KR100777362B1 - Spotting Pin for microarraying of biological preparation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단백질 또는 핵산과 같은 생물학적 시료의 미세 배열을 위한 스팟팅 장치에 사용되는 모세관 핀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모세관 핀의 말단부에 형성되는 액체 시료의 단면이 모세관 핀 외부 방향으로 형성되도록 하여 생물학적 시료가 기판에 점적되도록 하는 모세관 스팟팅 핀에 대한 것이다.The present invention relates to a capillary pin used in a spotting device for the microarray of a biological sample such as a protein or nucleic acid, and more particularly, so that the cross section of the liquid sample formed at the distal end of the capillary pin is formed outward of the capillary pin. To capillary spotting pins to allow a biological sample to be deposited on a substrate.

모세관, 메니스커스Capillary, meniscus

Description

생물학적 시료의 미세 배열을 위한 스팟팅 핀{Spotting Pin for microarraying of biological preparation} Spotting Pin for Microarray of Biological Samples

도 1은 본 발명의 스팟팅 핀의 사시도이다.1 is a perspective view of a spotting pin of the present invention.

도 2는 본 발명의 스팟팅 핀의 모세관력에 의한 시료 용액의 유입도이다.Figure 2 is an inflow of the sample solution by the capillary force of the spotting pin of the present invention.

도 3은 본 발명의 스팟팅 핀의 단부에 형성된 시료 용액의 단면의 확대도이다.3 is an enlarged view of a cross section of a sample solution formed at the end of the spotting pin of the present invention.

도 4는 본 발명의 스팟팅 핀을 사용하여 유리 기판위에 점적한 경우에 핀 단부의 마모의 정도를 점적 횟수에 따라 비교한 미세 배열 결과이다.Figure 4 is a microarray result comparing the degree of wear of the pin end in the case of dropping on the glass substrate using the spotting pin of the present invention according to the number of drip.

도 5는 모세관 개질에 따른 모세관 단면의 확대도이다.5 is an enlarged view of a capillary cross section according to capillary modification.

본 발명은 단백질 또는 핵산과 같은 생물학적 시료의 미세 배열을 위한 스팟팅 장치에 사용되는 모세관 핀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모세관 핀의 말단부에 형성되는 시료 용액의 단면이 모세관 핀 외부 방향으로 형성되도록 하여 생물학적 시료가 기판에 점적되도록 하는 모세관 스팟팅 핀에 대한 것이다.The present invention relates to a capillary pin used in a spotting device for the microarray of a biological sample such as a protein or nucleic acid, and more particularly, so that the cross section of the sample solution formed at the distal end of the capillary pin is formed outward from the capillary pin. To capillary spotting pins to allow a biological sample to be deposited on a substrate.

단백질이나 핵산과 같은 생물학적 시료의 미세 배열(microarray)은 연구자에 게 있어서 유전체의 분석과 유전 정보의 해석을 통하여 생명 현상을 연구할 수 있도록 하여주는 주요 수단으로 등장하여 왔다. 생물학적 시료, 특히, 디옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide, DNA)의 미세 배열, 소위 DNA 칩은 현재 많은 연구자들에 의해 제작되고 있으며, 제작되는 미세 배열의 품질은 미세 배열 제작 장치와 그들의 부품의 성능에 의해 좌우된다.Microarrays of biological samples such as proteins and nucleic acids have emerged as a major means for researchers to study life phenomena through analysis of genomes and interpretation of genetic information. Biological samples, in particular microarrays of deoxyribonucleotides (DNAs), so-called DNA chips, are now being manufactured by many researchers, and the quality of the microarrays produced depends on the performance of the microarray fabrication device and their components. .

이러한 미세 배열을 제작하는 방식은 매우 다양하지만, 기판 상에서 직접 DNA를 합성하는 방법과 이미 준비된 DNA를 기판 위에 점적하여 고정화시키는 방법으로 대별된다. 후자인 올리고머DNA 점적 방식은 다시 접촉 방식과 비접촉 방식으로 나뉘어지며, 이들 방식에는 기판상에 DNA를 미세 배열시키는 스팟팅 핀이 사용된다. There are many ways to fabricate such microarrays, but they are classified into methods of synthesizing DNA directly on a substrate and immobilizing the prepared DNA on a substrate. The latter oligomeric DNA dropping method is further divided into a contacting method and a non-contacting method, in which spotting pins are used to finely arrange DNA on a substrate.

스팟팅 핀은 점적 방식의 미세 배열 장치의 핵심 부품으로서, 그 성능과 내구성은 제작되는 미세 배열 제품의 품질에 직접적인 영향을 미친다. Spotting pins are a key component of drip-type microarrays, whose performance and durability have a direct impact on the quality of the microarray products being manufactured.

현재까지 알려진, 생물학적 시료의 미세 배열을 위한 스팟팅 핀들 중에서 기판과 접촉하는 방식에 사용되는 핀에는 브라운(Brown의 미합중국 특허 제 6,110,426호와 제 5807522호)과 마틴스키(Martinsky의 미합중국 특허 제 6,101,946호)에 의해 발명된 것들이 알려져 있다. 이들은 슬라이드 글래스와 같은 유리로 된 기판의 표면에 모세관 핀을 접촉시켜 생화학적 시료를 기판상에 미세 배열하는 핀들이다. 이들 모세관 핀을 시료 용액에 침지시켜 모세관 현상에 의해 시료 용액이 모세관 내부로 흡입된 후, 핀을 기판 표면에 접촉시켜, 핀 내부에 흡입된 시료가 기판 표면에 점적되도록 한다. Of the spotting pins for the microarray of biological samples known to date, the pins used for contacting the substrates include Brown (US Patent Nos. 6,110,426 and 5807522 to Brownn) and Martinsky (US Pat. No. 6,101,946 to Martinsky). Invented by) are known. These are the pins that contact the surface of the glass substrate, such as slide glass, with the capillary pins to finely arrange the biochemical sample on the substrate. These capillary pins are immersed in the sample solution so that the sample solution is sucked into the capillary by the capillary phenomenon, and then the pins are brought into contact with the substrate surface so that the sample sucked inside the pin is deposited on the substrate surface.                         

모세관을 통해서 핀 내부로 흡입되는 시료 용액은 핀 내부에서 모세관 내벽과의 접촉 및 이에 따른 표면에너지의 차이로 인하여 핀 내부 방향 또는 외부 방향으로 메니스커스를 형성하게 된다.The sample solution sucked into the fin through the capillary tube forms the meniscus in the fin direction or the outer direction due to the contact between the capillary inner wall and the difference in surface energy.

브라운 또는 마틴스키가 발명한 금속제 모세관 핀은 고강도의 스텐레스 스틸 (Stainless Steel)로 제작되어 시료 용액과의 반응을 방지함과 동시에, 기판과 반복적인 접촉에도 충격을 견딜 수 있다. 이들 핀에는 시료 용액을 흡입하여 저장할 수 있는 저장 공간이 확보 되어 있으며, 그 저장 공간의 크기나 형태는 다양하다.    The metal capillary pin, invented by Brown or Martinsky, is made of high-strength stainless steel to prevent reaction with the sample solution and to withstand repeated contact with the substrate. These pins have a storage space for inhaling and storing a sample solution, and the storage space varies in size and shape.

현재까지 개발된 스팟팅 핀들중에서, 핀 스팟팅 방식에 의한 DNA 칩 제작에 가장 적합한 것으로 사용되고 있는 핀은 스틸스(stealth)핀의 형태이다. 이러한 스틸스 핀은 통상 금속제로 제작되며, 그 형상은 평편(flat)한 끝 부분(tip)과 시료 용액 일정량(predetermined volume)을 보유하도록 되어있는 개방(openside)된 채널 (exterior channel)로 구성되어있다. 이러한 스틸스핀 형상의 핀을 가공하기 위해서는 전기 방전 가공(EDM,electric dischange process)공정 등이 사용되며, 그 공정을 살펴보면 먼저 금속 막대(shaft)의 한쪽 끝을 전기 방전 가공(EDM)으로 핀의 중심축을 따라 일정 길이 만큼 절개(cutting)하여 개방된 열린 채널을 만들어 포인트에 갭(gap)을 형성함으로써 제조된다. 통상, 이러한 스틸스 핀의 절개된 채널의 상단부는 채널을 따라 모세관력에 의해 흡입된 시료 용액이 저장되는 장소로 가능하다. Among the spotting pins developed to date, the pins which are used as the most suitable for the production of DNA chips by the pin spotting method are in the form of stealth pins. These steel spins are usually made of metal, and their shape consists of an open channel that is designed to hold a flat tip and a predetermined volume of sample solution. have. In order to process the steel-spin shaped fins, an electric dischange process (EDM) process is used. Referring to the process, one end of a metal shaft is first formed by an electric discharge machining (EDM). It is made by cutting a certain length along the axis to create an open open channel to form a gap at the point. Typically, the upper end of the cut channel of this steel spin is possible to the place where the sample solution sucked by capillary force along the channel is stored.

그러나, 이러한 채널의 상단부는 막혀있는 그 상단부의 공간의 크기를 크게한다 하더라도 그 공간은 제한적일 수 밖에 없게 되므로, 결국 상기 핀이 보유할 수 있는 시료 용액의 양은 일정량으로 제한되게 된다. 따라서 이러한 구조는 흡입된 시료 용액과 핀 내부 표면의 접촉을 극대화 시키고, 이로 인하여 높은 표면장력이 발생하며, 그 결과 메니스커스는 채널 안쪽으로 깊숙이 형성되게 된다.However, even if the upper end of the channel increases the size of the space of the closed upper end, the space is inevitably limited, so that the amount of sample solution that the pin can hold is limited to a certain amount. Therefore, this structure maximizes the contact between the aspirated sample solution and the pin inner surface, resulting in high surface tension, which results in the meniscus being deeply formed into the channel.

이러한 형태의 스팟팅 핀을 사용하여 시료 용액을 기판위에 점적하기 위하여는 핀의 말단부를 기판에 접촉시켜야 한다. 모세관력에 의해 핀 내부에 흡입된 시료 용액이 기판상으로 적정량 만큼 이동하기 위해서는 핀의 말단부가 기판에 일정한 속도 또는 가속된 채 접촉하고, 접촉 순간 핀의 운동은 정지되면서 시료 용액이 기판상에 분출된다. 즉, 종래의 스팟팅 핀을 사용하여 시료 용액을 기판에 점적하기 위해서는 핀의 말단부가 기판에 접촉하게 되고, 시료가 핀에서 기판으로 이동하여 점적되기 위해서는 핀이 기판에 접촉하는 순간 핀의 운동 방향이 반대로 바뀌거나 운동이 정지되어 시료가 운동 관성에 따라 기판으로 분출되어야 한다.In order to deposit a sample solution onto a substrate using this type of spotting pin, the distal end of the pin must be brought into contact with the substrate. In order for the sample solution sucked into the pin by the capillary force to move on the substrate by an appropriate amount, the distal end of the pin contacts the substrate at a constant speed or acceleration, and at the moment of contact, the sample solution is ejected onto the substrate. do. In other words, in order to deposit a sample solution onto a substrate using a conventional spotting pin, the distal end of the pin contacts the substrate, and in order for the sample to move from the pin to the substrate, the pin moves in the direction of the pin. On the contrary, the motion is stopped or the sample is ejected to the substrate according to the motion inertia.

