KR100538469B1 - Biochemical analysis apparatus using micropillar arrays and periodically crossed electric fields and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생화학적 하전 물질 또는 그 중합체를 그 크기에 따라 여과 또는 추출하는 생물학적 분석 기기 및 그 방법에 관한 것이다. 이 생물학적 분석 기기는 추출하고자 하는 생화학적 하전 물질의 크기를 고려해 미소 기둥형 구조물(10)이 미소 유로 내에 설치되고, 미소 기둥형 구조물(10)의 영역에 위치하는 생화학적 하전 물질의 혼합물에 일정한 각도로 교차되는 한 쌍의 전기장(50a, 50b)이 각각 일정 주기로 인가된다. 그러면, 추출하고자 하는 크기의 생화학적 하전 물질만이 상기 미소 기둥형 구조물(10)을 통과하여, 본 발명의 생물학적 분석 기기의 외부로 여과 또는 추출된다. 따라서, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 종래기술과 달리 DNA와 같은 생화학적 하전 물질 및 그 중합체를 그 크기에 따라 용이하게 여과 또는 추출할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 미소 기둥형 구조물에서 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체만이 통과 이동되기 때문에, 지속적인 관찰이 필요없으며 일정 시간 후에 상기 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체를 여과 또는 추출할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a biological analysis device and method for filtering or extracting a biochemically charged material or polymer thereof according to their size. This biological analysis device has a micro columnar structure 10 installed in the microchannel and is fixed to a mixture of biochemically charged substances located in the region of the micro columnar structure 10 in consideration of the size of the biochemically charged material to be extracted. A pair of electric fields 50a and 50b intersected at an angle are applied at regular intervals, respectively. Then, only the biochemically charged material of the size to be extracted passes through the micro columnar structure 10 and is filtered or extracted out of the biological analysis device of the present invention. Therefore, the biological analysis device of the present invention has an advantage in that the biochemically charged material such as DNA and its polymer can be easily filtered or extracted according to their size, unlike the prior art. In addition, the present invention, because only the biochemically charged polymer of a certain size or less is passed through in the micro-pillar structure, there is no need for continuous observation and the advantage of filtering or extracting the biochemically charged polymer of the predetermined size or less after a certain time There is this.
Description
본 발명은 생화학적 하전 물질 또는 그 중합체를 그 크기에 따라 여과 또는 추출하는 생물학적 분석 기기 및 그 방법에 관한 것이며, 특히, 생화학적 하전 물질 또는 그 중합체가 교차되게 인가되는 전기장에 의해 미소 기둥형 구조물을 통과하면서 그 크기에 따라 여과 또는 추출되는 생물학적 분석 기기 및 그 방법과, 생물학적 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a biological analytical device and method for filtering or extracting a biochemically charged material or polymer according to its size, and in particular, a micro columnar structure by an electric field to which the biochemically charged material or polymer is applied crosswise. The present invention relates to a biological analysis device and method and a biological analysis system which are filtered or extracted according to their size while passing through.
생물학적 분석 기기는 유전자의 정보를 획득하기 위해 생물학적 하전 물질 등을 여과 또는 추출하는데 사용되는 것으로서, 바이오 산업의 발전에 따라 점차 소형화 및 자동화되고 있다. Biological analysis devices are used to filter or extract biologically charged materials and the like to obtain gene information, and are being miniaturized and automated gradually with the development of the bio industry.
이런 생물학적 분석을 위한 종래기술에는 젤(gel)을 이용한 전기영동법이 있다. 이런 젤을 이용한 전기영동법은 생화학적 물질에 전기장을 인가시킴으로써, DNA와 같은 생화학적 물질을 그 크기에 따라 단일방향으로 분리시키는 기술이다.The prior art for such a biological analysis is the electrophoresis method using a gel (gel). Electrophoresis using such a gel is a technique for separating a biochemical such as DNA into a unidirectional direction by applying an electric field to the biochemical.
하지만, 상기 생화학적 물질을 분리하는 종래기술은 DNA와 같은 경우에 그 크기에 따라 수 kbp급까지 분리하기 위해서 수분 내지 수십분의 소요 시간을 필요로 하는 문제점이 있다. However, the prior art for separating the biochemical material has a problem that it takes a few minutes to several tens of minutes to separate up to several kbp class depending on the size in the case of DNA.
또한, 상기 종래기술은 전기장을 인가해서 단일 방향으로 수십 kbp급 이상의 DNA를 순차적으로 분리시키는데 한계가 있는 문제점이 있다. In addition, the prior art has a problem that there is a limit in sequentially separating more than a few tens of kbp class DNA in a single direction by applying an electric field.
또한, 상기 종래기술은 분리되어 있는 생화학적 물질을 추출 또는 여과하기 위해 생화학적 물질에 혼합된 물리적 기질의 젤 등을 제거하는 후처리 공정이 어려운 문제점이 있다.In addition, the prior art has a problem that the post-treatment process of removing the gel of the physical substrate mixed with the biochemical material is difficult to extract or filter the separated biochemical material.
이와 같은 종래기술에서의 단점을 보안하기 위해, 종래의 생물학적 분석 기술에는 미국특허 제 5,837,115호에 기재된 마이크로 리소그라피 구조물을 이용한 전기영동법이 있다. In order to secure such disadvantages in the prior art, conventional biological analysis techniques include electrophoresis using microlithography structures described in US Pat. No. 5,837,115.
이런 미국특허 제 5,837,115호에 기재된 생물학적 분석 기술은 생화학적 친화 전해액에 단위 길이당 일정 전하량을 갖게 되는 전기장을 단일 방향으로 인가하고, 그 전기력에 의해 생화학적 하전 중합체의 이동(전기영동)을 유발시킨다. 그러면, 생화학적 하전 중합체는 주변 액체 및 마이크로 리소그라피 구조물(일명, '인공젤'이라 함) 등의 마찰 또는 저지로 인해 그 이동이 제한되고, 그 크기에 따라 발생되는 속도차로 인해 그 이동거리가 달라진다. 이로 인해, 생화학적 하전 중합체는 전기장이 인가된 일정 시간 후에 그 크기에 따라 구조물 내에서 다른 곳에 위치하게 됨으로써, 상호 분리된다.This biological analysis technique described in US Pat. No. 5,837,115 applies an electric field in a single direction to a biochemical affinity electrolyte with a constant charge amount per unit length, and the electric force causes the movement (electrophoresis) of the biochemically charged polymer. . Then, the biochemically charged polymer is limited in its movement due to friction or blocking of the surrounding liquid and microlithography structure (also called 'artificial gel'), and the movement distance is changed due to the velocity difference generated according to its size. . As a result, the biochemically charged polymers are separated from each other by being located elsewhere in the structure according to their size after a certain time after the electric field is applied.
하지만, 상기 인공젤을 이용한 전기영동법에 관한 종래기술에서는 생화학적 물질을 그 크기에 따라 단일 방향으로 양호하게 배열시키기 위해서, 초기에 시료인 생화학적 물질을 가능한 폭방향의 일직선상에 배열시켜야 하는 문제점이 있다. However, in the prior art of the electrophoresis method using the artificial gel, in order to arrange the biochemical materials in a single direction well according to the size thereof, the biochemical materials, which are samples, should be initially arranged in a line as straight as possible in the width direction. There is this.
또한, 상기 인공젤을 이용한 전기영동법에 관한 종래기술에서는 전기장의 인가에 의해 단일방향으로 분리된 생화학적 물질을 그 크기에 따라 분석만 가능할 뿐, 생화학적 물질을 추출 또는 여과하기가 어려운 문제점이 있다. In addition, in the prior art of the electrophoresis method using the artificial gel can only analyze the biochemical material separated in one direction by the application of the electric field according to the size, it is difficult to extract or filter the biochemical material. .
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 추출하고자 하는 생화학적 하전 물질의 크기를 고려해 미소 기둥형 구조물을 미소 유로 내에 설치하고, 상기 미소 기둥형 구조물의 영역에 위치하는 생화학적 하전 물질의 혼합물에 일정한 각도로 교차되는 한 쌍의 전기장을 각각 일정 주기로 인가시킴으로써, 추출하고자 하는 크기의 생화학적 하전 물질만이 상기 미소 기둥형 구조물을 통과하여 외부로 여과 또는 추출되는 미소 기둥형 구조물과 교차 전기장을 이용한 생물학적 분석 기기 및 그 방법과, 생물학적 분석 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is provided to solve the problems of the prior art as described above, in consideration of the size of the biochemically charged material to be extracted to install a micro-pillar structure in the micro-channel, and located in the region of the micro-pillar structure By applying a pair of electric fields intersected at regular angles to the mixture of biochemically charged materials at regular intervals, only the microchemically charged material of the size to be extracted passes through the micropillar structure and is filtered or extracted to the outside. It is an object of the present invention to provide a biological analysis device and method using a shaped structure and a cross electric field, and a biological analysis system.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생물학적 분석 기기는, 생화학적 하전 물질을 전기장을 이용하여 이동시키는 생물학적 분석 기기에 있어서, 각각 유입구와 배출구를 포함하고, 상호 교차하도록 배열되며 관통된 다수의 미소유로와; 상기 다수의 미소유로의 교차점에 위치하고, 다수의 단위 미소기둥이 일정한 간격으로 배열되어 상기 생화학적 하전 물질이 그 크기에 따라 통과되거나 머물게 되는 미소 기둥형 구조물과; 상기 다수의 미소유로에 대해 각 미소유로의 유입구로부터 배출구 방향으로 전기장을 인가하는 다수의 전기장발생수단을 포함하여, 상기 다수의 전기장발생수단에 의해 발생하는 전기장에 의해 상기 생화학적 하전 물질이 그 크기에 따라 상기 미소 기둥형 구조물을 통과하거나 머물게 하여 상기 생화학적 하전 물질을 선택적으로 외부로 여과 또는 추출하는 것을 특징으로 한다.The biological analysis device of the present invention for achieving the object as described above, in the biological analysis device for moving the biochemically charged material using an electric field, each of which comprises an inlet and an outlet, arranged to intersect with each other With a micro euro of; A micro-pillar structure positioned at intersections of the plurality of micro-channels, the plurality of unit micro-pillars arranged at regular intervals such that the biochemically charged material passes or stays according to its size; The biochemically charged material is sized by an electric field generated by the plurality of electric field generating means, including a plurality of electric field generating means for applying an electric field toward the outlet from the inlet and the outlet of each of the microchannels. By passing through or staying in the micro-pillar structure is characterized in that the biochemically charged material is selectively filtered or extracted to the outside.
또한 본 발명의 생물학적 분석 방법은, 상기 생화학적 하전 물질이 미소 유로 내에 유입되는 제1 단계와; 상기 미소 유로 내에 유입된 생화학적 하전 물질이 상기 전기장에 의해 이동되는 제2 단계와; 상기 미소 유로 내에 다수개의 단위 미소 기둥이 일정 간격으로 배열된 미소 기둥형 구조물의 영역에서 일정 각도로 상호 교차되는 한 쌍의 전기장을 주기적으로 인가시키는 제3 단계와; 상기 교차되는 한 쌍의 전기장에 의해 상기 생화학적 하전 물질이 그 크기에 따라 상기 미소 기둥형 구조물의 영역을 통과하거나 벗어나지 못하는 제4 단계 및; 상기 미소 기둥형 구조물을 통과하거나 벗어나지 못하는 상기 생화학적 하전 물질을 각각 선택적으로 외부로 여과 또는 추출하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 생물학적 분석 시스템은, 생화학적 하전 물질을 전기장을 이용하여 이동시키는 생물학적 분석 시스템에 있어서, 다수의 유입구와 다수의 배출구를 포함한 다수의 개별 생물학적 분석 기기를 적어도 2단 이상으로 배열하고, 전단의 개별 생물학적 분석 기기의 적어도 하나 이상의 배출구에 각각 후단의 개별 생물학적 분석 기기의 유입구를 연결하여 구성하며,상기 개별 생물학적 분석 기기는, 각각 유입구와 배출구를 포함하고, 상호 교차 배열되며 관통된 다수의 미소유로와; 상기 다수의 미소유로의 교차점에 위치하고, 다수의 단위 미소기둥이 일정한 간격으로 배열되어 상기 생화학적 하전 물질이 그 크기에 따라 통과되거나 머물게 되는 미소 기둥형 구조물과; 상기 다수의 미소유로에 대해 각 미소유로의 유입구로부터 배출구 방향으로 전기장을 인가하는 다수의 전기장발생수단을 포함하여, 상기 다수의 전기장발생수단에 의해 발생하는 전기장에 의해 상기 생화학적 하전 물질이 그 크기에 따라 상기 미소 기둥형 구조물을 통과하거나 머물게 하여 상기 생화학적 하전 물질을 선택적으로 외부로 여과 또는 추출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the biological analysis method of the present invention includes a first step of introducing the biochemically charged material into the microchannel; A second step in which the biochemically charged material introduced into the microchannel is moved by the electric field; A third step of periodically applying a pair of electric fields that cross each other at a predetermined angle in an area of the micro columnar structure in which a plurality of unit micro columns are arranged at regular intervals in the micro channel; A fourth step of preventing the biochemically charged material from passing through or leaving the area of the micro-pillar structure due to the size of the crossing pair of electric fields; And a fifth step of selectively filtering or extracting the biochemically charged material that does not pass or escape the micro columnar structure, respectively. In addition, the biological analysis system of the present invention, in the biological analysis system for moving the biochemically charged material using an electric field, a plurality of individual biological analysis devices including a plurality of inlets and a plurality of outlets arranged in at least two stages, At least one outlet of an individual biological analysis device at the front end is connected to each inlet of an individual biological analysis device at a rear end, the individual biological analysis devices each comprising an inlet port and an outlet port, intersecting with each other, and passing through Micro euros; A micro-pillar structure positioned at intersections of the plurality of micro-channels, the plurality of unit micro-pillars arranged at regular intervals such that the biochemically charged material passes or stays according to its size; The biochemically charged material is sized by an electric field generated by the plurality of electric field generating means, including a plurality of electric field generating means for applying an electric field toward the outlet from the inlet and the outlet of each of the microchannels. By passing through or staying in the micro-pillar structure is characterized in that the biochemically charged material is selectively filtered or extracted to the outside.
아래에서는 본 발명에 따른 생물학적 분석 기기 및 그 방법과, 생물학적 분석 시스템의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a biological analysis device according to the present invention, a method and a preferred embodiment of the biological analysis system will be described in detail.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 교차 전기장을 이용하여 생화학적 하전 중합체를 그 크기에 따라 여과 또는 추출하는 기기를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating an apparatus for filtering or extracting a biochemically charged polymer according to its size using a cross-sectional electric field according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 자동화 및 소형화를 위해 개발된 칩(chip) 형태의 분석 기기로서, 생화학적 하전 중합체의 혼합물이 이동하는 미소 유로가 그 내부에 형성된다. As shown in FIG. 1, the biological analysis device of the present invention is a chip-type analysis device developed for automation and miniaturization, in which a micro flow path through which a mixture of biochemically charged polymers moves is formed therein.
그리고, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 제1 미소 유로(20)가 형성된 내부 영역에 추출하고자 하는 생화학적 하전 중합체만이 통과될 수 있는 간격으로 배열된 물리적 저항 기질을 갖는 미소 기둥형 구조물(10)이 설치된다. 이로 인해, 본 발명은 그 미소 기둥형 구조물(10)의 크기 및 배열간격을 달리함으로써, 수십 kbp급 DNA 이상의 크기를 갖는 생화학적 하전 중합체도 종래기술에 비해 짧은 시간 내에 용이하게 분리할 수 있다.In addition, the biological analysis device of the present invention has a micro columnar structure 10 having physical resistance matrices arranged at intervals through which only the biochemically charged polymer to be extracted can pass through the inner region where the first microchannel 20 is formed. This is installed. For this reason, the present invention can be easily separated in a short time compared to the prior art biochemically charged polymer having a size of more than a few tens of kbp DNA by varying the size and arrangement interval of the micro columnar structure (10).
또한, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 종래기술에서 단일 방향으로 전기장을 인가하여 생화학적 하전 중합체를 그 속도차에 따라 분리시킬 뿐만 아니라, 일정 각도로 교차되게 한 쌍의 전기장(50a, 50b)을 인가시킨다. 그러면, 생화학적 하전 중합체는 그 크기에 따라 교차 전기장 내에서 이동방향을 전환하는데 필요한 시간이 달라지기 때문에, 본 발명은 미소 기둥형 구조물(10)의 영역에서 그 크기에 따라 분리된 후에 원하는 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체만이 추출구(31)를 통해 여과 또는 추출된다.In addition, the biological analysis device of the present invention applies an electric field in a single direction in the prior art to separate the biochemically charged polymer according to its speed difference, as well as to apply a pair of electric fields 50a and 50b to cross at an angle. Let's do it. Then, since the biochemically charged polymer has a different time required to change the direction of movement in the cross electric field depending on its size, the present invention can be separated in accordance with its size in the region of the micro columnar structure 10, and then the desired constant size. Only the following biochemically charged polymers are filtered or extracted through the extraction port 31.
본 발명의 생물학적 분석 기기에는 제1 미소 유로(20)의 일측에 생화학적 하전 중합체의 혼합물이 유입되는 유입구(30)가 형성되고, 유입구(30)의 반대편에 위치하는 제1 미소 유로(20)의 타측에 미소 기둥형 구조물(10)을 통과해 분리된 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체가 여과 또는 추출되는 추출구(31)가 형성된다. 그리고, 제1 미소 유로(20)의 양 끝단에는 상기 유입구(30)를 통해 유입된 생화학적 하전 중합체의 혼합물이 일방향으로 이동되도록, 외부 전기장(40)을 인가시키는 제1, 제2 전극 주입구(41a, 41b)가 형성된다. 그러면, 생화학적 하전 중합체의 혼합물은 외부 전기장(40)에 의해 미소 기둥형 구조물(10)의 영역으로 이동된다. In the biological analysis device of the present invention, an inlet 30 through which a mixture of biochemically charged polymers is formed is formed at one side of the first microchannel 20, and the first microchannel 20 located opposite the inlet 30 is formed. On the other side of the extraction column 31 through which the microchemically charged polymer of a predetermined size or less separated through the micro columnar structure 10 is filtered or extracted. In addition, first and second electrode injection holes for applying an external electric field 40 to both ends of the first micro-channel 20 so that the mixture of the biochemically charged polymer introduced through the inlet 30 moves in one direction. 41a, 41b) are formed. The mixture of biochemically charged polymers is then moved to the region of the micro columnar structure 10 by an external electric field 40.
도 2는 도 1에 도시된 생물학적 분석 기기에서 생화학적 하전 중합체를 그 크기에 따라 분리하는 미소 기둥형 구조물을 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 미소 기둥형 구조물에 설치되는 미소 기둥 간의 배열간격과 배열방향을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 미소 기둥형 구조물에 설치되는 미소 기둥의 다른 형상을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a schematic view showing a micro columnar structure for separating biochemically charged polymers according to their size in the biological analysis device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram illustrating the micro column structure installed in the micro columnar structure shown in FIG. 2. 4 is a view showing the arrangement interval and the arrangement direction, Figure 4 is a view showing another shape of the micro-pillar installed in the micro-pillar structure shown in FIG.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 미소 기둥형 구조물(10)은 물리적 저항을 갖는 기질(sieving matrix)로서, 원형 또는 다각형으로 형성된 단위 미소 기둥(11, 12) 다수개가 상부 기판(21)과 하부 기판(22) 사이에 배열 설치된다. 이런 미소 기둥형 구조물(10)에는 일정한 크기로 가공되는 단위 미소 기둥(11, 12)이 일정 배열간격(D)으로 설치되는데, 이런 미소 기둥(11, 12)의 배열간격(D)은 세공(pore)의 크기를 달리하고자 하는 경우에 조절될 수 있다. 그리고, 미소 기둥형 구조물(10)에는 외부 전기장(40)에 의해 이동되는 생화학적 하전 중합체의 혼합물이 유입된다.1 to 4, the micro columnar structure 10 is a sieving matrix having a physical resistance, and a plurality of unit micro pillars 11 and 12 formed in a circular or polygonal shape is formed on the upper substrate 21. And is arranged between the lower substrate 22. In the micro-pillar structure 10, the unit micro-columns 11 and 12, which are processed to a predetermined size, are installed at a predetermined array spacing D, and the micro-columns 11 and 12 are arranged at a spacing D. Pore) can be adjusted if you want to change the size. In addition, a mixture of biochemically charged polymers moved by the external electric field 40 is introduced into the micro columnar structure 10.
도 5는 도 1에 도시된 생물학적 분석 기기에서 상호 교차되게 인가되는 전기장을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 한 쌍의 전기장에 인가되는 주기와 크기를 각각 나타낸 도면이고, 도 7은 도 1에 도시된 생물학적 분석 기기에서 생화학적 하전 중합체가 그 크기에 따라 교차되는 전기장의 벡터 합의 방향으로 이동되는 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating electric fields applied to each other in the biological analysis device illustrated in FIG. 1. FIG. 6 is a diagram illustrating periods and magnitudes applied to the pair of electric fields illustrated in FIG. 5, and FIG. In the biological analysis device shown in FIG. 1, the biochemically charged polymer is moved in the direction of the vector sum of the electric fields intersected according to its size.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 생물학적 분석 기기에는 상호 교차되는 제1, 제2 전기장(50a, 50b)을 인가시키도록, 제3, 제4 전극 주입구(51a, 51b)를 연결하는 통로인 제2 미소 유로(23)가 형성되고, 제5, 제6 전극 주입구(52a, 52b)를 연결하는 통로인 제3 미소 유로(24)가 상기 제2 미소 유로(23)와 교차되게 형성된다.As shown in FIGS. 1 to 7, the third and fourth electrode injection holes 51a and 51b are applied to the biological analysis device of the present invention so as to apply the first and second electric fields 50a and 50b that cross each other. A second microchannel 23, which is a passage for connecting, is formed, and a third microchannel 24 that is a passage for connecting the fifth and sixth electrode injection holes 52a and 52b intersects with the second microchannel 23. Is formed.
그리고, 본 발명의 생물학적 분석 기기에는 상기 한 쌍의 제1, 제2 전기장(50a, 50b)이 제3, 제4 전극 주입구(51a, 51b) 및 제5, 제6 전극 주입구(52a, 52b)에 의해 상호 일정 각도(θ)로 교차되게 각각 인가된다(도 5참조).In the biological analysis device of the present invention, the pair of first and second electric fields 50a and 50b may include the third and fourth electrode injection holes 51a and 51b and the fifth and sixth electrode injection holes 52a and 52b. Are applied so as to intersect at a constant angle θ with each other (see FIG. 5).
즉, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 제2 미소 유로(23)에서 제3 전극 주입구(51a)로부터 제4 전극 주입구(51b) 방향으로 제1 전기장(50a)이 인가되고, 제3 미소 유로(24)에서 제5 전극 주입구(52a)로부터 제6 전극 주입구(52b) 방향으로 제2 전기장(50b)이 상기 제1 전기장(50a)과 다른 주기로 인가된다. That is, in the biological analysis device of the present invention, the first electric field 50a is applied from the third electrode inlet 51a to the fourth electrode inlet 51b in the second microchannel 23, and the third microchannel 24 is applied. ), The second electric field 50b is applied in a different period from the first electric field 50a in the direction from the fifth electrode injection hole 52a to the sixth electrode injection hole 52b.
이 때, 본 발명은 한 쌍의 전기장 중에 어느 하나인 제1 전기장(50a)이 일정 주기(T)와 진폭(E)으로 먼저 인가되고, 제2 전기장(50b)이 다시 일정 각도(θ)로 방향을 바꿔 반주기 늦게 일정 주기(T)와 진폭(E)으로 동일하게 인가된다(도 6참조).At this time, in the present invention, the first electric field 50a, which is one of the pair of electric fields, is first applied at a constant period T and amplitude E, and the second electric field 50b is again at a predetermined angle θ. The same direction is applied at a constant period T and an amplitude E later in half of the cycle by changing the direction (see Fig. 6).
그러면, DNA와 같은 생화학적 하전 중합체는 일정 주기(T)로 인가되는 제1, 제2 전기장(50a, 50b)에 의해 도 7에 도시된 바와 같이 교차하는 한 쌍의 제1, 제2 전기장(50a, 50b)의 벡터 합의 방향으로 이동하게 된다. 이 때, 생화학적 하전 중합체는 교차되는 전기장 내에서 그 이동방향을 전환하는데 필요한 시간이 그 크기의 함수에 비례한다. 그러면, 일정 크기 이상의 생화학적 하전 중합체(60)는 제1, 제2 전기장(50a, 50b)의 벡터 합의 방향으로 진행하지 못하여, 미소 기둥형 구조물(10)의 영역 내를 벗어나지 못한다. 반면, 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체(61)는 제1, 제2 전기장(50a, 50b)이 주기적으로 인가됨에 따라 A방향에서 B방향으로, 다시 B방향에서 A방향으로 반복적으로 이동하면서, 제1, 제2 전기장(50a, 50b)의 벡터 합의 방향으로 진행한다. 이와 같은 구성 및 작용으로 생화학적 하전 중합체는 그 크기에 따라 이동 거리가 달라져서, 추출하고자 했던 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체(61)만이 미소 기둥형 구조물(10)을 통과하게 된다. Then, the biochemically charged polymer such as the DNA is subjected to a pair of first and second electric fields (as shown in FIG. 7) by the first and second electric fields 50a and 50b applied at a constant period T. 50a, 50b) will be moved in the direction of the vector sum. At this time, the biochemically charged polymer is proportional to the function of its size in the time required to change its direction of movement within the electric field being crossed. Then, the biochemically charged polymer 60 of a predetermined size or more does not proceed in the direction of the vector sum of the first and second electric fields 50a and 50b, and does not leave the area of the micro columnar structure 10. On the other hand, the biochemically charged polymer 61 having a predetermined size or less repeatedly moves from the A direction to the B direction and again from the B direction to the A direction as the first and second electric fields 50a and 50b are periodically applied. Proceed in the direction of the vector sum of the first and second electric fields (50a, 50b). With such a configuration and action, the biochemically charged polymer has a moving distance depending on its size, such that only the biochemically charged polymer 61 having a predetermined size or less is passed through the micro columnar structure 10.
그리고, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 제1, 제2 전기장(50a, 50b)의 주기(T), 교차되는 각도(θ) 및, 진폭(E)에서 어느 하나 이상을 변화시켜, 생화학적 하전 중합체가 미소 기둥형 구조물(10)의 내를 통과하거나 진행하지 못하게 할 수 있다. In addition, the biological analysis device of the present invention changes any one or more of the period (T), the crossing angle (θ) and the amplitude (E) of the first and second electric fields (50a, 50b), so that the biochemically charged polymer May prevent passage or progress through the interior of the micro-pillar structure 10.
그리고, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 유입구(30)를 통해 유입되는 생화학적 하전 중합체를 일렬로 배열하지 않고도, 미소 기둥형 구조물(10)의 영역에서 한 쌍의 제1, 제2 전기장(50a, 50b)를 교차되게 인가시킴으로써, 일정 시간이 지난 후에 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체(61)만이 용이하게 분리됨으로 지속적인 관측이 필요없다.In addition, the biological analysis device of the present invention provides a pair of first and second electric fields 50a in the region of the micro columnar structure 10 without arranging the biochemically charged polymers introduced through the inlet 30 in a line. By applying 50b) crosswise, continuous observation is not necessary since only the biochemically charged polymer 61 of a certain size or less is easily separated after a certain time.
이와 같은 작용으로 본 발명의 생물학적 분석 기기는 원하는 크기 이하의 물질만을 추출하는 추출기 또는 필요 없는 물질만을 제거하는 여과기로 사용될 수 있다. In this way, the biological analysis device of the present invention can be used as an extractor for extracting only substances of a desired size or less, or as a filter for removing only unnecessary substances.
그리고, 본 발명의 생물학적 분석 기기에는 미소 기둥형 구조물(10)의 영역을 통과한 생화학적 하전 중합체가 외부로 배출되도록 추출구(31)가 제1 미소 유로(20)에 형성된다. In the biological analysis device of the present invention, an extraction port 31 is formed in the first microchannel 20 so that the biochemically charged polymer that has passed through the region of the micropillar structure 10 is discharged to the outside.
또한, 미소 기둥형 구조물(10)의 영역에는 일정 시간이 경과된 후에 일정 크기 이상의 생화학적 하전 중합체(60)가 존재하며, 이런 일정 크기 이상의 생화학적 하전 중합체(60)는 제2, 제3 미소 유로(23, 24)에 형성되는 다른 추출구(32a, 32b, 32c, 32d)를 통해 배출된다.In addition, the biochemically charged polymer 60 of a predetermined size or more is present in the region of the micro-pillar structure 10 after the predetermined time has elapsed, and the biochemically charged polymer 60 of the predetermined size or more of the second and third microstructures. It discharges through the other extraction ports 32a, 32b, 32c, and 32d formed in the flow paths 23 and 24. As shown in FIG.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 생물학적 분석 기기는 생화학적 하전 중합체가 그 크기에 따라 다중으로 분리 또는 추출될 수 있도록, 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 다수개가 연결될 수도 있다.In the biological analysis device of the present invention having such a configuration, a plurality of biochemically charged polymers may be connected in series or in parallel as necessary so that the biochemically charged polymers may be separated or extracted in multiple numbers.
도 8a 및 도 8b는 도 1에 도시된 생화학적 하전 중합체가 그 크기에 따라 다중으로 분리 또는 추출되도록, 본 발명의 생물학적 분석 기기가 직렬 또는 병렬로 연결되어 구성된 생물학적 분석 시스템을 도시한 개략도이다.8A and 8B are schematic diagrams illustrating a biological analysis system in which the biological analysis devices of the present invention are connected in series or in parallel so that the biochemically charged polymer shown in FIG. 1 is separated or extracted in multiples according to its size.
도 1, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 생물학적 분석 시스템은 다수 개의 생물학적 분석 기기가 직렬 또는 병렬로 연결되는 바, 생화학적 하전 중합체가 그 크기에 따라 다중으로 분리될 수 있다.As shown in Figures 1, 8A and 8B, the biological analysis system of the present invention is a plurality of biological analysis instruments are connected in series or in parallel, so that the biochemically charged polymers can be separated into multiples according to their size. .
즉, 생물학적 분석 기기가 직렬로 연결되는 경우에는 제1 생물학적 분석 기기(100)에서 미소 기둥형 구조물(10)의 영역을 통과한 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체가 제2, 제3 생물학적 분석 기기(200, 300)로 연속적으로 유입된다. 그러면, 상기 제1, 제2, 제3 생물학적 분석 기기(100, 200, 300)는 생화학적 하전 중합체를 각 크기별로 단계적으로 분리시킬 수 있고, 필요에 따라 다중으로 추출 또는 여과할 수 있다.That is, when the biological analysis devices are connected in series, the biochemically charged polymer having a predetermined size or less that passes through the region of the micro columnar structure 10 in the first biological analysis device 100 is the second and third biological analysis devices. Continuously flowed into (200, 300). Then, the first, second, third biological analysis device (100, 200, 300) can separate the biochemically charged polymer in stages for each size, and can be extracted or filtered in multiple cases as necessary.
그리고, 생물학적 분석 기기가 병렬로 연결되는 경우에는 제1 생물학적 분석 기기(110)의 미소 기둥형 구조물(10)의 영역에서 일정 크기 이상으로 분리된 생화학적 하전 중합체가 각각 제2, 제3 생물학적 분석 기기(210, 310)로 유입된다. 그러면, 각 제2, 제3 생물학적 분석 기기(210, 310)는 분리된 일정 크기 이상의 생화학적 하전 중합체를 원하는 크기를 갖는 생화학적 하전 중합체로 각각 추출 또는 여과될 수 있다.In the case where the biological analysis devices are connected in parallel, the biochemically charged polymers separated by a predetermined size or more in the region of the micro columnar structure 10 of the first biological analysis device 110 may be the second and third biological analysis, respectively. Flows into devices 210 and 310. Then, each of the second and third biological analysis instruments 210 and 310 may extract or filter the separated biochemically charged polymers having a predetermined size or more into biochemically charged polymers having a desired size, respectively.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 생물학적 분석 기기는 생화학적 하전 중합체의 혼합물을 미소 기둥형 구조물의 영역으로 이동시키고, 일정 각도로 교차되는 한 쌍의 전기장을 인가시킴으로써, 종래기술과 달리 DNA와 같은 생화학적 하전 중합체를 그 크기에 따라 용이하게 여과 또는 추출할 수 있는 장점이 있다.As described in detail above, the biological assay device of the present invention transfers a mixture of biochemically charged polymers to a region of a micro columnar structure, and applies a pair of electric fields that cross at an angle, such as DNA, unlike in the prior art. There is an advantage that the biochemically charged polymer can be easily filtered or extracted depending on its size.
또한, 본 발명은 미소 기둥형 구조물에서 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체만이 통과 이동되기 때문에, 지속적인 관찰이 필요없으며 일정 시간 후에 상기 일정 크기 이하의 생화학적 하전 중합체를 여과 또는 추출할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention, because only the biochemically charged polymer of a certain size or less is passed through in the micro-pillar structure, there is no need for continuous observation and the advantage of filtering or extracting the biochemically charged polymer of the predetermined size or less after a certain time There is this.
또한, 본 발명은 미소 기둥형 구조물의 배열간격을 조절하거나 교차되게 인가되는 한 쌍의 전기장의 주기, 진폭 또는 각도를 상호 조절함으로써, 추출 또는 여과하고자 하는 수십에서 수백 kbp급 이상의 DNA와 같은 크기를 갖는 생화학적 하전 중합체도 용이하게 분리할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention by adjusting the interval, the amplitude or the angle of the pair of electric field applied to the alternating spacing of the micro-column structure or the cross applied, it is possible to increase the size, such as DNA or more than tens to hundreds of kbp class DNA to be extracted or filtered Biochemically charged polymers also have the advantage of being easily separated.
또한, 본 발명은 기판 사이에 미소 기둥형 구조물과 미소 유로를 형성하고, 전기장을 인가시키는 전극 주입구를 설치함으로써, 생화학적 하전 중합체를 여과 또는 추출하는 과정을 칩형태로 집적화시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 휴대 및 보관이 용이함으로, 시료를 현장에서 분석 또는 검출할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention can form a micro columnar structure and a micro flow path between the substrate, and by installing an electrode injection hole for applying an electric field, it is possible to integrate the process of filtering or extracting the biochemically charged polymer in the form of a chip. For this reason, the present invention is easy to carry and store, there is an advantage that the sample can be analyzed or detected in the field.
이상에서 본 발명의 생물학적 분석 기기 및 그 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. Although the technical idea of the biological analysis device and the method of the present invention has been described above with the accompanying drawings, this is illustrative of the best embodiment of the present invention, but not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 교차 전기장을 이용하여 생화학적 하전 중합체를 그 크기에 따라 추출 또는 여과하는 기기를 나타낸 개략도이고,1 is a schematic diagram showing an apparatus for extracting or filtering a biochemically charged polymer according to its size by using a cross electric field according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1에 도시된 생물학적 분석 기기에서 생화학적 하전 중합체를 그 크기에 따라 분리하는 미소 기둥형 구조물을 나타낸 개략도이고,FIG. 2 is a schematic view showing a micro columnar structure for separating biochemically charged polymers according to their size in the biological analysis device shown in FIG. 1;
도 3은 도 2에 도시된 미소 기둥형 구조물에 설치되는 미소 기둥 간의 배열간격과 배열방향을 나타낸 도면이고,3 is a view showing the arrangement interval and arrangement direction between the micro-columns installed in the micro-pillar structure shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 미소 기둥형 구조물에 설치되는 미소 기둥의 다른 형상을 나타낸 도면이고,4 is a view showing another shape of the micro column installed in the micro columnar structure shown in FIG.
도 5는 도 1에 도시된 생물학적 분석 기기에서 상호 교차되게 인가되는 전기장을 나타낸 도면이고,FIG. 5 is a diagram illustrating electric fields applied to each other in the biological analysis device illustrated in FIG. 1.
도 6은 도 5에 도시된 한 쌍의 전기장에 인가되는 주기와 크기를 각각 나타낸 도면이고,FIG. 6 is a diagram illustrating a period and a magnitude respectively applied to the pair of electric fields shown in FIG. 5;
도 7은 도 1에 도시된 생물학적 분석 기기에서 생화학적 하전 중합체가 그 크기에 따라 교차되는 전기장의 벡터 합의 방향으로 이동되는 상태를 나타낸 도면이고,7 is a view showing a state in which the biochemically charged polymer is moved in the direction of the vector sum of the electric field intersected according to the size in the biological analysis device shown in FIG.
도 8a 및 도 8b는 도 1에 도시된 생화학적 하전 중합체가 그 크기에 따라 다중으로 분리 또는 추출되도록, 본 발명의 생물학적 분석 기기가 직렬 또는 병렬로 연결되는 상태를 각각 나타낸 개략도이다.8A and 8B are schematic diagrams respectively illustrating a state in which the biological analytical instruments of the present invention are connected in series or in parallel so that the biochemically charged polymer shown in FIG. 1 is separated or extracted in multiples according to its size.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠ ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
10 : 미소 기둥형 구조물 20 : 제1 미소 유로10: micro columnar structure 20: first micro channel
40 : 외부 전기장 41a, 41b : 제1, 제2 전극 주입구40: external electric field 41a, 41b: first and second electrode inlet
50a, 50b : 제1, 제2 전기장 50a, 50b: first and second electric fields
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