KR100808762B1 - 나노 바이오칩 검사 방법 - Google Patents
나노 바이오칩 검사 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100808762B1 KR100808762B1 KR1020060063516A KR20060063516A KR100808762B1 KR 100808762 B1 KR100808762 B1 KR 100808762B1 KR 1020060063516 A KR1020060063516 A KR 1020060063516A KR 20060063516 A KR20060063516 A KR 20060063516A KR 100808762 B1 KR100808762 B1 KR 100808762B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nano
- biochip
- protein
- optical signal
- optical
- Prior art date
Links
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 65
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 25
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 11
- 230000009102 absorption Effects 0.000 claims description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 5
- 230000004850 protein–protein interaction Effects 0.000 claims description 5
- 238000002372 labelling Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 33
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 abstract description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 39
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 38
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 9
- 238000000979 dip-pen nanolithography Methods 0.000 description 7
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 4
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 238000000263 scanning probe lithography Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 4
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000009871 nonspecific binding Effects 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OHOQEZWSNFNUSY-UHFFFAOYSA-N Cy3-bifunctional dye zwitterion Chemical compound O=C1CCC(=O)N1OC(=O)CCCCCN1C2=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C2C(C)(C)C1=CC=CC(C(C1=CC(=CC=C11)S([O-])(=O)=O)(C)C)=[N+]1CCCCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O OHOQEZWSNFNUSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 2
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229940098197 human immunoglobulin g Drugs 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000004651 near-field scanning optical microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 antibodies Proteins 0.000 description 1
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 1
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 1
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000005842 biochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 238000001749 colloidal lithography Methods 0.000 description 1
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010226 confocal imaging Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000000025 interference lithography Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002032 lab-on-a-chip Methods 0.000 description 1
- 239000013554 lipid monolayer Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 108020004999 messenger RNA Proteins 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000010208 microarray analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000813 microcontact printing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 238000003498 protein array Methods 0.000 description 1
- 230000006916 protein interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
- G01Q60/20—Fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/531—Production of immunochemical test materials
- G01N33/532—Production of labelled immunochemicals
- G01N33/533—Production of labelled immunochemicals with fluorescent label
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
- G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Hematology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
본 발명은 나노 바이오칩을 검사하는 방법에 관한 것으로, 나노 어레이 패턴이 형성된 나노 바이오칩을 준비하는 단계와, 광을 상기 바이오칩에 조사하는 단계와, 바이오칩에서 나오는 광학적 신호를 근접장 광학 현미경을 이용하여 검출하는 단계를 포함한다. 근접장 광학 현미경을 이용하여 나노 어레이 패턴들을 판독하면, 원자력 현미경 또는 공초점 현미경 시스템을 이용한 종래 기술의 방법에 비해 바이오칩의 광학적 신호를 비접촉 방식으로 감지할 수 있고, 보다 재현성 있는 판독이 가능하며, 시간에 따른 나노 바이오칩으로부터의 광신호 변화에 대한 검출이 가능하다.
근접장 광학 현미경, 나노, 바이오칩
Description
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 나노 바이오칩 검사 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실험예에 다른 실험결과를 도시한 이미지와 그래프들이다.
본 발명은 나노 어레이를 갖는 바이오칩의 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주사형 근접장 광학 현미경 (Scanning Near-field Optical Microscopy, SNOM)을 이용하여 나노 바이오칩의 광학적 특성을 검사하는 방법을 제공하는 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 '바이오 센서'를 포함하여 광범위하게 정의될 수 있다.
한편, 바이오칩을 분석하여 검사하는 방법은 형광물질이 표지(labeled)된 바이오 반응 물질을 이용하여 바이오칩 어레이를 형성한 이 후, 이 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.
한편, 바이오칩은 일반적으로 어레이 구조로 형성되는데 마이크로 사이즈에서 나노사이즈 영역으로 어레이 크기를 줄이는 것이 보다 중요해지고 있고 이는 이용되는 샘플의 양과 부피가 줄어들게 되어 비용면에서는 유리하면서 고효율을 가질 수 있게 되기 때문이다.
칩 사이즈가 감소함에 따라, 나노 어레이는 마이크로 어레이들과 비교하여 집적도, 감지도(sensitivity), 그리고 감지 속도가 더 높아진다. 나노 어레이들의 제조는 바이오센서 또는 단백질 유전 정보학의 스크리닝 기술에 이용되기 위해서 고밀도 단백질 어레이들이 가능하게 하고, 분자 레벨(molecular level)에서 바이오 분자들의 분석에 대한 연구를 가능하게 한다.
그러나, 이러한 나노 바이오칩과 관련된 연구와 응용과 연관되어 해결해야 할 과제로는 생물학적 활성(biological activity)을 유지하면서 서브-마이크로(sub-micron) 또는 나노 크기의 바이오 물질을 바이오칩 기판과 효과적으로 고정화시키는 문제와 함께, 제작된 서브-마이크론 및 나노 크기의 바이오칩 어레이를 대상으로 적절한 분석 기법을 활용하여 나노 바이오칩의 특성을 효과적으로 감지하는 기술을 개발하는 것이다.
한편, 마이크로 컨택 프린팅(microcontact printing), 콜로이드 리소그라피(colloidal lithography), X-ray 간섭 리소그라피(X-ray interference lithography), 나노 프린팅 리소그라피 전자빔 라이팅(nanoprint lithography electron-beam lithography), 포커싱된 이온빔, 및 스캐닝 프로브 리소그라피(scanning probe lithography: SPL) 같은 다양한 기술들이 바이오 물질의 패터닝을 위해 개발되었다. 특히, SPL의 대표적인 방법으로 원자력 현미경(atomic force microscope; AFM)의 프로브(tip)을 이용하여 표면에 나노 패턴을 형성하는 딥-펜 나노리소그라피(dip-pen nano lithography; DPN) 방식이 주목을 받고 있다.
상술한 방식들을 이용한 나노 스케일의 바이오 물질 어레이 형성 기술을 이용하는 주된 이점은 단백질들 또는 다른 바이오분자들의 불특정 바인딩(non specific binding)을 피할 수 있고, 게다가 적은 수의 분자들, 단일 단백질 또는 DNA 분자 레벨에서 조차 고정화를 공간적으로 제어할 수 있다. 한편, SPL 기술은 나노패턴들을 생성하는 것과는 별도로 나노 패턴들을 판독하는 부가적인 면도 제공하나, 구조적인 (예: topography) 특성만을 제한적으로 얻을 수 있다.
상술한 나노 바이오 어레이 패턴들의 광학적 판독을 위해 공초점 현미경법(confocal optical miocroscopy) 같은 다른 도구들도 이용될 수 있다. 그러나, 금속 예를 들어 금의 표면으로부터 레이저 광의 산란(scattering)은 나노 어레이들로부터 형광 신호를 감지할 수 있는 가능성이 줄어들게 하고, 공초점 현미경 시스템은 그 시스템의 근본적인 분해능 한계로 인하여 고밀도의 나노 어레이들로부터의 형광 발광을 공간적으로 분해할 수 없는 문제점이 있었다.
한편, 마이크로 어레이들의 표지(labeling)로부터 발생하는 형광 신호를 정량적으로 분석하면 어레이들에서는 도넛 효과와 불특정 바인딩 (non-specific binding) 문제가 나타나는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 나노 어레이 바이오칩을 효과적으로 검사하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 주사형 근접장 광학 현미경을 이용함으로써 종래 기술에서의 분해능의 한계 등을 극복하고 기판으로부터의 산란으로 인한 잡음 현상을 줄일 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 나노 바이오칩의 어레이들로부터의 광학적 특성 (예: 형광, 반사, 흡수, 투과, 편광, 확산, 간섭, 세기, 위상 정보 등)을 높은 공간 해상도와 높은 신호대 잡음비를 가지고 분석할 수 있는 수단을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하면 원자 현미경에서 얻을 수 있는 구조적인 topography 특성 뿐 만 아니라 광학적 신호를 동시에 감지할 수 있으므로 보다 나노 바이오칩의 본질적인 정보를 얻을 수 있는 수단을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하여 나노 마이크로 어레이의 광학적 이미지들을 비접촉 방식으로 검출할 수 있어 일정 기간이 경과한 후에도 재현성 있는 데이터 검출이 가능하고, 시간에 따른 나노 바이오칩의 광특성의 세밀한 변화도 모니터링할 수 있다는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면은 상술한 나노 바이오칩 검사 방법에 있어서,
표지(labeling)된 바이오 물질을 이용하여 나노 어레이 패턴이 형성된 나노 바이오칩을 준비하는 단계;
여기광을 상기 나노 바이오칩에 조사하는 단계; 및
상기 나노 바이오칩에서 나오는 광학적 신호를 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하여 검출하는 단계를 구비한다.
바람직하게는, 상기 광학적 신호가 검출될 수 있도록 형광 물질 또는 나노 구조체를 바이오 물질과 결합시키는 표지(labeling) 단계를 더 구비한다. '나노구조체'라 함은 금속나노입자, 양자점 등 나노 크기 레벨을 가지면서 광학적 신호를 생성하는 물질을 총칭하는 것을 의미한다.
바람직하게는, 상기 광학적 신호를 검출하는 단계는 시간에 따른 검출 세기의 변화에 관한 모니터링이다.
바람직하게는, 상기 나노 바이오칩의 나노 스팟의 크기는 100 nm 이하이고, 상기 나노바이오 칩은 기판, 기판 상에 형성된 평탄층, 상기 평탄화층 상부에 연결층; 및 형광 물질 또는 나노 구조체가 표지(labeling)된 나노 어레이 구조물을 구비한다.
한편, 상기 광학적 신호는 형광, 반사, 흡수, 투과, 편광, 확산, 간섭, 세기, 위상 정보 중 적어도 하나를 구비하는 신호이다.
바람직하게는, 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하여 상기 광학적 신호를 검출하는 것과 동시에 상기 나노바이오칩의 구조적인 topography 특성을 얻을 수 있고, 상기 광학적 신호를 검출하는 단계는 단백질-단백질 상호작용의 감지를 수행하는 경우 더욱 효과적일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 나노 바이오칩의 검사방법을 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 나노 바이오칩 검사 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1a 내지 도 1e는 나노 어레이 패턴이 형성된 나노 바이오칩을 준비하는 과정을 나타내고, 도 1f는 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하여 형광신호를 검출하는 과정을 도시하고 있다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 준비된 기판(10) 상에 약 50 nm의 평탄화층(12)을 형성하고, 그 상에 연결층(20)을 형성한다. 나노 어레이 패턴이 평탄화층(12)에 용이하게 고정화될 수 있도록 한다. 그 후, 단일 어레이 스팟이 수백 nm 이하인 나노 어레이 패턴이 형성된다.
기판(10)의 종류는 유리 기판, 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, 석영기판, 사파이어기판 등 바이오칩을 특별히 한정되지 않고 다양하게 가능하고, 기판(10)은 표면처리되는데, 바람직하게는, 실리콘 기판을 이용한다.
평탄화층(12)은 기판(10)의 평탄화를 위한 층으로, 금속층을 이용할 수 있다. 예를 들어 Au, Ag, Al, Ti, Rh, Zn, Ni, Cu, Pd, Pt, Ru, Ir, Ta, Cr, Mo, W, Re, Fe, Sc 중 적어도 하나를 포함하여 적절한, 약 50nm 두께로 형성할 수 있다. 다만, 금이 특히 바람직한데, 그 이유는 금은 단백질 잔류물(residues) 사이의 상호 작용 뿐 아니라 나노어레이 스팟팅을 위해 원자적으로 편평한 평면을 제공하고, 금의 표면은 강한 단백질 흡수를 유발하게 한다.
평탄화층(12) 상부에 나노 어레이를 평탄화층에 고정화하기 위한 연결층(20)을 형성한다.
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, 도 1e를 참조하면, 연결층(20)의 상부에 반응 바이오물질(40)을 소정 형상을 갖는 복수개의 나노 어레이로 형성한다. 나노 어레이는 광학적 신호가 검출될 수 있도록 형광 물질 또는 나노 구조체를 바이오 물질과 결합시킬 수 있으며, 표지(labeling)된 바이오 물질을 이용하여 나노 어레이 패턴을 형성한다. 예를 들어, DPN 방식을 이용하여 나노어레이 패턴을 형성할 수 있다. DPN 방식은 특정 직경의 스팟팅(spotting)이 가능한 팁(30)을 원자력 현미경의 헤드에 장착하고, 전용 프로그램을 이용하여 단백질칩의 패턴을 디자인 할 수 있다. 기판이 위치하는 챔버는 적절한 습도가 유지되도록 하여 단백질의 탈수(dehydration)를 방지한다. 고정화를 위한 단백질 용액은 다수의 웰(well)에 적재(loading)하여 패턴 파일과 일치시키고, 저장된 패턴 파일을 실행하여 기판 상에 단백질을 패터닝(patterning)한다.
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.
다음으로, 도 1f를 참조하면, 전술한 방식에 의해 준비된 나노 바이오칩을 주사형 근접장 광학 현미경(60)을 이용하여 광학적 신호를 검출한다. 광학적 신호는 형광, 반사, 흡수, 투과, 편광, 확산, 간섭, 세기, 위상 정보 중에서 적어도 하나를 의미한다.
