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KR20090034636A - 바이오 폴리머 합성 장치 및 방법, 바이오 폴리머 합성용시료의 회수 방법 - Google Patents

바이오 폴리머 합성 장치 및 방법, 바이오 폴리머 합성용시료의 회수 방법 Download PDF

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KR20090034636A
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biopolymer
biopolymer synthesis
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지성민
류만형
김형준
하정환
김원선
정선옥
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

바이오 폴리머 합성용 시료를 회수하고 재활용하여 바이오 폴리머 합성 비용을 절감할 수 있는 바이오 폴리머 합성 장치 및 방법, 바이오 폴리머 합성용 시료의 회수 방법이 제공된다. 바이오 폴리머 합성 장치는 반응 챔버와, 반응 챔버에 연결된 배출관과, 배출관과 연결된 복수의 회수 탱크와, 복수의 회수 밸브로서, 각각 배출관과 각 회수 탱크의 연결을 온-오프하는 복수의 회수 밸브를 포함한다.
회수 탱크, 세정, 정제

Description

바이오 폴리머 합성 장치 및 방법, 바이오 폴리머 합성용 시료의 회수 방법{Apparatus and method of synthesizing biopolymer and method of recovering reagent for synthesizing biopolymer}
본 발명은 바이오 폴리머 합성 장치 및 방법, 바이오 폴리머 합성용 시료의 회수 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오 폴리머를 회수하고 재활용하는 바이오 폴리머 합성 장치 및 방법, 바이오 폴리머 합성용 시료의 회수 방법에 관한 것이다.
기판 상에 폴리머를 합성할 필요성은 반도체 분야 뿐만 아니라, 다양한 기술 분야에서 인식되고 있다. 특히, 최근에는 슬라이드 기판 상에 올리고머 프로브와 같은 바이오 폴리머를 고정한 마이크로 어레이가 소개되었으며, 이러한 마이크로 어레이를 형성하는 데에도 폴리머 합성 기술이 도입되고 있다.
예를 들어, 전통적으로 반도체 분야에서 널리 사용되어 왔던 포토리소그래피(photolithography) 기술이 마이크로 어레이의 올리고머 프로브를 합성하는 데에 응용된다. 포토리소그래피를 이용한 올리고머 프로브의 합성은 예를 들어 기판 상에 광분해성 보호기가 결합된 피커플링 물질을 고정하고, 광 마스크에 의한 선택적 노광으로 광분해성 보호기를 제거하고, 합성 대상이 되는 모노머를 제공하여 광분해성 보호기가 제거된 피커플링 물질과 반응시키는 단계를 거친다.
25mer의 올리고머 프로브를 합성하기 위해 작게는 25회, 많게는 100회 이상의 합성 단계를 거친다. 각 단계마다 커플링될 양보다 훨씬 많은 양의 바이오 폴리머 합성용 시약이 사용되고, 남은 용액은 폐기된다. 이에 따라 고가의 바이오 폴리머 합성용 시약이 낭비되어 비경제적이고, 폐기된 시약에 의해 환경 오염이 유발될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 바이오 폴리머 합성용 시료를 회수하고 재활용하는 바이오 폴리머 합성 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 바이오 폴리머 합성 비용을 절감할 수 있는 바이오 폴리머 합성용 시료 회수 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 바이오 폴리머 합성용 시료를 회수하고 재활용하는 바이오 폴리머의 합성 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버에 연결된 배출관과, 상기 배출관과 연결된 복수의 회수 탱크와, 복수의 회수 밸브로서, 각각 상기 배출관과 상기 각 회수 탱크 의 연결을 온-오프하는 복수의 회수 밸브를 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성용 시료 회수 방법은 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 합성 후 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제1 회수 탱크로 회수하고, 상기 반응 챔버 및 상기 배출관을 세정액으로 세정하고, 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제2 회수 탱크로 회수하는 것을 포함한다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법은 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제1 회수 탱크로 회수하는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 합성 및 회수 사이클, 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제2 회수 탱크로 회수하는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료 합성 및 회수 사이클, 및 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 합성 및 회수 사이클과 상기 바이오 폴리머 합성용 제2 시료 합성 및 회수 사이클 사이 에 상기 반응 챔버 및 상기 배출관을 세정액으로 세정하는 것을 포함하되, 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 및 제2 시료 합성 및 회수 사이클은 각각 2회 이상 수행되고, 1회 이후의 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 합성 및 회수 사이클 중 적어도 하나에서 제공되는 상기 제1 시료는 상기 제1 회수 탱크로부터 반송된 제1 시료이고, 1회 이후의 바이오 폴리머 합성용 제2 시료 합성 및 회수 사이클 중 적어도 하나에서 제공되는 상기 제2 시료는 상기 제2 회수 탱크로부터 반송된 제2 시료이다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 바이오 폴리머 합성 장치 및 방법, 바이오 폴리머 합성용 시료의 회수 방법에 의하면, 서로 다른 종류의 바이오 폴리머 합성용 시료를 고순도 및 고농도로 회수하여 재사용할 수 있다. 이에 따라 바이오 폴리머 합성용 시료 비용을 절감할 수 있어 저렴한 비용으로 바이오 폴리머를 합성할 수 있다. 한편, 고순도의 바이오 폴리머 합성용 시료를 회수할 수 있어, 폐기되는 바이오 폴리머 합성용 시료에 의하여 유발될 수 있는 환경 오염도 방지할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서 기판 상에 합성될 목적(target) 바이오 폴리머는 생체 내에서 합성되거나, 생체를 구성하는 폴리머를 포함한다. 바이오 폴리머는 예를 들어, 2 이상의 모노머(monomer)로 이루어진다. 상기 모노머의 예로는 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 아미노산, 펩티드 등을 들 수 있다
상기 뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드는 공지의 퓨린 및 피리미딘 염기를 포함할 뿐만 아니라 메틸화된 퓨린 또는 피리미딘, 아실화된 퓨린 또는 피리미딘 등을 포함할 수 있다. 또, 상기 뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드는 종래의 리보스 및 디옥시리보스 당을 포함할 뿐만 아니라 하나 이상의 하이드록실기가 할로겐 원자 또는 지방족으로 치환되거나 에테르, 아민 등의 작용기가 결합한 변형된 당을 포함할 수 있다.
상기 아미노산은 자연에서 발견되는 아미노산의 L-, D-, 및 비키랄성(nonchiral)형 아미노산뿐만 아니라 변형 아미노산(modified amino acid), 또는 아미노산 유사체(analog) 등일 수 있다.
상기 펩티드는 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기 사이의 아미드 결합에 의해 생성된 화합물을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예 및 변형례에 따른 바이오 폴리머 합성 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 챔버의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치는 반응 챔버(100), 복수의 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T) 및 배출관(410b)을 포함한다.
반응 챔버(100)에는 바이오 폴리머(biopolymer)가 합성될 기판(10)이 배치된다.
반응 챔버(100) 내에서, 목적으로 하는 바이오 폴리머는 상기 모노머들을 각 모노머 단위로 기판 상에 순차적으로 공유결합 반응시킴으로써 합성되거나, 상기 예시된 모노머들이 2 이상 공유 결합되어 이루어진 바이오 폴리머를 기판(10) 상의 다른 모노머 또는 바이오 폴리머와 공유결합 반응을 수행함으로써 합성될 수 있다.
기판(10)은 베이스 기판으로서 가요성(flexible) 또는 강성(rigid) 기판을 포함할 수 있다. 가요성 기판은 나일론, 니트로셀룰로오스 등의 멤브레인 또는 플라스틱 필름 등일 수 있다. 강성 기판은 반도체 웨이퍼 기판, 소다 석회 유리와 같은 투명 유리 기판 등일 수 있다. 상술한 바이오 폴리머 합성을 실효적으로 수행하기 위하여 베이스 기판 상에는 모노머, 또는 바이오 폴리머나 기타 다른 유기 또는 무기 링커 등이 고정되어 있을 수 있다.
반응 챔버(100)의 형상 및 사이즈(size)는 배치되는 기판에 따라 결정된다. 예를 들어, 기판(10)의 베이스 기판으로서 원형의 실리콘 웨이퍼를 적용할 경우, 반응 챔버(100)의 전체적인 형상은 원통형일 수 있다.
예시적인 실시예에서 반응 챔버(100)는 챔버 바디(110) 및 챔버 커버(120)를 포함한다. 챔버 커버(120)는 챔버 바디(110)에 결합 가능하도록 설치된다. 반응 챔버(100)의 구체적인 형상 및 다른 부재와의 결합 관계는 이후에 상세히 설명한다.
챔버 바디(110)와 챔버 커버(120)의 결합은 예컨대, 제1 결합 수단(131)에 의해 구현될 수 있다. 도 2에 예시적으로 도시된 제1 결합 수단의 예는 클램프이다. 클램프는 챔버 바디(110) 및/또는 챔버 커버(120)의 외측면을 따라, 복수개가 구비될 수 있다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예는 챔버 바디(110)와 챔버 커버(120)의 완전한 분리를 막기 위하여 챔버 바디(110)와 챔버 커버(120)의 일측 테두리에 연결 핀(133)을 구비할 수 있다.
도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 챔버 바디(110) 및 챔버 커버(120)는 각각 테두리부(111, 121)와 중앙부(112, 122)간 단차가 있다. 즉, 챔버 바디(110) 와 챔버 커버(120)는 예컨대, 테두리부(111, 121)가 중앙부(112, 122)보다 융기되어 있는 용기(container) 형상을 갖는다. 챔버 바디(110)와 챔버 커버(120)의 테두리부(111, 121)는 실질적으로 평탄한 표면(111s, 121s)을 갖는다. 따라서, 챔버 바디(110)와 챔버 커버(120)가 결합되면, 챔버 바디(110) 테두리부(111)의 표면(111s)과 챔버 커버(120) 테두리부(121)의 표면(121s)이 서로 맞닿아 밀착되어 결합면을 이루며, 챔버 바디(110)의 중앙부(112) 및 챔버 커버(120)의 중앙부(122)는 서로 이격된다.
본 발명의 몇몇 예시적인 실시예는 챔버 바디(110)와 챔버 커버(120)의 테두리부(111, 121)에 구비된 제2 결합 수단(132)을 더 포함할 수 있다. 제2 결합 수단(132)은 예를 들어, 챔버 커버(120)의 테두리부(121)에 돌출되도록 형성된 결합 나사(125) 및 챔버 바디(110)의 테두리부(111)에 형성된 결합 홈(115)을 포함할 수 있다.
챔버 바디(110)의 테두리부(111) 내측에는 기판(10)이 배치되는 기판 안착단(114)이 구비된다. 기판 안착단(114)에 배치되는 기판(10)과 챔버 바디(110)의 중앙부(112) 사이에는 소정의 에어 스페이스(air space)(AS)가 정의될 수 있다.
한편, 기판 안착단(114)에 배치된 기판(10)과 챔버 커버(120)의 중앙부(122)는 챔버 커버(120)의 중앙부(122)로부터 융기된 테두리부(121)의 높이만큼 이격된다. 이와 같이 이격된 공간은 바이오 폴리머가 합성되는 반응 공간(RS)을 제공하게 된다. 즉, 반응 공간(RS)은 기판 커버(120)의 중앙부(122), 기판 커버(120)의 테두리부(121)의 측벽, 및 기판(10)의 상면에 의해 한정된다. 반응 공간(RS) 내부에서 의 이루어지는 다양한 반응 상황을 용이하게 관찰하기 위하여, 챔버 커버(120)의 적어도 중앙부(122)는 투명한 재질, 예컨대 유리, 석영 등으로 이루어질 수 있다. 즉, 챔버 커버(120)의 중앙부(122)에는 윈도우(window)가 구비될 수 있다.
반응 공간(RS)의 크기(체적)는 제공되는 바이오 폴리머 합성용 시료의 양, 그의 퍼짐성, 및 습윤성 등에 관계되며, 챔버 커버(120)의 중앙부(122)와 기판(10)의 상면간 이격거리, 다시 말하면 기판 커버(120)의 중앙부(122)로부터 융기된 테두리부(121)의 높이에 의해 좌우된다.
반응 공간(RS)은 상술한 바와 같이 반응 챔버(100)의 밀폐된 내부 공간에 제공되므로, 반응 공간(RS)의 경우에도 외부에 대하여 실질적으로 밀폐된다. 나아가, 기판(10) 상면의 테두리가 챔버 커버(120)의 테두리부(122)에 의해 밀착 커버되고, 기판(10) 배면이 챔버 바디(110)의 기판 안착부(114)에 의해 지지되므로, 기판(10) 배면과 챔버 바디(110)의 중앙부(112) 사이에 소정의 에어 스페이스(AS)가 정의된다고 할지라도, 에어 스페이스(AS)는 반응 공간(RS)과 공간적으로 분리된다. 다시 말하면, 반응 공간(RS)은 에어 스페이스(AS)에 대하여도 실질적으로 밀폐된다. 따라서, 반응 공간(RS) 내로 바이오 폴리머 합성용 시료 등이 공급되더라도, 기판(10)의 배면으로 침투되지 않아 기판(10) 배면으로의 오염이 방지될 수 있다. 기판(10) 배면의 오염은 예를 들어, 바이오 물질의 분석 오류나, 후속 포토 리소그래피 장치의 오동작 등을 유발한다는 측면에서, 기판(10) 배면 오염 방지는 유효한 의의를 갖는다.
