KR20070041293A

KR20070041293A - 플라즈마 공정을 이용한 플라스틱 기판의 제조 방법 및그에 의해 제조된 플라스틱 기판

Info

Publication number: KR20070041293A
Application number: KR1020060026044A
Authority: KR
Inventors: 정기훈; 강진석; 김희주; 권지현; 이영미; 서영수; 김인수
Original assignee: 주식회사 엘지생명과학
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-04-18
Also published as: JP2009511704A; KR100729953B1; CN101287584A; CN101287584B

Abstract

본 발명은 자발광이 낮고 특이도가 향상된 플라스틱 기판의 제조 방법에 있어서, a) 50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q < 4 nm인 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기를 갖는 플라스틱 기판을 성형하는 단계; b) 상기 플라스틱 기판에 플라즈마를 처리하는 단계; 및 c) 상기 기판에 표면 개질용 모노머를 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법, 및 그에 의해 제조된 플라스틱 기판에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면 자발광이 현저히 감소되고 그에 의해 표적 생물분자의 검출 특이도를 현저히 향상시킬 수 있는 플라스틱 기판을 제공한다. 따라서 유리 기판에 비해 미세구조물을 포함하는 다양한 디자인이 용이한 장점에도 불구하고 높은 자발광의 단점 때문에 사용이 제한적이었던 플라스틱 기판이 마이크로어레이, 바이오칩 또는 웰플레이트용으로 널리 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 기판 표면의 특이도를 향상시킬 수 있고 특성을 용이하게 조절할 수 있다.

플라스틱, 기판, 플라즈마, 표면개질, 자발광, 거칠기, 마이크로어레이, 바이오칩, 웰플레이트

Description

플라즈마 공정을 이용한 플라스틱 기판의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 플라스틱 기판{Method for manufacturing plastics substrate by plasma process and plastics substrate manufactured using the same}

도 1은 본 발명의 실시예에서 플라즈마 처리를 위해 사용된 플라즈마 생성 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 방법의 플라즈마 처리 단계 및 표면 개질용 모노머로서 알릴 글리시딜 에테르 처리 단계에서 발생하는 반응을 개략적으로 도시한 것이다.

도 3a는 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 사진이고, 도 3b는 미세유체 구조물을 포함하는 본 발명에 따른 플라스틱 기판을 개략적으로 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 기판을 이용하여 프로브 생물분자를 고정화하고, 표적 생물분자를 혼성화 한 다음, 형광으로 검출한 결과를 도시한 것이다.

본 발명은 표적 생물분자의 검출 특이도가 우수한 플라스틱 기판의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 플라스틱 기판에 관한 것이다.

최근 생명공학이 발달함에 따라 개체의 유전정보를 구성하는 염기서열 및 단백질 서열 등이 밝혀지고 있으며, 이에 따라 서열 분석 및 질병 진단 등을 목적으로 하는 바이오칩을 개발하려는 움직임이 활발하다. 바이오칩은 기판 상에 분석하고자 하는 DNA 또는 단백질 등의 생물분자를 고밀도로 마이크로어레이 형태로 집적시킨 것이다. 바이오칩은 제조 방법에 따라 포토리쏘그래피칩, 핀 방식의 스폿팅 칩 또는 잉크젯 방식의 스폿팅 칩 등으로 분류된다.

상기 프로브 생물분자가 마이크로어레이 형태로 고정되어 있는 바이오칩에 분석하고자 하는 표적 생물분자를 결합 반응시키고, 상기 프로브 생물분자와 표적 생물분자의 상보적인 정도에 따른 상이한 결합도를 검출한다. 상기 결합도의 검출은 일반적으로 형광물질로 표지된 표적 생물분자를 프로브 생물분자와 혼성화 반응시킨 뒤, 형광물질로부터 발산되는 시그날을 검출하는 광학적 방법에 의해 이루어진다.

상기 마이크로어레이 기법은 DNA 또는 단백질 등의 생물분자를 극소량 사용하여, 다량의 생물학적 정보를 얻을 수 있다는 점이 가장 큰 장점이다. 바이오칩은 마이크로어레이 형태로 프로브 생물분자가 고정되어 있는 것을 포함하면서 표적 생물분자를 분리, 정제 및 증폭 등의 모든 전처리 과정과 분석까지 가능하도록 하나의 칩상에 구현하고자 하는 LOC(Lab on a chip) 개념으로, 응급현장에서 즉시 진단이 가능하도록 하는 POC(Point of care) 개념으로, 정보통신분야와의 융합을 통해 시간과 장소에 구애 받지 않고 개인 건강상태를 체크하고 예측할 수 있는 e-Healthcare 개념으로 점차 발전되어가고 있다.

