KR20100124870A - 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 및 그 제작방법 - Google Patents

산화아연 나노구조체 마이크로패턴 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 및 그 제작방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기판 상에 스팟팅된 고분자 화합물 박막 표면에 선택적으로 고밀도의 산화아연 나노구조체 마이크로패턴을 형성시킨 다음, 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 표면에 생체물질을 고정화하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 제작방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴은 패터닝된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 생체물질을 고밀도로 고정화함으로써 고감도 바이오칩 및 바이오센서를 제작할 수 있어 생체물질간의 다양한 현상을 전기화학적 또는 광학적으로 검출하는 고감도 바이오센서 제작에 이용할 수 있다.
산화아연 나노구조체, 마이크로패턴, 바이오센서, 생체물질

Description

산화아연 나노구조체 마이크로패턴 및 그 제작방법 {Zinc Oxide Nanostructured Micropattern and Method for Preparing the Same}
본 발명은 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 및 그 제작방법에 관한 것이다.
산화아연(Zinc Oxide)은 반도체성, 압전특성, 초전도성 등의 다양한 물리화학적 특성을 나타내는 독특한 물질로 알려져 있고, 산화아연 구조체는 연료전지 및 태양전지의 전극재료, 발광소자, 바이오센서, 화학센서 등에 사용되고 있다.
상기 나노구조체들은 광전자소자, 센서 및 트랜스듀서 등에 응용되어 왔으며 특히, 부피 대 표면적비가 크고 표면이 화학적으로 매우 안정한 산화아연 나노구조체는 바이오 안정성을 나타내기 때문에 바이오 메디컬 분야에서도 활발히 이용되고 있다. 산화아연 나노구조체는 DNA, 항원/항체, 효소/기질 또는 효소 저해제 등과 같은 생체분자들의 상호작용을 연구하는데 이용할 수 있을 뿐만이 아니라, 생체 분자 수준에서 유전자 분석, 질병 진단에 이용할 수 있어서, 미래 생명공학 기술의 혁명을 가져올 것으로 기대되고 있다.
산화아연 나노구조체는 솔리드 배이퍼 서멀 서브리매이션(Solid-vapor thermal sublimation), 금속유기 화학증착법(metal organic chemical vapor deposition), 분자빔 에피택시(molecular beam epitaxy) 기술을 이용하여 나노콤즈(nanocombs), 나노링(nanorings), 나노헬릭스/나노스프링(nanohelixes/nanosprings), 나노바우즈(nanobows), 나노벨츠(nanobelts), 나노와이어(nanowires) 및 나노케이지(nanocages) 등과 같은 특정한 제조 조건에서 다양한 형태로 합성되는 특성이 있다(Gao, P. X. et al, Nano Lett. 3:1315, 2003; Kim S. W. et al., Appl. Phys. Lett., 88:253114, 2006; Tien L. C. et al., Appl. Surf. Sci., 253:4620, 2007).
최근, 나노재료를 사용하여 생명현상을 조절하거나, 원리를 밝히려는 움직임이 활발해지면서 산화아연의 물리적 및 화학적 특성을 이용해 바이오분야에 적용하려는 시도가 진행되고 있으나, 상기 산화아연 나노구조체 제조공정은 그 방법상에 있어서 금속촉매의 사용으로 금속촉매로 인한 환경오염을 일으키고 열 또는 전자빔 증발법을 수행하기 위해서는 고온의 감압챔버를 이용해야 하는 등(대한민국 공개특허 제10-2004-0107700호, 대한민국 등록특허 제10-0643083호) 그 공정이 대단히 불편하고 미세하여 수율 등이 매우 좋지 않고, 이러한 고온 공정은 소자 응용에 극히 제한적이면서 성장된 나노구조물에 열적 변형을 증가시킨다는 단점이 있다. 또한, 이종구조 제조 시 깨끗한 계면 형성의 어려워 고감도 나노센서를 위한 나노구조체의 제조에 한계가 있는 상황이다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결 과, 금속촉매 대신 마이크로어레이어로 패터닝된 환경 친화적인 고분자 화합물을 촉매로 이용하여 수용액상에서 습식화학방법으로 간단하게 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴을 선택적으로 형성시킬 수 있고 상기 나노구조체의 마이크로패턴에 생체물질을 고정화시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 및 그 제작방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴을 이용한 표적 바이오물질 검출방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 표면이 카르복실기로 개질되어 있는 기판에 고분자 화합물을 스팟팅하여 상기 고분자 화합물의 마이크로패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 형성된 고분자 화합물의 마이크로패턴 표면에 아연수화물과 아민계 화합물을 함유하는 수용액을 이용하여, 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴을 선택적으로 형성시키는 단계; (c) 상기 형성된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면을 생체물질의 고정이 용이하도록 개질하는 단계; 및 (d) 상기 개질된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 생체물질을 고정하는 단계를 포함하는 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 제작방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 방법의 의해 제작된 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 및 이를 이용한 표적 바이오물질의 검출방법을 제공한다.
