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KR100450191B1 - 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR100450191B1
KR100450191B1 KR10-2002-0018265A KR20020018265A KR100450191B1 KR 100450191 B1 KR100450191 B1 KR 100450191B1 KR 20020018265 A KR20020018265 A KR 20020018265A KR 100450191 B1 KR100450191 B1 KR 100450191B1
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compound
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최영도
이인호
박태준
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 생체물질 고정용 기판; 상기 기판위에 형성되고, 기판과 고정화층의 결합력을 향상시키기 위한 표면활성층; 및 상기 표면활성층 위에 형성되는 고정화층을 포함하는 생체물질 고정용 기판을 제공한다. 본 발명에서는 안정성이 우수하며 균일하고 고밀도의 고정화층을 간단한 공정에 의하여 형성할 수 있다.

Description

생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법{SUBSTRATE FOR IMMOBILIZING PHYSIOLOGICAL MATERIAL, AND A METHOD OF PREPARING THE SAME}
[발명이 속하는 기술분야]
본 발명은 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 관능기 밀도를 가지며 균일한 고정화층을 가지는 생체물질 고정용 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
[종래기술]
최근 들어 생명공학과 반도체 제조 기술을 접목시켜 핵산, 단백질, 효소, 항원, 항체 등과 같은 생체물질 분자들의 활성을 밝히려는 노력이 전세계적으로 확산되고 있다. 작은 실리콘 칩 위에 반도체 가공 기술을 이용하여 미세한 특정한 구역 내에 원하는 생체물질 분자를 고정한 바이오 칩을 생화학적으로 일괄 검색하면 유용한 정보를 쉽게 얻어낼 수 있다.
바이오칩은 생물에서 유래된 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포 및 기관, 신경세포 등과 같은 생체 유기물과 반도체와 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체 칩 형태로 만든 소자이다. 바이오 칩은 크게 DNA 탐침(probe)이 고정된 "DNA 칩", 효소, 항체, 항원 등과 같은 단백질이 고정된 "단백질 칩", 시료의 전처리, 생화학 반응, 검출, 자료해석 기능까지 소형 집적화 되어 자동 분석기능을 갖는 "lab-on-a-chip" 등으로 분류될 수 있다.
이러한 바이오칩을 개발하기 위해서는 생체물질과 기판의 계면을 효율적으로 형성하고 생체물질의 고유 기능을 최대한 활용할 수 있도록 하는 생체물질의 고정화 기술이 중요하다. 생체물질의 고정화는 슬라이드 유리, 실리콘 웨이퍼, 마이크로 웰플레이트(microwell plate), 튜브, 구형 입자, 다공성막 표면에서 일어난다. 기판 표면과 생체물질의 말단의 접촉을 개선하기 위하여 여러 가지 방법들이 제시되고 있다. 예를 들어 DNA를 카르보디이미드와 반응시켜 5'-포스페이트기를 활성화시키고, 활성화된 DNA를 기판 표면의 관능기와 반응시켜 고정화시키는 방법이 있다.
미국특허 제5,858,653호에 생체물질과 작용하는 하나 이상의 이온 그룹, 예를 들어 4차 암모늄염, 수소화 3차 아민 또는 포스포늄(phosphonium)과 기판 표면을 반응시키기 위하여 열화학적 반응 그룹 또는 광반응성 그룹을 가지는 고분자를 포함하는 조성물이 기재되어 있다. 미국특허 제5,981,734호에서는 아미노 그룹이나 알데히드 그룹을 가지는 폴리아크릴아미드(polyacrylamide) 겔을 이용하여 DNA를 고정시킬 경우 DNA와 안정한 혼성화(hybridization) 결합을 형성하여 분석이 용이하다고 기재되어 있다. 미국특허 제5,869,272호에는 실리콘 웨이퍼에 아미노실란을 스핀코팅하여 덴드리머(dendrimer), 스타 폴리머(star polymer), 분자 자기정합막(molecular self-assembly polymer), 폴리실록산, 라텍스 등으로 이루어진 고정화층을 형성하는 방법이 기재되어 있으며, 고정화 층과 단백질 층의 광학적 활성표면의 광특성(색상) 변화로 박테리아 항원을 분석하는 방법에 관하여 기재되어 있다. 미국특허 제5,919,523호는 아미노 실란 처리 기판에 글리신(glycine) 또는 세린(serine)으로 처리하거나 아민계, 이민계, 아마이드계 유기 고분자로 코팅한 고정화 층의 형성방법에 관하여 기재하고 있다. 미국특허 제5,985,551호에는 아미노 그룹을 고체기판 위에 생성시키는 방법으로 아미노 실란 처리 후 포토리소그래피 방법에 의해 DNA를 고정화시키고자 하는 부분은 친수성기를 형성하고, 그 외의 부분은 불소화 실록산의 소수성 표면을 형성하여 일정한 모양의 DNA 스폿(spot) 생성이 가능하게 하는 방법에 관하여 기재되어 있다.
상기 특허들은 아미노 실란의 분자 자기정합막(self assembly monolayer)을 형성하는 방법을 적용하고 있다. 이러한 아미노 실란으로는 아미노알콕시 실란이산성부산물을 생성시키지 않으면서 비교적 높은 관능기 밀도를 갖는 분자층을 형성하므로 선호된다. 아미노알콕시 실란을 이용하여 높은 관능기 밀도를 갖는 균일한 단분자층을 형성하는 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 그럼에도 불구하고 아미노실란 단분자층은 제조시간이 길고 균일한 관능기 밀도를 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
생체물질을 고정하기 위한 지지체로 사용되는 기판의 특성 또한 바이오칩의 성능에 영향을 미친다. 즉, 고밀도 배열의 혼성화 분석에 사용되는 분광학적 기술을 이용하기 위해서는 광학적으로 투명한 기판을 사용하여야 하며, 기판표면과 생체물질의 결합이 안정하여야 한다.
