KR20070113557A - 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩 - Google Patents

바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩 Download PDF

Info

Publication number
KR20070113557A
KR20070113557A KR1020060046949A KR20060046949A KR20070113557A KR 20070113557 A KR20070113557 A KR 20070113557A KR 1020060046949 A KR1020060046949 A KR 1020060046949A KR 20060046949 A KR20060046949 A KR 20060046949A KR 20070113557 A KR20070113557 A KR 20070113557A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
biochip
pattern
substrate
biomaterial
depositing
Prior art date
Application number
KR1020060046949A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100785389B1 (ko
Inventor
정봉현
박혜정
정선옥
신용범
Original Assignee
한국생명공학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생명공학연구원 filed Critical 한국생명공학연구원
Priority to KR1020060046949A priority Critical patent/KR100785389B1/ko
Publication of KR20070113557A publication Critical patent/KR20070113557A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100785389B1 publication Critical patent/KR100785389B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G03F7/2004—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by the use of a particular light source, e.g. fluorescent lamps or deep UV light
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/0041—Photosensitive materials providing an etching agent upon exposure
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/42—Stripping or agents therefor
    • G03F7/421—Stripping or agents therefor using biological means only, e.g. enzymes
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70033—Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/7045—Hybrid exposures, i.e. multiple exposures of the same area using different types of exposure apparatus, e.g. combining projection, proximity, direct write, interferometric, UV, x-ray or particle beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0272—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers for lift-off processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers

Abstract

본 발명은 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 바이오칩용 기판에 접착력 증진층(adhesion promotion layer)을 증착한 다음, 소수성 물질을 증착하여 포토레지스트(photoresist)를 도포하고, UV를 이용하여 노광한 다음, 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 형성된 패턴을 마스크로 하여 소수성 물질층을 식각한 다음, 접착력 증진층을 식각하여 노출된 패턴에 접착력 증진층을 증착한 후, 금속 또는 비금속을 증착하고 리프트-오프(lift-off) 공정으로 포토레지스트를 제거하여 금속 또는 비금속 박막의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 바이오칩용 기판 패턴은 SPRI(Surface Plasmon Resonance Image)용 바이오칩, 형광스캐너용 바이오칩 및 마이크로어레이칩의 기판으로 유용하다.
실리콘 질화막, 소수성, PECVD, 패턴, 바이오칩

Description

바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩{Method for Fabricating Patterned Biochip Substrate and Biochip Using the Same}
도 1a 내지 1g는 반도체 기술을 이용한 바이오칩을 제조하는 각 과정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1a는 세척된 기판(10)위에 크롬(Cr; 11)을 이빔 진공증착 장비(e-beam evaporator)를 이용하여 증착한 단면도이다. 도 1b는 기판(10)위에 증착된 크롬(11)위에 실리콘 질화막(12)을 PECVD 방식을 이용하여 증착한 단면도이다. 도 1c는 포토레지스트(13)를 기판위에 도포하고, UV를 이용하여 노광한 다음, 현상한 포토레지스트 패턴에 대한 단면도이다. 도 1d는 기판 위에 증착된 실리콘 질화막(12)을 식각하기 위해 6:1의 BHF 용액에 담구고 난 후 식각된 기판의 단면도이다. 도 1e는 도 1d에서 실시한 공정에 의해 형성된 패턴에 따라 크롬(11)을 크롬 에천트(etchant)에 의해 식각된 형상의 단면도이다. 도 1f는 상기 식각에 의해 노출된 패턴에 크롬을 증착한 다음, 이빔 진공증착 장비로 금 박막(15)을 증착한 후의 단면도이다. 도 1g는 리프트-오프(lift-off) 공정으로 포토레지스트를 제거하여 형성된 금 박막의 패턴을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이오칩 구성도를 나타내는 것이다.
도 3은 바이오칩을 표면 플라즈몬 공명 형상을 이용한 이미지 센서로 측정한 결과를 나타내는 것이다.
도 4는 바이오칩을 이용하여 단백질-단백질 결합을 표면 플라즈몬 공명 형상을 이용하여 이미지 센서로 측정한 결과를 나타내는 것이다.
발명의 분야
본 발명은 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 특정 작용기가 형성되는 부분을 반도체 공정 기술 중 사진식각기술(photolithography)을 이용하여 기판 위에 패턴을 형성한 뒤 소수성을 띠는 실리콘 질화막을 패턴 외 부분에 증착하는 것을 특징으로 하는 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법에 관한 것이다.
배경기술
바이오칩(biochip)이란, 생물에서 유래된 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포 등과 같은 생체 유기물을 유리, 실리콘 및 나일론 등의 재질로 된 기판 위에 집적시켜 만든 혼성 소자(hybrid device)로서, 유전자의 발현 양상, 유전자 결함, 단백질 분포, 반응 양상 등을 분석할 수 있으며 질병 진단 및 신약 개발 등의 역할을 할 수 있다.
이러한 바이오칩의 구성 요소 중 하나인 바이오칩용 기판은 일회용이 대부분이므로 바이오칩이 일반화되는 시점에서 연간 소모량은 천문학적 숫자가 될 것이 틀림없다. 현재 국내외의 바이오 및 의료 관련 기업의 경우, 이러한 잠재적 거대 시장에서의 시장 선점을 위하여 바이오칩용 기판을 이용한 바이오칩 제작에 총력을 기울이고 있다.
바이오칩을 개발하기 위해서는 생체물질과 유리, 실리콘 및 나일론과 같은 기판 사이의 분자 인터페이스를 효율적으로 실현시켜 생체물질의 고유 기능을 최대한 활용하고 원하지 않는 불특정 반응(nonspecific binding)에 대한 검출을 최소화하는 것이 중요하다. 또한 생체물질의 고정화 과정에서 사용하는 유기·산 용매에 대한 내구성도 중요하다.
현재 바이오칩용 기판으로 사용되고 있는 것으로는, 칩을 제조하기 쉽고 값싸며 검출시 용이하기 때문에 대부분 유리 기판을 사용하고 있으며, 주로 기판을 표면 개질하기 위한 코팅 물질이나 기판의 종류 등에 관한 연구들이 대부분이고 기판의 기능성과 상품성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 또한 바이오칩 기판에 형성되어 있는 패턴은 생체물질을 고정화시키는 과정에서 사용하는 용매에 의해 제거되는 문제가 발생한다. 표면을 소수성을 갖도록 하는 연구도 진행되고 있으나 화학 약품을 표면 개질하는 방법이 대부분이며, 이는 약품을 처리하는데 걸리는 시간이 길고 재현성 및 대량 생산에 대해 효율성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
한편, 유기초분자의 자기조립과 자외선 에칭을 이용한 나노패턴의 형성방법(대한민국 등록특허 10-0523767)은 열처리에 의해 유기초분자들의 자기조립을 유도 하여 형성된 구조에 UV를 조사하여 나노패턴을 형성하는 방법에 관한 것이고, 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법(대한민국 공개특허 10-2004-0104046)은 기판 위에 유기고분자 링커 물질을 포함하는 코팅액을 코팅하여 형성된 링커 물질층에 금 박막을 코팅함으로써 생체물질 고정용 기판을 제조하는 기술이며, 생체물질 고정용 관능기의 패턴 형성방법(대한민국 등록특허 10-0450202)은 기판 위에 알콕사이드 화합물과 소수성 관능기를 가지는 실란화합물을 포함하는 코팅조성물을 코팅하여 표면장력 제어층을 형성한 후 고정화 관능기를 가지는 화합물을 포함하는 코팅조성물을 이용하여 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이나, 바이오칩 기판에 형성되어 있는 패턴이 생체물질을 고정시키는 과정에서 사용하는 용매에 의해 제거될 수 있는 단점을 가지고 있다.
블록공중합체의 나노패턴을 이용한 나노-바이오칩의 제조방법(대한민국 등록특허 10-0532812)은 블록공중합체의 자기조립을 이용하여 나노패턴을 형성하고, 이를 이용하여 형성된 바이오리셉터와 친화력이 있는 금속의 나노패턴에 표적 바이오물질과 결합하는 바이오리셉터를 선택적으로 부착하는 나노-바이오칩의 제조방법에 관한 것이나, 이는 블록공중합체를 사용할 경우 형성되는 패턴의 종횡비가 크지 않고 박막의 구조가 복잡하며 박막의 구조 방향성을 부여하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다.
또한, 바이오칩의 경우 정량에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 따라서 일정한 표면적에 일정량을 반응시켰을 때의 시그널 값에 대한 수치도 중요한 요인으로 작용한다. 이에 대한 바이오칩을 구성하기 위한 어레이는 마이크로어레이 장 비를 이용하여 실시되고 있다. 따라서 바이오칩용 기판을 이용하였을 때 손쉬운 손 조작이 가능하며, 정확한 면적에 일정량을 반응시킬 수 있는 바이오칩용 기판 제작이 중요하다.
이에 본 발명자들은 바이오칩용 기판 표면에 패턴을 형성함으로써 바이오칩용 기판의 기능성과 상품성을 향상시키고, 바이오칩용 기판에 형성된 패턴은 생체물질을 고정화시키는 과정에서 사용하는 각종 용매에 대해 내구성을 가지고 있으며, 반도체 공정 기술을 이용하여 저렴하고 단시간에 대량생산이 가능한 장점이 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 주된 목적은 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법으로 제조된 바이오칩용 기판 패턴에 생체물질이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 바이오칩을 이용한 생체물질과 결합하는 표적물질의 검출방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 바이오칩용 기판에 접착력 증진층(adhesion promotion layer)을 증착한 다음, 소수성 물질을 증착하는 단계; (b) 상기 증착된 소수성 물질층에 포토레지스트(photoresist)를 도포하고, UV를 이용하여 노광한 다음, 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 형성된 패턴을 마스크로 하여 소수성 물질층을 식각한 다음, 접착력 증진층을 식각하는 단계; (d) 상기 식각에 의해 노출된 패턴에 접착력 증진층을 증착한 다음, 금속 또는 비금속을 증착하는 단계; 및 (e) 리프트-오프(lift-off) 공정으로 포토레지스트를 제거하여 금속 또는 비금속 박막의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 바이오칩용 기판은 유리, 실리콘 및 세라믹으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 바이오칩용 기판의 접착력 증진층은 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소수성 물질은 실리콘 질화막(Si3N4) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 포토레지스트는 AZ5214E인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소수성 물질은 BHF 용액으로 식각하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 접착력 증진층은 해당 층의 에천트에 의하여 식각하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 에천트는 CR-7SK인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속은 금 또는 은인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 비금속은 유리, 실리콘 및 세라믹으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기의 방법으로 제조된 바이오칩용 기판 패턴에 생체물질이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 생체물질은 효소, 단백질, DNA, RNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관 및 신경세포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 생체물질의 고정은 생체 물질이 담겨진 용액에 상기 바이오칩용 기판 패턴을 담그거나, 상기 바이오칩용 기판 패턴에 생체물질을 고정화시킨 다음, 이를 건조하여 고정한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, (a) 상기 바이오칩에 표적물질을 함유하는 시료를 적용하는 단계; 및 (b) 상기 바이오칩 상의 생체물질과 특이적으로 결합하는 표적물질을 검출하는 단계를 포함하는 바이오칩을 이용한 생체물질과 결합하는 표적물질의 검출 방법을 제공한다.
상기 표적물질의 검출은 SPRI(Surface Plasmon Resonance Image) 또는 형광스캐너로 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 바이오칩용 패턴 기판의 제조방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
바이오칩용 기판으로 사용되는 유리, 실리콘 및 세라믹 기판을 아세톤, 메탄올, 증류수 순으로 세척한 후, 이빔 진공증착 장비(e-beam evaporator) 등의 증착 장비로 크롬(Cr)을 증착한 다음 (도 1a), 증착 장비로 실리콘 질화막(Si3N4) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3) 등의 소수성 물질층을 증착한다 (도 1b). 상기 기판에 포토레지스트(photoresist)를 도포하고, UV를 이용하여 노광한 다음, 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다 (도 1c). 형성된 패턴을 마스크로 하여 소수성 물질층을 6:1 BHF 용액으로 식각하고 (도 1d), 크롬 에천트(etchant)로 크롬을 식각한다 (도 1e). 상기 식각에 의해 노출된 패턴에 크롬을 증착한 다음, 금 박막을 증착한 후 (도 1f), 리프트-오프(lift-off) 공정으로 포토레지스트를 제거하여 금 박막의 패턴을 형성함으로써 바이오칩용 기판 패턴을 제조한다 (도 1g).
또한, 본 발명에 따른 바이오칩용 기판 패턴을 이용한 생체물질과 결합하는 표적물질의 검출 방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
상기의 방법에 의해 제조된 바이오칩용 기판 패턴에 95% 황산과 30% 과산화수소를 부피비 3:1로 혼합한 용액에서 30분간 60 ℃에서 화학적 표면 처리한 후, 생체물질이 담겨진 용액에 상기 바이오칩용 기판 패턴을 담그거나, 상기 바이오칩용 기판 패턴에 생체물질을 고정화시킨 다음, 이를 건조하여 생체물질을 고정시켜 바이오칩을 제작한다. 상기 바이오칩에 표적물질을 함유하는 시료를 적용하여 상기 바이오칩 상에 고정되어 있는 생체물질과 특이적으로 결합하는 표적물질을 검출할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 실리콘 질화막으로 패턴 형성된 금 박막 바이오칩용 기판 패턴의 제조
바이오칩용 기판으로 사용되는 유리 또는 실리콘 기판을 아세톤, 메탄올, 증류수 순으로 세척한 뒤 95% 황산과 30% 과산화수소수를 부피비 3:1로 혼합한 용액에 60 내지 65 ℃에서 20분 동안 담지한 후 증류수로 깨끗하게 세척하였다.
세척된 기판 위에 크롬(Cr)을 이빔 진공증착 장비(e-beam evaporator, (주)다다)를 이용하여 10 ㎚ 두께로 증착하였다 (도 1a). 여기서 사용된 크롬층은 후속 공정에 있을 습식각 공정에서 필요한 에치-스탑(etch-stop)층으로 사용된다.
증착된 크롬 위에 실리콘 질화막(Si3N4)을 PECVD 방식(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 1 ㎛ 두께로 증착하였다 (도 1b). 이때 실리콘 질화막은 SPRI(Surface Plasmon Resonance Image) 방식으로 결과를 보기 위해 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)가 아닌, PECVD로 패턴을 형성할 면에만 증착되도록 하였다. 실리콘 질화막은 강한 소수성을 띄며, 생체물질이 유리나 금 박막상에 생성되는 특정 작용기에는 쉽게 부착되나, 실리콘 질화막의 특정 작용기에는 부착되지 않는 특성을 가지고 있다. 소수성 물질층은 실리콘 질화막에 한정되는 것이 아니며, 실리콘 질화막 대신 알루미늄산화막(Al2O3)을 이빔 진공증착 장비를 이용하여 100 ㎚ 두께로 증착해서 사용할 수도 있다.
상기 증착된 소수성 물질층에 포토레지스트(photoresist, AZ5214E)를 기판위에 도포하고, UV를 이용하여 노광한 다음, 현상액(AZ developer)으로 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다 (도 1c).
기판위에 증착된 실리콘 질화막을 식각하기 위해, 6:1의 BHF 용액에 3분 정도 담그고 난 후 증류수로 충분히 씻었다 (도 1d). 이때 사용되는 BHF는 유리나 실리콘 기판은 식각할 수 있으나, 본 공정에서 사용된 크롬에 의해 실리콘 질화막까지만 식각한 후 크롬층에서는 식각 반응이 멈추게 된다.
상기 식각에 의해 기판상에서 노출된 크롬은 크롬 에천트(etchant, CR-7SK)에 의해 식각하였다 (도 1e). 20초 정도 CR-7SK에 담근 후 증류수로 충분히 씻은 다음 건조시켰다.
상기 식각에 의해 노출된 패턴에 크롬을 증착한 다음, 이빔 진공증착 장비(e-beam evaporator)를 사용하여 금 박막을 상부에 증착시켰다 (도 1f). 여기서 사용된 금 박막은 생체물질을 고정시키는 방법에서 주로 사용되는 박막이며 SPRI(Surface Plasmon Resonance Image) 측정에서 필요한 박막이기도 하다. 이때 금 박막과 유리 또는 실리콘 기판과의 접착력을 향상시키기 위해, 크롬을 금보다 먼저 증착시킨다. 한편, 금 박막을 증착하는 과정을 생략할 경우, 유리 표면이 노출된 패턴이 형성된 칩으로 사용될 수도 있으며 유리 표면을 표면 개질하여 사용할 수 있다.
상기 금이 증착된 패턴에 리프트-오프(lift-off) 공정으로 포토레지스트를 제거하여 금 박막의 패턴을 형성하였다 (도 1g). 이 공정은 금 박막의 아래층인 포토레지스트를 스트리퍼(stripper)로 제거하면서 동시에 금 박막층까지 제거하는 것이다. 금 박막을 금 박막 에천트에 의해 식각할 경우 금 박막의 손상을 일으킬 수 있으나, 리프트-오프 공정은 금 박막의 손상에 대한 위험을 없앨 수 있으므로 질 좋은 금 박막을 얻을 수 있다.
실시예 2. 패턴 형성된 금 박막 칩에서 단백질-단백질 결합 분석
상기 실시예 1에 의해 제조된 바이오칩용 기판 패턴에 단백질을 고정화하는 기능기 및 자기조립 단분자층을 박막 표면에 형성하기 위하여, 상기 제조된 기판 패턴 표면을 95% 황산과 30% 과산화수소 (부피비 3:1) 혼합 용액에서 30분간 60 ℃에서 처리한 후, 에탄올에 녹아있는 1 mM 바이오틴(biotin) 자기조립 단분자층을 형성하는 링커 용액에 실온에서 3시간 이상 침지시켜 표면 바이오틴 기능층을 형성시켰다. 반응 후, 반응용액을 버리고 칩을 각각 에탄올과 3차 증류수로 세척하여 바이오틴이 결합되어 있는 바이오칩을 제작하였다 (도 2).
상기 바이오칩에 표면 플라즈몬 공명현상을 원리로 하는 이미지 센서인 SPRI(Surface Plasmon Resonance Image, K-MAC KOREA) 이용하여 패턴 형성된 표면을 확인한 결과, 깨끗한 웰 모양이 형성되었다는 것을 확인할 수 있었다 (도 3).
상기 제작된 바이오칩을 이용하여 단백질-단백질 결합을 SPRI를 통해 비표지 방식으로 측정하였다. 도 4에서 보는 바와 같이, 표면에 고정화된 바이오틴과 결합하는 ~ 0.1 ㎎/㎖ 스트렙토아비딘(streptoavidin)(a), ~ 0.1 ㎎/㎖ 항 바이오 틴(anti-biotin)(b), 선택적 결합을 확인하기 위한 기준으로 1 ㎎/㎖ BSA(bovine serum albumin)(c)를 각각 1 ㎕씩 점적하여 그 결합 정도를 SPRI으로 확인하였다. 그 결과, 깨끗하게 결합된 단백질 시그널을 확인할 수 있었다.
이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법, 상기 제조된 바이오칩용 기판 패턴에 생체물질이 고정되어 있는 바이오칩 및 상기 바이오칩을 이용한 생체물질과 결합하는 표적물질의 검출방법을 제공하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 바이오칩용 기판 패턴은 형성된 패턴에 의해 노출된 영역과 패턴 외 영역이 다른 특성을 가지는 층으로 구성되어 있어 생체 물질의 비특이적 결합(nonspecific binding)를 최소화하여 분석에 대한 정확한 결과를 얻을 수 있으며, 다양한 농도로 존재하는 다양한 생체물질에 대해 동시 분석이 가능한 SPRI용 바이오칩, 생체물질에 형광물질을 부착시켜 반응 유무를 검출하는 방식의 형광스캐너용 바이오칩 및 마이크로어레이칩의 기판으로 사용할 수 있어 다양한 바이오 측정 시스템에 유용하다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따 라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 다음의 단계를 포함하는 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법:
    (a) 바이오칩용 기판에 접착력 증진층(adhesion promotion layer)을 증착한 다음, 소수성 물질을 증착하는 단계;
    (b) 상기 증착된 소수성 물질층에 포토레지스트(photoresist)를 도포하고, UV를 이용하여 노광한 다음, 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    (c) 상기 형성된 패턴을 마스크로 하여 소수성 물질층을 식각한 다음, 접착력 증진층을 식각하는 단계;
    (d) 상기 식각에 의해 노출된 패턴에 접착력 증진층을 증착한 다음, 금속 또는 비금속을 증착하는 단계; 및
    (e) 리프트-오프(lift-off) 공정으로 포토레지스트를 제거하여 금속 또는 비금속 박막의 패턴을 형성하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이오칩용 기판은 유리, 실리콘 및 세라믹으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 바이오칩용 기판의 접착력 증진층은 니켈(Ni), 티타 늄(Ti) 및 크롬(Cr)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소수성 물질은 실리콘 질화막(Si3N4) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트는 AZ5214E인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소수성 물질은 BHF 용액으로 식각하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접착력 증진층은 해당 층의 에천트에 의하여 식각하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 에천트는 CR7SK인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속은 금 또는 은인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 비금속은 유리, 실리콘 및 세라믹으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 바이오칩용 기판 패턴에 생체물질이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
  12. 제11항에 있어서, 상기 생체 물질은 효소, 단백질, DNA, RNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관 및 신경세포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
  13. 제11항에 있어서, 상기 생체물질의 고정은 생체물질이 담겨진 용액에 상기 바이오칩용 기판 패턴을 담그거나, 상기 바이오칩용 기판 패턴에 생체물질을 고정화시킨 다음, 이를 건조하여 고정한 것을 특징으로 하는 바이오칩.
  14. 다음의 단계를 포함하는 바이오칩을 이용한 생체물질과 결합하는 표적물질의 검출방법:
    (a) 제8항의 바이오칩에 표적물질을 함유하는 시료를 적용하는 단계; 및
    (b) 상기 바이오칩 상의 생체물질과 특이적으로 결합하는 표적물질을 검출하는 단계.
  15. 제14항에 있어서, 상기 표적물질의 검출은 SPRI(Surface Plasmon Resonance Image) 또는 형광스캐너로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020060046949A 2006-05-25 2006-05-25 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩 KR100785389B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060046949A KR100785389B1 (ko) 2006-05-25 2006-05-25 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060046949A KR100785389B1 (ko) 2006-05-25 2006-05-25 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070113557A true KR20070113557A (ko) 2007-11-29
KR100785389B1 KR100785389B1 (ko) 2007-12-13

Family

ID=39091363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060046949A KR100785389B1 (ko) 2006-05-25 2006-05-25 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100785389B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100956447B1 (ko) * 2008-05-16 2010-05-06 한국전자통신연구원 바이오센서의 기판의 패턴의 제조 방법 및 이를 이용한바이오센서
KR101102454B1 (ko) * 2008-07-10 2012-01-05 한국과학기술원 금속―단백질 격자패턴 바이오칩 및 그 제조방법
US8780435B2 (en) 2012-06-05 2014-07-15 Liquavista B.V. Electrowetting display device and method of manufacturing the same
KR101424868B1 (ko) * 2012-06-26 2014-07-31 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 마이크로 패터닝된 다공성 금전극을 사용하는 ｃｄ４４ 검출용 바이오센서
CN104409332A (zh) * 2014-11-19 2015-03-11 华南师范大学 一种在疏水绝缘层表面涂布光刻胶的方法
CN108212226A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 中国科学院化学研究所 制备微点阵芯片预制板的方法及其应用
US20210190675A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Illumina, Inc. Flow cells

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101120520B1 (ko) * 2009-04-15 2012-03-09 임현우 소수성과 친수성 표면을 이용한 생체분자 분석용 고감도 어레이 칩 및 이의 제조방법
KR101220865B1 (ko) 2011-09-16 2013-01-10 한국과학기술원 통기성이 향상된 포장재의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 전사 몰드의 제조방법
US8846416B1 (en) 2013-03-13 2014-09-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for forming biochips and biochips with non-organic landings for improved thermal budget

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100473361B1 (ko) * 2001-10-17 2005-03-08 주식회사 디지탈바이오테크놀러지 마이크로 칩 및 그 제조 방법
KR20040012009A (ko) * 2002-07-31 2004-02-11 주식회사 디지탈바이오테크놀러지 마이크로 칩의 제조 방법

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100956447B1 (ko) * 2008-05-16 2010-05-06 한국전자통신연구원 바이오센서의 기판의 패턴의 제조 방법 및 이를 이용한바이오센서
US8187829B2 (en) 2008-05-16 2012-05-29 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for fabricating pattern on a biosensor substrate and biosensor using the same
KR101102454B1 (ko) * 2008-07-10 2012-01-05 한국과학기술원 금속―단백질 격자패턴 바이오칩 및 그 제조방법
US8780435B2 (en) 2012-06-05 2014-07-15 Liquavista B.V. Electrowetting display device and method of manufacturing the same
US9411152B2 (en) 2012-06-05 2016-08-09 Amazon Technologies, Inc. Electrowetting display device and method of manufacturing the same
KR101424868B1 (ko) * 2012-06-26 2014-07-31 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 마이크로 패터닝된 다공성 금전극을 사용하는 ｃｄ４４ 검출용 바이오센서
CN104409332A (zh) * 2014-11-19 2015-03-11 华南师范大学 一种在疏水绝缘层表面涂布光刻胶的方法
CN104409332B (zh) * 2014-11-19 2017-10-10 华南师范大学 一种在疏水绝缘层表面涂布光刻胶的方法
CN108212226A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 中国科学院化学研究所 制备微点阵芯片预制板的方法及其应用
US20210190675A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Illumina, Inc. Flow cells

Also Published As

Publication number Publication date
KR100785389B1 (ko) 2007-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100785389B1 (ko) 바이오칩용 기판 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 바이오칩
US7348183B2 (en) Self-contained microelectrochemical bioassay platforms and methods
JP2007510928A (ja) 高密度アミン機能化表面
KR101120520B1 (ko) 소수성과 친수성 표면을 이용한 생체분자 분석용 고감도 어레이 칩 및 이의 제조방법
KR100377946B1 (ko) 덴드리머를 이용한 단분자막의 제조방법
CN112020645A (zh) 基于多孔电极的生物传感器
CA3208979A1 (en) Polypeptide arrays and methods of attaching polypeptides to an array
KR101029115B1 (ko) 금속 증착형 다공성 산화 알루미늄 바이오칩 및 그 제조방법
Kant et al. Relevance of adhesion in fabrication of microarrays in clinical diagnostics
TWI475228B (zh) 聯結電導定錨分子之抗體探針晶片
TW201142290A (en) Preparation method of molecular probe chip with organoconductive anchoring compound
US9259759B2 (en) Patterning of biomaterials using fluorinated materials and fluorinated solvents
JP3158181B2 (ja) バイオセンサー及び生体材料の固定化方法
KR100532812B1 (ko) 블록 공중합체의 나노패턴을 이용한 나노-바이오칩의제조방법
JP3448654B2 (ja) バイオチップ、バイオチップアレイ、及びそれらを用いたスクリーニング方法
KR102522179B1 (ko) 박막트랜지스터 센서의 제조 방법
KR100634505B1 (ko) 패턴화된 박막층을 갖는 마이크로어레이 기판 및마이크로어레이, 상기 마이크로어레이 기판 및마이크로어레이를 제조하는 방법
CN1482456A (zh) 微阵列蛋白质芯片及其制作方法
US8187829B2 (en) Method for fabricating pattern on a biosensor substrate and biosensor using the same
TWI246593B (en) Method and substrate for biochips by using single-step manufacturing process
US10180429B2 (en) Molecule immobilization patterns and method for forming the same
JP2004125461A (ja) 表面プラズモン共鳴測定用バイオチップ
TWI745704B (zh) 氧化鎳晶片、其製備方法及用途
KR101971246B1 (ko) 폴리도파민과 단백질 g의 혼합용액으로 개질된 코팅층을 포함하는 바이오센서 및 상기 바이오센서를 이용한 생물시료의 검출 방법
Paraja et al. Aptasensing Ampicillin on Silica Substrate Gapped by Interdigitated Aluminium Electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121126

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130904

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee