KR20140122237A - 마이크로칩, 마이크로칩 장치 및 마이크로칩 제조 방법 - Google Patents

마이크로칩, 마이크로칩 장치 및 마이크로칩 제조 방법 Download PDF

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KR20140122237A
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요시아키 가토
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Abstract

분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩이 제공된다. 상기 마이크로칩은, 유로로서, 상기 유로를 통해 상기 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로; 및 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부를 포함한다. 마이크로칩 장치 및 마이크로칩을 제조하는 방법이 또한 제공된다.

Description

진공 마이크로칩{MICROCHIP UNDER VACUUM}
본 기술은 마이크로칩에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 기술은 마이크로칩에 배치된 영역(들) 내에 용액을 도입함으로써 용액에 포함되는 물질 또는 이 물질의 반응 생성물을 분석하기 위한 마이크로칩에 관한 것이다.
최근, 반도체 산업에서의 미세 가공 기술을 응용하여, 실리콘 또는 유리로 만든 기판 상에 화학적 분석 또는 생물학적 분석을 하기 위한 유로(channel) 또는 웰(well)을 설치한 마이크로칩이 개발되고 있다. 마이크로칩은 소량의 시료를 사용하여 분석을 하는데 이용될 수 있고, 디스포저블 유즈(1회용)가 가능하다. 따라서, 마이크로칩은 귀중한 미량의 시료 또는 다수의 검체를 취급하는 생물학적 분석에 특히 이용되고 있다.
마이크로칩의 이용의 한 예는 마이크로칩에 배치된 복수의 영역 내에 물질을 도입하고 이 물질, 또는 그 반응 생성물을 광학적으로 검출하는 광학 검출 시스템이다. 이러한 형태의 광학 검출 시스템은 마이크로칩의 유로 내에서 복수의 물질을 전기 영동에 의해 분리하고 이렇게 분리된 물질을 광학적으로 검출하는 전기 영동 시스템, 및 마이크로칩의 웰 내에서 복수의 물질 간의 반응을 진행시켜서 그 반응 생성물을 광학적으로 검출하는 반응 시스템(예를 들어, 핵산 증폭 시스템)을 포함한다.
마이크로칩을 사용하여 행한 분석은 다음과 같은 문제점을 갖는다. 시료가 미량 공급되기 때문에, 웰 또는 유로 내에 시료 용액을 도입하는 것이 어렵다. 또한, 웰 등의 내부에 존재하는 공기에 의해 시료 용액의 도입이 저해되거나 또는 도입에 시간이 많이 걸릴 수 있다. 게다가, 시료 용액의 도입 시에, 웰 등의 내부에 기포가 발생하여, 웰 등에 도입된 시료 용액의 양이 변동되고, 분석의 정밀도가 저하된다. 또한, 시료의 가열을 수반하는 분석에서, 웰 등의 내부에 잔존하는 기포가 팽창하여 시료 용액을 이동시키거나 또는 반응을 저해할 수 있다. 이는, 분석의 정밀도 및 효율을 저하시키게 된다.
마이크로칩에의 시료 용액의 도입을 용이하게 하기 위해서, 특허 문헌 1 은 "용액이 도입되는 영역의 내부가 대기압에 대하여 부압(negative pressure)으로 설정된 마이크로칩"을 개시하고 있다. 이 마이크로칩에서는, 내부가 부압으로 설정된 영역 내에 바늘을 사용하여 시료 용액을 주입함으로써, 부압에 의해 시료 용액을 영역 내에 흡인한다. 결과적으로, 도입이 용이하고 단시간에 이루어질 수 있다.
JP2011-163984A
전술한 마이크로칩이 대기 중에 장기간 보관될 때, 마이크로칩의 내부에 공기가 침투하여 마이크로칩의 내부와 외부 사이의 압력 차가 감소한다. 이러한 경우에, 시료 용액의 도입을 위한 충분한 흡인력이 상실될 수 있다. 따라서, 본 기술은 마이크로칩 내부의 압력을 시료 용액의 도입 전에 확인가능한 마이크로칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 기술에 따르면,
내부가 대기압에 대하여 부압으로 설정된 영역, 및 상기 영역 내부의 기압 상태를 제시하는 압력 표시부를 포함하는 마이크로칩이 제공된다.
상기 영역은 바람직하게는, 탄성 변형에 기초한 자기 밀봉(self-sealing)성을 갖는 기판층을 포함한다.
또한, 상기 압력 표시부는 상기 기판층을 포함할 수 있다.
상기 압력 표시부는 기체가 봉입되어 외부 압력의 변화에 따라 팽창 또는 수축하는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력 표시부는 가스 및/또는 습도 변화에 의해 색이 변화하는 재료를 가질 수 있다.
상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 설치될 수 있다.
또한, 상기 마이크로칩은 상기 영역 내부에 가해진 열의 이력을 제시하는 열 이력 표시부를 포함할 수 있다.
본 기술에 따르면, 분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩이 제공된다. 상기 마이크로칩은, 유로로서, 상기 유로를 통해 상기 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로; 및 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부를 포함한다. 마이크로칩 장치 및 마이크로칩을 제조하는 방법이 또한 제공된다.
본 기술에 따르면, 마이크로칩 내부의 압력 상태를 육안으로 볼 수 있는 표시부를 구비한 마이크로칩이 제공된다.
도 1은 본 기술의 제1 실시 형태에 따른 마이크로칩(1a)의 구성을 설명하기 위한 모식도.
도 2는 마이크로칩(1a)에서의 시료 용액의 도입 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 마이크로칩(1a)의 압력 표시부(5)에서의 압력의 상태 표시 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 기술의 제2 실시 형태에 따른 마이크로칩(1b)의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 5는 본 기술의 제3 실시 형태에 따른 마이크로칩(1c)의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 6은 본 기술의 제4 실시 형태에 따른 마이크로칩(1d)의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 7은 마이크로칩(1d)의 변형 실시 형태의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 8은 마이크로칩(1d)의 열 이력 표시부(6)에서의 열 이력의 표시 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 9는 마이크로칩(1d)의 열 이력 표시부(6)에서의 실시간으로 열 이력을 표시하는 방법을 설명하기 위한 모식도.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 적합한 실시 형태들에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태들은 본 기술의 대표적인 실시 형태들을 나타낸 것이며, 이 실시 형태들에 의해 본 기술의 범위가 좁게 해석되어서는 안된다. 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태에 따른 마이크로칩
(1) 마이크로칩(1a)의 구성
(2) 마이크로칩(1a)에의 시료 용액의 도입 방법
(3) 마이크로칩(1a)의 압력 표시부(5)에서의 표시 방법
2. 제2 실시 형태에 따른 마이크로칩
(1) 마이크로칩(1b)의 구성
(2) 마이크로칩(1b)의 압력 표시부(5)에서의 표시 방법
3. 제3 실시 형태에 따른 마이크로칩
4. 제4 실시 형태에 따른 마이크로칩
(1) 마이크로칩(1d)의 구성
(2) 마이크로칩(1e)의 구성
(3) 열 이력 표시부(6)에서의 표시 방법
1. 제1 실시 형태에 따른 마이크로칩
(1) 마이크로칩(1a)의 구성
도 1은 본 기술의 제1 실시 형태에 따른 마이크로칩(1a)의 구성을 설명하는 모식도이다. 도 1의 A는 상면 모식도이며, 도 1의 B는 도 1의 A의 P-P 단면에 대응하는 단면 모식도이다.
도 1의 A에 도시한 바와 같이, 마이크로칩(1a)에는 시료 용액에 포함되는 물질 또는 이 물질의 반응 생성물의 분석장(analysis site)으로서 기능하는 웰(41, 42, 43, 44, 및 45)이 배치되어 있다. 각 웰은 유로(31, 32, 33, 34, 또는 35)를 통하여 도입부(2)와 연통한다. 또한, 마이크로칩(1a)에는 기체 봉입체(51)가 수용된 압력 표시부(5)가 설치되어 있다. 또한, 이하의 마이크로칩(1a)의 설명에서는, 유로(31)를 통해 시료 용액이 공급되는 5개의 웰을 모두 웰(41)이라고 한다. 마찬가지로, 유로(32, 33, 34, 및 35)를 통해 각각 시료 용액을 공급받는 5개의 웰의 집합을 웰(42, 43, 44, 및 45)이라고 한다.
본 실시 형태에 따른 마이크로칩(1a)에 도입하는 시료 용액이란 분석 대상물 또는 다른 물질과 반응해서 분석 대상물을 생성하는 물질을 포함하는 용액을 말한다. 분석 대상물의 예는 DNA, RNA 등의 핵산, 펩티드, 및 항체를 포함한 단백질을 포함한다. 또한, 혈액 등의 분석 대상물을 포함한 생체 시료 자체 또는 그 희석 용액을 마이크로칩(1a)에 도입될 시료 용액으로서 사용할 수 있다. 또한, 마이크로칩(1a)을 사용하는 분석 기술의 예는 온도 사이클을 실시하는 종래의 PCR(polymerase chain reaction)법 또는 온도 사이클을 수반하지 않는 각종 등온 증폭법 등의 핵산 증폭 반응을 이용하는 그런 분석 기술들을 포함한다.
마이크로칩(1a)은 3개의 기판층(11, 12, 및 13)으로 구성된다(도 1의 B 참조). 도 1의 B의 단면 모식도에 예시되는 바와 같이, 기판층(12)에는 전술한 도입부(2), 유로(31, 32, 33, 34, 및 35), 및 웰(41, 42, 43, 44, 및 45)이 설치되어 있다. 시료 용액이 흐르게 되는 이들 영역을 "반응 영역 R"이라고 한다.
또한, 기판층(12)은 압력 표시부(5)를 구비한다. 본 기술에 따른 마이크로칩에서의 압력 표시부(5)란 반응 영역 R의 기압의 변화를 반영하는 변화를 나타내는 검출 부재 등과 이 검출 부재 등을 수용하는 용기 또는 이 검출 부재 등을 내포하는 재료의 조합을 말한다. 압력 표시부(5)의 구성에 대해서는 하기 (2)에서 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에 따른 마이크로칩(1a)에서는, 검출 부재로서 기체 봉입체(51)가 사용되고, 기판층(12)의 일부가 기체 봉입체(51)를 수용하는 용기로서 구성되어 있다. 마이크로칩(1a)에서, 반응 영역 R과 압력 표시부(5)는 서로 연통하지 않고, 마이크로칩(1a) 내에 독립해서 설치되어 있다.
기판층(13)에는 시료 용액을 마이크로칩(1a)에 도입하기 위한 도입구(21)가 설치되어 있다. 한편, 기판층(11)의 도입구(21)와 대향하는 면에는 개구 부분이 설치되어 있지 않다. 그러므로, 마이크로칩(1a)의 반응 영역 R은 외부와 연통하지 않는다.
기판층(11, 12, 및 13)을 위한 재료로서, 유리 및 각종 플라스틱류가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 기판층(11)은 탄성 재료로 형성되고, 기판층(12 및 13)은 각각 가스 불투과성 재료로 형성된다. 기판층(11)을 폴리디메틸실록산(PDMS) 등의 탄성 재료로 형성함으로써, 후술하는 시료 용액 도입 방법에 의해 시료 용액을 용이하게 도입부(2) 내에 도입할 수 있다. 한편, 기판층(12 및 13)을 각각 폴리카르보네이트(PC) 등의 가스 불투과성 재료로 형성함으로써, 웰(41, 42, 43, 44, 및 45) 내에 도입된 시료 용액이 가열 하에서 기화될 때 기판층(11)을 투과해서 소실(누액)하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 기술에 따른 마이크로칩(1a)의 각 웰에 유지된 물질을 광학적으로 분석하는 경우에, 각 기판층의 재료는 자가 형광이 적게 나타나고 파장 분산이 적게 나타나서, 광학 오차가 적게 발생하는 광투과성인 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
기판층을 위한 탄성 재료의 예는 폴리디메틸실록산(PDMS) 등의 실리콘계 엘라스토머뿐만 아니라 아크릴계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머, 불소계 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 에폭시계 엘라스토머, 및 천연 고무를 포함한다.
기판층을 형성하기 위해 채택될 수 있는 가스 불투과성 재료의 예는 유리, 플라스틱류, 금속류, 및 세라믹류를 포함한다. 플라스틱류의 예는 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트; 아크릴 수지), PC(폴리카르보네이트), PS(폴리스티렌), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), 디에틸렌 글리콜 비스아릴 카보네이트, SAN 수지(스티렌-아크릴로니트릴 공중합체), MS 수지(MMA-스티렌 공중합체), TPX(폴리(4-메틸펜텐-1)), 폴리올레핀, SiMA(실록사닐 메타크릴레이트 단량체)-MMA 공중합체, SiMA-불소 함유 단량체 공중합체, 실리콘 마크로머(A)-HFBuMA(헵타플루오로부틸 메타크릴레이트)-MMA 3원 공중합체, 및 이치환 폴리아세틸렌계 중합체를 포함한다. 금속류의 예는 알루미늄, 구리, 스테인리스 강(SUS), 규소, 티타늄, 및 텅스텐을 포함한다. 세라믹류의 예는 알루미나(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 산화 티타늄(TiO2), 산화 지르코니아(ZrO2), 및 석영을 포함한다.
기판층(12)에의 도입부(2), 유로(31, 32, 33, 34, 및 35) 및 웰(41, 42, 43, 44, 및 45)의 성형은 공지의 기술에 의해 행해질 수 있다. 공지의 방법은 예를 들어, 유리제 기판층의 습식 에칭 또는 건식 에칭, 또는 플라스틱제 기판층의 나노임프린트, 사출 성형, 또는 절삭 가공일 수 있다. 또한, 도입부(2) 등은 기판층(11)에 성형될 수 있다.
기판층(11, 12, 및 13)의 적층(lamination)은 열 융착, 접착제, 양극 접합, 점착 시트를 사용한 접합, 플라즈마 활성화 접합, 및 초음파 접합 등의 공지의 방법에 의해 행해질 수 있다. 또한, 기판층(11, 12, 및 13)의 적층을 대기압에 대하여 부압 하에서 행함으로써, 반응 영역 R 내부의 압력을 대기압에 대하여 부압(예를 들어 1/100 기압)으로 설정할 수 있다. 기판층(11)에 PDMS 등의 탄성과 가스 투과성의 재료를 사용하는 경우에, 기판층(11 및 12)의 적층을 부압(진공) 하에 놓으면, 반응 영역 R의 공기가 기판층(11)을 투과하여 배출되므로, 반응 영역 R의 내부를 대기압에 대하여 부압(진공)으로 설정할 수 있다. 또한, 마이크로칩(1a)에서는, 기체 봉입체(51)를 수용하는 압력 표시부(5)의 내부도 반응 영역 R과 마찬가지로, 대기압에 대하여 부압으로 설정할 수 있다.
(2) 마이크로칩(1a)에의 시료 용액의 도입 방법
마이크로칩(1a)에서 탄성 재료로 형성되는 기판층(11)을 사용하는 경우에, 예를 들어, 그 선단에 바늘 등을 장착할 수 있는 시린지(syringe) 등을 사용하여 시료 용액을 마이크로칩(1a) 내에 도입할 수 있다. 도 2의 A 및 도 2의 B는 도 1의 B에 도시한 도입부(2) 부근을 확대하여, 마이크로칩(1a)에의 시료 용액의 도입 방법을 도시한 도면이다.
시료 용액의 도입에는, 우선, 시료 용액이 봉입된 시린지에 장착된 바늘 N의 선단을 도입구(21)를 지나서 기판층(11)에 통과시킨다(도 2의 A 참조). 바늘 N의 일부가 도입부(2)에 도달하면, 마이크로칩(1a)의 내부와 마이크로칩(1a)의 외부(시린지의 내부) 사이의 압력차에 의해 시린지 내의 시료 용액은 바늘 N의 관공을 통과하고 도입부(2)에 흡인된다. 이렇게 도입부(2)에 도입된 시료 용액은 유로(33)를 통하여 흐르고, 분석장으로서 기능하는 웰(43)에 도달한다(웰(43)은 도시하지 않음). 이와 같이, 반응 영역 R의 내부가 대기압에 대하여 부압으로 설정되고, 관통 가능한 재료로 형성되는 기판층에 의해 밀봉됨으로써, 시료 용액을 용이하게 마이크로칩(1a) 내에 도입할 수 있다.
시료 용액의 도입 후에, 바늘 N을 마이크로칩(1a)으로부터 뺀다(도 2의 B의 화살표 Y 참조). 이때, 기판층(11)이 탄성 변형에 기초한 자기 밀봉성을 갖는 재료로 형성되어 있으면, 바늘 N으로 뚫어서 기판층(11)에 설치한 관통 구멍 P는 기판층(11)의 탄성 변형에 의해 자연스럽게 밀봉되도록 할 수 있다. 본 기술에서는, 기판층(11)의 탄성 변형에 의한 관통 구멍 P의 자연 밀봉을 기판층의 "자기 밀봉성"이라고 정의한다. 이렇게 관통 구멍 P가 밀봉됨으로써, 마이크로칩(1a)의 반응 영역 R에의 공기의 혼입이 방지된다.
(3) 마이크로칩(1a)의 압력 표시부(5)에서의 표시 방법
상술한 바와 같이, 예를 들어 기판층(11, 12, 및 13)을 부압 하에서 적층함으로써, 마이크로칩(1a)의 내부를 대기압에 대하여 부압으로 설정할 수 있다. 그러나, 관통시켜 시료 용액을 도입하는 등의 이유로, 가스 불투과성 재료로 형성되는 기판층(12 및 13)으로 마이크로칩(1a)의 외면 전체를 덮는 것이 어려우므로, 도입구(21) 및 측면 S에서, 기판층(11)이 외부에 노출된다(도 1의 B 참조). 그러므로, 제작된 마이크로칩(1a)을 대기압 하에 보관하면, 기판층(11)을 통하여 공기가 마이크로칩(1a)의 반응 영역 R에 침투하고, 시간이 경과함에 따라 마이크로칩(1a) 내부의 기압이 상승하여, 시료 용액의 도입을 위한 충분한 흡인력이 얻는 것이 불가능하게 된다. 이 점에 비추어서, 이러한 반응 영역 R 내부의 기압의 이러한 변화를 반영하여, 기압 상태를 제시하는 압력 표시부(5)가 마이크로칩(1a)에 설치되어 있다. 이하, 도 3의 A 및 도 3의 B를 참조하면서, 압력 표시부(5)에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3의 A 및 도 3의 B는 마이크로칩(1a)의 상면 모식도이다. 도 3의 A는 마이크로칩(1a) 내의 반응 영역 R이 대기압에 대하여 부압으로 설정될 때의 압력 표시부(5)의 상태를 도시한다. 압력 표시부(5) 내에는 반응 영역 R 내부의 기압의 변화를 반영하여 변화하는 검출 부재로서 기체 봉입체(51)가 수용되어 있다. 기체 봉입체(51)란 공기 또는 질소 등의 기체가 천연 고무 또는 합성 고무 등의 탄성 부재에 봉입되어 있는 것이다. 또한, 기체 봉입체(51)의 일부는 압력 표시부 저면(52)(도 1의 B 참조))에 고정될 수 있다. 기체 봉입체(51)에는 반응 영역 R이 대기압에 대하여 부압으로 있는 상태에서 기체 봉입체(51)가 압력 표시부 저면(52)을 덮기 위해 충분한 체적이 되도록 기체가 봉입되어 있다.
도 3의 B는 마이크로칩(1a)의 반응 영역 R에 공기가 침투하고 반응 영역 R내부의 기압이 대기압에 가까워진 상태를 도시한다. 반응 영역 R에의 공기의 침투는 기판층(11)을 통하여 일어난다. 그러므로, 도 1의 B에 도시한 바와 같이 일부가 기판층(11)으로 밀봉된 압력 표시부(5) 내에도, 반응 영역 R 내의 침투와 마찬가지로, 공기가 침투한다. 압력 표시부(5)에 공기가 침투하면, 기체 봉입체(51)의 주위의 기압이 상승한다. 그러므로, 반응 영역 R 및 압력 표시부(5)가 각각 대기압에 대하여 부압인 상태에서는, 압력 표시부 저면(52)을 덮고 있었던 기체 봉입체(51)는, 기체 봉입체(51) 내부와 주위 간의 압력차에 따라, 기체 봉입체(51) 내부에 봉입된 기체의 체적이 감소하므로, 수축한다(도 3의 B 참조). 이 기체 봉입체(51)의 수축은 압력 표시부(5) 내의 기압의 변화를 반영한다. 반응 영역 R과 압력 표시부(5)는 모두 공기 투과성 기판층(11)을 적어도 일부에 포함하도록 구성된다. 그러므로, 기체 봉입체(51)의 체적 감소는 압력 표시부(5)와 같이, 기판층(11)을 통하여 침투한 공기에 의한 반응 영역 R 내부의 기압의 변화도 반영한다.
마이크로칩(1a)을 구성하는 기판층(11, 12, 및 13)이 각각 광 투과성 재료로 형성되는 경우에, 마이크로칩(1a)의 외부로부터 압력 표시부(5)에 수용된 기체 봉입체(51)와 압력 표시부 저면(52)을 시각적으로 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 B에 도시한 바와 같이, 압력 표시부 저면(52)에 기준선(53)을 미리 그려 둔다. 도 3의 A에 도시한 바와 같이, 반응 영역 R이 대기압에 대하여 부압이며 마이크로칩(1a)의 내부와 외부 사이에 시료 용액의 도입을 위한 충분한 압력차가 있는 상태에서 기체 봉입체(51)로 덮여 있기 때문에, 기준선(53)을 시각적으로 확인할 수 없다. 한편, 도 3의 B에 도시한 바와 같이, 반응 영역 R 내부의 기압이 시료 용액의 도입에 부적절한 상태까지 상승해서 기체 봉입체(51)가 수축하면, 기준선(53)이 나타난다. 이와 같이, 마이크로칩(1a) 내의 압력 표시부(5)에 의해 반응 영역 R 내부의 기압의 변화가 반영되고, 반응 영역 R의 기압 상태가 제시된다. 압력 표시부(5)에 의해 표시되는 기압 상태란, 바꾸어 말하면, 마이크로칩(1a)의 반응 영역 R 내부의 부압의 유지도이다.
기준선(53)을 압력 표시부 저면(52)에 설치하는 방법은 한정적이 아니며, 다른 방법이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 기체 봉입체(51)에 착색을 실시하고 기체 봉입체(51)의 체적을 시각적으로 확인하여, 반응 영역 R 내부의 기압의 표시 또는 추정으로서 확인된 체적을 사용할 수 있다. 또한, 압력 표시부 저면(52)에 "사용 불가" 등의 문자를 인쇄하여, 기준선(53) 대신에 사용할 수 있다. 압력 표시부 저면(52)에 그려지는 기준선(53) 또는 문자의 크기 및 위치, 또는 기체 봉입체(51)의 체적의 척도는 미리 반응 영역 R 내부의 기압과 기체 봉입체(51)의 체적 간의 상관(correlation)을 산출함으로써 정할 수 있다.
마이크로칩(1a)에서 압력 표시부(5)를 설치할 위치는 도 1의 A 및 도 1의 B에 도시하는 위치에 한정되지 않는다. 압력 표시부(5)는 마이크로칩(1a) 내에 설치되고 그 적어도 한 면이 기판층(11)과 같이, 탄성 재료로 형성되는 기판층으로 구성되어 있으면 충분하다. 반응 영역 R에의 공기의 투과 경로인 기판층(11)을 압력 표시부(5)에도 설치하기 때문에, 압력 표시부(5)에 침투하는 공기의 양이 반응 영역 R에 침투하는 공기의 양과 근사하다. 그러므로, 압력 표시부(5)에서의 기체 봉입체(51)의 체적 변화는 반응 영역 R의 기압을 반영한다.
또한, 마이크로칩(1a)에 설치된 압력 표시부(5)는 반응 영역 R에 공기가 침투해서 그 내부와 외부 간의 압력차가 감소된 마이크로칩(1a)을 부압 하에서 보관하고, 다시, 시료 용액의 도입이 가능한 상태까지 탈기시키도록 하는 경우에도, 반응 영역 R 내부의 기압을 판단하는 척도로서 사용할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 마이크로칩(1a)에서, 반응 영역 R과 마찬가지로, 적어도 한 면이 탄성 기판층으로 구성된 압력 표시부(5)가 설치됨으로써, 반응 영역 R에 공기가 침투해서 발생한 압력의 변화와 근사한 변화가 압력 표시부(5)에서도 발생하는 것이 보장된다. 그러므로, 압력 표시부(5)는 반응 영역 R 내부의 기압 상태를 반영하여, 압력 표시부(5)에 의해 영역 R 내부의 기압 상태를 시각적으로 확인할 수 있다. 마이크로칩(1a)에서는, 압력 표시부(5)에 의해 용이하게 반응 영역 R 내부의 기압을 알 수 있으므로, 마이크로칩(1a)이 분석을 하기에 적당한지 판단할 수 있다. 시료 용액의 도입 전에 마이크로칩(1a)의 상태를 확인할 수 있기 때문에, 귀중한 시료를 잘못해서 소비하는 것이 방지된다.
2. 제2 실시 형태에 따른 마이크로칩
(1) 마이크로칩(1b)의 구성
도 4는 본 기술의 제2 실시 형태에 따른 마이크로칩(1b)의 구성을 설명하는 단면 모식도이다. 마이크로칩(1b)은 압력 표시부(5)가 설치되는 위치 및 압력 표시부(5)에 수용되는 검출 부재를 제외하고, 제1 실시 형태의 구성과 동일한 구성이다. 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 상기에서 사용된 것과 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 또한, 마이크로칩(1b)을 구성하는 기판층(11, 12, 및 13)의 재료는, 동일한 참조 부호가 부여된 마이크로칩(1a)의 기판층의 것과 동일하다.
마이크로칩(1b)에서의 압력 표시부(5)는 기판층(13)에 설치되고, 마이크로칩(1b)의 외면을 구성한다. 압력 표시부(5)에는 상기 제1 실시 형태에서 설명한 기체 봉입체(51) 대신에, 검출 재료(54)가 수용되어 있다. 검출 재료(54)는 산소 등의 가스와의 반응을 통하여 또는 습도에 따라 색이 변화하는 재료이다. 예를 들어, 검출 재료(54)로서는, 산화할 때 색을 바꾸는 류코 염료 및 습기 흡수를 통해 변색되는 실리카 겔 등이 사용될 수 있다. 또한, 이들 검출 재료(54)는 합성 수지 등에 이겨 넣어서(kneaded) 마이크로칩(1b) 외면에 고착될 수 있거나, 또는 필름 등에 도포되어 마이크로칩(1b) 외면에 접착될 수 있다. 또는, 공기 투과성 및 광 투과성의 합성 수지제 등으로 이루어진 용기에 검출 재료(54)가 포함될 수 있고, 그 용기가 마이크로칩(1b) 외면에 고착될 수 있다.
(2) 마이크로칩(1b)의 압력 표시부(5)에서의 표시 방법
예를 들어, 대기압에 대하여 부압 하에서 기판층(11, 12, 및 13)을 적층시킴으로써, 마이크로칩(1b)은 반응 영역 R이 대기압에 대하여 부압으로 설정되도록 구성된다. 이 상태에 있는 마이크로칩(1b)이 금속 등의 재료로 형성되는 보존 용기에 유지될 때, 반응 영역 R의 기밀성(airtightness)을 쉽게 유지할 수 있다. 그러나, 보존 용기를 대기 하에 두면, 보존 용기에의 공기의 침투가 서서히 진행하므로, 마이크로칩(1b)의 내부에도 곧 공기가 침투한다. 이 점에 비추어서, 마이크로칩(1b)에는 보존 용기 내에 침투하는 공기 또는 습기를 감지하는 압력 표시부(5)가 설치되어 있다. 검출 재료(54)를 사용하여 마이크로칩(1b)의 반응 영역 R 내부의 기압의 변화를 반영하여, 기압 상태를 제시하는 압력 표시부(5)에서의 표시 방법에 대해서 이하 설명한다. 이하의 설명은 산화 환원 색소를 검출 재료(54)로서 사용하는 예시적인 경우에 기초하여 이루어진다.
산화 환원 색소는 산화 반응이 이루어지면 색을 바꾸는 색소를 포함한다. 그러므로, 공기가 보존 용기 내에 침투하여 압력 표시부(5)에 도달하면, 검출 재료(54)에 포함되는 산화 환원 색소가 변색된다. 한편, 산화 환원 색소는 역시 환원제를 포함한다. 이것에 의해, 탈기 상태에서, 색소의 산화 반응이 정지하고, 내재하는 환원제의 작용에 의해, 색소는 환원된 상태에 대응하는 색을 나타낸다. 검출 재료(54)는 압력 표시부(5)에 수용되고, 검출 재료(54)의 색 변화를 마이크로칩(1b)의 외부로부터 시각적으로 확인할 수 있다. 그러므로, 마이크로칩(1b)을 보존 용기로부터 추출한 시점에서 압력 표시부(5)에서의 색의 변화를 확인하여, 마이크로칩 내부의 기압의 변화를 판단하는 것이 가능하다.
마이크로칩(1b)의 압력 표시부(5)는 제1 실시 형태에 설치된 압력 표시부(5)와 다르게, 마이크로칩(1b)의 외부 공기와 반응해서 변화한다. 그러나, 마이크로칩(1b)은 보존 용기에 보관되기 때문에, 마이크로칩(1b)의 내부에 침투하는 공기는 우선 보존 용기 내에 침투한 공기이다. 보존 용기 내에서의 공기의 검출은 마이크로칩(1b)의 반응 영역 R 내에의 공기의 침투를 반영한다. 검출 재료(54)에서의 색의 변화와 마이크로칩(1b)의 반응 영역 R 내부의 기압 간의 상관을 미리 산출한다. 이것에 의해 마이크로칩(1b)의 압력 표시부(5)는 반응 영역 R 내부의 기압의 변화를 반영하고, 반응 영역 R의 기압 상태를 제시할 수 있는 것이 보장된다. 또한, 압력 표시부(5)에 산화 환원 색소를 사용해서 "사용 불가" 등의 문자를 인쇄하여 설치할 수 있다. 이와 같은 방법에 의해, 예를 들어, 색의 변화 대신에 문자의 출현에 의해, 반응 영역 R 내부의 부압의 유지도를 압력 표시부(5)에 제시할 수 있다.
전술한 압력 표시부(5)가 설치되는 마이크로칩(1b)에서의 위치는 도 4에 도시하는 위치에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 압력 표시부(5)는, 기판층(12 및 13)과 같이, 마이크로칩의 외면을 구성하는 기판층 내에 또는 그 위에 마이크로칩(1b)의 외부에 노출되는 상태로 되도록 설치된다. 이러한 위치에 압력 표시부(5)를 설치함으로써, 압력 표시부(5)가 마이크로칩(1b)이 수용되어 있는 보존 용기 내에의 공기의 침투를 검출하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에 따른 마이크로칩(1b)이 보존 용기에 보관된 후 보존 용기로부터 추출된 시점에서, 압력 표시부(5)가 반응 영역 R 내부의 압력이 시료 용액을 도입가능한 정도로 대기압에 대하여 부압인지를 판단하는 것이 가능하다. 따라서, 마이크로칩(1b) 내부의 부압의 유지도를 시료 용액 도입 전에 확인할 수 있으므로, 귀중한 시료를 잘못해서 소비하는 것이 방지될 수 있다.
3. 제3 실시 형태에 따른 마이크로칩
도 5는 본 기술의 제3 실시 형태에 따른 마이크로칩(1c)의 구성을 설명하는 단면 모식도이다. 마이크로칩(1c)은 압력 표시부(5)가 설치되는 위치를 제외하고, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 구성과 동일한 구성이다. 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 상기에서 사용된 것과 동일한 참조 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다. 또한, 마이크로칩(1c)을 구성하는 기판층(11, 12, 및 13)의 재료는, 동일한 참조 부호가 부여된 마이크로칩(1a)의 기판층의 것과 동일하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 마이크로칩(1c)에서 압력 표시부(5)는 2개의 위치에 설치되어 있다. 압력 표시부(5) 중 하나는 탄성인 기판층(11)과 마이크로칩(1c)의 외면을 구성하는 기판층(12) 사이에 위치한다. 즉, 이 압력 표시부(5)는 상기 제1 실시 형태에서 설명한 압력 표시부(5)와 동일 위치에 설치되어 있다. 이렇게 마이크로칩(1c) 내부에 설치된 압력 표시부(5)에는, 검출 재료(54)가 포함되어 있고, 상기 제2 실시 형태에서 설명한 압력 표시부(5)의 검출 재료(54)와 같이, 공기와 반응하여 색이 변화한다.
한편, 압력 표시부(5) 중 다른 하나는 기판층(13)에 설치되고, 마이크로칩(1c)의 외면을 구성한다. 즉, 이 압력 표시부(5)는 상기 제2 실시 형태에서 설명한 압력 표시부(5)와 동일한 위치에 설치되어 있다. 이 압력 표시부(5)에는 기체 봉입체(51)가 수용되어 있다. 제1 실시 형태에서 설명한 압력 표시부(5)와 마찬가지로, 기체 봉입체(51)의 체적은 주위의 압력 변화에 따라서 변화한다.
2개의 위치의 압력 표시부(5)에 수용되어 압력의 변화 또는 공기를 감지하는 부재 및 재료는 도 5에 도시하는 조합에 한정되지 않고; 부재 및 재료는 모두 기체 봉입체(51)일 수 있거나, 모두 검출 재료(54)일 수 있다. 또한, 마이크로칩(1c)의 외부에 설치되는 압력 표시부(5)에 검출 재료(54)를 포함하고, 마이크로칩(1c) 내부에 설치되는 압력 표시부(5)에 기체 봉입체(51)를 수용하는 구성이 채택될 수 있다.
2개의 압력 표시부(5)가 설치되는 위치는 마이크로칩(1c)에서, 도 5에 도시하는 위치에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 이 위치들은 제1 실시 형태와 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 마이크로칩(1c)의 내부 및 외부에 압력 표시부(5)가 설치되는 위치들이다. 또한, 본 실시 형태에서의 마이크로칩(1c)에서, 설치되는 압력 표시부(5)의 수는 한정되지 않는다.
본 실시 형태에 따른 마이크로칩(1c)에서, 내부와 외부의 2개의 위치에 압력 표시부(5)가 설치된다. 이것에 의해, 마이크로칩(1c)을 대기 하에 보관한 경우와 마이크로칩(1c)을 보존 용기 내에 보관한 경우 모두에, 시료 용액의 도입 전에 반응 영역 R 내부의 기압이 시료 용액의 도입을 위한 충분한 범위에 있는지를 용이하게 판단할 수 있다.
4. 제4 실시 형태에 따른 마이크로칩
(1) 마이크로칩(1d)의 구성
도 6은 본 기술의 제4 실시 형태에 따른 마이크로칩(1d)의 구성을 설명하는 단면 모식도이다. 마이크로칩(1d)은 열 이력 표시부(6)가 설치되어 있는 것을 제외하고, 제1 실시 형태의 구성과 동일한 구성이다. 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 상기에서 사용된 것과 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 또한, 마이크로칩(1d)을 구성하는 기판층(11, 12, 및 13)의 재료는, 동일한 참조 부호가 부여된 마이크로칩(1a)의 기판층의 것과 동일하다.
도 6에 도시한 바와 같이, 마이크로칩(1d)의 열 이력 표시부(6)는 기판층(13)에 설치되고, 마이크로칩(1d)의 외면을 구성한다. 열 이력 표시부(6)는 가열 또는 냉각 등의 온도 변화를 검출하는 검출 재료(61)를 갖는다. 온도 변화를 감지하는 재료의 예는 후술하는, 산화 환원 반응에 의해 변색가능한 류코 염료를 포함한다. 기타의 예는 금속염의 열분해, 금속 착염의 결정 전이, 및 액정의 분자 배향의 변화를 포함한다. 이것들은 온도 변화에 따라 색을 바꾸므로, 검출 재료(61)로서 이용할 수 있다.
검출 재료(61)는 합성 수지 등으로 이루어지는 용기에 수용되고, 마이크로칩(1d)의 외면에 설치될 수 있다. 또는, 검출 재료는 다른 재료에 이겨 넣어지거나 또는 필름 등의 표면에 도포되고 나서, 마이크로칩(1d)의 표면에 설치될 수 있다. 또한, 검출 재료(61)는 잉크젯 방식을 사용해서 마이크로칩(1d)의 외면에 설치될 수 있다.
마이크로칩(1d)을 PCR 등의 가열 수순을 수반하는 분석에 사용한 경우에, 열 이력 표시부(6)에서 검출 재료(61)에 포함되는 색소 등이 변색되어, 마이크로칩(1d)이 가열 상태로 놓여 있었던 열 이력이 표시된다. 마이크로칩(1d)을 가열하는 경우에, 마이크로칩(1d) 내부에 설치된 웰(43) 등을 균일하게 가열하기 위해서, 마이크로칩(1d)을 기판층(11, 12, 및 13)에 대하여 수직인 방향으로부터 유지하여 가열하는 가열 시스템이 사용될 수 있다. 이 경우에, 열 이력 표시부(6)와 가열 시스템은 서로 접촉한다. 가열 시스템의 열 이력 표시부(6)와 접촉하는 면에 요철(rugged pattern)을 형성한 히터를 설치하면, 요철의 볼록부만이 열 이력 표시부(6)와 접촉한다. 결과적으로, 볼록부가 접촉하는 열 이력 표시부(6)의 부분만의 색상이 변화한다. 이와 같이, 가열 시스템의 히터를 이용하여, 열 이력 표시부(6)에 문자, 숫자, 기호 등의 캐릭터, 심볼, 일차원 또는 이차원의 바코드 심볼, 모양 등을 설치할 수 있다.
마이크로칩(1d)에 설치되는 열 이력 표시부(6)의 수는 한정되지 않는다. 복수의 열 이력 표시부(6)를 마이크로칩(1d)의 표면의 다른 위치에 설치하여, 마이크로칩(1d)의 가열이 균일하게 행해지는지를 확인하는 것이 가능하다.
(2) 마이크로칩(1e)의 구성
도 7은 마이크로칩(1d)의 변형 실시 형태인 마이크로칩(1e)의 구성을 설명하는 단면 모식도이다. 마이크로칩(1e)은 열 이력 표시부(6)가 설치되는 위치를 제외하고, 마이크로칩(1d)과 동일한 구성이다. 마이크로칩(1d)과 동일한 구성에 대해서는 상기에서 사용된 것과 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 또한, 마이크로칩(1e)을 구성하는 기판층(11, 12, 및 13)의 재료는, 동일한 참조 부호가 부여된 마이크로칩(1a)의 기판층의 것과 동일하다.
도 7에 도시하는 마이크로칩(1e)에서, 열 이력 표시부(6)는 마이크로칩(1d) 내에 도입된 시료 용액의 분석장으로서 기능하는 웰이 설치되는 것과 동일한 기판층(12)에 설치되어 있다. 열 이력 표시부(6)는 가열 또는 냉각 등의 온도 변화에 따라서 색을 바꾸는 류코 염료 등의 검출 재료(61)를 갖는다. 기판층(12)의 일부는 검출 재료(61)를 수용하는 용기로서 구성되어 있다. 그러므로, 마이크로칩(1e)에서의 열 이력 표시부(6)는 웰(43) 등의 분석장의 온도 변화를 반영하여, 열 이력을 표시할 수 있다.
열 이력 표시부(6)가 설치되는 위치는 도 7에 도시하는 위치에 한정되지 않는다. 그러나, 바람직하게는, 열 이력 표시부(6)는 시료 용액에 포함되는 분석 대상물의 분석장으로서 기능하는 웰(43) 등이 설치되는 것과 동일한 기판층(12)에 웰(43)에 근접하여 설치된다. 또한, 본 기술에서 열 이력이란 가열의 유무, 가열의 횟수 등의 열 이력뿐만 아니라 실시간의 마이크로칩(1e)의 온도 상태를 포함하는 것으로 정의된다.
마이크로칩(1e)에 설치된 열 이력 표시부(6)에 포함되는 검출 재료(61)는 응답 온도가 상이한 복수의 색소일 수 있고, 복수의 색소는 열 이력 표시부(6) 내에 배열될 수 있거나 또는 서로 혼합될 수 있다. 검출 재료(61)를 마이크로캡슐화하면, 다종의 검출 재료(61)를 혼합하기가 쉬워진다. 예를 들어, 5℃ 이상의 온도에서 색상이 적색으로 변화하는 색소와 40℃ 이상의 온도에서 색상이 흑색으로 변화하는 색소를 서로 혼합할 수 있다. 이것에 의해, 열 이력 표시부(6)가 저온에 보존되어 있을 시에는 무색이므로, 마이크로칩(1e)의 보존 상태를 확인할 수 있다. 열 이력 표시부(6)가 적색이 되면, 마이크로칩(1e)이 실온에 도달한 것을 확인할 수 있다. 또한, 마이크로칩(1e)을 가열 시스템에 가하고 열 이력 표시부(6)가 흑색으로 변화할 때, 마이크로칩(1e)의 온도가 상승한 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 분석을 위해서 마이크로칩(1e)을 60℃로 가열하는 공정이 사용되는 경우에, 검출 재료(61)로서 설치되는 색소의 응답 온도를 실온으로부터 60℃까지의 범위에서 설계하여 제조한다. 이것에 의해, 마이크로칩(1e)이 가열되었는지가 불분명한 경우에도, 그 색소의 색으로부터 마이크로칩(1e)이 사용 완료된 것임을 육안으로 판별할 수 있다.
열 이력 표시부(6)에서의 검출 재료(61)의 색 변화는 육안으로 판단할 수 있다. 또한, 광학적 분석 시스템에 구비되어 있는 분광 광도계 등을 사용하여 색상의 변화를 수치화하여, 온도값 또는 "사용 완료" 등의 단어로 변환해서 표시할 수 있는 다른 구성이 채택될 수 있다.
(3) 열 이력 표시부(6)에서의 표시 방법
마이크로칩(1d) 또는 그 변형 실시 형태인 마이크로칩(1e)의 열 이력 표시부(6)에서 내부의 온도 변화를 감지해서 열 이력을 제시하는 방법에 대해서 류코 염료 L을 예로 하여 도 8 및 도 9를 참조하면서, 이후 상세하게 설명한다. 도 8 및 도 9는 열 이력 표시부(6)에 포함되어 있는 검출 재료(61)를 모식적으로 도시한다.
류코 염료 L은 산화할 때 색상이 변화한다. 그러므로, 류코 염료 L을 산화시키기 위한 약제를 현색제 D로서, 류코 염료 L과 함께 사용한다. 도 8의 A는 마이크로칩(1d, 1e)의 가열 전의 상태를 도시한다. 류코 염료 L과 현색제 D는 고체화된 상태에 있는 상 전이(phase transition) 재료 B(바인더)에 포함되어 분산된 상태로 유지되어 있다. 도 8의 B는 마이크로칩(1d, 1e)의 가열 후의 상태를 도시한다. 가열에 의해 상 전이 재료 B가 상 전이 온도에 달하면, 상 전이가 일어나고; 특히 고체 상태이었던 상 전이 재료 B는 융해된다. 결과적으로, 상 전이 재료 B에 포함되어 있는 류코 염료 L과 현색제 D가 서로 결합되는 것이 용이하게 된다. 현색제 D와의 결합에 의해, 류코 염료 L은 산화되어, 색상이 바뀐다. 도 8의 C는 도 8의 B에서의 가열 후에 마이크로칩(1d, 1e)이 다시 상온까지 냉각된 상태를 도시한다. 상 전이 재료 B는 다시 고체화되어, 류코 염료 L과 현색제 D의 서로로부터의 분리를 방해하여, 류코 염료 L의 색상은 가열 시의 것과 동일해진다.
도 8의 A 내지 도 8의 C에 도시한 바와 같이, 류코 염료 L을 포함하는 재료를 열 이력 표시부(6)에 수용함으로써, 마이크로칩(1d, 1e)이 사용 후의 것인지 여부를, 가열 시와 가열 후에 확인할 수 있다.
류코 염료 L의 예는 크리스탈 바이올렛([4-{비스(4-디메틸아미노페닐)메틸렌}-2,5-시클로 헥사디엔-1-일리덴]디메틸암모늄 클로라이드)을 포함한다. 크리스탈 바이올렛은 고체 산성 물질에 의해 락톤 환이 끊어져, 프로톤화되어, 무색으로부터 자색으로 변화한다. 락톤 환을 갖는 여타 류코 염료는 페놀프탈레인 및 티몰프탈레인을 포함한다. 페놀프탈레인은 중성에서 무색 및 알칼리성에서 적색을 나타내고, 티몰프탈레인은 중성에서 무색 및 알칼리성에서 청색을 나타낸다.
또한, 현색제 D의 예는 류코 염료를 발색시키는 고체 산성 물질을 포함한다. 현색제 D의 특정한 예는 비스페놀 A(2,2-비스(p-히드록시페닐)프로판)을 포함한다. 상 전이 재료 B의 예는 디부틸 페놀(2,6-디-tert-부틸페놀)을 포함한다.
상 전이 재료 B 등은 마이크로칩(1d, 1e)이 사용되는 방법에 따라, 적절한 상 전이 온도를 갖는 것으로부터 선택하면 충분하다. 상 전이 재료 B의 예는 디부틸 페놀(2,6-디-tert-부틸페놀)을 포함한다. 상 전이 재료 B의 상 전이 온도는 구성 재료의 선택에 의해 바꿀 수 있다. 상 전이 재료 B는 상 전이 온도 이상에서 융해되기 때문에, 검출 재료(61)의 응답 온도를 제어할 수 있다. 특히, 상 전이 재료 B의 종류를 선택함으로써, 류코 염료 L과 현색제 D를 상호 결합한 상태에서 고체화시키거나, 분산한(상호 분리된) 상태에서 고체화시킬 수 있다.
예를 들어, 디부틸 페놀을 융해한 상태로 환원 상태의 크리스탈 바이올렛과 비스페놀 A를 분산시켜서 혼입한 후, 그 결과의 혼합물을 기판 상에 도포하고, 혼합물을 냉각하여 고체화시키는 방법으로 검출 재료(61)에 사용되는 색소를 제조할 수 있다. 디부틸 페놀은 융점이 35 내지 38℃이기 때문에, 40℃까지 가열되면 제조한 고체화물은 융해된다. 그럼으로써, 크리스탈 바이올렛과 비스페놀 A가 상호 작용하고, 크리스탈 바이올렛은 산화되어, 발색한다. 이 장치를 냉각하면 크리스탈 바이올렛은 산화 상태가 유지되어, 발색된 색이 보존된다.
도 8의 D는 류코 염료 L과 현색제 D가 미리 함께 결합되어 있는 상태의 검출 재료(61)를 도시한다. 도 8의 E는 마이크로칩(1d, 1e)의 가열 후의 상태를 도시한다. 가열에 의해 상 전이 재료 B가 상 전이 온도에 달하면, 상 전이가 일어나고; 특히, 고체 상태이었던 상 전이 재료 B는 융해된다. 상 전이 재료 B가 류코 염료 L과 현색제 D가 결합한 상태에서 고체화되어 있는 경우에, 가열에 의해 류코 염료 L과 현색제 D는 서로로부터 분리하기 쉬워진다. 분리하면, 현색제 D의 작용은 약해지고, 류코 염료 L은 환원 상태로 된다. 가열 후 냉각되면, 류코 염료 L과 현색제 D가 가열 시와 유사한 상태에서 고정되므로, 류코 염료 L의 발색되지 않는 상태가 유지된다(도 8의 F).
한편, 상 전이 재료 B의 상 전이 온도보다도 융점이 높은 현색제 D를 사용하여, 류코 염료 L의 색상의 변화를 가역적으로 표시하는 것도 가능하다. 도 9의 A는 마이크로칩(1d, 1e)의 가열 전의 상태를 도시한다. 류코 염료 L과 결정화된 현색제 D는 고체화된 상태에 있는 상 전이 재료 B에 포함되고, 분산된 상태로 유지된다. 도 9의 B는 마이크로칩(1d, 1e)의 가열 후의 상태를 도시한다. 현색제 D의 융점까지 온도가 상승하면, 고체 상태이었던 상 전이 재료 B는 융해되고, 결정화되어 있던 현색제 D도 융해되어, 류코 염료 L과 결합 가능하게 된다. 결과적으로, 류코 염료 L은 산화되어서 색상이 바뀐다. 도 9의 C는 도 9의 B에서의 가열 후에 마이크로칩(1d)이 다시 상온까지 냉각된 상태를 도시한다. 냉각 과정에서, 우선 현색제 D가 재결정화되고, 류코 염료 L과의 상호 작용이 상실되어, 류코 염료 L의 색상은 다시 변화한다. 그 후, 상 전이 재료 B가 고체화된다.
상 전이 재료 B로서, 예를 들어, 장쇄 알킬기와 같은 소수성의 잔기를 결합시킨 셀룰로오스를 사용할 수 있다. 상 전이 재료 B를 상 전이 온도에서 친수성 상태와 소수성 상태 간에서 전이시킬 수 있다. 상 전이 온도보다 고온 시에, 상 전이 재료 B가 융해되어, 셀룰로오스가 느슨해지고, 류코 염료 L과 현색제 D를 위한 친수적인 환경이 되어, 색이 변화한다. 저온 시에는, 셀룰로오스가 결정화하여, 그 소수성 잔기의 작용 하에 상 전이 재료 B 내는 소수적인 환경이 된다. 이 때, 류코 염료 L과 현색제 D 간의 상호 작용이 상실되어, 색이 가역적으로 변화한다.
검출 재료(61)를 소색제 Q와 혼합함으로써, 색을 가역적으로 변화시키는 것도 가능하다. 도 9의 D에 도시한 바와 같이, 상 전이 재료 B의 상 전이 온도보다 저온 시에 류코 염료 L과 현색제 D를 결합시켜 둔다. 상 전이 온도보다 고온 시에, 분산 상태에 있는 소색제 Q가 류코 염료 L과 현색제 D를 분산시키어, 색을 변화시킨다(도 9의 E). 그 다음에, 온도가 다시 상 전이 온도보다 저온으로 설정될 때, 소색제 Q가 결정화되므로, 류코 염료 L과 현색제 D가 다시 서로 재결합되고, 색이 가역적으로 변화한다(도 9의 F). 소색제 Q의 공지된 예는 아조메틴 결합을 갖는 유기물(R-CH=N-R', 여기서 R 및 R'는 각종 유기기)를 포함한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 가역적으로 색상이 변화할 수 있는 류코 염료 L을 포함하는 재료를 열 이력 표시부(6)에 수용할 때, 마이크로칩(1d, 1e) 내부의 온도 변화를 실시간으로 시각적으로 확인할 수도 있다.
열 이력 표시부(6)의 색 변화를 유도하기 위해, 가열 이외에, 예를 들어 가열 시스템에 의해 마이크로칩(1d, 1e)에 가해지는 압력을 사용할 수 있다. 예를 들어, 류코 염료가 봉입된 마이크로캡슐과 현색제 D가 봉입된 마이크로캡슐을 나란히 배치한 열 이력 표시부(6)를 마이크로칩(1d)의 외면에 설치한다. 이 경우에, 압력이 가해져서, 열 이력 표시부(6) 내의 2종의 마이크로캡슐이 깨져, 류코 염료 L과 현색제 D가 서로 혼합되고, 색의 변화가 발생한다.
본 실시 형태에 따른 마이크로칩(1d)과 그 변형 실시 형태인 마이크로칩(1e)에서, 전술한 마이크로칩 내의 압력의 변화 외에 열 이력을 확인하는 것이 가능하다. 기판층 등을 가공해서 제작되는 마이크로칩은 미세한 내부 구조를 갖기 때문에, 마이크로칩에 도입된 시료 용액 등을 육안으로 보기는 곤란하다. 마이크로칩(1d, 1e)에서, 열 이력 표시부(6)가 존재함으로써, 마이크로칩이 사용 완료된 것인지의 여부를 용이하게 판단할 수 있다. 또한, 웰(43) 등이 설치된 것과 동일한 기판층에 열 이력부(6)를 설치하는 경우에, 분석장의 온도 변화를 실시간으로 확인하는 것도 가능하다.
또한, 열 이력 표시부(6)는 내부를 대기압에 대하여 부압으로 설정한 마이크로칩에의 설치에 한정되지 않는다. 열 이력 표시부(6)는 마이크로칩 내부의 압력과 마이크로칩 외부의 압력이 동일하도록 마이크로칩에 설치될 수 있다.
본 기술은, 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1) 내부가 대기압에 대하여 부압으로 설정된 영역, 및 상기 영역 내부의 기압 상태를 제시하는 압력 표시부를 포함하는, 마이크로칩.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 영역은 탄성 변형에 기초한 자기 밀봉성을 갖는 기판층을 포함하는, 마이크로칩.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 기판층을 포함하는, 마이크로칩.
(4) 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 표시부는 기체가 봉입되어 외부 압력의 변화에 따라 팽창 또는 수축하는 탄성 부재를 포함하는, 마이크로칩.
(5) 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 표시부는 가스 및/또는 습도 변화에 의해 색이 변화하는 재료를 갖는, 마이크로칩.
(6) 상기 (1) 또는 상기 (2)에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 설치되어 있는, 마이크로칩.
(7) 상기 (1) 내지 상기 (6) 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영역 내부에 가해진 열의 이력을 제시하는 열 이력 표시부를 포함하는, 마이크로칩.
(8) 분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩으로서,
유로로서, 상기 유로를 통해 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로; 및
상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부
를 포함하는, 마이크로칩.
(9) 상기 (8)에 있어서, 상기 마이크로칩에의 상기 시료 용액의 도입을 가능하게 하도록 구성된 자기 밀봉 재료를 포함하는 기판층을 더 포함하는, 마이크로칩.
(10) 상기 (9)에 있어서, 상기 압력 표시부의 적어도 일부는 상기 자기 밀봉 재료와 접촉하는, 마이크로칩.
(11) 상기 (10)에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
(12) 상기 (9)에 있어서, 상기 압력 표시부 및 상기 유로를 포함하는 제2 기판층을 더 포함하는, 마이크로칩.
(13) 상기 (8)에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 압력 수준의 변화와 관련된 가스 또는 습도를 검출하는 재료를 포함하는, 마이크로칩.
(14) 상기 (8)에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 압력 수준의 변화에 응답하도록 구성된 탄성 재료를 포함하는, 마이크로칩.
(15) 상기 (14)에 있어서, 기준선을 더 포함하는, 마이크로칩.
(16) 상기 (15)에 있어서, 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 복수의 압력 표시부를 더 포함하는, 마이크로칩.
(17) 상기 (16)에 있어서, 제1 압력 표시부가 상기 압력 수준의 변화에 응답하도록 구성된 탄성 재료를 포함하고, 제2 압력 표시부가 상기 압력 수준의 변화와 관련된 가스 또는 습도를 검출하도록 구성된, 마이크로칩.
(18) 상기 (17)에 있어서, 상기 제1 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되고 상기 제2 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 배치되는, 마이크로칩.
(19) 상기 (17)에 있어서, 상기 제1 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 배치되고 상기 제2 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
(20) 상기 (8)에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면 및 외면 중 적어도 하나에 배치되는, 마이크로칩.
(21) 상기 (8)에 있어서, 상기 마이크로칩과 관련된 온도 변화를 검출하도록 구성된 열 이력 표시부를 더 포함하는, 마이크로칩.
(22) 상기 (21)에 있어서, 상기 열 이력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
(23) 상기 (22)에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
(24) 상기 (21)에 있어서, 상기 열 이력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 배치되는, 마이크로칩.
(25) 상기 (8)에 있어서, 상기 유로와 연통하는 웰을 더 포함하고, 상기 웰은 분석장으로서 기능하도록 구성되는, 마이크로칩.
(26) 상기 (25)에 있어서, 하나 이상의 웰과 연통하는 복수의 유로를 더 포함하는, 마이크로칩.
(27) 분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩을 포함하는 마이크로칩 장치로서, 상기 마이크로칩은, 유로로서, 상기 유로를 통해 상기 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로; 및 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부를 포함하는, 마이크로칩 장치.
(28) 분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은, 유로로서, 상기 유로를 통해 상기 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로를 포함하는 마이크로칩, 및 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부를 포함하는 마이크로칩을 제공하는 단계를 포함하는, 마이크로칩을 제조하는 방법.
산업상 이용가능성
본 기술에 관한 마이크로칩에 의하면, 시료 용액의 도입 전에 마이크로칩 내부의 압력 상태를 용이하게 확인할 수 있다. 따라서, 본 기술에 관한 마이크로칩은 핵산 증폭 반응 등, 미량 시료를 사용해서 가열 수순을 포함하는 분석 등에 적절하게 사용될 수 있다.
B: 상 전이 재료, D: 현색제, L: 류코 염료, N: 바늘, P: 관통 구멍, Q: 소색제, R: 반응 영역, S: 측면, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e: 마이크로칩, 11, 12, 13: 기판층, 2: 도입부, 21: 도입구, 31, 32, 33, 34, 35: 유로, 41, 42, 43, 44, 45: 웰, 5: 압력 표시부, 51: 기체 봉입체, 52: 압력 표시부 저면, 53: 기준선, 54: 검출 재료, 6: 열 이력 표시부, 61: 검출 재료

Claims (21)

  1. 분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩으로서,
    유로(channel)로서, 상기 유로를 통해 상기 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로; 및
    상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부
    를 포함하는, 마이크로칩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로칩에의 상기 시료 용액의 도입을 가능하게 하도록 구성된 자기 밀봉(self-sealing) 재료를 포함하는 기판층을 더 포함하는, 마이크로칩.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압력 표시부의 적어도 일부는 상기 자기 밀봉 재료와 접촉하는, 마이크로칩.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
  5. 제2항에 있어서, 상기 압력 표시부 및 상기 유로를 포함하는 제2 기판층을 더 포함하는, 마이크로칩.
  6. 제1항에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 압력 수준의 변화와 관련된 가스 또는 습도를 검출하는 재료를 포함하는, 마이크로칩.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 압력 수준의 변화에 응답하도록 구성된 탄성 재료를 포함하는, 마이크로칩.
  8. 제7항에 있어서, 기준선을 더 포함하는, 마이크로칩.
  9. 제1항에 있어서, 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 복수의 압력 표시부를 더 포함하는, 마이크로칩.
  10. 제9항에 있어서, 제1 압력 표시부가 상기 압력 수준의 변화에 응답하도록 구성된 탄성 재료를 포함하고, 제2 압력 표시부가 상기 압력 수준의 변화와 관련된 가스 또는 습도를 검출하도록 구성된, 마이크로칩.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되고, 상기 제2 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 배치되는, 마이크로칩.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 배치되고, 상기 제2 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
  13. 제1항에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면 및 외면 중 적어도 하나에 배치되는, 마이크로칩.
  14. 제1항에 있어서, 상기 마이크로칩과 관련된 온도 변화를 검출하도록 구성된 열 이력 표시부를 더 포함하는, 마이크로칩.
  15. 제14항에 있어서, 상기 열 이력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
  16. 제15항에 있어서, 상기 압력 표시부는 상기 마이크로칩의 내면에 배치되는, 마이크로칩.
  17. 제14항에 있어서, 상기 열 이력 표시부는 상기 마이크로칩의 외면에 배치되는, 마이크로칩.
  18. 제1항에 있어서, 상기 유로와 연통하는 웰(well)을 더 포함하고, 상기 웰은 분석장(analysis site)으로서 기능하도록 구성되는, 마이크로칩.
  19. 제18항에 있어서, 하나 이상의 웰과 연통하는 복수의 유로를 더 포함하는, 마이크로칩.
  20. 분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩을 포함하는 마이크로칩 장치로서,
    상기 마이크로칩은,
    유로로서, 상기 유로를 통해 상기 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로, 및 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부를 포함하는, 마이크로칩 장치.
  21. 분석용 시료 용액을 포함하도록 구성된 마이크로칩을 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    유로로서, 상기 유로를 통해 상기 시료 용액의 흐름을 가능하게 하도록 대기압보다 낮은 압력 수준으로 유지되는 유로, 및 상기 압력 수준의 변화를 검출하도록 구성된 압력 표시부를 포함하는 마이크로칩을 제공하는 단계를 포함하는, 마이크로칩을 제조하는 방법.
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