상기 발전 과정에 있어서 생물분자를 특정 기판에 고정화하기 위한 표면개질은 가장 기본이 되는 기술이며, 이를 위해 일반적으로 습식 공정이 사용되고 있다. 종래의 습식공정은 에폭사이드, 아민 또는 알데히드 등의 관능기를 가지는 실란 화합물을 에탄올과 같은 용매로 희석한 후, 유리 기판에 딥 코팅과 같은 방식으로 코팅한 다음, 100 ℃ 이상의 온도에서 1시간 정도 열처리 하여 제조하는 방법이다. 이때 용매로 사용될 수 있는 물질은 에탄올 외에 메탄올, 프로판올 및 부탄올과 같은 알코올 용매, 또는 메틸에틸케톤 또는 디메틸포름아미드 등의 군에서 선택되어 질 수 있다. 또한 코팅방법은 팁 코팅 방법 이외에 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등의 다양한 방식이 적용될 수 있다.

하지만, 종래의 습식공정의 가장 큰 기술적 한계는 마이크로 크기의 부분적으로 서로 다른 표면개질이 어렵다는 점이다. 따라서 종래의 습식공정이 가지고 있는 기술적 한계를 극복할 수 있는 새로운 공정기술이 점차 요구되고 있다.

한편, 상기 마이크로어레이용 기판으로서 유리, 실리콘 또는 플라스틱과 같은 다양한 물질들이 사용되고 있다. 상기 물질들 중 플라스틱은 다른 물질에 비해 미세구조물을 포함하는 다양한 디자인이 용이하고, 대량 생산이 용이하며, 경제적이라는 장점을 갖지만, 자발광이 상대적으로 높아 표적 생물분자의 검출 특이도가 낮다는 문제점 때문에 널리 이용되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명자들은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 연구를 거듭한 결과, 플라스틱 기판의 제조시 플라스틱 기판의 거칠기를 조절하고 표면 개질시 플 라즈마를 처리하면 자발광이 현저히 감소하여 생물분자의 검출 특이도가 우수한 플라스틱 기판을 제조할 수 있음을 확인하였다.

따라서 본 발명의 목적은 자발광의 감소 및 생물분자의 검출 특이도가 향상되고, 특성 조절이 용이한 플라스틱 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 자발광의 감소 및 생물분자의 검출 특이도가 향상된 플라스틱 기판을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플라스틱 기판의 제조 방법에 있어서, 본 발명은 a) 50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q < 4 nm인 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기를 갖는 플라스틱 기판을 성형하는 단계; b) 상기 플라스틱 기판에 플라즈마를 처리하는 단계; 및 c) 상기 기판에 표면 개질용 모노머를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q< 4 nm인 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기 를 갖고, 표면에 플라즈마 및 표면 개질용 모노머가 처리된 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 제조 방법을 단계별로 설명한다.

본 발명에 따른 플라스틱 기판의 제조 방법은 50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q < 4 nm인 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기를 갖는 플라스틱 기판을 성형하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 플라스틱 기판은 폴리스티렌(PS), 사이클로올레핀코폴리머(COC) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 투명 수지 또는 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군에서 선택되는 반투명 수지일 수 있다. 바람직하게, 상기 플라스틱 기판은 상기 투명 수지일 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 내약품성 및 내열성을 가져야 한다.

본 발명의 실시예에서는 높은 경제성, 낮은 수축률, 적절한 내열성을 만족하는 PS 수지를 사용하였다. 플라스틱 기판의 자발광에 영향을 미치는 요인으로는 수지 자체 및 첨가제들에 기인할 뿐만 아니라, 가공단계에서의 국부적인 열분해, 잔류응력, 금형 거칠기 등에도 민감하게 작용하는 것으로 확인되었다.

낮은 표면 거칠기를 갖는 플라스틱 기판은 자발광이 현저히 감소됨을 확인하였다(실시예 1 참조). 구체적으로, 본 발명에 따른 플라스틱 기판은 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기가 50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q< 4 nm인 것이 바람직하다.

상기에서, R_a는 평균 거칠기(Average Roughness)를 나타내고, R_q는 제곱평균 거칠기(Root-Mean-Square Roughness)를 나타낸다.

