KR20180055669A - 이종입자들이 형성된 기판 구조물 - Google Patents

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KR20180055669A
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권성훈
오동윤
송서우
송영훈
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 복수개의 이종입자들을 형성한 기판을 포함하는 기판 구조물로서, 상기 기판 구조물은 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질로 구성되는 것이거나, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질을 포함하는 것이거나, 혹은 상기 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질로 구성되면서 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질을 함께 포함하는 것인 기판 구조물 및 이를 이용하여 입자를 분리하는 방법 및 에세이 방법을 효과적으로 제공할 수 있다.

Description

이종입자들이 형성된 기판 구조물 {Substrate structure having heterogeneity particles}
본 발명은 이종입자들이 형성된 기판을 포함하는 기판 구조물과 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 구조물의 구성물로서 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 기판이나 입자 등의 물질 혹은 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 추가 물질 등을 이용하여 이종입자들을 형성한 기판 구조물을 제공함으로써 바이오 물질 분리 기술, 세포 분리 기술, 어세이 기술 등의 관련 분야에서 다양하게 적용할 수 있는 기판 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 바이오 물질 분리 기술, 세포 분리 기술, 또는 어세이 기술 등에 사용하는 기판 구조물을 형성하기 위해서는 대상 입자들을 마이크로피펫팅 등의 방식으로 기판에 직접 형성하게 된다. 여기서 발전된 기술로서 많은 수의 입자를 특정 기판상에 정해진 위치에 위치하게 함으로써 어레이를 만드는 방법은 합금을 이용하거나 특이한 모양 및 캐리어 리퀴드(carrier liquid)를 이용하는 직접 조립(direct assembly)를 통해 구성하는 방법들로서 구현되고 있다. 관련 기술로서 미국공개특허 제2012-295297호에서는 코드화된 다량의 입자를 어레이화하여 어세이에 사용하는 발명을 제시하고 있으나 마이크로어레이에 상기 마이크로피펫팅 등의 방식을 사용하여 음각 어레이의 제한된 형태로 위치시키는 기술을 제공하는데 불과하다. 또한 로봇을 이용한 픽앤플레이스(pick-and-place) 방식이 제안되고 있으나, 이는 시간과 재원이 많이 요구되고 근본적으로 상호 오염 문제를 갖는다.
본 발명은 종래의 제한된 기술 혹은 문제점을 극복하기 위하여, 기판 구조물의 구성물로서 특정 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질 혹은 특정 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 추가 물질 등을 이용하여 바이오 물질 분리 기술, 세포 분리 기술, 어세이 기술 등의 관련 분야에서 다양하게 적용할 수 있는 형태의 기판 구조물을 단시간에 오염 없이 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 복수의 이종입자들을 형성한 기판 구조물로서, 상기 복수의 이종입자들은 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 상기 기판의 표면 전반에 걸쳐 이종입자들을 대면 접촉 혹은 비대면 어레이 형태로 형성한 것인 기판 구조물이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 복수의 이종입자들을 형성한 기판 구조물의 제조방법으로서, 상기 복수의 이종입자들은 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 상기 기판의 표면 전반에 걸쳐 이종입자들을 대면 접촉 혹은 비대면 어레이 형태로 형성하는 단계를 포함하는 기판 구조물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 기판 구조물을 준비하는 단계; 및 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자를 분리하는 단계를 포함하는 기판 구조물로부터 입자의 분리방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 기판 구조물을 준비하는 단계; 선택적으로, 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자를 분리하는 단계; 및 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자에 대한 어세이를 수행하는 단계;를 포함하는 기판 구조물로부터 입자의 어세이 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 구조물의 구성물로서 특정 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질 혹은 특정 상호동작 결합동작을 수행할 수 있는 추가 물질 등을 이용하여 기판 구조물을 단시간에 오염 없이 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 구조물은 상호작용 결합동작에 따라 다양한 형태와 높은 효율로 제공하기에 용이한 이점을 갖는다.
결과 수득된 이종 입자를 갖는 기판 구조물은 입자 특성에 따라 생화학 물질을 함유하는 경우 고용량 스크리닝에 적용되어 생명과학, 바이오테크놀로지 분야에 적용이 가능하고, 바이오마커를 검출할 수 있는 프로브를 함유할 경우 의료기기 분야에 적용이 가능하고, 입자의 물리적 또는 전기적 특성을 사용할 경우 전자기술 분야 및 미세공정기술 분야에 대한 적용이 가능해진다.
도 1은 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자이나 기판, 또는 자석 등의 제3의 상호작용 결합동작을 수행하는 기능을 갖는 별개의 수단을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이종입자(들)가 기판에 배치되어 있는 형태 예시도로서, (가)는 입자가 기판 위에 제3의 상호작용 결합동작을 수행하는 기능을 갖는 별개의 물질에 의해 매개되어 적층 혹은 배치된 형태를 각각 나타내며, (나)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 여러 스케일의 입자가 존재하는 형태로서, 음각 또는 양각으로 입자가 배치되어 있고, 상기 입자와 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 스케일의 입자가 조립 가능한 음각 또는 양각 기판에 배치된 형태를 각각 나타내며, (다)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 여러 스케일의 입자간 적층 상태를 나타낸 모식도를 각각 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 입자의 구조 예시도로서, (가)는 멀티-도메인(Multi-domain)을 갖는 입자들의 예시도이고, (나)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 그래픽 코드가 형성된 입자들의 예시도이며, (다)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 텍스트 코드가 형성된 입자들의 예시도이고, (라)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 물질을 함유한 입자들의 예시도를 각각 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 구조물의 다양한 모식도이다.
도 4는 상기 도 3에 나타낸 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자이나 기판, 또는 자석 등의 제3의 상호작용 결합동작을 수행하는 기능을 갖는 별개의 수단을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 입자가 기판에 배치되어 있는 기판 구조물을 활용하여 추가 기판에 조립한 기판 구조물의 형태 예시도이다.
도 5는 상기 도 4의 (라)에 나타낸 입자가 돌출된 구조를 갖는 기판 구조물의 조립예들을 나타낸 것으로, (가)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력을 갖는 폴리머를 사용한 기판 조립예이고, (나)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 광경화성 폴리머를 사용한 기판 조립예이며, (다)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력이 있는 필름을 사용한 기판 조립예이다.
도 6은 도 5(가)의 부분 확대도로서, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력을 가지고 있는 폴리머 표면에 대면적으로 형성된 양각의 이종 입자 어레이를 도시한다. 도면 내 A는 점착성이 있는 폴리머필름을 부탁 또는 코팅하기 위한 기판을 나타내고 B는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력을 가지는 폴리머 필름, C는 부착된 이종입자를 나타낸다.
도 7은 도 5(나)의 부분 확대도로서, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 광경화성 폴리머 표면에 대면적으로 형성된 양각의 이종 입자 어레이를 도시한다. 도면 내 A는 양각의 이종입자 어레이의 기판을 나타내고 B는 분리된 이종입자, C는 이종입자가 고정된 광경화된 폴리머를 나타낸다.
도 8은 도 5(다)의 부분 확대도로서, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 접착력이 있는 필름 위에 이종 입자를 돌출된 형태로 배치한 도면이다. 이종 입자(A)는 수백 마이크로미터 크기의 디스크형태를 나타내고 있으며 내부는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 폴리머와 자성입자의 혼합물로, 외부는 실리카 재질로 이루어져 있다. 이종입자들은 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 접착력이 있는 필름(B)에 부착되어 있는 형태로 일반적인 테이프의 화학적 접착력에 의한 힘이 작용하고 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 입자를 갖는 기판 구조물의 제조예를 나타낸 구성도로서, 부호 A는 이종의 미세입자(heterogenetic microparticle), B는 마이크로웰 어레이, C는 자기 조립 과정, D는 제작된 이종의 입자 어레이, E는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질로서 돌출된(양각) 입자 어레이가 만들어질 접착성 표면 또는 경화성 폴리머, 그리고 F는 결과 돌출된(양각) 이종 입자 마이크로어레이를 각각 나타낸다.
도 10은 종래 기술에 따라 마이크로웰들을 갖는 기판에 중력을 이용한 피펫팅에 의해 이종입자들을 함입시켜 마이크로어레이를 형성하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 개시된 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 구성요소가 다른 구성요소 위에 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 바로 위에 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 복수의 이종입자들을 형성한 기판 구조물로서, 상기 복수의 이종입자들은 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 상기 기판의 표면 전반에 걸쳐 이종입자들을 대면 접촉 혹은 비대면 어레이 형태로 형성한 것인 기판 구조물이 제공된다.
본 발명에서 사용하는 용어 "상호작용 결합동작"은 기판 구조물에서 상호작용으로 결합할 수 있는 동작이라면 특정하는 것은 아니나, 일례로, 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성을 비롯한 물리적 결합특성; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간 결합성을 비롯한 화학적 결합특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드를 비롯한 생화학적 결합특성; 및 이들의 복합 결합특성에 의해 수행된 결합동작들 중 하나 이상의 결합동작을 지칭할 수 있다.
본 발명에서 상기 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질은, 일례로 i) 상기 이종입자들 중 하나 이상의 입자(들), ii) 이렇게 선택된 입자(들)가 함유하고 있는 물질(들), iii) 상기 기판, iv) 상기 기판과 별개의 기판, v) 자성 발생물질, vi) 정전기성 발생물질, vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들), 및 viii) 상기 별개의 입자(들)가 함유하고 있는 물질로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명에서 구체적인 상호작용 결합동작은, 일례로 i) 상기 이종입자들 중 하나 이상의 입자(들), ii) 이렇게 선택된 입자(들)가 함유하고 있는 물질(들), iii) 상기 기판, iv) 상기 기판과 별개의 기판, v) 자성 발생물질, vi) 정전기성 발생물질, vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들), 및 viii) 상기 별개의 입자(들)가 함유하고 있는 물질 중에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 입자가 갖는 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성을 비롯한 물리적 결합특성; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간 결합성을 비롯한 화학적 결합특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드를 비롯한 생화학적 결합특성; 및 이들의 복합 결합특성에 의해 수행된 결합동작들 중 하나 이상의 결합동작일 수 있다.
상기 기판 구조물에서 상기 기판과 상기 이종 입자는, 일례로 상기 기판 또는 별개의 기판 각각의 내부에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 상기 기판 또는 별개의 기판 각각의 위에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 상기 기판 또는 별개의 기판 각각에 배치되어 있는 입자의 내부에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 상기 기판 또는 별개의 기판 각각에 배치되어 있는 입자 위에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 또는 상기 기판 또는 별개의 기판 각각에 배치되어 있는 입자를 함유하면서 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되는 것일 수 있다.
도 1은 상기 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자나 기판, 또는 자석 등의 제3의 상호작용 결합동작을 수행하는 기능을 갖는 별개의 수단을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 입자가 기판에 배치되어 있는 형태 예시도이다. 도 1을 참고하면, (가)는 입자가 기판 위에 제3의 상호작용 결합동작을 수행하는 기능을 갖는 별개의 물질에 의해 매개되어 적층 혹은 배치된 형태 예시도이다.
도 1(가)는 좌측부터 순서대로 입자와 상호작용 결합동작을 수행하도록 입자 모양 혹은 입자 모양과 상보적인 모양이 형성되어 있는 기판이 형성되어 입자가 고정된 형태, 웰 형태 안에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자가 자유롭게 배치된 형태, 제3의 상호작용 결합동작을 수행하는 기능을 갖는 별개의 수단으로서 자석(검정색 표기)에 의해 힘을 받아 입자가 기판에 적층되어 있는 형태, 기판에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자가 배치되고, 상기 입자에 의해 또 다른 입자의 위치가 결정되어 적층되어 있는 형태를 각각 나타낸다. 이들은 배치 또는 적층의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 1(나)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 여러 스케일의 입자가 존재하는 형태로서, 음각 또는 양각으로 입자가 배치되어 있고, 상기 입자와 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 스케일의 입자가 조립 가능한 음각 또는 양각 기판에 배치된 형태를 각각 나타낸다. 이들 또한 배치 또는 적층의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 1(다)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 여러 스케일의 입자간 적층 상태를 나타낸 모식도로서, 좌측부터 순서대로, 입자 내부에 상기 입자와 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 작은 입자가 내포되어 있는 형태, 입자 표면에 상기 입자와 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 작은 입자가 부착 혹은 코팅되어 있는 형태, 입자 표면에 다른 입자가 부착 혹은 코팅되어 있고, 이를 매개로 상기 다른 입자와 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 또 다른 입자가 적층되어 있는 형태, 입자 내부에 상기 입자와 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 입자가 내포되어 있는 형태, 입자 표면에 상기 입자와 상기 입자와 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 입자가 부착 혹은 코팅되어 있는 형태를 각각 나타낸다. 이들 또한 배치 또는 적층의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
상기 i) 이종입자들 또는 vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들)는, 서로 독립적으로 상기 기판에 형성된 구조체에 고착된 형태로 제공되거나; 상기 기판에 정렬된 형태로 어레이 형태로 제공되거나; 또는 상기 기판의 제한된 영역 안에서 고정되지 않은 상태로 재치되거나 정렬되어 있는 형태로 제공되는 것일 수 있다.
상기 i) 이종입자들 또는 vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들)는, 서로 독립적으로 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 물질이거나; 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 입자이거나; 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 입자에 코팅된 물질이거나; 또는 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 입자가 함유하고 있는 물질 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서 이용 가능한 이종 입자로는 이에 한정하는 것은 아니나, 자연에서 유래하거나 합성된 것들이 사용될 수 있고, 모양(형상) 또는 크기 또는 특성 또는 입자의 구성 물질 또는 입자가 함유하는 물질이 각기 다른 입자 등을 들 수 있다. 일례로 상기 모양(형상)은 다양한 두께를 갖는 원 또는 다각형 형태의 기둥, 구 형, 여러 모양의 디스크가 적층된 모양, 또는 대칭성을 갖는 입체형상, 불규칙적인 입체형상 결정형태, 그리고 표면에 미세구조를 갖거나 작은 입자들이 부착된 형태의 멀티-스케일(multi-scale) 구조체 등일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 입자의 구조 예시도이다. 도 2를 참고하면, (가)는 멀티-도메인(Multi-domain)을 갖는 입자들의 예시도에 해당한다. 도 2(가)는 좌측부터 순서대로 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 자성물질이 함유된 부분과 에세이가 가능한 부분으로 나누어진 직사각형 입자, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 자성물질이 함유된 부분과 에세이가 가능한 부분으로 나누어진 원형 입자, 및 상호작용 결합동작을 수행할 수 있도록 세포가 성장할 수 있는 위치가 형성되어 있는 amiphiphilic 입자를 각각 예시적으로 나타낸다. 여기서 상기 자성물질이 함유된 부분은 자성입자가 포함된 폴리머 일 수 있고, 에세이가 가능한 부분은 프로브 역할을 하는 안티바디, DNA 등의 분자가 입자를 구성하는 폴리머와 섞여 있거나 입자 표면에 부착된 것일 수 있으며, 직사각형 입자와 원형 입자는 예시적으로 도시된 것으로, 정사각형, 구형, 다면체, 멀티스케일 등의 다양한 형태로 구현할 수 있다. 상기 amiphiphilic 부분은 소수성 물질 중 부분적으로 친수성 물질로 구성된 특징을 갖는 것일 수 있고, 여기에 세포가 성장할 수 있는 위치는 친수성 부분에 세포가 부착할 수 있는 fibronectin 등을 처리하여 형성될 수 있다.
도 2(나)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 그래픽 코드가 형성된 입자들의 예시로서, 좌측부터 순서대로 복잡한 코드가 적용된 입자, 바이너리 코드가 적용된 입자, 바이너리코드와 칼라코드가 함께 적용된 입자 및 칼라코드가 적용된 입자를 각각 나타낸다. 여기서 복잡한 코드, 바이너리 코드, 칼라코드는 관련 분야에서 용이하게 입수가능한 것을 사용할 수 있으며, 입자의 특정 위치에 구멍을 내거나 입자의 형성이 불완전 또는 주변과 다른 방식으로 이루어지게 함으로써 바이너리 코드를 나타낼 수 있고, 특정 부분에 색을 띄는 구성물질로 입자를 형성하는 등의 방법을 통해 코드를 형성한다.
도 2(다)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있고, 텍스트 코드가 형성된 입자들의 예시로서, 좌측부터 순서대로 다양한 문자가 적용된 입자, 다양한 크기와 문자가 함께 적용된 입자, 숫자와 문자가 함께 적용된 입자를 각각 나타낸다. 여기서 텍스트 코드로서 문자 코드, 숫자코드는 관련 분야에서 용이하게 입수가능한 것을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 입자가 함유하고 있거나 그 위에 코팅된 물질을 지시하는 일반적인 용어나 코드표를 바탕으로 구성된 숫자코드를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2(라)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다양한 물질을 함유한 입자들의 예시로서, 좌측부터 순서대로 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 액체를 함유한 구형 입자, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 실리콘 칩을 함유한 입자, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 케미컬(chemical)을 함유한 입자, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 염료(dye)를 함유한 입자, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 생체물질(예를 들어, 바이러스 등)을 표면에 갖고 있는 입자를 각각 나타낸다. 여기서 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 액체, 케미컬, 염료, 생체물질은 바이오어세이 분야 혹은 바이오기판 제조 분야에서 용이하게 입수가능한 것을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 특이성이 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 일례로 안티바디, 리간드-리셉터, 바이오틴-아비딘 등이 적용될 수 있다. 상기 크기는 일례로 수 나노미터에서 수백 마이크로미터 크기일 수 있다. 상기 입자의 구성 물질은 일례로, 열경화성 폴리머, 광경화성 폴리머, 이온경화성 폴리머, 하이드로젤, 실리콘, 실리콘 옥사이드(Silcone Oxide), 실리콘 질화물(Silicone Nitride), SU-8을 비롯한 네가티브/포지티브 포토레지스터 결정형 물질, 나노물질 혼합물, 플라스틱, 금속 등의 무기물이거나, 핵산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 폴리펩타이드, 단백질, 리포좀 혹은 그 조합과 같은 생화학 분자일 수 있으며, 상기한 물질들 중 일부를 포함하고 있는 조합 등 다양하게 변형된 구성을 가질 수 있다. 구체적인 예로, 상기 핵산은 DNA (deoxyribonucleic acid), RNA (ribonucleic acid), PNA(peptide nucleic acid), LNA(locked nucleic acid), GNA (glycol nucleic acid), TNA (threose nucleic acid), XNA (xeno nucleic acid), 합성 핵산(synthetic nucleic acid), 변형 핵산 (modified nucleic acid) 혹은 그 조합을 포함할 수 있다.
상기 입자가 함유하는 물질은 일례로, 바이오마커의 검출이 가능한 프로브, 코드, 형광물질, 인광물질, 색소, 생화학 분자의 단량체 또는 분자들의 복합체, 다양한 작용기를 부착한 다량체, 폴리머, 단백질, 작은 분자(small molecule)를 비롯한 화학 분자일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 바이오마커 검출 프로브는 핵산 또는 핵산 합성 효소 또는 항체, 리셉터, 리간드 등 특이적인 결합을 나타내는 단백질 쌍 중 어느 하나일 수 있고, 상기 코드는 RFID, 형광물질, 형광입자, 형광물질을 함유한 미세입자, 색소, 색소를 함유한 미세입자, 색소입자, 구분 가능한 표식, 모양, 형태를 띠는 미세입자일 수 있으며, 상기 관능기는 티올기, 아미노기, 카르복실기, 인산기, 알데하이드기, 아크릴기, 에폭시기 등일 수 있고, 상기 폴리머는 이종 입자의 비특이적 흡착을 방지하는 폴리머로서 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리아크릴아미드, 폴리메톡시에틸아크릴레이트, 3-글리시독시 프로필 메톡시실란(GOPS), ETPTA, TMSPA, 키토산, PDMS, agarose, agar, PEG-DA, PAGE 등에서 선택되는 재료로 구성된 것일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 이종 입자는 핵산, 변형 핵산, 단백질, 펩타이드, 리포좀 등의 생화학 분자 외에도 작은 분자(small molecule) 등의 화학 분자, 바이러스류(virus), 대장균(E. coli), 효모(yeast), 백혈구, 암세포, 줄기세포(iPSC, ESC), 생체유래 세포주를 비롯한 각종 세포들을 의미한다.
상기 이종 입자 또는 상기 이종 입자와 별개인 입자는 서로 독립적으로, 바이러스, 균 및 효모를 비롯한 세포; DNA 및 RNA를 비롯한 생화학 분자; small molecule(작은 화학분자); BSA(소 혈청 알부민), 항체(antibody) 및 사이토카인(cytokine)을 비롯한 단백질; 및 나노입자, 마이크로입자, 자성 입자 및 전도성 물질을 비롯한 비-생물학적인 물질 중에서 선택된 1종 이상으로 구성된 것이거나, 혹은상기 선택된 물질이 상기 이종 입자 또는 상기 이종 입자와 별개인 입자의 표면과 내부 중 하나 이상의 위치에 포함되어 있는 것일 수 있다.
상기 이종 입자 또는 상기 이종 입자와 별개인 입자(들)은 서로 독립적으로, 멀티-도메인(Multi-domain), 코드 및 프로브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 옵션이 적용된 입자(들)일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 이종 입자 또는 상기 이종 입자와 별개인 입자(들)은 서로 독립적으로, 멀티-도메인(Multi-domain)을 갖는 입자이거나; 그래픽 코드가 형성된 입자이거나; 텍스트 코드가 형성된 입자이거나; 또는 바이오마커를 검출할 수 있는 프로브가 형성된 입자일 수 있고, 이들은 동시에 혹은 순차적으로 적용될 수 있다.
상기 기판은 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질을 재료로 하여 제조되거나, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질이 상기 기판에 전체 혹은 부분 배치되어 있는 형태를 갖고, 여기서 상기 이종입자들이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치되어 있는 어레이; 상기 이종입자들을 내포 혹은 외포하고 있는 미세입자 칩; 및 상기 이종입자들을 유동성을 갖고 이동시킬 수 있는 미세유체 중에서 선택된 것일 수 있다.
상기 iv) 상기 기판과 별개의 기판은, 일례로 상기 기판에 배치되어 있는 이종입자들과 면대면 접촉 또는 이격 적층에 의해 조립된 형태로 상기 기판에 배치되어 있던 이종입자들과 대응되는 면대면 어레이 구조를 형성하며, 여기에 상기 조립은 이후 배치 형태를 유지하는 형태로 제공되거나; 이후 정렬된 형태를 유지하는 형태로 제공되거나; 또는 일시적인 조립 후 탈착된 형태로 제공되는 것일 수 있다.
상기 iv) 상기 기판과 별개의 기판은, 일례로 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질을 재료로 하여 제조되거나, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질이 상기 기판에 전체 혹은 부분 배치되어 있는 형태를 갖고, 여기에 상기 이종입자들이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치되어 있는 마이크로어레이; 상기 이종입자들을 내포 혹은 외포하고 있는 미세입자 칩; 및 상기 이종입자들을 유동성을 갖고 이동시킬 수 있는 미세유체 중에서 선택되며, 여기서 상기 상호작용 결합동작은 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판 간에 수행되거나; 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판의 각각에 배치되어 있는 물질 간에 수행되거나; 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판 중에서 선택된 기판 자체와 선택되지 않은 기판에 배치되어 있는 물질 간에 수행되거나; 또는 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판 중에서 선택된 기판에 배치되어 있는 물질과 선택되지 않은 기판에 배치되어 있는 물질 간에 수행되는 것일 수 있다.
상기 기판과 상기 별개의 기판은 서로 독립적으로, 핵산, 단백질을 비롯한 생화학 물질; 유리, 실리콘, 석영, 사파이어, 금, 티타늄, 니켈 및 알루미늄을 비롯한 금속, 광경화성 폴리머, 열경화성 폴리머, 플라스틱, 하이드로젤을 비롯한 화학물질; 세포, 바이러스, 미생물을 비롯한 생물학적 물질(생명체 또는 생명활동 가능한 단위체들); 자성물질, 정전기성 물질을 비롯한 외부에서 인가되는 물리적 특성에 의해 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 기반 조립이 가능한 물질; 및 피부를 비롯한 생체조직으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 마이크로웰 형태를 갖는 기판은 포토리소그래피(photo-lithograph), 소프트리소그래피(soft-lithograph), 사출성형, 레이저나 액체의 분사 등 강한 외력에 의한 식각, 결정형 물질의 이방성을 이용한 용해, 열/빛/이온에 의해 경화하는 폴리머를 이용한 선택적 형성방식, 열/빛/이온에 의해 경화하는 폴리머를 이용한 선택적 차폐(shielding) 방식, 혹은 입자나 물질의 선택적 조립에 의한 형성방식 등을 통해 상기 기판상에 별도로 제작하거나 혹은 미리 상기 기판상에 제작된 것을 사용할 수 있다. 이때 상기 마이크로웰의 크기는 함입시키고자 하는 대상 이종 입자의 크기에 따라 수백 나노미터에서 수십 센티미터 크기로 조절 가능하다.
상기 v) 자성 발생물질과 vi) 정전기성 발생물질은, 자성이나 정전기성을 발생시키는 물질이라면 특정하는 것은 아니나, 일례로 자석, 상자성 물질, 양전하 또는 음전하를 띄는 폴리머, 일시적으로 대전된 물질 등일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 구조물의 다양한 모식도를 도 3에 나타낸다. 도 3을 참고하면, (가)는 음각 조립 후 평판 기판을 조립한 기판 구조물의 조립예를 도시한 것이다. 해당 도 3(가)에서 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자는 미도시된 것으로, 에세이 용도로 사용시 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자를 다양한 형태로 포함할 수 있으며, 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(나)는 평판에 입자를 배치한 다음 평판 기판을 조립한 기판 구조물의 조립예를 도시한 것이다. 해당 도 3(나)에서 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자는 미도시된 것으로, 에세이 용도로 사용시 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자를 다양한 형태로 포함할 수 있으며, 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(다)는 음각 웰에 입자를 배치한 다음 추가 음각 웰이 형성된 기판을 조립하되, 추가 음각 웰에는 일례로 세포, 단백질 등이 내포된 기판 구조물의 조립예를 도시한 것이다. 상기 음각 웰은 마이크로어세이 분야 혹은 바이오입자 전달 분야에서 통상 사용하는 다양한 마이크로웰을 사용하거나 혹은 이들 마이크로웰이 형성된 마이크로어레이를 사용할 수 있는 것으로, 이들은 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(라)는 평판 기판에 입자가 배치되고, 그에 대응되는 위치에 음각 웰이 형성되어 있는 기판 구조물의 조립예를 도시한 것이다. 이들은 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(마)는 음각 웰에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자를 배치한 다음 평판 기판을 조립하되, 상기 평판 기판상에 입자가 전달된 기판 구조물의 조립예를 도시한 것으로, 이들 또한 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(바)는 평판 기판에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자가 배치되어 있고 상기 입자와 대응되는 위치에 웰이 형성된 기판을 조립하되, 상기 웰이 형성된 기판에 입자가 전달된 기판 구조물의 조립예를 도시한 것으로, 이들 또한 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(사)는 평판 기판에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자가 배치되고, 대응되는 위치에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 추가 입자가 배치된 평판 기판이 조립된 기판 구조물의 조립예를 도시한 것으로, 이들 또한 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(아)는 평판 기판에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자가 배치되고, 상기 입자상에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 추가 입자가 배치된 기판 구조물의 조립예를 도시한 것으로, 이들 또한 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 3(자)는 Lateral flow를 위한 유동성 액체와 이종입자들이 패킹(packing)된 다음 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 경화성 폴리머를 적용한 다음 이를 UV 등을 이용하여 경화시키거나 혹은 접착성 폴리머를 적용하여 하나의 기판 형태로 조립한 기판 구조물의 조립예를 도시한 것으로, 이들 또한 조립의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 4는 상기 도 3에 나타낸 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자이나 기판, 또는 자석 등의 제3의 상호작용 결합동작을 수행하는 기능을 갖는 별개의 물질을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 입자가 기판에 배치되어 있는 기판 구조물을 활용하여 추가 기판에 조립한 기판 구조물의 형태 예시도이다.
도 4를 참고하면, (가)는 입자가 배치된 기판을 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질을 함유한 평면 기판으로서 피부와 아가로즈에 각각 조립한 기판 구조물의 조립예를 도시한 것으로, 이들은 형태의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 4(나)는 양각 혹은 음각으로 입자가 배치되어 있고, 상기 입자 또는 입자가 함유한 물질과 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 다른 입자가 배치된 웰 어레이 기판을 조립한 기판 구조물의 조립예들을 도시한 것으로, 이들 또한 형태의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 4(다)는 Cis 위치에 또 다른 입자가 배치된 기판에 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자가 배치되며, 주변부에 효소, 세포 혹은 케미컬이 존재하는 기판 구조물의 조립예들을 도시한 것으로, 이들 또한 형태의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 4(라)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 입자가 돌출될 수 있도록 post 구조 위에 배치된 기판 구조물의 조립예들을 도시한 것으로 이들 또한 형태의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
도 5는 상기 도 4의 (라)에 나타낸 입자가 돌출된 구조를 갖는 기판 구조물의 조립예이다. 도 5를 참고하면, (가)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력을 갖는 폴리머를 사용한 기판 조립예이고, (나)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 광경화성 폴리머를 사용한 기판 조립예이며, (다)는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력이 있는 필름을 사용한 기판 조립예를 각각 나타낸 것이다.
도 6은 상기 도 5(가)의 부분 확대도이다. 도 6을 참고하면, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력을 가지고 있는 폴리머 표면에 대면적으로 형성된 양각의 이종 입자 어레이를 도시한다. 도면 내 A는 점착성이 있는 폴리머필름을 부탁 또는 코팅하기 위한 기판을 나타내고 B는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 점착력을 가지는 폴리머 필름, C는 부착된 이종입자를 나타낸다.
도 7은 상기 도 5(나)의 부분 확대도이다. 도 7을 참고하면, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 광경화성 폴리머 표면에 대면적으로 형성된 양각의 이종 입자 어레이를 도시한다. 도면 내 A는 양각의 이종입자 어레이의 기판을 나타내고 B는 분리된 이종입자, C는 이종입자가 고정된 광경화된 폴리머를 나타낸다.
도 8은 상기 도 5(다)의 부분 확대도로서, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 접착력이 있는 필름 위에 이종 입자를 돌출된 형태로 배치한 도면이다. 도 8 내에서 이종 입자(A)는 수백 마이크로미터 크기의 디스크형태를 나타내고 있으며 내부는 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 폴리머와 자성입자의 혼합물로, 외부는 실리카 재질로 이루어져 있다. 이종입자들은 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 별개의 물질로서 접착력이 있는 필름(B)에 부착되어 있는 형태로 일반적인 테이프의 화학적 접착력에 의한 힘이 작용하고 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 복수의 이종입자들을 형성한 기판 구조물의 제조방법으로서, 상기 복수의 이종입자들은 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 상기 기판의 표면 전반에 걸쳐 이종입자들을 대면 접촉 혹은 비대면 어레이 형태로 형성하는 단계를 포함하는 기판 구조물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 구조물을 마이크로어레이 구조를 갖는 기판을 사용한 제공 예를 들어보면, 이종 입자가 규칙 또는 불규칙적으로 배치되어 있는 마이크로어레이 구조를 갖는 기판; 및 상기 마이크로어레이 구조의 이종 입자 위치 분포와 대응되는 마이크로어레이 구조의 이종 입자 위치 분포를 형성하기 위한 별도의 제2 기판을 포함하는 것일 수 있다. 상기 이종 입자는 일례로, 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각에 코팅된 물질; 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각에 코팅된 입자; 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각에 코팅된 입자에 코팅된 물질; 및 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각에 코팅된 입자가 함유하는 물질 중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 구체적인 예로, 바이러스, 균, 효모를 비롯한 세포; DNA, RNA를 비롯한 생화학 분자; 화학물질; BSA; 항체(antibody), 사이토카인(cytokine)을 비롯한 단백질; 및 나노파티클, 마이크로파티클, 자성 입자, 전도성 물질을 비롯한 비-생물학 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상이거나, 선택된 1종 이상이 상기 이종 입자의 표면과 내부 중 하나 이상의 위치에 포함된 것일 수 있다.
상기 이종 입자는 상호작용 결합동작으로서, 접착력, 분산력, 자기력, 전기력, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성 등을 비롯한 물리적 특성; 소수성, 친수성, 공유결합, 작용기 간 결합을 비롯한 화학적 특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드 등의 생화학적 특성; 또는 이들의 복합 특성으로 유도된 동작에 의해 배치되어 기판상에 어레이 구조를 형성할 수 있다. 일례로, 상기 이종 입자는 상기 기판에 형성된 구조체에 고착된 상태로 배치된 형태 혹은 정렬된 형태로 어레이 구조를 제공하거나, 또는 상기 기판의 제한된 영역 안에 고정되지 않은 상태로 제한된 배치된 형태 혹은 정렬된 형태로 어레이 구조를 제공할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 이종 입자가 배치되어 있는 형태는, 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각의 내부에 배치된 형태; 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각의 위에 배치된 형태; 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각에 배치되어 있는 입자의 내부에 배치된 형태; 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각에 배치되어 있는 입자 위에 배치된 형태; 및 상기 기판 또는 상기 제2 기판 각각에 배치되어 있는 입자를 함유하면서 배치된 형태로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 형태를 갖고 마이크로어레이 구조를 형성할 수 있다.
상기 기판과 상기 제2 기판은 일례로, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질(들)로 구성되거나 혹은 해당 물질(들)을 표면 혹은 내부에 전체적으로 혹은 부분적으로 포함하는 것일 수 있다.
상기 제2 기판은 일례로 상기 기판과 상기 제2 기판 간에; 상기 기판과 상기 제2 기판의 각각에 배치되어 있는 물질 간에; 상기 기판과 상기 제2 기판 중 어느 하나의 기판과 나머지 기판에 배치되어 있는 물질 간에; 그리고 상기 기판과 상기 제2 기판 중 어느 하나의 기판과 나머지 기판에 각각 배치되어 있는 물질 간에서 선택된 하나 이상에서 자체적인 상호작용 결합동작을 수행할 수 있거나 혹은 외부에서 인가된 상호작용 결합동작을 수행하고, 그 결과 상기 기판의 상기 마이크로어레이 구조와 대응되는 마이크로어레이의 구조를 형성할 수 있다. 일례로, 상기 외부에서 인가된 상호작용 결합동작은 외부에서 인가된 충격 혹은 이격된 상태에서 인가된 전기력을 비롯한 물리적 특성 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 기판은 일례로 상기 기판에 배치되어 있는 이종 입자와 면대면 접촉 또는 이격 적층에 의해 조립된 형태로 상기 기판의 상기 마이크로어레이 구조와 대응되는 마이크로어레이의 구조를 형성할 수 있다.
상기 조립은 일례로 조립 후 위치된 형태를 유지하는 형태, 조립 후 정렬된 형태를 유지하는 형태, 또는 일시적인 조립 후 탈착된 형태를 모두 포함할 수 있다. 상기 제2 기판은 상기 기판과 서로 독립적으로, 핵산, 단백질을 비롯한 생화학 물질; 유리, 실리콘, 석영, 사파이어, 금, 티타늄, 니켈 및 알루미늄을 비롯한 금속, 광경화성 폴리머, 열경화성 폴리머, 플라스틱, 하이드로젤을 비롯한 화학물질; 세포, 바이러스, 미생물을 비롯한 생물학적 물질(생명체 또는 생명활동 가능한 단위체들); 자성물질, 정전기성 물질을 비롯한 외부에서 인가되는 물리력에 의해 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 기반 조립이 가능한 물질; 및 피부를 비롯한 생체조직으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 기판 구조물은, 일례로 바이오 물질 분리 기술, 세포 분리 기술, 어세이 기술 및 관련 분야에서 다양하게 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 기판 구조물을 준비하는 단계; 및 상기 기판 구조물로부터 목적하는 이종입자를 분리하는 단계를 포함하는 기판 구조물로부터 이종입자의 분리방법이 제공된다.
상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는, 일례로 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 수행되는 것일 수 있다. 여기서 상호작용 결합동작 등은 앞서 자세히 설명한 것으로, 여기서는 반복 설명을 배제한다.
상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는, 일례로 복수개의 이종 입자를 함입하거나 배치 또는 돌출할 수 있는 제1 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판에 상기 이종 입자를 함입하거나 배치 또는 돌출시켜 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이를 수득하는 단계; 및 상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이를 변형시키거나 상기 이종 입자를 상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이로부터 별개의 기판으로 적용시켜 돌출되거나 함입 또는 배치된 이종 입자 어레이를 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이의 변형은 상기 제1 기판의 변형으로 제공되는 것이거나; 상기 이종 입자의 변형으로 제공되는 것이거나; 또는 상기 이종 입자에 대한 다른 입자의 자기조립으로 제공되는 것일 수 있다.
상기 별개의 기판으로의 적용은 상기 이종 입자와 상기 별개의 기판 사이의 상호작용 결합동작을 수행하여 제공되며, 전달된 상기 이종 입자의 위치 분포가 상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이와 거울상으로 대칭되고, 상기 변형 또는 상기 전달에 의해 상기 이종 입자가 상기 제1 기판 또는 상기 별개의 기판에 대해 돌출되거나 함입 또는 배치된 형태를 갖는 것일 수 있다.
상기 기판 구조물로부터 목적하는 이종입자를 분리하는 단계는, 일례로 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 수행된 상호작용 결합동작을 해제하는 동작을 수행하여 수행되는 것일 수 있다. 여기서 상호작용 결합동작을 해제하는 동작(이하, 상호작용 해제동작이라 칭함)은 이에 특정하는 것은 아니나, 달리 특정되지 않는 한 물질 또는 입자가 갖는 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성을 비롯한 물리적 결합특성에 대한 해제특성; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간 결합성을 비롯한 화학적 결합특성에 대한 해제특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드를 비롯한 생화학적 결합특성에 대한 해제특성; 및 이들의 복합 해제특성에 의해 수행된 다양한 동작들 중 하나 이상의 동작을 지칭한다.
이 같은 방식으로 입자를 단시간에 오염 없이 분리해냄으로써 바이오 물질 분리 기술, 세포 분리 기술, 바이오 물질 패터닝 기술 등 관련 기술에서 효과적으로 사용될 수 있다. 일례로 입자 특성에 따라 생화학 물질을 함유하는 경우 고용량 스크리닝에 적용되어 생명과학, 바이오테크놀로지 분야에 적용이 가능하고, 바이오마커를 검출할 수 있는 프로브를 함유할 경우 의료기기 분야에 적용이 가능하고, 입자의 물리적 또는 전기적 특성을 사용할 경우 전자기술 분야 및 미세공정기술 분야에 대한 적용 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판의 표면 전반에 걸쳐 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 기판 구조물을 준비하는 단계; 선택적으로, 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상 이종입자를 분리하는 단계; 및 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상 이종입자에 대한 바이오어세이를 수행하는 단계;를 포함하는 기판 구조물로부터 이종입자의 어세이 방법이 제공된다.
상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는, 일례로 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 수행되는 것일 수 있다. 여기서 상호작용 결합동작 등은 앞서 자세히 설명한 것으로, 여기서는 반복 설명을 배제한다.
상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는, 일례로 복수개의 이종 입자를 함입하거나 배치 또는 돌출할 수 있는 제1 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판에 상기 이종 입자를 함입하거나 배치 또는 돌출시켜 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이를 수득하는 단계; 및 상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이를 변형시키거나 상기 이종 입자를 상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이로부터 별개의 기판으로 적용시켜 돌출되거나 함입 또는 배치된 이종 입자 어레이를 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이의 변형은 상기 제1 기판의 변형으로 제공되는 것이거나; 상기 이종 입자의 변형으로 제공되는 것이거나; 또는 상기 이종 입자에 대한 다른 입자의 자기조립으로 제공되는 것일 수 있다.
상기 별개의 기판으로의 적용은 상기 이종 입자와 상기 별개의 기판 사이의 상호작용 결합동작을 수행하여 제공되며, 전달된 상기 이종 입자의 위치 분포가 상기 함입되거나 배치 또는 돌출된 이종 입자 어레이와 거울상으로 대칭되고, 상기 변형 또는 상기 전달에 의해 상기 이종 입자가 상기 제1 기판 또는 상기 별개의 기판에 대해 돌출되거나 함입 또는 배치된 형태를 갖는 것일 수 있다.
상기 기판 구조물로부터 목적하는 이종입자를 분리하는 단계는, 일례로 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 수행된 상호작용 결합동작을 해제하는 동작을 수행하여 수행되는 것일 수 있다.
여기서 상호작용 결합동작을 해제하는 동작(상호작용 해제동작)은, 달리 특정되지 않는 한 물질 또는 입자가 갖는 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성을 비롯한 물리적 결합특성에 대한 해제특성; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간 결합성을 비롯한 화학적 결합특성에 대한 해제특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드를 비롯한 생화학적 결합특성에 대한 해제특성; 및 이들의 복합 해제특성에 의해 수행된 다양한 동작들 중 하나 이상의 동작을 지칭한다.
이 같은 방식으로 어세이 기술, 패터닝 기술과 관련된 분야에서 효과적으로 사용될 수 있다.
구체적인 예로, 상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는 다음 단계에 따라 수행될 수 있다: 우선 복수개의 이종입자들을 함입할 수 있는 복수의 마이크로웰들을 갖는 제1 기판을 제공한다. 분리하고자 하는 이종입자들이 개별로 구분될 정도의 복수의 마이크로웰을 가질 수 있고, 일례로 복수개의 이종입자들이 상보적으로 정해진 구획에 배치되는 복수의 마이크로웰을 갖는 것일 수 있으며, 구체적인 예로, 이종입자들과 마이크로웰이 대응 가능한, 바람직하게는 1:1로 대응 가능한 구조일 수 있다. 바람직하게는 복수개의 이종입자들을 상보적으로 함입할 수 있도록 대응되는 형상과 크기를 갖는 복수의 마이크로웰들을 각각 갖는 제1 기판을 사용하는 것이 후술하는 음각의 이종 입자 어레이를 신속하고 정확하게 제공할 수 있어 바람직하다. 상기 마이크로웰의 크기는 상보적으로 구분하려는 이종 입자가 함입되기에 충분한 크기를 갖는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제1 기판의 마이크로웰들 각각에 상기 이종입자들을 배치시켜 이종 입자의 제1 마이크로어레이를 수득한다. 상기 이종 입자의 배치는 알고리즘, 좌표, 이미지 관찰, 형광 신호, 다양한 에너지 준위의 차이를 이용한 자기 조립의 방식을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 알고리즘 방식과 좌표 방식, 이미지 관찰 방식, 또는 형광 신호 방식은 이종 입자의 배치(함입) 위치를 배치 전 미리 설정하거나, 별도 소프트웨어를 사용하여 자동화된 방식으로 배치 후 위치 정보를 설정하거나 확인할 수 있는 방식이라면 제한하는 것은 아니며, 일례로 이미지 합성(image synthesis) 알고리즘, 마이크로파티클 신호 규명(MSI; microparticle signature identification) 알고리즘, 색 좌표를 이용한 방식 혹은 퍼즐을 이용한 방식 등을 적용할 수 있으며, 통상적인 다양한 알고리즘과 좌표가 이종 입자, 혹은 이의 염기 신호(raw base calls)와 같은 생화학 신호를 번역하는데 사용될 수 있는데, 이에 대한 구체적인 기재는 생략한다.
상기 자기 조립의 방식은 입자 라이브러리에서 약물 입자를 손쉽게 조립할 수 있는 방식이라면 제한하는 것은 아니며, 일례로 파티펫팅(partipetting-one step pipetting), flow assisted assembly, 대류 조립(convective assembly), 캐필러리 어셈블리(capillary assembly), 직하 어셈블리(direct assembly) 등일 수 있다. 상기 파티펫팅은 1회의 조작으로 입자를 충분히 마이크로웰에 함입시킬 수 있는 대표적인 방식으로, 상보적인 마이크로웰 구조와 연동하여 구분하고자 하는 복수개의 이종입자들을 신속하고 정확하게 해당 마이크로웰에 함입 가능하게 한다. 일례로 파티펫팅과 상보적인 마이크로웰 구조의 조합을 통해 마이크로웰에 함입되어진 이종입자들은 마이크로웰에 고착되지 않고 유동된 상태로 존재할 수 있어 이후 전달 혹은 변형시 자유로운 이동성을 부여할 수 있다. 참고로, 마이크로웰 내에 함입되는 경우 음각의 이종 입자 마이크로어레이를 제공할 수 있다. 이 경우 이종 입자의 제1 마이크로어레이가 음각의 이종 입자 어레이를 제공하게 되나, 본 발명에서는 이에 한정하는 것은 아니며 일례로 마이크로웰에 함입 없이 기판상에 배치될 경우 이종 입자의 제1 마이크로어레이가 양각의 이종 입자 어레이를 제공할 수 있다.
여기서 상기 이종 입자는 마이크로웰들 각각에 고착되거나, 또는 전달 혹은 변형시 자유로운 이동성을 부여하거나 부피를 조절할 수 있도록 고착되지 않고 유동된 상태로 존재하는 것을 모두 포함한다.
그런 다음 상기 이종입자들을 상기 이종 입자의 제1 마이크로어레이로부터 별도의 제2 기판으로 적용시켜 이종 입자의 제2 마이크로어레이를 수득한다. 별도의 제2 기판은 복수개의 이종입자들을 전달하기 위한 표면을 제공하는 것이라면 특별히 제한되지 않지만, 상기 기판과 서로 독립적으로, 핵산, 단백질을 비롯한 생화학 물질; 유리, 실리콘, 석영, 사파이어, 금, 티타늄, 니켈 및 알루미늄을 비롯한 금속, 광경화성 폴리머, 열경화성 폴리머, 플라스틱, 하이드로젤을 비롯한 화학물질; 세포, 바이러스, 미생물을 비롯한 생물학적 물질(생명체 또는 생명활동 가능한 단위체들); 자성물질, 정전기성 물질을 비롯한 외부에서 인가되는 물리력에 의해 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 기반 조립이 가능한 물질; 및 피부를 비롯한 생체조직으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 이종 입자의 제2 마이크로어레이의 적용처에 따라 선택적으로 고용량 스크리닝에 필요한 기판이거나 의료기기용 기판이거나, 전자 기술용 기판이거나 혹은 미세공정기술용 기판일 수 있다. 여기서 상기 접착성 및 경화성 있는 재질은 상기 음각의 이종 입자 어레이 상에 도포한 다음 필요에 따라 압력을 가하거나 혹은 광 또는 열을 인가하고 경화시키는 방식으로 적용될 수 있다. 상기 접착성 및 경화성 있는 재질의 일례로서 접착 테이프를 양각의 입자 어레이가 만들어질 접착성 표면으로 적용한 다음 박리시킬 수 있고, 다른 예로서 열경화성 혹은 광경화성 폴리머를 양각의 입자 어레이가 만들어질 경화성 폴리머로 적용한 다음 열 경화 또는 광 경화시켜 분리해낼 수 있다. 상기 접착성 및 경화성 있는 재질이 코팅 물질로서 별도의 제2 기판 역할을 수행하여 제1 기판 상의 마이크로 웰에 고정되지 않은 채 함입된 입자들을 고정시킬 수 있으며, 이때 별도의 제2 기판으로 적용된 이종입자들의 위치 분포는 상기 음각의 이종 입자 어레이와 거울상으로 대칭되도록 형성되며, 결과적으로 적용된 상기 이종입자들이 상기 제2 기판에 대해 돌출된 형태를 갖을 수 있다. 예를 들어, 접착 테이프에 형성된 이종 입자의 제2 마이크로어레이는 필요에 따라 제2의 추가 기판으로 적용할 수도 있다. 또한, 별도의 제2 기판으로의 적용은 상술한 기판, 입자, 입자가 함유한 물질들간에 상호작용 결합동작에 의해 수행될 수 있다. 상기 상호작용 결합동작은 자체적인 동작 혹은 외부적인 동작을 포함하는 것으로, 외부적인 동작의 경우 상호작용 결합동작을 수행하는 별도의 물질을 포함하여 수행할 수 있다.
상기 단계의 변형예로서, 상기 이종 입자의 제2 마이크로어레이를 변형시켜, 결과적으로 상기 이종입자들이 요철 형태(돌출된 형태 혹은 함입된 형태를 포함)를 갖는 것을 포함한다. 이때 변형으로는 상기 제1 기판 자체를 변형하거나, 상기 이종입자들을 변형, 및 상기 이종입자들에 대한 다른 입자들의 자기 조립 등을 포함한다. 구체적으로 상기 제1 기판 자체의 변형은 일례로 이종 입자가 위치한 마이크로웰 사이의 기판을 화학적 혹은 물리적으로 제거하는 방식으로 수행되거나, 또는 이종 입자가 위치한 마이크로웰 바닥을 융기시킨 방식으로 수행될 수 있으며, 이를 바탕으로 다양한 변형이 또한 가능하다. 상기 이종입자들의 변형은 일례로 이종 입자 자체를 팽윤시키는 방식으로 수행될 수 있으며, 이를 바탕으로 다양한 변형이 또한 가능하다.
상기 이종입자들에 대한 다른 입자들의 자기 조립은 일례로 도 9에 나타낸 방식으로 수행될 수 있으며, 이를 바탕으로 다양한 변형이 또한 가능하다. 이 같은 상술한 상호작용 결합동작의 변형 측면에서 상기 이종입자들을 별도의 제2 기판으로 적용하는 기술은 상술한 상호작용 결합동작과 동일한 원리에 따른 것이다. 이와 같은 방식에 따르면, 본 발명에서는 전달된 상기 이종 입자의 제2 마이크로어레이를 구성하는 이종 입자의 위치 분포가 상기 이종 입자의 제1 마이크로어레이를 구성하는 이종 입자의 위치 분포와 대응되도록 형성되고, 상기 추가 전달된 상기 이종 입자의 위치 분포가 상기 제2 이종 입자 마이크로어레이와 대응되도록 형성된 기판 구조물을 제조할 수 있다. 여기서 대응은 이에 한정하는 것은 아니나, 다양한 대칭 형태를 포함하는 것으로, 거울상과 같은 완전 대칭 형태를 포함할 수 있다. 이상의 방식에 따르면, 단시간에 오염 없이 기판 구조물을 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들이 형성된 기판 구조물을 제조할 수 있다.
더욱 구체적인 예로, 상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는 다음 단계에 따라 수행될 수 있다: 상기 이종 입자의 배치는 복수개의 이종 입자를 함입할 수 있는 복수의 마이크로웰들을 갖는 제1 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판의 마이크로웰들 각각에 상기 이종 입자를 자기 조립의 방식으로 함입시켜 음각의 이종 입자 마이크로어레이를 수득하는 단계; 상기 음각의 이종 입자 마이크로어레이를 변형시키거나 상기 이종 입자를 상기 음각의 이종 입자 마이크로어레이로부터 별도의 제2 기판으로 적용시켜 양각의 이종 입자 마이크로어레이를 수득하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 양각의 이종 입자 마이크로어레이를 선택적으로 제2 기판으로 추가 전달시켜 양각 혹은 음각의 이종 입자 어레이를 수득할 수도 있다. 상기 음각의 이종 입자 마이크로어레이의 변형은 상기 제1 기판의 변형, 상기 이종 입자의 변형 및 상기 이종 입자에 대한 다른 입자의 자기조립으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 제공되고, 상기 제2 기판으로의 적용은 상기 이종 입자와 상기 제2 기판 사이의 물리적 또는 화학적 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는지에 의해 이루어지며, 전달된 상기 이종 입자의 위치 분포가 상기 음각의 이종 입자 어레이와 거울상으로 대칭되도록 형성되는 방법으로 수행되고, 선택적으로 상기 제2 기판으로의 추가 전달은 상기 이종 입자와 상기 별도의 제2 기판 사이의 상호작용 결합동작에 의해 이루어지며, 전달된 상기 이종 입자의 위치 분포가 상기 양각의 이종 입자 어레이와 거울상으로 대칭되도록 형성되는 방법으로 수행되고, 상기 변형 또는 상기 전달에 의해 상기 이종 입자가 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판 또는 선택적으로 상기 별도의 제2 기판에 대해 돌출된 형태를 갖는 것인 기판 구조물을 제조할 수 있다. 이상의 방식에 따르면, 단시간에 오염 없이 기판 구조물을 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들이 형성된 기판 구조물을 바람직하게 제조할 수 있다.
도 5는 양각의 이종 입자 어레이 제공 시스템을 이용하여 음각의 이종 입자 어레이를 전달 또는 변형하는 다양한 예들을 나타낸 도면들이다. 도 5(가) 및 그 부분 확대도로서 도 6은 점착력을 가지고 있는 폴리머 표면에 대면적으로 형성된 양각의 이종 입자 어레이를 도시한다. 도면 내 A는 점착성이 있는 폴리머필름을 부착 또는 코팅하기 위한 기판을 나타내고 B는 점착력을 가지는 폴리머 필름, C는 분리된 이종입자를 나타낸다. 구체적으로는 마이크로웰에 조립된 음각의 이종입자 어레이를 만들고 그 위에 점착력이 있는 폴리머 필름이 부착 또는 코팅되어 있는 기판을 붙인다. 음각으로 조립되어 있던 이종입자 어레이는 점착력을 가지는 폴리머 표면으로 옮겨붙게 되며 마이크로웰로부터 기판을 분리하는 방식으로 양각의 이종입자 어레이를 제조할 수 있다. 도 5(나) 및 그 부분 확대도로서 도 7은 광경화성 폴리머 표면에 대면적으로 형성된 양각의 이종 입자 어레이를 도시한 도면이다. 구체적으로는 마이크로웰에 조립된 음각의 이종입자 어레이에 광경화성 폴리머를 코팅한 후 평평한 기판을 그 위에 붙인 후 광경화하면 이종입자 어레이가 광경화된 폴리머에 고정되고 광경화성 폴리머는 기판에 붙어있게 되어 마이크로웰로부터 이를 분리하는 방식으로 양각의 이종입자 어레이를 제조할 수 있다. 도면 내 A는 양각의 이종입자 어레이의 기판을 나타내고 B는 분리된 이종입자, C는 이종입자가 고정된 광경화된 폴리머를 나타낸다. 도 5(다) 및 그 부분 확대도로서 도 8은 접착력이 있는 필름 위에 이종입자를 돌출된 형태로 배치한 도면이다. 이종 입자(A)는 수백 마이크로 미터 크기의 디스크형태를 나타내고 있으며 내부는 폴리머와 자성입자의 혼합물로, 외부는 실리카 재질로 이루어져 있다. 이종입자들은 접착력이 있는 필름(B)에 부착되어 있는 형태로 일반적인 테이프의 화학적 접착력에 의한 힘이 작용하고 있다.
도 5 내지 도 8에서 보듯이, 본 발명에 따르면 복수개의 혼합된 이종입자들을 신속하고 정확하게 대면적으로 양각의 이종 입자 어레이로서 제공할 수 있다. 이때 대면적으로 제공되는 양각의 이종 입자 어레이는 상술한 자기조립에 의해 음각으로 형성된 이종 입자 전체에 대하여 모두 양각의 이종 입자 어레이로서 제공하는 것 뿐 아니라, 필요에 따라 음각의 이종 입자 어레이를 구성하는 전체 음각 입자 중에서 필요로 하는 일부를 선택적으로 양각의 이종 입자 어레이로서 제공하는 것또한 포함하는 의미이다. 상기 양각의 이종 입자 어레이는 일례로 양각의 이종 입자 및 상기 입자와 대응되는 웰 내의 물질 간 상승된 접촉면적으로 제2의 웰 어레이와 접합하는 단계를 포함하는 이용방법을 제공할 수 있다. 여기서 상기 제2의 웰 어레이는 적용처에 따라 고용량 스크리닝용 웰 어레이이거나, 의료기기용 웰 어레이이거나, 전자 기술용 웰 어레이이거나, 또는 미세공정 기술용 웰 어레이일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 양각의 이종 입자 어레이는 일례로 양각의 이종 입자가 긴밀한 접촉능으로 제3의 표면과 접합하는 단계를 포함하는 이용방법을 제공할 수 있다. 여기서 상기 제3의 표면은 적용처에 따라 고용량 스크리닝용 제3의 표면이거나, 의료기기용 제3의 표면이거나, 전자 기술용 제3의 표면이거나, 또는 미세공정 기술용 제3의 표면일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 상기 제3의 표면은 일례로 DNA 증폭용 기판일 수 있다. 예를 들어 상기 제3의 표면은 PCR 플레이트 또는 PCR 튜브 랙일 수 있다. 상기 제3의 표면은 상기 양각의 이종 입자 어레이들을 수용하기 위한 복수의 웰(well)들을 구비할 수 있다. 상기 제3의 표면의 웰들은 454 플레이트와 같은 염기서열 분석 기판의 웰들 혹은 생체 피부에 대응될 수 있다.
상기 양각의 이종 입자 어레이는 일례로 주변 구조물에 의한 물리적, 광학적 방해 없이 직접 관찰하는 단계를 포함하는 이용방법을 제공할 수 있다. 이때 주변 구조물은 전술한 제1 기판에 형성된 마이크로웰 등을 지칭할 수 있는 것으로, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 직접 관찰은 이 기술분야에서 사용되는 다양한 이미징 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 이미징 장치는 광학 렌즈, 광원, 이미지 센서(image sensor), 전자현미경 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 상기 광학 렌즈는 고용량 스크리닝 장치에 포함된 광학 렌즈일 수 있고, 혹은 의료기기에 포함된 광학 렌즈일 수 있고, 혹은 전자 기술용 장치에 포함된 광학 렌즈일 수 있고, 혹은 미세공정 기술용 장치에 포함된 광학 렌즈일 수 있다. 필요한 경우 별도의 광학 렌즈를 추가적으로 사용할 수 있다.
상기 양각의 이종 입자 어레이는 상대 물질과 각 입자간 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 면적이 증가하고, 돌출된 형태로부터 물리적 자극을 제공하기 위한 도포 물질의 도포 기판으로 사용하는 단계를 포함하는 이용방법을 제공할 수 있다. 이때 도포 물질과 도포 기판은 각각 고용량 스크리닝에 필요한 도포 물질 및 도포 기판일 수 있고, 의료기기에 필요한 도포 물질 및 도포 기판일 수 있고, 또는 전자 기술에 필요한 도포 물질 및 도포 기판일 수 있고, 혹은 미세공정 기술에 필요한 도포 물질 및 도포 기판일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 양각의 이종 입자 어레이는 채널 내 유체와의 상호작용 결합동작이 증가하며 돌출된 형태에 의한 흐름 변화능을 제공하도록 마이크로채널의 바닥부로 사용하는 단계를 포함하는 이용방법을 제공할 수 있다. 이때 상기 마이크로채널은 고용량 스크리닝 용도이거나, 의료기기 용도이거나, 전자 기술 용도이거나, 또는 미세공정 기술 용도일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 양각의 이종 입자 어레이는, 상기 양각의 이종 입자 어레이를 갖는 기판에 특정 입자를 선택적으로 분리하도록 펄스 레이저 혹은 물리력을 접촉식 혹은 비접촉식으로 인가하는 단계를 포함하는 이용방법을 제공할 수 있다. 이때 상기 펄스 레이저 혹은 물리력은 고용량 스크리닝 용도에 필요한 세기이거나, 혹은 의료기기 용도에 필요한 세기이거나, 혹은 전자 기술 용도에 필요한 세기이거나, 혹은 미세공정 기술 용도에 필요한 세기일 수 있고, 이에 국한되는 것은 아니다. 일례로 펄스 레이저 삭마(pulse laser ablation) 혹은 복사압 배출(radiation pressure ejection) 방식이 이용될 수 있다. 펄스 레이저를 이용하여 마이크로 구조물을 이송하는 기술의 예로는 레이저 직접 기록법(Laser direct writing, LDW)과 레이저 포획 미세절단법(Laser capture microdissection, LCM)이 있다. 이 중 LDW 기술은 집중된 펄스 레이저의 에너지를 이용하여 기판을 삭마(ablation)하고 그 압력을 이용하여 목적 물질을 다른 기판으로 옮기는 기술이다. 한편 LCM 기술은 얇게 박피된 세포를 펄스 레이저의 복사압(radiation pressure)을 이용하여 다른 기판으로 옮겨 후처리에 이용하는 기술이다. 펄스 레이저의 이러한 기작을 이용하여 양각의 이종 입자 어레이를 전달 또는 변형해낼 수 있다. 이러한 방법은 광학적 장치를 이용한 무접촉 방식이며 교차 오염이 생기지 않는다.
상기 양각의 이종 입자 어레이는, 상기 양각의 이종 입자 어레이를 갖는 기판에 입자들을 동시적으로 분리해내도록 화학적 분해(Etching 등) 또는 물리적 분해eh기 화학적 분해 또는 물리적 분해는 고용량 스크리닝 용도에 필요한 화학적 분해 또는 물리적 분해 방식이거나, 의료기기 용도에 필요한 화학적 분해 또는 물리적 분해 방식이거나, 혹은 전자 기술 용도에 필요한 화학적 분해 또는 물리적 분해 방식이거나, 미세공정 기술 용도에 필요한 화학적 분해 또는 물리적 분해 방식일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
어세이와 관련하여 부연 설명하면, 도 4의 (가)는 상기 양각의 이종 입자 어레이가 상호작용 결합동작이 가능한 물질들이 도포되어 있는 평면 기판에 적용되는 경우를 나타내고 있다. 좌측 그림의 경우 표적 단백질과 결합 가능한 안티바디 프로브가 표면에 부착되어 있는 이종입자의 혼합물이 양각의 어레이를 형성하고 있는 점착성 테이프와 상기 이종입자들과 상호작용 결합동작이 가능한 단백질들이 존재하는 피부 또는 아가로즈 젤 간의 결합이 이루어진 형태이다. 양각으로 배치된 입자는 다른 기판인 피부 또는 아가로즈 젤의 표면과 밀착됨으로써 상호작용이 가능한 입자 간의 거리를 단축시켜 에세이 상의 이점을 갖는다.
또한 도 4의 (나)는 이종의 입자가 양각 어레이로 형성된 기판이 웰 어레이가 형성되어 있는 또 다른 기판과 결합되는 에세이를 나타낸 것이다. 이종의 입자의 경우 그래픽 코드가 형성되어 있고 광경화성 폴리머 재질로 이루어져 있으며 내부에 그래픽코드와 대응되는 동결건조된 작은 화학분자(small molecule)를 함유하고 있다. 웰 어레이가 형성되어 있는 또 다른 기판의 경우 각각의 웰 바닥에 세포주가 부착되어 있으며 웰은 그 세포주에 적합한 배지(cell medium)로 차있다. 이때 각각의 기판에 형성되어 있는 입자 또는 웰 어레이는 서로 대응되는 위치에 형성되어 있으며, 양각 형태의 어레이는 기판-기판 간 결합 시 결합 수율을 높이는 보조적인 align key의 역할을 함과 동시에 입자와 배지 간의 접촉 면적을 증가시켜 상호작용이 가능한 조합인 작은 화학분자(small molecule)와 세포주 사이의 작용을 돕는 형태의 에세이 상의 이점이 있다.
한편, 종래 기술에 따라 마이크로웰들을 갖는 기판에 중력을 이용한 피펫팅에 의해 이종입자들을 함입시켜 마이크로어레이를 형성하는 모식도를 도 10에 나타내었다. 도 10의 피펫팅에 따르면, 입자의 배치가 음각이기 때문에 입자의 노출이 저해되어 추후 기판을 다른 기판에 적용하거나 관찰 등에 적용할 시 접촉능 및 관찰가능한 범위의 한계가 존재한다. 또한 별도의 기판에 배치된 입자의 위치와 대응되도록 접합하는 경우 음각의 형태로 인해 기판 간의 정렬이 불량하게 되는 문제를 유발할 수 있다.
상술한 본 발명의 기판 구조물 및 이의 제조방법에 따르면 고용량 스크리닝 용도, 의료기기 용도, 전자 기술 용도, 또는 미세공정 기술 용도에 적용 가능하도록 이종 입자 어레이, 특히 대면적의 양각 이종 입자 어레이를 신속하게 교차오염 없이 제조할 수 있다. 상기 고용량 스크리닝 용도로는 입자가 생화학 물질을 함유하는 경우 적용 가능하며, 상기 의료 기기 용도로는 입자가 바이오마커를 검출할 수 있는 프로브를 함유할 경우 적용 가능하며, 상기 전자기술 및 미세공정 기술 용도로는 상기 입자의 물리적 또는 일례로 대면적 디스플레이 혹은 대면적 태양전지 기술분야를 들 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술하였지만, 해당 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 기판의 표면 전반에 걸쳐 복수의 이종입자들을 형성한 기판 구조물로서,
    상기 복수의 이종입자들은 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 상기 기판의 표면 전반에 걸쳐 이종입자들을 대면 접촉 혹은 비대면 어레이 형태로 이종입자들을 형성한 것인 기판 구조물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질은 i) 상기 이종입자들 중 하나 이상의 입자(들), ii) 이렇게 선택된 입자(들)가 함유하고 있는 물질(들), iii) 상기 기판, iv) 상기 기판과 별개의 기판, v) 자성 발생물질, vi) 정전기성 발생물질, vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들), 및 viii) 상기 별개의 입자(들)가 함유하고 있는 물질로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 하나 이상인 기판 구조물.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 상호작용 결합동작은 i) 상기 이종입자들 중 하나 이상의 입자(들), ii) 이렇게 선택된 입자(들)가 함유하고 있는 물질(들), iii) 상기 기판, iv) 상기 기판과 별개의 기판, v) 자성 발생물질, vi) 정전기성 발생물질, vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들), 및 viii) 상기 별개의 입자(들)가 함유하고 있는 물질 중에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 입자가 갖는 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성을 비롯한 물리적 결합특성; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간 결합성을 비롯한 화학적 결합특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드를 비롯한 생화학적 결합특성; 및 이들의 복합 결합특성에 의해 수행된 결합동작들 중 하나 이상의 결합동작인 기판 구조물.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 구조물에서 상기 기판과 상기 이종 입자는, 상기 기판 또는 별개의 기판 각각의 내부에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 상기 기판 또는 별개의 기판 각각의 위에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 상기 기판 또는 별개의 기판 각각에 배치되어 있는 입자의 내부에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 상기 기판 또는 별개의 기판 각각에 배치되어 있는 입자 위에 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되거나; 또는 상기 기판 또는 별개의 기판 각각에 배치되어 있는 입자를 함유하면서 상기 이종 입자 중 하나 이상의 입자가 배치된 형태로 제공되는 것인 기판 구조물.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 기판은 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질을 재료로 하여 제조되거나, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질이 상기 기판에 전체 혹은 부분 배치되어 있는 형태를 갖고, 여기서 상기 이종입자들이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치되어 있는 어레이; 상기 이종입자들을 내포 혹은 외포하고 있는 미세입자 칩; 및 상기 이종입자들을 유동성을 갖고 이동시킬 수 있는 미세유체 중에서 선택된 것인 기판 구조물.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 iv) 상기 기판과 별개의 기판은, 상기 기판에 배치되어 있는 이종입자들과 면대면 접촉 또는 이격 적층에 의해 조립된 형태로 상기 기판에 배치되어 있던 이종입자들과 대응되는 면대면 어레이 구조를 형성하며, 여기에 상기 조립은 이후 배치 형태를 유지하는 형태로 제공되거나; 이후 정렬된 형태를 유지하는 형태로 제공되거나; 또는 일시적인 조립 후 탈착된 형태로 제공되는 것인 기판 구조물.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 iv) 상기 기판과 별개의 기판은, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질을 재료로 하여 제조되거나, 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질이 상기 기판에 전체 혹은 부분 배치되어 있는 형태를 갖고, 여기에 상기 이종입자들이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치되어 있는 마이크로어레이; 상기 이종입자들을 내포 혹은 외포하고 있는 미세입자 칩; 및 상기 이종입자들을 유동성을 갖고 이동시킬 수 있는 미세유체 중에서 선택되며,
    여기서 상기 상호작용 결합동작은 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판 간에 수행되거나; 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판의 각각에 배치되어 있는 물질 간에 수행되거나; 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판 중에서 선택된 기판 자체와 선택되지 않은 기판에 배치되어 있는 물질 간에 수행되거나; 또는 상기 기판 및 상기 기판과 별개의 기판 중에서 선택된 기판에 배치되어 있는 물질과 선택되지 않은 기판에 배치되어 있는 물질 간에 수행되는 것인 기판 구조물.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 (iii) 기판과 상기 (iv) 별개의 기판은 서로 독립적으로, 핵산 및 단백질을 비롯한 생화학 물질; 유리, 실리콘, 금속, 광응답성 폴리머, 열응답성 폴리머, 플라스틱 및 하이드로젤을 비롯한 화학물질; 세포, 바이러스 및 미생물을 비롯한 생명체 또는 생명활동이 가능한 단위체들을 갖는 생물학적 물질; 상기 상호작용 결합동작을 수행하고 조립을 제공할 수 있는 물질; 및 피부를 비롯한 생체조직;으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 기판 구조물.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 i) 이종입자들 또는 vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들)는, 서로 독립적으로 상기 기판에 형성된 구조체에 고착된 형태로 제공되거나; 상기 기판에 정렬된 형태로 어레이 형태로 제공되거나; 또는 상기 기판의 제한된 영역 안에서 고정되지 않은 상태로 재치되거나 정렬되어 있는 형태로 제공되는 것인 기판 구조물.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 i) 이종입자들 또는 vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들)는, 서로 독립적으로 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 물질이거나; 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 입자이거나; 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 입자에 코팅된 물질이거나; 또는 상기 기판 또는 상기 별개의 기판 각각에 코팅된 입자가 함유하고 있는 물질 중에서 선택된 1종 이상인 기판 구조물.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 i) 이종입자들 또는 vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들)는, 서로 독립적으로 바이러스, 균 및 효모를 비롯한 세포; DNA 및 RNA를 비롯한 생화학 분자; small molecule(작은 화학분자); BSA(소 혈청 알부민), 항체(antibody) 및 사이토카인(cytokine)을 비롯한 단백질; 및 나노입자, 마이크로입자, 자성 입자 및 전도성 물질을 비롯한 비-생물학적인 물질 중에서 선택된 1종 이상으로 구성된 것인 기판 구조물.
  12. 제2 항에 있어서,
    상기 ii) 이렇게 선택된 입자(들)가 함유하고 있는 물질(들) 또는 viii) 상기 별개의 입자(들)가 함유하고 있는 물질은, 서로 독립적으로 바이러스, 균 및 효모를 비롯한 세포; DNA 및 RNA를 비롯한 생화학 분자; small molecule(작은 화학분자); BSA(소 혈청 알부민), 항체(antibody) 및 사이토카인(cytokine)을 비롯한 단백질; 및 나노입자, 마이크로입자, 자성 입자 및 전도성 물질을 비롯한 비-생물학적인 물질 중에서 1종 이상 선택된 물질이 상기 i) 이종입자들 또는 vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들)의 표면과 내부 중 하나 이상의 위치에 포함되어 있는 것인 기판 구조물.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 i) 이종입자들 또는 vii) 상기 이종입자들과 별개의 입자(들)는 서로 독립적으로, 멀티-도메인(Multi-domain), 코드 및 프로브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 옵션이 적용된 입자(들)인 것인 기판 구조물.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 구조물은 바이오 물질 분리 기술, 세포 분리 기술 또는 어세이 기술에 사용되는 것인 기판 구조물.
  15. 기판의 표면 전반에 걸쳐 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 기판 구조물을 준비하는 단계; 및 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자를 분리하는 단계를 포함하는 기판 구조물로부터 입자의 분리방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 수행되는 것인 기판 구조물로부터 입자의 분리방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자를 분리하는 단계는 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 수행된 상호작용 결합동작을 해제하는 동작을 수행하여 수행되는 것으로,
    상기 상호작용 결합동작을 해제하는 동작은 물질 또는 입자가 갖는 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성을 비롯한 물리적 결합특성에 대한 해제특성; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간 결합성을 비롯한 화학적 결합특성에 대한 해제특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드를 비롯한 생화학적 결합특성에 대한 해제특성; 및 이들의 복합 해제특성에 의해 수행된 다양한 동작들 중 하나 이상의 동작인 기판 구조물로부터 입자의 분리방법.
  18. 기판의 표면 전반에 걸쳐 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 기판 구조물을 준비하는 단계; 선택적으로, 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자를 분리하는 단계; 및 상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자에 대한 바이오어세이를 수행하는 단계;를 포함하는 기판 구조물로부터 입자의 어세이 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 대면 혹은 비대면으로 복수의 이종입자들을 형성하는 단계는 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 상호작용 결합동작에 의해 수행되는 것인 기판 구조물로부터 입자의 어세이방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 기판 구조물로부터 목적하는 대상입자를 분리하는 단계는 상기 기판 구조물 내 상호작용 결합동작을 수행할 수 있는 물질들간 수행된 상호작용 결합동작을 해제하는 동작을 수행하여 수행되는 것으로,
    상기 상호작용 결합동작을 해제하는 동작은 물질 또는 입자가 갖는 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성을 비롯한 물리적 결합특성에 대한 해제특성; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간 결합성을 비롯한 화학적 결합특성에 대한 해제특성; 생화학 분자나 항원-항체, 리셉터-리간드를 비롯한 생화학적 결합특성에 대한 해제특성; 및 이들의 복합 해제특성에 의해 수행된 다양한 동작들 중 하나 이상의 동작인 기판 구조물로부터 입자의 어세이방법.
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