나노스피어 리소그래피를 이용한 나노구조물에 단백질의 선택적 고정화

Abstract

잘 정렬된 나노 구조물의 원하는 영역에 선택적으로 생체물질을 배열하는 것은 계면에서 생체물질이 어떻게 작용하는지에 대한 중요한 정보를 제공함으로써 나노 바이오 기술에 있어 중요한 의미를 가진다. 또한 이러한 연구는 생체물질을 정량적으로 분석하는 것뿐 아니라 초소형 바이오칩 제조에 있어 매우 중요한 요소로 작용한다. 본 연구에서는 나노 스피어 리소그래피법을 이용하여 실리콘 기판위에 나노수준의 금 나노 패턴을 제조 하였으며, 혼합자기조립법과 생체물질의 특이적 결합력을 이용하여 금 나노 패턴에 선택적으로 단백질을 고정화 하였다. 나노 스피어 리소그래피법은 다른 리소그래피법에 비하여 제조공정이 쉬울 뿐 아니라 잘 정렬된 나노 구조물을 제조할 수 있는 방법으로 널리 알려져 있다. 또한 자기조립법은 빠른 시간 내에 균일하게 표면을 개질 할 수 있는 방법으로써 표면에 생체물질을 고정화하기 위해 많이 이용되고 있다. 금 나노 패턴위에 선택적으로 형성된 단백질과 특이적 결합을 할 수 있는 기능기를 가진 분자와 단백질의 비특이적 결합을 최소화 할 수 있는 기능기를 가진 분자의 혼합자기조립막은 단백질의 선택적 고정화뿐만 아니라 비특이적 결합을 최소화 시킬 수 있다. 이렇게 개질 된 금 나노 패턴에 링커 단백질인 스트렙트아비딘을 선택적으로 고정화 할 수 있으며, 이 부분은 다시 특정 항원을 인지하는 항체로 고정화 되었다. 표면에서 단백질의 단계적 고정화는 타원편광분석기와 표면 플라즈몬 공명 분광기를 이용하여 분석하였으며, 금 나노 패턴에 단백질의 선택적 고정화는 원자힘현미경을 이용한 이미지 분석과 생체물질간의 특이적 결합력을 측정함으로써 분석하였다. 이러한 연구는 표면 개질 물질을 바꾸어 줌으로써, 손쉽게 다양한 단백질을 매우 작은 영역에 선택적으로 고정시키는데 응용할 수 있으며, 이것은 다양한 병원 진단을 위한 초고밀도의 바이오 칩의 제조를 가능케 한다. 아직 병원진단을 위한 응용까지는 연구가 진행되지 못 하였으나, 나노 수준에서 수개 항체를 선택적으로 배열 시킬 수 있다는 것은 단지 물리 흡착을 이용하여 단일 병원물질의 진단에만 주로 이용되었던 기존의 바이오 칩의 진단 영역을 확대시킬 수 있을 뿐만 아니라 보다 작은 칩의 개발에 한 걸음 더 다가 설 수 있다는 점에서 이 연구가 가지는 의미는 매우 크다고 하겠다.; Streptavidin was used as a linker protein for binding a second biotinylated protein. To efficiently combine streptavidin without non-specific binding, a well-controlled array of biotin was prepared on a gold surface by a mixed self-assembly method. Two thiol derivatives containing hydroxyl and biotin functional groups, respectively, were used to fabricate the mixed self-assembled monolayer. The antibody was fragmented, modified with biotin, and added to the array on the streptavidin linker layer. Topographical changes to the array surface caused by protein immobilization were demonstrated by applying atomic force microscopy and ellipsometry. The resonance wavelengths of the surface palsmon resonance spectra were red shifted according to the increase in thickness of the dielectric layer by protein immobilization. Gold dot array was successfully fabricated by nanosphere lithography on silicon wafer. In order to selective immobilization of streptavidin and biotinylated antibody, gold dot array was modified by mixed SAMs. The selective immobilization of proteins on gold dot array was confirmed by atomic force microscopy. The size of gold dots was increased by protein immobilization. The rupture forces have different values on the silicon surface and the gold dots in gold dot nanopatterned silicon substrate. The result of rupture force using AFM shows the selective immobilization of protein on gold dot array.