Microarray including layer comprising dna molecule and method for manufacturing the same

ＤＮＡ 분자를 포함하는 막이 형성된 마이크로어레이 및 그의 제조 방법{Microarray including layer comprising DNA molecule and method for manufacturing the same}

DNA 분자를 포함하는 막이 형성된 마이크로어레이 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

마이크로어레이는 특정 분자가 기판 상의 일정 부분에 고밀도로 고정화되어 있는 것을 말한다. 마이크로어레이는 예를 들어, 핵산 또는 단백질 마이크로어레이가 포함된다. 마이크로어레이는 다양한 생물학적, 화학적 또는 생화학적 시험을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 핵산 마이크로어레이의 경우, 기판 상에 표적 핵산이 고정되어 있는 일정한 부분 (이하, 스팟이라고 함)이 고밀도로 배열되어 있다. 상기 표적 핵산과 상보적 서열을 가지는 검출가능한 표지 (예를 들어, 형광 물질 (fluorophore))로 표지된 프로브 핵산을 첨가하여 혼성화가 일어나도록 한다. 다음으로, 혼성화되지 않은 표적 물질 및 프로브 물질은 세척되어 제거된다. 다음으로, 상기 혼성화된 물질에 형광 물질에 여기광을 조사하고, 그로부터 발광되는 형광을 마이크로어레이 스캐닝 시스템의 검출 시스템에 의하여 측정한다.

마이크로어레이를 사용하는 시료 분석 반응에 있어서, 소량의 시료 및 시약이 사용되기 때문에, 검출하고자 하는 표적 물질과의 반응을 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 그러나, 마이크로어레이 표면에서는 표적 물질과 프로브 물질 간의 결합과는 무관하게 스팟 영역 이외의 부분에서 임의의 다른 원인에 의한 노이즈(noise) 신호가 빈번하게 발생할 수 있다. 따라서, 정확한 시료 분석 반응을 수행하기 위해, 상기 노이즈 신호를 배제하거나 또는 감소시킬 수 있는 마이크로어레이가 요구된다.

표적 물질의 분석 반응에 있어서, 검출 감도를 증가시키는 마이크로어레이를 제공하는 것이다. 또한, 표적 물질의 분석 반응에 있어서, 검출 감도를 증가시키는 마이크로어레이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

일 실시예는 기판; 상기 기판에 형성된 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟(spot) 영역; 및 상기 기판의 상기 스팟 영역 이외의 부분에 형성된 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막;을 포함하는 기판을 갖는 마이크로어레이를 제공할 수 있다.

일 실시예에 따른 마이크로어레이는 기판을 포함한다.

상기 기판은 상기 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질이 결합될 수 있는 물질, 예를 들어, 실리콘, 유리, 금속, 플라스틱 및 세라믹으로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 실리콘, 유리, 금, 은, 구리, 백금, 폴리스티렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리카르보네이트 및 세라믹으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 기판은 예를 들면, 실리콘 재질인 경우 접합 전에 산화막인 SiO ₂ 로 처리될 수 있다. 상기 기판의 표면은 상기 스팟 영역에 포함된 프로브 물질 및 상기 막에 포함된 DNA 분자와의 결합을 위하여 링커(linker), 아민기, 카르복실기, 에폭시기, 설퍼기, 알데히드기, 활성화된 에스테 르, 말레이미드 및 탄수화물를 구성하는 군으로부터 선택되는 것을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아닌 물질로 처리될 수 있다. 상기 기판은 평면(평판) 형상 뿐만 아니라, 비드(bead) 형상, 또는 구 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에 따른 마이크로어레이는 상기 기판에 형성된 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 포함한다.

상기 표적 물질은 상기 마이크로어레이를 사용하여 검출하고자 하는 모든 생물질(biomaterial)을 포함한다. 상기 생물질은 예를 들어, 핵산, 단백질, 당, 바이러스, 세포, 및 세포소기관을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 생물질은 생물로부터 유래되거나 합성, 또는 반합성되는 물질을 포함한다. 상기 표적 물질을 검출하는 것은 당업자에게 널리 알려진 다양한 방법에 이해 이루어질 수 있다. 상기 방법은 광학적 수단을 사용하는 방법을 포함한다. 상기 광학적 수단을 사용하는 방법에 있어서, 예를 들어, 형광 물질이 사용될 수 있다. 상기 형광 물질은 예를 들어, 로다민200(Rhodamine200), 칼슘 그린(Calcium Green), 시아닌2(Cyanine2), 시아닌3(Cyanine3), 시아닌5(Cyanine5,), 마그네슘 그린(Magnesium Green), 테트라메틸로다민(Tetrametylrhodamine), 또는 플루오레센(Fluorescein)을 구성하는 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 구체적으로는, 상기 형광 물질이 결합된 표적 물질을 포함하는 시료를 프로브 물질이 결합된 마이크로어레이에 가하고, 상기 프로브 물질과 결합하지 않은 표적 물질을 제거하고, 상기 프로브 물질과 결합한 표적 물질에 결합된 형광 물질로부터 발생하는 신호를 광학적 방법으로 확인하여 상기 표적 물질의 존재 및 양을 파악할 수 있다.

상기 프로브 물질은 상기 표적 물질과 결합할 수 있는 물질을 말한다. 상기 프로브 물질은 하나의 생물질 단위체(monomer) 또는 복수 개의 생물질 단위체를 포함하는 물질일 수 있다. 상기 생물질은 DNA, RNA, 뉴클레오티드, 뉴클레오시드, 단백질, 폴리펩티드, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 효소, 항체, 항원, 수용체, 바이러스, 기질, 리간드 또는 멤브레인, 및 그의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 따라서, 일 실시예에 따른 마이크로어레이는 DNA, RNA, 뉴클레오티드, 뉴클레오시드, 단백질, 폴리펩티드, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 효소, 항체, 항원, 수용체, 바이러스, 기질, 리간드 또는 멤브레인, 및 그의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 프로브 물질을 포함할 수 있다. 상기 생물질의 단위체는 상기 표면에 결합된 프로브 물질의 종류에 따라 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 아미노산, 펩티드일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 뉴클레오시드 및 뉴클레오티드는 퓨린 및 피리미딘 염기를 포함할 뿐만 아니라, 메틸화된 퓨린 또는 피리미딘, 아실화된 퓨린 또는 피리미딘를 포함할 수 있다. 또한, 뉴클레오시드 및 뉴클레오티드는 리보오스 및 디옥시리보오스 당을 포함할 뿐만 아니라, 하나 이상의 히드록실기가 할로겐 원자 또는 지방족으로 치환되거나 에테르, 아민 등의 작용기가 결합된 변형된 당을 포함할 수 있다. 상기 아미노산은 자연에서 발견되는 아미노산의 L-, D-, 및 비키랄(nonchiral)형 아미노산, 변형 아미노선(modified amino acid), 또는 아미노산 유사체(analog)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 펩티드는 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기 사이의 아미드 결합에 의 해 생성된 화합물을 포함한다. 상기 프로브 물질은 직접 또는 링커에 의해 일 실시예에 의한 마이크로어레이의 상기 기판 및/또는 상기 DNA분자를 포함하는 막에 결합할 수 있다. 상기 스팟 영역은 상기 프로브 물질을 1 이상 포함하는 부분으로서, 일 실시예에 의한 마이크로어레이의 상기 기판 및/또는 상기 막 상에 2 이상 포함될 수 있다. 일 실시예에 의한 마이크로어레이의 사용 목적에 따라, 상기 스팟 영역은 동일 및/또는 상이한 프로브 물질을 포함할 수 있다.

상기 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역은 상기 기판 상에 형성된 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막 상에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 막은 상기 기판 상에 형성되고, 상기 막에 포함된 DNA 분자는 상기 스팟 영역에 포함된 DNA 분자와 결합할 수 있다. 따라서, 상기 스팟 영역이 상기 기판 상에 형성되는 경우에는 상기 프로브 물질은 상기 기판에 결합하고, 상기 스팟 영역이 상기 막 상에 형성되는 경우에는 상기 프로브 물질은 상기 막을 구성하는 DNA 분자와 결합할 수 있다.

일 실시예에 따른 마이크로어레이는 상기 기판의 상기 스팟 영역 이외의 부분에 형성된 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막을 포함한다.

