KR100997382B1 - Micro heat measuring system in bio-calorimeter - Google Patents

Micro heat measuring system in bio-calorimeter Download PDF

Info

Publication number
KR100997382B1
KR100997382B1 KR1020060082539A KR20060082539A KR100997382B1 KR 100997382 B1 KR100997382 B1 KR 100997382B1 KR 1020060082539 A KR1020060082539 A KR 1020060082539A KR 20060082539 A KR20060082539 A KR 20060082539A KR 100997382 B1 KR100997382 B1 KR 100997382B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
reaction
channel
micro
voltage
Prior art date
Application number
KR1020060082539A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20080019957A (en
Inventor
정효일
김용준
조형희
곽봉섭
김범석
윤승일
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020060082539A priority Critical patent/KR100997382B1/en
Publication of KR20080019957A publication Critical patent/KR20080019957A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100997382B1 publication Critical patent/KR100997382B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/12—Thermometers specially adapted for specific purposes combined with sampling devices for measuring temperatures of samples of materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/028—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for numerical indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/20—Compensating for effects of temperature changes other than those to be measured, e.g. changes in ambient temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/005—Calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/08—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

절연성 재료로 이루어지는 기판(10) 상에 형성되며, 미세 유체인 기준 시료 및 반응 시료가 흐르는 통로를 제공하는 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)을 포함하는 유체 채널부, 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 일단에 각각 형성되어 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)에 기준 시료 및 반응 시료를 주입시키는 3개의 시료 주입기(31, 33, 35)를 포함하는 시료 주입부, 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 타단에 각각 형성되어 상기 유체 채널부로 공급되는 상기 기준 시료 및 반응 시료를 배출하는 시료 배출기(41, 43, 45)를 포함하는 시료 배출부, 복수의 서모커플(Thermocouple; T)을 포함하며, 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25) 사이에 형성되어 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25) 사이의 온도차를 전압으로 변환하는 서모파일(Thermopile; 51, 53), 상기 서모파일(51, 53)의 단부에 각각 형성되는 전극(54 내지 57), 및 상기 전극(54 내지 57)과 전기적으로 접촉하여 상기 온도차로부터 변환된 전압을 측정하는 멀티미터(58, 59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치가 제공된다. A fluid channel portion formed on a substrate 10 made of an insulating material and including reference channels 21 and 23 and a reaction channel 25 for providing a passage through which a reference sample, which is a microfluid, and a reaction sample flow, the reference channel Three sample injectors 31 and 33 formed at one end of the reaction channel 25 to inject the reference sample and the reaction sample into the reference channel 21 and 23 and the reaction channel 25, respectively. And a sample injector 41 formed at the other ends of the sample injector including the 35, the reference channels 21 and 23, and the reaction channel 25 to discharge the reference sample and the reaction sample supplied to the fluid channel unit. And a sample discharge part including 43 and 45 and a plurality of thermocouples (T), which are formed between the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 to form the reference channel 21, 23) to convert the temperature difference between the reaction channel 25 into a voltage Thermopiles 51 and 53, electrodes 54 to 57 formed at ends of the thermopiles 51 and 53, and a voltage converted from the temperature difference by being in electrical contact with the electrodes 54 to 57. There is provided a micro-thermal calorimeter for bio-calorie meter comprising a multimeter (58, 59) for measuring the.

바이오 칼로리메타, 열, 측정장치, 반응, 시료, 온도, 서모커플, 서모파일, 멀티미터, 전극Bio calorie meter, heat, measuring device, reaction, sample, temperature, thermocouple, thermopile, multimeter, electrode

Description

바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치{Micro heat measuring system in bio-calorimeter}Micro heat measuring system in bio-calorimeter

도 1은 본 발명의 주요 특징부를 개략적으로 나타내는 평면도,1 is a plan view schematically showing the main features of the present invention;

도 2는 본 발명의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 사시도,Figure 2 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the present invention,

도 3은 본 발명의 주요부 구성을 나타내는 사시도,3 is a perspective view showing a main part configuration of the present invention;

도 4는 본 발명의 서모커플의 구성을 나타내는 모식도.
도 5는 본 발명에 물을 적용시킨 결과를 나타내는 전압-시간의 그래프,Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration of the thermocouple of the present invention.
5 is a graph of voltage-time showing the result of applying water to the present invention,

도 6는 본 발명에 스트렙트아비딘(Streptavidin)과 바이오틴(Biotin)을 적용시킨 결과를 나타내는 전압-시간의 그래프,Figure 6 is a graph of the voltage-time showing the results of applying the streptavidin (Streptavidin) and Biotin (Biotin) to the present invention,

도 7a 및 도 7b는 종래 마이크로칼사의 열 측정시스템을 나타내는 도면,7a and 7b is a view showing a thermal measurement system of a conventional micro-kalsa,

도 8은 종래 칼로리메트리 사이언스사의 열 측정시스템을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating a thermal measurement system of a conventional calorie-memory company.

[도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명][Explanation of simple symbols for the main parts of the drawings]

10: 기판 21, 23, 25: 유체 채널
31, 33, 35: 시료 주입기 41. 43. 45: 시료 배출기
51, 53: 서모파일 54, 55, 56, 57: 전극
58, 59: 멀티미터10: substrate 21, 23, 25: fluid channel
31, 33, 35: sample injector 41. 43. 45: sample ejector
51, 53: thermopile 54, 55, 56, 57: electrode
58, 59: multimeter

삭제delete

삭제delete

삭제delete

본 발명은 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생체 물질과 같은 반응 시료간의 반응열(온도)을 실시간으로 측정하면서 1회에 2개의 반응 시료에 대한 반응열을 측정할 수 있는 미세 열 측정장치에 관한 것이다. The present invention relates to a micro-thermal measurement device for bio-calorie meta, more specifically, it is possible to measure the heat of reaction for two reaction samples at a time while measuring the heat of reaction (temperature) between reaction samples, such as a biological material in real time. It relates to a micro thermal measuring device.

일반적으로, 특정 생체 물질과 같은 반응 시료를 반응시킬 때 그 반응을 확인하기 위해서는 많은 전처리 과정들이 필요하다. 이러한 전처리 과정 중 많이 사용되는 방법은 형광을 붙여 빛의 정도로 감지하거나 혹은 마그네틱 비드(Magnetic bead)를 붙여 자석을 이용하여 검출하는 방법이 가장 많이 사용되고 있다.In general, when reacting a reaction sample such as a specific biological material, many pretreatment steps are required to confirm the reaction. Among the pre-processing methods, the most commonly used method is to detect the degree of light by attaching fluorescence or to detect by using magnets by attaching magnetic beads.

그런데, 전처리 과정없이 실시간으로 반응의 유무와 정도를 측정할 수 있는 방법은 많지 않지만, 전처리를 행하지 않고 반응을 측정할 수 있는 방법으로 반응시 발생하는 열량을 측정하는 방법이 있다.By the way, there are not many methods for measuring the presence and degree of the reaction in real time without the pretreatment process, but there is a method for measuring the amount of heat generated during the reaction as a method for measuring the reaction without pretreatment.

이러한 열량 측정방법에 사용되는 열 측정장치는, 아직까지 국내에서 개발된 사례가 없어, 전량 외국으로부터 수입되어 사용되고 있다.The heat measuring apparatus used for such a calorimetry method has not been developed in Korea yet, and all of them are imported and used in foreign countries.

전 세계적으로 칩 상에서 열 측정장치를 구현시키기 위해 많은 노력들이 이루어지고 있고, 한국은 그 연구가 태동단계이며, 대부분 미국과 유럽, 그 중 벨기에와 네덜란드가 주축을 이루고 있다.Many efforts are being made to implement thermal measuring devices on chips all over the world, and Korea is in its early stages of research, mostly in the United States and Europe, most of which are Belgium and the Netherlands.

현재, 상용화된 열 측정장치로는 미국 마이크로칼(Microcal)사의 ITC(Isothemal Titration Calorimeter) 혹은 칼로리메트리 사이언스(Calorimetry Science)사의 IMC(Isothemal Micro Calorimeter)가 있다.Currently, commercially available thermal measuring devices include US Isothemal Titration Calorimeter (ICC) or Isothemal Micro Calorimeter (CMC) from Calorimetry Science.

도 7a 및 도 7b는 종래 마이크로칼사의 열 측정시스템을 나타내는 도면이고, 도 8은 종래 칼로리메트리 사이언스사의 열 측정장치를 나타내는 도면이다.7A and 7B are diagrams showing a thermal measurement system of a conventional microcalorus, and FIG. 8 is a diagram showing a thermal measurement apparatus of a conventional calorie geometry science company.

도 7a에 도시된 바와 같이 종래 마이크로칼사의 열 측정시스템은 ITC(100) 및 컴퓨터(300)로 구성되며, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 ITC(100)는 2개의 반응 용기(101, 103), 상기 2개의 반응 용기(101, 103)내에 수용되는 기준 시료 및 반응 시료(105, 107), 내부 및 외부 차폐재(106, 108)로 이루어지는 열 측정부(110) 및 시린지(111), 스티어링(113), 플런저(115), 인젝터(117) 및 센서(119)로 이루어지는 시료 주입부(120)로 구성된다.As shown in FIG. 7A, the thermal measurement system of the conventional microcalsar is composed of an ITC 100 and a computer 300. As shown in FIG. 7B, the ITC 100 includes two reaction vessels 101 and 103. , The heat measurement unit 110, the syringe 111, and the steering unit including the reference sample and the reaction sample 105 and 107 accommodated in the two reaction vessels 101 and 103, the inner and outer shields 106 and 108. 113, a sample injector 120 including the plunger 115, the injector 117, and the sensor 119.

이렇게 구성된 상기 ITC(100)는 기존의 열량계와 같이 액체 내에서 생체 물질을 반응시켜 액체가 변화한 열량 값을 측정하는 방식을 사용한다. 오늘날 전 세계의 대다수 실험실에서 사용되고 있는 열 측정장치는 대부분이 마이크로칼사의 ITC로서, 미세 열량(1/1000도 이하)을 정확히 측정할 수 있다는 특징이 있다. The ITC 100 configured as described above uses a method of measuring the calorific value of the liquid by reacting the biological material in the liquid like the conventional calorimeter. The thermal measuring instruments used in most laboratories around the world today are mostly microcal's ITC, which can accurately measure minute calories (1/1000 degrees or less).

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 종래 칼로리메트리 사이언스사의 열 측정장치는 IMC(100A) 및 컴퓨터(300A)로 구성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 IMC도 매우 안정성이 뛰어난 장비로서, 상기 마이크로칼사와 같이 기본적인 열량계의 원리를 이용하며, 미세 온도차(5/1000도)를 측정할 수 있다는 특징이 있다.In addition, as shown in Figure 8, the conventional heat measurement apparatus of calorie calorie science company is composed of the IMC (100A) and the computer (300A). As shown in Figure 8, the IMC is also a very stable equipment, using the principle of a basic calorimeter, like the microcalsa, and has the feature that can measure the fine temperature difference (5/1000 degrees).

그러나, 상기 IMC의 경우 1대당 가격이 1억원을 초과하고, 이동성이 떨어지며, 아주 많은 반응 시료(반응 시료당 최소 1.4ml 이상)를 필요로 한다. 또한, 극히 소량이면서 고가인 단백질 간의 반응열은 측정이 불가능하다는 문제점이 있었 다.However, in the case of the IMC, the price per unit exceeds 100 million won, the mobility is low, and requires a large number of reaction samples (at least 1.4ml per reaction sample). In addition, there was a problem that the reaction heat between the extremely small and expensive proteins can not be measured.

또한, 상기 IMC의 경우 반응 시료의 양이 매우 많이 필요하고(cell의 경우 0.5ml 이상), 휴대용으로 사용할 수 없으며, 장비의 가격 또한 고가라는 문제점이 있었다.In addition, in the case of the IMC, the amount of the reaction sample is required very much (0.5 ml or more in the case of a cell), and can not be used in a portable, there is a problem that the price of the equipment is also expensive.

그리고, 종래의 경우 반응 시간이, 예컨대 80분(4800초) 이상으로서 상대적으로 길고, 장치의 구성이 복잡하며 사용이 어렵다는 문제점도 있었다. In the conventional case, the reaction time is relatively long, for example, 80 minutes (4800 seconds) or more, and there is a problem that the configuration of the device is complicated and difficult to use.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 열 측정시 사용되는 샘플의 양을 줄일 수 있고, 열 측정 시간을 단축시킬 수 있는 미세 열 측정장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 미세 열을 증폭된 전압값으로 측정해냄으로써 정확한 반응열의 측정이 가능하게 하고, 주변 환경에 의한 노이즈를 최소화할 수 있는 미세 열 측정장치를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 장치의 구성이 간단하고, 실시간으로 반응을 모니터링하여 반응 정도를 측정할 수 있으며, 온도 유지에 사용되는 기준 시료를 재사용할 수 있는 미세 열 측정장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a micro thermal measurement apparatus capable of reducing the amount of sample used in thermal measurement and shortening the thermal measurement time.
Another object of the present invention is to provide a micro thermal measurement apparatus capable of accurately measuring heat of reaction by measuring fine heat at an amplified voltage value and minimizing noise caused by the surrounding environment.
On the other hand, another object of the present invention, the configuration of the device is simple, it is possible to monitor the reaction in real time to measure the degree of reaction, and to provide a fine thermal measuring apparatus that can reuse the reference sample used for maintaining the temperature will be.

삭제delete

본 발명의 상기 및 그 이외의 목적, 특징, 양상 및 이점은 첨부된 도면과 결합되는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.The above and other objects, features, aspects, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 절연성 재료로 이루어지는 기판(10) 상에 형성되며, 미세 유체인 기준 시료 및 반응 시료가 흐르는 통로를 제공하는 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)을 포함하는 유체 채널부, 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 일단에 각각 형성되어 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)에 기준 시료 및 반응 시료를 주입시키는 3개의 시료 주입기(31, 33, 35)를 포함하는 시료 주입부, 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 타단에 각각 형성되어 상기 유체 채널부로 공급되는 상기 기준 시료 및 반응 시료를 배출하는 시료 배출기(41, 43, 45)를 포함하는 시료 배출부, 복수의 서모커플(Thermocouple; T)을 포함하며, 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25) 사이에 형성되어 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25) 사이의 온도차를 전압으로 변환하는 서모파일(Thermopile; 51, 53), 상기 서모파일(51, 53)의 단부에 각각 형성되는 전극(54 내지 57), 및 상기 전극(54 내지 57)과 전기적으로 접촉하여 상기 온도차로부터 변환된 전압을 측정하는 멀티미터(58, 59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치가 제공된다.
상기 서모파일(51, 53)은 각각 26쌍의 서모커플(T)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 서모커플(T)은 구리(Cu) 금속과 니켈(Ni) 금속의 양끝이 서로 접합되어 형성되는 것이 바람직하다.
n은 상기 서모커플의 개수, S는 상기 서모커플에 사용되는 금속 간 제벡(Seebeck) 상수의 차, TH-TC는 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25)의 온도차일 때, 상기 멀티미터(58, 59)에 의해 측정되는 전압은,
△V= n × S × (TH-TC)
로 표현되는 것이 바람직하다.
상기 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치는, 상기 기준 시료 및 상기 반응 시료를 강제로 상기 유체 채널부로 주입시키는 시료 주입펌프(37)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유체 채널부의 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)은 마이크로 채널을 음각으로 몰딩을 제작한 PDMS(polydimethylsiloxane)를 구비하여 이루어진 것이 바람직하다.
상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 높이는 약 150~250㎛이고, 상기 기준 채널(21, 23)의 폭은 약 150㎛이며, 상기 반응 채널(25)의 폭은 약 300㎛인 것이 바람직하다.
상기 멀티미터(58, 59)는, 측정된 상기 전압을 디스플레이 수단을 통해 표시하는 것이 바람직하다. According to one embodiment of the present invention for achieving the above object, the reference channel (21, 23) formed on the substrate 10 made of an insulating material, providing a passage through which the reference sample and the reaction sample, which is a microfluid flows And a fluid channel part including a reaction channel 25, one end of the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25, respectively, to the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25. A sample injector including three sample injectors 31, 33, and 35 for injecting a reference sample and a reaction sample, and formed at the other ends of the reference channels 21, 23 and the reaction channel 25, respectively; A sample discharge part including a sample discharger (41, 43, 45) for discharging the reference sample and the reaction sample supplied to the negative portion, a plurality of thermocouples (T), and the reference channels (21, 23) and The reference channel 21 is formed between the reaction channel 25, Thermopile (51, 53) for converting the temperature difference between the reaction channel 25 and the reaction channel 25 to the voltage, electrodes 54 to 57 formed at the ends of the thermopile (51, 53), and the There is provided a micro-thermal calorimeter for bio-calorie meter comprising a multimeter (58, 59) in electrical contact with the electrodes (54 to 57) to measure the voltage converted from the temperature difference.
The thermopiles 51 and 53 preferably include 26 pairs of thermocouples T, respectively.
The thermocouple (T) is preferably formed by bonding both ends of a copper (Cu) metal and a nickel (Ni) metal to each other.
n is the number of the thermocouple, S is the difference of the Seebeck constant between metals used in the thermocouple, TH-TC is the temperature difference between the reference channel (21, 23) and the reaction channel (25), The voltage measured by the multimeters 58 and 59 is
ΔV = n × S × (TH-TC)
It is preferable that it is represented by.
The microcalorie micro thermal measurement apparatus preferably further includes a sample injection pump 37 for injecting the reference sample and the reaction sample into the fluid channel portion.
The reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 of the fluid channel part are preferably made of a polydimethylsiloxane (PDMS) in which a microchannel is formed by engraving the microchannel.
The heights of the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 are about 150 to 250 μm, the widths of the reference channels 21 and 23 are about 150 μm, and the width of the reaction channel 25 is about. It is preferable that it is 300 micrometers.
Preferably, the multimeters 58, 59 display the measured voltage via display means.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in all the drawings for demonstrating embodiment of this invention, the thing with the same function attaches | subjects the same code | symbol, and the repeated description is abbreviate | omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치의 주요 특징부를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치의 개략적 구성을 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 1의 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치의 주요부 구성을 나타내는 사시도이다.1 is a plan view schematically showing the main features of the micro-calorimeter micro thermal measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the micro-thermal calorimeter for biocalorimeter of Figure 1 3 is a perspective view showing the configuration of the main part of the micro calorimeter for thermal calorimeter of FIG.

도 1 내지 도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치는, 절연성 기판(10), 기준 시료를 흘리는 기준 채널(21, 23) 및 반응 시료를 흘리는 반응 채널(25)을 포함하는 유체 채널부(21, 23, 25), 상기 유체 채널부(21, 23, 25)로 상기 기준 시료 및 상기 반응 시료를 주입하는 시료 주입부(31, 33, 35), 상기 유체 채널부(21, 23, 25)로 공급된 상기 기준 시료 및 상기 반응 시료를 배출하는 시료 배출부(41, 43, 45), 복수 개의 서모파일(Thermopile; 51, 53)과 상기 서모파일(51, 53)의 단부에 각각 형성되는 복수 개의 전극(54 내지 57), 상기 전극(54 내지 57)과 접촉하여 열을 측정하는 멀티미터(58, 59)를 포함한다. As shown in Figures 1 to 3, the micro-thermal calorimeter for a biocalorie meter of the present invention, the insulating substrate 10, the reference channel (21, 23) for flowing the reference sample and the reaction channel (25) for flowing the reaction sample A fluid channel portion 21, 23, 25 including a), a sample injection portion 31, 33, 35 for injecting the reference sample and the reaction sample into the fluid channel portion 21, 23, 25, the fluid Sample discharge portions 41, 43, 45 for discharging the reference sample and the reaction sample supplied to the channel portions 21, 23, 25, a plurality of thermopile 51, 53 and the thermopile 51 And a plurality of electrodes 54 to 57 respectively formed at ends of the plurality of electrodes 53 and multimeters 58 and 59 for contacting the electrodes 54 to 57 to measure heat.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 기본적인 원리를 설명한다. 본 발명의 기본적인 원리는 제벡(Seebeck) 효과를 이용하여 발생하는 반응열(온도)을 전압으로 변환하여 측정하는 것이다. 또한, 이러한 방식으로 반응열을 측정함으로써 반응한 물질을 알아내는 것 또한 본 발명의 범주에 포함된다.
반응열을 전압으로 변환하여 측정하는 것은, 서모커플(Thermocouple; T)에 의해 가능해진다. 서모커플은 서로 다른 2개의 금속을 접합시킨 것으로서, 상기 두 금속의 온도차에 의해 발생하는 전류의 흐름으로부터 전압을 측정하여 반응열을 알아내는 방식이다.
도 4는 서모커플의 일례로서, 서모커플에 포함되는 복수의 열전쌍 중 하나의 쌍을 도시한다. 도 4에 도시되는 바와 같이, A라는 금속과 B라는 금속의 양 끝이 접합되어 하나의 열전쌍을 형성한다. 이때, T1 이라고 표시된 영역과 T2 라고 표시된 영역의 온도차가 발생하면 금속에 전류가 흐르게 되는데, 그 전류로부터 전압을 측정하는 방식이다. 도 1 및 도 3에 도시되는 서모파일(51, 53)은 이러한 한 쌍의 열전쌍이 복수 개(예를 들어, 26개의 쌍) 연결되어 형성된 것이다.
한편, 온도차에 의한 측정되는 전압은 정량적으로 수학식 1로 표현되는 수식에 의해 산출된다.
△V= n × S × (TH-TC)
여기서, △V는 측정되는 전압 값, n은 서모커플의 개수, S는 서모커플에 사용되는 금속 간 제벡 상수의 차, TH-TC는 기준 채널(21, 23)과 반응 채널(25)의 온도차이다.
첫 번째 변수인 서모커플(T)의 개수(n)는 열전쌍의 직렬 연결된 수를 의미한다. 측정되는 전압의 크기(△V)는 이러한 서모커플의 개수에 비례한다. 서모커플이 복수개 연결되어 있는 것을 서모파일이라고 하는데, 본 발명에서는 구리(Cu)와 니켈(Ni)이 계속 반복되면서 반응 채널(25)을 중심으로 좌우에 각각 직렬로 26개가 배치되어 2개의 서모파일(51, 53)을 구성하나, 서모파일(51, 53)의 구성이 이에 제한되는 것은 아니다. 4, the basic principle of the present invention will be described. The basic principle of the present invention is to measure the heat of reaction (temperature) generated by using the Seebeck effect by converting it into a voltage. It is also within the scope of the present invention to find out which substances have reacted by measuring the heat of reaction in this way.
The measurement of the reaction heat by converting it into voltage is made possible by a thermocouple (T). A thermocouple is a joining of two different metals, and is a method of determining the heat of reaction by measuring a voltage from a current flow generated by a temperature difference between the two metals.
FIG. 4 illustrates an example of a thermocouple and shows a pair of one of a plurality of thermocouples included in the thermocouple. As shown in FIG. 4, both ends of the metal A and the metal B are joined to form one thermocouple. At this time, when a temperature difference occurs between the region indicated by T 1 and the region indicated by T 2 , a current flows in the metal, which is a method of measuring a voltage from the current. The thermopiles 51 and 53 shown in FIGS. 1 and 3 are formed by connecting a plurality of pairs of thermocouples (for example, 26 pairs).
On the other hand, the voltage measured by the temperature difference is calculated by the formula expressed by Equation 1 quantitatively.
ΔV = n × S × (TH-TC)
Where ΔV is the measured voltage value, n is the number of thermocouples, S is the difference in Seebeck constant between metals used in the thermocouple, and TH-TC is the temperature difference between the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25. to be.
The number n of the first variable thermocouple T refers to the number of thermocouples connected in series. The magnitude of the voltage being measured (ΔV) is proportional to the number of these thermocouples. A plurality of thermocouples are referred to as thermopiles. In the present invention, 26 thermopiles are disposed in the right and left sides of the reaction channel 25 while copper (Cu) and nickel (Ni) are repeatedly repeated. Although the components 51 and 53 are constituted, the configuration of the thermo piles 51 and 53 is not limited thereto.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

두번째 변수인 제벡상수(S)의 차에 있어서, 제벡 상수는 각 금속마다 특징적으로 갖고 있는 상수이다. 어떤 금속은 +값을, 어떤 금속은 -값의 제벡상수를 갖을 수 있는데, 상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 서로 다른 제벡상수를 갖고 있는 2개 금속을 접촉시킬때 그 제벡상수의 차이가 크면 동일한 온도 변화에 보다 큰 전압이 출력될 수 있다. 예를 들면, 구리(Cu)는 +6.5의 제벡상수 값을 갖고, 니켈(Ni)은 -15의 제벡상수 값을 갖는데, 2개의 금속을 이용하여 서모커플을 제작하게 되면 21.5의 제벡상수 차이가 출력된다. 제벡상수 차이가 큰 금속을 사용하여 서모커플을 제작하면 같은 온도변화에 대해 보다 큰 전압 값이 산출되게 된다.In the difference between the Seebeck constant (S), the second variable, the Seebeck constant is a constant characteristic of each metal. Some metals may have a + value and some metals have a Seebeck constant. When the two metals having different Seebeck constants are contacted as shown in Equation 1, the difference in Seebeck constant may be different. If larger, a larger voltage can be output at the same temperature change. For example, Cu (Cu) has a Seebeck constant of +6.5 and Nickel (Ni) has a Seebeck constant of -15. When a thermocouple is manufactured using two metals, the Seebeck constant difference of 21.5 is different. Is output. If a thermocouple is made of a metal with a large difference in Seebeck constant, a larger voltage value is produced for the same temperature change.

한편, 측정되는 전압 값은 기준 채널(21, 23)과 반응 채널(25) 사이의 온도 차이(TH-TC)에 비례한다. 본 발명에서는 기준 채널(21, 23)의 온도 변화를 미세하게 조절하기 위해, 기준 채널(21, 23)에 기준 시료인 유체를 흘려주어 온도를 일정하게 유지시키다.Meanwhile, the measured voltage value is proportional to the temperature difference TH-TC between the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25. In the present invention, in order to finely control the temperature change of the reference channel (21, 23), by flowing a fluid which is a reference sample to the reference channel (21, 23) to maintain a constant temperature.

상술한 바와 같이, 다수의 서모커플을 직렬 연결하거나 혹은 높은 제벡상수를 갖는 2개의 금속을 접합하여 보다 큰 출력전압을 도출할 수 있으며, 이러한 방법을 사용함으로써 미세열로부터 반응의 유무와 그 정도를 용이하게 검출해낼 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치에 포함되는 구성요소들에 대해 상세히 설명한다.
서모파일(51, 53)은 반응 채널(25)을 중심으로 좌우 양쪽에 형성되며, 각 서모파일(51, 53)은 각각 26개의 서모커플을 포함한다. 또한, 상기 서모커플(T)을 구성하는 금속으로는 Cu 및 Ni을 사용하는 것이 바람직하며, 그 폭은 50㎛으로 하는 것이 적당하나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 서모파일이 1개만 존재하는 경우에는 2개의 전압 값을 얻기 위해서는 반응 시료를 2회 흘려서 2회의 측정을 행해야 하지만, 본 발명의 미세 열 측정장치는 반응 채널(25)을 중심으로 양쪽에 하나씩의 서모파일(51, 53)이 배치되어 있어 1회에 2개 시료의 온도 측정을 가능하게 한다. 이에 의해 생체 물질인 시료의 반응 열 측정에 걸리는 시간을 절반으로 줄일 수 있다.
상기 서모파일(51, 53)에 포함되는 서모커플(T)의 제작 방법을 설명하면, 먼저 실리콘 웨이퍼에 구리(Cu) 박막을 도포한 후 소정 형태의 라인을 남기고 에칭한다. 그 후, 이 구리(Cu) 라인 상에 니켈(Ni)박막을 도포한 후 소정 형태의 라인을 남기고 에칭한다. 마지막으로, 소망의 디자인 중 금속 라인의 앞부분과 뒷부분을 서로 접합시킴으로써 서모커플(T)을 제작할 수 있다.
전술한 바와 같이, 1개의 서모커플(Thermocouple)(T)은 2개의 서로 다른 금속, 예를 들면 구리(Cu)와 니켈(Ni)의 양단을 접합시킴으로써 형성되고, T1과 T2의 온도 차이가 발생하면, 전류가 흐르게 되어 전압차가 발생된다. 이렇게 발생되는 전압차는 직렬로 연결된 복수의 서모커플(T)을 통하여 증폭된 후, 멀티미터(58, 59)를 통해 측정될 수 있다. 이러한 원리에 의해 기준 시료와 반응 시료의 반응 시 온도차를 측정함으로써, 반응열을 파악해낼 수 있다. 한편, 이전에 상용화된 장비를 통하여 측정된 동일한 기준 시료 혹은 반응 시료의 전압 값과 비교하여 보정함으로써 장치의 초기화를 행하거나 혹은 몇 가지 기준 시료 혹은 반응 시료의 전압 값을 측정하고, 기존의 데이터와 비교하여 보정함으로써 장치의 초기화를 행할 수 있다.
멀티미터(58, 59)는 서모파일(51, 53)의 단부에 각각 형성되는 전극(54 내지 57)으로부터 기준 시료와 반응 시료의 온도차를 전압으로 판독해낸다. 이렇게 판독해낸 전압 및 반응 시료의 온도차는 LCD 등과 같은 디스플레이 장치를 통해 표시될 수 있다. As described above, a larger output voltage can be derived by connecting a plurality of thermocouples in series or by joining two metals having a high Seebeck constant, and by using this method, the presence and the extent of the reaction from the microheat can be determined. It can be detected easily.
Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3 will be described in detail the components included in the micro-thermal calorimeter for biocalorie meter of the present invention.
The thermopiles 51 and 53 are formed on both the left and right sides of the reaction channel 25, and each of the thermopiles 51 and 53 includes 26 thermocouples. In addition, it is preferable to use Cu and Ni as the metal constituting the thermocouple (T), the width is preferably 50㎛, but is not limited thereto.
On the other hand, when only one thermopile is present, two measurements must be performed by flowing a reaction sample twice to obtain two voltage values. However, the microthermal measurement apparatus of the present invention has one measurement device on both sides of the reaction channel 25. Thermopile 51 and 53 are arranged to enable measurement of the temperature of two samples at a time. Thereby, the time taken for measuring the reaction heat of the sample which is a biological substance can be cut in half.
The manufacturing method of the thermocouple T included in the thermopiles 51 and 53 will be described. First, a thin copper (Cu) thin film is coated on a silicon wafer, and the etching is performed while leaving a line of a predetermined shape. Thereafter, a nickel (Ni) thin film is applied onto the copper (Cu) line and then etched leaving a line of a predetermined form. Finally, the thermocouple T can be fabricated by joining the front and back portions of the metal line together in the desired design.
As described above, one thermocouple T is formed by joining two different metals, for example, copper (Cu) and nickel (Ni) at both ends, and the temperature difference between T 1 and T 2 . Occurs, a current flows and a voltage difference is generated. The voltage difference generated as described above may be amplified through a plurality of thermocouples T connected in series and then measured by the multimeters 58 and 59. Based on this principle, the heat of reaction can be grasped by measuring the temperature difference during the reaction between the reference sample and the reaction sample. On the other hand, by initializing the device by correcting by comparing with the voltage value of the same reference sample or reaction sample measured through the commercially available equipment, or measuring the voltage value of some reference sample or reaction sample, By comparing and correcting, the device can be initialized.
The multimeters 58 and 59 read the voltage difference between the reference sample and the reaction sample from the electrodes 54 to 57 formed at the ends of the thermopiles 51 and 53, respectively. The temperature difference between the voltage and the reaction sample thus read may be displayed through a display device such as an LCD.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

상기 유체 채널부(21, 23, 25)를 구성하는 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)은 빛에 민감한 네가티브 포토레지스트인 SU-8로 채널을 만든 후 이를 이용하여 플라스틱의 일종인 PDMS(polydimethylsiloxane)를 이용한 마이크로채널을 형성하는 것이 바람직하다. 다시말해, 실리콘 웨이퍼 상에 SU-8이라는 포토레지스트를 코팅하고, 포토마스크를 이용해서 패턴닝 하게 되면 결과적으로 마스터 (master)가 만들어지며, 이것을 주형으로 하여 PDMS를 캐스팅하고, 소결시키면 스탬프(stamp) 역할을 행할 수 있는 PDMS 몰드가 제작된다. 부연설명하면, 평편한 서모파일(열 센서) 위에 마이크로 채널의 형태를 음각으로 제조한 PDMS 몰드를 덮어 기준 채널 및 반응 채널을 형성한다.
기준 채널(21, 23)과 반응 채널(25)의 높이는 모두 동일하게 하는 것이 바람직하며, 150~200㎛ 정도의 높이로 하는 것이 바람직하다. 한편, 반응 채널(25)의 폭을 기준 채널(21, 23)의 폭 보다 크게 하는 것이 바람직하며, 일례로서 반응 채널(25)의 폭은 300㎛, 기준 채널(21, 23)의 폭은 150㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 서모파일(51, 53)이 배치되어 있는 곳에서 발생하는 열량만이 측정되는 전압에 영향을 주기 때문에, 서모파일(51, 53)이 배치되는 부분의 유체 채널부(21, 23, 25) 길이가 중요한 의미를 지니는데, 그 길이는 5mm 정도로 하는 것이 적당하다. The reference channels 21, 23 and the reaction channel 25 constituting the fluid channel portions 21, 23, 25 are made of SU-8, which is a light-sensitive negative photoresist, and then used as a kind of plastic. It is desirable to form microchannels using polydimethylsiloxane (PDMS). In other words, coating a photoresist called SU-8 on a silicon wafer and patterning it with a photomask results in a master, which is then cast into a mold and then sintered to form a stamp. A PDMS mold capable of playing a role) is manufactured. In detail, a reference channel and a reaction channel are formed by covering a PDMS mold formed by engraving a microchannel on a flat thermopile (thermal sensor).
It is preferable to make the height of the reference channel 21, 23 and the reaction channel 25 all the same, and it is preferable to set it as the height of about 150-200 micrometers. On the other hand, it is preferable to make the width of the reaction channel 25 larger than the width of the reference channels 21 and 23. For example, the width of the reaction channel 25 is 300 µm and the width of the reference channels 21 and 23 is 150. It is preferable to set it as about micrometer. Since only the amount of heat generated at the place where the thermopiles 51 and 53 are disposed affects the measured voltage, the length of the fluid channel portions 21, 23 and 25 of the portion where the thermopiles 51 and 53 are arranged. Has an important meaning, it is appropriate that the length is about 5mm.

참고적으로, 상기 PDMS는 원료물질을 경화제와 혼합한 후 특정한 형상을 지닌 양각의 주형틀에서 소결시키게 되면, 음각의 형태를 지닌 몰드(mold)를 제작할 수 있다. 이러한 PDMS 몰드를 제작하는 기술은 일종의 플라스틱 가공기술로서 캐스팅(casting), 주입(injection), 핫 엠보싱(hot-embossing) 등 다양한 방법에 의해 소망의 몰딩구조를 얻을 수 있다. 일예로서 실리콘 웨이퍼 상에 SU-8이라는 포토레지스트를 코팅하고, 포토마스크를 이용해서 패턴닝 하게 되면 결과적으로 마스터 (master)가 만들어지며, 이것을 주형으로 하여 PDMS를 캐스팅하고, 소결시키면 스탬프(stamp) 역할을 행할 수 있는 PDMS 몰드를 완성할 수 있다. 이렇게 제작된 PDMS의 장점은 비독성으로 투명하고, 형광측정 등이 빈번한 생물학 실험에 특히 유용한 장점이 있다. 또한, 완성된 PDMS 표면을 플라즈마 처리를 하게 되면 그 표면이 산화되어 친수성으로 표면 특성이 변화됨과 동시에 유리나 또 다른 PDMS 재질과 접합시킬 수 있게 되어 미세유체 채널의 제작 등에도 널리 사용될 수 있다.For reference, the PDMS may produce a mold having a negative shape when the raw material is mixed with a curing agent and sintered in an embossed mold having a specific shape. The technique of manufacturing the PDMS mold is a kind of plastic processing technology, and a desired molding structure can be obtained by various methods such as casting, injection, and hot-embossing. As an example, coating a photoresist called SU-8 on a silicon wafer and patterning it using a photomask results in a master, which is then cast as a template to cast PDMS and sintered. A PDMS mold capable of playing a role can be completed. The advantages of PDMS fabricated in this way are nontoxic and transparent, and fluorescence measurements are particularly useful for frequent biological experiments. In addition, the plasma treatment of the finished PDMS surface is oxidized to change the surface properties due to hydrophilicity and can be bonded to glass or another PDMS material can be widely used in the manufacture of microfluidic channels.

시료 주입부(31, 33, 35)는 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 한쪽 단부에 각각 설치되는 3개의 시료 주입기(31, 33, 35)를 포함하며, 기준 채널(21, 23)과 반응 채널(25)에 기준 시료 및 반응 시료를 공급한다. 한편, 상기 기준 시료 및 반응 시료를 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)로 각각 주입시키는 시료 주입펌프(37)를 더 포함할 수도 있다.The sample injectors 31, 33, 35 include three sample injectors 31, 33, 35 respectively installed at one end of the reference channel 21, 23 and the reaction channel 25. The reference sample and the reaction sample are supplied to (21, 23) and the reaction channel 25. On the other hand, the reference sample and the reaction sample may further include a sample injection pump 37 for injecting the reference channel (21, 23) and the reaction channel 25, respectively.

삭제delete

시료 주입기(31, 33) 통해 기준 시료를 주입하게 되면, 상기 기준 시료는 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)로 흐르게 되며, 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 온도차는 서모파일(51, 53)의 양단에 형성되는 전극(54와 55, 또는 56과 57)을 통해 멀티미터(58 또는 59)에 의해 전압 값으로 검출된다. 이때, 측정되는 전압 값이 0에 가깝게 되면, 시료 주입기(35)를 통해 반응 채널(25)로 반응 시료를 흘려주어, 반응열에 따른 전압 값을 측정한다.
이렇게 기준 채널(21, 23)과 반응 채널(25)에 기준 시료를 흘려 줌으로써 기준부의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
시료 배출부(41, 43, 45)는 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)의 다른 한쪽 단부에 각각 설치되는 3개의 시료 배출기(41, 43, 45)를 포함하며, 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)을 통과한 기준 시료 및 반응 시료를 담을 수 있는 유리 용기를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치를 이용하여 반응열을 측정해내는 과정을 설명한다.
먼저, 기준 시료를 시료 주입기(31, 33)을 통해 주입한 후 시료 주입펌프(37)를 구동하면, 상기 기준 시료가 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)을 통과하여 시료 배출기(41, 43, 45)상에 수집된다. 이때, 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)로 동일한 기준 시료를 흘려주기 때문에, 서모파일(51, 53)에 연결된 전극(54 내지 57)을 통해서 출력되는 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25) 사이의 온도 차이는 0에 가까운 값이 된다.
실제로 기준 시료를 주입시켜 기준 채널(21, 23)과 반응 채널(25)과의 온도차에 따른 전압을 멀티미터(58, 59)를 이용하여 측정해 보면 약 5uV 이내에서 안정화되는 것을 알 수 있다. 이 값은 온도차이가 거의 0에 가깝다는 것을 의미한다. 이렇게 함으로써, 주변의 영향에 따른 노이즈를 없애고 기준 채널(21, 23)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.When the reference sample is injected through the sample injectors 31 and 33, the reference sample flows into the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25, and the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25. ) Is detected as a voltage value by the multimeter 58 or 59 through the electrodes 54 and 55 or 56 and 57 formed at both ends of the thermopiles 51 and 53. At this time, when the measured voltage value is close to 0, the reaction sample is flowed into the reaction channel 25 through the sample injector 35, and the voltage value according to the heat of reaction is measured.
Thus, by flowing a reference sample through the reference channel (21, 23) and the reaction channel 25, it is possible to keep the temperature of the reference portion constant.
The sample outlets 41, 43, 45 comprise three sample ejectors 41, 43, 45, which are respectively installed at the other end of the reference channel 21, 23 and the reaction channel 25, and the reference channel ( 21, 23) and a glass container capable of holding the reference sample and the reaction sample passed through the reaction channel 25.
Hereinafter, the process of measuring the heat of reaction using the micro-calorimeter micro-heat measuring apparatus of the present invention will be described.
First, when the reference sample is injected through the sample injectors 31 and 33, and then the sample injection pump 37 is driven, the reference sample passes through the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 to discharge the sample discharger ( 41, 43, 45). At this time, since the same reference sample flows to the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25, the reference channels 21 and 23 output through the electrodes 54 to 57 connected to the thermopile 51 and 53. And the temperature difference between the reaction channel 25 is close to zero.
In fact, when the reference sample is injected and the voltage according to the temperature difference between the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 is measured using the multimeters 58 and 59, it can be seen that it is stabilized within about 5 uV. This value means that the temperature difference is close to zero. By doing so, it is possible to eliminate noise caused by the influence of the surroundings and to keep the temperature of the reference channels 21 and 23 constant.

삭제delete

삭제delete

다음으로, 반응 시료를 시료 주입기(35)을 통해 주입한 후 시료 주입펌프(37)를 구동하면, 상기 기준 시료가 반응 채널(25)을 통해 흘러 시료 배출기(45)상에 수집된다. 이때, 반응 채널(25)로 흐르는 반응 시료와 기준 채널(21, 23)의 온도차는 서모파일(53)에 연결된 전극(56, 57)을 통해 멀티미터(59)에 의해 측정되는 전압 값을 상기 수학식 1에 대입함으로써 산출될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 미세 열 측정장치의 시료 주입부(31, 33, 35)에 물(water)을 주입시킨 결과를 나타내는 전압-시간의 그래프이다.
먼저, 시료 주입기(31, 33)를 통해 기준 채널(21, 23)로 물을 주입한 후 일정 시간이 경과한 다음, 서모파일(53)에 전기적으로 연결된 2개의 전극(56, 57)에서 출력되는 전압을 멀티미터(59)를 통해 측정하였고, 측정된 값이 0에 근접할 때, 중앙에 위치한 시료 주입기(35)를 통해 반응 채널(25)로 물을 주입한 후 동일한 방법으로 서모파일(51)에 전기적으로 연결된 2개의 전극(54, 55)에서 출력되는 전압을 멀티미터(58)를 통해 측정하였다. 도 5의 전압-시간 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 실험이 진행되는 1000초 동안 전압의 변화가 거의 없었다. 그래프 상에서 51D로 표시된 라인은 서모파일(53)에서 출력되는 시간 경과에 따른 전압 변동을 나타내는 것이고, 53D로 표시된 라인은 서모파일(51)에서 출력되는 시간 경과에 따른 전압 변동을 나타내는 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 미세 열 측정장치에 기준 시료 및 반응 시료를 주입한 후의 결과를 나타내는 전압-시간의 그래프이다.
먼저, 기준 시료로서 0.25mM 농도의 바이오틴(Biotin), 반응 시료로서 3.75㎛ 농도의 스트렙트아비딘(Streptavidin)을 준비한 후, 시료 주입기(31, 33)에 기준 시료인 바이오틴을 주입한 후 시료 주입펌프(37)를 구동시켜 1ul/min의 속도로 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)로 바이오틴을 흘려주었다.
그 후, 상기 서모파일(53)에 전기적으로 연결된 2개의 전극(56, 57)과 연결되는 멀티미터(59)를 통해 전압 값을 측정하고, 측정되는 전압 값이 거의 0에 인접할 때, 시료 주입기(35)상에 반응 시료인 스트렙트아비딘을 주입한 후 시료 주입펌프(37)를 구동시켜 1ul/min의 속도로 상기 반응 채널(25)로 흘려주었다. 그리고, 이때 발생되는 전압을 서모파일(51)에 전기적으로 연결된 2개의 전극(54, 55)에 연결되는 멀티미터(58)를 이용하여 측정하였고, 그 결과는 도 6에 도시되는 바와 같다.Next, when the reaction sample is injected through the sample injector 35 and the sample injection pump 37 is driven, the reference sample flows through the reaction channel 25 and is collected on the sample discharger 45. In this case, the temperature difference between the reaction sample flowing through the reaction channel 25 and the reference channels 21 and 23 may correspond to the voltage value measured by the multimeter 59 through the electrodes 56 and 57 connected to the thermopile 53. It can be calculated by substituting Equation 1.
5 is a graph of voltage-time showing a result of injecting water into the sample injection units 31, 33, and 35 of the micro thermal measurement apparatus according to the present invention.
First, after injecting water into the reference channel (21, 23) through the sample injectors (31, 33) and after a certain time, the output from the two electrodes (56, 57) electrically connected to the thermopile 53 When the measured voltage was measured by the multimeter 59, and the measured value was close to 0, water was injected into the reaction channel 25 through the sample injector 35 located at the center, and then the thermopile ( The voltage output from the two electrodes 54, 55 electrically connected to 51 was measured through the multimeter 58. As can be seen in the voltage-time graph of FIG. 5, there was little change in voltage during the 1000 seconds of the experiment. The line marked 51D on the graph indicates the voltage variation over time output from the thermopile 53, and the line marked 53D represents the voltage variation over time output from the thermopile 51.
6 is a graph of voltage-time showing a result after injecting a reference sample and a reaction sample into the micro thermal measurement apparatus according to the present invention.
First, prepare a biotin of 0.25mM concentration as a reference sample, streptavidin (Streptavidin) of 3.75㎛ concentration as a reaction sample, and then inject the biotin as a reference sample to the sample injectors (31, 33) and then the sample injection pump (37) was driven to flow biotin into the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 at a rate of 1 ul / min.
Then, the voltage value is measured through the multimeter 59 connected with the two electrodes 56 and 57 electrically connected to the thermopile 53, and when the measured voltage value is nearly zero, the sample After injecting the reaction sample streptavidin onto the injector 35, the sample injection pump 37 was driven and flowed into the reaction channel 25 at a rate of 1 ul / min. In addition, the voltage generated at this time was measured using the multimeter 58 connected to the two electrodes 54 and 55 electrically connected to the thermopile 51, and the result is shown in FIG. 6.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

도 6에 도시되는 바와 같이, 바이오틴을 시료 주입기(31, 33)를 통하여 주입시키면 일정 시간이 지난 후 전압 값이 0을 가리키게 되고, 약 250초의 시간이 경과한 후 스트렙트아비딘을 시료 주입기(35)를 통하여 반응 채널(35)로 공급한 다음, 약 850~900초 사이에 스트렙트아비딘의 흐름을 정지시키면, 150~170uV 정도의 전압이 측정된다. 이 실험에서 총 반응에 사용된 시간은 약 1400초로 23분 정도이다.
도 6에서 51E로 표시된 라인은 서모파일(53)에서 출력되는 온도를 전압값으로 표시한 것이고, 53E로 표시된 라인은 서모파일(51)에서 출력되는 온도를 전압값으로 표시한 것이다. As shown in FIG. 6, when biotin is injected through the sample injectors 31 and 33, the voltage value indicates 0 after a predetermined time, and after about 250 seconds, streptavidin is injected into the sample injector 35. After supplying to the reaction channel 35 through), and stops the flow of streptavidin between about 850 ~ 900 seconds, a voltage of about 150 ~ 170uV is measured. The time used for the total reaction in this experiment is about 1400 seconds, which is about 23 minutes.
In FIG. 6, the line denoted by 51E represents the temperature output from the thermopile 53 as a voltage value, and the line denoted 53E denotes the temperature output from the thermopile 51 as a voltage value.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

51E와 53E로 도시된 라인은 서로 대칭을 이루고 있다. 이것은 2개의 서모파일(51, 53) 중 어느 한쪽이 P-N타입의 서모커플들을 포함하는 서모파일이고, 다른 한쪽이 N-P타입의 서모커플을 포함하는 서모파일이기 때문이다. 즉, 한쪽은 Cu-Ni-Cu의 순서로 제작되었으며 다른 한쪽은 Ni-Cu-Ni의 순서로 제작되었기 때문에, 출력 전압은 서로 부호가 반대가 된다.Lines 51E and 53E are symmetrical to each other. This is because either of the two thermopiles 51, 53 is a thermopile containing P-N type thermocouples, and the other is a thermopile containing an N-P type thermocouple. That is, since one side is made of Cu-Ni-Cu and the other side is made of Ni-Cu-Ni, the output voltages are opposite from each other.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형이 가능하다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 반응 시료의 열 측정시 사용되는 샘플의 양을 줄일 수 있고, 또 1회의 측정을 통해 2개의 데이터를 얻는 동시에, 반응 시간이 약 30분 이내로서 종래에 비해 반응 시간을 대폭 단축할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 미세 열을 증폭된 전압값으로 측정해냄으로써 정확한 반응열의 측정이 가능하고, 열 측정에 있어서 주변 환경에 의한 노이즈를 최소화할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the amount of sample used in the thermal measurement of the reaction sample, and to obtain two data through one measurement, and the reaction time is about 30 minutes or less, compared with the conventional method. There is an effect that can greatly reduce the time.
In addition, by measuring the fine heat at the amplified voltage value, it is possible to accurately measure the heat of reaction and to minimize noise caused by the surrounding environment in the heat measurement.

한편, 본 발명의 미세 열 측정장치는 장치의 구성이 간단하여 사용이 쉽고, 실시간으로 반응을 모니터링하여 반응 정도를 측정할 수 있고, 온도 유지에 사용되는 기준 시료를 재사용할 수 있다는 효과도 있다. On the other hand, the micro-thermal measuring apparatus of the present invention is easy to use because the configuration of the device is simple, it is possible to monitor the reaction in real time to measure the degree of reaction, it is also possible to reuse the reference sample used to maintain the temperature.

삭제delete

Claims (8)

절연성 재료로 이루어지는 기판(10) 상에 형성되며, 미세 유체인 기준 시료 및 반응 시료가 흐르는 통로를 제공하는 기준 채널(21, 23) 및 반응 채널(25)을 포함하는 유체 채널부;A fluid channel portion formed on the substrate 10 made of an insulating material and including reference channels 21 and 23 and a reaction channel 25 for providing a passage through which a reference sample, which is a microfluid, and a reaction sample flow; 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 일단에 각각 형성되어 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)에 기준 시료 및 반응 시료를 주입시키는 3개의 시료 주입기(31, 33, 35)를 포함하는 시료 주입부;Three sample injectors formed at one end of each of the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 to inject the reference sample and the reaction sample into the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 ( 31, 33, 35 sample injection unit including; 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 타단에 각각 형성되어 상기 유체 채널부로 공급되는 상기 기준 시료 및 반응 시료를 배출하는 시료 배출기(41, 43, 45)를 포함하는 시료 배출부;Sample discharge including sample ejectors 41, 43, and 45 formed at the other ends of the reference channel 21 and 23 and the reaction channel 25 to discharge the reference sample and the reaction sample supplied to the fluid channel section, respectively. part; 복수의 서모커플(Thermocouple; T)을 포함하며, 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25) 사이에 형성되어 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25) 사이의 온도차를 전압으로 변환하는 서모파일(Thermopile; 51, 53);And a plurality of thermocouples (T), formed between the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 to form a temperature difference between the reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25. Thermopile (51, 53) for converting a voltage into a voltage; 상기 서모파일(51, 53)의 단부에 각각 형성되는 전극(54 내지 57); 및Electrodes 54 to 57 formed at ends of the thermopiles 51 and 53, respectively; And 상기 전극(54 내지 57)과 전기적으로 접촉하여 상기 온도차로부터 변환된 전압을 측정하는 멀티미터(58, 59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.And a multimeter (58, 59) which is in electrical contact with the electrodes (54 to 57) to measure the voltage converted from the temperature difference. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서모파일(51, 53)은 각각 26쌍의 서모커플(T)을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.The thermopile (51, 53) is a micro-thermal calorimeter for thermal calorie meter, characterized in that it comprises a pair of 26 each thermocouple (T). 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 서모커플(T)은 구리(Cu) 금속과 니켈(Ni) 금속의 양끝이 서로 접합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.The thermocouple (T) is a micro-thermal calorimeter for thermal calorie meta characterized in that the copper (Cu) and both ends of the nickel (Ni) metal is bonded to each other formed. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, n은 상기 서모커플의 개수, S는 상기 서모커플에 사용되는 금속 간 제벡(Seebeck) 상수의 차, TH-TC는 상기 기준 채널(21, 23)과 상기 반응 채널(25)의 온도차일 때, 상기 멀티미터(58, 59)에 의해 측정되는 전압은, n is the number of the thermocouple, S is the difference of the Seebeck constant between metals used in the thermocouple, TH-TC is the temperature difference between the reference channel (21, 23) and the reaction channel (25), The voltage measured by the multimeters 58 and 59 is △V= n × S × (TH-TC)ΔV = n × S × (TH-TC) 로 표현되는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.Micro calorie meter for micro-thermal measurement device, characterized in that represented by. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 기준 시료 및 상기 반응 시료를 강제로 상기 유체 채널부로 주입시키는 시료 주입펌프(37)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.And a sample injection pump (37) for forcibly injecting the reference sample and the reaction sample into the fluid channel portion. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유체 채널부의 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)은 상기 서모파일 위에 마이크로 채널을 음각으로 제조한 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드를 덮어 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.The reference channels 21 and 23 and the reaction channel 25 of the fluid channel part cover the PDMS (polydimethylsiloxane) mold made by engraving the micro channel on the thermopile. . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 기준 채널(21, 23) 및 상기 반응 채널(25)의 높이는 150~250㎛이고, 상기 기준 채널(21, 23)의 폭은 150㎛이며, 상기 반응 채널(25)의 폭은 300㎛인 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.The height of the reference channel (21, 23) and the reaction channel 25 is 150 ~ 250㎛, the width of the reference channel (21, 23) is 150㎛, the width of the reaction channel 25 is 300㎛ Micro thermal calorie measuring device for bio-calendar. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 멀티미터(58, 59)는, 측정된 상기 전압을 디스플레이 수단을 통해 표시하는 것을 특징으로 하는 바이오 칼로리메타용 미세 열 측정장치.The multimeter (58, 59), the micro-thermal calorimeter for thermal calorie meter, characterized in that for displaying the measured voltage via a display means.
KR1020060082539A 2006-08-29 2006-08-29 Micro heat measuring system in bio-calorimeter KR100997382B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060082539A KR100997382B1 (en) 2006-08-29 2006-08-29 Micro heat measuring system in bio-calorimeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060082539A KR100997382B1 (en) 2006-08-29 2006-08-29 Micro heat measuring system in bio-calorimeter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080019957A KR20080019957A (en) 2008-03-05
KR100997382B1 true KR100997382B1 (en) 2010-12-07

Family

ID=39395053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060082539A KR100997382B1 (en) 2006-08-29 2006-08-29 Micro heat measuring system in bio-calorimeter

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100997382B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100948703B1 (en) * 2008-05-20 2010-03-22 연세대학교 산학협력단 Method of measuring reaction temperature of bio fluids, microcalorimeter using the same and method of manufacturing the microcalorimeter

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004020509A (en) 2002-06-20 2004-01-22 Kenichi Touzaki Calorimeter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004020509A (en) 2002-06-20 2004-01-22 Kenichi Touzaki Calorimeter

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080019957A (en) 2008-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5677428B2 (en) Phase behavior analysis using a microfluidic platform
US8349259B2 (en) Method for measuring analysis object, biosensor and measuring device
US9324825B2 (en) Manufacturing method of a graphene-based electrochemical sensor, and electrochemical sensor
US10429328B2 (en) MEMS-based isothermal titration calorimetry
US20060179923A1 (en) Nanoliter viscometer for analyzing blood plasma and other liquid samples
TW201319563A (en) Detection system with integrating IC chip and plastic microfluidic substrate
Suzuki et al. An integrated module for sensing pO2, pCO2, and pH
KR20140114206A (en) Heating block for polymerase chain reaction comprising repetitively disposed patterned heater and device for polymerase chain reaction comprising the same
Martinez-Quijada et al. Fabrication and characterization of aluminum thin film heaters and temperature sensors on a photopolymer for lab-on-chip systems
Kim et al. A disposable microfluidic flow sensor with a reusable sensing substrate
TWI443321B (en) Measurement system for measuring a pressure of a fluid and manufacture method of measurement system
Chen et al. Field-effect transistor-based biosensors and a portable device for personal healthcare
KR100997382B1 (en) Micro heat measuring system in bio-calorimeter
Köhler et al. Chip reactor for microfluid calorimetry
Shiba et al. Microchannel measurements of viscosity for both gases and liquids
Skotadis et al. Flow determination via nanoparticle strain sensors for easy Lab on Chip integration
Okamoto et al. Thermal flow sensor with a bidirectional thermal reference
CN112710414B (en) Three-dimensional micro-fluidic chip calorimeter for biochemical reaction detection and preparation method thereof
JP3754038B2 (en) Flow control device and flow control system
Offenzeller et al. Screen printed sensor design for thermal flow velocity measurement with intrinsic compensation of thermal fluid conductivity
Zhao et al. Heavily-doped bulk silicon sidewall electrodes embedded between free-hanging microfluidic channels by modified surface channel technology
Weiping et al. Thermal distribution microfluidic sensor based on silicon
Kim et al. Disposable capacitive electrical droplet measurement (DisC-EDM) based on a film-chip technique
KR100948703B1 (en) Method of measuring reaction temperature of bio fluids, microcalorimeter using the same and method of manufacturing the microcalorimeter
Freisa et al. Microcalorimeter fabrication and new measurement methodology for thermal sensing in microfluidics

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131107

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141121

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160105

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161121

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee