WO2021215850A1 - 롤투롤 공정으로 제조된 그래핀 기반 표면 플라즈몬 공명 분자진단 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

롤투롤 공정으로 제조된 그래핀 기반 표면 플라즈몬 공명 분자진단 장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2021215850A1
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roll
graphene
detection device
biological molecule
molecule detection
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PCT/KR2021/005106
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리루크
조규진
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성균관대학교산학협력단
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection

Definitions

  • the present invention relates to a graphene-based surface plasmon resonance-based biological molecule detection device (eg, graphene-based plasmon-based PCR chip) manufactured by a roll-to-roll process, and a method for manufacturing the same.
  • a graphene-based surface plasmon resonance-based biological molecule detection device eg, graphene-based plasmon-based PCR chip
  • a roll-to-roll (R2R) process apparatus refers to an apparatus for performing various types of processes on a roll-type film or web.
  • a roll-to-roll process device includes an unwinder that unwinds a film wound in a roll form, process units that perform various processes such as a printing process on a film, and a rewinder that winds the film back into a roll form. And, it may be provided with various transport units for transporting the film between them.
  • a roll-to-roll printing apparatus for forming various patterns on the surface of a film, which is an object to be processed, may be used.
  • roll-to-roll printing apparatuses are being used in various ways to manufacture various electronic components such as electronic circuits, sensors, and flexible displays.
  • metal nanoparticles of nanometer (nm) size are subjected to collective oscillation of electrons in the conduction band of the nanoparticles by light of a specific frequency (wavelength) incident from the outside, thereby exhibiting electric dipole characteristics.
  • the metal nanoparticles strongly absorb and scatter light in the frequency (wavelength) region, which is called Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR).
  • LSPR Localized Surface Plasmon Resonance
  • the absorbance characteristics of the metal nanoparticles for external incident light that is, the intensity or frequency (wavelength) of absorption and scattering bands
  • absorption and scattering wavelengths are greatly affected by the external environment of metal nanoparticles, that is, changes in refractive index of surrounding materials on the surface of metal nanoparticles. It is widely applied in the field of sensors, etc.
  • the present inventors tried to develop a technology for producing a device for detecting biological molecules (eg, PCR chip, microfluidic chip, biosensor, etc.) in a roll-to-roll process more efficiently in a short time in a large amount, and manufactured by the roll-to-roll process By developing a graphene-based surface plasmon resonance molecular diagnostic device, the present invention was completed.
  • a device for detecting biological molecules eg, PCR chip, microfluidic chip, biosensor, etc.
  • Another object of the present invention is to provide a roll-to-roll device for manufacturing the biological molecule detection device.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the biological molecule detection device using a roll-to-roll process.
  • the present invention provides a biological molecule detection device manufactured by a roll-to-roll process, wherein the detection device includes an upper substrate and a lower substrate, the lower end of the upper substrate and the Manufacturing by a roll-to-roll process, characterized in that each graphene thin film is disposed on the upper end of the lower substrate, and one or more reaction spaces for detecting biological molecules in the sample are located in the space between the graphene thin films of the upper and lower substrates
  • a biological molecule detection device is provided.
  • the biological molecular detection device can be used for molecular diagnosis.
  • the biological molecule detection device is a device for polymerase chain reaction (PCR), further comprising a light source for irradiating light to the graphene thin film, exposed from the light source The emitted light may cause heating of the sample positioned in the reaction space through plasmonic photothermal light-to-heat conversion inside the graphene thin film.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the apparatus for polymerase chain reaction may further include a temperature sensor for monitoring the temperature of biological molecules.
  • the apparatus for polymerase chain reaction further comprises a controller coupled to the light source and the temperature sensor, wherein the controller obtains one or more data from the temperature sensor and operation can be controlled.
  • the graphene thin film may be nanometer-sized graphene quantum dot particles for improving light absorption through surface plasmon resonance.
  • the graphene thin film may be a thin film including graphene quantum dots (graphene quantum dots are mixed).
  • the substrate may be translucent or transparent.
  • the apparatus for polymerase chain reaction may further include a digital camera, a photodiode, or a spectrophotometer to detect nucleic acids in real time.
  • the biological molecule detection device may be a microfluidic chip including a microfluidic channel.
  • a guide molecule capable of binding to a biological target molecule in the sample is placed in the reaction space, and the surface plasmon resonance of graphene, which is changed by the binding of the biological target molecule and the guide molecule, is performed. It is possible to detect biological molecules by sensing.
  • a nucleotide sequence complementary to the target molecule is added to the reaction space so that it can bind to the biological target molecule in the sample.
  • a pair of primers, four types of dNTP (deoxyribonucleotide triphosphate) and a polymerase are placed, and as the nucleic acid amplification reaction is performed, the surface plasmon resonance of graphene that is changed by the binding of the biological target molecule and the dNTP molecule is detected to detect biological molecules can be detected.
  • the guide molecule may be a nucleic acid having a sequence complementary to the biological target molecule, or an antibody or antigen that specifically binds to the biological molecule.
  • the biological molecule may be selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, peptides and polypeptides.
  • the present invention is a coating unit for manufacturing a graphene-coated substrate by coating the substrate with graphene; an imprinting unit imprinting one or more reaction spaces for detecting biological molecules in a sample on the graphene-coated substrate; and a laminating unit for laminating an upper portion of the reaction space with a graphene-coated substrate.
  • the present invention comprises the steps of coating the substrate with graphene; Imprinting one or more reaction spaces for detecting biological molecules in a sample on the coated graphene; and laminating an upper portion of the reaction space with graphene.
  • the imprinting of the reaction space may imprint the reaction space in the form of a micro well, but is not limited thereto.
  • a molecular diagnostic device capable of detecting various biological molecules such as DNA, RNA, and protein can be manufactured using a roll-to-roll (R2R) process.
  • R2R roll-to-roll
  • the manufacturing cost is significantly lower in the R2R process than using gold foil.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a cross-section of a biological molecule detection device manufactured by a roll-to-roll process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of a biological molecule detection apparatus according to an embodiment of the present invention, which is a polymerase chain reaction (PCR) apparatus.
  • PCR polymerase chain reaction
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of a microfluidic chip sample preparation unit in which a biological molecule detection device according to an embodiment of the present invention is formed with a microfluidic channel.
  • FIG. 4 shows each component of a roll-to-roll device for manufacturing a biological molecule detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows the operation of a roll-to-roll device for manufacturing a biological molecule detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows the concept of a surface plasma resonance image and a background image, in which, in the biological molecule detection device according to an embodiment of the present invention, the dNTP is strengthened as the concentration of protons is gradually increased while binding to the target RNA or ssDNA of the sample. It is also
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a cross-section of a biological molecule detection device manufactured by a roll-to-roll process according to an embodiment of the present invention.
  • an apparatus 100 for detecting biological molecules manufactured by a roll-to-roll process includes an upper substrate 20 and a lower substrate 10 , and Graphene thin films 21 and 11 are respectively disposed on the bottom and the top of the lower substrate 10, and biological molecules in the sample are located in the space between the graphene thin films 21 and 11 of the upper and lower substrates 20 and 10.
  • One or more reaction spaces S for detection are located.
  • the material of the substrates 10 and 20 is not particularly limited, and materials (eg, plastic, glass, etc.) commonly used in manufacturing devices for detecting biomolecules such as biosensors, biochips, and microfluidic chips may be used without limitation.
  • the biological molecule detection device 100 of the present invention is for polymerase chain reaction (PCR), it may be made of a substrate of a translucent or transparent material (eg, polymethyl methacrylate (PMMA)).
  • PCR polymerase chain reaction
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the reaction space S is a space in which a polymerase chain reaction for detecting a desired biological molecule present in a sample occurs or a binding reaction between the biological molecule and a probe molecule binding thereto occurs.
  • the graphene thin films 11 and 21 provided in the present invention provide heat necessary for the polymerase chain reaction.
  • protons generated according to the binding reaction between the biological molecule and the four types of dNTPs or probe molecules that bind thereto affect the graphene thin films 11 and 21, thereby changing the surface plasmon resonance phenomenon of graphene. appears.
  • the change in the surface plasmon resonance phenomenon can be detected (confirmed) a desired biological molecule by quantitatively detecting the change in proportion to the base unit of the ssDNA or ssRNA to be detected.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the biological molecule detection device of the present invention as a polymerase chain reaction (PCR) device.
  • PCR polymerase chain reaction
  • a light source 30 for irradiating light to the graphene thin films 11 and 21 is further added.
  • the light exposed from the light source 30 is a biological molecule located in the reaction space S through plasmonic photothermal light-to-heat conversion inside the graphene thin films 11 and 21 . causes heating of
  • the graphene thin film may be formed by mixing graphene flakes from which graphite is exfoliated with a polymer binder (eg, carboxymethyl cellulose sodium salt), and coating the graphene ink prepared by homogenizing the graphene ink on a substrate using a roll-to-roll equipment.
  • a polymer binder eg, carboxymethyl cellulose sodium salt
  • the graphene thin film can be manufactured with nanometer-sized quantum dot-shaped particles, and accordingly, the light absorption rate through surface plasmon resonance can be controlled for each wavelength of the light source, so that plasmon heating of the graphene thin film can be designed.
  • the light source 30 may be implemented as an LED, diode lasers, a diode laser array, a quantum well (vertical)-cavity laser, or the like.
  • the emission wavelength of the light source may be ultraviolet (UV) light, visible light or infrared (IR) light.
  • the apparatus for polymerase chain reaction (PCR) may further include a temperature sensor for monitoring the temperature of the sample solution.
  • the temperature sensor may be coupled to or facing the platform for measuring the temperature of the sample and/or the thin film.
  • Such temperature sensors may include multiple sensor types, such as thermocouples or cameras (eg, IR cameras) facing the platform.
  • the PCR system may be integrated or compatible with a diagnostic device such as a digital camera, photodiode, spectrophotometer or similar imaging device that detects nucleic acid and/or fluorescence signals in a sample solution in real time.
  • a diagnostic device such as a digital camera, photodiode, spectrophotometer or similar imaging device that detects nucleic acid and/or fluorescence signals in a sample solution in real time.
  • the camera may be a smartphone camera, and the smartphone includes application software for analyzing a sample solution.
  • the sensor and light source may be coupled to a computing unit for obtaining sensor data and controlling the light source.
  • a computing device obtains data from a sensor, including a processor and memory stored in application software executable by the processor for driving the light source (eg, for controlling LED timing, intensity/injection current, etc.) and/or process data from the diagnostic device, such as digital camera real-time detection of fluorescent signals of nucleic acids and/or sample solutions.
  • the computing device may include a separate computer or device, or may be integrated into a microcontroller module having the remaining components.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the biological molecule detection device of the present invention in the case of a microfluidic chip formed with a microfluidic channel.
  • a sample containing a biological molecule to be detected is injected into the sample inlet I, the injected sample moves to the reaction space S through the microfluidic channel.
  • a primer pair capable of binding to a biological target molecule in a sample four types of deoxyribonucleotides (dNTPs), and a polymerase are placed.
  • dNTPs are paired one by one to the bases of a biological target molecule (eg, RNA or ssDNA), and protons are generated, and the generated protons affect graphene and graphene changes in the surface plasmon phenomenon of By detecting the surface plasmon change of graphene, a desired biological molecule can be detected.
  • a biological target molecule eg, RNA or ssDNA
  • the microfluidic chip in which the nucleic acid amplification reaction occurs may include a light source for irradiating light to a component for nucleic acid amplification, for example, graphene described with reference to FIG. 2 . Additionally, the microfluidic chip may include components for sample preparation, sample reaction, and sample delivery.
  • a guide molecule capable of binding to a biological target molecule in the sample eg, DNA or RNA having a sequence complementary to that of the biological molecule
  • a biological target molecule in the sample eg, DNA or RNA having a sequence complementary to that of the biological molecule
  • S reaction space In
  • these biological target molecules and guide molecules are combined, protons are generated, and the generated protons affect graphene, resulting in a change in the plasmonic phenomenon of graphene.
  • a desired biological molecule can be detected.
  • the surface plasmon resonance change of the graphene any technique known in the art capable of sensing and detecting the plasmon resonance change may be used without limitation.
  • the surface plasmon resonance change may be detected and detected by an angle tunable surface plasmon resonance method, a wavelength tunable surface plasmon resonance method, or a surface plasmon resonance imaging method.
  • any material used for manufacturing the microfluidic channel such as PDMS, may be used without limitation.
  • FIG. 4 is a view showing each component (coating unit, imprinting unit, laminating unit) of a roll-to-roll device for manufacturing a biological molecule detection device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an embodiment of the present invention It is a diagram showing the operation of a roll-to-roll device for manufacturing a biological molecule detection device according to .
  • the roll-to-roll device is a coating unit for coating a substrate with graphene, an imprinting unit for forming one or more reaction spaces for detecting biological molecules in a sample by an imprinting method on the graphene-coated substrate and a laminating unit for laminating with graphene.
  • a process of manufacturing a biological molecule detection device according to an embodiment of the present invention using the roll-to-roll device of the present invention is as follows.
  • the substrate is coated with graphene in the coating unit.
  • the coating unit is a device for coating the graphene ink on the substrate.
  • Graphene ink can be prepared in the following way. Graphene flakes or quantum dot graphene from which graphite is exfoliated are mixed with sodium deoxycholate and carboxymethyl cellulose sodium salt in various ratios in water (for example, 10 in weight ratio). (Water):1:0.01:0.1) and homogenize for more than 12 hours using a probe sonicator. After homogenization, the surface tension and viscosity can be measured, and the amount of graphene and the amount of carboxymethylcellulose sodium salt used as a binder can be adjusted to control the viscosity according to the printing method.
  • reaction space for detecting biological molecules in the imprinting unit are formed on the graphene-coated substrate (imprinting).
  • the reaction space is imprinted in the form of a fine well.
  • microfluidic channels are printed with PDMS by a nanoimprinting method after graphene coating.
  • an embossed roll is prepared according to the required depth and width of the microfluidic channel, and the graphene is re-coated with UV acrylic resin or epoxy resin and cured with UV while imprinting through the embossed roll to cure the microfluidic channel.
  • the coating speed can be controlled from 1 m to 6 m per minute, and in this case, the coating method can be continuous coating with a roll-to-roll using a gravure coater, a comma coater, or a slot die.
  • Graphene flakes or quantum dot graphene are prepared with ink using a polymer binder (carboxymethyl cellulose sodium salt) and R2R coated on a plastic substrate, and microfluidic channels are continuously printed thereon with PDMS by nanoimprinting method.
  • a biological molecule detection device was manufactured by lamination with a pin-coated film.
  • Graphene ink was prepared by the following method.
  • Sodium deoxycholate and carboxymethyl cellulose sodium salt were mixed with the graphene flakes from which the graphite was peeled in various ratios in water (by weight ratio of 10 (water): 1:0.01: 0.1) and after homogenizing for 12 hours or more using a probe sonicator, the surface tension and viscosity were measured, and the amount of graphene and the amount of carboxymethylcellulose sodium salt used as a binder were adjusted to control the viscosity according to the printing method.
  • the target DNA or RNA to be analyzed flowing in the channel binds to four dNTPs after the start of the nucleic acid amplification reaction, the protons directly affect graphene, and as the plasmonic phenomenon of graphene changes, the target is shown in FIG. It can also be confirmed with a surface plasmon resonance image.
  • the dNTP binds to the target RNA or ssDNA of the sample, a diagram for explaining the concept of a surface plasma resonance image and a background image in which the concentration of protons is gradually increased while dNTP is strengthened is shown in FIG. 6 .
  • the present invention is expected to be usefully used in manufacturing a device capable of detecting various biological molecules such as DNA, RNA, and protein at low cost using a roll-to-roll (R2R) process.
  • R2R roll-to-roll

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Abstract

본 발명은 롤투롤 공정으로 제조된 그래핀 플라즈몬(graphene plasmon) 기반의 생물학적 분자 검출장치(예컨대, 그래핀 플라즈몬 기반 PCR칩) 및 이의 제조방법 등에 관한 것이다. 본 발명을 이용하면, 롤투롤(R2R) 공정을 이용하여 DNA, RNA, 단백질 등의 다양한 생물학적 분자를 검출할 수 있는 장치를 제조할 수 있다. 특히, 그래핀을 사용하면 금박을 사용하는 것보다 R2R 공정상 제조 비용이 현저히 저렴한 이점이 있다.

Description

롤투롤 공정으로 제조된 그래핀 기반 표면 플라즈몬 공명 분자진단 장치 및 이의 제조방법
본 발명은 롤투롤 공정으로 제조된 그래핀 기반 표면 플라즈몬 공명(graphene based surface plasmon resonance) 기반의 생물학적 분자 검출장치(예컨대, 그래핀 플라즈몬 기반 PCR칩) 및 이의 제조방법 등에 관한 것이다.
일반적으로 롤투롤(Roll-to-Roll, R2R) 공정 장치는 롤(roll) 형태의 필름(film) 또는 웹(web)에 다양한 종류의 공정을 수행하는 장치를 의미한다. 이러한 롤투롤 공정 장치는 롤 형태로 권취된 필름을 풀어주는 언와인더(unwinder), 필름에 인쇄 공정 등 다양한 공정을 수행하는 공정 유닛들, 필름을 다시 롤 형태로 감아주는 리와인더(rewinder)를 포함하며, 이들 사이에서 필름을 이송하기 위한 다양한 이송 유닛들을 구비할 수 있다.
롤투롤 공정 장치의 일 예로, 피공정물인 필름의 표면에 다양한 패턴을 형성하는 롤투롤 인쇄 장치를 들 수 있다. 최근의 롤투롤 인쇄 장치는 전자 회로, 센서, 플렉서블 디스플레이(flexible display) 등의 다양한 전자 부품의 제조에 다양하게 활용되고 있다.
한편, 나노미터(nm) 크기의 금속 나노 입자는 외부에서 입사되는 특정한 주파수(파장)의 빛에 의하여 나노입자 전도대에 있는 전자들의 집단적인 진동(collective oscillation)이 일어나 전기 쌍극자 특성을 띠게 된다. 그 결과, 금속 나노입자는 해당 주파수(파장) 영역의 빛을 강하게 흡수 및 산란을 하는데, 이를 국부적 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)이라고 한다.
금속 나노입자의 외부 입사광에 대한 흡광도(extinction) 특성, 즉 흡수 및 산란 밴드의 세기나 주파수(파장) 등은 금속 나노입자의 종류, 크기, 모양에 따라 결정되는 특성을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 흡수 및 산란 파장은 금속 나노입자의 외부환경, 즉 금속 나노입자 표면에 존재하는 주변 물질의 굴절률 변화에 크게 영향을 받는데, 이러한 성질을 이용하여 생체분자 및 화학물질을 검출하는 바이오, 화학 센서 분야 등에 널리 응용되고 있다.
본 발명자들은 생물학적 분자 검출을 위한 장치(예컨대, PCR칩, 미세유체칩, 바이오센서 등)를 롤투롤 공정으로 보다 효율적으로 단시간 내에 대량으로 제조하기 위한 기술을 개발하고자 노력하여, 롤투롤 공정으로 제조된 그래핀 기반 표면 플라즈몬 공명 분자진단 장치를 개발함으로써, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 생물학적 분자 검출장치 제조용 롤투롤 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 롤투롤 공정을 이용하여 상기 생물학적 분자 검출장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치이며, 상기 검출장치는 상부 기판 및 하부 기판을 포함하며, 상기 상부 기판의 하단과 하부 기판의 상단에 각각 그래핀(graphene) 박막이 배치되며, 상기 상하부 기판의 그래핀 박막 사이 공간에 시료 내의 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간이 위치하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 생물학적 분자 검출장치는 분자진단에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 생물학적 분자 검출장치는 중합효소 연쇄반응(PCR)용 장치로서, 상기 그래핀 박막에 빛을 조사하기 위한 광원(light source)을 더 포함하며, 상기 광원으로부터 노출된 빛은 상기 그래핀 박막 내부에 플라즈몬 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 통하여 상기 반응 공간에 위치하는 시료의 가열을 일으킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 중합효소 연쇄반응용 장치는 생물학적 분자의 온도를 모니터링 하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 중합효소 연쇄반응용 장치는 상기 광원 및 온도 센서에 결합된 컨트롤러(controller)를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 온도 센서로부터 하나 이상의 데이터 획득 및 상기 광원의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 그래핀 박막은 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 통한 광흡수율을 향상시키기 위한 나노미터 크기의 그래핀 양자점 입자일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 그래핀 박막은 그래핀 양자점을 포함하는(그래핀 양자점이 혼용된) 박막일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 기판은 반투명 또는 투명일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 중합효소 연쇄반응용 장치는 핵산을 실시간으로 검출하기 위하여 디지털 카메라, 포토다이오드(photodiode) 또는 분광 광도계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 생물학적 분자 검출장치는 미세유체 채널을 포함하는 미세유체칩 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 반응 공간에는 시료 내 생물학적 타겟 분자와 결합할 수 있는 가이드 분자가 놓여지며, 상기 생물학적 타겟 분자와 가이드 분자의 결합에 의하여 변화되는 그래핀의 표면 플라즈몬 공명을 감지하여 생물학적 분자를 검출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 가이드 분자를 표면에 고정화 하여 사용하는 분자진단 기술과 다른 방식으로, 상기 반응 공간에는 시료 내 생물학적 타겟 분자와 결합할 수 있도록 타겟 분자에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머 쌍, 4종의 dNTP(deoxyribonucleotide triphosphate) 및 중합효소가 놓여지며, 핵산 증폭반응이 이루어짐에 따라 상기 생물학적 타겟 분자와 dNTP 분자의 결합에 의하여 변화되는 그래핀의 표면 플라즈몬 공명을 감지하여 생물학적 분자를 검출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 가이드 분자는 상기 생물학적 타겟 분자와 상보적인 서열을 갖는 핵산, 또는 상기 생물학적 분자에 특이적으로 결합하는 항체 또는 항원일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 생물학적 분자는, 핵산, 단백질, 펩타이드 및 폴리펩타이드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 그래핀으로 코팅하여 그래핀-코팅 기판을 제조하는 코팅 유닛; 상기 그래핀-코팅 기판에 시료 내의 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간을 임프린팅 하는 임프린팅 유닛; 및 상기 반응 공간 상부를 그래핀-코팅 기판으로 라미네이션(lamination) 하는 라미네이팅 유닛을 포함하는, 생물학적 분자 검출장치 제조용 롤투롤 장치를 제공한다.
나아가, 본 발명은 기판을 그래핀으로 코팅하는 단계; 코팅된 그래핀 위에 시료 내 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간을 임프린팅 하는 단계; 및 상기 반응 공간 상부를 그래핀으로 라미네이션하는 단계를 포함하는, 롤투롤 공정으로 생물학적 분자 검출장치를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 반응 공간의 임프린팅은 반응 공간을 미세우물(micro well) 형태로 임프린팅 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명을 이용하면, 롤투롤(R2R) 공정을 이용하여 DNA, RNA, 단백질 등의 다양한 생물학적 분자를 검출할 수 있는 분자진단 장치를 제조할 수 있다. 특히, 그래핀을 사용하면 금박을 사용하는 것보다 R2R 공정상 제조 비용이 현저히 저렴한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치의 단면을 개략적으로 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치가 중합효소 연쇄반응(PCR)용 장치인 경우의 구성을 개략적으로 도시한 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치가 미세유체 채널이 형성된 미세유체칩 시료준비 단위 경우의 구성을 개략적으로 도시한 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치 제조를 위한 롤투롤 장치의 각 구성요소를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치 제조를 위한 롤투롤 장치의 작동을 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치에서, dNTP가 시료의 타겟 RNA 또는 ssDNA와 결합하면서 점차적으로 프로톤의 농도가 증가하면서 강화되는, 표면 플라즈마 공명 이미지와 백그라운드 이미지의 개념을 보여주는 도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도면을 참조하여 설명할 때 동일 하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치의 단면을 개략적으로 도시한 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치(100)는 상부 기판(20) 및 하부 기판(10)을 포함하며, 상기 상부 기판(20)의 하단과 하부 기판(10)의 상단에 각각 그래핀(graphene) 박막(21, 11)이 배치되며, 상기 상하부 기판(20, 10)의 그래핀 박막(21, 11) 사이 공간에 시료 내의 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간(S)이 위치한다.
상기 기판(10, 20)의 재질은 크게 제한되지 않으며, 바이오센서, 바이오칩, 미세유체칩 등 생체분자의 검출을 위한 장치 제조에 통상적으로 사용되는 소재(예컨대, 플라스틱, 유리 등)를 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명의 생물학적 분자 검출장치(100)가 중합효소 연쇄반응(PCR)을 위한 것인 경우에는 반투명 또는 투명한 소재(예컨대, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA))의 기판으로 제조될 수 있다.
상기 반응 공간(S)은 시료 내에 존재하는 목적하는 생물학적 분자를 검출하기 위한 중합효소 연쇄반응이 일어나거나, 상기 생물학적 분자와 이에 결합하는 탐침(probe) 분자 사이의 결합 반응이 일어나는 공간이다. 본 발명에 마련된 그래핀 박막(11, 21)은 상기 중합효소 연쇄반응에 필요한 열을 제공한다. 또한, 상기 생물학적 분자와 이에 결합하는 4종의 dNTP 또는 탐침(probe) 분자 사이의 결합 반응에 따라 발생하는 프로톤이 그래핀 박막(11, 21)에 영향을 주어 그래핀의 표면 플라즈몬 공명 현상의 변화가 나타난다. 이러한 표면 플라즈몬 공명 현상의 변화는 탐지하고자 하는 ssDNA 또는 ssRNA의 염기서열수(base unit)에 비례하여 정량적으로 감지함으로써 목적하는 생물학적 분자를 검출(확인)할 수 있다.
도 2는 본 발명의 생물학적 분자 검출장치가 중합효소 연쇄반응(PCR)용 장치인 경우의 구성을 개략적으로 도시한 도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 생물학적 분자 검출장치가 중합효소 연쇄반응을 위한 장치(110)인 경우, 그래핀 박막(11, 21)에 빛을 조사하기 위한 광원(light source, 30)을 더 포함한다. 상기 광원(30)으로부터 노출된 빛은 상기 그래핀 박막(11, 21) 내부에 플라즈몬 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 통하여 상기 반응 공간(S)에 위치하는 생물학적 분자의 가열을 일으킨다.
물질과의 광자 상호 작용을 고려할 때, 광자의 흡수는 종종 열로 처리된다. 여기원(excitation source)으로부터 광자가 얇은 그래핀 분자의 표면에 도달할 때, 플라즈몬-보조된 강한 광 흡수가 발생할 수 있다. 이것은 차례로 표면 근처에서 전자를 더 높은 에너지 상태로 여기하여, 100 fs 내에서 고온 전자를 생성할 수 있다. 이러한 고온 전자는 작은 전자 열 용량으로 인해 수천 도의 켈빈 온도에 도달할 수 있다. 또한, 고온 전자는 그래핀 박막 전체에 빠르게 확산되어 고온 전자를 균일하게 분포시킨다. 급속 가열은 5~10 ps 후에 고온 전자와 격자 포논(lattice phonons) 사이의 에너지 교환에 의해 평형 상태로 냉각된다. 따라서, 그래핀이 빛을 받을 때, 고온 그래핀 표면과 시료 용액 사이의 큰 온도 차이가 발생하여, 100 ps 이상의 장시간 동안 시료 용액의 가열을 초래한다.
상기 그래핀 박막은 그라파이트를 박리시킨 그래핀 플레이크를 고분자 바인더(예컨대, carboxymethyl cellulose sodium salt)와 혼합하고 균질화하여 제조한 그래핀 잉크를 기판에 롤투롤 장비로 코팅하여 형성시킬 수 있다.
상기 그래핀 박막은 나노미터 크기의 양자점 형태의 입자로도 제조가능하며, 이에 따라 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 통한 광흡수율을 광원의 파장별로 제어 가능하여 그래핀 박막의 플라즈몬 가열을 디자인할 수 있다.
상기 광원(30)은 LED, 다이오드 레이저(diode lasers), 다이오드 레이저 어레이(diode laser array), 양자 웰(수직)-공동 레이저(quantum well(vertical)-cavity laser) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 광원의 방출 파장은 자외선(UV), 가시광선 또는 적외선(IR) 등 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중합효소 연쇄반응(PCR)용 장치는 시료 용액의 온도를 모니터링 하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 센서는 시료 및/또는 박막의 온도를 측정하는 플랫폼에 결합되거나 플랫폼을 향할 수 있다. 이러한 온도 센서는 플랫폼을 향하는 열전대(thermocouple) 또는 카메라(예를 들어, IR 카메라)와 같이 다수의 센서 타입을 포함할 수 있다.
또한, PCR 시스템이 샘플 용액의 핵산 및/또는 형광 신호를 실시간으로 검출하는 디지털 카메라, 포토다이오드(photodiode), 분광 광도계(spectrophotometer) 또는 유사한 촬상 장치(imaging device)와 같은 진단 장치와 통합되거나 호환될 수 있는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 카메라는 스마트폰 카메라 일 수 있으며, 상기 스마트폰은 시료 용액을 분석하는 어플리케이션 소프트웨어를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 센서 및 광원은 센서 데이터의 획득 및 광원의 제어를 위한 컴퓨팅 장치(computing unit)에 결합할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨팅 장치는 프로세서 및 광원을 구동하기 위한(예를 들어, LED 타이밍, 강도/주입 전류 등을 제어하기 위한) 프로세서로 실행 가능한 어플리케이션 소프트웨어에 저장되는 메모리를 포함하여, 센서로부터 데이터를 획득하고 및/또는 핵산 및/또는 샘플 용액의 형광 신호의 디지털 카메라 실시간 검출과 같이 진단 장치로부터 데이터를 처리할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 별개의 컴퓨터 또는 장치를 포함할 수 있거나, 나머지 구성 요소들을 가지는 마이크로컨트롤러 모듈(microcontroller module)에 통합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 생물학적 분자 검출장치가 미세유체 채널이 형성된 미세유체칩인 경우의 구성을 개략적으로 도시한 도이다.
도 3을 참조하면, 검출하고자 하는 생물학적 분자가 포함된 시료를 시료주입구(I)에 주입하면, 주입된 시료는 미세유체 채널을 통하여 반응 공간(S)으로 이동하게 된다. 상기 반응 공간(S)에는 시료 내 생물학적 타겟 분자와 결합할 수 있는 프라이머 쌍, 4종류의 디옥시리보뉴클레오타이드(dNTP) 및 중합효소가 놓여져 있다. 핵산증폭 반응이 개시됨에 따라 반응 공간(S)에서는, 생물학적 타겟 분자(예컨대, RNA 또는 ssDNA)의 염기에 dNTP가 하나씩 페어링 하면서 프로톤이 발생하게 되며, 발생하는 프로톤이 그래핀에 영향을 주어 그래핀의 표면 플라즈몬 현상의 변화가 초래된다. 이러한 그래핀의 표면 플라즈몬 변화를 감지함으로써 목적하는 생물학적 분자를 검출할 수 있다.
상기 핵산증폭 반응이 일어나는 미세유체칩은 핵산증폭을 위한 구성요소, 예컨대, 도 2를 참조로 설명한 그래핀에 빛을 조사하기 위한 광원을 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 미세유체칩은 시료 준비, 시료 반응 및 시료 전달을 위한 구성을 포함할 수 있다.
또 다른 생물학적 분자 검출을 위한 방법으로서, 상기 반응 공간(S)에는 시료 내 생물학적 타겟 분자와 결합할 수 있는 가이드 분자(예컨대, 생물학적 분자와 상보적인 서열을 갖는 DNA 또는 RNA)가 놓여져 있으며, 반응 공간(S)에서 생물학적 분자와 결합하게 된다. 이러한 생물학적 타겟 분자와 가이드 분자가 결합하게 되면, 프로톤이 발생하게 되며, 발생한 프로톤이 그래핀에 영향을 주어 그래핀의 플라즈몬 현상의 변화가 초래된다. 이러한 그래핀의 플라즈몬 변화를 감지함으로써 목적하는 생물학적 분자를 검출할 수 있다.
상기 그래핀의 표면 플라즈몬 공명 변화는 플라즈몬 공명 변화를 감지 및 검출할 수 있는 당해 분야에 알려진 기술을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 플라즈몬 공명 변화는 각도 가변형 표면 플라즈몬 공명 방식, 파장 가변형 표면 플라즈몬 공명 방식 또는 표면 플라즈몬 공명 이미징 방식에 의하여 감지 및 검출될 수 있다.
상기 미세유체 채널은 PDMS와 같은 미세유체 채널을 제조에 사용되는 소재를 제한 없이 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치 제조를 위한 롤투롤 장치의 각 구성요소(코팅 유닛, 임프린팅 유닛, 라미네이팅 유닛)를 보여주는 도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치 제조를 위한 롤투롤 장치의 작동을 보여주는 도이다.
도 4 및 5를 참조하면, 상기 롤투롤 장치는 그래핀으로 기판을 코팅하는 코팅 유닛, 임프린팅 방법으로 시료 내의 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간을 그래핀-코팅 기판에 형성시키는 임프린팅 유닛 및 그래핀으로 라미네이션 하는 라미네이팅 유닛을 포함한다.
도 4 및 5를 참조로, 본 발명의 롤투롤 장치를 사용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 분자 검출장치를 제조하는 과정은 다음과 같다.
코팅 유닛에서 기판을 그래핀으로 코팅하게 된다. 상기 코팅 유닛은 그래핀 잉크를 기판에 코팅하는 장치이다. 그래핀 잉크는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다. 그라파이트(graphite)를 박리시킨 그래핀 플레이크 또는 양자점 그래핀을 소듐 디옥시콜레이트(sodium deoxycholate)와 카복시메틸셀룰로오스 나트륨 염(carboxymethyl cellulose sodium salt)을 다양한 비로 물에 혼합하여(예를 들어, 무게비로 10(물):1:0.01:0.1)하여 프로브소니케이터를 이용하여 12시간 이상 균질화한다. 균질화 후 표면 장력과 점도를 측정하고, 인쇄 방법에 따라 점도를 제어하기 위하여 그래핀의 양과 바인더로 사용한 카복시메틸셀룰로오스 나트륨 염의 양을 조절할 수 있다.
다음으로, 임프린팅 유닛에서 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간을 그래핀-코팅 기판에 형성시킨다(임프린팅). 일 특정예에서, 상기 반응 공간을 미세 우물 형태로 임프린팅한다. 일 특정예에서, 그래핀 코팅 후에 나노임프린팅 방법으로 PDMS로 미세유체 채널을 프린팅한다. 임프린팅은 필요로 하는 미세유체 채널의 깊이와 폭에 맞추어 양각 롤을 제조하여, UV 아크릴 레진이나 에폭시 레진으로 그래핀 위를 다시 코팅하고 양각된 롤을 통해 임프린팅하면서 UV로 경화하여 미세유체 채널을 인쇄한다.
다음으로, 라미네이팅 유닛에서 그래핀 또는 양자점 그래핀이 코팅된 필름으로 라미네이션하여 생물학적 분자 검출장치를 제조한다.
롤투롤 코팅 시 코팅 속도는 분당 1 m에서 6 m까지 제어하여 코팅할 수 있으며, 이때 코팅 방법은 그라비아 코터나, 콤마 코터 또는 슬롯다이를 이용하여 롤투롤로 연속 코팅할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
그래핀 플라즈몬 기반 생물학적 타겟 분자 검출
그래핀 플레이크 또는 양자점 그래핀을 고분자 바인더(carboxymethyl cellulose sodium salt)를 사용하여 잉크로 제조하여 플라스틱 기판에 R2R 코팅한 후, 그 위에 연속으로 나노임프린팅 방법으로 PDMS로 미세유체 채널을 프린팅하고, 그래핀 코팅된 필름으로 라미네이션 하여 생물학적 분자 검출장치를 제조하였다. 그래핀 잉크는 다음과 같은 방법으로 제조하였다. 그라파이트(graphite)를 박리시킨 그래핀 플레이크를 소듐 디옥시콜레이트(sodium deoxycholate)와 카복시메틸셀룰로오스 나트륨 염(carboxymethyl cellulose sodium salt)을 다양한 비로 물에 혼합하여(무게비로 10(물):1:0.01:0.1)하여 프로브소니케이터를 이용하여 12시간 이상 균질화 한 후 표면 장력과 점도를 측정하고, 인쇄 방법에 따라 점도를 제어하기 위하여 그래핀의 양과 바인더로 사용한 카복시메틸셀룰로오스 나트륨 염의 양을 조절하였다.
채널 내에 흐르는 분석하고자 하는 타겟 DNA 또는 RNA가 핵산 증폭반응의 개시 후 4종의 dNTP와 결합하면서 발생하는 프로톤들이 곧바로 그래핀에 영향을 주어, 그래핀의 플라즈몬 현상이 변화됨에 따라 타겟을 도 6과 같이 표면 플라즈몬 공명 이미지로 확인할 수 있다. dNTP가 시료의 타겟 RNA 또는 ssDNA와 결합하면서 점차적으로 프로톤의 농도가 증가하면서 강화되는 표면 플라즈마 공명 이미지와 백그라운드 이미지의 개념 설명을 위한 도면을 도 6에 나타내었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 하부 기판
20: 상부 기판
11, 21: 그래핀 박막
S: 반응 공간
100: 생물학적 분자 검출장치
110: 중합효소 연쇄반응(PCR)용 장치
120: 미세유체칩
본 발명은 롤투롤(R2R) 공정을 이용하여 저렴한 비용으로 DNA, RNA, 단백질 등의 다양한 생물학적 분자를 검출할 수 있는 장치를 제조하는 데에 유용하게 이용될 것으로 기대된다.

Claims (13)

  1. 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치이며,
    상기 검출장치는 상부 기판 및 하부 기판을 포함하며, 상기 상부 기판의 하단과 하부 기판의 상단에 각각 그래핀(graphene) 박막이 배치되며,
    상기 상하부 기판의 그래핀 박막 사이 공간에 시료 내의 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간이 위치하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 분자 검출장치는 중합효소 연쇄반응(PCR)용 장치로서, 상기 그래핀 박막에 빛을 조사하기 위한 광원(light source)을 더 포함하며,
    상기 광원으로부터 노출된 빛은 상기 그래핀 박막 내부에 플라즈몬 광열 광-열 변환(plasmonic photothermal light-to-heat conversion)을 통하여 상기 반응 공간에 위치하는 시료의 가열을 일으키는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중합효소 연쇄반응용 장치는 생물학적 분자의 온도를 모니터링 하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중합효소 연쇄반응용 장치는 상기 광원 및 온도 센서에 결합된 컨트롤러(controller)를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 온도 센서로부터 하나 이상의 데이터 획득 및 상기 광원의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 그래핀 박막은 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 통한 광흡수율을 향상시키기 위한 나노미터 크기의 그래핀 양자점 입자인 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 반투명 또는 투명인 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 중합효소 연쇄반응용 장치는 핵산을 실시간으로 검출하기 위하여 디지털 카메라, 포토다이오드(photodiode) 또는 분광 광도계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 분자 검출장치는 미세유체 채널을 포함하는 미세유체칩인 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응 공간에는 시료 내 생물학적 타겟 분자에 상보적인 염기서열을 갖는 프라이머 쌍, 4종의 dNTP 분자 및 중합효소가 놓여지며, 상기 생물학적 타겟 분자와 4종의 dNTP 분자의 결합에 의하여 변화되는 그래핀의 표면 플라즈몬 공명을 감지하여 생물학적 분자를 검출하는 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 박막은 그래핀 양자점이 혼용된 박막인 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 분자는, 핵산, 단백질, 펩타이드 및 폴리펩타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 롤투롤 공정으로 제조된 생물학적 분자 검출장치.
  12. 기판을 그래핀으로 코팅하여 그래핀-코팅 기판을 제조하는 코팅 유닛;
    상기 그래핀-코팅 기판에 시료 내의 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간을 임프린팅 하는 임프린팅 유닛; 및
    상기 반응 공간 상부를 그래핀-코팅 기판으로 라미네이션(lamination) 하는 라미네이팅 유닛을 포함하는, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 생물학적 분자 검출장치 제조용 롤투롤 장치.
  13. 기판을 그래핀으로 코팅하는 단계;
    코팅된 그래핀 위에 시료 내 생물학적 분자 검출을 위한 하나 이상의 반응 공간을 임프린팅 하는 단계; 및
    상기 반응 공간 상부를 그래핀으로 라미네이션하는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 생물학적 분자 검출장치의 제조방법.
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