KR20180005090A - 분석 시료의 검출을 위한 랩온어 칩 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 랩온어 칩 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성된 미세유체 채널층; 및 상기 미세유체 채널층 상에 형성된 상부 기판; 을 포함하고, 상기 미세유체 채널층은 양면 접착소재를 포함하고, 그 두께가 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 미만일 수 있다. 본 발명은, 미세유체 내에 존재하는 분석물질을 민감하고 신속하게 검출하고, 양면접착 방식을 이용하여 랩온어 칩의 제작 속도를 높이고, 생산 단가를 낮출 수 있다.
Description
본 발명은, 분석 시료의 검출을 위한 랩온어 칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
진단법에 있어 가장 널리 사용하고 있는 방법 중 하나는 면역크로마토그래피법(Immunochromatographic assay)으로 니트로셀룰로오스 막(Nitrocellulose membrane) 재질의 측방유동(Lateral flow) 방식을 사용한다. 이러한 방식은 제작과 생산이 매우 용이하며 전체 진단시장에서도 매우 높은 비중을 차지하고 있다. 니트로셀룰로오스 막 재질은 시료의 전개에 따른 반응정도를 신속히 육안으로 확인할 수 있기 때문에 진단에 매우 중요한 도구인 반면 효소결합면역흡착 분석(Enzyme linked immunosorbent assay, ELISA), PCR과 같은 진단법에 비해 단가는 저렴하지만, 낮은 민감도를 보이며, 정량분석 시 정확도가 상대적으로 떨어지는 단점이 있다.
기존 현장진단법의 한계를 극복할 수 있는 기술로는 칩(Chip) 기술이 있다. 특히, 랩온어 칩(Lab-on-a-chip)의 경우는 미세공간 안에서 시료의 분리, 혼합, 배양, 정제, 반응 등이 한 번에 일어나며, 미세유체역학(Microfluidics) 기반으로 설계된 랩온어 칩은 유체가 흐르는 과정에서 고정된 물질과의 반응이 일어나기 때문에 각종 생화학물질의 정성, 정량 분석에 새로운 기술로 자리 잡고 있다.
이러한 랩온어 칩은 유체 내 시료의 정성, 정량분석이 가능하며 화학, 생명과학 분야 외에도 환자 체액을 기반으로, 의료 임상분야에서 질병진단 목적으로 이용되고 있다. 진단 원리로는 혈액, 소변, 침과 같은 유체시료를 칩 내에 흘려주면, 유체가 흐르면서 고정되어있는 탐침자(Probe) 및 항원, 항체, 효소와 같은 반응물질들과 결합하면서 육안 및 장비를 사용한 정성, 정량 분석이 가능한 형태이다.
랩온어 칩에서 미세유체가 채널 내에 흐르게 하기 위한 구동력으로 모세관력, 진공흡입(Vacuum suction), 주사기펌프(Syringe pump), 전기장(Electric pump), 공기압펌프(Air pump) 방식 등이 있다. 이중 모세관력을 제외한 다른 방식들은 미세유체를 정밀 제어하기 때문에 정확한 반응을 유도하는 측면에서 유리하지만, 칩 기판 외에 추가 장비를 필요로하며 휴대성이 떨어져 현장진단에서 사용하기에는 어려운 점이 있다. 따라서 현장진단용 랩온어 칩의 미세유체 구동은 모세관력을 이용하는 것이 보편적이다.
모세관력을 이용한 랩온어 칩의 경우, 추가 장비가 필요 없기 때문에 사용자의 접근성이 쉬우며, 제작이 용이하다. 그러나, 불규칙적이고 불균일한 이동패턴을 갖는 것으로 보고되었으며, 이러한 현상은 채널 내부의 상하 및 좌우 면이, 미세유체와의 상호작용 하는데 있어서 힘의 차이를 보이기 때문으로 이해된다. 유체이동의 불균일성은 결국 시료분석의 정확도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 유체흐름의 불균일성을 극복하기 위해, 반응에 필요한 전처리 용액을 유체 흐름에 적합하도록 바꾸는 방법 등이 사용되고 있다.
일반적으로 유체시료의 분석을 위한 랩온어 칩은, 분석시료를 칩에 제공하며 전처리 과정이 이루어지는 시료분주 영역; 분주된 시료가 검출실호물질과 반응하고 섞이는 콘주게이션 영역; 탐침자의 고정화 및 분석시료의 반응이 이루어지고, 검출된 신호를 분석하는 반응 영역으로 구성된다. 이러한 랩온어 칩은 사용자가 대상유체시료를 처리하게 되면 추가 조작 없이, 채널 안에서 분석에 필요한 모든 과정이 한 단계로 진행된다.
랩온어 칩 채널 내부에서 유체가 이동하는 속도, 콘주게이션과의 결합정도는 채널의 모양, 두께, 전체면적에 의해 크게 영향을 받는다. 특히 모세관력을 구동으로 한 랩온어 칩의 경우 분석의 정확도 측면에서 상기 요인은 매우 중요하다.
랩온어 칩의 미세유체가 흐르는 채널은 통상 금속, 실리콘, 유리, 폴리머 같은 재질의 기판표면에 식각공정(Lithography), 몰딩(Moulding), 캐스팅(Casting), 나노임프린팅(Nanoimprinting) 등의 방식으로 제조되고 있다.
이러한 방법은 채널을 제작하기 위한 주형을 필요로 하며 다단계의 공정을 거쳐야 하므로, 랩온어 칩의 제조공정을 복잡하게 한다. 상기 공정은 다양한 재질, 두께의 기판을 유연성 있게 제작하게 힘들며, 제작에 있어서 고가의 장비가 필요하기 때문에, 대량 생산에 어려운 점이 있다.
상기 채널 제작방식은 채널 제작 공정 외에도, 상판과 하판사이의 열, 압력, 레이저, 초음파 등과 같은 방식을 사용한 접착 공정(Lamination)을 거쳐야 하기 때문에 칩 자체의 단가가 올라가는 문제점이 있다.
