KR101082348B1 - 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면에 리간드가 고정된 마이크로 비드와, 마이크로 비드가 수용된 반응실을 가열하는 히터가 구비된 마이크로 칩을 이용하여 반응실의 가열을 통해 마이크로 비드 표면에 결합된 리간드 및 목표 단백질의 변성(denaturation)과 용출을 동시에 수행함으로써 종래의 마이크로 칩 외부의 전처리 과정(pre-process)을 칩 내부로 통합하여, 목표 단백질 검출을 위한 화학 반응시간을 단축시키는 동시에 검사과정을 단순화하여 항원-항체 검사에 있어 질병 유무의 진단을 간편·신속하게 처리할 수 있는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 관한 것이다.
본 발명의 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩은, 구조적으로 격리되어 상호 간의 열전달을 차단하도록 구성된 제 1반응실 및 제 2반응실이 구비된 몸체부와; 상기 제 1반응실 내부에 충진되는 목표 단백질 고정용 비드 및 상기 제 2반응실 내부에 충진되는 단백질 분해용 비드와; 상기 제 1반응실 측의 상기 몸체부 하면에 부착·형성되는 제 1히터부 및 상기 제 2반응실 측의 상기 몸체부 하면에 부착·형성되는 제 2히터부와; 상기 몸체부의 상면에 부착되되, 시료가 내·외부적으로 이동하는 출입구로 사용되는 다수 개의 관통구가 형성된 덮개부와; 상기 덮개부의 상면에 구비되되, 내부에 상기 다수 개의 관통구 중 일부와 연결되는 마이크로 채널이 형성된 유로부; 및 상기 유로부의 상면에 결합되어 공압밸브를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 유동제어부;를 포함하여 구성되어, 상기 제 1히터부를 통해 상기 제 1반응실을 가열함으로써 상기 단백질 고정용 비드 표면에 결합된 목표 단백질의 변성(denaturation)과 용출이 동시에 일어나게 하는 한편, 상기 제 2히터부를 통해 상기 제 2반응실을 가열하여 상기 단백질 분해용 비드의 활성도를 높이는 것을 특징으로 한다.
랩온어칩, 압타머, 마이크로 비드, 온도, 리간드, BAC, ELISA, MEMS

Description

온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩{A bead-based microchip with temperature control unit}
본 발명은 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면에 리간드가 고정된 마이크로 비드와, 마이크로 비드가 수용된 반응실을 가열하는 히터가 구비된 마이크로칩을 이용하여 반응실의 가열을 통해 마이크로 비드 표면에 결합된 목표 단백질의 변성(denaturation)과 용출을 동시에 수행함으로써 종래의 마이크로칩 외부의 전처리 과정(pre-process)을 칩 내부로 통합하여, 목표 단백질 검출을 위한 화학 반응시간을 단축시킴과 동시에 검사과정을 단순화하여 항원-항체 검사에 있어 질병 유무의 진단을 간편·신속하게 처리할 수 있는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 관한 것이다.
혈청학적 검사는 일반적으로 항원-항체 반응을 이용하여 혈청 내의 항체 또는 항원을 검출하는 검사로서, 통틀어서 면역학적 방법을 이용하는 검사를 말한다. 이러한 혈청학적 검사 방법들 중에서 검사실에서 실제로 많이 사용되고 있는 방법으로는 침강법(precipitation), 응집법(agglutination), 면역형광 염색법 (immunoflourescence stain), 효소면역 측정법(Enzyme-Linked Immunosorbant Assay, ELISA), 방사면역 측정법(Radioimmunoassay, RIA), 화학발광 면역측정법 (Chemiluminescence Immunoassay, CLIA) 등이 있다.
이 중에서 효소면역 측정법은 진단하고자 하는 단백질의 항체를 표면에 고정한 후, 항체에 목표 단백질이 결합한 것을 광학염색제 또는 효소가 고정화된 이차 항체를 사용하여 발색반응을 분광 광도계로 측정함으로써 정량하는 방법이다. 이 방법은 민감도가 높아서 현재 가장 널리 사용되고 있는 방법 중 하나이다.
그러나 이러한 효소면역 측정법은 여러 면에서 불편한 점이 많은 방법이다. 우선 표면에 항체를 고정시켜서 목표 단백질과 이차항체까지 결합시키는데 필요한 화학처리 과정의 수가 많으며, 이러한 화학처리 과정에 소요되는 시간도 길다는 문제점이 있다. 또한 화학처리 과정을 거친 후의 형광분석 과정에서 광학 염색제와 결합하는 단백질의 종류가 매우 제한적이며, 목표 단백질 이외의 불필요한 결합이 발생하여 검사 결과에 노이즈가 발생할 소지가 많다는 문제점도 있다.
그럼에도 불구하고 효소면역 측정법이 혈청학적 검사에 널리 사용되는 이유는 질병의 본질적인 원리가 바로 항원-항체반응의 구조라는 점이다. 즉, 이는 항원-항체반응이라는 특성을 회피한 새로운 개념의 혈청학적 검사 방법이 현실적으로 나오기 매우 어렵다는 것을 의미하는 것이며, 따라서 현재의 효소면역 측정법의 여러 문제점에 대한 대안은 항원-항체반응이라는 기본 체제를 유지하되, 그에 따른 현실적 문제점을 해결하는 데서 찾을 수 있다.
그러므로, 이에 대한 적절한 대안으로서, MEMS(Microelectromechanical Systems) 기술로 제작된 랩온어칩(Lab-On-a-Chip, LOC) 혹은 미세종합분석시스 템(micro Total Analysis System, μ-TAS)을 효소면역 측정법에 적용하여, 마이크로 채널의 벽면 또는 반응실 벽면에 항체나 특별한 생화학 반응을 하는 분자를 고정시키고 여기에 혈액 내에 존재하는 특이 항원과 선택적인 반응을 일으킴으로써, 기존 방식에 비해 적은 양의 시료를 이용하여 단시간 내에 진단을 가능하게 하였다. 또한, 여기서 더 진보된 형태로 화학반응의 표면적을 높여 반응 효율을 더욱 향상시키기 위해 반응기에 일정 크기의 지름을 갖는 마이크로 비드를 반응실에 충진하여 부피 대 반응면적 비율을 극대화시켜 반응효율을 향상시키려는 시도가 이루어졌고, 이에 따른 비약적인 반응시간의 단축이 이루어졌다.
그러나, 랩온어칩을 이용한 효소면역 측정법은 단일 반응실 내에 충진된 마이크로 비드에서는 필요한 화학반응의 극히 일부만을 수행하고, 효소면역 측정법의 많은 화학적 단계들은 여전히 칩 외부에서 수작업으로 수행되어야 하는 문제점이 존재한다. 특히 이와 더불어 최종적으로 화학처리가 이루어진 결과물에 대해서는 형광분석이 주종을 이루고 있기 때문에, 이러한 라벨링(labelling)과 같은 형광분석에 필요한 복잡한 후처리 과정과 형광처리 자체가 안고 있는 노이즈의 간섭, 좁은 적용성 등과 같은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 안고 있는 형광분석 대신에 상대적으로 간단한 질량분석을 사용하기 위한 과정으로서, 열을 이용하여 단백질을 변성 시킴으로써 질량분석의 전처리를 위한 화학반응을 줄이는 수준의 단순화가 이루어지기는 했으나, 목표 단백질이 결합한 마이크로 비드에 열을 가하여 목표 단백질을 마이크로 비드에서 분리해내는 과정과 목표 단백질의 변성이 한 번에 이루어지도록 하는 열을 이용한 복 합적인 단순화는 아직까지 없었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 표면에 리간드가 고정된 마이크로 비드와 마이크로 비드가 수용된 반응실을 가열하는 히터가 구비된 마이크로칩을 이용하여 반응실의 가열을 통해 마이크로 비드 표면에 결합된 목표 단백질의 변성과 용출을 동시에 수행함으로써 종래의 마이크로칩 외부의 전처리 과정을 칩 내부로 통합하여, 목표 단백질 검출을 위한 화학 반응시간을 단축시키는 동시에, 검사과정을 단순화함으로써 항원-항체 검사를 통한 질병 유무의 진단을 간편·신속하게 처리할 수 있는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 구조적으로 격리되어 상호 간의 열전달을 차단하도록 구성된 제 1반응실 및 제 2반응실이 구비된 몸체부와; 상기 제 1반응실 내부에 충진되는 목표 단백질 고정용 비드 및 상기 제 2반응실 내부에 충진되는 단백질 분해용 비드와; 상기 제 1반응실 측의 상기 몸체부 하면에 부착·형성되는 제 1히터부 및 상기 제 2반응실 측의 상기 몸체부 하면에 부착·형성되는 제 2히터부와; 상기 몸체부의 상면에 부착되되, 시료가 내·외부적으로 이동하는 출입구로 사용되는 다수 개의 관통구가 형성된 덮개부와; 상기 덮개부의 상면에 구비되되, 내부에 상기 다수 개의 관통구 중 일부와 연결되는 마이크로 채널이 형성된 유로부; 및 상기 유로부의 상면에 결합되어 공압밸브를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 유동제어부;를 포함하여 구성되어, 상기 제 1히터부를 통해 상기 제 1반응실을 가열함으로써 상기 단백질 고정용 비드 표면에 결합된 목표 단백질의 변성(denaturation)과 용출이 동시에 일어나게 하는 한편, 상기 제 2히터부를 통해 상기 제 2반응실을 가열하여 상기 단백질 분해용 비드의 활성도를 높이는 것을 특징으로 하는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩은 마이크로 비드의 표면에 부착된 리간드가 시료의 목표 단백질과 결합한 상태에서 이를 히터를 이용하여 열을 가하면 목표 단백질의 변성과 용출이 동시에 일어나게 되어 많은 화학처리 과정과 필요시간, 그리고 필요 시료량을 줄일 수 있는 효과가 있는 동시에 마지막으로 단백질 분해효소를 통하여 단백질을 처리함으로써 질량 분석법으로 분석 가능하게 되어, 형광 측정법에서 일반적으로 사용하는 형광유기염료(Fluorescent Organic Dye)의 문제점인 라벨링(labelling)이라는 복잡한 후처리 과정, 형광유기염료의 비특이적 결합에 따른 목표 단백질 선택의 제한, 배경 노이즈 발생에 따른 검사의 신뢰도가 저하되는 등의 문제를 회피할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 대한 분리 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩은, 내부에 유체 채널(145)을 통해 서로 연결되는 제 1반응실(142) 및 제 2반응실(144)이 구비된 몸체부(140)와; 표면에 리간드가 고정되어 제 1반응실(142) 내부에 충진되는 비드(170)와; 몸체부(140)의 하면에 부착, 형성되는 히터부(150); 및 몸체부(140)의 상면에 부착되되, 제 1반응실(142)에 시료를 주입하기 위한 시료 주입구(131)와 제 2반응실(144)에 단백질 분해효소를 주입하기 위한 효소 주입구(132)가 형성되어 있는 덮개부(130);로 구성되어 있다.
여기서 비드(170)는 고분자 재질로서 표면에 목표 단백질과 결합하기 위한 리간드가 고정되어 있으며, 고분자 재질로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴아미드, 폴리락틱산, 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜라이드가 있으며, 본 실시예에서는 폴리스티렌을 하였다. 또한 검출하고자 하는 목표 단백질의 종류에 따라 비드 표면에 고정되는 리간드의 종류가 결정된다. 비드 표면에 고정되는 리간드의 종류에는 항원, 항체, DNA 압타머(aptamer), RNA 압타머, 펩타이드, 효소 혹은 당 등이 다양하게 사용될 수 있으며, 특히 면역학적 검사에 주로 사용되는 RNA 압타머의 경우, 종래의 효소면역 진단법에 비해 많은 장점을 보여준다. RNA 압타머의 경우 고온에서 변성에 의해 본래 기능을 상실하여도 온도가 낮아지면 다시 기능을 회복하는 장점과 더불어 화학적인 방법으로 제작되기 때문에 상대적으로 일괄 공정이 용이하고 오차도 작은 장점이 있다.
몸체부(140)는 실리콘 식각을 통해 제작되며, 내부의 유체 채널(145)을 통해 서로 연결되는 제 1반응실(142) 및 제 2반응실(144)을 구비하고 있다. 제 1반응실(142) 내부에는 상술한 비드(170)가 수용되며, 유체 채널(145)과 연결되는 제 1반응실(142)의 출구 측에는 비드(170)가 시료 혹은 약품에 의해 유실되는 것을 방 지하기 위해 기둥 모양의 구조물을 일렬로 배열한 비드 필터(143)가 구비되어 있다.
몸체부(140) 하면에 부착된 히터부(150)는 열을 발생시키는 히터(151)와 온도를 측정하기 위한 온도센서(152)로 구성되어 있으며, 몸체부(140) 하면에 금속 증착을 통하여 형성하게 된다. 본 실시예에서는 온도상승에 따른 선형성이 매우 우수한 특성을 가진 백금을 증착하여 히터부(150)를 구성하였다.
덮개부(130)는 몸체 내에서의 시료의 흐름 등을 관찰할 수 있도록 투명한 유리 재질로 구성하는 것이 바람직하며, 제 1반응실(142) 및 제 2반응실(144)과 각각 연결된 시료 주입구(131)와 효소 주입구(132)가 관통되어 형성되어 있는데, 이는 샌드 블래스팅(sand blasting)과 같은 공정으로 가공된다.
이하에서는 본 실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩을 이용하여 목표 단백질을 검출하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
시료 주입구(131)를 통해 제 1반응실(142)에 검사하고자 하는 시료를 주입하면, 주입된 시료는 제 1반응실(142)에 수용된 비드(170)와 화학반응을 일으켜 비드(170) 표면에 고정된 리간드와 목표 단백질이 결합하게 된다. 이후 완충용액(buffer solution)을 주입하여 비드(170)에 결합된 목표 단백질 이외의 물질들을 충분히 흘려보내어 제거시킨 후에, 완충용액이 제 1반응실(142)에 남아있는 상태로 히터부(150)를 동작시켜 85℃ 정도로 가열하여 목표 단백질의 변성과 용출을 동시에 일으킨다.
용출된 목표 단백질은 유체 채널(145)을 통해 제 2반응실(144)로 유입되고, 이후 효소 주입구(132)로 트립신 등의 단백질 분해효소를 주입하고 37℃ 정도로 가열함으로써 목표 단백질을 분해하여 최종 결과물을 얻는다. 이렇게 얻어진 최종 결과물은 MALDI-TOF MS(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time Of Flight Mass Spectrometry)등과 같은 질량 분석법을 통해 분석하여 그 결과를 도출해 낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 대한 분리 사시도이다.
본 실시예와 앞서 언급한 제 1실시예와의 구조적인 면에서의 차이점은, 반응이 일어나는 부분과 시료가 주입되고 유동하는 부분이 단일 구조물 내로 통합되고, 재질의 선택에 있어서도 실리콘과 유리를 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 통합하여 대체되기 때문에 제 1실시예에서 마이크로칩의 가공시 필요한 실리콘 식각공정, 샌드 블래스팅(sand blasting), 애슁(ashing)과 같은 고비용의 공정을 생략할 수 있어 전체 가공비용을 상당히 절감할 수 있다..
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩은, 내부에 유체 채널(245)을 통해 서로 연결되는 제 1반응실(242) 및 제 2반응실(244)이 구비되며, 제 1반응실(242)의 상부 일측에는 제 1반응실(242)과 연결되는 시료 주입구(241)가 형성되고, 제 2반응실(242)의 상부는 개방된 형태로 구성되는 몸체부(240)와; 표면에 리간드가 고정되어 제 1반응 실(242) 내부에 충진되는 비드(270)와; 몸체부(240)의 하면에 부착되는 전기 절연부(260); 및 전기 절연부(260)의 하면에 부착되어 형성되는 히터부(250);로 구성되어 있다.
여기서 비드(270)는 제 1실시예의 경우와 동일하게 RNA 압타머가 표면에 고정된 비드를 사용하였으며, 몸체부(240)는 PDMS 재질로 구성하였다. 몸체부(240)는 다이싱(dicing) 가공을 통해 제작할 수 있으며, 제 1반응실(242)의 출구측과 연결된 유체 채널(245)을 통해 시료 혹은 약품에 의해 비드(270)가 유실되는 것을 막기 위하여 판형 구조물을 일렬로 배열한 구조로 이루어지는 비드 필터(243)가 구비된다.
몸체부(240)의 하면에는 히터부(250)에 흐르는 전류를 절연하고, 몸체부(240)와 히터부(250)를 서로 접합하기 위한 목적으로 전기 절연부(260)를 구비하며, 본 실시예의 경우 실리콘 산화물을 사용하였다.
전기 절연부(260) 하면에 부착된 히터부(250)는 열을 발생시키는 히터(251)와 온도를 측정하기 위한 온도센서(252)로 구성되고, 전기 절연부(260) 하면에 금속 증착을 통하여 형성하게 된다. 본 실시예에서는 온도상승에 따른 선형성이 매우 우수한 특성을 가진 백금을 증착하여 히터부(250)를 구성하였다.
본 실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩의 동작 원리는 앞서 언급한 제 1실시예의 경우와 동일하므로 이에 대한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 대한 분리 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩은, 구조적으로 격리되어 상호 간의 열전달을 차단하도록 구성된 제 1반응실(342) 및 제 2반응실(347)이 구비된 몸체부(340)와; 제 1반응실(342) 내부에 충진되는 목표 단백질 고정용 비드(371) 및 제 2반응실(347) 내부에 충진되는 단백질 분해용 비드(372)와; 제 1반응실(342) 측의 몸체부(340) 하면에 부착·형성되는 제 1히터부(351a) 및 제 2반응실(347) 측의 몸체부(340) 하면에 부착·형성되는 제 2히터부(351b)와; 몸체부(340)의 상면에 부착되되, 시료가 내·외부적으로 이동하는 출입구로 사용되는 다수 개의 관통구(331, 332, 333, 334)가 형성된 덮개부(330)와; 덮개부(330)의 상면에 구비되되 내부에 상기 다수 개의 관통구 중 일부(333, 334)와 연결되는 마이크로 채널(321)이 형성된 유로부(320); 및 유로부(320)의 상면에 결합되어 공압밸브를 이용하여 유로부의 유체 유동을 제어하는 유동제어부(310);를 포함하여 구성된다.
몸체부(340)는 실리콘 식각을 통해 제작되며, 목표 단백질을 고정하는 단백질 고정용 비드(371)를 수용하는 제 1반응실(342)과 목표 단백질을 분해하는 단백질 분해용 비드(372)를 수용하는 제 2반응실(347)을 구비하고 있으며, 제 1반응실(342)과 제 2반응실(347) 상호 간의 열전달을 차단하기 위하여, 서로 완전히 분리된 이격구조를 취하고 있다. 이러한 이격구조가 없다면, 제 1반응실(342)을 가열하는 경우 상당한 열이 제 2반응실(347)로 전달되어 제 2반응실(347)의 온도가 상 승하게 된다. 제 2반응실(347)에 구비된 단백질 분해용 비드(372) 표면에는 온도에 민감한 단백질 분해효소가 고정되어 있기 때문에, 제 2반응실(347)의 상승 온도에 따라 단백질 분해효소의 자기 분해가 일어나거나, 심한 경우 단백질 분해효소 자체의 기능을 잃어버리는 변성까지 다다를 위험 가능성이 있다.
또한 제 1반응실(342)과 제 2반응실(347) 각각의 출구측에는 시료 혹은 약품에 의해 단백질 고정용 비드(371)와 단백질 분해용 비드(372) 각각이 유실되는 것을 방지하기 위한 기둥모양의 구조물을 일렬로 배열한 비드필터(343, 348)가 각각 형성되어 있다.
여기서 제 1반응실(342)에는 제 1실시예의 경우와 동일하게 목표 단백질의 고정을 위한 RNA 압타머가 표면에 고정된 단백질 고정용 비드(371)가 선택되었고, 제 2반응실(347)에는 목표 단백질의 분해를 위해 단백질 분해효소를 표면에 고정시킨 비드(372)가 수용되는데, 본 실시예에서는 단백질 분해효소를 트립신으로 선택한 단백질 분해용 비드(372)를 채택하였다.
몸체부(340)의 하면에 각각 부착된 제 1히터부(351a)와 제 2히터부(351b)는 화학반응 각각에 맞는 온도로 조절하기 위하여 제 1반응실(342)의 하면에는 제 1히터부(351a), 제 2반응실(347)의 하면에는 제 2히터부(351b)가 각각 형성되어 있다. 제 1히터부(351a)와 제 2히터부(351b)는 몸체부(340)의 하면에 금속 증착을 통하여 부착·형성되며, 본 실시예에서는 온도 상승에 따른 선형성이 매우 우수한 특성을 가진 백금을 증착하여 제 1히터부(351a)와 제 2히터부(351b)를 형성하였다. 제 1히터부(351a)는 목표 단백질의 용출과 변성을 위한 목적으로 구비되는 반면에, 제 2 히터부(351b)는 목표 단백질을 분해하기 위한 트립신의 활성도를 최대화하는 것을 목적으로 구비된다는 점에서 차이가 있다.
덮개부(330)는 유리 등의 재질로 구성될 수 있으며, 덮개부(330)의 상면 일측에는 제 1반응실(342)의 입구측과 연결되는 시료 주입구(331) 및 제 2반응실(347)과 덮개부(330)의 상면 타측에는 제 2반응실(347)의 출구측과 연결되는 시료 배출구(332)가 각각 형성되고, 제 1반응실(342)과 제 2반응실(347) 및 마이크로 채널(321)을 연결하는 내부 유출공(333) 및 내부 유입공(334)이 각각 형성된다.
유로부(320)는 고분자 재질 혹은 실리콘 재질로 구성할 수 있으며, 본 실시예에서는 PDMS 재질로 구성하였다. 유로부(320)에 형성된 마이크로 채널(321)은 좁고 긴 채널 구조로 형성되어, 시료 혹은 화학물질의 유동에 저항으로 작용하여 제 1반응실(342)과 제 2반응실(347)내의 유속을 늦춤으로써 비드(371, 372) 표면에서의 충분한 화학반응에 필요한 시간을 확보하는 동시에, 내부 유출공(333) 및 내부 유입공(334)을 통해 제 1반응실(342) 및 제 2반응실(347)과 연결되어 제 1반응실(342)과 제 2반응실(347) 간의 유체이동을 위한 유로를 형성한다.
유동제어부(310)는 고분자 재질 혹은 실리콘 재질로 구성할 수 있으며, 본 실시예에서는 PDMS 재질로 구성하였다. 내부에는 마이크로 채널(321)과 연통되는 다수 개의 미세밸브들(301, 302, 303)과 공기 주입구들(313, 314, 315)이 형성되어 있다. 이러한 미세밸브들(301, 302, 303)은 공압식으로 개폐되어 각 반응실(342, 347)과 마이크로 채널(321)에 대한 유동제어를 수행하며, 공기 주입구들(313, 314, 315)은 미세밸브들(301, 302, 303)을 작동시키기 위한 공기가 이동하는 유로의 역 할을 수행한다.
이하에서는 본 실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩을 이용하여 목표 단백질을 검출하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
채널 제어용 공기 주입구(313)로 공기를 주입하여 채널 미세밸브(301)를 차단하고 시료 주입구(331)를 통해 시료를 주입하면, 제 1반응실(342) 내부에 있던 공기는 상부출구(311)를 통해 배출되면서 제 1반응실(342) 내로 시료가 유입된다. 유입된 시료의 목표 단백질과 단백질 고정용 비드(371)의 표면에 부착된 리간드 간에 결합반응이 일어나게 되며, 이러한 결합반응을 약 30분 정도 유지한다. 이후에 단백질 고정용 비드(371)에 결합된 목표 단백질 이외의 단백질들을 세척하기 위하여 시료 주입구(331)로 완충용액(buffered solution)을 제 1반응실(342)에 주입함으로써 단백질 고정용 비드(371)의 표면과 제 1반응실(342) 내부를 세척한다.
세척이 완료된 후, 제 1공기 주입구(314)로 공기를 주입하여 현재 개방되어 있는 제 1미세밸브(302)를 차단하고 제 1히터부(351a)에 전원을 공급하여 제 1반응실(342)을 85℃ 정도가 되도록 가열·유지하여 목표 단백질의 변성을 시키는 동시에 단백질 고정용 비드(371)와의 결합을 끊어 용출시킨다. 그 후 채널 제어용 미세밸브(301)를 개방시키고, 제1 미세밸브(302)와 제 2미세밸브(303)를 차단한 후에 시료 주입구(331)로 공기를 주입하여 앞서 변성과 용출이 이루어진 목표 단백질을 제 2반응실(347)로 이동시킨다.
이후 제 2공기 주입구(315)로 공기를 주입하여 제 2미세밸브(303)와 앞서 개 방된 채널 미세밸브(301)를 차단하고, 제 2히터부(351b)에 전원을 공급하여 제 2반응실(347)을 37℃ 정도가 되도록 가열·유지하면서 목표 단백질을 단백질 분해용 비드(372)와 반응시켜 분해시킨다.
이 과정이 끝난 후에 제 2미세밸브(303)를 개방하고 상부입구(312)를 통해 공기를 주입하여 제 2반응실(347) 내의 분해된 목표 단백질을 시료 배출구(332)로 배출시켜 최종적으로 마이크로칩 외부에서 질량분석기로 이를 분석한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경을 할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 대한 분리 사시도.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 대한 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩에 대한 분리 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
140, 240, 340 : 몸체부 130, 330 : 덮개부
142, 242, 342 : 제 1반응실 143, 243, 343, 348 : 비드 필터
144, 244, 347 : 제 2반응실 150, 250, 351a, 351b : 히터부
310 : 유동제어부 320 : 유로부

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  9. 구조적으로 격리되어 상호 간의 열전달을 차단하도록 구성된 제 1반응실 및 제 2반응실이 구비된 몸체부와;
    상기 제 1반응실 내부에 충진되는 목표 단백질 고정용 비드 및 상기 제 2반응실 내부에 충진되는 단백질 분해용 비드와;
    상기 제 1반응실 측의 상기 몸체부 하면에 부착·형성되는 제 1히터부 및 상기 제 2반응실 측의 상기 몸체부 하면에 부착·형성되는 제 2히터부와;
    상기 몸체부의 상면에 부착되되, 시료가 내·외부적으로 이동하는 출입구로 사용되는 다수 개의 관통구가 형성된 덮개부와;
    상기 덮개부의 상면에 구비되되, 내부에 상기 다수 개의 관통구 중 일부와 연결되는 마이크로 채널이 형성된 유로부; 및
    상기 유로부의 상면에 결합되어 공압밸브를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 유동제어부;
    를 포함하여 구성되어,
    상기 제 1히터부를 통해 상기 제 1반응실을 가열함으로써 상기 단백질 고정 용 비드 표면에 결합된 목표 단백질의 변성(denaturation)과 용출이 동시에 일어나게 하는 한편, 상기 제 2히터부를 통해 상기 제 2반응실을 가열하여 상기 단백질 분해용 비드의 활성도를 높이는 것을 특징으로 하는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 덮개부의 상면에 구비되는 다수 개의 관통구는,
    상기 덮개부의 상면 일측에 형성되어 상기 제 1반응실과 연결되는 시료 주입구와;
    상기 덮개부의 상면 타측에 형성되어 상기 제 2반응실과 연결되는 시료 배출구; 및
    상기 시료 주입구와 상기 시료 배출구 사이에 형성되며, 상기 제 1반응실과 상기 제 2반응실 및 상기 마이크로 채널을 연결하는 내부 유출공 및 내부 유입공;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1반응실의 출구측 및 상기 제 2반응실의 출구측에는 상기 단백질 고 정용 비드 및 상기 단백질 분해용 비드가 외부로 유실되는 것을 차단하기 위한 비드 필터;
    가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 유동제어부는,
    공압에 의하여 작동하는 다수 개의 미세밸브; 및
    상기 다수 개의 미세밸브를 작동시키기 위한 공기가 이동하는 유로의 역할을 하는 다수 개의 공기주입구;
    가 구비되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1히터부 및 상기 제 2히터부는,
    백금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 기능을 구비한 비드 기반 마이크로칩.
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