따라서 이러한 종래 방식의 스팟팅 핀을 사용하는 경우에는 기판과 핀 말단의 충돌로 인하여 핀 말단이 마모되어 스팟의 직경이 점점 커지거나, 기판이 파손되거나 핀이 파손될 위험이 많아 성능과 내구성에서 문제점이 있었다. 따라서, 핀 말단의 마모나 기판의 손상을 방지하기 위하여 스팟팅 핀의 기계적 작동을 정밀하게 조종해야 한다. 또한, 핀에 흡입되는 시료 용액 양은 일정량으로 한정되며 또한 소량이므로 스팟팅 핀이 1회 흡입으로 반복 점적할 수 있는 횟 수에 한계가 있다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 기판상에 다양한 종류의 단백질이나 핵산 시료를 다수, 반복적으로 점적해야하는 미세 배열 장치에 있어서 공정상의 커다란제약으로 작용하므로써, 핀의 내구성이나 점적된 스팟의 불균일성, 용량의 제한성 문제등 여러 가지 문제점을 야기하고 있다. Therefore, in the case of using the conventional spotting pins, the pin ends are worn out due to the collision between the substrate and the pin ends, and thus the diameter of the spots is increased, the boards are damaged, or the pins are broken. there was. Therefore, the mechanical operation of the spotting pin must be precisely controlled in order to prevent wear of the pin end or damage of the substrate. In addition, since the amount of the sample solution sucked into the pin is limited to a certain amount and also a small amount, there is a problem in that the number of times that the spotting pin can be repeatedly dipped with one suction is limited. This problem is a large process limitation in the microarray device in which a large number of various kinds of protein or nucleic acid samples are repeatedly and repeatedly deposited on a substrate, and thus various problems such as pin durability, spot unevenness, and capacity limitation problem. It is causing a problem.

따라서, 본 발명의 1회의 흡입으로 반복적으로 점적할 수 있는 시료의 양을 획기적으로 증대시킴과 동시에, 스팟팅 핀의 말단과 기판의 접촉 및 접촉시 기판과 핀에 가해지는 충격량을 극소화할 수 있으며, 점적되는 스팟의 양과 형태가 균일하고, 종래의 스팟팅 핀에 비해 내구성과 성능이 향상된 새로운 형상의 스팟팅 핀을 제공함을 목적으로 한다.Therefore, it is possible to dramatically increase the amount of sample that can be repeatedly dipped with one suction of the present invention, and to minimize the amount of impact applied to the substrate and the pin upon contacting and contacting the end of the spotting pin and the substrate. It is an object of the present invention to provide a spotting pin of a new shape having a uniform amount and shape of spots being spotted and having improved durability and performance as compared to a conventional spotting pin.

본 발명자는, 핀의 말단에서 시료 용액이 형성하는 단면이 기판쪽으로 돌출되도록 하여, 기판과 시료 용액이 형성하는 단면의 접촉에 의하여 점적이 이루어지도록 함으로써, 스팟팅 핀의 말단과 기판의 충돌이나 접촉의 필요성을 극소화하여, 핀의 말단부나 기판의 기계적 손상 위험을 원천적으로 배제할 수 있는 새로운 형태의 스팟팅 핀을 발명하였다. The inventors have a cross section formed by the sample solution at the end of the pin so as to project toward the substrate, so that the drop is formed by contact between the cross section formed by the substrate and the sample solution. By minimizing the need for the present invention, a new type of spotting pin has been invented that can essentially eliminate the risk of mechanical damage to the distal end of the pin or the substrate.

중심부를 관통하는 절개부에 시료가 흡입되는 종래의 스틸스 핀과는 달리, 본 발명의 스팟팅 핀은 내부가 비어있는 원통형 관으로 제작되어 내부 저장 공간의 제한성을 극복하여 흡입 저장되는 시료 용액의 양을 획기적으로 증대시켰다. Unlike conventional steel spins in which the sample is sucked into the incision through the center, the spotting pin of the present invention is made of a hollow cylindrical tube to overcome the limitations of the internal storage space, so The amount was greatly increased.

본 발명의 스팟팅 핀은 내부가 비어있는 원통 형상의 관으로서, 뽀족한 말단부를 형성하는 모세관부(Capillry part)와 시료 용액이 저장되는 저장조부 (Reservoir part)로 구성된다. 모세관 부의 말단의 직경은 형성시키고자 하는 스팟의 크기에 따라 적절하게 조정되며, 모세관부의 직경 및 길이와 저장조부의 직경 및 길이는 돌출시키고자 하는 용액의 단면에 따라 적절하게 조정될 수 있다.
본 발명의 스팟팅 핀은 소정의 내경을 갖는 저장조부와, 상기 저장조부 내경의 0.003 내지 0.2배 크기의 내경을 갖는 모세관부가 일체형으로 연결되어 있는 것임을 특징으로 한다. 본 발명의 모세관부의 내경은 바람직하게는 저장조부 내경의 0.033 내지 0.2배, 또는 0.003 내지 0.1배이며, 더욱 바람직하게는 0.003 내지 0.02배이다. 또한, 본 발명의 스팟팅 핀은 바람직하게는 모세관부의 내경이 0.01 내지 0.5mm이고 길이는 0.5 내지 3mm이며, 더욱 바람직하게는 모세관부의 말단부의 내경이 10㎛ 내지 50㎛이고, 특히 바람직하게는 10㎛ 내지 500㎛이다.
The spotting pin of the present invention is a cylindrical tube having an empty inside, and includes a capillary part forming a pointed end and a reservoir part in which a sample solution is stored. The diameter of the end of the capillary portion is appropriately adjusted according to the size of the spot to be formed, and the diameter and length of the capillary portion and the diameter and length of the reservoir portion can be appropriately adjusted according to the cross section of the solution to be protruded.
Spotting pin of the present invention is characterized in that the reservoir having a predetermined inner diameter and the capillary portion having an inner diameter of 0.003 to 0.2 times the inner diameter of the reservoir is integrally connected. The inner diameter of the capillary portion of the present invention is preferably 0.033 to 0.2 times, or 0.003 to 0.1 times, more preferably 0.003 to 0.02 times the inner diameter of the reservoir. In addition, the spotting pin of the present invention preferably has an inner diameter of 0.01 to 0.5 mm and a length of 0.5 to 3 mm, more preferably an inner diameter of the distal end of the capillary portion is 10 µm to 50 µm, particularly preferably 10 Μm to 500 μm.