상기 본 발명에 따른 낮은 표면 거칠기를 갖는 플라스틱 기판은 예컨대 사출 성형 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 광학 렌즈 수준으로 경면 처리한 금형을 이용하여 상기 플라스틱 기판을 사출 성형하여 낮은 표면 거칠기를 갖는 플라스틱 기판을 제조할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 제조 방법은 상기 플라스틱 기판에 플라즈마를 처리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마가 바람직하다. 질소 또는 산소 플라즈마는 기판 표면에 라디칼 뿐만 아니라, 다양한 질소 또는 산소 화합물을 형성하기 때문에 다소 부적절 하다.

플라즈마의 성격을 규정짓는 플라즈마 에너지 밀도는 W/FM의 비율로 표시되며, 상기 W는 플라즈마 발생장치로부터 가해진 파워로 J/sec의 단위를, 상기 F는 유량으로 mole/sec의 단위를, 상기 M은 분자량으로 g/mole의 단위를 나타낸다. 즉, 분모는 g/sec으로 질량유량 단위를 가지고, 전체는 J/g의 단위를 갖는다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마는 10⁸ J/kg 이하의 에너지 밀도를 갖는 연속 플라즈마 또는 펄스 플라즈마가 바람직하다. 펄스 플라즈마는 연속 플라즈마에 비해 관능기 손상을 최소화 한다는 장점을 가지고 있다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마는 10분 이하 동안 처리되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 플라즈마의 주파수는 마이크로웨이브(2.45 GHz) 또는 RF(13.56 MHz)인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리는 통상적인 방법 또는 장치에 의해 수행될 수 있다. 도 1은 본 발명의 실시예에서 플라즈마 처리를 위해 사용된 플라즈마 생성 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명에서 사용한 플라즈마 공정은 저온/진공 플라즈마 군에 속하는 것으로, 처리과정에서 온도에 의한 변형 등의 손상 확률이 매우 적기 때문에, 플라스틱과 같은 재료도 가능하다. 따라서, 유리, 실리콘과 같은 무기재료 기판을 대신하여 플라스틱을 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 도 3b와 같이 플라스틱은 유리 또는 실리콘에 비해 미세구조물을 가진 제품의 대량생산이 용이하며 경제적이기 때문이다. 아울러 플라즈마 공정은 진공조건에서 건식공정으로 처리되기 때문에 매우 균일하게 표면을 처리할 수 있으며, 마이크로 패턴을 가진 마스크를 사용하여 부분적으로 서로 다른 표면개질도 수행할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 제조 방법은 상기 기판에 표면 개질용 모노머를 처리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 처리되는 모노머는 에폭사이드 관능기를 포함하는 화학물질 군에서 선택되고, 바람직하게 탄소이중결합을 갖고 있는 화학식 1의 알릴 글리시딜 에테르(Allyl glycidyl ether) 또는 화학식 2의 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate)이고, 그에 의해 상기 플라스틱 표면은 에폭사이드 기로 개질되는 것일 수 있다. 자발광 증가 폭을 감소시킨다는 측면에서, 알릴 글리시딜 에테르가 글리시딜 메타크릴레이트에 비해 바람직하다.

<화학식 1>

<화학식 2>

또한, 상기 처리되는 모노머는 알데히드기로 기판을 개질하는 경우에는 헥사날, 옥타날, 노나날, 데카날, 도데실 알데히드, 트랜스-2-펜테날, 트랜스-2-헥세날 등의 끊는점이 가급적 높은 화합물이 바람직하다.

또한, 상기 처리되는 모노머는 아민기로 기판을 개질하는 경우에는 (3-아미노프로필)트리메톡시실란, 3-(디에틸아미노)프로필아민, 프로필아민, 부틸아민, 1-아미노-2-프로판올, 트리스(2-아미노에틸)아민, 이소부틸아민, 이소펜틸아민 등과 같이 일차 아민 관능기를 포함하는 화합물질 군에서 선택되어 질 수 있으며, 탄소 이중결합을 갖고 있는 알릴 아민 또는 에테르 화합물인 3-메톡시프로필 아민이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 처리 단계 및 표면 개질용 모노머 처리 단계는 개별적으로 수행될 수 있지만, 동시에 수행될 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 방법의 플라즈마 처리 단계 및 표면 개질용 모노머로서 알릴 글리시딜 에테르 처리 단계에서 발생하는 반응을 개략적으로 도시한 것이다. 상기 과정에 의해 기판 표면에 에폭사이드 관능기가 도입된다.

도 2(a)를 참조하면, 기판에 아르곤 플라즈마를 처리하면 상기 플라즈마는 기판에 화학적인 결합을 하지 않고, 단지 라디칼을 형성시킨다. 도 2(b)를 참조하 면, 상기에서 형성된 라디칼과 모노머의 탄소이중결합이 반응하고, 라디칼이 전이되면서 다양한 구조의 화합물이 형성된다. 본 발명의 가장 중요한 특징은 플라즈마 공정단계 및 조건 조절을 통해, 화합물 구조를 특이도 향상에 기여할 수 있는 방향으로 유도할 수 있다는 점이다. 도 2(c)를 참조하면, 수소를 도입하여 라디칼을 종결한다.

본 발명에 따른 플라스틱 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 플라스틱 기판에 미세유체 구조물을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 단계는 예컨대, 상기 플라스틱의 성형 단계와 동시에 수행될 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 플라스틱 기판을 제공한다.

본 발명에 따른 플라스틱 기판은 50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q < 4 nm인 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기를 갖고, 표면에 플라즈마 및 표면 개질용 모노머가 처리된 것을 특징으로 한다.

상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마는 10⁸ J/kg 이하의 에너지 밀도를 갖는 연속 플라즈마 또는 펄스 플라즈마일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마는 10분 이하 동안 처리될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마의 주파수는 마이크로웨이브(2.45 GHz) 또는 RF(13.56 MHz)일 수 있다.

바람직하게, 상기 플라스틱 기판은 폴리스티렌(PS), 사이클로올레핀코폴리머(COC) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 투명 수지 또는 폴리프 로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군에서 선택되는 반투명 수지일 수 있다.

상기 처리되는 모노머는 에폭사이드 관능기를 포함하며 탄소이중결합을 갖고 있는 알릴 글리시딜 에테르(Allyl glycidyl ether) 또는 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate)이고, 그에 의해 상기 플라스틱 기판 표면은 에폭사이드기로 개질될 수 있다.

다르게는, 상기 처리되는 모노머는 알데히드기 관능기를 포함하며 끓는점이 80℃ 이상인 헥사날(Hexanal), 옥타날(Octanal) 또는 노나날(Nonanal)이고, 그에 의해 상기 플라스틱 기판 표면은 알데히드기로 개질될 수 있다.

또 다르게는, 상기 처리되는 모노머는 일차 아민 관능기를 포함하며 탄소이중결합을 갖고 있는 알릴아민(Allylamine) 또는 에테르 화합물인 3-메톡시프로필 아민(3-Methoxypropylamine)이고, 그에 의해 상기 플라스틱 기판 표면은 아민기로 개질될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 종래의 유리 기판 및 본 발명에 따른 방법으로 제조된 플라스틱 기판에 각각 프로브 생물분자를 고정화하고, 표적 생물분자를 혼성화 한 다음, 형광으로 검출한 결과를 비교하였다. 그 결과 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 특이도가 종래의 기판에 비해 현저히 우수하였다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

<실시예 1>

표면 거칠기에 따른 자발광 측정

플라스틱 기판의 표면 거칠기가 자발광에 미치는 영향을 확인하기 위해, 일반 수준으로 경면 처리한 금형과 광학렌즈 수준으로 경면 처리한 금형을 이용하여 LG화학에서 생산하는 PS 15NFI 수지로 플라스틱을 성형하였다.

각각의 금형에서 제조된 플라스틱 기판의 거칠기는 AFM(atomic force microscope)을 이용하여 측정하였으며, 경면 처리 수준에 따른 경계값은 50 ㎛ × 50 ㎛의 조건에서 R_a는 3 nm 또는 R_q는 4 nm이었다.

자발광 측정은 Axon사 GenePix 4000B 스캐너를 이용하여 수행하였고, 자발광 측정조건은 레이저 파워 100 %, PMT 튜브레벨 600이었다.

그 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 표면 거칠기 개선을 통해 532 nm의 레이저의 경우에 약 26 % 수준으로, 635 nm 레이저의 경우에 약 44 % 수준으로 자발광을 낮출 수 있었다.

상기 결과로부터 플라스틱 기판의 거칠기를 낮춤으로써 상기 플라스틱 기판의 자발광을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

<표 1>

금형 경면 처리 수준	강도 @ 532 nm	강도 @ 635 nm
일반 수준	2992	442
광학렌즈 수준	782	194

<실시예 2>

PS 수지에 따른 자발광 측정

PS 수지에 따른 자발광을 확인하기 위해, 양산 판매되고 있는 3종류의 PS 수지, 즉 LG화학 PS 15NFI, LG화학 PS 25SPI 및 BASF PS 147F를 비교하였다. 이때 사용된 금형은 광학렌즈 수준으로 경면 처리한 금형이며, 자발광 측정조건은 실시예 1과 동일하였다.

