KR20030022036A

KR20030022036A - 마이크로 어레이 칩

Info

Publication number: KR20030022036A
Application number: KR1020020053130A
Authority: KR
Inventors: 야마모토린타로; 나카무라신; 니시네츠토무; 요시다토시히코
Original assignee: 가부시키가이샤 시마즈세이사쿠쇼
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2003-03-15
Also published as: CN1403816A; JP2003070456A; KR100473709B1; CN1182397C; JP4639558B2; US20030047761A1; US6818436B2

Abstract

본 발명에 의한 마이크로 어레이 칩은 고속 사출성형에 의해 형성된 것이다. 칩 본체의 두께는 1mm, 각각의 웰의 용량은 1.2μL이고, 그 웰의 저면의 벽두께는 250μm이다. 각 웰의 개구부의 주변에는 칩 본체의 표면으로부터 200μm의 높이로 융기한 환상의 융기부가 형성되어 있다. 웰의 개구를 알루미늄이나 수지의 시트(sheet)로 형성된 밀봉재로 봉지할 수 있다. 마이크로 어레이 칩 전체의 형상은 장방형이고, 저면이 평탄한 평판상으로 형성되어 있다. 그러므로, 마이크로 어레이 칩은 평판상의 히트블록 형상을 가지고 이용될 수 있고, 웰 수나 웰 형상 등의 칩 사양에 좌우되지 않는다.

Description

마이크로 어레이 칩{Micro Array Chip}

본 발명은 생체시료(vivo sample)을 효소처리, 유도체화, PCR(polyerase chain reaction) 반응, 생거반응(Sanger's reaction) 등으로 이용할 수 있는 웰을 구비한 칩에 관한 것으로, 특히 미소용량의 반응용기로 되는 어레이 칩에 관한 것이다.

폴리메라아제 연쇄반응(이하에서 PCR이라 한다) 및 다른 반응에서 소량의 샘플을 취급하는 경우, 반응용기로서 96 웰이나 384 웰을 가지는 마이크로타이터(microtiter) 플레이트를 이용하고 있다.

마이크로타이터 플레이트를 이용하여 반응을 행하는 경우, 필요한 샘플량은 96 웰 플레이트에서는 20~40μL, 384 웰 플레이트에서는 5~10μL이다.

DNA 시켄스나 기타 장비의 성능향상에 의해, 미량 샘플에서의 해석이 가능하게 되어왔다. 그 결과, 샘플의 전처리인 PCR 반응이나 생거반응도 미량화할 수 있게 되어 왔다.

전통적인 마이크로타이터 플레이트를 이용하는 경우의 양에 대해 반응이 수행될 때 시약비용은 큰 부담으로 되어 왔다. 따라서, 샘플을 보다 적은 양으로 처리하는 것이 바람직하다.

마이크로타이터 플레이트는 단일 웰을 서로 연결한 어레이로 되어있고, 그 저부는 웰형상에 따르고 있다.

PCR 반응 등 열처리를 필요로 하는 반응의 경우, 마이크로타이터 플레이트의 저면에 히트블록을 용접시켜 온도제어를 행하고 있다.

마이크로타이터 플레이트의 저면형상이 평평하지 않고 웰의 용량이 상당히 크기 때문에, 히트블록은 마이크로타이터 플레이트의 저면형상에 맞추도록 요철형상을 가지게 제작되어 있다. 따라서, 웰 수(well number)가 다른 마이크로타이터 플레이트를 사용하는 때는, 마이크로타이터 플레이트에 따라 히트블록(heat block)을 교환해야 한다는 불편이 있다.

본 발명은 웰의 수나 형상이 다른 것으로 교환한 경우에 히트블록을 교환하지 않아도 되도록 하여, 조작을 간편하게 하고, 또 비용저하를 도모하는 것을 목적으로 한다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 칩의 평면도,

도 1b는 마이크로 어레이 칩(1)의 정면도,

도 1c는 마이크로 어레이 칩(1) 내의 단일 벽과 그 주위 영역을 나타내는 확대평면도,

도 1d는 마이크로 어레이 칩(1) 내의 단일 벽과 그 주위 영역을 나타내는 확대단면도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 어레이 칩의 부분단면도이고,

도 3은 도 1a-1d에 나타난 마이크로 어레이 칩(1)을 이용하여 제조한 DNA시료의 전기이동(electrophoresis) 패턴도를 나타내는 다이어그램이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1...마이크로 어레이 칩

2, 12...칩 본체

4, 14...웰

6...어레이 저면

8...융기부

10...밀봉재

16...박막필름

본 발명의 일측면에 있어서, 마이크로 어레이 칩은,

상면과 하면에 복수의 개구를 가지는 평면 형상의 칩 본체와;

각각 수 μL 이하의 용량을 가지고, 상기 개구내에 형성되는 복수의 오목부를 포함하고,

상기 오목부의 바닥과 상기 하면과의 거리는 300μm 이하이다.

본 발명의 제2의 측면에 있어서, 청구항 1의 상기 마이크로 어레이 칩에서,

상기 칩 본체는 복수의 스루홀을 구비한 평판 형상을 가지는 제1 부재와, 300μm 이하의 두께를 가지는 박막을 가지며, 상기 오목부는 상기 박막으로 상기 스루홀을 닫음으로써 형성된다.

본 발명의 상기 제1 및 제2의 측면에 따르면, 본 발명은 평판 형상의 칩 본체의 표면에 개방되어 있고, 수 μL 이하의 용량과 300μm 이하의 바닥벽 두께를 가지는 복수의 오목부를 구비한 마이크로 어레이 칩으로써 달성될 수 있다.

[작용]

칩 본체내의 오목부의 용적이 미소하므로, 그 오목부를 반응용기로 이용하면 샘플용량의 미량화가 가능하다. 또한, 복수의 반응용기의 집적화도 가능하다.

오목부 저면의 벽두께가 300μm 이하이므로, 히트블록으로부터 칩 본체의 저면까지의 열전도 효율이 높게 된다. 따라서, 히트블록이 오목부의 저면에 접촉하는 한, 오목부 내의 액의 온도조절을 효과적으로 조절할 수 있다.

마이크로타이터 플레이트는 상이한 플레이트의 웰의 형상에 따르는 히트블록을 필요로 하였다. 본 발명에서는, 종래의 마이크로타이터 플레이트와 같이 웰 형상에 따른 히트블록형상은 불필요하게 되고, 평면형상의 히트블록으로 대응할 수 있게 되었다.

오목부는 칩 본체에 형성될 수도 있으나, 그에 대신하여, 오목부가 미소하기 때문에, 칩 본체에 스루홀을 형성하고, 그 저부개구를 박막필름으로 닫아 오목부가 형성될 수 있다. 이것은 칩 제조를 용이하게 하는 이점이 있다.

본 발명의 제3 측면에 있어서, 청구항 1의 마이크로 어레이 칩에서, 일부 오목부는 반응용기로 사용되고 그 외의 것은 마이크로 어레이 칩 전체의 열용량을 낮추는데 이용된다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 반응공간으로 되는 오목부가 형성되어 있지 않은 칩 본체의 부분에 스루홀 또는 오목부를 형성해 두어도 좋다. 이로써, 칩 전체의 열용량을 낮출 수 있고, 반응공간의 온도조절 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제4 측면에 있어서, 청구항 1의 마이크로 어레이 칩에서, 상기 오목부의 내벽 표면은 생체시료의 흡착방치처리가 시행된다.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 미량 샘플이 처리되기 때문에, 오목부 내벽 표면에 생체시료에 대응하는 흡착방지처리가 시행되는 것이 바람직하다. 이로써 반응효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제5 측면에 있어서, 청구항 1의 마이크로 어레이 칩은 각 오목부내에 밀폐공간을 형성하기 위해 개구로 덮힌 밀봉 부재를 더 포함한다.

본 발명의 제5 측면에 따르면, 반응용기내에서 미량의 샘플을 이용하여 반응을 행하는 경우, 마이크로 어레이 칩 내의 오목부는 밀폐되는 것이 바람직하다. 증발에 의한 시료농도의 변화나, 혼합이 불충분함으로 인한 반응의 정지를 방지할 수 있다. 이를 위하여, 마이크로 어레이 칩은 오목부의 상부 개구를 봉지하여 오목부를 밀폐공간으로 하는 밀봉 부재를 구비하는 것이 바람직하다.

칩의 오목부에 반응시약을 주입한 후, 밀봉 부재는 칩의 상부 개구에 적용되어서 반응시약이 오목부 각각에 가두어지게 된다.

본 발명의 제6 측면에 있어서, 청구항 5의 마이크로 어레이 칩에서, 상기 칩 본체는 상기 각각의 개구 주위의 융기부를 가지고, 상기 융기부는 상기 봉지 부재와 접촉하여 상기 오목부를 밀폐한다.

칩 본체의 표면으로부터 각 오목부의 상부 개구 주변부를 융기시키면, 밀봉부재에 의해 개구를 닫을 때의 기밀성을 높일 수 있어 잘 부합된다.

칩 측면으로부터의 열전도에 의해 웰 내부의 액을 가열하는 것은 곤란하기 때문에, 온도조절은 상하 양면으로부터의 펠티어 효과에 의한 제어로 하고, 상면으로부터의 온도조절을 행하게 하는 것이 바람직하다.

(실시예)

도 1a -1d는 96-웰 PCR 칩으로 이용되는, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 어레이 칩(1)을 나타낸다.

도 1a는 평면도; 도 1b는 정면도; 도 1c는 단일 벽과 그 주위 영역을 나타내는 확대평면도; 도 1d는 단일 벽과 그 주위 영역을 나타내는 확대단면도이다.

이 마이크로 어레이 칩(1)은 수지(폴리프로필렌)로 만들어진 성형품이고, 고속 사출성형에 의해 형성된 것이다.

그 칩 본체(2)의 두께는 1mm이다. 칩 본체(2)는 표면측에 개구를 가지는 원통 형상 오목부로 형성된 웰(4)을 가진다. 각 웰은 그 용량이 1.2μL이고, 그 웰(4)의 저면(6)의 벽두께는 250μm이다.

마이크로 어레이 칩(1) 전체의 형상은 종(길이) 54.5mm, 횡(폭) 36.5mm의 장방형상이고, 저면이 평탄한 평면형상으로 형성되어 있다. 칩은 96개의 웰로 이루어진 어레이를 가지고 있다.

이 마이크로 어레이 칩(1)을 BSA(bovine serum albumine:우시 혈청 알부민)(250μg/mL)에 30분 담궈서, 웰(4)의 내벽이 생체시료에 대항하여 보호되도록 하였다.

칩 본체(2)의 구성 재질은 폴리프로필렌에 한정되지 않는다. 폴리에틸렌이나 폴리카보네트 기타 내약품성이 있고 성형이 가능한 다른 수지로 만들어질 수도 있다.

각 웰(4)의 개구부의 주변에는 칩 본체(2)의 표면으로부터 200μm의 높이로 융기한 환상의 융기부(8)가 형성되어 있다. 웰(4)의 개구를 알미늄이나 수지(폴리에스테르 등)으로 만들어진 한 시트(sheet)의 밀봉재(10)로 봉지하는 경우에, 이 융기한 환상의 융기부(8)는 각 웰(4)의 밀봉의 밀착성이나 밀폐공간의 기밀성에 기여한다.

밀봉재(10)에는 점착재가 도포되어 있어서, 웰(4) 안을 밀폐하여 밀폐공간을 제공할 수 있다. 밀봉재(10)는, 샘플을 주입하거나 반응 종료 후에 반응혼합액을 토출하기도 하는 경우에는, 칩 본체(2)로부터 용이하게 벗겨내어 질 수 있다.

종래의 마이크로타이터 플레이트에서, 필요한 샘플량은 384 웰의 것에서도 5μL이다. 그에 비하여, 이 실시예의 마이크로 어레이 칩(1)에서는 부피가 0.5μL만큼 작은 미량의 샘플도 PCR 증폭이 가능하게 된다.

칩 전기이동량 등의 미량분석계의 전처리 반응으로서 이용하면, 시료비용과폐액량이 효과적으로 경감된다.

칩 본체(2)가 평판 형상이기 때문에, 히트블록 형상도 평판 형상의 것으로 충분하게 되고, 웰 수나 웰 형상 등의 칩 사양에 좌우되지 않게 된다.

각 웰 저면의 두께가 얇은 만큼 히트블록에 의한 온도조절 효과가 높다.

반면에, 사출성형에 의해 마이크로 어레이 칩을 성형하는데는 많은 어려움이 있다. 사출성형에 의해 마이크로 어레이 칩을 형성하면서도 각 웰 저면의 벽두께를 줄이는 한가지 방법은, 칩 본체에 스루홀을 형성하고 그 저면개구를 박막필름으로 닫는 것이다.

도 2는 상기에 설명한 바와 같이 오목부를 형성한 제2 실시예를 나타낸 것이다. 도 1의 실시예와 같이, 제2 실시예의 마이크로 어레이 칩도 전체적으로는 평판 형상으로 형성되어 있다. 제2 실시예에서 다른 점은, 칩 본체(12)에 웰을 형성하기 위한 스루홀(14)이 사출성형에 의해 형성되고, 그 저부개구가 박막필름(16)에 의해 닫혀 있다는 점이다.

박막필름(16)의 두께는 300μm이하이다. 박막필름(16)의 재질은 폴리에틸렌 또는 폴리스틸렌이 바람직하고, 보다 바람직하게는 칩 본체(12)와 동일재질로 한다. 박막필름(16)은 열융착에 의해 칩 본체(12)의 이면에 접합될 수 있고, 스루홀의 저부개구를 닫음으로써, 미소 오목부로서 웰(14)을 형성하고 있다.

도 1에 나타낸 제1 실시예와 같이, 제2 실시예의 마이크로 어레이 칩의 상부개구를 밀봉재의 필름(10)으로 봉지하여 각 웰(14)의 밀폐공간을 형성할 수 있다.

도 1에 나타난 제1 실시예에 따른 마이크로 어레이 칩(1)을 이용하여 λ파지벡터(λ phage vector)의 일부(약 500bp)의 증폭을 94℃->55℃->72℃의 온도사이클 18회로 행하였다. 그 증폭된 샘플은 인터컬레이터(intercalator) SYBER-Green(Molecular Probes사의 상표)을 혼합한 8%의 폴리아크릴 아미드 안으로 전기이동시킨 것이며, 형광식 DNA 시켄서로 검출된 것이다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.

도 3에서, #3000과 #3500의 사이의 6개의 두터운 밴드는 샘플의 전기이동밴드이다. #마크 뒤의 전기이동번호는 DNA 시켄서에 의한 검출을 위한 주사번호이고, 전기이동 개시로부터의 시간에 대응하고 있다.

7개의 짧은 밴드는 분자량 마커를 나타낸다. 샘플과 분자량 마커의 밴드폭은 실제는 동일하다. 따라서, 6개의 두터운 밴드의 각각은 3개의 시료에 따른 3개의 밴드의 연결이다.

도 3에 나타난 결과는 마이크로 어레이 칩(1)의 웰에서 처리되는 샘플의 양을 변화시켜 얻어진 것이다.

샘플량은 #3000과 #3500과의 사이에서 왼쪽부터 6개의 두터운 밴드중 2개의 두터운 밴드에 대해 0.5 μL이다. #3000과 #3500과의 사이의 중심에서 2개의 두터운 밴드에 대한 샘플량은 0.7 μL, #3000과 #3500과의 사이에서 오른쪽의 2개의 두터운 밴드에 대한 샘플량은 1.0μL이다. 분명하게, 샘플량이 0.5μL과 같은 극미량이라도 선명한 전기이동 패턴을 얻을 수 있다.

본 발명의 마이크로 어레이 칩은 평판형상 칩 본체의 표면에 개구를 가지고,용적이 수 μL 이하이고, 저면의 두께가 300μm 이하인 오목부를 복수개 구비한 것으로 한 것이다.

본 발명의 마이크로칩은 웰 수나 웰 형상이 다른 칩으로 교환한 경우에도 히트블록을 교환하지 않아도 된다. 그러므로, 조작이 간편하게 되고, 비용 저하를 도모할 수도 있다.

Claims

상면과 하면에 복수의 개구를 가지는 평면 형상의 칩 본체와;

각각 수 μL 이하의 용량을 가지고, 상기 개구내에 형성되는 복수의 오목부를 포함하고,

상기 오목부의 바닥과 상기 하면과의 거리는 300μm 이하인 마이크로 어레이 칩.
제1항에 있어서,

상기 칩 본체는 복수의 스루홀을 구비한 평판 형상을 가지는 제1 부재와, 300μm 이하의 두께를 가지는 박막을 가지며, 상기 오목부는 상기 박막으로 상기 스루홀을 닫음으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 어레이 칩.
제1항에 있어서,

일부 오목부는 반응용기로 이용되고 그 외의 것은 상기 마이크로 어레이 칩 전체의 열용량을 낮추는데 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 어레이 칩.
제1항에 있어서,

상기 오목부의 내벽 표면에는 생체시료의 흡착방치처리가 시행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 어레이 칩.
제1항에 있어서,

각각의 상기 오목부 내에 밀폐 공간을 형성하기 위하여, 상기 개구를 덮는 밀봉 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 어레이 칩.
제5항에 있어서,

상기 칩 본체는 상기 각각의 개구 주위에 융기부를 가지고, 상기 융기부는 상기 봉지 부재와 접촉하여 상기 오목부를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 마이크로 어레이 칩.