KR20110064754A - 마이크로어레이 칩 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 마이크로어레이 칩은, 기판, 초발수 물질과 초친수 물질 중의 하나로 상기 기판 위에 코팅된 제1층, 및 제1층을 통과하여 기판 내부까지 소정 깊이로 연장되도록 형성된 적어도 한 개의 웰을 구비하는 것을 특징으로 한다. 웰은 내면에 초발수 물질과 초친수 물질 중의 다른 하나로 코팅된 제2층을 구비할 수 있다.
마이크로어레이, 친수, 발수, 웰(well), 바이오 칩

Description

마이크로어레이 칩 및 그의 제조방법{Microarray chip and fabrication method thereof}
본 발명은 병원균 분석, 유전자 분석, 생체 정보분석 등에 사용되는 어레이 칩 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친수성 또는 발수성 물질을 쉽게 가두어 고정할 수 있는 일정한 모양의 웰(well)을 구비한 어레이 칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 병원균 분석, 유전자 분석, 생체정보 분석 등에 사용되는 마이크로 어레이 칩은 기판 위에 복수 개의 어레이 형태로 형성된 복수 개의 친수성 반응부위들을 포함한다. 친수성 반응부위들은 통상 수십 Å 이하의 매우 얇은 발수성 막에 형성된 홀 형태로 형성된다. 이러한 친수성 반응부위는 항원, 타겟 DNA 등과 같은 검출할 목표물질에 대해 선택적으로 반응하는 항체, 프로브 DNA 등과 같은 인식물질, 또는 인식물질을 적절한 용매에 용해한 용액으로 구성되는 시약이 담겨져 고정된다.
따라서, 예를들면, 검출할 시료 내의 목표물질의 유무를 검출할 경우, 시료는 젯팅 또는 스포팅에 의해 인식물질 또는 시약이 고정된 친수성 반응부위에 주입된 다. 주입된 시료 내의 목표물질은 친수성 반응부위에 고정된 인식물질 또는 시약 내의 인식물질과 생물학적 결합(hybridization) 또는 화학적 반응을 일으킨다. 이러한 생물학적 결합 또는 화학적 반응은 바이오 센서, 형광반응을 일으키는 효소 등에 의해 전자 또는 광학신호, 형광 생성물의 발색 정도 등과 같은 측정가능한 양으로 변환되고, 그 결과, 시료 내의 목표물질의 유무가 검출된다.
하지만, 이러한 종래의 마이크로 어레이 칩은 일반적으로, 복수 개의 구멍을 천공한 테이프 또는 필름을 기판 위에 접착시키는 방법으로 친수성 반응부위를 형성한다. 이러한 마이크로 어레이 칩은 제조가 간단하기는 하지만, 친수성 반응부위의 패턴 크기가 필름에 형성되는 구멍에 의해 좌우되므로 패턴 간의 간격 조절이 어렵고, 필름에 천공되는 구멍의 크기에 한계가 있으므로 미세한 구멍을 천공하기가 어려운 단점이 있다. 또한, 친수성 반응부위들이 필름에 의해서만 격리되기 때문에 이웃한 친수성 반응부위 사이의 간섭이 크며, 이에 따라, 인식물질 또는 시약을 친수성 반응부위에 가두어 고정하는 작업이 어렵고 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 목표 물질과 인식물질 사이의 생물학적 결합 또는 화학적 반응을 검출하는 데에도 어려움이 있다.
