생체분자 패턴 형성을 위한 이온빔 그라프트 중합에 의한 불소계 고분자의 표면 개질에 관한 연구

Abstract

생체분자를 패터닝하는 것은 조직공학, 바이오칩, 기초의약분야 연구에 필요한필요한 기술 중의 하나입니다. 일반적으로 생체분자들은 유리, 금속 혹은 고분자 재료 표면에 고정화되고 있습니다. 최근 고분자 재료 위에 생체분자를 패터닝하기 위한 연구가 매우 활발하게 진행되고 있습니다. 그 이유는 고분자 재료가 가지고 있는 열적 안정성, 기계적 강도, 화학적 안정성 및 저렴한 가격 등 많은 장점을 가지고 있기 때문입니다. 하지만 범용 고분자 재료들은 생체적합성이 좋지 않아 생체분자들을 고정화할 수 없는 단점이 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법 중 표면 그라프트 방법(surface grafting)이 매우 효과적인 것으로 알려져 있습니다. Surface grafting이란 재료 표면에 작용기를 골고루 촘촘히 도입 할 수 있는 방법으로, 표면에 작용기를 도입하여 생체분자를 강하고 안정적으로 고정화할 수 있는 장점이 있습니다. Surface grafting을 하기 위한 방법으로는 chemical treatment, conversion coatings, plasma/corona discharge, ion implantation, surface grafting 등이 있습니다. 이 중 이온빔을 이용한 surface grafting은 고분자의 벌크 성질을 최대한 유지하면서 원하는 깊이만큼의 표면 개질이 용이하다는 장점이 있습니다. 또한 이온빔은 컨트롤 하기 쉽고 깨끗하며 낮은 온도에서도 공정이 가능하다는 장점이 있습니다. 이러한 장점을 가진 이온빔 그라프트 방법을 이용하여 PTFE 필름에 아크릴 산을 그라프트 중합하였습니다. 그 결과 성공적으로 PTFE 필름에 카르복시산 작용기를 도입할 수 있었으며, 이러한 결과는 FTIR-ATR, XPS, UV 등의 분광학적 방법을 이용하여 그라프트된 카르복시산 작용기의 양과 아크릴 산이 그라프트된 PTFE 표면 구조를 확인하였습니다. 최적의 그라프트 조건은 ion fluence = 1 x 1015 ions/cm2, 아크릴 산 농도 = 20%, 그리고 반응시간 = 12 시간이었을 때 최고의 그라프트율을 얻을 수 있었습니다. 또한 생체분자를 고정화하기 전 fluoresceinamine(FA) labeling을 통하여 아민과 카르복시산의 반응을 확인하였습니다. 마지막으로 EDC/NHS 반응을 이용하여 DNA와 Protein을 고정화하였습니다. 그 결과 1 x 1015 ions/cm2 이온주입 조건에서 가장 좋은 형광 패턴이 나타남을 알 수 있었습니다. 이것으로 이온빔 그라프트 방법을 이용하여 생체분자를 PTFE에 표면에 고정화 시킬 수 있었으며 최종 40 크기의 DNA 및 Protein 패턴을 얻었습니다. 이온빔 그라프트 라는 방법을 이용하여 카르복시산 작용기뿐만 아니라 아민, 알데히드, 에폭시 등 다양한 작용기를 도입할 수 있으며, 따라서 이 방법을 이용하여 다양한 종류의 생체분자들을 고분자 재료위에 고정화할 수 있을 것입니다. 이는 향후 바이오센서, 바이오칩, 조직공학 등 다양한 바이오 분야에서 응용될 수 있을 것으로 생각됩니다.; A new method for biomolecular patterning based on ion irradiation-induced graft polymerization was demonstrated in this study. Ion irradiation on a polymer surface resulted in the formation of active species, which was further used for surface-initiated graft polymerization of acrylic acid. The results of the grafting study revealed that the surface graft polymerization using 20 vol% of acrylic acid on the poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) film irradiated at the fluence of 1 x 1015 ions/cm2 for 12 h was the optimum graft polymerization condition to achieve the maximum grafting degree. The results of the fluorescence microscopy also revealed that the optimum fluence to achieve the maximum fluorescence intensity was 1 x 1015 ions/cm2. The grafting of acrylic acid on the PTFE surfaces was confirmed by a fluorescence labeling method. The grafted PTFE films were used for the immobilization of amine-functionalized p-DNA, followed by hybridization with fluorescently tagged c-DNA. Biotin-amine was also immobilized on the acrylic acid grafted PTFE surfaces. Successful biotin-specific binding of streptavidin further confirmed the potential of this strategy for patterning of various biomolecules.