KR102537348B1 - 디지털 pcr 분석용 기판 및 이의 제작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검사 정확도를 높인 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법에 관한 것이다. 본 발명은 매우 작은 용적 상에서 발생하는 형광신호 수집을 극대화하여, 기존의 디지털 PCR 방식보다 높은 민감도를 가지며, 실시간으로 분석할 수 있으며, 보다 자세히, PCR 검사가 수행되는 구획을 구분하는 마이크로 웰을 빛을 흡수 및 반사할 수 있는 자재로 구성하거나, 또는 마이크로 웰의 면에 광간섭 저감층을 도포함으로써, 인접한 샘플 간의 간섭을 최소화 하여 검사 정확도 및 민감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검사 정확도를 높인 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법에 관한 것이다.
중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, 이하 PCR)법은 핵산(RNA 또는 DNA)의 특정영역을 대량으로 증폭하는 기술로 변성단계(Denaturation), 결합단계(Annealing), DNA복제단계(Extension)의 3단계로 구성되어 있다. PCR 검사법을 이용하여 혈액에 들어 있는 소량의 DNA를 증폭시킬 수 있고, 말라리아, 결핵, 간염과 같은 병의 병원체가 혈액에 포함되는지 유무를 확인할 수 있어 용이하게 질병을 진단할 수 있으며, 산전 진단에도 사용될 수 있다.
뿐만 아니라, 최근 코비드19 팬데믹 이후 코로나바이러스 감염 유무를 확인하는 것에 PCR 검사가 사용됨으로써, 본 기술분야가 매우 높은 관심을 받고 있다. 특히 일일 수십만명 이상의 감염자가 발생하는 팬데믹 이후 실시간 PCR (real-time), 디지털 PCR(Digital PCR)등에 대한 요구가 급격히 증가하였으며, 기존의 PCR기술적 한계 극복을 통해 고민감도 실시간 진단 및 디지털화 등에 대한 다양한 기술이 개발되고 있다.
디지털 PCR 검사법은 DNA의 핵산을 수천, 수만개로 분할하여 개별적으로 PCR반응을 수행하고 이후 개개의 분할된 샘플에 대해 각각의 형광강도를 측정하고 정량화된 표준물질과의 비교를 통해 정량화함으로써 수행된다. 이후 각 샘플들의 디지털화된 분석을 통해 고민감도 분석이 가능하지만, 기존의 디지털 PCR 검사법의 경우, 96 또는 384 Well microplate보다 용적 및 단위면적의 크기가 작기 때문에 형광신호의 등방성 및 인접 형광신호 간의 간섭 가능성에 의한 진단오류 등이 발생할 수 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 매우 작은 용적 상에서 발생하는 형광신호 수집을 극대화하여, 기존의 디지털 PCR 방식보다 높은 민감도를 가지며, 실시간으로 분석할 수 있는 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법을 제공함에 있다.
보다 자세히, PCR 검사가 수행되는 구획을 구분하는 마이크로 웰을 빛을 흡수 및 반사할 수 있는 자재로 구성하거나, 또는 마이크로 웰의 면에 광간섭 저감층을 도포함으로써, 인접한 샘플 간의 간섭을 최소화 하여 검사 정확도 및 민감도를 높일 수 있는 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법을 제공함에 있다.
또는, 마이크로웰의 일면에 선택적 파장반사가 가능한 반사필름을 부착함으로써, 추가적으로 형광신호를 사용할 수 있도록 하여 검사 민감도를 높일 수 있는 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법을 제공함에 있다.
또한, 마이크로 웰의 면에 공기가 연통되는 홀을 형성함으로써, PCR 검사가 이루어지는 구획이 밀집된 고종횡비 구조의 마이크로 웰에 있어서, 검사 시 발생하는 기포 등을 외부로 배출함으로써 검사 민감도 및 정확도를 높일 수 있는 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법을 제공함에 있다.
또한, 마이크로 웰의 제작 공정에 레이저 광을 이용한 노광공정을 추가함으로써, 고종횡비 구조의 마이크로 웰을 보다 정확히 제작할 수 있는 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법을 제공함에 있다.
