 이송하면서 수행할 수 있다. 본 발명에서는 베이스 기판(100)을 이송하면서 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 포함하여 모든 마이크로 어레이 기판의 제조공정을 인라인 공정으로 수행할 수 있다. 종래에는 베이스 기판(100)에 자기조립단층(110)을 형성하는 단계에서 많은 시간이 소요되므로, 인라인 공정을 수행하는데 한계가 있었다. 하지만, 본 발명에서는 표면처리 용액(211)에 전계를 형성하여 자기조립단층(110)의 형성률 및 형성 속도를 향상시킴으로써 베이스 기판(100)이 상기 전계를 형성하는 전극(231) 사이를 통과하는 것만으로 자기조립단층(110)을 형성할 수 있고, 이에 따라 마이크로 어레이 기판의 제조공정 중 베이스 기판(100)이 정체되지 않고 연속적으로 마이크로 어레이 기판의 제조공정이 진행될 수 있어 마이크로 어레이 기판의 양산성을 보다 더 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 어레이 기판의 제조장치를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 어레이 기판 제조장치를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 기판 제조방법과 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 어레이 기판 제조장치는 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액(211)이 수용된 용기(210); 베이스 기판(100)을 상기 용기(210)의 내부로 이동시키는 기판 이송부(220); 상기 용기(210)의 내부에 전계를 형성하는 전계 형성부(230); 및 상기 전계 형성부(230)에 전원을 인가하는 전원공급부(240)를 포함하고, 상기 전계 형성부에 의해서 상기 용기의 내부에 전계가 형성된 상태에서 상기 베이스 기판의 표면에 상기 표면개질 물질로 이루어진 자기조립단층을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 전계 형성부(230)를 통해 표면처리 용액(211)에 전계를 형성하면서 상기 베이스 기판(100)의 표면에 상기 표면개질 물질을 결합시켜 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다.
용기(210)는 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액(211)이 수용될 수 있다. 용기(210)는 상부가 개방되어 개방된 상부를 통해 베이스 기판(100)이 내부로 도입될 수 있고, 용기(210) 내부의 표면처리 용액(211)에 상기 표면개질 물질의 농도를 일정하게 유지시키기 위해 그 일부분에 상기 표면개질 물질을 공급하는 상기 표면개질 물질의 공급 수단(미도시)이 마련될 수도 있다.
기판 이송부(220)는 베이스 기판(100)을 용기(210)의 내부로 이동시킬 수 있는데, 마이크로 어레이 기판 제조공정의 모든 공정으로 연장되어 모든 공정에서 베이스 기판(100)을 이송시킬 수 있다. 이에 마이크로 어레이 기판 제조공정의 모든 공정을 인라인(In-line) 공정으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 기판 이송부(220)는 컨베이어 벨트(conveyor belt) 형태일 수 있는데, 베이스 기판(100)이 접촉되는 벨트(221)와 회전하여 벨트(221)를 이동시키는 회전롤러(222)로 구비될 수 있다. 이러한 경우, 베이스 기판(100)이 컨베이어 벨트를 따라 이동하면서 마이크로 어레이 기판의 제조공정이 연속적으로 수행될 수 있다. 이때, 베이스 기판(100)은 유리로 이루어진 기판을 사용하고, 벨트(221)는 폴리머 등의 고분자 물질로 이루어진 것을 사용할 수 있는데, 이렇게 하면 세척된 베이스 기판(100)의 표면에 -OH기를 형성하기 위해 활성화 용액을 베이스 기판(100)을 향하여 분사하였을 때에 베이스 기판(100)에만 -OH기가 형성되도록 할 수 있다. 이러한 이유는 고분자 물질의 표면에는 -OH기가 형성되지 않고, 유리 표면에는 -OH기가 형성되기 때문이다.
한편, 세척 공정, 표면 활성화 공정, 자기조립단층(110) 형성 공정, 건조 공정 등은 각각 독립적인 공간에서 이루어지고, 각 공간의 이송 로봇 등에 의해서 베이스 기판(100)이 기판 이송부(220)로 옮겨짐으로써 기판 이송부(220)를 통해 각 공간들이 연결되어 베이스 기판(100)이 이송될 수도 있다. 이러한 경우, 베이스 기판(100) 및/또는 벨트(221)의 재료 제한을 받지 않을 수 있다. 또한, 기판 이송부(220)는 베이스 기판(100)을 용기(210)의 내부로 이동시키기 위해 승강장치(미도시)를 포함할 수도 있는데, 기판 이송부(220)는 필요에 따라 알맞게 구성될 수 있다.
전계 형성부(230)는 용기(210)의 내부에 전계를 형성할 수 있는데, 상기 전계를 베이스 기판(100)의 표면 방향으로 형성하여 상기 표면개질 물질의 이온들을 베이스 기판(100)의 표면으로 유도할 수 있다. 이렇게 유도된 상기 표면개질 물질의 이온들은 베이스 기판(100)의 표면에 결합하여 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 표면개질 물질의 이온들이 베이스 기판(100)의 표면으로 유도되어 자기조립단층(110)의 형성률 및 형성 속도가 향상될 수 있다. 이에 따라 자기조립단층(110)의 형성 효과를 최대화할 수 있고, 마이크로 어레이 기판의 양산성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 베이스 기판(100)의 표면에 -OH기를 활성화시킬 수 있는데, 활성화된 OH- 기와 상기 표면개질 물질의 NH+ 기가 결합하여 자기조립단층(110)을 형성할 수도 있다. 이러한 경우, 베이스 기판(100)의 상부에 양극(+)을 걸어주고, 베이스 기판(100)의 하부에 음극(-)을 걸어줄 수 있는데, 상기 표면개질 물질의 NH+ 기가 음극(-) 방향으로 이동하게 되어 베이스 기판(100)의 표면으로 유도되고, 활성화된 OH- 기와 상기 표면개질 물질의 NH+ 기가 결합하여 자기조립단층(110)을 형성한다. 여기서, 베이스 기판(100)이 음극(-) 측에 위치하게 되면, 상기 표면개질 물질의 NH+ 기가 음극(-) 주위에 집중되어 있어 더욱 활발하게 상기 표면개질 물질의 NH+ 기가 베이스 기판(100)의 표면에 결합되어 자기조립단층(110)의 형성률과 형성 속도가 향상될 수 있다.
그리고 전계 형성부(230)는 베이스 기판(100)을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 전극(231)을 포함할 수 있는데, 서로 대향하는 전극(231)의 크기는 동일할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(231)이 베이스 기판(100)의 상부에 베이스 기판(100)의 상부면과 대향하고 베이스 기판(100)의 하부에 베이스 기판(100)의 하부면과 대향하여 서로 대칭적으로 배치됨으로써 복수의 전극(231)의 사이 공간에 전계를 형성할 수 있다. 여기서, 베이스 기판(100)의 상부면은 상기 표면개질 물질이 결합되는 베이스 기판(100)의 표면일 수 있다. 이러한 경우, 상기 표면개질 물질이 결합되는 베이스 기판(100)의 표면과 수직한 방향으로 전계가 형성되어 베이스 기판(100)의 표면에 상기 표면개질 물질이 수직하게 유도됨으로써 효과적으로 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)의 표면에 결합되고, 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다. 이에 전계가 베이스 기판(100)의 전체 영역에 균일하게 분포하여 상기 전계에 의해 베이스 기판(100)의 전체 영역에 균일하게 상기 표면개질 물질이 제공됨으로써 베이스 기판(100)의 전체 표면에 균일한 특성의 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다.
또한, 전계 형성부(230)는 0.01 내지 0.3 V/m의 전계를 형성할 수 있다. 표면처리 용액(211)에 0.01 V/m보다 낮은 전계를 형성하게 되면, 상기 표면개질 물질의 이온들을 베이스 기판(100)의 표면으로 유도하는 효과가 미미하게 되며, 상기 표면개질 물질의 이온들이 베이스 기판(100)의 표면으로 가지 못하고 대부분 전계를 형성하는 전극(231) 등에 쌓이게 된다. 이는 전계 형성의 장점을 없어지게 한다. 반면에, 표면처리 용액(211)에 0.3 V/m보다 높은 전계를 형성하게 되면, 베이스 기판(100)의 표면으로 상기 표면개질 물질의 이온들이 유도되지만, 전계가 너무 강하여 상기 표면개질 물질의 이온들이 너무 빠른 속도로 이동하게 됨으로써 베이스 기판(100)의 표면에 결합되지 못하고 물리적으로 충돌하게 되며, -OH기에 영향을 주어 -OH기가 베이스 기판(100)의 표면에서 떨어져 나갈 수도 있다. 그리고 전계를 형성하는 전극(231) 사이에 강한 필드가 형성되어 베이스 기판(100) 하부의 전극(231)으로 많은 양의 상기 표면개질 물질의 이온들이 이동하게 된다. 또한, 용액에 전계를 형성하기 때문에 높은 전계가 형성되면 안정성에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 마이크로 어레이 기판 제조장치는 베이스 기판(100)을 세척하는 세척부; 세척된 베이스 기판(100)의 표면을 활성화하는 전처리부; 및 용기(210)에서 반출된 베이스 기판(100)에 세척, 건조, 열처리 중 적어도 어느 하나를 수행하는 후처리부를 더 포함할 수 있다. 세척부는 베이스 기판(100)의 표면에 이물질이 존재하지 않도록 베이스 기판(100)을 세척할 수 있다.
전처리부는 상기 표면개질 물질이 베이스 기판(100)의 표면에 잘 결합하도록 세척된 베이스 기판(100)의 표면을 활성화할 수 있는데, 베이스 기판(100)의 표면에 -OH기가 형성되도록 할 수 있다.
후처리부는 용기(210)의 내부로 이동되어 자기조립단층(110)이 형성된 베이스 기판(100)이 반출되면, 반출된 베이스 기판(100)에 세척, 건조, 열처리 중 적어도 어느 하나를 수행할 수 있다. 이를 통해 마이크로 어레이 기판의 품질을 향상시키고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 마이크로 어레이 기판 제조장치는 세척부, 전처리부, 후처리부를 포함하여 마이크로 어레이 기판 제조공정의 모든 공정을 인라인 공정으로 수행할 수 있다. 따라서, 마이크로 어레이 기판의 양산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 전극(231)으로도 상기 표면개질 물질의 이온들이 이동하게 되는데, 전극(231)에 상기 표면개질 물질의 이온들이 일정량 쌓이게 되면, 더 이상 상기 표면개질 물질의 이온들이 전극(231)으로 이동하지 않고, 베이스 기판(100)의 표면에만 결합하게 된다. 그리고 베이스 기판(100)에 전극(231´)을 형성할 수도 있는데, 이러한 경우에 베이스 기판(100)의 표면과 대향하는 베이스 기판(100)의 상부에 위치한 전극(231)이 베이스 기판(100)의 면적과 동일하여야 한다. 베이스 기판(100)의 상부에 위치한 전극(231)이 베이스 기판(100)의 면적보다 크게 되면, 베이스 기판(100)의 면적을 벗어나는 부분에서는 전계가 수직으로 형성되지 못하고 베이스 기판(100)의 가장자리부에 상기 표면개질 물질의 이온들이 몰리게 되어 베이스 기판(100)의 전체 영역에 동일한 두께로 자기조립단층(110)을 형성할 수 없게 된다. 반대로, 베이스 기판(100)의 상부에 위치한 전극(231)이 베이스 기판(100)의 면적보다 작게 되면, 베이스 기판(100)에서 베이스 기판(100)의 상부에 위치한 전극(231)과 대향하는 부분에만 상기 표면개질 물질의 이온들이 집중되어 베이스 기판(100)의 전체 영역에 동일한 두께로 자기조립단층(110)을 형성할 수 없게 된다. 또한, 베이스 기판(100)과 접촉되는 기판 이송부(220)에 전극(231´)을 형성하거나 베이스 기판(100)의 하부에 위치한 전극(231)을 베이스 기판(100) 또는 기판 이송부(220)에 접촉시켜 베이스 기판(100)과 전기적으로 연결할 수도 있다. 이러한 경우에도 베이스 기판(100)의 상부에 위치한 전극(231)은 이와 대향하여 전계를 형성하는 전극(231 또는 231´)과 크기가 동일하여야 한다. 따라서, 두 전극(231)을 동일한 크기로 서로 대향하도록 배치하면, 베이스 기판(100)의 크기에 관계없이 베이스 기판(100)의 전체 영역에 동일한 두께로 자기조립단층(110)을 형성할 수 있다. 이때, 두 전극(231)의 크기는 베이스 기판(100)보다 항상 클 수 있는 큰 크기일 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액에 베이스 기판을 사이에 두고 전계를 형성하면서 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성함으로써, 표면개질 물질의 결합 속도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 마이크로 어레이 기판의 양산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 표면처리 용액에 전계를 형성하여 표면개질 물질의 이온들을 일정한 방향으로 베이스 기판의 표면에 유도할 수 있어 베이스 기판의 표면 위치에 따라 표면개질 물질의 결합률이 변화하지 않고 표면개질 물질이 베이스 기판의 표면에 일정하게 결합될 수 있고, 이에 따라 균일성과 신뢰성이 향상된 마이크로 어레이 기판을 제조할 수 있다. 그리고 마이크로 어레이 기판을 제조하는 공정을 베이스 기판을 이송시키면서 인라인(In-line) 공정으로 수행하여 마이크로 어레이 기판의 양산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 베이스 기판 110 : 자기조립단층
111 : 헤드 그룹 112 : 백본
113 : 엔드 그룹 210 : 용기
211 : 표면처리 용액 220 : 기판 이송부
221 : 벨트 222 : 회전롤러
230 : 전계 형성부 231 : 전극
240 : 전원공급부

Claims (12)

  1. (a) 베이스 기판을 세척하고, 상기 베이스 기판의 표면을 -OH기로 활성화하는 단계;
    (b) 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액에 상기 베이스 기판을 제공하는 단계; 및
    (c) 상기 표면처리 용액이 수용된 용기의 내부에 전계를 형성하면서 상기 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 베이스 기판은 유리 기판이며,
    상기 (a) 단계 내지 (c) 단계는 상기 베이스 기판을 고분자 물질로 이루어진 벨트 상에 제공하여 이송하면서 연속적으로 수행하는 마이크로 어레이 기판 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는 상기 베이스 기판이 제공되는 영역에 전계를 형성하는 마이크로 어레이 기판 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는 상기 베이스 기판의 표면에 수직한 전계를 형성하는 마이크로 어레이 기판 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는 0.01 내지 0.3 V/m의 전계를 형성하여 상기 베이스 기판의 표면에 자기조립단층을 형성하는 마이크로 어레이 기판 제조방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면처리 용액은 0.2 내지 1 wt%의 상기 표면개질 물질을 포함하는 마이크로 어레이 기판 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면개질 물질은 -NH2, -SH, -COOH, -CHO, 아크릴릭(acrylic), 시아나토(cyanato), 라이신(lysine), L-라이신(L-lysine), 폴리라이신(polylysine), 폴리 L-라이신(poly-L-lysine), 아민, 알데히드, 에폭시, 티올기, 실라놀기, 포스핀기 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 작용기를 포함하는 마이크로 어레이 기판 제조방법.
  9. 표면개질 물질을 포함하는 표면처리 용액이 수용된 용기;
    베이스 기판을 상기 용기의 내부로 이동시키는 기판 이송부;
    상기 베이스 기판을 세척하는 세척부;
    세척된 상기 베이스 기판의 표면을 -OH기로 활성화하는 전처리부;
    상기 용기의 내부에 전계를 형성하는 전계 형성부; 및
    상기 전계 형성부에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하고,
    상기 베이스 기판은 유리 기판이며, 상기 기판 이송부는 고분자 물질로 이루어진 벨트를 포함하고,
    상기 베이스 기판은 상기 벨트 상에 제공되어 상기 세척부, 상기 전처리부 및 상기 용기에 연속적으로 이송되며,
    상기 전계 형성부에 의해서 상기 용기의 내부에 전계가 형성된 상태에서 상기 베이스 기판의 표면에 상기 표면개질 물질로 이루어진 자기조립단층을 형성하는 마이크로 어레이 기판 제조장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전계 형성부는 상기 베이스 기판을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 전극을 포함하는 마이크로 어레이 기판 제조장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 전계 형성부는 0.01 내지 0.3 V/m의 전계를 형성하는 마이크로 어레이 기판 제조장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 용기에서 반출된 상기 베이스 기판에 세척, 건조, 열처리 중 적어도 어느 하나를 수행하는 후처리부를 더 포함하는 마이크로 어레이 기판 제조장치.
KR1020150126335A 2015-09-07 2015-09-07 마이크로 어레이 기판 제조방법 및 마이크로 어레이 기판 제조장치 KR101768664B1 (ko)

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