KR20060052557A - 미끄러운 분자막을 이용하여 고체표면에 나노구조를선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법 및 그 응용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체표면에 나노구조를 선택적으로 정렬하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체 표면을 미끄러운 분자막으로 패터닝한 후, 흡착시키고자 하는 나노구조가 미끄러운 분자막에서 고체표면으로 슬라이딩되면서, 고체표면에 직접 흡착되는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 나노구조를 고체 표면에 선택적으로 위치 및 정렬시킬 수 있다. 또한 나노구조가 고체 표면에 직접 접촉하므로, 나노구조 및 고체 표면의 오염을 방지할 수 있다. 그리고 본 발명에 의한 다중 나노구조를 만들어 센서 등으로 활용할 수 있다. 나아가 DNA, 단백질, 셀 등의 바이오 구조를 원하는 모양으로 배양할 수 있다.
나노구조, 미끄러운 분자막, 슬라이딩, 선택적 정렬, 패터닝

Description

미끄러운 분자막을 이용하여 고체표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법 및 그 응용{METHOD TO ALIGN OR ASSEMBLE NANO-STRUCTURE ON SOLID SURFACE AND THE APPLICATION THEREOF}
도 1은 최근 개발된 나노선을 이용한 시제품 소자의 예 및 이들을 상품화 시키는데 걸림돌이 되고 있는 나노 조립 기술 문제를 나타내는 개략도,
도 2는 플로우 셀(Flow cell)을 이용해 고체 표면 위에서 나노선을 정렬하는 종래 기술을 나타내는 개략도,
도 3은 링커 분자막을 이용하여 탄소나노튜브를 고체 표면에 정렬하는 종래 기술을 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명에 있어서, 링커 분자막 없이 나노선을 고체 표면에 직접 흡착 및 정렬시키는 기술을 나타낸 개락도,
도 5는 금(Au)표면에서의 탄소나노튜브 조립에 관한 여러 비교 사진,
도 6은 금(Au) 표면에 미끄러운 분자막 패턴에 의해 특정 위치에 흡착 및 정렬된 나노선 구조를 나타낸 사진,
도 7은 여러가지 고체 표면에 본 발명의 방법을 이용하여 조립된 탄소 나노 튜브의 사진,
도 8은 분자막을 패터닝하는 방법 중 딥-펜 나노리소그라피 방법을 나타낸 개략도,
도 9는 분자막을 패터닝하는 방법 중 마이크로컨택 프린트 방법 등을 나타낸 개략도,
도 10은 분자막을 패터닝하는 방법 중 포토리소그래피 방법을 나타낸 개략도,
도 11은 나노선을 이용한 집적회로 제작 기술의 개략도,
도 12는 다중 나노구조 조립과정을 나타낸 개략도,
도 13은 도 12의 다중 나노구조 의 각 조립과정의 실시예를 나타낸 사진,
도 14는 본 발명인 다중 나노구조에 의한 신호증폭을 센서에 이용하는 방법을 나타내는 개략도,
도 15는 탄소나노튜브가 흡착 및 정렬된 영역에만 피브로넥틴 단백질 (fibronectin protein)이 흡착된 것을 보여주는 형광 현미경 이미지 사진이다.
본 발명은 고체표면에 나노구조를 선택적으로 정렬하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체 표면을 미끄러운 분자막으로 패터닝한 후, 흡착시키고자 하는 나노구조가 미끄러운 분자막에서 고체표면으로 슬라이딩되면서, 고체표면에 직접 흡착되는 방법에 관한 것이다.
최근 나노기술의 발달로 나노튜브(nanotube) 및 나노선(nanowire) 등을 이용한 소자들의 시제품들이 많이 개발되었다. 어떤 응용 분야에서는 나노선을 이용한 소자는 기존의 반도체 소자에 비해 월등한 성질을 보여주고 있는데, 그 예로는, 초 고전류밀도를 견딜 수 있는 탄소 나노선 전선, 실리콘 나노선으로 만들어진 고속 유연성 회로, 나노선을 이용한 고감도 센서 등을 들 수 있다.
