KR101336177B1 - Method for manufacturing polymer microfluidic channel, polymer microfluidic channel manufactured by the same and bio-chip comprising the same - Google Patents

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Abstract

폴리머 미세유체채널 제조방법, 이에 의하여 제조된 폴리머 미세유체채널 및 이를 포함하는 바이오 칩이 제공된다.
본 발명에 따른 폴리머 미세유체채널 제조방법은 실리콘 기판을 식각하여, 소정 단면 형상의 미세유체채널을 음각 형태로 제조하는 단계; 상기 실리콘 기판에 제 1 폴리머를 도포한 후, 경화시켜 제 1 폴리머 주형을 형성하는 단계; 상기 형성된 제 1 폴리머 주형을 상기 실리콘 기판으로부터 분리시키는 단계; 상기 제 1 폴리머 주형을 또 다른 제 2 폴리머층에 가압시켜, 상기 제 1 폴리머 주형에 형성된 양각 형태의 미세유체채널을 상기 제 2 폴리머층에 음각 형태로 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 폴리머 미세유체채널 제조방법은 PDMS 뿐만 아니라 PMMA와 같은 다양한 재질의 고분자에도 적용될 수 있다. 또한, 몰더-몰더 임프린팅 방식으로 미세유체채널을 제조하므로, 공정이 간단하고, 경제적이다. 더 나아가, 원형, 삼각형 및 사각형 등의 다양한 형상으로 채널 형상을 제조할 수 있는 장점이 있다. Provided are a method for preparing a polymer microfluidic channel, a polymer microfluidic channel manufactured thereby, and a biochip including the same.
A method of manufacturing a polymer microfluidic channel according to the present invention includes etching a silicon substrate to prepare a microfluidic channel having a predetermined cross-sectional shape in an intaglio form; Applying a first polymer to the silicon substrate and then curing to form a first polymer template; Separating the formed first polymer template from the silicon substrate; Pressurizing the first polymer mold to another second polymer layer to transfer the embossed microfluidic channel formed in the first polymer mold to the second polymer layer in an intaglio form; The method for producing a polymer microfluidic channel according to the present invention can be applied to polymers of various materials such as PDMA as well as PDMS. In addition, since the microfluidic channel is manufactured by a molder-molder imprinting method, the process is simple and economical. Furthermore, there is an advantage in that the channel shape can be manufactured in various shapes such as circles, triangles, and rectangles.

Description

폴리머 미세유체채널 제조방법, 이에 의하여 제조된 폴리머 미세유체채널 및 이를 포함하는 바이오 칩{Method for manufacturing polymer microfluidic channel, polymer microfluidic channel manufactured by the same and bio-chip comprising the same}Polymer microfluidic channel manufacturing method, polymer microfluidic channel produced by the same and a biochip comprising the same {Method for manufacturing polymer microfluidic channel, polymer microfluidic channel manufactured by the same and bio-chip comprising the same}

본 발명은 폴리머 미세유체채널 제조방법, 이에 의하여 제조된 폴리머 미세유체채널 및 이를 포함하는 바이오 칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 재질의 고분자에도 적용될 수 있으며, 몰더-몰더 임프린팅 방식으로 미세유체채널을 제조하므로, 공정이 간단하고, 경제적인 폴리머 미세유체채널 제조방법, 이에 의하여 제조된 폴리머 미세유체채널 및 이를 포함하는 바이오 칩에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polymer microfluidic channel, a polymer microfluidic channel manufactured thereby, and a biochip including the same. More specifically, the present invention may be applied to polymers of various materials, and may be applied to a molder-molder imprinting method. The present invention relates to a method for preparing a polymer microfluidic channel, a polymer microfluidic channel manufactured thereby, and a biochip including the same.

