KR20090076253A - 방사선을 이용한 고분자 재료 상의 생체분자 패턴 형성방법 - Google Patents

방사선을 이용한 고분자 재료 상의 생체분자 패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 조사를 이용한 생체분자 패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 재료 표면에 방사선을 선택적으로 조사하고, 상기 조사 부위에 기능성 단량체를 그라프트 중합시킨 후 상기 기능성 단량체 상부에 생체분자를 도입하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 고분자 재료의 벌크 물성에 영향을 주지 않으며 저비용으로 용이하게 고분자 재료 위에 생체분자 패턴을 형성할 수 있으며, 사용하는 기능성 단량체의 종류에 따라 다양한 관능기의 도입이 가능하여 다양한 종류의 생체분자에 대하여 적용이 가능하여, 바이오 소자, 조직공학용 생체적합성 재료 등의 제조분야에 유용하게 사용될 수 있다.
고분자 재료, 기능성 단량체, 생체분자, 방사선

Description

방사선을 이용한 고분자 재료 상의 생체분자 패턴 형성방법{Patterning method of biomolecules onto polymeric materials by radiation}
본 발명은 방사선의 조사를 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법에 관한 것이다.
고분자 재료에 대한 표면 처리 기술 분야는 첨단 정보전자 산업, 자동차, 항공 등의 정밀 기계 산업 및 건축재, 포장재에 이르는 생활 산업에 이르기까지 많은 분야에 핵심적으로 적용되고 있다. 표면 처리 기술은 크게 PVD, CVD와 같은 건식 코팅 분야와 재래적인 습식 코팅 혹은 도금과 같은 분야로 분류된다. 현재 기술발전의 추세상, 기존의 표면 처리 기술로는 얻을 수 없는 새로운 기능을 가지는 표면에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이는 전통적인 건식 표면 처리 분야뿐 아니라 습식 표면 처리 분야에서도 마찬가지로 요구되고 있다. 또한 이러한 표면 처리 기술의 적용 분야도 디스플레이, 반도체, MEMS/NEMS, 생체 재료, 바이오 소자 등 매우 다양해지고 있다.
현재 사용되고 있는 고분자 재료에 대한 표면 개질 방법으로는 코로나 방전, 플라즈마 처리, 화학 처리, 그라프트 중합, 금속 증착 등이 있다. (S. M. Desai et al, Advances in Polymer Science, 169, 231 (2004)). 이들 방법 중 고분자 재료의 벌크 물성에는 거의 영향을 주지 않으면서 표면의 특성만을 개질시킬 수 있는 그라프트 중합 방법은 많은 장점을 가지고 있어, 이온 교환 막, 생체 재료 등의 첨단 분야로의 응용에 관한 연구가 진행 중이다.
현재 바이오 센서, 바이오 칩, 미세 유체 칩 등의 바이오 소자 등의 제조에는 세포, 단백질 등의 생체 분자를 이용하여 회로를 형성할 수 있는 기술이 이용되고 있다. 이 방법으로는 마이크로어레이(Microarray), 일렉트로닉어레이(Electronic Array), 포토리소그래피(Photolithography), 잉크젯프린팅(Ink jet printing) 등이 있으며 바이오 소자를 제작하는 회사에 따라 각기 다른 방법들을 사용하고 있다. 이 중 포토리소그래피 법을 이용한 바이오 소자의 제작은 반도체 제작에 사용되는 미세가공기술을 응용함으로써 고집적도를 갖는 소자의 제작이 가능하다는 장점이 있으나, 광반응의 수율이 높지 않고, 수요자의 요구에 맞는 소자의 제작이 어렵다는 문제점이 있다. 마이크로어레이나 잉크젯 프린팅 등의 방법들은 유전자를 전기적으로 칩 표면에 닿지 않고 분사할 수 있기 때문에 정량의 유전자가 붙어 있는 많은 수의 칩을 생산할 수 있는 장점이 있지만, 아직까지는 많은 종류의 다른 유전자를 가진 DNA 칩을 생산하기 위해서 필요한 카트리지 안의 유전물질 교환과 같은 기술적인 문제가 있다.
이외에도 생체 분자의 패턴을 형성시키기 위한 방법으로 미세접촉프린 팅(microcontact printing), 딥펜나노식각(dip pen nanolithography), 나노쉐이빙(nanoshaving), 전자빔식각(electron beam lithography), 집속이온빔(focused ion beam), 나노압인(nanoimprinting) 등을 이용하는 연구가 진행되고 있다 (Senaratne et al., Biomacromolecules, 6, pp 2427 (2005)).