나노구조를 이용한 소자의 경우, 대부분 종류의 나노구조가 용액 속이나 가루 형태로 합성이 되기 때문에, 이들을 이용하여 회로를 만들려면 나노선을 고체 표면의 특정한 위치에 원하는 방향성을 가지고 정렬시키는 공정이 필요하다. 그런데 나노선의 지름이 나노미터 정도이고 길이가 수 마이크로 미터 정도임을 고려할 때 이러한 작업은 매우 어려운 일임을 알 수 있다. 실제로 이러한 이유로 인해, 나노선을 이용한 소자들이 많이 개발되었음에도 불구하고 이들이 상용화로 가지 못하고 있는 실정이다.
종래 나노선을 흡착 및 정렬하는 기술로는 플로우 셀 방법(Flow Cell Method )과 링커(linker) 분자를 이용하는 방법이 알려져 있다.
Harvard 대학의 C.M.Lieber 에 따른 플로우 셀 방법(미국특허출원번호 US2003/00899호 참조)을 도 2에 나타내었다. 플로우 셀 방법의 경우, 나노선을 고체 표면에 특정한 위치에 흡착시킨 후에 그 방향을 조절하기 위해서 유체를 흘려줌으로써 나노선이 그 흐름 방향으로 정렬하는 것을 유도하는 방식이다. 이 경우 대 면적 위에 많은 나노선을 모두 같은 방향으로 정렬할 수는 있으나 국소 영역에서 나노선의 방향을 마음대로 조정하는 것은 매우 어려운 문제점이 있다.
한편, 링커 분자막을 이용하여 탄소 나노튜브를 고체 표면에 정렬하는 방식(Nature 425,36 (2003)참조)을 도 3에 개략적으로 나타내었다. 링커 분자를 이용하는 방식은 고체 표면에 두 종류의 서로 다른 분자막을 패터닝하고, 각 분자막 표면에서의 나노선에 대한 서로 다른 흡착 정도를 이용하여, 나노선을 특정한 위치에 흡착시키는 방식이다.
이 방식의 경우, 나노선들이 분자막에 흡착됨에 따라, 결과적으로는 분자막 패턴의 방향으로 정렬된다. 일 예로서, 탄소 나노선의 경우에는 친수성을 가진 분자막 위에 탄소 나노선이 선택적으로 흡착되면서, 그 분자막의 패턴 방향으로 정렬됨을 알 수 있다. 이 공정에서는 나노선 정렬을 위해 플로우 셀을 전혀 사용하지 않고, 나노선이 국소적인 분자막 패턴의 방향으로 정렬되므로, 국소적으로 나노선의 방향 및 위치를 원하는 대로 조정할 수 있는 특징이 있다.
그러나 이 방법의 경우, 항상 링커로 화학적기를 가진 분자를 이용하여 흡착 시키기 때문에, 나노선이나 샘플을 오염시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 첫째 나노 구조를 미끄러운 분자막에서 슬라이딩되게 함으로써, 고체 표면에 원하는 형상으로 나노 구조를 흡착시킬수 있고, 둘째 링커분자가 아닌 고체 표면에 나노구조를 직접 흡착시킴으로써, 고체 표면 및 나노구조의 오염도를 줄일 수 있게 하는 데 있다.
