KR101872091B1 - Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device - Google Patents

Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device Download PDF

Info

Publication number
KR101872091B1
KR101872091B1 KR1020160085486A KR20160085486A KR101872091B1 KR 101872091 B1 KR101872091 B1 KR 101872091B1 KR 1020160085486 A KR1020160085486 A KR 1020160085486A KR 20160085486 A KR20160085486 A KR 20160085486A KR 101872091 B1 KR101872091 B1 KR 101872091B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
channel
microparticles
polymer
producing
present
Prior art date
Application number
KR1020160085486A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180005428A (en
Inventor
봉기완
노윤호
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
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 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020160085486A priority Critical patent/KR101872091B1/en
Publication of KR20180005428A publication Critical patent/KR20180005428A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101872091B1 publication Critical patent/KR101872091B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/531Production of immunochemical test materials
    • G01N33/532Production of labelled immunochemicals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers 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
    • B01L3/502707Containers 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 characterised by the manufacture of the container or its components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers 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
    • B01L3/502769Containers 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 characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502776Containers 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 characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for focusing or laminating flows
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075Macromolecular gels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12Powdering or granulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • C08J3/245Differential crosslinking of one polymer with one crosslinking type, e.g. surface crosslinking
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/531Production of immunochemical test materials
    • G01N33/532Production of labelled immunochemicals
    • G01N33/533Production of labelled immunochemicals with fluorescent label
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/531Production of immunochemical test materials
    • G01N33/532Production of labelled immunochemicals
    • G01N33/534Production of labelled immunochemicals with radioactive label
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

본 발명은 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 분석대상 시료 중 검출대상이 되는 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질 및 고분자 전구체 유체가 소통되는 제1 채널; 상기 제2 채널 상부 또는 하부에 수직 적층되며 고분자 전구체 및 상기 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 형광 분석하기 위한 형광 염료가 소통되는 제2 채널; 및 상기 제1 채널 및 제2 채널과 소통되며, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 내부의 유체 흐름을 조절하기 위한 가압 수단을 포함하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 마이크로입자들의 생산량을 증가시키는 동시에, 외부 자극에 영향을 받지 않고 마이크로입자들의 불량도를 낮추어 품질을 향상시킬 수 있으며, 부호화 부분에 기하학적 패턴 대신 형광 염료를 사용하여 부호화함으로써 암호 해독시 에러 발생률을 획기적으로 낮출 수 있고, 적층 수 및 형광 염료의 파장 조절 등을 통해서 부호화 영역 및 코드 영역을 용이하게 증가시키는 것이 가능한, 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법을 제공할 수 있다.
The present invention relates to an apparatus for producing multilayer-encoded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection, a method for producing the same, and a method for producing the hydrated gel using the same, and more particularly, to a biomolecule A first channel through which the specifically bound material and the polymer precursor fluid communicate; A second channel vertically stacked above or below the second channel and communicating with a fluorescent dye for fluorescence analysis of a polymer precursor and a substance specifically binding to the biomolecule; And pressure means for communicating with the first channel and the second channel and for controlling the flow of fluid in the first channel and the second channel, the apparatus comprising: an apparatus for producing a multilayered coded hydrogel particle for target biomolecule multiplex detection, And a method for producing the hydrogel particles using the same.
According to the present invention, it is possible to increase the production amount of microparticles, improve quality by lowering the degree of defects of microparticles without being influenced by external stimuli, and to encode a coded portion using a fluorescent dye instead of a geometric pattern, An apparatus for producing multilayer-encoded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection capable of remarkably lowering the rate of occurrence of errors at a time and capable of easily increasing an encoding region and a code region through control of wavelengths of laminated water and fluorescent dyes, And a method for producing the hydrogel particles using the same.

Description

표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법 {Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a device for manufacturing multilayer-encoded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection, a method for producing the same, and a method for manufacturing the hydrogel particles using the same. method for preparing the microparticles using the device}

본 발명은 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing multilayer-encoded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection, a method for producing the same, and a method for producing the hydrogel particles using the same.

바코딩된 수화겔 마이크로입자들 (barcoded hydrogel microparticles)을 사용하는 기술은 높은 감도 및 처리속도를 제공할 수 있는 바, 생체 시료들로부터 RNA 또는 DNA와 같은 다양한 생체 분자들을 검출해낼 수 있는 기술로서 최근 크게 각광을 받고 있다. 특히, 바코딩된 수화겔 입자들은 생체 분자들을 아토몰 수준의 매우 높은 검출 감도로 검출할 수 있는 능력을 보유하고, 수 천개의 코드 개수 구현을 통해서 다중 검출이 가능하며, 생산 비용이 저렴하다는 장점을 갖는다.Techniques using barcoded hydrogel microparticles are capable of providing a high sensitivity and processing speed and are capable of detecting a variety of biomolecules such as RNA or DNA from biological samples. It is in the limelight. In particular, bar-coded hydrogel particles have the ability to detect biomolecules with very high detection sensitivity at the level of theatomol, the ability to detect multiple molecules through thousands of code implementations, .

일반적으로, 상기 바코딩된 수화겔 마이크로입자들은 유체 리소그라피 (Stop Flow Lithography, SFL) 기술에 의해서 제조되는데, 유체 리소그라피 공정은 미세 유체 상에 자외선을 조사하여 입자를 합성하는 기술로서, 유체는 미세 채널 내부에서 낮은 레이놀즈 수를 갖기 때문에 층류를 형성하여 흐트러지지 않고 일정하게 흐르게 되며, 따라서 한 개의 미세 채널 내부에서 여러 종류의 유체가 서로 혼합되지 않고 흐를 수 있게 된다.Generally, the bar-coded hydrogel microparticles are produced by a technique called Stop Flow Lithography (SFL). The fluid lithography process is a technique for synthesizing particles by irradiating ultraviolet rays onto a microfluid. So that they can flow without being mixed with each other in one microchannel. Therefore, it is possible to prevent the flow of various kinds of fluids in one microchannel.

표준 SFL 공정의 경우, 미세 채널로 유입되는 전구체 유체에 아크릴레이트기가 달린 단량체와 중합 개시제를 포함시킨 다음, 자외선을 조사하여 라디칼 중합 반응을 일으킴으로써 마이크로입자들을 합성할 수 있게 되며, 이때 특정 모양의 마스크를 사용하여 자외선을 조사하게 되면 해당 마스크의 모양을 갖는 마이크로입자들의 합성이 가능하다. 제조된 3D 수화겔 네트워크는 마이크로어레이 또는 다른 표면 고정화 기술들에 비해서 핵산 분자들에 대해서 매우 우수한 포획능을 보유한다 (비특허문헌 1 내지 3, 및 특허문헌 1).In the case of the standard SFL process, the precursor fluid flowing into the microchannel includes a monomer having an acrylate group and a polymerization initiator, and then irradiates ultraviolet light to initiate a radical polymerization reaction to synthesize microparticles. When ultraviolet rays are irradiated using a mask, it is possible to synthesize microparticles having the shape of the mask. The prepared 3D hydrogels networks have a very good capturing ability for nucleic acid molecules as compared to microarrays or other surface immobilization techniques (Non-Patent Documents 1 to 3 and Patent Document 1).

한편, 전술한 장점들에도 불구하고, 현재까지 바코딩된 마이크로입자들을 생산하는 기술들은 대부분 평행 유체 시스템 (parallel flows system)을 사용하고 있는데, 이러한 시스템은 입자 합성 도중에 마스크를 매우 정밀하게 정렬시켜야 한다는 요구사항을 갖는다. 따라서, 전술한 종래기술에 따른 시스템들은 마이크로입자 생산 과정 중에 진동과 같은 외부 자극으로 인해서 마스크의 정렬이 조금이라도 변동되면 제조된 마이크로입자의 형태 및 영역 구성이 달라져서 사용할 수 없게 되어 제조된 입자들에 불량을 초래한다는 문제점이 있다.On the other hand, despite the foregoing advantages, to date, techniques for producing bar-coded microparticles have largely used parallel flows systems, which require very precise alignment of the mask during grain synthesis It has requirements. Therefore, when the alignment of the mask is slightly changed due to an external stimulus such as vibration during the microparticle production process, the systems according to the above-described prior art can not be used because the morphology and region configuration of the microparticles are changed, There is a problem that it causes defects.

또한, 전술한 종래기술에 따른 시스템들은 평행류 위에 마스크를 정렬해야 하기 때문에 마이크로입자 합성이 1차원적으로 이루어지고, 결과적으로 생산 속도가 시간 당 16000 개 정도로 그다지 높지 않다는 문제점이 있다. 더 나아가, 기존의 바코딩된 마이크로입자들은 정렬과정에서 발생될 수 있는 불량가능성으로 인해서 디코딩 (decoding) 과정이 매우 복잡하고 어렵다는 문제점을 갖는다.In addition, the systems according to the above-described prior art have a problem in that the micro-particle synthesis is performed one-dimensionally because the mask must be aligned on the parallel flow, and as a result, the production speed is not as high as about 16,000 per hour. Furthermore, the conventional bar-coded microparticles have a problem that the decoding process is very complicated and difficult due to the possibility of defects that may occur in the alignment process.

특허문헌 1: 미국공개특허공보 제2012-0316082A1호Patent Document 1: U.S. Published Patent Application No. 2012-0316082A1

비특허문헌 1: D. Dendukuri, S. S. Gu, D. C. Pregibon, T. A. Hatton and P. S. Doyle, Lab Chip, 2007, 7, 818-828.Non-Patent Document 1: D. Dendukuri, S. S. Gu, D. C. Pregibon, T. A. Hatton and P. Doyle, Lab Chip, 2007, 7, 818-828. 비특허문헌 2: D. C. Appleyard, S. C. Chapin, R. L. Srinivas and P. S. Doyle, Nat. Protoc., 2011, 6, 1761-1774.Non-Patent Document 2: D. C. Appleyard, S. C. Chapin, R. L. Srinivas and P. S. Doyle, Nat. Protoc., 2011, 6, 1761-1774. 비특허문헌 3: E. Sokolovskaya, L. Barner, S. Braese and J. Lahann, Macromol. Rapid Commun., 2014, 35, 780-786.Non-Patent Document 3: E. Sokolovskaya, L. Barner, S. Braese and J. Lahann, Macromol. Rapid Commun., 2014, 35, 780-786.

따라서, 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점들을 해결하여, 마이크로입자들의 생산량을 증가시키는 동시에, 외부 자극에 영향을 받지 않고 마이크로입자들의 불량도를 낮추어 품질을 향상시킬 수 있으며, 부호화 부분에 기하학적 패턴 대신 형광 염료를 사용하여 부호화함으로써 암호 해독시 에러 발생률을 획기적으로 낮출 수 있는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and to improve quality by lowering the degree of defects of microparticles without being influenced by external stimuli while increasing the production amount of microparticles, It is intended to provide an apparatus for producing a multilayered coded hydrogel particle for detecting a target biomolecule multiplex, a method for producing the same, and a method for producing the hydrogel particle using the apparatus, .

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서,In order to solve the above problems,

분석대상 시료 중 검출대상이 되는 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질 및 고분자 전구체 유체가 소통되는 제1 채널;A first channel through which a substance specifically binding to a biomolecule to be detected and a polymer precursor fluid communicate with the sample to be analyzed;

상기 제2 채널 상부 또는 하부에 수직 적층되며 고분자 전구체 및 상기 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 형광 분석하기 위한 형광 염료가 소통되는 제2 채널; 및A second channel vertically stacked above or below the second channel and communicating with a fluorescent dye for fluorescence analysis of a polymer precursor and a substance specifically binding to the biomolecule; And

상기 제1 채널 및 제2 채널과 소통되며, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 내부의 유체 흐름을 조절하기 위한 가압 수단을 포함하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치를 제공한다.And a pressure means for communicating with the first channel and the second channel and for controlling the flow of the fluid in the first channel and the second channel, and a device for manufacturing the multilayered coded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection do.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질은 항체, RNA 또는 DNA일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substance specifically binding to the biomolecule may be an antibody, RNA, or DNA.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 고분자 전구체는 아크릴레이트기를 함유하는 에틸렌 글리콜 모노머, MPC (2-methacryloyloxyethyl phsphoryl choline) 모노머 또는 그 혼합물일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the polymer precursor may be an ethylene glycol monomer containing an acrylate group, a 2-methacryloyloxyethyl phosphoryl choline (MPC) monomer, or a mixture thereof.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 형광 염료는 양자점 (quantum dot) 형광 염료, 상향변환 나노입자 (upconversion nanoparticles), 형광 비드 (fluorescent bead) 또는 그 혼합물일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the fluorescent dye may be a quantum dot fluorescent dye, upconversion nanoparticles, a fluorescent bead, or a mixture thereof.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 제1 채널 또는 상기 제2 채널은 2회 이상 복수회 적층될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the first channel or the second channel may be laminated a plurality of times at least twice.

본 발명은 또한 상기 다른 과제를 해결하기 위해서,According to another aspect of the present invention,

각각 제1 채널 및 제2 채널이 양각 패터닝된 제1 및 제2 마스터 웨이퍼를 제조하는 단계;Fabricating first and second master wafers, each having a first channel and a second channel embossed patterned;

상기 제1 및 제2 마스터 웨이퍼 상에 고분자 전구체 용액을 붓고 열경화시킨 후, 상기 제1 및 제2 마스터 웨이퍼와 경화된 고분자를 분리함으로써 각각 제1 채널 및 제2 채널이 음각 패터닝된 제1 고분자 주형 및 제2 채널 형성부를 제조하는 단계;A polymer precursor solution is poured onto the first and second master wafers and thermally cured, and then the first and second master wafers are separated from the cured polymer to form first and second channels, Forming a mold and a second channel forming portion;

상기 제1 고분자 주형에 자외선 경화성 고분자 용액을 붓고 자외선 조사를 통해서 경화시킴으로써 상기 제1 채널이 양각 패터닝된 제1 채널 형성용 스탬프를 제조하는 단계;Preparing a stamp for forming a first channel in which the first channel is embossed by pouring an ultraviolet curable polymer solution into the first polymer mold and curing the ultraviolet curable polymer solution by irradiation of ultraviolet rays;

유리 슬라이드 상에 상기 고분자 전구체 용액을 코팅하고 부분 경화시키는 단계;Coating and partially curing the polymer precursor solution on a glass slide;

상기 부분 경화된 고분자 표면에 상기 제1 채널 형성용 스탬프를 날인함으로써 제1 채널이 표면에 형성된 제1 채널 형성부를 제조하는 단계; 및Forming a first channel forming portion in which a first channel is formed on the surface by stamping the first channel forming stamp on the partially cured polymer surface; And

상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시키는 단계And combining the first channel forming portion and the second channel forming portion

를 포함하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자 제조장치의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a multilayered coded hydrogel particle for a target biomolecule multiplex detection.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 마스터 웨이퍼는 에폭시 수지 계열의 고분자 수지일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the master wafer may be an epoxy resin-based polymer resin.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 고분자 전구체 용액은 폴리디메틸실록산을 함유하는 용액일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the polymer precursor solution may be a solution containing polydimethylsiloxane.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 부분 경화는 상기 유리 슬라이드 상에 고분자를 코팅하고 30 ℃ 내지 150 ℃에서 5분 내지 20분 동안 방치함으로써 수행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the partial curing may be performed by coating the polymer on the glass slide and leaving it at 30 DEG C to 150 DEG C for 5 minutes to 20 minutes.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 제1 채널 형성용 스탬프를 날인한 후, 상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시키기 이전에, 30 ℃ 내지 150 ℃에서 5분 내지 20분 동안 추가적 부분 경화를 수행할 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, after stamping the first channel forming stamp, the first channel forming portion and the second channel forming portion may be bonded at a temperature of 30 to 150 DEG C for 5 to 20 Additional partial curing may be performed for a few minutes.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시킨 후 30 ℃ 내지 150 ℃에서 3시간 이상 방치할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the first channel forming part and the second channel forming part may be combined and allowed to stand at 30 ° C to 150 ° C for 3 hours or more.

본 발명은 또한 상기 또 다른 과제를 해결하기 위해서,According to another aspect of the present invention,

상기 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치의 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널에, 각각 가압 하에서,Wherein the first channel and the second channel of the apparatus for producing lamellar-encoded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection are each subjected to pressure-

분석대상 시료 중 검출대상이 되는 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질 및 고분자 전구체를 포함하는 제1 용액, 및A first solution containing a substance specifically binding to a biomolecule to be detected and a polymer precursor in a sample to be analyzed, and

고분자 전구체 및 상기 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 형광 분석하기 위한 형광 염료를 포함하는 제2 용액을 유체 소통시키는 단계; 및Fluid communication of a second solution comprising a polymer precursor and a fluorescent dye for fluorescence analysis of a substance that specifically binds to said biomolecule; And

상기 제조장치의 하단에서 주기적으로 자외선을 조사해줌으로써 상기 제1 용액의 경화에 의해서 형성된 프로브 영역 및 상기 제2 용액의 경화에 의해서 형성된 부호화 영역을 포함하는 수화겔 입자를 제조하는 단계를 포함하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조방법을 제공한다.Preparing a hydrogel particle comprising a probe region formed by curing the first solution and an encoding region formed by curing the second solution by irradiating ultraviolet rays periodically at a lower end of the manufacturing apparatus; A method for producing multilayered hydrogel particles for multiple detection is provided.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 용액 및 제2 용액은 광개시제를 더 포함할 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the first solution and the second solution may further comprise a photoinitiator.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 가압은 2 kPa 내지 1000 kPa의 압력 조건을 가해줌으로써 수행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the pressurization may be performed by applying a pressure condition of 2 kPa to 1000 kPa.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 주기적 자외선 조사는 0.05초 내지 2초의 시간 간격으로 200 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 자외선을 조사해줌으로써 수행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the periodic ultraviolet irradiation may be performed by irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 200 nm to 500 nm at a time interval of 0.05 second to 2 seconds.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 자외선이 패턴화된 마스크를 통해서 조사됨으로써 상기 수화겔 입자의 형태가 조절될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the shape of the hydrogel particles can be adjusted by irradiating the ultraviolet rays through a patterned mask.

본 발명에 따르면, 마이크로입자들의 생산량을 증가시키는 동시에, 외부 자극에 영향을 받지 않고 마이크로입자들의 불량도를 낮추어 품질을 향상시킬 수 있으며, 부호화 부분에 기하학적 패턴 대신 형광 염료를 사용하여 부호화함으로써 암호 해독시 에러 발생률을 획기적으로 낮출 수 있고, 적층 수 및 형광 염료의 파장 조절 등을 통해서 부호화 영역 및 코드 영역을 용이하게 증가시키는 것이 가능한, 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase the production amount of microparticles, improve quality by lowering the degree of defects of microparticles without being influenced by external stimuli, and to encode a coded portion using a fluorescent dye instead of a geometric pattern, An apparatus for producing multilayer-encoded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection capable of remarkably lowering the rate of occurrence of errors at a time and capable of easily increasing an encoding region and a code region through control of wavelengths of laminated water and fluorescent dyes, And a method for producing the hydrogel particles using the same.

도 1a 및 1b는 각각 종래기술에 따른 평행류 방식의 수화겔 입자 제조방법과, 본 발명에 따른 적층류 방식의 수화겔 입자 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치의 개략적인 구성도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라서 제조된 수화겔 입자들로서 다양한 개수의 부호화 영역 및 프로브 영역을 갖는 수화겔 입자들의 모식도를 도시한 도면이다.
도 4에는 본 발명에 따른 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치의 제조방법에 대한 개략적인 공정도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라서 제조된 수화겔 입자의 시간 경과에 따른 형광 강도를 도시한 그래프이다.
도 6a는 두 가지 다른 색상들의 양자점들을 도입함으로써 제조된 수화겔 입자의 형광 현미경 관찰 사진이며, 도 6b는 본 발명에 따라서 3층 구조의 수화겔 입자를 제조하는 과정에 대한 개략적인 모식도 및 제조된 수화겔 입자에 대한 형광 현미경 관찰 사진이고, 도 6c는 유체역학 저항 모델에 의해서 코드층들의 두께가 조절되어 제조된 수화겔 입자들에 대한 형광 현미경 관찰 사진이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따라서 제조된 사각형 수화겔 마이크로입자를 사용하여 알츠하이머 miRNA들을 단일 검출한 결과를 도시한 도면이다.
도 8a 및 8b는 본 발명에 따라서 제조된 사각형 수화겔 마이크로입자를 사용하여 알츠하이머 miRNA들을 다중 검출한 결과를 도시한 도면이다.
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically showing a conventional method for producing a hydrogel particle in a parallel flow system and a method for producing a hydrogel particle in a lamination flow method according to the present invention, respectively.
FIG. 2 is a schematic block diagram of an apparatus for producing multilayer-encoded hydrogel particles for multiple target biomolecule detection according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of hydrogel particles having hydrogel particles according to the present invention having various numbers of coding regions and probe regions. FIG.
FIG. 4 is a schematic view illustrating a process for producing a device for producing multilayered coded hydrogel particles for detecting target biomolecules in accordance with the present invention.
5 is a graph showing the fluorescence intensity of the hydrogel particles produced according to the present invention over time.
FIG. 6A is a fluorescence microscope photograph of the hydrogel particles prepared by introducing quantum dots of two different colors. FIG. 6B is a schematic diagram of a process of preparing a three-layered hydrogel particles according to the present invention, FIG. 6C is a fluorescence microscope photograph of the hydrogel particles prepared by controlling the thickness of the code layers by the hydrodynamic resistance model. FIG.
7a to 7c are diagrams showing the results of single detection of Alzheimer miRNAs using quadrangular hydrogel microparticles prepared according to the present invention.
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the results of multiple detection of Alzheimer's miRNAs using the square hydrogel microparticles prepared according to the present invention. FIG.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 종래 바코드 (부호화) 수화겔 입자의 생산 방법인 평행류 상에서의 1차원 생산 방법의 한계점을 극복하고자 제안된 것으로서, 적층류를 이용한 2차원 합성 방식에 의해서 부호화된 수화겔 입자를 제조함으로써 수화겔 생산 효율을 증가시키고, 더 나아가 생산되 부호화된 수화겔 입자들의 에러율을 획기적으로 개선하고자 제안된 것이다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been proposed to overcome the limitations of a one-dimensional production method on a parallel stream, which is a conventional method of producing bar code (encoded) hydrogel particles, and it has been proposed to produce hydrated gel particles encoded by a two- To increase the efficiency and further improve the error rate of the produced encoded hydrogel particles.

구체적으로, 도 1a 및 1b에는 각각 종래기술에 따른 평행류 방식의 수화겔 입자 제조방법과, 본 발명에 따른 적층류 방식의 수화겔 입자 제조방법을 개략적으로 도시하였으며, 도 1a를 참조하면, 종래기술에 따른 방법은 입자의 제조과정 동안 마스크를 유체 계면에 정확하게 정렬하여야만 원하는 수화겔 입자를 제조할 수 있고, 따라서 생산 과정 도중에 진동 등과 같은 외부 자극이 가해짐으로써 마스크의 정렬에 약간의 변동만이 초래되는 경우에도 제조되는 입자의 형태 및 영역 구성이 변화되는 문제점을 초래하게 된다. 더 나아가, 기존 방식의 경우, 평행류 위에 마스크를 정렬해야 하기 때문에 입자 합성이 1차원적으로 이루어지게 되고, 따라서 입자의 생산 속도 역시 시간 당 대략 16,000개 정도로서 매우 낮다. 또한, 기하학적 패터닝을 사용하여 부호화 영역을 제조하게 되고, 이는 암호 해독시 상당한 오차를 초래하게 되므로 실제 사용에 많은 어려움을 초래하게 된다.1A and 1B schematically show a conventional method for producing a hydrogel particle in a parallel flow system and a method for producing a hydrogel particle in a multilayer flow method according to the present invention. Referring to FIG. 1A, The method according to the present invention can produce the desired hydrogel particles only by precisely aligning the mask at the fluid interface during the manufacturing process of the particles and thus the external stimulus such as vibration is applied during the production process, The shape and the area configuration of the particles to be produced also vary. Furthermore, in the conventional method, since the mask must be aligned on the parallel flow, the particle synthesis is performed one-dimensionally, and the production rate of the particles is also very low, about 16,000 per hour. In addition, the encoding region is manufactured using geometrical patterning, which causes considerable errors in decryption, resulting in a great difficulty in actual use.

이에, 본 발명에서는 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자, 도 1b에 도시된 바와 같은 적층류 방식의 새로운 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치, 그 제조방법 및 이를 이용한 상기 수화겔 입자의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, in order to solve the problems of the prior art, the present invention provides an apparatus for producing a multilayer-encoded hydrogel particle for a novel target biomolecule multiplex detection as shown in FIG. 1B, a method for producing the same, And a method for producing the same.

구체적으로, 본 발명에 따른 수화겔 입자의 제조장치는,Specifically, the apparatus for producing a hydrogel particle according to the present invention comprises:

분석대상 시료 중 검출대상이 되는 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질 및 고분자 전구체 유체가 소통되는 제1 채널;A first channel through which a substance specifically binding to a biomolecule to be detected and a polymer precursor fluid communicate with the sample to be analyzed;

상기 제2 채널 상부 또는 하부에 수직 적층되며 고분자 전구체 및 상기 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 형광 분석하기 위한 형광 염료가 소통되는 제2 채널; 및A second channel vertically stacked above or below the second channel and communicating with a fluorescent dye for fluorescence analysis of a polymer precursor and a substance specifically binding to the biomolecule; And

상기 제1 채널 및 제2 채널과 소통되며, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 내부의 유체 흐름을 조절하기 위한 가압 수단을 포함한다.And pressurizing means in communication with the first channel and the second channel for regulating fluid flow within the first channel and the second channel.

도 2에는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 구성도를 도시하였으며, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 장치는 제1 채널 (110), 제2 채널 (120) 및 가압 수단 (130)을 포함한다.2, a device according to the present invention includes a first channel 110, a second channel 120, and a pressurizing means 130, do.

즉, 본 발명에 따른 장치는 기존 평행류 방식의 수화겔 입자 제조장치와는 상이하게, 분석대상 시료 중 검출대상이 되는 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질이 포함된 프로브 영역을 제조하기 위한 제1 채널 (110)과, 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 형광 분석하기 위한 형광 염료가 포함된 부호화 영역을 제조하기 위한 제2 채널 (120)이 서로 수직 방향으로 적층되는 특징적 구성을 갖는다. 이에 의해서 전술한 바와 같은 정밀한 마스크 정렬 필요성이 요구되지 않으며, 2차원적 입자 생산을 통해서 입자의 생산 효율을 획기적으로 증대시킬 수 있게 된다.In other words, the apparatus according to the present invention differs from the conventional parallel flow type hydrogel particle production apparatus in that a first region for producing a probe region containing a substance specifically binding to a biomolecule to be a detection target A channel 110 and a second channel 120 for producing an encoding region including a fluorescent dye for fluorescence analysis of a substance that specifically binds to a biomolecule are stacked in a direction perpendicular to each other. Thereby, there is no need for precise mask alignment as described above, and the production efficiency of the particles can be remarkably increased through the production of two-dimensional particles.

본 발명에 따른 장치는 또한 제1 채널 (110) 및 제2 채널 (120)에 소통되는 유체의 흐름을 조절하기 위한 가압 수단 (130)을 더 포함하며, 더 나아가 유체가 상기 제1 및 제2 채널 (110, 120)을 흐르는 동안 유체 중에 포함된 고분자 전구체에 광을 조사하여 경화된 입자를 제조하기 위한 UV 조사장치 등과 같은 광조사 장치를 포함하게 된다. 이러한 광조사 장치는 상기 제1 및 제2 채널 (110, 120)을 유리 등의 재질로 이루어진 기판 위에 형성하는 경우, 상기 기판의 하단에 배치되어 상기 제1 및 제2 채널 (110, 120) 중에 흐르는 유체에 광을 조사할 수 있게 된다.The apparatus according to the invention further comprises a pressure means (130) for regulating the flow of fluid in communication with the first channel (110) and the second channel (120) And a UV irradiation device for producing cured particles by irradiating light to the polymer precursor contained in the fluid while flowing through the channels 110 and 120. When the first and second channels 110 and 120 are formed on a substrate made of glass or the like, the light irradiating device may be disposed at the lower end of the substrate and may be disposed in the first and second channels 110 and 120 It becomes possible to irradiate the flowing fluid with light.

본 발명에 있어서, 상기 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질은 분석대상 시료의 종류에 따라서 다양한 물질이 선택될 수 있으며, 예를 들어, 항체, RNA 또는 DNA 등과 같은 다양한 물질일 수 있다. 예를 들어, 후술하는 실시예에서는 알츠하이머 질병과 밀접한 연관성을 갖는 것으로 기존에 알려진 다양한 miRNA들을 검출하기 위해서 단일 가닥 DNA (single strand DNA)를 생체 분자에 결합하는 물질로서 사용하였으나, 이러한 물질로서 단일 가닥 DNA 이외에도 검출대상이 되는 물질에 따라서 다양한 다른 물질을 사용할 수 있다는 점은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 파악할 수 있을 것이다.In the present invention, various substances may be selected depending on the type of the sample to be analyzed, and may be various substances such as antibodies, RNA, DNA, and the like. For example, in the following examples, single strand DNA was used as a substance binding to a biomolecule in order to detect various miRNAs known to be closely related to Alzheimer's disease. However, It will be appreciated by those skilled in the art that various other materials may be used depending on the substance to be detected in addition to the DNA.

한편, 상기 제1 및 제2 채널 (110, 120) 중에 흐르는 유체는 자외선 조사에 의해서 경화시킴으로써 수화겔 입자를 형성하여야 하는 바, 상기 유체는 유체 중에 이러한 수화겔 입자를 형성하기 위한 고분자 전구체를 포함하게 된다. 상기 고분자 전구체로는, 자외선 등의 광조사에 의해서 경화 과정을 거친 후 수화겔 입자를 형성할 수 있는 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 아크릴레이트기를 함유하는 에틸렌 글리콜 모노머, MPC (2-methacryloyloxyethyl phsphoryl choline) 모노머 또는 그 혼합물 등의 물질이 사용될 수 있다.Meanwhile, the fluid flowing in the first and second channels 110 and 120 is cured by ultraviolet irradiation to form hydrogel particles, and the fluid includes a polymer precursor for forming the hydrogel particles in the fluid . As the polymer precursor, various materials capable of forming hydrogel particles after curing by irradiation with light such as ultraviolet rays may be used, and examples thereof include, but are not limited to, ethylene glycol monomers containing an acrylate group, MPC (2-methacryloyloxyethylphosphoryl choline) monomer or a mixture thereof may be used.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 수화겔 입자에 포함되는 부호화 영역에 종래기술에서 사용되던 기하학적 패턴 대신에 형광 염료를 포함시켰는 바, 이러한 구성에 의해서 암호 해독시 발생할 수 있는 에러율을 최소화하였다. 상기 형광 염료로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 양자점 (quantum dot) 형광 염료, 상향변환 나노입자 (upconversion nanoparticles), 형광 비드 (fluorescent bead) 또는 그 혼합물 등과 같은 다양한 형광 염료를 사용하는 것이 가능하다.In addition, as described above, in the present invention, the coding region included in the hydrogel particles includes a fluorescent dye instead of the geometric pattern used in the prior art, and this configuration minimizes the error rate that can occur in decryption. The fluorescent dyes may include, but are not limited to, various fluorescent dyes such as quantum dot fluorescent dyes, upconversion nanoparticles, fluorescent beads, or mixtures thereof.

도 2에 도시된 장치는 제1 채널 (110) 및 상기 제1 채널 (110) 상부에 적층된 제2 채널 (120)을 포함하는 구조를 도시하고 있으나, 본 발명에 따른 장치가 이러한 2개 채널만을 포함하는 구조일 필요는 없으며, 제1 채널 및 제2 채널 각각이 2회 이상 복수회 적층됨으로써 다양한 적층 구조를 갖는 수화겔을 제조하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 3에는 부호화 영역이 1 ~ 3개 층으로 이루어져 있고, 프로브 영역이 1 ~ 2개로 이루어진 다양한 구조의 수화겔을 도시하였다. 이때, 부호화 영역 및 프로브 영역이 복수회 적층된 구조의 수화겔을 제조하기 위해서는, 제2 채널의 디자인을 적절히 변경시킴으로써 이를 수행할 수 있다.2 illustrates a structure including a first channel 110 and a second channel 120 stacked on top of the first channel 110, And it is possible to produce a hydrogel having various laminated structures by stacking the first channel and the second channel each a plurality of times at least twice. For example, FIG. 3 illustrates hydrogels of various structures having one to three coding regions and one or two probe regions. At this time, in order to produce a hydrogel having a structure in which a coding region and a probe region are laminated a plurality of times, this can be accomplished by appropriately changing the design of the second channel.

또한, 본 발명은 전술한 본 발명에 따른 제조장치의 제조방법을 제공하는 바, 본 발명에 따른 방법은,The present invention also provides a method of manufacturing a manufacturing apparatus according to the present invention as described above,

각각 제1 채널 및 제2 채널이 양각 패터닝된 제1 및 제2 마스터 웨이퍼를 제조하는 단계;Fabricating first and second master wafers, each having a first channel and a second channel embossed patterned;

상기 제1 및 제2 마스터 웨이퍼 상에 고분자 전구체 용액을 붓고 열경화시킨 후, 상기 제1 및 제2 마스터 웨이퍼와 경화된 고분자를 분리함으로써 각각 제1 채널 및 제2 채널이 음각 패터닝된 제1 고분자 주형 (410) 및 제2 채널 형성부 (420)를 제조하는 단계;A polymer precursor solution is poured onto the first and second master wafers and thermally cured, and then the first and second master wafers are separated from the cured polymer to form first and second channels, Fabricating a mold 410 and a second channel forming portion 420;

상기 제1 고분자 주형 (410)에 자외선 경화성 고분자 용액 (430)을 붓고 자외선 조사를 통해서 경화시킴으로써 상기 제1 채널이 양각 패터닝된 제1 채널 형성용 스탬프 (440)를 제조하는 단계;Preparing a first channel forming stamp 440 in which the first channel is patterned by pouring an ultraviolet curable polymer solution 430 onto the first polymer mold 410 and curing the ultraviolet curable polymer solution 430 by ultraviolet irradiation;

유리 슬라이드 (450) 상에 상기 고분자 전구체 용액 (460)을 코팅하고 부분 경화시키는 단계;Coating and partially curing the polymer precursor solution (460) on the glass slide (450);

상기 부분 경화된 고분자 표면에 상기 제1 채널 형성용 스탬프 (440)를 날인함으로써 제1 채널이 표면에 형성된 제1 채널 형성부 (470)를 제조하는 단계; 및Forming a first channel forming portion (470) having a first channel formed on the surface by stamping the first channel forming stamp (440) on the partially cured polymer surface; And

상기 제1 채널 형성부 (470)와 상기 제2 채널 형성부 (420)를 결합시키는 단계를 포함한다.And coupling the first channel forming part 470 and the second channel forming part 420 together.

도 4에는 본 발명에 따른 제조장치의 제조방법에 대한 개략적인 공정도를 도시하였다.FIG. 4 is a schematic process diagram of a manufacturing method of a manufacturing apparatus according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에서는 먼저 제1 채널 및 제2 채널이 양각 패터닝된 제1 및 제2 마스터 웨이퍼 (도면에는 미도시)를 제조하게 되며, 이러한 마스터 웨이퍼의 제조는 통상적인 포토리소그라피 등의 공정을 사용하여 수행될 수 있다. 이어서, 제조된 제1 및 제2 마스터 웨이퍼 상에 고분자 전구체 용액을 붓고 열경화시킨 후, 상기 마스터 웨이퍼들과 경화된 고분자를 분리함으로써 이번에는 상기 제1 채널 및 제2 채널이 음각 패터닝된 제1 고분자 주형 (410) 및 제2 채널 형성부 (420)를 제조하게 되는데, 이때 사용가능한 고분자 전구체 용액으로는, 열에 의해서 경화되는 고분자로서, 예를 들어 폴리디메틸실록산을 함유하는 용액을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 4, first and second master wafers (not shown in the drawings) in which the first channel and the second channel are embossed patterned are manufactured. In the present invention, the manufacture of the master wafer is carried out using conventional photolithography ≪ / RTI > Then, the polymer precursor solution is poured on the manufactured first and second master wafers and thermally cured, and then the master wafer and the cured polymer are separated from each other. This time, the first channel and the second channel are separated from each other by the first The polymeric template 410 and the second channel forming part 420 are manufactured. As the polymer precursor solution that can be used at this time, a solution containing, for example, polydimethylsiloxane as a heat-curable polymer can be used.

특히, 본 발명에서는 전술한 과정에 의해서 제조된 제1 고분자 주형 (410) 및 제2 채널 형성부 (420)를 직접 결합시킴으로써 본 발명에 따른 장치를 제조하는 것은 아니며, 대신에 제1 채널 형성부 (470)의 경우에는 상기 제1 고분자 주형 (410)을 이용하여 양각 스탬프인 제1 채널 형성용 스탬프 (440)를 제작하고, 이를 다시 부분 경화된 고분자 전구체 표면 상에 날인함으로써 제1 채널 형성부 (470)를 제작하는 과정을 거치게 된다.Particularly, in the present invention, the apparatus according to the present invention is not manufactured by directly joining the first polymer mold 410 and the second channel forming unit 420 manufactured by the above- The first channel forming stamp 440, which is an embossed stamp, is fabricated using the first polymer mold 410, and then the second channel forming stamp 440 is stamped on the surface of the partially cured polymer precursor, (470).

이때, 상기 과정에서 사용되는 마스터 웨이퍼는 에폭시 수지 계열의 고분자 수지일 수 있으며, 예를 들어, SU-8 등과 같은 고분자 수지 물질을 사용할 수 있다.At this time, the master wafer used in the above process may be an epoxy resin-based polymer resin, for example, a polymer resin material such as SU-8.

한편, 상기 부분 경화는 상기 유리 슬라이드 상에 고분자를 코팅하고 30 ℃ 내지 150 ℃에서 5분 내지 20분 동안 방치함으로써 수행될 수 있는데, 이와 같이 스탬핑 이전에 고분자를 부분 경화하는 이유는 상기 날인 또는 스탬핑 과정을 용이하게 하기 위해서이다. 이는, 부분 경화 이전의 고분자는 액체의 성질과 비슷해서 원하는 지점에 스탬핑을 수행하기가 어렵고, 스탬핑을 한다 하더라도 미끄러져서 부정확하게 채널이 날인되기 때문이다. 상기 부분 경화 온도가 30 ℃ 미만인 경우에는 고분자가 충분히 부분 경화되지 않아서 스탬프를 제거하였을 때 상기 제1 채널이 완벽하게 형성되지 않는다는 문제점이 있고, 150 ℃를 초과하는 경우에는 상기 스탬프를 구성하는 고분자의 물성에 영향을 주고, 고분자가 완전히 경화되어 스탬핑이 불가능하다는 문제점이 있으며, 또한 방치 시간이 5분 미만인 경우에는 고분자가 충분히 부분 경화되지 않아서 스탬프를 제거하였을 때 상기 제1 채널이 완벽하게 형성되지 않는다는 문제점이 있고, 20분을 초과하는 경우에는 고분자가 완전히 경화되어 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 접합이 원활하지 않다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.On the other hand, the partial curing can be performed by coating the polymer on the glass slide and leaving it at 30 ° C to 150 ° C for 5 minutes to 20 minutes. The reason why the polymer is partially cured before stamping is that the seal or stamping In order to facilitate the process. This is because the polymer before the partial curing is similar to the liquid, so that it is difficult to perform the stamping at the desired point, and even if the stamping is performed, the channel slips and the channel is incorrectly imprinted. When the partial curing temperature is less than 30 ° C, the polymer is not partially cured sufficiently, and thus the first channel is not completely formed when the stamp is removed. When the partial curing temperature is higher than 150 ° C, There is a problem in that the polymer is completely hardened and the stamping is impossible because the polymer is not partially hardened when the leaving time is less than 5 minutes and the first channel is not completely formed when the stamp is removed And if it exceeds 20 minutes, there is a problem that the polymer is completely cured and the bonding of the first channel and the second channel is not smooth, which is not preferable.

더 나아가, 이러한 부분 경화 과정은 제1 채널 형성용 스탬프 (440)를 사용한 날인 이전 뿐만 아니라, 상기 제1 채널 형성용 스탬프를 날인한 후, 상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시키기 이전에, 추가적으로 수행될 수도 있는 바, 이러한 추가적 부분 경화 과정 역시 30 ℃ 내지 150 ℃에서 5분 내지 20분 동안 수행될 수 있다.Further, the partial curing process may be performed not only before the seal using the first channel forming stamp 440 but also after stamping the first channel forming stamp, and then the first channel forming portion and the second channel forming portion may be combined This additional partial curing process may also be carried out at 30 ° C to 150 ° C for 5 minutes to 20 minutes.

이어서, 마지막 과정으로서, 상기 과정에 의해서 제작된 상기 제1 채널 형성부 (470)와 상기 제2 채널 형성부 (420)를 결합시킴으로써 본 발명에 따른 장치 (480)을 제조할 수 있게 되며, 이때, 상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시킨 후 30 ℃ 내지 150 ℃에서 3시간 이상 방치할 수 있다. 상기 결합 후 방치 온도가 30 ℃ 미만인 경우에는 결합된 제1 채널 형성부 (470)와 제2 채널 형성부 (420)가 완전히 접합되지 않는다는 문제점이 있고, 150 ℃를 초과하는 경우에는 채널을 구성하는 고분자의 물성이 영향을 받는다는 문제점이 있으며, 또한 방치 시간이 3시간 미만인 경우에는 결합된 채널 형성부들 사이의 접합이 불완전해지는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.Then, as a final step, the device 480 according to the present invention can be manufactured by joining the first channel forming part 470 and the second channel forming part 420 manufactured by the above process, , The first channel forming part and the second channel forming part may be combined and allowed to stand at 30 ° C to 150 ° C for 3 hours or more. If the temperature after the bonding is less than 30 ° C, there is a problem that the bonded first channel forming portion 470 and the second channel forming portion 420 are not completely bonded. If the temperature is higher than 150 ° C, There is a problem that the physical properties of the polymer are affected, and if the holding time is less than 3 hours, the bonding between the combined channel forming portions becomes incomplete.

더 나아가, 본 발명에서는 상기 과정에 의해서 제조된 본 발명에 따른 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자의 제조장치를 사용한 수화겔 입자의 제조방법을 제공하며, 상기 방법은,Furthermore, the present invention provides a method for producing hydrogel particles using the apparatus for producing multilayered coded hydrogel particles for target biomolecule multiplex detection according to the present invention manufactured by the above process,

상기 본 발명에 따른 장치의 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널에, 각각 가압 하에서,The first channel and the second channel of the device according to the present invention, respectively under pressure,

분석대상 시료 중 검출대상이 되는 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질 및 고분자 전구체를 포함하는 제1 용액, 및A first solution containing a substance specifically binding to a biomolecule to be detected and a polymer precursor in a sample to be analyzed, and

고분자 전구체 및 상기 생체 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 형광 분석하기 위한 형광 염료를 포함하는 제2 용액을 유체 소통시키는 단계; 및Fluid communication of a second solution comprising a polymer precursor and a fluorescent dye for fluorescence analysis of a substance that specifically binds to said biomolecule; And

상기 제조장치의 하단에서 주기적으로 자외선을 조사해줌으로써 상기 제1 용액의 경화에 의해서 형성된 프로브 영역 및 상기 제2 용액의 경화에 의해서 형성된 부호화 영역을 포함하는 수화겔 입자를 제조하는 단계를 포함한다.And preparing a hydrogel particle including a probe region formed by curing the first solution and an encoding region formed by curing the second solution by irradiating ultraviolet rays periodically at a lower end of the manufacturing apparatus.

전술한 바와 같이, 상기 제1 용액은 경화 후 수화겔 입자의 프로브 영역을 형성하게 되며, 또한 상기 제2 용액은 경화 후 수화겔 입자의 부호화 영역을 형성하게 된다. 따라서, 상기 용액들 중에는 고분자 전구체의 경화를 위한 성분이 더 포함될 수 있으며, 이는 자외선 광조사에 의한 광경화를 야기하는 광개시제 성분일 수 있다. 본 발명이 속하는 분야에서 이러한 용도로 사용되는 광개시제로는 다양한 물질들이 존재하는 바, 통상의 기술자라면 이러한 광개시제를 적절히 선택하여 본 발명에 따른 수화겔 입자를 제조할 수 있게 된다.As described above, the first solution forms a probe region of the hydrogel particles after curing, and the second solution forms an encoding region of the hydrogel particles after curing. Therefore, the solution may further contain a component for curing the polymer precursor, which may be a photoinitiator component that causes photo-curing by ultraviolet light irradiation. As a photoinitiator used for such a purpose in the field to which the present invention belongs, various materials exist. As a conventional art, it is possible to produce the hydrogel particles according to the present invention by appropriately selecting such photoinitiators.

한편, 상기 제1 용액 및 제2 용액에는 별도의 가압수단에 의해서 압력이 가해짐으로써 유체 흐름이 형성되는데, 이때 상기 가압은 2 kPa 내지 1000 kPa의 압력 조건을 가해줌으로써 이루어질 수 있다. 압력이 2 kPa 미만인 경우에는 채널 내부에서 생성된 수화겔을 유출구 쪽으로 충분히 밀어주지 못하기 때문에 연속적인 생산 공정이 어렵다는 문제점이 있고, 1000 kPa을 초과하는 경우에는 채널 내부에서 유체가 잘 정지하지 않아서 수화겔 합성시 수화겔의 균일도가 낮아질 수 있다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.On the other hand, the first solution and the second solution are pressurized by separate pressurizing means to form a fluid flow, wherein the pressurization can be performed by applying a pressure of 2 kPa to 1000 kPa. When the pressure is less than 2 kPa, the hydrogels produced in the channel can not be sufficiently pushed toward the outlet, so that a continuous production process is difficult. When the pressure exceeds 1000 kPa, the fluid does not stop well inside the channel, The uniformity of the hydrogel is lowered.

또한, 상기 제1 용액 및 제2 용액 중 포함된 고분자 전구체의 광경화를 위해서 주기적 자외선 조사가 수행되는 바, 이러한 주기적 자외선 조사는 0.05초 내지 2초의 시간 간격으로 200 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 자외선을 조사해줌으로써 수행될 수 있다. 그러나, 자외선 조사 조건이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 자외선 조사 조건은 생성되는 수화겔 입자의 형태, 성분 및 용도 등을 고려하여 다양하게 변화될 수 있다.In addition, periodic ultraviolet irradiation is performed for photocuring of the polymer precursor contained in the first solution and the second solution. The periodic ultraviolet irradiation is performed at a time interval of 0.05 second to 2 seconds with a wavelength of 200 nm to 500 nm And then irradiating ultraviolet rays. However, the ultraviolet ray irradiation conditions are not limited thereto, and the ultraviolet ray irradiation conditions can be variously changed in consideration of the shape, composition and use of the hydrogel particles to be produced.

마지막으로, 본 발명에 따라서 제조되는 수화겔 입자의 형태는 상기 자외선 조사시 자외선을 패턴화된 마스크를 통해서 조사시킴으로써 조절할 수도 있는데, 예를 들어 마스크 모양에 따라서 원기둥, 사각기둥, 오각기둥 등과 같은 다양한 형태의 수화겔 입자를 제조하는 것이 가능하다.Lastly, the shape of the hydrogel particles produced according to the present invention may be controlled by irradiating ultraviolet rays through the patterned mask during the ultraviolet ray irradiation. For example, depending on the shape of the mask, various forms such as a cylinder, a square column, Of hydrogel particles can be produced.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하되, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are intended to assist the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

2층 구조 Two-layer structure 폴리디메틸실록산Polydimethylsiloxane ( ( PDMSPDMS ) 미세유체 칩의 제작Fabrication of Microfluidic Chip

사각형 수화겔 마이크로입자들의 합성을 위해서 2층 구조의 PDMS 미세유체 칩을 제작하였다. PDMS (Corning, Sylgard 184)를 경화제와 10:1의 중량비로 혼합하고, SU-8 마스터 상에 부은 다음, 70 ℃에서 적어도 4 시간 동안 경화시켰다. 상기 SU-8 마스터는 50 ㎛ 두께를 갖는 상부 및 하부 포지티브-릴리프 (positive-relief) 채널들의 패턴을 포함한다. 상부 PDMS 채널의 레플리카를 통과하는 2개의 유입구 및 1개의 배출구를 생검 천공기 (직경 1 mm)로 천공하였다. 하부 PDMS 채널 레플리카의 경우, Norland Optical Adhesive 81 (NOA81; Norland Products)을 레플리카 채널 (네거티브-릴리프) 상에 붓고, 램프 (Vilber Lourmat)를 사용하여 자외선 (UV; 365nm)에 4분 동안 노출시킴으로써, NOA81 스탬프 (포지티브-릴리프)를 제작하였다. 상기 NOA81 스탬프를 사용하여 PDMS층 상에 채널 구조를 인쇄하였으며, 이를 유리 슬라이드 상에서 부분적으로 경화하였다 (70 ℃에서 12분). 70 ℃에서 10분 동안 추가로 더 경화한 후에, 상기 NOA81 스탬프를 제거하였다. 최종적으로, 상기 상부 PDMS 채널을 상기 하부 채널 상에 위치시키되, 두 개의 PDMS 층들 사이에 공기 갭이 생성되지 않도록 하면서 70 ℃에서 3시간 동안 경화시켰다.A PDMS microfluidic chip with a two - layer structure was fabricated for the synthesis of rectangular hydrogel microparticles. PDMS (Corning, Sylgard 184) was mixed with the curing agent in a weight ratio of 10: 1, poured onto the SU-8 master, and then cured at 70 ° C for at least 4 hours. The SU-8 master includes a pattern of upper and lower positive-relief channels having a thickness of 50 [mu] m. Two inlets and one outlet through the replica of the upper PDMS channel were perforated with a biopsy perforator (diameter 1 mm). For lower PDMS channel replicas, Norland Optical Adhesive 81 (NOA81; Norland Products) was poured onto replica channels (negative-relief) and exposed to ultraviolet light (UV; 365 nm) for 4 minutes using a Vilber Lourmat, A NOA 81 stamp (positive-relief) was produced. The channel structure was printed on the PDMS layer using the NOA81 stamp, which was partially cured (12 minutes at 70 DEG C) on a glass slide. After further curing at 70 DEG C for 10 minutes, the NOA 81 stamp was removed. Finally, the upper PDMS channel was placed on the lower channel, and cured at 70 占 폚 for 3 hours while no air gap was formed between the two PDMS layers.

유체역학 집중 Fluid Mechanics Concentration 리소그라피Lithography (Hydrodynamic Focusing Lithography,  (Hydrodynamic Focusing Lithography, HFLHFL )를 통한 양자점-부호화된 사각형 수화겔 마이크로입자들의 제조Preparation of Quantum dot-coded quadrilateral hydrated gel microparticles

HFL을 수행하기 위해서, 자체 제작된 회로 보드 및 LabView (National Instrument) 코드에 의해서 조절되는 UV 발광 다이오드 (LED; Thorlabs)-가압 동조 시스템을 개발하였다. 상기 2층 구조 PDMS 미세유체 칩 중 수직 적층된 흐름을 조절하기 위해서 가압 조절기 (ITV0031-3BL, SMC pneumatics)를 사용하였다. 상기 조절기를 가압 공기원 및 200 μL 피펫 말단에 연결된 타이곤 튜브 사이에 위치시켰다 (유입 저장기는 도 2에 도시된 바와 같음; Axygen). 사각형 수화겔 마이크로입자는 역전 현미경 (Axiovert 200, Zeiss)에 탑재된 필름 포토마스크 (Hanall Technology)를 통해서 UV LED에 의해서 합성하였다.To perform the HFL, we developed a self-made circuit board and a UV light-emitting diode (LED) (Thorlabs) -pressure tuning system controlled by LabView (National Instrument) code. A pressure regulator (ITV0031-3BL, SMC pneumatics) was used to control the vertically stacked flow of the two-layer structure PDMS microfluidic chip. The regulator was positioned between a pressurized air source and a tying tube connected to the end of the 200 μL pipette (the inflow reservoir is shown in FIG. 2, Axygen). The square hydrogel microparticles were synthesized by UV LED through a film photomask (Hanall Technology) mounted on an inverted microscope (Axiovert 200, Zeiss).

HFL 도중에, 사각형 입자들은, 수직 적층된 흐름이 정확히 동조화된 방식으로 정지할 때, UV의 주기적 방출 (200 ms)에 의해서 생성되었다. 각각의 사각형 마이크로 입자들은 암호 및 프로브 영역으로 구성된다. 암호 영역은 기공발생부로서 40% (v/v) PEG700DA (Sigma-Aldrich), 20% (v/v) PEG200 (Sigma-Aldrich)를 포함하고, 광개시제로서 5% (v/v) Darocur 1173 (Sigma-Aldrich)를 포함하며, 또한 27.5% (v/v) QDs (Nvigen), 및 7.5% (v/v) 탈이온수를 포함한다. 색상-부호화를 위한 양자점들의 파장은 615 nm (적색), 535 nm (녹색), 및 460 nm (청색)이다.During the HFL, the square particles were generated by the periodic emission of UV (200 ms) when the vertically stacked flow was stopped in an exactly synchronized manner. Each square microparticle consists of a cryptographic and probe region. The coding region contained 40% (v / v) PEG700DA (Sigma-Aldrich), 20% (v / v) PEG200 (Sigma-Aldrich) as a pore generating agent and 5% (v / v) Darocur 1173 Sigma-Aldrich) and also contains 27.5% (v / v) QDs (Nvigen), and 7.5% (v / v) deionized water. The wavelengths of quantum dots for color-coding are 615 nm (red), 535 nm (green), and 460 nm (blue).

사각형 마이크로입자들의 특성 파악 결과, 상기 프로브 영역은 40% (v/v) PEG700DA, 20% (v/v) PEG200, 5% (v/v) 광개시제, 10% (v/v) 녹색-형광 나노비드 (직경 100 nm; Polyscience), 및 25% (v/v) 증류수로 구성되었다. 알츠하이머-miRNAs의 검출을 위해서, 먼저 프로브 영역용 기저 프리-고분자 용액을 제조하였는 바, 이는 20% (v/v) PEG700DA, 40% (v/v) PEG200, 5% (v/v) 광개시제, 35% (v/v) 3X Tris EDTA (TE) 완충용액 (Sigma-Aldrich)으로 구성되었다. 이어서, 이러한 기저 프리-고분자 용액을 1X TE 완충용액 중에 용해된 아크리다이트-개질된 ssDNA 올리고머와 (Integrated DNA technologies) 9:1의 부피비로 혼합하였다. 이때, 가능한 오염을 방지하기 위해서 뉴클라아제가 존재하지 않는 물 (Sigma-Aldrich), 오토클레이브된 피펫 팁 및 마이크로튜브를 사용하였다.As a result of characterization of the rectangular microparticles, the probe region was found to contain 40% (v / v) PEG700DA, 20% (v / v) PEG200, 5% (v / v) photoinitiator, 10% Beads (100 nm in diameter; Polyscience), and 25% (v / v) distilled water. For the detection of Alzheimer-miRNAs, a base free pre-polymer solution for the probe region was first prepared which contained 20% (v / v) PEG700DA, 40% (v / v) PEG200, 5% (v / v) And consisted of 35% (v / v) 3X Tris EDTA (TE) Buffer (Sigma-Aldrich). This base pre-polymer solution was then mixed with a volume ratio of 9: 1 (Integrated DNA technologies) with the acrylate-modified ssDNA oligomer dissolved in 1X TE buffer. At this time, in order to prevent possible contamination, nuclease free water (Sigma-Aldrich), autoclaved pipette tip and microtube were used.

2층 구조 PDMS 칩 중에서 합성된 사각형 마이크로입자들을 1x TE 완충용액 및 0.05% (v/v) Tween-20 (Sigma-Aldrich)으로 구성된 혼합물 (1x TET 완충용액) 400 μL로 미리 채워진 마이크로튜브 중에 수집하였다. 합성된 마이크로입자들을 혼합하고 약 1 분 동안 원심분리하였다. 이후, 상기 마이크로입자들을, 340 μL의 상등액 완충용액을 제거하고 동일한 부피의 신선한 1xTET 중에 재현탁시킴으로써 세척하였다. 이러한 세척 단계를 7회 반복하였다. 최종적으로, 사각형 수화겔 마이크로입자들을, 사용 이전에 4 ℃에서 150 μL의 1xTET 중에 보관하였다.The rectangular microparticles synthesized in the two-layer structure PDMS chip were collected in a microtube pre-filled with 400 μL of a mixture (1 × TET buffer) consisting of 1 × TE buffer and 0.05% (v / v) Tween-20 (Sigma-Aldrich) Respectively. The synthesized microparticles were mixed and centrifuged for about 1 minute. The microparticles were then washed by removing 340 μL of the supernatant buffer solution and resuspending in the same volume of fresh 1 × TET. This washing step was repeated 7 times. Finally, quadrangular hydrated gel microparticles were stored in 150 [mu] L of 1xTET at 4 [deg.] C prior to use.

알츠하이머 질병과 관련된 Alzheimer's disease related miRNA의miRNA 다중 검출 Multiple detection

miRNA 검출은 총 부피 50 μL에 대해서 수행하였다. 먼저, 25 μL 1xTET 완충용액을 각각의 마이크로튜브에 가하고, 5 μL의 타겟 miRNA를 첨가해 주었다. 본 발명에 따른 miRNA 분석방법의 성능은 miRNAs의 농도를 변화시켜 줌으로써 평가하였다. 다중 검출 분석 및 교차-반응성 테스트를 위해서, 200 ng의 E. coli 총 RNA (Thermo scientific)를 도입하여 복합 분석 조건과 유사하게 하였다. 상기 혼합물을 열 교반기 (Hangzhou Allsheng Instruments Co., Ltd) 중에서 95 ℃로 5분 동안 가열하였다. 실온으로 냉각시킨 이후에, 3가지 종류의 부호화된 사각형 마이크로입자들 (총 20 μL; ~100 입자들/튜브)을 상기 마이크로튜브에 첨가하였다. 각각의 분석 부피는 350 mM NaCl을 함유하였다. 상기 분석 마이크로튜브를 열 교반기 중에서 1,500 rpm의 속도로 교반하면서 55 ℃에서 90분 동안 배양함으로써, 사각형 마이크로이자들 중 프로브들과 타겟 miRNAs가 혼성화되도록 하였다.miRNA detection was performed for a total volume of 50 μL. First, 25 μL 1xTET buffer was added to each microtube and 5 μL of the target miRNA was added. The performance of the miRNA assay according to the present invention was evaluated by varying the concentration of miRNAs. For multiple detection analysis and cross-reactivity testing, 200 ng of E. coli total RNA (Thermo scientific) was introduced to mimic the complex assay conditions. The mixture was heated in a heat agitator (Hangzhou Allsheng Instruments Co., Ltd) at 95 캜 for 5 minutes. After cooling to room temperature, three types of encoded rectangular microparticles (total 20 μL; ~ 100 particles / tube) were added to the microtube. Each assay volume contained 350 mM NaCl. The analytical microtube was incubated at 55 ° C for 90 minutes with stirring at 1,500 rpm in a heat agitator to hybridize the probes and the target miRNAs in the square micrographs.

상기 혼성화 이후에, 마이크로입자들을 50 mM NaCl을 함유하는 350 μL의 1xTET로 3회 세척하고, 245 μL의 라이게이션 믹스 (ligation mix)를 첨가하였다. 상기 라이게이션 믹스는 150 μL 10x NE 완충용액 2 (New England Biolabs), 1,350 μL 1xTET, 250 nM ATP (New England Biolabs), 40 nM 유니버설 어댑터 (Integrated DNA technologies), 및 800 U/ml T4 DNA 라이게이즈 (Fermentas)로 구성된다. 유니버설 어댑터의 혼성화 및 라이게이션 (총 부피 295 μL)은 열 교반기 중에서 1,500 rpm의 속도로 21.5 ℃, 45분 동안 동시에 수행하였다. 전술한 바와 같이 또 다른 세척 단계를 수행한 후에, 1xTET 중에 50배 희석된 스트렙타비딘-피코에리쓰린 (SA-PE; Life Technologies)을 첨가하였다. 최종 배양 단계는 21.5 ℃에서 45분 동안 수행하였다. 세척 단계 및 500 μL PTET (75% (v/v) 5x TE, 25% (v/v) PEG400 (Sigma-Aldrich), 및 0.05% (v/v) Tween-20로 구성됨)로 후속 추가 세척 단계를 수행한 후에, PTET 중의 50 μL의 사각형 마이크로입자들의 현탁액을 영상 분석을 위해서 사용하였다. 이때, PTET는 응집된 고분자들을 제거하기 위해서 사용 이전에 5분 동안 미리 초음파처리하였다.After the hybridization, the microparticles were washed three times with 350 μL of 1 × TET containing 50 mM NaCl and 245 μL of ligation mix was added. The ligation mix contained 150 μL 10x NE buffer 2 (New England Biolabs), 1,350 μL 1xTET, 250 nM ATP (New England Biolabs), 40 nM Integrated DNA technologies, and 800 U / ml T4 DNA It is composed of Fermentas. Hybridization and ligation of universal adapters (total volume 295 [mu] L) were performed simultaneously at 21.5 [deg.] C for 45 minutes at a rate of 1,500 rpm in a heat agitator. After performing another washing step as described above, streptavidin-picoerythrine (SA-PE; Life Technologies) diluted 50-fold in 1xTET was added. The final incubation step was carried out at 21.5 [deg.] C for 45 minutes. Followed by a subsequent wash step with 500 μL PTET (consisting of 75% (v / v) 5 × TE, 25% (v / v) PEG 400 (Sigma- Aldrich), and 0.05% (v / v) Tween- , A suspension of 50 μL of square microparticles in PTET was used for image analysis. At this time, PTET was pre-sonicated for 5 minutes before use to remove the aggregated polymer.

영상 분석Image analysis

수화겔 마이크로입자들에 대한 RGB 형광 영상들은 디지털 단일-렌즈 반사 카메라 (DSLR, EOS 6D, Canon)를 사용하여 획득하였다. 프로브 영역으로부터의 타겟 신호 강도를 분석하기 위한 단색 형광 영상들을 획득하기 위해서는, 과학용 상보 금속-산화물-반도체 (scientific complementary metal-oxide-semiconductor (sCMOS)) 카메라 (optiMOS, QImaging)를 사용하였으며, 노출 시간은 100 ms로 설정하였다. 두 카메라들 모두 역전 현미경 (Axio Observer.A1, Zeiss)에 연결하였다. 암호 영역을 영상화하기 위해서 LED 램프 (SOLA SM II, Lumencor Light Engine)를 큐브 세트 (XF02-2, Omega Optical)를 통과하여 필터링하였으며, 프로브 영역을 영상화하기 위해서 또 다른 세트 (89101x, 89101m, 89100bs, Chroma Technology Co.)를 통과하여 필터링하였다. 단색 형광 영상들은 반자동 방식으로 자체제작 Matlab (MathWorks) 코드를 사용하여 회전, 편집 및 분석하였다. 각각의 편집된 프로브 영역 중 (18x20 μm) 형광 강도는 적어도 9개의 사각형 마이크로입자들에 대해서 평균값을 구하였다. 배경 신호를 계산하기 위해서, 사각형 마이크로입자들을 타겟과 혼성화시키지 않고 전술한 바와 동일한 방식으로 분석하였다.RGB fluorescence images for hydrogel microparticles were obtained using a digital single-lens reflex camera (DSLR, EOS 6D, Canon). In order to obtain monochromatic fluorescence images for analyzing the target signal intensity from the probe region, a scientific complementary metal-oxide-semiconductor (sCMOS) camera (optiMOS, QImaging) The time was set to 100 ms. Both cameras were connected to an inverted microscope (Axio Observer.A1, Zeiss). In order to image the cipher area, LED lamp (SOLA SM II, Lumencor Light Engine) was filtered through cube set (XF02-2, Omega Optical) and another set (89101x, 89101m, 89100bs, Chroma Technology Co.). Monochromatic fluorescence images were rotated, edited and analyzed using a self-made Matlab (MathWorks) code in a semi-automatic manner. The fluorescence intensity of each edited probe region (18 x 20 μm) was averaged over at least nine square microparticles. To calculate the background signal, square microparticles were analyzed in the same manner as described above without hybridizing to the target.

통계적 분석Statistical analysis

Prism (GraphPad) 중 통계적 분석을 위해서 비율 강도를 사용하였다. 통계적 유의성은 2-way ANOVA 및 paired t-test를 사용하여 분석하였으며, p < 0.05인 경우 유의미한 것으로 간주하였다.The ratio intensity was used for statistical analysis of Prism (GraphPad). Statistical significance was analyzed using 2-way ANOVA and paired t-test, and p <0.05 was considered significant.

검토Review

1. One. 양자점Qdot 부호화된 사각형  Encoded rectangle 수화겔Hydrogels 마이크로입자들의 합성 Synthesis of microparticles

부호화된 사각형 수화겔 마이크로입자들을 합성하기 위해서, 본 발명에서는 2층 구조의 PDMS 미세유체 칩을 제작하였다. 종래 보고된 바 있는 2층 구조 PDMS 마이크로채널들의 제작방법들과는 대조적으로 (K. W. Bong, K. T. Bong, D. C. Pregibon and P. S. Doyle, Angew . Chem ., Int . Ed., 2010, 49, 87-90), 본 발명에서는 부분적으로 경화된 PDMS층 상에 바닥부 채널을 프린팅하기 위해서 스탬핑 물질로서 NOA81을 사용하는 새로운 방법을 개발하였다.In order to synthesize the coded rectangular hydrogel microparticles, a PDMS microfluidic chip having a two-layer structure was prepared in the present invention. In contrast to the previously reported methods of fabricating two-layer structure PDMS microchannels (KW Bong, KT Bong, DC Pregibon and PS Doyle, Angew . Chem ., Int . Ed. , 2010, 49 , 87-90) The invention has developed a novel method of using NOA 81 as a stamping material to print a bottom channel on a partially cured PDMS layer.

구체적으로, PDMS와 비교할 때 NOA81은 낮은 소수성을 갖기 때문에, 바닥부 PDMS층이 완전히 경화된 이후에 NOA81 스탬프를 제거하는 것이 용이하다. 본 발명에서는, 유체 집중 기술 (flow focusing technique)을 통해서, 2층 구조의 미세유체 칩 중에 안정한 적층 미세흐름을 야기시켰다. 양자점으로 부호화된 사각형 수화겔 마이크로입자들은 HFL을 통해서 합성하였다. HFL 사이클은 정지 (500 ms), 노출 (200 ms), 및 홀드 (100 ms)로 구성되어 반복되었다.Specifically, since NOA 81 has low hydrophobicity when compared to PDMS, it is easy to remove the NOA 81 stamp after the bottom PDMS layer is fully cured. In the present invention, stable microfluidic flow is caused in a microfluidic chip of a two-layer structure through a flow focusing technique. The tetragonal hydrogel microparticles encoded by quantum dots were synthesized via HFL. The HFL cycle was repeated consisting of stop (500 ms), exposure (200 ms), and hold (100 ms).

제공된 2차원 배열 디자인에 의해서 수화겔 마이크로입자들을 1차원 배열 합성법에 비해서 더욱 빠른 생산 속도 (3x)로 제조하는 것이 가능했다. 구체적으로, 유체 리소그라피 (Stop Flow Lithography, SFL, 1차원 배열 합성법)를 통해서 다관능 수화겔 마이크로입자들을 제조하는 통상적인 방법에 있어서는, 포토마스크와 평면 병행흐름 사이의 정렬이 극히 중요하다. 이러한 배열에 약간의 변화라도 발생되면 입자 성분이 변화 또는 상실되며, 궁극적으로는 수화겔 마이크로입자들의 기능이 변화하게 된다.The provided two-dimensional array design made it possible to produce hydrogel microparticles at a faster production rate (3x) than the one-dimensional array synthesis method. Specifically, in a conventional method for producing multifunctional hydrated gel microparticles through a flow lithography (Stop Flow Lithography, SFL, one-dimensional array synthesis method), alignment between the photomask and the planar parallel flow is extremely important. Even minor changes to this arrangement will cause particle components to change or lose, ultimately changing the function of the hydrated microparticles.

본 발명에서는 상기 평면 평행 배향을 수직 흐름 시스템으로 대체함으로써, 이러한 마스크 정렬 필요성을 없앴다. 이는, 본 발명에서는, HFL 과정 도중에 다중층 흐름 채널 내의 임의의 영역은 균일한 비율의 각각의 모노머로 구성되기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 마스크 정렬의 변화가 수화겔 마이크로입자들의 기능 유지에 영향을 주지 않고, 결과적으로 입자 생산의 효율성이 더욱 높아지게 되는 것이다. By replacing the plane parallel orientation with a vertical flow system in the present invention, this mask alignment need is eliminated. This is because in the present invention, any region in the multilayer flow channel during the HFL process consists of a uniform proportion of each monomer. Therefore, according to the method of the present invention, the change in mask alignment does not affect the function maintenance of the hydrogel microparticles, and as a result, the efficiency of particle production is further enhanced.

부호화된 사각형 수화겔 마이크로입자들은 두 가지 구별되는 영역들을 포함하는 바, 암호 및 프로브 영역이 그것이다. 암호 영역은 입자를 표지하는 기능을 하고, 프로브 영역은 타겟이 되는 miRNA (ssDNA 올리고머)에 대한 상보적 서열을 포함한다. x-y 평면 중에서, 각각의 사각형 마이크로입자는 20 x 20 μm (너비 x 길이)의 사각형 형태를 갖고, 마이크로입자의 높이는 z-축을 따라서 약 40 μm이다. 너비 및 길이는 포토마스크 패턴 (사각형들의 배열)에 의해서 조절된다. 마이크로입자의 높이는 PDMS 마이크로채널의 높이 및 산소 억제층의 두께 양자 모두에 의해서 결정된다.The encoded quadratic hydrogels microparticles contain two distinct regions, the cipher and the probe region. The coding region functions to mark the particle, and the probe region contains the complementary sequence to the target miRNA (ssDNA oligomer). In the x-y plane, each rectangular microparticle has a square shape of 20 x 20 μm (width x length), and the height of the microparticles is about 40 μm along the z-axis. The width and length are controlled by the photomask pattern (array of squares). The height of the microparticles is determined by both the height of the PDMS microchannel and the thickness of the oxygen suppressing layer.

본 발명에서는 사각형 수화겔 마이크로입자들의 부피 (즉, 너비, 길이, 및 높이)를 최적화함으로써, 높이 / 너비 (또는 길이)로 정의되는 종횡비가 대략 2가 되게 하였고, 따라서 x-z 또는 y-z 평면이 항상 눕혀지도록 하였다. 달리 말하면, 마이크로입자들의 영상화 평면은 항상 여기 광의 방향에 수직으로 향하도록 하였다. 이러한 디자인에 의해서, z-방향을 따라서 UV를 축 방향으로 노출시킴으로써 마이크로입자들의 제조가 가능하며, 횡단 평면 (x-z 또는 y-z 평면)을 따라서 타겟의 확인 및 분석이 가능해진다. 사각형 수화겔 마이크로입자들의 일 말단에는 형광 표지자로서 양자점들을 부호화하였다. 예를 들어, 알츠하이머 진단의 경우, 이러한 양자점들은 대칭성, 좁은 발광 스펙트럼 및 광표백 (photobleaching)에 대한 내성을 포함하는 독특한 특성들을 나타낼 수 있도록 선택된다. 더 나아가, 이러한 양자점들은 생물학적으로 불활성이며, 여러 생물학적 응용면에서도 사용된 바 있는데, 예를 들어 siRNA의 전달, 생체 세포들의 모니터링 및 DNA 중 점 돌연변이의 검출 등과 같은 용도로 사용된 바 있다.By optimizing the volume (i.e., width, length, and height) of the square hydrogel microparticles, the present invention allows the aspect ratio defined by height / width (or length) to be approximately 2 so that the xz or yz plane always lays down Respectively. In other words, the imaging plane of the microparticles is always oriented perpendicular to the direction of the excitation light. With this design, microparticles can be produced by axially exposing UV along the z-direction, and identification and analysis of the target along a transverse plane (x-z or y-z plane) is possible. Quantum dots were encoded as fluorescent markers on one end of quadrangular hydrogel microparticles. For example, in the case of Alzheimer's disease, these quantum dots are chosen to exhibit unique properties including symmetry, narrow emission spectrum and immunity to photobleaching. Furthermore, these quantum dots are biologically inert and have been used in many biological applications, such as for the delivery of siRNA, monitoring of living cells, and detection of DNA midpoint mutations.

양자점들을 광화학적으로 사각형 마이크로입자들 내로 도입하기 위해서, 본 발명에서는 가용성의 메타크릴화된 양자점들을 사용하였다. 비록 PEGDA 프리-고분자 용액이 수계이지만, 광개시제가 가장 소수성을 나타내는 성분으로서 기능하며, 양자점들의 응집을 야기하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 프리-고분자 용액의 조성을 최적화하였을 뿐만 아니라, 도입 직전 양자점들을 약 20분 동안 초음파처리하였다. 그 결과, 최적으로 도입된 양자점들은 적어도 6주 동안 일정한 형광 강도 및 형태 안정성을 나타낸다는 사실을 확인하였다 (도 5). 프로브 모노머의 점성이 PEG200의 점성과 동일하다고 가정함으로써 양자점들이 마이크로채널의 절반 이상 확산되는데 소요되는 시간은 (예를 들어, 직경 3.7 nm) 약 595초이다. 이러한 시간은 채널 중 모노머의 잔류 시간 (1.2초)보다 훨씬 더 긴 시간이다. 따라서, 프로브 영역으로의 양자점들의 확산은 거의 무시할 만하다.To introduce the quantum dots into the photochemically rectangular microparticles, soluble methacylated quantum dots were used in the present invention. Although the PEGDA free-polymer solution is aqueous, the photoinitiator functions as the most hydrophobic component and causes aggregation of the quantum dots. In order to solve this problem, in the present invention, not only the composition of the pre-polymer solution was optimized, but also the quantum dots were sonicated for about 20 minutes immediately before introduction. As a result, it was confirmed that the optimally introduced quantum dots exhibited constant fluorescence intensity and shape stability for at least 6 weeks (Fig. 5). Assuming that the viscosity of the probe monomer is the same as the viscosity of the PEG 200, the time it takes for the quantum dots to diffuse more than half of the microchannel is about 595 seconds (for example, 3.7 nm in diameter). This time is much longer than the residence time of the monomer in the channel (1.2 seconds). Therefore, the diffusion of the quantum dots into the probe region is almost negligible.

2. 코드 넘버의 부여2. Assignment of code number

진단을 확실히 하기 위해서는, 질병 관련된 타겟들을 다중으로 검출하는 것이 불가피하다. 예를 들어, 알츠하이머의 경우, 이러한 질병과 관련되는 miRNA들이 20개가 넘는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따른 다중검출 분석방법에서는, 구별되는 프로브들에 대응되는 다양한 코드 표지들을 디자인하였다. 타겟 miRNA들의 숫자 증가에 맞추어서, 본 발명에서는 3가지 패러미터들을 고려하였다: 1) 양자점들의 파장, 2) 코드 스트림의 개수, 및 3) 코드 스트림의 높이. 가장 단순한 코드의 경우 (1 코드 스트림), 본 발명에서는 차단 압력 (blocking pressure)이라는 개념을 통해서 새로운 모델을 사용하였는 바, 이러한 차단 압력은 코드 및 프로브 영역의 비율을 1:1로 조절한다. 도 6a는 두 가지 다른 색상들의 양자점들을 도입하는 것을 보여준다 (즉, 적색 또는 녹색). 하나 이상의 코드 스트림으로 구성된 복잡한 코드들의 경우, 코드 및 프로브층들의 두께를 조절하기 위해서 유체역학 저항 모델을 사용하였다 (K. W. Bong, J. Xu, J.-H. Kim, S. C. Chapin, M. S. Strano, K. K. Gleason and P. S. Doyle, Nat. Commun ., 2012, DOI: 10.1038/ncomms1800). 코드 및 프로브 영역의 비율이 1:1인 사각형 마이크로입자들을 합성하였다. 부가적인 코드 영역을 위해서, 미세유체 채널 내로 두 가지 코드 모노머들을 동시에 도입함으로써 두 가지 모노머들의 총 높이가 프로브 영역의 그것과 동일하게 하였다 (도 6b). 이러한 3-흐름 적층을 위해서, 유입 지점을 추가함으로써 2층 구조 PDMS 채널을 변형시켰다. 이어서, 부가적인 코드 스트림을 적층된 모노머들에 전달하였다. 더 나아가, 색상 코드들의 개수를 증가시키기 위해서, 유입 압력을 변화시킴으로써 녹색 및 청색 양자점 코드들의 비율 (즉, 2:1 및 1:2)을 조절하였다 (도 6c). 이때, 반자동 방식에 의한 영상 분석을 위해서 코드 및 프로브 영역들 사이의 비율을 1:1로 유지하는 것이 중요하다. 만약 'n'을 양자점 색상들의 개수로, 'm'을 코드 스트림의 개수로, 's'를 코드 스트림의 높이의 조합으로 정의한다면, 예상되는 코드 개수는 nπm·s이다.In order to ensure diagnosis, it is inevitable to detect multiple disease related targets. For example, in the case of Alzheimer's, there are more than 20 miRNAs associated with these diseases. In the multiple detection analysis method according to the present invention, various code markers corresponding to different probes have been designed. In keeping with the increasing number of target miRNAs, three parameters have been considered in the present invention: 1) the wavelength of the quantum dots, 2) the number of code streams, and 3) the height of the code stream. In the case of the simplest code (one code stream), the present invention uses a new model through the concept of blocking pressure, which controls the ratio of the cords and probe areas to 1: 1. Figure 6a shows the introduction of quantum dots of two different colors (i. E., Red or green). For complex codes composed of more than one code stream, a hydrodynamic resistance model was used to adjust the thickness of the code and probe layers (KW Bong, J. Xu, J.-H. Kim, SC Chapin, MS Strano, KK Gleason and PS Doyle, Nat. Commun . , 2012, DOI: 10.1038 / ncomms1800). Rectangular microparticles with a 1: 1 ratio of cords and probe areas were synthesized. For additional coding regions, the total height of the two monomers was made identical to that of the probe region by simultaneously introducing two code monomers into the microfluidic channel (Fig. 6B). For this three-flow lamination, a two-layer PDMS channel was modified by adding an inflow point. The additional code stream was then transferred to the stacked monomers. Further, to increase the number of color codes, the ratio of green and blue quantum cords (i.e., 2: 1 and 1: 2) was adjusted by varying the inlet pressure (FIG. 6C). At this time, it is important to maintain the ratio between the code and probe areas at 1: 1 for semi-automatic image analysis. If we define 'n' as the number of quantum dot colors, 'm' as the number of code streams, and 's' as the combination of the height of the code stream, the expected number of codes is n π m · s.

3. 3. 양자점Qdot 부호화된 사각형  Encoded rectangle 수화겔Hydrogels 마이크로입자들을 사용한  Using microparticles miRNA의miRNA 검출: 알츠하이머 miRNA의 단일 검출 Detection: Single detection of Alzheimer's miRNA

먼저, 기존에 보고된 바와 유사하게 (S. C. Chapin, D. C. Appleyard, D. C. Pregibon and P. S. Doyle, Angew . Chem ., Int . Ed., 2011, 50, 2289-2293), 단일 검출 분석방법에 의해서 양자점 부호화된 사각형 수화겔 마이크로입자들의 분석 성능을 조사하였다. 요약하면, PEGDA 내부에 광화학적으로 고정된 캡쳐 프로브 (즉, 5' 말단에 AcryditeTM으로 관능화된 ssDNA 올리고머)는, 1) 타겟-특이적인 상보적 서열 (miRNA 프로브; 도 7a 및 7b) 및 2) 형광 리포팅을 위한 유니버설 서열 (어댑터 프로브; 도 7a 및 7b)로 구성된다. miRNA 타겟들을 수화겔 마이크로입자들과 혼성화시킨 이후에, T4 DNA 라이게이즈에 의해서 혼성화된 miRNA 타겟들과 비오틴화된 유니버설 어댑터 사이에서만 효소적 결합이 생성되었다 (도 7b). 이어서, SA-PE 리포터 형광원으로부터의 형광 강도는 miRNA 타겟들의 함량에 따라서 변화하였다 (도 7c).First, the quantum dot-coded data is analyzed by a single detection analysis method similar to that reported previously (SC Chapin, DC Appleyard, DC Pregibon and PS Doyle, Angew . Chem ., Int . Ed. , 2011, 50 , 2289-2293) The analytical performance of square hydrogel microparticles was investigated. Briefly, a capture probe photochemically immobilized within PEGDA (i.e., a ssDNA oligomer functionalized with Acrydite TM at the 5 'end) has 1) a target-specific complementary sequence (miRNA probes; Figures 7a and 7b) and 2) a universal sequence for fluorescent reporting (adapter probes; FIGS. 7A and 7B). After hybridizing the miRNA targets with the hydrogel microparticles, an enzymatic binding was generated only between the miRNA targets hybridized by T4 DNA ligase and the biotinylated universal adapter (Fig. 7B). Subsequently, the fluorescence intensity from the SA-PE reporter fluorescence source varied with the content of miRNA targets (Fig. 7C).

본 발명에 따른 분석의 작업 지속시간은 대략 4시간이었다. 따라서, 다른 miRNA 검출 전략에 소요되는 기존에 보고된 분석 시간과 비교할 때, 본 발명에 따른 분석은 노던 블랏팅 (E. Koscianska, J. Starega-Roslan, K. Czubala and W. J. Krzyzosiak, Sci . World J., 2011, 11, 102-117) 및 마이크로어레이 방법 (H. Wang, R. A. Ach and B. Curry, Rna, 2007, 13, 151-159)에 비해서 훨씬 빠른 것이다.The working duration of the analysis according to the invention was approximately 4 hours. Therefore, as compared with the analysis time reported previously spent on different miRNA detection strategy, analysis according to the invention Northern blotting (E. Koscianska, J. Starega-Roslan, K. Czubala and WJ Krzyzosiak, Sci. World J ., 2011, 11, will be much faster as compared to 102-117) and microarray methods (H. Wang, and B. RA Ach Curry, Rna, 2007, 13, 151-159).

본 발명에서는, 두 가지 주된 분석 조건들을 최적화하였는 바, 이들은 온도 및 염 농도이다. 이러한 두 가지 요인들 각각은 핵산 분석에 있어서 감도 및 선택성에 영향을 미친다. 최적화된 조건은 각각 55 ℃ 및 350 mM NaCl 농도이다. 본 발명에서는 알츠하이머 질병의 초기 및 중간 단계에 특이적인 환자 혈청으로부터, 알츠하이머와 강한 상관관계를 나타내는 것으로 최근에 보고된 바 있는 (L. Cheng, J. Doecke, R. Sharples, V. Villemagne, C. Fowler, A. Rembach, R. Martins, C. Rowe, S. Macaulay and C. Masters, Mol . Psychiatry, 2014, 20, 1188-1196) 3 가지 엑소좀 miRNA들을 선택하였다 (즉, hsa-miR-18b-5p, hsa-miR-342-3p, hsa-miR-1306-5p). 이러한 3가지 miRNA들은 임상적 분류에 강한 연관성을 나타낸다. 상기 3가지 miRNA들의 검출을 위해서, hsa-miR-18b-5p, hsa-miR-342-3p, 및 hsa-miR-1306-5p를 각각 청색, 적색 및 녹색 양자점들과 접합시켰으며, 사각형 수화겔 마이크로입자들의 코드 영역 내로 도입하였다.In the present invention, two main analytical conditions are optimized, which are temperature and salt concentration. Each of these two factors influences sensitivity and selectivity in nucleic acid analysis. The optimized conditions were 55 ℃ and 350 mM NaCl concentration, respectively. In the present invention, there has been a recent report (L. Cheng, J. Doecke, R. Sharples, V. Villemagne, C., et al. Fowler, A. Rembach, R. Martins, C. Rowe, S. Macaulay and C. Masters, Mol. Psychiatry, 2014, 20, 1188-1196) were selected some kinds of miRNA 3 exo (ie, hsa-miR-18b -5p, hsa-miR-342-3p, hsa-miR-1306-5p). These three miRNAs are strongly associated with clinical classification. For detection of the three miRNAs, hsa-miR-18b-5p, hsa-miR-342-3p and hsa-miR-1306-5p were conjugated with blue, red and green quantum dots respectively, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; of the particles.

20% (v/v) PEGDA (MW 700 Da)를 프로브 영역의 주된 조성으로서 사용하였는 바, 이는 이러한 농도가 프로브 및 타겟 분자들의 확산을 가능하게 할 뿐만 아니라, 기계적 불안정성 (예를 들어, 수화겔 마이크로입자들의 굽힘 또는 접힘)을 방지하기 때문이다. 3가지 AD-miRNA 타겟들 각각에 대해서, 총 분석 부피 50 μL 내로 100 내지 10,000 amol의 독립적으로 적용하였다. 그 결과, 라이게이션 기반의 방법이 오차값 없이 높은 효율을 나타낸다는 사실을 확인하였는 바, 이러한 오차는 3가지 알츠하이머 miRNA들의 직접 검출을 위한 타겟 증폭 기반의 방법들에서 발생될 수 있는 것이다.20% (v / v) PEGDA (MW 700 Da) was used as the main composition of the probe region because this concentration not only enabled the diffusion of probe and target molecules, but also resulted in mechanical instability (e.g., Bending or folding of the particles). For each of the three AD-miRNA targets, 100 to 10,000 amol was applied independently within a total assay volume of 50 mu L. As a result, we have confirmed that ligation-based methods exhibit high efficiency without error values, which can occur in target amplification-based methods for direct detection of three Alzheimer's miRNAs.

구체적으로, 3가지 알츠하이머 miRNA들 모두가 3 로그 단위에 걸쳐서 선형의 용량 의존성을 나타내었다 (hsa-miR-18b-5p, hsa-miR-342-3p, 및 hsa-miR-1306-5p에 대해서 각각 R 2 = 0.9949, 0.9836, 및 0.9987) (도 7c 참조). 또한, 각각의 함량에서 알츠하이머 miRNA들 사이의 반응 변이 정도는 무시할만한 수준이었다 (도 7c 참조). 이러한 변이는 3가지 miRNA들의 혼성화 역학이 약간씩 차이를 보이기 때문이며 (예를 들어, 혼성화 속도는 G-C 함량 및 녹는점에 의존함), 이는 실험 패러미터인 PEGDA 프리-고분자 용액 중의 miRNA 프로브의 농도를 조절함으로써 효과적으로 줄일 수 있는 사항이다.Specifically, all three Alzheimer miRNAs showed linear dose-dependency over three log units (hsa-miR-18b-5p, hsa-miR-342-3p, and hsa-miR-1306-5p R 2 = 0.9949, 0.9836, and 0.9987) (see FIG. Also, the degree of reaction variation between Alzheimer &apos; s miRNAs at each concentration was negligible (see FIG. 7C). This variation is due to the slightly different hybridization dynamics of the three miRNAs (for example, the hybridization rate depends on the GC content and melting point), which regulates the concentration of the miRNA probe in the experimental parameter PEGDA free-polymer solution This can be effectively reduced.

본 발명에서는, miRNA 프로브들의 농도를 조절하지 않고도 모든 분석들의 성능에 대한 특성 분석을 수행하였다. 더 나아가, 신호-대-잡음 비율 (signal-to-noise ratio, SNR) 직선을 외삽함으로써 검출 한계 (limit of detection, LoD)를 계산한 결과, 아토몰 수준의 감도를 나타낸다는 사실을 알 수 있었다 (즉, hsa-miR-18b-5p, hsa-miR-342-3p, 및 hsa-miR-1306-5p 각각에 대해서 21.8, 8.08, 및 7.75 amol). 상기 데이터는 본 발명에 따른 사각형 수화겔 마이크로입자들이 PEGDA 중 프로브의 농도를 미세하게 조절하고 또한 신호를 증폭하는 과정 없이도, 우수한 성능을 나타낸다는 점을 반증하는 것이다.In the present invention, characterization of the performance of all assays was performed without adjusting the concentration of miRNA probes. Furthermore, we have found that by extrapolating the signal-to-noise ratio (SNR) line, the limit of detection (LoD) is calculated to give a sensitivity of atomol level (I.e., 21.8, 8.08, and 7.75 amol for hsa-miR-18b-5p, hsa-miR-342-3p, and hsa-miR-1306-5p, respectively). The data demonstrate that the quadrangular hydrogel microparticles according to the present invention exhibit excellent performance without finely adjusting the concentration of the probe in PEGDA and amplifying the signal.

4. 알츠하이머 4. Alzheimer's miRNA들의miRNAs 다중 검출 Multiple detection

특이성을 분석하고 생물학적 시료들의 복잡성을 모사하기 위해서, 본 발명에서는 E. coli RNA의 용액 내로 투여된 다중 알츠하이머 miRNA들의 검출을 수행하였다 (도 8a 참조). 상기 박테리아 RNA를 선택한 이유는 인간 혈장이 풍부한 비인간 소 RNA 서열들을 포함할 뿐만 아니라, 박테리아 RNA가 인간 질병들과 관련된 miRNA를 검출하는데 종종 사용되기 때문이다. 중요하게는, 다중 miRNA 타겟들의 동시 검출을 수행하더라도 검출 감도 면에서 별다른 차이가 없었는 바, 이는 두 가지 시스템들, 즉 단일 검출 및 다중 검출 시스템들에 있어서 형광 강도로서 표현되는 검출 감도가, 대부분의 데이터 지점들에서 검출값에 별다른 통계적 차이점을 나타내지 않았기 때문이다.To analyze the specificities and to simulate the complexity of the biological samples, detection of multiple Alzheimer miRNAs administered into a solution of E. coli RNA was performed in the present invention (see FIG. 8A). The reason for selecting the bacterial RNA is not only that it contains human plasma-rich non-human bovine RNA sequences, but also because bacterial RNA is often used to detect miRNAs associated with human diseases. Significantly, even when performing simultaneous detection of multiple miRNA targets, there was no significant difference in detection sensitivity, indicating that the detection sensitivity, expressed as the fluorescence intensity, in the two systems, single detection and multiple detection systems, Because there is no statistical difference in the detected values at the data points.

하기 표 1은 다중 검출 및 단일 검출 분석 방법에 대한 검출한계값들을 요약한 것으로서, 하기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 사각형 수화겔 마이크로입자들은 복잡한 시료에서도 특이성을 유지하였음을 알 수 있다.Table 1 below summarizes the detection limit values for the multiple detection and single detection assay methods. Referring to Table 1 below, it can be seen that the square hydrogel microparticles according to the present invention retained their specificity even in complex samples.

알츠하이머 miRNAAlzheimer's miRNA 분석 방법Analysis method 검출한계 (amol)Detection limit (amol) hsa-miR-18b-5phsa-miR-18b-5p 단일 검출Single detection 21.821.8 다중 검출Multiple detection 25.925.9 hsa-miR-342-3phsa-miR-342-3p 단일 검출Single detection 8.088.08 다중 검출Multiple detection 18.618.6 hsa-miR-1306-5p
hsa-miR-1306-5p
단일 검출Single detection 7.757.75
다중 검출Multiple detection 10.810.8

또한, 도 8b는 200 ng의 E. coli 총 RNA 뿐만 아니라, 각각의 알츠하이머 miRNA 타겟 (5 fmol) 존재 및 부존재에 따른 총 7가지 경우에 있어서, 프로브 영역의 배경 차감 평균 형광 강도를 도시한 것이다. 도 8b를 참조하면, 본 발명에서는 다른 비특이적 RNA들이 풍부하게 존재하는 환경 하에서도 교차 반응성 염려 없이 알츠하이머 miRNA들을 검출할 수 있다는 사실을 알 수 있다.Figure 8b also shows the background subtracted mean fluorescence intensity of the probe region for a total of 7 cases with 200 ng E. coli total RNA as well as the presence and absence of each Alzheimer &apos; s miRNA target (5 fmol). Referring to FIG. 8B, it can be seen that the present invention can detect Alzheimer's miRNAs without any fear of cross-reactivity even in the presence of abundant other nonspecific RNAs.

종합하면, 본 발명은 알츠하이머 miRNA들과 같은 다양한 표적 분자들을 다중 검출하기 위한 적층 부호화 수화겔 마이크로입자를 제공한다. 이러한 부호화된 수화겔 마이크로입자들은 수직 방향을 구별되는 부분들을 포함한다 (즉, 코드 및 프로브 영역). 또한, 본 발명에서는 이러한 마이크로입자들을 2차원 배열 방식에 의해서 합성하였기 때문에, 종래기술에서 요구되던 정교한 마스크 정렬의 필요성이 없으며, 높은 생산성으로 마이크로입자들을 생산해내는 것이 가능하다. 본 발명에서는 다양한 파장의 양자점들을 사용하고, 코드층들의 개수를 증가시키거나, 또는 코드층들의 두께를 조절함으로써 색상 코드의 개수를 증가시켰다. 더 나아가, 상기 부호화된 사각형 수화겔 마이크로입자들이 알츠하이머 질병과 관련된 miRNA들을 아토몰 수준의 감도 및 높은 선택성으로 다중 검출하는데 사용될 수 있다는 점을 성공적으로 입증하였는 바, 환자 혈청으로부터 이러한 miRNA들을 검출함으로써 상기 마이크로입자들을 임상적 진단에 활용할 수 있는 가능성을 보여주었다.In summary, the present invention provides multilayered hydrated gel microparticles for multiple detection of a variety of target molecules such as Alzheimer &apos; s miRNAs. These encoded hydrogel microparticles contain vertically distinct portions (i. E., The cords and probe regions). In addition, since the microparticles are synthesized by the two-dimensional array method in the present invention, it is possible to produce microparticles with high productivity without the necessity of sophisticated mask alignment required in the prior art. In the present invention, the number of color codes is increased by using quantum dots of various wavelengths, increasing the number of code layers, or adjusting the thickness of the code layers. Furthermore, it has been successfully demonstrated that the encoded quadrilateral hydrogel microparticles can be used to multiplexly detect miRNAs associated with Alzheimer &apos; s disease with sensitivity and high selectivity at the atomol level. By detecting such miRNAs from the patient serum, The possibility of using particles for clinical diagnosis has been shown.

Claims (16)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 포토리소그라피 공정에 의해서 각각 제1 채널 및 제2 채널이 양각 패터닝된 제1 및 제2 마스터 웨이퍼를 제조하는 단계;
상기 제1 및 제2 마스터 웨이퍼 상에 고분자 전구체 용액을 붓고 열경화시킨 후, 상기 제1 및 제2 마스터 웨이퍼와 경화된 고분자를 분리함으로써 각각 제1 채널 및 제2 채널이 음각 패터닝된 제1 고분자 주형 및 제2 채널 형성부를 제조하는 단계;
상기 제1 고분자 주형에 자외선 경화성 고분자 용액을 붓고 자외선 조사를 통해서 경화시킴으로써 상기 제1 채널이 양각 패터닝된 제1 채널 형성용 스탬프를 제조하는 단계;
유리 슬라이드 상에 상기 고분자 전구체 용액을 코팅하고 부분 경화시키는 단계;
상기 부분 경화된 고분자 표면에 상기 제1 채널 형성용 스탬프를 날인함으로써 제1 채널이 표면에 형성된 제1 채널 형성부를 제조하는 단계; 및
상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시키는 단계
를 포함하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자 제조장치의 제조방법.
Fabricating first and second master wafers, each having a first channel and a second channel embossed by a photolithography process;
A polymer precursor solution is poured onto the first and second master wafers and thermally cured, and then the first and second master wafers are separated from the cured polymer to form first and second channels, Forming a mold and a second channel forming portion;
Preparing a stamp for forming a first channel in which the first channel is embossed by pouring an ultraviolet curable polymer solution into the first polymer mold and curing the ultraviolet curable polymer solution by irradiation of ultraviolet rays;
Coating and partially curing the polymer precursor solution on a glass slide;
Forming a first channel forming portion in which a first channel is formed on the surface by stamping the first channel forming stamp on the partially cured polymer surface; And
And combining the first channel forming portion and the second channel forming portion
Wherein the method comprises the steps of: (a)
제6항에 있어서,
상기 마스터 웨이퍼는 에폭시 수지 계열의 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자 제조장치의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the master wafer is an epoxy resin-based polymer resin. A method for manufacturing a multilayer-encoded hydrogel particle producing apparatus for multi-target biomolecule detection.
제6항에 있어서,
상기 고분자 전구체 용액은 폴리디메틸실록산을 함유하는 용액인 것을 특징으로 하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자 제조장치의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the polymer precursor solution is a solution containing polydimethylsiloxane. 2. The method of claim 1, wherein the polymer precursor solution is a solution containing polydimethylsiloxane.
제6항에 있어서,
상기 부분 경화는 상기 유리 슬라이드 상에 고분자를 코팅하고 30 ℃ 내지 150 ℃에서 5분 내지 20분 동안 방치함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자 제조장치의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the partial curing is carried out by coating the polymer on the glass slide and leaving the mixture at 30 ° C to 150 ° C for 5 minutes to 20 minutes.
제6항에 있어서,
상기 제1 채널 형성용 스탬프를 날인한 후, 상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시키기 이전에, 30 ℃ 내지 150 ℃에서 5분 내지 20분 동안 추가적 부분 경화를 수행하는 것을 특징으로 하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자 제조장치의 제조방법.
The method according to claim 6,
After the stamp for forming the first channel is stamped, additional partial curing is carried out at 30 ° C to 150 ° C for 5 minutes to 20 minutes before bonding the first channel forming portion and the second channel forming portion Wherein the method comprises the steps of:
제6항에 있어서,
상기 제1 채널 형성부와 상기 제2 채널 형성부를 결합시킨 후 30 ℃ 내지 150 ℃에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 표적 생체 분자 다중 검출을 위한 적층 부호화 수화겔 입자 제조장치의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the first channel forming unit and the second channel forming unit are combined and then allowed to stand at 30 DEG C to 150 DEG C for 3 hours or more.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020160085486A 2016-07-06 2016-07-06 Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device KR101872091B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160085486A KR101872091B1 (en) 2016-07-06 2016-07-06 Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160085486A KR101872091B1 (en) 2016-07-06 2016-07-06 Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180005428A KR20180005428A (en) 2018-01-16
KR101872091B1 true KR101872091B1 (en) 2018-06-27

Family

ID=61066633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160085486A KR101872091B1 (en) 2016-07-06 2016-07-06 Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101872091B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102176130B1 (en) * 2018-11-13 2020-11-10 고려대학교 산학협력단 Detection device of biological molecule using a micropore
CN111190412B (en) * 2020-01-06 2021-02-26 珠海格力电器股份有限公司 Fault analysis method and device, storage medium and terminal

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anal. Chem., Vol. 88, pp. 4259-4268 (2016.03.14. 공개)*
Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 49, pp. 87-90 (2009.11.30. 공개)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180005428A (en) 2018-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Microfluidic synthesis of barcode particles for multiplex assays
Appleyard et al. Bar-coded hydrogel microparticles for protein detection: synthesis, assay and scanning
Le Goff et al. Hydrogel microparticles for biosensing
DE202019005610U1 (en) Flow cell device and its use
Lee et al. Universal process-inert encoding architecture for polymer microparticles
Gerver et al. Programmable microfluidic synthesis of spectrally encoded microspheres
DE112021000050T5 (en) HIGH PERFORMANCE FLUORESCENCE IMAGING MODULE FOR GENOMICAL TESTING ASSAYS
KR102007715B1 (en) Encoded polymeric microparticles
KR102091867B1 (en) Method for preparing encoded hydrogel particle and encoded hydrogel particle prepared by the same
KR101670232B1 (en) Porous matrix and method for producing thereof
CN102246037B (en) Biocompatible and photocurable polymers
CN107694649A (en) Microarray, its preparation method and application based on coding chip
KR101872091B1 (en) Device for manufacturing vertically encoded hydrogel microparticles for multiplexed detection of target biological molecules, method for preparing the same, and method for preparing the microparticles using the device
JP4803125B2 (en) Bead group, method for producing the bead group, and method using the bead group
US20220155211A1 (en) Altering flow cell signals
Wu et al. Multicompartmental Hydrogel Microspheres as a Tool for Multicomponent Analysis
KR101758145B1 (en) manufacturing method of micro-beads for bioassay and micro-beads for bioassay thereby
KR20090081758A (en) Particle using for biomolecule detection or analysis, Composition having the same and Manufacturing method thereof
EP3283879A1 (en) Method for detecting one or more analytes in a sample, said detection being delimited by a reaction chamber
CN107384765B (en) Porous substrate comprising nucleic acid primer-carbon material composite and PCR using the same
US10302546B2 (en) Microparticle multiplexing
CN114994322A (en) Magnetic quantum dot coding microsphere, preparation method and device for high-flux detection
Busk Fabrication and utilisation of solid-phase microdroplet arrays for nucleic acid detection and other applications
QINGDI Microparticle Array on Gel Microstructure Chip for Multiplexed Biochemical Assays
Gerver Microfluidic Approaches to Multiplexing Heterogeneous Protein Assays

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant