KR101530932B1 - 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체 - Google Patents

패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체 Download PDF

Info

Publication number
KR101530932B1
KR101530932B1 KR1020130144261A KR20130144261A KR101530932B1 KR 101530932 B1 KR101530932 B1 KR 101530932B1 KR 1020130144261 A KR1020130144261 A KR 1020130144261A KR 20130144261 A KR20130144261 A KR 20130144261A KR 101530932 B1 KR101530932 B1 KR 101530932B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
encoder
micro
microstructure
matrix
pattern
Prior art date
Application number
KR1020130144261A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150061125A (ko
Inventor
김상경
김태송
정승원
이동진
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020130144261A priority Critical patent/KR101530932B1/ko
Publication of KR20150061125A publication Critical patent/KR20150061125A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101530932B1 publication Critical patent/KR101530932B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 마이크로 구조체는 바이오 어세이에서 각 마이크로 구조체를 구분하는데 필요한 바이오 어세이 정보를 특정 패턴으로 제공하는 인코더를 포함함으로써, 종래 형광으로 인해 발생하는 교란없이 각 마이크로 구조체의 정보를 용이하게 식별하고 판독할 수 있다.
또한, 인코더 내에 사용자가 원하는 패턴을 제한없이 다양하게 입력할 수 있으므로, 다수개의 마이크로 구조체를 사용하여 동시에 여러 종류의 표적핵산을 실시간으로 모니터링 또는 검출하여야 하는 바이오 어세이에 유용하게 사용할 수 있다.

Description

패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체{Micro matrix for bio-assay comprising a patterned encoder}
본 명세서에 기재된 내용은 바이오 어세이에 사용되는 입자들에 각 입자들이 가진 정보를 표지하는 기술에 관한 것이다.
최근 나노, 마이크로 단위의 입자를 이용한 바이오 어세이(bio-assay)가 활발히 연구되면서 각 입자들에서 각기 다른 바이오 에세이가 진행할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 크기가 작은 입자를 이용할 경우 반응 표면적을 넓힐 수 있어 반응성을 높일 수 있으며 각 입자들을 각기 다른 타겟의 플랫폼으로 이용하여 적은 시료를 가지고도 다양한 어세이를 진행할 수 있다. 일례로 입자 기반의 진단의 경우, 각 입자가 각기 다른 타겟을 위한 센서플랫폼으로 구분되고 한 시료의 챔버 내에서 여러 입자를 넣고 동시에 진단이 가능하게 된다. 이 기술을 보다 효율적으로 활용하기 위해서는 각 입자가 지닌 플랫폼의 정보를 정확히 읽어내어야만 각 타겟별 어세이 결과를 효과적으로 구분할 수 있으므로 이를 위해서 각 입자에 식별가능한 정보를 입력하는 방법이 필요하다.
입자에 정보를 입력하는 방법으로는 일반적으로 형광을 이용한 컬러 코딩 방법이 가장 많이 쓰이고 있다. 이는 양자점 (Quantum dot) 등의 형광물질을 여러 색깔을 섞어 그 섞는 비율이나 농도 등을 조절하여 다양한 색을 나타내는 방법이다. 그러나 이 방식으로는 제조시의 오차를 고려해야 하므로 표현분해능에 한계가 있다. 또한, 바이오 어세이 결과를 형광으로 읽어내는 경우 서로 간섭할 가능성이 높다. 따라서 형광을 이용하지 않아 간섭을 최대로 줄일 수 있는 새로운 식별표지방법의 개발이 필요하다.
일본 특허공개번호 제2005-172429 (2005.06.30)
본 발명은 바이오 어세이에서 각 마이크로 구조체를 구분하는데 필요한 정보를 특정 패턴으로 제공하는 인코더를 포함하는 바이오 어세이(bio-assay)용 마이크로 구조체를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 매트릭스, 및 상기 매트릭스 내에 위치한 바이오 어세이(bio-assay) 정보를 표지하는 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 바이오 어세이(bio-assay)용 마이크로 구조체를 제조하는 방법으로서, 상기 마이크로 구조체는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 위치한 바이오 어세이 정보를 표지하는 패턴이 입력된 인코더를 포함하고,
상기 마이크로 구조체의 제조방법은,
인코더에 패턴을 입력하는 단계;
상기 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 구조체 형성 용액을 제조하는 단계;
직교하는 구간을 포함하는 두 개의 채널을 포함하는 마이크로 채널의 한 채널에 오일을 통과시키고 다른 한 채널에 상기 제조된 구조체 형성 용액을 통과시켜, 상기 직교하는 구간에서 상기 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 구조체 형성 용액을 오일상에 분산시켜 액적(droplet)형태의 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 형성된 구조체를 고형화시키는 단계를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 마이크로 구조체는 바이오 어세이에서 각 마이크로 구조체를 구분하는데 필요한 바이오 어세이 정보를 특정 패턴으로 제공하는 인코더를 포함함으로써, 종래 형광으로 인해 발생하는 교란없이 각 마이크로 구조체의 정보를 용이하게 식별하고 판독할 수 있다.
또한, 인코더 내에 사용자가 원하는 패턴을 제한없이 다양하게 입력할 수 있으므로, 다수개의 마이크로 구조체를 사용하여 동시에 여러 종류의 표적핵산을 실시간으로 모니터링 또는 검출하여야 하는 바이오 어세이에 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인코더(2)가 매트릭스(1)를 구성하는 물질보다 밀도가 높은 경우, 상기 인코더(2)가 마이크로 구조체의 아래쪽 표면 또는 바닥면에 x축 방향으로 평행하게 위치하게 된 모습을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 구조체내에 x축 방향으로 평행하게 위치한 인코더(2)를 위에서 수직으로 바라본 모습을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 구조체내의 인코더에 형성된 패턴(3)을 나타낸 것으로, 왼쪽 그림은 패턴(3)이 인코더(2) 상에 배열된 복수 개의 구멍으로 형성된 것을 나타낸 것이고, 오른쪽 그림은 패턴(3)이 인코더(2) 상에 배열된 불투명한 물질로 형성된 것을 나타낸 것이다(도 3의 오른쪽 그림 참조).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 플로우-포커싱 방법으로 인코더를 포함하는 마이크로 구조체를 제조하는 과정을 순차적으로 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 인코더에 패턴을 입력하는 방법을 단계별로 나타낸 도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 인코더를 포함하는 마이크로 구조체를 사용하여 바이오 어세이 및 그 결과를 분석하는 방법을 단계별로 나타낸 도이다.
본 명세서에서 "마이크로 구조체"라 함은, 바이오 어세이에서 표적핵산을 검출 및 분석하기 위한 장치에 사용되는 나노(10-6), 마이크로(10-3), 밀리(10-2) 등의 미소 크기의 구조체를 모두 포함하는 최광의의 개념이다.
본 명세서에서 "인코더(encoder)"는 마이크로 구조체 내에서 검출하고자 하는 표적핵산 또는 이와 반응하는 고정된 프라이머의 종류, 크기 또는 양에 대한 정보를 제공하는 일종의 표지를 의미하며, 다수 개의 마이크로 구조체 내에서 각 마이크로 구조체를 구별되도록 하는 것이라면 그 형상, 표지 방식 및 종류에 한정되지 않고 모두 포함하는 최광의의 개념이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는, 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 위치한 바이오 어세이 정보를 표지하는 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체를 제공한다.
일 실시예로서 상기 바이오 어세이 정보는 바이오 어세이에 사용하는 각 마이크로 구조체를 구분할 수 있는 정보로, 예를 들어 마이크로 구조체 내에서 검출하고자 하는 표적핵산 또는 이와 반응하는 고정된 프라이머에 대한 정보이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 마이크로 구조체 복수 개가 바이오 어세이에 배열될 경우, 각 마이크로 구조체는 서로 다른 패턴을 포함하는 인코더를 포함함으로써 구분될 수 있다.
