KR20130109876A - 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법 - Google Patents

고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130109876A
KR20130109876A KR1020120031992A KR20120031992A KR20130109876A KR 20130109876 A KR20130109876 A KR 20130109876A KR 1020120031992 A KR1020120031992 A KR 1020120031992A KR 20120031992 A KR20120031992 A KR 20120031992A KR 20130109876 A KR20130109876 A KR 20130109876A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oil
polymer
droplet
aqueous solution
inlets
Prior art date
Application number
KR1020120031992A
Other languages
English (en)
Inventor
이석재
이경균
박태정
이태재
김병일
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020120031992A priority Critical patent/KR20130109876A/ko
Publication of KR20130109876A publication Critical patent/KR20130109876A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/10—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape in the form of a fine jet, e.g. for use in wind-screen washers
    • 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법에 대한 것으로서, 더 상세하게는 미생물이 도입된 크기와 모양이 균일한 마이크로 액적을 형성하는 초미세 유체칩 및 화학적 촉진제를 사용하여 모노머를 경화시키고 폴리머를 형성하는 화학적 경화법을 이용하여 초미세 유체칩 내에서 실시간으로 미생물이 도입된 마이크로 액적을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고집적 마이크로 구조를 이용한 다중 병렬채널 처리를 통해 미생물이 도입된 크기와 모양이 균일한 마이크로 액적을 대량으로 형성하는 것이 가능하다.

Description

고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법 {Microfluidic devices for generating polymer-based microdroplets and Method for manufacturing them using the same}
본 발명은 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법에 대한 것으로서, 더 상세하게는 미생물 또는 미생물을 구성하는 물질이 도입된 크기와 모양이 균일한 마이크로 액적을 형성하는 초미세 유체칩 및 화학적 촉진제를 사용하여 모노머를 경화시키고 폴리머를 형성하는 화학적 경화법을 이용하여 초미세 유체칩 내에서 실시간으로 미생물 또는 미생물을 구성하는 물질이 도입된 마이크로 액적을 대량으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
"주어진 어떤 환경에 존재하는 모든 미생물의 유전체의 집합"으로 정의될 수 있는 메타게놈(metagenome)의 DNA를 직접 클로닝하여 산업적으로 유용한 효소를 발국 및 개양하는 것은 이미 많은 연구자들의 주요연구대상이 되고 있다.
따라서, 고효율 고집적 효소 발굴 시스템이 개발되고 있으며, 이를 위해서는 풀어야 할 중요한 과제로서 이들의 생리활성을 스크리닝할 수 있는 플랫폼(platform)인 고기능 시스템 개발을 들 수 있다.
그런데, 기존의 신규 생물촉매의 고발현 및 생물촉매 전환반응연구를 통한 산업화 응용 연구를 위한 방법은 대부분 웰플레이트 기반이어서 고감도 초고속 검색에 있어 한계가 있었다.
이는 cDNA 라이브러리, 효소클론 라이브러리, 메타게놈 라이브러리를 통한 미생물 배양 및 신기능 효소 탐색에 있어 많은 시간과 시약이 소모되어 보다 효율적인 통합형 분석 시스템이 요구된다. 이에 따라 고감도의 생물학적 통합 분석 시스템에 적합한 보다 선택적이며 고효율 생리적 활성을 검색할 수 있는 기능성 플랫폼 시스템이 확립되어야 하는 점이 있다.
이를 위해 한국 공개 특허 2002-0043553호 (“소량 용적의 제어 조작용 마이크로 유체공학 장치”, 이하 선행기술 1)에서는 현재 세포를 실리콘 또는 플라스틱을 이용하여 수십~수백 마이크로미터에 이르는 유체 흐름 채널을 이용하여 나노리터 볼륨(volume)의 마이크로 액적을 형성하는 기술을 이용하여 펌프, 밸브, 반응기, 추출기, 분리 시스템 등의 기능과 센서기술을 접목하여 다양한 세포를 바이오칩에 올려 신규효소 및 신약개발의 도구로 사용되고 있다. 하지만, 이런 종래 기술은 대량생산에 한계가 있다는 단점이 있다.
한편, 다른 예로서는, 자외선(UV, UltraViolet Ray)를 이용한 경화 방식의 경우에는 세포를 사멸 또는 세포의 기능을 저하시킬 수 있는 단점을 내포하고 있다.
또한, 전통적인 고분자 입자의 중화방법은 대량 생산에 적합하지만 생산되는 입자 크기가 균일하지 못하며 공정과정에서 다양의 유기 용매 및 열을 가해주어 생산하는 경우가 많아 세포 및 박테리아와 같은 생체 물질에 적용하기 어려운 문제점을 가진다.
더불어, 균일한 크기의 입자 제조를 위해서 멤브레인(membrane) 등과 같은 다공성의 막을 통하여 모노머를 연속으로 배출시키며 액적을 형성하거나 물과 오일을 이용하여 유중수적형(water-in-oil) 또는 수중유형 마이크로-에멀션(oil-in-water microemulsion) 제조 방식과 고속 교반기를 이용하여 물속에 기름 방울 또는 기름 속에 오일 방울을 형성시키고 여기에 가교제 그리고 개시제와 함께 촉진제 혹은 자외선 조사 등의 방법을 이용하여 폴리머 입자를 얻는 방법도 개발되었다. 하지만, 이 방법 역시 생산되는 입자의 크기 조절이 어려운 단점과 고속으로 교반하는 과정에서 발생하는 열과 자외선을 조사하는 과정에서 생체 물질의 손상의 문제점을 가지고 있다.
한국공개특허 제 0043533호 (공개일자 2002.06.10.)
본 발명은 위에서 제기된 종래 기술에 따른 문제점을 극복하기 위해 제안된 것으로서 고집적 마이크로 구조를 이용한 다중 병렬채널 처리를 통해, 즉, 2개의 수용액 주입구 및 3개의 오일 주입구와 연결된 5개의 채널을 하나로 연결시켜 마이크로 액적을 형성하는 액적 생성부를 통해, 미생물 또는 미생물을 구성하는 물질을 포함하는 크기와 모양이 균일한 마이크로 액적을 대량으로 단시간 내에 형성하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은 금속을 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli)의 내부물질(cell extract)과 마이크로 액적을 이용하여, 금속 나노 입자를 대량으로 형성하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은 고속 교반시에 발생하는 열과 자외선 조사에도 생체 물질의 손상이 없는 마이크로 액적 제조 장치 및 이를 이용하여 마이크로 액적을 제조하는 방법을 제공하는데 다른 목적을 두고 있다.
또한, 본 발명은 고분자의 농도에 따른 기공의 크기를 조절하고 생성된 기공의 크기를 측정하는 마이크로 액적 제조 장치 및 이를 이용하여 마이크로 액적을 제조하는 방법을 제공하는데 또 다른 목적을 두고 있다.
본 발명은 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100)으로, 오일을 주입하는 3개의 오일 주입구(101,103,105); 물, 시료 및 모노머로 혼합된 수용액을 주입하는 2개의 수용액 주입구(102,104); 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105)와 2개의 수용액 주입구(102,104)에 각각 연결된 5개의 채널(101',102',103',104',105')을 하나로 연결시켜 고분자 기반 마이크로 액적을 생성하는 액적 생성부(110); 및 액적 배출 채널(120')을 통하여 상기 액적 생성부(110)와 연결되어 생성된 고분자 기반 마이크로 액적을 배출하는 액적 배출구(120);를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 모노머는 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트(PEGDA: PolyEthylene Glycol Diacrylate) 또는 PNIPAM(Poly-N-IsoPropylAcrylaMide)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 및 2개의 수용액 주입구(102,104)에는 오일 및 수용액 공급을 위한 펌프 장치가 연결되며, 상기 펌프 장치의 펌핑 속도에 의해 상기 액적의 크기, 모양 및 양 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일은 포도씨유, 올리브유, 콩기름, 캐놀라유를 포함하는 식용 오일 및 공업용 오일 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일은 계면활성제가 첨가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2개의 수용액 주입구(102,104)는 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료는 미생물인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 시료는 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli)의 내부 물질(cell extract)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본원발명은 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법으로, 3개의 오일 주입구(101,103,105)에 오일을 주입하는 오일 주입 단계; 2개의 수용액 주입구(102,104)에 물, 시료 및 모노머로 혼합된 수용액을 주입하는 수용액 주입 단계; 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105)와 2개의 수용액 주입구(102,104)에 각각 연결된 5개의 채널(101',102',103',104',105')을 하나로 연결시키는 액적 생성부(110)에서 고분자 기반 마이크로 액적을 생성하는 액적 생성 단계 ; 및 액적 배출 채널(120')을 통하여 상기 액적 생성부(110)와 연결된 액적 배출구(120)에서 생성된 고분자 기반 마이크로 액적을 배출하는 액적 배출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모노머는 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트(PEGDA: PolyEthylene Glycol Diacrylate) 또는 PNIPAM(Poly-N-IsoPropylAcrylaMide)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일은 계면활성제가 첨가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 및 2개의 수용액 주입구(102,104)에는 오일 및 수용액 공급을 위한 펌프 장치가 연결되며, 상기 펌프 장치의 펌핑 속도에 의해 상기 액적의 크기, 모양 및 양 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일은 포도씨유, 올리브유, 콩기름, 캐놀라유를 포함하는 식용 오일 및 공업용 오일 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2개의 수용액 주입구(102,104)는 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법은 상기 모노머의 화학적 경화에 의해 상기 액적이 미세 모노머 비드(800)로 생성되는 미세 모노머 비드(800) 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료는 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli )의 내부 물질(cell extract)(900)이며, 상기 미세 모노머 비드(800)를 적어도 한 종류 이상의 금속 이온이 포함되어 있는 액체에 도입함으로써 상기 액적 내부로 금속 이온이 도입되어 금속 나노 입자(600)가 생성되는 금속 나노 입자(600) 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고집적 마이크로 구조를 이용한 다중 병렬채널 처리를 통해 마이크로 액적을 대량으로 생성하여, 마이크로 액적을 생성하는 시간과 공간을 절약하는 장점이 있다.
또한 본 발명은 고집적 마이크로 구조를 이용한 다중 병렬채널 처리를 통해 모양과 크기가 균일한 마이크로 액적을 생성하여, 다양한 화학적 반응기로 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는, 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli )의 내부 물질(cell extract)을 포함하는 미세 모노버 비드 내부에 금속 이온이 도입되어 금속 나노 입자가 생성되도록 하여, 복잡하고 고가인 장비를 사용하지 않더라도 다양한 종류의 금속 나노 입자들을 단시간 내에 다수 개 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 화학적 촉진제를 사용하여 모노머를 경화시켜 폴리머를 형성하는 화학적 경화법을 이용함으로써 고속 교반시에 발생하는 열과 자외선 조사에도 생체 물질의 손상이 없다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 초미세 유체칩에서 액체의 유속을 조절함으로써 사용하는 오일의 전단력이 발생하여 모노머의 양을 변화시켜 액적의 크기를 조절하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액적 생성부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초미세 유체칩 제조 공정을 보여주는 공정도이다.
도 4는 도 2에 도시된 액적 생성부에서 액적이 생성되는 현상을 촬영한 화면예이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 PEGDA가 이용되는 마이크로 액적 제조 과정을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 도 4에 도시된 마이크로 액적 제조 과정 중 사용되는 PEGDA의 화학 구조식이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유속과 액적의 크기에 대한 그래프이다
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노 입자를 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따라 도 5에 도시된 금속 나노 입자 제조 과정 중 사용되는 PNIPAM의 화학 구조식이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 철(Fe) 나노 입자의 TEM 사진이다.
도 11는 본 발명의 실시예 2에 따른 금(Au) 나노 입자의 TEM 사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 초미세 유체칩을 이용한 고분자 기반의 마이크로 액적 제조 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초미세 유체칩의 채널 개략도이다. 도 1을 참조하면, 이 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100)은, 오일을 주입하는 3개의 오일 주입구(101,103,105)와, 물, 시료 및 모노머로 혼합된 수용액을 주입하는 2개의 수용액 주입구(102,104)와, 3개의 오일 주입구(101,103,105)와 2개의 수용액 주입구(102,104)에 각각 연결된 5개의 채널(101',102',103',104',105')을 하나로 연결시켜 고분자 기반 마이크로 액적을 생성하는 액적 생성부(110) 및 액적 배출 채널(120')을 통하여 액적 생성부(110)와 연결되어 생성된 고분자 기반 마이크로 액적을 배출하는 액적 배출구(120)를 포함하여 구성된다.
물론, 이때 2개의 수용액 주입구(102,104)는 3개의 오일 주입구(101,103,105) 사이에 배치된다. 부연하면, 제 1 오일 주입구(101)와 제 2 오일 주입구(103) 사이에 제 1 수용액 주입구(102)가 배치되고, 제 2 오일 주입구(103)와 제 3 오일 주입구(105) 사이에 제 2 수용액 주입구(104)가 배치된다.
이때, 각 주입구 (101,102,103,104,105)에는 각 채널(101',102',103',104',105')이 형성되어, 액적 생성부(110)에 연결된다. 즉, 제 1 오일 주입구(101)에는 제 1 오일 채널(101')이, 제 1 수용액 주입구(102)에는 제 1 수용액 채널(102')이, 제 2 오일 주입구(103)에는 제 2 오일 채널(103)이, 제 2 수용액 주입구(104)에는 제 2 수용액 채널(104')이, 제 3 오일 주입구(105)에는 제 3 오일 채널(105')이 구성된다.
이 채널(101' 내지 105')들은 액적 생성부(110)에 의해 액적 생성 채널(120')과 연결되며 이 액적 생성 채널(120')의 우측 말단은 액적 배출구(120)와 연결된다.
상기와 같이 서로 다른 액체인 오일과 수용액이 각각 복수의 수용액 채널(102',104') 및 복수의 오일 채널 (101',103',105')을 통해 하나의 액적 생성부(110)를 통과하면서 짧은 시간 안에 다량의 액적이 생성된다.
상기 액적 생성부(110)를 확대하여 도시한 도면이 도 2이다.
즉, 도 2는 도 1에 도시된 액적 생성부를 도시한 사시도이다. 부연하면, 이 채널(101' 내지 105')들은 하나의 토출부(200)에 의해 말단이 모두 하나로 통합된다. 따라서, 액적(210)이 토출부(200)에 의해 생성된다.
물론, 이러한 액적을 생성하기 위해, 주입구(101 내지 105)에 오일 및/또는 수용액을 공급하는 오일 저장조(미도시), 수용액 저장조(미도시), 이 오일 저장조 및/또는 수용액 저장조로부터 오일 및/또는 수용액을 주입구(101 내지 105)에 펌핑하는 펌프 장치(미도시) 등이 구비된다. 이러한 저장조 및 펌핑 장치에 대하여는 널리 공지되어 있으므로 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
이러한 액적(droplet) 기반 공정은 연속 흐름 공정 (continuous flow system)과 달리 혼합되지 않는 상(phase)을 생산하는데 초점을 두고 있다. 액적 기반 공정을 사용함으로써 미세 유체칩 내에서 각각의 액적을 독립적으로 제어하여 개별적으로 이동, 혼합, 분석이 될 수 있는 마이크로 배양기의 생성이 가능하다.
다수의 액적이 짧은 시간 안에 형성될 수 있기 때문에 실험의 병렬처리가 쉽게 달성될 수 있어 많은 데이터 집합들을 효과적으로 얻을 수 있다.
또한, 이러한 액적 기반의 세포 포획법을 이용하면 각각의 세포가 배양이 되는 공간이 독립된 구획으로 분리가 되기 때문에 각각의 배양기마다 들어가는 세포의 양이 더 이상 많이 필요하지 않게 된다.
때문에 성장 속도가 느린 세포의 배양을 위해 필요한 시간도 줄일 수 있고, 신규효소 스크리닝에 활용되는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초미세 유체칩 제조 공정을 보여주는 공정도이다. 도 3을 참조하면, 다음과 같은 공정에 의해 초미세 유체칩이 제조된다.
(a) 기재(si-기판, 웨이퍼, 700) 상에 PR(photoresist)층(710)을 형성한다.
(b) PR층(710)의 표면을 자외선(UV)에 노광시킨다. 물론 코팅된 PR층(710)에 내부 구조물 형상이 전사된 마스크(mask)를 이용하여 노광(photo exposure)시키고 용제로 불필요한 PR을 녹여 PR층(710)을 현상(develop)해 낸다.
(c) 노광된 PR층(710)에 패턴이 형성된다. 이 패턴은 도 1에 기술한 주입구(101 내지 105), 채널(101' 내지 105'), 액적 배출구(120), 액적 생성부(110) 등을 형성한다.
(d) 액상의 PDMS(Poly DiMethyl Siloxane)를 부은 다음, 진공을 걸어 PDMS에서 기포를 모두 뽑아낸 후 소정시간(약 70℃ 정도) 두면 PDMS가 고형화되어 초미세 유체칩(도 1의 100)의 상판(720)이 된다.
(e) 고형화된 상판(720)을 기재(700)로부터 분리한다.
(f) 이 상판(720)으로부터 남아 있는 PR층(710)을 제거하고 methanol 등과 같은 세정액으로 세척하고 건조시킨다.
(a) 내지 (f) 과정을 유사하게 거쳐 이 상판(720)에 대응하는 하판을 만들고, 이 하판을 상판(720)과 밀착시켜 접합하게 되면 도 1에 도시된 개념의 초미세유체칩(100)이 제조된다.
도 4는 도 2에 도시된 액적 생성부에서 액적이 생성되는 현상을 촬영한 화면예이다. 도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 액적 생성부에서 생성되는 액적은 모양과 크기가 균일하여 화학적 반응기로 사용하기 적합하다. 또한 액적이 한번에 대량으로 생성되어 액적을 생산하는데 걸리는 시간, 공간, 제조비용을 절감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 PEGDA가 이용되는 마이크로 액적 제조 과정을 도시한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 수용액(400) 내에는 물, 시료(402) 및 모노머(401)로 혼합된 상태이다. 물론, 수용액(400)은 도 1에 도시된 바와 같이 수용액 주입구(102,104)를 통하여 주입되며, 이 수용액(400)이 오일 주입기(101,103,105)를 통해 주입된 오일과 결합한다.
여기서, 수용액(400)은 과황산칼륨 개시제(potassium persulfate intiator) 0.19 중량%, 디-소르비톨(D-sorbital)(0.6 중량%), PBS(phosphate-buffered saline) 용액(56 중량%), PEGDA(PolyEthylene Glycol DiAcrylate)(24.8 중량%), 시료(예를 들면 E- coli), LB(Luria-Bertani media) 배지(0.18 중량%)로 구성된다.
디-소르비톨은 가교제로서 PEGDA와 병원성 대장균(E.coli)간의 가교결합 반응을 수행한다.
여기서, 시료(402)는 미생물이 되며, 더욱 바람직하게는 병원성 대장균(E. coli)이 된다.
모노머(410)는 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트(PEGDA : PolyEthylene Glycol Diacrylate) 또는 PNIPAM(Poly-N-IsoPropylAcrylaMide)등이 사용된다.
PolyEthylene Glycol Diacrylate(PEGDA)의 화학적 특성을 기술하면 다음과 같다.
일반적으로 가장 널리 알려진 생체 적합성을 가지는 폴리머 합성 재료이다. 또한 작용기의 개질이 손쉬운 편이며 광중합 및 화학적 중합에 적합하여 다양한 크기를 고분자 입자 제조에 이용되고 있다. 뛰어난 PEGDA의 특성을 이용하여 미세 세포 캡슐화 연구에 이용된다. 왜냐하면, 다른 고분자 종류에 비하여 작용기가 적용된 전구체의 구입이 손쉬워 다른 모노머에 비하여 선택적 폭이 넓기 때문이다.
다만, 해당 물질의 농도에 따라서 생성되는 고분자 입자의 기공의 크기가 변하며 그 농도가 기준치 이상으로 높아지면 물질전달이 원활하게 일어나기 어려워 내부에 도입된 미생물의 활성을 제한시키며 예상하지 못한 세포독성의 문제점을 야기할 수 있다는 단점이 있기는 하다.
이러한 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트의 화학적 구조식을 보여주는 도면이 도 6에 도시된다.
계속 도 5를 참조하여 설명하면, 수용액(400)과 오일이 합하게 되면, 이 수용액(400)에 포함된 디-소르비톨에 의해 가교결합 반응이 일어나 액적(210)이 생성된다. 물론, 이러한 액적(210)은 N,N,N',N'-TEtraMethylEthyleneDiamine (TEMED) 및 오일의 혼합물 내에 저장된다.
오일은 실리콘 오일, 포도씨유, 올리브유, 콩기름, 캐놀라유 등의 식용 및 공업용 오일이 사용된다. 이때, 상기 오일에 계면활성제가 첨가됨으로써 미세액적의 표면장력이 현저히 저하되어 서로 합쳐지는 것을 방지할 수 있다. 계면활성제로는 세틸티메티콘코폴리올(Cetyl Dimethicone Copolyol)(10 중량%)이 사용될 수 있다.
더불어, 시료(402)를 병원성 대장균(E. coli)으로, 모노머(401)를 PEGDA로 사용함으로써, 액적(210)에서 시료(402)인 병원성 대장균(E.coli)가 상부 PEGDA(410a)와 하부 PEGDA(410b) 사이에 놓이게 된다.
부연하면, 초미세 유체칩(도 1의 100) 내부에 소수성 오일과 친수성 모노머 수용액을 주입하여 도입되는 오일의 흐름, 벽면에 대한 두 유체의 젖음성 차이 그리고 오일의 전단력(shear force)에 의하여 친수성의 액체가 잘리고 주변의 오일과 친수성 액체의 표면 장력에 의하여 잘린 친수성 액체는 구형을 유지하며 마이크로미터 크기의 액체 방울(즉 액적)을 형성한다.
이렇게 형성된 모노머 액적에서 화학적 경화에 의해 라디칼 반응이 촉진되어 친수성 액체 속으로 확산되어 친수성 액체 속에 녹아 있는 모노머(401)가 경화되어 고분자 입자로 형성되어 병원성 대장균(E. coli)가 캡슐화된 PEGDA 기반 하이드로젤 미세 비드(PEG-based hydrogel micro-bead)가 생성된다.
이 미세 비드는 IPTG(IsoPropyl-β-D-ThioGalactopyranoside) 도입(420) 후, GFP(Green Fluorescent Protein)(430) 및 RFP(Red Fluorescent Protein)(440)가 내부에서 효율적으로 표현된다. IPTG는 병원성 대장균(E. coli) 락토오스 오페론의 효소합성을 유도하는 유도물질이다.
따라서, 이러한 미세 비드를 이용하면, metagenome DNA library 구축이 가능하고, 대량의 숙주 미생물 클론으로부터 신속/간편하게 다양한 효소 유전자를 탐색할 수 있는 기법의 개발이 가능하게 된다.
또한, 이들은 대개 미생물 based assay에서 분리됨으로 쉽게 효소의 활성, 기질의 특이도 등 실제 산업적 유용 효소 개발에 유용한 정보를 동시에 분석이 가능함으로써 새로운 효소 발굴 실패부담을 줄이고 스크리닝 기간을 단축시키는데 기여할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유속과 액적의 크기에 대한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 유속이 빨라짐에 따라 액적의 크기는 반비례적으로 감소하게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노 입자(600)의 개략도이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노 입자(600) 형성에 이용되는 PNIPAM의 화학적 구조식이다.
도 8은 본 발명의 다른 일실시예로, 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli) 내부에 존재하는 단백질, 지질, 지방 등의 병원성 대장균(E. coli) 내부물질(cell extract)을 함유하는 모노머 비드(800) 내부에 다수의 금속 나노 입자(600)가 형성된 것을 도시한 것이다.
도 8에 도시된 병원성 대장균(E.coli) 내부물질(cell extract)을 함유하는 모노머 비드(800) 내부에 다수의 금속 나노 입자(600)를 형성하는 과정은 크게, 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질 전환된 병원성 대장균(E. coli)의 내부 물질(cell extract)(900)을 형성하고, 상기 병원성 대장균(E. coli )의 내부 물질(cell extract)(900)을 포함하는 미세 모노머 비드(800)를 이용하여, 금속 나노 입자(600)를 형성하는 과정으로 구성된다.
우선, 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli)의 내부 물질(cell extract)(900)을 형성하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
① DNA를 재조합하여 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli)을 배양한다
② 상기 병원성 대장균(E. coli)의 외벽을 파괴하여 병원성 대장균(E. coli) 내부에 존재하는 단백질, 지질, 지방 등의 내부 물질(cell extract)(900)을 외벽으로부터 추출하여 방출시킨다.
상기 병원성 대장균(E.coli)의 외벽을 파괴하는 방법으로는 (a)원심분리, 비등, 건조 등을 통한 기계적 방법, (b)화학적 용매를 이용한 화학적 방법, (c)리소자임과 같은 분해 효소를 이용한 효소적 방법이 등이 있다.
시료로 병원성 대장균(E. coli)의 내부 물질(cell extract)(900)을 이용하는 것은 생물체가 갖고 있는 다양한 기능을 인위적으로 모방하여 이용하려는 기술의 일종으로써, 생체의 기능을 다른 재료로 대처하려는 것뿐만 아니라, 생체의 기능을 철저히 모방할 수 있다.
즉, 병원성 대장균(E. coli)의 외벽을 파쇄하는 과정을 통해 병원성 대장균(E. coli) 내부의 단백질 및 기타 바이오 물질만을 이용할 수 있고, 이를 통해, 반드시 병원성 대장균(E. coli)이 살아가야 할 공간을 제공하지 않고도 PNIPAM의 내부에 병원성 대장균(E. coli) 내부 물질(cell extract)(900)을 놓게 됨으로써 병원성 대장균(E. coli)의 기능을 이용할 수도 있다.
다음으로, 상기 병원성 대장균(E. coli )의 내부 물질(cell extract)(900)을 포함하는 미세 모노머 비드(800)를 이용하여, 금속 나노 입자(600)를 형성하는 과정을 살펴본다.
③ 상기 병원성 대장균(E. coli )의 내부 물질(cell extract)(900), 물, 모노머를 혼합한 혼합 용액을 제조한다. 상기 모노머는 바람직하게 생분해성 고분자인 PNIPAM(Poly-N-IsoPropylAcrylaMide)일 수 있다.
상기 Poly-N-IsoPropylAcrylaMide(PNIPAM)의 화학적 특성을 기술하면 다음과 같다.
대표적으로 알려진 열 감응성 고분자이며 그 속이 비어 core-shell 형태를 가지며 현재 각광받고 있는 생체 적합성 폴리머 합성 재료중의 하나이다. 이 PNIPAM은 작용기의 개질이 손쉽고 내부의 미생물 또는 생체 물질을 온도에 따라서 방출할 수 있는 특성을 가지고 있어서 약물전달 또는 생체 물질 전달과 같은 다양한 분야에 적용되고 있다. 또한, 광중합 및 화학적 중합 방법에 적합한 고분자 물질로 고분자 입자로 형성하는 과정에서 내부에 빈 공간을 형성하고 미생물을 도입하여 처리하는 온도에 따라서 손쉽게 미생물을 내부에서 분리해낼 수 있다는 장점이 있다. 다만, 해당 물질을 사용하는 과정에서 도입되는 개시제 또는 농도에 따라서 세포 족성의 문제점을 야기할 수 있어서 사용 농도와 개시제 선택에 제한이 있다는 단점이 있기는 하다. 이러한 PNIPAM의 화학적 구조식을 보여주는 도면이 도 9에 도시된다.
④ 상기 ③단계에서 형성된 혼합 용액을 도 1에 도시된 초미세 유체칩(100)의 2개의 수용액 주입구(102,104)에 주입하고, 도 1에 도시된 초미세 유체칩(100)을 통해 상기 병원성 대장균(E. coli)의 내부 물질(cell extract)(900), 물 모노머를 혼합한 혼합 용액으로부터 다수의 액적이 생성된다. 바람직하게 상기 액적은 상기 2개의 수용액 주입구(102, 104)로부터 상기 혼합 용액이 교대로 배출되면서 생성된다. 그 외 액적 형성 과정은 상술한 바 자세한 설명은 생략한다.
⑤상기 다수의 액적을 경화(polymerization)하여 모노머 비드(800)를 제조한다. 이때, 상기 모노머 비드(800) 내부에는 병원성 대장균(E. coli)의 외벽을 파괴하여 얻은 병원성 대장균(E. coli) 내부에 존재하는 단백질, 지질, 지방 등의 내부 물질(cell extract)(900)이 포함되어 있다. 또한 상기 모노머 비드(800)의 외벽은 PNIPAM으로 형성되어 마치 세포막(cellular membrane)과 같은 막(membrane) 구조이다. 따라서, 금속 이온(500)은 상기 모노머 비드(800)의 외벽을 쉽게 통과할 수 있다.
상기 경화 방법으로는 통상적으로, 짧은 시간동안 상기 액적에 자외선을 조사하는 방법을 채택할 수 있으나, 이는 자외선을 조사하는 동안 세포성 물질에 해가 될 수도 있다. 따라서 자외선 조사보다는 화학적 경화 방법으로 모노머 비드(800)를 제조하는 것이 타당하다. 화학적 경화 방법으로 상기 모노머 비드(800)를 형성하기 위해서 오일과 계면활성제의 혼합물을 사용한다. 상기 계면활성제는 바람직하게 Abil-Em90이 타당하다. 또한 상기 계면활성제는 오일 무게의 10% 이하일 것이 바람직하다. 오일과 Abil-Em90의 혼합물을 사용하여 모노머 비드(800)를 형성하는 경우, 많은 수의 액적을 생성할 수 있으며, 경화 과정동안 분자 간 공간 배치의 안정성으로 인해 상기 모노머 비드가 서로 응집되는 것도 방지된다.
⑥상기 모노머 비드를 한 종류 이상의 금속 이온(500)이 포함된 용액에 넣어 상기 모노머 비드(800) 내부로 상기 금속 이온(500)이 유입되도록 한다.
바람직하게 상기 금속 이온(500)은 금(Au)이온, 셀레늄(Se) 이온, 카드뮴(Cd) 이온, 아연(Zn) 이온, 철(Re) 이온, 셀레늄(Se), 텔루리움(Te) 이온, 세슘(Cs) 이온, 구리(Cu) 이온, 납(Pb) 이온, 니켈(Ni) 이온, 망간(Mn) 이온, 수은(Hg) 이온, 코발트(Co) 이온, 크롬(Cr) 이온 등이 있다.
상술한 바와 같이 상기 모노머 비드(800)의 외벽은 세포막(cellular membrane)과 같은 겔(gel) 구조인바, 금속 이온(500)은 모노머 비드(800) 내부로 쉽게 유입된다.
⑦상기 모노머 비드(800) 내부로 유입된 한 종류 이상의 금속 이온(500)에 의해 한 종류 이상의 금속 나노 입자(600) 가 다수 개 생성된다.
① 내지 ⑦ 단계를 종합하여 설명하면, 계면활성제가 첨가된 오일과 상기 수용액의 모노머로 PNIPAM을 사용하여, 상기 액적을 제조함에 있어서 시료로 사용된 병원성 대장균(E.coli)의 외벽을 파쇄하고 병원성 대장균(E. coli) 내부에 있는 단백질 및 기타 바이오 물질이 상기 액적의 내부에 놓이게 된다. 상기 액적이 화학적 경화에 의해 PNIPAM 기반 미세 모노머 비드(800)가 제조될 수 있으며, 상기 미세 모노머 비드(800)를 한 종류 이상의 금속 이온(500)이 포함되어 있는 이온 액체에 도입하면 상기 금속 이온(500)이 제조된 상기 액적 내부로 도입되어 금속 나노 입자(600)가 생성될 수 있다.
도 10 내지 도 11은 상기 ① 내지 ⑦단계를 통해 생성된 금속 나노 입자(600)의 실시예를 도시한 것이다.
[실시예 1]
상기 ① 내지 ⑤ 단계를 통해, 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질 전환된 병원성 대장균(E.coli)의 내부 물질(cell extract)(900)이 포함된 모노머 비드(800)를 제조한다.
⑥ 상기 모노머 비드(800)를 iron (II) chloride tetrahydrate (FeCl2·4H2O) 10mM 용액속에 담지 하여 철(Fe) 이온이 상기 모노머 비드(800) 내부로 유입되도록 한다.
⑦ 상기 모노머 비드(800) 내부로 유입된 철(Fe) 이온에 의해 철(Fe) 나노 입자가 다수 개 생성된다.
상기 철 나노 입자의 TEM 사진을 도 10에 나타내었다.
[실시예 2]
상기 ① 내지 ⑤ 단계를 통해, 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질 전환된 병원성 대장균(E.coli)의 내부 물질(cell extract)(900)이 포함된 모노머 비드(800)를 제조한다.
⑥ 상기 모노머 비드(800)를 Gold (III) chloride trihydrate (HAuCl3·3H2O) 10mM 용액속에 담지 하여 금(Au) 이온이 상기 모노머 비드(800) 내부로 유입되도록 한다.
⑦ 상기 모노머 비드(800) 내부로 유입된 금(Au) 이온에 의해 금(Au) 나노 입자 가 다수 개 생성된다.
상기 금 나노 입자의 TEM 사진을 도 11에 나타내었다.
본 발명의 다른 실시예인, 병원성 대장균(E. coli) 내부에 존재하는 단백질, 지질, 지방 등의 내부 물질(cell extract)(900)을 함유하는 모노머 비드(800) 내부에 금속 나노 입자(600)를 제조함으로써, 미세 액적과 바이오 엔지니어링의 장점을 모두 취할 수 있다. 즉, 복잡하고 고가인 장비를 사용하지 않더라도 다양한 종류의 금속 나노 입자(600)들을 단시간 내에 다수 개 형성할 수 있다. 또한 크기와 체적이 균일한 다수개의 모노머 비드(800) 각각이 금속 나노 입자(600)를 함유한 화학적 반응기로 작용할 수 있다.
100: 초미세 유체칩
101, 103, 105 : 오일 주입구102, 104 : 수용액 주입구
101', 103' ,105' : 오일 채널102', 104' : 수용액 채널
110 : 액적 생성부120 : 액적 배출구
120' : 액적 배출 채널
200 : 토즐부210 : 액적
250 : 연결부
400 : 수용액401 : 모노머
402 : 시료
410a : 상부 PEGDA410b : 하부 PEGDA
420 : IPTG(IsoPropyl-β-D-ThioGalactopyranoside) 도입
430 : GFP(Green Fluorescent Protein)
440 : RFP(Red Fluorescent Protein)
500 : 금속 이온
600 : 금속 나노 입자
700 : 기재710 : PR(PhotoResist)층
720 : 상판
800: 모노머 비드
900: 병원성 대장균의 내부 물질

Claims (16)

  1. 오일을 주입하는 3개의 오일 주입구(101,103,105);
    물, 시료 및 모노머로 혼합된 수용액을 주입하는 2개의 수용액 주입구(102,104);
    상기 3개의 오일 주입구(101,103,105)와 2개의 수용액 주입구(102,104)에 각각 연결된 5개의 채널(101',102',103',104',105')을 하나로 연결시켜 고분자 기반 마이크로 액적을 생성하는 액적 생성부(110); 및
    액적 배출 채널(120')을 통하여 상기 액적 생성부(110)와 연결되어 생성된 고분자 기반 마이크로 액적을 배출하는 액적 배출구(120);
    를 포함하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노머는 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트(PEGDA: PolyEthylene Glycol Diacrylate) 또는 PNIPAM(Poly-N-IsoPropylAcrylaMide)인 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 및 2개의 수용액 주입구(102,104)에는 오일 및 수용액 공급을 위한 펌프 장치가 연결되며, 상기 펌프 장치의 펌핑 속도에 의해 상기 액적의 크기, 모양 및 양 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오일은 포도씨유, 올리브유, 콩기름, 캐놀라유를 포함하는 식용 오일 및 공업용 오일 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오일은 계면활성제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2개의 수용액 주입구(102,104)는 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 시료는 미생물인 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 시료는 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli)의 내부 물질(cell extract)인 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩(100).
  9. 3개의 오일 주입구(101,103,105)에 오일을 주입하는 오일 주입 단계;
    2개의 수용액 주입구(102,104)에 물, 시료 및 모노머로 혼합된 수용액을 주입하는 수용액 주입 단계;
    상기 3개의 오일 주입구(101,103,105)와 2개의 수용액 주입구(102,104)에 각각 연결된 5개의 채널(101',102',103',104',105')을 하나로 연결시키는 액적 생성부(110)에서 고분자 기반 마이크로 액적을 생성하는 액적 생성 단계 ; 및
    액적 배출 채널(120')을 통하여 상기 액적 생성부(110)와 연결된 액적 배출구(120)에서 생성된 고분자 기반 마이크로 액적을 배출하는 액적 배출 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모노머는 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트(PEGDA: PolyEthylene Glycol Diacrylate) 또는 PNIPAM(Poly-N-IsoPropylAcrylaMide)인 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
  11. 제 9 항 또는 제10항에 있어서,
    상기 오일은 계면활성제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 및 2개의 수용액 주입구(102,104)에는 오일 및 수용액 공급을 위한 펌프 장치가 연결되며, 상기 펌프 장치의 펌핑 속도에 의해 상기 액적의 크기, 모양 및 양 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 오일은 포도씨유, 올리브유, 콩기름, 캐놀라유를 포함하는 식용 오일 및 공업용 오일 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 2개의 수용액 주입구(102,104)는 상기 3개의 오일 주입구(101,103,105) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법은
    상기 모노머의 화학적 경화에 의해 상기 액적이 미세 모노머 비드(800)로 생성되는 미세 모노머 비드(800) 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 시료는 금속 흡착 단백질을 발현하는 유전자로 형질전환된 병원성 대장균(E. coli )의 내부 물질(cell extract)(900)이며,
    상기 미세 모노머 비드(800)를 적어도 한 종류 이상의 금속 이온이 포함되어 있는 액체에 도입함으로써 상기 액적 내부로 금속 이온이 도입되어 금속 나노 입자(600)가 생성되는 금속 나노 입자(600) 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법.
KR1020120031992A 2012-03-28 2012-03-28 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법 KR20130109876A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120031992A KR20130109876A (ko) 2012-03-28 2012-03-28 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120031992A KR20130109876A (ko) 2012-03-28 2012-03-28 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130109876A true KR20130109876A (ko) 2013-10-08

Family

ID=49632017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120031992A KR20130109876A (ko) 2012-03-28 2012-03-28 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130109876A (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105013544B (zh) * 2014-04-24 2016-11-23 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法
CN110241003A (zh) * 2019-05-30 2019-09-17 南方医科大学珠江医院 微流控装置及其使用方法、制备方法
CN110302726A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 苏州济研生物医药科技有限公司 一种基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备装置及方法
KR102227970B1 (ko) * 2019-11-26 2021-03-15 주식회사 바이오티엔에스 미세 액적 생성 장치
WO2021128113A1 (zh) * 2019-12-24 2021-07-01 苏州昊通仪器科技有限公司 一种高通量液滴微反应器检测系统及方法
KR20220138099A (ko) * 2021-04-05 2022-10-12 인제대학교 산학협력단 액적의 크기 제어가 가능한 능동형 액적 생성장치, 이를 이용한 액적 크기 제어방법 및 액적 생성 자가진단 장치

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105013544B (zh) * 2014-04-24 2016-11-23 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法
CN110241003A (zh) * 2019-05-30 2019-09-17 南方医科大学珠江医院 微流控装置及其使用方法、制备方法
CN110302726A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 苏州济研生物医药科技有限公司 一种基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备装置及方法
KR102227970B1 (ko) * 2019-11-26 2021-03-15 주식회사 바이오티엔에스 미세 액적 생성 장치
WO2021128113A1 (zh) * 2019-12-24 2021-07-01 苏州昊通仪器科技有限公司 一种高通量液滴微反应器检测系统及方法
KR20220138099A (ko) * 2021-04-05 2022-10-12 인제대학교 산학협력단 액적의 크기 제어가 가능한 능동형 액적 생성장치, 이를 이용한 액적 크기 제어방법 및 액적 생성 자가진단 장치
WO2022215817A1 (ko) * 2021-04-05 2022-10-13 인제대학교 산학협력단 액적의 크기 제어가 가능한 능동형 액적 생성장치, 이를 이용한 액적 크기 제어방법 및 액적 생성 자가진단 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kung et al. Microfluidic synthesis control technology and its application in drug delivery, bioimaging, biosensing, environmental analysis and cell analysis
CN108289797B (zh) 用于制备和使用凝胶微球的系统和方法
Dendukuri et al. The synthesis and assembly of polymeric microparticles using microfluidics
Choi et al. Recent advances in engineering microparticles and their nascent utilization in biomedical delivery and diagnostic applications
Samandari et al. One-step wettability patterning of PDMS microchannels for generation of monodisperse alginate microbeads by in Situ external gelation in double emulsion microdroplets
CN112275336B (zh) 一种多通道集成微流控芯片及其高通量制备单分散凝胶微球的方法
KR20130109876A (ko) 고분자 기반 마이크로 액적 제조 초미세 유체칩 및 이를 이용한 고분자 기반 마이크로 액적 제조 방법
Chen et al. Trends in droplet microfluidics: From droplet generation to biomedical applications
Lee et al. In vitro biosynthesis of metal nanoparticles in microdroplets
US20110223314A1 (en) Efficient microencapsulation
US20120000777A1 (en) Devices and methods for forming double emulsion droplet compositions and polymer particles
CN102014871A (zh) 乳液及其形成技术
Li et al. In-channel responsive surface wettability for reversible and multiform emulsion droplet preparation and applications
Suh et al. Using stop-flow lithography to produce opaque microparticles: Synthesis and modeling
Nan et al. Oil-mediated high-throughput generation and sorting of water-in-water droplets
Liu et al. Rapid, simple, and inexpensive spatial patterning of wettability in microfluidic devices for double emulsion generation
Kim et al. Discontinuous dewetting in a degassed mold for fabrication of homogeneous polymeric microparticles
Liao et al. Biocompatible fabrication of cell-laden calcium alginate microbeads using microfluidic double flow-focusing device
Luo et al. Structured microgels through microfluidic assembly and their biomedical applications
CN111195371A (zh) 一种微异型载细胞海藻酸凝胶及其制备方法和应用
Sahin et al. Flow lithography for structured microparticles: fundamentals, methods and applications
Steinacher et al. Monodisperse selectively permeable hydrogel capsules made from single emulsion drops
Castro et al. Continuous production of Janus and composite liquid marbles with tunable coverage
Shi et al. High throughput generation and trapping of individual agarose microgel using microfluidic approach
Samandari et al. Controlled self-assembly of microgels in microdroplets

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application