Electrochemical patterning of biomolecules on surfaces has recently received a considerable attention because of the large variety of its potential applications such as biochips and molecular electronic devices. In this study we report a new electrochemical method for the micropatterning of protein on indium-tin-oxide (ITO) coated glass via an electrochemical deposition process of a dually electroactive molecule, MUAHQ (11,11'dithiobis(undecanoic acid hydroquinone monoester)). One end of this molecule comprises electropolymerizable unit like a phenol group, and the other is disulfide unit that can be reducible to thiol one. For the patterning, individually addressable ITO-microelectrode arrays were prepared by a simple microfabrication. Electropolymerized thin films of MUAHQ were formed on selected electrodes by successive addressings of anodic potential. The resulting array surface was chemically treated with TCEP (Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride), which reduces disulfide group in the films to a free thiol form. These reduced electrodes were selectively oxidized to disulfide surfaces by second electrochemical addressings. The whole array was immersed in the solution with maleimide-biotin conjugate. While thiol-formed surface can be an active site for the attachment of maleimide functional group, a disulfide surface is inactive. The resulting array was disclosed to the buffer solution of labeled streptavidin with a quantum dot. Highly contrasted patterning images observed by a fluorescence microscope demonstrate that electrochemical control of thiol and disulfide inter-conversion might be nicely used for a protein patterning.
여러 가지 특징을 가진 다양한 전기화학적 물질을 이용하여 유기박막을 만드는 것은 나노전자소재나 바이오 센서 등에 사용될 수 있어서 무척 중요하다. 이 논문에서는 11,11'-dithiobis(undecanoic acid hydroquinone monoester) (MUAHQ)라는 두 종류의 전기화학적 활성을 가지는 물질을 전기화학방법 중 순환 전압전류법(CV)를 이용하여 ITO전극 표면에 유기 박막을 형성하였다. 이 방법 수행 중 관찰되는 순환전압전류곡선을 통해 이 반응이 산화반응이며, 순환이 계속 됨에 따라 전극 표면에 유기박막이 두꺼워져 전자 전달이 느려짐을 확인할 수 있었다. 또한, 표면에 형성된 유기박막은 비행 시간형 2차 이온 질량분석기(TOF-SIMS)을 이용하여 분석하였다. 사이클 횟수가 늘어남에 따라서 m/z의 peak이 증가함을 볼 수 있었다. 그리고 ETRI에 의뢰해서 photolithography에 의해 만들어진 4개의 패턴된 미세 전극을 얻었다.
우리는 고정된 disulfide를 유동성 있게 reducing agent(TCEP)를 통한 화학적인 방법으로 환원시켰다. 또한 disulfide와 thiol의 내부변환은 가역반응이기 때문에 환원된 thiol 상태에서 순환전압전류법에 의해 산화시켰다. 패턴된 어레이 전극을 maleimide에 conjugate된 biotin용액에 담가두었다. Maleimide 그룹은 표면이 thiol 형태일 때 붙을 수 있고 표면이 disulfide 일 때는 붙지 않는다. 그 다음에 그 전극을 quantum dot에 streptavidin 이 붙어있는 용액에 놓았다. 우리는 형광 현미경에 의해서 높은 대조를 나타내는 패터닝 이미지를 얻었다. 이결과로 thiol과 disulfide 내부 변환이 전기화학적 조절로 인해 단백질을 패터닝 하는데 유용하게 쓰일 수 있다는 사실을 증명할 수 있었다. 끝으로 4개의 패턴된 미세 전극은 일반 전극과는 다르게 간단하고 원하는 위치에만 우리가 원하는 나노 물질이나 생 물질과 반응을 시키는데 유용하게 사용될 수 있다.