상기 관점에서 기판(10) 배면의 오염 방지를 더욱 담보하기 위하여, 본 발명 의 몇몇 예시적인 실시예는 챔버 바디(110)의 기판 안착단(114) 및/또는 챔버 커버(120)의 테두리부(121)를 따라 형성된 개스킷(gasket)을 포함할 수 있다. 개스킷으로는 예컨대, 오링(o-ring)(116)이 적용될 수 있다. 챔버 바디(110)의 기판 안착단(114)에 형성된 오링(116)은 기판(10)의 배면과, 챔버 커버(120)의 테두리부(121)에 형성된 오링(126)은 기판(10)의 상면과 각각 직접 접하면서, 폴리머 합성용 시료 등과 같은 유체의 침투를 더욱 확실하게 차단한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반응 공간(RS)은 적어도 하나의 공급관(410a), 배출관(410b), 및 회수관(410c)과 공간적으로 연결된다. 이를 위하여 챔버 바디(110)와 챔버 커버(120) 중 적어도 하나는 각 공급관(410a), 배출관(410b), 및 회수관(410c)과 연결되는 복수의 관통홀(128)을 구비한다. 관통홀(128)의 일단은 챔버 커버(120) 테두리부(121)의 측벽을 개구하고, 타단은 공급관(410a) 또는 배출관(410b) 또는 회수관(410c)과 연결된다. 공급관(410a)(또는 배출관(410b)) 및 관통홀(128)을 통하여, 반응 공간(RS) 내부로(또는 내부로부터) 바이오 폴리머 합성용 시료, 활성화제(activator), 세정제 등이 공급(또는 배출)된다. 몇몇 공급관(410a)은 버블 생성용 비활성 기체 전용 공급관일 수 있다. 또한, 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)로부터 반송관(450b)을 통하여 반응 공간(RS)으로 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료가 반송된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치는 공급관(410a), 배출관(410b) 및 회수관(410c) 이외에, 세정 탱크(430), 복수의 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T), 활성화제 탱크(432), 복수의 유체 흐름관(410), 각 유체 흐름관(410) 을 연결하는 복수의 연결 밸브(421-426)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치는 복수의 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T), 회수 밸브(441, 442, 443, 444), 반송 밸브(451, 452, 453, 454), 반송 펌프(470)도 포함한다.
복수의 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)는 바이오 폴리머의 합성에 필요한 시료를 저장하고, 이를 공급관(410a)을 통해 반응 챔버의 반응 공간으로 제공하는 역할을 한다. 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)에 의해 제공되는 바이오 폴리머 합성용 시료의 예는 상술한 바 있는 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 아미노산, 펩티드 등의 모노머나 그 화합물을 포함한다. 예를 들어, 인-시츄로 올리고뉴클레오타이드 프로브를 합성하려고 하는 경우, 상기 바이오 폴리머 합성용 시료는 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G), 티민(T)이나 우라실(U) 중 어느 하나를 염기로 갖는 아미디트계 모노머 일 수 있다. 구체적으로 바이오 폴리머 합성용 시료는 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머로서, 광분해성 보호기 또는 산분해성 보호기가 커플링되어 있는 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머일 수 있다. 여기서, 각 시료 탱크에 저장되는 바이오 폴리머 합성용 시료는 각각 서로 다른 염기를 가질 수 있다. 즉, 제1 시료 탱크(431A)에는 아데닌(A), 제1 시료 탱크(431C)에는 시토신(C), 제1 시료 탱크(431G)에는 구아닌(G), 제1 시료 탱크(431T)에는 티민(T) 또는 우라실(U)을 염기로 갖는 바이오 폴리머 합성용 시료가 저장될 수 있다. 본 명세서에서 "바이오 폴리머 합성용 시료"는 재생되지 않은 바이오 폴리머 합성용 원료 시료 및 재생된 바이오 폴리머 합성용 재생 시료를 포함 하고, 바이오 폴리머 합성용 시료와 활성화제가 혼합된 혼합물을 포괄하는 의미로 사용된다.
세정 탱크(430)에는 세정액, 예를 들어 아세토니트릴(acetonitrile) 용액이 저장되며, 이러한 세정액에 의해 공급관(410a), 배출관(410b), 회수관(410c) 및 서브 반송관(450a), 및 반송관(450b) 등에 묻어있는 바이오 폴리머 합성용 시료를 제거한다. 공급관(410a), 배출관(410b), 회수관(410c) 및 서브 반송관(450a), 및 반송관(450b) 등에 묻어있는 바이오 폴리머 합성용 시료는 제2 비활성 기체 공급 탱크(434)에 의해 공급되는 비활성 기체에 의해 추가로 제거될 수도 있으며, 이 경우 공급관(410a), 배출관(410b), 회수관(410c) 및 서브 반송관(450a), 및 반송관(450b)은 제2 비활성 기체 공급 탱크(434)에 의해 공급되는 비활성 기체에 의해 건조될 수도 있다.
활성화제 탱크(432)는 바이오 폴리머 합성용 시료를 활성화시키는 활성화제(activator)를 제공한다. 활성화제는 테트라졸계, 예를 들어 1H-테트라졸(tetrazole) 및 이의 유도체일 수 있다.
제1, 제2 및 제3 비활성 기체 공급 탱크(433, 434, 435)는 비활성 기체, 예컨대 질소(N2)를 공급한다. 제1 비활성 기체 공급 탱크(433)에 의해 공급된 기체는 유체 흐름관(410)을 통해 각 유체 흐름관(411a)을 거쳐 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)에 제공되어 소정 압력을 부여함으로써, 바이오 폴리머 합성용 시료를 유체 흐름관(410) 측으로 밀어내는 역할을 한다. 각 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T) 탱크 중 합성이 요구되는 염기를 가지는 시료가 저장된 어느 하나의 시료 탱 크(431A, 431C, 431G, 431T)만을 먼저 서브 유체 흐름관(411b)을 통해 반응 챔버(100)로 도입하여 바이오 폴리머의 일부를 합성한 후, 이후 필요에 따라 합성이 요구되는 다른 염기를 가지는 다른 시료가 저장된 각 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)를 개방하여 나머지 바이오 폴리머를 합성한다. 적절한 압력 조절을 위하여 제1 비활성 기체 공급 탱크(433)와 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T) 사이에는 압력 조절기(436)가 설치될 수 있다.
제2 비활성 기체 공급 탱크(434)에 의해 공급되는 비활성 기체는 유체 흐름관(410)을 통해 활성화제 탱크(432)에 제공되어 소정 압력을 부여함으로써, 제2 바이오 폴리머 합성용 시료를 유체 흐름관(410) 측으로 밀어낸다. 또한, 제3 비활성 기체 공급 탱크(435)는 세정 탱크(430)에 비활성 기체를 제공하여 세정액을 유체 흐름관(410)측으로 이송시킨다.
복수의 연결 밸브(421-426)는 3 방향 솔레노이드 밸브(3 way solenoid valve), 및 2 방향 솔레노이드 밸브(2 way solenoid valve)를 포함할 수 있다. 도시하지는 않았지만 3방향 솔레노이드 밸브는 유체 흐름관(410)과 서브 유체 흐름관(411a, 411b) 사이에도 연결될 수 있다. 각 세정 탱크(430), 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T), 및 활성화제 탱크(432)는 이들 연결 밸브(421-426)를 통해 제1, 제2 및 제3 비활성 기체 공급 탱크(433, 434, 435), 반응 챔버(100), 및 드레인(445)등과 연결된다.
반응 챔버(100)에는 바이오 폴리머 합성용 시료가 도입되는 유체 흐름관(410) 이외에 배출관(410b), 및 반송관(450b)이 연결된다.
