KR100963540B1 - 일회용 다중채널 ｓｐｒ 칩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중채널 바이오칩, 특히 SPR(Surface Plasmon Resonance) 칩의 제작방법 및 검출 방법에 관한 것으로 일회용을 주 대상으로 하지만 연속 사용 및 SPR 설비 부품으로도 사용 가능하다.

본 발명에서는 서로 다른 생체 시료를 동시에 분석할 수 있도록 다수의 주입구들과 회수구들을 가지는 다중 채널 바이오 칩이 제공된다. 별도의 체결 수단을 사용하지 아니하고도 상부의 기판과 하부의 기판의 결합은 용이하게 이루어지며, 저렴한 제작비용 및 대량생산을 위해 상부 및 하부의 기판은 투명 유기고분자 재질로 이루어지며, 바람직하게는 COC(Cyclic Olefin Copolymer)를 사용한다.

본 발명에 따른 다중채널 SPR칩은 다수의 생체 시료/완충 용액 주입구들 및 회수구를 구비하므로 2가지 이상의 미지의 생체 시료를 비교 분석할 수 있다. 또한, 광학 특성 및 내화학성이 우수한 투명 유기고분자를 상부 기판과 하부 기판에 적용하여 열적 본딩으로 용이하게 체결할 수 있으므로 대량 생산이 가능하여 저가의 일회용 다중 채널 SPR 칩을 제조할 수 있다.

바이오칩, SPR, 일회용, 플라스틱, COC

Description

일회용 다중채널 ＳＰＲ 칩{Disposable Surface Plasmon Resonance Chip having multi-channel}

본 발명은 단백질 시료의 검출 및 분석을 수행하는 장치에 사용되는 미세 유체 전달 칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance; SPR)을 이용하여 복수의 시료를 비교 분석할 수 있는 미세 유체 센서 칩에 관한 것이다.

바이오 센서칩은 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.

이는 멤브레인 필터에 DNA, RNA 또는 단백질 등을 부착시키고 그 필터 위에서 분자간의 특이적 결합성을 이용하여 잡종 분자를 형성하는 방법이다. 상기 블롯 하이브리다이제이션법으로는 고정시키는 생체 시료 탐침의 종류에 따라 DNA를 멤브레인 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 결합반응을 이용한다.

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.

상술한 바이오 센서 칩의 리간드와 리간드 결합을 분석하기 위한 간접적인 방법으로 2차 항체반응을 이용하는 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, 형광물질을 이용하지 않는 분석법에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance; SPR)은 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 300nm 이하)에서 발생되는 물리 화학적 변화에 매우 민감한 특성(특히, 공명각도나 파장의 변화)을 가지기 때문이다. 따라서, 금속박막의 화학적 표면 개질을 기반으로 한 다양한 감지 계면 구축을 통해 다양한 형태의 생체분자의 상호작용을 나노 수준에서 분석할 수 있다. 또한, 표면 플라즈몬 공명은 전술한 다른 방법에 비해 계측 시 샘플의 손상이나 변형을 일으키지 않 으며, 형광 분석법처럼 표식자인 2차 항체에 대한 개발을 요구하지 않으며, 고감도로 생화학적 반응을 계측 할 수 있는 우수한 장점을 가진다.

상술한 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 단백질의 생체 반응을 검출하는 장치는 이미 상업화되어 있으며 가장 발달된 형태로는 미세유체 전달 장치(micro-fluidic system)를 갖추고 있어서 생체 시료의 초기량과 반응 실험에 따른 손실량을 최소화 할 수 있다.

그러나 기존의 표면 플라즈몬 공명 센서칩의 경우에는 유리 기판을 사용함으로써 제작비용이 비싸며, 세척을 통한 재사용으로 인한 노이즈 및 재현성에 문제가 있다. 또한 기존의 미세 유체 칩의 경우에는 밸브 및 유체를 조절하기 위한 부대 장치들이 필요함으로써 부피가 커지고, 장비와, 센서칩의 가격도 비싸고 제작방법이 복잡해 상용화에 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 저렴하고 대량생산이 가능한 투명 폴리머 재료를 사용하여 표면 플라즈몬 공명 현상을 측정하며, 동시에 다른 종류의 생체 시료를 주입하거나 배출할 수 있는 다중 채널 SPR 칩을 제공하는데 있다.

보다 구체적으로는 광학적 특성이 우수하며, 각종 화학약품에 대한 내화학성이 우수한 투명 고분자재료를 사용하여, 간단한 제조과정을 통해 대량 생산이 용이한 일회용 다중 채널 SPR 칩을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 의한 일회용 다중 채널 SPR 칩의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하부 기판, 상부기판 및 상기 하부 기판 및 상부기판 사이의 소정 위치에 개재된 금속 박막 층으로 이루어진 SPR칩에 있어서, 상기 상부기판은, 생체시료 및 완충용액이 주입되며 상부기판을 관통하는 다수개의 주입구; 상기 생체시료 및 완충용액이 회수되는 회수구; 및 상부기판의 하측으로 개방되어 하부기판 및 금속박막 층과 접촉하고, 상기 금속박막 층을 경유하면서 상기 주입구와 상기 회수구를 연결하는 다수개의 독립적인 유로;를 구비하며, 상기 하부 기판 및 상부 기판이 투명 유기고분자 재료로 이루어진 다중 채 널 SPR 칩을 제공한다.

또한 상기 제 2 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기의 제조단계를 포함하는 일회용 다중 채널 SPR 칩의 제조방법을 제공한다.

a) 투명 유기고분자 재료로 이루어진 하부 기판의 소정 위치에 금속 박막층을 형성하는 단계;

b) 상기 주입구, 회수구 및 유로에 대응하는 패턴이 형성된 니켈 도금판을 사용하여 사출 방법으로 투명 유기고분자 재료의 상부 기판을 제조하는 단계; 및

c) 상기 a)단계 후 하부 기판 및 상기 b) 단계의 상부 기판을 열적 본딩(thermal bonding)하는 단계.

본 발명에 따른 일회용 다중 채널 SPR칩은 상부기판, 하부 기판 모두 투명 유기고분자 재료로 이루어진다. 상기 투명 유기고분자 재료로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 및 환형 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer;COC) 등을 들 수 있으며, 환형 올레핀 공중합체는 광투과성이 우수하고, 일반적인 투명 플라스틱 기판인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리카보네이트(PC)에 비하여 내화학성이 우수하여 종래의 하부기판으로 사용되던 유리 기판을 대신하여 사용하기에 더욱 적합하다. 또한 패턴화된 니켈 도금판 및 사출 방법으로 용이하게 패턴화된 상부 기판을 용이하게 제조할 수 있으며, 70 내지 120℃의 비교적 낮은 온도에서 열적 본딩이 가능한 장점이 있다.

환형 올레핀 공중합체는 알파올레핀과 환형 알켄을 공중합하여 형성되며, 구체적으로 예를 들면 하기 화학식 1의 환형 올레핀 공중합체를 예시할 수 있으며, 시판되는 제품으로는 상표명 TOPAS 시리즈를 들 수 있다.

[화학식 1]

[상기 화학식 1에서 x 및 y는 1 내지 100000의 정수이고, R은 수소, (C1~C7)알킬기, (C6~C20)아릴기, 또는 (C6~C20)아르(C1~C7)알킬기로부터 선택된다.]

본 발명에 따른 하부 기판의 재료는 일회용 다중채널 SPR 센서칩을 측정하기 위한 SPR 장비에 사용되는 베이스 프리즘(BASE PRISM)과 굴절율이 일치하는 것이 바람직하다. 이는 측정 데이터의 안전성과 신호의 손실을 줄일 수 있고, 굴절률이 같아야 광경로와 빛(광원)의 파수 벡터가 공명을 일으키는 경계조건을 만족 할 수 있다. 일례로서 일반적인 SPR 장비에 사용되는 프리즘의 굴절율이 1.53인 경우 환형 올레핀 공중합체로서 TOPAS사 COC 시리즈 중 5013계열의 물질을 사용하는 것이 굴절율이 일치되므로 더욱 더 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일회용 다중채널 SPR칩의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 금속박막층(20)이 패터닝되지 않은 경우 aa'에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 금속박막층(20)이 유로를 따라 패터닝된 경우 aa'에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 실시예에 따른 일회용 다중채널 SPR칩의 상부 기판 전면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 SPR 칩을 이용한 분석방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 일회용 다중 채널 SPR 칩(100)은 하부기판(30), 금속 박막층(20), 상부기판(10)으로 이루어진다. 상부 기판에는 다수개의 유로(12, 13)들이 구비되어 있다. SPR 분석 시에 본 발명에 따른 SPR 칩을 SPR 분석기에 삽입하면 하부 기판에 대하여 금속 박막층과 대칭 위치에 SPR 분석기의 프리즘이 접촉된다. 이때 프리즘과 접촉되는 하부기판 면에는 광학적 굴절률의 변화를 없애기 위해 실제 사용되는 하부기판과 베이스 프리즘(BASE PRISM)의 굴절률과 같은 조화유체(matching oil)을 도포하는 것이 바람직하다.

