KR20040037230A - 유전적으로 조작된 중규모 바이러스를 사용한 혼성 재료의나노스케일링 정렬 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 재료에 특이적 결합을 할 수 있는 아미노산 올리고머를 갖도록 변형된 자기-조립하는 생물 분자를 사용하여, 상 및 배열과 같은 특이적 결정학적인 특징을 갖는 반도체 재료의 나노결정을 생산하기 위한 방법을 포함한다. 본 발명의 한 형태는 자기-조립하는 생물 분자의 액정 내에서의 정렬된 나노입자를 구성하는 방법이다.

Description

유전적으로 조작된 중규모 바이러스를 사용한 혼성 재료의 나노스케일링 정렬{NANOSCALING ORDERING OF HYBRID MATERIALS USING GENETICALLY ENGINEERED MESOSCALE VIRUS}
본 출원에서 실행된 연구는, 국립 과학 재단 (National Science Foundation)으로부터의 보조금에 의하여 일부 지원되었고, 정부가 일정한 권리를 소유할 수 있다.
생물계에서, 유기 분자는 무기 재료, 예컨대 탄산칼슘 및 실리카의 결정생성 및 광물 상에 대해, 및 생물학적 기능에 필요한 복잡한 구조로의 구성 단위들의 조립에 대해 현저한 수준의 제어를 수행한다.
생물학적 공정에 의하여 생산된 물질은 전형적으로 연성이고, 놀랍게도 복잡한 구조로 배열된 분자 구성 단위들 (즉, 지질, 펩티드, 및 핵산)의 대단히 간단한 집합으로 이루어져 있다. 집적 회로 위에 미세한 특징부를 구성하기 위해 일련의 석판인쇄 공정 접근법에 의존하는 반도체 산업과는 달리, 살아있는 유기체들은 많은 분자 성분들에 동시에 작용하는 비공유력을 주로 사용하여 그들의 구조적 "청사진"을 실행한다. 게다가, 이러한 구조는 어떠한 분자 구성요소도 변화시키지 않으면서 두개 이상의 유용한 형태 사이에서 종종 훌륭하게 재배열할 수 있다.
차세대의 마이크로전자 소자를 생산할 "생물" 재료의 사용은 전통적인 공정 방법의 한계를 해결할 수 있는 답을 제공한다. 이러한 접근법에서 중요한 인자는 생물-무기 재료의 적절한 화합성 및 조합을 식별하는 것, 및 적절한 구성 단위들의 합성이다.
<발명의 요약>
본 발명자들은 구조체를 설계하여, 무기 재료의 제어되는 정교한 구조로의 조립을 지시하고 제어하는 생물 재료를 생산하였다. 흥미있는 전자 또는 광학 성질을 갖는 재료를 생성하고 설계하는 생물 재료의 사용은 특징부의 크기를 줄이고, 예를 들어 재료의 광-전자적 성질의 제어를 향상시키는데 사용할 수 있다. 반도체 재료는 전형적으로 황화아연, 비소화갈륨, 인산인듐, 황화카드뮴, 비소화알루미늄, 알루미늄 스티비니드 및 규소로부터 제조된다. 이러한 반도체 재료는 종종 III 족-V 족 및 II 족-VI 족 반도체 재료로 분류된다.
유기-무기 혼성 재료는 신규한 재료 및 소자에 대한 새로운 경로를 제공한다. 본 발명자들은 반도체 재료에 결합할 수 있는 펩티드를 선택하는데 유기-무기 혼성물을 활용하였다. 크기 제어된 나노구조는 반도체 재료의 광학적으로 및 전자적으로 조절 가능한 성질을 부여한다. 본 발명을 사용하여, 반도체 재료의 무기 형태, 상, 및 결정생성 방향을 변형시키는데 유기 첨가물을 사용하였다. 생물 재료의 단분산성이 계가 고도로 정렬된 스멕틱-정렬 (smectic-ordering) 구조에 적합하게 만든다.
나노길이 규모의 잘-정렬되고 잘-제어되는 2- 및 3-차원 구조를 구성하는 것은 차세대 광학, 전자 및 자기 재료 및 소자를 구성하는 것의 주요 목적이다. 많은 연구원들이 전통적인 재료 접근법을 사용하여 이러한 구조를 구성하는데 초점을 맞추어 왔다. 여기에 기재된 바와 같이, 본 발명자들은 연성 재료가 나노규모 수준에서 무기 재료를 조직화하는 자기-조직화제와 같이 작용할 수 있음을 증명하였다. 알리비세이터스 (Alivisators)와 머킨 (Mirkin)은 특정 나노입자 조합 구조를 형성하는데 DNA 인식 링커를 활용하였다. 스투프 (Stupp)와 동료는 나노와이어 및 나노구조를 제조하기 위해 이액형 액정 매질에서 ZnS 및 CdS를 결정화하였다. 그러나, 양쪽 방법 모두 길이 규모에서 제한되고, 실시하기에 제한된 유형의 무기 재료를 제공한다. 그래서, 나노규모 수준의 잘-정렬된 구조를 생성하는 다른 방법이 필요하다.
본 발명은 비등방성 형상을 갖는 단분산 생체물질이 잘-정렬된 구조를 구성하는 한 수단이 될 수 있다는 인식에 기초하고 있다. 본 발명은 생물학적 선택성 및 자기-조립성을 사용하여 잘-정렬된 나노입자 층을 구성하는 방법을 포함한다. 나노입자 층은 CdS, FeS, 및 ZnS와 같은 II-VI 족 반도체 재료로 제조될 수 있다.
본 발명의 한 형태는 반도체 재료에 결합하고 잘-정렬된 구조를 조직하도록 유전적으로 조작된 자기-조립하는 생물 분자, 예를 들어 박테리오파지를 사용하는 방법이다. 이러한 구조는 예를 들어, 나노입자의 나노규모 어레이 (array)일 수있다. 예를 들어, 박테리오파지를 사용하여, 자기-조립하는 생물 재료가 특정 반도체 표면에의 특이적 결합성을 위해 선택될 수 있고, 따라서 변형된 박테리오파지 및 본 명세서에서 설명하는 방법을 사용하여 선택된 재료의 잘-정렬된 구조를 생성할 수 있다.
본 발명의 또다른 형태는 특이적 배열성을 갖는 나노입자를 생성하는 방법이다. 이것은 특이적 결합성을 갖는, 예를 들어 M13 박테리오파지를 생성하고, 폴리머라제 연쇄 반응을 사용하여 고농도로 박테리오파지를 증폭시키고, 파지를 재현탁함으로써 달성된다.