그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 3종류의 PS수지는 자발광에서 현저한 차이를 나타내었으며 LG화학 PS 15NFI가 가장 우수한 결과를 나타내었다. 이는 PS 수지에 포함된 첨가제와 가공단계에서의 국부적인 열분해 및 잔류응력이 복합적으로 기여했기 때문이라고 판단된다. 특히 첨가제 함량과 성분이 유사한 LG화학 PS 15NFI와 25SPI를 비교하면, 15NFI가 분자량이 낮고 유동성이 우수하여, 국부적인 열분해와 잔류응력이 발생할 가능성은 매우 적다.

<표 2>

PS 수지	강도 @ 532 nm	강도 @ 635 nm
LG화학 PS 15NFI	782	194
LG화학 PS 25SPI	1558	308
BASF PS 147F	1800	747

<실시예 3>

플라즈마 처리 시간에 따른 자발광 증가 측정

상기 실시예에서와 같이 LG화학 PS 15NFI 수지를 광학렌즈 수준으로 경면 처 리한 금형으로 제작한 플라스틱 기판에 대해 플라즈마 처리 시간에 따른 자발광 증가 수준을 확인하였다.

플라즈마 처리를 위해 사용된 플라즈마 생성 장치를 도 1에 개략적으로 도시하였다. 아르곤 유량은 30 cc/min, 압력은 20 Pa, 플라즈마 파워는 100 W로 고정하였으며, 5분 간격으로 최대 30분까지 각각 처리하였다. 상기와 같은 조건에서 플라즈마 에너지 밀도는 1.12×10⁸ J/kg이었다. 자발광 측정 조건은 실시예 1과 동일하였다.

상기 결과를 표 3에 나타내었다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 처리 시간에 따라 1분당 약 110 수준의 직선증가를 나타내었다.

<표 3>

처리시간	5분	10분	15분	20분	25분	30분
강도 @ 532 nm	1615	2253	2627	3171	3551	4641

<실시예 4>

플라즈마 파워에 따른 자발광 증가 측정

실시예 3과 동일한 방법으로 제작된 플라스틱 기판을 사용하여 플라즈마 파워에 따른 자발광 증가수준을 파악하였다. 아르곤 유량은 30 cc/min, 압력은 20 Pa, 처리시간은 10분으로 고정하였으며, 50 W 간격으로 최대 300 W까지 각각 처리하였다. 상기와 같은 조건에서 플라즈마 에너지 밀도는 5.61×10⁷ J/kg 내지 3.36×10⁸ J/kg이었다. 자발광 측정조건은 실시예 1과 동일하였다.

상기 결과를 표 4에 나타내었다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 파워 에 따라 10 W당 약 110 수준의 직선증가를 나타내었다.

실시예 3 및 실시예 4의 결과를 종합하면, 100 W로 1분간 처리하는 것과 10 W로 10분간 처리할 경우 에너지 양(6 kJ)이 같기 때문에 동일한 자발광을 나타내었다.

<표 4>

플라즈마 파워	50 W	100 W	150 W	200 W	250 W	300 W
강도 @ 532 nm	1666	2253	2901	3092	3600	4239

<실시예 5>

압력에 따른 자발광 증가 측정

실시예 3과 동일한 방법으로 제작된 플라스틱 기판을 사용하여 압력에 따른 자발광 증가수준을 파악하였다. 아르곤 유량은 30 cc/min, 플라즈마 파워 100 W, 처리시간은 10분으로 고정하였으며, 20 Pa 간격으로 최대 100 Pa까지 각각 처리하였다. 상기와 같은 조건에서 플라즈마 에너지 밀도는 1.12×10⁸ J/kg이었고, 자발광 측정조건은 실시예 1과 동일하였다.

상기 결과를 표 5에 나타내었다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 압력에 따른 자발광 증가는 매우 미미하였다. 본 발명에 사용된 방식과 같은 저온/진공 플라즈마는 압력이 증가하면 플라즈마가 발생되지 않는 특징을 가지고 있다.

<표 5>

압력	20 Pa	40 Pa	60 Pa	80 Pa	100 Pa
강도 @ 532 nm	2253	2364	2669	2615	2620

<실시예 6>

유사 염기서열 생물분자 특이도 향상

실시예 3과 동일한 방법으로 제작된 플라스틱 기판에 플라즈마 공정을 적용하여 에폭사이드 관능기를 가지는 표면으로 개질하였다.

