KR102218428B1

KR102218428B1 - 마이크로컨택트 프린팅 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝이 결합된 마이크로패터닝 방법, 및 이에 의하여 제작된 자가-조립식 단일층

Info

Publication number: KR102218428B1
Application number: KR1020190022205A
Authority: KR
Inventors: 전봉현; 이상훈
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2021-02-22
Also published as: KR20200103958A

Abstract

본 발명은 마이크로컨택트 프린팅(μCP) 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(DFGP)이 결합된 마이크로패터닝 방법, 이에 의하여 제작된 마이크로패턴 어레이 및 자가-조립식 단일층을 제공한다.
본 발명의 마이크로패터닝 방법 및 이에 의해 제작된 마이크로패턴 어레이 및 자가-조립식 단일층은 세포 접착, 세포 상호작용 유도 및 다른 다수 생체활성 분자 잉크의 분극화와 같은 생물학적 분야에서 바이오칩 응용에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

마이크로컨택트 프린팅 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝이 결합된 마이크로패터닝 방법, 및 이에 의하여 제작된 자가-조립식 단일층{Micropatterning method via microcontact printing and degas-driven flow guided patterning, and self-assembled monolayer prepared thereby}

본 발명은 마이크로컨택트 프린팅 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝이 결합된 마이크로패터닝 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로컨택트 프린팅 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝이 결합된 마이크로패터닝 방법, 이에 의하여 제작된 마이크로패턴 어레이 및 자가-조립식 단일층에 관한 것이다.

마이크로패턴은 현재 조직 공학, 바이오칩 또는 센서 개발 등과 같은 다양한 연구 분야에서 널리 사용되고 있다. 복잡한 구조를 갖는 마이크로패턴을 만들기 위해서는 일반적으로 다중 처리 단계, 특수 설비 및 금속 증착 및 건식/습식 에칭(etching)을 포함한 가혹 조건이 요구된다. 명확히 배열된 마이크로패턴을 생산하기 위해 소프트 리소그래피, e-빔 리소그래피, 딥-펜 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피 및 잉크젯 프린팅과 같은 종래의 마이크로제작 기술이 광범위하게 채택되고 있다. 그러나 마이크로컨택트 프린팅(μCP)과 같은 비전통적 마이크로 스케일 패터닝 방법은 여전히 저비용, 작동 호환성 및 유연성이라는 추가적인 이점을 제공할 수 있으며, 그 결과, μCP 기술은 화학 및 생물학 연구 분야에서 다양한 기능성 물질을 사용하여 마이크로패턴을 생성하는 일반적인 방법이 되었다. 최근 연구는 생체분자 마이크로패턴, 다색 형광 패턴 및 고해상도 나노토포그래피(nanotopography)에 맞춤화된 유향성(directed) 자가-조립 단일층(self-assembled monolayer, SAM)과 같은 명확히 배열된 표면 구조를 제공하는 새로운 패터닝 방법에 초점이 맞추어지고 있다. 반복적인 마이크로컨택트 프린팅은 동일한 영역에 상이한 기능성 분자의 부가적 그래프팅 (grafting)에 의해 2 개의 중첩되는 마이크로패턴으로 구성된 다단계 형광 태그를 제작하는 것으로 증명되었다. 리소그래피 제어 습윤(lithographically controlled wetting, LCW) 기술을 통한 섬유-형성 올리고티오펜의 자발적 자가-조립도 유기 전계 효과 트랜지스터(organic field-effect transistor, OFET) 장치를 위한 잘 제어된 반도체 섬유를 구조화하는 것으로 기술되었다. 라부 그룹(Ravoo, B. J. et al. Langmuir 31, 13625, 2015)은 단백질 접착제와 발수 영역을 갖는, 모세관 중 마이크로몰딩(micromolding in capillaries, MIMIC)-기반 패턴화된 표면을 기술하고 있다. Haman 등(Hamon, C. et al. Adv. Funct. Mater. 26, 8053, 2016)도 세포 형태 및 부착을 연구하기 위하여 단일 평면에서 다중 AuNP 패턴의 프린팅 및 진공 리소그래피(PnV lithography)를 보고하였다. 그러나, 생체 분자 및 자가-조립 단일층(SAM) 패턴을 위해 다수의 대안이 개발되었지만, 다양한 표면 관련 활용을 위해 신속하고 손쉬운 마이크로패턴 제조 방법이 여전히 요구된다. 그러나 이 방법은 μCP 이전에 스탬프 기판의 젖음성을 조절하고, μCP 중 스탬프에 일정한 압력을 가하고, 스탬핑 지속 시간을 제어하고, 상이한 분자가 사용되는 경우 복잡한 패턴을 생성하는 여러 절차를 수행하는 등 몇 가지 요소를 고려해야 한다. 또한, μCP를 통한 층별(layer-by-layer) 증착은 프린팅 잉크의 인큐베이팅 및 순차적 μCP를 반복적으로 포함한다.

지난 10 년 동안 압력- 및 동력전기- 구동 펌프를 통한 미세유체 패터닝 방법이 개발되었다. 압력 구동 펌핑은 유체를 미세유체 채널로 밀거나 당기는 양 또는 음의 압력으로 수행될 수 있다. 대안으로, 동력전기-구동(electrokinetic-driven) 펌핑은 유체 작동에서 집적 전극에 의해 생성된 전계를 이용할 수 있다. 상기 두 가지 방법의 미세유체 패터닝은 패터닝 잉크 또는 시약을 공급하는데 일반적으로 사용되지만 외부 전원 및 주사기 펌프와 같은 장비에 의존한다. 3D 하이드로 겔을 생산하기 위한 간단하고 강력한 절차를 제공하는 모세관-유도 패터닝(capillary-guided patterning, CGP) 방법이 보고되었으나, 상이한 분자의 다중 주입 및 액체 흡입용 마이크로 펌프의 정확한 제어를 포함한 몇 가지 제한이 있다.

한국특허등록 제10-0722321호 (2007년05월21일) 한국특허공개 제10-2007-0077948호 (2007년07월30일) 한국특허공개 제10-2012-0013984호 (2012년02월15일)

본 발명의 발명자들은 다양한 재료를 사용하여 마이크로패터닝을 수행하는 데 있어서, 여러 절차 단계를 거치지 않고 간편하게 명확히 배열된 표면 구조를 생산하는 마이크로패터닝 방법에 대하여 연구하던 중, 마이크로컨택트 프린팅(μCP) 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(DFGP)을 결합하여 기판 상에 다수의 생화학 분자를 동시에 패터닝함으로써, 다중 패턴화된 표면을 신속하고 간편하게 제작할 수 있다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 마이크로컨택트 프린팅(μCP) 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(DFGP)이 결합된 마이크로패터닝 방법, 이에 의하여 제작된 마이크로패턴 어레이 및 자가-조립식 단일층을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따라, (a) 다공성 마이크로스탬프에 1차 잉크를 침지한 후 기판에 등각(conformal) 접촉시켜 1차 패턴을 형성시키는 단계; (b) 다공성 마이크로스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계; (c) 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)를 통해 다공성 마이크로스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 채워 2차 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 다공성 마이크로스탬프를 제거하는 단계를 포함하는 마이크로패터닝 방법이 제공된다.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 마이크로스탬프는 폴리(디메틸실록산)[PDMS], 실리콘, 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트[PEGDA] 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 1차 잉크는 형광 표지되거나 형광 표지되지 않은, DNA, RNA, 앱타머, 항체, 스트렙타비딘-비오틴화된 분자, 세포배양용 세포외기질(ECM) 및 세포 배양용 성장 인자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 생체물질일 수 있으며, 플루오레세인 이소티오시아네이트-표지된 BSA(FITC-BSA), 3-아미노프로필트리에톡시실란, PEG-실란, 스트렙타비딘-비오틴화된 분자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 기판은 유리, 실리콘, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)[PET] 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 마이크로스탬프는 산소 플라즈마 처리 또는 UV-오존 처리된 것일 수 있다.

일 구현예에서, 단계(b)의 상기 탈기는 5분 이상 수행될 수 있다.

일 구현예에서, 단계(c)의 상기 2차 잉크는 패시베이션 용액일 수 있으며, PEG-실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES), 옥타데실트리클로로실란(OTS) 및 PEG-폴리(락트산)[PLA]으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 마이크로패터닝 방법에 의하여 제작된 마이크로패턴 어레이가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, (a) 다공성 마이크로스탬프에 1차 잉크를 침지한 후 기판에 등각(conformal) 접촉시켜 1차 패턴을 형성시키는 단계; (b) 다공성 마이크로스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계; (c) 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)를 통해 다공성 마이크로스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 채워 2차 패턴을 형성하는 단계; (d) 다공성 마이크로스탬프를 제거하는 단계; 및 (e) 콜로이드성 나노입자를 고정화시키는 단계를 포함하는 자가-조립식 단일층의 형성 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 자가-조립식 단일층의 형성 방법에 의해 제조된 자가-조립식 단일층이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 마이크로패턴 어레이를 포함하는 바이오센서가 제공된다.

본 발명의 마이크로패터닝 방법에 의해, 마이크로컨택트 프린팅(μCP) 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(DFGP)을 결합하여 기판 상에 2차원 형상으로 다수의 생화학 분자를 동시에 패터닝함으로써, 마이크로스탬프의 패턴이 기판 표면으로 충실히 옮겨져 1차 패턴이 규칙적으로 간격을 두고 균등한 모양으로 형성되었고, DFGP에 의해 2차 잉크가 마이크로스탬프의 빈 공동 영역에 선택적으로 채워져서 2차 패턴 또한 균일한 분포로 형성되어, 이중-복합체 표면 패턴으로 구성된 마이크로패턴 어레이 및 콜로이드성 나노입자가 고정화된 자가-조립식 단일층을 신속하고 간편하게 제작하는 동시에, 다양한 기능성 분자 잉크를 사용하여 생체분자 어레이를 제작할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

따라서, 본 발명의 마이크로패터닝 방법 및 이에 의해 제작된 마이크로패턴 어레이 및 자가-조립식 단일층은 세포 접착, 세포 상호작용 유도 및 다른 다수 생체활성 분자 잉크의 분극화와 같은 생물학적 분야에서 바이오칩 응용에 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 마이크로컨택트 프린팅(μCP) 및 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)의 동시 수행을 통해 마이크로패턴 어레이를 제작하는 과정의 개략도이다. 1 단계: 1차 분자 잉크를 원하는 1차 패턴 형성을 위한 PDMS 스탬프에 침지한 후 μCP용 유리 슬라이드에 등각(conformal) 접촉시키는 단계; 2 단계: 다공성 PDMS 스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계; 3 단계: DFGP를 통해 PDMS 스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 패터닝하는 단계; 및 4 단계: PDMS 스탬프를 제거하고 기판 상에 기능성 분자를 갖는 마이크로패턴 어레이를 관찰하는 단계.
도 2는 탈기-구동 흐름 유도 패터닝의 작동 원리로서, (a) 마이크로스탬핑 잉크의 자체 운반을 위한 DFGP 절차의 개략도이고, 탈기된 PDMS 스탬프의 예측되는 메커니즘은 높은 공기 용해도를 기반으로 한다. (i) 1차 잉크로 덮여 있는 PDMS 스탬프; (ii) 진공 챔버에서 PDMS 스탬프의 가스 제거; (iii) 진공 상태로부터 PDMS 스탬프를 제거하고 2차 잉크를 주입구에 위치시킴; 및 (iv) 탈기된 PDMS에 의해 생성된 음압 하에서 PDMS 스탬프의 빈 공동 내로 2차 잉크를 흡인시킴. (b) 적색 염료로 채워진 마이크로유체 마이크로스탬프의 광학 현미경 사진이다. (c) DFGP에 대해 탈기 흐름-기반 유체 작동을 생성하기 위해 상이한 탈기 시간(5 분 내지 15 분)을 시험하였다.
도 3은 μCP-DFGP에 의한 PDMS 스탬프와 패턴화된 표면의 특성이다. (a) 순차적 μCP-DFGP 과정의 도식적 표현. (b) 제작된 PDMS 스탬프의 주사 전자 현미경 사진. (c) 원형 도트 어레이를 포함하는 PDMS 스탬프에 대한 광학 이미지(왼쪽) 및 패턴화된 FITC-BSA[fluorescein isothiocyanate labelled bovine serum albumin]와 주변 PEG-실란의 형광 이미지(오른쪽). (d) 명확하게 배열된 이중-복합체 형광 패턴을 보여주는 선 프로파일 및 패턴화된 1차 잉크의 측면 확산(삽입도). (e) 선 패턴을 포함하는 PDMS 스탬프에 대한 광학 이미지(왼쪽) 및 FITC-BSA/PEG-실란 선 패턴에 대한 형광 이미지(오른쪽). (f) 명확하게 배열된 이중-복합체 형광 패턴을 보여주는 평행선 프로파일. 선의 폭은 50 μm이고 간격은 30 μm이다. 눈금자는 100 μm를 나타낸다.
도 4는 유리 슬라이드 상에, 패턴화된 ATPES/PEG-실란 이중-복합체 자가-조립 단일층(SAM)에 AuNP의 고정화를 개략적으로 나타낸 모식도이다. (a) μCP 및 DFGP를 통한 이중-복합채 패터닝의 개략도로서, 1차 APTES(3-aminopropyltriethoxysilane) 잉크를 μCP로 먼저 패터닝한 다음, 2차 PEG-실란 잉크를 DFGP로 주입하였다. 패턴화된 표면을 세척한 후, AuNP로 30 초 동안 패턴화된 표면 전체를 덮은 다음 세척하였다. (b) AuNP 패터닝을 위한 PDMS 스탬프의 광학 이미지(위) 및 APTES 및 PEG-실란 패턴화된 유리의 개략도(아래). (c) 원형 도트 패턴을 갖는 AuNP 패터닝의 암시야 이미지로서, 삽입도는 암시야 현미경의 산란된 색상을 나타내는 확대된 암시야 이미지이다. (d) 대표적인 산란 스펙트럼으로서, 단일 비결합 AuNP(검은 선, 1번 위치) 및 인접한 AuNP를 통한 플라즈몬 커플링으로 인한 응집된 AuNP(적색 선, 2번 위치). (e) 역 이중-복합체 SAM 표면(PEG-실란/APTES) 상의 AuNP의 선 프로파일 및 (f) 암시야 이미지이다. 눈금자는 50 μm를 나타낸다.

본 발명은 (a) 다공성 마이크로스탬프에 1차 잉크를 침지한 후 기판에 등각(conformal) 접촉시켜 1차 패턴을 형성시키는 단계; (b) 다공성 마이크로스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계; (c) 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)를 통해 다공성 마이크로스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 채워 2차 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 다공성 마이크로스탬프를 제거하는 단계를 포함하는 마이크로패터닝 방법을 제공한다.

본 발명의 마이크로패터닝 방법은 다공성 마이크로스탬프에 1차 잉크를 침지한 후 기판에 등각(conformal) 접촉시켜 1차 패턴을 형성시키는 단계[즉, 단계(a)]를 포함한다. 단계(a)에서 사용되는 상기 마이크로스탬프는 다공성(porous) 재질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리(디메틸실록산)[PDMS], 실리콘, 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 [poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA] 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다. 상기 마이크로스탬프는 통상적으로 사용되는 마이크로스탬프 제작 방법에 의해 제작될 수 있으며, 예를 들어, 표준 소프트 리소그래피 복제 성형 방법(standard soft lithography replica moulding method)을 이용하여 제작될 수 있다.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 마이크로스탬프는 산소 플라즈마 처리 또는 UV-오존(UV-ozone) 처리된 것일 수 있다. 산소 플라즈마 처리는 스탬프 표면을 친수성으로 만들기 위한 것으로서 잉크가 균일하게 퍼지도록 하는 역할을 한다. 처리 시간은 통상적인 처리 시간 동안 처리할 수 있으며, 예를 들어, 1초 ~ 1시간, 바람직하게는 2초 ~ 30분, 보다 바람직하게는 3초 ~ 10분, 가장 바람직하게는 5초 ~ 1분일 수 있다.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 1차 잉크는 표지되거나 표지되지 않은 생체물질일 수 있다. 이 때 표지는 통상적으로 사용되는 표지 물질이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 형광, 방사성 물질 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 생체물질은 DNA, RNA, 앱타머(aptamer), 항체, 스트렙타비딘-비오틴화된 분자(streptavidin-biotinylated molecule), 폴리-D-라이신(poly-D-lysine, PDL), 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL), 라미닌(laminin) 등의 세포배양용 세포외기질(extracelluar matrix, ECM), 세포 배양용 성장 인자(growth factor)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다. 구체적으로 상기 1차 잉크는 플루오레세인 이소티오시아네이트-표지된 BSA[fluorescein isothiocyanate labelled bovine serum albumin, FITC-BSA], 3-아미노프로필트리에톡시실란[3-aminopropyltriethoxysilane, APTES], PEG-실란, 스트렙타비딘-비오틴화된 분자(streptavidin-biotinylated molecule) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다. 1차 잉크를 마이크로스탬프에 처리하여 인큐베이션시킴으로써 마이크로스탬프의 표면 상에 1차 잉크가 흡착되도록 한다. 인큐베이션 시간은 마이크로스탬프 및 1차 잉크의 종류에 따라 마이크로스탬프의 표면 상에 1차 잉크가 흡착되는 정도에 기초하여 조절할 수 있으며, 예를 들어, 10초 ~ 10시간, 바람직하게는 30초 ~ 3시간, 보다 바람직하게는 1분 ~ 1시간, 가장 바람직하게는 5분 ~ 30분일 수 있다.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 기판은 통상적으로 사용되는 기판 재질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유리, 실리콘, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리(메틸 메타크릴레이트)[poly(methyl methacrylate), PMMA], 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)[poly(ethylene terephthalate), PET] 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 1차 잉크가 흡착된 마이크로스탬프를 기판에 놓아 두어 1차 잉크의 패턴이 기판 상에 형성될 수 있도록 한다. 마이크로스탬프를 기판에 놓아 두는 시간은 1초 ~ 10시간, 바람직하게는 10초 ~ 1시간, 보다 바람직하게는 30초 ~ 30분, 가장 바람직하게는 1분 ~ 10분일 수 있다.

본 발명의 마이크로패터닝 방법은 다공성 마이크로스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계[즉, 단계(b)]를 포함한다. 단계(b)에서 상기 탈기는 공기를 제거하여 음압을 발생시키는 수단이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 진공 챔버로 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 진공 챔버에서 수행되는 경우에는 공기를 제거하여 음압을 발생시키기에 충분한 시간 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 5분 이상, 보다 바람직하게는 10분 이상, 가장 바람직하게는 15분 이상 수행될 수 있다.

본 발명의 마이크로패터닝 방법은 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)를 통해 다공성 마이크로스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 채워 2차 패턴을 형성하는 단계[즉, 단계(c)]를 포함한다.

탈기-구동 흐름 유도 패터닝(DFGP)은 다른 미세유체 패터닝 방법과 비교하여 (i) 넓은 면적 패터닝에서의 간단한 조작 및 확장성; (ii) 패턴 형상, 크기 및 재료에 있어서의 호환성; (iii) 특수 장비, 복잡한 공정 및 외부 전원이 요구되지 않는 점 등의 이점을 제공한다. 본 발명에서는 μCP(마이크로컨택트 프린팅)와 DFGP을 결합하여, 경제적이고 공정-효율적으로 간편하게 마이크로패턴을 제작할 수 있도록 한다. 이 기술은 PDMS의 고유한 특성을 이용하는 진공-보조 DFGP 장착된 μCP를 기반으로 한다. 1차 잉크로 μCP 공정을 완료한 후, 2차 잉크는 미세유체 채널을 통해 DFGP에 의해 PDMS 스탬프의 빈 공간에 흡인된다. 또한, 추가적인 공정을 거치지 않고도 다양한 목적을 위해 다양한 형태의 마이크로패턴을 생산할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 단백질과 금 나노입자(AuNP)의 선택적인 고정화를 위해 이중-복합체(bi-composite) 구조가 패턴화될 수 있다. 이러한 공정에 의해 간단하고 편리하며 경제적으로 다양한 SAM을 프린트하는데 사용할 수 있다.

일 구현예에서, 단계(c)의 상기 2차 잉크는 패시베이션 용액일 수 있다. 패시베이션은 금속이나 반도체 표면을 적절한 재질로 피복함으로써 외부 유해 환경으로부터 보호하는 공정을 말하며, 본 발명에서의 2차 잉크는 통상적으로 사용되는 패시베이션 용액일 수 있다. 바람직하게는, PEG-실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES), 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS) 및 PEG-폴리(락트산)[PEG-poly(lactic acid), PLA]으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 2차 패턴의 형성 시간은 1초 ~ 30시간, 바람직하게는 10초 ~ 20시간, 보다 바람직하게는 1분 ~ 10시간, 가장 바람직하게는 10분 ~ 5시간일 수 있다.

본 발명의 마이크로패터닝 방법은 다공성 마이크로스탬프를 제거하는 단계[즉, 단계(d)]를 포함한다. 단계(d)에서, 다공성 마이크로스탬프가 제거된 이후에 마이크로패턴이 형성된 기판을 세척할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 마이크로패터닝 방법에 의하여 제작된 마이크로패턴 어레이를 제공한다. 본 발명의 마이크로패터닝 방법에 의하여 얻어진 마이크로패턴 어레이는 마이크로스탬프의 패턴이 기판 표면으로 충실히 옮겨져 1차 패턴이 규칙적으로 간격을 두고 균등한 모양으로 형성되었고, DFGP에 의해 2차 잉크가 마이크로스탬프의 빈 공동 영역에 선택적으로 채워져서 2차 패턴 또한 균일한 분포로 형성되었다.

본 발명은 또한, (a) 다공성 마이크로스탬프에 1차 잉크를 침지한 후 기판에 등각(conformal) 접촉시켜 1차 패턴을 형성시키는 단계; (b) 다공성 마이크로스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계; (c) 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)를 통해 다공성 마이크로스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 채워 2차 패턴을 형성하는 단계; (d) 다공성 마이크로스탬프를 제거하는 단계; 및 (e) 콜로이드성 나노입자를 고정화시키는 단계를 포함하는 자가-조립식 단일층의 형성 방법을 제공한다.

상기 마이크로패터닝 방법에 의해 얻어진 1차 잉크 및 2차 잉크로 형성된 패턴화된 마이크로패턴 어레이에 콜로이드성 나노입자를 고정화시켜 자가-조립식 단일층을 얻을 수 있다. 상기 나노입자는 1차 패턴 및/또는 2차 패턴과 차별된 친화력에 의해 선택적으로 고정화되어 조립되는 나노입자이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 금 나노입자(gold nanoparticle, AuNP)일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 마이크로패턴 어레이를 포함하는 바이오센서를 제공한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

<실시예>

1. 방법

(1) 기재

FITC-BSA(Sigma)를 추가 정제없이 사용하였다. 금 나노입자는 BBI(영국)에서 구입하였다. 단쇄 폴리(에틸렌글리콜) (PEG) 실란 ([하이드록시(폴리에틸렌옥시)프로필]트리에톡시실란, Mw 500-550 Da, 8-12 에틸렌 옥사이드 반복 단위, 제조자에 의해 보고됨)은 Gelest (SIH6188.0, Morrisville, PA, USA)에서 구입하였다. 실가드(Sylgard) 184 실리콘 엘라스토머 키트는 Dow Corning (Midland, MI, USA)에서 구입하였다.

(2) PDMS 스탬프 제작

μCP 및 DFGP에 대한 PDMS 스탬프는 표준 소프트 리소그래피 복제 성형 방법(standard soft lithography replica moulding method)을 사용하여 제작하였다. 요약하면, 네가티브 포토레지스트 SU8-3035(MicroChem, MA)를 사용하여 Si 웨이퍼 상에 30 μm 두께를 형성하여 단일층 제조 공정을 통해 금형을 제작하였다. 포토레지스트를 500 rpm으로 웨이퍼 위에 부은 다음, 65 ℃에서 5 분간, 95 ℃에서 15 분간 소프트 베이킹한 후 마스크 정렬기(mask aligner)를 사용하여 9.5 mW/cm²에서 7 초간 UV 노출시켰다. 웨이퍼를 65 ℃에서 5 분간, 95 ℃에서 10 분간 베이킹한 후 실온으로 냉각시켰다. 마지막으로, 웨이퍼를 SU8 현상액에서 1 분 동안 현상하고, 이소프로판올로 헹구고, N₂를 사용하여 풍 건조시켰다. 이어서 마스터를 진공 하에서 12 시간 동안 (트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로옥틸)-1-트리클로로실란[(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane] (Sigma-Aldrich)의 증기에 노출시켜 경화 후 PDMS 몰드를 용이하게 탈착하였다.

PDMS(Sylgard 184, Dow Corning)는 10 : 1의 질량비(가교 결합제 대비)로 제조하였고 30 분 동안 진공 챔버에서 탈기하였다. 그 다음 PDMS 프리폴리머(prepolymer)를 SU8 몰드 위에 약 2 mm 두께로 붓고 완전히 건조되도록 80 ℃의 건조 오븐에 6 시간 이상 두었다. 마스터 몰드는 경화된 PDMS 복제물로부터 조심스럽게 벗겨져 조각으로 절단되어 스탬프로 사용되었다. 미세 가공된 PDMS 스탬프는 주사 전자 현미경 (FE-SEM 7800F Prime, JEOL Ltd, Japan)으로 검사하였다.

(3) 흐름 특성의 평가

유속 특성을 조사하기 전에, PDMS 마이크로스탬프를 0.1 MPa 진공 챔버에서 5 ~ 15 분 동안 가스를 제거(탈기)하여 PDMS 마이크로스탬프로부터 모든 공기를 제거하였다. 현미경의 대물 렌즈가 전체 마이크로 채널을 촬영할 수 없기 때문에 PDMS 장치를 진공 챔버에서 꺼내 아이폰6 아래에 놓았다. 적색 식품 착색 염료(20 ㎕)의 방울을 마이크로피펫을 사용하여 주입구에 직접 놓았다. 아이폰 6는 적색 식용 염료로 완전히 채워질 때까지 마이크로유체 채널의 시간 경과 이미지를 얻는 데 사용되었으며 ImageJ(NIH)는 이미지 분석에 사용되었다.

(4) 마이크로컨택트 프린팅

유리 슬라이드를 이소프로판올, 에탄올 및 탈이온(DI) 수에서 각각 10 분씩 연속적으로 초음파 처리한 다음 DI 수로 완전히 헹구고 N₂ 스트림 하에서 건조시켰다. μCP 및 DFGP 실험에 앞서, 마이크로스탬프를 산소 플라즈마로 10 초 동안 처리하였다. 이 과정은 스탬프 표면을 친수성으로 만들어 잉크가 균일하게 퍼지도록 하였다. 스탬프는 사용하기 전에 새로운 상태로 제조하였다. 산소-활성화된 PDMS 스탬프는 FITC-BSA(PBS 중 25 ㎍/ml)로 즉시 잉크 처리하였고, 10 분 동안 인큐베이션하여 스탬프의 표면 상에 흡착시켰다. 과량의 잉크 용액을 피펫과 스탬프로 PDMS 표면에서 제거하였다. 스탬프와 유리 기판 사이에 등각 접촉이 되도록 스탬프를 유리 표면 상에 배치하였다. 그동안, 에탄올 중 100 mM의 PEG-실란과 같은 패시베이션 용액을 DFGP에 의해 주입하였다. 1 시간 동안 인큐베이션한 후, 마이크로패턴이 형성된 유리 기판을 PBS 및 DI수로 3 회 세척하였다. 패턴화된 표면은 형광 현미경과 암시야 현미경(Olympus IX70, Japan)으로 특성을 조사하였다. 형광 및 암시야 현미경의 이미지를 ImageJ 소프트웨어(NIH)로 분석하였다.

2. 결과 및 토론

도 1은 순차적 μCP와 DFGP에 의해 마이크로패턴을 생성하는 절차를 나타낸다. 포토리소그래피를 사용하여 μCP용 PDMS 스탬프의 마스터 몰드(master mould)를 만들었다. 감광성 유기 폴리머(포토레지스트)의 박막을 UV 광에 선택적으로 노출시켜 반대의(inverse) 마스터 몰드를 생성함으로써 실리콘 웨이퍼의 마이크로패턴을 만들었다. 릴리프 마이크로구조의 종횡비(길이 또는 반경/높이)는 스탬프의 기계적 왜곡에 의한 인쇄 중 압축력에 견딜 수 있도록 1.4(원형 패턴: 직경 70 μm 및 높이 50 μm)로 하였다. 다음으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 순차적 μCP-DFGP 방식으로 패턴화된 표면을 제조하였다. 1차 잉크 패터닝에 앞서, PDMS 스탬프를 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)-표지된 BSA(FITC-BSA)에 담근 후 유리 슬라이드 위에 5 분 동안 놓아 두었다. 그 후, PDMS 스탬프를 진공 데시케이터에서 15 분 동안 탈기시키고, 패시베이션(passivation)을 위한 2차 잉크를 마이크로피펫으로 주입구의 시작부분에 분배하였다. 1 시간 인큐베이션한 후, PDMS 스탬프를 제거하고 3 번 헹구었다. 그 다음, 패턴화된 유리를 형광 현미경으로 관찰하였다. μCP-DFGP에는 두 가지 상호작용이 중요하다. 하나는 PDMS 스탬프와 1차 잉크 간의 상호작용이고, 다른 하나는 잉크와 기판 사이의 접착이다. 개질되지 않은 PDMS는 매우 소수성이기 때문에, PDMS로부터 기판으로 1차 잉크가 용이하게 전달되게 하기 위하여 PDMS의 소수성 표면을 산소 플라즈마 처리에 의해 친수성 표면으로 쉽게 개질하였다. 또한, 본 발명에서는 PDMS의 고유한 특성인, 모세관력-구동 흐름을 위한 기판의 표면 변형 없이 유체를 작동시키는 가스의 용해도를 기반으로 한 DFGP 기술을 채용하였다.

도 2a는 바람직한 마이크로패턴을 생성하는 순차적 μCP 및 DFGP의 개략도를 나타낸다. 표면의 모세관 장벽을 극복하기 위해, 표면형태적 및 생물학적/화학적 패턴을 생성하기 위한 대안적인 모세관 구동 흐름으로서 강력한 유체 작동에 DFGP를 적용하였다. PDMS는 다공성 엘라스토머로 알려져 있으며, 따라서 헨리의 법칙(Henry’s law)에 따라 PDMS의 가역적 기체 용해성을 갖는다. 탈기-구동 펌핑 기술은 PDMS의 기체 용해도를 기반으로 하며, 하기에서는 DFGP의 작동 원리에 대해 설명한다. 대기압에서, PDMS는 다량의 공기를 함유하고 있으며, 이는 진공 상태에서 낮은 가스 용해도 조건으로 비워질 수 있다. PDMS에서 기체의 평형 농도는 기본적으로 탈기된 PDMS에서의 기체의 분압에 비례한다. 탈기된 PDMS가 대기압으로 되돌아 가면 원래의 평형 상태로 공기를 PDMS로 다시 흡수한다. 공기 재흡수는 입구가 수용액 방울로 막혀 있으면 마이크로채널 내부의 압력을 감소시킨다. 결국, 수용액은 PDMS 스탬프의 빈 공동을 통해 음압에 의해 당겨진다.

도 2b(상단 이미지)는 PDMS 스탬프의 광학 현미경 사진이다. 모세관 작용/표면 장력-기반 유체 추진은 수용액의 흐름을 생성하기 위해 친수성 표면을 필요로 한다. 그러나, PDMS 스탬프는 소수성을 지닌 수많은 3D 마이크로채널 구조를 가지고 있어서 모세관 작용을 억제하는 소수성 장벽을 만드는 데 핵심적인 역할을 할 것이다(도 2b, 중간). 따라서, 도 2b(하단)에 나타난 바와 같이, DFGP는 모세관-구동 흐름보다 바람직한 영역으로 잉크를 이송하는 데 더 적합하다. 이에 따라, 충분한 유체 작동을 보장하기 위해 모세관 구동 흐름보다 DFGP 방법을 활용하였다. DFGP에 대한 유체 작동을 생성하기 위해, 장치 충진율에 미치는 최적 t_d(저압력에서 PDMS 마이크로스탬프가 저장되는 시간)의 영향을 확인하였다. 장치 프라이밍 중 유속은 탈기 시간으로 제어할 수 있다. 15 분 정도의 낮은 t_d는 10 분 이내에 2차 잉크로 장치를 완전히 채우기에 충분한 탈기 구동 흐름을 생성할 수 있다(도 2c). 도 2c에 나타난 결과로부터, 탈기 시간 연장에 의해 유속을 증가시킬 수 있다. 또한, DFGP는 PDMS에서 가스 용해성을 사용하기 때문에 패터닝 잉크를 프라이밍하는 동안 기포 트랩을 제거하는 이점도 있다.

도 3은 패턴화된 BSA-FITC/PEG 표면에 대한 개략도를 나타낸다. PDMS 스탬프의 표면 토포그래피(surface topography)는 도 3b에 도시된 바와 같이 주사 전자 현미경(SEM)으로 조사하였다. SEM 이미지는 규칙적으로 간격을 두고 균등한 모양의 원통형 미세기둥(cylindrical micropilliar)을 보여준다. PDMS 스탬프의 노출된 원형 영역의 직경은 70 μm였고, 이는 원래의 PDMS 스탬프의 패턴이 유리 표면으로 충실히 옮겨졌음을 나타낸다. 이 결과는 균일한 기둥 구조가 형성되었고 이러한 패턴이 복제되었음을 나타낸다. 도 3c는 유리 기판 상에 형성된 FITC-BSA/PEG-실란 표면의 패턴화된 원형 도트의 형광 이미지를 나타낸다. PDMS 스탬프를 사용하여, 플루오레세인 이소티오시아네이트 소혈청 알부민(FITC-BSA) (PBS 중 25 ㎍/ml)을 픽업하여 유리 표면 상으로 옮겨졌고, 이로써 적절한 형광 이미징을 통해 마이크로패턴의 결과를 평가할 수 있는 편리한 방법이 제공되었다. 그 다음 공동 내부에 2차 패시베이션 잉크(PEG-실란)를 도입하기 위해 패턴화된 PDMS 스탬프의 주입구에 2차 잉크를 주입하여, μCP 및 DFGP에 의한 균일한 분포를 달성하였다. 고농도의 PEG-실란(에탄올 중 PEG 100 mM) 잉크가 DFGP에 의해 주입되었을 때, 2차 PEG-실란 잉크는 미세기둥 구조 사이의 빈 공동 영역을 선택적으로 적시었다. 유리 표면의 PEG-실란화는 일반적으로 생체 분자의 부착 안정성을 높이기 위해 사용되며 유리 및 실리콘 표면에 비특이적 결합을 방지한다. 1 시간 인큐베이션 후, 원하는 위치에 원형 도트 어레이가 형성되었고, 이는 패턴화된 영역 전체에 걸쳐 균일했다.

도 3d에 나타난 바와 같이, 5 개의 원형 도트에 걸친 선 강도 프로파일을 사용하여 FITC-BSA 패턴의 균일성을 측정하였다. FITC-BSA의 형광 강도는 측면 확산에 의해 각 도트를 가로 질러 코어 영역으로 점차적으로 응축되었고, 이는 비결합 FITC 분자가 외부 접촉 영역으로부터 코어 영역으로 내향성으로 이동하였음을 나타낸다(도 3d 삽입 이미지에 나타남). 패턴화된 원형 도트는 직경이 약 50 μm였고, 강한 형광 강도(강도> 0.2)를 보였으며, 패턴화된 원형 도트의 직경은 원래 PDMS 마스터 기둥의 직경에 비해 약 20 μm 감소하였다. 이는 PDMS의 변형과, 미세기둥의 바닥 표면과 유리 기판 사이의 불완전한 등각 접촉에 기인할 수 있다. 따라서, 인쇄 영역의 코어에서의 FITC-BSA 응축 현상은 인쇄 공정 중에 가해지는 압력에 민감하다는 것으로 추정할 수 있으며, 이는 PDMS 스탬프를 변형시킬 수 있다. 더 날카로운 모서리를 가진 보다 딱딱한 PDMS 스탬프를 제조함으로써, PDMS 스탬프에 있어서 형상의 모서리 영역에서 인쇄의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 단일 유형의 분자에 대한 패터닝은 비교적 간단하지만, 교차 오염없이 근접한 다수의 생물학적/화학적 분자를 패턴화하는 능력은 추가로 연구되어야 할 것이다. 패턴화된 모양을 비교하기 위해, 선 패턴이 있는 다른 PDMS 스탬프를 사용하여 유리 기판에 FITC-BSA를 인쇄하였다(도 3e, 3f 참조). 평행한 선들로 구성된 선 어레이(평행선을 갖는 스탬프에 대한 치수: 50 μm의 폭, 30 μm의 간격, 50 μm의 높이) 또한 패턴화된 영역 전체에 걸쳐 비교적 균일한 패턴을 나타내었다. 그러나, 과다한 수직 압력 적용에 의한 엘라스토머 PDMS 스탬프의 변형 및 잉크의 측면 확산으로 인해 불필요한 영역의 약간 상승된 탈착 형상(relief feature)이 관찰되었다. 이러한 결과는 본 발명의 순차적인 μCP-DFGP 방법을 통해 유리 기판 상에 명확한 마이크로패턴화된 FITC-BSA 및 PEG-실란 SAM이 형성되었음을 입증한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 자가-조립식 콜로이드성 AuNP 단일층 패터닝을 μCP와 DFGP에 의해 수행하였다. 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES, 1차 잉크) 및 PEG-실란(2차 잉크)을 패턴화하여 각각 AuNP 및 빈 표면의 패시베이션을 위한 특정 링커를 형성하였다. 이 APTES/PEG-실란은 APTES 및 PEG 각각에 대해 아미노 (NH³⁺) 및 히드록실기에 대한 차별된 친화력에 따라 시트레이트(citrate) 패시베이션된 AuNP의 조립을 유도하기 위해 사용하였다. 그 다음, 콜로이드성 AuNP(직경 40 nm)의 고정화를 수행하였고, 이는 액체 형태의 콜로이드성 AuNP의 균질성으로 인해 패터닝 시험에 도움이 된다. 도 4b는 5 μm 간격의 직경 20 μm인 마이크로스탬프의 광학 이미지를 보여준다. 도 4c는 APTES/PEG-실란 SAM 패턴화된 유리 표면 상에 형성된 AuNP 도트 어레이의 암시야 현미경 이미지를 나타낸다. 원형 AuNP 도트 패턴은 대부분의 SAM 패턴상의 고정화된 AuNP가 단일 나노입자 그대로 손상되지 않고 남아 있음(위치 1)을 보여준다. 그러나, 도 4c의 삽입된 이미지에 나타난 바와 같이, 일부 AuNP 영역에서 플라즈몬 색은 주황색으로 적색 편이를 나타내었다(위치 2). 도 4d는 각 위치에 걸친 AuNP의 흡수 피크를 도시한다(도 4c의 삽입도 참조). 흡수 피크의 최대 분광 강도는 대체적으로 AuNP의 크기 또는 응집에 의존한다. SAM 상의 대부분의 AuNP는 528 nm 부근에서 최대 스펙트럼 강도를 나타냈고, 이는 AuNP가 개별적으로 고정화되었음을 나타낸다. 그러나, 직경이 80 nm인 AuNP에 해당하는 인접한 AuNP 사이의 플라즈몬 커플링 현상으로 인해 550 nm의 더 긴 파장에서 새로운 플라즈몬 밴드가 관찰되었다. 또한, 도 4e에 나타난 바와 같이, APTES 상의 패턴화된 AuNP에 대한 선 강도 프로파일에서는 그 작은 크기(직경 40nm)로 인해 상대적으로 큰 거칠기(roughness)를 나타냈다. 역 실험으로 스탬핑으로 PEG-실란을 1차 잉크로, DFGP에 의한 APTES를 2차 잉크로 사용하여 순서를 변화시켰다(도 4f). 이러한 경우에도 정확하고 바람직한 패턴이 관찰되었지만, PEG-실란 패턴화된 영역(PEG 스탬핑된 원형 도트 영역)의 일부 AuNP가 PEG 표면 상에 낮은 비특이적 AuNP 결합으로 약간 응집되었다. 이것은 인큐베이션 과정에서 APTES 잉크가 스탬핑된 PEG 영역으로 확산되었기 때문이다. 사전 패턴화된 형상의 해상도를 유지하려면 APTES를 2차 잉크로 사용시 인큐베이션 시간이 짧아야 한다. μCP 및 DFGP를 통한 이러한 접근 방식을 통해 AuNP로 매끄러운 표면을 얻을 수 있었고 APTES 패턴을 통해 기판에 우수한 접착력을 부여할 수 있었다. 이러한 나노입자 조립 방법은 유리/실리콘 표면에 나노입자 패터닝에 대한 매력적인 옵션을 제공하는데, 이는 바이오센서, 전자 및 광학 장치 개발에 관련된다.

3. 결론

본 발명에서는 μCP와 DFGP를 시너지 효과적으로 결합함으로써, 이중-복합체 표면 패턴으로 구성된, 단일층 및 다중 패턴화된 표면을 제작하는 새로운 방법을 개발했다. 본 발명의 마이크로패터닝 방법은 기판 상에 2차원 형상으로 다수의 생화학 분자를 동시에 패터닝한다. 본 발명에서는 FITC-BSA 및 PEG-실란과 같은 상이한 기능성 분자 잉크로 이중-복합체 미세패턴화된 표면을 구현하였고, 이것은 세포 접착, 세포 상호작용 유도 및 다른 다수 생체활성 분자 잉크의 분극화와 같은 생물학적 응용으로 연결되는 생체분자 어레이에 활용될 수 있다. 또한, 본 발명의 기술은 실용적인 생체-인식 응용을 위해 AuNP를 조립하여 마이크로스케일 패턴을 제작하는 이점이 있다. 결과적으로, μCP와 DFGP를 결합한 신속하고 손쉬운 본 발명의 패터닝 방법론은 반복된 μCP 절차없이 원하는 마이크로패턴을 제조하는 간편한 방법을 제공한다. 또한, 다양한 기능성 분자 잉크를 사용하여 인쇄물의 크기를 바이오칩 응용을 위한 나노 수준으로 줄이는 데 보다 체계적인 연구가 집중될 것이다.

4. 요약

생물학 및 화학 현상을 연구하기 위해 소프트 리소그래피(soft lithography) 기반 패터닝(patterning) 기술이 개발되었다. 지금까지 다양한 재료를 사용하여 마이크로패터닝을 수행하려면 레이어 별 패터닝의 반복, 스탬프의 정렬, 인쇄된 잉크의 인큐베이팅 등의 여러 절차 단계가 필요하였다. 본 발명에서는 마이크로컨택트 프린팅(microcontact printing, μCP)과 미세유체 진공-보조(microfluidic vacuum-assisted) 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)을 폴리(디메틸실록산)[poly(dimethylsiloxane), PDMS] 스탬프와 결합하여 화학적으로 명확히 배열된 표면 구조를 생산하기 위한 간단한 마이크로패터닝 방법을 제공한다. 이를 구현하기 위하여, 본 발명에서는 생체분자 어레이를 위한 플루오레세인 이소티오시아네이트(fluorescein isothiocyanate) 표지된 소혈청 알부민(FITC-BSA)과 폴리에틸렌 글리콜(PEG)-실란(silane); 및 자가-조립 콜로이드 금 나노입자 단일층(colloid gold nanoparticle monolayer)을 위한 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES)과 PEG-실란 패턴과 같은 상이한 기능성 분자 잉크로 이중-복합체 마이크로패턴화된 표면을 제작하였다. 패터닝을 위한 분자 잉크의 특정 조성으로, 어떠한 보완 공정없이 이러한 μCP-DFGP 방식으로 이중-복합체 표면 패턴을 만들 수 있다. 이러한 패터닝 방식은 미세 제작에 사용될 수 있으며 단일층으로 형성된 생체 분자 및 나노입자에 고도로 활용될 수 있다.

Claims

(a) 다공성 마이크로스탬프에 1차 잉크를 침지한 후 기판에 등각(conformal) 접촉시켜 1차 패턴을 형성시키는 단계;
(b) 다공성 마이크로스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계;
(c) 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)를 통해 다공성 마이크로스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 채워 2차 패턴을 형성하는 단계; 및
(d) 다공성 마이크로스탬프를 제거하는 단계
를 포함하는 마이크로패터닝 방법에 있어서, 상기 단계(b)의 상기 탈기가 5분 이상 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 마이크로스탬프가 폴리(디메틸실록산)[PDMS], 실리콘, 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트[PEGDA] 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 1차 잉크가 형광 표지되거나 형광 표지되지 않은, DNA, RNA, 앱타머, 항체, 스트렙타비딘-비오틴화된 분자, 세포배양용 세포외기질(ECM) 및 세포 배양용 성장 인자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 생체물질인 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 1차 잉크가 플루오레세인 이소티오시아네이트-표지된 BSA(FITC-BSA), 3-아미노프로필트리에톡시실란, PEG-실란, 스트렙타비딘-비오틴화된 분자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 기판이 유리, 실리콘, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)[PET] 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 마이크로스탬프가 산소 플라즈마 처리 또는 UV-오존 처리된 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
삭제
제1항에 있어서, 단계(c)의 상기 2차 잉크가 패시베이션 용액인 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
제1항에 있어서, 단계(c)의 상기 2차 잉크가 PEG-실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES), 옥타데실트리클로로실란(OTS) 및 PEG-폴리(락트산)[PLA]으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로패터닝 방법.
제1항 내지 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 의하여 제작된 마이크로패턴 어레이.
(a) 다공성 마이크로스탬프에 1차 잉크를 침지한 후 기판에 등각(conformal) 접촉시켜 1차 패턴을 형성시키는 단계;
(b) 다공성 마이크로스탬프를 탈기하여 공기를 제거하는 단계;
(c) 탈기-구동 흐름 유도 패터닝(degas-driven flow guided patterning, DFGP)를 통해 다공성 마이크로스탬프의 빈 표면을 2차 잉크로 채워 2차 패턴을 형성하는 단계;
(d) 다공성 마이크로스탬프를 제거하는 단계; 및
(e) 콜로이드성 나노입자를 고정화시키는 단계
를 포함하는 자가-조립식 단일층의 형성 방법에 있어서, 상기 (b) 단계의 탈기가 5분 이상 수행되는 것인, 자가-조립식 단일층의 형성 방법.
제11항에 의하여 제조된 자가-조립식 단일층.
제10항의 마이크로패턴 어레이를 포함하는 바이오센서.