KR101844048B1 - 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법 - Google Patents

분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101844048B1
KR101844048B1 KR1020150103881A KR20150103881A KR101844048B1 KR 101844048 B1 KR101844048 B1 KR 101844048B1 KR 1020150103881 A KR1020150103881 A KR 1020150103881A KR 20150103881 A KR20150103881 A KR 20150103881A KR 101844048 B1 KR101844048 B1 KR 101844048B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
gold
region
substrate
immobilized
Prior art date
Application number
KR1020150103881A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170011364A (ko
Inventor
최준규
이정훈
한승수
김추연
송나현
Original Assignee
주식회사 스몰머신즈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 스몰머신즈 filed Critical 주식회사 스몰머신즈
Priority to KR1020150103881A priority Critical patent/KR101844048B1/ko
Priority to US14/952,263 priority patent/US10180429B2/en
Publication of KR20170011364A publication Critical patent/KR20170011364A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101844048B1 publication Critical patent/KR101844048B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54393—Improving reaction conditions or stability, e.g. by coating or irradiation of surface, by reduction of non-specific binding, by promotion of specific binding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/14—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of noble metals or alloys based thereon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54306—Solid-phase reaction mechanisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
    • G01N33/553—Metal or metal coated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/554—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being a biological cell or cell fragment, e.g. bacteria, yeast cells

Abstract

분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법에 의하면, 신호의 분석과정에서 발생할 수 있는 노이즈를 감소시킬 수 있고, 상온에서도 안정하며, 고정화된 물질의 배향성이 향상되는 효과가 있다.

Description

분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법{Molecule immobilization patterns and method for forming the same}
분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법에 관한 것이다.
특정 분자의 고정화는 기판 상의 일정 부분에 고밀도로 특정 분자의 패턴을 형성시키는 것을 말한다. 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 기판 상에 일정한 형상과 위치로 핵산 또는 단백질을 고정화 시킬 수 있다. 이러한 분자 고정화 패턴은 다양한 생물학적, 화학적 또는 생화학적 시험 또는 센싱을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 핵산 분자 고정화 패턴 형성의 경우, 기판 상에 표적 핵산이 고정되어 있는 일정한 부분이 고밀도로 배열되어 있다. 상용적인 예시인 마이크로어레이는 상기 표적 핵산과 상보적 서열을 가지는 검출가능한 표지 (예를 들어, 형광 물질 (fluorophore))로 표지된 프로브 핵산을 첨가하여 혼성화가 일어나도록 한다. 다음으로, 혼성화되지 않은 표적 물질 및 프로브 물질은 세척되어 제거된다. 다음으로, 상기 혼성화된 물질에 형광 물질의 광량을 조사하고, 그로부터 발광되는 형광을 스캐닝 시스템의 검출 시스템에 의하여 측정한다.
기판의 표면에 프로브 물질의 고정화 과정에 있어서, 화학적으로 결합하지 못한 잔여 프로브 물질의 세정과정에서 잔여 프로브 물질이 고체 표면의 분자 고정화 영역 이외의 영역에 물리적인 흡착이 다량 발생하고, 이로 인해 노이즈 신호가 발생할 수 있다. 또한, 기판의 표면에 표적 물질과 프로브 물질 간의 결합과는 무관하게 분자 고정화 영역 이외의 부분에서 임의의 다른 원인에 의한 노이즈(noise) 신호도 빈번하게 발생할 수 있다.
따라서, 광학적 측정 방식의 센서에 있어서 뿐만 아니라, 기계적 측정 방식의 센서 또는 전기적 측정 방식의 센서 등에 있어서, 정확한 시료 분석 반응을 수행하기 위해, 노이즈 신호를 배제하거나 또는 감소시킬 수 있는 분자 고정화 패턴 형성 방법이 요구된다.
일 양상은 기판 상에 형성된 금(Au)-알루미늄(Al) 합금층 또는 금(Au)-은(Ag) 합금층을 포함하는 분자 고정화 영역 및 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역을 포함하고, 상기 분자 고정화 영역은 그의 표면에 금(Au)이 노출되어 있는 것인 분자 고정화를 위한 기판을 제공하는 것이다.
다른 양상은 기판의 표면의 구분된 영역에 금(Au)층을 형성시켜 금층이 도포된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계; 상기 분자 고정화 영역의 표면에 알루미늄(Al)층 또는 은(Ag)층을 형성시켜 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역 및 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역을 형성하는 단계; 상기 기판의 표면에 차단제를 접촉시켜 배경 영역에 차단제를 고정시키는 단계; 상기 기판을 가열하여 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층을 각각 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층으로 전환시켜 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계; 및 상기 분자 고정화 영역에 분자를 고정화하는 단계를 포함하는 분자를 고정화하는 방법을 제공하는 것이다.
일 양상은 기판 상에 형성된 금(Au)-알루미늄(Al) 합금층 또는 금(Au)-은(Ag) 합금층을 포함하는 분자 고정화 영역 및 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역을 포함하고, 상기 분자 고정화 영역은 그의 표면에 금(Au)이 노출되어 있는 것인 분자 고정화를 위한 기판을 제공한다.
본 명세서에서 용어 "분자 고정화 패턴" 또는 "분자 고정화 영역"은 고정화 화합물 또는 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질이 고정화된 기판 상의 구분된 영역, 그의 집합 요소, 또는 일정한 형상, 위치, 또는 배열을 갖는 영역을 의미할 수 있다. 상기 일정한 형상은 원형, 마름모형, 정사각형, 직사각형, 별(star)형 등의 일반적 모양일 수 있다. 상기 기판 상의 구분된 영역은 예를 들면, 스팟이라고도 할 수 있다. 상기 분자 고정화 영역 또는 배경 영역은 각각 복수 개의 영역을 포함하는 것일 수 있다. 상기 배경 영역은 분자 고정화 영역 이외의 기판 상의 구분된 영역을 의미할 수 있다.
상기 기판은 예를 들어, 실리콘, 유리, 금속, 플라스틱, 세라믹, 그래핀 및 나노와이어로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 실리콘, 유리, 폴리스티렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리카르보네이트 및 세라믹으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 기판은 천연 또는 인공적으로 형성된 산화막을 포함하는 것일 수 있다. 상기 기판은 예를 들면, 실리콘 재질인 경우 산화막인 SiO2로 처리될 수 있다. 상기 산화막은 다른 유기 또는 무기물질의 막으로 대체될 수 있다. 예를 들면, 상기 산화막은 실리콘니트라이드(silicon nitride) 일 수 있다. 기판 상에 산화막을 형성하는 것은 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 산화물을 기판 상에 액상침적 (liquid phase deposition), 증발, 및 스퍼터링에 의하여 침적함으로써 이루어질 수 있다. 상기 기판은 평면(평판) 형상뿐만 아니라, 비드(bead) 형상, 또는 구 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 기판의 표면은 분자가 고정화된 것일 수 있다. 상기 분자는 고정화 화합물 또는 표적물질과 결합할 수 있는 프로브 물질일 수 있다. 상기 고정화 화합물은 표적 물질과 결합할 수 있는 물질을 의미하거나 프로브 물질을 기판의 표면에 고정화하기 위한 링커를 의미할 수 있다. 상기 고정화 화합물은 비오틴, 아비딘, 스트렙트아비딘, 탄수화물, 폴리 L-리신, 티올기, 아민기, 알코올기, 카르복실기, 아미노기, 설퍼기, 알데히드기, 카르보닐기, 숙신이미드기, 말레이미드기, 에폭시기, 이소티오시아네이트기를 갖는 화합물 또는 그의 조합인 것일 수 있다. 아미노기를 갖는 화합물의 예에는, 3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 (EDA), 트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민 (DETA), 3-(2-아미노에틸아미노프로필) 트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란가 포함될 수 있고, 알데히드기를 갖는 화합물에는 글루타르알데히드가 포함될 수 있다. 티올기를 갖는 화합물의 예에는 4-메르캅토프로필트리메톡시실란(MPTS)가 포함될 수 있다. 또한, 에폭시기를 갖는 화합물의 예에는, 3-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 이소티오시아네이트기를 갖는 화합물의 예에는, 4-페닐렌디이소티오시아네이트(PDITC), 숙신이미드 및 말레이미드기를 갖는 화합물의 예에는, 디숙신이미딜 카르보네이트 (DSC) 또는 숙신이미딜 4-(말레이미드페닐) 부틸레이트(SMPB)가 포함될 수 있다.
상기 프로브 물질은 상기 표적 물질과 결합할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 상기 프로브 물질은 하나의 생물질 단위체(monomer) 또는 복수 개의 생물질 단위체를 포함하는 물질일 수 있다. 상기 생물질은 DNA, RNA, 뉴클레오티드, 뉴클레오시드, 단백질, 폴리펩티드, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 효소, 항체, 항원, 수용체, 바이러스, 기질, 리간드 또는 멤브레인, 및 그의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 일 구체예에 따른 분자 고정화를 위한 기판은 DNA, RNA, 뉴클레오티드, 뉴클레오시드, 단백질, 폴리펩티드, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 효소, 항체, 항원, 수용체, 바이러스, 기질, 리간드 또는 멤브레인, 및 그의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 프로브 물질이 고정화된 것일 수 있다. 상기 생물질의 단위체는 상기 표면에 결합된 프로브 물질의 종류에 따라 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 아미노산, 펩티드일 수 있다. 상기 뉴클레오시드 및 뉴클레오티드는 퓨린 및 피리미딘 염기를 포함할 뿐만 아니라, 메틸화된 퓨린 또는 피리미딘, 아실화된 퓨린 또는 피리미딘를 포함할 수 있다. 또한, 뉴클레오시드 및 뉴클레오티드는 리보오스 및 디옥시리보오스 당을 포함할 뿐만 아니라, 하나 이상의 히드록실기가 할로겐 원자 또는 지방족으로 치환되거나 에테르, 아민 등의 작용기가 결합된 변형된 당을 포함할 수 있다. 상기 아미노산은 자연에서 발견되는 아미노산의 L-, D-, 및 비키랄(nonchiral)형 아미노산, 변형 아미노선(modified amino acid), 또는 아미노산 유사체(analog)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 펩티드는 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기 사이의 아미드 결합에 의해 생성된 화합물을 포함할 수 있다.
상기 프로브 물질은 직접 또는 링커(예를 들면, 고정화 화합물)에 의해 기판 상에 고정화될 수 있다. 상기 고정화는 소수성 표면, 친수성 표면, 이온교환 표면, 및 금속결합 표면 등을 사용하여 고정화할 수 있다. 상기 분자 고정화 영역은 상기 프로브 물질을 1 이상 포함하는 부분으로서, 일 구체예에 의한 분자 고정화 영역의 표면에 프로브 물질이 고정화될 수 있다. 일 구체예에 의한 사용 목적에 따라, 상기 분자 고정화 영역은 동일 및/또는 상이한 프로브 물질을 포함할 수 있다.
상기 표적 물질은 상기 분자 고정화 패턴을 사용하여 검출하고자 하는 모든 생물질(biomaterial)을 포함할 수 있다. 상기 생물질은 예를 들어, 효소, 단백질, 핵산, 당, 바이러스, 항체, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포, 세포 소기관, DNA, 또는 RNA를 포함할 수 있다. 상기 DNA는 cDNA, 게놈 DNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, RNA는 게놈 RNA, mRNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, 단백질의 예로는 항체, 항원, 효소, 펩타이드 등을 포함할 수 있다. 상기 생물질은 생물로부터 유래되거나 합성, 또는 반합성되는 물질을 포함할 수 있다. 상기 표적 물질을 검출하는 것은 당업자에게 널리 알려진 다양한 방법에 이해 이루어질 수 있다. 상기 방법은 광학적 수단을 사용하는 방법을 포함할 수 있다. 상기 광학적 수단을 사용하는 방법에 있어서, 예를 들어, 형광 물질이 사용될 수 있다. 상기 형광 물질은 예를 들어, 로다민200(Rhodamine200), 칼슘 그린(Calcium Green), 시아닌2(Cyanine2), 시아닌3(Cyanine3), 시아닌5(Cyanine5,), 마그네슘 그린(Magnesium Green), 테트라메틸로다민(Tetrametylrhodamine), 또는 플루오레센(Fluorescein)을 구성하는 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 형광 물질이 결합된 표적 물질을 포함하는 시료를 프로브 물질이 고정화된 기판에 가하고, 상기 프로브 물질과 결합하지 않은 표적 물질을 제거하고, 상기 프로브 물질과 결합한 표적 물질에 결합된 형광 물질로부터 발생하는 신호를 광학적 방법으로 확인하여 상기 표적 물질의 존재 및 양을 파악할 수 있다.
기판 상에 상기 분자를 고정화하는 방법은 당업자에게 널리 알려져 있다. 상기 방법은, 예를 들어, 기판의 정의된 부분(predefined region)을 활성화시킨 후, 상기 기판을 미리 선택된 생물질의 단량체가 포함된 용액과 접촉시키는 것일 수 있다. 상기 정의된 부분은 광원에 의하여 활성화될 수 있고, 그 이외의 부분은 광마스크에 의해 광원으로부터 차단되어 있어 불활성화될 수 있다. 또한, 선택적으로, 상기 생물질과 결합할 수 있는 작용기를 갖는 물질(고정화 화합물)을 기판 상에 처리할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 프로브 물질과 같은, 생물질을 기판 상에 고정화하여 분자 고정화 영역을 형성하는 단계에서는 상기 기판과 상기 고정화될 물질 사이의 흡착, 물리적 또는 화학적 상호 작용이 일어날 수 있으며, 이에 의하여 분자 고정화 패턴의 생성을 지지, 촉진 또는 촉매화할 수 있다. 예를 들면, 상기 프로브 고정화 화합물이 아비딘인 경우, 상기 프로브는 비오틴으로 활성화된 것일 수 있다. 또한, 상기 프로브 고정화 화합물이 아미노실란과 같은 아미노기를 가진 경우, 상기 프로브는 숙신이미드기 및 말레이미드기 등과 에스테르 결합하고 있고, 이 에스테르 결합과 상기 아미노기와의 커플링 반응에 의하여 상기 프로브가 고정될 수 있다. 또한, 예를 들어, 카르복시메틸-덱스트란 (carboxymethyl-dextran)을 이용하여 기판 상에 단백질을 고정시킬 수 있다. 또한, 예를 들어, 폴리라이신 또는 칼릭스크라운을 이용하여 기판의 표면을 미리 화학 물질로 처리하거나 또는 불특정 다수의 단백질을 결합시킬 수 있다. 또한, 항체, 바이러스 또는 세포를 기판 상에 고정하기 위한 링커도 널리 알려져 있다.
상기 분자 고정화 영역은 금(Au)-알루미늄(Al) 합금층 또는 금(Au)-은(Ag) 합금층을 포함할 수 있다. 상기 합금층을 형성함에 있어서, 금층이 알루미늄층 또는 은층으로 확산함으로써 합금층이 형성될 수 있다. 따라서, 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴에 있어서, 상기 분자 고정화 영역은 그의 표면의 화학적 특성이 변화된 것일 수 있다. 상기 합금은 금속에 이것과 다른 원소를 한 가지 이상 첨가하여 얻은 것으로 금속의 성질을 가지는 것을 의미할 수 있다. 상기 금-알루미늄 합금층은 Al2Au5, AlAu4, 또는 Al2Au5 및 AlAu4를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층의 두께는 20 nm 내지 2 ㎛일 수 있다. 금-알루미늄 합금의 특성에 대해서는 C. Xu et al.(Scripta Materialia 56 (2007) 549-552)에 기재되어 있다. 금-은 합금의 특성에 대해서는 Liu et al. (Chem. Mater., 2011, 23 (18), pp 4098-4101) 또는 Cao et al. (Surf. Interface Anal. 28, 258-263(1999))에 기재되어 있다. 상기 문헌들은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다. 또한, 상기 분자 고정화 영역은 기판 상에서 패턴화된 것일 수 있다. 상기 패터닝된 분자 고정화 영역의 모양은 상기한 바와 같이 원형, 마름모형, 정사각형, 직사각형, 별(star)형 등의 일반적 모양일 수 있다. 상기 분자 고정화 영역은 기판 상에 복수 개 형성된 것일 수 있다. 상기 각 분자 고정화 영역은 차원이 0.1㎛ 내지 1000㎛이고, 상기 영역과 영역 사이의 거리는 0.1㎛ 내지 1000㎛인 것일 수 있다. 상기 영역의 밀도는 예를 들면, 1000개/cm2이상, 또는 104개/cm2이상, 또는 105개/cm2이상, 또는 106개/cm2이상일 수 있다.
또한, 상기 분자 고정화 영역에 고정화된 고정화 화합물(예를 들면, 티올기), 또는 프로브 물질은 상기 분자 고정화 영역에서 일정한 배향성을 갖는 것일 수 있다.
상기 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역은 차단제(blocking agent)가 고정된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 스판 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역은 차단제를 포함하는 블로킹층을 포함하는 것일 수 있다. 상기 차단제는 기판과 프로브 물질 또는 고정화 화합물의 비특이적인 결합을 억제할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 합금을 형성하기 위한 가열 온도에서도 물성의 변화, 즉, 상기 비특이적인 결합 억제의 활성을 갖는 것일 수 있다. 상기 차단제는 알켄사이올 분자를 포함하는 물질이거나 바이오 파울링을 막는 물질 일 수 있다. 예를 들면, 상기 차단제의 예는 6-머캅토-1-헥산올(6-mercapto-1-hexanol: MCH), 11-머캅토언데카노인산(11-mercaptoundecanoic acid: MUA), 1-헥사데칸티올, 소혈청알부민(bovine serum albumin: BSA), 카세인, 소 태아 혈청(fetal bovine serum: FBS), 덱스트란(dextran), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 옥시드(PEO) 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
일 구체예에 있어서, 상기 분자, 예를 들면, 고정화 화합물 또는 프로브 물질은 분자 고정화 영역 이외의 배경 영역에서는 실질적으로 고정화되지 않을 수 있다. 상기 "고정화 화합물 또는 프로브 물질이 실질적으로 고정화되지 않은"은 상기 기판의 표면에 코팅된 차단제에 의해 상기 고정화 화합물 또는 프로브 물질이 분자 고정화 영역 이외의 배경 영역에서 거의 또는 전혀 고정화되지 않은 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 분자 고정화 영역에서는 차단제가 실질적으로 코팅되지 않아 상기 고정화 화합물 또는 프로브 물질이 고정화될 수 있다. 또는 상기와 반대의 경우도 가능할 수 있다. 상기 "차단제가 실질적으로 코팅되지 않은"은 분자 고정화 영역에 포함된 금-알루미늄 합금, 또는 금-은 합금에 의해 상기 차단제가 분자 고정화 영역에서는 거의 또는 전혀 코팅되지 않은 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 차단제는 일반적으로 분자 고정화 영역 이외의 배경 영역에서 노이즈를 발생시키는 프로브 물질의 기판과의 비특이적인 결합을 억제하는 역할을 할 수 있으나, 상기 차단제의 사용에 의해 금이 증착된 분자 고정화 영역에서도 프로브 물질이 고정화되지 않을 수 있다. 그러나, 열 또는 다른 물리적 방법에 의해 선택적으로 금-알루미늄 합금, 또는 금-은 합금을 포함하는 것으로 분자 고정화 영역을 구성함으로써 합금에 포함된 알루미늄, 또는 은에 의해 차단제가 실질적으로 코팅되지 않으면서, 금의 성질이 처리 후에 나타날 수 있다. 따라서, 일구체예에 따른 분자 고정화 패턴은 분자 고정화 영역 이외의 영역에서 차단제에 의해 고정화 화합물 또는 프로브 물질의 비특이적인 결합을 억제할 수 있고, 분자 고정화 영역에서는 상기 비특이적인 결합을 억제할 수 있는 차단제가 코팅되지 않으므로 고정화 화합물 또는 프로브 물질을 고정화할 수 있다. 또한, 금이 증착된 분자 고정화 영역은 금의 특성에 의해 상온에서 오염되기 쉬우나, 일 구체예에 따른 분자 고정화 영역은 상온에서 오염되지 않는 효과가 있다.
