KR20050023753A - 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20050023753A
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서강일
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Abstract

본 발명은 기판; 및 상기 기판 위에 실란계 무수화물을 포함하는 고정화층을 포함하는 생체물질 고정용 기판을 제공한다. 상기 생체물질 고정용 기판은 기판 위에 실란계 무수화물을 포함하는 코팅조성물을 코팅하여 고정화층을 형성하여 제조된다.

Description

생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법{SUBSTRATE FOR IMMOBILIZING PHYSIOLOGICAL MATERIAL, AND A METHOD OF PREPARING THE SAME}
[발명이 속하는 기술분야]
본 발명은 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오칩 제조공정시 비활성화(blocking) 공정을 생략할 수 있어 보다 간편하게 바이오칩을 제조할 수 있고, 바이오 칩의 혼성화 감도를 향상시킬 수 있는 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
[종래기술]
최근 들어 생명공학과 반도체 제조 기술을 접목시켜 핵산, 단백질, 효소, 항원, 항체 등과 같은 생체물질 분자들의 활성을 밝히려는 노력이 전세계적으로 확산되고 있다. 작은 실리콘 칩 위에 반도체 가공 기술을 이용하여 미세한 특정한 구역 내에 원하는 생체물질 분자를 고정한 바이오 칩을 생화학적으로 일괄 검색하면 유용한 정보를 쉽게 얻어낼 수 있다.
바이오칩은 생물에서 유래된 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포 및 기관, 신경세포 등과 같은 생체 유기물과 반도체와 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체 칩 형태로 만든 소자이다. 바이오 칩은 크게 DNA 탐침(probe)이 고정된 "DNA 칩", 효소, 항체, 항원 등과 같은 단백질이 고정된 "단백질 칩", 시료의 전처리, 생화학 반응, 검출, 자료해석 기능까지 소형 집적화 되어 자동 분석기능을 갖는 "실험실 칩(lab-on-a-chip)"과 같은 각종 생화학물질을 검출 및 분석기능을 수행할 수 있는 "바이오센서(biosenser)" 등으로 분류될 수 있다.
이러한 바이오칩을 개발하기 위해서는 생체물질과 고정화 기판의 계면을 효율적으로 형성하고 생체물질의 고유 기능을 최대한 활용할 수 있도록 하는 생체물질의 고정화 기술이 중요하다. 생체물질의 고정화는 슬라이드 유리, 실리콘 웨이퍼, 마이크로웰 플레이트(microwell plate), 튜브, 구형 입자, 다공성막 표면에서 일어난다. 특히 DNA칩이나 단백질칩 등과 같은 바이오칩에서는 관련 생체물질을 마이크로미터 스케일의 제한된 영역에 고정화하는 일이 무엇보다 중요하다.
기질 표면과 탐침(probe) DNA 와의 결합을 유도하기 위하여 여러 가지 방법들이 제시되고 있으며, 아민 관능기를 가지고 있는 실란 화합물 또는 아미노실란 올리고머 등을 이용한 생체물질 고정화방법이 실제로 가장 널리 적용되고 있다.
DNA의 고정화 방식에는 폴리라이신(poly-lysine) 코팅[Shena et al. Science 467, 270(1995)]에서처럼 수소화된(protonated) 아민과 음전하적인(polyanion) 성격을 띄는 DNA와의 이온적 상호작용(ionic interaction) 또는 소수적 상호작용(hydrophobic interaction)[Allemand et al. Biophys. J 2064, 73 (1997)]과 같이 비공유결합적 화학반응을 의존하는 방법들이 있다. 그러나, 이와 같은 경우에는 DNA 막이 높은 염농도나 온도에서 제거되기 쉬운 성질을 보인다. 그러므로, 공유결합적 방법이 더 선호된다. 대체로, DNA는 UV 조사에 의해 골격상에 존재하는 티미딘(thymidine) 성분과 기판위에 존재하는 양이온으로 하전된 아민그룹과 가교결합(crosslinking) 된다[Duggan et al. Nature Genetics(Supple.) 10, 21(1999)]. 그러나 DNA의 고정화장소의 위치와 숫자가 정확하지 않아, 혼성화(hybridization) 과정에 사용되는 DNA 길이나 염기서열은 고정화할 때마다 다르게 된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 DNA의 말단을 기판에 결합하는 방식이 제시되었다. 카르복실화되거나(carboxylated) 혹은 포스포릴레이트화된(phosphorylated) DNA를 아민화된 기판위에 결합시키거나 카르복실화되거나 포스포릴레이트화된 기판에 아민화된 DNA를 결합시킬 수 있다. 그러나 이러한 방법들은 카보디이미드(carbodiimide)/이미다졸(imidazole)과 같은 탈수제를 사용하게 되므로 다단계의 반응경로를 거쳐야 하며 처리시간도 길어진다(미국특허 제5,760,130호). 아민화된 DNA는 이소티오시아네이트화(isothiocynated), 알데하이드화(aldehyde)[Guo et al. Nucleic Acid Research 5456, 22(1994)] 혹은 에폭시화(epoxylated)[Maskos et al. Nucleic acid Research 1679, 20(1992)] 기판에 결합이 가능하다. 디알데하이드(dialdehyde) 물질을 사용하여 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)을 가교제(crosslinker)로 사용한 경우도 있다(미국특허 제5,702,818호). 이외에 티올(thiol)이나 디설파이드(disulfide)화된 DNA는 가교제(heterobifunctional crosslinker)에 의해 아민화된 기판위에 결합이 가능하거나 혹은 티올화된 기판위에 결합이 가능하다[Linda et al. Nucleic Acid Research 3031, 24(1996)]. 그러나, 이러한 반응 메카니즘들은 그 속도가 매우 느리며 수율이 떨어지는 단점이 있다.
현재 생체물질 고정용 기판으로 널리 사용되고 있는 것은 아미노실란 물질을 이용한 아민계 기판이다. 아민계 기판은 도 1a의 제조공정 순서도에서 보는 바와 같이 탐침(probe) DNA를 고정화한 후(S2) 반응하지 않는 작용기들이 상당부분 남아있기 때문에 비특이적 결합(non-specific binding)을 방지하기 위한 상기 작용기들의 비활성화(Blocking) 과정(S3)이 필수적이다. 이로써 후속공정인 혼성화과정(S4)의 감도를 증가시킬 수 있다. 실제적으로 가장 널리 사용되는 방법은 Succinic anhydride-NMP-borate 처리 방법으로 탐침(probe) DNA와 반응하지 않은 작용기들을 음이온 형태를 갖는 카르복실레이트(carboxylate) 형태로 변환시킨다[Frank et al. Nucleic Acid Research e38, 29(2001)]. 그럼으로써, DNA와 기판간에 이온적 상호작용에 의한 비특이적 결합(non-specific binding)을 방지할 수 있다. 이러한 방법외에 prehybridization 방법이나 과량의 외래(exogenous) DNA를 첨가하는 방법 등이 사용되고 있다. 또한 무수화물(anhydride)을 이용하여 아민계 기판을 카르복실화시킨 후 그 위에 N-hydroxysuccinimide로 다시 반응시켜 비활성화 과정을 피하는 방법이 있다[Rudiger et. al Chembiochem, 686, 2(2001)].
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 비활성화 과정을 수행하지 않아도 혼성화 감도를 향상시킬 수 있는 생체물질 고정용 기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 생체물질 고정용 기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판; 및 상기 기판 위에 실란계 무수화물을 포함하는 고정화층을 포함하는 생체물질 고정용 기판을 제공한다.
또한 본 발명은 기판 위에 실란계 무수화물을 포함하는 코팅조성물을 코팅하여 고정화층을 형성하는 공정을 포함하는 생체물질 고정용 기판의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생체물질 고정용 기판에 고정된 생체물질을 포함하는 바이오칩 또는 바이오센서를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
현재 생체물질 고정용 기판으로 널리 사용되고 있는 아민계 기판은 비특이적 결합(non-specific binding)을 방지하기 위한 방법으로써 비활성화(blocking) 과정이라는 공정이 필수적으로 요구된다(도 1a). 그러나, 본 발명의 생체물질 고정용 기판은 도 1b에 도시된 바와 같이 기판(S11) 위에 실란계 무수화물 고정화층을 형성하고(S12), 탐침을 고정화한 다음(S13), 혼성화 과정(S14)을 거친다. 즉 본 발명의 생체물질 고정용 기판은 종래의 아민계 기판의 비활성화 과정을 실시하지 않아도 충분한 혼성화 감도를 얻을 수 있다. 기판 위에 탐침(probe)이 패터닝 되지 않은 부분, 즉 스팟(spot) 이외의 부분은 탐침(probe) 고정화 과정 이후에 진행되는 후처리 공정, 예를 들면 증류수나 에탄올에 의한 세정과정에 의해 자연히 카르복실레이트 형태로 분해되어, 음전하적 성질을 갖게 된다. 따라서, 타겟(target) 물질과의 이온적 상호작용(ionic interaction)에 의한 비특이적 결합(non-specific binding)을 방지할 수 있으므로, DNA칩 백그라운드(background)의 발광정도를 충분히 낮추어 칩의 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 기판특성으로 아민계 기판에서 자주 발생하는 스팟의 유성꼬리화(comet tail) 현상이나 백그라운드 얼룩 등 다양한 문제점을 원천적으로 극복할 수 있다.
본 발명에 사용된 물질의 관능기인 실란계 무수화물은 뛰어난 반응성으로 인해 기존에 사용되는 아민계, 알데히드계 또는 에폭시계 기판에 비하여 생체물질의 고정화 시간을 단축할 수 있다. 또한, 물, 알코올 또는 아민류의 화합물과 같은 전자가 풍부한 물질에 대해 반응성이 우수하여, 카르복실산, 에스테르, 혹은 아마이드 결합을 고수율로 생성할 수 있다. 그러므로, 실란계 무수화물은 타 관능기나 물질 도입시 효과적인 결합점(anchoring point)으로 사용가능하여 그 응용예는 상당히 넓다고 할 수 있다. 상기 실란계 무수화물 고정화층을 형성함으로써 탐침(probe) 물질의의 고정화장소로 그리고 바이오칩 제작과정에서 요구되는 비활성화 과정을 생략할 수 있는 두 가지 효과를 얻을 수 있다.
상기 실란계 무수화물 고정화층을 포함하는 생체물질 고정용 기판의 형성과정을 도 2에 도시하였다. 먼저 세정된 기판(1) 위에 실란계 무수화물 고정화층(2)을 형성한다(S10). 이때 기판은 근본적으로 투명한 고체기질 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 불투명 고체기질, 어느 것이라도 사용 가능하며 특히 적합한 물질로는 환경적으로 안정하거나 내화학성을 가진 유리, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 웨이퍼 등이 가능하나 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 실란계 무수화물 고정화층(2)은 하기 화학식 (1)의 화합물을 기판에 코팅하여 형성될 수 있다.
CA-R1-Si(OR2)3 (1)
상기에서 R1은 알킬기, 방향족기, 에테르, 에스테르, 및 이민으로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 또는 부틸과 같은 알킬기이고, R2는 수소, 탄소원자 수가 1 내지 20개의 알킬기, 및 페닐기로 이루어진 군에서 선택된다. 상기 실란계 무수화물의 구체적인 예로는 3-(트리에톡시실릴)프로필숙시닉 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)propylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)프로필숙시닉 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)propylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)프로필글루타릭 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)propylglutaric anhydride), 3-(트리에톡시실릴)부틸숙시닉 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)butylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)부틸숙시닉 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)butylsuccinic anhydride), 3-(트리에톡시실릴)프로필글루타릭 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)propylglutaric anhydride), 3-(트리메톡시실릴)부틸글루타릭 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)butylglutaric anhydride), 3-(트리에톡시실릴)부틸글루타릭 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)butylglutaric anhydride) 등이 있다.
상기 실란계 무수화물을 0.01 내지 90 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 10중량%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%의 농도를 갖도록 유기 용매에 녹여 코팅조성물로 제조하여 이를 기판에 코팅함으로써 고정화층을 형성한다. 실란계 무수화물의 함량이 1 중량% 미만의 농도에서는 효과적인 실란계 무수화물 고정화층의 형성이 어렵고 90 중량%를 초과하는 경우에는 코팅성을 확보하기 어렵다. 코팅조성물에서 실란계 무수화물의 축합반응이 진행되어 올리고머 화합물이 형성될 수 있다.
상기 유기용매로는 물과 알코올류를 제외하며 극성을 가지고 있는 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 물 혹은 알코올류의 용매에 무수화물은 분해된다. 용매로서 가장 대표적인 것은 메틸에틸케톤, 디메틸포름아마이드, 메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidone), 사이클로헥산 등이 있다.
또한 실란계 무수화물 고정화층의 소수성을 조절하기 위하여 하기 화학식 2의 소수성 실란화합물이나 결착력 증대를 위해 하기 화학식 3의 실란 알콕사이드, 또는 이들 모두를 상기 실란계 무수화물에 혼합하여 사용할 수 있다. (2)
상기 식에서, R3는 탄소수 1 내지 14의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 방향족기 또는 치환된 방향족기(여기서 치환기로는 메틸, 에틸 또는 프로필이 바람직함) 및 CX3(X는 할로겐)로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메틸, 에틸 또는 프로필이며, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 14의 알콕시, 아세톡시, 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메톡시, 에톡시, 아세톡시 또는 염소이고, R6은 수소, 탄소수 1 내지 14의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메틸 또는 에틸이며, k는 1 내지 15의 정수이다.
M(OR7)n (3)
상기 식에서 M은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 바람직하게는 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, R7은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고, 바람직하게는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 또는 페닐이며, n은 M에 따라 결정되며 3 내지 4의 범위에 있다.
상기 화학식 2의 소수성 실란 화합물을 실란계 무수화물과 함께 사용하면 고정화층의 친수성을 조절할 수 있다. 이러한 소수성 실란 화합물의 예로는 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 프로필트리아세톡시실란(propyltriacetoxysilane) 등이 있다.
상기 화학식 3의 실란 알콕사이드를 함께 사용하면 기판과의 결착력을 증대시킬 수 있다. 상기 화학식 3을 가지는 화합물의 바람직한 예로는 테트라에틸오르토실리케이트와 같은 실리콘 테트라알콕사이드, 알루미늄 트리부톡사이드, 지르코늄 테트라부톡사이드 등이 있다.
상기 실란계 무수화물과 상기 화학식 2 또는 3의 화합물을 함께 사용하는 0.01:99.99 내지 100:0의 중량비로 사용하는 것이 바람직하며, 50:50 내지 95:5의 중량비로 사용되는 것이 더 바람직하다.
실란계 무수화물 및 선택적으로 화학식 2 또는 3의 화합물을 포함하는 코팅 조성물에 세정기판을 10분 이상 침적하여 기판위에 무수화물 반응기가 단분자막으로 형성되도록 자기조립박막코팅을 수행한다. 반응시간 종료 후 용매로 세정하여 기판 표면에 존재하는 불순물 및 물리적으로 약하게 결합된 실란계 무수화물을 세정제거하고, 건조한다.
또한 상기 코팅조성물을 교반하여 실란화합물을 축합 반응시켜 용액 내에 존재하는 올리고머 수화물을 얻은 다음 이를 세정된 기판에 코팅한 다음 100~300도 정도의 온도에서 소성과정을 거쳐 3차원 망상구조층을 형성하여 고정화층을 형성할 수 있다.
코팅방법으로는 침지코팅법(자기조립박막코팅법), 스핀 코팅법, 스프레이법, 프린팅법 등과 같은 습식 코팅방법 등이 이용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 침지코팅법(자기조립박막코팅법)은 1분 이상의 침지시간이면 가능하고 스핀 코팅법은 300 rpm ~ 1000 rpm 범위에서 가능하다.
상기와 같이 실란계 무수화물 고정화층이 형성된 생체물질 고정용 기판에 생체물질 또는 관능기를 가지도록 활성화된 생체물질을 반응시켜 결합시킨 다음 미반응 생체물질을 세정하여 패턴을 형성함으로써 제조되는 바이오칩을 제공한다. 생체물질과 고정화 관능기의 반응시간은 1 내지 24시간이 바람직하다.
본 발명에서 "생체물질"이라 함은 생물에서 유래되거나, 이와 동등한 것이나 생체외에서 제조된 것을 모두 포함하며, 예컨대 효소, 단백질, 항체, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포, DNA, 및 RNA 등을 의미한다. 더욱 바람직하게는 DNA, RNA 또는 단백질일 수 있으며, 여기서, 상기 DNA는 cDNA, 게놈 DNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, 상기 RNA는 게놈 RNA, mRNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, 상기 단백질의 예로는 항체, 항원, 효소, 펩타이드 등을 포함한다.
생체물질은 포토리소그래피(photolithography) 방법, 잉크젯 프린터와 같은 압전 인쇄(piezoelectric printing) 방법, 마이크로 피펫팅, 스폿팅(spotting) 등의 방법을 통하여 고정화 기판에 고정될 수 있다.
바이오 칩중 DNA칩을 제조하는 방법을 간략히 기술하면 기판표면위에 생체물질, 즉 올리고핵산을 상기 방법중 하나로 고정화시키고, 여기에 형광물질로 라벨링(labelling)시킨 시료 용액(target DNA)과 1 내지 24시간 정도 일정조건하에서 반응시켜, 발광되는 빛을 레이져 빔을 조사하여 신호처리한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1: 생체물질 고정용 기판의 제조
시클로헥산(cyclohexane) 120ml에 0.06그람의 3-(트리에톡시실릴)프로필숙시닉안하이드라이드와 0.02그람 1,2-비스(트리에톡시실릴)에탄을 첨가하여 코팅조성물을 제조하였다. 이 코팅조성물에 세정된 슬라이드 타입 유리를 침지시켜 코팅하고, 120 도에서 1시간 동안 건조하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
실시예 2: 생체물질 고정용 기판의 제조
시클로헥산(cyclohexane) 120ml에 0.06그람의 3-(트리에톡시실릴)프로필숙시닉안하이드라이드와 0.02그람의 테트라에톡시오르쏘실란을 첨가하여 코팅조성물을 제조하였다. 이 코팅조성물에 세정된 슬라이드 타입 유리를 침지시켜 코팅하고, 120 도에서 1시간 동안 건조하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
실시예 3: 생체물질 고정용 기판의 제조
시클로헥산(cyclohexane) 120ml에 0.08그람의 3-(트리에톡시실릴)프로필숙시닉안하이드라이드를 첨가하여 코팅조성물을 제조하였다. 이 코팅조성물에 세정된 슬라이드 타입 유리를 침지시켜 코팅하고, 120 도에서 1시간 동안 건조하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
비교예 1: 생체물질 고정용 기판의 제조
3-아미노프로필트로메톡시실란 0.2g을 에탄올 150ml 에 혼합, 교반하여 아민코팅조성물로 사용하였다. 이 코팅액에 세정된 슬라이드 타입 유리를 침지시켜 아민 코팅조성물을 코팅하고, 120 도에서 1시간 동안 건조하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
DNA 칩의 제조 및 비특이적 결합강도 측정
실시예 1-3 및 비교예 1의 기판에 DNA를 접촉식 방식인 스폿팅(Spotting) 방법으로 프로브 DNA를 고정하여 DNA 칩을 제조하였다. 이 공정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. 올리고뉴클레오타이드 프로브(5' CAGGTGGGACTGGTT-NH2 3') 를 DMSO에 섞어, 스포터를 사용하여 기판위에 스폿을 형성하였다. 1시간 동안 37도 100% 의 습도에서 고정화하고, 세정 후처리를 수행하였다. 얻어진 기판을 상기 프로브와 상보적인 타겟 올리고뉴클레오타이드를 혼성화반응시켰다. 혼성화 조건은 0.1% SSPET (0.1% Triton X-100 을 포함하는 saline sodium phosphate EDTA buffer) 용매에 타겟을 녹이고, 37도에서 14시간 동안 반응시켰다. 반응후 칩을 6X SSPET 와 3X SSPET 로 각각 5분간 세척하고, 질소상에서 건조시켰다. 건조된 칩을 엑손 (Axon) 사의 GenePix 4000B 모델을 이용하여 스캐닝하였다. 그 결과를 도 3a 및 도 3b에 도시하였다. 스캔이미지로부터 측정된 비특이적 결합강도(non-specific binding intensity)를 하기 표 1에 기재하였다.
[표 1]
실시예 1 비교예 1
비특이적 결합강도(a.u.) 198 8000
표 3에서 보는 바와 같이 실란계 무수화물 고정화층이 형성된 실시예 1의 기판이 아민 고정화층이 형성된 비교예 1의 기판에 비하여 비특이적 결합(non-specific binding)이 상당히 적음을 알 수 있다. 이와 같이 비특이적 결합이 적음에 따라 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 실시예 1의 기판이 비교예 1의 기판에 비하여 Signal/Noise 비가 월등히 우수하다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 생체물질 고정용 기판은 실란계 무수화물이 고정화층에 도입되어 바이오칩 제조공정시 비활성화(blocking) 공정을 생략할 수 있으므로 보다 간편하게 바이오칩을 제조할 수 있고 바이오 칩의 혼성화 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1a는 종래의 바이오칩 제조공정 단계를 보인 도면이고
도 1b는 본 발명의 바이오 칩 제조공정을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 생체물질 고정용 기판의 제조공정을 보인 도면이다.
도 3a 및 3b는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 기판을 이용하여 제조된 DNA 칩의 혼성화 반응 후의 스캔이미지 사진을 보인 도면.

Claims (18)

  1. 기판; 및 상기 기판 위에 실란계 무수화물을 포함하는 고정화층을 포함하는 생체물질 고정용 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 유리, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 웨이퍼로 이루어진 군에서 선택되는 것인 생체물질 고정용 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실란계 무수화물 고정화층은 하기 화학식 (1)의 화합물로 형성되는 것인 생체물질 고정용 기판.
    CA-R1-Si(OR2)3 (1)
    상기 식에서 R1은 알킬기, 방향족기, 에테르, 에스테르, 및 이민으로 이루어진 군에서 선택되고, R2는 수소, 탄소원자 수가 1 내지 20개의 알킬기, 및 페닐기로 이루어진 군에서 선택됨.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실란계 무수화물 고정화층은 3-(트리에톡시실릴)프로필숙시닉 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)propylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)프로필숙시닉 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)propylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)프로필글루타릭 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)propylglutaric anhydride), 3-(트리에톡시실릴)부틸숙시닉 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)butylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)부틸숙시닉 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)butylsuccinic anhydride), 3-(트리에톡시실릴)프로필글루타릭 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)propylglutaric anhydride), 3-(트리메톡시실릴)부틸글루타릭 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)butylglutaric anhydride), 3-(트리에톡시실릴)부틸글루타릭 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)butylglutaric anhydride) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로 형성되는 것인 생체물질 고정용 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고정화층은 하기 화학식 2의 소수성 실란 화합물, 하기 화학식 3의 실란 알콕사이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 추가로 포함하는 것인 생체물질 고정용 기판.
    (3)
    상기 식에서, R3는 탄소수 1 내지 14의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 방향족기 또는 치환된 방향족기(여기서 치환기로는 메틸, 에틸 또는 프로필임) 및 CX3(X는 할로겐)로 이루어진 군에서 선택되고, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 14의 알콕시, 아세톡시, 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되고, R6은 수소, 탄소수 1 내지 14의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고, k는 1 내지 15의 정수임;
    M(OR7)n (4)
    상기 식에서 M은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R7은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고, n은 M에 따라 결정되며 3 내지 4의 범위에 있음.
  6. 기판 위에 실란계 무수화물을 포함하는 코팅조성물을 코팅하여 고정화층을 형성하는 공정을 포함하는 생체물질 고정용 기판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기판은 유리, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 웨이퍼로 이루어진 군에서 선택되는 것인 생체물질 고정용 기판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 실란계 무수화물은 하기 화학식 (1)의 화합물인 생체물질 고정용 기판의 제조방법.
    CA-R1-Si(OR2)3 (1)
    상기 식에서 R1은 알킬기, 방향족기, 에테르, 에스테르, 및 이민으로 이루어진 군에서 선택되고, R2는 수소, 탄소원자 수가 1 내지 20개의 알킬기, 및 페닐기로 이루어진 군에서 선택됨.
  9. 제6항에 있어서, 상기 실란계 무수화물은 3-(트리에톡시실릴)프로필숙시닉 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)propylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)프로필숙시닉 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)propylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)프로필글루타릭 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)propylglutaric anhydride), 3-(트리에톡시실릴)부틸숙시닉 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)butylsuccinic anhydride), 3-(트리메톡시실릴)부틸숙시닉 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)butylsuccinic anhydride), 3-(트리에톡시실릴)프로필글루타릭 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)propylglutaric anhydride), 3-(트리메톡시실릴)부틸글루타릭 안하이드라이드(3-(trimethoxysilyl)butylglutaric anhydride), 3-(트리에톡시실릴)부틸글루타릭 안하이드라이드(3-(triethoxysilyl)butylglutaric anhydride) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물인 생체물질 고정용 기판의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 하기 화학식 2의 소수성 실란 화합물, 하기 화학식 3의 실란 알콕사이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 추가로 포함하는 것인 생체물질 고정용 기판의 제조방법.
    (3)
    상기 식에서, R3는 탄소수 1 내지 14의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 방향족기 또는 치환된 방향족기(여기서 치환기로는 메틸, 에틸 또는 프로필임) 및 CX3(X는 할로겐)로 이루어진 군에서 선택되고, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 14의 알콕시, 아세톡시, 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되고, R6은 수소, 탄소수 1 내지 14의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고, k는 1 내지 15의 정수임;
    M(OR7)n (4)
    상기 식에서 M은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R7은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고, n은 M에 따라 결정되며 3 내지 4의 범위에 있음.
  11. 제6항에 있어서, 상기 코팅조성물은 1 내지 90 중량%의 실란계 무수화물을 포함하는 생체물질 고정용 기판의 제조방법.
  12. 제16항에 있어서, 상기 코팅조성물은 실란계 무수화물을 메틸에틸케톤, 디메틸포름아마이드, 메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidone), 사이클로헥산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기용매에 첨가하여 제조되는 것인 생체물질 고정용 기판의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 기판에 고정화된 생체 물질을 포함하는 바이오칩.
  14. 제13항에 있어서, 상기 생체 물질은 효소, 단백질, DNA, RNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 및 신경세포로 이루어진 군에서 선택되는 것인 바이오칩.
  15. 제13항의 바이오 칩을 포함하는 바이오센서.
  16. 제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 따라 제조된 기판에 고정화된 생체 물질을 포함하는 바이오칩.
  17. 제16에 있어서, 상기 생체 물질은 효소, 단백질, DNA, RNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 및 신경세포로 이루어진 군에서 선택되는 것인 바이오칩.
  18. 제17항의 바이오 칩을 포함하는 바이오센서.
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KR20180128556A (ko) * 2017-05-23 2018-12-04 한국전자통신연구원 바이오 물질 분석 방법

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