KR100948703B1 - 생체유체의 반응 온도 측정 방법, 이를 이용한마이크로칼로리미터 및 마이크로칼로리미터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

생체유체의 반응 온도 측정 방법에 있어서, 서로 분리된 상태로 제1생체유체 및 제2생체유체를 유입시킨다. 상기 유입된 제2생체유체를 분기시켜, 상기 분기된 제2생체유체의 일부는 상기 제1생체유체의 유동에 합류시켜 상기 제1생체유체와 혼합하여 반응하도록 하고 상기 분기된 제2생체유체의 다른 일부는 계속 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하도록 한다. 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체의 혼합 유동과 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하는 상기 제2생체유체와의 온도차를 열전대로 측정한다.

Description

생체유체의 반응 온도 측정 방법, 이를 이용한 마이크로칼로리미터 및 마이크로칼로리미터의 제조방법 {METHOD OF MEASURING REACTION TEMPERATURE OF BIO FLUIDS, MICROCALORIMETER USING THE SAME AND METHOD OF MANUFACTURING THE MICROCALORIMETER}

본 발명은 생체유체의 반응 온도 측정 방법, 이를 이용한 마이크로칼로리미터, 마이크로칼로리미터의 제조방법, 생체유체의 반응 온도 측정 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 온도차를 측정하는 열전대의 배치를 새롭게 설계하여 추가적인 온도 제어 시스템의 필요 없이 정확한 생체유체 간의 반응열을 측정할 수 있도록 하며, 생체유체가 공급되는 유로 내에 구조물을 설치하여 생체유체의 혼합을 확산에 의하는 경우보다 원활하고 빠르게 얻을 수 있도록 하는 생체유체의 반응 온도 측정 방법, 이를 이용한 마이크로칼로리미터, 마이크로칼로리미터의 제조방법, 생체유체의 반응 온도 측정 시스템에 관한 것이다.

마이크로칼로리미터는 서로 다른 생체시료의 반응열을 측정하는 장비로써, 생체시료를 유입하여 혼합시켜 반응시키고 그 열을 측정하는 방식으로 작동된다.

기존의 마이크로칼로리미터는 서로 다른 생체시료 간의 반응을 얻기 위해, 넓고(>1mm) 길이가 긴(>50mm) 채널 내에서 자연적인 시료의 섞임 현상(확산)을 이용한다. 이는 많은 양의 시료를 필요로 하며 반응에 걸리는 시간이 매우 길다는 단점을 갖는다.

