KR20110094878A - 올리고머 어레이 제조용 조성물 및 올리고머 어레이 제조 방법 - Google Patents

올리고머 어레이 제조용 조성물 및 올리고머 어레이 제조 방법 Download PDF

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KR20110094878A
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백세경
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Abstract

올리고머 어레이 제조용 조성물 및 이를 이용한 올리고머 어레이 제조 방법에 있어서, 올리고머 어레이 제조용 조성물은 산에 대하여 안정한 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함한다. 올리고머 어레이 제조용 조성물은 광에 높은 민감도를 가지므로, 올리고머의 손상 없이 기판의 정해진 위치에 생체 분자 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머 어레이를 형성할 수 있다.

Description

올리고머 어레이 제조용 조성물 및 올리고머 어레이 제조 방법{COMPOSITION OF FORMING AN OLIGOMER ARRAY AND METHODS OF FORMING AN OLIGOMER ARRAY}
본 발명은 올리고머 어레이 제조용 조성물 및 올리고머 어레이 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 올리고머의 손상 없이 선택적으로 원하는 위치에 올리고머를 형성할 수 있는 올리고머 어레이 제조용 조성물 및 이를 이용한 올리고머 어레이 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 생체 물질 또는 이의 유사체들을 탐침으로 이용하는 바이오 칩들이 유전병 및 암의 진단, 돌연변이 탐색, 병원균의 검출, 유전자 발현 분석 또는 신약 개발과 같은 폭넓은 분야에서 중요한 역할을 하고 있다. 이와 같은 바이오 칩들은 약 1 평방 인치 미만의 작은 면적의 기판에 뉴클레오타이드, 펩티드 또는 이와 유사한 분자들을 복수개로 포함하는 올리고머들을 부착시켜 형성할 수 있다.
상기 바이오 칩의 제조에 있어 포토리소그라피 공정이 사용될 수 있다. 상기 바이오 칩의 제조에 있어서, 광산 발생제를 포함하는 조성물을 상기 기판 상에 도포하여 막을 형성한 후, 마스크를 이용하여 상기 막을 선택적으로 노광하여 원하는 위치에 올리고머를 형성할 수 있다. 그러나, 상기 광산 발생제로부터 생성된 산이 쉽게 확산되지 않거나 또는 비노광부까지 확산되어 올리고머가 부적절한 위치에 형성될 수 있다. 또한 상기 조성물의광에 대한 흡광도가 낮은 경우, 짧은 파장을 가지는 광이 요구될 수 있으며, 상기 광에 의해 올리고머 또는 올리고머에 포함되는 모노머가 손상될 수 있다. 또한 상기 조성물이 유기 용매에 대해 용해도가 낮은 경우, 상기 막이 효과적으로 제거되지 않아 잔류물이 남을 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 올리고머의 손상 없이 선택적으로 원하는 위치에 올리고머를 형성할 수 있는 올리고머 어레이 제조용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용하여 올리고머 어레이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 어레이 제조용 조성물은 산에 대하여 안정하며 하기 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함한다.
Figure pat00001
...... 화학식 (1)
Figure pat00002
......화학식 (2)
상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)에서 상기 R1은 산에 안정하며, 수소 원자(-H), 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2는 산에 안정하며, 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3는 산에 안정하며, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 하기 화학식 (3)으로 표시될 수 있다.
Figure pat00003
......화학식(3)
상기 화학식 (3)에서 상기 R1은 산에 안정하며 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2 및 R4는 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3 및 R5는 산에 안정하며 독립적으로 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이고, p는 0.1 내지 0.3의 범위이고 q 및 r은 독립적으로 0.2 내지 0.5의 범위이며 p + q + r = 1을 만족하고, n은 10 내지 400의 정수이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 하기 화학식 (4)로 표시될 수 있다.
Figure pat00004
......화학식(4)
상기 화학식 (4)에서 상기 R1은 산에 안정하며 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2 및 R4는 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R6 및 R7은 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 10인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 10인 알콕시 알킬기이고, p는 0.1 내지 0.3의 범위이고 q 및 r은 독립적으로 0.2 내지 0.5의 범위이며 p + q + r = 1을 만족하고, n은 10 내지 400의 정수이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광산 발생제는 하기 화학식 (5)로 표시될 수 있다.
Figure pat00005
...... 화학식 (5)
상기 화학식 (5)에서 상기 R8은 설포네이트기 또는 아세테이트기이고 R9 및 R10은 독립적으로 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 나이트릴기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광산 발생제는 하기 화학식 (6)으로 표시될 수 있다.
Figure pat00006
......화학식 (6)
상기 화학식 (6)에서 상기 R9는 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고 상기 R11은 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 카르보닐기, 탄소수가 2 내지 20인 에테르기, 탄소수가 3 내지 20인 에스테르기 또는 탄소수가 4 내지 20인 아릴기이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 상기 폴리머 약 1 중량 ％ 내지 약 20 중량％, 상기 광산 발생제 약 1 중량％ 내지 약 20 중량％ 및 상기 유기 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 중량 평균 분자량이 약 1,000 내지 약 50,000일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 분자량 분포도가 약 1.2 내지 약 5.0일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 유리 전이 온도는 약 50℃ 내지 약 180℃일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 유기 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에테르, 사이클로헥사논, 에틸 락테이트, 부틸 락테이트, 1,4-디옥산, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 아세토나이트릴 또는 에틸 에테르를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 실시예들에 따른 올리고머 어레이 제조 방법에 있어서, 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자를 기판 상에 부착시킨다. 상기 기판 상에 산에 대하여 안정하며 하기의 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함하는 올리고머 어레이 제조용 조성물을 도포하여 막을 형성한다. 상기 막을 노광하여 상기 제1 분자로부터 산에 불안정한 보호기를 이탈시켜 제2 분자로 전환시킨 후, 상기 막을 제거한다.
Figure pat00007
...... 화학식 (1)
Figure pat00008
......화학식 (2)
상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)에서 상기 R1은 산에 안정하며, 수소 원자(-H), 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2는 산에 안정하며, 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3는 산에 안정하며, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제2 분자와 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제3 분자를 반응시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제3 분자는 포스포아미다이트(phosphoramidite), 뉴클레오타이드 (nucleotide), 리보뉴클레오타이드(ribonucleotide), 아미노산 (amino acid), 모노사카라이드 (monosaccharide), PNA (peptide nucleic acid)의 모노머, LNA (locked nucleic acid)의 모노머, GNA(glycol nucleic acid)의 모노머 또는 TNA (threose nucleic acid)의 모노머를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자를 상기 기판 상에 부착하는데 있어, 상기 기판과 결합을 형성할 수 있는 링커 분자를 상기 기판 상에 부착한다. 상기 링커 분자를 산에 불안정한 작용기를 포함하는 화합물과 반응시켜 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자로 변환시킨다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 상기 제1 분자를 기판 상에 부착하는데 있어, 상기 기판과 결합을 형성할 수 있는 링커 분자를 상기 기판 상에 부착한다. 상기 링커 분자를 광에 불안정한 작용기를 포함하는 화합물과 반응시킨다. 상기 기판을 노광하여 광에 불안정한 작용기를 이탈시켜, 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 상기 제1 분자와 결합을 형성할 수 있는 반응기를 노출시킨다. 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 상기 제1 분자를 상기 노출된 반응기에 결합시킨다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광에 불안정한 작용기는 니트로페닐프로폭시 카르보닐(nitrophenylpropoxycarbonyl, NPPOC)기, 메틸 니트로피페로닐옥시 카르보닐(methyl-nitropiperonyloxycarbonyl, MeNPOC)기, o-니트로페닐 카르보닐 (o-nitrophenylcarbonyl)기, p-페닐아조페닐 카르보닐(p-phenylazophenylcarbonyl)기, 페닐카르보닐(phenylcarbonyl)기, p-클로로페닐 카르보닐(p-chlorophenylcarbonyl)기, 9-플루오레닐메틸옥시 카르보닐(9-floureneylmethyloxycarbonyl, Fmoc)기 또는 트리클로로 터트-부틸옥시카르보닐(trichloro tert-butyloxycarbonyl, TCBOC)기를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 분자와 결합을 형성할 수 있는 반응기는 하이드록시기 또는 아민기를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 막은 약 180nm 내지 약 500nm의 파장을 가지는 광을 사용하여 노광될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 막은 아세토나이트릴, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로 퓨란 또는 아세톤을 사용하여 제거될 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 산에 불안정한 작용기는 디메톡시트리틸(dimethoxytrityl, DMT)기, 트리페닐메틸트리틸(tirphenylmethyltrityl)기 또는 터트-부틸옥시카르보닐(tert-butyloxycarbonyl)기를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 실시예들에 따른 올리고머 어레이 제조 방법에 있어서, 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자를 기판 상에 부착시킨다. 상기 기판 상에 산에 대하여 안정하며 상기의 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함하는 올리고머 어레이 제조용 조성물을 도포하여 막을 형성한다. 상기 막을 노광하여 상기 제1 분자로부터 산에 불안정한 보호기를 이탈시켜 제2 분자로 전환시킨 후, 상기 막을 제거한다. 상기 제2 분자와 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제3 분자를 반응시킨다. 상기 공정을 n(n은 양의 정수)번 반복하여 상기 기판 상에 올리고머를 형성한다.
상술한 본 발명의 올리고머 어레이 제조용 조성물은 높은 흡광도를 가지는 광산 발생제 및 낮은 흡광도를 가지는 폴리머를 포함한다. 따라서, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용하여 올리고머 어레이 형성 시, 광에 의한 올리고머의 손상을 방지할 수 있다. 또한 상기 광산 발생제로부터 발생된 산이 적절하게 확산되어 노광부에 선택적으로 올리고머를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 어레이를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 내지 8은 실시예들에 따른 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머 어레이를 제조하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 어레이 제조 방법을 사용하여 기판 상에 올리고머 부착 시, 노광부 및 비노광부의 형광 강도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 어레이 제조 방법을 사용하여 기판 상에 올리고머 부착 시, 노광부 및 비노광부의 형광 강도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면에 있어서, 동일하거나 유사한 참조 부호는 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타낸다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막) 또는 패턴들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막) 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막) 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 올리고머 어레이 제조용 조성물 및 올리고머 어레이 제조 방법을 상세하게 설명한다.
올리고머 어레이 제조용 조성물
본 발명의 올리고머 어레이 제조용 조성물은 산에 안정한 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함한다. 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 기판 상에 올리고머를 부착하는데 사용될 수 있다. 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 흡광도가 낮고 상기 유기 용매에 높은 용해도를 가지는 폴리머를 포함하고 있다. 따라서 노광 공정 시, 광이 상기 광산 발생제에 선택적으로 흡수될 수 있다. 또한 조성물의 점도를 적절하게 조절하여 상기 올리고머 어레이 조성물의 도포성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 폴리머는 상기 광산 발생제로부터 발생된 산의 확산 거리를 적절하게 조절할 수 있으며, 그 결과 본원 발명의 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용하는 경우, 상기 기판의 노광부에 선택적으로 올리고머를 형성할 수 있다.
상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 광에 반응하여 다량의 산을 효과적으로 발생시킬 수 있는 광산 발생제를 포함하고 있으며, 그 결과, 상기 기판 상에 부착된 분자에 포함된 산에 불안정한 작용기를 용이하게 이탈시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 펩티드, 올리고뉴클레오타이드, 올리고리보뉴클레오타이드, PNA (peptide nucleic acid)의 올리고머, LNA (locked nucleic acid)의 올리고머, GNA (glycol nucleic acid)의 올리고머, TNA (threose nucleic acid) 또는 올리고 사카라이드(oligosaccharide) 같이 생체 물질 또는 상기 생체 물질과 유사한 구조를 가지는 상기 올리고머를 손상시키지 않고 상기 기판 상에 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 산에 대하여 안정하며, 하기 화학식 (1) 및 하기 화학식 (2)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 폴리머를 포함한다.
Figure pat00009
...... 화학식 (1)
Figure pat00010
......화학식 (2)
상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)에서 상기 R1은 산에 안정하며, 수소 원자(-H), 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2는 산에 안정하며, 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3는 산에 안정하며, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이다.
상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복단위를 포함하는 상기 폴리머는 광원에 대한 흡광도가 낮다. 따라서, 상기 폴리머를 포함하는 조성물을 사용하여 형성된 막에 대하여 광을 조사하는 경우, 상기 광이 조성물에 포함된 광산 발생제에 보다 효과적으로 흡수될 수 있다.
상기 폴리머는 산(H+)을 발생시킬 수 있는 작용기 및 산에 불안정한 작용기를 포함하지 않아 상기 산에 대하여 안정하다. 상기 폴리머가 카르복실기(-COOH)와 같이 산을 발생시킬 수 있는 작용기를 포함하는 경우, 노광 공정 없이 상기 산이 발생할 수 있으며, 결과적으로 노광되지 않은 영역에 올리고머가 형성될 수 있다. 또한 상기 폴리머가 산에 불안정한 작용기를 포함하는 경우, 상기 조성물에 포함된 상기 광산 발생제로부터 발생된 산이 상기 기판 상에 부착된 물질과 반응하지 않고 상기 조성물에 포함된 폴리머와 반응할 수 있다. 즉, 상기 기판 상에 부착된 물질과 상기 폴리머가 서로 경쟁하면서, 상기 광산 발생제의 효율을 저하시킬 수 있다.
상기 폴리머는 상기 광산 발생제로부터 발생된 산의 확산 거리를 적절하게 조절할 수 있다. 상기 발생된 산이 상기 기판의 비노광부까지 확산되는 경우, 상기 기판 상의 원하지 않는 영역에 올리고머가 부착될 수 있다. 그러나, 본원 발명의 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물에 포함된 상기 폴리머는 발생된 산의 확산 거리를 적절하게 조절할 수 있으며, 그 결과, 상기 기판의 원하는 위치에 상기 올리고머를 형성할 수 있다.
또한 상기 폴리머는 유기 용매에 대한 용해성이 우수하다. 따라서 상기 폴리머를 포함하는 조성물의 점도를 적절하게 조정할 수 있으며, 또한 상기 조성물을 사용하여 형성된 막도 유기 용매에 의해 용이하게 제거될 수있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 약 1,000g/mol 내지 50,000g/mol의 중량평균 분자량 및 약 1.0 내지 약 5.0의 분자량 분포도를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머는 약 1,500g/mol 내지 약 10,000g/mol의 중량평균 분자량과 약 1.5 내지 약 4.0의 분자량 분포도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 약 50℃ 내지 약 180℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머는 약 90℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물에 포함되는 폴리머는 하기 화학식 (3)으로 표시될 수 있다.
Figure pat00011
......화학식 (3)
상기 화학식 (3)에서 상기 R1은 산에 안정하며 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2 및 R4는 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3 및 R5는 산에 안정하며 독립적으로 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이고, p는 0.1 내지 0.3의 범위이고 q 및 r은 독립적으로 약 0.2 내지 약 0.5의 범위이며 p + q + r = 1을 만족하고, n은 약 10 내지 약 400의 정수일 수 있다.
상기 화학식 (3)에서 상기 p, q 및 r은 각 반복단위의 몰 비율을 나타낸다. 상기 p가 약 0.1 내지 약 0.3의 값을 가지고 상기 q 및 r이 독립적으로 약 0.2 내지 약 0.5의 값을 가지는 경우, 상기 폴리머는 광에 대한 흡광도는 낮으면서 발생된 산을 적절한 거리로 확산시킬 수 있다. 따라서, 상기 폴리머를 포함하는 조성물을 사용하여 형성된 막에 대하여 노광 공정을 수행하는 경우, 상기 조성물에 포함된 광산 발생제에 광이 선택적으로 흡수될 수 있다. 또한 상기 광산 발생제로부터 발생된 산이 비노광부까지 확산되지 않아 노광부의 기판에 부착된 물질과 상기 발생된 산이 선택적으로 반응할 수 있다. 반면, 상기 p, q 및 r이 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 비노광부에도 산이 존재할 수 있게 되며, 그 결과 비노광부의 기판 상에 부착된 물질과 산이 반응하여 원하지 않는 위치에 올리고머가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 폴리머는 하기 화학식 (4)로 표시될 수 있다.
Figure pat00012
......화학식(4)
상기 화학식 (4)에서 상기 R1은 산에 안정하며 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2 및 R4는 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R6 및 R7은 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 10인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 10인 알콕시 알킬기이고, p는 약 0.1 내지 약 0.3의 범위이고 q 및 r은 독립적으로 약 0.2 내지 약 0.5의 범위이며 p + q + r = 1을 만족하고, n은 약 10 내지 약 400의 정수일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 하기 화학식 (5)로 표시되는 광산 발생제를 포함할 수 있다.
Figure pat00013
...... 화학식 (5)
상기 화학식 (5)에서 상기 R8은 설포네이트기 또는 아세테이트기이고 R9 및 R10은 독립적으로 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 나이트릴기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이다.
상기 조성물을 상기 기판에 도포한 후, 상기 조성물을 광에 노출시키면 상기 광에 노출된 광산 발생제로부터 산이 발생하며, 상기 발생된 산이 상기 기판 상에 부착된 화합물로부터 상기 산에 불안정한 작용기를 이탈시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광산 발생제는 약 180nm 내지 약 500nm의 범위를 가지는 광에 쉽게 반응할 수 있다. 즉, 상기 광산 발생제는 긴 파장을 가지는 광에 용이하게 반응하여 쉽게 산을 발생시킬 수 있다. 따라서 상기 기판 상에 생체 물질을 포함하는 올리고머 또는 이의 유사체를 형성하는 경우, 상기 올리고머 또는 이의 유사체들이 상기 광에 의해 손상되는 일 없이 광산 발생제로부터 용이하게 산이 발생될 수 있다. 예를 들면, 상기 광산 발생제는 약 365nm의 파장을 가지는 I-line에 노출되어도 용이하게 산을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광산 발생제는 하기 화학식 (6)으로 표시될 수 있다.
Figure pat00014
......화학식 (6))
상기 화학식 (6)에서 상기 R9는 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고 상기 R11은 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 카르보닐기, 탄소수가 2 내지 20인 에테르기, 탄소수가 3 내지 20인 에스테르기 또는 탄소수가 4 내지 20인 아릴기이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 화학식 (6)으로 표시되는 광산 발생제는 설포네이트기 및 나이트릴(-CN)기를 포함할 수 있다. 상기 광산 발생제가 설포네이트기와 같이 벌키한 작용기를 포함하는 경우, 발생된 산을 적절한 정도로 확산시켜 상기 기판 상에 부착된 물질로부터 산에 불안정한 작용기를 용이하게 이탈시킬 수 있다. 한편, 상기 광산 발생제가 나이트릴 기를 포함하는 경우, 상기 광산 발생제를 포함하는 조성물은 I-line과 같은 긴 파장을 가지는 광에도 쉽게 반응하여 산을 용이하게 발생시킬 수 있다.
상기 올리고머 어레이 제조용 조성물에 사용되는 용매는 상기 폴리머 및 상기 광산 발생제를 용이하게 용해시킬 수 있으면서, 상기 기판 상에 부착되는 물질에 손상을 가하지 않는 한, 다양한 용매를 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에테르, 사이클로헥사논, 에틸 락테이트, 부틸 락테이트, 1,4-디옥산, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 아세토나이트릴 또는 에틸 에테르 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 또는 프로필렌 글리콜 에테르일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 상기 폴리머 약 1 중량％ 내지 약 20 중량％ 및 광산 발생제 약 1 중량％ 내지 약 20 중량％를 포함할 수 있다. 상기 조성물이 상기 폴리머를 약 1 내지 약 20 중량％로 포함하는 경우, 상기 폴리머가 상기 용매에 용이하게 용해되어 적절한 점도를 가질 수 있고 그 결과 기판 상에 균일하게 도포될 수 있다. 상기 조성물이 상기 광산 발생제를 약 1 중량％ 미만으로 포함하는 경우, 발생하는 산의 약이 너무 적어 산에 불안정한 작용기를 충분히 이탈시킬 수 없으며, 상기 조성물이 상기 광산 발생제를 약 20 중량％ 초과하여 포함하는 경우, 발생하는 산의 양이 너무 많아 노광되지 않은 부분까지 발생된 산이 확산될 수 있다. 또한 용해도가 저하되어 상기 조성물 도포 시 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상기 조성물은 상기 폴리머를 약 1 중량％ 내지 약 10 중량％ 및 상기 광산 발생제를 약 1 중량％ 내지 약 10 중량％ 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 상기 기판 상에 올리고뉴클레오타이드, 상기 올리고뉴클레오타이드의 유사체, 올리고리보뉴클레오타이드, 상기 올리고리보뉴클레오타이드의 유사체 또는 펩티드, PNA의 올리고머, LNA의 올리고머, GNA의 올리고머, TNA의 올리고머 또는 올리고사카라이드(oligosaccharide)등과 같은 올리고머를 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 높은 흡광도를 가지는 상기 광산 발생제, 흡광도가 낮으며 산에 대하여 안정하고 유기 용매에 대해 높은 용해도를 가지는 상기 폴리머를 포함한다. 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 긴 파장을 가지는 광을 사용하여 상기 노광 공정 수행 시, 상기 광산 발생제에 상기 광이 선택적으로 흡수되어 효과적으로 산을 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 상기 올리고머에 대한 손상 없이 상기 올리고머를 상기 기판 상에 형성할 수 있다. 또한 상기 광산 발생제로부터 발생된 산이 적절하게 확산되어 노광부에 선택적으로 올리고머를 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 어레이 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
올리고머 어레이 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용하여 올리고머 어레이를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 1은 올리고머 어레이를 형성하는 경우를 예시적으로 설명하지만 본 발명의 특징 및 이점들은 폴리머 어레이를 형성하는 경우에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다. 본원 발명에서 상기 올리고머란 복수의 모노머를 포함하는 물질을 의미하며, 상기 올리고머 어레이란 기판 상에 부착된 하나 이상의 올리고머를 포함한다. 예를 들면, 상기 올리고머는 약 2 내지 약 50개의 모노머를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기판 상에 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자를 부착시킨다(S10).
상기 기판은 유기 용매 등에 용해되지 않으며, 폴리머 또는 산에 불안정한 작용기를 갖는 분자 층을 고정화하기에 적합한 표면을 갖는 기판이 사용될 수 있다. 상기 기판은 평면 또는 곡면일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판은 실리콘, 표면 개질 유리, 폴리프로핀렌 또는 활성화 아크릴 아미드 성분의 기판일 수 있다. 예를 들면, 상기 기판은 실리콘 기판일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판이 실리콘 기판인 경우, 열 처리 공정에 의하여 상기 기판 상에 실리콘 산화막이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자는 포스포아미다이트(phosphoramidite), 뉴클레오타이드 (nucleotide), 리보뉴클레오타이드(ribonucleotide), 아미노산 (amino acid), 모노사카라이드(monosaccharide), PNA (peptide nucleic acid)의 모노머, LNA (locked nucleic acid)의 모노머, GNA(glycol nucleic acid)의 모노머 또는 TNA (threose nucleic acid)의 모노머를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 산에 불안정한 작용기는 상기 산에 불안정한 작용기는 디메톡시트리틸(dimethoxytrityl, DMT)기, 트리페닐메틸트리틸(tirphenylmethyltrityl)기 및 터트-부틸옥시카르보닐(tert-butyloxycarbonyl)기를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 기판 상에 링커 분자를 결합시킨다. 상기 링커 분자는 상기 링커 분자를 상기 기판의 표면에 부착시킬 수 있는 제1 작용기를 포함하고, 상기 링커 분자를 또 다른 분자와 결합시킬 수 있는 제2 작용기를 포함하는 화합물일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 링커 분자는 아미노 알킬 카르복실산, 하이드록시 알킬아미노옥시 실란 또는 아미노 알킬옥시 실란일 수 있다. 예를 들면, 상기 링커 분자는 오메가-아미노카프로익산 (omega-aminocaproic acid) 또는 아미노프로필트리에톡시 실란(aminopropylethoxy silane)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 링커 분자를 광에 불안정한 작용기를 포함하는 스페이서 분자와 반응시킬 수 있다. 상기 스페이서 분자는 상기 링커 분자의 상기 제2 작용기와 반응할 수 있는 제3 작용기를 포함하며, 상기 링커 분자외의 또 다른 화합물과 반응할 수 있는 제4 작용기를 포함할 수 있다. 상기 스페이서 분자와 반응한 상기 링커 분자에 광을 조사하여 상기 광에 불안정한 작용기를 이탈시켜 상기 스페이서 분자에 포함된 상기 제4 작용기를 노출시킬 수 있다. 이 후 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 상기 제1 분자를 상기 제4 작용기와 반응시켜 상기 기판 상에 상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 상기 제1 분자를 부착할 수 있다. 예를 들면, 상기 스페이서 분자에 포함되는 상기 광에 불안정한 작용기는 니트로페닐프로폭시카르보닐(nitrophenylpropoxycarbonyl, NPPOC)기, 메틸 니트로피페로닐옥시 카르보닐(methyl-nitropiperonyloxycarbonyl, MeNPOC)기, o-니트로페닐카르보닐 (o-nitrophenylcarbonyl)기, p-페닐아조페닐카르보닐(p-phenylazophenylcarbonyl)기, 페닐카르보닐(phenylcarbonyl)기, p-클로로페닐카르보닐(p-chlorophenylcarbonyl)기, 9-플루오레닐메틸옥시카르보닐(9-floureneylmethyloxycarbonyl, Fmoc)기 또는 트리클로로 터트-부틸옥시카르보닐(trichloro tert-butyloxycarbonyl, TCBOC)기를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 링커 분자를 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자와 바로 반응시킬 수 있다. 상기 산에 불안정한 작용기는 디메톡시트리틸(dimethoxytrityl, DMT)기, 트리페닐메틸트리틸(tirphenylmethyltrityl)기 및 터트-부틸옥시카르보닐(tert-butyloxycarbonyl)기를 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자가 부착된 기판 상에 산에 대하여 안정하며 하기 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함하는 올리고머 어레이 제조용 조성물을 도포하여 막을 형성한다(S20).
Figure pat00015
...... 화학식 (1)
Figure pat00016
......화학식 (2)
상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)에서 상기 R1은 산에 안정하며, 수소 원자(-H), 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2는 산에 안정하며, 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3는 산에 안정하며, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광산 발생제는 하기의 화학식 (5)로 표시될 수 있다.
Figure pat00017
...... 화학식 (5)
상기 화학식 (5)에서 상기 R8은 설포네이트기 또는 아세테이트기이고 R9 및 R10은 독립적으로 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 나이트릴기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이다.
상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 긴 파장을 가지는 광에서 쉽게 산을 발생시킬 수 있다. 따라서 상기 기판 상에 생체 분자 또는 이의 유사체를 사용하여 올리고머 형성 시, 상기 생체 분자 또는 이의 유사체가 광에 의해 변형되거나 손상되는 현상을 방지할 수 있다. 또한 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 상기 광산 발생제로부터 발생된 산을 적절한 거리로 확산시킬 수 있어 원하는 위치에 올리고머를 형성할 수 있다. 또한 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물에 의해 형성된 막은 유기 용매에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 앞에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 막은 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물을 스핀 코팅 법으로 도포하여 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 그러나 상기 막의 형성 방법 및 막의 두께는 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 막을 형성한 후, 약 30℃ 내지 약 110℃의 온도에서 약 20초 내지 약 2분 동안 프리-베이킹 할 수 있다.
상기 막을 노광하여 상기 제1 분자로부터 산에 불안정한 보호기를 이탈시켜 상기 제1 분자를 제2 분자로 전환시킨다(S30).
상기 올리고머 어레이 제조용 조성물에 의해 형성된 상기 막은 상기 화학식 (5)로 표시되는 광산 발생제를 포함하고 있다. 상기 광산 발생제가 포함된 상기 막이 광에 노출되면, 상기 광산 발생제는 산, 즉 수소 이온(H+)을 생성한다. 상기 수소 이온이 상기 기판 상에 부착된 상기 제1 분자와 접촉하게 되고 상기 제1 분자의 상기 산에 불안정한 작용기가 상기 수소 이온에 의해 상기 제1 분자로부터 이탈된다. 그 결과, 상기 제1 분자는 다른 화합물과 반응할 수 있는 반응기를 가지는 상기 제2 분자로 전환될 수 있다. 따라서 상기 올리고머 어레이 조성물에 의해 형성된 상기 막이 제거되면, 상기 노광된 부분의 상기 기판 상에는 다른 화합물과 결합을 형성할 수 있는 반응기를 포함하는 상기 제2 분자가 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 막은 약 180nm 내지 약 500nm의 파장을 가지는 광을 사용하여 노광될 수 있다. 예를 들면, 상기 막은 약 365 nm의 파장을 가지는 I-line, 약 248nm의 파장을 가지는 KrF 레이저 또는 약 193nm의 파장을 가지는 ArF 레이저를 사용하여 노광될 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명의 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 상기 폴리머는 광에 대한 흡광도가 낮으나 상기 광산 발생제는 광에 대한 흡광도가 우수하여 긴 파장의 광에 의해 상기 광산 발생제로부터 용이하게 산이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 기판 상에 부착되는 물질들이 조사되는 광에 의해 손상되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 다른 화합물과 결합을 형성할 수 있는 상기 제2 분자의 반응기는 하이드록시기 또는 아민기일 수 있다. 예를 들면 상기 기판 상에 올리고머를 형성하기 위하여 사용되는 모노머가 포스포아미다이트, 뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드인 경우, 상기 제2 분자의 상기 반응기는 하이드록시기일 수 있다. 또는 상기 기판 상에 올리고머를 형성하기 위하여 사용되는 모노머가 아미노산 또는 PNA의 모노머인 경우, 상기 제2 분자의 상기 반응기는 아민기일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 노광 공정을 수행하기 전에 상기 기판 위에 마스크를 위치시킬 수 있다. 이 경우, 마스크에 의해 노출되는 상기 막 만이 노광되며, 따라서, 상기 기판의 노광된 부위에서만 상기 제1 분자가 상기 제2 분자로 전환될 수 있다.
상기 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용하여 형성된 상기 막을 제거한다(S40).
상기 막의 제거에 의해 상기 기판 상에 부착된 상기 제1 분자 또는 상기 제2 분자가 노출될 수 있다. 상기 기판의 비노광부에는 제1 분자가 위치하며 상기 기판의 노광부에는 제2 분자가 위치한다. 상기 기판의 비노광부에 위치하는 상기 제1 분자는 다른 화합물과 반응할 수 있는 반응기가 산에 불안정한 작용기에 의해 보호되어 있으며, 상기 기판의 노광부에 위치하는 상기 제2 분자는 상기 제1 분자에서 상기 산에 불안정한 작용기가 이탈되었기 때문에 다른 화합물과 반응할 수 있는 반응기가 노출되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물에 의해 형성된 상기 막은 비양자성 용매에 의해 제거될 수 있다. 본 발명에 따른 올리고머 어레이 제조용 조성물에 의해 형성된 상기 막은 비양자성 용매에 대해 용해성이 우수하다. 따라서 상기 막을 상기 비양자성 용매로 제거하면, 상기 기판 상에 잔류물 없이 효과적으로 상기 막이 제거될 수 있다. 예를 들면, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용하여 형성된 상기 막은 아세토나이트릴, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로 퓨란 또는 아세톤을 사용하여 제거될 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 제2 분자와 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제3 분자를 반응시킨다(S50).
