KR20110108175A - 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩 및 이를 이용한 진단방법 - Google Patents

공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩 및 이를 이용한 진단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체시료 중의 특정물질을 측정하기 위한 것으로서, 시약챔버, 반응챔버 및 흡수챔버를 구비하고 상기 각 챔버를 미세한 액체유로로 서로 연결한 다음, 상기 액체유로 상에 공기압 및 진공으로 구동되는 마이크로밸브를 구비하여, 상기 시약챔버에 충전되는 용액의 흐름을 제어하는 진단 칩 및 상기 진단 칩을 이용한 진단방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 진단 칩은 미세한 양의 특정물질을 소형의 진단 칩을 이용하여 간편하게 측정할 수 있도록 하며, 재질의 경도가 높아서 진단칩의 생산을 용이하게 해주고 진단의 재현성과 정확도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 진단방법은 특정물질의 복잡한 분석과정을 일련의 간단한 조작을 통하여 간편하게 수행할 수 있도록 해준다.

Description

공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩 및 이를 이용한 진단방법{diagnostic chip equipped with pneumatic microvalves, and diagnostic test by using the chip}
본 발명은 액체시료 중의 특정물질을 측정하기 위한 것으로서, 시약챔버, 반응챔버 및 흡수챔버를 구비하고 상기 각 챔버를 미세한 액체유로로 서로 연결한 다음, 상기 액체유로 상에 공기압 및 진공으로 구동되는 마이크로밸브를 구비하여, 상기 시약챔버에 충전되는 용액의 흐름을 제어하는 진단 칩 및 상기 진단 칩을 이용한 진단방법에 관한 것이다.
생체에서 취한 액체시료에서 특정물질의 농도를 측정하면, 특정질병과 관련지어 진단을 내릴 수 있다. 이러한 진단검사는 실험실에서 일련의 복잡한 과정을 능숙한 실험자가 수행하였으나 기술의 진전으로 지금은 일회용 소형 진단 칩에서 상기의 과정을 수행할 수 있게 되었다.
진단 칩은 그 종류가 다양하지만 상업적으로 성공을 거둔 것은 디엔에이(DNA)칩과 신속면역진단키트를 들 수 있다. 이 중에서 신속면역진단키트의 경우 인체에서 취한 액체시료를 키트에 주입하면 수분 내에 광학적 또는 전기적인 신호가 발생 및 판독되어 신속진단이 이루어지므로 매우 편리하다.
지금까지 임신진단처럼 특정물질이 인체의 혈액 내에 존재하는지 여부만 파악하는 정성적인 키트가 신속면역진단키트의 주종을 이루고 있으나, 점차 심근경색진단키트처럼 정량적인 측정이 가능한 신속면역진단키트의 시장이 커지고 있다.
정량적인 면역반응을 칩 위에서 구현하기 위해서는 칩 위에 시료챔버, 세척용액챔버, 형광표지항체챔버, 반응챔버 및 흡수챔버를 구비하고 각 챔버를 미세한 유로로 서로 연결한 다음, 상기 유로 상에 외부에서 조절가능한 마이크로밸브를 형성하여 각 챔버 용액의 흐름을 제어하는 것이 바람직하다.
예를 들어 트로포닌(troponin) 단백질을 측정하는 진단 칩을 일례로 들어 설명하면, 시료용액, 세척용액, 형광표지된 항체용액을 각각 시료챔버, 세척용액챔버, 형광표지항체챔버에 주입한 후, 밸브를 이용하여 세척용액, 시료용액, 항체용액, 세척용액을 순차적으로 반응챔버로 흘려보내면 일련의 진단조작이 마무리되며, 이후 반응챔버에서 형광이나 발광신호를 광학판독기로 읽어낸다.
상기와 같이 마이크로밸브를 구비한 진단 칩을 제작하기 위하여, 통상적으로 폴리디메틸실록산(polydimethylesiloxane, PDMS) 고분자물질을 이용하여 챔버, 유로 및 밸브를 제작한다.
그런데 폴리디메틸실록산 소재는 연질소재여서 표면에 단백질이 흡착되기 쉽고, 표면처리를 하여도 장기간 유지되지 않으며, 액상에서 틀에 부어 경화시키므로 대량생산이 어렵다는 단점이 있다.
또한, 진단 칩이 점점 더 소형화되는 추세이므로 상기 진단 칩에 설치되는 마이크로밸브 또한 소형으로 제작해야 하는데, 종래의 마이크로밸브는 구조가 복잡하여 소형화하기에 한계가 있는 실정이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 경도가 높은 재질로 제조되는 진단 칩을 제공하는 것이다.
또한, 진단 칩에 구비되는 마이크로밸브가 간단한 구조를 가지면서 유체의 흐름을 충분히 제어할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 상기 진단 칩을 이용하여 간단하게 특정물질을 측정할 수 있는 진단방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 시약챔버, 반응챔버 및 흡수챔버를 구비하고 상기 각 챔버를 액체유로로 서로 연결한 다음 상기 액체유로 상에 공기압 및 진공으로 구동되는 마이크로밸브를 구비하고 있으며, 상기 시약챔버, 반응챔버, 흡수챔버 및 액체유로는 제1기판에 형성되고 상기 마이크로밸브를 구동하는 공기압의 기체유로는 제2기판에 형성되며, 상기 제1기판의 액체유로 형성면과 상기 제2기판의 기체유로 형성면이 고분자막을 사이에 두고 서로 대향하여 접합되는 것을 포함하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩을 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 시약챔버(10, 20, 30, 40), 자석이 설치된 반응챔버(60) 및 흡수챔버(70)를 구비하고, 상기 시약챔버(10, 20, 30, 40), 반응챔버(60) 및 흡수챔버(70)는 액체유로(11, 21, 31, 41, 61, 71)를 통하여 서로 연결되되, 상기 각각의 시약챔버(10, 20, 30, 40)는 상기 각각의 액체유로(11, 21, 31, 41), 고분자막(400)이 구비되어 진공 및 공기압에 의해 개폐되는 각각의 마이크로밸브(12, 22, 32, 42) 및 상기 액체유로(61)를 통하여 상기 반응챔버(60)와 연결되고, 상기 반응챔버(60)는 상기 액체유로(71)를 통하여 상기 흡수챔버(70)와 연결되며, 상기 마이크로밸브(12, 22, 32, 42) 및 흡수챔버(70)는 공압 매니폴드와 연결되어 공기압 또는 진공을 제공받도록 구성된 진단 칩(100)에 있어서,
상기 시약챔버 중 첫번째 시약챔버(10)에 자성입자가 결합된 항체용액, 두번째 시약챔버(20)에 세척용액, 세번째 시약챔버(30)에 측정하고자 하는 시료용액 및 네번째 시약챔버(40)에 형광표지용액을 주입하는 단계; 상기 모든 마이크로밸브(12, 22, 32, 42)에 공기압을 가하여 모든 유로를 폐쇄한 다음, 상기 흡수챔버(70)에 진공을 가하는 단계; 상기 첫번째 시약챔버(10)에 연결된 마이크로밸브(12)를 개방하여 상기 시약챔버(10)에 담겨진 자성입자가 결합된 항체용액이 액체유로(11), 마이크로밸브(12), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계; 상기 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하여 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 액체유로(21), 마이크로밸브(22), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송된 후 상기 마이크로밸브(22)를 폐쇄하는 단계; 상기 세번째 시약챔버(30)에 연결된 마이크로밸브(32)를 개방하여 상기 시약챔버(30)에 담겨진 시료용액이 액체유로(31), 마이크로밸브(32), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계; 상기 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하여 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 액체유로(21), 마이크로밸브(22), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송된 후 상기 마이크로밸브(22)를 폐쇄하는 단계; 상기 네번째 시약챔버(40)에 연결된 마이크로밸브(42)를 개방하여 상기 시약챔버(40)에 담겨진 형광표지용액이 액체유로(41), 마이크로밸브(42), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계; 상기 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하여 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 액체유로(21), 마이크로밸브(22), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계; 상기 반응챔버(60)를 판독하는 단계;를 포함하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩의 진단방법을 제공한다.
본 발명에 따른 진단 칩은 미세한 양의 특정물질을 소형의 진단 칩을 이용하여 간편하게 측정할 수 있도록 한다.
또한, 재질의 경도가 높아서 진단칩의 생산을 용이하게 해주고 진단의 재현성과 정확도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 진단방법은 특정물질의 복잡한 분석과정을 일련의 간단한 조작을 통하여 간편하게 수행할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 칩의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 칩을 캐드화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 진단 칩에서 마이크로밸브가 형성된 부위의 부분단면도로서 유로가 폐쇄된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 진단 칩에서 마이크로밸브가 형성된 부위의 부분단면도로서 유로가 개방된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 진단 칩이 공압 매니폴드와 연결되어 있는 개략적인 구성도를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩 및 이를 이용한 진단방법을 실시예에 의거 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 칩의 개략적인 구성도가 부호 100으로서 지시되어 있다.
상기 진단 칩(100)은 다수의 시약챔버(10, 20, 30, 40, 50), 반응챔버(60) 및 흡수챔버(70)를 구비하고 상기 각 챔버를 미세한 액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61, 71)로 서로 연결한 다음, 상기 액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61) 상에 공기압 및 진공으로 구동되는 마이크로밸브(12, 22, 32, 42, 52)를 구비하여 상기 각 시약챔버(10, 20, 30, 40, 50)에 충전되는 용액의 흐름을 제어하게 된다.
즉, 상기 각각의 시약챔버(10, 20, 30, 40, 50)는 상기 각각의 액체유로(11, 21, 31, 41, 51), 상기 각각의 마이크로밸브(12, 22, 32, 42, 52) 및 상기 액체유로(61)를 통하여 상기 반응챔버(60)와 연결되고, 상기 반응챔버(60)는 상기 액체유로(71)를 통하여 상기 흡수챔버(70)와 연결된다.
본 실시예에서는 상기 진단 칩(100)에 시약챔버가 5개 형성된 경우를 예시하고 있으나, 필요에 따라 시약챔버의 설치수량을 가감할 수 있다.
또한, 상기 반응챔버(60)에는 자성입자를 포획하는 자석이 설치되는 것이 바람직한데, 이는 상기 반응챔버(60)를 통과하는 용액 중의 자성을 띤 물질을 포획할 수 있도록 하기 위함이다.
도 2는 상기 도 1의 구성도를 캐드(CAD)화한 도면으로서, 상기 각 챔버(10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) 및 액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61, 71)는 제1기판(200)상에 형성되고, 상기 마이크로밸브(12, 22, 32, 42, 52)를 구동하는 공기압이 주입되는 기체유로(301)들은 제2기판(300)상에 형성된다.
상기 제1기판(200) 및 제2기판(300)은 경도가 높고 투명한 재질이 바람직한데, 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트(polymethymethacrylate:PMMA), 사이클릭올레핀코폴리머(cyclic olefin copolymer:COC), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 폴리스티렌(polystyrene)으로 제조될 수 있다.
기판을 투명하게 하면 반응챔버(60)에서 발생된 형광 또는 발광신호를 외부의 광학적 검출기구로 용이하게 측정할 수 있다.
도 3 및 도 4에는 상기 마이크로밸브의 형상이 단면도로서 도시되어 있다.
액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61) 및 유로단속부(201)가 형성된 제1기판(200) 하부에는 얇은 고분자막(400)이 접촉 설치되고, 상기 고분자막(400) 하부에는 상기 고분자막(400)에 공기압 또는 진공을 제공하는 통로인 기체유로(301)가 형성된 제2기판(300)이 접촉 설치되어 있다.
즉, 상기 제1기판(200)의 액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61) 형성면과 상기 제2기판의 기체유로(301) 형성면이 고분자막(400)을 사이에 두고 서로 대향하여 접촉 설치되어 있다.
상기 고분자막(400)은 5~30㎛ 두께의 저밀도폴리에틸렌(low density polyethylene:LDPE) 또는 폴리염화비닐(polyvinylchloride:PVC) 재질이 바람직하다.
상기와 같이 액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61), 유로단속부(201), 고분자막(400) 및 기체유로(301)가 일체로 조합되어 마이크로밸브가 구성되며, 상기 제1기판(200), 고분자막(400) 및 제2기판(300)이 순차적으로 적층된 적층체를 진공열프레스를 이용하여 5~20mTorr의 진공상태 하에서 1~10분간 90~150℃의 온도 및 1~10bar의 압력을 가하여 접합가공한 다음 방냉하면 본 발명의 진단 칩(100)이 제조된다.
상기와 같이 얇은 고분자막(400)은 제1기판(200) 및 제2기판(300) 사이에서 진공조건에서 열과 압력에 의하여 변형되면서, 상기 두 기판(200, 300)을 접합해주는 접착제 역할을 할 뿐 아니라, 상기 액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61), 유로단속부(201), 고분자막(400) 및 기체유로(301)가 조합되어 형성되는 마이크로밸브의 핵심인 밸브 막을 형성해 주는 역할을 하게 된다.
상기 마이크로밸브는 도 3에서와 같이 상기 기체유로(301)를 통하여 외부에서 제어되는 공기압을 이용하여 상기 고분자막(400)을 상기 유로단속부(201)에 밀착시켜 마이크로 밸브를 폐쇄하여 액체유로(11, 21, 31, 41, 51)와 액체유로(61) 간의 흐름을 차단하고, 도 4에서와 같이 상기 기체유로(301)를 통하여 외부에서 제어되는 진공을 이용하여 상기 고분자막(400)을 상기 유로단속부(201)로부터 탈착시켜 마이크로 밸브를 개방하여 액체유로(11, 21, 31, 41, 51)와 액체유로(61) 간에 액체가 서로 유통될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 진단 칩은 기존의 연질의 폴리디메틸실록산 소재를 이용한 적층 칩과 달리, 경질의 폴리메틸메타크릴레이트, 사이클릭올레핀코폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌 고분자를 사용할 수 있게 되어 진단 칩의 강도가 향상된다.
또한, 종래의 진단 칩 적층방법은 기판 표면을 플라즈마 처리하여 활성화시킨 다음 접착층 없이 접합시키는데 비하여, 본 발명에서는 저밀도폴리에틸렌 또는 폴리염화비닐 재질의 얇은 고분자 막을 두 기판 사이에 삽입하여 열 프레스를 가함으로써 균질의 접착제 층을 형성하는 동시에 밸브의 판막으로 사용할 수가 있다.
따라서 종래의 방법에 비하여 간단한 공정으로 두 기판이 견고히 접착되어 있는 고 경도의 진단 칩을 제조할 수가 있다.
도 5에는 본 발명의 진단 칩이 공압 매니폴드(pneumatic manifold)와 연결되어 있는 개략적인 구성도가 도시되어 있다.
진단 칩을 구동하기 위해서는 진단 칩 상에 형성된 마이크로밸브들(12, 22, 32, 42, 52)에 진공과 공기압을 가해야 하는데, 상기 진공과 공기압을 진단 칩에 공급하는 구조체가 공압 매니폴드이다.
상기 공압 매니폴드는 제2기판(300)의 각 마이크로밸브 기체유로(301)와 연결되고 컴퓨터를 이용하여 정밀하게 제어되며, 미리 설정된 순서에 따라 상기 각각의 마이크로밸브에 공기압 또는 진공을 제공하게 되며, 또한 상기 흡수챔버(70)에 연결되어 흡수챔버(70)에 진공을 형성하는 역할을 담당한다.
상기 공압 매니폴드 제조는 당 업계에서는 통상적인 기술분야로서, 시중의 공압 매니폴드 제조업체에 의뢰하여 제작ㆍ설치 가능하며, 이로써 본 발명의 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩의 진단준비가 완료된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 진단 칩(100)은 다음과 같이 운전되어 진단이 이루어진다.
상기 진단 칩(100)의 다수의 시약챔버(10, 20, 30, 40, 50)에 항체용액, 세척용액, 시료용액 및 형광표지용액을 각각 주입하는데, 상기 시약챔버 중 첫번째 시약챔버(10)에 자성입자가 결합된 항체용액, 두번째 시약챔버(20)에는 세척용액인 인산버퍼용액, 세번째 시약챔버(30)에는 인간 융모성 고나도트로핀(human chorionic gonadotropin:hCG)이 함유된 시료용액 및 네번째 시약챔버(40)에는 퀀텀도트(quantum-dot) 표지된 형광표지항체(anti-hCG from mouse)용액을 넣는다.
또한, 상기 반응챔버(60)에는 지름 3㎜ 두께 1㎜의 네오디뮴자석(neodymium magnet)이 설치되어 자성입자를 포획할 준비를 하고, 상기 흡수챔버(70)는 상기 공압 매니폴드와 연결되어 진공이 형성되도록 한다.
상기 시약챔버(10, 20, 30, 40, 50) 및 반응챔버(60)에 액체유로(11, 21, 31, 41, 51, 61)를 통하여 연결된 마이크로밸브(12, 22, 32, 42, 52)는 제1기판(200)과 제2기판(300) 사이에 존재하는 고분자막(400)으로 구성되어 공압 매니폴드에 의하여 공기압을 상기 고분자막(400)에 가하면 막은 제1기판(200)의 유로단속부(201)에 밀착되어 상기 챔버의 용액 흐름을 차단하고, 진공을 상기 고분자막(400)에 가하면 막은 제1기판(200)의 유로단속부(201)에서 탈착되어 챔버의 용액이 유로를 통해 흐르게 된다.
즉, 액체유로의 유체의 흐름을 차단하고자 하면, 마이크로밸브의 고분자막(400)에 공기압을 가하여 상기 고분자막(400)을 제1기판(200)의 유로단속부(201)에 달라붙게 한 다음, 유로의 종단부 즉 흡수챔버(60)에 진공을 가하면 마이크로밸브의 고분자막(400)이 유로단속부(201)에 단단히 달라붙어 유체의 흐름을 차단하게 되고, 이 경우 공기압을 차단하더라도 흡수챔버(60)의 진공의 힘으로 계속 유체의 흐름이 차단된 상태를 유지하며, 액체유로의 유체의 흐름을 개시하고자 하면, 흡수챔버(60)의 진공을 해제하고 마이크로밸브의 고분자막(400)에 진공을 걸어 고분자막(400)을 제1기판(200)의 유로단속부(201)에서 떨어지도록 한 다음 흡수챔버(60)에 진공을 가하면 유체가 마이크로밸브를 통하여 흐르게 되며, 마이크로 밸브의 고분자막에 진공이 계속 가해지고 있는 한 유체가 계속 흐르는 상태를 유지하게 된다.
상기와 같이 컴퓨터의 제어신호에 따라 진공과 공기압을 공압 매니폴드를 통하여 마이크로밸브(12, 22, 32, 42, 52)에 가하게 되면 시약챔버(10, 20, 30, 40, 50)에서 흡수챔버(60)로 통하는 유로를 막거나 열 수 있게 된다.
먼저 컴퓨터에 의해 제어된 공압 매니폴드를 통하여 모든 마이크로밸브(12, 22, 32, 42, 52)에 공기압을 가해 모든 유로를 차단한 다음, 흡수챔버(70)에 진공을 가하여 용액을 흡입할 수 있도록 준비한다.
상기와 같이 흡수챔버(70)에 진공이 제공되면, 유로(71), 반응챔버(60) 및 유로(61)를 거쳐 각 마이크로밸브(12, 22, 32, 42, 52)에 진공이 전달된다.
다음은 첫번째 시약챔버(10)에 연결된 마이크로밸브(12)를 개방하면 상기 시약챔버(10)에 담겨진 자성입자가 결합된 항체용액이 유로(11), 마이크로밸브(12) 및 유로(61)을 경유하여 반응챔버(60)로 유입하게 되는데, 상기 반응챔버(60)에 설치된 네오디뮴자석의 강력한 자기장으로 인해 항체가 반응챔버(60)에서 포획된다.
다음은 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하면 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 유로(21), 마이크로밸브(22) 및 유로(61)을 경유하여 반응챔버(60)로 유입하게 되는데, 상기 반응챔버(60)에서 포획되지 않는 항체가 세척되어 흡수챔버(70)로 이송된다.
다음은 세번째 시약챔버(30)에 연결된 마이크로밸브(32)를 개방하면 상기 시약챔버(30)에 담겨진 시료용액이 유로(31), 마이크로밸브(32) 및 유로(61)을 경유하여 반응챔버(60)로 유입하게 되는데, 시료용액 중의 hCG가 반응챔버(60)에 포획된 항체와 결합된다.
다음은 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하면 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 유로(21), 마이크로밸브(22) 및 유로(61)을 경유하여 반응챔버(60)로 유입하게 되는데, 상기 반응챔버(60)에서 결합되지 않는 hCG가 세척되어 흡수챔버(70)로 이송된다.
다음은 네번째 시약챔버(40)에 연결된 마이크로밸브(42)를 개방하면 상기 시약챔버(40)에 담겨진 퀀텀도트 표지된 형광표지항체용액이 유로(41), 마이크로밸브(42) 및 유로(61)을 경유하여 반응챔버(60)로 유입하게 되는데, 포획된 hCG에 형광표지 항체가 달라붙게 된다.
다음은 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하면 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 유로(21), 마이크로밸브(22) 및 유로(61)을 경유하여 반응챔버(60)로 유입하게 되는데, 결합되지 않는 형광표지항체가 세척되어 흡수챔버(70)로 이송된다.
상기 세척이 마무리된 진단 칩(100)을 판독하면 모든 진단절차가 완료되며, 판독방법의 일례로서, 상기 반응챔버(60)에 자외선을 가하고, 퀀텀도트에서 발산되는 형광을 필터를 거쳐 전하결합소자형(charge-coupled device camera:CCD) 카메라에 수신하여 영상분석프로그램을 통해 판독하는 방법이 있다.
10, 20, 30, 40, 50:시약챔버, 60:반응챔버, 70:흡수챔버,
11, 21, 31, 41, 51, 61, 71:액체유로,
12, 22, 32, 42, 52:마이크로밸브,
200:제1기판, 201:유로단속부, 300:제2기판, 301:기체유로, 400:고분자막,

Claims (8)

  1. 다수의 시약챔버, 반응챔버 및 흡수챔버를 구비하고, 상기 각 챔버를 액체유로로 서로 연결한 다음, 상기 액체유로 상에 공기압 및 진공으로 구동되는 마이크로밸브를 구비하고 있으며,
    상기 시약챔버, 반응챔버, 흡수챔버 및 액체유로는 제1기판에 형성되고, 상기 마이크로밸브를 구동하는 공기압의 기체유로는 제2기판에 형성되며,
    상기 제1기판의 액체유로 형성면과 상기 제2기판의 기체유로 형성면이 고분자막을 사이에 두고 서로 대향하여 접합되는 것을 포함하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1기판 및 제2기판은 폴리메틸메타크릴레이트, 사이클릭올레핀코폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자막은 5~30㎛ 두께의 저밀도폴리에틸렌 또는 폴리염화비닐로 제조되는 것을 특징으로 하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단 칩은 고분자막을 사이에 둔 제1기판 및 제2기판을 5~20mTorr의 진공상태 하에서 1~10분간 90~150℃의 온도 및 1~10bar의 압력을 가하여 접합가공한 다음 방냉하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체유로와 흡수챔버는 진공과 공기압을 공급하는 공압 매니폴드와 연결되어 있으며,
    상기 공압 매니폴드를 통하여 상기 기체유로에 공기압을 가하고 흡수챔버에 진공을 가하여 마이크로밸브의 고분자막을 제1기판에 밀착시켜 액체유로를 차단하고,
    상기 공압 매니폴드를 통하여 상기 흡수챔버의 진공을 해제하고 기체유로에 진공을 가하여 마이크로밸브의 고분자막을 제1기판으로부터 탈착시켜 액체유로를 개방한 후 상기 흡수챔버에 진공을 가하여 상기 개방된 액체유로를 통하여 유체가 흐를 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응챔버에는 자석이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩.
  7. 다수의 시약챔버(10, 20, 30, 40), 자석이 설치된 반응챔버(60) 및 흡수챔버(70)를 구비하고,
    상기 시약챔버(10, 20, 30, 40), 반응챔버(60) 및 흡수챔버(70)는 액체유로(11, 21, 31, 41, 61, 71)를 통하여 서로 연결되되, 상기 각각의 시약챔버(10, 20, 30, 40)는 상기 각각의 액체유로(11, 21, 31, 41), 고분자막(400)이 구비되어 진공 및 공기압에 의해 개폐되는 각각의 마이크로밸브(12, 22, 32, 42) 및 상기 액체유로(61)를 통하여 상기 반응챔버(60)와 연결되고, 상기 반응챔버(60)는 상기 액체유로(71)를 통하여 상기 흡수챔버(70)와 연결되며,
    상기 마이크로밸브(12, 22, 32, 42) 및 흡수챔버(70)는 공압 매니폴드와 연결되어 공기압 또는 진공을 제공받도록 구성된 진단 칩(100)에 있어서,
    상기 시약챔버 중 첫번째 시약챔버(10)에 자성입자가 결합된 항체용액, 두번째 시약챔버(20)에 세척용액, 세번째 시약챔버(30)에 측정하고자 하는 시료용액 및 네번째 시약챔버(40)에 형광표지용액을 주입하는 단계;
    상기 모든 마이크로밸브(12, 22, 32, 42)에 공기압을 가하여 모든 유로를 폐쇄한 다음, 상기 흡수챔버(70)에 진공을 가하는 단계;
    상기 첫번째 시약챔버(10)에 연결된 마이크로밸브(12)를 개방하여 상기 시약챔버(10)에 담겨진 자성입자가 결합된 항체용액이 액체유로(11), 마이크로밸브(12), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계;
    상기 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하여 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 액체유로(21), 마이크로밸브(22), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송된 후 상기 마이크로밸브(22)를 폐쇄하는 단계;
    상기 세번째 시약챔버(30)에 연결된 마이크로밸브(32)를 개방하여 상기 시약챔버(30)에 담겨진 시료용액이 액체유로(31), 마이크로밸브(32), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계;
    상기 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하여 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 액체유로(21), 마이크로밸브(22), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송된 후 상기 마이크로밸브(22)를 폐쇄하는 단계;
    상기 네번째 시약챔버(40)에 연결된 마이크로밸브(42)를 개방하여 상기 시약챔버(40)에 담겨진 형광표지용액이 액체유로(41), 마이크로밸브(42), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계;
    상기 두번째 시약챔버(20)에 연결된 마이크로밸브(22)를 개방하여 상기 시약챔버(20)에 담겨진 세척용액이 액체유로(21), 마이크로밸브(22), 액체유로(61), 반응챔버(60), 액체유로(71)를 순차적으로 통과하여 흡수챔버(70)로 이송되는 단계;
    상기 반응챔버(60)를 판독하는 단계;를 포함하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩의 진단방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 판독하는 단계는, 상기 반응챔버(60)에 자외선을 가한 다음, 발산되는 형광을 필터를 통하여 전하결합소자형 카메라에 수신하여 영상분석프로그램으로 판독하는 것을 특징으로 하는, 공기압 방식의 마이크로밸브를 구비한 진단 칩의 진단방법.
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