KR20100050257A - 정렬 마크를 포함하는 바이오칩 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

정렬 마크를 포함하는 바이오칩이 개시된다. 바이오칩의 기판 내에 정렬 마크가 형성됨으로써, 광검출 과정에서 바이오칩을 용이하게 분석할 수 있으며, 신뢰성이 높은 생체 분자 정보를 제공할 수 있다.

Description

정렬 마크를 포함하는 바이오칩 및 그 제조 방법{A bio-chip having an allign mark and manufacturing method of the same}
본 발명의 실시예는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩에 관한 것으로, 스캔 시 광검출용 정렬 기준이 되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩에 관한 것이다.
게놈 분석 프로젝트의 발전에 의해, 다양한 유기체의 게놈 뉴클레오티드의 서열이 밝혀지고 있다. 뉴클레오티드 서열의 정보에 기초한 전 게놈의 수준에서 유전자 발현 패턴 및 유전자 생성물의 기능을 조사하기 위한 새로운 연구가 현재 매우 활발하게 진행중이다.
바이오칩은, 예를 들어, 생물의 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경 세포 등과 같은 생체 유기물을 조합하여 마치 반도체칩과 같이 작은 칩의 형태로 만든 생체 검사용 소자이다. 바이오 칩은 바이오 기술, 반도체 공정을 이용한 나노 기술 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술 등을 이용하여 발전되었다.
현재 어레이(array) 형태의 DNA 칩과 단백질 칩은 초기 상품화 단계에 접어들었다. 이중 DNA 칩은 유리 또는 반도체 등의 기판 위에 세포 내의 기능이 밝혀진 수백 개에서 수십만 개의 DNA를 작은 공간에 단일 나선의 형태로 배열시켜 놓은 DNA 검출용 소자이다. 프로브 DNA가 부착된 DNA 칩에 샘플의 mRNA를 흘려주면, 프로브 DNA에 대응하는 유전자, 즉 프로브 DNA의 염기 서열과 상보적인 서열을 갖는 유전자만이 해당하는 프로브 DNA에 결합되고, 결합이 안된 유전자들은 씻겨 나가게 된다. DNA 칩 상에 배열되어 있는 프로브 DNA의 염기 서열의 기능은 이미 알려져 있기 때문에, DNA 칩 내에 어떤 전자가 결합되어 있는지를 검사하면, 샘플의 유전자 정보를 쉽게 알 수 있다. 이와 같이, 바이오칩을 이용하여 특정 세포나 조직에서 발현되는 독특한 유전자들의 발현 양상이나 변이 양상을 비교적 신속하게 분석할 수 있다. 또한, 유전자발현 대량 분석, 병원성 세균의 감염 여부, 항생제 내성 검사, 환경 인자에 대한 생물학적 반응 연구, 식품 안정성 검사, 범인 확인, 신약개발, 동식물 검역 등에도 바이오칩 이용될 수 있다.
프로브 바이오 분자를 기판 상에 부착시킨 바이오 칩은 단일 가닥의 바이오 분자, 예를 들어 DNA를 기판 상의 원하는 영역에서 합성하는 방법을 이용하거나 미리 제조된 단일 또는 이중 가닥의 DNA를 기판 상의 소정 영역에 스펏팅(spotting)하거나 포토리소그래피 공정을 이용하여 수마이크로미터 영역에 고밀도의 DNA 영역을 형성한 것이다. 그리고, 프로브 바이오 분자에 생체 분자들의 결합 여부를 검출하기 위하여 광검출 과정을 거친다. 이 때, 분석을 위한 광검출 과정에서 얻어진 얻어진 스펏 이미지를 수치화시키는 작업이 필요하며 이때 바이오칩 및 바이오칩 내에 형성된 스펏들의 정확한 위치 정렬이 필요하다.
본 발명의 실시예에서는 바이오칩에 부착되는 생체 분자를 검출하기 위한 광검출 과정에서 바이오칩의 정렬 기준이 되는 정렬 마크를 포함한 바이오칩을 제공한다.
본 발명의 실시예에서는 기판 및 상기 기판 내에 형성된 스펏 영역; 및
상기 기판의 일 영역에 형성된 나노 구조의 정렬 마크;를 포함하는 바이오칩을 제공한다.
상기 정렬 마크는 상기 스펏 영역의 측부에 형성된 정렬 마크를 포함할 수 있다.
상기 정렬 마크는 상기 스펏 영역의 광검출 과정에서의 스캔 단위에 대응되는 위치에 형성된 것일 수 있다.
상기 정렬 마크는 양자점(Quantum Dot), 나노 와이어, 나노튜브, 나노로드, 등으로 구성된 나노 구조물의 그룹에서 선택된 것일 수 있다.
상기 양자점은 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅳ 또는 Ⅳ-Ⅵ물질들로 구성되는 산화물 반도체 중에서 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 기판을 마련하는 단계;
상기 기판 내에 스펏 영역을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 일 영역에 정렬 마크를 형성하는 단계;를 포함하는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 바이오칩에 정렬 마크를 포함하도록 하여, 광검출 시 바이오칩에 부착되는 생체 분자의 분석을 보다 용이하게 할 수 있는 바이오칩을 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 정렬 마크를 포함하는 바이오칩 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다. 여기서, 도면에 나타낸 구조의 크기는 설명을 위하여 다소 과장되게 표현된 것임을 명심하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 정렬 마크를 포함하는 바이오칩을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오칩(10)은 기판(11), 기판(11) 상에 다수개로 형성된 스펏(spot) 영역(12) 및 기판(11)의 일부 영역에 형성된 정렬 마크(13)(allign mark or fiducial)을 포함한다. 여기서, 스펏 영역(12)에는 동일한 종류의 염기 서열을 지닌 바이오 분자, 예를 들어 프로브 DNA가 부착되어 있다.
기판(11) 상에는 정렬 마크(13)가 형성되어 있다. 여기서, 정렬 마크(13)는 바이오칩에 부착되는 생체 분자를 검출하기 위한 광검출 과정에서 바이오칩의 정렬 기준이 된다. 정렬 마크(13)의 위치는 바이오칩(10)의 크기 및 형태와 종류에 따라 임의로 조절이 가능하다. 그리고, 도 1에서는 정렬 마크(13)를 " + "형태로 나타내었으나, 이에 제한되지 않으며, 다양한 형태로 형성할 수 있다.
도 2는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 실시예를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 바이오칩(20) 내에 다수의 스펏 영역(22)들이 형성되어 있다. 그리고, 스펏 영역(22)의 측면에는 정렬 마크(23)가 형성되어 있다. 바이오칩(20)의 스펏 영역(22) 상에 형성된 프로브 바이오 분자(probe biomolecule)와 타겟 바이오 분자(target biomolecule)들 사이의 혼성화(hybridization)과정을 거친 후, 광검출 과정을 거친다. 이때, 광 검출 장치를 이용하여 형광 이미지(fluorescence image)를 분석하는 경우, 전체 스펏 영역(22)을 한꺼번에 스캔하지 않고, 일정 부분의 스펏 영역(22)을 하나의 단위(패널 : panel)로 하여 각 단위별로 발광되는 형광의 세기를 측정하게 된다. 따라서, 스캔 단위에 대응되도록 정렬 마크(23)를 형성할 수 있다. 이 때, 정렬 마크(23)는 도 2에 나타낸 바와 같은 형태 뿐만 아니라, 스펏 영역(22) 내의 각 스펏의 위치에 대응되도록 도트 형태로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 정렬 마크를 포함하는 바이오칩에서는 정렬 마크를 바이오칩의 일측부에 형성된 것일 수 있으며, 광검출 과정에서의 스캔 단위에 대응되도록 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 재료를 설명하면 다음과 같다. 기판은 가요성(flexible) 또는 비가요성 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어 실리콘, 글래스, 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 스펏은 산화물(oxide), 유전물질(dielectric), 폴리머(polymer) 또는 반도체 물질 등을 사용할 수 있다. 여기서, 기판은 소수성(hydrophobic) 특성으로 바이오 분자가 부착하지 않으며, 스펏 패턴은 바이오 분자가 고착되는 영역으로 바이오 분자가 친수성(hydrophilic) 특성을 지닌 것일 수 있다. 반대로, 기판은 친수성 특성으로 형성된 것이며, 스펏은 소수성 특성으로 형성된 것일 수 있다.
여기서, 정렬 마크는 양자점(QD : quantum dot), 퀀텀 와이어(QW: quantum wire), 퀀텀 로드(QR: quantum rod) 또는 나노 와이어, 나노튜브, 나노로드 등으로 구성된 나노 구조물(nano-like structure) 그룹에서 선택된 형태일 수 있다. 그리고, 정렬 마크는 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅳ 또는 Ⅳ-Ⅵ물질들로 구성되는 산화물 반도체 중에서 선택된 물질일 수 있다. 또한, 생체 위협(bio hazard)의 방지를 위하여, As 또는 Cd를 제외한 물질로 형성된 것일 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 구현예를 나타낸 도면이다. 여기서는 정렬 마크가 바이오칩의 측부에 형성된 구조를 나타내었다.
도 3을 참조하면, 바이오칩(30)의 내부에는 바이오 분자들이 포함된 스펏 영역(32)이 형성되어 있으며, 스펏 영역(32) 주변에는 정렬 마크(33)가 형성되어 있다. 여기서는 정렬 마크(33)가 스펏 영역(32) 전체를 둘러싸고 있는 구조를 나타내었다.
도 4를 참조하면, 바이오칩(40) 내에는 바이오 분자들이 포함된 스펏 영역(42)이 형성되어 있으며, 스펏 영역(42) 주변에는 정렬 마크(43)가 형성되어 있다. 도 4에서는 정렬 마크(43)가 도트 형태의 패턴 구조로 형성 실시예를 나타내 었다.
도 5를 참조하면, 바이오칩(50) 내에는 바이오 분자들이 포함된 스펏 영역(52)이 형성되어 있으며, 스펏 영역(52) 외부의 기판(51)의 모서리 영역에는 정렬 마크(53)가 형성되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 정렬 마크(53)의 구조는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 이는 제조 공정 시의 패턴 형성 방법에 따라 결정될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 도 3에 나타낸 바이오칩의 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 6a를 참조하면, 기판(61)을 마련한다. 기판(61)은 가요성 또는 비가요성 기판으로 형성할 수 있으며, 실리콘, 글래스, 플라스틱 등을 사용할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 기판(61) 표면에 스펏 영역(62)을 형성한다. 스펏 영역(62) 내의 스펏은 산화물, 유전물질, 폴리머 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 스펏 영역(62)은 소정의 크기를 지닌 도트 형태로 형성할 수 있다. 그리고, 스펏 표면에 바이오 분자를 고정화하는 공정을 실시할 수 있다. 예를 들어, 스펏 표면에 아미노기와 같은 관능기를 갖는 화합물, 즉 기능성 물질을 코팅하고, 합성된 프로브 바이오 분자를 탄소 나노튜브의 기능성 물질에 부착시킨다. 바이오 분자를 부착시키는 방법으로 직접 접촉법, 잉크 제트 법과 같은 압전 방법 또는 전기적 방법을 이용할 수 있다.
도 6c 및 도 6d를 참조하면, 기판(61) 내에 정렬 마크 형성 영역(63a) 표면 처리를 실시한다. 그리고, Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅳ 또는 Ⅳ-Ⅵ물질로 형성된 비유기물 을 이용하여 마크 형성 영역(63a)에 정렬 마크(63)를 형성한다.
도 7a 내지 도 7d는 도 5에 나타낸 바이오칩의 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 7a를 참조하면, 먼저 기판(71)을 마련한다. 기판(71)은 가요성 또는 비가요성 기판으로 형성할 수 있으며, 실리콘, 글래스 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 기판(71) 표면에 스펏 영역(72)을 형성한다. 스펏 영역(72) 내의 스펏은 산화물, 유전물질, 폴리머 또는 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 스펏 표면에 바이오 분자를 고정화시키는 공정을 실시할 수 있다.
도 7c 및 도 7d를 참조하면, 기판(71) 내의 정렬 마크 형성 영역(73a)에 표면 처리를 실시한다. 그리고, Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅳ 또는 Ⅳ-Ⅵ물질로 형성된 비유기물로 정렬 마크(73)를 형성한다. 정렬 마크(73)의 형태는 제한되지 않으며, 패턴 방법 또는 마스크 형태에 따라 다양한 구조로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설영되었다. 그러나, 상술한 바와 같은 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 도시되고 설명된 설명에 발명의 범위가 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 정렬 마크를 포함하는 바이오칩을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2은 스캔 단위에 대응되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 구현예를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 3에 나타낸 바이오칩의 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 5에 나타낸 바이오칩의 형성 방법을 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 20, 30, 40, 50... 바이오칩
11, 51, 61, 71... 기판
12, 22, 32, 42, 52, 62, 72... 스펏 영역
13, 23, 33, 43, 53, 63, 73... 정렬 마크
63a, 73a... 정렬 마크 형성 영역

Claims (10)

  1. 기판 및 상기 기판 내에 형성된 스펏 영역; 및
    상기 기판의 일 영역에 형성된 나노 구조의 정렬 마크;를 포함하는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 상기 스펏 영역의 측부에 형성된 정렬 마크를 포함하는 바이오칩.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 상기 스펏 영역의 광검출 과정에서의 스캔 단위에 대응되는 위치에 형성된 정렬 마크를 포함하는 바이오칩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 양자점(Quantum Dot), 나노 와이어, 나노튜브, 나노로드, 등으로 구성된 나노 구조물의 그룹에서 선택되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 양자점은 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅳ 또는 Ⅳ-Ⅵ물질들로 구성되는 산화물 반 도체 중에서 선택되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩.
  6. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 내에 스펏 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 일 영역에 정렬 마크를 형성하는 단계;를 포함하는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 상기 스펏 영역의 측부에 형성되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 상기 스펏 영역의 광검출 과정에서의 스캔 단위에 대응되는 위치에 형성되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 양자점(Quantum Dot), 나노 와이어, 나노튜브, 나노로드, 등으로 구성된 나노 구조물의 그룹에서 선택된 형태로 형성되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 양자점은 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅳ 또는 Ⅳ-Ⅵ물질들로 구성되는 산화물 반도체 중에서 선택되는 정렬 마크를 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
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