본 발명인 미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법은, 고체 표면에 나노구조를 패터닝하는 방법으로서, 흡착시키고자 하는 나노구조에 대한 접촉에너지가 고체 표면보다 높은, 미끄러운 분자막을 고체 표면에 등방형 또는 비등방형으로 패터닝하는 단계; 나노구조가 함유된 나노구조 용액에 미끄러운 분자막이 패터닝된 고체를 넣는 단계; 나노구조가 미끄러운 분자막에 흡착 및 슬라이딩되면서, 미끄러운 분자막으로 표면처리 되지 않은 고체 표면에 직접 흡착되는 단계; 세척용액으로 고체를 씻어내어 미끄러운 분자막에 흡착된 나노구조를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가 본 발명은, 나노구조가 선택적으로 위치 및 정렬된 고체 표면에, 이미 패터닝된 미끄러운 분자막과 동일하거나 다른 미끄러운 분자막이 더 패터닝되는 단계; 미끄러운 분자막을 제외한 부분에, 더 흡착시키고자 하는 추가 나노구조에 대한 접촉에너지가 낮은, 나노구조 흡착용 분자막이 더 패터닝되는 단계; 추가 나노구조가 함유된 용액에 고체를 넣어, 나노구조 흡착용 분자막에 추가 나노구조가 흡착되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
나노구조에 의한 신호증폭을 센서에 이용하는 방법에 관한 본 발명은, 나노구조가 선택적으로 위치 또는 정렬된 고체 표면으로 신호를 보내면 상기 보내진 신호가 증폭되며, 상기 증폭된 신호를 감지하는 것을 특징으로 한다.
미끄러운 분자막을 이용해 선택적으로 정렬된 나노구조 상에 정렬 및 배양된 바이오 구조를 제조하는 방법에 관한 본 발명은, 미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 본 방법에 의해, 고체표면에 나노구조를 소정의 형상으로 정렬시키는 단계; 소정의 형상을 가진 나노구조 상에 바이오 구조를 흡착시켜서 정렬 및 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 도 4를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에서의 나노구조는, 나노입자, 나노튜브, 나노선 등과 이들을 조합한 구조를 포함하는 의미이다. 또한 본 발명에서의 나노구조는 다양한 모양을 포함하는 의미이다. 예로, 원 모양의 금 나노입자(Au nanoparticle), 타원 모양의 철 나노입자(FeOOH nanoparticle), 프리즘 모양의 은 나노프리즘 (Ag nanoprism) 등을 포함한다.
본 발명의 기본 개념은 물질간의 접촉에너지(interface energy)차이를 이용하는 것이다. 구체적으로, 흡착하고자 하는 나노구조에 대하여, 고체 표면보다 접촉에너지가 높은 분자막을 고체 표면에 형성시키면, 나노구조는 고체 표면에 보다 용이하게 흡착될 것이다.
나아가 분자막에 흡착된 나노구조도 보다 안정된 흡착을 위해 고체 표면쪽으로 미끄러져 갈 것이다. 이러한 개념에서 본 발명은 미끄러운 분자막(slippery molecular)이라는 용어를 사용한다.
그리고 딥-펜 나노리소그래피, 마이크로컨택 프린팅, 포토리소그래피, 전자빔 리소그래피, 이온-빔 리소그래피, 나노 그래프팅, 나노 세이빙 및 STM 리소그래피 등의 방법을 이용하면, 등방성 뿐 아니라 비등방성 등 다양한 패턴으로, 고체 표면을 미끄러운 분자막으로 표면처리할 수 있다. 여기서 패터닝은 모든 고체 표면이 가진 자연적인 흡착력이나 전기장 등을 이용한다. 결과적으로, 다양한 패턴으로 나노구조를 고체 표면에 직접 흡착시킬 수 있게 된다.
본 발명과 종래기술과의 차이점은 다음과 같다. 종래에는 고체 표면에 나노구조를 흡착시키고자 하는 위치에, 소정의 나노구조를 끌어당기는 분자막을 덮어서 나노구조를 원하는 위치로 끌어당기는 방식을 이용하였다.(Positive Pattern Transfer)
반면, 본 발명은 나노구조가 흡착되지 않아야 하는 위치에, 소정의 나노구조에 대해 접촉에너지가 높은 분자막으로 처리함으로써, 나노구조가 분자막 위에서 미끄러지게 하여, 분자막 없는 고체 표면에만 흡착이 되게 유도한다는 차이점이 있다.(Negative Pattern Transfer)
그리고 본 발명의 특징은, 나노구조가 고체 표면에 직접 접촉을 한다는 점이다. 일반적으로 링커 분자는 화학적기를 가진 분자로서 나노구조나 샘플인 고체 표면을 오염시킬 수 있다. 그러나 본 발명의 경우, 나노구조가 흡착되는 영역에는 고체 표면에 나노구조만이 직접 흡착되므로, 나노구조 및 고체 표면의 오염을 방지할 수 있게되는 장점이 있다. 특히 화학적 반응성이 거의 없는 소수성 분자막을 사용하는 경우, 오염방지의 효과는 더욱 크게 된다.