랩온어 칩 채널의 높이가 증가할수록 상대적으로 기판에 작용하는 표면장력, 모세관력이 약해지며, 중력, 수압과 같은 외부 힘에 영향을 받는다. 특히 200 ㎛ 이상의 높이에서는 칩 채널이 중력방향으로 기울어짐에 따라 유체 속도가 빨라지는 현상을 확인하였으며, 유체의 속도가 빠르게 되면 검출 신호가 약해진다. 또한, 칩의 폭(width)과 높이(height) 의 비율(ratio)이 약 2배 증가할수록, 유체 속도는 5~10 배 정도 증가한다고 보고되어 있다 (Tanyeri M. et al., 2011).
이러한 현상은 유체흐름 제어에 문제가 되며, 적정 범위 이상의 두께로 칩을 제작할 경우 내부 유체 속도를 조절할 수 있는 장치를 구비해야 하는 문제점이 있다. 상기 칩은 전극(Electrode) 방식의 반응 센서, 공기압 펌프 방식을 구동력으로 하는 외부 장비를 장착하기 때문에 사용자 측면에서 휴대성이 떨어지며, 장비 자체의 제작 및 단가 문제가 생긴다.
본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모세관력에 의해 유체가 이동하고, 양면접착 방식에 의해 채널이 구현되며, 시료분주, 반응, 및 시료분출이 하나로 연동된 채널로 이루어진 분석 시료의 검출을 위한 랩온어 칩에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양상은,
하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성된 미세유체 채널층; 및 상기 미세유체 채널층 상에 형성된 상부 기판; 을 포함하고, 상기 미세유체 채널층은 양면 접착소재를 포함하고, 그 두께가 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것인 랩온어 칩에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 미세유체 채널층은, 모세관력 기반으로 유체가 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 양면 접착소재는 고형 양면 접착제를 포함하고, 상기 접착제는, 고무, 아크릴(Acryl), 실리콘(Silicone), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리부타디엔(Polybutadiene), 폴리이소프렌(Polyisoprene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리올레핀(Polyolefine), 및 에틸렌초산비닐(Ethylene vinyl acetate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 양면 접착소재는, 기재; 및 상기 기재의 양면에 형성된 고형 양면 접착제층을 포함하고, 상기 기재는, 종이, 고무, 레이온(Rayon), 면(Cotton), 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리스틸렌, 아세테이트(Acetate), 폴리프로필렌(Polypropylene), 셀로판(Cellophane), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride), 폴리에스테르(Polyester), 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리이미드(Polyimide), 폴리우레탄(Polyurethane), 알루미늄(Al), 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상부 기판 및 하부 기판은, 폴리머 기판을 포함하고, 상기 폴리머 기판은, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 폴리에테르우레탄(Polyetherurethane), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리비닐플루오라이드(Polyvinyl fluoride), 및 폴리부틸렌(Polybutylene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상부 기판, 하부 기판 또는 이 둘의 적어도 일부분은, 플라즈마 표면처리되고, 상기 상부 기판, 하부 기판 또는 이 둘의 적어도 일부분은, 소수성 및 친수성 표면 특성을 가지며, 상기 플라즈마 표면처리는, 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2), 아르곤(Ar), 제논(Xe), 및 헬륨(He)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 플라즈마를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 채널층 내에 노출된 하부 기판의 표면, 또는 상기 하부 기판 및 상부 기판의 표면에 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone)을 포함하고, 상기 영역 중 적어도 하나 이상은, 플라즈마 표면처리된 기판 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시료분주 영역, 콘주게이션 영역, 반응 영역 및 시료분출 영역 중 적어도 하나 이상은, 미세 패턴이 형성되고, 상기 시료분주 영역, 콘주게이션 영역 및 반응 영역은, 복수개로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시료분주 영역은, 시료반응 용액(Sample buffer)이 상기 기판 상에 고정되며, 상기 콘주게이션 영역은, 콘주게이트 표면에 제1 탐침자(Probe)가 결합된 콘주게이트 복합체가 상기 기판 상에 고정되고, 상기 반응 영역은, 제2 탐침자가 상기 기판 상에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콘주게이션 영역은, 2종 이상의 콘주게이트 복합체가 고정되고, 상기 반응 영역은, 2종 이상의 제2 탐침자가 고정되어, 복합 미세유체시료를 동시다중(Multiplex)으로 분석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콘주게이트는, 금(Gold), 은(Silver), 단백질, 폴리머 비드(Polymer bead), 형광물질(Fluorescent substances), 및 발광물질(Luminescent substances)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 폴리머 비드는, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 라텍스(latex)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 탐침자 및 제2 탐침자는, 항체, 단백질, 펩티드(Peptide), DNA, RNA, 동물세포, 식물세포, 박테리아(Bacteria), 및 압타머(Aptamer)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제1 탐침자 및 제2 탐침자는, 서로 상이하고, 각각 진단을 위해 반응하는 대상의 다른 부위에 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콘주게이트 복합체는, 형광물질을 더 포함하고, 상기 형광물질은, 아크리딘(acridine), 시아닌(cyanine), 플루로돈(fluorone), 옥사진(oxazine), 페나트리딘(phenanthridine), 로다민(rhodamine) 및 쿠마린(coumarine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콘주게이션 영역 및 반응 영역은, 연결자(linker)를 더 포함하고, 상기 연결자는, 아비딘-비오틴(avidin-biotin), EDC/NHS 또는 이 둘을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시료분주 영역은, 침(Saliva), 전혈(Blood), 혈청(Serum), 혈장(Plasma), 소변(Urine), 대변(Stool), 정액(Semen), 양수(Amniotic fluid), 복수(Ascitic fluid), 흉막액(Pleural fluid), 뇌척수액(Spinal fluid), 및 복막액(Peritoneal fluid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 시료가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 미세유체 반응 분석 시 보색대비 기법을 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 랩온어 칩은, 종이, 유리, 플라스틱, 금속 중에서 1종 이상을 포함하는 외형으로 포장될 수 있다.
본 발명의 다른 양상은,
양면 접착소재를 미세유체 채널 형태로 가공하는 단계; 제1 기판과 상기 가공된 양면 접착소재를 결합하여 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계; 상기 미세유체 채널 내에 노출된 제1 기판 상에 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone)을 형성하도록, 각 영역에 따른 반응 시약을 각각 고정하는 단계; 및 상기 양면 접착소재와 제2 기판과 결합하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계 이전 또는 이후에 상기 제1 기판의 적어도 일부분을 플라즈마 표면처리하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 반응 시약을 각각 고정하는 단계는, 상기 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone) 중 적어도 하나 이상을 패터닝하여 미세 패턴을 형성한 이후에 반응 시약을 고정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제2 기판과 결합하는 단계 이전에, 상기 제2 기판 상에 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone) 중 1종 이상 또는 모두를 형성하도록, 각 영역에 따른 반응 시약을 각각 고정하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 랩온어 칩은 밀리미터(mm) 단위의 폭에 100 ㎛ 미만 두께의 양면 접착소재를 사용하여 그 이상의 두께를 사용한 것보다 외부에서 작용하는 힘을 최소화하며, 유체흐름 제어에 필요한 다른 장비를 사용하지 않고 칩 자체 내에서 모세관력에 의한 유체의 흐름을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 양면 접착소재는 원하는 형태로 손쉽게 가공이 가능하며, 가공된 양면 접착소재는 기판 사이에 바로 처리 가능하기 때문에 제조 공정이 기존 방식에 비해 매우 단순하다.
또한, 반응에 필요한 시약들은 상기 기판에 고정, 건조하여 제작하기 때문에 미세유체시료에 의한 모든 반응이 한 번에 이루어지는 일 단계 현장진단 랩온어 칩으로 제조되며, 유리섬유(Glass fiber)나 흡습패드(Absorbance pad)와 같은 다른 부수 재료가 필요 없어, 재료단가의 절감효과를 가진다.
본 발명에 따른 랩온어 칩은, 기존 랩온어 칩에 대해 대량생산이 가능하고, 반응 민감도와 정확도는 유지하면서, 사용자가 매우 손쉽게 이용가능하며, 휴대성이 높기 때문에 신속 현장진단용으로 가능하다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 조립 분해도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 미세유체 채널층에 대한 상면도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4c는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4d는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4e는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 랩온어 칩에서 시료점적구에 미세유체시료(hCG)를 농도별로 분주하여 정성 반응시킨 결과를 예시적으로 나타내었다.
도 6은, 도 5의 랩온어 칩 정성 결과를 530nm에서 흡광광도계(Spectrophotometer)를 사용하여 정량 분석한 결과를 그래프로 예시적으로 나타내었다.
도 7은, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 랩오너칩에 Intact hCG, free beta hCG, AFP(Alpha fetoprotein) 이 포함 되어있는 다중 미세유체시료(Multiplex) GFP(Green fluorescent protein) 형광 분석 결과를 예시적으로 나타내었다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 랩온어 칩의 단일 미세유체시료에 대한 GFP(Green fluorescent protein) 형광 분석에 따른 간섭현상 결과를 예시적으로 나타내었다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 미세유체 채널층에 대한 상면도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4c는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4d는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4e는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 랩온어 칩에서 시료점적구에 미세유체시료(hCG)를 농도별로 분주하여 정성 반응시킨 결과를 예시적으로 나타내었다.
도 6은, 도 5의 랩온어 칩 정성 결과를 530nm에서 흡광광도계(Spectrophotometer)를 사용하여 정량 분석한 결과를 그래프로 예시적으로 나타내었다.
도 7은, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 랩오너칩에 Intact hCG, free beta hCG, AFP(Alpha fetoprotein) 이 포함 되어있는 다중 미세유체시료(Multiplex) GFP(Green fluorescent protein) 형광 분석 결과를 예시적으로 나타내었다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 랩온어 칩의 단일 미세유체시료에 대한 GFP(Green fluorescent protein) 형광 분석에 따른 간섭현상 결과를 예시적으로 나타내었다.
이하 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 본 명세서에서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은, 분석 시료의 검출을 위한 랩온어 칩을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 랩온어 칩은, 미세유체 내에 존재하는 분석물질을 신속하고 민감하게 검출하기 위한 칩이며, 예를 들어, 모세관력에 의해 유체가 이동하고, 양면접착 방식에 의해 채널이 구현되며, 양면 접착소재로 채널을 형성하였을 때, 칩 외부에 노출된 시료분주 영역과 시료분출 영역이 구비되고, 시료분주 영역과 시료분출 영역 사이에 콘주게이트 영역, 반응 영역이 하나로 연동된 채널로 이루어진 유체 내 분석물질의 검출을 위한 진단 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 랩온어 칩은, 도 1을 참조하여 설명하여, 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 질병 진단을 위한 랩온어 칩의 조립 분해도를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1에서 랩온어 칩은, 하부 기판(10), 미세유체 채널층(20) 및 상부 기판(30)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 하부 기판(10)은, 폴리머 기판이며, 바람직하게는 투명 폴리머 기판이며, 예를 들어, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 폴리에테르우레탄(Polyetherurethane), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리비닐플루오라이드(Polyvinyl fluoride), 및 폴리부틸렌(Polybutylene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 미세유체 채널층(20)은, 양면 접착소재(20a)로 이루어지고, 양면 접착소재(20a)는, 미세유체 채널(20b)의 외형을 형성할 수 있다. 또한, 양면 접착소재(20a)는, 미세유체 채널(20b)의 형성 외에 상부 기판(30) 및 하부 기판(10)의 접착 역할을 동시에 제공할 수 있다.
예를 들어, 양면 접착소재(20a)의 두께는, 1 ㎛ 내지 100 ㎛; 또는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 미만; 1 ㎛ 내지 80 ㎛; 또는 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다. 이는 외부에서 작용하는 힘을 최소화하고, 모세관력에 의한 유체의 흐름을 일정하게 유지시킬 수 있고, 양면 접착소재의 두께 증가에 따른 제조비용의 증가를 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 양면 접착소재는 고형 양면 접착제를 포함하고, 상기 고형 양면 접착제의 예로는, 고무, 아크릴(Acryl), 실리콘(Silicone), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리부타디엔(Polybutadiene), 폴리이소프렌(Polyisoprene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리올레핀(Polyolefine), 및 에틸렌초산비닐(Ethylene vinyl acetate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 양면 접착소재(20a)는, 기재; 및 상기 기재의 양면에 형성된 접착제층 또는 고형 양면 접착제층을 포함할 수 있고, 상기 기재의 예로는, 종이, 고무, 레이온(Rayon), 면(Cotton), 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리스틸렌, 아세테이트(Acetate), 폴리프로필렌(Polypropylene), 셀로판(Cellophane), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride), 폴리에스테르(Polyester), 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리이미드(Polyimide), 폴리우레탄(Polyurethane), 알루미늄(Al), 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기재는, 일면의 접착제층과 동일하거나 또는 더 얇은 두께를 형성할 수 있으며, 예를 들어, 기재 대 일면의 접착제층은, 1:1 내지 1:5(두께비)일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 미세유체 채널층(20)의 상면도를 예시적으로 나타낸 것으로, 모세관력 기반으로 유체가 이동되고, 유체 시료가 이동 및 반응할 수 있는 내부 공간으로, 미세유체 채널(20b)을 형성하고, 미세유체 채널(20b) 내에 노출된 하부 기판(10)의 표면에 시료분주 영역(Sample zone, 21), 콘주게이션 영역(Conjugation zone, 22), 반응 영역(Reaction zone, 23) 및 시료분출 영역(Waste zone, 24)을 포함할 수 있다. 즉, 미세유체 채널(20b)은, 외부에서 작용하는 힘을 최소화하여 내부 힘에 의해서만 유체가 흐르도록 조절하였으며 콘주게이트, 탐침자의 고정화를 통해 일 단계 신속현장 진단(One step-point-of-care) 랩온어 칩을 제공할 수 있다.
예를 들어, 미세유체 채널(20b)은, 분석 시료에 따라 다양한 형태의 채널이 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도 1에서 제시한 바와 같이, 시료분주 영역(Sample zone, 21), 콘주게이션 영역(Conjugation zone, 22), 반응 영역(Reaction zone, 23)의 폭이 60 ㎛ 내지 5 mm; 0.1 mm 내지 4 mm의 폭을 가질 수 있다.
예를 들어, 시료분주 영역(21)은, 시료 점적구(31)를 통하여 분석 시료가 유입되고, 분석시료의 전처리가 이루어지고 칩 채널 내의 유체 환경을 조성하기 위한 것으로, 분석 시료와 반응을 조절하는 시료반응 용액(Sample buffer)이 미세유체 채널(20b) 내의 하부 기판(10) 상에 고정되어 있다.
예를 들어, 시료분주 영역(21)은, 침(Saliva), 전혈(Blood), 혈청(Serum), 혈장(Plasma), 소변(Urine), 대변(Stool), 정액(Semen), 양수(Amniotic fluid), 복수(Ascitic fluid), 흉막액(Pleural fluid), 뇌척수액(Spinal fluid), 및 복막액(Peritoneal fluid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 시료가 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 시료반응 용액(Sample buffer)은, 트리스(Tris), PBS(phosphate buffered saline), 카보네이트(Carbonate), 소듐 포스페이트(Sodium phosphate), 및 글라이신(Glycine)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 완충액이며, 단백질, 계면활성제 및 염이 더 포함될 수 있다.
예를 들어, 콘주게이션 영역(22)은, 분주된 시료가 검출신호물질과 반응하고 섞이는 영역이며, 콘주게이트 표면에 진단에 관련된 반응 대상, 예를 들어, 콘주게이트 표면에 제1 탐침자(Probe)가 결합된 콘주게이트 복합체가 하부 기판(10) 상에 고정될 수 있다.
예를 들어, 상기 콘주게이트는, 현장진단용 랩온어 칩의 구현을 위해, 정성, 정량 분석이 가능하도록, 금(Gold), 은(Silver), 단백질, 폴리머 비드(Polymer bead), 형광물질(Fluorescent substances), 및 발광물질(Luminescent substances)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 비색시약을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 폴리머 비드의 예로는, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 라텍스(latex)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 "Yellow green Carboxylated bead, CAYF300NM, MEGSPHERE, Inc." 일 수 있다.
예를 들어, 상기 형광물질 및 발광물질은, 380 nm 내지 780 nm의 가시 광선 영역에서 형광 및 발광 파장 영역을 포함하는 것이며, 상기 형광물질의 예로는, 아크리딘(acridine), 시아닌(cyanine), 플루로돈(fluorone), 옥사진(oxazine), 페나트리딘(phenanthridine), 로다민(rhodamine) 및 쿠마린(coumarine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 발광물질의 예로는, 아다만탄-디옥세탄(Adamantane-dioxetane), 아크리디늄(Acridinium) 유도체, 루미놀(Luminol) 유도체, 루시게닌(Lucigenin), 반딧불이 루시페린(Firefly luciferin), 포토프로테인(Photoprotein), 히드라지드(hydrazides) 및 쉬프(schiff)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 콘주게이트 복합체는, 콘주게이트 표면에 제1 탐침자의 결합을 증가시키고, 진단에 대한 민감도를 향상시켜 진단의 정확도를 높이기 위해서, 연결자(linker)를 더 포함할 수 있다. 상기 연결자의 예로는, EDC/NHS(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide/N-hydroxy succinimide) 등과 같은 공유결합 물질, 아비딘-비오틴 등과 같은 생물학적 연결자 또는 이 둘을 혼합한 것일 수 있다. 상기 연결자는 상기 언급한 물질 외에도, 탐침자와 칩 기판사이에 결합을 해주도록 하는 모든 화합물을 포함하며, 예를 들어, 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물일 수 있다.
예를 들어, 상기 콘주게이트 복합체는, 1 ㎛ 이하; 10 nm 내지 900 nm; 100 nm 내지 600 nm의 직경을 가질 수 있다.