본 발명의 스팟팅 핀은 모세관부에서 발생하는 시료 용액의 흡입력과 저장조부에서 발생하는 시료 용액의 중력이 서로 대향되고, 저장조부에서 발생되는 시료 용액의 중력이 모세관부에서 발생되는 모세관력보다 약간 강하여, 모세관부 말단에 형성되는 시료 용액의 단면이 핀의 하향, 즉 기판쪽을 향하여 돌출되도록 하는 점에 특징이 있다. 즉, 본 발명의 스팟팅 핀은 서로 다른 직경과 길이를 갖는 원통관이 연결되어 있으며, 상부 원통관은 시료 용액을 저장함과 동시에 핀 하부 말단에서의 시료 용액의 단면이 하부로 볼록하게 돌출되도록 중력을 가하는 기능을 하는 저장조부이고, 하부 원통관은 작고 세밀한 스팟팅이 가능하게 하는 작은 직경을 갖는 모세관으로 제작되어 모세관 현상에 의해서 시료 용액을 흡입하는 흡입력을 발생시키는 모세관부이다. In the spotting pin of the present invention, the suction force of the sample solution generated in the capillary and the gravity of the sample solution generated in the reservoir are opposed to each other, and the gravity of the sample solution generated in the reservoir is slightly smaller than the capillary force generated in the capillary. It is strong, so that the cross section of the sample solution formed at the end of the capillary portion is characterized in that it protrudes downwardly, that is, toward the substrate. That is, the spotting pin of the present invention is connected to the cylindrical tube having different diameters and lengths, the upper cylindrical tube stores the sample solution and at the same time gravity so that the cross section of the sample solution at the lower end of the pin convexly protrudes downward. The lower cylindrical tube is a capillary portion which is made of a capillary tube having a small diameter to enable small and fine spotting and generates suction force for sucking the sample solution by capillary action.

본 발명의 스팟팅 핀의 말단부에 형성되는 단면의 형상은 저장조부에 채워진 시료 용액의 중력과 모세관부에서 발생되는 모세관력(Capillary force)에 의해 적절히 조정되며, 상기 모세관력은 모세관부의 직경과 길이에 따라 달라진다. 모세관력은 시료 용액의 표면에너지와 모세관 내벽의 표면에너지의 차이에 기인하며 각 표면에너지는 시료 용액과 모세관 내벽의 재질에 고유한 값이다. 그러므로 모세관 내부의 표면을 개질함으로써 모세관부 말단의 용액단면 모양을 변화시킬 수 있다. 본 발명의 모세관부 및 저장조부는 서로 동일한 재질이거나 상이한 재질일 수 있으며, 가장 바람직하게는 금속 재질 또는 유리 재질일 수 있다. 또한, 모세관부와 저장조부의 내부 표면을 친수성 또는 소수성을 갖도록 서로 상이하게 개질할 수 있다. 상기 유리로는 소다 라임(Soda Lime) 재질, 또는 보로실리케이트 재질의 유리를 사용하는 것이 바람직하다.The shape of the cross section formed at the distal end of the spotting pin of the present invention is appropriately adjusted by the gravity of the sample solution filled in the reservoir and the capillary force generated in the capillary portion, and the capillary force is the diameter and length of the capillary portion. Depends on. The capillary force is due to the difference between the surface energy of the sample solution and the surface energy of the capillary inner wall, and each surface energy is unique to the material of the sample solution and the capillary inner wall. Therefore, by modifying the surface inside the capillary tube, the shape of the solution cross section at the end of the capillary tube can be changed. The capillary portion and the reservoir of the present invention may be the same material or different materials, and most preferably, may be a metal material or a glass material. In addition, the inner surfaces of the capillary portion and the reservoir may be modified differently from one another to have hydrophilicity or hydrophobicity. As the glass, soda lime (Soda Lime) material, or borosilicate glass is preferably used.

다음의 각 식들은 본 발명의 스팟팅 핀의 모세관력과 시료의 중력을 계산하는 식이며, 이 식들은 본 발명의 스팟팅 핀의 구체적 실시태양을 결정하는데 이용된다. 본 발명의 스팟팅 핀의 실시예는 저장조부의 직경과 길이, 모세관부의 직경과 길이, 그리고 시료 용액 및 저장조부와 모세관부를 형성하는 재료를 특정함으로써 구체화된다.Each of the following equations is used to calculate the capillary force of the spotting pin of the present invention and the gravity of the sample, which are used to determine the specific embodiment of the spotting pin of the present invention. An embodiment of the spotting pin of the present invention is embodied by specifying the diameter and length of the reservoir portion, the diameter and length of the capillary portion, and the material forming the sample solution and the reservoir portion and the capillary portion.

시료 용액에 모세관을 담그었을 때 모세관 현상에 의해 시료 용액이 흡입되는 경우 모세관력(σ)은 다음과 같이 설명된다.When the sample solution is aspirated by the capillary phenomenon when the capillary is immersed in the sample solution, the capillary force σ is explained as follows.

σ = 2πrΥcosθσ = 2πrΥcosθ

2r은 모세관부의 내경이고, Υ는 시료 용액의 계면장력, 그리고 θ는 핀의 상단부 표면에서 형성되는 메니스커스의 접촉 각도이다. 모세관력은 cosθ, Υ, 그리고 r이 증가함에 따라 비례적으로 증가한다. 그런데, θ와 Υ는 시료 용액과 모세관의 재질에 따라 미리 정해진 값이고 유리와 금속에서 값이 비슷하기 때문에 모세관력은 주로 r에 의해서 결정된다. 즉, r이 증가함에 따라 모세관력이 증가하게 된다.2r is the inner diameter of the capillary portion, Υ is the interfacial tension of the sample solution, and θ is the contact angle of the meniscus formed at the upper surface of the pin. Capillary forces increase proportionally as cos θ, Υ, and r increase. By the way, θ and Υ are predetermined values depending on the sample solution and the material of the capillary, and since the values are similar in glass and metal, the capillary force is mainly determined by r. In other words, as r increases, the capillary force increases.

저장조부의 용액의 중력은 다음과 같다. The gravity of the solution in the reservoir is:

ω = πr2ρghω = πr 2 ρgh

ρ는 비중이고, h는 핀의 모세관이 담그어진 용액 표면에서 모세관 액면까지의 높이이다. ρ is the specific gravity, and h is the height from the surface of the solution in which the capillary of the pin is immersed.

σ = ω 로 이 두 힘이 같다고 하면, 모세관의 액면은 수평으로 형성된다. If these two forces are equal with σ = ω, the liquid level of the capillary is formed horizontally.                     

2πrΥcosθ = πr2ρgh2πrΥcosθ = πr 2 ρgh

따라서, 모세관이 용액에 담겨 평형을 이루고 있을때 위와 같은 식으로 표현된다.Thus, when the capillary is in equilibrium in a solution, it is expressed as above.

모세관력은 r이 증가함에 비례하여 증가하게 되는 반면에, 시료 용액의 중력은 r2에 비례한다. 결과적으로 r이 매우 작은 경우, 시료 용액은 높은 모세관력에 의해 핀 내부에 더 높이 흡입된다. r이 증가하면 시료 용액의 중력이 모세관력보다 커지게 됨으로서, 시료 용액은 덜 흡입된다.The capillary force increases in proportion to r, while the gravity of the sample solution is proportional to r 2 . As a result, when r is very small, the sample solution is drawn higher into the fin by the high capillary force. Increasing r causes the gravity of the sample solution to be greater than the capillary force, so that the sample solution is less inhaled.

그러나, 모세관을 용액으로부터 들어올리면 모세관의 말단 단면에 또 하나의 계면이 형성되어 하기와 같은 식이 유도된다.However, lifting the capillary tube from the solution forms another interface at the distal end surface of the capillary tube, leading to the following equation.

2πrΥcosθ = 2πrΥcosθ′+ πr2ρgh2πrΥcosθ = 2πrΥcosθ '+ πr 2 ρgh

여기서, θ′는 모세관 말단 단면에 형성되는 용액면, 즉 메니스커스의 접촉각도이다. 모세관을 용액으로부터 들어올렸을 때, 모세관력과 중력은 일치하게 되고, 이때, cosθ′=0, 즉 θ′= 90°이다. 따라서 모세관 말단의 액면은 수평하게 된다. 모세관내의 용액을 계속해서 사용하면 h는 줄어들게 되고, 따라서 중력값은 감소하게 된다. 그러나, 모세관력(σ)은 항상 일정하므로 상기 식이 평형을 유지하기 위해서, cosθ′값은 커지게 되고, 즉 θ′는 작아지게 되므로서 모세관 말단의 메니스커스는 더욱 안쪽으로 오목하게 형성되게 된다. Here, θ 'is the contact angle of the solution surface formed on the end face of the capillary, that is, the meniscus. When the capillary tube is lifted out of solution, the capillary force and gravity become coincident, where cos θ '= 0, ie θ' = 90 °. Thus, the liquid level at the end of the capillary becomes horizontal. Continued use of the solution in the capillary causes h to decrease, thus reducing the gravity value. However, since the capillary force σ is always constant, in order to maintain the equilibrium, the value of cos θ 'becomes large, that is, θ' becomes small, so that the meniscus at the end of the capillary tube is formed more inwardly concave.

모세관 표면이 소수성 또는 친수성인 경우, 각각의 Υ(계면장력)값은 친수성인 경우가 소수성인 경우보다 매우 높다. 따라서, 모세관 표면이 친수성인 경우 중력값은 계면장력에 비해 상대적으로 작게 된다. 결국 h가 변화함에 따라 cosθ′ 의 값은 크게 변하지 않고, 결국 θ′의 변화량도 작게 된다.When the capillary surface is hydrophobic or hydrophilic, the respective T (interface tension) values are much higher when the hydrophilic case is hydrophobic. Therefore, when the capillary surface is hydrophilic, the gravity value becomes relatively small compared to the interfacial tension. As a result, as h changes, the value of cos θ 'does not change significantly, and eventually, the amount of change in θ' also decreases.

그러나 모세관이 소수성이라면, 계면장력은 작아지게 되고, 결국 상대적으로 중력값이 미치는 영향은 커지게 된다. 따라서, 상기 식에서 h가 변함에 따라 cosθ′의 값은 크게 변하게 되고, 결국 θ′의 변화량도 크게 되기 때문에 메니스커스는 더욱 안쪽으로 오목하게 된다. 따라서 모세관 표면을 친수성으로 처리하면 θ′의 변화가 미미하게 되어 항상 평행한 액면을 유지할 수 있게 되어 액면의 오목 현상을 최소화할 수 있다.However, if the capillary is hydrophobic, the interfacial tension becomes smaller, and eventually the effect of the gravity value becomes larger. Therefore, as h changes in the above equation, the value of cos θ 'is greatly changed, and thus the meniscus is further concave inward since the amount of change of θ' is also large. Therefore, when the capillary surface is treated with hydrophilicity, the change of θ 'is insignificant, so that the liquid level can be always maintained in parallel, thereby minimizing the concave phenomenon of the liquid level.

상기한 바와 같이, 본 발명의 스팟팅 핀 내부로 흡입되는 시료 용액의 양을 조절할 수 있다. 시료 용액이 채워지기를 원하는 위치까지 핀 내부를 친수성으로 처리하고 나머지 부분을 소수성으로 처리하면, 시료 용액은 친수성 표면을 갖는 부분까지만 상승하며, 이를 초과하는 양의 시료 용액이 핀 내부에 채워지지 아니하게된다. 이를 이용하여 모세관 핀 내부로 흡입되는 시료 용액의 양을 조절할 수 있게 됨으로써, 모세관 핀 내부로 과량의 시료 용액이 흡입되지 아니하고 적정량의 용액이 흡입된다. 또한 핀의 외면을 소수화시키면 시료 용액이 핀의 외면에는 묻지 않게 된다. 따라서, 핀의 외면에 묻는 시료 용액의 양을 최소화할 수 있으며, 또한 외면에 묻은 시료를 제거하기 위해 실시해야만 했던 초기의 시험용 스팟팅 과정을 최소화하거나 생략할 수 있다.As described above, the amount of the sample solution sucked into the spotting pin of the present invention can be adjusted. If the inside of the fin is hydrophilic and the remainder is hydrophobic to the position where the sample solution is desired to be filled, the sample solution rises only to the part with the hydrophilic surface, so that the excess amount of the sample solution is not filled inside the pin. do. By using this, it is possible to control the amount of sample solution sucked into the capillary pin, so that the excess amount of the sample solution is not sucked into the capillary pin but the proper amount of the solution is sucked. Hydrophobicization of the outer surface of the fin also prevents the sample solution from adhering to the outer surface of the fin. Therefore, it is possible to minimize the amount of the sample solution on the outer surface of the pin, and also to minimize or omit the initial test spotting process that had to be carried out to remove the sample on the outer surface.

이하, 도면을 통하여 본 발명의 모세관 스팟팅 핀의 하나의 실시 태양을 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시 태양은 본 발명의 모세관 스팟팅 핀의 예시일뿐 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, one embodiment of the capillary spotting pin of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the following embodiments are only examples of the capillary spotting pin of the present invention, but the content of the present invention is not limited thereto.

도 1에 도시한 바와 같이, 저장조부를 형성하는 관의 내경은 모세관부를 형성하는 관의 내경보다 크다. 이는 시료 용액의 중력이 모세관력에 근접하도록 하기 위해서이다. 그러나 시료 용액의 중력이 모세관력을 약간 초과하여 용액의 단면이 외부로 돌출되도록 모세관부와 저장조부의 내경의 비율과 모세관부의 길이를 정확하게 계산하였다. 본 발명의 모세관 스팟팅 핀을 상업적으로 구입 가능한 0.8 내지 1.75 mm의 내경을 갖는 유리관을 사용하였으며, 그 모세관부가 50 내지 300 ㎛ 정도의 내경을 가질 수 있도록 제작하였으며, 저장조부와 모세관부 내경의 비율은 5 : 1 에서 30 : 1 정도의 범위 내에서 다양하게 조절할 수 있었다. As shown in Fig. 1, the inner diameter of the tube forming the reservoir is larger than the inner diameter of the tube forming the capillary. This is to ensure that the gravity of the sample solution is close to the capillary force. However, since the gravity of the sample solution slightly exceeded the capillary force, the ratio of the inner diameter of the capillary and the reservoir and the length of the capillary were accurately calculated so that the cross section of the solution protruded to the outside. The capillary spotting pin of the present invention was used commercially available glass tube having an inner diameter of 0.8 to 1.75 mm, the capillary portion was manufactured to have an inner diameter of about 50 to 300 ㎛, the ratio of the inner diameter of the reservoir and capillary portion Was varied in the range of 5: 1 to 30: 1.

<실시예 1> 모세관 스팟팅 핀 제작예 Example 1 Capillary Spotting Pin Production Example

본 발명의 모세관 스팟팅 핀을 제작하기 위하여, 사용한 모세관은 월드 프리시젼 인스트루먼트(World Precision Instruments)사에서 제작한 퀵필 보로실리케이트 유리 모세관(Kwik-FilTM Borosilicate Glass Capillaries)으로서 외경이 1.5 mm이고 내경은 1.12 mm이며, 길이는 76 mm 인 것을 사용하였다. In order to fabricate the capillary spotting pin of the present invention, the used capillary was a Kwik-Fil Borosilicate Glass Capillaries manufactured by World Precision Instruments, having an outer diameter of 1.5 mm and an inner diameter of 1.12. mm and a length of 76 mm was used.

제작은 실험실에서 사용하는 유리 기구를 제작하는 일반적인 유리 가공법에 따라서 제작하였다. 즉, 유리 모세관의 중앙 부위에 열을 가한 다음 모세관이 녹기 시작할 때 양끝 방향으로 잡아 당겨서, 중앙 부분이 가늘게 되도록 한 다음, 적절한 위치에 반도체 기판 가공용 세라믹으로 상처를 입힌 뒤 잘라 냈다. 이 과정을 여러 차례 반복하여 단부가 모세관 중앙에 위치 한 것을 고르고, 단부의 외경이 적절한 것을 고른다. 이 실시예의 경우 단부의 외경은 약 0.2 mm 이었고 모세관부의 길이는 약 2 mm이었다. Fabrication was carried out according to the general glass processing method for manufacturing glassware used in the laboratory. That is, heat was applied to the center portion of the glass capillary tube and pulled in the direction of both ends when the capillary began to melt, so that the center portion was thinned, and then cut and cut off with a ceramic for processing a semiconductor substrate at an appropriate position. Repeat this process several times, choosing which end is located in the center of the capillary, and choosing the appropriate outer diameter of the end. For this example the outer diameter of the end was about 0.2 mm and the length of the capillary was about 2 mm.

<실시예 2> 핀 내부 표면의 개질 Example 2 Modification of Internal Surface of the Fin

스팟팅 핀의 내면의 개질에 따른 모세관 단부에서의 용액 단면 모양의 변화를 알아보기 위하여 직경 약 1mm의 모세관을 친수성 코팅제를 이용하여 화학적으로 처리하였다. 구체적으로는, 상기 모세관을 코팅액에 접촉시키고 125℃ 이상에서 약 30분간 경화시켰다. 그 후 모세관을 시료 수용액에 담근 후 형성되는 모세관 말단의 용액 단면을 확인하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타낸 바와 같이 본 실시예에 따라 화학적으로 처리된 모세관은 액면이 모세관의 단부에서 수평으로 형성되고 처리되지 않은 모세관은 액면이 모세관 안쪽으로 올라감을 알 수 있었다. In order to investigate the change of the cross-sectional shape of the solution at the capillary end according to the modification of the inner surface of the spotting pin, a capillary tube having a diameter of about 1 mm was chemically treated with a hydrophilic coating agent. Specifically, the capillary tube was brought into contact with the coating solution and cured at 125 ° C. or higher for about 30 minutes. After that, the capillary was immersed in the sample aqueous solution, and the solution cross section at the end of the capillary was formed. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the capillary chemically treated according to the present embodiment has a liquid level formed horizontally at the end of the capillary tube, and the untreated capillary tube can be seen that the liquid level rises inside the capillary tube.

이와 같이 모세관 내면을 친수성으로 처리하는 경우에 핀 내부에서의 모세관 장력과 용액의 중력이 거의 동등하거나 용액이 중력이 우세함을 보였다. 따라서, 표면 처리된 모세관을 사용하면 시료액의 점적시 핀에 힘이 가해지지 않고도 스팟팅이 용이하게 행해질 수 있다.In the case of hydrophilic treatment of the capillary inner surface, the capillary tension in the pin and the gravity of the solution were almost equal or the gravity of the solution was superior. Therefore, the use of the surface-treated capillary can facilitate spotting without applying force to the pins during the dropping of the sample liquid.

<실시예 3><Example 3>

상기 실시예 1에서 제작된 스팟팅 핀을 자동 미세 배열 장치에 장착하고 일반적으로 미세 배열 슬라이드 제작에 사용하는 여러 종류의 슬라이드 위에 점적 하여 핀의 사용횟수에 따른 핀의 마모정도를 관찰하였다 (도면 4). 스팟팅 핀의 점적 속도는 초당 2 회였고 사용된 슬라이드는 ArrayIt사에서 구입한 슈퍼 알데하이드 (SuperAldehyde) 슬라이드, Sigma사에서 구입한 폴리 L-라이신이 코팅된 슬라이드, 발명자에 의해서 제작된 젤 페드(Gel pad) 슬라이드였으며 각 회에 20개씩 점적 하였다. The spotting pins prepared in Example 1 were mounted on an automatic microarray device, and were deposited on various types of slides generally used for the production of microarray slides, and the degree of wear of the pins was observed according to the number of use of the pins (Fig. 4). ). The spotting pin's drop rate was twice per second, and the slides used were SuperAldehyde slides purchased from ArrayIt, poly L-lysine coated slides purchased from Sigma, and gel pads made by the inventor. pad) slide, 20 drops each time.

형광물질로 표지된 합성 올리고 뉴클레오티드 수용액을 시료로서 사용하였고, 대조군(0회)으로서 최초 점적 된 시료를 일만 회 스팟팅 후의 비교군 시료와 비교하였다. 상기와 동일한 방법으로 2만, 4만, 6만, 10만, 20만 30만, 50만, 70만, 100만회 스팟팅 후 시료를 점적 하였고 핀의 시료 오염을 방지하기 위하여, 점적 직전에 3차 멸균 증류수로 3회 세척을 거친 뒤 동일한 시료를 다시 점적 하였다. 점적 된 시료의 모양과 크기는 Axon Instruments사의 스캐너(Genepix 4000A Microarray scanner)를 이용하여 시료내의 형광물질을 탐지함으로서 관찰하였다. 상기 실험의 결과 대조군의 시료와 비교하여 세 슬라이드 모두 점적 된 시료의 모양과 크기에 변화가 없었다. 본 발명의 스팟팅 핀은 100만회의 스팟팅 이후에도 마모의 정도를 감지할 수 없을 정도의 강도와 탄성력을 유지하였다. A synthetic oligonucleotide aqueous solution labeled with a fluorescent material was used as a sample, and the first dropped sample as a control (0 times) was compared with a comparison group sample after 10,000 spots. In the same way as above, 20,000, 40,000, 60,000, 100,000, 200,000, 300,000, 500,000, 700,000, 1 million spots were sampled, and to prevent sample contamination of the pins, 3 After washing three times with primary sterilized distilled water, the same sample was re-dropped. The shape and size of the deposited sample was observed by detecting fluorescent material in the sample using an Axon Instruments scanner (Genepix 4000A Microarray scanner). As a result of the experiment, all three slides had no change in shape and size of the sample deposited compared to the control sample. The spotting pin of the present invention maintains the strength and elasticity that can not detect the degree of wear even after 1 million spotting.

본 발명의 모세관 스팟팅 핀을 사용하여 생물학적 시료를 기판 위에 점적하는 경우에 시료 용액이 말단부에서 돌출된 용액 단면(convex)를 형성하기 때문에 모세관 말단부와 기판의 접촉 충격을 극소화하면서도, 시료 용액이 기판에 점적된다. 즉, 모세관 말단부와 기판의 접촉 충격을 최소화하여 기판이나 핀의 말단이 손상되는 것을 방지한다. 또한, 저장조부에 흡입되는 생물학적 시료 용액의 양을 획기적으로 증대시키므로써 스팟팅 공정의 생산 효율을 크게 향상시킨다.When the biological sample is deposited onto the substrate using the capillary spotting pin of the present invention, the sample solution forms a solution convex protruding from the distal end, thereby minimizing the contact impact between the capillary end and the substrate, Drips on. That is, the impact of the capillary end portion and the substrate is minimized to prevent the end of the substrate or the pin from being damaged. In addition, by dramatically increasing the amount of biological sample solution sucked into the reservoir, the production efficiency of the spotting process is greatly improved.

Claims (12)

모세관부와 상기 모세관부의 내경보다 더 큰 내경을 갖는 관으로 이루어진 저장조부가 일체형으로 연결되어 있으며, 상기 모세관부의 내경은 상기 저장조부 내경의 0.003 내지 0.2배 크기이고, 시료 용액이 채워지기 원하는 위치까지 내부가 친수성 표면 처리된 것임을 특징으로 하는 생물학적 시료의 미세 배열 스팟팅 핀.The capillary part and the reservoir part made of a tube having an inner diameter larger than the inner diameter of the capillary part are integrally connected, and the inner diameter of the capillary part is 0.003 to 0.2 times the inner diameter of the reservoir part, and is to a desired position to be filled with the sample solution. Microarray spotting pins of biological samples, characterized in that the interior is hydrophilic surface treatment. 제 1항에 있어서, 상기 모세관부의 내경이 저장조부의 내경의 0.033 내지 0.2배인 것임을 특징으로 하는 스팟팅 핀.The spotting pin of claim 1, wherein an inner diameter of the capillary portion is 0.033 to 0.2 times an inner diameter of the reservoir. 제 1항에 있어서, 모세관부의 내경이 0.01 내지 0.5mm 이고 길이는 0.5 내지 3mm인 것임을 특징으로 하는 스팟팅 핀.The spotting pin according to claim 1, wherein the capillary portion has an inner diameter of 0.01 to 0.5 mm and a length of 0.5 to 3 mm. 삭제delete 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 모세관부의 내경이 저장조부 내경의 0.003 내지 0.1배인 스팟팅 핀. The spotting pin according to claim 1 or 3, wherein the inner diameter of the capillary portion is 0.003 to 0.1 times the inner diameter of the reservoir portion. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 모세관부의 내경이 저장조부 내경의 0.003 내지 0.02배인 스팟팅 핀. The spotting pin according to claim 1 or 3, wherein the inner diameter of the capillary portion is 0.003 to 0.02 times the inner diameter of the reservoir portion. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 모세관부의 말단부의 내경이 10㎛ 내지 50㎛인 스팟팅 핀.The spotting pin according to claim 1 or 3, wherein the inner diameter of the distal end of the capillary portion is 10 µm to 50 µm. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 모세관부의 말단부의 내경이 10㎛ 내지 500㎛인 스팟팅 핀.The spotting pin according to claim 1 or 3, wherein the inner diameter of the distal end of the capillary portion is 10 µm to 500 µm. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 핀의 재질이 금속 또는 유리인 것임을 특징으로 하는 스팟팅 핀.The spotting pin according to claim 1 or 3, wherein the pin is made of metal or glass. 제 9항에 있어서, 상기 핀의 재질이 소다 라임(Soda Lime) 유리인 것임을 특징으로 하는 스팟팅 핀.10. The spotting pin according to claim 9, wherein the pin is made of soda lime glass. 제 9항에 있어서, 상기 핀의 재질이 보로실리케이트 유리인 것임을 특징으로하는 스팟팅 핀.10. The spotting pin according to claim 9, wherein the pin is made of borosilicate glass. 제 1항에 있어서, 상기 모세관부가 하단부의 내경이 상단부의 내경보다 작은 테이퍼 형상으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 스팟팅 핀.The spotting pin of claim 1, wherein the capillary portion has a taper shape of which an inner diameter of the lower end portion is smaller than an inner diameter of the upper end portion.
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