한편, 미끄러운 분자막에 흡착된 나노구조의 슬라이딩을 유도하기 위하여 나노구조 용액의 온도를 올리거나, 진동을 가할 수 있다.
또한, 나노구조 용액 속에서, 미끄러운 분자막으로 패터닝된 고체 표면에 전 압을 걸어주어 흡착되는 나노구조의 양을 조절할 수 있다. 즉 높은 전압을 가하면 나노구조의 슬라이딩을 유도하여, 고체 표면에 직접 흡착되는 나노구조의 양이 많아지게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 흡착시키려는 나노구조가 탄소나노튜브인 경우, 미끄러운 분자막은 소수성 분자막인 것이 바람직하며, 또한 소수성 분자막을 형성하기 위해 1-옥타데칸싸이올(이하 ODT; octadecanethiol) 분자를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 미끄러운 분자막을 사용하여, 모든 종류의 나노구조를 정렬할 수 있다. 구체적으로 탄소, ZnO, Si, GaAs 등의 나노구조에 사용이 가능하다.
또한, 본 발명은 대부분의 고체 표면에 나노구조를 정렬하는데 사용될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 탄소나노선의 경우 소수성 분자막을 사용하여 Au, Glass, SiO2,, Al 등 많은 종류의 고체 표면에 본 발명을 적용할 수 있음이 확인되었다. 구체적으로 도 6은 Au 표면에 소수성 분자막 패턴에 의해 특정 위치에 흡착 및 정렬된 탄소나노튜브의 구조를 나타나며, 도 7은 다양한 고체 표면에 본 기술을 이용하여 조립된 탄소 나노튜브를 나타낸다.
실시예로서, 고체 표면 및 미끄러운 분자막을 하기 표 1에 기재하였다. 이외에도 마이카(mica), 플라스틱(plastic) 표면에 적용가능하다.
고체 표면 분자 형태 구체적인 예
Au R-SH Ar-SH C12H25SH, C6H5SH, n-hexadecanethiol, n-octadecanethiol n-docosanethiol, C10H21SH, C8H17SH, C6H13SH
RSSR'(disulfides) (C22H45)2S2 (C19H39)2S2, [CH3(CH2)15S]2
RSR'(sulfides) [CH3(CH2)9]2S
RSO2H C6H5-SO2H
R3P (C6H11)3P
Ag R-SH Ar-SH C12H25SH, C6H5SH, n-hexadecanethiol, n-octadecanethiol n-docosanethiol, C10H21SH, C8H17SH, C6H13SH
Cu R-SH Ar-SH C12H25SH, C6H5SH, n-hexadecanethiol, n-octadecanethiol n-docosanethiol, C10H21SH, C8H17SH, C6H13SH
GaAs R-SH Ar-SH C12H25SH, C6H5SH, n-hexadecanethiol, n-octadecanethiol n-docosanethiol, C10H21SH, C8H17SH, C6H13SH
InP R-SH Ar-SH C12H25SH, C6H5SH, n-hexadecanethiol, n-octadecanethiol n-docosanethiol, C10H21SH, C8H17SH, C6H13SH
Pt RNC (C5H6)Fe(C5H5)-(CH2)12-NC
SiO2,glass RSiCl3 RSi(OR') C10H21SiCl3, C12H25SiCl3, C16H33SiCl3, C12H25SiCl3 CH2=CHCH2SiCl3, octadecyltrichlorosilan
Si Si-H (RCOO)2 (neat) [CH3(CH2)10COO]2, [CH3(CH2)16COO]2
RCH=CH2 CH3(CH2)15CH=CH2, CH3(CH2)8CH=CH2
RLi, RMgX C4H9Li, C18H37Li, C4H9MgX, C12H25MgX, X=Br or Cl
Metal oxides RSiCl3 RSi(OR')3 C10H21SiCl3, C12H25SiCl3, C16H33SiCl3, C12H25SiCl3 CH2=CHCH2SiCl3, octadecyltrichlorosilane
RCOO-…MOn C15H31COOH, H2C=CH(CH2)19COOH
RCONHOH
ZrO2 RPO3H2
In2O3/SnO2 (ITO) RPO3H2
각종 Oxide 표면 RSiCl3 RSi(OR')3 C10H21SiCl3, C12H25SiCl3, C16H33SiCl3, C12H25SiCl3 CH2=CHCH2SiCl3, octadecyltrichlorosilane
나노구조 용액은 소정의 나노구조가 함유된 용액을 말한다. 소정의 나노구조가 잘 분산되는 용매에 소정의 나노구조를 넣고, 초음파 세척기 등을 이용하여 수분에서 수일 동안의 시간에 걸쳐, 나노구조가 용매 내에서 분산되도록 한다.