그러나, 상기의 방법들은 아직 연구 단계에 있으며, 속도가 매우 느리고, 다양한 종류의 생체분자의 패턴을 할 수 없는 단점 등이 있어 실용화되기에는 아직 많은 연구가 더 필요한 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 고분자 재료 위에 생체분자 패턴을 형성하는 방법을 연구하던 중, 방사선 조사를 통하여 고분자 재료를 선택적으로 활성화시키면 용이하게 상기 고분자 재료 위에 생체분자 패턴을 형성할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 방사선을 이용하여 고분자 재료 위에 생체분자 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선을 조사하여 고분자 재료의 표면을 선택적으로 활성화시키는 단계; 상기 활성화된 부위에 기능성 단량체를 그라프트 중합시키는 단계; 및 상기 기능성 단량체가 그라프트 중합된 고분자 재료에 생체분자를 도입하는 단계를 포함하는 방사선을 이용하여 고분자 재료 위에 생체분자 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 고분자 재료의 벌크 물성에 영향을 주지 않으며 저비용으로 용이하게 고분자 재료 위에 생체분자 패턴을 형성할 수 있으며, 사용하는 기능성 단량체의 종류에 따라 다양한 관능기의 도입이 가능하여 다양한 종류의 생체분자에 대하여 적용이 가능하여, 바이오 소자, 조직공학용 생체적합성 재료 등의 제조분야에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 설명한다.
본 발명은 방사선을 조사하여 고분자 재료의 표면을 선택적으로 활성화시키는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 선택적으로 활성화된 고분자 표면에 기능성 단량체를 그라프트 중합시키는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2의 기능성 단량체가 그라프트 중합된 고분자 재료에 생체분자를 도입하여 패턴을 형성하는 단계(단계 3)를 포함하는 방사선을 이용한 고분자 재료 상의 생체분자 패턴 형성방법을 제공한다
이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 상기 단계 1은 방사선을 조사하여 고분자 재료 표면을 선택적으로 활성화시키는 단계로서, 구체적으로는 마스크를 통하여 고분자 재료 표면에 방사선을 조사하여 고분자 재료 표면을 선택적으로 활성화시키는 단계이다.
상기 단계에서 고분자 재료는 폴리올레핀계 고분자 재료, 플루오로 고분자 재료, 폴리이미드계 고분자 재료, 폴리에스테르계 고분자 재료, 및 실리콘계 고분자 재료를 사용할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 고분자 재료로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 또는 폴리메틸메타크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하고, 플루오로 고분자 재료로는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리비닐리덴플로라이드를 사용하는 것이 바 람직하고, 폴리이미드계 고분자 재료로는 캡톤(Kapton) 등을 사용하는 것이 바람직하고, 폴리에스테르계 고분자 재료로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘계 고분자 재료로는 폴리디메틸실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계에서 이온빔, 전자빔, 감마선, 알파선 또는 베타선 등의 방사선을 저에너지(1 keV ~ 1 MeV)로 조사하는 것이 바람직하며, 열적 변형 또는 분해를 방지하기 위하여 상기 고분자 재료의 온도를 상온으로 유지시키면서 방사선을 조사하는 것이 바람직하다.
상기 단계 1에서 이온빔을 조사하는 경우, 이온빔 전류밀도를 1 μA/cm2이하로 조절함이 바람직하고, 주입 원소는 탄소, 산소, 수소, 아르곤, 헬륨, 네온 또는 제논 등의 가스들을 사용할 수 있고, 이온빔 에너지는 1~300 keV인 것이 바람직하다. 총이온 조사량은 1×109~1×1016 ions/cm2인 것이 바람직하다. 상기 총이온 조사량이 1×109 ions/cm2미만인 경우, 고분자 재료의 표면을 효과적으로 활성화시킬 수 없는 문제점이 있고, 1×1016 ions/cm2를 초과하는 경우 고분자 재료의 열적 변형 또는 분해가 발생하는 문제점이 있다.
상기 단계 1에서 전자빔을 조사하는 경우, 전자빔의 에너지는 1 keV~ 1 MeV로 총조사량은 5~1000 kGy인 것이 바람직하다. 총조사량이 1 kGy 미만인 경우 고분자 재료의 표면을 효과적으로 활성화시킬 수 없는 문제점이 있고, 1000 kGy를 초과하는 경우 고분자 재료의 열적 변형 또는 분해가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 상기 단계 2는 선택적으로 활성화된 고분자 재료 위에 기능성 단량체를 그라프트 중합시키는 단계이다.
상기 단계 2에서 카르복시산 계열, 에폭시 계열, 무수물 계열, 히드록시 계열, 알데히드 계열, 아민 계열, 아미드 계열 등의 기능성 단량체를 사용할 수 있다.
상기 단계 2에서 사용되는 기능성 단량체 중 카르복시산 계열은 아크릴산(acrylic acid), 메타크릴산(methacrylic acid) 또는 3,3-디메타크릴산(3,3-dimethacrylic acid)을 사용하는 것이 바람직하고, 아크릴산을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
에폭시 계열은 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate), 글리시딜 아크릴레이트(glycidyl acrylate), 부타디엔모노옥사이드(butadienemonooxide) 또는 2-메틸-2-비닐옥시란(2-methyl-2-vinyl oxirane)을 사용하는 것이 바람직하고,
무수물 계열은 무수말레인산(maleic anhydride), 무수 시스-5-노보넨-엔드-2,3-디카르복실산(cis-5-norbornene-end-2,3-dicarboxyl anhydride), 무수이소부틸 숙신산(isobutylsuccinic anhydride) 또는 무수이타코닉산(itaconic anhydride)을 사용하는 것이 바람직하고, 무수말레인산을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
히드록시 계열은 히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate) 또는 2-히드록시에틸 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하고, 히드록시에틸 메타크릴레이트를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
알데히드 계열은 아크롤레인(acrolein) 또는 메타크롤레인(methacrolein)을 사용하는 것이 바람직하고, 아크롤레인을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
아민 계열은 알릴아민 또는 비닐아닐린을 사용하는 것이 바람직하고, 비닐아닐린을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
아미드 계열은 아크릴아미드(acrylamide) 또는 디이소프로필아크릴아미드(N,N-diisopropyl acrylamide)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 2의 그라프트 합성은 상기 기능성 단량체 단독으로 또는 용매와 혼합함에 의하여 수행될 수 있다. 상기 기능성 단량체가 용매와 혼합되어 사용될 경우 혼합비는 사용되는 용매에 대하여 5~90 % 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 기능성 단량체가 용매와 혼합되는 경우, 상기 용매로는 물, 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디옥산(1,4-dioxane) 및 톨루엔으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 사용함이 바람직하다.
상기 단계 2의 그라프중합 반응은 사용되는 용매에 따라서 50~100 ℃에서 수행될 수 있으며, 6~24 시간동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 얻은 고분자 재료에 생체분자를 도입하여 패턴을 형성하는 단계로, 구체적으로는 상기 단계 2에서 얻은 고분자 재료의 기능성 단량체 상부에 생체분자를 접착 또는 결합하여 상기 생체분자의 패턴을 형성하는 단계이다.
상기 단계 3에서 사용되는 생체분자가 세포일 경우에는, 상기 기능성 단량체 상부에서 세포배양을 하여 고분자 재료의 특정 부위에 세포의 접착 및 성장을 시키는 방법으로 수행될 수 있다. 이 경우, 세포의 접착 및 성장을 더욱 활성화시키기 위하여 상기 단계 2에서 얻은 기능성 단량체가 그라프트된 고분자 재료에 젤라틴(gelatin), RGD-펩타이드(RGD-peptide) 또는 알라닌(alanine) 등의 세포 부착성 분자를 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계 3에서 사용되는 생체분자가 단백질 또는 DNA일 경우에는, 상기 생체분자를 상기 단계 2에서 얻은 고분자 재료의 기능성 단량체 부위와 반응시키는 방법으로 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅰ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
폴리에틸렌 필름(HDPE, Honam Petrochemical Co., Ltd.)을 4 cm x 4 cm 로 준비하여 에탄올 용매에 침지하고 초음파 세척기(Branson 8510)로 20분간 세척한 후 60 ℃ 이하에서 진공 건조하였다. 상기 건조된 폴리에틸렌 필름에 마스크(SUS, 400 mesh)를 통하여 아르곤 이온을 주입하였다. 상기 주입단계에서 사용된 이온주입장치는 300 keV ion implanter이며, 50 ~ 150 keV의 이온빔 에너지로 1 x 109 ~ 1 x 10 16 ions/cm2 의 이온을 조사하였다. 이온빔 조사 후 상기 필름을 공기 중에서 24 시간동안 방치하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
아크릴산 수용액(10~80 중량%) 40 ㎖를 중합반응기에 넣고 상기 단계 1에서 제조된 필름을 침지하였다. 그 후, 질소로 30 분간 퍼징시키고 60~100 ℃ 정도로 온도를 유지시킨 물중탕에 중합 반응기를 넣어 그라프트 중합 반응을 수행하였다. 6~24 시간동안 상기 그라프트 중합 반응을 수행시킨 후 반응기에서 꺼내어 단일 중합체를 제거하기 위하여 다량의 메탄올로 수회 세척하고 60 ℃에서 진공 건조하였 다.
단계 3: 세포 패턴의 형성
상기 단계 2에서 제조된 아크릴산이 선택적으로 그라프트된 고분자 필름상에 쥐의 섬유 아세포인 Fibroblast cell(NIH3T3)은 10 %의 소배아혈청이 함유된 RPMI1640 배지에서 5 % CO2 및 37 ℃의 조건에서 배양되었다. 상기 단계를 통하여 배양된 세포의 부착상태를 살펴보기 위하여 세포는 플라스크 상에서 꽉 찰때까지 배양한 후 0.1 % 트립신/0.02 % EDTA를 PBS상에서 녹인 용액에 37 ℃에서 약 1 분동안 노출시켜 배지상에 부유시켰다. 상기 세포의 사진은 광학현미경, 형광현미경, 공초점현미경 등을 사용하여 획득하였다.
< 실시예 2> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅰ
단계 1 및 단계 2: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화 및 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 1 및 단계 2는 상기 실시예 1의 단계 1 및 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
상기 단계 2에서 제조된 아크릴산이 선택적으로 그라프트된 고분자 필름을 15 mM NHS 및 45 mM EDC를 PBS 상에서 녹인 용액에 침지하고 30 분간 반응시켰다. 그 후, 상기 필름을 바이오틴아민(biotin-amine)을 PBS상에 녹인 용액에 침지하고 6 시간 동안 상온에서 반응시킨 후 증류수로 수회 세척하였다. 상기 필름을 다시 형광물질이 태그된 스트렙타비딘(streptavidin)을 0.1 %(w/v) BSA 및 0.02 %(v/v) Tween 20을 포함하는 PBS상에서 녹인 용액에 침지하여 1 시간 동안 상온에서 반응시킨 후 PBS 용액 및 증류수로 수회 세척하였다. 고분자 필름에 대한 단백질의 선택적 부착 여부는 형광현미경 및 공초점현미경을 사용하여 확인하였다.
< 실시예 3> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅰ
단계 1 및 단계 2: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화 및 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 1 및 단계 2는 실시예 1의 단계 1 및 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
상기 단계 2에서 제조된 아크릴산이 선택적으로 그라프트된 고분자 필름을 15 mM NHS 및 45 mM EDC를 PBS상에 녹인 용액에 침지하고 30 분간 반응시켰다. 상기 필름을 다시 20개 아미노산으로 형성된 프로브 DNA를 PBS상에 녹인 용액에 침지하여 6 시간동안 반응시킨 후 증류수로 수회 세척하였다. 상기 필름을 다시 형광물질이 태그된 c-DNA를 PBS상에 녹인 용액에 침지하여 30 ℃에서 6 시간동안 반응시 킨 후, PBS 용액 및 증류수로 수회 세척하였다. 고분자 필름에 대한 DNA의 선택적 부착은 형광현미경 및 공초점현미경을 사용하여 확인하였다.
< 실시예 4> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅱ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
폴리에틸렌 필름을 4 cm×4 cm로 준비하여 에탄올 용매에 침지하고 초음파 세척기로 20 분 정도 세척한 후 60 ℃ 이하에서 진공 건조하였다. 상기 건조된 폴리에틸렌 필름에 마스크(SUS, 400 mesh)를 통하여 전자빔을 조사하였다. 상기 조사에 사용된 조사장치는 50 keV 전자빔 조사장치이며, 총 조사량은 10~500 kGy였다. 전자빔 조사 후 상기 필름을 공기 중에서 24 시간동안 방치하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 5> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅱ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 4의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 6> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅱ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 4의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 7> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅲ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리프로필렌 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 8> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅲ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 7의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 9> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅲ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 7의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 10> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅳ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리프로필렌 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 11> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅳ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 10의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 12> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅳ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 10의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 13> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅴ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하 였다.
< 실시예 14> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅴ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 13의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 15> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅴ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 13의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 16> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅵ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 17> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅵ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 16의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 18> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅵ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 16의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 19> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅶ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 20> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅶ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 19의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 21> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅶ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 19의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 22> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅷ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 23> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅷ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 22의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 24> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅷ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 22의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 25> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅸ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리이미드 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 26> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅸ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 25의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 27> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅸ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 25의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 28> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 Ⅹ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리이미드 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 29> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 Ⅹ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 28의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 30> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 Ⅹ
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1 및 단계 2는 실시예 28의 단계 1 및 단계 2와 동일한 방법으로 수행 하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 31> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 XI
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리스티렌 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 32> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 XI
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 31의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 33> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 XI
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 31의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 34> 고분자 재료 표면에 세포 패턴의 형성 XII
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
고분자 재료로 폴리스티렌 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2 및 단계 3: 기능성 단량체의 그라프트 중합 및 세포 패턴의 형성
단계 2 및 단계 3은 실시예 1의 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 35> 고분자 재료 표면에 단백질 패턴의 형성 XII
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 34의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: 단백질 패턴의 형성
단계 3은 실시예 2의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
< 실시예 36> 고분자 재료 표면에 DNA 패턴의 형성 XII
단계 1: 고분자 재료 표면의 선택적 활성화
단계 1은 실시예 34의 단계 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 2: 기능성 단량체의 그라프트 중합
단계 2는 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
단계 3: DNA 패턴의 형성
단계 3은 실시예 3의 단계 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선 그라프트 중합을 이용한 고분자 재료 표면상에 생체분자 패턴을 형성하는 과정의 모식도이고;
도 2의 a는 폴리에틸렌의 SEM 사진, 도 2의 b는 1 X 1015 ions/cm2에서 선택적으로 활성화된 폴리에틸렌의 SEM 사진, 도 2의 c는 1 X 1015 ions/cm2에서 선택적으로 활성화된 폴리에틸렌를 이용하여 기능성 단량체를 그라프트 중합한 폴리에틸렌의 SEM 사진, 도 2의 d는 1 X 1015 ions/cm2에서 선택적으로 활성화된 폴리에틸렌를 이용하여 기능성 단량체를 그라프트 중합한 폴리에틸렌에 형광패턴이 형성된 형광현미경사진이고;
도 3의 a는 1 X 1015 ions/cm2에서 선택적으로 활성화시켜 기능성 모노머를 그라프트한 폴리에틸렌에 형성된 세포 패턴의 광학현미경사진, 도 3의 b는 1 X 1016 ions/cm2에서 선택적으로 활성화시켜 기능성 모노머를 그라프트한 폴리에틸렌에 형성된 세포 패턴의 광학현미경사진이고;
도 4는 1 X 1015 ions/cm2에서 선택적으로 활성화시켜 기능성 모노머를 그라프트한 폴리에틸렌에 형성된 단백질 패턴의 형광현미경사진이고;
도 5는 1 X 1015 ions/cm2에서 선택적으로 활성화시켜 기능성 모노머를 그라프트한 폴리에틸렌에 형성된 DNA 패턴의 형광현미경사진이다.

Claims (11)

  1. 방사선을 조사하여 고분자 재료의 표면을 선택적으로 활성화시키는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 선택적으로 활성화된 고분자 표면에 기능성 단량체를 그라프트 중합시키는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2의 기능성 단량체가 그라프트 중합된 고분자 재료에 생체분자를 도입하여 패턴을 형성하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 재료는 폴리올레핀계 고분자 재료, 플루오로 고분자 재료, 폴리이미드계 고분자 재료, 폴리에스테르계 고분자 재료 및 실리콘계 고분자 재료로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 방사선은 1 keV ~ 1 MeV의 이온빔, 전자빔, 감마선, 알파선 및 베타선으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 이온빔의 총조사량은 1×109 ~ 1×1016 ions/cm2, 전자빔 및 감마선의 총조사량은 1 ~ 1000 kGy인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 단계 2의 기능성 단량체는 카로복시산 계열, 에폭시 계열, 무수물 계열, 히드록시 계열, 알데히드 계열, 아민 계열 및 아미드 계열의 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 단계 2의 그라프트 중합 반응은 상기 기능성 단량체를 단독으로 또는 용매와 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 단계 2의 그라프트 중합 반응은 60~100 ℃의 온도에 서 6~24 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 단계 3의 생체분자는 세포, 단백질 또는 DNA인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 생체분자가 세포인 경우에는 상기 단계 2에서 얻은 기능성 단량체가 그라프트된 고분자 재료 위에 세포를 배양하여 상기 기능성 단량체에 세포를 접착 및 성장시킴에 의하여 생체분자 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 생체분자가 세포인 경우에는 상기 단계 2에서 얻은 기능성 단량체가 그라프트된 고분자 재료에 세포를 접착 및 성장시키기 전에 상기 고분자 재료에 젤라틴(gelatin), RGD-펩타이드(RGD-peptide) 또는 알라닌(alanine)을 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 생체분자가 단백질 또는 DNA인 경우에는 기능성 단량체가 그라프트된 고분자 재료 위에 상기 생체분자를 반응시켜 결합시키는 방법으로 생체분자 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 고분자 재료상의 생체분자 패턴 형성방법.
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