일반적으로 고정화 기판은 소다라임 유리에 아미노 실란 화합물을 코팅하여 제조하지만 소다라임 유리는 낮은 등급의 유리로 약 12% 이상의 나트륨을 함유하고 있다. 이 유리 내에 존재하는 나트륨은 쉽게 석출되어 유리의 투명성을 저하시키고 실록산 결합 또는 유리와 실란의 결합을 분해하여 기판과 고정화층의 결합이 약하다는 문제점이 있으며, 균일한 관능기를 가지는 고정화층이 형성되기 어렵다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 WO 99/40038호에는 보로실리케이트 또는 보로알루미노실리케이트 유리를 사용하는 기술이 기재되어 있으나 이들 유리는 가격이 높다는 단점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 높은 관능기 밀도를 가지며 균일한 고정화층을 포함하는 생체물질 고정용 기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 생체물질 고정용 기판을 간단한 공정으로 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 생체물질 고정용 기판을 이용하여 제조되는 바이오칩을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 생체물질 고정용 기판의 제조공정 단계를 보인 도면.
도 2는 기존의 고정화층인 자기 정합 단분자층을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 3차원 망상 구조를 포함하는 생체물질 고정용 기판의 단면을 보인 도면.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조된 생체물질 고정용 기판의 침적 시험 결과를 보인 도면.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예 1 및 6에 따라 제조된 생체물질 고정용 고정화층의 발광 이미지를 나타낸 도면.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생체물질 고정용 기판; 상기 기판위에 형성되고, 기판과 고정화층의 결합력을 향상시키기 위한 표면활성층; 및 상기 표면활성층 위에 형성되는 생체물질을 고정하기 위한 고정화층을 포함하는 생체물질 고정용 기판을 제공한다.
또한 본 발명은 생체물질 고정용 기판 위에 기판과 고정화층의 결합력을 향상시키기 위한 관능기를 포함하는 화합물을 코팅하여 표면활성층을 형성하는 단계; 및 상기 표면활성층 위에 고정화 관능기를 포함하는 화합물을 코팅하여 고정화층을 형성하는 단계를 포함하는 생체물질 고정용 기판의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생체물질 고정용 기판에 고정된 생체물질을 포함하는 바이오칩을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명의 생체물질 고정용 기판의 제조공정의 개략도는 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 생체물질 고정용 기판(10)은 기판(10)과 고정화층(30) 사이에 이들의 결합력을 향상시키기 위한 표면활성층(20)을 포함한다. 상기 표면활성층(20)은 소다라임 유리와 같은 기판에서 석출되는 알칼리 물질을 차단하여 기판과 고정화 관능기와의 결합력을 향상시킬 수 있고, 아미노실란과의 반응성이 우수하여 고밀도의 관능기를 균일하게 형성할 수 있다.
본 발명에 사용가능한 생체물질 고정용 기판(10)으로는 유리, 실리콘 웨이퍼, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리우레탄 등의 고분자 필름이 사용가능하나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한 마이크로웰 플레이트(microwell plate), 튜브, 구형 입자, 다공성막 형태일 수 있다.
상기 기판(10)과 고정화층(30)의 결합력을 향상시키기 위해 기판 위에 코팅되는 표면활성층(20) 형성용 화합물로는 하기 화학식 1의 화합물, 하기 화학식 2의 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다:
[화학식 1]
M(OR1)n
상기 식에서 M은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 바람직하게는 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, R1은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고, 바람직하게는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 또는 페닐이며, n은 M에 따라 결정되며 3 내지 4의 범위에 있다:
[화학식 2]
[M'(R2)m]p(R3)q
상기 식에서 M'은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 바람직하게는 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R2는 히드록시기, 할로겐, OR'이고 여기에서 R'은 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이며, 바람직하게는 히드록시기, 염소, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 페녹시기이며, R3는 메틸렌, 페닐, 탄소수 1 내지 6의 치환기를 가지는 메틸렌 또는 페닐이고, m은 M'에 따라 결정되며 2 내지 3의 범위에 있고, p는 2 내지 4의 범위에 있고, q는 1 내지 20의 범위에 있다.
상기 화학식 1을 가지는 화합물의 바람직한 예로는 테트라에틸오르토실리케이트와 같은 실리콘 테트라알콕사이드, 알루미늄 트리부톡사이드, 지르코늄 테트라부톡사이드 등이 있다.
상기 화학식 2를 가지는 화합물의 바람직한 예로는 비스(트리에톡시실릴)에탄, 비스(트리메톡시실릴)헥산, 비스(트리에톡시실릴)메탄, 1,9-비스(트리클로로실릴)노난, 비스(트리-n-부톡시주석)메탄, 비스(트리이소프로폭시티타늄)헥산, 1,4-비스(트리메톡시실릴에틸)벤젠 등이 있다.
상기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물을 혼합하여 사용할 경우 중량비는 0.01:99.99 내지 100:0으로 사용되며, 50:50 내지 95:5의 중량비로 사용되는 것이 더 바람직하다.
상기 표면활성층은 기판과 고정화층의 결합력을 증가시킬 수 있는 화합물을 포함하는 코팅 조성물을 제조한 후 이를 기판에 코팅함으로써 형성된다. 상기 코팅 조성물을 표면활성층 형성용 화합물을 희석용매에 첨가하여 제조되며, 상기 희석용매로는 물과 유기용매의 혼합물이 사용된다. 이러한 유기용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등과 같은 알코올 용매, 메틸 셀루솔브 등과 같은 셀루솔브류 용매 또는 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 아세톤류 등과 같은 물과 상용성이 있는 유기용매가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 유기용매를 2 이상 혼합하여 사용하여도 무방하다.
희석용매에 첨가된 표면활성층 형성용 화합물은 가수분해, 중축합 반응을 거쳐 올리고머를 형성한다. 상기 가수분해 반응속도를 증가시키기 위하여 아세트산, 질산, 염산 등과 같은 무기산 또는 유기산 등의 산촉매를 첨가하여 코팅 조성물의 pH가 2∼10 정도가 되도록 조절할 수도 있다.
코팅조성물은 상기 표면활성층 형성용 화합물 0.1 내지 90 중량%, 바람직하게는 1 내지 50 중량%를 포함한다. 상기 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만의 경우에는 기판과 고정화층의 결합력 향상효과가 미미하며, 90 중량%를 초과하는 경우에는 코팅성을 확보하기 어렵다.