나노구조가 V2O5 인 경우에는, 초순수(Deionized water)를 나노구조 용액의 용매로 사용하는 것이 바람직하며, 나노구조가 ZnO 인 경우에는 에탄올 또는 초순수(Deionized water)를 나노구조 용액의 용매로 사용하는 것이 바람직하다.
탄소나노튜브 용액을 준비하는 경우, 용매로는 1,2-다이클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene), 1,3,4-트라이클로로벤젠(1,3,4-trichlorobenzene),1,3-다이클로로벤젠 (1,3-dichlorobenzene), 다이클로로에탄(dichloroethane) 및 클로로벤젠(chlorobenzene) 등이 사용될 수 있다.
이 경우 나노구조의 농도는 0.001-10mg/ml이 바람직하다. 이는 예로, 다중 나노구조에 있어서, 나노입자(nanoparticle)가 흡착될 공간을 남겨 두기 위해, 고체 표면에 탄소나노튜브를 적게 흡착시킬 필요가 있을 경우나, 도 6의 우측 그림과 같이 고체 표면에 탄소나노튜브를 하나의 라인 모양으로 흡착시키려고 하는 경우에는 약 0.001mg/ml의 낮은 농도로 해야 하기 때문이다.
반면 고체 표면에 탄소나노튜브를 가능한 많이 흡착시키고 싶은 경우에는, 약 10mg/ml의 높은 농도로 함이 바람직하다. 다만 농도가 10mg/ml 이상이 되어도 더 많이 흡착되지는 않는다. 따라서 나노구조의 농도는 0.001-10mg/ml 이 바람직하다.
그리고 초음파 세척기에서의 분산 시간은 1분 내지 3일인 것이 바람직한데, 고체 표면에 다량의 나노구조 다발을 흡착시키고자 하는 경우에는 분산시간을 약 1분 정도로 짧게 하고, 나노구조를 하나씩 흡착시키고자 하는 경우에는 분산시간을 수 일에 걸쳐 길게 하는 것이 바람직하기 때문이다.
본 발명에서, 미끄러운 분자막은, 딥-펜 나노 리소그래피(dip-pen nano lithography)(도 8 참조), 마이크로컨택 프린팅(microcontact printing)(도 9 참조), 포토리소그래피(photo lithography)(도 10 참조), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 이온-빔 리소그래피(ion-beam lithography), 나노 그래프팅(nano grafting), 나노 세이빙(nano shaving) 및 STM 리소그래피(STM lithography) 등의 방법으로 패턴 될 수 있으며, 이 외에도 가능한 패터닝 방법 모두가 이용될 수 있다.
한편, 기존의 반도체 공정과의 호환성을 고려할 때, 특히 포토리소그래피 방법으로 패터닝하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
<실시예 1> 포토리소그래피를 이용한 분자막의 패터닝
먼저 포토리소그래피(photolithography) 방법으로 포토레지스트(photoresist)를 패터닝한다. 이후 고체 샘플을 패터닝 하려는 분자가 녹아 있는 용액에 넣으면 분자가 포토레지스트가 붙지 않은 자리에만 흡착되어, 미끄러운 분자막을 패너닝할 수 있다. 이때 분자는 포토레지스트를 녹이지 않는 용매에 녹아 있어야 한다.
SiO2, Glass, 대부분의 금속 표면 등의 산화물 표면에 탄소 나노선이나 V2O5 나노선을 패터닝하는데 쓰일 수 있는 미끄러운 분자막의 하나인 옥타데실트리클로로실란(Octadecyltrichlorosilane)의 경우, 무수 헥산(hexane)을 용매로 사용한다.
이 경우, 고체 샘플을 먼저 깨끗한 무수 헥산 용액으로 수초동안 씻어서 표면의 습기를 제거한 후, 미끄러운 분자가 들어 있는 용액 속에 넣는다. 그런 다음 포토레지스트를 녹여 없애면(예, AZ 계열 포토레지스트의 경우 아세톤으로 제거 가능) 미끄러운 분자막 패턴을 얻을 수 있다. (도 10 및 도 11 참조)
<실시예 2> 마이크로컨택 프린팅을 이용한 분자막의 패터닝
Si에 Au/Ti 가 증착된 고체 샘플의 표면에, 마이크로컨택 프린팅 방법에 의해 농도 3mM의 ODT 용액을 2㎛/4㎛의 줄 패턴 스탬프로 8초 간 접촉하는 조건하에 ODT 분자막을 패터닝한다. 이후 탄소나노튜브 농도 3mg/ml의 탄소나노튜브 용액에 10초간 담그면, 도 6의 좌측 그림과 같은 결과를 얻을 수 있다.
반면, Si에 Au/Ti 가 증착된 고체 샘플의 표면에, 마이크로컨택 프린팅 방법에 의해 농도 3mM, ODT용액을 4㎛/2㎛의 줄 패턴 스탬프로 20초 간 접촉하는 조건하에 ODT 분자막을 패터닝한다. 이후 탄소나노튜브의 농도 0.01mg/ml의 탄소나노튜브 용액에 5초간 담그면, 도 6의 우측 그림과 같은 결과를 얻을 수 있다.
<제조예 1> 탄소 나노선을 이용한 집적 회로의 제조
기존의 반도체 패터닝 기술은 포토리소그래피 방법을 많이 사용한다. 따라서 포토리소그래피 방법으로 미끄러운 분자막을 원하는 고체 표면에 패터닝 한 후, 이를 탄소 나노선 용액속에 넣어 탄소 나노선을 미끄러운 분자막으로 패터닝되지 않은 위치에 흡착 및 정렬시킨다. 이 경우 기존의 반도체 라인을 그대로 이용하면서도 나노튜브 집적회로의 대량생산이 가능해진다.
보다 복잡한 집적회로 제작을 위해서는, 탄소 나노선 조립을 하기 전이나 후에 기존의 반도체 공정을 함으로써 탄소 나노튜브를 포함한 집적 소자를 만들 수 있다.
탄소 나노선 공정 전, 후에 가능한 반도체공정의 예를 들면, 에칭(etching), 디포지션(deposition), 포토리소그래피(photolithography), 옥사이드 디포지션(oxide deposition) 등을 들 수 있다.
위의 반도체공정을 활용하여, 탄소 나노선을 이용한 인터커넥터(interconnector), 트랜지스터 채널(transistor channel), 비아(via), 레지스터(resistor), 오실레이터(oscillator) 등의 집적 회로 부품을 만들 수 있다.
한편, 고체 표면에 나노구조와 나노입자를 다중으로 흡착시킬 수 있다. 실시예를 구체적으로 살펴보자. 도 12에 도시된 바와 같이, 고체표면에 ODT 로 된 미끄러운 분자막을 패터닝하고, 미끄러운 분자막이 패터닝되지 않은 고체표면에 탄소나노튜브를 흡착시킨다. 그 다음 ODT 또는 다른 분자막을 추가로 패터닝하고, ODT 분자막으로 패터닝되지 않은 부분에 양전하를 띠는 시스테아민(cysteamine)을 흡착시킨다. 그 다음 Au 나노입자가 함유된 용액에 넣으면, 음전하를 띤 Au 나노입자는 접촉에너지가 낮은 시스테아민에 흡착된다.
