KR100773542B1 - 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 - Google Patents
유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100773542B1 KR100773542B1 KR1020050065433A KR20050065433A KR100773542B1 KR 100773542 B1 KR100773542 B1 KR 100773542B1 KR 1020050065433 A KR1020050065433 A KR 1020050065433A KR 20050065433 A KR20050065433 A KR 20050065433A KR 100773542 B1 KR100773542 B1 KR 100773542B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- microfluidic device
- chamber
- cathode
- anode
- electrode
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 17
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 title 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 11
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 claims description 8
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 claims description 8
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 claims description 8
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical group CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 125000005641 methacryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 30
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 abstract description 17
- 238000002032 lab-on-a-chip Methods 0.000 abstract description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- -1 PCR Chemical class 0.000 description 13
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 description 3
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 3
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 3
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 2
- 241000194019 Streptococcus mutans Species 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000004166 bioassay Methods 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 150000003440 styrenes Chemical group 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 108020004465 16S ribosomal RNA Proteins 0.000 description 1
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 description 1
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 description 1
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- 241000672609 Escherichia coli BL21 Species 0.000 description 1
- KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine Chemical compound CN(C)CCN(C)C KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 241000191963 Staphylococcus epidermidis Species 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 238000000164 protein isolation Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000003753 real-time PCR Methods 0.000 description 1
- 238000003757 reverse transcription PCR Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
- B01D67/0053—Inorganic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
- B01D67/006—Inorganic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by elimination of segments of the precursor, e.g. nucleation-track membranes, lithography or laser methods
- B01D67/0062—Inorganic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by elimination of segments of the precursor, e.g. nucleation-track membranes, lithography or laser methods by micromachining techniques, e.g. using masking and etching steps, photolithography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2623—Ion-Exchange
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/42—Ion-exchange membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
- B01L2300/0645—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0681—Filter
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
본 발명은 a) 이온 교환성 물질; b) 일면이 상기 이온 교환성 물질로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 애노드 전극을 구비하는 애노드 챔버; 및 c) 일면이 상기 이온 교환성 물질로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 캐소드 전극을 구비하는 캐소드 챔버를 포함하고, 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버의 경계는 부도체에 의하여 구분되는 것을 특징으로 하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치 및 그를 이용하여 pH를 조절하는 방법을 제공한다.
전기분해, pH, 미세유동장치, 이온 교환성 물질, 랩온어칩
Description
도 1은 필터를 포함하는 전기분해 장치를 이용하여 세포를 용해하는 종래 방법을 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 미세유동장치의 일예를 도시한 상면 투시도이고, 도 2B는 본 발명에 따른 미세유동장치의 일예를 도시한 측면 투시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 미세유동장치의 다른 일예를 도시한 상면 투시도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 미세유동장치의 다른 일예를 도시한 측면 투시도이다.
도 4는 도 2의 본 발명에 따른 미세유동장치의 분해도이다.
도 5는 도 4의 미세유동장치의 부품 a)의 제조 과정을 간략히 나타낸 것이다.
도 6은 도 4의 미세유동장치의 부품 b)의 제조 과정을 간략히 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 다양한 규격 및 모양으로 제조한 도 4의 미세유동장치의 부품 b)를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 제조한 미세유동장치의 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 미세유동장치의 인가 전압에 대한 전류 세기를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 10a는 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 것이고, 도 10b는 본 발명에 따른 미세유동장치의 애노드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버의 전압 인가 후 일정 시간 전압 비인가시의 pH 변화를 측정한 결과를 도시한 것이다.
본 발명은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치 및 그를 이용하여 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법에 관한 것이다.
미세유동장치는 입구, 출구 및 반응 용기 등이 마이크로채널을 통하여 연통되어 있는 장치를 말한다. 이러한 미세유동장치에는 상기 마이크로채널이 형성되어 있는 외에 일반적으로 유체의 이송을 위한 마이크로펌프, 유체의 혼합을 위한 마이크로믹서 및 이송되는 유체를 여과하기 위한 마이크로필터 등이 구비되어 있다.
이러한 미세유동장치는 당업계에 널리 알려져 있으며, 샘플 내의 세포 농축 (enrichment), 세포의 용해(lysis), 생분자 정제, PCR과 같은 핵산의 증폭 및 분리, 단백질의 분리, 혼성화 반응, 및 검출과 같은 일련의 생물학적 분석과정을 수행하는 랩온어칩(Lab-on-a-chip: LOC)과 같은 미세분석장치에 이용되고 있다.
