KR20150004047A

KR20150004047A - 바이오 칩

Info

Publication number: KR20150004047A
Application number: KR20130076986A
Authority: KR
Inventors: 이동우; 구보성
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-01-12

Abstract

본 발명은 제1 기판; 상기 제1 기판을 식각하여 형성되며, 격벽으로 분리되어 있는 복수의 웰; 상기 격벽에 형성되는 제1 체결부; 상기 웰에 대응하도록 복수의 관통홀이 형성되어 있는 제2 기판; 및 상기 제2 기판의 하부에 형성되어 상기 제1 체결부에 대응하도록 형성된 제2 체결부;를 포함하는 바이오 칩에 관한 것이다.

Description

바이오 칩{Bio chip}

본 발명은 배양액의 교환이 용이한 바이오 칩에 관한 것이다.

최근 인간의 각종 질병을 빠르게 진단하기 위한 바이오 의료장치 및 바이오 기술의 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 기존에 병원이나 연구소에서 장기간에 걸쳐 특정 질병에 대한 검사를 수행하던 것을 단시간에 검사 결과를 보여 줄 수 있는 바이오 센서 또는 바이오 칩에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.

바이오 센서 또는 바이오 칩에 대한 연구의 필요성은 병원뿐만 아니라 제약회사, 화장품 회사 등에서도 필요로 하는 기술이다. 제약 및 화장품 분야 등에서 특정 약물에 대한 세포의 반응을 검사하여 특정 약물의 유효성 및 안전성(독성)을 검증하는 방법이 사용되고 있는데, 기존 방식은 동물을 사용하거나 많은 양의 시약을 이용하여야 하므로 비용과 시간이 많이 드는 단점을 가지고 있다.

따라서, 비용 절감과 동시에 빠르고 정확한 진단이 가능한 바이오 센서 또는 바이오 칩의 개발이 요구되고 있다.

바이오 칩은 기판 위에 고정되는 바이오 물질의 종류에 따라 DNA 칩, 단백질 칩 및 세포 칩으로 나눌 수 있다. 초기에는 인간의 유전정보에 대한 이해와 맞물려 DNA 칩이 크게 부각되었으나 점차 생명활동의 근간이 되는 단백질과 이들의 결합체로서 생명체의 중추가 되는 세포에 대한 관심이 높아지면서 단백질 칩과 세포 칩이 새로운 관심거리도 대두되고 있다.

단백질 칩은 초기에 비선택적 흡착이라는 난제로 어려움이 있었으나 이에 대해 최근 여러 가지 주목할 만한 결과가 나타나고 있다.

세포 칩은 신약개발, 지노믹스(genomics), 단백질체학 등 다양한 분야로의 접근이 가능한 효과적인 매개체로써, 관심이 집중되고 있다.

이러한 바이오 칩의 경우, 세포 등의 대상 물질에 영양을 공급하거나 오염이 되는 것을 방지하기 위해서 특정 웰에 시료를 넣는 과정도 필요하지만, 특정 액체를 빼는 과정도 필요하다.

특히, 세포를 이용한 약물 효능 테스트에서는 배양액을 빼고, 테스트하고자 하는 약물을 주입하여야 한다.

하지만, 최근 고속 대용량 분석 시스템의 개발로 하나의 칩에 96 내지 1566개 이상의 웰이 형성되어 있어, 각각의 웰에 약물을 제거하는 것에 많은 시간이 소요된다.

이러한 시간 소요는 실험의 정확성을 감소시키는 큰 원인이 되므로, 신속하고 정확하게 웰의 약물을 제거하면서, 동시에 인접하는 웰이 오염되지 않도록 하는 방안이 필요한 실정이다.

하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은 용액 주입 장치에 관한 발명이 개시되어 있으나, 본 발명과 같이 복수의 관통홀이 형성된 기판을 이용하여 동시에 약물을 제거하는 장치에 대해서 개시하고 있지 아니하다.

한국공개특허공보 제2001-0039377호

본 발명은 복수의 웰에 존재하는 약물을 동시에 제거할 수 있는 바이오 칩을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩은 제1 기판; 상기 제1 기판을 식각하여 형성되며, 격벽으로 분리되어 있는 복수의 웰; 상기 격벽에 형성되는 제1 체결부; 상기 웰에 대응하도록 복수의 관통홀이 형성되어 있는 제2 기판; 및 상기 제2 기판의 하부에 형성되어 상기 제1 체결부에 대응하도록 형성된 제2 체결부;를 포함할 수 있다.

일 실시 형태에 있어서, 상기 제1 체결부의 형상은 凹자 또는 凸자 중 하나이고, 상기 제2 체결부의 형상은 凸자 또는 凹자 중 하나일 수 있다.

일 실시 형태에 있어서, 상기 웰 및 상기 관통홀의 표면에 친수성 물질이 형성될 수 있다.

