KR20100020394A - Integrated micro bio chip - Google Patents
Integrated micro bio chip Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100020394A KR20100020394A KR1020080079155A KR20080079155A KR20100020394A KR 20100020394 A KR20100020394 A KR 20100020394A KR 1020080079155 A KR1020080079155 A KR 1020080079155A KR 20080079155 A KR20080079155 A KR 20080079155A KR 20100020394 A KR20100020394 A KR 20100020394A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pcr
- reactor
- micro
- sample pretreatment
- dna
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
- B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/42—Apparatus for the treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
Abstract
Description
본 발명은 세포 용해 및 DNA 추출 등의 시료 전처리(前處理) 과정과 PCR 과정을 하나의 칩에 집적화시켜 PCR과정을 전처리 과정부터 일괄적으로 수행할 수 있는 집적형 마이크로 바이오칩에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated micro biochip capable of performing a PCR process from a pretreatment process by integrating a sample pretreatment process such as cell lysis and DNA extraction and a PCR process into one chip.
일반적으로, 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, 이하 'PCR'이라 함)은 매우 잘 알려진 DNA(deoxyribonucleic acid) 복제법으로 이 기술을 이용하면 어떤 DNA도 선택적으로 빠르게 대량 복제할 수 있으며 유전병 진단 및 치료 또는 법의학 등 다양한 유전분야에 필수적으로 이용되고 있다. 이는 복제하고자 하는 DNA를 DNA 중합효소를 사용하며 복제 단계별 반응온도를 가지고 이를 반복적으로 행하여 복제하는 것이다.In general, polymerase chain reaction (PCR) is a very well known deoxyribonucleic acid (DNA) cloning method that allows for the rapid and mass replication of any DNA using this technique. It is essentially used in various genetic fields such as therapeutic or forensic medicine. This is to replicate the DNA to be replicated by using a DNA polymerase and having a reaction temperature for each stage of replication.
이러한, 복제과정은 열적으로 제어되는 반응과정의 주기적인 순환을 이용하며, 초기 시작 분자는 온도 순환과정을 거듭하여 결국엔 10억 개 가량의 양만큼 늘어나게 된다.This replication process uses a cyclic cycle of thermally controlled reactions, and the initial starting molecules repeat the temperature cycle, eventually increasing by about 1 billion.
PCR을 통한 DNA 복제과정은 단계별 복제과정을 거쳐 실행하게 된다. 즉, PCR은 이중가닥 DNA로 시작하고, 각 순환주기의 첫 반응은 열처리를 통한 두 가닥 의 상호 분리단계로, 이 과정을 디네이쳐링(denaturing)이라 하며 통상 94℃에서 실행된다. 다음은 냉각과정으로, 프라이머(primer)들이 분리된 두 DNA 가닥의 상보적 서열에 이종화를 시키는 것으로, 이 과정은 어닐링(annealing)이라고 하며 55℃에서 실행하게 된다. 마지막 단계는 중합과정으로, 혼합물 속의 DNA 중합효소가 네 개의 디옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotide)를 이용하여 두 프라이머(primer)로부터 DNA 합성을 시작하는 것으로, 이 과정은 익스텐션(extension)이라고 하며 72℃ ~ 74℃에서 실행하게 되는 것이다.DNA replication process through PCR is carried out through a step-by-step replication process. In other words, PCR begins with double-stranded DNA, and the first reaction of each cycle is the separation of two strands through heat treatment. This process is called denaturing and is usually performed at 94 ° C. Next is the cooling process, which heterologizes the complementary sequence of two DNA strands with primers separated, which is called annealing and is run at 55 ° C. The final step is the polymerization process, where the DNA polymerase in the mixture begins synthesis of DNA from two primers using four deoxyribonucleotides, which is called an extension and is 72 ° to 74 ° C. Will run on.
이와 같은, 시험관 내에서 행해지는 DNA 증폭 과정인 PCR 과정은 실험단계의 단순함과 실험을 위한 부가장치들의 구성이 간단하므로 전체 실험 시스템을 소형화하기에 가장 알맞은 생화학적 분석 과정으로 여겨지고, 이런 소형화된 시스템에서는 종래의 것과 달리 실험에 쓰이는 시료의 소모를 줄일 수 있으며, 종래의 것보다 훨씬 작은 열용량으로 인한 빠른 승온 속도와 냉각속도로 전체 실험 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 손에 들고 다닐 수 있는 휴대용 장치로서의 장점도 지닐 수 있게 된다. This in vitro DNA amplification process, the PCR process, is considered to be the most suitable biochemical analysis process for miniaturizing the entire experimental system because of the simplicity of the experimental step and the simple configuration of additional devices for the experiment. Unlike conventional, the consumption of the sample used in the experiment can be reduced, and the faster heating rate and cooling rate due to the much smaller heat capacity than the conventional can shorten the entire experiment time, as well as a portable device It can also have advantages as.
그러나, 종래에 실시되고 있는 실리콘과 유리가 접합된 PCR에 적용되는 칩은 DNA 추출과정 없이 세포용해 과정과 PCR 과정이 하나의 챔버에서 수행되므로 불순물에 의한 오차 발생이 컸으며, 실리콘 및 유리의 재료 특성에 의해 생화학적 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.However, the chip applied to the conventionally-conjugated silicon and glass bonded PCR has a large error caused by impurities because the cell lysis process and the PCR process are performed in one chamber without DNA extraction process, and the material of silicon and glass There was a problem that the biochemical stability is poor by the characteristics.
또한, 세포용해 및 DNA 추출과정을 분리된 반응조에서 수행하는 경우에는 이를 위해 외부 장치가 필요한 밸브를 사용하기 때문에 마이크로 바이오칩의 구조가 복잡해지고 사용하기 불편한 문제점도 있었다.In addition, when the cell lysis and DNA extraction process is carried out in a separate reactor, the structure of the micro biochip is complicated and inconvenient to use because a valve that requires an external device is used for this purpose.
뿐만 아니라, 종래의 마이크로 바이오칩 상에서 PCR 과정을 수행하려면 세포 용해 및 DNA를 추출하는 과정이 선행되어야 하며, 계면활성제와 같은 세포용해용 버퍼를 이용하거나 열 또는 전기적 방법으로 세포막 파열을 유도하고 잔여물 처리과정 내지 세척과정을 거쳐야 하는데, 이 과정은 PCR 과정만큼 많은 시간과 인력이 소요되는 문제점도 있었다.In addition, in order to perform a PCR process on a conventional micro biochip, cell lysis and DNA extraction process must be preceded, and cell membrane rupture and thermal residue are induced by using a cell lysis buffer such as a surfactant or thermally or electrically. It should go through the process or washing process, this process was also a problem that takes as much time and manpower as the PCR process.
이러한 문제점을 해결하기 위해 시료 전처리 과정을 수행할 수 있는 마이크로 바이오칩들이 연구된 바가 있지만, 이러한 바이오칩들은 생화학적 안정성이 떨어지거나 제작공정이 복잡한 실리콘 재질을 사용하였거나 칩의 작동을 위한 밸브의 구동을 위해 공압기기 등과 같은 외부장치가 필요하고 칩의 동작시 세척 등 여러 절차가 필요하다는 단점도 있었다.In order to solve this problem, micro biochips that can perform sample pretreatment have been studied. However, these biochips are made of silicon materials with low biochemical stability, complicated manufacturing process, or for driving valves for chip operation. An external device such as a pneumatic device is required, and several procedures such as cleaning during the operation of the chip are required.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 세포용해 및 DNA 추출을 포함하는 시료 전처리 과정과 PCR 과정을 하나의 칩에서 수행할 수 있는 집적형 마이크로 바이오칩을 제공한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and provides an integrated micro biochip that can perform a sample pretreatment process and a PCR process including a cell lysis and DNA extraction in one chip.
또한, 본 발명은 칩의 집적화를 위해 외부 장치가 필요 없는 수동 체크 밸브를 구비한 집적형 마이크로 바이오칩을 제공한다.The present invention also provides an integrated micro biochip with a manual check valve that does not require an external device for chip integration.
뿐만 아니라, 본 발명은 외부 장치가 필요 없기 때문에 사용자가 쉽고 편리하게 마이크로 바이오칩을 이용할 수 있으며, 여러 종류의 단일 마이크로 바이오칩을 집적화 시키는 데에 유용하게 적용될 수 있는 집적형 마이크로 바이오칩을 제공한다.In addition, the present invention provides an integrated micro-biochip that can be easily used by the user because there is no need for an external device, and can be usefully applied to integrate various types of single micro-biochips.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 주입된 시료 세포의 용해 및 잔여물을 제거하는 시료 전처리 반응조; 상기 시료 전처리 반응조의 출구 쪽에 형성되어, 상기 시료 전처리 반응조로부터 DNA를 공급받아 중합효소 연쇄반응을 수행하는 PCR 반응조; 상기 시료 전처리 반응조 및 상기 PCR 반응조의 사이에 형성되어, 상기 DNA와 함께 상기 PCR 반응조로 공급되는 PCR 믹스쳐에 의해 상기 DNA 또는 상기 PCR 믹스쳐가 역류하는 것을 방지하는 체크 밸브; 및 상기 시료 전처리 반응조 및 상기 PCR 반응조의 온도를 조절하는 가열부;를 포함하는 집적형 마이크로 바이오칩을 제공한다.The present invention is a sample pretreatment reactor for removing the lysis and residue of the injected sample cells in order to achieve the object as described above; A PCR reaction tank formed at an exit side of the sample pretreatment reactor and receiving DNA from the sample pretreatment reactor to perform a polymerase chain reaction; A check valve formed between the sample pretreatment tank and the PCR reactor to prevent backflow of the DNA or the PCR mixture by a PCR mixture supplied with the DNA to the PCR reactor; It provides an integrated micro-biochip comprising a; and a heating unit for controlling the temperature of the sample pretreatment reaction tank and the PCR reaction tank.
상기와 같이 구성함으로써 PCR 과정을 수행하는데 필요한 시간, 인력, 비용 또는 필요한 시료 세포의 양을 줄일 수 있다.By configuring as described above, it is possible to reduce the time, manpower, cost or amount of sample cells required to perform the PCR process.
여기서, 상기 시료 전처리 반응조, 상기 PCR 반응조 및 상기 체크 밸브는 하나의 PDMS(Polydimethylsiloxane)칩과 상기 PDMS칩의 일면에 접합되는 하나의 박막 유리칩에 의해 형성될 수 있다. 이로 인해, 시료 전처리와 PCR 과정을 하나의 칩에 집적화할 수 있다.Here, the sample pretreatment reactor, the PCR reactor and the check valve may be formed by one PDMS chip and one thin glass chip bonded to one surface of the PDMS chip. As a result, sample pretreatment and PCR can be integrated in one chip.
또한, 상기 체크 밸브는 상기 PDMS칩 내부에 형성된 PDMS 박막을 포함하며, 상기 PDMS 박막에는 구멍이 형성되고 상기 구멍은 상기 PDMS칩과 상기 PDMS 박막 사이에 형성된 스토퍼에 의해 개폐될 수 있다. 이 때, 상기 PDMS 박막은 상기 스토퍼 반대 방향으로 움직이며 상기 구멍을 개방할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 체크 밸브 내부로 유입된 시료가 역방향으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.The check valve may include a PDMS thin film formed inside the PDMS chip, and a hole may be formed in the PDMS thin film, and the hole may be opened and closed by a stopper formed between the PDMS chip and the PDMS thin film. At this time, the PDMS thin film may move in the opposite direction to the stopper and open the hole. By such a configuration, it is possible to prevent the sample introduced into the check valve from flowing in the reverse direction.
한편, 상기 시료 전처리 반응조 및 상기 PCR 반응조는 상기 PDMS칩에 형성된 사선(蛇線) 형상의 채널을 포함하며, 상기 시료 전처리 반응조의 채널에는 용해된 시료 세포로부터 순수한 DNA를 추출하기 위한 마이크로 필터가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 마이크로 필터는 상기 채널의 폭 방향을 따라 일정한 간격으로 이격 형성된 마이크로 필라(micro-pillar) 및 상기 마이크로 필라의 사이에 구비되는 마이크로 비드(micro-bead)를 포함한다.Meanwhile, the sample pretreatment reactor and the PCR reactor include a diagonal channel formed in the PDMS chip, and a micro filter for extracting pure DNA from the dissolved sample cells is formed in the channel of the sample pretreatment reactor. Can be. Here, the micro filter includes micro-pillars formed at regular intervals along the width direction of the channel and micro-beads provided between the micro-pillars.
이와 같이 미세한 크기의 마이크로 필라 및 마이크로 비드를 포함하는 마이크로 필터를 이용하여, 순수한 DNA와 불순물을 용이하게 분리할 수 있다.As described above, pure DNA and impurities can be easily separated by using a micro filter including micro pillars and micro beads of a minute size.
또한, 상기 시료 전처리 반응조, 상기 체크 밸브 및 상기 PCR 반응조는 상기 가열부와 분리 가능하게 형성될 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응조는 일회용으로 사용하되, 가열부는 재활용하여 사용할 수 있다. 즉, 일회용으로 사용하기에 적합하도록 반응조 부분을 분리하여 제작하여 반응조 세척 등과 같은 후속 절차 없이 사용자가 간편하게 사용할 수 있다.In addition, the sample pretreatment reaction tank, the check valve and the PCR reaction tank may be formed to be separated from the heating unit. For this reason, the reactor according to an embodiment of the present invention is used for one-time, the heating unit can be used by recycling. That is, by separating the reactor portion to be suitable for single use can be used by the user without subsequent procedures, such as washing the reactor.
이 때, 상기 가열부는 상기 박막 유리칩의 하부에 놓여지는 유리칩 및 상기 유리칩의 일면에 크롬 및 금을 증착하여 형성된 마이크로 히터 및 온도센서를 포함할 수 있다. 이와 같이, 온도센서를 이용하여 마이크로 히터의 발열량을 조절함으로써, 반응조에 주입된 시료 세포의 세포 용해를 효율적으로 수행할 수 있고, 시료 세포를 가열하기 위해 별도의 외부 장치를 구비할 필요가 없다.In this case, the heating unit may include a glass chip placed under the thin film glass chip and a micro heater and a temperature sensor formed by depositing chromium and gold on one surface of the glass chip. As such, by adjusting the calorific value of the micro heater using the temperature sensor, cell lysis of the sample cells injected into the reactor can be efficiently performed, and there is no need to provide a separate external device to heat the sample cells.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 주입된 시료 세포의 시료 전처리 과정을 수행하는 시료전 처리 반응조; 상기 시료 전처리 반응조와 동일한 칩으로 형성되며, 상기 시료 전처리 반응조에서 추출된 DNA를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 수행하는 PCR 반응조; 및 상기 시료 전처리 반응조 및 상기 PCR 반응조와 동일한 칩으로 형성되며, 상기 시료 전처리 반응조와 상기 PCR 반응조의 사이에 제공된 체크 밸브;를 포함하는 집적형 마이크로 바이오칩을 제공한다.In addition, the present invention is a sample pretreatment reaction tank for performing a sample pretreatment process of the injected sample cells to achieve the object as described above; A PCR reactor formed of the same chip as the sample pretreatment tank and performing a polymerase chain reaction using DNA extracted from the sample pretreatment reactor; And a check valve formed of the same chip as the sample pretreatment reactor and the PCR reactor and provided between the sample pretreatment reactor and the PCR reactor.
여기서, 상기 체크 밸브는 상기 PCR 반응조로 공급되는 PCR 믹스쳐에 의해 상기 DNA 또는 상기 PCR 믹스쳐가 역류하는 것을 방지하는 수동밸브이다. 이와 같이 수동밸브를 이용함으로써 밸브를 구동하기 위해 공압기기 등 별도의 외부 장치를 구비할 필요가 없게 된다.Here, the check valve is a manual valve for preventing the DNA or the PCR mixture from flowing back by the PCR mixture supplied to the PCR reactor. By using the manual valve in this way it is not necessary to provide a separate external device such as a pneumatic device to drive the valve.
이를 위해 상기 체크 밸브는 상기 DNA 또는 상기 PCR 믹스쳐가 유입되는 챔 버, 상기 챔버에 유입된 상기 DNA 또는 상기 PCR을 한 방향으로만 흐르게 하는 플랩부재 및 상기 챔버 내부에 형성되어 상기 플랩부재를 개폐시키는 스토퍼를 포함할 수 있다.To this end, the check valve is a chamber into which the DNA or the PCR mixture is introduced, a flap member for flowing the DNA or the PCR introduced into the chamber in only one direction, and formed inside the chamber to open and close the flap member. It may include a stopper.
또한, 상기 시료 전처리 반응조와 상기 체크 밸브 사이에는 상기 시료 세포로부터 순수한 DNA를 추출하는 마이크로 필터가 더 구비되며, 상기 마이크로 필터는 상기 시료 전처리 반응조 및 상기 PCR 반응조와 동일한 칩으로 형성될 수 있다.In addition, a micro filter for extracting pure DNA from the sample cells is further provided between the sample pretreatment reactor and the check valve, and the micro filter may be formed of the same chip as the sample pretreatment reactor and the PCR reactor.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 집적형 마이크로 바이오칩은 시료 전 처리 및 PCR을 하나의 칩에서 수행함으로써 소요되는 시간, 인력, 비용 및 시료의 양을 줄일 수 있다. As described above, the integrated micro-biochip according to the present invention can reduce the time, manpower, cost and the amount of samples required by performing sample pretreatment and PCR in one chip.
또한, 본 발명에 따른 집적형 마이크로 바이오칩은 사용자가 쉽고 편리하게 마이크로 바이오칩을 이용할 수 있다. In addition, the integrated micro biochip according to the present invention can be used by the user easily and conveniently.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 집적형 마이크로 바이오칩은 외부 장치가 필요 없는 밸브를 사용함으로써 용이하게 여러 종류의 단일 마이크로 바이오칩을 집적화시킬 수 있다. In addition, the integrated micro-biochip according to the present invention can easily integrate several types of single micro-biochip by using a valve that does not require an external device.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 바이오칩은 일회용으로 사용하기에 적합하도록 반응조 부분과 영구적으로 사용할 수 있는 가열부를 분리하여 제작하였기 때문에, 반응조 세척 등과 같은 후속 절차 없이 사용자가 간편하게 사용할 수 있다.In addition, since the micro biochip according to the present invention is manufactured by separately separating the reactor portion and the heating portion which can be used permanently to be suitable for single use, the micro biochip can be conveniently used by the user without subsequent procedures such as washing the reactor.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관 하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the configuration and operation according to an embodiment of the present invention. The following description is one of several aspects of the patentable invention and the following description forms part of the detailed description of the invention.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.However, in describing the present invention, a detailed description of known functions or configurations will be omitted for clarity of the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 마이크로 바이오칩을 도시한 투시 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 집적형 마이크로 바이오칩을 개략적으로 도시한 평면도이다.1 is a perspective view illustrating an integrated micro biochip according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view schematically illustrating the integrated micro biochip according to FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 마이크로 바이오칩(100)은 시료 세포가 주입되어 세포 용해 또는 DNA 추출 등을 포함하는 시료 전처리 과정을 수행하는 시료 전처리 반응조(120), 시료 전처리 반응조(120)에서 추출된 DNA를 이용하여 PCR (polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응)을 수행하는 PCR 반응조(140) 및 효율적인 실험을 위해 시료 전처리 반응조(120) 및 PCR 반응조(140)의 온도를 조절하는 가열부(180)를 포함한다.1 and 2, the integrated micro-biochip 100 according to an embodiment of the present invention is a
시료 전처리 반응조(120)는 시료 세포로부터 순수한 DNA를 추출하기 위한 마이크로 필터(150)를 구비한 사선(蛇線, serpentine) 형상의 채널(122)이 형성된 PDMS (Polydimethylsiloxane)칩(101) 및 PDMS칩(101)의 일면에 접합되는 박막 유리칩(102, thin glass)을 포함할 수 있다. 채널(122)에는 시료 세포를 시료 전처리 반응조(120)에 주입하기 위한 입구부(121)가 형성된다.The
한편, 가열부(180)는 박막 유리칩(102)의 하부에 위치하는 유리칩(190) 및 유리칩(190)의 일면에 크롬(Cr) 및 금(Au)을 증착하여 형성된 마이크로 히터(181) 및 온도센서(186)를 포함한다.Meanwhile, the
상기와 같이 구성함으로써, 별도의 외부 장치 없이 세포용해 및 DNA 추출 등의 시료 전처리 과정을 수행할 수 있으며, PCR 실험을 빠르고 간편하게 수행할 수 있다.By constructing as described above, it is possible to perform a sample pretreatment process such as cell lysis and DNA extraction without a separate external device, it is possible to perform a PCR experiment quickly and simply.
여기서, 마이크로 필터(150)는 시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)에 형성되어 시료 전처리 반응조(120)와 일체로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 시료 전처리 반응조(120)의 출구 앞단에 구비되어 시료 전처리 반응조(120)와 별개의 부분으로 형성되는 것도 가능하다. 이하에서는 마이크로 필터(150)가 시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)에 일체로 형성된 것을 예로 들어 설명한다.Here, the
한편, 시료 전처리 반응조(120)의 출구 또는 마이크로 필터(150)의 출구에는 체크 밸브(160)가 제공되는데, 체크 밸브(160)는 시료 전처리 반응조(120) 또는 마이크로 필터(150)와 PCR 반응조(140)를 연결하여 시료 전처리 반응조(120)에서 추출된 DNA가 PCR 반응조(140)로 유입될 수 있게 한다.Meanwhile, a
PCR 반응조(140)에도 시료 전처리 반응조(120)와 마찬가지로 사선(蛇線, serpentine) 형상의 채널(142)이 형성되고, 채널(142)의 끝단에는 PCR 반응이 완료된 DNA를 추출하기 위한 출구부(141a)가 형성된다.Similar to the
체크 밸브(160)는 2개가 구비되는데, DNA용 체크 밸브(160a)는 시료 전처리 반응조(120) 또는 마이크로 필터(150)에서 추출된 순수한 DNA가 PCR 반응조(140)로 유입되는 과정에 역류하는 것을 방지하기 위한 것이고, PCR 믹스쳐용 체크 밸 브(160b)는 추출된 DNA가 PCR 반응조(140)로 이송될 때 함께 주입되는 PCR 믹스쳐(mixture)의 역류를 방지하기 위한 것이다. 이 때, PCR 믹스쳐용 체크 밸브(160b)에 PCR 믹스쳐를 주입하기 위한 PCR 믹스쳐 주입부(170)가 PCR 믹스쳐용 체크 밸브(160b)에 연결되어 있다.The
DNA용 체크 밸브(160a)에는 시료 전처리 반응조(120) 또는 마이크로 필터(150)와 체크 밸브(160a)를 연결하는 제1유로(168) 및 PCR 반응조(140)와 체크 밸브(160a)를 연결하는 제2유로(169)가 연결된다.The
미설명 부호 "175"는 DNA와 PCR 믹스쳐를 혼합하는 믹서(mixer)이다.Reference numeral “175” denotes a mixer for mixing the DNA and the PCR mixture.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집적형 마이크로 바이오칩(100)을 구성하는 칩들의 상호 위치를 간략히 살펴 보면, 가장 하부에 유리칩(190)의 가열부(180)가 위치하고 그 위에 얇은 유리로 된 박막 유리칩(102)이 위치하며 박막 유리칩(102)의 상면에 PDMS칩(101)이 부착되는 형태를 가진다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, briefly looking at the mutual positions of the chips constituting the integrated
반응조(120,140)를 구성하는 PDMS칩(101)에는 시료 세포가 주입되는 채널(122,142)이 형성되는데, 이 채널(122,142)은 PDMS칩의 소수성(疏水性)을 고려하여 사선(蛇線, serpentine) 형태로 형성된다. 즉, 수차례 절곡된 S자 형상으로 형성된다. 여기서, 채널(122,142)에는 시료 세포를 주입하기 위한 입구부(121)와 증폭된 DNA를 배출하기 위한 출구부(141a)가 구비된다.The PDMS chips 101 constituting the
시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)은 정확한 실험 결과를 얻기 위해서 충분한 용량을 가질 것이 요구되는데, 본 발명에 따른 시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)의 높이와 폭은 각각 150㎛와 600㎛이고, 총 용량은 20㎕인 것이 바람직하 다. 한편, 반응조(120)의 전체 크기는 가로 25mm, 세로 18mm인 것이 바람직하다.The
채널(122)의 입구부(121)는 직경이 약 1mm인 원형으로 구비함으로써 시린지(syringe)에 의해 시료 세포를 용이하게 주입할 수 있다.The
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예 따른 집적형 마이크로 바이오칩(100)에 구비된 마이크로 필터(150)에 대해서 설명한다. 도 3은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 시료 전처리 반응조 부분을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 마이크로 바이오칩의 마이크로 필터를 확대 도시한 도면이다.Hereinafter, the
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)에는 시료 세포로부터 DNA만을 추출하기 위한 마이크로 필터(150)가 구비되어 있는데, 마이크로 필터(150)는 채널(122)의 폭(도 4의 W 참조) 방향을 따라 일정한 간격으로 이격 형성된 마이크로 기둥 내지 마이크로 필라(micro-pillar, 151) 및 마이크로 필라(151)의 사이에 제공되는 마이크로 비드(micro-bead, 155)를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이 구성된 마이크로 필터(150)를 이용하여 DNA를 추출하기 때문에, DNA를 추출하기 위한 외부 장치가 필요 없으며 단순한 구조의 칩을 사용하므로 제작이 용이하며 시료 주입만으로 DNA를 추출할 수 있다는 장점이 있다. 3 and 4, the
수십 마이크로미터 단위의 기둥(pillar) 형태인 마이크로 필라(151)를 채널(122) 내에 형성하고, 마이크로 필라(151) 사이에 50㎛ 직경을 갖는 마이크로 비드(155)를 채워 넣어 서로 엉키게 함으로써, DNA를 필터링 할 수 있는 마이크로 필터(150)를 형성할 수 있다. By forming
도 4의 (a)를 참조하면, 사선(蛇線, serpentine) 형상의 채널(122) 중 한 곳 에 채널(122)의 폭방향으로 기둥형상의 마이크로 필라(151)가 형성되어 있음을 알 수 있다. 여기서, 가장 양단에 위치하는 마이크로 필라(151)는 채널(122)의 벽을 돌출 형성하여 만들 수도 있다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 마이크로 필라(151)는 일정한 간격(G)을 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 마이크로 필라(151)의 간격(G) 및 직경은 마이크로 비드(155)의 직경 내지 크기에 따라 결정되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4A, it can be seen that a
도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 마이크로 비드(155)는 마이크로 필라(151) 사이의 간격(G)을 통과할 수 없는 정도의 직경을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로 비드(155)의 직경을 50㎛로 하면, 마이크로 필라(151)의 간격(G)은 최대 50㎛이어야 하며 마이크로 필라(151)의 직경은 100㎛ 정도로 할 수 있다. As shown in FIG. 4C, the
이와 같이, 마이크로 비드(155)의 직경은 서로 이웃하는 마이크로 필라(151) 사이의 간격(G) 보다 크거나 동일하게 형성하고 마이크로 필라(151)의 직경은 마이크로 비드(155)의 직경 보다 크게 형성함으로써, 시료가 채널(122)을 유동함에 따라 마이크로 비드(155)가 마이크로 필라(151)에 걸리게 되어 마이크로 필라(151)와 마이크로 비드(155)가 함께 마이크로 필터(150)로 기능할 수 있다. DNA는 엉키어 있는 마이크로 필라(151)와 마이크로 비드(155)의 사이를 통과할 수 있으나 다른 세포 잔여물들은 통과할 수 없기 때문에 DNA만 추출할 수 있다.As such, the diameters of the
도 3은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩(100)의 마이크로 필터(150)에서 일어나는 DNA의 추출 모습을 확대 도시한 개략도인데, 이를 참조하면 마이크로 필라(151)와 마이크로 비드(155)의 작용에 대해서 좀더 분명히 알 수 있다.FIG. 3 is an enlarged schematic view of the extraction of DNA generated from the
도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 필라(151)에 마이크로 비드(155)가 걸림으로써, DNA는 마이크로 필라(151)와 얽히어 있는 마이크로 비드(155) 사이를 통과할 수 있으나, DNA 보다 상대적으로 큰 세포 용해 후 잔존하는 잔여물들은 마이크로 비드(155) 사이를 통과하지 못하고 마이크로 비드(155)에 걸리게 된다. 이러한 과정을 거치면서 DNA만 추출되는 것이다.As shown in FIG. 3, when the
한편, 시료에 대한 생화학적 안정성을 높이기 위해 PDMS칩(101)은 박막 유리칩(102)에 접합된다. 이와 같이 PDMS칩(101)과 박막 유리칩(102)을 이용하여 반응조(120,140) 등을 일체로 형성하여 마이크로 바이오칩의 생화학적 안정성을 높일 수 있다.On the other hand, the
반응조(120,140), 마이크로 필터(150) 및 체크 밸브(160)를 하나의 칩에 형성하는 PDMS칩(101) 및 박막 유리칩(102)의 제조 과정에 대해서는 후술하도록 한다.The manufacturing process of the
또한, 마이크로 필터(150)는 도 3에 도시된 것처럼 시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)의 출구부(121) 가까이에 형성되는 것이 바람직하다. DNA를 추출하기 위한 마이크로 필터(150)를 채널(122)의 출구부(121) 가까이에 형성함으로써 시료 세포를 충분히 세포 용해시킬 수 있으며, 추출된 DNA가 통과해야 하는 채널의 길이를 줄임으로써 보다 많은 DNA를 추출할 수 있다.In addition, the
마이크로 필터(150)에 의해 DNA가 추출되기 위해서는 시료 세포의 세포벽이 먼저 파열되어야 한다. 즉, DNA 추출 전에 세포 용해가 이루어져야 하는데 이를 위해 가열부(180)가 필요하다.In order for DNA to be extracted by the
가열부(180)는 반응조(120,140)의 박막 유리칩(102)이 놓여지는 유리칩(190) 및 유리칩(190)에 열기상 증착법(thermal evaporation)으로 크롬과 금을 각각 200Å, 1000Å 두께로 증착시킨 후 사진식각(photolithography)기법을 이용하여 형성되는 마이크로 히터(181) 및 온도센서(186)를 포함할 수 있다. The
여기서, 마이크로 히터(181)는 시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)에 주입된 시료 세포를 가열하여 세포벽을 파열시키는 세포 용해 과정을 수행하며, 온도센서(186)는 시료 전처리 반응조(120) 또는 PCR 반응조(140)의 온도를 감지하여 마이크로 히터(181)에 공급되는 전원을 조절할 수 있다.Here, the
도 1 및 도 3을 참조하면, 마이크로 히터(181)는 유리칩(190)의 상부면 및 하부면 중 일면에 크롬 및 금과 같은 금속의 박막으로 형성되며, 마이크로 히터(181)의 중앙에는 열저항 방식으로 작동하는 온도센서(186)가 구비된다.1 and 3, the
마이크로 히터(181)에는 전극 내지 전원인가부(181a)를 통해 마이크로 히터(181)에 전원이 인가되고, 온도센서(186)에 의해 저항을 측정할 수 있도록 1mA 전류를 걸어주는 전류부(181b)가 구비되며, 전압검출부(181c)를 통해 옴의 법칙에 따른 저항과 전류의 관계에 의해 발생된 전압값을 검출하게 되는 것이다.The
마이크로 히터(181)는 시료 전처리 반응조(120)의 채널(122)이 형성된 부분과 대응하는 부분에 위치하여, 채널(122)에 주입된 시료를 가열하게 된다. 한편, 도시하지는 않았으나 PCR 반응조(140)의 하부에 제공되는 가열부도 시료 전처리 반응조(120)의 하부에 제공되는 가열부(180)와 동일하게 형성된다. 따라서, 이하에서는 시료 전처리 반응조(120)의 하부에 위치하는 가열부(180)에 대해서 설명하기 로 한다.The
또한, 시료 전처리 반응조(120)의 하부에 위치하는 가열부(180)의 전체 크기는 가로 28mm, 세로 20mm로 가로 25mm, 세로 18mm인 시료 전처리 반응조(120) 보다 더 큰 것이 바람직하다. 이와 같이, 가열부(180)를 시료 전처리 반응조(120) 보다 더 크게 형성함으로써, 실험 준비 과정에서 가열부(180) 위에 시료 전처리 반응조(120)를 위치시키는 것이 용이할 뿐만 아니라 가열부(180)의 마이크로 히터(181)에 전원을 공급하기 위한 전극 내지 전원인가부(181a)가 반응조(120)에 의해 덮이지 않도록 할 수 있다.In addition, the total size of the
온도센서(186)는 마이크로 히터(181)에 공급되는 전원을 조절하기 위해 반응조(120)의 온도를 감지하며, 마이크로 히터(181)는 시료 세포의 세포벽 파열을 유도하여 세포용해를 수행하게 된다. 즉, 온도센서(186)를 이용하여 마이크로 히터(181)의 발열량 내지 공급되는 전원의 양을 조절함으로써, 반응조(120)에 주입된 시료 세포의 세포 용해를 효율적으로 수행할 수 있고 시료 세포를 가열하기 위해 별도의 외부 장치를 구비할 필요가 없게 된다.The
마이크로 히터(181) 및 온도센서(186)를 포함하는 가열부(180)의 제조 방법에 대해서는 후술하도록 한다.The manufacturing method of the
한편, 반응조(120,140)는 가열부(180)와 분리 가능하게 제공되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 직접화 마이크로 바이오칩(100)의 반응조(120,140)는 일회용으로 사용하되 가열부(180)는 재활용하여 사용할 수 있다. 즉, 일회용으로 사용하기에 적합하도록 반응조(120,140) 부분을 분리하여 제작함으로써 반응 조(120,140)의 세척 등과 같은 후속 절차 없이 사용자가 간편하게 사용할 수 있다. 이 때, 반응조(120,140)와 박막 유리칩(102)은 마이크로 몰딩에 의해 접합될 수도 있다.On the other hand, the reaction tank (120, 140) is preferably provided to be separated from the
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 마이크로 바이오칩(100)에 구비된 체크 밸브(160)의 구성 및 작동에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings, the configuration and operation of the
도 5는 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 체크 밸브를 개략적으로 도시한 투시 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 체크 밸브의 단면도이다.FIG. 5 is a perspective perspective view schematically illustrating a check valve of the micro biochip according to FIG. 1, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the check valve according to FIG. 5.
상기에서 언급한 바와 같이, 체크 밸브(160)는 DNA용 체크 밸브(160a)와 PCR 믹스쳐용 체크 밸브(160b)를 포함하는데, 두 밸브의 구성을 동일하므로 이하에서는 DNA용 체크 밸브(160a)를 예로 들어 설명하기로 한다.As mentioned above, the
도 5에 도시된 바와 같이, 체크 밸브(160)는 대략 원통형 모양으로 되어 있으며 2개의 유로(168,169)가 연결되어 있다. 원통형 모양 부분의 내부에는 2개의 유로(168,169)와 각각 연통된 제1 및 제2 챔버(165,166)가 구비되고, 이 2개의 챔버(165,166)는 플랩부재(163)에 의해 구획된다. 여기서, 체크 밸브(160)는 PDMS칩(101)에 형성되기 때문에 시료 전처리 반응조(120), 마이크로 필터(150) 및 PCR 반응조(140)와 동일한 칩에 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5, the
플랩부재(163)는 PDMS칩(101) 보다는 얇은 두께를 가지는 PDMS 박막으로 형성되며, 플랩부재(163)에는 구멍(163a)이 형성된다. 이 구멍(163a)은 2개의 챔버(165,166) 중 어느 하나의 내부에 형성된 스토퍼(161)에 의해서 개폐될 수 있다. 플랩부재(163)는 얇은 PDMS 박막으로 형성되기 때문에 쉽게 변형될 수 있다.The
도면을 참조하여 체크 밸브의 작동에 대해서 설명하면 다음과 같다.Referring to the drawings will be described the operation of the check valve as follows.
도 6(a)는 체크 밸브(160)로 DNA가 정방향을 유입되는 상태를 보여주며, 도 6(b)는 체크 밸브(160)가 개방된 상태를 나타내며 도 6(c)는 닫힌 상태를 나타낸다.FIG. 6 (a) shows a state in which DNA flows in the forward direction to the
도 6(a) 및 6(b)를 참조하면, 시료 전처리 반응조(120) 또는 마이크로 필터(150)에서 추출된 DNA가 제1유로(168)를 통해서 체크 밸브(160)의 제1챔버(165)로 유입된다. 제1챔버(165)로 유입된 DNA는 제1챔버(165)를 다 채울 때까지 유입될 수 있다. 제1챔버(165)가 다 채워진 상태에서 계속 DNA가 유입되면, 쉽게 변형되도록 PDMS 박막으로 형성된 플랩부재(163)가 스토퍼(161)의 반대 방향으로 움직이면서 스토퍼(161)에 의해 막혀 있던 플랩부재(163)의 구멍(163a)이 열리게 된다. 유입된 DNA는 개방된 구멍(163a)을 통과하여 제2챔버(166) 및 제2유로(169)를 거쳐 PCR 반응조(140)로 유입된다. 이와 같은 DNA의 흐름이 정상적인 흐름이다.6 (a) and 6 (b), the DNA extracted from the
체크 밸브에 의해 DNA가 역류할 수는 없다. 즉, 제2유로(169)를 통과하여 제1유로(168)로 DNA가 흐를 수는 없다. 도 6(c)를 참조하면, DNA가 역류하는 경우에 제2유로(169)를 통과한 DNA가 제2챔버(166)에 유입된다. 제2챔버(166)에 DNA가 가득 채워지더라도 플랩부재(163)의 구멍(163a)은 개방되지 않는다. 왜냐하면, 제2챔버(166)에 유입되는 DNA의 유입 방향으로 플랩부재(163)가 움직여야 구멍(163a)이 개방되는데, 스토퍼(161)가 구멍(163a)의 개방을 막고 있기 때문이다. 이러한 구조에 의해서 체크 밸브(160)는 통과하는 유체가 역류하는 것을 방지할 수 있다.DNA cannot be reversed by the check valve. That is, DNA cannot flow through the
이와 같은 체크 밸브(160)는 수동 내지 패시브(passive) 밸브 즉, 흐르는 유 체의 힘에 의해서 개폐되는 방식의 밸브이기 때문에 밸브를 개폐하기 위한 공압기기 등 별도의 외부 장치가 필요 없어서 구조가 단순하고 쉽게 사용할 수 있다.Since the
PCR 반응조(140)로 DNA를 유입하는 제2유로(169)에 PCR 믹스쳐 유로가 연결되기 때문에 PCR 믹스쳐의 유입으로 인해 제2유로(169)에 압력이 변하게 되면 DNA가 역류할 수 있다. 이러한 역류를 DNA용 체크 밸브(160a)가 방지할 수 있다. 이 때, PCR 믹스쳐도 DNA의 유입으로 인해 역류할 수 있는데, PCR 믹스쳐용 체크 밸브(160b)가 이러한 역류를 방지할 수 있다.Since the PCR mixer channel is connected to the
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 바이오칩(100)은 시료 전처리 반응조(120), 마이크로 필터(150), 체크 밸브(160) 및 PCR 반응조(140)가 하나의 칩에 형성되기 때문에 외부 장치 필요 없이 모든 PCR 과정을 하나의 칩에서 수행할 수 있다. 즉, 집적화된 마이크로 바이오칩(100)을 구현할 수 있다.As described above, in the
본 발명에 따른 집적형 마이크로 바이오칩(100)을 이용한 중합효소 연쇄 반응 단계는 다음과 같다.The polymerase chain reaction step using the integrated
시료 전처리 반응조(120)에 형성된 사선형의 채널(122)에 마이크로 비드(155)를 주입하는 단계, 마이크로 비드(155)가 채널(122)에 구비된 마이크로 필라(151)에 걸리게 하는 단계, 채널(122)에 시료 세포를 주입하는 단계, 채널(122)에 주입된 시료 세포를 가열부(180)에 구비된 마이크로 히터(181)로 가열하여 시료 세포의 세포벽을 파괴하는 세포용해 단계, 세포벽이 파열된 시료 세포에 포함된 DNA 이외의 잔여물들은 마이크로 필라(151)와 마이크로 비드(155)에 의해 걸러지고 DNA는 마이크로 필라(151) 및 마이크로 비드(155)를 통과하는 DNA 추출 단계, 추출 된 DNA를 체크 밸브를 거쳐 PCR 반응조(140)로 공급하는 단계, DNA와 함께 PCR 반응조(140)로 PCR 믹스쳐를 공급하는 단계 및 PCR 반응조(140)에서 PCR을 수행하는 단계를 포함한다.Injecting the
상기와 같이 집적화된 마이크로 바이오칩(100)을 이용함으로써, 시료 세포의 주입만으로 중합효소 연쇄반응을 수행할 수 있다. By using the
상기에서 언급한 중합효소 연쇄 반응 단계는 하나의 예시에 불과하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀 둔다.The above-mentioned polymerase chain reaction step is just one example, it should be understood that it is not necessarily limited thereto.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 집적형 마이크로 바이오칩(100)의 반응조(120,140), 마이크로 필터(150), 체크 밸브(160) 및 가열부(180)의 제조 방법에 대해서 간략히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the
도 7은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 반응조 부분을 형성하는 단계를 보여주는 도면이고, 도 8은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 가열부를 형성하는 단계를 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a view illustrating a step of forming a reactor portion of the micro biochip according to FIG. 1, and FIG. 8 is a view illustrating a step of forming a heating unit of the micro biochip according to FIG. 1.
도 7에 도시된 바와 같이 반응조(120,140) 등을 형성하는 단계는, 실리콘 웨이퍼를 SPM(황산과 과수 혼합물)용액 등에서 담궈 이물질을 제거하는 클리닝 단계(a), 클리닝을 실행한 후에 스핀 코팅을 통해 실리콘 웨이퍼의 상부면에 100㎛ 두께로 음성감각막인 SU-8을 올린 다음 소프트 베이크를 실시하게 되는데(b), 이 때 음성감광제에 있는 유기용제를 제거하도록 실행하게 된다.As shown in FIG. 7, the forming of the
음성감각막인 SU-8은 음성후막감광제(negative photoresist)의 일종으로 마이크로머시닝(micromachining)등을 위해 화학적으로 증폭된 에폭시를 기본으로 한 감광제로서, IBM사에 의해 처음 개발되었으며 현재 Microchem사와 Sotec Microsystems사 가 IBM으로부터 판매권을 얻어 제조 및 판매를 하고 있는 것이다.SU-8 is a negative photoresist. It is a photoresist based on chemically amplified epoxy for micromachining. It was originally developed by IBM and is now developed by Microchem and Sotec Microsystems. The company obtains sales rights from IBM and manufactures and sells them.
이에, 상기 SU-8은 유리(Glass), 세라믹(Ceramic) 등과의 연계성이 좋고, 광학적 성질이 매우 우수하며, 코팅 조건에 따라 1~1000㎛대의 고형상비 구조물 제작이 가능할 뿐만 아니라 반도체 제작공정과의 연계성도 우수하여 구조물 제작 시 반도체 장비인 UV aligner을 사용하여 쉽게 노광(expose)이 가능하고 플라즈마 이온 식각 공정(Plasma Ion Etching Process)에도 적합하다. 또한 200℃ 이상의 고온에서도 잘 견디는 장점이 있고, 특히 기존의 UV aligner을 사용하여 쉽게 노광(expose)이 가능하므로 고가의 synchrotron X-Ray 장비를 사용해야만 했던 LIGA(Lithographie, Galvano-formung, Abformung) 공정을 대체할 수 있는 LIGA-like 공정의 발달을 가져오기도 하는 등의 특징이 있다.Accordingly, the SU-8 has good connection with glass, ceramic, etc., has excellent optical properties, and is capable of producing a solid-state ratio structure having a diameter of 1 to 1000 μm according to coating conditions, as well as a semiconductor manufacturing process. It also has excellent connectivity, so it can be easily exposed by using UV aligner, a semiconductor device, and is suitable for Plasma Ion Etching Process. In addition, it has the advantage of being able to withstand high temperatures above 200 ℃, and especially easy exposure with the existing UV aligner, so LIGA (Lithographie, Galvano-formung, Abformung) process that had to use expensive synchrotron X-Ray equipment It also leads to the development of a LIGA-like process that can be substituted for.
상기의 소프트 베이크가 완료된 후에는 SU-8에 형상을 전사하고(c) 현상하면(d), 칩을 제작하기 위한 SU-8 몰드가 만들어지게 되고(e), 이 때 진공 상태에서 기포를 제거하게 된다.After the soft bake is completed, the shape is transferred to the SU-8 (c) and developed (d), and a SU-8 mold for making a chip is produced (e), and bubbles are removed in a vacuum. Done.
상기의 실행이 완료되면, PDMS와 경화제를 일정한 비율(예를 들어 10:1)로 섞은 다음 이를 몰드의 상부에 붓고 65℃에서 3시간30분 동안 경화시킨 후에 몰드에서 PDMS를 떼어내면 PDMS칩(10)이 형성되는 것이다(f). 떼어낸 PDMS를 작게 커팅 및 펀칭을 한 후(g), 박막 유리칩과 접합함으로써(h) 최종적인 반응조(120,140)가 얻어지게 된다.When the above operation is completed, the PDMS and the curing agent are mixed in a constant ratio (for example, 10: 1), poured into the upper part of the mold, cured at 65 ° C. for 3 hours and 30 minutes, and then the PDMS is removed from the mold. 10) is formed (f). After cutting and punching the removed PDMS small (g), and then bonded with a thin film glass chip (h), the
이와 같은 제조 방법에 의해 시료 전처리 반응조(120), 마이크로 필터(150), 체크 밸브(160) 및 PCR 반응조(140)는 하나의 칩에 구현될 수 있고, 마이크로 바이오칩의 집적화를 이룰 수 있다.By the preparation method as described above, the
다음으로 도 8에 도시된 바와 같이 가열부(180)를 형성하는 단계는, 파이렉스 유리 웨이퍼를 SPM(황산과 과수 혼합물)용액 등에서 담궈 이물질을 제거하는 클리닝 단계(a), 클리닝을 실행한 후에 유리 웨이퍼에 크롬 200Å(b) 및 금 1000Å(c)를 열기상 증착법에 의해 증착시키게 된다.Next, as shown in FIG. 8, the forming of the
이어 크롬 및 금의 박막 위에 AZ1512라는 양성감광제 내지 포토레지스트(PR, photoresist)를 스핀 코팅한 후에(d) 노광(e) 및 현상 공정(f)을 실행하게 된다.Subsequently, after spin coating a positive photoresist to photoresist (PR, photoresist) called AZ1512 on the thin film of chromium and gold (d), exposure (e) and development process (f) are performed.
상기 AZ1512는 양성 감광제((positive photoresist)로 Clariant, U.S.A에서 제조하는 것으로서, 금속 박막의 patterning 시 많이 사용되는 것이다.The AZ1512 is manufactured by Clariant, U.S.A as a positive photoresist, and is widely used for patterning metal thin films.
상기의 노광 및 현상 공정을 실시한 후에 크롬 및 금을 차례로 습식 식각 또는 에칭한 다음 감광제를 제거하고(g) 작게 커팅하는 다이싱 작업을 하면(h) 가열부(180)의 유리칩(190)이 형성되는 것이다.After performing the above exposure and development process, the chromium and gold are sequentially wet-etched or etched, and then the dicing operation is performed to remove the photosensitive agent (g) and to cut the small (h)
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 마이크로 바이오칩(100)을 사용하여 구강세포의 DNA를 추출 및 증폭하는 실험에 대해서 예시적으로 설명한다.Hereinafter, an experiment for extracting and amplifying DNA of oral cells using the integrated
도 9는 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 열전달 해석 결과를 보여주는 도면이고, 도 10은 도 9의 A-B 방향에 따른 마이크로 바이오칩의 온도 분포를 보여주는 그래프이며, 도 11은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩을 이용하여 추출한 DNA로 실시한 PCR의 결과와 종래 기술에 따른 PCR의 결과를 각각 보여주는 겔 전기영동 사진이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a heat transfer analysis result of the micro biochip according to FIG. 1, FIG. 10 is a graph illustrating a temperature distribution of the micro biochip along the AB direction of FIG. 9, and FIG. 11 is a diagram of the micro biochip using FIG. Gel electrophoresis pictures showing the results of PCR performed with the extracted DNA and the results of PCR according to the prior art, respectively.
우선 본 발명에 따른 마이크로 바이오칩(100)의 열전달 효율을 예측하기 위하여 상용 프로그램 (CFD-ACE+, ESI Group, France)을 이용하여 열전달 해석을 수행하였다. 마이크로 바이오칩의 A-B 방향에 따른 온도 편평도를 도 9 및 도 10에 나타내었다. 실험 수행시 해석결과를 참고하여 히터 표면의 온도에 대한 반응조 내부의 온도를 조정할 수 있다. First, in order to predict heat transfer efficiency of the
도 9에서 파란색으로 표시된 부분은 상대적으로 온도가 낮으며, 붉은색으로 표시된 부분은 상대적으로 온도가 높음을 의미한다. 도 9에 도시된 바와 같이 마이크로 히터(181) 및 이에 의해 가열되는 부분인 채널(122)의 온도가 상대적으로 높음을 알 수 있다. 또한, 도 10을 참조하면, 마이크로 히터(181)의 표면 온도는 점선으로 표시되어 있고, 채널(122) 내부의 온도는 실선으로 표시되어 있다. 이 그래프로부터 마이크로 히터(181) 표면과 채널(122) 내부에는 온도 차이가 존재함을 알 수 있다.In FIG. 9, the portion marked in blue is relatively low in temperature, and the portion marked in red is relatively high in temperature. As shown in FIG. 9, it can be seen that the temperature of the
한편, 마이크로 히터(181) 내지 반응조(120,140)의 온도를 제어하는 온도 제어 시스템은 바이오칩에 전원을 공급하는 전원 공급기(E3631A, Agilent Technology, U.S.A), 컴퓨터에 연결된 데이터 수집 보드(PCI-6024E, National Instrument, U.S.A), 신호 처리기(signal conditioner, SC2345, National Instrum ent, U.S.A)를 포함하여 구성될 수 있다. 전원 공급기를 통해 마이크로 바이오칩에 일정량의 전압을 공급하고 신호 처리기를 통해 데이터 수집 보드에 연결된 박막 형태의 온도센서(186)는 반응조(120,140) 내부의 온도를 수집한다. 온도 제어 시스템은 상용 프로그램(LabVIEW 7.0, National Instrument, U.S.A)을 이용할 수 있 다. On the other hand, the temperature control system for controlling the temperature of the
시료 전처리 실험을 위해 손쉽게 채취가 가능한 구강세포를 이용하였다. 세포용해의 최적 온도 및 시간 조건을 도출하기 위해 마이크로 바이오칩에서 세포용해를 수행하였다. 최적조건의 평가는 DNA의 농도 측정기 NanoDrop ND-1000 (Nanodroptechnologies. Inc, U.S.A.)를 이용하여 반응 후의 DNA의 농도와 순도를 측정하여 수행하였으며 그 결과 80℃, 2분을 최적조건으로 결정하였다. 아래의 [표 1]에 본 발명의 마이크로 필터(150)를 사용하여 DNA의 순도를 향상시킨 결과를 나타내었다.Oral cells that can be easily collected for sample pretreatment experiments were used. Cytolysis was performed on micro biochips to derive optimal temperature and time conditions for cytolysis. Evaluation of the optimum conditions was performed by measuring the concentration and purity of the DNA after the reaction using a DNA concentration measuring device NanoDrop ND-1000 (Nanodroptechnologies. Inc, U.S.A.), the result was determined to 80 ℃, 2 minutes as the optimum conditions. Table 1 below shows the results of improving the purity of DNA using the
한편, 마이크로 바이오칩에서의 시료 전처리 과정의 성능을 확인하기 위하여 추출된 DNA중 Y염색체에 존재하는 SY158유전자를 대상으로 PCR을 수행하였다. PCR시료의 조성은 [표 2]와 같다.Meanwhile, PCR was performed on the SY158 gene present in the Y chromosome in the extracted DNA to confirm the performance of the sample pretreatment process in the micro biochip. The composition of the PCR sample is shown in [Table 2].
상용 PCR 장치(Primus 96 Thermocycler, MWG, U.S.A)를 사용하였다. PCR조건은 프리-디네이쳐(pre-denature)를 95℃에서 240sec 동안 수행하고, 디네이쳐(denature)를 95℃에서 15sec 동안 수행하며, 어닐링(annealing)을 60℃에서 15sec 동안 수행하고, 익스텐션(extension)을 65℃에서 30sec 동안 수행하여 총 35 cycle을 수행하였으며 그 결과가 도 11에 도시되어 있다. Commercial PCR apparatus (Primus 96 Thermocycler, MWG, U.S.A) was used. PCR conditions were performed for pre-denature at 240 ° C. for 240 sec, denature at 95 ° C. for 15 sec, annealing at 60 ° C. for 15 sec, and extension ( extension) was performed at 65 ° C. for 30 sec to perform a total of 35 cycles and the results are shown in FIG. 11.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로 바이오칩을 이용하여 추출한 DNA로 실시한 PCR의 결과와 종래에 실시하는 방법을 통한 PCR의 결과를 각각 보여주는 Gel 전기 영동 사진으로, 가운데 부분이 본 발명인 마이크로 바이오칩으로 추출한 DNA로 수행한 PCR 결과이며, 좌측이 종래의 방식으로 수행한 PCR 결과를 나타낸 것이다. 도 11에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 마이크로 바이오칩을 사용한 경우의 결과가 종래 방식에 비해 뛰어남을 알 수 있다.As shown in FIG. 11, a gel electrophoresis photograph showing the results of PCR performed with DNA extracted using the microbiochip of the present invention and the results of PCR using a conventional method, respectively, the center of which is the present invention microbiochip PCR results performed with the extracted DNA, and the left side shows the PCR results performed in a conventional manner. As can be seen in Figure 11 it can be seen that the result of using the micro biochip according to the present invention is superior to the conventional method.
지금까지 설명한 집적형 마이크로 바이오칩은 다양한 관점에서 파악될 수 있는 본 발명의 기술 사상 또는 본 발명에 대한 최소한의 기술로서 이해되어야 하고, 본 발명을 제한하는 경계로서 이해되어서는 아니 된다.The integrated micro biochip described so far should be understood as the technical spirit of the present invention or the minimum technology for the present invention, which can be grasped from various viewpoints, and should not be understood as the boundary limiting the present invention.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited only to such specific embodiments, and may be appropriately changed within the scope described in the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 마이크로 바이오칩을 도시한 투시 사시도,1 is a perspective perspective view showing an integrated micro biochip according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 따른 집적형 마이크로 바이오칩을 개략적으로 도시한 평면도,2 is a plan view schematically illustrating the integrated micro biochip according to FIG. 1;
도 3은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 시료 전처리 반응조 부분을 도시한 분해 사시도,3 is an exploded perspective view illustrating a sample pretreatment reactor part of the micro biochip according to FIG. 1;
도 4는 도 3에 따른 마이크로 바이오칩의 마이크로 필터를 확대 도시한 도면,4 is an enlarged view of a micro filter of a micro biochip according to FIG. 3;
도 5는 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 체크 밸브를 개략적으로 도시한 투시 사시도,5 is a perspective perspective view schematically showing a check valve of the micro biochip according to FIG. 1;
도 6은 도 5에 따른 체크 밸브의 단면도,6 is a cross-sectional view of the check valve according to FIG. 5, FIG.
도 7은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 반응조를 형성하는 단계를 보여주는 도면,7 is a view showing a step of forming a reaction tank of the micro biochip according to FIG.
도 8은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 가열부를 형성하는 단계를 보여주는 도면,8 is a view illustrating a step of forming a heating unit of the micro biochip according to FIG. 1;
도 9는 도 1에 따른 마이크로 바이오칩의 열전달 해석 결과를 보여주는 도면,9 is a view showing a heat transfer analysis result of the micro biochip according to FIG.
도 10은 도 9의 A-B 방향에 따른 마이크로 바이오칩의 온도 분포를 보여주는 그래프,FIG. 10 is a graph showing a temperature distribution of a micro biochip along the A-B direction of FIG. 9;
도 11은 도 1에 따른 마이크로 바이오칩을 이용하여 추출한 DNA로 실시한 PCR의 결과와 종래 기술에 따른 PCR의 결과를 각각 보여주는 겔 전기영동 사진이다.FIG. 11 is a gel electrophoresis photograph showing the results of PCR performed with DNA extracted using the micro biochip according to FIG. 1 and the results of PCR according to the prior art, respectively.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 집적형 마이크로 바이오칩100 : Integrated micro biochip
101: PDMS칩 102: 박막 유리칩101: PDMS chip 102: thin film glass chip
120: 시료 전처리 반응조 140:PCR 반응조120: sample pretreatment reactor 140: PCR reaction tank
150: 마이크로 필터 160: 체크 밸브150: micro filter 160: check valve
170: PCR 믹스쳐 주입부 180: 가열부170: PCR mix injection unit 180: heating unit
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080079155A KR20100020394A (en) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | Integrated micro bio chip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080079155A KR20100020394A (en) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | Integrated micro bio chip |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100020394A true KR20100020394A (en) | 2010-02-22 |
Family
ID=42090466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080079155A KR20100020394A (en) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | Integrated micro bio chip |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100020394A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014078790A1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | Lightstat Llc | A micro-pillar array method and apparatus |
KR20180134803A (en) | 2018-12-10 | 2018-12-19 | 한국기계연구원 | Micro-fluidic device discharging bubble |
KR102022198B1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-09-18 | 서강대학교산학협력단 | Plasmonic heating and temperature calculating system and method |
WO2019182407A1 (en) * | 2018-03-23 | 2019-09-26 | (주)바이오니아 | High-speed polymerase chain reaction analysis plate |
WO2022235062A1 (en) * | 2021-05-03 | 2022-11-10 | 성균관대학교산학협력단 | Continuous nucleic acid detection apparatus |
-
2008
- 2008-08-12 KR KR1020080079155A patent/KR20100020394A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014078790A1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | Lightstat Llc | A micro-pillar array method and apparatus |
WO2019182407A1 (en) * | 2018-03-23 | 2019-09-26 | (주)바이오니아 | High-speed polymerase chain reaction analysis plate |
KR20190111588A (en) * | 2018-03-23 | 2019-10-02 | (주)바이오니아 | Analysis Plate For Polymerase Chain Reaction |
CN112041073A (en) * | 2018-03-23 | 2020-12-04 | 株式会社百奥尼 | High-speed polymerase chain reaction analysis plate |
US20210053059A1 (en) * | 2018-03-23 | 2021-02-25 | Bioneer Corporation | High-speed polymerase chain reaction analysis plate |
KR102022198B1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-09-18 | 서강대학교산학협력단 | Plasmonic heating and temperature calculating system and method |
KR20180134803A (en) | 2018-12-10 | 2018-12-19 | 한국기계연구원 | Micro-fluidic device discharging bubble |
WO2022235062A1 (en) * | 2021-05-03 | 2022-11-10 | 성균관대학교산학협력단 | Continuous nucleic acid detection apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2019226236B2 (en) | Methods and systems for detecting biological components | |
JP6698770B2 (en) | Single-Structure Biochip and Manufacturing Method Providing Process from Sample Introduction to Results Output | |
US7790441B2 (en) | Polymerase chain reaction kit and method of manufacturing the same | |
US10058869B2 (en) | Micro-fluidic modules on a chip for diagnostic applications | |
US8404440B2 (en) | Device for carrying out cell lysis and nucleic acid extraction | |
TWI508772B (en) | Micro fluid device | |
KR20100020394A (en) | Integrated micro bio chip | |
Grodzinski et al. | Development of plastic microfluidic devices for sample preparation | |
KR20100133939A (en) | Micro bio chip for polymerase chain reaction and dna extracting method using the same | |
KR20130135111A (en) | Multi-channel device for distributing liquid sample, device for extracting nucleic acid comprising the same, and method for extracting nucleic acid using the same | |
CN104561286A (en) | Novel polymerase chain reaction (PCR) microfluidic chip control system and preparation method thereof | |
JP7366907B2 (en) | Microfluidic device with evacuated microchamber | |
WO2014207257A1 (en) | A microfluidic device with pillars | |
KR20110064445A (en) | Microfluidic device for generation of time-dependent concentration | |
KR100952102B1 (en) | Chip for micro polymerase chain reaction and manufacture method thereof | |
JP2013208127A (en) | Microreaction vessel, and polymerase chain reaction method using the same | |
KR100756874B1 (en) | Micro bio chip for polymerase chain reaction and manufacture method thereof | |
KR20090124311A (en) | Micro bio chip for sample pre-treatment and dna purification method using the same | |
TWI338134B (en) | Series-type dam-like plasma-blood-separation chip and the fabrication method | |
KR100866836B1 (en) | Micro bio chip for ligation reaction | |
CN212246964U (en) | Centrifugal microfluidic chip and system for SAT | |
JP2004361205A (en) | Micro reaction device | |
JP2008017779A (en) | Lab-on-a-chip | |
JP2010172270A (en) | Microreaction vessel, and polymerase chain reaction by using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |