KR101484996B1 - 나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩 및 이의 제조방법 - Google Patents

나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하부 플레이트 및 상기 하부 플레이트의 상면에 적층하여 형성되는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 상부플레이트는, 두께방향으로의 단면형상이 점차 넓어지는 테이퍼진 형상으로 형성되고 미세채널과 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지는 미세채널부와, 상기 측단부에 연결되고 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀 형상으로 형성되는 챔버부를 포함하며, 상기 측단부가 상기 미세채널에서 챔버부로 점차 폭이 증가하는 형상으로 형성되어 상기 챔버부에 연결되고, 상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유가 충진된 것을 특징으로 하는, 바이오칩이 개시된다.

Description

나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩 및 이의 제조방법{Microfluidic chip with microchannels filled with nanofibers and its fabrication method}
본 발명은 나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 미세채널부 내부공간에 고분자 나노섬유를 충진시켜 세포의 거동이 3차원적으로 확장될 수 있도록 하여 인체 내와 유사한 환경을 제공할 수 있는 미세채널 바이오칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
세포이동이란 다양한 물리, 화학, 생물학적 자극에 의하여 생물 또는 개개의 세포가 이동하는 것을 의미한다. 이러한 세포이동은 신생혈관형성(angiogenesis), 암전이, 조직의 발생 및 분화, 손상조직 재생, 면역반응 등의 다양한 생물학적 현상과 다양한 질병의 치료에 깊게 연관되어 있다.
미소유체기반의 바이오칩은 세포의 거동 확인에 있어서 전통적인 생리학적 접근에서 보다 체계적이고 직관적이며 공학적인 방법을 제공하는 기술이다. 이를 이용하여 약물 개발, 질병의 원인규명 등 인간의 생명과 관련한 중요한 분야에 활용될 수 있다.
이러한 바이오칩은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 재료 개발과 함께 급격히 발전하였으며, 계속적으로 발전해가고 있다. 최근 바이오칩과 관련한 중요한 주제는 3차원 바이오칩으로서 이와 관련한 연구는 세포레벨의 바이오칩에서 조직레벨의 바이오칩으로의 확장과 세포 레벨 칩의 거동 및 형상적인 3차원적 확장으로 나누어 고려할 수 있다.
특히 후자에 있어서 바이오칩의 구조를 기존의 2차원적인 배열에서 벗어나 3차원적으로 구성하려는 연구가 활발히 진행중이다. 그러나 그 구성이 매우 복잡한 단점이 있다.
기존의 세포레벨 바이오칩은 2차원적 형상을 가지며, 세포의 거동 또한 2차원적인 한계를 벗어나지 못하고 있다. 세포레벨 바이오칩의 3차원으로의 확장은 크게 형상적인 확장과 세포 거동의 확장으로 나눠 고려할 수 있으며, 이러한 확장은 현재까지도 많은 기술적인 장벽에 가로막혀 있다.
최근 표면개질 및 재질 변경 등을 통해 그 효과를 3차원적으로 확장하고자 하는 시도가 다양하게 시도되고 있다. 바이오칩의 3차원적인 확장은 인체 내부에서의 세포의 거동을 모사하고자 하는 것이 핵심이므로 이를 고려한 3차원적 확장이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0127399호는 하나 이상의 나노 섬유 및 기판을 포함하는 세포 배양중 세포의 증식 및/또는 미분화를 위한 환경을 포함하고, 하나 이상의 나노 섬유 네트워크에 의해 한정되는 나노피브릴 구조물을 개시하고 있으나 이를 구체적으로 바이오칩에 적용하기 위한 구조 등은 개시되지 않고 있다.
이에 본 발명자들은 종래의 바이오칩에서 제시되지 못한 미세채널 내에 나노섬유를 충진하여 세포가 인체 내부와 유사한 환경에 이를 수 있도록 함으로써 세포의 거동이 3차원적으로 확장될 수 있는 바이오칩을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩의 제조방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
하부 플레이트 및 상기 하부 플레이트의 상면에 적층하여 형성되는 상부 플레이트를 포함하고,
상기 상부플레이트는, 두께방향으로의 단면형상이 점차 넓어지는 테이퍼진 형상으로 형성되고 미세채널과 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지는 미세채널부와, 상기 측단부에 연결되고 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀 형상으로 형성되는 챔버부를 포함하며,
상기 측단부가 상기 미세채널에서 챔버부로 점차 폭이 증가하는 형상으로 형성되어 상기 챔버부에 연결되고,
상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유가 충진된 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 제공한다.
바람직하게는, 상기 챔버부는, 저면에 고분자 나노섬유가 더 충진된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 미세채널은 직선, 곡선, 지그재그, Y자 또는 T자의 형상인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 하부 플레이트는 두께가 0.5 내지 2 mm 이고; 상기 미세채널부는 폭이 100 내지 500 ㎛의 범위에서 테이퍼진 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 플레이트 또는 하부 플레이트는 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 고분자 나노섬유는, 나일론, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아마이드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리카보네이트(PC), 비스페놀-A, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체, 폴리설폰, 폴리(트리메틸렌테레프탈레이트), 폴리우레탄, 폴리우레탄우레아, 폴리비닐알코올, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 피롤리돈, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드-co-헥사플루오로프로필렌(P(VDF-HFP)), 키토산, 엘라스틴, 피브리노겐, 젤라틴, 콜라겐, 밀 글루텐, 셀룰로오스, 카제인, 실크, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산))(PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[(L-락타이드)-co-(글리콜라이드)](PLGA), 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
하부 플레이트를 제조하는 제1 단계;
두께 방향으로의 단면 형상이 점차 좁아지는 테이퍼진 형상으로 상면이 개방되게 형성되고, 미세채널과 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지고, 상기 측단부가 상기 미세채널에서 말단으로 점차 폭이 증가하는 형상으로 형성되는 미세채널부를 포함하는 상부 플레이트를 제조하는 제2 단계;
전기방사장치의 기저전극의 상단에 상기 미세채널부가 위치하도록 상기 상부 플레이트를 설치하고, 상기 미세채널부 위치에 미세채널부와 동일 또는 유사한 형상의 관통홈을 가지는 절연판을 상부 플레이트의 상면에 위치시킨 후, 고분자 용액을 전기방사하여, 상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유를 충진시키는 제3 단계;
상기 나노섬유가 충진된 미세채널부의 측단부에 연결되고 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀을 성형하여, 상기 상부 플레이트의 미세채널부 측단부에 챔버부를 형성하는 제4 단계; 및
상기 미세채널부의 개방된 상면이 상기 하부 플레이트의 상면과 마주하도록 상기 상부 플레이트를 뒤집어서 상기 준비된 하부 플레이트의 상면에 적층· 조립하는 제5 단계;를 포함하여 이루어지는,
상기 미세채널부에 고분자 나노섬유가 충진된 것을 특징으로 하는, 바이오칩의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 제3 단계의 전기방사는, 직접주사전기방사장치를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는 상기 전기방사는, 고분자 용액의 농도가 5.0~10.0 중량%, 전압 5~40 kV, 유량 0.05~0.2 ml/h 및 방사거리 3~8 cm의 조건으로 수행되고; 직접조사전기방사장치의 스캐닝 속도(v)는 0< v ≤500 mm/s인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 단계에 있어 상기 하부 플레이트는 두께가 0.5 내지 2 mm 이고; 상기 제2 단계에 있어 미세채널부는 폭이 100 내지 500 ㎛의 범위에서 테이퍼진 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제4 단계는 상기 홀을 성형하여 챔버부를 형성한 후, 상기 홀의 저면에 대응되는 하부 플레이트의 상면에 전기방사에 의하여 고분자 나노섬유를 충진시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 플레이트 또는 하부 플레이트는 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 고분자 나노섬유는, 나일론, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아마이드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리카보네이트(PC), 비스페놀-A, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체, 폴리설폰, 폴리(트리메틸렌테레프탈레이트), 폴리우레탄, 폴리우레탄우레아, 폴리비닐알코올, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 피롤리돈, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드-co-헥사플루오로프로필렌(P(VDF-HFP)), 키토산, 엘라스틴, 피브리노겐, 젤라틴, 콜라겐, 밀 글루텐, 셀룰로오스, 카제인, 실크, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산))(PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[(L-락타이드)-co-(글리콜라이드)](PLGA), 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 미세채널은 직선, 곡선, 지그재그, Y자 또는 T자의 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바이오칩을 3차원적으로 확장하여 인체 내부에서의 세포 거동을 모사할 수 있도록, 고분자 나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩을 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 바이오칩은 충진된 고분자 나노섬유가 세포외기질과 구조적으로 유사성을 가질 수 있게 되어, 인체 내의 농도 구배 및 변화면에서나 형상학적인 면에서, 인체 내와 유사한 생리학적 환경을 제공할 수 있게 되어, 세포가 고분자 나노섬유가 충진된 미세채널부를 통과하는 과정에서 세포의 인체 내 거동과 유사한 거동을 분석할 수 있고, 약물 또는 생리활성물질의 인체 내에서의 전달 또는 확산 과정을 분석할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩을 모식화하여, (a) 사시도 및 (b) A-A'의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유를 충진할 수 있는 미세채널부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 직접주사전기방사 공정으로 나노섬유를 미세채널부 내부로 집적하기 위한 공정을 모식화하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 직접주사전기방사 공정에서 스캐닝 운동에 의하여 나노섬유가 집적되는 공정을 모식화하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 플레이트에 절단 공정으로 챔버부를 형성한 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 하부 플레이트 상에, 나노섬유가 충진된 미세채널부와 챔버부를 구비한 상부 플레이트를 적층하는 공정을 모식화하여 나타낸 도면이다.
이하에 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 기술적 사상을 명확히 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명은 일 양태로서,
하부 플레이트 및 상기 하부 플레이트의 상면에 적층하여 형성되는 상부 플레이트를 포함하고; 상기 상부플레이트는, 두께방향으로의 단면형상이 점차 넓어지는 테이퍼진 형상으로 형성되고 미세채널과 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지는 미세채널부와, 상기 측단부에 연결되고 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀 형상으로 형성되는 챔버부를 포함하며; 상기 측단부가 상기 미세채널에서 챔버부로 점차 폭이 증가하는 형상으로 형성되어 상기 챔버부에 연결되고; 상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유가 충진된 것을 특징으로 하는, 바이오칩을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바이오칩을 모식화하여 나타낸 사시도 및 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 미세채널 바이오칩은 종래의 바이오칩 구조에서 미세채널부 내부 전부에 고분자 나노섬유가 충진된 것을 특징으로 하는 바, 본 발명의 바이오칩(100)은, 하부 플레이트(10)와, 미세채널부(21) 및 챔버부(22)를 구비하는 상부 플레이트(20) 및 상기 미세채널부의 내부와 챔버부의 저면에 고분자 나노섬유(30, 40)가 충진되어 있다.
또한 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유를 충진할 수 있는 미세채널부(21)를 도시한 도면으로, 이를 참고하면 상기 미세채널부(21)는 두께방향으로의 단면형상이 점차 넓어지는 테이퍼진 형상으로 형성되고, 미세채널과 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어진다.
상기 도 2에는 직선 형상의 미세채널을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 상기 미세채널은 길이방향으로 단면형상이 직선, 곡선, 지그재그, Y자 또는 T자의 형상을 가질 수 있다.
또한 상기 미세채널부는 상기 미세채널의 말단에 측단부를 구비한다. 상기 도 2를 참고하면 상기 미세채널 말단의 측단부는 단부로 갈수록 점차 폭이 넓어지도록 구성되도록 하는 것이 중요하다. 이에 따라 상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 충진된 고분자 나노섬유는, 미세채널과 측단부에 충진되는데, 미세채널의 폭에 비하여 단부의 폭이 넓기 때문에 측단부에서 미세채널로 나노섬유가 유입되는 것을 방지하게 되어 측단부에 충진된 나노섬유가 고정됨으로서 미세채널 내부의 나노섬유도 고정된다. 즉, 상기 미세채널 말단의 측단부는 단부로 갈수록 점차 폭이 넓어지도록 구성됨으로서 미세채널부의 전부 또는 일부에 충진된 나노섬유가 고정된 바이오칩을 제공할 수 있게 된다. 보다 바람직하게는 상기 폭은 증가하면서 높이는 감소하는 형상으로 형성될 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 미세채널부는 폭이 100 내지 500 ㎛의 범위에서 테이퍼진 형상으로 형성되고, 상기 하부 플레이트는 두께가 0.5 내지 2 mm 인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 발명의 바이오칩은 상기 고분자 나노섬유가 미세채널부의 내부에 충진되어 고정될 수 있도록 구성된 것으로, 상기 미세채널 기반의 미소유체 바이오칩은, 세포가 나노섬유를 통과하여 지나가는 거동을 보일 때 상기 고분자 나노섬유에 의하여 인체 내부에서와 유사한 거동을 모사할 수 있게 된다. 즉, 상기 미세채널부 내부에 충진된 고분자 나노섬유는 인체의 세포외기질과 형상 및 구조가 유사한 바, 인체 내의 농도 구배나 변화 면에서 또는 형상학적으로 유사성을 나타내어 인체 내와 유사한 생리학적 환경을 제공하게 되므로 세포가 나노섬유가 충진된 미세채널부를 통과하는 과정에서 인체내에서의 세포 거동과 유사한 거동을 나타낼 수 있어 인체 내부에서의 세포 거동을 분석할 수 있게 된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서 상기 챔버부(22)는, 저면에 고분자 나노섬유(40)가 더 충진될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 챔버부에 약물 또는 생리활성물질을 더 포함하도록 함으로서 상기 세포가 인체 내에서 전달 또는 확산되는 과정을 분석할 수 있는 바이오칩이 제공될 수 있다.
또한 상기 상부 플레이트 또는 하부 플레이트는 다양한 재료가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 상부 플레이트는 미세채널 및 챔버의 형성이 용이하고 고분자 나노섬유가 잘 부착될 수 있는 투명 재료로서 폴리디메틸실록산을 이용하는 것이 바람직하고, 상기 하부 플레이트로는 유리를 이용할 수 있다.
또한 상기 고분자 나노섬유는 전기방사 가능한 재료로서, 나일론, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아마이드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리카보네이트(PC), 비스페놀-A, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체, 폴리설폰, 폴리(트리메틸렌테레프탈레이트), 폴리우레탄, 폴리우레탄우레아, 폴리비닐알코올, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 피롤리돈, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드-co-헥사플루오로프로필렌(P(VDF-HFP)), 키토산, 엘라스틴, 피브리노겐, 젤라틴, 콜라겐, 밀 글루텐, 셀룰로오스, 카제인, 실크, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산))(PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[(L-락타이드)-co-(글리콜라이드)](PLGA), 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 바이오칩은, 하부 플레이트를 준비한 후, 이와 별개로 상부 플레이트를 몰드를 이용하여 상면이 개방된 미세채널부를 구비하도록 제작하고, 상기 제작된 상부 플레이트에 형성된 미세채널부에 직접주사전기방사공정 (이하, DWES 공정, J Lee, SY Lee, J Jang, YH Jeong, DW Cho, Langmuir 28 (18), 2012, 7267-7275)을 이용하여 상기 미세채널부에만 고분자 나노섬유를 집적하여 충진시킨 후, 상기 상부 플레이트에 챔버를 더 형성하고, 이를 뒤집어서 하부 플레이트 상에 적층·조립함으로써 제조될 수 있다.
따라서 본 발명은 다른 양태로서,
하부 플레이트를 제조하는 제1 단계; 두께 방향으로의 단면 형상이 점차 좁아지는 테이퍼진 형상으로 상면이 개방되게 형성되고, 미세채널과 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지고, 상기 측단부가 상기 미세채널에서 말단으로 점차 폭이 증가하는 형상으로 형성되는 미세채널부를 포함하는 상부 플레이트를 제조하는 제2 단계; 전기방사장치의 기저전극의 상단에 상기 미세채널부가 위치하도록 상기 상부 플레이트를 설치하고, 상기 미세채널부 위치에 미세채널부와 동일 또는 유사한 형상의 관통홈을 가지는 절연판을 상부 플레이트의 상면에 위치시킨 후, 고분자 용액을 전기방사하여, 상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유를 충진시키는 제3 단계; 상기 나노섬유가 충진된 미세채널부의 측단부에 연결되고 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀을 성형하여, 상기 상부 플레이트의 미세채널부 측단부에 챔버부를 형성하는 제4 단계; 및 상기 미세채널부의 개방된 상면이 상기 하부 플레이트의 상면과 마주하도록 상기 상부 플레이트를 뒤집어서 상기 준비된 하부 플레이트의 상면에 적층· 조립하는 제5 단계;를 포함하여 이루어지는, 상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유가 충진된 것을 특징으로 하는, 바이오칩의 제조방법을 제공한다.
이하 단계를 나누어 상세히 설명하면,
먼저 제1 단계는, 하부 플레이트를 준비하는 단계이다. 이 때, 상기 하부 플레이트의 재료는 상술한 바와 같고, 바람직하게는 유리판을 준비할 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 하부 플레이트는 두께가 0.5 내지 2 mm 인 것을 특징으로 한다.
다음으로 제2 단계는, 상부 플레이트를 제조하는 단계로, 보다 구체적으로는 두께 방향으로의 단면 형상이 점차 좁아지는 테이퍼진 형상으로 상면이 개방되게 형성되고, 미세채널과 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지고, 상기 측단부가 상기 미세채널에서 말단으로 점차 폭은 증가하고 높이는 감소하는 형상으로 형성되는 미세채널부를 포함하도록 제조된다. 이 때, 상기 상부 플레이트의 재료는 상술한 바와 같고, 바람직하게는 폴리디메틸실록산으로 몰딩공정에 의하여 제조한다.
바람직하게는 상기 제2 단계에 있어 미세채널부는 폭이 100 내지 500 ㎛의 범위에서 테이퍼진 형상으로 형성되도록 한다.
또한 바람직하게는 상기 미세채널의 형상은 그 용도에 따라 다양할 수 있는바, 길이방향으로 단면형상이 직선, 곡선, 지그재그, Y자 또는 T자의 형상일 수 있다.
다음으로 제3 단계는, 상기 상부 플레이트의 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유를 충진하는 단계로, 보다 구체적으로는 직접주사전기방사(DWES) 공정으로 고분자 나노섬유를 충진할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로서 직접주사전기방사 공정으로 나노섬유를 미세채널부 내부로 집적하기 위한 공정을 모식화하여 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 B영역을 나타낸 것으로, DWES 장치의 스캐닝 운동을 이용하여 미세채널부 내부에 고분자 나노섬유가 집적되는 공정을 나타낸 것이다.
이를 참고하여 설명하면, 상기 DWES 장치는 바늘형상의 기저전극(220)을 이용하여 점 형상으로 포커싱되어 집적판 위에 집적될 수 있다. 따라서 DWES 장치의 고정판(230) 상에 상기 상부 플레이트(20)를 설치하되, 상기 미세채널부(21)에 고분자 나노섬유가 집적될 수 있도록, 상기 기저전극(220)의 상단에 상기 미세채널부(21)가 위치하도록 설치되고, 상기 미세채널부는 개방된 상면이 위를 향하도록 하고 상기 미세채널부 위치에 미세채널부와 동일 또는 유사한 형상의 관통홈을 가지는 절연판(400)을 상부 플레이트(20)의 상면에 위치시킴으로써, 전기방사시 미세채널부 내부 전부 또는 일부에만 고분자 나노섬유가 집적된다. 즉, 상기 절연판(400)은 전기장 강도의 약화 및 마스크 효과를 가지기 때문에 방사되는 고분자 나노섬유는 상기 절연판(400)에 의하여 미세채널부(21)에 집적되도록 가이드된다. 또한 상기 절연판(400)은 상단에 추가로 더 설치하여 나노섬유가 미세채널부(21)로만 집적되는 것을 도울 수 있다.
이 때, 상기 DWES 장치의 실린더에 채워진 고분자 용액(300)의 전기방사시, 도 4에 나타낸 바와 같이 DWES 장치의 스캐닝 운동을 통해 미세채널부 내부에만 고분자 나노섬유가 집적되어 상기 미세채널부(21)에만 고분자 나노섬유(30)가 충진된다.
또한, 채널의 깊이에 따라 방사시간을 달리하여 채널을 대부분 채울 수 있도록 스캐닝 운동을 왕복하여 진행하면서 방사를 수행한다. 이 때, 방사 조건은 고분자에 따라 다를 수 있으며, 바람직하게는 고분자 용액의 농도가 5.0~10.0 중량%, 전압 5~40 kV, 유량 0.05~0.2 ml/h 및 방사거리 3~8 cm의 조건으로 수행되고; 직접조사전기방사장치의 스캐닝 속도(v)는 0< v ≤500 mm/s일 수 있다.
또한 상기와 같이 전기방사에 의하여 충진되는 고분자 나노섬유의 선형 패턴의 폭은 미세채널부에 집적되는 나노섬유의 밀도에 반비례하며, 이 때 상기 고분자 나노섬유는, 나일론, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아마이드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리카보네이트(PC), 비스페놀-A, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체, 폴리설폰, 폴리(트리메틸렌테레프탈레이트), 폴리우레탄, 폴리우레탄우레아, 폴리비닐알코올, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 피롤리돈, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드-co-헥사플루오로프로필렌(P(VDF-HFP)), 키토산, 엘라스틴, 피브리노겐, 젤라틴, 콜라겐, 밀 글루텐, 셀룰로오스, 카제인, 실크, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산))(PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[(L-락타이드)-co-(글리콜라이드)](PLGA), 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 한다.
다음으로, 제4 단계는 상기 상부 플레이트에 챔버를 형성하는 단계로, 상기 나노섬유가 미세채널부에 충진된 상부 플레이트에 있어서 상기 미세채널부의 측단부에 연결되고 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀을 형성하여 챔버를 형성하게 된다. 도 5에 상부 플레이트에 절단 공정으로 챔버부를 형성한 결과를 도시한 도면을 도시하였다.
다음으로, 제5 단계는 상기 플레이트의 적층·조립에 의하여 바이오칩을 제조하는 단계로, 상기 미세채널부의 개방된 상면이 상기 하부 플레이트의 상면과 마주하도록 상기 상부 플레이트를 뒤집어서 상기 준비된 하부 플레이트의 상면에 적층· 조립하여 바이오칩을 제조하게 된다. 필요한 경우 점착력을 부가하기 위하여 상기 적층·조립한 후 플라즈마 처리 또는 코로나 처리를 한 후 다른 바이오칩 부품과 조립하여 사용할 수 있다.
바람직하게는 상기 제5 단계를 수행하기 전에 제4 단계에서, 상기 홀을 성형하여 챔버부를 형성한 후, 상기 홀의 저면에 대응되는 하부 플레이트의 상면에 전기방사에 의하여 고분자 나노섬유를 충진시키는 것을 더 포함함으로써, 상기 챔버부의 저면에도 고분자 나노섬유를 충진할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예로서 상기 플레이트의 적층·조립에 의하여 바이오칩을 제조하는 공정을 나타낸 것으로, 이를 참고하면 챔버부의 저면에 대응되는 상면에 고분자 나노섬유가 충진된 하부 플레이트 상에, 상기 나노섬유가 충진된 미세채널부 및 챔버부를 구비한 상부 플레이트를 적층하여 바이오칩이 제작된다.
100: 바이오칩 10: 하부 플레이트
20: 상부 플레이트 21: 미세채널부
22: 챔버부 30, 40: 고분자 나노섬유
200: 직접주사 전기방사 장치 220: 기저전극
230: 고정판 300: 고분자 용액
400: 절연판

Claims (13)

  1. 하부 플레이트 및 상기 하부 플레이트의 상면에 적층하여 형성되는 상부 플레이트를 포함하는 바이오칩에 있어서,
    상기 상부플레이트는 미세채널부 및 챔버부를 포함하되, 상기 미세채널부에 충진된 고분자 나노섬유를 더 포함하고,
    상기 미세채널부는 미세채널과, 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지되, 상기 미세채널부의 두께방향으로의 단면형상이 점차 넓어지는 테이퍼진 형상으로 형성되고, 상기 측단부는 상기 미세채널에서 챔버부로 점차 폭이 증가하는 형상으로 형성되어 상기 챔버부에 연결되어, 상기 미세채널부에 충진된 고분자 나노섬유가 미세채널부에 고정되는 것을 특징으로 하고,
    상기 측단부와 연결되는 챔버부는 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하며,
    미세채널부에 충진된 고분자 나노섬유가 미세채널부에 고정되는 것을 특징으로 하는, 미세채널 바이오칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버부는, 저면에 고분자 나노섬유가 더 충진된 것을 특징으로 하는, 바이오칩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세채널은 길이방향으로 단면형상이 직선, 곡선, 지그재그, Y자 또는 T자의 형상인 것을 특징으로 하는, 바이오칩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는 두께가 0.5 내지 2 mm 이고; 상기 미세채널부는 폭이 100 내지 500 ㎛의 범위에서 테이퍼진 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는, 바이오칩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 또는 하부 플레이트는 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는, 바이오칩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 나노섬유는, 나일론, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아마이드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리카보네이트(PC), 비스페놀-A, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체, 폴리설폰, 폴리(트리메틸렌테레프탈레이트), 폴리우레탄, 폴리우레탄우레아, 폴리비닐알코올, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 피롤리돈, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드-co-헥사플루오로프로필렌(P(VDF-HFP)), 키토산, 엘라스틴, 피브리노겐, 젤라틴, 콜라겐, 밀 글루텐, 셀룰로오스, 카제인, 실크, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산))(PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[(L-락타이드)-co-(글리콜라이드)](PLGA), 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는, 바이오칩.
  7. 하부 플레이트를 제조하는 제1 단계;
    미세채널과, 상기 미세채널 말단의 측단부로 이루어지되, 두께방향으로의 단면형상이 점차 좁아지는 테이퍼진 형상으로 상면이 개방되게 형성되고, 상기 측단부가 상기 미세채널에서 말단으로 점차 폭이 증가하는 형상으로 형성되는 미세채널부를 포함하는 상부 플레이트를 제조하는 제2 단계;
    전기방사장치의 기저전극의 상단에 상기 미세채널부가 위치하도록 상기 상부 플레이트를 설치하고, 상기 미세채널부 위치에 미세채널부와 동일 또는 유사한 형상의 관통홈을 가지는 절연판을 상부 플레이트의 상면에 위치시킨 후, 고분자 용액을 전기방사하여, 상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유를 충진시키는 제3 단계;
    상기 나노섬유가 충진된 미세채널부의 측단부에 연결되고 상기 상부 플레이트의 상면과 저면이 관통하는 홀 형상으로 챔버부를 성형하여, 상기 미세채널부에 충진된 고분자 나노섬유가 미세채널부에 고정되도록 상기 상부 플레이트의 미세채널부 측단부에 챔버부를 연결 및 형성하는 제4 단계; 및
    상기 미세채널부의 개방된 상면이 상기 하부 플레이트의 상면과 마주하도록 상기 상부 플레이트를 뒤집어서 상기 준비된 하부 플레이트의 상면에 적층 조립하는 제5 단계;를 포함하여 이루어지는,
    상기 미세채널부의 전부 또는 일부에 고분자 나노섬유가 충진된 것을 특징으로 하는, 미세채널부에 충진된 고분자 나노섬유가 미세채널부에 고정되는 미세채널 바이오칩의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제3 단계의 전기방사는, 직접주사전기방사장치를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 바이오칩의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기방사는, 고분자 용액의 농도가 5.0~10.0 중량%, 전압 5~40 kV, 유량 0.05~0.2 ml/h 및 방사거리 3~8 cm의 조건으로 수행되고; 직접조사전기방사장치의 스캐닝 속도(v)는 0< v ≤500 mm/s인 것을 특징으로 하는, 미세채널 바이오칩의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제4 단계는 상기 홀을 성형하여 챔버부를 형성한 후,
    상기 홀의 저면에 대응되는 하부 플레이트의 상면에 전기방사에 의하여 고분자 나노섬유를 충진시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세채널 바이오칩의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 또는 하부 플레이트는 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는, 미세채널 바이오칩의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 고분자 나노섬유는, 나일론, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아마이드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리카보네이트(PC), 비스페놀-A, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체, 폴리설폰, 폴리(트리메틸렌테레프탈레이트), 폴리우레탄, 폴리우레탄우레아, 폴리비닐알코올, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 피롤리돈, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드-co-헥사플루오로프로필렌(P(VDF-HFP)), 키토산, 엘라스틴, 피브리노겐, 젤라틴, 콜라겐, 밀 글루텐, 셀룰로오스, 카제인, 실크, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산))(PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[(L-락타이드)-co-(글리콜라이드)](PLGA), 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는, 미세채널 바이오칩의 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 미세채널은 길이방향으로 단면형상이 직선, 곡선, 지그재그, Y자 또는 T자의 형상인 것을 특징으로 하는, 미세채널 바이오칩의 제조방법.
KR1020140084273A 2014-07-07 2014-07-07 나노섬유가 충진된 미세채널부를 구비하는 미세채널 바이오칩 및 이의 제조방법 KR101484996B1 (ko)

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