KR20060004958A - 바이오칩 및 바이오칩 키트 및 그의 제조 방법 및 사용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고효율로 단시간에 피검체 내의 표적 물질과 프로브가 반응하고, B/F 분리 효율이 높으며, 고감도로 정량 검출이 가능한 바이오칩 및 바이오칩 키트 및 그의 제조 방법, 상기 바이오칩 키트를 이용한, 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 반응 방법, 피검체 내의 표적 물질의 분리 분획 방법 및 검출ㆍ동정 방법 등을 제공한다. 본 발명의 바이오칩은, 균일한 공경을 갖는 직선형 세공이 균일한 구멍 간격으로 형성된 필터가 설치된 웰을 구비하고 있다. 이 웰에, 프로브 담지 입자가 분산된 분산액이 수용되고, 웰에 피검체를 투입하여 프로브 담지 입자와 반응시킨다. 피검체 용액 등의 용액은 필터를 통해서 웰에 도입되거나, 또는 웰로부터 배출시킬 수 있다.

바이오칩, 프로브 담지 입자, 직선형 세공, 필터, 웰

Description

바이오칩 및 바이오칩 키트 및 그의 제조 방법 및 사용 방법 {BIOCHIP AND BIOCHIP KIT, AND METHOD OF PRODUCING THE SAME AND METHOD OF USING THE SAME}

본 발명은, 균일한 공경을 갖는 직선형 세공을 포함하는 필터가 바닥부에 설치된 웰을 구비하는 바이오칩, 및 상기 바이오칩과 용기를 포함하는 바이오칩 키트, 프로브 담지 입자와 상호 작용하는 피검체 물질 중의 표적 물질과 프로브의 반응 또는 상호 작용 방법, 피검체로부터 표적 물질을 B/F 분리하는 방법, 피검체로부터 표적 물질을 분리 분획하는 방법, 및 피검 물질 중의 표적 물질과 바이오프로브의 반응 상호 작용의 검출ㆍ동정 방법에 관한 것이다.

이중 가닥 DNA는, 예를 들면 가열에 의해 단일 가닥 DNA로 분리한 경우에도, 이들 구조가 상보적이기 때문에 서로 결합하는 성질을 가지며, 이 성질을 이용하여 노던(Northern) 혼성화법이 확립되었다. 또한, 종래 적당한 길이의 특정 서열을 갖는 DNA를 제한 효소 등으로 단편화하는 방법, 또는 합성한 올리고뉴클레오티드를 프로브로 사용하여 이들과 상보적인 서열을 갖는 DNA 단편이나 올리고뉴클레오티드 등을 검색하는 방법이 표준 수법으로 이용되어 왔다.

그러나, 노던 혼성화법은 조작이 번잡하고, 소수의 피검체를 처리하는 경우에도 이들을 단시간에 처리할 수 없다는 문제점이 있었다. 이 때문에, 노던 혼성 화법을 응용한 간편한 처리 방법으로서, 슬라이드 글라스 등의 기판 상에 상기와 같은 올리고뉴클레오티드 등을 고밀도로 고정시켜 단시간에 분석할 수 있는 DNA 칩이 개발되어 현재 널리 사용되고 있다.

이 DNA 칩의 대표적인 예로서, 실리콘 등의 평면 기판 상에 올리고뉴클레오티드를 고정시킨 것이 있다. 이 칩은, 기판 상에 1개의 염기를 고정시킨 후에, 이 염기에 다른 염기를 하나씩 결합시켜 20 내지 30개 정도의 염기 길이까지 신장시켜 제조할 수 있으며, 광을 조사하거나 또는 산의 존재하에 소정의 염기 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드를 직접 칩 상에서 합성하여 DNA 칩을 제조할 수 있다. 예를 들면 일본 특허 공개(소)63-27000호 공보에는, 실리콘 등의 기판 상에서 올리고뉴클레오티드 등을 동일계 내에서 합성한 DNA 칩이 기재되어 있다.

또는, cDNA 또는 미리 합성해 둔 적당한 길이의 올리고뉴클레오티드 등의 핵산을 기판 상에 결합시켜 제조할 수 있으며, 이 방법에서는 별도로 준비한 핵산을 입자 담체로부터 분리하고 이것을 스폿터(spotter)에 의해 소정의 위치에 스폿팅하는, 소위 브라운법이 이용된다.

그러나, 전자의 방법은 염기 서열을 칩 상에서 합성하기 때문에, 일부 염기 서열의 합성이 실패하면 그 칩 전체가 불량품이 되어 버린다. 그 결과, 칩의 수율은 y^4np가 된다. 여기서, y는 1회의 염기 합성 공정에서의 정(正)합성 확률, n은 염기수, p는 프로브수이다. 따라서, 프로브수가 증가하면 수율이 기하급수적으로 저하된다. 따라서, 예비 프로브를 설치하여 불량 프로브의 대체 프로브를 두는 것 이 행해지고 있지만, 기판 면적이 커진다.

한편, 후자의 방법에서, DNA의 스폿량과 스폿 위치가 스폿터의 정밀도 등에 크게 의존하므로, 양호한 재현성을 얻기 어렵다.

또한, 이들 마이크로어레이(microarray) 또는 DNA 칩에 하나의 피검체에 대하여 수만개의 항목에 대한 핵산 등의 프로브를 탑재할 수 있고, 수만개의 다른 항목에 대한 동시 검사가 가능한 한편, 프로브는 기판에 고정되어 있으므로, 피검체와 프로브의 반응은 고정된 프로브와 액체 중의 피검체의 반응, 말하자면 고액(solid-liquid) 반응이 된다. 일반적으로 고액 반응은 반응 효율이 나쁘고, 피검체와의 소위 혼성화 반응에 수 시간이 소요된다.

또한, 목적하는 염기 서열을 갖는 핵산을 양호한 정밀도로 검출하기 위해서는, 이 핵산과 상보적인 서열을 갖는 핵산(이하, 「프로브」라고도 함)을 좁은 공간에 양호한 효율로 고정시킬 필요가 있다. 기판 상에 고정시킬 수 있는 상기 프로브의 개수는, 각 프로브의 점유 면적과 DNA 칩 자체의 크기로부터 정해지며, 일정 개수 이상을 고정시키는 것은 물리적으로 불가능하다. 또한, 현재 사용되고 있는 DNA 칩과 같이 피검체에 침지시켜 반응시키는 스타일의 칩은, 사용 가능한 피검체 용액의 양이 매우 적은 경우도 있기 때문에, 칩 자체가 작은 것이 좋다.

그러나, 칩의 크기가 작아지면 프로브를 고정할 수 있는 면적이 좁아지므로, 좁은 공간 때문에 검출 신호가 약해져 검출 감도가 저하된다.

이러한 점을 개량하기 위해, 최근에는 삼차원 겔 상에 상기와 같은 프로브를 고정시킨 칩이 제조되어 시판되고 있다(예를 들면, 문헌[Analytical Clinica Acta 제444권 p.69-78 (2001년)]을 참조). 이들 칩에서는, 프로브가 삼차원 겔 상에 삼차원적으로 고정되어 프로브 밀도가 높아져 검출 신호의 강도가 높아지지만, 노이즈(noise)의 신호 강도도 높아지기 때문에 S/N비가 증가하지 않아 검출 정밀도를 대폭적으로 개선시키기는 어렵다. 여기서 노이즈의 신호 강도가 증가하는 요인으로, 삼차원 겔 상에 고정된 프로브와 피검체의 비특이적 반응에 의해 형성된 생성물의 제거가 어려운 것을 생각할 수 있다.

한편, 중공사(hollow-filament)를 다발로 묶고, 이들 중공사의 내면 측벽에 프로브를 결합시켜 삼차원화된 프로브를 형성시킴으로써 프로브 밀도를 향상시킨 칩도 개발되어 있다(일본 특허 공개 2000-181074호 공보를 참조).

또한, 수직 이방성 세공을 갖는 다공질 알루미나 기판을 이용하여 이 수직 구멍의 내벽에 프로브를 고정시켜 삼차원 구조를 형성함으로써 프로브 밀도를 증가시키고, 또한 수직 구명을 포함하는 플로우-다운(flow-down) 구조를 이용하여 피검체와 프로브를 반응시킨 후에 비표적 물질을 세정 제거하는 것이 가능한 바이오칩도 최근 개발되어 있다(일본 특허 공표(평)9-504864호 공보(국제 공개 제01/12846호 공보)를 참조).

이와 같이 프로브를 중공사의 내면 측벽 또는 다공질 알루미나의 세공 내벽과 결합시키는 상기한 어느 방법에서나 프로브는 고정벽에 고정되어 있기 때문에, 피검체와 프로브를 반응시킬 때, 피검체를 고정된 프로브에 근접 또는 접촉시킬 필요가 있다. 그러나, 이 프로브의 크기는 반응 공간의 용적에 비해 매우 미소하고, 반응 공간의 스케일로 보면 프로브는 고정벽으로부터 약간 튀어나온 돌기에 지나지 않기 때문에 피검체가 프로브에 근접 또는 접촉할 확률은 매우 낮다. 따라서, 이들 방법에서는 반응시 장시간의 교반을 필요로 한다.

또한, 이와 같이 삼차원 구조의 내벽에 프로브를 고정시킨 경우, 구멍의 깊이를 깊게 하면 구멍 내부 측벽의 표면 장력이 커져 검체나 세정액 등의 입배출이 곤란해진다.

상기와 같이 고정벽에 프로브를 고정시키는 대신 입자에 프로브를 담지하여, 이 프로브 담지 입자를 포함하는 용액 중에서 프로브 담지 입자와 피검체 내의 표적 물질을 반응시키는 방법도 행해지고 있다. 이 방법은, 프로브 담지 입자가 용액 중에 삼차원적으로 분산되어 있으며 프로브 담지 입자와 피검체가 서로 이동할 수 있기 때문에, 반응성이 매우 높다는 장점이 있다. 예를 들면, 라텍스 입자 표면의 프로브에 피검체 내의 표적 물질을 특이적으로 반응시키고, 프로브에 특이적으로 반응하여 결합한 표적 물질의 내용을 임의의 B/F(결합된 형태/유리된 형태) 분리에 의해 해석하는 검출ㆍ동정 방법이 알려져 있다.

문헌[Nucleic Acid Research 제14권 p.5037-5048 (1986년)]에는 피검체인 표적 핵산과 입자에 담지된 핵산 프로브를 용액 중에서 혼성화시킨 후에, 원심 분리하여 반응하지 않은 피검체를 제거하는 방법이 기재되어 있으며, 이 방법은 현재에도 널리 사용되고 있다. 그러나, 이와 같이 원심 분리를 이용하는 방법은 분리에 장시간이 소요되고, 또한 분리 성능이 그만큼 높지 않다는 문제점이 있다.

일본 특허 공개(소)63-27000호 공보, 일본 특허 제2975603호 공보에는, 프로브를 담지하는 입자로서 자성 입자를 사용하여, 자석에 의해 이 자성 입자를 고정 시키고, 반응하지 않은 피검체를 세정하여 제거하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법도 현재 널리 사용되고 있다. 그러나, 자성 입자는 일반적으로 자기 특성을 발휘하기 위해서는 크기가 1 ㎛ 이상이 되어야 하고, 페라이트(ferrite) 등의 금속 자성 성분을 함유하기 때문에 비중이 커서 침강이나 응집되기 쉬우므로 보관 또는 조작시 주의가 필요하다.

일본 특허 공개(소)63-27000호 공보에는, 피검체인 표적 핵산과 입자에 담지된 핵산 프로브를 용액 중에서 혼성화시킨 후에, 여과지로 여과하여 세정하고, 여과지 상에 농축된 반응 유래의 신호를 측정하는 방법이 기재되어 있으며, 이 방법도 널리 사용되고 있다. 그러나, 이 방법에서는 입자로 이용하는 라텍스 입자의 양이 매우 많기 때문에 여과에 장시간이 소요됨과 동시에 여과지가 클로깅(clogging)되기 쉽다.

또한, 이들 문헌에 기재된 프로브 담지 입자를 사용하는 모든 방법에서는, 1가지 종류의 피검체에 대하여 복수의 프로브에 의한 다항목 동시 검사(Multiplex Assay) 또는 다항목 동시 분리 분획을 행할 수 없다.

프로브 담지 입자를 사용하여 다항목 동시 검사를 행하는 방법으로서, 복수의 프로브를 식별하는 임의의 식별 라벨을 붙인 입자를 이용하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면 미국 특허 제5,736,330호 공보, 일본 특허 공개(소)62-81566호 공보, 일본 특허 공고(평)7-54324호 공보에는, 형광 착색된 복수의 입자 또는 입경이 다른 복수의 입자를 이용하여, 입자마다 다른 프로브를 담지시켜 색이나 입경 등으로 프로브의 종류를 특정하고, 피검체와 프로브 담지 입자의 반응을 플로우 사 이토미터(flow cytometer)로 검출하는 방법이 기재되어 있으며, 이 방법도 현재 널리 이용되고 있다.

그러나, 이 방법에서는 피검체와 반응시킨 프로브 담지 입자를 필터 부착 96개 구멍 플레이트에 의해 여과하거나, 또는 원심 분리 등의 방법으로 B/F 분리한 후에 플로우 사이토미터에 분주하여 검출하고 있다. 이 경우, 피검체는 필터 부착 플레이트나 원심 분리용 원심관에서 1회 처리된 후에 플로우 사이토미터에 적용되기 때문에, 공정이 증가함과 동시에 플레이트나 관에 의해 오염되거나 피검체가 부착에 의해 감손(減損)될 가능성이 있다.

또한, 색으로 식별하는 방법에서, 식별할 수 있는 색의 종류는 한정되어 있고, 일정 파장 범위와 광 강도의 조합으로 분광할 수 있는 광은 약 100 종류이며, 이에 따라 약 100 종류의 색과 강도의 조합, 즉 100 종류의 프로브의 동시 검사로 한정되어 있다.

또한, 일본 특허 공개(평)11-243997호 공보에는 입자 크기와 그의 형상에 의해 입자를 식별하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 2000-346842호 공보에는 입자를 일차원 또는 이차원으로 배열하고, 종류가 다른 프로브 입자를 구분하기 위해 크기가 다른 미립자를 분리 격벽으로 이용하는 방법이 기재되어 있다.

상기한 각 문헌에 기재된, 입자를 식별하여 다항목 동시 검사를 행하는 모든 방법에는 입자를 식별하기 위해 플로우 사이토미터에 의한 검출법이 이용되고 있다. 그러나, 이 플로우 사이토미터에 의한 방법에서는, 입자를 세관 중에 흘리고, 이 세관의 투명 부분에서 레이저를 조사하여 입자를 연속적으로 식별하는 데, 이 때 검출에 시간이 걸린다는 문제점이 있다. 또한, 검출 시간을 단축하면 1개의 입자를 식별하는 데 충분한 시간이 제공되지 않아서 검출 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 또한, 플로우 사이토미터의 세관은 고가이기 때문에 피검체를 바꿀 때마다 세관을 바꾸는 것은 비용면에서 곤란하다. 이 때문에, 피검체를 바꿀 때마다 세관을 세정할 필요가 있으며, 충분히 세정하기 위해서는 시간이 더 필요해진다.

바이오칩으로는, 그의 프로브로서 DNA 단편 또는 올리고뉴클레오티드를 고정시킨 DNA 칩 이외에도, 항원 및 항체 등의 단백질 또는 이들 단백질과 특이적으로 반응하거나 또는 상호 작용하는 화학 물질을 고정시킨 프로테인 칩 등이 있지만, 상술한 각 문제점은 이들 프로테인 칩 등에 있어서도 동일하게 존재한다.

이들 DNA 칩 및 프로테인 칩은 기판 상에 고정시킨 각종 프로브에 의해, 생물이 갖는 유전자의 기능 해석; 각종 감염증 등의 질병의 나환(羅患) 상황을 확인하기 위한 임상 검사; 유전자 다형성 해석; 테일러-메이드 요법(tailor-made therapy)이라 불리는, 환자의 유전자 서열에 따른 치료 의약의 선정; 의약품 개발을 위한 화학 물질 또는 단백질의 스크리닝 또는 화학 물질의 독성 스크리닝; 그 밖의 각종 스크리닝 등에 응용할 수 있다.

그러나, 이러한 각종 용도에 응용하기에는, 현재 사용되고 있는 바이오칩의 검출 감도는 충분하지 않다. 예를 들면, 질환을 극히 초기에 발견하기 위해서는 질환의 극히 초기 단계에 세포로부터 세포밖으로 나온, 매우 미량의 질환 유래된 마커를 검출할 필요가 있지만, 현 상태의 바이오칩에 의한 검출 감도는 이 극미량의 마커를 검출하기에 불충분하여 보다 고감도의 바이오칩이 요구되고 있다.

또한, 환자의 질환 상태에 관한 정확한 정보를 얻어 진단 오차를 최소한으로 하기 위해서는, 단일 프로브로는 불충분하며 복수의 다른 프로브에 의한 다항목 동시 검사를 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 높은 검출 감도로 다항목 동시 검사를 행할 수 있는 바이오칩이 요망되고 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 그의 목적은

ㆍ 피검체 내의 표적 물질과 프로브가 단시간에 고효율로 반응하고,

ㆍ B/F 분리 효율이 높으며,

ㆍ 고감도로 검출ㆍ동정이 가능한 바이오칩 및 그의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 복수의 웰을 포함하는 바이오칩 사이, 또는 복수의 웰을 포함하는 바이오칩과 복수의 웰을 포함하는 용기 사이에서, 웰 사이에서 직접 액체를 상호전달하는 것이 가능한 바이오칩 키트를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은

ㆍ 상기 바이오칩을 이용하여 하나의 피검체로부터의 적어도 1 종 이상의 표적 물질을 분리 분획하는 방법

ㆍ 다수의 피검체로부터 적어도 1 종 이상의 표적 물질을 동시 병행 방식으로 분리 분획하는 방법

ㆍ 하나의 피검체를 적어도 1 종 이상의 표적 물질에 대해 분석하는 방법

ㆍ 다수의 피검체를 적어도 1 종 이상의 표적 물질에 대해 동시 병행 방식으로 분석하는 방법을 제공하는 것에 있다.

<발명의 개시>

(i) 본 발명의 바이오칩은, 균일한 공경을 갖는 직선형 세공이 균일한 구멍 간격으로 형성된 필터가 바닥부에 설치된 웰을 구비하는 것을 특징으로 한다.

(ii) 본 발명의 바이오칩은, (i)의 바이오칩에서 상기 필터의 두께가 1 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 한다.

(iii) 본 발명의 바이오칩은, (i) 또는 (ii)의 바이오칩에서 상기 필터의 개구율이 15 내지 60 ％인 것을 특징으로 한다.

(iv) 본 발명의 바이오칩은, (i) 내지 (iii) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서, 상기 필터의 표면 재질이 실리카, 티타니아 또는 알루미나인 것을 특징으로 한다.

(v) 본 발명의 바이오칩은, (i) 내지 (iv) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서, 일체로 형성된 복수의 상기 웰을 구비하는 것을 특징으로 한다.

(vi) 본 발명의 바이오칩은, (i) 내지 (iv) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서, 단수의 상기 웰을 구비하는 것을 특징으로 한다.

(vii) 본 발명의 바이오칩은, (i) 내지 (vi) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서, 상기 웰에서 필터의 상면측 또는 하면측에 보강용 리브부(rib part)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

(viii) 본 발명의 바이오칩은, (vii)의 바이오칩에 있어서, 상기 보강용 리브부가 복수의 관통 구멍이 형성된 일체 형상인 것을 특징으로 한다.

(xi) 본 발명의 바이오칩은, (vii) 또는 (viii)의 바이오칩에 있어서, 상기 보강용 리브부가 상기 필터와 직접 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.

(x) 본 발명의 바이오칩은, (vii) 또는 (viii)의 바이오칩에 있어서, 상기 보강용 리브부가 상기 필터와 동일한 재료로 상기 필터로부터 연속적으로 확장되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xi) 본 발명의 바이오칩은, (i) 내지 (x) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서 상기 웰의 바닥부에 그의 주연(周緣)부로부터 소정의 폭으로 필터의 세공이 형성되어 있지 않은 무공부(無孔部)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xii) 본 발명의 바이오칩은, (i) 내지 (xi) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서, 제1 필터가 바닥부에 설치됨과 동시에, 웰을 사이에 두고 제1 필터와는 반대측에 제2 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xiii) 본 발명의 바이오칩은, (i) 내지 (xii) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서, 상기 웰에 프로브 담지 입자가 분산된 분산액이 수용되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xiv) 본 발명의 바이오칩은 상기 입자의 입경과 필터의 공경의 비율이 입경/공경=1.1 내지 2.5이며, 입경<구멍 간격<입경×10인 것을 특징으로 한다.

(xv) 본 발명의 바이오칩은 상기 입자의 입경, 필터의 공경 및 구멍 간격이 입경>공경+구멍 간격/2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

(xvi) 본 발명의 바이오칩은, (xiii)의 바이오칩에 있어서, 상기 웰에 프로브 식별 정보를 제공하기 위한 1 종 이상의 식별 수단을 갖는 프로브 담지 입자가 분산된 분산액이 수용되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xvii) 본 발명의 바이오칩은, (xvi)의 바이오칩에 있어서, 상기 식별 수단이 프로브 담지 입자의 색, 형상, 입경 및 유전자 서열로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 한다.

(xviii) 본 발명의 바이오칩은, (xvi) 또는 (xvii)의 바이오칩에 있어서, 모든 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 동일한 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대한 상기 프로브 식별 정보가 동일한 것을 특징으로 한다.

(xix) 본 발명의 바이오칩은, (xvi) 또는 (xvii)의 바이오칩에 있어서, 모든 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 동일한 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대한 상기 프로브 식별 정보가 다른 것을 특징으로 한다.

(xx) 본 발명의 바이오칩은, (xvi) 또는 (xvii)의 바이오칩에 있어서, 1 종 이상의 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 다른 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 모든 식별 수단에서 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대한 상기 프로브 식별 정보의 구성이 동일한 것을 특징으로 한다.

(xxi) 본 발명의 바이오칩은, (xvi) 또는 (xvii)의 바이오칩에 있어서, 1 종 이상의 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 다른 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 1 종 이상의 상기 식별 수단에서의 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대한 상기 프로브 식별 정보의 구성이 다른 것을 특징으로 한다.

(xxii) 본 발명의 바이오칩 키트는, (i) 내지 (xxi) 중 어느 한 항의 바이오칩에 있어서, 일체로 형성된 복수의 웰 또는 단수의 웰을 수납하거나, 또는 상기 웰과 접속되는 용기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

(xxiii) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxii)의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 용기가 상기 웰과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxiv) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxii)의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 용기가 상기 웰과 독립적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxv) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxii) 내지 (xxiv) 중 어느 한 항의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 용기가 상기 바이오칩의 웰에 대응하는 웰을 갖는 것을 특징으로 한다.

(xxvi) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxv)의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 용기의 웰 바닥부에 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxvii) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxv) 또는 (xxvi)의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 바이오칩과 상기 용기가 대응하는 웰이 상호 연결되도록 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxviii) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxii) 내지 (xxvii)의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 용기가 관통 구멍이 형성된 플레이 및 관통 구멍이 형성되어 있지 않은 플레이트 중 적어도 어느 하나를 이용하여 복수의 상기 플레이트를 적층시킴으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxix) 본 발명의 바이오칩 키트는, (i) 내지 (xxi) 중 어느 한 항의 복수의 바이오칩들이 대응하는 웰이 상호 연결되도록 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxx) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxii) 내지 (xxix) 중 어느 한 항의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 바이오칩의 웰 측부의 하단에 설치된 평탄부와 별도의 상기 용기 또는 상기 바이오칩의 웰 측부의 상단에 설치된 평탄부가 웰이 상호 연결되도록 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxxi) 본 발명의 바이오칩 키트는, (xxii) 내지 (xxix) 중 어느 한 항의 바이오칩 키트에 있어서, 상기 바이오칩의 웰 측부의 하단에, 별도의 상기 용기 또는 상기 바이오칩의 웰 측부의 상단에 설치된 볼록부와 감합하는 위치 정렬용 오목부, 또는 별도의 상기 용기 또는 상기 바이오칩의 웰 측부의 상단에 설치된 오목부와 감합하는 위치 정렬용 볼록부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

(xxxii) 본 발명의 바이오칩의 제조 방법은, (i) 내지 (xxi) 중 어느 한 항의 바이오칩을 제조할 때, 조성이 다른 재질로 형성된 2개 이상의 층으로 이루어진 플레이트에 대하여, 한쪽 측면으로부터 2개 층 사이의 경계까지 패턴 에칭(pattern etching)을 행하여 웰 구멍을 형성함과 동시에, 다른 측면으로부터 2개 층 사이의 경계까지 패턴 에칭을 행하여 필터 구멍을 형성하고, 이에 의해 웰과 필터가 접합된 바이오칩을 얻는 것을 특징으로 한다.

(xxxiii) 본 발명의 바이오칩의 제조 방법은, (i) 내지 (xxi) 중 어느 한 항의 바이오칩을 제조할 때, 실리콘 웨이퍼를 에칭함으로써 필터, 리브 및 웰을 각각 제조하고, 계속해서 이들을 적층하는 것을 특징으로 한다.

(xxxiv) 본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법은, 용기가 바이오칩의 웰과 독립적으로 형성되어 있는 (xxii) 내지 (xxxi) 중 어느 한 항의 바이오칩 키트의 상기 용기에 수용된 용액 중에서 바이오칩의 웰을 상하로 이동시킴으로써, 상기 용기 내의 용액과 웰 내의 프로브 담지 입자 및(또는) 용액을 접촉시키는 것을 특징으로 한다.

(xxxv) 본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법은, (xxii) 내지 (xxxi) 중 어느 한 항의 바이오칩 키트의 용기에 수용된 용액의 계면을 상하로 이동시킴으로써, 상기 용기 내의 용액과 웰 내의 프로브 담지 입자 및(또는) 용액을 접촉시키는 것을 특징으로 한다.

(xxxvi) 본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법은, 바이오칩을 수납하는 용기를 구비하는 (xxii) 내지 (xxxi) 중 어느 한 항의 바이오칩 키트의 상기 용기와 칩 사이, 또는 상기 칩의 상호 웰 사이에 압력차가 생기게 하고, 이를 이용하여 웰 내의 액체와 프로브 담지 입자의 접촉, 웰 사이에서의 액체 이동, 또는 이들 둘 모두를 행하는 것을 특징으로 한다.

(xxxvii) 본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법은, 바이오칩과 접속하는 용기를 구비하는 (xxii) 내지 (xxxi) 중 어느 한 항의 바이오칩 키트의 상기 용기와 칩 사이, 또는 상기 칩에서의 상호 웰 사이에 압력차가 생기게 하고, 이를 이용하여 웰 내의 액체와 프로브 담지 입자의 접촉, 웰 사이에서의 액체 이동, 또는 이들 둘 모두를 행하는 것을 특징으로 한다.

(xxxviii) 본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법은, (xxxiv) 내지 (xxxvii) 중 어느 한 항의 방법에 있어서, 상기 용기 내의 용액과 웰 내의 프로브 담지 입자 및(또는) 용액을 접촉시킴으로써 바이오칩 내의 내용물을 혼합, 확산, 반응, 분리 또는 세정하는 것을 특징으로 한다.

(xxxix) 본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법은, (xxxiv) 내지 (xxxviii) 중 어느 한 항의 방법에 있어서, 상기 바이오칩의 각 웰에 동일 피검체를 투입하는 것을 특징으로 한다.

(xl) 본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법은, (xxxiv) 내지 (xxxviii) 중 어느 한 항의 방법에 있어서, 상기 바이오칩의 각 웰에 다른 피검체를 투입하는 것을 특징으로 한다.

(xli) 본 발명의 피검체 내의 표적 물질과 프로브를 반응시키는 방법은,

(xxii) 내지 (xxxi) 중 어느 한 항의 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 (xviii) 내지 (xxi) 중 어느 한 항의 칩을 만드는 공정;

상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정; 및

바이오칩의 용기에 수용된 상기 용액 중에서 웰을 상하로 이동시키거나, 바이오칩의 용기에 수용된 상기 용액의 계면을 상하로 이동시키거나, 또는 압력차를 부가함으로써 웰 내외의 용액을 순환시켜 피검체 내의 표적 물질과 프로브를 반응시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(xlii) 본 발명의 피검체 내로부터 표적 물질을 B/F 분리하는 방법은,

(xxii) 내지 (xxxi) 중 어느 한 항의 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 (xviii) 내지 (xxii) 중 어느 한 항의 칩을 만드는 공정;

상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정;

상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 상기 입자에 담지된 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정; 및

세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 세정액을 상기 용기를 통해 상기 바이오칩의 웰로 순환시켜 상기 세정액을 상기 바이오칩의 웰 내외로 출입시키며, 세정액을 웰 밖으로 배출함으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 물질을 세정 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(xliii) 본 발명의 피검체 내의 표적 물질의 분획 분리 방법은, (xxx) 또는 (xxxi)의 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 (xviii) 내지 (xxi) 중 어느 한 항의 칩을 만드는 공정;

상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정;

상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 상기 입자에 담지한 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정;

세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 세정액을 상기 용기를 통해 상기 바이오칩의 웰로 순환시켜 상기 세정액을 상기 바이오칩의 웰 내외로 출입시키며, 세정액을 웰 밖으로 배출함으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 물질을 세정 제거하는 공정; 및

상기 바이오칩의 웰 측부의 하단에 설치된 오목부, 볼록부 또는 평활부와, 상단에 이것과 대응하는 볼록부, 오목부 또는 평활부를 갖는 용기를 감합시키고, 계속해서 분리제 용액을 바이오칩의 웰에 투입함으로써 상기 입자로부터 피검체 내의 표적 물질을 분리하여 상기 용기의 웰로 이동시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(xliv) 본 발명의 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 상호 작용을 검출ㆍ동정하는 방법은,

(xxii) 내지 (xxxi) 중 어느 한 항의 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 (xviii) 내지 (xxi) 중 어느 한 항의 칩을 만드는 공정;

상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정;

상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 상기 입자에 담지한 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정;

세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 세정액을 상기 용기를 통해 상기 바이오칩의 웰로 순환시켜 상기 세정액을 상기 바이오칩의 웰 내외로 출입시키고, 세정액을 웰 밖으로 배출함으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 물질을 세정 제거하는 공정;

웰 내의 입자를 필터의 세공에 위치시키는 공정; 및

상기 입자에 담지된 프로브와 피검체의 표적 물질의 반응 또는 상호 작용을 검출ㆍ동정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(xlv) 본 발명의 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 상호 작용을 검출ㆍ동정하는 방법은, (xliv)의 방법에 있어서, 각 입자에 대하여 입자의 프로브 식별 정보와 상기 입자에 담지된 프로브와 피검체의 표적 물질의 반응 또는 상호 작용에 대한 정보를 모두 검출하는 것을 특징으로 한다.

(xlvi) 본 발명의 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 상호 작용을 검출ㆍ동정하는 방법은, (xliv)의 방법에 있어서, 각 웰의 입자에 대하여 상기 입자에 담지된 프로브 식별 정보를 식별하고, 계속해서 프로브와 피검체 내의 표적 물질의 상호 작용에 관한 상태를 계측하며, 각 입자에 대해 얻어진 상호 작용의 상태 정보에 기초하여 웰 단위에 의한 상호 작용 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면,

ㆍ 피검체 내의 표적 물질과 프로브가 단시간에 고효율로 반응하고,

ㆍ B/F 분리 효율이 높으며,

ㆍ 고감도로 정량 검출이 가능한 바이오칩 및 그의 제조 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수의 웰을 포함하는 바이오칩 사이, 또는 복수의 웰을 포함하는 바이오칩과 복수의 웰을 포함하는 용기 사이에서, 웰 사이에서 직접 액체를 상호전달하는 것이 가능한 바이오칩 키트가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 바이오칩을 이용하여

ㆍ 하나의 피검체로부터 적어도 1 종 이상의 표적 물질을 분리 분획하는 방법

ㆍ 다수의 피검체로부터 적어도 1 종 이상의 표적 물질을 동시 병행 방식으로 분리 분획하는 방법

ㆍ 하나의 피검체를 적어도 1 종 이상의 표적 물질에 대해 분석하는 방법

ㆍ 다수의 피검체를 적어도 1 종 이상의 표적 물질에 대해 동시 병행 방식으로 분석하는 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 한 실시 양태에 의한 바이오칩이 구비하는 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 필터 세공의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 보강용 리브부를 설치한 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 4는 필터면 상에 보강용 리브부를 설치한 모습을 모식적으로 나타낸 상면도이다.

도 5는 필터면 상에 보강용 리브부를 설치한 웰 바닥부의 전자 현미경 사진이다.

도 6은 보강용 리브부를 설치한 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도 이다.

도 7은 보강용 리브부를 설치한 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 8은 보강용 리브부에 위치 정렬용 오목부를 설치한 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 9는 보강용 리브부에 위치 정렬용 오목부를 마련한 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 10은 상기 웰의 바닥부에 그의 주연부로부터 소정의 폭으로 필터의 세공이 형성되어 있지 않은 무공부를 설치한 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 11은 리브 또는 웰을 광조(光造)형으로 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.

도 12는 본 발명의 한 실시 양태에 의한 바이오칩의 상면도 및 A-A' 단면도이다.

도 13은 본 발명의 한 실시 양태에 의한 바이오칩의 상면도 및 A-A' 단면도이다.

도 14는 제1 필터와 함께 제2 필터를 구비하는 바이오칩의 단면도이다.

도 15는 바이오칩과 용기를 접속시킨 바이오칩 키트의 제조 방법을 설명하는 단면도이다.

도 16은 바이오칩 키트의 용기의 바닥부 또는 뚜껑부가 되는 플레이트로서, 광학 검출용으로서 평활하며 투명한 플레이트를 이용한 예를 나타낸 단면도이다.

도 17은 플레이트를 이용하여 용기를 형성한 바이오칩 키트의 예를 나타낸 단면도이다.

도 18은 칩을 다단(multistage)으로 설치한 바이오칩 키트의 예를 나타낸 단면도이다.

도 19는 복수의 웰을 포함하는 칩을 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.

도 20은 본 발명에 따른 바이오칩의 조작 방법을 설명하는 도면이다.

도 21은 본 발명에 따른 피검체 내의 표적 물질의 분리 분획 방법 및 검출 방법의 한 공정을 설명하는 칩 단면도이다.

도 22는 본 발명에 따른 피검체 내의 표적 물질의 분리 분획 방법 및 검출 방법의 한 공정을 설명하는 칩 단면도이다.

도 23은 본 발명에 따른 피검체 내의 표적 물질의 분리 분획 방법의 한 공정을 설명하는 칩 단면도이다.

도 24는 용기의 웰 저면에 미세한 관통 구멍을 설치한 바이오칩 키트의 단면도이다.

도 25는 본 발명에 따른 피검체 내의 표적 물질의 검출 방법의 한 공정을 설명하는 칩 단면도이다.

도 26은 웰에 프로브 담지 입자를 수납시킨 본 발명의 바이오칩의 일례를 설명하는 도면이다.

도 27은 본 발명의 바이오칩의 웰에 피검체를 투입하는 방법을 설명하는 도 면이다.

도 28은 프로브 담지 입자를 필터 구멍 상에 위치시킨 전자 현미경 사진이다.

도 29는 칩의 각 웰의 바닥부를 촬상한 전자 현미경 사진이다.

도 30은 소 혈청 희석액을 실시예 3의 칩의 필터에 흐르게 하여, 하부 용기의 하부 뚜껑으로부터 소 혈청 희석액을 배출하였을 때의 합계 토출량과 토출 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 31은 칩의 공경과 구멍 간격이 다른 8 종류의 조합에 대하여, 압력차 18 gf/cm²에서 실시예 3과 동일한 시험을 행한 시험 결과를 나타낸 그래프이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 한 실시양태에 의한 바이오칩이 구비하는 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

상기 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 웰(16)에는 세공(19)가 형성된 필터(18)이 바닥부에 설치되어 있다. 이 필터(18)은, 피검체 또는 피검체를 용해 또는 분산시킨 매체 등의 액체를 통과시키며, 웰(16) 내에 수납된 피검체와 상호 작용하는 프로브 담지 입자가 외측으로 배출되지 않도록 구성되어 있다.

본 발명에서는, 필터(18)에 균일한 공경을 갖는 직선형 세공이 균일한 구멍 간격으로 형성되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「균일한 공경」이란, 공경의 오차가 CV(변화 상수; Coefficient of Variation)값으로 20 ％ 이하, 바람직하게는 10 ％ 이하인 것을 의미한다. 공경 오차가 CV값으로 20 ％ 이하인 세공은 후술하는 방법에 의해 제조 가능하며, 웰(16) 내에 수납되는 프로브 담지 입자와 공경의 치수 차이를 근소하게 할 수 있다.

종래부터 사용되고 있는 멤브레인 필터 등의 공경에는 10 배 정도의 편차가 있으며, 예를 들면 0.2 ㎛ 공경의 필터를 사용하는 경우, 확실히 여과할 수 있는 입경은 5 ㎛ 정도가 된다. 이와 비교하여, 상기와 같이 균일한 공경을 갖는 필터를 사용한 경우에는 필터 세공의 공경이 매우 균일하기 때문에 입경과 구멍의 차이를 작게 할 수 있으며, 이에 따라 공경을 보다 크게 할 수 있어 필터의 여과성을 향상시킴과 동시에 여과 압력을 저감시킨다.

이와 같이 균일한 공경을 갖는 필터에서, 그의 세공의 공경은 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.01 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 15 ㎛이다.

또한, 「균일한 구멍 간격」이란, 구멍 간격의 오차가 CV값으로 15 ％ 이하인 것을 의미한다. 구멍 간격은 특별히 한정되지 않지만, 구멍 간격이 너무 좁으면 필터의 강도가 약해지고, 구멍 간격이 너무 넓으면 개구율이 내려가기 때문에, 통상 공경의 2배 이하이며, 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛인 것이 바람직하다. 또한, 「구멍 간격」이란, 인접하는 각 구멍 사이의 구멍이 비어 있지 않은 부분의 최단 거리이다.

또한, 본 명세서에 있어서 「직선형」 세공이란, 세공이 도중에 분지되지 않 고 형성되어 있는 것을 의미한다. 예를 들면, 한쪽 필터 표면에 형성된 개구의 중심으로부터 다른 쪽 필터 표면까지의 수선(垂線)과 다른 쪽의 필터 표면에 형성된 개구의 중심으로부터 상기 한쪽 필터 표면까지의 수선이 어긋나 있어도, 압력 손실이라는 점에서는 그만큼 손색이 없기 때문에, 이러한 세공일 수도 있다. 또한, 상기 수선이 실질적으로 어긋나 있지 않은 세공이면서 필터의 일차측(상면측)의 공경이 이차측(하면측)의 공경과 다른 것일 수도 있다. 이러한 세공 형상으로는, 예를 들면 도 2(a) 내지 (d)에 나타낸 것과 같은 형상을 들 수 있다. 관통 방향과 수직인 세공 단면의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 원주, 사각추, 다각추 등 어느 것일 수도 있지만, 메니스커스(meniscus) 형성을 최소한으로 하는 관점에서는 둔각 형상 또는 원형인 것이 바람직하다. 단, 웰의 용적이 소정량 이상, 예를 들면 0.1 ㎕ 이상인 경우에는 메니스커스는 그만큼 문제가 되지 않고, 사각 기둥이나 사각추 등이어도 상관없다.

이와 같이 직선형 세공으로 함으로써, 필터를 형성하는 세공 길이가 최소가 되기 때문에, 세공벽과의 접촉 면적을 감소시키고, 여과에 따른 압송(壓送) 저항을 최소한으로 할 수 있다.

또한, 프로브 담지 입자가 필터의 일차측에 퇴적되어 클로깅이 발생한 경우 에도 입자는 필터 내부에 들어가지 않고 필터 표면에 머물며(소위, 완전 폐색 모델이 됨), 필터 이차측으로부터의 플러슁(flushing)에 의해 입자를 필터 표면으로부터 일차측으로 쉽게 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 필터의 클로깅이 다시 해소되어 재생될 수 있으므로, 필터의 수명이 연장될 수 있다.

이상과 같이, 필터에 균일한 공경을 갖는 직선형 세공을 균일한 구멍 간격으로 형성시킴으로써 프로브 담지 입자를 일차측의 개구상에 배열하고, 필요에 따라서는 피검체 등의 액체를 이차측으로부터 플러슁하여 입자를 일차측으로 분산시키는 것도 가능하며, 피검체와 프로브 담지 입자의 반응이나 검출을 쉽게 행할 수 있다.

또한, 프로브 담지 입자가 필터의 이차측에 배출되는 것이 허용되지 않아 입자를 100 ％ 포착할 필요가 있는 경우에는, 필터의 공경이 입자의 최소 직경보다 크게 되도록 입자 크기 등을 조정함으로써 투과 계수와 여과 효율을 저하시키지 않으면서 100 ％의 입자를 포착할 수 있다.

일반적인 여과지나 멤브레인(membrane) 필터는 공경, 구멍 간격이 균일하지 않고, 구멍 자체가 삼차원적으로 얽힌 구조를 하고 있으며, 필터 내부에는 필터 표면보다 더욱 가는 구멍이 존재한다. 이 때문에, 여과액 중에 포함되는 입자의 일부는 필터 내부의 구멍에 포착되어 중간 폐색 모델이라는 클로깅을 발생시키고, 이 클로깅을 해소하기 위해서 이차측으로부터 액체를 송출 필터에 존재하는 입자를 필터 내에서 일차측으로 취출(取出)할 때에, 플러슁에 의한 효과가 충분하지 않아 모든 입자를 필터로부터 일차측으로 취출할 수 없으며 필터 내에 갇혀 검출용으로 사용되는 입자가 감소한다. 또한, 필터의 입자 포착 효율은 확률적이며 100 ％의 포착 효율을 얻기 위해서는 「체질 대상이 되는 입자 직경 분포의 최소 입자 직경>필터 직경 분포의 최대 직경」이 되는 필터를 선택할 필요가 있지만, 이에 의해 투과 계수와 여과 효율은 저하된다.

본 발명에서, 필터의 두께는 바람직하게는 1 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 2 내지 7 ㎛이다. 필터의 두께가 10 ㎛보다 큰 경우에는 액체의 여과시에 여과 저항이 커지고, 필터의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우에는 필터의 기계적인 강도가 부족하다.

본 발명에서, 필터의 개구율은 바람직하게는 15 내지 60 ％, 보다 바람직하게는 20 내지 50 ％이다. 개구율이 15 ％ 미만인 경우에는 여과 효율이 저하되고, 개구율이 60 ％보다 큰 경우에는 필터의 기계적인 강도가 부족하다.

필터는 세공을 갖는 각종 형태의 것으로 형성할 수 있다. 구체적으로는, 금형에 의한 압착, 직포, 필름을 레이저 또는 중성자선으로 천공하여 형성한 필터, 수지 또는 금속 박막에 흠집을 내어 장력에 의해 구멍을 확대시킨 것, 기재를 포토에칭에 의해 천공한 것, 수지 성형에 의한 것 등을 들 수 있다.

상술한 것과 같은, 균일한 공경을 가지며, 균일한 구멍 간격으로 형성된 세공을 갖는 필터는, 예를 들면 포토리소그래피(photolithography)에 의한 방법으로 제조할 수 있고, 소정의 유기 또는 무기 필름에 레지스트를 도포하여 패턴 에칭함으로써 소정의 구멍을 뚫어 필터를 형성한다. 소정의 기계적 강도를 갖는 막 두께와 소정의 공경을 확보하기 위해서는 높은 아스펙트의 에칭이 필요하며, 이방성 에칭에 의해 이것을 행할 수 있다.

또한, 철판망(expanded metal)에 의한 방법으로 제조하는 것도 가능하다. 예를 들면, 두께 30 ㎛의 스테인레스박에 금형에서 지그재그상으로 컷 라인(cut line)을 넣고, 이것을 넓혀서 마름모꼴상의 관통 구멍을 형성한다. 이 방법에 따 르면, 마름모꼴 구멍의 최대 거리가 30 ㎛이고, 개구율이 60 ％ 정도인 필터가 얻어진다. 계속해서, 얻어진 철판망 필터를 볼록 금형에서 압착 처리하여 소정의 오목면을 형성함으로써, 일체로 형성된 복수의 웰을 얻는다. 별법으로 수지 또는 금속을 사용하여 벌집형 또는 환형 등의 상하가 관통된 웰군을 제조하고, 웰군의 저면에 열가소성 수지 용액을 도포하여 건조시키고, 가열한 필터와 웰을 열접착시킴으로써 상기한 철판망 필터와 웰군을 접착시켜 웰을 형성한다.

또한, 후술하는 바와 같이, 웰 측부와 필터를 수지로써 일체 성형하는 방법으로 제조하는 것도 가능하다.

바이오칩의 특히 바람직한 제조 방법으로서, 조성이 다른 복수의 재질을 포함하는 플레이트, 예를 들면 알루미늄/알루미나, 금속 실리콘/실리카 또는 금속 티탄/티타니아 등에 대하여 각각 양측에서 패턴 에칭을 행함으로써 필터와 웰을 형성하는 방법을 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 알루미나, 실리카, 티타니아 등의 금속 산화물층에 대하여, 이 금속 산화물층과 금속층의 경계까지 포토에칭하여 필터를 형성하고, 계속해서 알루미늄, 금속 실리콘, 금속 티탄 등의 금속층에 대하여, 이 금속층과 금속 산화물층의 경계까지 포토에칭하여 웰과 필터가 접합된 바이오칩을 제조할 수 있다.

이 방법에 따르면, 금속과 금속 산화물 등이 미리 일체화된 복층 재료를 사용함으로써 필터와 웰이 일체 접합된 것을 제조할 수 있고, 필터와 웰 사이의 계면으로부터 액이 누출되는 등의 우려가 없어진다.

또한, 필터층으로서 알루미나, 실리카, 티타니아 등의 투명 재료를 사용할 수 있기 때문에, 빛 검출에 의해 검출을 행하는 경우에 필터층을 통해 입자의 거동을 직접 볼 수 있다.

필터를 형성하는 재료로는, 여과 저항을 감소시키는 등의 관점에서, 웰에 수용되는 용액과 친화성이 높은 재료, 구체적으로 용액이 수성인 경우에는 친수성 재료, 용액이 유성인 경우에는 친유성 재료를 선택하는 것이 바람직하다.

친수성 유기 재료로는, 예를 들면 폴리에틸렌비닐 수지, 가교 폴리비닐알코올 수지, 폴리글리콜산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드, 셀룰로오스 아세테이트 수지, 트리아세틸셀룰로오스, 질산 셀룰로오스 수지, 에폭시 수지, 및 2-메타크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린과 메타크릴레이트의 공중합체 등의 각종 아크릴레이트의 공중합체 등을 들 수 있다.

친유성 유기 재료로는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 액정 중합체, 폴리카르보네이트, 폴리아미드 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 시클로올레핀, 폴리메틸펜텐, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등을 들 수 있다.

또한, 무기 재료로는, 예를 들면 철, 니켈, 구리, 아연, 알루미늄, 실리콘, 티탄, 탄탈, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 로듐, 팔라듐, 은, 금, 백금, 스테인레스, 진유(眞鍮), 황동, 청동, 인청동, 알루미늄 구리 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 알루미늄 마그네슘 실리콘 합금, 알루미늄 아연 마그네슘 구리 합금, 철 니켈 합금 등의 금속; 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화탄탈 등의 금속 산화물; SiN, TiN, TaN 등의 금속 질화물; SiC, WC 등의 금속 탄화물; 다이아몬드, 흑연, 다아아몬드 유사 탄소(DLC) 등의 탄소 재료; 소다 유리, 붕규산 유리, 파이렉스(Pyrex; 상표), 석영 유리 등의 유리 등을 들 수 있다.

또한, 친유성 재료의 표면을 플라즈마 처리, 코로나 처리 또는 이온 처리하여 히드록실기나 카르복실기 등을 형성할 수도 있다. 또한, 도금 등에 의해 표면에 친수성 금속 또는 금속 산화물을 형성할 수 있거나, 예를 들면 2-메타크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린과 메타크릴레이트의 공중합체, 폴리에틸렌글리콜 유도체 등의 친수성 재료를 코팅할 수도 있거나, 또는 글리시딜 메타크릴레이트를 도포한 후에 에폭시기를 개환할 수도 있다.

이들 중에서도 특히, 표면 재질이 알루미나, 실리카, 티타니아인 것이 필터의 재료로서 바람직하다. 이들은 친수성이기 때문에, 바이오 검체의 비특이적인 흡착 수준이 낮으며, 또한 수계의 검체나 세정액이 필터 내로 쉽게 침입한다. 또한, 표면뿐만 아니라 내부까지 이들과 동일한 재질을 사용하면 필터가 투명해지기 때문에, 검출 방법으로 광학적인 검출 방법을 사용하는 경우에, 입자 프로브와 검체 마커의 반응 및 상호 작용을 투명한 필터를 통해 쉽게 검출ㆍ동정할 수 있다.

표면 재질이 알루미나, 실리카, 티타니아인 재료로 필터를 형성하는 경우, 알루미늄, 금속 실리콘 또는 금속 티탄을 이용하여 필터와 웰을 포함하는 칩을 형성한 후에 산화시켜 알루미나, 실리카, 티타니아로 전환시킬 수도 있거나, 또는 알루미늄/알루미나, 금속 실리콘/실리카, 금속 티탄/티타니아를 포함하는 플레이트를 준비하고, 이 플레이트를 이용하여 웰과 필터를 형성할 수도 있다.

<웰부>

하나의 바이오칩이 갖는 웰의 수는 특별히 한정되지 않고, 수납하는 프로브 부착 입자의 종류 또는 입자의 개수에 의해 임의로 설정 가능하며, 단일 웰을 포함하는 칩, 또는 일체로 형성된 복수의 웰을 포함하는 칩 중 어느 것일 수도 있다. 또한, 프로브 부착 입자의 종류 중 한 가지라도 분리 정제용 등의 다수의 입자를 수납하는 경우에는, 복수의 웰을 설치하여 각 웰에 동일한 프로브 입자를 분산 수납하는 것도 가능하다.

웰은 도 1(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 필터와 다른 재료에 의해 형성될 수 있으며, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 필터와 실질적으로 동일한 재료를 사용하여 일체로 형성할 수도 있다. 또한, 도 1(a), (b)에서는 필터 재료와 웰 재료가 서로 다른 재료로 형성되어 있지만, 동일한 재료로 필터와 웰을 별도로 형성한 후에 이들을 접합하는 것도 가능하다.

웰은, 도 1(b), (c)에서와 같이, 필터층 상에 필터가 형성되어 있지 않은 부분에서 필터와 연결되는 것이 기계적인 강도의 면에서 바람직하다.

웰부의 직경과 높이는 특별히 한정되지 않으며, 필요한 입자의 개수와 반응 용적에 따라서 임의로 설정 가능하다. 웰의 직경이 커지면 필터면의 면적도 커지고, 필터에 걸리는 총 압력에 의해 필터가 휘어지거나 또는 파괴될 가능성이 있지만, 후술하는 리브를 설치함으로써 이와 같은 휨 또는 파괴를 방지하는 것이 가능하다.

또한, 복수의 웰을 갖는 칩에서 이들 웰의 직경은 반드시 동일할 필요는 없으며, 수납하는 입자의 수나 반응 용적을 감안하여 다른 직경의 웰을 설치하는 것 도 가능하다.

웰 측부를 포함하는 웰 구멍의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 메니스커스 형성을 최소화하기 위해서는 둔각 또는 원형이 바람직하다.

<보강용 리브부>

상술한 바와 같은 바닥부에 필터를 설치한 웰은 필터의 두께가 얇기 때문에 웰의 공경이 큰 경우나, 또는 필터의 개구율이 큰 경우에 웰 바닥부의 강도가 충분하지 않으며, 사용시 등에 필터가 파손 또는 손상되기 쉬워진다. 따라서, 이러한 경우에는, 필터의 상면측 또는 하면측에 리브상의 보강 수단을 설치하여 웰 바닥부를 보강하는 것이 바람직하다.

도 3은 이러한 보강용 리브부를 설치한 웰의 바닥부측을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 3(a)에서는, 필터(18)의 하면측에 돌출 부위를 갖는 리브부(23)이 설치되어 있다. 도 3(b)에서는, 필터(18)의 상면측에 리브부(23)이 설치되어 있다.

도 4는 보강용 리브부(23)을 필터(18)면 위에 설치한 모습을 모식적으로 나타낸 상면도이다. 상기 도 4에 나타낸 바와 같이, 그의 형상은 복수의 관통 구멍(29)가 형성된 일체 형상으로서, 관통 구멍(29) 사이가 서로 연결된 연속적인 리브로 만드는 것이 바람직하다. 관통 구멍(29)의 관통 방향과 거의 수직인 단면의 형상은 원형, 직사각형, 육각형과 같은 다각형 등 특별히 한정되지 않지만, 메니스커스 형성을 저감하기 위해서는 원형이나 또는 육각형 등의 둔각 다각형이 바람직하다. 도 5에, 실제로 필터 위에 보강용 리브부를 설치한 웰 바닥부의 전자 현미경 사진을 나타낸다.

보강용 리브부의 리브 높이는 웰의 바닥 면적이나 리브의 재질에도 의존하지만, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 2000 ㎛, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛이다.

이와 같이 보강용 리브부를 설치함으로써 필터의 기계적 강도를 향상되어, 칩 면적이 큰 것을 사용할 수 있다. 또한, 필터가 얇더라도 기계적 압력에 대한 내성이 생기고, 필터 구멍의 깊이가 얕은 것을 사용할 수 있기 때문에 여과 압력을 보다 저감시킬 수 있다.

보강용 리브부는 도 6(a)에서와 같이 필터와 별도로 형성한 후에 접합시키거나, 또는 도 6(b), (c)에 나타낸 바와 같이 리브 또는 웰 재료를 첨가법(additive method) 등에 의해 으깨어 필터(18)의 세공을 매립하여 접합시킬 수도 있다. 웰의 측벽(20)을 필터(18)로 관통시키고, 그의 관통된 하단부를 보강용 리브(23)의 일부로 사용할 수 있다.

별도로 형성된 보강용 리브부 또는 웰 측벽을 필터와 접합시키는 경우, 접착제를 사용하지 않고 직접 접합하는 것이 바람직하다. 직접 접합은, 필터와 보강용 리브부 또는 웰 측벽을 적층법에 의해 쌓아 올려 형성하는 방법 등, 후술하는 방법으로 행할 수 있다.

이 방법에서는 접착제 등을 개재하지 않고 직접 접합되어 있기 때문에, 여과시에 보강용 리브부 또는 웰 측벽과 필터의 계면이 박리되거나, 또는 계면에 여과 대상액이 들어가는 등의 문제점이 해소된다. 특히, 웰의 개구경이 작고, 웰 수가 많은 칩의 경우에는 웰 측벽과 필터의 접합이 기하급수적으로 곤란해져 계면에서 액이 누출되기 쉬워지지만, 접착제를 개재하지 않고 웰과 필터를 직접 접합하면 액이 누출될 우려가 해소된다. 또한, 보강용 리브부는 필터의 기계적인 보강재로서 설치되어 있으며, 필터와의 접착이 불충분한 경우에는 기계적 강도의 향상을 기대할 수 없다.

그러나, 이와 같이 접착제를 개재하지 않고 직접 접합함으로써 필터와 리브가 충분한 강도로 일체화되어 기계적 강도가 향상된다.

또한, 도 7(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 보강용 리브부를 필터와 동일한 재료로 연속 형성하는 것도 가능하며, 일체로 형성되어 있기 때문에 강도적으로 바람직하다. 여기서 동일한 재료란 원(元) 소재가 동일한 것일 수 있으며, 예를 들면 금속 실리콘의 일부를 산화시켜 산화 실리콘으로 만든 실리콘 실리카 재료, 금속 실리콘의 일부를 탄화 또는 질화시켜 SiC나 SiN으로 만든 실리콘/SiC, 실리콘/SiN 재료 등이 동일한 재료로 간주된다. 이와 동일하게 하여 웰의 측벽 및 필터를 연속 성형에 의해 형성할 수 있다. 그의 제조 방법으로는, 사전에 필터를 제조할 때에는 웰이나 리브부를 천공하지 않고, 계속해서 웰이나 리브를 형성할 때에 그 부분에 위치 정렬시켜 웰이나 리브를 형성하고, 필터와 보강용 리브부 또는 웰 측벽을 동일한 소재로부터 절삭 또는 에칭하여 제조하는 방법 등, 후술하는 방법으로 행할 수 있다.

또한, 리브(23) 또는 웰 측벽(20)의 일부에 존재하는 필터(18)의 세공은 필요에 따라서 없앨 수도 있다. 구체적으로는, 도 1(b), (c)에서와 같이 필터(18)의 제조시에 미리 세공이 없는 부분을 형성해 두고, 리브(23) 또는 웰 측벽(20)을 이 세공이 없는 부분 위에 위치 정렬시켜 제조하거나, 또는 리브(23)과 필터(18)을 첨가법에 의해 제조하는 경우에는 동시에 구멍을 메우는 방법을 이용할 수 있다.

도 8(a), (b) 및 도 9(a), (b)에 나타낸 웰에서는, 필터의 하면 또는 상면에 상기 보강용 리브부(23)이 설치되어 있고, 이 보강용 리브부(23)의 웰 측부(20)의 하단측 위치에, 별도의 용기에 설치된 볼록부와 감합하는 위치 정렬용 오목부(27)이 형성되어 있다. 오목부(27)의 구체적인 형상은 별도의 용기에 설치된 볼록부에 따라 적절한 형상으로 만들 수 있다. 즉, 웰에 형성된 오목부(27)은 소정 웰 내의 용액을 다른 용기의 소정 웰로 이동시킬 때 용기의 연결부가 되는 메스형 부분의 홈이며, 이는 용기의 오스형 부분과 감합시킴으로써, 웰 내의 용액을 용기의 소정 부분 이외로 누출시키지 않고 이동시키는 것을 가능하게 한다. 위치 정렬용 오목부의 홈 형상은, 메스형으로서 용기에 설치된 오스형 볼록부에 감합할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다.

또한, 웰 위치 정렬용 오목 또는 볼록부를 설치하지 않고, 도 8(c), 도 9 (c)에 나타낸 바와 같이 오목부(27)을 형성하지 않고 저면을 평활하게 하여 접합을 행할 수 있다. 이 평활면은, 평활할수록 면끼리의 접합이 보다 강고해진다. 예를 들면 시판되는 반도체용 실리콘 웨이퍼, 특히 초평활 실리콘 웨이퍼를 이용하여 매우 강고한 평활 접합면을 얻을 수 있다.

상기와 같은 위치 정렬용 오목부를 설치한 웰에 의한 액체 이동은, 이동 용액을 수용한 웰, 대응하는 복수의 웰을 갖는 용기가 각각 다수 존재하는 경우, 모 든 대응 웰의 용액을 동시 병행으로 대응하는 웰 사이에서 이동시키는 데 효과적이다. 또한, 복수의 웰을 갖는 용기로부터 대응하는 웰을 갖는 칩으로의 액체 이동, 또는 복수의 칩 사이에서의 액체 이동에도 적용 가능하다.

이들 홈을 갖는 리브는 후술하는 각종 제조 방법에 의해 일반적인 리브와 동일하게 제조할 수 있다. 웰 측부의 폭이나 형상은 특별히 한정되지 않지만, 웰 측부의 폭은 바람직하게는 100 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 200 ㎛ 이상 10 mm 이하, 더욱 바람직하게는 300 ㎛ 이상 5 mm 이하이다. 웰 측부의 폭이 100 ㎛ 미만인 경우에는 위치 정렬용 오목부를 용기의 볼록부와 감합시키는 것이 곤란해지고, 평활면끼리 접합한 경우에는 위치 정렬이 어긋나서 접합 면적이 적어진다. 웰 측부의 폭이 10 mm를 초과하는 경우에는 소정 면적 중에서 웰 부분이 차지하는 부분이 과도하게 작아져 칩의 제조 효율이 저하된다.

상술한 위치 정렬용 오목부는, 보강용 리브(23)의 일부인지 아닌지에 상관없이, 웰 측부(20)의 하단에 형성된다. 이 웰의 하단에 형성되는 오목부는 반대로 볼록부일 수도 또는 평활할 수도 있으며, 이러한 경우에는 대응하는 용기 또는 칩에 감합용 오목부 또는 평활부를 형성할 필요가 있다.

도 10에 나타낸 웰에서는, 웰의 주연부로부터 소정의 폭 내에 필터(18)의 세공(19)가 형성되어 있지 않은 무공부(28)이 웰의 바닥부 상면에 설치되어 있다.

이 무공부(28)의 소정의 폭은, 웰 바닥부의 주연부로부터 바람직하게는 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 10 ㎛ 내지 30 ㎛이다. 특히, 도 10(b)에 나타낸 바와 같이, 무공부(28)의 면은 경사져 있는 것이 바람직하다. 이 무공부가 없이 리브나 웰의 벽 가장자리까지 세공이 설치된 경우에는, 입자가 벽 가장자리에 체류하거나 또는 더욱 퇴적하는 등의 현상을 일으키는 경우가 있다. 무공부를 설치하면 웰과 필터의 접속부의 기계적인 강도가 증가하여 박리가능성이 저감된다. 또한, 용액은 웰이나 리브의 벽 가장자리로부터 중심부로 이동하는 층류를 일으켜, 입자가 웰이나 리브의 벽 가장자리에 체류 또는 적층되는 것을 방지한다. 또한, 후술하는 광학적 검출시에는 벽 가장자리에 입자가 없기 때문에 웰 벽으로부터의 빛 반사에 의해 벽 가장자리의 입자 검출이 저해되는 것을 방지할 수 있다.

이 무공부를 갖는 웰은, 미리 특정 영역에 무공대를 설치한 필터를 제조하고, 웰 또는 보강용 리브를 무공대 부분에 위치 정렬시켜 접합하는 방법, 또는 무공대에 웰 또는 보강용 리브를 첨가법 등으로 쌓아 올리는 방법 등에 의해 제조할 수 있다. 또한, 도 10(b)에서와 같이, 무공부(28)의 면이 경사져 있는 구조는, 미리 필터부를 형성한 후에 웰의 높이 방향으로 습식 에칭하여 에칭 잔여물을 남김으로써 형성할 수 있다.

이하, 상술한 웰의 각종 제조 방법에 대하여 설명한다.

제1 방법은, 필터 등을 전기 도금에 의해 쌓아 올리는 방법이다. 본 방법에서는, 미리 도전성 처리된 기판을 준비하고, 그 위에 레지스트 등으로 패턴화하여 전기 도금되지 않은 부분을 레지스트로 보호하고, 기판과 도금 용액 사이에 전류를 흘림으로써 기판의 소정 부분에서만 금속 또는 이온성 중합체 재료를 형성한다.

우선, 도전성 처리된 기판을 준비하고, 그 위에 레지스트를 도포한다. 이들 레지스트 막이 도전성 기판 위에 형성된 후에, 포토마스크를 준비하고, UV 광을 사 용하여 노광 현상시킴으로써 도전성 시트 위에 필터의 반전 패턴인 레지스트 포스트(resist post)를 형성한다. 이들 방법에서의 패턴 한계는 레지스트의 해상도에 의존하지만, 예를 들면 THB-110N(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)을 사용하면 패턴 피치가 5 ㎛이고, 아스펙트비(aspect ratio)가 2인 레지스트 포스트를 제조할 수 있다.

계속해서, 전기 도금법에 의해 교류 또는 직류 전류를 흘려 금속 또는 이온성 수지를 이들 포스트 사이에 전기적으로 충전시킨다. 전기 도금법에 의해 충전되는 금속 재료로서, 금, 니켈, 구리, 철, 철 니켈 합금 등을 들 수 있다. 니켈전기주조(電鑄)를 위한 도금액으로는 술파민산니켈 욕조(술파민산 60 ％ 액 700 g/l, 브롬화니켈 5 g/l, 붕산 35 g/l의 혼합액, 욕조 온도 50 ℃) 등이 이용되고, 구리 전기 도금액으로는 황산구리 욕조(황산구리 200 g/l, 황산 60 g/l, 염소 이온 30 mg/l의 혼합액, 욕조 온도 30 ℃) 등이 이용되며, 철 전기 도금액으로는 술파민산철 욕조(술파민산철 400 g/l, 술파민산암모늄 30 g/l, 포르말린 100 mg/l의 혼합액, 욕조 온도 46 ℃) 등이 이용되다. 예를 들면, 술파민산니켈 욕조를 이용하는 경우에는 전압 6 V, 전류 밀도 3 A/dm²에서 10 내지 20 분 정도 직류를 흘림으로써 두께가 5 ㎛인 전기 도금물을 얻을 수 있다.

또한, 전기 도금법에 의해 충전되는 수지 재료로는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지로서는, 예를 들면 가부시끼가이샤 시미즈 에코트(Shimizu Ekote)의 것, 닛본 페인트(Nippon Paint) 가부시끼가이 샤의 파워톱 U(POWERTOP U) 등의 아크릴 수지 등이 사용 가능하다.

또한 금속 및 수지 모두에 각종 첨가제를 첨가할 수 있고, 예를 들면 실리카, 티타니아, 알루미나 등의 금속 산화물 미립자, 불소 수지 미립자 등을 첨가함으로써 형성된 막의 화학적인 성질을 변화시킬 수 있다.

계속해서, 수지 전기주조의 경우에는, 마지막으로 약 200 ℃에서 가열하여 수지를 경화시킴과 동시에 레지스트를 소성 제거한다. 전기도금법(electroplating)의 경우에는, 예를 들면 레지스트 스트립퍼(stripper) THB-S1(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)에 의해 레지스트를 제거한다.

이와 같이 필터를 제조한 후, 필터 형성 방법과 동일한 방법을 이용하고, 추가로 전기도금법을 적용하여 웰 또는 보강용 리브부를 형성할 수 있다. 즉, 상기와 동일하게, 필터 상에 레지스트막을 형성시킨 후에, 포토에칭하고, 전기 도금법 재료를 충전시킨다. 이 경우, 일반적으로 웰의 높이가 필터의 두께 이상보다 높기 때문에 레지스트막도 두꺼워지며, 이 때문에 레지스트로 건식 필름 레지스트를 적층하여 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 선 폭과 두께의 아스펙트비가 2를 초과하는 도금물의 형성은 1회로는 곤란하고, 이러한 경우에는 포토에칭과 전기 도금법에 의한 도금물의 형성을 수회 반복함으로써 소정의 높이의 웰로 만든다.

제2 방법에서는, 필터, 웰, 보강용 리브부 중 적어도 어느 하나를 에칭 방법에 의해 제조한다. 에칭의 대상물은, 필터를 형성할 수 있는 것이면, 금속, 금속 산화물, 유기물 등 특별히 한정되지 않지만, 특히 바람직한 것은, 기계적 강도가 높은 재료이고, 구체적으로 예를 들면 액정 중합체, 폴리카르보네이트, 폴리아미드 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등의 엔지니어링 플라스틱; 철, 니켈, 구리, 아연, 알루미늄, 실리콘, 티탄, 탄탈, 마그네슘, 몰리브텐, 텅스텐, 로듐, 팔라듐, 은, 금, 백금, 스테인레스, 진유, 황동, 청동, 인청동, 알루미늄 구리 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 알루미늄 마그네슘 실리콘 합금, 알루미늄 아연 마그네슘 구리 합금, 철 니켈 합금 등의 금속; 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화탄탈 등의 금속 산화물; SiN, TiN, TaN 등의 금속 질화물; SiC, WC 등의 금속 탄화물; 다이아몬드, 흑연, 다아아몬드 유사 탄소(DLC) 등의 탄소 재료; 소다 유리, 붕규산 유리, 파이렉스(R), 석영 유리 등의 유리 등을 들 수 있다.

에칭은 통상의 방법에 의해서 행할 수 있다. 단, 아스펙트비가 너무 큰 에칭은 그의 공경이나 형상이 불균일해질 가능성이 있으며, 실질적으로 통상의 화학 에칭으로 얻어지는 아스펙트비는 5 이하, 바람직하게는 3 이하이다. 단, 이 아스펙트의 범위에서 적극적으로 역테이퍼(reverse tapered) 형상이 형성된 필터를 사용함으로써 여과성이 양호한 필터를 얻을 수도 있다.

또한, 웰이나 리브 형상을 에칭으로 제조하는 경우에 아스펙트비는 5 이상인 것이 바람직하고, 재료의 이방성 에칭에 의해 아스펙트비가 5 이상인 에칭을 행할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 등의 단결정 재료로서, KOH 수용액이나 에틸렌디아민ㆍ피로카테콜(EDP), 4-메틸수산화암모늄(TMAH) 등의 에칭액에 대한 결정 의존성이 높은 것을 이용한다. 실리콘의 경우에는 (111)면의 에칭 속도가 다른 결정면에 비해 매우 느리며, (110)면을 표면으로 한 실리콘 웨이퍼를 이용하고 마스크재의 개 구가 있는 측면을 (111)면 방향에 맞추어 화학적 에칭을 행함으로써 아스펙트가 100 정도인 에칭을 행하는 것이 가능하다. 이들 방법은 문헌[정밀 공학회, 편저: 「나노스케일 가공 기술」, 닛간 고교 신분샤(Nikkan Kogyo Shimbun, Ltd.)(1993)]에 기재되어 있다.

또한, 필요에 따라서, 플라즈마를 이용한 반응성 이온 에칭(RIE)을 행할 수 있다. 예를 들면, SF₆에 프레온계 염소 가스를 포함하는 가스에 의해서 기판에 수직인 이방성 에칭을 행할 수 있다. 이들 방법은 문헌[「'02 최신 반도체 공정 기술」, 프레스 저널사(Press Journal Inc.)(2001)]에 기재되어 있다.

특히, 조성이 다른 복수의 재질을 포함하는 플레이트, 예를 들면 알루미늄/알루미나, 금속 실리콘/실리카 또는 금속 티탄/티타니아 등에 대하여, 양측 모두에서 패턴 에칭을 행함으로써 필터와 웰을 형성하는 방법이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 알루미나, 실리카, 티타니아 등의 금속 산화물층에 대하여, 이 금속 산화물층과 금속층의 경계까지 포토에칭하여 필터를 형성하고, 계속해서 알루미늄, 금속 실리콘, 금속 티탄 등의 금속층에 대하여, 이 금속층과 금속 산화물층의 경계까지 포토에칭함으로써 웰과 필터가 접합된 바이오칩을 제조할 수 있다.

이 방법에 따르면, 미리 금속과 금속 산화물 등이 일체가 된 복층 재료를 사용하여 필터와 웰이 일체 접합된 것을 제조할 수 있으므로 필터와 웰 사이의 계면으로부터 액이 누출될 우려가 없어진다.

또한, 필터층으로서 알루미나, 실리카, 티타니아 등의 투명 재료를 사용할 수 있기 때문에, 빛 검출에 의해 검출을 행하는 경우, 필터층을 통해 직접 입자의 거동을 볼 수 있다.

이러한 복층 재료로는, 예를 들면 알루미늄판의 표면을 소정의 두께까지 산화시켜 알루미나로 만든 알루미늄/알루미나판, 금속 티탄을 동일하게 산화시킨 금속 티탄/티타니아, 산화막이 부착된 실리콘 웨이퍼(waper), 또는 SOI(절연체 상의 규소; Silicone On Insulator)웨이퍼 등을 들 수 있다.

또한, 에칭법에 의해 실리콘 웨이퍼를 에칭하여 필터, 리브 및 웰을 별도로 형성하고, 실리콘 웨이퍼의 평활성을 이용하여 이들을 적층시켜 칩으로 만드는 것도 가능하다. 이 경우에 필터, 리브 및 웰용 실리콘 웨이퍼의 두께는 각각 적절하게 설정되며, 에칭 방법도 각각의 필터, 리브 및 웰마다 건식 에칭과 습식 에칭을 구별하여 사용하는 것도 가능하다.

이 방법에서는, 필터와 리브 또는 웰을 동일한 재료로 에칭하는 방법에 비해, 단차가 있는 구멍을 뚫을 필요가 없으며, 필터, 리브 및 웰마다 설정된 직경의 관통 구멍을 뚫은 후에 이들을 적층하여 조립할 뿐이기 때문에 제조가 간편하다. 또한, 실리콘의 평활성에 의해 접합을 행하는, 접착제를 사용하지 않는 계면 접합에 의해 접합되어 있기 때문에, 계면으로부터 액이 누출되지 않으며 박리 강도가 높은 칩을 제조하는 것이 가능하다.

필터, 리브 및 웰을 소정의 위치 간격으로 적층시키기 위해서는, 이들에게 미리 위치 정렬 마크를 설치하고, 이 마크에 의해 위치 정렬하는 것이 바람직하다. 또한, 액 중에서 적층하는 경우에는 적층 플레이트가 옆으로 미끌어짐으로써 적층 면의 박리를 방지하기 위해 적층면을 클램핑하는 것이 바람직하다.

제3 방법에서는, 필터를 금속의 양극 산화에 의해 제조한다. 대상 금속으로는 알루미늄, 실리콘 등을 들 수 있다. 이하, 알루미늄을 예로서 구체예를 나타낸다. 우선, 알루미늄판을 준비한다. 알루미늄판은 경우에 따라서 한쪽에 웰의 깊이보다 약 100 ㎛ 정도가 얕은 오목면을 미리 형성해 두는 것이 바람직하다. 예를 들면 웰의 깊이를 5 mm, 필터의 두께를 20 ㎛로 하는 경우에는, 알루미늄판의 두께가 5.0 mm이며 4.9 mm의 오목면을 갖는 알루미늄판을 준비한다. 양극 산화 공정 중에 기계적인 강도를 유지하기 위해, 몬탄산 왁스, 폴리에틸렌 왁스(클라리언트 가부시끼가이샤(Clariant k.k.) 제조) 등의 왁스 등의 충전물을 오목면 내부에 충전시키고, 필터를 형성한 후에, 열 용융에 의해 제거하는 것도 가능하다.

계속해서, 이들 오목면의 반대측에 필터 구멍 형성을 위한 선도(先導) 구멍을 형성한다. 이 선도 구멍은 피치가 1 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하이며, 깊이가 0.1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이들 선도 구멍은, 금형을 이용하는 스탬핑(stamping)에 의한 방법 이외에, 레지스트에 의한 포토에칭법으로도 얻을 수 있다.

계속해서, 이들 알루미늄을 옥살산 또는 황산 용액 중에서 전압을 걸어 양극 산화시킨다. 이에 대한 구체적인 방법은 일본 특허 공개 제2003-11099호 공보에 기재되어 있다. 양극 산화에 의해 필터를 제조한 후에, 알루미늄에 형성된 오목면의 저면과 필터 구멍을 관통시키기 위해 알루미늄 웰의 오목면에 인산, 불화수소산, 질산 등의 강산 또는 이들의 혼합 산 또는 염화 제2철을 적하한다. 예를 들 면, 염화 제2철의 경우에는 50 ℃에서 20 시간 동안 에칭함으로써 웰 저면을 필터 구멍면까지 관통시키는 것이 가능하다. 이들 방법은 문헌[응용 물리 제69권 제5호(2000), 일본 특허 공개 제2000-258650호 공보] 등에 기재되어 있다. 이 양극 산화에 의한 방법에 따르면, 공경이 5 내지 450 nm이고, 아스펙트비가 약 100이며, 크기가 5 내지 10 mm 정도인 필터를 제조하는 것이 가능하다.

제4 방법에서는, 수지의 나노인쇄에 의해 필터를 제조한다. 우선, 나노인쇄에 의해 필터를 형성하기 위한 베이스 판을 준비한다. 베이스 판은 평활한 판이거나, 또는 웰 구멍으로 하기 위해서 미리 약 100 ㎛ 정도의 바닥부 두께를 남긴 오목면을 갖는 판일 수 있다. 이 오목면에도 상기와 동일하게 왁스 등을 충전시킬 수 있다.

미리 나노인쇄용 성형틀(型)을 준비해 둔다. 성형틀의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 공경이 수십 ㎛ 이하인 구멍이 설치된 성형틀은 제조 방법이 한정되어 있으며, 일반적으로는 실리콘의 결정 이방성을 이용한 이방성 에칭이나 X선 리소그래피에 의한 방법에 의한 소위 MEMS(마이크로 일렉트로 메커니컬 시스템; Micro Electro Mechanical System) 기술에 의해 얻어진다. 또는 MEMS 기술에 의해 제조된 형을 바탕으로 금속 도금을 한 반전형을 사용하는 것도 가능하다. 이렇게 하여 준비된 형은 가압 장치에 장착된다. 이 나노인쇄 장치로서는, 가부시끼가이샤 테크토리아(Tectoria Co. Ltd.)의 NPHT-1, 가부시끼가이샤 히타치 세이사꾸쇼(Hitachi, Ltd.)의 나노인쇄 장치, 메이쇼 기꼬 가부시끼가이샤(MEISHO KIKO k.k.)의 나노인쇄 장치 등을 사용할 수 있다.

나노인쇄에 의해 성형되는 수지로는 유동성이 양호한 수지가 바람직하고, 액정 중합체나 결정성 나일론 수지 등이 바람직하다. 또는 에폭시 수지나 우레탄 아크릴레이트 등의 올리고머를 압착과 동시에 광경화 또는 열경화시킬 수도 있다. 에폭시 수지나 우레탄 아크릴레이트는 액상 수지 이외에 프리프레그 필름상의 것도 사용 가능하다.

이들 나노인쇄에 의해 압착 성형된 필터는 성형틀을 빼지 않고 저면에 피상(皮狀)의 수지를 남기는 것이 성형의 실패가 적으며, 성형틀이 빠지기 쉽다. 또한 형 빠짐의 용이성이나 성형틀의 손상을 고려하면, 형성하는 구멍은 아스펙트비가 10 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 이하이다.

또한, 성형시에 고의적으로 가죽 부분을 웰 부분으로 남기고, 별도로 이 가죽 부분을 굴삭 또는 에칭으로써 웰을 형성하는 것이 가능하다. 필름 잔사를 웰로서 이용하는 경우에는, 구체적으로 베이스 판으로부터 수지 잔사 시트를 박리한 후에 박리 부분을 드릴(drill) 천공하거나 또는 포토에칭함으로써 필터 부분까지 관통되는 구멍을 뚫는 것이 가능하다. 또는 도중까지를 기계적으로 천공한 후에, 최후 수십 내지 수백 ㎛를 산이나 알칼리 등에 의해 에칭하여 제거하는 것도 가능하다.

제5 방법에서는, 리브 또는 웰을 광조형(光造型)법에 의해 제조한다. 우선, 상술한 전기주조, 에칭, 금속의 양극 산화, 수지의 나노인쇄 중 어느 한 방법에 의해 필터를 제조한다. 또는 압착 가공, 철판망법에 의해 제조된 필터 등을 사용하는 것도 가능하다. 이들 필터를 베이스 판으로 하거나 또는 필터를 다른 베이스 판 위에 고정시키고, 그 위에 웰 또는 리브를 형성한다.

구체적으로는, 도 11(a)에 나타낸 바와 같이 베이스 판(71)에 필터(18)을 고정시켜 광조형기 욕조(72)에 설치하고, 베이스 판(71)을 지지하는 엘리베이터(73)을 하강시켜 필터(18)측에 1층분의 UV 경화 수지를 분류(分流)하고, UV 광을 조사하여 1층분의 수지층 리브부(23)(또는 웰 부분)을 경화시킨다. 엘리베이터(73)의 이동과 UV 조사를 반복하여 소정의 층까지 적층시켜 경화시킨 후, 베이스 판(71)을 포함하는 적층체를 UV 수지액으로부터 취출하고, 경화되지 않은 부분을 세정하여 베이스 판(71)을 제거한 후에 포스트 경화하여 리브 또는 웰 부착 필터를 얻는다.

이 광조형에 의한 방법에 있어서, 필터(18)을 하측으로 하고 그 위에 폐쇄된 형상의 리브부(23) 또는 웰을 광조형으로 형성하는 경우, 이들 내부에서 경화되지 않은 수지를 배출하기 곤란하고, 내부 수지가 표면 장력으로 고조되기 때문에 리브 또는 웰의 형상이 흐트러질 가능성이 있다. 이 때문에, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이, 필터(18)을 상측으로 하고 그의 하측에서 광조형에 의해 리브부(23) 또는 웰을 형성성장시키는 방법이 바람직하다. 이 방법을 행하기 위한 광조형 장치는 가부시끼가이샤 덴켄(DENKEN CO. LTD.)으로부터 SLP-4000으로서 장치가 시판되고 있고, 또한 조형(造型) 제조의 수탁을 하고 있다. 또한, 현재 광조형은 주로 레이저 조사에 의해 광경화성 수지의 경화를 행하고 있지만, 상기 경우에는 조사 패턴이 일률적이고, 포토마스크를 통해 광 조사를 행하여 UV 수지를 적층하는 것도 가능하여 조형 시간을 단축할 수 있다.

제6 방법에서는, 웰 또는 리브와 필터를 열 접착에 의해 접합시킨다. 예를 들면, 필터 부분을 가열하여 비가열된 상태의 웰 또는 리브에 접합시켜 열접착시킨다. 필터 부분은 열전도율이 양호한 금속 또는 세라믹으로 제조하고, 리브는 열가소성 재료를 성형 가공하여 제조한다. 필터의 단면을 가열 재료와 접합시키고, 열 도전성을 이용하여 필터를 가열함으로써 웰과 리브를 열접착시킨다.

또는, 전자 유도 가열 또는 유전 가열을 이용한다. 여기서 사용되는 웰 또는 리브는, 전자 유도 가열 또는 유전 가열시 발열하지 않는 저유전율 재료인 열가소성 수지로 제조한다. 여기서 사용되는 재료의 유전율은 3.5 이하인 것이 바람직하다. 구체적인 수지 재료로는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트 수지, 액정 중합체, 폴리카르보네이트, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 시클로올레핀, 폴리메틸펜텐, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등을 들 수 있다.

상기와 같은 수지 재료를 미리 임의의 방법으로 성형하여 웰 또는 리브 형상으로 만든다. 웰은, 필터 상에 배치된 복수의 웰 전부를 일체로 제조하는 것이 바람직하고, 이 때 사용가능한 방법으로 사출 성형, 압착 성형 또는 이형 압출 성형에 의해서 복수의 웰 구멍을 갖는 연속 파이프를 제조하고, 이 파이프 둘레를 절단(輪切)하는 방법, 드릴 등의 방법으로 판에 구멍을 뚫는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 여기서 사용되는 필터 재료로는 유전 가열에 의해 가열되며, 유전율이 3.8 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 금, 은, 니켈, 구리, 철, 알루미늄, 티탄, 실리콘, 스테인레스, 텅스텐, 몰리브덴 등의 금속;실리카, 알루미나, 티타니아 등의 금속 산화물; SiN 등의 금속 질화물; 소다 유리, 붕규산 유 리, 파이렉스(상표), 석영 유리 등의 유리를 들 수 있다. 또는, 수지 재료에 무기 재료의 충전제를 혼합한 것을 이용할 수도 있다.

예를 들어 웰과 리브 사이에 필터를 끼우는 방법에 의해, 웰과 리브 중 어느 하나를 필터 위에 올리고, 고정 기구(fixture)로 고정시키거나, 또는 수지 롤러 등을 사이에 끼우고, 가압하에 전자 유도 가열 또는 유전 가열시켜 필터 부분을 발열시키고, 그 열을 이용하여 웰과 리브를 필터에 열용착시킨다. 전자 유도 또는 유전 가열의 주파수로서 30 kHz 내지 300 MHz가 이용 가능하고, 바람직하게는 1 내지 100 MHz이다.

제7 방법에서는, 필터와 웰을 접착제로 접착시킨다. 접착제를 미리 웰의 한쪽 단면에 도포하여 필터에 접착시키고, 필요에 따라서는 가열하여 접착시킨다. 또는, 클라리언트 재팬(Clariant Japan)에서 제조된 LICOWAXLP 등의 왁스를 웰에 도포하고, 필터를 가열하여 도포 냉각시키는 방법으로 접착시킨다.

제8 방법에서는, 필터의 삽입 성형에 의해 웰 또는 리브를 제조한다. 삽입 성형에서는 미리 제조한 필터를 금형에 삽입하고, 이어서 수지 성형에 의해 필터와 수지를 일체 성형하는 것이 가능하다.

제9 방법에서는, 필터와 웰을 각각 자성 재료를 이용하여 자력에 의해 결합시킨다. 예를 들면, 필터나 웰 중 어느 것에 강자성체를 이용하고, 대응하는 웰 또는 필터를 자석으로 만들고, 자석으로 결합시킴으로써 필터가 부착된 웰로 만든 수 있다. 강자성체로서는, 니켈, 철 등을 들 수 있고, 자석으로서는 페라이트, 사마륨 코발트 자석, 네오디뮴계 자석, 알루미늄 코발트계 자석 등을 들 수 있다.

필터가 자석으로 형성된 경우에는, 금과 접착성이 양호한 평활한 금속판의 표면(예를 들어, 구리, 니켈, 크롬 등의 표면)에, 수십 옹스트롬(Å)의 두께로 금을 증착시키고, 계속해서 포토레지스트(photoresist)를 도포한 후에 패턴화시켜 필터의 세공이 형성된 부분에 레지스트를 잔류시킨다. 계속해서 무전해 페라이트 도금을 행하여 두께 1 내지 20 ㎛의 페라이트층을 형성한 후에, 레지스트 박리액으로 레지스트를 박리하고, 마지막으로 금 증착층으로부터 페라이트층을 박리한다. 이 페라이트 도금은, 예를 들면 문헌[일본 응용 자기 학회지 Vol 22, N0.9, 1998, 1225-1232, 일본 응용 자기 학회지 Vol 24, N0.4-2, 2000, 515-517]에 기재된 조건에 준하여 행할 수 있다.

이와 같이 필터를 자석으로 형성하고, 예를 들면 상술한 전기주조 니켈 도금에 의해 웰을 제조하고, 양자(兩者)를 자력에 의해 결합시킴으로써 필터가 부착된 웰을 제조한다.

또한, 리브기 자석으로 형성된 경우에는, 예를 들면 페라이트, 사마륨계 또는 네오디뮴계 자기 성분을 수지 결합제와 혼합하여 시트로 만든 플라스틱 자석 시트(예를 들면 가부시끼가이샤 마그엑스사(Magx Co. Ltd.) 제조) 등에 레이저빔으로 두께가 0.3 mm 내지 1 mm 정도인 구멍을 뚫은 후에, 상술한 니켈 필터와 웰을 자석에 의해 결합시켜 필터가 부착된 웰로 만들 수 있다.

제10의 방법에서는, 기계적인 감합에 의해 웰과 필터를 결합시킨다. 예를 들면, 상술한 니켈의 전기 도금법에 의해 제조된 웰의 레지스트를 박리하기 전에 또한 레지스트를 도포하여 패턴화하고, 웰 벽의 상면을 중심에 웰의 폭보다 50 ㎛ 내지 100 ㎛ 정도 폭이 좁은 테이퍼상의 레지스트 홈을 설치한다. 이 홈을 주석 또는 금 등의 유연한 금속, 또는 수지로 도금하여 홈을 충전시킨다. 계속해서, 레지스트를 박리액으로 박리하여, 니켈의 웰 위에 높이와 폭이 거의 동등한 주석, 금 또는 수지 등의 빗형(comb-shaped)의 볼록부가 형성된 볼록 구조의 웰을 형성한다. 동시에, 필터측에도 레지스트를 사용하여 동일한 위치에, 메스형이며 상기 볼록형과 높이와 폭이 동등하고, 웰의 볼록부보다 딱딱한 니켈, 폴리이미드 수지 등의 오목형 형상을 형성한다. 계속해서, 상기 두 물질을 롤(roll) 등으로 가압함으로써 기계적으로 감합하여 결합시켜 필터가 부착된 웰을 얻는다. 또한, 반대로 웰 벽의 상면에 오목형 형상을 설치하고, 필터측에 볼록형 형상을 설치하도록 할 수 있다.

본 발명의 바이오칩은, 제1 필터를 웰의 바닥부에 설치함과 동시에, 그의 상측(웰을 사이에 두고 반대측)에 제2 필터를 설치하는 구성을 가질 수 있다. 제2 필터는, 상술한 방법에 의해 얻어진 바닥부에 필터를 갖는 웰 내에 프로브 담지 입자를 수납하고, 또한 상술한 방법에 의해 얻어진 필터를 접착제, 자력, 기계적인 감합, 평활면 사이의 평면 접합, 기계적인 클램핑에 의한 접합 방법 등에 의해 설치할 수 있으며, 이에 따라 상하에 필터를 갖는 바이오칩을 얻을 수 있다.

또한, 필터가 각 웰의 바닥부에 형성된 바이오칩은, 예를 들면 다음 방법으로 제조할 수 있다.

(1) 도 19(a)에 나타낸 바와 같이, 필터(18)을 골판상으로 제조하고, 그의 볼록 정상부(32)를 측벽(20)을 구성하는 적당한 필름 또는 필터를 통해 오목 정상부(34)와 접착시켜 각 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ을 형성하는 방법

(2) 도 19(b)에 나타낸 바와 같이, 금속 또는 수지제 필터를 압착 금형에 의해 소정의 간격으로 오목부를 갖는 형상으로 성형하여 이 오목부를 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ로 만드는 방법, 또한 그의 한쪽을 점착제, 자석이나 기계적인 감합 등의 방법에 의해 다른 필터 또는 필름과 접합시켜 폐쇄된 공간을 갖는 웰을 형성하는 방법

(3) 도 19(c)에 나타낸 바와 같이, 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ의 저벽(底壁)(22) 상에 레이저, 압착, 포토에칭 등에 의해 관통 구멍을 형성하여 필터(18)로 만드는 방법, 또한웰 상측을 점착제, 자석이나 기계적인 감합에 의해 필터에 접합시키는 방법

(4) 도 19(d)에 나타낸 바와 같이, 저벽(22)가 없고 측벽(20)으로 형성된 웰을 제조하고, 그 바닥부에 필터(18)을 접착시키는 방법, 또한 웰 상측을 점착제, 자석이나 기계적인 감합에 의해 필터에 접합시켜 덮는 방법

(5) 금속, 금속 산화물, 금속/금속 산화물 또는 수지 등을 레이저에 의한 천공하거나, 기계 가압하거나 또는 포토에칭하는 방법

본 발명의 바이오칩은 일체로 형성된 복수의 웰 또는 단일의 웰을 가지고 있으며, 이 웰에 프로브 담지 입자가 분산된 분산액이 수용된다. 웰에 수납하는 입자는 필터 세공보다 입경이 크며, 칩의 입자를 필터의 구멍에 정치시켜 광학 검출하는 경우에 프로브 담지 입자의 입경과 필터의 세공의 공경은 입경/공경=1.1 내지 2.5이고, 또한 입경<구멍 간격<입경×10, 보다 바람직하게는 입경<구멍 간격<입경×4인 관계를 가지고 있다. 여기서, 「구멍 간격」이란 인접하는 각 구멍 사이에서의 구멍이 비어 있지 않은 부분의 최단 거리이다.

입경/공경이 1.1 미만인 경우, 입자가 세공에 들어가 세공으로부터 입자가 이탈될 수 없는 확률이 높아진다. 입경/공경이 2.5를 초과하는 경우, 입자를 포함하는 용액을 필터를 통해 여과하여 입자가 필터 상에 남았을 때, 입자는 구멍 상에 위치하지 않고 랜덤하게 또는 입자끼리 서로 겹쳐져서 필터 상에 배열될 확률이 높아진다. 입자가 세공에 들어가 이탈될 수 없게 되는 것을 더 방지하기 위해서는, 상기 관계가 입경/공경=1.15 내지 2.0인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 입경/공경=1.2 내지 1.6이다.

또한, 칩을 분리 정제용으로 사용하는 경우에는 입자의 입경, 필터의 공경 및 구멍 간격이 입경>공경+구멍 간격/2의 관계를 만족시키도록 설정된다. 이 관계를 만족시키면, 입자를 포함하는 용액을 필터를 통해 여과하고, 입자를 필터 상에 정치시켰을 때, 입자가 모든 필터 구멍 상에 정치하지 않고 적어도 1개 이상의 구멍 간격으로 입자가 정치하기 때문에 적어도 50 ％ 이상의 간격으로 입자에 의해 막히지 않은 필터 구멍이 존재하고, 그 결과 여과 저항의 상승이 방지된다.

하나의 웰에 수납되는 총 입자수는 용도에 따라 달라지며, 분리 분획의 용도인 경우에는 필터 세공수의 100 배 내지 1/100 배, 바람직하게는 필터 세공수의 10 내지 1/10 배의 범위내이고, 검출ㆍ동정의 용도인 경우에는 각 프로브마다 입자의 절대수로 1 내지 1000개, 보다 바람직하게는 1 내지 500개, 더욱 바람직하게는 1 내지 200개이다. 하나의 웰 내에 입자수가 많으면, 여과시에 여과 저항이 커져 여과 성능이 저하되거나 또는 필터가 파괴된다. 검출ㆍ동정에 유의한 입자수는 1000개면 충분하고, 그 이상은 의미가 없으며 오히려 여과성을 저하시킨다.

각 웰에 수납하는 프로브 담지 입자의 절대수는 다음 방법으로 제어할 수 있다.

즉, 입자 용액의 투입시에 플로우 사이토미터로 입자를 개별적으로 제어하면서 CCD 카메라 등에 의해 개개의 입자를 실제로 카운팅하여 투입함으로써 제어할 수 있다. 또는, 입자 용액의 입자 농도를 미리 측정하고, 상기 용액 내의 입자 농도와 입자의 비중으로부터 입자수를 계산하여 이 결과로부터 역산(逆算)한 입자 용액량을 스폿터 등에 의해 투입함으로써 근사한 입자수를 셀 방에 투입할 수 있다. 또한, 소정 개수의 입자를 여러 번으로 나누어 스폿팅하고, 스폿팅한 입자수를 그 때마다 카운팅함으로써 부족량을 산출하여 이 부족량이 제로에 근접할 때까지 스폿팅을 행하는 방법도 가능하다.

여기서, 입자수는 어느 정도의 근사적인 동일성이 있으면 좋지만, 그의 오차 범위는 CV값으로 20 ％ 이내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ％ 이내이다.

프로브를 담지하는 입자로는, 필터의 세공 직경보다 큰 직경을 갖는 입자라면 특별히 한정되지 않고, 유기 입자, 무기 입자, 유기 무기 입자, 상 전이 겔 등이 모두 사용 가능하다.

유기 입자로는, 구체적으로 부타디엔계, 스티렌계, 디비닐벤젠계, 아크릴로니트릴계, 아크릴레이트계, 메타크릴레이트계, 아크릴아미드계, 벤조구아나민계, 나일론계, 폴리비닐알코올계 및 불소계 등의 단량체를, 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용한 단량체 원료로부터 유화 중합 또는 현탁 중합에 의해 얻어진 입자 를 사용할 수 있다. 또는, 다공질의 균일한 구멍을 갖는 플레이트로부터 수지를 압출하여 입자를 제조하는 막 유화 등에 의한 방법도 가능하다. 이들 입자는 필요에 따라 분급기를 이용하여 입경을 고르게 할 수도 있다.

또한, 중합시에 또는 중합 후에 페라이트 등의 자성체를 첨가하여 얻어진 것, 일본 특허 공개(평)10-83902호 등의 방법으로 입자에 페라이트를 도금한 것, 또는 셀룰로오스, 전분, 아가로오스, 갈락토오스 등의 천연물 가교 겔, 아크릴아미드 등의 합성 가교 겔도 사용할 수 있다.

이들 입경의 입경 분포는, CV값으로 10 ％ 이내로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 ％ 이내이다. CV값이 10 ％를 초과하는 경우, 입자가 필터의 구멍에 들어갈 확률이 높아진다.

스티렌계 입자는, 예를 들면 일본 특허 공개(소)57-168163호 공보에 기재된 방법에 의해 얻는 것이 가능하다.

또한, 자성 입자는, 예를 들면 일본 특허 공개(평)11-176622호 공보에 기재된 방법에 의해 얻는 것이 가능하다.

무기계 입자로서 금속 산화물 입자, 금속 황화물 입자, 금속 입자를 사용할 수 있다.

금속 산화물 입자로서 가장 바람직한 것은 실리카 입자이고, 시판되는 각종 실리카 입자를 사용할 수 있다.

또한, 시판되고 있는 각 입자가 사용 가능하고, 예를 들면 이뮤텍스(IMMUTEX(상품명): JSR), MCI-GEL(상품명: 미츠비시 가가꾸(Mitsubishi chemical corporation)), 토요피얼(Toyopearl(상품명): 도소(Tosoh corporation)), 다이소겔(DAISOGEL(상품명): 다이소(DAISO., LTD)), 쇼덱스(Shodex(상품명): 쇼와 덴꼬(Showa Denko k.k.)), 선스피어(Sunsphere(상품명): 아사히 글라스(Asahi Glass Co., LTD)), PL-PEGA(상품명: 폴리머 래보러토리즈(Polymer Laboratories)), PL-CMS(상품명: 폴리머 래보러토리즈), PL-PBS(상품명: 폴리머 래보러토리즈), PL-DMA(상품명: 폴리머 래보러토리즈), AM 수지(상품명: 노바비오켐(Novabiochem)), P500(상품명: 도레이(Toray Industries, Inc.)), 도레이피얼(Toraypearl(상품명): 도레이), 테크폴리머(Techpolymer(상품명): 세키스이 가세이힝 고교(Sekisui Plastic Co. Ltd.)), MP, MR 시리즈(상품명: 소켄 가가꾸(Soken Chemical Engineering Co., Ltd.)), 벨피얼(BELLPEARL(상품명): 가네보(Kanebo. Ltd.)), 에포스터(EPOSTER(상품명): 닛본 쇼쿠바이 고교(Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd.)), 셀룰로오스 분말 (칫소, 아사히 가세이(Chisso Corp., Asahi Chemical Industry Co., Ltd.)), 세파셀(Sephacell(상품명): 아마샴 파마시아(Amarsham-Pharmacia)), 세팔로스(Sephallose(상품명): 아마샴 파마시아) 등이 사용 가능하다.

상기 입자 표면을, 아미노기, 카르복실기, 카르보디이미드기, 에폭시기, 토실기, N-숙신이미드기, 말레이미드기, 티올기, 술피드기, 히드록실기, 트리메톡시실릴기, 니트릴트리아세트산기, 벤조술포아미드기, 폴리에틸렌이민기, 4급 암모늄기, 옥타데실기 등의 각종 관능기, 또는 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등으로 표면 수식하여 프로브 결합 부위를 형성할 수 있다.

또한, 이들의 표면을 수식할 때, 입자 담지 프로브와 피검체의 반응에서의 입체 장해를 저하시키기 위해 탄소수 10 내지 100의 알킬렌기의 양쪽 말단에 관능기를 결합시킨 구조의 화합물, 예를 들면 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르 유도체, N-κ-말레이미드 운데칸산, 머캅토프로필트리메톡시실란, 칼릭사렌 유도체, 액정을 스페이서로서 사용할 수 있다. 또한, 아미노기, 카르복실기, 티올기 등으로 수식된 올리고뉴클레오티드도 스페이서 또는 스페이서를 겸한 결합 부위로서 사용 가능하다.

프로브를 담지하는 입자로서 유기 입자를 사용하는 경우, 그의 입경은 0.02 ㎛ 내지 120 ㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 60 ㎛이다. 입경이 작은 경우에는 취급시에 난점이 생기고, 이들 입자를 포착하는 필터의 제조가 곤란해지며, 또한 필터 구멍이 작기 때문에 피검체가 클로깅되기 쉬워진다. 또한 입경이 큰 경우에는, 입체 장해 때문에 반응성이 저하되는 경우가 있다.

또한, 필요에 따라서는 입자를 다공질 또는 중공상으로 만드는 것이 바람직하다. 이에 의해서, 입경이 큰 경우에도 중량에 의한 입자의 침강에서 기인하는 피검체의 반응성 저하를 막을 수 있다.

프로브를 담지하는 입자로서 무기 입자를 사용하는 경우, 그의 입경은 0.1 ㎛ 내지 0.1 mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 내지 0.05 mm이다. 입경이 작은 경우에는 취급시에 난점이 생기고, 특히 필터의 세공에 의한 입자의 포착이 곤란해진다. 또한 입경이 큰 경우에는, 침강하기 때문에 반응성이 저하되는 경우가 있다.

또한, 필요에 따라서는 입자를 다공질로 만드는 것이 바람직하다. 이에 의해서, 입경이 큰 경우에도 중량에 의한 입자의 침강 등을 방지할 수 있다.

프로브 담지 입자를 각 웰에 수납하는 방법으로, 각 웰에 대응하는 각종 프로브를 입자에 미리 별도로 고정시키고, 이것을 스폿터 등에 의해 대응하는 셀 내에 투입하는 방법을 들 수 있다. 또는, 프로브 결합 부위가 표면에 존재하는 입자를 스폿터 등에 의해 각 웰에 투입하고, 계속해서 소정의 웰에 대응하는 다른 종류의 프로브를 스폿터 등에 의해 대응하는 웰에 투입하는 방법을 이용하는 것도 가능하다.

전자의 방법에서는, 입자에 프로브를 결합시키는 수단으로, 시판되고 있는 각 회사의 고상 합성기를 사용할 수 있으며, 예를 들면 올리고뉴클레오티드 합성기, 펩티드 합성기, 당쇄 합성기, 콤비네이토리얼 케미스트리(combinatorial chemistry)에 의한 각종 저분자 화합물 합성기 등을 이용할 수 있다. 고상법에서는 반응과 분리를 위한 담체로서 실리카 비드나 폴리스티렌 디비닐벤젠 입자가 사용되고 있으며, 이들 고상 합성 담체 비드와 칩(10)에 수납되는 입자 담체를 겸용함으로써 합성기에서 합성한 프로브 담지 비드를 그대로 칩(10)에 스폿팅하여 수납하는 것이 가능하다. 이들 합성기, 특히 올리고뉴클레오티드 합성기는 범용적으로 보급되어 사용되어 왔으며, 현재는, 예를 들면 저녁에 합성기를 셋팅하면 다음날 아침에는 올리고뉴클레오티드를 고정시킨 입자를 제조할 수 있게 되어, 이것을 스폿팅하는 것만으로도 임의의 뉴클레오티드를 갖는 정렬된 칩을 매우 단시간만에 제조할 수 있다.

입자에 담지하는 프로브로는, 예를 들면 핵산, 분자량이 500 내지 100만인 단백질, 지질, 당쇄, 세포, 단백질 발현 세포, 아프타머(aptamer), 바이러스, 효소, 분자량이 50 내지 100만인 약리 활성을 갖는 리드(lead) 화합물, 또는 특정한 생리 활성 작용을 가지거나 이를 가질 가능성이 있는 화학 물질 등을 사용할 수 있다.

이 중, 분자량이 50 내지 100만인 단백질로는, 구체적으로 합성 펩티드, 막 단백질, 효소, 수송 단백, 사이토카인, 림포카인, IgA 및 IgE 등의 항체, 각종항원, 또는 루시페린, 루시페라제, 에쿠오린, 녹색 형광 단백질 등의 생물 발광 기능을 갖는 단백질 등을 들 수 있다.

지질로는, 구체적으로 포스파티드산, 포스파티딜이노시톨, 만노시드, 우루시올, 각종 강글리오시드 등을 들 수 있다. 아프타머는 단백질, 효소, 색소, 아미노산, 뉴클레오티드, 성장 인자, 유전자 발현 조절 인자, 세포 접착 분자, 생물 개체 등과 결합 능력이 있는 기능성 핵산으로, 구체적으로는 트롬빈 아프타머, 엘라스타제 아프타머, 활성화된 푸틴 C, C형 간염 바이러스의 NS3 프로테아제 아프타머 등을 들 수 있다.

분자량이 50 내지 100만인 저분자 리드 화합물로는, 구체적으로 기질, 조효소, 조절 인자, 렉틴, 호르몬, 신경 전달 물질, 안티센스 올리고뉴클레오티드, 리보자임, 아프타머 등의 리간드, 페닐피페리딘 유도체, 술폰아미드/술폰산 유도체, 스테로이드, 프로스타글란딘 유도체 등의 의약 후보 물질을 들 수 있다.

프로브 담지 입자는, 프로브의 종류를 식별하는 데 사용되는 프로브 식별 정 보를 제공하기 위한 1 종 이상의 식별 수단을 갖는 것이 가능하다. 이러한 식별 수단으로는, 프로브 담지 입자의 색, 형상 및 입경을 들 수 있다.

이들 식별 수단은 여러 가지를 조합할 수 있으며, 예를 들면 색과 입경, 색과 형상, 색과 유전자 서열 등의 조합이 가능하다. 식별 수단을 색으로 하기 위해서는, 입자를 염료, 안료, 형광 염료 등으로 함침 착색시킨다. 이들 염료, 안료, 형광체, 인광체에 대하여 다른 흡수, 발광 파장을 갖는 것과 그의 색 농도를 조합함으로써 다수의 다른 프로브 식별 정보를 얻는 것이 가능하다. 예를 들면, 색의 종류로서 2 가지 색, 색 농도로서 3 가지 농도를 이용함으로써 9 종류의 식별 정보를 얻는 것이 가능하다. 염색 입자로서는, 예를 들면 JSR의 이뮤텍스 등이 사용 가능하다. 또한, 형광 입자는 몰레큘러 프로브사(Molecular Probes, Inc.)의 플루오스피어스 형광 미소구체(FluoSpheres fluorescent microspheres)로서 판매되고 있는 카르복실 변성, 술폰산 변성, 알데히드-술폰산 변성, 아민 변성 입자 등이 사용 가능하다.

이들 색 식별 정보는 다음과 같이 검출된다. 우선, 색 표지된 입자에 광원을 조사한다. 색소 표지가 형광체, 인광체인 경우에는, 대응하는 형광 또는 인광 여기 파장 광원일 필요가 있다. 계속해서 입자로부터의 형광 또는 인광 등을 CCD 카메라, 광전자 증폭관 등에 의해 광학적으로 검출하고, 얻어진 검출 정보를 통계적으로 처리하여 프로브 식별 정보를 얻는다.

또한, 입경을 식별 정보로 하는 경우에는, 입경의 크기를 각 프로브에 대응하여 미리 변경시킨 것을 준비한다. 이들 입경은, 검출 감도의 문제 때문에, 입경 의 차를 0.3 ㎛ 단위 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상이다.

이와 같이, 웰 내에 복수의 식별 가능한 프로브 담지 입자를 수납시킴으로써, 하나의 웰로 동시 다항목 검출이 가능해져 반응 시간과 조작 공정이 단축된다. 또한, 복수의 웰을 갖는 칩을 이용하여 웰 위치 정보와 복수의 식별 가능한 프로브 담지 입자를 조합함으로써, 예를 들면 웰 수를 100 웰, 식별 가능한 프로브 담지 입자의 종류를 100으로 함으로써 100×100=10,000 종류의 프로브를 수납하는 바이오칩을 얻는 것이 가능해진다.

상술한 바와 같은 식별 수단을 갖는 프로브 담지 입자는, 이하와 같이 각 웰에 수납된다.

(i) 모든 식별 수단에서 식별 정보가 동일한 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수용된 복수의 프로브 입자에 대한 식별 정보는 동일하다. 즉, 하나의 웰에 색, 입경 등의 프로브 식별 수단이 동일하며, 색의 종류, 입경의 크기 등의 식별 정보도 동일한 복수의 입자가 수납되며, 각 웰 사이에도 동일한 입자가 수납되어 있다. 또한, 식별 정보가 동일하다 것이 미리 판명되어 있는 경우에는, 프로브 식별 정보와 프로브 식별 공정은 무시하는 것도 가능하다.

(ii) 모든 식별 수단에서 식별 정보가 동일한 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 입자에 대한 식별 정보는 다르다. 즉, 하나의 웰에 색, 입경 등의 프로브 식별 수단이 동일하며, 색의 종류, 입경의 크기 등의 식별 정보도 동일한 복수의 입자가 수납되며, 각 웰 사이에는, 식 별 수단은 동일하지만 색의 종류, 입경의 크기 등의 식별 정보가 다른 입자가 수납되어 있다.

(iii) 1 종 이상의 식별 수단에서의 식별 정보가 다른 복수의 프로브 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 입자에 대한 그 모든 식별 수단에서의 상기 식별 정보의 구성이 동일하다. 즉, 하나의 웰에, 색, 입경 등의 프로브 식별 수단 중 하나 이상에 대하여, 색의 종류, 입경의 크기 등의 식별 정보가 다른 복수의 프로브 담지 입자가 수납되고, 각 웰 사이에서는 이 식별 정보의 구성이 동일하다.

(iv) 1 종 이상의 식별 수단에서의 식별 정보가 다른 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 입자에 대한 그의 1 종 이상의 상기 식별 수단에서의 상기 식별 정보의 구성이 다르다. 즉, 하나의 웰에, 색, 입경 등의 프로브 식별 수단의 1종 이상에 대하여, 색의 종류, 입경의 크기 등의 식별 정보가 다른 복수의 프로브 담지 입자가 수납되고, 각 웰 사이에서는 이 식별 정보의 구성이 다르다.

분석 내용에 따라, 웰 수 및 웰에 수납되는 프로브 담지 입자의 구성이 적절하게 선택된다. 예를 들면, 도 26(a)에 나타낸 바와 같이 단일 웰에 동일한 프로브 담지 입자를 수납하는 양태; 도 26(b)에 나타낸 바와 같이 단일 웰에 식별 정보가 다른 프로브 담지 입자를 수납하는 양태; 도 26(c)에 나타낸 바와 같이 복수의 웰에 동일한 프로브 담지 입자를 수납하는 양태; 도 26(d)에 나타낸 바와 같이 복수의 웰에 식별 정보가 다른 프로브 담지 입자를 수납함과 동시에, 각 웰 사이에서 의 식별 정보의 구성이 동일한 양태; 도 26(e)에 나타낸 바와 같이 복수의 웰에 식별 정보가 다른 프로브 담지 입자를 수납함과 동시에, 각 웰 사이에서의 식별 정보의 구성이 다른 양태 등을 들 수 있다.

예를 들면, 상술한 프로브 담지 입자가 수납된 웰에 피검체를 투입할 때에는, 도 27(a)와 같이 웰(16)의 상부 개구로부터 투입하는 것 이외에도, 도 27(b)에서 같이 용기(12)에 수용된 하나의 피검체와 각 웰(16)의 바닥부를 접촉시킬 수 있고, 또는 도 27(c)에서와 같이 각 웰(16)에 대응하는 구획을 갖는 용기(12)에 구획마다 다른 피검체를 넣고 이를 각 웰(16)의 바닥부와 접촉시킴으로써 각 웰(16)마다 다른 피검체를 수용하는 것도 가능하다.

<바이오칩 키트>

본 발명의 바이오칩 키트는, 바이오칩과, 바이오칩의 웰을 수납하거나 또는 바이오칩과 접속하는 용기를 구비하고 있다.

용기의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 유기 재료 및 무기 재료 모두를 사용할 수 있다. 유기 재료로는, 구체적으로 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 아세트산비닐 수지, 폴리에틸렌비닐 수지, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리아크릴로니트릴 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, AS 수지(아크릴로니트릴과 스티렌의 공중합체), ABS 수지(아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스티렌의 공중합체), AAS 수지(아크릴로니트릴, 아크릴산에스테르 및 스티렌의 공중합체), 폴리카르보네이트, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 지방족 폴리에스테르, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 지방족 폴리아미드, 지환식 폴리아미드, 시클로올레핀, 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 수지, 질산 셀룰로오스 수지, 에폭시 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불화에틸렌폴리프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌 퍼플루오로알콕시비닐에테르 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리불화비닐리덴, 폴리불화비닐, 실리콘 수지 등을 들 수 있다.

이들 유기 재료의 성형 방법으로는, 예를 들면 사출 성형, 무압착 성형, 사출 압축 성형, 사출 압착 성형, 압축 성형, 상호전달 성형, 절삭 성형, 광조형 등이 가능하다.

무기 재료로는, 구체적으로 니켈, 구리, 철, 알루미늄, 티탄, 실리콘 등의 금속; 실리카, 알루미나, 티타니아 등의 금속 산화물, 소다 유리, 붕규산 유리, 파이렉스(상표), 석영 유리 등의 유리 등을 들 수 있다.

이들 무기 재료는, 압착 성형, 판 에칭, 레이저 천공, 샌드 블라스트(sandblasting), 수지 또는 금속 용기의 표면 도포 등에 의해 예시되는, 성형 또는 표면 처리 가공 등의 각종 방법에 의해 용기 형상으로 만들 수 있다.

또한, 구멍이 형성된 플레이트 또는 구멍이 형성되어 있지 않은 플레이트를 이용하여, 이들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 복수 적층하여 소정의 용기로 만들 수 있다. 이들 플레이트는, 적층 부분에서의 액체 누출을 막기 위해 적층하는 부분의 플레이트면들이 평활할 필요가 있다. 그 때문에 플레이트를 연마하여 평활하게 만들거나, 또는 실리콘 웨이퍼 등과 같이 미리 평활하게 만든 플레이트를 사용 한다. 이들 평활한 플레이트끼리 접합시킨 경우에는, 접착제 등을 사용하지 않아도 매우 강고한 접합을 얻을 수 있다.

플레이트로서 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우, 필요에 따라 산화막을 형성시킬 수 있거나, 또는 플레이트를 적층한 후에 산화시킬 수도 있다.

이러한 플레이트를 이용한 용기는, 예를 들면 다음과 같이 제조한다. 우선, 용기의 바닥부용으로 미소한 공기 입배출 구멍을 갖는 플레이트를 준비한다. 공기 입배출 구멍의 깊이를 깊게 하고 싶은 경우에는, 필요에 따라서 최하층의 플레이트를 여러 개 적층한다. 그 위에, 용기를 수평으로 절단한 것과 동등한 형상을 갖는 평활한 플레이트를, 용기의 구멍이 소정의 깊이가 되도록 임의의 수만큼 적층한다. 용기 구멍의 깊이는, 동등한 형상인 플레이트를 여러 개 적층함으로써 임의로 제어할 수 있다. 용기의 형상을 깊이 방향으로 제어하고자 하는 경우, 예를 들면 단차가 있는 구멍 형상으로 하고자 하는 경우에는, 형상이 다른 플레이트를 적층함으로써 임의의 구멍 형상으로 만들 수 있다.

최상부에 배치되는 용기의 뚜껑으로 액체 또는 공기압의 입배출용으로 플레이트에 수직으로 구멍을 뚫은 것을 사용하거나, 또는 플레이트면에 홈을 새긴 것 등을 준비하여 플레이트 적층체의 최상부에 뚜껑으로 덮을 수 있다. 또한, 적층체의 최상부 또는 바닥부에 위치하는 플레이트에는 광학적인 검출을 가능하게 하기 위해 투명한 유리 등의 재료를 사용할 수 있다.

일반적으로, 공경이 미소하고 구멍의 깊이가 깊은, 소위 높은 아스펙트비의 구멍을 제조하기는 곤란하지만, 상기 방법에 의해 임의의 아스펙트비의 구멍을 갖 는 용기를 제조하는 것이 가능해진다.

상기 방법에 의해, 칩의 웰에 대응하는 구멍을 갖는 용기로 만드는 것도 가능하고, 복수의 웰에 대하여 1개의 구멍을 공유하는 용기로 만드는 것도 가능하다.

칩의 웰에 대응하는 웰을 갖는 용기로 만들기 위해서는, 웰 수평 단면과 동등한 구멍 형상인 단면을 갖는 플레이트를 용기 구멍의 깊이만큼 적층한다.

복수의 웰에 대하여 1개의 구멍을 갖는 용기로 만들기 위해서는, 복수의 웰에 의해 정해진 수평 단면적을 커버하는 면적 이상의 공경을 갖는 플레이트를 용기 구멍의 깊이만큼 적층한다.

또한, 용기 바닥부에 구멍을 갖는 용기는, 상기한 바와 같이, 용기 바닥부가 되는 플레이트로 미리 구멍을 뚫은 플레이트를 이용함으로써 얻을 수 있다. 용기 바닥부에 구멍을 설치하고, 예를 들면 바이오칩의 웰과 용기를 접속시켰을 때 바이오칩의 웰에 압력을 걸어 용기 바닥부의 구멍으로부터 용기의 공기를 배출함으로써, 바이오칩의 웰 내의 액체를 용기로 이동시킬 수 있다.

용기 바닥부의 공경은, 공경이 큰 경우에는 용기의 액이 누출되기 때문에 일정 크기 이하의 공경으로 하는 것이 필요하고, 그 공경은 구멍의 깊이 또는 구멍과 액체의 친화성에 의해 결정되지만, 일반적으로는 50 ㎛ 내지 1 mm, 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.5 mm이다. 공경이 50 ㎛ 이하인 경우에는 클로깅 및 여과 저항이 커지고, 공경이 1 mm 이상인 경우에는 액체가 누출될 가능성이 있다.

바이오칩과 용기에 의해, 서로 대응하는 동일한 직경의 웰들이 연결된 바이오칩 키트를 구성할 수 있다. 이 경우, 웰들이 연결하는 접속부에서, 액체의 이동 상류측의 웰보다 하류측 웰의 단면적을 크게 함으로써 접속부에서의 웰 위치 정렬 오차를 최소로 할 수 있다.

바이오칩과 용기는, 접속부에서 오목/볼록, 볼록/오목 또는 초평활면들을 접합시킴으로써 접합될 수 있다. 이들 중 어느 접합 방법에 의해, 액체가 접합부로부터 인접 웰에 누출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 바이오칩들은, 상기와 동일하게 접속부에서 오목/볼록, 볼록/오목 또는 초평활면들을 접합시킴으로써 접합될 수도 있다.

바이오칩과 용기 또는 바이오칩 사이의 연결에 의해, 상호 웰 사이에서의 용액 이동, 소위 용액이 직접 웰 사이로 플로우다운 이동하는 것이 가능해져 이동시 실린지 등의 이동 수단이 필요하지 않기 때문에, 실린지 벽에 부착하여 용액을 감소시키거나 오염시키지 않으면서, 용액 이동에 필요한 시간을 단축할 수 있다.

바이오칩과 용기를 접속시킨 바이오칩 키트는, 예를 들면 이하의 방법으로 제조할 수 있다. 여기서 예시하는 방법에서는, 관통 구멍을 갖는 플레이트와 구멍이 형성되어 있지 않은 플레이트 중 어느 것을 이용하여 복수의 플레이트를 적층시켜 용기를 형성한다.

도 15(a)에 나타낸 바이오칩 키트는 다음과 같이 하여 제조된다. 우선, 실리콘 웨이퍼의 에칭에 의해 관통 구멍이 형성된, 바이오칩(10)과 동등한 두께의 플레이트(87a), 임의의 두께의 플레이트(87b), 및 실리콘 웨이퍼를 에칭하여 기체 또는 액체의 입배출구, 또는 액체 입배출 홈을 형성한 플레이트(87c)를 준비한다. 다음으로, 플레이트(87c') 위에 플레이트(87b')를, 또한 플레이트(87a')를 위치 정 렬시키면서 적층함으로써, 이단의 단차를 갖는 구멍이 설치된 적층 플레이트를 제조한다. 이 적층 플레이트의 플레이트(87a')의 구멍에, 접합되기 전의 바이오칩(10)의 한쪽 칩을 삽입하여 바이오칩과 용기가 복합된 한쪽 절반(片半分) 바이오칩 키트를 제조한다. 이와 같이, 87a, 87b, 87c를 동일하게 적층하여 적층 플레이트를 제조하고, 또한 접합되기 전의 바이오칩(10)의 한쪽 칩을 삽입하여 동일한 한쪽 절반 바이오칩 키트를 제조한다.

계속해서, 프로브를 결합한 입자를 상기 한쪽 절반 키트의 웰에, 웰의 개방면으로부터의 스폿팅 등의 방법에 의해 수납한다. 이 입자가 수납된 한쪽 절반 키트를 하측으로, 다른 한쪽 절반 키트를 상측으로 하여 웰들이 마주 대하도록 접합시킨다. 이에 의해, 용기와 칩이 일체가 된 바이오칩 키트가 제조된다. 이 때, 미리 설치된 위치 정렬 마크를 이용하여 상하 키트의 위치를 정렬시킴으로써, 정확하게 위치 정렬시킬 수 있다.

또한, 도 15(b)에 나타낸 바이오칩 키트와 같이, 최외측의 상하 단면을 넓게 형성한 칩을 준비하고, 바이오칩(10)의 상하 단면과 실리콘 웨이퍼를 에칭하여 관통 구멍을 형성한 플레이트(87b)(87b')의 한쪽 단면(端面)을 접합시켜 적층할 수도 있다.

도 16(a)에 나타낸 바와 같이, 용기의 바닥부 또는 뚜껑부가 되는 플레이트는, 광학 검출용으로, 예를 들면 석영 유리 등으로 만든 평활하며 투명한 플레이트(94)를 이용하는 것도 가능하다. 광학 검출은 필터에 충전된 입자의 반응을 보기 위해서 행하지만, 상기 도 16(a)와 같이 구성함으로써 바닥부 또는 뚜껑부로부터 필터까지의 거리를 최소화하여, 광학계의 개구율을 향상시킬 수 있다. 단, 이 경우에는 액체를 수용하는 용기의 용적이 작아져 검체나 세정액을 수용하기에 부족할 수 있다. 이러한 경우에는, 도 16(b)에 나타낸 바와 같이, 액체의 입배출구(88)에 펌프(90)에 접속된 튜브(89)를 부착시켜 튜브(89)를 통해 액체를 순환시키거나, 또는 키트 내부와 튜브의 상하 부착구의 일정 부분에만 액체를 상하로 이동시켜 튜브의 일부를 키트 용기 버퍼로서 사용함으로써 용기의 용적 부족을 해소할 수 있다.

도 17(a)에 나타낸 바와 같이, 플레이트(87b)(87b')를 여러 개 적층시킴으로써 용기 용적을 확대시킬 수 있다. 또한, 도 17(b)에 나타낸 바와 같이, 플레이트(87b) (87b')의 구멍 직경을 점차 변경시키고 용기 내면에 경사를 부여하는 것도 가능하다. 이 경우, 입배출구(88)로부터 용기 내부로 갈수록 점차 용기의 직경이 커지도록 용기 내면에 계단상으로 경사를 부여함으로써, 바이오칩의 각 웰에 용액을 균등하게 입배출시킬 수 있다.

도 17(c)에 나타낸 바와 같이, 바이오칩(10)의 웰(16)에 대응하는 독립 웰(91)을 가지며, 이들 웰에 대응하는 구멍(92)가 바닥부에 형성된 용기를 접속시키는 것도 가능하다. 이 용기 바닥부의 구멍(92)의 직경은, 구멍의 높이에 따라 달라지지만, 바람직하게는 100 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 150 내지 300 ㎛이다. 공경이 500 ㎛를 초과하는 경우에는 액체가 용기 저면으로부터 유출될 가능성이 있고, 공경이 100 ㎛ 미만인 경우에는 가감압시에 저항이 커진다.

이와 같이 용기에 웰을 설치한 바이오칩 키트에서는, 입자 결합 프로브를 이용하여 검체 중의 타겟을 B/F 분리한 후에, 임의의 분리 방법에 의해 입자로부터 타겟을 분리시키고, 계속해서 상측 용기와 하측 용기에 압력차를 이용하여 바이오칩(10)의 웰(16) 중의 타겟을 하측 용기의 웰(91)로 이동시킬 수 있다. 압력차를 각 웰에 균등하게 걸기 위해서는, 상측 용기, 하측 용기 중 어느 하나를 바이오칩의 각 웰에 공통된 수용 공간을 갖는 용기로 하는 것이 바람직하다.

용기의 용적은, 상술한 바와 같이, 구멍을 뚫은 플레이트를 임의의 개수만큼 적층시킴으로써 임의의 용적으로 조정 가능하다. 또한, 용기의 바닥부 또는 뚜껑부 중 적어도 어느 하나를 투명 플레이트로 하고, 검출시에 투명 플레이트를 하부로 하여 입자를 필터 구멍에 충전시켜, 투명 플레이트를 통해서 광학 검출하고, 한쪽 바이오칩의 웰에 대응하는 용기의 웰로 입자에 포획된 타겟액을 분리하여 이동시키는 것도 가능하다.

도 18(a)에 나타낸 바와 같이, 바이오칩(10)들을 웰이 서로 대응하도록 접속시키는 것도 가능하다. 또한, 도 18(b)에 나타낸 바와 같이, 각 바이오칩(10) 사이에 이들 웰에 대응하는 구멍(93)을 갖는 용기를 설치하는 것도 가능하다.

용기 내에 다단으로 배치된 각 바이오칩의 각 웰에 동일한 프로브를 갖는 입자를 넣어 사용하는 경우, 다단 칩에 수납된 프로브 부착 입자에 의한 B/F 분리에 의해 B/F 분리 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 다단 칩의 제1단과 제2단 각각에 다른 프로브를 갖는 입자를 넣은 경우에는, 소위 2-단계 시험관내 선별(Two Step In Vitro Selection)용 기구 등으로 사용하는 것이 가능하다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 바이오칩 키트의 한 실시 양태를 나타낸 상면도 및 A-A' 단면도이다. 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 바이오칩 키트(14)는 용기(12)와 바이오칩(10)을 가지고 있다.

바이오칩(10)은 측벽(20)으로 구획된 복수의 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ 을 포함하고, 이들 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ에는, 예를 들면 담지하는 프로브의 종류가 각 웰(16)마다 다른 프로브 담지 입자가 수납된다.

웰(16)의 저벽(22)는 필터(18)로 형성되어 있다. 이 필터(18)은 웰(16)에 수납된 프로브 담지 입자를 차단함과 동시에, 이 바이오칩(10)을 이용하여 분리, 검출 등을 행하는 피검체, 각종 완충액, 세정액, 분리제, 라벨제, 이차 항체, 증감제, 단백질 분해 효소, 이온화제 등을 포함하는 각종 용액을 통과시킨다.

용기(12)의 내부에 도입된 이들 각종 용액은, 필터(18)을 통해 모든 셀에 출입할 수 있도록 되어 있다. 즉, 이들 각종 용액은, 필터(18)을 통해 웰(16)과 인접하는, 칩(10)과 용기(12)의 간극으로 구성된 이들 각종 용액의 수납실(26)을 통해 필터(18)로부터 임의의 웰(16)으로 출입할 수 있도록 되어 있다.

또는, 측벽(20)도 동일하게 필터(18)로 형성되어 있을 수 있고, 이 측벽에 형성된 필터(18)을 통해 인접하는 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ 사이에서 이들 각종 용액을 왕래시키는 것도 가능하다. 이 경우, 저벽(22)를 형성하는 필터와 측벽(20)을 형성하는 필터는 상호 동일한 재료로 연속하여 형성되어 있을 수도 있고, 각각 다른 재료의 필터로 구성된 복합 필터일 수도 있다.

용기(12)와 칩(10)은, 도 12(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 둘 모두를 동일한 재료로부터 일체로 형성하거나, 또는 이 둘을 접착하여 고정시킴으로써 용기(12)의 내부에서 칩(10)과 용기(12)를 일체화시킬 수도 있다.

또는, 도 13(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 바이오칩 키트(14)를 각각 독립 용기(12)와 칩(10)의 2체로 구성하여, 칩(10)이 용기(12)의 내부에 수납되도록 할 수 있다. 이 경우, 용기(12)는 조작시마다 항상 동일할 필요는 없고, 그 단위 조작에 따라 상기 용기 및 용액 수용 용기를 변경하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성된 바이오칩 키트(14)에서, 각 웰(16)에 수납된 프로브 담지 입자는 그 웰 위치에 의해 프로브의 내용이 특정되며 복수의 프로브를 칩 상에 오염되지 않게 수납할 수 있다.

이들 바이오칩 중에 수용된 프로브 담지 입자 용액과 피검체, 각종 완충액, 세정액, 분리제, 라벨제, 이차 항체, 증감제, 단백질 분해 효소, 이온화제를 갖는 용액은, 프로브 담지 입자가 수납된 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ사이를 자유롭게 왕래할 수 있고, 칩(10)의 구조, 또는 상기 용액의 교반 조건을 적절하게 선택함으로써 모든 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ에 상기 용액을 순환시킬 수 있어, 상기 용액과 여러 종류의 입자 담지 프로브의 접촉 또는 반응 기회가 제공된다.

칩(10)과 용기(12)의 간극으로 구성되는 용액의 수납실(26)에, 모든 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ이 저벽(22) 또는 측벽(20)을 형성하는 필터(18)을 통해 직접 인접되어 있는 것이 바람직하다.

이 용액 수납실(26)은, 예를 들면 도 12(a), (b)에서와 같이 칩(10)의 바닥부 하면과 용기(12)의 바닥부 상면과의 간극으로 구성되어 있으며, 또한 도 13(a), (b)에서와 같이, 각각 독립된 칩(10)과 용기(12)와의 간극으로 구성된다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 용액은 이를 공통적으로 수납하는 용액 수납실 (26)에서 교반하고, 필요에 따라서는 가감압함으로써, 1층의 필터(18)을 통과하여 각각 이종의 프로브가 담지된 입자를 수납하는 복수의 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ에 병렬적으로 도달하고, 병렬적으로 접촉, 반응이 행해진다.

또한, 특정 웰(16) 내에서 반응하지 않은 반응하지 않은 피검체는 교반 또는 가감압에 의해 다른 웰(16) 내에 도달하여 접촉, 반응이 시도된다. 이와 같이 각 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ사이에서 축차적으로 반응하지 않은 상기 용액과 프로브 담지 입자의 접촉, 반응이 시도된다.

또한, 용액 수납실(26)과 각 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ이 1층만의 필터(18)을 통해 인접하고 있기 때문에 압력 손실이 최소화되며, 용액 수납실(26)에 도달하여 각 웰(16)에서의 프로브 담지 입자와 병렬로 반응하기 때문에 접촉, 반응 시간을 최소화하는 것이 가능해진다.

또한, 필터(18)의 세공 직경과 그의 깊이를 적당한 조건으로 설정함으로써 압력 손실을 크게 저감시키는 것이 가능하고, 상기 용액은, 마치 필터(18)이 없는 하나의 공간를 이동하는 것처럼, 프로브 담지 입자가 수납된 모든 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ과 상기 용액의 공통 방을 구성하는 용액 수납실(26) 사이를 자유롭게 이동하는 것이 가능해진다.

또는, 제1 필터가 바닥부에 설치됨과 동시에, 웰을 사이에 끼워 제1 필터와는 반대측에 제2 필터가 설치되어 있는 구조로 하는 것도 가능하다. 이 예를 도 14(a)에 나타낸다. 상기 도 14(a)에 나타낸 바와 같이, 이 바이오칩의 상부에는 제2 필터로서 상측 필터(18')가 설치되어 있다. 이 상측 필터(18')는 프로브 담지 입자를 웰(16) 내에 수납한 후에 부착된다. 그 부착 방법으로는, 상술한 바와 같은 접착제, 자력, 기계적인 감합, 평활부 사이의 면 접합, 기계적인 가압 방법 등을 들 수 있다. 또한, 도 14(b)에 나타낸 바와 같이, 미리 상측 용기(81)과 하측 용기(82)의 각각에 필터(18')와 저면 필터(18)을 갖는 웰(16) 중 어느 하나를 부착시키고, 상측 용기(81)과 하측 용기(82)를 접합시킨 후에, 점착제, 자석, 클램프 등의 기계적인 가압력에 의해 부착시키는 방법도 가능하다. 본 방법에서는, 기계적인 가압력의 셋트/리셋트에 의해 상측 필터(18')와 저면측 필터(18)을 임의로 분리하는 것이 가능하다. 또는, 도 14(c)에 나타낸 바와 같이, 상측 용기(81)에 저면 필터(18)을 갖는 웰(16)을 하측 용기(82)와는 상하가 반대가 되도록 부착하여, 상측 용기(81)과 하측 용기(82)를 웰(16)들이 접합하도록 상기 방법 중 어느 한 방법에 의해 부착시키는 것도 가능하다.

또한, 도 16(a)에 나타낸 바와 같이, 웰의 외주부와 동일한 형상의 관통 구멍을 갖는 평활한 플레이트(87a)와 그보다 작은 직경의 관통 구멍을 갖는 플레이트(87b)를 적층하고, 구멍의 단차 부분에 칩을 삽입하고, 또한 플레이트(87b)의 구멍을 막도록 액체의 입출 구멍이 설치된 투명 플레이트(94)로 뚜껑을 덮은 구조의 키트도 형성 가능하다. 이 경우, 플레이트(87a), (87b)는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼로 형성하고 투명 플레이트(94)는 연마 석영 유리로 형성함으로써, 평활성을 이용한 계면 접합에 의해 접착제를 이용하지 않고도 키트를 형성할 수 있다.

<바이오칩 키트의 조작 방법>

본 발명의 바이오칩 키트의 조작 방법에서는, 바이오칩의 웰에 수용되어 있 는 프로브 담지 입자가 분산된 용액과, 용기 내에 수용되어 있는, 예를 들면 피검체, 각종 완충액, 세정액, 분리제, 라벨제, 이차 항체, 증감제, 단백질 분해 효소, 이온화제 등을 포함하는 각종 용액을 접촉 가능한 상태로 만들어 웰 내의 용액과 용기 내의 용액을 순환시킴으로써, 상기 두 용액을 고효율로 혼합, 확산, 반응, 세정 또는 분리할 수 있다.

이들 두 용액을 접촉 가능한 상태로 만드는 방법으로는, 바이오칩을 용기 내의 용액 중에서 상하로 이동시켜 용기 내의 용액과 접촉시키는 방법(도 20(a-1) -> (a-3), 도 20(c-1) -> (c-3)), 용기 내의 용액을 노즐(86)을 통한 가압/감압 방법이나, 용액의 외부로부터의 주입 배출 등에 의한 방법을 이용하여 용액 계면을 상하로 이동시킴으로써, 웰 내로 이동시켜 상기 웰 내의 용액과 접촉시키는 방법(도 20(b-1) -> (b-2), 도 20(d-1) -> (d-2))이 가능하다.

이와 같이 용기 내의 용액을 가압/감압이나, 용액의 외부로부터의 주입 배출 등의 방법으로 증감시켜 용기 내 용액의 계면을 상하로 이동시킴으로써, 프로브 부착 입자를 바이오칩 내에 잔류시킨 상태에서, 웰 내의 용액이 용기 내의 용액과 일체화되어 웰 내의 용액을 웰 내외로 이동시키는 것이 가능해진다. 이 방법을 반복함으로써, 용기 내의 용액과 웰 내의 용액을 고효율로 혼합, 확산, 반응, 세정 또는 분리할 수 있다.

또는, 도 20(e-1) 내지 (e-5)에 나타낸 바와 같이, 필터(18')이 부착된 상측 용기(81)과 바닥부에 필터(18)을 갖는 웰(16)이 부착된 하측 용기(82)를 접합시켜, 상측 용기(81)과 하측 용기(82)에 가감압 및 용액의 투입 배출을 행하는 노즐(83), (84)가 설치된 것을 준비하고(도 20(e-1)), 노즐(83)을 통해 가감압함으로써 이 가압력 또는 감압력에 의해 상측 용기(81) 내의 용액을 웰(16) 내의 용액과 접촉시켜 상측 용기(81)의 용액을 웰(16) 내의 용액과 혼합시키며(도 20(e-2)), 또한 하측 용기(82)로 이동시킨다(도 20(e-3)). 또한, 노즐(84)를 통해 가감압하여 용액을 용기 밖으로 배출한다((도 20 (e-4)). 또한, 웰 내를 다른 용액(85)로 충전하는((도 20(e-5)) 것도 가능하다.

이 경우, 상측 용기(81)과 하측 용기(82)의 용적은 동일하게 하고, 투입 용액량은 상하의 각 용기 용적보다 약간 많게 하는 것이 바람직하며, 이에 의해 하측 용기(82)에 용액이 이동한 경우에 상측 용기(81)에도 용액을 남길 수 있고, 필터 내에 공기가 들어가지 않아 가감 압력을 최소로 할 수 있다.

또한, 상술한 웰의 상하 용액이 이동할 때, 연속적으로 이동하지 않고 도중에 소정의 시간 동안 정지하도록 간헐적으로 이동시키는 것이 바람직하거나, 또는 정방향으로 이동하는 도중에 단시간 동안 부방향으로 이동시키는 것이 바람직하다. 이 방법에 의해 웰 내의 입자는 필터에 붙지 않고, 이동의 정지 또는 부방향으로의 이동에 의해 웰 내를 순환하여, 바이오칩 내의 용액과 입자와의 접촉 효율을 최대화시킬 수 있다.

<피검체의 투입 방법>

바이오칩의 각 웰에는 동일하거나 또는 다른 피검체를 투입할 수 있다. 각 웰에 동일 피검체를 투입하는 경우, 각 웰 상에 동일한 피검체를 스폿터 등으로 스폿 투입하거나, 또는 용기 내 용액을 피검체로 하여 상술한 방법에 의해 웰 내 용 액과 접촉시켜 웰 내 용액과 순환, 혼합, 확산, 반응시킬 수 있다.

칩의 웰 수가 많은 경우에는 용기 내의 피검체를 개재하는 방법이 바람직하다. 스폿에 의한 축차 스폿에서는 스폿팅에 시간이 걸리고, 병렬 스폿은 다수의 스폿터가 필요해진다.

또한, 각 웰에 각각 다른 피검체를 투입하는 경우에는 각 웰에 다른 피검체를스폿터 등으로 스폿 투입하거나, 또는 웰마다 독립된 용기에 수용된 각각 다른 피검체를 상술한 방법에 의해 웰 내 용액과 접촉시켜 웰 내 용액과 순환, 혼합, 확산, 반응시킬 수 있다.

여기에 이용되는 피검체로서는, 각종 배양액, 조직, 균, 바이러스, 세포, 림프구, 지질, 당쇄, 핵산, 뇨, 혈액, 혈청, 혈구, 인간/마우스 사이토카인, 세린/트레오닌, 키나제, 분자량이 50 내지 100만인 단백질인 합성 펩티드, 막 단백질, 효소, 신호전달 단백, 수송 단백, 인산화 단백질 등의 각종 단백질, 사이토카인, 림포카인, IgA 및 IgE 등의 항체, 각종 항원, 전사 인자, 분자량 50 내지 100만의 저분자 리드 화합물, 기질, 조효소, 조절 인자, 렉틴, 호르몬, 신경 전달 물질, 안티센스 올리고뉴클레오티드, 리보자임, 아프타머 등의 리간드, 각종 의약 후보 물질, 생리 활성을 갖거나, 또는 생리 활성을 갖는 가능성이 있는 각종 화학 물질 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

또한, 경합적 혼성화 또는 경합적 면역 분석 반응을 이용하는 경우에는, 표적 물질을 포함하는 피검체와 함께 표준 물질을 포함하는 표지 피검체를 동시에 병용한다.

또한, 피검체 이외에는, 다른 재료, 예를 들면 각종 완충액, 세정액, 라벨제, 이차 항체, 증감제 등도 상술한 방법에 의해 각 웰에 투입 가능하다.

<피검체 내의 표적 물질과 프로브의 반응 방법>

본 발명의 바이오칩 키트를 이용한 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 반응 방법에서는, 이하의 (1) 내지 (3)의 공정에 의해 반응을 행한다.

(1) 바이오칩의 웰에, 상술한 어느 한 방법에 의해 특정 입자를 웰에 수납하는 공정. 또한, 이 공정은, 칩 제조시에 칩 제조자에 의해 미리 조정되어 있어도 상관없다.

(2) 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하고, 상술한 조작 방법에 기초하여 상기 피검체와 모든 웰 중의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정. 이 공정에서는, 예를 들면 웰을 용기 내 용액 중에서 상하로 이동시키거나, 또는 용기 내 용액의 계면을 이동시킴으로써 용기 내 용액과 웰 내 용액을 일체화시켜, 피검체 내의 표적 물질과 프로브를 확산(및 반응)시킨다.

(3) 바이오칩의 용기에 수용된 상기 용액 중에서 웰을 상하로 이동시키거나, 또는 바이오칩의 용기에 수용된 상기 용액의 계면을 상하로 이동시킴으로써 피검체 내의 표적 물질과 프로브를 반응시키는 공정. 이 공정에서는, 상술한 조작 방법에 기초하여 피검체와 프로브를 반응시킨다.

<B/F 분리 방법>

본 발명의 바이오칩 키트를 이용한 B/F 분리 방법은, 상기 반응 방법에의 (1) 내지 (3)의 공정과, 이하의 (4), (5)의 공정에 의해 행한다.

(4) 상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 상기 입자에 담지된 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정.

(5) 세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 용기를 통해 세정액을 상기 바이오칩의 웰에 순환시킴으로써 상기 바이오칩의 웰 내외로 세정액을 출입시키며, 세정액을 웰 밖으로 배출함으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 물질을 세정 제거하는 공정.

<분획 분리 방법>

본 발명의 바이오칩을 이용한 피검체 내의 표적 물질의 분획 분리 방법은, 상기 반응 방법의 (1) 내지 (3)의 공정과, 이하의 (4) 내지 (6)의 공정에 의해 행한다.

(4) 상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 상기 입자에 담지된 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정.

(5) 세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 용기를 통해 세정액을 상기 바이오칩의 웰에 순환시키며, 상기 바이오칩의 웰 내외로 세정액을 출입시킴으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 비표적 물질을 제거하는 공정.

(6) 상기 바이오칩의 웰 측부의 하단에 설치된 오목부, 볼록부 또는 평활부와, 상단에 이것과 대응하는 볼록부, 오목부 또는 평활부를 갖는 용기를 감합시키고, 계속해서 분리제 용액을 바이오칩의 웰에 투입하여 상기 입자로부터 피검체 내 의 표적 물질을 분리하고, 상기 용기의 웰로 이동시키는 공정.

이하, 본 발명의 피검체의 분획 분리 방법의 일례에 대하여, 도 21 내지 23에 기초하여 구체적으로 설명한다. 우선, 바이오칩의 각 웰(16)마다 각각 이종의 프로브가 담지된 입자를 수납시킨다.

다음으로, 도 21(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 바이오칩(10)의 용기(12) 내에 피검 물질(25)가 포함된 피검체 용액을 투입하여, 피검체와 모든 웰(16) 내의 프로브 담지 입자(24)를 접촉 가능한 상태로 만든다. 이 때, 웰(16) 내에서의 용액 계면의 높이는 측벽(20)의 높이를 초과하지 않아야 한다.

이와 같이 소정의 계면 높이가 될 때까지 피검체를 포함하는 용액을 투입하는 방법으로는, 예를 들면 이하의 방법을 들 수 있다. 제1 방법은, 도 13에 나타낸 바이오칩 키트(14)와 같이, 칩(10)과 용기(12)가 독립된 것을 이용하여 용기(12)에 피검체 용액을 미리 넣어 두고, 여기에 칩(10)을 아래로 이동시켜 침지시키며, 필터(18)을 통해 각 웰(16) 내에 피검체 용액을 진입시키는 방법이다. 이 때에, 필터(18)의 압력 손실이 있는 경우에는, 칩(10)과 용기(12)가 서로 접하는 부분을 밀봉하여 필터(18)에 가압력 또는 감압력이 걸리도록 함으로써 피검체 용액을 필터(18)을 통해 각 웰(16) 내로 유도할 수 있다.

제2 방법은, 도 12에 나타낸 바이오칩 키트(14)와 같이, 미리 용기(12)의 저면과 필터(18)와의 거리를 일정하게 한 칩을 이용하여, 용기(12)의 저벽 또는 측벽에 형성한 도입구로부터 용액 수납실(26)을 통해 피검체 용액을 투입하는 방법이다.

피검체 용액은 웰 개구부(17)로부터 투입할 수 있고, 이 경우에는 스폿터 등을 이용하여 각 웰(16)마다 균등한 양을 투입하는 것이 바람직하다. 또한, 피검체 용액을, 예를 들면 도 21에 있어서의 42와 같은 도입구를 통해 투입하는 경우에는, 상기 도입구로부터 가압하여 피검체 용액을 보내거나, 또는 용액 수납실(26)측을 감압하여 피검체 용액을 보내는 방법 중 어느 방법도 이용 가능하다.

이들 방법에 의해, 피검체와 모든 웰(16) 내의 프로브 담지 입자(24)를 접촉시킬 수 있다(도 21(a)). 웰(16) 내의 프로브 담지 입자와 피검체 용액을 혼합, 확산, 반응시키는 방법으로는, 예를 들면 도 12(b) 및 도 13(b)에서와 같이 측벽(20)이 필터(18)로 형성되어 인접하는 각 웰이 필터(18)로 구획되어 있는 경우, 피검체 용액을 교반함으로써 각 웰(16) 내의 용액을 교체할 수 있다. 이 교반 방법으로서는, 교반 날개가 붙은 교반기, 음파 또는 초음파에 의한 진동, 공기나 상자성체(常磁性體)의 이동에 의한 교반 등, 기존 방법에 의한 교반이 가능하다. 이들 중에서 특히 바람직한 것은 음파 또는 초음파에 의한 진동이고, 용기(12) 또는 칩(10)을 진동시키거나, 또는 진동자를 칩(10) 내의 피검체 용액 중에 넣은 방법 등에 모두 이용 가능하다. 이 경우, 진동의 적용 주파수는 프로브나 피검체의 종류에 의해 적절하게 조절할 수 있고, 100 Hz 내지 1 GHz가 사용 가능하며, 바람직하게는 1 kHz 내지 300 MHz이다. 이 범위의 주파수는 임피던스가 낮고, 대상물의 손상을 최소한으로 억제할 수 있다. 적용 주파수가 100 Hz 미만이면 교반 능력이 낮고, 적용 주파수가 1 GHz를 초과하면 피검체 또는 프로브를 손상시킬 가능성이 있다. 또한, 도 13에서와 같이 용기(12)와 칩(10)이 독립된 경우에는, 칩(10)을 용 기(12) 내의 용액 계면으로부터 끌어올린 후에 용기(12) 내의 상기 용액을 상술한 방법 중 어느 방법에 의해 교반하고, 계속해서 칩(10)을 용기(12) 내의 용액에 재차 침지시키는 방법, 또는 칩(10)을 수평면에서 회전시키거나 또는 상하로 이동시킴으로써 용기(12)와 칩(10)을 서로 이동시키는 방법에 의해 각 웰(16) 내의 용액을 교체할 수 있다. 웰(16)이 필터(18)이 아닌 측벽으로 구획되어 있는 경우에는, 저벽(22)의 필터(18)로부터 용액을 용액 수납실(26)으로 유도한 후에 필터(18)을 통해 다른 웰(16) 내로 용액을 유도함으로써 용액을 교체할 수 있다.

또는, 도 12, 13 중 어떤 칩의 경우에도, 도입 구멍(42)로부터 가압 공기를 도입하여 용기(12) 내에서의 피검체 용액의 계면을 밀어올림으로써 웰(16) 내에 피검체 용액을 도입하는 것이 가능하다.

계속해서, 도 22(a)에 나타낸 바와 같이, 피검체 용액 계면 높이를 웰(16)의 저벽(22)의 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 프로브 담지 입자(24)에 담지된 프로브와 반응하지 않은 비표적 물질을 제거한다. 여기서, 용액 계면의 높이를 필터(18)의 저면 이하로 하는 방법으로는, 피검체 용액을 저벽(22)의 필터(18)을 통해 펌프 또는 가감압 등에 의해 배출구(44)로부터 용기(12) 밖으로 옮기거나 또는 용액 수납실(26)으로 옮기는 방법을 들 수 있다. 또한, 용기(12)와 칩(10)이 독립된 경우에는, 용기(12)와 칩(10)을 서로 이동시켜 필터(18)을 상하로 이동시키는 방법, 또는 칩(10)을 바이오칩(10)과 인접하는 용기, 또는 독립된 다른 용기에 옮기는 방법을 들 수 있다.

상기에서는, 한쪽이 개방된 웰을 이용하고 있지만, 도 14와 같은 필터가 대 면한 칩의 경우에는 웰로부터 입자가 누출되는 것을 우려할 필요가 없기 때문에, 액체면은 웰의 높이를 넘어 임의로 이동시킬 수 있다.

또한, 본 조작을 수행하기 전후에, 필요에 따라서 각종 세정제나 각종 완충액, 또는 이차 항체 등의 약액을 투입할 수도 있다. 이들 투입 방법은 피검체의 투입 방법과 동일하게 행할 수 있다.

계속해서, 도 23에 나타낸 바와 같이, 각 웰(16)에 대응하는 복수의 수납 웰(52)를 구비한 용기(54)를 준비하고, 각 웰(16)에 상부의 개구(17)로부터 분리제 용액을 투입하여 피검체의 표적 물질과 반응한 프로브 담지 입자로부터 이 표적 물질을 분리하고, 용기(54)로 표적 물질을 이동시킨다.

이 용기(54)는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 웰(52)의 저면에 미세한 관통 구멍(53)이 설치된 용기일 수도 있다. 이와 같이 관통 구멍을 설치함으로써 칩의 웰(16)과 용기의 웰(52) 사이에 압력차를 생성시킬 수 있어, 칩의 웰(16) 내의 액체를 일괄적으로 플로우다운 이동시킬 수 있다. 이 일괄적인 플로우다운 이동에 의하면, 각 칩의 웰로부터 용기의 웰로 액체를 이동시키는 공정을, 실린지 등을 통해 웰의 수와 동일한 횟수로 행하는 방법과 비교하여, 적은 이동 횟수로 행할 수 있으며 실린지 등에 의해 오염되거나, 또는 피검체 물질이 실린지에 부착되어 감모(減耗)되는 것을 방지할 수 있다.

이 용기 저면에 형성된 관통 구멍의 직경은 구멍의 높이에 따라 달라지지만, 바람직하게는 100 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 150 내지 300 ㎛이다. 공경이 500 ㎛를 초과하는 경우에는 액체가 저면으로부터 유출될 가능성이 있고, 공경이 100 ㎛ 미만인 경우에는 가감압시에 저항이 커진다.

분리제 용액은, 스폿터 등을 이용하여 웰 개구(17)로부터 각 웰(16)마다 개별적으로 또는 각 웰(16)에 한번에 투입할 수 있다.

표적 물질을 분리한 용액을 이동시키는 용기(54)는, 각 웰(16)과 각각 대응하는 복수의 표적 물질 수납 웰(52), (52)ㆍㆍㆍ를 설치한 용기(54)라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 웰(16), (16)ㆍㆍㆍ과 거의 동일한 크기를 갖는 표적 물질 수납 웰(52), (52)ㆍㆍㆍ를 설치한 용기(54)를 칩(10)의 바로 아래에 위치시키고, 분리제 용액을 웰 개구(17)로부터 투입하여 표적 물질을 상기 웰(16) 내의 프로브 담지 입자로부터 분리하고, 이를 그 바로 아래에 위치하는 표적 물질 수납 웰(52)에 수용시킬 수 있다.

웰 바닥부와 상부에 필터가 존재하는 도 14(a), (b), (c)의 경우에서도 상술한 방법에 준한 공정으로 행할 수 있다. 예를 들면 도 14(b)의 칩의 경우에는, 도 20(e-2), (e-3)에 나타낸 바와 같이, 노즐(83), (84)를 통해 가감압 공기를 출입시킴으로써 상측 용기(81) 내의 용액을 웰(16) 내의 용액과 일체화시켜, 상측 용기(81), 하측 용기(82)로 점차 이동시킬 수 있다.

상기 방법에 의해 분리 분획된 피검체는, 다음 반응 공정의 출발 물질 또는 분석을 위한 정제 물질로서 사용할 수 있다. 특히 질량 분석계, 라만 분석계, 표면 플라즈몬 분석계, X선 분석계, 전기 화학 검출 장치, 수정(水晶) 발신자 마이크로밸런스 검출 장치 등의 각 검출 장치에 분리 분획된 피검체를 투입하고, 소위 라벨제를 필요로 하지 않는 분석 방법에 의해 피검체의 내용을 해석ㆍ동정하는 것도 가능하다.

이들 수단에 의해 해석하는 데 있어서, 온도 등의 반응 조건을 변경하거나, 또는 시간 경과 검출을 여러 번 행함으로써, 소위 동력학(Kinetic) 해석을 행하는 것이 가능하다. 또한, 단순히 피검체의 내용이나 프로브와 반응한 리간드가 존재하는 지 여부를 해석할 뿐 아니라, 웰(16) 내의 각 입자에 대한 내용을 해석함으로써 피검체에 포함되는 표적 물질의 농도 또는 양을 구할 수 있다.

<피검체의 검출 방법>

본 발명의 피검체 내의 표적 물질의 광학적인 검출ㆍ동정 방법에서는, 상술한 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 반응 방법, 또는 B/F 분리 방법과 동일한 공정을 행한 후, 이하의 (1) 내지 (3)의 공정을 행한다.

(1) 라벨제를 투입하여 프로브와 표적 물질에 라벨제를 결합시키고, 그 후 결합하지 않은 라벨제를 세정하여 제거한다.

(2) 웰 내의 용액을 바닥부의 필터를 통해 웰 내로부터 웰 밖으로 배출하고, 웰 내의 입자를 필터의 세공에 위치시킨다.

(3) 입자에 담지된 프로브와 피검체의 표적 물질의 반응 또는 상호 작용을 검출한다.

또한, B/F 분리 공정은, 소위 균질계 분석 방법의 경우에는 생략할 수 있다.

공정(1)의 라벨제로서는, 예를 들면 방사선 동위원소, 유기 형광체, 희토류 등의 착체계 형광체, 형광 단백, 인광체, 양자 효과에 의한 발광 나노 입자, 화학 발광제, 효소 발광제, 금, 은의 나노 입자 등이 사용 가능하다.

또한, 이들 라벨제를 결합한 이차 항원 등의 이차 프로브, 또는 몰레큘러 비콘법을 위한 형광 분자/소광 분자, FRET(형광 공명 에너지 전이; Fluorescent Resonance Energy Transfer)법을 위한 공여자, 수용자 분자 등도 사용 가능하다.

공정(3)에서는, 입자마다, 입자의 프로브 식별 정보와 입자에 담지된 프로브와 피검체의 표적 물질의 반응 또는 상호 작용의 정보를 모두 검출할 수 있다. 또한, 각 웰마다의 입자에 대하여, 입자에 담지된 프로브 식별 정보를 식별하고, 계속해서 프로브와 피검체 내의 표적 물질과의 상호 작용에 관한 상태를 계측하며, 각 입자마다 얻어진 상호 작용의 상태 정보에 기초하여 웰 단위에 의한 상호 작용 정보를 산출할 수 있다.

이하, 본 발명의 피검체의 검출 방법의 일례에 대하여 구체적으로 설명한다. 우선, 각 웰마다 각각 이종의 프로브가 담지된 입자를 수납시킨다. 본 발명의 바이오칩을 피검체의 검출에 이용하는 경우, 각 웰의 각 프로브마다의 입자수는, 바람직하게는 1 내지 1000개, 보다 바람직하게는 1 내지 500개, 더욱 바람직하게는 1 내지 200개이다.

계속해서, 바이오칩(10)의 용기(12) 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하고, 상기 피검체와 각 웰(16) 내의 프로브 담지 입자를 접촉시킨다(도 21(a), (b)).

계속해서, 피검체 용액 계면의 높이를 웰(16)의 필터(18)의 하면 이하가 될 때까지 저하시키고, 프로브 담지 입자(24)에 담지된 프로브와 반응하지 않은 피검체를 제거한다(도 22(a)).

이들 공정은, 상술한 피검체의 분리 분획 방법에 의한 조작에 준하여 행해진다. 또한, 반응하지 않은 피검체를 제거하는 공정에서, 도 22(b)에 나타낸 바와 같이 세정액을 도입하여 입자를 세정하고, 필요에 따라 세정액의 도입, 교반, 배출을 반복하여 프로브 담지 입자로부터 반응하지 않은 피검체를 제거할 수 있다.

계속해서, 도 25에 나타낸 바와 같이, 바이오칩 내의 용액을 저면 필터를 통해 배출시키고, 웰(16) 내의 입자를 저면 필터(18)의 구멍 부분에 위치시킨 후에, 각 웰(16)에서 프로브 담지 입자와 피검체의 반응 또는 상호 작용을 검출한다. 또한, 실제로 프로브 담지 입자를 필터 구멍 상에 위치시킨 전자 현미경 사진을 도 28에 나타내었다.

종래와 같이 용액 중에서 프로브 담지 입자와 피검체의 반응을 검출하는 경우에는, 반응에 기여한 입자의 일부 또는 전부를 하나의 피검체로서 검출ㆍ동정 하였지만, 이와 같이 용액 계면의 높이를 필터(18)의 하면 미만이 될 때까지 저하시켜 프로브 부착 입자를 필터 구멍 상에 위치시킨 상태에서 검출을 행함으로써, 반응에 기여한 입자 모두를 입자 1개마다 검출ㆍ동정의 대상으로 하는 것이 가능하며, 이에 따라 검출 감도의 향상을 도모할 수 있다. 도 28은 프로브 담지 입자를 필터 구멍 상에 위치시킨 전자 현미경 사진이다.

피검체의 검출 방법으로서 통상 행해지고 있는 각종 방법이 적용 가능하고, 예를 들면 방사성 동위 원소 검출, 형광 검출, 화학 발광 검출, 효소 발광 검출, 라만 검출 등을 들 수 있지만 이들로 한정되지 않는다.

상기한 검출 방법에 의해 검출을 행하는 데 있어서, 온도를 변화시키거나, 또는 시간 경과 검출을 여러 번 행함으로써, 소위 동력학 해석을 행하는 것이 가능하다. 또한, 단순히 피검체의 내용이나 프로브와 반응한 리간드가 존재하는 지 여부를 해석할 뿐 아니라, 웰 내의 각 입자마다 내용을 해석함으로써 피검체에 포함되는 리간드의 농도 또는 양을 구할 수 있다.

또한, 형광 발광, 화학 발광 검출 등의 소위 광학적인 검출에서는, 웰을 포함하는 칩을 수납하는 용기로부터 이 칩을 꺼내어, 칩에만 여기 광을 조사하고, 검출 광을 검출하는 것이 바람직하다. 칩을 용기로부터 꺼낸 경우에는, 여기 광은 칩 상면, 하면 중 어디에서도 조사 가능하다. 또한, 검출 광도 칩 상면, 하면 중 어디에서도 검출 가능해진다.

용기로부터 칩을 꺼냄으로써 용기의 일그러짐이나 용기에서 유래하는 자가 형광 발광의 영향을 없애는 것이 가능하고, 또한 물체와의 거리가 가까와지기 때문에 광학 검출시의 개구수 NA(Numerical Aparture)를 크게 할 수 있다.

또한, 도 16과 같이 용기를 투명하게 함으로써, 용기로부터 칩을 꺼내지 않고 여기 광, 검출 광 모두를 칩의 상하로부터 취출(取出)할 수 있다. 이 경우, 도 16의 투명 플레이트(94)의 두께와 플레이트(87b)의 두께를 가능한 얇게 함으로써 NA를 크게 할 수 있다.

또한, 도 14(b) 또는 (c)의 칩에서는, 반응 후에 검출하기 위해 상측 필터에 부착된 상측 용기(81)를 제거하고, 하측 필터에 입자가 배열된 하측 필터 부착의 하측 용기(82)에 대하여 상측 개방면으로부터 광을 조사하여 검출하는 것도 가능하다.

상기 검출 공정에서, 각 웰에서 입자에 담지된 프로브와 피검체의 상호 작용에 관한 상태를 계측하고, 각 입자마다 얻어진 상호 작용의 상태 정보에 기초하여 웰 단위에 의한 상호 작용 정보를 산출하는 경우에 대하여 설명한다. 우선, 각 웰에 수납되어 있는 프로브 담지 입자에 대해 프로브와 피검체의 상호 작용에 관한 정보를 계측한다. 이 계측을 행하는 수단으로, 상기에 기재한 각종 방법이 사용 가능하다. 예를 들면, 형광 검출의 경우에는, 동일한 웰 내에 배열한 각 입자에 검출용 UV 광 또는 가시광 등의 여기 광을 조사하고, 그 결과 얻어지는 검출 광 등의 신호를 CCD 카메라, 형광관 등으로 검출한다. 이 방법을 입자마다 개별적으로 행하고, 또한 이 검출 조작을 다른 웰 내의 입자에 대해서도 동일하게 축차적으로 행한다. 다음에, 이들 얻어진 데이터를 각 웰마다 누적 처리하여, 웰 내의 입자수 N의 각 데이타에 대한 통계적인 표준화 처리를 행한다. 또한, 필요에 따라 이미 존재하는 각종 데이터베이스의 데이터와 비교 참조하여, 상기 데이터를 수정 처리 또는 판정 처리하는 것이 가능하다.

이 방법에 의해, 예를 들면 종래의 바이오칩에서의 웰 또는 셀 단위에 의한광학적인 검출 방법과 같이, 1개의 웰 또는 셀이 발하는 형광 강도, 형광 스페트럼을 측정하는 방법에 비해, 웰 내의 입자 프로브의 개수 N개마다의 정보가 얻어지기 때문에 정보량이 많아져서 감도가 향상되거나, 또는 N개의 입자 프로브의 정보의 분포를 통계적으로 처리함으로써, 정량적인 검출ㆍ동정이 가능해진다.

또한, 온도 등의 반응 조건을 변화시키거나, 또는 복수회의 시간 경과 검출을 행하는, 소위 동력학 해석에 있어서, 웰 내 입자마다, 또는 입자의 검출 패턴을 경시적으로 추적함으로써, 모(母)수 N이 많아 신뢰성이 높은 해석 데이터를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 바이오칩에는, 그의 프로브로서 핵산을 입자에 담지한 DNA 칩 이외에, 항원 및 항체 등의 단백질 또는 이들 단백질과 반응하는 화학 물질을 입자에 담지한 프로테인 칩, 저분자 화합물을 담지하여 단백질 등과의 상호 작용을 스크리닝하는 칩, 당쇄를 입자에 담지한 당쇄 칩, 세포를 입자에 담지한 세포 칩 등도 포함된다.

이들 DNA 칩, 프로테인 칩, 당쇄 칩 및 세포 칩은, 담체 상에 고정된 각종 프로브에 의해 유전자 기능 해석; 유전자 발현 해석; 기능 프로테오믹스 또는 구조 프로테오믹스; 기능 세롬, 구조 세롬, 질병 해석, 각종 감염증 등의 질병의 나환 상황을 확인하기 위한 임상 검사; 유전자 다형의 검출; 테일러 메이드 용법 또는 화학요법이라고 하는 환자의 유전자 서열에 따른 치료 의약의 선정; 핵산, 단백질, 세포, 또는 당쇄와 화학 물질의 상호 작용 연구, 오펀(orphan) 수용체 리간드 탐색; 톡시코게노믹스(toxicogenomics)라고 하는, 의약품 개발을 위한 약리 스크리닝 또는 화학 물질의 안전성 및 독성의 스크리닝; 그 밖의 각종 스크리닝 등에 응용할 수 있다. 또한, 특정한 피검체와 특정한 프로브의 조합에 의해, 면역 분석, 단백질-DNA, 단백질-단백질 등의 상호 작용 분석, 단백, 당쇄, 세포-리간드 분석, 리셉터 리간드 분석, 키나제 등의 효소 분석 등의 각종 분석계를 조직할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.

[실시예 1]

전기주조에 의한 필터와 리브의 제조

1. 필터의 제조

스테인레스 기판(SUS304, 치수 120 mm×120 mm×두께 1 mm) 상에 레지스트 THB-110N(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)를 스핀 코팅으로 막 두께 5 ㎛가 되도록 도포하고, 핫 플레이트 상에서 5 분간 120 ℃에서 예비 베이킹을 행하였다. 예비베이킹 후, 마스크 얼라이너(mask aligner) M-3LDF(상품명: 미카사 가부시끼가이샤(Mikasa Corp.) 제조)를 이용하여 400 mJ/cm²의 노광량으로 전기 도금되지 않는 부분을 남기도록 소정의 패턴을 베이킹하였다. 현상액으로 PD523(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여 현상을 행한 후, 핫 플레이트 상에서 5 분간 90 ℃에서 포스트베이킹을 행하였다.

계속해서, pH를 4.0 내지 4.5로 유지하고, 욕조 온도 50 ℃로 유지한 술파민산니켈 욕조(욕조 조성: 술파민산니켈 60 ％ 액 700 g/l, 브롬화니켈 5 g/l, 붕산 35 g/l, 응력 조정제 1.5 g/l, 피트 방지제 2.5 ml/l) 중에 레지스트 THB-110N으로 패턴화한 SUS 기판을 투입하고, 7 V의 전압으로 1 A/dm²의 전류 밀도가 되도록 전압 전류를 제어하고, 30 분간 직류를 인가하여 두께 5 ㎛, 최소 공경 3 ㎛, 최소 구멍간 거리 7 ㎛의 니켈막을 얻었다.

전기 도금 후, 전기주조 시료를 레지스트 스트립퍼 THB-S1(상품명: JSR 가부 시끼가이샤 제조)에 30 분간 교반 침지시킴으로써 모든 레지스트를 박리하여 필터를 얻었다.

2. 리브의 제조

전기주조법에 의해 얻은 니켈 필터 상에, 상기와 동일한 공정으로 리브를 쌓아 올림으로써 리브가 부착된 필터를 얻었다. 장치 및 전기주조 조건은 상기한 필터 제조 조건과 거의 동일하지만, 필터 두께 5 ㎛에 대하여 리브의 두께가 50 ㎛가 되도록 레지스트로 THB-220N(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)을 이용하여 스핀 코팅에 의해 도포하고, 65O mJ/cm²의 노광량으로 노광하였다. 또한, 두께 5O ㎛의 니켈 도금막을 얻기 위해서 니켈 도금을 5 시간 행하였다.

[실시예 2]

산화막이 부착된 실리콘 웨이퍼의 에칭에 의한 필터와 리브의 제조

1. 필터의 제조

레지스트 IX1170G(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)를, 스피너(크린 트랙 마크8(CLEAN TRACK MARK8)상품명): 도쿄 일렉트론사(Tokyo Electron Limited) 제조)를 이용하여 6 인치의 산화막이 부착된 실리콘 웨이퍼(두께 2 ㎛) 상에 3300 rpm에서 30 초간 스핀 코팅하고, 핫 플레이트(크린 트랙 마크8(상품명): 도쿄 일렉트론사 제조)에서 60 초간 90 ℃에서 건조시켜 막 두께가 0.86 ㎛인 레지스트막을 얻었다. 이 레지스트막에 축소 투영 노광 장치 NSR-2205i12D(상품명: 니콘사(Nikon Corporation) 제조, NA=0.57, 시그마=0.60)를 이용하여 0.4 umC/H 1000 msec, 0.8 umC/H 580 msec의 노광량으로 노광한 후, 현상액 PD523AD(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여 23 ℃에서 1 분간 패들 현상하였다. 계속해서 20 초간 수세하고 건조시켜 레지스트 패턴을 얻었다.

레지스트 패턴을 실시한 산화막이 부착된 두께 2 ㎛의 실리콘 웨이퍼에, 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 CF₄ 플라즈마를 RIE 모드로 조사한 후에 O₂ 플라즈마로 레지스트를 제거하고, 산화막에 필터 공경의 직경과 구멍간의 공간이 0.4/0.8, 0.8/0.8, 2.8/1.0, 2.8/2.0, 2.8/2.8, 2.8/4.0, 4.0/1.0, 4.0/2.0, 4.0/4.0, 4.0/6.0, 4.0/8.0, 8.0/2.0, 8.0/4.0, 8.0/6.0 ㎛이고, 높이가 2 ㎛인 구멍이 형성된 필터를 얻었다.

2. 리브의 제조

필터 가공을 실시한 면과는 반대측 면에, 레지스트(THB-151N)를 스피너(스핀 코터 1H-DX2(상품명): 미카사 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여 1700 rpm에서 20 초간 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서 5 분간 120 ℃에서 건조시켜 막 두께 40 ㎛의 레지스트막을 얻었다. 이 레지스트막에 등배(等倍) 투영 노광 장치 MA-150CC(상품명: 주스 마이크로텍사(Suss MicroTec k.k.) 제조)를 이용하여 노광한 후, 현상액 PD523AD(상품명: JSR 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여 23 ℃에서 90 초간 패들 현상하였다. 이어서, 30 초간 수세하고 건조시켜 레지스트 패턴을 얻었다.

레지스트 패턴을 실시한 산화막이 부착된 두께 440 ㎛의 실리콘 웨이퍼에, 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 SF₆ 플라즈마를 RIE 모드로 조사한 후에, 0₂ 플라즈 마로 레지스트를 제거하여 실리콘에 높이가 440 ㎛이고, 직경이 500 ㎛인 구멍이 형성된 웰을 갖는 실리콘 웨이퍼를 얻었다. 이것을 다이싱 소(dicing saw)로써 절단하여 10 mm²에 웰이 28개 존재하는 칩을 제조하였다.

[실시예 3]

소혈청을 PBS(인산 완충된 염수)로 10배 희석한 용액을 준비하였다. 실시예 2에서 얻어진 필터 공경이 4.0 ㎛이며 구멍 간격이 2.0 ㎛인 칩을 이용하여, 도 16(b)의 용기에 칩을 셋팅하고, 상측 뚜껑에 튜브를 셋팅하고, 튜브의 다른 단면에 소혈청 희석액을 넣은 탱크를 접속시키고, 탱크의 높이를 압력차가 4 gf/cm² 및 18 gf/cm²가 되도록 셋팅하고, 소혈청 희석액을 칩 용기의 필터부에 흘림으로써 하측 용기의 하측 뚜껑으로부터 소혈청 희석액을 배출하였다. 각 시간에서의 총 토출량과 토출 시간과의 관계를 도 30에 나타내었다.

상기 도 30에 나타낸 바와 같이, 필터로부터의 토출량은 거의 일정하였고, 평가 시간 중에 클로깅은 일어나지 않았으며, 또한 파괴되는 경우도 없었다.

[실시예 4]

실시예 3과는 칩의 공경과 구멍 간격이 다른 8 종류의 조합에 대하여, 압력차를 18 gf/cm²로 하여 실시예 3과 동일한 시험을 행하였다. 그 결과를 도 31에 나타내었다. 또한, 상기 도 31에 있어서, a/r은 필터의 개구율을 나타낸다. 시험 결과, 도 31의 영역 A(개구율이 10 ％ 미만)에서는 필터가 막히기 쉽고, 영역 B(개 구율이 60 ％ 초과)에서는 필터가 파괴되었다. 이와 같이 개구율이 10 ％ 내지 60 ％인 것에서는 클로깅과 파괴가 생기지 않았다.

Claims (46)

1. 균일한 공경을 갖는 직선형 세공이 균일한 구멍 간격으로 형성된 필터가 바닥부에 설치된 웰을 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
2. 제1항에 있어서, 상기 필터의 두께가 1 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 바이오칩.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필터의 개구율이 15 내지 60 ％인 것을 특징으로 하는 바이오칩.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터의 표면 재질이 실리카, 티타니아 또는 알루미나인 것을 특징으로 하는 바이오칩.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 일체로 형성된 복수의 상기 웰을 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단수의 상기 웰을 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웰에서의 필터의 상면측 또는 하면측에 보강용 리브부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
8. 제7항에 있어서, 상기 보강용 리브부가 복수의 관통 구멍이 형성된 일체 형상인 것을 특징으로 하는 바이오칩.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 보강용 리브부가 상기 필터와 직접 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 보강용 리브부가 상기 필터와 동일한 재료로 연속 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웰의 바닥부에 그의 주연부로부터 소정의 폭으로 필터의 세공이 형성되어 있지 않은 무공부(無孔部)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 필터가 바닥부에 설치됨과 동시에, 웰을 사이에 두고 제1 필터와는 반대측에 제2 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웰에 프로브 담지 입자가 분산된 분산액이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
14. 제13항에 있어서, 상기 입자의 입경과 필터의 공경의 비율이 입경/공경=1.1 내지 2.5이며, 입경<구멍 간격<입경×10인 것을 특징으로 하는 바이오칩.
15. 제13항에 있어서, 상기 입자의 입경, 필터의 공경 및 구멍 간격이, 입경>공경+구멍 간격/2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
16. 제13항에 있어서, 상기 웰에 프로브 식별 정보를 제공하기 위한 1 종 이상의 식별 수단을 갖는 프로브 담지 입자가 분산된 분산액이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.
17. 제16항에 있어서, 상기 식별 수단이, 프로브 담지 입자의 색, 형상, 입경 및 유전자 서열로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 바이오칩.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 모든 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 동일한 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대한 상기 프로브 식별 정보가 동일한 것을 특징으로 하는 바이오칩.
19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 모든 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 동일한 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대한 상기 프로브 식별 정보가 다른 것을 특징으로 하는 바이오칩.
20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 1 종 이상의 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 다른 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대하여, 그 모든 식별 수단에서의 상기 프로브 식별 정보의 구성이 동일한 것을 특징으로 하는 바이오칩.
21. 제16항 또는 제17항에 있어서, 1 종 이상의 상기 식별 수단에서의 프로브 식별 정보가 다른 복수의 프로브 담지 입자가 동일한 웰에 수납되며, 각 웰에 수납된 복수의 프로브 담지 입자에 대하여, 그 1 종 이상의 상기 식별 수단에서의 상기 프로브 식별 정보의 구성이 다른 것을 특징으로 하는 바이오칩.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 바이오칩에서 일체로 형성된 복수의 웰 또는 단수의 웰을 수납하거나, 또는 상기 웰과 접속되는 용기를 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
23. 제22항에 있어서, 상기 용기가 상기 웰과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
24. 제22항에 있어서, 상기 용기가 상기 웰과 독립적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기가 상기 바이오칩의 웰에 대응하는 웰을 갖는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
26. 제25항에 있어서, 상기 용기의 웰 바닥부에 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 바이오칩과 상기 용기가 대응하는 웰이 상호 연결되도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
28. 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기가 관통 구멍이 형성된 플레이트와 관통 구멍이 형성되어 있지 않은 플레이트 중 적어도 어느 하나를 이용하여 복수의 상기 플레이트를 적층시킴으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
29. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 바이오칩들이 대응하는 웰이 상호 연결되도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
30. 제22항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오칩의 웰 측부의 하단에 설치된 평탄부와 별도의 상기 용기 또는 상기 바이오칩의 웰 측부의 상단에 설치된 평탄부가 웰이 상호 연결되도록 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
31. 제22항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오칩의 웰 측부의 하단에, 별도의 상기 용기 또는 상기 바이오칩의 웰 측부의 상단에 설치된 볼록부와 감합(嵌合)하는 위치 정렬용 오목부 또는 별도의 상기 용기 또는 상기 바이오칩의 웰 측부의 상단에 설치된 오목부와 감합하는 위치 정렬용 볼록부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트.
32. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 바이오칩을 제조할 때, 조성이 다른 재질로 형성된 2개 이상의 층을 포함하는 플레이트에 대하여, 한쪽 측면으로부터 2개 층 사이의 경계까지 패턴 에칭을 행하여 웰 구멍을 형성함과 동시에, 다른 측면으로부터 2개 층 사이의 경계까지 패턴 에칭을 행하여 필터 구멍을 형성하고, 이에 의해 웰과 필터가 접합된 바이오칩을 얻는 것을 특징으로 하는 바이오칩의 제조 방법.
33. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 바이오칩을 제조할 때, 실리콘 웨이퍼를 에칭함으로써 필터, 리브 및 웰을 각각 제조하고, 계속해서 이들을 적층하는 것을 특징으로 하는 바이오칩의 제조 방법.
34. 용기가 바이오칩의 웰과 독립적으로 형성되어 있는 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 기재된 바이오칩 키트의 상기 용기에 수용된 용액 중에서 바이오칩의 웰을 상하로 이동시킴으로써, 상기 용기 내의 용액과 웰 내의 프로브 담지 입자 및(또는) 용액을 접촉시키는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트의 조작 방법.
35. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 기재된 바이오칩 키트의 용기에 수용된 용액의 계면을 상하로 이동시킴으로써, 상기 용기 내의 용액과 웰 내의 프로브 담지 입자 및(또는) 용액을 접촉시키는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트의 조작 방법.
36. 바이오칩을 수납하는 용기를 구비하는 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 기재된 바이오칩 키트의 상기 용기와 칩 사이, 또는 상기 칩에서의 상호 웰 사이에 압력차가 생기게 하여, 이를 이용하여 웰 내의 액체와 프로브 담지 입자의 접촉, 웰 사이에서의 액체 이동, 또는 이들 둘 모두를 행하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트의 조작 방법.
37. 바이오칩과 접속하는 용기를 구비하는 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 기재된 바이오칩 키트의 상기 용기와 칩 사이, 또는 상기 칩에서의 상호 웰 사이에 압력차가 생기게 하고, 이를 이용하여 웰 내의 액체와 프로브 담지 입자의 접촉, 웰 사이에서의 액체 이동, 또는 이들 둘 모두를 행하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트의 조작 방법.
38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기 내의 용액과 웰 내의 프로브 담지 입자 및(또는) 용액을 접촉시킴으로써 바이오칩 내의 내용물을 혼합, 확산, 반응, 분리 또는 세정하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트의 조작 방법.
39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오칩의 각 웰에 동일 피검체를 투입하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트의 조작 방법.
40. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오칩의 각 웰에 다른 피검체를 투입하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 키트의 조작 방법.
41. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 기재된 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 칩을 만드는 공정;

    상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와, 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정; 및

    바이오칩의 용기에 수용된 상기 용액 중에서 웰을 상하로 이동시키거나, 바이오칩의 용기에 수용된 상기 용액의 계면을 상하로 이동시키거나, 또는 압력차를 부가함으로써 웰 내외의 용액을 순환시켜 피검체 내의 표적 물질과 프로브를 반응시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 반응 방법.
42. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 기재된 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 칩을 만드는 공정;

    상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정;

    상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 상기 입자에 담지시킨 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정; 및

    세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 세정액을 상기 용기를 통해 상기 바이오칩의 웰로 순환시켜 상기 세정액을 상기 바이오칩의 웰 내외로 출입시키며, 세정액을 웰 밖으로 배출함으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 물질을 세정 제거 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 피검체 내로부터 표적 물질을 B/F 분리하는 방법.
43. 제30항 또는 제31항에 기재된 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 칩을 만드는 공정;

    상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정;

    상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시켜 상기 입자에 담지한 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정;

    세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 세정액을 상기 용기를 통해 상기 바이오칩의 웰로 순환시켜 상기 세정액을 상기 바이오칩의 웰 내외로 출입시키며, 세정액을 웰 밖으로 배출함으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 물질을 세정 제거하는 공정; 및

    상기 바이오칩의 웰 측부의 하단에 설치된 오목부, 볼록부 또는 평활부와, 상단에 이것과 대응하는 볼록부, 오목부 또는 평활부를 갖는 용기를 감합시키고, 계속해서 분리제 용액을 바이오칩의 웰에 투입함으로써 상기 입자로부터 피검체 내의 표적 물질을 분리하여 상기 용기의 웰로 이동시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 피검체 내의 표적 물질의 분획 분리 방법.
44. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 기재된 키트에 있어서의 바이오칩의 웰에 특정 입자를 수납시켜 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 칩을 만드는 공정;

    상기 바이오칩의 웰 내에 피검체를 포함하는 용액을 투입하여 상기 피검체와 모든 웰 내의 상기 입자를 접촉 가능한 상태로 만드는 공정;

    상기 용액 계면의 높이를 웰 바닥부의 필터 하면 미만이 될 때까지 저하시키고, 상기 입자에 담지한 프로브와 반응하지 않은 피검체를 각 웰 내에서 제거하는 공정;

    세정액을 바이오칩의 웰에 투입하고, 상기 세정액을 상기 용기를 통해 상기 바이오칩의 웰로 순환시켜 상기 세정액을 상기 바이오칩의 웰 내외로 출입시키고, 세정액을 웰 밖으로 배출함으로써 프로브 결합 표적 물질 이외의 물질을 세정 제거하는 공정;

    웰 내의 입자를 필터의 세공에 위치시키는 공정: 및

    상기 입자에 담지된 프로브와 피검체의 표적 물질과의 반응 또는 상호 작용을 검출ㆍ동정되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 피검체 내의 표적 물질과 프로브의 상호 작용의 검출ㆍ동정 방법.
45. 제44항에 있어서, 입자마다, 입자의 프로브 식별 정보와 상기 입자에 담지된 프로브와 피검체의 표적 물질과의 반응 또는 상호 작용에 대한 정보를 모두 검출하는 것을 특징으로 하는, 피검체 내의 표적 물질의 검출ㆍ동정 방법.
46. 제44항에 있어서, 각 웰의 입자에 대하여 상기 입자에 담지된 프로브 식별 정보를 식별하고, 계속해서 프로브와 피검체 내의 표적 물질의 상호 작용에 관한 상태를 계측하여, 각 입자에 대해 얻어진 상호 작용의 상태 정보에 기초하여 웰 단위에 의한 상호 작용 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는, 피검체 내의 표적 물질의 검출ㆍ동정 방법.

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