이러한 동일한 방법이 네메틱 상에서 방향 정렬, 콜레스테릭 상에서 비틀려진 네메틱 구조, 및 스멕틱 상에서 방향 및 위치 모두의 정렬의 3 가지 액정 상을 갖는 박테리오파지를 생성하는데 사용될 수 있다. 한 측면에서 본 발명은 특정 반도체 표면과 고농도로 결합하는 부분을 포함하는 자기-조립하는 생물 분자를 증폭시키는 단계 및 결정을 형성하도록 또는 결정의 형성을 지시하도록 하나 이상의 반도체 재료 전구체를 자기-조립하는 생물 분자와 접촉시키는 단계를 포함하는, 중합체, 예를 들어 필름을 제작하는 방법이다.
본 발명의 또다른 형태는 반도체 표면에 결합하도록 선택된, 예를 들어 M13 박테리오파지를 사용하여 다른 콜레스테릭 피치를 갖는 나노입자를 생성하고 다양한 농도로 파지를 재현탁하는 방법이다. 본 발명의 또다른 형태는 예를 들어, 유전적으로 조작된 M13 박테리오파지를 사용하고 박테리오파지를 재현탁하여 배열된 나노입자를 갖는 주조 필름을 제조하는 방법이다.
본 발명은 무기 재료에 결합할 수 있는 유기 재료, 및 특히 반도체 재료와 결합할 수 있고 잘-정렬된 구조를 형성할 수 있는 박테리오파지 (bacteriophage)에 관한 것이다.
본 발명의 특징과 장점의 더욱 완벽한 이해를 위해, 각각의 도면에서 상응하는 부호가 상응하는 부분을 지칭하는 수반되는 도면과 함께 발명의 상세한 설명을 참고할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선택된 랜덤 아미노산 서열을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 구조의 XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 이종구조의 파지 인식을 나타낸다.
도 4 내지 8은 본 발명에 따른 특이 아미노산 서열을 나타낸다.
도 9(a) 및 9(b)는 본 발명에 따른 M13 파지의 스멕틱 배열의 개략도를 나타낸다.
도 10(a) 내지 10(f)는 A7-ZnS 현탁액의 상(像)으로, (a) 및 (b)는 POM 상, (c)는 AFM 상, (d)는 SEM 상, (e)는 TEM 상 및 (f)는 TEM 상 (전자 회절 삽입)이다.
도 11(a) 내지 11(f)는 M13 박테리오파지 나노입자 바이오필름의 상(像)으로, (a)는 필름의 사진, (b)는 필름 구조의 개략도, (c)는 AFM 상, (d)는 SEM 상, (e) 및 (f)는 x-z 및 z-y 평면에 따른 TEM 상이다.
본 발명의 다양한 실시태양을 제작하고 사용하는 것은 하기에서 상세하게 논의되겠지만, 본 발명은 특정 부분이 폭넓게 다양하게 실시될 수 있는 많은 적용가능한 발명 사상을 제공한다는 것을 이해하여야 할 것이다. 여기에서 논의되는 특정한 실시태양들은 단지 발명을 제작하고 사용하는 특정 수단의 예증일 뿐이고, 발명의 영역을 한정하는 것은 아니다.
본 발명자들은 이전에 펩티드가 반도체 재료에 결합할 수 있다는 것을 보였었다. 이들 펩티드는 추가로 나노입자들을 결정화하고 그들의 자기-조립을 지시하는 수단으로 나타났다. 펩티드의 주요 특징은 기술적으로 중요한 재료를 면 특이성을 갖도록 인식하고 결합하며, 크기-제약된 결정질 반도체 재료를 결정화하고, 결정화된 나노입자의 결정학적인 상을 제어할 수 있는 펩티드의 능력이다. 펩티드는 펩티드의 종횡비를 또한 제어할 수 있고, 따라서 광학 성질을 제어할 수 있다.
간단히 말해서, 생물계가 쉽게 대단히 미세한 규모에서 광대하게 복잡한 구조를 조립하는 점은 유사한 방식으로 거동할 수 있는 비-생물계를 식별하기 위한 필요에서 상당한 흥미를 느끼게 하였다. 흥미있는 전자 또는 광학 성질을 갖는 재료에 적용될 수 있는 방법에 특별한 가치가 있을 것이지만, 자연적으로 생체분자와 이러한 재료 사이에서의 상호작용에 대한 쪽으로 발전되지는 않았다.
본 발명은 생물계가 나노규모 구성 단위들을 고품질, 제어된 크기 및 조성 균일성을 갖는 복잡하고 기능적으로 정교한 구조로 효율적이고 정밀하게 조립한다는 인식에 기초하고 있다.
랜덤 유기 중합체 풀을 제공하는 하나의 방법은, M13 콜리파지 (coliphage)의 pIII 외투 단백질로 융합되어, 결정질 반도체 구조와 반응한 상이한 펩티드들을 제공하는 7 내지 12 아미노산을 함유하는 랜덤 펩티드의 결합 라이브러리에 기초한, 파지-디스플레이 라이브러리 (Phase-display library)를 사용하는 것이다.pIII 외투 단백질의 5 개의 복사물은 입자의 10 내지 16 nm를 차지하는 파지 입자의 하나의 말단에 위치되었다. 파지-디스플레이 접근법은 펩티드 기판 상호 작용과 이 상호작용을 코딩하는 DNA 사이에 물리적 연결을 제공하였다. 여기에서 기술된 실시예들은 예로써, 5개의 다른 단-결정 반도체, GaAs (100), GaAs (111)A, GaAs (111)B, InP (100) 및 Si (100)을 사용하였다. 이러한 기판은 펩티드 기판 상호작용의 체계적인 평가 및 다른 결정질 구조에 대한 본 발명의 방법론의 일반적인 유용성의 확증을 가능하게 한다.
특정 결정에 성공적으로 결합된 단백질 서열을 표면으로부터 용출하고, 예를 들어 백만배로 증폭하고, 더욱 엄격한 조건하에서 기판에 대해 반응시켰다. 이러한 과정을 가장 특이적 결합을 갖는 라이브러리 내 파지를 선택하기 위해 5 번 반복하였다. 예를 들어, 파지 선택의 3 번째, 4 번째 및 5 번째 과정 후에, 결정-특이성 파지를 단리하고 그들의 DNA를 서열화하였다. 결정 조성 (예를 들어, Si로가 아닌 GaAs로의 결합) 및 결정질 면 (예를 들어, (111)B GaAs로가 아닌 (100) GaAs로의 결합)에 대해 선택적인 펩티드 결합이 확인되었다.
GaAs (100)으로부터 선택된 20 개 클론을 GaAs 표면에 대한 에피토프 (epitope) 결합 영역을 측정하기 위해 분석하였다. 변형된 pIII 또는 pVIII 단백질의 부분적인 펩티드 서열이 도 1에 도시되었고, 이는 GaAs에 노출된 펩티드 사이에서 유사한 아미노산 서열을 나타낸다. GaAs 표면에의 노출 횟수를 증가시키면, 비전하 극성 및 루이스-염 작용기의 숫자가 증가하였다. 3 번째, 4 번째 및 5 번째 서열화 과정으로부터의 파지 클론은, 각각 평균 30 %, 40 % 및 44 % 극성 작용기를 함유하였고, 동시에 루이스-염 작용기 부분은 각각 41 %부터 48 %, 55 %로 증가하였다. 본 발명자들의 라이브러리로부터의 랜덤 12-mer 펩티드에서 작용기의 단지 34 %를 구성하여야 하는 루이스 염기의 관찰된 증가는 펩티드 위의 루이스 염기와 GaAs 표면 위의 루이스-산 위치 사이의 상호작용이 이들 클론에 의해 나타난 선택적인 결합을 조절할 수 있다는 것을 시사한다.
라이브러리로부터 선택된 변형된 12-mer의 예상된 구조는 작은 펩티드일 경우, 펩티드를 GaAs의 단위 격자 (5.65 Å)보다 더 길게 만드는 확장된 입체 형태일 수 있다. 따라서, 펩티드가 GaAs 결정을 인식하기 위해 단지 작은 결합 영역만이 필요할 수 있다. 도 1에서 강조된, 이러한 짧은 펩티드 영역은 아민 루이스 염기, 예컨대 아스파라긴 및 글루타민의 존재 외에 세린- 및 트레오닌-풍부 영역을 함유한다. 정확한 결합 서열을 결정하기 위해, 표면을 7-mer 및 디술파이드 제약된 7-mer 라이브러리를 포함하는 보다 짧은 라이브러리로 스크리닝하였다. 결합 영역의 크기 및 유연성을 감소시키는 이러한 보다 짧은 라이브러리를 사용하여, 펩티드-표면 상호작용이 보다 적게 허용되고, 선택된 세대들 사이에서 상호작용 강도의 증가가 예상된다.
M13 외피 단백질에 대한 바이오틴을 입힌 항체를 통하여 파지에 결합된, 스트렙타비딘 (streptavidin)-표지된 20 nm 콜로이드 금 입자로 표식된 파지를 특이적 결합의 양적 평가를 위해 사용하였다. X-선 광전자 분광기 (XPS) 원소 구성비 측정을 수행하여, 금 4f-전자 신호의 강도를 통하여 파지 기판 상호작용을 모니터하였다 (도 2a 내지 c). G1-3 파지가 존재하지 않아도, 항체 및 금 스트렙타비딘은 GaAs (100) 기판에 결합하지 않았다. 따라서, 금-스트렙타비딘 결합은 파지에 특이적이고 기판에 결합한 파지의 지표가 되었다. XPS를 사용하여, GaAs (100)으로부터 단리된 G1-3 클론이 Si (100)가 아니고 GaAs (100)과 특이적으로 결합하였음을 또한 밝혀냈다 (도 2a 참조). 보완적인 방식에서, (100) Si 표면에 대해 스크리닝한, S1 클론이 (100) GaAs 표면과 약한 결합을 나타냈다.
일부의 GaAs 클론은 또한 InP (100), 또다른 섬아연석 (zinc-blende) 구조의 표면에 결합하였다. 화학적, 구조적 또는 전자적인 선택적인 결합의 원리는 여전히 조사중이다. 게다가, 기판 표면 위에 천연 산화물의 존재는 펩티드 결합의 선택성을 변화시킬 수 있다.
GaAs의 (111)A (갈륨 말단) 또는 (111)B (비소 말단) 면에 비하여 GaAs (100)으로의 G1-3 클론의 우선적인 결합은 증명되었다 (도 2b, c). G1-3 클론 표면 농도는 갈륨-풍부 (111)A 또는 비소-풍부 (111)B 표면에서 보다, 클론의 선택에 사용된 (100) 표면에서 더 크다. 이러한 상이한 표면들은 상이한 화학적 반응성을 나타내는 것으로 알려져 있고, 다양한 결정 표면에 대한 파지 결합에 있어서 증명된 선택성이 있음은 놀랍지 않다. 양쪽 111 표면 모두의 벌크 종결은 동일한 기하학적 구조를 준다고 하여도, Ga 또는 As 원자를 표면 이중층의 최외측에 갖는 것 사이에서의 차이점은 표면 재구성을 비교할 때 더욱 분명하게 나타난다. 다양한 GaAs 표면의 산화물의 조성 또한 다를 것이라고 예상되고, 이것은 다시 펩티드 결합의 특징에 영향을 미칠 수 있다.
G1-3 파지 클론에 노출된 기판으로부터의 결합 에너지에 대한 Ga 2p 전자의강도가 도 2c에 플롯되어 있다. 도 2b에서의 결과로부터 예상되듯이, GaAs (100), (111)A 및 (111)B 표면 위에서 관찰된 Ga 2p 강도는 금 농도에 반비례한다. 더 높은 금-스트렙타비딘 농도를 갖는 표면 위에서의 Ga 2p 강도의 감소는 파지에 의한 표면 피복의 증가로 인한 것이었다. XPS는 샘플링 깊이가 대략 30 Å인 표면 기술이고, 따라서, 유기 층의 두께가 증가할수록, 무기 기판으로부터의 신호는 감소한다. 이러한 관찰을 사용하여, 금-스트렙타비딘의 강도가 실제로 GaAs의 표면 위에 결정 특이적 결합 서열을 함유하는 파지의 존재에 의한 것이었음을 확인하였다. XPS 자료와 상관있는 결합 연구를 수행하였고, 여기에서는 동일한 숫자의 특정한 파지 클론을 동일한 표면적을 갖는 다양한 반도체 기판에 노출시켰다. 야생형 클론 (랜덤 펩티드를 삽입하지 않음)은 GaAs에 결합하지 않았다 (플라크가 검출되지 않았음). G1-3 클론의 경우, 용출된 파지 개체수는 GaAs (111)A 표면에서 보다 GaAs (100)에서 12 배 더 컸다.
GaAs (100) 및 InP (100)에 결합한 G1-3, G12-3 및 G7-4 클론을 원자력 현미경 (AFM)을 사용하여 상형성하였다. InP 결정은 In-P 결합이 GaAs 결합보다 더 큰 이온성을 갖고 있지만, GaAs와 등구조인, 섬아연석 구조를 갖는다. AFM으로 관찰된 파지의 10 nm 폭 및 900 nm 길이는 투과 전자 현미경 (TEM)에 의해 관찰된 M13 파지의 치수와 일치하고, M13 항체에 결합한 금 구체는 파지에 결합한 것으로 관찰되었다 (자료는 도시하지 않음). InP 표면은 고농도의 파지를 갖는다. 이러한 자료는 원자 크기, 전하, 극성 및 결정 구조를 포함하는 많은 요소들이 기판 인식에 관련됨을 시사한다.
G1-3 클론 (네가티브 착색)은 TEM 상에서 GaAs 결정질 웨이퍼에 결합되어 있다 (도시되지 않음). 자료는 결합이 G1-3의 변형된 pIII 단백질에 의해 행해진 것이고, 주요 외피 단백질과의 비-특이적 상호작용을 통한 것이 아니었음을 입증한다. 따라서, 본 발명의 펩티드는 나노구조 및 이종구조를 조립하는데 있어서 특이적 펩티드-반도체 상호작용을 지시하는데 사용될 수 있다 (도 4e).
X-선 형광 현미경을 사용하여 상이한 화학적 및 구조적 조성을 갖는 표면에 아주 근접하여 섬아연석 표면으로의 파지의 우선적인 부착을 증명하였다. 차례로 포개어 넣어지는 사각 패턴을 GaAs 웨이퍼에 에칭하였는데, 이러한 패턴은 GaAs의 1 ㎛ 선들 및 각각의 선 사이에 4 ㎛ SiO2간격을 포함하였다 (도 3a, 3b). G12-3 클론은 GaAs/SiO2패턴화된 기판과 상호작용시키고, 세척하여 비-특이적 결합을 감소시키고, 면역-형광 프로브, 테트라메틸 로다민 (TMR)으로 표식하였다. 표식된 파지는 도 3b에서 GaAs와만 결합하는 G12-3에 상응하는 3 개의 적색선 및 중심점으로 발견되었다. 상기 패턴의 SiO2지대는 파지와 결합하지 않은 채로 유지되고 색상은 어둡다. 이러한 결과는 파지에 노출되지 않고, 주요한 항체 및 TMR에 노출된 대조물에서는 관찰되지 않았다 (도 3a). 비-파지 결합 G12-3 펩티드를 사용하여 동일한 결과를 얻었다.
GaAs 클론 G12-3은 AlGaAs에 비해 GaAs에 대해 기판-특이적임이 관찰되었다 (도 3c). AlAs 및 GaAs는 상온에서 본질적으로 동일한 격자 제약, 각각 5.66 Å 및 5.65 Å을 갖고, 따라서 AlxGa1-xAs의 삼중 합금은 GaAs 기판 위에서 에피탁시얼하게 성장할 수 있다. GaAs 및 AlGaAs는 섬아연석 결정 구조를 갖지만, G12-3 클론은 단지 GaAs에 대한 결합에 있어서 선택성을 나타내었다. GaAs와 Al0.98Ga0.02As의 교차 층으로 구성되는 다층 기판을 사용하였다. 기판 재료를 분열시키고 이어서 G12-3 클론과 반응시켰다.
G12-3 클론을 20 nm 금-스트렙타비딘 나노입자로 표지하였다. 주사 전자 현미경 (SEM)에 의한 조사는 이종구조 내에서 GaAs 및 Al0.98Ga0.02As의 교차 층들을 나타낸다 (도 3c). 갈륨 및 알루미늄의 X-선 원소 분석을 사용하여 전적으로 이종구조의 GaAs 층에 대한 금-스트렙타비딘 입자를 지도작성하였고, 화학적 조성에 대한 고도의 결합 특이성을 증명하였다. 도 3d에서 모델은 형광 및 SEM 상 (도 3a 내지 c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 반도체 이종구조에 대한 파지의 식별을 나타낸다.
본 발명은 유기 펩티드 서열 및 무기 반도체 기판 사이에서의 결합을 식별하고, 발달시키며, 증폭시키기 위한 파지-디스플레이 라이브러리의 사용을 증명한다. 이러한 무기 결정의 펩티드 인식 및 특이성은 펩티드 라이브러리를 사용하는 GaN, ZnS, CdS, Fe3O4, Fe2O3, CdSe, ZnSe 및 CaCO3를 포함하는 다른 기판들로 확장되어 왔다. 2-성분을 인식하는 2가 합성 펩티드 (도 4e)가 현재 설계되고 있고, 그러한 펩티드는 반도체 구조 위의 특정한 위치로 나노입자를 향하게 하는 능력을 갖는다. 이들 유기 및 무기 쌍들은 새로운 세대의 복잡하고 정교한 전자 구조물의 제작을 위한 강력한 구성 단위들을 제공하여야 한다.
실시예 1
펩티드 생성, 단리, 선택 및 특성화
펩티드 선택. 파지 디스플레이 또는 펩티드 라이브러리를 0.1 % 트윈-20 (TWEEN-20)을 함유하는 트리스-완충 식염수 (TBS)에 반도체, 또는 다른, 결정과 접촉시켜 표면 상의 파지-파지 상호작용을 감소시켰다. 1 시간 동안 상온에서 흔든 후, 표면을 0.1 % 부터 0.5 % (v/v)까지 트윈-20 농도를 증가시킨 트리스-완충 식염수, pH 7.5에 10 회 노출하여 세척하였다. 파지를 10 분 글리신-HCl (pH 2.2)을 첨가하여 표면에서 용출시키고, 새로운 관으로 이동시킨 후에 트리스-HCl (pH 9.1)로 중화시켰다. 용출된 파지를 적정하고 결합 효율을 비교하였다.
3 번째 기판 노출 후에 용출된 파지를 대장균 ER2537 숙주와 혼합하고 LB XGal/IPTG 평판 위에서 평판 배양하였다. 라이브러리 파지를, lacZα 유전자를 갖는 벡터 M13mp19로부터 유도하였기 때문에, Xgal (5-브로모-4-클로로-3-인도일-β-D-갈락토시드) 및 IPTG (이소프로필-β-D-티오갈락토시드)를 함유하는 배지 상에서 평판 배양했을 때, 파지 플라크는 색상이 청색이었다. 청/백 스크리닝을 사용하여 랜덤 펩티드 삽입물을 갖는 파지 플라크를 선택하였다. 플라크를 취출하였고 DNA를 이러한 평판으로부터 서열화하였다.
기판 제조. X-선 회절에 의해 기판 배향을 확인하였고, 적절한 화학물질 특이적 에칭에 의해 천연 산화물을 제거하였다. 다음의 에칭을 GaAs 및 InP 표면에 대해 시험하였다: NH4OH:H20 1:10, HCl:H20 1:10, H3PO4:H2O2:H20 3:1:50, 1 분 및 10분의 에칭시간. 1 분 동안 HCl:H20를 사용하고, 이어서 1 분 동안 탈이온수로 헹구었을 때, GaAs 및 InP 에칭된 표면에 대한 최상의 원소비 및 최소의 산화물 형성 (XPS 사용)이 달성되었다. 그러나, 라이브러리의 초기 스크리닝에서 GaAs에 대해 수산화암모늄 에칭을 사용했기 때문에, 다른 모든 GaAs 기판 예에 대해서도 이러한 에칭을 사용하였다. 1 분 동안 HF:H20 1:40의 용액에서 Si (100) 웨이퍼를 에칭하고, 이어서 탈이온수로 헹구었다. 모든 표면을 헹군 용액으로부터 직접 얻고, 즉시 파지 라이브러리에 도입한다. AFM 및 XPS에 의해 파지에 노출되지 않은 대조용 기판의 표면을 특성화하고 표면의 형태 및 에칭 공정의 효능에 대해, 지도작성하였다.
(100) GaAs 위로의 분자 빔 에피탁시에 의해 GaAs 및 Al0.98Ga0.02As의 다층 기판을 성장시켰다. 에피탁시얼하게 성장된 층을 5 ×1017cm-3의 양으로 Si-도핑 (n-형)시켰다.
항체 및 금 표지. XPS, SEM 및 AFM 실시예를 위해서, 1 시간 동안 트리스-완충 식염수에서 기판을 파지에 노출시킨 다음에 항-fd 박테리오파지-비오틴 접합물, fd 파지의 pIII 단백질에 대한 항체 (포스페이트 완충제에서 1:500, 시그마 (Sigma))에 30 분 동안 도입한 다음에 포스페이트 완충제에서 헹구었다. 스트렙타비딘/20 nm 콜로이드 금 표지 (포스페이트 완충 식염수 (PBS)에서 1:200, 시그마)를 비오틴-스트렙타비딘 상호작용을 통해 비오틴-접합된 파지에 부착시켰다. 표면을 30 분 동안 표지에 노출시킨 다음, PBS로 여러번 헹구었다.
X-선 광전자 분광기 (XPS). XPS에서 보이는 금 신호가 파지에 결합된 금으로부터의 것이고 GaAs 표면과의 비-특이적 항체 상호작용이 아닌 것을 확실히 하기 위해 XPS 실시예에 관하여 하기하는 대조용 시험을 실시하였다. 준비된 (100) GaAs 표면을 (1) 파지 없이 항체 및 스트렙타비딘-금 표지, (2) 항체 없이 G1-3 파지 및 스트렙타비딘-금 표지, 및 (3) G1-3 파지 또는 항체 없이 스트렙타비딘-금 표지에 노출시켰다.
사용된 XPS 기기는 단색 1487 eV X-선을 생성하는 알루미늄 양극 (anode)을 갖는 피지컬 일렉트로닉스 파이 (Physical Electronics Phi) ESCA 5700이었다. 파지를 금-표식 (상기에서 기술한 바와 같음) 한 후 즉시 모든 샘플들을 챔버에 넣어 GaAs 표면의 산화를 제한한 다음에 고진공에서 밤새 펌핑하여 XPS 챔버에서 샘플 가스발생을 감소시켰다.
원자력 현미경 (AFM). 사용된 AFM은 G 스캐너와 함께 팁 주사 모드에서 작동하는, 자이스 악시오베르트 (Zeiss Axiovert) 100s-2tv에 탑재된 디지탈 인스트루먼츠 바이오스코프 (Digital Instruments Bioscope)였다. 탭핑 (tapping) 모드를 사용하여 공기 중에서 상을 찍었다. 125 mm 캔틸레버 및 그들의 공진 주파수 200 ±400 kHz 근처로 구동된 20 ±100 Nm-1의 탄성계수를 갖는 AFM 프로브로 규소를 에칭하였다. 주사율은 1 ±5 mms-1정도이었다. 상들을 일차 평면을 사용하여 평평하게 하여 샘플 경사를 제거하였다.
투과 전자 현미경 (TEM). 60 kV에서 필립스 (Philips) EM208을 사용하여TEM 상을 찍었다. G1-3 파지 (TBS에서 1:100 희석)를 30 분 동안 GaAs 단편들 (500 mm)과 함께 배양하고, 원심분리하여 결합하지 않은 파지로부터 입자를 분리시키며, TBS로 헹구고, TBS에서 재현탁시켰다. 샘플을 2 % 우라닐 아세테이트로 착색시켰다.
주사 전자 현미경 (SEM). G12-3 파지 (TBS에서 1:100 희석)를 30 분 동안 새롭게 나뉜 이종-구조 표면과 함께 배양시키고 TBS로 헹궜다. G12-3 파지를 20 nm 콜로이드 금으로 표식하였다. SEM 및 원소 지도화 상을 5 kV에서 히타치 (Hitachi) 4700 전계 방출 주사 전자 현미경에 탑재된 노리안 (Norian) 검출 시스템을 사용하여 수집하였다.
실시예 2 바이오필름
본 발명자들은 유기-무기 혼성 재료는 신규한 재료 및 소자에 대해 새로운 경로를 제공한다는 것을 인식하였다. 크기 제어된 나노구조는 반도체 재료의 광학적으로 및 전자적으로 조절가능한 성질을 부여하고 유기 첨가물이 무기 형태, 상, 및 결정생성 방향을 변형시킨다. 생물 재료의 단분산성이 계가 고도로 정렬된 스멕틱-정렬 구조에 적합하게 만든다. 본 발명의 방법을 사용하여, II-VI 반도체 재료의 고도로 정렬된 나노미터 규모 뿐만 아니라 다중길이 규모의 배열을, 유전적으로 조작된, 자기-조립하는 생물 분자, 예를 들어 특정 반도체 표면의 인식 부분을 갖는 M13 박테리오파지를 사용하여 생성하였다.
본 발명의 조성 및 방법을 사용하여, 반도체 재료의 나노- 및 다중-길이 규모의 배열을 여기에서 기술된 인식 및 자기-정렬 계를 사용하여 달성하였다. 반도체의 인식 및 자기-정렬을 현재의 사진석판인쇄 능력을 능가하는 전자 장치의 미세 가공을 증진시키는데 사용할 수 있다. 이러한 재료의 적용 분야는 발광 디스플레이, 광 검출기 및 레이져와 같은 광전자 장치, 급속 상호연결, 및 나노-미터 규모 컴퓨터 부품 및 생물학적 센서를 포함한다. 본 발명을 사용하여 생성된 바이오필름의 다른 용도는 잘-정렬된 액정 디스플레이 및 유기-무기 디스플레이 기술을 포함한다.
필름, 섬유 및 다른 구조들은 생물학적 독소를 포함하는 작은 분자의 검출을 위한 고밀도 센서 역시 포함할 수 있다. 다른 용도는 광학적 코팅 및 광학 스위치를 포함한다. 임의적으로, 의료 이식용 또는 심지어 골 이식용 스캐폴딩을, 당업자에게 명백할 수 있듯이, 본 명세서에서 기술된 하나 이상의 재료를, 단일 또는 다중 층으로 또는 심지어 줄무늬로 또는 임의의 이들의 조합으로 사용하여 구성할 수 있다. 본 발명에 대한 다른 용도는 전기 및 자기 경계부, 또는 심지어 고밀도 저장, 예를 들어 양자 전산에서 사용하기 위한 3D 전자 나노구조의 조직화를 포함한다. 다르게는, 재구성될 수 있는 의료용 바이러스의 고밀도 및 안정한 보존, 예를 들어 생물학적으로 적합성인 백신, 보조제 및 백신 용기들을 본 발명을 사용하여 생성된 필름 및/또는 매트릭스를 사용하여 생성할 수 있다. 정보 저장은 식별, 예를 들어 군복 또는 부호에서의 방어부 피아 식별을 위한 양자점 패턴에 기초하고 있다. 본 나노섬유는 심지어 통화를 암호화하고 식별하는데 사용할 수 있다.
나노길이 규모에서 잘-정렬되고, 잘-제어되는, 2 및 3 차원적 구조를 구성하는 것이 차세대 광학, 전자 및 자기 재료 및 소자를 구성하는 것의 주요한 목적이다. 지금의 특정 나노입자를 제작하는 방법은 길이 규모 및 재료의 유형 모두에 관해서 제한되어 있다. 본 발명은 자기-조립하는 유기 또는 생물 분자 또는 입자, 예를 들어 M13 박테리오파지의 성질을 활용하여 나노입자의 배열, 크기 및 규모 뿐만 아니라 사용할 수 있는 반도체 재료의 범위를 확장시킨다.
본 발명자들은 비등방성 형태를 갖는 단분산성 바이오재료가 잘-정렬된 구조를 구성하기 위한 다른 방법임을 인식하였다. 특정 반도체 표면에 대한 인식 부분 (펩티드 또는 아미노산 올리고머)을 갖는 유전적으로 조작된 M13 박테리오파지를 사용하여 II-VI 반도체 재료의 나노 및 다중-길이 규모 배열을 달성하였다.
세트 (Seth)와 동료는 위치 및 방향 정렬 모두를 갖는 Fd 바이러스 스멕틱 정렬 구조를 특성화하였다. Fd 바이러스의 스멕틱 구조는 나노입자의 2-차원 및 3-차원 배열을 구성하기 위한 구조의 다중-규모 및 나노규모 정렬 모두에 적용가능하다. 유전적으로 변형할 수 있고, Fd 바이러스와 동일한 형태를 갖도록 성공적으로 선택할 수 있으며, II-VI 반도체 표면에 대한 특이적 결합 친화도를 갖고 있기 때문에 박테리오파지 M13을 사용하였다. 따라서, M13이 나노입자의 다중규모 및 나노규모 정렬에 제공될 수 있는 스멕틱 구조의 이상적인 공급원이다.
본 발명자들은 조합적 스크리닝 방법을 사용하여 반도체 표면에 결합할 수 있는 펩티드 삽입물을 함유하는 M13 박테리오파지를 발견하였다. 이러한 반도체 표면은 황화아연, 황화카드뮴 및 황화철과 같은 재료를 포함하였다. 분자 생물학의 기술을 사용하여, 특이적 반도체 재료 및 재료 표면과 결합하는 박테리오파지 조합 라이브러리 클론을 클로닝하고 액정 형성에 매우 충분한 농도까지 증폭시켰다.
사상 박테리오파지, Fd는 긴 막대기 형태 (길이: 880 nm, 지름: 6.6 nm) 및 단분산 분자량 (분자량: 1.64 ×107)을 갖는다. 이러한 성질은 고농축 용액에서 박테리오파지의 이액형 액정 거동을 야기시킨다. 생물학적 선택성 및 자기-조립성을 사용하여 잘-정렬된 나노입자 층을 구성하는 방법으로서 박테리오파지의 비등방성 형태를 활용하였다. 단분산 박테리오파지를 표준 증폭 방법을 통하여 제조하였다. 본 발명에서, 유사한 사상 박테리오파지인 M13을 유전적으로 변형하여 황화아연, 황화카드뮴 및 황화철과 같은 나노입자와 결합시켰다.
박테리오파지의 중규모 (mesoscale) 정렬을 나노입자의 나노규모 어레이를 형성하여 증명하였다. 이러한 나노입자들은 마이크로미터 영역 및 센티미터 길이 규모로 추가로 조직화된다. 반도체 나노입자들은 양자 구속 효과를 나타내며, 액정 내에서 합성되고 정렬될 수 있다.
특정 펩티드 삽입물을 함유하는 박테리오파지 M13 현탁액을 제조하여, 원자력 현미경 (ATM), 투과 전자 현미경 (TEM) 및 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 특성화하였다. 나노 입자의 균일한 2D 및 3D 정렬이 샘플 전체에 대해서 관찰되었다.
원자력 현미경 (AFM). 사용된 AFM은 G 스캐너와 함께 팁 주사 모드에서 작동하는, 자이스 악시오베르트 100s-2tv에 탑재된 디지탈 인스트루먼츠 바이오스코프이었다. 탭핑 모드를 사용하여 공기 중에서 상을 찍었다. 125 mm 캔틸레버 및그들의 공진 주파수 200 ±400 kHz 근처로 구동된 20 ±100 Nm-1의 탄성계수를 갖는 AFM 프로브로 규소를 에칭하였다. 주사율은 1 ±5 mms-1정도이었다. 상들을 일차 평면을 사용하여 평평하게 하여 샘플 경사를 제거하였다. 도 9(a) 및 9(b)는 AFM을 사용하여 관찰된 M13 파지의 스멕틱 배열의 개략도이다 (자료는 도시되지 않음).
투과 전자 현미경 (TEM). 60 kV에서 필립스 EM208을 사용하여 TEM 상을 찍었다. G1-3 파지 (TBS에서 1:100 희석)를 30 분 동안 반도체 재료와 함께 배양하고, 원심분리하여 결합하지 않은 파지로부터 입자를 분리시키며, TBS로 헹구고, TBS에서 재현탁시켰다. 샘플을 2 % 우라닐 아세테이트로 착색시켰다.
주사 전자 현미경 (SEM). 파지 (TBS에서 1:100 희석)를 30 분 동안 새롭게 나뉜 이종-구조 표면과 함께 배양시키고 TBS로 헹궜다. G12-3 파지를 20 nm 콜로이드 금으로 표식하였다. SEM 및 원소 지도화 상을 5 kV에서 히타치 4700 전계 방출 주사 전자 현미경에 탑재된 노리안 검출 시스템을 사용하여 수집하였다.
반도체 표면에 대한 특이적 결합 성질을 갖는 유전적으로 조작된 M13 박테리오파지를 증폭시키고 표준 분자 생물학 기술을 사용하여 정제하였다. 박테리오파지 현탁액 (농도: ~107파지/㎕) 3.2 ml 및 하룻밤 배양액 4 ml를 대량 증폭을 위해 400 ml LB 배지에 첨가하였다. 증폭후, 펠렛의 ~30 mg을 침전시켰다. 상온에서 ZnCl2도핑한 A7 파지 현탁액에 Na2S 용액을 첨가하여 현탁액을 제조하였다. A7-파지 현탁액의 최고 농도를 1 mM ZnCl2및 Na2S 용액 20 ㎕를 각각 ~30 mg의 파지 펠렛에 첨가하여 제조하였다. 269 nm에서 3.84 mg/ml의 흡광계수를 사용하여 농도를 측정하였다.
등방성 현탁액의 농도가 증가할수록, 방향 정렬을 갖는 네메틱 상, 비틀려진 네메틱 구조를 갖는 콜레스테릭 상, 및 방향 및 위치 정렬을 갖는 스멕틱 상 또한 관찰된다. 이러한 상들은 나노입자를 갖지 않는 Fd 바이러스에서 관찰되었다.
편광 현미경. M13 파지 현탁액을 편광 현미경으로 특성화하였다. 각각의 현탁액을 0.7 mm 직경의 유리 모세관에 충전하였다. 고농축 현탁액 (127 mg/ml)이 평행 편광하에서 무지개빛의 색 [5]을 나타냈고 교차-편광하에서는 도 10(a)와 같은 스멕틱 텍스처를 나타냈다. 도 10(b)의 콜레스테릭 피치를 표 1과 같이 현탁액의 농도를 변화시켜 제어할 수 있다. 샘플 제조로부터 24 시간 후에 피치 길이를 측정하고 현미경 사진을 찍었다.
콜레스테릭 피치와 농도의 관계
농도 (mg/ml) 피치 길이 (㎛)
76.30 31.9
71.22 51.6
56.38 84.8
50.52 101.9
43.16 163.7
37.04 176.1
27.54 259.7
원자력 현미경 (AFM) 관찰. AFM 관찰을 위해, M13 박테리오파지 현탁액의 5 ㎕ M13 현탁액 (농도: 30 mg/ml)을 데시케이터에서 4 시간 동안 3-아미노 프로필트리에틸 실란으로 실란처리한 8 mm ×8 mm 운모 기판 위에서 24 시간 동안 건조시켰다. 탭핑 모드를 사용하여 공기 중에서 상을 찍었다. 자기-조립된 정렬 구조는 880 nm 길이 및 6.6 nm 폭의 M13 박테리오파지의 비등방성 형태 때문에 관찰되었다. 도 10(c)에서, M13 파지는 사진 평면에 놓여 있고 스멕틱 배열을 형성한다.
주사 전자 현미경 (SEM) 관찰. SEM 관찰을 위해, 박테리오파지 및 ZnS 나노입자 스멕틱 현탁액 (박테리오파지 현탁액의 농도 127 mg/ml)의 임계점 건조 샘플을 제조하였다. 도 10(d)에서, 나노입자 풍부 구역 및 박테리오파지 풍부 구역이 관찰되었다. 나노입자와 박테리오파지 사이에서의 거리 길이는 박테리오파지의 길이와 일치한다. ZnS 섬유아연석 (wurzite) 결정 구조를 TEM으로 스멕틱 현탁액의 희석 샘플을 사용한 전자 회절 패턴에 의해 확인하였다.
바이오필름의 제조. 박테리오파지 펠렛을 400 ㎕의 트리스-완충 식염수 (TBS, pH 7.5) 및 1 mM Na2S를 첨가한 200 ㎕의 1 mM ZnCl2으로 현탁하였다. 24 시간 동안 상온에서 흔든 후, 1 ml 에펜도르프 (eppendorff) 관에 담긴 현탁액을 일주일 동안 데시케이터 안에서 천천히 건조시켰다. ~15 ㎛ 두께의 반-투명 필름이 관의 안쪽에 형성되었다. 도 11(a)의 이러한 필름을 핀셋을 사용하여 조심스럽게 취득했다.
바이오필름의 SEM 관찰. A7-ZnS 필름의 나노규모 박테리오파지 배열을 SEM을 사용하여 관찰하였다. SEM 분석을 행하기 위해 필름을 자른 다음에 아르곤 대기 중에서 2 nm 크롬의 진공 증착을 통하여 코팅하였다. 샘플 전체에 대하여 도11(d)의 고도로 밀집된 구조가 관찰되었다. 개별 파지의 평균 길이 895 nm는 파지의 평균 길이 880 nm와 합당할 정도로 유사하다. 필름은 나노입자와 박테리오파지 층 사이에서 주기적으로 나타나는 스멕틱형 A 또는 C형 판상 형태를 나타냈다. 주기성의 길이는 박테리오파지의 길이와 일치하였다. 나노입자의 평균 크기는 개별 입자의 TEM 관찰과 유사한 ~20 nm이다.
바이오필름의 TEM 관찰. ZnS 나노입자 배열을 TEM을 사용하여 조사하였다. 필름을 에폭시 수지 (LR 백색)에 하루 동안 넣고, 촉진제 10 ㎕를 첨가하여 중합시켰다. 경화시킨 후, 수지를 레이카 울트라마이크로톰 (Leica Ultramicrotome)을 사용하여 얇은 절편으로 만들었다. 이러한 ~50 nm 절편을 증류수 위에 부유시키고, 빈 금 격자 위로 집어 올렸다. 개략도에서 x-z 평면에 상응하는, 하부에 평행-배열된 나노입자가 관찰되었다 (도 11(e)). 각각의 박테리오파지는 A7 부분의 5 개 복사물을 갖고 있기 때문에, 각각의 A7은 1 개 나노입자 (2 내지 3 nm 크기)를 인식하고, 대략 20 nm 폭으로 배열되며, 길이에서 2 ㎛ 초과로 확장되었다. 2 ㎛ ×20 nm 밴드가 ~700 nm 이격된 평행한 각각의 밴드에 형성되었다. 이러한 불일치는 마빈 (Marvin) 그룹에 의해 보고된, TEM에서의 관찰에 관한 파지 층의 기울어진 스멕틱 배열로부터 일어날 수 있다. 나노입자 층 평면과 같은 y-z 축이 도 3(f)와 같이 관찰되었다. 배열된 입자의 SAED 패턴은 ZnS 입자가 섬유아연석 6각형 구조를 갖는 것을 나타냈다.
바이오필름의 AFM 관찰. 바이러스 필름의 표면 배향을 AFM을 사용하여 조사하였다. 도 11(c)에서는, 파지가 스멕틱 O로 명명된 대부분의 표면 위에서 수직 (박테리오파지 축)인 인접한 디렉터 사이에서 거의 직각을 갖는 평행 배열 헤링본 패턴을 형성한 것으로 나타났다. 필름은 수십 ㎛에 이르는 수직 디렉터의 긴 범위 정렬을 나타냈다. 두 영역 층이 서로 만나는 일부의 구역에서, 2 또는 3 다중-길이 규모의 박테리오파지가 스멕틱 C 정렬 구조에 평행하게 및 지속적으로 배열되었다.
자기-정렬 계 및 인식을 사용한 반도체 재료의 나노 및 다중-길이 규모 배열이 전자 소자의 미래의 미세가공을 증진시킨다. 이러한 소자는 현재 사진석판인쇄 능력을 능가하는 잠재력을 갖는다. 이러한 재료의 다른 잠재적인 적용 분야는 발광 디스플레이, 광학 검출기, 및 레이져와 같은 광전자 장치, 급속 상호연결, 나노-미터 규모 컴퓨터 부품 및 생물학적 센서를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시태양을 제작하고 사용하는 것을 상세하게 논의하였지만, 본 발명은 특정 부분이 폭넓게 다양하게 실시될 수 있는 많은 적용가능한 발명 사상을 제공한다 것을 알 수 있을 것이다. 여기에서 논의된 특정한 실시태양들은 단지 발명을 제작하고 사용하는 특정 수단의 예증일 뿐이고, 발명의 영역을 한정하는 것은 아니다.
<서열 목록>

Claims (36)

  1. 특정 반도체 표면과 고농도로 결합하는 부분을 포함하는 자기-조립하는 생물 분자를 증폭시키는 단계; 및
    결정을 형성하도록 반도체 재료 전구체를 자기-조립하는 생물 분자와 접촉시키는 단계
    를 포함하는, 필름의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자기-조립하는 생물 분자가 그 표면 위에 하나 이상의 아미노산 올리고머를 노출시키도록 조작된 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 올리고머가 7 내지 15 아미노산 길이인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자기-조립하는 생물 분자의 선택이 조합 라이브러리 스크리닝에 의해 달성되는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스크리닝이 결합된 자기-조립하는 생물 분자를 결정으로부터 용출하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    용출된 아미노산 올리고머를 반도체 재료와 접촉시키는 단계; 및
    용출 단계를 반복하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 결합 및 용출을 5 회 이하로 반복하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자기-조립하는 생물 분자가 액정 농도까지 증폭되는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 증폭을 폴리머라제 연쇄 반응을 사용하여 달성한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 반도체 재료가 II-VI 반도체 재료를 포함하는 방법.
  11. 특정 반도체 표면과 고농도로 결합하는 부분을 포함하는 자기-조립하는 바이러스 입자를 증폭시키는 단계; 및
    결정을 형성하도록 반도체 재료 전구체를 자기-조립하는 바이러스 입자와 접촉시키는 단계
    를 포함하는, 나노입자의 콜레스테릭 피치 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 자기-조립하는 바이러스 입자가 그 표면 위에 하나 이상의 아미노산 올리고머를 노출시키도록 조작된 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 올리고머가 7 내지 15 아미노산 길이인 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 자기-조립하는 바이러스 입자의 선택이 조합 라이브러리 스크리닝에 의해 달성되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스크리닝이 하나 이상의 반도체 재료의 결정에 아미노산 올리고머를 함유하는 자기-조립하는 바이러스 입자를 하나 이상의 결정이 결합할 수 있도록 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    용출된 아미노산 올리고머를 반도체 재료와 접촉시키는 단계; 및
    용출 단계를 반복하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 결합 및 용출을 5 회 이하로 반복하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 자기-조립하는 바이러스 입자가 액정 농도까지 증폭되는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 증폭을 폴리머라제 연쇄 반응을 사용하여 달성한 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 반도체 재료가 II-VI 반도체 재료를 포함하는 방법.
  21. 제12항에 있어서, 상기 방법이 나노입자의 스멕틱 배열을 제어하는데 사용되는 방법.
  22. 제12항에 있어서, 상기 방법이 나노입자에 네메틱 상을 부여하는데 사용되는 방법.
  23. 제12항에 있어서, 상기 방법이 주조 필름을 생산하는데 사용되는 방법.
  24. 제1항의 방법에 의해 제조된 필름.
  25. 제11항의 방법에 의해 제조된 필름.
  26. 반도체 결합 펩티드를 기판에 고정시키는 단계;
    하나 이상의 반도체 재료 전구체를 반도체 결합 펩티드와 접촉시키는 단계; 및
    반도체 결합 펩티드 위에 반도체 결정을 형성하는 단계
    를 포함하는, 나노입자의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 반도체 결합 펩티드가 그 표면 위에 하나 이상의 아미노산 올리고머를 노출시킨 키메라 단백질을 추가로 포함하는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 반도체 결합 펩티드가 약 7 내지 15 아미노산을 포함하는 방법.
  29. 제26항에 있어서, 반도체 결합으로부터 반도체 결정을 용출시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  30. 제26항에 있어서, 상기 반도체 결합 펩티드가 화학적으로 기판에 연결된 방법.
  31. 제26항에 있어서, 상기 반도체 결합 펩티드가 자기-조립하는 바이러스 입자를 갖는 키메라 단백질을 포함하는 방법.
  32. 제26항에 있어서, 상기 반도체 재료가 II-VI 족 반도체 재료를 포함하는 방법.
  33. 제26항에 있어서, 상기 반도체 결합 펩티드가 나노입자의 스멕틱 배열을 제어하는 방법.
  34. 제26항에 있어서, 상기 반도체 결합 펩티드가 나노입자의 네메틱 상을 제어하는 방법.
  35. 제26항에 있어서, 상기 방법이 필름을 생산하는데 사용되는 방법.
  36. 제26항의 방법에 의해 제조된 중합체.
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