KR100442412B1 - Lab on a chip system connected by capillaries - Google Patents

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KR100442412B1 KR10-2001-0043802A KR20010043802A KR100442412B1 KR 100442412 B1 KR100442412 B1 KR 100442412B1 KR 20010043802 A KR20010043802 A KR 20010043802A KR 100442412 B1 KR100442412 B1 KR 100442412B1
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Abstract

본 발명은 두 개 이상의 모듈 형태의 랩온어칩들을 용도에 맞춰 모세관으로 연결함으로써 통합된 기능을 수행할 수 있도록 개발한 랩온어칩 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시스템은, 시료 반응용, 주입용, 분리용 및 검출용 랩온어칩들을 모듈 형태로 각각 제작한 후 이들을 용도에 맞춰 조합함으로써, 하나의 랩온어칩에 모든 기능이 들어있는 통합 시스템을 제작하는 것에 비해 칩 제작 및 실험에 소요되는 시간 및 비용을 대폭 줄일 수 있다는 이점이 있으며, 또한 모세관의 종류를 바꿈으로써 모세관 전기 이동법에서 사용하는 여러 가지 분리방법을 이용할 수 있다.The present invention relates to a lab-on-a-chip system developed to perform an integrated function by connecting two or more module-type lab-on-a-chip with a capillary tube according to the purpose, the system according to the present invention, for sample reaction, injection By preparing each of the lab, chip and lab lab-on-a-chip chips in the form of a module, and combining them according to the application, it is necessary to manufacture and experiment the chip compared to manufacturing an integrated system that includes all functions in one lab-on-a-chip. There is an advantage that the time and cost can be significantly reduced, and by changing the type of capillary tube, various separation methods used in capillary electrophoresis can be used.

Description

모세관으로 연결된 랩온어칩 시스템{LAB ON A CHIP SYSTEM CONNECTED BY CAPILLARIES}LAB ON A CHIP SYSTEM CONNECTED BY CAPILLARIES}

본 발명은 두 개 이상의 모듈 형태의 랩온어칩들을 모세관으로 연결함으로써, 통합된 기능을 수행할 수 있도록 개발한 랩온어칩 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시스템은 여러 가지 기능의 모듈 형태의 각각의 랩온어칩들을 모세관으로 연결하여 조합한 것으로, 하나의 랩온어칩에 모든 기능이 들어있는 통합 시스템을 제작하는 것에 비해 칩 제작 및 실험에 소요되는 시간 및 비용을 대폭 줄일수 있고 모세관의 종류를 바꿈으로써 간편하게 여러 가지 분석 시스템으로 사용할 수 있다.The present invention relates to a lab-on-a-chip system developed to perform an integrated function by connecting two or more modular lab-on-a-chips with capillary tubes. The system according to the present invention is a combination of each function of the on-chip of the module form of the capillary by combining the capillary tube, compared to the integrated system that contains all the functions in one lab-on-a-chip compared to the chip manufacturing and experiment The time and cost required can be greatly reduced, and the different types of capillaries can be easily used for various analysis systems.

랩온어칩은 반도체 제작 공정에서 사용되는 사진석판인쇄(photolithography) 기술과 같은 미세가공(micromachining) 기술을 이용하여 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 ㎠ 크기의 기판 위에 여러 가지 장치들을 집적시킨 화학 마이크로프로세서로서, 이를 이용하면 고속, 고효율, 저비용의 자동화된 실험이 가능하다 (문헌 [Kovacs, Anal. Chem. 68 (1996) 407A-412A] 참조).Lab-on-a-Chip is a chemical microprocessor that integrates multiple devices onto a substrate of several cm2 size made of glass, silicon, or plastic using micromachining techniques such as photolithography technology used in semiconductor manufacturing processes. As such, high speed, high efficiency, low cost automated experiments are possible (see Kovacs, Anal. Chem. 68 (1996) 407A-412A).

