KR102103582B1 - 실리카 나노입자를 포함하는 미세유체칩 및 그의 제조방법 - Google Patents

실리카 나노입자를 포함하는 미세유체칩 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기둥 패턴이 도입된 미세유체칩 내에 실리카 나노입자를 도입하여 실리카 나노입자가 기둥 패턴에 고정됨으로써 3차원 구조로 표면적이 향상되어 육안으로 색변화가 감지 가능한 실리카 나노입자를 포함하는 환경오염인자 분석용 미세유체칩 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

실리카 나노입자를 포함하는 미세유체칩 및 그의 제조방법{Microfluidic chip comprising silica nano particles and method for preparing the same}
본 발명은 실리카 나노입자를 포함하는 미세유체칩 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기둥 패턴이 도입된 미세유체칩 내의 마이크로 채널 표면에 실리카 나노입자를 도입하여 실리카 나노입자가 기둥 패턴에 고정됨으로써 3차원 구조로 표면적이 향상되어 육안으로 색변화가 감지 가능한 실리카 나노입자를 포함하는 환경오염인자 분석용 미세유체칩 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
자가진단에 대한 요구가 지속적으로 증가하는 현재에도 환경오염물질 측정은 복잡한 시료의 전처리가 필요하고, 주로 고가의 장비와 오랜 분석시간을 요구하기 때문에 일반 대중이 쉽게 접근하기 힘든 한계점을 가지고 있다. 센서/센싱이란 측정 대상물로부터 정보를 측정하여, 그 측정량을 인식 가능한 신호로 변화시켜주는 소자 및 행위를 일컬으며, 환경센싱은 환경 유해성 물질로부터 정보를 측정하여 사람이 인식할 수 있는 다양한 형태의 신호로 변화시켜주는 시스템을 말하며, 최근 개발되고 있는 대부분의 센싱은 미세유동기술을 응용하여 유체의 극소량을 제어하고 분석하는 미세유체칩 (Microfluidic chips)을 이용한 연구가 주를 이루고 있다.
색깔의 변화를 통해 신호 전달하는 비색방법은 눈으로도 변화를 감지할 수 있기 때문에 가장 쉽고 간단한 방법이지만, 표면 위에서 단일층으로 형성된 신호를 받아야하기 때문에 일반적으로 민감도가 낮아 인지/감지하기가 힘든 단점을 가지고 있어 범용적 휴대용 킷으로의 개발이 어렵다.
현재의 분석시스템은 현장에서 환경오염 시료를 채취한 후, 이를 실험실로 이송하여 시료의 분리나 검출을 효과적으로 수행하기 위하여 복잡한 전처리를 거쳐야 하며, 또한 이렇게 전 처리된 시료를 비싸고 복잡한 분석기기를 이용하여 분석하게 되므로 많은 수의 시료를 분석하기 위해서는 다양한 장비와 많은 시간, 경제력, 노동력이 필요한 실정이다.
특히 소규모의 예산으로 이와 같은 문제들을 해결하고, 국내 분석기기 시장의 활성화 및 대외경쟁력 강화를 위해 칩 기반의 비표지 분석기기에 대한 연구에 많은 예산이 투자되고 있고, 특히 미세유체칩을 활용한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기와 같은 미세유체칩을 활용한 대표적인 예는 환경칩이 있는데, 환경칩이란, 기존의 바이오칩이나 의료용 랩온어칩(lab-on-a-chip) 개념에서 확대 발전된 개념으로, 칩 상에서 중금속, 유기오염, 및 복합 환경오염물질을 모니터링하는 것을 의미한다. 이러한 칩 관련 센싱분야는 21세기 블루오션으로 가장 각광받고 있는 미래융합형 기술분야 중 하나로서, 환경센싱을 위한 칩 자체의 선택성과 민감도도 중요하지만 응용단계에 있어서는 바이오칩에서 발생하는 신호를 쉽고 간단하게 인지할 수 있는 시스템에 대한 개발도 함께 이루어져야 한다.
환경칩의 구성은 환경 유해물질 인식부와 신호 변환부로 크게 나눌 수 있는데, 인식부는 표적 유해물질과의 선택성과 민감도가 중요하며, 신호 변환방법으로는 전기화학적(electrochemical), 광학적(optical), 그리고 기계적(mechanical) 방식들이 있으며, 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 공간적인 제약이나 분석장비가 비싼 단점들을 가지고 있다.
현재 광학적 특성을 이용하는 신호 변환방법이 가장 많이 사용되고 있는데, 일반적으로 형광표지자 분자를 미세유체칩 표면에 고정시킨 상태에서 표적 물질이 포함된 유체를 흘려 보내게 되면, 고정된 형광표지자 분자와 표적물질사이의 특이결합에 의해 함께 고정된 후, 광학 스캐너를 이용하여 유해물질을 검출하는 방식을 채택하고 있어, 신호 검출을 위해 고가의 광학계를 갖춘 대형 분석기기가 필요하고, 표적물질들에 형광물질을 균일하게 표지해야 하는 문제점을 가지고 있다.
미국 일리노이주립대의 Suslick 교수 연구팀은 비색센서의 원리를 이용하여 다양한 휘발성 유기화합물을 검출하는데 성공하여 네이처지(2000)에 출판하였으며, 이는 금속을 함유하는 포피린이 휘발성 유기화합물과의 상호작용으로 인해 색깔이 변하는 것을 이용하였다. 이러한 색깔변화를 인지하기 위해 스캐너를 이용하였으며, 효과적인 상호작용을 위해 분석물질과 질소만을 함유하는 기체만을 측정하는 제한적인 환경에서 측정하였기 때문에 범용적으로 이용되어지기에는 많은 제약이 따른다고 할 수 있다. 또한, 표면적을 증가시키기 위해 다공성 소재를 사용하였지만 불균일한 다공성과 분석물질과의 표면에 집중될 수밖에 없는 제한된 상호작용으로 인해 높은 감도를 가지지 못하는 문제점이 있었다.
[비특허문헌 1] Rakow, N. A. & Suslick, K. S. A colorimetric sensor array for odour visualization. Nature 406, 710-713 (2000) [비특허문헌 2] M.-H. Park et al. Enhanced isolation and release of circulating tumor cells using nanoparticle binding in a microfluidic chip via ligand-exchange" submitted to J. Am. Soc. Chem. (2016) [비특허문헌 3] Kim, Y. H., Park, D., Hwang, J. & Kim, Y. J. Integrated particle detection chip for environmental monitoring. Lab on a Chip 8, 1950-1956 (2008).
본 발명의 목적은 미세유체칩 내의 마이크로 채널의 표면에 복수개의 기둥을 도입하고, 상기 복수개의 기둥에 실리카 나노입자가 고정됨으로써, 이 실리카 나노입자에 의한 미세 3차원 구조로 표면적 향상을 확보하여 넓은 표면적으로 인하여 표적물질과의 반응면적을 향상시킬 뿐만 아니라, 색변화에 감도를 향상시키는 비색방법으로 쉽고 간단하게 눈으로 색변화를 감지할 수 있는, 실리카 나노입자를 포함하는 환경오염인자 분석용 미세유체칩(이하, '환경칩'이라 칭하기도 함.) 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 미세유체칩 및 무바늘 주사기를 포함하는 휴대폰 키트를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 환경오염인자 분석용 미세유체칩을 포함하는 비색센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 비색센서와 바코드 분석시스템을 구비한 환경오염인자 분석용 모바일앱을 이용한 비색센서 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미세유체칩은,
유입부, 마이크로 채널 및 유출부를 포함하는 미세유체칩으로서,
상기 마이크로 채널 표면에 복수개의 기둥이 구비되고, 상기 복수개의 기둥에 실리카 나노입자가 고정되어 3차원의 입체형태를 가질 수 있다.
상기 복수개의 기둥은 상기 마이크로 채널 표면에 벌집 형태로 이루어질 수 있다.
상기 기둥의 높이는 10∼100㎛이고, 직경은 10∼100㎛일 수 있다.
상기 실리카 나노입자의 입경 크기는 50∼500nm일 수 있다.
상기 실리카 나노입자는 에폭시기, 아민기 또는 카르복실기를 가질 수 있다.
상기 실리카 나노입자는 아민기, 알코올기, 카르복실기, 또는 활성화 에스테르기를 갖는 프로브와 결합될 수 있다.
상기 프로브는 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 프로브로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 프로브(probe)일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017118738932-pat00001
[화학식 2]
Figure 112017118738932-pat00002
[화학식 3]
Figure 112017118738932-pat00003
[화학식 4]
Figure 112017118738932-pat00004
[화학식 5]
Figure 112017118738932-pat00005
[화학식 6]
Figure 112017118738932-pat00006
본 발명에 따른 미세유체칩의 제조방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다:
(1) 마이크로 채널 내에 복수개의 기둥이 형성된 미세유체칩을 준비하는 단계;
(2) 상기 미세유체칩의 복수개의 기둥을 포함하는 마이크로 채널의 표면을 아민기로 치환시키는 단계; 및
(3) 상기 (2) 단계에서 아민기로 치환된 마이크로 채널의 복수개의 기둥에 실리카 나노입자를 고정시키는 단계.
상기 (1) 단계의 마이크로 채널 내에 복수개의 기둥이 형성된 미세유체칩을 준비하는 단계는 다음의 단계를 포함할 수 있다:
(a) 복수개의 기둥을 형성하는 복수개의 마이크로 채널을 갖는 모형틀을 준비하는 단계;
(b) 상기 모형틀에 실록산 용액을 부어 복수개의 기둥이 형성된 마이크로 채널을 갖는 모형을 제작하는 단계;
(c) 상기 모형의 양 말단에 유입부와 유출부를 형성시키는 단계;
(d) 상기 모형을 산소 식각하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계에서 얻어진 모형에서 기둥의 윗면이 기판과 맞닿도록 기판에 고정시키는 단계.
상기 (b) 단계에서, 상기 실록산은 폴리디메틸실록산일 수 있다.
상기 (2) 단계에서, 아민기로 치환시키는 단계는 아미노트리에톡시실란 및 에틸렌디아미노프로필트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 아미노실란을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 (2) 단계는 아미노실란 화합물을 알코올계 용매 또는 톨루엔 용매에 0.1∼2중량%의 농도로 용해한 후, 상기 마이크로 채널을 실온(25∼35℃)에서 1분 내지 12시간 동안 침지하여 수행될 수 있다.
상기 (3) 단계에서 아민기로 치환된 마이크로 채널을 갖는 미세유체칩의 유입부에 에폭시-실리카 나노입자를 주입하여 상기 마이크로 채널 표면에 존재하는 복수개의 기둥에 에폭시-실리카 나노입자를 고정반응시킬 수 있다.
상기 (3) 단계에서 에폭시-실리카 나노입자의 고정반응 시간은 1∼14시간일 수 있다.
상기 (3) 단계에서 얻어진 상기 마이크로 채널에 존재하는 복수개의 기둥에 고정된 에폭시-실리카 나노입자에 프로브를 결합반응시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 에폭시-실리카 나노입자와 프로브의 결합반응 시간은 1∼14시간일 수 있다.
본 발명에 따른 휴대용 키트는 본 발명에 따른 미세유체칩 및 무바늘 주사기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비색센서는 본 발명에 따른 미세유체칩을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비색센서 시스템은 본 발명에 따른 비색센서 및 모바일앱을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 환경오염인자 분석용 미세유체칩에 따르면, 미세유체칩 내의 마이크로 채널의 표면에 복수의 기둥을 도입하여 비색센서의 감도를 증가시키며, 3차원 구조를 가지는 실리카 나노입자의 도입으로 인해 불균일한 표면을 제공하여 표적물질과의 상호작용증가로 인해 표면적을 증가시켜, 분석을 위한 환경오염인자와 프로브와의 컨택을 증가시키고 형광표지자의 밀집도를 증가시켜 비색센서가 가지는 낮은 민감도를 향상시킬 수 있고, 범용적 카메라로 분석가능한 효과를 갖는다.
특히, 색깔의 변화를 통해 신호 전달하는 비색방법은 눈으로도 변화를 감지할 수 있기 때문에 가장 쉽고 간단한 방법이나, 표면위에서 단일층으로 형성된 신호를 받아야하기 때문에 일반적으로 민감도가 낮아 인지/감지하기가 힘든 단점을 가지고 있어 범용적 휴대용킷으로의 개발이 어려운데, 본 발명에서는 미세유체칩 내의 기둥을 이용하고, 그 위에 도입된 나노 실리카 입자의 곡률을 이용하여 기존의 시스템보다 효율과 감도를 높일 수 있는 효과를 가지며, 강화된 비색검출을 이용하여 센서의 소형화 및 환경 유해물질의 실시간 모니터링이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 이렇게 향상된 색변화 신호를 분석하기 때문에 고가의 장비없이 모바일용 장치가 가지고 있는 카메라를 통하여 신호를 데이터화하는 것이 가능하며, 또한 모바일용 이미지 인식앱을 통한 바코드 분석시스템을 편리하고 쉽게 사용할 수 있으며, 무바늘 주사기(needleless syringe)와 미세유체칩으로만 구성되어 있는 휴대용 키트는 실온에서도 안전하게 보관될 수 있으며, 휴대하기 편하며, 쉽게 사용할 수 있기 때문에 시스템의 휴대성과 안정성이 뛰어난 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 미세유체칩 및 이를 이용한 색의 변화를 인식하여 환경오염인자를 감지하는 메카니즘을 나타낸 도면이다.
도 2는 제조예 1의 500nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자의 SEM(좌) 및 TEM(우) 이미지이다.
도 3은 제조예 2의 300nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자의 SEM(좌) 및 TEM(우) 이미지이다.
도 4는 50nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자의 SEM(좌) 및 TEM(우) 이미지이다.
도 5는 실리콘 웨이퍼 모형틀을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 미세유체칩의 사진이다.
도 7 및 도 8은 미세유체칩의 채널을 에폭시-실리카 나노입자로 고정시킨 미세유체칩의 SEM 이미지이다.
도 9는 에폭시-실리카 나노입자로 고정시킨 미세유체칩에 포르피린 계열 프로브를 고정시킨 미세유체칩을 IR 및 UV 분광기로 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 페놀-포르피린 프로브를 고정시켰을 때의 미세유체칩의 형광데이터 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은, 실험예 1의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 12, 13 및 14는 실험예 2에서의 각각의 Co, Cu 및 Zn의 RGB값을 나타낸 그래프이다.
도 15는 실험예 2에서의 대조구, 50nM의 Co, Cu 및 Zn의 RGB값을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명에 따른 환경분석용 미세유체칩을 사용하여 오염인자물질(금속)을 주입하여 색변화를 관찰 후, RGB값을 수집하여 분석하는 공정 흐름도를 나타낸 것이다.
도 17은 실험예 3의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 18은 실험예 4의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 19는 실험예 5의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 20은 실험예 6의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 21은 실험예 7의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 22는 비교 실험예 1의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 23는 비교 실험예 2의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
도 24는 비교 실험예 3의 색변화를 나타낸 미세유체칩 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구체예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 발명의 구체예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실리카 나노입자를 포함하는 미세유체칩과 그의 제조방법 및, 이를 포함하는 휴대용 키트 및 비색센서, 및 이와 모바일앱을 이용한 비색센서 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 미세유체칩은
유입부, 마이크로 채널 및 유출부를 포함하는 미세유체칩에 있어서,
상기 마이크로 채널 표면에 복수개의 기둥이 구비되고, 상기 복수개의 기둥에 실리카 나노입자가 고정되어 3차원의 입체형태를 가질 수 있다.
상기 복수개의 기둥은 상기 마이크로 채널 표면에 벌집 형태로 이루어질 수 있다.
상기 기둥의 높이는 10∼100㎛이고, 직경은 10∼100㎛일 수 있는데, 상기 기둥의 높이 및 직경이 10㎛ 미만이면 실리카 나노입자의 도입이 어려워 바람직하지 않고, 상기 기둥의 높이 및 직경이 100㎛를 초과하면 분석물질과의 상호작용이 적어지기 때문에 바람직하지 않다.
상기 미세유체칩의 마이크로 채널 표면에 기둥을 도입시켜 실리카 나노입자를 고정시켜, 상기 미체유체칩을 이용하여 비색센서를 제조하였을 때, 상기 기둥으로 인해 비색센서의 감도가 증가할 수 있다.
또한, 상기와 같은 기둥에 3차원 구조를 가지는 실리카 나노입자를 도입시킴으로써 표적물질과의 상호작용증가로 인해 표면적이 증가하며, 형광표지자의 밀집도를 증가시켜 비색센서가 가지는 낮은 민감도를 향상시켜 환경오염인자 분석 시, 범용적 카메라를 이용해도 분석이 가능한 장점이 있다.
즉, 기둥을 포함하는 마이크로 채널의 표면은 분석물질과의 상호작용이 높아져 분석효율을 증가시킬 수 있고, 여기에 고정된 실리카 나노입자의 배열로 인해 3차원 구조의 불균일한 표면을 제공하여 분석 감도를 크게 증가시킬 수 있다.
상기 실리카 나노입자의 입경 크기는 50∼500nm인 것이 바람직하고, 100∼500nm인 것이 더욱 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 분석물질과의 상호작용이 적어질 뿐만 아니라 유체의 흐름을 방해하기 때문에 바람직하지 않다.
상기 실리카 나노입자는 에폭시기, 아민기 또는 카르복실기를 가질 수 있다.
상기 실리카 나노입자는 아민기, 알코올기, 카르복실기, 또는 활성화 에스테르기를 갖는 프로브와 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 에폭시기 또는 카르복실기를 갖는 실리카 나노입자는 아민기 또는 알코올기를 갖는 프로브와 결합될 수 있고, 상기 아민기를 갖는 실리카 나노입자는 카르복실기 또는 활성화 에스테르기를 갖는 프로브와 결합될 수 있다.
바람직하게는, 상기 실리카 나노입자가 에폭시기를 가질 경우, 마이크로 채널 표면을 아민기로 치환시켜, 실리카 나노입자의 에폭시기와 마이크로 채널의 아민기가 결합하여 상기 실리카 나노입자가 마이크로 채널의 기둥에 고정될 수 있다.
상기 실리카 나노입자는 표면개질화가 쉽기 때문에 다양한 프로브를 도입할 수 있다. 상기 프로브는 환경유해인자와 반응할 수 있는 프로브로서 실리카 나노입자 위에 위치될 수 있다.
상기 프로브는 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 프로브로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 프로브(probe)일 수 있으며, 각각의 프로브가 얻어지는 반응식을 하기에 함께 나타내었다.
[화학식 1]
Figure 112017118738932-pat00007
[반응식 1]
Figure 112017118738932-pat00008
[화학식 2]
Figure 112017118738932-pat00009
[반응식 2]
Figure 112017118738932-pat00010
[화학식 3]
Figure 112017118738932-pat00011
[화학식 4]
Figure 112017118738932-pat00012
[반응식 3]
Figure 112017118738932-pat00013
[화학식 5]
Figure 112017118738932-pat00014
[화학식 6]
Figure 112017118738932-pat00015
[반응식 4]
Figure 112017118738932-pat00016
본 발명에 따른 미세유체칩의 제조방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다:
(1) 마이크로 채널 내에 복수개의 기둥이 형성된 미세유체칩을 준비하는 단계;
(2) 상기 미세유체칩의 복수개의 기둥을 포함하는 마이크로 채널의 표면을 아민기로 치환시키는 단계; 및
(3) 상기 (2) 단계에서 아민기로 치환된 마이크로 채널의 복수개의 기둥에 실리카 나노입자를 고정시키는 단계.
상기 (1) 단계의 마이크로 채널 내에 복수개의 기둥이 형성된 미세유체칩을 준비하는 단계는 다음의 단계를 포함할 수 있다:
(a) 복수개의 기둥을 형성하는 복수개의 마이크로 채널을 갖는 모형틀을 준비하는 단계;
(b) 상기 모형틀에 실록산 용액을 부어 복수개의 기둥이 형성된 마이크로 채널을 갖는 모형을 제작하는 단계;
(c) 상기 모형의 양 말단에 유입부와 유출부를 형성시키는 단계;
(d) 상기 모형을 산소 식각하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계에서 얻어진 모형에서 기둥의 윗면이 기판과 맞닿도록 기판에 고정시키는 단계.
상기 (a) 단계에서, 상기 모형틀은 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
상기 (c) 단계에서, 상기 유입부와 유출부는 펀치를 이용하여 형성시킬 수 있다.
(d) 상기 산소 식각은 상기 모형이 기판에 견고하게 부착되도록 수행하는 것이다.
(e) 상기 기판은 유리 기판일 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 상기 실록산은 특별히 한정은 없고, 예를 들어 폴리디메틸실록산일 수 있고, 가교제 및 촉매제를 더 포함할 수 있다.
상기 (2) 단계에서, 아민기로 치환시키는 단계는 아미노트리에톡시실란 및 에틸렌디아미노프로필트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 아미노실란을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 (2) 단계는 아미노실란 화합물을 알코올계 용매 또는 톨루엔 용매에 0.1∼2중량%의 농도로 용해한 후, 상기 마이크로 채널을 실온(25∼35℃)에서 1분 내지 12시간 동안 침지하여 수행될 수 있다.
상기 (3) 단계에서 아민기로 치환된 마이크로 채널을 갖는 미세유체칩의 유입부에 에폭시-실리카 나노입자를 주입하여 상기 마이크로 채널 표면에 존재하는 복수개의 기둥에 에폭시-실리카 나노입자를 고정반응시킬 수 있다.
상기 (3) 단계에서 에폭시-실리카 나노입자의 고정반응 시간은 1∼14시간인 것이 바람직하고, 6∼14시간인 것이 더욱 바람직한데, 고정반응 시간이 1시간 미만이면 에폭시-실리카 나노입자의 고정이 제대로 이루어지지 않아 바람직하지 않고, 14시간을 초과하면 나노입자의 응집을 유도할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
상기 (3) 단계에서 얻어진 상기 마이크로 채널에 존재하는 복수개의 기둥에 고정된 에폭시-실리카 나노입자에 프로브를 결합반응시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 프로브를 도입할 경우, 환경오염물질을 분석할 때에 일반적인 카메라로 색의 변화를 감지하여 물질을 더욱 잘 구분할 수 있게 한다.
상기 에폭시-실리카 나노입자와 프로브의 결합반응 시간은 1∼14시간일 수 있다.
본 발명에 따른 휴대용 키트는 본 발명에 따른 미세유체칩 및 무바늘 주사기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비색센서는 본 발명에 따른 미세유체칩을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비색센서 시스템은 본 발명에 따른 비색센서 및 모바일앱을 포함할 수 있다.
상기 모바일앱은 환경오염인자 분석용 모바일용 앱으로서, 이를 이용하여 다양한 금속물질 분석 라이브러리 데이터를 수집할 수 있는데, 확보된 중금속 검출 라이브러리를 기반으로 하여 카메라를 통해 얻은 이미지의 RGB값(빨강, 초록, 파랑 색상값)을 자동으로 추출하여 분석할 수 있는 이미지 인식앱이다.
사용자가 환경칩을 이용해 중금속 물질을 분석하기 위한 실험을 수행한 후, 오염인자 분석을 위해 스마트폰에 설치된 이미지 인식앱을 실행하여 색깔 변화를 인지하고 분석을 통해 유해물질의 농도를 계산할 수 있으며, 또한 사용자는 초기 앱실행 시 구동된 카메라를 이용해 환경칩에 디스플레이된 결과를 캡쳐하여, 해당 앱은 캡쳐된 이미지를 분석함으로써, 추가적인 고가의 분석장비 없이 간단한 모바일 앱을 통해 사용자에게 오염인자 분석 결과를 알려줄 수 있다.
실시예 및 비교예
<실리카 나노입자의 제조>
제조예 1: 에폭시기를 갖는 500nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자의 제조
암모니아 용액(28%) 9mL와 에탄올 15mL를 혼합하여 15분 동안 소니케이션하였다. 그런 다음, 에탄올 50mL와 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS) 2.4mL를 상기 소니케이션 한 용액에 넣어 혼합하여 2시간 후, 10,000rpm으로 15분간 원심분리하여 500nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자를 제조하였고, 도 2에 상기 실리카 나노입자의 SEM 및 TEM 이미지를 나타내었다. 그런 다음, 상기에서 얻어진 실리카 나노입자 0.1g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 98㎕, 피리딘 10㎕, 벤젠 3mL를 환류냉각기를 사용하여 교반하며 80℃에서 17시간 반응시킨 후 메탄올, 아세톤, 헥센 순으로 첨가하고, 15,000rpm으로 15분 원심분리하여 에폭시-실리카 나노입자를 제조하였다.
제조예 2: 에폭시기를 갖는 300nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자의 제조
테트라에틸오르소실리케이트(TEOS) 3.8mL, 28%의 암모니아 용액 5.7mL 및 에탄올 100mL를 넣은 후 4시간 교반하며 반응시킨 후, 12,000rpm으로 15분간 원심분리하여 300nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자를 제조하였고, 도 3에 상기 실리카 나노입자의 SEM 및 TEM 이미지를 나타내었다. 그런 다음, 상기에서 얻어진 실리카 나노입자 0.1g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 98㎕, 피리딘 10㎕, 벤젠 3mL를 환류냉각기를 사용하여 교반하며 80℃에서 17시간 반응시킨 후 메탄올, 아세톤, 헥센 순으로 첨가하고, 15,000rpm으로 15분 원심분리하여 에폭시-실리카 나노입자를 제조하였다.
제조예 3: 에폭시기를 갖는 50nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자의 제조
에탄올 200mL, 증류수(I.W.) 3mL, 28%의 암모니아수 용액 3mL 및 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS) 3mL를 순서대로 자석교반기를 사용하여 교반하면서 순서대로 넣은 후, 24시간 반응, 그리고 15,000rpm으로 15분 원심분리하여 50nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자를 제조하였고, 도 4에 상기 실리카 나노입자의 SEM 및 TEM 이미지를 나타내었다. 그런 다음, 상기에서 얻어진 실리카 나노입자 0.1g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 98㎕, 피리딘 10㎕, 벤젠 3mL를 환류냉각기를 사용하여 교반하며 80℃에서 17시간 반응시킨 후 메탄올, 아세톤, 헥센 순으로 첨가하고, 15,000rpm으로 15분 원심분리하여 에폭시-실리카 나노입자를 제조하였다.
제조예 4: PDMS 를 이용하여 복수개의 기둥이 형성된 미세유체칩 제조
도 5에 나타낸 바와 같이, 복수개의 기둥이 형성된 복수개의 마이크로 채널을 갖는 실리콘 웨이퍼 모형틀을 준비하고, 상기 모형틀에 폴리디메틸실록산 용액을 부어 100㎛ 높이의 복수개의 기둥이 형성된 복수개의 마이크로 채널을 갖는 폴리디메틸실록산 모형을 제작하였다. 그런 다음, 상기 폴리디메틸실록산 모형의 양 말단에 펀치를 이용하여 유입부와 유출부를 형성하였다. 이어서, 상기 폴리디메틸실록산 모형을 산소 식각 후, 상기 폴리디메틸실록산 모형에서 기둥의 윗면이 유리 기판과 맞닿도록 기판에 고정시켜 미세유체칩을 제조하였고, 이를 도 6에 나타내었다.
제조예 5: PDMS를 이용하여 미세유체칩 제조
복수개의 기둥이 형성된 복수개의 마이크로 채널을 갖는 실리콘 웨이퍼 모형틀 대신에 복수개의 기둥이 존재하지 않는 복수개의 편평한 마이크로 채널을 갖는 실리콘 웨이퍼 모형틀을 이용하는 것을 제외하고는 제조예 4에서와 같이, 복수개의 마이크로 채널을 갖는 미세유체칩을 제조하였다.
실시예 1
피라나(piranha) 용액(황산 및 과산화수소의 중량 혼합비 = 4：1)으로 미세유체칩 채널의 실리콘 웨이퍼를 식각처리 후, 3-아미노프로필트리에톡시실란 1중량% 에탄올 용액에 12시간 동안 담가놓아 반응시켜 미세유체칩 채널을 아민 작용기로 치환하였다. 그런 다음, 에탄올 용액으로 표면세척 후, 상기 제조예 1에서 얻어진 에폭시기를 갖는 500nm의 입경 크기를 갖는 실리카 나노입자를 제조예 4에서 제조된 복수개의 기둥이 구비된 미세유체칩의 채널에 주입하여 14시간 반응시킨 후, 에폭시-실리카 나노입자로 고정시킨 미세유체칩을 제조하였고, 이의 SEM 이미지를 도 7 및 도 8에 나타내었으며, SEM 사진을 확인한 결과, 마이크로 채널 표면에 에폭시-실리카 나노입자가 화학적 결합을 하고 있음을 확인하였다.
그런 다음, 하기 화학식 1로 표시되는 프로브 1mg 및 탄산나트륨 1.2mg을 혼합하여 2시간 반응시킨 후, 이를 상기에서 얻은 에폭시-실리카 나노입자로 고정시킨 미세유체칩의 채널에 주입하여 12시간 동안 반응시켜 프로브를 고정시킨 미세유체칩을 제조하였고, 이를 IR과 UV 분광기로 측정하여, 그 결과를 도 9에 나타내었으며, 프로브 고정 반응이 잘 이루어졌음을 확인하였다.
[화학식 1]
Figure 112017118738932-pat00017
실시예 2
상기 화학식 1로 표시되는 프로브 대신에 하기 화학식 2로 표시되는 프로브를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
[화학식 2]
Figure 112017118738932-pat00018
실시예 3
상기 화학식 1로 표시되는 프로브 대신에 하기 화학식 3으로 표시되는 프로브를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
[화학식 3]
Figure 112017118738932-pat00019
실시예 4
상기 화학식 1로 표시되는 프로브 대신에 하기 화학식 4로 표시되는 프로브를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
[화학식 4]
Figure 112017118738932-pat00020
실시예 5
상기 화학식 1로 표시되는 프로브 대신에 하기 화학식 5로 표시되는 프로브를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
[화학식 5]
Figure 112017118738932-pat00021
실시예 6
상기 화학식 1로 표시되는 프로브 대신에 하기 화학식 6으로 표시되는 프로브를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
[화학식 6]
Figure 112017118738932-pat00022
비교예 1
프로브로서 상기 화학식 1의 프로브 대신 하기 화학식 7로 표시되는 페놀-포르피린을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
[화학식 7]
Figure 112017118738932-pat00023
비교예 1의 경우, 도 10의 두 형광 데이터에서 나타난 바와 같이, 기본 포르피린 프로브와의 형광 세기의 차이가 나타나며, 에폭시-실리카 나노입자의 형광이 매우 약하게 나타나므로 반응 여부를 판단할 수 없어, 페놀-포르피린은 프로브로서 적합하지 않음을 알 수 있다.
비교예 2
제조예 4에서 제조된 복수개의 기둥이 형성된 복수개의 마이크로 채널을 갖는 미세유체칩 대신에 제조예 5에서 제조된 복수개의 기둥이 존재하지 않는 복수개의 마이크로 채널을 갖는 미세유체칩을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
비교예 3
실리카 나노입자를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
비교예 4
에폭시기를 갖는 실리카 나노입자 대신에 에폭시기를 갖지 않는 실리카 나노입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 미세유체칩을 제조하였다.
실험예 1
도 11에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩에 왼쪽 첫번째 라인에는 환경유해물질인 금속이 포함되지 않은 용액(대조군)을 주입하였고, 왼쪽 두번째 라인부터 순서대로 환경유해물질인 Cu, Zn 및 Co을 각각 50nM의 농도로 주입한 후, 5분 후의 색변화를 관찰하였다. 그 결과, 도 11에 나타낸 바와 같이 5분 이내에 색변화가 가능함을 알 수 있었다. 이는 복수개의 기둥이 있는 마이크로 채널 내에 3차원 구조를 갖는 실리카 나노입자의 도입으로 인해 더욱 불균일한 표면을 제공하여 프로브와의 상호작용 증가로 인해 표면적을 증가시켜, 분석을 위한 환경오염인자와 프로브와의 컨택을 증가시켜 민감도를 향상시킨 결과임을 알 수 있다.
실험예 2
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩에 각각 50nM, 5nM 및 0.5nM의 농도로 코발트, 구리, 아연을 주입 후, RGB값을 구하여 도 12, 도 13 및 도 14에 나타내었고, 도 15에는 50nM 농도의 코발트, 구리, 아연의 RGB값을 구하여 데이터를 수집 후, 이를 분석하였으며, 상기 과정에 대하여 도 16에 나타내었다. 즉, 도 16에 나타낸 바와 같이, 중금속이 함유된 용액을 본 발명에 따른 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩의 채널 안으로 통과시켜 3차원 표면을 가지는 내부에 고정된 프로브들과의 정량적인 화학반응을 통해 색변화를 유도하였고, 이를 모바일에 필수요소인 카메라를 활용하여 기준채널을 함유하는 미세유체칩의 이미지를 캡쳐하고, 이 때 채널 전체의 평균값을 가지고 오거나 섹션을 분리해서 가지고 올 수 있으며, 포토?을 이용하여 캡쳐된 JPG 이미지를 미세채널의 형태를 기반으로 종합적으로 추출하여 RGB값으로 환산한 히스토그램을 작성하고, 마지막으로 분석값의 정확성을 향상시키기 위하여 LDA (Linear discriminant analysis) 통계분석을 통하여 추출해온 이미지값들의 독립영역을 확보하여, 두가지의 Factor를 사용한 2차원 분석으로 충분한 결과값을 유출해낼 수 있음을 알 수 있다. 다만, 필요시에는 3차원으로 분석도 가능함을 알 수 있다.
실험예 3
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 실시예 2에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 17에 나타낸 바와 같이 5분 이내에 색변화가 가능함을 알 수 있었다.
실험예 4
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 실시예 3에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 18에 나타낸 바와 같이 5분 이내에 색변화가 가능함을 알 수 있었다.
실험예 5
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 실시예 4에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 19에 나타낸 바와 같이 5분 이내에 색변화가 가능함을 알 수 있었다.
실험예 6
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 실시예 5에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 20에 나타낸 바와 같이 5분 이내에 색변화가 가능함을 알 수 있었다.
실험예 7
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 실시예 6에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 21에 나타낸 바와 같이 5분 이내에 색변화가 가능함을 알 수 있었다.
비교 실험예 1
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 비교예 2에서 얻어진 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 22에 나타낸 바와 같이, 복수개의 기둥이 존재하지 않는 마이크로 채널을 포함하는 미세유체칩의 경우, 색변화가 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.
비교 실험예 2
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 비교예 3에서 얻어진 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 23에 나타낸 바와 같이, 실리카 나노입자로 인한 표면적의 증가가 없기 때문에 색변화의 밀도가 작아 육안으로 또는 카메라의 이미지로 그 변화를 확인할 수 없었다.
비교 실험예 3
상기 실시예 1에서 얻어진 프로브-실리카 나노입자 미세유체칩 대신에 상기 비교예 4에서 얻어진 미세유체칩을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 실험하였고, 그 결과, 도 24에 나타낸 바와 같이, 에폭시기를 갖지 않는 실리카 나노입자는 마이크로 채널의 표면에 화학적으로 고정시킬 수 없기 때문에 프로브 또한 고정할 수 없어 색변화가 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.

Claims (19)

  1. 유입부, 마이크로 채널 및 유출부를 포함하는 미세유체칩에 있어서,
    상기 마이크로 채널 표면에 복수개의 기둥이 구비되고, 상기 복수개의 기둥에 실리카 나노입자가 고정되어, 상기 마이크로 채널 표면은 불균일한 3차원의 입체 형태를 가지며,
    상기 실리카 나노입자는 에폭시기를 갖고, 상기 복수개의 기둥은 아민기로 치환된 것을 특징으로 하는 미세유체칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 기둥은 상기 마이크로 채널 표면에 벌집 형태로 이루어지는 미세유체칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기둥의 높이는 10∼100㎛이고, 직경은 10∼100㎛인 미세유체칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 나노입자의 입경 크기는 50∼500nm인 미세유체칩.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 나노입자는 아민기, 알코올기, 카르복실기, 또는 활성화 에스테르기를 갖는 프로브와 결합되는 미세유체칩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로브는 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 프로브로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 프로브(probe)인 미세유체칩.
    [화학식 1]
    Figure 112017118738932-pat00024

    [화학식 2]
    Figure 112017118738932-pat00025

    [화학식 3]
    Figure 112017118738932-pat00026

    [화학식 4]
    Figure 112017118738932-pat00027

    [화학식 5]
    Figure 112017118738932-pat00028

    [화학식 6]
    Figure 112017118738932-pat00029
  8. 다음의 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법:
    (1) 마이크로 채널 내에 복수개의 기둥이 형성된 미세유체칩을 준비하는 단계;
    (2) 상기 미세유체칩의 복수개의 기둥을 포함하는 마이크로 채널의 표면을 아민기로 치환시키는 단계; 및
    (3) 상기 (2) 단계에서 아민기로 치환된 마이크로 채널의 복수개의 기둥에 에폭시-실리카 나노입자를 고정시켜 마이크로 채널 표면이 불균일한 3차원의 입체 형태를 가지게 하는 단계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (1) 단계의 마이크로 채널 내에 복수개의 기둥이 형성된 미세유체칩을 준비하는 단계는 다음의 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법:
    (a) 복수개의 기둥을 형성하는 복수개의 마이크로 채널을 갖는 모형틀을 준비하는 단계;
    (b) 상기 모형틀에 실록산 용액을 부어 복수개의 기둥이 형성된 마이크로 채널을 갖는 모형을 제작하는 단계;
    (c) 상기 모형의 양 말단에 유입부와 유출부를 형성시키는 단계;
    (d) 상기 모형을 산소 식각하는 단계; 및
    (e) 상기 (d) 단계에서 얻어진 모형에서 기둥의 윗면이 기판과 맞닿도록 기판에 고정시키는 단계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 실록산은 폴리디메틸실록산인 미세유체칩의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 (2) 단계에서, 아민기로 치환시키는 단계는 아미노트리에톡시실란 및 에틸렌디아미노프로필트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 아미노실란을 이용하여 수행하는 미세유체칩의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (2) 단계는 상기 아미노실란 화합물을 알코올계 용매 또는 톨루엔 용매에 0.1∼2중량%의 농도로 용해한 후, 상기 마이크로 채널을 실온(25∼35℃)에서 1분 내지 12시간 동안 침지하여 수행되는 미세유체칩의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 (3) 단계는 아민기로 치환된 마이크로 채널을 갖는 미세유체칩의 유입부에 에폭시-실리카 나노입자를 주입하여 상기 마이크로 채널 표면에 존재하는 복수개의 기둥에 에폭시-실리카 나노입자를 고정반응시키는 미세유체칩의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 에폭시-실리카 나노입자의 고정반응 시간은 1∼14시간인 미세유체칩의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 얻어진 상기 마이크로 채널에 존재하는 복수개의 기둥에 고정된 에폭시-실리카 나노입자에 프로브를 결합반응시키는 단계를 추가로 포함하는 미세유체칩의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 에폭시-실리카 나노입자와 프로브의 결합반응 시간은 1∼14시간인 미세유체칩의 제조방법.
  17. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 또는 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 미세유체칩 및 무바늘 주사기를 포함하는 휴대폰 키트.
  18. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 또는 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 미세유체칩을 포함하는 비색센서.
  19. 제18항에 따른 비색센서 및 모바일앱을 포함하는 비색센서 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009236933A (ja) 1997-12-24 2009-10-15 Cepheid 一体型流体操作カートリッジ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
‘A rhodamine scaffold immobilized onto mesoporous silica ..... microfluidic chips’, H Kim 등, Sensors and Actuators B 224 (2016) 404~412 (2015.10.20.)*
‘A selective lead sensor based on a fluorescent molecular probe grafted on a PDMS microfluidic chip’, D. Faye 등, J. of Photochemistry A: Chemistry 234 (2012) 115~122 (2012.02.03.)*

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