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KR100552705B1 - 전기수력학적(Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ)현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치및 그 프린팅 방법 - Google Patents

전기수력학적(Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ)현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치및 그 프린팅 방법 Download PDF

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KR100552705B1
KR100552705B1 KR1020040000882A KR20040000882A KR100552705B1 KR 100552705 B1 KR100552705 B1 KR 100552705B1 KR 1020040000882 A KR1020040000882 A KR 1020040000882A KR 20040000882 A KR20040000882 A KR 20040000882A KR 100552705 B1 KR100552705 B1 KR 100552705B1
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electrode
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electrohydrodynamic
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치 및 그 프린팅 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치는, 공급되는 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류 등과 같은 생체분자 용액이 토출가능한 토출구를 갖는 캐피럴리(capillary); 적어도 하나의 상기 캐피럴리를 지지하는 프린터몸체; 상기 생체분자의 고정화를 위한 표적표면을 가지며, 상기 토출구의 하방에 설치되는 기판; 상기 토출구의 테두리부를 따라 상기 프린터몸체에 설치되는 전계형성 제1전극; 상기 전계형성 제1전극과 소정 간격 이격되어 설치되는 전계형성 제2전극; 및 상기 전계형성 제1전극 및 상기 전계형성 제2전극에 전기적으로 결합되며, 상기 토출구에 매달려 있는 상기 생체분자 용액의 주위로 전기장이 형성되도록 상기 전계형성 제1전극 및 상기 전계형성 제2전극에 교류전압을 인가하여, 상기 전기장 분포와, 자유계면을 갖는 상기 생체분자 용액 및 대기의 전기 유전율 구배의 상호 작용으로 인하여 상기 생체분자 용액 주위로부터 상기 생체분자 용액으로의 전기력을 발생시켜 소정 크기의 상기 생체분자 용액을 상기 기판의 표적표면으로 떨어뜨리는 전압인가장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하므로 생체분자 스폿의 정렬(alignment)이 용이하고 특히 프린터몸체와 기판 사이의 정렬이 다소 틀리더라도 정확하고 재현성 있는 생체분자 스폿팅이 가능하며 또한 실리콘 직접화가 가능하고 스폿팅 시간을 종래에 비하여 단축할 수 있으며 균일한 양을 스폿팅할 수 있을 뿐만 아니라 열에 민감한 단백질 분자, 중성적 성질을 갖는 생체분자 등에도 적용할 수 있게 된다.
바이오칩, DNA 마이크로어레이, 생체분자, 프린팅(printing), 전기수력학, Electrohydrodynamic, EHD

Description

전기수력학적(Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치 및 그 프린팅 방법{Device for printing biomolecule using electrohydrodynamic effect on substrate and printing method thereof}
도 1은 핀(pin)을 이용하여 기판에 생체분자를 프린팅(printing)하는 종래의 방법을 도시한 도면,
도 2는 잉크젯(inkjet)을 이용하여 기판에 생체분자를 프린팅(printing)하는 종래의 방법을 도시한 도면,
도 3은 전기장을 이용하여 기판에 생체분자를 프린팅(printing)하는 종래의 방법을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도,
도 5는 도 4의 장치의 프린터몸체의 저면도,
도 6은 도 4의 장치의 기판의 평면도,
도 7은 도 4의 장치에서 생체분자 용액에 전기수력학적(EHD) 힘이 가해진 상태를 도시한 도면,
도 8은 도 4의 장치에서 생체분자 용액이 전기수력학적(EHD) 힘에 의해 변형 되는 상태를 도시한 도면,
도 9는 도 4의 장치에서 생체분자 용액이 전기수력학적(EHD) 힘에 의해 분리되는 상태를 도시한 도면,
도 10은 도 4의 장치에서 생체분자 용액이 전기수력학적(EHD) 힘에 의해 분리되어 프린팅된 상태를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도,
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도,
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도,
도 14는 본 발명의 제5실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도,
도 15는 도 14의 장치를 사용하여 기판에 생체분자를 프린팅하는 모습을 도시한 도면,
도 16은 본 발명의 제6실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도,
도 17a 내지 도 17d는 도 4의 장치를 이용하여 실리콘 기판에 생체분자 용액을 프린팅한 실시예1의 프린팅 과정을 촬영한 사진들,
도 18a 내지 도 18f는 도 13의 장치를 이용하여 실리콘 기판에 생체분자 용 액을 프린팅한 실시예2의 프린팅 과정을 촬영한 사진들,
도 19a 내지 도 19b는 도 16의 장치를 이용하여 실리콘 기판에 생체분자 용액을 프린팅한 실시예3의 프린팅 과정을 촬영한 사진들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : EHD 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치
3 : 생체분자 용액 10 : 캐피럴리(capillary)
11 : 토출구 20 : 프린터몸체
30 : 기판(substrate) 31 : 표적표면
40 : 전계형성 제1전극 41 : 제1전극리드선
50 : 전계형성 제2전극 51 : 제2전극리드선
60 : 전압인가장치 70 : 전도성원형밴드
80 : 스테이지(stage)
본 발명은, 전기수력학적(Electrohydrodynamic, EHD) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치 및 그 프린팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류 등과 같은 생체분자(biomolecule) 용액을 고체 기판 표면 위로 떨어뜨려 고정화시켜 바 이오칩 또는 DNA 마이크로어레이를 제작하기 위하여 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치 및 그 프린팅 방법에 관한 것이다.