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상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 PCR용 기판은 시료가 내부에 수용되며 서로 소정 간격 이격된 적어도 하나의 수용홀 및 수용홀을 둘러싸는 적어도 하나의 격벽을 포함하는 플레이트, 플레이트의 일면에 결합되고, 수용홀의 내측으로 볼록 형성되는 다수의 렌즈를 일면에 포함하는 미세 렌즈층, 및 플레이트의 타면에 결합되고, 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 반사층을 포함하고, 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는, 수용홀과 일대일 대응되어 결합되며 수용홀과 대응되는 형태로 볼록형성되되, 각각의 렌즈의 경계에 접하도록 격벽이 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 PCR용 기판은 시료가 내부에 수용되며 서로 소정 간격 이격된 적어도 하나의 수용홀 및 수용홀을 둘러싸는 적어도 하나의 격벽을 포함하는 플레이트, 플레이트의 일면에 결합되고, 수용홀의 내측으로 볼록 형성되는 다수의 렌즈를 일면에 포함하는 미세 렌즈층, 및 플레이트의 타면에 결합되고, 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 반사층을 포함하고, 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는, 수용홀의 개수의 n 배수만큼 포함되고, 하나의 수용홀 당 n개의 렌즈가 수용되도록 배치되며, 하나의 수용홀에 수용되는 다수의 렌즈의 최외곽 경계와 격벽이 접하도록 격벽이 결합되는 것을 특징으로 한다.(n은 자연수)
또한, 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는, 플레이트와 접하는 표면에 열가소성 물질이 코팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 PCR용 기판은 시료가 내부에 수용되며 서로 소정 간격 이격된 적어도 하나의 수용홀 및 수용홀을 둘러싸는 적어도 하나의 격벽을 포함하는 플레이트, 플레이트의 일면에 결합되고, 수용홀의 내측으로 볼록 형성되는 다수의 렌즈를 일면에 포함하는 미세 렌즈층, 및 플레이트의 타면에 결합되고, 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 반사층을 포함하고, 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는, 수용홀의 개수의 n 배수만큼 포함되고, 하나의 수용홀 당 n개의 렌즈가 수용되도록 배치되며, 하나의 수용홀에 수용되는 다수의 렌즈의 최외곽 경계와 격벽이 접하도록 격벽이 결합되는 것을 특징으로 한다.(n은 자연수)
또한, 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는, 플레이트와 접하는 표면에 열가소성 물질이 코팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 플레이트는, 각각의 수용홀을 분리하는 격벽의 일단부에 슬릿 형태의 공기 유동통로가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 플레이트는, 광을 흡수 또는 반사하는 재질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 플레이트는, 격벽의 표면에 소정 두께 이상으로 적층되며, 광을 흡수 또는 반사하는 광간섭 제거층이을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 PCR용 기판의 제작방법은 (a) 플레이트의 일면에 미세 렌즈층이 위치하도록 미세 렌즈층의 일면에 플레이트를 제작하는 단계, (b) 수용홀의 내측으로 볼록형성되는 미세 렌즈층의 렌즈의 경계 중 적어도 일부와 격벽이 접하여 결합되도록 플레이트와 미세 렌즈층을 압착하여 결합하는 단계, (c) 반사층을 플레이트의 타면에 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (a) 단계는, (a1) 미세 렌즈층의 일면에 플레이트의 두께 만큼 포토레지스트를 적층하고, 포토레지스트의 일면에 몰드를 적층하는 단계, (a2) 포토레지스트를 광에 노출 시켜 플레이트의 격벽의 높이 만큼 제 1 패턴을 증착 형성하는 단계, (a3) 미세 렌즈층의 일면에 플레이트의 원재료를 도포하고, 경화하는 단계 및 (a4) 제 1 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (a) 단계는, (a5) 미세 렌즈층의 일면에 수용홀의 위치를 지정하고 수용홀과 대응되는 위치에 제 2 패턴을 적층하는 단계, (a6) 제 2 패턴의 일면에 양단이 각각의 수용홀과 연결되는 다수의 선 형상인 제 3 패턴을 적층하는 단계, (a7) 미세 렌즈층의 일면에 포토레지스트를 적층하는 단계, (a8) 미세 렌즈층의 타면에 광을 조사하는 단계, (a9) 제 2 패턴 및 제 3 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (a8) 단계에서, 광은 레이저인 것을 특징으로 한다.
또한, (c) 단계에 후행되어 (d) 플레이트의 격벽에 광간섭 제거층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (a) 단계와 (b) 단계의 사이에, (e) 미세 렌즈층의 일면에 열가소성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판 및 이의 제작방법은 매우 작은 용적 상에서 발생하는 형광신호 수집을 극대화하여, 기존의 디지털 PCR 방식보다 높은 민감도를 가지며, 실시간으로 분석할 수 있는 효과가 있다.
보다 자세히, PCR 검사가 수행되는 구획을 구분하는 마이크로 웰을 빛을 흡수 및 반사할 수 있는 자재로 구성하거나, 또는 마이크로 웰의 면에 광간섭 저감층을 도포함으로써, 인접한 샘플 간의 간섭을 최소화 하여 검사 정확도 및 민감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또는, 마이크로웰의 일면에 선택적 파장반사가 가능한 반사필름을 부착함으로써, 추가적으로 형광신호를 사용할 수 있도록 하여 검사 민감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 마이크로 웰의 면에 공기가 연통되는 홀을 형성함으로써, PCR 검사가 이루어지는 구획이 밀집된 고종횡비 구조의 마이크로 웰에 있어서, 검사 시 발생하는 기포 등을 외부로 배출함으로써 검사 민감도 및 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 마이크로 웰의 제작 공정에 레이저 광을 이용한 노광공정을 추가함으로써, 고종횡비 구조의 마이크로 웰을 보다 정확히 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 분해사시도 이다.
도 2는 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 플레이트 및 미세 렌즈층의 결합관계를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 미세 렌즈층의 제 1 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 플레이트 및 제 1 실시 예에 따른 미세 렌즈층의 결합관계를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 미세 렌즈층의 제 2 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 플레이트 및 제 2 실시 예에 따른 미세 렌즈층의 결합관계를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 플레이트 제작 단계의 제 1 실시 예에 따른 세부 단계를 도시한 순서도이다.
도 10은 플레이트 제작 단계의 제 1 실시 예에 따른 제작공정을 도시한 개략도이다.
도 11은 플레이트 제작 단계의 제 2 실시 예에 따른 세부 단계를 도시한 순서도이다.
도 12는 플레이트 제작 단계의 제 2 실시 예에 따른 제작공정을 도시한 개략도이다.
도 13은 플레이트 제작 단계의 제 2 실시 예에 따른 제 1 패턴 및 제 2 패턴의 적층방식을 도시한 개략도이다.
도 14는 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법의 제 1 실시 예를 도시한 순서도이다.
도 15는 광간섭 제거층 증착 단계의 제작 공정을 도시한 개략도이다.
도 16은 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법의 제 2 실시 예를 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 플레이트 및 미세 렌즈층의 결합관계를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 미세 렌즈층의 제 1 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 플레이트 및 제 1 실시 예에 따른 미세 렌즈층의 결합관계를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 미세 렌즈층의 제 2 실시 예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 플레이트 및 제 2 실시 예에 따른 미세 렌즈층의 결합관계를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 플레이트 제작 단계의 제 1 실시 예에 따른 세부 단계를 도시한 순서도이다.
도 10은 플레이트 제작 단계의 제 1 실시 예에 따른 제작공정을 도시한 개략도이다.
도 11은 플레이트 제작 단계의 제 2 실시 예에 따른 세부 단계를 도시한 순서도이다.
도 12는 플레이트 제작 단계의 제 2 실시 예에 따른 제작공정을 도시한 개략도이다.
도 13은 플레이트 제작 단계의 제 2 실시 예에 따른 제 1 패턴 및 제 2 패턴의 적층방식을 도시한 개략도이다.
도 14는 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법의 제 1 실시 예를 도시한 순서도이다.
도 15는 광간섭 제거층 증착 단계의 제작 공정을 도시한 개략도이다.
도 16은 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법의 제 2 실시 예를 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
이하로, 도 1 내지 2을 참조하여 본 발명의 디지털 PCR용 기판(1000)의 기본 구성 및 원리에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 PCR용 기판(1000)은 시료가 내부에 수용되며 서로 소정 간격 이격된 적어도 하나의 수용홀(110) 및 수용홀(110)을 둘러싸는 적어도 하나의 격벽(120)을 포함하는 플레이트(100)를 포함할 수 있다. 이 때, 플레이트(100)는 마이크로 웰 플레이트(100)일 수 있고, 수용홀(110)의 가로세로 너비와 수용홀(110)의 깊이 비가 소정 기준 이상인 고종횡비 구조의 플레이트(100)일 수 있다. 이에 따라, 플레이트(100) 전체의 면적에 비해 수용홀(110) 개수를 높게 확보할 수 있고, DNA의 핵산을 수천, 수만개로 분할하여 개별적으로 PCR 검사를 수행하는 디지털 PCR 검사법에 용이하게 적용될 수 있다.
이 때, 좁은 영역에 밀집된 각각의 수용홀(110) 간의 간섭을 최소화 하기 위해, 플레이트(100)는 광을 흡수 또는 반사하는 재질을 포함하는 것이 바람직하다. 보다 자세히 플레이트(100)는 광을 흡수할 수 있는 기능성 소재인 블랙레진으로 이루어지거나, 또는 광의 반사가 가능한 나노 메탈 입자로 이루어진 레이어를 내부에 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 디지털 PCR용 기판(1000)은 플레이트(100)의 일면에 결합되며, 수용홀(110)의 내측으로 볼록 형성되는 다수의 렌즈(210)를 일면에 포함하는 미세 렌즈층(200)을 포함할 수 있다. 미세 렌즈층(200)은, 광이 투과되는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 각각의 렌즈(210)는 수용홀(110)의 형태와 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 미세 렌즈층(200)은 타면에 광 검출기(P)가 접할 수 있으며, 이에 따라, 수용홀(110)에 수용되는 시료에서 발생하는 형광신호를 각각의 렌즈(210)가 광 검출기(P)에 포함된 각각의 포토센서에 집중되도록 할 수 있다.
더하여, 본 발명의 디지털 PCR용 기판(1000)은 플레이트(100)의 타면에 결합되고 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 반사층(300)을 포함할 수 있다. 반사층(300)은, 특정한 파장의 광을 반사할 수 있는 선택적 반사 필름일 수 있으며, 고굴절/저굴절 박막을 이용한 Bragg mirror나 2D 또는 3D 포토닉 크리스탈을 이용한 Structural reflection을 이용하여 제작될 수 있다. 반사층(300)과 플레이트(100)는 컨포멀 코팅으로 결합될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 디지털 PCR용 기판(1000)은 도 2에 도시된 바와 같이 PCR 검사를 수행할 수 있다. 보다 자세히, 외부로부터 광을 수신하고, 수신한 광을 수용홀(110) 내부에 수용된 시료에 조사하고, 이 때 발생하는 형광신호를 미세 렌즈층(200)의 렌즈(210)를 통해 광 검출기(P)의 위치에 광이 입사되도록 할 수 있다. 미세 렌즈층(200)의 각각의 렌즈(210)가 수용홀(110)과 대응되는 형상으로 형성됨으로써, 발생된 형광신호가 인접한 광 검출기(P)에 입사되지 않도록 방지할 수 있다. 최종적으로 본 발명의 디지털 PCR용 기판(1000)이 고종횡비 구조의 플레이트(100)를 사용하더라도 검사 정확도를 높일 수 있다.
더 나아가, 플레이트(100)의 타면에 반사층(300)이 더 결합됨으로써, 발생된 형광신호가 외부로 발산되지 않고 수용홀(110) 내부로 다시 반사되도록 할 수 있다. 이에 따라 형광신호가 매우 적게 발생하더라도 광 검출기(P)가 이를 용이하게 검출할 수 있기 때문에 검사 민감도를 높일 수 있다.
이하로, 도 3을 참조하여 본 발명의 플레이트(100)와 미세 렌즈층(200)의 결합관계에 대해 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 미세 렌즈층(200)의 각각의 렌즈(210)는, 수용홀(110)과 일대일 대응되어 결합되며 수용홀(110)과 대응되는 형태로 볼록형성되는 것이 바람직하다. 보다 자세히, 렌즈(210)의 외곽 형상이 수용홀(110)의 형상과 대응되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수용홀(110)이 도 3과 같이 육각형 형상으로 형성된 경우, 렌즈(210) 또한 수용홀(110)과 동일한 사이즈의 육각형 형상으로 외곽이 형성되되, 육각형의 중심으로 갈수록 높이가 높아지도록, 즉 중심으로 갈수록 볼록하도록 라운드하게 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 수용홀(110) 외곽 방향으로 광이 발산하더라도 미세 렌즈층(200)에 입사되도록 할 수 있고, 형광신호가 보다 민감하게 광 검출기(P)에 전달될 수 있다.
이와 같은 형상을 구현하기 위해, 플레이트(100) 및 미세 렌즈층(200)을 결합할 시, 압력을 가하여 압착하는 것이 바람직하다. 이 때, 플레이트(100)는 수용홀(110) 및 격벽(120)이 이미 형성된 형태인 것이 바람직하고, 미세 렌즈층(200)은 평편한 평판 형상인 것이 바람직하다. 이와 같은 플레이트(100)와 미세 렌즈층(200)을 압착하여 결합함으로써, 플레이트(100)의 수용홀(110)을 이루는 격벽(120)이 미세 렌즈층(200)의 일면으로 압입될 수 있고, 미세 렌즈층(200)과 수용홀(110)의 형상이 서로 대응되도록 형성되며, 렌즈(210)가 수용홀(110)의 내부로 볼록 형성될 수 있다.
이하로, 도 4 내지 5를 참조하여 미세 렌즈층(200)의 제 1 실시 예에 대해 설명한다.
또한, 미세 렌즈층(200)의 각각의 렌즈(210)는, 플레이트(100)와 접하는 표면에 열가소성 물질이 코팅되는 것이 바람직하다. 보다 자세히, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 아직 렌즈(210) 형상을 가공하지 않은 미세 렌즈층(200)의 원재의 평편한 평면 상에 열가소성 필름(220)을 부착할 수 있다. 이 때, 열가소성 필름(220)은 소정 이상의 압력 및 소정 이상의 온도 상에서 부착되는 것이 바람직하다. 이 때, 열가소성 필름(220)은 미세 렌즈층(200)의 광 투과성을 위해 광 투과율이 0 초과 소정 기준치 이하인 것이 바람직하다. 이후, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 플레이트(100)와 결합시 함께 압착됨으로써, 렌즈(210)의 표면과 대응되는 형태로 열가소성 필름(220)이 변형될 수 있다.
이와 같은 형상을 구현하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 플레이트(100) 및 미세 렌즈층(200)에 압력을 가하여 결합하기 전에, 미세 렌즈층(200)의 일면에 열가소성 필름(220)을 부착한 상태에서 압력을 가하는 것이 바람직하다. 이 때, 플레이트(100)는 수용홀(110) 및 격벽(120)이 이미 형성된 형태인 것이 바람직하고, 미세 렌즈층(200)은 열가소성 필름(220)이 부착된 평편한 평판 형상인 것이 바람직하다. 이와 같은 플레이트(100)와 미세 렌즈층(200)을 압착하여 결합함으로써, 플레이트(100)의 수용홀(110)을 이루는 격벽(120)이 미세 렌즈층(200)의 일면으로 압입될 수 있고, 미세 렌즈층(200)과 수용홀(110)의 형상이 서로 대응되도록 형성되며, 열가소성 필름(220)이 표면에 부착된 렌즈(210)가 수용홀(110)의 내부로 볼록 형성될 수 있다.
이하로, 도 6 내지 7을 참조하여 미세 렌즈층(200)의 제 1 실시 예에 대해 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 미세 렌즈층(200)은 렌즈(210)를 수용홀(110) 개수의 n 배수만큼 포함될 수 있고, 하나의 수용홀(110)당 n개 렌즈(210)가 대응되도록 배치될 수 있다.(n은 자연수) 이 때, 수용홀(110)의 내부에 각각의 렌즈(210)가 서로 동일 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 또는 각 렌즈(210)는 플레이트(100)의 격벽(120)의 인근, 즉 수용홀(110)의 외곽에 집중되어 배치될 수 있다. 또는, 각 렌즈(210)의 ROC는 서로 상이할 수 있으며, 미세 렌즈층(200)의 제 2 실시 예를 적용함에 따라, 수용홀(110) 내부에 형광 신호가 발산하여 인근 광 검출기(P)에 광이 입사됨으로써 측정 정확도가 떨어지는 것을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.
이러한 렌즈(210) 형상을 성형하기 위해 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, Nanoimprint lithography(이하 NIL), 사출성형, 기계가공 등을 통해 렌즈(210) 형상이 음각 형성된 렌즈 성형 기판(M)과 평판 형상의 미세 렌즈층(200)을 구비하고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 렌즈 성형 기판(M)을 미세 렌즈층(200)에 압착함으로써 제작할 수 있다. 이 때, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 미세 렌즈층(200)과 렌즈 성형 기판(M)의 사이에 열가소성 필름(220)을 추가로 적층하여 렌즈(210)에 열가소성물질을 코팅할 수 있다.
이와 같이, NIL 또는 사출성형 등을 이용하여 하나의 수용홀(110)에 복수개의 렌즈(210)를 배치할 수 있다. 특히 NIL공정을 이용하여 미세 렌즈층(200)을 성형할 시, 미세 렌즈층(200)에 기판과 다른 광학적 특성(굴절률, 흡수율 등)을 갖는 렌즈(210)를 형성할 수 있고, 서로 상이한 ROC를 갖는 렌즈(210)를 형성할 수 있어, 광경로 조절 및 수용홀(110) 내부의 광의 파장에 따라 선택적으로 취합할 수 있다.
이하로, 플레이트(100)의 추가 실시 예에 대해 설명한다.
본 발명의 디지털 PCR용 기판(1000)의 플레이트(100)는, 각각의 수용홀(110)을 분리하는 격벽(120)의 일단부에 슬릿 형태의 공기 유동통로(121)이 더 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 공기 유동통로(121)은 플레이트(100)와 미세 렌즈층(200)이 접하는 측 단부에 형성되는 것이 바람직하다. 공기 유동통로(121)은 격벽(120)으로 분리된 2개의 수용홀(110)을 연통할 수 있다. 이에 따라 검사 시 발생하는 기포 등을 외부로 배출함으로써, 검사 정확도 및 민감도를 높일 수 있다.
본원발명의 플레이트(100)와 같이 수용홀(110)이 밀집된 고종횡비 형태의 플레이트(100)의 경우, 시료를 수용홀(110)에 채웠을 시, 시료가 기판에 충분히 젖지 못하는 문제(Dewetting)가 발생할 수 있었으므로, 이와 같은 공기 유동통로(121)을 포함함으로써, 수용홀(110) 내부의 미세공기가 빠져나갈 수 있고, Dewetting현상을 최소화 할 수 있다.
또는, 플레이트(100)는 격벽(120)의 표면에 소정 두께 이상으로 적층되며, 광을 흡수 또는 반사하는 광간섭 제거층(130)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 플레이트(100)가 광 투과율이 소정 기준치 이상인 재질로 제작되었을 시, 인접한 수용홀(110) 간의 형광신호가 간섭되지 않도록 격벽(120)이 광을 흡수 또는 반사하도록 처리하는 것이다. 이 때, 광간섭 제거층(130)은, 경사각 증착공정(Oblique angle deposition)을 통해 증착형성될 수 있다. 이 때, 광간섭 제거층(130)의 원재가 분사되는 각도는 플레이트(100)의 일면과 0도 초과 90도 미만의 경사각도를 이루는 것이 바람직하다.
이하로, 도 8을 참조하여 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법에 대해 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 (a) 플레이트(100)의 일면에 미세 렌즈층(200)이 위치하도록 미세 렌즈층(200)의 일면에 플레이트(100)를 제작하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 자세히, 플레이트(100)는 미세 렌즈층(200)의 일면에 증착될 수 있고, 또는 별도로 제작되어 미세 렌즈층(200)의 일면에 접하도록 배치될 수 있다. 이후, (b) 플레이트(100)와 미세 렌즈층(200)을 압착하여 결합하는 단계를 포함할 수 있다. (b) 단계에서, 플레이트(100)는 수용홀(110) 및 격벽(120)이 이미 형성된 형태인 것이 바람직하고, 미세 렌즈층(200)은 평편한 평판 형상인 것이 바람직하다. 이와 같은 플레이트(100)와 미세 렌즈층(200)을 압착하여 결합함으로써, 플레이트(100)의 수용홀(110)을 이루는 격벽(120)이 미세 렌즈층(200)의 일면으로 압입될 수 있고, 미세 렌즈층(200)과 수용홀(110)의 형상이 서로 대응되도록 형성되며, 렌즈(210)가 수용홀(110)의 내부로 볼록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법은 (c) 반사층(300)을 플레이트(100)의 타면에 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 반사층(300)은 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 반사층(300)을 포함할 수 있고, 특정한 파장의 광을 반사할 수 있는 선택적 반사 필름일 수 있으며, 고굴절/저굴절 박막을 이용한 Bragg mirror나 2D 또는 3D 포토닉 크리스탈을 이용한 Structural reflection을 이용하여 제작될 수 있다. 또한, 반사층(300)과 플레이트(100)는 컨포멀 코팅으로 결합될 수 있다.
이하로, 도 9 내지 10을 참조하여 플레이트(100) 제작 단계의 제 1 실시 예에 대해 보다 자세히 설명한다.
도 9에 도시된 (a) 단계의 제 1 실시 예는, 마이크로급 패터닝 후 도금공정 및 레진코팅 공정 등을 이용하여 제작하는 방식으로서, (a) 단계는, (a1) 미세 렌즈층(200)의 일면에 플레이트(100)의 두께 만큼 포토레지스트(R)를 적층하고, 포토레지스트(R)의 일면에 몰드(140)를 적층하는 단계, (a2) 포토레지스트(R)를 광에 노출 시켜 플레이트(100)의 격벽(120)의 높이 만큼 제 1 패턴(150)을 증착형성하는 단계, (a3) 미세 렌즈층(200)의 일면에 플레이트(100)의 원재료를 도포하고, 경화하는 단계, (a4) 제 1 패턴(150)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
보다 자세히, (a1) 단계에서, 도 10의 (a) 에 도시된 바와 같이, 미세 렌즈층(200)의 일면에 플레이트(100)의 두께 만큼 포토레지스트(R)와 수용홀(110)과 동일한 형상의 홀이 형성된 몰드(140)를 적층할 수 있다. 이후, (a2) 단계에서, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 몰드(140)에 홀이 형성된 영역만큼 포토레지스트(R)를 경화함으로써 제 1 패턴(150)을 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 포토레지스트(R)는 네거티브 포토레지스트(R)인 것이 바람직하다.
또한, (a3) 단계에서, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 패턴(150)이 증착되어 있는 미세 렌즈층(200)의 일면에 플레이트(100)의 원재를 채우고 경화할 수 있다. 이후 (a4) 단계에서, 도 10의 (d)에 도시된 바와 같이, 제 1 패턴(150)을 제거할 수 있다. 이에 따라 제 1 패턴(150)을 제외한 영역에 플레이트(100)가 채워져 경화될 수 있고, 제 1 패턴(150)과 동일한 형상으로 수용홀(110)이 음각 형성될 수 있다.
이하로, 도 11 내지 13을 참조하여 플레이트(100) 제작 단계의 제 2 실시 예에 대해 보다 자세히 설명한다.
도 11에 도시된 (a) 단계의 제 2 실시 예는, (a5) 미세 렌즈층(200)의 일면에 수용홀(110)의 위치를 지정하고 수용홀(110)과 대응되는 위치에 제 2 패턴(160)을 적층하는 단계, (a6) 제 2 패턴(160)의 일면에 양단이 각각의 수용홀(110)과 연결되는 다수의 선 형상인 제 3 패턴(170)을 적층하는 단계, (a7) 미세 렌즈층(200)의 일면에 포토레지스트(R)를 적층하는 단계, (a8) 미세 렌즈층(200)의 타면에 광을 조사하는 단계, (a9) 제 2 패턴(160) 및 제 3 패턴(170)을 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
보다 자세히, (a5) 단계에서, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 미세 렌즈층(200)의 일면에 금속재의 제 2 패턴(160)을 적층할 수 있다. 보다 자세히, 제 2 패턴(160)은 플레이트(100)에 형성될 수용홀(110)의 설계와 동일한 형상이며 그 위치가 일치되도록 배치될 수 있다. 이 후, (a6) 단계에서, 도 12의 (b) 에 도시된 바와 같이, 제 2 패턴(160)의 일면, 즉 제 2 패턴(160)이 미세 렌즈층(200)과 접하는 면의 반대면에 제 3 패턴(170)을 적층할 수 있다. 이 때, 제 2 패턴(160) 및 제 3 패턴(170)은 도 13에 도시된 바와 같이 적층될 수 있다. 즉 제 3 패턴(170)은 수용홀(110)의 설계와 대응되는 위치에 배치된 각각의 제 2 패턴(160) 중 하나의 금속패턴이 인근한 금속패턴과 연결되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이에 따라 추후 노광공정을 수행했을 시, 각각의 수용홀(110)을 분리하는 격벽(120)의 일단부에 슬릿 형태의 공기 유동통로(121)이 더 형성될 수 있고, 공기 유동통로(121)을 통해 격벽(120)으로 분리된 2개의 수용홀(110)을 연통할 수 있다. 이에 따라 검사 시 발생하는 기포 등을 외부로 배출함으로써, 검사 정확도 및 민감도를 높일 수 있다.
또한, (a7) 단계에서, 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 제 2 패턴(160) 및 제 3 패턴(170)이 적층된 미세 렌즈층(200)의 일면에 포토레지스트(R)가 적층될 수 있다. 이 때, 포토레지스트(R)는 네거티브 포토레지스트(R)인 것이 바람직하다. 이에 따라, 제 2 패턴(160) 및 제 3 패턴(170)이 적층되지 않은 영역에 한해 포토레지스트(R)가 경화되면서 플레이트(100)의 격벽(120)을 형성할 수 있다.
또한, (a8) 단계에서, 도 12의 (d)에 도시된 바와 같이 미세 렌즈층(200)의 타면에 광을 조사함으로써, 포토레지스트(R)를 경화하여 플레이트(100)를 형성할 수 있다. 이 때, 광은 직진성이 높은 레이저일 수 있다. 이에 따라 고종횡비 형태의 플레이트(100)를 제작함에 있어서, 플레이트(100)의 높이가 높아지더라도 제 2 패턴(160)과 접하는 일단과 반대 단부인 타단 간의 형상 오차를 최소화 할 수 있다. 이후 도 12의 (e)에 도시된 바와 같이 포토레지스트(R)가 경화될 수 있으며, (a9) 단계에서, 도 12의 (f)에 도시된 바와 같이 제 2 패턴(160) 및 제 3 패턴(170)을 제거함으로써 플레이트(100)의 격벽(120), 수용홀(110) 및 공기연통홀을 형성할 수 있다.
이하로, 도 14 내지 15를 참조하여 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법의 제 1 실시 예에 대해 보다 자세히 설명한다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법은, 제 1 실시 예에서, (c) 단계에 후행되어 (d) 플레이트(100)의 격벽(120)에 광간섭 제거층(130)을 증착하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 보다 자세히, 도 15에 도시된 바와 같이, 이 때, 광간섭 제거층(130)은, 경사각 증착공정(Oblique angle deposition)을 통해 증착형성될 수 있다. 이 때, 광간섭 제거층(130)의 원재가 분사되는 각도는 플레이트(100)의 일면과 0도 초과 90도 미만의 경사각도를 이루는 것이 바람직하다. 이에 따라 본 발명의 플레이트(100)가 광 투과율이 소정 기준치 이상인 재질로 제작되었을 시, 인접한 수용홀(110) 간의 형광신호가 간섭되지 않도록 격벽(120)이 광을 흡수 또는 반사하도록 할 수 있다.
이하로, 도 16을 참조하여 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법의 제 2 실시 예에 대해 보다 자세히 설명한다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 PCR 분석용 기판의 제작방법은, 제 2 실시 예에서, (a) 단계와 (b) 단계의 사이에, (e) 미세 렌즈층(200)의 일면에 열가소성 수지를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 열가소성 필름(220)은 소정 이상의 압력 및 소정 이상의 온도 상에서 부착되는 것이 바람직하다. 이 때, 열가소성 필름(220)은 미세 렌즈층(200)의 광 투과성을 위해 광 투과율이 0 초과 소정 기준치 이하인 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 하나의 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 디지털 PCR용 기판
100 : 플레이트
110 : 수용홀
120 : 격벽
121 : 공기 유동통로
130 : 광간섭 제거층
140 : 몰드
150 : 제 1 패턴
160 : 제 2 패턴
170 : 제 3 패턴
200 : 미세 렌즈층
210 : 렌즈
220 : 열가소성 필름
300 : 반사층
P : 광 검출기
R : 포토레지스트
M : 렌즈 성형 기판
100 : 플레이트
110 : 수용홀
120 : 격벽
121 : 공기 유동통로
130 : 광간섭 제거층
140 : 몰드
150 : 제 1 패턴
160 : 제 2 패턴
170 : 제 3 패턴
200 : 미세 렌즈층
210 : 렌즈
220 : 열가소성 필름
300 : 반사층
P : 광 검출기
R : 포토레지스트
M : 렌즈 성형 기판
Claims (13)
- 시료가 내부에 수용되며 서로 소정 간격 이격된 적어도 하나의 수용홀 및 상기 수용홀을 둘러싸는 적어도 하나의 격벽을 포함하는 플레이트;
상기 플레이트의 일면에 결합되고, 상기 수용홀의 내측으로 볼록 형성되는 다수의 렌즈를 일면에 포함하는 미세 렌즈층; 및
상기 플레이트의 타면에 결합되고, 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 반사층;을 포함하고,
상기 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는,
상기 수용홀과 일대일 대응되어 결합되며 상기 수용홀과 대응되는 형태로 볼록형성되되,
각각의 상기 렌즈의 경계에 접하도록 상기 격벽이 결합되는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판.
- 시료가 내부에 수용되며 서로 소정 간격 이격된 적어도 하나의 수용홀 및 상기 수용홀을 둘러싸는 적어도 하나의 격벽을 포함하는 플레이트;
상기 플레이트의 일면에 결합되고, 상기 수용홀의 내측으로 볼록 형성되는 다수의 렌즈를 일면에 포함하는 미세 렌즈층; 및
상기 플레이트의 타면에 결합되고, 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 반사층;을 포함하고,
상기 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는,
상기 수용홀의 개수의 n 배수만큼 포함되고,
하나의 상기 수용홀 당 n개의 상기 렌즈가 수용되도록 배치되며,
하나의 상기 수용홀에 수용되는 다수의 상기 렌즈의 최외곽 경계와 상기 격벽이 접하도록 상기 격벽이 결합되는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판. (n은 자연수)
- 삭제
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 미세 렌즈층의 각각의 렌즈는,
상기 플레이트와 접하는 표면에 열가소성 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 플레이트는,
각각의 상기 수용홀을 분리하는 격벽의 일단부에 슬릿 형태의 공기 유동통로가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 플레이트는,
광을 흡수 또는 반사하는 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판.
- 제 1항 제 1항에 있어서,레이트는,
상기 격벽의 표면에 소정 두께 이상으로 적층되며, 광을 흡수 또는 반사하는 광간섭 제거층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판.
- (a) 플레이트의 일면에 미세 렌즈층이 위치하도록 상기 미세 렌즈층의 일면에 플레이트를 제작하는 단계;
(b) 수용홀의 내측으로 볼록형성되는 상기 미세 렌즈층의 렌즈의 경계 중 적어도 일부와 격벽이 접하여 결합되도록 플레이트와 미세 렌즈층을 압착하여 결합하는 단계;
(c) 반사층을 플레이트의 타면에 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판의 제작방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
(a1) 상기 미세 렌즈층의 일면에 상기 플레이트의 두께 만큼 포토레지스트를 적층하고, 포토레지스트의 일면에 몰드를 적층하는 단계,
(a2) 상기 포토레지스트를 광에 노출 시켜 상기 플레이트의 격벽의 높이 만큼 제 1 패턴을 증착 형성하는 단계,
(a3) 상기 미세 렌즈층의 일면에 상기 플레이트의 원재료를 도포하고, 경화하는 단계 및
(a4) 상기 제 1 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판의 제작방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
(a5) 상기 미세 렌즈층의 일면에 수용홀의 위치를 지정하고 상기 수용홀과 대응되는 위치에 제 2 패턴을 적층하는 단계,
(a6) 상기 제 2 패턴의 일면에 양단이 각각의 상기 수용홀과 연결되는 다수의 선 형상인 제 3 패턴을 적층하는 단계;
(a7) 상기 미세 렌즈층의 일면에 포토레지스트를 적층하는 단계;
(a8) 상기 미세 렌즈층의 타면에 광을 조사하는 단계;
(a9) 상기 제 2 패턴 및 상기 제 3 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR 용 기판의 제작방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 (a8) 단계에서,
상기 광은 레이저인 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판의 제작방법.
- 제 8항에 있어서,
(c) 단계에 후행되어
(d) 상기 플레이트의 격벽에 광간섭 제거층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판의 제작방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계의 사이에,
(e) 상기 미세 렌즈층의 일면에 열가소성 물질을 코팅하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 PCR용 기판의 제작방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220097155A KR102537348B1 (ko) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | 디지털 pcr 분석용 기판 및 이의 제작방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220097155A KR102537348B1 (ko) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | 디지털 pcr 분석용 기판 및 이의 제작방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102537348B1 true KR102537348B1 (ko) | 2023-05-30 |
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ID=86529532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220097155A KR102537348B1 (ko) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | 디지털 pcr 분석용 기판 및 이의 제작방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR102537348B1 (ko) |
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2022
- 2022-08-04 KR KR1020220097155A patent/KR102537348B1/ko active IP Right Grant
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