플라즈마 처리조건은 2단계로 구분되며, 1단계에서는 아르곤 플라즈마를 이용하여 플라스틱 기판에 라디칼을 도입하였다. 아르곤 유량 20 cc/min, 압력 20 Pa, 플라즈마 파워 100 W, 처리시간 1분을 적용하였다. 이때의 플라즈마 에너지 밀도는 1.68×10⁸ J/kg이었다.

2단계에서는 모노머인 알릴 글리시딜 에테르와 아르곤이 혼합된 플라즈마로 처리하였으며, 아르곤 유량과 압력은 1단계와 동일하며 처리시간은 5분이었다. 이때, 관능기 손상 및 자발광 증가를 최소화하기 위해 플라즈마 파워 100 W를 펄스 방식으로 처리하였다. 펄스 주기는 각각 1초, 2초, 5초 및 무한대로 설정하였으며, 각 주기 중 100 msec 동안만 ON 되었다. 펄스 주기가 1초인 경우, 900 msec 동안은 OFF되고 100 msec 동안은 ON 되었다. 최종적으로 수소로 라디칼을 종결함으로써, 에폭사이드 플라스틱 기판을 제작하였다.

제작된 에폭사이드 플라스틱 기판 위에 Perkin-Elmer사의 압전 방식 마이크로어레이어(microarrayer)를 이용하여 염기서열이 유사하여 상호 구분이 어려운 프로브 생물분자 2종(서열번호 1 및 2)을 고정화하였다. 이때 사용된 버퍼는 3×SSC, 0.01 % SDS이었고, 60 ℃ 온도와 70 % 상대 습도 조건에서 16시간 동안 반응시켰다. 그런 다음, 온도 50 ℃의 50 mM Tris-HCl(pH 9.0) 용액에서 30분간 반응 시키고, 0.2 % SDS로 2분간 2회 세척하고, 증류수로 2분간 2회 세척하여 1,000 rpm으로 5분간 원심 분리하여 건조하였다.

한편, 표적 생물분자는 형광물질이 결합된 PCR 산물이며, 혼성화 용액(3×SSC, 0.001 % SSC)과 1:20의 비율로 혼합하여 55 ℃ 온도에서 30~60분간 반응시켰다. 그런 다음, 1×SSC로 실온에서 5분간 세척하고, 0.1×SSC로 2분간 세척하여 실온에서 건조하였다. 형광측정 조건은 실시예 1의 자발광 측정조건과 동일하였다.

염기서열이 유사하여 상호 구분이 어려운 생물분자 2종에 대한 특이도를 비교한 결과를 표 6에 나타내었다. 여기서 특이도는 다음 식과 같다.

특이도 = (프로브 A1와 반응한 표적 A1의 형광량) / (프로브 A2와 반응한 표적 A1의 형광량)

대조구로서 종래의 습식 공정으로 제작된 상용화된 에폭사이드 유리 기판을 사용하여 비교하였다.

표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 있어서 플라즈마의 펄스 주기를 증가시킴으로써, 구분이 어려웠던 유사 생물분자에 대한 특이도를 증가시킬 수 있었다.

<표 6>

구분	대조구	주기: 1 초	주기: 2 초	주기: 5 초	주기: 무한대
특이도	1.3	1.8	5.3	6.3	7.2

<실시예 7>

특이도 비교

실시예 6에 기재된 방법을 이용하여 비교적 특이도가 양호한 생물분자 B, C 및 D에 대하여 본 발명에 따른 플라스틱 기판 및 대조구에 대해 특이도를 비교하였다(각각 서열번호 3, 4 및 5). 본 실시예에서 사용한 플라스틱 기판은 플라즈마의 펄스 주기를 3초로 한 점을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하였다. 상기 대조구로서 종래의 에폭사이드 유리 기판을 사용하였다.

상기에서 확인한 특이도 결과를 표 7에 나타내었다. 표 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 특이도는 종래의 유리기판에 비해 약 2배 이상의 높은 값을 유지하였으며, 특히 저농도의 표적 생물분자에 대해서 월등한 성능을 나타내었다.

<표 7>

구분	표적 B	표적 C	표적 D
구분	표적 B	표적 C	농도: 100 copy	농도: 100,000 copy
본 발명의 플라스틱 기판	84	16	33	67
대조구	20	9	6	24
향상비율	4.2 배	1.8 배	5.5 배	2.8 배

<실시예 8>

특이도 비교

실시예 6과 유사한 방법으로 플라스틱 기판을 알데히드 관능기를 가지는 표면으로 개질하였다. 사용된 모노머는 옥타날이며, 펄스 주기는 0.5초였다.

상기 대조구로서 종래의 알데히드 유리기판 및 습식공정을 적용한 Greiner Bio-One사의 알데히드 플라스틱 기판을 사용하였다.

제작된 알데히드 플라스틱 기판 및 2종의 대조구 기판 위에 실시예 6과 동일한 방식으로 프로브 생물분자 E, F, G 및 F1(각각 서열번호 6, 7, 8 및 9)를 고정 하였다. 단, 알데히드 기판의 특성상 환원반응이 요구되는데, 0.625g NaBH₄/(120mL 100% EtOH + 375mL 1X PBS)용액에서 10분간 반응시켰다.

표 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 특이도는 종래의 유리기판과 동등 수준의 값을 유지하였고, 종래의 습식공정으로 제작된 플라스틱 기판에 대해서는 월등한 성능을 나타내었다.

표적 F에 대한 특이도는 서열번호 7의 프로브 생물분자와 반응한 표적 F의 형광량을 서열번호 9의 프로브 생물분자와 반응한 표적 F의 형광량으로 나눈 값으로, 상기 값이 전반적으로 낮은 이유는 상기 염기서열들이 유사하여 상호 구분이 어렵기 때문이다.

<표 8>

구분	표적 E	표적 F	표적 G
본 발명의 플라스틱 기판	28	3	29
대조구(유리)	31	2	30
대조구(플라스틱)	10	1.5	9

<실시예 9>

특이도 비교

실시예6과 유사한 방법으로 플라스틱 기판을 아민 관능기를 가지는 표면으로 개질하였다. 사용된 모노머는 3-메톡시프로필 아민이며, 펄스 주기는 5초였다. 상기 대조구로서 습식공정을 적용한 Greiner Bio-One사의 아민 플라스틱 기판을 사용하였다.

실시예 6과 유사한 방식으로 프로브 생물분자 H, I 및 J(각각 서열번호 10, 11, 및 12)을 고정하였다. 단, 프로브 생물분자는 PCR 산물이며, 고정화 반응 온도는 80 ℃였다. 사용된 프로브 특성상 열 변성 반응이 요구되는데, 이를 위해 100 ℃ 증류수에서 2분간 처리하였다.

표 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 기판의 특이도는 종래의 습식공정으로 제작된 플라스틱 기판과 동등수준의 값을 유지하였다.

<표 9>

구분	표적 H	표적 I	표적 J
본 발명의 플라스틱 기판	3.3	2.3	3.0
대조구	1.6	2.4	1.5

본 발명의 방법에 따르면 자발광이 현저히 감소되고 그에 의해 표적 생물분자의 검출 특이도를 현저히 향상시킬 수 있는 플라스틱 기판을 제공한다. 따라서 유기 기판에 비해 미세구조물을 포함하는 다양한 디자인이 용이한 장점에도 불구하고 높은 자발광의 단점 때문에 사용이 제한적이었던 플라스틱 기판이 마이크로어레이, 바이오칩 또는 웰플레이트용으로 널리 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 기판 표면의 특이도를 향상시킬 수 있고 특성을 용이하게 조절할 수 있다.

<110> LG CHEM. LTD. <120> Method for manufacturing plastics substrate for microarray by plasma process and plastics substrate for microarray manufactured using the same <130> PN067835 <160> 12 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 14 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 1 ggcaacaaca cgca 14 <210> 2 <211> 14 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 2 gacaacaaca ccca 14 <210> 3 <211> 14 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 3 ggcaacaaca cgca 14 <210> 4 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 4 cacttgttgg gatgc 15 <210> 5 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 5 caccacttca accga 15 <210> 6 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 6 ccaactttgt tgtcatgcac cc 22 <210> 7 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 7 ccacgcggac tggcc 15 <210> 8 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 8 gcgacaccac ccaaaacaaa cc 22 <210> 9 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 9 cggaccgagt gttgtctca 19 <210> 10 <211> 279 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 10 aaggagcacc acgaaaagca cttcaattgg tggagtgcga gccgtgaggg gttctcgtct 60 gtagtggacg aaaaccgggt gcacaacagc aaataattgc cagacacact attgggccct 120 gagacaacac tcggtcgatc cgtgtggagt ccctccatct tggtggtggg gtgtggtgtt 180 tgagtattgg atagtggttg cgagcatcta gatgaacgcg tggtccttcg tggccggcgt 240 tcatcaaaat gtgtaatttc ttctttggtt tttgtgtgt 279 <210> 11 <211> 275 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 11 aaggagcacc acgaaaacgc cccaactggt ggggcgtagg ccgtgagggg ttcttgtctg 60 tagtgggcga gagccgggtg catgacaaca aagttggcca ccaacacact gttgggtcct 120 gaggcaacac tcggacttgt tccaggtgtt gtcccaccgc cttggtggtg gggtgtggtg 180 tttgagaact ggatagtggt tgcgagcatc aatggatacg ctgccggcta gcggtggcgt 240 gttctttgtg caatattctt tggtttttgt tgtgt 275 <210> 12 <211> 273 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> probe <400> 12 ctaaggagca ccacgaaaag cgccccaact ggtggggtgc aagccgtgag gggttctcgc 60 ctgtagtggg cgggggccgg gtgcgcaaca gcaaatgatt gccagacaca ctattgggcc 120 ctgagacaac actcggccag tccgcgtggt gtccccccat cttggtggtg gggtgtggtg 180 tttgagtatt ggatagtggt tgcgagcatc taaacggatg cgctgcccgt agggacgcgt 240 attcgttttg tgtaatttct tctttggttt ttg 273

Claims

플라스틱 기판의 제조 방법에 있어서,

a) 50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q< 4 nm인 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기를 갖는 플라스틱 기판을 성형하는 단계;

b) 상기 플라스틱 기판에 플라즈마를 처리하는 단계; 및

c) 상기 기판에 표면 개질용 모노머를 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 플라즈마 처리 단계 및 표면 개질용 모노머 처리 단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 플라즈마는 10⁸ J/kg 이하의 에너지 밀도를 갖는 연속 플라즈마 또는 펄스 플라즈마인 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서,

상기 플라즈마는 10분 이하 동안 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 플라즈마의 주파수는 마이크로웨이브(2.45 GHz) 또는 RF(13.56 MHz)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 플라스틱 기판은 폴리스티렌(PS), 사이클로올레핀코폴리머(COC) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 투명 수지 또는 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군에서 선택되는 반투명 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 처리되는 모노머는 에폭사이드 관능기를 포함하며 탄소이중결합을 갖고 있는 알릴 글리시딜 에테르(Allyl glycidyl ether) 또는 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate)이고, 그에 의해 상기 플라스틱 표면은 에폭사이드기로 개질되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 처리되는 모노머는 알데히드기 관능기를 포함하며 끓는점이 80℃ 이상인 헥사날(Hexanal), 옥타날(Octanal) 또는 노나날(Nonanal)이고, 그에 의해 상기 플라스틱 표면은 알데히드기로 개질되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 처리되는 모노머는 일차 아민 관능기를 포함하며 탄소이중결합을 갖고 있는 알릴아민(Allylamine) 또는 에테르 화합물인 3-메톡시프로필 아민(3-Methoxypropylamine)이고, 그에 의해 상기 플라스틱 표면은 아민기로 개질되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 플라스틱 기판에 미세유체 구조물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
50 ㎛ × 50 ㎛ 이하의 조건에서 R_a < 3 nm 또는 R_q < 4 nm인 AFM(Atomic Force Microscope) 표면 거칠기를 갖고, 표면에 플라즈마 및 표면 개질용 모노머가 처리된 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 12항에 있어서,

상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마인 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 12항에 있어서,

상기 플라즈마는 10⁸ J/kg 이하의 에너지 밀도를 갖는 연속 플라즈마 또는 펄스 플라즈마인 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 14항에 있어서,

상기 플라즈마는 10분 이하 동안 처리되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 12항에 있어서,

상기 플라즈마의 주파수는 마이크로웨이브(2.45 GHz) 또는 RF(13.56 MHz)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 12항에 있어서,

폴리스티렌(PS), 사이클로올레핀코폴리머(COC) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 투명 수지 또는 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군에서 선택되는 반투명 수지인 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 12항에 있어서,

상기 처리되는 모노머는 에폭사이드 관능기를 포함하며 탄소이중결합을 갖고 있는 알릴 글리시딜 에테르(Allyl glycidyl ether) 또는 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate)이고, 그에 의해 표면은 에폭사이드기로 개질되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 12항에 있어서,

상기 처리되는 모노머는 알데히드기 관능기를 포함하며 끓는점이 80℃ 이상인 헥사날(Hexanal), 옥타날(Octanal) 또는 노나날(Nonanal)이고, 그에 의해 표면은 알데히드기로 개질되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.
제 12항에 있어서,

상기 처리되는 모노머는 일차 아민 관능기를 포함하며 탄소이중결합을 갖고 있는 알릴아민(Allylamine) 또는 에테르 화합물인 3-메톡시프로필 아민(3-Methoxypropylamine)이고, 그에 의해 표면은 아민기로 개질되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판.