KR20150071347A - 생체 분자 패턴의 제조방법 - Google Patents

생체 분자 패턴의 제조방법 Download PDF

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KR20150071347A
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남윤기
장민지
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 용액을 준비하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 준비된 아가로즈 하이드로 겔 용액에 고분자 도장을 침지시켜 고분자 도장 표면에 아가로즈 하이드로 겔 층을 형성하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 아가로즈 하이드로 겔 층이 형성된 고분자 도장을 기판에 접촉시킨 후, 상기 기판을 냉각시키는 단계(단계 3);를 포함하는 생체 분자 패턴의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법은 생체 분자 및 아가로즈 하이드로 겔을 고분자 도장 표면에 코팅하여 미세 인쇄 접촉을 통해 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로, 기존의 양쪽성 분자를 사용한 표면 개질 기술보다 분자 전달력이 우수하며, 표면 패턴의 균일도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 제작된 생체 분자 패턴이 세포의 성장에 영향을 미치며, 이에 따라 패턴의 생체 활성(Bioactivity)이 유지되어 바이오 칩 등의 응용분야에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

생체 분자 패턴의 제조방법{The method for preparation of biomolecules micropatterning}
본 발명은 생체 분자 패턴의 제조방법에 관한 것이다.
표면에 화학적 분자들을 패턴화하는 기술은 반도체 공정(Microfabrication)부터 바이오칩(Biochip) 분야에 이르기까지 널리 응용되고 있다. 이때, 여러 가지 표면 패턴화 기술 중에서도 미세 접촉 인쇄(Micro-contact printing) 방법이 가장 많이 이용되고 있다.
미세 접촉 인쇄는 유리, 고분자, 그리고 금속 재료 위에 패턴에 단백질이나 펩티드를 고정화하기 위하여 개발되어왔다. 상기 미세 접촉 인쇄는 바이오 물질의 미세 패턴을 만들기 위해서 간단하게 진행할 수 있으며, 다양한 목적으로 사용할 수 있는 방법이다.
예를 들어, 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 만들어진 고분자 도장(Stamp)을 사용하여 여러 종류의 단백질들을 포함하는 목적 용액에 침지시켜 상기 고분자 도장 표면을 코팅한 후, 기판 표면에 도장 찍듯 잉크를 묻혀낼 수 있다.
상기와 같은 미세 접촉 인쇄 기술은 기판이나 패턴화할 물질에 대하여 큰 제약이 없으며 고분자 중합체인 폴리디메틸실록세인으로 제조된 도장을 이용하여 수백 나노미터 크기의 패턴까지 원하는 대로 만들어 낼 수 있다는 장점이 있다
특히, 최근 미세 접촉 인쇄 기술을 이용하여 생체 친화성 고분자, 단백질 등의 생체 분자를 표면에 패턴화하고, 세포 배양 기판이나 마이크로어레이 등으로 이용하는 시도들이 많이 이루어지고 있다
그러나, 미세 접촉 인쇄 과정 중, 폴리디메틸실록세인 도장의 표면은 소수성이기 때문에 친수성인 생체 분자를 도장 표면에 도포하기 어려운 문제가 있다. 이와 같이 소수성인 폴리디메틸실록세인 도장의 표면에 친수성인 생체 분자를 도포하기 어렵게 때문에 패턴으로 찍히는 분자의 수가 매우 적으며, 찍힌 패턴의 균일도(Uniformity)가 떨어지는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 폴리디메틸실록세인 고분자로 이루어진 도장 표면에 양쪽성 분자(예를 들어, 소듐 도데실 설페이트(SDS))를 코팅하여 친수성 분자가 잘 도포될 수 있도록 하는 방법이 보고되어 있다. 그러나, 상기 방법으로 미세 접촉 인쇄를 수행할 경우에는 인쇄되는 패턴의 균일도가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 고분자 도장의 재질을 친수성인 아가로즈 하이드로 겔 등으로 제조하여 친수성 분자가 표면에 잘 도포되도록 응용한 사례들이 보고되었다. 그러나, 상기와 같이 친수성 재질인 아가로즈 하이드로 겔 등으로 도장을 제조하는 경우에는 도장의 강도(Stiffness)가 매우 낮아 다루기 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은 미세 접촉 인쇄 방법을 통해 생체 분자의 패턴을 형성하는 방법에 대하여 연구하던 중, 고분자 도장 표면에 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔을 코팅하고, 상기 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔이 코팅된 고분자 도장을 기판에 접촉시켜 균일한 생체 분자 패턴을 형성하는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 생체 분자 패턴의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 용액을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 아가로즈 하이드로 겔 용액에 고분자 도장을 침지시켜 고분자 도장 표면에 아가로즈 하이드로 겔 층을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 아가로즈 하이드로 겔 층이 형성된 고분자 도장을 기판에 접촉시킨 후, 상기 기판을 냉각시키는 단계(단계 3);를 포함하는 생체 분자 패턴의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법은 생체 분자 및 아가로즈 하이드로 겔을 고분자 도장 표면에 코팅하여 미세 인쇄 접촉을 통해 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로, 기존의 양쪽성 분자를 사용한 표면 개질 기술보다 분자 전달력이 우수하며, 표면 패턴의 균일도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 제작된 생체 분자 패턴이 세포의 성장에 영향을 미치며, 이에 따라 패턴의 생체 활성(Bioactivity)이 유지되어 바이오 칩 등의 응용분야에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 생체 분자 패턴을 형광 현미경(Fluorescence microscope)으로 관찰한 사진이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 4 및 실시예 12에서 제조된 생체 분자 패턴을 형광 현미경(Fluorescence microscope)으로 관찰한 사진이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 15 및 비교예 1에서 제조된 생체 분자 패턴을 형광 현미경(Fluorescence microscope)으로 관찰한 사진이고;
도 4는 본 발명에 따른 실시예 15 및 비교예 1에서 제조된 생체 분자 패턴의 형광 세기 분포를 나타낸 그래프이고;
도 5는 본 발명에 따른 실시예 15 및 비교예 1에서 제조된 생체 분자 패턴의 형광 세기 평균 값 및 표준 편차를 나타낸 그래프이고;
도 6은 본 발명에 따른 실시예 7에서 제조된 생체 분자 패턴에 신경 세포를 배양하여 2 일 및 6 일 경과 후에 형광 현미경(Fluorescence microscope)으로 관찰한 사진이다.
본 발명은
생체 분자을 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 용액을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 아가로즈 하이드로 겔 용액에 고분자 도장을 침지시켜 고분자 도장 표면에 아가로즈 하이드로 겔 층을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 아가로즈 하이드로 겔 층이 형성된 고분자 도장을 기판에 접촉시킨 후, 상기 기판을 냉각시키는 단계(단계 3);를 포함하는 생체 분자 패턴의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법에 있어서, 단계 1은 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 용액을 준비하는 단계이다.
종래에는 소수성을 띄는 고분자로 이루어진 도장 표면에 양쪽성 분자(예를 들어, 소듐 도데실 설페이트(SDS))를 코팅하여 친수성 분자가 잘 도포될 수 있도록 하는 방법을 사용하였다. 그러나, 상기 방법으로 미세 접촉 인쇄를 수행할 경우에는 인쇄되는 패턴의 균일도가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 고분자 도장의 재질을 친수성인 아가로즈 하이드로 겔 등으로 제조하여 친수성 분자가 표면에 잘 도포되도록 응용한 사례들이 보고되었다. 그러나, 상기와 같이 친수성 재질인 아가로즈 하이드로 겔 등으로 도장을 제조하는 경우에는 도장의 강도(Stiffness)가 매우 낮아 다루기 어려운 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 고분자 도장 표면에 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔을 코팅한다.
이에, 상기 단계 1에서는 고분자 도장의 코팅 용액으로 사용될 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 용액을 준비한다.
구체적으로, 상기 단계 1의 생체 분자는 이에 제한되는 것은 아니지만, 생체 분자는 생체 친화성 고분자, 단백질(Protein), 항체(Antibody), 핵산(Nucleic acid) 및 세포를 사용할 수 있다. 일례로써, 폴리리신(Polylysine)과 같은 생체 친화성 고분자, 라미닌(Laminin) 및 파이브로넥틴(Fibronectin)과 같은 단백질을 사용할 수 있다.
세포가 기판에 달라붙어 성장할 수 있기 위해서는 생체 단백질이나 생체 친화성 고분자 등과 같은 생체 분자가 코팅되어야 하며, 폴리리신, 라미닌 및 파이브로넥틴 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 생체 분자의 농도는 전체 아가로즈 하이드로 겔 용액에 대하여 0.01 내지 1.0 mg/mL인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 1의 생체 분자의 농도가 전체 아가로즈 하이드로 겔 용액에 대하여 0.01 mg/mL 미만일 경우에는 고분자 도장의 함침 시, 충분한 생체 분자가 코팅되지 않아 기판에 미세 접촉 인쇄를 수행하여 생체 분자 패턴을 형성시키기 어려운 문제가 있으며, 1.0 mg/mL를 초과하는 경우에는 과도한 농도로 인하여 형성되는 생체 분자 패턴이 균일하지 못한 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 아가로즈 하이드로 겔 용액에 고분자 도장을 침지시켜 고분자 도장 표면에 아가로즈 하이드로 겔 층을 형성하는 단계이다.
상기 단계 2에서는 상기 단계 1에서 준비된 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 용액에 고분자 도장을 침지시켜, 고분자 도장 표면에 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 층을 형성시킨다.
구체적으로, 상기 단계 2의 고분자 도장은 일반적으로 사용되는 고분자 도장이면 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 일례로써 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane, PDMS) 도장을 사용할 수 있다.
이때, 상기 단계 2의 침지는 상기 고분자 도장을 담근 뒤, 일정한 속도로 꺼내는 방식으로 수행할 수 있다. 상기 고분자 도장을 꺼내는 속도는 1 내지 100 cm/h의 속도일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 적절한 속도로 침지 과정을 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 아가로즈 하이드로 겔 층이 형성된 고분자 도장을 기판에 접촉시킨 후, 상기 기판을 냉각시키는 단계이다.
상기 단계 3에서는 상기 단계 2에서 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 층이 형성된 고분자 도장을 사용하여 기판에 접촉시켜 생체 분자 패턴을 형성한다. 이때, 상기 고분자 도장을 기판에 접촉시킨 후, 냉각을 시킴으로써 기판에 생체 분자를 흡착시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 기판에 생체 분자의 패턴을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 3의 기판은 생체 분자 패턴을 형성하여 세포를 배양할 수 있는 모든 종류의 기판을 사용할 수 있으며, 일례로써 유리, 플라스틱, 금속, 실리콘, Su-8 및 질소 실리콘 등의 기판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 유리, Su-8 및 질소 실리콘일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 유리 기판을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 3에서 고분자 도장이 접촉된 기판을 냉각시킴으로써 아가로즈 하이드로 겔 층에 포함되어 있는 생체 분자가 기판에 흡착된다. 이때, 일례로써 얼음팩을 사용하여 냉각 과정을 수행할 수 있다. 상기 기판을 얼음팩 상부에 위치시킨 후, 고분자 도장을 기판에 접촉시켜 생체 분자 패턴을 형성할 수 있다.
이때, 상기 단계 3에서 고분자 도장을 기판에 접촉시키는 시간은 1 내지 60 분일 수 있다.
또한, 본 발명은
상기 생체 분자 패턴 제조방법으로 생체 분자 패턴이 형성된 기판 상부에 세포를 배양하는 단계를 포함하는 세포의 배양방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 생체 분자 패턴을 포함하는 기판은 균일한 생체 분자 패턴이 형성되어 있으며, 세포가 뭉치지 않고 균일하도록 배양할 수 있어 세포를 장기간 안정적으로 배양할 수 있고, 다양한 세포의 배양방법에 유용하게 이용될 수 있다.
상기 세포는 이에 제한되는 것은 아니지만, 미생물, 동식물 세포 및 기관 또는 신경세포를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 신경세포를 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명은
상기 세포의 배양방법으로 세포가 배양된 기판을 포함하는 세포 칩을 제공한다.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 세포 기판을 포함하는 세포 칩은 균일한 생체 분자 패턴이 형성되어 있으며, 세포 기판을 세포를 장기간 안정적으로 배양할 수 있는 본 발명에 따른 세포 기판을 포함함으로써, 우수한 성능을 가진다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 생체 분자 패턴의 제조 1
단계 1: 녹색의 형광 마커가 달려있는 폴리리신(Polylysine labeled with fluorescein isothiocyanate, PLL-FITC)과 아가로즈 하이드로 겔을 혼합하여 0.1 mg/ml의 농도를 가지는 아가로즈 하이드로 겔 용액을 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 아가로즈 하이드로 겔 용액에 140 ㎛의 간격으로 100 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 침지시킨 후, 10 cm/h의 일정한 속도로 꺼내어 상기 폴리디메틸실록세인 도장 표면에 아가로즈 하이드로 겔 층을 형성하였다.
단계 3: 유리 기판을 얼음팩 상부에 위치시킨 후, 상기 단계 2에서 아가로즈 하이드로 겔 층이 형성된 폴리디메틸실록세인 도장을 상기 유리 기판에 접촉시켜 하이드로 겔 층에 포함되어 있는 생체 분자인 폴리리신을 유리 기판에 흡착시켜 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 2> 생체 분자 패턴의 제조 2
상기 실시예 1의 단계 2에서 200 ㎛의 간격으로 50 ㎛ 직경의 원과 5 ㎛의 폭을 가지는 선으로 이루어진 격자 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 3> 생체 분자 패턴의 제조 3
상기 실시예 1의 단계 2에서 3 ㎛의 간격으로 3 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 4> 생체 분자 패턴의 제조 4
상기 실시예 1의 단계 2에서 5 ㎛의 간격으로 3 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 5> 생체 분자 패턴의 제조 5
상기 실시예 1의 단계 2에서 10 ㎛의 간격으로 3 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 6> 생체 분자 패턴의 제조 6
상기 실시예 1의 단계 2에서 20 ㎛의 간격으로 3 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 7> 생체 분자 패턴의 제조 7
상기 실시예 1의 단계 2에서 3 ㎛의 간격으로 5 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 8> 생체 분자 패턴의 제조 8
상기 실시예 1의 단계 2에서 5 ㎛의 간격으로 5 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 9> 생체 분자 패턴의 제조 9
상기 실시예 1의 단계 2에서 10 ㎛의 간격으로 5 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 10> 생체 분자 패턴의 제조 10
상기 실시예 1의 단계 2에서 20 ㎛의 간격으로 5 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 11> 생체 분자 패턴의 제조 11
상기 실시예 1의 단계 2에서 3 ㎛의 간격으로 10 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 12> 생체 분자 패턴의 제조 12
상기 실시예 1의 단계 2에서 5 ㎛의 간격으로 10 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 13> 생체 분자 패턴의 제조 13
상기 실시예 1의 단계 2에서 10 ㎛의 간격으로 10 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 14> 생체 분자 패턴의 제조 14
상기 실시예 1의 단계 2에서 20 ㎛의 간격으로 10 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실시예 15> 생체 분자 패턴의 제조 15
상기 실시예 1의 단계 2에서 특정 디자인이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<비교예 1>
단계 1: 녹색의 형광 마커가 달려있는 폴리리신(Polylysine labeled with fluorescein isothiocyanate, PLL-FITC) 용액을 준비하였다. 이때, 상기 용액의 농도는 0.1 mg/ml이다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 폴리리신 용액에 소듐 도데실 설페이트(SDS)로 표면 개질된 특정 디자인이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 침지시킨 후, 10 cm/h의 일정한 속도로 꺼내어 상기 폴리디메틸실록세인 도장 표면에 폴리리신 층을 형성하였다.
단계 3: 상기 단계 2에서 폴리리신 층이 형성된 폴리디메틸실록세인 도장을 유리 기판에 접촉시켜 생체 분자인 폴리리신을 유리 기판에 흡착시켜 생체 분자 패턴을 제조하였다.
<실험예 1> 형광 현미경 관찰
본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법으로 제조된 생체 분자 패턴의 표면 형상을 관찰하기 위하여, 상기 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4 및 실시예 12에서 제조된 생체 분자 패턴의 표면을 형광 현미경(Fluorescence microscope)으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 140 ㎛의 간격으로 100 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane) 도장을 사용하여 생체 분자 패턴을 형성한 실시예 1의 경우와 200 ㎛의 간격으로 50 ㎛ 직경의 원 및 5 ㎛의 폭을 가지는 선으로 이루어진 격자 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인 도장을 사용하여 생체 분자 패턴을 형성한 실시예 2의 경우를 살펴보면, 매우 뚜렷하고 균일한 생체 분자 패턴이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 3 ㎛의 간격으로 10 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인 도장을 사용하여 생체 분자 패턴을 형성한 실시예 12의 경우에도 매우 균일한 생체 분자 패턴을 확인할 수 있었으며, 3 ㎛의 간격으로 3 ㎛ 직경의 원 패턴이 형성되어 있는 폴리디메틸실록세인 도장을 사용하여 생체 분자 패턴을 형성한 실시예 4의 경우에도 균일한 생체 분자 패턴을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법은 3 ㎛의 간격으로 3 ㎛ 직경의 원 패턴의 제조에도 균일하고 뚜렷한 형상의 패턴을 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 2> 형광 현미경 관찰 및 정량 분석
본 발명에 따라 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔을 사용하여 고분자 도장 표면을 코팅하여 생체 분자 패턴을 제조하는 방법과 종래의 양쪽성 분자(일례로써, 소듐 도데실 설페이트(SDS))를 사용하여 고분자 도장 표면을 개질하고 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로 형성된 생체 분자 패턴을 비교하기 위하여, 상기 실시예 15 및 비교예 1에서 제조된 생체 분자 패턴을 형광 현미경(Fluorescence microscope)을 사용하여 관찰하고, 형광 세기를 분석하였으며, 그 결과를 도 3 내지 5에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔을 사용하여 고분자 도장 표면을 코팅하여 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로 제조된 생체 분자 패턴인 실시예 15의 경우에는 매우 뚜렷하고 균일한 생체 분자 패턴이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 반면, 종래의 양쪽성 분자인 소듐 도데실 설페이트(SDS)를 사용하여 고분자 도장 표면을 개질하고 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로 생체 분자 패턴을 제조한 비교예 1의 생체 분자 패턴의 경우에는 매우 불균일하게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔을 사용하여 고분자 도장 표면을 코팅하여 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로 제조된 생체 분자 패턴인 실시예 15의 경우에는 같은 방법으로 제조된 여러 개의 샘플에서 형광 세기의 분포가 일정한 것을 확인할 수 있었다. 반면, 종래의 양쪽성 분자인 소듐 도데실 설페이트(SDS)를 사용하여 고분자 도장 표면을 개질하고 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로 생체 분자 패턴을 제조한 비교예 1의 생체 분자 패턴의 경우에는 각 샘플마다 형광 세기의 분포 차이가 큰 것을 확인할 수 있다.
나아가, 도 5에 나타낸 바와 같이, 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔을 사용하여 고분자 도장 표면을 코팅하여 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로 제조된 생체 분자 패턴인 실시예 15의 경우에는 형광 세기의 평균 값과 표준 편차가 종래의 양쪽성 분자인 소듐 도데실 설페이트(SDS)를 사용하여 고분자 도장 표면을 개질하고 생체 분자 패턴을 제조하는 방법으로 생체 분자 패턴을 제조한 비교예 1의 생체 분자 패턴의 경우와 비교하여 매우 낮게 나온 것을 확인할 수 있었다.
이는, 본 발명에 따른 아가로즈 하이드로 겔을 이용하는 경우에 더 많은 생체 분자가 기판으로 전달되며, 형성된 패턴에 생체 분자가 더욱 고르게 분포되어 있음을 보여준다.
<실험예 3> 세포 배양을 통한 응용 가능성 분석
본 발명에 따른 생체 분자 패턴의 제조방법으로 제조된 생체 분자 패턴이 형성된 기판에 응용 가능성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 7에서 제조된 생체 분자 패턴이 형성된 기판을 사용하여 신경 세포를 배양하여 형광 현미경(Fluorescence microscope)로 관찰하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 7에서 제조된 생체 분자 패턴이 형성된 기판에 배양된 신경 세포는 기판 표면에 형성된 생체 분자 패턴의 형상에 따라 신경 돌기를 뻗고 성장하였다. 이를 통해 표면 패턴이 세포의 성장에 영향을 미쳤음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 생체 분자 및 아가로즈 하이드로 겔을 고분자 도장 표면에 코팅하여 미세 인쇄 접촉을 통해 생체 분자 패턴을 제조하는 방법은 기존의 양쪽성 분자를 사용한 표면 개질 기술보다 분자 전달력이 우수하며, 형성되는 생체 분자 패턴이 매우 균일한 우수한 패턴 형성 방법이다.
또한, 제작된 생체 분자 패턴이 세포의 성장에 영향을 미치며, 이에 따라 패턴의 생체 활성(Bioactivity)이 유지되어 바이오 칩 등의 응용분야에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 생체 분자를 포함하는 아가로즈 하이드로 겔 용액을 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 준비된 아가로즈 하이드로 겔 용액에 고분자 도장을 침지시켜 고분자 도장 표면에 아가로즈 하이드로 겔 층을 형성하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2에서 아가로즈 하이드로 겔 층이 형성된 고분자 도장을 기판에 접촉시킨 후, 상기 기판을 냉각시키는 단계(단계 3);를 포함하는 생체 분자 패턴의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 생체 분자는 생체 친화성 고분자, 단백질(Protein), 항체(Antibody), 핵산(Nucleic acid) 및 세포로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 생체 분자 패턴의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 생체 분자의 농도는 전체 아가로즈 하이드로 겔 용액에 대하여 0.01 내지 1.0 mg/mL인 것을 특징으로 하는 생체 분자 패턴의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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