미세유동장치를 이용하여 상기와 같은 다양한 생물학적 분석 과정을 수행하기 위해서는 각 단계마다 상이한 pH를 필요로 한다. 상기 생물학적 분석과정에 있어서, 종래 pH의 조절은 산성 용액, 염기성 용액, 중성 용액 또는 버퍼 용액을 첨가하거나 제거함으로써 이루어졌다. 그러나, 미세유동장치에 있어서 이러한 pH 조정용 용액을 첨가하거나 제거하는 경우, 별도의 장치 및 과정을 필요로 할 뿐만 아니라, 샘플 용액이 희석되는 문제점이 발생한다. 이러한 용액의 주입 단계 및 장치 문제는 미세 부피를 다루는 미세유동장치에 있어서는 심각한 문제가 될 수 있으며, 희석은 원하는 샘플을 채취하거나 증폭시킬 때 문제가 될 수 있다. 또한, 이렇게 첨가된 pH 조절 물질은 추후의 생물학적 분석 과정에서 저해물질로서 작용할 수 있는 경우에는 사용 후 제거되어야 하는 경우도 발생한다.
외부로부터 pH 조절 시약을 주입하는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 전기분해를 이용하는 방법이 있다. 예컨대, 캐소드, 애노드 및 분할 필터를 포함하는 장치를 이용하여 세포를 용해하는 방법이 있다(Luke P. Lee et al., Lap on a Chip, 5(2):171-178, "On-chip cell lysis by local hydroxide generation", 2005). 도 1은 필터를 포함하는 전기분해 장치를 이용하여 세포를 용해하는 상기 종래 방법을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 종래 장치는 캐소드(11), 애노드(12) 및 그들 사이를 막고 있는 필터(13)를 포함한다. 상기 캐 소드(11)에서는 하이드록시 이온이 생성되어 pH가 높아지고, 상기 애노드(12)에서는 수소 이온이 생성되어 pH가 낮아진다. 상기 캐소드 챔버로 세포(16)를 유입시켜(14) 계속 흘려 주면 세포 자체는 필터(13)에 걸리고 여기에 전기를 가해주면 높아진 pH에 의해 세포가 용해되고, DNA는 필터(13)를 통과하여 애노드(12)를 거쳐 다음 챔버로 유출되는(15) 원리이다. 하지만, 상기 캐소드(11)에서 생긴 하이드록시 이온은 필터(13)를 통해 계속 흘러가기 때문에 세포 용해에 필요한 정도로 충분한 pH로 높일 수 없고, 혹시 세포 용해가 일어난다고 하더라도 분리된 DNA는 애노드에 흡착되어 다음 챔버로 이송될 수 없는 문제점이 있다.
다른 종래 방법으로서, 애노드 챔버, 캐소드 챔버 및 상기 챔버들 사이에 설치되는 분할 막을 포함하는 전기분해장치를 이용하여 pH를 조절하는 방법이 있다. 하지만, 매우 얇은 분할 막을 이용하여 랩온어칩에 사용할 수 있는 미세유동장치를 제작하는 것은 기술상 어려움이 있다.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 미세유동장치를 이용하여 전기분해에 의하여 미세유동장치 내의 유체의 pH를 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 이온 교환성 물질; b) 일 면이 상기 이온 교환성 물질로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 애노드 전극을 구비하는 애노드 챔버; 및 c) 일면이 상기 이온 교환성 물질로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 캐소드 전극을 구비하는 캐소드 챔버를 포함하고, 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버의 경계는 부도체에 의하여 구분되는 것을 특징으로 하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치를 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; b) 캐소드 챔버에 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 c) 애노드 전극 및 캐소드 전극을 통하여 전류를 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법을 제공한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일면은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치에 관한 것이다.
도 2A는 본 발명에 따른 미세유동장치의 일예를 도시한 상면 투시도이고, 도 2B는 본 발명에 따른 미세유동장치의 일예를 도시한 측면 투시도이다.
도 2A 및 2B를 참조하면, 본 발명에 따른 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치는 a) 이온 교환성 물질(201); b) 일면이 상기 이온 교환성 물질(201)로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 애노드 전극(205)을 구비하는 애노드 챔버(203); 및 c) 일면이 상기 이온 교환성 물질(201)로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 캐소드 전극(209)을 구비하는 캐소드 챔버(207)를 포함하고, 상기 애노드 챔버(203) 및 캐소드 챔버(207)의 경계는 부도체(211)에 의하여 구분되어 있다.
도 3A는 본 발명에 따른 미세유동장치의 다른 일예를 도시한 상면 투시도이고, 도 3B는 본 발명에 따른 미세유동장치의 다른 일예를 도시한 측면 투시도이다.
도 3A 및 3B를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유동장치의 다른 일예에 있어서, 상기 이온 교환성 물질(201)로 구성되는 애노드 챔버(203) 및 캐소드 챔버(207)의 각 일면의 가장자리에 구비되는 애노드 전극(205) 및 캐소드 전극(209)이 상기 일면의 전체가 아닌 일부의 가장자리에 구비되어 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 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. 상기 챔버는 세포 용해 챔버, 핵산 분리/정제 챔버, 핵산 증폭 챔버, 혼성화 챔버 및 신호 검출 챔버로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 챔버는 마이크로채널을 통하여 다양한 다른 챔버와 연결되어 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 미세유동장치는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절할 수 있는 랩온어칩의 형태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이온 교환성 물질은 전류를 통과시키나 각 챔버에서 전기 분해에 의하여 발생한 이온 및/또는 가스를 통과시키지 않는 특성을 갖는다. 바람직하게, 상기 이온 교환성 물질은 전류는 통과시키나 수소 이온 및 하이드록사 이드 이온 및/또는 기체는 통과시키지 않는 특성을 갖는다.
상기 이온 교환성 물질은 양이온 교환막 또는 음이온 교환막일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 이온 교환막은 알칼리 금속 이온 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.
바람직하게, 상기 이온 교환성 물질은 가교 반응과 동시에 성막되는 특성을 갖는 것일 수 있다. 상기 특성을 갖는 이온 교환성 물질을 사용하는 경우 본 발명에 따른 장치의 미세 제작이 보다 용이하다는 장점을 갖는다.
보다 바람직하게, 상기 이온 교환성 물질로서 본 출원인의 이전 출원, 대한민국 특허 출원 제 2005-52723호(발명의 명칭: 이온 교환성 혼합물 및 그의 제조방 법)에 개시되어 있는 물질을 사용할 수 있다. 상기 출원의 모든 내용은 본 명세서 내용의 일부로서 통합된다.
즉, 상기 이온 교환성 물질은 a) 음이온 교환수지 또는 양이온 교환수지로 된 고분자 화합물; b) 비스-아크릴아미드 및 아크릴아미드를 각각 적어도 1종 이상 포함하는 아크릴아미드 혼합물; 및 c) 상기 음이온 교환수지 또는 양이온 교환수지로 된 고분자 화합물과 상기 아크릴아미드 혼합물을 반응시켜 얻은 공중합체인 것이 바람직하다.
상기 음이온 교환수지 또는 양이온 교환수지는 스티렌계, 페놀계, 아민계 또는 메타크릴계인 것이 바람직하고, 상기 음이온 교환수지는 트리메틸아민으로 치환된 스티렌계이고 상기 양이온 교환수지는 술폰기로 치환된 스티렌계인 것이 보다 바람직하다.
상기 비스-아크릴아미드는 N,N'-메틸렌-비스-아크릴아미드인 것이 바람직하다. 또한, 상기 a) 내지 c)의 화합물이 서로 상호침투(interpenetration)되어 있는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 전극은 백금, 금, 구리, 팔라듐 및 티타늄 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 애노드 챔버에 백금으로 된 전극을 사용하는 경우, 단백질 및 DNA의 흡착을 방지할 수 있으며, 구리 전극을 사용하는 경우 애노드 챔버에 NaCl 등의 염소 이온이 포함된 경우에 CuCl2를 형성함으로써 독가스인 염소 기체의 발생을 줄일 수 있다. 또한, 팔라듐 전극을 사용하는 경우, 캐소드 챔버에서 발생한 수소 기체를 흡수하므로 가스 제거 과정이 불필요하다.
본 발명의 일 구체예에서, 본 발명의 미세유동장치는 상기 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액, 즉 전기분해되는 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 전기분해를 수행하는 경우, 상기 애노드 챔버에서는 물이 전기분해되어 산소 기체와 H+ 이온이 발생한다. 이 경우 상기 애노드 챔버 용액은 상기 H+ 이온에 의해 pH가 낮아지게 된다. 물보다 표준산화전위가 높은 Cl- 이온은 세포의 용해만을 목적으로 하는 경우 특별히 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 일 구체예에서, 본 발명의 미세유동장치는 상기 캐소드 챔버에 물보다 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 전기분해를 수행하는 경우, 상기 캐소드 챔버에서는 물이 전기분해되어 수소 기체와 OH- 이온이 발생한다. 이 경우 상기 캐소드 챔버 용액은 상기 OH- 이온에 의해 pH가 높아지게 된다.
다시 도 2A 내지 3B를 참조하면, 본 발명에 있어서, 상기 애노드 챔버(203) 및 캐소드 챔버(207)는 각각 애노드 전극(205) 및 캐소드 전극(209)의 마주보는 일면에 가스 배출구(215)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가스 배출구(215)를 통해 예컨대, 산소 기체 또는 수소 기체가 챔버 밖으로 배출될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각 용액이 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유입구와 유출구는 반드시 별개로 구비될 필요는 없고 하나의 포트가 유입구 및 유출구의 역할을 할 수도 있다. 또한, 상기 가스 배출구를 유입구 및/또는 유출구로서 활용할 수도 있을 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각 용액을 유입 및 유출시키기 위한 펌프를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 미세유동장치는 일반적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게, 각 부품을 제작한 후에 조립되어 제조될 수 있다.
도 4는 도 2의 본 발명에 따른 미세유동장치의 분해도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유동장치는 먼저 3개의 플레이트를 제작한 후 이들을 조립함으로써 제조될 수 있다. 각 플레이트의 재질은 특별히 한정되지 않는다.
다시 도 2A 내지 3B를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유동장치는 이온 교환 성 물질 주입구(217)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 3개의 플레이트를 조립한 후 상기 이온 교환성 물질 주입구(217)를 통해 액상의 이온 교환성 물질을 일정한 높이, 바람직하게 전극 높이까지 주입한 다음 상기 이온 교환성 물질을 가교 반응과 동시에 성막시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일면은 a) 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; b) 캐소드 챔버에 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 c) 애노드 전극 및 캐소드 전극을 통하여 전류를 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 물보다 표준산화전위가 낮은 음이온, 물보다 표준산화전위가 높은 음이온 및 물보다 표준환원전위가 낮은 양이온의 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 챔버간 간격에 의하여 조절될 수 있다. 정확한 인가 전류의 방향, 인가 전류의 세기, 전류 인가 시간, 전극의 면적 및 챔버간 간격은 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 애노드 와 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 전기분해되어 산소 기체와 H+ 이온이 발생한다. 결과적으로 상기 캐소드 챔버 용액은 염기성 pH를 띠고 상기 애노드 챔버 용액은 산성 pH를 띤다.
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 pH 조절용 미세유동장치의 제조
본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치를 제조하기 위해서, 먼저 도 4에 도시되어 있는 미세유동장치의 부품 a), b) 및 c)를 제조하였다.
도 5는 도 4의 미세유동장치의 부품 a)의 제조 과정을 간략히 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 부품 a)는 챔버의 몰드로 이용되기 위하여 DeepRIE(STS Multiplex system)를 이용하여 두께 1000μm의 Si 웨이퍼를 500μm 깊이로 건식 식각시켜 제조되었다.
도 6은 도 4의 미세유동장치의 부품 b)의 제조 과정을 간략히 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 부품 b)는 반도체 제조 공정을 응용하여 제조될 수 있다. 즉, 유리 기판에 감광액(photoresist)를 코팅하고(단계 a), 마스크를 이용하여 노광(exposure)시키고(단계 b), 현상(development)시킨 후에(단계 c), 전극으로서 높이 1000 A의 Pt 및 높이 100 A의 Ti을 사용하여 코팅하였다(단계 d). 사용한 전극의 폭은 1 mm였고, 챔버 사이의 간격도 1 mm였다. 다음으로, 감광액을 제거하고(단계 e), 샌드블라스팅(sandblasting)에 의해 홀을 생성한 후에(단계 f), 다이싱(dicing)하여(단계 g), 도 7A의 1에 도시되어 있는 본 발명에 따른 미세유동장치의 부품 b)를 제조하였다.
부품 c)는 상기에서 제조한 부품 a) 및 b)의 크기에 맞게 PDMS(polydimethylsiloxane)를 이용하여 주조하였다.
상기에서 제조한 부품 a), b) 및 c)를 조립한 다음, 하기 화학식 1의 0.5 wt% 설포닉 애시드기로 치환된 스티렌계 이온교환수지 용액 50㎕, 45 wt% 아크릴아 미드(CH2CHCONH2) 100㎕, 0.1 wt% 비스-아크릴아미드(CH2(CH2CHCONH)2) 50㎕, 10 wt% 암모늄 퍼설페이트 30㎕와 TEMED 5㎕를 전극 높이까지 넣고 상온에서 20분간 가교 반응을 수행하였다. 이때 모든 물질의 용매는 초순수수이다. 상기 반응물은 가교와 동시에 고화되었고, 그 결과 양이온 교환성 물질이 생성되었다.
<화학식 1>
상기 식에서, n은 2 내지 100,000의 정수이다.
상기 과정을 거쳐 본 발명에 따른 미세유동장치를 제조하였다. 도 8은 본 실시예에서 제조한 미세유동장치의 사진이다.
<실시예 2~8>
본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치의 제조
부품 b)에 포함되는 전극의 폭 및 챔버 사이의 간격을 표 1과 같이 달리한 점, 및 추가적으로 전극의 모양을 달리한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 본 발명에 따른 미세유동장치를 제조하였다. 실시예 1 내지 4에서 제조한 전극은 'ㅁ' 형이었고, 실시예 5 내지 8에서 제조한 전극은 'ㄷ' 형이었다.
도 7A는 실시예 1 내지 8에서 다양한 규격 및 모양으로 제조한 도 4의 미세유동장치의 부품 b)를 나타낸 것이다.
<표 1>
| 실시예 | 전극 폭 (mm) | 챔버 사이 간격 (mm) |
| 1 | 1 | 1 |
| 2 | 0.5 | 1 |
| 3 | 1 | 0.5 |
| 4 | 0.5 | 0.5 |
| 5 | 1 | 1 |
| 6 | 0.5 | 1 |
| 7 | 1 | 0.5 |
| 8 | 0.5 | 0.5 |
<실시예 9>
본 발명에 따른 미세유동장치의 인가 전압에 대한 전류 세기 측정
실시예 1 내지 8에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하여 일정한 인가 전압에 대한 전류 세기를 측정하였다. 전류 세기는 pH 변화와 비례 관계에 있다.
즉, 실시예 1 내지 8에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버와 애노드 챔버를 100 mM Na2SO4 수용액으로 각각 채우고, 실온에서 5 V의 직류 전압을 인가하여 양 전극 사이의 전류를 측정하였다.
그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9는 본 발명에 따른 미세유동장치의 인가 전압에 대한 전류 세기를 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 'ㅁ' 형 전극 보다 'ㄷ' 형의 전극을 사용하는 경우 전류의 세기가 높았고, 챔버 사이의 간격이 가까울수록 전류의 세기가 높았다. 또한, 전극의 폭과 전류 세기 간의 관계를 살펴보면, 'ㅁ' 형 전극의 경우 전극 폭이 얇을수록 전류가 센 반면 'ㄷ' 형 전극의 경우 전극 폭이 두꺼울수록 전류가 세었다.
상기와 같은 미소한 차이는 있었지만, 실시예 1 내지 8에서 제조한 모든 미세유동장치가 충분한 전류 세기를 나타내어, 전기분해를 통한 pH 조절에 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다. 특히 실시예 7의 미세유동장치의 전류 세기가 가장 높았다.
상기 전류 세기는 본 발명에 따른 이온 교환성 물질의 저항에 의해 영향을 받는다. 이온 교환성 물질은 일종의 도선 역할을 수행하므로, 전극간 거리가 길수록 및 그의 단면적이 좁을수록 저항이 높아지고, 결국 전극간 전류 세기는 낮아진다.
<실시예 10>
본 발명에 따른 미세유동장치의 pH 변화 측정
실시예 1 내지 8에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하여 챔버의 pH 변화를 측정하였다.
즉, 실시예 1 내지 8에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버와 애노드 챔버를 100 mM Na2SO4 수용액으로 각각 채우고, 실온에서 40초 동안 5 V의 직류 전압을 인가하여 캐소드 챔버 및 애노드 챔버의 pH를 측정하였다. 초기값은 pH 7이었다.
그 결과를 도 10A 및 10B에 나타내었다. 도 10A는 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 것이고, 도 10B 는 본 발명에 따른 미세유동장치의 애노드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 10A를 참조하면, 40초 동안 5 V의 전압 인가에 의해 캐소드 챔버의 pH는 7.0에서 약 11.6 내지 12.5로 급격히 상승했다. 이의 결과는 도 9의 전류 세기 측정 결과와 일치한다. 반면, 도 10B를 참조하면, 40초 동안 5 V의 전압 인가에 의해 애노드 챔버의 pH는 7.0에서 약 1.3 내지 2.3으로 급격히 하강했다.
