KR101718951B1 - Biomolecular preconcentration device and fabrication method thereof - Google Patents

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KR101718951B1
KR101718951B1 KR1020160082500A KR20160082500A KR101718951B1 KR 101718951 B1 KR101718951 B1 KR 101718951B1 KR 1020160082500 A KR1020160082500 A KR 1020160082500A KR 20160082500 A KR20160082500 A KR 20160082500A KR 101718951 B1 KR101718951 B1 KR 101718951B1
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reaction membrane
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KR1020160082500A
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이정훈
이경재
한성일
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광운대학교 산학협력단
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    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
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    • B01L3/502761Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for concentrating biomolecules, and a method for manufacturing the same. The apparatus can be manufactured at low costs by using a significantly simple method where substances such as cellulose paper and a selective ion transmission membrane forming a membrane, a reservoir, and a channel are cut to be attached.

Description

생체 분자 농축 장치 및 그 제조방법{BIOMOLECULAR PRECONCENTRATION DEVICE AND FABRICATION METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a biomolecule concentration apparatus,

본 발명은 생체 분자 농축 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 멤브레인(membrane), 레저버(reservoir), 채널(channel) 등을 이루는 물질을 커팅하여 붙이는 매우 단순한 방법으로 저비용 제조가 가능한 생체 분자 농축 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biomolecule thickening apparatus and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a biomolecule thickening apparatus and a method of manufacturing the same, in which a biomolecule thickening apparatus capable of producing a low- And a manufacturing method thereof.

현대 의학은 단순하게 수명을 연장하는 것이 아니라, 건강하게 오래 사는 건강수명의 연장을 실현하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 미래의학은 치료의학 중심이 아니라, 예방의학(Preventive Medicine), 예측의학(Predictive Medicine), 맞춤의학(Personalized Medicine)의 3P를 구현하는 것으로 패러다임이 변화하고 있다. 이를 구체적으로 실현하기 위해서는 질병의 조기발견 및 조기 치료 등이 매우 중요한 수단이 되고 있으며, 이를 위한 수단으로서 바이오마커(biomarker)에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.Modern medicine aims not only to extend life span, but also to prolong the healthy lifetime. Therefore, future medicine is not centered on therapeutic medicine, but paradigm is changing by implementing 3P of Preventive Medicine, Predictive Medicine, and Personalized Medicine. Early identification and early treatment of diseases are becoming very important means to achieve this specifically, and biomarkers have been actively studied as a means to achieve this.

바이오마커는 정상이나 병적인 상태를 구분할 수 있거나 치료반응을 예측할 수 있고 객관적으로 측정할 수 있는 표지자를 말한다. 바이오마커에는 핵산 DNA, RNA(유전자), 단백질, 지방질, 대사물질 등과 그 패턴의 변화 등이 이용되고 있다. 즉, 당뇨병의 진단을 위한 혈중 포도당 같은 간단한 물질부터 글리벡의 치료 타겟인 만성골수성백혈병의 BCR-ABL 유전자 융합 같은 유전자 등이 모두 바이오마커에 해당하며 임상에서 실제적으로 사용하는 바이오마커이다.A biomarker is a marker that can distinguish between normal or pathological conditions, or can be predicted and objectively measured. Biomarkers include nucleic acid DNA, RNA (genes), proteins, lipids, metabolites, and their pattern changes. In other words, biomarkers such as BCR-ABL gene fusion of chronic myelogenous leukemia, which is a therapeutic target of Gleevec from the simple substance such as blood glucose for diagnosis of diabetes, are biomarkers practically used in clinical practice.

DNA(Deoxyribonucleic Acid)는 핵내에 존재하는 유전자 물질이며, 유전자는 생물체가 생성하는 단백질의 종류를 결정해주는 화학 정보가 저장된 곳이다. 인체를 구성하는 정보들은 DNA를 분석함으로써 파악할 수 있으며, 질병의 예방 및 치료를 위하여 다양한 DNA 분석 기법이 연구 개발 및 활용되고 있다. DNA를 이용하여 질병을 분석하기 위해서는 PCR(Polymerase Chain Reaction)이라는 유전자 증폭기술을 사용하고 있다. PCR은 DNA의 이중나선을 연속적으로 분리시켜 생긴 단일가닥을 새로운 이중나선을 만드는 원본으로 사용하기 위하여 열에 안정한 DNA 중합효소로 가열 및 냉각을 반복하는 것으로서, 우선 DNA에 열을 가하여 2개의 사슬로 나눈다. 이것에 '프라이머(primer)'라고 하는 짧은 DNA를 추가하여 냉각하면 프라이머가 DNA에 결합하게 된다. 이것에 DNA 폴리머라아제(Polymerase)라는 효소를 더하면 프라이머 부분이 출발점이 되어 DNA가 복제된다. 이 '가열 및 냉각'이라고 하는 1사이클로 DNA는 2배가 된다. 이것을 수십 회 반복하면 약 1시간에 DNA는 수십억 배로 불어난다. DNA (Deoxyribonucleic Acid) is a genetic material that exists in the nucleus, and a gene is a place where chemical information that determines the kind of protein that an organism produces is stored. The information constituting the human body can be grasped by analyzing the DNA, and various DNA analysis techniques are being researched and utilized for the prevention and treatment of diseases. To analyze disease using DNA, gene amplification technology called PCR (Polymerase Chain Reaction) is used. PCR is a method of repeating heating and cooling with a thermostable DNA polymerase to use a single strand produced by sequential separation of a double strand of DNA as an original to make a new double strand. First, heat the DNA and divide it into two chains . Add a short DNA called "primer" to this and cool it so that the primer binds to the DNA. When an enzyme called DNA polymerase is added to this, the primer part becomes the starting point and the DNA is replicated. The DNA is doubled in one cycle called "heating and cooling". Repeating this dozens of times will cause DNA to multiply in billions of times in about an hour.

단백질(protein)은 아미노산(amino acid)이라고 하는 비교적 단순한 분자들이 연결되어 만들어진 복잡한 분자로, 대체적으로 분자량이 매우 큰 편이다. 단백질을 이루고 있는 아미노산에는 약 20 종류가 있는데, 이 아미노산들이 화학결합을 통해 서로 연결되어 폴리펩티드(polypeptide)를 만든다. 이때 아미노산들의 결합을 펩티드결합이라 하며, 이러한 펩티드결합이 여러(poly-)개 존재한다는 뜻에서 폴리펩티드라 부른다. 넓은 의미에서 단백질도 폴리펩티드라 할 수 있으며, 일반적으로는 분자량이 비교적 작으면 폴리펩티드라 하고, 분자량이 매우 크면 단백질이라고 한다. 이와 같은 단백질은 생물체의 몸을 구성하는 대표적인 분자이며, 세포 내의 각종 화학반응의 촉매 역할과 면역(免疫)을 담당하는 물질이다. 단백질은 이처럼 생체를 구성하고 생체내의 반응 및 에너지 대사에 참여하는 매우 중요한 유기물이다. Protein is a complex molecule made up of relatively simple molecules called amino acids, and is generally very large in molecular weight. There are about 20 kinds of amino acids that make proteins. These amino acids are connected to each other through chemical bonds to form polypeptides. In this case, the binding of amino acids is referred to as a peptide bond, and the peptide bond is referred to as a polypeptide. Proteins in a broad sense can also be called polypeptides. In general, a polypeptide having a relatively small molecular weight is referred to as a polypeptide, and a protein having a very large molecular weight is referred to as a protein. Such a protein is a representative molecule that constitutes the body of an organism, and is a substance that acts as a catalyst for various chemical reactions in a cell and immunity (immunity). Proteins are very important organisms that constitute living organisms and participate in in vivo reactions and energy metabolism.

상기와 같은 DNA 또는 단백질을 분석하여 암 또는 질병의 발연 및 진행 정도를 파악할 수 있다. 특히 암 등의 난치병 조기진단과 치료를 위해서는 혈액 속에 들어 있는 단백질 중 정상세포가 암세포로 발전하는 초기 단계에서 미세한 변화를 보이는 지표 단백질을 찾아내는 혈액지문분석 기법이 알려져 있다. 혈액지문분석이란, 암의 유무에 따라 인체의 대사 물질들이 변화될 수 있다는데 착안하여, 암환자들의 혈액 내에 존재하는 대사 물질들의 질량분석데이터를 종합적으로 분석해 패턴의 변화추이를 통해 암 발생 여부를 진단하는 기법이다. 혈액지문분석은 혈액으로부터 곧바로 암 발생 여부를 진단할 수 있어 신속하게 정보를 획득할 수 있다는 장점이 있다.By analyzing the DNA or protein as described above, it is possible to grasp the fuming and progress of the cancer or disease. In particular, for the early diagnosis and treatment of intractable diseases such as cancer, a blood fingerprint analysis technique is known in which an indicator protein showing minute changes in the initial stage of normal cells in the blood is developed into cancer cells. Blood fingerprint analysis is a comprehensive analysis of the metabolism data of metabolites present in the blood of cancer patients, taking into account that metabolites of the human body can change depending on the presence or absence of cancer. . Blood fingerprint analysis can diagnose cancer directly from blood, so it can acquire information quickly.

그러나, 현재 단백질 분석을 위한 기술 및 소자들은 나노 기술을 이용함으로써 소자의 제작이 어렵고 비교적 고가이어서 보급화 되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 단백질 분석 장치에 고감도의 센서가 필요하거나 적은 양의 샘플로는 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있다. 한편 최근에는 나노기술과 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술의 발전으로 이를 단일의 유체 소자 내에 나노 구조물로 패터닝하여 적은 양의 시료만으로도 필요로 하는 물질을 신속히 분리 및 정제할 수 있게 되었으며, 이러한 기술들을 생명공학 및 의료공학 분야에 적용하고자 하는 노력들이 활발히 이루어지고 있다. 또한, 발전된 MEMS/NEMS 기술은 보다 정밀하게 나노구조물을 원하는 위치에 수 나노의 오차한계로 패터닝할 수 있게 되었으며, 이러한 기술은 미세유체채널과 결합되어 미세종합분석시스템(micro total analysis system; μ-TAS) 또는 랩온어칩 (Lab-on-a-chip)으로 활발히 연구되고 있다.However, the present technology and devices for protein analysis have difficulties in manufacturing devices by using nanotechnology, and they are relatively expensive and difficult to be popularized. In addition, there is a disadvantage in that a high-sensitivity sensor is required for a protein analyzer or it is difficult to perform accurate analysis with a small amount of samples. In recent years, development of nanotechnology and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology has enabled it to rapidly separate and purify necessary materials with only a small amount of sample by patterning it into a single nano structure in a fluid device. Biotechnology and medical engineering are actively engaged in efforts to apply them. In addition, advanced MEMS / NEMS technology enables more precise patterning of nanostructures at desired locations with error tolerances of a few nanometers. This technology is combined with microfluidic channels to provide a micro total analysis system (μ- TAS) or lab-on-a-chip.

특히 유리나 기타 무겁고 비싼 재료를 이용하여 적은 양의 샘플 시료에서도 생체 분자를 농축하여 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 생체 분자 농축 장치를 구현하는 방식이 알려져 있으며, 이는 분석 대상 물질을 좁은 관이나 얇은 판을 통해 확산시키면서 일정 위치에 표적 물질을 농축할 수 있도록 막을 형성하는 방식이다. 하지만 이러한 방식들은 농축 장치의 제조가 어렵거나 많은 비용이 들어가고 농축 장치가 크고 무겁거나 취급이 불편한 점 등의 문제점이 있다.In particular, a method of realizing a biomolecule concentration apparatus capable of enhancing detection accuracy by concentrating biomolecules in a small amount of sample by using glass or other heavy and expensive materials is known. This is because the analyte is a narrow tube or a thin plate And the film is formed so as to concentrate the target material at a predetermined position while diffusing the target material. However, these methods are problematic in that it is difficult to manufacture a thickening apparatus, a large amount of money is put into the apparatus, a thickening apparatus is large and heavy, and handling is inconvenient.

한국 공개 특허 제 10-2015-0083722호 (2015.08.20 공개)Korean Patent Publication No. 10-2015-0083722 (published on Aug. 20, 2015)

본 발명의 목적은 멤브레인(membrane), 레저버(reservoir), 채널(channel) 등을 이루는 선택적 이온 투과 멤브레인(ion perm-selective membrane), 셀룰로오스 페이퍼(cellulose paper) 등의 물질을 커팅하여 붙이는 매우 단순한 방법으로 저비용 제조가 가능한 생체 분자 농축 장치를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a very simple and economical method of cutting and attaching materials such as a membrane, a reservoir, a channel, etc., an ion perm-selective membrane, a cellulose paper, Which can be produced at low cost.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 생체 분자 농축 장치 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a biomolecule concentration apparatus for achieving the above object.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 생체 분자 농축 장치는, 일직선 상에 서로 이격되어 형성된 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들; 및 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이와 양끝에 하나씩 패턴되어 형성된 다공성 멤브레인을 포함하고, 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들의 양끝에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 버퍼 레저버이고, 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 반응 멤브레인인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for concentrating biomolecules comprising: two patterned selective ion-permeable membranes formed on a straight line; And a porous membrane formed between the selective ion-permeable membranes and patterned at both ends, wherein the porous membrane formed at both ends of the selective ion-permeable membranes is a buffer reservoir, the porous membrane formed between the selective ion- The membrane is characterized by being a reaction membrane.

상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 각각의 단부가 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들과 접하는 쪽에서 일부 오버랩되도록 형성된 것을 특징으로 한다.And the buffer reservoir and the reaction membrane are formed such that their ends partially overlap each other on the side in contact with the selective ion-permeable membranes.

상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 컷팅(cutting)에 의한 패턴 형성 후 부착되거나, 소수성 물질을 이용한 패터닝에 의해 형성된 것을 특징으로 한다. The buffer reservoir and the reaction membrane are formed by patterning by cutting or by patterning using a hydrophobic material.

상기 선택적 이온 투과 멤브레인들은, 컷팅(cutting)에 의한 패턴 형성 후 부착되거나, 마이크로플로우 패터닝(microflow patterning) 또는 피펫팅(pipetting)의 기법으로 형성된 것을 특징으로 한다. The selective ion-permeable membranes may be attached after forming a pattern by cutting, or formed by a technique of microflow patterning or pipetting.

상기 반응 멤브레인에 생체 분자를 농축하기 위해 양끝의 각 상기 버퍼 레저버에 전원이 인가되고, 상기 반응 멤브레인에 상기 생체 분자가 포함된 샘플 시료가 투여되는 것을 특징으로 한다. Power is applied to each of the buffer reservoirs at both ends to concentrate biomolecules on the reaction membrane, and a sample sample containing the biomolecule is administered to the reaction membrane.

상기 다공성 멤브레인으로 형성되며, 상기 반응 멤브레인으로부터 연장된 부분과 일측이 연결된 채널; 및 상기 채널의 타측에 상기 다공성 멤브레인으로 형성되며, 상기 채널의 폭 보다 좀 더 큰 폭으로 이루어진 부분을 갖는 소정의 모양으로 형성된 샘플 주입 멤브레인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. A channel formed from the porous membrane and connected to the portion extending from the reaction membrane; And a sample injection membrane formed of the porous membrane on the other side of the channel and formed in a predetermined shape having a portion having a larger width than the width of the channel.

상기 반응 멤브레인에 생체 분자를 농축하기 위해 양끝의 각 상기 버퍼 레저버에 전원을 인가되고, 상기 샘플 주입 멤브레인에 상기 생체 분자가 포함된 샘플 시료가 투여되는 것을 특징으로 한다. And power is applied to each of the buffer reservoirs at both ends to concentrate the biomolecules on the reaction membrane, and a sample sample containing the biomolecule is administered to the sample injection membrane.

상기 채널의 양측 단부 위로 상기 반응 멤브레인으로부터 연장된 부분 및 상기 샘플 주입 멤브레인의 일부와 오버랩되도록 형성된 것을 특징으로 한다. A portion extending from the reaction membrane on both side ends of the channel, and a portion of the sample injection membrane.

상기 반응 멤브레인, 상기 채널 및 상기 샘플 주입 멤브레인은 일체형으로 형성된 것을 특징으로 한다. The reaction membrane, the channel, and the sample injection membrane are integrally formed.

상기 생체 분자 농축 장치는 기지정된 기판 상에 상기 이온 투과 멤브레인들 및 상기 다공성 멤브레인을 고정하기 위한 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The biomolecule concentration apparatus further comprises an ion-permeable membrane on the pre-designated substrate and an adhesive layer for fixing the porous membrane.

상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 셀룰로오스 페이퍼로 이루어진 것을 특징으로 한다. The buffer reservoir and the reaction membrane are made of cellulose paper.

상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 생체 분자 농축 장치의 제조 방법은, 일직선 상에 서로 이격되도록 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들을 형성하는 단계; 및 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이와 양끝에 하나씩 패턴된 다공성 멤브레인을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들의 양끝에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 버퍼 레저버이고, 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 반응 멤브레인인 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a biomolecule concentration apparatus, comprising: forming two patterned selective ion-permeable membranes on a straight line to be spaced apart from each other; And forming a patterned porous membrane between the selective iontophoretic membranes and one at each end, wherein the porous membrane formed at both ends of the selective iontophoretic membranes is a buffer reservoir, and the selective iontophoretic membrane The porous membrane formed is a reaction membrane.

따라서, 본 발명의 생체 분자 농축 장치는, 기존과 같이 왁스 패터닝(wax-patterning), 디핑(dipping), 소킹(soaking) 등의 소수성 물질을 패터닝 혹은 적시는 과정이 필요 없이, 멤브레인(membrane), 레저버(reservoir), 채널(channel) 등을 이루는 선택적 이온 투과 멤브레인(ion perm-selective membrane), 셀룰로오스 페이퍼(cellulose paper) 등의 다공성 멤브레인(Porous membrane)을 커팅하여 커팅하여 붙이는 매우 간단한 방법으로 저비용 제조가 가능하다.Therefore, the biomolecule concentration apparatus of the present invention can be used as a biomolecule concentrating apparatus without any need of patterning or wetting a hydrophobic substance such as wax-patterning, dipping, soaking, It is a very simple way to cut and paste porous membranes such as ion perm-selective membrane and cellulose paper that make reservoirs and channels, It is possible to manufacture.

또한, 본 발명의 생체 분자 농축 장치에서, 반응 멤브레인(reaction membrane)은 다양한 방식(예, Inkjet printing, pipetting, soaking 등)으로 단백질 또는 항체들을 고정화하고 전혈(whole blood)에서 분리된 혈장(plasma) 내의 항원이 되는 단백질(protein)을 농축함으로써, 실시간 현장 진단이 가능한 고감도의 농축기를 제공할 수 있다. 기존의 종이기반 농축기에서는 비색분석(colorimetric assay)의 반응 멤브레인 영역의 반응을 육안으로 양성 혹은 음성 반응을 판별함에 있어서 제한이 있었지만, 본 발명은 수 ng 이하의 전혈 내의 단백질(biomarker)을 수 천 배 이상 농축하여 육안으로도 반응 판별이 용이하고 조기 질병 검출 및 진단이 가능하다.In the biomolecule concentration apparatus of the present invention, the reaction membrane may be formed by immobilizing proteins or antibodies in various ways (e.g., inkjet printing, pipetting, soaking, etc.) and separating plasma from whole blood. It is possible to provide a highly sensitive concentrator capable of real-time field diagnosis by concentrating the protein as an antigen in the sample. In the conventional paper-based concentrator, there is a limitation in discriminating the positive or negative reaction of the reaction membrane region of the colorimetric assay visually. However, the present invention is not limited to a method of detecting a protein (biomarker) It is easy to identify the reaction even with the naked eye, and early disease detection and diagnosis are possible.

그리고, 본 발명의 생체 분자 농축 장치에서, 빠른 시간에 생체 분자의 고농축이 가능하므로 다중화(multiplexing) 분석기술로 확장이 용이하며, 사람 혈청(human serum)이나 전혈(whole blood) 등에서의 단백질 등 생체 분자의 농축에 활용이 가능하고, 적절한 하우징(housing)을 통하여 임신진단키트와 같은 래피드 키트(rapid kit), 또는 혈당센서와 같은 카트리지 형태로도 구현이 용이하여 스마트폰 등 이동통신 단말기와의 연동 기술을 편리하게 접목시킬 수 있다.Further, in the biomolecule concentration apparatus of the present invention, it is possible to expand biomolecules in a high concentration in a short period of time, so that it can be easily expanded by a multiplexing analysis technique, and a living body such as a protein in human serum or whole blood It can be used for concentration of molecules and can be easily implemented in the form of a cartridge such as a rapid kit such as a pregnancy diagnostic kit or a blood glucose sensor through an appropriate housing and interlocked with a mobile communication terminal such as a smart phone Technology can be conveniently applied.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분자 농축 장치의 측면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 생체 분자 농축 장치를 설명하기 위한 분해 사시도와 상면도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 생체 분자 농축 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 생체 분자 농축 장치의 구현 예와 실제 농축 동작에 대한 실험 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 분자 농축 장치를 나타낸다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 생체 분자 농축 장치를 이용하여 서로 다른 조건의 혈청 샘플에 대해 실험을 수행한 결과를 나타낸다.
1 is a side view of a biomolecule concentration apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows an exploded perspective view and a top view for explaining the biomolecule concentration apparatus of Fig. 1. Fig.
FIG. 3 is a view for explaining a manufacturing method of the biomolecule concentration apparatus of FIG. 1;
Fig. 4 shows an embodiment of the biomolecule concentration apparatus of Fig. 1 and an experimental example of actual concentration operation.
5 shows a biomolecule concentration apparatus according to another embodiment of the present invention.
6A and 6B show results of experiments on serum samples of different conditions using the biomolecule concentration apparatus of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분자 농축 장치의 측면도를 나타내고, 도 2는 도 1의 생체 분자 농축 장치를 설명하기 위한 분해 사시도와 상면도를 나타낸다.FIG. 1 is a side view of a biomolecule concentration apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view and a top view for explaining a biomolecule concentration apparatus of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 생체 분자 농축 장치(100)는, 기판(10), 기판(10) 상에 부착되는 양면 테이프 등의 접착층(20), 접착층(20) 상의 일직선 상에 서로 이격되어 형성/부착되는 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들(ion perm-selective membrane)(30) 및 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들(30) 사이와 양끝에 하나씩 패턴되어 형성/부착된 다공성 멤브레인들(Porous membrane)(40)을 포함하되, 패턴된 다공성 멤브레인들(40)은 선택적 이온 투과 멤브레인들(30)과 접하는 쪽에서 각각의 단부가 선택적 이온 투과 멤브레인(30) 위로 일부 오버랩(overlap)되도록 형성/부착된다. 다공성 멤브레인들(40) 중 양끝의 부착된 페이퍼는 버퍼 레저버(reservoir)(41, 42), 다공성 멤브레인들(40) 중 중앙에 형성/부착된 페이퍼는 반응 멤브레인(reaction membrane)(45)로서 동작한다.1 and 2, a biomolecule concentration apparatus 100 according to the present invention includes a substrate 10, an adhesive layer 20 such as a double-faced tape adhered on the substrate 10, / RTI > are formed and patterned one at each end and between two patterned selective ion-permeable membranes (30) and two patterned selective ion-permeable membranes (30) formed / Wherein the patterned porous membranes 40 have respective ends that are in contact with the selective iontransmitting membranes 30 partially overlapping the selective iontophoretic membranes 30, overlap. The attached paper at both ends of the porous membranes 40 are buffer reservoirs 41 and 42 and the paper formed / attached at the center among the porous membranes 40 is a reaction membrane 45 .

여기서, 다공성 멤브레인(40)은 대표적인 일 예로 셀룰로오스 페이퍼(cellulose paper)로 구현될 수 있으며, passive capillary force를 형성할 수 있는 다른 종류의 물질로도 다공성 멤브레인이 구현될 수 있다. 또한, 이하에서 선택적 이온 투과 멤브레인(30)이 2개의 패턴된 경우를 예로 들어 설명하지만, 경우에 따라 일직선 상에 더 많은 수가 패턴되어 부착될 수도 있음을 미리 밝혀 둔다. Here, the porous membrane 40 may be formed of cellulose paper as a representative example, or a porous membrane may be formed of other materials capable of forming a passive capillary force. In the following, the case where the selective iontophoretic membrane 30 is two patterns is described as an example, but it is noted in advance that a larger number may be attached in a pattern on a line in some cases.

기판(10)은 생체 분자 농축을 위한 동작을 수행하는 구성 요소는 아니며, 생체 분자 농축 장치(100)가 안정된 형태를 유지할 수 있도록 하는 지지판으로서의 역할을 수행한다. 따라서 지지판으로 기능할 수 있는 다양한 재료가 기판(10)으로 이용될 수 있다. 기판(10)은 글래스 기판, PC(Polycarbonate) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 플라스틱 기판, 또는 실리콘 기판 등으로 구현될 수 있으나, 본 발명에서는 일예로 유리로 구현된 것으로 가정한다.The substrate 10 is not a component for performing the operation for concentration of biomolecules but serves as a supporting plate for allowing the biomolecule concentration apparatus 100 to maintain a stable shape. Thus, a variety of materials that can serve as support plates can be used as the substrate 10. The substrate 10 may be a glass substrate, a plastic substrate such as polycarbonate (PC) or polydimethylsiloxane (PDMS), a silicon substrate, or the like.

접착층(20) 또한 생체 분자 농축을 수행하기 위한 구성요소가 아니라, 실제 생체 분자 농축 기능을 수행하는 선택적 이온 투과 멤브레인(30)과 다공성 멤브레인(40)을 기판에 부착하여 흔들림없이 안정된 형상을 유지하도록 한다. 접착층(20)은 선택적 이온 투과 멤브레인(30)과 다공성 멤브레인(40)을 기판(10)에 부착하여 고정시킬 수 있는 다양한 재료가 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 사용의 편의성과 비용 등을 고려하여 일예로 양면 테이프(double-sided tape)가 접착층(20)으로 이용되는 것으로 가정한다.The adhesive layer 20 is not a component for performing biomolecule enrichment but attaches the selective ion-permeable membrane 30 and the porous membrane 40, which perform an actual biomolecule concentration function, to the substrate to maintain a stable shape without shaking do. Various materials capable of attaching and fixing the selective ion-permeable membrane 30 and the porous membrane 40 to the substrate 10 may be used as the adhesive layer 20. However, in consideration of convenience in use and cost, It is assumed that a double-sided tape is used as the adhesive layer 20.

선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 마이크로플로우 패터닝(microflow patterning)이나 피펫팅(pipetting) 기법을 이용하여 접착층(20)에 직접 기지정된 패턴에 따라 소정의 두께와 길이를 갖는 나피온(Nafion) 멤브레인으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 저비용으로 용이하게 제조가 가능한 생체 분자 농축 장치를 제공하는 것을 특징으로 하고 있으므로, 미리 형성된 나피온 멤브레인을 컷팅(cutting)하여 패턴을 형성하고 접착층(20)에 부착하는 것이 바람직하다. 선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 수백나노에서 수십 마이크로미터의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 수십에서 수백 마이크로 미터의 폭을 갖는 사각 패턴으로 형성될 수 있다. 선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 나피온 이외에도 polystyrene sulfonate (PSS), polyallylamine hydrochloride (PAH) 등의 고분자 전해질(polyelectrolyte)로도 구현될 수 있으며, 선택적으로 이온 투과가 가능한 물질이라면 어떠한 물질로 구현되더라도 무방하다.The selective ion permeable membrane 30 may be formed by a Nafion membrane having a predetermined thickness and length according to a predetermined pattern directly applied to the adhesive layer 20 using microflow patterning or pipetting techniques . However, the present invention is characterized by providing a biomolecule concentration apparatus that can be easily manufactured at low cost, and therefore it is preferable to cut a previously formed Nafion membrane to form a pattern and adhere to the adhesive layer 20 . The selective iontophoretic membrane 30 may be formed to have a thickness of several hundred nanometers to tens of micrometers and may be formed in a rectangular pattern having a width of tens to hundreds of micrometers. The selective ion permeable membrane 30 may be formed of polyelectrolyte such as polystyrene sulfonate (PSS) or polyallylamine hydrochloride (PAH) in addition to Nafion, and may be formed of any material that is selectively permeable to ions .

선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 특정 이온 물질을 선택적으로 투과시키는 막으로서 나노 필터(nano filter)의 기능을 수행하는 나노 채널(nano channel)을 구현하기 위한 구성요소이다. 선택적 이온 투과막(ipsm)은 일예로 양성자(proton)를 선택하여 투과시키는 나노 필터로서 기능할 수 있다. 선택적 이온 투과 멤브레인(30)이 나피온(nafion)으로 구현되는 경우, 나피온의 화학 구조 중 SO3-로 인해서 H+ 이온이 호핑(hopping) 및 비히클 기전(vehicle mechanism)(K. -D. Kreuer, Chem. Mater. 1996, 8, 610-641)에 의하여 선택적으로 빠르게 투과되도록 한다. 따라서, 선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 나노 필터의 기능을 수행할 수 있다.The selective ion-permeable membrane 30 is a membrane for selectively transmitting a specific ion material, and is a component for implementing a nano channel that performs a function of a nano filter. The selective ion permeable membrane (ipsm) can function as a nanofilter for selectively transmitting a proton, for example. When the selective ion-permeable membrane 30 is implemented as a nafion, H + ions in the Nafion's chemical structure, due to SO3-, may cause hopping and vehicle mechanism (K.D. Kreuer, Chem. Mater. 1996, 8, 610-641). Accordingly, the selective ion-permeable membrane 30 can perform the function of a nanofilter.

다공성 멤브레인들(40) 중 양단에 부착되는 버퍼 레저버(41, 42)는 전극을 통해 외부 전압을 인가받아 선택적 이온 투과 멤브레인들(30)과 다공성 멤브레인들(40)에 전위차를 발생한다. 버퍼 레저버(41, 42)에는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 와이어를 통해 외부로부터 각각 서로 다른 전압 레벨을 갖는 제1 전압(V1, 예를 들어 접지 전압) 및 제2 전압(V2)이 인가되도록 구성될 수도 있으나, 외부 전원과 연결될 수 있도록 박막전극이 미리 구비되어 있을 수도 있다.The buffer reservoirs 41 and 42 attached to both ends of the porous membranes 40 receive an external voltage through the electrodes to generate a potential difference between the selective ion permeable membranes 30 and the porous membranes 40. As shown in FIG. 2 (b), the buffer reservoirs 41 and 42 are connected to a first voltage (V1, for example, a ground voltage) and a second voltage V2 may be applied, but a thin film electrode may be provided in advance to be connected to an external power source.

한편, 선택적 이온 투과 멤브레인들(30) 사이에 부착되는 반응 멤브레인(45)은 양단의 선택적 이온 투과 멤브레인(30)과 접하는 쪽에서 일부가 위로 오버랩되어 중첩되도록 부착된다. 반응 멤브레인(45)에 전혈, 혈청 등 샘플 시료가 투여될 수 있고, 샘플 시료에 포함된 다양한 물질들 중 표적 물질을 제외한 물질들은 버퍼 레저버(41, 42)로 빠져 나가면서 표적 물질(예, 단백질)이 반응 멤브레인(45)에 농축되도록 동작한다.On the other hand, the reaction membrane 45 attached between the selective ion-permeable membranes 30 is partially overlapped and attached so as to overlap with the selective ion-permeable membrane 30 at both ends. A sample sample such as whole blood or serum can be administered to the reaction membrane 45 and the substances other than the target substance among the various substances included in the sample sample can be released to the buffer reservoir 41 or 42, Protein) is concentrated on the reaction membrane 45.

예를 들어, 반응 멤브레인(45)에 혈액 샘플이 투여되면, 반응 멤브레인(45)과 선택적 이온 투과 멤브레인(30)이 중첩된 영역에서, 선택적 이온 투과 멤브레인(30)의 표면에 혈액 유체가 접촉되면서 둘 사이에 서로 다른 성질의 유도 전하가 발생한다. 이와 같이 유체 내에 발생한 유도 전하들이 존재하는 특정한 층을 전기 이중층(EDL: Electric Double Layer)이라고 한다. 이때 양단에 배치된 버퍼 레저버(41, 42)에 외부 전원이 인가되어 전압차가 발생하면, 전압차에 따른 전기장에 의해 유체 내에 존재하는 이온들이 각 이온의 전기적 성질과 반대인 전극쪽으로 이끌리게 된다. 이와 같이 이온들이 전기적 성질에 따라서 반응 멤브레인(45) 내에서 움직이면서 점성력에 의해 유체 입자들을 같이 이끌고 가게 된다. 따라서 전체적인 유체의 유동이 발생하게 되며, 이와 같은 유체의 이동현상을 전기삼투(EOF: electro-osmosis flow)라고 하고, 이온의 움직임을 전기영동(EP: electrophoresis)이라 한다.For example, when the blood sample is administered to the reaction membrane 45, in the region where the reaction membrane 45 and the selective ion permeable membrane 30 overlap, the blood fluid contacts the surface of the selective ion permeable membrane 30 Induced charges of different nature occur between the two. A specific layer in which induced charges generated in the fluid exist is called an electric double layer (EDL). At this time, when an external power source is applied to the buffer reservoirs 41 and 42 disposed at both ends to generate a voltage difference, the ions in the fluid are attracted to the electrode opposite to the electrical properties of the ions due to the electric field corresponding to the voltage difference . In this way, the ions move in the reaction membrane 45 according to their electrical properties, and lead the fluid particles together by the viscous force. Therefore, the flow of the whole fluid occurs, and the movement of the fluid is called electro-osmosis flow (EOF), and the movement of ions is called electrophoresis (EP).

이러한 전기영동(Capillary electrophoresis) 및 전기삼투(electro-osmosis)의 특성은 선택적 이온 투과막(ipsm)으로 구현된 나노 채널 근처에서 그 특성이 달라져, 이온 농도 분극(ion concentration polarization : ICP)이 발생한다. 따라서, 나노 채널로서 기능하는 선택적 이온 투과 멤브레인(30)과 중첩 배치된 반응 멤브레인(45)의 반응 영역에서 음극쪽에는 이온 결핍(depletion)이 발생하고, 양극쪽에서는 이온 농축(enrichment)이 발생하게 된다. 이때, 결핍된 낮은 이온농도와 그에 따른 높은 전기장에 의해 결핍 영역(depletion zone)이 전하(charge)를 띈 단백질에 대해 일종의 전기적 장벽(electric barrier)으로 작용을 하게 된다. 그 결과 단백질은 결핍 영역을 통과하지 못하고 그 앞에 농축된다. 즉 표적 물질인 단백질이 반응 멤브레인(45) 내의 결핍 영역 앞에 매우 빠른 시간에 농축된다. 이온 농도 분극에 의한 결핍 영역의 크기는 시료의 이온 농도 분극이 진행됨에 따라 확장되므로, 표적 물질인 단백질은 반응 멤브레인(45)에서 이온 투과 멤브레인(30)과 중첩된 양끝단부이 아닌 가운데 영역에서 농축이 된다.The characteristics of capillary electrophoresis and electro-osmosis vary depending on the nanochannel implemented by the selective ion-permeable membrane (ipsm), resulting in ion concentration polarization (ICP) . Therefore, ion depletion occurs on the cathode side and ion enrichment occurs on the anode side in the reaction region of the selective ion-permeable membrane 30 functioning as a nano channel and the reaction membrane 45 disposed in an overlapped manner do. At this time, the depletion zone acts as an electric barrier to charged proteins due to the deficient low ion concentration and thus the high electric field. As a result, the protein does not pass through the deficiency area and is concentrated before it. That is, the target protein, is concentrated in a very short time before the deficiency region in the reaction membrane 45. Since the size of the depletion region due to the ion concentration polarization expands as the ion concentration polarization of the sample progresses, the protein as the target substance is concentrated in the reaction membrane 45 at a region other than the ends of the iontophoresis membrane 30, do.

도 3은 도 1의 생체 분자 농축 장치(100)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining the production method of the biomolecule concentration apparatus 100 of FIG.

도 3을 참조하면, 먼저, S100 단계와 같이, 글래스, 플라스틱, 또는 실리콘 등의 재질로 이루어진 적절한 기판(10)을 준비하고, 기판(10) 상에 양면 테이프 등과 같은 접착층(20)을 형성 또는 고정한다.3, an appropriate substrate 10 made of glass, plastic, silicon, or the like is prepared and an adhesive layer 20 such as a double-sided tape is formed on the substrate 10, Fixed.

다음에, S200 단계와 같이, 접착층(20) 상의 일직선 상에 서로 이격되도록 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들(30)을 형성 또는 부착한다. 선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 나피온(Nafion), polystyrene sulfonate (PSS), polyallylamine hydrochloride (PAH) 등의 고분자 전해질(polyelectrolyte) 등의 재질로 이루어지며, 이외에도 선택적으로 이온 투과가 가능한 물질이라면 어떠한 물질로 구현되더라도 무방하다. 선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 소정의 두께와 폭 및 길이를 갖도록 위와 같은 재질의 멤브레인을 컷팅(cutting)하여 패턴을 형성하고 접착층(20)에 부착하는 것이 바람직하다. 이외에도 선택적 이온 투과 멤브레인(30)은 마이크로플로우 패터닝(microflow patterning)이나 피펫팅(pipetting) 등의 기법을 이용하여 패턴을 소정의 패턴을 갖도록 형성될 수도 있다.Next, as in step S200, two patterned selective ion-permeable membranes 30 are formed or attached so as to be spaced apart from each other on a straight line on the adhesive layer 20. [ The selective ion permeable membrane 30 is made of a material such as polyelectrolyte such as Nafion, polystyrene sulfonate (PSS), and polyallylamine hydrochloride (PAH). In addition, any material capable of selectively ion- . It is preferable that the selective ion-permeable membrane 30 is formed by cutting a membrane of the material having a predetermined thickness, width, and length, and is attached to the adhesive layer 20. In addition, the selective ion-permeable membrane 30 may be formed to have a predetermined pattern using a technique such as microflow patterning or pipetting.

다음에, S300 단계와 같이, 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들(30) 사이와 그 양끝에 하나씩 패턴된 다공성 멤브레인들(40)을 형성 또는 부착한다. 이때, 패턴된 다공성 멤브레인들(40)은 선택적 이온 투과 멤브레인들(30)과 접하는 쪽에서 각각의 단부가 선택적 이온 투과 멤브레인(30) 위로 일부 오버랩(overlap)되도록 형성 또는 부착된다. 다공성 멤브레인들(40) 중 양끝의 부착된 페이퍼는 버퍼 레저버(reservoir)(41, 42)으로 동작하고, 다공성 멤브레인들(40) 중 중앙에 부착된 페이퍼는 반응 멤브레인(reaction membrane)(45)로서 동작한다. 다공성 멤브레인(40)에 해당하는 셀룰로오스 페이퍼들은 소정의 두께와 폭 및 길이를 갖도록 컷팅(cutting)하여 패턴을 형성하고 부착하는 것이 바람직하다. 이외에도 다공성 멤브레인들(40)은 소수성 물질(예, 왁스, 테프론, 톨루엔, silane 등)을 이용한 패터닝 기술에 의해 형성될 수도 있다.Next, as in step S300, porous membranes 40 are formed or attached between the two patterned selective iontransmitting membranes 30 and patterned on both ends thereof. At this time, the patterned porous membranes 40 are formed or attached so that their ends partially overlap the selective ion-permeable membrane 30 on the side in contact with the selective ion-permeable membranes 30. The attached paper at both ends of the porous membranes 40 acts as buffer reservoirs 41 and 42 and the paper attached to the center of the porous membranes 40 is fed to a reaction membrane 45, . It is preferable that the cellulose paper corresponding to the porous membrane 40 is cut to have a predetermined thickness, width, and length to form and attach the pattern. Alternatively, the porous membranes 40 may be formed by a patterning technique using a hydrophobic material (e.g., wax, teflon, toluene, silane, etc.).

이후, S400 단계와 같이, 버퍼 레저버(41, 42)에는 서로 다른 전압 레벨을 갖는 제1 전압(V1, 예를 들어 접지 전압) 및 제2 전압(V2)을 인가하고, 반응 멤브레인(45)에 전혈, 혈청 등 샘플 시료를 투여하여 생체 분자를 농축할 수 있게 된다.Thereafter, as in step S400, a first voltage (e.g., a ground voltage) and a second voltage V2 having different voltage levels are applied to the buffer reservoirs 41 and 42, A sample sample such as whole blood or serum can be administered to concentrate biomolecules.

도 4는 도 1의 생체 분자 농축 장치(100)의 구현 예와 실제 농축 동작에 대한 실험 예를 나타낸다. 도 4의 410은 반응 멤브레인(45)에 샘플 시료가 투여된 상태의 사진이며, 도 4의 420은 샘플 시료가 투여되고, 버퍼 레저버(41, 42)에제1 전압 및 제2 전압(V2)을 인가된3분 후에 반응 멤브레인(45)에 표적 물질(예, 단백질) 농축된 모습을 보여주는 사진이다. FIG. 4 shows an embodiment of the biomolecule concentration apparatus 100 of FIG. 1 and an experimental example of actual concentration operation. 4 is a photograph of a state in which a sample sample is injected into the reaction membrane 45, 420 in FIG. 4 is a sample in which a sample sample is injected and a first voltage V2 and a second voltage V2 are applied to the buffer reservoir 41, (E.g., protein) in the reaction membrane 45 after 3 minutes of application.

도 4와 같이, 버퍼 레저버(41, 42)에 서로 다른 전압 레벨을 갖는 제1 전압(V1, 예를 들어 접지) 및 제2 전압(V2)을 인가하고, 반응 멤브레인(45)에 전혈, 혈청 등 샘플 시료를 투여하면, 이때 위에서 기술한 바와 같은 전기영동(Capillary electrophoresis) 및 전기삼투(electro-osmosis) 등의 원리에 따라, 샘플 시료에 포함된 다양한 물질들 중 표적 물질을 제외한 물질들은 버퍼 레저버(41, 42)로 빠져 나가면서 표적 물질(예, 단백질)이 반응 멤브레인(45)에 농축될 수 있다. 이때 표적 물질은 상기한 바와 같이, 결핍 영역의 앞에 농축되므로, 420에 도시된 바와 같이 반응 멤브레인(45)의 일측단이 아니라 가운데 영역에 농축된다.The first voltage V1 and the second voltage V2 having different voltage levels are applied to the buffer reservoirs 41 and 42 as shown in FIG. Serum, and the like, according to principles such as electrophoresis (electrophoresis) and electro-osmosis as described above, substances other than the target substance among the various substances included in the sample sample are stored in the buffer The target substance (e.g., protein) can be concentrated on the reaction membrane 45 while escaping into the reservoirs 41 and 42. At this time, as described above, the target substance is concentrated in the middle region, not at one side of the reaction membrane 45, as shown at 420, since it is concentrated before the deficiency region.

본 발명에서는 시료인 수 ng 이하의 전혈 내에서 표적 물질인 단백질(biomarker)을 이온 농도 분극(ion concentration polarization : ICP)을 통해 분리하고 수 천 배 이상 농축할 수 있으므로 육안으로도 반응 판별이 용이하고 조기 질병 검출 및 진단이 가능함을 확인할 수 있다.In the present invention, a biomarker, which is a target substance, can be separated through ion concentration polarization (ICP) and concentrated more than a thousand times in whole blood of several ng or less as a sample, Early disease detection and diagnosis can be confirmed.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 분자 농축 장치(200)를 나타낸다.FIG. 5 shows a biomolecule concentration apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 분자 농축 장치(200)는, 도 2에서와 같이 기판(10), 접착층(20), 선택적 이온 투과 멤브레인들(30), 다공성 멤브레인들(40)을 포함한다. 다만, 여기서는 다공성 멤브레인들(40)은 버퍼 레저버(41, 42), 반응 멤브레인 (45) 이외에도 채널(48)과 샘플 주입 멤브레인(sample injection membrane)(49)을 더 포함한다.Referring to FIG. 5, the biomolecule concentration apparatus 200 according to another embodiment of the present invention includes a substrate 10, an adhesive layer 20, selective ion-permeable membranes 30, porous membranes (40). The porous membranes 40 further include a channel 48 and a sample injection membrane 49 in addition to the buffer reservoirs 41 and 42 and the reaction membrane 45.

즉, 반응 멤브레인(45)은 선택적 이온 투과 멤브레인(30)과 중첩되는 방향에 수직한 방향으로 일부 연장된 부분(또는 돌기 부분)을 가지며, 상기 연장된 부분은 미리 형성되거나 부착된 채널(48)의 일측 단부의 위로 일부가 오버랩되도록 형성되거나 부착된다. 샘플 주입 멤브레인(49)은 채널(48)의 타측 단부의 위로 일부(예, 돌기 부분)가 오버랩되도록 형성되거나 부착된다. 샘플 주입 멤브레인(49)은 전혈 등 샘플 시료를 투여하기 위한 부분으로서, 채널(48)의 폭 보다는 좀 더 큰 폭으로 이루어진 부분을 갖는 소정의 모양(예, 사각형, 원형)으로 형성될 수 있으며, 도 5와 같이 채널(48)과 오버랩되는 부분을 위하여 돌기 부분을 포함할 수 있다.That is, the reaction membrane 45 has a portion (or protrusion portion) partially extending in a direction perpendicular to the direction overlapping the selective iontophoretic membrane 30, A part of which is overlapped with or overlapped with one end of one end portion of the frame. The sample injection membrane 49 is formed or attached such that a portion (e.g., a projection) over the other end of the channel 48 overlaps. The sample injection membrane 49 may be formed in a predetermined shape (e.g., a rectangular or circular shape) having a portion having a larger width than the width of the channel 48, As shown in FIG. 5, may include a protruding portion for a portion overlapping with the channel 48.

버퍼 레저버(41, 42), 반응 멤브레인(45), 채널(48), 샘플 주입 멤브레인(49)을 포함하는 다공성 멤브레인들(40)은 모두 같은 소정의 두께로 이루어질 수 있으며, 일 예로 셀룰로오스 페이퍼(cellulose paper)로 구현될 수 있다.The porous membranes 40 including the buffer reservoirs 41 and 42, the reaction membrane 45, the channel 48 and the sample injection membrane 49 may all be of the same predetermined thickness, for example, (cellulose paper).

이와 같이 생체 분자 농축 장치(200)의 제조를 위하여, 다공성 멤브레인들(40)의 형성/부착 공정에서는, 버퍼 레저버(41, 42)와 채널(48)을 미리 형성/부착한 후, 반응 멤브레인(45), 샘플 주입 멤브레인(49)을 위와 같은 해당 위치에 형성/부착하는 2단계로 이루어질 수 있다. 여기서, 버퍼 레저버(41, 42)는 채널(48), 반응 멤브레인(45), 샘플 주입 멤브레인(49)을 형성/부착한 후에 형성/부착될 수도 있다. In order to manufacture the biomolecule concentration device 200, the buffer reservoirs 41 and 42 and the channel 48 are formed / attached in advance in the process of forming / attaching the porous membranes 40, (45), and a sample injection membrane (49) at the corresponding positions as described above. Here, the buffer reservoirs 41 and 42 may be formed / attached after forming / attaching the channel 48, the reaction membrane 45, and the sample injection membrane 49.

다만, 경우에 따라서는 채널(48)을 미리 형성/부착하지 않고, 반응 멤브레인(45), 채널(48), 샘플 주입 멤브레인(49)을 일체형으로 형성/부착할 수도 있다. 이때에는, 버퍼 레저버(41, 42)를 형성/부착한 후 상기 일체형을 형성/부착할 수도 있고, 상기 일체형을 먼저 형성/부착한 후 버퍼 레저버(41, 42)를 형성/부착할 수도 있다. However, the reaction membrane 45, the channel 48, and the sample injection membrane 49 may be integrally formed / attached without previously forming / attaching the channel 48 in some cases. At this time, it is also possible to form / attach the buffer reservoirs 41 and 42 and then form / attach the integrated type, or to form / attach the buffer reservoirs 41 and 42 after forming / have.

셀룰로오스 페이퍼와 같은 다공성 멤브레인(40)으로 형성되는 반응 멤브레인(45), 채널(48), 샘플 주입 멤브레인(49)은, 위에서도 기술한 바와 같이, 컷팅(cutting)에 의한 패턴 형성 후 부착될 수도 있고, 소수성 물질을 이용한 패터닝에 의해 형성될 수도 있다. The reaction membrane 45, the channel 48 and the sample injection membrane 49 formed of a porous membrane 40 such as a cellulose paper may be attached after patterning by cutting as described above , Or may be formed by patterning using a hydrophobic substance.

도 5에서도, 버퍼 레저버(41, 42)에 서로 다른 전압 레벨을 갖는 제1 전압(V1, 예를 들어 접지) 및 제2 전압(V2)을 인가하고, 샘플 주입 멤브레인(49)에 전혈 등 샘플 시료를 투여하면, 샘플 시료는 채널(48)을 따라 반응 멤브레인(45)으로 흐른다. 반응 멤브레인(45)에서는 위에서 기술한 바와 같은 전기영동(Capillary electrophoresis) 및 전기삼투(electro-osmosis) 등의 원리에 따라, 샘플 시료에 포함된 다양한 물질들 중 표적 물질을 제외한 물질들이 버퍼 레저버(41, 42)로 빠져 나가도록 한다. 이에 따라 표적 물질(예, 단백질)이 반응 멤브레인(45)에 농축될 수 있다. 본 발명에서는 시료인 수 ng 이하의 전혈 내에서 표적 물질인 단백질(biomarker)을 이온 농도 분극(ion concentration polarization : ICP)을 통해 분리하고 수 천 배 이상 농축할 수 있으므로 육안으로도 반응 판별이 용이하고 조기 질병 검출 및 진단이 가능하다.5, the first voltage (V1, for example, ground) and the second voltage (V2) having different voltage levels are applied to the buffer reservoirs 41 and 42, Upon administration of the sample sample, the sample sample flows along the channel 48 to the reaction membrane 45. In the reaction membrane 45, substances other than the target substance among the various substances included in the sample sample are separated by a buffer reservoir (not shown) according to the principle of electrophoresis (electrophoresis) and electro-osmosis as described above 41, 42). So that the target substance (e.g., protein) can be concentrated on the reaction membrane 45. In the present invention, a biomarker, which is a target substance, can be separated through ion concentration polarization (ICP) and concentrated more than a thousand times in whole blood of several ng or less as a sample, Early disease detection and diagnosis are possible.

도 6 은 본 발명의 생체 분자 농축 장치(100/200)를 이용하여 서로 다른 조건의 혈청(serum) 샘플에 대해 실험을 수행한 결과를 나타낸다.FIG. 6 shows the results of conducting experiments on serum samples of different conditions using the biomolecule concentration apparatus (100/200) of the present invention.

도 6의 (a)는 0.4x 사람 혈청(serum) 샘플 2μl를 투여하여 10분 후에 반응 멤브레인(45)에 농축된 단백질에 대하여 발광 분광 분석법 등에 의한 발광강도와 농축 농도를 비교한 결과이다. (a)는 버퍼 레저버(41, 42) 사이에 50 ~ 100V의 전압을 소정의 스텝(예, 10V 스텝)으로 인가한 경우, 100V의 전압을 인가할 때의 최대 발광강도(peak)와 평균 발광강도(mean) 및 농축 농도를 나타내었다. (a)와 같이, 최대 발광강도(peak)에서의 10분 후의 농축 농도(15.5μM)가 샘플 투여 시작 시의 농축 농도(1.55μM)에 비하여 10배 높게 나타남을 알 수 있다. 6 (a) is a result of comparison of the concentration of the protein concentrated in the reaction membrane 45 after 10 minutes with the addition of 2 μl of 0.4 × human serum sample, and the concentration of the protein by emission spectrometry. (a) shows the relationship between the maximum light emission intensity (peak) when applying a voltage of 100 V and the average light emission intensity (average) when a voltage of 50 V to 100 V is applied between the buffer reservoirs 41 and 42 in a predetermined step The luminescence intensity (mean) and the concentration concentration are shown. it can be seen that the concentration (15.5 μM) after 10 minutes at the maximum luminescence intensity peak is 10 times higher than the concentration (1.55 μM) at the start of the sample administration, as shown in FIG.

(b)는 1.0x 사람 혈청(serum) 샘플 2μl를 투여하여 10분 후에 반응 멤브레인(45)에 농축된 단백질에 대하여 발광 분광 분석법 등에 의한 발광강도와 농축 농도를 비교한 결과이다. (b)와 같이, 버퍼 레저버(41, 42) 사이에 75V의 전압을 인가할 때의 농축 농도(4.65μM)가 10분 후에 버퍼 레저버(41, 42) 사이에 50V의 전압을 인가할 때의 농축 농도(1.55μM)에 비하여 3배 높게 나타남을 알 수 있다. (b) is a result of comparison of the concentration of the protein concentrated in the reaction membrane 45 after 10 minutes with the concentration of the luminescence intensity and the concentration of the protein by emission spectroscopic analysis, after 2 μl of 1.0 × human serum sample was administered. a voltage of 50 V is applied between the buffer reservoirs 41 and 42 after 10 minutes by the concentration of 4.65 mu M when a voltage of 75 V is applied between the buffer reservoirs 41 and 42 as shown in Fig. (1.55 μM) at the time of the experiment.

상술한 바와 같이, 따라서, 본 발명의 생체 분자 농축 장치(100/200)는, 기존과 같이 왁스 패터닝(wax-patterning), 디핑(dipping), 소킹(soaking) 등의 소수성 물질을 패터닝 혹은 적시는 과정이 필요 없이, 멤브레인(membrane), 레저버(reservoir), 채널(channel) 등을 이루는 선택적 이온 투과 멤브레인(ion perm-selective membrane)과 셀룰로오스 페이퍼(cellulose paper) 등의 다공성 멤브레인(Porous membrane)을 커팅하여 붙이는 매우 간단한 방법으로 저비용 제조가 가능하다. 또한, 본 발명의 생체 분자 농축 장치(100/200)에서, 반응 멤브레인(45)은 다양한 방식(예, Inkjet printing, pipetting, soaking 등)으로 단백질 또는 항체들을 고정화하고 전혈(whole blood)에서 분리된 혈장(plasma) 내의 항원이 되는 단백질(protein)을 농축함으로써, 실시간 현장 진단이 가능한 고감도의 농축기를 제공할 수 있다. 기존의 종이기반 농축기에서는 비색분석(colorimetric assay)의 반응 멤브레인 영역의 반응을 육안으로 양성 혹은 음성 반응을 판별함에 있어서 제한이 있었지만, 본 발명은 수 ng 이하의 전혈 내의 단백질(biomarker)을 수 천 배 이상 농축하여 육안으로도 반응 판별이 용이하고 조기 질병 검출 및 진단이 가능하다.As described above, the biomolecule concentration apparatus (100/200) of the present invention can be applied to a conventional method of patterning or wetting a hydrophobic substance such as wax-patterning, dipping, soaking or the like A porous membrane such as an ion perm-selective membrane and a cellulose paper, which form a membrane, a reservoir, a channel, and the like, Cutting and attaching is very simple and low cost manufacturing is possible. In addition, in the biomolecule concentration apparatus (100/200) of the present invention, the reaction membrane 45 is formed by immobilizing proteins or antibodies in various ways (e.g., inkjet printing, pipetting, soaking, It is possible to provide a highly sensitive concentrator capable of real-time field diagnosis by concentrating proteins that become antigens in the plasma. In the conventional paper-based concentrator, there is a limitation in discriminating the positive or negative reaction of the reaction membrane region of the colorimetric assay visually. However, the present invention is not limited to a method of detecting a protein (biomarker) It is easy to identify the reaction even with the naked eye, and early disease detection and diagnosis are possible.

그리고, 본 발명의 생체 분자 농축 장치(100/200)에서, 빠른 시간에 생체 분자의 고농축이 가능하므로 다중화(multiplexing) 분석기술로 확장이 용이하며, 사람 혈청(human serum)이나 전혈(whole blood) 등에서의 단백질 등 생체 분자의 농축에 활용이 가능하고, 적절한 하우징(housing)을 통하여 임신진단키트와 같은 래피드 키트(rapid kit), 또는 혈당센서와 같은 카트리지 형태로도 구현이 용이하여 스마트폰 등 이동통신 단말기와의 연동 기술을 편리하게 접목시킬 수 있다.In the biomolecule concentration apparatus (100/200) of the present invention, biomolecules can be highly concentrated in a short period of time. Therefore, it is easy to expand by a multiplexing analysis technique, and human serum or whole blood, And can be used for enrichment of biomolecules such as proteins in a blood vessel or the like and can be easily implemented in the form of a cartridge such as a rapid kit such as a pregnancy diagnostic kit or a blood glucose sensor through an appropriate housing, It is possible to conveniently combine the interworking technique with the communication terminal.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위 뿐아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the essential characteristics of the invention. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all technical ideas which are equivalent to or equivalent to the claims, as well as the following claims, are deemed to be included in the scope of the present invention .

기판(10)
접착층(20)
선택적 이온 투과 멤브레인(30)
다공성 멤브레인(40)
버퍼 레저버(41, 42)
반응 멤브레인(45)
채널(48)
샘플 주입 멤브레인(49)
Substrate (10)
The adhesive layer (20)
The selective ion permeable membrane (30)
The porous membrane (40)
The buffer reservoirs 41 and 42,
The reaction membrane (45)
Channel 48
Sample Injection Membrane (49)

Claims (22)

일직선 상에 서로 이격되어 형성된 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들; 및
상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이와 양끝에 하나씩 패턴되어 형성된 다공성 멤브레인을 포함하고,
상기 선택적 이온 투과 멤브레인들의 양끝에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 버퍼 레저버이고, 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 반응 멤브레인인 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
Two patterned selective iontophoretic membranes formed in a line and spaced apart from each other; And
And a porous membrane formed between the selective ion-permeable membranes and patterned at both ends,
Wherein the porous membrane formed at both ends of the selective ion-permeable membranes is a buffer reservoir, and the porous membrane formed between the selective ion-permeable membranes is a reaction membrane.
제1항에 있어서,
상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 각각의 단부가 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들과 접하는 쪽에서 일부 오버랩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the buffer reservoir and the reaction membrane are formed such that the ends of the buffer reservoir and the reaction membrane partially overlap each other at a side in contact with the selective ion-permeable membranes.
제1항에 있어서,
상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 컷팅(cutting)에 의한 패턴 형성 후 부착되거나, 소수성 물질을 이용한 패터닝에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the buffer reservoir and the reaction membrane are formed after pattern formation by cutting or by patterning using a hydrophobic substance.
제1항에 있어서,
상기 선택적 이온 투과 멤브레인들은, 컷팅(cutting)에 의한 패턴 형성 후 부착되거나, 마이크로플로우 패터닝(microflow patterning) 또는 피펫팅(pipetting)의 기법으로 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the selective ion-permeable membranes are attached after patterning by cutting, or formed by a technique of microflow patterning or pipetting.
제1항에 있어서,
상기 반응 멤브레인에 생체 분자를 농축하기 위해 양끝의 각 상기 버퍼 레저버에 전원이 인가되고, 상기 반응 멤브레인에 상기 생체 분자가 포함된 샘플 시료가 투여되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 1,
Wherein power is applied to each of the buffer reservoirs at both ends to concentrate biomolecules on the reaction membrane, and a sample sample containing the biomolecule is administered to the reaction membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 멤브레인으로 형성되며, 상기 반응 멤브레인으로부터 연장된 부분과 일측이 연결된 채널; 및
상기 채널의 타측에 상기 다공성 멤브레인으로 형성되며, 상기 채널의 폭 보다 좀 더 큰 폭으로 이루어진 부분을 갖는 소정의 모양으로 형성된 샘플 주입 멤브레인
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 1,
A channel formed from the porous membrane and connected to the portion extending from the reaction membrane; And
A sample injection membrane formed of the porous membrane on the other side of the channel and formed in a predetermined shape having a portion having a width larger than the width of the channel,
Wherein the biomolecule concentrating device further comprises:
제6항에 있어서,
상기 반응 멤브레인에 생체 분자를 농축하기 위해 양끝의 각 상기 버퍼 레저버에 전원을 인가되고, 상기 샘플 주입 멤브레인에 상기 생체 분자가 포함된 샘플 시료가 투여되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 6,
Wherein power is applied to each of the buffer reservoirs at both ends to concentrate biomolecules on the reaction membrane, and a sample containing the biomolecule is administered to the sample injection membrane.
제6항에 있어서,
상기 채널의 양측 단부 위로 상기 반응 멤브레인으로부터 연장된 부분 및 상기 샘플 주입 멤브레인의 일부와 오버랩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 6,
And a portion extending from the reaction membrane on both side ends of the channel and a portion of the sample injection membrane.
제6항에 있어서,
상기 반응 멤브레인, 상기 채널 및 상기 샘플 주입 멤브레인은 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the reaction membrane, the channel, and the sample injection membrane are integrally formed.
제1항에 있어서,
상기 생체 분자 농축 장치는 기지정된 기판 상에 상기 이온 투과 멤브레인들 및 상기 다공성 멤브레인을 고정하기 위한 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the biomolecule concentration apparatus further comprises an adhesive layer for fixing the ion-permeable membranes and the porous membrane on a predetermined substrate.
제1항에 있어서,
상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 셀룰로오스 페이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the buffer reservoir and the reaction membrane are made of cellulose paper.
일직선 상에 서로 이격되도록 2개의 패턴된 선택적 이온 투과 멤브레인들을 형성하는 단계; 및
상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이와 양끝에 하나씩 패턴된 다공성 멤브레인을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 선택적 이온 투과 멤브레인들의 양끝에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 버퍼 레저버이고, 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들 사이에 형성된 상기 다공성 멤브레인은 반응 멤브레인인 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
Forming two patterned selective ion-permeable membranes to be spaced apart from one another in a straight line; And
Forming a patterned porous membrane between the selective iontophoretic membranes and one at each end,
Wherein the porous membrane formed at both ends of the selective ion-permeable membranes is a buffer reservoir, and the porous membrane formed between the selective ion-permeable membranes is a reaction membrane.
제12항에 있어서,
상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 각각의 단부가 상기 선택적 이온 투과 멤브레인들과 접하는 쪽에서 일부 오버랩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the buffer reservoir and the reaction membrane are formed such that their ends partially overlap each other at a side in contact with the selective ion-permeable membranes.
제12항에 있어서,
상기 선택적 이온 투과 멤브레인들은, 컷팅(cutting)에 의한 패턴 형성 후 부착되거나, 마이크로플로우 패터닝(microflow patterning) 또는 피펫팅(pipetting)의 기법으로 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the selective ion-permeable membranes are attached after patterning by cutting, or formed by a technique of microflow patterning or pipetting.
제12항에 있어서,
상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 컷팅(cutting)에 의한 패턴 형성 후 부착되거나, 소수성 물질을 이용한 패터닝에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the buffer reservoir and the reaction membrane are formed by patterning by cutting or by patterning using a hydrophobic material.
제12항에 있어서,
상기 반응 멤브레인에 생체 분자를 농축하기 위해 양끝의 각 상기 버퍼 레저버에 전원이 인가되고, 상기 반응 멤브레인에 상기 생체 분자가 포함된 샘플 시료가 투여되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein power is applied to each of the buffer reservoirs at both ends to concentrate biomolecules on the reaction membrane, and a sample containing the biomolecule is administered to the reaction membrane.
제12항에 있어서,
상기 반응 멤브레인으로부터 연장된 부분과 일측이 연결되도록 상기 다공성 멤브레인으로 채널을 형성하는 단계; 및
상기 채널의 타측에, 상기 채널의 폭 보다 좀 더 큰 폭으로 이루어진 부분을 갖는 소정의 모양으로, 상기 다공성 멤브레인으로 이루어진 샘플 주입 멤브레인을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Forming a channel with the porous membrane such that one side of the porous membrane is connected to a portion extending from the reaction membrane; And
Forming a sample injection membrane made of the porous membrane on the other side of the channel in a predetermined shape having a portion having a width larger than the width of the channel
Wherein the biomolecule concentrating apparatus further comprises:
제17항에 있어서,
상기 채널을 먼저 형성한 후, 상기 반응 멤브레인을 형성하되,
상기 채널의 양측 단부 위로 상기 반응 멤브레인으로부터 연장된 부분 및 상기 샘플 주입 멤브레인의 일부와 오버랩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
18. The method of claim 17,
Forming the channel first and then forming the reaction membrane,
And a portion extending from the reaction membrane on both side ends of the channel and a part of the sample injection membrane.
제17항에 있어서,
상기 반응 멤브레인, 상기 채널 및 상기 샘플 주입 멤브레인은 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the reaction membrane, the channel, and the sample injection membrane are integrally formed.
제17항에 있어서,
상기 반응 멤브레인에 생체 분자를 농축하기 위해 양끝의 각 상기 버퍼 레저버에 전원을 인가되고, 상기 샘플 주입 멤브레인에 상기 생체 분자가 포함된 샘플 시료가 투여되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the buffer reservoirs at both ends of the buffer reservoir are energized to concentrate biomolecules on the reaction membrane, and a sample containing the biomolecules is administered to the sample injection membrane. .
제12항에 있어서,
상기 이온 투과 멤브레인들을 형성하는 단계 이전, 소정의 기판 상에 상기 이온 투과 멤브레인들 및 상기 다공성 멤브레인을 고정하기 위한 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Further comprising the step of forming an adhesive layer for fixing the ion-permeable membranes and the porous membrane on a predetermined substrate, prior to the step of forming the ion-permeable membranes.
제12항에 있어서,
상기 버퍼 레저버 및 상기 반응 멤브레인은, 셀룰로오스 페이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the buffer reservoir and the reaction membrane are made of cellulose paper.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019017612A3 (en) * 2017-07-21 2019-03-28 강원대학교산학협력단 Microchip having vertically fixed functional nano-permeable membrane and manufacturing method therefor
KR20220168830A (en) * 2021-06-17 2022-12-26 광운대학교 산학협력단 Lateral flow assay that is ph stable and concentrates and detect samples using ionic concentration polarization

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080019573A (en) * 2005-01-25 2008-03-04 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 Electrokinetic concentration device and methods of use thereof
KR20100113393A (en) * 2009-04-13 2010-10-21 (주)바이오니아 A nucleic acid purification device and purification method using the same
KR20150083722A (en) 2014-01-10 2015-07-20 광운대학교 산학협력단 Protein preconcentration device using capillary and fabrication method thereof
KR20160066891A (en) * 2014-12-03 2016-06-13 광운대학교 산학협력단 Paper based preconcentrating method, preconcentrator and manufacturing method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080019573A (en) * 2005-01-25 2008-03-04 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 Electrokinetic concentration device and methods of use thereof
KR20100113393A (en) * 2009-04-13 2010-10-21 (주)바이오니아 A nucleic acid purification device and purification method using the same
KR20150083722A (en) 2014-01-10 2015-07-20 광운대학교 산학협력단 Protein preconcentration device using capillary and fabrication method thereof
KR20160066891A (en) * 2014-12-03 2016-06-13 광운대학교 산학협력단 Paper based preconcentrating method, preconcentrator and manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019017612A3 (en) * 2017-07-21 2019-03-28 강원대학교산학협력단 Microchip having vertically fixed functional nano-permeable membrane and manufacturing method therefor
KR20220168830A (en) * 2021-06-17 2022-12-26 광운대학교 산학협력단 Lateral flow assay that is ph stable and concentrates and detect samples using ionic concentration polarization
KR102556347B1 (en) 2021-06-17 2023-07-14 광운대학교 산학협력단 Lateral flow assay that is ph stable and concentrates and detect samples using ionic concentration polarization

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