KR100723424B1 - 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치 및방법 및 상기 미세유동장치의 제조 방법 - Google Patents

세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치 및방법 및 상기 미세유동장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치, 상기 미세유동장치의 제조 방법, 및 상기 미세유동장치를 이용하여 세포 또는 바이러스를 농축 및 용해하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 미세유동장치는 애노드 전극을 포함하는 애노드 챔버, 캐소드 전극을 포함하는 캐소드 챔버, 및 상기 애노드 챔버와 캐소드 챔버를 구분하는 이온 교환막을 포함하고, 상기 캐소드 챔버 내에 고체 지지체가 구비된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 세포 또는 바이러스를 효과적으로 농축 및 용해할 수 있고, 더욱이 상기 농축 및 용해는 하나의 챔버 내에서 수행될 수 있다.

Description

세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치 및 방법 및 상기 미세유동장치의 제조 방법{Microfluidic device and method for concentrate and lyse cells or viruses, and method for manufacturing the microfluidic device}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 측면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 3A는 본 발명에 따른 미세유동장치의 필라 상면이 이온 교환막에 완전히 결합하지 않는 경우 유동 용액이 필라 상면을 통과하는 현상을 나타낸 것이다.
도 3B는 본 발명에 따른 미세유동장치의 필라 상면이 이온 교환막에 완전히 결합하는 경우 유동 용액이 필라 측면을 통과하는 현상을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유동장치의 제조 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세유동장치의 애노드 전극 지지 기판의 제작 과정의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버 기판의 제작 과정의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7A 내지 도 7C는 각각 본 발명의 실시예에서 제조된 상이한 모양의 캐소드 챔버 기판의 상면도이다.
도 8은 본 발명의 실험예에서 수행된 본 발명에 따른 미세유동장치의 DNA 추출 효과 확인 결과를 나타내는 전기영동 사진이다.
본 발명은 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치, 상기 미세유동장치의 제조 방법, 및 상기 미세유동장치를 이용하여 세포 또는 바이러스를 농축 및 용해하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 병원균 검출 또는 분자 진단법 등과 같은 생물학적 분석 과정은 시료로부터 표적 세포 분리, 세포 농축, 생분자 분리, 생분자 증폭, 혼성화 반응, 및 검출로 이루어진다.
상기와 같은 일련의 생물학적 분석 과정이 마이크로 칩 상에서 신속하고 자동적으로 수행될 수 있는 랩온어칩(Lab-on-a-chip: LOC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 랩온어칩은 생물학적 분석 과정을 수행하기 위해 미세유동장치를 포함한다. 상기 미세유동장치는 입구, 출구 및 반응 챔버 등이 마이크로채널을 통하여 유체적으로 연결되어 있는 장치를 말한다. 이러한 미세유동장치에는 상기 마이크로채널이 형성되어 있는 외에 일반적으로 유체의 이송을 위한 마이크로펌프, 유체 의 혼합을 위한 마이크로믹서 및 이송되는 유체를 여과하기 위한 마이크로필터 등이 구비되어 있다.
상기 생물학적 분석 과정을 통합하기 위한 종래의 장치는 세포 계수(counting) 챔버, 세포 선별(sorting) 챔버, DNA 추출 챔버 및 PCR 증폭 챔버 및 검출 챔버로 구성되고, 상기 챔버들은 차례로 채널에 의해 유체 연결되어 있고 밸브와 펌프를 포함한다.
하지만, 상기와 같이 생물학적 분석 단계를 단순 연결하여 장치를 구성하는 경우 다수의 밸브 및 미세유동 제어가 필요하여 하나의 장치로 통합하기 어렵고, 다수의 챔버가 필요하므로 장치의 부피가 지나치게 커지고 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 용액의 챔버간 이동시 기포의 발생 및 샘플의 손실의 가능성이 매우 높다.
따라서, 랩온어칩의 소형화하기 위해서는 가능한 많은 생물학적 분석 과정이 하나의 챔버 내에서 수행될 필요가 있다.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해를 하나의 챔버에서 수행할 수 있는 미세유동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 미세유동장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 미세유동장치의 하나의 챔버에서 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해를 동시에 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 애노드 전극을 포함하는 애노드 챔버, 캐소드 전극을 포함하는 캐소드 챔버, 및 상기 애노드 챔버와 캐소드 챔버를 구분하는 이온 교환막을 포함하고, 상기 캐소드 챔버 내에 고체 지지체가 구비된 것을 특징으로 하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치를 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 고체 지지체의 표면에 세포결합물질이 코팅 되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 세포결합물질은 물 접촉각(water contact angle)이 70∼90도인 소수성 물질 또는 전하 제공 물질일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 소수성 물질은 옥타데실트리클로로실란(OTS), 트리데카플루오로테트라히드로옥틸 트리메톡시실란(DTS), 옥타데실디메틸(3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 클로라이드(OTC), 폴리에틸렌이민트리메톡시실란(PEIM) 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 고체 지지체는 평면, 필라(pillar), 비드 및 체(sieve) 구조로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 이온 교환막은 전류를 통과시키나 각 챔버에서 전기 분해에 의하여 발생한 이온 및 가스를 분리하는 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 캐소드 전극은 수소 가스를 흡착할 수 있는 금속으로 이루어지고, 상기 애노드 전극은 물보다 표준산화전위가 높고 물과 반응하지 않는 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 캐소드 전극은 팔라듐(Pd)일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 애노드 전극은 구리(Cu), 납(Pb), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 캐소드 챔버 및 애노드 챔버는 각각 용액이 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치는 이온 교환막; 상기 이온 교환막의 일면에 형성되는 제1 접착층; 상기 이온 교환막의 다른 일면에 형성되는 제2 접착층; 상기 제1 접착층에 접착되고 사다리 모양의 개구부를 구비하는 애노드 전극 지지 기판; 상기 애노드 전극 지지 기판 상에 고정되고 상기 개구부의 사다리 모양에 대응하여 형성되는 애노드 전극; 상기 애노드 전극을 둘러싸고 애노드 챔버를 형성하는 애노드 챔버 기판; 상기 제2 접착층에 접착되고 캐소드 챔버를 형성하며 상기 제2 접착층에 상부면이 접착된 고체 지지체를 구비하는 캐소드 챔버 기판; 및 상기 캐소드 챔버의 바닥에 고정된 캐소드 전극;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 접착층 및 제2 접착층은 각각 충분한 접착력을 가지면서 두께가 매우 얇아 전류를 통과시킬 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 지지 기판은 PCB(printed circuit board)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일면에 사다리 모양의 애노드 전극을 구비하고 상기 애노드 전극의 사다리 모양에 따라 개구부가 형성된 애노드 전극 지지 기판을 제조하는 단계; 애노드 챔버 기판을 상기 애노드 전극 지지 기판에 고정함으로써 상기 애노드 전극을 둘러싸고 애노드 챔버를 형성하는 단계; 고체 지지체를 구비하고 캐소드 챔버를 형성하며 상기 캐소드 챔버의 바닥에 고정된 캐소드 전극을 구비하는 캐소드 챔버 기판을 제조하는 단계; 이온 교환막의 양면에 제1 접착층 및 제2 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 접착층에 상기 애노드 전극 지지 기판을 접착 시키고 상기 제2 접착층에 상기 캐소드 챔버 기판을 접착 시키는 단계;를 포함하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 애노드 전극 지지 기판 제조 단계는 금속이 코팅 되어 있는 PCB 상에 포토레지스트 필름을 코팅하는 단계; 사다리 모양의 애노드 전극을 형성하도록 설계된 마스크를 통해 UV를 조사하고 현상하는 단계; 상기 노출된 금속을 에칭하는 단계; 및 상기 노출된 PCB를 절단하여 개구부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 캐소드 챔버 기판 제조 단계는 기판 상에 포토레지스트 필름을 코팅하는 단계; 고체 지지체를 형성하도록 설계된 마스크를 통해 UV를 조사하고 현상하는 단계; 상기 노출된 기판을 에칭하는 단계; 전자빔 가열에 의한 진공증발법(evaporation)에 의해 상기 기판 상에 금속을 증착하는 단 계; 상기 포토레지스트 필름을 제거하는 단계; 및 상기 기판 상에 증착된 금속면에 다른 금속을 전기 도금하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 캐소드 챔버 기판 제조 단계는 상기 형성된 고체 지지체의 표면에 세포결합물질을 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 접착층 형성 단계는 이온 교환막 양면에 접착제를 스핀 코팅하는 단계; 롤러를 이용하여 상기 이온 교환막의 한 면을 상기 애노드 지지 기판 상에 펴서 붙이는 단계; 및 상기 이온 교환막의 다른 면을 상기 캐소드 챔버 기판 상에 접합하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 접착제는 상온에서 액체이고 열 또는 자외선이 가해지면 경화되면서 접착성을 나타내는 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 접착층 및 기판 접착 단계는 상기 애노드 전극 지지 기판, 이온 교환막 및 캐소드 챔버 기판을 정렬하고 열 및 압력을 가하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 미세유동장치의 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 높은 이온 또는 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 제 1항에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버에 세포 또는 바이러스 및 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 애노드 전극 및 캐소드 전극을 통하여 전류를 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기 분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔 버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계;포함하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 애노드 챔버에 유입되는 물보다 표준산화전위가 낮은 이온은 NO3 -, F-, SO4 2 -, PO4 3 - 및 CO3 2 -로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 애노드 챔버에 유입되는 물보다 표준산화전위가 높은 이온은 Cl-일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 캐소드 챔버에 유입되는 물보다 표준환원전위가 낮은 이온은 Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 및 Al3+로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 pH는 인가 전류의 방향, 인가 전류의 세기, 전류 인가 시간, 전극의 폭 또는 이온 교환막의 두께에 의하여 조절될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 측면 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 미세유동장치는 이온 교환막(101), 제1 접 착층(103), 제2 접착층(105), 애노드 전극 지지 기판(107), 애노드 전극(111), 애노드 챔버 기판(113), 캐소드 챔버 기판(117) 및 캐소드 전극(123)을 포함한다.
상기 이온 교환막(101)은 전류를 통과시키나 각 챔버에서 전기 분해에 의하여 발생한 이온 및 가스를 통과시키지 않는 특성을 갖는다. 바람직하게, 상기 이온 교환막은 전류는 통과시키나 수소 이온 및 하이드록사이드 이온은 통과시키지 않는 특성을 갖는다.
상기 이온 교환막(101)은 양이온 교환막 또는 음이온 교환막일 수 있다. 상기 양이온 교환막은 양이온은 통과시키지만 음이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이고, 반대로 음이온 교환막은 음이온은 통과시키지만 양이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이다.
예컨대, 상기 양이온 교환막은 강산 교환막(strong acid exchange membrane; -SO3- 포함; Nafion 사) 또는 약산 교환막(weak acid exchange membrane; -COO- 포함)일 수 있고, 상기 음이온 교환막은 강염기 교환막(strong base; N+(CH3) 포함) 또는 약염기 교환막(weak base; N(CH3)2 포함)일 수 있다.
상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막은 당업계에 잘 알려져 있으며, 당업자가 용이하게 이를 구입하여 사용할 수 있을 것이다. 예컨대, 상기 이온 교환막은 NafionTM (Dupont 사), DowexTM(Aldrich), 및 DiaionTM(Aldrich) 등으로 시판되고 있다.
상기 제1 접착층(103)은 상기 이온 교환막(101)의 일면에 형성되고, 상기 제2 접착층(105)은 상기 이온 교환막(101)의 다른 일면에 형성된다. 상기 제1 접착층(103) 및 제2 접착층(105)은 각각 충분한 접착력을 가지면서 두께가 매우 얇아 전류를 통과시킬 수 있는 것이 바람직하다. 상기 제1 접착층(103) 및 제2 접착층(105)은 각각 상온에서 액체이고 열이 가해지면 경화되면서 접착성을 나타내는 특성을 갖는 접착제를 상기 이온 교환막(101)의 양면에 코팅하고 열을 가함으로써 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 접착제로서 Dow Corning 1205를 사용하였다.
상기 애노드 전극 지지 기판(107)은 상기 제1 접착층(103)에 접착되고 사다리 모양의 개구부(109)를 구비한다. 상기 전극 지지 기판(107)은 PCB(printed circuit board), 실리콘 웨이퍼, 유리, 석영, 금속 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 상기 전극 지지 기판(107)은 PCB(printed circuit board)로 이루어질 수 있다.
상기 전극 지지 기판(107)으로서 PCB를 사용하는 경우, 가공이 용이하고 전류가 통과하는 상기 개구부의 폭을 줄일 수 있어 가로 단일 전극의 수를 증가시킬 수 있다. 따라서 저항을 줄일 수 있고 pH 변화 분포를 고르게 조절할 수 있으며 필라 구조 칩의 효과를 극대화 시킬 수 있다. 또한, 대량 생산시 가격이 저렴하다. 예컨대, PCB에 개구부를 형성하는 방법은 유리 기판에 샌드 블라스팅 방법으로 개구부를 형성하는 것에 비해 약 100배 정도 비용을 절감할 수 있다.
상기 애노드 전극(111)은 상기 애노드 전극 지지 기판(107) 상에 고정되고 상기 개구부(109)의 사다리 모양에 대응하여 형성된다. 상기 애노드 전극(111)은 물보다 표준산화전위가 높고 물과 반응하지 않는 금속인 것이 바람직하다. 이 경우 애노드 챔버(115)에서 가스가 발생하지 않으므로, 상기 애노드 챔버(115)는 가스 배출구를 구비할 필요가 없다.
상기 애노드 전극(111)은 물보다 표준산화전위가 높고 물과 반응하지 않는 모든 금속을 포함하고, 특별한 종류에 한정되지 않는다.
일반적으로 물을 전기 분해하는 경우 애노드 전극 부근에서는 산소 가스가 발생하여 거품이 형성되고 수소 이온이 발생하여 용액의 pH가 낮아진다. 반면, 본 발명에 따른 미세유동장치는 물보다 표준산화전위가 높은 금속을 사용함으로써, 물이 전기 분해되지 않고 상기 금속이 산화하여 이온화 됨으로써 가스가 발생하지 않는다. 또한, 전압의 상승 및 용질의 변화와 같은 일정 조건에 따라 발생될 수도 있는 소량의 산소도 상기 금속과 결합하여 금속 산화물을 형성함으로써 산소 가스에 의한 거품은 발생하지 않는다.
상기 애노드 전극(111)으로서 물보다 표준산화전위가 높다고 할지라도 물과 반응하는 금속은 바람직하지 않다. 예컨대, 칼륨(K), 칼슘(Ca), 나트륨(Na) 및 마그네슘(Mg)은 상기 애노드 전극으로서 바람직하지 않다.
또한, 상기 애노드 전극(111)으로서 물보다 표준산화전위가 높다고 할지라도 산화막이 너무 빨리 형성되어 저항이 커지는 금속은 바람직하지 않다. 예컨대, 알루미늄(Al)은 짧은 시간 내에 알루미나로 산화되므로 상기 애노드 전극으로서 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 상기 애노드 전극(111)은 예컨대, 구리(Cu), 납(Pb), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 애노드 챔버 기판(113)은 상기 애노드 전극(111)을 둘러싸고 애노드 챔버(115)를 형성한다.
상기 캐소드 챔버 기판(117)은 상기 제2 접착층(105)에 접착되고 캐소드 챔버(119)를 형성하며 상기 제2 접착층(105)에 상부면이 접착된 복수의 필라(pillar)(121)를 구비한다.
본 발명에 있어서, 고체 지지체(121)는 평면, 필라(pillar), 비드 및 체(sieve) 구조로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 고체 지지체(121)는 세포가 결합할 수 있는 조건을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 고체 지지체(121)에 세포의 결합은 상기 고체 지지체(121) 표면의 물리적 또는 화학적 성질, 예컨대, 소수성 또는 전하에 의해 달성될 수 있다. 또한, 상기 고체 지지체(121)의 표면에 세포결합물질이 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 상기 물질은 상기 고체 지지체(121)에 소수성 또는 전하를 제공할 수 있는 물질로서 세포 또는 바이러스를 포획할 수 있으면 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 물 접촉각(water contact angle)이 70∼90도인 소수성 물질 또는 전하 제공 물질일 수 있다.
고체 지지체 표면의 소수성의 정도를 알 수 있는 대표적인 방법이 물 접촉각(water contact angle)을 측정하는 것이다. 고체 표면의 물 접촉각이 클수록 소 수성의 정도가 크다. 세포 또는 바이러스를 포함한 용액을 본 발명의 물 접촉각(water contact angle)이 70∼90도인 소수성 고체 지지체와 접촉시키면 세포 또는 바이러스는 소수성 고체 지지체와 소수성 상호작용 등에 의해 고체 지지체에 결합된다. 친수성 고체 지지체는 하기 실시예에서 보여주는 바와 같이, 세포 또는 바이러스와 거의 결합하지 않는다. 또한, 소수성 고체 지지체 중에서도 물 접촉각이 상기 범위를 벗어나면 세포 또는 바이러스가 소수성 고체 지지체에 결합하는 정도가 감소한다(결과 미도시).
예컨대, 상기 소수성 물질은 옥타데실트리클로로실란(OTS), 트리데카플루오로테트라히드로옥틸 트리메톡시실란(DTS), 옥타데실디메틸(3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 클로라이드(OTC) 및 폴리에틸렌이민트리메톡시실란(PEIM) 등을 포함할 수 있다.
상기 캐소드 전극(123)은 필라(121)를 제외한 상기 캐소드 챔버(119)의 바닥에 고정된다. 상기 캐소드 전극(123)은 수소 가스를 흡착할 수 있는 금속인 것이 바람직하다. 이 경우 상기 캐소드 챔버(119)에서 가스가 발생하지 않으므로, 상기 캐소드 챔버(119)는 가스 배출구를 구비할 필요가 없다.
상기 캐소드 전극(123)은 수소 가스를 흡착할 수 있는 모든 금속을 포함하고, 특별한 종류에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 캐소드 전극은 팔라듐(Pd)일 수 있다. 상기 팔라듐(Pd)은 다량의 수소 가스를 흡착하는 능력을 보유하는 것으로 알려져 있다(F.A.Lewis, The Hydrogen-Palladium System, Academic Press, London, 1967). 상기와 같이 캐소드 전극으로서 예컨대, 팔라듐(Pd)을 사용하는 경우, 물의 전기 분해에 의해 캐소드 전극 부근에서 발생하는 수소 가스를 흡착하여 가스의 발생을 방지할 수 있고, 물의 전기 분해에 의해 동시에 발생하는 OH-에 의해 캐소드 전극 부근의 용액의 pH를 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 미세유동장치는 크게 애노드 챔버 기판(213), 애노드 전극 지지 기판(207), 이온 교환막(201) 및 캐소드 챔버 기판(217)으로 구성된다.
상기 애노드 챔버 기판(213)은 애노드 챔버를 형성할 수 있는 공간(215), 유입구(229a), 유출구(231a), 캐소드 전극 홀(225a) 및 애노드 전극 홀(227a)을 포함한다.
상기 애노드 전극 지지 기판(207)은 사다리 모양의 개구부(209), 상기 사다리 모양에 대응하여 형성되는 애노드 전극(211), 유입구(229b), 유출구(231b), 캐소드 전극 홀(225b) 및 애노드 전극 패드(227b)를 포함한다.
상기 이온 교환막(201)은 유입구(229c), 유출구(231c) 및 캐소드 전극 홀(225c)을 포함한다.
상기 캐소드 챔버 기판(217)은 캐소드 챔버(219), 복수의 필라(221), 상기 캐소드 챔버(219)의 바닥에 고정된 캐소드 전극(223), 유입구(229d), 유출구(231d) 및 캐소드 전극 패드(225d)를 포함한다.
상기 유입구들(229a,229b,229c,229d)은 서로 정합되고, 상기 유출구 들(231a,231b,231c,231d)도 서로 정합된다. 또한, 상기 캐소드 전극 홀들(225a,225b,225c) 및 상기 캐소드 전극 패드(225d)는 서로 정합되고, 상기 애노드 전극 홀(227a) 및 애노드 전극 패드(227b)도 서로 정합된다.
도 3A는 본 발명에 따른 미세유동장치의 필라(321) 상면이 이온 교환막(301)에 완전히 결합하지 않는 경우 유동 용액이 필라 상면을 통과하는 현상을 나타낸 것이다. 도 3A를 참조하면, 세포 또는 바이러스를 포함하는 용액이 모두 필라 상면을 통과해 버리기 때문에, 상기 세포 또는 바이러스는 상기 필라(321)에 전혀 포획될 수 없고, 따라서 세포 또는 바이러스의 농축은 달성될 수 없다.
도 3B는 본 발명에 따른 미세유동장치의 필라(321) 상면이 이온 교환막(301)에 완전히 결합하는 경우 유동 용액이 필라 측면을 통과하는 현상을 나타낸 것이다. 도 3B를 참조하면, 상기 도 3A의 경우와는 상이하게 세포 또는 바이러스를 포함하는 용액이 필라 사이를 통과함으로써 상기 세포 또는 바이러스는 상기 필라(321)에 포획될 수 있고, 따라서 세포 또는 바이러스의 농축이 달성될 수 있다. 본 발명의 미세유동장치는 제1 접착층 및 제2 접착층을 도입함으로써 상기 문제를 해결하였다.
본 발명의 미세유동장치에 있어서, 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 유체와 같은 물질을 수용할 수 있는 공간을 말하는 것으로 바람직하게는, 마이크로 단위의 부피 이하의 물질을 수용할 수 있는 마이크로챔버이나 여기에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 미세유동장치는 그의 구체적인 형태, 구조 및 크기 등에 특 별히 한정되지 않는다.
상기 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버 및 애노드 챔버는 각각 용액이 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구를 추가로 포함할 수 있고, 용액을 유입 및 유출시키기 위한 마이크로펌프를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 미세유동장치의 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액, 즉 전기 분해되는 전해질이 유입될 수 있다. 상기 물보다 표준산화전위가 낮은 이온은 NO3 -, F-, SO4 2 -, PO4 3 - 및 CO3 2 - 등의 음이온이 포함되어진 하나 이상의 이온일 수 있고, 상기 물보다 표준산화전위가 높은 이온은 Cl- 이온이 포함되어진 전해질일 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
애노드 챔버 용액이 물보다 표준산화전위가 낮은 화합물인 경우, 본 발명의 일 구체예에 따른 미세유동장치를 이용하여 전기 분해를 수행하는 경우, 상기 애노드 챔버에서는 물이 전기 분해되어 산소 기체와 H+ 이온이 발생한다. 이 경우 상기 애노드 챔버 용액은 상기 H+ 이온에 의해 pH가 낮아지게 된다. 한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 애노드 전극으로 물보다 표준산화전위가 높고 물과 반응하지 않는 금속을 사용하는 경우 상기 금속이 산화되어 산소 기체가 발생하지 않는다. 물보다 표준산화전위가 높은 Cl- 이온은 세포의 용해만을 목적으로 하는 경우 특별히 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 미세유동장치의 캐소드 챔버에 세포 또는 바이러스 및 물보 다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액이 유입될 수 있다. 상기 이온의 예는 Na+, K+, Ca2+, Mg2+, 및 Al3+ 등의 양이온일 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 상기 일 구체예에 따른 미세유동장치를 이용하여 전기 분해를 수행하는 경우, 상기 캐소드 챔버에서는 물이 전기 분해되어 수소 기체와 OH- 이온이 발생한다. 이 경우 상기 캐소드 챔버 용액은 상기 OH- 이온에 의해 pH가 높아지게 된다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 캐소드 전극으로 수소 가스를 흡착할 수 있는 금속을 사용하는 경우 상기 발생된 수소 가스는 흡착되어 가스 거품이 발생하지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 세포 또는 바이러스는 박테리아 세포, 박테리오파아지, 식물 세포, 동물 세포, 식물 바이러스 및 동물 바이러스 등을 포함할 수 있으며, 그의 구체적인 종류에 특별히 한정되지 않는다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유동장치의 제조 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 일면에 사다리 모양의 애노드 전극을 구비하고 상기 애노드 전극의 사다리 모양에 따라 개구부가 형성된 애노드 전극 지지 기판을 제조한다(410).
도 5는 본 발명에 따른 미세유동장치의 애노드 전극 지지 기판의 제작 과정의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 애노드 전극 지지 기판을 제작하기 위하여, 먼저 금속(503)이 코팅 되어 있는 PCB(501) 상에 포토레지스트 필름(505)을 코팅하고((b) 단계), 사다리 모양의 애노드 전극을 형성하도록 설계된 마스크를 통해 UV를 조사하여 노광을 수행하고((c) 단계) 현상시킨다((d) 단계). 다음으로, 노출된 금속(503)을 에칭하고((e) 단계), 포토레지스트 필름(505)을 벗겨낸다((f) 단계). 다음으로, 노출된 PCB(501)를 절단하여 개구부를 형성하고((g) 단계), 남겨진 금속(503) 상에 다른 금속(507)을 코팅한다((h) 단계).
다시 도 4를 참조하면, 다음으로 애노드 챔버 기판을 상기 애노드 전극 지지 기판에 고정함으로써 상기 애노드 전극을 둘러싸고 애노드 챔버를 형성한다(420).
다음으로, 고체 지지체, 예컨대, 복수의 필라를 구비하고 캐소드 챔버를 형성하며 상기 캐소드 챔버의 바닥에 고정된 캐소드 전극을 구비하는 캐소드 챔버 기판을 제조한다(430).
도 6은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버 기판의 제작 과정의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 캐소드 챔버 기판을 제조하기 위하여, 먼저 실리콘 웨이퍼(601) 상에 포토레지스트 필름(603)을 코팅하고((a) 단계), 필라를 형성하도록 설계된 마스크(605)를 통해 UV를 조사하고 현상한다((c) 단계). 다음으로, 상기 노출된 실리콘 웨이퍼(501)를 에칭하고, 전자빔 가열에 의한 진공증발법(evaporation)에 의해 상기 기판 상에 금속(607,609)을 차례로 증착한다((e) 및 (f) 단계). 다음으로, 용제를 이용하여 상기 포토레지스트 필름(603)을 제거하고 -이때 포토레지스트 필름 상의 금속도 함께 제거된다-, ((g) 단계), 상기 기판(601) 상에 증착된 금속면(609)에 다른 금속(611)을 전기 도금한다((h) 단계). 상기 캐소드 챔버 기판 제조 단계는 상기 형성된 필라의 표면에 세포결합물질을 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 다음으로 이온 교환막의 양면에 제1 접착층 및 제2 접착층을 형성한다(440).
상기 접착층 형성 단계는 이온 교환막 양면에 접착제를 스핀 코팅하는 단계; 롤러를 이용하여 상기 이온 교환막의 한 면을 상기 애노드 지지 기판 상에 펴서 붙이는 단계; 및 상기 이온 교환막의 다른 면을 상기 캐소드 챔버 기판 상에 접합하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 접착제는 상온에서 액체이고 열이 가해지면 경화되면서 접착성을 나타내는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 상기 접착제로서 Dow Corning Primer 1205를 사용하였다.
다음으로, 상기 제1 접착층에 상기 애노드 전극 지지 기판을 접착 시키고 상기 제2 접착층에 상기 캐소드 챔버 기판을 접착 시킨다(450). 상기 접착층 및 기판 접착 단계는 상기 애노드 전극 지지 기판, 이온 교환막 및 캐소드 챔버 기판을 정렬하고 열 및 압력을 가함으로써 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해 방법은 제 1항에 따른 미세유동장치의 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 높은 이온 또는 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 제 1항에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버에 세포 또는 바이러스 및 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 애노드 전극 및 캐소드 전극을 통하여 전류를 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기 분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계;를 포함한다.
상기 물보다 표준산화전위가 낮은 음이온, 물보다 표준산화전위가 높은 음이온 및 물보다 표준환원전위가 낮은 양이온, 및 세포 또는 바이러스의 예는 상술한 바와 같다. 상기 a) 및 b) 단계는 동시 또는 순차적으로 수행될 수 있다.
상기 pH는 인가 전류의 방향, 인가 전류의 세기, 전류 인가 시간, 전극의 폭 또는 이온 교환막의 두께에 의하여 조절될 수 있다. 정확한 인가 전류의 방향, 인가 전류의 세기, 전류 인가 시간, 전극의 면적 및 이온 교환막의 두께는 희망하는 pH 또는 챔버의 부피 등에 따라 달라질 수 있고, 이는 당업자의 실험에 의해 용이하게 결정될 수 있을 것이다.
바이오 샘플 용액에 가장 많이 들어 있는 NaCl이 포함된 샘플 용액을 애노드와 캐소드에 유입 후 전기분해를 하면 애노드 챔버에서 물이 아닌 염소 이온이 전기분해 되어 염소가스가 발생하여 캐소드 챔버에 발생한 하이드록사이드 이온보다 적은 양의 수소 이온이 발생하며 이 양은 염소가스와 물이 반응하여 발생한 것으로 염소가스의 용해조건에 따라 달라지게 되어 pH 조절이 어렵다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 각 물보다 표준산화전위가 낮은 화합물 및 물보다 표준환원전위가 낮은 화합물을 사용한다. 하지만 세포의 용해만을 위한 경우에는 NaCl을 포함한 샘플용액을 애노드와 캐소드에 유입 후 전기분해를 하여 캐소드에서 세포를 용해시킬 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 캐소드 챔버에서는 물보다 표준환원전위가 낮은 화합물이 포함되어 있는 캐소드 챔버 용액이 포함되어 있기 때문에 물이 전기분해되어 수소 기체와 OH- 이온이 발생한다. 또한, 상기 애노드 챔버에서는 물보다 표준환원전위가 낮은 화합물이 포함되어 있는 애노드 챔버 용액이 포함되어 있기 때문에 물이 전기분해 되어 산소 기체와 H+ 이온이 발생한다. 결과적으로 상기 캐소드 챔버 용액은 염기성 pH를 띠고 상기 애노드 챔버 용액은 산성 pH를 띤다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 애노드 전극으로 물보다 표준산화전위가 높고 물과 반응하지 않는 금속을 사용하고, 캐소드 전극으로 수소 가스를 흡착할 수 있는 금속을 사용하는 경우 각 챔버에서 가스 발생을 방지할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
본 발명에 따른 미세유동장치의 제작
실리콘 웨이퍼를 이용하여 도 2에 도시되어 있는 애노드 챔버 기판을 제작하였다.
도 5에 나타낸 방법을 이용하여 애노드 전극 지지 기판을 제작하였다. 기판 으로서 PCB를 사용하였고, 애노드 전극으로서 납을 코팅하였다. 상기 애노드 전극 지지 기판의 가로 길이는 14 mm 및 세로 길이는 34 mm였고, 개구부의 폭은 1.0 mm, 가로 단위 전극의 폭은 0.5 mm였다.
도 6에 나타낸 방법을 이용하여 캐소드 챔버 기판을 제작하였다. 기판으로서 실리콘 웨이퍼를 사용하였고, 캐소드 전극으로서 팔라듐을 코팅하였다. 도 7A는 본 실시예에서 제조된 캐소드 챔버 기판의 상면도이다. 도 7A를 참조하면, 기판(717a) 상에 복수의 필라(721a)가 형성되어 있고, 필라 이외의 챔버 바닥에 캐소드 전극(719a)이 형성되어 있고, 전원과 연결할 캐소드 전극 패드(725a)가 구비되어 있다.
웨이퍼 상에 접착제로서 Dow corning Primer 1205를 스핀 코팅하고(500 rpm, 5 S; 700 rpm, 10 S), 롤러를 이용하여 -SO3-Na+ 기를 포함하는 양이온 교환막을 상기 웨이퍼 상에 접합한 후에, 다시 상기 Dow corning 1205를 스핀 코팅함으로써(500 rpm, 5 S; 1500 rpm, 10 S) 상기 양이온 교환막에 제1 접착층 및 제2 접착층을 형성하였다. 상기 Dow corning 1205는 상온에서 물처럼 점도가 낮고 접착성이 없지만, 열이 가해지면 굳어지면서 접착성이 생기는 특성을 갖는다.
상기에서 제작된 애노드 챔버 기판, 애노드 전극 지지 기판, 양이온 교환막, 및 캐소드 챔버 기판을 정렬하고 1t의 압력 및 120 ℃의 온도를 30분 동안 가하여 접착시킴으로써 본 발명에 따른 미세유동장치를 제작하였다. 상기 제작된 캐소드 챔버 및 애노드 챔버의 부피는 각각 10 ㎕였다.
<실시예 2 내지 6>
본 발명에 따른 미세유동장치의 제작
캐소드 챔버 기판의 형태가 상이한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 실시예 2 내지 6의 미세유동장치를 제작하였다.
도 7B 및 도 7C는 각각 실시예 2 및 3에서 제조된 상이한 모양의 캐소드 챔버 기판의 상면도이다.
<비교예 1>
미세유동장치의 제작
제 1접착층 및 제2 접착층이 없는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 미세유동장치를 제작하였다.
<실험예 1>
미세유동장치의 세포 농축 효과 확인
실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에서 각각 제작한 미세유동장치를 이용하여 세포 포획에 의한 농축 효과를 확인하였다.
상기 각 미세유동장치의 캐소드 챔버에 E. coli를 2.5×106 cell/㎖의 농도로 함유하는 용액 500 ㎕를 300 ㎕/min의 속도로 유동시킨 후에, 상기 캐소드 챔버에 포획된 세포를 계수하여 포획 비율을 구하였다.
그 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 세포유동장치를 이용한 세포 포획 비율은 90% 이상으로 매우 높았다. 비교예로 필 라 상단을 상기 접착제로 접합하지 않고 기구적으로 밀착시켜 세포를 포획하는 경우 세포가 전혀 포획되지 않음을 확인할 수 있다.
<표 1>
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 평균 표준편차 비교예
89.61% 89.24% 90.53% 90.45% 90.49% 90.23% 90.1% 0.5 약 0%
<실험예 2>
미세유동장치의 DNA 추출 효과 확인
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서 각각 제작한 미세유동장치를 이용하여 DNA 추출 효과를 확인하였다.
상기 각 미세유동장치의 캐소드 챔버에 E. coli를 함유하는 용액 500 ㎕를 300 ㎕/min의 속도로 유동시킨 후에, 애노드 챔버에 10 ㎕의 55 mM Na2SO4 용액을 주입하고 캐소드 전극 및 애노드 전극을 통해 2 mA의 전류를 30초 동안 인가하였다. 상기 전기 분해 종류 후 20 ㎕의 55 mM Na2SO4 용액을 상기 캐소드 챔버에 유입시켜 캐소드 챔버에 있던 용액을 회수하였다. 다음으로, 상기 회수한 용액을 이용하여 동일한 조건으로 PCR 및 전기 영동을 수행하였다. DNA의 농도는 Lap Chip를 이용하여 측정하였다.
도 8은 본 발명의 실험예에서 수행된 본 발명에 따른 미세유동장치의 DNA 추출 효과 확인 결과를 나타내는 전기영동 사진이다.
도 8을 참조하면, 실시예 1의 미세유동장치에 대해 2.5×106 cell/㎖의 농도의 대장균을 이용하여 3회의 반복 PCR을 시행한 결과 DNA의 농도는 14.5 ng/㎕, 20.6 ng/㎕ 및 15.6 ng/㎕였다. 또한, 실시예 2의 19.2 ng/㎕, 31.7 ng/㎕ 및 22.1 ng/㎕였고, 실시예 3의 미세유동장치의 경우 14.4 ng/㎕, 22.0 ng/㎕ 및 20.7 ng/㎕였다.
Direct PCR은 상기 대장균을 함유하는 동량의 용액을 미세유동장치에 유입하지 않고 즉시 PCR을 수행한 결과이다. 2.5×106 cell/㎖의 농도에서 3.4 ng/㎕, 2.5×107 cell/㎖의 농도에서 12.7 ng/㎕, 및 6.25×107 cell/㎖의 농도에서 29.9 ng/㎕의 농도였다.
상기 결과로부터, 동일한 세포 농도, 즉 2.5×106 cell/㎖의 농도에서의 추출 DNA 농도 평균은 20.09 ng/㎕로서, 비교 대상인 동일 세포 농도의 Direct PCR의 3.4 ng/㎕에 비해 현저히 높음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 미세유동장치는 세포의 농축 및 용해를 동시에 효과적으로 수행할 수 있음을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 세포 또는 바이러스를 효과적으로 농축 및 용해할 수 있고, 더욱이 상기 농축 및 용해는 하나의 챔버 내에서 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 미세유동장치 및 방법을 이용하여 랩온어칩을 소형화할 수 있다. 또한, 챔버 분할 막의 팽창 현상을 방지하여 챔버의 부피 변화를 최소화함으로써 설계된 부피의 샘플이 챔버 내로 잘 유입될 수 있게 하고, 애노드 전극을 사다리 모양으로 전체적으로 분포 시킴으로써 전류 흐름을 촉진시켜 pH 조절을 효율적으로 수행할 수 있게 한다.

