KR100773552B1 - 미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한미세유체 반응 방법 - Google Patents

미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한미세유체 반응 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100773552B1
KR100773552B1 KR1020060038879A KR20060038879A KR100773552B1 KR 100773552 B1 KR100773552 B1 KR 100773552B1 KR 1020060038879 A KR1020060038879 A KR 1020060038879A KR 20060038879 A KR20060038879 A KR 20060038879A KR 100773552 B1 KR100773552 B1 KR 100773552B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microchamber
top plate
plate
microfluidic reaction
reaction vessel
Prior art date
Application number
KR1020060038879A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070106239A (ko
Inventor
김수현
김진태
남궁각
이인호
박진성
이영선
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060038879A priority Critical patent/KR100773552B1/ko
Priority to US11/625,877 priority patent/US7790109B2/en
Publication of KR20070106239A publication Critical patent/KR20070106239A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100773552B1 publication Critical patent/KR100773552B1/ko

Links

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
    • B01L3/502738—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 integrated valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining
    • B29C33/3857—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining by making impressions of one or more parts of models, e.g. shaped articles and including possible subsequent assembly of the parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • 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
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • 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
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0825—Test strips
    • 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
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • 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
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0655—Valves, specific forms thereof with moving parts pinch valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/56—Coatings, e.g. enameled or galvanised; Releasing, lubricating or separating agents
    • B29C33/60—Releasing, lubricating or separating agents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/218—Means to regulate or vary operation of device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/218—Means to regulate or vary operation of device
    • Y10T137/2202—By movable element
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/2224—Structure of body of device

Abstract

본 발명은, 일라스토머(elastomer)를 소재로 하는 상판; 상기 상판에 접착된 하판; 상기 하판과 대면하는 상판의 내측면에 형성된 미세챔버(micro-chamber)와 미세채널(micro-channel); 및, 상기 상판에 형성된, 유체의 유입 및 유출을 위한 인렛 홀(inlet hole) 및 아웃렛 홀(outlet hole);을 구비하고, 상기 상판에 가해지는 압력에 의해 상기 미세채널이 탄성 복원 가능하게 폐쇄되도록 구성된 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기와, 상기 미세유체 반응 용기의 제조 방법과, 상기 미세유체 반응 용기를 이용한 미세유체 반응 방법을 제공한다.

Description

미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한 미세유체 반응 방법{Micro-fluid reaction vessel, method for manufacturing the vessel, and method of micro-fluid reaction using the vessel}
도 1은 종래의 미세유체 반응 용기의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유체 반응 용기를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 미세 채널의 단면의 변형예를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 2의 미세유체 반응 용기 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 2의 미세유체 반응 용기를 이용한 미세유체 반응 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유체 반응 용기에서 일어난 DNA 증폭 반응을 형광 검출을 통하여 분석한 결과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유체 반응 용기에서 일어난, 온도 상승에 따른 DNA 분해(melting)를 형광 검출을 통하여 분석한 결과를 도시하는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ...미세유체 반응 용기 101 ...하판
105 ...상판 110 ...미세챔버
113 ...미세채널 116 ...인렛 홀
117 ...아웃렛 홀 130 ...클램핑 부재
150 ...피펫 160 ...가열수단
본 발명은 미세유체 공학(microfluidics)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세유체의 반응이 일어나는 미세유체 반응 용기와, 상기 미세유체 반응 용기의 제조 방법과, 상기 미세유체 반응 용기를 이용한 미세유체 반응 방법에 관한 것이다.
미세유체 반응 용기는 미량의 유체를 수용하고 그 유체에 예컨대, 중합효소 연쇄반응(PCR: polymerase chain reaction)과 같은 생화학적 반응을 일으켜 상기 유체에 포함된 유전자 발현 양상, 유전자 결함, 단백질 분포 등의 생화학적 특성을 분석할 수 있게 한 용기를 의미한다.
도 1은 종래의 미세유체 반응 용기의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 미세유체 반응 용기(10)는 유리로 된 상판(15)과 이에 본딩 결합된 실리콘(silicon)으로 된 하판(11)을 구비한다. 상기 하판(11)에는 유체(F)가 수용될 수 있도록 미세챔버 및 미세채널(12)이 형성되어 있고, 상기 상판(15)에는 상기 미세챔버 및 미세채널(12)에 유체(F)를 유입시킬 수 있게 관통 된 인렛 홀(inlet hole, 16)과, 유체(F)를 용기(10) 외부로 배출하기 위한 아웃렛 홀(outlet hole, 17)이 형성되어 있다.
상기 미세유체 반응 용기(10)를 이용하여 PCR과 같은 미세유체 반응을 수행하는 경우, 반응의 진행 중에 유체(F)의 증발을 방지하기 위하여, 상기 인렛 홀(16)과 아웃렛 홀(17)을 테이프(20)로 폐쇄하고, 상기 테이프(20)의 분리를 막기 위해 고무 등으로 된 가압부재(25)로 가압하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 유리로 된 상판(15)의 비용과 실리콘으로 된 하판(11)의 에칭(ething) 가공 비용 등으로 인해 상기 용기(10)의 제조 비용이 증대되는 문제점도 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미세채널이 탄성 복원 가능하게 폐쇄될 수 있도록 개선된 미세유체 반응 용기와, 상기 미세유체 반응 용기의 제조 방법과, 상기 미세유체 반응 용기를 이용한 미세유체 반응 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 일라스토머(elastomer)를 소재로 하는 상판; 상기 상판에 접착된 하판; 상기 하판과 대면하는 상판의 내측면에 형성된 미세챔버(micro-chamber)와 미세채널(micro-channel); 및, 상기 상판에 형성된, 유체의 유입 및 유출을 위한 인렛 홀(inlet hole) 및 아웃렛 홀(outlet hole);을 구비하고, 상기 상판에 가해지는 압력에 의해 상기 미세채널이 탄성 복원 가능하게 폐쇄되도록 구성된 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기를 제공한다.
바람직하게는, 상기 상판은 PDMS(polydimethylsyloxane)를 소재로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 상판은 상기 미세챔버에 수용되는 유체의 생화학 반응을 형광 검출을 통해 분석할 수 있도록 투명할 수 있다.
바람직하게는, 상기 하판은 실리콘(silicon)을 소재로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 미세채널의 단면이 사다리꼴 형상 또는 상측 경계가 곡선인 부분 폐곡선 형상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 미세유체 반응 용기는 상기 상판을 가압하여 미세채널을 폐쇄하기 위한 클램핑 부재를 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 미세챔버 및 미세채널에 대응되는 돌출부가 형성된 상판용 몰드를 형성하는 단계; 상기 상판용 몰드에 일라스토머(elastomer)의 레진(resin)과 경화제의 혼합액을 주입하여 경화시킨 후 분리하여 미세챔버 및 미세채널이 형성된 상판을 형성하는 단계; 상기 상판에 인렛 홀 및 아웃렛 홀을 형성하는 단계; 및, 상기 상판의 저면에 하판을 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 상판용 몰드는 상판과 동일한 형상의 상판 원형(prototype)에 일라스토머를 주입하여 경화시킨 후 분리하여 형성할 수 있다.
바람직하게는, 포토리소그래피를 이용한 에칭(etching)에 의해 상기 상판 원형에 상판용 몰드의 돌출부에 대응하는 그루브를 형성할 수 있다.
바람직하게는, 습식 에칭(wet etching)에 의해 상기 그루브를 형성할 수 있 다.
바람직하게는, 상기 상판은 PDMS(polydimethylsyloxane)를 소재로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 상판은 상기 미세챔버에 수용되는 유체의 생화학 반응을 형광 검출을 통해 분석할 수 있도록 투명한 소재로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 하판은 실리콘(silicon)을 소재로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 상판과 하판 중 적어도 하나의 접착되는 면을 플라즈마 입자를 투사하여 활성화하고 상기 상판과 하판을 접촉시켜, 상판과 하판을 접착시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 인렛 홀과 아웃렛 홀은 펀칭 가공에 의해 형성될 수 있다.
또한 본 발명은, 일라스토머(elastomer)를 소재로 하는 상판, 상기 상판에 접착된 하판, 상기 하판과 대면하는 상판의 내측면에 형성된 미세챔버(micro-chamber)과 미세채널(micro-channel) 및, 상기 상판에 형성된, 유체의 유입 및 유출을 위한 인렛 홀(inlet hole) 및 아웃렛 홀(outlet hole)을 구비한 미세유체 반응 용기의 상기 인렛 홀을 통해 유체를 미세챔버와 미세채널에 주입하는 단계; 상기 상판을 가압하여 상기 미세채널을 탄성 복원 가능하게 폐쇄하는 단계; 및, 생화학 반응에 적합한 환경을 조성하여 상기 미세챔버에 주입된 유체의 생화학 반응을 유도하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 미세유체 반응 방법은 형광 검출을 통해 상기 미세챔버에서 일어나는 생화학 반응을 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유체 반응 용기와, 상기 용기의 제조 방법과, 상기 용기를 이용한 미세유체 반응 방법을 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유체 반응 용기를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 2의 미세 채널의 단면의 변형예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세유체 반응 용기(100)는 서로 접착된 상판(105)과 하판(101)를 구비한다. 상기 상판(105)은 일라스토머(elastomer)의 일 예인 PDMS(polydimethylsyloxane)을 소재로 하며, 하판(101)은 폴리머(polymer)나 유리에 비해 열전도도가 우수한 실리콘(silicon)을 소재로 한다.
상기 상판(105)에는 미세유체 반응 용기(100) 내부로 유체를 유입하기 위한 인렛 홀(inlet hole, 116)과, 미세유체 반응 용기(100)에서 외부로 유체를 배출하기 위한 아웃렛 홀(outlet hole, 117)이 형성되어 있다. 또한, 하판(101)과 대면하는 상판(105)의 내측면에는 미세챔버(micro-chamber, 110)와 미세채널(micro-channel, 113)이 형성되어 있다. 상기 미세챔버(110)는 유체의 생화학 반응이 일어나는 장소가 되며, 인렛 홀(116)과 아웃렛 홀(117) 사이의 대략 중앙에 마련된다. 상기 미세채널(113)은 미세챔버(110)와 인렛 홀(116), 및 미세챔버(110)와 아웃렛 홀(117)을 연결하여 유체가 흐르는 통로를 제공한다.
상기 미세채널(113)은 일라스토머로 된 상판(105)에 가해지는 압력에 의해 도 3의 가상선으로 도시된 바와 같이 탄성 복원 가능하게 폐쇄된다. 상판(105)에 압력을 가하기 위해 클램핑 부재(130)가 사용될 수도 있다. 상기 클램핑 부재(130)가 아래로 가압되면 클램핑 부재(clamping member, 130)의 한 쌍의 푸셔(pusher, 131)가 미세채널(113)을 폐쇄하여 미세챔버(110)가 밀폐된다. 클램핑 부재(130)는 일라스토머 재질인 상판(105)에 압력을 가하기 때문에 플라스틱 또는 금속과 같이 단단한 소재로 형성된다.
상기 미세유체 반응 용기(100)는 상기 클램핑 부재(130)를 제외하고 상판(105)과 하판(101)을 구비하여 이루어진 것일 수도 있고, 상판(105), 하판(101) 및 클램핑 부재(130)를 함께 구비하여 카트리지(cartridge) 형태로 된 것일 수도 있다. 도 3의 참조부호 133은 미세챔버(110)에서 일어나는 반응을 형광 검출하기 위한 광투과공(133)이다. 상기 상판(105)도 상기 미세챔버(110)에서의 반응을 형광 검출할 수 있도록 투명하다.
상기 미세채널(113)은, 도 4에 도시된 바와 같이 상판(105)의 가공에 의해 마련된 상측 경계(114a)가 거꾸로 선 U자 유사한 곡선 단면을 갖고, 하판(101)에 의해 마련된 하측 경계(114b)가 직선 단면을 가져, 전체적으로 부분 폐곡선 형상의 단면을 가질 수 있다. 또한, 상기 미세채널(113)은, 도 5에 도시된 바와 같이 사다리꼴 형상의 단면을 가질 수도 있다. 상기 부분 폐곡선 또는 사다리꼴 형상의 단면은 클램핑 부재(130)로 상판(105)을 가압할 때 미세채널(113)이 누설되는 부분 없 이 폐쇄되도록 돕는다. 따라서, 미세채널(113) 폐쇄의 신뢰성이 향상된다.
도 6a 내지 도 6f는 도 2의 미세유체 반응 용기 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f를 참조하면, 미세유체 반응 용기(100, 도 6f 참조)의 제조 과정은 크게, 상판 원형(PT) 제작(도 6a 및 6b 참조), 상판용 몰드(M) 제작(도 6c 참조), 상판(105) 제작(도 6d 및 6e 참조), 및 상판(105)과 하판(101)의 접착(도 6f 참조)의 순서로 이루어진다. 상판 원형(PT)은 일라스토머로 이루어진 상판(105)과 동일한 형상으로 만들어진 것으로, 미세챔버(110)에 대응하는 제1 그루브(G1)와 미세채널(113)에 대응하는 제2 그루브(G2)를 구비한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 유리 등으로 이루어진 웨이퍼(W)의 상면에 포토리소그래피(photolithography)에 따라 포토레지스트(PR) 코팅, 노광(photo exposure) 및, 현상(develop)을 순차적으로 진행하여, 웨이퍼(W)의 상면 일부분(E1, E2)을 노출시키고, 상기 노출 부위(E1, E2)를 에칭(etching)하여 상기 제1 및 제2 그루브(G1, G2)를 형성하고, 상기 포토레지스트(PR)를 제거함으로써 상판 원형(PT)를 제작할 수 있다.
에칭의 방법 중에서 습식 에칭(wet etching)은 화학 약품을 이용하여 노출된 부분을 녹여내는 방법으로, 특정한 방향성이 없이 식각되는 등방성(isotropy)을 특징으로 한다. 상기 습식 에칭에 대비되는 드라이 에칭(dry etching)은 이온을 가속시켜 노출된 부분의 물질을 떼어내는 방법으로, 특정한 방향으로 식각되는 이방성(異方性, anisotropy)을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 단면이 부분 폐곡선 형상 또는 사다리꼴 형상인 미세채널(113, 도 4 및 도 5 참조)이 상판(105)에 형성될 수 있도록 등방성을 특징으로 하는 습식 에칭에 의해 제1 및 제2 그루브(G1, G2)를 식각 형성한다. 도시되진 않았으나, 포토레지스트(PR)를 보완하여 에칭의 정밀성을 향상시키기 위하여 포토레지스트(PR) 코팅에 앞서서 금속 또는 폴리실리콘(polysilicon)을 웨이퍼(W)에 증착하는 과정과, 증착된 금속 또는 폴리실리콘(polysilicon)층을 에칭하는 과정이 부가될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 상판용 몰드(M)는 상기 상판 원형(PT)에 일라스토머를 주입하여 경화시킨 후 이를 상기 상판 원형(PT)과 분리하여 형성한다. 도시되진 않았으나, 상판 원형(PT)과 경화된 상판용 몰드(M)가 쉽게 분리되도록 일라스토머의 주입에 앞서 상기 일라스토머가 주입될 상판 원형(PT)의 표면에 소수성(疏水性) 코팅층을 형성할 수도 있다. 구체적인 실시예에서, 상기 소수성 코팅층의 형성을 위해 Sigmacoat®와 같은 액체코팅제 또는 페릴린(Parylene)과 같은 기상증착(vapor deposition) 코팅이 사용될 수 있다. 일라스토머 몰딩에 의해 형성된 상판용 몰드(M)에는 상판 원형(PT)의 그루브들(G1, G2)에 대응하는 돌출부(P)가 형성된다.
도 6d 및 도 6e를 참조하면, 상판(105)은 상판용 몰드(M)에 일라스토머의 레진(resin)과 경화제의 혼합액을 주입하여 경화시킨 후 이를 상기 상판용 몰드(M)와 분리하여 형성한다. 상기 일라스토머의 일 예로 PDMS가 채용될 수 있으며, 미세챔버(110)에서의 반응을 형광 검출할 수 있도록 투명한 것이 바람직하다. 상기 상판용 몰드(M)의 경성(硬性)을 보강하기 위하여 상판(105) 몰딩(molding) 작업 중에 상기 상판용 몰드(M)는 유리 웨이퍼 등의 지지판(SP)에 지지된다. 도시되진 않았으 나, 상판용 몰드(M)와 경화된 상판(105)이 쉽게 분리되도록 일라스토머의 주입에 앞서 상기 일라스토머가 주입될 상판용 몰드(M)의 표면에 소수성(疏水性) 코팅층을 형성할 수도 있다. 구체적인 실시예에서, 상기 소수성 코팅층의 형성을 위해 Sigmacoat®와 같은 액체코팅제 또는 페릴린(Parylene)과 같은 기상증착(vapor deposition) 코팅이 사용될 수 있다. 일라스토머 몰딩에 의해 형성된 상판(105)에는 상판용 몰드(M)의 돌출부(P)에 대응하여 미세챔버(110)와 미세채널(113)이 형성된다. 상판용 몰드(M)에서 분리된 상판(105)에는 펀칭(punching) 가공에 의해 인렛 홀(116)과 아웃렛 홀(117)이 형성된다.
도 6f를 참조하면, 상기 상판(105)과 하판(101)을 접착하여 미세유체 반응 용기(100)를 형성한다. 상기 하판(101)은 실리콘(silicon)을 소재로 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 상판(105)과 하판(101) 중에 적어도 하나의 접착되는 면에 산소 플라즈마 입자를 투사하여 상기 접착면을 활성화하고, 서로를 접촉시켜 상판(105)과 하판(101)을 접착시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 2의 미세유체 반응 용기를 이용한 미세유체 반응 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 상기 미세유체 반응 방법은 먼저, 미세유체 반응 용기(100)의 인렛 홀(116)을 통해 미세챔버(110)와 미세채널(113)에 유체(F)를 주입하는 단계를 구비한다. 유체(F)의 주입을 위해 피펫(150)과 같은 기구가 사용될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 다음으로 상기 미세유체 반응 방법은 유체(F)가 주입된 미세유체 반응 용기(100)를 마이크로 히터(micro-heater) 등의 가열수단(160) 위에 배치하고, 클램핑 부재(130)를 미세유체 반응 용기(100)의 위에 배치하는 단계를 구비한다.
도 7c를 참조하면, 다음으로 상기 미세유체 반응 방법은 클램핑 부재(130)의 푸셔(131)로 상판(105)을 가압하여 미세채널(113, 도 7a 참조)을 탄성 복원 가능하게 폐쇄하는 단계와, 상기 가열수단(160)을 작동시켜 생화학 반응에 적합한 환경을 조성하여 상기 유체(F)의 생화학 반응을 유도하는 단계를 포함한다. 미세채널(113)이 폐쇄되어 있기 때문에 미세챔버(110, 도 7a 참조)에 수용된 유체(F)는 생화학 반응 도중에 증발이 억제된다. 이로 인하여 미세챔버(110) 내에서 안정적인 생화학 반응이 가능하고, 반응 분석 결과에 대한 신뢰성도 향상된다.
본 발명의 미세유체 반응 방법은, 생화학 반응 도중에 유체(F)에서 발광되는 형광 신호를 검출하여 생화학 반응을 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 형광 신호를 검출하여 생화학 반응을 분석하는 방법을 소위 형광 검출법이라고 한다. 중합효소 연쇄반응(PCR)의 분석에 사용되는 형광 검출법은, PCR 반응으로 생성된 이중나선(double stranded) DNA에 결합(binding)하여 형광하는 SYBR Green I 등의 염료(dye)를 이용하는 방법, DNA 시퀀스(sequence)를 프로브(probe)로 하고 이 프로브 양 끝의 형광단(fluorophore)과 발광억제단(quencher) 사이의 결합이 절단되면서 형광이 나오는 현상을 이용하는 방법 등 다양한 방법이 개발되어 있다.
상술한 미세유체 반응 용기(100, 도 3 참조)가 PCR 과 같은 생화학 반응에 이용될 수 있는지를 검증하기 위하여 발명자들은 상기 미세유체 반응 용기(100)를 이용하여 PCR 반응을 수행하고 형광 검출을 통해 반응 결과를 분석하였으며, 그 결과가 도 8 및 도 9의 그래프에 도시되어 있다.
도 8은 PCR 반응에 의한 DNA 증폭을 형광 검출을 통해 분석한 결과를 도시하는 그래프로서, PCR 반응에서 전형적인 S자 곡선이 나타남을 보여준다. 또한, 도 9는 PCR 반응으로 증폭된 DNA를 가열하여 DNA를 분해(melting)할 때 이 결과를 형광 검출을 통해 분석한 그래프로서, 이 그래프의 형태도 DNA 분해 도중에 전형적으로 나타나는 곡선 형태임을 보여준다. 이러한 발명자들의 실험을 통하여, 본 발명의 미세유체 반응 용기(100)는 생화학 반응에 이용될 수 있음이 확인된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명의 미세유체 반응 용기와 이를 이용한 미세유체 반응 방법에 따르면, 테이프를 붙여 인렛 홀과 아웃렛 홀을 폐쇄할 필요가 없어 종래의 경우(도 1 참조)에 비하여 편리하게 미세유체 반응 과정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 미세유체 반응 용기와 이의 제조 방법에 따르면, 하판에 에칭 가공이 불필요하며, 일라스토머의 몰딩에 의해 상판을 저렴하게 복제 생산할 수 있으므로, 미세유체 반응 용기 제조 비용이 절감된다.

Claims (17)

  1. 일라스토머(elastomer)를 소재로 하는 상판; 상기 상판에 접착된 하판; 상기 하판과 대면하는 상판의 내측면에 형성된 미세챔버(micro-chamber)와 미세채널(micro-channel); 상기 상판에 형성된, 유체의 유입 및 유출을 위한 인렛 홀(inlet hole) 및 아웃렛 홀(outlet hole); 및, 상기 미세챔버가 밀폐될 수 있도록 상기 상판을 가압하여 상기 미세챔버에 연결되는 미세채널을 탄성 복원 가능하게 폐쇄하는 적어도 하나의 푸셔(pusher)와, 상기 미세챔버에서 일어나는 반응을 형광 검출하기 위한 광투과공을 구비한 클램핑 부재;를 구비한 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상판은 PDMS(polydimethylsyloxane)를 소재로 하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 상판은 상기 미세챔버에 수용되는 유체의 생화학 반응을 형광 검출을 통해 분석할 수 있도록 투명한 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하판은 실리콘(silicon)을 소재로 하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 미세채널의 단면이 사다리꼴 형상 또는 상측 경계가 곡선인 부분 폐곡선 형상인 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기.
  6. 삭제
  7. 미세챔버 및 미세채널에 대응되는 돌출부가 형성된 상판용 몰드를 형성하는 단계;
    상기 상판용 몰드에 일라스토머(elastomer)의 레진(resin)과 경화제의 혼합액을 주입하여 경화시킨 후 분리하여 미세챔버 및 미세채널이 형성된 상판을 형성하는 단계;
    상기 상판에 인렛 홀 및 아웃렛 홀을 형성하는 단계;
    상기 상판의 저면에 하판을 접착하는 단계; 및,
    상기 미세챔버가 밀폐될 수 있도록 상기 상판을 가압하여 상기 미세챔버에 연결되는 미세채널을 탄성 복원 가능하게 폐쇄하는 적어도 하나의 푸셔(pusher)와, 상기 미세챔버에서 일어나는 반응을 형광 검출하기 위한 광투과공을 구비한 클램핑 부재를 마련하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 상판용 몰드는 상판과 동일한 형상의 상판 원형(prototype)에 일라스토 머를 주입하여 경화시킨 후 분리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    포토리소그래피를 이용한 에칭(etching)에 의해 상기 상판 원형에 상판용 몰드의 돌출부에 대응하는 그루브를 형성하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    습식 에칭(wet etching)에 의해 상기 그루브를 형성하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 상판은 PDMS(polydimethylsyloxane)를 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 상판은 상기 미세챔버에 수용되는 유체의 생화학 반응을 형광 검출을 통해 분석할 수 있도록 투명한 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 하판은 실리콘(silicon)을 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  14. 제7 항에 있어서,
    상기 상판과 하판 중 적어도 하나의 접착되는 면을 플라즈마 입자를 투사하여 활성화하고 상기 상판과 하판을 접촉시켜, 상판과 하판을 접착시키는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기 제조 방법.
  15. 제7 항에 있어서,
    상기 인렛 홀과 아웃렛 홀은 펀칭 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 용기의 제조 방법.
  16. 일라스토머(elastomer)를 소재로 하는 상판, 상기 상판에 접착된 하판, 상기 하판과 대면하는 상판의 내측면에 형성된 미세챔버(micro-chamber)과 미세채널(micro-channel), 및 상기 상판에 형성된, 유체의 유입 및 유출을 위한 인렛 홀(inlet hole) 및 아웃렛 홀(outlet hole)을 구비한 미세유체 반응 용기의 상기 인렛 홀을 통해 유체를 미세챔버와 미세채널에 주입하는 단계;
    적어도 하나의 푸셔(pusher)와, 광투과공을 구비한 클램핑 부재를 마련하고, 상기 푸셔로 상기 상판을 가압하여 상기 미세챔버에 연결되는 미세채널을 탄성 복원 가능하게 폐쇄하여 상기 미세챔버를 밀폐하는 단계;
    생화학 반응에 적합한 환경을 조성하여 상기 미세챔버에 주입된 유체의 생화학 반응을 유도하는 단계; 및,
    상기 클램핑 부재의 광투과공을 통하여 상기 미세챔버에서 일어나는 생화학 반응을 형광 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    형광 검출을 통해 상기 미세챔버에서 일어나는 생화학 반응을 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체 반응 방법.
KR1020060038879A 2006-04-28 2006-04-28 미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한미세유체 반응 방법 KR100773552B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060038879A KR100773552B1 (ko) 2006-04-28 2006-04-28 미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한미세유체 반응 방법
US11/625,877 US7790109B2 (en) 2006-04-28 2007-01-23 Micro-fluid reaction vessel, method for manufacturing the same, and micro-fluid reaction method using the vessel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060038879A KR100773552B1 (ko) 2006-04-28 2006-04-28 미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한미세유체 반응 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070106239A KR20070106239A (ko) 2007-11-01
KR100773552B1 true KR100773552B1 (ko) 2007-11-07

Family

ID=38648793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060038879A KR100773552B1 (ko) 2006-04-28 2006-04-28 미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한미세유체 반응 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7790109B2 (ko)
KR (1) KR100773552B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190001745A (ko) * 2017-06-28 2019-01-07 주식회사 파나진 시료 시약 반응 분석용 키트, 이를 이용한 표적 핵산 검출 장치 및 방법
KR20190105438A (ko) 2018-03-05 2019-09-17 한국과학기술원 미소 유체 반응기

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102421517B (zh) * 2009-05-07 2015-04-22 国际商业机器公司 多层微流体探头及其制造方法
KR20110027419A (ko) 2009-09-10 2011-03-16 삼성전자주식회사 유체 수용 챔버, 유체 수용 챔버를 구비한 미세 유동 장치, 및 유체 혼합 방법
JP5062383B2 (ja) * 2010-06-28 2012-10-31 Ｄｉｃ株式会社 マイクロミキサー
KR101338209B1 (ko) * 2010-11-30 2013-12-10 케이맥(주) 미세유체재료 분석 장치
GB2509440B (en) * 2011-10-25 2015-06-03 Ibm Microfluidic device with interconnects
EP2969215B1 (en) * 2013-03-14 2019-09-18 QIAGEN Sciences, LLC Microfluidic device
KR101526675B1 (ko) * 2013-07-29 2015-06-09 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 미세 입자 제조장치 및 이를 이용한 바이오물질이 캡슐된 미세 입자 제조방법
EP3554700B1 (fr) * 2016-12-19 2024-02-21 Bforcure Puce micro fluidique de thermalisation à cycles de température variable, système utilisant une telle puce et procédé pcr pour la détection de séquences adn
FR3074810B1 (fr) * 2017-12-13 2020-12-11 Elvesys Puce echantillon micro-fluidique, systeme d'analyse utilisant une telle puce et procede pcr pour la detection de sequences adn
CN107505251B (zh) * 2017-07-26 2020-03-31 西安理工大学 基于微流控技术与线阵探测器的流式细胞仪
KR101986432B1 (ko) * 2017-11-24 2019-06-10 (주) 비비비 시료의 흐름을 조절할 수 있는 미세유체분석칩
WO2019118652A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Essenlix Corporation Sample manipulation and assay with rapid temperature change
CN115219072B (zh) * 2022-08-18 2023-03-21 深圳职业技术学院 基于激光诱导荧光技术的微流体温度标定模块

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6749814B1 (en) * 1999-03-03 2004-06-15 Symyx Technologies, Inc. Chemical processing microsystems comprising parallel flow microreactors and methods for using same
US6899137B2 (en) * 1999-06-28 2005-05-31 California Institute Of Technology Microfabricated elastomeric valve and pump systems
US7351376B1 (en) * 2000-06-05 2008-04-01 California Institute Of Technology Integrated active flux microfluidic devices and methods
WO2002077259A2 (en) * 2001-03-24 2002-10-03 Aviva Biosciences Corporation Biochips including ion transport detecting structures and methods of use
KR100451154B1 (ko) * 2001-07-24 2004-10-02 엘지전자 주식회사 기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치
US20080163946A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 The Trustees Of California State University Magnetically controlled valve for flow manipulation in polymer microfluidic devices

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Accounts of Chemical Research, Vol.35(7), pp.491-499(July 2002)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190001745A (ko) * 2017-06-28 2019-01-07 주식회사 파나진 시료 시약 반응 분석용 키트, 이를 이용한 표적 핵산 검출 장치 및 방법
KR101951405B1 (ko) 2017-06-28 2019-05-08 주식회사 파나진 시료 시약 반응 분석용 키트, 이를 이용한 표적 핵산 검출 장치 및 방법
KR20190105438A (ko) 2018-03-05 2019-09-17 한국과학기술원 미소 유체 반응기

Also Published As

Publication number Publication date
US7790109B2 (en) 2010-09-07
KR20070106239A (ko) 2007-11-01
US20070254379A1 (en) 2007-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100773552B1 (ko) 미세유체 반응 용기, 이의 제조 방법 및, 이를 이용한미세유체 반응 방법
KR101984699B1 (ko) 핵산 분석용 미세 유체 시스템
US9316331B2 (en) Multilevel microfluidic systems and methods
Prakash et al. Small volume PCR in PDMS biochips with integrated fluid control and vapour barrier
US20210276009A1 (en) Micro chamber plate
US20150185118A1 (en) Microfluidic Devices and Methods
US8778282B2 (en) Microfluidic device having microvalve
US10145847B2 (en) Method for forming biochips and biochips with non-organic landings for improved thermal budget
KR20090030084A (ko) 미세유동장치
ITTO20120703A1 (it) Dispositivo microfluidico monouso, cartuccia includente il dispositivo microfluidico, apparecchio per eseguire una amplificazione di acido nucleico, metodo di fabbricazione del dispositivo microfluidico, e metodo di uso del dispositivo microfluidico
JP2019002932A (ja) マイクロチップ
JP4383446B2 (ja) 微細構造化基板を接着する方法
US9234791B2 (en) Light emission detection device having a flow path formed by a depression of a detection side substrate and method of manufacturing the same
KR101321912B1 (ko) 탄성 밸브 및 이를 구비한 미세유동 장치
KR101151221B1 (ko) 마이크로 채널을 가진 구조물의 제조 방법 및 그 구조물
JP2013145217A (ja) マイクロチップ及びマイクロチップ内への液体の導入方法
JP2006029485A (ja) マイクロバルブ及び該バルブを有するマイクロ流体デバイス
KR101410216B1 (ko) 박막 칩 레플리카 제조방법 및 이를 사용하여 제조된 마이크로 플루이딕 칩
JP2004361205A (ja) マイクロ反応装置
EP4129479A1 (en) Self-filling structure for sealing microfluidic architectures, microfluidic device, method and associated uses thereof
KR20050000585A (ko) 마이크로칩의 제조방법
KR20090010401A (ko) 홀 삽입체 및 이를 구비한 미세유동장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
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