또한 외부 대기환경의 온도가 반응열을 측정하는데 영향을 줄 수 있기 때문에, 정확한 시료 간의 반응열을 측정하기 위해 추가적인 외부의 온도 제어 시스템을 필요로 한다. 이는 마이크로칼로리미터의 사용 용이성 및 이동성을 크게 떨어뜨린다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 추가적인 온도제어 시스템 없이 외부 환경의 영향을 받지 않고 정확한 반응열을 측정할 수 있으며, 반응시키기 위한 생체 유체들의 혼합을 촉진시킬 수 있는 생체 유체의 반응 온도 측정방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 상기된 생체유체의 반응 온도 측정방법에 적합한 마이크로칼로리미터를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 상기된 마이크로칼로리미터의 제조 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 상기된 마이크로칼로리미터를 이용한 생체 유체 반응 온도 측정 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 생체유체의 반응 온도 측정 방법에 있어서, 서로 분리된 상태로 제1생체유체 및 제2생체유체를 유입시킨다. 상기 유입된 제2생체유체를 분기시켜, 상기 분기된 제2생체유체의 일부는 상기 제1생체유체의 유동에 합류시켜 상기 제1생체유체와 혼합하여 반응하도록 하고 상기 분기된 제2생체유체의 다른 일부는 계속 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하도록 한다. 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체의 혼합 유동과 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하는 상기 제2생체유체와의 온도차를 측정한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분기된 제2생체유체의 유동의 일부를 상기 제1생체유체의 유동으로 합류시에 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체 간의 혼합에 의한 반응을 촉진하기 위하여 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 그 진행방향에 대하여 회전시키면서 혼합시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체의 혼합 유동과 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하는 상기 제2생체유체의 유동의 다른 일부와의 온도차의 측정은 복수 회에 걸쳐서 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 온도차의 측정은 열전대(thermopile)에 의한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 분리된 상태로 유입된 제1생체유체 및 제2생체유체의 온도차를 측정하는 단계를 더 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 마이크로칼로리미터는 기판, 상기 기판의 상부면에 형성되며 두 연결지점 사이의 온도차를 측정하기 위한 다수의 열전대(thermopile)들 및 상기 기판 및 상기 다수의 열전대들 상에 형성되며, 제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 포함하며, 상기 다수의 열전대 중 일부는 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 연결되고, 상기 다수의 열전대 중 다른 일부는 상기 제 5유로 및 상기 제4유로에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제5유로는 내부에 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체의 혼합을 촉진하기 위한 다수의 구조물들을 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 구조물들이 연장되는 방향과 상기 제5 유로의 진행방향이 이루는 각은 예각이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 마이크로 칼로리미터의 제조 방법에 있어서, 기판에 보호막 및 절연막을 형성한다. 상기 기판의 하부면의 일부를 식각한다. 상기 기판의 상부면에 접착층을 형성한다. 상기 접착층의 상부면에 제1배선층을 형성한다. 상기 제1배선층을 식각하여 제1배선층 패턴을 형성한다. 상기 기판의 상부면에 제2배선층을 형성한다. 상기 제2배선층을 식각하여 제2배선층 패턴을 형성함으로써 상기 제1배선층 패턴 및 상기 제2배선층 패턴으로 이루어지는 열전대(thermopile)들을 형성한다. 제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 형성한다. 상기 기판의 상부면에 상기 폴리머 패턴을 적층한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제 4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 형성하는 단계는 웨이퍼의 상부면에 제1감광층을 형성한다. 상기 제1감광층을 상기 제1유로, 제2유로, 제3유로, 제4유로 및 제5유로의 형상대로 노광(exposure)한다. 상기 제1감광층의 상부면에 제2감광층을 형성한다. 상기 제2감광층을 노광(exposure)한다. 상기 제1감광층 및 상기 제2감광층을 현상(develop)하여 감광층 패턴을 형성한다. 상기 웨이퍼의 상부면에 폴리머 패턴을 형성한다. 상기 웨이퍼로부터 상기 폴리머 패턴을 분리한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 생체유체 반응 온도 측정 시스템은 기판, 상기 기판의 상부면에 형성되며 두 연결지점 사이의 온도차를 측정하기 위한 다수의 열전대(thermopile)들 및 상기 기판 및 상기 다수의 열전대들 상에 형성되며, 제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 포함하며, 상기 다수의 열전대 중 일부는 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 연결되고, 상기 다수의 열전대 중 다른 일부는 상기 제5유로 및 상기 제4유로에 연결되고, 상기 제5유로는 내부에 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체의 혼합을 촉진하기 위한 다수의 구조물들을 포함하고 상기 다수의 구조물들이 연장되는 방향과 상기 제5유로가 이루는 각은 예각인 마 이크로칼로리미터, 상기 마이크로칼로리미터로 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 공급하기 위하여 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 각각 연결되는 생체유체공급부, 상기 다수의 열전대들에 의한 온도측정결과를 분석하기 위해 상기 다수의 열전대들에 연결되는 분석부 및 상기 마이크로칼로리미터로부터 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 배출시키기 위하여 상기 제4유로 및 상기 제5유로에 각각 연결되는 생체유체배출부를 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열전대에 의한 온도 측정이 생체유체가 반응하기 전에도 이루어지며, 혼합되어 반응이 일어나는 유동과는 별도로 기준이 되는 유동이 존재하기 때문에 상기 두 유동간의 온도차를 측정하면 별도의 추가적인 온도 제어 장치 없이도 외부 환경에 의한 영향을 제거하여 정확한 반응열을 측정할 수 있다.

또한 본 발명은 반응이 일어나는 유로 내에 요철과 같은 형태의 구조물(micromixer)들을 설치하여 유로 내에서 생체 시료의 회전 와류를 형성할 수 있기 때문에 시료 간의 혼합에 있어서 기존의 확산에만 의존한 방법에 비해 혼합 시간을 크게 단축시키며, 사용 시료의 양을 줄일 수 있고, 충분한 혼합에 필요한 채널의 길이를 줄일 수 있다.

