KR20200030309A - 자성 구동 라인을 포함하는 랩온어칩 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 랩온어칩(Lab-On-a-Chip; LOC)은, 기판 상에 위치되어 외부 전원을 통해 구동되는 자성 구동 라인; 자성 구동 라인을 덮는 습기 침투 방지막; 및 습기 침투 방지막 상에 위치되는 액체 수용 구조물을 포함하고, 자성 구동 라인은, 순차적으로 적층되는 중금속과 강자성체와 금속 산화막을 하나의 기본 구조물로 하여 기본 구조물을 적어도 두 개 가지고, 강자성체에 수직 자기 이방성 자화를 가지고, 자성 구동 라인에 외부 전원의 공급시 강자성체에서 자구벽을 이동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

자성 구동 라인을 포함하는 랩온어칩{LAB-ON-A-CHIP COMPRISING MAGNETICALLY DRIVING LINE}
본 발명은 샘플 용액 아래에 강자성체를 구비하여 강자성체의 내부에 스핀 주입 토크를 발생시켜 강자성체의 자구벽의 이동에 따라 샘플 용액에서 자성 비드를 이동시키는 동안 샘플 용액의 타겟 분자와 자성 비드의 작용기를 결합시켜 샘플용액으로부터 타겟 분자를 분리시키도록 자성 구동 라인을 포함하는 랩온어칩에 관한 것이다.
일반적으로, 랩온어칩(Lab-On-a-Chip; LOC)은 의학, 생명공학, 환경, 농업 또는 축산 분야에서 이용되는 현장 실험실의 구성 요소를 반도체 기판에 옮겨 놓은 칩 속의 실험실 또는 칩 위의 실험실로 일컬어진다. 여기서, 상기 랩온어칩은 하나의 용기에 샘플 용액을 수용하여 샘플 용액에서 초상자성체를 이동시켜 샘플 용액으로부터 타겟 분자를 추출하도록 구성된다.
따라서, 상기 랩온어칩은 현장 실험실과 다르게 적은 양의 샘플 용액만으로 목적하는 실험을 수행하여 의학, 생명공학, 환경, 농업 또는 축산 분야에서 진단 및/ 또는 분석을 신속하게 해준다. 한편, 상기 랩온어칩은 한국 공개특허공보 제10-2015-0026669호에 종래기술로 개시되었다. 상기 종래 기술에서, 상기 랩온어칩은 연자성 미세 구조체, 자성구조체 및 자기력 인가부를 갖는다.
상기 연자성 미세 구조체는 기판 상에 연자성 박막을 증착하고 연자성 박막을 띠 형상으로 패터닝하여 띠 형상을 따라 복수의 반원을 갖도록 형성된다. 상기 자성구조체는 표면처리되어 표면에 관능기를 갖는다. 상기 자기력 인가부는 기판 주변에서 복수의 솔레노이드 코일 권선 구조물로 위치되어 연자성 미세 구조체와 자성구조체를 자화시킨다.
여기서, 상기 자기력 인가부는 복수의 솔레노이드 코일 권선 구조물에 인가되는 전류를 조절하여 기판 주변에 회전하는 외부 자기장을 형성한다. 상기 외부 자기장은 연자성 미세 구조체 상에서 띠 형상에 복수의 반원 둘레를 따라 자성 구조체를 이동시킨다. 그러나, 상기 자기력 인가부는 랩온어칩에서 차지하는 점유 면적을 크게 가지기 때문에 랩온어칩의 축소에 한계를 갖는다.
또한, 상기 자기력 인가부는 일 방향으로 회전되는 외부 자기장을 형성하기 때문에 연자성 미세 구조체 상에 위치되는 복수의 자성 구조체를 개별적으로 이동시킬 수 없다.
한국 공개특허공보 제10-2015-0026669호
본 발명은, 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 칩 면적의 축소에 자유도를 증가시키고 샘플 용액에서 복수의 자성 구조체를 개별적으로 이동시키는데 적합도록 자성 구동 라인을 포함하는 랩온어칩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 자성 구동 라인을 포함하는 랩온어칩(Lab-On-a-Chip; LOC)은, 자성 비드를 샘플 용액에 투입하여 상기 자성 비드의 작용기와 상기 샘플 용액의 타겟 분자를 결합시키고 상기 자성 비드를 상기 샘플 용액으로부터 분리하여 상기 샘플 용액으로부터 상기 타겟 분자를 추출시키도록 구성되기 위해서, 기판 상에 위치되어 외부 전원을 통해 구동되는 자성 구동 라인; 상기 자성 구동 라인을 덮는 습기 침투 방지막; 및 상기 습기 침투 방지막 상에 위치되는 액체 수용 구조물을 포함하고, 상기 자성 구동 라인은, 순차적으로 적층되는 중금속과 강자성체와 금속 산화막을 하나의 기본 구조물로 하여 상기 기본 구조물을 적어도 두 개 가지고, 상기 강자성체에 수직 자기 이방성 자화를 가지고, 상기 자성 구동 라인에 상기 외부 전원의 공급시 상기 강자성체에서 자구벽을 이동시키고, 상기 액체 수용 구조물은, 상기 자성 비드와 상기 샘플 용액을 수용하도록, 상기 강자상체의 상기 자구벽의 이동시 상기 샘플 용액에서 상기 자구벽을 따라 상기 자성 비드를 이동시키는 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 순차적으로 적층되는 실리콘(Si) 및 실리콘 옥사드(SiXOY) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 중금속은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
상기 강자성체는 붕소(B), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 산화막은 산화 마그네슘(MgO), 산화 탄탈륨(TaOX) 또는 산화 알루미늄(AlOX)을 포함할 수 있다.
상기 기본 구조물은, 상기 기판에 대하여, 상기 기판 상에 수직하게 복수로 위치될 수 있다.
상기 자성 구동 라인은 상기 기판의 표면으로부터 상기 기판의 상부를 향해 연장될 수 있다.
상기 자성 구동 라인은 일부분을 통해 상기 기판의 내부를 향해 삽입되고 나머지 부분을 통해 상기 기판으로부터 돌출할 수 있다.
상기 자성 구동 라인은, 상기 기판 상에 상기 기본 구조물을 수직하게 순차적으로 적층하여 상기 기본 구조물을 N(단, N ≥ 2) 개 가지는 때, 복수의 강자성체에서 하나의 최하위 강자성체 중 개별 자구와, 상기 개별 자구 상에 수직하게 위치되는 N-1 개의 자구의 자화 방향을 동일하게 가질 수 있다.
상기 자성 구동 라인은, 상기 기판 상에 상기 기본 구조물을 수직하게 순차적으로 적층하여 상기 기본 구조물을 N(단, N ≥ 2) 개 가지는 때, 상기 기판과 접촉하는 최하위 강자성체의 자구벽에, 상기 최하위 강자자성체 상에 위치되는 N-1 개의 강자성체의 자구벽을 수직하게 정렬시킬 수 있다.
상기 자성 구동 라인은, 상기 기본 구조물의 강자성체에서 두 개의 자구 사이의 자구벽을 기준으로 상기 두 개의 자구를 순환하는 국부 자기장을 통해 상기 자구벽 상에 상기 자성 비드를 자기적으로 고정시킬 수 있다.
상기 자성 구동 라인은, 상기 강자성체에서 상기 기판의 표면에 대해 수직하게 두께 1(nm)를 가질 수 있다.
상기 자성 구동 라인은, 상기 기본 구조물에서 상기 기판의 표면에 대해 수직하게 상기 중금속을 두께 1(nm)로, 상기 강자성체를 두께 1(nm)로, 그리고 상기 금속 산화물을 두께 1(nm)로 가질 수 있다.
상기 습기 침투 방지막은 실리콘 옥사이드(SiXOY)와 실리콘 나이트라이드(SiXNY) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 용액 수용 구조물은, 상기 자기 미소구의 표면에 상기 작용기를 가지도록, 상기 자기 미소구의 상기 표면에, 항체(antibody), 디옥시리보핵산(DNA), 전령 리보핵산(mRNA), 단백질(protein) 또는 단일 세포를 포함한 자성 비드를 수용할 수 있다.
상기 용액 수용 구조물은, 상기 자성 비드의 상기 작용기와 결합하도록, 상기 타겟 분자로써, 항원, 바이오 물질, 약물 또는 인체 세포를 포함한 샘플 용액을 수용할 수 있다.
상기 랩온어칩은 상기 기판 주변에 위치되어 상기 자성 구동 라인의 일 단 및 타 단에 전기적으로 각각 접속되는 제1 전극 노드와 제2 전극 노드를 더 포함하고, 상기 제1 전극 노드와 상기 제2 전극 노드는 상기 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 상기 자성 구동 라인의 상기 중금속에 전하 전류를 흐르게 하고, 상기 중금속은 스핀 궤도 결합을 통해 상기 전하 전류를 스핀 분극시켜 복수의 스핀 분극된 전도 전자를 생성시키고, 상기 강자성체는 상기 중금속으로부터 상기 복수의 스핀 분극된 전도 전자를 주입받아 상기 자구벽 주변에 위치되는 내부 전자의 자기 모우멘트에 전도 전자의 스핀 각운동량을 전달하여 스핀 주입 토오크를 통해 상기 자구벽을 이동시킬 수 있다.
본 발명은, 자성 구동 라인에 순차적으로 적층되는 중금속, 강자성체 및 금속 산화물을 구비하여 외부 전원을 중금속에 인가해서 중금속에 전하 전류를 흐르게 하고 중금속에서 전하 전류를 스핀 분극하여 복수의 스핀 분극된 전도 전자를 생성시키고 중금속으로부터 강자성체를 향해 복수의 스핀 분극된 전도 전자를 주입하며 복수의 스핀 분극된 전도 전자를 사용하여 외부 자기장 발생 장치 없이도 강자성체의 자구벽을 용이하게 이동시키므로 칩 면적의 축소에 자유도를 증가시킬 수 있다.
본 발명은, 자성 구동 라인에서 순차적으로 적층되는 중금속, 강자성체 및 금속 산화물을 기본 구조물로 하여 기본 구조물을 적어도 두 번 적층시켜도 기본 구조물의 개수 만큼 인접한 두 개의 자구 사이의 자구벽 주변에 발생되는 국소 자기장의 세기를 증가시켜 금속 산화물 상에서 복수의 자성 비드를 자구벽들에 자기적으로 각각 고정시키므로 자성 구동 라인의 형상을 따라 자성 구동 라인에 흐르는 전류의 방향을 조정하는 때 자성 구동 라인의 형상을 따라 복수의 자성 비드를 개별적으로 이동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자성 구동 라인을 포함하는 랩온어칩을 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 랩온어칩을 보여주는 부분 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 자성 구동 라인을 부분적으로 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 자성 구동 라인에서 두 개의 인접하는 자구를 보여주는 개략도이다.
도 5는 도 3의 자성 구동 라인에서 자구벽의 이동을 보여주는 개략도이다.
도 6은 도 2의 랩온어칩에서 자성 구동 라인의 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 7 내지 도 9는 도 1 또는 도 2의 랩온어칩의 이용 방법을 설명하는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예(들)에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자성 구동 라인을 포함하는 랩온어칩을 보여주는 개략도이고, 도 2는 도 1의 랩온어칩을 보여주는 부분 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 자성 구동 라인을 부분적으로 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 자성 구동 라인에서 두 개의 인접하는 자구를 보여주는 개략도이고, 도 5는 도 3의 자성 구동 라인에서 자구벽의 이동을 보여주는 개략도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 랩온어칩(Lab-On-a-Chip; 90)은 기판(10), 자성 구동 라인(50), 습기 침투 방지막(70) 및 액체 수용 구조물(80)을 포함한다. 상기 기판(10)은 순차적으로 적층되는 실리콘(Si) 및 실리콘 옥사드(SiXOY) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 자성 구동 라인(50)은 기판(10) 상에 위치되어 외부 전원(도 8의 V)을 통해 구동된다.
상기 자성 구동 라인(50)은 순차적으로 적층되는 중금속(20)과 강자성체(30)와 금속 산화막(40)을 하나의 기본 구조물로 하여 기본 구조물을 적어도 두 개 갖는다. 상기 중금속(20)은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W)을 포함한다. 상기 강자성체(30)는 붕소(B), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 금속 산화막(40)은 산화 마그네슘(MgO), 산화 탄탈륨(TaOX) 또는 산화 알루미늄(AlOX)을 포함한다. 상기 자성 구동 라인(50)에서, 상기 기본 구조물은, 기판(10)에 대하여, 기판(10) 상에 수직하게 복수로 위치된다. 여기서, 상기 자성 구동 라인(50)은 기판(10)의 표면으로부터 기판(10)의 상부를 향해 연장된다.
이와는 다르게, 상기 자성 구동 라인(50)은 일부분을 통해 기판(10)의 내부를 향해 삽입되고 나머지 부분을 통해 기판(10)으로부터 돌출된다. 또한, 상기 자성 구동 라인(50)은, 기판(10) 상에 기본 구조물을 수직하게 순차적으로 적층하여 기본 구조물을 N(단, N ≥ 2) 개 가지는 때, 복수의 강자성체(30)에서 하나의 최하위 강자성체(30) 중 개별 자구(separately magnetic domain; 도 3의 A 또는 B)와, 개별 자구(A 또는 B) 상에 수직하게 위치되는 N-1 개의 자구의 자화 방향을 동일하게 갖는다.
상기 자성 구동 라인(50)은, 기판(10) 상에 기본 구조물을 수직하게 순차적으로 적층하여 기본 구조물을 N(단, N ≥ 2) 개 가지는 때, 기판(10)과 접촉하는 최하위 강자성체(30)의 자구벽(30A)에, 최하위 강자자성체(30) 상에 위치되는 N-1 개의 강자성체(30)의 자구벽(30A)을 수직하게 정렬시킨다. 더욱이, 상기 자성 구동 라인(50)은 강자성체(50)에 수직 자기 이방성 자화(M)를 갖는다.
상기 자성 구동 라인(50)은, 강자성체(30)에서 기판(10)의 표면에 대해 수직하게 두께 1(nm)를 갖는다. 좀 더 상세하게는, 상기 자성 구동 라인(50)은, 기본 구조물에서 기판(10)의 표면에 대해 수직하게 중금속(20)을 두께 1(nm)로, 강자성체(30)를 두께 1(nm)로, 그리고 금속 산화물(40)을 두께 1(nm)로 갖는다. 상기 습기 침투 방지막(70)은 자성 구동 라인(50)을 덮는다.
상기 습기 침투 방지막(70)은 실리콘 옥사이드(SiXOY)와 실리콘 나이트라이드(SiXNY) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 액체 수용 구조물(80)은 습기 침투 방지막(70) 상에 위치된다. 상기 액체 수용 구조물(80)은 자성 비드(120)와 샘플 용액(도면에 미 도시)을 수용하도록 구성된다.
한편, 상기 랩온어칩(50)은, 기판(10) 주변에 위치되어 자성 구동 라인(50)의 일 단 및 타 단에 전기적으로 각각 접속되는 제1 전극 노드(61)와 제2 전극 노드(62)를 더 포함한다. 여기서, 상기 제1 전극 노드(61)와 제2 전극 노드(62)는 외부 전원(V)으로부터 전력을 공급받아 자성 구동 라인(50)의 중금속(20)에 전하 전류(charge current; Ⅰ)를 흐르게 한다.
상기 중금속(20)은 스핀 궤도 결합을 통해 전하 전류(Ⅰ)를 스핀 분극시켜 복수의 스핀 분극된 전도 전자(spin-polarized conduction electron; e-)를 생성시킨다. 상기 강자성체(30)는 중금속(20)으로부터 복수의 스핀 분극된 전도 전자(e-)를 주입받아 자구벽(30A) 주변에 위치되는 내부 전자의 자기 모우멘트에 전도 전자(e-)의 스핀 각운동량을 전달하여 스핀 주입 토오크를 통해 자구벽(30A)을 도 3 및 도 5와 같이 이동시킨다.
상기 자성 구동 라인(50)에 전하 전류(Ⅰ)의 흐름 동안, 상기 자성 구동 라인(50)은, 기본 구조물의 강자성체(30)에서 두 개의 자구(A, B) 사이의 자구벽(30A)을 기준으로 두 개의 자구(A, B)를 순환하는 국부 자기장(도 4의 F)을 통해 자구벽(30A) 상에 자성 비드(120)를 자기적으로 도 3과 같이 고정시킨다.
상기 자성 구동 라인(50)은, 자성 구동 라인(50)에 외부 전원(V)의 공급시 강자성체(30)에서 소정 방향(D)을 따라 자구벽(30A)을 이동시킨다. 상기 액체 수용 구조물(80)은, 강자상체(30)의 자구벽(30A)의 이동시 샘플 용액에서 자구벽(30A)을 따라 자성 비드(120)를 도 3 및 도 5와 같이 이동시킨다.
도 6은 도 2의 랩온어칩에서 자성 구동 라인의 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 상기 자성 구동 라인(55)은 도 2의 자성 구동 라인(50)과 다른 형상을 갖는다. 좀 더 상세하게는, 상기 자성 구동 라인(55)은 출발 노드(63)로부터 곧게 연장하여 3 개의 종료 노드(65, 67, 69)를 향해 분기된다. 여기서, 상기 자성 구동 라인(55)은 도 2의 자성 구동 라인(50)과 동일한 자성 구조를 갖는다.
따라서, 상기 자성 구동 라인(55)은 외부 전원(도 8의 V)의 인가 방향에 따라 출발 노드(63)으로부터 종료 노드(65), 출발 노드(63)으로부터 종료 노드(67) 또는 출발 노드(63)으로부터 종료 노드(69)를 향해 도 2의 자성 비드(120)를 개별적으로 소정 방향(D1)으로 이동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 랩온어칩의 이용 방법은 나머지 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 7은 도 1 또는 도 2의 랩온어칩에 수용되는 자성 비드를 설명하는 개략도이고, 도 8은 도 1 또는 도 2의 랩온어칩을 부분적으로 잘라 액체 수용 구조물에서 자성 비드의 이동을 설명하는 개략도이며, 도 9는 도 8의 액체 수용 구조물에서 자성 비드의 작용기에 샘플 용액의 타겟 분자의 결합을 설명하는 개략도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 자성 비드(120), 샘플 용액 및 랩온어칩(도 2의 90)이 준비될 수 있다. 상기 랩온어칩(90)은 순차적으로 적층되는 기판(10), 자성 구동 라인(50), 습기 침투 방지막(70) 및 액체 수용 구조물(80)을 포함한다. 상기 기판(10), 자성 구동 라인(50), 습기 침투 방지막(70) 및 액체 수용 구조물(80)은 도 1 내지 도 5에서 충분히 설명되었다.
다음으로, 상기 랩온어칩(90)에서 액체 수용 구조물(80)의 제1 홀(도 2의 H1) 또는 제2 홀(도 2의 H2)을 통해 자성 비드(120) 및 샘플 용액이 수용될 수 있다. 좀 더 상세하게 개별적으로 설명하면, 상기 랩온어칩(90)에서, 상기 자성 비드(120)는, 자기 미소구(100)의 표면에 작용기(110A)를 가지도록, 자기 미소구(100)의 표면에, 항체(antibody), 디옥시리보핵산(DNA), 전령 리보핵산(mRNA), 단백질(protein) 또는 단일 세포를 포함한다.
여기서, 상기 자기 미소구(100)는 초 상자성 물질(superparamagnetic material)로 이루어진다. 상기 자성 비드(120)는, 자기 미소구(100)의 표면을 덮는 폴리머 셀(polymer shell; 100)을 포함한다. 상기 랩온어칩(90)에서, 상기 샘플 용액은, 자성 비드(120)의 작용기(110A)와 결합하도록, 타겟 분자로써, 항원, 바이오 물질, 약물 또는 인체 세포를 포함한다. 다음으로, 상기 랩온어칩(90)에서 자성 구동 라인(50)에 전기선(L)을 통해 외부 전원(V)의 전력이 인가될 수 있다.
상기 전기선(L)은 제1 전극 노드(도 2의 61)와 제2 전극 노드(도 2의 62)에 연결될 수 있다. 상기 자성 구동 라인(50)에 외부 전원(V)의 전력 인가 동안, 상기 자성 구동 라인(50)에서 중금속(20)에 전하 전류(Ⅰ)의 흐름과 강자성체(30)에 전도 전자(e-)의 흐름이 형성될 수 있다. 상기 전도 전자(e-)의 각 운동량은 강자성체(30)의 자구벽(30A) 주변에 위치되는 내부 전자의 자기 모우먼트에 스핀 주입 토크를 전달한다.
여기서, 상기 자성 구동 라인(50)은 자구벽(30A)의 국소 자기장(도 4의 F)을 이용하여 습기 침투 방지막(70) 상에 자성 비드(120)를 자기적으로 고정시킨다. 상기 내부 전자와 전도 전자(e-)의 스핀 상호 작용 동안, 상기 자구벽(30A)은 자성 구동 라인(50)을 따라 자성 비드(120)와 함께 소정 방향(D)으로 이동할 수 있다(도 3 및 도 5도 참조). 좀 더 상세하게는, 상기 자성 비드(120)는 기판(10) 상에서 시작점(P1)을 출발하고 자성 구동 라인(50)을 경유하여 종료점(P2)에 도달될 수 있다.
상기 액체 수용 구조물(80)에서 자성 비드(120)의 이동 동안, 상기 랩온어칩(90)은 자성 비드(120)의 작용기(110A)와 샘플 용액의 타겟 분자(131, 133, 135, 137 또는 139)를 결합시키고 액체 수용 구조물(80)의 제1 홀(H1) 또는 제2 홀(H2)을 통해 자성 비드(120)를 샘플 용액으로부터 분리하여 샘플 용액으로부터 타겟 분자(131, 133, 135, 137 또는 139)를 추출시키도록 구성될 수 있다.
10; 기판, 20; 중금속
30; 강자성체, 40; 금속 산화막
50; 자성 구동 라인, 61, 62; 전극 노드
70; 습기 침투 방지막, 80; 액체 수용 구조물
90; 랩온어칩, 120; 자성 비드
H1, H2; 홀, P1; 시작점
P2; 종료점

Claims (17)

  1. 자성 비드를 샘플 용액에 투입하여 상기 자성 비드의 작용기와 상기 샘플 용액의 타겟 분자를 결합시키고 상기 자성 비드를 상기 샘플 용액으로부터 분리하여 상기 샘플 용액으로부터 상기 타겟 분자를 추출시키도록 구성되는 랩온어칩(Lab-On-a-Chip; LOC)에 있어서,
    기판 상에 위치되어 외부 전원을 통해 구동되는 자성 구동 라인;
    상기 자성 구동 라인을 덮는 습기 침투 방지막; 및
    상기 습기 침투 방지막 상에 위치되는 액체 수용 구조물을 포함하고,
    상기 자성 구동 라인은,
    순차적으로 적층되는 중금속과 강자성체와 금속 산화막을 하나의 기본 구조물로 하여 상기 기본 구조물을 적어도 두 개 가지고,
    상기 강자성체에 수직 자기 이방성 자화를 가지고,
    상기 자성 구동 라인에 상기 외부 전원의 공급시 상기 강자성체에서 자구벽을 이동시키고,
    상기 액체 수용 구조물은,
    상기 자성 비드와 상기 샘플 용액을 수용하도록,
    상기 강자상체의 상기 자구벽의 이동시 상기 샘플 용액에서 상기 자구벽을 따라 상기 자성 비드를 이동시키는 랩온어칩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 순차적으로 적층되는 실리콘(Si) 및 실리콘 옥사드(SiXOY) 중 적어도 하나를 포함하는 랩온어칩.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 중금속은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W)을 포함하는 랩온어칩.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 강자성체는 붕소(B), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하는 랩온어칩.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 산화막은 산화 마그네슘(MgO), 산화 탄탈륨(TaOX) 또는 산화 알루미늄(AlOX)을 포함하는 랩온어칩.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기본 구조물은, 상기 기판에 대하여, 상기 기판 상에 수직하게 복수로 위치되는 랩온어칩.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 구동 라인은 상기 기판의 표면으로부터 상기 기판의 상부를 향해 연장되는 랩온어칩.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 구동 라인은 일부분을 통해 상기 기판의 내부를 향해 삽입되고 나머지 부분을 통해 상기 기판으로부터 돌출하는 랩온어칩.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 구동 라인은,
    상기 기판 상에 상기 기본 구조물을 수직하게 순차적으로 적층하여 상기 기본 구조물을 N(단, N ≥ 2) 개 가지는 때,
    복수의 강자성체에서 하나의 최하위 강자성체 중 개별 자구와, 상기 개별 자구 상에 수직하게 위치되는 N-1 개의 자구의 자화 방향을 동일하게 갖는 랩온어칩.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 구동 라인은,
    상기 기판 상에 상기 기본 구조물을 수직하게 순차적으로 적층하여 상기 기본 구조물을 N(단, N ≥ 2) 개 가지는 때,
    상기 기판과 접촉하는 최하위 강자성체의 자구벽에, 상기 최하위 강자자성체 상에 위치되는 N-1 개의 강자성체의 자구벽을 수직하게 정렬시키는 랩온어칩.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 구동 라인은,
    상기 기본 구조물의 강자성체에서 두 개의 자구 사이의 자구벽을 기준으로 상기 두 개의 자구를 순환하는 국부 자기장을 통해 상기 자구벽 상에 상기 자성 비드를 자기적으로 고정시키는 랩온어칩.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 구동 라인은,
    상기 강자성체에서 상기 기판의 표면에 대해 수직하게 두께 1(nm)를 갖는 랩온어칩.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 구동 라인은,
    상기 기본 구조물에서 상기 기판의 표면에 대해 수직하게 상기 중금속을 두께 1(nm)로, 상기 강자성체를 두께 1(nm)로, 그리고 상기 금속 산화물을 두께 1(nm)로 갖는 랩온어칩.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 습기 침투 방지막은 실리콘 옥사이드(SiXOY)와 실리콘 나이트라이드(SiXNY) 중 적어도 하나를 포함하는 랩온어칩.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 용액 수용 구조물은, 상기 자기 미소구의 표면에 상기 작용기를 가지도록, 상기 자기 미소구의 상기 표면에,
    항체(antibody), 디옥시리보핵산(DNA), 전령 리보핵산(mRNA), 단백질(protein) 또는 단일 세포를 포함한 자성 비드를 수용하는 랩온어칩.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 용액 수용 구조물은, 상기 자성 비드의 상기 작용기와 결합하도록, 상기 타겟 분자로써,
    항원, 바이오 물질, 약물 또는 인체 세포를 포함한 샘플 용액을 수용하는 랩온어칩.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 주변에 위치되어 상기 자성 구동 라인의 일 단 및 타 단에 전기적으로 각각 접속되는 제1 전극 노드와 제2 전극 노드를 더 포함하고,
    상기 제1 전극 노드와 상기 제2 전극 노드는 상기 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 상기 자성 구동 라인의 상기 중금속에 전하 전류를 흐르게 하고,
    상기 중금속은 스핀 궤도 결합을 통해 상기 전하 전류를 스핀 분극시켜 복수의 스핀 분극된 전도 전자를 생성시키고,
    상기 강자성체는 상기 중금속으로부터 상기 복수의 스핀 분극된 전도 전자를 주입받아 상기 자구벽 주변에 위치되는 내부 전자의 자기 모우멘트에 전도 전자의 스핀 각운동량을 전달하여 스핀 주입 토오크를 통해 상기 자구벽을 이동시키는 랩온어칩.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060094416A (ko) * 2005-02-24 2006-08-29 한국과학기술원 자성 나노입자와 마이크로비드를 이용한 자기력 기반 미세 유체 칩 및 이를 이용한 생체분자분석장치 및 생체분자분석방법
US20100233822A1 (en) * 2006-01-25 2010-09-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device for analyzing fluids
KR20120129265A (ko) * 2011-05-19 2012-11-28 삼성전자주식회사 자기 터널 접합 소자
KR20150026669A (ko) 2013-08-29 2015-03-11 충남대학교산학협력단 미세자기영동 채널회로 및 자성구조체를 이용한 바이오물질의 이송, 트래핑 및 탈출 장치
KR101873695B1 (ko) * 2017-10-26 2018-07-02 고려대학교 산학협력단 스핀필터 구조체를 포함하는 자기 터널 접합 소자

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060094416A (ko) * 2005-02-24 2006-08-29 한국과학기술원 자성 나노입자와 마이크로비드를 이용한 자기력 기반 미세 유체 칩 및 이를 이용한 생체분자분석장치 및 생체분자분석방법
US20100233822A1 (en) * 2006-01-25 2010-09-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device for analyzing fluids
KR20120129265A (ko) * 2011-05-19 2012-11-28 삼성전자주식회사 자기 터널 접합 소자
KR20150026669A (ko) 2013-08-29 2015-03-11 충남대학교산학협력단 미세자기영동 채널회로 및 자성구조체를 이용한 바이오물질의 이송, 트래핑 및 탈출 장치
KR101873695B1 (ko) * 2017-10-26 2018-07-02 고려대학교 산학협력단 스핀필터 구조체를 포함하는 자기 터널 접합 소자

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