KR20210082720A

KR20210082720A - 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법 및 버퍼 교환방법

Info

Publication number: KR20210082720A
Application number: KR1020190174951A
Authority: KR
Inventors: 김태성; 배주열; 주장현
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-06
Also published as: KR102293715B1

Abstract

본 발명은 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법에 관한 것으로, 본 발명은, 베이스와 격벽의 결합에 의해 형성되는 미생물 배양을 위한 챔버와, 상기 격벽에 형성되어 상기 챔버와 연결되며 상기 챔버의 단면적보다 작은 단면적의 주입구를 포함하는 복수 개의 마이크로웰들 및 상기 마이크로웰의 외부가 내부에 비해 소수성을 갖도록, 상기 주입구가 형성된 상기 격벽의 노출면과 상기 주입구들의 내주면에 각각 형성되는 소수성 물질층을 포함하는 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계; 상기 마이크로웰 어레이에 미생물 현탁액을 로딩 및 구획시키는 단계; 상기 주입구에 약물 스크리닝을 위한 물질을 도포하여, 상기 약물 스크리닝을 위한 물질을 상기 주입구의 내주면에 잔존시키는 단계; 및 상기 마이크로웰 어레이 주변의 습도를 높여 상기 마이크로웰에 수용된 미생물 현탁액의 수위를 상기 주입구 높이까지 상승시킴으로써, 상기 약물 스크리닝을 위한 물질이 상기 마이크로웰에 수용된 미생물 현탁액에 섞여 주입되도록 하는 단계를 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 주입구가 좁게 형성된 마이크로웰 내 물질을 주입할 때, 주입구의 구조와 주입구의 소수성을 이용하여 약물 스크리닝을 위한 물질을 마이크로웰의 주입구들에 선택적으로 도포하고, 수증기를 생성하여 미생물 현탁액의 수위를 높이는 것만으로도 주입구가 좁게 형성된 마이크로웰에 약물 스크리닝을 위한 물질을 용이하게 주입할 수 있음은 물론, 주입 과정에서의 교차 오염 없이 수동 제어를 가능하게 할 수 있다.

Description

소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법 및 버퍼 교환방법{Material injection and buffer exchange in microwell arrays with hydrophobic-hydrophilic surfaces}

소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법 및 버퍼 교환방법에 관한 것으로서, 마이크로웰 어레이에 로딩되는 미생물 현탁액을 용이하게 구획시키기 위해 주입구가 좁게 형성된 마이크로웰에 약물 스크리닝을 위한 물질 그 좁은 주입구를 통해 주입하는 방법과, 좁은 주입구를 이용하여 버퍼를 미생물의 유실 없이 교환할 수 있는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법 및 버퍼 교환방법에 관한 것이다.

마이크로 어레이 실험은 대용량의 유전체 분석 시스템으로서 수백 개 이상의 유전자 발현 수준을 동시에 관측할 수 있고 유전자를 빠른 시간 안에 검색 할 수 있는 실험 방법이다. 수많은 변이 유전자를 연구하고자 마이크로 어레이의 처리량을 높이기 위해서는 더 나은 마이크로웰의 집적 기술이 필요하다. 그러나, 주입되는 샘플의 구획화, 샘플의 약물 스크리닝을 위한 물질 주입, 배양된 샘플 추출의 해상도 문제 등의 기술적인 문제들이 있어 그 처리량에 한계가 따른다.

수많은 마이크로웰 중에서 타겟을 선택적으로 스크리닝하는 심화된 고처리량 기술은 재료분야나 생물분야에서 근본적으로 요구되어지는 핵심 기술이다. 특히 고처리량 실험을 진행할 때 검출의 정밀성은 처리량이 늘어난 만큼 더 중요하며, 유전적으로 합성된 미생물을 분리해내는 기술은 미생물의 대사물을 이용하는 바이오 산업에서 매우 중요하다. 자연계 미생물은 생물 10⁹ 종 중 10⁴ 종을 차지할 만큼 매우 다양하나, 합성 미생물학에서 여전히 고처리량 스크리닝 및 타겟 세포 분리 기술의 병목현상이 잔재하고 있기 때문이다.

이러한 높은 수요에 따라 미세유체 기술들은 기존 노동 집약적 미생물 연구에 빠른 처리과정, 부피대비 높은 밀도, 저비용, 소형화로 많은 기여를 하였다. 마이크로웰 어레이는 마이크로 부피보다 낮은 범주의 샘플을 다룰 수 있는 대표적인 고처리량 미세유체 방식이며, 제작방식도 간단하고 바이오 샘플이 다뤄지기 쉬워져서 자주 사용된다.

마이크로웰 어레이는 스크랩핑 기술을 활용하여 구조 형태학적으로 바이오 샘플을 구획 할 수 있다. 게다기 액화 샘플들은 사용자가 물리적 접근성이 용이하여 물질 주입 및 샘플 추출 같은 기술을 접목시키기 좋다. 최근 개발된 droplet microfluidics는 상대적으로 매우 높은 고처리량을 기반으로 다양한 생물 분야에서 다양한 droplet 제어 기술을 통해 사용되고 있으나, 상용화 시키기에는 아직 전문적인 지식, 핸들링이 요구되어진다. 시간당 10⁶ 샘플을 다루는 droplet microfluidics과 비교하여 최신 마이크로웰 디바이스는 30cm² 면적에 10³ ~ 10⁴을 다룰 수 있는 정도로 여전히 그 처리량이 상대적으로 낮다.