따라서 본 발명에 따라 제작된 마이크로칼로리미터는 유로내의 구조물들(micromixer)을 이용하여 빠르게 시료를 혼합시킬 수 있으며, 극소량의 생체시료를 사용하여 정확한 반응열을 측정할 수 있도록 한다. 이러한 특징을 기반으로, 진 단 및 시료검색을 위한 응용연구 분야를 비롯해서 화학, 생화학, 바이오 등의 기초 학문 분야에서도 다양한 시료 반응열 측정에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 추가적인 온도 제어 시스템이 없이도 정확한 반응열 측정이 가능하다는 장점으로 인해 진단 센서로서의 이동성 및 범용성을 크게 증진시킬 수 있으며, 실제 의료, 진단의 목적으로 사용될 시 진단의 정확성 및 용이성을 확보할 수 있도록 한다. 이러한 장점을 토대로 차후 의료 진단용 센서로서의 다양한 수요가 예상되며, 이에 기반하여 상용화도 가능할 것이다.

예를 들면, 본 발명에서 제안하는 마이크로칼로리미터는 차후 신약개발에 있어서 적용되는 각종 유도물질에 대한 약물검색시스템에 응용될 수 있으며, 특히 암세포와 반응하는 특정 단백질의 검출을 이용한 암의 조기진단에 응용될 수 있다. 이러한 응용 가능성을 기반으로 다양한 수요가 예상되며, 이에 기반한 상용화 연구가 정부기관, 의료기관 및 제약회사 등을 통해 실현될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 막, 영역, 패드 또는 패턴들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 기판, 각 막, 영역 또는 패드들의 "상에", "상부에" 또는 "상부면"에 형성되 는 것으로 언급되는 경우에는 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 직접 기판, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 막, 다른 영역, 다른 패드 또는 다른 패턴들이 기판 상에 추가적으로 형성되는 것을 의미한다. 또한, 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들이 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"는 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 생체 유체의 반응 온도 측정 방법, 이를 수행하기 위한 마이크로칼로리미터 및 마이크로칼로리미터의 제조방법, 이를 이용한 생체유체 반응온도 측정 시스템을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

생체유체의 반응 온도 측정 방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 유체의 반응 온도 측정 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 생체 유체의 반응 온도 측정 방법을 수행하기 위한 마이크로칼로리미터(100)는 제1유로(110), 제2유로(120), 제3유로(130), 제4유로(140), 제5유로(150), 제1열전대(200), 제2열전대(210), 제3열전대(220), 제4열전대(230)를 포함한다.

제1유로(110)와 제2유로(120)는 서로 분리되어 각각 제1생체유체 및 제2생체유체를 유입시킨다.

제2유로(120)는 제3유로(130) 및 제4유로(140)로 분기되며, 제3유로(130)는 제1유로(110) 및 제5유로(150)에 연결된다.

제1열전대(200)는 제1유로(110) 및 제2유로(120)에 설치되며, 제2열전대(210), 제3열전대(220) 및 제4열전대(230)는 제4유로(140) 및 제5유로(150)에 설치된다.

상기 열전대들의 개수는 반드시 4개일 필요는 없으며, 개수가 달라지더라도 제1유로(110)와 제2유로(120)의 사이, 제4유로(140)와 제5유로(150)의 사이에 각각 설치되기만 한다면 본 발명의 기술적 사상을 충족시키는 범위 내에 있음을 당업자라면 쉽게 알 수 있다.

본 발명에 따른 생체유체의 반응 온도를 측정하기 위하여, 반응시킬 제1생체유체 및 제2생체유체를 각각 제1유로(110) 및 제2유로(120)로 유입시킨다. 일 실시예로서, 제1열전대(200)에 의해 분리된 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체의 온도차를 측정할 수 있다.

상기 제1생체유체 및 제2생체유체는 반응시 포함된 열량이 변화하는 것이면 어떠한 것이라도 될 수 있으며, 일례로서 동물의 혈액, 세포액, 검사 약물 등일 수 있다.

제2유로(120)를 통하여 유입된 상기 제2생체유체는 분기하며, 상기 분기된 제2생체유체의 일부는 제3유로(130)를 따라 제5유로(150)로 유입되고 상기 분기된 제2생체유체의 다른 일부는 제4유로(140)를 따라 상기 제1생체유체와 분리된 상태에서 계속 유동한다.

이 때, 제5유로(150)에는 제1유로(110)로부터 유입된 상기 제1생체유체 및 제3유로(130)로부터 유입된 상기 제2생체유체가 함께 흐르게 되어 혼합되며 반응하게 된다. 일 실시예로서, 상기 혼합시에 반응을 촉진하기 위하여 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체는 제5유로(150) 내에서 진행방향에 대해서 나선형으로 회전시키면서 혼합될 수 있다. 상기 회전은 제5유로(150) 내에 포함된 다수의 구조물들에 의할 수 있으며, 상기 다수의 구조물들에 의해 회전이 발생하는 원리는 도 5에서 더 상세히 설명하기로 한다.

제2열전대(210), 제3열전대(220) 및 제4열전대(230)에 의하여 제4유로(140)를 흐르는 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체의 혼합 유동과 상기 제5유로(150)를 흐르는 상기 제2생체유체와의 온도차를 측정한다.

상기 온도차의 측정은 반드시 복수회일 필요는 없으며, 반드시 열전대에 의하지 않더라도 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체의 혼합 유동과 상기 제2생체유체의 온도차가 측정될 수 있는 수단에 의해 온도차가 측정될 수 있다면 본 발명의 기술적 사상을 충족하는 것임을 알 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 생체 유체의 반응 온도 측정 방법을 더 구체적으로 설명한다.

방법 1 : 제1생체유체를 제1유로(110)를 통해 흘려 보낸다. 상기 제1생체유체를 계속 공급하는 상태에서 전체 열전대들(200, 210, 220, 230)이 steady 상태에 도달한 후(신호가 0V), 제2생체유체를 제2유로(120)를 통해 공급한다. 제4유로(140)에는 제2생체유체만 흐르고, 제5유로(150)에서는 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체가 서로 섞이며 반응열을 발생시킨다. 이 경우 제4유로(140)에서는 공급해 주는 상기 제2생체유체의 온도가 기준 온도로 역할을 한다. 그렇기 때문에 열전대들(210, 220, 230)을 통해 측정되는 제4유로(140)과 제5유로(150)의 온도차는 두 생체유체 간의 순수한 반응열에 의한 온도 상승 값이라 할 수 있다. 즉 제4유로(140)에서는 공급해 주는 상기 제2생체유체의 온도가 기준 온도로 역할을 하기 때문에, 외부 환경에 의한 온도 변화에 영향 받지 않고 반응열을 측정할 수 있다.

방법 2 : 제1생체유체를 제1유로(110)로 공급하며, steady 상태에 도달하지 않은 상태에서 제2생체유체를 제2유로(120)로 공급한다. 이 경우 공급하는 각각의 생체유체가 갖는 온도 값의 영향으로 열전대들(210, 220, 230)에서 측정되는 신호는 순수한 반응열에 의한 온도 상승 값이라 할 수 없다. 그러나 제1열전대(200)에서는 공급하는 각각의 생체유체의 온도 차를 측정하기 때문에, 열전대들(210, 220, 230)에서 각각 측정된 온도 차 값에서 열전대(200)에서 측정 된 값을 차감한 값이 순수한 반응열이라 볼 수 있다. 즉 반응이 일어나기 전에도 제1열전대(200)에 의해 온도차가 측정되기 때문에, steady 상태에 도달하지 않은 경우라도 외부 환경에 의한 온도 변화에 영향받지 않고 반응열을 측정할 수 있다.

마이크로칼로리미터

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로칼로리미터를 나타내는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 마이크로칼로리미터(100)는 기판(400), 다수의 열전대들(200, 210, 220) 및 폴리머패턴(300)을 포함한다.

기판(400)은 다수의 열전대들(200, 210, 220) 및 폴리머패턴(300)을 지지한다. 기판(400)은 미세한 반응열이 열전도도가 높은 실리콘을 통해 측면으로 손실되지 않도록 두께가 감소된 영역인 열 배출부(410)를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 기판(400)은 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)와 실리콘 질화물(silicon nitride) 박막이 증착된 실리콘 웨이퍼일 수 있다.

기판(400)의 상부면에는 다수의 열전대들(200, 210, 220)이 형성된다. 일 실시예로서 다수의 열전대들(200, 210, 220) 각각은 두 종류의 금속으로 구성되거나, BF+ 이온이 주입된 폴리실리콘과 알루미늄으로 구성될 수 있다.

폴리머패턴(300)은 기판(400) 및 다수의 열전대들(200, 210, 220)의 상부에 형성되며, 폴리머패턴(300)의 내부에는 제1유로(미도시), 제2유로(미도시), 제3유로(미도시), 제4유로(140), 제5유로(150)가 정의되어 있다.

상기 제1유로(미도시), 제2유로(미도시), 제3유로(미도시), 제4유로(140), 제5유로(150)의 연결관계 및 다수의 열전대들(200, 210, 220)의 배치관계는 도 1에서 설명한 바와 같으므로 반복되는 설명은 생략한다.

일 실시예로서, 제5유로(150) 내에는 제5유로(150)를 흐르는 유체들의 혼합을 촉진하기 위해 요철을 형성하는 다수의 구조물들(152)이 포함될 수 있다. 다수 의 구조물들(152)이 연장되는 방향과 제5유로(150)의 진행방향이 이루는 각은 예각일 수 있다. 다수의 구조물들(152)이 연장되는 방향과 제5유로(150)의 진행방향이 이루는 각이 예각이기 때문에, 제5유로(150) 내에서 진행하는 유체는 진행방향에 대하여 횡방향 압력을 받게 되고 결과적으로 진행방향에 대하여 나선운동을 하게 되기 때문에 내부에서 흐르는 유체의 혼합이 촉진되게 된다. 한편, 도 2에서는 다수의 구조물들(152)이 제5유로(150)의 상부면에 형성되어 있으나, 반드시 상부면일 필요는 없으며 다른 면에 형성될 수도 있다. 또한, 반드시 예각을 이루는 사선 모양이 아닐 수도 있으며 예를 들어 가운데가 패인 V자 형태, 서로 분리된 두 개 이상의 사각형 벽 형태 등일 수도 있다.

마이크로칼로리미터의 제조방법

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로칼로미터에 사용되기 위한 폴리머패턴의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 3의 좌측 상단을 참조하면, 실리콘 웨이퍼(500)의 상부면에 제1감광층(510)을 형성한 다음, 마스크를 이용하여 제1유로(미도시) 내지 제5유로(미도시)의 형상대로 노광한다. 상기 노광후 PEB(Post Exposure Bake) 단계를 거친다. 일 실시예로서, 상기 제1감광층(510)은 SU-8 2050일 수 있으며, 상기 제1감광층(510)의 두께는 70μm일 수 있고 상기 노광은 UV에 의하여 이루어질 수 있다.

도 3의 좌측 중단을 참조하면, 제1감광층(510)의 상부면에 제2감광층(520)을 형성한 다음, 마스크를 이용하여 다수의 구조물들(미도시)의 형상대로 노광한다. 상기 노광후 PEB(Post Exposure Bake) 단계를 거친다. 일 실시예로서, 상기 제2감광층(520)은 SU-8 2050일 수 있으며, 상기 제2감광층(520)의 두께는 30μm일 수 있고 상기 노광은 UV에 의하여 이루어질 수 있다.

도 3의 좌측 하단을 참조하면, 제1감광층(510) 및 제2감광층(520)을 현상(develop)하여 감광층 패턴(530)을 형성한다.

도 3의 우측 상단을 참조하면, 웨이퍼(500)의 상부면에 폴리머 패턴(300)을 형성한다. 일 실시예로서 폴리머 패턴(300)은 PDMS를 붓고 가열하여 굳혀 형성될 수 있다.

도 3의 우측 하단을 참조하면, 웨이퍼(500) 및 감광층 패턴(530)으로부터 폴리머 패턴(300)을 분리한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로칼로리미터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 4의 좌측 첫 번째 그림을 참조하면, 기판(400)의 상부면에 보호막(602) 및 절연막(604)을 형성한다. 일 실시예로서, 기판(400)은 실리콘 웨이퍼일 수 있고, 보호막(602)은 벌크 에칭에 대하여 기판(400)을 보호하기 위해 실리콘 질화막일 수 있으며, 절연막(604)은 전기적으로 절연시키기 위하여 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)일 수 있다. 보호막(602) 및 절연막(604)의 형성은 화학 기상 증착(CVD)에 의할 수 있다.

도 4의 좌측 두 번째 그림을 참조하면, 기판(400)의 하부면에 형성된 보호 막(602) 및 절연막(604)의 일부를 제거한다. 일 실시예로서, 상기 제거는 RIE(Reactive Ion Etching) 기술에 의할 수 있다.

도 4의 좌측 세 번째 그림을 참조하면, 기판(400)의 하부면의 일부를 식각하여 열 배출부(410)를 형성한다. 열 배출부(410)는 미세한 반응열이 열전도도가 높은 실리콘을 통해 측면으로 손실되지 않도록 하기 위한 것이다. 일 실시예로서, 상기 식각은 수산화칼륨(KOH) 용액에 의한 벌크 에칭일 수 있으며, 두께는 400-450μm이고 폭은 800μm일 수 있다.

도 4의 좌측 네 번째 그림을 참조하면, 기판(400)의 상부면에 접착층(702)을 형성하고, 접착층(702)의 상부면에 제1배선층(700)을 형성한다. 일 실시예로서, 접착층(702)은 500μm 두께의 티타늄일 수 있으며, 제1배선층(700)은 3000μm 두께의 폴리실리콘, 금속 등일 수 있다.

도 4의 좌측 다섯번째 그림을 참조하면, 제1배선층(700)에 이온을 주입한다. 일 실시예로서, 제1배선층(700)에 주입되는 상기 이온은 BF+이온일 수 있으며, 5E15의 밀도로 주입될 수 있다. 다만, 이는 재1배선층(700)이 폴리실리콘일 경우에 해당하는 것이며, 금속일 경우에는 상기 이온을 주입하는 과정이 필요없으므로 생략되더라도 여전히 본 발명의 기술적 사상을 충족하는 것임을 당업자라면 쉽게 알 수 있다.

도 4의 우측 첫 번째 그림을 참조하면, 제1배선층(700)을 식각하여 제1배선층 패턴(710)을 형성한다. 상기 식각은 RIE(Reactive Ion Etching) 기술에 의할 수 있다.

도 4의 우측 두 번째 그림을 참조하면, 기판(400)의 상부면에 제2배선층(800)을 형성한다. 제2배선층(800)은 금속을 포함한다. 일 실시예로서, 제2배선층(800)은 알루미늄을 스퍼터링에 의하여 5000μm 정도로 증착하여 형성될 수 있다.

도 4의 우측 세 번째 그림을 참조하면, 제2배선층(800)을 식각하여 제2배선층 패턴(810)을 형성한다. 상기 식각은 RIE(Reactive Ion Etching) 기술에 의할 수 있다. 이에 따라, 제1배선층 패턴(710) 및 제2배선층 패턴(810)을 포함하는 열전대(200)가 형성된다.

도 4의 우측 네 번째 그림을 참조하면, 도 3의 방법을 따라 제작된 폴리머 패턴(300)을 기판(400)의 상부면에 적층한다. 폴리머패턴(300)은 기판(400) 및 열전대(200)의 상부에 적층되며, 폴리머패턴(300)의 내부에는 제1유로(미도시) 내지 제5유로(미도시)가 정의되어 있다. 일 실시예로서, 폴리머패턴(300)과 열전대(200)의 결합은 플라즈마 본딩(plasma bonding)기술에 의할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 패턴의 제5유로 내에 유체의 흐름을 보여주는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제5유로(150)는 내부에 요철을 형성하는 다수의 구조물들(152)을 포함한다. 일 실시예로서, 다수의 구조물들(152)이 연장되는 방향과 제5유로(150)의 진행방향이 이루는 각은 예각일 수 있다. 다수의 구조물들(152)이 연장되는 방향과 제5유로(150)의 진행방향이 이루는 각이 예각이기 때문에, 제5유 로(150) 내에서 진행하는 유체는 진행방향에 대하여 횡방향 압력을 받게 되고 결과적으로 진행방향에 대하여 나선운동을 하게 되기 때문에 내부에서 흐르는 유체의 혼합이 촉진되게 된다. 다수의 구조물들(152)은 반드시 예각을 이루는 사선 모양이 아닐 수도 있으며 예를 들어 가운데가 패인 V자 형태, 서로 분리된 두 개 이상의 사각형 벽 형태 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉, 진행방향에 대하여 횡방향으로 압력을 주어 유체가 나선형으로 진행할 수 있게 하는 형태이면 어떠한 형태라도 본 발명의 기술적 사상을 충족하는 것임을 당업자라면 쉽게 알 수 있다.

