A novel micropatterning technique is proposed here that combines a top down approach based on photolithography and a bottom-up strategy through self-organization of multifunctional molecules. In this study, a diazoketo-functionalized self-assembled monolayer (SAM) is formed on silicon wafer/glass substrate. The covalent nature of the assembly process results in them displaying superior stability, which allows extensive handling and further modification steps without deterioration of the monolayer. Moreover, these SAMs are compatible with silicon technology and permit the use of optical techniques, such as fluorescence spectroscopy, as read-out methods. Selective UV light irradiation (λ=200~250nm) on the diazoketo-functionalized SAM would results in the formation of carboxylic acid groups on the UV light exposed regions. These carboxylic groups would be further utilized for the immobilization of active biomolecules such as DNA, proteins, etc.
Such selective immobilization of biomolecules are highly useful for the biosensor and high throughput array applications. The major advantage of this process is that it does not require the addition of photoacid generator (PAG) and the post-exposure bake (PEB) steps to generate patterns. In addition, during the UV light irradiation, only a molecular nitrogen is released as a byproduct. Thereby the overall process is non-toxic which makes it highly suitable for the immobilization of biomolecules and cells. Also, using the well-established lithographic tools, the process can be easily applied for the large scale production.
바이오물질 패터닝은 지난 수십년간 바이오센서나 바이오물질, 표면-바이오물질 상호작용 연구 등에 응용되면서 큰 관심을 받아왔다. 현재까지 바이오 패터닝을 위한 몇 가지 방법들이 보고되어 왔지만 그 중에서 자기조립 모노머 표면 위의 바이오물질 패터닝은 기능기 변화에 있어서의 유연성과 그들의 화학반응을 일으키는 능력 때문에 매력적인 방법으로 널리 사용되고 있다. 자기조립 모노머는 상대적으로 아주 적은 양의 물질만으로도 충분히 넓은 표면을 균일하게 커버할 수 있다는 장점을 가지고 있고 그럼으로써 비용절감의 효과도 가져올 수 있다. 또한 표면과 공유결합을 하고 있기 때문에 매우 안정한 자기조립 모노머 표면을 만드는 것이 가능하다. 바이오물질 패터닝을 위한 광반응을 보이는 몇몇 자기조립 모노머들이 보고되어 있지만 이들은 대부분 금표면 위에서 이루어졌다. 금 표면은 그 자체가 전기전도성을 가지고 또한 빛에 대한 고유의 흡수 파장을 가지고 있기 때문에 특정 형광 및 분석에 있어서 제한을 받는다. 반면, 금이 아닌 실리콘이나 유리 표면 위의 자기조립 모노머 형성은 위와 같은 단점이 없을 뿐만 아니라 표면과 더 안정한 결합을 할 수 있고 비용절감적인 측면도 가지고 있다.
이 연구를 통해 우리는 두가지 작용을 할 수 있는 새로운 물질을 합성하였다. 이 물질은 다이아조-케토 기능기를 가지고 있어서 광반응을 할 수 있을 뿐만 아니라 트리메톡시실란기를 포함하고 있어 이 부분을 이용하여 실리콘 웨이퍼나 유리 표면위에 안정한 자기조립 모노머를 형성할 수 있다. 다이아조-케토 기능기를 가진 자기조립 모노머의 형성과 이들의 광화학적 반응은 ellipsometry measurements, contact angle measurements, XPS, AFM 분석을 통해 확인되었다. 다이아조-케토 자기조립 모노머 표면에 선택적인 UV 노광을 하면 노광 부위가 화학변화를 일으켜 카복실산을 만들게 되고 이로 인해 노광 부위는 친수성의 성질을 갖게 된다. 이 작용기를 이용하여 biotin-streptavidin을 고정화 할 수 있었으며 이를 confocal microscope를 통해 이미지를 확인하였다. 이러한 접근 방법을 통해 DNA, protein, enzyme과 같은 다양한 바이오 물질을 고정화하고 패터닝하는데 이용할 수 있는 가능성을 제공하였다.