본 발명에 따른 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴은 패터닝된 산화아연 나노구조체의 표면에 생체물질을 고밀도로 고정화함으로써 고감도 바이오칩 및 바이오센서로 제작할 수 있어, 생체물질간의 다양한 현상을 전기화학적 또는 광학적으로 검출하는 고감도 바이오센서 제작에 이용할 수 있다.
본 발명은 일 관점에서, (a) 표면이 카르복실기로 개질되어 있는 기판에 고분자 화합물을 스팟팅하여 상기 고분자 화합물의 마이크로패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 형성된 고분자 화합물의 마이크로패턴 표면에 아연수화물과 아민계 화합물을 함유하는 수용액을 이용하여, 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴을 선택적으로 형성시키는 단계; (c) 상기 형성된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면을 생체물질의 고정이 용이하도록 개질하는 단계; 및 (d) 상기 개질된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 생체물질을 고정하는 단계를 포함하는 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 제작방법에 관한 것이다.
본 발명에서, 상기 "마이크로패턴"이란 기판 위에 나노구조체가 마이크로 단위의 크기로 일정한 패턴을 가지고 배열되어 있는 형태를 지칭하는 것으로, 상기 형태를 지니고 있는 기판을 포함한 일련의 장치를 포함할 수 있다(도 1).
상기 기판은 유리, 세라믹, 금속, 실리콘, 용융실리카, 플라스틱 및 폴리다 이메틸실로세인(polydimethylsiloxane)로 구성된 군에서 선택되는 재질일 수 있고, 바람직하게는 유리재질일 수 있다.
생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 제작에 이용될 수 있는 금속기판은 주석, 은, 비스무스, 구리, 니켈, 납, 아연, 인듐(indium), 팔라듐, 백금, 금, 카드뮴, 루테늄, 코발트, 갈륨 및 게르마늄으로 구성된 군에서 선택되는 금속기판이거나 상기 금속으로 도금된 기판일 수 있고, 상기 플라스틱 기판은 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethylene terephthalate)) 폴리비닐(polyvinyl), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아크릴(polyacrylic compound), 폴리자일리엔(polyzylene), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르(polyether), 폴리케톤(polyketone), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리설파이드(polysulfide), 폴리술폰(polysulfone), 사이클릭 폴리올레핀(cyclic polyolefin) 및 비스페놀 에이 폴리카보네이트(Bisphenol A polycarbonate)로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 (a)단계의 기판 표면은 산화아연 나노구조체가 선택적으로 형성될 수 있도록 카르복실기로 개질되어 있는 것을 특징으로 하며, 2-카르복실에틸 포스포닉 액시드, 카르복시에틸실란트리올, 11-트리에토시실운데칸낼 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 화합물로 개질된 것이 바람직하다.
기판의 표면을 개질하기 전에, 개질의 효율을 높이기 위해, 기판 표면을 아민기를 갖는 실란계 화합물 또는 숙시닉 언하이드라이드(succinyl anhydride)를 이 용하여 전처리할 수 있다.
상기 아민기를 갖는 실란계 화합물은 바람직하게는 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane), 아미노프로필다이에톡시메틸실란(aminopropyldiethoxymethylsilane) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 3-아미노프로필트리에톡시실란일 수 있다.
기판 상에 산화아연 나노구조체의 패턴 형성을 위해, 고분자 화합물의 패터닝은 상기 (a)단계에서 마이크로어레이어(microarrayer)를 이용하여 고분자 화합물을 기판 상에 스팟팅(spotting)하는 것일 수 있다.
상기 (a)단계의 고분자 화합물은 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)-폴리(스틸렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(stylenesulfonate)), 폴리(다이알릴다이메틸암모니움 클로라이드)(poly(diallyldimethylammonium chloride)), 폴리아크릴릭 액시드(polyacrylic acid), 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 아연수화물은 아연 니트레이트 하이드레이트(Zn(NO3)2·xH2O), 아연 니트레이트 헥사하이드레이트(Zn(NO3)2·6H2O), 아연 아세테이트 하이드레이트(Zn(CH3COO)2·xH2O), 아연 옥살레이트 하이드레이트(ZnC2O4·xH2O), 아연 퍼클로레이트 하이드레이트(Zn(ClO4)2·xH2O), 아연 술포네이트 하이드레이트(ZnSO4·xH2O), 아연 테트라플루오로보레이트 하이드레이트(Zn(BF4)2·xH2O), 아연 p-톨루엔술포네이트 하이드레이트(Zn(CH3C6H4SO3)2·xH2O), 아연 트리플루오로아세테이트 하이드레이트(Zn(CF3COO)2·xH2O) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있고, 아연 니트레이트 헥사하이드레이트(Zn(NO3)2·6H2O)인 것이 바람직하다.
상기 아민계 화합물은 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylenetetramine), 모노에탄올라민(monoethanolamine) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 헥사메틸렌테트라아민일 수 있다.
산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 형성에 있어서, 상기 아민계 화합물은 수용액상에서 양자화된 헥사메틸렌테트라아민-H+ 컴플렉스를 형성한다. 양자화된 헥사메틸렌테트라아민-H+ 컴플렉스는 카르복실기가 노출되어 있는 기판 표면과 결합하여 고분자 화합물이 스팟팅되지 않은 부분을 블로킹(blocking)하는 효과가 있다. 상기 양자화된 헥사메틸렌테트라아민-H+ 컴플렉스로 블로킹된 기판 표면에서의 산화아연 결정 성장이 일어나지 않으므로, 스팟팅된 고분자 화합물의 표면에서만 선택적으로 산화아연 나노구조체의 결정 성장이 일어난다.
따라서, 본 발명의 산화아연 나노구조체 마이크로패턴은 수용액상의 산화아연 전구체로부터 산화아연의 결정이 고분자 화합물 마이크로패턴 표면에서 선택적으로 성장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
산화아연 나노구조체의 전구체 혼합물로부터 고분자 화합물 박막 표면에 나 노구조체가 형성될 때, 반응온도가 80℃보다 낮으면 나노구조체가 균일하게 형성되지 않을 수 있고, 100℃가 넘으면 수용액 조성에 변화가 일어날 수 있으므로, 95℃에서 반응시키는 것이 바람직하다.
산화아연 나노구조체 형성에 있어서, 상기 전구체 혼합물의 반응 온도, 반응 시간 및 농도에 따라 형성되는 산화아연 나노구조체의 직경 및 길이가 결정되며, 일반적으로는 수 ㎛ 크기의 나노구조체가 형성된다. 예를 들어, 0.1M 농도의 아연 수화물을 0.1M 농도의 아민계 화합물 수용액에 동일한 양으로 혼합하여 20시간 동안 반응시키면 나노튜브를 형성할 수 있고, 농도를 달리하여, 25mM 농도의 아연 수화물을 25mM 농도의 아민계 화합물과 동일한 양으로 혼합하여 2시간 동안 반응시키면 나노플레이트를 형성시킬 수 있으므로, 상기 산화아연 나노구조체는 나노로드 형태로만 한정되지 아니하고 나노로드, 나노튜브, 나노와이어 및 나노플레이트 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 스팟팅된 고분자 화합물 표면에 형성된 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 표면에 생체물질의 고정이 용이하도록 하는 것은 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 표면에 생체물질과 결합하는 작용기가 노출되도록 하는 것으로, 그 표면을 카르복실기, 아민기, 알데히드기, 수산기, 티올기 및 할로겐으로 구성된 군에서 선택되는 작용기를 가지는 실란계 화합물 또는 2-카르복시에틸 포스포닉 액시드로 개질하는 것일 수 있다.
또한, 산화아연 나노구조체 마이크로패턴에 생체물질의 결합은 상기 개질된 표면의 작용기에 결합시키거나, 그 개질된 표면에 다시 생체물질과 결합하는 작용 기를 가지는 링커를 도입한 다음, 생체물질을 상기 링커에 결합시킬 수도 있다.
상기 카르복실기, 아민기, 알데히드기, 수산기, 티올기 또는 할로겐을 가지는 실란계 화합물은 Si(OH)3-R-COOH, Si(OH)3-R-OH, Si(OH)3-R-CHO, Si(OH)3-R-SH, Si(OH)3-R-X, 카르복시에틸실란트리올(carboxyethylsilanetriol), 11-트리에토시실리운데카낼 (11-triethoxysilylundecanal), 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane), 아미노프로필다이에톡시메틸실란(aminopropyldiethoxymethylsilane) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있고, 바람직하게는 3-아미노프로필트리에톡시실란일 수 있다. 여기서, R은 C1~20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이고, X는 할로겐 원소를 의미한다.
상기 개질된 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 표면에는 카르복실기, 아민기, 알데히드기, 수산기, 티올기 또는 할로겐으로 구성된 군에서 선택되는 작용기가 노출되어 있다. 링커 화합물은 상기 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 표면에 노출되어 있는 작용기와 결합하는 작용기와 생체물질과 결합하는 작용기를 동시에 가지고 있는 것을 특징으로 하며, 상기 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 표면의 작용기와 결합하여 생체물질과 결합하는 작용기를 노출시킬 수 있다. 상기 링커 화합물의 산화아연 나노구조체 마이크로패턴 표면의 작용기와 결합하는 작용기 및 생체물질과 결합하는 작용기는 카르복실기, 아민기, 알데히드기, 수산기, 티올기 또 는 할로겐으로 구성된 군에서 선택되는 작용기일 수 있다.
상기 링커 화합물은 숙시닉 언하이드라이드, COOH-R-COOH, COOH-R-NH2, COOH-R-SH, COOH-R-OH, COOH-R-CHO, COOH-R-X1, H2N-R-NH2, NH2-R-SH, NH2-R-OH, NH2-R-CHO, NH2-R-X1, SH-R-SH, SH-R-OH, SH-R-CHO, SH-R-X1, OH-R-OH, OH-R-CHO, OH-R-X1, CHO-R-CHO, CHO-R-X1 및 X1-R-X2로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있고, 바람직하게는 숙시닉 언하이드라이드일 수 있다. 여기서, R은 C1~20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이고, X1 및 X2는 할로겐 원소를 의미한다.
산화아연 나노구조체 마이크로패턴 표면에 생체물질을 고정시키는 상기 (d)단계는 상기 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 노출된 작용기와 결합하는 작용기를 가진 생체물질을 화학적 또는 물리화학적으로 결합시키는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 1-에틸-3-[3-다이메틸아미노프로필]카보다이이미드 하이드로클로라이드/N-하이드로시술포숙신이미드(1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride(EDC)/N-hydroxysulfosucciniimide(NHS)) 반응을 이용하여 그 표면에 카르복실기가 노출되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴에 아민기를 갖는 생체물질을 아미드 결합(-CONH-)시키는 것일 수 있다.
상기 생체물질은 카르복실기, 아민기, 알데히드기, 수산기, 티올기 및 할로겐 작용기와 결합하는 작용기를 가지고 있는 단백질, 효소, 항체, 펩티드, 지질, DNA, RNA 및 PNA로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있으며, 아민기를 갖거나 아민 기로 개질된 생체물질이 바람직하다.
본 발명은 다른 관점에서, 상기 방법에 의해 제작된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 및 이를 이용하는 것을 특징으로 하는 생체물질과 결합하거나 반응하는 표적 바이오물질의 검출방법에 관한 것이다. 상기 검출방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 사용되는 검출방법, 예컨대, 항원-항체, 리간드-리셉터, 효소-기질, 비오틴-아비딘, 합텐-항합텐, 호르몬-수용체 및 렉틴-당단백질 반응을 이용한 방법일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 표적 바이오물질은 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 고정된 생체물질과 결합 또는 반응할 수 있는 물질로서, 바람직하게는 단백질, 핵산, 항체, 효소, 탄수화물, 지질, 또는 기타 생체유래의 생물분자이며, 더욱 바람직하게는 핵산(DNA, RNA) 또는 단백질이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
특히, 하기 실시예에서는 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴으로 산화아연 나노로드 및 산화아연 나노플레이트를 사용하였으나, 나노와이어, 나노튜브 등 다양한 산화아연 나노구조체가 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 하기 실시예에서는 생체물질로서 녹색형광단백질(GFP) 항체-항원을 사 용하였으나, 효소, 단백질, 세포, DNA, RNA 및 PNA 등을 사용하는 것도 본 발명에 범위에 포함된다.
실시예 1: 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 제조
기판 표면을 세척하기 위해, 2% sulfate 용액에서 유리기판을 약 2시간 동안 끓인 후 아세톤으로 닦아내었다. 세척된 유리기판의 표면에 고분자 화합물 막이 잘 형성이 될 수 있도록, 상기 유리기판을 0.3mM 2-카르보실에틸 포스포닉 액시드 용액, 25% 카르복시에틸실란트리올 0.5mL을 PBS buffer(pH 7.4) 15mL과 섞어 희석한 용액 또는 2% 11-트리에토시실리운데카낼 용액으로 상온에서 4시간 동안 처리하여 자기조립박막(Self-Assembled Monolayer)을 형성시켜 개질하였다. 상기 개질된 유리기판 위에 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)-폴리(스틸렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(stylenesulfonate))를 마이크로어레이어를 이용하여 스팟팅하여 고분자 화합물의 패터닝을 수행하였다. 상기 유리기판을 물로 세척한 후, 12mM Zn(NO3)2·6H2O 및 12mM 헥사메틸렌테트라아민 수용액을 동일한 부피로 섞어 패터닝 된 유리기판이 아래쪽을 향하면서 상기 수용액에 접촉되도록 하여, 95℃ 조건에서 산화아연 나노구조체 마이크로패턴이 형성이 되도록 2시간동안 정치하였다.
에너지 분산형 스펙트로미터(Energy Dispersive Spectrometer, EDAX) 및 주사전자현미경을 이용하여 확인한 결과, 고분자 화합물 어레이 표면위에 직경 약 1 마이크로미터 크기로 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴이 형성된 것을 확인하였다(도2, 도3).
실시예 2: 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 표면처리
실시예 1에서 제조된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 생체분자를 고정시키기 위한 작용기를 도입하기 위해, 상기 산화아연 나노구조체 마이크로패턴을 1.5mL의 2% 3-아미노프로필트리에톡시실란 (3-aminopropyltriethoxysilane)(Sigma-Aldrich, USA)과 30mL의 에탄올을 혼합하여 희석한 용액에 넣고 3~4시간 반응시켜 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 아민기를 갖도록 개질하였다. 상기 개질된 산화아연 나노구조체 마이크로패턴에 생체분자와 결합할 수 있는 링커를 도입하기 위해서, 개질된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴을 1mM 숙시닉 언하이드라이드 다이메틸포름알데하이드(succinyl anhydride dimethylformaldehyde) 용액에 넣어 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 카르복실기를 갖도록 표면 처리하였다.
실시예 3: 산화아연 나노구조체 마이크로패턴에 생체분자 고정화 및 바이오센싱
항체-항원 반응을 이용하여, 산화아연 나노구조체 마이크로패턴을 이용한 시료 중에 함유된 바이오 물질의 검출을 실시하였다. 상기 실시예 2에서 제작된 산화아연 나노구조체 마이크로패턴에 2mM의 1-에틸-3-[3-다이메틸아미노프로필]카보다이이미드 하이드로클로라이드를 처리한 다음, PBS 완충용액에서 0.05mg/mL의 녹색 형광단백질 항체와 5mM N-하이드로시술포숙신이미드를 첨가하여 고정화하였다. 상기 녹색형광단백질 항체가 고정화된 산화아연 나노구조체 마이크로패턴에 녹색형광단백질이 0, 10pg/mL, 100pg/mL, 1ng/mL, 10ng/mL 및 100ng/mL 농도로 함유된 시료를 처리한 다음, 형광스캐너를 이용하여 항체와 항원의 반응을 확인하였다.
형광스캐너를 이용하여 녹색형광단백질 항원과 항체의 선택적인 상호작용을 확인한 결과, 녹색형광단백질 항원의 농도에 따라 형광 강도가 비례적으로 나타나 상기 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 결합되어 있는 녹색형광단백질 항원과 녹색형광단백질의 선택적인 상호작용을 통해 시료 중에 함유된 녹생형광단백질의 검출이 가능함을 확인하였다(도 4).
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. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
도 1은 유리기판 상에 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 제작방법의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 패터닝한 고분자화합물 표면에 선택적으로 성장한 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴을 주사현미경으로 관찰한 이미지를 나타낸 것이다.
도 3는 패터닝한 고분자화합물 표면에 선택적으로 성장한 산화아연 나노구조체 마이크로패턴을 에너지 분산형 스펙트로미터(EDAX)로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 녹색형광단백질 항체를 고정시키고 녹색형광단백질을 결합시켜 형광스캐너로 관찰한 이미지를 나타낸 것이다((a) 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 형광이미지; (b) 녹색형광단백질의 농도에 따른 형광이미지; 및 (c) 나노구조체 마이크로패턴이 없는 유리기판상에서의 녹색형광단백질의 농도에 따른 형광이미지).
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 유리기판
120 고분자 마이크로패턴
130 산화아연 나노구조체

Claims (20)

  1. 다음의 단계를 포함하는, 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴의 제작방법:
    (a) 표면이 카르복실기로 개질되어 있는 기판에 고분자 화합물을 스팟팅하여 상기 고분자 화합물의 마이크로패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 형성된 고분자 화합물의 마이크로패턴 표면에 아연수화물과 아민계 화합물을 함유하는 수용액을 이용하여, 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴을 선택적으로 형성시키는 단계;
    (c) 상기 형성된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면을 생체물질의 고정이 용이하도록 개질하는 단계; 및
    (d) 상기 개질된 산화아연 나노구조체의 마이크로패턴 표면에 생체물질을 고정하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서 기판은 유리, 세라믹, 금속, 실리콘, 용융실리카, 플라스틱 및 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane)로 구성된 군에서 선택되는 재질인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 개질은 2-카르보실에틸 포스포닉 액시드, 카르복시에틸실란트리올, 11-트리에토시실리운데카낼 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 화합물을 이용하여 수행된 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 스팟팅은 마이크로어레이어를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 고분자 화합물은 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)-폴리(스틸렌술포네이트), 폴리(다이알릴다이메틸암모니움 클로라이드), 폴리아크릴릭 액시드, 폴리카보네이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아연수화물은 아연 니트레이트 하이드레이트, 아연 니트레이트 헥사하이드레이트, 아연 아세테이트 하이드레이트, 아연 옥살레이트 하이드레이트, 아연 퍼클로레이트 하이드레이트, 아연 술포네이트 하이드레이트, 아연 테트라플루오로보레이트 하이드레이트, 아연 p-톨루엔술포네이트 하이드레이트, 아연 트리플루오로아세테이트 하이드레이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택 되는 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 아연 수화물은 아연 니트레이트 헥사하이드레이트인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 아민계 화합물은 헥사메틸렌테트라아민, 모노에탄올라민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 아민계 화합물은 헥사메틸렌테트라아민인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 산화아연 나노구조체는 나노로드, 나노튜브, 나노와이어 및 나노플레이트 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 개질은 카르복실기, 아민기, 알데히드기, 수산기, 티올기 및 할로겐로 구성된 군에서 선택되는 작용기를 가지는 실란계 화합물 또는 2-카르복실에틸 포스포닉 액시드를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 실란계 화합물은 Si(OH)3-R-COOH, Si(OH)3-R-OH, Si(OH)3-R-CHO, Si(OH)3-R-SH, Si(OH)3-R-X, 카르복시에틸실란트리올, 11-트리에토시실리운데카낼, 아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필다이에톡시메틸실란 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법(여기서, R은 C1~20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이고, X는 할로겐 원소를 의미함).
  13. 제12항에 있어서, 상기 실란계 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계에서 개질된 산화아연 나노구조체의 마이크로 패턴 표면에 카르복실기, 아민기, 알데히드기, 수산기, 티올기 및 할로겐으로 구성된 군에서 선택된 작용기와 상기 개질된 표면의 작용기와 결합하는 작용기를 동시에 가지는 화합물을 링커로 도입하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 링커 화합물은 숙시닉 언하이드라이드, COOH-R-COOH, COOH-R-NH2, COOH-R-SH, COOH-R-OH, COOH-R-CHO, COOH-R-X1, H2N-R-NH2, NH2-R-SH, NH2-R-OH, NH2-R-CHO, NH2-R-X1, SH-R-SH, SH-R-OH, SH-R-CHO, SH-R-X1, OH-R-OH, OH-R-CHO, OH-R-X1, CHO-R-CHO, CHO-R-X1, X1-R-X2로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법(여기서, R은 C1~20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이고, X1 및 X2는 할로겐 원소를 의미함).
  16. 제15항에 있어서, 상기 화합물은 숙시닉 언하이드라이드인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 생체물질 고정은 1-에틸-3-[3-다이메틸아미노프로필]카보다이이미드 하이드로클로라이드/N-하이드로시술포숙신이미드를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 생체물질은 단백질, 효소, 항체, 펩티드, 지질, DNA, RNA 및 PNA로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항 또는 제14항의 방법에 의해 제작된 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴.
  20. 제19항의 생체물질이 고정되어 있는 산화아연 나노구조체 마이크로패턴을 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 생체물질과 결합하거나 반응하는 표적 바이오물질의 검출방법.
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