따라서 제1유로(110) 및 제3유로(130)로 각각 유입된 제1생체유체 및 제2생체유체가 제5유로(150)를 지날 때 다수의 구조물들(152)에 의해 나선형으로 회전하면서 진행하게 되며, 따라서 혼합이 촉진되게 된다.

도 5의 사진들은 유체의 흐름이 증가됨에 따라 와류의 정도가 증가하여 혼합이 더 촉진됨을 보여준다.

생체유체 반응 온도 측정 시스템

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 생체유체 반응 온도 측정 시스템을 나타내는 블록도이다.

생체유체 반응 온도 측정 시스템은 마이크로칼로리미터(100), 생체유체공급부(910), 생체유체배출부(920), 분석부(930)를 포함한다.

마이크로칼로리미터(100)는 기판, 다수의 열전대들, 제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 포함한다. 상기 다수의 열전대 중 일부는 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 연결되고, 상기 다수의 열전대 중 다른 일부는 상기 제5유로 및 상기 제4유로에 연결되고, 상기 제5유로는 내부에 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체의 혼합을 촉진하기 위한 다수의 구조물들을 포함하고 상기 다수의 구조물들이 연장되는 방향과 상기 제5유로가 이루는 각은 예각일 수 있다. 마이크로칼로리미터(100)의 구성요소들에 대한 상세한 설명은 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 동일하므로, 반복되는 설명은 생략한다.

생체유체공급부(910)는 상기 마이크로칼로리미터로 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 공급하기 위하여 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 각각 연결된다. 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체는 반응시 포함된 열량이 변화하는 것이면 어떠한 것이라도 될 수 있으며, 일례로서 동물의 혈액, 세포액, 검사 약물 등일 수 있다.

생체유체배출부(920)는 상기 마이크로칼로리미터로부터 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 배출시키기 위하여 상기 제4유로 및 상기 제5유로에 각각 연결된다.

분석부(930)는 상기 다수의 열전대들에 의한 온도측정결과를 분석하기 위해 상기 다수의 열전대들에 연결된다.

본 발명에 따른 생체 유체 반응 온도 측정 시스템은 차후 신약개발에 있어서 적용되는 각종 유도물질에 대한 약물검색시스템에 응용될 수 있으며, 특히 암세포와 반응하는 특정 단백질의 검출을 이용한 암의 조기진단에 응용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 유체의 반응 온도 측정 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로칼로리미터를 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로칼로미터에 사용되기 위한 폴리머패턴의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로칼로리미터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 패턴의 제5유로 내의 유체의 흐름을 보여주는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 생체유체 반응 온도 측정 시스템을 나타내는 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 마이크로칼로리미터 110 : 제1유로

120 : 제2유로 130 : 제3유로

140 : 제4유로 150 : 제5유로

200 : 제1 열전대 210 : 제2 열전대

220 : 제3 열전대 230 : 제4 열전대

Claims (9)

1. 서로 분리된 상태로 제1생체유체 및 제2생체유체를 유입시키는 단계;

   상기 유입된 제2생체유체를 분기시켜, 상기 분기된 제2생체유체의 일부는 상기 제1생체유체의 유동에 합류시켜 상기 제1생체유체와 혼합하여 반응하도록 하고 상기 분기된 제2생체유체의 다른 일부는 계속 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하도록 하는 단계; 및

   상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체의 혼합 유동과 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하는 상기 제2생체유체와의 온도차를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체유체의 반응 온도 측정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분기된 제2생체유체의 유동의 일부를 상기 제1생체유체의 유동으로 합류시에 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체 간의 혼합에 의한 반응을 촉진하기 위하여 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 그 진행방향에 대하여 회전시키면서 혼합시키는 것을 특징으로 하는 생체유체의 반응 온도 측정 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체의 혼합 유동과 상기 제1생체유체와 분리되어 유동하는 상기 제2생체유체의 유동의 다른 일부와의 온도차의 측정은 복수 회에 걸쳐서 이루어지며,

   서로 분리된 상태로 유입된 제1생체유체 및 제2생체유체의 온도차를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체유체의 반응 온도 측정 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 온도차의 측정은 열전대(thermopile)에 의하는 것을 특징으로 하는 생체유체의 반응 온도 측정 방법.
5. 기판;

   상기 기판의 상부면에 형성되며 두 연결지점 사이의 온도차를 측정하기 위한 다수의 열전대(thermopile)들; 및

   상기 기판 및 상기 다수의 열전대들 상에 형성되며, 제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 포함하며,

   상기 다수의 열전대 중 일부는 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 연결되고, 상기 다수의 열전대 중 다른 일부는 상기 제5유로 및 상기 제4유로에 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로칼로리미터.
6. 제5항에 있어서, 상기 제5유로는 내부에 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유 체의 혼합을 촉진하기 위한 다수의 구조물들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로칼로리미터.
7. 제6항에 있어서, 상기 다수의 구조물들이 연장되는 방향과 상기 제5 유로의 진행방향이 이루는 각은 예각인 것을 특징으로 하는 마이크로칼로리미터.
8. 기판에 보호막 및 절연막을 형성하는 단계;

   상기 기판의 하부면의 일부를 식각하는 단계;

   상기 기판의 상부면에 접착층을 형성하는 단계;

   상기 접착층의 상부면에 제1배선층을 형성하는 단계;

   상기 제1배선층을 식각하여 제1배선층 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판의 상부면에 제2배선층을 형성하는 단계;

   상기 제2배선층을 식각하여 제2배선층 패턴을 형성함으로써 상기 제1배선층 패턴 및 상기 제2배선층 패턴으로 이루어지는 열전대(thermopile)들을 형성하는 단계;

   제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판의 상부면에 상기 폴리머 패턴을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로칼로리미터의 제조 방법.
9. 기판, 상기 기판의 상부면에 형성되며 두 연결지점 사이의 온도차를 측정하기 위한 다수의 열전대(thermopile)들 및 상기 기판 및 상기 다수의 열전대들 상에 형성되며, 제1생체유체를 유입시키기 위한 제1유로, 제2생체유체를 유입시키기 위한 제2유로, 상기 제2유로와 상기 제1유로를 연결시키는 제3유로, 상기 제2유로에 연결되어 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제4유로 및 상기 제1유로와 상기 제3유로에 연결되어 혼합된 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체를 유출시키기 위한 제5유로를 정의하는 폴리머 패턴을 포함하며, 상기 다수의 열전대 중 일부는 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 연결되고, 상기 다수의 열전대 중 다른 일부는 상기 제5유로 및 상기 제4유로에 연결되고, 상기 제5유로는 내부에 상기 제1생체유체와 상기 제2생체유체의 혼합을 촉진하기 위한 다수의 구조물들을 포함하고 상기 다수의 구조물들이 연장되는 방향과 상기 제5유로가 이루는 각은 예각인 마이크로칼로리미터;

   상기 마이크로칼로리미터로 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 공급하기 위하여 상기 제1유로 및 상기 제2유로에 각각 연결되는 생체유체공급부;

   상기 다수의 열전대들에 의한 온도측정결과를 분석하기 위해 상기 다수의 열전대들에 연결되는 분석부; 및

   상기 마이크로칼로리미터로부터 상기 제1생체유체 및 상기 제2생체유체를 배 출시키기 위하여 상기 제4유로 및 상기 제5유로에 각각 연결되는 생체유체배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체유체 반응 온도 측정 시스템.

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