단백질 칩 제조기술

소개글

이번 실험에서는 단백질 칩의 제조기술을 알아본다. 본 과정은 박막의 형성과 기판 상에 제작된 박막의 확인, 그리고 microarray를 이용하여 완성된 단백질 칩의 형광 분석법을 통한 활성의 확인, 이렇게 두 단계로 나누어져 있다. 이를 통해 기초적인 단백질 칩의 제조기술과 형광스캐너의 사용법을 학습해 보기로 한다.

목차

1. Purpose
2. Theory
2_1. Self Assembly Technique
2_1_1. SAM (Self-assembled monolayer)의 제조방법
2_2. Surface Plasmon Resonance
2_3. Atomic Force Microscope
2_4. Microarray
2_5. 형광과 인광
2_5_1. 형광
2_5_2. 인광
2_5_3. 지연인광
3. Procedure
4. Data & Results
5. Discussion
6. Reference

본문내용

1. Purpose

이번 실험에서는 단백질 칩의 제조기술을 알아본다. 본 과정은 박막의 형성과 기판 상에 제작된 박막의 확인, 그리고 microarray를 이용하여 완성된 단백질 칩의 형광 분석법을 통한 활성의 확인, 이렇게 두 단계로 나누어져 있다. 이를 통해 기초적인 단백질 칩의 제조기술과 형광스캐너의 사용법을 학습해 보기로 한다.


2. Theory

2_1. Self Assembly Technique

자기조립단분자막 (Self-assembled monolayer, SAM)은 주어진 기질의 표면에 자발적으로 입혀진 규칙적으로 잘 정렬된 유기 분자막이다. SAM의 제조에 이용되는 계면활성제 분자는 세 개의 부분으로 이루어져 있다. 먼저 기질과 결합하는 머리 부분의 반응기, 규칙적인 분자 막 형성을 가능하게 하는 몸통 부분의 긴 알칸 사슬, 그리고 분자 막의 기능을 좌우하는 꼬리 부분의 작용기로 나누어진다. 가장 간단한 작용기로는 알킬 그룹이 있으나 분자 막에 특수한 기능을 부여하기 위해서는 여러 가지 다른 그룹들 (예: NH2, OH, COOH등)이 이용되고 있다.

최근 20년 동안 다양한 종류의 SAM이 개발되고 연구되어 왔는데 이들은 기질과의 상확용에 따라 다음과 같이 나눌 수 있다. 기질과 이온 결합을 이루는 알칸산 (alknoic acid)으로 만들어진 SAM, charge-transfer complex를 형성하는 유기황 (organosulfur)으로 만들어진 SAM, 그리고 순수한 공유결합을 이루는 유기규소 (organosilicon)로 만들어진 SAM이 있다.
SAM은 지금도 활발하게 연구되고 있는 Langmuir-Blodgett (LB)막과 함께 대표적인 유기 분자 박막이다. LB막과 SAM이 뚜렷하게 차이를 보이는 부분은 막을 형성하는 과정으로 LB막의 경우 막을 만들기 위해서는 Langmuir trough라는 기구를 이용하여 수평 방향으로 일정한 표면 압력을 가하여 분자들을 주로 물의 표면에 이차원으로 정렬시키고 여기에 기질을 수직으로 용액에 담갔다 뺏다 하여 분자들이 기질의 표면에 막의 형태로 올라붙게 하여야 한다. 그리고 분자막과 기질 사이에는 이온 결함만이 존재하므로 튼튼한 분자 막이 형성되기는 어렵다.
이에 반하여 SAM은 아무런 기구를 필요로 하지 않으며 기질의 표면과 막을 이루게 되는 분자들 사이에 직접적인 화합결합이 있는 경우가 많아서 매우 튼튼한 분자막을 만들 수 있다. 그리고 기질의 모양이나 크기에 영향을 받지 않아 복잡한 모양의 기질 위에서도 제조가 가능하며 대면적화에도 용이하다. 따라서 SAM은 LB보다 한 단계 발전한 유기 분자 박막이라고 할 수 있다.
SAM은 최근 수 십 년간 전세계적으로 많은 그룹들에 의해서 연구되어 왔고 지금은 더욱 더 많은 연구가 진행 중에 있는 매우 활발한 연구 분야이다. 초기 연구는 주로 SAM의 화합물 개발, 형성기구나 구조 그리고 열안전성 등 기초적인 연구에 집중되어 오다가 1990년대에 들어서보다 응용연구방향으로 발전해 나가고 있다. 그 대표적인 응용분야는 표면개질, 마찰학, 화학센서, 고해상도 전사법 (high resolution lithography), 금속의 산화 방지막 등으로 매우 광범위한 분야에 SAM가 이용되고 있다.
자기조립 단분자막은 chemical vapor deposition (CVD) 등으로 만들 수 있는 초박막과 비교해 볼 때 방향성과 규칙성이 있고 다양한 길이의 알킬 사슬과 사슬 말단기를 도입할 수 있으므로 표면을 개질하는 매우 유용한 방법 중 하나로 이용되어 왔다. 이들의 조밀성과 구조적 안정성을 이용해 부식 방지막이나 마모 보호막 등에 사용되는 것을 비롯하여, 자기조립 분자막이 생체 조직과 비슷한 형태를 하고 있는 점을 이용, 생화학적 센서로서도 응용 되어 왔다. 또 이들이 가지는 높은 질서도는 전기광학 소자(electrooptics device)의 구성 요소로도 매우 이상적이다. 그리고 자기조립 단분자막을 이용하여 나노패터닝에 이용한 최근의 많은 예들은 자기조립 분자막이 표면 개질 및 다양한 표면의 응용에 얼마나 중요한 역할을 할 수 있는가를 보여준다.
이렇게 많은 응용성을 가지는 자기조립 단분자층은 가장 말단에 존재하는 작용기의 수가 어느 정도인가에 따라 박막의 효율이 많이 달라진다. 일반적으로 표면에 존재하는 작용기의 수가 많을수록 박막의 효율은 매우 높아진다.

참고 자료

1) http://www.postech.ac.kr/chem/jlab/research_04.php
2) http://blog.naver.com/hotponggirl?Redirect=Log&logNo=60038550045
3) Weaver, Robert F, 분자생물학, 라이프 사이언스, 2003