KR20100018591A - 폴리머 표면상에서의 미세유동 시스템의 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리머 표면상에서 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 폴리머 표면의 적어도 일부는 액체 샘플에 의해 폴리머 표면의 일부의 젖음성을 공간적으로 분해가능한 방식으로 개질시키기 위해서 레이저광에 의해 특별히 조사된다.

Description

폴리머 표면상에서의 미세유동 시스템의 생성 방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF A MICROFLUIDIC SYSTEM ON A POLYMER SURFACE}
본 발명은 폴리머 표면으로 미세유동 시스템을 생성하는 것에 관한 것이고, 폴리머 표면의 젖음성은 표면의 일부에서 표적 방식 (in a targeted fashion) 으로 개질된다.
미세유동은 초소형 공간 내의 특정 액체의 취급에 관한 것이다. 미세유동 시스템은 1 ㎜ 미만의 길이 스케일로 액체를 이동시키고, 제어하고 분석하는데 이용되는 성분이다. 예를 들어, 미세유동 시스템은 현대 생물학, 생명공학, 생화학, 제약 산업, 분석화학 및 임상화학, 환경 분석 또는 공정 제어의 경우 및 측정에 이용된다.
시험 요소 형태의 미세유동 시스템은 주로 혈액 또는 오줌 등의 체액을 분석하는데 이용된다. 분석될 샘플은 시험 요소 위에 위치되고 거기에서 샘플은 분석되기 전에 일종 이상의 시약과 반응할 수도 있다. 시험 요소의 광학적, 특히 광도의, 및 전기화학적 평가는 샘플에서 분석물의 농도를 신속하게 결정하기 위한 통상적인 방법을 구성한다. 시험 요소의 상이한 유형으로서, 예를 들어 모세관 간극 시험 요소가 있는데, 샘플 액체는, 상기 샘플 검출 위치에서 검출 반응을 겪 기 위해서 모세관력을 이용하여 샘플 적용 위치로부터 샘플 검출 위치로 상기 검출 위치로부터 소정 거리로 운송 채널 (transport channel) 에서 이동된다. 모세관 간극 시험 요소는, 예를 들어, CA 2549143 또는 US 2003/0013147 A1 에 공지되어 있다. 마이크로-모세관은 친수성 및 가능하게는 소수성 재료로 된 내부 코팅을 갖는다. 미세유동 시스템에서의 액체 운송은 샘플 액체와 접촉하는 재료의 친수성 및 소수성 표면 특성에 의해 제어될 수 있다. 종래 기술에서, 폴리머 표면은, 특히, 예를 들어 가스형, 증기형, 액체, 과육 (pulpy), 또는 페이스트형 상태로 코팅함으로써, 예컨대 부유물을 분무함으로써, 전기적 또는 화학적 증착에 의해 이온화된 상태로부터 또는 고체 상태로부터 (즉, 과립형 또는 분말형 상태), 예컨대 소결에 의한 분말 코팅 또는 코팅에 의해 기능화된다 (소수화 또는 친수화). 또한, 예를 들어 상이한 젖음성을 갖고 서로 포개져 있는 복수개의 포일로부터 시험 요소를 형성하는 것이 공지되어 있다.
WO 01/56771 A2 는 플라즈마 에칭 또는 광박리 (photoablation) 에 의한 폴리머층의 구조를 기재하고 있다. 이들은 상호연결되어 있는 폴리머층의 3 차원 구조를 발생시키는 박리 효과를 갖는 방법들이다. 구조 표면의 젖음성은 다양한 표면 특성이 구비된 폴리머층이 이 방식으로 발생된 구조에 인접하여 있는지에 따라 변화한다.
WO 98/23957 A1 은 광박리에 의한 표면 패턴의 발생에 관한 것이다. 예를 들어, 생물학적인 친화력이 있는 시약이 광박리 영역에 도포된다.
종래 기술에 기재되어 있는 표면을 기능화하기 위한 방법은 대규모 및 공간 적으로 분해가능한 (spatially-resolved) 방법일 수 있다. 대규모 방법은 복잡하거나 다른 프로세싱을 지연시킬 수도 있다는 점에서 불리하다. 예를 들어, 특정 표면 특성을 갖는 층을 접착 결합시키면 접착 잔여물이 생겨 문제가 된다. 친수성 및 소수성 기능 (패터닝) 의 패턴은 대규모 방법에 의해 생성될 수 있다. 종래 기술에 기재되어 있는 공간적으로 분해가능한 방법은 복잡하고 고가이다. 작은 치수로 생성하는 것, 즉 고 분해능은 어렵다. 이들 공간적으로 분해가능한 방법은 평평한 표면에만 부분적으로 적용될 수 있다. 기하학적 구조의 변경에 대한 융통성은 거의 없다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 회피하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은, 폴리며 표면의 적어도 일부의 젖음성이 비용-효율적이고 융통성있는 방식으로 개질되는 폴리머 표면상에서 미세유동 시스템을 생성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 폴리머 표면의 적어도 일부는 액체 샘플에 의한 폴리머 표면의 일부의 젖음성의 공간적으로 분해가능한 개질을 위해 표적 방식으로 레이저광에 의해 조사되는, 폴리머 표면상에서 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법에 의해 달성된다.
공정에서, 폴리머 표면은, 예를 들어 스트립-형상 또는 테이프 형상의 캐리어의 형태인 평평한 캐리어의 표면일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은 임의의 형상의 3차원 캐리어의 일부인 폴리머 표면의 개질 가능성도 가질 수 있다. 캐리어는 폴리머로 코팅되거나 완전히 폴리머로 구성될 수 있다. 폴리머는 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (폴리에스테르 - PET), 폴리카보네이트 (PC), 폴레에테르 에테르 케톤 (PEEK), 폴리스티렌 (PS), 폴리프로필렌 (PP), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 폴리디메틸실록산 (PDMS) 및 환형 올레핀 코폴리머 (COC) 를 포함하는 군에서 선택된 폴리머이다.
본 발명에 따르면, 폴리머 표면의 적어도 일부는 표적 방식으로 레이저광에 의해 조사된다. 이와 관련하여, 표적 (targeted) 이란, 마스크 등이 이용되는 것이 아니라, 적어도 일종의 레이저 빔이 적절한 광학 성분을 이용하여 상기 일부에 포커싱되고 상기 빔이 이 일부를 통과 (스캔) 하여서, 폴리머 표면의 공간적으로 분해가능한 개질이 얻어진다는 것을 의미한다.
폴리머 표면의 일부의 젖음성을 개질시키기 위해서 레이저광을 이용한 조사가 실시된다. 표면의 젖음성 (및 따라서, 예컨대, 이 표면이 구비된 모세관에서의 유동 속도) 은 물 (또는 물을 포함하는 샘플) 과 표면 사이에 형성된 접촉 각도 (α) 로부터 생길 수 있다. 액적이 고체 베이스와 접촉한다면, 두 가지의 극단적인 경우가 발생할 수 있다:
- 완전한 젖음: 접착력이 점착력보다 더 크다. 이에 따라, 샘플은 고체 본체의 표면에서 퍼진다;
- 불완전한 젖음: 접착력은 점착력보다 (상당히) 작다. 이에 따라, 액체는 구형의 방울로 접촉할 것이다.
젖음성, 및 따라서 예를 들어, 모세관의 액체 샘플의 유동 속도는 접촉 각도 (α) 가 감소함에 따라 증가한다. 스트레치 (stretch) 당 모세관을 충진시키기 위한 충진 시간이 접촉 각도와 함께 기하급수적으로 증가한다. 물을 포함하는 샘플의 경우에, 물의 접촉 각도를 규정하는 것은 물질-특정 모세관 특성을 특징짓기에 충분하다. 예를 들어, 본 발명에 따른 미세유동 시스템은 본 발명에 따른 방법에 의해 처리된 모세관의 내부 폴리머 표면을 상이한 젖음성을 갖는 구역으로 나눔으로써 이 효과를 이용할 수 있기 때문에, 모세관의 이들 구역에서의 액체 샘플은 상이한 접촉 각도 (α) 를 형성하여서 모세관의 이들 구역을 통해 상이한 속도로 연속적으로 유동하게 된다. 샘플이 각각의 구역에 머무르고, 예컨대 각각의 구역에 위치된 시약과 반응하는 시간의 길이는 표적 방식으로 영향을 받을 수 있다. 그 다음엔, 상이한 측정들이 본 발명에 따른 미세유동 시스템의 (예컨대, 시험 요소의) 모세관에서 연속하여 실시되고, 특히, 이는 구역으로 분할된 모세관의 설계에 의해 및 그로 인한 반응 단계의 시간 간격에 의해 가능하게 된 복잡한 측정의 경우에 딱 들어맞는다. 또한 시험 요소에서의 복수 개의 모세관이 평행 배열인 경우에는, 다수의 복합적인 측정이 액체 샘플을 이용하여 동시에 나란히 실시될 수 있다.
액체 샘플은 바람직하게는 물을 포함하는 샘플, 예컨대, 플라즈마, 혈액, 간질액, 소변, 특히 하수, 침 또는 땀인 물 분석으로부터의 샘플이다. 미세유동 시스템은 바람직하게는 진단 시스템이다.
폴리머 표면의 일부의 젖음성의 독창적인 개질은, 레이저광이 폴리머 표면의 일부에서 액체 샘플과 폴리머 표면 사이의 접촉 각도의 변화에 영향을 줄 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 개질 동안에는, 특히 박리 임계치 미만에 있는 레이저광에 의해 조사된 에너지 밀도의 결과로서 재료가 박리되지 않는다.
본 발명에 따른 방법의 이점은, 레이저광이 개질된 부분에 대해 높은 공간 분해능을 달성하는 것으로 구성된다. 레이저와 광학 성분의 적절한 선택의 결과로서, ㎛ 범위까지 낮아지는 공간 분해능이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에 따라서, 폴리머 표면은 레이저광에 의해 조사된 일부에서 레이저광을 이용한 조사에 의해 구조화되고, 즉 표면 구조가 레이저광에 의해 변한다. 특히, 폴리머 표면은 레이저광을 이용한 조사에 의해 거칠어질 수 있다. 펄스 레이저는 바람직하게는 구조화에 사용되고, 펄스 레이저 빔은 폴리머 표면의 일부를 스캔하고, 폴리머 표면은 서로 소정 거리로 이격된 채 폴리머 표면에 영향을 미치는 레이저 펄스에 의해 구조화된다. 레이저 파라미터 (파장, 파워, 펄스율 등) 의 적절한 선택은 표적 방식으로 마이크로 구조의 발생 가능성을 부여하고, 마이크로 구조는 소수성을 유발한다. 레이저광의 결과로, 용융된 둥근 구조물 (범프 및 리세스) 이 폴리머 표면에 생기고, 구조물의 평균 간격 (예컨대 리세스에서 리세스) 은 "해치 거리 (hatch distance)" 라는 용어로 불린다.
예를 들어, 미세유동 시스템의 폴리머 표면의 일부가 소위 "로터스 (lotus) 효과" 를 갖도록 하는 이러한 구조에 의해 개질될 수 있다. 예를 들어, 이 효과는 WO 96/04123 A1, WO 00/58410 A1 또는 WO 00/58415 A1 에 기재되어 있다. 이러한 표면은 범프 및 리세스를 갖고, 범프 사이의 거리는 0.1 ~ 200 ㎛ 의 범위이고, 범프의 높이는 0.1 ~ 100 ㎛ 의 범위이고, 범프는 소수성이다.
또한, 폴리머 표면의 일부는, 불순물, 바람직하게는 공기 분자가 발생된 리세스에 포함될 수 있도록, UV 레이저광에 의해 구조화될 수 있고, 그 결과 폴리머 표면은 소수화된다.
폴리머 표면의 구조화의 대안으로서, 또는 추가적으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 폴리머 표면은 레이저광을 이용한 조사에 의해 화학적으로 변형되고, 그 결과 폴리머 표면의 조사된 부분의 젖음성이 개질된다.
예를 들어, 레이저 처리 동안에 산화 공정의 결과로서 친수성 효과를 증가시키는 극성 군이 폴리머 표면에서 생성될 수 있다.
화학적 변화의 예로는, O:C 의 비 및 에스테르기:카복시기의 비가 엑시머 레이저 조사의 결과로서 폴리에스테르에서 변화될 수 있다는 것이다.
화학적 변화에 대한 다른 가능성은, 폴리머의 단편이 처리된 표면에 존재하고 이들이 조사된 부분에 있는 폴리머 표면의 젖음성을 개질시키도록 레이저 파라미터의 적절한 선택에 의해 폴리머의 결합을 분리시키는 것으로 구성된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에 따라서, 폴리머 표면의 적어도 일부가 레이저광을 이용한 조사에 의해 소수화된다. 예를 들어, 미세유동 시스템의 이 일부는 액체 샘플의 유동 (예컨대 모세관 내부에서) 을 느리게 하거나 정지시키기 위해서 또는 액체 샘플 (예컨대 샘플 적용시에) 에 의한 상기 일부의 젖음을 방지하기 위해서 사용될 수 있다. 제공된 친수성 폴리머 표면을 하나 이상의 일부에서 소수화 시킴으로써, 친수성-소수성 패턴이 표면상에서 발생될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에 따라서, 폴리머 표면의 적어도 일부가 레이저광을 이용한 조사에 의해 친수화된다. 예를 들어, 미세유동 시스템의 이 일부는 액체 샘플의 유동 (예컨대 모세관 내부에서) 을 가속시키기 위해서 또는 액체 샘플 (예컨대 샘플 적용시에) 에 의한 상기 일부의 젖음을 용이하게 하기 위해서 사용될 수 있다. 제공된 소수성 폴리머 표면을 하나 이상의 일부에서 친수화 시킴으로써, 친수성-소수성 패턴이 표면상에서 발생될 수 있도록 할 수 있다.
친수성-소수성 패턴은 바람직하게는 폴리머 표면의 상이한 부분에서 상이한 파라미터를 갖는 레이저광을 이용한 조사에 의해 폴리머 표면에서 발생된다. 레이저 및 광학 성분의 적절한 선택의 결과로서, 친수성 부분과 소수성 부분이 교대로 있는 친수성-소수성 패턴에 대하여 ㎛ 범위까지 내려간 공간 분해능이 가능하다. 따라서, 친수성-소수성 패턴이 마스크를 사용하지 않고 폴리머 표면으로부터 재료를 박리하지 않는 공간적으로 분해가능한 방식으로 발생된다. 코팅 방법 등의 공지된 방법과는 대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 레이저광을 이용한 조사의 결과로서 상호 바로 인접한 곳에서 진단 시스템의 친수성 및 소수성 영역을 표적 방식으로 실행할 수 있는 가능성을 제공한다. 이 결과, 유체 제어는, 예를 들어, 마이크로-채널 시스템에서 쉽게 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 폴리머 표면의 일부는 젖음성을 개질시키기 위해서 레이저광을 이용하여 조사되고, 상기 일부의 직경은 4 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎜ 미만, 특히 바람직하게는 1 ㎜ 미만이다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 캐리어의 폴리머 표면에 제공되는 적어도 하나의 모세관 채널 및 레이저광을 이용한 조사에 의해 친수화되는 모세관 채널의 내부의 폴리머 표면으로 구성된다. 모세관 채널은 모세관력을 이용하여 액체 샘플을 운송하는데 이용된다 (예를 들어 시험 요소의 샘플 적용 구역으로부터 시험 요소의 검출 구역까지).
이와 관련하여, 적용 구역은, 운송되고, 혼합되고, 분리되고, 시약과 접촉되고 및/또는 미세유동 시스템에서 상이한 방식으로 처리되는 액체 샘플을 수용하기 위해 제공되는 미세유동 시스템의 영역이다. 검출 구역은, 액체 샘플의 특정 성분, 또는 검출 구역에 존재하는 시약과의 반응이 검출될 수 있도록 설계된다. 일례로는, 액체 샘플 (예컨대 혈액 샘플) 에 있는 당에 대한 검출 반응이 있고 그 광도 측정 평가를 하는 구역이다.
모세관 채널의 내부의 폴리머 표면을 레이저광을 이용하여 조사함으로써, 모세관 채널 내부의 조사된 영역이 이 실시형태의 변형에서 친수화된다. 그 결과, 물을 포함하는 액체 샘플이 친수화된 영역 (바람직하게는 α < 30°의 접촉 각도를 가짐) 에서 보다 빠르게 운송된다. 모세관 채널은 바람직하게는 3 ㎜ 미만의 내경 (특히 바람직하게는 1.5 ㎜), 15 ㎜ 미만의 길이 (특히 바람직하게는 7 ㎜) 및 0.04 ~ 0.1 ㎜ 의 깊이 (특히 바람직하게는 0.07 ㎜) 를 갖는다. 모세관 채널의 내부 내에서의 폴리머 표면의 표적 조사의 경우에, 마이크로-채널의 주변부는 미처리 상태로 남아있는다. 그러나, 상기 주변부 역시 레이저를 사용하여 표적 방식으로 소수화될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 이점은, 레이저로 처리될 수 있는 것이 평면만이 아니란 것이다. 또한 채널의 표면을 레이저광으로 기능화하기 위해서 레이저광이 깊은 구조 (마이크로-채널 등) 까지 도달할 수 있다.
폴리머로 구성된 캐리어를 제공하는 것이 특히 바람직하고, 적어도 하나의 모세관 채널이 상기 캐리어로부터 스탬핑된다. 고체 폴리머로 만들어진 캐리어는 캐리어의 다른 층이 스탬핑 동안에 손상되지 않을 수 있다는 이점을 갖는다. 종래 기술은 예컨대 접착 테이프로 구성될 수 있는 복수 개의 층을 갖는 캐리어를 자주 이용한다. 공정에서, 모세관 채널은, 예컨대 소수성 커버층이 채널의 영역에서 스탬핑되고 그 아래에 있는 친수성 층이 채널의 영역에서 노출되도록 캐리어에 스탬핑된다. 한편으로는, 친수성층은 일반적으로 공정시에 손상되거나 적어도 기계적으로 변형되고, 다른 한편으로는, 문제가 되는 접착층이 채널의 영역에서 자주 노출되어 있다. 이와 대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 제조 공정이 간단하다는 이점을 갖는다. 추가적인 코팅 단계 또는 보조 재료 (접착 테입 등) 의 사용은 필요하지 않다. 채널에 문제가 되는 코팅이 없기 때문에, 마이크로-채널을 발생시키기 위한 스탬핑 공정 (예컨대, 키스-컷 공정 (kiss-cut process)) 은 훨씬 더 간단하다. 그 후에 마이크로-채널은 단지 레이저에 의해 처리되고 그 결과 친수화된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 액체에서 분석물을 결정하기 위한 시험 요소가 제조되고, 이 시험 요소는, 폴리머 표면을 갖는 캐리어, 액체 샘플용 적용 구역, 분석물을 결정하기 위한 검출 구역 및 샘플을 적용 구역으로부터 검출 구역으로 운송하기 위한 모세관 채널을 포함하고, 상기 폴리머 표면은 레이저광을 이용한 조사에 의해 적용 구역 주위의 영역에서 소수화된다. 모세관 채널의 개구가 위치되고 사용자가 그 위에 혈액을 적용하는 적용 구역 주위의 영역에서의 소수화의 결과로서, 초과 혈액은 모세관 채널 안으로 흡입되거나 소수화된 영역으로부터 떨어져서 오직 시험 요소의 모세관 채널만이 젖게 되고 시험 요소의 에지 영역 및 시험 요소를 유지하고 있는 측정 장비의 오염이 방지된다. 레이저광에 의해 소수화된 표면은 예를 들어 로터스 효과 표면일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조된, 미세유동 시스템, 특히 시험 요소에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미세유동 시스템은 폴리머 표면을 갖고, 액체 샘플에 의한 젖음성은 레이저광을 이용한 조사의 결과로서 상기 표면의 적어도 일부에서 개질된다. 바람직하게는, 미세유동 시스템의 폴리머 표면에는, 레이저광에 의해 친수화된 적어도 일부 및/또는 레이저광에 의해 소수화된 적어도 일부, 특히 친수성-소수성 패턴이 있다.
본 발명은 도면에 기초하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법에 따라서 레이저광을 이용하여 조사된 폴리머 표면의 일부의 두 개의 상이한 확대도를 도시한다.
도 2a ~ 도 2d 는 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조될 수 있는 미세유동 시스템의 상이한 친수성-소수성 패턴을 개략적으로 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조될 수 있는 시험 요소를 개략적으로 도시한다.
*발명의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명*
1: 운송 방향
2: 미세유동 시스템
3: 친수성 영역
4: 소수성 영역
5: 작은 α 를 갖는 구역
6: 큰 α 를 갖는 구역
7: 제 1 친수성 내부 영역
8: 제 2 친수성 내부 영역
9: 소수성 외부 영역
10: 유동 방향
11: 소수성 부분
12: 친수성 부분
13: 시험 요소
14: 모세관 채널
15: 적용 구역
16: 검출 구역
17: 모세관 채널 근처에서의 폴리머 표면
18: 캐리어
본 발명에 따르면, 두 개의 폴리에스테르 포일 (PET) 의 표면의 일부가 레이저광으로 조사된다. 미처리 PET 는 소수성이고 대략 74°의 접촉 각도를 갖는다. 폴리에스테르의 두 가지 유형이 실험된다 (350 ㎛ 두께의 Melinex, 및 12 ㎛ 두께의 Hostaphan). 이하의 3 가지 레이저 시스템이 Melinex 에 적용된다:
- 4f 모드의 다이오드-펌프드 솔리드 스테이트 레이저: 파장 266 ㎚, 펄스 폭 25 ns, 반복률 30 ㎑, 펄스 에너지 10 μＪ, 해치 거리 (= 예컨대 골 (trough) 에서 골까지, 평균 구조 간격에 따른 레이저 스폿 오버랩) 6 ㎛, 빔 직경 18 ㎛;
- 재생 증폭기 피코초 레이저 (regenerative amplifier picosecond laser): 파장 1064 ㎚, 펄스 폭 12 ps, 반복률 50 ㎑, 펄스 에너지 30 μＪ, 해치 거리 12 ㎛, 빔 직경 20 ㎛; 및
- KrF 엑시머 레이저: 파장 248 ㎚, 펄스 폭 30 ns, 반복률 100 ㎐, 펄스 에너지 400 ~ 500 mＪ, 해치 거리 10 ㎛, 빔 직경 10 ㎛.
Hostaphan 은 마찬가지로 266 ㎚ 의 파장을 갖는 전술된 4f 레이저로 처리된다.
레이저광에 의한 표면 개질을 평가하기 위해서, CCD 카메라 (젖음성 인식), 주사 전사 현미경 - SEM (조직), 원자간력 현미경- AFM (거칠기) 및 광학 현미경이 이용된다. 레이저 처리 후에 상기 부분에서의 접촉 각도는 모든 경우에 5 °미만이다.
길이 프로파일 (표면 형상) 에 대한 대표값은 1064 ㎚ 의 피코초 레이저를 이용한 조사 이후에 Melinex 에 대해서 대략 5 ~ 6 ㎛ 이다.
또한, 예를 들어 산화 및 재배열 (폴리에스테르의 경우에 에스테르기에서 카복시기로) 의 결과로서, 표면의 화학적 개질이 있다고 가정할 수 있다.
도 1a 및 도 1b 는 친수성 특성을 갖는 레이저로 구조화된 PET 포일의 두 개의 상이한 확대도를 도시한다. 폴리머 표면의 도시된 부분을 레이저광으로 조사한 결과로서, 용융된 둥근 미세구조가 친수성 특징을 유발하는 표적 방식으로 제조되었다.
도 2a ~ 도 2d 는 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조될 수 있는, 본 발명에 따른 상이한 미세유동 시스템을 도시한다.
도 2a 는 서로 평행하게 배열된 5 개의 미세유동 시스템 (2) 을 도시한다. 각각의 경우에 화살표 1 은 미세유동 시스템 (2) 을 통과하는 액체 샘플 (도시되지 않음) 의 운송 방향을 나타낸다. 각각의 경우에 미세유동 시스템 (2) 은, 종방향으로 있는 친수성 영역 (3) 이 그에 평행하게 있는 두 개의 소수성 영역 (4) 이 측면에 있도록 친수성-소수성 패턴을 갖는다. 이 친수성-소수성 패턴을 만들기 위해서, 소수성 PET 표면은 예를 들어, 친수성 영역 (3) 을 형성하도록 개질된 부분에서 레이저광 (예를 들어 전술된 예에 따름) 을 이용하여 조사된다. 미세유동 시스템 (2) 은, 예컨대 소수성 영역 (4) 의 중간을 통과하는 절삭 (예를 들어 스탬핑) 에 의해 분리될 수 있다.
도 2b 는 서로 평행하게 배열된 5 개의 미세유동 시스템 (2) 을 도시한다. 물에 대해 더 작은 접촉 각도 α (바람직하게는 α < 30°) 를 갖는 구역 (5) 및, 물에 대해 더 큰 접촉 각도 α (바람직하게는 30°<α< 90°) 를 갖는 구역 (6) 이 운송 방향 (1) 으로 교대로 있고, 모세관력의 결과로서 운송 방향 (1) 을 따라 액체 샘플이 각각의 미세유동 시스템 (2) 을 통과하여 운송된다. 이와 관련하여, "더 작은" 접촉 각도란 "더 큰" 접촉 각도에 대해 작은 값을 갖는다는 것을 의미하고, 더 작은 접촉 각도는, 특히, 0°~ 30°에 있을 수 있고, 더 큰 접촉 각도는 30°~ 90°에 있을 수 있다. 바람직하게는 물에 대해 α < 30°인 더 작은 접촉 각도를 갖는 구역은 더 빠른 충진 스트레치 (filling stretch) 이고, 그 다음에는 바람직하게는 α > 30°의 더 큰 접촉 각도 α 를 갖는 느린 충진 스트레치가 있다. 물에 대해 α > 30°인 구역에서의 접촉 각도는 바람직하게는 50 °~ 85 °이다. 모든 미세유동 시스템 (2) 에서, 이들 구역 (5, 6) 은 운송 방향 (1) 에 대해 평행인 두 개의 소수성 영역 (4) 을 측면에 둔다. 상기 구역 (5, 6) 은 모세관 간극에 있는 것이 바람직하다.
모세관에서 운송 방향으로 연달아 있는 구역 (5, 6) 은 바람직하게는 적어도 하나의 반응, 농축 또는 검출 구역 및 적어도 하나의 지연 구역을 포함하고, 모세관은 적절하게 각각의 경우에 두 개의 다른 구역 사이에 있는 하나의 지연 구역을 갖는다. 이 경우에 반응 구역은 액체 샘플이 반응 구역에 위치된 시약과 반응하는 구역을 갖는다. 예를 들어, 이는 1 차 반응, 억제 반응, 또는 시약 분리용 필드를 포함한다. 농축 구역에서, 액체 샘플의 성분이 농축된다. 검출 구역은, 액체 샘플의 특정 성분, 또는 이러한 특정 성분의 시약과의 반응이 검출될 수 있도록 설계된다. 일례로는, 혈액 샘플의 당에 대한 검출 반응 및 그 광도를 결정하는 구역이다. 지연 구역에서는, 샘플의 유동은 느려지고 (더 큰 접촉 각도의 결과로서), 결국 운송 방향 (1) 에 있어서 지연 구역 다음의 구역에 시간이 지연되어 도달하게 된다. 반응, 농축 및 검출 구역에서는, 샘플은 빠르게 분배되어서 (더 작은 접촉 각도의 결과로서), 구역에 위치된 시약과 반응할 수 있다. 지연 구역에서는, 샘플은 이전 구역으로부터 각각의 지연 구역을 통과하여 이동할 수 있는 소정량의 시간이 필요하도록 더 천천히 유동하도록 의도된다. 이에 따라, 물과의 접촉 각도 (α) 는 반응, 농축 또는 검출 구역에서 더 작고 (보다 빠른 충진을 위해), 지연 구역에서는 더 크다 (샘플을 "억제 (holding back)" 하기 위해, 즉 느린 충진을 위해). 적절하게는 (필수적인 것은 아님), 지연 구역은, 각각의 경우에 두 개의 다른 구역에서의 "분리" 반응을 위한 두 개의 상이한 구역 사이에 있다.
본 발명에 따르면, 폴리머 표면 상에서 구역 (5, 6) 및 영역 (4) 의 친수성-소수성 패턴은 레이저광을 이용하여 폴리머 표면의 일부의 표적 조사에 의해 생성되고, 그 결과 액체 샘플에 의한 상기 일부의 젖음성의 공간적으로 분해가능한 개질이 달성된다.
도 2c 는 소수성 배리어로서 작용하는 미세유동 시스템 (2) 을 개략적으로 도시한다. 상기 시스템은 하나의 친수성 내부 (7) 또는 두 개의 친수성 내부 (7, 8) 로 구성되고, 환형 소수성 외부 (8 또는 9) 로 둘러싸이는 친수성 내부 영역을 갖는다. 이러한 소수성 배리어는 진단 시스템의 기능 및 위생 양태의 관 점에서 진단 시스템의 중요한 성분이다. 본 발명에 따르면, 각각의 부분 (7, 8, 9) 이 레이저광에 의한 폴리머 표면의 표적 조사에 의해 친수화되거나 소수화된다.
도 2d 는 본 발명에 따른 방법에 의해 생성될 수 있는 다른 미세유동 시스템 (2) 을 개략적으로 도시하고, 이 시스템에서는 친수성-소수성 패턴을 통과하는 액체 샘플의 유동 방향 (10) 이 제어될 수 있다. 소수성 부분 (11) 은 폴리머 표면의 이 영역에서의 액체 샘플의 유동을 방지한다. 대신에, 샘플은 친수성 부분 (12) 을 따라 유동한다.
도 3a 는 본 발명에 따른 방법에 따라서 생성된 시험 요소 (13) 를 도시한다. 시험 요소 (13) 는 캐리어 (18) 및 상기 캐리어 (18) 에 위치된 모세관 채널 (14) 을 가지며, 상기 채널은 액체 샘플용 적용 구역 (15) 으로부터 상기 샘플의 분석물을 결정하기 위한 검출 구역 (16) 으로 이어진다. 캐리어 (18) 는 폴리머, 바람직하게는 PET 로 이루어진다. 모세관 채널 (14) 의 내부의 폴리머 표면은 레이저광을 이용한 조사에 의해 친수화되었다.
도 3b 는 도 3a 의 시험 요소에 대응하는 설계를 갖는 시험 요소 (13) 를 도시하고, 추가적으로, 모세관 채널 (14) 의 근처, 특히 적용 구역 (15) 주위의 영역의 폴리머 표면 (17) 은 레이저광을 이용한 조사에 의해 소수화되었다.

Claims (11)

  1. 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    상기 폴리머 표면의 적어도 일부는, 액체 샘플에 의한 폴리머 표면의 일부의 젖음성의 공간적으로 분해가능한 개질을 위해 표적 방식으로 레이저광을 이용하여 조사되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 표면은 조사에 의해 구조화되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리머 표면은 레이저광을 이용한 조사에 의해 화학적으로 변하는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 표면의 일부는 젖음성을 개질시키기 위해서 레이저광에 의해 조사되고, 상기 일부의 직경은 4 ㎝ 미만인 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 표면의 적어도 일부는 레이저광을 이용한 조사에 의해 소수화되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 표면의 적어도 일부는 레이저광을 이용한 조사에 의해 친수화되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 표면의 상이한 부분에서 상이한 파라미터를 갖는 레이저광을 이용한 조사에 의해 폴리머 표면에는 친수성-소수성 패턴이 발생되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 모세관 채널 (14) 이 캐리어 (18) 에 제공되고, 상기 모세관 채널 (14) 의 내부의 폴리머 표면이 레이저광을 이용한 조사에 의해 친수화되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 폴리머로 구성된 캐리어 (18) 가 제공되고, 이 캐리어로부터 상기 적어도 하나의 모세관 채널 (14) 이 스탬핑되는 것을 특징으로 하는, 폴 리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 중의 분석물을 결정하기 위한 시험 요소 (13) 가 제조되고, 이 시험 요소는, 폴리머 표면을 갖는 캐리어 (18), 액체 샘플용 적용 구역 (15), 분석물을 결정하기 위한 검출 구역 (16) 및 샘플을 상기 적용 구역 (15) 으로부터 검출 구역 (16) 으로 운송하기 위한 모세관 채널 (14) 을 포함하고, 상기 폴리머 표면은 레이저광을 이용한 조사에 의해 적용 구역 (15) 주위의 영역에서 소수화되는 것을 특징으로 하는, 폴리머 표면에 미세유동 시스템을 생성하기 위한 방법.
  11. 폴리머 표면을 포함하며, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 생성된 미세유동 시스템으로서, 상기 폴리머 표면은 적어도 일부에서 액체 샘플에 의한 젖음성을 갖고, 이 젖음성은 레이저광을 이용한 조사에 의해 개질되는 미세유동 시스템.
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