KR20110102652A - 나노 기공을 가진 멤브레인의 제작 방법 및 이를 이용한 랩온어칩 - Google Patents

나노 기공을 가진 멤브레인의 제작 방법 및 이를 이용한 랩온어칩 Download PDF

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이정훈
차미선
유재혁
최요셉
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 바이오칩을 포함하는 랩온어칩에서 사용되는 나노 기공을 가진 멤브레인을 제작하는 방법 및 이러한 멤브레인을 포함하는 랩온어칩에 관한 것이다. 특히, 나노 기공을 제작하는 과정에서 양극산화알루미늄을 이용하여 나노 기공을 형성시키고, 기공의 직경을 정밀하게 제어할 수 있도록 하고 균일한 기공을 제공하기 위한 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노 기공을 가진 멤브레인의 제작 방법 및 이를 이용한 랩온어칩{The Method for Manufacturing Membrane with Nano Pore and LAB-in-a-Chip including the Membrane}
본 발명은 바이오칩을 포함하는 랩온어칩에서 사용되는 나노 기공을 가진 멤브레인을 제작하는 방법 및 이러한 멤브레인을 포함하는 랩온어칩에 관한 것이다. 특히, 나노 기공을 제작하는 과정에서 양극산화알루미늄을 이용하여 나노 기공을 형성시키고, 기공의 직경을 정밀하게 제어할 수 있도록 하고 균일한 기공을 제공하기 위한 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
바이오센서의 가장 큰 시장은 임상 진단을 위한 의료용이 차지하고 있다. 현재는 혈당 측정용 바이오센서가 시장의 대부분을 차지하고 있으나 관심질병의 현장 현시 측정(point-of-care testing)에 대한 요구가 증대되면서 암, 당뇨를 비롯한 각종 바이오마커, 콜레스트롤, 젖산, 요소 등 다양한 생체 물질들을 분석하는 바이오센서들에 대한 수요 또한 빠르게 증가하고 있다. 또한 다양한 환경 현장에서의 공해 물질 감시를 위한 환경용 바이오센서로 많이 응용되어 지고 있으며, 식품의 안전성을 효율적으로 관리하기 위하여 농축산품에 포함된 잔류농약, 항생제, 병원균, 기타 독성 화학물질들을 현장에서 간편하게 분석할 수 있는 바이오센서에 대한 요구도 높아지고 있다. 최근에는 전장 및 테러의 현장에서 정확하고 신속하게 생물화학적 무기 사용의 여부를 감지할 수 있는 군사용 바이오센서에 대한 관심도 꾸준히 증가하고 있으며, 산업용으로는 제약, 화학, 석유화학 등의 공정 및 생물 산업 발효 공정을 제어 관리하기 위한 목적으로 바이오센서가 많이 응용되고 있다.
바이오센서는 초기에 포도당센서와 같이 효소를 신호변환기 소자에 고정하여 제작한 것이 대부분이었으나, 최근에는 분자생물학의 발달과 더불어 단일클론 항체나 항체-효소 결합체 등을 사용하여 제작한 센서들이 개발되어 사용되고 있다. 효소를 이용한 촉매센서와 항원-항체 반응을 이용한 친화결합센서 외에도 대량의 유전정보를 초고속으로 처리하기 위한 DNA칩 및 단백질칩, 시료의 처리 및 분석을 일괄적으로 처리할 수 있는 랩온어칩(Lab-on-a-chip)과 같은 칩센서에 대한 개발 연구들이 활기를 띠고 있으며, 분자생물학기술(BT), 나노기술(NT) 및 정보통신기술(IT)들이 융합된 첨단 센서들의 개발에 많은 노력이 집중되고 있다.
특히 랩온어칩은 통합된 기능을 수행할 수 있도록 개발되는 것으로서, 칩 제작 및 실험에 소요되는 시간 및 비용을 대폭 줄일 수 있어 최근에 각광을 받고 있다.
랩온어칩은 반도체 제작 공정에서 사용되는 사진석판인쇄(photholithography) 기술과 같은 미세가공(micromachining) 기술을 이용하여 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 cm2 크기의 기판 위에 여러 가지 장치들을 집적시킨 화학 마이크로프로세서로서, 이를 이용하면 고속, 고효율, 저비용의 자동화된 실험이 가능하다.
랩온어칩 형태의 분석시스템은 대다수가 용액이 채워진 채널 양단에 전압을 걸어 용액의 흐름을 만드는 모세관 전기 삼투 현상을 이용한 모세관 전기 영동법에 의한 분리, 분석 방법에 기반을 두고 있다. 따라서 이 시스템은 기계적인 펌프나 밸브를 사용하지 않고 단지 고전압만으로 랩온어칩 내부의 미세 채널 내에서 용액의 이동 및 시료의 분리를 수행할 수 있으므로 기존의 상용화된 분석장치에 비해 크기가 작고, 가격이 상대적으로 저렴하다는 장점이 있다. 또한 용액의 이동, 시료의 반응, 주입, 분리 및 검출 등의 과정을 하나의 랩온어칩에 통합시켜 연속적으로 수행할 수 있다.
또한, 랩온어칩 분석시스템은 모세관 전기영동법에서 사용되는 모든 작동 방식을 모두 수용할 수 있다. 즉, 내부가 비어있는 채널을 이용하여 물질의 전하량 및 크기에 따라 분리하는 모세관 구역 전기영동법(capillary zone electrophoresis, CZE), 완충용액에 미셀을 형성할 수 있는 농도 이상의 계면활정제를 첨가하여 이온성 물질뿐만 아니라 중성물질도 분리할 수 있는 미셀 동전기 크로마토그래피법(micellar electrikinetic chromatography, MEKC), 액체크로마토그래피나 기체크로마트그래피의 컬럼처럼 모세관 내부에 충진물을 채워 분석하고자 하는 물질이 충진물과 이동상 용액의 분배차에 의해 분리되는 모세관 전기 크로마토그래피법(capillary electrochromatography, CEC) 및 겔 형태의 고분자물질을 모세관 내부에 채워 DNA, 단백질과 같이 큰 분자량의 생체물질을 분리하는 모세관 겔 전기영동법 (capillary gel electrophoresis, CGE) 등과 같은 분리 방식들을 랩온어칩 형태의 초소형 분석시스템에서 모두 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이 랩온어칩 형태의 분석시스템은 시스템이 간단하며, 분석에 필요한 모든 과정, 즉 용액의 이동, 시료의 반응, 주입, 분리 및 검출 등의 과정이 하나의 칩에서 통합되어 수행될 수 있으며, 또한 여러 가지 분석 방식을 사용할 수 있어 다양한 연구분야에서 사용가능하다는 장점이 있는 반면, 일반적인 형태를 제외하고는 각각의 분석 용도에 맞춰 칩 디자인, 제작 및 성능시험을 수행해야 한다는 단점이 있다. 예를 들면, 분석하고자 하는 특정 시료에 가장 접합한 반응, 주입, 분리 및 검출을 위한 최적 시스템을 설계하였다면, 이 분석시스템은 특정 시료의 분석 외에는 거의 사용될 수 없다는 점이다. 따라서 분석하고자 하는 시료의 종류가 다양하고 분석 방법이 각각 다를 때는 각각의 시료에 맞는 최적 시스템을 설계, 제작하여 필요할 때마다 분석시스템을 교체하여야 한다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 랩온어칩에서 기술적으로 해결해야 하는 사항은, 원하는 분석 목적 및 대상에 적합하도록 기공의 형태가 규칙적이고 기공의 정렬이 균일한 다공성 멤브레인을 제조하는 것이다.
본 발명의 목적은 원하는 분석 목적 및 대상에 적합하도록 기공의 형태가 규칙적이고 그 정렬이 균일한 다공성 멤브레인을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. 특히, 마스크(mask) 또는 시퀀셜 드로잉(sequential drawing) 없이 AAO 방식에 의해 나노 기공을 간편하게 형성할 뿐만 아니라, 알루미늄 산화공정에서 알루미늄이 부도체가 되어 산화가 진행되지 않게 되는 것을 막기 위해 티타늄(Ti) 박판을 추가하고 있다.
특히, 양극 산화를 2회에 걸쳐서 진행함으로써, 나노 기공을 규칙적으로 배열할 수 있도록 하는 데에 있다.
또한, 루테늄(Ru) 코팅을 도입하여, 제작되는 기공의 크기를 확장시키는 것뿐만 아니라 축소시키는 것이 가능하게 하여, 나노 기공의 크기를 정밀하게 제어할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 이러한 방법을 이용하여 제작되는 랩온어칩을 제공하고자 한다.
본 발명에서는 상기의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 포함한다.
본 발명이 제공하는 랩온어칩에 사용되는 나노 기공을 가진 멤브레인을 제조하는 방법은, 관통공(101)을 포함하는 실리콘 기판(substrate)(100)의 표면에 실리콘 질화물(110)을 피복하는 단계; 알루미늄을 증착하여 알루미늄 층을 형성하는(130) 단계; 상기 알루미늄 층(130)에 제1 양극 산화(anodizing)를 수행하여 그 일부에 제1 기공 층(140)을 형성하는 단계; 산처리 공정을 통해 상기 제1 기공 층(140)을 제거하고, 홈(131)을 형성하는 단계; 상기 알루미늄 층에 제2 양극 산화 (anodizing)를 수행하여 균일하게 분포된 수직의 기공(151)이 다수 제공되는 제2 기공 층(150)을 형성하는 단계; 제2 기공 층(150)의 직경을 조절하는 단계; 식각(etching) 공정을 통해 상기 관통공(101)과 상기 제2 기공 층을 연결하는 단계를 포함한다.
상기 제2 기공 층(150)의 직경을 조절하는 단계는, 산처리 공정을 통해 상기 제2 기공 층(150)의 기공의 직경을 확장하는 단계; 상기 확장된 기공(152)에 금속 코팅을 하여 기공의 직경을 원하는 크기로 조절하는 단계를 포함한다.
또한, 알루미늄을 증착하여 알루미늄 층을 형성하는(130) 단계를 수행하기 전에, 상기 실리콘 기판(100)에 티타늄 박막(120)을 증착하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 금속 코팅에 사용되는 금속은 루테늄(Ru)이다.
이러한 방법으로 제작된 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩에 있어서, 상기 랩온어칩은 상기 나노 기공을 가진 멤브레인을 사이에 두고 분리되는 제1 채널 및 제2 채널을 포함하고, 전기영동법에 의해 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 간에 분자를 분리한다.
본 발명에 의하면 원하는 분석 목적 및 대상에 적합하도록 기공의 형태가 규칙적이고 그 정렬이 균일한 다공성 멤브레인을 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다. 특히, 마스크(mask) 또는 시퀀셜 드로잉(sequential drawing) 없이 AAO 방식에 의해 나노 기공을 간편하게 형성할 뿐만 아니라, 티타늄(Ti) 박판을 추가하여 알루미늄 산화공정에서 알루미늄이 부도체가 되어 산화가 진행되지 않게 되는 것을 막는 효과를 제공하고 있다.
특히, 양극 산화를 2회에 걸쳐 수행함으로써, 생성된 나노 기공의 배열이 균일한 효과가 있다.
또한, 루테늄(Ru) 코팅을 도입하여, 제작되는 기공의 크기를 확장시키는 것뿐만 아니라 축소시키는 것이 가능하게 하여, 나노 기공의 크기를 정밀하게 제어할 수 있는 효과를 제공하고 있다. .
도 1은 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 제작하는 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩의 동작 원리를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩의 동작 원리를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩의 동작 원리를 나타내는 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 제작하는 공정도를 나타낸다.
(a)는 관통공(101)을 포함하는 실리콘 기판(substrate)(100)의 표면에 실리콘 질화물(110)을 피복하는 단계이다. 실리콘 식각 공정에서 능동 회로를 둘러싸는 부동화 층과 같은 실리콘 기판 또는 패턴된 식각을 위한 마스크와 같은 실리콘 기판 위에 얇은 (100 내지 300nm) 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 피복을 이용하는 것이 보통이다. 실리콘 질화물의 막은 KOH 또는 TMAH 벌크(silicon) 실리콘 식각 동안 하드마스크(hardmask) 또는 보호층으로 사용된다. 실리콘 산화물은 실리콘 질화물보다 높은 식각률을 가진다. 그러므로, 실리콘 산화물은 매우 짧은 식각을 위한 보호/마스크 층으로 오직 사용된다. 어떤 경우에는 금(Au), 크롬(Cr), 및 붕소(Br)가 사용된다고 알려져 있다.
본 발명에서는 KOH 이방성(anisotropic) 습식 식각(wet-etching)를 이용하여 실리콘 질화물을 형성하는 것이 바람직하다.
(b)는 실리콘 기판(100)에 티타늄 박막(120)을 증착하고, 그 위에 알루미늄을 증착하여 알루미늄 층을 형성하는(130) 단계이다. 티타늄 박막(120)의 두께는 50nm, 알루미늄 층(130)의 두께는 1μm인 비율을 유지하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
티타늄 박막을 증착하는 이유는, 알루미늄에 양극 산화를 지속적으로 진행하기 위함이다. 즉, 알루미늄이 산화가 되면 부도체가 되기 때문에 어느 한 부분 (특히, 전극에 가까운 부분)의 알루미늄 전체가 산화 알루미늄으로 변하게 되면 더 이상 산화가 진행되지 않게 된다. 따라서, 이를 방지하고 지속적으로 양극 산화가 이루어질 수 있도록 함이다.
티타늄 박막을 증착하는 방법은 스퍼터(sputter)를 이용하는 방법과 이베퍼레이터(evaporator)를 이용하는 방법이 있다. 스퍼터를 이용하는 방법 부착력이 우수하고, 러프니스(roughness)가 감소하는 점을 장점으로 가지나, 낮은 증착률, 스퍼터된 입자가 높은 에너지를 가짐으로서 기판의 결정구조파괴, 물리적 증착법이 가지는 단점인 그림자 효과(shadow effect), 스텝 커버리지의 악화가 단점이 된다.
이베퍼레이터를 이용하는 방법은 높은 증착률, 증발된 기체의 입자가 가지는 낮은 에너지가 장점이고, 복사열에 의한 온도 상승 및 스텝 커버리지의 악화가 단점이 된다. 본 발명에서는 스퍼터링에 의한 증착법도 가능하나, 이베퍼레이터를 이용하는 방법이 바람직하다.
(c)는 알루미늄 층(130)에 제1 양극 산화(anodizing)를 수행하여 알루미늄 층의 일부에 제1 기공 층(140)을 형성하는 단계이다. 제1 양극 산화 공정은 10℃의 0.3 M의 옥살산(dxalic acid)에 40V를 가한 상태에 500초 간 노출시키는 것이 바람직하다.
알루미늄 층에 양극 산화를 가하면, 양극산화알루미늄(Anodic Aluminum Oxide: 이하, AAO 라 함)이 형성된다. 양극산화알루미늄은 알루미늄을 양극 산화시켜 산화된 알루미늄 표면에 규칙적으로 배열된 나노 크기의 기공이 형성되는 알루미늄기판을 말한다. 이러한 AAO는 나노튜브 또는 나노와이어 등 나노 구조를 만드는 틀로서 사용되기도 하며, AAO 템플레이트 자체가 나노 마스크로 활용될 수도 있다.
이러한 알루미늄의 양극 산화기술은 오랜 역사를 갖는다. 이미 1923년에 내부 알루미늄의 보호와 장식용을 목적으로 상업적인 알루미늄의 표면을 양극산화시키는 기술이 보고되어 있다. 양극산화 과정에서 자발적으로 생성된 나노기공을 포함하는 구조 또한 알루마이트(alumite)라는 상업화된 이름으로 널리 알려져 있다.
최근에는 나노 구조에 대한 산업적인 요구와 관심이 나날이 커지면서, 미세 다층구조, 나노선재, 나노입자 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이들 나노 구조에 대한 전기화학적인 제조법은 경제적인 비용절감과 조작의 간편함 그리고 복잡한 형상에 대한 유연성 때문에 새롭게 각광받고 있다.
이러한 AAO는 강산 분위기에서 양극산화된 알루미늄 산화막으로서 규칙성과 이방성이 큰 나노 기공을 보유한 다공성 재료라는 특성이 있다.
단, 본 발명에서는 양극 산화를 복수 회에 걸쳐 진행하는 것을 특징으로 한다. (c)에서 알루미늄 층의 일부에 대해서만 양극 산화를 진행한다. 그 결과 양극산화알루미늄층(본 명세서에서는 이를 제1 기공 층이라 칭하기로 한다.)이 일부에 대해서만 형성된다. 이는 아무런 가이드(혹은 seed) 없이 양극 산화를 진행하는 경우에는 균일한 배열의 나노 기공을 형성할 수 없기 때문이다. 제1 양극 산화 공정은 제2 양극 산화 공정을 위한 가이드(혹은 seed)를 형성하기 위함이다.
(d)는 산처리 공정을 통해 상기 제1 기공 층(140)을 제거하고, 홈(131)을 형성하는 단계이다. 산처리 공정은 50℃의 6 wt %의 인산(phosphoric acid)과 8 wt %의 크롬산(chromic acid)을 혼합하여 진행하는 것이 바람직하다. 이후, 제2 양극 산화 공정 수행시 생성되는 나노 기공의 초기 가이드(혹은 seed)가 홈(131)의 형태로 제공된다. 이를 통해 수직의 그리고 균일한 나노 기공의 분포를 얻을 수 있다.
(e)는 상기 알루미늄 층에 제2 양극 산화 (anodizing)를 수행하여 균일하게 분포된 수직의 기공(151)이 다수 제공되는 제2 기공 층(150)을 형성하는 단계이다.
이는 제1 양극 산화 시와 마찬가지로, 10℃의 0.3 M의 옥살산(dxalic acid)에 40V 의 환경에서 수행되는 것이 바람직하다. 다만, 이 과정에서 생성된 기공(151)은 그 직경이 작업자가 원하는 직경이 아닐 수가 있으므로, 이를 조절하는 공정이 더욱 필요하게 된다.
(f) 및 (g)는 제2 기공 층(150)의 직경을 조절하는 단계이다. 이는 산처리 공정을 통해 제2 기공 층(150)의 기공의 직경을 확장하는 단계(f단계) 및 확장된 기공(152)에 금속 코팅을 하여 기공의 직경을 원하는 크기로 조절하는 단계(g단계)로 더욱 세분화될 수 있다.
산처리 공정은 30℃의 6 wt %의 인산(phosphoric acid)과 8 wt %의 크롬산(chromic acid)을 혼합하여 진행하는 것이 바람직하다. 산처리 공정을 수행하면, 매우 넓은 직경을 갖는 기공(152)가 형성된다.
또한, 제작자가 원하는 직경을 갖도록 금속 코팅을 통해 그 직경을 줄여 최종적인 기공(153)을 생성하게 된다. 이때, 금속 코팅에 사용되는 금속은 루테늄(Ru)인 것이 바람직하다. 또한, 금속 코팅은 Atomic Layer Deposition; ALD) 공정을 원하는 직경의 나노 기공이 형성될 때까지 반복적으로 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이러한 금속 코팅 층(160)을 통해 원하는 나노 기공의 크기를 제어하는 것을 주요한 특징으로 하고 있다.
(h)는 식각(etching) 공정을 통해 관통공(101)과 제2 기공 층을 연결하는 단계이다. (g)까지 공정을 거쳐 생성된 구조물의 상측과 하측에 식각 공정을 수행한다. 식각 공정을 통해 관통공(101)과 제2 기공 층이 연결되어 유체 등의 이동이 자유롭게 된다.
이상 나노 기공을 가진 멤브레인을 제작하는 방법에 대해 구체적으로 설명을 하였다. 이하, 이러한 멤브레인을 이용한 랩온어칩에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩의 제작도 및 구성도이다.
본 발명에 의한 랩온어칩은 앞에서 설명한 나노 기공을 가진 멤브레인을 사이에 두고 분리되는 제1 채널 및 제2 채널을 포함하고, 전기영동법에 의해 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 간에 분자를 분리하는 기능을 수행한다.
채널을 형성하는 구조물(230, 240)은 PDMS 등의 고분자 재료를 사용하며, SU-8의 몰드(210, 2110)에 PDMS 레플리카(replica)(220)를 형성하여 사용한다. 그리고, 각 구조물 사이에 나노 기공을 가진 멤브레인을 넣어 두 개의 채널을 공간상 분리시킨다.
V1 및 V2 는 각각의 채널의 벤팅라인(venting line)을 의미하고, R1 및 R2는 채널로 유입되는 유체의 입력부이다.
전하를 갖는 물질의 용액에 전장(電場)을 가하면, 물질이 어느 한쪽의 극을 향하여 이동하는 현상을 전기영동이라 하며, 이때 물질의 전하나 분자량의 차이에 따라 이동도가 달라지므로, 그 차를 이용하여 단백질이나 핵산 등의 생체고분자의 분리 및 분석을 하는 방법을 총칭하여 전기 영동법이라고 한다.
상기 채널에 유입되는 유체는 전하를 갖는 물질(분자 등)을 포함하고 있으므로, 제1 채널과 제2 채널에 전압차를 가하게 되면, 분자 등의 이동하게 되는데, 형성된 나노 기공보다 직경이 큰 물질은 이를 통과하지 못하게 되고, 직경이 작은 물질은 이를 통과하여 분리가 이루어지게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩의 동작 원리를 나타내는 사시도이다. 제1 채널(320)과 제2 채널(330)은 나노 기공 층(310)에 의해 공간적으로 분리되어 있다.
제1 채널(320)에는 -전극을, 제2 채널(330)에는 +전극을 가하는 경우, -전하를 가지는 물질은 제1 채널(320)에서 제2 채널(330)로 이동하려고 한다. 다만, 직경이 나노 기공(311)의 직경보다 큰 물질(312)는 이동을 하지 못하고, 나노 기공(311)보다 작은 물질(313)은 이를 통과하여 이동을 하게 되어 분리된다.
도 4는 본 발명에 따른 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩의 동작 원리를 나타내는 사시도이다. 제1 채널(420) 및 제2 채널(430)에 전기장을 걸어주면, -전하를 가진 물질은 제2 채널(430)으로 전기 이동(412)을 하게 된다. 이와 동시에 전기 삼투압 현상(411)이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.
100 : 실리콘 기판 110 : 실리콘 질화물
120 : 티타늄 박막 130 : 알루미늄 층
151, 152, 153 : 나노 기공
160 : 금속 코팅 층
200 : 작업 기판 210 : PDMS 구조물
R1 : 제1 채널 입구 R2 : 제2 채널 입구
310 : 나노 기공을 가진 알루미늄 층
311 : 나노 기공 312 : 분자

Claims (5)

  1. 랩온어칩에 사용되는 나노 기공을 가진 멤브레인을 제조하는 방법에 있어서,
    관통공을 포함하는 실리콘 기판(substrate)의 표면에 실리콘 질화물을 피복하는 단계;
    알루미늄을 증착하여 알루미늄 층을 형성하는 단계;
    상기 알루미늄 층에 제1 양극 산화(anodizing)를 수행하여 그 일부에 제1 기공 층을 형성하는 단계;
    산처리 공정을 통해 상기 제1 기공 층을 제거하고, 홈을 형성하는 단계;
    상기 알루미늄 층에 제2 양극 산화 (anodizing)를 수행하여 균일하게 분포된 수직의 기공이 다수 제공되는 제2 기공 층을 형성하는 단계;
    제2 기공 층의 나노 기공 크기를 조절하는 단계;
    식각(etching) 공정을 통해 상기 관통공과 상기 제2 기공 층을 연결하는 단계를 포함하는,
    나노 기공을 가진 멤브레인 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기공 층의 나노 기공 크기를 조절하는 단계는,
    산처리 공정을 통해 상기 제2 기공 층의 기공의 직경을 확장하는 단계;
    상기 확장된 기공에 금속 코팅을 하여 기공의 직경을 원하는 크기로 조절하는 단계를 포함하는,
    나노 기공을 가진 멤브레인 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    알루미늄을 증착하여 알루미늄 층을 형성하는 단계를 수행하기 전에,
    상기 실리콘 기판에 티타늄 박막을 증착하는 단계를 더 포함하는,
    나노 기공을 가진 멤브레인 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속 코팅에 사용되는 금속은 루테늄(Ru)인,
    나노 기공을 가진 멤브레인 제조방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 의해 제작된 나노 기공을 가진 멤브레인을 포함하는 랩온어칩에 있어서,
    상기 랩온어칩은 상기 나노 기공을 가진 멤브레인을 사이에 두고 분리되는 제1 채널 및 제2 채널을 포함하고,
    전기영동법에 의해 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 간에 분자를 분리하는,
    나노 기공을 가진 멤브레인을 포함한 랩온어칩.




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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109795979A (zh) * 2018-12-28 2019-05-24 南京大学 具有内嵌金属环的纳米孔阵列结构的制备方法
WO2022055604A3 (en) * 2020-07-08 2022-05-12 Quan Qing Methods to construct sharp and stable tip contacts with nanometer precision in a confined nanoscale space between two microfluidic chambers

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