마이크로웰의 처리량을 높이기 위해서는 첫 번째로 Liquid scraping 기법에서 인접한 마이크로웰 사이에서 발생되는 Liquid bridge의 생성을 방지해야 한다. 최근 선택적 표면 처리기법으로 소수성-친수성(hydrophilic-in-hydrophobic, HIH)을 생성해 내어 순간적으로 완벽한 구획화를 재현해내었다. 다만, 이 기술은 성능 면에서 월등히 뛰어나나 리소그래피 처리 과정에서 비용 소모가 매우 크고 과정이 복합하다는 단점을 가지고 있다. 마이크로 채널 삽입 역시 또 하나의 대처법이라고 할 수 있으나, 샘플에 대한 물리적 접근성이 불가능해진다는 단점이 따른다. 두 번째로 마이크로웰에 다양한 물질을 주입하는 경우 교차 오염을 방지해야 한다. 물질을 주입하는 경우 외부적인 마이크로 구조물이 추가되어 마이크로웰과 정렬되어 사용되며, 이때, 생물 반응기의 밀도에 비례하여 각 구조물 간 정렬의 어긋남에 따른 오류가 발생하기 쉽고 비용이 많이 드는 문제가 따른다. 세 번째로, 추출 및 분리 과정에서 자동화 시스템을 구축하여 구동 시간을 단축하고 정밀성을 높여야 한다. Capillary extraction은 고도의 핸들링 스킬이 요구되어지며 샘플을 이송하는 과정에서 액화 샘플 증발 현상이 일어날 수 있다. 광학 기반 자동화 추출 기법 역시 여러 기술들이 개발되었으나, 이러한 기술에서 사용되는 광들은 근본적으로 세포에 유해성을 가지고 있어 세포 선정 범주의 한계성, 구동 시간의 제한성 등의 문제들을 안고 있다.

『대한민국등록특허공보 제10-2029142호』

본 발명은 미생물 현탁액을 수용하는 마이크로웰 어레이의 처리량을 높일 수 있는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법 및 버퍼 교환방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 베이스와 격벽의 결합에 의해 형성되는 미생물 배양을 위한 챔버와, 상기 격벽에 형성되어 상기 챔버와 연결되며 상기 챔버의 단면적보다 작은 단면적의 주입구를 포함하는 복수 개의 마이크로웰들 및 상기 마이크로웰의 외부가 내부에 비해 소수성을 갖도록, 상기 주입구가 형성된 상기 격벽의 노출면과 상기 주입구들의 내주면에 각각 형성되는 소수성 물질층을 포함하는 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계; 상기 마이크로웰 어레이에 미생물 현탁액을 로딩 및 구획시키는 단계; 상기 주입구에 약물 스크리닝을 위한 물질을 도포하여, 상기 약물 스크리닝을 위한 물질을 상기 주입구의 내주면에 잔존시키는 단계; 및 상기 마이크로웰 어레이 주변의 습도를 높여 상기 마이크로웰에 수용된 미생물 현탁액의 수위를 상기 주입구 높이까지 상승시킴으로써, 상기 약물 스크리닝을 위한 물질이 상기 마이크로웰에 수용된 미생물 현탁액에 섞여 주입되도록 하는 단계를 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 베이스와 격벽의 결합에 의해 형성되는 미생물 배양을 위한 챔버와, 상기 격벽에 형성되어 상기 챔버와 연결되며 상기 챔버의 단면적보다 작은 단면적의 주입구를 포함하는 복수 개의 마이크로웰들 및 상기 마이크로웰의 외부가 내부에 비해 소수성을 갖도록, 상기 주입구가 형성된 상기 격벽의 노출면과 상기 주입구들의 내주면에 각각 형성되는 소수성 물질층을 포함하는 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계; 상기 마이크로웰 어레이에 미생물 현탁액을 로딩 및 구획시키는 단계; 및 상기 마이크로웰 어레이의 주입구를 매질에 잠기도록 하여, 상기 미생물 현탁액의 버퍼를 교환하는 단계를 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 주입구가 좁게 형성된 마이크로웰 내 물질을 주입할 때, 주입구의 구조와 주입구의 소수성을 이용하여 약물 스크리닝을 위한 물질을 마이크로웰의 주입구들에 선택적으로 도포하고, 수증기를 생성하여 미생물 현탁액의 수위를 높이는 것만으로도 주입구가 좁게 형성된 마이크로웰에 약물 스크리닝을 위한 물질을 용이하게 주입할 수 있음은 물론, 주입 과정에서의 교차 오염 없이 수동 제어를 가능하게 할 수 있다.

둘째, 주입구가 좁게 형성된 마이크로웰 내 버퍼를 교환할 때, 좁은 주입구의 구조를 이용하여 외부 매질의 흐름에 의한 내부 현탁액의 유동의 간섭을 방지한 상태에서 매질과 현탁액의 농도 차에 따른 확산을 통해 버퍼를 교환함으로써, 배양되는 미생물의 유실 없이 용이하게 버퍼를 교환할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 마이크로웰 어레이의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입되는 미생물 현탁액의 구획화, 미생물 현탁액의 약물 스크리닝을 위한 물질 주입, 배양된 미생물 현탁액 추출 등의 일련의 과정을 포함한 마이크로웰 어레이의 작동 원리를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 미생물 현탁액의 구획 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이의 미생물 현탁액 구획 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 2의 마이크로웰 어레이의 약물 스크리닝을 위한 물질 주입 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이에 약물 스크리닝을 위한 물질 주입 방법을 타나내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이에 미생물 배양을 위한 버퍼 교환 방법을 타나내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이의 배양된 미생물 현탁액 추출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이의 배양된 미생물 현탁액 추출 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(100)의 구조가 나타나 있다.

도 1(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(100)는 베이스(110), 격벽(120), 마이크로웰(130) 및 소수성 물질층(140)을 포함한다.

베이스(110)는 마이크로웰 어레이(100) 내 복수 개로 형성되는 마이크로웰(130)들의 저면을 각각 형성하기 위한 것으로, 평판 구조의 합성수지로 형성되며, 기저층(111), 이질층(112) 및 필름층(113)을 포함한다. 기저층(111)은 베이스(110)의 기저면을 형성하는 것으로, 평판 구조의 PDMS로 형성된다. 이질층(112)은 상기 기저층(111)의 상면에 불소 중합체(Fluoropolymer)가 스핀 코팅된 층으로, 기저층(111)과 필름층(113)이 동일한 재질 또는 접합이 용이한 유사한 재질인 경우에 기저층(111)과 필름층(113)을 다른 재질로 나눔으로써, 필름층(113)이 기저층(111)으로부터 용이하게 제거되게 한다. 필름층(113)은 박막 형태로 형성되도록, 이질층(112)의 상면에 H-PDMS(Hard-Polydimethylsiloxane)가 스핀 코팅되어, 후술될 마이크로웰(130) 내부에 수용된 미생물 현탁액(MS)이 추출될 때, 관통되어 추출구로서의 역할을 한다.

격벽(120)은 마이크로웰 어레이(100) 내 복수 개로 형성되는 마이크로웰(130)들의 측면을 형성하는 것으로, 베이스(110) 상면에 일체화되거나 결합되는 구조로 형성된다. 이때, 격벽(120)은 오스티머(OSTEmer) 수지로 형성되어 마이크로웰(130) 내부가 친수성을 가짐으로써 마이크로웰(130) 내부에 수용되는 미생물 현탁액(MS)의 유입을 원활하게 한다. 또한, 일정 강성을 갖도록 함으로써 필름층(113)이 관통되어 미생물 현탁액(MS)이 추출될 때, 기계적인 안정성을 유지하여 격벽(120)의 일측이 개폐될 때, 미생물 현탁액(MS)이 선택적으로 유출되도록 하는 멤브레인의 역할을 하게 함은 물론, 도포되는 여타의 화학 물질 또는 가해지는 열과 빛에 의한 물리적인 변성에 대항한다.

마이크로웰(130)은 앞서 설명한 바대로, 베이스(110)와 격벽(120)의 일체화 또는 결합에 의해 형성되는 미생물 현탁액(MS)을 수용 및 배양하는 공간으로, 격벽(120)의 외부 노출면과 연결되며 폭이 좁게 형성되는 주입구(131)와, 상기 주입구(131)와 연결되며 주입구(131)에 비해 넓은 폭을 갖는 챔버(132)를 포함한다. 여기서, 마이크로웰(130)의 구조를 상세히 살펴보면, 마주보는 격벽(120)과 베이스(110)에 의해 각각 측면과 저면이 형성되는 챔버(132)와, 마주보는 격벽(120)의 상부(노출면)에 의해 형성되어 챔버(132)의 상측과 외부를 연통되게 하되, 내부에 수용되는 미생물 현탁액(MS)의 유출이 억제될 수 있도록 챔버(132)의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 주입구(131)가 형성된다. 이때, 주입구(131)의 좁혀진 간격은 주입구(131)를 형성하는 격벽(120) 사이에 도포되는 유체의 리퀴드 브릿지(Liquid bridge)가 형성될 수 있는 아주 작은 간격이거나, 주입구(131)가 소수성 처리된 상태에서 격벽(120) 사이에 도포되는 유체의 Liquid bridge가 형성될 수 있는 아주 작은 간격으로 형성된다.

아울러, 도 1(b)를 참조하면, 마이크로웰 어레이(100)는 3×5cm 크기의 영역 안에 1.5×10⁵ 개의 마이크로웰(130)을 집적시키며, 내부에 복수 개로 형성되는 개개의 마이크로웰(130)은 40㎛ 직경의 주입구(131)와 100㎛ 직경의 챔버(132)가 모두 원통형 형상으로 형성되며, 각 마이크로웰(130)들 간의 사이 간격은 20㎛ 정도로 형성된다.

소수성 물질층(140)은 도 1에 도시되지 않았으나(도 2a 및 도 3 참조) 마이크로웰(130)의 주입구(131)들이 형성된 마이크로 어레이의 상면, 즉, 주입구(131)가 형성된 격벽(120)의 노출면에 불소 중합체(fluoropolymer)로 도포되어, 마이크로 어레이의 상면을 비롯한 주입구(131)의 내주면이 소수성을 갖도록 한다.

도 1(c)를 참조하면, 상술한 바와 같이 제작된 마이크로웰(130)에는 세포가 로딩되어 배양되는 것이 가능하며, 두 종류의 세포의 공존-배양 역시 가능하다. 미생물 분석에서 요구되는 디바이스의 처리량은 하나의 마이크로웰(130)의 부피를 줄이거나 마이크로웰(130)들의 사이 간격을 줄임으로써 늘릴 수 있다.

아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(100)의 제조방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 마이크로웰 어레이(100)는 우선 두 개의 층으로 구성되며 SU-8 photoresist (SU-8 2025 and SU-8 2050, MicroChem)로 패터닝된 마스터 몰드(200)를 일반적인 포토리소그래피 공정 과정을 통해 제작한다.(S1100) 이때, 마스터 몰드(200)는 내부에 상술한 마이크로웰(130)의 주입구(131)와 챔버(132)를 형성하기 위한 홈들이 형성된다.

다음으로, 상기 마스터 몰드(200)를 이용하여 소프트리소그래피 공정을 통해 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질의 격벽 몰드(300)를 제작하며, 클로로디메틸실레인(chlorodimethylsilane)으로 표면을 처리한다.(S1200) 격벽 몰드(300)는 상면에 일정 배열로 돌출형성되되 하부에 비해 상부의 단면적인 좁은 형상의 돌출부 즉, 마이크로웰(130)의 주입구(131)와 챔버(132)의 형상과 동일한 돌출부들과, 상기 상면의 테두리로부터 돌출부들의 돌출 높이만큼 돌출되어 상면의 테두리를 따라 연장형성됨으로써, 내부에 돌출부들을 수용하는 주형턱을 포함한다.

또한, 상술한 격벽 몰드(300)와 함께 격벽(120)을 제조하기 위한 주형틀을 형성하는 유리 기판(400)을 준비한다.(S1300) 이때, 유리 기판(400)에는 유리 기판(400)과 격벽 몰드(300)가 반데르 발스 힘에 의해 접합되도록 하며, 물에 용해 가능한 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol, PVA)이 스핀 코팅된다.(S1310)

다음으로, 격벽 몰드(300)를 상술한 돌출부와 주형턱이 PVA로 코팅된 유리 기판(400)과 마주보도록 유리 기판(400) 위에 얹어 격벽(120)을 만들기 위한 주형틀을 형성하며, 격벽 몰드(300)와 유리 기판(400) 사이로 정수압을(hydrostatic pressure)을 유도하여 오스티머(OSTEmer) 수지를 격벽 몰드(300)와 유리 기판(400) 사이에 형성된 마이크로 채널에 로딩시킨다.(S1400)

이후, 오스티머(OSTEmer 수지를 자외선(ultra violet light, UV 312nm)으로 5분 동안 경화(curing)한다.(S1410) 이때, 자외선에 의한 경화 과정은 OSTEmer 수지를 단단하지만 부드럽게 한다.

다음으로, 재사용 가능한 격벽 몰드(300)를 제거한 후, 유리 기판(400)을 PVA를 물에 용해시켜, 격벽(120)을 유리 기판(400)에서 분리함으로써 격벽(120)을 제작한다.(S1500)

또한, 격벽(120)을 제작하는 과정 동안, 상술한 PDMS 재질의 기저층(111) 위에 불소 중합체(fluoropolymer)를 스핀 코팅(1000rpm, 30초)하여 이질층(112)을 형성하며, 불소 중합체가 코팅된 기저층(111) 위에 H-PDMS를 스핀 코팅(1000rpm, 30초)하여 필름층(113)을 형성한다. 이후, 필름층(113)의 노출면을 산소 플라즈마 처리한 후, 상술한 격벽(120)과의 화학적 결합을 위해 GPTMS((3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane)로 표면 처리하여 베이스(110)를 제작한다.(S1600)

이후, 제작된 격벽(120)을 베이스(110)의 필름층(113)에 접합시켜 마이크로웰 어레이(100)를 제작하며, 85 ~ 90℃ 오븐에 넣어 가열함으로써 결합을 강화시킨다.(S1700)

아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(100)를 이용하여 주입되는 미생물 현탁액(MS)의 구획 과정(도 4a 내지 도 4c)과, 구획된 미생물 현탁액(MS)에 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)을 주입하는 과정(도 4d 및 도 4f)과, 그리고, 배양된 미생물 현탁액(MS)을 추출하는 과정(도 4e 및 도 4g)이 순차적으로 진행되며, 도 4를 참조하여 상술한 마이크로웰 어레이(100)의 전체적인 작동 원리를 설명한다.

도 4(a)를 참조하면, 마이크로웰 어레이(100)의 주입구(131)가 형성된 상층 표면에 불소 중합체를 도포하여 마이크로웰(130)의 내주면이 선택적 소수성 코팅된 소수성-친수성(hydrophilic-in-hydrophobic, HIH) 표면이 형성되도록 한다. 불소 중합체(Fluoropolymer)는 마이크로웰(130)의 형상에 의해 주입구(131)에서 Liquid bridge가 형성되어 내부 챔버(132)에는 유입되지 않음으로써, 내부 챔버(132)가 불소 중합체의 영향을 받지 않는 선택적인 표면 처리가 가능하다. 도 4(b)를 참조하면, 베이스(110)의 기저층(111)을 진공에 노출하여 챔버(132) 내 공기 흡입력을 형성한 한 후, 마이크로웰 어레이(100)를 미생물 현탁액(MS)에 부유시켜 주입구(131) 부분이 미생물 현탁액(MS)에 잠기게 함으로써, 미생물 현탁액(MS)을 마이크로웰(130) 내부에 로딩시킨다. 도 4(c)를 참조하면, 미생물 현탁액(MS) 속에서 부유하는 마이크로웰 어레이(100)를 현탁액으로부터 들어 올리면 마이크로웰(130)들 사이에서 연결되어 있던 미생물 현탁액(MS)들이 서로 분리되어 각 마이크로웰 내에 각각 구획됨으로써 교차오염을 방지할 수 있다. 이때, 미생물 현탁액(MS)의 구획은 마이크로웰 어레이(100)의 소수성 표면에 의해 순간적으로 형성된다.

도 4(d)를 참조하면, 미생물 현탁액(MS) 내 수분의 증발을 방지하기 위해 마이크로 어레이 주변 환경을 높은 습도로 유지하여 미생물을 배양하며, 도 4(e)를 참조하면, 마이크로웰(130)에 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)을 주입할 때에는 앞서 설명한 소수성 물질층(140)을 형성하는 방법과 동일하게 물질(SDS)을 마이크로웰 어레이(100) 상면에 도포하여 마이크로웰(130) 주입구(131)에 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)이 Liquid bridge 형태로 형성되게 한다. 이후, 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)의 증발하여 그 양이 적어지면 Liquid bridge가 분리되어 도포 물질(SDS)이 주입구(131)의 내주면을 따라 잔존하게 되며, 미생물 현탁액(MS)과 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)을 섞기 위해, 마이크로웰 어레이(100)의 주변 환경 습도를 높여 마이크로웰(130)의 챔버(132) 내에 미세 액적이 형성되게 한다. 이에 의해, 주입을 위해 도포된 물질(SDS)이 미생물 현탁액(MS)에 주입되게 할 수 있다.

도 4(f)를 참조하면, 배양된 미생물 현탁액(MS)을 추출할 때에는, 커버 기판(500)에 마이크로웰 어레이(100)를 뒤집어 주입구(131)와 커버 기판(500)을 마주하게 함으로써 주입구(131)를 폐쇄한 후, 베이스(110)에서 기저층(111)을 제거하여, 기저층(111)의 제거에 의해 외부로 노출된 필름층(113)을 인슐린 주사기 등의 얇고 날카로운 추출장치(700)를 통해 관통시킴으로써 크랙을 형성한다. 이렇게 형성된 크랙은 마이크로웰(130)의 추출구로서 베이스(110)의 넓은 면적을 통해 배양된 미생물 현탁액(MS)을 추출할 수 있게 한다.

아래에서는, 도 4에서 약술한 내용 중 미생물 현탁액(MS)의 구획 과정을 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5 및 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(100)는 마이크로웰(130)의 주입구(131)를 챔버(132)의 폭보다 좁힌 상태로 내면을 소수성-친수성(hydrophilic-in-hydrophobic, HIH)을 갖도록 하여, 마이크로웰(130)에 주입되는 미생물 현탁액(MS)들이 주입 과정에서 인접한 마이크로웰(130)에 주입된 미생물 현탁액(MS)들과 구획되게 하는 것으로, 우선, 도 1의 제시된 주입구(131)가 좁혀진 구조이나, 아직 소수성 물질층(140)이 형성되지 않은 마이크로웰 어레이(100)를 준비한다.(S2100)

도 5a.Ⅰ를 참조하여, 마이크로웰 어레이(100)가 준비되면, 마이크로웰(130) 내부의 챔버(132) 표면은 친수성으로, 챔버(132)를 제외한 나머지 표면들은 소수성을 갖도록, 소수성 물질인 불소 중합체를(Fluoropolymer)를 휘발성 용매를 이용하여 마이크로웰(130)의 주입구(131) 주변, 즉, 격벽(120)의 노출면에 도포한다.(S2200) 주입구(131) 주변에 도포되는 불소 중합체는 주입구(131)의 좁은 직경의 형상과 불소 중합체의 소수성에 의해 접촉각이 증가함으로써, 주입구(131)에서 불소 중합체의 Liquid bridge가 형성되어 걸쳐져 있을 뿐, 마이크로웰(130) 내부의 챔버(132)로는 침투하지 못한다.

도 5a.Ⅱ를 참조하면, 다음으로, 80℃ 오븐에 30분 정도 두어 상기 휘발성 용매를 충분히 증발시켜 마이크로웰(130)의 표면 중 내부의 챔버(132)를 제외한 나머지 부분들이 모두 소수성을 갖도록 한다.(S2300)

도 5a.Ⅲ를 참조하면, 소수성 물질이 코팅된 후, 마이크로웰 어레이(100)를 산화 플라즈마(50W, 30s) 처리하고, 60℃ 오븐에 10분 정도 가열함으로써, 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이(100)를 제작한다.(S2400)

도 5b 및 5c를 참조하면, 광학 현미경으로 확인된 용액 처리를 통한 코팅 기법은 휘발성 용액으로 형성된 유체-기체 계면은 보는 바와 같이 검은 색을 띄고 있으며, 작은 홀에 걸쳐져 있다가 증발하였다. 반면에 관통홀의 반지름에 이질성이 없는 경우, 용액이 마이크로웰(130) 내부에 침투하였다. 각 위치별 표면의 접촉각은 예상한 wettability와 같이 99.4 ± 3.2°, 21.6 ± 1.1°, 그리고 50.4 ± 0.7°로 측정되었다.

이러한 용액 처리 기반의 소수성-친수성 표면 처리 기법은 사용자가 친수성 표면의 작용기를 커스터마이징 할 수 있다는 엄청난 장점을 가지고 있다. 예를 들어 마이크로웰(130) 내부 산화 플라즈마를 통해 처리되어 3-(트라이에톡시실릴)프로필아민(3-Aminopropyl triethoxysilane, APTES)를 통해 화학적으로 아미 그룹과 결합이 가능하며, 불소 중합체(Fluoropolymer)로 얇게 코팅된 표면은 산화처리를 한 이후에도, 60℃ 오븐에 20분 정도 두게 되면 원래의 소수성 상태로 되돌아온다. 음전하를 띄는 200-nm carboxylated polystyrene nanoparticles(PS NPs)는 양전하를 띄는 APTES 처리된 표면에 잘 달라붙는 점을 통해 표면처리의 정도를 확인할 수 있다.

다음으로, 상술한 과정을 통해 완성된 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이(100)를 이용하여 미생물 현탁액(MS)을 로딩 및 구획시키는 과정에 대해 설명한다.

우선, 마이크로웰 어레이(100)를 10kPa 진공챔버(132)에서 15분 정도 두어, 베이스(110) 부분의 내부 공기를 제거함으로써 진공 상태로 만든다.(S2500) 이후, 마이크로웰 어레이(100)의 상면 즉, 주입구(131) 부분이 형성된 격벽(120)을 미생물 현탁액(MS)에 잠기게 하여 미생물 현탁액(MS)이 압력 차에 의해 마이크로웰(130)의 챔버(132) 내로 흡입되어 로딩되게 한다.(S2600) 이때, 베이스(110) 부분은 통기성이 있는 PDMS 수지로 마련되며, 이는 진공 상태의 베이스(110)에 형성된 음압에 의해 마이크로웰(130) 내부로의 유동이 생성되어 나타난다.(도 4b 참조) 마이크로웰(130)의 소수성-친수성 표면 구조에 의해 로딩되는 미생물 현탁액(MS)은 소수성 표면보다 친수성 표면에서 두 배 이상 빠르게 로딩되는 장점을 보인다.

미생물 현탁액(MS)이 마이크로웰(130) 내 챔버(132)에 흡입되어 로딩되면, 마이크로웰 어레이(100)를 미생물 현탁액(MS)에서 걷어 내어 로딩된 미생물 현탁액(MS)이 구획되도록 한다.(S2600) 이러한 구획은 미생물 현탁액(MS)이 걷어지는 순간에 일어나며, 마이크로웰 어레이(100)를 미생물 현탁액(MS)에서 걷어 낼 때, 마이크로웰(130)의 좁은 주입구(131)의 형상과 미생물 현탁액(MS)이 소수성 표면 때문에 각 마이크로웰(130)의 주변에서 각각 그 연결이 끊어져 깨끗하게 구획된다.

미생물 현탁액(MS)의 구획을 위해 사용되는 일반적인 방법인 scraping 기법과 비교하여, 본 발명의 소수성-친수성(HIH) 기반의 구획 방법은 사용자의 전문적인 핸들링에 의해 결과물의 퀄리티가 결정되지 않는다. 즉, 디바이스가 자체적으로 로딩되어 미생물 현탁액(MS)을 구획함으로써, 사용자의 숙련된 동작을 요구하지 않는 장점이 있다. 따라서, 균일하고 즉각적으로 미생물 현탁액(MS)을 구획할 수 있는 본 발명의 구획 과정은 디지털 단일 분자 검출과 같은 point-of-care 분야에도 적용할 수 있으며, 저렴하게 소수성-친수성(HIH) 표면을 만들 수 있고, 여러 단계의 리소그래피 공정을 거치지 않고서도 쉽게 만들어 낼 수 있음은 물론, 상황에 맞는 작용기를 적용할 수 있으므로, biological surface affinity가 중요한 분야에도 크게 기여할 것으로 보인다.

다음으로는, 도 4에서 약술한 구획된 미생물 현탁액(MS)에 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)을 주입하는 과정을 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 약술하기로 한다.

도 7 및 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(100)는 마이크로웰(130)의 주입구(131)를 좁힌 상태로 내표면이 소수성-친수성(hydrophilic-in-hydrophobic, HIH)을 갖도록 한 후, 그 소수성-친수성 표면을 이용하여 미생물 현탁액(MS)을 로딩 및 구획하며, 다시 그 좁혀진 주입구(131)과 소수성-친수성 표면을 이용하여 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)의 주입 과정과 버퍼의 교환 과정을 가능하게 한다.

우선, 도 1의 제시된 주입구(131)가 좁혀진 구조이며, 주입구(131) 주변에 소수성 물질층(140)이 형성된 마이크로웰 어레이(100)를 준비한다.(S3100)

아울러, 도 5 및 6에서 설명한 바와 같이, 주입구(131)가 좁혀진 구조와 마이크로웰(130)의 소수성-친수성 표면을 이용하여 미생물 현탁액(MS)을 각 마이크로웰(130)의 챔버(132)에 로딩시켜 구획한다.(S3200)

미생물 현탁액(MS)이 각 마이크로웰(130)에 구획되면, 마이크로웰(130) 주변부의 습도를 높임으로써 미생물 현탁액(MS)의 증발을 방지하여 마이크로웰(130) 내 수용된 미생물을 배양한다.(S3300)

미생물 배양 중, 미생물 현탁액(MS)에 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)을 개개의 마이크로웰(130)에 각각 선택적으로 주입하기 위하여, 마이크로웰 어레이(100)의 상면, 주입구(131) 주변에 물질(SDS)을 도포하여, 주입구(131)에도 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)이 도포되게 한다. 이때, 도포된 물질(SDS)은 마이크로웰(130)의 주입구(131)에서 주입구(131)의 좁은 구조와 소수성에 의해 내부 챔버(132)로는 진입되지 않고 Liquid bridge 형태로 주입구(131)에 걸쳐진다.(S3400)

주입구(131)에 물질(SDS)이 도포되면, 물질(SDS)의 자연증발 또는 피펫팅(pipetting)을 통해 도포된 물질(SDS)의 양을 감소하게 함으로써, 주입구(131)에 걸쳐진 물질(SDS)의 Liquid bridge가 분리되어 주입구(131)의 내주면에 도포된 물질(SDS)의 잔여물이 잔존하게 한다.(S3500)

이후, 주입구(131)의 내주면에 도포된 물질(SDS)이 잔존하면, 주입구(131)가 개방된 상태에서 마이크로웰 어레이(100) 주변부의 습도를 38°C, RH = 90%에서 30 °C, RH = 98% 로 바꾸어 마이크로웰 어레이(100)에 수증기가 형성되게 하며, 이 수증기가 마이크로웰(130)의 챔버(132) 내에서 응결되어 미생물 현탁액(MS)의 수위를 높임으로써, 도포된 물질(SDS)과 미생물 현탁액(MS)이 한데 섞여 약물 스크리닝을 위한 물질(SDS)이 미생물 현탁액(MS)에 주입된다.(S3600) 아울러, 이러한 수증기의 응결현상은 마이크로웰(130)의 소수성 표면이 형성된 주입구(131) 부분이 아닌 친수성 표면이 형성된 챔버(132)에서 주로 나타나며, 이는 두 표면의 습윤성(wettability)의 차이에 의한 것으로 보인다.

이러한, 소수성-친수성 표면을 이용한 물질(SDS) 주입 방법은 유전형 스크리닝에 적용 가능할 것으로 보이며, 이는 세포 독성 검출, 약물 저항성 및 진단 기술에서 큰 의미를 지닐 것으로 보인다.

한편, 도 9를 참조하면, 미생물 현탁액(MS)에 추가적인 물질(SDS)을 주입하는 방법과는 별개로 미생물 현탁액(MS)의 배양액을 교환하는 버퍼 교환 방법은 dead-end 채널에서의 유체 흐름을 이용할 수 있다. 여기서, dead-end 구조란 사방이 둘러싸여 있어서 non-advection 으로 인해 물질 전달이 제한된 구조체를 의미한다.

이 역시 앞서 설명한 바와 같이, 마이크로웰 어레이(100)를 준비하는 과정과,(S4100) 미생물 현탁액(MS)을 각 마이크로웰(130) 챔버(132)에 로딩시켜 구획하는 과정(S4200)과, 미생물 현탁액(MS)이 각 마이크로웰(130)에 구획되면, 마이크로웰(130) 주변부의 습도를 높임으로써 미생물 현탁액(MS)의 증발을 방지하여, 마이크로웰(130) 내 수용된 미생물을 배양하는 과정(S4300)이 선행되며,

미생물 현탁액(MS)이 각 마이크로웰(130)에 구획된 후, 미생물의 배양 중에 버퍼의 교환이 필요한 미생물 현탁액(MS)은 마이크로웰 어레이(100)에 수용되어 흐르는 매질(MD, medium) 위에 거꾸로 즉, 주입구(131)가 흐르는 매질(MD) 속에 잠기도록 한다. 이에, 마이크로웰(130)에 수용된 미생물 현탁액(MS)은 대사물의 누적에 따라 농도가 높아지며, 맞닿은 매질(MD)과의 농도 차에 따라 확산되어 버퍼가 교환되도록 한다.(S4400) 이러한, 버퍼의 교환은 주입구(131)의 좁은 형상에 따른 마이크로웰(130)의 dead-end 구조에 의한 것으로, 매질(MD)의 대류가 아닌 농도 차에 따른 확산을 통해 버퍼를 교환함으로써, 외부 유체 흐름에 의한 내부 유동 간섭을 방지하여 마이크로웰(130) 내 수용된 미생물 현탁액(MS)의 미생물이 유실되지 않게 하면서 버퍼를 교환할 수 있다.

다음으로, 도 4에서 약술한 배양된 미생물 현탁액(MS)을 추출하는 과정에 대해 도 10 및 11을 참조하여 상세히 설명한다. 역시, 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 약술하기로 한다.

도 10 및 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웰 어레이(100)는 마이크로웰(130)의 주입구(131)를 좁힌 상태로 소수성-친수성 표면을 형성하여, 미생물 현탁액(MS)을 로딩 및 구획하고, 물질(SDS)을 주입하거나 버퍼를 교환하는 것은 물론, 필름 형태로 결합되어 있는 마이크로웰(130)의 저면 베이스(110)를 파쇄 또는 타공함으로써, 타공된 베이스(110)가 배양된 미생물 현탁액(MS)의 추출구로 사용되도록 한다.

앞선 과정과 동일하게 도 1에서 제시된 주입구(131)가 좁혀진 구조이며, 주입구(131) 주변에 소수성 물질층(140)이 형성된 마이크로웰 어레이(100)를 준비한다.(S5100)

아울러, 도 5 및 6에서 설명한 바와 같이, 마이크로웰(130)의 소수성-친수성 표면을 이용하여 미생물 현탁액(MS)을 각 마이크로웰(130)의 챔버(132)에 로딩시켜 구획한다.(S5200)

미생물 현탁액(MS)이 마이크로웰(130)에 로딩되어 구획되면, 미생물 현탁액(MS)의 증발을 방지하기 위해, 마이크로웰 어레이(100) 주변부의 습도를 높이는 것은 물론, 영양분의 공급, 약물의 주입 등을 통해 미생물 현탁액(MS) 내 미생물을 배양한다.(S5300)

미생물 현탁액(MS)의 미생물 배양 중, 추가 실험을 위해 마이크로웰(130)에서 미생물 현탁액(MS)을 추출하는(off-chip process) 과정이 필요한 경우, 마이크로웰(130)을 타공하여 미생물 현탁액(MS)의 추출구를 형성한다.

추출구를 형성하기 위해, 마이크로웰(130)의 베이스(110)에서 이질층(112)과 그 이질층(112)이 코팅된 기저층(111)을 함께 분리함으로써, 필름층(113)이 외부에 노출되도록 한다.(S5400)

이후, 마이크로웰 어레이(100)를 뒤집어 주입구(131)가 커버 기판(500)에 의해 폐쇄되도록 한다.(S5500) 이때, 필름층(113)을 노출시키는 과정과 주입구(131)를 폐쇄하는 과정은 어느 것이 먼저 선행되어도 무방함은 물론이다.

다음으로, 마이크로웰 어레이(100)에 테두리를 따라 유체의 유수를 방지하는 매질 격벽(600)을 설치한 후, 그 매질 격벽(600) 내에 깨끗한 매질(MD)을 채운다.(S5600)

매질(MD)이 채워지면, 추출장치(700)를 이용하여 목표로 하는 마이크로웰(130)의 필름층(113)을 선택적으로 타공함으로써 크랙을 형성한다. 이 크랙을 통해 마이크로웰(130)에서 배양된 미생물 현탁액(MS)을 추출하기 위한 추출구가 형성된다.(S5700) 이때, 타공에 의해 형성된 크랙은 깨끗한 매질(MD)과 미생물 샘풀 내 매질(MD)을 이어주는 마이크로 채널로 작용한다.

이후, 형성된 마이크로 크기의 추출구를 통해 배양된 미생물 현탁액(MS)을 추출한다.(S5800) 이때, 상술한 추출장치(700)는 플랫폼(710), 마이크로 니들(720), 수평 구동부(730), 수직 구동부(740), 광학 현미경(750) 및 제어기(미도시)를 포함한다.

플랫폼(710)에 마이크로웰 어레이(100)가 수용되면 수평 구동부(730)는 플랫폼(710)을 전후좌우 방향의 수평 방향으로 이동시켜 마이크로 니들(720)이 선택된 마이크로웰(130)의 상부에 위치하게 하며, 마이크로 니들(720)은 수직 구동부(740)에 설치되어 선택된 마이크로웰(130) 상부에서 상하 방향의 수직 방향으로 이동함으로써, 외부로 노출된 필름층(113)에 크랙을 형성함은 물론, 크랙에 의해 형성된 추출구를 통해 미생물 또는 미생물 현탁액을 추출한다. 또한, 광학 현미경(750, USB microscope)은 플랫폼(710)의 움직임, 마이크로 니들(720)의 움직임은 물론, 일련의 미생물 추출 과정을 촬영하며, 제어기는 마이크로웰 어레이(100)에서 배양되는 각 마이크로웰(130)에 수용된 미생물의 종류와 마이크로웰(130)의 순번 또는 위치 정보를 저장하여, 사용자의 선택에 따라 각 구동부(730, 740)를 제어하여 마이크로 니들(720)이 선택된 마이크로웰(130)의 상부에 위치하여 미생물 또는 미생물 현탁액을 추출하게 하며, 그 일련의 과정을 광학 현미경(750)을 통해 촬영하게 하는 동작을 제어한다.

상술한 추출 기법은 미생물 현탁액(MS)이 부화하여 추출되는 것을 연상시키며, 이러한 부화추출 기법은 여러 종류의 미생물을 배양하는 다수의 마이크로웰(130) 사이에서 목표로 하는 마이크로웰(130)에서만 선택된 미생물 현탁액(MS)을 용이하게 추출할 수 있게 한다. 이에, 세포 적합성이 매우 높고 3축 스테이지를 기치(700)의 타공 오차에 의해 마이크로웰(130)의 측면 격벽(120)의 손상을 크게 경감할 수 있는 구조적인 안정성을 갖고 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 마이크로웰 어레이
110 : 베이스 111 : 기저층
112 : 이질층 113 : 필름층
120 : 격벽 130 : 마이크로웰
131 : 주입구 132 : 챔버
140 : 소수성 물질층 200 : 마스터 몰드
300 : 격벽 몰드 400 : 유리 기판
500 : 커버 기판 600 : 매질 격벽
700 : 추출장치 710 : 플랫폼
720 : 마이크로 니들 730 : 수평 구동부
740 : 수직 구동부 750 : 광학 현미경
MS : 미생물 현탁액 SDS : 약물 스크리닝을 위한 물질
MD : 매질

Claims

베이스와 격벽의 결합에 의해 형성되는 미생물 배양을 위한 챔버와, 상기 격벽에 형성되어 상기 챔버와 연결되며 상기 챔버의 단면적보다 작은 단면적의 주입구를 포함하는 복수 개의 마이크로웰들 및 상기 마이크로웰의 외부가 내부에 비해 소수성을 갖도록, 상기 주입구가 형성된 상기 격벽의 노출면과 상기 주입구들의 내주면에 각각 형성되는 소수성 물질층을 포함하는 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계;
상기 마이크로웰 어레이에 미생물 현탁액을 로딩 및 구획시키는 단계;
상기 주입구에 약물 스크리닝을 위한 물질을 도포하여, 상기 약물 스크리닝을 위한 물질을 상기 주입구의 내주면에 잔존시키는 단계; 및
상기 마이크로웰 어레이 주변의 습도를 높여 상기 마이크로웰에 수용된 미생물 현탁액의 수위를 상기 주입구 높이까지 상승시킴으로써, 상기 약물 스크리닝을 위한 물질이 상기 마이크로웰에 수용된 미생물 현탁액에 섞여 주입되도록 하는 단계를 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법.
청구항 1에 있어서,
상기 약물 스크리닝을 위한 물질을 상기 주입구의 내주면에 잔존시키는 단계 이전에,
상기 마이크로웰 어레이의 주변 습도를 높여 상기 미생물 현탁액의 증발을 방지함으로써, 상기 마이크로웰 내 수용된 미생물을 배양하는 단계를 더 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웰들은,
상기 베이스와 상기 격벽이 일체화되어 형성되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 미생물 물질 주입방법.
청구항 1에 있어서,
상기 격벽은,
친수성 표면을 갖도록 처리되거나, 친수성 재질로 마련되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 미생물 물질 주입방법.
청구항 1에 있어서,
상기 격벽은,
상기 베이스보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 미생물 물질 주입방법.
청구항 1에 있어서,
상기 주입구의 단면적은,
상기 격벽의 노출면에 도포된 소수성 물질이 상기 챔버 내로 진입되지 않고, 리퀴드 브릿지(Liquid bridge) 형태로 상기 주입구에 걸쳐질 수 있는 크기로 형성되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계는,
기저층을 형성하는 단계;
박막 형태의 필름층을 상기 기저층에 접합시키되 외력에 의해 상기 기저층과 분리 가능하게 접합시켜 상기 베이스를 형성하는 단계; 및
상기 기저층이 상기 필름층에서 분리되어 상기 필름층이 외부에 노출됨으로써 상기 박막 형태의 필름층이 타공되어 상기 마이크로웰의 추출구로 사용되도록, 상기 필름층을 상기 격벽에 결합시켜 상기 마이크로웰 어레이를 형성하는 단계를 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법.
청구항 7에 있어서,
상기 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계는,
상기 필름층과 상기 기저층이 동일한 재질인 경우, 상기 필름층에서 상기 기저층이 용이하게 분리되도록, 상기 기저층과 상기 필름층의 재질과 다른 재질로 상기 기저층에 도포되어 상기 필름층과 접합되는 이질층을 형성하는 단계를 더 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법.
청구항 1에 있어서,
상기 약물 스크리닝을 위한 물질을 상기 주입구의 내주면에 잔존시키는 단계는,
상기 주입구에 도포된 약물 스크리닝을 위한 물질이 상기 챔버 내로 진입하지 않고, 상기 주입구에 리퀴드 브릿지 형태로 걸쳐지는 단계; 및
상기 주입구에 도포된 약물 스크리닝을 위한 물질을 흡수하여, 상기 주입구의 리퀴드 브릿지가 분리되게 함으로써, 상기 도포된 약물 스크리닝을 위한 물질이 상기 주입구의 내주면을 따라 잔존하는 단계를 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법.
청구항 9에 있어서,
상기 약물 스크리닝을 위한 물질을 상기 마이크로웰에 수용된 미생물 현탁액에 주입하는 단계는,
상기 도포된 약물 스크리닝을 위한 물질의 리퀴드 브릿지가 분리되어, 상기 주입구의 내주면을 따라 잔존함으로써 상기 주입구가 개방되면, 상기 마이크로웰 어레이 주변의 높아진 습도에 의해 생성된 수증기가 상기 챔버 내에서 응결하여 상기 미생물 현탁액의 수위를 높이는 단계를 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 물질 주입방법.
베이스와 격벽의 결합에 의해 형성되는 미생물 배양을 위한 챔버와, 상기 격벽에 형성되어 상기 챔버와 연결되며 상기 챔버의 단면적보다 작은 단면적의 주입구를 포함하는 복수 개의 마이크로웰들 및 상기 마이크로웰의 외부가 내부에 비해 소수성을 갖도록, 상기 주입구가 형성된 상기 격벽의 노출면과 상기 주입구들의 내주면에 각각 형성되는 소수성 물질층을 포함하는 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계;
상기 마이크로웰 어레이에 미생물 현탁액을 로딩 및 구획시키는 단계; 및
상기 마이크로웰 어레이의 주입구를 매질에 잠기도록 하여, 상기 미생물 현탁액의 버퍼를 교환하는 단계를 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.
청구항 11에 있어서,
상기 미생물 현탁액의 미생물은 상기 작은 단면적의 주입구에 의해 외부 매질의 간섭에 따른 내부 미생물 현탁액의 유동이 최소화된 상태에서, 상기 매질과 상기 버퍼 사이의 농도 차에 의한 확산으로 상기 마이크로웰 내 배양되는 미생물의 유실 없이 상기 버퍼를 교환하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.
청구항 11에 있어서,
상기 마이크로웰들은,
상기 베이스와 상기 격벽이 일체화되어 형성되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.
청구항 11에 있어서,
상기 격벽은,
친수성 표면을 갖도록 처리되거나, 친수성 재질로 마련되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.
청구항 11에 있어서,
상기 격벽은,
상기 베이스보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.
청구항 11에 있어서,
상기 주입구의 단면적은,
상기 격벽의 노출면에 도포된 소수성 물질이 상기 챔버 내로 진입되지 않고, 리퀴드 브릿지 형태로 상기 주입구에 걸쳐질 수 있는 크기로 형성되는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.
청구항 11에 있어서,
상기 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계는,
기저층을 형성하는 단계;
박막 형태의 필름층을 상기 기저층에 접합시키되 외력에 의해 상기 기저층과 분리 가능하게 접합시켜 상기 베이스를 형성하는 단계; 및
상기 기저층이 상기 필름층에서 분리되어 상기 필름층이 외부에 노출됨으로써 상기 박막 형태의 필름층이 타공되어 상기 마이크로웰의 추출구로 사용되도록, 상기 필름층을 상기 격벽에 결합시켜 상기 마이크로웰 어레이를 형성하는 단계를 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.
청구항 17에 있어서,
상기 마이크로웰 어레이를 준비하는 단계는,
상기 필름층과 상기 기저층이 동일한 재질인 경우, 상기 필름층에서 상기 기저층이 용이하게 분리되도록, 상기 기저층과 상기 필름층의 재질과 다른 재질로 상기 기저층에 도포되어 상기 필름층과 접합되는 이질층을 형성하는 단계를 더 포함하는 소수성-친수성 표면을 갖는 마이크로웰 어레이의 버퍼 교환방법.