KR101632426B1 - 바이오 칩용 필라 구조체 - Google Patents

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Abstract

바이오 칩용 필라 구조체에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩용 필라 구조체는, 판상 구조를 가지는 기판부; 상기 기판부와 일체로 형성되고 상기 기판부의 하부면에서 하방으로 돌출되어 웰에 삽입되는 삽입 필라부; 및 상기 기판부와 일체로 형성되고 상기 삽입 필라부에 대응하여 상기 기판부의 상부면에서 상방으로 돌출되는 보상 필라부를 포함하여, 필라 구조체의 사출 성형 시 냉각 과정에서 발생하는 기판부의 부분적 함몰 현상을 방지하고, 현미경 이미지를 통한 시료 분석의 정확도 및 신뢰도를 개선한다.

Description

바이오 칩용 필라 구조체{Pillar structure for bio chip}
본 발명은 바이오 칩용 필라 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 필라 구조체의 사출 성형 시 냉각 과정에서 발생하는 기판부의 부분적 함몰 현상을 방지하고, 현미경 이미지를 통한 시료 분석의 정확도 및 신뢰도를 개선하는 바이오 칩용 필라 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 바이오 칩(bio chip)이란, 소형 기판상에 DNA, 단백질, 세포 등 생물학적 미세 물질에 해당하는 시료들을 배치하여 유전자 결함, 단백질 분포, 반응 양상 등을 분석하는 마이크로 칩(micro chip)을 말한다.
이러한 바이오 칩은, 기판에 다수의 필라가 형성된 필라 구조체와, 기판에 다수의 웰이 형성된 웰 구조체를 포함한다. 필라 구조체와 웰 구조체는 주로 수지 조성물 소재를 이용한 사출 성형 방식으로 제조된다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2013-0084394호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 단순히 판상의 기판 일면에 다수의 필라들이 돌출되는 필라 구조체를 사용하기 때문에, 필라 구조체의 사출 성형 후 냉각 과정에서 기판에 불균일한 수축이 일어나 함몰 부분들이 발생하는 문제가 있다.
또한, 한국 등록특허공보 제10-1218986호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 시료를 기판에 직접 배치하거나 단순한 기둥 형상의 필라에 배치하여 웰에 삽입하기 때문에, 바이오 칩에 외력, 진동 등이 가해지는 경우 시료 또는 필라가 웰의 측벽과 충돌하여 시료가 탈락되거나 손상되는 문제가 있다.
반면, 웰의 측벽과 필라 간의 충돌을 완화하기 위해 필라의 직경을 키우는 경우, 웰의 측벽과 필라 간의 간격이 좁아지기 때문에, 필라 삽입 시 웰 내의 공기가 미처 빠져나가지 못하고 웰에 채워져 있는 배양액에 기포를 발생시키는 문제가 있다. 이와 같이 배양액에 발생된 기포는 시료의 고사나 손상을 초래하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 필라 구조체의 사출 성형 시 냉각 과정에서 발생하는 기판부의 부분적 함몰 현상을 방지하고, 현미경 이미지를 통한 시료 분석의 정확도 및 신뢰도를 개선함은 물론, 필라 삽입 시 웰에 기포가 발생하는 것을 방지하면서도 웰의 측벽과 필라 간 충돌을 완화하는 바이오 칩용 필라 구조체를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 칩용 필라 구조체는, 판상 구조를 가지는 기판부; 상기 기판부와 일체로 형성되고 상기 기판부의 하부면에서 하방으로 돌출되어 웰에 삽입되는 삽입 필라부; 및 상기 기판부와 일체로 형성되고 상기 삽입 필라부에 대응하여 상기 기판부의 상부면에서 상방으로 돌출되는 보상 필라부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 보상 필라부는, 상기 삽입 필라부에 대한 직경의 비가 1 이상 1.3 이하의 범위에 해당하는 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 삽입 필라부는, 상기 기판부의 하부면에서 하방으로 돌출되는 제1 필라부; 및 상기 제1 필라부의 하부면에서 하방으로 돌출되고 시료가 배치되는 제2 필라부를 포함하고, 상기 제1 필라부는, 상기 웰의 직경보다 작고 상기 제2 필라부의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 보상 필라부는, 상기 제2 필라부에 대한 직경의 비가 1 이상 1.3 이하의 범위에 해당하는 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필라 구조체는, 복수의 삽입 필라부 및 상기 복수의 삽입 필라부에 각각 대응하는 복수의 보상 필라부를 포함하고, 상기 복수의 삽입 필라부 중 적어도 일부는, 상기 제1 필라부 및 상기 제2 필라부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 바이오 칩에 사용되는 필라 구조체의 기판부 일면에 삽입 필라부를 형성하고, 기판부의 타면에 삽입 필라부에 대응하는 보상 필라를 형성함으로써, 필라 구조체의 사출 성형 시 냉각에 의해 발생하는 기판부의 부분적 함몰 현상을 방지하고, 현미경 이미지를 통한 시료 분석의 정확도 및 신뢰도를 개선할 수 있다.
또한, 웰에 삽입되는 삽입 필라부의 상단부 직경이 시료가 배치되는 하단부 직경보다 큰 값을 가지도록 함으로써, 필라 삽입 시 웰에 기포가 발생하는 것을 방지하면서도 바이오 칩에 외력, 진동 등이 가해지는 경우 웰의 측벽과 삽입 필라부 간 충돌을 완화하고 삽입 필라부에 부착된 시료의 탈락을 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 바이오 칩의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 필라 구조체와 웰 구조체 간 결합 상태의 일례를 나타낸 단면도.
도 3은 사출 성형된 필라 구조체의 일례를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 필라 구조체의 형광 현미경 이미지를 나타낸 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라 구조체를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 필라 구조체를 나타낸 단면도.
도 7은 실제 구현된 필라 구조체의 일례를 나타낸 사진.
도 8은 본 발명에 따른 필라 구조체의 형광 현미경 이미지를 나타낸 사진.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명이 적용되는 바이오 칩의 일례가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 바이오 칩(100)은 필라 구조체(110)와 웰 구조체(120)를 포함한다. 일반적으로 필라 구조체(110)는, 판상의 기판(112) 일면에 다수의 필라(114)가 형성된 구조를 가진다. 필라(114)의 말단부에는 각각 DNA, 단백질, 세포 등 생물학적 미세 물질을 포함하는 시료가 배치된다. 웰 구조체(120)는, 판상의 기판(122) 일면에 필라 구조체(110)의 필라(114)가 삽입되는 다수의 웰(124)이 형성된 구조를 가진다. 웰(124)에는 각각 배양액이나 시약 등이 일정량 채워진다. 필라 구조체(110)는 웰 구조체(120)와의 결합을 통해 필라(114)에 배치된 시료를 웰(124) 내부에 위치시킨다. 한편, 웰 구조체(120)는 스페이서 부재(126)를 포함할 수 있다. 스페이서 부재(126)는, 필라 구조체(110)와 웰 구조체(120)의 결합면들 사이에 위치하여 필라 구조체(110)와 웰 구조체(120) 간 결합 시 웰(124)이 밀폐되는 것을 방지할 수 있다.
도 2에는 필라 구조체와 웰 구조체 간 결합 상태의 일례가 단면도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 필라 구조체(110)와 웰 구조체(120) 간 결합 시, 각각의 필라(114)는 그에 대응하는 위치에 형성된 웰(124)에 삽입되며, 필라(114)에 배치된 시료(116)는 웰(124) 내부의 배양액(128) 등에 담기게 된다. 일정 시간 경과 후, 실험자는 필라 구조체(110)의 필라(114)에 배치된 시료의 상태를 형광 현미경 등을 통해 분석하게 된다. 따라서, 필라 구조체(110)는 광 투과율이 우수한 수지 조성물 소재로 구성된다. 예컨대, 필라 구조체(110)는 폴리스티렌(Polystyrene), 말레산 무수물(Maleic Anhydride) 등을 포함하는 수지 조성물 소재로 구성될 수 있다. 한편, 실제 필라 구조체의 제조 시에는, 수지 조성물 소재를 용융한 후 사출하여 냉각시키는 사출 성형 방식이 이용된다.
도 3에는 사출 성형된 필라 구조체의 일례가 단면도로 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 필라 구조체(110)가 사출 성형 방식으로 제조되는 경우, 사출 후 냉각 과정에서 필라 구조체(110) 전체에서 수축이 일어난다. 이때, 필라 구조체(110)의 기판부(112) 하부면에 위치한 필라(114)의 수축량이 기판부(210)에 영향을 미치게 되며, 필라(114) 위쪽의 기판부(112) 상부면 부위(X)가 함몰되는 현상이 발생하게 된다. 이러한 기판부(112)의 함몰 부위(X)는, 광의 산란 내지 난반사를 일으키고 현미경 이미지를 왜곡하여 시료 분석을 어렵게 한다.
도 4에는 도 3에 도시된 필라 구조체의 형광 현미경 이미지가 사진으로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판부(112) 함몰 현상이 발생한 필라 구조체(110)의 필라(114) 말단부를 형광 현미경으로 관찰하면, 기판부(112)의 함몰 부분(X)에서 일어난 광의 산란 내지 난반사에 의해 암영 부분이 나타나는 등, 형광 현미경 이미지 상에 왜곡이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 바이오 칩에 새로운 구조의 필라 구조체를 적용하여, 필라 구조체의 사출 성형 시 발생하는 기판부 함몰 현상을 방지하고 바이오 칩을 이용한 시료 분석의 정확도 및 신뢰도를 개선한다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라 구조체가 단면도로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필라 구조체(200)는 기판부(210), 삽입 필라부(220), 및 보상 필라부(230)를 포함할 수 있다. 기판부(210)는, 판상 구조를 가지며 필라 구조체(200)의 기저를 이룬다.
삽입 필라부(220)는, 기판부(210)와 일체로 형성되고 기판부(210)의 하부면에서 하방으로 돌출되어, 필라 구조체(200)와 웰 구조체(예컨대, 도 1의 120) 간의 결합 시 웰 구조체의 웰(예컨대, 도 1의 124)에 삽입된다. 삽입 필라부(320)의 말단부에는 시료가 배치된다. 시료의 배치를 용이하게 하기 위해, 삽입 필라부(320)의 말단부에 소정 분산물질 층(미도시)이 도포될 수 있다. 이러한 분산물질 층은 배양액이나 시약 등의 투과가 가능한 다공성 물질로 이루어진다. 예컨대, 분산물질 층은 졸-겔(sol-gel), 하이드로겔(hydrogel), 알지네이트 겔(alginate gel), 유기겔(Organogel), 크세로겔(Xerogel), 또는 콜라겐(collagen) 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 시료는 분산물질 층에 분산되어 배치된다.
보상 필라부(230)는, 기판부(210)와 일체로 형성되고 삽입 필라부(220)에 대응하여 기판부(210)의 상부면에서 상방으로 돌출된다. 이와 같이, 보상 필라부(230)가 기판부(210)의 함몰 예상 부분에 배치되어 사출 후 냉각 시 발생하는 삽입 필라부(220)의 수축량을 보상함으로써, 기판부(210)의 함몰 현상을 방지할 수 있다.
이 경우, 보상 필라부(230)는, 삽입 필라부(220)에 대한 직경의 비가 1 이상 1.3 이하의 범위에 해당하는 직경을 가질 필요가 있다. 예컨대, 보상 필라부(230)의 직경(b)이 삽입 필라부(220) 직경(a)보다 작은 경우, 즉 삽입 필라부(220)에 대한 보상 필라부(230)의 직경 비(b/a)가 1 미만인 경우, 보상 필라부(230)와 기판부(210) 측에서 삽입 필라부(220)의 말단부를 통해 현미경 렌즈로 들어오는 광들 간에 경로 차가 발생하여 현미경 이미지의 왜곡이 발생할 수 있다. 반면, 보상 필라부(230)의 직경(b)이 삽입 필라부(220) 직경(a)의 1.3배보다 큰 경우, 즉 삽입 필라부(220)에 대한 보상 필라부(230)의 직경 비(b/a)가 1.3을 초과하는 경우, 바이오 칩의 고집적화를 어렵게 하고 불필요한 재료 손실을 초래함은 물론, 오히려 보상 필라부(230)의 상부면이 함몰되는 현상이 발생할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 필라 구조체가 단면도로 도시되어 있다. 도 7에는 실제 구현된 필라 구조체의 일례가 사진으로 도시되어 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 필라 구조체(300)는 기판부(310), 삽입 필라부(320), 및 보상 필라부(330)를 포함한다. 기판부(310), 삽입 필라부(320), 및 보상 필라부(330)는 각각, 도 5의 기판부(210), 삽입 필라부(220), 및 보상 필라부(230)에 대응하는 것이다.
유의할 점은, 삽입 필라부(320)가 제1 필라부(322)와 제2 필라부(324)를 포함한다는 것이다. 제1 필라부(322)는, 기판부(310)의 하부면에서 하방으로 돌출된다. 제2 필라부(324)는, 제1 필라부(322)의 하부면에서 하방으로 돌출되고, 그 말단부에 시료가 배치된다. 이러한 제1 필라부(322)와 제2 필라부(324)는, 삽입 필라부(320)에 단차를 형성한다. 즉, 제1 필라부(322)는, 삽입되는 웰의 직경보다 작고 제2 필라부(324)의 직경(a)보다 큰 직경(c)을 가진다.
앞서 언급한 바와 같이, 삽입 필라부(320)가 단순한 기둥 현상으로 구성되는 경우, 바이오 칩에 가해지는 외력, 진동 등에 의해 웰의 측벽에 삽입 필라부가 충돌하여 시료가 탈락되거나 손상될 수 있다. 반면, 웰의 측벽과 삽입 필라 간의 충돌을 완화하기 위해 삽입 필라부의 직경을 키우는 경우, 웰의 측벽과 필라 간의 간격이 좁아져서, 삽입 필라부의 삽입 시 웰 내의 공기가 미처 빠져나가지 못하고 웰에 채워져 있는 배양액에 기포를 발생시키게 된다. 배양액에 발생된 기포는 시료의 고사나 손상을 초래하게 된다.
따라서, 웰에 삽입되는 삽입 필라부(320)의 상단부(322) 직경(c)이 시료가 배치되는 하단부(324) 직경(a)보다 큰 값을 가지도록 구성함으로써, 삽입 필라부의 삽입 시 웰에 기포가 발생하는 것을 방지하면서도, 웰의 측벽과 삽입 필라부 간 충돌을 완화할 수 있다.
이 경우, 보상 필라부(330)는, 제2 필라부(324)에 대한 직경의 비가 1 이상 1.3 이하의 범위에 해당하는 직경을 가질 수 있다.
한편, 필라 구조체(300)는, 소정 면적의 기판부(310)에 복수의 삽입 필라부 및 상기 복수의 삽입 필라부에 각각 대응하는 복수의 보상 필라부를 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 삽입 필라부 전체가 단차를 가질 필요는 없으므로, 복수의 삽입 필라부 중 적어도 일부만, 제1 필라부(322) 및 제2 필라부(324)를 포함하여 단차를 가지도록 구성될 수 있다. 예컨대, 필라 구조체(300)의 기판부(310)에 형성된 m×n 개의 삽입 필라부들 중, 최외각에 위치한 삽입 필라부들 또는 사각형 기판부(310)의 각 모서리 부분에 위치한 삽입 필라부들만 제1 필라부(322) 및 제2 필라부(324)를 포함하고, 나머지 삽입 필라부(320)들은 일반적인 기둥 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들과 관련하여 본 명세서에 기술된 ‘상부면’과 ‘하부면’, 또는 ‘상방’과 ‘하방’은, 삽입 필라부와 보상 필라부의 상대적 위치 및 구조를 나타내기 위해 상대적인 개념으로 사용된 것이다.
도 8에는 본 발명에 따른 필라 구조체의 형광 현미경 이미지가 사진으로 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 필라 구조체의 경우, 도 4와는 달리 형광 현미경 이미지에 암영 부분 등의 왜곡이 발생하지 않음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 필라 구조체는 보상 필라부가 기판부의 함몰 예상 부분에 배치되어, 필라 구조체의 사출 후 냉각 시 발생하는 삽입 필라부의 수축량을 보상함으로써, 기판부 함몰 현상과 이로 인한 현미경 이미지의 왜곡을 방지하고, 현미경 이미지를 통한 시료 분석의 정확도 및 신뢰도를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 웰에 삽입되는 삽입 필라부의 상단부 직경이 시료가 배치되는 하단부 직경보다 큰 값을 가지도록 함으로써, 필라 삽입 시 웰에 기포가 발생하는 것을 방지하면서도 바이오 칩에 외력, 진동 등이 발생하는 경우 웰의 측벽과 삽입 필라부 간 충돌을 완화하고 삽입 필라부에 부착된 시료의 탈락을 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 다양한 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200 : 필라 구조체 210 : 기판부
220 : 삽입 필라부 230 : 보상 필라부
300 : 필라 구조체 310 : 기판부
320 : 삽입 필라부 322 : 제1 필라부
324 : 제2 필라부 330 : 보상 필라부

Claims (5)

  1. 사출 성형 방식에 의해 일체로 제조되는 바이오 칩용 필라 구조체에 있어서,
    판상 구조를 가지는 기판부;
    상기 기판부와 일체로 형성되고 상기 기판부의 하부면에서 하방으로 돌출되어 웰에 삽입되는 삽입 필라부; 및
    상기 기판부와 일체로 형성되고 상기 삽입 필라부에 대응하여 상기 기판부의 상부면에서 상방으로 돌출되는 보상 필라부를 포함하는 바이오 칩용 필라 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보상 필라부는, 상기 삽입 필라부 직경에 대한 직경 비가 1 이상 1.3 이하의 범위에 해당하는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 바이오 칩용 필라 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 삽입 필라부는,
    상기 기판부의 하부면에서 하방으로 돌출되는 제1 필라부; 및
    상기 제1 필라부의 하부면에서 하방으로 돌출되고 말단부에 시료가 배치되는 제2 필라부를 포함하고,
    상기 제1 필라부는, 상기 웰의 직경보다 작고 상기 제2 필라부의 직경보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 바이오 칩용 필라 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보상 필라부는, 상기 제2 필라부 직경에 대한 직경 비가 1 이상 1.3 이하의 범위에 해당하는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 바이오 칩용 필라 구조체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 필라 구조체는, 복수의 삽입 필라부 및 상기 복수의 삽입 필라부에 각각 대응하는 복수의 보상 필라부를 포함하고,
    상기 복수의 삽입 필라부 중 적어도 일부는, 상기 제1 필라부 및 상기 제2 필라부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 칩용 필라 구조체.
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