KR102346758B1 - Microdroplet based microfluidic chip for synthesis of gold nanoparticles and use thereof - Google Patents

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KR102346758B1 KR1020190159384A KR20190159384A KR102346758B1 KR 102346758 B1 KR102346758 B1 KR 102346758B1 KR 1020190159384 A KR1020190159384 A KR 1020190159384A KR 20190159384 A KR20190159384 A KR 20190159384A KR 102346758 B1 KR102346758 B1 KR 102346758B1
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Abstract

본 발명은 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩에 관한 것으로 상기 미세유체칩에서 유상물질, HAuCl4 용액 및 CTAB와 NaBH4의 혼합용액이 별도의 유로를 통해 유동되어 상기 유로의 접합 영역에서 서로 혼합되어 미세 액적을 형성할 수 있도록 설계하여 금 나노입자가 내부에 포함된 미세 액적을 형성하도록 하였다. 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩을 이용하면 균일한 크기의 금 나노입자를 간단한 방법으로 합성할 수 있고, 기존의 방법과 비교하여 높은 재현성으로 금 나노입자를 반복적으로 합성할 수 있다. 본 발명의 미세유체칩을 이용하여 합성한 금 나노입자를 이용하면 기존의 방법에 의해 합성된 금 나노입자와 비교하여 높은 성능으로 HRP를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 미세유체칩은 다양한 나노입자의 합성 뿐 아니라 질병의 진단 및 검출 등의 연구에 폭넓게 이용될 수 있다. The present invention relates to a micro-droplet-based microfluidic chip for synthesizing gold nanoparticles. In the microfluidic chip, an oily material, a HAuCl 4 solution, and a mixed solution of CTAB and NaBH 4 flow through a separate flow path, and the junction region of the flow path was designed to mix with each other to form micro-droplets in which gold nanoparticles were included to form micro-droplets. Using the micro-droplet-based microfluidic chip of the present invention, gold nanoparticles of uniform size can be synthesized by a simple method, and gold nanoparticles can be repeatedly synthesized with high reproducibility compared to the conventional method. When gold nanoparticles synthesized using the microfluidic chip of the present invention are used, HRP can be detected with high performance compared to gold nanoparticles synthesized by the conventional method. In addition, the microfluidic chip of the present invention can be widely used for research such as the diagnosis and detection of diseases as well as the synthesis of various nanoparticles.

Description

금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩 및 이의 용도{Microdroplet based microfluidic chip for synthesis of gold nanoparticles and use thereof}Microdroplet based microfluidic chip for synthesis of gold nanoparticles and use thereof

본 발명은 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-droplet-based microfluidic chip for synthesizing gold nanoparticles and a use thereof.

플라스크를 이용하는 기존의 방법으로 금 나노입자 합성 시 실험자가 직접 모든 과정을 진행하여 다양한 변수가 발생할 수 있기 때문에 나노입자 크기의 분포도가 고르지 않고 재현성이 낮다는 문제점이 있다. When synthesizing gold nanoparticles by the conventional method using a flask, there is a problem in that the distribution of the nanoparticle size is uneven and reproducibility is low because various variables can occur because the experimenter directly proceeds all the processes.

본 발명에서는 나노입자 크기의 고르지 않은 분포는 합성 시 금 나노입자가 서로 뭉치는 현상으로 인해 발생하므로 균일한 크기의 나노입자를 합성하기 위하여 마이크로 플루이딕칩을 사용하여 이를 보완하고 적은 볼륨을 사용하여 반응시간을 감소하였다. 또한 금 나노입자를 이용하여 HRP 검출에서 나노입자의 불균일한 분포는 HRP 검출 성능 저하에 영향을 미친다. 따라서 본 발명에서는 보다 쉽고, 빠르며 단순한 방법으로 높은 HRP 검출 성능을 가진 금 나노입자 합성 방법을 개발하고 검출에 응용하였다.In the present invention, the uneven distribution of nanoparticle size is caused by the aggregation of gold nanoparticles during synthesis. Therefore, a microfluidic chip is used to synthesize nanoparticles of uniform size, and the reaction is performed using a small volume. time was reduced. In addition, the non-uniform distribution of nanoparticles in HRP detection using gold nanoparticles affects the degradation of HRP detection performance. Therefore, in the present invention, a method for synthesizing gold nanoparticles with high HRP detection performance was developed and applied to detection by an easier, faster and simpler method.

대한민국 등록특허 제10-1344051호Republic of Korea Patent No. 10-1344051 대한민국 등록특허 제10-1336476호Republic of Korea Patent No. 10-1336476

본 발명자들은 균일한 분포도와 높은 재현성을 갖는 금 나노입자 합성 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 액적을 생성하는 채널과 금 나노입자를 합성시키는 채널을 포함하는 액적 기반의 미세유체칩을 이용함으로써 금 나노입자 합성시 발생할 수 있는 변수를 최소화하여 균일한 분포도와 높은 재현성을 나타내는 금 나노입자 합성 방법을 개발하였다. The present inventors have tried to develop a method for synthesizing gold nanoparticles having a uniform distribution and high reproducibility. As a result, by using a droplet-based microfluidic chip that includes a channel for generating droplets and a channel for synthesizing gold nanoparticles, gold nanoparticles exhibiting uniform distribution and high reproducibility by minimizing variables that may occur during the synthesis of gold nanoparticles A particle synthesis method was developed.

따라서, 본 발명의 목적은 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a micro-droplet-based microfluidic chip for synthesizing gold nanoparticles.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 미세유체칩을 이용한 금 나노입자 합성 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for synthesizing gold nanoparticles using the microfluidic chip of the present invention.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 미세유체칩을 이용한 HRP 검출 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting HRP using the microfluidic chip of the present invention.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩(100)에 관한 것이다:According to one aspect of the present invention, the present invention relates to a micro-droplet-based microfluidic chip 100 for synthesizing gold nanoparticles, comprising:

유상물질(oil phase) 채널(110);oil phase channel 110;

상기 유상물질 채널에 연결되어 유상물질이 흐르도록 형성된 제1유로(111);a first flow path 111 connected to the oil material channel and formed to flow the oil material;

HAuCl4 채널(120); HAuCl 4 channel 120;

상기 HAuCl4 채널(120)에 연결되어 HAuCl4 용액(300)이 흐르도록 형성된 제2유로(121); a second flow path 121 connected to the HAuCl 4 channel 120 to allow the HAuCl 4 solution 300 to flow;

CTAB+NaBH4 채널(130); CTAB+NaBH 4 channel 130;

상기 CTAB+NaBH4 채널(130)에 연결되어 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액(400)이 흐르도록 형성된 제3유로(131); a third flow path 131 connected to the CTAB+NaBH 4 channel 130 and formed so that a mixed solution 400 of CTAB and NaBH 4 flows;

상기 제2유로(121)와 상기 제3유로(131)가 연결되어 형성된 제1접합영역(140)과 상기 제1접합영역에 연결된 제4유로(141); a first junction region 140 formed by connecting the second passage 121 and the third passage 131 to each other, and a fourth passage 141 connected to the first junction region;

상기 제1유로(111)에서 분기된 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)가 상기 제4유로(141)와 연결되어 형성된 제2접합 영역(150);a second junction region 150 formed by connecting a first branch passage 112 and a second branch passage 113 branched from the first passage 111 to the fourth passage 141;

상기 제2접합 영역(150)과 연결되는 제5유로(152); 및a fifth passage 152 connected to the second junction region 150; and

상기 제5유로(152)의 하류에 연결되는 금 나노입자 채널(160). A gold nanoparticle channel (160) connected downstream of the fifth flow path (152).

상기 유상물질 채널(110)은 상기 미세유체칩의 일 끝단에 형성되며 상기 유상물질 채널(110)에 연결된 유상물질 주입구를 통해 유상물질(200)이 미세유체칩 내부로 인입된다. The oily material channel 110 is formed at one end of the microfluidic chip, and the oily material 200 is introduced into the microfluidic chip through an oily material inlet connected to the oily material channel 110 .

상기 제1유로(111)는 상기 유상물질 채널(110)로부터 시작되어 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)로 분기된다. The first flow path 111 starts from the oil material channel 110 and branches into the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 .

분기된 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)는 상기 HAuCl4 채널(120) 및 CTAB+NaBH4 채널(130)의 양 측 외곽을 따라 서로 분기되어 연장되고, 끝단은 상기 제4유로(141) 및 상기 액적 형성 영역(151)이 연결된 제5유로(152)로 연결된다.The branched first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 branch and extend along both sides of the HAuCl 4 channel 120 and the CTAB+NaBH 4 channel 130 , and the ends are The fourth flow path 141 and the droplet forming region 151 are connected to each other through a connected fifth flow path 152 .

상기 HAuCl4 채널(120) 및 CTAB+NaBH4 채널(130)은 상기 유상물질 채널(110)과 일정 거리를 두고 이격되어 형성되고, 상기 HAuCl4 채널(120)에 연결된 HAuCl4 주입구를 통해 HAuCl4 용액(300)이 미세유체칩 내부로 인입되며, 상기 CTAB+NaBH4 채널(130)에 연결된 CTAB+NaBH4 주입구를 통해 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액(400)이 미세유체칩 내부로 인입된다.The HAuCl 4 channel 120 and the CTAB+NaBH 4 channel 130 are formed to be spaced apart from the oily material channel 110 at a predetermined distance, and HAuCl 4 through the HAuCl 4 inlet connected to the HAuCl 4 channel 120 . The solution 300 is introduced into the microfluidic chip, and the mixed solution 400 of CTAB and NaBH 4 is introduced into the microfluidic chip through the CTAB+NaBH 4 inlet connected to the CTAB+NaBH 4 channel 130 .

상기 HAuCl4 채널(120)에 연결된 상기 제2유로(121)는 상기 CTAB+NaBH4 채널(130)에 연결된 상기 제3유로(131)과 연결되어 제1접합영역(140)을 형성한다. 상기 HAuCl4 채널(120)의 주입구를 통해 주입된 HAuCl4 용액(300)과 상기 CTAB+NaBH4 채널(130)을 통해 주입된 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액(400)은 각각 상기 제2유로(121) 및 제3유로(131)를 통해 이동하여 제1접합영역(140)에서 혼합되어 금 나노입자(500)를 형성한다. The second passage 121 connected to the HAuCl 4 channel 120 is connected to the third passage 131 connected to the CTAB+NaBH 4 channel 130 to form a first junction region 140 . A mixture 400 of the injection through the injection port of the HAuCl 4-channel (120), HAuCl 4 solution (300) and the CTAB + NaBH 4 channel 130, the injected CTAB and NaBH 4 through the each of the second flow path ( 121) and the third flow passage 131 to be mixed in the first junction region 140 to form the gold nanoparticles 500 .

상기 형성된 금 나노입자(500)는 상기 제4유로(141)를 통해 이동하며, 상기 제4유로(141)는 도 1a에 도시된 바와 같이 나선형 또는 구불구불한 형태의 유로를 형성한다. The formed gold nanoparticles 500 move through the fourth flow path 141 , and the fourth flow path 141 forms a spiral or serpentine flow path as shown in FIG. 1A .

상기 제4유로(141)는 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)와 서로 교차된 형태로 연결되어 상기 제4유로의 수직 방향으로 제2접합 영역(150)을 형성한다. The fourth flow passage 141 is connected to the first branch flow passage 112 and the second branch flow passage 113 to cross each other to form a second junction region 150 in the vertical direction of the fourth flow passage. .

상기 제2접합 영역(150)으로 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)를 통해 공급되는 유상물질과 제4유로(141)를 통해 공급되는 금 나노입자가 유입되어 상기 제4유로(141)의 수직 방향으로 형성된 액적 형성 영역(151)으로 이동하면서 금 나노입자를 포함하는 미세 액적(600)이 형성된다. 상기 형성된 미세 액적(600)은 제5 유로(152)를 통해 미세 액적 채널(160)로 이동한다. The oily material supplied through the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 and the gold nanoparticles supplied through the fourth flow path 141 flow into the second junction region 150 to the fourth While moving to the droplet forming region 151 formed in the vertical direction of the flow path 141 , the microdroplets 600 including gold nanoparticles are formed. The formed micro-droplets 600 move to the micro-droplet channel 160 through the fifth flow path 152 .

상기 제5유로(152)의 일 끝단은 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113) 및 상기 제4유로(121)와 연결되며, 다른 끝단은 상기 미세 액적 채널(160)에 연결된다. 상기 제5유로(152)는 도 1a에 도시된 바와 같이 나선형 또는 구불구불한 형태의 유로를 형성한다. One end of the fifth flow path 152 is connected to the first branch flow path 112 , the second branch flow path 113 , and the fourth flow path 121 , and the other end is connected to the micro-droplet channel 160 . connected The fifth flow path 152 forms a spiral or serpentine flow path as shown in FIG. 1A .

상기 미세 액적 채널(160)은 유출부가 연결되어 상기 미세유체칩 외부로 생성된 미세 액적(600)을 이동시킬 수 있다. The micro-droplet channel 160 may have an outlet connected thereto to move the micro-droplets 600 generated outside the micro-fluidic chip.

상기 미세 액적 기반 미세유체칩(100)의 구조를 통해, 금 나노입자(500)을 포함하는 미세 액적(600)을 생성한다.Through the structure of the micro-droplet-based micro-fluid chip 100 , micro-droplets 600 including gold nanoparticles 500 are generated.

상기 유상물질 채널(110)을 통해 유입된 상기 유상물질(200)은 상기 제1유로(111)를 통해 유동된 후, 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)를 통해 서로 분기되어 유동된다.The oily material 200 introduced through the oily material channel 110 flows through the first flow path 111 , and then passes through the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 to each other. branched and flowed.

한편, 상기 HAuCl4 채널(120)를 통해 유입된 상기 HAuCl4 용액(300)은 상기 제2 유로(121)를 통해 유동되고, 상기 CTAB+NaBH4 채널(130)을 통해 유입된 상기 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액(400)은 상기 제3유로(131)를 통해 유동된다.On the other hand, the above-HAuCl 4 solution (300) flows through the HAuCl 4 channels 120 and flows through the second flow path 121, the CTAB + NaBH 4 channel 130 of the CTAB and NaBH introduced through the a mixture 400 of a 4 is the flow through the third flow path (131).

이 후, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)를 통해 유동된 상기 유상물질(200)은 상기 제4유로(141)를 통해 유동된 상기 금 나노입자(500)와 제2접합 영역(150)에서 혼합되어 액적 형성 영역(151)으로 이동하면서 금 나노입자를 포함하는 미세 액적(600)을 형성하고, 상기 미세 액적(600)은 상기 제5유로(151)를 통해 상기 미세 액적 채널(160)로 유동된 후, 상기 미세 액적 채널(160)에 연결된 유출부를 통해 외부로 유출된다.Thereafter, as shown in FIG. 1A , the oily material 200 flowing through the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 flows through the fourth flow path 141 . The gold nanoparticles 500 and the gold nanoparticles are mixed in the second junction region 150 and move to the droplet forming region 151 to form micro-droplets 600 including gold nanoparticles, and the micro-droplets 600 are After flowing into the micro-droplet channel 160 through the 5 flow path 151 , it flows out through an outlet connected to the micro-droplet channel 160 .

상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)는 서로 마주하도록 연결되며, 상기 제4 유로(141)는 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)에 수직인 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제5유로(152)는 상기 제4유로(141)와 일직선 방향으로 연결된다. 그에 따라, 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)와 상기 제4유로(141) 및 제5유로(152)는 서로 수직인 방향으로 교차하며 십자가 형상을 형성하며 연결된다.The first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 are connected to face each other, and the fourth flow path 141 is perpendicular to the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 . connected in the direction In addition, the fifth flow path 152 is connected to the fourth flow path 141 in a straight line. Accordingly, the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 and the fourth flow path 141 and the fifth flow path 152 intersect each other in a perpendicular direction to form a cross shape and are connected.

상기 유상물질(200)은 서로 마주하는 방향으로 유동된 후 수직방향으로 제공되는 상기 금 나노입자(500)을 포함하는 용액과 혼합되어, 상기 미세 액적(600)을 형성한다.The oily material 200 flows in opposite directions and is mixed with the solution containing the gold nanoparticles 500 provided in the vertical direction to form the microdroplets 600 .

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 미세 액적 기반 미세유체칩(100)에 HAuCl4 용액(300) 및 CTAB와 NaBH4의 혼합용액(400)을 주입하여 금 나노입자(500)를 포함하는 미세 액적(600)을 생성하는 단계; 및 상기 미세 액적(600)으로부터 금 나노입자(500)를 분리하는 단계를 포함하는 금 나노입자 합성 방법에 관한 것이다. According to one aspect of the present invention, gold nanoparticles 500 are included by injecting a HAuCl 4 solution 300 and a mixed solution 400 of CTAB and NaBH 4 into the micro-droplet-based microfluidic chip 100 . generating a micro-droplet 600 to and separating the gold nanoparticles (500) from the microdroplets (600).

상기 금 나노입자 합성 방법에서 상기 유상물질(200), HAuCl4 용액(300) 및 CTAB와 NaBH4의 혼합용액(400)을 상기 미세유체칩(100)에 각각 주입하여 상기 금 나노입자를 포함하는 미세 액적(400)을 생성한다. In the method for synthesizing gold nanoparticles, the oily material 200, the HAuCl 4 solution 300, and the mixed solution 400 of CTAB and NaBH 4 are respectively injected into the microfluidic chip 100 to contain the gold nanoparticles. A fine droplet 400 is generated.

상기 유상물질 채널(110)을 통해 유입된 상기 유상물질(200)은 상기 제1유로(111)를 통해 유동된 후, 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)를 통해 서로 분기되어 유동된다.The oily material 200 introduced through the oily material channel 110 flows through the first flow path 111 , and then passes through the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 to each other. branched and flowed.

한편, 상기 HAuCl4 채널(120)를 통해 유입된 상기 HAuCl4 용액(300)은 상기 제2유로(121)를 통해 유동되고, 상기 CTAB+NaBH4 채널(130)를 통해 유입된 상기 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액(400)은 상기 제3유로(131)를 통해 유동된다.On the other hand, the HAuCl of the HAuCl 4 solution (300) flows through the four-channel 120 is flowing through the second flow path 121, the CTAB + NaBH said CTAB and NaBH introduced through the fourth channel (130) a mixture 400 of a 4 is the flow through the third flow path (131).

이 후, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 제1분기 유로(112) 및 제2분기 유로(113)를 통해 유동된 상기 유상물질(200)은 상기 제4유로(141)를 통해 유동된 상기 금 나노입자(500)와 제2접합 영역(150)에서 혼합되어 액적 형성 영역(151)으로 이동하면서 금 나노입자를 포함하는 미세 액적(600)을 형성하고, 상기 미세 액적(600)은 상기 제5유로(151)를 통해 상기 미세 액적 채널(160)로 유동된 후, 상기 미세 액적 채널(160)에 연결된 유출부를 통해 외부로 유출된다.Thereafter, as shown in FIG. 1A , the oily material 200 flowing through the first branch flow path 112 and the second branch flow path 113 flows through the fourth flow path 141 . The gold nanoparticles 500 and the gold nanoparticles are mixed in the second junction region 150 and move to the droplet forming region 151 to form micro-droplets 600 including gold nanoparticles, and the micro-droplets 600 are After flowing into the micro-droplet channel 160 through the 5 flow path 151 , it flows out through an outlet connected to the micro-droplet channel 160 .

상기 미세 액적 채널(160)에 연결된 유출부를 통해 외부로 유출된 금 나노입자를 포함하는 미세 액적(600)에 대하여 금 나노입자를 분리하는 단계를 통해 순수한 금 나노입자(500)를 분리할 수 있다. The pure gold nanoparticles 500 may be separated through the step of separating the gold nanoparticles from the fine droplets 600 including the gold nanoparticles leaked to the outside through the outlet connected to the fine droplet channel 160 . .

상기 미세 액적을 생성하는 단계에서, 상기 미세 액적의 크기 및 생산성을 고려하여, 상기 유상물질, HAuCl4 용액 및 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액 각각의 유속을 제어할 수 있다. In the generating of the micro-droplets, each flow rate of the oily material, the HAuCl 4 solution, and the mixed solution of CTAB and NaBH 4 may be controlled in consideration of the size and productivity of the micro-droplets.

본 발명의 금 나노입자 합성 방법은 상술한 미세 액적 기반 미세유체칩을 이용하여 금 나노입자를 합성하는 것으로 이 둘 사이의 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.The method for synthesizing gold nanoparticles of the present invention synthesizes gold nanoparticles using the above-described micro-droplet-based microfluidic chip, and descriptions of common contents between the two are omitted in order to avoid excessive complexity of the present specification.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 방법을 통해 합성된 금 나노입자와 HRP(Horseradish Peroxidase)를 포함하는 시료를 반응시키는 단계; 및 흡광도를 측정하여 HRP를 검출하는 단계를 포함하는 HRP 검출 방법에 관한 것이다. According to another aspect of the present invention, the present invention comprises the steps of reacting the gold nanoparticles synthesized through the above method with a sample containing Horseradish Peroxidase (HRP); and measuring absorbance to detect HRP.

금 나노입자를 HRP 검출에 이용할 경우, 불균일한 크기 분포를 갖는 금 나노입자는 HRP 검출 성능을 현저히 저하시킨다. 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩을 이용하여 합성한 금 나노입자는 균일한 크기의 분포를 갖기 때문에 플라스크를 이용한 기존의 방법에 의해 합성된 금 나노입자와 비교하여 HRP 검출에 있어서 우수한 성능을 나타낸다.When gold nanoparticles are used for HRP detection, gold nanoparticles having a non-uniform size distribution significantly degrade HRP detection performance. Since the gold nanoparticles synthesized using the micro-droplet-based microfluidic chip of the present invention have a uniform size distribution, they show superior performance in HRP detection compared to the gold nanoparticles synthesized by the conventional method using a flask. .

본 발명은 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩에 관한 것으로 상기 미세유체칩에서 유상물질, HAuCl4 용액 및 CTAB와 NaBH4의 혼합용액이 별도의 유로를 통해 유동되어 상기 유로의 접합 영역에서 서로 혼합되어 미세 액적을 형성할 수 있도록 설계하여 금 나노입자가 내부에 포함된 미세 액적을 형성하도록 하였다. 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩을 이용하면 균일한 크기의 금 나노입자를 간단한 방법으로 합성할 수 있고, 기존의 방법과 비교하여 높은 재현성으로 금 나노입자를 반복적으로 합성할 수 있다. 본 발명의 미세유체칩을 이용하여 합성한 금 나노입자를 이용하면 플라스크를 이용한 기존의 방법에 의해 합성된 금 나노입자와 비교하여 높은 성능으로 HRP를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 미세유체칩은 다양한 나노입자의 합성 뿐 아니라 질병의 진단 및 검출 등의 연구에 폭넓게 이용될 수 있다. The present invention relates to a micro-droplet-based microfluidic chip for synthesizing gold nanoparticles. In the microfluidic chip, an oily material, a HAuCl 4 solution, and a mixed solution of CTAB and NaBH 4 flow through a separate flow path, and the junction region of the flow path was designed to mix with each other to form micro-droplets in which gold nanoparticles were included to form micro-droplets. Using the micro-droplet-based microfluidic chip of the present invention, gold nanoparticles of uniform size can be synthesized by a simple method, and gold nanoparticles can be repeatedly synthesized with high reproducibility compared to the conventional method. When gold nanoparticles synthesized using the microfluidic chip of the present invention are used, HRP can be detected with high performance compared to gold nanoparticles synthesized by a conventional method using a flask. In addition, the microfluidic chip of the present invention can be widely used for research such as the diagnosis and detection of diseases as well as the synthesis of various nanoparticles.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩(100)을 도시한 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩(100)에 대한 모식도이다.
도 1c는 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩(100)에서 액적 형성 영역(151)을 나타낸 도면이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 액적 기반 미세유체칩에 대한 이미지이다.
도 1e는 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩의 액적 형성 영역으로 형광염료를 주입하였을 때 미세유체칩에서의 유체흐름을 나타낸 이미지이다.
도 2a는 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩에서 미세 액적이 생성되는 것을 나타낸 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩에서 유상물질 유속에 따른 미세 액적 크기를 분석한 결과이다.
도 3a는 반응 시간에 따른 금 나노입자에 대한 흡광도를 분석한 그래프이다.
도 3b는 기존 방법과 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩으로 합성한 금 나노입자의 흡광도 차이를 분석한 그래프이다.
도 4a는 금 나노입자의 투사전자현미경 이미지이다.
좌측 패널은 기존 방법으로 합성한 금 나노입자이고, 우측 패널은 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩으로 합성한 금 나노입자이다.
도 4b는 금 나노입자의 크기 분포도를 분석한 그래프이다.
좌측 패널은 기존 방법으로 합성한 금 나노입자이고, 우측 패널은 본 발명의 미세 액적 기반 미세유체칩으로 합성한 금 나노입자이다.
도 5는 금 나노입자를 이용하여 HRP 검출을 분석한 그래프이다. 1A is a perspective view illustrating a micro-droplet-based microfluidic chip 100 for synthesizing gold nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
1B is a schematic diagram of a micro-droplet-based microfluidic chip 100 for synthesizing gold nanoparticles of the present invention.
1C is a view showing a droplet formation region 151 in the micro-droplet-based microfluidic chip 100 of the present invention.
1D is an image of a micro-droplet-based microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
1E is an image showing the flow of fluid in the microfluidic chip when a fluorescent dye is injected into the droplet formation region of the microdroplet-based microfluidic chip of the present invention.
Figure 2a is a schematic diagram showing that micro-droplets are generated in the micro-droplet-based micro-fluid chip of the present invention.
Figure 2b is a result of analyzing the size of microdroplets according to the flow rate of the oily material in the microdroplet-based microfluidic chip of the present invention.
3A is a graph analyzing absorbance of gold nanoparticles according to reaction time.
3B is a graph analyzing the difference in absorbance between gold nanoparticles synthesized by the conventional method and the micro-droplet-based microfluidic chip of the present invention.
4A is a projection electron microscope image of gold nanoparticles.
The left panel shows gold nanoparticles synthesized by the conventional method, and the right panel shows gold nanoparticles synthesized using the micro-droplet-based microfluidic chip of the present invention.
4B is a graph analyzing the size distribution of gold nanoparticles.
The left panel shows gold nanoparticles synthesized by the conventional method, and the right panel shows gold nanoparticles synthesized using the micro-droplet-based microfluidic chip of the present invention.
5 is a graph illustrating HRP detection using gold nanoparticles.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예Example

실시예 1. 미세 액적 기반 미세유체칩의 제조Example 1. Preparation of micro-droplet-based microfluidic chip

1-1. 미세 액적 기반 미세유체칩의 제조1-1. Preparation of micro-droplet-based microfluidic chips

미세유체칩에 미세 액적을 생성하는 디자인을 고안하였다. 먼저 실리콘 웨이퍼에 포토레지스트를 코팅한 후 캐드 공정으로 제작한 포토 마스크를 씌워 자외선을 조사하여 원하는 채널의 모양을 갖도록 하였다. We devised a design that creates micro-droplets on microfluidic chips. First, a photoresist was coated on a silicon wafer, and then a photomask manufactured by a CAD process was applied to irradiate an ultraviolet ray to have a desired channel shape.

유상물질 주입구를 포함하는 유상물질 채널(110)과 상기 채널에 연결된 폭 100 μm의 제1유로(111), HAuCl4 수용액 주입구를 포함하는 HAuCl4 채널(120)과 상기 채널에 연결된 폭 100 μm의 제2유로(121), CTAB+NaBH4 수용액 주입구를 포함하는 CTAB+NaBH4 채널(130)과 상기 채널에 연결된 폭 100 μm의 제3유로(131), 상기 제2유로(121)와 상기 제3유로(131)가 연결되어 형성된 제1접합영역(140), 상기 제1접합영역(140)에 연결된 제4유로(141), 상기 제1유로(111)에서 분기된 폭 100 μm의 제1분기 유로(112) 및 폭 100 μm의 제2분기 유로(113)와 교차된 형태로 상기 제4유로(141)에 연결되어 상기 제4유로(141)의 수직 방향에 형성된 제2접합 영역(150), 상기 제2접합 영역(150)에 수직 방향으로 형성되어 제5유로(152)와 연결되는 폭 80 μm, 길이 50 μm의 액적 형성 영역(151), 상기 액적 형성 영역(151)에 연결된 폭 200 μm의 제5유로(152) 및 상기 제5유로(152)에 연결된 미세 액적 유출부를 포함하는 미세 액적 채널(160)을 포함하는 미세유체칩을 제작하였다(도 1a-1e). A width of 100 μm is connected to the oil phase material channel 110 and the channel containing the oily substance inlet of the first flow path (111), HAuCl 4 aqueous solution of width 100 μm is connected to the HAuCl 4 channel 120 and the channel including the injection port the second flow path 121, CTAB + NaBH 4 wherein the CTAB + NaBH 4 channels 130 and the third flow path 131, the second channel 121 of width 100 μm is connected to the channel containing the solution injection port of claim A first junction region 140 formed by connecting three passages 131 , a fourth passage 141 connected to the first junction region 140 , and a first branch with a width of 100 μm branched from the first passage 111 . A second junction region 150 formed in a vertical direction of the fourth flow path 141 by being connected to the fourth flow passage 141 in a shape that intersects the branch flow passage 112 and the second branch flow passage 113 having a width of 100 μm. ), a droplet forming region 151 having a width of 80 μm and a length of 50 μm formed in a vertical direction to the second junction region 150 and connected to the fifth flow path 152 , and a width connected to the droplet forming region 151 . A microfluidic chip including a fifth flow path 152 of 200 μm and a microdroplet channel 160 including a microdroplet outlet connected to the fifth flow path 152 was fabricated (FIGS. 1a-1e).

기본 틀의 높이는 100 μm이고, 완성된 틀 위에 PDMS를 굳혀서 칩을 생산하였다. 웨이퍼로부터 뜯어낸 PDMS몰드를 유리 기판 위에 플라즈마 본딩하여 칩을 완성시킨다. 이렇게 완성된 칩에 유체를 넣기 위해 입구 부분의 인렛을 펀치로 뚫어 유체를 주입할 수 있도록 하였다. The height of the basic mold was 100 μm, and the PDMS was hardened on the finished mold to produce a chip. The PDMS mold removed from the wafer is plasma-bonded on the glass substrate to complete the chip. In order to put the fluid into the finished chip, the inlet of the inlet was punched with a punch so that the fluid could be injected.

실시예 2. 금 나노입자 합성 Example 2. Gold Nanoparticle Synthesis

2-1. 금 나노입자 합성2-1. Gold Nanoparticle Synthesis

시린지 펌프를 이용해 유상물질 채널의 입구에는 계면활성제를 담지한 미네랄 오일을, HAuCl4 채널 및 CTAB+NaBH4 채널의 입구에는 각각 HAuCl4 및 CTAB+NaBH4 수용액을 주입하였다. HAuCl4 및 CTAB+NaBH4 수용액을 칩 내부에서 액적 형태로 합성시켰다. 출구부에 타이곤 튜브를 연결하여 미세 액적을 수집하였고, 원심분리기를 통해 미네랄 오일을 제거하였다. 미세 액적의 크기를 조절하기 위해 배양액의 유속을 0.2 μL/min로 고정한 후, 미네랄 오일의 유속을 0.2 μL/min에서 1 μL/min까지 변화시켜 가며 실험한 결과, 오일의 유속이 증가함에 따라 액적의 크기가 작아졌고, 3.91 nL부터 7.40 nL까지 다른 부피를 갖는 다양한 액적을 생성하였다(도 2a, 2b). 결과적으로 0.4μL/min 유량에서부터는 액적의 직경 크기가 출구 쪽 채널의 폭보다 작아지는 것을 통해 유량을 통해 액적의 직경을 조절할 수 있다는 것을 확인하였다.Mineral oil loaded with surfactant was injected into the inlet of the oily material channel using a syringe pump, and HAuCl 4 and CTAB+NaBH 4 aqueous solutions were injected into the inlets of the HAuCl 4 channel and CTAB+NaBH 4 channel, respectively. HAuCl 4 and an aqueous solution of CTAB+NaBH 4 were synthesized in the form of droplets inside the chip. Fine droplets were collected by connecting a Tygon tube to the outlet, and mineral oil was removed through a centrifuge. After fixing the flow rate of the culture medium to 0.2 μL/min to control the size of the microdroplets, the experiment was performed by changing the flow rate of mineral oil from 0.2 μL/min to 1 μL/min. As a result, as the flow rate of oil increased, the liquid The droplet size became smaller, and various droplets with different volumes were generated from 3.91 nL to 7.40 nL ( FIGS. 2A and 2B ). As a result, from the flow rate of 0.4 μL/min, it was confirmed that the diameter of the droplet was smaller than the width of the channel at the outlet, so that the diameter of the droplet could be controlled through the flow rate.

미세 액적으로 생성한 금 나노입자와의 비교를 위해 플라스크를 이용한 기존의 방법으로 금 나노입자를 합성하였다. 플라스크에 HAuCl4 및 CTAB+NaBH4 수용액을 동일 농도로 1 mL씩 주입하였고, 교반기를 이용하여 10분 동안 합성하였다.For comparison with gold nanoparticles generated as microdroplets, gold nanoparticles were synthesized using a conventional method using a flask. 1 mL each of HAuCl 4 and CTAB+NaBH 4 aqueous solution at the same concentration was injected into the flask, and the mixture was synthesized for 10 minutes using a stirrer.

2-2. 금 나노입자 흡광도 분석2-2. Gold Nanoparticle Absorbance Analysis

합성된 금 나노입자의 특성평가를 위해 자외선-가시광선 분광법을 이용하였다. 그 결과 금 나노입자의 반응시간이 증가함에 따라 입자의 흡광도가 증가하였고(도 3a), 플라스크에서 합성된 나노입자보다 본 발명의 미세유체칩으로 합성한 금 나노입자의 흡광도가 더 높게 나타나는 것을 확인하였다(도 3b).Ultraviolet-visible light spectroscopy was used to characterize the synthesized gold nanoparticles. As a result, as the reaction time of the gold nanoparticles increased, the absorbance of the particles increased (FIG. 3a), and it was confirmed that the absorbance of the gold nanoparticles synthesized using the microfluidic chip of the present invention was higher than that of the nanoparticles synthesized in a flask. (Fig. 3b).

2-3. 금 나노입자 크기 분석2-3. Gold Nanoparticle Size Analysis

금 나노입자의 크기 분석을 위해 투과전자현미경 이미지를 사용하였다(도 4a). 그 결과 플라스크에서 합성한 나노입자의 크기는 15.75 nm ± 2.42 nm이고, 본 발명의 미세유체칩을 이용하여 합성한 나노입자의 크기는 14.79 nm ± 1.92 nm인 것으로 나타나 본 발명의 미세유체칩으로 금 나노입자를 합성하였을 때 더 균일한 크기의 나노입자가 합성된 것을 확인하였다(도 4b).A transmission electron microscope image was used for size analysis of gold nanoparticles (FIG. 4a). As a result, the size of nanoparticles synthesized in the flask was 15.75 nm ± 2.42 nm, and the size of nanoparticles synthesized using the microfluidic chip of the present invention was 14.79 nm ± 1.92 nm. When the nanoparticles were synthesized, it was confirmed that nanoparticles of a more uniform size were synthesized (FIG. 4b).

2-4. HRP 검출2-4. HRP detection

균일하게 합성된 금 나노입자의 성능평가를 위해 HRP검출을 시행하였다. HRP detection was performed to evaluate the performance of uniformly synthesized gold nanoparticles.

2-4-1. Ab-HRP2-4-1. Ab-HRP

항체(antibody, Ab) 10 mg을 PBS(phosphate-buffered saline, pH7.4) 0.5 mL에 희석한 후 HRP(Horseradish peroxidase) 10 mg/mL, 10 μL를 넣고, 4℃에서 반응시켰다. 토끼 다클론 항-p24 항체 1 μg/mL, 500 μL를 4℃에서 반응시키고 0.5 mL PBS(3% bovine serum albumin)를 상온에서 3시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 2번 세척한 후 p24 단백질 200 ng/mL, 200 μL를 37℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 6번 세척한 후 토끼 다클론 항-p24 항체 1 μg/mL, 100 μL를 37℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 6번 세척한 후 Streptavidin-HRP 0.1 μg/mL, 100 μL를 상온에서 30분 반응시켰다. 이후 37℃에서 1시간 동안 반응시키고, 3,3′,5,5'-Tetramethylbenzidine solution 100 μl를 상온에서 30분 동안 반응시켰다.After diluting 10 mg of antibody (antibody, Ab) in 0.5 mL of PBS (phosphate-buffered saline, pH7.4), 10 mg/mL of Horseradish peroxidase (HRP), 10 μL, was added, and reacted at 4°C. Rabbit polyclonal anti-p24 antibody 1 μg/mL, 500 μL was reacted at 4° C., and 0.5 mL PBS (3% bovine serum albumin) was reacted at room temperature for 3 hours. After washing twice with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 200 ng/mL and 200 μL of p24 protein were reacted at 37°C for 2 hours. After washing 6 times with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 1 μg/mL, 100 μL of a rabbit polyclonal anti-p24 antibody was reacted at 37° C. for 1 hour. After washing 6 times with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 0.1 μg/mL, 100 μL of Streptavidin-HRP was reacted at room temperature for 30 minutes. Then, the reaction was carried out at 37°C for 1 hour, and 100 μl of 3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidine solution was reacted at room temperature for 30 minutes.

2-4-2. Batch Au-HRP2-4-2. Batch Au-HRP

플라스크에서 합성한 금 나노입자를 PBS(phosphate-buffered saline, pH7.4) 0.5 mL 에 희석한 후 HRP(Horseradish peroxidase) 10 mg/mL, 10 μL를 넣고, 4℃에서 반응시켰다. 10분 동안 원심분리기로 금 나노입자를 분리한 후, 0.5 ml PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 재분산시켰다. 위 과정을 3번 반복한 후, 토끼 다클론 항-p24 항체 1 μg/mL, 500 μL를 4℃에서 반응시키고 0.5 mL PBS(3% bovine serum albumin)를 상온에서 3시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 2번 세척한 후 p24 단백질 200 ng/mL, 200 μL 를 37℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 6번 세척한 후 토끼 다클론 항-p24 항체 1 μg/mL, 100 μL를 37℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 6번 세척한 후 Streptavidin-HRP 0.1 μg/mL, 100 μL를 상온에서 30분 동안 반응시켰다. 제작된 금 나노입자 100 μl를 37℃에서 1시간 동안 반응시키고, 3,3′,5,5'-Tetramethylbenzidine solution 100 μl를 상온에서 30분 동안 반응시켰다.Gold nanoparticles synthesized in the flask were diluted in 0.5 mL of PBS (phosphate-buffered saline, pH7.4), 10 mg/mL of horseradish peroxidase (HRP), 10 μL, and reacted at 4°C. Gold nanoparticles were separated by centrifugation for 10 minutes, and then redispersed in 0.5 ml PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20). After repeating the above process 3 times, 1 μg/mL and 500 μL of rabbit polyclonal anti-p24 antibody were reacted at 4° C. and 0.5 mL PBS (3% bovine serum albumin) was reacted at room temperature for 3 hours. After washing twice with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 200 ng/mL of p24 protein and 200 μL were reacted at 37°C for 2 hours. After washing 6 times with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 1 μg/mL, 100 μL of a rabbit polyclonal anti-p24 antibody was reacted at 37° C. for 1 hour. After washing 6 times with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 0.1 μg/mL of Streptavidin-HRP, 100 μL was reacted at room temperature for 30 minutes. 100 μl of the prepared gold nanoparticles were reacted at 37° C. for 1 hour, and 100 μl of 3,3′,5,5'-Tetramethylbenzidine solution was reacted at room temperature for 30 minutes.

2-4-3. Droplet Au-HRP2-4-3. Droplet Au-HRP

미세액적 칩으로 합성한 금 나노입자를 PBS(phosphate-buffered saline, pH7.4) 0.5 mL에 희석한 후 HRP(Horseradish peroxidase) 10 mg/mL, 10 μL를 넣고, 4℃에서 반응시켰다. 10분 동안 원심분리기로 금 나노입자를 분리한 후, 0.5 ml PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 재분산시켰다. 위 과정을 3번 반복한 후, 토끼 다클론 항-p24 항체 1 μg/mL, 500 μL를 4℃에서 반응시키고 0.5 mL PBS(3% bovine serum albumin)를 상온에서 3시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 2번 세척한 후 p24 단백질 200 ng/mL, 200 μL 를 37℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 6번 세척한 후 토끼 다클론 항-p24 1 μg/mL, 100 μL를 37℃에서 1시간 반응시켰다. 0.3 mL PBS(0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20)로 6번 세척한 후 Streptavidin-HRP 0.1 μg/mL, 100 μL를 상온에서 30분 반응시켰다. 제작된 금 나노입자 100 μl 를 37℃에서 1시간 동안 반응시키고, 3,3′,5,5'-Tetramethylbenzidine solution 100 μl를 상온에서 30분 동안 반응시켰다. The gold nanoparticles synthesized by the microdroplet chip were diluted in 0.5 mL of PBS (phosphate-buffered saline, pH7.4), then 10 mg/mL of Horseradish peroxidase (HRP) and 10 μL were added, followed by reaction at 4°C. Gold nanoparticles were separated by centrifugation for 10 minutes, and then redispersed in 0.5 ml PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20). After repeating the above process 3 times, 1 μg/mL and 500 μL of rabbit polyclonal anti-p24 antibody were reacted at 4° C. and 0.5 mL PBS (3% bovine serum albumin) was reacted at room temperature for 3 hours. After washing twice with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 200 ng/mL of p24 protein and 200 μL were reacted at 37°C for 2 hours. After washing 6 times with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), the rabbit polyclonal anti-p24 1 μg/mL, 100 μL was reacted at 37° C. for 1 hour. After washing 6 times with 0.3 mL PBS (0.1% bovine serum albumin, 0.05 Tween 20), 0.1 μg/mL, 100 μL of Streptavidin-HRP was reacted at room temperature for 30 minutes. 100 μl of the prepared gold nanoparticles were reacted at 37° C. for 1 hour, and 100 μl of 3,3′,5,5'-Tetramethylbenzidine solution was reacted at room temperature for 30 minutes.

위의 방법으로 합성한 샘플들(Ab-HRP, Batch Au-HRP, Droplet Au-HRP)을 H2SO4 용액 100 μL를 반응시키고, Microplate reader에서 450 nm의 흡광도를 측정하였다. 그 결과 항체보다 금 나노입자를 HRP에 결합시켰을 때 흡광도가 더 높게 나타났고, 그 중에서도 미세유체칩을 이용하여 합성한 금 나노입자가 기존의 방법으로 합성한 입자보다 흡광도가 더 높게 나타났다(도 5). 따라서, 본 발명에서 제안한 방법으로 합성한 금 나노입자가 HRP 검출시에 더 높은 검출 성능을 나타내는 것을 확인하였다. 그러므로, 본 발명의 미세유체칩을 이용한 액적 기반의 나노입자 합성 및 검출 방법은 추후에 다양한 나노입자 합성과 질병의 진단 및 검출 등에 사용될 수 있는 매우 유용한 도구로 활용될 수 있다.Samples synthesized by the above method (Ab-HRP, Batch Au-HRP, Droplet Au-HRP) were reacted with 100 μL of H 2 SO 4 solution, and absorbance at 450 nm was measured in a microplate reader. As a result, when gold nanoparticles were bound to HRP than antibodies, the absorbance was higher, and among them, gold nanoparticles synthesized using a microfluidic chip showed higher absorbance than particles synthesized by the conventional method (FIG. 5). ). Therefore, it was confirmed that the gold nanoparticles synthesized by the method proposed in the present invention exhibited higher detection performance when detecting HRP. Therefore, the droplet-based nanoparticle synthesis and detection method using the microfluidic chip of the present invention can be utilized as a very useful tool that can be used for various nanoparticle synthesis and diagnosis and detection of diseases in the future.

100: 미세 액적 기반 미세유체칩 110: 유상물질(oil phase) 채널
111: 제1유로 112: 제1분기 유로
113: 제2분기 유로 120: HAuCl4 채널
121: 제2유로 130: CTAB+NaBH4 채널
131: 제3유로 140: 제1접합영역
141: 제4유로 150: 제2접합영역
151: 액적 형성 영역 152: 제5유로
160: 금 나노입자 채널
200: 유상물질 300: HAuCl4 용액
400: CTAB 및 NaBH4의 혼합용액 500: 금 나노입자
600: 미세 액적100: micro-droplet-based microfluidic chip 110: oil phase channel
111: first euro 112: first quarter euro
113: 2nd quarter Euro 120: HAuCl 4 channel
121: 2nd Euro 130: CTAB+NaBH 4 channels
131: third flow path 140: first junction area
141: fourth flow path 150: second junction area
151: droplet forming region 152: fifth flow path
160: gold nanoparticle channel
200: oily material 300: HAuCl 4 solution
400: a mixed solution of CTAB and NaBH 4 500: gold nanoparticles
600: fine droplets

Claims (5)

유상물질(oil phase) 채널;
상기 유상물질 채널에 연결되어 유상물질이 흐르도록 형성된 제1유로;
HAuCl4 채널;
상기 HAuCl4 채널에 연결되어 HAuCl4 용액이 흐르도록 형성된 제2유로;
CTAB+NaBH4 채널;
상기 CTAB+NaBH4 채널에 연결되어 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액이 흐르도록 형성된 제3유로;
상기 제2유로와 상기 제3유로가 연결되어 형성된 제1접합영역과 상기 제1접합영역에 연결된 제4유로;
상기 제1 유로에서 분기된 제1분기 유로 및 제2분기 유로가 상기 제4유로와 연결되어 형성된 제2접합 영역;
상기 제2접합 영역과 연결되는 제5유로; 및
상기 제5유로의 하류에 연결되는 금 나노입자 채널을 포함하며,
상기 제1분기 유로 및 제2분기 유로는 서로 교차된 형태로 상기 제4유로에 연결되어 상기 제4유로의 수직 방향으로 제2접합 영역을 형성하며, 상기 제2접합 영역의 수직 방향으로 형성된 액정 형성 영역에서 제1분기 유로 및 제2분기 유로를 통해 공급되는 유상물질과 제4유로를 통해 공급되는 HAuCl4 용액과 CTAB 및 NaBH4의 혼합용액의 혼합물이 유입되어 미세 액적이 형성되고, 상기 형성된 미세 액적은 제5유로를 통해 금 나노입자 채널로 이동하는 것인, 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩.
oil phase channels;
a first flow path connected to the oily material channel and formed to flow the oily material;
HAuCl 4 channels;
a second flow path connected to the HAuCl 4 channel to allow the HAuCl 4 solution to flow;
CTAB+NaBH 4 channels;
a third flow path connected to the CTAB+NaBH 4 channel to flow a mixed solution of CTAB and NaBH 4;
a first junction region formed by connecting the second flow path and the third flow path, and a fourth flow path connected to the first junction region;
a second junction region formed by connecting a first branch flow path and a second branch flow path branched from the first flow path to the fourth flow path;
a fifth passage connected to the second junction region; and
and a gold nanoparticle channel connected downstream of the fifth flow path,
The first branch flow passage and the second branch flow passage are connected to the fourth flow passage in a crossed shape to form a second junction region in a vertical direction of the fourth flow passage, and a liquid crystal formed in a vertical direction of the second junction region In the formation region, a mixture of the oily material supplied through the first branch flow path and the second branch flow path, the HAuCl 4 solution supplied through the fourth flow path, and a mixed solution of CTAB and NaBH 4 flows in to form fine droplets, and the formed A micro-droplet-based microfluidic chip for synthesizing gold nanoparticles, wherein the micro-droplets move to the gold nano-particle channel through the fifth flow path.
 제 1 항에 있어서, 상기 제4유로 및 제5유로는 일부 영역에서 나선형 또는 구불구불한 형태를 포함하는 것인, 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩.
The micro-droplet-based microfluidic chip for synthesizing gold nanoparticles according to claim 1, wherein the fourth and fifth passages have a spiral or serpentine shape in some regions.
 제 1 항에 있어서, 상기 분기된 2개의 제1유로는 상기 제4유로와 직각을 이루면서 연결되는 것인, 미세 액적 기반 미세유체칩.
The micro-droplet-based microfluidic chip of claim 1 , wherein the two branched first flow paths are connected while forming a right angle with the fourth flow path.
 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 미세 액적 기반 미세유체칩에 유상물질, HAuCl4 용액 및 CTAB와 NaBH4의 혼합용액을 주입하여 금 나노입자를 포함하는 미세 액적을 생성하는 단계; 및 상기 미세 액적으로부터 금 나노입자를 분리하는 단계를 포함하는 금 나노입자 합성 방법.
The method of any one of claims 1 to 3, comprising: injecting an oily material, a HAuCl 4 solution, and a mixed solution of CTAB and NaBH 4 into the micro-droplet-based microfluidic chip of any one of claims 1 to 3 to generate micro-droplets containing gold nanoparticles; and separating the gold nanoparticles from the microdroplets.
 제 4 항의 방법에 의해 합성된 금 나노입자와 HRP(Horseradish Peroxidase)를 포함하는 시료를 반응시키는 단계; 및 흡광도를 측정하여 HRP를 검출하는 단계를 포함하는 HRP 검출 방법.A step of reacting the gold nanoparticles synthesized by the method of claim 4 with a sample containing Horseradish Peroxidase (HRP); and detecting HRP by measuring absorbance.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113462543B (en) * 2021-06-22 2024-02-02 东南大学 Microfluidic chip for quantitatively detecting cancer cells in blood
CN116425190B (en) * 2023-04-04 2024-04-12 华东师范大学 Method for in-situ growth of zinc oxide nanorods based on microfluidic chip

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019515310A (en) 2016-03-28 2019-06-06 ナノイムノテック， エセ．エレ． Microhydrodynamics for analyte detection based on photothermal conversion characteristics of metal nanoparticles

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060107695A (en) * 2005-04-11 2006-10-16 한국화학연구원 Preparation method of metal or semiconductor nanoparticle using microemulsion and channel reactor
WO2011053037A2 (en) 2009-10-30 2011-05-05 부산대학교 산학협력단 Method for producing gold nanoparticles
KR101336476B1 (en) 2011-12-29 2013-12-04 영남대학교 산학협력단 Method for synthesis of gold nanoparticles
KR101319577B1 (en) * 2012-03-21 2013-10-23 충남대학교산학협력단 Microreactor and microreactor system including catalyst
KR101666425B1 (en) * 2013-11-25 2016-10-14 주식회사 엘지화학 A Micro-Channel Reactor
KR101864692B1 (en) * 2016-09-27 2018-07-04 인하대학교 산학협력단 Microfluidic reactor and method for preparing of metal nanoparticle using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019515310A (en) 2016-03-28 2019-06-06 ナノイムノテック， エセ．エレ． Microhydrodynamics for analyte detection based on photothermal conversion characteristics of metal nanoparticles

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sara Abalde Cela et al, "Droplet microfluidics for the highly controlled synthesis of branched gold nanoparticles", Nature (2017); doi:10.1038/s41598-018-20754-x.
Taifur Rahman et al, "Microreactors for Gold Nanoparticles Synthesis: From Faraday to Flow", Processes 2014, 2, 466-493; doi:10.3390/pr2020466

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