랩온어칩 형태의 분석시스템은 대다수가 용액이 채워진 채널 양단에 전압을 걸어 용액의 흐름을 만드는 모세관 전기 삼투 현상을 이용한 모세관 전기이동법에 의한 분리, 분석 방법에 기반을 두고 있다. 따라서, 이 시스템은 기계적인 펌프나 밸브를 사용하지 않고 단지 고전압만으로 랩온어칩 내부의 미세 채널 내에서 용액의 이동 및 시료의 분리를 수행할 수 있으므로 기존의 상용화된 분석장치에 비해 크기가 작고, 가격이 상대적으로 저렴하다는 장점이 있다. 또한 용액의 이동, 시료의 반응, 주입, 분리 및 검출 등의 과정을 하나의 랩온어칩에 통합시켜 연속적으로 수행할 수 있다 (문헌 [Harrison, Science 261 (1993) 895-897), Dolnik, Electrophoresis 21 (2000) 41-54] 참조).Lab-on-a-chip analysis systems are based on the separation and analysis of capillary electrophoresis using capillary electroosmotic phenomena, the majority of which apply a voltage across a channel filled with a solution to create a flow of solution. Thus, the system is small in size compared to conventional commercial analyzers because it can perform solution movement and sample separation within the microchannels inside the lab-on-a-chip without using mechanical pumps or valves. The advantage is that the price is relatively low. In addition, the process of solution transfer, sample reaction, injection, separation, and detection can be carried out continuously by integrating a single lab-on-a-chip (Harrison, Science 261 (1993) 895-897), Dolnik, Electrophoresis 21 (2000) 41-54).

또한, 랩온어칩 분석시스템은 모세관 전기이동법에서 사용되는 모든 작동 방식을 모두 수용할 수 있다. 즉, 내부가 비어있는 채널을 이용하여 물질의 전하량 및 크기에 따라 분리하는 모세관 구역 전기이동법(capillary zone electrophoresis, CZE), 완충용액에 미셀을 형성할 수 있는 농도 이상의 계면활성제를 첨가하여 이온성 물질뿐만 아니라 중성물질도 분리할 수 있는 미셀 동전기 크로마토그래피법(micellar electrokinetic chromatography, MEKC), 액체크로마토그래피나 기체크로마토그래피의 컬럼처럼 모세관 내부에 충진물을 채워 분석하고자 하는 물질이 충진물과 이동상 용액의 분배차에 의해 분리되는 모세관 전기 크로마토그래피법 (capillary electrochromatography, CEC) 및 겔 형태의 고분자물질을 모세관 내부에 채워 DNA, 단백질과 같이 큰 분자량의 생체물질을 분리하는 모세관 겔 전기이동법 (capillary gel electrophoresis, CGE) 등과 같은 분리 방식들을 랩온어칩 형태의 초소형 분석시스템에서 모두 사용할 수 있다.In addition, the lab-on-a-chip analysis system can accommodate all the modes of operation used in capillary electrophoresis. That is, capillary zone electrophoresis (CZE), which separates according to the amount of charge and size of the material by using a hollow channel, and adds a surfactant having a concentration greater than that to form micelles in the buffer solution. The material to be analyzed is filled with a packing material inside the capillary, such as micellar electrokinetic chromatography (MEKC), a column of liquid chromatography or gas chromatography, which can separate not only neutral substances but also neutral substances. Capillary electrochromatography (CEC) separated by distribution and capillary gel electrophoresis to separate macromolecules of high molecular weight, such as DNA and proteins, by filling a capillary polymer into a capillary Small size in the form of lab-on-a-chip It can be used in both systems.

전술한 바와 같이 랩온어칩 형태의 분석시스템은 시스템이 간단하며, 분석에 필요한 모든 과정, 즉 용액의 이동, 시료의 반응, 주입, 분리 및 검출 등의 과정이 하나의 칩에서 통합되어 수행될 수 있으며, 또한 여러 가지 분석 방식을 사용할 수 있어 다양한 연구분야에서 사용 가능하다는 장점이 있는 반면, 일반적인 형태를 제외하고는 각각의 분석 용도에 맞춰 칩 디자인, 제작 및 성능시험을 수행해야 한다는 단점이 있다. 예를 들면, 분석하고자 하는 특정 시료에 가장 적합한 반응, 주입, 분리 및 검출을 위한 최적 시스템을 설계하였다면, 이 분석시스템은 특정 시료의 분석 외에는 거의 사용될 수 없다는 점이다. 따라서 분석하고자 하는 시료의 종류가 다양하고 분석 방법이 각각 다를 때는 각각의 시료에 맞는 최적 시스템들을 설계, 제작하여 필요할 때마다 분석시스템을 교체하여야 한다는 문제점을 가지고 있다. 또한 CZE, MEKC, CEC 및 CGE 와 같은 다양한 분리방식들도 하나의 칩에 하나의 분리방식만 적용 가능하다는 문제점도 가지고 있다.As described above, the lab-on-a-chip analysis system has a simple system, and all processes necessary for analysis, such as solution movement, sample reaction, injection, separation, and detection, can be performed in one chip. It also has the advantage of being able to be used in various research fields because various analysis methods can be used. On the other hand, there is a disadvantage that chip design, fabrication and performance test must be performed for each analysis purpose except for general forms. For example, if you have designed an optimal system for the reaction, injection, separation, and detection that is most appropriate for the particular sample you want to analyze, then this analysis system can rarely be used except for the analysis of that particular sample. Therefore, when the types of samples to be analyzed are different and the analysis methods are different, the system has to be designed and manufactured for each sample, and the analysis system must be replaced as needed. In addition, various separation methods such as CZE, MEKC, CEC and CGE also have a problem in that only one separation method can be applied to one chip.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 본 발명자들은 물질의 분석에 필요한 각각의 과정들을 수행할 수 있는 랩온어칩들을 모듈별로 따로 제작한 후, 분석하고자하는 목적에 맞춰 각 모듈 칩들을 모세관을 이용하여 연결함으로써 통합된 기능을 갖는 랩온어칩 형태의 분석시스템을 개발하게 되었다.In order to solve these problems, the inventors separately fabricate lab-on-a-chips that can perform each process necessary for the analysis of materials for each module, and then integrate each module chip using a capillary tube according to the purpose of analysis. We have developed an analysis system in the form of a lab-on-a-chip.

도 1은 모듈 형태의 다양한 랩온어칩의 평면도이고,1 is a plan view of various lab-on-a-chip in the form of a module,

도 2는 구성 모듈들이 모세관으로 연결된 랩온어칩 시스템의 단면도이고,2 is a cross-sectional view of a lab-on-a-chip system in which component modules are connected by capillaries;

도 3은 분석시스템 구성 및 작동을 보여주는 도이고,3 is a view showing the configuration and operation of the analysis system,

도 4는 본 발명에 따른 모세관 연결형 랩온어칩 시스템에 시료를 통과시키기 전후의 분리 성능 비교 그래프이다.Figure 4 is a graph of separation performance before and after passing the sample through the capillary connection type lab-on-a-chip system according to the present invention.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 시료의 반응, 분리 및 검출 기능을 수행하는 각각의 모듈 형태의 랩온어칩이 모세관에 의해 연결된 랩온어칩 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a lab-on-a-chip system in which each module-type lab-on-a-chip performing a reaction, separation and detection function of a sample is connected by a capillary tube.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 시료의 반응, 분리 및 검출 기능을 수행하는 각각의 랩온어칩들을 모듈(module) 형태로 제작한 후 이들을 모세관을 이용하여 분석목적에 맞게 조합함으로써 다양한 방면의 분석에 쉽고, 빠르게 적용할 수 있는 모세관 연결형 랩온어칩 시스템에 관한 것이다.The present invention can be easily and quickly applied to various fields of analysis by preparing each lab-on-a-chip that performs the reaction, separation, and detection functions of a sample in a module form and then combining them according to an analysis purpose using a capillary tube. And a capillary connected lab-on-a-chip system.

이하, 도면을 참고로하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 대표적인 모듈형 랩온어칩들의 평면도를 나타내며, 이외에도 다양한 용도의 랩온어칩들을 사용할 수 있다. 도 1에서, ①은 시료의 반응을 위한 전치 컬럼 반응기 및 주입을 위한 칩이며, ②는 시료 반응이 필요 없을 때의 시료 주입용 칩이며, ③,④는 분리용 랩온어칩으로, ③은 분리채널의 길이가 보통 0.01 ㎜∼ 20 ㎝ 정도인 직선형 분리 채널로서 분석하고자 하는 물질의 종류가 적거나 분리가 잘되는 물질인 경우에는 길이가 짧은 채널을, 그렇지 않은 경우에는 긴 채널을 사용할 수 있고, ④는 분리채널의 길이가 대략 20 ∼ 500 ㎝ 정도로 긴 굴곡형 채널로 분석 시료의 종류가 많고, 분리도가 좋지 않은 시료를 분석할 때 사용할 수 있다. 도 1에서, ⑤,⑥은 검출용 랩온어칩으로, ⑤는 흡광 검출을 위한 것이며, ⑥은 전기화학 검출을 위한 칩이다. 형광 검출은 분리용 칩의 채널 말단에서 바로 수행 가능하므로 별도의 검출용 칩이 필요하지 않다.1 illustrates a plan view of representative modular lab-on-a-chips, and other various lab-on-a-chips may be used. In Figure 1, ① is a pre-column reactor for the reaction of the sample and the chip for injection, ② is a sample injection chip when the sample reaction is not required, ③, ④ is a separation lab on chip, ③ is separated It is a linear separation channel of about 0.01 mm to 20 cm in length. If the type of material to be analyzed is small or the material is well separated, a short channel can be used. Otherwise, a long channel can be used. Is a curved channel with a long separation channel of about 20 to 500 cm in length and can be used when analyzing a sample having a large number of analysis samples and poor separation. In Figure 1, ⑤, ⑥ is a detection wrap-on chip, ⑤ is for absorbance detection, ⑥ is a chip for electrochemical detection. Fluorescence detection can be performed directly at the channel end of the separation chip, so a separate detection chip is not required.

도 1에 나타낸 바와 같은 각 랩온어칩들의 채널 넓이는 약 0.01 ㎛ ∼ 10 ㎝, 깊이는 약 0.01 ㎛ ∼ 1 ㎝의 범위 내에서 용도에 따라 변화가 가능하다. 도시된 각 칩에서 채널의 끝에 그려진 큰 원은 용액을 담을 수 있는 용기를 의미하며, 작은 원은 모세관 연결 부위를 의미한다.The channel width of each of the lab-on-a-chips as shown in FIG. 1 is about 0.01 μm to 10 cm, and the depth is about 0.01 μm to 1 cm. In each chip shown, the large circle drawn at the end of the channel means the container that can hold the solution, and the small circle means the capillary connection site.

도 1에 나타낸 바와 같은 모듈형태의 칩들은 통상의 방법에 따라 유리, 수정 또는 용융 실리카 재질과 플라스틱 등 채널 가공이 가능한 재질의 판에 채널을 새겨 제작할 수 있다. 예를 들어, 유리, 수정 또는 용융 실리카 판에 채널을 만들기 위해서는 사진석판인쇄(photolithography) 기술과 화학 에칭(chemical etching) 기술 및 몰딩, 압인, 기계가공, 레이저 가공 등의 방법을 사용하여 이들 판에 원하는 채널을 새길 수 있다. 플라스틱 재질로는 PDMS(폴리디메틸실록산), PMMA (폴리메틸메타크릴레이트), PC(폴리카보네이트), PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), PS(폴리스티렌) 등과 같은 여러 가지 재질이 사용될 수 있는데, 플라스틱 판에 채널을 만드는 방법은 주형에 부은 뒤에 고형화 시키는 방법과 같은 몰딩(molding) 기법이나, 평평한 기판을 열을 가한 주형으로 눌러서 제작하는 핫 엠보싱(hot embossing) 방법 또는 기계적 수단 혹은 빛이나 열을 이용하여 가공하는 방법들을 사용할 수 있다.Modules of the module type as shown in Figure 1 can be produced by engraving the channel on a plate of a material capable of channel processing, such as glass, quartz or fused silica material and plastic according to a conventional method. For example, to make channels in glass, quartz, or fused silica plates, they can be fabricated using photolithography, chemical etching, and molding, stamping, machining, and laser processing. You can engrave the channel you want. Plastic materials can be used such as PDMS (polydimethylsiloxane), PMMA (polymethylmethacrylate), PC (polycarbonate), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PS (polystyrene), etc. For example, a method of making a channel in a plastic plate may be a molding technique such as pouring a mold and then solidifying it, or a hot embossing method, which is produced by pressing a flat substrate into a heated mold, or by mechanical means or light or heat. It is possible to use a method for processing using.

본 발명에 따르면, 상기와 같이 채널이 새겨진 기판에, 모세관으로 연결이 가능하도록 연결 구멍이 뚫어진 구조의 또 다른 기판으로 채널을 덮어 본 발명에 따른 모세관 연결형 랩온어칩 모듈을 제작할 수 있다.According to the present invention, a capillary connection type wrap-on-a-chip module according to the present invention can be manufactured by covering the channel with another substrate having a structure in which a connection hole is drilled so as to be connected to the substrate engraved with a channel as described above.

모세관 연결형의 각 모듈형 칩들은 분석 목적에 맞게 조합하여 플라스관의 구멍에 모세관을 1 ∼100 ㎝ 길이로 잘라 각 칩의 플라스틱관에 삽입하여 시스템을 완성할 수 있다.Each modular chip of capillary connection type can be combined to meet the purpose of analysis, and cut into 1-100 cm length of capillary in the hole of the plastic tube to insert the plastic tube of each chip to complete the system.

본 발명에서 각 모듈들의 연결에 사용되는 모세관은 수정, 용융 실리카, 유리, 고분자 등의 재질로 만들어질 수 있다.Capillary tube used in the connection of each module in the present invention may be made of a material such as quartz, fused silica, glass, polymer.

본 발명에 따른 모세관 연결형 분석 시스템은 쉽고 빠르고 연결, 해체할 수 있으며 하나의 칩에 모든 기능이 들어있는 통합형 랩온어칩에 비해 제작이 쉽고, 저렴하게 제작할 수 있으며 응용범위를 대폭 넓힐 수 있다는 장점이 있다.Capillary-connected analysis system according to the present invention is easy, quick and easy to connect and dismantle, compared to the integrated lab-on-a-chip with all the functions on one chip, it is easy to manufacture, can be manufactured at a low cost, and has a wide range of applications. have.

또한 모세관으로 각 모듈 칩들을 연결할 때, CZE, MEKC, CEC 및 CGE 와 같은 다양한 분리방식에 따라, 내부가 비어 있는 모세관, 수 ㎚ ∼ 수 ㎜ 크기의 충진 물질이 채워진 모세관, 겔과 같은 고분자 물질이 채워진 모세관 및 모세관 내벽이 표면 처리된 모세관 등을 사용할 수 있으므로 하나의 칩으로 여러 분리 방식을 적용할 수 있다.Also, when connecting each module chip with a capillary tube, polymer materials such as a capillary tube filled with a hollow material, a capillary tube filled with a filling material of several nm to several millimeters, and a gel may be used according to various separation methods such as CZE, MEKC, CEC and CGE. Filled capillary and capillary with the inner wall of the capillary can be used, so multiple separation methods can be applied with one chip.

모세관 내부에 채워지는 충진물과 내벽에 표면 처리되는 물질로는 흡착, 흡수, 이온교환 작용 등과 같이 분석물질과 일련의 물리적, 화학적, 생물학적 작용을 할 수 있는 물질을 사용할 수 있으며, 모세관 내부에 채워지는 겔은 아가로스, 폴리아크릴아미드, 셀룰로오스 등과 같이 내부에 망사 구조를 형성할 수 있는 고분자 물질을 사용할 수 있다.The filling material inside the capillary and the material surface-treated on the inner wall can be a substance which can perform a series of physical, chemical and biological reactions with the analyte such as adsorption, absorption, ion exchange, etc. The gel may be a polymer material capable of forming a mesh structure therein such as agarose, polyacrylamide, cellulose, and the like.

이하에 본 발명의 실시예들을 제시하는 바, 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Examples of the present invention are presented below, but the scope of the present invention is not limited by the examples.

실시예 1: 모세관 연결형 랩온어칩 모듈의 제작 및 연결Example 1 Fabrication and Connection of Capillary Connected Lab-on-a-Chip Module

PDMS를 이용하여 몰딩 기법으로 플라스틱 칩 모듈을 다음과 같이 제작하였다.Plastic chip modules were manufactured by molding using PDMS as follows.

우선 채널이 새겨진 아래판 (도 2의 ①)은 네거티브 포토레지스트인 SU-8을 실리콘 웨이퍼 위에 0.01 ㎛ ∼ 1 ㎝의 높이로 코팅하고 포토마스크를 덮어 자외선으로 노광하였다. 이 웨이퍼를 현상하면 원하는 패턴을 가진 양각 틀이 얻어지는데 이 틀에 PDMS를 붓고 가교결합시킨 뒤 떼어내면 원하는 음각의 패턴을 가지는 PDMS판을 얻었다.First, a channel-engraved bottom plate (1 in Fig. 2) was coated with SU-8, a negative photoresist, on a silicon wafer at a height of 0.01 μm to 1 cm and covered with a photomask to be exposed to ultraviolet rays. Developing the wafer yields an embossed mold with the desired pattern. PDMS is poured onto the mold, cross-linked and then removed to obtain a PDMS plate with the desired engraved pattern.

완성된 칩 모듈들을 모세관으로 서로 연결하기 위해서는, 상기와 같이 하여 제작된 채널을 가진 기판의 채널 덮개판을 모세관 연결이 가능한 구조로 제작하여야 하므로, 이를 다음과 같이 패턴이 없는 실리콘 웨이퍼를 사용하여 제작하였다.In order to connect the completed chip modules to each other by a capillary tube, the channel cover plate of the substrate having the channel manufactured as described above should be manufactured in a structure capable of capillary connection, and thus manufactured using a silicon wafer without a pattern as follows. It was.

도 2를 참조해보면, 수 ㎟ 정도 크기의 PDMS 조각에 구멍을 뚫고 이 구멍에 플라스틱관 ②을 삽입하고, 다시 플라스틱관의 구멍에, 외경은 플라스틱관의 구멍과 같고 내경은 아래판 ①에 새겨진 채널 넓이와 유사한 모세관 ③을 삽입한 후,PDMS 조각을 패턴이 없는 실리콘 웨이퍼에 밀착시켰다. 여기에 PDMS를 붓고 가교결합시킨 뒤 떼어낸다음, 이 판에 밑판 채널들의 말단과 동일한 위치에 구멍을 뚫고, 테슬라코일(Tesla coil)을 이용해 형성한 아크 방전으로 표면 처리하였다.Referring to FIG. 2, a hole is made in a piece of PDMS having a size of several mm 2, and a plastic tube ② is inserted into this hole, and then into the hole of the plastic tube, the outer diameter is the same as the hole of the plastic tube, and the inner diameter is inscribed in the bottom plate ①. After inserting a capillary tube 3 of similar width, the PDMS piece was adhered to the silicon wafer without a pattern. PDMS was poured into this, crosslinked and then removed, and the plate was then drilled at the same position as the ends of the base plate channels and surface-treated with an arc discharge formed using Tesla coils.

이어서, 아래판 ①에 새겨진 채널의 말단과 덮개판 ④에 삽입된 모세관 내경의 위치를 현미경을 이용하여 정확하게 맞춘 후 두 판을 밀착시켜 접합한 다음, 마지막으로 200 ㎕ 피펫 팁 ⑤을 적당한 크기로 잘라 구멍에 꼭 맞게 끼워 넣고 접착제로 고정시켜 모듈 형태의 랩온어칩을 완성하였다.Subsequently, the position of the end of the channel engraved on the lower plate ① and the capillary inner diameter inserted into the cover plate ④ are precisely aligned using a microscope, and the two plates are closely bonded to each other. Finally, the 200 μl pipette tip ⑤ is cut to an appropriate size. It fits tightly into the hole and fixed with adhesive to complete the module-type wrap-on-a-chip.

실시예 2: 랩온어칩 시스템 구성 및 작동Example 2: Lab-on-a-chip System Configuration and Operation

예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 시료 주입 및 분리를 위한 칩 ①과 시료 분리 및 레이저 유발 형광 검출을 위한 칩 ②을 모세관 ③을 이용하여 연결하여 분석을 위한 전체 시스템을 구성하였다.For example, as shown in Figure 3, the chip (1) for sample injection and separation and the chip (2) for sample separation and laser-induced fluorescence detection was connected using a capillary tube (3) to configure the entire system for analysis.

칩에서의 시료 이동, 시료 주입 및 분리를 전기 삼투 흐름을 이용하여 수행하기 위해 고전압 공급장치 ④, 전압 분할기 ⑤ 및 고전압 릴레이 ⑥를 사용하였다. 시료 주입은 개폐식 주입방법을 사용하며 이때 각 용기에 걸리는 전압은 전압 분할기를 이용하여 조절하였다. 시료 주입 전에는 시료 용기 ⑦에 0.1 kV에서 50 kV 범위의 전압, 완충용액 용기 ⑧에는 시료 용기 ⑦에 걸리는 전압의 0.1 ∼ 5 배의 전압, 시료 배출 용기 ⑨에는 0 ∼ 1 배의 전압, 완충용액 배출 용기 ⑩에는 0 V의 전압을 걸어주고, 시료 주입시에는 완충용액 용기 ⑧에 걸어주는 전압을 고전압 릴레이 ⑥를 사용하여 정해진 시간, 예를 들면 0.01초 ∼ 60분 동안 차단하고 다시 연결하여 시료가 분리 채널로 주입되도록 하였다. 주입된 시료는 분리 채널을 지나면서 분리가 이루어지며, 시료의 검출은 레이저 ⑪에서 나온 광원을 분리 채널의 말단에 집중시켜 형광표지가 붙은 시료로부터 발생하는 형광을 대물렌즈 ⑫로 모아 필터를 통과시킨 후 광증배관 검출기 ⑬로 형광의 세기를 측정하였다. 컴퓨터 ⑭는 고전압 공급장치의 전압 및 고전압 릴레이를 조절하며, 또한 광증배관 검출기로부터 나오는 신호를 기록하고 저장하기 위해 사용하였다.A high voltage supply ④, a voltage divider ⑤ and a high voltage relay ⑥ were used to perform sample transfer, sample injection and separation on the chip using an electrical osmotic flow. Sample injection was performed using an open-close injection method, and the voltage applied to each container was controlled using a voltage divider. Before sample injection, voltage in the range of 0.1 kV to 50 kV in the sample container ⑦, 0.1 to 5 times the voltage applied to the sample container ⑦ in the buffer container ⑧, 0 to 1 times the voltage in the sample discharge container ⑨, and the buffer solution discharge A voltage of 0 V is applied to the container ,, and when the sample is injected, the high voltage relay ⑥ is used to cut off the voltage applied to the buffer container ⑧ for a predetermined time, for example, 0.01 seconds to 60 minutes, and then reconnect the sample. It was allowed to be injected into the channel. The injected sample is separated through the separation channel, and the detection of the sample concentrates the light source from the laser beam at the end of the separation channel, and collects the fluorescence generated from the sample with the fluorescent label through the filter through the objective lens. The intensity of fluorescence was measured with a photomultiplier tube detector. The computer 를 used to regulate the voltage of the high voltage supply and the high voltage relay and also to record and store the signal from the photomultiplier detector.

실시예 3: 모세관으로 연결된 랩온어칩 시스템의 성능 시험Example 3 Performance Test of a Lab-on-A-Chip System Connected by Capillary Tubes

도 3과 같이 시료 주입용 랩온어칩과 분리용 랩온어칩을 모세관으로 연결한 후 모세관 연결부위에서의 불감부피(dead volume)의 유무을 알아보기 위해 플루오로세인이소티오시아네이트(FITC)과 플루오로세인 혼합 용액을 주입한 후, 모세관 통과 5 ㎜ 전과 모세관 통과 5 ㎜ 후에서 분리된 물질들을 레이저 유발 형광 검출법으로 검출하여 각 물질의 이론단수들을 측정하였다. 그 결과를 각각 도 4a 및 4b와 표 1에 나타내었다.After connecting the lab-on-a-chip for sample injection and the lab-on-a-chip for separation as shown in FIG. 3 with a capillary tube, fluorosein isothiocyanate (FITC) and fluoro to determine the presence of dead volume at the capillary connection site After injecting the mixed mixture, the materials separated before 5 mm after the capillary passage and 5 mm after the capillary passage were detected by laser-induced fluorescence detection to measure the theoretical numbers of the respective materials. The results are shown in FIGS. 4A and 4B and Table 1, respectively.

모세관 통과전Before passing the capillary 모세관 통과후After passing capillary tube 분석 물질Analyte FITCFITC 플루오로세인Fluorosane FITCFITC 플루오로세인Fluorosane 이동시간 (초)Travel time (seconds) 22.122.1 30.530.5 138.1138.1 186.8186.8 이론단수 (N)Theoretical singular (N) 1,0901,090 1,1001,100 2,4002,400 2,1002,100

연결부위에서 불감 부피가 존재하면 띠 넓힘 현상이 일어나 각 피크의 이론단수는 감소하게 되는데, 표 1의 결과에서 보는 바와 같이 이론단수의 감소는 관측되지 않았으며 분리 길이의 증가만큼 이론 단수의 증가가 보여 모세관 연결부위에서의 불감부피는 없는 것을 알 수 있다.The presence of dead volume at the junction leads to band widening, which reduces the theoretical number of each peak. As shown in the results of Table 1, no decrease in the theoretical number is observed, and the theoretical number increases as the separation length increases. It can be seen that there is no dead volume at the capillary connection.

본 발명에 따라 두 개 이상의 모듈 형태의 랩온어칩들을 용도에 맞춰 모세관으로 연결함으로써 통합된 기능을 수행할 수 있도록 개발한 랩온어칩 시스템은, 시료 반응용, 주입용, 분리용 및 검출용 랩온어칩들을 모듈 형태로 각각 제작한 후 이들을 용도에 맞춰 모세관으로 연결 조합할 경우, 하나의 랩온어칩에 모든 기능이 들어있는 통합 시스템을 제작하는 것에 비해 칩 제작 및 실험에 소요되는 시간 및 비용을 대폭 줄일 수 있으며, 또한 모세관의 종류를 바꿈으로써 모세관 전기 이동법에서 사용하는 여러 가지 분리방법 즉, 모세관 구역 전기이동법(CZE), 미셀 동전기 크로마토그래피법(MEKC), 모세관 전기 크로마토그래피법(CEC) 및 모세관 겔 전기이동법(CGE) 등을 이용할 수 있다.According to the present invention, a lab-on-a-chip system developed to perform an integrated function by connecting two or more module-type lab-on-a-chips in a capillary tube according to a use includes a sample reaction, injection, separation, and detection lab. If each of the on-chips are manufactured in the form of modules and then combined with capillaries according to the purpose, the time and cost of chip manufacturing and experimentation can be reduced compared to manufacturing an integrated system including all functions in one lab-on-a-chip. By greatly changing the type of capillary tube, various separation methods used in capillary electrophoresis, such as capillary zone electrophoresis (CZE), micellar electrokinetic chromatography (MEKC), and capillary electrochromatography ( CEC), capillary gel electrophoresis (CGE), and the like.

본 발명은 다양한 분석 방법을 쉽고 빠르게 적용할 수 있는 시스템으로 여러 가지 분석 기술 및 장비가 요구되는 환경, 의약품, 식품 및 생명 연구분야 등에서 폭 넓게 사용할 수 있으며, 연구에 필요한 시간, 경비 및 노동력을 대폭 절감시켜 연구 효율을 획기적으로 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.The present invention is a system that can easily and quickly apply a variety of analytical methods can be widely used in the environment, pharmaceuticals, food and life research fields that require a variety of analytical techniques and equipment, and greatly reduces the time, expense and labor required for research It is expected that the efficiency of research can be dramatically increased by saving.

Claims (8)

시료의 반응, 분리 및 검출 기능을 수행하는 각각의 모듈 형태의 랩온어칩들이 모세관에 의해 연결된 구조를 가지며, 이때 모세관은 내부가 비어있거나, 충전제 또는 고분자 물질로 채워져 있거나 내벽이 표면 처리된 형태로서, 유리, 수정, 용융 실리카 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것임을 특징으로 하는, 모세관 연결형 랩온어칩(lab on a chip) 시스템.Each modular lab-on-a-chip that performs the reaction, separation and detection of the sample has a structure connected by capillaries, wherein the capillaries are hollow, filled with fillers or polymer materials, or surface-treated with inner walls. Capillary connection lab on a chip system, characterized in that made of glass, quartz, fused silica or plastics material. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 모세관 내부에 채워진 물질이나 내벽에 처리된 물질이 분석 대상 물질과 물리적, 화학적 또는 생물학적 반응을 할 수 있는 것임을 특징으로 하는, 랩온어칩 시스템.Lab-on-a-chip system, characterized in that the material filled in the capillary tube or the material treated on the inner wall is capable of a physical, chemical or biological reaction with the material to be analyzed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 모세관 내부에 채워지는 고분자 물질이 아가로스, 폴리아크릴아미드 또는 셀룰로오스 임을 특징으로 하는, 랩온어칩 시스템.A lab-on-a-chip system, characterized in that the polymeric material filled in the capillary is agarose, polyacrylamide or cellulose. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 모듈이 유리, 수정, 용융 실리카 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것임을 특징으로 하는, 랩온어칩 시스템.Lab-on-a-chip system, characterized in that the module is made of glass, quartz, fused silica or plastic material. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 모듈이 유리, 수정 또는 용융 실리카 재질로서, 사진석판인쇄기술, 화학에칭기술, 몰딩, 압인, 기계가공 또는 레이저 가공에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는, 랩온어칩 시스템.A lab-on-a-chip system, wherein the module is made of glass, quartz, or fused silica material and is manufactured by photolithography, chemical etching, molding, stamping, machining or laser processing. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 모듈이 플라스틱 재질로서, 몰딩, 압인, 기계가공 또는 레이저 가공에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는, 랩온어칩 시스템.A wrap-on-a-chip system, wherein the module is a plastic material and is manufactured by molding, stamping, machining or laser processing.
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