주사형 근접장 광학 현미경(60)은 빛을 사용함으로써 생물학적 연구에 적합한 여러 장점들을 갖추고 있다. 여러 가지 대조(contrast) 이미지 형성 방식 (예: 형광, 반사, 흡수, 투과, 편광, 확산, 간섭, 세기, 위상 정보 등), 빠른 이미지 형성, 이미지 형성과정 자체가 표본에 미치는 영향의 최소화, 가장 자연스러운 환경에서의 작동이 그 장점들이다.
단일 모드 광섬유 시침의 경우는 50 nm 이하의 해상도를 얻을 수 있다. 광섬유 침을 만드는 한가지 방법은 CO2 레이저로 광섬유의 일부를 히팅하면서 양쪽 끝을 당겨주는 것이다. 그 결과 2개의 뾰족한 침을 얻게 되며 시침의 끝쪽 아주 작은 부분을 제외한 광섬유의 바깥쪽을 알루미늄 등의 금속으로 코팅하고 광 섬유에 빛을 넣어줌으로써 아주 작은 발광체를 만든다. 이 외에도 근접장 광학 현미경을 위한 뾰족한 광학적 탐침을 제작하기 위하여 광섬유에 화학적 식각을 이용하는 방법, 광학적 폴리머를 이용하는 방법, 실리콘에 식각을 통해 구멍 있는 탐침을 만드는 방법 등 다양한 방법들이 있다. 또한, 이러한 구멍이 있는 (aperture) 광학적 탐침 이외에 구멍이 없는 (apertureless) 탐침을 사용하여 고해상도의 근접장 광학 현미경을 구성할 수도 있다.
이러한 나노 탐침으로부터의 빛을 샘플 가까이에서 주사하면서 그 광학적 신호를 기록해서 주사 이미지를 얻게 되는데, 그 광학적 신호는 각 픽셀 당 신호를 탐지할 만큼 충분히 커야 하므로 높은 감도가 요구될 때 적합하다. 이 때 광학적 여기 또는 광학적 검출은 상술한 나노 크기의 구멍이 있는 또는 구멍이 없는 탐침을 이용하거나 또는 일반적인 광학적 렌즈를 이용할 수 있다. 광여기와 광검출 모두 나노 구멍의 탐침을 이용하는 경우(lumination-collection mode) 해상도가 가장 높다. 필요에 따라서는 보다 높은 광학적 신호 감도를 얻기 위하여 광여기 또는 광검출 중 한 가지는 나노 구멍의 탐침을 이용하되 다른 한 가지는 렌즈를 이용하기도 한다 (illumination-mode 또는 collection-mode). 또는 구멍이 없는 (apertureless) 탐침을 이용한 고해상도 근접장 이미징도 가능하다.
(실험예 등)
다음으로, 구체적인 실험예를 통해서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
Cy3 염료로 표지(labeling)된 휴먼 면역 글로블린 G (Human Immunoglobulin G) (hIgG) 단백질 (발광 파장 - 570 nm)은 2개의 다른 기술, 즉, 마이크로 어레이어와 DPN 기술에 의해 2가지 타입의 기판에 고정화되었다.
마이크로 어레이 제조를 위해서는 적절히 표면 처리된 유리 기판을 사용하였으며, 나노 어레이 제조를 위해서는 실리콘 기판 상에 형성된 50 nm 두께의 Au 평탄화층을 형성하여 사용하였다. Au 코팅된 실리콘 표면의 단백질 고정화를 위해 그 위에 결합 단백질 (linker protein) 층과 같은 연결층을 형성한다.
그 후, 아세톤과 메탄올에 의해 세정한 후, 질소 가스의 연속 분위기 하에서 건조된다. 마이크로 어레이 패터닝은 SMP 10 stealth pin을 구비한 스팟팅 마이크로 어레이에 의해 수행된다. 샘플 준비 과정은 다른 문헌을 참고할 수 있다.
마이크로 어레이 패턴에 염료가 표지(labeling)된 단백질 스팟은 300 ㎛의 직경, 연속되는 스팟들 사이에는 500 ㎛의 피치를 가진다. 염료 밀도는 100 ㎍/ml 에서 10 ng/ml 까지 변화된다. 스팟팅 공정 후, 샘플들은 습기있는 챔버에서 37℃에서 3시간 동안 인큐베이팅된다. 마이크로 어레이 칩들은 바운드되지 않은 형광물질을 제거하기 위해 버퍼 용액에서 세정된다.
다음으로, 상업적으로 판매되는 50nm 이상의 반경을 가지는 AFM 팁이 DPN 패터닝을 위해 사용된다. 단백질 나노패턴을 제조하고 판독하는 과정은 도 1에 도시되어 있다.
단백질 솔루션을 가진 AFM 컨틸레버는 AFM에 장착되고 상온과 70% 습도를 유지하면서 기판과의 접촉이 유지된다. 그 후, 기판 표면은 3시간 동안 인큐베이트된다. 직경이 600-700 nm 를 갖는 36 스팟들의 단백질 나노어레이들이 형성되고, 팁과 기판 사이의 접촉 시간은 수초 정도이다.
마이크로어레이 칩 스캐너는 마이크로 어레이의 제조 과정을 완료한 후 즉시 마이크로 어레이 스팟들로부터 Cy3 염료 형광 발광을 감지하기 위해 사용되었다. 상업화된 공초점 현미경 스캐닝 도구에 의해 마이크로 어레이 샘플들 상에 공초점 이미징 측정이 수행되었다. 샘플의 여기 파장은 Ar 이온 레이저로부터 발광되는 빛으로 514.5 nm 파장을 가지고 있다.
주사형 근접장 광학 현미경 기술은 나노 어레이 패턴의 지형도(topographic)와 형광 신호를 동시에 얻을 수 있다. 근접장 광학 현미경은 형광신호 이미징을 위해 반사 모드에서 사용된다. 샘플에 의해 발광되는 형광신호는 10 mW Ar 이온 레이저로부터 514.5 nm 라인이었다. 샘플에 의해 발광된 형광신호는 현미경의 대물렌즈에 의해 far field 에서 집광되고, 550 nm Long Pass Filter에 의해 필터링된 후 아발란치 포토다이오드에 의해 측정된다.
532 nm 여기에 의해 단백질 마이크로 어레이에 부착된 Cy3 염료로부터의 형광 신호는 마이크로 어레이 칩 스캐너로 검출된다. Cy3 염료는 550 nm에서 흡수피크와 570 nm에서의 발광 피크를 가진다.
도 2는 Cy3 표지(labeling)된 단백질 마이크로어레이에 대해 마이크로 칩 스캐너에 으해 얻어진 형광 이미지(이미지 a)와 공초점 레이저 스캐닝 광학 현미경에 의한 이미지(이미지 b, c, d)이다. 이미지a는 Cy3 밀도의 변화에 대응하는 형광신호의 세기를 보여준다. 단백질 마이크로어레이 스팟의 공초점 광학 현미경 이미지들은 각각 이미지 사이즈 (b) 600×600 ㎛2, (c) 94×94 ㎛2, (d) 32×32 ㎛2 이다.
도 2의 a는 염료분자들이 단백질 분자와 결합했음을 입증하는 것으로 스팟으로부터 녹색 발광을 나타낸다. 염료 밀도에 따라 형광세기의 변화는 이 이미지에서 관찰된다. 100㎍/㎖의 밀도를 갖는 염료가 표지(labeling)된 단백질은 10ng/㎖의 밀도를 갖는 염료 표지(labeling)된 단백질과 비교하여 최대 발광을 보인다. 첫번째 두 스팟 배열에서, 높은 발광 강도는 중앙에서 관찰되고, 약한 발광 강도는 스팟의 모서리에서 관찰된다. 이러한 종류의 불균일한 형광 발광 효과는 마이크로어레이 분석에서 도넛 효과 (doughnut effect)로써 불리게 되었고 이것은 칩 기반의 프로테오믹에 광범위하에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 대부분의 연구자들은 마이크로 어레이 스팟으로부터 불균일한 형광 세기 분포로 인한 잘못된 해석을 피하기 위해 스팟 분석프로그램을 사용한다.
도 2의 a, c 및 d 각각에 나타낸 바와 같이, 공초점 광학 현미경를 사용하여 도넛 효과의 원인을 조사하였다. 도 2의 b는 가장자리에서 다시 분명하게 묘사한 낮은 형광 세기와 중앙에서 높은 형광 세기의 단일 마이크로어레이 스팟의 사이즈 600×600㎛2의 스캔 이미지이다. 동일 스팟의 높은 해상도 스캔은 [스캔 사이즈 94×94㎛2의 도 2의 c와 스캔 사이즈 32×32㎛2 의 도 2의 d] 단일 마이크로어레이 스팟 내부의 단백질이 불규칙하게 분포된 것을 나타낸다. 또한, 그들은 응집작용 효과(agglomeration effect)를 보여주는 경향이 있으며, 이것에 의하여 불균일한 형광세기 분포를 유도한다. 따라서, 어레이의 인접한 스팟에서 단백질 분포의 불균일성은 어레이 형성 과정의 고유한 한계와 관련 있다. 이와 같은 단백질 마이크로어레이와 연관된 에러를 최소화 하기 위해 단백질 나노어레이의 제조가 고려된다.
도 3은 나노 어레이의 AFM 이미지를 묘사한다. 도 3의 a, b, c은 직접묘화 DPN (direct write DPN)에 의해 준비된 단백질 나노어레이에 대해서 비접촉 모드에서 관찰된 AFM 스캔과 전형적인 크기 정보를 보여준다. 나노어레이의 판독을 위해서, AFM 지형도 (topographic) 이미징은 현재까지 유일한 기법이었다. 단백질의 두 타입의 상호작용 전과 후 높이에서 변화의 측정은 단백질-단백질 상호작용을 감지하기 위한 유일한 방법이었다. 그러나 본 발명자들은 나노어레이로부터 발광된 형광 신호를 감지하기 근접장 광학 현미경이 큰 장점을 가지고 있음을 발견하였다. 또한, 근접장 광학 현미경을 이용하여 단백질-단백질 상호작용의 감지를 수행할 수도 있다.
도 4의 a, b, c는 각각 50×50㎛2, 30×30㎛2, 20×20㎛2의 스캔 영역에서 나노어레이 패턴으로부터 주사형 근접장 현미경으로부터 동시에 얻은 지형도와 형광 이미지이다. Cy3 표지(labeling)된 단백질 나노어레이의 지형도(도 4의 a-c)과 근접장 광학 현미경 형광 이미지(도 4의 d-f)로, 염료 분자들로부터 밝은 발광을 나타내며 스캐닝 면적은 각각 50×50㎛2(도 4의 a 와 d), 30×30㎛2(도 4의 b 와 e), 20×20㎛2(도 4의 c 와 f)이다. 지형도 이미지에서 숫자로 표시된 원은 동일한 단백질 스팟의 재현성(reproducibility)을 나타내기 위하여 표시되었다.
지형도 이미지에서 밝게 채색된 원형 영역은 단백질 나노어레이 스팟에 대응한다. 이것들의 스팟으로부터 발광은 형광이미지에서 선명하게 관찰된다. 각각의 단백질 스팟은 균일하고 높은 세기의 형광 발광을 나타낸다. 이 균일한 형광발광은 도넛효과 또는 불특정 바인딩 문제가 나노어레이 스팟의 형성에서는 제거될 수 있음을 나타낸다.
생성된 단백질 나노어레이 칩의 안정성과 근접장 광학 현미경 검출을 위한 재현성 확인을 연구하기 위해서 동일한 나노어레이 샘플은 일주일 후에 근접장 광학 현미경으로 재스캔된다. 지형도 이미지 도 4의 a, b, c 그리고 도 5의 a, b, c에서 숫자로 표시된 원모양은 일주일 후에 동일한 단백질 스팟의 재현성을 나타내기 위해 표시되었다.
같은 나노어레이 패턴은 도 5의 a, b, c은 지형도 그리고, 도 5의 d, e, f의 형광이미지에서 도시하고 있는 것처럼 용이하게 재현가능하다. 그러나 형광이미지는 도 4의 d, e, f에서 관찰된 형광 세기와 비교한 것처럼 형광 세기가 감소하였다. 이러한 형광 세기의 감소는 염료 분자의 포토블리칭 (photo-bleaching) 효과나 시간에 따라 염료 활성의 감소에 그 원인이 있을 수 있다.
이러한 방식의 나노 바이오 어레이 칩의 광학적 신호 검출 뿐만 아니라 시간에 따른 검출 세기의 변화에 관한 모니터링은 근접장 광학 현미경 대신에 AFM을 사용한다면 불가능하다. 따라서, 이러한 주사형 근접장 광학 현미경은 나노어레이에 부착된 형광물질(fluorophore) 표지(labeling)된 나노 어레이들의 광학 판독 뿐 아니라 형광 이미지와 시간 변화에 따른 연구를 위해서도 매우 효과적인 도구가 될 수 있다.
본 발명자들은 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하여 처음으로 단백질 나노어레이에 부착된 인접한 필드 지역에서 재현성 있는 형광 검출에 대하여 성공적으로 사용했다. 또한, 동일한 나노 바이오칩에 대하여 일주일이 지난 후에 주사형 근접장 광학 현미경으로 형광이미지 패턴의 변화를 검출하였으며, 마이크로 크기로부터 나노 스케일까지의 단백질 스팟 크기의 감소에 따라 마이크로 어레이에서 관측되는 도넛 효과와 불특정 바인딩 (non-specific binding)과 같은 문제점들을 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 주사형 근접장 광학 현미경의 분해능이 회절에 의한 한계를 가지지 않으므로 나노 어레이 스팟(< 수백 nm)으로부터의 여기 및 발광 감지를 효과적으로 할 수 있게 된다.
주사형 근접장 광학 현미경을 이용함으로써 종래 기술에서의 분해능의 한계 등을 극복하고 기판으로부터의 산란으로 인한 잡음 현상을 줄일 수 있으므로, 나노 바이오칩 어레이들로부터의 광학적 특성 (예: 형광, 반사, 흡수, 투과, 편광, 확산, 간섭, 세기, 위상 정보 등)을 높은 공간 해상도와 높은 신호대 잡음비를 가지고 분석할 수 있다.
또한, 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하면 원자 현미경에서 얻을 수 있는 구조적인 topography 특성 뿐만 아니라 광학적 신호를 동시에 감지할 수 있으므로 보다 나노 바이오칩의 본질적인 정보를 얻을 수 있다.
주사형 근접장 광학 현미경을 이용하여 나노 마이크로 어레이의 광학적 이미지들을 비접촉 방식으로 검출할 수 있어 일정 기간이 경과한 후에도 재현성 있는 데이터 검출이 가능하고, 시간에 따른 나노 바이오칩의 광특성의 세밀한 변화도 모니터링할 수 있다.
임의의 시간 동안 (예: 1주일) 좋은 이미지의 재현성이 있는 형광 이미지 패턴에서 변화를 연구하는 것이 가능하고, 나노 어레이들로부터의 발광 강도의 미세한 변화 또한 모니터링 가능하다. 따라서, 형광 감지 도구로서 근접장 광학 현미경은 분자 레벨에서 변화되는 시간 주기에 걸쳐 단백질-단백질 상호작용의 감지라는 측면에서 특히 높은 이점이 있다.
한편, 마이크로 어레이들의 표지(labeling)로부터 발생하는 형광 신호의 정량적인 분석시 어레이들에서는 도넛 효과와 불특정 바인딩 문제가 나타나는 것에 비해, 나노 어레이들을 근접장 광학 현미경을 이용하여 분석하면 이러한 문제들을 해결할 수 있으며, 나노 형광 이미지들은 일정 기간이 경과한 후에도 재현성있게 측정이 가능하고, 시간에 따른 형광 특성에 작은 변화 조차도 모니터링할 수 있게 된다.
Claims (8)
- 나노 바이오칩을 검사하는 방법에 있어서,표지(labeling)된 바이오 물질을 이용하여 2차원 나노 어레이 패턴이 형성된 나노 바이오칩을 준비하는 단계;여기광을 상기 나노 바이오칩에 조사하는 단계; 및상기 나노 바이오칩에서 나오는 광학적 신호를 주사형 근접장 광학 현미경을 이용하여 검출하되,상기 광학적 신호를 검출하는 것과 동시에 상기 나노바이오칩의 구조적인 지형도 특성을 획득하여 분석하며,상기 나노바이오칩의 상기 광학적 신호와 상기 지형도 특성을 시간에 따라서 모니터링하는 것을 특징으로 하는 나노 바이오칩 검사 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 광학적 신호가 검출될 수 있도록 형광 물질 또는 나노 구조체를 바이오 물질과 결합시키는 표지(labeling) 단계를 더 구비하는 나노 바이오칩 검사 방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 나노 바이오칩의 나노 스팟의 크기는 수백 nm 이하인 것을 특징으로 하는 나노 바이오칩 검사 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 나노 바이오칩은 기판, 기판 상에 형성된 평탄층, 상기 평탄화층 상부에 연결층; 및 형광 물질 또는 나노 구조체가 표지(labeling)된 나노 어레이 구조물을 구비하는 나노 바이오칩 검사 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 광학적 신호는 형광, 반사, 흡수, 투과, 편광, 확산, 간섭, 세기, 위상 정보 중 적어도 하나를 구비하는 신호인 나노 바이오칩 검사 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 광학적 신호를 검출하는 단계는 단백질-단백질 상호작용의 감지를 수행하는 것을 특징으로 하는 나노 바이오칩 검사 방법.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060063516A KR100808762B1 (ko) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | 나노 바이오칩 검사 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060063516A KR100808762B1 (ko) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | 나노 바이오칩 검사 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20080004782A KR20080004782A (ko) | 2008-01-10 |
| KR100808762B1 true KR100808762B1 (ko) | 2008-02-29 |
Family
ID=39215376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060063516A KR100808762B1 (ko) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | 나노 바이오칩 검사 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100808762B1 (ko) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100947262B1 (ko) * | 2008-02-28 | 2010-04-01 | 한국표준과학연구원 | 금속나노입자 패턴을 이용한 검출장치 및 방법 |
| WO2013036064A2 (ko) * | 2011-09-07 | 2013-03-14 | 한국과학기술원 | 세포질 원액에서의 단백질 농도 측정 방법 |
| KR101470730B1 (ko) * | 2013-04-24 | 2014-12-09 | 경희대학교 산학협력단 | 파장-의존성 플라즈몬 공명산란을 이용한 나노바이오칩 키트 및 이를 이용한 생체분자의 검출방법 |
| CN107525937A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-29 | 苏州优函信息科技有限公司 | 基于上转换发光标记物、蛋白芯片及检测方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5981956A (en) | 1996-05-16 | 1999-11-09 | Affymetrix, Inc. | Systems and methods for detection of labeled materials |
| JP2003294628A (ja) | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | 生化学解析用データの生成方法およびそれに用いるスキャナ装置 |
| US6741344B1 (en) | 1994-02-10 | 2004-05-25 | Affymetrix, Inc. | Method and apparatus for detection of fluorescently labeled materials |
| JP2005257274A (ja) | 2004-03-09 | 2005-09-22 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 近接場光を用いた生体分子の相互作用の検出方法および検出装置 |
-
2006
- 2006-07-06 KR KR1020060063516A patent/KR100808762B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6741344B1 (en) | 1994-02-10 | 2004-05-25 | Affymetrix, Inc. | Method and apparatus for detection of fluorescently labeled materials |
| US5981956A (en) | 1996-05-16 | 1999-11-09 | Affymetrix, Inc. | Systems and methods for detection of labeled materials |
| JP2003294628A (ja) | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | 生化学解析用データの生成方法およびそれに用いるスキャナ装置 |
| JP2005257274A (ja) | 2004-03-09 | 2005-09-22 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 近接場光を用いた生体分子の相互作用の検出方法および検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20080004782A (ko) | 2008-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210181105A1 (en) | Digital lspr for enhanced assay sensitivity | |
| US10564107B2 (en) | Structured substrates for optical surface profiling | |
| US6998228B2 (en) | Method and apparatus for solid state molecular analysis | |
| JP4209471B2 (ja) | プラズモン共鳴粒子、方法、および装置 | |
| US7344832B2 (en) | Method and apparatus for molecular analysis in small sample volumes | |
| JP4999249B2 (ja) | 複数アナライトのアッセイ方法およびアッセイ装置 | |
| US7023547B2 (en) | Apparatus including a biochip for imaging of biological samples and method | |
| JP2009150708A (ja) | 標的物質の検出方法及び検査キット | |
| KR20160021488A (ko) | 표면증강 라만 산란을 이용한 진단 플랫폼 및 이를 이용한 진단 방법 | |
| KR100808762B1 (ko) | 나노 바이오칩 검사 방법 | |
| US6756014B2 (en) | Biochemical sensor and biochemical testing system using the same | |
| JP3748893B2 (ja) | 活性化合物をスクリーニングする方法 | |
| US20010044106A1 (en) | Method and apparatus for solid state molecular analysis | |
| Vo-Dinh | Optical nanosensors for detecting proteins and biomarkers in individual living cells | |
| JP3912421B2 (ja) | 分子の検出方法、分子の計数方法、分子局在化の検出方法、及びこれらに用いる分子検出装置 | |
| KR100988482B1 (ko) | 나노 스케일 바이오 칩 스캐너 | |
| US8632964B2 (en) | Detection system | |
| Brown et al. | Review of techniques for single molecule detection in biological applications. | |
| US20030073250A1 (en) | Method and apparatus for solid state molecular analysis | |
| Gokarna et al. | Investigation of the doughnut effect in Cy3-labeled protein microarrays using scanning near-field optical microscope | |
| Mandke et al. | Fabrication and Evaluation of Nanoparticle‐Based Biosensors | |
| Cullum | Nanoscale Optical Biosensors and Biochips for Cellular Diagnostics | |
| Languirand et al. | Nanoscale Optical Biosensors and Biochips for Cellular Diagnostics | |
| JP2005257275A (ja) | バイオチップおよびその製造方法、ならびに該チップを用いた化学物質の相互作用検出方法 | |
| Chao et al. | A study of interaction between fitc-labeled antibody and optical fiber surface |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20060706 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20070731 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20080130 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20080222 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20080222 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] | ||
| PG1701 | Publication of correction | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20110207 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20120209 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130206 Year of fee payment: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20130206 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140212 Year of fee payment: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140212 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20160109 |