인간　지놈　프로젝트의　경이적인　진행과 함께, 유전병의 진단, 치료 및 예방에 있어서 막대한 양의　유전자　정보를 신속히 제공할 수 있는 방법에 대한 요구가 크게 증가하였다. 그　때까지　염기서열　분석법으로　사용되어　온　생거(Sanger)의 방법은 DNA를 복제하는 중합효소연쇄반응(PCR; polymerase chain reaction)법의 개발 및 이의 자동화 등에 의해 꾸준히 발전하였음에도 불구하고, 과정이 번거롭고 많은 시간과 노력, 비용 및 고도의 숙련도를 필요로 하기 때문에,　방대한 양의 유전자를 분석할 수 없어, 새로운 염기서열　분석 시스템이 끊임없이 모색되었다. 이러한 시대적　필요에 의해 지난 수년간 바이오칩(Biochip) 또는 DNA 마이크로어레이(DNA Microarray)의 제작 및 이용기술과 관련된 많은 부분에서 진보가 있었다.
바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이란 실리콘, 표면개질유리，폴리프로필렌, 활성화 폴리아크릴아미드와 같은 고체 표면에 염기서열이　알려진 작게는 수 개, 크게는 수백 개의 염기　크기의 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프로브(probe)를 수백 내지 수십만 개의 정해진 위치에 부착시켜 미세집적(microarray)시킨 것을 통칭한다. 이러한 바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이에 분석하고자 하는 표적 DNA(target DNA) 단편을 결합시키면,　바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이에 부착되어 있는 프로브들과 표적 DNA 단편상의 염기서열의 상보적인 정도에 따라 각기 다른 혼성화 결합(hybridization) 상태를 이루게 되는데, 이를 광학적인 방법　또는 방사능 화학적 방법 등을 통해 관찰 해석함으로써 표적 DNA의 염기서열을 분석할 수 있다(sequencing by hybridization; SBH).
바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이는 DNA 분석 시스템의 소형화를 이루어 극미량의 시료만으로도 유전자 분석이　가능하며 표적 DNA 상의 여러　군데의 염기서열을 동시에 규명할 수 있어 저렴할 뿐만 아니라 신속하게 유전 정보를 제공할 수 있다. 또한, 바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이는　방대한 양의 유전 정보를 단시간 내에 동시에 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 유전자간의 상호 연관성까지 규정할 수 있게 되어 앞으로는 유전병 및 암의 진단, 돌연변이의 탐색, 병원균의 검출, 유전자 발현 분석 및 신약 개발 등 폭넓은 분야에서 응용될 수 있으리라고 예상된다. 또한, 미생물이나 환경오염의 감지기로 이용하여, 해독물질에 대한 유전자를 찾아내어 유전자 재조합 기술을 적용함으로써, 해독물질을 대량 생산하거나 의약용 농작물, 저지방 함유 육류의 생산에도 응용할 수 있는 등 거의 대부분의 생물관련 산업에 이용되어 혁명적인 발전을 가져다 줄 수 있다.
바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이는　사용된　프로브의 종류에 따라　올리고칩(oligo chip)과 cDNA 칩으로 구분하기도 하고, 제작된 방법에 따라 포토리쏘그래피 칩과 핀 방식의 스폿팅 칩(spotting chip), 잉크젯 방식의 스폿팅 칩으로 분류하기도 한다. 도 1 및 도 2는 각각 핀(pin)과 잉크젯(inkjet)을 이용하여 기판에 생체분자를 프린팅하는 종래의 방법을 도시한 도면들로서, 이들 방식은 핀(110)을 이용하거나 잉크젯(110a)을 이용하여 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein) 류, 올리고펩티드류 등의 생체분자(biomolecule) 용액(103)을 고체 기판(130) 표면 위로 떨어뜨려 바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이(130)에 고정화시키고 있다.
그러나, 핀을 이용한 경우에는, 핀으로 생체분자를 한 번 프린팅한 뒤 씻어서 다른 생체분자를 다시 프린팅하게 되므로 99% 이상의 생체분자들을 버리게 되고, 또한 스폿의 크기도 다소 불규칙하며, 간혹 핀이 막히는 현상도 발생할 뿐만 아니라 핀의 수명도 길지 못하고 스폿팅 시간에 따라 농도도 변화하며 모세관 넥킹에 의하므로 프린팅하는데 장시간 소요되고 무엇보다도 정확한 정렬(Alignment)이 요구되는 등의 여러 가지 문제점이 있었다. 또한 잉크젯을 이용하는 경우에는, 잉크젯을 이용하기 위하여 버블젯(bubble jet) 방식이 사용될 경우 순간적으로 초고온의 열이 필요하므로 생체분자 중 열에 민감한 것은 열에 의한 영향을 받을 수 있으며 간혹 노즐(nozzle)의 막힘 현상도 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 이러한 문제점을 고려하여 최근 전기장을 이용하여 기판에 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법이 EP 제1,157,737호 등에 소개된 바 있다. 이 방법은 프로브 DNA 용액(Probe DNA Solution)이 음전하를 띈 성질을 이용하여 전압인가장치(160)로 캐피럴리 지지부(Capillary Holder)(120) 전체에 음전하를 걸어주고 기판(Substrate)(130)은 양(Positive) 극성을 갖게 함으로써 캐피럴리(110)에 있는 프로브 DNA 용액(Probe DNA Solution)(103)이 기판(130)으로 끌리어 떨어지도록 하고 있다.
그런데, 위에서 전술한 종래의 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치 및 그 프린팅 방법에 있어서는, 실제로 DNA 용액이 다양한 염류에 의하여 구성되어 있 어서 상당량의 양전하를 가지고 있으므로 실제 직류전압(DC전압)만을 걸었을 때는 프로브 DNA 용액(Probe DNA Solution)이 잘 프린팅(Printing)되지 않으므로 실용화하기가 난이한 문제점이 있었다. 또한, 단백질류는 꼭 음전하가 아니며 PNA(Peptide Nucleic Acid)등 일부 핵산은 중성적 성질을 가지고 있으므로 이러한 생체분자에는 적용이 거의 불가능한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하므로 생체분자 스폿의 정렬(alignment)이 용이하고 특히 프린터몸체와 기판 사이의 정렬이 다소 틀리더라도 정확하고 재현성 있는 생체분자 스폿팅이 가능하며 또한 실리콘 직접화가 가능하고 스폿팅 시간을 종래에 비하여 단축할 수 있으며 균일한 양을 스폿팅할 수 있을 뿐만 아니라 열에 민감한 단백질 분자, 중성적 성질을 갖는 생체분자 등에도 적용할 수 있는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치 및 그 프린팅 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공급되는 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류 등과 같은 생체분자 용액이 토출가능한 토출구를 갖는 캐피럴리(capillary); 적어도 하나의 상기 캐피럴리를 지지하는 프린터몸체; 상기 생체분자의 고정화를 위한 표적표면을 가지며, 상기 토출구의 하방에 설치되 는 기판; 상기 토출구의 테두리부를 따라 상기 프린터몸체에 설치되는 전계형성 제1전극; 상기 전계형성 제1전극과 소정 간격 이격되어 설치되는 전계형성 제2전극; 및 상기 전계형성 제1전극 및 상기 전계형성 제2전극에 전기적으로 결합되며, 상기 토출구에 매달려 있는 상기 생체분자 용액의 주위로 전기장이 형성되도록 상기 전계형성 제1전극 및 상기 전계형성 제2전극에 교류전압을 인가하여, 상기 전기장 분포와, 자유계면을 갖는 상기 생체분자 용액 및 대기의 전기 유전율 구배의 상호 작용으로 인하여 상기 생체분자 용액 주위로부터 상기 생체분자 용액으로의 전기력을 발생시켜 소정 크기의 상기 생체분자 용액을 상기 기판의 표적표면으로 떨어뜨리는 전압인가장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(EHD)현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 전압인가장치는 교류전압과 직류전압을 함께 인가할 수 있으며, 전기장 형성을 위하여 교류전압을 인가할 때 실질적으로 동시에 직류전압을 함께 인가하는 것이 생체분자를 프린팅(Printing)하는 시간을 단축하는데 유리하다.
그리고, 상기 직류전압은 500V∼300,000V로, 상기 교류전압은 500V∼300,000V로 결정되는 것이 일반적이다.
이 때, 상기 교류전압은 40Hz∼1,000Hz의 주파수로 결정될 수 있다.
그리고, 상기 기판은 실리콘으로 제작되는 것이 실리콘 직접화를 할 수 있어 바람직하다.
한편, 상기 전계형성 제1전극은 금으로 제작된 원형전극인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전계형성 제1전극에 대향되게 상기 기판의 표적표면의 둘레를 따라 설치되는 전도성원형밴드를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전도성원형밴드는 상기 토출구와 대략 직교하도록 배치된다.
또한, 상기 전계형성 제2전극은 상기 전도성원형밴드이며, 상기 전도성원형밴드는 금으로 제작되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전계형성 제2전극은 상기 기판을 지지하는 스테이지(stage)에 설치될 수도 있다.
또한, 상기 전도성원형밴드의 내부 및 외부의 상기 기판 표면은 용액의 접촉각을 높여 용액이 옆으로 흐르지 않도록 소수성(hydrophobic) 처리하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 캐피럴리는 상기 프린터몸체에 복수개 마련되며, 상기 캐피럴리의 토출구는 상기 프린터몸체에 상기 기판 상의 상기 각 표적표면과 동일 피치로 배열되는 것이 동시에 여러 개의 다른 종류의 생체분자를 프린팅할 수 있어 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, (a) 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류 등과 같은 생체분자 용액이 토출가능한 토출구를 갖는 캐피럴리로 상기 생체분자 용액을 공급하는 단계; 및 (b) 상기 토출구에 매달려 있는 상기 생체분자 용액의 주위로 전기장이 형성되도록, 교류전압을 인가할 수 있는 전압인가장치에 전기적으로 연결되며 상기 토출구의 테두리부를 따라 설치되는 전계형성 제1전극과, 상기 전계형성 제1전극과 소정 간격 이격되어 설치되며 상 기 전압인가장치에 전기적으로 연결된 전계형성 제2전극에 교류전압을 인가하여 상기 전기장 분포, 자유계면을 갖는 상기 생체분자 용액 및 대기의 전기 유전율 구배의 상호 작용으로 인하여 상기 생체분자 용액 주위로부터 상기 생체분자 용액으로의 전기력을 발생시켜 소정 크기의 상기 생체분자 용액을 상기 토출구의 하방에 설치되는 기판의 상기 생체분자의 고정화를 위한 표적표면으로 떨어뜨리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법이 제공된다.
여기서, 상기 (b) 단계는 교류전압을 인가할 때 실질적으로 동시에 직류전압을 함께 인가하는 것이 프린팅(Printing) 시간을 단축하는데 유리하다.
그리고, 상기 직류전압은 500V∼300,000V로, 상기 교류전압은 500V∼300,000V로 결정되는 것이 일반적이다.
이 때, 상기 교류전압은 40Hz∼1,000Hz의 주파수로 결정될 수 있다.
그리고, 상기 기판은 실리콘으로 제작되는 것이 실리콘 직접화를 할 수 있어 바람직하다.
한편, 상기 전계형성 제1전극은 금으로 제작된 원형전극인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전계형성 제1전극에 대향되게 상기 기판의 표적표면의 둘레를 따라 설치되는 전도성원형밴드를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전도성원형밴드는 상기 토출구와 대략 직교하도록 배치된다.
한편, 상기 전계형성 제2전극은 상기 전도성원형밴드이며, 상기 전도성원형밴드는 금으로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전계형성 제2전극은 전극판이며 상기 기판을 지지하는 스테이지(stage)에 설치될 수도 있다.
그리고, 상기 전도성원형밴드의 내부 및 외부의 상기 기판 표면은 용액의 접촉각을 높여 용액이 옆으로 흐르지 않도록 소수성(hydrophobic) 처리된 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b)단계는 상기 기판 상의 상기 각 표적표면과 동일 피치로 배열되는 복수개의 토출구에 의하여 수행되는 것이 동시에 여러 개의 다른 종류의 생체분자를 프린팅할 수 있어 바람직하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도이고, 도 5는 도 4의 장치의 프린터몸체의 저면도이며, 도 6은 도 4의 장치의 기판의 평면도로서, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치(1)는, 생체분자 용액(3)이 토출가능한 토출구(11)를 갖는 캐피럴리(capillary)(10)와, 캐피럴리(10)를 지지하는 프린터몸체(20)와, 생체분자의 고정화를 위한 표적표면(31)을 가지며 토출구(11)의 하방에 설치되는 기판(substrate)(30)과, 토출구(11)의 테두리부를 따라 프린터몸체(20)에 설치되는 전계형성 제1전극(40)과, 전계형성 제1전극(40)과 소정 간격 이격되어 설치되는 전계형성 제2전극(50)과, 전계형성 제1전극(40) 및 전계형성 제2전극(50)에 전기적으로 결합되어 교류전압을 인가하는 전압인가장치(60)를 구비한다.
캐피럴리(10)에는 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류 등과 같은 생체분자가 공급되어 저장되게 된다. 캐피럴리(10)는 관 형태로서 하부에 토출구(11)를 가지고 있지만 관의 직경이 미세하기 때문에 외부에서 힘이 가해지지 않으면 생체분자 용액(3)이 표면장력에 의해 중력을 이기고 토출구(11)에 매달려 있게 된다.
그리고, 프린터몸체(20)는 PMMA(polymethlymethacrylate)으로 제작될 수도 있는데, 캐피럴리(10)를 지지하게 된다. 본 실시 예에서는 하나의 캐피럴리(10)를 지지하고 있으나 복수의 캐피럴리(10)를 지지하는 것이 일반적이다.
또한 바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이를 구성하는 기판(30)은, 생체분자가 프린팅되는 표적표면(31)을 가지며, 본 실시 예에서 실리콘으로 제작되지만, 유리, ITO(산화인듐주석)코팅 유리(glass), 플라스틱류 등으로 대체될 수 있음은 물론이다. 그리고 후술할 전도성원형밴드(70)의 내부 및 외부의 기판(30) 표면은 소수성(hydrophobic)처리하여 생체분자 용액(3)의 접촉각을 높여 생체분자 용액(3)이 옆으로 흐르지 않도록 하고 있다.
한편, 전기장을 형성하기 위한 전계형성 제1전극(40)은 토출구(11)의 테두리부를 따라 프린터몸체(20)에 설치되며 전극제1리드선(41)에 의하여 전압인가장치(60)에 전기적으로 연결되어 있는데, 본 실시 예에서는 금으로 제작된 원형전극이 사용된다. 본 실시 예에서는 금으로 제작되나 금 이외에 백금, 구리, 전도성 폴리머류, 카본나노튜브(carbon nano tube) 등과 같이 전압이 인가될 수 있 는 전도체로 만들어질 수 있음은 물론이다.
그리고 전계형성 제2전극(50)은 전계형성 제1전극(40)과 소정 간격 이격되어 설치되어 전압이 인가되면 전계형성 제1전극(40)과 함께 전기장을 형성하게 된다. 본 실시 예에서 전계형성 제2전극(50)은 전계형성 제1전극(40)에 대향되게 기판(30)의 표적표면(31)의 둘레를 따라 설치되는 전도성원형밴드(70)로서, 전도성원형밴드(70)는 토출구(11)와 대략 직교하도록 배치되어야 하며, 금으로 제작된다. 이러한 전도성원형밴드(70)는 전극제2리드선(51)에 의하여 전압인가장치(60)에 전기적으로 연결되어 있다. 본 실시 예에서는 전도성원형밴드(70)가 금으로 제작되었지만, 백금, 구리, 전도성 폴리머, 카본나노튜브(carbon nano tube) 등과 같이 전압이 인가될 수 있는 전도체로 만들어질 수 있음은 물론이다.
또한 전계형성 제1전극(40) 및 전계형성 제2전극(50)에 전기적으로 연결되어 있는 전압인가장치(60)는, 토출구(11)에 매달려 있는 생체분자 용액(3)의 주위로 전기장이 형성되도록 전계형성 제1전극(40) 및 전계형성 제2전극(50)에 교류전압을 인가하여, 전기장 분포와, 자유계면을 갖는 생체분자 용액(3) 및 대기의 전기 유전율 구배의 상호 작용으로 인하여 생체분자 용액(3) 주위로부터 생체분자 용액(3)으로의 전기력을 발생시켜 소정 크기의 상기 생체분자 용액(3)을 기판(30)의 표적표면(31)으로 떨어뜨리게 된다. 전압인가장치(60)는, 직류(DC)전압과 교류(AC)전압을 특정 주파수로 동시에 인가할 수 있는 구조로 되어 있으며 본 실시예에서는 전기장 형성을 위하여 교류전압을 인가할 때 실질적으로 동시에 직류전압을 함께 인가하여 생체분자의 기판(30)으로의 프린팅 시간을 단축시키고 있다. 고전압의 범위는 직류 전압의 경우 500V∼300,000V 사이에서, 교류전압의 경우 500V∼300,000V 사이에서 결정되며, 교류전압의 주파수 범위는 40Hz∼1,000Hz 사이에서 결정된다.
이러한 구성에 의하여, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류 등과 같은 생체분자 용액(3)이 토출가능한 토출구(11)를 갖는 캐피럴리(10)로 생체분자 용액(3)을 공급한다. 이 때 캐피럴리(10)는 관 형태로서 하부에 토출구(11)를 가지고 있지만 관의 직경이 미세하기 때문에 외부에서 힘이 가해지지 않으면 생체분자 용액(3)이 표면장력에 의해 중력을 이기고 토출구(11)에 매달려 있게 된다.
그런 다음에 전압인가장치(60)로 전계형성 제1전극(40) 및 전계형성 제2전극(50)에 교류전압과 직류전압을 동시에 인가하여 토출구(11)에 매달려 있는 생체분자 용액(3)의 주위로 도 7과 같이 전기장이 형성되게 한다.
이와 같이, 토출구(11) 원주 방향의 접선 방향으로 작용하는 표면장력에 의해 중력을 이기고 매달려 있는 생체분자 용액(3)의 주변에 전기장이 가해지면, 도 7에서 도시된 바와 같이 접촉각과 곡률반경을 갖고 있는 생체분자 용액(3)의 주위로 곡선형의 전위선(Curved Electric potential line)이 분포하게 된다. 이 전기장 분포와 자유계면을 가진 생체분자 용액 액적(3)과 대기의 전기 유전율 구배의 상호작용으로 인하여 생체분자 용액 액적(3) 주위로부터 생체분자 용액 액적(3)으로의 전기수력학적(EHD) 힘(EHD force)이 발생하게 된다. 이 힘은 특히 생체분자 용액 액적(3) 하부면 보다 상부 캐피럴리(10) 면과 접촉하고 있는 접촉점 근처인 생체분자 용액 액적(3) 상부 쪽으로 더욱 강하게 작용하게 되어, 도 7과 같이 전체적으로 생체분자 용액 액적(3) 상부 쪽으로 집중 분포하게 된다. 이로 인해 생체분자 용액 액적(3)은 변형을 일으키게 되어 도 8과 같은 형태를 갖게 된다.
이 후 도 8과 같이 상부가 잘록하게 변형된 생체분자 용액 액적(3) 주위에 다시 더욱 더 구배가 진 전기장이 분포하게 되며, 이 결과 변형된 생체분자 용액 액적(3) 상부에 더욱 강한 전기수력학적(EHD) 힘(Force)이 집중하게 된다. 이 힘은 생체분자 용액 액적(3)을 더욱 변형시켜 도 9와 같이 상부 쪽에서 목 형상(Neck Shape)을 갖는 생체분자 용액 액적(3)을 야기하게 된다. 생체분자 용액 액적(3)의 목(Neck) 부위에서 더욱 집중되는 전기력에 의해 결국 생체분자 용액 액적(3)은 도 10과 같이 두 개의 생체분자 용액 액적(3)으로 분리되며, 이에 의하여 캐피럴리(10)의 토출구(11)에서 표면장력에 의해 매달려 있던 생체분자 용액 액적(3)이 하방에 배치된 기판(30)의 표적표면(target surface)(31)에 떨어뜨릴 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도이다. 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 지시되고 다소 변경되었으나 대응되는 구성요소에는 'a'가 부가되어 지시되며, 본 발명의 제2실시예에 대해서는 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 중복되므로 생략하기로 하고 다른 부분에 대해서만 설명 하기로 한다. 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치(1a)는, 제1실시예와 달리 전도성원형밴드(70)에 제1전극리드선이 연결되어 있지 않고 전극판(50a)이 실리콘 기판(30) 밑에 설치되어 EHD 현상을 유도하도록 하고 있다. 즉 본 실시예에서는 전계형성 제2전극이 실리콘 기판(30) 밑에 설치되는 전극판(50a)이 된다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도이다. 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 지시되고 다소 변경되었으나 대응되는 구성요소에는 'b'가 부가되어 지시되며, 본 발명의 제3실시예에 대해서는 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 중복되므로 생략하기로 하고 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다. 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치(1b)는, 제1실시예와 달리 전도성원형밴드가 설치되어 있지 않으며 전극판(50b)이 실리콘 기판(30) 밑에 설치되어 전기수력학적(EHD) 현상을 유도하도록 하고 있다. 즉 본 실시예에서도 전계형성 제2전극이 실리콘 기판(30) 밑에 설치되는 전극판(50b)이 되며, 본 실시예는 제2실시예와 달리 전도성원형밴드가 설치되어 있지 않는 구성을 갖는다.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도이다. 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 지시되고 다소 변경되었으나 대응되는 구성요소에는 'c'가 부가되어 지시되며, 본 발명의 제4실시예에 대해서는 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 중복되므로 생략하기로 하고 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다. 도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치(1c)는, 제1실시예와 달리 전계형성 제2전극에 해당하는 전도성원형밴드(50c)가 실리콘 기판(30)을 지지하는 스테이지(stage)(80)에 설치되어 전기수력학적(EHD) 현상을 유도하도록 하고 있다. 본 실시예에서처럼 제2전극리드선(51c)이 연결된 전계형성 제2전극(50c)을 실리콘 기판(30) 밑의 스테이지(80)에 설치하면 실리콘 기판(30)이 프린팅을 위해 스테이지 또는 컨베이어 등을 이동할 때 전압인가장치(60)와의 연결에서 자유로워질 수 있으므로 연속하는 다른 실리콘 기판(30)에 연속적으로 생체분자를 프린팅할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 제5실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도이다. 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 지시되고 다소 변경되었으나 대응되는 구성요소에는 'd'가 부가되어 지시되며, 본 발명의 제5실시예에 대해서는 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 중복되므로 생략하기로 하고 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다. 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명의 제5실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치(1d)는, 제1실시예와 달리 전극판(50d)이 실리콘 기판(30) 밑에 설치되어 전기수력학적(EHD) 현상을 유도하도록 하고 있으며 다시 말해서 전계형성 제2전극이 실리콘 기판(30) 밑에 설치되는 전극판(50d)이 된다. 또한 프린터몸체(20)에 복수개의 캐피럴리(10)가 설치되어 복수개의 토출구(11)를 형성하며 기판(30)에는 토출구(11)에 대향되며 복수개의 표적표면(31)이 마련되어 있고 표적표면(31)의 둘레에는 복수개의 전도성원형부재(70)가 마련되어 있다. 즉 캐피럴리(10)는 프린터몸체(20)에 복수개 마련되며 캐피럴리(10)의 토출구(11)는 프린터몸체(20)에 기판(30) 상의 각 표적표면(31)과 동일 피치로 배열되어 있게 된다. 본 실시예는 다른 종류의 생체분자들을 동시에 프린팅하고자 할 때에 특히 유익하게 된다. 도 15는 도 14의 장치를 사용하여 기판에 생체분자를 프린팅하는 모습을 도시한 도면으로서, 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하여 여러 장의 실리콘 기판(30d) 즉 바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이를 제작하는 상태를 도시하고 있는데 이에 도시된 바와 같이 하나의 실리콘 기판(30d)에 생체분자 프린팅이 끝나면 자동으로 기판(30d)이 이동하고 다른 기판(30d)에 연속적으로 생체분자를 프린팅할 수 있게 된다.