이러한 다중 나노구조의 본 발명은 신호증폭을 위한 센서로 이용가능하다. 본 발명에 의해 나노구조가 선택적으로 위치 또는 정렬된 고체 표면으로 신호를 보내면 신호가 증폭된다. 따라서 신호를 감지하는 성능이 향상된 센서를 얻을 수 있게 된다.
고체샘플에 나노구조 및 추가 나노구조를 다중으로 흡착시킨 경우, 신호는 보다 증폭된다. 일 실시예로서, 도 14에 도시된 바와 같이, Au 고체표면에 탄소나노튜브와 Au 나노입자가 다중구조로 흡착된 경우, 탄소나노튜브만 흡착된 경우에 비해, 훨씬 높은 Raman intensity를 얻음을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명은 DNA, RNA, 프로테인, 항원, 항체 및 Cell 등의 바이오 구조를 특정 형상으로 흡착, 정렬 및 배양하는 데 응용될 수 있다. 구체적으로 피브로넥틴(fibronectin) 등의 단백질을, 고체 표면에 형성된 탄소나노튜브 상에 흡착시킬 수 있다. 이는 단백질 칩 등을 만드는데 유용할 수 있다. 도 15는 탄소나노튜브가 흡착 및 정렬된 영역에만 피브로넥틴 단백질(fibronectin protein)이 흡착된 것을 보여주는 형광 현미경 이미지 사진인데, 밝은 부분이 피르로넥틴 단백질이 흡착된 영역을 나타낸다.
다른 한편으로, 셀을 흡착시켰을 경우, 흡착된 바이오 셀은 고체표면에 다양한 패턴으로 형성된 탄소나노튜브 등의 나노구조의 형상으로 배양될 수 있다. 이는 바이오 셀을 원하는 형상의 장기(臟器)로 배양시키는 데 유용하다.
본 발명에 의하면, 나노구조를 고체 표면에 선택적으로 위치 및 정렬시킬 수 있다. 또한 나노구조가 고체 표면에 직접 접촉하므로, 나노구조 및 고체 표면의 오염을 방지할 수 있다. 그리고 본 발명에 의한 다중 나노구조를 만들어 센서 등으로 활용할 수 있다. 나아가 DNA, 단백질, 셀 등의 바이오 구조를 원하는 모양으로 흡 착, 배양할 수 있다.

Claims (19)

  1. 고체 표면에 나노구조를 패터닝하는 방법으로서,
    흡착시키고자 하는 나노구조에 대한 접촉에너지가 고체 표면보다 높은, 미끄러운 분자막을 고체 표면에 등방형 또는 비등방형으로 패터닝하는 단계;
    상기 나노구조가 함유된 나노구조 용액에 상기 미끄러운 분자막이 패터닝된 상기 고체를 넣는 단계;
    상기 나노구조가 상기 미끄러운 분자막에 흡착 및 슬라이딩되면서, 상기 미끄러운 분자막으로 표면처리 되지 않은 고체 표면에 직접 흡착되는 단계;
    세척용액으로 상기 고체를 씻어내어 상기 미끄러운 분자막에 흡착된 상기 나노구조를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노구조가 선택적으로 위치 및 정렬된 상기 고체 표면에, 이미 패터닝된 상기 미끄러운 분자막과 동일하거나 다른 미끄러운 분자막이 더 패터닝되는 단계;
    상기 미끄러운 분자막을 제외한 부분에, 더 흡착시키고자 하는 추가 나노구조에 대한 접촉에너지가 낮은, 나노구조 흡착용 분자막이 더 패터닝되는 단계;
    상기 추가 나노구조가 함유된 용액에 상기 고체를 넣어, 상기 나노구조 흡착용 분자막에 상기 추가 나노구조가 흡착되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고체 표면에 상기 미끄러운 분자막을 패터닝하는 방법은,
    딥-펜 나노리소그래피, 마이크로컨택 프린팅, 포토리소그래피, 전자빔 리소그래피, 이온-빔 리소그래피, 나노 그래프팅, 나노 세이빙 및 STM 리소그래피 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포토리소그래피 방법의 경우, 상기 미끄러운 분자막을 패터닝하기 위해 형성되는 포토레지스트가, 상기 미끄러운 분자막이 패터닝된 후 제거되는 단계를 더 가지는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로컨택 프린팅 방법의 경우,
    Si에 Au/Ti 가 증착된 고체 샘플의 표면에, 마이크로컨택 프린팅 방법에 의해 농도 3mM의 옥타데칸싸이올 용액을 2㎛/4㎛의 줄 패턴 스탬프로 8초 간 접촉하는 조건하에 옥타데칸싸이올 분자막을 패터닝한 후, 탄소나노튜브 농도 3mg/ml의 탄소나노튜브 용액에 10초간 담그는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로컨택 프린팅 방법의 경우,
    Si에 Au/Ti 가 증착된 고체 샘플의 표면에, 마이크로컨택 프린팅 방법에 의해 농도 3mM, 옥타데칸싸이올 용액을 4㎛/2㎛의 줄 패턴 스탬프로 20초 간 접촉하는 조건하에 옥타데칸싸이올 분자막을 패터닝한 후 탄소나노튜브 농도 0.01mg/ml의 탄소나노튜브 용액에 5초간 담그는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노구조가 탄소나노튜브인 경우, 상기 미끄러운 분자막은 소수성 분자막인 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노구조 흡착용 분자막이 시스테아민이고, 상기 추가 나노구조가 Au 나노입자인 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미끄러운 분자막으로 패터닝된 상기 고체 표면에, 전압을 걸어주는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전압은, 상기 고체를 상기 나노구조 용액에 넣고 걸어주는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노구조 용액 또는 추가 나노구조 용액의 온도를 올리거나 진동을 가하는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노구조 용액은,
    상기 나노구조가 V2O5 인 경우, 초순수를 용매로 사용하는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노구조 용액은,
    상기 나노구조가 ZnO 인 경우, 에탄올 또는 초순수를 용매로 사용하는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노구조 용액은,
    상기 나노구조가 탄소나노튜브인 경우, 1,2-다이클로로벤젠, 1,3,4-트리클로로벤젠, 1,3-다이클로로벤젠, 다이클로로에탄 및 클로로벤젠 중 어느 하나를 용매로 사용하는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 나노구조 용액은,
    상기 탄소나노튜브가 0.001 내지 10mg/ml의 농도로 함유된 용매를 초음파 세척기에서 1분 내지 3일 동안 분산하여 제조되는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 위치 및 정렬시키는 방법.
  16. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세척용액은,
    상기 나노구조 용액에 사용된 용매 또는 상기 고체 표면에 흡착된 상기 나노구조를 이탈시키지 않는 용매인 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 위치 및 정렬시키는 방법.
  17. 제1항 또는 제2항의 방법에 의해 나노구조가 선택적으로 위치 또는 정렬된 고체 표면으로 신호를 보내면 상기 보내진 신호가 증폭되며, 상기 증폭된 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는,
    나노구조에 의한 신호증폭을 센서에 이용하는 방법.
  18. 미끄러운 분자막을 이용하여 고체 표면에 나노구조를 선택적으로 위치 또는 정렬시키는 제1항의 방법에 의해, 고체표면에 나노구조를 소정의 형상으로 정렬시키는 단계;
    소정의 형상을 가진 상기 나노구조 상에 바이오 구조를 흡착시켜서 정렬 및 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용해 선택적으로 정렬된 나노구조 상에 정렬 및 배양된 바이오 구조를 제조하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 바이오 구조는, DNA, RNA, 프로테인, 항원, 항체 및 Cell 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는,
    미끄러운 분자막을 이용해 선택적으로 정렬된 나노구조를 이용해 정렬된 바이오 구조를 제조하는 방법.
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