다른 양상은 기판 상에 형성된 금(Au)-알루미늄(Al) 합금층 또는 금(Au)-은(Ag) 합금층을 포함하는 분자 고정화 영역 및 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역을 포함하고, 상기 분자 고정화 영역은 그의 표면에 금(Au)이 노출되어 있는 것인 분자 고정화를 위한 기판을 포함하는 바이오칩을 제공한다.
본 명세서에서 용어 "바이오칩(biochip)"은 당업자에게 알려진 의미로 사용될 수 있다. 즉, 기판 상의 구분되는 영역에 특정한 물질, 예를 들면, 표적 물질에 결합하는 프로브 물질이 고정되어 있는 것을 의미할 수 있다. 상기 바이오칩은 DNA 칩, 단백질 칩, 셀 칩, 어레이(예를 들면, 마이크로어레이) 또는 바이오센서를 포함할 수 있다. 상기 DNA 칩은 DNA 프로브가 고정화된 칩을 의미할 수 있고, 단백질 칩은 효소나 항체/항원 등과 같은 단백질이 사용된 칩을 의미할 수 있으며, 셀 칩(cell chip)은 동물/식물 세포를 이용한 칩을 의미할 수 있고, 바이오 센서는 생체물질과 기존의 물리, 화학, 광학적 신호 변환기를 조합한 센서를 의미할 수 있다. 예를 들면, 상기 분자 고정화를 위한 기판을 포함하는 센서에 있어서, 상기 센서는 광학적 측정 방식의 센서뿐만 아니라, 기계적 측정 방식의 센서 또는 전기적 측정 방식의 센서를 포함할 수 있다. 상기 기계적 측정 방식의 센서는 캔틸레버(cantilever) 센서, 쿼츠 크리스탈 모니터(quartz crystal monitor:QCM) 센서, 또는 유동 채널 내장 공명기(suspended microchannel resonator:SMR) 센서를 포함할 수 있고, 상기 전기적 측정 방식의 센서는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor:FET) 센서 또는 라디오 프리퀀시(radio frequency:RF) 센서를 포함할 수 있다. 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴은 광학적 측정 방식의 센서에서 뿐만 아니라, 상기한 바와 같은 기계적 측정 방식의 센서 또는 전기적 측정 방식의 센서에 있어서도 노이즈 신호의 발생을 감소시켜 효과적으로 신호를 증폭할 수 있다.
다른 양상은 기판의 표면의 구분된 영역에 금(Au)층을 형성시켜 금층이 도포된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계; 상기 분자 고정화 영역의 표면에 알루미늄(Al)층 또는 은(Ag)층을 형성시켜 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역 및 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역을 형성하는 단계; 상기 기판의 표면에 차단제를 접촉시켜 배경 영역에 차단제를 고정시키는 단계; 상기 기판을 가열하여 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층을 각각 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층으로 전환시켜 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계; 및 상기 분자 고정화 영역에 분자를 고정화하는 단계를 포함하는 분자를 고정화하는 방법을 제공한다.
상기 기판, 합금, 분자 고정화 영역에 대해서는 상기한 바와 같다.
상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계, 또는 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계에서, 상기 금층, 알루미늄층 또는 은층을 각각 0.01 nm 내지 1000 ㎛의 두께로 형성하는 것일 수 있다. 또한, 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층을 1:5 내지 5:1의 두께 비율로 형성하는 것일 수 있다. 상기 금층, 알루미늄층, 또는 은층을 형성하는 방법은 통상의 기술자에게 공지된 방법을 사용할 수 있고, 예를 들면, 스핀 코팅법, 침지 코팅법, 적하법, 그라비아 인쇄법, 스크린 인쇄법, 철판 인쇄법, 다이 코팅법, 커튼 코팅법, 잉크젯트법, 스프레이 코팅법, 스퍼터법, 및 진공 증착법으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계는 기판 상에 마스크를 통하여 금층을 형성시켜 기판 상의 구분된 영역에 금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계를 포함하거나, 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계는 상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역의 표면에 마스크를 통하여 알루미늄층 또는 은층을 형성시켜 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 금층, 알루미늄층 또는 은층은, 예를 들어, 진공 상태에서 증착될 수 있다. 상기 진공 상태는, 예를 들어, 1 Torr 이하의 압력 조건을 의미할 수 있다. 또한 압력 조건은 예를 들어, 10-7 Torr 이상, 10-6 Torr 또는 10-5 Torr 이상일 수 있다. 또한, 예를 들면, 상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역, 및 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계는, 기판 상에 금층을 형성하는 단계; 상기 금층 상에 알루미늄층 또는 은층을 형성하는 단계; 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 형성된 기판 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 코팅된 포토레지스트층을 마스크를 통하여 노광하는 단계; 상기 노광된 포토레지스트층을 현상하여 상기 포토레지스트층에 의하여 보호된 및 보호되지 않은 기판 상의 구분된 영역을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층에 의하여 보호되지 않은 기판 상의 구분된 영역의 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층을 식각하여, 상기 포토레지스트층에 의하여 보호되지 않은 기판 상의 구분된 영역은 배경 영역을 형성하고, 및 상기 포토레지스트층에 의하여 보호된 기판 상의 구분된 영역은 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계; 및 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역 상에 코팅된 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 포토레지스트 층을 현상하는 것은 노광된 상기 포토레지스트 층을 현상액으로 처리하고, 필요에 따라 세정하여 이루어질 수 있다. 현상액은 사용되는 포토레지스트에 따라 선택할 수 있다. 현상 후, 상기 포토레지스트층으로 보호되지 않은 영역을 식각하여 기준점 표지를 형성한다. 상기 식각은 예를 들어, 습식 식각 또는 건식 식각에 의하여 이루어지는 것일 수 있다. 상기 포토레지스트 층을 제거하는 것은, 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 포토레지스트를 용해시키는 유기용매 예를 들면, 아세톤을 이용하여 이루어질 수 있다.
상기 차단제를 상기 기판의 표면에 차단제를 접촉시켜 배경 영역에 차단제를 고정시키는 단계는 상기 기판을 차단제를 포함하는 용액에 침지하거나, 상기 용액을 기판에 떨어뜨리는 단계를 포함할 수 있다. 상기 처리는 예를 들면 적어도 15분 이상, 약 15분 내지 약 72시간, 약 30분 내지 약 60시간, 또는 약 30분 내지 약 48시간 동안 수행될 수 있다. 상기 차단제를 포함하는 용액은 적어도 0.5 mM 이상, 예를 들면, 약 0.5 mM 내지 약 20 mM, 약 0.5 mM 내지 약 15 mM, 약 1.0 mM 내지 약 15 mM, 약 2.0 mM 내지 약 10 mM의 농도를 갖는 것일 수 있다. 상기 차단제를 상기 처리한 후에, 수용액(예를 들면, 증류수)으로 상기 기판을 세척하여 잔여 차단제를 세척할 수 있다.
상기 기판을 가열하는 단계에 있어서, 상기 가열(열처리)에 의해 상기 금층이 알루미늄층 또는 은층으로 확산하여 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 형성될 수 있다. 상기 합금이 형성되는 과정은 예를 들면, 상기 금 위에 증착된 알루미늄 또는 은의 표면이 흰색, 붉은색, 금색의 순으로 변해가는 과정을 통해 확인할 수 있다. 상기 가열하는 단계는 통상의 기술자가 적절한 온도 범위 및 시간 범위를 선택하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 가열 온도는 약 40 ℃ 내지 약 500 ℃, 약 60 ℃ 내지 약 450 ℃, 약 100 ℃ 내지 약 350 ℃, 약 150 ℃ 내지 약 280 ℃, 또는 약 180 ℃ 내지 약 250 ℃일 수 있다. 또한, 상기 가열 시간은 약 10분 내지 약 24시간, 약 30분 내지 약 20시간, 약 1시간 내지 약 16시간, 약 4시간 내지 약 16시간, 또는 약 8시간 내지 약 12시간일 수 있다.
상기 분자 고정화 영역에 분자를 고정화하는 단계는 상기 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 상기 분자에 대해서는 상기한 바와 같다. 상기 분자를 고정화하는 단계는 고정화하고자 하는 분자를 상기 기판에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 분자, 예를 들면, 프로브 물질은 티올기를 포함하고 있어 분자 고정화 영역의 표면에 노출된 금에 직접 또는 링커를 통해 고정화될 수 있다. 상기 고정화 방법에는 예를 들면, 포토리소그래피를 이용하는 방법과 스팟팅을 이용하는 방법이 포함될 수 있다. 포토리소그래피를 이용하는 방법에 의하면, 제거가능한 기로 보호된 단량체가 도포된 기판 표면 상의 일정한 영역을 에너지 원에 노출시켜 보호기를 제거하고, 제거가능한 기로 보호된 단량체를 커플링시키는 단계를 반복함으로써 제조할 수 있다. 이 경우, 기판 상에 고정화되는 프로브 단량체를 하나씩 연장시키는 방식으로 합성될 수 있다. 또한, 스팟팅 (spotting) 법에 의하는 경우, 이미 합성된 프로브를 기판 상의 일정한 위치에 고정화시킴으로써 고정화될 수 있다. 상기 고정화 방법은 예를 들면, 미국특허 제5,744,305호, 제5,143,854호 및 제5,424,186호에 개시되어 있다.
일 구체예에 따른 방법에 있어서, 상기 분자, 예를 들면, 고정화 화합물 또는 프로브 물질은 분자 고정화 영역 이외의 영역에서는 실질적으로 고정화되지 않을 수 있다. 또한, 상기 분자 고정화 영역에서는 차단제가 실질적으로 코팅되지 않아 상기 고정화 화합물 또는 프로브 물질이 고정화될 수 있다. 금-알루미늄 합금 또는 금-은 합금을 포함하는 분자 고정화 영역을 형성함으로써 합금에 포함된 알루미늄 또는 은에 의해 차단제가 실질적으로 코팅되지 않으면서, 금의 성질이 처리 후에 나타날 수 있다. 따라서, 일구체예에 따른 방법에 의해서 분자 고정화 영역 이외의 영역에서는 차단제에 의해 고정화 화합물 또는 프로브 물질의 비특이적인 결합을 억제할 수 있고, 분자 고정화 영역에서는 상기 비특이적인 결합을 억제할 수 있는 차단제가 코팅되지 않으므로 고정화 화합물 또는 프로브 물질을 고정화할 수 있다.
일 양상에 따른 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법에 의하면, 신호의 분석과정에서 발생할 수 있는 노이즈를 감소시킬 수 있고, 상온에서도 안정하며, 고정화된 물질의 배향성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴을 형성하는 방법을 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 2는 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴의 일 예를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 3은 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴을 사용하여 사용하여 표적 물질을 검출한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴을 사용하여 표적 물질을 검출한 결과를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명을 도면 및 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 도면 및 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 도면 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴을 형성하는 방법을 도식화하여 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 기판(100)의 표면의 구분된 영역에 금(Au)층(101)을 형성시켜 금층(101)이 도포된 분자 고정화 영역(110)을 형성하는 단계; 상기 분자 고정화 영역(110)의 표면에 알루미늄(Al)층(102) 또는 은(Ag)층(102)을 형성시켜 금층(101) 및 알루미늄층(102) 또는 금층(101) 및 은층(102)이 침적된 분자 고정화 영역(110) 및 분자 고정화 영역(110) 이외의 기판(100)의 표면인 배경 영역을 형성하는 단계; 상기 기판(100)의 표면에 차단제(103)를 접촉시켜 배경 영역에 차단제(103)를 고정시키는 단계; 상기 기판(100)을 가열하여 상기 금층(101) 및 알루미늄층(102) 또는 금층(101) 및 은층(102)을 각각 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층으로 전환시켜 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 침적된 분자 고정화 영역(110)을 형성하는 단계; 및 상기 분자 고정화 영역(110)에 분자(120)를 고정화하는 단계를 포함하는 분자를 고정화하는 방법을 제공한다.
상기 금층(101)이 침적된 분자 고정화 영역(110)을 형성하는 단계, 또는 금층(101) 및 알루미늄층(102) 또는 금층(101) 및 은층(102)이 침적된 분자 고정화 영역(110)을 형성하는 단계에서, 상기 금층(101), 알루미늄층(102) 또는 은층(102)을 각각 0.01 nm 내지 1000 ㎛의 두께로 형성하는 것일 수 있다. 상기 금층(101), 알루미늄층(102), 또는 은층(102)을 형성하는 방법은 통상의 기술자에게 공지된 방법을 사용할 수 있고, 예를 들면, 스핀 코팅법, 침지 코팅법, 적하법, 그라비아 인쇄법, 스크린 인쇄법, 철판 인쇄법, 다이 코팅법, 커튼 코팅법, 잉크젯트법, 스프레이 코팅법, 스퍼터법, 및 진공 증착법으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 상기 차단제(103)를 상기 기판(100)의 표면에 차단제(103)를 접촉시켜 배경 영역에 차단제(103)를 고정시키는 단계는 상기 기판(100)을 차단제(103)를 포함하는 용액에 침지하거나, 상기 용액을 기판(100)에 떨어뜨리는 단계를 포함할 수 있다. 상기 처리는 예를 들면 적어도 15분 이상, 약 15분 내지 약 72시간, 약 30분 내지 약 60시간, 또는 약 30분 내지 약 48시간 동안 수행될 수 있다. 상기 차단제를 포함하는 용액은 적어도 0.5 mM 이상, 예를 들면, 약 0.5 mM 내지 약 20 mM, 약 0.5 mM 내지 약 15 mM, 약 1.0 mM 내지 약 15 mM, 약 2.0 mM 내지 약 10 mM의 농도를 갖는 것일 수 있다. 상기 차단제(103)를 상기 처리한 후에, 수용액(예를 들면, 증류수)으로 상기 기판(100)을 세척하여 잔여 차단제를 세척할 수 있다. 상기 기판(100)을 가열하는 단계에 있어서, 상기 가열(열처리)에 의해 상기 금층(101)이 알루미늄층(102) 또는 은층(102)으로 확산하여 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 형성될 수 있다. 상기 합금이 형성되는 과정은 예를 들면, 상기 금 위에 증착된 알루미늄 또는 은의 표면이 흰색, 붉은색, 금색의 순으로 변해가는 과정을 통해 확인할 수 있다. 상기 가열하는 단계는 통상의 기술자가 적절한 온도 범위 및 시간 범위를 선택하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 가열 온도는 약 40 ℃ 내지 약 500 ℃, 약 60 ℃ 내지 약 450 ℃, 약 100 ℃ 내지 약 350 ℃, 약 150 ℃ 내지 약 280 ℃, 또는 약 180 ℃ 내지 약 250 ℃일 수 있다. 또한, 상기 가열 시간은 약 10분 내지 약 24시간, 약 30분 내지 약 20시간, 약 1시간 내지 약 16시간, 약 4시간 내지 약 16시간, 또는 약 8시간 내지 약 12시간일 수 있다. 상기 분자 고정화 영역(110)에 분자(120)를 고정화하는 단계는 상기 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 침적된 분자 고정화 영역(110)을 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 상기 분자(120)에 대해서는 상기한 바와 같다. 상기 분자(120)를 고정화하는 단계는 고정화하고자 하는 분자(120)를 상기 기판에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 2는 기판(100) 및 상기 기판(100) 상에 형성된 금(Au)-알루미늄(Al) 합금층을 포함하는 분자 고정화 패턴의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 상기 분자 고정화 영역(110)에는 분자가 고정화될 수 있다. 상기 분자 고정화 영역(110)은 상기 기판(100)의 표면에 복수 개로 또는 다양한 배열로 형성될 수 있다. 상기 분자 고정화 영역(110)은 표적 물질에 결합할 수 있는 다양한 종류의 프로브 물질 또는 고정화 화합물을 포함할 수 있다. 상기 표적 물질은 검출하고자 하는 생물질일 수 있다. 예를 들어, 검출하고자 하는 표적 물질이 특정 서열을 갖는 단일 가닥 DNA인 경우에는 상기 프로브 물질은 상보적인 단일 가닥 DNA이고, 검출하고자 하는 표적 물질이 특정한 3차원적 구조를 갖는 항원인 경우에는, 상기 항체 물질은 상기 항원과 구조적으로 결합 가능한 항체이다. 상기 분자 고정화 영역(110)은 금(Au)-알루미늄(Al) 합금층 또는 금(Au)-은(Ag) 합금층을 포함할 수 있다. 금-알루미늄 합금의 특성에 대해서는 C. Xu et al.(Scripta Materialia 56 (2007) 549-552)에 기재되어 있다. 금-은 합금의 특성에 대해서는 Liu et al. (Chem. Mater., 2011, 23 (18), pp 4098-4101) 또는 Cao et al. (Surf. Interface Anal. 28, 258-263(1999))에 기재되어 있다. 상기 문헌들은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다. 또한, 상기 분자 고정화 영역은 기판 상에서 패턴화된 것일 수 있다. 상기 패터닝된 분자 고정화 영역의 모양은 상기한 바와 같이 원형, 마름모형, 정사각형, 직사각형, 별(star)형 등의 일반적 모양일 수 있다. 상기 분자 고정화 영역은 기판 상에 복수 개 형성된 것일 수 있다. 상기 각 분자 고정화 영역은 차원이 0.1㎛ 내지 1000㎛이고, 상기 영역과 영역 사이의 거리는 0.1㎛ 내지 1000㎛인 것일 수 있다. 상기 영역의 밀도는 예를 들면, 1000개/cm2이상, 또는 104개/cm2이상, 또는 105개/cm2이상, 또는 106개/cm2이상일 수 있다. 또한, 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 분자 고정화 영역 이외의 영역인 배경 영역은 차단제가 코팅된 것일 수 있다.
상기 분자, 예를 들면, 고정화 화합물 또는 프로브 물질은 분자 고정화 영역 이외의 배경 영역에서는 실질적으로 고정화되지 않을 수 있다. 또한, 상기 분자 고정화 영역에서는 차단제가 실질적으로 코팅되지 않아 상기 고정화 화합물 또는 프로브 물질이 고정화될 수 있다. 또는 상기와 반대의 경우도 가능할 수 있다. 예를 들면, 차단제는 일반적으로 분자 고정화 영역 이외의 배경 영역에서 노이즈를 발생시키는 프로브 물질의 기판과의 비특이적인 결합을 억제하는 역할을 할 수 있으나, 상기 차단제의 사용에 의해 금이 증착된 분자 고정화 영역에서도 프로브 물질이 고정화되지 않을 수 있다. 그러나, 열 또는 다른 물리적 방법에 의해 선택적으로 금-알루미늄 합금, 또는 금-은 합금을 포함하는 것으로 분자 고정화 영역을 구성함으로써 합금에 포함된 알루미늄, 또는 은에 의해 차단제가 실질적으로 코팅되지 않으면서, 금의 성질이 처리 후에 나타날 수 있다. 따라서, 일구체예에 따른 분자 고정화 패턴은 분자 고정화 영역 이외의 영역에서 차단제에 의해 고정화 화합물 또는 프로브 물질의 비특이적인 결합을 억제할 수 있고, 분자 고정화 영역에서는 상기 비특이적인 결합을 억제할 수 있는 차단제가 코팅되지 않으므로 고정화 화합물 또는 프로브 물질을 고정화할 수 있다. 또한, 금이 증착된 분자 고정화 영역은 금의 특성에 의해 상온에서 오염되기 쉬우나, 일 구체예에 따른 분자 고정화 영역은 상온에서 오염되지 않는 효과가 있다.
실시예 . 분자 고정화 패턴 형성 및 그를 사용한 표적 물질의 검출
1. 분자 고정화 패턴의 형성
분자 고정화 패턴은 하기의 방법으로 형성하였다.
먼저 기판은 니트라이드(nitride) 표면을 갖는 실리콘 기판을 사용하였다. 상기 기판 상에 금층 및 알루미늄층을 형성하기 위해 스퍼터링법을 사용하였다. 구체적으로, 상기 기판에 스텐실 마스크를 씌우고, 금층을 25℃의 온도 및 1 Torr 이하의 압력인 진공 상태에서 50 nm의 두께로 증착하였다. 다음에 상기 금층 위에 알루미늄을 동일한 방법으로 100 nm의 두께로 증착하였다. 이후, 차단제인 6-머캅토-1-헥산올(6-mercapto-1-hexanol: MCH)를 10 mM의 농도로 포함하는 DMF 용액에 상기 기판을 담구고, 12시간 이상 교반하였다. 다음으로, 상기 용액으로부터 기판을 제거하고, 증류수로 세척하였다. 다음으로, 상기 세척된 기판에 열처리를 위하여 120 ℃ 온도에서 두었다. 상기 열처리는 각각 5분, 10분, 20분, 및 30분 동안 수행하여 분자 고정화 패턴을 형성하였다.
2. 표적 물질의 검출
상기 제조한 분자 고정화 패턴의 표적 물질의 검출능을 확인하기 위하여 상기 기판에 DNA 앱타머(5'-AAA-Cy5-3')를 고정화하였다.
상기 고정화는 구체적으로 실험군으로서 티올이 붙어있는 DNA 앱타머(5'-HS- C6-AAA-Cy5-3')를 사용하였고, 대조군으로서 티올이 붙어있지 않은 DNA 앱타머(5'-AAA-Cy5-3')를 사용하였다. 상기 앱타머를 1μM의 농도로 포함하는 용액을 상기 기판 상에 스폿팅하여 2시간 동안 반응시켜 고정화하였다. 이후, 상기 기판을 증류수로 세척하여 고정화되지 않은 잔여 앱타머를 제거하였다. 상기 앱타머의 검출은 형광 스캐너(GenePix 4000B)를 사용하여 500 nm에서 형광 이미지를 검출하였고, 그 결과를 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3은 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴을 사용하여 표적 물질을 검출한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 구체예에 따른 분자 고정화 패턴을 사용하여 표적 물질을 검출한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 일 구체예에 따른 금-알루미늄 합금이 형성된 분자 고정화 영역에서 표적 물질인 앱타머가 분자 고정화 영역에서만 검출되며, 백그라운드 영역에서는 노이즈가 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 일 구체예에 따른 금-알루미늄 합금이 형성된 분자 고정화 영역에서 표적 물질인 티올기가 붙어 있는 앱타머를 특이적으로 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.
100: 기판 101: 금층
102: 알루미늄층 또는 은층 103: 차단제
110: 분자 고정화 영역 120: 고정화된 분자

Claims (16)

  1. 기판 상에 형성된 금(Au)-알루미늄(Al) 합금층 또는 금(Au)-은(Ag) 합금층을 포함하는 분자 고정화 영역 및 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역을 포함하는 분자 고정화를 위한 기판으로, 상기 분자 고정화 영역은 그의 표면에 금(Au)이 노출되어 있는 것이고, 상기 배경 영역은 차단제(blocking agent)가 고정된 것이며, 상기 합금층은 상기 차단제가 배경 영역에 고정된 후 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층을 가열하여 형성되는 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 금-알루미늄 합금층은 Al2Au5, AlAu4, 또는 Al2Au5 및 AlAu4를 포함하는 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 합금층의 두께는 20 nm 내지 2 ㎛인 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 분자 고정화 영역 및 배경 영역은 각각 복수 개의 영역을 포함하는 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 분자 고정화 영역의 표면에 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질 또는 고정화 화합물이 고정화된 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 차단제는 6-머캅토-1-헥산올(6-mercapto-1-hexanol: MCH), 11-머캅토언데카노인산(11-mercaptoundecanoic acid: MUA), 1-헥사데칸티올, 소혈청알부민(bovine serum albumin: BSA), 카세인, 소 태아 혈청(fetal bovine serum: FBS), 덱스트란(dextran), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 옥시드(PEO) 또는 그의 조합인 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 유리, 석영, 금속, 플라스틱, 세라믹, 그래핀, 및 나노와이어로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 프로브 물질은 DNA, RNA, 뉴클레오티드, 뉴클레오시드, 단백질, 폴리펩티드, 아미노산, 탄수화물, 효소, 항체, 항원, 수용체, 바이러스, 기질, 리간드, 또는 그의 조합인 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 고정화 화합물 비오틴, 아비딘, 스트렙트아비딘, 탄수화물, 폴리 L-리신, 티올기, 아민기, 알코올기, 카르복실기, 아미노기, 설퍼기, 알데히드기, 카르보닐기, 숙신이미드기, 말레이미드기, 에폭시기, 이소티오시아네이트기를 갖는 화합물 또는 그의 조합인 것인 분자 고정화를 위한 기판.
  11. 기판의 표면의 구분된 영역에 금(Au)층을 형성시켜 금층이 도포된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계;
    상기 분자 고정화 영역의 표면에 알루미늄(Al)층 또는 은(Ag)층을 형성시켜 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역 및 분자 고정화 영역 이외의 기판의 표면인 배경 영역을 형성하는 단계;
    상기 기판의 표면에 차단제를 접촉시켜 배경 영역에 차단제를 고정시키는 단계;
    상기 기판을 가열하여 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층을 각각 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층으로 전환시켜 금-알루미늄 합금층 또는 금-은 합금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 분자 고정화 영역에 분자를 고정화하는 단계를 포함하는 분자를 고정화 하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계, 또는 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계에서, 상기 금층, 알루미늄층 또는 은층을 각각 0.01 nm 내지 1000 ㎛의 두께로 형성하는 것인 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층을 1:5 내지 5:1의 두께 비율로 형성하는 것인 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계는 기판 상에 마스크를 통하여 금층을 형성시켜 기판 상의 구분된 영역에 금층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계를 포함하거나,
    상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계는 상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역의 표면에 마스크를 통하여 알루미늄층 또는 은층을 형성시켜 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 금층이 침적된 분자 고정화 영역, 및 금층 및 알루미늄층, 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계는,
    기판 상에 금층을 형성하는 단계;
    상기 금층 상에 알루미늄층 또는 은층을 형성하는 단계;
    상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 형성된 기판 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 포토레지스트층을 마스크를 통하여 노광하는 단계;
    상기 노광된 포토레지스트층을 현상하여 상기 포토레지스트층에 의하여 보호된 및 보호되지 않은 기판 상의 구분된 영역을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층에 의하여 보호되지 않은 기판 상의 구분된 영역의 금층 및 알루미늄층을 식각하여, 상기 포토레지스트층에 의하여 보호되지 않은 기판 상의 구분된 영역은 배경 영역을 형성하고, 및 상기 포토레지스트층에 의하여 보호된 기판 상의 구분된 영역은 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 금층 및 알루미늄층 또는 금층 및 은층이 침적된 분자 고정화 영역 상에 코팅된 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  16. 청구항 11에 있어서, 상기 가열하는 단계는 40 ℃ 내지 500 ℃의 온도로 가열하는 것인 방법.
KR1020150103881A 2015-07-22 2015-07-22 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법 KR101844048B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150103881A KR101844048B1 (ko) 2015-07-22 2015-07-22 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법
US14/952,263 US10180429B2 (en) 2015-07-22 2015-11-25 Molecule immobilization patterns and method for forming the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150103881A KR101844048B1 (ko) 2015-07-22 2015-07-22 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170011364A KR20170011364A (ko) 2017-02-02
KR101844048B1 true KR101844048B1 (ko) 2018-03-30

Family

ID=57837027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150103881A KR101844048B1 (ko) 2015-07-22 2015-07-22 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10180429B2 (ko)
KR (1) KR101844048B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102342302B1 (ko) * 2018-09-28 2021-12-24 주식회사 스몰머신즈 정량 분석용 단백질 칩

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100720155B1 (ko) 2006-04-20 2007-05-18 주식회사 나노신소재 바이오칩 및 그 제조방법
KR100801079B1 (ko) * 2006-07-31 2008-02-05 삼성전자주식회사 올리고머 프로브 어레이 및 이의 제조 방법
JP2012132778A (ja) 2010-12-21 2012-07-12 Hitachi High-Technologies Corp 核酸分析用反応デバイス、及び核酸分析装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424186A (en) 1989-06-07 1995-06-13 Affymax Technologies N.V. Very large scale immobilized polymer synthesis
US5143854A (en) 1989-06-07 1992-09-01 Affymax Technologies N.V. Large scale photolithographic solid phase synthesis of polypeptides and receptor binding screening thereof
US5744101A (en) 1989-06-07 1998-04-28 Affymax Technologies N.V. Photolabile nucleoside protecting groups
US20070243633A1 (en) * 2004-09-30 2007-10-18 Fuji Photo Film Co., Ltd. Biosensor
US7652768B2 (en) * 2006-12-01 2010-01-26 Canon Kabushiki Kaisha Chemical sensing apparatus and chemical sensing method
US7863059B2 (en) * 2007-03-16 2011-01-04 Canon Kabushiki Kaisha Target substance detection method and target substance detection kit
US20120064527A1 (en) * 2009-05-27 2012-03-15 Akira Maekawa Nucleic acid analysis device, nucleic acid analysis apparatus, and nucleic acid analysis method
WO2011056936A2 (en) * 2009-11-04 2011-05-12 Massachusetts Institute Of Technology Nanostructured devices including analyte detectors, and related methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100720155B1 (ko) 2006-04-20 2007-05-18 주식회사 나노신소재 바이오칩 및 그 제조방법
KR100801079B1 (ko) * 2006-07-31 2008-02-05 삼성전자주식회사 올리고머 프로브 어레이 및 이의 제조 방법
JP2012132778A (ja) 2010-12-21 2012-07-12 Hitachi High-Technologies Corp 核酸分析用反応デバイス、及び核酸分析装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170011364A (ko) 2017-02-02
US10180429B2 (en) 2019-01-15
US20170023564A1 (en) 2017-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6951682B1 (en) Porous coatings bearing ligand arrays and use thereof
US6664061B2 (en) Use and evaluation of a [2+2] photoaddition in immobilization of oligonucleotides on a three-dimensional hydrogel matrix
JP4420020B2 (ja) 溶液を攪拌する方法
JP5260339B2 (ja) 核酸分析デバイス、及び核酸分析装置
US20070048747A1 (en) Methods for assaying analytes
WO2002012566A2 (en) The use and evaluation of a [2+2] photocycloaddition in immobilization of oligonucleotides on a three-dimensional hydrogel matrix
EP1363125A2 (en) Transcription factor profiling on a solid surface
US20160059202A1 (en) Methods of making and using microarrays suitable for high-throughput detection
KR100785389B1 (ko) 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩
Oh et al. Surface modification for DNA and protein microarrays
JP4202391B2 (ja) バイオチップの製造方法、プローブ溶液、および、バイオチップ
US20070004027A1 (en) Method for manufacturing a biosensor element
Kant et al. Relevance of adhesion in fabrication of microarrays in clinical diagnostics
KR101844048B1 (ko) 분자 고정화 패턴 및 그를 형성하는 방법
JP2003057236A (ja) 生体分子マイクロアレイの製造方法及びスポット装置
KR100484640B1 (ko) 생물분자 고정용 올리고머, 및 이를 포함하는 생물분자고정화 조성물
US20030211480A1 (en) Molecular interaction assays on a solid surface
JP3448654B2 (ja) バイオチップ、バイオチップアレイ、及びそれらを用いたスクリーニング方法
JP5309092B2 (ja) 核酸分析用デバイス，核酸分析装置、及び核酸分析用デバイスの製造方法
US20030003480A1 (en) Reactive solid support and DNA fragment detection tool
JP4230126B2 (ja) 生物学的素材チップ
KR20050014409A (ko) 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법
JP2005527807A (ja) 表面への分子の固定化のための方法
US20040241668A1 (en) Ligand array assays that include a low surface tension fluid wash step and compositions for practicing the same
KR20100049881A (ko) 마이크로 어레이 기판 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant