차세대반도체연구회

- 요약 - 이스라엘과 프랑스 연구진은 나노만년필(nanofountain pen)을 이용하여 분자가 각인된 고분자(molecularly imprinted polymers)를 제조하는 새로운 기술을 개발하였다. 이번 방법은 혼합 분석물의 탐지를 위한 안정한 나노어레이(nano-array)에 대한 새로운 지평을 개척한 것으로 평가되고 있다. 고분자 수용체 구조를 유체 조작 및 판독 시스템(fluid handling and reading systems)에 집적한다면 랩온어칩(lab-on-a-chip) 장치에 도움될 수 있다고 한다. - 내용 - 탐침을 이용한 패터닝 기술의 발전을 살펴보면, 노스웨스턴의 머킨 연구진이 초석을 다졌다고 말할 수 있는데, 그들은 생물 기질에 결합하는 항체의 고유 성질이 유지되는 항체 어레이를 딥-펜 나노리소그래피(dip-pen nanolithography) 기술을 이용하여 제조할 수 있었다. 이러한 바이오 분자의 나노어레이는 기존의 마이크로 어레이보다 더 많은 양의 분자를 가질 수 있어 분석 등의 속도가 매우 빠르며, 또한 아주 정밀하게 제조가 가능하여 적은 양의 물질로도 분석이 가능하다는 장점이 있기 때문에 바이오 분자의 나노 어레이는 잠재적으로 생물학 연구에 새로운 플랫폼을 제시할 것으로 기대되고 있다.또한 탐침 기술이 변형되어 전자 펜 나노리소그래피(Electro Pen Nanolithography, EPN)이 소개되기도 하였는데, 이미 존재하는 패턴에 쓰기를 반복함으로써 다층 패턴이 형성될 수도 있었다. 마이크로 및 나노 바이오칩은 즉석 의료 검사(point-of-care clinical testing), 환경 모니터링, 국토안보 등에서 어레이 바이오센서의 활용을 확대하고 있다. 일반적으로 이러한 바이오칩은 센서로서 효소 혹은 항체를 이용하지만, 이러한 분자들은 안정하지 못하다. 게다가 특정 목표물에 대한 자연계의 수용체는 항상 존재하는 것이 아니다. 따라서 과학자들은 특정 분자 목표물을 위해 능동적으로 제조할 수 있는 수용체를 찾고 있다. 프랑스 콤피에네 기술 대학(Compiegne University of Technology) 카스텐 하웁트(Karsten Haupt)와 공조한 이스라엘 벤-구리온 대학(Ben-Gurion University of the Negev in Beer-Sheva) 레비 게버(Levi Gheber) 연구진은 위와 같은 염원이 실현될 수 있다는 것을 최근 입증하였다. 하웁트 연구실의 안네-소피 벨몬트(Anne-Sophie Belmont)는 나노만년필을 이용하여 높은 정밀도로 위치될 수 있는 분자 임프린트로 단일 나노구조체를 제조할 수 있었다. 이때 펜은 속이 빈 유리 모세관으로서, 수백 나노미터의 간극을 갖는 뾰족한 팁으로 구성된다. 단백질, 고분자, DNA, 효소 등이 잉크로 이용될 수 있는데, 소량의 용액이 침착된 표면과 접촉할 때에만 나노피펫의 말단에서 잉크가 흘러나온다. 피펫은 원자간력현미경(atomic force microscope (AFM))의 탐침에 마운팅되어, 나노미터의 정밀도로 위치 조절된다. 이러한 기술을 이용하여 이스라엘 연구진은 유리, 금, 실리콘 매질에 단백질, 효소, 고분자 등을 프린트할 수 있었다. 원리적으로 나노만년필은 어떠한 매질일지라도 거의 모든 것을 프린트할 수 있다고 게버는 말했다. 한편 유리 피펫을 잡아 늘린 도구를 통해 금 나노잉크로 폭 5㎛의 선을 그은 후, 이를 아르곤 이온 (Ar+)레이저로 경화시킴으로써 초소형 저항이나 유연성 기판의 도선이 제조될 수도 있었다. 잉크젯 방식으로 50㎛ 이하의 패턴 형성이 불가능한 것에 비해 본 기술을 통해 30㎛의 선을 그을 수 있었으며, 나노입자를 경화하여 5㎛ 단위로 금 도선을 형성할 수 있었다. 연구진의 장치는 펜을 매질로부터 들어올리지 않고도 프린트할 수 있다. 연구진은 이러한 사실을 입증하기 위해 “MIP”라는 단어를 매질에 썼다. 또한 펜의 저장소에 있는 잉크의 양은 이러한 스케일에서 거의 제한이 없다고 연구진은 말하고 있으며, 바이오 수용체에 대한 뛰어난 안정성을 갖는 본 기술을 통해 복합 분석물을 탐지할 수 있는 나노어레이의 제조에 대한 새로운 지평이 열리게 되었다고 한다. 어레이는 자연계의 수용체가 존재하지 않는 목표 분자로도 프린트될 수 있다. 고분자 수용체 구조에 유체 조작 및 판독 시스템이 집적된다면 랩온어칩 장치의 현실화를 급진전시킬 수 있다고 한다. 본론에 대한 연구진의 결과는 Appl. Phys. Lett.에 보고되었다. *첨부파일: (a) 실리콘 웨이퍼 위에 5%의 PVA 그리고 형광물질을 갖는 혼합물로 채워진 나노만년필로 새겨진 점과 선의 형광이미지. (b), (c) 점들의 AFM 이미지. (d) 4 마이크로미터의 직경과 70 나노미터의 두께를 갖는 한 점의 측면분석 *출처: 과학기술정보포턴서비스(KiSTi) & nanotechweb.org