KR20080051516A - 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱마이크로 칩과 그 제조방법 - Google Patents

방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱마이크로 칩과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향표식이 부가된 마이크로 입자의 개체수를 계수하기 위한 플라스틱 마이크로 칩과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하부기판에 음각의 미세격자패턴이 형성되고, 그 주변에 미세격자패턴의 위치를 알려주는 방향표식이 있으며, 상부기판에 용제접합을 위해 용제 채널 및 용제 투입구가 형성된 플라스틱 마이크로 칩과; 음각의 미세격자패턴과 그 주변에 방향표식이 형성된 하부기판을 사출성형하고, 용제 투입구를 통해 용제를 주입하여 상부기판과 하부기판을 접합시키는 플라스틱 마이크로 칩의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 하부기판에 미세격자패턴의 위치를 알려주는 방향표식을 형성하여 제조함으로써, 관찰자가 현미경상에서 쉽게 미세격자패턴을 찾을 수 있는 바, 시료 관찰이 용이해지는 플라스틱 마이크로 칩을 제공할 수 있게 된다.
마이크로 입자, 플라스틱 마이크로 칩, 음각, 미세격자패턴, 용제 접합, 방향표식

Description

방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩과 그 제조방법{Plastic microchip for microparticle analysis and method for manufacturing the same}
도 1은 종래 기술에 따른 플라스틱 마이크로 칩의 분리사시도
도 2a와 도 2b는 도 1에 도시한 플라스틱 마이크로 칩에서 상부기판의 단면도로서, 도 2a는 도 1에서 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이고, 도 2b는 도 1에서 선 'B-B'를 따라 취한 단면도
도 3은 도 1에 도시한 플라스틱 마이크로 칩에서 하부기판에 형성된 음각의 미세격자패턴 영역을 확대하여 나타낸 평면도
도 4a 내지 도 4g는 종래 기술에 따른 하부기판의 제작 과정을 설명하기 위한 각 공정의 단면도
도 5은 2개의 충전실을 구비한 종래 기술의 다른 실시예를 도시한 분리사시도
도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로 칩의 분리사시도
도 7a와 도 7b는 상부기판의 단면도로서, 도 7a는 도 6에서 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이고, 도 7b는 도 6에서 선 'B-B'를 따라 취한 단면도
도 8은 도 6에 도시한 플라스틱 마이크로 칩에서 하부기판에 형성된 음각의 미세격자패턴 영역과 방향표식을 확대하여 나타낸 평면도
도 9a 내지 도 9h는 본 발명에 따른 하부기판의 제작 과정을 설명하기 위한 각 공정의 단면도
도 10은 2개의 충전실을 구비한 본 발명의 다른 실시예를 도시한 분리사시도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10a : 플라스틱 마이크로 칩
100 : 상부기판
110 : 충전실
120 : 시료 투입구
130 : 배출구
140 : 용제 투입구
150 : 용제 채널
160 : 격벽
200 : 하부기판
210 : 미세격자패턴
220 : 방향표식
본 발명은 액상의 시료 내에 포함된 마이크로 입자의 개체수를 계수하거나 관찰하는데 사용되는 플라스틱 마이크로 칩과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음각의 미세격자패턴과 그 주변에 방향표식을 갖는 마이크로 입자 개체수 계수용 플라스틱 마이크로 칩과, 상부기판과 하부기판의 고정을 위하여 용제 접합법이 적용된 플라스틱 마이크로 칩의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로 입자라 함은 수용액이나 유기용제에 섞여 있는 1㎛에서 100㎛ 사이의 크기를 가지는 입자들을 말한다.
이러한 마이크로 입자로는 혈액 안에 들어 있는 적혈구, 백혈구 또는 혈소판 등과 같은 혈액세포군이나, 오줌, 타액 또는 척수액 등에 들어 있는 세포군, 맥주와 같은 발효식품에서의 효모군, 수용액 상에 들어 있는 박테리아군, 극소 플랑크톤, 주스, 케찹, 우유 등과 같은 현탁액 속에 들어 있는 세포와 불순물, 포유류의 생식 세포군, 불완전 용해된 혼탁액 속에 들어 있는 불순물, 수용액이나 용제에 섞여 있는 각종 금속 결정이나 비금속 결정 등을 들 수 있다.
한편, 에이즈, 백혈병 또는 빈혈 등의 각종 질병을 가진 환자들에 대해 질병을 진단하고 질병의 진행 경과를 모니터하면서 치료 효과를 파악하기 위해서는 환자들의 혈액 중에 포함된 적혈구, 백혈구 또는 혈소판 등과 같은 대표적인 혈액세포의 숫자 및 기능을 검사하게 된다.
예를 들면, 적혈구의 침강속도로부터 결핵, 비만 또는 임신 등을 진단할 수 있고, 혈구 용적으로부터는 탈수증 또는 빈혈 등을 진단할 수 있다.
또한, 혈소판의 개체수로부터는 만성 백혈병을 진단할 수 있고, 적혈구의 개체수로부터는 신장질환, 저산소증, 흡연, 폐질환, 용혈성 빈혈 혹은 재생불량성 빈혈 등을 진단할 수 있으며, 백혈구의 개체수로부터는 급성 맹장염, 백혈병 혹은 재생불량성 빈혈 등을 진단할 수 있다.
이와 같이 혈구 등 세포의 개체수 측정은 질병의 진단과 밀접한 관계가 있으며, 특히 적혈구의 개체수는 빈혈 여부 및 그 원인을 알기 위한 필수적인 검사이다.
대표적인 혈액세포인 적혈구의 크기로는 마이크로, 노말, 매크로 및 메가 등과 같이 4가지로 분류되며, 이러한 적혈구의 크기와 개체수를 파악함으로써 전술한 바와 같이 각종 질병에 대한 진단 자료로서 사용할 수 있다.
건강한 일반인이라면 남성의 경우 약 440 ~ 560만개/㎗의 적혈구가 혈액 속에 포함되어 있고, 여성의 경우에는 약 350 ~ 500만개/㎗의 적혈구가 혈액 속에 포함되어 있다.
한편, 상기와 같이 액상의 시료 중에 존재하는 마이크로 입자, 예를 들어 혈액 중에 들어 있는 혈액세포 등을 관찰하고 계수하기 위하여 널리 사용되고 있는 것이 플라스틱 마이크로 칩이다.
상기 플라스틱 마이크로 칩은 마이크로 입자를 포함하는 시료를 충전하기 위한 비등방성 에칭으로 형성된 유로를 갖는 유리, 실리콘 또는 플라스틱 기판을 포함하며, 상기 유로의 일측에는 시료 투입구가 형성되고 타측에는 배출구가 형성된 구조로 되어 있다.
플라스틱 마이크로 칩에서 적절한 폭과 높이를 갖는 유로 중에 존재하는 마이크로 입자는 광학 현미경 또는 CCD 카메라 등이 구비된 분석장비를 이용하여 계수할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래기술에 따른 플라스틱 마이크로 칩의 구성 및 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 플라스틱 마이크로 칩의 분리사시도이고, 도 2a와 도 2b는 상부기판의 단면도로서, 도 2a는 도 1에서 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이며, 도 2b는 도 1에서 선 'B-B'를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 플라스틱 마이크로 칩에서 하부기판에 형성된 음각의 미세격자패턴 영역을 확대하여 나타낸 평면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 플라스틱 마이크로 칩(10a)은 마이크로 입자의 개체수를 계수하기 위한 음각의 미세격자패턴(210)이 형성된 투광성 하부기판(200)과, 상기 하부기판(200)상에 적층되어 설치되는 투광성 상부기판(100)을 포함하여 구성된다.
도 1에서는 상부기판(100)과 하부기판(200)이 분리되어 도시되어 있으나, 종래 기술의 플라스틱 마이크로 칩(10a)은 상부기판(100)과 하부기판(200)이 상하로 적층된 후 접합된 일체형 제품으로 제공된다.
우선, 상부기판(100)은 하면에 소정 깊이의 홈 구조로 형성된 충전실(110)과, 상기 충전실(110) 일측에 연결되도록 상부기판(100)에 관통 형성된 시료 투입구(120)와, 상기 충전실(110) 타측에 연결되도록 상부기판(100)에 관통 형성된 배 출구(130)를 구비한다.
상부기판(100)과 하부기판(200)이 접합된 상태에서 상기 충전실(110)은 미세격자패턴(210)이 형성된 하부기판(200) 상면과 함께 시료가 충전되는 공간을 형성하게 되며, 충전실(110)의 높이는 검사할 시료의 부피에 따라 적절히 조절하여 설계될 수 있다.
바람직하게는 상기 충전실(110)은 5 내지 500㎛의 높이로 형성되며, 가장 바람직하게는 100㎛의 높이로 형성된다.
상기 시료 투입구(120)는 마이크로 입자가 포함된 시료가 투입되는 입구부분이 되고, 상기 배출구(130)는 시료 투입시에 충전실(110) 내 공기 및 과량의 시료가 배출되는 출구부분이 된다.
상기 시료 투입구(120)와 배출구(130)는 상부기판(100)의 충전실(110)에서 각각 반대편에 연결되도록 형성되는 경우에 시료 투입이 용이해지며, 이때 배출구(130)는 시료가 충전실(110) 내부에 충전될 때 공기가 배출되는 벤트홀 역할을 하는 바, 상기 배출구(130)로 충전실(110) 내 공기가 빠지면서 원활한 시료 충전이 가능해진다.
한편, 종래 기술의 플라스틱 마이크로 칩에서는 충전실(110) 주변을 따라서 용제 채널(150)이 형성되고, 이 용제 채널(150)의 내부공간이 상방으로 개방될 수 있도록 상부기판(100) 상면으로는 용제 채널(150)과 연결된 복수개의 개구부를 형성하여 이루어진 용제 투입구(140)가 형성된다.
상기 용제 채널(150)은 상부기판(100)의 하면 상에서 충전실(110) 주변을 따 르는 소정 높이 및 폭의 홈 구조를 형성하여 구성되며, 하부기판(200) 상에 상부기판(100)이 적층된 상태에서 상기 홈 구조가 하부기판(200) 상면과 함께 용제 채널(150)을 형성하게 된다.
상기 용제 채널(150)은 충전실(110)과의 사이에 격벽(160)이 형성될 수 있도록 충전실(110) 외곽으로 소정 간격(격벽의 두께가 됨)을 두고 형성되며, 충전실(110) 주변 전 둘레에 걸쳐 형성된다.
이때 용제 채널(150)의 내측면에서도 격벽(160) 바깥면에 해당하는 표면은 하부기판(200) 상면과 수직이 되도록 형성된다.
상기 용제 투입구(140)는 상부기판(100)을 하부기판(200)에 접합, 고정하기 위하여 용제 채널(150) 내부로 용제를 주입하기 위한 부분으로, 상부기판(100)에서 용제 채널(150)을 따라 소정 간격으로 복수개가 형성 구비된다.
상기 각 용제 투입구(140)는 피펫 주입구나 주사바늘 등과 같이 용제를 투입하는 장치의 용제 주입구 부분이 용제 채널(150) 내부에 경사방향으로 원활히 진입할 수 있는 충분한 공간을 확보하도록 형성된다.
이때 피펫 주입구나 주사바늘이 용제 채널(150)의 하부 모서리 부분, 즉 상부기판(100)의 격벽 바깥면과 하부기판(200) 상면 사이의 경계부분 쪽으로 원활히 진입할 수 있도록 각 용제 투입구(140)의 폭은 1mm 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 용제 투입구(140) 및 용제 채널(150)이 형성된 상부기판(100)을 하부기판(200) 상에 접합할 때에는 하부기판(200) 위에 상부기판(100)을 적층시킨 상태에서 각 용제 투입구(140)를 통해 용제 채널(150) 내 하부 모서리 부분에 용제를 주입하는 바, 이때 주입된 용제는 격벽(160) 바깥쪽에서 모세관 현상에 의해 상기 모서리 부분을 따라 흐르면서 용제 채널(150) 전 구간에 걸쳐 도포가 이루어지고, 결국 두 기판(110) 사이의 계면 사이로 용제가 스며들면서 기판 간 접합이 이루어진다.
상기와 같이 용제가 주입된 상태에서 격벽(160)은 용제 채널(150)을 따라 흘러들어가는 용제가 충전실(110) 내부로 유입되는 것을 막아주는 역할을 하고, 또한 시료 투입구(120)로 주입된 충전실(110) 내부의 시료가 충전실(110) 밖으로 새는 것을 막아주는 역할을 한다.
또한 상기 용제 채널(150)은 용제 투입구(140)를 통해 주입된 용제가 지나가는 공간이 되는 바, 하부 모서리 부분을 따라 용제 흐름이 원활히 이루어질 수 있도록 위가 막혀 있는 밀폐구간(용제 투입구 구간을 제외한 나머지 구간)에서의 용제 채널(150) 높이는 0.2mm 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 충분한 용제 채널 높이를 확보하지 않으면 용제가 모서리 부분 외에 불필요한 주변 부분으로 번지면서 오염될 수 있고, 모서리 부분을 따라 흘러야 하는 용제 흐름이 원활하지 못하게 되어 불량품이 쉽게 발생하는 등 제품의 생산성이 낮아지게 된다.
도시한 실시예를 참조하면, 상부기판(100) 하면에서 충전실(110)이 직육면체의 홈 구조로 형성되어 있으며, 이때 상부기판(100) 하면에서 충전실(110)이 형성된 면적과 충전실 높이(홈 구조의 깊이)로부터 충전실 부피를 계산할 수 있다.
또한 도시한 실시예를 참조하면, 충전실(110) 일측과 타측에 각각 시료 투입구(120)와 배출구(130)가 상부기판(100)을 수직으로 관통하여 형성되어 있고, 충전실(110) 주변을 따라 격벽(160)을 사이에 두고 직사각형 경로의 용제 채널(150)이 형성되어 있으며, 이 용제 채널(150)의 소정 구간에서 그 상부가 개방되도록 상부기판(100)에는 총 6개의 용제 투입구(140)가 형성되어 있다.
물론, 도시한 실시예는 본 발명의 일 예를 구현한 것으로, 본 발명이 도시한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 충전실(110) 및 용제 채널(150), 용제 투입구(140)의 형상은 다양하게 변경 실시가 가능하고, 또한 용제 투입구(140)의 개수 및 위치도 적절히 변경 실시가 가능하다.
다음으로, 하부기판(200)은 종래와 전체적인 형상이나 구조에는 차이가 없으나, 상면에 형성된 미세격자구조(210)가 음각 구조로 형성된 점에 큰 특징이 있다.
상기 음각의 미세격자패턴(210)은 충전실(110) 영역을 포함하는 하부기판(200) 상면의 소정 영역에 형성되며, 형상, 깊이(d4), 폭(d2) 및 간격(d3) 등은 필요에 따라 적절히 조절하여 설계될 수 있다(이하, d2, d3, d4는 도 4f 및 도 4g 참조).
바람직하게는 음각의 미세격자패턴(210)을 구성하는 가로, 세로 각 미세 라인의 홈은 폭 4㎛ 이하, 깊이 1㎛ 이상으로 형성하며, 홈과 홈 간의 간격(d3)은 홈의 폭(d2) 보다는 크게 하여 적어도 5㎛ 이상이 되도록 미세격자패턴을 형성한다.
현미경 등과 같은 고배율의 분석장비에서 시료를 관찰하기 위해서는 적은 영역에서 미세격자패턴(210)을 관찰해야 하므로, 미세격자패턴의 간격(d3)이 작을수 록 좋으며, 이때 미세격자패턴의 간격을 줄이기 위해서는 미세격자패턴의 폭(d2)을 작게 만드는 것이 중요하다.
또한 미세격자패턴(210)의 깊이(d4)를 깊게 형성할 경우 분석장비의 관찰시에 선명한 미세격자패턴을 볼 수가 있는 바, 시료의 관찰이 용이해진다.
음각의 미세격자패턴(210)이 형성된 하부기판(200)의 제조 과정은 후술하기로 한다.
한편, 플라스틱 마이크로 칩에서 충전실(110)이 형성된 기판 영역이 현미경을 통해 관찰할 수 있도록 투명하게 제조되어야 하는 바, 상부기판(100)과 하부기판(200)은 투광성인 임의의 재질을 사용하여 제조된다.
바람직하게는 상부기판(100)과 하부기판(200)을 사출성형방법으로 제작하되, 이를 위해서 사출성형이 가능한 임의의 투광성 플라스틱, 예를 들면, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스틸렌(PS), 사이클론올레핀수지(COC 수지), 또는 폴리올레핀수지(POC 수지) 등을 사용하며, 폴리올레핀수지로는 제온(Zeon) 수지 또는 토파스(Topas) 수지 등을 사용할 수 있다.
여기서, 투광성이란 100 내지 2500nm의 파장대를 갖고 있는 빛이 유리나 플라스틱 등과 같은 임의의 재질을 투과할 때 상기 파장대 중 일정 영역의 투과율이 5% 내지 100%를 갖는 것을 말하며, 이와 같이 투광성을 가지도록 해야 하는 이유는 육안 분석이나 분석장비로 분석할 때 세포, 불순물, 결정 등의 마이크로 입자를 분석하기 위하여 상기 파장대의 빛이 투과하여야만 하기 때문이다.
이하, 종래 기술의 플라스틱 마이크로 칩을 제조하는 과정에 대해 상술하기로 한다.
우선, 도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시한 구조의 상부기판(100)을 제작한다.
이때 상부기판(100)의 구성 및 각 부 구조, 재질은 앞에서 설명한 바와 같으며, 통상적인 사출성형방법에 의하여 제조할 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 3에 도시한 구조의 하부기판(200)을 제작한다.
이때 하부기판(200)의 재질 및 음각 구조로 형성된 미세격자패턴(210)은 앞에서 설명한 바와 같으며, 양각의 미세격자패턴(340)이 형성된 금속재질의 스탬퍼(350)를 제작한 뒤 이를 이용한 사출성형방법에 의하여 제작하게 된다.
상기 하부기판(200)의 성형 과정은 광디스크(CD) 공정에 사용하는 사출성형방법이 적용될 수 있는 바, 여기서 광디스크 공정이란 유리로 된 모재에 포토레지스트를 도포하고, 이후 노광, 현상, 도금 공정을 거쳐 그 모양을 스탬퍼(stamper)라 불리는 금속판으로 옮긴 뒤, 상기 금속판을 금형에 부착하여 플라스틱 사출물을 성형하는 방법이다.
도 4a 내지 도 4g는 종래 기술에 따른 하부기판의 제작 과정을 설명하기 위한 각 공정의 단면도로서, 이를 참조하여 하부기판을 제작하는 과정의 일 예를 상술하면 다음과 같다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 유리, 실리콘 또는 세라믹 등의 재질로 이루어진 플레이트(310)를 마련한 후, 상기 플레이트(310) 상에 포토레지스트(PR)를 스핀 코팅 등의 방법으로 코팅하여 포트레지스트층(320)을 적층시킨다.
이후, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토레지스트층을 패터닝하여, 음각의 미세격자패턴을 포함하여 이루어진 마스크 패턴(320)을 상기 플레이트(310) 상에 형성한다.
이후, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 상기 마스크 패턴(320)이 형성된 표면상에 전기가 통할 수 있도록 Cu나 Ni 등과 같은 금속을 스퍼터링, 진공증착 또는 비전해 도금의 방법을 이용하여 적층시킴으로써 전기전도성의 금속층(330)을 형성한다.
이후, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 상기 금속층(330) 상에 Cu나 Ni 등과 같은 금속을 무전해 도금 또는 전해 도금 등의 방법을 이용하여 0.1mm 이상의 두께로 적층시킴으로써 스탬퍼(350)를 형성한다.
여기서, 0.1mm 미만의 두께로 적층하는 경우 금형 장착이 어렵고, 사출성형을 할 수 없게 된다.
이후, 도 4e에 나타낸 바와 같이, 플레이트 및 마스크 패턴을 분리한 뒤, 남아 있는 포토레지스트를 유기용제로 녹여내거나 불로 소각하여 제거함으로써 금속재질의 스탬퍼(350)를 제작하게 된다.
상기 스탬퍼(350)는 얇은 금속판 형태로 제작되어 하부기판(200)을 사출성형하기 위한 모재로 사용된다.
특히, 상기 스탬퍼(350)는 소정 영역에 양각의 미세격자패턴(340)이 새겨진 구조가 되는 바, 이 양각의 미세격자패턴(340)은 이후 사출성형되는 하부기판(200)의 미세격자패턴(210)을 성형하기 위한 부분이 되는 것으로, 하부기판(200)의 미세격자패턴(210)에 대응되는 위치 및 영역에 형성되게 된다.
이후, 상기 스탬퍼(350)는 세정, 보호막 코팅, 뒷면 연마, 금형에 취부 가능한 크기로 만들기 위한 커팅 공정 등을 실시하여 최종적으로 완성되며, 이러한 공정은 기존의 광디스크(CD) 생산공정에서 사용하는 방법으로 통상의 작업자가 알 수 있는 방법과 동일하다.
상기 스탬퍼(350)는 금형에 장착될 수 있는 내구성 및 수명 확보를 위해서 0.3 mm 정도의 두께로 만드는 것이 적당하다.
이후, 도 4f에 나타낸 바와 같이, 양각의 미세격자패턴을 가지도록 제작된 스탬퍼(350)를 금형에 장착하고, 사출성형기에서 하부기판(200)의 원료가 되는 용융수지를 사출하여 음각의 미세격자패턴을 가지는 하부기판(200)을 성형한다.
이후, 도 4g에 나타낸 바와 같이, 사출성형 후 탈형하게 되면 음각의 미세격자패턴(210)이 형성된 하부기판(200)이 완성되며, 이러한 사출성형 과정을 반복하여 하부기판(200)을 대량으로 생산할 수 있게 된다.
그러나, 상기한 플라스틱 마이크로 칩은 하부기판의 중앙에 작은 크기의 미세격자패턴이 새겨져 있어서 고배율의 현미경에서 관찰할 때 미세격자패턴을 찾기가 쉽지 않았다.
또한, 현미경에서 보고 있는 위치를 모르기 때문에 어느 방향으로 얼마만큼 움직여야 하는지 알 수가 없었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 하부기판의 미세격자패턴 주변에 방향표식을 형성하여 제조함으로써, 고배율의 현미경에서 시료를 관찰할 때 미세격자패턴의 방향을 표기함으로써, 결국 시료 관찰이 용이해지는 플라스틱 마이크로 칩 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
또한 본 발명은 미세격자패턴과의 거리 혹은 위치를 표기함으로써 현미경에서 시료를 관찰할 때 현재의 위치를 파악하여 보다 빠르게 미세격자패턴을 찾을 수 있는 플라스틱 마이크로 칩 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 상하 적층된 투광성 상부기판 및 하부기판을 포함하여 구성되고, 상부기판과 하부기판 사이에 형성된 충전실과, 충전실 일측과 타측에 각각 연결된 시료 투입구 및 배출구가 구비되며, 하부기판 상면에는 충전실 시료의 마이크로 입자를 계수하기 위한 미세격자패턴이 형성된 플라스틱 마이크로 칩에 있어서,
상기 하부기판 상면에 형성된 미세격자패턴이 하부기판 상면에서 홈 구조의 미세 라인들이 격자 배치되어서 이루어진 음각 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 하부기판 상면에 형성된 음각의 미세격자 패턴 주변으로 미세격자패턴과의 방향을 나타내는 방향 표식이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 방향을 나타내는 방향 표식에 부가적으로 미세격자패턴과의 거리 혹은 위치가 표기된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상부기판 하면 상에 상기 충전실 주변 외곽의 전 둘레에 걸쳐 격벽을 사이에 둔 홈 구조가 형성되어, 상기 홈 구조가 하부기판 상면과 함께 충전실 주변의 소정 경로를 따르는 용제 채널을 형성하고, 상기 용제 채널 상부가 개방되도록 복수개의 용제 투입구가 용제 채널을 따라 상부기판에 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 상하 적층된 투광성 상부기판 및 하부기판을 포함하여 구성되고, 상부기판과 하부기판 사이에 형성된 충전실과, 충전실 일측과 타측에 각각 연결된 시료 투입구 및 배출구가 구비되며, 하부기판 상면에는 충전실 시료의 마이크로 입자를 계수하기 위한 미세격자패턴과 방향표식이 형성된 플라스틱 마이크로 칩을 제조하는 방법에 있어서,
(a) 투광성 플라스틱을 사출성형하여 상부기판을 제작하는 단계와;
(b) 투광성 플라스틱을 사출성형하여 상면에 음각의 미세격자패턴과 방향과 거리 혹은 위치 등의 방향표식이 형성된 하부기판을 제작하는 단계와;
(c) 상기 상부기판과 하부기판을 표면 처리하는 단계와;
(d) 상기 상부기판과 하부기판을 상하로 적층되도록 접합시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 (a)단계에서, 하면 상에 상기 충전실 주변 외곽의 전 둘레에 걸쳐 격벽을 사이에 둔 홈 구조를 가지면서 상기 홈 구조에서 상부가 개방되도록 관통 형성된 복수개의 용제 투입구를 가지는 상부기판을 성형하고,
상기 (d)단계에서, 상기 상부기판과 하부기판을 적층시킨 상태에서 상기 각 용제 투입구를 통해 상기 홈 구조와 하부기판 상면이 형성하는 용제 채널 내부로 용제를 주입하되, 상부기판과 하부기판 간의 경계부분에 용제가 주입되도록 하여 용제 접합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b)단계는,
플레이트 상에 포토레지스트층을 적층하는 단계와;
노광 및 현상 공정에 의해 상기 포토레지스트층을 패터닝하여, 음각의 미세격자패턴과 방향 표식을 갖는 마스크 패턴을 상기 플레이트 상에 형성하는 단계와;
상기 마스크 패턴이 형성된 표면상에 전기전도성의 금속층을 형성하는 단계와;
무전해 도금 또는 전해 도금을 실시하여 상기 금속층 상에 양각의 미세격자패턴과 방향 표식이 형성된 금속재질의 스탬퍼를 형성하는 단계와;
상기 마스크 패턴에서 스탬퍼를 분리하여 세정하는 단계와;
상기 스탬퍼를 보호막 코팅, 뒷면 연마, 금형에 취부하기 위한 크기로 커팅하는 공정을 거쳐 가공하는 단계와;
상기 가공된 스탬퍼를 금형에 장착한 후 사출성형하여 음각의 미세격자패턴과 방향 표식이 형성된 하부기판을 얻는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로 칩의 분리사시도이고, 도 7a와 도 7b는 상부기판의 단면도로서, 도 7a는 도 6에서 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이며, 도 7b는 도 6에서 선 'B-B'를 따라 취한 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 플라스틱 마이크로 칩에서 하부기판에 형성된 음각의 미세격자패턴 영역과 방향 표식을 확대하여 나타낸 평면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로 칩(10a)은 마이크로 입자의 개체수를 계수하기 위한 음각의 미세격자패턴(210)과 미세격자패턴이 있는 방향, 거리 혹은 측정하고 있는 현재 위치를 표시하기 위한 방향표식(220)이 형성된 투광성 하부기판(200)과, 상기 하부기판(200) 상에 적층되어 설치되는 투광성 상부기판(100)을 포함하여 구성된다.
도 6에서는 상부기판(100)과 하부기판(200)이 분리되어 도시되어 있으나, 본 발명의 플라스틱 마이크로 칩(10a)은 종래와 마찬가지로 상부기판(100)과 하부기판(200)이 상하로 적층된 후 접합된 일체형 제품으로 제공된다.
우선, 상부기판(100)은 하면에 소정 깊이의 홈 구조로 형성된 충전실(110)과, 상기 충전실(110) 일측에 연결되도록 상부기판(100)에 관통 형성된 시료 투입구(120)와, 상기 충전실(110) 타측에 연결되도록 상부기판(100)에 관통 형성된 배출구(130)를 구비한다.
상부기판(100)과 하부기판(200)이 접합된 상태에서 상기 충전실(110)은 미세격자패턴(210)이 형성된 하부기판(200) 상면과 함께 시료가 충전되는 공간을 형성하게 되며, 충전실(110)의 높이는 검사할 시료의 부피에 따라 적절히 조절하여 설 계될 수 있다.
바람직하게는 상기 충전실(110)은 5 내지 500㎛의 높이로 형성되며, 가장 바람직하게는 100㎛의 높이로 형성된다.
상기 시료 투입구(120)는 마이크로 입자가 포함된 시료가 투입되는 입구부분이 되고, 상기 배출구(130)는 시료 투입시에 충전실(110) 내 공기 및 과량의 시료가 배출되는 출구부분이 된다.
상기 시료 투입구(120)와 배출구(130)는 상부기판(100)의 충전실(110)에서 각각 반대편에 연결되도록 형성되는 경우에 시료 투입이 용이해지며, 이때 배출구(130)는 시료가 충전실(110) 내부에 충전될 때 공기가 배출되는 벤트홀 역할을 하는 바, 상기 배출구(130)로 충전실(110) 내 공기가 빠지면서 원활한 시료 충전이 가능해진다.
한편, 본 발명의 플라스틱 마이크로 칩에서는 충전실(110) 주변을 따라서 용제 채널(150)이 형성되고, 이 용제 채널(150)의 내부공간이 상방으로 개방될 수 있도록 상부기판(100) 상면으로는 용제 채널(150)과 연결된 복수개의 개구부를 형성하여 이루어진 용제 투입구(140)가 형성된다.
상기 용제 채널(150)은 상부기판(100) 하면 상에서 충전실(110) 주변을 따르는 소정 높이 및 폭의 홈 구조를 형성하여 구성되며, 하부기판(200) 상에 상부기판(100)이 적층된 상태에서 상기 홈 구조가 하부기판(200) 상면과 함께 용제 채널(150)을 형성하게 된다.
상기 용제 채널(150)은 충전실(110)과의 사이에 격벽(160)이 형성될 수 있도 록 충전실(110) 외곽으로 소정 간격(격벽의 두께가 됨)을 두고 형성되며, 충전실(110) 주변 전 둘레에 걸쳐 형성된다.
이때 용제 채널(150)의 내측면에서도 격벽(160) 바깥면에 해당하는 표면은 하부기판(200) 상면과 수직이 되도록 형성된다.
상기 용제 투입구(140)는 상부기판(100)을 하부기판(200)에 접합, 고정하기 위하여 용제 채널(150) 내부로 용제를 주입하기 위한 부분으로, 상부기판(100)에서 용제 채널(150)을 따라 소정 간격으로 복수개가 형성 구비된다.
상기 각 용제 투입구(140)는 피펫 주입구나 주사바늘 등과 같이 용제를 투입하는 장치의 용제 주입구 부분이 용제 채널(150) 내부에 경사방향으로 원활히 진입할 수 있는 충분한 공간을 확보하도록 형성된다.
이때 피펫 주입구나 주사바늘이 용제 채널(150)의 하부 모서리 부분, 즉 상부기판(100)의 격벽 바깥면과 하부기판(200) 상면 사이의 경계부분 쪽으로 원활히 진입할 수 있도록 각 용제 투입구(140)의 폭은 1mm 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 용제 투입구(140) 및 용제 채널(150)이 형성된 상부기판(100)을 하부기판(200) 상에 접합할 때에는 하부기판(200) 위에 상부기판(100)을 적층시킨 상태에서 각 용제 투입구(140)를 통해 용제 채널(150) 내 하부 모서리 부분에 용제를 주입하는 바, 이때 주입된 용제는 격벽(160) 바깥쪽에서 모세관 현상에 의해 상기 모서리 부분을 따라 흐르면서 용제 채널(150) 전 구간에 걸쳐 도포가 이루어지고, 결국 두 기판(110) 사이의 계면 사이로 용제가 스며들면서 기판 간 접합이 이 루어진다.
상기와 같이 용제가 주입된 상태에서 격벽(160)은 용제 채널(150)을 따라 흘러들어가는 용제가 충전실(110) 내부로 유입되는 것을 막아주는 역할을 하고, 또한 시료 투입구(120)로 주입된 충전실(110) 내부의 시료가 충전실(110) 밖으로 새는 것을 막아주는 역할을 한다.
또한 상기 용제 채널(150)은 용제 투입구(140)를 통해 주입된 용제가 지나가는 공간이 되는 바, 하부 모서리 부분을 따라 용제 흐름이 원활히 이루어질 수 있도록 위가 막혀 있는 밀폐구간(용제 투입구 구간을 제외한 나머지 구간)에서의 용제 채널(150) 높이는 0.2mm 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 충분한 용제 채널 높이를 확보하지 않으면 용제가 모서리 부분 외에 불필요한 주변 부분으로 번지면서 오염될 수 있고, 모서리 부분을 따라 흘러야 하는 용제 흐름이 원활하지 못하게 되어 불량품이 쉽게 발생하는 등 제품의 생산성이 낮아지게 된다.
도시한 실시예를 참조하면, 상부기판(100) 하면에서 충전실(110)이 직육면체의 홈 구조로 형성되어 있으며, 이때 상부기판(100) 하면에서 충전실(110)이 형성된 면적과 충전실 높이(홈 구조의 깊이)로부터 충전실 부피를 계산할 수 있다.
또한 도시한 실시예를 참조하면, 충전실(110) 일측과 타측에 각각 시료 투입구(120)와 배출구(130)가 상부기판(100)을 수직으로 관통하여 형성되어 있고, 충전실(110) 주변을 따라 격벽(160)을 사이에 두고 직사각형 경로의 용제 채널(150)이 형성되어 있으며, 이 용제 채널(150)의 소정 구간에서 그 상부가 개방되도록 상부 기판(100)에는 총 6개의 용제 투입구(140)가 형성되어 있다.
물론, 도시한 실시예는 본 발명의 일 예를 구현한 것으로, 본 발명이 도시한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 충전실(110) 및 용제 채널(150), 용제 투입구(140)의 형상은 다양하게 변경 실시가 가능하고, 또한 용제 투입구(140)의 개수 및 위치도 적절히 변경 실시가 가능하다.
다음으로, 하부기판(200)은 종래와 전체적인 형상이나 구조에는 차이가 없으나, 상면에 형성된 미세격자구조(210)가 음각 구조로 형성된 점에 특징이 있다.
상기 음각의 미세격자패턴(210)은 충전실(110) 영역을 포함하는 하부기판(200) 상면의 소정 영역에 형성되며, 형상, 깊이(d4), 폭(d2) 및 간격(d3) 등은 필요에 따라 적절히 조절하여 설계될 수 있다(이하, d2, d3, d4는 도 9f 및 도 9g 참조).
바람직하게는 음각의 미세격자패턴(210)을 구성하는 가로, 세로 각 미세 라인의 홈은 폭 4㎛ 이하, 깊이 1㎛ 이상으로 형성하며, 홈과 홈 간의 간격(d3)은 홈의 폭(d2) 보다는 크게 하여 적어도 5㎛ 이상이 되도록 미세격자패턴을 형성한다.
현미경 등과 같은 고배율의 분석장비에서 시료를 관찰하기 위해서는 적은 영역에서 미세격자패턴(210)을 관찰해야 하므로, 미세격자패턴의 간격(d3)이 작을수록 좋으며, 이때 미세격자패턴의 간격을 줄이기 위해서는 미세격자패턴의 폭(d2)을 작게 만드는 것이 중요하다.
또한 미세격자패턴(210)의 깊이(d4)를 깊게 형성할 경우 분석장비의 관찰시에 선명한 미세격자패턴을 볼 수가 있는 바, 시료의 관찰이 용이해진다.
또한, 하부기판(200)의 상면에 형성된 음각의 미세격자구조(210) 주변으로 방향, 거리 혹은 위치 등을 표시할 수 있는 방향표식(220)이 형성된 점에 특징이 있다.
상기 방향표식(220)은 충전실(110) 영역을 포함하는 하부기판(200) 상면의 미세격자패턴(210)의 주변 영역에 형성되며, 형상, 깊이(e1), 크기(e2) 및 간격(e3) 등은 필요에 따라 적절히 조절하여 설계될 수 있다(이하, e1, e2, e3는 도 9g 및 도 9h 참조).
바람직하게는 방향표식(220)을 구성하는 형상은 화살표, 삼각형 등의 방향을 나타낼 수 있는 형상으로 하고 그 깊이는 1㎛이상이 되도록 형성한다.
이때의 방향표식(220)은 미세격자구조(210)을 중심에 두고 방사상으로 중심을 향해 모여드는 형태, 즉 화살표나 삼각형이 미세격자패턴이 있는 쪽을 향하도록 한 형태로 구성하는 것이 바람직하다.
또한 방향표식(220)의 크기는 가로, 세로 각각 50㎛ 내지 500㎛ 이하로 형성하며, 방향 표식 간의 간격(e3)은 방향표식의 크기(e2) 보다는 크게 하여 적어도 500㎛ 이상이 되도록 방향표식을 형성한다.
또한 방향표식의 옆에 미세격자입자와의 거리 혹은 전체 마이크로 칩에서의 위치 등을 숫자 또는 좌표를 형성한다.
그 크기(e4)는 각각 50㎛ 내지 500㎛ 이하로 형성한다.
본 발명의 플라스틱 마이크로 칩(10a)에서는 종래의 미세격자패턴 주변에 미세격자패턴을 찾기 위한 방향표식을 형성하므로 현미경 등과 같은 고배율의 분석장 비에서 쉽게 미세격자패턴을 찾을 수 있다.
음각의 미세격자패턴(210)과 방향표식이 형성된 하부기판(200)의 제조 과정은 후술하기로 한다.
한편, 플라스틱 마이크로 칩에서 충전실(110)이 형성된 기판 영역이 현미경을 통해 관찰할 수 있도록 투명하게 제조되어야 하는 바, 상부기판(100)과 하부기판(200)은 투광성인 임의의 재질을 사용하여 제조된다.
바람직하게는 상부기판(100)과 하부기판(200)을 사출성형방법으로 제작하되, 이를 위해서 사출성형이 가능한 임의의 투광성 플라스틱, 예를 들면, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스틸렌(PS), 사이클론올레핀수지(COC 수지), 또는 폴리올레핀수지(POC 수지) 등을 사용하며, 폴리올레핀수지로는 제온(Zeon) 수지 또는 토파스(Topas) 수지 등을 사용할 수 있다.
여기서, 투광성이란 100 내지 2500nm의 파장대를 갖고 있는 빛이 유리나 플라스틱 등과 같은 임의의 재질을 투과할 때 상기 파장대 중 일정 영역의 투과율이 5% 내지 100%를 갖는 것을 말하며, 이와 같이 투광성을 가지도록 해야 하는 이유는 육안 분석이나 분석장비로 분석할 때 세포, 불순물, 결정 등의 마이크로 입자를 분석하기 위하여 상기 파장대의 빛이 투과하여야만 하기 때문이다.
이하, 본 발명의 플라스틱 마이크로 칩을 제조하는 과정에 대해 상술하기로 한다.
우선, 도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시한 구조의 상부기판(100)을 제작한다.
이때 상부기판(100)의 구성 및 각 부 구조, 재질은 앞에서 설명한 바와 같으며, 통상적인 사출성형방법에 의하여 제조할 수 있다.
다음으로, 도 6 및 도 8에 도시한 구조의 하부기판(200)을 제작한다.
이때 하부기판(200)의 재질 및 음각 구조로 형성된 미세격자패턴(210)과 방향 표식(220)은 앞에서 설명한 바와 같으며, 양각의 미세격자패턴(340)과 방향표식(350)이 형성된 금속재질의 스탬퍼(360)를 제작한 뒤 이를 이용한 사출성형방법에 의하여 제작하게 된다.
상기 하부기판(200)의 성형 과정은 광디스크(CD) 공정에 사용하는 사출성형방법이 적용될 수 있는 바, 여기서 광디스크 공정이란 유리로 된 모재에 포토레지스트를 도포하고, 이후 노광, 현상, 도금 공정을 거쳐 그 모양을 스탬퍼(stamper)라 불리는 금속판으로 옮긴 뒤, 상기 금속판을 금형에 부착하여 플라스틱 사출물을 성형하는 방법이다.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명에 따른 하부기판의 제작 과정을 설명하기 위한 각 공정의 단면도로서, 이를 참조하여 하부기판을 제작하는 과정의 일 예를 상술하면 다음과 같다.
도 9a에 나타낸 바와 같이, 유리, 실리콘 또는 세라믹 등의 재질로 이루어진 플레이트(310)를 마련한 후, 상기 플레이트(310) 상에 포토레지스트(PR)를 스핀 코팅 등의 방법으로 코팅하여 포트레지스트층(320)을 적층시킨다.
이후, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토레지스트층을 패터닝하여, 음각의 미세격자패턴과 방향표식을 포함하여 이루어진 마스 크 패턴(320)을 상기 플레이트(310) 상에 형성한다.
이후, 도 9c에 나타낸 바와 같이, 상기 마스크 패턴(320)이 형성된 표면상에 전기가 통할 수 있도록 Cu나 Ni 등과 같은 금속을 스퍼터링, 진공증착 또는 비전해 도금의 방법을 이용하여 적층시킴으로써 전기전도성의 금속층(330)을 형성한다.
이후, 도 9d에 나타낸 바와 같이, 상기 금속층(330) 상에 Cu나 Ni 등과 같은 금속을 무전해 도금 또는 전해 도금 등의 방법을 이용하여 0.1mm 이상의 두께로 적층시킴으로써 스탬퍼(360)를 형성한다.
여기서, 0.1mm 미만의 두께로 적층하는 경우 금형 장착이 어렵고, 사출성형을 할 수 없게 된다.
이후, 도 9e에 나타낸 바와 같이, 플레이트 및 마스크 패턴을 분리한 뒤, 남아 있는 포토레지스트를 유기용제로 녹여내거나 불로 소각하여 제거함으로써 금속재질의 스탬퍼(360)를 제작하게 된다.
상기 스탬퍼(360)는 얇은 금속판 형태로 제작되어 하부기판(200)을 사출성형하기 위한 모재로 사용된다.
특히, 상기 스탬퍼(360)는 소정 영역에 양각의 미세격자패턴(340)과 방향표식(350)이 새겨진 구조가 되는 바, 이 양각의 미세격자패턴(340)과 방향표식(350)은 이후 사출성형되는 하부기판(200)의 미세격자패턴(210)과 방향표식(220)을 성형하기 위한 부분이 되는 것으로, 하부기판(200)의 미세격자패턴(210)과 방향표식(220)에 대응되는 위치 및 영역에 형성되게 된다.
이후, 상기 스탬퍼(360)는 세정, 보호막 코팅, 뒷면 연마, 금형에 취부 가능 한 크기로 만들기 위한 커팅 공정 등을 실시하여 최종적으로 완성되며, 이러한 공정은 기존의 광디스크(CD) 생산공정에서 사용하는 방법으로 통상의 작업자가 알 수 있는 방법과 동일하다.
상기 스탬퍼(360)는 금형에 장착될 수 있는 내구성 및 수명 확보를 위해서 0.3 mm 정도의 두께로 만드는 것이 적당하다.
이후, 도 9f에 나타낸 바와 같이, 양각의 미세격자패턴을 가지도록 제작된 스탬퍼(360)를 금형에 장착하고, 사출성형기에서 하부기판(200)의 원료가 되는 용융수지를 사출하여 음각의 미세격자패턴과 방향표식을 가지는 하부기판(200)을 성형한다.
이후, 도 9g에 나타낸 바와 같이, 사출성형 후 탈형하게 되면 음각의 미세격자패턴(210)이 형성된 하부기판(200)이 완성되며, 이러한 사출성형 과정을 반복하여 하부기판(200)을 대량으로 생산할 수 있게 된다.
또한, 도 9h에 나타낸 바와 같이 화살표 모양의 형상을 갖는 방향 표식이 미세격자패턴 주변에 있는 하부기판(200)을 만들게 된다.
상기와 같이 하부기판(200)을 제작함에 있어서, 미세격자패턴(210)의 폭(d3)과 깊이(d4), 간격(d2)은 앞에서 설명한 바와 같다.
즉, 바람직한 실시예로서, 음각의 미세격자패턴(210)을 구성하는 각 미세 라인의 홈은 폭 4㎛ 이하, 깊이 1㎛ 이상으로 형성하며, 홈과 홈 간의 간격(d2)은 홈의 폭(d3) 보다는 크게 하여 적어도 5㎛ 이상이 되도록 미세격자패턴을 형성한다.
또한, 방향 표식(220)을 구성하는 형상은 화살표, 삼각형 등의 방향을 지시 할 수 있는 모양으로 형성하며, 깊이는 1㎛이상, 방향 표식간의 간격(e3)은 크기(e2) 보다는 크게 하여 적어도 500㎛이상이 되도록 방향 표식을 형성한다.
다음으로, 상기와 같이 제작된 상부기판(100)과 하부기판(200)을 서로 고정시켜 플라스틱 마이크로 칩(10a)을 완성하게 되는데, 고정 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 상부기판(100)과 하부기판(200)은 별도의 고정수단을 사용하는 방법보다는 상하 적층구조가 되도록 대응면끼리 접합시켜 일체를 이루도록 하는 것이 바람직하며, 이때 통상의 방법, 예를 들면, 가열, 접착제 사용, 코팅, 가압, 진동 또는 초음파 접합 등의 방법에 의하여 접합시킬 수 있으나, 바람직하게는 용제 투입구(140) 및 용제 채널(150)을 통해 용제 또는 용제와 접착제의 혼합물을 두 기판 사이의 경계부분에 주입하여 접합시키는 용제 접합법을 이용한다.
우선, 용제 접합시의 용제 흐름성을 개선하기 위하여 상부기판(100)과 하부기판(200)을 표면 처리하는 과정을 용제 접합 과정 이전에 실시하는 것이 바람직하며, 이러한 표면 처리를 통해 표면 에너지를 높여주면 용제 흐름성이 개선되어 접합상태와 결합력이 강해질 수 있다.
또한 상부기판(100)과 하부기판(200)을 표면 처리하게 되면 시료 투입구(120), 충전실(110), 배출구(130)로 이어지는 유로를 따라 시료가 원활하게 유동될 수 있다.
표면 처리시에는 상부기판(100) 및 하부기판(200)의 표면상에 표면처리장치를 이용하여 친수성 및 기능성 처리를 해주는데, 저진공상태의 공간에서 산소, 질 소, 아르곤, 암모니아 등의 가스를 주입함과 동시에 고전압을 가하여 처리하는 플라즈마 표면 처리장치를 이용하여, 친수성 처리 또는 반응기 도입 등의 표면 개질을 거치는 방법이 바람직하다.
본 발명에 따른 플라스틱 마이크로 칩이 친수성을 나타내도록 산소 플라즈마 등을 이용하여 처리하는 경우에는 혈액과 같은 수성액체가 충전실(110)에서 잘 흐르고 또한 고르게 퍼질 수 있게 된다.
일 예로, 친수성 처리의 경우, 180 ~ 220㎤/min 정도의 산소 가스를 주입하여 250 ~ 350초 동안 플라즈마 방전 처리 과정을 거치게 된다.
또한, 원하는 반응기, 예를 들어 아민기를 도입하기 위하여, 상기 아민기 반응기의 플라즈마 또는 기타 화학적 방법 등으로 처리할 수 있다.
이와 같이 플라스틱 마이크로 칩을 표면 처리하는 경우에는 단백질 칩(DNA chip)을 구성하는데 사용할 수 있어서 그 성능이 더욱 향상된다.
한편, 상기와 같이 표면 처리된 상부기판(100)과 하부기판(200)을 고정하기 위하여, 두 기판(100,200)을 상하로 적측시킨 뒤, 피펫이나 주사기 등과 같은 용제를 투입하는 기구를 이용하여, 전술한 바와 같이 용제 투입구(140)를 통해 용제 채널(150)의 하부 모서리 부분(격벽의 바깥면과 하부기판의 상면이 만나는 경계부분)에 용제를 주입한다.
이때 각 용제 투입구(140)를 따라 용제를 주입하게 되며, 주입된 용제는 모서리 부분을 따라서 흐르는 모세관 현상에 의해 격벽(160)의 바깥쪽에서 상기 하부 모서리 부분을 따라 흘러가게 되어, 결국 용제 채널(150)의 전 구간에 걸쳐 용제의 도포가 이루어진다.
상기한 접합 과정의 용제로는 상부기판(100)과 하부기판(200)의 재질을 녹일 수 있는 임의의 유기용제나 접착제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
예를 들면, 케톤, 방향족 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소 중에 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아세톤, 클로로포름, 염화메틸렌 및 사염화탄소 붕에 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용한다.
그리고, 용제의 접착력을 높이기 위하여 아크릴 수지 등과 같은 접착제의 소정량을 상기 용제 또는 혼합물에 혼합하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 상부기판(100)과 하부기판(200)을 용제 접합접으로 접합을 하게 되면, 종래의 방법인 가열, 접착제 사용, 코팅, 가압, 진동 및 초음파 접합법에 비하여 충전실(110)의 높이를 균일하게 접합할 수 있으며, 충전실(110) 내부의 표면성질에 영향을 주지 않고 접합할 수 있게 된다.
특히, 용제 접합법을 사용하면, 종래의 초음파 방법에 비하여 접착 전, 후의 상부기판(100) 모양에 변화가 없어서 충전실(110)의 높이를 사출성형에 의해 제어된 치수 그대로 접착할 수 있기 때문에, 균일한 높이의 충전실(110)을 형성할 수 있게 된다.
이와 같이 하여, 상부기판(100)과 하부기판(200)을 용제 접합하는 과정을 거치게 되면 소망하는 플라스틱 마이크로 칩을 완성할 수 있게 된다.
도 10은 2개의 충전실을 구비한 본 발명의 다른 실시예를 도시한 분리사시도이다.
도시한 바와 같이 격벽에 의해 분리된 2개의 충전실(은선 도시)을 구비한 실시예를 보여주고 있으며, 각 충전실마다 별도의 시료 투입구(121,122)와 배출구(131,132)가 구비되어 있다.
또한 용제 접합을 위한 용제 채널(은선 도시)이 상부기판(100) 내부에 충전실 주변으로 형성되어 있으며, 각 용제 채널을 따라 복수개의 용제 투입구(140)가 소정 간격으로 형성되어 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로 칩은 필요에 따라 2개 이상의 충전실을 구비할 수 있다.
이때의 각 충전실을 각각의 독립된 공간을 조성하게 되며, 또한 각각의 충전실에는 각각의 구분된 미세격자패턴 및 이것에 부속되는 각 방향표식이 배속될 수 있다.
이와 같이 하여, 상기와 같이 제작된 본 발명의 플라스틱 마이크로 칩은 혈액 내의 적혈구, 백혈구 또는 혈소판 등과, 척수액, 오줌, 타액, 우유 등의 시료 내 세포를 용이하게 계수할 수 있으며, 또한 포유류의 생식세포의 계수 및 관찰도 용이하게 할 수 있다.
뿐만 아니라, 단세포 생물인 세균, 박테리아, 효모의 계수도 용이하며, 불완전 용해된 혼탁액 속에 있는 불순물이나 금속, 비금속의 결정, 그 밖의 임의의 마이크로 입자에 대하여 개체수를 용이하게 계수할 수 있다.
이상으로, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명하였으며, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로 칩 및 그 제조방법에 의하면, 다음과 같은 장점을 제공하게 된다.
1) 상기와 같이 미세격자패턴 주변으로 미세격자패턴이 있는 방향을 알 수 있는 방향표식을 형성하는 경우, 방향표식이 없는 경우에 비하여 미세격자패턴을 보다 쉽게 찾을 수 있다.
2) 미세격자패턴과의 거리 혹은 위치까지 방향표식에 부가할 경우, 보다 빠르게 미세격자패턴을 찾을 수 있게 되어 시료의 관찰 시간을 단축할 수 있다.

Claims (7)

  1. 상하 적층된 투광성 상부기판 및 하부기판을 포함하여 구성되고, 상부기판과 하부기판 사이에 형성된 충전실과, 충전실 일측과 타측에 각각 연결된 시료 투입구 및 배출구가 구비되며, 하부기판 상면에는 충전실 시료의 마이크로 입자를 계수하기 위한 음각의 미세격자패턴이 형성된 플라스틱 마이크로 칩에 있어서,
    상기 하부기판의 상면에 형성된 미세격자패턴의 주변 영역에는 미세격자패턴의 위치를 찾기 위한 방향을 알 수 있는 방향표식이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 방향표식은 화살표 형태 또는 삼각형 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 방향표식은 옆에 미세격자패턴과의 거리를 나타내는 숫자를 병기한 것을 특징으로 하는 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 방향표식은 옆에 미세격자패턴과의 위치를 나타내는 좌표를 병기한 것을 특징으로 하는 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩.
  5. 상하 적층된 투광성 상부기판 및 하부기판을 포함하여 구성되고, 상부기판과 하부기판 사이에 형성된 충전실과, 충전실 일측과 타측에 각각 연결된 시료 투입구 및 배출구가 구비되며, 하부기판 상면에는 충전실 시료의 마이크로 입자를 계수하기 위한 미세격자패턴이 형성된 플라스틱 마이크로 칩을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 투광성 플라스틱을 사출성형하여 상부기판을 제작하는 단계;
    (b) 투광성 플라스틱을 사출성형하여 상면에 음각의 미세격자패턴과 방향과 거리 혹은 위치를 나타내는 방향표식이 형성된 하부기판을 제작하는 단계;
    (c) 상기 상부기판과 하부기판을 표면 처리하는 단계와;
    (d) 상기 상부기판과 하부기판을 상하로 적층되도록 접합시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 (a)단계에서, 하면 상에 상기 충전실 주변 외곽의 전 둘레에 걸쳐 격벽을 사이에 둔 홈 구조를 가지면서 상기 홈 구조에서 상부가 개방되도록 관통 형성된 복수개의 용제 투입구를 가지는 상부기판을 성형하고, 상기 (d)단계에서, 상기 상부기판과 하부기판을 적층시킨 상태에서 상기 각 용제 투입구를 통해 상기 홈 구조와 하부기판 상면이 형성하는 용제 채널 내부로 용제를 주입하되, 상부기판과 하부기판 간의 경계부분에 용제가 주입되도록 하여 용제 접합하는 것을 특징으로 하는 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩 제조방법.
  7. 청구항 5에 잇어서, 상기 (b)단계는, 플레이트 상에 포토레지스트층을 적층하는 단계와, 노광 및 현상 공정에 의해 상기 포토레지스트층을 패터닝하여 음각의 미세격자패턴과 방향 표식을 갖는 마스크 패턴을 상기 플레이트 상에 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴이 형성된 표면상에 전기전도성의 금속층을 형성하는 단계와, 무전해 도금 또는 전해 도금을 실시하여 상기 금속층 상에 양각의 미세격자패턴과 방향 표식이 형성된 금속재질의 스탬퍼를 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴에서 스탬퍼를 분리하여 세정하는 단계와, 상기 스탬퍼를 보호막 코팅, 뒷면 연마, 금형에 취부하기 위한 크기로 커팅하는 공정을 거쳐 가공하는 단계와, 상기 가공된 스탬퍼를 금형에 장착한 후 사출성형하여 음각의 미세격자패턴과 방향 표식이 형성된 하부기판을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향표식이 부가된 마이크로 입자 계수용 플라스틱 마이크로 칩 제조방법.
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