KR20200127333A - 다중 분석을 위한 분기형 바이오 칩 - Google Patents

Abstract

다중 분석을 위한 분기형 바이오 칩은 상부 및 하부 플레이트들 사이에 형성되는 바이오 채널을 포함하고, 상기 바이오 채널은 유입부, 상부 채널, 챔버부, 하부 채널 및 유출부를 포함한다. 상기 유입부로는 검체가 유입된다. 상기 상부 채널은 상기 유입된 검체가 분기되며 유동된다. 상기 챔버부는 상기 상부 채널을 통해 제공되는 상기 검체에 대한 유전자 증폭으로 다중 분석이 수행되는 복수의 챔버들을 포함한다. 상기 하부 채널은 상기 챔버를 채우고 남은 검체가 개별적으로 유동되는 복수의 유출라인들을 포함한다. 상기 유출부로는 상기 검체가 회수된다. 이 경우, 상기 상부 채널의 길이는 상기 유전자 증폭에 따른 유전자 확산 길이보다 길게 형성된다.

Description

다중 분석을 위한 분기형 바이오 칩{BIOCHIP FOR MULTIPLEX ANALYSIS}

본 발명은 분기형 바이오 칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검체에 대한 다중 분석을 수행하기 위해, 각 챔버에 정량의 시료가 분배되며, 각 챔버에서 유전자 증폭 시약을 통해 증폭을 수행하여 다중 분석을 동시에 수행할 수 있는 다중 분석을 위한 분기형 바이오 칩에 관한 것이다.

현장진단에 사용되는 주요 기술들은 최근 미세유체 기술과의 융합을 통해 발전이 가속화되며, 감염병 외에도 일상적인 건강관리 검사, 질병의 정확한 진단 및 효과적인 치료를 위한 도구로 사용되고 있는데, 이러한 현장진단은 혈액화학검사(blood chemistry test), 측방유동면역분석법(lateral flow immune chromatographic assay), 핵산기반 분석(PCR) 및 유세포분석(flow cytometry) 등의 방법이 사용되고 있다.

특히, 미세유체 기반 기술로 소형화되고 있는 PCR 방법에 적용되는 PCR 칩은 고정식 마이크로 챔버와 온도 조절 가열부를 칩 상에 집적시켜 유전자의 변성, 접합, 신장 반응을 수행하여 적은양의 시료로도 효과적인 분석이 가능하여 사용성이 향상되고 있으며, 관련 기술도 다수 개발되고 있다.

한편, 종래 PCR 방법에 적용되는 미세유체 칩의 경우, 대한민국 등록특허 제10-1696259호에서와 같이, 하나의 검체를 분석하기 보다는 동시에 다수의 검체를 다중 분석하기 위해 복수의 채널을 포함하도록 설계되고 있으며, 이 경우, 복수의 챔버들에 서로 다른 종류의 진단용 시약이 구비되어 하나의 검체에 대하여 복수의 챔버에서 다중 분석이 가능한 것을 특징으로 한다.

다만, 상기 다중 분석을 위해서는, 채널이 분기형으로 설계되어야 하지만, 미세유체 칩의 경우 챔버 및 각 채널간의 미세한 설계로 인한 오차가 발생하여 복수의 챔버에 검체가 균일하게 주입되지 않는 문제가 있으며, 이에 따라 진단의 정확도가 감소하며 유전자 증폭시 유전자 확산 및 이동으로 인한 교차 오염이 발생하는 등의 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1696259호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 각 챔버에 정량의 시료를 공급하여, 다중 유전자 분석을 수행하되, 챔버로 인가되는 검체의 유속을 일정하게 유지시켜, 각 챔버에서의 균일한 유전자 분석을 수행할 수 있어 진단의 정확도를 향상시키며 각 챔버들 사이에서의 교차 오염을 최소화할 수 있는 다중 분석을 위한 분기형 바이오 칩을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 분기형 바이오 칩은 상부 및 하부 플레이트들 사이에 형성되는 바이오 채널을 포함하고, 상기 바이오 채널은 유입부, 상부 채널, 챔버부, 하부 채널 및 유출부를 포함한다. 상기 유입부로는 검체가 유입된다. 상기 상부 채널은 상기 유입된 검체가 분기되며 유동된다. 상기 챔버부는 상기 상부 채널을 통해 제공되는 상기 검체에 대한 유전자 증폭으로 다중 분석이 수행되는 복수의 챔버들을 포함한다. 상기 하부 채널은 상기 챔버를 채우고 남은 검체가 개별적으로 유동되는 복수의 유출라인들을 포함한다. 상기 유출부로는 상기 검체가 회수된다. 이 경우, 상기 상부 채널의 길이는 상기 유전자 증폭에 따른 유전자 확산 길이보다 길게 형성된다.

일 실시예에서, 상기 상부 채널은, 상기 유입부와 연결되는 유입라인으로부터, 상기 챔버들의 개수만큼 분기되는 분기라인들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 사이에 형성되는 상기 챔버들 각각은 제1 높이(h1)를 가지며, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 사이에 형성되는 상기 유출라인은 제2 높이(h2)를 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 높이(h1) 보다 상기 제2 높이(h2)가 낮게 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 유출라인은, 상기 챔버로부터 상기 유출부까지 직선으로 연장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 높이(h1)는 상기 제2 높이(h2)와 동일하게 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 유출라인은, 상기 챔버로부터 상기 유출부까지 곡선으로 연장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 유출라인에는, 상기 유출 라인의 연장 방향에 수직인 방향으로 상기 상부 플레이트를 향하여 적어도 하나의 홈이 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 홈은, 상기 유출라인의 연장 방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 유출부는, 상기 상부 플레이트를 관통하여 형성되며, 상기 상부 플레이트 상에서 상부로 갈수록 반경이 증가할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 다중 분석을 위한 바이오 칩의 경우, 유전자 증폭이 발생하는 챔버에서 유전자 증폭시의 유전자 확산 길이보다 분기라인의 길이가 짧아, 인접 챔버로 증폭되는 유전자가 재이동하여 혼합됨으로써, 교차오염이 발생하고 진단의 정확성이 감소하는 문제를 해결하여, 상부 채널이 포함하는 분기라인들의 길이가 유전자 증폭시의 유전자 확산 길이보다 길게 형성되도록 설계하여, 교차오염을 최소화하고 진단의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유출라인의 길이를 증가시키거나, 높이를 감소시키는 등, 유출라인에서의 검체의 유동 저항을 증가시킴으로써, 전반적인 검체의 이동 속도를 줄이면서 일정한 이동을 유도할 수 있어, 각각의 챔버 및 각각의 유출라인들이 가지는 미세한 제작 오차로 인한 각 반응 챔버내 불균일한 검체의 이송 및 반응량에 대한 편차를 최소화하여, 보다 균일하고 정확한 검체에 대한 진단을 수행할 수 있다.

즉, 챔버의 높이보다 유출라인의 높이를 감소시켜 유동 저항을 증가시키거나, 유출라인을 곡선형으로 연장시켜 길이를 증가시켜 유동 저항을 증가시킬 수 있다.

또한, 유출라인 상에 홈을 적어도 하나 형성하여 홈에 검체가 머무름으로써 유동 저항을 증가시킬 수 있다.

이 경우, 상기 유동 저항을 증가시키기 위한 상기 구조물들을 복합적으로 선택하여 형성함으로써, 유동 저항을 보다 향상시킬 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 분기형 바이오 칩을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 상부채널의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 상부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 4a는 도 1의 하부채널의 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 4b는 도 4a의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 5b는 도 5a의 II-II'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 6b는 도 6a의 III-III'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 7b는 도 7a의 IV-IV'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 8b는 도 8a의 V-V'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 9a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 9b는 도 9a의 VIII-VIII'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 도 1의 분기형 바이오 칩을 이용하여 8개의 반응챔버들에서 검체에 대한 분석을 수행한 결과를 나타낸 그래프 및 데이터들이다.
도 11a 내지 도 11d는 도 1의 분기형 바이오 칩을 이용하여 2개의 반응 챔버들에서 검체에 대한 분석을 수행하여, 교차 오염의 여부를 확인한 그래프 및 데이터들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 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 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 분기형 바이오 칩을 도시한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 분기형 바이오 칩(10)은 하부 플레이트(20) 및 상부 플레이트(30)의 사이에 형성되는 바이오 채널(100)을 포함한다.

상기 바이오 칩(10)은 일반적으로 상기 하부 플레이트(20) 및 상기 상부 플레이트(30) 중 어느 하나에 오목한 형상으로 상기 바이오 채널(100)이 형성되고, 상기 상부 및 하부 플레이트들(20, 30)이 서로 접합되어 완성되는 것으로, 상기 상부 및 하부 플레이트들(20, 30)은 투명한 재질로 형성될 수 있다.

이에, 도 1에서는 평면도로 도시된 것으로, 상기 바이오 채널(100)만이 외부에서 관측될 수 있으나, 실제 상기 바이오 채널(100)은 상기 상부 및 하부 플레이트들(20, 30) 중 어느 하나에 형성된다.

다만, 본 실시예에서는, 상기 바이오 채널(100)은 상부 플레이트(30)에 형성되는 것을 예시하여 설명한다.

한편, 상기 하부 플레이트(20)는 상부에, 후술되는 도 4b에 도시된 바와 같이, 필름(21)이 형성될 수 있으며(즉, 상기 하부 플레이트(20)가 상기 필름(21)을 포함하거나, 또는 상기 하부 플레이트(20)가 필름(21)으로 형성됨), 상기 필름을 통해, 상기 바이오 채널(100)을 통과하는 검체는 유전자 증폭에 필요한 온도에 신속하게 영향 받을 수 있다.

이 경우, 상기 필름(21)(즉, 상기 하부 플레이트(20)가 필름(21)으로 형성되는 경우, 상기 하부 플레이트(20))은, 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 열융착, 초음파융착 등으로 방법으로 부착될 수 있다.

상기 바이오 채널(100)은, 유입부(110), 유출부(120), 상부채널(200), 하부채널(300) 및 챔버부(400)를 포함한다.

상기 유입부(110)는 검체가 유입되는 홀(hole)로 형성되며, 상기 상부 플레이트(30)가 외부로 개방되어, 외부에서 유전자 검사가 필요한 검체를 주입하게 된다.

상기 유입부(110)는 도 1에서는 2개가 각각 양 측에 형성되는 것을 도시하였으나, 상기 유입부(110)는 1개가 형성될 수도 있고, 3개 이상이 형성될 수도 있다.

상기 유입부(110)는 유입라인(111)을 통해 상기 상부채널(200)과 연결된다.

즉, 상기 유입라인(111)은 상기 유입부(110)로 인입된 검체를 상기 상부채널(200)로 제공하는 것으로 도 1에서와 같이, 상기 유입부(110)가 2개가 형성되는 경우라면, 각각의 유입부(110)와 상부 채널(200)을 연결하게 되며, 검체의 유동 속도 및 이송량을 일정하게 유지하기 위해 서로 동일한 길이로 형성될 수 있다.

상기 상부채널(200)은 상기 유입라인(111)을 통해 유동되는 상기 검체를 상기 챔버부(400)로 제공하는 채널로서, 일반적으로 하나의 유입라인을 통해 제공되는 검체를 복수의 챔버를 포함하는 챔버부로 제공하기 위해, 상기 검체의 유동 라인을 분기하기 위한 분기부를 포함하게 된다.

이하에서는, 상기 챔버부(400)의 챔버의 개수가 8개이고, 유입부(110)가 2개인 경우에 대하여 예를 들어 설명하지만, 상기 챔버의 개수 및 유입부의 개수는 다양하게 설계될 수 있음은 자명하다.

보다 구체적으로, 상기 상부채널(200)은 제1 분기부(210), 제2 분기부(220) 및 제3 분기부(230)를 포함할 수 있다.

상기 제1 분기부(210)는 상기 유입라인(111)의 끝단과 연결되어, 상기 유입라인(111)을 통해 제공되는 검체를 2개의 라인으로 분기되는 제1 분기라인(211)으로 분리하여 제공함으로써, 상기 검체를 1차적으로 분기하여 유동시킨다.

또한, 상기 제2 분기부(220) 및 상기 제3 분기부(230)는 각각 상기 제1 분기라인(211)의 끝단에 연결되어, 상기 제1 분기라인(211)을 통해 제공되는 검체를 2개의 라인으로 추가로 분기시키는 제2 분기라인(221) 및 제3 분기라인(231)으로 분리하여 제공함으로써, 상기 검체를 2차적으로 분기하여 유동시킨다.

이에 따라, 상기 유입라인(111)을 통해 유입된 상기 검체는 상기 제1 분기부(210), 상기 제1 분기라인(211), 상기 제2 분기부(220) 및 상기 제2 분기라인(221), 상기 제3 분기부(230) 및 상기 제3 분기라인(231)을 통해 분기되어 제공된다.

즉, 본 실시예에서는, 상기 상부채널(200)은, 하나의 유동라인을 4개의 분기라인으로 분기시킴으로써, 상기 검체를 4개의 챔버들 각각으로 제공하게 된다.

이 경우, 상기 제1 분기라인(211), 상기 제2 분기라인(221) 및 상기 제3 분기라인(231)을 통해 상기 검체가 유동되는 경우, 상기 유입부(110)로부터 상기 챔버까지 연장되는 모든 길이는 동일하여야 한다. 그리하여, 상기 검체는 상기 유입부(110)로부터 상기 챔버까지 균일하게 제공될 수 있다.

한편, 특히, 상기 제2 분기라인(221) 및 상기 제3 분기라인(231)들 각각의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 소위, 'S'자 형상으로 연장됨으로써, 상기 제2 분기라인(221) 및 상기 제3 분기라인(231)의 길이를 상대적으로 증가시킬 수 있다.

즉, 상기 제1 분기라인(211)은 직선과 유사한 곡선형으로 형성되지만, 상기 제2 분기라인(221) 및 상기 제3 분기라인(231)은 상대적으로 'S'자 형과 같은 곡선으로 형성되어, 상기 제1 분기라인(211)의 길이보다 상대적으로 길게 형성된다.

후술하겠으나, 상기 챔버부(400)의 각각의 챔버들(401)에서는, 서로 다른 유전자 증폭을 통한 진단이 수행되기 때문에, 하나의 챔버에 저장되는 유전자는 인접 챔버로 이동되어서는 안된다.

그러나, 유전자 증폭이 발생되는 경우, 유전자는 확산에 따라 이동 길이가 증가하게 되며, 이에 상기 챔버(401)의 공간을 벗어나 상기 제2 분기라인(221) 또는 상기 제3 분기라인(231)을 따라 상기 유전자는 이동될 수 있다.

이에, 상기 제2 분기라인(221) 및 상기 제3 분기라인(231)의 길이가 상대적으로 짧게 형성된다면, 상기 챔버(401)에서 진행되는 유전자 증폭에 의해 유전자 확산에 따른 이동 길이가 분기라인 길이보다 길게 되어, 인접 챔버로까지 이동될 수 있고, 이는 결국, 각각의 챔버들에서 서로 독립적으로 수행되는 진단에 영향을 미치게 된다.

따라서, 이러한 교차 감염의 문제를 최소화 또는 억제하기 위해, 본 실시예에서는 특히, 상기 제2 분기라인(221) 및 상기 제3 분기라인(231)의 길이를 유전자 확산 길이보다 충분히 길게 형성하며, 나아가, 제1 분기라인(211)의 길이도 상대적으로 길게 형성한다.

상기 챔버부(400)는, 복수의 챔버들(401)을 포함하는 것으로, 각각의 챔버에는 서로 다른 유전자 증폭을 수행할 수 있는 진단 시약이 기 저장될 수 있다.

이와 달리, 상기 진단 시약은, 도시하지는 않았으나, 별도의 주입부를 통해 상기 챔버로 제공될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 각각의 챔버들(401)에서는 동일한 검체에 대하여 서로 다른 유전자 증폭을 통한 진단을 수행하는 것으로, 이러한 독립적인 진단의 정확성을 높이기 위해서는, 인접 챔버들 사이에서의 교차 감염을 최소화 또는 억제하여야 하며, 이를 위해 앞서 설명한 바와 같이, 상기 상부채널(200)의 길이를 상기 유전자 증폭에 따른 유전자 확산 길이보다 길게 형성하여야 한다.

상기 하부채널(300)은 상기 챔버부(400)와 상기 유출부(120) 사이에 연결되어, 상기 챔버부를 채운 남은 검체를 유동시킨다.

이 경우, 상기 하부채널(300)은, 상기 챔버부(400)의 챔버들 각각과 유출부(120)를 연결시키는 유출라인(310)을 포함한다.

상기 유출부(120)는 상기 챔버들의 개수와 동일하게 형성되어, 상기 유출부(120)의 끝단에 각각 연결된다.

그리하여, 본 실시예에서는, 상기 각각의 챔버(401)들은 하나의 유출라인(310)을 통해 하나의 유출부(120)로 제공되어, 외부로 유출되며, 챔버부를 채운 남은 검체들은 서로 혼합되지 않게 된다.

이 경우, 상기 유출부(120)도 상기 유입부(110)와 동일하게 상기 상부 플레이트(30)는 개구되어 외부로 노출되며, 이를 통해 상기 반응된 검체들은 외부로 제공될 수 있다.

한편, 상기 유출라인(310)은 상기 제2 분기라인(221) 및 상기 제3 분기라인(231)과 유사한 'S'자형 곡선으로 형성되며, 이에 따라 상기 유출라인(310)을 통과하는 유체의 저항은 증가하게 된다.

이러한 유출라인(310)의 구체적인 설명은 후술한다.

도 2는 도 1의 상부채널의 다른 예를 도시한 평면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 도 1의 상부채널(200)은, 도 2에 도시된 예와 같은 상부채널(201)과 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 2에서는, 4개의 챔버(400)만을 도시하였으나, 다른 4개의 챔버 역시 동일한 형태의 상부채널을 형성할 수 있다.

즉, 상기 상부채널(201)은 제1 분기부(210) 및 제1 분기라인(214)을 포함할 수 있다.

그리하여, 본 예에서는, 상기 유입라인(111)을 통해 제공된 검체는 상기 제1 분기부(210)를 통해 4개 제1 분기라인(214) 각각으로 분기되며, 이에 따라, 상기 검체는 상기 제1 분기라인(214)을 통해 직접 상기 챔버부(400)로 제공될 수 있으며 상기 유입라인(111) 없이 상기 유입부(110)가 제1 분기부(210) 상에 형성되어 상기 검체를 제공할 수 있다.

본 예에서는, 상기 제1 분기라인(214)은 곡선으로 길게 바로 연장됨으로써, 상기 제1 분기부(210)로부터 상기 챔버부(400)의 챔버들(401) 각각으로 보다 용이하게 제공될 수 있다.

도 3은 도 1의 상부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 도 1의 상부채널(200)은, 도 3에 도시된 예와 같은 상부채널(202)과 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 3에서는, 4개의 챔버(401)만을 도시하였으나, 다른 4개의 챔버 역시 동일한 형태의 상부채널을 형성할 수 있다.

즉, 상기 상부채널(202)은 제1 분기부(210) 및 제1 분기라인(215)을 포함할 수 있다.

그리하여, 본 예에서는, 상기 유입라인(111)을 통해 제공된 검체는 상기 제1 분기부(210)를 통해 4개 제1 분기라인(215) 각각으로 분기되며, 이에 따라, 상기 검체는 상기 제1 분기라인(215)을 통해 직접 상기 챔버부(400)로 제공될 수 있으며 상기 유입라인(111) 없이 상기 유입부(110)가 제1 분기부(210) 상에 형성되어 상기 검체를 제공할 수 있다.

본 예에서는, 상기 제1 분기라인(215)은 직선으로 길게 바로 연장됨으로써, 상기 제1 분기부(210)로부터 상기 챔버부(400)의 챔버들(401) 각각으로 보다 용이하게 제공될 수 있다.

도 4a는 도 1의 하부채널의 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 4b는 도 4a의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 도 1의 챔버(401), 하부채널(300)의 각각의 유출라인(310) 및 유출부(120)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 예와 같은 챔버(401), 유출라인(310) 및 유출부(120)와 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 4a 및 도 4b에서는, 1개의 챔버(401), 유출라인(310) 및 유출부(120)만을 도시하였으나, 다른 8개의 챔버, 유출라인 및 유출부 역시 동일한 형태로 형성될 수 있다.

즉, 본 예에서, 상기 챔버(401)는 상기 상부 플레이트(30) 상에 홈의 형태로 형성되며, 상기 상부 플레이트(30)와 상기 하부 플레이트(20)가 서로 접합되어 형성되므로, 결국 상기 챔버(401)의 높이(h1)는 상기 챔버(401)가 형성되는 공간의 상기 상부 플레이트(30)와 상기 하부 플레이트(20) 사이의 간격에 해당된다.

마찬가지로, 상기 유출라인(310)의 높이(h2) 역시, 상기 유출라인(310)이 형성되는 공간의 상기 상부 플레이트(30)와 상기 하부 플레이트(20) 사이의 간격에 해당된다.

이러한 상기 높이들(h1, h2)의 정의는, 이하의 예에서 모두 동일하므로, 이와 관련한 중복되는 설명은 생략하고, 챔버의 높이를 제1 높이(h1) 및 유출라인의 높이를 제2 높이(h2)로 칭한다.

이에, 본 예에서는, 상기 챔버(401)의 높이인 제1 높이(h1)가 상기 유출라인의 높이인 제2 높이(h2)보다 크게 형성된다.

그리하여, 상기 챔버(401)와 상기 유출라인의 높이 차에 의해 형성되는 단차에 의해 유동 저항이 발생하게 되며, 이에 상기 챔버(401)에 이송된 검체는 상기 유동 저항으로 유동 속도가 상대적으로 저하된다.

나아가, 상기 챔버(401)의 높이보다 낮은 높이의 유출라인이 형성되므로, 상기 이송된 검체는 상기 유출라인(310)을 통과하면서 보다 많은 유동 저항을 받게 되어, 상대적으로 속도가 저하된다.

이상과 같이, 상기 챔버부에서보다 유출라인에서 보다 높은 유동 저항이 발생됨에 따라, 상기 검체의 유동 속도는 저하되며, 이에 따라 상기 챔버부의 각각의 챔버들 및 이에 연결되는 각각의 유출라인들 사이에서 서로 다른 미세 제작 과정에서 발생할 수 있는 구조적 차이나 오차 등에 의한 미세한 유동 변화, 즉 유동 속도 등의 차이는 감소하게 되어, 각 챔버를 통과하는 검체들은 서로 균일한 유동을 수행할 수 있게 된다.

한편, 도시된 바와 같이, 상기 유출부(120)는 상기 상부 플레이트(30) 상에 홀(hole)이 형성되며, 하부에서 상부로 갈수록 반경이 증가하여 전체적으로 단면은 역 사다리꼴의 형상으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 검체가 상기 유출부(120)로 유입되는 경우, 상기 검체의 유입에 따른 상기 유출부(120)에서의 높이 증가율이 시간에 따라 감소하게 되어, 상기 검체가 상기 유출부(120)로부터 외부로 넘치는 현상을 최소화하며, 상기 유출부(120) 상에 상대적으로 오랜 시간 머무를 수 있게 된다.

또한, 역 사다리꼴의 형상은 일회용 마이크로 피펫을 이용한 검체 혹은 분석 시약의 주입 및 분석된 검체의 회수를 용이하게 한다.

나아가, 본 예에서와 같이, 상기 유출라인(310)의 높이(h2)가 감소하도록 형성하여 유동 저항을 증가시킨다면, 상기 유출라인(310)은 도시된 바와 같은 직선 형태로 연장되어 상대적으로 길이가 짧게 형성될 수 있으며, 이러한 구조라도 상기 검체의 유동을 충분히 지연시켜 균일한 유동을 유도할 수 있다.

도 5a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 5b는 도 5a의 II-II'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 도 1의 챔버(401), 하부채널(300)의 각각의 유출라인(310) 및 유출부(120)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 예와 같은 챔버(401), 유출라인(311) 및 유출부(120)와 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 5a 및 도 5b에서는, 1개의 챔버(401), 유출라인(311) 및 유출부(120)만을 도시하였으나, 다른 8개의 챔버, 유출라인 및 유출부 역시 동일한 형태로 형성될 수 있다.

본 예의 경우, 상기 챔버(401)의 높이인 제1 높이(h1)와 상기 유출라인(311)의 높이인 제2 높이(h2)가 동일하게 형성된다.

다만, 상기 제1 높이(h1) 및 제2 높이(h2)가 동일하게 형성되면, 상기 유체의 유동 저항이, 상기 유출라인(311)에서 특별히 증가하지 않아, 검체의 균일한 유동이 저하될 수 있다.

이에, 본 예에서는, 상기 유출라인(311)을 도시된 바와 같이, 'S'자 형의 곡선으로 연장 형성함으로써, 상기 검체가 상대적으로 긴 유출라인(311)을 통과하도록 한다.

이에 따라, 상기 검체는 상기 챔버(401)를 통과한 후, 상기 유출라인(311)을 통과하는 경우, 상대적으로 높은 유동 저항을 받게 되며, 이에 따라 상기 검체의 유동 속도는 저하되고, 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이, 유동의 균일성을 향상되게 된다.

도 6a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 6b는 도 6a의 III-III'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 도 1의 챔버(401), 하부채널(300)의 각각의 유출라인(310) 및 유출부(120)는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 예와 같은 챔버(401), 유출라인(312) 및 유출부(120)와 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 6a 및 도 6b에서는, 1개의 챔버(401), 유출라인(312) 및 유출부(120)만을 도시하였으나, 다른 8개의 챔버, 유출라인 및 유출부 역시 동일한 형태로 형성될 수 있다.

본 예의 경우, 상기 챔버(401)의 높이인 제1 높이(h1)와 상기 유출라인(312)의 높이인 제2 높이(h2)가 동일하게 형성된다.

다만, 상기 제1 높이(h1) 및 제2 높이(h2)가 동일하게 형성되면, 상기 유체의 유동 저항이, 상기 유출라인(312)에서 특별히 증가하지 않아, 검체의 균일한 유동이 저하될 수 있다.

이에, 본 예에서는, 상기 유출라인(312) 상에 홈부(351)가 형성되어, 상기 검체가 상기 홈부(351)에 의해 유동 저항을 받게 되어, 유동 속도가 저하되는 효과를 야기한다.

이 경우, 상기 홈부(351)는 상기 상부 플레이트(30) 상에 홈의 형태로 형성되는 것으로, 상기 홈부(351)의 깊이는 다양하게 설계될 수 있다.

또한, 상기 홈부(351)는 도시된 바와 같이, 상기 유출라인(312)의 연장 방향에 수직한 깊이 방향으로, 상기 유출라인(312) 상의 임의의 위치에 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 홈부(351)의 개수는 적어도 하나 이상이면 충분하고 제한되지는 않는다.

나아가, 본 예의 경우, 상기 홈부(351)가 형성되어, 검체의 유동 저항을 증가시키므로, 상기 유출라인(312)은 상대적으로 길이가 짧도록 직선형으로 형성될 수도 있다.

이에 따라, 상기 검체는 상기 챔버(401)를 통과한 후, 상기 유출라인(312)을 통과하는 경우, 상기 홈부(351)에 의해 상대적으로 높은 유동 저항을 받게 되며, 이에 따라 상기 검체의 유동 속도는 저하되고, 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이, 유동의 균일성을 향상되게 된다.

도 7a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 7b는 도 7a의 IV-IV'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 도 1의 챔버(401), 하부채널(300)의 각각의 유출라인(310) 및 유출부(120)는, 도 7a 및 도 7b에 도시된 예와 같은 챔버(401), 유출라인(313) 및 유출부(120)와 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 7a 및 도 7b에서는, 1개의 챔버(401), 유출라인(313) 및 유출부(120)만을 도시하였으나, 다른 8개의 챔버, 유출라인 및 유출부 역시 동일한 형태로 형성될 수 있다.

본 예의 경우, 상기 챔버(401)의 높이인 제1 높이(h1)와 상기 유출라인(312)의 높이인 제2 높이(h2)가 동일하게 형성된다.

다만, 상기 제1 높이(h1) 및 제2 높이(h2)가 동일하게 형성되면, 상기 유체의 유동 저항이, 상기 유출라인(313)에서 특별히 증가하지 않아, 검체의 균일한 유동이 저하될 수 있다.

이에, 본 예에서는, 상기 유출라인(313) 상에 홈부(352)가 형성되어, 상기 검체가 상기 홈부(352)에 의해 유동 저항을 받게 되어, 유동 속도가 저하되는 효과를 야기한다.

이 경우, 상기 홈부(352)는 상기 상부 플레이트(30) 상에 홈의 형태로 형성되는 것으로, 상기 홈부(352)의 깊이는 다양하게 설계될 수 있다.

또한, 상기 홈부(352)는 도시된 바와 같이, 상기 유출라인(313)의 연장 방향에 수직한 방향으로, 상기 유출라인(313)은 물론, 상기 유출라인(313)에 인접하는 영역까지도 확장되도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 홈부(352)가 유출라인(313)의 깊이 방향 뿐만 아니라 양 측면 부분에도 형성됨에 따라 상기 검체에 대한 유동 저항은 더욱 증가하게 된다.

이 경우, 상기 홈부(352)의 개수는 적어도 하나 이상이면 충분하고 제한되지는 않는다.

나아가, 본 예의 경우, 상기 홈부(352)가 형성되어, 검체의 유동 저항을 증가시키므로, 상기 유출라인(313)은 상대적으로 길이가 짧도록 직선형으로 형성될 수도 있다.

이에 따라, 상기 검체는 상기 챔버(401)를 통과한 후, 상기 유출라인(313)을 통과하는 경우, 상기 홈부(352)에 의해 상대적으로 높은 유동 저항을 받게 되며, 이에 따라 상기 검체의 유동 속도는 저하되고, 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이, 유동의 균일성을 향상되게 된다.

도 8a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 8b는 도 8a의 V-V'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 도 1의 챔버(401), 하부채널(300)의 각각의 유출라인(310) 및 유출부(120)는, 도 8a 및 도 8b에 도시된 예와 같은 챔버(401), 유출라인(314) 및 유출부(120)와 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 8a 및 도 8b에서는, 1개의 챔버(401), 유출라인(314) 및 유출부(120)만을 도시하였으나, 다른 8개의 챔버, 유출라인 및 유출부 역시 동일한 형태로 형성될 수 있다.

본 예의 경우, 상기 챔버(401)의 높이인 제1 높이(h1)와 상기 유출라인(314)의 높이인 제2 높이(h2)가 동일하게 형성된다.

다만, 상기 제1 높이(h1) 및 제2 높이(h2)가 동일하게 형성되면, 상기 유체의 유동 저항이, 상기 유출라인(312)에서 특별히 증가하지 않아, 검체의 균일한 유동이 저하될 수 있다.

이에, 본 예에서는, 상기 유출라인(314) 상에 홈부(353)가 형성되어, 상기 검체가 상기 홈부(353)에 의해 유동 저항을 받게 되어, 유동 속도가 저하되는 효과를 야기한다.

이 경우, 상기 홈부(353)는 상기 상부 플레이트(30) 상에 홈의 형태로 형성되는 것으로, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 상기 홈부(351)와 동일하다.

또한, 상기 홈부(353)는 도시된 바와 같이, 상기 유출라인(314)의 연장 방향에 수직한 방향으로, 상기 유출라인(314) 상의 임의의 위치에 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 홈부(353)의 개수는 적어도 하나 이상이면 충분하고 제한되지는 않는다.

나아가, 본 예의 경우, 상기 홈부(353)가 형성되어, 검체의 유동 저항을 증가시키는 것은 물론, 상기 유출라인(314)도 'S'자형의 곡선으로 형성되어 상대적으로 긴 길이로 형성됨에 따라, 상기 유동 저항을 더욱 증가시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 검체는 상기 챔버(401)를 통과한 후, 상기 유출라인(314)을 통과하는 경우, 상기 홈부(353)에 의해 상대적으로 높은 유동 저항을 받게 되며, 이에 따라 상기 검체의 유동 속도는 저하되고, 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이, 유동의 균일성을 향상되게 된다.

도 9a는 도 1의 하부채널의 또 다른 예를 도시한 평면도이며, 도 9b는 도 9a의 VIII-VIII'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 도 1의 챔버(401), 하부채널(300)의 각각의 유출라인(310) 및 유출부(120)는, 도 9a 및 도 9b에 도시된 예와 같은 챔버(401), 유출라인(316) 및 유출부(120)와 같이 형성될 수 있다.

이 경우, 도 9a 및 도 9b에서는, 1개의 챔버(401), 유출라인(316) 및 유출부(120)만을 도시하였으나, 다른 8개의 챔버, 유출라인 및 유출부 역시 동일한 형태로 형성될 수 있다.

본 예의 경우, 상기 챔버(401)의 높이인 제1 높이(h1)는 상기 유출라인(316)의 높이인 제2 높이(h2)보다 크게 형성될 수 있다.

또한, 본 예에서는, 상기 유출라인(316)을 도시된 바와 같이, 'S'자 형의 곡선으로 연장 형성함으로써, 상기 검체가 상대적으로 긴 유출라인(316)을 통과하도록 한다.

나아가, 본 예의 경우, 상기 유출라인(316) 상에, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 유출라인(316)의 연장방향을 따라 수직인 방향으로 형성되며, 상기 유출라인(316)이 형성된 영역과 인접한 영역까지 연장되어 형성되는 홈부(354)가 형성된다.

이에 따라, 상기 검체는 상기 챔버(401)를 통과한 후, 상기 유출라인(316)을 통과하는 경우, 상기 높이 감소에 따른 유동 저항, 상기 홈부에 의한 유동 저항, 및 상대적으로 긴 유출라인의 길이에 의한 유동 저항을 복합적으로 받게 되며, 이에 따라 상기 검체의 유동 속도는 저하되고, 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이, 유동의 균일성을 향상되게 된다.

나아가, 앞서 설명한 예들을 통해 설명한, 높이 변화, 길이 변화, 홈부의 형성 및 셀부의 형성을 통한 유동 저항을 증가시키는 방법은, 서로 복합적으로 취사 선택될 수 있으며, 이를 통해 보다 효과적으로 상기 검체의 유동의 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 도 1의 분기형 바이오 칩을 이용하여 8개의 반응챔버들에서 검체에 대한 분석을 수행한 결과를 나타낸 그래프 및 데이터들이다.

도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 도 1에 도시된 실시예에 의한 분기형 바이오 칩(10)을 이용하여, 8개의 서로 다른 챔버에서 PCR 실험을 수행한 결과, 각각의 챔버에서의 서로 독립적이고, 균일한 PCR 결과(Ct, Tm)가 도출되는 것을 확인할 수 있다.

이에 따라, 각각의 챔버들은 서로 균일한 결과를 도출할 수 있으며 이는 상기 검체가 각각의 챔버는 물론 유출라인 및 유출부를 통해 서로 균일하게 유동되고 있음을 나타낸다고 할 수 있다.

이를 통해 본 실시예에서의 상기 바이오 칩에서의 검체의 반응은 각각의 챔버에서 서로 균일하고 독립적으로 수행될 수 있음을 확인할 수 있다.

도 11a 내지 도 11d는 도 1의 분기형 바이오 칩을 이용하여 2개의 반응 챔버들에서 검체에 대한 분석을 수행하여, 교차 오염의 여부를 확인한 그래프 및 데이터들이다.

나아가, 도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 도 1에 도시된 실시예에 의한 분기형 바이오 칩(10)을 이용하여, 1번과 5번의 2개의 서로 다른 챔버에서 PCR 실험을 수행한 결과, 1번과 근접한 2번은 물론, 5번과 근접한 4번이나 6번에서 PCR 결과(Ct, Tm)가 도출되지 않음을 확인할 수 있다.

이에 따라, 각각의 챔버들은 서로 독립되어 교차 감염이 발생하지 않으며, 상기 상부 채널(200)은 교차 감염이 발생하지 않을 정도로 충분한 길이로 형성됨을 확인할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 다중 분석을 위한 바이오 칩의 경우, 유전자 증폭이 발생하는 챔버에서 유전자 증폭시의 유전자 확산 길이보다 분기라인의 길이가 짧아, 인접 챔버로 증폭되는 유전자가 재이동하여 혼합됨으로써, 교차오염이 발생하고 진단의 정확성이 감소하는 문제를 해결하여, 상부 채널이 포함하는 분기라인들의 길이가 유전자 증폭시의 유전자 확산 길이보다 길게 형성되도록 설계하여, 교차오염을 최소화하고 진단의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유출라인의 길이를 증가시키거나, 높이를 감소시키는 등, 유출라인에서의 검체의 유동 저항을 증가시킴으로써, 전반적인 검체의 이동 속도를 줄이면서 일정한 이동을 유도할 수 있어, 각각의 챔버 및 각각의 유출라인들이 가지는 미세한 제작 오차로 인한 각 반응 챔버 내의 불균일한 검체의 이송 및 반응량에 대한 편차를 최소화하여, 보다 균일하고 정확한 검체에 대한 진단을 수행할 수 있다.

즉, 챔버의 높이보다 유출라인의 높이를 감소시켜 유동 저항을 증가시키거나, 유출라인을 곡선형으로 연장시켜 길이를 증가시켜 유동 저항을 증가시킬 수 있다.

또한, 유출라인 상에 홈을 적어도 하나 형성하여 홈에 검체가 머무름으로써 유동 저항을 증가시킬 수 있다.

이 경우, 상기 유동 저항을 증가시키기 위한 상기 구조물들을 복합적으로 선택하여 형성함으로써, 유동 저항을 보다 향상시킬 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 바이오 칩 20: 하부 플레이트
30 : 상부 플레이트 100 : 바이오 채널
110 : 유입부 120 : 유출부
200, 201, 202 : 상부채널 400 : 챔버부
401 : 챔버 300 : 하부 채널
310, 311, 312, 313, 314, 316 : 유출라인
351, 352, 353, 354 : 홈부

Claims (10)

1. 상부 및 하부 플레이트들 사이에 형성되는 바이오 채널을 포함하는 바이오 칩에서, 상기 바이오 채널은,
   검체가 유입되는 유입부;
   상기 유입된 검체가 분기되며 유동되는 상부 채널;
   상기 상부 채널을 통해 제공되는 상기 검체에 대한 유전자 증폭으로 다중 분석이 수행되는 복수의 챔버들을 포함하는 챔버부;
   상기 챔버를 채우고 남은 검체가 개별적으로 유동되는 복수의 유출라인들을 포함하는 하부 채널; 및
   상기 검체가 회수되는 유출부를 포함하며,
   상기 상부 채널의 길이는 상기 유전자 증폭에 따른 유전자 확산 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부 채널은,
   상기 유입부와 연결되는 유입라인으로부터, 상기 챔버들의 개수만큼 분기되는 분기라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
3. 제1항에 있어서,
   상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 사이에 형성되는 상기 챔버들 각각은 제1 높이(h1)를 가지며,
   상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 사이에 형성되는 상기 유출라인은 제2 높이(h2)를 가지는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 높이(h1) 보다 상기 제2 높이(h2)가 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
5. 제4항에 있어서, 상기 유출라인은,
   상기 챔버로부터 상기 유출부까지 직선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제1 높이(h1)는 상기 제2 높이(h2)와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
7. 제6항에 있어서, 상기 유출라인은,
   상기 챔버로부터 상기 유출부까지 곡선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
8. 제4항 또는 제6항에 있어서,
   상기 유출라인에는, 상기 유출 라인의 연장 방향에 수직인 방향으로 상기 상부 플레이트를 향하여 적어도 하나의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
9. 제8항에 있어서, 상기 홈은,
   상기 유출라인의 연장 방향에 수직인 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.
10. 제1항에 있어서, 상기 유출부는,
    상기 상부 플레이트를 관통하여 형성되며,
    상기 상부 플레이트 상에서 상부로 갈수록 반경이 증가하는 것을 특징으로 하는 분기형 바이오 칩.

Images