KR100930859B1 - 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩과 이의제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법 - Google Patents

Abstract

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 하는데 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 생화학물질의 반응여부를 소형화가 가능한 전기신호로 검출할 수 있도록 하고, 여러 가지의 생화학물질의 반응여부를 동시에 그리고 실시간으로 검출하도록 하며, 바이오칩 또한 PDMS와 같은 폴리머를 이용한 몰딩방법을 통하여 대량생산이 가능하게 하는 동시에 생산비용을 최소화시키도록 하는데 있다.

또한, 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 하는데 있다.

마이크로 바이오칩, PDMS칩, 유리칩, 전극, 마이크로비드, 마이크로필터

Description

동시 다중면역 반응 측정을 위한 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}

본 발명은 면역반응 실험과 같은 생화학적 실험에 적용하여 사용하기 위한 동시 다중면역 반응 측정을 위한 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 동시 다중면역 반응 측정을 위한 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 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 생화학물질의 반응여부를 소형화가 가능한 전기신호로 검출할 수 있도록 하고, 여러 가지의 생화학물질의 반응여부를 동시에 그리고 실시간으로 검출하도록 하며, 바이오칩 또한 PDMS와 같은 폴리머를 이용한 몰딩방법을 통하여 대량생산이 가능하게 하는 동시에 생산비용을 최소화시키도록 하는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 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 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩과 이의 제조방법 및 이를 이용한 면역반응 여부를 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 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩은 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해 전극이 구비된 유리칩과, 상기 유리칩의 상부면에 면역반응의 여부를 검출하기 위해 특정항원에 반응하는 마이크로 비드를 주입할 수 있는 비드주입구와 마이크로 필터가 구비된 PDMS (Polydimethylsiloxane)칩이 일체화되어 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정할 수 있도록 이루어지되, 상기 유리칩에 구비된 전극은 4개의 어레이 형태로 이루어지고, 상기의 전극에는 반응여부를 전기적 신호로 용이하게 검출하기 위한 검출부가 각각 이루어지며, 상기 유리칩에 구비된 4개의 전극에는 검출부를 통해 검출된 전기신호를 외부장치와 연결하기 위한 연결패드와 각각 연결되고, 상기 PDMS칩은 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 상기 챔버의 전단부에 위치되어 시료를 주입하기 위한 시료주입구와, 상기 챔버의 후단부에 위치되어 반응된 시료를 배출하기 위한 시료배출구와, 상기 시료주입구와 시료배출구 사이에 비드주입구 와 마이크로 필터가 각각 위치되어 이루어지며, 상기 PDMS칩에 형성된 마이크로필터는 유리칩에 형성된 4개의 전극 각각 위에 고정시켜 이루어지고, 상기 유리칩의 상부면에 위치된 PDMS칩과의 일체화는 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리한 후에 상기 유리칩의 상부면에 PDMS칩이 접합되어 이루어지며, 상기 마이크로 비드는 생화학물질인 항원 또는 항체가 코팅되어 이루어지는 것이다.

또한, 본 발명인 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩의 제조방법은 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정하기 위해서, 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해 4개의 전극이 구비된 유리칩을 형성시키는 단계와; 면역반응의 여부를 검출하기 위해 생화학물질을 주입하는 시료주입구와 특정항원에 반응하는 마이크로 비드를 주입할 수 있는 비드주입구와 마이크로 필터가 각각 구비된 PDMS칩을 형성시키는 단계와; 상기에서 형성된 유리칩의 상부면에 PDMS칩을 접합시켜 일체화시키도록 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간 동안 처리하는 단계를 실행하는 것이다.

이때, 상기의 유리칩을 형성시키는 단계에서, 상기 PDMS칩에 구비된 마이크로 필터를 통과하는 시료가 전기신호 검출에 영향을 주지 못하도록 전극 위에 검출부를 제외한 부분을 산화막으로 증착시켜 실시되는 단계를 더 실행하게 된다.

또한, 본 발명인 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법은 PDMS칩에 형성된 마이크로필터와 항원 또는 항체가 코팅된 마이크로 비드를 이용하여 유리칩에 형성된 4개의 전극 위에 각각 고정시킨 다음 특이적인 항원이나 항체에 나노골드와 실버용액을 이용하여 면역반 응 여부를 4개의 전극을 통해 전기적인 신호로 검출하여 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정하도록 실행하는 것이다.

이에, 상기 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정하기 위해서, 상기 마이크로 바이오칩에 일차 항체가 코팅된 마이크로비드를 비드주입구를 통해 주입시켜 PDMS칩에 형성된 챔버의 중앙부에 위치하고 있는 마이크로필터에 의해 마이크로비드를 걸리게 하여 고정시키는 단계와; 상기의 마이크로비드가 고정된 챔버의 시료주입구를 통해 항원을 주입시키는 단계와; 상기에서 주입된 일차 항체가 항원과 특이적인 반응에 의해 마이크로비드의 표면에 고정된 항원은 나노골드 입자가 붙은 이차 항체와 다시 결합하게 되는 단계와; 상기의 나노골드 입자의 크기를 증폭시키기 위해 실버용액(silver enhancer)을 주입시키는 단계와; 상기에서 실버용액이 주입되면 마이크로비드의 표면에 항원과 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 단계와; 상기에서 형성된 전기적인 다리에 의해 양쪽 전극에서 측정되는 저항을 낮추는 역할하게 되고, 전기적인 연결에 의한 저항을 측정하여 면역반응 여부를 판별하게 되는 단계를 실행하게 된다.

이때, 상기 전기적인 연결에 의한 저항을 측정하여 면역반응 여부를 판별하게 되는 단계에서, 면역반응 여부를 실시간으로 판별하기 위해 유리칩에 구비된 연결패드와 연결된 외부장치인 검출장치를 통해 모니터링을 실시하는 단계를 더 실행하게 된다.

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 생화학물질의 반응여부를 소형화가 가능한 상태에서 전기신호로 검출할 수 있는 효과와, 4가지의 생화학물질의 반응여부를 동시에 그리고 실시간으로 검출할 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.

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 의해 실시하고 있는 마이크로 바이오칩의 실시 상태를 보여주는 사시 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따라 실시되는 유리칩과 PDMS칩이 접합된 마이크로 바이오칩의 구성을 설명하기 위한 단면 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, 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩(100)은 크게 유리칩(10)과 PDMS칩(20)으로 구성되는데, 상기 유리칩(10)은 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해 4개의 전극(11)이 각각 형성되어 있고, 상기의 전극(11)에는 전기적 신호로 검출하기 위한 검출부(12)가 구비되어 있는 것이다.

이에 따른, 상기 유리칩(10)에 구비된 4개의 전극(11)에는 검출부(12)를 통해 검출된 전기신호를 연결패드(13)에 연결된 외부장치인 외부검출장치(예를 들어 멀티미터)에 보내어 측정된 면역반응 여부를 실시간으로 모니터링할 수가 있는 것이다.

상기 PDMS칩(20)은 시료주입구(21)를 통해 생화학물질의 시료를 주입시킬 수가 있고, 상기 시료주입구(21)를 통해 주입된 시료는 챔버(22)에 담겨지게 되며, 또한 상기 챔버(22)에는 비드주입구(23)를 통해 주입되는 특정항원에 반응하는 마이크로 비드가 담겨지게 되는 것이다.

이때, 상기 챔버(22)의 중앙부에 위치되어 있는 마이크로필터(24)에 의해 상기 챔버(22)에 담겨져 있는 시료를 걸리게 하고, 이를 통해 면역반응 여부를 검출할 수 있도록 시료를 안정적으로 고정시킬 수 있는 것이다.

그리고, 상기 챔버(22)의 후단부에 위치되어 있는 시료배출구(25)를 통해 반응된 시료를 용이하게 배출시킬 수가 있는 것이다.

이에 따른, 상기 유리칩(10)의 상부면에 PDMS칩(20)이 일체화되어 있기에 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정할 수가 있는 것이다.

상기의 비드주입구(23)를 통해 주입되는 마이크로 비드는 생화학물질인 항원 또는 항체가 코팅되어 이루어진 것이다.

그리고, 상기의 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.

상기에서 설명한 동시 다중면역 반응 측정을 위한 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 시료주입구(21)와 시료배출구(25)를 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 도포시킨 후에 노광공정과 양성감광제의 레진 결합을 형성하고 현상시키게 된다.

이후, 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 PDMS칩에 구비된 마이크로 필터를 통과하는 시료가 전기신호 검출에 영향을 주지 못하도록 전극 위에 검출부를 제외한 부분을 산화막으로 증착시키게 되고, 상기에서 산화막을 증착시킨 후에 다시 양성감광제를 도포시키게 되며, 상기에서 도포시킨 후에 다시 노광공정과 양성감광제의 레진 결합을 형성하고 현상시키게 된다.

상기에서 노광 및 현상이 완료되면 산화막 식각을 실시한 다음 양성감광제를 제거시켜 최종적인 전극이 형성된 유리칩(10)이 완성되어 형성되는 것이다.

한편, 본 발명에 의해 실시하고자 하는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법은 PDMS칩(20)에 형성된 마이크로필터(24)와 항원 또는 항체가 코팅된 마이크로 비드를 이용하여 유리칩(10)에 형성된 4개의 전극(11) 위에 각각 고정시키고, 이때 특이적인 항원이나 항체에 나노골드와 실버용액을 이용하여 면역반응 여부를 4개의 전극을 통해 전기적인 신호로 검출하여 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정하도록 실행시키는 것이다.

이를 위해, 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 바이오칩(100)에 일차 항체와 같은 생화학물질이 코팅된 마이크로비드를 비드주입구(23) 를 통해 주입시켜 PDMS칩(20)에 형성된 챔버(22)의 중앙부에 위치하고 있는 마이크로필터(24)에 의해 마이크로비드를 걸리게 하여 고정시킨 다음 상기의 마이크로비드가 고정된 상태에서 시료주입구(21)를 통해 여러 항원이 섞여 있는 시료를 주입시키게 된다.

이때, 상기에서 여러 항원이 섞여 있는 시료를 주입하게 되면, 항원과 특이적인 반응을 하는 경우에 있어 마이크로비드의 표면에 있는일차 항체와 결합하여 마이크로비드의 표면에 남아있게 되나, 일차 항체와 비특이적인 반응을 하는 항원인 경우에는 일차 항체와 결합하지 못하고 마이크로비드의 표면에 남아있지 않게 된다.

이에, 본 발명에서는 상기에서 주입된 항원이 일차 항체와 특이적인 반응을 하는 경우에 마이크로비드의 표면에 고정된 항원은 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 항원과 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.

그리고, 상기 전기적인 연결에 의한 저항을 측정하여 면역반응 여부를 실시간으로 판별하기 위해 유리칩(10)에 구비된 연결패드(13)와 연결된 외부장치인 검출장치를 통해 모니터링을 실시할 수가 있는 것이다.

첨부도면 도 8은 바이오 마커의 특징을 나타낸 도표이고, 첨부도면 도 9는 본 발명인 마이크로 바이오칩을 이용하고 실제 암진단에 사용되는 바이오 마커를 이용하여 면역반응 여부를 실시간으로 전기적인 신호를 측정한 그래프를 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.

상기와 같이 실시되는 본 발명을 따를 때, 종래에 실시하고 있는 면역반응을 측정하는 방법은 주로 광학적인 검출방법을 채택하고 있지만 이런 검출 방법은 고가의 광학시스템이 요구되고 소형화를 이루는데 한계가 있고, 면역여부를 검출하기 위해 항원이나 항체를 고정화시키는데 어려움이 있으며, 또한 고정화를 시키는데 부가적인 장치가 필요할 뿐만 아니라 한가지의 면역반응을 검출하는 마이크로바이오칩이 대부분인데 반하여, 본 발명은 우선 재료에서 생화학적으로 안정하고 광학적인 특성이 뛰어난 PDMS칩과 유리칩을 이용하여 4가지의 서로 다른 면역반응 여부를 동시에 실시간으로 모니터링할 수 있는 것이다.

이에, 종래의 실시되었던 면역실험에 비해 시료의 양이 적게 소모되는 동시에 실험이 기존 보다 빠르게 측정할 수 있으며, 칩상에서 마이크로 필터라는 구조적인 형태와 마이크로 비드를 이용하여 기존의 방법보다 쉽고 간단하게 고정화를 시킬 수 있고, 반응여부를 판별하기 위해 레이저를 이용한 광학검출장비와 같은 대형 검출시스템이 요구되지 않아 시중에서 쉽고 값싸게 구입할 수 있는 멀티미터로 측정이 가능하고 소형화할 수 있으며, 또한 한 번에 최대 4가지의 다른 면역반응을 동시에 검출할 수 있는 동시에 실시간으로 모니터링할 수 있고, PDMS와 같은 폴리머를 이용한 몰딩방법을 통하여 대량생산이 가능하여 전체적인 가격적인 측면에서도 경쟁력을 확보할 수가 있는 것이다.

마지막으로, 본 발명을 실시하고 있는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 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 한정되는 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.

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 의해 실시하고 있는 마이크로 바이오칩의 실시 상태를 보여주는 사시 예시도,

도 4는 본 발명에 따라 실시되는 유리칩과 PDMS칩이 접합된 마이크로 바이오칩의 구성을 설명하기 위한 단면 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 바이오 마커의 특징을 나타낸 도표,

도 9는 본 발명인 마이크로 바이오칩을 이용하고 실제 암진단에 사용되는 바이오 마커를 이용하여 면역반응 여부를 실시간으로 전기적인신호를 측정한 그래프.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10:유리칩 11:전극 20:PDMS칩

24 : 마이크로필터 25:시료배출구 100:마이크로 바이오칩

Claims (13)

1. 마이크로 바이오칩에 있어서,

   면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해 전극이 구비된 유리칩과, 상기 유리칩의 상부면에 면역반응의 여부를 검출하기 위해 특정항원에 반응하는 마이크로 비드를 주입할 수 있는 비드주입구와 마이크로 필터가 구비된 PDMS칩이 일체화되어 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정할 수 있도록 이루어지되,

   상기 유리칩에 구비된 전극은 4개의 어레이 형태로 이루어지고, 상기의 전극에는 반응여부를 전기적 신호로 용이하게 검출하기 위한 검출부가 각각 이루어지며, 상기 유리칩에 구비된 4개의 전극에는 검출부를 통해 검출된 전기신호를 외부장치와 연결하기 위한 연결패드와 각각 연결되고,

   상기 PDMS칩은 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 상기 챔버의 전단부에 위치되어 시료를 주입하기 위한 시료주입구와, 상기 챔버의 후단부에 위치되어 반응된 시료를 배출하기 위한 시료배출구와, 상기 시료주입구와 시료배출구 사이에 비드주입구와 마이크로 필터가 각각 위치되어 이루어지며,

   상기 PDMS칩에 형성된 마이크로필터는 유리칩에 형성된 4개의 전극 각각 위에 고정시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩.
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8. 마이크로 바이오칩에 있어서,

   면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위해 전극이 구비된 유리칩과, 상기 유리칩의 상부면에 면역반응의 여부를 검출하기 위해 특정항원에 반응하는 마이크로 비드를 주입할 수 있는 비드주입구와 마이크로 필터가 구비된 PDMS칩이 일체화되어 4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정할 수 있도록 이루어지되,

   상기 유리칩에 구비된 전극은 4개의 어레이 형태로 이루어지고, 상기의 전극에는 반응여부를 전기적 신호로 용이하게 검출하기 위한 검출부가 각각 이루어지며, 상기 유리칩에 구비된 4개의 전극에는 검출부를 통해 검출된 전기신호를 외부장치와 연결하기 위한 연결패드와 각각 연결되고,

   상기 PDMS칩은 생화학물질이 주입되어 담겨지는 챔버와, 상기 챔버의 전단부에 위치되어 시료를 주입하기 위한 시료주입구와, 상기 챔버의 후단부에 위치되어 반응된 시료를 배출하기 위한 시료배출구와, 상기 시료주입구와 시료배출구 사이에 비드주입구와 마이크로 필터가 각각 위치되어 이루어지며,

   상기 PDMS칩에 형성된 마이크로필터는 유리칩에 형성된 4개의 전극 각각 위에 고정시켜 이루어지고, 상기 유리칩의 상부면에 위치된 PDMS칩과의 일체화는 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리한 후에 상기 유리칩의 상부면에 PDMS칩이 접합되어 이루어지며, 상기 마이크로 비드는 생화학물질인 항원 또는 항체가 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩.
9. 마이크로 바이오칩을 제조하는 방법에 있어서,

   4가지 면역반응을 동시에 실시간으로 측정하기 위해서, 면역반응의 여부를 전기적 신호로 검출하기 위한 4개의 전극이 구비된 유리칩을 형성하는 단계;

   면역반응의 여부를 검출하기 위해 시료를 주입하는 시료주입구, 반응된 시료를 배출하는 시료배출구, 특정항원에 반응하는 마이크로 비드를 주입할 수 있는 비드주입구, 및 마이크로 필터가 각각 구비된 PDMS칩을 형성하는 단계; 및

   상기에서 제조된 유리칩과 PDMS칩를 산소 플라즈마로 일정 전력에서 일정 시간동안 처리하여 이들을 접합하여 일체화하는 단계를 포함하고,

   이때 상기 PDMS칩에 형성된 마이크로필터가 유리칩에 형성된 4개의 전극 각각 위에 배치되고, 상기 일체화에 의해 마이크로 바이오칩 내 면역반응이 이루어지는 챔버가 형성되는 것을 특징으로 하는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩의 제조방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기의 유리칩을 형성시키는 단계에서,

    상기 PDMS칩에 구비된 마이크로 필터를 통과하는 시료가 전기신호 검출에 영향을 주지 못하도록 전극 위에 검출부를 제외한 부분을 산화막으로 증착시켜 실시되는 단계를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩의 제조방법.
11. 삭제
12. 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법에 있어서,

    4개의 전극이 형성된 유리칩과 비드주입구, 시료 주입구, 시료 배출구 및 마이크로필터가 형성된 PDMS칩이 결합되고, 이들 칩의 결합에 의해 내부에 면역반응을 수행하는 챔버가 형성된 마이크로 바이오칩을 제공하는 단계;

    상기 비드주입구를 통해 챔버로 일차 항체가 코팅된 마이크로비드를 주입시켜 마이크로필터에 의해 상기 마이크로비드를 고정하는 단계;

    상기 시료주입구를 통해 여러 항원이 섞여 있는 시료를 주입하여 상기 일차 항체와 항원-항체 반응을 수행하는 단계;

    상기 시료주입구를 통해 이차 항체가 결합된 나노골드를 주입하여 이전 단계에서 일차 항체와 항원-항체 연결된 항원과 이차 항체와의 항원-항체 반응을 수행하는 단계;

    상기 나노골드 입자의 크기를 증폭시키기 위해 챔버 내로 실버용액(silver enhancer)을 주입하는 단계;

    상기 주입된 실버용액에 의해 크기가 증가된 나노골드 입자가 서로 연결되고 이에 의해 마이크로비드끼리 연결되어 전극과 전극 사이를 연결하는 전기적인 다리를 형성하는 단계; 및

    상기에서 형성된 전기적인 다리에 따른 저항 변화를 유리칩 상에 형성된 4개의 전극으로 측정하여 면역반응 여부를 판별하는 단계;

    를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 전기적인 연결에 의한 저항을 측정하여 면역반응 여부를 판별하게 되는 단계에서,

    면역반응 여부를 실시간으로 판별하기 위해 유리칩에 구비된 연결패드와 연결된 외부장치인 검출장치를 통해 모니터링을 실시하는 단계를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 동시 다중면역 반응 측정을 위한 마이크로 바이오칩을 이용한 면역반응 여부를 검출하는 방법.

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