KR100788313B1 - Bio-sensor Chip of having multi-channel - Google Patents
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Abstract
서로 다른 생체 시료를 동시에 분석할 수 있도록 다수의 주입구들과 회수구들을 가지는 다중 채널 바이오 칩이 제공된다. 별도의 체결 수단을 사용하지 아니하고도 상부 기판과 하부 기판의 결합은 용이하게 이루이진다. 이를 위해 상부 기판 및 하부 기판은 피디엠에스(polydimethyl-siloxane;PDMS) 재질로 이루어진다. 또한, 상부 기판과 하부 기판 사이에는 피디엠에스 재질의 박막층이 구비되고, 박막층은 신축성을 가지며, 상부에는 밸브가 구비된다. 박막층의 신축성에 의해 밸브는 생체 시료 또는 완충 용액의 흐름을 제어할 수 있다.There is provided a multi-channel biochip having a plurality of inlets and a plurality of inlets for simultaneous analysis of different biological samples. The coupling between the upper substrate and the lower substrate is easily achieved without using a separate fastening means. To this end, the upper substrate and the lower substrate is made of a polydimethyl-siloxane (PDMS) material. In addition, the thin film layer of the PDMS material is provided between the upper substrate and the lower substrate, the thin film layer is elastic, the upper portion is provided with a valve. The elasticity of the membrane layer allows the valve to control the flow of biological samples or buffered solutions.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 채널 바이오 칩을 도시한 분해도이다.1 is an exploded view showing a multi-channel biochip according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상층 기판을 도시한 평면도들이다.2A and 2B are plan views illustrating upper substrates according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하부 기판을 도시한 평면도이다.3 is a plan view showing a lower substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반응 기판을 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing a reaction substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 바이오 센서 칩의 상부 케이스 및 하부 케이스를 도시한 사시도들이다.5A and 5B are perspective views illustrating an upper case and a lower case of a biosensor chip according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 바이오 센서 칩에 케이스들이 구비되는 것을 도시한 분해도이다.6 is an exploded view showing that the case is provided in the biosensor chip, in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 밸브의 동작을 설명하기 위한 단면도들이다.7A and 7B are cross-sectional views illustrating the operation of a valve according to a preferred embodiment of the present invention.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상부 기판, 하부 기판, 박막층 및 이들을 결합하는 방법을 도시한 단면도들이다.8A to 8C are cross-sectional views illustrating an upper substrate, a lower substrate, a thin film layer, and a method of combining them according to a preferred embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 생체 시료 또는 완충 용액이 주입되어 회수구를 통해 배출되는 것을 설명하기 위한 바이오 센서 칩의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of a biosensor chip for explaining that a biological sample or a buffer solution is injected and discharged through a recovery port according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 하부 기판 200 : 박막층100: lower substrate 200: thin film layer
250 : 밸브 300 : 상부 기판250: valve 300: upper substrate
400 : 반응 기판 500 : 금속 박막층400: reaction substrate 500: metal thin film layer
600 : 프리즘 700 : 상부 케이스600: Prism 700: upper case
800 : 하부 케이스800: lower case
본 발명은 단백질 시료의 검출 및 분석을 수행하는 미세 유체 전달 및 분석 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance;SPR)을 이용하여 복수의 단백질 시료를 비교 분석할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic delivery and analysis device for detecting and analyzing protein samples, and more particularly, to a device capable of comparatively analyzing a plurality of protein samples using surface plasmon resonance (SPR). It is about.
바이오 센서 칩은 DNA, RNA, 단백질 및 세포 등 각종 생체 시료들의 존재를 확인하거나 이에 대한 정성적 분석 또는 정량적인 분석을 수행하는 도구이다. 특히, 생체 시료들에 대한 분석을 수행하는 방법들 중 고전적인 방법으로는 블롯 하이브리다이제이션법(blot hybridigation method)이 있다. The biosensor chip is a tool for confirming the existence of various biological samples such as DNA, RNA, protein, and cells, or performing qualitative or quantitative analysis thereof. In particular, the classical method of performing analysis on biological samples is a blot hybridigation method.
이는 멤브레인 필터에 DNA, RNA 또는 단백질 등을 부착시키고 그 필터위에서 분자간의 특이적 결합성을 이용하여 잡종 분자를 형성하는 방법이다. 상기 블롯 하이브리다이제이션법으로는 고정시키는 생체 시료 탐침의 종류에 따라 DNA를 멤브레 인 필터에 옮겨 고정시키는 서던 블로팅(southern blotting), RNA를 고정시키는 노던 블로팅(northern blotting) 및 단백질을 고정시키는 웨스턴 블로팅(western blotting) 등이 있다. 이러한 방법들은 모두 기본적으로 리간드와 리간드에 선택적으로 결합되는 리셉터와의 결합 반응을 이용한다.This is a method of attaching DNA, RNA or protein to a membrane filter and forming hybrid molecules using specific intermolecular binding on the filter. According to the blot hybridization method, Southern blotting for transferring DNA to a membrane filter and fixing it, Northern blotting for fixing RNA, and protein are fixed according to the type of biological sample probe to be fixed. Western blotting and the like. All of these methods basically utilize a binding reaction with a ligand that selectively binds to the ligand.
그러나, 상술한 방법들은 각각의 시료에 대해 모두 시행되어야 하며, 매우 반복적인 실험에도 불구하고 동일 조건하에서 실험을 수행하기 어려운 단점을 가지며, 많은 인력과 시간 및 막대한 자원을 필요로 한다. However, the above-described methods have to be performed for each sample, and despite the very repeated experiments, it is difficult to perform the experiments under the same conditions, and requires a lot of manpower, time and huge resources.
상술한 바이오 센서 칩의 리간드와 리간드 결합을 분석하기 위한 간접적인 방법으로는 2차 항체반응을 이용하는 형광 분석법이 있다. 그러나, 형광 분석법은 특정 단백질(1차 항체)과 결합되는 2차 항체가 개발되어야 하며, 상기 2차 항체에 결합될 수 있는 형광 물질을 함유한 단백질이 개발되어야 한다. 이는 많은 노동력과 시간 및 자본이 요구되어야만 충족될 수 있다. 따라서, 형광 물질을 이용하지 않는 분석법에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.An indirect method for analyzing ligand and ligand binding of the biosensor chip described above is a fluorescence assay using a secondary antibody reaction. However, fluorescence assays require the development of a secondary antibody that binds to a specific protein (primary antibody), and a protein containing fluorescent material capable of binding to the secondary antibody. This can only be met if a great deal of labor, time and capital is required. Therefore, much research has been made on analytical methods that do not use fluorescent materials.
표면 플라즈몬 공명은 얇은 금속 박막상에 발생하는 전자들의 진동을 광학적인 방법으로 유도하는 현상을 지칭한다. 상기 표면 플라즈몬 공명이 생체 반응 검출기로 사용되는 이유는 상기 표면 플라즈몬 공명이 금속 박막 표면(또는 표면으로부터 300nm이하)에서 발생되는 물리 화학적 변화에 매우 민감한 특성(특히, 공명각도나 파장의 변화)을 가지기 때문이다. 따라서, 금속 박막의 화학적 표면계질을 기반으로 한 다양한 감지 계면 구축을 통해 다양한 형태의 생체분자의 상호작용을 나노 수준에서 분석할 수 있다. 또한, 표면 플라즈몬 공명은 전술한 다른 방법들에 비해 계측시의 샘플의 손상이나 변형을 억제할 수 있으며, 형광 분석법처럼 표식자인 2차 항체에 대한 개발을 요구하지 않으며, 고감도로 생화학적 반응을 계측할 수 있는 우수한 장점을 가진다.Surface plasmon resonance refers to a phenomenon of optically inducing vibration of electrons occurring on a thin metal thin film. The reason why the surface plasmon resonance is used as a bioreaction detector is that the surface plasmon resonance is very sensitive to physicochemical changes occurring on the metal thin film surface (or 300 nm or less from the surface) (particularly, the change of the resonance angle or wavelength). Because. Therefore, the interaction of various types of biomolecules can be analyzed at the nano level by constructing various sensing interfaces based on the chemical surface structure of the metal thin film. In addition, surface plasmon resonance can suppress damage or modification of the sample at the time of measurement compared to the other methods described above, and does not require the development of a secondary antibody that is a marker like fluorescence analysis, and can measure biochemical reactions with high sensitivity. It has an excellent advantage.
상술한 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 단백질의 생체 반응을 검출하는 장치는 이미 상업화되어 있으며 가장 발달된 형태로는 미세유체 전달 장치(micorfluidic system)를 갖추고 있어서 생체 시료의 초기양과 반응 실험에 따른 손실량을 최소화할 수 있다.A device for detecting protein bioreaction using surface plasmon resonance described above has already been commercialized, and the most advanced type is equipped with a microfluidic system to minimize the initial amount of the biological sample and the amount of loss due to the reaction experiment. can do.
미국 특허 제5313264호에는 초소형 공압 밸브를 내장한 바이오 센서 칩에 관한 내용이 개시되어 있다. 상기 특허는 압축 공기를 소형 내압 저장고에 저장하며, 솔레노이드 밸브를 이용하여 압축 공기를 유입시키는 구조를 가진다. 또한, 시료 등이 주입되는 주입구 및 계측이 완료된 시료를 배출하는 배출구가 각각 하나씩 구비되어 있는 구조를 가지며, 유로를 외부로부터 폐쇄하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트는 플라스틱, 금속 또는 세라믹 등 견고하고 일정한 경도를 가진 재료를 사용한다. 이들을 결합하기 위해서는 외부를 감싸는 하우징 외에 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 체결하기 위한 적절한 체결 수단이 사용되어야 한다. 그러나, 상기 특허에는 이러한 체결 수단에 대해서는 개시하지 않고 있다. 특히 시료가 유입되는 주입구 및 배출구가 각각 하나씩 배치되므로 하나의 시료에 대한 계측이 수행된 후, 반드시 주입구 및 배출구를 세척해야만 하는 번거러움이 있다.U.S. Patent 5313264 discloses a biosensor chip incorporating a micro pneumatic valve. The patent has a structure in which compressed air is stored in a small internal pressure reservoir, and compressed air is introduced using a solenoid valve. In addition, it has a structure in which one injection port for injecting a sample, etc. and one discharge port for discharging the sample which has been measured are provided, respectively, and the upper plate and the lower plate for closing the flow path from the outside have a firm and constant hardness such as plastic, metal or ceramic. Use the materials you have. In order to combine them, appropriate fastening means for fastening the upper plate and the lower plate in addition to the housing surrounding the outside should be used. However, the patent does not disclose such fastening means. In particular, since the inlet and outlet are respectively provided inlet and outlet, the measurement of one sample is performed, there is a hassle that must clean the inlet and outlet.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 상부 기판 및 하 부 기판를 별도의 체결 수단이 없이도 체결할 수 있고, 동시에 다른 종류의 생체 시료를 주입하거나 배출할 수 있는 다중 채널 바이오 칩을 제공하는데 있다.The first object of the present invention for solving the above problems is to provide a multi-channel biochip that can fasten the upper substrate and the lower substrate without a separate fastening means, and at the same time can be injected or discharged different types of biological samples To provide.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 의한 다중 채널 바이오 칩의 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multi-channel biochip according to the first object.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 외부로부터 공압 또는 유압을 제공받는 공압/유압 유로들을 갖고, 폴리디메틸 실록산(polydimethyl-siloxan; PDMS) 재질로 이루어진 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성되며, 폴리디메틸 실록산 재질로 이루어지고, 내부에 위치된 주입 채널들을 통해 생체 시료 또는 완충 용액이 주입되고, 상기 주입 채널과 이격되어 위치된 배출 채널들을 통해 상기 생체 시료 또는 완충 용액이 배출되는 상부 기판을 구비하되, 상기 주입 채널들의 각각은 상기 공압/유압 유로들의 각각에 대응되는 공압/유압 제어부를 갖고; 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 개재되며, 폴리디메틸 실록산 재질로 이루어지고, 상기 공압/유압 유로 및 상기 공압/유압 제어부 사이에 개재되는 표면 상에 위치되는 밸브를 갖는 박막층을 구비하되, 상기 밸브는 상기 공압/유압 유로를 통해 상기 박막층으로 전달되는 공압 또는 유압에 의해 승강되어 상기 공압/유압 제어부로 흐르는 생체 시료 또는 완충 용액의 흐름을 제어하고; 상기 상부 기판 상에 구비되고, 상기 폴리디메틸 실록산 재질로 이루어지며, 상기 주입 채널과 상기 배출 채널과 연통되어 상기 생체 시료 또는 완충 용액이 흐르는 반응 유로를 가지는 반응 기판; 단일층으로 형성된 항체를 가지고, 상기 반응 유로의 생체 시료를 분석하기 위한 금속 박막층; 및 상기 금속 박막층에 광을 조사하여 상기 항체와 결합된 생체 시료의 광학적 특성을 이용하기 위한 프리즘을 포함하는 다중 채널 바이오 칩을 제공한다.The present invention for achieving the first object, the lower substrate having a pneumatic / hydraulic flow path which is supplied with pneumatic or hydraulic pressure from the outside, and made of a polydimethyl-siloxan (PDMS) material; The biological sample or the buffer solution is formed on the lower substrate and is made of polydimethyl siloxane material, and the biological sample or the buffer solution is injected through the injection channels located therein, and the biological sample or the buffer is discharged through the discharge channels spaced apart from the injection channel. An upper substrate on which the solution is discharged, each of the injection channels having a pneumatic / hydraulic control corresponding to each of the pneumatic / hydraulic flow paths; A thin film layer interposed between the lower substrate and the upper substrate and made of a polydimethyl siloxane material and having a valve positioned on a surface interposed between the pneumatic / hydraulic flow path and the pneumatic / hydraulic control part, the valve Is controlled by the flow of the biological sample or the buffer solution is elevated by the pneumatic or hydraulic pressure delivered to the thin film layer through the pneumatic / hydraulic flow path to the pneumatic / hydraulic control unit; A reaction substrate provided on the upper substrate and made of the polydimethyl siloxane material and having a reaction flow path communicating with the injection channel and the discharge channel to flow the biological sample or the buffer solution; A metal thin film layer having an antibody formed as a single layer, for analyzing a biological sample of the reaction flow path; And it provides a multi-channel biochip comprising a prism for utilizing the optical properties of the biological sample bound to the antibody by irradiating light to the metal thin film layer.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하부 기판, 밸브를 가지는 박막층, 상부 기판, 반응 기판, 금속 박막층을 구비하여 생체 시료 또는 완충 용액을 다중 채널을 이용하여 주입하거나 배출하도록 구비된 다중 채널 바이오 칩의 형성방법에 있어서, 상기 상부 기판을 형성하는 방법은, 세라믹 또는 금속 재질의 기판 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계; 상기 포토 레지스트에 자외선을 선택적으로 조사하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 상에 폴리디메틸 실록산 막질을 도포하는 단계; 및 상기 기판 및 상기 포토레지스트 패턴으로부터 상기 폴리디메틸 실록산 막질을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 바이오 칩의 형성방법을 제공한다.In addition, the present invention for achieving the second object is provided with a lower substrate, a thin film layer having a valve, an upper substrate, a reaction substrate, a metal thin film layer to inject or discharge a biological sample or a buffer solution using multiple channels. A method of forming a multi-channel biochip, the method of forming the upper substrate comprising: applying a photoresist on a ceramic or metal substrate; Selectively irradiating ultraviolet rays to the photoresist to form a photoresist pattern; Coating a polydimethyl siloxane film on the photoresist pattern; And separating the polydimethyl siloxane film from the substrate and the photoresist pattern.
본 발명의 상기 제2 목적은, 하부 기판, 밸브를 가지는 박막층, 상부 기판, 반응 기판, 금속 박막층을 구비하여 생체 시료 또는 완충 용액을 다중 채널을 이용하여 주입하거나 배출하도록 구비된 다중 채널 바이오 칩의 형성방법에 있어서, 상기 하부 기판 및 박막층을 형성하는 방법은, 세라믹 또는 금속 재질의 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 포토레지스트에 자외선을 선택적으로 조사하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 상에 폴리디메틸 실록산 막질을 도포하여 상기 박막층과 상기 밸브를 형성하는 단계; 폴리디메틸 실록산으로 형성된 상기 하부 기판을 상기 박막층에 접촉하여 큐어링하는 단계; 및 상기 큐어링에 의해 실란화 결합이 이루어진 상기 하부 기판과 상기 박막층을 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 바이오 칩의 형성방법의 제공을 통해서도 달성될 수 있다.The second object of the present invention is to provide a multi-channel biochip including a lower substrate, a thin film layer having a valve, an upper substrate, a reaction substrate, and a metal thin film layer to inject or discharge a biological sample or a buffer solution using a multi-channel. A method of forming the lower substrate and the thin film layer, the method comprising: applying a photoresist on a ceramic or metal substrate; Selectively irradiating ultraviolet rays to the photoresist to form a photoresist pattern; Coating a polydimethyl siloxane film on the photoresist pattern to form the thin film layer and the valve; Curing the lower substrate formed of polydimethyl siloxane in contact with the thin film layer; And separating the lower substrate and the thin film layer from which the silanization bond is formed by the curing, from the substrate.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예Example
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 채널 바이오 칩을 도시한 분해도이다.1 is an exploded view showing a multi-channel biochip according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 다중 채널 바이오 칩은 하부 기판(100), 박막층(200), 상부 기판(300), 반응 기판(400), 금속 박막층(500) 및 프리즘(600)을 가진다.Referring to FIG. 1, a multi-channel biochip has a
상기 하부 기판(100)에는 다수개의 유로들이 구비되며, 공압 또는 유압에 의해 초소형 공압 밸브를 제어한다. 또한, 박막층(200) 및 상부 기판(300)에 형성된 유로를 통해 생체 시료 및 완충 용액이 유입된다. 상기 상부 기판(300) 상부에는 반응 기판(400)이 위치하며 상기 반응 기판(400) 상에는 다수의 반응 유로가 형성된다. 반응 유로로 공급된 생체 시료는 금속 박막층(500)에 형성된 생체 시료의 단일층(monolayer) 또는 항체와 반응한다. 즉, 항체 등과 결합되는 생체 시료는 프리즘(600)을 통해 입사되는 광원의 반사각을 변경시키고, 변경된 반사각에 의해 생체 시료의 성분은 분석된다.The
즉, 금속 박막층(500)에 구비된 특정의 단백질과 생체 시료가 흡착하지 않는 경우, 프리즘(600)을 통해 입사되고 반사되는 광원의 입사각과 반사각은 서로 동일할 것이나, 특정 단백질에 생체 시료가 흡착되는 경우, 반사각은 입사각과 다른 값을 가지게 되고, 이러한 반사각은 생체 시료의 성분을 분석하는데 이용된다.That is, when the specific protein and the biological sample included in the metal
또한, 상기 하부 기판(100)에는 공압/유압 주입구(110)가 구비되고, 상기 상부 기판(300)에는 생체 시료/완충 용액 주입구(310)가 구비된다. 상부 기판(300)을 통해 유입된 생체 시료 및 완충 용액은 반응 기판(400)을 통해 회수구(330)로 배출 된다.In addition, the
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부 기판(300)을 도시한 평면도들이다.2A and 2B are plan views illustrating an
도 2a를 참조하면, 상기 상부 기판(300)은 생체 시료/완충 용액 주입구(310), 제1 공압/유압 제어부(312), 주입 유로(314), 제2 공압/유압 제어부(316), 제1 반응 기판 연결부(320), 제2 반응기판 연결부(322), 회수 유로(324) 및 회수구(330)를 가진다.Referring to FIG. 2A, the
상기 상부 기판(300)에서 생체 시료/완충 용액 주입구(310)는 다수개로 구비되며, 동시에 2개 이상의 생체 시료가 유입될 수 있는 구조를 가진다. 또한, 제1 공압/유압 제어부(312)는 상기 생체 시료/완충 용액 주입구(310)로 유입된 생체 시료 또는 완충 용액이 주입 유로로 이동하는 것을 제어한다. 이는 박막층(200) 상에 형성된 밸브의 동작에 의해 상기 제1 공압/유압 제어부(312)가 생체 시료 또는 완충 용액의 흐름을 차단하거나, 흐름을 이어지도록 하는 동작에 기인한다. 또한, 제2 공압/유압 제어부(316)는 상기 제1 공압/유압 제어부(312)와 동일한 동작을 수행한다.A plurality of biological samples / buffer solution injection holes 310 are provided in the
상기 제1 공압/유압 제어부(312)와 상기 제2 공압/유압 제어부(316) 사이에는 주입 유로(314)가 구비된다. 즉, 제1 공압/유압 제어부(312)에 의해 선택된 생체 시료 또는 완충 용액은 제2 공압/유압 제어부(316)에 의해 제1 반응 기판 연결부(320)로 유입된다.An
상기 제1 반응 기판 연결부(320) 및 제2 반응 기판 연결부(322)는 반응 기판 (400)과 연결된다. 따라서, 제1 반응 기판 연결부(320)로 유입된 생체 시료 또는 완충 용액은 반응 기판(400)으로 유입되고, 반응 기판(400)에 구비된 유로를 통과한 생체 시료 또는 완충 용액은 제2 반응 기판 연결부(322)로 유입된다. The first
제2 반응 기판 연결부(322)에는 회수 유로(324)가 연결되며, 유입된 생체 시료 또는 완충 용액은 회수 유로(324)를 거쳐 회수구(330)로 배출된다.A
상기 도 2a에서는 생체 시료/완충 용액 주입구(310)가 4개 구비된 것으로 도시되고, 회수구(330)가 3개 구비된 것으로 도시된다. 또한, 상기 다수의 생체 시료/완충 용액 주입구들 및 회수구들은 서로 일정한 간격을 가지고 나열된 것으로 도시된다. 그러나, 사용예에 따라 생체 시료/완충 용액 주입구들은 2개 이상으로 구비되면, 본원 발명의 취지를 벗어나지 아니하며, 이는 회수구의 경우에도 동일하게 적용된다. 또한, 생체 시료/완충 용액 주입구들 및 회수구들의 간격은 필요에 따라 불규칙적으로 설정될 수도 있다.In FIG. 2A, four biological sample / buffer solution injection holes 310 are provided, and three
도 2b를 참조하면, 상부 기판(300)의 다른 구성예가 도시된다. 상기 도 2b의 상부 기판(300)에서는 주입 유로(314)가 각각의 생체 시료 주입구(310a)에 대해 개별적으로 구비된다. 또한, 완충 용액 주입구(310b)와 생체 시료 주입구(310a)는 개별적으로 구비된다. 따라서, 동시에 주입 유로(314)를 통해 생체 시료를 반응 기판(400)에 공급할 수 있으며, 동시에 주입 유로(314)를 통해 생체 시료 또는 완충 용액의 세척이 가능해진다.Referring to FIG. 2B, another configuration example of the
또한, 상기 도 2a 및 도 2b에서 제1 공압/유압 제어부(312) 및 제2 공압/유압 제어부(316) 등 2가지 종류의 공압/유압 제어부가 구비된 것으로 도시되어 있으 나, 실시의 형태에 따라 1가지 종류의 공압/유압 제어부가 구비될 수도 있다.2A and 2B, two types of pneumatic / hydraulic controllers, such as a first pneumatic /
바람직하게는 상기 주입 유로 및 회수 유로의 폭은 약 250um 이며 깊이는 약 50um로 설정된다. 또한, 상기 상부 기판의 재질은 투명하면서도 신축성이 있는 탄성중합체(elastomer)인 폴리디메틸 실록산(polydimethyl-siloxane;PDMS 이하, '피디엠에스'라고 함)를 사용한다. 상기 피디엠에스는 뛰어난 신축성 및 상호간에 높은 흡착성을 가지므로 상기 도 1에서 박막층 및 하부 기판을 동일한 피디엠에스 재질을 사용하는 경우, 별도의 체결 수단의 도입없이 상부 기판(300) 및 하부 기판(100)을 조립할 수 있다.Preferably, the width of the injection flow path and the recovery flow path is about 250 um and the depth is set to about 50 um. In addition, the material of the upper substrate is a polydimethyl siloxane (polydimethyl-siloxane; hereinafter referred to as PDMS) that is a transparent and elastic elastomer (elastomer). Since the PDMS has excellent elasticity and mutually high adsorption property, in the case of using the same PDMS material for the thin film layer and the lower substrate in FIG. 1, the
또한, 상기 도 2a 및 2b에서는 다수의 생체 시료/완충 용액 주입구들 및 다수의 회수구들을 구비하므로 동시에 다수의 생체 시료를 주입할 수 있으며, 동시에 다수의 생체 시료를 회수할 수 있다.In addition, in FIGS. 2A and 2B, since a plurality of biological samples / buffer solution inlets and a plurality of recovery ports are provided, a plurality of biological samples may be injected at the same time, and a plurality of biological samples may be simultaneously recovered.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하부 기판(100)을 도시한 평면도이다.3 is a plan view illustrating a
도 3을 참조하면, 상기 하부 기판(100)은 다수의 공압/유압 주입구들(110) 및 각각의 공압/유압 주입구(110)에 상응하는 공압/유압 유로(130)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the
또한, 상기 하부 기판(100)의 상면에는 박막층(200)이 형성되며, 박막층(200) 상에는 밸브가 구비된다.In addition, a
공압/유압 주입구(110)를 통해 공압 또는 유압은 공압/유압 유로(130)로 전달되고, 공압 또는 유압은 해당하는 밸브의 동작을 제어한다. 또한, 상기 밸브의 수는 상기 도 2a 및 도 2b의 상부 기판에 구비된 공압/유압 제어부에 상응한다. 즉, 공압/유압 제어부의 수와 상기 밸브의 수는 동일하게 구비됨이 바람직하다.Pneumatic or hydraulic pressure is delivered to the pneumatic /
또한, 상기 하부 기판(100)은 생체 시료/완충 용액 주입구(150)를 더 구비할 수 있다. 상기 도 3에서, 상기 공압/유압 유로(130)의 폭은 약 250um이며, 깊이는 50um로 설정된다. 또한, 상기 하부 기판(100)은 박막층(200)을 통해 상부 기판(300)과 서로 맞닿으며, 유로는 상부 기판(300)과 서로 겹치지 않도록 구비된다. 따라서, 하부 기판(100)에 공압 또는 유압이 인가되더라도, 상부 기판(300)에 구비된 유로들에는 영향이 미치지 않으며, 밸브의 박막층(200)에만 유압 또는 공압이 전달되도록 구비된다.In addition, the
또한, 상기 하부 기판(100)은 투명하며 신축성이 있는 탄성중합체인 피디엠에스를 사용하여 제작되어, 별도의 체결 수단없이도 상부 기판(300)과 결합이 용이하게 이루어지도록 한다.In addition, the
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반응 기판(400)을 도시한 평면도이다.4 is a plan view illustrating a
도 4를 참조하면, 상기 반응 기판(400)은 제1 상부 기판 연결부(410), 반응 유로(430) 및 제2 상부 기판 연결부(450)를 가진다.Referring to FIG. 4, the
상기 제1 상부 기판 연결부(410)는 상기 도 2a 및 도 2b에서 도시된 제1 반응 기판 연결부(320)와 연결되며, 상기 제2 상부 기판 연결부(450)는 상기 도 2a 및 도 2b의 제2 반응 기판 연결부(322)와 연결된다. 또한, 상기 제1 상부 기판 연결부(410)와 제2 상부 기판 연결부(450) 사이에는 반응 유로(430)가 위치한다.The first upper
상기 도 4에서 반응 기판(400)의 재질은 투명하고 신축성이 뛰어난 탄성중합 체인 피디엠에스를 사용함이 바람직하다. 또한, 상기 반응 유로(430)는 상기 도 1의 금속 박막층(500)과 밀착된다. 생체 시료 또는 완충 용액이 상부 기판(300)의 생체 시료/완충 용액 주입구(310)로 유입되는 경우, 생체 시료 또는 완충 용액이 새어나지 않도록 상기 반응 유로(430)는 음각 형태로 구비되며, 금속 박막층(500)과 맞닿아 유로가 형성되는 형태를 취한다. 또한, 금속 박막층(500)이 형성된 면의 반대면은 프리즘(600)과 맞닿도록 배치된다. 또한, 상기 프리즘(600)과 맞닿는 면에는 광학적 굴절율의 변화를 보정하기 위해 굴절율 조화 유체(matching oil)가 도포된다.In FIG. 4, it is preferable that the material of the
상기 도 4에서 반응 유로(430)의 폭은 약 300um이며, 깊이는 약 35um임이 바람직하다. 또한, 상기 반응 기판(400)의 가장 자리는 패인 형태로 되어 있어 프리즘(600)에 가해지는 압력이 반응 유로(430)에 집중하여 전달되도록 한다. 상기 반응 유로(430)는 금속 박막층(500)과 맞닿으며, 금속 박막층(500)에는 생체 시료를 검출하기 위한 단일층(monolayer)이 고정된다. In FIG. 4, the width of the
생체 시료를 검출하기 위한 단일층은 항체(antibody) 등과 같은 생체 물질로 되어 있으며, 본 발명에서 금속 박막층(500)는 금, 은, 구리, 알루미늄 등이 사용될 수 있다. 바람직하게 상기 금속 박막층(500)은 금으로 형성된다. 상술한 금속 박막층 위에 단일층을 코팅하기 위해서는 금 박막 상에 자가조립 단일층(Self Assembly Monolayer)을 이용하여 고정하는 방법을 사용할 수 있다. 이외에도 단일층을 형성하는 방법은 나일론, 셀룰로스 등의 고분자를 사용하는 방법을 사용할 수도 있다.The single layer for detecting a biological sample is made of a biological material such as an antibody, and the like, and the metal
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 바이오 센서 칩의 상부 케이스(700) 및 하부 케이스(800)를 도시한 사시도들이다.5A and 5B are perspective views illustrating an
도 5a를 참조하면, 바이오 센서 칩의 상부 케이스(700)가 도시된다.Referring to FIG. 5A, an
상기 상부 케이스(700)에는 다수의 체결구(710)가 구비되며, 상기 상부 케이스(700)의 표면으로부터 음각으로 형성된 프리즘 안착부(730)가 구비된다.The
또한, 상기 도 5b에서는 하부 케이스(800)가 도시되는데, 상기 하부 케이스(800)는 상기 상부 케이스(700)의 체결구들(710)과 결합되기 위한 다수의 체결구들(810), 공압/유압 연결부들(830) 및 생체 시료/완충 용액 연결부들(850)이 구비된다. In addition, the
공압/유압 연결부들(830)은 상기 하부 기판(100)의 공압/유압 주입구(110)와 연결된다. 또한, 상기 생체 시료/완충 용액 연결부(850)는 상기 하부 기판(100)의 생체 시료/완충 용액 유입구(150)와 연결된다. The pneumatic /
다만, 실시의 형태에 따라, 상기 도 5b에 도시된 생체 시료/완충 용액 연결부(850)는 상기 도 5a에 도시된 상부 케이스(700)에 구비될 수도 있다. 즉, 상부 기판(300) 상에 생체 시료/완충 용액 주입구(310)가 형성되는 경우, 상기 상부 기판(300)에 직접 접촉되는 상부 케이스(700)에 생체 시료/완충 용액 연결부(850)가 구비될 수 있다.However, according to the exemplary embodiment, the biological sample / buffer
상기 도 5a 및 도 5b에 도시된 상하부 케이스는 바이오 센서 칩을 외부환경으로부터 보호한다. 또한, 상하부 케이스는 표면 특성이 친수성인 폴리카보네이트 소재를 사용하여 상부 또는 하부 기판과 별도의 접착제의 개재없이도 피디엠에스와 의 결합을 이루게 된다. 즉, 상부 또는 하부 케이스는 상부 또는 하부 기판과 별도의 결합 수단을 사용하지 아니하고도 부착되며, 바람직하게는 상부 또는 하부 케이스에 구비된 체결구에 나사를 이용하여 적당한 압력으로 잠그는 것만으로 생체 시료, 완충 용액 또는 오일 등의 유체가 새어나오는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.The upper and lower cases illustrated in FIGS. 5A and 5B protect the biosensor chip from the external environment. In addition, the upper and lower cases are made of a hydrophilic polycarbonate material to form a coupling with PDMS without intervening an adhesive with the upper or lower substrate. That is, the upper or lower case is attached without using a separate coupling means with the upper or lower substrate, preferably a biological sample, only by locking to the fastener provided in the upper or lower case with a suitable pressure using a screw, The leakage of a fluid such as a buffer solution or oil can be effectively prevented.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 바이오 센서에 케이스들이 구비되는 것을 도시한 분해도이다.Figure 6 is an exploded view showing that the case is provided in the biosensor, in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 상기 도 1에서 도시되고 하부 기판(100), 박막층(200), 상부 기판(300) 및 반응 기판(400)으로 이루어진 바이오 센서(900) 상부에는 상부 케이스(700)가 결합되며, 바이오 센서(900) 하부에는 하부 케이스(800)가 결합된다. 또한, 상부 케이스(700)의 프리즘 안착부(730)에는 프리즘(600)이 구비되어 반응 기판(400) 상의 생체 시료가 금속 박막층(500)에 구비된 단일층과 결합되는 생체 시료의 광학적 특성을 이용하여 상기 생체 시료를 분석할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 밸브의 동작을 설명하기 위한 단면도들이다.7A and 7B are cross-sectional views illustrating the operation of a valve according to a preferred embodiment of the present invention.
도 7a에서 하부 기판(100)은 상부 기판(300)과 결합되며, 하부 기판(100)과 상부 기판(300)의 사이에는 박막층(200)이 구비된다. 또한, 상부 기판(300) 상에 구비된 주입 유로(314)를 통해 생체 시료 또는 완충 용액은 주입 유로(314)를 흘러간다. In FIG. 7A, the
박막층(200) 상에는 밸브(250)가 구비되며, 밸브(250) 하부에는 하부 기판(100)의 공압/유압 유로(130)가 형성된다. 그리고, 밸브(250) 상부에는 밸브(250)와 대응하여 상부 기판(300)의 제1 공압/유압 제공부(312)가 위치될 수 있다. The
상기 도 7b에서 하부 기판(100)에 구비된 공압/유압 유로(130)를 통해 공압 또는 유압이 인가되면, 상기 박막층(200)은 밸브(250)를 상승시키고, 상승된 밸브(250)는 상부 기판(300) 상에 구비된 주입 유로(314)를 폐쇄한다.In FIG. 7B, when pneumatic or hydraulic pressure is applied through the pneumatic /
상술한 동작을 통해 밸브(250)는 생체 시료/완충 용액 주입구(310)로부터 흘러들어온 생체 시료 또는 완충 용액의 유입을 제어할 수 있다.Through the above-described operation, the
상기 도 7a 및 도 7b에서 하부 기판(100)과 상부 기판(300)은 동일 재질인 피디엠에스로 이루어지며, 박막층(200) 및 밸브(250) 또한 피디엠에스로 이루어진다.7A and 7B, the
특히, 박막층(200)과 하부 기판(100)은 실란화 결합(silanization bonding)으로 이루어진다. 즉, 피디엠에스의 표면에 플라즈마 등의 에너지를 인가하면, 표면의 실란기(silane group)가 실란올기(silanol group)로 되는 실란화(silanization)가 이루어진다. 또한, 이들을 서로 일정시간 이상 접촉시키면 분자간의 축쇄 결합에 의해 결합이 견고해진다.In particular, the
또한, 상술한 실란화 결합은 하부 기판(100)과 상부 기판(300) 사이에서도 발생시킬 수 있다.In addition, the aforementioned silanization bond may be generated between the
상기 도 7a 및 도 7b에 도시된 바대로, 피디엠에스 재질로 이루어진 박막층(200)은 신축성이 뛰어나며, 상부에 돌출된 형상의 밸브(250)를 가진다. 따라서 하부 기판(100)으로부터 공압 또는 유압이 전달되는 경우, 상부 기판(300)까지 밸브(250)가 상승하여 생체 시료의 유입을 차단할 수 있다. 또한, 신축성으로 인해 공압 또는 유압을 제거하는 경우, 박막층(200) 및 밸브(250)가 제자리로 돌아오게 되어 유로를 통한 생체 시료 및 완충 용액의 흐름을 원활하게 한다.As shown in FIGS. 7A and 7B, the
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상부 기판, 하부 기판, 박막층 및 이들을 결합하는 방법을 도시한 단면도들이다.8A to 8C are cross-sectional views illustrating an upper substrate, a lower substrate, a thin film layer, and a method of combining them according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 도 8a를 참조하면, 기판(350) 상에 포토 레지스트(352)를 도포한다. 상기 기판(350)은 실리콘 등의 세라믹 재질을 가지거나, 금속 등의 재질을 가진 기판일 수 있다. First, referring to FIG. 8A, a
계속해서 기판(350) 상에 형성된 포토 레지스트(352)에 자외선을 조사한다. 상기 자외선의 조사는 마스크(354) 등에 의해 포토 레지스트(352)에 대해 선택적으로 이루어진다. 또한, 상기 도 8a에서 도시된 포토 레지스트(352)는 광이 조사되는 부분이 경화되어 현상에 의해 잔존하게 되는 네거티브(negative) 형으로 개시되었으나, 실시의 형태에 따라 상기 포토 레지스트(352)는 광이 조사되는 부분이 현상 공정에 의해 제거되는 포지티브(positive) 형일 수도 있다.Subsequently, ultraviolet rays are irradiated to the
이어서, 자외선이 선택적으로 조사된 포토 레지스트(352)에 대해 현상 공정이 수행된다. 포토 레지스트(352)의 현상에 의해 포토 레지스터 패턴(356)이 형성되며, 상기 포토 레지스트 패턴(356)에 피디엠에스를 몰딩하고, 기판(350) 및 포토 레지스트 패턴(356)을 제거하면, 피디엠에스로 이루어진 상부 기판(300)이 형성된다.Subsequently, a developing process is performed on the
상기 도 8a에서 포토 레지스트 패턴(356)에 상응하는 피디엠에스 부분은 상 부 기판(300)의 주입 유로(314) 또는 공압/유압 제어부가 된다.In FIG. 8A, the PDMS portion corresponding to the
도 8b를 참조하면, 기판(160) 상에 포토 레지스트(162)를 도포한다. 상기 기판(160)은 실리콘 등의 세라믹 재질을 가지거나, 금속 등의 재질을 가진 기판일 수 있다. Referring to FIG. 8B, a
계속해서 기판(160) 상에 형성된 포토 레지스트(162)에 자외선을 조사한다. 상기 자외선의 조사는 마스크(164) 등에 의해 포토 레지스트(162)에 대해 선택적으로 이루어진다. 또한, 상기 도 8b에서 도시된 포토 레지스트(162)는 광이 조사되는 부분이 경화되어 현상에 의해 잔존하게 되는 네거티브(negative) 형으로 개시되었으나, 실시의 형태에 따라 상기 포토 레지스트(162)는 광이 조사되는 부분이 현상 공정에 의해 제거되는 포지티브(positive) 형일 수도 있다.Subsequently, ultraviolet rays are irradiated to the
이어서, 자외선이 선택적으로 조사된 포토 레지스트(162)에 대해 현상 공정이 수행된다. 포토 레지스트(162)의 현상에 의해 포토 레지스터 패턴(166)이 형성되며, 상기 포토 레지스트 패턴(166)에 피디엠에스(168)를 도포한다.Subsequently, a developing process is performed on the
상기 피디엠에스의 도포는 스핀 코팅을 이용함이 바람직하다. Application of the PDMS is preferably using spin coating.
또한, 피디엠에스(168)가 도포된 기판 상에 상기 도 8a와 동일한 방법을 사용하여 형성된 하부 기판(100)을 덮는다. 하부 기판(100)과 피디엠에스(168)가 도포된 기판에 대해 큐어링을 수행하면, 하부 기판(100)과 기판(160) 상의 피디엠에스(168)는 실란화 결합에 의해 접착된다.In addition, the
계속해서, 하부 기판(100)과 결합되고 피디엠에스로 이루어진 박막층(200)을 기판(160)으로부터 떼어내면, 박막층(200)과 박막층(200) 상에 돌출된 형상으로 형성된 밸브(250)를 얻을 수 있다.Subsequently, when the
도 8c를 참조하면, 상기 도 8b에 의해 형성된 하부 기판(100) 및 박막층(200) 상에 상기 도 8a에 의해 형성된 상부 기판(300)을 결합한다. 결합시, 하부 기판(100)의 밸브(250)와 상부 기판(300)의 공압/유압 제어부가 대응되도록 결합한다.Referring to FIG. 8C, the
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 생체 시료 또는 완충 용액이 주입되어 회수구를 통해 배출되는 것을 설명하기 위한 바이오 센서 칩의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of a biosensor chip for explaining that a biological sample or a buffer solution is injected and discharged through a recovery port according to a preferred embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 생체 시료 또는 완충 용액은 상부 기판(300)의 생체 시료/완충 용액 주입구(310)를 통해 유입되며, 주입 유로(314)를 흐르게 된다. 생체 시료/완충 용액 주입구(310)는 실시의 형태에 따라 하부 기판(100)에 구비될 수도 있다.9, the biological sample or the buffer solution is introduced through the biological sample / buffer
주입 유로(314) 상에는 밸브(250)가 구비된다. 상기 밸브(250)는 박막층(200) 상에 형성되며, 하부 기판(100)의 공압/유압 주입구(110)에 의해 공급되는 공압 또는 유압에 의해 제어받는다. 또한, 상기 밸브(250)에 대응하여 상부 기판(300)에는 공압/유압 제어부(312, 316)가 구비된다. 공압/유압 제어부(312, 316) 영역에 구비된 밸브(250)의 동작에 의해 생체 시료 또는 완충 용액은 반응 기판(400)으로 유입되거나 유입이 차단된다. 반응 기판(400)으로 유입된 생체 시료는 금속 박막층(500)에 구비된 항체 등과 결합되며, 프리즘(600)을 통해 조사되는 광의 반사각 특성을 변경시킨다. The
반응 기판(400)을 통과한 생체 시료 및 완충 용액은 상부 기판(300) 상에 구 비된 회수구(330)를 통해 외부로 배출된다. The biological sample and the buffer solution passing through the
상기와 같은 본 발명에 따르면, 다수의 생체 시료/완충 용액 주입구들 및 회수구들을 구비한다. 따라서, 다수의 생체 시료를 동시에 유입하거나 배출할 수 있다. 또한, 상부 기판, 하부 기판, 박막층 또는 밸브를 피디엠에스 재질을 이용하여 형성한다. 따라서, 별도의 체결 수단이 없이도 상부 기판 및 하부 기판 등의 접착을 용이하게 할 수 있으며, 박막층의 신축성을 이용하여 밸브를 제어할 수 있다.According to the present invention as described above, it comprises a plurality of biological sample / buffer solution inlet and recovery ports. Therefore, a plurality of biological samples can be introduced or discharged simultaneously. In addition, an upper substrate, a lower substrate, a thin film layer or a valve is formed using a PDMS material. Therefore, adhesion of the upper substrate and the lower substrate can be easily performed without a separate fastening means, and the valve can be controlled using the elasticity of the thin film layer.
따라서, 2가지 이상의 미지의 생체 시료를 비교 분석할 수 있으며, 금속 박막에 형성된 검출용 항체 등과의 반응후, 생체 시료의 잔량을 다수의 회수구 중 특정의 회수구를 선택하여 손실없이 회수할 수 있다.Therefore, two or more unknown biological samples can be compared and analyzed, and after the reaction with the detection antibody formed on the metal thin film, the residual amount of the biological sample can be recovered without loss by selecting a specific recovery port from a plurality of recovery ports. have.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
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