상기 결과로부터, 실시예 1 내지 8에서 제조한 모든 미세유동장치가 챔버 내 용액의 pH를 매우 효과적으로 조절할 수 있음을 알 수 있다.
<실시예 11>
본 발명에 따른 미세유동장치의 이온 분리 능력 측정
실시예 1 내지 8에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치의 이온 분리 능력을 측정하였다.
즉, 상기 실시예 9에서와 같이 동일한 조건으로 40초 동안 5 V의 전압을 인가한 후, 60초 동안 전압을 인가하지 않고 방치하여 캐소드 챔버의 pH 변화를 측정하였다.
그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11을 참조하면, 60초 동안 방치한 후 실시예 1 내지 8의 캐소드 챔버의 pH 변화는 약 0.025 내지 0.09로 아주 미소하였다.
상기 결과로부터, 실시예 1 내지 8에서 제조한 모든 미세유동장치의 이온 분리 능력이 우수함을 알 수 있었다.
<실시예 12>
본 발명에 따른 미세유동장치를 이용한 세포 용해 실험
실시예 7에서 제조한 미세유동장치를 이용하여 일련의 생물학적 분석 과정 중 하나인 세포 용해 실험을 수행하였다.
먼저, 실시예 7의 미세유동장치의 캐소드 챔버 및 애노드 챔버를 각각 55 mM Na2SO4로 채우고, 캐소드 챔버에는 E. coli(BL21, Stratagen), Pseudomonas putidi(한국생명공학연구원) Gram(+), Streptococcus mutans(ATCC# 25175), 및 Staphylococcus epidermidis(ATCC# 12228)의 배양물을 각각 105 cells/chamber(O.D = 1.0)의 양으로 첨가하였다. 다음으로, 실온에서 40초 동안 5 V의 직류 전압을 인가함으로써 전기분해를 수행하였다.
대조구로서 동일한 수의 세포에 대하여 끓임에 의한 세포 용해법 및 통상적으로 사용되는 세포 용해용 퀴아젠 키트(Quiagen Kit)를 사용하였다. 상기 끓임법은 1×PBS에서 30℃ 60초 및 95℃ 30초를 5회 반복하였다.
상기 과정에 의해 얻어진 용액을 주형으로 RT-PCR을 수행하여 세포가 용해되어 유출된 DNA의 양을 측정하였다. 프라이머로서 상기 4개의 균주에 대해 동일하고 16S-rRNA에 상보적인 포워드 프라이머(서열번호 1) 및 리버스 프라이머(서열번호 2)를 사용하였다.
DNA의 양은 정량 PCR에 의하여 Cp(crossing point)를 구하고, 그 차이(ΔCp)를 이용하여 확인하였다. ΔCp가 클수록 DNA의 양이 많은 것이고, 따라서 세포 용해가 효과적으로 진행되었음을 의미한다. 상기 ΔCp 값을 표 2에 나타내었다.
<표 2>
| 균주 | 실시예 7 | 끓임법 | 퀴아젠 키트 |
| E. coli BL21 | 7.3 | 4.9 | 4.0 |
| P. Putidi | 4.8 | - | 0.6 |
| S. epidermis | 3.9 | 2.8 | 5.8 |
| S. mutans | 3.5 | 2.4 | - |
표 중 "-"은 ΔCp 값이 존재하지 않는 것이다.
표 2에 나타낸 바와 같이, S. epidermis의 경우 퀴아젠 키트에 비해 낮은 것을 제외하고는, 본 발명의 미세유동장치의 ΔCp 값은 대조구인 끓임법 및 퀴아젠 키트 보다 우수함을 알 수 있다. 상기 결과로부터, 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하는 경우 챔버의 pH 조절을 효과적으로 수행할 수 있고, 그에 의해 상이한 pH를 필요로 하는 일련의 생물학적 분석과정, 예컨대 세포 용해를 효과적으로 수행할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 미세유동장치에 의하면, 미세유동장치 내의 pH를 신속하게 조절할 수 있고, 그에 의해 상이한 pH를 필요로 하는 일련의 생물학적 분석과정, 예컨대 세포 용해를 효과적으로 수행할 수 있다. 본 발명의 미세유동장치는 가교 반응과 동시에 성막되는 이온 교환성 물질을 이용함으로써 용이하게 미세화될 수 있다. 본 발명의 방법에 의하면, 미세유동장치 내의 유체의 pH를 신속하고 용이하게 조절할 수 있다.
서열목록 전자파일 첨부
Claims (17)
- a) 이온 교환성 막;b) 일면이 상기 이온 교환성 막으로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 애노드 전극을 구비하는 애노드 챔버; 및c) 일면이 상기 이온 교환성 막으로 구성되고, 상기 일면의 가장자리에 캐소드 전극을 구비하는 캐소드 챔버를 포함하고,상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버의 경계는 부도체에 의하여 구분되는 것을 특징으로 하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치.
- 제 1항에 있어서,상기 이온 교환성 막은 전류를 통과시키나 각 챔버에서 전기 분해에 의하여 발생한 이온 및 가스를 분리하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1항에 있어서,상기 이온 교환성 막은 가교 반응과 동시에 성막되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 3항에 있어서,상기 이온 교환성 막은 a) 음이온 교환수지 또는 양이온 교환수지로 된 고분자 화합물; b) 비스-아크릴아미드 및 아크릴아미드를 각각 적어도 1종 이상 포함하는 아크릴아미드 혼합물; 및 c) 상기 음이온 교환수지 또는 양이온 교환수지로 된 고분자 화합물과 상기 아크릴아미드 혼합물을 반응시켜 얻은 공중합체인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 4항에 있어서,상기 음이온 교환수지 또는 양이온 교환수지는 스티렌계, 페놀계, 아민계 또는 메타크릴계인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 4항에 있어서,상기 음이온 교환수지가 트리메틸아민으로 치환된 스티렌계인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 4항에 있어서,상기 양이온 교환수지가 술폰기로 치환된 스티렌계인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 4항에 있어서,a) 내지 c)의 화합물이 서로 상호침투(interpenetration)되어 있는 것을 특 징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1항에 있어서,상기 전극은 백금, 금, 구리, 팔라듐 및 티타늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1항에 있어서,상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각 애노드 전극 및 캐소드 전극의 마주보는 일면에 가스 배출구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1항에 있어서,상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각 용액이 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1항에 있어서,상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각 용액을 유입 및 유출시키기 위한 펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- a) 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계;b) 캐소드 챔버에 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및c) 애노드 전극 및 캐소드 전극을 통하여 전류를 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계;를 포함하는 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 물보다 표준산화전위가 낮은 이온은 NO3 -, F-, SO4 2 -, PO4 3 - 및 CO3 2 -로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 물보다 표준산화전위가 높은 이온은 Cl-인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 물보다 표준환원전위가 낮은 이온은 Na+, K+, Ca2 +, Mg2 + 및 Al3 +로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 pH는 인가 전류의 방향, 인가 전류의 세기, 전류 인가 시간, 전극의 폭 또는 챔버간 간격에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050065433A KR100773542B1 (ko) | 2005-07-19 | 2005-07-19 | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 |
| US11/489,289 US7771573B2 (en) | 2005-07-19 | 2006-07-19 | Microfluidic device for electrochemically regulating pH of fluid therein and method of regulating pH of fluid using the microfluidic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050065433A KR100773542B1 (ko) | 2005-07-19 | 2005-07-19 | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070010663A KR20070010663A (ko) | 2007-01-24 |
| KR100773542B1 true KR100773542B1 (ko) | 2007-11-07 |
Family
ID=37678062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050065433A KR100773542B1 (ko) | 2005-07-19 | 2005-07-19 | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7771573B2 (ko) |
| KR (1) | KR100773542B1 (ko) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100657965B1 (ko) | 2005-08-10 | 2006-12-14 | 삼성전자주식회사 | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 |
| KR100738084B1 (ko) * | 2005-12-21 | 2007-07-12 | 삼성전자주식회사 | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 |
| FR2933989B1 (fr) * | 2008-07-16 | 2013-03-08 | Commissariat Energie Atomique | Procede de purification de microorganismes presents dans des echantillons liquides |
| US20110135562A1 (en) * | 2009-11-23 | 2011-06-09 | Terriss Consolidated Industries, Inc. | Two stage process for electrochemically generating hypochlorous acid through closed loop, continuous batch processing of brine |
| US8889416B2 (en) * | 2010-01-21 | 2014-11-18 | California Institute Of Technology | Methods and devices for micro-isolation, extraction, and/or analysis of microscale components |
| NL1038762C2 (en) | 2011-04-19 | 2012-10-22 | Hein Marnix Erasmus Franken | Voice immersion smartphone application or headset for reduction of mobile annoyance. |
| US20130022720A1 (en) * | 2011-05-13 | 2013-01-24 | University Of South Carolina | Methods of Treating a Water Sample or a Substrate to Remove Organic Compounds |
| US9920315B2 (en) | 2014-10-10 | 2018-03-20 | California Institute Of Technology | Methods and devices for micro-isolation, extraction, and/or analysis of microscale components in an array |
| DE102022206246A1 (de) * | 2022-06-22 | 2023-12-28 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Mikrofluidiksystem mit Ionenaustauscher-Mischbettharz |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4152215A (en) | 1976-11-12 | 1979-05-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for controlling pH of culture solution for a living organism |
| US4855056A (en) | 1987-11-06 | 1989-08-08 | Valio Meijerien Keskusosuusliike | Process for the demineralization of whey or a liquid based on whey and for producing an acid mixture and a base mixture useful in food industries |
| US20030038032A1 (en) | 2001-08-24 | 2003-02-27 | Reel Richard T. | Manipulation of analytes using electric fields |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7235164B2 (en) * | 2002-10-18 | 2007-06-26 | Eksigent Technologies, Llc | Electrokinetic pump having capacitive electrodes |
| US7517440B2 (en) * | 2002-07-17 | 2009-04-14 | Eksigent Technologies Llc | Electrokinetic delivery systems, devices and methods |
| KR20050052723A (ko) | 2003-12-01 | 2005-06-07 | 채찬복 | 풍량에 따라 가변 작동되게 한 풍력발전용 풍차의풍량조절방법 및 그 풍력발전용 풍차의 결합구조 |
| KR100657965B1 (ko) * | 2005-08-10 | 2006-12-14 | 삼성전자주식회사 | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 |
| KR100738084B1 (ko) * | 2005-12-21 | 2007-07-12 | 삼성전자주식회사 | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 |
-
2005
- 2005-07-19 KR KR1020050065433A patent/KR100773542B1/ko active IP Right Grant
-
2006
- 2006-07-19 US US11/489,289 patent/US7771573B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4152215A (en) | 1976-11-12 | 1979-05-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for controlling pH of culture solution for a living organism |
| US4855056A (en) | 1987-11-06 | 1989-08-08 | Valio Meijerien Keskusosuusliike | Process for the demineralization of whey or a liquid based on whey and for producing an acid mixture and a base mixture useful in food industries |
| US20030038032A1 (en) | 2001-08-24 | 2003-02-27 | Reel Richard T. | Manipulation of analytes using electric fields |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Di Carlo D et al, Lab Chip. 2005 Feb;5(2):171-8 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20070010663A (ko) | 2007-01-24 |
| US20070017810A1 (en) | 2007-01-25 |
| US7771573B2 (en) | 2010-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100773542B1 (ko) | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 | |
| KR100657965B1 (ko) | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 | |
| EP1842903B1 (en) | Microfluidic device and method for concentrating a sample containing cells or viruses and lysing the cells or viruses, and method of producing the microfluidic device | |
| JP4094634B2 (ja) | 試料溶液のｐＨを調節する方法 | |
| US8293095B2 (en) | Microfluidic device for electrically regulating the pH of a fluid therein and method of regulating the pH of a fluid in a microfluidic device using the same | |
| JP2006510903A (ja) | 流動流中を移動する荷電分子を捕捉するための方法および装置 | |
| CA2920584A1 (en) | Microchip structure and treatments for electrochemical detection | |
| JP4685714B2 (ja) | イオン交換性混合物及びその製造方法 | |
| EP1804150B1 (en) | Microfluidic device for electrochemically regulating pH of fluid and method of regulating pH of fluid using the microfluidic device | |
| KR100738084B1 (ko) | 유체의 ｐＨ를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치및 그를 이용하여 ｐＨ를 조절하는 방법 | |
| KR20060122196A (ko) | 전기투석을 이용한 염 농도 조절 장치, 그를 포함하는랩온어칩 및 그를 이용한 염 농도 조절 방법 | |
| JP2005031070A (ja) | マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ | |
| US8398843B2 (en) | Microfluidic device for electrochemically regulating the pH of a fluid therein using semiconductor doped with impurity and method of regulating the pH of a fluid in a microfluidic device using the same | |
| Chou | Microfabricated Devices for Rapid DNA Diagnostics | |
| Dimov et al. | Hybrid integrated PDMS microfluidics with a silica capillary | |
| EP1554041B1 (en) | Multi-sided immersion formation of composite structures and method | |
| Li | Dominic S. Peterson 2 Contact Information |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120914 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130924 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140922 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150917 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160920 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170919 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180917 Year of fee payment: 12 |