KR20060062712A - 열분배 소자를 포함하는 ｌｏｃ 칩 - Google Patents

열분배 소자를 포함하는 ｌｏｃ 칩 Download PDF

Info

Publication number
KR20060062712A
KR20060062712A KR1020040101649A KR20040101649A KR20060062712A KR 20060062712 A KR20060062712 A KR 20060062712A KR 1020040101649 A KR1020040101649 A KR 1020040101649A KR 20040101649 A KR20040101649 A KR 20040101649A KR 20060062712 A KR20060062712 A KR 20060062712A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microchamber
temperature
heat
heat distribution
heater
Prior art date
Application number
KR1020040101649A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100593687B1 (ko
Inventor
윤태환
김성진
표현봉
최창억
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020040101649A priority Critical patent/KR100593687B1/ko
Publication of KR20060062712A publication Critical patent/KR20060062712A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100593687B1 publication Critical patent/KR100593687B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/5432—Liposomes or microcapsules
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J41/00—Thermally-insulated vessels, e.g. flasks, jugs, jars
    • A47J41/0005—Thermally-insulated vessels, e.g. flasks, jugs, jars comprising a single opening for filling and dispensing provided with a stopper
    • A47J41/0016—Thermally-insulated vessels, e.g. flasks, jugs, jars comprising a single opening for filling and dispensing provided with a stopper the stopper remaining in the opening and clearing a passage way between stopper and vessel for dispensing
    • A47J41/0022—Thermally-insulated vessels, e.g. flasks, jugs, jars comprising a single opening for filling and dispensing provided with a stopper the stopper remaining in the opening and clearing a passage way between stopper and vessel for dispensing the stopper comprising two or more pieces movable relatively to each other for opening or closing the dispensing passage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1096—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA cDNA Synthesis; Subtracted cDNA library construction, e.g. RT, RT-PCR
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/028—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples using microstructures, e.g. made of silicon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54386—Analytical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/42—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction
    • H01B7/428—Heat conduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00439—Physico-chemical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00465—Heat conducting materials

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩은 생화학 미소유체를 수용하는 마이크로챔버와, 상기 마이크로챔버에 열 유속을 공급하는 히터와, 상기 히터로부터 나오는 열 유속을 상기 마이크로챔버로 균일하게 분포시키는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩을 제공한다.
이러한 구성에 의하여, 마이크로챔버 내부에 적용된 열분배 소자에 의해 보다 양호한 균일한 온도분포를 유지할 수 있으며, 이로써 보다 높은 수율을 달성할 수 있다.
마이크로챔버, RTD, DNA LOC, 열분배 소자

Description

열분배 소자를 포함하는 ＬＯＣ 칩{LAB ON A CHIP HAVING HEAT SPREADER}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 DNA LOC 의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 열분배 소자를 적용한 DNA LOC 의 개략적인 평면도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 히터 패턴 및 온도센서 패턴을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 1의 DNA LOC 에 의한 가열 메커니즘 및 이에 의한 온도변화를 나타내는 도면이다.
도 5a는 종래기술의 마이크로챔버에 인가된 전압에 따른 RTD1 및 RTD2 에 의한 온도측정 그래프이다.
도 5b는 도 5a의 마이크로챔버의 온도증가에 따른 RTD1 및 RTD2 에 의해 측정된 온도차이를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩에 관한 것으로, 특히, 미세 PCR 소자 및 각종 열 순환기(thermal cycler)를 포함하는 열 조절기(thermal controller)에 있어서 미소 유체의 온도분포의 균일성을 향상시키는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩에 관한 것이다.
일반적으로, PCR (Polymerase Chain Reaction)은 체외에서 DNA 유전자 시료를 증폭하는 분자 생물학적인 방법이다. PCR 기술은 생물학 종의 인식과 법의학, 환경, 산업용 시료 그리고 병원균의 인식 등에서 DNA 유전자 감지 민감도를 증가시키기 위해 DNA 유전자 시료의 양, 농도를 높이는 기술이며, 특히, 미세 가공 구조를 이용하는 미세 PCR 소자는 시료 및 시약의 소모가 적고 동작 시간이 짧은 장점을 가질 수 있다.
PCR은 온도 조절이 매우 중요한 화학반응으로서, 대상 시료를 세 가지 온도 프로파일로(53℃, 72℃, 92℃ 정도로 PCR하는 대상 DNA에 따라서 1 내지 3℃ 씩 변경될 수 있다) 반복하여 가열, 냉각시키는 방법이다. 또한, 요구되는 온도의 정확도는 0.5 내지 1℃ 미만이다. 미세 PCR 소자에서는 미세 가열기 챔버의 빠른 온도 응답과 함께 정확한 온도, 균일한 온도분포 등 세 가지 요소가 중요한데, 이를 각각 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 빠른 온도 응답을 위해서 적은 볼륨(volume)의 챔버를 써서 열적 부담(thermal budget)을 줄이고 챔버를 열적 고립(thermal isolation)을 시켜서 가열시 열손실을 줄인다. 여기서, 열적 고립은 냉각은 더디게 하므로 팬(fan)이나 펠티어 (peltier) 소자와 같은 부가적인 냉각장치를 쓰기도 한다.
둘째, 정확한 온도제어를 위해서는 PID 제어와 같은 폐루프 피드백(closed loop feedback) 제어를 사용하고, 미세 온도 센서를 챔버 내에 제작하여 챔버 내부의 온도를 직접적으로 측정한다.
셋째, 균일한 온도 분포를 위해서는 챔버 내부의 시료 유체를 고르게 가열할 필요가 있다. 또한, 챔버가 열적 고립이 될수록 챔버 내부에서의 온도편차가 줄어든다.
앞서 상술한 세 가지 요소와 관련하여 기존 발표된 미세 PCR 소자들은 적은 볼륨의 챔버를 사용하고, 열적 고립을 위해 주로 에어 갭(Air gap)을 형성하며, 열전도도(thermal conductivity)가 낮은 재료로 챔버를 감싸도록 설계를 했다. 2002년에 발표된 삼성 논문 {D S Yoon, Y-S Lee, Y Lee, H J Cho, S W Sung, K W Oh, J Cha and G Lim J. Micromech. Microeng.12 No 6 (November 2002) 813-823 "Precise temperature control and rapid thermal cycling in a micromachined DNA polymerase chain reaction chip"} 에서는, 실리콘과 글래스를 이용하여 소자를 제작하였는데 열적 고립을 위해서 실리콘 챔버 외곽에 깊은 트렌치 그루브(deep trench groove)를 형성하였고, 이로써 가열시 온도 응답 속도를 줄임과 동시에 전력소모를 줄였다.
또한, 그루브를 형성함으로써 실리콘 챔버를 외곽 벌크 실리콘으로부터 고립시켜 열적부담 자체도 줄이는 효과가 있다. 즉 가열 속도를 줄이는 효과가 있다. 이는 전체 열량을 줄임으로써 냉각 속도를 줄이는 효과도 있다. 더 나아가 챔버 하판 재료로 쓰인 실리콘 웨이퍼는 열전도도가 높은 물질로써 챔버 내부를 균일하게 가열하는데 유리하다.
하지만, 미세 PCR 소자로서 실리콘과 글래스 기판 재료는 일회용 소자 응용으로는 가격이 비싸고 실리콘 식각과 같은 공정도 원가 면에서 불리한 문제점이 있다.
한편, 정확한 온도 제어를 위해서 기존의 열 순환기들은 대부분 폐루프 피드백 제어를 사용하고 미세 챔버 내부에 미세 온도센서를 제작함으로써 온도를 직접 측정하여 제어한다. 균일한 온도 분포를 위해서 챔버 내부의 시료 유체를 고르게 가열하기 위해서는 히터(heater)에서 나오는 열유속(heat flux)을 골고루 시료 유체에 전달할 수 있어야 한다. 이와 함께, 열이 챔버 외부로 과도하게 유출되지 않을수록 챔버 내부에서의 온도 프로파일의 기울기가 완만하게 되어 온도편차가 줄어든다. 앞서 언급한 삼성 논문에서는 챔버가 열전도율이 양호한 실리콘 재질로 이루어져 있어서 챔버 내부를 효과적으로 골고루 가열할 수가 있다.
