KR100916557B1 - Multi layered biochip and hybridization system using piezoelectric materials - Google Patents

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Abstract

A multilayered bio chip is provided to detect many bio materials using a piezoelectric material, induce efficient reaction in micro space and improve detection efficiency. An integrated multilayered bio chip comprises: two or more substrates (110) which are arranged in parallel; an adhesive layer which has test space and is made of material having elasticity; a standard sample (120) which is fixed on the substrate of test space; a piezoelectric layer (130) which has piezoelectric material; and a case (150) having the bio chip.

Description

다층구조 바이오칩 및 압전재료를 이용한 혼성화 반응시스템{MULTI LAYERED BIOCHIP AND HYBRIDIZATION SYSTEM USING PIEZOELECTRIC MATERIALS}MULTI LAYERED BIOCHIP AND HYBRIDIZATION SYSTEM USING PIEZOELECTRIC MATERIALS}

본 발명은 다층구조 바이오칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 번의 시험으로 다수의 생체물질을 검출할 수 있는 다층구조 바이오칩에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer biochip, and more particularly, to a multilayer biochip capable of detecting a plurality of biomaterials in a single test.

일반적으로 바이오칩은 유리, 실리콘, 혹은 나일론 등의 재질을 갖는 기판 위에 DNA, 단백질 등의 생물학적 분자들로 구성되는 기준시료가 규칙적으로 배열된 형태로 형성된다. 바이오칩은 배열되는 기준시료의 종류에 따라 DNA 칩이나 단백질 칩 등으로 분류된다. 바이오칩은 기판에 고정된 기준시료와 표적시료의 생화학적인 반응을 기본적으로 이용하며, 이러한 기준시료와 표적시료의 생화학적인 반응의 대표적인 예는 DNA 염기간의 상보적인 결합이나 항원-항체 반응을 들 수 있다.In general, biochips are formed in a form in which reference samples composed of biological molecules such as DNA and proteins are regularly arranged on a substrate made of glass, silicon, or nylon. Biochips are classified into DNA chips or protein chips according to the type of reference samples arranged. Biochip basically uses the biochemical reaction of the reference sample and the target sample fixed on the substrate, and representative examples of the biochemical reaction of the reference sample and the target sample include complementary binding between DNA bases and antigen-antibody reactions. .

바이오칩에 의한 진단은 대부분 광학적인 과정을 통하여 생화학적 반응이 일어나는 정도를 검출함으로써 이루어진다. 일반적으로 이용되는 광학적인 과정은 형광 또는 발광을 이용한다. Diagnosis by biochips is mostly done by detecting the extent to which biochemical reactions occur through optical processes. Generally used optical processes utilize fluorescence or luminescence.

형광을 이용한 광학적인 과정의 예는 바이오칩 내에 고정된 기준시료에 투여되는 표적시료에 형광물질을 결합하여 기준시료와 표적시료 간의 특정한 생화학적인 반응에서 형광물질이 잔류하게 한다. 이후, 외부의 광원을 통해 형광물질이 광을 발생하게 하여, 발생된 광을 측정하는 것이다.An example of an optical process using fluorescence binds a fluorescent material to a target sample administered to a reference sample immobilized in a biochip so that the fluorescent material remains in a specific biochemical reaction between the reference sample and the target sample. Thereafter, the fluorescent material generates light through an external light source to measure the generated light.

발광을 이용한 광학적인 과정의 예는 바이오칩 내에 고정된 기준시료에 투여되는 표적시료에 발광물질을 결합하여 기준시료와 표적시료 간의 특정한 생화학적인 반응에서 발광물질이 잔류하게 한다. 이후, 외부광 없이도 자체적인 발광이 일어나도록 하여, 발생된 광을 측정하는 것이다.An example of an optical process using luminescence is to bind a luminescent material to a target sample administered to a reference sample immobilized in a biochip so that the luminescent material remains in a specific biochemical reaction between the reference sample and the target sample. Subsequently, self-emission occurs without external light, thereby measuring the generated light.

도 1은 종래의 바이오칩의 구조를 도시한 평면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 바이오칩은 유리 등의 기판(10)에 일정한 간격으로 여러 종류의 기준시료들(20)이 배치되어 이루어진다.1 is a plan view showing the structure of a conventional biochip. Referring to FIG. 1, in the conventional biochip, various types of reference samples 20 are disposed at regular intervals on a substrate 10 such as glass.

이와 같은 구조의 종래의 바이오칩에 있어서, 표적시료를 기준시료(20) 상에 투여하면 표적시료와 기준시료(20)와의 생화학적 반응이 일어나며, 이때 표적시료 속에 일정한 양의 형광물질 또는 발광물질이 화학적 결합 등으로 포함되어 있을 경우 생화학적인 반응이 일어난 정도에 따라서 생화학적인 반응 후 잔류하는 형광물질 또는 발광물질의 양도 달라지게 된다. 기준시료와 표적시료 간에 생화학적인 반응이 일어난 바이오칩에 조광(irradiation)하면 형광물질이 특정한 광을 발생하게 된다. 형광물질로부터 발생하는 광의 강도를 높이기 위하여 일반적으로 강한 레이저를 조광으로 사용한다. 이러한 형광으로 발생된 광은 별도의 이미지를 얻기 위한 장치를 통하여 이미지로 나타나게 된다.In the conventional biochip having such a structure, when the target sample is administered on the reference sample 20, a biochemical reaction between the target sample and the reference sample 20 occurs, and a certain amount of fluorescent material or luminescent material is contained in the target sample. When included as a chemical bond, the amount of fluorescent or luminescent material remaining after the biochemical reaction also varies depending on the degree of biochemical reaction. When the biochip reacts with a biochemical reaction between the reference sample and the target sample, the fluorescent material generates specific light. In order to increase the intensity of light generated from the fluorescent material, a strong laser is generally used for dimming. The light generated by the fluorescence is displayed as an image through a device for obtaining a separate image.

이와 같은 종래의 바이오칩은 기판(10) 위에 여러 종류의 기준시료(20)를 고정시킴으로써 하나의 바이오칩을 이용해 다수의 생체물질을 검출하도록 한다. 그러나, 단층구조를 이용하는 현재의 기술로는 고집적화에 한계가 있으므로, 하나의 바이오칩을 이용하여 더욱 방대한 생체물질을 검출할 수 있는 고집적화 기술의 개발이 절실이 요구되고 있다. In the conventional biochip, various biomaterials are detected by using one biochip by fixing several kinds of reference samples 20 on the substrate 10. However, the current technology using a single layer structure has a limitation on high integration, and therefore, there is a great demand for the development of a high integration technology capable of detecting a larger biomaterial using one biochip.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 바이오칩을 다층구조로 형성시킴으로써 하나의 바이오칩으로 기존의 바이오칩보다 수배의 많은 생체물질을 검출할 수 있고, 압전재료를 이용하여 미세공간에서의 효율적인 반응을 유도할 수 있는 다층구조 바이오칩을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention is capable of detecting many times more biomaterials than conventional biochips with one biochip by forming a biochip in a multi-layer structure, and using piezoelectric materials, It is an object of the present invention to provide a multi-layered biochip capable of inducing a reaction.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 평행하게 배열된 2 이상의 기판들; 상기 기판들 사이에 표적시료가 주입되는 시험공간을 형성하며 상기 기판들을 결합시키고, 표적시료가 주입되는 제1 개구부 및 표적시료 주입시 공기가 배출되는 제2 개구부가 형성된 접착층; 상기 시험공간 내의 기판 면 위에 고정된 기준시료; 및 압전물질을 포함하여 형성되며, 상기 기판들 중 1 이상의 기판의 상기 시험공간 외면에 형성되어 전기 인가시 상기 기판을 가압하는 압전층을 포함하는 것을 특징 으로 하는 다층구조 바이오칩을 제공한다. The present invention to achieve the above object, two or more substrates arranged in parallel; An adhesive layer forming a test space in which a target sample is injected between the substrates, bonding the substrates, a first opening into which the target sample is injected, and a second opening through which air is discharged when the target sample is injected; A reference sample fixed on the substrate surface in the test space; And a piezoelectric material, the piezoelectric layer formed on an outer surface of the test space of at least one of the substrates to pressurize the substrate upon application of electricity.

상기 압전물질로는 압전 세라믹 또는 압전 폴리머가 사용될 수 있다.As the piezoelectric material, a piezoelectric ceramic or a piezoelectric polymer may be used.

상기 접착층은 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.The adhesive layer may be made of a material having elasticity.

본 발명은 또한, 평행하게 배열된 2개의 기판들, 상기 기판들 사이에 표적시료가 주입되는 시험공간을 형성하며 상기 기판들을 결합시키고, 표적시료가 주입되는 제1 개구부 및 표적시료 주입시 공기가 배출되는 제2 개구부가 형성된 접착층 및 상기 시험공간 내의 기판 면 위에 고정된 기준시료를 포함하는 바이오칩; 상기 바이오칩이 장착되는 케이스; 및 압전물질을 포함하여 형성되며, 상기 바이오칩과 상기 케이스 사이에 배치되어 전기 인가시 상기 기판을 가압하는 압전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층구조 바이오칩을 제공한다.The present invention also provides two substrates arranged in parallel, forming a test space into which a target sample is injected between the substrates, joining the substrates, a first opening into which the target sample is injected, and air during injection of the target sample. A biochip comprising an adhesive layer having a second opening formed thereon and a reference sample fixed on a substrate surface in the test space; A case in which the biochip is mounted; And a piezoelectric material, the piezoelectric layer being disposed between the biochip and the case to pressurize the substrate upon application of electricity.

본 발명은 또한, 적층된 2 이상의 단위 바이오칩; 상기 단위 바이오칩이 장착되는 케이스; 및 압전물질을 포함하여 형성되며, 상기 단위 바이오칩의 사이 또는 상기 단위 바이오칩과 케이스 사이에 배치되어 전기 인가시 상기 단위 바이오칩을 가압하는 압전층을 포함하되, 상기 단위 바이오칩은 평행하게 배열된 2개의 기판들, 상기 기판들 사이에 표적시료가 주입되는 시험공간을 형성하며 상기 기판들을 결합시키고, 표적시료가 주입되는 제1 개구부 및 표적시료 주입시 공기가 배출되는 제2 개구부가 형성된 접착층 및 상기 시험공간 내의 기판 면 위에 고정된 기준시료를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층구조 바이오칩을 제공한다. The present invention also provides a stack of two or more unit biochips; A case in which the unit biochip is mounted; And a piezoelectric material, comprising a piezoelectric layer disposed between the unit biochips or between the unit biochips and the case to press the unit biochips upon application of electricity, wherein the unit biochips have two substrates arranged in parallel. For example, an adhesive layer and a test space may be formed between the substrates to form a test space into which a target sample is injected, and to bond the substrates, a first opening into which a target sample is injected, and a second opening through which air is discharged when the target sample is injected. It provides a multi-layered biochip comprising a reference sample fixed on the substrate surface within.

본 발명의 다층구조 바이오칩에 따르면, 압전재료를 이용하여 다층구조로 형성됨으로써 하나의 바이오칩으로 기존의 바이오칩보다 수배로 많은 생체물질을 검출할 수 있다. According to the multi-layered biochip of the present invention, by forming a multi-layered structure using piezoelectric materials, one biochip can detect many biomaterials many times than a conventional biochip.

아울러, 압전재료를 이용하여 시료에 유동성을 가하여 기판 전체에 시료가 골고루 퍼지게 할 수 있으므로 미세공간에서의 효율적인 반응을 유도하여 검출 효율을 크게 향상시킬 수 있다. In addition, the piezoelectric material may be used to apply fluidity to the sample so that the sample may be spread evenly over the entire substrate, thereby inducing an efficient reaction in the microcavity, thereby greatly improving the detection efficiency.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. The terms or words used in the specification and claims are not to be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, but should be construed as meanings and concepts corresponding to the technical matters of the present invention.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the specification and the configuration shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents and modifications that can replace them at the time of the present application are There may be.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조 바이오칩에서 기판 위에 기준시료 및 접착층(170)이 형성된 모습을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 상세히 설명한 다. 2 is a cross-sectional view schematically showing a multi-layer biochip according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a schematic view of the reference sample and the adhesive layer 170 is formed on the substrate in a multi-layer biochip according to an embodiment of the present invention It is a top view shown by. Referring to Figures 2 and 3 will be described in detail a multi-layer biochip according to an embodiment of the present invention.

2개의 기판(110)이 평행하게 대향하며 위치해 있다. 기판들(110) 사이에는 가장자리를 따라 예를 들어 실리콘 고무 등으로 접착층(170)이 형성되어 기판들(110)을 결합시킴과 동시에 내부에 시험공간을 형성한다. Two substrates 110 are located facing each other in parallel. An adhesive layer 170 is formed between the substrates 110, for example, with silicon rubber, along the edge, thereby bonding the substrates 110 and forming a test space therein.

접착층(170)에는 제1 개구부(171) 및 제2 개구부(172)가 형성되어, 제1 개구부(171)로는 표적시료가 주입되고, 제2 개구부(172)로는 표적시료 주입시 시험공간을 채우고 있던 공기가 외부로 배출되게 된다.The first opening 171 and the second opening 172 are formed in the adhesive layer 170, the target sample is injected into the first opening 171, and the test opening is filled in the second opening 172. The old air is discharged to the outside.

한편, 시험공간 내의 기판(110) 면 위에는 기준시료(120)가 일정 간격으로 고정되어 있다. 생체물질 검출 실험시, 시험공간으로 표적물질이 주입되며, 표적물질은 각각의 기준물질과 생화학반응을 일으키게 된다. On the other hand, the reference sample 120 is fixed at a predetermined interval on the surface of the substrate 110 in the test space. In the biomaterial detection experiment, the target material is injected into the test space, and the target material causes a biochemical reaction with each reference material.

접착층(170)은 예를 들어 접착액을 경화시키거나 양면테이프를 이용하여 형성할 수 있다. The adhesive layer 170 may be formed by, for example, curing the adhesive solution or using a double-sided tape.

기판(110)의 외면에는 압전재료를 포함하는 압전층(130)이 배치된다. 상기 압전물질로는 압전 세라믹 또는 압전 폴리머가 사용될 수 있다. 압전 세라믹의 대표적인 예로는 PZT, PbO, ZrO2, TiO2 등이 있으며, 압전 폴리머의 대표적인 예로는 PVDF 계열 폴리머가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The piezoelectric layer 130 including the piezoelectric material is disposed on the outer surface of the substrate 110. As the piezoelectric material, a piezoelectric ceramic or a piezoelectric polymer may be used. Representative examples of piezoelectric ceramics include PZT, PbO, ZrO 2 , TiO 2 , and the like, and representative examples of piezoelectric polymers include, but are not limited to, PVDF-based polymers.