배출관(410b)은 일단이 반응 공간(RS)과 연결되고 타단은 드레인(445)과 연결된다. 배출관(410b)에는 배출 펌프(437)가 설치될 수 있다. 배출관(410b)으로부터 복수의 회수관(410c)이 분지되어 각각 복수의 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)로 연결된다.
복수의 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)는 반응 챔버(100)로부터 회수된 바이오 폴리머 합성용 시료를 저장하고, 회수된 바이오 폴리머 합성용 시료와 동일한 염기를 포함하는 바이오 폴리머 합성용 시료의 공급이 요구되는 경우 상기 회수된 바이오 폴리머 합성용 시료를 반송관(450b)을 거쳐 반응 챔버(100)로 반송한다. 이 경우 각각 상이한 염기를 포함하는 바이오 폴리머 합성용 시료는 각각 서로 다른 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)에 저장되었다가 각 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)와 연결된 서브 반송관(450b)을 통해 반송관(450b)으로 반송된다. 반송관(450b)에는 반송 펌프(470)가 설치될 수 있다.
이와 같은 바이오 폴리머 합성 장치에 의한 바이오 폴리머 합성용 시료 흐름의 예를 설명하면, 먼저, 압력 조절기(436)를 조절하여 제1 비활성 기체 공급 탱크(433)로부터 비활성 기체를 제1 시료 탱크(431A)로 제공하면, 예를 들어 아데닌(A) 염기를 가지는 제1 바이오 폴리머 합성용 시료가 가압되어 유체 흐름관(410) 측으로 분출되어 제1 밸브(421)에 다다른다. 이때, 제1 밸브(421) 및 제2 밸브(422)를 반응 챔버(100)측으로의 통로를 형성하면 제1 바이오 폴리머 합성용 시료가 공급관(410a)을 통하여 반응 공간(RS)으로 공급된다. 제1 시료 탱크(431A)와 연결된 서브 유체 흐름관(411a, 411b)만 개방하고 나머지 시료 탱크(431C, 431G, 431T)와 연결된 서브 유체 흐름관(411a, 411b)은 폐쇄함으로써 비활성 기체를 제1 시료 탱크(431A)로만 선택적으로 주입할 수 있다. 다른 염기를 함유하는 바이오 폴리머 합성용 시료를 반응 챔버(100)에 공급할 필요가 있는 경우 해당 시료가 담긴 시료 탱크(431C, 431G, 431T)와 연결된 서브 유체 흐름관(411a, 411b)만 개방하여 비활성 기체를 공급함으로써, 합성이 요구되는 바이오 폴리머 합성용 시료만을 반응 챔버(100)에 공급할 수 있다.
서로 다른 바이오 폴리머 합성용 시료를 서로 다른 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)로부터 순차적으로 반응 챔버(100)로 도입할 필요가 있는 경우 세정 탱크(430)는 유체 흐름관(410)을 세정한다. 즉, 제1 시료 탱크(431A)를 유체 흐름관(410)을 통해 반응 챔버(100)로 도입한 후, 제2 시료를 반응 챔버(100)로 공급할 필요가 있는 경우, 유체 흐름관(410) 및 반응 챔버(100) 등에 묻어 있는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 세정액으로 세정한 후 제2 시료 탱크(431C)로부터 반응 챔버(100)로 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 공급한다. 세정 시 밸브(421-424)의 유로를 조절하여 필요한 부위만을 세정한다. 이 경우 세정 후 제2 비활성 기체 공급 탱크(434)에 의해 공급되는 비활성 기체에 의해 반응 챔버(100) 등을 건조시킬 수도 있다. 또한, 세정을 위해 반응 챔버(100)로부터 기판(10)을 잠시 인출했다가 다시 투입할 수도 있다.
바이오 폴리머 합성용 제1 시료와 활성화제를 반응 챔버(100)에 공급하면 아데닌 염기가 기판(10) 상에 커플링되는 한편, 과량의 활성화된 바이오 폴리머 합성용 제1 시료가 반응 챔버(100) 내에 잔류한다. 활성화된 바이오 폴리머 합성용 제1 시료는 배출관(410b)으로 배출되고, 회수 밸브(441, 442, 443, 444)의 유로를 조절하여 회수관(410c)을 통해 복수의 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)로부터 선택된 어느 하나, 예를 들어 제1 회수 탱크(461A)로 회수된다. 구체적으로 제1 회수 밸브(441)의 제2 회수 밸브(442)측 유로를 폐쇄하고 제1 회수 탱크(461A)측 유로를 개방하여 활성화된 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 제1 회수 탱크(461A)로 회수할 수 있다. 다른 염기를 포함하는 다른 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료들도 이와 유사한 회수 밸브(442, 443, 444)의 유로 조작으로 정확하게 회수 탱크(461C, 461G, 461T)에 회수될 수 있다.
이와 같이 각각의 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료를 종류별로 분리하여 회수하기 위해 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)는 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)의 수와 상응하는 수로 제공될 수 있으며, 각 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)로부터 제공된 바이오 폴리머 합성용 시료는 반응 챔버(100)내에서 활성화되어 각 시료 탱크(431A, 431C, 431G, 431T)에 상응하는 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)로 회수된다.
활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료 중 기판(10) 상에 커플링할 염기를 포함하고 있는 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료는 반송 펌프(470)를 이용하여 반응 챔버(100)로 반송된다. 각각의 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료는 각 회수 탱크(461A, 461C, 461G, 461T)에 연결된 서브 반송관(450a)을 통해 반송관(450b)으로 인입되어 반응 챔버(100)로 공급된다. 상기 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료를 서브 반송관(450a)으로부터 반송관(450b)으로 이송시키기 위해 반송 밸 브(451-454)의 유로를 조절한다. 반송 밸브(451-454)의 유로 조절은 회수 밸브(441-444)의 유로 조절 방법과 실질적으로 동일하다.
반응 챔버(100) 내로 도입된 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료는 농도 및 순도(purity)를 고려하여 수회 반복하여 재사용할 수 있으나, 농도 및 순도가 저하된 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료는 배출 펌프(437)를 이용하여 드레인(445)으로 배출된다.
본 실시예의 바이오 폴리머 합성 장치는 회수 밸브(441-444)의 유로를 조절하여 바이오 폴리머 합성용 시료를 회수하고, 반송 밸브(451-454)의 유로를 조절하여 이를 재사용할 수 있다. 또한 세정 탱크(430)를 구비하여 서로 다른 종류의 바이오 폴리머 합성용 시료를 회수하고 재사용할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치에 포함되는 셰이킹 장치에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셰이킹 장치 및 반응 챔버의 평면도이다. 도 4는 도 3의 정면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치의 셰이킹 동작을 설명하기 위한 측면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성장치는 셰이킹 장치(1200)를 더 포함할 수 있다. 셰이킹 장치(1200)는 구동축(1220) 및 구동축(1220)을 구동하는 서보 모터(servo motor)(1210)를 포함한다.
구동축(1220)의 일단은 서보 모터(1220)에 연결되고 타단은 지지대(1230)에 연결 설치된다. 반응 챔버(100)는 구동축(1220) 중간에 고정 설치된다. 서보 모 터(1210)와 지지대(1230)는 플레이트(1300) 상에 설치된다.
서보 모터(1210)는 구동축(1220)을 회전시킬 뿐만 아니라, 구동축(1220)을 소정 시간동안 소정 주기로 롤링 운동시킨다. 반응 챔버(100)는 구동축(1220)에 고정 설치되어 있기 때문에, 구동축(1220)의 회전에 따라 함께 회전하고, 구동축(1220)의 롤링에 따라 함께 롤링한다.
반응 챔버(100)의 회전은 후술하는 바와 같이 바이오 폴리머 합성용 시료의 배출시에 수행될 수 있다. 반응 챔버(100)의 최대 회전 각도는 예컨대, ±90°일 수 있지만, 이에 제한되지 않음은 물론이다.
반응 챔버(100)의 롤링은 반응 공간(RS) 내에서 바이오 폴리머의 합성이 이루어질 때에 수행될 수 있다. 반응 챔버(100)의 최대 롤링 각도(±θ)는 반응 공간(RS) 내에 채워져 있는 바이오 폴리머 합성용 시료의 양 등에 따라 다르지만, 예컨대, ±10°(즉, -10°~ 10°의 각도로 롤링함) 내지 ±60°(즉, -60°~ 60°의 각도로 롤링함)의 범위를 가질 수 있다. 미설명 부호 "129a", "129b"는 반응 챔버와 공급관 또는 배출관을 연결시키는 커넥터이다.
이하, 도 1 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 바이오 폴리머 합성 장치를 설명한다. 본 변형례의 바이오 폴리머 합성 장치는 반응 챔버 및 배출관의 형상이 일부 상이하므로 상이한 구조에 대해서 중점적으로 설명하고 다른 구성 요소에 대한 설명은 생략하거나 간략화 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 반응 챔버의 사시도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 본 변형례의 반응 챔버(200)도 챔버 바디(210)및 챔버 커버(230)를 포함한다. 챔버 커버(230)는 평편한 플레이트 형상으로 이루어질 수도 있고, 챔버(200) 내 공간을 더욱 크게 하기 위해 위로 볼록한 형상으로 이루어질 수도 있다. 챔버 커버(230)와 챔버 바디(210) 사이에는 상술한 바와 같이 밀착도를 증가시키는 오링(260)이 개재될 수 있다.
챔버 커버(230)는 클램프(250)와 같은 결합 수단에 의해 챔버 바디(210)와 결합된다. 이와 같이 챔버(200)의 내부는 챔버 바디(210), 챔버 커버(230), 오링(260) 및 클램프(250)에 의해 단단하게 밀봉되기 때문에, 바이오 폴리머 합성시 챔버 바디(210)와 챔버 커버(230) 사이의 결합틈으로의 외부 오염 물질 유입이 방지될 수 있다.
챔버 커버(230)는 상면을 관통하는 적어도 하나의 관통홀(234)을 포함한다. 관통홀(234)은 챔버(200) 내부의 공간과 챔버(200) 외부를 공간적으로 연결한다. 관통홀(234)이 형성된 챔버 커버(230)의 외부면에는 제1 및 제2 커넥터(235, 236)가 체결되어 있다. 그러나, 관통홀(234), 제1 및 제2 커넥터(235, 236)의 수 및 배열에는 제한이 없음은 물론이다.
챔버 바디(210)의 중앙부에는 바이오 폴리머가 합성되는 기판을 안착하는 스테이지(216)가 구비되어 있다. 스테이지(216)는 아래쪽으로 스테이지 이동용 핸들(280)과 연결되어 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 예를 들어, 스테이지 이동용 핸들(280)을 시계 방향으로 회전할 경우 스테이지(216)가 상승하고, 스테이지 이동용 핸들(280)을 반시계 방향으로 회전할 경우 스테이지(216)가 하강하도록 설치될 수 있다.
챔버 바디(210)의 주변부에는 지지 플레이트(222)가 위치할 수 있다. 지지 플레이트(222)는 분리가능하게 설치되어 챔버 바디(210)의 가장자리를 단지 지지하는 구조일 수도 있다. 지지 플레이트(222)는 고정 나사(224)에 의해 하부의 지지대(미도시)와 결합되며, 그에 따라 챔버 바디(210)가 지지대에 안정적으로 고정될 수 있다.
챔버 바디(210)의 하면에는 챔버(200) 내부를 가열하는 히터(270)가 구비될 수 있다. 일예로서, 가열 여부 및 가열 온도의 제어가 용이한 전기 히터를 사용하여 반응 챔버(200) 내의 반응 온도를 조절할 수 있다.
배출관(410b)은 본 변형례에서 제1 배출관(310) 및 제1 배출관(310)으로부터 분지된 제2 배출관(330)을 포함한다. 제1 배출관(310)은 챔버 바디(210)의 배출홀(220)과 연결되어 있으며, 내부에는 피스톤(320)이 설치되어 있다. 피스톤(320)은 제1 배출관(310)을 따라 상승 또는 하강하여, 배출홀(220) 및/또는 제1 배출관(310)과 제2 배출관(330)의 공간적 연결을 제어한다. 예를 들어 피스톤(320)의 헤드가 제2 배출관(330)의 분지부 위쪽으로 상승한 경우 제2 배출관(330)은 폐쇄된다. 따라서, 챔버(200)로부터 시료 또는 세정액 등이 배출되지 않는다. 피스톤(320)의 헤드가 제2 배출관(330)의 분지부 아래쪽으로 하강하게 되면, 배출홀(220) 및/또는 제1 배출관(310)과 제2 배출관(330)이 공간적으로 연결되어 챔버(200)로부터 시료 또는 세정액 등이 외부로 배출, 처리될 수 있다.
본 변형례에 따른 바이오 폴리머 합성 장치에 의하면 서로 다른 종류의 바이오 폴리머 합성용 시료들을 용이하게 분리할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 실시예의 바이오 폴리머 합성 방법은 바이오 폴리머 원료 시료를 회수하여 재사용하기 위한 것인바, 도 7을 참조하여, 바이오 폴리머 합성용 시료의 회수 방법에 대하여 먼저 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 셀 액티브 영역이 형성된 기판 상의 보호기를 제거한다. 이후, 바이오 폴리머 합성용 제1 시료, 세정제 및 활성화제등을 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 기판 상에 합성시킨다. 상기 바이오 폴리머 합성용 시료는 상술한 바와 같이 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G), 티민(T)이나 우라실(U) 중 어느 하나를 염기로 갖는 아미디트계 모노머 일 수 있다. 구체적으로 바이오 폴리머 합성용 시료는 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머로서, 광분해성 보호기 또는 산분해성 보호기가 커플링되어 있는 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머일 수 있다. 바이오 폴리머 합성용 제1 시료는 k 염기, 예를 들어 아데닌 염기를 함유하는 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머일 수 있다. 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머는 아크릴로니트릴과 같은 세정제에 녹여서 기판과 반응시키는데, 이 경우 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머의 농도는 0.1mM 내지 500mM일 수 있다.
이어서, 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 이외의 다른 시료가 배출관에 묻어 있는 경우 이를 세정액으로 세정할 수 있다. 이어서, 반응 챔버 내에 잔류하는 바 이오 폴리머 합성용 제1 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제1 회수 탱크로 회수한다.
이어서, 바이오 폴리머 합성용 제1 시료가 묻어 있는 반응 챔버 및 상기 배출관을 세정액으로 세정할 수 있다.
이어서, 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제2 회수 탱크로 회수한다. 바이오 폴리머 합성용 제2 시료는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료와 상이한 l 염기, 예를 들어 시토신을 함유하는 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머일 수 있다. 이와 유사한 방법으로 각 염기를 가지는 4종류의 바이오 폴리머 합성용 시료를 모두 다른 회수 탱크에 회수할 수 있다.
본 실시예의 바이오 폴리머 합성 방법은, 상기와 같은 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 이용하여 합성 및 회수 사이클을 거치고, 기판 상에 k 염기를 커플링 한 이후에 상기 바이오 폴리머 합성용 시료를 반송하여 기판 표면 상에 염기를 커플링하는 단계를 더 포함한다.
이후, 기판 상에 다시 k 염기를 커플링 할 단계인지, k 염기 이외의 다른 염기를 커플링 할 단계인지 판단한다. 판단 결과, 기판 상에 다시 k 염기를 커플링 할 단계인 경우 기판 상의 k 염기의 보호기를 제거하고 활성화된 k 염기를 갖는 바이오 합성용 제1 시료를 k 회수 탱크로부터 반응 챔버로 반송하여 기판 상에 다시 k 염기를 커플링한다. 이 경우 반송은 반송 펌프를 이용하여 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 흡입한다. 판단 결과, 기판 상에 k 염기를 커플링 할 단계가 아닌 경우, 다시 다른 염기를 커플링 할 단계인지 판단한다. 판단 결과 더 이상의 염기를 커플링할 필요가 없으면 바이오 폴리머 합성 공정을 중단하고, 다른 염기를 커플링해야 하는 경우 기판 상의 k 염기의 보호기를 제거한다. 이어서, 반응 챔버 내의 반응 공간, 배출관, 회수관, 및 반송관 등을 세정액으로 세정한다. 이어서, l, m, n 중 어느 염기를 커플링 할 단계인지를 판단하여 커플링 할 염기를 포함하는 바이오 합성용 재생 시료에 에 대하여 k 염기와 같은 합성, 회수 및 반송 단계를 거친다. 복수의 회수 탱크는 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료의 수분을 제거하기 위한 분자체(molecular sieve)를 포함할 수 있다. 분자체를 포함함으로써 불안정한 활성화 바이오 폴리머 합성용 시료의 저장 안정성이 증대되어 상기 활성화 바이오 폴리머 합성용 시료를 재사용할 수 있다. 이와 같이 이종의 염기를 포함하는 바이오 폴리머 합성용 시료를 각각 다른 회수 탱크로 회수하고 각 공정 사이에 세정 공정을 수행함으로써 바이오 폴리머 합성용 시료를 재사용할 수 있어 경제적이다. 바이오 폴리머 합성용 시료는 반응 챔버에 투입된 량 중 10%만 반응에 이용되는 점을 고려하면 경제적 효과가 크다고 할 수 있다. 특히 아미디트계 시료의 경우 고가이므로 그 경제적 효과는 더욱 클 수 있다.
여기서 바이오 폴리머 합성용 제1 및 제2 시료의 합성 및 회수 사이클은 각각 2회 이상 수행하되, 1회 이후의 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 합성 및 회수 사이클 중 적어도 하나에서 제공되는 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 시료는 상기 제1 회수 탱크로부터 반송된 바이오 폴리머 합성용 제1 시료이고, 1회 이후의 바이 오 폴리머 합성용 제2 시료 합성 및 회수 사이클 중 적어도 하나에서 제공되는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료는 상기 제2 회수 탱크로부터 반송된 바이오 폴리머 합성용 제2 시료이다. 즉, 특정 염기를 함유하는 바이오 폴리머 합성용 원료 시료를 반응 챔버에 공급하여 회수한 이후에는 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료의 순도나 농도가 떨어지기 전까지는 회수 탱크 내의 바이오 폴리머 합성용 재생 시료를 사용하여 염기를 커플링시킨다.
더욱 구체적인 설명을 위하여 도 8 내지 도 14가 참조된다. 도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 8 및 도 9는 기판을 바이오 폴리머의 합성에 필요한 상태, 예컨대 바이오 폴리머와 커플링할 수 있는 작용기를 노출하는 단계를 예시적으로 도시한다. 도 8을 참조하면, 베이스 기판(610) 상에 모노머가 커플링되어 있는 기판을 준비한다. 여기서, 모노머는 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C)이나, 우라실(U) 중 어느 하나를 염기로 갖는 뉴클레오타이드 포스포아미디트 모노머일 수 있다. 상기 각 모노머는 광분해성 보호기(X)에 의해 다른 모노머와 커플링할 수 있는 작용기(도 9의 '635' 참조)가 보호되어 있다. 상기 다른 모노머와 커플링할 수 있는 작용기(635)로는 하이드록실기, 알데히드기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기, 티올기, 할로기, 또는 술포네이트기 등이 예시될 수 있다.
베이스 기판(610) 상에는 복수의 셀 액티브 영역(620) 및 이들을 물리적 및/또는 화학적으로 분리하는 셀 분리 영역(625)이 형성되어 있다. 셀 액티브 영 역(620)은 PE-TEOS막, HDP 산화막, P-SiH4 산화막, 열산화막 등의 실리콘 산화막, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 등의 실리케이트, 실리콘 산질화막, 하프늄 산질화막, 지르코늄산질화막 등의 금속 산질화막, 티타늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 지르코늄 산화막, ITO 등의 금속 산화막, 폴리이미드, 폴리아민, 금, 은, 구리, 팔라듐 등의 금속, 또는 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리비닐 등의 폴리머 등으로 이루어질 수 있다. 각 모노머들은 셀 액티브 영역에 직접 또는 링커(630)를 매개하여 커플링될 수 있다.
이어서, 투광 영역(650a) 및 차광 영역(650b)을 포함하는 마스크(650)를 이용하여 셀 액티브 영역(620)을 선택적으로 노광한다. 그러면, 도 9에 도시된 바와 같이 노광된 셀 액티브 영역(620)에서는 모노머와 커플링되어 있는 광분해성 보호기(X)가 제거되어 다른 모노머와 커플링할 수 있는 작용기(635)가 노출된다.
도 10 및 도 11은 기판 상에 바이오 폴리머를 합성하는 단계를 도시한다. 도 10을 참조하면, 도 9의 결과물 상에 바이오 폴리머 합성용 시료(640)를 제공한다. 여기서, 바이오 폴리머 합성용 시료(640)는 광분해성 보호기(X)에 의해 보호되어 있는, 시토신(C)을 염기로 갖는 뉴클레오타이드 포스포아미디트 모노머(CX)인 것으로 가정한다. 제공된 바이오 폴리머 합성용 시료(640)는 노광에 의해 다른 모노머와 커플링할 수 있는 작용기(635)가 노출되어 있는 모노머(A)에만 선택적으로 반응한다. 이후, 바이오 폴리머 합성용 시료(640)를 제거하면, 도 11에 도시된 바와 같이, 특정 셀 액티브 영역(620)에 A와 CX가 커플링된 바이오 폴리머(ACX)가 합성된다.
