KR100425536B1 - 유체 마이크로칩용 브레드보드 - Google Patents

유체 마이크로칩용 브레드보드 Download PDF

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KR100425536B1
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한종훈
심봉주
노경원
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학교법인 포항공과대학교
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Abstract

본 발명은 플라스틱 판에 채널의 양끝만이 뚫려 있는 미세 채널들을 일정한 간격을 두면서 규칙적으로 배열시킨 유체 마이크로칩용 브레드보드에 관한 것으로, 본 발명의 브레드보드는 각 독립적인 채널을 연결함으로써 마이크로 크기의 미세 채널을 자유롭게 구성할 수 있는 특징을 지니고 있어 랩온어칩에 적용하면 칩을 구성하는 각 부분들을 각각 다양한 디자인으로 제작한 후 조립할 수 있으므로 원하는 디자인의 랩온어칩을 쉽고 빠르게 얻을 수 있으며, 여러 가지 기본 장치들로 구성되는 통합 시스템의 소형화도 손쉽게 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 브레드보드는 전체 채널이 독립적인 부분 채널들의 연결로 제작되기 때문에 채널 일부분에만 겔이나 비드를 채워 이용할 수 있어, 미세 유체 흐름을 이용하여 물질의 분리, 분석 등을 수행하는 화학, 환경분석, 생명과학, 화학공학 등 여러 연구 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.

Description

유체 마이크로칩용 브레드보드{BREAD BOARD FOR MICROFLUIDIC CHIP}
본 발명은 미량의 유체를 다루기 위한 마이크로 크기의 미세 채널을 쉽고 빠르게 제작할 수 있는 유체 마이크로칩용 브레드보드에 관한 것으로, 이 유체 마이크로칩용 브레드보드는 일정한 크기를 지니는 독립적인 미세 채널들이 규칙적으로 일정한 간격을 두고 배열되어 있으며, 각 채널이 끝이 뚫려 있어 이를 연결함으로써 다양한 디자인을 실현할 수 있다.
마이크로 크기나 더 작은 나노 크기의 물체를 만들고 제어할 수 있는 과학기술 의 발전에 관심이 집중되면서, 이런 기술을 이용한 분석 방법의 개발도 빠르게 성장하고 있는데, 그 대표적인 예가 랩온어칩(lab-on-a-chip) 분야로, 이 랩온어칩 분야는 생명과학산업에 접목하면 그 창출효과가 매우 클 것으로 기대되어 각광받고 있다.
랩온어칩은 수 cm2크기의 면적에 화학 반응과 분석에 필요한 여러 장치들을 집적시킨 화학 마이크로프로세서로서, 미량의 시료를 사용하면서도 빠른 결과를 얻을 수 있을 뿐더러 자동화가 용이하다는 장점을 지니고 있다. 랩온어칩의 이와 같은 장점은 유리나 실리콘, 플라스틱 판에 마이크로 크기의 미세 채널을 만들고 그 안에 흘려주는 유체의 흐름을 통제하여 얻어진다. 미세 채널은 모양에 따라 시료의 주입, 반응, 분리 등의 다양한 역할을 수행하게 되며, 채널 안에서의 용액의 흐름은 전기장을 걸어 생기는 모세관 전기삼투현상을 이용하여 제어한다. 유리나 실리콘 재질의 랩온어칩 미세 채널은 주로 반도체 제작에 사용되는사진식각기술(photolithography)을 이용하여 제작된다. 또한, 플라스틱 랩온어칩은 사진식각기술을 통해 채널 모양의 양각의 틀을 얻어 여기에 중합이 일어나기 전의 고분자를 붓고 중합반응을 시켜 음각으로 채널 모양이 생기도록 하거나, 금속으로된 양각 틀을 플라스틱 판으로 누르면서 유리 전이온도로 온도를 올려 채널을 음각으로 찍어내는 압인(embossing) 방법을 이용하여 제작된다. 이와 같은 플라스틱 재질의 랩온어칩은 저비용으로 쉽게 제작할 수 있고 대량생산도 가능하기 때문에 각광받고 있다.
전술한 바와 같이 랩온어칩은 화학 반응 및 분리, 분석에 필요한 모든 과정을 하나의 칩에서 통합하여 수행할 수 있어 소형화와 자동화에 매우 유리하여 다양한 연구분야에서 활용이 가능하다. 그러나, 특정 목적으로 한 번 제작된 랩온어칩은 그 디자인을 바꿀 수 없어 다른 용도로의 사용이 불가능하다. 또한, 한 목적으로 제작을 하더라도 최적화된 미세 채널 디자인을 얻기 위해서는 칩 제작에 필요한 모든 공정들을 처음부터 다시 수행하여야 한다. 따라서 좀더 빠르게 원하는 디자인의 칩을 제작하기 위한 방법들을 찾는 연구가 많이 진행되고 있다.
대표적인 예로서 레이저를 사용하여 플라스틱 판에 직접 채널 모양을 식각하는 미세 가공술이 있고, 프린터를 이용해서 채널 패턴을 인쇄한 뒤 전기적 환원 반응을 통해 양각 틀을 얻는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법들도 모두 한 번 만든 미세 채널의 구조 자체를 변형시킬 수는 없다. 즉, 처음 디자인한 그대로 제작은 빨리 할 수 있을지 모르나, 채널의 길이를 좀더 길게 한다든지, 중간에서 다른 채널과의 연결을 한다든지 등의 조그만 변화도 수용할 수 없다는 단점을 그대로 지니고 있다. 또한, 전체 미세 채널이 하나로 제작되기 때문에 일부분에만 젤이나 비드를 채워 특정 목적의 반응 및 분리를 하는 등의 활용에는 많은 제한이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 전자회로 시험에 많이 사용되는 브레드보드와 유사한 개념의, 각 독립적인 채널을 연결함으로써 마이크로크기의 미세 채널을 자유롭게 구성할 수 있는, 유체 마이크로칩용 브레드보드를 개발하고자 하였다.
도 1은 본 발명에 따른 유체 마이크로칩용 브레드보드의 평면도 및 미세 채널의 단면도를 나타낸 도이고,
도 2는 광식각 기술에 의한 유체 마이크로칩용 브레드보드의 제작 공정을 나타내는 도이며,
도 3은 유체 마이크로칩용 브레드보드 위에 놓여 다양한 채널 디자인을 구성할 수 있도록 제작된 미세 패턴의 예들을 보여주는 도이고,
도 4는 본 발명에 따른 유체 마이크로칩용 브레드보드와 다양한 패턴의 기판을 사용한 랩온어칩의 제작 공정을 설명하는 도이며,
도 5는 유체 마이크로칩용 브레드보드를 이용한 랩온어칩의 주입부나 반응부의 여러 조합 예와 분리 컬럼의 길이 조절예를 나타내는 도이고,
도 6은 검출부에 흡광 검출법과 전기화학적 검출법의 적용을 나타내는 도이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 기판 상에 각각 독립적이면서 일정한 크기를 지닌 미세 채널들이 일정한 간격과 방향을 가지고 배열되어 있으며, 상기 미세 채널의 끝 부분만이 기판의 표면 위로 뚫려 있고 다른 부분은 모두 막혀있는 구조를 가진, 유체 마이크로 칩용 브레드보드를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유체 마이크로칩용 브레드보드는 균일한 크기의 독립적인 미세 채널들이 일정한 간격으로 규칙적으로 배열되어 있고 각 채널은 양끝만 채널의 단면적 만큼 위로 뚫려있어 이를 연결함으로써 다양한 디자인을 구현할 수 있음을 특징으로 한다.
전자회로에서 저항, 트랜지스터 및 집적회로 등을 브레드보드에 연결하여 이상유무 및 최적화를 시험해 보는 것과 유사하게, 본 발명에 따른 유체 마이크로 칩용 브레드보드에서도 주입부, 반응부, 분리 검출부 등의 미세 채널을 다양한 디자인으로 자유롭게 구성하여 그 안에서 유체의 흐름을 시험해 볼 수 있고, 한 번 미세 채널을 구성한 뒤에 얼마든지 재구성이 가능하기 때문에 최적화된 구조를 이끌어낼 수 있으며, 화학 마이크로프로세서에 필요한 여러 단위 장치들을 손쉽게 연결할 수도 있다. 또한, 각 채널들이 독립적이기 때문에 부분적인 채널에 특정 기능을 부여할 수 있어 보다 많은 반응 및 분석 방법을 쉽게 적용할 수 있다. 특히, 유체 마이크로 칩용 브레드보드를 이용한 랩온어칩은 제작에 필요한 시간과 비용을 현저히 줄이면서 응용범위를 화학뿐만 아니라 환경, 생명과학, 화학공학 등으로 획기적으로 크게 넓힐 수 있다.
본 발명에 따른 브레드보드에 있어서, 독립적인 미세 채널들은 채널의 끝 부분만 기판의 표면 위로 뚫려 있고 다른 부분은 모두 막혀있기 때문에 유체가 모세관 현상이나 압력, 전기장 등 외부에서 주는 힘에 의해 한 쪽 끝으로부터 다른 쪽 끝으로 손실 없이 이동된다. 이때, 상기 독립적인 미세 채널들의 방향은 모든 열이 같은 방향으로 놓일 수도 있고, 열에 따라 번갈아 가면서 수직과 수평으로 놓일 수도 있으며, 그 순서와 방법은 다양할 수 있다. 상기 독립적인 미세 채널의 모양은 일자형 채널의 양끝 부분이 기둥처럼 올라와 뚫린 누운 디귿(ㄷ)자 형태나, 뚫린 양끝을 기준으로 기판 안으로 둥글게 들어간 U자 형태 등 다양하게 제작될 수 있다.
본 발명에 따른 유체 마이크로칩용 브레드보드의 평면도와 브레드보드 상의미세 채널의 확대 단면도를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 보듯이, 본 발명의 브레드보드 상에는 크기와 모양이 일정한 미세 채널들이 일정한 간격으로 규칙적으로 배열되어 있다. 도 1에서, ①은 특정의 길이, 폭 및 깊이를 가진 채널을 나타내고, ②는 각 채널의 끝에 놓인 기둥으로, 이 부분만이 표면에 드러나 있어 외부 채널과 연결을 가능케 한다. 상기 채널 ①의 폭은 상기 기둥 ②에서의 폭과 같고, 채널 ①의 깊이는 기둥 ②의 가로 길이와 같다. 따라서, 채널의 폭과 높이를 일정히 유지할 수 있다. 이러한 채널들은 가로와 세로로 일정 간격을 두고 놓여진다. 이와 같은 미세 채널들 사이에 깊이와 폭이 같으면서 다양한 채널 패턴을 지닌 또 다른 플라스틱 기판을 올려놓음으로써 마이크로크기의 미세 채널들을 새지 않게 연결하여 구성할 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 유체 마이크로칩용 브레드보드는 통상의 제작 방법에 의해 용이하게 제작할 수 있다. 예를 들어 도 2를 참조해 보면, 실리콘 웨이퍼 ① 위에 음성 감광제 ②를 코팅하고 코팅층 ② 위에 채널 모양의 포토마스크 ③을 덮은 후 자외선 ④을 노광한다. 다시 음성 감광제 ⑤를 코팅하여 코팅층 ⑤ 위에 채널끝의 기둥 모양에 해당하는 패턴의 포토마스크 ⑥를 일치시켜 덮고 다시 자외선 ④을 노광하여 주형틀 ⑦을 제작한다. 이 주형틀 ⑦ 위에 고분자 플라스틱 물질 ⑧를 붓고 가압 수단 ⑨를 이용하여 압력을 가하면서 굳혀 기둥이 뚫린 얇은 막의 고분자 채널 기판 ⑩을 만들고 이를 다른 기판 ⑫과 결합시켜 본 발명에 따른 브레드보드 ⑪를 제작할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 유체 마이크로칩용 브레드보드는 얇은 막으로 된 상부기판과 이와 접합하는 하부 기판으로 구성된다. 얇은 막의 상부 기판은 한 쪽 면에 미세 채널이 놓여 있고, 채널의 끝은 막의 두께만큼 구멍이 나게 되므로, 상부 기판의 반대쪽 면에는 채널 끝의 구멍만이 나타나게 된다.
이러한 구성과는 달리, 하부 기판에는 미세 채널을 넣고, 상부 기판은 하부 기판의 채널 끝 위치가 뚫린 형태의 얇은 막 형태로 제작하여 두 기판의 위치가 맞도록 결합시켜 제작할 수도 있다.
상기 기판들은 몰딩, 압인, 기계가공, 레이저가공 등의 방법으로 제작될 수 있다.
본 발명의 브레드보드에 사용되는 기판은, 실리콘 계열의 고무나 플라스틱 등 점착성(粘着性)을 지니고 있어 스스로 밀착할 수 있거나, 압력을 가해 밀착시킬 수 있는 재질의 것도 가능하고, 유리나 실리콘처럼 접착제를 사용하여 결합시킬 수 있는 재료로도 만들어질 수 있다.
본 발명의 유체 마이크로칩용 브레드보드는 0.5×0.5 mm 내지 2×2 m 범위에서 다양한 크기와 모양으로 제작될 수 있고, 브레드보드를 여러 개를 병렬적으로 연결하여 사용할 수 있다.
본 발명의 유체 마이크로칩용 브레드보드에서, 미세 채널의 크기는 폭 10 nm 내지 10 mm, 깊이 10 nm 내지 10 mm, 및 길이 10 ㎛ 내지 10 cm 범위에서 다양하게 제작될 수 있다. 미세 채널 간의 간격은 가로, 세로 10 ㎛ 내지 10 cm 범위로 배열될 수 있다.
본 발명의 유체 마이크로칩용 브레드보드 상의 독립적인 미세 채널들의 개수는 1개 이상으로 몇 개든지 다양하게 만들 수 있으며, 이 브레드보드 위에 특정 패턴의 채널이 새겨져 있는 또 다른 기판들을 올려놓아 브레드보드 상의 독립적인 미세 채널들을 연결함으로써 다양하고 자유로운 구성으로 전체 미세 채널을 형성할 수 있다. 이때, 위에 올려지는 기판 하나에는 하나 이상의 채널 패턴이 새겨지며, 패턴모양은 일자형, 십자형, 굴곡형, T자형, 곡선형, V자형, Y자형, Z자형, X자형, 끝이 세 개 이상으로 갈라진 형태 등으로 다양하게 제작될 수 있다.
도 3은 유체 마이크로 칩용 브레드보드 위에 올려져 다양한 미세 채널 디자인을 연출할 수 있는 패턴들의 예이다. 패턴에 따라 각각 다른 기능을 수행하는데 ①은 십자형으로 시료의 주입에 사용되며, ②는 일자형으로 분리에 사용되고, ③은 T자형으로 두가지 시료의 반응이 요구될 때 사용된다. 그리고, ④는 T자형의 변형으로 두시료의 반응이 먼저 일어나고 주입 후 분리를 하는 전치 칼럼 반응기에 사용될 수 있고, ⑤는 일자형의 변형으로 컬럼의 길이를 늘리는데 사용된다. 이러한 다양한 패턴의 채널들도 주형법에 의해 얻을 수 있다.
이때 각 패턴의 끝은 브레드보드 채널 기둥 위치에 정확히 맞도록 디자인되어, 브레드보드에 있는 미세 채널의 각 뚫린 끝 부분에 각 패턴이 있는 기판의 채널 끝을 일치시켜 채널들을 연결할 수 있다. 연결을 위한 결합은 유체 마이크로칩용 브레드보드에 다양한 패턴의 기판을 마음대로 붙였다가 뗄 수 있는 가역적인 결합과 한 번 붙이면 떼지 못하는 비가역적 결합이 모두 가능하다.
상기한 바와 같은 패턴이 있는 기판은, 하나의 기판에 패턴 모양의 미세 채널이 음각으로 새겨져 있는 것을 사용하거나, 여기에 미세 채널의 각 끝부분 위치에 맞게 구멍이 뚫린 얇은 막의 다른 기판을 결합시켜 제작된 것을 사용할 수도 있고, 달리 얇은 막의 기판 한 면에 미세 채널이 새겨져 있고 각 끝 부분이 반대쪽 면으로 구멍이 뚫려 있는 것을 평평한 다른 기판에 결합시켜 제작된 것을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 유체 마이크로칩용 브레드보드를 이용하면 특정 기능을 수행할 수 있는 미세 채널 구조를 만들 수 있을 뿐만 아니라, 각각 다른 기능을 수행하는 것들을 용도에 맞게 조합해서 연결함으로 통합 시스템을 구축할 수 있다. 특정 기능의 미세 채널은 시료의 추출, 정제, 농축, 희석, 반응, 합성, 분리, 검출 등의 프로세스를 수행할 수 있으며, 특정 기능을 수행하기 위해 유체 마이크로칩용 브레드보드를 이용한 채널 구조 중 일부분의 특성을 달리 할 수도 있다. 즉, 전체 채널 중 원하는 곳에 부분적으로 겔이나 비드 또는 점성이 높은 고분자 용액 등을 채워 이용하거나, 채널 표면의 처리를 통해 일부분만 표면의 성질이 전체 채널 성질과 다르게 할(예를 들어 일부분만 친수성 또는 소수성을 갖게 하거나, 표면이 양전하 또는 음전하를 띠게 하거나, 전하를 띠지 않게 하는 등) 수도 있다.
본 발명에 따른 브레드보드에서, 미세 채널을 구성한 뒤 여기에 유체를 넣어주고 흐름을 조절하기 위해 필요한 완충용액 용기나 시료의 용기 등을 비가역적이나 가역적으로 붙일 수 있다. 이때, 용기와 브레드보드의 가역적인 결합을 위해서 고분자 물질 자체의 점착성을 이용할 수 있고, 유리판과 같이 점착성이 상대적으로 약한 용기의 경우는 양면 테이프와 같은 접착 물질을 이용하여 붙일 수 있다. 이와 같이 함으로써 브레드보드 위에 어느 곳이라도 원하는 위치에 필요한 용기를 결합하고, 분리시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 통해 본 발명을 예시하는 바, 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 플라스틱 재질의 유체 마이크로칩용 브레드보드의 제작
도 2에 나타낸 공정에 따라 플라스틱 유체 마이크로칩용 브레드보드를 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane), PDMS)를 이용하여 주형법으로 제작하였다. 네거티브형 포토레지스트인 SU-8 ②을 실리콘 웨이퍼 ① 위에 40 ㎛ 높이로 스핀 코팅하고, 채널 패턴의 첫번째 포토마스크 ③을 덮고 자외선 ④으로 노광한다. 이를 오븐에서 가열한 뒤 식히고, 80∼100 ㎛의 높이로 SU-8 ⑤을 다시 한번 스핀 코팅하고, 채널 끝에 기둥 단면 모양의 두번째 포토마스크 ⑥를 일치시키고 자외선 ④으로 노광한다. 이 웨이퍼를 현상하면 원하는 패턴을 가지는 양각 틀 ⑦이 얻어지고 여기에 PDMS ⑧를 붓고 가교결합을 시킬 때, 위에서 압력을 가한다. 압력은 다른 PDMS 판⑨을 통해 가하는데, 이 PDMS 판은 미리 표면을 테슬라 코일로 한 번 산화시키고, 진공 용기 안에서 한 시간동안 5 ㎕의 실란화(silanization) 용액으로 처리해준다. 이렇게 압력을 가하면 기둥 높이 만큼의 얇은 PDMS 막이 생성되며 여기에는 음각의 채널 패턴과 구멍 뚫린 기둥 패턴이 생긴다. 양각틀에서 PDMS 판과 얇은 PDMS 막을 같이 떼어낸 후 (⑩), 다른 PDMS 판⑫을 표면 처리하여 얇은 막 쪽으로 붙이고, 반대쪽 PDMS 판을 떼어내면 유체 마이크로칩용 브레드보드 ⑪가 완성된다.
브레드보드에 형성된 미세 채널은, 길이 6 mm, 폭은 50 ㎛, 깊이 40 ㎛ 의 채널 (도 1의 ①) 및 각 채널의 끝에 놓인, 높이 80 ~ 100 ㎛, 폭은 50 ㎛, 가로 길이가 40 ㎛ 이고 표면에 드러나 있어 외부 채널과 연결을 가능하게 하는 기둥(도 1의 ②)으로 이루어진다. 상기 채널의 폭은 상기 기둥에서의 폭과 같고, 채널의 깊이는 기둥의 가로 길이와 같다. 따라서, 채널의 폭과 높이를 일정히 유지할 수 있다. 이러한 채널들은 가로와 세로로 6 mm 간격을 두고 놓여진다.
이와 같은 미세 채널들 사이에 깊이와 폭이 같으면서 다양한 채널 패턴을 지닌 또 다른 플라스틱 기판을 올려놓음으로써 마이크로크기의 미세 채널들을 새지 않게 연결하여 구성할 수 있다.
실시예 2: 유체 마이크로칩용 브레드보드를 사용한 랩온어칩 제작
도 4는 유체 마이크로칩용 브레드보드에 다양한 패턴들을 올려 랩온어칩을 제작하는 방법을 도시하고 있다. 도 4에서와 같이, ②,③과 같은 패턴의 각 끝을 유체 마이크로칩용 브레드보드 ①의 미세 채널 기둥 위치에 맞게 현미경을 보면서 정확히 위치시킨다. 이렇게 해서 새지 않고 원하는 미세 채널을 구성할 수 있다.
이러한 방법으로 유체 마이크로칩용 브레드보드 위에 여러 미세 채널들을 조합하면 원하는 디자인의 랩온어칩을 얻게 된다. ⑦은 시료의 용기, ⑥은 완충용액의 용기, ⑧,⑨은 각각 완충용액과 시료의 배출용기이다. 이러한 용기들은 ④,⑤처럼 가로 14 mm, 세로 10∼20 mm 되는 유리판에 지름 3 mm의 구멍을 뚫고, 200 ㎕의 피펫 팁을 적당한 크기로 잘라 구멍에 꼭 맞게 끼워 넣은 후 접착제로 고정을 시켜 제작한다. 이를 유체 마이크로칩용 브레드보드에 고정시키기 위해서 ⑩과 같이 양면 테이프를 이용하는데, 이렇게 양면 테잎을 사용함으로써 유체 마이크로칩용 브레드보드 위에 어디든 원하는 위치에 용기를 만들 수 있고 자유롭게 그 위치를 옮길 수 있다. 또한, 유체 마이크로칩용 브레드 보드에 채널 패턴을 올려놓거나 시료 및 완충용액의 용기들을 고정시키는 것은 앞에서 살펴본 바와 같이 가역적으로 할 수도 있고, 테슬라코일로 표면을 처리하여 비가역적으로도 할 수 있다.
실시예 3: 유체 마이크로 칩용 브레드보드의 다양한 활용
유체 마이크로 칩용 브레드보드를 활용하면 다양한 디자인의 주입부, 반응부, 검출부의 조합으로 화학 마이크로프로세서를 구현하여 시험해 볼 수 있다. 도 5 및 6을 참조해보면, 도 5에서 ①은 일반적으로 사용되는 분리형 칩을 나타내며, 일정한 양의 주입을 원하면 ②와 같이 주입부의 모양을 바꿀 수 있다. ③은 시료의 주입 전 반응이 필요할 때 사용될 수 있으며, ④와 같이 바꾸면 주입 후 반응을 할 수 있게된다. 분리 컬럼의 길이도 다양하게 바꿀 수 있는데, ⑤는 유체 마이크로 칩용 브레드보드 자체를 활용하여 컬럼을 길게 하는 것이고, ⑥은 올려놓는 PDMS 판의 채널 패턴을 길게 하여 컬럼의 길이를 조절하는 것이다.
아울러 검출부도 자유롭게 할 수 있는데 형광 검출법은 도 5에 나와있는 예들처럼 일반적인 일자형 채널에서 수행되며, 흡광 검출법이나 전기 화학적 검출법에 관한 예는 도 6과 같다.
도 6에서 ①은 유체 마이크로 칩용 브레드보드에 분리 검출을 목적으로 십자형 칩을 구성한 것인데 그 끝②을 ③과 연결하면 광섬유를 사용한 흡광 검출법을 사용할 수 있고, ⑤와 같이 전극이 있는 검출부에 연결하면 전기 화학적인 검출이 가능하다. 여기서 ④에는 광원과 연결된 광섬유를 끼우고, ⑤에는 광증배관 같은 검출기와 연결된 광섬유를 끼운다. 전기 화학적 검출부의 ⑥,⑦,⑧은 각각 작업전극, 보조전극, 기준전극을 나타낸다. 이 밖에도 각 부분적 채널이 독립적이기 때문에 부분적으로 채널의 특성을 달리하여 여러 분석 방법을 소화낼 수도 있다. 예를 들면, 일반적인 채널에서는 분리가 되지 않는 DNA와 같이 전하 대 크기비가 일정한 물질도 하나의 칩에서 전처리 후 바로 분리하고 그 뒤 과정으로 곧바로 연결될 수 있도록 특정 위치에만 겔을 채울 수 있다. 또한, 여러 용도로 사용되는 비드도 부분적으로 채울 수 있어 이를 이용한 반응이나 분석과정이 하나의 칩에 무리 없이 포함될 수 있는 등 그 응용범위가 대단히 넓다.
본 발명에 따른 브레드보드는 각 채널을 연결함으로 미량의 유체를 다루기 위한 마이크로 크기의 미세 채널을 쉽고 빠르게 자유롭게 구성할 수 있다. 또한, 한 번 전체 미세 채널을 구성한 후에도 어떠한 디자인 변화도 수용할 수 있고, 재구성도 가능하며, 전체 채널 내에 일부분만의 성질이나 특징을 달리할 수 있기 때문에 모든 분리분석 방법에 적용할 수 있다. 따라서, 적은 양의 시료와 저비용으로 짧은 시간 내에 반응하고 결과를 얻기 위해 미세 유체 흐름을 이용하는 화학,환경분석, 생명과학, 화학공학 등 여러 연구 분야에서 활용할 수 있다. 특히, 이를 랩온어칩에 적용하면 칩을 구성하는 각 부분들을 각각 다양한 디자인으로 제작한 후 조립할 수 있으므로 제작공정을 일일이 다 거치지 않고도 원하는 디자인의 랩온어칩을 쉽고 빠르게 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 각각 독립적이면서 일정한 크기를 지닌 미세 채널들이 일정한 간격과 방향을 가지고 배열되어 있으며, 상기 미세 채널의 끝 부분만이 기판의 표면 위로 뚫려 있고 다른 부분은 모두 막혀있는 구조를 가진, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    독립적인 미세 채널의 모양이, 일자형 채널의 양끝 부분이 기둥처럼 올라와 뚫린 누운 디귿(ㄷ)자 형태 또는 뚫린 양끝을 기준으로 기판 안으로 둥글게 들어간 U자 형태를 가짐을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    독립적인 미세 채널들의 배열이 전체적으로 규칙성이 성립하거나, 부분적으로 서로 다른 규칙성이 성립함을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    기판이 얇은 막으로 된 상부 기판과 평평한 하부 기판으로 구성되며, 얇은 막의 상부 기판은 한쪽 면에 미세 채널이 놓여 있고 채널의 끝이 막의 두께만큼 구멍이 나도록 되어 있으며 반대쪽 면에는 채널 끝의 구멍만이 나타난 구조를 가지며, 하부 기판은 채널 구조를 지니지 않는 평평한 판 구조로 되어 있어, 이 얇은 막의 상부기판과 평평한 하부 기판을 결합시켜 제작된 것임을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    기판이 상부 기판과 하부 기판으로 구성되며, 하부 기판에 미세 채널이 새겨져 있고, 얇은 막의 상부 기판은 하부 기판 상의 미세 채널 끝 위치에 해당하는 부분이 뚫린 형태로 되어 있으며, 이 두 기판의 위치가 맞도록 결합시켜 제작된 것임을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    기판이 실리콘 계열의 고무나 플라스틱, 유리 및 실리카로 이루어진 군 중에서 선택된 재질로 이루어짐을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상부 기판과 하부 기판이 몰딩, 압인, 기계가공 및 레이저가공으로 이루어진 군 중에서 선택된 방법으로 제작된 것임을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    기판이 0.5×0.5 mm 내지 2×2 m 범위의 크기를 가짐을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    독립적인 미세 채널이 폭 10 nm 내지 10 mm, 깊이 10 nm 내지 10 mm, 길이 10 ㎛내지 10 cm 범위의 크기를 가짐을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    독립적인 미세 채널들 간의 간격이 가로 및 세로에서 10 ㎛ 내지 10 cm 범위임을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    독립적인 미세 채널들 사이에, 십자형, 일자형, T자형, 굴곡형, 곡선형, V자형, Y자형, Z자형, X자형 또는 끝이 세 개 이상으로 갈라진 형태의 패턴이 있는 기판 또는 혼합기, 흡광검출기 또는 전기화학 검출기의 기능을 수행하는 패턴이 있는 기판이 가역적 또는 비가역적으로 결합됨으로써 연결하여, 유체의 흐름을 위한 전체 미세 채널을 구성하는 것을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    패턴이 있는 기판으로서, 하나의 기판에 패턴 모양의 미세 채널이 음각으로 새겨져 있는 것을 사용하거나, 여기에 미세 채널의 각 끝부분 위치에 맞게 구멍이 뚫린 얇은 막의 다른 기판을 결합시켜 제작된 것을 사용함을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  13. 제 11 항에 있어서,
    패턴이 있는 기판으로서, 얇은 막의 기판 한 면에 미세 채널이 새겨져 있고 각 끝 부분이 반대쪽 면으로 구멍이 뚫려 있는 것을 평평한 다른 기판에 결합시켜 제작된 것을 사용함을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  14. 제 11 항에 있어서,
    구성된 미세 채널에 시료용기, 완충용액용기, 시료배출용기 또는 완충용액배출용기를 위치시켜 비가역적또는 가역적으로 고정시킴을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  15. 제 11 항에 있어서,
    구성한 미세 채널들이 시료의 주입, 추출, 정제, 농축, 희석, 합성, 반응, 분리 또는 검출의 프로세스를 각각 수행하거나 통합적으로 수행함을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
  16. 제 11 항에 있어서,
    전체 채널 중 일부분에 겔, 비드 또는 점성이 높은 고분자 용액을 채우거나 표면 처리를 하여 그 일부분의 채널의 성질을 전체 채널의 성질과 다르게 하여 이용됨을 특징으로 하는, 유체 마이크로칩용 브레드보드.
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