This work describes photochemical surface modification of Cyclic Olefin Copolymer (COC), a one of thermoplastics currently used as microfluidic device, with non-biofouling polymers films. Cyclic olefin copolymer possesses many advantages, for example optical, mechanical properties, however it is limited for applications due to its native property. Therefore it requires surface modification for using in microfluidic device and in this respect aryl azide based photochemical grafting is very effective for COC because of simple and accomplishment of stable bond with surface. We synthesized aryl azide-ATRP(atom transfer radical polymerization) initiator which includes bromine moiety inducing ATRP reaction, for photochemical grafting and then non-biofouling polymer films was formed by atom transfer radical polymerization.
In chapter 1, we report the indirectly photochemical patterning of COC surfaces with poly(3-(methacryloylamino)propyl)-dimethyl(3-sulfopropyl)-ammonium hydroxide) (p(MPDSAH)) and the non-biofouling effect was confirmed by patterning of NIH 3T3 cells and fluorescence protein (TRITC-streptavidin) and chapter 2 describes the selective immobilization of biomolecules with the non-biofouling effect on the COC surface. Random copolymer (p(MPDSAH-r-PEGMA)) and p(MPDSAH) films were polymerized on the aryl azide-ATRP initiator grafted surface and click reaction was performed on the p(MPDSAH) films for selective immobilization of proteins. The non-biofouling flims on the COC surface were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, contact angle goniometry.
최근 고령화가 진행 됨에 따라 손쉽고 간편하게 질병을 진단할 수 있는 바이오 칩은 여러 분야에 걸쳐 그 중요성이 점차 확대되고 있다. 여러 바이오 칩들 중 초미세 유체 칩, 즉 하나의 실험실이라 불리는 '랩온어 칩'은 하나의 칩 위에 분석에 필요한 여러 가지 장치들을 마이크로머시닝 기술을 이용하여 집적시킨 것이라 할 수 있다. 이러한 여러 기능을 하나의 칩 위에 구현하고, 효율적인 결과 값을 얻기 위해서 바이오 칩의 기판으로 쓰이는 물질에 대한 연구가 활발히 진행되왔다.
전통적으로 바이오 칩의 기판으로 유리나 무기물을 기반으로 한 기판이 주로 사용되고 있지만 현대에 이르러 유리와 유사한 광학적 활성과 투명도를 지니면서도 가격이 저렴한 고분자로 된 기판이 관심을 끌고 있다. 여러 가지 고분자 물질들, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리메틸메타크릴레이트 등, 중에서 특히 고리형 올레핀 공중합체는 뛰어난 광학적 활성, 높은 전이온도, 유기 용매에 대한 저항성 등으로 인해 그 중요성이 점차 커지고 있다고 할 수 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 소수성 성질을 가지는 고리형 올레핀 공중합체의 표면 때문에 기판으로 이용 시에 분석물질의 흐름을 막거나 분석시료의 비특이적 흡착을 쉽게 유발하는 등의 여러 제약이 있어왔고 이러한 소수성인 표면을 바이오 칩의 기판으로서 좀더 효율적으로 사용 될 수 있게 바꾸는 연구가 또한 진행되고 있다.
고리형 올레핀 공중합체는 탄소와 수소만으로 이루어져 있는 선천적 특성으로 인하여 표면 개질에 많은 제약을 가지고 있지만, 최근에 이르러 광반응을 이용한 방법이 이 표면을 가장 쉽고 효율적으로 개질 할 수 있다고 연구되었다. 아릴 아자이드를 기반으로 하는 광반응은 현재 생체 물질의 표지 또는 탄소 나노 튜브등의 여러 응용이 가능한 효율적인 반응으로 이 실험에서는 아릴 아자이드를 기반으로 바이오 칩에서 요구되는 비 특이적인 흡착을 막으면서 생체물질의 선택적인 고정화를 구현하기 위하여 원자 전이 라디칼 중합 개시제가 포함된 아릴 아자이드 화합물을 합성하여 고리형 올레핀 공중합체의 표면 위에 도입하였다. 그리고 중합 개시제가 포함된 아릴 아자이드 화합물이 도입 된 표면 위에 원자 전이 라디칼 중합법을 이용하여 비특이적 흡착을 막는 고분자 물질인 pMPDSAH와 랜덤코폴리머(pMPDSAH와 pPEGMA)를 형성하였다. 이렇게 비특이적 흡착을 막는 두 고분자의 표면 위에 생체 물질의 선택적 고정화를 위하여 pMPDSAH의 경우 Click chemistry를 이용하여 카르복실 작용기를 도입한 뒤 생체 물질의 선택적 고정화 실험을 진행하였고, 랜덤 코폴리머의 경우 pPEGMA의 하이드록실기를 이용하여 생체 물질을 선택적으로 고정화하였다.
그리고 광반응을 이용한 채널 안에서의 선택적인 표면 개질의 실험의 선행 실험으로서 광반응 시 고리형 올레핀 공중합체를 광마스크 위에 겹쳐 자외선을 조사시킨 후 비특이적인 흡착을 막는 pMPDSAH 고분자를 표면 위에 중합하였다. 이를 형광 이미지와 세포들의 비특이적인 흡착 패턴을 통하여 미세 패턴을 얻어 고분자의 비특이적 흡착 방지 성질을 확인하였다.