상기 제2 분자는 다른 분자와 결합을 형성할 수 있는 반응기가 노출되어 있기 때문에 상기 제3 분자를 상기 기판 상에 제공하여 상기 제2 분자 상에 부착시킬 수 있다. 이에 의해 상기 기판 상에는 올리고머의 모노머가 부착될 수 있다. 한편, 상기 기판 상의 비노광부에는 상기 제1 분자가 위치할 수 있다. 상기 제1 분자에서 상기 제3 분자와 결합을 형성할 수 있는 반응기가 산에 불안정한 작용기에 의해 보호되어 있기 때문에 상기 제3 분자는 상기 제2 분자와만 선택적으로 반응할 수 있다. 따라서 상기 기판 상의 정해진 위치에 상기 제3 분자를 선택적으로 부착할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제3 분자는 생체 분자 또는 이의 유사체를 포함할 수 있다. 상기 제3 분자는 생체 분자이거나 또는 상기 생체 분자와 유사한 합성 분자일 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 분자는 포스포아미다이트(phosphoramidite), 뉴클레오타이드 (nucleotide), 리보뉴클레오타이드(ribonucleotide), 아미노산 (amino acid), 모노사카라이드 (monosaccharide), PNA (peptide nucleic acid)의 모노머, LNA (locked nucleic acid)의 모노머, GNA(glycol nucleic acid)의 모노머 또는 TNA (threose nucleic acid)의 모노머를 포함할 수 있다.
상기 제3 분자는 산에 불안정한 작용기를 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 산에 불안정한 작용기는 디메톡시트리틸(dimethoxytrityl, DMT), 트리페닐메틸트리틸(tirphenylmethyltrityl) 또는터트-부틸옥시카르보닐(tert-butyloxycarbonyl)일 수 있다.
상기 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용한 막의 형성(S20), 상기 막의 노광(S30), 상기 막의 제거(S40) 및 상기 제3 분자의 결합 (S50)을 반복하여 상기 기판 상에 원하는 길이 또는 모노머를 포함하는 올리고머를 부착시켜 올리고머 어레이를 제조할 수 있다.
상기 올리고머의 부착 위치는 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 올리고머는 상기 기판 전체에 부착될 수도 있다. 이 경우, 상기 기판 전체가 노광될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 올리고머는 상기 기판에 부분적으로 부착될 수 있다. 이 경우, 마스크를 이용하여 상기 올리고머가 형성될 위치만을 부분적으로 노광할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 원하는 분자 개수를 포함하는 올리고머의 형성 후에 상기 올리고머에 포함되어 있는 산에 불안정한 작용기를 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고머에 포함되는 분자의 개수 및 상기 올리고머의 종류는 용도에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 올리고머는 올리고뉴클레오타이드, 상기 올리고뉴클레오타이드의 유사체 또는 펩티드 등을 포함할 수 있다. 상기 올리고뉴클레오타이드의 유사체는 뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드와 유사한 구조를 가지며 인공적으로 합성된 모노머를 사용하여 형성된 올리고머를 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 올리고머 어레이는 마이크로 어레이 또는 바이오 칩 등에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고머 어레이가 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 경우, 상기 바이오 칩은 원하는 서열을 가지는 DNA 또는 RNA를 검출하기 위한 마이크로 어레이 또는 바이오 칩에 적용될 수 있다. 또는 상기 올리고머 어레이가 펩티드 또는 단백질을 포함하는 경우, 상기 올리고머 어레이는 항체 또는 항원을 검출하기 위한 마이크로 어레이 또는 바이오 칩 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 올리고머 어레이 제조 방법에 따르면, 상기 올리고머 어레이 제조 방법은 상기 산에 안정하며 상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 폴리머, 상기 광산 발생제 및 유기 용매를 포함하는 조성물을 사용하여 수행될 수 있다. 상기 조성물은 긴 파장을 가지는 광에 우수한 민감도를 가지기 때문에 상기 기판 상에 형성되는 올리고머의 손상 없이 상기 기판 상에 생체 분자 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머 어레이를 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머 어레이 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머 어레이 제조 방법
도 2 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 올리고뉴클레오타이드또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 모식도들이다. 도 2 내지 도 8은 올리고머 어레이가 올리고뉴클레오타이드또는 이의 유사체를 형성하는 경우를 예시적으로 설명하지만 본 발명의 특징 및 이점들은 올리고머 어레이가 펩티드(peptide), 올리고사카라이드, 올리고리보뉴클레이타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머 어레이를 상기 기판 상에 형성하는 경우에도 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 링커 분자를 부착한다.
기판(100)은 비양자성 용매 등에 용해되지 않으며, 폴리머 또는 산에 불안정한 작용기를 갖는 분자 층을 고정화하기에 적합한 표면을 갖는 기판이 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 실리콘, 표면 개질 유리, 폴리프로필렌 또는 활성화 아크릴 아미드 성분의 기판일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(100)은 평평한 표면을 갖는 평면일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 기판(100)은 평평한 표면을 갖는 곡면일 수 있다.
상기 링커 분자는 상기 링커 분자를 기판(100)의 표면에 부착시킬 수 있는 제1 작용기(도시되지 않음)를 포함하고, 상기 링커 분자를 또 다른 분자와 결합시킬 수 있는 제2 작용기(-◇-, 102)를 포함하는 화합물일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 링커 분자는 아미노 알킬 카르복실산, 하이드록시 알킬아미노옥시 실란 또는 아미노 알킬옥시 실란일 수 있다. 예를 들면, 상기 링커 분자는 오메가-아미노카프로익산 또는 아미노프로필트리에톡시 실란일 수 있다. 이 때, 상기 링커 분자의 제2 작용기(-◇-, 102)는 아민(-NH2)기일 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 링커 분자의 제2 작용기(-◇-, 102)에 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)를 부착시킨다. 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)는 광에 노출되었을 때, 결합이 쉽게 끊어지면서, 수소 원자로 용이하게 치환될 수 있는 작용기를 일컫는다.
상기 링커 분자의 제2 작용기(-◇-, 102)가 상기 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)를 포함하는 스페이서 분자와 반응하여 상기 링커 분자에 상기 스페이서 분자가 부착된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판(100) 상에 부착된 상기 링커 분자의 제2 작용기(-◇-, 102)가 아민(-NH2)기인 경우, 상기 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)를 포함하는 스페이서 분자의 하이드록시(-OH)기가 상기 링커 분자의 상기 아민(-NH2)기가 반응하여 상기 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)를 포함하는 스페이서 분자가 상기 링커 분자에 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)는 니트로페닐프로폭시카르보닐기, 메틸 니트로피페로닐옥시 카르보닐기, o-니트로페닐카르보닐기, p-페닐아조페닐카르보닐기, 페닐카르보닐기, p-클로로페닐카르보닐기, 9-플루오레닐메틸옥시카르보닐기 또는 트리클로로터트-부틸옥시카르보닐기를 들 수 있다. 예를 들어, 기판(100) 상에 올리고 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고머를 형성하는 경우, 상기 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)는 메틸 니트로피페로닐옥시 카르보닐(MeNPOC)기일 수 있다.
도 4를 참조하면, 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)를 이탈시켜 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체와 용이하게 반응할 수 있는 제1 반응기를 노출시킨다.
상기 제1 반응기의 형성에 있어, 기판(100)에 대하여 노광 공정을 수행한다. 상기 노광 공정을 수행하는 경우, 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)가 이탈되면서 기판(100) 상에 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체와 반응할 수 있는 제1 반응기가 노출된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광에 불안정한 작용기(-●-, 104)가 메틸 니트로피페로닐옥시 카르보닐(MeNPOC)기일 경우, 상기 노광 공정을 수행하면, 상기 메틸 니트로피페로닐옥시 카르보닐(MeNPOC)기가 이탈되면서 하이드록시(-OH)기가 노출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 포함하는 뉴클레오타이드(nucleotide) 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)를 기판(100) 상에 부착된 제1 반응기와 반응시켜 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 포함하는 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)를 기판(100) 상에 결합시킨다.
뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)는 천연 또는 합성 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)는 천연 또는 합성의 뉴클레오사이드(nucleoside), 천연 또는 합성의 뉴클레오타이드, 천연 또는 합성의 리보뉴클레이사이드(ribonucleoside), 천연 또는 합성의 리보뉴클레오타이드(ribonucleotide), 뉴클레오사이드 포스포아미다이트(nucleoside phosphoramidite), 리보뉴클레오사이드 포스포아미다이트(ribonucleoside phosphoramidite), PNA (peptide nucleic acid)의 모노머, LNA (locked nucleic acid)의 모노머, GNA(glycol nucleic acid)의 모노머 또는 TNA (threose nucleic acid)의 모노머를 포함할 수 있다. 예를 들면, 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)는 염기로 아데닌(adenine), 구아닌(guanine), 시토신(cytosine), 티민(thymine) 또는 우라실(uracile)을 포함하는 뉴클레오사이드 포스포아미다이트를 포함할 수 있다.
산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)는 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)는 디메톡시트리틸기, 트리페닐메틸트리틸기 또는 터트-부틸옥시카르보닐기를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)가 뉴클레오사이드 포스포아미다이트 또는 리보뉴클레오사이드 포스포아미다이트를 포함하는 경우, 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)는 디메톡시트리틸기 또는 트리페닐메틸트리틸기를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 포함하는 뉴클레오타이드(nucleotide) 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)가 부착된 기판(100) 상에 산에 대하여 안정하며 하기 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함하는 조성물을 도포하여 막(110)을 형성한다. 상기 조성물에 대해서는 앞에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
Figure pat00018
...... 화학식 (1)
Figure pat00019
......화학식 (2)
상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)에서 상기 R1은 산에 안정하며, 수소 원자(-H), 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2는 산에 안정하며, 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3는 산에 안정하며, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광산 발생제는 하기의 화학식 (5)로 표시될 수 있다.
Figure pat00020
...... 화학식 (5)
상기 화학식 (5)에서 상기 R8은 설포네이트기 또는 아세테이트기이고 R9 및 R10은 독립적으로 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 나이트릴기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이다.
상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 긴 파장을 가지는 광에서 쉽게 산을 발생시킬 수 있어, 상기 기판 상에 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 형성 시, 상기 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체가 광에 의해 변형되거나 손상되는 현상을 방지할 수 있다. 또한 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물에 의해 형성된 막은 유기 용매에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물은 앞에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
상기 조성물을 약 1,000 rpm 내지 약 4,000 rpm으로 스핀 코팅하여 막(110)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 조성물을 사용하여 막(110) 형성 후, 약 30℃ 내지 약 110℃의 온도에서 약 20초 내지 약 2분 동안 프리-베이킹 공정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 막(110)에 대하여 약 90℃ 내지 약 110℃의 온도에서 약 20초 내지 약 50초 동안 프리-베이킹 공정을 수행할 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(100)에 대하여 노광 공정을 수행하여 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)에 결합한 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 선택적으로 제거한다.
상기 노광 공정 수행 전, 막(110) 상에 마스크(도시되지 않음)를 위치시킨다. 상기 마스크는 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)가 형성되는 영역의 막(110)을 노출시킨다.
상기 마스크를 사용하여 기판(100)에 대하여 노광 공정을 수행한다. 상기 노광 공정에 의해 발생된 산이 기판(100) 상의 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)와 반응하여 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)에 추가적인 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체와 반응할 수 있는 제2 반응기가 형성될 수 있다. 상기 조성물에 포함된 광산 발생제는 긴 파장을 가지는 광에 대하여 높은 흡광도를 가지고 상기 폴리머는 광에 대하여 낮은 흡광도를 가진다. 따라서 긴 파장을 가지는 광을 사용하여도 막(110)의 노광부에서 산이 효과적으로 발생하여 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)로부터 용이하게 제거하여 제2 반응기를 노출시킬 수 있다. 또한 막(110)의 노광부에서는 산이 균일하게 확산되나 비노광부까지 산이 확산되지 않아 막(110)의 노광부에서 선택적으로 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)가 뉴클레오사이드 포스포아미다이트 또는 리보뉴클레오사이드 포스포아미다이트인 경우, 상기 제2 반응기는 하이드록시(-OH)기일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)가 PNA의 모노머인 경우, 상기 제2 반응기는 아민(-NH2)기일 수 있다.
상기 노광 공정은 약 180 nm 내지 약 500 nm의 파장을 가지는 광을 사용하여 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 노광 공정은 약 250 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 노광 공정은 약 365 nm의 파장을 가지는 I-line을 사용하여 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 조성물을 사용하여 형성된 막(110)은 긴 파장의 광에도 높은 민감도를 가지므로 산을 노광부에 효과적으로 발생시킬 수 있다. 따라서 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)를 손상 없이 기판(100) 상에 부착시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 노광 공정 수행 후, 막(110)에 대하여 약 20℃ 내지 약 110℃의 온도에서 약 5초 내지 약 2분 동안 포스트 베이킹 공정을 수행할 수 있다.
상기 조성물을 사용하여 형성된 막(110)을 제거한다. 막(110)의 제거에 의해 제2 반응기가 부착된 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(106)가 외부로 노출된다.
막(110)은 비양자성 용매에 의해 제거될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 막(110)은 아세토나이트릴, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로 퓨란 또는 아세톤을 사용하여 제거될 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 본원 발명의 조성물에 포함된 상기 폴리머는 상기 비양자성 용매에 대하여 높은 용해도를 가지기 때문에 잔류물 없이 막(110)을 효과적으로 제거할 수 있다. 예를 들면, 막(110)은 아세토나이트릴에 의하여 제거될 수 있다.
도 8을 참조하면, 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 포함하는 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)를 상기 제2 반응기에 결합시킨다.
기판(100) 상에 노광부는 상기 제2 반응기가 부착되어 있으나, 비노광부는 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)가 부착되어 있다. 따라서, 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 포함하는 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)를 기판(100) 상에 첨가하는 경우, 상기 제2 반응기가 노출된 노광부에 산에 불안정한 작용기(-◆-, 108)를 포함하는 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체(-ⓝ-, 106)가 선택적으로 결합을 형성할 수 있다.
이 후, 막 형성 공정, 노광 공정, 막의 제거 공정 및 상기 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체 부착 공정을 반복하여 원하는 개수의 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 기판(100) 상에 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 포함하는 상기 올리고머 어레이는 바이오 칩 등에 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 올리고머 어레이를 포함하는 상기 바이오 칩은 질병, 암 또는 세균의 검출 등에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물을 사용하여 기판(100) 상에 상기 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 형성하는 경우, 기판(100)의 노광부에 선택적으로 상기 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 형성할 수 있다. 또한 상기 조성물에 의해 형성된 막(110)은 긴 파장을 가지는 광에서도 효과적으로 산을 발생시켜 광에 의한 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체의 손상을 막을 수 있다. 또한, 상기 발생된 산을 적절한 거리로 균일하게 확산시킬 수 있어 기판(100) 상의 원하는 위치에 상기 올리고뉴클레오타이드 또는 이의 유사체를 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 올리고머 어레이 제조용 조성물 및 올리고머 어레이 제조 방법을 합성예, 제조예, 실시예 및 실험예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 합성예, 제조예, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 합성예, 제조예, 실시예 및 실험예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
폴리머 합성
합성예
약 1L 용량의 플라스크를 약 20분 동안 질소로 퍼지하였다. 상기 플라스크에 노르보넨(norbornene) 약 5.2g, 사이클로펜틸 메타크릴레이트 약 16.8g, γ-부티로락톤 아크릴레이트 (γ-butyrolactone acrylate) 약 17g, 디메틸아조비스 부티로나이트릴(dimethyl azobis butylronitrile, DMAB) 약 2.5g 및 1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 약 101g을 투입한 후, 질소 대기 하에서 교반하였다. 약 70℃의 온도에서 약 5시간 동안 반응시킨 후, 상기 반응액을 상온으로 냉각시켰다. 상기 반응액을 에탄올과 물을 약 9:1의 부피비로 포함하는 용액에 서서히 첨가하였다. 이 후, 용액을 다공성 필터를 사용하여 여과한 후, 여과액을 약 70℃의 온도에서 약 12시간 동안 감압 건조하여 하기의 화학식 (7)로 표시되고 중량 평균 분자량이 약 2,510이고 분자량 분포도가 약 3.69인 폴리머 약 22g을 수득하였다.
Figure pat00021
......화학식(7)
올리고머 어레이 제조용 조성물의 제조
실시예 1
합성예의 상기 화학식 (7)로 표시되는 폴리머 약 5 중량％, 하기 화학식 (8)로 표시되는 광산 발생제 (CGI 1380, Ciba 사) 약 3 중량％ 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 약 92 중량％를 혼합하여 올리고머 어레이 제조용 조성물을 제조하였다.
Figure pat00022
......화학식(8)
제조예
약 8 인치 크기의 실리콘 기판 상에 약 1,000Å 두께의 실리콘 산화막을 열 산화 공정을 통해 형성하였다. 황산(H2SO4) 약 70 중량％와 과산화수소(H2O2) 약 30 중량％로 이루어진 피라나 용액(piranha solution)을 사용하여 상기 실리콘 산화막이 형성된 상기 기판을 세정하였다. γ-아미노프로필트리에톡시 실란(γ-aminopropyltriethoxysilane) 약 2㎖, 에탄올 약 180㎖및 아세트산 약 12㎕를 포함하는 용액을 상기 기판에 약 3,000rpm으로 스핀 코팅하였다. 상기 기판을 에탄올로 세척하고 건조시킨 후, 진공 하에서 약 60℃에서 약 1시간 동안 건조시켜 상기 실리콘 기판 상에 아민기를 고정시켰다.
상기 아민기가 고정된 기판을 DNA 합성기 (DNA synthesizer, AMESS 사)에 장착하였다. 하기 화학식 (9)로 표시되는 알파-메틸-2-니트로피페로닐옥시카르보닐-테트라에틸렌글리콜산(MeNPOC-TEG-Acid) 약 70mg 및 HATU (o-(7-azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluroniu) 약 70mg을 테트라에틸아민 (tetraethylamine, TEA) 약 49㎕ 및 아세토나이트릴 약 14㎖에 용해시켜 제조된 용액을 상기 DNA 합성기에 주입한다. 약 30분간 정치시킨 후, 상기 기판을 아세토나이트릴 약 60㎖로 세척하여 상기 아민에 광에 불안정한 작용기인 알파-메틸-2-니트로피페로닐옥시카르보닐기를 포함하는 화합물 (9)로 표시되는 스페이서 분자를 결합시켰다.
Figure pat00023
......화학식 (9)
상기 광에 불안정한 작용기를 포함하는 아민기가 부착된 기판을 스텝퍼(PAS5500 I-line stepper, ASLM 사)에 로딩한 후, I-line을 사용하여 약 10J/cm2로 노광한 후, 상기 광에 불안정한 작용기인 알파-메틸-2-니트로피페로닐옥시카르보닐기를 이탈시켜 하이드록시기를 노출시켰다. 이후, 아세토나이트릴을 사용하여 상기 기판을 세척하였다. 상기 기판을 DNA 합성기에 로딩한 후, N6-벤조일-5′-O-(4,4'-디메톡시트리틸)-2′-디옥시아데노신-3′-O-[O-(2-시아노에틸)-N,N'-디이소프소필포스포아미다이트](N6-Benzoyl-5′-O-(4,4′-dimethoxytrityl)-2′-deoxyadenosine-3′-O-[O-(2-cyanoethyl)-N,N′-diisopropylphosphoramidite}, DMT-dA (bz) amidite, proligo 사 제조)의 모노머를 0.1M로 용해시킨 아세토 나이트릴 용액 2㎖ 및 0.1M의 테트라졸/아세토나이트릴 용액(Activator 42, proligo 사 제조) 약 2㎖를 상기 기판에 첨가하여 약 30분간 교반하여 DMT-dA(bz) amidite를 상기 기판 상에 노출된 하이드록시 기와 결합시키고 미반응의 하이드록시기는 CAP A 및 CAP B (proligo 사 제조)를 사용하여 캡핑하였다. 이 후, 피리딘, 요오드 및 탈이온수를 포함하는 Oxidizer (proligo 사 제조)를 사용하여 산화 공정을 수행함으로써 상기 기판 상에 DMT-dA(bz) amidite를 부착하였다.
실시예 2
제조예의 DMT-dA amdite가 부착된 상기 기판 상에 실시예 1의 조성물 약 4㎖을 약 3,000rpm의 속도로 스핀 코팅하여 막을 형성하고 상기 막을 약 100℃의 온도에서 약 30초간 프리 베이킹 하였다. 이 후, 상기 막 위에 마스크를 위치시키고 I-line을 사용하여 약 100mJ/cm2 로 상기 막을 노광하였다. 이 후, 상기 노광된 막을 약 100℃의 온도에서 약 30초 간 포스트 베이킹하였다. 아세토나이트릴을 사용하여 상기 막을 제거함으로써, 상기 노광된 기판 상에 부착된 DMT-dA amdite로부터 산에 불안정한 작용기인 디메틸트리틸기를 이탈시키고 하이드록시기를 노출시켰다.
실시예 3
I-line을 사용하여 약 300mJ/cm2로 상기 막을 노광한 점을 제외하고 실시예 2와 실질적으로 동일한 공정을 수행하여 모노머가 부착된 기판을 제조하였다.
실시예 4
I-line을 사용하여 약 500mJ/cm2로 상기 막을 노광한 점을 제외하고 실시예 2와 실질적으로 동일한 공정을 수행하여 모노머가 부착된 기판을 제조하였다.
실시예 5
실시예 3과 실질적으로 동일한 방법을 사용하여 모노머가 부착된 기판을 준비하였다. 상기 기판을 다시 DNA 합성기에 로딩하였다. DMT-dA (bz)amidite (proligo 사 제조)를 0.1M로 용해시킨 아세토 나이트릴 용액 약 2㎖ 및 0.1M의 테트라졸/아세토 나이트릴 용액(Activator 42, proligo 사 제조) 약 2㎖를 DNA 합성기에 첨가하여 약 30분간 교반하여 DMT-dA (bz)amidite를 상기 기판 상에 노출된 하이드록시기와 결합시키고 미반응의 하이드록시기는 CAP A 및 CAP B (proligo 사 제조)를 사용하여 캡핑하였다. 이 후, 피리딘, 요오드 및 탈이온수를 포함하는 Oxidizer (proligo 사 제조)를 사용하여 산화 공정을 수행함으로써 상기 기판 상의 노광된 부분에 노출된 하이드록시기에 DMT-dA amidite를 부착하였다. 이 후 상기 실시예 1의 조성물을 이용한 막의 형성, 프리 베이킹, 노광, 포스트 베이킹, 상기 막 제거 공정 및 포스포아미다이트(phosphoramidite) 부착 공정을 14번 반복하여 노광된 위치에 15개의 포스포아미다이트를 포함하는 올리고머가 부착된 기판을 제조하였다. 이 후, 실시예 1의 조성물을 이용한 막의 형성, 프리 베이킹, 노광, 포스트 베이킹 및 상기 막 제거 공정을 1번 더 수행하여 최상층의 포스포아미다이트로부터 디메틸트리틸기를 이탈시키고 하이드록시기를 노출시켜 상기 마스크에 의해 노출된 기판 상에 올리고머 어레이를 형성하였다.
비교예 1
하기 화학식 (10)으로 표시되는 폴리머 약 1.5 중량％, 상기 화학식 (8)로 표시되는 광산 발생제 약 5 중량％ 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 약 93.5 중량％를 혼합하여 조성물을 제조하였다.
Figure pat00024
......화학식 (10)
비교예 2
실시예 1의 조성물 대신 비교예 1의 조성물을 사용하여 막을 형성한 점을 제외하고 상기 실시예 2와 실질적으로 동일한 방법을 사용하여 모노머가 부착된 기판을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1의 조성물 대신 비교예 1의 조성물을 사용하여 막을 형성한 점을 제외하고 상기 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법을 사용하여 모노머가 부착된 기판을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1의 조성물 대신 비교예 1의 조성물을 사용하여 막을 형성한 점을 제외하고 상기 실시예 4와 실질적으로 동일한 방법을 사용하여 모노머가 부착된 기판을 제조하였다.
올리고머 어레이 제조용 조성물의 성능 평가
실험예 1
1mM 플루오레슨 포스포아미다이트(fluorescein phosphoramidite, proligo 사)를 사용하여 실시예 2 내지 4 및 비교예 2 내지 4에서 제조된 기판 상에 노출된 하이드록시기를 형광 표지하였다. 이 후, 상기 기판을 에탄올로 세척한 후, 질소를 이용하여 건조시킨 후, 형광분석기로 형광을 관찰하여 그 결과를 도 9에 도시하였다. 도 9에서 강도는 형광 강도를 나타내며, 비율은 비노광부의 형광 강도에 대한 노광부의 형광 강도의 비를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 비교예 2 내지 4의 경우, 노광부의 형광 강도는 실시예 2 내지 4와 유사하였으나, 비노광부의 형광 강도도 높게 나왔다. 그 결과, 비노광부의 형광 강도에 대한 노광부의 형광 강도의 비가 거의 1의 값을 가졌다. 즉, 비교예 2 내지 4에 있어서, 노광부뿐만 아니라 비노광부에서도 디메틸트리틸기가 이탈되고 하이드록시기가 노출된 것으로 확인되었다. 이로부터 비교예 1의 조성물의 경우, 상기 노광부에서 발생된 산이 비노광부까지 확산된 것을 알 수 있었다.
실시예 2 내지 4의 경우, 상기 비율이 모두 2 이상으로 노광부의 형광 강도가 비노광부의 형광 강도에 비하여 2 배 이상 높은 것을 알 수 있었다. 즉, 상기 실시예 2 내지 4는 상기 노광부에서 선택적으로 디메틸트리틸기가 이탈되고 하이드록시기가 노출된 것으로 확인되었다. 이로부터 상기 노광부에서 발생된 산이 비노광부에까지 확산되지 않으며, 그 결과, 실시예 1의 조성물을 사용하여 모노머를 기판 상에 부착하는 경우, 원하는 위치에 효과적으로 상기 모노머를 부착시킬 수 있음을 알 수 있다.
실험예 2
올리고머를 포함하는 실시예 5의 기판을 사용한 점을 제외하고 실험예 1과 실질적으로 동일한 물질 및 동일한 방법을 사용하여 기판을 처리한 후, 형광 분석기로 형광을 관찰하여 그 결과를 도 10에 도시하였다. 도 10에서 강도는 형광 강도를 나타내며, 비율은 비노광부의 형광 강도에 대한 노광부의 형광 강도의 비를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 상기 기판 상에 다수의 모노머를 포함하는 올리고머가 형성된 경우에도 비노광부의 형광 강도에 대한 노광부의 형광 강도가 약 7이상으로 나타났다. 즉, 올리고머의 최상부의 모노머로부터 선택적으로 디메틸트리틸기가 이탈되고 하이드록시기가 노출된 것으로 확인되었다. 이로부터 상기 노광부에서 발생된 산이 비노광부에까지 확산되지 않으며, 그 결과, 실시예 1의 조성물을 사용하여 올리고머를 기판 상에 부착하는 경우, 원하는 위치에 효과적으로 상기 올리고머를 부착시킬 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 올리고머 어레이 제조용 조성물은 높은 흡광도를 가지는 광산 발생제 및 낮은 흡광도를 가지는 폴리머를 포함한다. 따라서, 상기 올리고머 어레이 제조용 조성물을 사용하여 올리고머 어레이 형성 시, 광에 의한 올리고머의 손상을 방지할 수 있다. 또한 상기 광산 발생제로부터 발생된 산이 적절하게 확산되어 노광부에 선택적으로 올리고머를 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판 102: 제2 작용기
104: 광에 불안정한 작용기
106: 뉴클레오타이드 또는 이의 유사체
108: 산에 불안정한 작용기
110: 막

Claims (10)

  1. 산에 대하여 안정하며 하기 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머;
    광산 발생제; 및
    유기 용매를 포함하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
    Figure pat00025
    ...... 화학식 (1)
    Figure pat00026
    ......화학식 (2)
    (상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)에서 상기 R1은 산에 안정하며, 수소 원자(-H), 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2는 산에 안정하며, 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3는 산에 안정하며, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머는 하기 화학식 (3)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
    Figure pat00027
    ......화학식(3)
    (상기 화학식 (3)에서 상기 R1은 산에 안정하며 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2 및 R4는 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3 및 R5는 산에 안정하며 독립적으로 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이고, p는 0.1 내지 0.3의 범위이고 q 및 r은 독립적으로 0.2 내지 0.5의 범위이며 p + q + r = 1을 만족하고, n은 10 내지 400의 정수이다.)
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리머는 하기 화학식 (4)로 표시되는 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
    Figure pat00028
    ......화학식(4)
    (상기 화학식 (4)에서 상기 R1은 산에 안정하며 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2 및 R4는 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R6 및 R7은 산에 안정하며, 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 10인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 10인 알콕시 알킬기이고, p는 0.1 내지 0.3의 범위이고 q 및 r은 독립적으로 0.2 내지 0.5의 범위이며 p + q + r = 1을 만족하고, n은 10 내지 400의 정수이다.)
  4. 제1항에 있어서, 상기 광산 발생제는 하기 화학식 (5)로 표시되는 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
    Figure pat00029
    ...... 화학식 (5)
    (상기 화학식 (5)에서 상기 R8은 설포네이트기 또는 아세테이트기이고 R9 및 R10은 독립적으로 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 나이트릴기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이다.)
  5. 제1항에 있어서, 상기 광산 발생제는 하기 화학식 (6)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
    Figure pat00030
    ......화학식 (6)
    (상기 화학식 (6)에서 상기 R9는 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 니트로기, 탄소수가 4 내지 20인 아릴기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고 상기 R11은 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수소가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 카르보닐기, 탄소수가 2 내지 20인 에테르기, 탄소수가 3 내지 20인 에스테르기 또는 탄소수가 4 내지 20인 아릴기이다.)
  6. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 상기 폴리머 1 중량 ％ 내지 20 중량％, 상기 광산 발생제 1 중량％ 내지 20 중량％ 및 상기 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 폴리머는 중량 평균 분자량이 1,000 내지 50,000인 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리머는 분자량 분포도가 1.2 내지 5.0인 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 폴리머의 유리 전이 온도는 50℃ 내지 180℃인 것을 특징으로 하는 올리고머 어레이 제조용 조성물.
  10. 산에 불안정한 작용기를 포함하는 제1 분자를 기판 상에 부착시키는 단계;
    상기 기판 상에 산에 대하여 안정하며 하기의 화학식 (1) 및 화학식 (2)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 폴리머, 광산 발생제 및 유기 용매를 포함하는 올리고머 어레이 제조용 조성물을 도포하여 막을 형성하는 단계;
    상기 막을 노광하여 상기 제1 분자로부터 산에 불안정한 보호기를 이탈시켜 제2 분자로 전환시키는 단계; 및
    상기 막을 제거하는 단계를 포함하는 올리고머 어레이 제조 방법.
    Figure pat00031
    ...... 화학식 (1)
    Figure pat00032
    ......화학식 (2)
    (상기 화학식 (1) 및 화학식 (2)에서 상기 R1은 산에 안정하며, 수소 원자(-H), 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기, 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기 또는 탄소수가 5 내지 20인 알콕시 사이클로 알킬기이고, 상기 R2는 산에 안정하며, 수소 원자, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기 또는 탄소수가 2 내지 20인 알콕시 알킬기이고, 상기 R3는 산에 안정하며, 탄소수가 3 내지 20인 사이클로 알킬기 또는 탄소수가 3 내지 20인 락톤기이다.)
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