기판에 친수성 반응부위를 형성하는 또 다른 방법으로는 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 사용하여 기판에 형성된 발수성 막을 패터닝하는 방법이 알려져 있다. 하지만, 이 방법은 식각 마스크를 형성하기 위해 포토리소그래피 공정을 통해 발수성 막 상에 포토레지스트로 구성된 식각 마스크를 형성한 다음 발수성 막을 패터닝하는 반도체 공정을 필요로 한다. 이러한 반도체 공정은 복잡하고 많은 시간을 필요로 한다. 또한, 인식물질 또는 시약은 기판의 상면에서 수십 Å 이하의 매우 얇은 발수성 막에 형성된 친수성 반응부위에 담겨져 고정된다. 따라서, 목표 물질과 인식물질 사이의 생물학적 결합 또는 화학적 반응을 측정하는 양이 매우 작으며, 이에 따라, 극소량 또는 저농도의 목표물질을 검출하기가 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 개선하고자 창출된 것으로, 본 발명의 한 목적은 친수성 또는 발수성 반응부위를 기판 내부까지 연장되는 웰 형태로 형성함으로써 목표물질과 인식물질 사이의 생물학적 결합 또는 화학적 반응을 검출하는 양을 증가시킬 수 있는 어레이 칩 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기판에는 발수물질과 친수물질 중의 하나로 코팅하고 친수성 또는 발수성 반응부위인 웰들의 전체 또는 일부에는 발수물질과 친수물질 중 다른 하나로 코팅함으로써 미소 량의 인식물질 또는 시약을 웰들에 더욱 확실하게 고정할 수 있고 패턴 상호 간의 간섭없이 목표물질을 검출할 수 있는 어레이 칩 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 친수성 또는 발수성 반응부위인 웰들을 반도체공정을 사용하지 않고 기계가공으로 형성함으로써 웰들을 모양과 크기의 제한 없이 원하는 모양과 크기의 패턴으로 쉽고 신속하고 정밀하게 가공할 수 있는 마이크로 어레이 칩 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시양태에 따른 어레이 칩은, 기판, 초발수 물질과 초친수 물질 중의 하나로 상기 기판 위에 코팅된 제1층, 및 제1층을 통과하여 기판 내부까지 소정 깊이로 연장되도록 형성된 적어도 한 개의 웰을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 기판은 플라스틱, 유리 또는 금속으로 형성될 수 있다.
웰의 내면은 친수성 용액 또는 발수성 용액을 공유 또는 비공유 결합으로 고정할 수 있을 정도의 친수성을 갖는 표면 조도를 가질 수 있다.
웰은 내면에 초발수 물질과 초친수 물질 중의 다른 하나로 코팅된 제2층을 구비할 수 있다. 선택적으로, 웰은 복수 개로 형성될 경우 일부 웰에만 초발수 물질과 초친수 물질 중의 다른 하나로 코팅된 제2층을 구비할 수 있다.
웰은 원기둥, 타원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 팔각기둥, 별형 기둥, 사다리꼴 기둥, 환형기둥, 원뿔, 사면체 등의 형상 중에서 선택된 한 개의 형상을 가질 수 있다.
또, 웰은 바닥과 측벽 중에서 적어도 하나에 형성된 구조물을 포함할 수 있다. 구조물은 돌출부 또는 요부일 수 있다.
또, 웰은 원기둥, 타원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 팔각기둥, 별형 기둥, 사다리꼴 기둥, 환형 기둥, 원뿔, 사면체 등의 양각 형상의 주위에 형성된 음각부분일 수 있다.
또한, 웰은 내부에 친수성 인식물질, 발수성 인식물질, 친수성 인식물질을 함유하는 시약, 발수성 인식물질을 함유하는 시약, 또는 목표물질을 함유한 친수성 또는 발수성 시료가 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에 따른 어레이 칩의 제조방법에 따르면, 초발수 물질과 초친수 물질 중의 하나를 사용하여 기판 상에 제1층을 코팅하는 단계, 및 기 계가공에 의해 제1층이 코팅된 기판에 제1층을 통과하여 기판 내부까지 소정 깊이로 연장되는 적어도 한 개의 웰을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 웰을 형성하는 단계는 웰을 내면이 친수성 용액 또는 발수성 용액을 공유 또는 비공유 결합으로 고정할 수 있을 정도의 친수성을 갖는 표면 조도를 가지도록 형성하는 단계로 구성될 수 있다.
웰을 형성하는 단계는 초발수 물질과 초친수 물질 중의 다른 하나를 사용하여 웰의 내면에 제2층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 웰을 형성하는 단계는 복수 개의 웰을 형성하는 단계, 및 초발수 물질과 초친수 물질 중의 다른 하나를 사용하여 복수 개의 웰 중에서 일부의 웰의 내면에만 제2층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기계가공은 컴퓨터 수치제어 조각기에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 어레이 칩의 제조방법은 웰이 형성된 기판을 친수성 인식물질, 발수성 인식물질, 친수성 인식물질을 함유하는 시약, 발수성 인식물질을 함유하는 시약, 또는 목표물질을 함유한 친수성 또는 발수성 시료로 이루어진 용액에 침지시켜 친수성 인식물질, 발수성 인식물질, 친수성 인식물질을 함유하는 시약, 발수성 인식물질을 함유하는 시약, 또는 목표물질을 함유한 친수성 또는 발수성 시료를 웰에 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 어레이 칩 및 그 제조방법에 따르면, 친수성 또는 발수성 반응부위, 즉, 웰이 발수물질 또는 친수물질로 코팅된 제1층을 통과하여 기판 내부까지 소정 깊이로 연장되도록 형성된다. 따라서, 인식물질을 고정할 수 있는 웰의 면적 또는 인식물질을 함유한 시약을 담을 수 있는 웰의 크기가 크게 증가된다. 그 결과, 종래의 테이프 또는 필름을 이용한 마이크로 어레이 칩이나 반도체공정을 이용한 마이크로 어레이칩 보다 목표물질과 인식물질 사이의 생물학적 결합 또는 화학적 반응을 검출하는 양이 증가되고, 이에 따라, 극소량 또는 저농도의 목표물질도 검출할 수 있게 된다.
또, 본 발명에 따른 어레이 칩 및 그 제조방법에 따르면, 기판의 상면에는 발수물질과 친수물질 중 하나로 제1층이 코팅되고 웰의 내면에는 발수물질과 친수물질 중 다른 하나로 제2층이 코팅된다. 따라서, 웰의 크기와 깊이를 매우 작게 형성하더라도, 어레이 칩을 친수성 인식물질 또는 친수성 시약에 침지시킬 때 미소 량의 인식물질 또는 시약을 웰 내에 쉽고 확실하게 고정할 수 있고, 또, 검출할 시료를 웰 내에 주입시켜 목표물질을 검출할 때, 웰 패턴 상호 간의 간섭없이 목표물질을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 어레이 칩 및 그 제조방법에 따르면, 웰을 반도체공정을 사용하지 않고 컴퓨터 수치제어 조각기를 사용하여 기계가공으로 형성한다. 따라서, 종래의 반도체공정을 이용한 마이크로 어레이칩 보다 모양과 크기의 제한없이 웰을 원하는 모양과 크기의 패턴으로 쉽고 신속하고 정밀하게 가공할 수 있고, 그에 따라 제조시간 및 제조비용도 절감될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 칩 및 그 제조방법을 첨부도면에 관 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1e 및 도 2e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 칩(1)이 도시되어 있다. 어레이 칩(1)은 병원균 분석, 유전자 분석, 생체 정보분석 등을 위해 친수성 항체, 친수성 프로브 DNA와 같은 친수성 인식물질, 또는 친수성 인식물질을 적절한 용매에 용해한 용액으로 구성되는 친수성 시약(20)을 검사할 시료(도시하지 않음)에 대응하여 분리 고정하기 위한 것으로, 기판(10), 제1층(12), 및 웰(13)을 포함한다.
기판(10)은 시중에서 상업적으로 구입할 수 있는 엔드밀과 같은 컴퓨터 수치제어 조각기(도시하지 않음)를 사용하여 기계가공이 가능한 재료로 형성된다. 본 실시예에서 기판(10)은 플라스틱으로 형성된다. 기판(10)은 플라스틱 외에 유리, 금속 등으로 형성될 수 있다.
제1층(12)은 기판(10) 위에 배치된다. 제1층(12)은, 아래의 제조방법에서 설명한 바와 같이 각각의 웰(13) 내에 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 고정하기 위해 어레이 칩(1)을 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)이 저장된 수조에 침지시킬 때, 표면장력에 의해 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 분리시켜 웰(13) 내부로 쉽게 이동시키도록 하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1층(12)은 초발수 물질을 기판(10)상에 코팅하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1층(12)은 TiO2에 의해, 예를들면, 수 Å 내지 수 ㎛의 두께로 형성된다. 제1층(12)은 TiO2 외의 다른 발수 물질, 예를들면, 플루오르화탄소, 폴리탄화수소, 폴리에스테르, 테플 론 등으로 형성될 수도 있다.
제1층(12)은 딥핑(dipping) 방법, 스프레이 방법, 스핀코팅 방법, 또는 스크린 프린팅 방법, 바람직하게는, 스핀코팅 방법에 의해 기판(10) 위에 코팅될 수 있다.
도 1e에 도시한 바와 같이, 웰(13)은 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 가두어 고정하는 역할을 하는 친수성 반응부위로서, 적어도 한 개, 바람직하게는 복수 개가 소정의 어레이 형태로 배열된다. 본 실시예에서는, 도 2e에 예시한 바와 같이, 예를들면, 60 개의 웰들(13)이 각각 1mm 간격과 가로 12 개 x 세로 5 개의 열로 배열된다. 웰(13)의 갯수와 간격은 다량 검사 또는 소량 검사와 같은 마이크로 어레이 칩(1)의 사용 용도 또는 목적에 따라 적당하게 조절될 수 있다.
웰들(13)은 위에서 언급한 바와 같이 엔드밀과 같은 컴퓨터 수치제어 조각기를 사용하여 기계가공된다. 따라서, 웰들(13)은 모양과 크기에 제한없이 다양한 형태로 쉽고 빠르고 정밀하게 형성될 수 있다. 도 1e에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 웰들(13)이 각각 원기둥 형태로 형성된다. 하지만, 웰들(13)은 원기둥 형태 외에 타원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 팔각기둥, 별형 기둥, 사다리꼴 기둥, 환형 기둥, 원뿔, 사면체 등의 다양한 음각 형상으로 형성될 수 있다. 예를들면, 도 4a 및 도 4b에 도시한 마이크로 어레이 칩(1')에 예시한 바와 같이, 웰들(13")은 각각, 내부 기둥(22) 주위를 에워싸는 형태로 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20")을 고정할 수 있는 환형 기둥 형태로 형성될 수 있다.
도 1c에 도시한 바와 같이, 보다 많은 양의 친수성 인식물질 또는 친수성 시 약(20)을 고정하기 위해, 각각의 웰(13)은 제1층(12)을 통과하여 기판(10) 내부까지 소정 깊이로 연장되도록 형성된다. 각각의 웰(13)의 크기(예를들면, 직경)와 깊이는 각각, 컴퓨터 수치제어 조각기를 사용하여 기계가공이 가능한 범위, 예를들면, 수 μm 내지 수십 cm 범위 까지 형성하는 것이 가능하다. 어레이 칩을 실제로 제작한 예를 예시하는 도 3a 및 도 3b의 어레이 칩(1')에 따르면, 각각의 웰(13')은 직경 2mm와 깊이 1mm의 치수로 제작되었으며, 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 웰 패턴 상호간의 간섭없이 웰(13') 내에 양호하게 고정하고 있음을 보여주고 있다.
이러한 웰(13)의 크기와 깊이는 어레이 칩(1)의 사용 용도 또는 목적에 따라 적당히 조절될 수 있다.
이와 같이, 웰들(13)이 기판(10) 내부까지 소정 깊이로 연장되도록 형성됨에 따라, 웰들(13)은 종래의 테이프 또는 필름을 이용한 마이크로 어레이 칩이나 반도체공정을 이용한 마이크로 어레이칩과 비교하여 친수성 인식물질을 또는 친수성 시약(20)을 담기에 충분한 크기의 공간을 가진다. 따라서, 본 발명의 어레이 칩(1)은 목표물질(도시하지 않음)과 친수성 인식물질(20) 사이의 생물학적 결합 또는 화학적 반응을 검출하는 양이 증가되고, 이에 따라, 보다 극소량 또는 저농도의 목표물질도 검출할 수 있게 된다.
또한, 웰들(13)은 컴퓨터 수치제어 조각기에 의해 기계가공되므로, 도 1c에 도시한 바와 같이, 바닥(16)과 측벽(14)은 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 공유 또는 비공유 결합으로 고정할 수 있을 정도의 친수성, 예를들면, 105°이 하의 물 접촉각(water contact angle)을 갖는 표면 조도는 가진다. 따라서, 웰들(13)의 바닥(16)과 측벽(14)은 별도의 친수물질을 코팅하는 친수성 처리를 하지 않더라도 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 담아 고정할 수 있다.
하지만, 본 발명에서는 웰들(13)의 내면, 즉, 바닥(16)과 측벽(14)이 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 담아 고정할 수 있는 충분한 친수성을 가지도록 하는 것을 확실히 보장하기 위해, 도 1d에 도시한 바와 같이, 웰들(13)의 바닥(16)과 측벽(14)에는 초친수 물질로 구성된 제2층(18)이 더 코팅된다. 본 실시예에서, 제2층(18)은 SiO2에 의해, 예를들면, 수 Å 내지 수 ㎛의 두께로 형성된다. 제2층(18)은 SiO2 외의 다른 친수물질, 예를들면, Al2O3 , SiON, 알루미늄 나이트라이드, PMMA(폴리메틸메타크릴레이트), PMA(폴리메틸아크릴레이트), PVA(폴리비닐알콜) 등으로 형성될 수도 있다. 제2층(18)의 코팅은 제1층(12)과 마찬가지로, 스핀코팅 방법에 의해 웰들(13)의 바닥(16)과 측벽(14)에 코팅될 수 있다. 선택적으로, 마이크로 어레이 칩(1)의 사용 용도 또는 목적에 따라, 제2층(18)은 복수 개의 웰들(13) 중 기판(10) 상의 일부 열 또는 영역의 웰(13)에만 형성될 수 있다. 이 경우, 친수성이 다른 여러가지 친수성 인식물질 또는 친수성 시약들(20)이 제2층(18)을 코팅한 웰(13) 또는 제2층(18)을 코팅하지 않은 웰(도시하지 않음) 내에 선택적으로 고정될 수 있다.
이와 같이, 초친수 물질의 제2층(18)이 웰들(13)의 내면에 코팅되므로, 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)은 보다 확실하게 웰들(13) 내에 고정될 수 있 다.
또, 도 5a 및 도 5b에 도시한 변형예의 어레이 칩(1"')에 예시한 바와 같이, 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20"')을 접촉 고정하는 표면적을 증가시켜 시료 내의 목표물질의 검출시 친수성 인식물질과 목표물질 사이의 반응 면적을 증가시키기 위해, 웰들(13"')은 바닥과 측벽 중에서 적어도 하나에 구조물(23, 또는 24)을 형성할 수 있다. 구조물(23, 또는 24)은 적어도 한 개의 돌기를 갖는 돌출부(23; 도 5a 참조) 또는 적어도 한 개의 홈을 갖는 요부(24; 도 5b 참조)일 수 있다. 도 5b에 도시한 요부(24)의 경우, 측벽에 형성된 홈은 제조시 추가 공정을 필요로 할 수도 있으므로, 필요할 경우 생략될 수도 있다.
또한, 웰들(13)은 지금까지 원기둥, 타원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 팔각기둥, 별형 기둥, 사다리꼴 기둥, 환형 기둥, 원뿔, 사면체 등의 음각 형상으로 형성된 것으로 설명하였지만, 도 6a 및 도 6b에 도시한 실시예와 같이, 어레이 칩(1"")의 사용 용도 또는 목적에 따라, 예를들면, 많은 양의 시료 내에 목표물질을 검출하는 경우와 같이 많은 양의 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20"")을 웰(13"") 내에 고정할 필요가 있을 때, 원기둥, 타원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 팔각기둥, 별형 기둥, 사다리꼴 기둥, 환형 기둥, 원뿔, 사면체 등 중에서 한 형상의 양각 형상들(15) 주위에 음각된 부분(13"")으로 형성될 수도 있다.
이상과 같이 구성된 웰들(13)의 내부에는 친수성 인식물질, 또는 친수성 인식물질을 함유하는 용액으로 구성된 친수성 시약(20)이 채워져 초친수 물질의 제2 층(18)에 공유 또는 비공유 결합되어 고정된다. 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)은 웰들(13)이 형성된 기판(10)을 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)이 저장된 수조에 침지시킨 후 빼내는 것에 의해 간단히 웰들(13) 내에 채워져 초친수성 물질의 제2층(18)에 고정된다. 이때, 기판(10) 상에 형성된 초발수 물질의 제1층(12)은 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)을 분리시켜 웰들(13) 내부로 쉽게 이동시키도록 돕는다. 따라서, 웰들(13)의 크기와 깊이가 아주 작게 형성되더라도, 미소 량의 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)은 초발수 물질의 제1층(12)과 초친수 물질의 제2층(18)에 의해 웰들(13) 내에 쉽고 확실하게 고정될 수 있다. 또, 검출할 시료를 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)이 고정된 웰들(13) 내에 주입시켜 목표물질을 검출할 때, 초친수 물질의 제2층(18)은 기판(10) 상에 형성된 초발수 물질의 제1층(12)과 함께 각 웰들(13)의 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)이 상호 간의 간섭없이 목표물질을 검출할 수 있게 한다.
이상에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 칩(1)은 웰들(13) 내에 친수성 항체, 친수성 프로브 DNA와 같은 친수성 인식물질, 또는 친수성 인식물질을 적절한 용매에 용해한 용액으로 구성되는 친수성 시약(20)을 고정하기 위해, 제1층(12)은 초발수 물질로 형성하고 제2층(18)은 초친수 물질로 형성하는 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를들면, 도 7에 도시한 실시예와 같이, 어레이 칩(1""')은, 웰들(13""')내에 발수성 항체, 발수성 프로브 DNA와 같은 발수성 인식물질, 또는 발수성 인식물질을 적절한 용매에 용해한 용액으로 구성되는 발수성 시약(20""')을 고정하기 위해, 위에서 도 1a 내지 도 6b에 관하여 설명한 것과 같은 원리로, 비 반응부위인 제1층(12""')은 초친수 물질로 형성하고 반응부위인 제2층(18""')은 초발수 물질로 형성하도록 구성될 수 있을 것이다. 이때, 발수성 인식물질은 발수성 지질 물질이 커플링된 항체, 프로브 DNA 등일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 칩(1)은 친수성 인식물질, 또는 친수성 시약(20)을 고정하는 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않으며, 예를들면, 검출하고자 하는 목표물질을 적절한 용매에 용해한 용액으로 구성된 친수성 또는 발수성 시료를 고정하기 위해 사용될 수도 있음은 물론이다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 칩(1)의 제조방법을 도 1a 내지 도 2e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1a 및 도 2a에 도시한 바와 같이, 플라스틱으로 형성된 기판(1)이 준비된 후, 도 1b 및 도 2b에 도시한 바와 같이, TiO2와 같은 초발수 물질로 이루어진 제1층(12)이 기판(10) 상에, 예를들면, 수 Å 내지 수 ㎛의 두께로 코팅된다. 이때, 제1층(12)은 수동 또는 자동 디스펜서를 사용하여 초발수 물질을 기판(10)상에 디스펜싱하면서 기판(10)의 회전에 의한 윈심력을 이용하여 코팅하는 스핀코팅 방법으로 코팅될 수 있다.
도 1c 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1층(12)이 코팅된 기판(10)은 소프트 및 하드 베이킹 공정을 통해 건조된 후 엔드밀과 같은 컴퓨터 수치제어 조각기(도 시하지 않음)를 사용하여 컴퓨터에 미리 프로그램된 원기둥 형태의 웰 패턴에 따라 적어도 한 개, 바람직하게는 복수 개의 원기둥 형태의 웰(13)이 형성된다. 이때, 웰(13)은 제1층(12)을 통과하여 기판(10) 내부까지 소정 깊이로 연장 형성된다. 또한, 웰(13)은 내면이 친수성 인식물질 또는 친수성 인식물질을 적절한 용매에 용해한 용액으로 구성되는 친수성 시약(20)을 공유 또는 비공유 결합으로 고정할 수 있을 정도의 친수성, 예를들면, 105°이하의 물 접촉각을 갖는 표면 조도를 가지도록 기계가공된다.
웰(13)이 형성된 후, 도 1d 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 웰(13) 내에는 SiO2와 같은 초친수 물질로 이루어진 제2층(18)이 바닥(16)과 측벽(14)에, 예를들면, 수 Å 내지 수 ㎛의 두께로 더 코팅된다. 제2층(18)의 코팅은 제1층(12)과 마찬가지로 웰(13) 내에 초친수 물질을 디스펜싱하여 윈심력을 이용하여 코팅하는 스핀코팅 방법으로 코팅될 수 있다. 이때, 제1층(12)은 자체 표면장력에 의해 초친수 물질이 코팅되지 않지만, 필요할 경우 웰 패턴을 갖는 마스킹 테이프로 마스킹될 수 있다.
이때, 선택적으로, 어레이 칩(1)의 사용용도 또는 목적에 따라, 제2층(18)은 일부 영역 또는 열의 웰들(13)에만 코팅될 수 있다. 이 경우, 제2층(18)을 형성하지 않을 기판(10) 상의 웰 영역 또는 열은 마스킹 테이프로 마스킹된다.
그후, 웰(13) 내에 제2층(18)이 코팅된 기판(10)이 소프트 및 하드 베이킹 공정을 통해 건조되면, 물리적인 어레이 칩(1)의 제조가 완료된다.
이후, 어레이 칩(1)은 친수성 항체, 친수성 프로브 DNA와 같은 친수성 인식물질 또는 친수성 인식물질을 적당한 용매에 용해한 용액으로 구성된 친수성 시약(20)을 저장하는 수조에 침지된 후 빼내어진다. 이때, 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)은 기판(10) 상에서 초발수 물질의 제1층(12)에 의해 분리되어 웰(13) 내부로 이동하여 공유 또는 비공유 결합에 의해 초친수 물질의 제2층(18) 내에 고정된다. 그 결과, 시료로부터 목표물질을 검출하기 위한 어레이 칩(1)의 제조가 완료된다.
이와 같이 웰(13) 내에 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20)이 고정된 어레이 칩(1)은, 시료(도시하지 않음) 내의 목표물질의 유무를 검출할 경우, 시료들이 웰(13) 내에 주입된다. 시료들의 주입은 압전펌프와 같은 수단(도시하지 않음)을 사용하거나 수작업으로 시료들을 미세 방울 형태로 젯팅 또는 스포팅하는 것에 의해 웰(13) 내에 주입될 수 있다. 주입된 시료 내의 목표물질은 친수성 인식물질 또는 친수성 시약(20) 내의 인식물질과 생물학적 결합 또는 화학적 반응을 일으킨다. 이러한 생물학적 결합 또는 화학적 반응은 바이오 센서(도시하지 않음), 형광반응을 일으키는 효소(도시하지 않음) 등에 의해 측정가능한 양으로 변환되고, 그 결과, 친수성 항체, 친수성 프로브 DNA와 대응하는 항원, 타겟 DNA와 같은 시료 내의 목표물질의 유무가 검출된다.
이상에서, 본 발명은 원리를 예시하기 위한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 구성 및 작용으로 한정되지 않는다. 또, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 벗어 나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경과 수정이 가능함은 당업자들에게는 잘 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 대한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 친수성 인식물질 또는 친수성 시약을 고정하기 위한 어레이 칩의 제조단계를 예시하는 부분 단면도,
도 2a 내지 도 2e는 각각 도 1a 내지 도 1e에 도시된 어레이 칩의 사시도,
도 3a 및 도 3b는 도 2e에 도시된 어레이 칩을 웰들의 열만 한 개 증가시켜 실제로 제작한 예를 예시하는 사진,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 칩의 웰을 환형 기둥 형태로 실제로 제작한 예를 예시하는 사진,
도 5a 및 도 5b는 각각 도 1e에 도시된 어레이 칩의 웰 내에 구조물을 형성한 변형예들을 예시하는 부분 단면도,
도 6a 및 도 6b는 웰을 양각 형상 주위에 음각된 부분으로 형성한 본 발명에 따른 마이크로 어레이 칩의 다른 실시예를 실제로 제작한 예를 예시하는 사진, 및
도 7은 발수성 인식물질 또는 발수성 시약을 고정하기 위해 제1층은 초친수 물질로 형성하고 제2층은 초발수 물질로 형성한 본 발명에 따른 어레이 칩의 또 다른 실시예의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 1', 1"': 어레이 칩 10: 기판
12, 12""': 제1층 13, 13', 13", 13"', 13"", 13""': 웰
15: 양각 형상 18, 18""': 제2층
20, 20". 20"', 20"", 20""': 시약 23, 24: 구조물

Claims (16)

  1. 기판;
    초발수 물질과 초친수 물질 중의 하나로 상기 기판 위에 코팅된 제1층; 및
    상기 제1층을 통과하여 상기 기판 내부까지 소정 깊이로 연장되도록 형성된 적어도 한 개의 웰을 구비하는 것을 특징으로 하는 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 플라스틱과 유리와 금속 중에서 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웰의 내면은 친수성 용액과 발수성 용액 중의 하나를 공유 또는 비공유 결합으로 고정할 수 있을 정도의 친수성을 갖는 표면 조도를 가지는 것을 특징으로 하는 칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 내면에 상기 초발수 물질과 상기 초친수 물질 중의 다른 하나로 코팅된 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 복수 개로 구성되고,
    상기 복수 개의 웰 중에서 일부는 내면에 상기 초발수 물질과 상기 초친수 물질 중의 다른 하나로 코팅된 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 원기둥, 타원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 팔각기둥, 별형 기둥, 사다리꼴 기둥, 환형 기둥, 원뿔, 사면체 등의 형상 중에서 선택된 음각 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 칩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 바닥과 측벽 중에서 적어도 하나에 형성된 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구조물은 돌출부와 요부 중에서 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 원기둥, 타원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 팔 각기둥, 별형 기둥, 사다리꼴 기둥, 환형 기둥, 원뿔, 사면체 등의 형상 중에서 선택된 양각 형상의 주위에 형성된 음각부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 내부에 친수성 인식물질과, 발수성 인식물질과, 상기 친수성 인식물질을 함유하는 시약과, 상기 발수성 인식물질을 함유하는 시약과, 목표물질을 함유하는 친수성 시료와, 상기 목표물질을 함유하는 발수성 시료 중에서 하나가 고정된 것을 특징으로 하는 칩.
  11. 초발수 물질과 초친수 물질 중의 하나를 사용하여 기판 상에 제1층을 코팅하는 단계, 및
    기계가공에 의해 상기 제1층이 코팅된 상기 기판에 상기 제1층을 통과하여 상기 기판 내부까지 소정 깊이로 연장되는 적어도 한 개의 웰을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 웰을 형성하는 단계는 상기 웰을 내면이 친수성 용액과 발수성 용액 중의 하나를 공유 또는 비공유 결합으로 고정할 수 있을 정도의 친수성을 갖는 표면 조도를 가지도록 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 웰을 형성하는 단계는 상기 초발수 물질과 상기 초친수 물질 중의 다른 하나를 사용하여 상기 웰의 내면에 제2층을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 웰을 형성하는 단계는,
    복수 개의 웰을 형성하는 단계; 및
    상기 초발수 물질과 상기 초친수 물질 중의 다른 하나를 사용하여 상기 복수 개의 웰 중에서 일부의 웰의 내면에 제2층을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 기계가공은 컴퓨터 수치제어 조각기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 칩의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 웰이 형성된 상기 기판을 친수성 인식물질과, 발수성 인식물질과, 상기 친수성 인식물질을 함유하는 시약과, 상기 발수성 인식물질을 함유하는 시약과, 목표물질을 함유한 친수성 시료와, 상기 목표물질을 함유하는 발수성 시료 중의 하나 로 이루어진 용액에 침지시켜 상기 하나를 상기 웰에 공유 또는 비공유 결합으로 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩의 제조방법.
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