In nanometric biomocular array, single molecule measurements require that the molecule in question is immobilized by binding to an appropriate surface. To avoid intermolecular interactions (and to achieve single molecule resolution in the case of optical measurement) a dilute array of binding sites, each designed to immobilize no more than one protein, would be ideal. To these ends, protein arrays with feature size smaller than 100nm have been fabricated, but it can not directly realize at single molecule level because those one spot or pattern size is yet much larger than one protein size.
To achieve single molecule resolution, we have developed a novel fabrication method of nano-patterned array of bio-molecules with ultra-high density, using self-assembly of block-copolymers. The periodic spherical-domains of ordered block copolymers were obtained on the bio-compatible substrates. Compared to previous lithographic methods, self-assembly of block-copolymers makes it easier to fabrication of patterns with ~ 10 nanometer feature size and to reduce the number of processing steps.
In this work, protein deposition on gold nanoparticles or protein conjugated gold nanoparticles onto PS nanostructure made by PS-PMMA block copolymer lithography formed stable 2D protein array. It is demonstrated that a nanoporous PS structure can serve as a spatial compartment maintaining patterned SAM and as a template material to form nano-array with a desirable orientation and separation of single protein molecule for detection of molecular interaction without interference intermolecular interaction.
나노미터 크기단위로 분석이 가능한 생체분자 어레이의 제작에 있어서, 단일 생체분자 측정은 적합한 표면에 결합하여 고정화가 되었는지의 여부가 중요하다. 생체분자들간의 반응을 방지하고 단일 생체분자 스케일의 해상도를 이루기 위해 결합위치들이 적절히 분산된 위치를 가져서 한 개 이상의 생체분자가 붙지 않게 하는 것이 이상적일 것이다. 이러한 목적으로 100나노미터 이하의 상의 크기를 가지는 단백질 어레이의 제작이 시도되어 왔지만, 한 점 내지는 패턴의 크기가 단백질 한 분자의 크기보다 훨씬 크기 때문에 이상적인 단일 분자 어레이를 구현 할 수 없었다.
단일 분자 수준의 해상도를 이루는 것을 목적으로 블록 공중합체 자기조립 현상을 이용하여 초고집적을 이루면서 나노패턴을 형성하는 바이오분자 어레이의 제작 방법을 구현하였다. 블록공중합체의 주기적으로 배열된 구형의 도메인은 생체분자가 접근하기에 적합한 표면으로서 얻어졌다. 기존의 식각을 이용한 패턴제작 방법과 비교하였을 때, 블록공중합체의 자기조립은 10나노미터 정도의 상의 크기를 비교적 적은 공정단계를 거쳐서 쉽게 제작할 수 있었다.
본 연구를 통해서 PS-PMMA블록공중합체의 자기조립 패턴을 모사한 식각을 통해 얻어진 폴리스타이렌의 나노구조안에 금 나노입자 또는 단백질이 결합된 금 나노입자를 도입함으로써 안정한 이차원적 단백질 어레이를 형성시켰다. 나노기공 형태의 PS 구조체는 자기조립 단분자막을 포함하는 공간적 분획을 제공해주면서 생체분자간의 간섭적인 상호작용없이 단일 단백질 분자의 적절한 배향과 분산을 이루는 나노 어레이를 형성시킬 수 있도록 하였다.
