KR101266257B1 - 유체분석용 칩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체분석용 칩에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 항원/항체 반응이 일어나는 반응부에서의 유동 및 유속을 제한하여 반응성과 민감도를 증가시킬 수 있다.

Description

유체분석용 칩{A chip for analyzing fluids}

본 발명은 유체분석용 칩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 항원/항체 반응이 일어나는 반응부에서의 유동 및 유속을 제한하여 반응성과 민감도를 증가시킬 수 있는 유체분석용 칩에 관한 것이다.

일반적으로, 유체시료의 분석은 화학 및 생명공학 분야 외에도 환자로부터 채취한 혈액, 체액의 분석을 통한 진단 분야 등에서 광범위하게 이용되고 있다. 근래에는 이러한 유체시료의 분석을 좀 더 간편하고 효율적으로 수행하기 위하여, 소형화된 다양한 종류의 분석 및 진단 장비들과 기술들이 개발되고 있다.

특히, 랩온어칩(lab-on-a-chip) 기술은 시료의 분리, 정제, 혼합, 표지화, 분석 및 세정 등 실험실에서 수행되는 다양한 실험 과정들을 미세유체역학 기술 등을 이용하여 작은 크기의 칩 상에서 구현하는 기술을 말한다.

이러한 랩온어칩(lab-on-a-chip) 기술과 관련하여 DNA 추출부터 해석까지의 프로세스를 칩 상에서 한번에 실시할 수 있는 휴대가 가능한 개인 식별용 DNA 해석 장치까지 개발되고 있는 등 산업 각 분야에서 그 활용이 활발히 이루어지고 있다.

또한, 체외진단(In vitro diagnostics) 분야에 있어서도, 병원이나 연구실에서 행해지는 혈액, 체액 등의 복잡한 정밀 검사를 현장에서 개인이 직접 손쉽게 할 수 있는 휴대용 진단 도구, 즉 POCT(point of care testing) 분야에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

POCT는 응급실, 수술실 또는 일반 가정 등 진료 현장에서 간편하게 질병을 진단할 수 있는 현장 진단 기술을 말하며, 고령화 및 복지 사회를 대비하여 그 필요성과 수요가 계속하여 증가하는 분야이기도 하다. 현재는 혈당 측정용 진단 도구가 시장의 주류를 차지하고 있지만, POCT에 대한 실질적인 요구가 증대되면서 젖산, 콜레스테롤, 요소 및 감염성 병원균 등 다양한 생체 물질들을 분석하는 진단 도구에 대한 수요 또한 빠르게 증가하고 있는 추세이다.

이와 같은 분석 또는 진단 기술들은 일반적으로 각종 유체시료를 칩 내부에 형성된 미세 채널을 통하여 이동시키면서 유체와 칩 내부에 고정화된 항체 단백질 또는 그 외 각종 시료들과의 반응 여부를 여러 가지 탐지 방법으로 검출, 분석함으로써 이루어진다.

이러한 검출, 분석과 관련된 랩온어칩(lab-on-a-chip)은 실험실에서 수행되는 다양한 실험과정 예를 들어, 시료의 분리, 정제, 혼합, 표지화(labeling), 분석, 및 세척 등을 작은 크기의 칩 상에서 구현하는 것을 의미한다. 랩온어칩의 설계에는, 미세유체역학(micro-fluidics), 미세유체조작시스템(micro-LHS) 관련 기술이 주로 이용된다. 또한, 미세유체역학 및 미세유체조작시스템을 구현하는 칩 구조물을 제작함에 있어, 반도체 회로설계 기술을 이용하여 미세한 채널을 칩 내부에 형성시킨 칩이 시판 중에 있다.

일반적으로, 랩온어칩을 사용하여 혈액 또는 체액 등의 유체시료로부터 이에 함유된 미량의 분석대상물질을 분석하는 과정을, 종래기술에 따른 유체 분석용 칩(10)을 도시하는 도 1 내지 3을 참조하여, 유체시료의 이동 경로를 따라 살펴보면 다음과 같다.

먼저 칩(10)을 구성하는 상부 플레이트(11)상의 일측 단부에 형성된 유체투입구(21)를 통해 유체시료(도시되지 않음)가 투입되고, 이와 같이 투입된 유체시료는 칩(10) 내부에 형성된 채널(22) 내에서 유체시료와 채널 내벽(22a, 22b, 22c, 22d)과의 표면장력과 capillary force에 의해 칩(10)의 타측 단부까지 유동하게 된다. 상기 채널(22)은 상기 상부 플레이트(11)와 하부 플레이트(12)의 단차에 의해 형성되며, 상기 채널(22)의 하류쪽에는 개방구(23)가 구비된다.

상기 채널(22)을 통해 유동하는 유체시료는 유체시료 내의 분석대상물질과 컨쥬게이트(conjugate)시키기 위한 표지를 포함하는 컨쥬게이션(conjugation)부(30) 및 분석대상물질을 고정시키기 위한 프로브(probe)가 채널 내벽에 부착되어 있는 반응부(40)를 통과한다. 유체시료 내의 분석대상물질은 반응부(40)를 통과하면서 상기 프로브에 의해 항체가 고정된 해당 채널 내벽(검출부, 22a, 22b, 22c, 22d)에 그 위치가 고정된다.

표지는 형광물질을 포함하고 있으므로, 반응부(40)에 검측용 광을 조사하여 검출되는 빛의 세기를 검사함으로써 유체시료 내에 존재하는 분석대상물질이 간접적으로 조사될 수 있다. 그러나 반응부 내에는 분석대상물질과 컨쥬게이트되지 않은 표지 또는 분석대상물과 컨쥬게이트되었으나 프로브에 의해 고정되지 않고 부유하는 표지 등과 같은 다수의 표지가 존재할 수 있다.

따라서 정확한 검측이 이루어지도록 하기 위해서는 이러한 부유 표지를 반응부(40)로부터 제거하는 과정이 필수적이며, 이는 유체시료의 유동 속도를 소정치 이상으로 증가시켜 반응부 내에 존재하는 부유 표지를 제거하는 세척(washing, 워싱)과정을 수행함으로써 달성된다.

그런데, 이러한 워싱이 항원/항체 반응과 동시에 진행됨에 따라 반응부(40)에서의 항원/항체 반응이 유체의 유동에 의해 방해 받게 되는 문제가 발생한다. 즉, 유체가 계속해서 반응부(40)에서 유동함에 따라 항원/항체 반응이 제대로 이루어지지 않고, 그에 따라 유체에 포함된 분석대상물질이 프로브에 의해 항체에 잘 고정되지 않게 되는 것이다. 이는 궁극적으로 칩에서의 반응의 재현성과 민감도가 일정하지 않은 결과를 낳게 된다.

따라서, 반응부(40)에서 항원/항체 반응이 충분히 이루어질 때까지는 유체의 유동을 배제하고 반응이 충분히 이루어진 후에 반응부 내에 존재하는 부유 표지에 대한 워싱이 진행될 수 있는 유체분석용 칩의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 항원/항체 반응이 일어나는 반응부에서의 유동 및 유속을 제한하여 반응성과 민감도를 증가시킬 수 있는 유체분석용 칩을 제공한다.

본 발명에 의한 유체분석용 칩은 유체가 투입되는 주입구가 구비되는 몸체;와, 하류 단부가 개방단으로 이루어지고, 상기 투입된 유체가 이동하여 유체에 포함된 분석대상물질의 반응이 일어나며, 상기 몸체로부터 분기되어 적어도 하나의 독립된 채널을 형성하는 반응채널; 및 상기 몸체 내에 형성되며, 하류 단부가 폐쇄단으로 이루어진 상태에서 상기 반응이 모두 끝난 후 하류 단부가 개방단으로 바뀌어 유체가 상기 반응채널로부터 빠져 나와 채워지는 적어도 하나의 워싱채널;을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 반응채널의 하류 단부는 개방단으로 이루어지고, 상기 워싱채널 하류 단부는 폐쇄단으로 이루어질 수 있다.

이때, 본 발명에 의한 유체분석용 칩은 상기 워싱채널에 구비되며, 화학적 처리, 열처리 또는 물리적 힘이 가해지면 상기 몸체의 일부가 개방됨으로써 상기 워싱채널 단부를 개방단으로 변형시키는 적어도 하나의 분리판을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 워싱 채널에 유체를 흡수하거나 이동하기 위한 적어도 하나의 흡수패드가 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 적어도 하나의 독립된 채널인 반응채널과 상기 적어도 하나의 워싱 채널이 적어도 하나의 분리판의 개방을 통하여 유체의 흐름을 순차적으로 컨트롤 할 수 있도록 구성된다.

상기 반응채널은 상기 워싱채널과 일정 각도로 분기될 수 있으며, 가장 바람직하게는 수직을 이루도록 분기되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 몸체는 상부 플레이트와 하부 플레이트가 결합되어 이루어지며, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트를 접합시키기 위하여 접합용제를 주입하는 적어도 하나의 접합용제 주입구가 더 포함될 수 있다.

상기 반응채널은 상기 몸체와 일체로 형성된 모세관판과 상기 몸체에 형성된 삽입홈에 삽입되는 반응슬라이드가 결합하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 반응채널의 적어도 일부분은 하류 쪽으로 갈수록 채널 단차가 커지도록 경사구배가 형성될 수 있고, 상기 반응채널의 적어도 일부분에 채널의 폭이 좁은 저항부가 형성될 수 있다.

다른 국면에서, 본 발명에 의한 유체분석용 칩은 주입구에 투입된 유체가 유동하여 유체에 포함된 분석대상물질의 반응이 일어나고, 하류 단부가 개방단으로 이루어지는 반응채널이 내부에 형성된 반응부; 및 하류 단부가 폐쇄단으로 이루어진 상태에서 상기 반응이 모두 끝난 후 하류 단부가 개방단으로 바뀌어 유체가 상기 반응채널로부터 빠져나와 채워지는 워싱채널이 내부에 형성된 몸체;를 포함하며, 상기 반응부는 상기 몸체와 일정각도로 분기되도록 결합될 수 있다.

여기서, 상기 반응부는, 상기 몸체와 일체로 형성된 모세관판과, 상기 몸체에 형성된 삽입홈에 삽입되어 상기 모세관판과 결합하는 반응슬라이드를 포함하여 이루어지거나, 일체로 형성되어 상기 몸체에 형성된 삽입홈에 삽입될 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 항원/항체 반응이 일어나는 반응부에서의 유동 및 유속을 조절하여 유체분석용 칩의 반응성과 민감도를 증가시킬 수 있다.

둘째, 반응이 일어나는 구간을 유체가 진행하는 구간과 분리하고 반응과 워싱을 단계적으로 실시하여 유체분석용 칩의 반응결과에 있어서 신뢰성과 안정성을 확보할 수 있다.

셋째, 몸체에 구비된 분리판을 제거하는 것만으로 간편하게 워싱단계로 진행되기 때문에 사용자 조작에 있어 편리성을 도모할 수 있다.

넷째, 워싱단계에서 반응에 참여한 분석대상물질 외에 모든 유체가 반응채널에서 제거되므로 분석대상물질의 정확한 검출이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유체분석용 칩의 개략적인 사시도
도 2는 도 1의 유체분석용 칩의 횡단면도
도 3은 도 1의 유체분석용 칩의 측단면도
도 4는 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 도시한 부분사시도
도 6은 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드가 분리된 상태를 도시한 부분사시도
도 7은 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도
도 8은 본 발명에 따른 제2실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 도시한 부분사시도
도 9는 본 발명에 따른 제2실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도
도 10은 본 발명에 따른 제3실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드들을 제거한 상태를 도시한 부분사시도
도 11은 본 발명에 따른 제3실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도
도 12는 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 도시한 부분사시도
도 13은 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 다른 각도에서 바라본 부분 사시도
도 14는 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도
도 15는 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 유체 흐름을 도시한 부분평면구성도
도 16은 본 발명에 따른 유체분석용 칩을 사용하여 측정한 혈청 TnI(Trophonin I)의 농도별 반응 감도를 나타낸 그래프
도 17은 본 발명에 따른 유체분석용 칩을 사용하여 측정한 혈청 TnI의 네 가지 농도별 캡쳐 이미지이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 도시한 부분사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드가 분리된 상태를 도시한 부분사시도이다. 도 7은 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 제2실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 도시한 부분사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 제2실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도이다. 도 10은 본 발명에 따른 제3실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드들을 제거한 상태를 도시한 부분사시도이고, 도 11은 본 발명에 따른 제3실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도이며, 도 12는 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 도시한 부분사시도이다. 도 13은 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 반응 슬라이드를 제거한 상태를 다른 각도에서 바라본 부분 사시도이고, 도 14는 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 하부 플레이트를 제거한 상태를 밑에서 바라본 사시도이며, 도 15는 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩의 유체 흐름을 도시한 부분평면구성도이다.

도4 내지 도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 유체분석용 칩(100)은 크게 유체가 투입되는 주입구(121)가 구비되는 몸체(110);와, 상기 몸체(110)로부터 분기되어 적어도 하나의 독립된 채널을 형성하며, 상기 투입된 유체가 이동하여 유체에 포함된 분석대상물질의 반응이 일어나는 반응채널(142); 및 상기 몸체(110) 내에 형성되며, 상기 반응이 모두 끝난 후 유체가 상기 반응채널(142)로부터 빠져 나와 채워지는 적어도 하나의 워싱채널(122);을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 주입구(121)는 상기 몸체(110)의 일단에 구비될 수 있으며, 분석대상물질을 포함한 유체는 상기 주입구(121)를 통해 유체분석용 칩(100)으로 투입된다. 상기 몸체(110)는 상부 플레이트(111)와 하부 플레이트(112)가 결합되어 이루어질 수 있으며, 이때 상기 주입구(121)는 상기 상부 플레이트(111)에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 상부 플레이트(111) 하면에는 접합부(115)가 구비되는데, 상기 접합부(115)는 상기 하부 플레이트(112)의 상면과 맞닿게 되며 상기 몸체(110) 내부에 형성되는 미세채널의 내벽을 형성하게 된다.

이때, 상기 상부 플레이트(111)와 하부 플레이트(112)를 접합시키기 위하여 접합용제를 주입하는 적어도 하나의 접합용제 주입구(113)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 접합부(115)와 하부 플레이트(112)가 접합되어 고정될 수 있도록 접합용제가 사용될 수 있는데, 상기 접합용제 주입구(113)를 통해 접합용제가 투입되는 것이다.

도 4내지 도7에 도시된 제1 실시 예에서는 상기 접합용제 주입구(113)가 유체가 투입되는 주입구(121) 근방의 채널 양 옆에 두 개가 형성되어 있지만, 도 8내지 도15에 도시된 바와 같이 상기 몸체(110)의 중앙 양 측부나 하류측 양 측부 등 필요에 따라 형성되는 위치가 달라질 수 있으며, 채널의 길이, 폭 등에 따라 접합용제 주입구(113)의 개수를 늘려 형성하는 것도 가능하다.

상기 상부 플레이트(111)와 하부 플레이트(112)의 접합방법은 이외에도 열 접합, 플라즈마, 압력, 초음파, 유기 용매 등을 활용한 여러 가지 접합 방법을 활용하여서도 구현 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 유체분석용 칩(100)은 유체 내 분석대상물질을 검출하기 위한 반응이 일어나는 반응채널(142)을 구비하는데, 상기 반응채널(142)은 상기 몸체(110)로부터 분기되어 독립된 채널을 형성하도록 구비된다.

즉, 종래기술처럼 상기 몸체(110) 내의 동일 평면상에 형성되는 미세채널에 반응채널(142)과 워싱채널(122)이 모두 구비되는 것이 아니라, 반응채널(142)은 몸체(110)로부터 분기되어 몸체(110) 내 형성되는 미세채널과 독립된 채널을 형성하며, 몸체(110) 내 형성되는 미세채널은 반응이 모두 끝난 후 유체가 상기 반응채널(142)로부터 빠져나와 채워지는 워싱채널(122)로서 기능하게 되는 것이다.

여기서, 상기 반응채널(142)은 상기 워싱채널(122)과 소정 각도의 경사를 이루면서 분기되며 가장 바람직 하게는 수직을 이루도록 상기 몸체(110)로부터 분기될 수 있다. 즉, 유체의 진행 방향과 일정의 각도를 가지는 다른 방향으로 채널이 형성되는 것이다.

도 4 내지 도7에 도시된 것은 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 유체분석용 칩(100)의 반응채널(142)이 상기 워싱채널(122)과 실질적으로 수직을 이루도록 상기 몸체(110)로부터 분기되는 경우이며, 도8과 도9에 도시된 것은 본 발명에 따른 제2실시예에 의한 유체분석용 칩(100)의 반응채널(142)이 상기 워싱채널(122)과 소정 각도의 경사를 이루면서 분기되는 경우에 해당하는데, 어느 경우나 유체의 진행 방향과 일정의 각도를 가지는 다른 방향으로 독립된 채널을 이루도록 반응채널(142)이 형성된다.

그리고, 상기 반응채널(142)은 상기 몸체와 일체로 형성된 모세관판(144)과 상기 몸체(110)에 형성된 삽입홈(125)에 삽입되는 반응 슬라이드(146)가 결합하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 모세관판(144)과 상기 반응 슬라이드(146)가 결합되어 반응부(140)를 구성하며, 상기 반응부(140) 내부에 상기 반응채널(142)이 형성되는 것이다.

여기서 상기 모세관판(144)과 상기 반응 슬라이드(146)는 접합용제에 의해 접합 고정시킬 수 있다. 또한 접합방법은 이외에도 열 접합, 플라즈마, 압력, 초음파, 유기 용매 등을 활용한 여러 가지 접합 방법을 활용하여서도 구현 가능하다.

또한, 상기 반응채널(142)이 상기 워싱채널(122)과 수직을 이루도록 분기되는 경우, 상기 반응부(140)는 상기 몸체와 실질적으로 수직을 이루도록 결합된다.

본 실시예에서는 상기 반응부(140)를 이루는 모세관판(144)이 상기 몸체(110)와 일체로 형성되고 여기에 반응 슬라이드(146)가 결합되어 반응부(140)가 구성되었지만, 모세관판(144)이 상기 몸체(110)와 분리된 부재로 이루어지고 상기 반응 슬라이드(146)와 결합하여 반응부(140)를 독립적으로 구성한 상태에서 반응부(140) 전체가 상기 삽입홈(125)에 삽입되어 몸체(110)와 결합되는 것도 가능하다.

어느 경우에도, 상기 반응채널(142)은 몸체(110) 내의 미세채널 상면에 형성된 반응채널 입구(141)와 연통되며, 주입구(121)로 투입된 유체는 상기 반응채널 입구(141)를 통해 반응채널(142)로 유입된다.

여기서, 상기 유체 내의 분석대상물질과 컨쥬게이트시키기 위한 표지를 포함하는 컨쥬게이션부(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 컨쥬게이션부는 유체가 투입되는 주입구(121) 근방의 채널이나 반응채널(142) 하측에 구비될 수 있다.

또한, 상기 반응채널(142)상에는 검출을 위한 항체가 고정된 검출부(148)가 구비되며, 분석대상물질을 고정시키기 위한 프로브가 포함되어 채널 내벽에 부착되는 반응시약(미도시)은 상기 검출부(148) 근처 또는 주입구(121)근처에 구비될 수 있다. 따라서, 유체시료 내의 분석대상물질은 반응시약과 만나 반응채널(142)을 통과하면서 상기 프로브에 의해 해당 반응채널(142) 내벽에 검출을 위한 항체가 고정된 검출부(148)에 그 위치가 고정된다.

상기 표지는 형광물질을 포함하고 있으므로, 검출부(148)에 검측용 광을 조사하여 검출되는 빛의 세기를 검사함으로써 유체시료 내에 존재하는 분석대상물질이 검출될 수 있다.

이러한 분석대상물질의 검출이 한 번이 아닌 여러 번 이루어질 수 있도록 상기 반응채널(142)이 몸체로부터 복수로 분기되도록 구성하는 것도 가능하다. 이와 관련하여 도10과 도11에는 본 발명에 따른 제3실시예에 의한 유체분석용 칩(100)의 반응채널(142)이 몸체(110)로부터 복수로 분기되어 multi-reaction이 가능한 실시예가 도시되어 있다.

한편, 상기 반응채널(142)의 하류 단부는 개방단으로 이루어지고, 상기 워싱채널(122) 하류 단부는 폐쇄단으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 주입구(121)로 투입된 유체는 워싱채널(122) 하류가 폐쇄단으로 이루어져 워싱채널(122) 쪽으로 진행하지 못하고 하류가 개방단으로 형성된 반응채널(142)로 유동하게 된다.

그리고, 상기 워싱채널(122) 하류측에는 분리판(123)이 구비되는데, 상기 반응채널(142)에서 모든 반응이 이루어진 후, 상기 분리판(123)을 물리적 힘 또는 화학적 처리, 열처리 등을 가해 상기 몸체(110)의 일부를 채널외부와 개방하여 상기 워싱채널(122) 단부를 개방단으로 변형시키면 상기 반응채널(142)상에 유체가 빠져나와 워싱채널(122)에 채워지게 된다.

이와 같은 분리판(123)에 의한 몸체(110)의 일부를 개방시키는 구성은 유체분석용 칩(100)을 이루는 구조물의 형상에 따라 여하한 방법으로 변형 가능하다. 도 12내지 도15에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩(100)의 경우 분리판(123)이 구조물 상부에 형성되는데, 도14에 도시된 바와 같이 상기 분리판(123)과 워싱채널(122)을 연통시키는 분리판 연통구(127)가 구비될 수 있다.

이 경우에도 분리판(123)을 제거하면 분리판 연통구(127)를 통해 워싱채널(122) 단부가 개방단으로 변하게 되어 반응채널(142)상에 유체가 빠져나와 워싱채널(122)에 채워지게 된다.

한편, 상기 반응채널(142)의 적어도 일부분은 하류 쪽으로 갈수록 채널 단차가 커지도록 경사구배가 형성될 수 있다. 즉, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 반응채널(142)의 내벽은 하류쪽으로 갈수록 단차가 넓어지도록 경사(S)를 갖는다.

이와 같이 반응채널(142)이 경사구배를 갖도록 형성함으로써 반응채널(142) 상류측은 capillary force를 높이도록 설계할 수 있다. 또한, 반응채널(142)의 하류측으로 갈수록 채널 내벽의 형성각을 크게 하여 채널 단차가 점점 넓어지기 때문에 반응이 모두 끝난 후 상기 분리판(123)을 통해 상기 몸체(110)의 일부가 개방되어 채널 외부와 연통되면 반응채널(142)에서 유체가 쉽게 빠져 나가도록 구성할 수 있다.

상기 반응채널(142)은 하류측으로 갈수록 채널의 단차가 점점 넓어지게 되어 있어 반응채널(142) 중 상부의 채널이 열리는 일정 부분까지만 유체가 채워지게 된다. 이를 통해 원하는 높이까지만 유체를 채워 유체를 상기 검출부(148)의 유효한 범위까지만 채워지도록 하여 샘플대비 반응을 효과적으로 할 수 있으며, 일정 시간의 반응 이후 유체가 빠지는 속도를 제어 할 수 있다.

또한, 상기 반응채널(142)의 하류측의 말단의 채널의 폭이 작을 경우, 반응 이후에 채널자체의 머무르는 힘의 작용에 의해서 유체가 빠져 나오지 못하는 경우가 발생할 수 있는데, 채널의 폭을 넓게 하여 하류 끝단의 개방된 채널로부터 유체를 대기압방향으로 밀어주는 힘을 받아 상기 워싱채널(122)에 위치한 분리판(123)이 개방되었을 때, 유체가 워싱채널(122)로 잘 이동해 갈 수 있도록 구성할 수 있으며, 워싱채널 (122)에 종이나 멤브레인 등의 재질의 흡수패드를 (미도시) 채널에 삽입하여 워싱되는 유체를 흡수하거나 유체의 이동에 도움을 줄 수 있도록 구성할 수 있다.

더 나아가, 반응채널(142)의 상류부분 즉, 반응채널 입구(141)를 통해 반응채널로 유입되는 부분에 채널의 폭을 매우 좁게 하여 유체의 흐름에 저항을 줄 수 있도록 저항부(미도시)가 구비될 수 있다. 이는 반응채널(142)에서 일정시간의 반응 후에 분리판(123)이 개방되었을 때, 유체가 워싱채널(122)로 빠져나가는 유속을 조정하기 위함이다.

반응채널(142)의 하류에 채널의 폭이 좁아지는 저항이 없이 채널의 상대적으로 폭이 넓어서 유속이 빠르게 되면 검출부(148)에 고정된 분석대상물질이 떨어져 나갈 수 있는데, 이는 분석대상물질의 유실과 더불어 빠른 유속에 의해 유동이 불안정 해 질 수 있으며, 빠른 유속에 의해 유체의 계면이 불안정한 형상을 가지며 빠져나가게 되어 가로로 구비된 반응 검출부(148)의 경우 한쪽으로 먼저 치우쳐 유체가 빠져나가게 되므로 반응에 불안정한 요소를 줄 수 있다. 이를 방지하고 유속을 컨트롤 하기 위하여 반응채널(142)의 상류측에 채널의 폭이 좁아지는 저항부를 포함하도록 구성하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 유체분석용 칩(100)의 작동과정은 다음과 같다.

먼저, 주입구(121)를 통해 분석대상물질이 포함된 유체를 투입하면 상기 유체는 밀폐된 워싱채널(122)쪽으로 진행하지 못하고, 개방단으로 이루어진 반응채널(142) 쪽으로 유동하며, 유체가 반응채널(142)을 채운 후 일정 시간 동안 시약 반응이 이루어지게 된다.

반응을 위한 일정 시간 유지 후에 워싱채널(122) 하류측의 분리판(123)을 물리적 힘을 가하거나, 화학적 또는 열처리를 통해 제거하여 채널이 개방되면, 워싱채널(122)에 가득 차 있던 공기가 채널의 개방된 부분을 통해 흘러나가게 되므로 반응채널(142)에 차있던 유체가 워싱채널(122)로 유동하여 워싱채널(122)을 채우게 된다.

이와 같은 유체의 이동순서는 유체분석용 칩(100)을 이루는 구조물의 형상에 따라 여하한 방법으로 변형 가능하다. 도15에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제4실시예에 의한 유체분석용 칩(100)의 경우 주입구(121)를 통해 분석대상물질이 포함된 유체를 투입하면 상기 유체는 1번 방향으로 진행하는데, 여기서 밀폐된 워싱채널(122)쪽으로 진행하지 못하고, 개방단으로 이루어진 반응채널(142) 쪽으로 유동하며, 유체가 반응채널(142)을 채운 후 일정 시간 동안 시약 반응이 이루어지게 된다.

그 후, 반응을 위한 일정 시간 유지 후에 워싱채널(122) 하류측의 분리판(123)을 물리적 힘을 가하거나, 화학적 또는 열처리를 통해 제거하여 채널이 개방되면, 워싱채널(122)에 가득 차 있던 공기가 채널의 개방된 부분을 통해 흘러나가게 되므로 반응채널(142)에 차있던 유체가 2번 방향으로 진행하여 워싱채널(122)로 유동하여 워싱채널(122)을 채우게 된다. 그리고, 워싱채널(122)에 흡수패드가 삽입됨으로써 유동을 흡수하거나, 이동시킬 수 있다.

본 발명에 활용되는 칩의 각 채널부분은 사용하고자 하는 목적에 따라 플라즈마, 화학적 기타 여러 가지 방법을 이용하여 표면처리를 통하여 유체의 흐름을 컨트롤 할 수 있으며 각 채널의 표면의 특성에 따라 워싱채널(122), 반응채널(142)등의 채널 폭을 조정할 수 있다.

도 16은 본 발명에 따른 유체분석용 칩을 사용하여 측정한 혈청 TnI(Trophonin I)의 농도별 반응 감도를 나타낸 그래프이고, 도 17은 본 발명에 따른 유체분석용 칩을 사용하여 측정한 혈청 TnI의 네 가지 농도별 캡쳐 이미지이다.

본 발명의 목적은 유동을 조절하고, 반응시간을 조절하여 유동반응에서 볼 수 있는 단점들을 제거하여 반응감도를 최대한 높이는 것이므로, 이러한 목적이 달성되는지와 관련된 실험데이터를 제시한다.

실험방법

혈청(Serum)의 TnI Analyte의 초기 농도를 5ng/mL으로 시작하여 1/3씩 계대 희석 하고, 0.5ng/mL 농도 이하의 저 농도에서 확인하고자 1/6인 0.08ng/mL농도로 희석하여 각각의 농도 별로 Sample buffer 와 Conjugate를 넣어 혼합 후에 유체분석용 칩에 50uL씩 투입하였고, 이때 표지물질인 conjugate는 형광 비드(bead)가 사용되었다.

반응시간은 유체가 검출부(148) 위치에 도달한 시점으로부터 7분 동안 반응 시키고 7분 후 분리판(123)을 뚫어줌으로써 유체를 내려 보냈다. 이때, 유체가 내려가는 시간은 약 30-40초가 소요되었다.

실험결과

각 농도 별로 반응 시킨 후 660/680 파장 영역에서 Spot과 background의 이미지를 캡쳐하고 Image J프로그램을 이용해서 감도를 측정하였는데, 도 16과 도17은 각 농도 별 감도의 그래프와 캡쳐 이미지이다.

실험결과가 보여주는 바와 같이, 본 발명에 따른 유체분석용 칩(100)은 감도에 있어서 최소 0.08ng/mL 까지도 충분히 재현성과 반응의 신뢰성을 기대할 수 있는 우수한 것임을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100 : 유체분석용 칩 110 : 몸체
111 : 상부 플레이트 112 : 하부 플레이트
113 : 접합용제 주입구 115 : 접합부
121 : 주입구 122 : 워싱채널
123 : 분리판 125 : 삽입홈
140 : 반응부 141 : 반응채널 입구
142 : 반응채널 144 : 모세관판
146 : 반응 슬라이드 148 : 검출부

Claims (20)

1. 유체가 투입되는 주입구가 구비되는 몸체;
   하류 단부가 개방단으로 이루어지고, 상기 투입된 유체가 이동하여 유체에 포함된 분석대상물질의 반응이 일어나며, 상기 몸체로부터 분기되어 적어도 하나의 독립된 채널을 형성하는 반응채널; 및
   상기 몸체 내에 형성되며, 하류 단부가 폐쇄단으로 이루어진 상태에서 상기 반응이 모두 끝난 후 하류 단부가 개방단으로 바뀌어 유체가 상기 반응채널로부터 빠져 나와 채워지는 적어도 하나의 워싱채널;을 포함하는 유체분석용 칩.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 워싱채널에 구비되며, 화학적 처리, 열처리 또는 물리적 힘이 가해지면 상기 몸체의 일부가 개방됨으로써 상기 워싱채널 단부를 개방단으로 변형시키는 적어도 하나의 분리판을 더 포함하는 유체분석용 칩.
4. 제 1항에 있어서
   상기 워싱 채널에 유체를 흡수하거나 이동하기 위한 적어도 하나의 흡수패드가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
5. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 독립된 채널인 반응채널과 상기 적어도 하나의 워싱 채널이 적어도 하나의 분리판의 개방을 통하여 유체의 흐름을 순차적으로 컨트롤 할 수 있는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
6. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 반응채널은 상기 워싱채널과 일정 각도로 분기되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
7. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 반응채널은 상기 워싱채널과 실질적으로 수직을 이루도록 분기되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
8. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 몸체는 상부 플레이트와 하부 플레이트가 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
9. 제8항에 있어서
   상기 상부 플레이트와 하부 플레이트를 접합시키기 위하여 접합용제를 주입하는 적어도 하나의 접합용제 주입구를 더 포함하는 유체분석용 칩.
10. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응채널은 상기 몸체와 일체로 형성된 모세관판과 상기 몸체에 형성된 삽입홈에 삽입되는 반응 슬라이드가 결합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
11. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응채널의 적어도 일부분은 하류 쪽으로 갈수록 채널 단차가 커지도록 경사구배가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
12. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응채널의 적어도 일부분에 채널의 폭이 좁은 저항부가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
13. 주입구에 투입된 유체가 유동하여 유체에 포함된 분석대상물질의 반응이 일어나고, 하류 단부가 개방단으로 이루어지는 반응채널이 내부에 형성된 반응부; 및
    하류 단부가 폐쇄단으로 이루어진 상태에서 상기 반응이 모두 끝난 후 하류 단부가 개방단으로 바뀌어 유체가 상기 반응채널로부터 빠져나와 채워지는 워싱채널이 내부에 형성된 몸체;를 포함하며,
    상기 반응부는 상기 몸체와 일정각도로 분기되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
14. 삭제
15. 제13항에 있어서,
    상기 워싱채널에 구비되며, 화학적 처리, 열처리 또는 물리적 힘이 가해지면 상기 몸체의 일부가 개방됨으로써 상기 워싱채널 단부를 개방단으로 변형시키는 적어도 하나의 분리판을 더 포함하는 유체분석용 칩.
16. 제 13항에 있어서
    상기 워싱 채널에 유체를 흡수하거나 이동하기 위한 적어도 하나의 흡수패드가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
17. 제13항, 제15항 또는 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응부는,
    상기 몸체와 일체로 형성된 모세관판과,
    상기 몸체에 형성된 삽입홈에 삽입되어 상기 모세관판과 결합하는 반응 슬라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
18. 제13항, 제15항 또는 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응부는 일체로 형성되어 상기 몸체에 형성된 삽입홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
19. 제13항, 제15항 또는 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응채널의 적어도 일부분은 하류 쪽으로 갈수록 채널 단차가 커지도록 경사구배가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
20. 제13항, 제15항 또는 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응채널의 적어도 일부분에 채널의 폭이 좁은 저항부가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체분석용 칩.
    

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