KR20110061093A - 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법 - Google Patents

세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법은, 마이크로 플루이딕 칩에 있어서, 주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널과 세포용액이 주입되는 제 2채널이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity) 형성을 위한 배리어(barrier)가 구비된 상부 기판과 상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 주화성 용액과 세포 용액이 채널링 되는 과정에서 제 1채널과 제 2채널 사이에 형성된 배리어와 캐비티 구조물을 통해 규칙적인 유동성을 확보할 수 있다.
세포, 주화성, 검사, 플루이딕 칩, 기판, 미생물

Description

세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법{Microfluidic chip for the analysis of cell chemotaxis and its Fabrication Methods}
본 발명은 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 세포 주화성 검사를 위해 주화성 샘플 용액과 세포 용액을 용이하게 접촉시키기 위한 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법에 관한 것이다.
주화성(chemotaxis)은 화학물질의 농도 차가 자극이 되어 일어나는 주성으로 농도가 높은 쪽을 향하는 것을 양의 주화성, 낮은 쪽으로 향하는 것을 음의 주화성이라고 한다. 1884년 독일의 W.페퍼가 고사리의 정자(精子)가 말산(사과산)에 대하여 양의 주화성을 나타내는 것을 발견했다. 짚신벌레는 진한 식염수에 대하여 음의 주화성을, 묽은 아세트산에 대하여 양의 주화성을 나타낸다. 백혈구도 세균에 대하여 주화성을 나타낸다. 생물 산업에 있어 미생물 및 세포의 약물과 반응성을 밝히고 미생물의 기능과 활용성을 판단할 수 있는 중요한 인자이다.
주화성 검사를 위한 종래의 방법으로 박테리아의 주화성 검사법은 약물과 젤의 혼합물 모세관에 삽입한 후 이를 박테리아용액에 접촉시켜 반응시간에 따라 용액에 노출된 끝부분에 박테리아의 이동 여부를 분석하여 주화성의 양성반응과 음성반응을 검사한다. 이러한 방법은 항상 젤과 약물을 혼합해야하는 불편한 점과 세포의 개별적인 움직임이나 이동성을 관찰하기 어렵다. 매크로(macro)한 스케일에서 관찰이 진행되므로 다수 샘플의 동시분석이 어렵다.
한편, 현재까지의 마이크로 플루이딕 칩(microfluidic chip) 기반 주화성 검사실험은 연속 유동 흐름(continuous flow) 제어를 이용한다. 실린지 펌프를 사용하여 샘플 주입하며 샘플사용량도 수십 ml 이상으로 소모량도 많고 검사시간도 수시간 이상으로 길다. 특히 Laminar flow를 유지하기 위해서 일정 이상의 유속이 필요하며, 이는 미생물의 운동성을 방해하며 미생물 운동에 의한 정확한 주화성 분석을 해석하긴 어렵다.
이러한 단점을 극복하기 위해서 외부 시린지 펌프를 정지시켜서 유체의 흐름을 정지시키기도 하나, 그 제어가 불규칙적이고 이러한 방법은 제품으로 사용자가 사용하기에 매우 부적합하다.
스탠포드대학 병리학과의 Buthcher교수가 발표한 검사법으로 상부의 Y 채널의 양쪽으로 buffer용액과 주화성 샘플을 외부에서 시린지 펌프를 이용하여 주입한다. 이때 가운데 주 채널 (main channel)에서 농도구배가 생기게 된다. 그 다음, 주 채널의 양측면에 형성된 좁은 채널을 통해 세포 용액을 주입하면서 세포의 주화성을 검사하게 된다.
또 다른 방법으론 주화성 검사용 시료와 세포(미생물)의 interface를 유지하기 위해 다공성 멤브레인, 젤을 사용하기도 한다, 이러한 방법은 다공서의 다공밀도를 제어하기가 어려우며, 다공성 젤 같은 경우 확산 속도가 매우 느려 검사 시간이 많게는 하루 이상도 걸리게 된다.
도 1은 종래기술로써 코넬대학의 Wu 교수가 발표한 주화성 검사용 칩으로 agarose gell을 마이크로 채널 모양으로 패터닝 한 후 상부 마이크로 채널에는 주화성 시료를 채우고, 중앙에 세포용액을 채운다. 케미컬 sink로 작용하는 하부 채널에는 Buffer 용액을 채워서 상부채널과 하부 채널간 농도 구배를 형성시켜서 중앙의 채널에서 세포의 주화성을 검사한다.
상기 기술된 마이크로 플루이딕 기반의 주화성 검사법은 High throughput, parallelism의 장점을 확보하기 어렵고, 칩 집적도를 높이기 어려울 뿐만 아니라, 현장에 사용하기엔 불편하긴 복잡하고 재현성이 뒤 떨어지는 프로토콜을 사용하므로 반복적인 다수의 샘플을 분석하기엔 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 적은 샘플용액 사용과 검사시간을 단축시키고 보다 정확한 주화성 분석을 달성할 수 있는 마이크로 플루이딕 칩을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 사용상의 편의성과 다수의 샘플 분석을 용이하게 달성하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 유체의 불규칙적인 흐름을 방지하여 정지상태의 유체간의 계면을 형성하고 안정적인 확산반응을 달성할 수 있는 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마이크로 플루이딕 칩에 있어서, 주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널과 세포용액이 주입되는 제 2채널이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity) 형성을 위한 배리어(barrier)가 구비된 상부 기판과 상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부기판은, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 두 개의 배리어가 형성되고 그 사이로 상기 배리어에 의해 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정션채널은, 세포 크기의 90 내지 110%의 깊이를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 기판은, 투명 실리콘 폴리머(PDMS)를 포함하는 폴리머 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 기판은, 석영이나 유리기판 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 기판은, 상기 정션채널 내부의 공기를 외부로 배출시키기 위해 연통되는 에어벤트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 기판은, 주화성 샘플용액과 세포용액을 각각 상기 제 1채널과 제 2채널에 제공하기 위해 연통된 제 1채널 저장부와 제 2채널 저장부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 마이크로 플루이딕 칩 제조방법에 있어서, 몰딩 원판을 통해 주화성 용액이 주입되는 제 1채널과 샘플용액이 주입되는 제 2채널을 형성시키고, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티가 구비된 배리어를 함께 형성하여 기판을 제조하는 단계, 상기 제 1채널과 제 2채널이 형성된 상부 기판을 몰딩 원판으로부터 이형시키는 단계, 하부 기판에 주화성 용액과 샘플용액이 접촉하는 정션채널을 형성시키는 단계 및 상기 하부 기판과 상부 기판을 조립하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정션채널은, 세포 크기의 90 내지 110% 깊이로 식각하여 형성시 키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 기판 제작단계 후에는, 상기 상부 기판을 조립하기 전 조립정렬을 용이하게 실시하기 위해 메탈 박막을 일정 영역 패터닝하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메탈 박막은, 100nm 이하의 두께로 패터닝되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 기판 제조단계는, 펀칭과정을 통해 상기 제 1, 2채널과 연통되는 제 1 채널 저장부와 제 2채널 저장부를 형성시키는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몰딩 원판은, MEMS 공정을 이용하여 실리콘을 식각하거나, 후막 감광제를 패터닝하여 몰딩 원판을 제작하되, 상기 상부 기판에 형성될 상기 제 1, 2채널의 깊이를 20 내지 100㎛로 형성되도록 몰딩 원판을 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 제 1, 2채널 사이에 구비된 배리어 구조물에 의해 유체의 불규칙적인 흐름을 방지하여 정지 상태의 유체간의 계면을 형성하고, 안정적인 확산 반응을 달성할 수 있는 효과가 있다.
상세하게는 첫째, 외부의 실린지 펌프나 마이크로 펌프 등을 사용하지 않고 모세관 현상으로 샘플을 주입할 수 있어 유체를 제어하기 위한 주변 부대 장비가 필요 없다. 또한, Hydrodynamic injection 방식에 구동되는 칩은 유속에 세포나 미생물의 움직임이 영향을 받지만, 본 발명은 정지된 흐름에서 검사를 함으로 chemoeffector에 대한 오직 세포나 미생물의 움직임을 검사할 수 있다.
둘째, 제작 공정이 단순하여 저가로 제작할 수 있으며, 마이크로 플루이딕칩의 집적도를 높일 수 있고, 샘플 사용량이 수십 ㎕이하로 기존 방법에 비해 매우 적다.
셋째, 세포용액과 Chemoeffector용액을 직접적으로 접촉시켜서 liquid/lquid interface를 만들 수 있으므로, 기존방법과 같이 chemoeffector와 젤과 섞어서 반응시킬 필요가 없는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 상부 기판을 나타낸 평면도, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 제 1채널과 제 1채널을 나타낸 단면도와 배면도, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 배리어를 나타낸 확대 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 제조방법을 나타낸 순서도, 도 6은 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 유체 조작 순서를 나타낸 순서도이다.
본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩은 마이크로 플루이딕 칩에 있어서, 주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널(110)과 세포용액이 주입되는 제 2채널(120)이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity ; 102) 형성을 위한 배리어(barrier ; 101)가 구비된 상부 기판(100)과 상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판(200)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상부 기판(100)은 주화성 샘플(chemoeffector)이 주입되는 제 1채널(110)과 세포(ell) 용액이 주입되는 제 2채널(120)이 각각 마이크로 채널형태로 구비되는 것으로, 각각의 용액을 전달하기 위한 것이다. 여기서 상기 상부 기판(100)은 폴리머 재질로 구비되며, 바람직하게는 투명 실리콘 폴리머 용액(PDMS)을 경화시켜서 형성된다. 이때, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이에는 유체의 규칙적인 흐름을 위하여 캐비티(102)가 형성되도록 배리어(101)를 구비한다.
즉, 2개의 배리어가 중앙에 위치하고 이로 인해 그 사이에 캐비티(102)가 형성된다. 이러한 채널 형성을 통해 모세관 흐름을 유도하는 capillary pressure를 감압하여 불규칙적인 유체의 흐름을 방지할 수 있다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 일실시예로 W=225㎛, h=3㎛, r=73dyne/cm, θPDMS=100°, θglass=0°일 때, 정션채널의 A-B 구간의 모세관압력은 아래 수학식 1에 의하여 20.657kPa로 계산되고, B-C구간의 모세관 압력은 0.649kPa로 계산된다.
따라서, 본 발명에 따른 정션채널에서 cavity 구조는 모세관 압력을 감압시켜 모세관 흐름 현상을 damping out 시키는 효과가 있음을 알 수 있다. 이 현상은 두 유체가 정션채널에서의 접촉 후 급격스러운 유체의 흐름을 방지하여 안정적인 유체의 계면을 형성할 수 있다.
이때, A-B 구간에 대한 모세관압력은 다음의 수식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009074083421-PAT00001
또한, B-C 구간에 대한 모세관압력은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009074083421-PAT00002
여기서 P는 capillary pressure(모세관 압력)
W PDMS는 (상부기판)PDMS의 폭
A microchannel = Microchannel의 면적
L glass = glass쪽의 폭과 높이의 합(2h+W)
Figure 112009074083421-PAT00003
= 유체의 표면장력값
θ=접촉각
또한, 상기 제 1, 2채널과 연결되어 주화성 용액 또는 세포용액을 저장하고 있는 제 1채널 저장소(140)와 제 2채널 저장소(150)가 구비되어 상기 제 1, 2채널 저장소에 용액이 주입되면 모세관 현상(capillary phenomenon)에 의해 상기 제 1, 2채널로 용액이 주입된다. 따라서 Micro pipette를 이용하여 상기 제 1, 2채널 저장소(140, 150)에 용액을 떨어뜨리면, 모세관 현상에 의해 유입되게 된다.
한편, 상기 상부 기판(100)은 제 1채널과 제 2채널을 구획하는 부분에는 외측으로 공기를 배출시킬 수 있는 에어벤트(air vent ; 130)가 형성되어 있다. 이것은 제 1채널에서 유입되는 주화성 샘플 용액과 제 2채널에서 주입되는 세포 용액이 후술할 정션채널(210)에서 상호 접촉 시 포획(trap)될 수 있는 공기가 원활하게 외부로 배기시키도록 하기 위한 것이다.
하부 기판(200)은 상기 상부 기판(100)에 하부에 접하여 구비되는 것으로, 석영이나 유리기판을 식각하여 중앙으로 정션채널(junction channel ; 210)이 형성되어 있다. 상기 정션채널(210)은 주화성 샘플용액과 세포용액을 접촉시키기 위한 하나의 공간부로써 상기 제 1채널과 제 2채널 사이에 위치하도록 마주하며 구비된다.
따라서 제 1채널과 제 2채널에서 주화성 샘플용액과 세포용액이 모세관 현상에 의해 유입되면, 상기 정션채널(210)을 통해 만나면서 확산 반응이 시작된다.
또한, 상기 하부 기판(200)은 상부 기판(100)과 용이한 조립공정을 위하여 상부면 양측으로 대응되게 메탈 박막(220)이 패터닝된다. 또한 도면에 도시하진 않았지만. 상부기판에 형성된 정렬마크를 이용하여 메탈 박막과 정렬시키게 되는 것이다.
이때 메탈 박막은 반사도가 높은 알루미늄과 같은 금속 박막을 사용하는 것이 바람직하며, 패터닝 두께는 100nm이하로 형성시키는 것이 바람직하다. 하부 기판에 형성된 졍션채널의 깊이가 경우에 따라서 1 내지 2㎛ 정도로 낮아 현미경의 분해성능에 따라서 관찰이 어려울 뿐만 아니라, 현미경에서 조사된 빛이 투과하여 관찰이 힘들다. 그리하여 반사도가 높은 상기 메탈 박막(220)에 의해 현미경의 렌즈로 입사되는 조명이 반사되어 관찰이 쉬운 이점도 있다.
다음으로 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 8에 도시된 바를 보면, 우선 상부 기판을 제조하기 위한 몰딩원판을 MEMS공정을 이용하여 마이크로 채널 형태로 실리콘을 식각하거나, 후막 감광제를 패터닝하여 제조한다. 이때 제 1채널과 제 2채널의 높이를 20 내지 100㎛로 제작하여야 하기 때문에 이에 대응하도록 몰딩원판을 제조한다. 이때, 제 1채널과 2채널 사이로 캐비티(102)가 형성되는 배리어(101)가 제작될 수 있도록 몰딩원판을 제작하면 상기 배리어는 상부기판과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
제조된 몰딩원판으로 상부 기판(100)을 제조하기 위해 폴리머 용액을 붓고 경화시킨다. 이때 폴리머 용액은 투명 실리콘 폴리머 용액(PDMS)을 사용하여 제작한다.
경화된 상부 기판은 몰딩원판으로부터 분리시킨 후 펀칭을 통해 제 1, 2채널 저장부가 제 1채널과 제 2채널에 각각 연통되도록 상부 기판(100)을 제작한다.
하부 기판(200)은 유리나 석영 기판을 식각하여 정션채널(210)을 형성시킨다. 이때 상기 정션채널(210)의 깊이는 검사를 요구하는 세포 크기의 90 내지 110% 정도로 식각하여 형성시켜 하부 기판을 준비한다. 또한, 하부 기판의 상부면으로 상기 상부 기판(100)을 조립하게 되는데, 이때 조립의 용이성을 위하여 상부면 일정 위치에 대응하도록 메탈 박막(220)을 패터닝한다. 상기 메탈 박막(220)은 알루미늄(Al)과 같은 반사도가 높은 금속을 이용하여 패터닝하는데 그 두께는 100nm 이하로 패터닝하는 것이 바람직하다.
상기 메탈 박막이 패터닝 완료되면, 상부 기판(200)을 하부 기판 상면에 접합하여 제작을 완료한다. 간단히 설명하면, 상하부 기판을 일정간격을 유지한 후, 상부기판은 고정하고 하부기판을 X-Y-θ방향으로 이동시켜 현미경을 이용하여 상하부 기판에 형성된 메탈 박막과 정렬마크를 겹쳐서 정렬한 후 하부기판을 수직으로 이동하여 상부기판과 접촉시켜 접합한다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 마이크로 플루이딕 칩의 유체조작 순서를 나타낸 것으로, (a)는 마이크로 플루이딕 칩을 현미경으로 보여주고 있다. (b)는 제 2채널 저장부를 통해 세포용액(Cell-solution)을 주입함에 따라 모세관 현상에 따 라 제 2채널로 유입되면서 하부 기판의 정션채널 일부까지 채워진다. 이때 제 2채널에 근접한 배리어(101)를 지나 캐비티(102)까지 세포용액이 규칙적으로 유입된다.
그리고 (c)에 나타낸 바와 같이 제 1채널 저장부로 주화성 샘플용액(Chemo-effector)을 주입함에 따라 제 1채널을 통해 정션채널까지 유입된 후(d)에 나타낸 바와 같이 제 1채널과 근접한 배리어(10)를 지나 캐비티까지 주화성용액이 규칙적으로 유입되어 이로써 세포의 주화성을 검사할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 특히 제 1채널과 제 2채널 사이에 형성된 배리어를 통해 유체의 불규칙적인 흐름을 방지하여 정지 상태의 유체간의 계면을 형성하고, 안정적인 확산 반응을 달성할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 또 다른 종래기술에 따른 Agarose gel 마이크로 채널을 이용한 주화성 검사방법을 나태난 도면,
도 2는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 상부 기판을 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 제 1채널과 제 1채널을 나타낸 단면도와 배면도,
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 배리어를 나타낸 확대 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩의 제조방법을 나타낸 순서도,
도 6은 발명에 따른 마이크로 플루이딕 칩의 유체 조작 순서를 나타낸 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 상부 기판 101 : 배리어
102 : 캐비티 110 : 제 1채널
120 : 제 2채널 130 : 에어벤트
140 : 제 1채널 저장부 150 : 제 2채널 저장부
200 : 하부 기판 210 : 정션채널
220 : 메탈 박막

Claims (13)

  1. 마이크로 플루이딕 칩에 있어서,
    주화성 샘플용액이 주입되는 제 1채널과 세포용액이 주입되는 제 2채널이 각각 구비되며, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티(cavity) 형성을 위한 배리어(barrier)가 구비된 상부 기판;과
    상기 제 1채널과 제 2채널로부터 각각 주화성 샘플(chemoeffector) 용액과 세포 용액을 전달받아 이를 서로 접촉시키기 위한 소정 깊이의 정션채널(junction channel)이 구비되는 하부 기판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상부기판은,
    상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 두 개의 배리어가 형성되고 그 사이로 상기 배리어에 의해 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 정션채널은,
    세포 크기의 90 내지 110%의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 상부 기판은,
    투명 실리콘 폴리머(PDMS)를 포함하는 폴리머 재질인 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 하부 기판은,
    석영이나 유리기판 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 상부 기판은,
    상기 정션채널 내부의 공기를 외부로 배출시키기 위해 연통되는 에어벤트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 상부 기판은,
    주화성 샘플용액과 세포용액을 각각 상기 제 1채널과 제 2채널에 제공하기 위해 연통된 제 1채널 저장부와 제 2채널 저장부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩.
  8. 마이크로 플루이딕 칩 제조방법에 있어서,
    몰딩 원판을 통해 주화성 용액이 주입되는 제 1채널과 샘플용액이 주입되는 제 2채널을 형성시키고, 상기 제 1채널과 제 2채널 사이로 캐비티가 구비된 배리어를 함께 형성하여 기판을 제조하는 단계;
    상기 제 1채널과 제 2채널이 형성된 상부 기판을 몰딩 원판으로부터 이형시키는 단계;
    하부 기판에 주화성 용액과 샘플용액이 접촉하는 정션채널을 형성시키는 단계; 및
    상기 하부 기판과 상부 기판을 조립하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 정션채널은,
    세포 크기의 90 내지 110% 깊이로 식각하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 하부 기판 제작단계 후에는,
    상기 상부 기판을 조립하기 전 조립정렬을 용이하게 실시하기 위해 메탈 박막을 일정 영역 패터닝하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 메탈 박막은,
    100nm 이하의 두께로 패터닝되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 상부 기판 제조단계는,
    펀칭과정을 통해 상기 제 1, 2채널과 연통되는 제 1 채널 저장부와 제 2채널 저장부를 형성시키는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 몰딩 원판은,
    MEMS 공정을 이용하여 실리콘을 식각하거나, 후막 감광제를 패터닝하여 몰딩 원판을 제작하되, 상기 상부 기판에 형성될 상기 제 1, 2채널의 깊이를 20 내지 100㎛로 형성되도록 몰딩 원판을 제조하는 것을 특징으로 하는 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7306672B2 (en) 2001-04-06 2007-12-11 California Institute Of Technology Microfluidic free interface diffusion techniques
US7374906B2 (en) 2000-11-08 2008-05-20 Surface Logix, Inc. Biological assays using gradients formed in microfluidic systems
TWI241343B (en) 2000-12-07 2005-10-11 Effector Cell Inst Inc Well unit for detecting cell chemotaxis and separating chemotactic cells
TW200506364A (en) 2003-04-09 2005-02-16 Effector Cell Inst Inc Apparatus for detecting cell chemo-taxis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170115321A (ko) * 2016-04-07 2017-10-17 영남대학교 산학협력단 실리콘 마이크로칩 및 그 제조방법

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