KR20090127745A - Methods for preparing nano-bioplatforms - Google Patents

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KR20090127745A
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a nano-bioplatform is provided to prepare effectively a nano-bioplatform I where the uniform nanosized micropattern is formed by simple process. CONSTITUTION: A method for manufacturing a nano-bioplatform comprises the steps of forming an alumina coating on a substrate by anodizing an aluminum substrate; removing the alumina coating from the aluminum substrate to obtain aluminum substrate where a concave shape is formed on the surface; coating a biomolecule compatible substance on the aluminum substrate; and removing the aluminum substrate to obtain the biomolecule compatible substance where the micropattern of the convex sides of biomolecule compatible substance.

Description

나노-바이오플랫폼의 제조방법{Methods for Preparing Nano-Bioplatforms}Method for Preparing Nano-Bioplatforms {Methods for Preparing Nano-Bioplatforms}

본 발명은 나노-바이오플랫폼의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼 및 상기 나노-바이오플랫폼을 포함하는 바이오칩에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nano-bio platform, a nano-bio platform prepared by the method and a biochip comprising the nano-bio platform.

나노과학과 나노기술이 발전하면서 재료, 전자 및 에너지 분야뿐만 아니라 생명공학, 신약개발 및 의료 등의 바이오분야에서도 나노기술과 융합된 새로운 바이오전자소자에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 바이오칩은 DNA, 단백질 또는 세포와 같은 생물에서 유래된 물질을 반도체와 같은 무기물기판 위에 고밀도로 집적화하고 조합하여 만든 바이오전자소자로서, 질병 등의 진단용 바이오칩과 농업, 식품 또는 환경오염물질의 모니터링 등에 이용된다.With the development of nanoscience and nanotechnology, researches on new bioelectronic devices fused with nanotechnology are progressing not only in the fields of materials, electronics and energy, but also in biotechnology such as biotechnology, new drug development and medicine. Biochip is a bioelectronic device made by integrating and combining materials derived from organisms such as DNA, proteins, or cells on inorganic substrates such as semiconductors at high density, and is used for monitoring biochips for diseases such as diseases and monitoring of agricultural, food or environmental pollutants. do.

종래 단백질 칩은 탐지자의 크기가 마이크로 단위로 국한되어 있기 때문에 분자의 활성도와 집적도, 측정 종류 및 범위가 한정되어 있다. 또한 측정 시스템도 종래의 광학적 측정기술을 활용하기 때문에 이러한 방법의 한계점인 고가의 광학장비나 형광 표지가 필요 하는 등의 단점을 극복해야 할 필요성이 있다.In the conventional protein chip, since the size of the detector is limited to micro units, the activity and integration of molecules, the type and range of measurement are limited. In addition, since the measurement system uses conventional optical measurement technology, there is a need to overcome disadvantages such as the need for expensive optical equipment or fluorescent labels, which are limitations of the method.

측정 민감도의 한계는 나노수준으로 나노입자와의 복합체를 형성하여 신호 증폭을 달성함으로써 그 한계를 극복하고, 새로운 생체 물질 고정화 기법과 나노 유체 제어 기술을 단백질 칩에 접목하여 소형화된 나노 물질을 측정할 수 있는 나노수준의 단백질 칩이 필요하다.The limitation of measurement sensitivity is to overcome the limitations by forming complexes with nanoparticles at the nanoscale to achieve signal amplification, and to measure miniaturized nanomaterials by incorporating new biomaterial immobilization techniques and nanofluid control techniques into protein chips. You need nanoscale protein chips.

세포칩은 종래 개발되어온 DNA칩이나 단백질 칩과는 달리, 세포 내의 데이터를 생리활성을 가진 상태에서 실시간으로 얻을 수 있다는 특징을 가지고 있다. 그리하여 각종 제약회사들이 항암제나 항생제를 개발할 때 필요한 약제에 대한 세포 생리 활성 측정 및 약제 부작용 등의 복합적인 생체 정보를 분석하는데 그 수요가 증가하고 있을 뿐만 아니라 칩 상에서 세포를 성장, 감지 및 분리시켜 세포치료의 도구로서 이용할 수 있기 때문에, 바이오 시장에서 제약과 의료 시장의 크기를 고려해 볼 때 세포칩의 기술 개발은 필요하다.Unlike the conventionally developed DNA chip or protein chip, the cell chip has a feature that the data in the cell can be obtained in real time under the physiological activity. As a result, pharmaceutical companies are increasing the demand for complex bioinformation such as measurement of cell physiological activity and drug side effects on drugs needed to develop anticancer drugs or antibiotics, as well as growing, detecting, and separating cells on a chip. As it can be used as a therapeutic tool, it is necessary to develop cell chip technology considering the size of the pharmaceutical and medical markets in the bio market.

그러나 세포칩 기술의 증가된 수요에 비해, 미세구조 표면처리 및 나노소재등을 이용한 세포생리활성의 보존이 가능하도록 하는 나노수준의 고정화 기법 등의 기술 부재는 고감도의 표준화된 세포칩 개발에 장애가 되고 있다.However, in contrast to the increased demand for cell chip technology, the absence of technology such as nano-level immobilization techniques that enable the preservation of cell physiological activity using microstructured surface treatment and nanomaterials becomes an obstacle to the development of highly sensitive standardized cell chip. have.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 화학적인 표면처리를 실시하는 복잡한 과정 없이 세포를 기판 위에 고정화시켜 배양하기 위해서 위와 같은 화학적인 표면처리 외에 물리적인 표면제작의 접근법이 필요하게 되었다. 세포의 무게를 고려할 때 단백질이나 펩타이드 체인만으로 3차원 구조체를 구성하는 데에는 한계가 있으므로 세포를 고정하는 기판에 나노 수준의 패턴을 만들어 줄 필요가 있다. 따라서 이러한 세포가 잘 성장할 수 있는 나노 수준의 패턴과 세포고정화에 필요한 펩타이드 체인이 결합된 세포고정용 나노플랫폼의 개발은 세포배양을 보다 간편하게 할 수 있으며 보다 효율적으로 세포를 배양 할 수 있다고 판단된다.In order to solve this problem, in order to immobilize cells on a substrate without the complicated process of chemical surface treatment, a physical surface preparation approach is required in addition to the above chemical surface treatment. Considering the weight of the cell, there is a limit in constructing a three-dimensional structure using only a protein or peptide chain, so it is necessary to make a nano-level pattern on the substrate to fix the cell. Therefore, the development of a cell-fixing nanoplatform that combines the nano-level pattern that allows these cells to grow well and the peptide chain required for cell immobilization can simplify cell culture and make it possible to culture cells more efficiently.

바이오 기술에 극미세 가공기술로서 나노기술이 응용되어 생성된 생물분자를 나노수준에서 질서정연하게 고정화한 바이오플랫폼은, 무질서한 분자조립에 비해 생물분자의 활성이 보존되고 개별 분자별로 일정한 기능을 수행할 수 있어 신약개발에 소요되는 시료의 양을 줄일 수 있고, 미세한 양을 검출할 수 있는 감도(sensitivity)가 좋고 선택성(selectivity)이 좋은 바이오센서로 활용될 수 있다. 그리하여 현존하는 바이오칩의 기술적 문제점인 민감성 및 선택성이 개선된 다성분 고밀도 바이오칩의 구성을 가능하게 함과 동시에 차세대 측정 분야의 원천기술로 이용될 수 있을 것이다. The bioplatform, in which the nanomolecules are applied at the nano level and orderly fixed at the nano level, is preserved in the activity of biomolecules and can perform a specific function for each molecule. It can reduce the amount of sample required for drug development, and can be used as a biosensor with good sensitivity and good selectivity to detect minute amounts. Thus, it is possible to construct a multi-component high density biochip with improved sensitivity and selectivity, which is a technical problem of existing biochips, and to be used as a source technology in the next generation measurement field.

이러한 나노바이오칩의 구현을 위해서 나노미터크기의 집적회로 소자를 만드는 기술과 단백질 패턴 및 항원-항체반응을 위한 항체의 패턴 등 바이오물질을 기판 위에 패턴 하는 기술이 필수적인 기술이다. In order to implement such nanobiochips, technologies for making nanometer-sized integrated circuit devices and for patterning biomaterials on a substrate, such as protein patterns and antibodies for antigen-antibody reactions, are essential technologies.

바이오물질을 기판 위에 직접 패턴하기 위하여 여러 가지 방법이 시도되었고, 종래 리소그래피 패터닝 기술을 이용하여 무기물기판을 미세가공하거나 패터닝 하여 바이오플랫폼을 제작하려는 연구가 시도되었으나, 이러한 패터닝 기술만으로 구현된 나노바이오플랫폼은 해상도, 고 비용, 대면적의 한계 또는 재현성 등의 측면에서 많은 문제점을 가진다.Various methods have been attempted to directly pattern biomaterials on a substrate, and research has been attempted to fabricate bioplatforms by finely processing or patterning inorganic substrates using conventional lithography patterning techniques. However, nanobioplatforms implemented only with such patterning techniques have been attempted. Has many problems in terms of resolution, high cost, large area limitation, or reproducibility.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Throughout this specification many patent documents are referenced and their citations are indicated. The disclosures of the cited patent documents are incorporated by reference herein in their entirety, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly described.

본 발명자들은 바이오물질(예컨대, 단백질, 핵산분자 및 세포)을 효과적으로 고정화 할 수 있는 나노-바이오플랫폼(nano-bioplatform)을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 양극산화된 알루미늄표면에 형성된 오목한(concave) 형상의 미세 패턴위에 금속을 증착하여 구성하거나, 생체분자-친화성 물질을 도포하고 알루미늄을 제거한 다음, 볼록한(convex) 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질로 구성된 나노-바이오플랫폼을 제조하면, 바이오물질, 특히 단백질 및 세포에 대하여 우수한 고정화 능력을 발휘하여 바이오칩으로 이용할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have tried to develop a nano-bioplatform capable of effectively immobilizing biomaterials (eg, proteins, nucleic acid molecules and cells). As a result, a metal is formed on a concave-shaped fine pattern formed on the surface of anodized aluminum, or a biomolecule-affinity material is applied and aluminum is removed, and then a fine pattern of convex surfaces is formed. When the nano-bioplatform composed of biomolecule-affinity material is manufactured, the present invention has been completed by confirming that the bio-molecule, particularly protein and cells, can be used as a biochip by showing excellent immobilization ability.

따라서, 본 발명의 목적은 나노-바이오플랫폼의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing a nano-bio platform.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a nano-bioplatform prepared by the above method.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 나노바이오플랫폼을 포함하는 바이오칩을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a biochip including the nanobioplatform.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 오목한(concave) 형상이 형성된 금속 미세패턴을 가지는 나노-바이오플랫폼의 제조방법을 제공한다:According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for manufacturing a nano-bioplatform having a metal micropattern having a concave shape formed, comprising the following steps:

(a) 알루미늄 기판을 양극산화시켜 알루미나 피막을 형성하는 단계; (a) anodizing the aluminum substrate to form an alumina film;

(b) 상기 알루미나 피막이 형성된 알루미늄 기판으로부터 상기 알루미나 피막을 제거하여 표면에 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판을 수득하는 단계; 및 (b) removing the alumina film from the aluminum substrate on which the alumina film is formed to obtain an aluminum substrate having a concave shape formed on a surface thereof; And

(c) 상기 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판에 금속을 증착시키는 단계.(c) depositing a metal on the aluminum substrate having the concave shape.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 생체분자-친화성 물질의 미세패턴을 나타내는 나노-바이오플랫폼의 제조방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a nano-bio platform showing the micropattern of the biomolecule-affinity material comprising the following steps:

(a) 알루미늄 기판을 양극산화시켜 알루미나 피막을 형성하는 단계; (a) anodizing the aluminum substrate to form an alumina film;

(b) 상기 알루미나 피막이 형성된 알루미늄 기판으로부터 상기 알루미나 피막을 제거하여 표면에 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판을 수득하는 단계; (b) removing the alumina film from the aluminum substrate on which the alumina film is formed to obtain an aluminum substrate having a concave shape formed on a surface thereof;

(c) 상기 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판에 생체분자-친화성 물질을 도포하는 단계; 및 (c) applying a biomolecule-affinity material to the concave shaped aluminum substrate; And

(d) 상기 알루미늄기판을 제거하여 생체분자-친화성 물질의 볼록한(convex) 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질을 수득하는 단계.(d) removing the aluminum substrate to obtain a biomolecule-affinity material having a fine pattern of convex surfaces of the biomolecule-affinity material.

본 발명자들은 바이오물질(예컨대, 단백질, 핵산분자 및 세포)을 효과적으로 고정화할 수 있는 나노-바이오플랫폼(nano-bioplatform)을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 양극산화된 알루미늄표면에 형성된 오목한(concave) 형상의 미세 패턴 위에 금속을 증착하여 구성하거나, 생체분자-친화성 물질을 도포하고 알루미늄을 제거한 다음, 볼록한(convex) 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질로 구성된 나노-바이오플랫폼을 제조하면, 바이오물질, 특히 단백질 및 세포에 대하여 우수한 고정화 능력을 발휘하여 바이오칩으로 이용할 수 있음을 확인하였다.The present inventors have tried to develop a nano-bioplatform capable of effectively immobilizing biomaterials (eg, proteins, nucleic acid molecules and cells). As a result, a metal is formed on a concave-shaped fine pattern formed on the anodized aluminum surface, or a biomolecule-affinity material is applied and aluminum is removed, and then the fine patterns of convex surfaces are formed. When the nano-bioplatform composed of biomolecule-affinity material was prepared, it was confirmed that the biomolecule, particularly, can be used as a biochip by exhibiting excellent immobilization ability on biomaterials, particularly proteins and cells.

본 명세서에서 용어 “바이오플랫폼”은 바이오칩에 이용되는 고체기질 또는 상기 고체기질이 결합된 기판, 또는 바이오 물질이 직접 결합되거나 링커를 통하여 간접적으로 결합되어 상기 바이오 물질을 고정화할 수 있는 기판을 의미한다.As used herein, the term “bioplatform” means a solid substrate used in a biochip or a substrate on which the solid substrate is bonded, or a substrate on which the biomaterial is directly bonded or indirectly bonded through a linker to immobilize the biomaterial. .

나노-바이오 플랫폼을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 단계별로 상세하게 설명하면 다음과 같다:Detailed step-by-step description of the method of the present invention for producing a nano-bio platform as follows:

알루미나 피막의 형성Formation of Alumina Film

본 발명의 방법에 따르면, 우선 알루미늄기판을 양극산화시켜 알루미나 피막을 형성시킨다.According to the method of the present invention, an aluminum substrate is first anodized to form an alumina film.

본 명세서에서 용어 “양극산화”는 산성의 전해질 용액에서 양극으로 알루미늄을 연결하고 음극으로 백금(Pt)전극을 연결하여 적정한 전압을 가하면 알루미늄의 표면에서 규칙적인 배열을 이루는 나노다공성 알루미늄 산화피막이 형성되는 과정을 의미한다.As used herein, the term “anodic oxidation” refers to the formation of a nanoporous aluminum oxide film that forms a regular array on the surface of aluminum when an appropriate voltage is applied by connecting aluminum to the anode and connecting the platinum (Pt) electrode to the cathode in an acidic electrolyte solution. It means the process.

본 발명에 이용되는 산성의 전해질 용액은 당업계에 공지된 다양한 산성의 전해질 용액을 포함한다. 바람직하게는 크롬산, 인산, 황산, 옥살산 또는 이들의 혼합용액이며, 보다 바람직하게는 황산 또는 옥살산이고, 가장 바람직하게는 옥살산이다.Acidic electrolyte solutions used in the present invention include various acidic electrolyte solutions known in the art. Preferably, it is chromic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, oxalic acid, or a mixed solution thereof, more preferably sulfuric acid or oxalic acid, and most preferably oxalic acid.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 상기 양극산화는 24-60 V의 전압을 가하여 실시된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the anodization is carried out by applying a voltage of 24-60 V.

오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판의 수득Obtaining an Aluminum Substrate with Concave Shapes

본 발명에서 알루미나피막의 제거는 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 실시되며, 바람직하게는 산성의 전해질 용액의 존재 하에서 에칭에 의해 실시된다.Removal of the alumina film in the present invention is carried out by various methods known in the art, preferably by etching in the presence of an acidic electrolyte solution.

본 발명에서 알루미나 피막을 제거하기 위하여 이용되는 산성의 전해질 용액은 공지된 다양한 산성의 전해질 용액을 포함한다. 바람직하게는 크롬산, 인산, 황산, 옥살산 또는 이들의 혼합용액이며, 보다 바람직하게는 크롬산, 인산 또는 이들의 혼합용액이고, 가장 바람직하게는 크롬산 및 인산의 혼합용액이다.The acidic electrolyte solution used to remove the alumina film in the present invention includes various known acidic electrolyte solutions. Preferably, it is chromic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, oxalic acid, or a mixed solution thereof, more preferably chromic acid, phosphoric acid or a mixed solution thereof, and most preferably a mixed solution of chromic acid and phosphoric acid.

상술한 바와 같이 알루미나 피막을 제거하면, 표면에 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판을 수득 할 수 있다.If the alumina film is removed as described above, an aluminum substrate having a concave shape formed on the surface can be obtained.

본 발명에 이용되는 알루미늄을 전해질에 따라 최적의 조건의 전압을 가하여 규칙적인 배열을 갖는 나노다공성 알루미나 층을 형성시켜 알루미나 산화피막을 제거시키면 알루미늄 표면 위에 규칙적인 나노크기의 오목한 모양의 패턴모양이 형성 되고 나노동공을 갖는 무기막의 일종인 알루미나 막을 얻을 수가 있다. 나노다공성 알루미나의 대표적인 특징으로 리소그래피(lithography) 패턴기술에서 얻기 힘든 높은 종횡비(aspect ratio; 직경에 대한 길이의 비)를 얻을 수 있으며, 종횡비는 양극산화 조건에 따라 조절이 가능하다. 즉, 전해질의 종류, 온도, 농도, 전류밀도 및 전압과 같은 양극 산화조건에 따라 나노다공성 알루미나의 동공(pore) 크기, 셀 크기(동공간의 거리), 경계(barrier)층의 두께, 동공을 가지는 알루미나(porous alumina)층의 두께 및 동공 밀도 등을 제어할 수 있고 이러한 조건을 이용하여 알루미늄표면의 패턴모양을 제어할 수 있다. When the aluminum used in the present invention is applied with the voltage of the optimum condition according to the electrolyte to form a nanoporous alumina layer having a regular arrangement to remove the alumina oxide film, a pattern of regular nano-sized concave shape is formed on the aluminum surface. It is possible to obtain an alumina film which is a kind of inorganic film having nanopores. As a representative feature of nanoporous alumina, a high aspect ratio (length to diameter), which is difficult to obtain in lithography pattern technology, can be obtained, and the aspect ratio can be adjusted according to anodization conditions. That is, depending on the type of electrolyte, temperature, concentration, current density, and voltage, the pore size, cell size (cavity distance), barrier layer thickness, and pore size of the nanoporous alumina can be determined. Eggplant can control the thickness of the alumina layer (porous alumina), the pore density, and the like can be used to control the pattern of the aluminum surface.

알루미늄기판에 금속의 증착Deposition of Metals on Aluminum Substrates

본 발명의 방법에 따르면, 알루미나 피막을 제거하고, 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판에 금속을 증착하며, 증착된 금속층 표면도 오목한 형상을 형성함으로써 금속 미세패턴을 가지는 나노-바이오플랫폼을 제조할 수 있다.According to the method of the present invention, a nano-bioplatform having a metal micropattern can be manufactured by removing an alumina film, depositing a metal on an aluminum substrate having a concave shape, and forming a concave shape on the surface of the deposited metal layer.

본 발명의 방법에 의해 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판에 금속을 증착하는 방법은 통상의 물리적 증착(physical evaporation) 방법을 이용하여 실시할 수 있으며, 바람직하게는 열증착법(thermal evaporation), 스핀코팅(spin coating) 또는 스퍼터링(sputtering) 법을 이용하고, 보다 바람직하게는 열증착법(thermal evaporation)이다.The method of depositing a metal on an aluminum substrate having a concave shape by the method of the present invention may be carried out using a conventional physical evaporation method, preferably thermal evaporation, spin coating. coating or sputtering, and more preferably thermal evaporation.

본 발명의 방법에 따르면, 증착된 금속의 상부 표면도 오목한 형상을 형성하여 3차원적으로 바이오물질을 고정할 수 있다. 3차원적으로 증착된 금속의 표면을 형성시키는 이유는, 표면적을 증가시켜 입체적으로 다양한 위치에 바이오물질을 고정화시키기 위한 것이다.According to the method of the present invention, the upper surface of the deposited metal may also form a concave shape to fix the biomaterial in three dimensions. The reason for forming the surface of the three-dimensionally deposited metal is to increase the surface area to immobilize the biomaterial at various positions in three dimensions.

본 발명의 방법에 이용되는 금속은 바이오물질(예컨대, 단백질, 핵산분자 및 세포)을 효과적으로 고정화하기 위하여 당업계에 공지된 다양한 금속을 포함하고, 바람직하게는 상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 백금, 니켈, 구리, 티타늄, 팔라듐, 이리듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 지르코늄, 카드뮴, 텅스텐, 갈륨 또는 인듐이고, 보다 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 백금, 니켈, 구리 또는 티타늄, 가장 바람직하게는 금(Au) 또는 은(Ag) 이다.The metals used in the methods of the present invention include various metals known in the art for effectively immobilizing biomaterials (eg proteins, nucleic acid molecules and cells), preferably the metals are gold (Au), silver ( Ag), platinum, nickel, copper, titanium, palladium, iridium, rhodium, ruthenium, osmium, zirconium, cadmium, tungsten, gallium or indium, more preferably gold (Au), silver (Ag), platinum, nickel, Copper or titanium, most preferably gold (Au) or silver (Ag).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 금속은 10-100 nm의 두께로 증착된다.According to a preferred embodiment of the invention, the metal is deposited to a thickness of 10-100 nm.

본 발명의 나노-바이오플랫폼의 제조방법은 금속을 증착하는 방법 외에 생체분자-친화성 물질을 이용하는 것도 포함한다.The method of manufacturing a nano-bioplatform of the present invention includes using a biomolecule-affinity material in addition to the method of depositing a metal.

생체분자-친화성 물질의 도포Application of biomolecule-affinity materials

본 발명의 방법에 따르면, 알루미나 피막을 제거하고, 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판에 금속을 증착하는 대신, 생체분자-친화성 물질을 도포하여 나노-바이오플랫폼을 제조할 수 있다.According to the method of the present invention, instead of removing the alumina film and depositing a metal on the concave-shaped aluminum substrate, a biomolecule-affinity material may be applied to prepare a nano-bioplatform.

본 발명에 따르면, 상기 알루미나 피막이 제거된 알루미늄기판에 생체분자-친화성 물질을 도포함으로써, 생체분자-친화성 물질의 표면에 볼록한 면들의 미세패턴이 형성되도록 한다.According to the present invention, by applying a biomolecule-affinity material to the aluminum substrate from which the alumina film is removed, a fine pattern of convex surfaces is formed on the surface of the biomolecule-affinity material.

본 발명에 이용되는 생체분자-친화성 물질은 당업계에 공지된 다양한 고분자 물질을 포함한다. 바람직하게는 덱스트란, 헤파란, 헤파린, 하이루론산, 알긴산, 아가로스, 카라제난, 아밀로펙틴, 아밀로오스, 글리코겐, 전분, 셀룰로오스, 키틴, 어글루티닌, 콜라겐, 젤라틴, 알부민, 케라틴, 데코린, 아그리칸, 글리코단백질, 항원, 항체, 수용체(receptor), 스트렙타비딘, 아비딘, 압타머(aptamer), 렉틴, DNA, RNA, 안티센스 올리고뉴클레오타이드 또는 리간드이고, 보다 바람직하게는 덱스트란, 하이루론산, 알긴산, 아가로스, 키틴, 어글루티닌, 콜라겐, 젤라틴, 알부민, 항원, 항체, 스트렙타비딘, 아비딘, 압타머(aptamer), 렉틴, DNA, RNA 또는 안티센스 올리고뉴클레오타이드이다. 가장 바람직하게는 상기 생체분자-친화성 물질은 덱스트란, 하이루론산, 알긴산, 아가로스, 키틴, 어글루티닌, 콜라겐 또는 젤라틴이다.Biomolecule-affinity materials for use in the present invention include various polymeric materials known in the art. Preferably dextran, heparan, heparin, hyuronic acid, alginic acid, agarose, carrageenan, amylopectin, amylose, glycogen, starch, cellulose, chitin, agglutinin, collagen, gelatin, albumin, keratin, decorin, agar Glycans, glycoproteins, antigens, antibodies, receptors, streptavidin, avidin, aptamers, lectins, DNA, RNA, antisense oligonucleotides or ligands, more preferably dextran, hyuronic acid, Alginic acid, agarose, chitin, agglutinin, collagen, gelatin, albumin, antigen, antibody, streptavidin, avidin, aptamer, lectin, DNA, RNA or antisense oligonucleotides. Most preferably the biomolecule-affinity material is dextran, hyuronic acid, alginic acid, agarose, chitin, agglutinin, collagen or gelatin.

볼록한 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질의 수득Obtaining a Biomolecule-affinity Material with a Fine Pattern of Convex Faces

본 발명에서 생체분자-친화성 물질을 이용하는 경우에는 나노-바이오플랫폼에 알루미늄기판을 포함하지 않는 것을 발명의 특징으로 한다. 따라서, 생체분자-친화성 물질을 이용하여 나노-바이오플랫폼을 제조하는 경우에는 알루미늄기판을 제거하는 단계를 포함한다. 알루미늄 기판의 제거는 당업계에 공지된 다양한 방 법으로 실시할 수 있으며, 바람직하게는 과포화 HgCl2 용액에 일정 시간 동안 침지함으로써 알루미늄을 용해하여 제거할 수 있다.When the biomolecule-affinity material is used in the present invention, the nano-bioplatform is characterized by not including an aluminum substrate. Therefore, when manufacturing a nano-bio platform using a biomolecule-affinity material, it includes the step of removing the aluminum substrate. Removal of the aluminum substrate can be carried out by various methods known in the art, preferably supersaturated HgCl 2 The aluminum can be dissolved and removed by immersion in the solution for a certain time.

본 발명의 방법에서 알루미늄기판을 제거하면, 상기 기판의 오목한 형상이 형성된 면에 도포된 생체분자-친화성 물질은 볼록한 면들의 미세패턴이 형성된다. 이렇게 볼록한 면들의 미세패턴을 형성함으로써 3차원적으로 바이오물질을 고정할 수 있게 한다. 3차원적으로 볼록한 면들의 미세패턴을 형성시키는 이유는, 표면적을 증가시켜 입체적으로 다양한 위치에 바이오물질을 고정화시키기 위한 것이다.When the aluminum substrate is removed in the method of the present invention, the biomolecule-affinity material applied to the surface on which the concave shape of the substrate is formed forms a fine pattern of the convex surfaces. By forming a fine pattern of the convex surfaces, it is possible to fix the biomaterial in three dimensions. The reason for forming a fine pattern of three-dimensionally convex surfaces is to fix the biomaterial at various positions in three dimensions by increasing the surface area.

상기 볼록한 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질만을 나노-바이오플랫폼으로 이용하며, 상기 균일하게 배열된 상기 볼록한 면에 바이오물질을 고정화함으로써 바이오칩에 이용된다.Only the biomolecule-affinity material in which the fine patterns of the convex surfaces are formed is used as a nano-bio platform, and is used in a biochip by immobilizing a biomaterial on the uniformly arranged convex surfaces.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 본 발명의 방법에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a nano-bioplatform prepared by the method of the present invention described above.

본 발명의 나노-바이오플랫폼은 상술한 본 발명의 방법에 의해 제조되는 것이기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 반복 기재에 따른 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.Since the nano-bioplatform of the present invention is produced by the above-described method of the present invention, the contents common between the two are omitted in order to avoid excessive complexity of the specification according to the repetitive description.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술한 본 발명의 나노-바이오플랫폼을 포함 하는 바이오칩 또는 바이오센서를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a biochip or a biosensor comprising the nano-bioplatform of the present invention described above.

본 발명의 바이오칩에서, 바이오물질은 본 발명의 나노-바이오플랫폼에 직접적으로 결합되거나 링커를 통하여 간접적으로 고정화 된다. 결합하는 바이오물질은 당업계에 공지된 다양한 바이오물질을 포함하며, 예컨대, 핵산 분자(예컨대, DNA, RNA 및 업타머), 단백질, 펩타이드, 펩타이드 핵산(PNA), 렉틴, 아비딘(또는 스트렙타비딘), 단일 세포 또는 세포군을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the biochip of the present invention, the biomaterial is directly bonded to the nano-bioplatform of the present invention or indirectly immobilized through a linker. Binding biomaterials include various biomaterials known in the art and include, for example, nucleic acid molecules (eg, DNA, RNA and uptamers), proteins, peptides, peptide nucleic acids (PNA), lectins, avidin (or streptavidin). ), But is not limited to single cells or cell populations.

본 발명의 바이오칩은 바람직하게는, DNA 마이크로어레이, 단백질 칩 또는 세포 칩이다. 본 발명의 바이오칩에 적용될 수 있는 일반적인 설명은, 미국 특허 제5,143,854, 5,242,974, 5,252,743, 5,324,633, 5,384,261, 5,405,783, 5,412,087, 5,424,186, 5,451,683, 5,482,867, 5,491,074, 5,527,681, 5,550,215, 5,571,639, 5,578,832, 5,593,839, 5,599,695, 5,624,711, 5,631,734, 5,795,716, 5,831,070, 5,837,832, 5,856,101, 5,858,659, 5,889,165, 5,936,324, 5,959,098, 5,968,740, 5,974,164, 5,981,185, 5,981,956, 6,025,601, 6,033,860, 6,040,193, 6,090,555, 6,136,269, 6,147,205, 6,262,216, 6,269,846, 6,310,189 및 6,428,752호게 상세하게 기재되어 있다.The biochip of the present invention is preferably a DNA microarray, a protein chip or a cell chip. General descriptions applicable to the biochip of the present invention are U.S. Pat. , 5,631,734, 5,795,716, 5.83107 million, 5,837,832, 5,856,101, 5,858,659, 5,889,165, 5,936,324, 5,959,098, 5.96874 million, 5,974,164, 5,981,185, 5,981,956, 6,025,601, 6.03386 million, 6,040,193, 6,090,555, 6,136,269, 6,147,205, 6,262,216, 6,269,846, 6,310,189 and 6,428,752 hoge specifically described It is.

본 발명의 바이오센서에 적용될 수 있는 일반적인 내용은, Myska, J. Mol . Recognit, 12:279-284(1999); J. Dubendorfer et al. Journal of Biomedical Optics, 2(4):391-400(1997); 및 O'Brien et al. Biosensors & Bioelectronics, 14:145-154(1999)에 기재되어 있다.General information that can be applied to the biosensor of the present invention, Myska, J. Mol . Recognit , 12: 279-284 (1999); J. Dubendorfer et al. Journal of Biomedical Optics , 2 (4): 391-400 (1997); And O'Brien et al. Biosensors & Bioelectronics , 14: 145-154 (1999).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 바이오칩은 단백질 칩이다. 본 발명의 단백질 칩은 링커를 통하여 고체 기질에 간접적으로 고정화된 단백질을 포함할 수 있다. 본 발명에서 링커는 링커로 이용되는 어떠한 화합물도 가능하며, 상기 링커는 본 발명의 나노-바이오플랫폼 상에서 자기조립 단분자층(self-assembled monolayer: SAMs)을 형성하며, 이 SAMs는 간단한 과정을 통하여 단백질을 고체 기질에 고정화 되도록 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the biochip is a protein chip. The protein chip of the present invention may comprise a protein indirectly immobilized on a solid substrate via a linker. In the present invention, the linker may be any compound used as a linker, and the linker forms a self-assembled monolayer (SAMs) on the nano-bioplatform of the present invention. Allow to be immobilized on a solid substrate.

고정화되는 단백질의 예는, 호르몬, 호르몬 유사체, 효소, 효소저해제, 신호전달단백질 또는 그 일부분, 항체(단일클론 항체 및 폴리클론 항체) 또는 그 일부분, 단쇄항체, 결합단백질 또는 그 결합도메인, 펩타이드, 항원, 부착단백질, 구조단백질, 조절단백질, 독소단백질, 사이토카인, 전사조절 인자, 혈액 응고 인자 및 식물 생체방어 유도 단백질 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of proteins to be immobilized include hormones, hormone analogs, enzymes, inhibitors, signaling proteins or portions thereof, antibodies (monoclonal antibodies and polyclonal antibodies) or portions thereof, single chain antibodies, binding proteins or binding domains, peptides, Antigens, adhesion proteins, structural proteins, regulatory proteins, toxin proteins, cytokines, transcriptional regulators, blood clotting factors, and plant biodefense inducing proteins.

본 발명의 다른 바람직한 구현 예에 따르면, 상기 바이오칩은 세포칩이다. 본 발명의 세포칩에 패터닝되는 세포는 본 발명의 나노-바이오 플랫폼에 고정화 될 수 있는 당업계에 공지된 다양한 세포를 포함한다. 예를 들어, 미생물 또는 동식물 세포를 포함하고, 특히, 동물 세포의 경우 혈구계 및 임파구계 세포 등의 부유 세포 및 부착성 세포(adhesive cell)를 이용할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the biochip is a cell chip. Cells patterned on the cell chip of the present invention include a variety of cells known in the art that can be immobilized on the nano-bio platform of the present invention. For example, floating cells and adherent cells, such as hematopoietic and lymphocytic cells, may be used, including microorganisms or animal and plant cells, and particularly, for animal cells.

부착성 세포의 예는 간의 실질 세포(parenchymal cell)인 간세포, 쿠퍼 세포(Kupffer cell), 혈관 내피 세포 및 각막 내피 세포와 같은 내피 세포, 섬유아세포, 조골세포, 치근막 유래 세포, 상피 각질 세포와 같은 상피 세포, 소화기관과 같은 기관 표피 세포, 자궁 경부 표피 세포 및 각막 표피 세포와 같은 표피 세포, 유선 세포, 혈관 주위 세포(pericytes), 평활근 세포 및 심근 세포와 같은 근육 세포, 신장 세포, 이자 랑게르한스섬 세포, 말초 신경 세포 및 시신경 세포와 같은 신경세포, 연골 세포, 및 골세포를 포함한다.Examples of adherent cells include endothelial cells, such as hepatocytes, Kupffer cells, vascular endothelial cells and corneal endothelial cells, fibroblasts, osteoblasts, periodontal-derived cells, epithelial keratinocytes, which are parenchymal cells of the liver. Epithelial cells, organ epidermal cells such as the digestive tract, epidermal cells such as cervical epidermal cells and corneal epithelial cells, muscle cells such as mammary gland cells, pericytes, smooth muscle cells and cardiomyocytes, kidney cells, iserangerhans islet cells Nerve cells such as peripheral nerve cells and optic nerve cells, chondrocytes, and bone cells.

또한, 상기 세포는 배아 줄기 세포와 같은 미분화 세포, 간엽 줄기 세포와 같이 다원 분화능을 갖는 다능성 줄기 세포, 혈관 내피 전구 세포와 같이 단일 분화능을 갖는 단일 분화성 줄기 세포, 또는 분화된 세포 일 수 있다. 또한, 한 종의 세포 또는 최소 두 종의 세포가 배양될 수 있다.In addition, the cells may be undifferentiated cells such as embryonic stem cells, pluripotent stem cells having pluripotent differentiation capacity, such as mesenchymal stem cells, single differentiation stem cells having single differentiation capacity, such as vascular endothelial progenitor cells, or differentiated cells. . In addition, one cell or at least two cells may be cultured.

본 발명의 특징 및 장점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 바이오물질(예컨대, 단백질, 핵산분자 및 세포)을 효과적으로 고정화할 수 있는 나노-바이오플랫폼(nano-bioplatform)에 관한 것이다.(a) The present invention relates to a nano-bioplatform capable of effectively immobilizing biomaterials (eg proteins, nucleic acid molecules and cells).

(b) 본 발명은 알루미늄을 양극산화시켜 알루미늄표면에 오목한 형상이 형성된 미세 패턴위에 금속을 증착하여 구성하거나, 생체분자-친화성 물질을 도포하고 알루미늄을 제거한 다음, 볼록한 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질을 나노-바이오플랫폼으로 제조한다.(b) The present invention is configured by depositing a metal on a fine pattern having a concave shape formed on the aluminum surface by anodizing aluminum, or applying a biomolecule-affinity material and removing aluminum, and then forming a micro pattern of convex surfaces. Molecular-affinity materials are prepared on a nano-bioplatform.

(c) 본 발명에서 생체분자-친화성 물질을 이용하는 경우에는 나노-바이오플랫폼에 알루미늄기판을 포함하지 않는다.(c) When the biomolecule-affinity material is used in the present invention, the aluminum substrate is not included in the nano-bioplatform.

(d) 이러한 본 발명의 제조방법은 나노-바이오플랫폼을 보다 간단하고 효율적으로 제조 할 수 있다.(d) The production method of the present invention can more easily and efficiently manufacture the nano-bio platform.

(e) 본 발명의 방법에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼은 바이오칩에 적용될 수 있다.(e) The nano-bioplatform prepared by the method of the present invention can be applied to biochips.

위에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 나노-바이오플랫폼의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼 및 상기 나노-바이오플랫폼을 포함하는 바이오칩을 제공한다. 본 발명의 제조방법은 알루미늄을 양극산화시켜 알루미늄표면에 오목한(concave) 형상이 형성된 미세 패턴위에 금속을 증착하여 구성하거나, 생체분자-친화성 물질을 도포하고 알루미늄을 제거한 다음, 볼록한(convex) 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질을 나노-바이오플랫폼으로 제조한다. 이러한 간단한 공정으로 균일하고 나노크기의 미세패턴이 형성된 나노-바이오플랫폼을 효율적으로 제조할 수 있다. 본 발명은 바이오물질(예컨대, 단백질, 핵산분자 및 세포)을 효과적으로 고정화 할 수 있다. 또한, 본 발명에서 생체분자-친화성 물질을 이용하는 경우에는 나노-바이오플랫폼에 알루미늄기판을 포함하지 않는다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼은 바이오칩에 적용될 수 있다.As described in detail above, the present invention provides a method for producing a nano-bio platform, a nano-bio platform prepared by the method and a biochip including the nano-bio platform. The manufacturing method of the present invention is constructed by depositing a metal on a fine pattern in which aluminum is anodized to form a concave shape on an aluminum surface, or applying a biomolecule-affinity material, removing aluminum, and then a convex surface. The biomolecule-affinity material in which the micropatterns are formed is prepared as a nano-bio platform. By such a simple process it is possible to efficiently produce a nano-bio platform formed with a uniform, nano-sized fine pattern. The present invention can effectively immobilize biomaterials (eg proteins, nucleic acid molecules and cells). In addition, in the case of using the biomolecule-affinity material in the present invention, the aluminum substrate is not included in the nano-bio platform. In addition, the nano-bioplatform prepared by the method of the present invention can be applied to biochips.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .

실시예Example

실시예Example 1: 금( 1: gold ( AuAu ) 증착 나노-바이오플랫폼의 제조Fabrication of Deposition Nano-Bioplatforms

3℃의 0.3 M 옥살산 용액에서 양극으로 알루미늄을, 음극으로 Pt 전극을 연결하고 전압 공급장치(power supply UDP-500, Unicon)로 40 V의 전압을 가하여 8 시간 동안 알루미늄 양극산화를 실시하였다. 상기 양극산화에 의해 다공성 알루미나 피막이 형성되었다(도 1a). 이어 상기 형성된 알루미나 피막을 65℃의 크롬산(0.2 M)과 인산(0.4 M)의 혼합용액에 4시간 이상 침지하여 알루미나 피막을 용해하였다. 상기 용해 과정으로 알루미늄 표면 위에 오목한 미세패턴이 형성되었다(도 1b).In an 0.3 M oxalic acid solution at 3 ° C., aluminum was positively connected to the anode and Pt electrodes were connected to the cathode, and a voltage of 40 V was applied to a power supply (power supply UDP-500, Unicon). Porous alumina coating was formed by the anodization (FIG. 1A). Subsequently, the formed alumina film was immersed in a mixed solution of chromic acid (0.2 M) and phosphoric acid (0.4 M) at 65 ° C. for at least 4 hours to dissolve the alumina film. Through the dissolution process, a concave micropattern was formed on the aluminum surface (FIG. 1B).

이어, 나노크기로 오목하게 패턴 된 알루미늄표면에 금(Au)을 열 증착법으로 40 nm 이하로 얇게 증착하였다(도 1c). 증착속도는 0.1 Å/s로 매우 낮은 증착속도로 증착을 하였으며 압력은 10-6 Torr로 유지하였다. 매우 낮은 증착속도로 금을 증착하는 것은 나노크기로 오목하게 패턴 된 알루미늄 표면 위에 금을 균일하게 증착하기 위하여 중요하다.Subsequently, gold (Au) was thinly deposited to 40 nm or less by thermal evaporation on a nano-sized concave patterned aluminum surface (FIG. 1C). Deposition rate was 0.1 Å / s was deposited at a very low deposition rate and the pressure was maintained at 10 -6 Torr. Deposition of gold at very low deposition rates is important for uniform deposition of gold on nanoscale concave patterned aluminum surfaces.

오목한 미세패턴이 형성된 알루미늄 표면(도 1b)을 주사전자 현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 도 2a에서 확인할 수 있듯이 오목한 표면의 동공과 동공 사이의 간격은 105(± 5) nm이고 동공의 밀도는 1.0(± 0.2)x1010 cm- 2 으로서 오목한 미세 패턴이 나노크기로 균일하게 형성되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 도 2b의 SEM 사진에서 확인할 수 있듯이 금 증착 후 형성된 알루미늄 표면 패턴도 균일하게 형성되었음을 알 수 있다.As a result of observing the aluminum surface (FIG. 1B) on which the concave micropattern was formed (SEM), as shown in FIG. 2A, the gap between the pupil and the pupil of the concave surface was 105 (± 5) nm and the density of the pupil was 1.0 (± 0.2) x10 10 cm - 2 was confirmed that a fine concave pattern is formed uniformly in the nanoscale. In addition, as can be seen in the SEM photograph of Figure 2b it can be seen that the aluminum surface pattern formed after the gold deposition is also uniformly formed.

실시예Example 2: 생체분자-친화성 물질이  2: biomolecule-affinity material 도포된Applied 나노-바이오플랫폼의 제조 Fabrication of Nano-Bio Platform

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 오목한 미세패턴이 형성된 알루미늄 기판을 제조하였다. 이어 콜라겐 또는 젤라틴을 도포한 다음(도 1c-1) 이를 과포화 HgCl2 용액에 약 3 시간 동안 침지함으로써, 알루미늄 기판을 제거하여 볼록한 면의 패턴을 형성하였다(도 1d-1).In the same manner as in Example 1, an aluminum substrate having a concave micropattern was formed. Then collagen or gelatin was applied (FIG. 1C-1) and then supersaturated HgCl 2 By soaking in the solution for about 3 hours, the aluminum substrate was removed to form a convex face pattern (FIG. 1D-1).

볼록한 면이 형성된 생체 분자-친화성 물질(콜라겐 또는 젤라틴)을 나노-바이오플랫폼으로 이용하였다.Biomolecule-affinity materials (collagen or gelatin) with convex sides were used as nano-bioplatforms.

도 3의 원자현미경(Atomic Force Microscope, AFM) 사진에서 확인 할 수 있듯이, 상기 생체 분자-친화성 물질이 3차원의 미세한 볼록한 면의 패턴으로 형성되었음을 알 수 있다.As can be seen in the Atomic Force Microscope (AFM) photograph of FIG. 3, it can be seen that the biomolecule-affinity material was formed in a three-dimensional fine convex pattern.

실시예Example 3: 본 발명의 나노-바이오플랫폼에 의한  3: by nano-bioplatform of the present invention 아주린Azurin (( AzurinAzurin ) 단백질의 고정화A) immobilization of protein

단백질의 고정화 정도를 확인하기 위하여 Cys기가 도입된 아주린 단백질(서강대학교, 생물전자 및 생물정보학 연구실에서 유전자재조합법을 이용하여 제조) 을 HEPES(4-(2-하이드록시에틸)-1-피페라진에탄술폰산, pH5.4) 완충용액에 0.100 mg/ml 농도로 용해한 다음, 실시예 1에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼에 드랍핑(dropping)하고 2 시간 후 PBS-Tween으로 세척하여 고정된 아주린 단백질 외의 성분은 제거하였다.In order to confirm the degree of protein immobilization, the azurin protein with Cys group (prepared by genetic recombination method in Sogang University, bioelectronics and bioinformatics laboratory) was prepared using HEPES (4- (2-hydroxyethyl) -1-pipe Raginethane sulfonic acid, pH5.4) dissolved in a buffer solution at a concentration of 0.100 mg / ml, then dropped onto the nano-bioplatform prepared in Example 1 and washed with PBS-Tween after 2 hours to fix Components other than lean protein were removed.

실시예 1에 의해서 제조된 나노-바이오플랫폼에 아주린 단백질의 고정화 정도를 확인한 결과, 도 4에서 확인할 수 있듯이, 금 기판 위에 아주린 단백질을 고정화하는 경우(도 4(a)) 보다, 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼에 아주린(Azurin) 단백질을 고정시키는 경우(도 4(b))가 본 발명의 나노-바이오플랫폼에 형성된 미세패턴 때문에 균일하게 잘 고정화 되었음을 알 수 있다.As a result of confirming the degree of immobilization of the azurin protein on the nano-bioplatform prepared according to Example 1, as shown in FIG. 4, the present invention, rather than immobilizing the azurin protein on a gold substrate (FIG. 4 (a)), When the Azurin (Azurin) protein is fixed to the nano-bio platform prepared by Example 1 (Fig. 4 (b)) it can be seen that uniformly well fixed because of the micro-pattern formed on the nano-bio platform of the present invention have.

실시예Example 4: 본 발명의 나노-바이오플랫폼에 의한  4: by nano-bioplatform of the present invention HeLaHeLa 세포의 고정화 Immobilization of cells

세포 고정화를 확인하기 위하여, 인간의 상피 종양세포주인 HeLa 세포(한국세포주은행)를 FBS(fetal bovine serum, Gibco) 10% 및 항생물질(Gibco) 1%가 포함된 DMEM(Dulbecco's modified Eagle's medium, Gibco) 배양액으로 5% CO2 및 37°C의 조건의 세균배양기에서 배양하였다. 배양기는 2일마다 한 번씩 교체하였고 금으로 미세 패턴 된 기판의 표면을 알코올로 세척한 다음, 배양된 HeLa 세포가 들어있는 배양액에 침지하였다. SEM 측정을 위하여 배양액을 제거한 다음 PBS로 세척하고 건조시켰다.To confirm cell immobilization, HeLa cells (Korea Cell Line Bank), a human epithelial tumor cell line, were prepared using DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium, Gibco) containing 10% FBS (fetal bovine serum, Gibco) and 1% antibiotic (Gibco). ) 5% CO 2 as a culture And cultured in a bacterial incubator at 37 ° C. The incubator was replaced once every two days and the surface of the micropatterned substrate with gold was washed with alcohol and then immersed in the culture solution containing the cultured HeLa cells. Cultures were removed for SEM measurement, washed with PBS and dried.

실시예 1에 의해서 제조된 나노-바이오플랫폼에 HeLa 세포(한국세포주은행) 의 고정화 정도를 확인한 결과, 도 5에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 나노-바이오플랫폼에 형성된 패턴 때문에 HeLa 세포가 보다 잘 고정화 되었음을 알 수 있다. 도 5a는 페트리디쉬 상에, 그리고 도 5b는 실시예 1에 의해서 제조된 나노-바이오플랫폼에 고정된 HeLa 세포를 보여주는 SEM 사진이다.As a result of confirming the degree of fixation of HeLa cells (Korea Cell Line Bank) on the nano-bioplatform prepared by Example 1, as shown in FIG. It can be seen that. FIG. 5A is a SEM photograph showing HeLa cells immobilized on a Petri dish, and FIG. 5B on a nano-bioplatform prepared by Example 1. FIG.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is apparent to those skilled in the art that the specific technology is merely a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

도 1은 본 발명의 방법에 의해 나노-바이오플랫폼이 제조되는 과정을 보여주는 모식도이다. 도 1의 (a), (b) 및 (c)의 일련의 과정은 실시예 1, 그리고 도 1의 (a), (b), (c-1) 및 (d-1)의 일련의 과정은 실시예 2에 의해 나노-바이오플랫폼이 제조되는 과정을 보여준다.1 is a schematic diagram showing a process of manufacturing a nano-bio platform by the method of the present invention. A series of processes of (a), (b) and (c) of FIG. 1 is embodiment 1, and a series of processes of (a), (b), (c-1) and (d-1) of FIG. Shows the process by which the nano-bio platform is prepared by Example 2.

도 2의 (a)는 0.3 M 옥살산 용액에서 40 V 의 전압을 인가하여 제조된 나노 다공성 알루미나의 산화피막을 화학적 용액에서 용해시켜 제거한 알루미늄표면을 보여주는 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.FIG. 2 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing an aluminum surface obtained by dissolving an oxide film of nanoporous alumina prepared by applying a voltage of 40 V in a 0.3 M oxalic acid solution in a chemical solution.

도 2의 (b)는 오목한 표면으로 패턴된 알루미늄의 표면을 열증착법 (thermal evaporation), 스핀코팅(spin coating), 또는 스퍼터링(sputtering) 법과 같은 물리적 증착 (physical evaporation)방법을 이용하여 금(Au)을 증착한 표면을 보여주는 SEM 사진이다.FIG. 2 (b) shows the surface of aluminum patterned as a concave surface using physical evaporation such as thermal evaporation, spin coating, or sputtering. SEM photograph showing the surface on which is deposited).

도 3은 본 발명의 실시예 2에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼을 보여주는 원자현미경(AFM) 사진이다.3 is an atomic force microscope (AFM) photograph showing a nano-bioplatform prepared by Example 2 of the present invention.

도 4는 아주린(Azurin) 단백질의 고정화정도를 보여주는 SEM사진이다. 도 4(a)는 금 기판위에 고정화된 아주린 단백질 및 도 4(b)는 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼에 고정된 아주린(Azurin) 단백질을 나타낸다.Figure 4 is a SEM photograph showing the degree of immobilization of Azurin protein. Figure 4 (a) shows the azurin protein immobilized on the gold substrate and Figure 4 (b) shows the Azurin protein immobilized on the nano-bio platform prepared by Example 1 of the present invention.

도 5의 (a)는 페트리디쉬에 부착한 HeLa 세포를 보여주는 1,000배의 SEM 사진이고 도 5의 (b)는 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼에 HeLa 세포가 고정된 것을 보여주는 1,000배의 SEM 사진이다.Figure 5 (a) is a SEM photograph of 1000 times showing the HeLa cells attached to the Petri dishes and Figure 5 (b) shows that the HeLa cells are fixed on the nano-bio platform prepared by Example 1 of the present invention SEM picture of 1,000 times showing.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼에 HeLa 세포가 고정된 것을 보여주는 SEM 사진이다. 도 6(a)는 5,000배 그리고 도 6(b)는 10,000배의 SEM 사진을 나타낸다.6 is a SEM photograph showing that HeLa cells are fixed to the nano-bioplatform prepared by Example 1 of the present invention. 6 (a) shows a 5,000 times and FIG. 6 (b) shows a SEM picture of 10,000 times.

Claims (12)

다음의 단계를 포함하는 오목한(concave) 형상이 형성된 금속 미세패턴을 가지는 나노-바이오플랫폼의 제조방법:A method of manufacturing a nano-bioplatform having a metal micropattern having a concave shape including the following steps: (a) 알루미늄 기판을 양극산화시켜 알루미나 피막을 형성하는 단계; (a) anodizing the aluminum substrate to form an alumina film; (b) 상기 알루미나 피막이 형성된 알루미늄 기판으로부터 상기 알루미나 피막을 제거하여 표면에 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판을 수득하는 단계; 및 (b) removing the alumina film from the aluminum substrate on which the alumina film is formed to obtain an aluminum substrate having a concave shape formed on a surface thereof; And (c) 상기 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판에 금속을 증착시키는 단계.(c) depositing a metal on the aluminum substrate having the concave shape. 다음의 단계를 포함하는 생체분자-친화성 물질의 미세패턴을 나타내는 나노-바이오플랫폼의 제조방법:Method for producing a nano-bio platform showing the micropattern of the biomolecule-affinity material comprising the following steps: (a) 알루미늄 기판을 양극산화시켜 알루미나 피막을 형성하는 단계; (a) anodizing the aluminum substrate to form an alumina film; (b) 상기 알루미나 피막이 형성된 알루미늄 기판으로부터 상기 알루미나 피막을 제거하여 표면에 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판을 수득하는 단계; (b) removing the alumina film from the aluminum substrate on which the alumina film is formed to obtain an aluminum substrate having a concave shape formed on a surface thereof; (c) 상기 오목한 형상이 형성된 알루미늄 기판에 생체분자-친화성 물질을 도포하는 단계; 및 (c) applying a biomolecule-affinity material to the concave shaped aluminum substrate; And (d) 상기 알루미늄기판을 제거하여 생체분자-친화성 물질의 볼록한(convex) 면들의 미세패턴이 형성된 생체분자-친화성 물질을 수득하는 단계.(d) removing the aluminum substrate to obtain a biomolecule-affinity material having a fine pattern of convex surfaces of the biomolecule-affinity material. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 양극산화는 산성의 전해질 용액의 존재 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the anodization is carried out in the presence of an acidic electrolyte solution. 제 3 항에 있어서, 상기 산성의 전해질 용액은 크롬산, 인산, 황산, 옥살산 또는 이들의 혼합용액인 것은 특징으로 하는 방법.The method of claim 3, wherein the acidic electrolyte solution is chromic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, oxalic acid or a mixed solution thereof. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 양극산화는 24-60 V의 전압을 가하여 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the anodization is carried out by applying a voltage of 24-60 V. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 알루미나 피막의 제거는 산성의 전해질 용액의 존재 하에서 에칭에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the removal of the alumina coating is performed by etching in the presence of an acidic electrolyte solution. 제 6 항에 있어서, 상기 산성의 전해질 용액은 크롬산, 인산, 황산, 옥살산 또는 이들의 혼합용액인 것은 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the acidic electrolyte solution is chromic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, oxalic acid, or a mixed solution thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 금(Au) 또는 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the metal is gold (Au) or silver (Ag). 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 10-100 nm의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the metal is deposited to a thickness of 10-100 nm. 제 2 항에 있어서, 상기 생체분자-친화성 물질은 덱스트란, 헤파란, 헤파린, 하이루론산, 알긴산, 아가로스, 카라제난, 아밀로펙틴, 아밀로오스, 글리코겐, 전분, 셀룰로오스, 키틴, 어글루티닌, 콜라겐, 젤라틴, 알부민, 케라틴, 데코린, 아그리칸, 글리코단백질, 항원, 항체, 수용체(receptor), 스트렙타비딘, 아비딘, 압타머(aptamer), 렉틴, DNA, RNA, 안티센스 올리고뉴클레오타이드 및 리간드로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 방법.The method of claim 2, wherein the biomolecule-affinity material is dextran, heparan, heparin, hyuronic acid, alginic acid, agarose, carrageenan, amylopectin, amylose, glycogen, starch, cellulose, chitin, agglutinin, collagen Gelatin, albumin, keratin, decorin, aglycan, glycoprotein, antigen, antibody, receptor, streptavidin, avidin, aptamer, lectin, DNA, RNA, antisense oligonucleotide and ligand And selected from the group consisting of: 상기 제 1 항 또는 제 2 항의 방법에 의해 제조된 나노-바이오플랫폼.       Nano-bio platform prepared by the method of claim 1 or 2. 상기 제 11 항의 나노-바이오플랫폼을 포함하는 바이오칩.Biochip comprising the nano-bio platform of claim 11.
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