KR101257847B1 - Device for printing droplet on a substrate and a method for printing droplet on it - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 용액방울의 부피를 설정된 부피로 일정하게 유지하도록 함으로써 생체입자 등을 포함하는 용액을 기판의 원하는 위치의 표적부에 원하는 크기로 정확하게 떨어뜨릴 수 있도록 구조가 개선된 기판 상에 용액을 프린팅하는 장치에 관한 것이다. The present invention provides a solution on a substrate having an improved structure so that the volume of the solution droplet is maintained at a predetermined volume so that the solution including the bioparticles and the like can be accurately dropped to a desired size in a target portion at a desired position of the substrate. It relates to an apparatus for printing.
상하방향으로 길게 배치되어 있으며, 용액이 수용되는 수용부와, 상기 수용부와 연결되며 상기 용액이 그 수용부의 외부로 토출되도록 그 수용부의 하단부에 형성된 토출구를 가지는 바늘 형상의 용액방울 생성부재; 상기 용액방울 생성부재의 하방에 배치되어 있으며, 상기 용액방울 생성부재의 토출구로부터 토출되는 용액이 떨어져 부착되는 표적부를 가지는 기판; 상기 토출구에 생성된 용액방울에 힘을 가하고 상기 용액방울이 상기 기판의 표적부로 떨어지도록 하는 전압인가장치;상기 토출구로부터 하방으로 돌출되어 형성된 용액방울의 부피를 측정하는 부피측정수단; 및 상기 부피측정수단에 측정된 상기 용액방울의 부피데이터에 기초하여 상기 용액방울의 부피를 미리 설정된 설정부피로 유지하도록 하는 용액조절수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다. A needle-shaped solution droplet generating member which is arranged in a vertical direction and has a receiving part for receiving a solution, and a discharge hole connected to the receiving part and formed at a lower end of the receiving part so that the solution is discharged to the outside of the receiving part; A substrate disposed below the droplet generating member and having a target portion to which a solution discharged from a discharge port of the droplet generating member is attached to the substrate; A voltage applying device for applying a force to the droplets generated in the discharge port and causing the solution drop to fall to the target portion of the substrate; volume measuring means for measuring a volume of the solution droplet protruding downward from the discharge port; And solution control means for maintaining the volume of the solution at a predetermined set volume based on the volume data of the solution measured by the volume measuring means.
바이오칩, DNA 마이크로어레이, 생체입자, 프린팅(printing), 전기전하집중 현상, Electric charge concentration, 부피측정수단, 용액조절수단, 쿨롱힘, 전기영동력, 유전영동력, 개방형 전압인가장치 Biochip, DNA microarray, bioparticles, printing, electric charge concentration phenomenon, electric charge concentration, volumetric means, solution control means, coulomb force, electrophoretic force, dielectric force, open voltage application device
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 용액을 프린팅하는 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for printing a solution on a substrate using an electric charge concentration phenomenon according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 3c는 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 용액을 기판 상에 떨어뜨리는 과정에서, 이미지센서에 의해 감지된 용액방울의 이차원 이미지와 그 이미지로부터 그 용액방울의 부피를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.2 to 3C are two-dimensional images of the droplets detected by the image sensor in the process of dropping the solution onto the substrate using the printing apparatus shown in Figure 1 and the principle of measuring the volume of the droplets from the image A diagram for explaining.
도 4는 도 1에 도시된 프린팅 장치에서 컴퓨터처리장치에서 행해지는 용액방울의 부피계산과 그 부피에 기초하여 상기 용액방울의 부피를 조절하는 알고리즘을 보여주는 순서도이다.FIG. 4 is a flow chart showing an algorithm for adjusting the volume of the droplet based on the volume calculation of the droplet and the volume performed in the computer processing apparatus in the printing apparatus shown in FIG. 1.
도 5 내지 7은 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 기판상에 용액을 떨어뜨리는 과정에서 상기 토출구에 형성된 용액방울의 시간에 따른 부피변화를 보여주는 도면이다.5 to 7 is a view showing a volume change with time of the solution droplet formed in the discharge port in the process of dropping the solution on the substrate using the printing device shown in FIG.
도 8은 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 용액을 기판상에 프린팅한 후에, 그 프린팅된 각 스폿의 세기(intensity)를 보여주는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the intensity of each printed spot after printing the solution onto the substrate using the printing device shown in FIG. 1.
도 9는 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 용액을 기판상에 프린팅한 후에, 그 프린팅된 각 스폿을 스캐닝한 사진이다.FIG. 9 is a photograph of scanning each printed spot after printing the solution on the substrate using the printing apparatus shown in FIG. 1.
도 10은 도 1에 도시된 프린팅 장치에 전압이 인가된 경우에 전계형성전극에 충전되는 양전하 및 그 양전하에 의해 기판에 유도되는 음전하의 분포와, 토출구에 매달린 생체분자 액적에 작용하는 힘의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다. FIG. 10 illustrates the relationship between the positive charges charged in the field forming electrode and the negative charges induced on the substrate by the positive charges when the voltage is applied to the printing apparatus shown in FIG. Figure is a schematic diagram.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기전하집중 현상을 이용하여 용액을 프린팅하는 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.11 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for printing a solution using an electric charge concentration phenomenon according to another embodiment of the present invention.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기전하집중 현상을 이용하여 용액을 프린팅하는 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.12 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for printing a solution using an electric charge concentration phenomenon according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10...생체입자 액적 20...전계형성전극10 ... droplets of
21...전극리드선 22...수용부 21 ...
23...토출구 30...기판23
31...표적부 40...프린터몸체 31.Target 40 ... Printer body
50...개방형 전압인가장치 60,61...광원50 ... Open
62...발산렌즈 63...이미지센서62
64...컴퓨터처리장치 66...펌프64
100,200,300...전기전하집중 현상을 이용하여 기판상 상에 용액을 프린팅하는 장치100,200,300 ... A device for printing a solution on a substrate using an electric charge concentration phenomenon
641...입력부 642...제어부641
643...출력부 CL...단면선643.Output CL ... section
본 발명은 기판 상에 용액을 프린팅하는 장치 및 인쇄용지 상에 잉크를 프린팅하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류, 인간세포, 동물세포, 식물세포 등의 세포류, 바이러스, 박테리아 등과 같은 생체입자(bioparticle) 액적을 고체 기판 표면 위로 떨어뜨려 고정화시켜 바이오칩을 제작하기 위하여 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 생체입자 액적을 프린팅하는 장치 및 잉크를 인쇄용지 등에 떨어뜨려 컴퓨터 문서 파일의 내용, 사진 파일 등을 출력하기 위하여 전기전하집중 현상을 이용하여 인쇄용지 상에 잉크를 프린팅하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for printing a solution on a substrate and an apparatus for printing ink on a printing paper, and more particularly, nucleic acids such as probe DNA, RNA, peptide nucleic acid (PNA), and LNA. Droplets of bioparticles such as proteins, oligopeptides, human cells, animal cells, plant cells, viruses, bacteria, etc. In order to produce biochips by immobilization, a device for printing droplets of bioparticles on a substrate by using an electric charge concentration phenomenon and an ink charge are dropped onto a printing paper to print the contents of a computer document file and a photo file. The present invention relates to an apparatus for printing ink on printing paper.