일 실시 형태에 있어서, 상기 친수성 물질은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 또는 이들을 혼합한 물질 중 적어도 하나일 수 있다.

일 실시 형태에 있어서, 상기 제1 체결부의 표면 또는 상기 제2 체결부의 표면 중 적어도 하나에 소수성 물질이 형성될 수 있다.

일 실시 형태에 있어서, 상기 소수성 물질은 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리스티렌 또는 이들을 혼합한 물질 중 적어도 하나일 수 있다.

일 실시 형태에 있어서, 상기 관통홀의 직경은 0.5 mm 내지 3.5 mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩은 웰이 형성된 제1 기판과 관통홀이 형성된 제2 기판을 이용하여, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판이 결합된 상태에서 주입되었던 약물을 제거할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판이 결합된 상태에서 주입되었던 약물을 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 분리함으로써, 모세관 현상을 이용해 약물을 신속, 정확하게 제거할 수 있다.

또한, 상기 제1 기판의 제1 체결부와 상기 제2 기판의 제2 체결부가 서로 체결됨으로써 상기 웰에 형성되는 약물이 인접하는 웰로 흘러들어가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A`의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩의 작동 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A`의 개략적인 단면도이다.

도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩의 구조에 대해 살펴보면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩은 복수의 웰(11)이 형성되어 있는 제1 기판(10) 및 복수의 관통홀(21)이 형성되어 있는 제2 기판(20)으로 구성될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩은 제1 기판(10); 상기 제1 기판(10)을 식각하여 형성되며, 격벽으로 분리되어 있는 복수의 웰(11); 상기 격벽에 형성되는 제1 체결부(12); 상기 웰(11)에 대응하도록 복수의 관통홀(21)이 형성되어 있는 제2 기판(20); 및 상기 제2 기판(20)의 하부에 형성되어 상기 제1 체결부(12)에 대응하도록 형성된 제2 체결부(22);를 포함할 수 있다.

상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)은 체결 및 분리가 용이한 형태로 제작될 수 있다.

상기 웰(11)은 일정한 간격을 갖도록 설정하여 형성될 수 있다.

상기 웰(11)은 상기 제1 기판(10)을 일부를 제거하여 형성될 수 있고, 구체적으로 상기 웰(11)은 상기 제1 기판(10)의 일부를 식각하여 형성될 수 있다.

또한 상기 웰(11)은 상기 제1 기판(10)에 격벽을 세워 형성될 수도 있다.

상기 웰(11)에는 세포 배양 또는 특정 약물에 대한 반응성 시험을 하기 위한 생체 물질이 형성될 수 있다.

상기 생체 물질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, RNA, DNA 등의 핵산 배열, 펩타이드, 단백질, 지방질, 유기 또는 무기 화학분자, 바이러스 입자, 원핵 세포, 세포 소기관 등을 의미할 수 있다.

또한 상기 세포의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 미생물, 동식물 세포, 암세포, 신경세포, 혈관 내 세포, 면역 세포 등 일 수 있다.

상기 생체 물질은 생체 물질의 조직을 유지하고, 그 기능을 유지할 수 있는 분산 물질에 분산되어 상기 웰(11)의 바닥면에 형성될 수 있다.

기 분산 물질은 배양액, 특정 약물, 각종 수용액 등의 시약이 투과가 가능한 다공성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 분산 물질은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 졸-겔(sol-gel), 하이드로 겔, 알지네이트 겔(Alginate gel), 유기겔(Organogel) 또는 크세로겔(Xerogel), 젤라틴 또는 콜라겐 등일 수 있다.

생체 물질은 분산 물질에 분산되어 상기 웰(11)의 바닥면에 3차원 구조로 부착될 수 있다. 3차원 구조의 생체 물질은 보다 생체 환경과 유사하여 보다 정확한 테스트 결과를 얻을 수 있다.

상기 관통홀(21)은 상기 제2 기판(20)을 관통하도록 형성될 수 있다.

상기 관통홀(21)은 상기 제2 기판(20)에 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 체결 될 때에 상기 제1 기판(10)의 상기 웰(11)의 위치와 대응되도록 형성될 수 있다.

상기 관통홀(21)이 상기 웰(11)의 위치와 대응되도록 형성되었기 때문에, 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)이 체결되었을 때, 상기 웰(11)이 상기 관통홀(21)의 높이만큼 깊어진 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)을 체결한 경우에는 소정의 깊이를 갖는 웰로서 기능할 수 있다.

상기 웰(11) 및 상기 관통홀(21)의 표면에 친수성 물질이 형성될 수 있다.

상기 웰(11) 및 상기 관통홀(21)의 표면에 친수성 물질을 코팅하거나, 친수성 물질로 이루어진 층을 형성할 수 있다.

상기 웰(11) 및 상기 관통홀(21)의 표면에 친수성 물질을 형성함으로써, 약물 또는 배양액을 용이하게 주입할 수 있다.

특히, 상기 관통홀(21)의 표면에 친수성 물질이 형성되어 있는 경우, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)이 결합하여 형성된 소정의 깊이를 갖는 웰이 형성된 용액 중 상기 관통홀(21)의 높이에 대응하는 부분에 형성된 용액을 용이하게 제거할 수 있다.

즉, 상기 관통홀(21)의 표면에 친수성 물질을 형성시킴으로써, 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)을 분리할 때, 상기 관통홀(21)의 높이에 대응하는 부분에 형성되었던 약물 또는 배양액이 표면 장력 또는 미세관 효과에 의해 상기 웰에서 제거될 수 있다.

상기 친수성 물질은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 또는 이들을 혼합한 물질 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 관통홀(21)의 지름은 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)을 분리할 때, 상기 관통홀(21)의 대응하는 높이에 형성된 약물이 표면 장력 또는 모세관 현상에 의하여 상기 제2 기판(20)과 같이 분리될 수 있도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 관통홀(21)의 지름은 0.5 mm 내지 3.5 mm 일 수 있다.

상기 관통홀(21)의 지름이 0.5 mm 미만인 경우에는 상기 약물이 제거되는 양이 충분하지 않고, 상기 관통홀(21)의 지름이 3.5 mm를 초과하는 경우에는 상기 제2 기판(20)과 상기 제1 기판(10)을 분리할 때, 약물 또는 배양액이 상기 관통홀(21)에 부착되어 제거되지 않는다.

따라서, 상기 관통홀(21)의 지름이 0.5 mm 내지 3.5 mm인 경우에 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)이 결합하여 형성된 소정의 깊이를 갖는 웰에 형성된 약물 또는 배양액을 손쉽게 제거할 수 있다.

즉, 상기 제2 기판(20)을 제거함으로써 복수의 관통홀(21)에 부착된 약물 또는 배양액을 동시에 제거할 수 있어, 실험의 정확성을 향상시킬 수 있다.

상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)은 상기 제1 체결부(12)와 상기 제2 체결부(22)를 서로 체결함으로써, 서로 체결될 수 있다.

상기 제1 체결부(12)는 상기 복수의 웰(11)을 구분 짓는 격벽의 상부에 형성될 수 있다.

상기 제2 체결부(22)는 상기 제2 기판(20)의 하부에 상기 제1 체결부(12)와 대응하는 위치에 형성될 수 있다.

상기 제1 체결부(12)의 형상은 凹자 또는 凸자 중 하나이고, 상기 제2 체결부(22)의 형상은 凸자 또는 凹자 중 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제1 체결부(12)의 형상이 凹자인 경우에는 상기 제2 체결부(22)의 형상은 凸자일 수 있고, 상기 제1 체결부(12)의 형상이 凸자인 경우에는 상기 제2 체결부(22)의 형상은 凹자일 수 있다.

즉, 상기 제1 체결부(12)와 상기 제2 체결부(22)가 서로 맞물리는 형태로 형성될 수 있다.

상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)이 서로 결합한 상태에서 상기 웰(11) 및 상기 관통홀(21)에 약물이 주입되었을 때, 상기 제1 및 2 체결부(12, 22)는 상기 약물이 인접하는 웰(11)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 상기 제1 체결부(12)의 형상 및 제2 체결부(22)의 형상을 상기 제1 체결부(12)와 상기 제2 체결부(22)가 서로 체결할 때에 생기는 접촉하는 부분이 넓어지도록 함으로써 상기 약물이 인접하는 웰(11)로 유입되는 것을 방지하여 실험의 정확성을 향상시킬 수 있다.

상기 약물이 인접하는 웰(11)로 유입되는 것을 방지하는 효과를 극대화하기 위하여, 상기 제1 체결부(12)의 표면 또는 상기 제2 체결부(22)의 표면 중 적어도 하나에 소수성 물질이 형성될 수 있다.

상기 소수성 물질이 상기 제1 체결부(12)의 표면 또는 상기 제2 체결부(22)의 표면 중 적어도 하나에 형성됨으로써, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)이 결합하여, 상기 소정의 깊이를 갖는 웰에 약물 또는 배양액이 형성된 경우에도 상기 제1 및 2 체결부(12, 22)가 체결하고 있는 면을 통하여 상기 약물 또는 배양액이 유출되지 않도록 할 수 있다.

폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리스티렌 또는 이들을 혼합한 물질 중 적어도 하나일 수 있다.

도 3 및 4는 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩의 작동 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 바이오 칩의 작동 방법을 살펴보도록 한다.

먼저, 도 3에서 보는 바와 같이 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 체결하고, 상기 제1 기판(10)에 형성되어 있는 웰(11)의 바닥면에 생체 물질(C)를 부착 또는 형성한다.

다음으로, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)이 체결함으로써 제2 기판(20)의 관통홀(21)의 길이만큼 깊어진 소정의 길이를 갖는 웰에 배양액(L) 또는 약물(L)을 마이크로 피펫 등을 이용하여 형성한다.

이 때, 도 3에서 보는 바와 같이 제1 체결부(12)와 제2 체결부(22)가 서로 맞물림으로써 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)이 서로 체결된다.

또한, 상기 제1 체결부(12)와 상기 제2 체결부(22) 각각 凹자 또는 凸자 형상을 하고 있으므로, 유체가 유출되는 경로가 길어지게 된다.

따라서, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)이 체결함으로써 제2 기판(20)의 관통홀(21)의 길이만큼 깊어진 소정의 길이를 갖는 웰에 배양액(L) 또는 약물(L)이 형성되어 있는 경우에도, 상기 제1 체결부(12)와 상기 제2 체결부(22)에 의해 인접하는 웰로 배양액(L) 또는 약물(L)이 유입되는 것을 방지할수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하면, 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)을 분리함으로써 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)이 체결함으로써 제2 기판(20)의 관통홀(21)의 길이만큼 깊어진 소정의 길이를 갖는 웰에 형성된 배양액(L) 또는 약물(L)을 제거할 수 있다.

즉, 도 4에서 보는 바와 같이 상기 제2 기판(20)을 상기 제1 기판(10)에서 분리하는 경우에, 상기 관통홀(21)의 내부에 형성되어 있었던 배양액(L) 또는 약물(L)이 표면 장력 또는 모세관 현상에 의하여 상기 관통홀(21)에 의해 포획되어 상기 제2 기판(20)과 함께 상기 웰(11)에서 제거될 수 있다.

따라서, 복수의 웰(11)에 존재하는 배양액(L) 또는 약물(L)을 동시에 제거할 수 있어, 약물 제거 시간에 따라 발생할 수 있는 실험의 오차를 줄여 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 관통홀(21)에 의해 포획되어 있는 배양액(L) 또는 약물(L)은 상기 제2 기판(20)을 세척하는 것에 의해서 간단히 상기 관통홀(21)에서 제거될 수 있다.

본 발명은 상기 배양액(L) 또는 약물(L)을 제거하는 방법에만 사용될 수 있는 것은 아니며, 다양한 응용이 가능하다.

예를 들어, 2개의 바이오 칩을 준비하여 하나의 바이오 칩에는 생체 물질(C)과 배양액(L)을 형성시키고, 다른 하나의 바이오 칩에는 약물(L)을 형성시킨다.

그 뒤, 전술한 바이오 칩의 제2 기판(20)을 분리하여 배양액(L)을 제거하고, 후술한 바이오 칩의 제2 기판(20)을 분리하여 전술한 바이오 칩의 제1 기판(10)에 체결함으로써 약물(L)을 생체물질(C)이 형성된 웰(11)에 주입할 수 있다.

이 경우, 약물(L)은 각각 다른 약물이 주입되도록 할 수 있으며, 배양액(L)의 제거와 마찬가지로 약물(L)의 주입도 동시에 이루어질 수 있어 실험의 정확성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

10: 제1 기판 20: 제2 기판
11: 웰 21: 관통홀
12: 제1 체결부 22: 제2 체결부
13, 23: 친수성 물질
14, 24: 소수성 물질

Claims

제1 기판;
상기 제1 기판을 식각하여 형성되며, 격벽으로 분리되어 있는 복수의 웰;
상기 격벽에 형성되는 제1 체결부;
상기 웰에 대응하도록 복수의 관통홀이 형성되어 있는 제2 기판; 및
상기 제2 기판의 하부에 형성되어 상기 제1 체결부에 대응하도록 형성된 제2 체결부;를 포함하는 바이오 칩.
제1항에 있어서,
상기 제1 체결부의 형상은 凹자 또는 凸자 중 하나이고,
상기 제2 체결부의 형상은 凸자 또는 凹자 중 하나인 바이오 칩.
제1항에 있어서,
상기 웰 및 상기 관통홀의 표면에 친수성 물질이 형성되는 바이오 칩.
제3항에 있어서,
상기 친수성 물질은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 또는 이들을 혼합한 물질 중 적어도 하나인 바이오 칩.
제1항에 있어서,
상기 제1 체결부의 표면 또는 상기 제2 체결부의 표면 중 적어도 하나에 소수성 물질이 형성되는 바이오 칩.
제5항에 있어서,
상기 소수성 물질은 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리스티렌 또는 이들을 혼합한 물질 중 적어도 하나인 바이오 칩.
제1항에 있어서,
상기 관통홀의 직경은 0.5 mm 내지 3.5 mm인 바이오 칩.