도 16은 본 발명의 제6실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치의 개략적 단면도이다. 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 지시되고 다소 변경되었으나 대응되는 구성요소에는 'e'가 부가되어 지시되며, 본 발명의 제6실시예에 대해서는 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 중복되므로 생략하기로 하고 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다. 도 16에 도시된 바와 같이 본 발명의 제6실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치(1e)는, 제1실시예와 달리 전계형성 제2전극에 해당하는 전도성원형밴드(50e)가 실리콘 기판(30e)을 지지하는 스테이지(stage)(80)에 설치되어 전기수력학적(EHD) 현상을 유도하도록 하고 있으 며, 제4실시예와는 달리 도 13에 도시된 제4실시예의 전도성원형밴드(70)가 본 실시예의 실리콘 기판(30e)에는 설치되지 않는다.
이하 본 발명에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치를 이용하여 프린팅 실시예에 대하여 도 4 및 도 5와 도 17a 내지 도 17d, 도 13과 도 18a 내지 도 18f, 그리고 도 16과 도 19a 내지 도 19b를 참조하여 상세하게 설명한다.
실시예1
프린터몸체(20)를 PMMA를 이용하여 제작하였으며 구리로 제작된 전도성원형밴드(70)를 토출구(11) 옆에 도 5와 같이 제작하였다. 전압인가장치(60)는 직류전압과 교류전압을 동시에 걸어줄 수 있도록 자체 제작하였으며, 도 4와 같이 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하여 기판에 생체분자 용액을 프린팅할 수 있는 장치를 구성하였다.
여기서의 실험은 증류수, 프로브 디엔에이(probe DNA) 용액, 단백질인 HBV 항체 용액(solution)을 가지고 실험을 하였다.
첫번째 실험으로 증류수를 이용하여 프린팅을 시도하였다. 전압인가장치(60)의 전압은 하부의 전극을 접지(Ground)전극으로, 상부의 전극을 작업전극으로 사용하였다. 여기서 전압인가장치(60)의 전압은 직류 1000V, 교류 1000V, 50Hz 로 고정한 후 도 17a와 액적이 형성되었을 때, 전압을 걸어주었다. 생체분자의 용액이 떨어지는 현상을 프레임 그래버(FRAME GRABBER)를 이용하여 사진을 찍었다. 도 17b에서 보는 바와 같이 전기수력학적(EHD)에 의해서 액적이 변형되었으며, 도 17c와 같 이 분리가 이루어지게 되며, 도 17d와 같이 완전히 분리된 상태의 액적이 형성되게 된다.
두번째 실험으로는 프로브 디엔에이(probe DNA)로 실험을 하였다. 이를 위하여 프로브 디엔에이 올리고머(Probe DNA oligomer)를 준비하였는데, 준비된 프로브 디엔에이 올리고머(Probe DNA oligomer)는, 완전히 매치되는 프로브 DNA 올리고머(Perfect matched probe DNA oligomer, WP MODY3 EXON 3-6, C6NH2-5′-CGGAGGAACCGTTTC-3′)로 하였다. 이 프로브 디엔에이를 100μM; PEG 100μM; Cy5 activate ester 3μM, DMSO 용액(solution)에 녹인 후 첫번째 실험과 같은 조건으로 테스트하였다. 결과는 첫번째 실험과 동일하였다.
세번째 실험으로는 HBV 항체를 PBS(phosphate buffered saline) 버퍼에 녹인 후 첫번째 실험과 같은 조건으로 테스트하였다. 결과는 첫번째 실험과 동일하였다.
실시예2
도 13에 도시된 본 발명의 제4실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치를 제작하여 실험을 하였다. 여기서의 실험도 마찬가지로 증류수, 프로브 디엔에이(probe DNA) 용액, 단백질인 HBV 항체 용액(solution)을 대상으로 하였다.
첫번째 실험으로 증류수를 이용하여 전기수력학적(EHD) 프린팅을 시도하였다. 전압인가장치(60)의 전압은 하부의 전극을 접지(Ground)전극으로, 상부의 전극을 작업전극으로 사용하였다. 여기사 전압인가장치(60)의 전압은 직류 1000V, 교류 2000V, 50Hz 로 고정한 후 도 18a와 같은 액적이 형성되었을 때 전압을 인가하였으며, 생체분자의 용액이 떨어지는 현상을 프레임 그래버(FRAME GRABBER)를 이용하여 사진을 찍었다. 도 18b는 전기수력학적(EHD) 현상이 발생하는 순간의 액적의 모습을 포착한 것이고, 도 18c에서는 전기수력학적(EHD) 현상에 의해서 액적이 변형되는 상태를 관찰할 수 있는데 도 18d는 변형 중인 액적의 모습을 포착한 것이다. 도 18e와 같이 전기수력학적(EHD) 현상에 의한 넥킹(Necking)으로 분리가 이루어지다가 결국에는 도 18f와 같이 액적이 완전히 분리되게 된다.
두번째 실험으로는 프로브 디엔에이(probe DNA)로 실험을 하였다. 이를 위하여 프로브 디엔에이 올리고머(Probe DNA oligomer)를 준비하였는데, 준비된 프로브 디엔에이 올리고머(Probe DNA oligomer)는, 완전히 매치되는 프로브 DNA 올리고머(Perfect matched probe DNA oligomer, WP MODY3 EXON 3-6, C6NH2-5′-CGGAGGAACCGTTTC-3′)로 하였다. 이 프로브 디엔에이를 100μM; PEG 100μM; Cy5 activate ester 3μM, DMSO 용액(solution)에 녹인 후 첫번째 실험과 같은 조건으로 테스트하였다. 결과는 첫번째 실험과 동일하였다.
세번째 실험으로는 HBV 항체를 PBS(phosphate buffered saline) 버퍼에 녹인 후 첫번째 실험과 같은 조건으로 테스트하였다. 결과는 첫번째 실험과 동일하였다.
실시예3
도 16에 도시된 본 발명의 제6실시예에 따른 전기수력학적 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치를 제작하여 실험을 하였다. 여기서의 실험 도 마찬가지로 증류수, 프로브 디엔에이(probe DNA) 용액, 단백질인 HBV 항체 용액(solution)을 대상으로 하였다.
첫번째 실험으로 증류수를 이용하여 전기수력학적(EHD) 프린팅을 시도하였다. 전압인가장치(60)의 전압은 하부의 전극을 접지(Ground)전극으로, 상부의 전극을 작업전극으로 사용하였다. 여기서 전압인가장치(60)의 전압은 직류 1000V, 교류 2500V, 50Hz 로 고정한 후 도 19a와 같은 액적이 형성되었을 때 전압을 인가하였으며, 생체분자의 용액이 떨어지는 현상을 프레임 그래버(FRAME GRABBER)를 이용하여 사진을 찍었다. 이 때에는 수 ㎲이하에서도 도 19b와 같이 액적이 완전히 분리되게 된다.
두번째 실험으로는 프로브 디엔에이(probe DNA)로 실험을 하였다. 이를 위하여 프로브 디엔에이 올리고머(Probe DNA oligomer)를 준비하였는데, 준비된 프로브 디엔에이 올리고머(Probe DNA oligomer)는, 완전히 매치되는 프로브 DNA 올리고머(Perfect matched probe DNA oligomer, WP MODY3 EXON 3-6, C6NH2-5′-CGGAGGAACCGTTTC-3′)로 하였다. 이 프로브 디엔에이를 100μM; PEG 100μM; Cy5 activate ester 3μM, DMSO 용액(solution)에 녹인 후 첫번째 실험과 같은 조건으로 테스트하였다. 결과는 첫번째 실험과 동일하였다.
세번째 실험으로는 HBV 항체를 PBS(phosphate buffered saline) 버퍼에 녹인 후 첫번째 실험과 같은 조건으로 테스트하였다. 결과는 첫번째 실험과 동일하였다.
이상과 같이, 기판(30) 상에 생체분자를 프린팅하는 장치를, 생체분자 용액(3)이 토출가능한 토출구(11)를 갖는 캐피럴리(capillary)(10)와, 캐피럴리(10)를 지지하는 프린터몸체(20)와, 생체분자의 고정화를 위한 표적표면(31)을 가지며 토출구(11)의 하방에 설치되는 기판(30)과, 토출구(11)의 테두리부를 따라 프린터몸체(20)에 설치되는 전계형성 제1전극(40)과, 전계형성 제1전극(40)과 소정 간격 이격되어 설치되는 전계형성 제2전극(50)과, 토출구(11)에 매달려 있는 생체분자 용액(3)의 주위로 전기장이 형성되도록 전계형성 제1전극(40) 및 전계형성 제2전극(50)에 교류전압을 인가하여, 전기장 분포와, 자유계면을 갖는 생체분자 용액(3) 및 대기의 전기 유전율 구배의 상호 작용으로 인하여 생체분자 용액(3) 주위로부터 생체분자 용액(3)으로의 전기력을 발생시켜 생체분자 용액(3)을 기판(30)의 표적표면(31)으로 떨어뜨리는 전압인가장치(60)로 구성함으로써, 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하므로 생체분자 스폿의 정렬(alignment)이 용이하고 특히 프린터몸체(20)와 기판(30) 사이의 정렬이 다소 틀리더라도 정확하고 재현성 있는 생체분자 스폿팅이 가능하며 또한 실리콘 직접화가 가능하고 스폿팅 시간을 종래에 비하여 단축할 수 있으며 균일한 양을 스폿팅할 수 있을 뿐만 아니라 열에 민감한 단백질 분자, 중성적 성질을 갖는 생체분자 등에도 적용할 수 있게 된다.
전술한 실시 예에서는, 전기장을 형성할 때 전계형성 제1전극(40) 및 전계형성 제2전극(50)에 교류전압과 직류전압을 동시에 인가하는 것에 대하여 상술하였으나, 프린팅이 원활하게 이루어질 수 있다면 교류전압 만을 인가할 수도 있음은 물론이다.
또한, 전술한 실시 예에서는 전계형성 제1전극(40)이 원형전극인 것에 대하여 상술하였으나, 다양한 형태의 전극을 사용할 수 있음은 당연하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전기수력학적(EHD) 현상을 이용하므로 생체분자 스폿의 정렬(alignment)이 용이하고 특히 프린터몸체와 기판 사이의 정렬이 다소 틀리더라도 정확하고 재현성 있는 생체분자 스폿팅이 가능하며 또한 실리콘 직접화가 가능하고 스폿팅 시간을 종래에 비하여 단축할 수 있으며 균일한 양을 스폿팅할 수 있을 뿐만 아니라 열에 민감한 단백질 분자, 중성적 성질을 갖는 생체분자 등에도 적용할 수 있도록 한 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치 및 그 프린팅 방법이 제공된다.

Claims (26)

  1. 공급되는 생체분자 용액이 토출가능한 토출구를 갖는 캐피럴리(capillary);
    상기 캐피럴리를 지지하는 프린터몸체;
    상기 생체분자의 고정화를 위한 표적표면을 가지며, 상기 토출구의 하방에 설치되는 기판;
    상기 토출구의 테두리부를 따라 상기 프린터몸체에 설치되는 전계형성 제1전극;
    상기 전계형성 제1전극과 소정 간격 이격되어 설치되는 전계형성 제2전극; 및
    상기 전계형성 제1전극 및 상기 전계형성 제2전극에 전기적으로 결합되며, 상기 토출구에 매달려 있는 상기 생체분자 용액의 주위로 전기장이 형성되도록 상기 전계형성 제1전극 및 상기 전계형성 제2전극에 교류전압을 인가하여, 상기 전기장 분포와, 자유계면을 갖는 상기 생체분자 용액 및 대기의 전기 유전율 구배의 상호 작용으로 인하여 상기 생체분자 용액 주위로부터 상기 생체분자 용액으로의 전기력을 발생시켜 소정 크기의 상기 생체분자 용액을 상기 기판의 표적표면으로 떨어뜨리는 전압인가장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압인가장치는 교류전압과 직류전압을 함께 인가할 수 있으며, 전기장 형성을 위하여 교류전압을 인가할 때 동시에 직류전압을 함께 인가하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직류전압은 500V∼300,000V이고, 상기 교류전압은 500V∼300,000V인 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교류전압은 40Hz∼1,000Hz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘으로 제작되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전계형성 제1전극은 금으로 제작된 원형전극인 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전계형성 제1전극에 대향되게 상기 기판의 표적표면의 둘레를 따라 설치되는 전도성원형밴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전도성원형밴드는 상기 토출구와 대략 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전계형성 제2전극은 상기 전도성원형밴드이며, 상기 전도성원형밴드는 금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전계형성 제2전극은 상기 기판을 지지하는 스테이지(stage)에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전도성원형밴드의 내부 및 외부의 상기 기판 표면은 용액의 접촉각을 높여 용액이 옆으로 흐르지 않도록 소수성(hydrophobic) 처리된 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 캐피럴리는 상기 프린터몸체에 복수개 마련되며, 상기 캐피럴리의 토출구는 상기 프린터몸체에 상기 기판 상의 상기 각 표적표면과 동일 피치로 배열되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  13. (a) 생체분자 용액이 토출가능한 토출구를 갖는 캐피럴리로 상기 생체분자 용액을 공급하는 단계; 및
    (b) 상기 토출구에 매달려 있는 상기 생체분자 용액의 주위로 전기장이 형성되도록, 교류전압을 인가할 수 있는 전압인가장치에 전기적으로 연결되며 상기 토출구의 테두리부를 따라 설치되는 전계형성 제1전극과, 상기 전계형성 제1전극과 소정 간격 이격되어 설치되며 상기 전압인가장치에 전기적으로 연결된 전계형성 제2전극에 교류전압을 인가하여 상기 전기장 분포, 자유계면을 갖는 상기 생체분자 용액 및 대기의 전기 유전율 구배의 상호 작용으로 인하여 상기 생체분자 용액 주위로부터 상기 생체분자 용액으로의 전기력을 발생시켜 소정 크기의 상기 생체분자 용액을 상기 토출구의 하방에 설치되는 기판의 상기 생체분자의 고정화를 위한 표적표면으로 떨어뜨리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 교류전압을 인가할 때 동시에 직류전압을 함께 인가하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 직류전압은 500V∼300,000V이고, 상기 교류전압은 500V∼300,000V인 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 교류전압은 40Hz∼1,000Hz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기수 력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘으로 제작되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 전계형성 제1전극은 금으로 제작된 원형전극인 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 전계형성 제1전극에 대향되게 상기 기판의 표적표면의 둘레를 따라 설치되는 전도성원형밴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전도성원형밴드는 상기 토출구와 대략 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 전계형성 제2전극은 상기 전도성원형밴드이며, 상기 전도성원형밴드는 금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 전계형성 제2전극은 전극판이며 상기 기판을 지지하는 스테이지(stage)에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 전도성원형밴드의 내부 및 외부의 상기 기판 표면은 용액의 접촉각을 높여 용액이 옆으로 흐르지 않도록 소수성(hydrophobic) 처리된 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 (b)단계는 상기 기판 상의 상기 각 표적표면과 동일 피치로 배열되는 복수개의 토출구에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 생체분자 용액은 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류인 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 장치.
  26. 제13항에 있어서,
    상기 생체분자 용액은 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류인 것을 특징으로 하는 전기수력학적(Electrohydrodynamic) 현상을 이용하여 기판 상에 생체분자를 프린팅하는 방법.
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