일반적으로, 바이오 칩은 폴리머 물질로 이루어지는데, 바이오 칩과 같은 이러한 폴리머 재질 기판에 미세유체채널(Microfluidic channel)을 형성하는 것은 매우 어려운 난제로 여겨진다. 일반적인 폴리머 칩의 미세유체채널은 소프트 리쏘그래피 공정에 의하여 형성되는데, 소프트 리쏘그래피 공정은 채널의 단면 형상이 사각형이라는 한계가 있고, 아울러 제한된 종류의 폴리머 물질(예를 들면, PDMS)을 사용하여야 한다는 문제가 있다. In general, biochips are made of polymer materials, and it is considered very difficult to form microfluidic channels in such polymer substrates as biochips. The microfluidic channel of a typical polymer chip is formed by a soft lithography process, which has a limitation in that the cross-sectional shape of the channel is rectangular and requires the use of a limited kind of polymer material (eg, PDMS). there is a problem.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 단면 형상으로 미세유체채널을 폴리머 기판에 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상술한 방법에 의하여 제조된 폴리머 미세유체채널 및 이를 포함하는 바이오 칩을 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a microfluidic channel in a polymer substrate in a variety of cross-sectional shapes.
Another object of the present invention is to provide a polymer microfluidic channel prepared by the above-described method and a biochip including the same.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실리콘 기판을 식각하여, 소정 단면 형상의 미세유체채널을 음각 형태로 제조하는 단계; 상기 실리콘 기판에 제 1 폴리머를 도포한 후, 경화시켜 제 1 폴리머 주형을 형성하는 단계; 상기 형성된 제 1 폴리머 주형을 상기 실리콘 기판으로부터 분리시키는 단계; 상기 제 1 폴리머 주형을 또 다른 제 2 폴리머층에 가압시켜, 상기 제 1 폴리머 주형에 형성된 양각 형태의 미세유체채널을 상기 제 2 폴리머층에 음각 형태로 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리머 미세유체채널 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 기판은 <100> 결정 구조이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 식각은 습식 식각이며, 여기에서 식각액이 비등방식각을 위한 KOH 수용액인 경우 사각 또는 삼각 단면의 미세유체채널이 상기 실리콘 기판에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 식각은 습식 식각이며, 여기에서 식각액이 등방식각을 위한 질산(HNO3), 불산(HF) 및 아세트산(CH3COOH)의 혼합액인 경우, 반원 단면의 미세유체채널이 상기 실리콘 기판에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 경화된 제 1 폴리머 주형은 상기 제 2 폴리머층보다 높은 경도를 가지며, 상기 제 2 폴리머층은 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 씨클릭 올레핀 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 기판을 식각하는 단계는 실리콘 기판 상에 버퍼층을 적층하는 단계; 상기 버퍼층 상에 포토레지스트층을 적층하는 단계; 상기 적층된 포토레지스트층을 패터닝하여 미세유체채널을 형성시키고자 하는 실리콘 기판 영역을 외부로 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 실리콘 기판을 식각액으로 습식 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 상술한 방법에 의하여 제조된 폴리머 미세유체채널을 제공하며, 상기 폴리머 미세유체채널의 단면 형상은 선택적으로 반원, 삼각형 또는 사각형이다.
본 발명은 또한 상술한 폴리머 미세유체채널을 포함하는 바이오 칩을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of etching the silicon substrate, producing a microfluidic channel of a predetermined cross-sectional shape in the form of intaglio; Applying a first polymer to the silicon substrate and then curing to form a first polymer template; Separating the formed first polymer template from the silicon substrate; Pressurizing the first polymer mold to another second polymer layer to transfer the embossed microfluidic channel formed in the first polymer mold to the second polymer layer in an intaglio form; It provides a method for producing a polymer microfluidic channel.
In one embodiment of the present invention, the silicon substrate has a <100> crystal structure.
In one embodiment of the present invention, the etching is wet etching, wherein when the etchant is a KOH aqueous solution for boiling corrosion angle, a microfluidic channel having a square or triangular cross section is formed on the silicon substrate.
In one embodiment of the present invention, the etching is a wet etching, where the etchant is a mixed fluid of nitric acid (HNO 3 ), hydrofluoric acid (HF) and acetic acid (CH 3 COOH) for equicorrosion, microfluidic channel of semicircular cross section This is formed on the silicon substrate.
In one embodiment of the present invention, the cured first polymer template has a higher hardness than the second polymer layer, and the second polymer layer is polydimethylsiloxane, polymethylmethacrylate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, poly Carbonate, cyclic olefin copolymers.
In an embodiment, the etching of the silicon substrate may include stacking a buffer layer on the silicon substrate; Stacking a photoresist layer on the buffer layer; Patterning the stacked photoresist layer to expose a silicon substrate region to form a microfluidic channel to the outside; And wet etching the exposed silicon substrate with an etchant.
The present invention also provides a polymer microfluidic channel produced by the method described above, wherein the cross-sectional shape of the polymer microfluidic channel is optionally semicircle, triangular or square.
The present invention also provides a biochip comprising the polymer microfluidic channel described above.

본 발명에 따른 폴리머 미세유체채널 제조방법은 PDMS 뿐만 아니라 PMMA와 같은 다양한 재질의 고분자에도 적용될 수 있다. 또한, 몰더-몰더 임프린팅 방식으로 미세유체채널을 제조하므로, 공정이 간단하고, 경제적이다. 더 나아가, 원형, 삼각형 및 사각형 등의 다양한 형상으로 채널 형상을 제조할 수 있는 장점이 있다. The method for producing a polymer microfluidic channel according to the present invention can be applied to polymers of various materials such as PDMA as well as PDMS. In addition, since the microfluidic channel is manufactured by a molder-molder imprinting method, the process is simple and economical. Furthermore, there is an advantage in that the channel shape can be manufactured in various shapes such as circles, triangles, and rectangles.

도 1은 본 발명에 따른 폴리머 미세유채채널의 제조방법의 단계도이다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 실리콘 기판 상에서 다양한 형상의 미세유체채널을 식각하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 4 내지 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판의 식각 공정의 단계별 모식도이다.
도 14 및 15는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 PDMS 및 PMMA에 형성된 미세유체채널의 SEM 이미지이다. 1 is a step diagram of a method for producing a polymer micro rapeseed channel according to the present invention.
2 and 3 are views illustrating a method of etching various shapes of microfluidic channels on a silicon substrate according to the present invention.
4 to 13 is a step-by-step schematic diagram of the etching process of the silicon substrate according to an embodiment of the present invention.
14 and 15 are SEM images of microfluidic channels formed in PDMS and PMMA, respectively, according to one embodiment of the invention.

이하, 본 발명의 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 실리콘 기판을 최초 미세유체채널의 형상을 결정짓는 주형으로 사용한다. 따라서, 실리콘 기판을 패터닝하여 소정 형상의 미세유체채널을 기판에 형성시키고, 이후 상기 미세유체채널의 형상을 폴리머인 PDMS 층에 전사시켜, 폴리머 주형을 형성하는데, 이때 상기 폴리머 주형(제 1 폴리머 주형)은 양각 형태로 미세유체채널이 형성된 상태이다. 이후 상기 제 1 폴리머 주형을 또 다른 폴리머층에 가압하여, 상기 제 1 폴리머 주형에 형성된 양각의 미세유체채널을 해당 폴리머 층에 음각 형태로 전사시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리머 미세유채채널의 제조방법의 단계도이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 기판에 원하고자 하는 미세유체채널을 패터닝한다(S110). 즉, 본 발명은 실리콘 기판의 식각 방향과 식각 방식에 따라 실리콘 기판에 패터닝되는 미세유체채널의 형상이 원형 또는 사각형 또는 삼각형이 되는 점을 이용하여, 폴리머층에 형성되는 미세유체채널의 형상을 자유롭게 조절하는데, 이하 이를 보다 상세히 설명한다.
이후 소정 단면 형상의 미세유체채널이 형성된 실리콘 기판 상에 제 1 폴리머층을 도포시킨 후, 소정 시간 동안 열처리하여, 제 1 폴리머 주형을 제조한다(S120). 이로써 실리콘 기판에 형성된 미세유체채널의 형상이 상기 제 1 폴리머 주형에 그대로 전사된다.
이후 상기 제 1 폴리머 주형을 제 2 폴리머층에 소정 힘으로 가압하는, 스탬핑(stamping) 공정을 진행한다(S130). 이로써 상기 실리콘 기판의 음각의 미세유체채널 형상이 그대로 제 2 폴리머층에는 음각 형태로 전사된다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 미세유체채널 제조방법의 단계별 공정을 보다 상세히 설명한다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 실리콘 기판 상에서 다양한 형상의 미세유체채널을 식각하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, <100> 결정구조의 실리콘 기판을 KOH 수용액으로 비등방식각을 진행하는 경우, 그 식각방향에 따라 기판 상에 패터닝되는 미세유체채널 형상이 달라진다. 예를 들면, 실리콘 기판의 [110] 방향으로 비등방식각을 진행하는 경우, 삼각형의 미세유채채널이 기판상에 형성되나, [110] 방향에서 45도 각도로 비등방식각을 진행하는 경우, 사각형의 미세유체채널이 형성된다. 이와 달리 반원 형태의 단면을 가지는 미세유체채널은 등방식각에 의하여 형성된다. 예를 들면, 도 3을 참조하면, 질산(HNO3), 불산(HF) 및 아세트산(CH3COOH)의 혼합액을 식각액으로 사용하는 등방식각 공정을 진행하면, 식각 방향과 상관없이 단면이 반원인 미세유체채널이 형성된다. 따라서, 본 발명은 이와 같이 식각액과 식각방향에 따라 형상을 달리하는 미세유체채널을 제 1 폴리머 주형에 양각 형태로 전사한 후, 상기 제 1 폴리머 주형 위에 제 2 폴리머를 가압함으로써 상기 제 2 폴리머에 음각 형태의 미세유체채널을 제조한다.
도 4 내지 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판의 식각 공정의 단계별 모식도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 실리콘 기판(200) 상에 실리콘질화막(Si3N4)을 버퍼층(210)으로 코팅하고, 상기 버퍼층(210) 상에 포토레지스트층(220)을 적층한다.
도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트층(220)을 패터닝하고, 소정의 미세유체채널을 형성하고 싶은 실리콘 기판 영역을 정의, 외부로 노출시킨다.
이후 상기 실리콘 기판을 습식 식각하는 식각액의 종류와 방향에 따라 미세유체채널의 형상이 달라지는데, 예를 들면, <100> 결정 구조의 실리콘 기판을 [110] 방향으로 KOH 용액으로 습식 식각하면, 삼각 단면의 미세유체채널(230)이 형성된다(도 6 참조). 만약 식각 방향이 [110] 방향에서 45도로 경사진 경우라면, 사각 단면의 미세유체채널(230)이 실리콘 기판에 패터닝된다(도 7 참조). 이와 달리 식각 방식이 등방 식각인 경우, 미세유체채널(230)의 단면 형상은 반원이 된다(도 8 참조).
이로써 다양한 단면 형상의 미세유체채널이 실리콘 기판에 음각 형태로 패터닝되며, 본 발명은 상기 패터닝된 미세유체채널을 폴리머 몰드-폴리머 몰드 임프린팅방식으로 폴리머층에 전사시키는데, 이하 이를 보다 상세히 설명한다.
도 9를 참조하면, 다양한 단면 형상의 미세유체채널(230)이 패터닝된 실리콘 기판(200) 상에 PDMS(폴리디메틸실록산)층(240)을 도포하고, 소정 온도로 열처리를 진행하여, 상기 PDMS 층(240)이 몰드(주형)로 사용될 수 있는 수준의 경성을 갖게 한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 열처리(큐어링) 공정은 65℃로 4시간 진행되었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 10을 참조하면, 상기 경화된 PDMS 층(240)은 상기 실리콘 기판으로부터 분리되며, 이로써 실리콘 기판(200)에 형성된 다양한 단면 형상의 미세유체채널(241)이 상기 PDMS 층(240)에 그대로 양각 형태로 전사되며, 상기 PDMS 층(240)은 제 1 폴리머 주형이 된다.
도 11에서는 다양한 단면 형상의 미세유체채널이 양각 형태로 패터닝된 제 1 폴리머 주형의 SEM 이미지가 도시된다.
도 11을 참조하면, 상당히 균일한 단면 형상의 미세유체채널이 PDMS 제 1 폴리머 주형 상에 양각 형태로 제조된 것을 알 수 있다.
도 12를 참조하면, 또 다른 제 2 폴리머층(250)에 상기 제 1 폴리머 주형(240)을 적층하고, 상기 제 1 폴리머 주형(240)을 제 2 폴리머층(250)으로 가압한다. 하지만 이와 달리 상기 제 2 폴리머층(250) 위에 제 1 폴리머 주형(240)을 올린 후, 소정 이상의 힘으로 두 폴리머층을 가압할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 폴리머층(250) 은 상기 제 1 폴리머 주형(240)의 양각 패턴이 그대로 음각 형태로 전사되어야 하므로, 상기 제 2 폴리머층(250) 물질은 상기 제 1 폴리머 주형(240) 물질보다 연성인 것이 바람직하며, 소정 이상의 힘에 의하여 표면이 변형될 수 있는 임의의 고분자 물질인 것이 바람직하다.
도 13을 참조하면, 상기 제 1 폴리머 주형(240)을 제 2 폴리머층(250)으로부터 분리시킴에 따라 초기 형성된 실리콘 기판의 미세유체채널이 그대로 음각 형태로 전사된 폴리머 미세유체채널(251)이 제 2 폴리머층(250)에 형성된다. 특히, 본 발명은 이미 경성화된 제 1 폴리머 주형(240)을 이용, 연성의 제 2 폴리머층(250)을 물리적으로 변경시키므로, 폴리머 물질 종류의 제한 없이 폴리머 미세유체채널을 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 폴리머층은 PDMS 또는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)이었으며, 이 외에도 임의의 다른 물질이 상기 제 2 폴리머층으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 씨클릭 올레핀 공중합체와 같은 임의의 폴리머 물질이 상기 제 2 폴리머층으로 사용될 수 있다.
도 14 및 15는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 PDMS 및 PMMA에 형성된 미세유체채널의 SEM 이미지이다.
도 14 및 15를 참조하면, 상당히 균일한 형상의 미세유체채널이 다양한 폴리머 기판에 형성되는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따라 미세유체채널이 형성된 폴리머 기판은 다양한 칩에 적용될 수 있는데, 그 중 하나가 바이오 칩이다. 즉, 미세한 세포 용액의 이동이 필수적인 바이오 칩 등에 본 발명에 따라 제조된 폴리머 기반 미세유체채널이 적용될 수 있으며, 이는 본 발명이 범위에 속한다.
바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 이상 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be fully conveyed to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
The present invention uses a silicon substrate as a template to determine the shape of the original microfluidic channel. Accordingly, the silicon substrate is patterned to form a microfluidic channel having a predetermined shape on the substrate, and then the shape of the microfluidic channel is transferred to a PDMS layer, which is a polymer, to form a polymer mold, wherein the polymer template (the first polymer template) is formed. ) Is a state in which the microfluidic channel is formed in an embossed form. The first polymer template is then pressed onto another polymer layer to transfer the embossed microfluidic channel formed in the first polymer template to the corresponding polymer layer in an intaglio form.
1 is a step diagram of a method for producing a polymer micro rapeseed channel according to the present invention.
Referring to FIG. 1, a desired microfluidic channel is patterned on a silicon substrate (S110). That is, according to the present invention, the shape of the microfluidic channel formed on the polymer layer can be freely made by using the point that the shape of the microfluidic channel patterned on the silicon substrate becomes a circle, a square, or a triangle according to the etching direction and the etching method of the silicon substrate. To adjust, it will be described in more detail below.
Thereafter, the first polymer layer is coated on the silicon substrate on which the microfluidic channel having a predetermined cross-sectional shape is formed, and then heat-treated for a predetermined time to prepare a first polymer mold (S120). As a result, the shape of the microfluidic channel formed on the silicon substrate is transferred to the first polymer mold as it is.
Thereafter, the stamping process of pressing the first polymer mold with a predetermined force on the second polymer layer is performed (S130). As a result, the intaglio microfluidic channel shape of the silicon substrate is transferred in the intaglio form to the second polymer layer as it is.
Hereinafter, the step-by-step process of the method for producing a polymer microfluidic channel according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
2 and 3 are views illustrating a method of etching various shapes of microfluidic channels on a silicon substrate according to the present invention.
Referring to FIG. 2, when a silicon substrate having a <100> crystal structure is subjected to a boiling corrosion angle with an aqueous KOH solution, the shape of the microfluidic channel patterned on the substrate is changed according to the etching direction. For example, when the boiling angle is advanced in the [110] direction of the silicon substrate, a triangular fine rapeseed channel is formed on the substrate. Fluid channels are formed. In contrast, the microfluidic channel having a semicircular cross section is formed by an isotropic angle. For example, referring to FIG. 3, when an isotropic etching process using a mixture of nitric acid (HNO 3 ), hydrofluoric acid (HF), and acetic acid (CH 3 COOH) is used as an etching solution, the cross-section is semicircle regardless of the etching direction. Microfluidic channels are formed. Accordingly, the present invention transfers the microfluidic channel having a different shape according to the etching liquid and the etching direction in an embossed form to the first polymer mold, and then presses the second polymer on the first polymer mold to the second polymer. To prepare a microfluidic channel of the intaglio form.
4 to 13 is a step-by-step schematic diagram of the etching process of the silicon substrate according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 4, first, a silicon nitride film Si 3 N 4 is coated with a buffer layer 210 on a silicon substrate 200, and a photoresist layer 220 is stacked on the buffer layer 210.
Referring to FIG. 5, the photoresist layer 220 is patterned, and a silicon substrate region for forming a predetermined microfluidic channel is defined and exposed to the outside.
Thereafter, the shape of the microfluidic channel varies according to the type and direction of the etchant for wet etching the silicon substrate. For example, when the silicon substrate having the <100> crystal structure is wet-etched with KOH solution in the [110] direction, a triangular cross section is used. The microfluidic channel 230 is formed (see FIG. 6). If the etching direction is inclined at 45 degrees in the [110] direction, the microfluidic channel 230 having a rectangular cross section is patterned on the silicon substrate (see FIG. 7). In contrast, when the etching method is isotropic etching, the cross-sectional shape of the microfluidic channel 230 becomes a semicircle (see FIG. 8).
As a result, microfluidic channels having various cross-sectional shapes are patterned in a negative shape on a silicon substrate, and the present invention transfers the patterned microfluidic channels to the polymer layer by a polymer mold-polymer mold imprinting method.
Referring to FIG. 9, a PDMS (polydimethylsiloxane) layer 240 is coated on a silicon substrate 200 on which microfluidic channels 230 having various cross-sectional shapes are patterned, and a heat treatment is performed at a predetermined temperature. Layer 240 has a level of stiffness that can be used as a mold. In an embodiment of the present invention, the heat treatment (cure) process was performed at 65 ° C. for 4 hours, but the scope of the present invention is not limited thereto.
Referring to FIG. 10, the cured PDMS layer 240 is separated from the silicon substrate, whereby various cross-sectional microfluidic channels 241 formed on the silicon substrate 200 are embossed onto the PDMS layer 240 as it is. Transferred in form, the PDMS layer 240 becomes a first polymer template.
FIG. 11 shows an SEM image of a first polymer template in which microfluidic channels of various cross-sectional shapes are patterned in relief.
Referring to FIG. 11, it can be seen that a microfluidic channel having a fairly uniform cross-sectional shape is embossed on the PDMS first polymer template.
Referring to FIG. 12, the first polymer mold 240 is stacked on another second polymer layer 250, and the first polymer mold 240 is pressed by the second polymer layer 250. However, unlike this, after the first polymer mold 240 is placed on the second polymer layer 250, the two polymer layers may be pressed by a predetermined force or more, which is also within the scope of the present invention.
In the present invention, since the embossed pattern of the first polymer mold 240 must be transferred in an intaglio form as it is, the second polymer layer 250 may be formed of the first polymer mold ( 240) It is preferred to be softer than the material, and preferably to any polymer material whose surface can be deformed by a predetermined or more force.
Referring to FIG. 13, as the first polymer template 240 is separated from the second polymer layer 250, the microfluidic channel 251 of the initially formed microfluidic channel of the silicon substrate is transferred in an intaglio form. It is formed on the second polymer layer 250. In particular, since the present invention physically modifies the soft second polymer layer 250 using the already hardened first polymer mold 240, the polymer microfluidic channel may be manufactured without limitation of the polymer material type. For example, in one embodiment of the present invention, the second polymer layer was PDMS or PMMA (polymethyl methacrylate), and any other material may be used as the second polymer layer. For example, any polymeric material such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, cyclic olefin copolymer can be used as the second polymer layer.
14 and 15 are SEM images of microfluidic channels formed in PDMS and PMMA, respectively, according to one embodiment of the invention.
14 and 15, it can be seen that microfluidic channels having a fairly uniform shape are formed on various polymer substrates.
The polymer substrate on which the microfluidic channel is formed according to the present invention can be applied to various chips, one of which is a biochip. That is, a polymer-based microfluidic channel prepared according to the present invention may be applied to a biochip, etc., in which the movement of a fine cell solution is essential, which belongs to the scope of the present invention.
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand.

Claims (10)

<100> 결정 구조인 실리콘 기판을 식각하여, 소정 단면 형상의 미세유체채널을 음각 형태로 제조하는 단계;
상기 실리콘 기판에 제 1 폴리머를 도포한 후, 경화시켜 제 1 폴리머 주형을 형성하는 단계;
상기 형성된 제 1 폴리머 주형을 상기 실리콘 기판으로부터 분리시키는 단계;
상기 제 1 폴리머 주형을 또 다른 제 2 폴리머층에 가압시켜, 상기 제 1 폴리머 주형에 형성된 양각 형태의 미세유체채널을 상기 제 2 폴리머층에 음각 형태로 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리머 미세유체채널 제조방법.Etching the silicon substrate having a <100> crystal structure to prepare a microfluidic channel having a predetermined cross-sectional shape in an intaglio form;
Applying a first polymer to the silicon substrate and then curing to form a first polymer template;
Separating the formed first polymer template from the silicon substrate;
Pressurizing the first polymer mold to another second polymer layer to transfer the embossed microfluidic channel formed in the first polymer mold to the second polymer layer in an intaglio form; Polymer microfluidic channel manufacturing method. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 식각은 습식 식각이며, 여기에서 식각액이 비등방식각을 위한 KOH 수용액인 경우 사각 또는 삼각 단면의 미세유체채널이 상기 실리콘 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 미세유체채널 제조방법.The method of claim 1,
The etching is a wet etching, wherein when the etchant is a KOH aqueous solution for boiling corrosion angle, characterized in that the microfluidic channel of the square or triangular cross-section is formed on the silicon substrate, polymer microfluidic channel manufacturing method. 제 1항에 있어서,
상기 식각은 습식 식각이며, 여기에서 식각액이 등방식각을 위한 질산(HNO3), 불산(HF) 및 아세트산(CH3COOH)의 혼합액인 경우, 반원 단면의 미세유체채널이 상기 실리콘 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 미세유체채널 제조방법.The method of claim 1,
The etching is a wet etching, wherein in the case where the etching solution is a mixture of nitric acid (HNO 3 ), hydrofluoric acid (HF) and acetic acid (CH 3 COOH) for isotropic etching, a microfluidic channel of semicircular cross section is formed on the silicon substrate. Method for producing a polymer microfluidic channel, characterized in that. 제 1항에 있어서,
상기 경화된 제 1 폴리머 주형은 상기 제 2 폴리머층보다 높은 경도를 가지는 것을 특징으로 하는, 폴리머 미세유체채널 제조방법.The method of claim 1,
Wherein the cured first polymer template has a higher hardness than the second polymer layer. 제 1항에 있어서,
상기 제 2 폴리머층은 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 씨클릭 올레핀 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 미세유체채널 제조방법.The method of claim 1,
The second polymer layer is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, cyclic olefin copolymer, polymer microfluidic channel manufacturing method. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 기판을 식각하는 단계는
실리콘 기판 상에 버퍼층을 적층하는 단계;
상기 버퍼층 상에 포토레지스트층을 적층하는 단계;
상기 적층된 포토레지스트층을 패터닝하여 미세유체채널을 형성시키고자 하는 실리콘 기판 영역을 외부로 노출시키는 단계; 및
상기 노출된 실리콘 기판을 식각액으로 습식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리머 미세유체채널 제조방법.The method of claim 1, wherein the etching of the silicon substrate is performed.
Depositing a buffer layer on the silicon substrate;
Stacking a photoresist layer on the buffer layer;
Patterning the stacked photoresist layer to expose a silicon substrate region to form a microfluidic channel to the outside; And
Wet etching the exposed silicon substrate with an etchant, characterized in that the polymer microfluidic channel manufacturing method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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