KR100842656B1 - 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법 - Google Patents

바이오칩의 센싱 구조물 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 형광물질 대신에 양자점을 바이오 개체에 라벨링한 발명에 관한 것으로, 감지 바이오 물질이 부착된 양자점들을 준비하는 단계와, 기판 상에 소정 형상을 갖는 복수개의 어레이 형태로 형성된 반응 바이오 물질층을 제조하는 단계와, 감지 바이오 물질이 부착된 양자점들을 상기 바이오 물질층과 상호 작용을 시키는 단계를 포함하는 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 단일 광원만으로 다수의 양자점을 동시에 여기시킬 수 있으므로, 발광 효율을 높이고 바이오칩/센서의 검출 방식의 단순화를 꾀하게 되므로 단순화된 저가의 바이오칩 제작 및 검출 방법을 제공할 수 있게 된다.
양자점, 바이오칩, 단일 여기 광원, 형광 물질

Description

바이오칩의 센싱 구조물 제조방법 {Fabrication Method of Sensing Structure Of Biochip}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩 센싱 구조물의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 감지 바이오물질이 부탁된 양자점 1개를 확대한 그림이다.
도 3은 바이오 물질과 결합을 위한 양자점의 구조와 양자점 크기에 따른 발광 변화를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 CdSe/ZnS의 양자점인 EviDot사의 흡수스펙트럼과 발광스펙트럼을 나타낸 그래프들이다.
도 5는 바이오 물질이 부착된 양자점을 제조하여 PL(Photoluminesence)을 이용하여 PL intensity를 측정한 그래프이다.
도 6은 나노어레이 제작에 이용되는 Dip-Pen 리소그라피 (DPN) 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 방식에 의해 제조된 바이오칩 센싱 구조물을 마이크로칩 스캐너를 이용하여 획득한 이미지들의 사진이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오칩 센싱 구조물의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 바이오칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오칩의 라벨링에 기존의 형광물질 대신에 양자점을 사용함으로 발광 효율을 높이고 측정 시스템을 단순화 시킨 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법을 제공하도록 하는 것이다.
바이오칩은 생물에서 유래한 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포 및 기관, 신경세포 등과 같은 생체 유기물과 반도체나 유리 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체칩 형태로 만든 혼성소자(Hybrid device)이다. 생체분자의 고유한 기능을 활용하고 생체의 기능을 모방함으로써 감염성 질병을 진단하거나 유전자를 분석하고 새로운 정보처리용 신기능 소자의 역할을 하는 특징이 있다.
바이오칩의 종류에 대해서는 생물분자와 시스템화된 정도에 따라 DNA칩, RNA칩, 단백질 칩, 세포칩, 뉴런칩 등으로 구분될 수 있으며, 시료의 전처리, 생화학 반응, 검출, 자료 해석까지 소형 집적화되어 자동분석기능을 갖는 실험실칩(Lab on a chip)과 같은 각종 생화학물질의 검출 및 분석 기능을 할 수 있는 '바이오센서'를 포함하여 광범위하게 정의될 수 있다.
한편, 바이오칩을 분석하여 진단하는 방법은 바이오칩 내의 반응물질을 덧씌운 후, 형광물질을 특정한 파장의 빛으로 여기(excitation)시켜서 방출되는 특정 파장의 빛을 검출한다. 즉 상기 형광물질이 특수한 파장의 빛을 받으면 내부 에너지가 상승하였다가 다시 작은 에너지 상태로 돌아가면서 여기 광 보다 파장이 긴 빛을 발광하는 특성을 이용하는 것이다.
이 경우, 형광체를 여기 시키기 위하여 주로 사용되는 외부 광원으로 레이저가 있는데, 레이저를 바이오칩에 조사한 후 바이오칩에서 나오는 형광 신호를 스캔하는 방식으로 검출하게 된다. 이 때, 복수의 형광 물질 종류를 사용하는 경우, 각각의 흡수 파장이 다르게 되므로 복수의 여기 광원을 사용하게 된다.
또한, 빛을 여기 광으로 이용한 바이오칩은 제작에서 측정에 이르기까지 많은 단계를 필요로 한다. 제작된 바이오칩은 외부 여기 광을 조사하여 나오는 발광 파장과 세기를 측정함으로써 작동하게 된다. 주로 슬라이드 글라스와 같은 유리 기판을 사용하여 바이오칩을 제작한 후에 스캐너 등을 이용하여 그 반응성과 정도를 관찰하게 된다.
그러나, 종래 기술에 의한 바이오칩 방식으로는 복수의 형광 물질을 사용하는 경우 복수의 여기 광원을 사용하게 되고, 이 경우 고가의 레이저를 다수 이용하여야 하므로 분석 시스템 제작비가 과대한 문제점이 있었다.
또한, 상술한 종래기술들에 의한 바이오칩 방식은 형광체의 발광 효율이 낮고 수명이 상대적으로 짧아 장시간 측정이 어려우며, 검출 방식이 복잡하고 생산비가 고가인 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 형광 물질 대신에 양자점을 사용하여 발광 효율을 높이고 바이오칩/센서의 검출 방식의 단순화를 꾀하여 효과적이고 저가의 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 양자점을 사용하여 기존의 형광 물질 보다 발광 파장폭이 좁고 수명이 길어 색감도가 뛰어나고 장기간 사용이 가능한 바이오칩/센서로서 역할을 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 검출 방식 역시 기존의 스캐닝 장치를 이용한 검출 방식 뿐만 아니라 형광체 색의 변화에 의한 눈에 의한 감지, 일반 현미경 등을 통한 보다 단순한 검출 및 이미징 방법이 가능하도록 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은
감지 바이오 물질이 부착된 양자점들을 준비하는 단계;
기판 상에 소정 형상을 갖는 복수개의 어레이 형태로 형성된 반응 바이오 물질층을 제조하는 단계; 및
상기 감지 바이오 물질이 부착된 양자점들을 상기 바이오 물질층과 상호 작용을 시키는 단계를 포함하는 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 반응 바이오물질층과 상기 기판 사이에 연결층을 형성하는 단계를 더 구비할 수 있고, 상기 감지 바이오 물질이 부착된 양자점은, 핵나노결정, 무기쉘, 유기코팅층, 기능기, 상호연결기, 및 감지 바이오물질을 구비한다.
한편, 기판 상에 반응 바이오 물질층을 제조하는 단계 이전에, 상기 기판은 바이오물질의 부착을 용이하게 하기 위해 표면처리 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제2 측면은 형광물질이 부착된 감지 바이오 물질층을 준비하는 단계; 기판 상에 소정 형상을 갖는 복수개의 어레이 형태로 형성되어, 반응 바이오물질이 부착된 양자점층을 제조하는 단계; 및
상기 감지 바이오 물질층을 상기 양자점층과 상호작용시키는 단계를 구비하는 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 양자점층과 상기 기판 사이에 연결층을 형성하는 단계를 더 구비하고, 반응 바이오 물질이 부착된 양자점은, 핵나노결정, 무기쉘, 유기코팅층, 기능기, 상호연결기, 및 반응 바이오물질을 구비할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩의 구조물을 상세히 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩 센싱 구조물의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 완성된 바이오칩 센싱 구조물은 차례로 형성된 표면 처리된 기판(10)과 기판(10) 상에 소정 형상을 갖는 복수개의 어레이 형태로 형성된 반응 바이오 물질층(12 ; capture bio-material layer) (예: anti-higG protein), 및 감지 바이오 물질이 부착(labeling)된 양자점이 형성되는 양자점 감지층(14)을 구비한다.
이하, 바이오칩 센싱 구조물의 제조방법을 상세히 설명한다.
(1) 먼저, 감지 바이오 물질이 부착(labeling)된 양자점들을 준비한다.
도 2는 감지 바이오물질이 부착된 양자점 1개를 확대한 그림이다. 다만, 도 2의 감지 바이오 물질이 부착된 양자점의 구성은 일예로 제시하는 것임은 물론이다.
도 2를 참조하면, 예를 들어 CdSe/ZnS의 양자점이 대략 직경 5nm로 구성되고, 이를 에워싸는 구조로 폴리머가 10nm로 구비된다. 그 외곽으로 NH2 아미노기가 형성되어 있고 이 아미노기는 상호연결기(cross linker)를 통해 감지 바이오물질(target bio-material)과 연결된다.
도 3의 왼쪽 그림은 바이오 물질과 결합을 위한 양자점의 구조이고, 오른쪽 그림은 양자점 크기에 따른 발광 변화를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 바이오 물질이 부착된 양자점은 예를 들어 내부로부터 핵나노결정(Core Nanocrystal, 예 CdSe)/무기쉘(Inorganic Shell, 예 ZnS), 유기코팅층(Organic coating, 예, 폴리머), 기능기(Functionality, 예 NH2 아미노기), 상호연결기(Cross Linker, 예 SMCC), 및 바이오물질을 구비한다.
상술한 바와 같은 바이오 물질이 부착된 양자점을 제조하는 방법은 예를 들어 EviDot사와 같이 상용화된 양자점을 이용하여 Amino-PEG(폴리에틸렌 글리콜)가 결합된 용액 형태로 제조할 수 있다. 한편, 바이오 물질이 부착된 양자점은 예를 들어 PEG(폴리에틸렌 글리콜)와 PBS(Phosphate buffered Saline)이 혼합된 용액 등에 의해 희석화될 수도 있다. 도 4a 및 도 4b는 CdSe/ZnS의 양자점인 EviDot사의 발광스펙트럼과 흡수스펙트럼을 나타낸 그래프들이다.
도 5는 바이오 물질(예 hIgG)이 부착된 양자점을 제조하여 PL (Photoluminesence) 측정한 PL 스펙트럼 그래프의 예이다. 여기 광원은 488 nm를 사용하였고 레이저 파워는 0.5 mW 이다. 도 5를 참조하면, 양자점이 바이오 물질과 결합된 이후에도 약 525 nm에서 PL 피크가 잘 형성되고 있음을 나타내고 있다.
(2) 다음으로, 기판(10)과 기판(10) 상에 소정 형상을 갖는 복수개의 어레이 형태로 형성된 반응 바이오 물질층(12 ; capture bio-material layer)을 제조한다.
기판(10)의 종류는 유리 기판, 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, 석영기판, 사파이어기판 등 바이오칩을 특별히 한정되지 않고 다양하게 가능하고, 기판(10)은 표면처리된다. 표면처리는 바이오물질의 부착을 용이하게 하기 위해 수행되며, 유리 기판이나 반도체 기판인 경우 실란 처리를 하여 아미노기(-NH3, -NH2 등)를 형성할 수 있으므로 유용하다. 또한 실란 처리를 효과적으로 하기 위해 실란 처리 전에 하이드록실(hydroxyl) (-OH)기를 만들기 위한 처리를 할 수도 있다. 실란 처리는 하나의 예시로서 바이오 물질층을 형성하기 위하여 가능한 전처리 단계를 포함한다. 표면처리는 바이오칩의 기질 표면에 생물분자를 고정화기를 위한 관능기를 포함할 수 있도록 수행되는 것이다.
선택적으로는, 표면처리된 기판(10)과 반응 바이오물질층(12) 사이에 연결층(11)을 형성하는 것도 가능하다. 연결층(11)은 반응 바이오물질층(12)과 기판(10)의 고정화(immobilization)를 용이하게 하기 위한 것으로, 고정화 하는 방식으로는 Absorption 방법 예를 들어, 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose), 덱스트란(dextran), 콜라겐(collagen), 및 단층지질(Lipid mono-layers)의 Hydrophobic interaction 등의 방법과, 공유 결합(Covalent Bonding)을 이용하는 방법 예를 들어, Biotin-streptoavidin bonding 등의 방법 및, 자기 조립 연결 분자(Self-Assembling Linker Molecules)를 이용하는 방법 예를 들어, 프로링크(ProLinker), Alkanethiol-poly 등의 방법과 같은 표면화학 기술을 사용 또는 코팅 처리하거나 여러 필름 형태로 제작이 가능하다.
다음으로, 표면 처리된 기판(10)의 상부 또는 연결층(11)의 상부에 반응 바이오물질층(12)을 소정 형상을 갖는 복수개의 어레이 형태로 형성한다. 형성되는 어레이는 마이크로 어레이 또는 나노 어레이가 가능함은 물론이다. 도 6은 나노어레이 제작에 이용되는 Dip-Pen 리소그라피 (DPN) 방식을 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 5를 참조하면, 펜 형상의 워터메니스커스(water meniscus)를 통해 AFM팁 내부에 있는 분자들이 기판 상에 스팟팅된다.
바이오물질 이라 함은 생물에서 유래되거나 이와 유사한 것 또는 생체외에서 제조된 것을 포함하는 것으로 예컨대 효소, 단백질, 항테, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포, DNA, 및 RNA 등을 포함하는 것이고, 바람직하게는 단백질, DNA, 및 RNA일 수 있으며 DNA는 cDNA, 게놈 DNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, RNA는 게놈 RNA, mRNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, 단백질의 예로는 항체, 항원, 효소, 펩타이드 등을 포함할 수 있다.
바이오 물질층을 제조하는 방식으로는 종래의 다양한 방법으로 실현이 가능하며, 이러한 방법 중 한 가지인 마이크로 어레이어(micro arrayer)를 이용한 단백질 칩의 제작 과정을 다음에 예시한다.
우선 특정 직경의 스팟팅(spotting)이 가능한 핀(Pin)을 마이크로 어레이어의 헤드에 장착하고, 전용 프로그램을 이용하여 단백질칩의 패턴을 디자인하고, 이렇게 디자인된 패턴 화일은 마이크로 어레이어 구동을 위해 저장된다.
슬라이드가 위치하는 마이크로 어레이어의 챔버는 적절한 습도가 유지되도록 하여 단백질의 탈수(dehydration)를 방지한다. 고정화를 위한 단백질 용액은 다수의 웰(well)에 적재(loading)하여 패턴 화일과 일치시키고, 저장된 패턴 화일을 실행하여 슬라이드칩 상에 단백질을 패터닝(patterning)한다.
패터닝된 단백질 스팟들은 특정 시간 동안 챔버 내에서 배양(incubation)되고, 세척(rinsing) 및 건조과정을 거친 후 형광 스캐너를 이용해 형광 이미지가 측정된다.
기판(10) 상에 소정 형상을 갖는 복수개의 어레이 형태로 형성된 반응 바이오 물질층(12 ; capture bio-material layer) 을 제조한 마이크로어레이/나노어레이는 공간적으로 스팟 형태로 표면 상에 고정된 어드레스블한 탐지기의 집합을 의미하고, 수천 개의 프로버(마이크로 표면에 인쇄된)는 감지 바이오 물질이 부착(labeling)된 양자점들(용액 안에 있는)에 대해 탐지를 수행한다(interrogate).
(3) 다음으로, 감지 바이오 물질(target bio-material)이 부착된 양자점을 반응하는 반응 바이오 물질 (capture bio-material)이 형성되어 있는 기판 상에 올려 상호 작용을 시킨다.
감지 바이오 물질(target bio-material)이 부착된 양자점들을 기판 상에 어레이 형태로 형성된 반응 바이오 물질 (capture bio-material)의 각 어레이에 상호 작용시킨 후, 소정 시간이 경과한 후 상호 작용된 양자점들을 잔류시키고 상호 작용되지 않은 양자점들은 기판으로부터 분리하기 위해 기판 표면을 소정의 용액으로 처리한다.
한편, 마이크로칩 스캐너, Confocal microscope, PL(Photoluminescence) 및 NSOM(Scanning Near Field Optical Microscopy) 등의 장치를 이용하여 측정한다.
도 7은 본 발명의 방식에 의해 제조된 바이오칩 센싱 구조물을 마이크로칩 스캐너를 이용하여 획득한 이미지들의 사진이다. 도 7의 왼쪽 그림은 단위 스팟의 크기가 Φ=300㎛인 경우, 오른쪽 그림은 Φ=100㎛이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 바이오 센싱 구조물을 이용하여 양자점을 여기시키기 위한 여기 광원을 이용하여 양자점의 발광 신호를 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.
바이오칩의 여기용 광원으로는 레이저, 레이저 다이오드(LD; Laser Diode), 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode), 또는 램프와 필터를 적절히 사용하여 상기 양자점 발광체를 여기시킬 수 있는 광원일 수 있다.
본 발명은 형광 물질 대신 양자점을 사용하는 것을 그 주된 특징 중 하나로 하고 있는데, 기존의 형광물질과 비교하여 양자점이 갖는 발광 및 흡수 특징과 이로 인하여 제조된 바이오칩/센서로의 활용성은 다음과 같다.
(i) 양자점은 크기에 따른 양자 효과의 차이로 인해 크기에 따라 다른 발광 파장을 가질 수 있으며, 발광 피크의 반치폭 (Full width at half maximum)이 기존의 형광물질에 비해 훨씬 작다. 이러한 특징은 발광 색감을 보다 명확히 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 색깔을 갖는 multi-color labeling을 할 때 상호 간의 스펙트럼의 중첩을 최소화할 수 있게 되어 발광 파장이 다른 많은 종류의 양자점을 동시에 사용할 수 있게 된다.
(ii) 기존의 형광물질의 흡수 특성이 특정 파장 영역에만 국한되어 있는 반면, 양자점의 흡수 특성은 발광 파장보다 높은 에너지 대역에 넓게 연속적으로 분포한다. 따라서, 기존의 형광물질을 이용하여 여기를 시킬 경우, 여기 광원의 파장과 형광물질의 발광 파장과 에너지 차이가 크지 않아 적절한 필터를 사용하더라도 여기 광원의 신호로 인한 배경 잡음 효과를 제거하기 힘들고, 이로 인하여 형광물질의 작은 신호는 검출하기가 어려워진다. 그러나, 양자점을 이용하는 경우 여기 광원의 파장을 발광 파장과 에너지적으로 상당히 떨어져 있는 여기 파장을 사용해도 좋기 때문에 보다 높은 신호 대 잡음비 (S/N비)를 얻을 수 있다. 그리고, 다수의 색깔을 갖는 multi-color labeling을 하는 경우, 기존의 형광물질에서는 각 형광물질이 갖는 좁은 흡수 대역을 각각 여기시켜야 하므로 형광물질 종류 만큼 많은 수의 여기 광원을 사용해야 하는 한다. 그러나, 양자점을 사용하는 경우 높은 에너지 대역에 연속적으로 흡수 밴드가 형성되어 있으므로, 서로 다른 파장을 갖는 여러 종류의 양자점들을 사용한다 하더라도 하나의 여기 광원 만으로도 모든 양자점을 동시에 여기시킬 수 있게 된다.
(제2 실시예)
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오칩 센싱 구조물의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 완성된 바이오칩 센싱 구조물(2)은 차례로 형성된 표면 처리된 기판(20)과 기판(20) 상에 반응 바이오물질이 부착된 양자점층(22), 및 형광물질이 부착된 감지 바이오 물질층(24)을 구비한다.
설명의 편의를 위하여 제1 실시예와의 차이점을 기준으로 설명하면, 기판(20) 상에 바이오물질을 잘 부착하기 위한 표면 처리를 수행하고, 반응하는 바이오 물질 (capture bio-material)을 형성하는데, 이 때 표면 처리된 양자점 (QD)을 반응하는 바이오 물질과 함께 부착시킨다 (예: anti-higG protein).
한편, 감지하고자 하는 바이오 물질 (target bio-material)에도 형광물질을 부착하여, 양자점이 부착(labeling)된 반응하는 바이오 물질 (capture bio-material)과의 상호 작용을 검출한다. 이때, 단백질들에 대한 형광표지 물질로는 Alexa546 (적색), Cy5 (녹색), Cy3 (황색)등의 화학적 염색체와 형광 단백질 등이 사용되고 있다.
이 후, 양자점을 여기시키기 위한 여기 광원 (또는 적절한 단일 또는 복수의 여기 광원)을 이용하여 양자점의 발광 신호 또는 감지 바이오물질(target bio-material)에 부착된 형광물질의 발광 신호를 검출한다.
제2 실시예에 의하면, 기존의 형광물질을 단백질에 라벨링(labeling)하는 경우에는 비교적 소수의 형광물질이 바이오 물질에 부착되는 반면에, 양자점의 경우는 상대적으로 크기가 크기 때문에 다수의 바이오 물질이 양자점 주위에 부착하게 된다. 따라서 양자점 주변에 부착된 반응 바이오 물질을 기판에 부착하고, 그 위에 (형광물질이 부착되거나 그렇지 않은) 감지 바이오 물질이 양자점 주변의 반응 바이오 물질과 결합하게 된다.
이 경우 양자점의 3차원적인 표면 주위에 바이오 물질들이 결합되게 되므로, 기존의 2차원적인 바이오칩/센서 구조 보다 더 많은 바이오 물질들이 상호작용하게 되므로 반응성과 신호 강도를 높일 수 있다.
이 경우 감지되는 신호는 양자점 자체의 발광 뿐만 아니라, 형광물질의 발광을 조사함으로써 다양한 특성을 얻게 된다. 예를 들어, 형광공명 에너지 전달 FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) 방식을 이용하여 양자점을 도너(donor)로 형광물질을 억셉터(acceptor)로 작용하게 하면, capture 바이오 물질과 target 바이오 물질 사이의 상호작용 여부에 따라 FRET 신호를 감지하게 된다. 따라서 기존의 non-specific binding 문제를 줄이고 capture 바이오 물질과 target 바이오 물질 사이의 상호 작용을 보다 정확하게 감지해 낼 수 있다.
이상 바람직한 실시예에 근거하여 본 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하는 것이다. 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자에게는 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 전술한 실시예에 대한 다양한 변경이나 조절 등이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호범위는 후술하는 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 전술한 실시예에 의하여 제한적으로 해석되어서는 안 될 것이다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 종래의 바이오칩 제작 및 검출 방법에 따른 제한점을 해결하고, 양자점을 이용하여 바이오칩 어레이 및 센서 물질을 형성함으로써, 양자점 방식의 형광체의 발광 효율과 특성을 높이고, 바이오칩/센서의 검출 방식의 단순화를 꾀하게 되므로 단순화된 저가의 바이오칩 제작 및 검출 방법을 제공할 수 있다.
(2) 기존의 형광물질과 비교하여 양자점이 갖는 발광 특징과 이로 인한 바이오칩/센서로의 활용성은 다음과 같다:
양자점은 크기에 따른 양자 효과의 차이로 인해 크기에 따라 다른 발광 파장을 가질 수 있으며, 발광 피크의 반치폭 (Full width at half maximum)이 기존의 형광물질에 비해 훨씬 작다. 이러한 특징은 발광 색감을 보다 명확히 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 색깔을 갖는 multi-color labeling을 할 때 상호 간의 스펙트럼의 중첩을 최소화할 수 있게 되어 발광 파장이 다른 많은 종류의 양자점을 동시에 사용할 수 있게 된다.
(3) 기존의 형광물질과 비교하여 양자점이 갖는 흡수 특징과 이로 인한 바이오칩/센서로의 활용성은 다음과 같다: 기존의 형광물질의 흡수 특성이 특정 파장 영역에만 국한되어 있는 반면, 양자점의 흡수 특성은 발광 파장보다 높은 에너지 대역에 넓게 연속적으로 분포한다. 기존의 형광물질을 이용하여 여기를 시킬 경우, 여기 광원의 파장과 형광물질의 발광 파장과 에너지 차이가 크지 않아 적절한 필터를 사용하더라도 여기 광원의 신호로 인한 background 잡음 효과를 제거하기 힘들고, 이로 인하여 형광물질의 작은 신호는 검출하기가 어려워진다. 그러나, 양자점을 이용하는 경우 여기 광원의 파장을 발광 파장과 에너지적으로 상당히 떨어져 있는 여기 파장을 사용해도 좋기 때문에 보다 높은 신호 대 잡음비 (S/N비)를 얻을 수 있다. 그리고, 다수의 색깔을 갖는 multi-color labeling을 하는 경우, 기존의 형광물질에서는 각 형광물질이 갖는 좁은 흡수 대역을 각각 여기시켜야 하므로 형광물질 종류 만큼 많은 수의 여기 광원을 사용해야 하는 한다. 반면 양자점을 사용하는 경우 높은 에너지 대역에 연속적으로 흡수 밴드가 형성되어 있으므로, 서로 다른 파장을 갖는 여러 종류의 양자점들을 사용한다 하더라도 하나의 여기 광원 만으로도 모든 양자점을 동시에 여기시킬 수 있게 된다.
(3) 본 발명의 양자점 부착 (labeling) 바이오칩/센서는 발광 파장이 다른 양자점들을 이용하여 다색 (multi-color) 검출에 용이하며, 이 경우 단일 여기 광원의 사용만으로도 다른 종류의 양자점을 여기시킬 수 있는 잇점이 있다. 따라서, 검출 방식 역시 기존의 스캐닝 장치를 이용한 검출 방식에서 단일 여기 광원만으로도 사용이 가능할 뿐만 아니라, 형광체 색의 변화에 의한 눈에 의한 감지, 일반 현미경 등을 통한 보다 단순한 검출 및 이미징 방법이 가능하게 된다.
(3) 다양한 기능을 갖는 바이오칩과 센서 분야가 향후 여러가지 의학 및 산업분야에 널리 사용되고 있는 것을 감안할 때, 본 발명이 저비용으로 광원 일체형 휴대용 바이오칩 및 센서 제작 방법을 제공함으로서 산업발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 형광물질이 부착된 감지 바이오 물질층을 준비하는 단계;
    양자점층과 상기 기판 사이에 연결층을 형성하는 단계;
    기판 상에 Dip-Pen 리소그라피 (DPN) 방식으로 복수 개의 어레이 형태로 반응 바이오물질이 부착된 양자점층을 제조하는 단계;
    상기 감지 바이오 물질층을 상기 양자점층과 상호작용시키는 단계를 구비하되,
    상기 기판 상에 양자점층을 제조하는 단계 이전에, 상기 기판은 바이오물질의 부착을 용이하게 하기 위해 표면처리 하는 단계를 더 포함하는 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제5 항에 있어서, 상기 반응 바이오 물질이 부착된 양자점은,
    핵나노결정, 무기쉘, 유기코팅층, 기능기, 상호연결기, 및 반응 바이오물질을 구비하는 바이오칩의 센싱 구조물 제조방법.
  8. 삭제
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