도 12를 참조하면, 바이오 폴리머 합성용 재생 시료(도 13의 641 참조)를 기판에 반응시키기 위하여 보호기가 제거되고 다른 모노머와 커플링할 수 있는 작용기(635)가 노출된다. 이 경우 2이상의 셀 액티브 영역(620)의 작용기(635)가 동시에 노출될 수도 있다.
도 13 및 도 14는 바이오 폴리머 재생 시료를 이용하여 기판 상에 바이오 폴리머를 합성하는 단계를 나타낸다. 도 13을 참조하면 도 12의 결과물 상에 바이오 폴리머 합성용 재생 시료(641)를 제공한다. 바이오 폴리머 합성용 재생 시료(641)는 광분해성 보호기(X)에 의해 보호되어 있는, 시토신(C)을 염기로 갖는 뉴클레오타이드 포스포아미디트 모노머(CX)인 것으로 가정한다. 제공된 바이오 폴리머 합성용 재생 시료(641)는 노광에 의해 다른 모노머와 커플링할 수 있는 작용기(635)가 노출되어 있는 모노머(C)에만 선택적으로 반응한다. 이후, 바이오 폴리머 합성용 재생 시료(641)를 제거하면, 도 14에 도시된 바와 같이, 특정 셀 액티브 영역(620)에 AC와 CX가 커플링된 바이오 폴리머(ACCX) 및 C와 CX가 커플링된 바이어 폴리머(CCX)가 합성된다. 이 경우 바이오 폴리머 합성용 재생 시료(641)는 세정액에 의해 세정된 배출관, 반송관 등을 거쳐 회수 탱크에 저장되었다가 반응 챔버로 반송되므로 고순도 및 고농도를 유지할 수 있다.
이하, 도 15를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치에 대하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서는 본 발명의 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간략화한다. 도 15는 본 발명의 다른 실시예 에 따른 바이오 폴리머 합성 장치의 개략도이다.
본 실시예의 회수 탱크(465A, 465C, 465G, 465T)는 이전 실시예와 달리 반송관(1450b)과 직접 연결되지 않고 여과기(511-514)와 연결된다. 회수 탱크(465A, 465C, 465G, 465T)는 바이오 폴리머 합성용 시료를 재생하는 재생 약제를 포함한다. 재생 약제에 의해 반응 챔버(100)에서 활성화된 바이오 폴리머 합성용 시료는 바이오 폴리머 합성용 재생 시료로 전환된다. 구체적으로 반응 챔버(100)에 공급된 바이오 폴리머 합성용 시료가 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머 및 1H-테트라졸 활성화제인 경우 반응 챔버(100)에서 활성화된 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머는 과량의 N, N-디이소프로필아민에 의해 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머로 재생되고, 회수 탱크(465A, 465C, 465G, 465T)에는 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머 및 N, N-디이소프로필암모늄 테트라졸리드 염을 포함하는 혼합물이 공존한다.
복수의 여과기(511-514)는 회수 밸브(525a)에 의해 각각의 회수 탱크(465A, 465C, 465G, 465T)와 연결되고, 필터(521-524)에 의해 상기 혼합물로부터 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머를 여과한다. 한편, N, N-디이소프로필암모늄 테트라졸리드 염은 다른 회수 밸브(525b)로 배출되어 재사용될 수 있다.
여과된 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머는 각각의 여과기(511-514)와 각각 연결되어 각각의 여과기로부터 배출된 시료를 정제하는 복수의 정제기(541-544)에서 정제되어 원하는 순도를 가지게 된다. 이 정제 과정의 일예로 실리카겔(551) 크로마토 그래피가 이용될 수 있다. 이와 같이 정제된 바이오 폴리 머 합성용 재생 시료의 농도 및 순도가 바이오 폴리머 합성용 원료 시료와 비교하여 뒤떨어지지 않으면 반응 챔버(100)에 도입하여 재사용할 수 있다. 재생된 바이오 폴리머 합성용 재생 시료의 농도는 바이오 폴리머 합성용 원료 시료와의 HPLC(High Performance Liquid Chromatography) 비교 분석으로 확인할 수 있다. 또한, 재생된 바이오 폴리머 합성용 재생 시료의 순도는 P-NMR로 측정할 수 있다.
한편, 재생된 바이오 폴리머 합성용 재생 시료는 여과기(511-514)와 정제기(541-544) 사이에 배치된 증발기(531-534)에 의해 수분이 증발되어 안정화될 수 있다. 증발기(531-534)는 이외에도 분자체를 더 포함할 수도 있다.
재생된 바이오 폴리머 합성용 재생 시료는 정제기(541-544)와 연결된 서브 반송관(1450b)을 통해 반송관(1450b)으로 반송된다. 반송관(1450b)에는 반송 펌프(1470)가 설치되어 재생된 바이오 폴리머 합성용 재생 시료를 반응 챔버(100)로 흡입한다. 이 경우 복수의 반송 밸브(1451-1454)의 유로를 조절하여 각 종류의 바이오 폴리머 합성용 재생 시료를 반송한다.
이하, 도 16을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법에 대하여 상세히 설명한다. 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법을 나타낸 흐름도이다.
이전 실시예와 마찬가지로, k 염기를 함유하는 바이오 폴리머 합성용 시료를 이용하여 기판 상에 k 염기를 커플링한다. 이후, k 염기를 커플링 할 단계인지 판단하여 다시 k 염기를 커플링해야 하는 경우, 기판 상의 k 염기의 보호기를 제거한다. 이후, 반응 챔버로부터 회수된 k 염기를 함유하는 바이오 폴리머 합성용 재생 시료를 여과한다. 즉, k 염기를 가지는 바이오 합성용 재생 시료, 예를 들어 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머 및 N, N-디이소프로필암모늄 테트라졸리드 염을 포함하는 혼합물로부터 디옥시리보뉴클레오사이드 포스포아미디트 모노머를 필터로 분리해낸다.
이어서, k 염기를 갖는 바이오 합성용 재생 시료를 정제한다. 이후, 바이오 합셩용 재생 시료의 순도와 농도를 측정한다. 이후, 기판 표면 상에 k 염기를 커플링할 필요가 있는 경우 k 염기를 갖는 바이오 합성용 재생 시료를 반응 챔버로 반송시킨다.
k 염기를 커플링 할 단계가 아닌 경우, l, m, n 중 어느 염기를 커플링 할 단계인지를 판단하여 커플링 할 염기를 포함하는 바이오 합성용 재생 시료에 대하여 k 염기와 같은 합성, 필터 분리, 정제, 및 반송 단계를 거친다.
이상과 같은 바이오 합성용 시료의 합성, 여과, 정제 과정을 거쳐 낭비되는 시료를 감소시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들을 모든 면에서 예시적인
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 챔버의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셰이킹 장치 및 반응 챔버의 평면도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치의 셰이킹 동작을 설명하기 위한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 반응 챔버의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 장치의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 폴리머 합성 방법을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200: 반응 챔버 110, 210: 챔버 바디
120, 230: 챔버 커버 410: 유체 흐름관
410a: 공급관 410b: 배출관
410c: 회수관 430: 세정 탱크
431A, 431C, 431G, 431T: 시료 탱크
441, 442, 443, 444: 회수 밸브 451, 452, 453, 454: 반송 밸브
461A, 461C, 461G, 461T, 465A, 465C, 465G, 465T: 회수 탱크
511, 512, 513, 514: 여과기 541, 542, 543, 544: 정제기

Claims (24)

  1. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버에 연결된 배출관;
    상기 배출관과 연결된 복수의 회수 탱크; 및
    복수의 회수 밸브로서, 각각 상기 배출관과 상기 각 회수 탱크의 연결을 온-오프하는 복수의 회수 밸브를 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 배출관으로부터 분지되어 상기 배출관과 상기 각 회수 탱크를 연결하는 복수의 회수관을 더 포함하되,
    상기 각 회수 밸브는 상기 각 회수관에 연결 설치되어 있는 바이오 폴리머 합성 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버에 연결되어 서로 다른 시료를 제공하는 복수의 시료 탱크; 및
    상기 반층 챔버에 연결되어 상기 배출관에 세정액을 제공하는 세정 탱크를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반응 챔버에는 상기 복수의 시료 탱크로부터 서로 다른 시료가 제공되고,
    상기 배출관은 상기 반응 챔버로부터 상기 시료를 배출하고,
    상기 회수 밸브는 상기 서로 다른 시료를 상기 각각 서로 다른 회수 탱크로 유입시키는 바이오 폴리머 합성 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    복수의 서브 반송관으로서, 각각 상기 각 회수 탱크에 연결된 서브 반송관; 및
    상기 각 복수의 서브 반송관과 상기 반응 챔버를 연결하는 반송관을 더 포함하되,
    상기 각 서브 반송관은 상기 반송관에 합류되는 바이오 폴리머 합성 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    복수의 반송 밸브로서, 각각 상기 각 서브 반송관에 연결 설치된 복수의 반송 밸브; 및
    상기 반송관에 연결된 반송 펌프를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버를 셰이킹하는 셰이킹 장치를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 챔버 바디, 및 상기 챔버 바디와 결합하여 밀폐된 반응 공간을 제공하는 챔버 커버를 포함하고,
    상기 배출관은 상기 챔버 커버에 연결되는 바이오 폴리머 합성 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 챔버 바디 및 상기 챔버 바디에 결합하여 밀폐된 반응공간을 제공하는 챔버 커버를 포함하되,
    상기 배출관은 상기 챔버 바디에 연결되며,
    상기 챔버 바디에 직접 연결된 제1 서브 배출관, 상기 제1 서브 배출관으로부터 분지되어 상기 복수의 회수 탱크와 연결된 제2 서브 배출관, 및 상기 제1 서브 배출관 내에 설치되어 상기 제1 서브 배출관과 상기 제2 서브 배출관의 공간적 연결을 제어하는 피스톤을 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    복수의 여과기로서, 각각 상기 각 회수 탱크와 연결되어 상기 각 회수 탱크로부터 배출된 상기 시료를 여과시키는 여과기를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 각각의 여과기와 각각 연결되어 상기 각각의 여과기로부터 배출된 상기 시료를 정제하는 복수의 정제기를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 여과기와 상기 정제기 사이에 배치되어 상기 시료의 수분을 증발시키는 증발기를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 장치.
  13. 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고,
    상기 합성 후 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제1 회수 탱크로 회수하고,
    상기 반응 챔버 및 상기 배출관을 세정액으로 세정하고,
    바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제2 회수 탱크로 회수하는 것을 포함하는 바이오 폴리머 합성용 시료 회수 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 아미드아트계 제1 및 제2 원료 시료는 각각 서로 상이한 염기를 가지는 디옥시리보뉴클레오시드 포스포아미디트인 바이오 폴리머 합성용 시료 회수 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 원료 시료는 각각 아데닌, 시토신, 구아닌, 티민 이나 우라실 중 어느 하나를 염기로 갖는 바이오 폴리머 합성용 시료 회수 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 바이오 폴리머 합성용 제1 시료의 합성 및 회수 사이에 상기 배출관을 세정액으로 세정하는 단계를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성용 시료 회수 방법.
  17. 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 합성 후 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제1 회수 탱크로 회수하는 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 합성 및 회수 사이클,
    바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 기판이 안착된 반응 챔버에 공급하여 상기 기판 상에 합성시키고, 상기 반응 챔버 내에 잔류하는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료를 배출관을 거쳐 복수의 회수 탱크 중에서 선택된 제2 회수 탱크로 회수하는 바이오 폴리머 합성용 제2 시료 합성 및 회수 사이클, 및
    상기 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 합성 및 회수 사이클과 상기 바이오 폴리머 합성용 제2 시료 합성 및 회수 사이클 사이에 상기 반응 챔버 및 상기 배출관을 세정액으로 세정하는 것을 포함하되,
    상기 바이오 폴리머 합성용 제1 및 제2 시료 합성 및 회수 사이클은 각각 2회 이상 수행되고,
    1회 이후의 바이오 폴리머 합성용 제1 시료 합성 및 회수 사이클 중 적어도 하나에서 제공되는 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 시료는 상기 제1 회수 탱크로부터 반송된 바이오 폴리머 합성용 제1 시료이고,
    1회 이후의 바이오 폴리머 합성용 제2 시료 합성 및 회수 사이클 중 적어도 하나에서 제공되는 상기 바이오 폴리머 합성용 제2 시료는 상기 제2 회수 탱크로부터 반송된 바이오 폴리머 합성용 제2 시료인 바이오 폴리머 합성 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 세정하는 단계는 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 및 제2 시료를 반송하는 반송관을 세정하는 것을 포함하는 바이오 폴리머 합성 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 바이오 폴리머 합성용 제1 및 제2 시료를 반송하는 단계는 반송 펌프를 이용하여 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 및 제2 시료를 흡입하는 것을 포함하는 바이오 폴리머 합성 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 반송 이전에 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 또는 제2 시료를 여과시키는 것을 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 여과 단계 이후에 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 또는 제2 시료를 정제하는 것을 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 여과 단계와 상기 정제 단계 사이에 상기 바이오 폴리머 합성용 제1 또는 제2 시료의 수분을 증발시키는 증발기를 더 포함하는 바이오 폴리머 합성 방법.
  23. 제17 항에 있어서,
    상기 바이오 폴리머 합성용 제1 및 제2 시료는 각각 아미디트계 제1 및 제2 원료 시료를 포함하는 바이오 폴리머 합성 방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 아미드아트계 제1 및 제2 원료 시료는 각각 서로 상이한 염기를 가지는 디옥시리보뉴클레오시드 포스포아미디트인 바이오 폴리머 합성 방법.
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