상기 막은 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자로 구성되거나, 또는 상기 DNA 분자 및 상기 DNA 분자의 고정화를 위한 다른 물질들로 구성될 수 있다. 상기 DNA 분자는 2 이상의 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 상기 DNA 분자는 단일가닥일 수 있다. 상기 DNA 분자는 아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신으로 구성된 군 으로부터 선택되는 염기를 포함하는 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 DNA 분자는 아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신으로 구성된 군으로부터 임의적으로 선택되는 염기를 포함하는 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 것일 수 있다.

상기 DNA 분자는 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. DNA 분자는 임의의 온도에서 상보적인 DNA 분자 및 다른 생물질과 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자는 약 19℃ 이하의 온도에서 상기 DNA 분자에 포함된 뉴클레오티드에 상보적인 염기 서열을 포함하는 DNA 표적 물질과 혼성화될 수 있다. 그러나, 약 19℃를 초과하는 온도, 예를 들어, 상온(room temperature)에서는 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자는 구조적인 변화, 즉, 변성(denaturation)이 일어나기 때문에, 다른 DNA 분자 뿐만 아니라 다른 생물질과도 결합하지 않거나 또는 검출불가능하게 결합한다. 또한, 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자는 표적 물질, 프로브 물질 및 다른 시약과 같은, 생체 물질(biomaterial)이기 때문에, 마이크로어레이를 이용한 시료 분석 반응에 있어서, 생물학적 및/또는 생화학적으로 생체 친화적인 반응 조건을 제공하여 상기 표적 물질과 상기 프로브 물질 간의 결합이 아닌 다른 물리적, 화학적, 생물학적 및/또는 생화학적인 결합을 억제할 수 있다. 따라서, 생물학적 시료 분석 반응에 있어서, 상기 프로브 물질과 상기 표적 물질의 결합을 약 19℃를 초과하는 온도에서 수행하게 되면, 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막은 상기 스팟 영역에 포함된 상기 프로브 물질과 상기 표적 물질의 결합을 더욱 촉진시킬 수 있다.

마이크로어레이의 기판에 상기 DNA 분자를 포함하는 막 또는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 형성하는 방법은 당업자에게 널리 알려져 있다. 상기 방법은, 예를 들어, 기판의 정의된 부분(predefined region)을 활성화시킨 후, 상기 기판을 미리 선택된 생물질의 단량체가 포함된 용액과 접촉시키는 것일 수 있다. 상기 정의된 부분은 광원에 의하여 활성화될 수 있고, 그 이외의 부분은 광마스크에 의해 광원으로부터 차단되어 있어 불활성화될 수 있다. 또한, 선택적으로, 상기 생물질과 결합할 수 있는 작용기를 갖는 물질을 기판 상에 처리할 수 있다. 상기 작용기는 아민기, 카르복실기, 에폭시기, 설퍼기로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 생물질과 결합할 수 있는 작용기를 갖는 물질은 감마-아미노프로필트리에톡시실란(GAPS)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이, 상기 프로브 물질 및/또는 DNA 분자와 같은, 생물질을 기판 상에 고정화하여 스팟 영역 및/또는 막을 형성하는 단계에서는 상기 기판과 상기 고정화된 물질 사이의 흡착, 물리적 또는 화학적 상호 작용이 일어날 수 있으며, 이에 의하여 마이크로어레이의 생성을 지지, 촉진 또는 촉매화할 수 있다. 또한, 예를 들어, 카르복시메틸-덱스트란 (carboxymethyl-dextran)을 이용하거나 아비딘-바이오틴 (avidin-biotin) 결합을 이용하여 기판 상에 단백질을 고정시킬 수 있다. 또한, 예를 들어, 폴리라이신 또는 칼릭스크라운을 이용하여 기판의 표면을 미리 화학 물질로 처리하거나 또는 불특정 다수의 단백질을 결합시킬 수 있다. 또한, 항체, 바이러스 또는 세포를 기판 상에 고정하기 위한 링커도 널리 알려져 있 다.

상기 DNA 분자를 포함하는 막은 상기 스팟 영역 이외의 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 프로브 물질이 상기 기판 상의 정의된 부분에 결합하여 스팟 영역을 형성하는 경우에는, 상기 DNA 분자는 상기 기판 상에 미리 형성된 스팟 영역 이외의 부분에 결합하여 막을 형성할 수 있다. 다만, 이 경우 상기 스팟 영역을 형성하는 단계와 상기 막을 형성하는 단계는 그 순서에 제한되지 않는다. 또한, 예를 들어, 상기 DNA 분자를 포함하는 막이 상기 기판 상에 결합하여 막을 형성한 경우에는 상기 프로브 물질은 상기 기판 상에 미리 형성된 막 상에서 상기 DNA 분자들과 직접 또는 링커에 의해 결합하여 스팟 영역을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 막에 포함된 DNA 분자는 상기 스팟 영역에 포함된 프로브 물질과 상기 기판 사이에서 링커 역할을 할 수 있다.

일 실시예는 기판을 제공하는 단계; 상기 기판에 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 상기 스팟 영역 이외의 부분에 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막을 형성하는 단계;를 포함하는 마이크로어레이의 제조 방법를 제공할 수 있다.

일 실시예에 의한 방법은 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 기판에 관한 내용은 상술한 바와 같다.

일 실시예에 의한 방법은 상기 기판에 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 표적 물질 및 프로브 물질에 관한 내용은 상술한 바와 같다.

일 실시예에 의한 방법은 상기 기판의 상기 스팟 영역 이외의 부분에 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막에 관한 내용은 상술한 바와 같다.

상기 기판에 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막을 형성하는 것 또는 상기 기판에 또는 상기 막 상에 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 형성하는 것은 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 광제거 가능한 보호기가 결합된 뉴클레오티드를 기판에 결합시키고, 광마스크를 통해 노광하여 상기 보호기를 제거하고, 다른 뉴클레오티드를 커플링시키는 과정을 반복하여 상기 DNA 분자를 포함하는 막 및/또는 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역이 형성된 마이크로어레이를 제조할 수 있다. 또한, 예를 들어, 고상화제를 슬라이드글라스의 전면에 코팅한 기판을 이용하여 그 기판 상에 미리 제조한 DNA 분자 또는 프로브 물질을 포함하는 액적을 하나씩 스팟팅하여 올린 후 건조시켜 상기 DNA 분자를 포함하는 막 및/또는 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역이 형성된 마이크로어레이를 제조할 수 있다.

일 실시예에 의한 방법에 있어서, 상기 기판은 평면(평판) 형상, 비드(bead) 형상 또는 구 형상을 갖는 것을 포함한다.

일 실시예에 의한 방법에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 유리, 금속, 플라스틱 및 세라믹으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 포함한다.

일 실시예에 의한 방법에 있어서, 상기 뉴클레오티드는 아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신을 포함하는 군으로부터 선택되는 염기를 포함하는 것을 포함한다.

일 실시예에 의한 방법에 있어서, 상기 뉴클레오티드는 2 내지 6개인 것을 포함한다.

일 실시예에 의한 방법에 있어서, 상기 프로브 물질은 DNA, RNA, 뉴클레오티드, 뉴클레오시드, 단백질, 폴리펩티드, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 효소, 항체, 항원, 수용체, 바이러스, 기질, 리간드 또는 멤브레인, 및 그의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 포함한다.

일 실시예에 의한 방법에 있어서, 상기 스팟 영역을 형성하는 단계는 상기 막을 형성하는 단계 후에 수행되고, 상기 막 상에 상기 스팟 영역이 형성되는 것인 방법을 포함한다. 상기 기판에 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막을 형성하는 단계에 있어서, 상기 막은 상기 기판의 전부 또는 일부에 형성될 수 있다. 상기 막이 상기 기판 상의 전부에 형성된 경우에는 상기 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역은 상기 막 상에 형성될 수 있고, 상기 프로브 물질은 상기 막에 포함된 DNA 분자와 결합할 수 있다. 상기 막이 상기 기판 상의 일부에 형성되는 경우에는 예를 들어, 상기 막은 정해진 스팟 영역 이외의 부분에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 스팟 영역을 형성하는 단계가 상기 막을 형성하는 단계 전에 이루어지는 경우에는, 상기 스팟 영역 이외의 부분에 상기 막이 형성될 수 있고, 상기 스팟 영역을 형성하는 단계가 상기 막을 형성하는 단계 후에 이루어지는 경우에는, 상기 스팟 영역은 상기 막 상에 형성될 수 있다.

일 실시예에 따른 마이크로어레이에 의하면, 시료 분석 반응시 표적 물질의 검출 감도를 증가시킬 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 제조 방법에 의하면, 시료 분석 반응시 표적 물질의 검출 감도를 증가시킬 수 있는 마이크로어레이를 제조할 수 있다.

이하, 하나 이상의 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이하 언급되는 실시예는 예시적인 설명을 위한 것으로 보호범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 기판 상에 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역 및 상기 스팟 영역 이외의 부분에 형성된 DNA 분자를 포함하는 막을 포함하는 마이크로어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도면 부호 100은 기판, 200은 DNA 분자를 포함하는 막, 및 300은 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역 (300)은 기판 (100)의 표면에 형성되어 있다. 상기 스팟 영역 (300)은 일 실시예에 따른 마이크로어레이의 용도에 따라 상기 기판 (100)의 표면에 복수 개로 또는 다양한 배열로 형성될 수 있다. 상기 스팟 영역 (300)은 표적 물질에 결합할 수 있는 다양한 종류의 프로브 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로브 물질은 DNA, RNA, 뉴클레오티드, 뉴클레오시드, 단백질, 폴리펩티드, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 효소, 항체, 항원, 수용체, 바이러스, 기질, 리간드 또는 멤브레인, 및 그의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 프로브 물질은 직접 또는 링커에 의해 상기 기판 (100) 상에 결합할 수 있다. 상기 표적 물질은 일 실시예에 따른 마이크로어레이를 사용하여 검출하고자 하는 생물질일 수 있다. 상기 프로브 물질은 상기 표적 물질과 결합할 수 있는 물질을 포함한다. 예를 들어, 검출하고자 하는 표적 물질이 특정 서열을 갖는 단일 가닥 DNA인 경우에는 상기 프로브 물질은 상보적인 단일 가닥 DNA이고, 검출하고자 하는 표적 물질이 특정한 3차원적 구조를 갖는 항원인 경우에는, 상기 항체 물질은 상기 항원과 구조적으로 결합가능하는 항체이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 2 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막 (200)은 기판 (100)의 상기 스팟 영역 (300) 이외의 부분에 형성되어 있다. 상기 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역 (300)이 상기 기판 (100) 상에 정의된 부분에 형성된 경우에는 상기 막 (200)은 상기 스팟 영역 (300) 이외의 부분에 형성될 수 있다. 상기 DNA 분자는 2 이상의 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 상기 DNA 분자는 단일가닥일 수 있다. 상기 DNA 분자는 염기인 아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신을 구성하는 군으로부터 선택되는 염기를 포함하는 2 이상의 뉴클레오티드를 포함할 수 있다.

상기 DNA 분자는 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. DNA 분자는 임의의 온도에서 상보적인 DNA 분자 및 다른 생물질과 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자는 약 19℃ 이하의 온도에서 상기 DNA 분자에 포함된 뉴클레오티드에 상보적인 염기 서열을 포함하는 DNA 표적 물질과 혼성화될 수 있다. 그러나, 약 19℃를 초과하는 온도, 예를 들어, 상온(room temperature)에서는 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자는 구조적인 변화, 즉, 변성(denaturation)이 일어나기 때문에, 다른 DNA 분자 뿐만 아니라 다른 생물질과도 결합하지 않거나 또는 검출불가능하게 결합한다. 또한, 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자는 표적 물질, 프로브 물질 및 다른 시약과 같은, 생체 물질이기 때문에, 마이크로어레이를 이용한 시료 분석 반응에 있어서, 생물학적 및/또는 생화학적으로 생체 친화적인 반응 조건을 제공하여 상기 표적 물질과 상기 프로브 물질 간의 결합이 아닌 다른 물리적, 화학적, 생물학적 및/또는 생화학적인 결합을 억제할 수 있다. 따라서, 생물학적 시료 분석 반응에 있어서, 상기 프로브 물질과 상기 표적 물질의 결합을 약 19℃를 초과하는 온도에서 수행하게 되면, 상기 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막은 상기 스팟 영역에 포함된 상기 프로브 물질과 상기 표적 물질의 결합을 더욱 촉진시킬 수 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 상기 스팟 영역 (300) 및 상기 DNA를 포함하는 막 (200)은 기판 (100) 상에 형성되어 있다. 상기 기판 (100)은 검출하고자 하는 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질이 결합될 수 있는 물질, 예를 들어, 실리콘, 유리, 금속, 플라스틱 및 세라믹으로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 않는다. 상기 기판 (100)은 예를 들면, 실리콘 재질인 경우 접합 전에 산화막인 SiO ₂ 로 처리될 수 있다. 상기 기판 (100)의 표면은 상기 스팟 영역 (300)에 포함되는 프로브 물질 및 상기 막 (200)에 포함되는 DNA 분자와의 결합을 위하여 링커, 아민기, 카르복실기, 에폭시기, 설퍼기, 알데히드기, 활성화된 에스테르, 말레이미드 및 탄수화물으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아닌 물질로 처리될 수 있다. 상기 기판 (100)은 도 1에 나타난 바와 같은 평면(평판) 형상 뿐만 아니라, 비드(bead) 형상, 또는 구 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는, 기판 상에 DNA 분자를 포함하는 막 및 상기 막 상에 형성된 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 포함하는 마이크로어레이의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2에 나타난 바와 같이, DNA 분자를 포함하는 막 (200)은 기판 (100) 상에 형성되어 하나의 층(layer)를 이루고 있다. 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역 (300)은 상기 막 (200) 상에 형성되어 있다. 상기 프로브 물질은 상기 막 (200)에 포함된 DNA 분자와 직접 또는 링커에 의해 결합될 수 있다. 상기 막 (200)에 포함된 DNA 분자는 상기 스팟 영역 (300)에 포함된 프로브 물질과 상기 기판 (100)을 연결하는 링커 역할을 수행할 수 있다.

도 3은, DNA 분자에 포함된 뉴클레오티드의 수에 따른 혼성화 정도를 나타낸 도면이다.

뉴클레오티드의 개수에 따른 DNA 분자의 혼성화 정도를 확인하기 위하여, 다음 단계에서 형광 물질을 부착하기 위한 3'-비오틴이 결합된 표적 물질 QC 올리고 1 (5' TTCCAGGGCGCGAGTTGATAGCTGG-biotin 3')을 45 ℃에서, 100 pM로 1 내지 25개 의 뉴클레오티디를 각각 포함하는 단일 가닥 DNA 분자에 처리한 후, 상기 표적 물질과 상기 DNA 분자의 결합에 의해 발광되는 형광을 측정했다. 상기 측정 결과를 도 3에 나타냈다. 상기 측정 결과는 스캐닝 장치를 이용하여 스캐닝하여 형광 신호를 검출하고, 검출된 형광 신호를 색으로 구성된 이미지 데이터의 형태로 그래픽 인터페이스를 이용하여 그래프로 나타낸 것이다. 상기 측정 결과에 의하면, 1 내지 10개의 뉴클레오티드를 포함하는 단일 가닥 DNA 분자의 경우, 약 60 FU 값의 형광도를 나타냈고, 상기 값은 오차 범위의 내에서 유지했다. 반면, 10개를 초과하는 뉴클레오티드를 포함하는 단일 가닥 DNA 분자의 경우, 형광도는 약 150 내지 1100 FU 값 이상으로 급격히 증가했다. 상기 측정 결과에 의하면, 10개를 초과하는 뉴클레오티드를 포함하는 단일 가닥 DNA 분자는 상기 표적 물질과의 혼성화가 활발하게 이루어지는 반면, 1 내지 10개의 뉴클레오티드를 포함하는 단일 가닥 DNA 분자는 상기 표적 물질과의 혼성화가 상대적으로 덜 이루어지는 것으로 나타났다.

도 4는, 스팟 영역 및 헥사-에틸렌 글리콜(hexa-ethylene glycol)을 포함하는 막을 포함하는 마이크로어레이에 표적 물질 시료를 접촉시킨 후, 발광된 형광을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.

도면 부호 400 및 500은 각각 일 실시예에 따른 형광도 측정 실험에 있어서 그 결과를 나타내는 스팟 영역 및 헥사-에틸렌 글리콜을 포함하는 막 부분을 나타낸다. 도 4에서 나타난 바와 같이, 일 실시예에 따른 마이크로어레이는 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역 (400) 및 헥사-에틸린 글리콜을 포함하는 막으로 처리된 부분 (500)을 포함한다. 상기 표적 물질은 QC 올리고 1 (5' TTCCAGGGCGCGAGTTGATAGCTGG-biotin 3')이고, 상기 표적 물질은 형광 물질을 부착하기 위한 비오틴이 결합되어 있으며, 상기 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질은 DNA 올리고머 (5' CCAGCTATCAACTCGCGCCCTGGAA 3')이다. 상기 스팟 영역 (400)에 해당하는 부분은 형광의 세기가 강하게 나타났다. 그러나, 헥사 에틸렌 글리콘을 포함하는 막 부분 (500)은 비록 상기 스팟 영역 (400)의 형광 세기보다는 약하지만, 검출가능한 형광이 측정되었다. 상기 막 부분 (500)과 같이, 스팟 영역 (400) 이외의 부분에 검출가능한 형광이 나타나는 것은 검출 감도를 감소시키는 원인이 될 수 있다.

도 5는, 스팟 영역, 헥사-에틸렌 글리콜을 포함하는 막, 및 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막을 포함하는 마이크로어레이에 표적 물질 시료를 접촉시킨 후, 발광된 형광을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.

도면 부호 400, 500, 및 600은 각각 일 실시예에 따른 형광도 측정 실험에 있어서 그 결과를 나타내는 스팟 영역, 헥사-에틸렌 글리콜을 포함하는 막 부분, 및 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막 부분을 나타낸다.

도 5에서 나타난 바와 같이, 일 실시예에 따른 마이크로어레이는 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역 (400), 헥사-에틸린 글리콜을 포함하는 막 부분 (500), 및 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막 부분 (600)을 포함한다. 상기 표적 물질은 QC 올리고 1 (5' TTCCAGGGCGCGAGTTGATAGCTGG-biotin 3')이고, 상기 표적 물질은 형광 물질을 부착하기 위한 비오틴이 결합되어 있으며, 상기 표적 물질과 결합할 수 있는 프로브 물질 은 DNA 올리고머 (5' CCAGCTATCAACTCGCGCCCTGGAA 3')이다. 상기 스팟 영역 (400)에 해당하는 부분은 형광의 세기가 강하게 나타났다. 그러나, 헥사 에틸렌 글리콘을 포함하는 막 부분 (500)은 비록 상기 스팟 영역 (400)의 형광의 세기보다는 약하지만, 검출가능한 형광이 나타났다. 한편, 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막 부분 (600)은 상기 스팟 영역에 해당하는 부분 (400)의 형광의 세기 및 상기 헥사 에틸렌 글리콘을 포함하는 막 부분 (500)의 형광의 세기보다 더 약하게 나타났다. 따라서, 도 4에서 나타난 측정 결과와 비교했을 때, 마이크로어레이 상에 스팟 영역 이외의 영역에 2 이상, 예를 들면, 2 내지 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막 (600)을 형성할 경우 검출하고자 하는 표적 물질을 더 명확하게 검출할 수 있다.

도 1은, 기판 상에 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역 및 상기 스팟 영역 이외의 부분에 형성된 DNA 분자를 포함하는 막을 포함하는 마이크로어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2는, 기판 상에 DNA 분자를 포함하는 막 및 상기 막 상에 형성된 프로브 물질을 포함하는 스팟 영역을 포함하는 마이크로어레이의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3은, DNA 분자에 포함된 뉴클레오티드의 수에 따른 혼성화 정도를 나타낸 도면이다.

도 4는, 스팟 영역 및 헥사-에틸렌 글리콜(hexa-ethylene glycol)을 포함하는 막을 포함하는 마이크로어레이에 표적 물질 시료를 접촉시킨 후, 발광된 형광을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.

도 5는, 스팟 영역, 헥사-에틸렌 글리콜을 포함하는 막, 및 6개의 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 분자를 포함하는 막을 포함하는 마이크로어레이에 표적 물질 시료를 접촉시킨 후, 발광된 형광을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.