인간 지놈 프로젝트의 경이적인 진행과 함께, 유전병의 진단, 치료 및 예방에 있어서 막대한 양의 유전자 정보를 신속히 제공할 수 있는 방법에 대한 요구가 크게 증가하였다. 그 때까지 염기서열 분석법으로 사용되어 온 생거(Sanger)의 방법은 DNA를 복제하는 중합효소연쇄반응(PCR; polymerase chain reaction)법의 개발 및 이의 자동화 등에 의해 꾸준히 발전하였음에도 불구하고, 과정이 번거롭고 많은 시간과 노력, 비용 및 고도의 숙련도를 필요로 하기 때문에,방대한 양의 유전자를 분석할 수 없어, 새로운 염기서열 분석 시스템이 끊임없이 모색되었다. 이러한 시대적 필요에 의해 지난 수년간 바이오칩(Biochip)의 제작 및 이용기술과 관련된 많은 부분에서 진보가 있었다.Along with the phenomenal progress of the Human Genome Project, there has been a great need for a way to rapidly provide vast amounts of genetic information in the diagnosis, treatment and prevention of genetic diseases. Sanger's method, which has been used as a sequencing method until then, has been steadily developed because of the development and automation of a polymerase chain reaction (PCR) method that replicates DNA. Because of the time, effort, cost, and high level of proficiency, large amounts of genes cannot be analyzed, and new sequencing systems are constantly being sought. The need for this age has made progress in many areas related to the manufacturing and use of biochips over the last few years.
바이오칩이란 실리콘, 표면개질유리,폴리프로필렌, 활성화 폴리아크릴아미드와 같은 고체 기판 표면에 핵산, 단백질, 세포 등의 생체입자들을 결합시켜 유전자 발현 양상, 유전자 결함, 단백질 본포, 각종 반응 양상 등을 분석해낼 수 있는 생물학적 마이크로칩(Biological Microchip)을 말한다. Biochip is a method for analyzing gene expression patterns, gene defects, protein fragments, and various reaction patterns by binding bioparticles such as nucleic acids, proteins, and cells to solid substrate surfaces such as silicon, surface modified glass, polypropylene, and activated polyacrylamide. Biological Microchip that can be.
이러한 바이오칩에 분석하고자 하는 표적 물질을 반응시키면, 바이오칩에 부착되어 있는 프로브들과 표적 물질과 결합 상태를 이루게 되는데, 이를 광학적인 방법 또는 방사능 화학적 방법 등을 통해 관찰 해석함으로써 표적 물질을 분석할 수 있다. 예를 들면, 프로브 DNA가 부착된 DNA칩(DNA 마이크로어레이)에 분석하고자 하는 표적 DNA(target DNA) 단편을 결합시키면, 프로브들과 표적 DNA 단편상의 염기서열의 상보적인 정도에 따라 각기 다른 혼성화 결합(hybridization) 상태를 이루게 되는데, 이를 여러 가지 검출방법을 통해 관찰 해석함으로써 표적 DNA의 염기서열을 분석할 수 있다(sequencing by hybridization; SBH).When the target material to be analyzed is reacted with the biochip, the target material is combined with the probes attached to the biochip, and the target material can be analyzed by observing and interpreting the optical material or radiochemical method. . For example, when a target DNA fragment to be analyzed is bound to a DNA chip (DNA microarray) to which a probe DNA is attached, different hybridization bonds are determined depending on the complementary degree of the sequences on the probe and the target DNA fragment. (hybridization) state is achieved, and the sequencing by hybridization (SBH) can be analyzed by observing and interpreting it through various detection methods.
이러한 바이오칩 또는 DNA 마이크로 어레이를 제작하는데 사용되는 프린팅 장치에 있어서, 상기 기판위에 용액을 떨어뜨리기 위해 상기 기판의 상방에 용액방울을 생성시키는 용액방울 생성부재가 존재하며, 그 용액방울 생성부재의 하방으로 돌출되어 형성되는 용액방울은 그 표면적에 비례하여 증발(evaporization)이 되므로 시간이 지남에 따라 그 용액방울의 부피가 줄어들게 된다. 이와 같이 용액방울의 부피가 줄어들게 되면 상기 기판상에 프린팅 하고자 하는 용액방울의 스폿 크기도 줄어들게 됨은 당연하다. 그러나, 일정한 크기의 스폿을 유지하고자 하는 경우에 그 용액방울의 크기를 일정하게 유지하기 위한 장치가 종래에는 존재하지 않아 목적하는 스폿 크기를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.In the printing apparatus used to fabricate such a biochip or DNA micro array, a droplet generating member for generating a droplet above the substrate for dropping a solution on the substrate exists, and below the droplet generating member. Protruding droplets are evaporated in proportion to their surface area, so that the volume of the droplets decreases over time. As such, if the volume of the droplets is reduced, the spot size of the droplets to be printed on the substrate is also reduced. However, in the case of maintaining a spot having a constant size, there is a problem in that a device for maintaining a constant size of the droplet does not exist in the related art and thus cannot obtain a desired spot size.
상기 바이오칩 또는 DNA 마이크로어레이를 제작 함에 있어서는 미세한 양의 용액방울을 기판에 떨어뜨려서 스폿을 형성하기 때문에 그 용액방울의 크기는 기판상에 형성되는 스폿 크기에 매우 큰 영향을 미친다. 따라서, 일정한 크기의 스폿으로 이루어지는 마이크로어레이를 제작하기 위해서는 상기 용액방울 생성부재의 하부에 형성되는 용액방울을 일정한 크기로 유지할 필요가 있다. 만약, 상기 용액방울 생성부재의 하부에 형성되는 용액방울의 크기가 일정하게 유지되지 않는 경우에는 상기 기판에 형성되는 스폿의 크기가 일정하지 않게 되며 그 결과 염기서열등의 정밀한 분석이 이루어져야 하는 DNA 마이크로어레이의 목적을 달성할 수 없는 문제점이 있다.In the fabrication of the biochip or DNA microarray, since droplets are dropped on the substrate to form spots, the size of the droplets has a great influence on the spot size formed on the substrate. Therefore, in order to manufacture a microarray consisting of spots of a constant size, it is necessary to maintain the solution droplets formed at the lower portion of the solution generation member at a constant size. If the size of the droplets formed at the lower portion of the droplet generating member is not kept constant, the size of the spots formed on the substrate is not constant. As a result, DNA micro-structures must be subjected to precise analysis such as sequencing. There is a problem that the purpose of the array cannot be achieved.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 상기 토출구의 외부로 돌출되어 형성되는 용액방울을 미리 설정된 일정한 부피로 유지할 수 있도록 구조가 개선된 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 용액을 프린팅하는 장치를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, by using an electric charge concentration phenomenon is improved structure to maintain a predetermined volume of the solution droplets protruding to the outside of the discharge port To provide a device for printing a solution on a substrate.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 생체입자나 잉크 등을 포함하는 용액을 전기전하집중 현상을 이용하여 일정한 스폿 크기로 기판상에 프린트할 수 있는 프린팅 방법을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a printing method capable of printing a solution containing bioparticles, ink and the like on a substrate with a constant spot size by using an electric charge concentration phenomenon.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 기판 상에 용액방울을 프린팅하 는 장치는, 상하방향으로 길게 배치되어 있으며, 용액이 수용되는 수용부와, 상기 수용부와 연결되며 상기 용액이 그 수용부의 외부로 토출되도록 그 수용부의 하단부에 형성된 토출구를 가지는 바늘 형상의 용액방울 생성부재; In order to achieve the above object, an apparatus for printing a droplet on a substrate according to the present invention, which is arranged long in the vertical direction, is connected to the receiving portion containing the solution, the receiving portion and the solution is received A needle-shaped solution droplet generating member having a discharge port formed at a lower end of the receiving portion so as to be discharged to the outside of the portion;
상기 용액방울 생성부재의 하방에 배치되어 있으며, 상기 용액방울 생성부재의 토출구로부터 토출되는 용액이 떨어져 부착되는 표적부를 가지는 기판;A substrate disposed below the droplet generating member and having a target portion to which a solution discharged from a discharge port of the droplet generating member is attached to the substrate;
상기 토출구에 생성된 용액방울에 힘을 가하고 상기 용액방울이 상기 기판의 표적부로 떨어지도록 하는 전압인가장치; A voltage applying device for applying a force to the droplets generated at the discharge port and causing the droplets to fall to the target portion of the substrate;
상기 토출구로부터 하방으로 돌출되어 형성된 용액방울의 부피를 측정하는 부피측정수단; 및Volume measuring means for measuring a volume of a droplet formed by protruding downwardly from the discharge port; And
상기 부피측정수단에 측정된 상기 용액방울의 부피데이터에 기초하여 상기 용액방울의 부피를 미리 설정된 설정부피로 유지하도록 하는 용액조절수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a solution adjusting means for maintaining the volume of the solution at a predetermined set volume based on the volume data of the solution measured by the volume measuring means.
본 발명에 따르면, 상기 토출구에 생성된 용액방울을 상기 기판에 프린팅하는 원리는 전기전하집중(electric charge concentration) 현상을 이용하는 것이 바람직하다.According to the invention, the principle of printing the droplets generated in the discharge port on the substrate is preferably using the electric charge concentration (electric charge concentration) phenomenon.
본 발명에 따르면, 상기 용액방울 생성부재는 도전성 소재로 이루어지며, 상하방향으로 길게 배치되어 있으며, 용액이 수용되는 수용부와, 상기 수용부와 연결되며 상기 용액이 그 수용부의 외부로 토출되도록 그 수용부의 하단부에 형성된 토출구를 가지는 바늘 형상의 전계형성전극인 것이 바람직하다.According to the present invention, the droplet generating member is made of a conductive material, and is arranged long in the vertical direction, the receiving portion for receiving the solution, and is connected to the receiving portion so that the solution is discharged to the outside of the receiving portion It is preferable that it is a needle-shaped field formation electrode which has the discharge port formed in the lower end part of the accommodating part.
상기 전압인가장치는 상기 전계형성전극에 전하가 충전되도록 그 전계형성전 극과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전계형성전극에 충전된 전하와 그 전하에 의해 상기 기판에 유도된 전하 사이에 발생된 힘에 의해 상기 용액이 상기 기판의 표적부로 떨어지도록 하는 개방형 전압인가장치인 것이 바람직하다.The voltage applying device is electrically connected to the field forming electrode to charge the field forming electrode, and is applied to a force generated between the charge charged in the field forming electrode and the charge induced in the substrate by the charge. It is preferable that the solution is an open voltage application device that causes the solution to fall to the target portion of the substrate.
본 발명에 따르면, 상기 부피측정수단은, 상기 토출구의 하부에 형성된 용액에 광선을 비추는 광원; 상기 광원에 의해 발생된 상기 용액방울의 그림자 이미지를 감지하는 이미지센서; 및 상기 이미지센서에 의해 감지된 데이터를 입력받아 그 용액방울의 부피를 계산하는 컴퓨터처리장치;를 포함하는 것이 바람직하다.According to the invention, the volume measuring means, the light source for shining a light beam on the solution formed below the discharge port; An image sensor detecting a shadow image of the droplet generated by the light source; And a computer processing device which receives data sensed by the image sensor and calculates a volume of the droplet.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광원과 상기 이미지센서 사이에 렌즈가 배치되어 있는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, it is preferable that a lens is disposed between the light source and the image sensor.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 이미지센서는 상기 용액방울의 일차원 이미지 또는 이차원 이미지를 감지할 수 있는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the image sensor is preferably able to detect the one-dimensional image or two-dimensional image of the droplet.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광원은 상기 전계형성전극의 길이 방향에 수직하게 배치된 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the light source is preferably disposed perpendicular to the longitudinal direction of the field-forming electrode.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 용액조절수단은 상기 수용부의 수용된 용액을 가압하거나 감압하기 위한 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the solution control means preferably comprises a pump for pressurizing or reducing the contained solution of the receiving portion.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 펌프는 시린지 펌프인 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the pump is preferably a syringe pump.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판은 접지되어 있지 않는 전기적 부도체이며,Further, according to the present invention, the substrate is an electrical insulator that is not grounded,
상기 기판의 하방은 상기 개방형 전압인가장치에 의한 전기장에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 공기층인 것이 바람직하다. The lower side of the substrate is preferably an air layer so as not to affect the electric field by the open voltage application device.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 용액은 생체입자를 포함하며, 그 생체입자는 핵산, 단백질, 올리고펩티드, 당류, 진핵세포, 바이러스 및 박테리아로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the solution comprises a bioparticle, the bioparticle is preferably selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, oligopeptides, sugars, eukaryotic cells, viruses and bacteria.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 개방형 전압인가장치는 상기 전계형성전극과 상기 기판사이에 단속적인 전기장이 형성되도록 펄스형태를 가지는 펄스전압을 인가하도록 된 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, it is preferable that the open voltage applying device is configured to apply a pulse voltage having a pulse shape so that an intermittent electric field is formed between the field forming electrode and the substrate.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 전계형성전극에는 100V 내지 100,000V의 펄스전압이 인가되는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, it is preferable that a pulse voltage of 100V to 100,000V is applied to the field forming electrode.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 펄스전압의 펄스폭은 10㎲ 내지 100㎳ 인 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, it is preferable that the pulse width of the pulse voltage is 10 Hz to 100 Hz.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 펄스전압의 펄스형태는 사다리꼴인 것이 바람직하다. Further, according to the present invention, the pulse shape of the pulse voltage is preferably trapezoidal.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판은 실리콘, 유리, 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the substrate is preferably made of one or more selected from the group consisting of silicon, glass, and polymer.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판의 표면은 생체입자 등을 포함하는 용액이 잘 부착될 수 있도록 아민기, 카르복실기, 바이오틴, 스트렙타이비딘(streptavidine), 폴리엘라이신(poly-L-lysine) 및 티올(thiol)로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 이상이 코팅되어 있는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the surface of the substrate is a amine group, a carboxyl group, biotin, streptavidin (streptavidine), poly-L-lysine and At least one member selected from the group consisting of thiols is preferably coated.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 전기전하집중(Electric charge concentration) 현상을 이용하여 기판 상에 용액을 프린팅하는 방법에 있어서, 도전성 소재로 이루어지며, 상기 생체입자 등이 포함된 용액이 수용되는 수용부와, 상기 수용부와 연결되며 상기 용액이 그 수용부의 외부로 토출되도록 그 수용부의 하단부에 형성된 토출구를 가지는 바늘 형상의 전계형성전극을 상하방향으로 길게 배치하는 전계형성전극 배치단계; 상기 전계형성전극의 토출구로부터 토출되는 생체입자 등을 포함하는 용액이 떨어져 부착되는 표적부를 가지며, 기판을 상기 전계형성전극의 하방에 배치하는 기판 배치단계; 상기 전계형성전극과 전기적으로 연결된 개방형 전압인가장치를 배치하는 개방형 전압인가장치 배치단계; 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류: 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류: 올리고펩티드류: 당류: 인간세포, 동물세포, 식물세포 등의 진핵세포류; 바이러스; 박테리아 등과 같은 생체입자를 포함하는 용액을 상기 전계형성전극의 수용부에 공급하는 용액 공급단계; 상기 토출구로부터 하방으로 돌출되어 형성된 용액방울의 부피를 측정하는 부피측정단계; 상기 부피측정수단에 측정된 상기 용액방울의 부피데이터에 기초하여 상기 용액방울의 부피를 미리 설정된 설정부피로 유지하도록 하는 용액조절 단계; 및 상기 개방형 전압인가장치로부터 상기 전계형성전극에 전압을 인가하여 그 전계형성전극에 전하를 충전하며, 그 충전된 전하와 그 전하에 의해 상기 기판에 유도된 전하 사이에 발생된 힘에 의해 상기 용액을 상기 기판의 표적부로 떨어뜨리는 용액프린팅 단계;를 구비하는 점에 특징이 있다.In addition, in order to achieve the above object, in the method of printing a solution on a substrate using an electric charge concentration phenomenon, it is made of a conductive material, the accommodation containing a solution containing the bioparticles, etc. A field forming electrode arrangement step of disposing a needle-shaped field forming electrode having a discharge hole formed at a lower end portion of the accommodating part and connected to the accommodating part and discharging the solution to the outside of the accommodating part; A substrate disposing step of having a target portion to which a solution including bioparticles discharged from a discharge hole of the field forming electrode is attached and separated, and placing a substrate under the field forming electrode; Arranging an open voltage applying device for arranging an open voltage applying device electrically connected to the field forming electrode; Probe DNA, RNA, PNA (Peptide nucleic acid), LNA, etc. Nucleic acid: Antigen, Antibody, etc. Proteins: Oligopeptides: Sugars: Human cells, animal cells, plant cells Eukaryotic cell types such as; virus; A solution supplying step of supplying a solution containing bioparticles such as bacteria to a receiving portion of the field forming electrode; A volume measuring step of measuring a volume of a droplet formed by protruding downwardly from the discharge port; A solution adjusting step of maintaining the volume of the solution at a predetermined set volume based on the volume data of the solution measured by the volume measuring means; And applying a voltage to the field forming electrode from the open voltage applying device to charge the field forming electrode, and the solution by the force generated between the charged charge and the charge induced in the substrate by the charge. It characterized in that it comprises a solution printing step of dropping to the target portion of the substrate.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 용액을 프린팅하는 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 2 내지 도 3c는 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 용액을 기판 상에 떨어뜨리는 과정에서, 이미지센서에 의해 감지된 용액방울의 이차원 이미지와 그 이미지로부터 그 용액방울의 부피를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 1에 도시된 프린팅 장치에서 컴퓨터처리장치에서 행해지는 용액방울의 부피계산과 그 부피에 기초하여 상기 용액방울의 부피를 조절하는 알고리즘을 보여주는 순서도이며, 도 5 내지 7은 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 기판상에 용액을 떨어뜨리는 과정에서 상기 토출구에 형성된 용액방울의 시간에 따른 부피변화를 보여주는 도면이며, 도 8은 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 용액을 기판상에 프린팅한 후에, 그 프린팅된 각 스폿의 세기(intensity)를 보여주는 그래프이며, 도 9는 도 1에 도시된 프린팅 장치를 사용하여 용액을 기판상에 프린팅한 후에, 그 프린팅된 각 스폿을 스캐닝한 사진이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an apparatus for printing a solution on a substrate using an electric charge concentration phenomenon according to an embodiment of the present invention, Figures 2 to 3c using the printing device shown in FIG. In the process of dropping the solution on the substrate, it is a view for explaining the principle of measuring the volume of the droplet from the image and the two-dimensional image of the droplet detected by the image sensor, Figure 4 is the printing shown in FIG. A flow chart showing an algorithm for adjusting the volume of a droplet based on the volume calculation of the droplet and the volume of the solution performed by the computer processing apparatus in the apparatus, and FIGS. FIG. 8 is a view illustrating a volume change with time of a solution drop formed in the discharge hole in the process of dropping a solution. After printing a solution on a substrate using a printed printing device, a graph showing the intensity of each printed spot is shown, and FIG. 9 is a diagram of printing a solution on a substrate using the printing device shown in FIG. 1. Afterwards, it is a photograph of scanning each printed spot.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 실시예의 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 용액(10)을 프린팅하는 장치(100)는 전계형성전극(20)과, 기판(30)과, 프린터몸체(40)와, 개방형 전압인가장치(50)와, 부피측정수단과, 용액조절수단을 구비하고 있다. 1 to 9, the
상기 전계형성전극(20)은 금, 백금, 구리 등과 같은 도전성 금속과, 전도성 폴리머와, ITO(Indium-Tin Oxide) GLASS, 카본나노튜브(carbon nano tube) 중 어느 하나로 이루어져 있거나, 상기 도전성 금속과, 전도성 폴리머와, ITO(Indium-Tin Oxide) GLASS, 카본나노튜브 중 적어도 두 가지로 이루어져 있는데, 본 실시예에 있어서는 스테인레스 강(stainless steel)으로 이루어져 있다. 상기 전계형성전극(20)은 일방향으로 길게 형성되어 있어 전체적으로 바늘 형상으로 되어 있으며, 상하방향으로 길게 배치되어 있다. 상기 전계형성전극(20)의 상단부에는 전극리드선(21)이 접속되어 있으며, 이 전극리드선(21)에 의해 상기 전계형성전극(20)과 후술하는 개방형 전압인가장치(50)는 서로 전기적으로 연결되어 있다.The
상기 전계형성전극(20)은 수용부(22)와, 토출구(23)를 구비한다. The
상기 수용부(22)는 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류, 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류, 올리고펩티드류, 인간세포, 동물세포, 식물세포 등의 세포류, 바이러스, 박테리아 등과 같은 생체입자(bioparticle)나 잉크 등을 포함하는 용액이 수용되는 부분이다. The
상기 토출구(23)는 상기 수용부(22)의 하단부에 형성되어 있으며 그 수용부(22)와 연결되어 있다. 상기 토출구(23)의 내경은 매우 작게 형성되어 있으므로, 외부에서 힘이 가해지지 않으면 용액(10)이 표면장력에 의해 중력을 이기고 그 토출구(23)에 매달려 있게 된다. 상기 토출구(23)를 통해 상기 수용부(22)에 수용되어 있는 용액(10)은 후술하는 전기전하집중 현상에 의해 그 수용부(22)의 외부로 토출 가능하다. 상기 토출구(23) 부근은 소수성(hydrophobic) 처리되어 있으므로, 상기 용액(10)의 접촉각이 높아져 그 용액(10)은 토출구(23) 옆으로 흐르지 않게 된다.The
상기 기판(30)은 바이오칩 또는 DNA마이크로어레이를 구성하는 것으로서, 전기적 부도체인 유리, 폴리머 중 어느 하나로 이루어지거나 실리콘, 유리, 폴리머 중 적어도 두 가지로 이루어지는데, 본 실시예에 있어서는 아민(Amine)이 코팅된 유리로 이루어져 있다. 상기 기판의 하방은 후술하는 개방형 전압인가장치(50)에 의한 전기장에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 전기적으로 상기 전계형성전극(20)과 전자기적 상호작용이 일어나지 않도록, 금속등의 도체로 이루어진 스테이지를 사용하지 않고, 공기층이 되도록 구성되어 있다. 상기 기판(30)은 상기 전계형성전극(20)의 하방에 배치되어 있으며, 특히 상기 전계형성전극(20)과 대략 직교하도록 배치되어 있다. 상기 기판(30)에는 표적부가 형성되어 있다. 상기 표적부에는 상기 전계형성전극(20)의 토출구(23)로부터 토출되는 용액(10)이 떨어져 부착된다. 상기 기판(30)은 접지되어 있지 않다. 상기 기판(30)의 표면, 특히 상기 기판의 표적부는 아민기, 카르복실기, 스트렙타이비딘(streptavidine), 바이오틴(biotin), 티올(thiol), 폴리엘라이신(Poly-L-Lysine) 중 어느 하나로 코팅되어 있거나, 아민기, 카르복실기, 스트렙타이비딘(streptavidine), 바이오틴(biotin), 티올(thiol), 폴리엘라이신(Poly-L-Lysine) 중 적어도 두 가지로 코팅되어 있으며, 이에 따라 상기 생체입자액적은 상기 기판의 표면에 더 잘 부착될 수 있게 된다. 그리고, 상기 기판(30)은 스테이지(stage, 미도시)에 설치되어 컨베이어 등에 의해 이동될 수 있다. The
상기 프린터몸체(40)는 상기 전계형성전극(20)의 토출구(23)의 상방에 배치되어 있다. 상기 프린터몸체(40)는 상기 전계형성전극(20)을 지지하며, PMMA(polymethlymethacrylate)로 이루져 있다. 상기 프린터몸체(40)는 별도의 구동장치(미도시)에 의해 x, y 및 z축으로 3차원 이동이 가능하다. 따라서, 상기 별도 의 구동장치를 구동시켜 상기 프린터몸체(40)에 지지되어 있는 상기 전계형성전극(20)을 상기 표적부 상방으로 이동시켜 그 표적부와 일정 거리 이격되도록 배치시킬 수 있게 된다.The
상기 개방형 전압인가장치(50)(open circuit)는 상기 전계형성전극(20)과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 개방형 전압인가장치(50)는 상기 전극리드선(21)을 통해서 상기 전계형성전극(20)에 펄스형태의 전압을 인가할 수 있다. 상기 펄스형태의 전압을 인가하면 상기 전계형성전극(20)과 상기 기판(30)사이에 단속적으로 전기장이 형성되게 된다. 즉, 상기 전계형성전극(20)과 상기 기판(30)사이에 전기장이 형성되는 순간에 상기 토출구(23)로부터 상기 기판(30)으로 용액방울(10a)이 떨어져서 상기 기판(30)상이 그 용액방울(10a)의 스폿이 형성되게 된다. 상기 펄스전압의 펄스 간격을 짧게 하면 단위시간당 많은 수의 스폿이 형성되며, 상기 펄스 간격을 길게 하면 상대적으로 단위시간당 작은 수의 스폿이 형성되게 된다.The open
한편, 상기 전계형성전극에는 100V 내지 100,000V의 전압이 펄스전압이 인가되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 펄스전압의 펄스폭은 10㎲ 내지 100㎳ 인 것이 더욱 바람직하다. 상기와 같은 전압범위 및 펄스폭을 벗어난 펄스전압을 인가하게 되면, 상기 용액방울(10)에 적절한 크기의 쿨롱힘(Fe)을 작용시켜 그 용액방울(10)을 상기 기판(30)에 효율적으로 떨어뜨릴 수 없게 되므로 바람직하지 않다. 상기 펄스전압의 펄스형태는 사다리꼴인 것이 바람직하다. 상기 펄스형태가 사다리꼴이면 상기 전계형성전극(20)과 상기 기판(30) 사이에 전기장이 형성되는 순간과 형성되지 않는 순간이 명확이 구분되기 때문에 상기 토출구(23)에 형성된 용액방 울(10a)이 상기 기판(30)으로 떨어져 스폿이 형성되는 효율이 증가한다.On the other hand, it is preferable that a voltage of 100V to 100,000V is applied to the field forming electrode. In particular, it is more preferable that the pulse width of the pulse voltage is 10 Hz to 100 Hz. When applying a pulse voltage outside the voltage range and the pulse width as described above, by applying a Coulomb force (Fe) of the appropriate size to the
상기 부피측정수단은 광원(60)과, 이미지센서(63)와, 컴퓨터처리장치(64)를 포함하고 있다.The volume measuring means includes a
상기 광원(60)은 상기 토출구(23)의 하부에 형성된 용액방울(10a)에 광선을 비추기 위해 마련된 것이다. 상기 광원(60)에 의해 상기 용액방울(10a)은 그림자 이미지를 가지게 된다. 상기 광원(60)은 상기 전계형성전극(20)의 길이방향에 대해 대략 수직방향으로 광선이 조사되도록 배치되어 있다. 상기 광원(60)으로는 일반적인 백열전구나 발광다이오드(LED) 등이 사용될 수 있다.The
상기 이미지센서(63)는 상기 광원(60)에 의해 발생된 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지를 감지하기 위해 마련된 것이다. 상기 이미지센서(63)는 광학적 영상을 전기적인 신호로 바꾸어주는 반도체 소자로서, 그 대표적인 예로서는 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)가 있다. CCD 이미지센서는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 커패시터에 저장되고 저장된 캐리어가 이송되는 소자이다. 상기 이미지센서(63)는 상기 CCD와 같이 널리 공지된 것으로서 상세한 서술은 생략하기로 한다.The
상기 이미지센서(63)는 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지를 이차원 또는 일차원으로 감지할 수 있다. 즉, 상기 용액방울(10a)의 형상이 구형의 일부인 것이 일반적이므로 상기 용액방울(10a)의 높이는 그 용액방울(10a)의 부피와 비례하는 상관관계를 가지므로 그 용액방울(10a)의 높이를 감지하면 그 용액방울(10a)의 부피를 계산해 낼 수 있다. 이와 같은 목적을 위한 이미지센서(63)가 일차원 이미지 센서(63)이다. 한편, 일반적으로 이차원 이미지센서(63)를 사용하는 경우에는 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지를 그 높이에 따른 원형단면의 직경을 측정하여 그 원형단면의 면적을 계산하고 상기 용액방울의 높이에 대해 그 원형단면의 면적을 적분하여 그 용액방울(10a)의 부피를 구할 수 있다. 본 실시예에서는 이차원 이미지센서(63)를 채용하였다. 상기 이미지센서(63)와 상기 광원(60)사이에는 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지를 확대시켜주기 위한 발산렌즈(62)가 배치되어 있다. 상기 발산렌즈(62)는 상기 용액방울(10a)의 크기가 너무 작기 때문에 그 용액방울(10a)의 그림자 이미지를 확대 하여 상기 이미지센서(63)의 감지수율을 높이기 위해서 마련된 것이다. 상기 발산렌즈(62)는 통상적으로 입사된 빛을 발산시키는 오목렌즈를 포함하고 있다.The
상기 컴퓨터처리장치(64)는 상기 용액방울(10a)의 부피를 계산하고, 미리 설정된 용액방울(10a)의 부피와 비교하여 후술하는 펌프(66)의 구동을 위한 출력신호를 발생시키기 위해 마련된 것이다. The
상기 컴퓨터처리장치(64)는 입력부(641)와 제어부(642)와 출력부(643)를 포함하고 있다. 상기 입력부(641)는 상기 이미지센서(63)로부터 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지에 대한 데이터를 받아들이는 부분이다.The
상기 제어부(642)는 상기 입력부(641)로부터 받아들인 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지에 대한 데이터로부터 그 용액방울(10a)의 부피를 계산하고, 후술하는 펌프(66)의 출력신호를 발생시키는 부분이다. 상기 제어부(642)는 후술하는 바와 같은 알고리즘에 의해 상기 용액방울(10a)의 부피를 계산하게된다. 상기 제어 부(642)에서 상기 용액방울(10a)의 부피를 계산하는 원리를 설명하면 다음과 같다.The
즉, 도 2에는 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지의 일례와 임의의 위치에서의 임의의 단면을 적분하는 개념을 도식적으로 보여주고 있다. 도 3a에서는 그 용액방울(10a)의 특정 위치에서 그 용액방울(10a)의 단면이 원형이 되도록 하는 임의의 단면선(CL)에 대한 이미지의 명암에 대한 프로파일을 보여주고 있다. 상기 이미지 명암에 대한 프로파일은 위치에 따른 명암의 차이에 의해 상기 용액방울(10a)의 경계를 구별할 수 있다. 한편, 상기 용액방울(10a)의 경계를 더욱 미세하게 구분하기 위해 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 명암에 따른 이미지 프로파일을 시간에 대해 미분하면 상기 용액방울(10a)의 경계에서 봉우리(peak)와 계곡(valley)이 그래프상에 발생하게 되므로 그 봉우리(peak)와 계곡(valley)간의 거리가 이미지상 어두운 부분의 폭이 되며 이는 곧 원형단면의 지름(2R)이 된다. 도 3c에는 이와 같이 구해진 용액방울(10a)의 위치에 따른 원형단면의 지름(2R)을 보여주고 있다. 따라서, 상기 원형단면들의 단면적(πR2)들을 계산할 수 있다. 이와 같이 상기 토출구(23)의 하단부로부터 상기 용액(10)의 하단부까지 상기 단면선(CL)을 이동하면서 그 원형단면의 면적을 계산하고, 그 원현단면적들을 상기 용액방울(10a)의 높이에 대해 적분을 하면 그 용액방울(10a)의 부피가 된다.That is, FIG. 2 schematically shows an example of the shadow image of the
이와 같은 원리를 이용하여 상기 제어부(642)에서 행해지는 프로세스에 대해 좀더 상세하게 서술하면 다음과 같다. 도 4에 도시된 순서도를 참고하면 상기 이미지센서(63)로부터 상기 용액방울(10a)의 이미지를 획득한다. 상기 이미지는 상기 입력부(641)를 통해 상기 제어부(642)로 입력된다. 상기 제어부(642)에서는 상기 이미지를 픽셀단위로 그 용액방울(10a)의 높이를 따라 이동하면서 각 픽셀에서 도 4에 도시된 바와 같은 단면선(CL)으로부터 그 원형단면의 지름을 구하고 그 지름에 의해 원형단면적을 구한다. 그 후 다음 픽셀로 위치를 이동하여 동일한 과정을 반복하면서, 그 원형단면적들을 모두 합하여 용액방울(10a)의 부피를 계산한다. 이와 같이 측정된 용액방울(10a)의 부피는 미리 설정되어 있는 설정부피와 비교한다. 상기 측정된 용액방울(10a)의 부피가 설정된 용액방울(10a)의 부피보다 작으면 후술하는 펌프(66)가 상기 수용부(22)내에 수용된 용액(10)에 압력을 가하도록 하는 신호를 발생시킨다. 따라서 상기 용액방울(10a)의 부피가 증가된다. 한편, 상기 측정된 용액방울(10a)의 부피가 설정된 용액방울(10a)의 부피보다 크면 후술하는 펌프(66)가 상기 수용부(22)내에 수용된 용액(10)에 압력을 줄이도록 하는 신호를 발생시킨다. 따라서 상기 용액방울(10a)의 부피가 감소된다. 이와 같은 알고리즘을 반복적으로 수행하면서 상기 용액방울(10a)의 부피를 미리 설정된 부피로 유지하게 된다.The process performed by the
상기 출력부(643)는 상기 제어부(642)에서 발생된 펌프(66)의 제어신호를 그 펌프(66)로 내보내는 부분이다.The
상기 용액조절수단은 펌프(66)를 포함하고 있다. 상기 펌프(66)는 예컨대 시린지 펌프를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 시린지 펌프는 소량의 시약을 일정한 유속으로 공급하거나 빠르게 공급할 수 있는 가변유속의 펌프이다. 상기 시린지 펌프는 고분해능의 마이크로 스텝핑 모터를 포함하고 있으며, 그 구조는 널리 공지되 어 있으므로 상세한 서술은 생략하기로 한다. 상기 펌프(66)는 상기 컴퓨터처리장치(64)의 출력부(643)로부터 구동신호를 받아 상기 수용부(22)내에 수용된 용액(10)을 가압 또는 감압함으로써 상기 토출구(23) 하부로 돌출되어 형성되는 상기 용액방울(10a)의 부피를 증가 또는 감소시키도록 되어 있다.The solution adjusting means includes a
이하, 본 실시예의 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 생체입자 또는 잉크 등이 포함된 용액을 프린팅하는 장치(100)를 사용하여 용액(10)을 프린팅하는 과정의 일례를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, an example of a process of printing the
먼저, 구동장치를 구동하여 전계형성전극(20)이 지지되어 있는 프린터몸체(40)를 기판(30)의 표적부 상방으로 이동시킨다. 그 후에, 프로브(Probe) DNA, RNA, PNA(Peptide nucleic acid), LNA 등의 핵산(nucleic acid)류: 항원, 항체 등의 단백질(Protein)류: 올리고펩티드류: 당류: 인간세포, 동물세포, 식물세포 등의 진핵세포류; 바이러스; 박테리아 등과 같은 생체입자가 포함된 용액(10)을 전계형성전극(20)의 수용부(22)에 공급한다.First, the driving device is driven to move the
이와 같이 용액(10)을 공급한 후에, 개방형 전압인가장치(50)로 전계형성전극(20)에 100V 내지 100,000V의 사다리꼴 형태의 펄스폭 10㎲ 내지 100㎳ 인 펄스전압을 인가하게 되면, 토출구(23)에 매달려 있는 용액방울(10a)에는 양전하가 충전되게 되고, 이에 따라 기판(30)에는 음전하가 유도되게 된다. 그리고, 상기 양전하와 음전하 사이에는 도 10에 도시된 바와 같이 전기장이 형성되게 된다. After supplying the
이와 같이, 용액방울(10a)에 양전하가 충전되고 이에 따라 그 용액방울(10a) 이 마주하고 있는 기판(30)의 부분에 음전하가 유도되게 되면, 상기 양전하와 음전하 사이에 쿨롱힘이 발생하게 된다. 여기서 음전하가 용액방울(10a)의 하방에 유도되게 되므로, 상기 쿨롱힘은 용액방울(10a)의 하방으로 집중적으로 작용하게 된다. 그리고, 상기 쿨롱힘에 의해 토출구(23)에 매달려 있던 용액방울은 기판(30)으로 원뿔형태로 흘러 내려 스폿을 형성하게 되면, 그 용액방울(10a)에 충전되어 있던 양전하가 기판의 음전하와 함께 소멸되게 되며, 이에 따라 쿨롱힘이 줄어들게 된다. 즉, 토출구(23)에 매달려 있던 용액방울을 하방으로 끌어당기던 쿨롱힘이 줄어들게 된다. 이와 같이, 용액에 충전되었던 전하가 소멸되게 되어 쿨롱힘이 줄어들게 되므로 다시 상기 토출구(23)의 하부에는 용액방울이 돌출되어 형성되게 된다.As such, when the positive charge is filled in the
이러한 과정에서 상기 토출구의 하단부에 돌출되어 형성되는 용액방울(10a)은 짧은 시간이긴 하지만, 증발에 의해 그 용액방울(10a)의 부피가 조금씩 줄어들게 된다. 그런데, 본 발명에서와 같이 상기 부피측정수단과 상기 용액조절수단은 미리 설정된 용액방울(10a)의 부피로 상기 토출구(23)의 하단에 돌출되어 형성된 용액방울(10a)의 부피를 유지하도록 할 수 있는 효과가 있다.In this process, although the
상술한 바와 같이 본 실시예에 있어서 종래와 달리 용액방울(10a)을 일정한 크기로 유지할 수 있다는 점을 정량적으로 확인하기 위해서, 상기 용액방울의 설정 부피를 각각 8nl, 10nl, 12nl로 설정한 다음, 본 발명에 따른 상기 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 용액을 프린팅하는 장치(100)를 이용하여 아민(Amine)으로 코팅된 기판상에 NH2-C6-tgttctcttgtcttg 3'의 서열을 가지는 DNA 용액을 프린 팅하는 실험을 하였다. 상기 실험에 의해 형성된 스폿에 Cy3-C6-caagacaagagaaca 3'의 타깃 서열을 가지는 DNA로 혼성화 반응을 시키면 도 9에 도시된 바와 같은 스폿 패턴을 얻을 수 있었다. 도 9에 도시된 스폿 패턴은 Axon scanner로 스캔한 사진이며, 이 스폿 패턴에 대한 스폿 세기는 도 8에 도시된 바와 같다.As described above, in order to quantitatively confirm that the
또한, 상기 부피측정수단 및 상기 용액조절수단이 작동되면서, 측정된 상기 용액방울(10a)의 부피변화를 도 5 내지 도 7에 나타내고 있다. 상기 도 5는은 8nl로 용액방울(10a)의 부피를 설정한 경우이며, 도 6은 10nl, 도 7은 12nl로 설정한 경우를 보여주고 있다. 도 5 내지 도 7에서 알수 있는 바와 같이 오차범위 0.14nl 내에서 상기 용액방울의 부피가 설정된 부피로 유지되고 있음을 알 수 있다.In addition, while the volume measuring means and the solution control means is operated, the volume change of the measured solution droplet (10a) is shown in Figs. 5 is a case where the volume of the
한편, 도 11에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전기전하집중 현상을 이용하여 기판상 상에 용액을 프린팅하는 장치(200)는 광원(61)으로 레이저광원을 사용하며, 상기 레이저광원에서 조사된 광선은 직진성이 강하므로 그 광선을 상기 용액방울(10a)의 그림자 이미지를 형성하기 위해서는 발산렌즈(62)를 사용하여 일반 조명처럼 발사되는 광선이 상기 용액방울(10a)에 비추어 지도록 상기 레이저광원과 상기 용액방울(10a) 사이에 발산렌즈(62)가 배치되어 있다.On the other hand, in another embodiment of the present invention shown in Figure 11, the
한편, 도 12에 도시된 본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 전기전하집중 현상을 이용하여 기판상 상에 용액을 프린팅하는 장치(300)는 상기 용액방울(10a)이 발산렌즈(62) 역할을 할 수 있도록 상기 광원(60)이 상기 수용부(22)의 상측에 배치되어 있으며, 상기 기판(30)은 투명한 재질을 사용하며, 상기 이미지센서(63)가 상기 기판(30)의 하측에 배치 되어 있다. 그 밖의 구성요소들은 동일하므로 상세한 서술은 생략하고 전술한 본 발명의 바람직한 실시예를 참고하기로 한다.On the other hand, in another embodiment of the present invention shown in Figure 12, the
한편, 상기 실시예들에 있어서는 기판(30)상에 주로 생체입자가 포함된 용액을 프린팅하는 장치에 관해서만 설명되어 있으나, 상기한 전기전하집중 현상을 이용하게 되면, 기판(30) 상에 생체입자가 포함된 용액을 프린팅하는 장치와 유사하게 인쇄용지 또는 인쇄기판 상에 잉크를 프린팅하는 장치를 구성할 수도 있다. 아울러, 전기전하집중 현상을 이용하여 프린트용 잉크를 컬러필터용 유리기판 등에 떨어뜨려 디스플레이용 컬러필터 등을 제조할 수도 있다. Meanwhile, in the above embodiments, only the apparatus for printing a solution containing mainly bioparticles on the
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
예컨대, 본 실시예에서는 전기전하집중 현상을 이용하여 기판 상에 용액을 프린팅하는 장치에 대해 서술하였으나, 전기전하집중 현상을 이용하지 않고 기판상에 용액을 프린팅하는 장치에 대해서도 적용 가능함은 물론이다.For example, in the present embodiment, a device for printing a solution on a substrate using an electric charge concentration phenomenon has been described, but of course, it is also applicable to an apparatus for printing a solution on a substrate without using an electric charge concentration phenomenon.
또한, 본 실시예에서는 프린터몸체(40)가 구비되어 있으나, 프린터몸체(40)가 구비되지 않을 수도 있다. In addition, although the
또한, 본 실시예에서는 상기 전계형성전극(20)에 펄스형태의 전압이 인가되도록 구성되어 있으나, 펄스형태의 전압이 인가되지 않더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.In addition, in the present exemplary embodiment, a voltage in the form of a pulse is applied to the
또한, 본 실시예에서는 상기 전계형성전극(20)에는 100V 내지 100,000V의 펄 스전압이 인가되는 것으로 서술하였으나, 상기 펄스전압이 그 범위를 벗어나더라도 다소 효율은 떨어지지만 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.In addition, in the present embodiment, it is described that a pulse voltage of 100V to 100,000V is applied to the
또한, 본 실시예에서는 상기 펄스전압의 펄스폭은 10㎲ 내지 100㎳ 인 것으로 서술하였으나 상기 펄스전압의 범위를 벗어나더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. In addition, in the present embodiment, the pulse width of the pulse voltage is described as being 10 kV to 100 kV, but the object of the present invention can be achieved even if the pulse voltage is out of the range.
또한, 본 실시예에서는 상기 펄스전압의 펄스형태는 사다리꼴인 것으로 서술하였으나, 상기 펄스형태는 사인(sine)파 등의 여러가지 형태가 적용될 수 있다.In the present embodiment, the pulse shape of the pulse voltage is described as being trapezoidal, but the pulse shape may be applied in various forms such as a sine wave.
또한, 본 실시예에서는 용액(10)에 양전하가 충전되고 기판에 음전하가 유도되도록 구성되어 있으나, 상기 용액(10)에 음전하를 충전시키고 그 충전된 음전하에 의해 그 용액과 마주하는 기판(30)의 부분에 양전하가 유도되도록 구성할 수 있으며, 이와 같이 구성되어도 음전하와 양전하 사이에는 쿨롱힘이 발생되게 되므로 이 쿨롱힘에 의해 용액(10)을 기판(30)으로 떨어뜨릴 수 있게 된다. In addition, in the present embodiment, the
또한, 본 실시예에서는 상기 광원(60,61)이 상기 전계형성전극(20)의 길이 방향에 수직하게 배치된 것으로 구성하였으나, 상기 광원(60,61)은 필요에 따라 다양한 위치에 배치시킬 수 있다.In addition, in the present embodiment, the
또한, 본 실시예에서는 상기 펌프(66)는 시린지 펌프가 바람직한 것으로 서술하였으나, 상기 수용부(22)내에 수용된 용액을 정밀하게 가압 또는 감압할 수 있는 경우라면 상기 펌프(66)는 시린지 펌프가 아니라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the
또한, 본 실시예에서는 상기 기판(30)은 접지되어 있지 않는 전기적 부도체이며, 상기 기판(30)의 하방은 상기 개방형 전압인가장치(50 의한 전기장에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 공기층인 것으로 구성하였으나, 상기 기판(30)은 접지되어 있더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있으며, 상기 기판(30)이 전기적으로 도체이더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 한편, 상기 기판(30)의 하방이 상기 개방형 전압인가장치(50 의한 전기장에 영향을 미치지 않도록 되어 있는 구조라면 공기층이 아니라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 생체입자나 잉크 등이 포함된 용액을 미리 설정된 일정한 부피를 가지도록 조절하여 일정한 크기의 스폿을 기판상에 형성시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 종래에 비해 더욱 정밀한 크기의 스폿을 형성할 수 있다. 그 결과 수용부에 수용된 용액을 동일한 부피로 기판에 떨어뜨려 부착시켜 동일한 크기의 스폿크기를 가지는 고밀도의 바이오칩을 제작할 수 있게 하는 효과가 있다.According to the present invention of the above configuration, by adjusting the solution containing the bioparticles or ink to have a predetermined predetermined volume has the effect of forming a spot of a predetermined size on the substrate. Therefore, a spot of more precise size can be formed compared with the prior art. As a result, the solution contained in the receiving portion is dropped onto the substrate in the same volume and attached to the substrate, thereby making it possible to manufacture a high-density biochip having the same size spot size.
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2006
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