일 실시예로서 상기 인코더는 디스크 형태와 같은 평면기판 또는 상기 마이크로 구조체에 맞는 곡률을 갖는 곡면기판일 수 있으며, 예를 들면 금속, 실리콘, 유리 및 폴리머 중 하나 이상이 혼합된 재료로 구성될 수 있다. 또한, 상기 인코더의 크기는 길이가 5 내지 200 ㎛, 보다 구체적으로 50 내지 150 ㎛, 두께는 2 내지 50 ㎛, 보다 구체적으로 5 내지 30 ㎛일 수 있다. 상기 범위를 벗어날 경우 마이크로 구조체 내에서 차지하는 부피가 지나치게 커지므로, 예를 들어 표적 핵산을 증폭시킬 경우 그 정량분석이 어려워진다는 문제가 있다. 일 실시예에 따른 상기 인코더 내의 패턴 또는 구멍의 최소선폭은 1 내지 100 ㎛, 보다 구체적으로 10 내지 80 ㎛ 이다. 상기 범위를 벗어날 경우 패턴의 구분이 모호하여 판독이 어렵다는 문제가 있다.
다른 일 실시예로서 상기 마이크로 구조체에 포함되는 매트릭스는 미소 크기의 플랫폼, 예를 들면 구체일 수 있으며, 구체적으로는 외부에서 인코더의 패턴을 판독할 수 있는 투명한 재료로 제조된 것일 수 있다. 보다 구체적으로 일 실시예에 따른 상기 매트릭스는 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트(Polyethylene Glycol-Diacrylate, PEG-DA), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PA) 및 아가로스(agarose) 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 인코더 이외에 중합효소 연쇄반응(PCR) 프라이머, 표적 핵산과 상보적으로 결합하여 증폭되는 핵산의 정량적 정보를 제공하는 시아닌(cyanine) 계열의 염색약, EtBr, TaqManTM probe, 올리고핵산 프로브(oligo-nucleotide probe; Molecular Beacon probe) 등을 예로 들 수 있는 형광표식인자 등을 더 포함할 수 있다. 일 실시예로서 상기 마이크로 구조체의 형태는 구체, 태블릿 형태, 디스크 형태 등 인코더를 포함할 수 있는 3차원 구조라면 그 형태가 제한되지 않는다. 또한, 상기 마이크로 구조체의 입자크기는 10 내지 1000 ㎛, 보다 구체적으로 100 내지 500 ㎛이다.
일 실시예로서 상기 인코더는 상기 마이크로 구조체의 수직방향 위에서 상기 인코더에 입력된 패턴을 인식할 수 있도록 상기 마이크로 구조체 내에 x축 방향과 평행하게 위치하며, 구체적으로 상기 매트릭스를 구성하는 물질과의 밀도차로 인해 x축 방향으로 평행하게 위치할 수 있다. 예를 들면 본 발명의 일 실시예에 따른 인코더가 매트릭스를 구성하는 물질보다 밀도가 높을 경우, 상기 인코더를 포함하는 마이크로 구조체를 제조할 때 인코더가 마이크로 구조체의 아래쪽 표면 또는 바닥면에 x축 방향으로 평행하게 위치하게 된다(도 1 참조). 반대로, 인코더가 매트릭스를 구성하는 물질보다 밀도가 낮을 경우, 상기 인코더를 포함하는 마이크로 구조체를 제조할 때 인코더가 마이크로 구조체의 위쪽 표면 또는 x축 방향으로 구조체 위쪽에 평행하게 위치하게 되게 된다. 이때 상기 인코더와 상기 매트릭스를 구성하는 물질과의 밀도차는 구체적으로 0.1g/cm3 이상, 보다 구체적으로 0.1 g/cm3 이상 21.6 g/cm3 이하일 수 있다. 밀도차가 0.1g/cm3 미만이면 마이크로 구조체 내에 인코더를 상기와 같이 x축 방향으로 평행하게 위치시키기 어렵다.
이와 같이 밀도차를 이용하면 인코더를 마이크로 구조체 내에 항상 x축 방향으로 평행하게 위치시킬 수 있으므로, 바이오 어세이를 위에서 수직으로 내려봤을 때 그 패턴을 정확히 판독할 수 있다(도 2 참조). 또한, 바이오 어세이에 다수의 마이크로 구조체가 배열될 경우, 모든 마이크로 구조체 내 인코더의 z축 높이가 일정하게 되므로, 한 초점 깊이만으로 여러 구조체들의 정보를 동시에 판독할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로서, 상기 인코더에 입력된 패턴은 인코더 자체의 형태, 인코더 상에 형성된 하나 이상의 구멍의 배열 및 인코더 상에 증착 또는 코팅된 하나 이상의 불투명한 물질의 배열 중 하나 이상으로 구성된 패턴일 수 있다. 구체적으로, 일 실시예로서 상기 패턴이 인코더 자체의 형태인 경우, 그 형태는 각 마이크로 구조체 내의 패턴들과 구분될 수 있는 것이면 제한되지 않으며, 예를 들면, 원 또는 다각형일 수 있다. 상기 패턴은 인코더 상에 하나 이상의 구멍이 형성되어 배열된 것일 수 있으며, 이때 구멍의 형태는 원, 삼각형, 사각형과 같은 다각형 등 형태가 제한되지 않는다(도 3의 왼쪽 그림 참조). 또한, 상기 패턴은 상기 인코더 상에 형성된 불투명한 물질의 배열일 수 있으며, 보다 구체적으로 투명한 인코더 상에 불투명한 물질을 증착 또는 코팅으로 배열하여 패턴이 형성된 것일 수 있다(도 3의 오른쪽 그림 참조). 일 실시예에 따르면 상기 불투명한 물질은 금속 및 감광수지(photo-resist) 중 하나 이상 또는 전도성 및 자성 중 하나 이상의 특성을 갖는 물질이며, 이들의 혼합물 일 수 있다. 구체적으로, 상기 감광수지는 에폭시 베이스의 네거티브 감광수지(epoxy-based negative photoresist)를 포함하며, 그 예로 SU-8를 들 수 있다. 상기 전도성 물질은 전도성 금속 및 전도성 고분자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성 물질은 철, 니켈, 코발트, 다이나비드(Dynabeads) 및 박테리얼 마그네틱 파티클(Bacterial magnetic particle) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기와 같이 자성 또는 전도성을 띄는 물질은 인코더의 정보 분석에 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체를 제조하는 방법으로서 플로우-포커싱(flow-focusing) 방법을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기와 같은 패턴이 입력된 인코더 및 매트릭스를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체의 제조방법은
인코더에 패턴을 입력하는 단계;
상기 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 구조체 형성 용액을 제조하는 단계;
직교하는 구간을 포함하는 두 개의 채널을 포함하는 마이크로 채널의 한 채널에 오일을 통과시키고 다른 한 채널에 상기 제조된 구조체 형성 용액을 통과시켜, 상기 직교하는 구간에서 상기 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 구조체 형성 용액을 오일상에 분산시켜 액적(droplet)형태의 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 형성된 구조체를 고형화시키는 단계;를 포함할 수 있다(도 4 참조).
일 실시예로서 상기 인코더에 패턴을 입력하는 단계는, 인코더의 형태를 변형하는 단계; 인코더 상에 하나 이상의 구멍을 형성하며 배열하는 단계; 및 인코더 상에 하나 이상의 불투명한 물질을 증착 또는 코팅하며 배열하는 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 5의 모식도에 나타난 바와 같이 기판(Substrate) 위에 희생층(Sacrificial layer)을 적층한 다음, 그 상부에 인코더 재료(Encoder material)를 코팅(coating) 또는 증착(depositing)하는 단계; 상기 인코더 재료에 인코더 자체의 모양을 형성 또는 인코더 재료에 구멍을 뚫거나, 인코더 재료상에 불투명한 물질을 배열하여 각 마이크로 구조체의 바이오 어세이 정보를 제공할 패턴을 형성하는 단계(Patterning); 및 상기 기판상에 적층된 희생층을 제거하여 상기 패턴이 형성된 인코더를 기판으로부터 분리시키는 단계(Releasing)를 통하여 인코더에 패턴을 입력할 수 있다.
일 실시예로서 상기 액적(droplet) 형태의 구조체를 형성하는 단계는 채널에 오일은 연속적으로 통과시키고 다른 한 채널에서 상기 제조된 구조체 형성 용액은 불연속적으로 통과시킴으로써 상기 직교하는 구간에서 상기 구조체 형성 용액을 오일상에 효과적으로 분산시킬 수 있다. 이때 상기 오일의 유량은 구체적으로 50 내지 1500㎕/hr 또는 100 내지 1200㎕/hr, 보다 구체적으로는 200 내지 400 ㎕/hr 이며, 구조체 형성 용액의 유량은 구체적으로 5 내지 1000㎕/hr 또는 10 내지 500 ㎕/hr, 보다 구체적으로 50 내지 150 ㎕/hr로 조절할 수 있다. 상기 오일과 구조체 형성 용액의 각 유량과 그 비율을 조절함으로써, 채널을 통과하는 액적의 입자크기를 조절할 수 있으므로, 이에 따라 제조되는 마이크로 구조체의 입경의 조절이 가능하다. 예를 들면, 상기 각 유량의 범위 내로 채널을 통과시킬 경우 10 내지 500㎛, 보다 구체적으로 42 내지 200 ㎛의 입경을 갖는 액적을 제조할 수 있다.
이때 오일은 분산상(disperse phase)인 구조체 형성 용액의 흐름에 전단력을 가하여 액적(droplet) 형태로 성형하고, 이 액적이 다시 뭉치지 않도록 안정화시켜준다. 일 실시예에 따른 상기 구조체 형성 용액에 통과하는 채널은 직교하는 구간 직후 통로가 좁아진 형태를 가질 수 있으며, 이 경우 용액이 통과되면서 효과적으로 액적 형태가 제조된다(도 4 참조).
일 실시예로서 오일은 FC(Fluorocarbon Oil), 미네랄 오일, 실리콘 오일, 헥사데칸(hexadecane), 헥산(hexane), 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), N,N-디메틸포마이드(N,N-dimethylformamide; DMF), 디클로로메탄(dichloromethane; DCM), 디에틸 에테르(diethyl ether) 등을 사용할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 구조체 형성 용액은 본 발명의 마이크로 구조체를 형성하기 위한 재료가 혼합된 용액으로써 프라이머, 아가로스 또는 프레폴리머(pre-polymer), 증폭되는 핵산의 정량적 정보를 제공하는 형광표식인자 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 구조체 내에 기공을 형성할 경우 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol; PEG)을 예로 들 수 있는 기공유도 중합체를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 프레폴리머(pre-polymer)란 폴리머의 성형가공을 용이하게 하기 위해 중합 또는 중축합 반응을 적당한 단계에서 정지한 예비 중합물을 의미하는 것으로, 본 발명의 경우 고형화되기 이전의 성형가공이 용이한 상태의 폴리머를 의미한다.
상기 마이크로 채널은 웨이퍼 위에 기판을 포토리소그래피법으로 채널모양으로 패터닝한 후, 이를 모형을 떠서 제조할 수 있다. 이때 모형을 떠서 제조하는 마이크로 채널의 재료는 실리콘 기반의 고분자이면 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서 상기 형성된 구조체의 고형화는 고형화 전의 마이크로 구조체의 형상을 유지하여 고형화되는 것으로, 그 형상을 유지할 수 있다면 광학적, 화학적 또는 열적 경화방법 등 그 고형화 방법은 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 마이크로 구조체 내에 포함된 인코더의 패턴을 판독하는, 즉 인코더의 정보를 읽는 방법은 제한되지 않으나, 예를 들면 CCD(charge-coupled device camera) 등의 광학적 탐지기를 이용할 수 있다. 또한, 각 마이크로 구조체마다 개별적으로 인코더의 정보를 판독하거나, 어레이에 배열된 복수개의 마이크로 구조체의 각 인코더 정보를 동시에 판독할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기 인코더를 포함하는 마이크로 구조체를 사용하여 바이오 어세이하는 방법은, 용액에 프라이머, 표적 핵산 등의 바이오실험물질과 인코더를 포함하는 마이크로 구조체들을 넣고 바이오 어세이를 진행하는 단계; 상기 마이크로 구조체들을 어레이(array)에 배열하는 단계; 및 상기 각 마이크로 구조체에 포함된 인코더의 정보를 사용하여 바이오 어세이 결과를 분석하는 단계를 포함할 수 있다(도 6 참조). 또는, 어레이에 프라이머, 표적 핵산 등의 바이오실험물질과 인코더를 포함하는 마이크로 구조체들을 배열하는 단계; 상기 어레이에 배열된 마이크로 구조체를 바이오 어세이하는 단계; 및 상기 각 마이크로 구조체에 포함된 인코더의 정보를 사용하여 바이오 어세이 결과를 분석하는 단계를 포함할 수 있다(도 7 참조).
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들은 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
아래에서 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 구조체의 제조방법에 대해 설명한다.
인코더의 제조
먼저, 실리콘 기판 위에 희생층으로 사용될 옴니코트(Omnicoat; Microchem사)를 붓고 10초 동안 500 rpm, 30초 동안 2000 rpm의 조건으로 코팅하였다. 그 다음, 200℃의 핫플레이트(hotplate)에서 1분 동안 용매를 증발시키는 소프트 베이크(soft bake)를 수행하였다. 상기 옴니코트가 코팅된 실리콘 기판 위에 감광수지로서 SU-8 수지(SU-8 3025, Microchem사)를 붓고 10초간 500 rpm, 30초간 200 rpm의 조건으로 코팅하였다.
그 다음, 95℃의 핫플레이트에서 15분 동안 소프트 베이크를 수행한 후, 인코더 패턴이 미리 그려져 있는 마스크를 이용해 선택적으로 250 mJ UV 노광을 진행하였다. 이때 인코더의 패턴은 원형 인코더에 구멍이 생기도록 제작하였으며, 구멍의 크기는 한 변의 길이가 10 ㎛인 정사각형이었다.
노광 후 65℃의 핫플레이트에서 1분, 95℃의 핫플레이트에서 5분간 베이크(bake)를 진행한 다음, SU-8 현상액(developer, Microchem사)을 이용해 노광되지 않은 SU-8을 제거해주는 현상작업을 수행하였다. 그 다음, 다시 200 ℃의 핫플레이트에서 5분간 베이크를 진행하였다.
마지막으로, 상기 SU-8로 패턴이 입력된 실리콘 기판을 상기 희생층을 녹여내는 리무버 PG(Remover PG, Microchem사) 용액에 8시간 동안 담근 후 기판에서 떨어져 나온 인코더를 필터링 과정을 통해 증류수(D.I.Water)로 워싱하여 수집하였다.
마이크로 채널의 제조
먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 SU-8(제품명: 2050 제조사: MicroChem)을 포토리소그래피법(photolithography)를 이용해 두 채널이 직교하는 구간을 갖는 모양으로 채널을 패터닝을 하여 몰드를 제조했다. 그 다음 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 용액과 경화제(제품명: SYLGARD®184, 제조사: 다우하이텍실리콘)를 10:1로 혼합한 프레-폴리머 용액을 상기 SU-8을 사용하여 제조한 몰드 위에 부었다. 진공 챔버에서 60분간 가스를 제거한 다음 80℃의 오븐에 90분간 경화시키고 몰드로부터 분리하여 PDMS 마이크로 채널을 제조했다. 이때 채널의 너비는 120μm, 높이는 100μm였다.
인코더를 포함하는 마이크로 구조체의 제조
상기 수집된 인코더를 마이크로 구조체에 하기와 같은 방법으로 삽입하였다.
먼저, 용액 총 부피에 대하여 PEG700DA (제조사: Sigma Aldrich) 20 부피%, 폴리에틸렌글리콜 600(PEG 600) 40 부피%, 광개시제로 Darocur 1173(제조사: Sigma Aldrich) 5 부피%, 0.15 부피%의 트윈(tween)-20을 포함하는 3X TE 버퍼 35 부피%로 구성된 하이드로젤 용액에 상기 인코더를 넣었다.
그 다음, 상기 제조한 마이크로 채널의 직교하는 두 채널 중 한 채널에는 1.8 %의 크라이톡스®계면활성제(Krytox®surfactant, 제조사: Dupont)을 포함하는 FC(Fluorocarbon) 오일을 연속적으로 주입하고, 다른 한 채널에는 상기에서 제조한 인코더가 포함된 하이드로젤 용액을 불연속적으로 주입하여 직교하는 구간에서 상기 오일에 분산되도록 하는 플로우-포커싱(Flow-focusing) 방법으로 액적(droplet)형태의 구조체를 제조하였다. 이때 상기 FC 오일(Continuous Phase)과 하이드로겔 프레-폴리머 용액(Disperse phase)의 유량은 각각 300 ㎕/hr, 100 ㎕/hr 이었고, 제조된 액적의 입자크기는 120 ㎛였다.
그리고 상기 제조된 액적(droplet)형태의 구조체를 6~8 mW/cm2로 20분 동안 자외선(UV)을 조사하여 고형화(curing)하여, 인코더가 포함된 마이크로구조체를 제조하였다.
도 4는 상기 실험에서 마이크로 채널 내에서 인코더가 플로우-포커싱 방법으로 액적 내로 삽입되어 마이크로 구조체가 제조되는 과정을 순차적으로 촬영한 사진이며, 도 4의 네번째 그림(우측 하단)은 고형화 이 후에도 입자 내에 잘 자리잡고 있고 인코더의 위치가 밀도 차이에 의해 구조체의 아래쪽에 평평하게 자리잡고 있음을 확인할 수 있다. 이때 인코더의 밀도는 1.19 g/cm3이며 하이드로젤 용액의 밀도는 1 g/cm3였다. 또한 인코더가 마이크로 구조체 내에 존재하더라도 인코더 내의 10 ㎛2의 구멍까지 일반 현미경으로 확인할 수 있는 해상도를 지님을 확인할 수 있다.
1: 매트릭스
2: 인코더
3: 패턴

Claims (12)

  1. 매트릭스; 및
    상기 매트릭스 내에 위치한 바이오 어세이(bio-assay) 정보를 표지하는 패턴이 입력된 인코더;
    를 포함하고,
    상기 인코더는 상기 매트릭스를 구성하는 물질과의 밀도차로 인해 x축 방향으로 평행하게 위치하는 곡면 또는 평면 기판인,
    바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인코더는 상기 마이크로 구조체의 수직방향 위에서 상기 인코더에 입력된 패턴을 인식할 수 있도록 상기 마이크로 구조체 내에 x축 방향과 평행하게 위치한 곡면 또는 평면 기판인 바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 인코더는 상기 매트릭스를 구성하는 물질과 0.1g/cm3 이상 21.6 g/cm3 이하의 밀도차를 갖는 바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 인코더는 금속, 실리콘, 유리 및 폴리머(polymer) 중 하나 이상으로 이루어진 바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 인코더에 입력된 패턴은,
    인코더 자체의 형태;
    인코더 상에 형성된 하나 이상의 구멍의 배열; 및
    인코더 상에 증착 또는 코팅된 하나 이상의 불투명한 물질의 배열;
    중 하나 이상으로 구성된 패턴인 바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 불투명한 물질은 금속 및 감광수지 중 하나 이상을 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 불투명한 물질은 전도성 및 자성 중 하나 이상의 특성을 포함하는 물질인 바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스는 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트(Polyethylene Glycol-Diacrylate, PEG-DA), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PA) 및 아가로스(agarose) 중 하나 이상으로 이루어진 바이오 어세이용 마이크로 구조체.
  10. 바이오 어세이(bio-assay)용 마이크로 구조체를 제조하는 방법으로서,
    상기 마이크로 구조체는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 위치한 바이오 어세이 정보를 표지하는 패턴이 입력된 인코더를 포함하고,
    상기 마이크로 구조체의 제조방법은,
    인코더에 패턴을 입력하는 단계;
    상기 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 구조체 형성 용액을 제조하는 단계;
    직교하는 구간을 포함하는 두 개의 채널을 포함하는 마이크로 채널의 한 채널에 오일을 통과시키고 다른 한 채널에 상기 제조된 구조체 형성 용액을 통과시켜, 상기 직교하는 구간에서 상기 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 구조체 형성 용액을 오일상에 분산시켜 액적(droplet)형태의 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 구조체를 고형화시키는 단계;
    를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 인코더에 패턴을 입력하는 단계는,
    인코더의 형태를 변형하는 단계;
    인코더 상에 하나 이상의 구멍을 형성하며 배열하는 단계; 및
    인코더 상에 하나 이상의 불투명한 물질을 증착 또는 코팅하며 배열하는 단계;
    중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 액적 형태의 구조체를 형성하는 단계는 오일과 구조체 형성 용액의 각 유량을 조절함으로써 형성되는 상기 액적의 크기를 조절하는 단계를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체의 제조방법.
KR1020130144261A 2013-11-26 2013-11-26 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체 KR101530932B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130144261A KR101530932B1 (ko) 2013-11-26 2013-11-26 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130144261A KR101530932B1 (ko) 2013-11-26 2013-11-26 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150061125A KR20150061125A (ko) 2015-06-04
KR101530932B1 true KR101530932B1 (ko) 2015-06-25

Family

ID=53499175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130144261A KR101530932B1 (ko) 2013-11-26 2013-11-26 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101530932B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220032300A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 Genesystem Co., Ltd. Multiplex pcr chip and multiplex pcr method using same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020137059A1 (en) * 2001-01-26 2002-09-26 Lei Wu Microdevice containing photorecognizable coding patterns and methods of using and producing the same thereof
KR20040099098A (ko) * 2002-03-15 2004-11-26 소니 가부시끼 가이샤 바이오 어세이용 기판과 바이오 어세이 장치 및 판독 장치
KR101101310B1 (ko) * 2011-05-17 2011-12-30 서울대학교산학협력단 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법
KR101290648B1 (ko) * 2012-02-02 2013-07-29 서울대학교산학협력단 고형화제를 이용한 세균 고정, 약물 확산, 세균 단일 세포 추적과 이를 기반으로 한 빠른 약물 검사 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020137059A1 (en) * 2001-01-26 2002-09-26 Lei Wu Microdevice containing photorecognizable coding patterns and methods of using and producing the same thereof
KR20040099098A (ko) * 2002-03-15 2004-11-26 소니 가부시끼 가이샤 바이오 어세이용 기판과 바이오 어세이 장치 및 판독 장치
KR101101310B1 (ko) * 2011-05-17 2011-12-30 서울대학교산학협력단 코드화된 입자 기반의 플랫폼을 이용하는 분석방법
KR101290648B1 (ko) * 2012-02-02 2013-07-29 서울대학교산학협력단 고형화제를 이용한 세균 고정, 약물 확산, 세균 단일 세포 추적과 이를 기반으로 한 빠른 약물 검사 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220032300A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 Genesystem Co., Ltd. Multiplex pcr chip and multiplex pcr method using same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150061125A (ko) 2015-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. Droplet microarrays: from surface patterning to high‐throughput applications
US20180296982A1 (en) Polymer membranes having open through holes, and method of fabrication thereof
Hu et al. Versatile microfluidic droplets array for bioanalysis
WO2013110146A2 (en) Patterning device
CN104515737A (zh) 在微流体结构中产生化学物图案的方法
Dy et al. Fabricating microfluidic valve master molds in SU-8 photoresist
Manzoor et al. A review on microwell and microfluidic geometric array fabrication techniques and its potential applications in cellular studies
CN101274469A (zh) 微通道内微点阵列构建方法
Chen et al. Superhydrophilic–superhydrophobic patterned surfaces: From simplified fabrication to emerging applications
Zandi Shafagh et al. Reaction injection molding of hydrophilic-in-hydrophobic femtolitre-well arrays
WO2008127455A2 (en) Nanoarrays and methods and materials for fabricating same
CN104718153B (zh) 用于生产结构化的微载体的方法
KR101530932B1 (ko) 패턴이 입력된 인코더를 포함하는 바이오 어세이용 마이크로 구조체
EP2877423B1 (en) Method for producing microcarriers
CA2554126A1 (en) Fiber optic interrogated microfluidic device
KR101758145B1 (ko) 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자
Chen et al. Surface-tension-confined droplet microfluidics☆
KR102146284B1 (ko) 액체매개 패턴형성장치, 그 제조 방법, 이를 이용한 액체매개 패턴 형성 방법 및 액체매개 패턴
Ueda et al. Patterned superhydrophobic surfaces
EP2877425B1 (en) Method for producing microcarriers and for performing biological assays
Choi Evaporation-Driven Fast Crystallization of 3D Micro-and Nano-particle Assemblies via Micro Mechanical Systems
Hamidovic et al. A Novel Method for Fabricating Microfluidic Devices Containing Immobilized Biological Specimens
Raittinen Microfabricated single-cell capture technology
He Application of encoded microparticles fabricated by standard lithography on multiplexed bioassay
Choi Physicochemical surface interactions of nanoimprint lithography resists and imprinted pore membranes

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant