KR20090088758A - Microfluidic system for practical running with a nano-gap sensor and method for preparing the same - Google Patents

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KR20090088758A
KR20090088758A KR1020080014215A KR20080014215A KR20090088758A KR 20090088758 A KR20090088758 A KR 20090088758A KR 1020080014215 A KR1020080014215 A KR 1020080014215A KR 20080014215 A KR20080014215 A KR 20080014215A KR 20090088758 A KR20090088758 A KR 20090088758A
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윤완수
정택동
강충무
박형주
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한국표준과학연구원
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Abstract

A microfluidic system is provided to operate it through simple manipulation and to realize miniaturization by grafting a nano gap sensor with a microfluidic chip and to perform all process in a short reaction time by suing only nanogram of samples. A microfluidic system for practical running of a nano gap device comprises a nano gap sensor where an acceptor modified on the surface of a nano gap electrode; a sample inlet for introducing the solution for analyzing; a micro channel which is connected to the sample inlet and provides the channel of the solution introduced through the sample inlet; and a microfluidic chip formed with a sample outlet arranged in the end of the micro channel.

Description

나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법{MICROFLUIDIC SYSTEM FOR PRACTICAL RUNNING WITH A NANO-GAP SENSOR AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Microfluidic system for practical driving of nanogap devices and its manufacturing method {MICROFLUIDIC SYSTEM FOR PRACTICAL RUNNING WITH A NANO-GAP SENSOR AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 나노 갭 센서를 이용하여 실질적 분석을 수행하기 위해 간단한 조작만으로도 구동하고 소형 분석 장치로서 그 가치를 실현하기 위한 것으로서, 나노 갭 센서를 마이크로 플루이딕 칩과 접목시킨 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic system and a method of manufacturing the same for the practical driving of the nanogap device. More specifically, the present invention is a microfluidic device in which a nanogap sensor is combined with a microfluidic chip to drive a simple analysis to realize practical analysis using a nanogap sensor and realize its value as a small analysis device. It relates to a dick system and a method of manufacturing the same.

나노갭 소자는 바이오 센서의 한 분야로 분석 목적에 부합하는 생물학적 수용체를 사용하여 생물학적 인식 과정을 통해 분석물질을 검출하고 이를 다시 광학적 혹은 전기적인 신호로 변환시킴으로서 선택적으로 분석물에 감응하고 신호를 발생시키는 바이오센서의 일종이다. 검출이 가능한 물질로는 단백질, DNA, 생체분비물등과 같은 생체물질이나 중금속 같은 환경물질, 식품류와 연관된 농약 등이 있으며 그 외, 다양한 화학물질을 분석하는데 이용될 수 있다. 이러한 나노 갭 소자는 1-100 nm 정도의 간격을 갖는 나노 갭 전극을 이용하는 것으로서, 나노튜브, 나노 입자, 나노선 등과 단백질, DNA와 같은 나노미터 수준의 크기를 가지는 물질에 대한 특성을 측정하고 응용하는 분야 등이 빠른 속도로 발전하고 있다.Nanogap devices are a field of biosensors that selectively respond to analytes and generate signals by detecting analytes and converting them into optical or electrical signals through biological recognition processes using biological receptors suitable for analytical purposes. It is a kind of biosensor. The detectable materials include biomaterials such as proteins, DNA, bio secretions, environmental substances such as heavy metals, pesticides associated with foods, and the like, and can be used to analyze various chemicals. The nanogap device uses nanogap electrodes with a spacing of about 1-100 nm, and measures and applies characteristics of nanotubes, nanoparticles, nanowires, and other materials having nanometer size such as proteins and DNA. The field of development is rapidly developing.

나노 갭 소자는, 표적물질을 인식하고 신호를 발생시키는 기능을 담당하는 생물학적 수용체(예: 단백질, DNA, 세포, 생체 조직 등)을 사용하여, 이들에 특이적으로 결합하는 기질과의 반응을 통해, 광학적, 전기 화학적 방법에 의한 전기화학적인 신호를 얻게 된다.Nanogap devices use biological receptors (e.g. proteins, DNA, cells, biological tissues, etc.) that are responsible for recognizing targets and generating signals, through reaction with substrates that specifically bind to them. Electrochemical signals are obtained by optical and electrochemical methods.

이러한 바이오센서의 장점은 분석 대상물질에 빠르게 반응함으로서 신속 정확하게 표적물질을 분석할 수 있다는 점이다. 다시 말해, 측정의 단순성, 신속성, 민감성 등이 바이오 센서가 지니는 특유의 장점이라고 할 수 있다.The advantage of such a biosensor is that it can quickly and accurately analyze the target material by reacting quickly to the analyte. In other words, simplicity, rapidity, and sensitivity of measurement are unique advantages of biosensors.

하지만, 신규기술 분야로서 나노갭 소자가 분석 용도로 사용되기 위해서는 앞서 제시한 바이오 센서의 장점들을 만족해야 하며 여러 기술적 문제를 해결해야한다. 특히, 표면에 생물학적 수용체를 수식화하는데 소요되는 반응시간과 생물학적 수용체가 표적을 인식하고 감응하는데 필요한 컨쥬게이션 시간 등이 분석 작업의 신속성에 있어 저해요인이 된다.However, in order for nanogap devices to be used for analytical purposes as a new technology field, it is necessary to satisfy the advantages of the above-described biosensors and solve various technical problems. In particular, the reaction time required to modify the biological receptor on the surface and the conjugation time required for the biological receptor to recognize and respond to the target are the inhibitors in the speed of analysis.

1990년대 중반, 반도체 공정인 소프트 리소그래피(Soft lithography) 기술과 미세가공(Microelectromechanical System)기술을 기반으로 제작 보고된 랩온어칩(lab-on-a-chip)은 미세 유체의 흐름을 조절하여 시료의 희석, 혼합, 반응, 분리, 정량 등의 분석이 하나의 소형 칩 위에서 연속적으로 수행 가능하도록 제시된 통합형 분석 장치의 이상적인 모델이다. 마이크로 플루이딕 시스템은 랩온어칩이 그 기능을 충분히 발휘하도록 마이크로채널 패턴의 구조물 제작과 미세유체 흐름 조절에 관련된 영역이다.In the mid-1990s, a lab-on-a-chip reported based on soft lithography and microelectromechanical system technology, a semiconductor process, regulates the flow of a sample. Dilutions, mixing, reactions, separations, quantifications, etc. are ideal models of the integrated analytical device, which is presented to be able to continuously perform on one small chip. Microfluidic systems are the areas involved in the fabrication of microchannel patterns and microfluidic flow control in order for the lab-on-a-chip to fully function.

마이크로 플루이딕 칩은 초반에 글라스 또는 쿼츠 등으로 제작되었으며 최근에는 미세구조의 재현성과 광학적 특성, 환경 및 생체 친화성등의 장점을 기반으로 PDMS(poly(dimethylsiloxane)), PMMA(poly (methyl methacrylate)), PC(polycarbonate), PETP(poly(ethylene tereph thalate))등과 같은 고분자 물질들이 각광 받고 있으며 이들 소재를 사용하여 마이크로 플루이딕 칩에 대한 다양한 개발이 이뤄지고 있다.Microfluidic chips were initially made of glass or quartz, and recently, based on the advantages of microstructure reproducibility, optical properties, environmental and biocompatibility, PDMS (poly (dimethylsiloxane)) and PMMA (poly (methyl methacrylate)) Polymer materials such as polycarbonate (PC), polyethylene (tereph thalate) (PET), etc. are in the spotlight, and various developments of microfluidic chips have been made using these materials.

본 발명은 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 나노 갭 센서를 마이크로 플루이딕 칩과 접목시켜 간단한 조작만으로도 구동하고 소형화가 가능한 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a microfluidic system and a method of manufacturing the same for practical driving of a nanogap device. More specifically, it is an object of the present invention to provide a microfluidic system and a method of manufacturing the same, which can be driven and reduced in size by incorporating a nanogap sensor into a microfluidic chip.

본 발명의 다른 목적은 신속성, 민감성, 정확성 등의 특징들을 최대한 수렴하기 위해 나노갭 센서에 마이크로 플루이딕 칩을 결합시켜, 이들의 장점이 서로 접목된 실용적인 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to combine a microfluidic chip with a nanogap sensor in order to maximize the convergence of features such as rapidity, sensitivity, accuracy, etc. to provide a practical microfluidic system and a method of manufacturing the same that combines the advantages thereof. will be.

본 발명의 또 다른 목적은 나노 갭 센서에 특징적인 마이크로 플루이딕 칩을 제작하고 접목시켜 마이크로채널 내부의 유체흐름을 단순히 조절함으로서 나노 갭 센서 표면을 간단히 수식화하고 분석 작업을 손쉽게 수행할 수 있는 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to fabricate and incorporate a microfluidic chip, which is characteristic of nanogap sensors, to simply control the fluid flow inside the microchannels to easily formulate the nanogap sensor surface and easily perform microfluidics. It is to provide a dick system and a method of manufacturing the same.

본 발명의 또 다른 목적은, 벌크한 나노갭 소자의 분석 방식을 대체하고, 나노 갭 센서 표면을 물리/화학적인 방법으로 수식화하고, 이것을 마이크로 플루이딕 칩과 접목시켜 나노 그램 수준의 시료만을 사용하여 짧은 반응 시간 안에 모든 처리과정이 진행/완료 될 수 있는 마이크로 플루이딕 시스템 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to replace the analysis method of bulk nanogap devices, formulate the nanogap sensor surface by physical / chemical method, and combine it with microfluidic chip to use only nanogram-level samples. The present invention provides a microfluidic system and a method of manufacturing the same, in which all processes can be performed / completed within a short reaction time.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 수용체가 나노 갭 전극의 표면에 수식화된 나노 갭 센서와, 분석하고자 하는 용액을 도입하기 위한 시료 유입구와, 상기 시료 유입구에 연결되고, 상기 시료 유입구를 통해 도입된 용액의 이동통로를 제공하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로채널의 말단에 배치된 시료 배출구가 형성된 마이크로플루이딕 칩을 포함하고, 상기 마이크로플루이딕 칩의 상부에 상기 나노 갭 센서가 위치하고, 상기 마이크로플루이딕 칩의 마이크로채널을 통해 이동하는 샘플이 상기 나노 갭 센서에 수식화된 수용체와 접촉하도록 배치된, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템이 제공된다.According to a preferred embodiment of the invention, the receptor is connected to the sample inlet, the sample inlet for introducing a nano-gap sensor formulated on the surface of the nano-gap electrode, the solution to be analyzed, the sample inlet, and introduced through the sample inlet And a microfluidic chip having a microchannel for providing a movement path of a solution, and a sample outlet disposed at an end of the microchannel, wherein the nanogap sensor is positioned on the microfluidic chip, and the microfluidic A microfluidic system is provided for practical driving of a nanogap device, wherein a sample traveling through a microchannel of a chip is placed in contact with a modified receptor on the nanogap sensor.

본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 시료 유입구가 3개 이상의 복수개로 구비되고, 그 중 어느 하나는 세정액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 수용체에 특이적으로 결합하는 기질을 함유하는 샘플 용액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 기질에 특이적으로 결합하는 신호생성물질의 유입구인 것을 특징으로 하는, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템이 제공된다.According to another preferred embodiment of the present invention, the sample inlet is provided with a plurality of three or more, one of which is the inlet of the cleaning liquid, the other of the sample solution containing a substrate that specifically binds to the receptor A microfluidic system for practical driving of a nanogap device is provided, which is an inlet and the other is an inlet of a signal generator that specifically binds to the substrate.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 시료 유입구가 4개 이상의 복수개로 구비되고, 그 중 어느 하나는 샘플용액을 공급하기 전에 세정을 위한 세정액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 수용체에 특이적으로 결합하는 기질을 함유하는 샘플 용액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 기질에 특이적으로 결합하는 신호생성물질의 유입구이고, 또 다른 하나는 샘플 용액을 공급한 후 최종적 세정을 위한 세정액의 유입구이고, 인 것을 특징으로 하는, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템이 제공된다.According to another preferred embodiment of the present invention, the sample inlet is provided with a plurality of four or more, one of which is the inlet of the cleaning solution for cleaning before supplying the sample solution, the other is specific to the receptor The inlet of the sample solution containing the substrate to bind to the substrate, the other is the inlet of the signal generator that specifically binds to the substrate, the other is the inlet of the cleaning solution for the final cleaning after supplying the sample solution, A microfluidic system for practical driving of a nanogap device is provided, characterized in that.

본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 상기 시료 유입구의 각각에, 용액을 일정한 패턴으로 공급하기 위한 프로그램화된 흐름조절 멀티 펌프가 연결된, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템이 제공된다.According to a more preferred embodiment of the present invention, there is provided a microfluidic system for practical driving of a nanogap element, to each of the sample inlets, to which a programmed flow control multipump for supplying a solution in a constant pattern is connected. .

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 기판의 표면에, 분석하고자 하는 용액을 도입하기 위한 시료 유입구와, 상기 시료 유입구에 연결되고, 상기 시료 유입구를 통해 도입된 용액의 이동통로를 제공하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로채널의 말단에 배치된 시료 배출구를 양각으로 형성하는 제1 단계와; 상기 양각틀에 고분자를 주입하고 고형화시킨 후 상기 고분자를 이형하여 마이크로 플루이딕을 제조하는 제2 단계와; 상기 마이크로 플루이딕 칩의 표면을 플라즈마 방전을 이용하여 표면처리하는 제3 단계와; 수용체가 나노 갭 전극의 표면에 수식화된 나노 갭 센서를 상기 마이크로 플루이딕 칩의 상부에 본딩하는 제4 단계로 이루어진, 마이크로 플루이딕 시스템의 제조방법이 제공된다.According to another preferred embodiment of the present invention, a micro inlet for introducing a solution to be analyzed on the surface of the substrate, and a micro-channel which is connected to the sample inlet, the passage of the solution introduced through the sample inlet A first step of embossing a channel and a sample outlet disposed at an end of the microchannel; A second step of preparing a microfluidic compound by injecting and solidifying a polymer into the relief mold and releasing the polymer; A third step of surface treating the surface of the microfluidic chip using plasma discharge; A method of manufacturing a microfluidic system is provided, which comprises a fourth step in which a receptor bonds a nanogap sensor modified on the surface of a nanogap electrode to the top of the microfluidic chip.

본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 시스템은 다음의 효과를 제공한다.The microfluidic system according to the present invention provides the following effects.

첫째, 분석 및 전처리과정에서 소요되는 고비용의 시료 소모량이 극히 줄여준다.First, the high cost of sample consumption during analysis and pretreatment is greatly reduced.

둘째, 생물학적 수용체의 표면 수식화과정과 표적물질 탐지에 필요한 반응 시간이 획기적으로 감소시킨다.Second, the reaction time required for surface modification of biological receptors and detection of target substances is greatly reduced.

셋째, 화학 물질의 배출이 마이크로에서 나노 수준이기에 환경오염을 줄일 수 있다.Third, environmental emissions can be reduced because chemical emissions are at the micro to nano level.

넷째, 마이크로채널 패턴수를 충분히 늘린다면 어떤 복잡한 전처리 과정 및 분석과정이 간단하게 순차적으로 진행할 수 있다.Fourth, if the number of microchannel patterns is sufficiently increased, any complicated preprocessing and analysis process can be performed simply and sequentially.

다섯째, 각각의 마이크로채널을 프로그램화된 흐름조절 멀티 펌프를 응용 하여 조작한다면 간편하고 노동력 소모가 작으며 모듈화 된 전처리 자동화 시스템을 구축할 수 있다.Fifth, if each microchannel is operated by using a programmable flow control multi-pump, it is possible to construct a simple, labor-consuming, modular preprocessing automation system.

여섯째, 나노갭 소자에 반도체공정과 같이 잘 알려진 마이크로 플루이딕 칩 제작 기술을 적용함으로서, 간단하고 신속한 측정이 가능한 바이오센서 시스템을 구축하는데 사용될 수 있다. 또한, 고분자 물질 등과 같은 저비용의 소재를 사용함으로써 본 발명에서 제시한 전처리 및 분석 용도의 시스템에 있어 제작시 원가 절감을 가져올 수 있다.Sixth, by applying well-known microfluidic chip fabrication technology such as semiconductor process to nanogap devices, it can be used to build a biosensor system capable of simple and rapid measurement. In addition, by using a low-cost material such as a polymer material, it is possible to bring down the cost in manufacturing in the system for pretreatment and analysis proposed in the present invention.

본 발명에 따른 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템은 a) 수용체가 나노 갭 전극의 표면에 수식화된 나노 갭 센서와, 분석하고자 하는 용액을 도입하기 위한 시료 유입구와, b) 상기 시료 유입구에 연결되고, 상기 시료 유입구를 통해 도입된 용액의 이동통로를 제공하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로채널의 말단에 배치된 시료 배출구가 형성된 마이크로플루이딕 칩을 포함하여 이루어지고, 여기서 상기 마이크로플루이딕 칩의 상부에 상기 나노 갭 센서가 위치하고, 상기 마이크로플루이딕 칩의 마이크로채널을 통해 이동하는 샘플이 상기 나노 갭 센서에 수식화된 수용체와 접촉하도록 배치된다.The microfluidic system for practical driving of the nanogap device according to the present invention comprises a) a nanogap sensor whose receptor is modified on the surface of the nanogap electrode, a sample inlet for introducing a solution to be analyzed, and b) the sample. A microfluidic chip connected to an inlet, said microfluidic chip having a microchannel for providing a movement passage of the solution introduced through said sample inlet, and a sample outlet disposed at the end of said microchannel, wherein said microfluidic The nanogap sensor is located on top of the chip and a sample traveling through the microchannels of the microfluidic chip is placed in contact with the receptors formulated in the nanogap sensor.

본 발명에 따른 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스 템을 첨부된 도면을 참조하여 구성과 작용에 대해 구체적으로 설명한다.With reference to the accompanying drawings, a microfluidic system for practical driving of the nanogap device according to the present invention will be described in detail with respect to configuration and operation.

도 1은 리소프트리소그래피와 같은 반도체 공정을 통해 마이크로채널 패턴이 새겨진 마이크로 플루이딕 칩을 나타낸 것이고, 도 2는 상기 마이크로 플루이딕 칩 상에 나노 갭 센서를 본딩하여 얻어진 마이크로 플루이딕 시스템의 개략적인 패턴을 보여준다. 도 1에 예시된 4개의 시료 주입구를 통해, 항원이 표지된 나노 골드 파티클, 항체, 완충용액과 나노갭 센서를 건조시킬 공기가 주입될 수 있다.1 shows a microfluidic chip engraved with a microchannel pattern through a semiconductor process such as lithography, and FIG. 2 is a schematic pattern of a microfluidic system obtained by bonding a nanogap sensor onto the microfluidic chip. Shows. Through the four sample inlets illustrated in FIG. 1, air to dry an antigen-labeled nano gold particle, an antibody, a buffer solution and a nanogap sensor may be injected.

우선 나노 갭 센서의 구성 및 그 작용은 이미 널리 알려져 있으며, 이에 대한 보다 상세한 설명은 본 출원인 소유의 한국특허 제762,258호를 참조하기 바란다. 상기 한국특허 제762,258호에 기재된 내용은 본 발명의 이해를 위해 참조된다.First, the configuration and operation of the nanogap sensor are already well known, and for more detailed description thereof, refer to Korean Patent No. 762,258 owned by the present applicant. The contents described in Korean Patent No. 762,258 are referred to for understanding the present invention.

본 발명은, 나노갭 소자에 센서로서 그 기능성을 부여하기 위한 표면 수식화 과정과 실용적으로 간단하게 분석과정이 수행되도록 나노갭-마이크로 플루이딕 칩 시스템을 구현한 것이다. 마이크로 플루이딕 칩의 경우 고분자와 같은 소재를 사용할 경우 미세구조의 재현이 용이하며, 그 미세구조의 크기는 일반적으로 마이크로 수준이므로 전처리 과정마다 그 역할을 담당하는 마이크로채널을 하나씩 부여하고 각각의 마이크로채널을 프로그램화 되어 있는 흐름조절 멀티 펌프 등으로 조절한다면 하나의 나노갭-마이크로 플루이딕 칩 위에서 간단히 분석 작업을 진행할 수 있다.The present invention is to implement a nanogap-microfluidic chip system to perform a surface modification process and a practically simple analysis process to impart the functionality as a sensor to the nanogap device. In the case of microfluidic chips, it is easy to reproduce microstructures when using materials such as polymers. Since the size of microstructures is generally micro level, each microchannel is assigned to each microchannel. If you control it with a programmable flow control multipump, you can simply run the analysis on a single nanogap-microfluidic chip.

도 3은 나노갭-마이크로 플루이딕 시스템의 마이크로채널 패턴을 획일화시켜 나타낸 것이며, 도 4는 xyz 스테이지를 사용하여 나노갭 소자와 마이크로 프루이딕의 채널을 정확히 일치시킨 것이다. 도 5는 마이크로 플루이딕의 마이크로채널과 나노갭 소자가 정확히 일치하도록 정렬한 후 본딩을 진행하여 제작된 나노갭-마이크로 플루이딕 칩이다. 도 6은 흐름조절 펌프에 의해서 형광용액(분석물 대체물질)이 마이크로채널 속으로 주입되고 있는 것이다. 나노갭-마이크로 플루이딕 시스템으로 주입되고 있는 분석 목표 용액은 흐름 조절을 통해 나노갭 소자 영역을 지나게 되어 있으며, 도 7(a), 7(b), 7(c)는 분석 목적물질(형광물질)이 0.1s 시간간격으로 흐르고 있는 장면을 관찰한 것이다.FIG. 3 shows a uniform microchannel pattern of a nanogap-microfluidic system, and FIG. 4 accurately matches the channels of the nanogap device and the microfluidic using the xyz stage. FIG. 5 is a nanogap-microfluidic chip manufactured by aligning microchannels of a microfluidic and nanogap elements to be exactly aligned and then bonding them. 6 is a fluorescent solution (analyte substitute) is injected into the microchannel by the flow control pump. The analytical target solution being injected into the nanogap-microfluidic system passes through the nanogap device region through flow control, and FIGS. 7 (a), 7 (b) and 7 (c) show the analyte target (fluorescent material). ) Is observed at 0.1s intervals.

< 실시예 > <Example>

실시예1: 나노갭-마이크로 플루이딕 시스템 제작.Example 1 Fabrication of Nanogap-Micro Fluidic System.

고분자 마이크로 플루이딕 칩의 형틀을 제작하기 위한 과정 중으로 75×25 cm인 슬라이드 글래스(Corning사; 스위스) 표면 위의 불순물을 제거하기 위해 피란아 용액(황산:과산화수소=3:1)에 55분 동안 담근 후 피란아 용액에서 제거하였다. 세척된 슬라이드 글래스 위에 감광제인 SU-50(Microchem사; 미국)을 3000 rpm으로 스핀 코팅한 후 각각 65℃, 95℃에서 5분과 15분 동안 소프트 베이킹 과정을 진행하였다. 도 1과 같은 마이크로채널 패턴이 새겨진 마스크를 이용하여 UV 정렬기에서 15초간 20 mJ/cm2의 세기로 노광시켜 준다. 소프트 베이크 과정과 같이 후 노광 베이크 과정을 진행한 후 SU-8 현상기(Microchem사;미국)를 사용하여 현상하였다. 현상이 완료된 슬라이드 글래스 형틀은 증류수로 세척과정을 진행하고 공기로 불어준다. 제작된 형틀위에 PDMS(PDMS:경화제 = 10:1)용액을 붓고 70℃ 오븐에서 건조시킨 후 이형 한다. 마이크로채널 패턴이 그려진 PDMS와 나노갭 소자가 탑재된 실 리콘 웨이퍼를 코로나 방전기에 5분씩 노출시킨 후 본딩한다. 나노갭이 탑재될 소자와 마이크로 플루이딕 칩 채널의 사이즈가 마이크로미터 수준의 사이즈이기 때문에 xyz 스테이지와 적립 현미경을 이용하여 정렬한 후 본딩 과정을 진행하였다. 도 3는 나노갭 소자 영역과 정확히 일치하도록 배열된 PDMS 채널을 보여주고 있다. 도 4는 나노갭 소자와 마이크로 플루이딕 칩이 정확히 일치하도록 배열된 후 마지막 본딩 과정을 통해 제작된 나노갭-마이크로 플루이딕 칩을 보여주고 있다.During the process of fabricating the polymer microfluidic chip, 55 minutes in pyrania solution (sulfuric acid: hydrogen peroxide = 3: 1) was used to remove impurities on the surface of slide glass (Corning, Switzerland) of 75 × 25 cm. After soaking, the solution was removed from the piranha solution. After spin-coating SU-50 (Microchem, USA), a photoresist on the washed slide glass at 3000 rpm, the soft baking process was performed at 65 ° C. and 95 ° C. for 5 minutes and 15 minutes, respectively. Using a mask engraved with a microchannel pattern as shown in FIG. 1, the UV alignment device is exposed at an intensity of 20 mJ / cm 2 for 15 seconds. After the post-exposure bake process, such as the soft bake process, it was developed using a SU-8 developer (Microchem; USA). The developed slide glass mold is washed with distilled water and blown with air. Pour the PDMS (PDMS: hardener = 10: 1) solution on the mold and dry in an oven at 70 ℃ and release. The silicon wafer with the PDMS and the nanogap element with the microchannel pattern is exposed to the corona discharger for 5 minutes and then bonded. Since the nanogap-mounted device and the microfluidic chip channel are about the size of a micrometer, the bonding process was performed after aligning using the xyz stage and the earned microscope. 3 shows a PDMS channel arranged to exactly match the nanogap device region. FIG. 4 shows a nanogap microfluidic chip fabricated through a final bonding process after the nanogap device and the microfluidic chip are exactly aligned.

실시예 2: 나노갭-마이크로 플루이딕 시스템 제작. Example 2: Nanogap-Micro Fluidic System Fabrication.

마이크로 플루이딕 칩에서 직경 1 mm인 시료유입구 4개 각각에 외경이 1.2 mm인 테플론 튜브 4개를 서로 튜빙하였다. 도 5는 나노갭-마이크로 플루이딕 칩과 흐름조절 펌프가 테플론 튜브를 통해 연결되어 있는 소형 분석 시스템을 보여주고 있다. 흐름 조절 펌프를 이용하여 각 채널에서 흘려주는 유체의 압력을 각각 조절하였다. 도 6은 형광 용액이 주입되고 있는 나노갭-마이크로 플루이딕 시스템을 보여주고 있다. 도 7(a), 7(b), 7(c)는 4개의 시료 중 원하는 시료를 나노갭 소자의 방향으로 5초 동안 주입하였을 때 형광이미지를 보여준다. 각각의 주입장면은 0.1초 단위로 관찰한 것이다. 유체의 흐름이 순차적으로 조절되어 원하는 용액이 나노갭 센서 영역을 지나가는 현상을 관찰하기 위해 10 mM의 로다민 B를 사용하였다.Four Teflon tubes with an outer diameter of 1.2 mm were tubed from each other in each of four sample inlets having a diameter of 1 mm in the microfluidic chip. 5 shows a compact analysis system in which a nanogap-microfluidic chip and a flow control pump are connected through a Teflon tube. The flow control pump was used to adjust the pressure of the fluid flowing in each channel. 6 shows a nanogap-microfluidic system into which a fluorescent solution is being injected. 7 (a), 7 (b) and 7 (c) show fluorescence images when a desired sample of four samples is injected for 5 seconds in the direction of the nanogap device. Each injection scene is observed in 0.1 second increments. 10 mM rhodamine B was used to monitor the flow of the fluid sequentially so that the desired solution passed through the nanogap sensor region.

상기 실시예 1 및 2의 결과는 소량의 시료만으로도 간단하고 신속한 분석이 가능함을 말해준다. 보다 구체적으로, 마이크로채널을 통해 마이크로수준으로 시료를 도입하더라고 간단하고 효율적인 분석이 수행될 수 있음을 말해준다.The results of Examples 1 and 2 indicate that a simple and quick analysis is possible even with a small amount of sample. More specifically, the introduction of a sample at the micro level through a microchannel indicates that a simple and efficient analysis can be performed.

한편 도 1 등에 예시된 마이크로 플루이딕 시스템은 시료 유입구가 4개 구비 된 예를 설명한다. 여기서, 4개 중 어느 하나는 샘플용액을 공급하기 전에 세정을 위한 세정액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 수용체에 특이적으로 결합하는 기질을 함유하는 샘플 용액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 기질에 특이적으로 결합하는 신호생성물질의 유입구이고, 또 다른 하나는 샘플 용액을 공급한 후 최종적 세정을 위한 세정액의 유입구인 것이 바람직하다. 기질에 특이적으로 결합하는 신호생성물질의 예로는 전기적, 광학적 신호생성기에 의해 유도체화된 항체, 단백질 등이 사용될 수 있다. 상기 시료 유입구는 분석하고자 하는 물질의 종류 등에 의존하여 다양하게 변형할 수 있다. 예를 들면, 상기 시료 유입구는 3개 구비될 수 있다. 이 때, 3개의 시료유입구 중 어느 하나는 세정액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 수용체에 특이적으로 결합하는 기질을 함유하는 샘플 용액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 기질에 특이적으로 결합하는 신호생성물질의 유입구로서 사용될 것이다.Meanwhile, the microfluidic system illustrated in FIG. 1 and the like describes an example in which four sample inlets are provided. Here, any one of four is the inlet of the cleaning solution for cleaning before supplying the sample solution, the other is the inlet of the sample solution containing the substrate specifically binding to the receptor, the other is specific to the substrate It is preferable that the inlet of the signal generating material to be coupled to each other, and the other is the inlet of the cleaning solution for the final cleaning after supplying the sample solution. As an example of a signal generator that specifically binds to a substrate, an antibody, a protein, or the like derivatized by an electrical or optical signal generator may be used. The sample inlet may be modified in various ways depending on the type of material to be analyzed. For example, three sample inlets may be provided. At this time, one of the three sample inlet is the inlet of the cleaning solution, the other is the inlet of the sample solution containing the substrate specifically binding to the receptor, the other is the signal generation that specifically binds to the substrate It will be used as the inlet of the material.

도 1은 리소프트리소그래피와 같은 반도체 공정을 통해 마이크로채널 패턴이 새겨진 마이크로 플루이딕 칩의 사진이다. 1 is a photograph of a microfluidic chip engraved with a microchannel pattern through a semiconductor process such as lithography.

도 2는 상기 마이크로 플루이딕 칩 상에 나노 갭 센서를 본딩하여 얻어진 마이크로 플루이딕 시스템의 디자인에 대한 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a design of a microfluidic system obtained by bonding a nanogap sensor on the microfluidic chip.

도 3는 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 시스템에서 나노갭 센서와 마이크로 플루이딕 칩의 배열을 보여주는 그림이다.3 is a diagram showing an arrangement of a nanogap sensor and a microfluidic chip in a microfluidic system according to the present invention.

도 4는 나노갭 소자와 마이크로 플루이딕 칩의 본딩 과정을 마친 후 최종적으로 제작된 마이크로 플루이딕 시스템을 보여준다.Figure 4 shows the final microfluidic system fabricated after the bonding process of the nanogap device and the microfluidic chip.

도 5은 흐름조절 펌프에 연결된 테플론 튜브를 나노갭-마이크로 플루이딕 시스템에 연결한 장면을 촬영한 사진이다.FIG. 5 is a photograph of a scene in which a Teflon tube connected to a flow control pump is connected to a nanogap-microfluidic system.

도 6은 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 시스템을 통해 실제 표지물질을 주입하고 있는 장면을 촬영한 사진이다.6 is a photograph of a scene in which the actual labeling material is injected through the microfluidic system according to the present invention.

도 7(a), 7(b), 7(c)는 마이크로채널 내부의 유체를 흐름 조절 펌프로 조절하였을 경우로 0.1초 간격으로 관찰한 사진이며, 실제 시료 대신 형광물질을 주입함으로써 적재적소에 주입되는 유체의 흐름에 대해 관찰한 그림이다.7 (a), 7 (b), and 7 (c) are photographs observed at 0.1 second intervals when the fluid inside the microchannel is controlled by a flow control pump. This is an illustration of the flow of injected fluid.

Claims (5)

수용체가 나노 갭 전극의 표면에 수식화된 나노 갭 센서와,A nanogap sensor with a receptor formulated on the surface of the nanogap electrode, 분석하고자 하는 용액을 도입하기 위한 시료 유입구와, 상기 시료 유입구에 연결되고, 상기 시료 유입구를 통해 도입된 용액의 이동통로를 제공하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로채널의 말단에 배치된 시료 배출구가 형성된 마이크로플루이딕 칩을 포함하고,A micro-channel having a sample inlet for introducing a solution to be analyzed, a micro channel connected to the sample inlet and providing a moving passage of the solution introduced through the sample inlet, and a sample outlet disposed at the end of the micro channel Contains fluidic chips, 상기 마이크로플루이딕 칩의 상부에 상기 나노 갭 센서가 위치하고, 상기 마이크로플루이딕 칩의 마이크로채널을 통해 이동하는 샘플이 상기 나노 갭 센서에 수식화된 수용체와 접촉하도록 배치된, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템.The nanogap sensor is positioned on top of the microfluidic chip, and a sample moving through the microchannel of the microfluidic chip is placed in contact with a receptor modified in the nanogap sensor. For microfluidic systems. 제1항에 있어서, 상기 시료 유입구가 3개 이상의 복수개로 구비되고, 그 중 어느 하나는 세정액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 수용체에 특이적으로 결합하는 기질을 함유하는 샘플 용액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 기질에 특이적으로 결합하는 신호생성물질의 유입구인 것을 특징으로 하는, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템.According to claim 1, wherein the sample inlet is provided with a plurality of three or more, one of which is the inlet of the cleaning liquid, the other is the inlet of the sample solution containing the substrate specifically binding to the receptor, the other One is a microfluidic system for practical driving of the nano-gap device, characterized in that the inlet of the signal generating material that specifically binds to the substrate. 제1항에 있어서, 상기 시료 유입구가 4개 이상의 복수개로 구비되고, 그 중 어느 하나는 샘플용액을 공급하기 전에 세정을 위한 세정액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 수용체에 특이적으로 결합하는 기질을 함유하는 샘플 용액의 유입구이고, 다른 하나는 상기 기질에 특이적으로 결합하는 신호생성물질의 유입구이고, 또 다른 하나는 샘플 용액을 공급한 후 최종적 세정을 위한 세정액의 유입구이고, 인 것을 특징으로 하는, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템.According to claim 1, wherein the sample inlet is provided with a plurality of four or more, one of which is the inlet of the cleaning solution for cleaning before supplying the sample solution, the other is a substrate that specifically binds to the receptor Inlet of the sample solution containing, the other is the inlet of the signal generating material specifically binding to the substrate, the other is the inlet of the cleaning solution for the final cleaning after supplying the sample solution, characterized in that Microfluidic system for practical driving of nanogap devices. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 시료 유입구의 각각에, 용액을 일정한 패턴으로 공급하기 위한 프로그램화된 흐름조절 멀티 펌프가 연결된, 나노 갭 소자의 실용적 구동을 위한 마이크로 플루이딕 시스템.The microfluidic system of claim 2 or 3, wherein each of the sample inlets is connected to a programmed flow control multipump for supplying a solution in a constant pattern. 기판의 표면에, 분석하고자 하는 용액을 도입하기 위한 시료 유입구와, 상기 시료 유입구에 연결되고, 상기 시료 유입구를 통해 도입된 용액의 이동통로를 제공하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로채널의 말단에 배치된 시료 배출구를 양각으로 형성하는 제1 단계와; On the surface of the substrate, a sample inlet for introducing a solution to be analyzed, a microchannel connected to the sample inlet and providing a movement passage of the solution introduced through the sample inlet, and disposed at the end of the microchannel. A first step of embossing the sample outlet; 상기 양각틀에 고분자를 주입하고 고형화시킨 후 상기 고분자를 이형하여 마이크로 플루이딕을 제조하는 제2 단계와;A second step of preparing a microfluidic compound by injecting and solidifying a polymer into the relief mold and releasing the polymer; 상기 마이크로 플루이딕 칩의 표면을 플라즈마 방전을 이용하여 표면처리하는 제3 단계와, A third step of surface treating the surface of the microfluidic chip using plasma discharge; 수용체가 나노 갭 전극의 표면에 수식화된 나노 갭 센서를 상기 마이크로 플루이딕 칩의 상부에 본딩하는 제4 단계로 이루어진, 마이크로 플루이딕 시스템의 제조방법.And a fourth step in which the receptor bonds a nanogap sensor modified on the surface of the nanogap electrode to the top of the microfluidic chip.
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