압전층(130)을 구성하는 압전재료들은 전기를 흘려주면 팽창 또는 진동하게 되고, 이에 의해 압전층(130)은 기판(110)을 가압하게 된다. 한편, 기판들(110) 사이를 결합시키는 접착층(170)은 탄성 재질로 이루어지므로 압전층(130)의 팽창 또 는 진동에 의해 시험공간은 수축하거나 수축 및 팽창을 반복하게 된다. The piezoelectric materials constituting the piezoelectric layer 130 are expanded or vibrated by flowing electricity, whereby the piezoelectric layer 130 pressurizes the substrate 110. On the other hand, since the adhesive layer 170 for bonding between the substrates 110 is made of an elastic material, the test space contracts or contracts and expands by the expansion or vibration of the piezoelectric layer 130.

이 같은 과정을 통해 시험공간 내의 표적시료에 유동성이 가해지고 기판(110) 전체의 기준시료(120)에 표적시료가 골고루 퍼져, 미세공간에서 표적시료와 기준시료(120) 간 효율적인 반응을 유도할 수 있다. Through this process, fluidity is applied to the target sample in the test space, and the target sample is evenly spread over the reference sample 120 of the entire substrate 110 to induce an efficient reaction between the target sample and the reference sample 120 in the microspace. Can be.

최외곽에는 기판들(110) 및 압전층(130)을 장착하기 위한 케이스(150)가 구비되며, 케이스(150)는 체결부(160)에 의해 고정된다. The outermost case 150 is provided for mounting the substrates 110 and the piezoelectric layer 130, the case 150 is fixed by the fastening portion (160).

압전층(130)을 케이스(150)에 결합시키면, 기판, 접착층(170) 및 기준시료(120)로 이루어진 단위 바이오칩에 대한 반응 실험이 끝난 후 케이스(150)에서 단위 바이오칩만을 교체하여 계속적으로 반응 실험을 할 수 있다.When the piezoelectric layer 130 is coupled to the case 150, after the reaction experiment on the unit biochip consisting of the substrate, the adhesive layer 170, and the reference sample 120 is completed, the unit 150 only replaces the unit biochip in the case 150 to continuously react. You can experiment.

전원을 인가하여 표적시료와 기준시료(120) 간의 반응이 끝나면 각 기판(110)을 분리하여 공지된 광학적 방법 등을 통하여 생화학 반응의 여부 또는 그 정도를 확인할 수 있다.After the power is applied and the reaction between the target sample and the reference sample 120 is completed, each substrate 110 may be separated to determine whether or not the biochemical reaction or the like through a known optical method.

본 실시예에서는 압전층(130)을 일 측의 케이스(150)의 내면에만 배치하였으나, 양 측의 케이스(150)의 내면에 모두 형성하는 구조 역시 가능하다. 또한, 압전층(130)을 케이스(150)와 결합시키는 것이 압전층(130)과 케이스(150)의 계속적인 활용을 위하여 유리하나, 압전층(130)은 그 기능상 반드시 케이스(150)에 결합시켜 구성하여야 하는 것은 아니며, 기판(110) 및 케이스(150) 사이에 배치시키는 것으로 충분하다. In this embodiment, the piezoelectric layer 130 is disposed only on the inner surface of the case 150 on one side, but a structure in which all of the inner surfaces of the case 150 on both sides are formed is also possible. In addition, it is advantageous for the piezoelectric layer 130 to be combined with the case 150 for the continuous use of the piezoelectric layer 130 and the case 150, but the piezoelectric layer 130 must be coupled to the case 150 in terms of its function. It does not have to be configured, and it is sufficient to arrange it between the substrate 110 and the case 150.

한편, 압전층(130)에 전기 인가시 시간을 설정하여 일정 시간 간격으로 자동으로 on/off되도록 하면 더욱 편리할 뿐만 아니라 검출 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, by setting the time when the electricity is applied to the piezoelectric layer 130 to automatically turn on / off at a predetermined time interval can be more convenient and improve the detection efficiency.

바이오칩에 통상적으로 사용되는 기판(110)의 두께는 약 1 내지 2mm인데, 이 같은 기판(110)의 두께를 고려할 때 접착층(170)의 두께는 약 0.1 내지 0.5mm, 압전층(130)의 두께는 1 내지 5mm인 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(110)의 두께, 접착층(170)의 재질 및 두께, 기준시료층(120)의 두께 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The thickness of the substrate 110 that is typically used in the biochip is about 1 to 2mm, considering the thickness of the substrate 110, the thickness of the adhesive layer 170 is about 0.1 to 0.5mm, the thickness of the piezoelectric layer 130 Is preferably 1 to 5 mm. However, the present invention is not limited thereto, and may be appropriately selected in consideration of the thickness of the substrate 110, the material and thickness of the adhesive layer 170, and the thickness of the reference sample layer 120.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 상세히 설명한다. 4 is a schematic cross-sectional view of a multi-layered biochip according to another embodiment of the present invention. A multi-layered biochip according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4.

2개의 단위 바이오칩이 적층되어 있다. 각 단위 바이오칩은 2개의 기판(110)을 포함하며, 두 기판(110) 사이에는 가장자리를 따라 예를 들어 실리콘 고무 등으로 접착층(170)이 형성되어 기판들(110)을 결합시킴과 동시에 내부에 시험공간을 형성한다. Two unit biochips are stacked. Each unit biochip includes two substrates 110, and an adhesive layer 170 is formed along the edge of the two substrates 110, for example, with silicon rubber, to bond the substrates 110 to the inside thereof. Create a test space.

접착층(170)에는 제1 개구부(171) 및 제2 개구부(172)가 형성되어, 제1 개구부(171)로는 표적시료가 주입되고, 제2 개구부(172)로는 표적시료 주입시 시험공간을 채우고 있던 공기가 외부로 배출되게 된다.The first opening 171 and the second opening 172 are formed in the adhesive layer 170, the target sample is injected into the first opening 171, and the test opening is filled in the second opening 172. The old air is discharged to the outside.

한편, 시험공간 내의 기판(110) 면 위에는 기준시료(120)가 일정 간격으로 고정되어 있다. 생체물질 검출 실험시, 시험공간으로 표적물질이 주입되며, 표적물질은 각각의 기준물질과 생화학반응을 일으키게 된다. On the other hand, the reference sample 120 is fixed at a predetermined interval on the surface of the substrate 110 in the test space. In the biomaterial detection experiment, the target material is injected into the test space, and the target material causes a biochemical reaction with each reference material.

접착층(170)은 예를 들어 접착액을 경화시키거나 양면테이프를 이용하여 형 성할 수 있다. The adhesive layer 170 may be formed by, for example, curing the adhesive solution or using a double-sided tape.

2개의 단위 바이오칩 외면에는 압전재료를 포함하는 압전층(130)이 배치된다. 상기 압전물질로는 압전 세라믹 또는 압전 폴리머가 사용될 수 있다. 압전 세라믹의 대표적인 예로는 PZT, PbO, ZrO2, TiO2 등이 있으며, 압전 폴리머의 대표적인 예로는 PVDF 계열 폴리머가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Piezoelectric layers 130 including piezoelectric materials are disposed on the outer surfaces of the two unit biochips. As the piezoelectric material, a piezoelectric ceramic or a piezoelectric polymer may be used. Representative examples of piezoelectric ceramics include PZT, PbO, ZrO 2 , TiO 2 , and the like, and representative examples of piezoelectric polymers include, but are not limited to, PVDF-based polymers.

압전층(130)을 구성하는 압전재료들은 전기를 흘려주면 팽창 또는 진동하게 되고, 이에 의해 압전층(130)은 각 단위 바이오칩을 가압하게 된다. 한편, 각 단위 바이오칩을 구성하는 기판들(110) 사이의 접착층(170)은 탄성 재질로 이루어지므로 압전층(130)의 팽창 또는 진동에 의해 단위 바이오칩의 시험공간은 수축하거나 수축 및 팽창을 반복하게 된다. Piezoelectric materials constituting the piezoelectric layer 130 are expanded or vibrated by flowing electricity, whereby the piezoelectric layer 130 pressurizes each unit biochip. On the other hand, since the adhesive layer 170 between the substrates 110 constituting the unit biochip is made of an elastic material, the test space of the unit biochip contracts or contracts and expands by the expansion or vibration of the piezoelectric layer 130. do.

이 같은 과정을 통해 시험공간 내의 표적시료에 유동성이 가해지고 기판(110) 전체의 기준시료(120)에 표적시료가 골고루 퍼져, 미세공간에서 표적시료와 기준시료(120) 간 효율적인 반응을 유도할 수 있다. Through this process, fluidity is applied to the target sample in the test space, and the target sample is evenly spread over the reference sample 120 of the entire substrate 110 to induce an efficient reaction between the target sample and the reference sample 120 in the microspace. Can be.

최외곽에는 단위 바이오칩들 및 압전층(130)을 장착하기 위한 케이스(150)가 구비되며, 케이스(150)는 체결부(160)에 의해 고정된다. In the outermost case, a case 150 for mounting the unit biochips and the piezoelectric layer 130 is provided, and the case 150 is fixed by the fastening part 160.

압전층(130)을 케이스(150)에 결합시키면, 기판(110), 접착층(170) 및 기준시료(120)로 이루어진 단위 바이오칩에 대한 반응 실험이 끝난 후 케이스(150)에서 단위 바이오칩만을 교체하여 계속적으로 반응 실험을 할 수 있다.When the piezoelectric layer 130 is coupled to the case 150, after the reaction experiment on the unit biochip consisting of the substrate 110, the adhesive layer 170, and the reference sample 120 is completed, only the unit biochip is replaced in the case 150. The reaction experiment can be continued.

전원을 인가하여 표적시료와 기준시료(120) 간의 반응이 끝나면 각 기 판(110)을 분리하여 공지된 광학적 방법 등을 통하여 생화학 반응의 여부 또는 그 정도를 확인할 수 있다.After the power is applied and the reaction between the target sample and the reference sample 120 is completed, each substrate 110 may be separated to determine whether or not the biochemical reaction or the like through a known optical method.

압전층(130)을 케이스(150)와 결합시키는 것이 압전층(130)과 케이스(150)의 계속적인 활용을 위하여 유리하나, 압전층(130)은 그 기능상 반드시 케이스(150)에 결합시켜 구성하여야 하는 것은 아니며, 기판(110) 및 케이스(150) 사이에 배치시키는 것으로 충분하다. Coupling the piezoelectric layer 130 with the case 150 is advantageous for the continuous use of the piezoelectric layer 130 and the case 150, but the piezoelectric layer 130 must be coupled to the case 150 in terms of its function. It is not necessary to do so, but it is sufficient to arrange between the substrate 110 and the case 150.

압전층(130)에 전기 인가시 시간을 설정하여 일정 시간 간격으로 자동으로 on/off되도록 하면 더욱 편리할 뿐만 아니라 검출 효율을 향상시킬 수 있다.Setting the time at the time of application of electricity to the piezoelectric layer 130 to automatically turn on / off at a predetermined time interval may be more convenient and improve the detection efficiency.

바이오칩에 통상적으로 사용되는 기판(110)의 두께는 약 1 내지 2mm인데, 이 같은 기판(110)의 두께를 고려할 때 접착층(170)의 두께는 약 0.1 내지 0.5mm, 압전층(130)의 두께는 1 내지 5mm인 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(110)의 두께, 접착층(170)의 재질 및 두께, 기준시료층(120)의 두께 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The thickness of the substrate 110 that is typically used in the biochip is about 1 to 2mm, considering the thickness of the substrate 110, the thickness of the adhesive layer 170 is about 0.1 to 0.5mm, the thickness of the piezoelectric layer 130 Is preferably 1 to 5 mm. However, the present invention is not limited thereto, and may be appropriately selected in consideration of the thickness of the substrate 110, the material and thickness of the adhesive layer 170, and the thickness of the reference sample layer 120.

본 실시예에서는 두 개의 기판(110)을 이용하여 단위 바이오칩을 형성하고, 이들을 적층하여 다층구조 바이오칩을 구성하고 있으나, 3개의 기판(110)을 나란히 배치하고 가운데 기판(110)의 양면에 기준시료(120)를 고정하여 기판(110)의 개수를 줄인 구조 역시 활용될 수 있다.In the present embodiment, a unit biochip is formed by using two substrates 110 and stacked to form a multi-layer biochip. However, three substrates 110 are arranged side by side and a reference sample is disposed on both sides of the center substrate 110. The structure in which the number of the substrates 110 is reduced by fixing the 120 may also be utilized.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조 바이오 칩을 상세히 설명한다. 5 is a schematic cross-sectional view of a multi-layered biochip according to another embodiment of the present invention. A multi-layered biochip according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5.

2개의 단위 바이오칩이 적층되어 있다. 각 단위 바이오칩은 2개의 기판(110)을 포함하며, 두 기판(110) 사이에는 가장자리를 따라 예를 들어 실리콘 고무 등으로 접착층(170)이 형성되어 기판들(110)을 결합시킴과 동시에 내부에 시험공간을 형성한다. Two unit biochips are stacked. Each unit biochip includes two substrates 110, and an adhesive layer 170 is formed along the edge of the two substrates 110, for example, with silicon rubber, to bond the substrates 110 to the inside thereof. Create a test space.

접착층(170)에는 제1 개구부(171) 및 제2 개구부(172)가 형성되어, 제1 개구부(171)로는 표적시료가 주입되고, 제2 개구부(172)로는 표적시료 주입시 시험공간을 채우고 있던 공기가 외부로 배출되게 된다.The first opening 171 and the second opening 172 are formed in the adhesive layer 170, the target sample is injected into the first opening 171, and the test opening is filled in the second opening 172. The old air is discharged to the outside.

한편, 시험공간 내의 기판(110) 면 위에는 기준시료(120)가 일정 간격으로 고정되어 있다. 생체물질 검출 실험시, 시험공간으로 표적물질이 주입되며, 표적물질은 각각의 기준물질과 생화학반응을 일으키게 된다. On the other hand, the reference sample 120 is fixed at a predetermined interval on the surface of the substrate 110 in the test space. In the biomaterial detection experiment, the target material is injected into the test space, and the target material causes a biochemical reaction with each reference material.

접착층(170)은 예를 들어 접착액을 경화시키거나 양면테이프를 이용하여 형성할 수 있다. The adhesive layer 170 may be formed by, for example, curing the adhesive solution or using a double-sided tape.

2개의 단위 바이오칩 사이에는 압전재료를 포함하는 압전층(130)이 배치된다. 상기 압전물질로는 압전 세라믹 또는 압전 폴리머가 사용될 수 있다. 압전 세라믹의 대표적인 예로는 PZT, PbO, ZrO2, TiO2 등이 있으며, 압전 폴리머의 대표적인 예로는 PVDF 계열 폴리머가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A piezoelectric layer 130 including a piezoelectric material is disposed between two unit biochips. As the piezoelectric material, a piezoelectric ceramic or a piezoelectric polymer may be used. Representative examples of piezoelectric ceramics include PZT, PbO, ZrO 2 , TiO 2 , and the like, and representative examples of piezoelectric polymers include, but are not limited to, PVDF-based polymers.

압전층(130)을 구성하는 압전재료들은 전기를 흘려주면 팽창 또는 진동하게 되고, 이에 의해 압전층(130)은 각 단위 바이오칩을 가압하게 된다. 한편, 각 단위 바이오칩을 구성하는 기판들(110) 사이의 접착층(170)은 탄성 재질로 이루어지므로 압전층(130)의 팽창 또는 진동에 의해 단위 바이오칩의 시험공간은 수축하거나 수축 및 팽창을 반복하게 된다. Piezoelectric materials constituting the piezoelectric layer 130 are expanded or vibrated by flowing electricity, whereby the piezoelectric layer 130 pressurizes each unit biochip. On the other hand, since the adhesive layer 170 between the substrates 110 constituting the unit biochip is made of an elastic material, the test space of the unit biochip contracts or contracts and expands by the expansion or vibration of the piezoelectric layer 130. do.

이 같은 과정을 통해 시험공간 내의 표적시료에 유동성이 가해지고 기판(110) 전체의 기준시료(120)에 표적시료가 골고루 퍼져, 미세공간에서 표적시료와 기준시료(120) 간 효율적인 반응을 유도할 수 있다. Through this process, fluidity is applied to the target sample in the test space, and the target sample is evenly spread over the reference sample 120 of the entire substrate 110 to induce an efficient reaction between the target sample and the reference sample 120 in the microspace. Can be.

최외곽에는 단위 바이오칩들 및 압전층(130)을 장착하기 위한 케이스(150)가 구비되며, 케이스(150)는 체결부(160)에 의해 고정된다. In the outermost case, a case 150 for mounting the unit biochips and the piezoelectric layer 130 is provided, and the case 150 is fixed by the fastening part 160.

전원을 인가하여 표적시료와 기준시료(120) 간의 반응이 끝나면 각 기판(110)을 분리하여 공지된 광학적 방법 등을 통하여 생화학 반응의 여부 또는 그 정도를 확인할 수 있다.After the power is applied and the reaction between the target sample and the reference sample 120 is completed, each substrate 110 may be separated to determine whether or not the biochemical reaction or the like through a known optical method.

한편, 압전층(130)에 전기 인가시 시간을 설정하여 일정 시간 간격으로 자동으로 on/off되도록 하면 더욱 편리할 뿐만 아니라 검출 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, by setting the time when the electricity is applied to the piezoelectric layer 130 to automatically turn on / off at a predetermined time interval can be more convenient and improve the detection efficiency.

바이오칩에 통상적으로 사용되는 기판(110)의 두께는 약 1 내지 2mm인데, 이 같은 기판(110)의 두께를 고려할 때 접착층(170)의 두께는 약 0.1 내지 0.5mm, 압전층(130)의 두께는 1 내지 5mm인 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(110)의 두께, 접착층(170)의 재질 및 두께, 기준시료층(120)의 두께 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The thickness of the substrate 110 that is typically used in the biochip is about 1 to 2mm, considering the thickness of the substrate 110, the thickness of the adhesive layer 170 is about 0.1 to 0.5mm, the thickness of the piezoelectric layer 130 Is preferably 1 to 5 mm. However, the present invention is not limited thereto, and may be appropriately selected in consideration of the thickness of the substrate 110, the material and thickness of the adhesive layer 170, and the thickness of the reference sample layer 120.

도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 따른 다층구조 바이오칩에서는 두 개의 단위 바이오칩을 이용한, 즉 두 개의 시험공간을 형성한 구조를 예시하고 있으나, 최 외곽에 위치한 케이스(150) 사이의 간격을 조절하고 각 단위 바이오칩 사이 또는 단위 바이오칩과 케이스(150) 사이에 압전층(130)을 적절히 배치시킴으로써 3개 이상의 단위 바이오칩을 이용한 구조 역시 활용 가능하다. In the multi-layered biochip according to the embodiments illustrated in FIGS. 4 and 5, the structure using two unit biochips, that is, two test spaces is illustrated, but the gap between the case 150 located at the outermost part is controlled. In addition, the structure using three or more unit biochips may be utilized by appropriately disposing the piezoelectric layer 130 between each unit biochip or between the unit biochips and the case 150.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example only and not by way of limitation to the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 종래의 바이오칩을 나타낸 평면도이다.1 is a plan view showing a conventional biochip.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing a multi-layered biochip according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조 바이오칩에서 기판 위에 기준시료 및 접착층이 형성된 모습을 개략적으로 나타낸 평면도이다.3 is a plan view schematically illustrating a state in which a reference sample and an adhesive layer are formed on a substrate in a multilayer biochip according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 개략적으로 나타낸 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view of a multi-layered biochip according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층구조 바이오칩을 개략적으로 나타낸 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view of a multi-layered biochip according to another embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

110: 기판 120: 기준시료110: substrate 120: reference sample

130: 압전층 150: 케이스130: piezoelectric layer 150: case

160: 체결부 170: 접착층160: fastening portion 170: adhesive layer

171: 제1 개구부 172: 제2 개구부171: first opening 172: second opening

Claims (5)

평행하게 배열된 2 이상의 기판들;Two or more substrates arranged in parallel; 상기 기판들 사이에 표적시료가 주입되는 시험공간을 형성하며 상기 기판들을 결합시키고, 표적시료가 주입되는 제1 개구부 및 표적시료 주입시 공기가 배출되는 제2 개구부가 형성되며, 탄성을 갖는 재질로 이루어진 접착층;A test space into which a target sample is injected is formed between the substrates, the substrates are coupled to each other, and a first opening through which the target sample is injected and a second opening through which air is discharged when the target sample is injected are formed. An adhesive layer formed; 상기 시험공간 내의 기판 면 위에 고정된 기준시료; 및A reference sample fixed on the substrate surface in the test space; And 압전물질을 포함하여 형성되며, 상기 기판들 중 1 이상의 기판의 상기 시험공간 외면에 형성되어 전기 인가시 상기 기판을 가압하는 압전층A piezoelectric layer is formed including a piezoelectric material, and formed on an outer surface of the test space of at least one of the substrates to pressurize the substrate upon application of electricity. 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고집적 다층구조 바이오칩.Highly integrated multilayer biochip comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 압전물질은 압전 세라믹 또는 압전 폴리머인 것을 특징으로 하는 고집적 다층구조 바이오칩. The piezoelectric material is a highly integrated multilayer biochip, characterized in that the piezoelectric ceramic or piezoelectric polymer. 삭제delete 평행하게 배열된 2개의 기판들, 상기 기판들 사이에 표적시료가 주입되는 시험공간을 형성하며 상기 기판들을 결합시키고, 표적시료가 주입되는 제1 개구부 및 표적시료 주입시 공기가 배출되는 제2 개구부가 형성되며, 탄성을 갖는 재질로 이루어진 접착층 및 상기 시험공간 내의 기판 면 위에 고정된 기준시료를 포함하는 바이오칩;Two substrates arranged in parallel, forming a test space into which the target sample is injected between the substrates, coupling the substrates, a first opening into which the target sample is injected, and a second opening through which air is discharged when the target sample is injected; A biochip including an adhesive layer formed of an elastic material and a reference sample fixed on the substrate surface in the test space; 상기 바이오칩이 장착되는 케이스; 및A case in which the biochip is mounted; And 압전물질을 포함하여 형성되며, 상기 바이오칩과 상기 케이스 사이에 배치되어 전기 인가시 상기 기판을 가압하는 압전층A piezoelectric layer is formed including a piezoelectric material and is disposed between the biochip and the case to pressurize the substrate upon application of electricity. 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고집적 다층구조 바이오칩.Highly integrated multilayer biochip comprising a. 적층된 2 이상의 단위 바이오칩; Stacked two or more unit biochips; 상기 단위 바이오칩이 장착되는 케이스; 및A case in which the unit biochip is mounted; And 압전물질을 포함하여 형성되며, 상기 단위 바이오칩의 사이 또는 상기 단위 바이오칩과 케이스 사이에 배치되어 전기 인가시 상기 단위 바이오칩을 가압하는 압전층을 포함하되,It is formed including a piezoelectric material, and disposed between the unit biochip or between the unit biochip and the case includes a piezoelectric layer for pressing the unit biochip when the electric is applied, 상기 단위 바이오칩은 The unit biochip 평행하게 배열된 2개의 기판들, 상기 기판들 사이에 표적시료가 주입되는 시험공간을 형성하며 상기 기판들을 결합시키고, 표적시료가 주입되는 제1 개구부 및 표적시료 주입시 공기가 배출되는 제2 개구부가 형성되며, 탄성을 갖는 재질로 이루어진 접착층 및 상기 시험공간 내의 기판 면 위에 고정된 기준시료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고집적 다층구조 바이오칩.Two substrates arranged in parallel, forming a test space into which the target sample is injected between the substrates, coupling the substrates, a first opening into which the target sample is injected, and a second opening through which air is discharged when the target sample is injected; Is formed, the highly integrated multilayer biochip, characterized in that it comprises an adhesive layer made of an elastic material and a reference sample fixed on the substrate surface in the test space.
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