KR100811532B1

KR100811532B1 - 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법

Info

Publication number: KR100811532B1
Application number: KR1020060066735A
Authority: KR
Inventors: 고용준; 맹준호; 안유민; 조남규; 이성환; 황승용
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-03-07
Also published as: KR20080007733A

Abstract

본 발명은 시료의 사용량과 실험시간을 줄어들게 하는 동시에 생화학적 실험에 대한 정확하고 신속한 측정을 가능하게 하는 등의 그 효율성을 향상시켜 이를 적용하여 실행하는 이용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화시키도록 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법을 제공하는데 그 특징이 있다.

이를 위한, 본 발명은 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위한 유리칩과, 상기 유리칩의 상부면에 면역반응의 여부를 검출하기 위해 시료를 주입하도록 하는 PDMS칩이 위치되어 일체화되도록 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리한 후에 상기 유리칩의 상부면에 PDMS칩이 접합되되, 상기 유리칩에는 마이크로전극이 구비되고, 상기 마이크로전극에 크롬과 백금 박막으로 형성되며, 검출효율을 증가시키기 위해 인터디지테이티드 방식(interdigitated type)에 의한 두 개의 전극이 한 쌍으로 이루어지는 것이고, 상기 PDMS칩에는 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 인렛부와 아웃렛부의 사이에 구비된 채널과, 상기 인렛부로 주입되는 항원이 코팅된 마이크로비드를 안정적으로 고정시킬 수 있도록 상기 챔버의 중앙부에 위치되는 마이크로필터로 이루어지는 것이며, 상기 유리칩에 구비된 마이크로전극은 PDMS칩에 구비된 마이크로필터와 상기 PDMS칩에 주입되어 마이크로필터에 의해 고정되는 마이크로비드를 이용하여 면역반응을 전기적인 신호로 용이하게 검출할 수 있도록 상기 마이크로필터의 전단부에 위치되어 이루어지는 것 이다.

면역반응, 생화학적 물질, 마이크로 바이오칩, PDMS칩, 유리칩, 전극, 마이크로비드, 마이크로필터, 나노골드, 실버용액

Description

면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법{MICRO BIO CHIP FOR IMMUNOREACTION AND MANUFACTURE METHOD THEREOF AND IMMUNOREACTION DETECTING METHOD USING MICRO BIO CHIP}

도 1은 본 발명에 따른 유리칩을 설명하기 위해 보여주는 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 의해 실시되는 PDMS칩의 구성을 개략적으로 보여주기 위한 예시도,

도 3은 본 발명에 따라 실시되는 유리칩과 PDMS칩이 접합된 마이크로 바이오칩의 구성을 설명하기 위한 단면 예시도,

도 4는 본 발명에 의해 실시하고 있는 마이크로 바이오칩의 실시 상태를 보여주는 사시 예시도,

도 5는 본 발명에 의해 실시되는 PDMS칩을 형성시키는 단계를 개략적으로 보여주는 과정 예시도,

도 6은 본 발명에 의해 실시되는 유리칩을 형성시키는 단계를 개략적으로 보여주는 과정 예시도,

도 7은 본 발명을 이용하여 면역반응 여부를 검출하는 과정을 개략적으로 보여주는 실시 예시도,

도 8은 본 발명인 마이크로 바이오칩을 이용하여 실시간으로 면역반응 여부를 전기적인 신호로 측정한 그래프.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 유리칩 11 : 마이크로전극

20 : PDMS칩 21 : 챔버

22 : 마이크로필터 100 : 마이크로 바이오칩

본 발명은 면역반응 실험과 같은 생화학적 실험에 적용하여 사용하기 위한 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법에 관한 것으로,

좀 더 상세하게는 생화학적 물질인 시료의 고정화를 용이하게 이루고, 면역반응 여부와 같은 생화학반응 여부에 대해 전극을 통한 전기적 신호로 검출하게 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법에 관한 것이다.

최근에, MEMS(Micro Electro-Mechanical System)의 출현과 생명공학의 발달로 인해 이를 기반으로 하는 BioMEMS에 의한 바이오칩에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

상기의 바이오칩은 크게 두 가지로 나누게 되는데, 그 첫 번째는 마이크로 어레이 타입으로 시료에 포함된 특정 생화학물질을 프로브(capturing probe)에 의해 탐색하게 하고, 이 프로브(capturing probe)의 역할을 할 수 있는 물질을 칩의 표면에 고정화시킨 다음 여기에 분석하고자 하는 생화학물질을 반응시킨 후에 이러한 반응 유무를 검출하고 해석함으로써 생화학물질에 대한 정보를 얻을 수 있는 것이다.

그리고, 두 번째는 마이크로 플루이딕을 이용한 바이오칩으로 칩상에 마이크로 채널 및 마이크로 챔버, 믹서 밸브 등을 구현하여 미소유체를 제어하고 검출부에 생화학물질을 고정화시킨 다음 검출하고자 하는 생화학물질을 미소유체 흐름을 이용하여 검출부에 고정화된 생화학물질과 반응시켜 반응 유무를 검출하는 시스템으로, 이는 장기적인 관점에서 그리고 최근 소형화 추세에 따라 가장 활발히 연구가 진행되고 있는 분야이다.

이러한 바이오칩을 위한 필수적인 기술로는 반응물질과 반응할 수 있는 프로브의 고정화 기술, 반응 유무를 검출할 수 있는 검출기술, 검출된 정보를 처리할 수 있는 정보처리기술 등이 있다.

상기의 프로브를 고정화시키기 위한 종래에 실시하고 있는 기술에는 보통 기판에 직접 반응물질과 반응할 수 있는 프로브를 고정시키는 방법과 외부의 힘을 이용하여 검출부에 고정화시키는 방법을 이용하고 있다.

그러나, 기판에 직접 고정화시키는 방법은 어레이 타입에서는 유용하지만 미소유체를 이용한 바이오칩에서는 기판에 선택적으로 고정화시키기에 어려움이 많을 뿐만 아니라 많은 비용과 시간이 요구되는 문제점들이 있다.

그리고, 기판에 형성된 자성전극을 이용하여 프로브가 코팅된 마그네틱비드를 고정화시키는 방법과 같이 외부 힘을 이용하여 고정화시키는 방법이 있지만 이는 고정화시키기 위해 외부 힘을 발생시키는 부가적인 장치를 필요로 하는 문제점이 있다.

한편, 현재 주로 사용되고 있는 생화학 반응을 위한 검출방법은 레이저를 이용한 형광검출법과 산화환원반응을 이용한 전기화학적 검출법 등이 있는데, 상기 레이저를 이용한 형광검출법은 시료에 형광물질을 결합시켜 기판에 고정화된 프로브와의 반응여부를 결합시킨 형광물질을 이용하여 광학적으로 반응여부를 구별하는 방법으로 현재 가장 널리 이용되고 있는 방법이지만 이는 반응여부를 판별하기 위해 광학검출장비가 필요하게 되고, 이로 인해 많은 시간이 요구되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 이러한 검출방식은 바이오칩을 기반으로 한 분석시스템을 소형화하는데 어느 정도 한계가 있다는 문제점이 있다.

또한, 상기 전기화학적 검출법은 프로브와 시료가 결합한 전극상에서 다른 화학물질의 전기화학반응을 이용하여 반응여부를 검출하는 방법이지만, 이는 형광검출법에 비해 비교적 검출능력이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같이 종래에 실시하고 있는 고정화 방법 및 검출방법은 어느 정도 그 효율성에 한계가 있기 때문에 이를 적용하여 실행하는 생화학 실험에 대한 실질적인 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극소화되는 문제점들이 항상 내포되어 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 갖는 제반 문제점들을 해결하고자 창출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명은 마이크로필터라는 구조적인 형태와 마이크로비드를 이용함으로써, 면역반응 실험과 같은 생화학적 실험에 있어 항원이나 항체를 직접 고정화시키거나 외부의 힘을 이용하여 고정화시키기 위한 별도의 부가적인 장치 없이도 쉽고 간단하게 항원이나 항체를 고정화시키도록 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 레이저를 이용한 광학검출장비와 같은 대형 검출시스템을 구비하지 않더라도 시중에서 쉽고 값싸게 구입할 수 있는 멀티미터로 측정이 가능한 동시에 소형화를 이루도록 하고, 바이오칩 또한 PDMS와 같은 폴리머를 이용한 몰딩방법을 통하여 대량생산이 가능하게 하는 동시에 생산비용을 최소화시키도록 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시료의 사용량과 실험시간을 줄어들게 하는 동시에 생화학적 실험에 대한 정확하고 신속한 측정을 가능하게 하는 등의 그 효율성을 향상시켜 이를 적용하여 실행하는 이용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화시키도록 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부 를 검출하는 방법을 제공하는데 있다.

이하, 상기한 본 발명에 대해서 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명에 의해 실시하기 위한 면역반응용 마이크로 바이오칩은 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위한 유리칩과, 상기 유리칩의 상부면에 면역반응의 여부를 검출하기 위해 시료를 주입하도록 하는 PDMS(Polydimethylsiloxane)칩이 위치되어 일체화되되, 상기 유리칩의 상부면에 위치된 PDMS칩과 일체화시키기 위해서 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리한 후에 상기 유리칩의 상부면에 PDMS칩이 접합되게 된다.

이때, 상기 유리칩에는 면역반응의 여부를 전기적인 신호로 검출하기 위해 마이크로전극이 구비되되, 상기 마이크로전극은 크롬과 백금 박막으로 형성되고, 검출효율을 증가시키기 위해 인터디지테이티드 방식(interdigitated type)에 의한 두 개의 전극이 한 쌍으로 이루어지게 된다.

또한, 상기 PDMS칩에는 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 상기 챔버의 중앙부에 위치되는 마이크로필터와, 인렛부와 아웃렛부 사이에 구비된 채널로 구성되어 이루어지게 된다.

이에 따른, 상기 챔버의 중앙부에 위치된 마이크로필터는 인렛부로 주입되는 마이크로비드를 안정적으로 고정시킬 수 있도록 걸리게 되고, 상기 마이크로비드는 생화학물질인 항원이 코팅되어 이루어지게 된다.

상기와 같이, 상기 유리칩과 PDMS칩이 일체화되는 상태에서, 상기 유리칩에 구비된 마이크로전극은 PDMS칩에 구비된 마이크로필터와 상기 PDMS칩에 주입되어 마이크로필터에 의해 고정되는 마이크로비드를 이용하여 면역반응을 전기적인 신호로 용이하게 검출할 수 있도록 상기 마이크로필터의 전단부에 위치되게 되는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예인 면역반응용 마이크로 바이오칩을 제조하는 방법은 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위한 유리칩을 형성시키는 단계와, 면역반응의 여부를 검출하기 위해 생화학물질과 같은 시료를 주입하도록 하는 PDMS칩을 형성시키는 단계와, 상기에서 형성된 유리칩의 상부면에 PDMS칩을 접합시켜 일체화시키도록 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간 동안 처리하는 단계를 실행하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예인 면역반응용 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법은 마이크로 바이오칩과 마이크로비드를 이용하여 항원과 항체를 고정화시킨 다음 특이적인 항원이나 항체에 나노골드와 실버용액을 이용하여 면역반응 여부를 전기적인 신호로 검출하도록 실행하는 것이다.

[실시예]

상기한 본 발명을 이루기 위한 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명은 첨부도면 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 도 1은 본 발명에 따른 유리칩을 설명하기 위해 보여주는 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의해 실시되는 PDMS칩의 구성을 개략적으로 보여주기 위한 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따라 실시되는 유리칩과 PDMS칩이 접합된 마이크로 바이오칩의 구성을 설명하기 위한 단면 예시도이고, 도 4는 본 발명에 의해 실시하고 있는 마이크로 바이오칩의 실시 상태를 보여주는 사시 예시도이며, 도 5는 본 발명에 의해 실시되는 PDMS칩을 형성시키는 단계를 개략적으로 보여주는 과정 예시도이고, 도 6은 본 발명에 의해 실시되는 유리칩을 형성시키는 단계를 개략적으로 보여주는 과정 예시도이며, 도 7은 본 발명을 이용하여 면역반응 여부를 검출하는 과정을 개략적으로 보여주는 실시 예시도를 나타낸 것이다.

즉, 본 발명은 생화학물질인 시료를 고정화시킨 다음 이를 이용하여 생화학반응과 같은 면역반응의 여부를 전극을 통해 전기적 신호로 검출하기 위한 것이다.

이를 위한, 면역반응용 마이크로 바이오칩(100)은 크게 유리칩(10)과 PDMS칩(20)으로 구성되는데, 상기 유리칩(10)은 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해 전극이 형성되어 있고, 상기 PDMS칩(20)은 면역반응의 여부를 검출하기 위해 시료를 주입시키고 이때 주입된 시료가 전극에 용이하게 고정될 수 있도록 이루어지게 된다.

이에 따른, 상기 면역반응용 마이크로 바이오칩(100)은 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해서, 상기 유리칩(10)의 상부면에 PDMS칩(20)을 접합시켜 일체화시킬 수 있도록 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리하여 이루어지게 되는데, 이때 상기의 접합의 실행은 산소 플라즈마로 18W에서 1분 30초 동안 처리한 후에 접합시키는 것이 바람직하다.

이에 대해서, 상기 PDMS칩(20)과 유리칩(10)을 접합할 때 18W에서 1분 30초 동안 처리하는 것이 여러 실험을 수행하는 과정에서 최적의 접합조건임을 확인하였고, 그 이외의 조건에서는 접합이 제대로 이루어지지 못함을 확인하였다.

상기의 유리칩(10)에는 인터디지테이티드 방식(interdigitated type)에 의한 두 개의 전극이 한 쌍으로 이루어지는 마이크로전극(11)이 구비되어 있고, 상기 마이크로전극(11)은 크롬과 백금 박막으로 형성되어 있는데, 이는 면역반응의 여부를 전기적인 신호로 검출하는데 있어 검출효율을 증대시키기 위한 것이다.

또한, 상기 PDMS칩(20)에는 챔버(21)를 통해 생화학물질인 시료가 용이하게 주입되게 되고, 상기 챔버(21)의 중앙부에는 마이크로필터(22)가 위치되어 있기 때문에 상기 챔버를 통해 주입된 시료가 마이크로필터(22)에 의해 걸리게 되고, 이를 통해 면역반응 여부를 검출할 수 있도록 시료를 안정적으로 고정시킬 수 있는 것이다.

즉, 생화학물질인 항원이 코팅되어 있는 마이크로비드가 상기 챔버의 내부로 주입되게 되면, 상기 마이크로비드는 챔버의 중앙부에 위치되어 있는 마이크로필터(22)에 걸리게 되고, 이때 상기 마이크로필터(22)에 의해 마이크로비드가 안정적으로 고정이 되는 동시에 상기 마이크로필터(22)의 전단부에 위치되어 있는 마이크로전극(11)에도 고정되는 것이다.

이에 따라, 상기에서 안정적으로 고정되어 있는 마이크로비드를 이용하여 면역반응을 전기적인 신호로 용이하게 검출할 수 있는 것이다.

이때, 외부의 측정기기(예를 들어 멀티미터)를 통해 검출된 전기적 신호를 확인하는 것은 인렛부와 아웃렛부의 사이에 구비된 채널(23)에 연결시켜 이루어지게 된다.

그리고, 상기 마이크로 바이오칩(100)의 전체 형상에서 마이크로전극(11)이 형성된 유리칩(10)의 크기가 PDMS칩(20) 보다 크게 이루어져야 하는데, 이는 전기적 신호의 검출을 위한 마이크로전극(11)이 외부 측정장치와 연결이 되어야 하기 때문에 PDMS칩(20)보다 유리칩(10)의 크기를 더 크게 하여 두 칩을 접합할 때 조작이 쉽고 제어하게 쉽게 되는 것이다.

또한, 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 채널(23)과 유리칩(10)의 사이를 160㎛로 하는 것이 바람직한데, 이는 마이크로비드의 크기가 50 ~ 80㎛정도 되기 때문에 상기 160㎛ 보다 작으면 전극에 마이크로비드가 한층만 있을 수 밖에 없어 보다 원활한 전기신호 측정을 위해서 전극 부분에 마이크로비드가 두층이 되도록 하였고, 만약 160㎛ 이상 형성시켜도 무방하나 PDMS 몰드로 사용하는 SU-8 이라는 음성감광제가 구현할 수 있는 높이의 한계가 있는 실정이다.

상기에서 설명한 면역반응용 마이크로 바이오칩(100)에 대한 제조방법은 유리칩(10)과 PDMS칩(20)을 각각 형성시킨 다음 상기 유리칩(10)의 상부면에 PDMS칩(20)을 일체화시킬 수 있도록 산소 플라즈마로 18W에서 1분 30초 동안 처리한 후에 접합시키면 되는 것이다.

이때, 상기의 PDMS칩(20)을 형성시키기 위해서는, 먼저 4인치 실리콘 웨이퍼를 SPM(황산과 과산화수소 혼합물)용액에서 담궈 이물질을 제거한 후에 스핀코터를 이용하여 일정한 두께로 음성감광제인 SU-8을 도포하게 되는데, 상기의 음성감광제인 SU-8을 도포하는 두께는 150㎛ 로 이루는 것이 바람직하다.

상기에서 도포시킨 후에 소프트 베이크를 실시하여 음성감광제인 SU-8에 포함되어 있는 유기용제를 제거한 다음 노광공정과 포스트 베이크(post bake)를 통해 음성감광제의 레진 결합을 형성하고 현상시키게 된다.

이에, 상기에서 음성감광제의 레진 결합을 형성하고 현상시킨 후에 PDMS칩(20)을 제작하기 위해서 하드 베이킹(hard baking)을 실시하여 SU-8 몰드를 완성시키게 된다.

상기에서 SU-8 몰드가 완성되면 기포를 제거시키기 위해 진공오븐에 일정시간 동안 방치시킨 다음 PDMS와 경화제를 일정한 비율(예를 들어 PDMS와 경화제를 10:1 비율)로 섞은 후에 이를 SU-8 몰드 위에 붓고 일정 온도에서 일정 시간 동안 경화시키게 되는데, 이때 65℃와 3시간30분 동안 경화시키는 것이 바람직하다.

이에 따른, PDMS와 경화제에 대한 비율과 경화시키기 위한 온도 및 시간은 여러 조건을 토대로 실험을 수행하여 살펴볼 때 최적의 상태에서 실행할 수 있는 조건들이다.

상기의 과정을 완료한 몰드에서 PDMS를 분리하게 되는데, 이때 분리된 PDMS를 펀치와 같은 도구를 이용하여 인렛(inlet)부와 아웃렛(outlet)부를 형성시키게 되고, 이에 의해 최종적인 PDMS칩(20)이 완성되어 형성되는 것이다.

또한, 상기 유리칩(10)을 형성시키기 위해서, 먼저 4인치 파이렉스 유리 웨이퍼를 SPM(황산과 과산화수소 혼합물)용액에서 담궈 이물질을 제거시킨 후에 스핀코터를 이용하여 양성감광제인 AZ1512를 도포시키게 된다.

상기에서 도포가 완료되면 사진공정을 통해 전극형상을 패터닝하게 되고, 이때 패터닝된 부분에 크롬과 백금을 각각 100Å과 700Å으로 증착한 후에 금속층 밑에 남아 있는 양성감광제를 제거하게 된다.

상기의 크롬과 백금을 각각 100Å과 700Å으로 증착되는데, 이는 보통 유리 웨이퍼나 실리콘 웨이퍼에 금속 배선 등을 형성시킬 때 접착층을 올리게 되고, 상기 크롬을 그 접착층으로 사용되게 된다.

만약, 백금만 웨이퍼에 증착시키면 웨이퍼에 용이하게 증착되지 않아 공정 도중에 웨이퍼에서 떨어져 나가는 문제점이 생길 수 있고, 이러한 문제를 방지하기 위해 접착층을 증착시키게 되는 것이다.

상기의 접착층은 두께에 따라서 50Å ~ 100Å 정도 올리는 것이 바람직하고, 보통 접착층과 올리는 금속층 두께 비는 약 1:10으로 올리는 것이 바람직하지만 본 발명의 경우 가격적인 면을 고려하여 백금을 700Å으로 정하였고, 700Å 이상 올려도 관계없으나 금속 증착 장비가 올릴 수 있는 한계가 있다(보통 ~ 수천Å 정도).

상기에서 양성감광제가 제거되면 최종적인 전극이 형성된 유리칩(10)이 완성되어 형성되는 것이다.

한편, 본 발명에 의해 실시하고자 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법은 마이크로 바이오칩(100)과 마이크로비드를 이용하여 항원과 항체를 고정화시키고, 이때 특이적인 항원이나 항체에 나노골드와 실버용액을 이용하여 면역반응 여부를 전기적인 신호로 검출하여 실행시키는 것이다.

이를 위해, 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 바이오칩(100)에 항원과 같은 생화학물질이 코팅된 마이크로비드를 주입시켜 PDMS칩(20)에 형성된 챔버(21)의 중앙부에 위치하고 있는 마이크로필터(22)에 의해 마이크로비드를 걸리게 하여 고정시킨 다음 상기의 마이크로비드가 고정된 챔버(21)에 일차 항체를 주입시키게 된다.

이때, 상기에서 마이크로비드가 고정된 챔버(21)에 일차 항체를 주입하게 되면, 항원과 특이적인 반응을 하는 경우에 있어 마이크로비드의 표면에 있는 항원과 결합하여 마이크로비드의 표면에 남아있게 되나, 항원과 비특이적인 반응을 하는 일차 항체인 경우에는 항원과 결합하지 못하고 마이크로비드의 표면에 남아있지 않게 된다.

이에, 본 발명에서는 상기에서 주입된 일차 항체가 항원과 특이적인 반응을 하는 경우에 마이크로비드의 표면에 고정된 일차 항체는 나노골드 입자가 붙은 이차 항체와 다시 결합하게 된다.

이에 따른, 상기의 나노골드 입자의 크기를 증폭시키기 위해서 실버용액(silver enhancer)을 주입하게 되고, 상기에서 실버용액이 주입되면 마이크로비드의 표면에 일차 항제와 결합한 이차 항체에 붙어 있는 나노골드 입자의 직경이 커져 서로 연결되게 되는데, 이때 최종적으로 마이크로비드와 마이크로비드의 직경이 증폭되어 나노골드 입자에 의해서 전극과 전극 사이를 연결하는 전기적인 다리가 형성되게 된다.

이는, 상기에서 형성된 전기적인 다리에 의해 양쪽 전극에서 측정되는 저항을 낮추는 역할하게 되고, 전기적인 연결에 의한 저항을 측정하여 면역반응 여부를 판별하게 되는 것이다.

첨부도면 도 8은 본 발명인 마이크로 바이오칩을 이용하여 실시간으로 면역반응 여부를 전기적인 신호로 측정한 그래프로서, 이는 항원항체반응의 특이적인 경우와 비특이적인 경우를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

상기와 같은, 본 발명은 면역반응 여부를 전기적 신호로 검출하는 것에 대해만 한정하여 설명하였으나, 면역반응 여부의 실험뿐만 아니라 일반적인 특이적인 반응을 일으키는 생화학물질에 대한 반응 여부를 판별하는데 응용하여 사용할 경우에도 본 발명의 기술적 범주에 속함을 미리 밝혀두는 바이다.

마지막으로, 본 발명을 실시하고 있는 면역반응용 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법에 대한 실시 구성에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되 는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 종래의 면역실험에 비해 시료의 양이 적게 소모될 뿐만 아니라 종래의 실험보다 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 마이크로필터라는 구조적인 형태와 마이크로비드를 이용하기 때문에 면역반응 실험과 같은 생화학적 실험에 있어 항원이나 항체를 직접 고정화시키거나 외부의 힘을 이용하여 고정화시키기 위한 별도의 부가적인 장치 없이도 쉽고 간단하게 항원이나 항체를 고정화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래의 레이저를 이용한 광학검출장비와 같은 대형 검출시스템을 구비하지 않더라도 시중에서 쉽고 값싸게 구입할 수 있는 멀티미터로 측정이 가능한 동시에 소형화를 이룰 수 있는 효과와, 바이오칩 또한 PDMS와 같은 폴리머를 이용한 몰딩방법을 통하여 대량생산이 가능하고 생산비용이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전체적으로 볼 때 시료의 사용량과 실험시간이 줄어들고 생화학적 실험에 대한 정확하고 신속한 측정이 가능하게 이루어지는 등의 그 효율성이 향상되는 효과들로 인해 이를 적용하여 실행하는 이용상의 신뢰도 및 만족도가 극대화되는 여러 효과가 있다.

Claims

면역반응용 마이크로 바이오칩에 있어서,

면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위한 유리칩과, 상기 유리칩의 상부면에 면역반응의 여부를 검출하기 위해 시료를 주입하도록 하는 PDMS칩이 위치되어 일체화되되,

상기 유리칩에는 면역반응의 여부를 전기적인 신호로 검출하기 위해 마이크로전극이 구비되고, 상기 마이크로전극은 크롬과 백금 박막으로 형성되고 검출효율을 증가시키기 위해 인터디지테이티드 방식(interdigitated type)에 의한 두 개의 전극이 한 쌍으로 이루어지며,

상기 PDMS칩은 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 상기 챔버의 중앙부에 위치되는 마이크로필터와, 인렛부와 아웃렛부의 사이에 구비된 채널로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩.
제1항에 있어서,

상기 유리칩의 상부면에 위치된 PDMS칩과의 일체화는 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리한 후에 상기 유리칩의 상부면에 PDMS칩이 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩.
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제1항에 있어서,

상기 챔버의 중앙부에 위치된 마이크로필터는 인렛부로 주입되는 마이크로비드를 안정적으로 고정시킬 수 있도록 걸리게 하는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩.
제5항에 있어서,

상기 마이크로비드는 생화학물질인 항원이 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩.
제1항, 제2항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유리칩과 PDMS칩이 일체화되되, 상기 PDMS칩에 구비된 마이크로필터와 상기 PDMS칩에 주입되어 마이크로필터에 의해 고정되는 마이크로비드를 이용하여 면역반응을 전기적인 신호로 용이하게 검출할 수 있도록 상기 마이크로필터의 전단부에는 유리칩에 구비된 마이크로전극이 위치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩.
면역반응용 마이크로 바이오칩에 있어서,

면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위한 유리칩과, 상기 유리칩의 상부면에 면역반응의 여부를 검출하기 위해 시료를 주입하도록 하는 PDMS칩이 위치되어 일체화되도록 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리한 후에 상기 유리칩의 상부면에 PDMS칩이 접합되되,

상기 유리칩에는 마이크로전극이 구비되고, 상기 마이크로전극에 크롬과 백금 박막으로 형성되며, 검출효율을 증가시키기 위해 인터디지테이티드 방식(interdigitated type)에 의한 두 개의 전극이 한 쌍으로 이루어지는 것이고,

상기 PDMS칩에는 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 인렛부와 아웃렛부의 사이에 구비된 채널과, 상기 인렛부로 주입되는 항원이 코팅된 마이크로비드를 안정적으로 고정시킬 수 있도록 상기 챔버의 중앙부에 위치되는 마이크로필터로 이루어지는 것이며,

상기 유리칩에 구비된 마이크로전극은 PDMS칩에 구비된 마이크로필터와 상기 PDMS칩에 주입되어 마이크로필터에 의해 고정되는 마이크로비드를 이용하여 면역반응을 전기적인 신호로 용이하게 검출할 수 있도록 상기 마이크로필터의 전단부에 위치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩.
면역반응용 마이크로 바이오칩을 제조하는 방법에 있어서,

면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해 마이크로전극이 구비된 유리칩을 형성시키는 단계;

면역반응의 여부를 검출하기 위해 생화학물질의 시료를 주입하도록 하기 위해 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 상기 챔버의 중앙부에 위치되는 마이크로필터와, 인렛부와 아웃렛부의 사이에 구비된 채널로 구성된 PDMS칩을 형성시키는 단계;

상기에서 형성된 유리칩의 상부면에 PDMS칩을 접합시켜 일체화시키도록 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간 동안 처리하는 단계;

를 실행하는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 PDMS칩을 형성시키는 단계에서,

4인치 실리콘 웨이퍼를 SPM(황산과 과산화수소 혼합물)용액에서 담궈 이물질을 제거시키는 단계와,

상기의 이물질을 제거한 후에 스핀코터를 이용하여 일정한 두께로 음성감광제인 SU-8을 도포시키는 단계와,

상기에서 도포시킨 후에 음성감광제인 SU-8에 포함되어 있는 유기용제를 제거하기 위해 소프트 베이크를 실시하는 단계와,

상기 소프트 베이크가 왼료된 후에 노광공정과 포스트 베이크(post bake)를 통해 음성감광제의 레진 결합을 형성하고 현상시키는 단계와,

상기에서 음성감광제의 레진 결합을 형성하고 현상시킨 후에 PDMS칩을 제작하기 위한 SU-8 몰드가 완성되도록 하드 베이킹(hard baking)을 실시하는 단계와,

상기에서 하드 베이킹(hard baking)을 실시한 후에 SU-8 몰드가 완성되면 진공오븐에 일정시간 동안 방치시켜 기포를 제거하는 단계와,

상기의 기포 제거를 실행한 후에 PDMS와 경화제를 일정한 비율로 섞은 다음 이를 SU-8 몰드 위에 붓고 일정 온도에서 일정 시간 동안 경화시킨 후에 몰드에서 PDMS를 분리시키는 단계와,

상기에서 분리된 PDMS를 펀치와 같은 도구에 의해 인렛(inlet)부와 아웃렛(outlet)부를 형성시켜 최종적인 PDMS칩을 완성시키는 단계로 실행하는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기에서 이물질을 제거한 후에 스핀코터를 이용하여 일정한 두께로 음성감광제인 SU-8을 도포시키는 단계에서의 두께는 150㎛ 이고, 상기 PDMS와 경화제의 비율은 10:1 이며, 상기에서 경화시키는 온도와 시간은 65℃와 3시간30분인 것으로 실행하는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 유리칩을 형성시키는 단계에서,

4인치 파이렉스 유리 웨이퍼를 SPM(황산과 과산화수소 혼합물)용액에서 담궈 이물질을 제거시키는 단계와,

상기에서 이물질을 제거한 후에 스핀코터를 이용하여 양성감광제인 AZ1512를 도포시키는 단계와,

상기의 도포가 완료된 후에 전극형상을 패터닝하기 위해 사진공정을 실시하는 단계와,

상기의 사진공정을 통한 패터닝된 부분에 크롬과 백금을 각각 얇은 일정한 두께로 증착시키는 단계와,

상기에서 증착한 후에 금속층 밑에 남아 있는 양성감광제를 제거하면 최종적인 전극이 형성된 유리칩을 완성시키는 단계로 실행하는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩의 제조방법.
제12항에 있어서,

상기에서 증착되는 크롬과 백금의 각각의 두께는 100Å과 700Å으로 형성시켜 실행하는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩의 제조방법.
특이적인 항원이나 항체에 나노골드와 실버용액을 이용하여 면역반응 여부를 전기적인 신호로 검출하기 위해서,

상기 마이크로 바이오칩에 항원의 생화학물질이 코팅된 마이크로비드를 주입시켜 PDMS칩에 형성된 챔버의 중앙부에 위치하고 있는 마이크로필터에 의해 마이크로비드를 걸리게 하여 고정시키는 단계;

상기의 마이크로비드가 고정된 챔버에 일차 항체를 주입시키는 단계;

상기에서 주입된 일차 항체가 항원과 특이적인 반응에 의해 마이크로비드의 표면에 고정된 일차 항체는 나노골드 입자가 붙은 이차 항체와 다시 결합하게 되는 단계;

상기의 나노골드 입자의 크기를 증폭시키기 위해 실버용액(silver enhancer)을 주입시키는 단계;

상기에서 실버용액이 주입되면 마이크로비드의 표면에 일차 항제와 결합한 이차 항체에 붙어 있는 나노골드 입자의 직경이 커져 서로 연결되고, 최종적으로 마이크로비드와 마이크로비드의 직경이 증폭되어 나노골드 입자에 의해서 전극과 전극 사이를 연결하는 전기적인 다리가 형성되는 단계;

상기에서 형성된 전기적인 다리에 의해 양쪽 전극에서 측정되는 저항을 낮추는 역할하게 되고, 전기적인 연결에 의한 저항을 측정하여 면역반응 여부를 판별하게 되는 단계;

를 실행하는 것을 특징으로 하는 면역반응용 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법.
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