상기 상부 기판(10)은 상부 기판을 관통하여 형성된 생체 시료 및 완충 용액 주입구(11), 상부기판을 관통하여 형성된 생체시료 및 완충용액 회수구(14), 및 상부기판(10)의 하측으로 개방되어 하부기판(30) 및 금속박막층(20)과 접촉하고, 상기 금속박막층(20)을 경유하면서 상기 주입구(11)와 상기 회수구(14)를 연결하는 다수개의 독립적인 유로(12, 13)를 구비한다. 상기 금속 박막층(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 패터닝되지 않을 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 유로 크기에 맞추어 패터닝된 것일 수도 있다. 상기 유로는 2개 이상이 독립적으로 형성되어 있 으며, 도 1에서는 4개의 유로가 형성되어 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 유로 중 하나의 유로는 분석 시 기준 시약의 측정을 위한 기준(reference) 유로(channel)로 사용할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 SPR 칩의 하부 기판과 프리즘 사이에 조화 유체(matching oil)가 게재되고, 상부 기판에 형성된 유로는 금속 박막층과 접하고 있어 유로로 주입된 생체시료가 금속 박막층에 흡착 또는 포접된다. 프리즘을 통해 하부 기판으로 주입된 입사광은 금속박막층이 없다면 임계각 이상으로 광이 주입될 경우 더 이상 상부기판으로 투과되는 광은 없어지고 모든 입사광이 반사되는 전반사 조건이 된다. 그러나 도 5와 같이 금속박막층이 존재하는 경우 전반사각을 지나서 입사하는 광은 특정한 각도에서 금속박막과 유전체 물질의 경계면에서 전부 흡수된다. 또한 금속박막과 상기 흡착 또는 포접된 물질에 따라서 그 각도가 변화한다. 이를 표면플라즈몬이 여기 되었다고 한다. 따라서 전반사각을 넘는 특정한 각도에서 표면 플라즈몬 공명현상에 의해 반사도가 최소화(이론적으로는 최소 값이 zero)가 된다.

본 발명에 따른 SPR 칩을 적용하여 설명하면, 상기 주입구(11)를 통하여 주입되는 생체 시료는 수용액 상으로 자연 대류 또는 모세관 현상, 혹은 외부압력(펌프)에 의해 유로(12,13)를 통해 금속박막층 상에 공급되며 공급된 생체 시료는 금속 박막층 표면에 흡착되거나, 상기 금속 박막층 표면에 형성된 생체 시료의 단일층(monolayer) 또는 항체와 반응하여 포접된다. 금속 박막층 표면에 생체 시료가 흡착되거나 포접되면 생체 시료 즉, 항체 등과 결합되는 생체 시료는 하부 기판에 접촉된 프리즘을 통해 분석되는 플라즈몬 공명각도를 변경시키고, 플라즈몬공명각의 변화에 의해 생체 시료의 성분이 분석 가능하게 된다. 즉, 금속 박막층에 생체 시료가 흡착 또는 포접되지 않은 경우, 프리즘을 통해 입사되고 반사되는 광원의 플라즈몬 공명각과, 생체 시료가 흡착 또는 포접되는 경우의 플라즈몬 공명각이 다른 값을 가지게 되고, 이러한 플라즈몬 공명각의 변화는 생체 시료의 반응을 분석하는데 이용된다.

도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 상부 기판에는 구비된 주입구(11)로 생체 시료나 완충 용액이 주입되면 유로(12, 13)를 통해 금속 박막층을 지나고 회수구로 배출된다. 또한 상부기판에서는 유로가 각각의 생체 시료 주입구에 대해 개별적으로 구비되어 있어 동시에 주입 유로를 통해 생체 시료를 금속 박막층에 공급할 수 있으며, 동시에 주입 유로를 통해 생체 시료 또는 완충 용액의 세척이 가능해진다. 또한 선택적으로 상이한 유체를 원하는 채널에 주입할 수 있으므로 다채널의 독립적 사용을 통해 다물질의 변화 반응을 확인할 수 있다.

상기 금속 박막층은 SPR 분석 시 하부기판과 접촉하는 프리즘과 대응되는 위치에 형성되도록 한다. 금속 박막층 물질은 표면 플라즈몬 공명이 생길 수 있도록 하는 것이라면 특별히 한정되지는 않으며, 금, 은, 구리, 또는 알루미늄을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있고, 금속 박막의 경우 굴절률과 흡수계수에 따라서 금 박막의 두께가 달라져야 하며, 일반적으로 금의 경우 50 nm 두께가 바람직하다. 금속 박막층의 형성 방법으로는 스퍼터법, 증착법, 이온도금법, 전기도금법, 무전해 도금법 등을 사용할 수 있으나, 제조의 용이성을 고려할 때 패턴 마스크를 이용한 스 퍼터링 또는 전자빔 증착법으로 형성하는 것이 보다 바람직하다.

상기 금속 박막층에는 생체 시료를 검출하기 위한 단일층이 고정될 수 있다. 생체 시료를 검출하기 위한 단일층은 항체(anti body)등과 같은 생체 물질이 사용될 수 있으며, 금속 박막층 위에 단일층을 코팅하기 위해서는 금 박막 상에 자가 조립 단일층(Self Assembly Monolayer)을 이용하여 고정하는 방법을 사용할 수 있다. 이외에도 단일층을 형성하는 방법은 나일론, 셀룰로스 등의 고분자를 사용하는 방법을 사용할 수도 있다. 상기 단일층을 형성하는 단계는 본 발명에 따른 일회용 다중채널 SPR칩의 제조과정에서 하부 기판과 상부 기판의 열적 본딩전에 이루어질 수 있고, 본딩이 완료된 후 주입구를 통하여 단일층 형성을 위한 물질을 주입하여 유로를 통해 금속 박막층에 도달하여 형성될 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 다중채널 SPR칩의 제조과정에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 다중채널 SPR칩의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다.

a) 투명 유기고분자 재료로 이루어진 하부 기판의 소정 위치에 금속 박막층을 형성하는 단계;

b) 상기 주입구, 회수구 및 유로에 대응하는 패턴이 형성된 니켈 도금판을 사용하는 투명 유기고분자 재료의 사출 방법으로 상부 기판을 제조하는 단계; 및

c) 상기 a)단계 후 하부 기판 및 상기 b) 단계의 상부 기판을 열적 본딩(thermal bonding)하는 단계.

상기 a) 단계는 하부 기판 상의 소정 위치에 금속 박막층을 형성하는 단계로 서 SPR 분석 시 하부기판과 접촉하는 프리즘과 대응되는 위치에 금속 박막 층이 형성되도록 하는 것으로 앞에서 설명한 바와 같다.

상기 b) 단계는 상부 기판을 제조하는 단계로서 상부 기판은 생체 시료 및 완충용액을 주입하는 다수개의 주입구, 생체 시료 및 완충용액을 회수하는 회수구, 및 상기 주입구 및 회수구를 연결하며 금속박막층을 경유하는 유로가 형성된다. 일체형으로 상부기판을 제조하기 위하여 상기 주입구, 회수구 및 유로에 대응하는 패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼에 니켈을 도금한 후 이형하여 패턴 형성된 니켈도금판을 제조하고 이를 사용하여 투명 유기고분자 재료를 사출하는 방법으로 상부기판을 제조하는 것이 바람직하다. 투명 유기고분자 재료로는 환형 올레핀 공중합체(COC)를 사용하는 것이 바람직하며, 사출 온도는 150내지 300℃로 순차적으로 적용한다. 이 때 형성되는 유로는 금속 박막층을 경유하는 부분 및 회수구로 연결되는 부분의 유로 폭이 상기 주입구에 연결된 부분의 유로 폭 대비 1.5 내지 5배인 것이 바람직하다. 금속 박막층이 형성된 부분 상에 형성된 유로는 후속 공정인 열적 본딩 과정에서 유로의 높이가 다른 부분에 비하여 더 감소하게 되고, 이를 보상함과 동시에 유로를 통해 주입되는 생체시료 또는 완충용액이 서서히 금속 박막층을 통과하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 상기 금속 박막층을 경유하는 부분의 유로(13)의 폭이 1.5배보다 작은 경우 생체시료의 통과가 용이하지 않게 되고, 5배를 초과하는 경우에는 여러 개의 채널을 금속박막층 상에 형성하기가 용이하지 않게 된다.

보다 구체적으로 열적 본딩 전 상부 기판의 유로의 높이는 100 내지 400um이며, 상기 주입구에 연결된 부분의 유로(12) 폭은 100 내지 300 um이고, 금속 박막 층을 경유하는 부분 및 회수구로 연결되는 부분의 유로(13) 폭은 200 내지 600um인 것이 바람직하다. 이는 모세관 현상 및 금속 박막층의 두께 SPR 분석기에 따른 SPR 칩의 크기 등을 고려한 것으로 상기 크기를 벗어나는 경우 다중 채널 SPR칩의 성능을 제대로 구현하기 어려울 수 있다.

상기 c)단계는 금속 박막층이 형성된 하부 기판 및 상부 기판을 열적 본딩에 의해 접합하는 단계로서, 보다 구체적으로는 금속 박막층이 형성된 하부 기판 및 상부 기판 표면을 아르곤(Ar)가스와 산소(O₂)가스를 이용한 플라즈마 처리하는 단계, 및 하부 기판 상면 및 상부 기판 하면을 접촉한 후 70 내지 120℃, 40 내지 1000N/cm²의 조건으로 가압 본딩하는 단계를 거쳐 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 온도 범위 미만인 경우에는 접합이 제대로 이루어지지 않으며 상기 온도를 넘는 경우에는 미세 유로의 폭이나 높이 등이 변화하여 균일한 유로 형성에 불리할 수 있고, 상기 압력 범위 미만인 경우에는 본딩 효과가 미미하고 상기 압력 범위를 초과하는 경우에는 상부기판의 미세 유로 패턴의 모양이 변화하게 되어 균일한 유로 형성에 불리할 수 있다.

상기 a) 단계 후, 또는 c)단계 후 상기 금속 박막층에 생체 시료를 검출하기 위한 단일층을 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단일층은 항체(anti body)등과 같은 생체 물질이 사용될 수 있으며, 금속 박막층 위에 단일층을 코팅하기 위해서는 금 박막 상에 자가 조립 단일층(Self Assembly Monolayer)을 이용하여 고정하는 방법을 사용할 수 있다. 이외에도 나일론, 셀룰로스 등의 고분자를 사용 하는 방법을 사용할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다중채널 SPR칩은 다수의 생체 시료/완충 용액 주입구들 및 회수구를 구비하므로, 다수의 생체 시료를 동시에 유입하거나 배출할 수 있다. 따라서, 2가지 이상의 미지의 생체 시료를 비교 분석할 수 있으며, 금속 박막에 형성된 검출용 항체 등과의 반응 후, 생체 시료의 잔량을 회수구를 통하여 손실없이 회수할 수 있다. 또한, 광학 특성 및 내화학성이 우수한 투명 유기고분자 재료를 상부 기판과 하부 기판에 적용하여 열적 본딩으로 용이하게 체결할 수 있으며 대량 생산이 가능하여 저가의 일회용 다중 채널 SPR 칩을 제조할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 일회용 다중 채널 SPR 칩의 제조방법을 실시예를 들어 보다 상세히 설명하고자 하나, 이는 예로서 설명되는 것으로 하기 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 일회용 다중 채널 SPR 칩을 제조하였다.

상부 기판의 제조

실리콘 웨이퍼 상에 감광성수지(PR)을 사용하여 주입구(11), 회수구(14) 및 유로(12,13)가 형성될 패턴을 형성한 후 도금용 지그(jig)에 체결한다. 체결된 지그를 황산수용액 및 이어 불산 수용액으로 세정한 후, 53도로 유지되는 설파민산 니켈 도금액에 침지한다. 도금 시 인가되는 전류를 500mA 90min, 1000mA 60min, 2000mA 60min, 4000mA 60min, 7000mA 60min으로 가하고 그 이후 15A로 240분 동안 도금하여 0.5mm 두께의 니켈 도금판을 제조하였다. 제작된 니켈 도금판을 금형에 끼운 후 금형의 온도를 110℃로 유지한다. COC(TOPAS 5013, 굴절율 1.53)를 사용하여 사출 온도를 150 내지 300℃로 순차적으로 5단계로 적용하고 사출 압력은 최대 20MPa을 적용하여 단계적으로 5단계로 적용하는 조건으로 사출하고, 취출 냉각 시간은 30초로 하여 COC 재질의 패턴화된 상부 기판을 제조하였다. 제조된 상부 기판의 두께는 1mm이고, 주입구의 유로 폭은 200 um이며 금속 박막층 형성 부분 및 회수구와 연결되는 유로의 폭은 500 um 이며, 유로의 깊이는 200 um이다.

일회용 SPR 칩의 제조

두께 1 mm의 COC(TOPAS 5013, 굴절율 1.53)로 이루어진 하부 기판 상에 금속 박막층이 형성될 부분만 노출된 패턴 마스크를 위치시킨 후 금속 마스크를 이용한 쉐도우 마스킹(shadow masking) 방법으로 평균 두께 50nm의 금(Au) 박막층을 전자빔 증착법을 이용하여 박막을 형성하였다.

금 박막층이 형성된 하부 기판 및 앞에서 제조한 상부기판을 아세톤에서 5분 초음파 세척을 하고, 이를 메탄올에서 5분 초음파 세척을 하고, 마지막으로 증류수에서 5분 초음파 세척으로 하고 질소가스를 이용하여 건조하는 세정공정을 거친 후, 금 박막층이 형성된 하부 기판 상면 및 유로가 형성된 상부 기판 하부 표면을 아르곤과 산소가스를 혼합한 플라즈마로 처리하였다.

하부 기판 상면 및 상부 기판 하면을 접촉한 후 100℃, 200N/cm²의 조건으로 가압 본딩하여 본 발명에 따른 일회용 SPR 칩을 제조하였다.

[시험예 1]

상기 실시예에서 제조한 다중채널 SPR 칩을 SPR 분석기(K-MAC사 μ-SPR)에 장착하여 탈이온수(Deionized water) 및 에탄올을 주입하여 용매에 따른 공명각의 변화를 측정하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6을 참조하면, Au 박막층 위를 지나가는 완충용액(buffer solution)을 종류에 따른 굴절율의 변화로 인하여 SPR 공명각이 변화하는 것을 알 수 있다.

[시험예 2]

상기 실시예에서 제조한 다중채널 SPR 칩을 SPR 분석기(K-MAC사 μ-SPR)에 장착하여 에탄올의 농도에 따른 공명각의 변화를 측정하였고 그 결과를 도 7에 나타내었다. 비교 예로서 하부 기판을 커버글라스(제조사:MATSUNAMI, 제품명: Micro cover glass No.2)를 사용하여 전자빔 증착법으로 Cr 1nm 및 Au 50nm를 연속적으로 증착하여 채널이 없는 벌크 타입의 SPR 칩을 제조한 후, 동일한 SPR 분석기에 장착하고 SPR 분석기의 시료주입구를 통하여 에탄올을 농도를 변화시키면서 주입하여 농도에 따른 공명각의 변화를 측정하였으며 그 결과를 도 8에 도시하였다.

도 7을 참조하면, Au 박막층 위를 지나가는 에탄올의 농도가 0 내지 80wt%로 변화함에 따라 공명각이 62 내지 70도의 범위에서 변화를 나타내었고, 도 8을 참조하면 종래의 측정방법으로 측정한 결과 에탄올의 농도가 0 내지 80wt%로 변화함에 따라 공명각이 52 내지 58도의 범위에서 변화하였다. 도 7 및 도 8의 결과로부터 본 발명에 따른 측정방법이 종래방법 대비 공명각 변화 폭이 넓어 시료에 따른 굴절율의 변화를 보다 민감하게 분석할 수 있음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중채널 SPR칩의 분해 사시도이고,

도 2는 도 1 금속박막층(20)이 패터닝되지 않은 경우 aa'에 따른 단면도이며,

도 3은 도 1 금속박막층(20)이 유로를 따라 패터닝된 경우 aa'에 따른 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 실시예에 따른 일회용 다중채널 SPR칩의 상부 기판 전면도이며,

도 5는 본 발명에 따른 SPR 칩을 이용한 분석방법을 설명하기 위한 모식도이고,

도 6은 본 발명에 따른 SPR 칩을 이용하여 완충용액에 따른 SPR 공명각의 변화를 측정한 그래프이며,

도 7은 본 발명에 따른 SPR 칩을 이용하여 에탄올 농도에 따른 SPR 공명각의 변화를 측정한 그래프이고,

도 8은 비교예로서 유리기판 상에 제조된 벌크타입 SPR 칩을 이용하여 에탄올 농도에 따른 SPR 공명각의 변화를 측정한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 다중 채널 SPR 칩 10: 상부기판

20: 금속박막층 30: 하부기판

11: 생체시료 및 완충용액 주입구

12, 13: 유로 14: 회수구

Claims (10)

1. 하부 기판, 상부기판 및 상기 하부 기판 및 상부기판 사이의 소정 위치에 개재된 금속박막층으로 이루어진 SPR칩에 있어서,

   상기 상부기판은, 생체시료 및 완충용액이 주입되며 상부기판을 관통하는 다수개의 주입구; 상기 생체시료 및 완충용액이 회수되는 회수구; 및 상부기판의 하측으로 개방되어 하부기판 및 금속박막층과 접촉하고, 상기 금속박막층을 경유하면서 상기 주입구와 상기 회수구를 연결하는 다수개의 독립적인 유로;

   를 구비하며, 상기 하부 기판 및 상부 기판이 투명 유기고분자 재료로 이루어진 다중 채널 SPR 칩.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 기판 및 하부기판은 환형 올레핀 공중합체(COC)로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 채널 SPR 칩.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 상부 기판 및 하부기판은 열적 본딩에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 다중 채널 SPR 칩.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 열적 본딩은 금속 박막층이 형성된 하부 기판 및 상부 기판 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 및 하부 기판 상면 및 상부 기판 하면을 접촉한 후 70 내지 120℃, 40 내지 1000N/cm²의 조건으로 가압 본딩하는 단계를 거쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 채널 SPR 칩.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 상부 기판에 형성된 유로는 금속 박막층을 경유하는 부분 및 회수구로 연결되는 부분의 유로 폭이 상기 주입구에 연결된 부분의 유로 폭 대비 1.5 내지 5배인 것을 특징으로 하는 다중 채널 SPR 칩.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 열적 본딩 전 상부 기판의 유로의 높이는 100 내지 400um이며, 상기 주입구에 연결된 부분의 유로 폭은 100 내지 300 um이고, 금속 박막층을 경유하는 부분 및 회수구로 연결되는 부분의 유로 폭은 200 내지 600um인 것을 특징으로 하는 다중 채널 SPR 칩.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 상부 기판은 상기 주입구, 회수구 및 유로에 대응하는 패턴이 형성된 실리콘웨이퍼에 니켈을 도금한 후 이형하여 제조된 패턴 형성된 니켈도금판을 사용하여 환형 올레핀 공중합체를 사출하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 다중 채널 SPR 칩.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속 박막층은 금, 은, 구리, 또는 알루미늄으로부터 선택되는 금속물질을 하부 기판 상면의 소정 위치에 패턴 마스크를 이용한 스퍼터링 또는 증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 SPR 칩.
9. 삭제
10. a) 환형 올레핀 공중합체(COC)로 이루어진 하부 기판의 소정 위치에 금속 박막층을 형성하는 단계;

    b) 상기 주입구, 회수구 및 유로에 대응하는 패턴이 형성된 니켈 도금판을 사용하는 환형 올레핀 공중합체(COC)의 사출 방법으로 상부 기판을 제조하는 단계; 및

    c) 상기 a)단계 후 하부 기판 및 상기 b) 단계의 상부 기판을 열적 본딩(thermal bonding)하는 단계;

    를 포함하는 일회용 다중 채널 SPR 칩의 제조방법.

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