KR101126547B1 - Microfluidic chip for the analysis of cell chemotaxis and its Fabrication Methods - Google Patents

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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법은, 마이크로 플루이딕 칩에 있어서, 주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널과 세포용액이 주입되는 제 2채널이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity) 형성을 위한 배리어(barrier)가 구비된 상부 기판과 상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The invention cell chemotaxis test micro-fluidic chip and a method of manufacturing the micro-fluidic according to Dick chip, and the second channel state is a first channel and a cell solution to be Mars sample solution is injected to be injected is provided, respectively, wherein between the first and second channels cavity (cavity) by receiving each chemotaxis samples (chemoeffector) solution and a cell solution from the upper substrate and the first and second channels comprising a barrier (barrier) for forming contact them to each other It characterized in that the configuration including the lower substrate is provided with a predetermined junction channel (junction channel) depth for. 이와 같이 구성되는 본 발명은 주화성 용액과 세포 용액이 채널링 되는 과정에서 제 1채널과 제 2채널 사이에 형성된 배리어와 캐비티 구조물을 통해 규칙적인 유동성을 확보할 수 있다. In the present invention configured as described may be secured to the first channel and the regular flow through the barrier and cavity structures formed between the second channel in the course of the chemotaxis solution and the cell solution channeling.
세포, 주화성, 검사, 플루이딕 칩, 기판, 미생물 Cells, chemotaxis, inspection, fluidic chip and the substrate, microorganisms

Description

세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법{Microfluidic chip for the analysis of cell chemotaxis and its Fabrication Methods} Cell chemotaxis microfluidic chip and method for testing {Microfluidic chip for the analysis of cell chemotaxis and its Fabrication Methods}

본 발명은 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 세포 주화성 검사를 위해 주화성 샘플 용액과 세포 용액을 용이하게 접촉시키기 위한 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법에 관한 것이다. The invention chemotaxis of cells relates to a micro-fluidic chip and a method of manufacturing the test, more specifically, the cell lines micro fluidic for Mars test for easily contacting the chemotaxis sample solution and a cell solution to examine the cell chemotaxis It relates to Dick chip and method of manufacturing the same.

주화성(chemotaxis)은 화학물질의 농도 차가 자극이 되어 일어나는 주성으로 농도가 높은 쪽을 향하는 것을 양의 주화성, 낮은 쪽으로 향하는 것을 음의 주화성이라고 한다. Chemotaxis (chemotaxis) is referred to as chemotaxis negative to head that faces the side of the car density in the chemical concentration higher by JEL occurs is the stimulus to lower positive chemotaxis. 1884년 독일의 W.페퍼가 고사리의 정자(精子)가 말산(사과산)에 대하여 양의 주화성을 나타내는 것을 발견했다. Germany 1884 W. Pepper has found that sperm (精子) of fern represents the amount chemotaxis with respect to malic acid (Malic acid). 짚신벌레는 진한 식염수에 대하여 음의 주화성을, 묽은 아세트산에 대하여 양의 주화성을 나타낸다. Paramecium represents a positive chemotaxis in respect that the chemotaxis with respect to the concentrated saline solution, a dilute acetic acid. 백혈구도 세균에 대하여 주화성을 나타낸다. White blood cells is shown a chemotactic against bacteria. 생물 산업에 있어 미생물 및 세포의 약물과 반응성을 밝히고 미생물의 기능과 활용성을 판단할 수 있는 중요한 인자이다. In the Biotechnology Industry says the drug and the reactivity of microorganisms and cells is an important factor that can determine the functionality and versatility of microorganisms.

주화성 검사를 위한 종래의 방법으로 박테리아의 주화성 검사법은 약물과 젤의 혼합물 모세관에 삽입한 후 이를 박테리아용액에 접촉시켜 반응시간에 따라 용액에 노출된 끝부분에 박테리아의 이동 여부를 분석하여 주화성의 양성반응과 음성반응을 검사한다. By the conventional method for the chemotaxis test chemotaxis assay of bacteria is then inserted into the mixture capillary of the drug and gel by contacting it to the bacterial solution state by analyzing the movement of bacteria whether or not the end of exposure to the solution according to the reaction time examine the positive and the negative of Mars. 이러한 방법은 항상 젤과 약물을 혼합해야하는 불편한 점과 세포의 개별적인 움직임이나 이동성을 관찰하기 어렵다. This method is always difficult to observe the inconvenience and cell individual movement and mobility of the need to mix the gel with the drug. 매크로(macro)한 스케일에서 관찰이 진행되므로 다수 샘플의 동시분석이 어렵다. Macro (macro) since observation is conducted in a scale is difficult to simultaneous analysis of multiple samples.

한편, 현재까지의 마이크로 플루이딕 칩(microfluidic chip) 기반 주화성 검사실험은 연속 유동 흐름(continuous flow) 제어를 이용한다. On the other hand, micro-fluidic chip (microfluidic chip) based chemotaxis test experiments to date, utilizes a continuous-flow flow (continuous flow) control. 실린지 펌프를 사용하여 샘플 주입하며 샘플사용량도 수십 ml 이상으로 소모량도 많고 검사시간도 수시간 이상으로 길다. Injecting the sample using a syringe pump and the sample amount is also lots of several tens ml or higher consumption inspection time is long as a few hours or more. 특히 Laminar flow를 유지하기 위해서 일정 이상의 유속이 필요하며, 이는 미생물의 운동성을 방해하며 미생물 운동에 의한 정확한 주화성 분석을 해석하긴 어렵다. In particular, in order to maintain Laminar flow it requires a certain level or flow rate, which is difficult Although interfere with the movement of microorganisms and interpretation of the exact chemotaxis assay microbial movement.

이러한 단점을 극복하기 위해서 외부 시린지 펌프를 정지시켜서 유체의 흐름을 정지시키기도 하나, 그 제어가 불규칙적이고 이러한 방법은 제품으로 사용자가 사용하기에 매우 부적합하다. In order to overcome this disadvantage by stopping an external syringe pump one sikigido stop the flow of fluid, the control is irregular, such a method is very suitable for the user to use the product.

스탠포드대학 병리학과의 Buthcher교수가 발표한 검사법으로 상부의 Y 채널의 양쪽으로 buffer용액과 주화성 샘플을 외부에서 시린지 펌프를 이용하여 주입한다. The buffer solution and chemotaxis samples on both sides of the Y channel of the upper to Buthcher test by Professor released Stanford pathology is injected using a syringe pump from the outside. 이때 가운데 주 채널 (main channel)에서 농도구배가 생기게 된다. At this time, the center is causing a concentration gradient on the primary channel (main channel). 그 다음, 주 채널의 양측면에 형성된 좁은 채널을 통해 세포 용액을 주입하면서 세포의 주화성을 검사하게 된다. Then, it becomes while injecting the cell solution through a narrow channel formed in both side surfaces of the primary channel, check the chemotaxis of the cells.

또 다른 방법으론 주화성 검사용 시료와 세포(미생물)의 interface를 유지하기 위해 다공성 멤브레인, 젤을 사용하기도 한다, 이러한 방법은 다공서의 다공밀도를 제어하기가 어려우며, 다공성 젤 같은 경우 확산 속도가 매우 느려 검사 시간이 많게는 하루 이상도 걸리게 된다. Another But only the chemotaxis tests for samples and cells (microorganisms) in interface to keep you for porous membranes, gels for use may be, these methods are public order of the porous density control to a difficult, porous gels such cases spreading speed the test of time as many as will take even longer day, very slow.

도 1은 종래기술로써 코넬대학의 Wu 교수가 발표한 주화성 검사용 칩으로 agarose gell을 마이크로 채널 모양으로 패터닝 한 후 상부 마이크로 채널에는 주화성 시료를 채우고, 중앙에 세포용액을 채운다. 1 is a prior art after a technology is patterned into the agarose gell the microchannel shaped chemotaxis test for chip published by Wu Professor Cornell University upper micro-channels filled with a chemotactic sample fills the cell solution in the center. 케미컬 sink로 작용하는 하부 채널에는 Buffer 용액을 채워서 상부채널과 하부 채널간 농도 구배를 형성시켜서 중앙의 채널에서 세포의 주화성을 검사한다. A lower channel which acts as a chemical sink is filled with Buffer solution forms a concentration gradient between the upper channel and the lower channel by checks the chemotaxis of the cells in the central channel.

상기 기술된 마이크로 플루이딕 기반의 주화성 검사법은 High throughput, parallelism의 장점을 확보하기 어렵고, 칩 집적도를 높이기 어려울 뿐만 아니라, 현장에 사용하기엔 불편하긴 복잡하고 재현성이 뒤 떨어지는 프로토콜을 사용하므로 반복적인 다수의 샘플을 분석하기엔 어렵다. The above described micro-fluidic chemotaxis assay Dick base is difficult to secure the benefits of High throughput, parallelism, as well as difficult to increase the chip density, complex Although inconvenient hagien used in the field to this poor protocol reproducibility because repeated a number hagien the sample analysis difficult.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 적은 샘플용액 사용과 검사시간을 단축시키고 보다 정확한 주화성 분석을 달성할 수 있는 마이크로 플루이딕 칩을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. The present invention for solving the above problems has its object to to provide a micro-fluidic chip which can shorten a small sample solution is used and the inspection time and achieve more accurate results for the chemotaxis assay.

또한, 사용상의 편의성과 다수의 샘플 분석을 용이하게 달성하고자 하는데 그 목적이 있다. Further, it is an object to to easily achieve the usage convenience and multiple sample analysis.

또한, 유체의 불규칙적인 흐름을 방지하여 정지상태의 유체간의 계면을 형성하고 안정적인 확산반응을 달성할 수 있는 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. Further, it is an object to to provide an irregular flow micro-fluidic chip and a manufacturing method capable of forming an interface between a stationary fluid and to achieve a stable diffusion reaction to prevent the fluid.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마이크로 플루이딕 칩에 있어서, 주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널과 세포용액이 주입되는 제 2채널이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity) 형성을 위한 배리어(barrier)가 구비된 상부 기판과 상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object, a micro fluidic according to Dick chip, and the second channel state is a first channel and a cell solution to be Mars sample solution is injected to be injected this is provided, respectively, the first and second channels between the cavity (cavity) a barrier (barrier) is provided with an upper substrate and the first channel and each of the chemotaxis samples (chemoeffector) solution and the cell solution was passed receive a predetermined depth for contacting them each other, the junction from the second channel for the formation It characterized in that the configuration including the lower substrate is provided with a channel (junction channel).

또한, 상기 상부기판은, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 두 개의 배리어가 형성되고 그 사이로 상기 배리어에 의해 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 한다. The top board also, is characterized in that the claim is formed with two barrier between the first and second channels therebetween which cavity is formed by the barrier.

또한, 상기 정션채널은, 세포 크기의 90 내지 110%의 깊이를 가지는 것을 특징으로 한다. In addition, the junction channel is characterized in that has a depth of 90 to 110% of the cell size.

또한, 상기 상부 기판은, 투명 실리콘 폴리머(PDMS)를 포함하는 폴리머 재질인 것을 특징으로 한다. Further, the front substrate is characterized in that the polymer material comprises a transparent silicone polymers (PDMS).

또한, 상기 하부 기판은, 석영이나 유리기판 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다. In addition, the lower substrate is characterized in that any of the material of the quartz or glass substrate.

또한, 상기 상부 기판은, 상기 정션채널 내부의 공기를 외부로 배출시키기 위해 연통되는 에어벤트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Further, the front substrate is characterized in that further comprising an air vent that is in communication to exhaust the air inside the junction channel to the outside.

또한, 상기 상부 기판은, 주화성 샘플용액과 세포용액을 각각 상기 제 1채널과 제 2채널에 제공하기 위해 연통된 제 1채널 저장부와 제 2채널 저장부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. Further, the front substrate is characterized in that the chemotaxis sample solution and a cell solution of each of said first communication in order to provide the channel and the second channel first channel storage unit and the second channel storage unit is further formed.

또한, 마이크로 플루이딕 칩 제조방법에 있어서, 몰딩 원판을 통해 주화성 용액이 주입되는 제 1채널과 샘플용액이 주입되는 제 2채널을 형성시키고, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티가 구비된 배리어를 함께 형성하여 기판을 제조하는 단계, 상기 제 1채널과 제 2채널이 형성된 상부 기판을 몰딩 원판으로부터 이형시키는 단계, 하부 기판에 주화성 용액과 샘플용액이 접촉하는 정션채널을 형성시키는 단계 및 상기 하부 기판과 상부 기판을 조립하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Furthermore, the micro fluidic according to Dick chip manufacturing method, to form a second channel that is two weeks the first channel and the sample solution to be chemical conversion solution is injected through the molded disc injection, provided that the first cavity between the first and second channels to form a step, wherein the first channel and the chemotactic solution and the sample solution junction channels that are in contact with the stage, the lower substrate to release the upper substrate from the molding of the disc 2, the channel is formed by forming a barrier with the manufacture of the substrate, and It is characterized in that comprises the step of assembling the lower substrate and the upper substrate.

또한, 상기 정션채널은, 세포 크기의 90 내지 110% 깊이로 식각하여 형성시 키는 것을 특징으로 한다. In addition, the junction channel is etched by 90 to 110% of the depth of the cell size is characterized in that the key is in the formation.

또한, 상기 하부 기판 제작단계 후에는, 상기 상부 기판을 조립하기 전 조립정렬을 용이하게 실시하기 위해 메탈 박막을 일정 영역 패터닝하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Further, after the lower substrate manufacturing step is further characterized in that further comprising the step of a predetermined region patterning the metal thin film in order to easily perform the whole assembly arranged to assemble the upper substrate.

또한, 상기 메탈 박막은, 100nm 이하의 두께로 패터닝되는 것을 특징으로 한다. In addition, the metal thin film is characterized in that which is patterned to have a thickness of less than 100nm.

또한, 상기 상부 기판 제조단계는, 펀칭과정을 통해 상기 제 1, 2채널과 연통되는 제 1 채널 저장부와 제 2채널 저장부를 형성시키는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Further, the upper substrate manufacturing step, is characterized in that through the punching process further comprising the step of forming the first and second channels and communicate with the first channel storage unit and the second channel storage unit to be.

또한, 상기 몰딩 원판은, MEMS 공정을 이용하여 실리콘을 식각하거나, 후막 감광제를 패터닝하여 몰딩 원판을 제작하되, 상기 상부 기판에 형성될 상기 제 1, 2채널의 깊이를 20 내지 100㎛로 형성되도록 몰딩 원판을 제조하는 것을 특징으로 한다. In addition, so that the molded discs, the etching of silicon by using a MEMS process, or by patterning a thick-film photosensitive material, but making the molding of the disc, forming the depth of the first and second channels are formed on the upper substrate 20 to 100㎛ It characterized in that for producing a molded disk.

상기와 같이 구성되고 작용되는 제 1, 2채널 사이에 구비된 배리어 구조물에 의해 유체의 불규칙적인 흐름을 방지하여 정지 상태의 유체간의 계면을 형성하고, 안정적인 확산 반응을 달성할 수 있는 효과가 있다. There is an effect capable of preventing an irregular flow of the fluid by a barrier structure provided between the first and second channels constructed and acting as described above to form an interface between a stationary fluid, achieving stable diffusion reaction.

상세하게는 첫째, 외부의 실린지 펌프나 마이크로 펌프 등을 사용하지 않고 모세관 현상으로 샘플을 주입할 수 있어 유체를 제어하기 위한 주변 부대 장비가 필요 없다. Specifically, first, without the use of such support the outer cylindrical pump or a micro pump to inject the sample into the capillary phenomenon eliminates the need for peripheral units equipment for controlling the fluid. 또한, Hydrodynamic injection 방식에 구동되는 칩은 유속에 세포나 미생물의 움직임이 영향을 받지만, 본 발명은 정지된 흐름에서 검사를 함으로 chemoeffector에 대한 오직 세포나 미생물의 움직임을 검사할 수 있다. In addition, Hydrodynamic injection method for driving the chip is the flow rate in the cells or microorganisms movements affect the batjiman, the present invention stops the flow from scanning by chemoeffector on for only cells or microorganisms in motion the tests to be there.

둘째, 제작 공정이 단순하여 저가로 제작할 수 있으며, 마이크로 플루이딕칩의 집적도를 높일 수 있고, 샘플 사용량이 수십 ㎕이하로 기존 방법에 비해 매우 적다. Second, the manufacturing process can be manufactured at a low cost and simple, it is possible to increase the density of the micro-fluidic dikchip, is very small compared to conventional methods to less than several tens of ㎕ sample usage.

셋째, 세포용액과 Chemoeffector용액을 직접적으로 접촉시켜서 liquid/lquid interface를 만들 수 있으므로, 기존방법과 같이 chemoeffector와 젤과 섞어서 반응시킬 필요가 없는 효과가 있다. Third, by direct contact with the cell solution and Chemoeffector solution can create a liquid / lquid interface, there is an effect without the need to mix the reaction with chemoeffector and gels, such as the conventional method.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Will be described below, the preferred embodiment of the micro-fluidic chip and a method of manufacturing the cell chemotaxis test according to the present invention with reference to the accompanying drawings in detail as follows.

도 2는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 상부 기판을 나타낸 평면도, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 제 1채널과 제 1채널을 나타낸 단면도와 배면도, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 배리어를 나타낸 확대 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 제조방법을 나타낸 순서도, 도 6은 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 유체 조작 순서를 나타낸 순서도이다. 2 is a cross-sectional view and the bottom showing the first channel and the first channel of the micro-fluidic chip according to a plan view, the present invention Figure 3 illustrates a cell state the upper substrate of the microfluidic chip for chemical conversion inspection according to the present invention, and Fig. 4 is an enlarged perspective view, Figure 5 is a flow chart, Figure 6 is a micro-fluidic chip according to the invention showing the method of manufacturing a cell line microfluidic chip for chemical conversion inspection according to the present invention showing the barrier of the micro-fluidic chip according to the invention of a flow chart illustrating a fluid operating procedure.

본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩은 마이크로 플루이딕 칩에 있어서, 주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널(110)과 세포용액이 주입되는 제 2채널(120)이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity ; 102) 형성을 위한 배리어(barrier ; 101)가 구비된 상부 기판(100)과 상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판(200)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Cell lines microfluidic chip for chemical conversion inspection according to the present invention is a micro fluidic according to Dick chip, chemotaxis samples the first channel 110 and the cell a second channel 120 that the solution is injected which the solution is injected into this and each having , the first channel and the cavity between the second channel (cavity; 102) barrier for the formation; each chemotaxis samples from (barrier 101) of the upper substrate 100 from the first and second channels having a (chemoeffector) receiving the solution and the cell solution is characterized in that comprises a lower substrate 200, which is the junction channel having a (junction channel) of a predetermined depth for contacting them with each other.

상부 기판(100)은 주화성 샘플(chemoeffector)이 주입되는 제 1채널(110)과 세포(ell) 용액이 주입되는 제 2채널(120)이 각각 마이크로 채널형태로 구비되는 것으로, 각각의 용액을 전달하기 위한 것이다. The upper substrate 100 is to be provided with a second channel 120 that each micro-channel form in which state the first channel 110 and the cells (ell) solution is injected Mars sample (chemoeffector) injection, each solution It intended to convey. 여기서 상기 상부 기판(100)은 폴리머 재질로 구비되며, 바람직하게는 투명 실리콘 폴리머 용액(PDMS)을 경화시켜서 형성된다. Wherein the upper substrate 100 is provided with a polymer material, preferably formed by curing a transparent silicone polymer solution (PDMS). 이때, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이에는 유체의 규칙적인 흐름을 위하여 캐비티(102)가 형성되도록 배리어(101)를 구비한다. In this case, it is provided with the barrier 101 such that cavity 102 is formed to a regular flow of fluid between the first and second channels.

즉, 2개의 배리어가 중앙에 위치하고 이로 인해 그 사이에 캐비티(102)가 형성된다. In other words, the two barrier located in the center This causes the cavity 102 is formed therebetween. 이러한 채널 형성을 통해 모세관 흐름을 유도하는 capillary pressure를 감압하여 불규칙적인 유체의 흐름을 방지할 수 있다. These channels formed by a reduced pressure the capillary pressure to drive capillary flow it is possible to prevent the flow of irregular fluid.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 일실시예로 W=225㎛, h=3㎛, r=73dyne/cm, θPDMS=100°, θglass=0°일 때, 정션채널의 AB 구간의 모세관압력은 아래 수학식 1에 의하여 20.657kPa로 계산되고, BC구간의 모세관 압력은 0.649kPa로 계산된다. If it described in more detail, in one embodiment according to the present invention, W = 225㎛, h = 3㎛, r = 73dyne / cm, θPDMS = 100 °, θglass = 0 ° one point, the AB region of the junction-channel capillary pressure is calculated by 20.657kPa by equation (1) below, the capillary pressure of the BC region is calculated to 0.649kPa.

따라서, 본 발명에 따른 정션채널에서 cavity 구조는 모세관 압력을 감압시켜 모세관 흐름 현상을 damping out 시키는 효과가 있음을 알 수 있다. Thus, in the junction channel in accordance with the present invention cavity structure, it can be seen that the effect of the capillary flow phenomenon under reduced pressure to the capillary pressure damping out. 이 현상은 두 유체가 정션채널에서의 접촉 후 급격스러운 유체의 흐름을 방지하여 안정적인 유체의 계면을 형성할 수 있다. This phenomenon may be two fluids to prevent the flow of the suddenly sense the fluid after contact of the junction channel is formed of a stable fluid interface.

이때, AB 구간에 대한 모세관압력은 다음의 수식 1과 같이 나타낼 수 있다. In this case, the capillary pressure for the AB interval can be expressed as: Equation 1 below.

Figure 112009074083421-pat00001

또한, BC 구간에 대한 모세관압력은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. In addition, the capillary pressure for the BC segment is expressed as the following equation (2).

Figure 112009074083421-pat00002

여기서 P는 capillary pressure(모세관 압력) Where P is the capillary pressure (capillary pressure)

W PDMS 는 (상부기판)PDMS의 폭 W PDMS is the width of the (upper substrate) PDMS

A microchannel = Microchannel의 면적 Area of A microchannel = Microchannel

L glass = glass쪽의 폭과 높이의 합(2h+W) L glass = glass side the sum of the width and height of the (2h + W)

Figure 112009074083421-pat00003
= 유체의 표면장력값 = Surface tension of the fluid

θ=접촉각 θ = contact angle

또한, 상기 제 1, 2채널과 연결되어 주화성 용액 또는 세포용액을 저장하고 있는 제 1채널 저장소(140)와 제 2채널 저장소(150)가 구비되어 상기 제 1, 2채널 저장소에 용액이 주입되면 모세관 현상(capillary phenomenon)에 의해 상기 제 1, 2채널로 용액이 주입된다. In addition, the first, is connected to the second channel to save the chemotaxis solution or the cell solution and the first channel storage unit 140 and the second channel store 150 that is provided with a solution injected into the first and second channel storage When a by a capillary phenomenon (capillary phenomenon) solution by the first and second channel are injected. 따라서 Micro pipette를 이용하여 상기 제 1, 2채널 저장소(140, 150)에 용액을 떨어뜨리면, 모세관 현상에 의해 유입되게 된다. Therefore, by using the Micro pipette is dropped a solution in the first and second channel store (140, 150), it is to be introduced by a capillary phenomenon.

한편, 상기 상부 기판(100)은 제 1채널과 제 2채널을 구획하는 부분에는 외측으로 공기를 배출시킬 수 있는 에어벤트(air vent ; 130)가 형성되어 있다. On the other hand, the upper substrate 100 is an air vent capable of discharging air to the outside, the part defining a first channel and a second channel, a (air vent 130) is formed. 이것은 제 1채널에서 유입되는 주화성 샘플 용액과 제 2채널에서 주입되는 세포 용액이 후술할 정션채널(210)에서 상호 접촉 시 포획(trap)될 수 있는 공기가 원활하게 외부로 배기시키도록 하기 위한 것이다. This is to to be a chemotactic sample solution and the air in the cell solution injected in the second channel can be captured (trap) upon contact with each other at the junction channel 210 which will be described later from entering the first channel smoothly discharged to the outside will be.

하부 기판(200)은 상기 상부 기판(100)에 하부에 접하여 구비되는 것으로, 석영이나 유리기판을 식각하여 중앙으로 정션채널(junction channel ; 210)이 형성되어 있다. It is the; (210 junction channel) to form the lower substrate 200 is a junction channel to be provided in contact with the lower portion to the upper substrate 100, to the center by etching a quartz or glass substrate. 상기 정션채널(210)은 주화성 샘플용액과 세포용액을 접촉시키기 위한 하나의 공간부로써 상기 제 1채널과 제 2채널 사이에 위치하도록 마주하며 구비된다. The junction channel 210 is provided with, and facing so as to be positioned between the first channel and the second channel as a recess for contacting the chemotaxis sample solution and a cell solution.

따라서 제 1채널과 제 2채널에서 주화성 샘플용액과 세포용액이 모세관 현상에 의해 유입되면, 상기 정션채널(210)을 통해 만나면서 확산 반응이 시작된다. Accordingly the chemotaxis sample solution and a cell solution in the first and second channels when the inlet by capillary action, by meeting through the junction channel 210, a diffusion reaction is started.

또한, 상기 하부 기판(200)은 상부 기판(100)과 용이한 조립공정을 위하여 상부면 양측으로 대응되게 메탈 박막(220)이 패터닝된다. In addition, the lower substrate 200 is a metal thin film 220 is patterned to correspond to the upper surface on both sides to the assembling process easy and the upper substrate 100. 또한 도면에 도시하진 않았지만. In addition, although not shown in the drawings. 상부기판에 형성된 정렬마크를 이용하여 메탈 박막과 정렬시키게 되는 것이다. It is thereby aligned with the metal thin film by using an alignment mark formed in the upper substrate.

이때 메탈 박막은 반사도가 높은 알루미늄과 같은 금속 박막을 사용하는 것이 바람직하며, 패터닝 두께는 100nm이하로 형성시키는 것이 바람직하다. The metal thin film is preferably used a metal thin film such as a highly reflective aluminum, it is desirable to form a 100nm or less is patterned thick. 하부 기판에 형성된 졍션채널의 깊이가 경우에 따라서 1 내지 2㎛ 정도로 낮아 현미경의 분해성능에 따라서 관찰이 어려울 뿐만 아니라, 현미경에서 조사된 빛이 투과하여 관찰이 힘들다. As well as the depth of the junction channel formed on a lower substrate difficult to observe according to the according to the decomposition performance of a low microscopic about 1 to 2㎛ case, it is difficult to observe transmitted through the irradiation light in the microscope. 그리하여 반사도가 높은 상기 메탈 박막(220)에 의해 현미경의 렌즈로 입사되는 조명이 반사되어 관찰이 쉬운 이점도 있다. Thus the illumination reflectivity is incident on the lens of the microscope by the higher the metal thin film 220 is reflected there is another advantage easy to observe.

다음으로 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to the following method for producing the cell lines microfluidic chip for chemical conversion inspection according to the present invention.

도 8에 도시된 바를 보면, 우선 상부 기판을 제조하기 위한 몰딩원판을 MEMS공정을 이용하여 마이크로 채널 형태로 실리콘을 식각하거나, 후막 감광제를 패터닝하여 제조한다. When the bar shown in Figure 8, is produced by first etching the silicon molding disc for manufacturing an upper substrate at a micro-channel type using a MEMS process, or patterning a thick-film photosensitive material. 이때 제 1채널과 제 2채널의 높이를 20 내지 100㎛로 제작하여야 하기 때문에 이에 대응하도록 몰딩원판을 제조한다. At this time, this producing a molded disc to correspond because it must produce a height of the first channel and the second channel 20 to 100㎛. 이때, 제 1채널과 2채널 사이로 캐비티(102)가 형성되는 배리어(101)가 제작될 수 있도록 몰딩원판을 제작하면 상기 배리어는 상부기판과 일체로 형성되는 것이 바람직하다. In this case, the if making the molded disc so that the barrier 101 is a cavity 102 formed between the first channel and second channel can be made of the barrier is preferably formed integrally with the upper substrate.

제조된 몰딩원판으로 상부 기판(100)을 제조하기 위해 폴리머 용액을 붓고 경화시킨다. It was poured into the polymer solution for preparing the upper substrate 100 with the prepared molded disk is cured. 이때 폴리머 용액은 투명 실리콘 폴리머 용액(PDMS)을 사용하여 제작한다. The polymer solution is produced using a transparent silicone polymer solution (PDMS).

경화된 상부 기판은 몰딩원판으로부터 분리시킨 후 펀칭을 통해 제 1, 2채널 저장부가 제 1채널과 제 2채널에 각각 연통되도록 상부 기판(100)을 제작한다. The cured upper substrate is manufactured by the upper substrate 100 in which the first and second channel stored by the punching and then separated from the molding of disc portion so that each of the communication to the first and second channels.

하부 기판(200)은 유리나 석영 기판을 식각하여 정션채널(210)을 형성시킨다. A lower substrate 200 to form a junction channel (210) by etching a glass or quartz substrate. 이때 상기 정션채널(210)의 깊이는 검사를 요구하는 세포 크기의 90 내지 110% 정도로 식각하여 형성시켜 하부 기판을 준비한다. The depth of the junction channel 210 was formed by etching to 90 to 110% of the cell size required for testing is prepared underlying substrate. 또한, 하부 기판의 상부면으로 상기 상부 기판(100)을 조립하게 되는데, 이때 조립의 용이성을 위하여 상부면 일정 위치에 대응하도록 메탈 박막(220)을 패터닝한다. Further, the upper surface of the lower substrate there is assembled to the upper substrate 100, this time to pattern the metal thin film 220, for ease of assembly so as to correspond to the upper surface a certain position. 상기 메탈 박막(220)은 알루미늄(Al)과 같은 반사도가 높은 금속을 이용하여 패터닝하는데 그 두께는 100nm 이하로 패터닝하는 것이 바람직하다. The metal thin film 220 to pattern to the reflectance such as aluminum (Al) using a high metal and its thickness is preferably patterned to less than 100nm.

상기 메탈 박막이 패터닝 완료되면, 상부 기판(200)을 하부 기판 상면에 접합하여 제작을 완료한다. When the metal thin films is completed patterned to complete the manufacture and bonding the upper substrate 200 on an upper surface a lower substrate. 간단히 설명하면, 상하부 기판을 일정간격을 유지한 후, 상부기판은 고정하고 하부기판을 XY-θ방향으로 이동시켜 현미경을 이용하여 상하부 기판에 형성된 메탈 박막과 정렬마크를 겹쳐서 정렬한 후 하부기판을 수직으로 이동하여 상부기판과 접촉시켜 접합한다. Briefly, the mixture was kept for a predetermined interval the upper and lower substrate, the upper substrate is fixed and to move the lower substrate to the XY-θ direction of the lower substrate after overlapping the metal thin film and an alignment mark formed in the upper and lower substrates aligned using a microscope It moved vertically to be joined in contact with the upper substrate.

도 6은 본 발명에 따라 제조된 마이크로 플루이딕 칩의 유체조작 순서를 나타낸 것으로, (a)는 마이크로 플루이딕 칩을 현미경으로 보여주고 있다. Figure 6 illustrates a fluid operating procedure of the microfluidic chip made according to the present invention, (a) shows the micro-fluidic chip a microscope. (b)는 제 2채널 저장부를 통해 세포용액(Cell-solution)을 주입함에 따라 모세관 현상에 따 라 제 2채널로 유입되면서 하부 기판의 정션채널 일부까지 채워진다. (B) is the while, depending on the capillary flows into the second channel as the injection of cell solution (Cell-solution) through two-channel storage unit is filled up to the junction channel portion of the underlying substrate. 이때 제 2채널에 근접한 배리어(101)를 지나 캐비티(102)까지 세포용액이 규칙적으로 유입된다. The cell solution through the adjacent barrier 101 to the second channel to the cavity 102 is regularly introduced into.

그리고 (c)에 나타낸 바와 같이 제 1채널 저장부로 주화성 샘플용액(Chemo-effector)을 주입함에 따라 제 1채널을 통해 정션채널까지 유입된 후(d)에 나타낸 바와 같이 제 1채널과 근접한 배리어(10)를 지나 캐비티까지 주화성용액이 규칙적으로 유입되어 이로써 세포의 주화성을 검사할 수 있다. And a first channel and close to the barrier, as shown in (c) first and then, as an amount of 1 channel storage implanting chemotaxis sample solution (Chemo-effector) on a first channel an inlet to a junction channel (d) as shown in 10 is a through chemotaxis solution is regularly introduced into to the cavity so that it is possible to examine the chemotaxis of the cells.

이와 같이 구성되는 본 발명은 특히 제 1채널과 제 2채널 사이에 형성된 배리어를 통해 유체의 불규칙적인 흐름을 방지하여 정지 상태의 유체간의 계면을 형성하고, 안정적인 확산 반응을 달성할 수 있는 효과가 있다. The present invention constituted as described above has an effect that can be achieved in particular a first channel and the prevention of irregular flow of the fluid through the barrier formed between the second channel to form an interface between a stationary fluid, and stable diffusion reaction .

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. Or more, has been described and illustrated in connection with preferred embodiments to illustrate the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation of the illustrated and described as it as such.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. Rather, a large number of changes and modifications to the present invention, the spirit and scope of the appended claims without departing available those skilled in the art will be able to understand. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. Therefore, all suitable modifications and variations and equivalents that would have to be considered to fall within the scope of the invention.

도 1은 또 다른 종래기술에 따른 Agarose gel 마이크로 채널을 이용한 주화성 검사방법을 나태난 도면, 1 is I sloth a chemotaxis test using Agarose gel microchannel method according to another prior art diagram,

도 2는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 상부 기판을 나타낸 평면도, Figure 2 is a plan view of the cell lines the upper substrate of the microfluidic chip for chemical conversion inspection according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 제 1채널과 제 1채널을 나타낸 단면도와 배면도, Figure 3 is a cross-sectional view and the bottom showing the first channel and the first channel of the microfluidic chip according to the invention,

도 4는 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 배리어를 나타낸 확대 사시도, Figure 4 is an enlarged perspective view showing a barrier of the micro-fluidic chip according to the invention,

도 5는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 제조방법을 나타낸 순서도, 5 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a micro-fluidic chip cell lines for Mars inspection according to the present invention,

도 6은 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 유체 조작 순서를 나타낸 순서도. Figure 6 is a flow chart showing a fluid operating procedure of the micro-fluidic chip according to the invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the Related Art>

100 : 상부 기판 101 : 배리어 100: front substrate 101: barrier

102 : 캐비티 110 : 제 1채널 102: cavity 110: a first channel

120 : 제 2채널 130 : 에어벤트 120: second channel 130: air vent

140 : 제 1채널 저장부 150 : 제 2채널 저장부 140: a first channel storage unit 150: second channel storage unit

200 : 하부 기판 210 : 정션채널 200: a lower substrate 210: Junction channel

220 : 메탈 박막 220: metal thin film

Claims (13)

  1. 마이크로 플루이딕 칩에 있어서, In the microfluidic chip,
    주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널과 세포용액이 주입되는 제 2채널이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity) 형성을 위한 배리어(barrier)가 구비된 상부 기판;과 Chemotaxis sample solution and a second channel that is injected first channel and a cell solution to be injected respectively provided, wherein the upper substrate having the barrier (barrier) to the cavity (cavity) formed between the first and second channels; and
    상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩. Characterized in that comprising: a; each chemotaxis samples (chemoeffector) solution and the cell solution was passed receive a predetermined depth for contacting them with each other a junction channel (junction channel) that the lower substrate is provided from the first channel and the second channel cell chemotaxis test microfluidic chip for a.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상부기판은, The method of claim 1, wherein the upper substrate,
    상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 두 개의 배리어가 형성되고 그 사이로 상기 배리어에 의해 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩. The first channel and the second microstrip for the two barrier is formed in the through chemotaxis of cells, characterized in that the cavity is formed by the barrier test to Channels fluidic chip.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 정션채널은, The method of claim 1, wherein the junction channel,
    세포 크기의 90 내지 110%의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩. Cell chemotaxis test micro-fluidic chip, characterized in that with a depth of 90 to 110% of the cell size.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 상부 기판은, The method of claim 1, wherein the upper substrate,
    투명 실리콘 폴리머(PDMS)를 포함하는 폴리머 재질인 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩. Transparent silicone polymers (PDMS) cell chemotaxis test micro-fluidic chip, characterized in that the polymer material comprises a.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 하부 기판은, The method of claim 1, wherein the lower substrate,
    석영이나 유리기판 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩. Cell chemotaxis test micro-fluidic chip, characterized in that any of the material of the quartz or glass substrate.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 상부 기판은, The method of claim 1, wherein the upper substrate,
    상기 정션채널 내부의 공기를 외부로 배출시키기 위해 연통되는 에어벤트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩. The junction channel air vent, the more cell chemotaxis test micro-fluidic chip, characterized in that comprises communicating to the internal air of the discharging to the outside.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 상부 기판은, The method of claim 1, wherein the upper substrate,
    주화성 샘플용액과 세포용액을 각각 상기 제 1채널과 제 2채널에 제공하기 위해 연통된 제 1채널 저장부와 제 2채널 저장부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩. Chemotaxis sample solution and a cell solution of each of the first and second channels provided to the first channel storage unit and a microfluidic for cell chemotaxis test, characterized in that two-channel storage unit is further formed in communication to the chip.
  8. 마이크로 플루이딕 칩 제조방법에 있어서, In the micro-fluidic chip manufacturing method,
    몰딩 원판을 통해 주화성 용액이 주입되는 제 1채널과 샘플용액이 주입되는 제 2채널을 형성시키고, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티가 구비된 배리어를 함께 형성하여 상부 기판을 제조하는 단계; Through molding the disc to form a second channel state that the first channel and the sample solution to be chemical conversion solution is injected into injection, comprising the steps of forming with the first channel and the barrier cavities are provided between the two-channel manufacturing an upper substrate .;
    상기 제 1채널과 제 2채널이 형성된 상기 상부 기판을 몰딩 원판으로부터 이형시키는 단계; The step of the first channel and the upper substrate second channel is formed, the release from the molded disc;
    하부 기판에 주화성 용액과 샘플용액이 접촉하는 정션채널을 형성시키는 단계; Forming a chemotactic solution and the sample solution junction channels that are in contact with the lower substrate; And
    상기 하부 기판과 상부 기판을 조립하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법. Microfluidic chip production method for cell chemotaxis test being configured including; assembling the lower substrate and the upper substrate.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 정션채널은, 9. The method of claim 8 wherein the junction channel,
    세포 크기의 90 내지 110% 깊이로 식각하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법. Microfluidic chip production method for cell chemotaxis test cells, comprising a step of forming by etching to 90 to 110% of the depth of the size.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 하부 기판과 상부 기판을 조립하는 단계 전에는, The method of claim 8, before assembling the lower substrate and the upper substrate,
    조립정렬을 용이하게 실시하기 위해 상기 하부 기판으로 메탈 박막을 일정 영역 패터닝하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법. Method for producing a micro fluidic chip for cell chemotaxis test, characterized in that further comprising the step of a predetermined region patterning the metal thin film as the lower substrate in order to easily perform the assembly alignment.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 메탈 박막은, 11. The method of claim 10, wherein the metal thin film,
    100nm 이하의 두께로 패터닝되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법. Microfluidic chip production method for cell chemotaxis test, characterized in that the patterning in a thickness of 100nm or less.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 상부 기판 제조단계는, The method of claim 8, wherein the upper substrate manufacturing step,
    펀칭과정을 통해 상기 제 1, 2채널과 연통되는 제 1 채널 저장부와 제 2채널 저장부를 형성시키는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법. Cell line process for producing chemical conversion check microfluidic chip for the characterized in that further comprising; first and second channels the first channel storage unit and a second step of forming a channel storage unit which is communicated with via a punching process.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 몰딩 원판은, The method of claim 8, wherein the molded disc,
    MEMS 공정을 이용하여 실리콘을 식각하거나, 후막 감광제를 패터닝하여 몰딩 원판을 제작하되, 상기 상부 기판에 형성될 상기 제 1, 2채널의 깊이를 20 내지 100㎛로 형성되도록 몰딩 원판을 제조하는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법. Characterized in that the etching of silicon by using a MEMS process, or by patterning a thick-film photosensitive material for producing a molded disc to be, but making the molding of the disc, forming the depth of the first and second channels are formed on the upper substrate 20 to 100㎛ cell line process for producing a micro fluidic chip for Mars test of.
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