예를 들어, 반응 영역(23)은, 분석시료의 반응 및 검출을 위한 탐침자(Probe)의 고정화(Immobilization)가 이루어지는 영역이며, 제2 탐침자가 하부 기판(10) 상에 고정될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 탐침자 및 제2 탐침자는, 항체, 단백질, 펩티드(Peptide), DNA, RNA, 동물세포, 식물세포, 박테리아(Bacteria), 및 압타머(Aptamer)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제1 탐침자 및 제2 탐침자는, 서로 상이하고, 각각 진단을 위해 반응하는 대상의 다른 부위에 결합할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 미세유체 채널층(20) 내의 시료분주 영역(21), 콘주게이션 영역(22), 및 반응 영역(23)은, 복수개로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 콘주게이션 영역(23)은, 2종 이상의 콘주게이트 복합체가 고정되고, 반응 영역(24)은, 2종 이상의 제2 탐침자가 고정되어, 복합 미세유체시료를 동시다중(Multiplex)으로 분석할 수 있다. 예를 들어, 2종 이상의 콘주게이트 복합체는, 각각 상이한 제1 탐침자가 고정된 콘주게이트 복합체이며, 이들을 혼합하여 반응 영역(24)에 고정되거나 또는 콘주게이션 영역(23)에서 각각의 위치 고정될 수 있다. 또한, 상기 2종 이상의 제2 탐침자는, 혼합되어 반응 영역(24)에 고정되거나 또는 반응 영역(24)에서 각각의 위치에서 고정될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 시료분주 영역(21), 콘주게이션 영역(22), 반응 영역(23) 및 시료분출 영역(24) 중 적어도 하나 이상은, 플라즈마 표면처리된 기판 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 시료분주 영역(21), 콘주게이션 영역(22), 반응 영역(23) 및 시료분출 영역(24) 중 적어도 하나 이상은, 미세 패턴이 형성될 수 있으며, 이러한 미세 패턴의 형성으로 분석 시료의 흐름 속도를 제어하고 민감도 및 정화도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 시료용액 패터닝 영역(Sample buffer patterning site, 21'), 콘주게이트 용액 패터닝 영역(Conjugate buffer patterning site, 22'), 탐침자 점적 패터닝 영역(Probe patterning site, 23, 23'), 시료분출 패터닝 영역(Waste patterning site, 24)으로 형성될 수 있다. 상기 미세 패턴의 형태는, 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 본 명세서에는 구체적으로 언급하지 않는다.
본 발명의 일 예로, 시료분출 영역(24)은, 반응 영역(23)에서 반응하지 않은 분석 시료를 저장하거나 또는 배출하는 영역이며, 외부에 노출된 출구가 형성되고, 유체의 흐름 등을 제어하기 위해서 미세 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 시료분주 영역(Sample zone, 21), 콘주게이션 영역(Conjugation zone, 22), 반응 영역(Reaction zone, 23) 및 시료분출 영역(Waste zone, 24)은 반응성 및 민감도를 향상시키기 위해서 상부 기판(30) 상의 적어도 일부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 각 영역은, 하부 기판(10)의 미세유체 채널(20a) 내에 형성된 각 영역과 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 랩온어 칩은, 질병 진단에 이용될 수 있으며, 세균, 바이러스, 곰팡이, 기생충 등에 의한 감염성 질환, 비감염성 질환 등일 수 있으며, 감염성 질환의 원인인 세균, 바이러스, 곰팡이, 기생충 등을 감지하거나 또는 비감염성 질환, 예를 들어, 당뇨, 암, 빈혈, 종양 등에 따른 생체분자((biomolecule) 등을 감지할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 예로, 상기 랩온어 칩은, 비질환성 생체 물질, 변화 등을 감지할 수 있으며, 예를 들어, 임신진단, 약물진단, 배란진단, 기형아진단 등일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 예로, 상부 기판(30)은, 미세유체 채널층(20) 상에 형성되고, 양면 접착소재에 의해서 결합된다. 상부 기판(30)은, 시료가 유입되는 시료 점적구(31)를 포함한다. 예를 들어, 상판(30)은, 기판(10)과 동일하거나 또는 상이하고, 투명 또는 반투명 폴리머 기판일 수 있다. 미세유체 채널(20b)이 전부 보일 수 있게 투명 폴리머 기판일 수 있다. 예를 들어, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 폴리에테르우레탄(Polyetherurethane), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리비닐플루오라이드(Polyvinyl fluoride), 및 폴리부틸렌(Polybutylene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리카보네이트일 수 있다. 예를 들어, 시료 점적구(31)는 분석 시료가 투입되는 부위이다.
본 발명의 일 예로, 상부 기판(30), 하부 기판(10) 또는 이 둘의 적어도 일부분은, 플라즈마 표면처리되어 소수성 및 친수성 표면 특성을 가질 수 있다. 이러한 플라즈마 표면처리는, 소수성 및 친수성이 혼재된 표면 특성을 제공하므로, 반응성을 위해 흡착 및 소수성 결합(Hydrophobic interaction)을 제공하여, 탐침자, 콘주게이트, 예를 들어, 반응 대상에 반응하는 단백질, 펩티드, DNA, RNA, 동물 및 식물 세포, 압타머 등의 고정 능력을 향상시키고, 분석 시료의 흐름을 조절하여 균일하고 원활하게 전개시킬 수 있다.
예를 들어, 플라즈마 표면처리는, 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2), 아르곤(Ar), 제논(Xe), 및 헬륨(He)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 플라즈마를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 랩온어 칩은, 종이, 유리, 플라스틱, 금속 중에서 1종 이상을 포함하는 외형으로 포장될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 랩온어 칩을 예시적으로 나타낸 것으로, 외형(40)은, 상부 기판(20)에서 하부 기판(10)까지 포장하고, 시료 점적구(41)는 시료 점적구(31)와 연결되고, 시료반응 영역(23)이 보이도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 본 발명에 의한 랩온어 칩은, 신속하고 정확한 정량 및 정성 분석을 제공할 수 있고, 상기 미세유체 반응 분석 시 보색대비 기법을 적용할 수 있다.
예를 들어, 상기 랩온어 칩은 정성 분석 측면에서 비색법(Colormetric)을 이용한 육안 판정 기법을 사용할 수 있으며, 이에 따른 비색 시약을 사용한다. 예를 들어, 상기 비색 시약은, 탐침자 및 분석시료에 결합하여 육안으로 확인할 수 있는 물질이며, 상기 언급한, 금, 은, 폴리머 비드 등일 수 있으며, 색이 존재하고 탐침자와 분석시료에 결합할 수 있는 물질을 모두 포함할 수 있다. 또한, 정략 분석 측면에서 상기 비색법 외에도, 형광 및 발광법과 같은 기법을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 파장영역은 가시광선영역인 380~780nm 영역이며, 이 범위 안에 포함되는 형광, 발광 물질을 사용할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 랩온어 칩을 포함하는 진단을 위한 진단 키트에 관한 것으로, 본 발명의 일예로, 진단 키트는, 정성 및/또는 정량 분석를 검출기를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 제조방법은, 양면 접착소재 주형에 원하는 형태로 쉽게 가공이 가능하므로, 제조공정을 단순화시키고, 단 시간 내에 원하는 형태의 칩을 제조할 수 있다. 또한, 유체흐름 제어에 필요한 여타 장비를 사용하지 않고, 즉시 사용가능한, 일단계 현장진단용 미세유체시료 분석 랩온어 칩을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 4a를 참조하며, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4a에서 상기 제조방법은, 양면 접착소재를 미세유체 채널 형태로 가공하는 단계(S10); 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계(S20); 제1 기판 상에 반응 시약을 각각 고정하는 단계(S30); 및 양면 접착소재와 제2 기판을 결합하는 단계(S40); 를 포함하여, 플라즈마 표면처리하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 4b를 참조하여 보다 구체적으로 설명하여, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 일 예로, 양면 접착소재를 미세유체 채널 형태로 가공하는 단계(S10)는, 양면 접착소재(20a)를 미세유체 채널 형태로 형상 가공 또는 다이커팅할 수 있다. 양면 접착소재(20a)는, 롤 타입(Roll type) 또는 일정한 규격을 가진 원단을 형상가공 하여 제작된 형태일 수 있다. 양면 접착소재(20a)로 제1 기판(10) 한쪽 표면만 압착했을 경우 접착부의 안쪽은 양면 접착소재의 두께만큼 공간이 형성되고, 이는 미세유체가 흐르는 채널 형태를 가지며, 개방되어 있는 상태이므로, 다른 반응 시약, 용액 등의 고정화가 가능하다. 양면 접착소재(20a)의 성분은 상기 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계(S20)는, 제1 기판(10)의 일면 또는 양면에 단계(S10)에서 가공된 양면 접착소재(20a)를 압착하여 제1 기판(10) 상에 결합시켜 분석 시료가 흐르는 내부 공간이 형성된 미세유체 채널(20b)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제1 기판 상에 반응 시약을 각각 고정하는 단계(S30)는, 미세유체 채널 (20a) 내에 노출된 제1 기판(10) 상에 시료분주 영역(21), 콘주게이션 영역(22), 반응 영역(23) 및 시료분출 영역(24)을 형성하도록, 각 영역에 따른 반응 시약(A)을 각각 고정하는 단계이다.
또한, 제2 기판 상에 반응 시약을 각각 고정하는 단계(S30'. 미도시)를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone) 중 하나 이상 또는 모두를 형성하도록, 각 영역에 따른 반응 시약을 각각 고정하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 단계(S30) 및 단계(S30')는 동일하거나 또는 상이하게 각 영역을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 기판(10) 및 제2 기판(30) 상에 반응 시약(A)을 고정하여 반응성 및 민간도를 향상시킬 수 있다. 제1 기판(10) 및 제2 기판(30) 상에 형성된 반응 시약(A)은 서로 마주보는 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 각 영역은 동시에 고정되거나 또는 순서대로 고정될 수 있고, 본 발명의 기술 분야에서 적용 가능한 코팅, 프린팅, 함침, 적하(점적) 등을 이용할 수 있으며, 본 명세서에는 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 각 영역에 따른 반응 시약을 기판(10) 상에 점적한 이후 건조하고, 분석 유체 시료 분주 시 시료분주 영역(22)에서 시료반응용액과 먼저 섞인 이후에 콘주게이션 영역(23)의 콘주게이트 복합체와 반응하도록 디자인될 수 있다. 다음으로, 기판(10) 상에 제2 탐칩자 용액을 점적한 이후 건조하여 고정시킨다.
예를 들어, 반응 시약을 각각 고정하는 단계(S30) 이전에 미세유체 채널 (20a) 내에 노출된 제1 기판(10)은 각 영역 중 하나 이상을 미세 패턴으로 패터닝한 이후에 반응 시약이 고정될 수 있다. 예를 들어, 분석 유체 시료의 반응 정도 및 속도를 조절하기 위해 양면 접착에 의해 형성된 채널의 일부분을 패터닝화 하였으며 도 2를 참조하면, 시료용액 패터닝 영역(Sample buffer patterning site, 21'), 콘주게이트 용액 패터닝 영역(Conjugate buffer patterning site, 22'), 탐침자 점적 패터닝 영역(Probe patterning site, 23, 23'), 시료분출 패터닝 영역(Waste patterning site, 24)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 양면 접착소재와 제2 기판을 결합하는 단계(S40)는, 양면 접착소재(20a)와 제2 기판(30)을 압착하여 결합하고, 제1 기판(10) 상의 미세유체 패턴(20b) 내의 분주 영역, 분출 영역을 제외한 다른 영역은 폐쇄되고 닫힌 채널을 형성하여 기능을 수행할 수 있는 칩이 완성된다.
즉, 양면 접착소재로 형성된 미세유체 채널층(20)과 상부기판(30)을 결합하는 단계이며, 별도의 점착제 없이 미세유체 채널과 상부 기판(30)이 결합되므로, 제조공정을 단순화시키고, 제조비용을 낮출 수 있다. 이러한 결합의 강도를 증가시키기 위해서 압력 또는 열을 더 가할 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(30)은, 형상가공으로 시료 점적구(31)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 기판(10) 상에 반응시약이 고정될 수 있고, 또는 도 4c와 같이, 제1 기판(10) 및 제2 기판(30) 상에 반응시약이 각각 고정되어 단계(S40)를 진행할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 플라즈마 표면처리하는 단계(S50)는, 미세유체 채널이 형성된 기판의 표면을 플라즈마 표면처리하는 단계이며, 예를 들어, 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계(S20) 이전 또는 이후에 실시될 수 있다.
예를 들어, 기판의 적어도 일부분 또는 전체를 플라즈마 표면처리하고, 다음으로, 미세유체 채널을 형성하는 단계(S20)가 진행될 수 있다. 다른 예로, 플라즈마 표면처리하는 단계(S50)는, 미세유체 채널을 형성하는 단계(S20) 이후에 수행되며, 미세유체 채널 내에 노출된 기판의 표면을 플라즈마 표면처리할 수 있다. 또한, 미세유체 채널 내의 각 영역에 대한 미세 패턴을 형성하기 위해 패터닝이 실시된다면, 플라즈마 표면처리하는 단계(S50)는 패터닝 이후에 실시될 수 있다.
예를 들어, 플라즈마 표면처리하는 단계(S20a)는, 본 발명의 기술 분야에서 이용되는 공정 조건을 적용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 언급한 플라즈마를 이용하고, 1~100 밀리토르(mTorr)의 작동압력 및 10~1000와트(W)의 아이씨피파워 등에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 양면 접착소재와 제2 기판을 결합하는 단계(S40) 이후에 외형으로 포장하는 단계(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 하부 기판(10), 미세유체 채널층(20) 및 상부 기판(30) 상에 외형(40)이 합지되고, 시료점전구(31)은 외부에 노출된다. 또한, 반응 영역(23)은 반응 결과를 육안으로 확인하기 위해서 상부 기판(30)이 일부 노출된다.
본 발명은, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 4d를 참조하면, 도 4d는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4d에서 상기 제조방법은, 양면 접착소재를 미세유체 채널 형태로 가공하는 단계(S10); 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계(S20); 제2 기판 상에 반응 시약을 각각 고정하는 단계(S30); 및 양면 접착소재와 제2 기판을 결합하는 단계(S40); 를 포함하여, 플라즈마 표면처리하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다. 양면 접착소재를 미세유체 채널 형태로 가공하는 단계(S10)는 상기 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 도 4e를 참조하며, 도 4e는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 랩온어 칩의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4e에서 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계(S20)는, 제1 기판(30)의 일면 또는 양면에 단계(S10)에서 가공된 양면 접착소재(20a)를 압착하여 제1 기판(30) 상에 결합시켜 분석 시료가 흐르는 내부 공간이 형성된 미세유체 채널(20b)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제2 기판 상에 반응 시약을 각각 고정하는 단계(S30)는, 미세유체 채널 (20a) 내에 노출된 제2 기판(10) 상에 시료분주 영역(21), 콘주게이션 영역(22), 반응 영역(23) 및 시료분출 영역(24)을 형성하도록, 각 영역에 따른 반응 시약(A)을 각각 고정하는 단계이며, 구체적인 공정은 상기 언급한 바와 같다.
예를 들어, 제2 기판(10)은 미세 패턴이 형성되도록 패터닝한 이후에 각 영역을 고정할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 양면 접착소재와 제2 기판을 결합하는 단계(S40)는, 양면 접착소재(20b)와 제2 기판(10)을 압착하여 결합하고, 미세유체 패턴(20b)은 분주 영역, 분출 영역을 제외한 다른 영역은 폐쇄되고 닫힌 채널을 형성하여 기능을 수행할 수 있는 칩이 완성되며, 제1 기판(30)은 상부 기판이고, 제2 기판(10)는 하부 기판이다.
본 발명의 일 예로, 플라즈마 표면처리하는 단계(S50)는, 제2 기판(10)의 적어도 일부분을 표면처리하는 단계이며, 제2 기판 상에 반응 시약을 각각 고정하는 단계(S30) 이전에 실시될 수 있다. 또한, 미세 패턴이 형성된 이후에 실시될 수 있다.
하기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
실시예 1
도 5에 제시한 형태의 랩온어 칩을 제조하였다. 임신진단 바이오마커(Biomarker)인 hCG의 정성분석을 위해, 반응 영역에 hCG 단 클론항체를 고정화 후, Intact hCG가 1000, 25 mIU/mL 농도로 들어있는 유체 시료를 각각 처리 한 다음, 10분 반응시켰고, 그 결과, hCG 최소 탐지 농도인 25 mIU/mL에서 양성반응을 확인하였으며, 이는 니트로셀룰로오스 막 기반 진단 제품과 동일하거나 높은 민감도를 보인다.
도 5의 정성 데이터를 바탕으로 Intact hCG 1000, 500, 100, 25 mIU/mL 농도에 대한 동일 농도 5회 반복 정량 분석 결과를 도 6에 나타내었으며, hCG 항체-금 콘주게이션 기반 흡광 정량 분석을 실시한 결과, 금 콘주게이션 흡광 파장 범위인 530nm에서 선형식 R2 값이 0.98이상으로 매우 유의한 값을 보인다.
이는 미세유체에 의한 반응이 기판 표면에서 이루어지기 때문에, 금 입자에 대해서도 흡광 정량이 가능함을 보여주며, 정량분석 측면에서 니트로셀룰로오스 막 기반 진단 제품과 차이를 보인다.
실시예 2
반응 영역에 Intact hCG 단 클론항체, free beta 단 클론항체, AFP(Alpha fetoprotein) 단 클론항체를 가로 3개의 점으로 고정시킨 후, 복합 미세유체 시료를 농도별로 반응시키고, GFP(Green fluorescent protein) 형광 분석을 실시하여 도 7에 나타내었다. 도 7을 살펴보면, 복합 미세유체 시료에 대한 농도에 따른 양성 반응을 확인할 수 있으며, 농도에 따른 정량 분석이 가능함을 보인다.
실시예 3
실시예 2와 같이 랩온어 칩을 제조하고, 분석시료들이 섞여있지 않은, 단일 미세유체 시료를 처리하여 도 8에 나타내었다. 도 8을 살펴보면, 각 분석시료는 다른 종류의 탐침자를 서로 간섭하지 않고, 지정된 탐침자와 특이적으로 결합함으로써, 복합 미세유체 시료에 대한 특이적인 분석을 가능하게 한다.
따라서, 실시예 2 및 실시예 3의 랩온어 칩은, 채널 내에 분석하고자 하는 탐침자의 수를 원하는 만큼 고정 가능하고, 하나의 분석시료에서 다양한 질병을 진단할 수 있는 동시다중진단칩(Multiplex diagnosis chip)으로 적용할 수 있음을 보여준다.
본 발명은, 미세유체 채널을 양면 접착소재를 이용하여 간단한 공정으로 제조할 수 있고, 소량의 분석시료로 채널 내부에서 모든 반응이 이루어지고, 신속하게 정성 및 정량이 분석이 가능하고, 복합미세유체 시료에 대한 동시다중분석(Multiplex analysis)이 가능한 랩온어 칩을 제공할 수 있다.
Claims (20)
- 하부 기판;
상기 하부 기판 상에 형성된 미세유체 채널층; 및
상기 미세유체 채널층 상에 형성된 상부 기판; 을 포함하고,
상기 미세유체 채널층은 양면 접착소재를 포함하고, 그 두께가 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 미만인 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 미세유체 채널층은, 모세관력 기반으로 유체가 이동하는 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 양면 접착소재는 고형 양면 접착제를 포함하고,
상기 접착제는, 고무, 아크릴(Acryl), 실리콘(Silicone), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리부타디엔(Polybutadiene), 폴리이소프렌(Polyisoprene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리올레핀(Polyolefine), 및 에틸렌초산비닐(Ethylene vinyl acetate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 양면 접착소재는, 기재; 및 상기 기재의 양면에 형성된 고형 양면 접착제를 포함하고,
상기 기재는, 종이, 고무, 레이온(Rayon), 면(Cotton), 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리스틸렌, 아세테이트(Acetate), 폴리프로필렌(Polypropylene), 셀로판(Cellophane), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride), 폴리에스테르(Polyester), 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리이미드(Polyimide), 폴리우레탄(Polyurethane), 알루미늄(Al), 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 상부 기판 및 하부 기판은, 폴리머 기판을 포함하고,
상기 폴리머 기판은, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 폴리에테르우레탄(Polyetherurethane), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리비닐플루오라이드(Polyvinyl fluoride), 및 폴리부틸렌(Polybutylene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 상부 기판, 하부 기판 또는 이 둘의 적어도 일부분은, 플라즈마 표면처리되고,
상기 상부 기판, 하부 기판 또는 이 둘의 적어도 일부분은, 소수성 및 친수성 표면 특성을 가지며,
상기 플라즈마 표면처리는, 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2), 아르곤(Ar), 제논(Xe), 및 헬륨(He)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 플라즈마를 이용하는 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 채널층 내에 노출된 하부 기판의 표면, 또는 상기 하부 기판 및 상부 기판의 표면에 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone)을 포함하고,
상기 영역 중 적어도 하나 이상은, 플라즈마 표면처리된 기판 상에 형성된 것인, 랩온어 칩.
- 제7항에 있어서,
상기 시료분주 영역, 콘주게이션 영역, 반응 영역 및 시료분출 영역 중 적어도 하나 이상은, 미세 패턴이 형성되고,
상기 시료분주 영역, 콘주게이션 영역 및 반응 영역은, 복수개로 형성된 것인, 랩온어 칩.
- 제7항에 있어서,
상기 시료분주 영역은, 시료반응 용액(Sample buffer)이 상기 기판 상에 고정되며,
상기 콘주게이션 영역은, 콘주게이트 표면에 제1 탐침자(Probe)가 결합된 콘주게이트 복합체가 상기 기판 상에 고정되고,
상기 반응 영역은, 제2 탐침자가 상기 기판 상에 고정된 것인, 랩온어 칩.
- 제9항에 있어서,
상기 콘주게이션 영역은, 2종 이상의 콘주게이트 복합체가 고정되고, 상기 반응 영역은, 2종 이상의 제2 탐침자가 고정되어, 복합 미세유체시료를 동시다중(Multiplex)으로 분석하는 것인, 랩온어 칩.
- 제9항에 있어서
상기 콘주게이트는, 금(Gold), 은(Silver), 단백질, 폴리머 비드(Polymer bead), 형광물질(Fluorescent substances), 및 발광물질(Luminescent substances)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 폴리머 비드는, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 라텍스(latex)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 랩온어 칩.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 탐침자 및 제2 탐침자는, 항체, 단백질, 펩티드(Peptide), DNA, RNA, 동물세포, 식물세포, 박테리아(Bacteria), 및 압타머(Aptamer)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 제1 탐침자 및 제2 탐침자는, 서로 상이하고, 각각 진단을 위해 반응하는 대상의 다른 부위에 결합하는 것인, 랩온어 칩.
- 제9항에 있어서,
상기 콘주게이트 복합체는, 형광물질을 더 포함하고,
상기 형광물질은, 아크리딘(acridine), 시아닌(cyanine), 플루로돈(fluorone), 옥사진(oxazine), 페나트리딘(phenanthridine), 로다민(rhodamine) 및 쿠마린(coumarine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 랩온어 칩.
- 제9항에 있어서,
상기 콘주게이션 영역 및 반응 영역은, 연결자(linker)를 더 포함하고,
상기 연결자는, 아비딘-비오틴(avidin-biotin), EDC/NHS 또는 이 둘을 포함하는 것인, 랩온어 칩.
- 제9항에 있어서,
상기 시료분주 영역은, 침(Saliva), 전혈(Blood), 혈청(Serum), 혈장(Plasma), 소변(Urine), 대변(Stool), 정액(Semen), 양수(Amniotic fluid), 복수(Ascitic fluid), 흉막액(Pleural fluid), 뇌척수액(Spinal fluid), 및 복막액(Peritoneal fluid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 시료가 사용되는 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 미세유체 반응 분석 시 보색대비 기법을 적용한 것인, 랩온어 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 랩온어 칩은, 종이, 유리, 플라스틱, 금속 중에서 1종 이상을 포함하는 외형으로 포장된 것인, 랩온어 칩.
- 양면 접착소재를 미세유체 채널 형태로 가공하는 단계;
제1 기판과 상기 가공된 양면 접착소재를 결합하여 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계;
상기 미세유체 채널 내에 노출된 제1 기판 상에 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone)을 형성하도록, 각 영역에 따른 반응 시약을 각각 고정하는 단계; 및
상기 양면 접착소재와 제2 기판과 결합하는 단계;
를 포함하는, 랩온어 칩의 제조방법.
- 제18항에 있어서,
상기 제1 기판 상에 미세유체 채널을 형성하는 단계 이전 또는 이후에 상기 제1 기판의 적어도 일부분을 플라즈마 표면처리하는 단계; 를 더 포함하고,
상기 반응 시약을 각각 고정하는 단계는, 상기 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone) 중 적어도 하나 이상을 패터닝하여 미세 패턴을 형성한 이후에 반응 시약을 고정하는 것인, 랩온어 칩의 제조방법.
- 제18항에 있어서,
상기 제2 기판과 결합하는 단계 이전에, 상기 제2 기판 상에 시료분주 영역(Sample zone), 콘주게이션 영역(Conjugation zone), 반응 영역(Reaction zone) 및 시료분출 영역(Waste zone) 중 1종 이상 또는 모두를 형성하도록, 각 영역에 따른 반응 시약을 각각 고정하는 단계; 를 더 포함하는 것인, 랩온어 칩의 제조방법.
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| KR20210103869A (ko) * | 2020-02-14 | 2021-08-24 | 광운대학교 산학협력단 | 유속 조절부를 구비하는 상부 케이스 및 이를 구비한 현장용 진단 키트 |
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