Claims (25)

  1. 애노드 전극을 포함하는 애노드 챔버, 캐소드 전극을 포함하는 캐소드 챔버, 및 상기 애노드 챔버와 캐소드 챔버를 구분하는 이온 교환막을 포함하고,
    상기 캐소드 챔버 내에 고체 지지체가 구비된 것을 특징으로 하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고체 지지체의 표면에 세포결합물질이 코팅 되어 있는 것을 특징으로 하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 세포결합물질은 물 접촉각(water contact angle)이 70∼90도인 소수성 물질 또는 전하 제공 물질인 것을 특징으로 하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 소수성 물질은 옥타데실트리클로로실란(OTS), 트리데카플루오로테트라히드로옥틸 트리메톡시실란(DTS), 옥타데실디메틸(3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 클로라이드(OTC), 폴리에틸렌이민트리메톡시실란(PEIM) 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고체 지지체는 평면, 필라(pillar), 비드 및 체(sieve) 구조로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 교환막은 전류를 통과시키나 각 챔버에서 전기 분해에 의하여 발생한 이온 및 가스를 분리하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 수소 가스를 흡착할 수 있는 금속으로 이루어지고, 상기 애노드 전극은 물보다 표준산화전위가 높고 물과 반응하지 않는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 팔라듐(Pd)인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 애노드 전극은 구리(Cu), 납(Pb), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드 챔버 및 애노드 챔버는 각각 용액이 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    이온 교환막;
    상기 이온 교환막의 일면에 형성되는 제1 접착층;
    상기 이온 교환막의 다른 일면에 형성되는 제2 접착층;
    상기 제1 접착층에 접착되고 사다리 모양의 개구부를 구비하는 애노드 전극 지지 기판;
    상기 애노드 전극 지지 기판 상에 고정되고 상기 개구부의 사다리 모양에 대응하여 형성되는 애노드 전극;
    상기 애노드 전극을 둘러싸고 애노드 챔버를 형성하는 애노드 챔버 기판;
    상기 제2 접착층에 접착되고 캐소드 챔버를 형성하며 상기 제2 접착층에 상부면이 접착된 고체 지지체를 구비하는 캐소드 챔버 기판; 및
    상기 캐소드 챔버의 바닥에 고정된 캐소드 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해용 미세유동장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 접착층 및 제2 접착층은 각각 전류를 통과시키는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 전극 지지 기판은 PCB(printed circuit board)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  14. 일면에 사다리 모양의 애노드 전극을 구비하고 상기 애노드 전극의 사다리 모양에 따라 개구부가 형성된 애노드 전극 지지 기판을 제조하는 단계;
    애노드 챔버 기판을 상기 애노드 전극 지지 기판에 고정함으로써 상기 애노드 전극을 둘러싸고 애노드 챔버를 형성하는 단계;
    고체 지지체를 구비하고 캐소드 챔버를 형성하며 상기 캐소드 챔버의 바닥에 고정된 캐소드 전극을 구비하는 캐소드 챔버 기판을 제조하는 단계;
    이온 교환막의 양면에 제1 접착층 및 제2 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 접착층에 상기 애노드 전극 지지 기판을 접착 시키고 상기 제2 접착층에 상기 캐소드 챔버 기판을 접착 시키는 단계;를 포함하는 세포 또는 바이러 스의 농축 및 용해용 미세유동장치의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 애노드 전극 지지 기판 제조 단계는
    금속이 코팅 되어 있는 PCB 상에 포토레지스트 필름을 코팅하는 단계;
    사다리 모양의 애노드 전극을 형성하도록 설계된 마스크를 통해 UV를 조사하고 현상하는 단계;
    상기 노출된 금속을 에칭하는 단계; 및
    상기 노출된 PCB를 절단하여 개구부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 캐소드 챔버 기판 제조 단계는
    기판 상에 포토레지스트 필름을 코팅하는 단계;
    고체 지지체를 형성하도록 설계된 마스크를 통해 UV를 조사하고 현상하는 단계;
    상기 노출된 기판을 에칭하는 단계;
    전자빔 가열에 의한 진공증발법(evaporation)에 의해 상기 기판 상에 금속을 증착하는 단계;
    상기 포토레지스트 필름을 제거하는 단계; 및
    상기 기판 상에 증착된 금속면에 다른 금속을 전기 도금하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 캐소드 챔버 기판 제조 단계는 상기 형성된 고체 지지체의 표면에 세포결합물질을 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 접착층 형성 단계는
    이온 교환막 양면에 접착제를 스핀 코팅하는 단계;
    롤러를 이용하여 상기 이온 교환막의 한 면을 상기 애노드 지지 기판 상에 펴서 붙이는 단계; 및
    상기 이온 교환막의 다른 면을 상기 캐소드 챔버 기판 상에 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 접착제는 상온에서 액체이고 열 또는 자외선이 가해지면 경화되면서 접착성을 나타내는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 접착층 및 기판 접착 단계는 상기 애노드 전극 지지 기판, 이온 교환막 및 캐소드 챔버 기판을 정렬하고 열 및 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  21. 제 1항에 따른 미세유동장치의 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 높은 이온 또는 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계;
    제 1항에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버에 세포 또는 바이러스 및 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및
    애노드 전극 및 캐소드 전극을 통하여 전류를 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기 분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계;포함하는 세포 또는 바이러스의 농축 및 용해 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 애노드 챔버에 유입되는 물보다 표준산화전위가 낮은 이온은 NO3 -, F-, SO4 2-, PO4 3- 및 CO3 2-로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 애노드 챔버에 유입되는 물보다 표준산화전위가 높은 이온은 Cl-인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 캐소드 챔버에 유입되는 물보다 표준환원전위가 낮은 이온은 Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 및 Al3+로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 21항에 있어서,
    상기 pH는 인가 전류의 방향, 인가 전류의 세기, 전류 인가 시간, 전극의 폭 또는 이온 교환막의 두께에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
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