상기 코팅조성물을 기판위에 코팅함으로써 간단하게 표면활성층을 형성할 수 있다. 코팅방법으로는 침적법(dipping), 스프레이법, 스핀코팅법, 프린팅법 등과 같은 습식 코팅방법이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 바와 같이 코팅된 표면활성층의 표면에는 고정화 관능기와 결합할 수 있는 실란올기(SiOH)가 형성된다.
표면활성층 코팅막을 치밀화하고 기판과의 결착력을 증가시키기 위하여 코팅된 기판을 100 내지 400℃의 범위에서 열처리하는 것이 바람직하다. 상기 열처리온도가 100℃ 미만인 경우에는 충분한 표면강도를 가질 수 없으며, 나트륨 등 알칼리 물질의 차단 특성이 저하되며, 400℃를 초과하는 경우에는 표면에 형성되는 실란올기를 감소시켜 고정화층과의 결합력이 저하된다.
상기와 같이 형성된 표면활성층 위에 고정화 관능기를 포함하는 화합물을 코팅하여 고정화층을 형성함으로써 생체물질 고정용 기판을 제조한다. 본 명세서에서 "고정화층"이라 함은 기판 표면에 생체물질의 고정하기 위한 고정화 관능기를 포함하는 화합물의 코팅층을 말한다.
상기 고정화 관능기를 포함하는 화합물로는 아미노기, 알데히드기, 머캅토기, 카르복실기 등을 포함하는 화합물이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 화합물들은 하기 화학식 3으로 나타내어진다:
[화학식 3]
Y-R4-Si(R5)3
상기 식에서, Y는 생체물질의 말단기에 따라 달라질 수 있으며, 아미노기, 알데히드기, 머캅토기, 및 카르복실기로 이루어진 군에서 선택되고,
R4는 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 방향족기, 에테르기, 에스테르기 및 이민기로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸기이고,
R5는 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 아세톡시, 할로겐기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 히드록시기, 메톡시, 에톡시, 또는 아세톡시이다.
상기 화학식 3의 화합물중 고정화 관능기로서 아미노기를 가지는 화합물의 바람직한 예로는 3-아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(aminopropyltriethoxysilane), 2-아미노운데실트리메톡시실란(aminoundecyltrimethoxysilane), 아미노페닐트리메톡시실란(aminophenyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸아미노프로필)트리메톡시실란(N-(2-aminoethylaminopropyl)trimethoxysilane) 등이 있으며, 머캅토기를 가지는 화합물의 바람직한 예로는 3-머캅토프로필트르메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane) 등이 있으며, 알데히드기를 가지는 화합물의 바람직한 예로는 4-트리메톡시실릴부탄알(4-trimethoxysilylbutanal), 4-트리에톡시실릴부탄알(4-trimethoxysilylbutanal) 등이 있으며, 카르복실기를 가지는 화합물의 바람직한 예로는 카르복시메틸트리메톡시실란(carboxymethyltrimethoxysilane), 카르복시메틸트리에톡시실란(carboxymethyltriethoxysilane) 등이 있다.
고정화기의 친수성을 감소시키고 생체물질 고정화를 위한 3차원 망상구조 매트릭스의 열적 안정성을 향상시키기 위하여 상기 화학식 3의 고정화 관능기를 가지는 화합물과 하기 화학식 4의 소수성 실란 화합물을 혼합하여 사용할 수 있다:
[화학식 4]
상기 식에서,
R6는 탄소수 1 내지 14의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 방향족기 또는 치환된 방향족기(여기서 치환기로는 메틸, 에틸 또는 프로필이 바람직함) 및 CX3(X는 할로겐)로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메틸, 에틸 또는 프로필이며,
R7및 R8는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 14의 알콕시, 아세톡시, 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메톡시, 에톡시, 아세톡시 또는 염소이고,
R9은 수소, 탄소수 1 내지 14의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 메틸 또는 에틸이며,
k는 1 내지 15의 정수이다.
상기 소수성 실란 화합물을 고정화 관능기를 가지는 화합물과 함께 사용하면 고정화층의 친수성을 조절할 수 있고, 고정화 효율, 양, 형태 등을 조절할 수 있다. 이러한 소수성 실란 화합물의 예로는 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 프로필트리아세톡시실란(propyltriacetoxysilane) 등이 있다.
상기 화학식 3의 실란 화합물과 화학식 4의 소수성 실란 화합물을 혼합하여 사용할 경우 중량비는 0.01:99.99 내지 100:0으로 사용되며, 50:50 내지 95:5의 중량비로 사용되는 것이 더 바람직하다.
본 발명에서 고정화층은 상기 화학식 3의 실란 화합물 및 선택적으로 화학식 4의 소수성 실란 화합물을 희석용매에 첨가하여 코팅조성물을 제조한 후 이를 상기 표면활성층이 형성된 기판 위에 코팅함으로써 형성된다.
상기 희석용매로는 유기용매, 물, 또는 유기용매와 물의 혼합물이 사용된다. 상기 유기용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등과 같은 알코올 용매, 메틸 셀루솔브 등과 같은 셀루솔브류 용매 또는 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 아세톤류 등과 같은 물과 상용성이 있는 유기용매가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 유기용매를 2 이상 혼합하여 사용하여도 무방하다. 희석용매로 물과 상용성이 있는 유기용매를 사용하므로 실란 올리고머의 공중합이 용이하게 이루어지고 환경친화적인 코팅조성물을 제조할 수 있다.
고정화층 형성용 코팅조성물은 0.1 내지 90 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 50 중량%의 실란화합물을 포함한다. 실란화합물의 함량이 0.1 중량% 미만의 경우에는 고정화 관능기가 충분히 형성되지 아니하며, 90 중량%를 초과하는 경우에는 코팅성을 확보하기 어렵고 코팅막이 너무 두꺼워져 크랙이 발생하는 문제점이 있어바람직하지 않다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 고정화층은 고정화 관능기를 가지는 실란화합물을 먼저 물에서 공중합 반응시켜 형성된 실란 올리고머 및 희석용매를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하여 형성된다. 상기 희석용매는 물, 유기용매 및 물과 유기용매의 혼합용매로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 고정화 관능기를 가지는 실란화합물을 물 또는 물과 유기용매의 혼합용매에 첨가하여 제조된 코팅 조성물로부터 고정화층을 형성할 수 있다. 상기 실란화합물은 물 또는 물을 포함하는 혼합용매에서 공중합되어 실란 올리고머를 형성한다.
상기 화학식 3의 화합물중 고정화 관능기가 아미노기인 아미노 실란화합물을 물에서 중합반응시키면 하기 화학식 5와 같은 구조의 아미노실란 올리고머가 형성된다:
[화학식 5]
상기 화학식 5에서 r은 공중합도를 나타낸다.
상기 화학식 3의 화합물중 고정화 관능기가 아미노기인 아미노 실란화합물과 화학식 4의 소수성 실란화합물을 함께 사용하면 하기 화학식 6의 아미노실란 올리고머가 형성된다:
[화학식 6]
상기 화학식 6에서, R6는 화학식 4에서와 동일하고, s 및 t는 공중합도를 나타낸다.
바람직하게는, 상기 중합 반응속도를 증가시키기 위하여 아세트산, 질산, 염산 등과 같은 무기산 또는 유기산 등의 산촉매를 첨가하여 pH가 2∼10 정도가 되도록 조절할 수도 있다. 이러한 공중합 반응은 1 내지 24 시간 동안 0℃ 내지 100℃에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
코팅조성물 내에서 상기 실란 올리고머는 상기 화학식 5 및 화학식 6에서 보는 바와 같이 말단의 아미노기와 히드록시기 사이의 수소 결합에 의해 반응평행 상태를 유지하여 더 이상 반응이 진행되지 않고 안정한 상태를 유지하게 된다.
또한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 고정화 관능기를 포함하는 실란화합물을 물과 유기용매의 혼합 희석용매에 첨가함으로써 공중합 반응에 의하여 형성된 실란 올리고머 수화물이 코팅조성물 내에 형성되도록 할 수 있다.
고정화층 형성용 코팅조성물도 상기 표면활성층 형성용 코팅조성물과 동일한코팅 방법으로 코팅함으로써 고정화층을 형성할 수 있다. 즉, 침적법, 스프레이법, 스핀코팅법, 프린팅법 등과 같은 습식 코팅방법이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 바와 같이 고정화층의 관능기는 표면활성층의 표면에 존재하는 실란올기와 반응한다.
코팅된 실란 올리고머를 열처리 경화하여 실란 올리고머의 축합반응(condensation)을 통하여 3차원 가교결합 구조의 고정화층을 형성한다. 상기 열처리 경화온도는 100 내지 300℃의 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 열처리온도가 100℃ 미만인 경우에는 충분한 축합반응이 일어나지 않고, 300℃를 초과하는 경우에는 아미노기의 분해가 급격히 일어나 바람직하지 않다.
도 2에 도시된 바와 같이 기존의 아미노실란 커플링제를 사용하여 기판(1) 위에 형성된 고정화층은 단분자층의 자기 정합막이다. 이러한 단분자층은 제조시간이 길고 균일한 관능기 밀도를 얻기 어렵다.
이에 비하여 본 발명에 따른 실란 올리고머를 포함하는 고정화층 형성용 조성물을 코팅 및 열처리 경화하여 형성된 고정화층은 도 3에 도시된 바와 같이 3차원 망상구조를 형성하여 고정화 관능기를 균일하게 도입할 수 있다. 또한 높은 관능기 밀도를 가지는 고정화층을 짧은 시간에 형성할 수 있다.
상기 실란 올리고머의 축합 반응에 의해 형성된 3차원 망상구조는 기판과 공유결합을 형성하여 생체물질의 고정화 과정 중에 용매 또는 미반응 생체물질의 세정 단계에 사용하는 용매에 의해서 기판 위에 형성된 고정화층이 손실되거나 고정화된 생체물질이 탈착되지 않게 한다. 따라서 3차원의 망상 구조를 이루므로 열적안정성 및 약품 안정성도 뛰어나다.
또한 앞에서 설명한 바와 같이 고정화층과 기판 사이에 존재하는 표면활성층이 고정화층과 기판의 결합력을 강화시키고 이들간의 결합력을 약화시키는 알칼리 물질을 차단함으로써 고정화 관능기를 안정하게 유지할 수 있다.
이와 같이 형성된 고정화 관능기의 밀도는 이소시오시아네이트(isothiocynate) 또는 숙신이미드에테르(succinimide ether)로 활성화시킨 FITC(fluorescein isothiocynate), SCN-TMR(tetraethylrhodamine isothiocynate), SIE-TMR(tetramethylrhodamine succinimide)과 같은 염색물질을 고정화층에 라벨(label)화시켜 레이져 빔을 연속적으로 조사하여 염색물질에서 유발되는 빛을 분석함으로써 알 수 있다.
상기 밀도 분석 결과 본 발명에 따라 제조된 생체물질 고정용 기판은 매우 안정된 고정화 관능기를 높은 밀도로 균일하게 형성할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명에서는 생체물질 고정용 기판의 고정화 관능기에 생체물질 또는 관능기를 가지도록 활성화된 생체물질을 반응시켜 결합시킨 다음 미반응 생체물질을 세정하여 패턴을 형성함으로써 제조되는 바이오칩을 제공한다. 생체물질과 고정화 관능기의 반응시간은 1 내지 24시간이 바람직하다.
본 발명에서 "생체물질"이라 함은 생물에서 유래되거나, 이와 동등한 것이나 생체외에서 제조된 것을 모두 포함하며, 예컨대 효소, 단백질, 항체, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포, DNA, 및 RNA 등을 의미한다. 더욱 바람직하게는 DNA,RNA 또는 단백질일 수 있으며, 여기서, 상기 DNA는 cDNA, 게놈 DNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, 상기 RNA는 게놈 RNA, mRNA, 올리고뉴클레오타이드를 포함하며, 상기 단백질의 예로는 항체, 항원, 효소, 펩타이드 등을 포함한다.
생체물질을 고정화 기판에 패턴화하는 방법은 포토리소그래피(photolithography) 방법, 잉크젯 프린터와 같은 압전 인쇄(piezoelectric printing) 방법, 마이크로 피펫팅, 스폿팅(spotting) 등의 방식 중 어느 방법을 사용해도 무관하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
테트라에틸오르토실리케이트 3g을 에탄올 90g 및 물 7g의 혼합 희석용매에 넣은 후 질산을 첨가하여 pH를 2로 조절하여 표면활성층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다. 이 코팅조성물에 슬라이드 유리를 담그어 코팅한 다음 200℃의 온도에서 열처리하였다. 그런 다음 3-아미노프로필트리메톡시실란 5g을 물 15g과 혼합하여 60℃에서 8시간 반응시켜 아미노실란 올리고머 수화물을 얻었다. 이 아미노실란 올리고머 수화물 10g과 에탄올 90g을 혼합하여 고정화층 코팅 조성물을 제조하였다. 이 고정화층 코팅 조성물에 상기 표면활성층이 형성된 슬라이드 유리를 침적시켜 고정화층을 코팅한 후 120℃에서 60분간 열처리 경화하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
실시예 2
테트라에틸오르토실리케이트 3g과 비스(트리에톡시실릴)에탄 0.3g을 에탄올 90g 및 물 7g의 혼합 희석용매에 넣은 후 질산을 첨가하여 pH를 2로 조절하여 표면활성층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다. 이 코팅조성물에 슬라이드 유리를 담그어 코팅한 다음 200℃의 온도에서 열처리하였다. 그런 다음 실시예 1에서와 동일한 방법으로 고정화층을 형성하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
실시예 3
테트라에틸오르토실리케이트 3g을 에탄올 90g 및 물 7g의 혼합 희석용매에 넣은 후 질산을 첨가하여 pH를 2로 조절하여 표면활성층을 형성하기 위한 제1 코팅 조성물을 제조하였다. 지르코늄 n-부톡사이드 19g을 아세틸아세톤 8g과 에탄올 73g의 혼합 희석용매에 첨가하여 표면활성층을 형성하기 위한 제2 코팅조성물을 제조하였다. 제1 코팅 조성물과 제2 코팅조성물을 9:1의 비율로 혼합한 코팅조성물에 슬라이드 유리를 담그어 코팅한 다음 200℃의 온도에서 열처리하였다. 그런 다음 3-아미노프로필트리메톡시실란 2.5g을 물 7.5g과 에탄올 90g의 혼합 희석용매에 첨가한 다음 60℃에서 8시간 반응시켜 형성된 아미노실란 올리고머 수화물을 포함하는 고정화층 코팅 조성물을 제조하였다. 이 고정화층 코팅 조성물에 상기 표면활성층이 형성된 슬라이드 유리를 침적시켜 고정화층을 코팅한 후 100℃에서 60분간 열처리 경화하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
실시예 4
테트라에틸오르토실리케이트 3g을 에탄올 90g 및 물 7g의 혼합 희석용매에넣은 후 질산을 첨가하여 pH를 2로 조절하여 표면활성층을 형성하기 위한 제1 코팅 조성물을 제조하였다. 티타늄 이소프로폭사이드 17g을 아세틸아세톤 6g과 에탄올 77g의 혼합 희석용매에 첨가하여 표면활성층을 형성하기 위한 제2 코팅조성물을 제조하였다. 제1 코팅 조성물과 제2 코팅조성물을 9:1의 비율로 혼합한 코팅조성물에 슬라이드 유리를 담그어 코팅한 다음 200℃의 온도에서 열처리하였다. 그런 다음 실시예 3에서와 동일한 방법으로 고정화층을 형성하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
실시예 5
테트라에틸오르토실리케이트 3g을 에탄올 90g 및 물 7g의 혼합 희석용매에 넣은 후 질산을 첨가하여 pH를 2로 조절하여 표면활성층을 형성하기 위한 제1 코팅 조성물을 제조하였다. 알루미늄 n-부톡사이드 24g을 아세틸아세톤 10g과 에탄올 66g의 혼합 희석용매에 첨가하여 표면활성층을 형성하기 위한 제2 코팅조성물을 제조하였다. 제1 코팅 조성물과 제2 코팅조성물을 9:1의 비율로 혼합한 코팅조성물에 슬라이드 유리를 담그어 코팅한 다음 200℃의 온도에서 열처리하였다. 그런 다음 실시예 3에서와 동일한 방법으로 고정화층을 형성하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
실시예 6
아미노프로필트리메톡시실란 2.5g을 물 7.5g과 에탄올 90g의 혼합 희석용매에 첨가한 다음 60℃에서 8시간 반응시켜 형성된 아미노실란 올리고머 수화물을 포함하는 고정화층 코팅 조성물을 제조하였다. 이 고정화층 코팅 조성물에 슬라이드유리를 침적하여 고정화층을 코팅한 후 100℃에서 60분간 열처리 경화하여 생체물질 고정용 기판을 제조하였다.
고정화 관능기의 안정성 시험
상기 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 생체물질 고정용 기판을 100℃의 끓는 물에 6시간 침적한 후 Au/Ag 콜로이드 입자 분산 수용액(Mitsubishi Material Co. 제품)을 이용하여 착색하였다. 끓는 물에 침적하기 전과 침적 후 6시간이 경과한 뒤의 기판의 사진을 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. 도 4a에서 보는 바와 같이 실시예 1의 고정용 기판은 침적 후의 착색 정도가 침적 전에 비하여 약간 정도 감소함을 알 수 있다. 도 4b에서 보는 바와 같이 실시예 2의 경우에는 침적 후의 착색 정도가 침적 전과 거의 동일한 상태로 유지되었다. 표면활성층을 형성하지 않은 실시예 6의 기판은 착색 정도가 상기 실시예 1 또는 2에 비하여 감소된 것으로 나타났다.
고정화 관능기의 밀도 측정
상기 실시예 1 내지 6의 고정용 기판을 100℃의 끓는 물에 1시간 침적한 뒤 FITC를 디메틸포름아미드에 용해시킨 용액을 이용하여 고정화층을 라벨화시킨 다음 레이져 빔을 연속적으로 조사하여 FITC에 의해 발광되는 빛을 ScanArray 4000(GSI LUMONICS사)을 이용하여 검출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
형광강도(a.u.)
실시예 1 29984
실시예 2 42189
실시예 3 27775
실시예 4 25572
실시예 5 23296
실시예 6 17885
일반적으로 형광강도가 높을수록 고정화기가 많이 잔존함을 보이는 것이다. 상기 표 1에서 보는 바와 같이 실시예 1 내지 6에 따른 고정용 기판이 우수한 형광강도를 보였다. 이중 표면활성층이 형성된 실시예 1 내지 5의 고정용 기판이 표면활성층을 가지지 않는 실시예 6의 고정용 기판에 비하여 우수한 것으로 나타났다. 이로부터 본 발명에 따른 고정용 기판의 고정화 관능기 밀도가 고밀도로 안정하게 유지됨을 알 수 있다.
바이오칩의 발광 이미지 조사
상기 실시예 1 내지 6의 고정용 기판을 100℃의 끓는 물에 1시간 침적한 뒤 15개의 염기를 가지는 올리고핵산의 프로브 DNA를 반응시켜 고정화시켰다. 여기에 형광염색물질 Cy3(Amersham Pharmacia 사 제품)로 라벨링한 타겟 DNA을 포함하는 시료용액에 담그어 반응시킨 다음 세척하여 DNA 칩을 제조하였다. 이 DNA 칩에 레이져 빔을 조사하여 발광되는 빛을 ScanArray 4000(GSI LUMONICS사)을 이용하여 검출하였다. 실시예 1 및 실시예 6의 발광 이미지를 각각 도 5a 및 도 5b에 나타내었다.
도 5a에 도시된 바와 같이 실시예 1의 경우 DNA 칩은 패턴이 명확하게 보이고 발광강도도 우수한 것으로 나타났다. 이에 비하여 도 5b에 도시된 바와 같이 실시예 6의 경우에는 DNA 칩의 패턴이 실시예 1보다 희미한 것으로 나타났다. 이는 실시예 6의 기판의 경우 끓는 물에 침적시켰을 때 고정화기가 다소 제거되었기 때문인 것으로 생각된다.
본 발명은 기판과 고정화층 사이에 이들의 결합력을 증가시킬 수 있는 표면활성층을 형성함으로써 고정화기를 안정하게 유지할 수 있다. 또한 고정화기와 기판의 결합력을 약화시키는 기판에서 유래되는 알칼리 물질을 차단함으로써 고정화기의 안정성을 증가시킨다. 본 발명에서는 간단한 공정을 통하여 안정한 고밀도의 고정화기가 균일하게 형성된 생체물질 고정용 기판을 제공할 수 있다.
실시예 7
3-아미노프로필트리메톡시실란 5g을 물 15g과 혼합하여 60℃에서 8시간동안 반응시켜 아미노실란 올리고머 수화물을 얻었다. 이 아미노실란 올리고머 10g과 에탄올 90g을 혼합하여 고정화층 코팅 조성물을 제조하였다. 이 코팅 조성물을 슬라이드 유리에 딥 코팅 한 후 120℃에서 60분간 건조시켜 생체물질 고정용 고정화층을 형성시켰다.
실시예 8
3-아미노프로필트리에톡시실란 3.55g과 메틸트리메톡시실란 1.45g을 15g의 물로 가수분해와 축합반응으로 공중합 올리고머 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 실시하였다.
실시예 9
3-아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란 3.55g과 메틸트리메톡시실란 1.45g을 15g의 물로 가수분해와 축합반응으로 공중합 올리고머 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
3-아미노프로필트리메톡시실란 0.1g을 톨루엔 9.9g에 혼합하여 고정화층 코팅 조성물을 제조하였다. 이 용액을 슬라이드 유리에 딥 코팅한 후 유리를 꺼내어 물과 아세톤으로 세정하였다. 이 유리를 120℃에서 60분간 건조시켜 생체물질 고정화층을 형성하였다.
본 발명에 따른 고정화층 코팅 조성물을 이용하여 형성된 고정화층의 고정화 관능기 밀도를 측정하기 위하여 실시예 7 내지 9 및 비교예 1의 고정화 기판의 관능기 밀도를 측정하였다. FITC를 디메틸포름아미드에 용해시킨 용액을 이용하여 고정화층을 라벨화시킨 다음 레이져 빔을 연속적으로 조사하여 FITC에 의해 발광되는 빛을 ScanArray 4000(GSI LUMONICS사)을 이용하여 검출하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
형광강도(a.u.)
실시예 7 24442.04
실시예 8 34074.66
실시예 9 29708.98
비교예 1 6083.43
일반적으로 형광강도가 높을수록 고정화기가 많이 잔존함을 보이는 것이다. 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 7 내지 9의 생체물질 고정용 코팅 조성물로 형성된 고정화층의 관능기 밀도가 비교예 1의 고정화층보다 높아짐을 알 수 있었다.
본 발명은 기판과 고정화층 사이에 이들의 결합력을 증가시킬 수 있는 표면활성층을 형성함으로써 고정화기를 안정하게 유지할 수 있다. 또한 고정화기와 기판의 결합력을 약화시키는 기판에서 유래되는 알칼리 물질을 차단함으로써 고정화기의 안정성을 증가시킨다. 본 발명에서는 간단한 공정을 통하여 안정한 고밀도의 고정화기가 균일하게 형성된 생체물질 고정용 기판을 제공할 수 있다.

Claims (41)

  1. 생체물질 고정용 기판;
    상기 기판위에 형성되고, 기판과 고정화층의 결합력을 향상시키기 위한 표면활성층; 및
    상기 표면활성층 위에 형성되는 생체물질을 고정하기 위한 고정화층을 포함하고,
    상기 표면활성층은 하기 화학식 1의 화합물, 하기 화학식 2의 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 표면활성층 형성용 화합물로 이루어지는 것인 생체물질 고정용 기판:
    [화학식 1]
    M(OR1)n
    [화학식 2]
    [M'(R2)m]p(R3)q
    상기 식에서 M과 M'은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고,
    R1은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고,
    R2는 히드록시기, 할로겐, OR'이고 여기에서 R'은 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고,
    R3는 메틸렌, 페닐, 탄소수 1 내지 6의 치환기를 가지는 메틸렌 또는 페닐이고,
    n은 M에 따라 결정되며 3 내지 4의 범위에 있고,
    m은 M'에 따라 결정되며 2 내지 3의 범위에 있고,
    p는 2 내지 4의 범위에 있고,
    q는 1 내지 20의 범위에 있음.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 표면활성층 형성용 화합물은 상기 화학식 1을 가지는 화합물인 기판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 M은 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R1은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 및 페닐로 이루어진 군에서 선택되는 것인 기판.
  5. 제3항에 있어서, 상기 화합물은 실리콘 테트라알콕사이드, 알루미늄 트리부톡사이드, 지르코늄 테트라부톡사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 표면활성층 형성용 화합물은 상기 화학식 2를 가지는 화합물인 기판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 M은 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R2은 수소, 염소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 및 페닐로 이루어진 군에서 선택되는 것인 기판.
  8. 제6항에 있어서, 상기 화합물은 비스(트리에톡시실릴)에탄, 비스(트리메톡시실릴)헥산, 비스(트리에톡시실릴)메탄, 1,9-비스(트리클로로실릴)노난, 비스(트리-n-부톡시주석)메탄, 비스(트리이소프로폭시티타늄)헥산, 1,4-비스(트리메톡시실릴에틸)벤젠 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 표면활성층은 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물의 혼합물을 포함하고, 여기서 상기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물의 중량비는 50:50 내지 95:5인 기판.
  10. 제1항에 있어서, 상기 고정화층은 하기 화학식 3의 화합물을 포함하는 기판:
    [화학식 3]
    Y-R4-Si(R5)3
    상기 식에서, Y는 생체물질의 말단기에 따라 달라질 수 있으며, 아미노기, 알데히드기, 머캅토기, 및 카르복실기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R4는 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 방향족기, 에테르기, 에스테르기 및 이민기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R5는 히드록시, 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 아세톡시, 할로겐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨.
  11. 제10항에 있어서, 상기 화학식 3의 화합물은 3-아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(aminopropyltriethoxysilane), 2-아미노운데실트리메톡시실란(aminoundecyltrimethoxysilane), 아미노페닐트리메톡시실란(aminophenyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸아미노프로필)트리메톡시실란(N-(2-aminoethylaminopropyl)trimethoxysilane), 3-머캅토프로필트르메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane), 4-트리메톡시실릴부탄알(4-trimethoxysilylbutanal), 4-트리에톡시실릴부탄알(4-trimethoxysilylbutanal), 카르복시메틸트리메톡시실란(carboxymethyltrimethoxysilane), 카르복시메틸트리에톡시실란(carboxymethyltriethoxysilane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 기판.
  12. 제1항에 있어서, 상기 고정화층은 하기 화학식 4의 화합물을 포함하는 것인 기판:
    [화학식 4]
    상기 식에서,
    R6는 탄소수 1 내지 14의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 방향족기 또는 치환된 방향족기 및 CX3(X는 할로겐)로 이루어진 군에서 선택되고,
    R7및 R8는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 14의 알콕시, 아세톡시, 히드록시 및 할로겐로 이루어진 군에서 선택되고,
    R9은 수소, 탄소수 1 내지 14의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고,
    k는 1 내지 15의 정수임.
  13. 제12항에 있어서, 상기 R6는 메틸, 에틸 또는 프로필이고,
    R7및 R8는 각각 독립적으로 메톡시, 에톡시, 아세톡시 및 염소로 이루어진 군에서 선택되고,
    R9은 메틸 또는 에틸인 기판.
  14. 하기 화학식 1의 화합물, 하기 화학식 2의 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물; 및 희석용매를 포함하는, 생체물질 고정용 기판과 고정화층의 결합력을 향상시키기 위한 표면활성층을 형성하기 위한 코팅 조성물:
    [화학식 1]
    M(OR1)n
    [화학식 2]
    [M'(R2)m]p(R3)q
    상기 식에서 M과 M'은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고,
    R1은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고,
    R2는 히드록시기, 할로겐, OR'이고 여기에서 R'은 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고,
    R3는 메틸렌, 페닐, 탄소수 1 내지 6의 치환기를 가지는 메틸렌 또는 페닐이고,
    n은 M에 따라 결정되며 3 내지 4의 범위에 있고,
    m은 M'에 따라 결정되며 2 내지 3의 범위에 있고,
    p는 2 내지 4의 범위에 있고,
    q는 1 내지 20의 범위에 있음.
  15. 제14항에 있어서, 상기 표면활성층 형성용 화합물은 상기 화학식 1을 가지는 화합물인 코팅 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 M은 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R1은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 및 페닐로 이루어진 군에서 선택되는 것인 코팅 조성물.
  17. 제15항에 있어서, 상기 화합물은 실리콘 테트라알콕사이드, 알루미늄 트리부톡사이드, 지르코늄 테트라부톡사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 코팅 조성물.
  18. 제14항에 있어서, 상기 표면활성층 형성용 화합물은 상기 화학식 2를 가지는 화합물인 코팅 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 상기 M은 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R2은 수소, 염소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 및 페닐로 이루어진 군에서 선택되는 것인 코팅 조성물.
  20. 제18항에 있어서, 상기 화합물은 비스(트리에톡시실릴)에탄, 비스(트리메톡시실릴)헥산, 비스(트리에톡시실릴)메탄, 1,9-비스(트리클로로실릴)노난, 비스(트리-n-부톡시주석)메탄, 비스(트리이소프로폭시티타늄)헥산, 1,4-비스(트리메톡시실릴에틸)벤젠 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 코팅 조성물.
  21. 제14항에 있어서, 상기 표면활성층은 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물의 혼합물을 포함하고, 여기서 상기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물의 중량비는 50:50 내지 95:5인 코팅 조성물.
  22. 제14항에 있어서, 상기 유기용매는 알코올 용매, 셀로솔브류 용매 및 아세톤으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 용매인 코팅 조성물.
  23. 제1항에 있어서, 상기 고정화층은 하기 화학식 3의 화합물; 및 물을 포함하는 희석용매로 이루어지는 고정화층 형성용 코팅 조성물을 코팅하여 형성되는 것인 기판:
    [화학식 3]
    Y-R4-Si(R5)3
    상기 식에서, Y는 생체물질의 말단기에 따라 달라질 수 있으며, 아미노기, 알데히드기, 머캅토기, 및 카르복실기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R4는 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 방향족기, 에테르기, 에스테르기 및 이민기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R5는 히드록시, 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 아세톡시, 할로겐기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨.
  24. 제23항에 있어서, 상기 R4는 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸기이고, R5는 히드록시, 에톡시 또는 아세톡시인 기판.
  25. 제23항에 있어서, 상기 화학식 3의 화합물은 3-아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(aminopropyltriethoxysilane), 2-아미노운데실트리메톡시실란(aminoundecyltrimethoxysilane), 아미노페닐트리메톡시실란(aminophenyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸아미노프로필)트리메톡시실란(N-(2-aminoethylaminopropyl)trimethoxysilane), 3-머캅토프로필트르메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane), 4-트리메톡시실릴부탄알(4-trimethoxysilylbutanal), 4-트리에톡시실릴부탄알(4-trimethoxysilylbutanal), 카르복시메틸트리메톡시실란(carboxymethyltrimethoxysilane), 카르복시메틸트리에톡시실란(carboxymethyltriethoxysilane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 기판.
  26. 제23항에 있어서, 상기 희석용매가 물을 필수적으로 포함하는 것인 기판.
  27. 제23항에 있어서, 상기 희석용매가 물과 유기용매를 포함하는 것인 기판.
  28. 제23항에 있어서, 상기 코팅 조성물이 하기 화학식 4의 화합물을 더 포함하는 것인 기판:
    [화학식 4]
    상기 식에서,
    R6는 탄소수 1 내지 14의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 방향족기 또는 치환된 방향족기 및 CX3(X는 할로겐)로 이루어진 군에서 선택되고,
    R7및 R8는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 14의 알콕시, 아세톡시, 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R9은 수소, 탄소수 1 내지 14의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고,
    k는 1 내지 15의 정수임.
  29. 제28항에 있어서, 상기 R6는 메틸, 에틸 또는 프로필이고,
    R7및 R8은 각각 독립적으로 메톡시, 에톡시, 아세톡시 및 염소로 이루어진 군에서 선택되고,
    R9은 메틸 또는 에틸인 기판.
  30. 제28항에 있어서, 상기 화학식 3의 화합물과 화학식 4의 화합물은 50:50 내지 95:5의 중량비로 사용되는 것인 기판.
  31. 제1항 및 제3항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 따른 기판에 고정화된 생체 물질을 포함하는 바이오칩.
  32. 제31항에 있어서, 상기 생체 물질은 효소, 단백질, DNA, RNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 및 신경세포로 이루어진 군에서 선택되는 것인 바이오칩.
  33. 생체물질 고정용 기판 위에 기판과 고정화층의 결합력을 향상시키기 위한 관능기를 포함하는 표면활성층 형성용 화합물 및 희석용매를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하여 표면활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 표면활성층 위에 고정화 관능기를 포함하는 화합물 및 희석용매를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하여 고정화층을 형성하는 단계
    를 포함하고 상기 표면활성층 형성용 화합물은
    하기 화학식 1의 화합물, 하기 화학식 2의 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 것인 생체물질 고정용 기판의 제조방법:
    [화학식 1]
    M(OR1)n
    [화학식 2]
    [M'(R2)m]p(R3)q
    상기 식에서 M과 M'은 주기율표의 4B, 3A, 4A, 및 5A 족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고,
    R1은 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고,
    R2는 히드록시기, 할로겐, OR'이고 여기에서 R'은 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족기이고, ,
    R3는 메틸렌, 페닐, 탄소수 1 내지 6의 치환기를 가지는 메틸렌 또는 페닐이고,
    n은 M에 따라 결정되며 3 내지 4의 범위에 있고,
    m은 M'에 따라 결정되며 2 내지 3의 범위에 있고,
    p는 2 내지 4의 범위에 있고,
    q는 1 내지 20의 범위에 있음.
  34. 삭제
  35. 제33항에 있어서, 상기 M과 M'는 Si, Zr, Ti, Al, Sn, In 및 Sb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, R1은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 및 페닐로 이루어진 군에서 선택되고, R2는 히드록시기, 염소, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택되는 것인 제조방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 표면활성층 형성용 화합물은 상기 화학식 1을 가지는 화합물인 제조방법.
  37. 제33항에 있어서, 상기 표면활성층 형성용 화합물은 상기 화학식 2를 가지는 화합물인 제조방법.
  38. 제33항에 있어서, 상기 고정화층 형성용 코팅 조성물이 하기 화학식 3의 화합물을 포함하는 것인 제조방법:
    [화학식 3]
    Y-R4-Si(R5)3
    상기 식에서, Y는 생체물질의 말단기에 따라 달라질 수 있으며, 아미노기, 알데히드기, 머캅토기, 및 카르복실기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R4는 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 방향족기, 에테르기, 에스테르기 및 이민기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R5는 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 아세톡시, 할로겐기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨.
  39. 제33항에 있어서, 상기 고정화층 코팅 조성물이 하기 화학식 4의 화합물을 더 포함하는 것인 제조방법:
    [화학식 4]
    상기 식에서,
    R6는 탄소수 1 내지 14의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 방향족기 또는 치환된 방향족기 및 CX3(X는 할로겐)로 이루어진 군에서 선택되고,
    R7및 R8는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 14의 알콕시, 아세톡시, 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R9은 수소, 탄소수 1 내지 14의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고,
    k는 1 내지 15의 정수임.
  40. 제33항에 있어서, 상기 제조방법이 코팅된 표면활성층을 100 내지 400℃의 온도 범위에서 열처리하는 공정을 더 포함하는 것인 제조방법.
  41. 제33항에 있어서, 상기 제조방법이 코팅된 고정화층을 100 내지 300℃의 온도 범위에서 열처리하는 공정을 더 포함하는 것인 제조방법.
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