하지만, 미세 PCR 소자를 일회용으로 제작하기 위해서는 재료 가격이 낮은 플라스틱 폴리머 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 플라스틱 재료를 사용하여 챔버를 제작할 경우에는 재료의 낮은 열전도도 때문에 히터에서 나오는 열이 골고루 유체에 전달되는데 한계가 있는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마이크로 챔버 내의 미소 유체를 가열 또는 냉각시, 온도의 균일성을 향상시키는 PCR 시스템용 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩을 제공하는 데 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명은 생화학 미소유체를 수용하는 마이크로챔버와, 상기 마이크로챔버에 열 유속을 공급하는 히터와, 상기 히터로부터 나오는 열 유속을 상기 마이크로챔버로 균일하게 분포시키는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩을 제공한다.
바람직하게, 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩에 있어서, 상기 열분배 소자의 영역이 상기 마이크로챔버의 영역보다 더 넓다. 상기 열분배 소자는 열전도도가 양호한 금속을 포함한다. 상기 열분배 소자는 금, 은, 또는 그라파이트를 포함한다. 상기 히터는 지그재그형으로 형성된다. 상기 지그재그형태의 히터 사이에 삽입되어 형성되며, 상기 마이크로챔버의 온도를 감지하는 온도센서를 추가적으로 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도 1 내지 도 5b를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 DNA LOC 의 개략적인 단면도을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 예시한 DNA LOC(lab on a chip) 칩은 히터(120)와 온도센서(resistance temperature detector: RTD)(130)가 상부에 형성되는 하부기판(100)과, 유체를 제어하기 위한 채널과 마이크로챔버(160)가 형성되어 있는 상부기판(150)을 접합(Bonding)한 형태이다. 하부기판(100)은 열전도도가 낮은 플라스틱 또는 폴리머 필름 기판을 사용하여 마이크로 챔버(160)를 열적 고립(thermal isolation)시킨다. 이는 가열시 빠른 응답속도를 위한 것이다. 또한, 플라스틱/폴리머기판 위에 반도체 박막 공정을 통하여 히터(120)와 온도센서(130) 금속 패턴을 형성한다. 금속패턴은 금, 은을 포함하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 절연을 위하여 절연막(160)으로 금속패턴(120,130)을 덮는다.
여기서, 종래의 DNA LOC 칩과 달리 마이크로챔버(160) 내의 유체의 온도 분포의 균일성을 제공하기 위한 열분배 소자(heat spreader)(170)가 히터(120) 및 온도센서(130) 상부에 형성되는데, 이는 히터(120)로부터 나오는 열 유속을 균일하게 공간적으로 전달하는 역할을 한다. 열분배 소자(170) 상부에 절연막(160)이 형성된다.
도 2는 도 1의 열분배 소자를 적용한 DNA LOC 의 개략적인 평면도를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 열분배 소자(170)가 히터(120) 및 온도센서(130) 상부에 절연막을 개재하여 마이크로챔버 영역보다 보다 넓게 형성되는 것이 바람직하며, 이는 마이크로챔버 내부에서 온도가 급격하게 낮아지는 것을 억제한다. 따라서, 마이크로챔버 내부의 온도분포 균일도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 열분배 소자(170)는 열전도도가 높은 재료를 포함하는 것이 바람직하며, 열전도도가 높은 금속, 예컨대 금, 은 또는 그라파이트(graphite)로 이루어지는 것이 더 바람직하다.
한편, 열분배 소자(170)가 적용되지 않은 DNA LOC 칩에 있어서는, 채널을 통해 마이크로챔버로 유입되는 샘플 유체가 국부적으로 가열되는 현상, 특히, 챔버의 내부 중앙에 열 유속이 집중되어 마이크로챔버 외부와 상당히 높은 온도차이를 나타내는 현상이 발생한다. 이에 반하여 본 실시예에 의한 열분배 소자(170)가 적용된 DNA LOC 칩은 일차적으로 히터(120)로부터 입사되는 열이 열전도도가 높은 열분배 소자로부터 균일하게 분포되고 이차적으로 열분배 소자(170)에서 가열하고자 하는 샘플 유체로 열 유속이 입사된다. 이로써 공간적으로 보다 균일하게 열 유속이 입사되어 샘플 유체의 온도분포가 균일해진다. 마이크로 챔버의 내부 중앙과 외부 영역 사이에 온도차이가 클 경우에는 열 유속이 샘플 유체로 입사되기 전에 열분배 소자(170) 내부에서 미리 외부로 빠르게 전파되어 분포되기 때문에 균일한 가열특성을 갖게 되는 것이다. 특히, 이는 PCR과 같은 다이나믹한 온도 프로파일링 반응시 그 효과가 두드러진다.
도 3은 도 2의 히터 패턴 및 온도센서 패턴을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3을 참조하면, 히터 패턴(120)이 지그재그 형으로 형성하여 히터(120)의 실효적인 길이를 증가시키게 되는데, 이는 히터가 적절한 저항을 갖도록 한다. 본 실시예에서는 히터(120)로서 서퍼타인 줄 히터(serpentine joule heater)로 사용되었으나, 이에 한정되지는 않는다. 서퍼타인 줄 히터는 지그재그형으로 생긴 형상을 가진다.
온도센서(130)는 지그재그형으로 형성된 히터(120)의 홈 사이에 삽입되어 형성되며, 챔버 내부 각 부분의 온도를 감지하는 역할을 한다. 이는 외부 온도제어부에 전달되어 챔버 온도의 피드백(feedback) 제어가 가능하도록 한다. 또한, 온도센서는 금속의 온도에 대해서 저항이 선형적으로 증가하는 원리를 이용한 것으로 RTD(resistance temperature detector)라고 한다.
도 4는 도 1의 DNA LOC 에 의한 가열 메커니즘 및 이에 의한 온도변화를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 앞서 상술한 바와 같이, 열분배 소자(170)가 적용된 DNA LOC 칩은 일차적으로 히터(120)로부터 입사되는 열이 열전도도가 양호한 열분배 소자에 의해 균일하게 분포되며, 이차적으로 열분배 소자(170)에서 가열하고자 하는 샘플 유체로 열 유속이 입사된다.
따라서, 공간적으로 보다 균일하게 마이크로챔버(160)로 열 유속이 입사되어 샘플 유체의 온도분포가 균일해진다.
열분배 소자(170)가 적용된 마이크로챔버(160)의 공간적인 온도분포가 그래프에 예시되어 있다. 여기서, RTD1 은 마이크로챔버(160)의 중심영역에 위치한 온 도센서이며, RTD2는 마이크로챔버(160)의 외곽영역에 위치한 온도센서이다. RTD1에 의해 감지된 온도는 90 ℃ 이며, RTD2에 의해 감지된 온도는 88 ℃ 로서, 중심영역과 외곽영역의 온도차이는 2 ℃ 정도로 마이크로챔버 내부에 균일하게 온도가 분포됨을 알 수 있다.
이와 달리, 본 발명에 의한 열분배 소자가 적용되지 않은 마이크로챔버의 공간적인 온도분포를 도 5a 및 5b를 참조하여 살펴보면 본 발명에 의한 효과가 명료해짐을 알 수 있다.
도 5a는 종래기술의 마이크로챔버에 인가된 전압에 따른 RTD1 및 RTD2 에 의한 온도측정 그래프이며, 도 5b는 도 5a의 마이크로챔버의 온도증가에 따른 RTD1 및 RTD2 에 의해 측정된 온도차이를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 RTD는 금속의 온도에 대해서 저항이 선형적으로 증가하는 원리를 이용한 것으로, 마이크로챔버 내부에 RTD1(중심영역 온도센서) 및 RTD2(외곽영역 온도센서)가 배치되어 그 온도를 감지한다. 가로축은 히터에 인가되는 전압(V)을 나타내며, 세로축은 인가된 전압에 따른 온도변화를 나타내는 것으로서, 히터로 인가된 전압에 의해 마이크로챔버 내부에 배치된 RTD1 및 RTD2 에 의해 측정된 수치가 그래프로 도시되어 있다. RTD1 및 RTD2 에 의해 측정된 온도가 전압 증가에 따라 증가함을 알 수 있다. 도 5b는 마이크챔버 내부의 중심영역 및 외곽영역 사이의 온도차를 온도증가에 따라 도시한 것으로, 온도가 증가할수록 온도차가 최대 13℃ 까지 증가함을 알 수 있다. 본 발 명에 의한 열분배 소자를 마이크로 챔버에 적용한 경우 중심영역 및 외곽영역 사이의 온도차 2℃ 정도인 것을 감안하면, 그 탁월한 효과를 보임을 알 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 DNA LOC 칩은 PCR과 같은 정밀한 온도를 요하는 화학반응을 수행할 때 마이크로챔버 내부에 열분배 소자를 적용함으로써, 보다 양호한 균일한 온도분포를 유지할 수 있으며, 이로써 보다 높은 수율을 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 생화학 미소유체를 수용하는 마이크로챔버와,
    상기 마이크로챔버에 열 유속을 공급하는 히터와,
    상기 히터로부터 나오는 열 유속을 상기 마이크로챔버로 균일하게 분포시키는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열분배 소자의 영역이 상기 마이크로챔버의 영역보다 더 넓은 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열분배 소자는 열전도도가 양호한 금속을 포함하는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열분배 소자는 금, 은, 또는 그라파이트를 포함하는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 지그재그형으로 형성되는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지그재그형태의 히터 사이에 삽입되어 형성되며, 상기 마이크로챔버의 온도를 감지하는 온도센서를 추가적으로 포함하는 열분배 소자를 포함하는 LOC 칩.
KR1020040101649A 2004-12-06 2004-12-06 열분배 소자를 포함하는 ｌｏｃ 칩 KR100593687B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040101649A KR100593687B1 (ko) 2004-12-06 2004-12-06 열분배 소자를 포함하는 ｌｏｃ 칩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040101649A KR100593687B1 (ko) 2004-12-06 2004-12-06 열분배 소자를 포함하는 ｌｏｃ 칩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060062712A true KR20060062712A (ko) 2006-06-12
KR100593687B1 KR100593687B1 (ko) 2006-06-30

Family

ID=37158826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040101649A KR100593687B1 (ko) 2004-12-06 2004-12-06 열분배 소자를 포함하는 ｌｏｃ 칩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100593687B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8693856B2 (en) * 2010-09-03 2014-04-08 Kla-Tencor Corporation Apparatus and methods for vacuum-compatible substrate thermal management

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100438821B1 (ko) * 2001-04-23 2004-07-05 삼성전자주식회사 멀티채널 ｐｃｒ과 전기영동을 이용한 소형 유전자 분석장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8693856B2 (en) * 2010-09-03 2014-04-08 Kla-Tencor Corporation Apparatus and methods for vacuum-compatible substrate thermal management

Also Published As

Publication number Publication date
KR100593687B1 (ko) 2006-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. Bulk-micromachined submicroliter-volume PCR chip with very rapid thermal response and low power consumption
EP2710859B1 (en) Systems and methods using external heater systems in microfluidic devices
EP1123739B1 (en) Integrated device for microfluid thermoregulation, and manufacturing process thereof
JP5965908B2 (ja) マイクロ流体デバイス
US5716842A (en) Miniaturized flow thermocycler
US6420143B1 (en) Methods and systems for performing superheated reactions in microscale fluidic systems
US9266109B2 (en) Thermal control system and method for chemical and biochemical reactions
US8735103B2 (en) Natural convection-driven PCR apparatus and method using disposable polymer chip
US5965410A (en) Electrical current for controlling fluid parameters in microchannels
Hsieh et al. Enhancement of thermal uniformity for a microthermal cycler and its application for polymerase chain reaction
US7841247B2 (en) Temperature controller for small fluid samples with different heat capacities
US20050112754A1 (en) Apparatus and method for amplifying a polynucleotide
JP2009542213A (ja) 高速熱サイクルのためのシステムおよび方法
Chen et al. Analytical study of a microfludic DNA amplification chip using water cooling effect
Ke et al. Single step cell lysis/PCR detection of Escherichia coli in an independently controllable silicon microreactor
JP2013066885A (ja) マイクロリアクタの断熱のための方法及びデバイス
KR20120020528A (ko) 중합효소 연쇄반응 장치
JP2008157932A (ja) マイクロ流体デバイス、および、マイクロ流体デバイスの温度制御システム
Zhao et al. Monolithically integrated PCR biochip for DNA amplification
US20060216725A1 (en) Polymer chain reaction apparatus using marangoni convection and polymer chain reaction method using the same
Noh et al. In situ thermal diagnostics of the micro-PCR system using liquid crystals
KR100593687B1 (ko) 열분배 소자를 포함하는 ｌｏｃ 칩
KR100452946B1 (ko) 저전력형 미세 열순환 소자 및 그 제조 방법
JP2005214782A (ja) マイクロ流体デバイス反応用温度調節器
Jones et al. A micro-PCR chamber suitable for integration into a monolithic silicon lab-on-a-chip platform

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110609

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee