KR102114446B1 - Lap on a chip, method for manufacturing the same and method for testing using the same - Google Patents
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Abstract
유체가 이송되는 채널이 형성된 플랫폼과, 상기 플랫폼의 채널에 시료를 공급하기 위한 공급부, 상기 채널을 따라 배치되어 시료에 포함된 바이오마커를 검출하는 적어도 하나 이상의 분석부, 상기 채널에 연결되어 분석부로 공급할 시약을 수용하는 시약수용부, 채널을 따라 시약 및 시료를 분석부로 이송하기 위한 구동부를 포함하는 랩온어칩을 제공한다.A platform on which a channel through which a fluid is transferred is formed, a supply unit for supplying a sample to the channel of the platform, at least one analysis unit arranged along the channel to detect biomarkers included in the sample, and connected to the channel to the analysis unit Provided is a lab-on-a-chip that includes a reagent receiving unit for receiving reagents to be supplied, and a driving unit for transferring reagents and samples along the channel to the analysis unit.
Description
생체 시료에 포함된 다양한 바이오마커를 검출하기 위한 랩온어칩, 그 제조방법 및 랩온어칩을 이용한 진단 방법을 개시한다.Disclosed is a lab-on-a-chip for detecting various biomarkers included in a biological sample, a manufacturing method thereof, and a diagnostic method using the lab-on-a-chip.
예를 들어, 효소면역분석법(ELISA)를 이용한 질병 진단의 경우 많은 시간과 비싼 장비가 사용되며, 숙련된 기술자들이 필요하였다. 이에, 상기한 질병 진단은 실험실 내에서만 이루어질 수 있었다.For example, in the case of disease diagnosis using enzyme immunoassay (ELISA), a lot of time and expensive equipment are used, and skilled technicians are required. Thus, the above-described disease diagnosis could be made only in the laboratory.
최근, 현장 현시 검사(Point Of Care Testing : POCT)의 개념으로 현장에서 짧은 시간 내에 간단하게 환자의 상태를 진단하기 위한 진단 장치들이 요구되고 있다. 이에, 미세유체(microfluidic) 제어가 가능한 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 기반의 질병 진단 칩 개발에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 이러한 진단 칩은 혈액, 소변 등을 대표적인 검체로 사용하여 특정 질환에 대한 바이오마커(biomarker)를 검출 및 정량화한다. Recently, as a concept of point of care testing (POCT), diagnostic devices for simply diagnosing a patient's condition in a short time in the field are required. Accordingly, research on the development of a lab-on-a-chip based disease diagnosis chip capable of microfluidic control has been conducted. These diagnostic chips use blood, urine, etc. as representative samples to detect and quantify biomarkers for specific diseases.
그러나, 종래의 진단 칩들은 미량의 시료를 이용하는 경우 정량적으로 바이오마커를 분석하는 데 어려움이 있어, 정성적인 결과만을 얻을 수 있었다.However, conventional diagnostic chips have difficulty in quantitatively analyzing the biomarker when using a small amount of sample, so that only qualitative results can be obtained.
또한, 두 개 이상의 바이오마커를 검출하기 위해서는 각각의 바이오마커에 대한 항체 입자들이 칩 내에 고정되어야 한다. 그러나 종래의 칩들은 복수의 항체 입자들을 칩 내에 제대로 고정하지 못하여 원하는 진단 효과를 얻기 힘들었다.In addition, in order to detect two or more biomarkers, antibody particles for each biomarker must be immobilized in a chip. However, conventional chips have difficulty in obtaining a desired diagnostic effect because a plurality of antibody particles are not properly fixed in the chip.
소량의 시료를 통해 복수개의 바이오마커를 보다 신속하고 정확하게 검출할 수 있도록 된 랩온어칩, 그 제조 방법 및 랩온어칩을 이용한 진단방법을 제공한다.Provided is a lab-on-a-chip capable of more quickly and accurately detecting a plurality of biomarkers through a small amount of samples, a manufacturing method, and a diagnostic method using the lab-on-a-chip.
복수개의 항체 입자들을 각각의 분석부에 용이하게 고정하여 제조할 수 있도록 된 랩온어칩, 그 제조 방법 및 랩온어칩을 이용한 진단방법을 제공한다.Provided is a lab-on-a-chip capable of easily fixing and manufacturing a plurality of antibody particles in each analysis unit, a manufacturing method, and a diagnostic method using the lab-on-a-chip.
항체 입자들의 반응율을 높여 적은 양의 시료로도 정확한 진단이 가능하고 분석 결과의 신뢰도를 높일 수 있도록 된 랩온어칩, 그 제조 방법 및 랩온어칩을 이용한 진단방법을 제공한다.Provides a lab-on-a-chip, a manufacturing method and a diagnostic method using the lab-on-a-chip, which can increase the reaction rate of the antibody particles to enable accurate diagnosis even with a small amount of sample and increase the reliability of the analysis results.
본 구현예의 랩온어칩은 유체가 이송되는 채널이 형성된 플랫폼과, 상기 플랫폼의 채널에 시료를 공급하기 위한 공급부, 상기 채널을 따라 배치되어 시료에 포함된 바이오마커를 검출하는 적어도 하나 이상의 분석부, 상기 채널에 연결되어 분석부로 공급할 시약을 수용하는 시약수용부, 채널을 따라 시약 및 시료를 분석부로 이송하기 위한 구동부를 포함할 수 있다.The lab-on-a-chip of the present embodiment includes a platform on which a channel through which a fluid is transferred is formed, a supply unit for supplying a sample to the channel of the platform, and at least one analysis unit arranged along the channel to detect biomarkers included in the sample, It may be connected to the channel may include a reagent receiving unit for receiving a reagent to be supplied to the analysis unit, a driving unit for transporting reagents and samples along the channel to the analysis unit.
상기 플랫폼에 형성되고 분석부 출측에 연결되어 분석부를 거친 시료가 수용되는 폐기부를 포함할 수 있다.It may be formed on the platform and connected to the outlet of the analysis unit may include a waste unit for receiving a sample that has passed through the analysis unit.
상기 공급부는 시료를 여과하여 공급하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다. The supply unit may further include a filter for filtering and supplying the sample.
상기 공급부는 플랫폼의 필터 출측면에 형성되고 상기 채널에 연결되어 필터를 거친 시료를 이송하는 미세유로를 더 포함할 수 있다.The supply part may further include a micro-channel formed on the filter outlet side of the platform and connected to the channel to transport the sample through the filter.
상기 공급부는 플랫폼과 별도로 구비되어 플랫폼에 형성된 홈에 착탈가능하게 결합되는 구조일 수 있다. The supply part may be a structure provided separately from the platform and detachably coupled to a groove formed in the platform.
상기 공급부는 표면에 미세유로가 간격을 두고 형성되고 선단에는 미세유로와 연통되어 시료가 배출되는 출구를 구비한 기판, 상기 기판 표면에 접하여 설치되어 시료가 여과되는 필터, 상기 필터를 사이에 두고 기판 표면에 부착 설치되며 필터 대응 위치에 시료 공급을 위한 홀이 형성된 덮개판을 포함할 수 있다.The supply part is formed with a space between the micro-channels at the intervals, and a substrate having an outlet through which the sample is discharged by communicating with the micro-channels at the tip, a filter installed in contact with the substrate surface to filter the sample, and a substrate with the filter interposed therebetween It is attached to the surface and may include a cover plate formed with a hole for supplying a sample at a position corresponding to the filter.
상기 미세유로는 모세관 현상이 발생하여 시료가 이송되는 모세관으로 이루어질 수 있다.The microchannel may be formed of a capillary tube through which a sample is transferred due to a capillary phenomenon.
상기 미세유로는 표면에 친수성 코팅막이 형성될 수 있다.The microchannel may be formed with a hydrophilic coating film on the surface.
상기 미세유로는 필터 출측면과 미세유로 사이의 표면장력을 줄여주기 위한 버퍼액이 습윤제로써 수용된 구조일 수 있다.The microchannel may be a structure in which a buffer solution for reducing the surface tension between the filter exit surface and the microchannel is accommodated as a wetting agent.
상기 필터 출측면 또는 상기 미세유로에 설치되어 버퍼액과 필터 출측면 사이를 선택적으로 차단하는 왁스층을 더 포함할 수 있다. The filter may further include a wax layer installed on the outlet surface or the micro-channel to selectively block between the buffer solution and the filter outlet surface.
상기 기판 또는/및 상기 덮개판은 엘라스토머를 포함하는 탄성 재질 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. The substrate or / and the cover plate may be formed of an elastic material or plastic material including an elastomer.
상기 분석부는 채널을 따라 복수개가 직렬 배치되어 순차적으로 연결된 구조일 수 있다.The analysis unit may have a structure in which a plurality of units are serially arranged and sequentially connected along a channel.
상기 분석부는 유체가 흘러가는 분석라인과, 상기 분석라인의 바닥면에 배열 형성된 복수의 미세홈, 상기 각 미세홈에 수용되어 시료의 바이오마커를 검출하는 항체입자를 포함할 수 있다.The analysis unit may include an analysis line through which a fluid flows, a plurality of micro grooves arranged on the bottom surface of the analysis line, and antibody particles that are accommodated in each of the micro grooves to detect a biomarker of a sample.
상기 미세홈은 항체입자의 크기에 대응되는 크기로 형성되어, 각 미세홈에 하나의 항체입자가 삽입되어 고정되는 구조일 수 있다.The microgroove is formed to a size corresponding to the size of the antibody particle, and may be a structure in which one antibody particle is inserted into each microgroove and fixed.
상기 미세홈의 깊이는, d < h < 2d 일 수 있다. 여기서, h = 미세홈의 깊이이고, d = 항체입자의 직경이다.The depth of the microgroove may be d <h <2d. Here, h = depth of the microcavity, d = diameter of the antibody particle.
상기 미세홈은 분석라인 바닥면에서 유체 이송방향에 대해 수직인 방향으로 형성된 구조일 수 있다.The micro-groove may be a structure formed in a direction perpendicular to the fluid transfer direction from the bottom surface of the analysis line.
상기 각 분석부는 서로 상이한 항체입자가 수용된 구조일 수 있다.Each of the analysis units may have a structure in which different antibody particles are accommodated.
상기 항체입자는 자성을 갖는 비드의 표면에 캡쳐 항체가 부착된 구조일 수 있다.The antibody particle may be a structure in which a capture antibody is attached to the surface of a bead having magnetic properties.
상기 시약수용부는 채널에 연결되며 시약이 수용된 수용라인, 상기 수용라인에 순차적으로 수용된 복수의 시약, 각 시약 사이에 형성되어 시약 간의 간섭을 방지하는 중간층을 포함할 수 있다.The reagent accommodating part may include an accommodating line connected to a channel and containing reagents, a plurality of reagents sequentially accommodated in the accommodating line, and an intermediate layer formed between each reagent to prevent interference between reagents.
상기 구동부는 시약수용부의 수용라인에 연결되는 구동챔버, 상기 구동챔버 내에 수용되며 열에 의해 팽창하는 열팽창물질을 포함할 수 있다.The driving unit may include a driving chamber connected to a receiving line of the reagent receiving unit, and a thermal expansion material accommodated in the driving chamber and expanded by heat.
상기 열팽창물질은 공기를 포함하는 기체 또는 액체일 수 있다. The thermal expansion material may be a gas or liquid containing air.
상기 구동부는 플랫폼에 설치되어 상기 구동챔버에 열을 가하는 가열부를 더 포함할 수 있다.The driving unit may further include a heating unit installed on the platform to apply heat to the driving chamber.
상기 구동챔버는 하나의 라인으로 연장 형성되고 설정 영역 내에서 간격을 두고 지그재그 형태 또는 중심을 향해 감겨진 형태로 형성될 수 있다.The drive chamber may be formed to extend in one line, and may be formed in a zigzag form or wound toward the center at intervals within a set area.
본 구현예의 랩온어칩 제조 방법은, 자성을 갖는 비드 표면에 캡쳐 항체가 부착된 항체입자를 분석부에 고정하는 과정을 포함하고, 상기 고정하는 과정은, 유체가 흘러가는 분석라인의 바닥면에 복수의 미세홈을 배열 형성한 분석부를 구비한 랩온어칩을 준비하고, 상기 각 항체입자를 각 미세홈에 삽입하여 고정하는 과정을 포함할 수 있다.The method of manufacturing the lab-on-a-chip of this embodiment includes a step of immobilizing the antibody particles with the capture antibody attached to the bead surface having magnetic properties on the analysis unit, and the immobilization process is performed on the bottom surface of the analysis line through which the fluid flows. The method may include preparing a lab-on-a-chip having an analysis unit in which a plurality of micro grooves are arrayed, and inserting and fixing the antibody particles into each micro groove.
상기 항체입자를 각 미세홈에 삽입하여 고정하는 과정은, 상기 분석라인에 항체입자를 수용하고, 분석라인의 바닥면 외측에서 항체입자에 자력을 가하고, 분석라인을 따라 자력을 이동시켜 항체입자를 이동시키면서 분석라인 바닥면의 미세홈에 항체입자를 삽입시키는 과정을 포함할 수 있다.In the process of inserting and fixing the antibody particles into each micro groove, the antibody particles are accommodated in the assay line, magnetic force is applied to the antibody particles outside the bottom surface of the assay line, and the magnetic particles are moved along the assay line to move the antibody particles. It may include the step of inserting the antibody particles in the micro groove of the bottom of the analysis line while moving.
상기 분석라인으로 유체를 이송하여 미세홈에 고정된 항체입자 외에 나머지 항체입자를 분석라인에서 제거하는 워싱 과정을 더 포함할 수 있다.In addition to the antibody particles immobilized in the micro grooves by transferring fluid to the assay line, a washing process of removing the remaining antibody particles from the assay line may be further included.
본 구현예의 진단 방법은, 랩온어칩을 준비하여 랩온어칩의 플랫폼에 형성된 채널로 시료를 공급하는 시료 공급 과정, 시료를 플랫폼에 구비된 분석부로 이동시키는 이동 과정, 분석부로 시약을 공급하는 시약 공급 과정, 분석부를 따라 배열된 미세홈에 수용된 항체입자로 시료의 바이오마커를 검출하고 시약으로 표지하는 과정을 포함할 수 있다. The diagnostic method of this embodiment includes a sample supply process of preparing a lab-on-a-chip and supplying a sample to a channel formed on the platform of the lab-on-a-chip, a moving process of moving a sample to an analysis unit provided on the platform, and a reagent for supplying a reagent to the analysis unit It may include a supplying process, detecting a biomarker of a sample with an antibody particle accommodated in a micro groove arranged along the analysis part, and labeling it with a reagent.
상기 시료 공급 과정은, 시료를 필터로 여과하는 과정을 포함할 수 있다.The sample supplying process may include a process of filtering the sample with a filter.
상기 시료 공급 과정은, 필터 여과 전에 필터 출측을 버퍼액으로 적셔 습윤시키는 과정을 더 포함할 수 있다.The sample supplying process may further include wetting the filter outlet with a buffer solution before filtering the filter.
상기 이동 과정은 시료 이동을 위해 채널에 압력을 가하여 시료를 밀어내는 과정을 포함할 수 있다.The moving process may include pushing the sample by applying pressure to the channel for moving the sample.
상기 이동 과정은 시약이 수용된 플랫폼의 구동챔버에 열을 가하는 과정을 포함할 수 있다. The moving process may include applying heat to the drive chamber of the platform containing the reagent.
본 구현예의 따르면, 미량의 시료를 이용하여 복수개의 바이오마커를 보다 신속하고 정확하게 검출할 수 있게 된다.According to this embodiment, it is possible to more quickly and accurately detect a plurality of biomarkers using a small amount of a sample.
복수개의 항체 입자들이 각각의 분석부에 균일하고 안정적으로 고정됨으로써, 보다 적은 시료를 사용하면서도 정량적인 진단이 가능하며, 분석 결과의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.Since a plurality of antibody particles are uniformly and stably fixed to each analysis part, quantitative diagnosis is possible while using fewer samples, and reliability of the analysis result can be increased.
항체 입자에 대한 고정을 보다 수월하고 용이하도록 하여, 제조가 간편하고 생산성을 높여 생산 원가를 낮출 수 있게 된다.By making it easier and easier to fix the antibody particles, it is easy to manufacture and can increase productivity to lower production cost.
전혈로부터 혈장을 분리하고 바로 진단까지 가능하여 질병 진단 절차를 보다 단순화할 수 있고, 진단에 소요되는 시간과 비용을 최소화할 수 있게 된다.By separating plasma from whole blood and immediately diagnosing it, the disease diagnosis procedure can be simplified and the time and cost required for diagnosis can be minimized.
도 1은 본 실시예에 따른 랩온어칩의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 실시예에 따른 랩온어칩의 공급부 구조를 도시한 도면이다.
도 5와 도 6은 본 실시예에 따른 랩온어칩의 구동부 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 랩온어칩의 분석부 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 공급부와 분석부가 일체화된 랩온어칩의 모식도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따라 랩온어칩의 분석부에 항체입자를 배열하는 과정을 도시한 개략적인 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따라 항체입자가 분석부에 배열 고정된 상태를 나타낸 사진이다.
도 11은 본 실시예에 따른 공급부와 분석부가 일체화된 랩온어칩의 제조 과정을 예시하는 도면으로서, (a)는 랩온어칩 제조 과정에 이용되는 기판, 덮개판 및 필터를 나타내고, (b)는 기판, 덮개판 및 필터가 접착된 모습을 나타내며, (c)는 랩온어칩에 색소를 흘려주었을 때의 사진을 나타낸다.
도 12는 본 실시예에 따른 랩온어칩의 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 13은 레퍼런스 데이터(reference data)로서 기존의 well plate 방식으로 human total PSA의 양을 정량 분석한 Human total PSA ELISA standard curve이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a wrap-on-a-chip according to this embodiment.
2 to 4 are views showing the structure of the supply unit of the lab-on-a-chip according to the present embodiment.
5 and 6 are diagrams showing the structure of the driving unit of the lab-on-a-chip according to the present embodiment.
7 is a view showing the structure of the analysis unit of the lab-on-a-chip according to the present embodiment.
8 is a diagram showing a schematic diagram of a lab-on-a-chip integrated with a supply unit and an analysis unit according to the present embodiment.
9 is a schematic diagram showing a process of arranging antibody particles in an analysis part of a lab-on-a-chip according to this embodiment.
10 is a photograph showing a state in which the antibody particles are arrayed and fixed in the analysis part according to the present embodiment.
11 is a view illustrating a manufacturing process of a lab-on-a-chip integrated with a supply unit and an analysis unit according to this embodiment, (a) shows a substrate, a cover plate and a filter used in the lab-on-a-chip manufacturing process, and (b) Denotes a state in which the substrate, the cover plate, and the filter are adhered, and (c) shows a picture when a dye is spilled on the wrap-on-a-chip.
12 is a photograph showing the experimental results of the lab-on-a-chip according to the present embodiment.
13 is a human total PSA ELISA standard curve that quantitatively analyzes the amount of human total PSA in a conventional well plate method as reference data.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. As those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can readily understand, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Where possible, the same or similar parts are indicated by the same reference numerals in the drawings.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used hereinafter is for reference only to specific embodiments and is not intended to limit the invention. The singular forms used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of “comprising” embodies certain properties, regions, integers, steps, actions, elements and / or components, and other specific properties, regions, integers, steps, actions, elements, components and / or groups It does not exclude the existence or addition of.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used hereinafter have the same meaning as those generally understood by those of ordinary skill in the art. The terms defined in the dictionary are further interpreted as having meanings consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.
이하 설명에서 본 실시예의 랩온어칩은 질변 진단을 위한 시료로써 전혈에서 분리된 혈장을 이용하는 경우를 예로서 설명한다. 시료로써 전혈에서 분리한 혈장 외에 림프액, 조직액, 오줌을 포함하는 생체 유체 또는 체세포, 박테리아, 바이러스와 같은 세포를 포함하는 유체 등 다양한 시료가 적용될 수 있다.In the following description, the lab-on-a-chip of the present embodiment will be described as an example in which plasma separated from whole blood is used as a sample for diagnosing vaginal lesions. In addition to plasma separated from whole blood, various samples such as biological fluid including lymph fluid, tissue fluid, and urine or fluid including cells such as somatic cells, bacteria, and viruses may be applied as the sample.
도 1은 본 실시예에 따른 랩온어칩의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.1 schematically shows a configuration of a wrap-on-a-chip according to this embodiment.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 랩온어칩(100)은 유체가 이송되는 채널(12)이 형성된 플랫폼(10)에 공급부(20), 바이오마커 검출을 위한 분석부(50), 시약수용부(30) 및 구동부(40)가 배열 형성된 구조로 되어 있다. 또한, 플랫폼(10)에는 분석부(50) 출측에 연결되어 분석부(50)를 거쳐 폐기되는 시료를 수용하는 폐기부(70)가 더 구비될 수 있다.As shown in FIG. 1, the lab-on-
플랫폼(10)은 판 구조물로 이루어질 수 있다. 플랫폼(10)의 형태는 다양하게 변형가능하며 특별히 한정되지 않는다. 플랫폼(10)은 내부에 유체가 이송되는 채널(12)이 형성된다. 예를 들어, 플랫폼(10)은 제1 기판과 제1 기판을 덮어 부착되는 제2 기판으로 이루어질 수 있다. 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성되는 공간이 유체 이송을 위한 채널(12)을 이룬다. 채널(12)은 소정 크기의 단면적으로 형성되어 유체가 이송되는 통로로 이해할 수 있다. 채널(12)의 내부 단면 크기는 다양하게 변형가능하다. 플랫폼(10)에 형성되는 채널(12)을 따라 각 구성부가 배열 형성된다. 이에, 혈장 성분을 포함하는 액체 시료가 제1 기판과 제2 기판 사이 공간인 채널(12)을 통해 공급부(20)에서 각 분석부(50)를 거쳐 폐기부(70)로 흘러 이송될 수 있다. The
상기 공급부(20)는 채널(12)을 따라 분석부(50)에 시료를 공급한다. 도 2 내지 도 4는 본 실시예에 따른 공급부(20)를 도시하고 있다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 공급부(20)의 구조에 대해 설명한다.The
공급부(20)는 전혈에서 혈장을 분리하여 공급할 수 있도록 필터(21)를 포함할 수 있다. 필터(21)는 전혈 내의 혈구세포를 걸러내고 혈장 성분을 포함하는 유체 시료를 통과시키게 된다. 필터(21)는 생체 세포나 무기 입자 또는 유기 입자 등을 여과할 수 있도록 다양한 크기의 기공이나 다양한 소재로 형성될 수 있다. 본 실시예의 필터(21)는 대략 5 내지 10㎛ 크기의 혈구세포를 걸러낼 수 있는 기공으로 형성될 수 있다. 또한, 필터(21)는 생체 시료에 적용할 수 있도록 생물학적으로 비활성인 소재로 형성될 수 있다. The
공급부(20)의 필터(21) 출측면에는 필터(21)를 거쳐 여과된 혈장이 이송되는 미세유로(22)가 위치한다. 미세유로(22)는 필터(21) 출측면에 접하며, 채널(12)을 향해 연장되어 채널(12)과 연결된다. 미세유로(22)는 복수개가 간격을 두고 형성되어 필터(21) 출측면과 접한다. 이에, 필터(21)를 통해 여과된 혈장은 필터(21) 출측면에 접하는 미세유로(22)를 통해 흘러나가 채널(12)로 이송된다.On the outlet side of the
본 실시예에서, 공급부(20)는 플랫폼(10)과 별도로 구비되어 플랫폼(10)에 형성된 홈(14)에 착탈가능하게 결합되는 구조일 수 있다. 이에, 공급부(20)가 플랫폼(10)에 별도로 분리되어 있어 시료 공급 등 필요한 작업을 보다 편리하게 수행할 수 있게 된다.In this embodiment, the
상기한 구조 외에 공급부는 플랫폼에 일체로 형성될 수 있다. 이런 구조의 경우 플랫폼을 이루는 제1 기판에 미세유로와 출구를 형성하고 제2 기판에는 홀을 형성하여, 제1 기판과 제2 기판을 부착하고 제2 기판의 홀을 통해 필터를 장착하여 공급부를 이룰 수 있다. In addition to the above-described structure, the supply unit may be integrally formed on the platform. In the case of such a structure, a micro-channel and an outlet are formed in the first substrate constituting the platform, and holes are formed in the second substrate, the first substrate and the second substrate are attached, and a filter is mounted through the holes in the second substrate to supply the supply. Can be achieved.
이하, 공급부(20)가 플랫폼(10)에 착탈되는 구조를 예로서 설명한다. Hereinafter, a structure in which the
이를 위해, 공급부(20)는 표면에 미세유로(22)가 간격을 두고 형성되고 선단에는 미세유로(22)와 연통되어 시료가 배출되는 출구(26)를 구비한 기판(23), 상기 기판(23) 표면에 접하여 설치되어 시료가 여과되는 필터(21), 상기 필터(21)를 사이에 두고 기판(23) 표면에 부착 설치되며 필터(21) 대응 위치에 홀(25)이 형성된 덮개판(24)을 포함할 수 있다.To this end, the
상기 기판(23)과 기판(23)에 부착되는 덮개판(24)은 플랫폼(10)의 홈(14)에 대응되는 크기와 형태로 형성된다. 덮개판(24)은 기판(23)에 부착되어 한 몸체를 이룰 수 있다. 기판(23)과 덮개판(24) 사이에 형성되는 공간이 미세유로(22)를 이룬다. 덮개판(24)에 형성된 홀(25)을 통해 기판(23)이 노출되며, 홀(25)을 통해 기판(23) 상에 필터(21)가 삽입 설치된다. 필터(21)는 홀(25)과 대응되는 형태와 크기로 형성될 수 있다.The
덮개판(24) 또는 기판(23)과 덮개판(24) 모두는 엘라스토머를 포함하는 탄성 재질 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 이에, 덮개판(24)에 압력을 가해주게 되면 미세유로(22)가 눌려져 단면적이 좁아지면서 미세유로(22)로 이송된 유체를 선단 출구(26)로 보다 용이하게 이송할 수 있게 된다. 구체적으로, 플라스틱 재질은 폴리에스터 재질로 이루어질 수 있다.Both the
플랫폼(10)에는 상기 공급부(20)에 대응되는 크기로 홈(14)이 형성된다. 기판(23)에 형성된 출구(26)와 대응되는 위치에서 홈(14) 안쪽 측면에 채널(12)이 개방된 상태로 형성된다. 이에, 플랫폼(10)의 홈(14)에 공급부(20)를 결합시키게 되면, 공급부(20)의 출구(26)가 플랫폼(10)의 채널(12)과 연결된다. 따라서, 공급부(20) 출구(26)를 통해 흘러나오는 유체가 채널(12)로 이송될 수 있다.A
기판(23)의 표면에는 복수개의 미세유로(22)가 간격을 두고 형성된다. 복수의 미세유로(22)는 기판(23) 상에 직선으로 연장 형성되고 기판(23) 선단쪽에서 출구(26)와 연통된다. A plurality of
본 실시예에서, 미세유로(22)는 모세관 현상이 발생하여 시료가 이송되는 모세관으로 이루어질 수 있다. In this embodiment, the
이에, 필터(21) 출측면에는 모세관 현상에 의한 유체의 이송 흐름이 생기게 된다. 따라서, 필터(21) 입측면에 전혈을 공급하게 되면, 모세관 현상에 의해 필터(21) 출측면에 접하고 있는 미세유로(22)로 혈장이 빨려 들어간다. 이에, 전혈에서 혈장이 보다 빠르게 필터(21)를 통과하여 여과 처리될 수 있다. 필터(21)를 통과한 혈장은 필터(21) 출측면에 접하고 있는 미세유로(22)를 따라 모세관 현상에 의해 빠르게 흘러나가게 된다.Accordingly, a flow of fluid flow due to capillary action occurs on the
필터(21)를 거친 유체가 미세유로(22)를 따라 보다 원활하게 이송될 수 있도록, 미세유로(22) 표면에는 친수성 코팅막이 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(23)과 덮개판(24)을 산소 플라즈마 처리하여 부착하고, 재차 산소 플라즈마를 처리하거나, 친수성 고분자를 코팅할 수 있다. 미세유로(22)를 친수성 코팅 처리함으로써, 유체와 공기의 표면 장력을 줄여 혈장이 미세유로(22)를 따라 보다 빠른 속도로 흘러나갈 수 있게 된다.A hydrophilic coating film may be further formed on the surface of the microchannel 22 so that the fluid that has passed through the
또한, 미세유로(22)의 유체 표면 저항을 보다 낮출 수 있도록 미세유로(22)에 PBS 용액과 같은 혈액 친화적인 버퍼액이 미리 수용될 수 있다. 즉, 공급부(20)는 필터(21) 출측면과 미세유로(22) 사이에 버퍼액이 습윤제로써 수용된 구조일 수 있다. 버퍼액은 필터 출측면에 접하여 필터 출측면을 젖음 상태로 만들게 된다.In addition, a blood-friendly buffer solution such as a PBS solution may be previously accommodated in the
버퍼액은 필터(21)를 거친 유체와 동일한 용액일 수 있다. 또는 버퍼액은 분리 대상 입자가 없고 생체 시료에 영향을 주지 않는 용액일 수 있다. 버퍼액은 필터(21)의 출측면에서 필터(21) 기공의 모세관 압력을 줄이고, 미세유로(22)의 표면 저항을 줄일 수 있는 용액이면 모두 적용 가능하다. The buffer solution may be the same solution as the fluid that has passed through the
버퍼액은 예를 들어, 기판(23)과 덮개판(24)을 부착하여 공급부(20)를 제조할 때, 기판(23)의 미세유로(22) 내에 미리 수용시킬 수 있다. 또는, 공급부(20) 사용시 필터(21)에 전혈을 떨어뜨리기 전에 필터(21)에 버퍼액을 먼저 떨어뜨려 필터(21) 출측면 및 미세유로(22)로 공급할 수 있다. The buffer solution may be preliminarily accommodated in the
버퍼액에 의해 필터(21) 출측면과 미세유로(22) 사이는 버퍼액에 의해 미리 접촉된 상태가 된다. 이 상태에서 필터(21) 입측면으로 전혈을 공급하면 전혈의 혈장은 필터(21) 출측면에 접하고 있는 버퍼액의 응집력에 의해 표면 저항없이 바로 필터(21) 기공을 통과하여 미세유로(22)로 원활하게 흘러나가게 된다.The buffer liquid is brought into contact with the filter liquid in advance by the buffer liquid between the outlet side and the
따라서, 유체 흐름의 저항이 줄어 외부에서 별도로 힘을 가하지 않고 모세관 현상만으로도 충분히 전혈을 필터(21)로 여과시킬 수 있게 된다.Therefore, the resistance of the fluid flow is reduced, so that it is possible to sufficiently filter the whole blood through the
본 실시예에서, 습윤제로 작용하는 버퍼액은 미세유로에 수용된 상태에서 필터로 시료를 공급하여 사용할 경우에만 필터 출측면에 접촉될 수 있다.In this embodiment, the buffer solution acting as a wetting agent can be brought into contact with the filter outlet side only when the sample is supplied to the filter while being accommodated in the micro-channel.
이를 위해, 필터의 출측면과 미세유로(22)에 수용된 버퍼액과의 사이에는 필터 출측면과 버퍼액의 접촉을 선택적으로 차단하는 왁스층이 구비될 수 있다. 왁스층은 필터(21)의 출측면 또는 미세유로(22)에 형성될 수 있다. 왁스층은 필터 출측면과 버퍼액 사이를 차단하며, 필요시 제거되어 버퍼액을 필터 출측면에 접촉시킨다. 왁스층은 열에 의해 녹는 왁스 재질의 얇은 막 구조일 수 있다. 왁스층은 예를 들어, 사용자의 체온이나 외부에서 조사되는 광원이나 열원 등에 의해 녹아 제거될 수 있다. To this end, a wax layer for selectively blocking the contact between the filter outlet side and the buffer liquid may be provided between the outlet side of the filter and the buffer liquid accommodated in the
이에, 본 장치를 사용하지 않을 경우에는 필터 출측면이 왁스층에 의해 차단되어 버퍼액과 접촉되지 않는다. 그리고 장치 사용시에 사용자가 체온이나 열원 등을 필터쪽에 가하게 되면 왁스층이 녹아 제거된다. 왁스층이 제거되면 미세유로에 수용되어 있던 버퍼액이 필터 출측면에 접촉되면서 필터 출측면을 습윤 상태로 만들 수 있게 된다. Thus, when the device is not used, the filter exit side is blocked by the wax layer and does not contact the buffer solution. In addition, when the user applies a body temperature or a heat source to the filter when using the device, the wax layer is melted and removed. When the wax layer is removed, the buffer solution contained in the micro-channel is brought into contact with the filter outlet surface, so that the filter outlet surface can be made wet.
필터(21)를 거쳐 여과된 혈장은 모세관 현상에 의해 미세유로(22)를 따라 출구(26)쪽으로 흐르고, 덮개판(24)을 누르는 압력에 의해 출구(26)로 이동되어 출구(26)와 연결된 플랫폼(10)의 채널(12)로 이송된다. 언급한 바와 같이, 공급부(20)는 탄성재질로 이루어져, 외력을 가해 미세유로(22) 내부 단면적을 좁게 변형시킴으로써, 유체를 이송할 수 있다.The plasma filtered through the
플랫폼(10)에는 공급부(20)와 연결되는 채널(12) 입구쪽에 시약공급부(20)와 구동부(40)가 구비된다.The
시약수용부(30)는 채널(12)에 연결되어 분석부(50)로 공급할 시약(32)을 수용한다. 상기 시약수용부(30)는 채널(12)에 연결되며 분석에 필요한 시약(32)이 수용된 수용라인(31), 상기 수용라인(31)에 순차적으로 수용된 복수의 시약(32), 각 시약(32) 사이에 형성되어 시약(32)간의 간섭을 방지하는 중간층(33)을 포함할 수 있다. 수용라인(31)은 채널(12)과 같이 소정 크기의 단면적으로 형성되어 유체가 이송되는 통로로 이해할 수 있다. 수용라인(31)의 내부 단면 크기는 다양하게 변형가능하다. 수용라인(31)은 플랫폼(10)의 제1 기판 상에 형성될 수 있다.The
본 실시예에서, 수용라인(31)은 길게 연장된 단일의 통로로, 내부에 복수의 시약(32)이 순차적으로 수용된다. 복수의 시약(32)은 질병 분석을 위한 사용 순서에 맞춰 순차적으로 배치될 수 있다. 시약(32)은 각 분석부(50)에 맞춰 구비되는 바이오마커 측정을 위한 시약들일 수 있다. 시약(32)은 바이오마커에 따른 1차 검출 항체, 1차 검출항체에 결합되는 형광이 붙은 2차 검출 항체일 수 있다. 시약(32)은 바이오마커에 반응하여 형광, 발광 등 광학신호가 달라지고 이를 이용해 바이오마커를 분석 및 정량화할 수 있는 물질이면 모두 적용가능하다. 수용라인(31)을 따라 차례로 배치된 시약(32) 중 마지막에 배치되는 시약은 분석부(50) 세척을 위한 버퍼액(34)일 수 있다. 버퍼액(34)은 채널(12)을 따라 이동되어 최종적으로 분석부(50)를 지나면서 분석부(50)를 세척한다.In this embodiment, the receiving
본 실시예에서, 시약은 수용라인 내에 세척 버퍼액, 바이오마커에 따른 1차 검출 항체, 세척 버퍼액, 1차 검출 항체에 붙을 수 있는 형광이 붙은 2차 검출 항체, 세척 버퍼액이 순차적으로 배치될 수 있다. 세척 버퍼액은 예를 들어, PBST 또는 TBST 일 수 있다. 검출에 사용되는 1차 검출 항체는 polyclonal 항체를 사용할 수 있다. 1차 검출 항체는 예를 들어, 전립선암인 경우 polyclonal anti PSA antibody일 수 있다. 2차 검출 항체는 1차 검출 항체에 결합되는 형광이 붙은 검출 항체이다. 2차 검출 항체는 예를 들어, 1차 검출 항체가 토끼에서 만들어진 항체인 경우, fluorophore-labeled anti rabbit antibody일 수 있다. 이에, 시약은 세척 버퍼액, 1차 검출 항체, 세척 버퍼액, 2차 검출 항체, 세척 버퍼액이 차례로 채널을 따라 분석부로 이동하게 된다.In this embodiment, the reagent is a washing buffer solution, a primary detection antibody according to a biomarker, a washing buffer solution, a secondary detection antibody with fluorescence that can be attached to the primary detection antibody, and a washing buffer solution are sequentially placed in the receiving line. Can be. The wash buffer solution can be, for example, PBST or TBST. A polyclonal antibody can be used as the primary detection antibody used for detection. The primary detection antibody may be, for example, polyclonal anti PSA antibody in the case of prostate cancer. The secondary detection antibody is a detection antibody with fluorescence bound to the primary detection antibody. The secondary detection antibody may be, for example, a fluorophore-labeled anti rabbit antibody when the primary detection antibody is an antibody made from rabbits. Thus, the reagent is washed buffer solution, the primary detection antibody, the washing buffer solution, the secondary detection antibody, the washing buffer solution is sequentially moved to the analysis unit along the channel.
수용라인(31) 내에서 복수의 시약(32)과 시약(32) 사이에는 시약(32) 간에 서로 섞이는 것을 방지하기 위한 중간층(33)이 형성된다. 중간층(33)은 공기 등 기체이거나 시약과 혼합되지 않는 액체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 중간층(33)은 물과 섞이지 않는 유기용매일 수 있다.An
상기 수용라인(31)은 플랫폼(10)에 형성된 채널(12)의 입구쪽 측면을 통해 채널(12)과 연결된다. 이에, 수용라인(31)에 수용되어 있던 시약(32)이 채널(12)로 이동하게 되면 채널(12)로 유입되어 있던 시료를 밀어 시료와 시약(32)이 채널(12)을 따라 순차적으로 분석부(50)로 이동된다.The receiving
상기 구동부(40)는 이송라인에 이송압을 가해 시약(32) 및 시료를 분석부(50)로 이송한다.The driving
도 5와 도 6은 구동부(40)의 실시예들을 도시하고 있다. 도 5와 도 6은 구동부(40)의 배열 형태만 상이할 뿐 그 구조는 동일하므로, 이하 도 5에 도시된 실시예에 대해 설명하며, 도 6에 도시된 구조는 이에 갈음한다.5 and 6 show embodiments of the driving
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 구동부(40)는 시약수용부(30)의 수용라인(31)에 연결되는 구동챔버(41), 상기 구동챔버(41) 내에 수용되며 열에 의해 팽창하는 열팽창물질을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5, the driving
구동챔버(41)는 소정 크기의 면적을 갖는 내부 공간으로 이해할 수 있다. 구동챔버(41)의 내부 공간 크기는 다양하게 변형가능하다. 구동챔버(41)는 플랫폼(10)의 제1 기판 상에 형성될 수 있다. The
구동챔버는 내부에 열팽창물질을 수용하여 열팽창물질이 팽창할 수 있는 공간이면 충분하며 그 형태는 다양하게 변형가능하다. 예를 들어, 구동챔버는 길게 연장된 라인 형태를 이룰 수 있다.The drive chamber accommodates a thermal expansion material therein, and a space in which the thermal expansion material can expand is sufficient, and its shape can be variously modified. For example, the drive chamber may have an elongated line shape.
구동챔버(41)의 출측 선단은 수용라인(31)으로 연장되어 수용라인(31)과 연통된다. 이에, 구동챔버(41) 출측 선단에서 토출되는 열팽창물질이 수용라인(31)으로 밀려나가 수용라인(31)에 수용된 시약(32)을 밀어 이동시킬 수 있게 된다. The leading end of the driving
본 실시예에서, 구동챔버(41)는 하나의 라인으로 연장 형성되고 설정 영역 내에서 간격을 두고 중심을 향해 감겨진 형태로 형성될 수 있다. 구동챔버(41)는 감겨진 구조 외에 도 6에서와 같이 간격을 두고 지그재그 형태로 형성될 수 있다.In the present embodiment, the
이에, 한정된 좁은 영역에서도 구동챔버(41) 전체의 길이를 보다 길게 형성할 수 있다. 따라서, 구동챔버(41)에 충분한 양의 열팽창물질을 수용하며, 구동챔버(41)를 따라 열팽창물질을 팽창시켜 수용라인(31)으로 분출할 수 있게 된다. 구동챔버(41) 출측을 통해 열팽창물질이 분출되면서 시료와 시약(32)이 밀려 채널(12)을 통해 분석부(50)로 이동된다. Accordingly, even in a limited narrow region, the entire length of the driving
팽창되는 열팽창물질은 채널(12)로 이동되어 시료와 시약을 분석부쪽으로 밀어 이동시킨다. 채널로 이동된 열팽창물질이 채널과 연결되어 있는 공급부의 출구(26)를 통해 공급부쪽으로 빠져나가지 않도록 공급부의 출구(26) 또는 공급부의 홀(25)을 차단할 수 있다. 예를 들어, 시료가 채널로 이송된 후 구동부 작동 전에 공급부의 홀을 막아 차단할 수 있다. 이에, 팽창되는 열팽창물질이 채널로 이동하여 공급부로 빠져나가지 않고 시료와 시약을 분석부쪽으로 계속 밀어 이동시킬 수 있게 된다.The expanded thermally expandable material is moved to the
열팽창물질은 공기를 포함하는 기체 또는 액체일 수 있다. 열팽창물질은 열에 의해 부피가 팽창하는 물질로, 사용자의 체온을 포함하여 다양한 온도의 열에 의해 부피가 팽창되는 물질일 수 있다. 또한, 열팽창물질은 시료나 시약(32)과 반응하지 않는 물질일 수 있다.The thermal expansion material may be a gas or liquid containing air. The thermal expansion material is a material that expands in volume due to heat, and may be a material that expands in volume by heat at various temperatures, including a user's body temperature. Further, the thermal expansion material may be a material that does not react with the sample or
예를 들어, 열팽창물질이 사용자의 체온으로 팽창되는 경우, 별도의 열원없이 장치를 구동할 있다. 이러한 구조의 경우, 사용자는 장치의 구동챔버나 공급부의 일측을 손으로 잡고 체온을 가함으로써, 열팽창물질을 팽창시켜 시료와 시약을 분석부로 공급할 수 있다.For example, when the thermally expanding material expands to the user's body temperature, the device can be driven without a separate heat source. In the case of such a structure, the user can expand the thermal expansion material and supply samples and reagents to the analysis unit by holding the one side of the driving chamber or the supply unit of the device by hand and applying body temperature.
또 다른 실시예로, 본 장치의 구동부(40)는 플랫폼(10)에 설치되어 상기 구동챔버(41)에 열을 가하는 가열부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.In another embodiment, the driving
가열부는 외부 전원을 인가받아 열을 발산하는 전열히터일 수 있다. 예를 들어, 전열히트는 두께가 상대적으로 얇고 넓은 면적을 갖는 면상 발열체로 구동챔버(41)와 대응되는 위치에서 제1 기판이나 제2 기판에 설치될 수 있다. The heating unit may be an electric heater that dissipates heat by receiving external power. For example, the heat transfer heater is a planar heating element having a relatively thin and large area and may be installed on the first substrate or the second substrate at a position corresponding to the driving
가열부는 전기적 에너지 외에 화학적 발열 에너지를 이용한 구조일 수 있다. 가열부는 액체나 고체, 또는 기체의 혼합시 발열반응을 일으키는 물질을 섞어 열을 발생하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 가열부는 경화반응에 의해 발생되는 열 에너지를 이용한 구조일 수 있다. The heating unit may have a structure using chemical exothermic energy in addition to electrical energy. The heating unit may be used by generating heat by mixing a substance that causes an exothermic reaction when mixing liquid, solid, or gas. For example, the heating unit may be a structure using thermal energy generated by a curing reaction.
구동부(40)에 열이 가해짐에 따라 구동부(40) 내에 수용된 열팽창물질이 팽창한다. 열팽창물질의 팽창압력에 의해 수용라인(31)에 수용된 시약(32)이 채널(12)로 밀려 이송된다. 이에, 채널(12)에 유입되어 있던 시료가 시약(32)에 의해 밀려 분석부(50)로 이동하게 된다.As heat is applied to the driving
상기 분석부(50)는 채널(12)을 따라 배치되어 시료에 포함된 바이오마커를 검출한다.The
상기 분석부(50)는 유체가 흘러가는 분석라인(55)과, 상기 분석라인(55)의 바닥면에 배열 형성된 복수의 미세홈(56), 상기 각 미세홈(56)에 수용되어 시료의 바이오마커를 검출하는 항체입자(57)를 포함할 수 있다.The
본 실시예에서, 상기 분석부(50)는 채널(12)을 따라 복수개가 직렬 배치되어 순차적으로 연결된 구조일 수 있다. 도 1에 4개의 분석부(50)가 채널(12)을 따라 순차적으로 배치된 구조가 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 3개 이하 또는 5개 이상 다양한 개수로 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 유체 이송방향을 따라 채널(12)에 연결된 각 분석부(50)를 제1 분석부(51), 제2 분석부(52), 제3 분석부(53) 및 제4 분석부(54)라 한다. 단순히 분석부(50)라 함은 각각의 분석부 모두를 지칭할 수 있다.In the present embodiment, the
상기 각 분석부(50)는 서로 상이한 항체입자(57)가 수용되어 각각 서로 다른 바이오마커에 대해 검출하는 구조일 수 있다. 이에, 하나의 랩온어칩(100)을 이용하여 다양한 질병 인자에 대한 다중 검출이 가능하다. Each of the
예를 들어, 제1 분석부(51)는 PSA(전립선암 표지자)와 결합되는 항체입자(57)가 수용되고, 제2 분석부(52)에는 CEA(위장관암 종양 표지자)와 결합되는 항체입자(57)가 수용되며, 제3 분석부(53)에는 AFP(간암 종양표지자)와 결합되는 항체입자(57)가 수용될 수 있다.For example, the
제4 분석부(54)는 대조군이 수용될 수 있다. 상기 대조군은 바이오마커가 항체입자에 비특이적으로 붙었는지를 알아보기 위한 것이다. 통상 ELISA를 분석할 때 positive signal이 나오는 경우 이것이 특이적 결합에 의한 것인지 비특이적 결합에 의한 false positive 결과인지를 알아보기 위해 대조군 실험을 같이 수행하게 된다. 본 실시예는 제4 분석부(54)를 대조군으로 구비함으로써, 다른 분석부의 실험 결과와 대조하여 비교할 수 있게 된다. 제4 분석부(54)에는 예를 들어, 항체입자에 PSA를 잡는 항체가 아닌 어떠한 바이오마커와도 반응하지 않는 표면기로(PEG와 같은) 표면 처리를 한 항체입자가 수용될 수 있다. 이에, 제4 분석부에서는 순차적으로 주입되는 1차 검출 항체, 형광이 표지된 2차 검출 항체가 제4 분석부에 수용되어 있는 항체입자와 결합을 하지 않는다. 이에, 제4 분석부에는 결과적으로 아무런 형광 신호가 나타나지 않게 된다. 따라서, 다른 제1 분석부 내지 제3 분석부에서 신호가 나왔을 때 제4 분석부를 결과 비교용 대조군으로 사용하여 그 결과를 비교할 수 있게 된다.A control may be accommodated in the
분석라인(55)은 채널(12)과 같이 소정 크기의 단면적으로 형성되어 유체가 이송되는 통로로 이해할 수 있다. 분석라인(55)의 내부 단면 크기는 다양하게 변형가능하다. 분석라인(55)은 플랫폼(10)의 제1 기판 상에 형성될 수 있다. The
분석라인(55)은 하나의 라인으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 분석라인(55)은 하나의 라인으로 연장 형성되고 설정 영역 내에서 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 이에, 한정된 좁은 영역에 분석라인(55)을 촘촘히 배치할 수 있다. 따라서, 분석라인(55)을 따라 배열된 항체입자(57)가 분석부(50)의 한정 영역 내에 촘촘히 모여 있어 진단 효과를 높일 수 있다.The
미세홈(56)은 각각의 항체입자(57)를 분석라인(55)에 고른 분포로 고정시킨다. 미세홈(56)에 의해 분석라인(55)의 바닥면에 항체입자(57)가 일정하게 배열 고정된다.The
도 7은 본 실시예에 따른 분석라인의 고정 구조를 도시하고 있다.7 shows the fixing structure of the analysis line according to the present embodiment.
도시된 바와 같이, 미세홈(56)은 분석라인(55)을 따라 바닥면에 간격을 두고 배열 형성된다. 미세홈(56)은 분석라인(55)의 바닥면에 균일한 분포로 배치되도록 설계된다. 미세홈(56)의 배열 형태는 균일한 분포를 이룰 수 있으면 다양하게 변형 가능하다. As shown, the
미세홈(56)은 분석라인(55) 바닥면에서 홈 형태로 파여져 형성되어 항체입자(57)를 포획 고정한다. 미세홈(56)은 항체입자(57)의 크기에 대응되는 크기로 형성된다. 본 실시예에서, 미세홈(56)은 구형 항체입자(57)에 대응하여 반구형으로 파여져 형성될 수 있다. 각 미세홈(56)에 각각 하나의 항체입자(57)가 삽입되어 고정된다.The micro-groove 56 is formed by digging in the form of a groove on the bottom surface of the
본 실시예에서, 미세홈(56)의 깊이는, d < h < 2d 일 수 있다. 여기서, h = 미세홈(56)의 깊이이고, d = 항체입자(57)의 직경이다. 미세홈의 깊이(h)는 분석라인의 바닥면에서부터 미세홈 내측 선단까지의 거리이다. In this embodiment, the depth of the micro-groove 56 may be d <h <2d. Here, h = the depth of the
미세홈(56)의 깊이(h)가 항체입자(57)의 직경(d)보다 작은 경우에는 항체입자 고정이 불안하여 분석라인을 따라 흐르는 유체의 흐름에 의해 항체입자가 미세홈에서 빠져나가는 문제가 발생된다. 미세홈(56)의 깊이(h)가 항체입자(57)의 직경(d)의 두 배를 넘게 되면 장치의 두께가 두꺼워지고, 항체입자와 분석라인 세척을 위한 세척액의 확산이 오래 걸리는 문제가 발생된다.If the depth (h) of the micro groove (56) is smaller than the diameter (d) of the antibody particle (57), the antibody particle is unstable and the antibody particle escapes from the micro groove by the flow of fluid flowing along the analysis line. Is generated. If the depth (h) of the micro-groove 56 exceeds twice the diameter (d) of the
또한, 본 실시예에서, 미세홈(56)은 분석라인(55) 바닥면에서 유체 흐름방향에 대해 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 이에, 미세홈과 유체의 흐름은 직각으로 배치된다. 따라서, 미세홈에 삽입된 항체입자가 유체 흐름을 따라 미세홈에서 쉽게 빠져나지 못하게 된다. In addition, in this embodiment, the micro-groove 56 may be formed in a direction perpendicular to the fluid flow direction from the bottom surface of the
이와 같이, 항체입자(57)는 미세홈 내에 안정적으로 삽입 고정되어 유체 흐름에 관계없이 분석라인 상에서 그 균일한 배열 상태를 유지할 수 있게 된다.As described above, the
분석라인(55)을 따라 미세홈(56)이 배열 형성되고 각 미세홈(56)에 항체입자(57)가 삽입 고정됨으로써, 분석라인(55)을 따라 항체입자(57)를 균일한 분포로 배열 고정할 수 있다. 이와 같이, 분석라인(55)에 항체입자(57)가 균일하게 배치되어 있어 정량적 측정 효과를 높일 수 있게 된다.The
상기 항체입자(57)는 자성을 갖는 비드(bead)의 표면에 캡쳐 항체(capture antibody)가 부착된 구조일 수 있다. 캡쳐 항체는 바이오마커와 결합하여 바이오마커를 붙잡아 고정하는 항체이다.The
예를 들어, 자성을 갖는 마이크로 크기의 비드 표면에 EDC/NHS coupling 방식을 이용하여 streptavidin 이나 avidin, 또는 anti-biotin protein을 covalent bonding으로 고정화한다. 그리고 biotin이 부착된 캡쳐 항체를 반응시켜 자성 비드 표면에 캡쳐 항체가 고정되도록 하여 항체입자를 제조할 수 있다. 비드 표면에는 streptavidin이 코팅되어 있고, 캡쳐 항체에는 streptavidin과 결합할 수 있는 biotin이 붙어 있어, 비드와 캡쳐 항체를 상온에서 30분간 두면 비드에 캡쳐 항체가 결합하게 된다. For example, streptavidin, avidin, or anti-biotin protein is immobilized by covalent bonding to a magnetic micro-sized bead surface using an EDC / NHS coupling method. In addition, the antibody particles can be prepared by reacting the biotin-attached capture antibody so that the capture antibody is immobilized on the surface of the magnetic bead. Streptavidin is coated on the surface of the bead, and biotin capable of binding streptavidin is attached to the capture antibody. When the bead and the capture antibody are left at room temperature for 30 minutes, the capture antibody is bound to the bead.
도 8은 본 실시예에 따른 공급부(20)와 분석부(50)가 일체화된 랩온어칩의 모식도를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 혈장은 공급부(20)의 필터(21)를 거쳐 여과된 후, 미세유로(22)를 통해 분석부(50)로 공급된다.8 shows a schematic diagram of a lab-on-a-chip in which the
도 9는 본 실시예에 따른 랩온어칩 제조를 위해 분석부에 항체입자를 고정하는 과정을 예시하고 있다.Figure 9 illustrates the process of immobilizing the antibody particles in the analytical unit for the manufacture of a lab-on-a-chip according to this embodiment.
본 실시예의 랩온어칩은 제조 과정에서 항체입자(57)를 분석부(50)에 배열 고정하는 과정을 거친다. The lab-on-a-chip of this embodiment undergoes a process of arranging and fixing the
이를 위해, 도 9에 도시된 바와 같이, 유체가 흘러가는 분석라인(55)의 바닥면에 복수의 미세홈(56)을 배열 형성한 분석부(50)를 구비한 랩온어칩을 준비하고, 분석부(50)의 분석라인(55) 내부 공간에 항체입자(57)를 주입한다. 이때, 랩온어칩(100)의 분석라인(55) 외측에는 자성을 갖는 항체입자(57)에 자력을 가하기 위한 자석(80)이 배치된다. 자석(80)은 분석라인(55)의 바닥면 외측에 배치된다. 자석은 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 자석(80)은 분석라인(55)의 일측 선단쪽에 위치할 수 있다. To this end, as shown in FIG. 9, a lab-on-a-chip equipped with an
분석라인(55)으로 주입된 항체입자(57)는 자석(80)의 자력에 의해 분석라인(55)을 따라 흘러 이동하여 자석(80)이 위치한 곳에 모아진다. 이 상태에서 분석라인(55) 일측 선단쪽에 배치된 자석(80)을 분석라인(55)을 따라 타측 선단쪽으로 이동시킨다. 자석(80)은 분석라인(55)에 자력을 가하면서 타측 선단쪽으로 이동된다. 자석(80)이 자력을 가하면서 이동함에 따라 분석라인(55)에 주입되어 있던 항체입자(57)가 자력에 이끌려 자석(80)을 따라 이동된다. The
항체입자(57)는 자력에 의해 자석(80)이 위치한 분석라인(55)의 바닥쪽에 밀착되어 분석라인(55)을 따라 이동된다. 이 과정에서 항체입자(57)는 각각 분석라인(55) 바닥면에 형성된 미세홈(56)에 포획되어 고정된다.The
자석이 분석라인(55) 타측 선단까지 완전히 이동된 후에는 세척을 통해 잔류 항체입자를 분석라인에서 제거한다. 세척시 분석라인(55)에서 자력을 제거할 수 있다. 분석라인(55)으로 세척액을 이송하여 분석라인(55)을 세척한다. 세척액은 PBS(phosphate buffered saline) 또는 pluronic solution 등의 용액일 수 있다. 세척액에 의해 미세홈(56)에 삽입 고정된 항체입자(57) 외에 나머지 항체입자(57)는 분석라인(55)에서 제거된다. 세척 과정에서 항체입자는 세척액의 흐름 방향에 수직방향으로 깊게 형성된 미세홈에 삽입되어 있어서, 세척액의 흐름에 의해 미세홈에서 빠져나가지 않고 고정된 상태를 유지할 수 있다. 이에, 분석라인 내에서 미세험에 삽입 고정되지 못한 나머지 항체입자만이 세척액의 흐름을 따라 분석라인에서 흘러나가 제거된다.After the magnet is completely moved to the other end of the
도 10은 항체입자(57)가 분석부(50)에 배열 고정된 상태를 나타낸 사진이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시예를 통해 분석부(50)의 분석라인(55) 상에 항체입자(57)를 고르게 배열하여 고정할 수 있게 된다.10 is a photograph showing a state in which the
한편, 분석부(50)를 거쳐 폐기되는 시료나 시약(32) 등은 분석부(50)에 연결된 폐기부(70)로 이송되어 처리된다. 상기 폐기부(70)는 분석부(50) 출측에 연결되어 폐기되는 시료나 시약등의 유체를 수용한다. 폐기부(70)는 소정 크기로 형성되어 내부가 빈 공간으로 이해할 수 있다. 폐기부(70)의 형태나 크기는 다양하게 변형가능하다. 폐기부(70)는 플랫폼(10)의 제1 기판 상에 형성될 수 있다. 폐기부(70)는 일측에 외부와 연통되는 공기구멍이 더 형성될 수 있다. 공기구멍을 통해 플랫폼(10)에 형성된 채널(12)과 외부 공기가 유통되면서 채널(12)을 따라 이송되는 유체의 저항을 최소화하여 유체가 공급부(20)에서 폐기부(70)까지 원활하게 이송될 수 있다.Meanwhile, the sample or
도 11은 본 실시예에 따른 공급부(20)와 분석부(50)가 일체화된 랩온어칩의 제조 과정을 예시하고 있다.11 illustrates a manufacturing process of the lab-on-a-chip in which the
본 실시예의 랩온어칩은 제조 과정에서 공급부(20)와 분석부(50)를 포함하는 채널(12)이 형성된 기판(23), 덮개판(24), 덮개판(24)의 홀(25) 형상대로 재단된 필터(21)를 준비하고, 양면 테이프를 이용하여 부착시킨 다음 덮개판(24)에 trimethoxy silane을 처리 후, 기판(23)과 덮개판(24)을 산소 플라즈마 처리하여 필터(21)와 함께 결합한다. The lab-on-a-chip of the present embodiment includes a
이하, 본 실시예에 따른 랩온어칩을 이용한 진단 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, a diagnostic process using a lab-on-a-chip according to this embodiment will be described.
본 실시예에 따른 랩온어칩(100)으로 전혈을 공급하여 복수의 질병을 보다 간편하고 효과적으로 진단할 수 있다. By supplying whole blood to the lab-on-
랩온어칩(100)은 3개의 분석부(50)와 하나의 대조군으로 구분된다. 각 분석부(50)는 각각 다른 질병 인자 바이오마커와 결합하는 캡쳐 항체가 고정된 항체입자(57)들이 수용된다. 각 분석부(50) 내에 캡쳐 항체가 고정된 항체입자(57)가 일정하게 배치된 미세홈(56)에 삽입 고정되어 분석라인(55)을 따라 균일하게 분포한다. 수용라인(31)에는 분석에 필요한 시약(32)들이 미리 채워진다. 수용라인(31) 내에서 각 시약(32)들은 공기 또는 물과 섞이지 않는 유기용매에 의해 분리되어 있다. The lab-on-
상기한 랩온어칩이 준비되면, 랩온어칩에 시료를 공급하고 필터로 여과하여 분석부로 이송한다.When the above-described lab-on-a-chip is prepared, a sample is supplied to the lab-on-a-chip and filtered through a filter and transferred to an analysis unit.
랩온어칩(100)의 공급부(20)에 장착되어 있는 필터(21) 입측면에 전혈을 떨어뜨려주게 되면 전혈 내 혈구세포는 필터(21)에 의해 걸러지고 혈장은 여과되어 미세유로(22)로 흘러나가게 된다.When whole blood is dropped on the
미세유로(22)의 모세관 현상과 덮개판(24)을 누르는 외부 압력에 의해 미세유로(22) 내 혈장을 포함한 시료는 공급부(20) 출측으로 이동되어 플랫폼(10)의 채널(12)로 공급된다.Samples including plasma in the
시료 공급 과정에서, 필터 여과 전에 필터 출측면을 버퍼액으로 적셔 필터 출측면을 미리 습윤시킬 수 있다. 사용자가 필터 또는 공급부의 미세유로에 체온 등의 열을 가하게 되면 필터 출측면과 미세유로에 수용되어 있는 버퍼액 사이를 막고 있는 왁스층이 녹아 제거된다. 이에, 필터 출측면이 노출되면서 미세유로 내에 미리 수용되어 있던 버퍼액과 접촉되어 젖으면서 습윤 상태가 된다. 따라서, 필터 입측면으로 공급된 전혈의 혈장이 표면 저항없이 필터 기공을 통과하여 필터 출측면으로 원활하게 여과될 수 있다.In the process of feeding the sample, the filter outlet side can be wetted in advance with the buffer solution wetted before filtering the filter. When the user applies heat such as body temperature to the micro flow path of the filter or supply unit, the wax layer blocking the filter exit side and the buffer liquid contained in the micro flow path is melted and removed. As a result, the filter exit side is exposed, and is wetted while wetted by contact with the buffer solution previously contained in the microchannel. Therefore, plasma of whole blood supplied to the filter inlet side can be smoothly filtered to the filter outlet side through the filter pores without surface resistance.
혈장 분리와 공급부(20)에서 채널(12)로 시료의 공급이 이루어지면, 구동부(40)가 작동되어 시료와 시약(32)을 분석부(50)로 이송한다.When the plasma separation and supply of the sample from the
구동부(40)는 사용자의 체온이나 사용자가 제공하는 별도의 열원을 통해 구동될 수 있다. 또는, 구동부(40)는 플랫폼(10)에 설치된 가열부에서 발생되는 열원에 의해 구동될 수 있다.The driving
구동부(40)에 열이 가해짐에 따라 구동챔버(41)에 채워져 있는 열팽창물질의 부피가 팽창하게 된다. 열팽창물질의 팽창압이 구동챔버(41)와 연결된 수용라인(31)에 가해져, 수용라인(31)에 수용되어 있는 시약(32)이 채널(12)쪽으로 밀려 이동된다. 즉, 구동부(40)에 가해지는 열에너지에 의해 구동챔버(41) 내부 열팽창물질의 부피가 증가하게 되고, 증가한 부피만큼 구동챔버(41) 출측으로 열팽창물질이 토출된다. 이에, 열팽창물질이 수용라인(31)에 있는 시약(32)을 밀어 유체의 이동이 이루어지게 된다. 시약(32)은 수용라인(31)에 채워진 순서대로 이동하게 된다. As heat is applied to the driving
수용라인(31)에서 밀려난 시약(32)은 채널(12) 내에 유입되어 있는 시료를 밀어 이동시키게 된다. 이에, 시료와 시약(32)이 채널(12)을 따라 분석부(50)로 이동된다.The
시료와 시약이 분석부로 공급되면, 분석부의 미세홈에 수용된 항체입자에 의해 시료의 바이오마커가 검출되고 시약으로 표지됨으로써, 시료를 진단할 수 있게 된다.When the sample and the reagent are supplied to the analysis unit, the biomarker of the sample is detected by the antibody particles accommodated in the micro groove of the analysis unit and labeled with the reagent, thereby making it possible to diagnose the sample.
분석부(50) 내에는 분석라인(55)을 따라 항체입자(57)가 규칙적으로 배열되어 균일한 분포로 고정되어 있다. 시료는 직렬로 배치된 각 분석부(50)를 거치면서 각 분석부(50)에 고정된 항체입자(57)를 지난다. 시료가 분석부(50)를 지나면서 시료에 포함되어 있는 특정 바이오마커가 각 분석부(50)의 항체입자(57)에 부착되어 있는 특정 캡쳐 항체에 반응하면서 항체입자(57)에 잡히게 된다.In the
각 분석부(50)에는 서로 상이한 특정 캡쳐 항체가 부착된 항체입자(57)가 고정되어 있어서, 시료가 각 분석부(50)를 지나는 과정에서 서로 다른 바이오마커가 각 분석부(50)의 항체입자(57)에 잡히게 된다.
상기 구동부(40)에 의해 시료는 유동되면서 분석부(50)를 지나게 된다. 이 과정에서 시료는 동적인 상태로 분석부(50)의 항체입자(57)와 접하게 된다. 따라서, 구동부(40)에 의한 유체의 유동 상태에서 시료와 항체입자(57) 간에 항원 항체 반응이 이루어져 정적 상태의 경우와 비교하여 보다 빠른 반응을 유도할 수 있다.The sample flows by the driving
시료가 분석라인(55)을 따라 균일하게 배열된 항체입자(57)를 차례로 지나면서 바이오마커가 항체입자(57)에 부착된다. 시료와 함께 뒤따라 이동되는 시약(32)은 각 분석부(50)를 지난다. 이 과정에서 항체입자(57) 표면에 잡혀 있는 바이오마커에 1차 검출 항체 및 형광이 붙은 2차 검출 항체가 순차적으로 결합된다.The biomarker is attached to the
예를 들어, 바이오마커가 PSA인 경우, 1차 검출 항체는 polyclonal anti PSA antibody일 수 있다. 형광이 붙은 2차 검출 항체는 바이오마커에 결합되는 anti PSA FITC labeled antibody 일 수 있다. 예를 들어, 2차 검출항체는 호스트(host)가 rabbit인 경우 1차 검출항체에 붙을 수 있는 anti rabbit antibody에 형광 혹은 과산화 효소(HRP)나 알칼리성 인산가스 분해효소(AP)와 같은 효소가 붙어 있는 항체를 이용할 수 있다. 시약(32)은 항체입자(57) 표면에 잡힌 바이오마커에 부착되어, 최종적으로 바이오마커를 형광 신호로 검출할 수 있다.For example, when the biomarker is PSA, the primary detection antibody may be a polyclonal anti PSA antibody. The fluorescently detected secondary detection antibody may be an anti PSA FITC labeled antibody bound to a biomarker. For example, when the host is a rabbit, the secondary detection antibody has an enzyme such as fluorescent or peroxidase (HRP) or alkaline phosphatase (AP) attached to the anti rabbit antibody that can be attached to the primary detection antibody. Antibodies can be used. The
바이오마커의 분석은 형광 신호 기반의 효소면역측정법(ELISA)을 이용하여, 시료에 포함된 질병 인자 바이오마커를 정량 분석할 수 있다.Analysis of biomarkers may be performed by quantitative analysis of disease marker biomarkers included in a sample using fluorescence signal-based enzyme immunoassay (ELISA).
이와 같이, 시료와 시약(32)을 각 분석부(50)로 이동시켜 분석부(50)에 배열된 항체입자(57)에 바이오마커를 부착시키고, 시약(32)으로 형광 처리할 수 있다. 랩온어칩(100)에 구비된 각 분석부(50)는 서로 상이한 바이오마커에 반응하여 바이오마커를 검출하게 된다. 분석부(50)를 거친 시료와 시약(32)은 분석부(50)에 연결된 폐기부(70)로 이동되어 폐기처리된다.As such, the biomarker is attached to the
최종적으로 채널(12)을 통해 이동되는 시약(32) 중 후단에 위치한 버퍼액(34)이 분석부(50)를 지나면서 분석부(50)를 세척하게 된다. 분석라인(55) 내면 및 미세홈(56)과 미세홈(56)에 고정되어 있는 항체입자(57) 표면이 버퍼액(34)에 의해 세척되어 항체입자(57)에 잡혀있는 바이오마커와 시약 외에 잔류물이 모두 제거된다. 이에, 항체입자(57) 표면에 잡힌 바이오마커의 농도를 보다 정확히 검출할 수 있다. Finally, the
바이오마커의 농도는 형광신호의 세기에 비례하여 검출된다. 언급한 바와 같이, 분석부(50)는 일정한 공간 내에서 분석라인(55)을 따라 항체입자(57)가 규칙적으로 배열되어 균일한 분포를 이루고 있다. 이에, 각 분석부(50)에 대해 형광 신호를 보다 정확하고 검출하여 분석할 수 있다. 따라서, 보다 신뢰성있는 바이오마커 정량 분석을 수행할 수 있다.The concentration of the biomarker is detected in proportion to the intensity of the fluorescent signal. As mentioned, in the
[실험예][Experimental Example]
도 12는 본 실시예에 따른 랩온어칩의 실험 결과를 나타낸 사진이다.12 is a photograph showing the experimental results of the lab-on-a-chip according to the present embodiment.
본 실시예에 따라 제조된 랩온어칩의 분석부(50)에 캡쳐 항체가 붙어 있는 항체입자를 배열하여 고정한 후 시료와 시약인 1차 검출 항체 및 2차 검출 항체를 순차적으로 이송하여 처리하였다. 본 실험에서 질병인자 바이오마커는 PSA 이고 각각 10ng/mL, 20ng/mL, 40ng/mL가 사용되었다.After the antibody particles with the capture antibody were arranged and fixed to the
도 12에서 각각 10ng/mL, 20ng/mL, 40ng/mL는 상기와 같은 처리 과정을 통해 바이오마커가 포함된 시료를 이송 처리한 것으로, 항체입자에 PSA가 결합되고 최종적으로 2차 검출 항체가 부착 처리된 후 측정된 사진이다. 도 12의 PSA 0 ng/mL는 바이오마커가 없는 시료를 이송 처리한 것으로, 항체입자에 PSA가 결합되지 않은 상태의 측정 사진이다.In FIG. 12, 10 ng / mL, 20 ng / mL, and 40 ng / mL, respectively, are samples obtained by transporting a biomarker-containing sample through the above-described treatment process, and PSA is bound to the antibody particles and finally a secondary detection antibody is attached. This is a photo taken after processing. The
도 12에 나타낸 바와 같이, 혈장에 PSA가 있는 경우, 도 12의 PSA 10 ng/mL, PSA 20 ng/mL 그리고 PSA 40 ng/mL와 같이 형광이 관찰되고, 혈장에 PSA가 없는 경우, 도 12의 PSA 0 ng/mL와 같이 형광이 관찰되지 않는다. 이에, 본 실시예에 따라 제조된 랩온어칩을 통해 바이오마커를 정확히 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 12, when there is PSA in plasma, fluorescence is observed, such as
도 13은 레퍼런스 데이터(reference data)로서 기존의 well plate 방식으로 human total PSA의 양을 정량 분석한 Human total PSA ELISA standard curve이다.13 is a human total PSA ELISA standard curve that quantitatively analyzes the amount of human total PSA in a conventional well plate method as reference data.
분석 시스템은 수 pg/mL에서 2000 pg/mL의 PSA 농도를 선형적으로 정량분석할 수 있는 ELISA 시스템을 이용하였다. As an analysis system, an ELISA system capable of linearly quantifying a PSA concentration of 2000 pg / mL to several pg / mL was used.
도 13은 실시예에서 사용한 항체-항원-검출항체 시스템이 보여주는 detection dynamic range를 나타내고 있다. 검출의 다이나믹 범위(dynamic range)는 0.5 내지 2ng/mL 정도로 전립선암 환자에게서 검출되는 PSA의 농도와 비슷한 범위를 갖는다.13 shows the detection dynamic range shown by the antibody-antigen-detection antibody system used in the Examples. The dynamic range of detection has a range similar to the concentration of PSA detected in patients with prostate cancer at about 0.5 to 2 ng / mL.
이에, 레퍼런스(well plate)에서 수행한 ELISA 시스템을 본 실시예의 랩온어칩에서 구현하였을 때 유사한 검출범위를 나타낼 것으로 기대할 수 있다.Accordingly, when the ELISA system performed in the reference (well plate) is implemented in the lab-on-a-chip of the present embodiment, it can be expected to exhibit a similar detection range.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.As described above, although exemplary embodiments of the present invention have been illustrated and described, various modifications and other embodiments may be made by those skilled in the art. These modifications and other embodiments are all contemplated and included in the appended claims, and will not depart from the true spirit and scope of the invention.
10 : 플랫폼 12 : 채널
14 : 홈 20 : 공급부
21 : 필터 22 : 미세유로
23 : 기판 24 : 덮개판
25 : 홀 26 : 출구
30 : 시약수용부 31 : 수용라인
32 : 시약 33 : 중간층
34 : 버퍼액 40 : 구동부
41 : 구동챔버 50 : 분석부
55 : 분석라인 56 : 미세홈
57 : 항체입자 70 : 폐기부
80 : 자석 100: 랩온어칩10: platform 12: channel
14: home 20: supply
21: filter 22: micro flow
23: substrate 24: cover plate
25: Hall 26: Exit
30: reagent receiving section 31: receiving line
32: reagent 33: intermediate layer
34: buffer solution 40: drive unit
41: drive chamber 50: analysis unit
55: analysis line 56: micro groove
57: antibody particle 70: waste portion
80: magnet 100: lab on a chip
Claims (25)
상기 분석부는 유체가 흘러가는 분석라인, 상기 분석라인의 바닥면에 배열 형성된 복수의 미세홈, 및 상기 각 미세홈에 수용되어 시료의 바이오마커를 검출하는 항체입자를 포함하며,
상기 구동부는 상기 시약수용부의 수용라인에 연결되는 구동챔버, 및 상기 구동챔버 내에 수용되며 열에 의해 팽창하는 열팽창물질을 포함하는 랩온어칩.A platform on which a channel through which a fluid is transferred is formed, a supply unit for supplying a sample to the channel of the platform, at least one analysis unit arranged along the channel to detect biomarkers included in the sample, and connected to the channel to supply the analysis unit A reagent receiving unit for receiving the reagent, and a driving unit for transferring the reagent and the sample along the channel to the analysis unit,
The analysis unit includes an analysis line through which a fluid flows, a plurality of micro grooves arranged on the bottom surface of the analysis line, and antibody particles accommodated in each of the micro grooves to detect a biomarker of a sample,
The driving part is a lab-on-a-chip comprising a driving chamber connected to the receiving line of the reagent accommodating part, and a thermal expansion material accommodated in the driving chamber and expanded by heat.
상기 미세홈은 이에 수용되는 항체입자의 크기에 대응되는 크기로 형성되어, 각 미세홈에 하나의 항체입자가 삽입되어 고정되는 랩온어칩.According to claim 1,
The micro-groove is formed in a size corresponding to the size of the antibody particles accommodated therein, a lab-on-a-chip in which one antibody particle is inserted into each microgroove and fixed.
상기 분석부는 채널을 따라 복수개가 직렬 배치되어 순차적으로 연결된 구조의 랩온어칩.According to claim 2,
The analysis unit is a lab-on-a-chip having a plurality of serially arranged serially connected channels.
상기 각 분석부는 서로 상이한 항체입자가 수용된 랩온어칩.The method of claim 3,
Each of the analysis units is a lab-on-a-chip containing different antibody particles.
상기 항체입자는 자성을 갖는 비드의 표면에 캡쳐 항체가 부착된 구조의 랩온어칩.According to claim 1,
The antibody particle is a lab-on-a-chip having a structure in which a capture antibody is attached to the surface of a magnetic bead.
상기 시약수용부는 채널에 연결되며 시약이 수용된 수용라인, 상기 수용라인에 순차적으로 수용된 복수의 시약, 및 각 시약 사이에 형성되어 시약 간의 간섭을 방지하는 중간층을 포함하는 랩온어칩.According to claim 1,
The reagent accommodating part is connected to a channel, and a lab-on-a-chip including an accommodating line in which reagents are accommodated, a plurality of reagents sequentially accommodated in the accommodating line, and an intermediate layer formed between each reagent to prevent interference between reagents.
상기 미세홈의 깊이는, d < h < 2d 인 랩온어칩.
여기서, h = 미세홈의 깊이이고, d = 항체입자의 직경이다.According to claim 1,
The depth of the micro-groove, d <h <2d wrap-on-a-chip.
Here, h = depth of the microcavity, d = diameter of the antibody particle.
상기 미세홈은 분석라인 바닥면에서 유체 이송방향에 대해 수직인 방향으로 형성된 구조의 랩온어칩.According to claim 1,
The micro groove is a lab-on-a-chip having a structure formed in a direction perpendicular to a fluid transfer direction from the bottom surface of the analysis line.
상기 구동부는 플랫폼에 설치되어 상기 구동챔버에 열을 가하는 가열부를 더 포함하는 랩온어칩.According to claim 1,
The drive unit is installed on a platform, the lab on a chip further comprising a heating unit for applying heat to the drive chamber.
상기 공급부는 시료를 여과하여 공급하기 위한 필터를 포함하는 랩온어칩.According to claim 1,
The supply unit is a lab-on-a-chip including a filter for filtering and supplying a sample.
상기 공급부는 플랫폼의 필터 출측면에 형성되고 상기 채널에 연결되어 필터를 거친 시료를 이송하는 미세유로를 더 포함하는 랩온어칩.The method of claim 11,
The supply part is formed on the filter outlet side of the platform and is connected to the channel further comprises a micro-channel for transferring the sample through the filter lab on a chip.
상기 공급부는 플랫폼과 별도로 구비되어 플랫폼에 형성된 홈에 착탈가능하게 결합되는 구조인 랩온어칩.According to claim 1,
The supply part is provided separately from the platform, a lab-on-a-chip structure that is detachably coupled to a groove formed in the platform.
상기 공급부는 표면에 미세유로가 간격을 두고 형성되고 선단에는 미세유로와 연통되어 시료가 배출되는 출구를 구비한 기판, 상기 기판 표면에 접하여 설치되어 시료가 여과되는 필터, 및 상기 필터를 사이에 두고 기판 표면에 부착 설치되며 필터 대응 위치에 시료 공급을 위한 홀이 형성된 덮개판을 포함하는 랩온어칩.The method of claim 13,
The supply unit is formed with a micro-channel spaced at the surface and a substrate having an outlet through which the sample is discharged through communication with the micro-channel at the tip, a filter provided in contact with the surface of the substrate to filter the sample, and the filter interposed therebetween A lab-on-a-chip that is attached to the surface of the substrate and includes a cover plate with a hole for supplying a sample at a position corresponding to the filter.
상기 기판 또는/및 상기 덮개판은 엘라스토머를 포함하는 탄성 재질 또는 플라스틱 재질로 형성된 랩온어칩.The method of claim 14,
The substrate or / and the cover plate is a wrap-on-a-chip formed of an elastic material or a plastic material including an elastomer.
상기 미세유로는 필터 출측면과 미세유로 사이의 표면장력을 줄여주기 위한 버퍼액이 습윤제로서 수용된 구조의 랩온어칩.The method of claim 12,
The micro flow path is a lab-on-a-chip having a structure in which a buffer solution for reducing surface tension between the filter exit side and the micro flow path is accommodated as a wetting agent.
상기 필터 출측면 또는 상기 미세유로에 설치되어 버퍼액과 필터 출측면 사이를 선택적으로 차단하는 왁스층을 더 포함하는 랩온어칩.The method of claim 16,
A lab-on-a-chip further comprising a wax layer installed on the filter outlet surface or the micro-channel to selectively block between the buffer solution and the filter outlet surface.
상기 고정하는 과정은, 상기 분석라인에 항체입자를 수용하고, 분석라인의 바닥면 외측에서 항체입자에 자력을 가하고, 분석라인을 따라 자력을 이동시켜 자력을 따라 항체입자를 이동시키면서 분석라인 바닥면의 미세홈에 항체입자를 삽입시키는 과정을 포함하는 방법.The method of claim 18,
In the fixing process, the antibody particle is accommodated in the assay line, a magnetic force is applied to the antibody particle outside the bottom surface of the assay line, and the magnetic force is moved along the analysis line to move the antibody particle along the magnetic force while the antibody particle is moved. Method comprising the step of inserting the antibody particles in the micro groove.
상기 분석라인으로 유체를 이송하여 미세홈에 고정된 항체입자 외에 나머지 항체입자를 분석라인에서 제거하는 과정을 더 포함하는 방법.The method of claim 19,
A method further comprising removing the remaining antibody particles from the analysis line in addition to the antibody particles fixed in the micro groove by transferring the fluid to the analysis line.
시료를 플랫폼에 구비된 분석부로 이동시키는 이동 과정,
분석부로 시약을 공급하는 시약 공급 과정, 및
분석부를 따라 배열된 미세홈에 수용된 항체입자로 시료의 바이오마커를 검출하고 시약으로 표지하는 과정을 포함하는, 랩온어칩을 이용하여 진단을 위한 정보를 제공하기 위해 바이오마커를 분석하는 방법.A sample supply process for preparing a lab-on-a-chip of any one of claims 1 to 8 and supplying a sample to a channel formed on a platform of the lab-on-a-chip,
Moving process for moving the sample to the analysis unit provided on the platform,
Reagent supply process for supplying a reagent to the analysis unit, and
A method of analyzing a biomarker to provide information for diagnosis using a lab-on-a-chip comprising detecting a biomarker of a sample with an antibody particle accommodated in the microgroove arranged along the analysis unit and labeling it with a reagent.
상기 시료 공급 과정은, 시료를 필터로 여과하는 과정을 더 포함하는 방법.The method of claim 21,
The method of supplying the sample, further comprising the step of filtering the sample with a filter.
상기 시료 공급 과정은, 필터 여과 전에 필터 출측을 버퍼액으로 적셔 습윤시키는 과정을 더 포함하는 방법.The method of claim 22,
The method of supplying the sample further includes wetting the filter outlet with a buffer solution before filtering the filter.
상기 이동 과정은 시료 이동을 위해 채널에 압력을 가하여 시료를 밀어내는 과정을 포함하는 방법.The method of claim 21,
The moving process includes the step of pushing the sample by applying pressure to the channel to move the sample.
상기 이동 과정은 시약이 수용된 플랫폼의 구동챔버에 열을 가하는 과정을 포함하는 방법.The method of claim 21,
The moving process includes the step of applying heat to the drive chamber of the platform containing the reagent.
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