KR101101310B1

KR101101310B1 - 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법

Info

Publication number: KR101101310B1
Application number: KR1020110046183A
Authority: KR
Inventors: 권성훈; 정수은; 제임스 헤인츠 오스틴; 이승훈; 박욱; 송영훈; 장지성; 김효기; 이호원
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-12-30
Also published as: US20120295297A1; US20140128271A1; US9689878B2; US9267950B2; US20160123987A1

Abstract

일 실시 예에 따르는 상기 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법에 있어서, 먼저, 포함하는 타겟물질의 종류에 따라 서로 구분되는 코드를 가지는 복수의 코드화된 입자를 준비한다. 상기 복수의 코드화된 입자를 피펫팅(pipetting)에 의해 복수의 웰(well)을 포함하는 플레이트에 제공하고 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자를 상기 복수의 웰 내부에 배치한다. 분석대상 물질을 상기 복수의 웰에 제공한다. 상기 복수의 웰 내부에 배치된 상기 복수의 코드화된 입자의 코드를 판독한다. 상기 복수의 코드화된 입자의 상기 타겟물질을 방출시켜, 상기 타겟물질과 상기 분석대상 물질을 반응시킨다.

Description

코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법{assay method using coded particle based platform}

본 출원은 분석방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 코드화된 입자 기반을 플랫폼을 이용하는 분석방법에 관한 것이다.

스포팅법, 마이크로어레이법, 전기습윤 방법, 광학적 족집게법, 및 광전자적 족집게법 등과 같은 기술은 분석대상 물질의 미세한 양의 움직임을 연구하기 위해 비교적 최근에 개발된 방법이다. 하지만 이와 같이 최근에 등장한 기술에도 불구하고, 피펫팅 방법은, 여전히 분석을 위한 유력한 수단으로 계속 적용되고 있다. 현재의 피펫팅 기술 중 로보트 피펫팅-스포팅은 고속대량스크리닝 (high thoroughput screening, HTS)이 가능하도록 개량되어, 종래의 수동 피펫팅이 가지는 시간 소모의 문제를 해결하고자 한다. 하지만 HTS 핸들링은 높은 사용자 작동 비용을 갖는 값비싼 장비를 사용하는 대용량 용도에서의 사용에 제한될 수 있다.

도 1은 종래의 피펫팅을 이용하는 약물 분석 방법을 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 1의 (a)는 복수의 서로 다른 약물을 보유하고 있는 보관소(library)를 도시하고 있다. 도 1의 (b)는 복수의 서로 다른 약물을 배치할 수 있는 복수의 웰(well)을 가지는 플레이트를 도시하고 있다. 도 1의 (a)및 (b)를 참조하면, 복수의 서로 다른 약물(110)을 포함하고 있는 보관소(100)로부터, 피펫(120)을 이용하여 상기 약물(110)을 차례대로 플레이트(120)의 웰(130)내에 배치시킬 수 있다. 이후에, 플레이트(120)의 웰(130) 내에 배치되는 약물은 별도로 제공되는 분석대상인 셀(cell)과 반응하게 된다.

보관소(100)로부터 약물(110)을 웰(130)에 배치시키는 과정은, 보관소로부터 선택되는 하나의 약물(110)을 대응하는 하나의 웰(130)에 차례로 피펫팅함으로써 이루어질 수 있다. 일 예로서, 복수의 웰(130)을 가지는 복수의 플레이트(130)가 제공되고, 보관소(100)의 서로 다른 약물(110)이 100K 종류일 경우, 100K 개의 웰(130)에 100K 번의 피펫팅을 수행함으로써 이루어질 수 있다. 이때, 플레이트(120)의 웰(130)은 주소화(adressing)이 가능하며, 지정된 주소를 가지는 웰(130)에 각각 피펫팅되는 약물(110)의 종류를 결정할 수 있다. 이러한 피펫팅의 횟수는 보관소(100)가 함유하는 약물(110)의 종류가 증가할수록 비례하여 증가할 수 있어, 상기 플레이트(130)의 웰(130)에 약물을 배치시키는 과정을 수행할 때, 시간적, 경제적 부담으로 작용할 수 있다.

본 출원이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수의 타겟물질을 포함하는 복수의 입자를 경제적인 방법으로 분석을 위한 웰에 제공하는 방법을 제공한다.

본 출원이 이루고자 하는 기술적 과제는 약물을 포함하는 코드화된 입자를 경제적인 방법으로 분석을 위한 웰에 제공하는 방법을 제공한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 일 측면에 따른 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법이 개시된다. 상기 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법에 있어서, 먼저, 포함하는 타겟물질의 종류에 따라 서로 구분되는 코드를 가지는 복수의 코드화된 입자를 준비한다. 상기 복수의 코드화된 입자를 피펫팅(pipetting)에 의해 복수의 웰(well)을 포함하는 플레이트에 제공하고 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자를 상기 복수의 웰 내부에 배치한다. 분석대상 물질을 상기 복수의 웰에 제공한다. 상기 복수의 웰 내부에 배치된 상기 복수의 코드화된 입자의 코드를 판독한다. 상기 복수의 코드화된 입자의 상기 타겟물질을 방출시켜, 상기 타겟물질과 상기 분석대상 물질을 반응시킨다.

본 출원의 일 실시 예에 의하면, 한번의 피펫팅에 의하여 타겟물질을 포함하는 복수의 코드화된 입자를 분석용 플레이트에 경제적으로 제공할 수 있다. 구체적으로, 일 예로서, 마스크를 사용하지 않는 디지털 마이크로미러 장치 등을 이용하여 상기 타겟물질을 포함하는 입자에 많게는 백만 개 이상의 다양한 종류의 코드를 형성할 수 있으며, 이러한 상기의 다양한 종류의 코드를 가지는 타겟물질을 포함하는 입자들을 한번의 피펫팅에 의하여 상기 분석용 플레이트에 제공할 수 있다.

본 출원의 일 실시 예에 의하면, 한번의 피펫팅과 자기-조립 방법에 의하여 복수의 코드화된 입자를 분석용 플레이트의 웰 내부에 배치시킬 수 있다. 즉, 상기 백만 개 이상의 다양한 종류의 코드를 갖는 입자를 자기-조립 방법에 의하여 상기 분석용 플레이트의 웰 내부에 배치시켜, 약물과의 반응에 의해 고속 스크리닝(screening)을 할 수 있다. 이를 통해, 종래의 경우에서와 같이, 하나의 코드화된 입자를 하나씩 피펫팅하는 방법에 비해 공정 비용 및 공정 시간 측면에서 경제성이 확보될 수 있다.

도 1은 종래의 피펫팅을 이용하는 약물 분석 방법을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자를 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 6 내지 도 18은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석 방법을 개략적으로 설명하는 모식도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1 ” 또는“제2 ” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

도 2는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 3 내지 도 5는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자를 개략적으로 나타내는 모식도이다. 도 6 내지 도 18은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석 방법을 개략적으로 설명하는 모식도이다. 구체적으로 도 3의 (a)는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 복수의 코드화된 입자를 대략적으로 나타내는 도면이다. 도 3의 (b) 및 (c)는 본 출원의 다른 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자의 사시도 및 단면도이다. 도 3의 (d) 내지 (f)는 본 출원의 다른 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자의 사시도 및 단면도이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 본 출원의 또다른 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자의 사시도 및 단면도이다. 도 4의 (c) 내지 (e)는 본 출원의 다른 일 실시 예에 따르는 코드화된 입자의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 본 출원의 또다른 실시 예에 따르는 코드화된 입자의 사시도 및 단면도이다. 도 5의 (c) 내지 (g)는 본 출원의 또다른 실시 예에 따르는 코드화된 입자의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2의 210 블록을 참조하면, 타겟물질의 종류에 따라 서로 구분되는 코드를 가지는 복수의 코드화된 입자를 준비한다. 상기 타겟물질은 일 예로서, 약물과 같은 화학적 물질 또는 세포, 분자, 단백질, 박테리아, DNA, RNA 등과 같은 적어도 하나의 생물학적 물질을 포함할 수 있으며, 소정의 분석 대상 물질과 반응할 수 있다. 상기 화학적 물질 또는 상기 생물학적 물질은 어느 하나 또는 둘 이상이 함께 적용될 수 있다. 상기 분석 대상 물질은 마찬가지로, 일 예로서, 약물과 같은 화학적 물질 또는 세포, 분자, 단백질, 박테리아, DNA, RNA 등과 같은 생물학적 물질을 포함할 수 있다. 도 3의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 복수의 코드화된 입자(300)는 서로 동일하거나 또는 서로 다른 복수의 타겟물질을 각각 포함할 수 있다. 코드화된 입자(300)의 코드(310)는 코드화된 입자(300)가 각각 포함하고 있는 상기 타겟물질을 서로 구분하게 할 수 있다. 일 예로서, 코드화된 입자(300)는 물을 분산매체로 하는 하이드로겔의 형태를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 타겟물질에 따라 많게는 백 만개 이상의 서로 다른 코드(310)를 생성할 수 있다.

도 3의 (b) 및 (c)를 참조하면, 상기 타겟물질을 포함하는 입자(300)를 형성하는 과정은 먼저, 폴리머 및 타겟물질을 각각 준비한다. 상기 폴리머와 상기 타겟물질을 혼합한다. 그리고, 혼합된 상기 폴리머와 상기 타겟물질을 경화하여 상기 폴리머 내에 상기 타겟물질이 포함된 폴리머 구조물(315)을 형성한다. 이로서 상기 타겟물질을 포함하는 폴리머 구조물(315)로 이루어지는 입자(300)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 타겟물질을 포함하는 입자를 형성하는 과정은 타겟물질과 폴리머를 각각 준비하고, 상기 타겟물질과 폴리머를 혼합하여 수지(resin) 형태의 용액을 형성한다. 그리고, 상기 혼합된 수지 형태의 용액을 경화시켜 상기 입자를 형성할 수 있다. 다른 몇몇 실시 예들에 있어서, 상기 타겟물질을 포함하는 입자를 형성하는 과정은 소정의 온도 이상에서는 타겟물질을 용해하지 않고, 소정의 온도 이하에서는 타겟물질을 용해하는 특징을 가지는 폴리머를 사용하여 수행할 수 있다. 일 예로서, 상술한 특징을 가지는 폴리머는 폴리-엔-이소프로필아크릴아미드(poly-N-isopropylacrylamide, PNIPAAM) 이며, 구체적으로 약 32 ℃ 이상에서는 소정의 약물에 대하여 불용해성을 가지며, 그 이하의 온도에서는 소정의 약물에 대하여 용해성이다. 따라서, 상기 약 32 ℃ 이하에서 소정의 약물을 용해한 상기 PNIPAAM을 상기 PEG-DA와 같은 폴리머와 혼합하여 수지 형태의 조성물을 제조한다. 그리고, 상기 혼합된 조성물을 경화시킴으로써 상기 입자를 형성할 수 있다. 상기 경화 과정은 일 예로서, UV 등을 사용하는 광경화 과정을 적용할 수 있다.

또 다른 몇몇 실시 예들에 있어서, 상기 타겟물질을 포함하는 입자를 형성하는 과정은 먼저, 폴리머를 제공하고 상기 폴리머를 경화시켜 예비 입자를 형성한다. 그리고, 상기 예비 입자 내부로 상기 타겟물질을 주입시킴으로써 형성할 수 있다. 일 예로서, 상기 예비 입자를 상기 타겟물질을 포함하는 배스(bath) 내에 담그고, 상기 타겟물질이 상기 예비 입자의 폴리머 기지 내로 흡수되도록 할 수 있다.

몇몇 실시 예들에 의하면, 상기 타겟물질과 폴리머가 혼합된 수지 형태의 용액을 경화시켜 입자를 제조하거나, 또는 상기 예비 입자 내부로 타겟물질을 흡수시켜 상기 입자를 제조하는 경우에, 제조된 상기 입자를 냉동건조시켜 고형화시키는 과정을 추가적으로 수행할 수 있다. 상기 고형화시키는 과정은 보다 효율적으로 상기 타겟물질이 상기 입자 내에 머물 수 있도록 할 수 있다. 입자 내부의 약물이 밖으로 확산할 우려를 방지할 수 있어, 복수의 입자들 간에 각각의 약물이 서로 섞일 가능성을 방지할 수 있다.

또 다른 몇몇 실시 예들에 의하면, 상기 타겟물질과 폴리머가 혼합된 수지 형태의 용액을 경화시켜 입자를 제조하거나, 또는 상기 예비 입자 내부로 타겟물질을 흡수시켜 상기 입자를 제조하는 경우에, 상기 입자의 구조물을 형성한 후에 상기 구조물의 외부에 실리카 코팅을 수행할 수 있다. 상기 실리카 코팅은 보다 효율적으로 상기 타겟물질이 상기 입자 내에 머물 수 있도록 할 수 있다.

상기 타겟물질과 폴리머가 혼합된 수지 형태의 용액을 경화시켜 입자를 제조하거나, 또는 상기 예비 입자 내부로 타겟물질을 흡수시켜 상기 입자를 제조하는 경우에, 광경화성 폴리머가 적용될 수 있다. 상기 입자의 형태 및 구조는 상기 광경화성 폴리머를 광학적으로 패터닝함으로써 결정할 수 있다. 상술한 광학적 방법으로 패터닝하는 방법은 일 예로서, 한국등록특허 1004769의 광유체적 리소그래피 방법, 미국등록특허 7709544의 유체 리소그래피 법 및 중합법이 적용될 수 있으며, 본 특허의 기술은 본출원 기술에 병합될 수 있다.

도 3의 (d) 및 (e)를 참조하면, 입자(300)은 상기 타겟물질을 포함하는 타겟물질층(320) 및 상기 타겟물질층(320)을 에워싸는 봉입층으로 기능하는 제1 폴리머층(330) 및 제2 폴리머층(340)을 구비할 수 있다. 상술한 입자(300)를 코드화하는 다양한 방법은 이하에서 별도로 설명하기로 한다. 제1 폴리머층(330) 및 제2 폴리머층(340)은 일예로서, 폴리머 물질로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 일 실시 예에 있어서, 상기 타겟물질을 포함하는 입자를 형성하는 과정은 먼저, 유동성 제1 폴리머를 제공하고 상기 제1 폴리머를 경화시켜 제1 폴리머층(330)을 형성한다. 제1 폴리머층(330) 상에 타겟물질을 포함하는 유동성 폴리머를 제공하고, 상기 유동성 폴리머를 경화시켜 타겟물질층(320)을 형성한다. 일 예로서, 상기 유동성 폴리머는 상기 타겟물질을 흡수하여 내부에 포함하도록 구성된다. 타겟물질층(320) 상에 유동성 제2 폴리머를 제공하고 상기 제2 폴리머를 경화시켜 타겟물질층(320)을 봉입하는 제2 폴리머층(340)을 형성한다. 그리고, 제1 폴리머층(330) 및 제2 폴리머층(340)에 대하여 코드화 공정을 실시함으로써 입자(300)를 제조할 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 제1 폴리머층(330) 상에 폴리머와 타겟물질이 혼합된 수지(resin) 형태의 용액(solution)을 제공한다. 상기 혼합된 수지 형태의 용액을 경화시켜 타겟물질층(320)을 형성한다. 그리고, 타겟물질층(320)을 밀봉하는 제2 폴리머층(340)을 형성한다. 제1 및 제2 폴리머층(330, 340)을 형성하는 방법은 상술한 바와 같이, 유동성 폴리머를 제공하고, 상기 유동성 폴리머를 경화시키는 방법이 적용될 수 있다.

도 3의 (e)에 도시된 단면도에 의하면, 제2 폴리머층(340)은 타겟물질층(320) 외곽의 측벽부(342) 및 타겟물질층(320) 상부의 상면부(344)로 분류될 수 있다. 측벽부(342)는 타겟물질층(320)의 외곽부를 둘러싸 타겟물질을 입자(300) 외부와 격리하는 기능을 수행할 수 있다. 상면부(344)는 입자(300)를 서로 식별하기 위해 코드(310)를 생성하는 부분으로 사용될 수 있다. 도 3의 (f)에 도시된 단면도에 의하면, 제2 폴리머층(340)은 타겟물질층(320) 외곽의 측벽부(342), 타겟물질층 상부의 제1 상면부(346) 및 제2 상면부(348)로 분류될 수 있다. 측벽부(342) 및 제1 상면부(346)는 타겟물질층(320)의 외곽부를 둘러싸 타겟물질을 입자(300) 외부와 격리하는 기능을 수행할 수 있다. 제2 상면부(348)은 제1 폴리머층(330), 측벽부(342) 및 제1 상면부(346)을 에워싸서 입자(300) 외부와 격리시키는 기능을 수행한다. 또, 제2 상면부(348)의 일부에는 입자(300)를 서로 식별하기 위해 코드(310)가 생성될 수 있다.

상기 입자는 도 3의 (d) 및 (e)에 도시되는 바와 같이, 소정의 너비와 높이를 가지는 구조물일 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 상기 타겟물질층, 제1 폴리머층(330) 및 제2 폴리머층(340)을 형성하는 방법은 상기 제1 및 제2 폴리머, 또는 상기 타겟물질을 포함하는 유동성 폴리머를 광학적으로 패터닝함으로써 달성할 수 있다. 상술한 광학적 방법으로 패터닝하는 방법은 일 예로서, 한국등록특허 1004769의 광유체적 리소그래피 방법, 미국등록특허 7709544의 유체 리소그래피 법 및 중합법이 적용될 수 있으며, 본 특허의 기술은 본출원 기술에 병합될 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 입자(300)은 제1 폴리머층(331), 타겟물질층(321) 및 제2 폴리머층(341)을 구비할 수 있다. 입자(300)에 코드(310)를 형성하는 다양한 방법은 이하에서 별도로 설명하기로 한다. 일 실시 예에 있어서, 도 4의 (c) 내지 (e)를 참조하면, 상기 타겟물질을 포함하는 입자(300)를 형성하는 과정은 먼저 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 폴리머층(331)을 형성한다. 제1 폴리머층(331)은 일 예로서, 퍼플로로 폴리에테르(Perfluoro polyether, PFPE)와 같은 폴리머를 포함할 수 있다. 그리고, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 제1 폴리머층(331) 상에 상기 타겟물질을 액적의 형태로 낙하시켜 타겟물질층(321)을 형성한다. 상기 타겟물질은 제1 폴리머층(331) 상에서 소수성을 나타낼 수 있도록 선택된다. 일 예로서, 타겟물질층(321)은 액적과 같은 형태로 배치될 수 있다. 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 타겟물질층(321) 상에 타겟물질층(321)을 밀봉하는 제2 폴리머층(341)을 형성한다. 이로서 형성되는 입자(300)는 도 4의 (a) 및 (b)에 도시되는 바와 같이, 소정의 너비와 높이를 가지는 구조물일 수 있다.

제1 및 제2 폴리머층(331, 341)을 형성하는 방법은 유동성 폴리머를 제공하고, 상기 유동성 폴리머를 경화시킴으로써 달성할 수 있다. 제1 및 제2 폴리머층(331, 341)은 일 예로서, 광경화성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 폴리머층(331, 341)의 형태 및 구조는 일 예로서, 상기 광경화성 폴리머를 광학적 방법으로 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 폴리머층(331, 341)은 일 예로서, PFPE, 에폭시 등과 같은 소수성 폴리머층일 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 폴리머층(331, 341)은 내부에 액체 형태의 상기 타겟물질을 밀봉하여, 상기 타겟물질이 장시간 입자(301) 내에 포함되어 있을 수 있도록 기능할 수 있다. 상기 광경화성 폴리머를 광학적 방법으로 패터닝하는 방법은 일 예로서, 한국등록특허 1004769의 광유체적 리소그래피 방법, 미국등록특허 7709544의 유체 리소그래피 법 및 중합법이 적용될 수 있으며, 본 특허의 기술은 본출원 기술에 병합될 수 있다.

타겟물질층(321) 및 제2 폴리머층(341)을 형성하는 방법은 다른 실시 예에 의하면, 제1 폴리머 층(331) 상에 친수성의 폴리에틸렌-디아크릴레이트(poly ethylene glycol-diacrylate, 이하, PEG-DA)와 같은 폴리머층을 먼저 형성한다. 그리고, 형성된 상기 폴리머층이 상기 타겟물질을 흡수하도록 하여 타겟물질층(321)을 형성한다. 일 예로서, 상기 친수성 폴리머층 및 소수성의 제1 폴리머층(331)을 포함하는 구조물을 상기 타겟물질이 포함된 배스(bath) 내에 담그고, 상기 타겟물질이 상기 친수성 폴리머층의 기지 내로 흡수되도록 하여 타겟물질층(321)을 형성할 수 있다. 상기 타겟물질의 상기 폴리머층 내로의 흡수를 돕기 위해, 소용돌이(vortex) 형성 등과 같은 공지의 기계적 공정을 추가할 수 있다. 그리고, 타겟물질층(321)을 밀봉하는 제2 폴리머층(341)을 형성한다.

다른 몇몇 실시 예들에 의하면, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 입자(300)은 제1 폴리머층(331), 제1 구조물(333), 제2 구조물(335), 제3 구조물(337), 타겟물질층(321) 및 제2 폴리머층(341)을 구비할 수 있다. 상술한 입자(300)를 코드화하는 다양한 방법은 이하에서 별도로 설명하기로 한다. 입자(300)을 형성하는 방법은 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 먼저, 제1 폴리머층(331)을 형성한다. 제1 폴리머층(331)은 일 예로서, 퍼플로로 폴리에테르(Perfluoro polyether, PFPE)와 같은 소수성 폴리머를 포함할 수 있다. 도 5의 (d)를 참조하면, 제1 폴리머층(331) 상에, PFPE와 같은 소수성 폴리머 물질로 이루어진 벽(wall) 형태의 제1 구조물(333)을 형성할 수 있다. 일 예로서, 광경화성을 가지는 소수성 폴리머를 제1 구조물(333) 상에 코팅하고, 상기 벽에 대응하는 상기 소수성 폴리머 부분에 대하여만 광학적으로 패터닝하여 경화시킴으로서 달성할 수 있다. 상기 벽 형태의 구조물(333)은 일 예로서, 제1 폴리머층(331)의 외곽부의 테두리를 따라 둑(bank)와 같은 구조로 형성될 수 있다. 도 5의 (e)를 참조하면, 상기 제1 폴리머층(331) 및 제1 구조물(333) 내부에 상기 PEG-DA와 같은 친수성을 가지는 폴리머로 제2 구조물(335)을 형성한다. 일 실시 예에 다르면, 제2 구조물(335)은 제1 구조물(333)의 측벽에 형성할 수 있다. 광경화성을 가지는 친수성 폴리머를 제1 구조물(333) 상에 코팅하고, 상기 측벽에 대응하는 상기 친수성 폴리머 부분에 대하여만 광학적으로 패터닝하여 경화시킴으로서 달성할 수 있다. 도 5의 (f)를 참조하면, 상기 제1 구조물(333) 및 제2 구조물(335)로 이루어진 우물 형태의 구조물 내부에 상기 타겟물질을 제공한다. 일 예로서, 상기 타겟물질은 상기 폴리머 층에 액적의 형태로 떨어뜨리거나, 스프레이 형태로 뿌림으로써 제공될 수 있다. 상기 타겟물질은 상기 친수성 폴리머로 이루어진 측벽과 소수성 폴리머로 이루어진 바닥면으로 이루어진 상기 우물 형태의 구조물 내부에 갇히게 되어 타겟물질층(321)을 형성한다. 그리고, 도 5의 (g)를 참조하면, 타겟물질층(321) 상에 제3 구조물(337)을 형성한다. 제3 구조물(337)은 타겟물질층(321)을 밀봉하는 역할을 한다. 제3 구조물(3370)은 입자(300)를 식별하는 코드(310)가 형성되는 제2 폴리머층(341)과 구별될 수 있다. 제2 폴리머층(341)은 제1 폴리머층(331), 제1 구조물(333) 및 제3 구조물(337)을 밀봉하여 입자(300)의 외부와 격리시키는 기능을 수행하고, 제3 구조물(337) 상부의 제2 폴리머층(341) 일부분에서는 입자(300)를 식별하기 위한 코드(310)가 생성될 수 있다.

다시 210 블록을 참조하면, 입자(300)를 코드화하는 방법은 일 예로서, 광학적 리소그래피 방법을 적용하여 패터닝하는 방법을 적용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 입자(300)의 제조에 광경화성 폴리머를 적용하고, 이를 광학적 리소그래피 방법으로 패터닝함으로써 수행할 수 있다. 일 예로서, 한국등록특허 1004769의 광유체적 리소그래피 방법, 미국등록특허 7709544의 유체 리소그래피 법 및 중합법을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지의 다양한 리소그래피법이 적용될 수 있다. 입자(300)를 코드화하는 방법은 일 예로서, 상기 광경화성 폴리머 상에, 광 경화의 정도에 따라 서로 구분되도록 ‘1’ 및 ‘0’을 의미하는 표지를 각각 패터닝함으로써 상기 입자 상에 코드를 형성할 수 있다. 상술한 광학적 리소그래피 방법은 일 예로서, 마스크를 사용하지 않는 디지털 마이크로미러 장치 등을 이용하는 경우, 상기 타겟물질을 포함하는 입자에 대하는 많게는 백만 개 이상의 다양한 종류의 코드를 형성할 수 있는 장점을 가질 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 입자(300)를 코드화하는 방법은 자성 잉크를 이용하는 방법을 적용할 수 있다. 상기 자성 잉크를 이용하는 방법은 일 예로서, 한국특허출원 10-2010-0029613에 게시된 바와 같이, 자성 나노 입자를 포함하는 광경화성 물질을 제공하고 외부 자기장을 인가하여 상기 광경화성 물질 내의 상기 자성 나노 입자를 정렬시킨다. 그리고, 외부로부터 광을 인가하여 상기 광경화성 물질을 경화시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 외부 자기장의 세기에 의하여 자성 나노 입자들 간의 배열이 변화하여 서로 다른 색상을 발현할 수 있다. 이러한 기술을 적용하여 입자(300)의 광경화성 폴리머로 이루어지는 폴리머 구조물(315) 및 제2 폴리머층(341, 344, 348) 내에 자성 나노 입자들을 서로 차별되도록 배열시킴으로써 입자(300)를 칼러 코드화 할 수 있다. 상기 특허의 기술은 본 출원 기술에 병합될 수 있다.

또다른 실시 예에 의하면, 입자(300)를 코드화하는 방법은 서로 구분되는 다양한 색상의 형광물질을 입자(300)에 포함시킴으로써 달성할 수 있다. 상술한 종류의 형광물질을 입자(300)에 포함시키는 방법은 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 타겟물질의 종류에 따라 서로 구분되는 코드를 가지도록 제조된 복수의 코드화된 입자가 준비될 수 있다.

블록 220를 참조하면, 상기 복수의 코드화된 입자를 피펫팅에 의해 복수의 웰을 포함하는 플레이트에 제공하고, 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 웰 내부에 배열한다. 일 실시 예로서의 도 6을 참조하면, 입자(300)를 피펫팅에 의해 복수의 웰(420)을 포함하는 플레이트(410)에 제공한다. 본 명세서에서 피펫팅이란 상기 복수의 코드화된 입자(300, 301)에 대하여, 기구를 사용하여 한 장소에서 다른 장소로 이동시키는 행위를 의미한다. 상기 기구는 일 예로서 피펫을 예로 들수 있지만, 반드시 이에 해당하지 않고, 비알(vial)과 같이 복수의 입자(300)을 일시적으로 저장하여 이동시키는 도구도 해당될 수 있다. 본 명세서에서 피펫팅은 입자(300) 각각을 개별적으로 이동시키는 것이 아니라, 복수 개의 입자(300)를 한번에 이동시키는 기능을 수행한다는 점에서 기존의 피펫을 이용하는 방법과 차별성 및 유용성이 있다.

플레이트(410)는 PDMS, PEG-DA 등과 같은 폴리머, 글래스, 플라스틱, 반도체, 금속, 세라믹 등 다양한 재료로 제조될 수 있다. 플레이트(410)는 내부에 웰(420)을 가져 입자(300)를 수용할 수 있는 용기로서의 기능을 수행할 수 있다. 본 출원의 일 실시 예에 따르면, 복수의 코드화된 입자(300)는 한번의 피펫팅에 의하여 플레이트(410)에 제공될 수 있다. 일 실시 예로서, 상기 저장소로부터 피펫(430)과 같은 기구를 이용하여 복수의 코드화된 입자(300)를 운반한 후에, 복수의 코드화된 입자(300)를 피펫(430)으로부터 방출시켜 플레이트(410)에 제공할 수 있다.

피펫(430)을 이용하여 상기 복수의 코드화된 입자(300, 301)를 플레이트(410)에 제공하는 공정은 상기 복수의 코드화된 입자의 유형에 따라 다음과 같이 진행할 수 있다. 도 3의 (d) 및 (e), 도 4의 (a) 및 (b), 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 복수의 코드화된 입자(300)의 타겟물질층(320,321)이 봉입층(330, 340) 또는 제1 및 제2 폴리머층(331, 341)에 의해 밀봉된 경우, 에틸 알코올과 같은 알코올, 물(water), 인산완충용액(Phosphate Buffered Saline, 이하 PBS) 또는 오일과 같은 유체(fluid)를 운반체(carrier)로 이용하여 운반할 수 있다. 구체적으로, 상기 에틸 알코올, 물, PBS 또는 오일과 같은 상기 유체 내에 상기 복수의 코드화된 입자(300)을 담그고, 상기 코드화된 입자(300)를 포함하는 상기 유체를 피펫(430)에 담아 플레이트(410)로 운반할 수 있다. 여기서, 상기 운반체 내에서의 상기 입자의 농도는 일정량의 운반체 내에 포함된 상기 입자의 개수로 산정될 수 있다.

도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이, 상기 타겟물질과 상기 폴리머가 혼합된 수지 형태의 용액을 경화시켜 제조한 입자, 또는 상기 예비 입자 내부로 상기 타겟물질을 주입시켜 제조된 입자인 경우에는, 오일과 같은 유체를 운반체로 하여 상기 입자를 운반할 수 있다. 상기 오일은 일 예로서, 휘발성 오일을 적용할 수 있으며, 상기 고형화된 입자 내부의 상기 타겟물질이 상기 운반 과정에서 상기 입자 외부로 빠져 나오는 것을 방지하도록 상기 입자를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 상술한 다른 실시 예에서와 같이, 상기 복수의 코드화된 입자가 상기 냉동건조된 고형화된 입자의 경우, 상기 고형화된 입자를 파우더 형태로 직접 운반할 수 있다. 다르게는 상기 고형화된 입자를 상기 오일과 같은 상기 유체를 운반체로 하여 운반할 수 있다.

상기 플레이트에 제공된 상기 복수의 코드화된 입자를 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 웰 내부에 배열시킨다. 본 출원에서 자기-조립 방법이란, 외부로부터 상기 복수의 코드화된 입자에 인가되는 물리력 또는 상기 복수의 코드화된 입자와 상기 플레이트 사이에 작용하는 물리력 등에 의하여 상기 플레이트에 제공된 상기 복수의 코드화된 입자가 상기 복수의 웰 내부로 각각 이동하여 상기 웰 내부에 배열되는 방법을 의미한다. 상기 물리력은 정전기력, 모세관힘, 중력, 외력 등일 수 있다. 도 7은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자을 상기 복수의 웰 내부로 이동시키는 방법을 도시한다. 도 7을 참조하면, 복수의 코드화된 입자(300, 301)를 구조체(510)을 이용하여 복수의 웰(420) 내부로 쓸어넣을(sweep) 수 있다. 일 예로서, 구조체(510)는 적어도 일부분이 편평한 형태를 가질 수 있다. 구조체(510)는 일예로서, 유리로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고 복수의 코드화된 입자(300)를 복수의 웰(420) 내부로 이동시키는 기능을 수행하는 조건을 만족한다면 폴리머, 글래스, 플라스틱, 반도체, 금속, 세라믹 등의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 상술한 실시 예들에서와 같이, 복수의 코드화된 입자(300, 301)가 상기 유체에 의하여 운반되는 경우, 상기 유체에 대하여 쓸어넣는 공정을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 유체에 포함되어 있는 복수의 코드화된 입자(300, 301)의 농도가 높을수록 한 번에 웰(420) 내부로 조립되는 코드화된 입자(300, 301)의 개수가 증가할 수 있다.

도 8은 본 출원의 다른 실시 예에 따르는 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자를 상기 복수의 웰 내부로 조립시키는 방법을 도시한다. 도 8을 참조하면, 플레이트(410)와 실질적으로 평행하도록 구조체(612)를 배치시킨다. 구조체(612)는 일 예로서, 유리, 폴리머, 글래스, 플라스틱, 반도체, 금속, 세라믹 등의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일 예로서, 플레이트(410)가 고분자 패턴의 웰(420)을 구비하는 유리 기판으로 이루어질 때, 구조체(412)는 유리 기판으로 이루어질 수 있다. 플레이트(410)과 구조체(612) 사이에, 복수의 코드화된 입자(300)을 포함하는 유체(620)를 제공하고, 유체(620)를 도시된 X 방향으로 유동시킬 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 상기 유체(620)의 유동을 위하여, 플레이트(410) 및 구조체(612)를 평탄한 지면에 대하여 소정의 각도(a) 만큼 기울일 수 있다. 플레이트(410)과 구조체(612) 사이에서 유동하는 유체(620)는 모세관 힘의 작용에 의하여 반달형의 메니스커스(630)을 가지게 되며, 상기 모세관 힘은 유체(620) 내의 복수의 코드화된 입자(300)에도 미치게 된다. 복수의 코드화된 입자(300)는 유체(620) 내에서 이동 중에 상기 모세관 힘(Fc) 및 중력(Fg) 등에 의하여 복수의 웰(420) 내부로 들어갈 수 있다. 복수의 웰(420) 내부로 들어간 복수의 코드화된 입자(300)는 웰(420) 외부로 빠져나가지 못하고 복수의 웰(420) 내부에 배열될 수 있다. 복수의 웰(420)은 내부로 들어온 복수의 코드화된 입자(300)를 수용할 수 있도록 높이(H), 폭(W), 길이 등의 크기가 조절될 수 있다. 도면에서는 웰(420) 하나에 2개의 코드화된 입자(300)가 배열된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 웰(420)의 크기에 따라 적어도 하나 이상의 다양한 개수의 코드화된 입자(300)를 수용할 수 있도록 설계될 수 있다.

도 9은 본 출원의 또 다른 실시 예에 따르는 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자를 상기 복수의 웰 내부로 이동시키는 방법을 도시한다. 도 9를 참조하면, 플레이트(410)과 소정의 각도로 경사지도록 구조체(713)를 배치하고, 플레이트(410)과 구조체(713) 사이에 복수의 코드화된 입자(300)를 포함하는 유체(620)를 제공한다. 상기 소정의 각도는 플레이트(410)과 구조체(713) 사이에 소정의 개수의 코드화된 입자(300)가 점유하고 있을 정도의 공간을 형성하도록 한다. 유체(620) 내의 코드화된 입자(300)에는 상기 모세관 힘(Fc) 및 중력(Fg) 등의 힘이 작용하고, 이에 의하여 코드화된 입자(300)는 소정의 개수만큼 복수의 웰(420) 내부로 들어갈 수 있다. 복수의 웰(420) 내부로 이동한 코드화된 입자(300)는 웰(420) 내부에서 배열될 수 있다. 몇몇 실시예에서는 코드화된 입자(300)를 포함하는 유체(620)가 플레이트(410)와 구조체(713) 사이에 제공될 때, 소정의 온도와 습도를 유지한 상태로 유체(620)를 증발시켜, 코드화된 입자(300)가 웰(420) 내부로 들어가도록 할 수 있다.

도 10은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 웰(420)의 내부를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 10을 참조하면, 웰(420)은 코드화된 입자(300)를 지지하는 적어도 하나의 지지대(840)를 내부에 구비할 수 있다. 코드화된 입자(300)가 웰(420) 내부의 적어도 하나의 지지대(840) 상에 배치될 때, 웰(420)은 코드화된 입자(300)와 바닥면(850)사이에 공간(860)을 보유할 수 있다. 공간(560)에는 후술하는 분석대상 물질(910)이 제공되어 배치될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 지지대(840)는 후술하는 분쇄기(1210)가 코드화된 입자(300)를 분쇄하는 기능을 돕도록 설계될 수 있다. 따라서, 지지대(840)의 형상 및 구조는 분쇄기(1210)에 의한 분쇄 기능이 효율적으로 진행될 수 있도록 다양하게 설계될 수 있다. 지지대(840)은 코드화된 입자(300)와 후술하는 분석대상 물질(910)을 공간(860)에 의해 서로 분리하는 기능을 수행한다. 코드화된 입자(300)가 분쇄 또는 파괴된 후에도, 지지대(840)는 파괴된 코드화된 입자(300)와 분석대상 물질(910)을 물리적으로 분리할 수 있다. 따라서, 파괴된 코드화된 입자(300)를 제거하지 않고도 상기 타겟 물질과 분석대상 물질(910) 사이의 형광 이미지와 같은 반응의 발생 여부를 직접 관찰할 수 있도록 작용할 수 있다. 도 10은 웰(420)의 일 양태를 도시하였지만, 웰(420)의 내부 형태는 입자(300)를 수용할 수 있는 기능을 유지하는 한 도시된 것과 달리 다른 다양한 형태를 가질 수 있다.

블록 230을 참조하면, 분석대상 물질을 상기 복수의 웰에 제공한다. 상기 분석대상 물질은 일 예로서, 약물과 같은 화학적 물질 및 세포, 분자, 단백질, 박테리아, DNA, RNA 등과 같은 생물학적 물질일 수 있다. 상기 분석대상 물질은 하나의 종류 또는 둘 이상의 종류일 수 있다. 도 11은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 상기 분석 대상 물질을 상기 복수의 웰에 제공하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 분석대상 물질(910)은 피펫팅 방법에 의해 복수의 웰(420) 내부에 각각 제공될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 다양한 공지의 방법이 적용될 수 있다. 즉, 다른 실시 예에 있어서, 상기 생물학적 물질을 복수의 웰(420) 내부에 제공하는 방법은 패턴화된 마이크로 유체 채널을 이용하여 상기 생물학적 물질을 웰(420) 내부로 이동시키는 방법, 상기 생물학적 물질을 포함하는 용액을 피펫팅하고 커버 글래스를 이용하여 웰(420) 내부로 쓸어넣는 방법 등을 적용할 수 있다. 상기 패턴화된 마이크로 유체 채널을 이용하여 상기 생물학적 물질을 웰(420) 내부로 이동시키는 방법은 Kahp Y. Suh 등의 High-throughput single-cell quantification using simple microwell-based cell docking and programmable time-course live-cell imaging, Lab on a Chip, 2010, 에 개시되어 있으며, 상기 생물학적 물질을 포함하는 용액을 피펫팅하고 커버 글래스를 이용하여 웰(420) 내부로 쓸어넣는 방법은 Ali khademhosseini 등의 Cell confinement in patterned nanoliter droplets in a microwell array by wiping, Journal of Biomedical Materials Research Part A에 개시되어 있다. 상술한 기술은 본 출원의 일 실시예로서의 구성요소로 적용될 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 도 12를 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이, 먼저, 복수의 웰(420) 내에 복수의 코드화된 입자(300)가 배치된 플레이트(410)을 준비한다. 복수의 웰(420)에는 미네럴 오일(423)이 제공될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 웰(420) 사이에는 미네랄 오일(423)이 오일 막(425)을 형성하도록 한다. 그리고, 복수의 웰(515)을 가지는 플레이트(510)를 별도로 제조하고, 상기 별도로 제조한 플레이트(510)의 상기 복수의 웰(515) 내부에 분석대상 물질(910)을 위치시킨다. 일 실시 예에 의하면, 분석대상 물질(910)은 배양액(920)에 담겨져 상기 배양액과 함께 복수의 웰(515) 내부에 배치될 수 있다. 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 분석대상 물질(910)이 위치한 복수의 웰(515)을, 상기 복수의 코드화된 입자(300)가 위치하는 웰(420)을 가지는 플레이트(410)와 결합시킨다. 이때, 복수의 웰(515)과 웰(420)가 서로 대응되도록 결합시킨다. 도시된 바와 같이, 복수의 웰(420) 사이에 형성된 오일막(425)은 복수의 웰(420) 사이를 격리시킬 수 있다. 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 배양액(920)과 접촉한 복수의 코드화된 입자(300)는 소정의 반응을 통해 웰(420) 내부에 분석대상 물질(910)을 배출한다.

몇몇 실시예들에 의하면, 분석대상 물질(910)이 위치한 복수의 웰(515)의 직경 및 높이는 입자(300)가 배치된 웰(420)의 직경 및 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 다르게는 분석대상 물질(910)을 포함하는 상기 배양액을 충분히 수용하기 위하여 복수의 웰(515)의 직경 및 높이는 입자(300)가 배치된 웰(420)의 직경 및 높이보다 클 수 있다.

몇몇 실시 예들에 있어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 분석대상 물질(910)은 복수의 웰(420) 내부에서, 입자(300)와 접촉하거나 또는 이격하여 배치될 수 있다. 상기 분석대상 물질이 생물학적 물질일 경우, 배양액(920)과 함께 복수의 웰(420) 내부에 제공될 수 있다. 도면을 참조하면, 분석대상 물질(910)은 적어도 하나의 지지대(840)에 의해 분리되는 공간(860) 내에 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 생물학적 물질인 분석대상 물질(910)은 배양액(920)과 함께 웰(420) 내부의 공간(860)에 위치할 수 있다.

블록 240을 참조하면, 상기 복수의 웰 내부에 배치된 상기 입자의 코드를 판독한다. 일 실시 예로서, 입자(300)의 코드화가 광학적 리소그래피 방법을 적용하여 상기 광경화성 폴리머를 패터닝함으로써 이루어지는 경우, 입자(300)의 코드를 판독하는 방법은 상기 패터닝된 표지를 판독함으로써 달성할 수 있다. 상기 패터닝된 표지는 일 예로서, 영상 촬영을 통해 판독될 수 있다. 다른 실시 예로서, 입자(300)의 코드화가 입자(300)가 보유하는 상기 자성 나노 입자 또는 상기 형광 물질에 의한 칼러화에 의해 이루어지는 경우, 입자(300)의 코드를 판독하는 방법은 상기 자성 나노 입자 또는 상기 형광 물질의 칼러를 판독함으로써 달성할 수 있다. 상기 칼러는 일 예로서, 영상 촬영을 통해 판독될 수 있다. 상술한 입자(300)의 코드를 판독함으로써, 플레이트(410)의 복수의 웰(420) 각각에 배치되는 입자(300)의 종류를 확인할 수 있다. 상기 입자(300)의 코드 판독 과정을 통해, 후술하는 분석대상 물질(910)과 반응하는 상기 타겟물질의 종류를 확인할 수 있게 된다.

도 14는 본 출원의 일 실시 예에 있어서, 상기 입자의 상기 타겟물질을 방출시켜 상기 분석대상 물질과의 반응을 발생시키는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 블록 250 및 도 14를 참조하면, 입자(300)의 상기 타겟물질을 방출시켜, 상기 타겟물질과 분석대상 물질(910)을 반응시킨다. 상기 타겟물질을 방출시키는 방법은 일 예로서, 자연 방출 방법 또는 강제 방출 방법을 적용할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 도 15를 참조하면, 입자(300)의 상기 타겟물질을 입자(300) 외부로 방출시키는 과정은 상기 자연 방출 방법으로서, 상기 분석대상 물질(910)을 포함하는 배양액(920)과 입자(3001)를 접촉시킴으로써 때, 입자(300)의 상기 타겟물질이 입자(300) 밖으로 확산하도록 할 수 있다. 배양액(920)은 입자(300)와 반응하도록 선택될 수 있으며, 시간의 경과에 따라 입자(300) 내의 상기 타겟물질이 입자(300) 외부로 배출될 수 있도록 할 수 있다. 입자(300)로부터 배출된 상기 타겟물질은 웰(420) 내부에서 분석대상 물질(910)과 반응할 수 있다. 상술한 자연 방출 방법의 경우, 분석대상 물질(910)을 포함하는 배양액(920)과 입자(300)가 접촉하는 시간의 길이에 따라 입자(300)간에 반응 정도가 달라질 수 있다. 따라서, 도 11과 관련하여 상술한 것과 같이 피펫팅에 의해 배양액(920)을 복수의 웰(420)에 공급하기 보다는 도 12와 관련하여 상술한 바와 같이 별도로 제조한 플레이트(510)의 웰(515) 내부에 분석대상 물질(910)을 배치시키고 입자(300)가 배치된 웰(420)을 포함하는 플레이트(410)를 서로 결합하는 방법이 유리하다. 즉, 복수의 코드화된 입자(300)에 동시에 분석대상 물질(910)을 포함하는 배양액(920)을 공급할 수 있어, 실질적으로 동일한 반응시간을 제공할 수 있는 장점이 있다.

다른 실시 예에 있어서, 도 16의 (a)를 참조하면, 입자(300)의 상기 타겟물질을 입자(300) 외부로 방출시키는 과정은 상기 강제 방출 방법으로서 분쇄기(1210)를 사용하여 입자(300)를 분쇄함으로써 수행될 수 있다. 분쇄기(1210)는 일 예로서, 외부로부터 인가되는 압력에 의해 입자(300)를 분쇄할 수 있다. 입자(300)가 분쇄됨으로써, 상기 타겟물질은 입자(300) 내부로부터 방출되고, 웰(420) 내부에서 분석대상 물질(910)과 반응할 수 있다. 도 16의 (b)는 본 출원의 일 실시예에 있어서의 분쇄기(1210)의 일 양태를 도시한다. 분쇄기(1210)는 웰(420)에 각각 대응하는 복수의 분쇄단위셀(1220)을 구비할 수 있다. 도 16의 (c)는 분쇄단위셀(1220)의 일 양태를 도시하고 있다. 분쇄단위셀(1220)은 입자(300)를 분쇄시킬 수 있는 절단형의 구조물(1230)을 내부에 포함할 수 있다. 도면에서는 절단형의 구조물(1230)로서, 하나의 기둥 또는 십자가형 기둥을 도시하고 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태 및 크기가 가능하다. 도 16의 (b)를 다시 참조하면, 상기 강제 방출 방법을 적용함에 있어서, 입자(300)가 내부에 배열된 복수의 웰(420)에 대응하도록 분쇄단위셀(1220)을 구비하는 분쇄기(1210)인 플레이트(1210)를 별도로 준비할 수 있다. 복수의 웰(420)과 복수의 분쇄단위셀(1220)을 서로 대응하도록 정렬시켜 맞붙임으로써, 입자(300)가 강제 분쇄되도록 할 수 있다.

몇몇 실시 예들에 있어서는, 입자(300)를 구비하는 웰(420)과 분석대상물질(910)을 구비하는 상기 웰(515) (도 12 참조) 중 어느 하나에 상술한 절단형의 구조물(1230)을 설치할 수 있다. 그리고, 입자(300)를 구비하는 웰(420)과 분석대상물질(910)을 구비하는 상기 웰(515)을 서로 대응하도록 정렬시켜 맞붙임으로써, 절단형의 구조물(1230)에 의해 입자(300)가 분쇄되도록 할 수 있다. 입자(300)를 구비하는 웰(420)과 분석대상물질(910)을 구비하는 상기 웰(515) 중 어느 하나에 배치되는 절단형의 구조물(1230)은 입자(300)를 구비하는 웰(420)과 분석대상물질(910)을 구비하는 상기 웰(515)을 정렬시키는 마커와 같은 역할을 수행할 수도 있다. 일 예로서, 절단형의 구조물(1230)은 웰(420) 또는 웰(515)보다 높이가 높도록 설계하여, 웰(420) 및 웰(515) 모두에 걸치도록 함으로써, 웰(420)과 웰(515)를 배열시킬 수 있다. 상술한 방법에 의한 강제 방출 방법은 도 14와 관련하여 상술한 자연 방출 방법에도 적용할 수 있다. 따라서, 입자(300)를 구비하는 웰(420)과 분석대상물질(910)을 구비하는 상기 웰(515)을 서로 대응하도록 정렬시켜 맞붙임으로써 자연 방출 방법 및 강제 방출 방법을 모두 사용할 수 있는 장점이 있다.

또 다른 실시 예에 있어서, 도 17을 참조하면, 입자(300)의 상기 타겟물질을 입자(300) 외부로 방출시키는 과정은 입자(300)의 적어도 일부분을 가열시켜 파괴시키는 과정으로 수행될 수 있다. 일 예로서, 입자(300)의 적어도 일부분을 가열시키는 과정은 도시된 바와 같이, 레이저(1310)를 이용하여 수행될 수 있다. 레이저(1310)는 입자(300)의 일부분을 국부적으로 가열시킬 수 있으며, 레이저(1310)에 의해 국부적으로 가열된 부분이 용융됨으로써 상기 타겟물질이 입자(300) 내부로부터 방출될 수 있다. 방출된 상기 타겟물질은 웰(420) 내부에서 분석대상 물질(910)과 반응할 수 있다.

몇몇 실시 예들에 있어서, 분석대상 물질(910)이 세포와 같은 생물학적 물질인 경우, 상기 타겟물질을 방출한 입자(300)를 제거하고 분석대상 물질(910)을 고정시키는 과정을 추가적으로 수행할 수 있다. 분석대상 물질(910)이 상기 세포와 같은 생물학적 물질인 경우, 상기 생물학적 물질과 반응하는 상기 타겟물질은 약물일 수 있다. 상기 약물이 입자(300)로부터 충분히 배출되면 분쇄 또는 파괴된 입자(300)를 제거하고, 상기 생물학적 물질의 대사활동을 정지시키기 위해 고정화(fixation) 과정을 수행할 수 있다. 상기 고정화 과정은 포름알데이트를 사용하여 진행될 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 상술한 과정을 거쳐 상기 복수의 코드화된 입자(300)로부터 방출된 복수의 다양한 타겟물질과 웰(420) 내부의 분석대상 물질(910)과 반응 여부를 관찰함으로써, 특정의 분석대상 물질(910)과 반응하는 특정의 타겟물질을 선별할 수 있다. 일 예로서, 상기 반응을 관찰할 때, 특정 반응이 일어나는 경우 형광 또는 인광 등의 광을 방출하는 물질을 표지 물질로서 적용할 수 있다. 일 예로서, 분석대상 물질(910)이 약물인 경우, 상술한 바와 같이 고정화 시킨 상기 생물학적 물질의 변화를 관찰함으로써, 상기 약물과의 반응여부를 확인할 수 있게 된다. 상기 반응여부는 일 예로서, 항원-항체간 면역반응일 수 있다. 상술한 바와 같이, 복수의 웰(420) 내부에 배치되는 입자(300)의 코드를 판독함으로써, 복수의 입자(300)가 포함하고 있는 상기 약물의 내역을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 생물학적 물질에 반응하는 상기 약물의 내역을 신속하게 파악할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 출원의 일 실시 예에 따르는 분석 방법은 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용한다. 상기 플랫폼은 복수의 웰을 구비하는 플레이트일 수 있다. 본 출원의 일 실시 예에 따르는 분석 방법은 복수의 타겟물질을 포함하도록 구성된 입자에 대하여 코드화를 진행하고, 상기 코드화된 복수의 입자를 본 출원의 다양한 형태의 피펫팅에 의해 동시에 상기 플레이트에 제공할 수 있다. 상기 플레이트에 제공된 상기 복수의 입자는 본 출원의 실시 예들에 의한 자기-조립 방법으로 상기 플레이트의 상기 복수의 웰에 상대적으로 단시간에 배치 또는 배열될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 웰에 배치되는 상기 복수의 입자의 코드를 판독함으로써, 각각의 웰에 배치되는 상기 복수의 입자의 내역을 확인할 수 있다. 상술한 본 출원의 일 실시 예를 따르는 분석 방법은 종래의 방법에 비해, 시간적 측면 및 비용 측면에서 경제적인 방법으로 복수의 입자를 복수의 웰에 배치시킬 수 있다. 종래의 방법은 하나의 웰에 하나의 입자를 한번의 피펫팅에 의해 차례로 배치함으로써 상대적으로 장시간이 소요되며, 따라서, 다량의 입자를 다수의 웰에 배치시키는 경우, 현실적으로 매우 불리한 방법일 수 있다. 이에 대비하여, 본 출원의 일 실시 예에 의한 분석 방법은 일 예로서, 100K 이상의 입자들의 경우에 있어서도 한번의 피펫팅에 의하여, 대응하는 웰에 단시간에 배치시킬 수 잇는 장점을 가진다.

이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 보관소, 110: 약물, 120: 피펫, 130: 웰,
300: 입자, 310: 코드, 320, 321: 타겟물질층, 330, 331 : 제1 폴리머층, 340, 341: 제2 폴리머층, 333: 제1 구조물, 335: 제2 구조물,
410: 플레이트, 420: 웰, 430: 피펫,
510: 구조체, 510: 플레이트, 515: 웰, 612: 구조체, 620: 유체, 630: 메니시커스,
713: 구조체, 840: 지지대, 850: 바닥면, 860: 공간,
910: 분석대상 물질, 920: 배양액,
1210: 분쇄기, 1220: 분쇄단위셀, 1230: 절단형의 구조물, 1310: 레이저.

Claims

코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법에 있어서,
(a) 포함하는 타겟물질의 종류에 따라 서로 구분되는 코드를 가지는 복수의 코드화된 입자를 준비하는 과정;
(b) 상기 복수의 코드화된 입자를 피펫팅(pipetting)에 의해 복수의 웰(well)을 포함하는 플레이트에 제공하고 자기-조립 방법에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자를 상기 복수의 웰 내부에 배치하는 과정;
(c) 분석대상 물질을 상기 복수의 웰에 제공하는 과정;
(d) 상기 복수의 웰 내부에 배치된 상기 복수의 코드화된 입자의 코드를 판독하는 과정; 및
(e) 상기 복수의 코드화된 입자의 상기 타겟물질을 방출시켜, 상기 타겟물질과 상기 분석대상 물질을 반응시키는 과정을 포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
상기 타겟물질 또는 상기 분석대상 물질은 화학적 물질 또는 생물학적 물질을 포함하는 분석방법.
제2 항에 있어서,
상기 화학적 물질은 약물이며, 상기 생물학적 물질은 세포, 분자, 단백질, 박테리아, DNA 및 RNA 로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 분석방법.
제1 항에 있어서,
(b)과정은 상기 복수의 코드화된 입자를 한 번의 상기 피펫팅에 의해 상기 플레이트에 제공하는 분석방법.
제4 항에 있어서,
상기 복수의 코드화된 입자는 유체를 운반체로 하여 상기 플레이트에 제공되는 분석 방법.
제5 항에 있어서,
상기 유체는 알코올, 물, 인산완충용액(Phosphate Buffered Saline) 및 오일로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나인 분석 방법.
제1 항에 있어서,
(b)과정의 상기 피펫팅은 상기 복수의 코드화된 입자를 운반체 유체에 담아 이동시키는 과정을 포함하고,
상기 운반체 유체 내의 상기 복수의 코드화된 입자의 농도는 운반체 유체 내의 포함되는 상기 복수의 코드화된 입자의 개수에 의해 결정되는 분석방법.
제7 항에 있어서,
상기 운반체 유체는 알코올, 물, 인산완충용액 및 오일로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나인 분석방법.
제1 항에 있어서,
(a)과정은
(a1) 상기 타겟물질과 폴리머를 혼합하여 수지 형태의 용액을 형성하는 과정; 및
(a2) 상기 형성된 수지 형태의 용액을 경화하여 상기 폴리머 내에 상기 타겟물질이 포함된 입자를 형성하는 과정을 포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(a)과정은
(a1) 폴리머를 경화하여 예비 입자를 형성하는 과정; 및
(a2) 상기 예비 입자 내부로 상기 타겟물질을 흡수시키는 과정을 포함하는
분석방법.
제1 항에 있어서,
(a)과정은
(a1)폴리-엔-이소프로필아크릴아미드(poly-N-isopropylacrylamide, PNIPAAM)에 타겟물질을 용해시키는 과정;
(a2) 상기 타겟물질을 용해한 PNIPAAM과 폴리에릴렌-디아크릴레이트(PEG-DA)를 혼합하여 수지 형태의 조성물을 제조하는 과정; 및
(a3) 상기 조성물을 경화시키는 과정을 포함하는
분석방법.
제10항에 있어서,
내부에 상기 타겟물질을 포함하도록 제조된 상기 입자를 냉동건조시켜 고형화하는 과정을 추가적으로 포함하는 분석방법.
제9 항 및 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
(a) 과정은
내부에 상기 타겟물질을 포함하도록 제조된 상기 폴리머의 외부에 실리카 코팅하는 과정을 포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(a) 과정은
(a1) 제1 폴리머층을 형성하는 과정;
(a2) 상기 제1 폴리머층 상에 타겟물질층을 형성하는 과정; 및
(a3) 상기 타겟물질층을 밀봉하는 제2 폴리머층을 형성하는 과정을 포함하는 분석방법.
제14 항에 있어서,
(a1) 및 (a3) 과정은 유동성 폴리머를 제공하고, 상기 유동성 폴리머를 경화시키는 과정을 포함하는 분석방법.
제14 항에 있어서,
(a2) 과정은
상기 타겟물질을 포함하는 유동성 폴리머를 제공하는 과정; 및
상기 유동성 폴리머를 경화시키는 과정을 포함하는 분석방법.
제16 항에 있어서,
(a2) 과정은
상기 제1 폴리머층 상에 상기 타겟물질과 폴리머를 혼합하여 수지 형태의 용액을 형성하는 과정; 및
상기 형성된 수지 형태의 용액을 경화하는 과정을 포함하는 분석방법.
제14 항에 있어서,
(a2) 과정은
상기 제1 폴리머층 상에 상기 타겟물질의 액적을 낙하시키는 과정; 및
상기 낙하한 타겟물질의 액적을 소수성인 상기 제1 폴리머층 상에 배치시키는 과정을 포함하는 분석방법.
제14 항에 있어서,
(a2) 과정은
상기 제1 폴리머층 상에 친수성의 폴리머층을 형성하는 과정; 및
상기 친수성의 폴리머층이 상기 타겟물질을 흡수하도록 하는 과정을 포함하는분석방법.
제14 항에 있어서,
(a2) 과정은
상기 제1 폴리머층 상에 상기 제1 폴리머층의 외곽부의 테두리를 따라 소수성 폴리머로 이루어지는 벽 형태의 제1 구조물을 형성하는 과정;
상기 제1 구조물 내부의 측벽에 친수성 폴리머로 이루어지는 제2 구조물을 형성하는 과정; 및
상기 제1 폴리머층 상의 제2 구조물 내부에 상기 타겟물질층을 형성하는 과정을 포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
상기 입자를 코드화하는 과정은
상기 입자의 폴리머층을 리소그래피 방법에 의하여 패터닝함으로써 수행되는
분석방법.
제1 항에 있어서,
상기 입자를 코드화하는 과정은
상기 입자의 폴리머층 내에 자성 나노 입자를 분산시키는 과정; 및
자기장을 인가하여 상기 자성 나노 입자를 배열시키는 과정을 포함하는
분석방법.
제1 항에 있어서,
(b) 과정의 상기 자기-조립 방법은 상기 플레이트에 제공된 상기 입자에 대하여 상기 복수의 웰 내부로 상기 입자를 쓸어넣는 방법으로 수행되는 분석방법.
제23 항에 있어서,
상기 자기-조립 방법은 상기 복수의 코드화된 입자를 포함하는 유체에 대하여 상기 쓸어넣는 과정을 포함하되,
상기 유체 내 상기 복수의 코드화된 입자의 농도가 높을수록 상기 복수의 웰 내부에 배치되는 상기 입자의 수가 증가하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(b) 과정의 상기 자기-조립 방법은
(b1) 상기 플레이트와 평행하도록 구조체를 배치시키는 과정; 및
(b2) 상기 플레이트와 상기 구조체 사이에 상기 복수의 코드화된 입자를 포함하는 유체를 제공하고 상기 유체를 유동시키는 과정을 포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(b) 과정의 상기 자기-조립 방법은
(b1) 상기 플레이트와 경사지도록 구조체를 배치시키는 과정;
(b2) 상기 플레이트와 상기 구조체 사이에 상기 복수의 코드화된 입자를 포함하는 유체를 제공하는 과정; 및
(c) 상기 플레이트와 상기 구조체 사이에 제공된 유체를 증발시키는 과정을
포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(c) 과정은 상기 분석대상 물질을 피펫팅하는 방법, 상기 분석대상 물질을 마이크로 유체 채널을 이용하여 유동시키는 방법, 상기 분석대상 물질을 피펫핑하고 상기 복수의 웰 내부로 쓸어넣는 방법, 및 상기 분석대상 물질이 배치된 복수의 웰을 구비하는 플레이트와 접합하는 방법으로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(d) 과정은
영상 촬영에 의하여 상기 복수의 웰 내부에 배치된 상기 복수의 코드화된 입자의 코드의 표지 또는 칼러를 판독하는 과정을 포함하는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(e) 단계의 상기 타겟물질을 상기 복수의 코드화된 입자로부터 방출시키는 과정은 상기 분석대상물질을 포함하는 배양액과 상기 복수의 코드화된 입자를 접촉시켜 상기 타겟물질이 상기 복수의 코드화된 입자 밖으로 확산하도록 수행되는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(e) 단계의 상기 타겟물질을 상기 복수의 코드화된 입자로부터 방출시키는 과정은 분쇄기에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자를 분쇄함으로써 수행되는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(e) 단계의 상기 타겟물질을 상기 복수의 코드화된 입자로부터 방출시키는 과정은 레이저에 의하여 상기 복수의 코드화된 입자를 가열함으로써 수행되는 분석방법.
제1 항에 있어서,
(f) 상기 타겟물질을 방출한 상기 입자를 제거하고 상기 분석대상 물질을 고정시키는 과정을 추가적으로 포함하는 분석방법.
제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
내부에 상기 타겟물질을 포함하도록 제조된 상기 예비 입자를 냉동건조시켜 고형화하는 과정을 추가적으로 포함하는 분석방법.
제11항에 있어서,
상기 경화된 조성물의 외부에 실리카 코팅하는 과정을 포함하는 분석방법.